(57)【要約】【課題】  長期に亘り、酸化物等の不純物がキャビティに流入することを防止すると共に、新たな不純物の発生を抑制でき、さらに製造コストを削減できる低圧鋳造用ストークの提供。【解決手段】  低圧鋳造用ストークであって、このストークは、下部が溶湯に浸漬されて配置される外管と、該外管の上端から外管内に突出して外管内部とキャビティとを連通させる内管とを有する。上記外管の上端には上に向かって拡径する拡径部が形成され、該拡径部の上端が閉塞して外管と内管との間にトラップ部を形成し、上記内管の下端が上記拡径部の下端よりも上方にある。【選択図】図１
2016132025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティに溶湯を供給する低圧鋳造用ストークであって、
下部が溶湯に浸漬されて配置される外管と、該外管の上端から外管内に突出して外管内部とキャビティとを連通させる内管とを有し、
上記外管が、上に向かって拡径する拡径部を上端に有し、該拡径部の上端が閉塞して外管と内管との間にトラップ部を形成し、
上記内管の下端が、上記拡径部の下端よりも上方にあることを特徴とする低圧鋳造用ストーク。
【請求項２】
上記内管が、下端の側面に開口部を有し底面が閉塞したものであることを特徴とする請求項１に記載の低圧鋳造用ストーク。
【請求項３】
上記内管の開口部が、上記外管の中心に向いていることを特徴とする請求項２に記載の低圧鋳造用ストーク。
【請求項４】
上記内管の底面が、上記開口部に向けて下り傾斜していることを特徴とする請求項２又は３に記載の低圧鋳造用ストーク。
【請求項５】
上記内管を複数有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の低圧鋳造用ストーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧鋳造用ストークに係り、更に詳細には、鋳造品への酸化物等の不純物の混入を防止できる低圧鋳造用ストークに関する。
【背景技術】
【０００２】
低圧鋳造法は、一般的に、溶湯を保持する保持炉と鋳型のキャビティとをストークで連通させ、保持炉内を加圧して溶湯をキャビティに供給することで鋳物を成形するものである。
このような低圧鋳造法は、中子（中空部の鋳型）を用いることで、中空部品が製作可能とであり、シリンダヘッド等の複雑な形状を有する部品の作製が可能である。
【０００３】
しかし、低圧鋳造法においては、保持炉内の加圧をガスによって行うことが多く、また、型開けによって溶湯が空気と接触するため、溶湯の酸化が不可避であり、酸化物や前ショットの凝固殻等の不純物が溶湯面に浮遊する。
これらの不純物は、ピンホールや引け巣の増加、湯流れ性の低下による湯廻り不良等、鋳造品の品質低下の原因となる。このため、湯口に不純物を除去する金網等のフィルターが設け、キャビティに不純物が充填されることを防止している。
【０００４】
上記フィルターによれば、酸化物等の不純物を除去することが可能であるが、フィルターの目詰まりによって溶湯を供給する湯口の有効径が変化するため、同じ条件で加圧してしても、溶湯の供給速度等が変化し、同じように湯廻りすることはない。特に薄肉品の作製においては溶湯が凝固しながら湯廻りするため、湯廻り挙動のバラツキが品質に顕著に影響し、鋳造品間での均一性を担保することが困難である。
【０００５】
特許文献１には、ストークの長手方向略中間位置に、内径が他の部位より大きな膨出部を有し、該膨出部内を貫通する縮径部材が、該膨出部の上部から該膨出部の下端よりも下方まで延びている低圧鋳造用ストークが開示されている。そして、該低圧鋳造用ストークによれば鋳型内に流入する酸化物の量を低減でき、高い品質の鋳造品を製造できる旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１８９３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載のものにあっては、酸化物を除去する断面積が小さい縮径部材がストークの長手方向略中間位置にあるため、該縮径部材内を上昇する際に溶湯の流速が速くなり、乱流が生じたり溶湯面が乱れたりして新たな酸化物を生成させる虞がある。
すなわち、縮径部材より上部の断面積の大きいストーク径に合わせて溶湯を上昇させると、断面積の小さい縮径部材を通過する溶湯の流速が速くなり、縮径部材の出口で噴流となって、溶湯中に空気を巻き込むことがある。逆に、縮径部材の内径に合わせて溶湯を上昇させると縮径部材より上部では断面積が大きくなって溶湯の上昇速度が遅くなり、生産効率が低下すると共に、キャビティへ溶湯を充填する速度の制御の幅が狭くなって高品位の成形品の製造が困難になる。
さらに、縮径部材が膨出部の下端よりも下方まで延びており、内径が小さい箇所で酸化物をトラップするため、長期に亘り酸化物をトラップすることが困難である。
また、新たに複雑な形状のストークを作製する必要があり、製作コストが増加するという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、長期に亘り、酸化物等の不純物がキャビティに流入することを防止すると共に、新たな不純物の発生を抑制でき、さらに製造コストを削減できる低圧鋳造用ストークを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、外管上端の拡径部に不純物をトラップするトラップ部を形成し、上記拡径部内に突出する内管を介して溶湯をキャビティに供給することで、充填速度の調節の幅が広く溶湯内への空気の巻き込みを防止できる。また、上記拡径部内では溶湯面の単位面積面当たりの酸化物の量が少なくなり、この溶湯をキャビティに充填することで高品質の成形品が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
本発明は、上記知見に基づくものであって、本発明の低圧鋳造用ストークは、下部が溶湯に浸漬されて配置される外管と、該外管の上端から外管内に突出して外管内部とキャビティとを連通させる内管とを有する。そして、上記外管の上端には上に向かって拡径する拡径部が形成され、該拡径部の上端が閉塞して外管と内管との間にトラップ部を形成し、上記内管の下端が上記拡径部の下端よりも上方にあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、外管上部の拡径部に形成されるトラップ部に突出する内管の下端を、上記拡径部の下端よりも上方に設けることとしたため、キャビティに溶湯を充填する制御された速度で内管中を移動させることができ、溶湯内に空気を巻き込むことがない。
さらに、拡径部の溶湯をキャビティに充填するため、溶湯面の単位面積面当たりの酸化物の量が少なくなって酸化物がキャビティに充填されず、長期に亘り高品質な成形品を製造できる低圧鋳造用ストークが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】低圧鋳造装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の低圧鋳造用ストークの一例を示す概略図である。
【図３】本発明の低圧鋳造用ストークが不純物をトラップする状態を説明する図である。
【図４】内管中に不純物が流入する状態を説明する図である。
【図５】内管中に不純物が流入することが防止される状態を説明する図である。
【図６】ストーク内を上昇する溶湯面の状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
まず、本発明の低圧鋳造用ストークが用いられる低圧鋳造装置について説明する。
図１に低圧鋳造装置の一例の断面図を示す。低圧鋳造装置１は、気密に密閉された保持炉２に二酸化炭素等の不活性ガスを圧送するガス注入口３を有する。
前記保持炉２の上部には、分割可能な鋳型４が配置され、該鋳型内には必要に応じて中子５が設置されてキャビティ６が形成される。
【００１４】
そして、保持炉２と鋳型４との間には、保持炉２内と鋳型４内に形成されたキャビティ６とを連通させるストーク７が配置され、ストーク７の下部が保持炉２内の溶湯８に浸漬されている。
【００１５】
このような、低圧鋳造装置においては、ガス注入口３から保持炉２内にガスを注入する。このガス圧力により、保持炉２内の溶湯８の湯面が押されて、ストーク７内の溶湯８が押上げられ、キャビティ６に溶湯８が充填される。
キャビティ６に充填した溶湯８が冷えて凝固した後、保持炉２内の圧力を解放してストーク７内の溶湯８を下げ、鋳型４を分割して成形品を取り出す。
なお、前記溶湯としてはアルミニウムやアルミニウム合金等任意の材料を用いることができる。
【実施例】
【００１６】
本発明の低圧鋳造用ストークについて詳細に説明する。
本発明の低圧鋳造用ストーク７は、図２に示すように、下部が溶湯８に浸漬されて配置される外管７１と、該外管内部とキャビティ６とを連通させる内管７２とを有する。
【００１７】
上記外管７１の上端には、上に向かって拡径する拡径部７３が形成され、該拡径部内には前記内管７２が、外管７１の上端から拡径部７３内に突出して設けられる。そして、上記内管７２の下端７２１は上記拡径部７３の下端７３１よりも上方にあり、上記拡径部の上端が閉塞し外管と内管との間にトラップ部７４を形成する。
なお、図２の拡径部７３は上にいくほど拡径しているが、溶湯面８１が所望の広さに拡がれば足り、必ずしも拡径部７３は外管７１の上端まで拡径し続ける必要はない。
【００１８】
本発明においては、内管７２の下端７２１が拡径部７３の下端７３１よりも上方にあるため、溶湯８がストーク７内を上昇して拡径部７３に達すると溶湯面８１が拡がる。したがって、溶湯面８１に浮遊する単位面積当たりの不純物量が減少した状態で溶湯８が内管７２に流入するため、キャビティ６に充填される不純物量を長期に亘り低減できる。
【００１９】
すなわち、気密に密閉された保持炉２に不活性ガスを圧送することで該不活性ガスが保持炉２内の溶湯を加圧し、加圧された溶湯８はストーク７内を上昇する。このときの溶湯面８１には、図３（ａ）に示すように酸化物等の不純物９が比較的密に存在する。
さらに溶湯８が上昇し、拡径部７３に達し、拡径部７３の下端７３１よりも溶湯面８１が上がると溶湯面８１の拡大に伴い、図３（ｂ）に示すように、溶湯面８１に浮遊する不純物９も拡がり単位面積当たりの不純物量が減少する。そして、さらに溶湯８が上昇することで、図３（ｃ）に示すように、不純物が少ない溶湯８が内管７２に流入し、キャビティ６には不純物９が少ない溶湯８が充填される。
【００２０】
他方、内管７２に入らなかった溶湯面８１に浮遊する不純物９は、図３（ｄ）に示すように、外管と内管との間に形成されたトラップ部７４で捕捉され、キャビティ６への流入が防止される。
【００２１】
また、溶湯をキャビティに充填するときの充填速度、すなわち、溶湯がキャビティに流入する前に溶湯がストーク内を上昇する速度（一段目の加圧）と、溶湯がキャビティに流入しているときに溶湯がストーク内を上昇する速度（二段目の加圧）とは異なる。
つまり、溶湯がキャビティに流入する前の一段目の加圧は、溶湯面が乱れて新たな溶湯面が生じることを防止しつつ、サイクルタイム（鋳造時間）が短くなるように加圧状態が制御される。そして、溶湯がキャビティに流入するときには、二段目の加圧に切り替え、キャビティの形状に応じて適切に湯廻りするように加圧状態が制御される。
【００２２】
本発明においては、上記外管内とキャビティとを連通させる内管が外管の上端部に設けられている。したがって、二段目の加圧状態に切り替えた後に、溶湯が内管に流入させることができるため、内管中を移動する溶湯の速度が制御されて溶湯面が乱れることがなく、溶湯への空気の巻き込みが防止される。
【００２３】
前記内管７２は、底面７２４が閉塞し下端の側面７２２に開口部７２３を有するものであることが好ましい。溶湯面８１には酸化物等の不純物９が浮遊しており、内管７２の開口部７２３が下に向いていると、図４（ａ）に示すように、不純物９がそのまま内管中に流入してしまうことがある。
開口部７２３が側面７２２に設けられることで溶湯８の上昇に伴って溶湯面８１に浮遊する不純物９は、図４（ｂ）に示すように、内管の閉塞した底面７２４で押し退けられ、溶湯面８１よりも下の清浄度の高い溶湯８が内管中に流入する。
なお、前記開口部７２３の開口径は内管の内径と同じであることが好ましい。開口径が内管の内径と同じであることで溶湯の流速を一定にできる。
【００２４】
前記内管７２の底面７２４は、図５に示すように、開口部７２３に向けて下り傾斜していることが好ましい。下端７２１が開口部７２３に向けて下り傾斜していることで、溶湯面８１に浮遊する不純物９を開口部７２３とは異なる方向に押し退けることができ、清浄度の高い溶湯８が内管中に流入する。
また、溶湯が凝固し加圧を停止し、溶湯８が保持炉２内に戻る際、内管中に溶湯８が残らず、内管７２の開口部７２３に凝固殻が付着して開口径が変化することを防止できる。
【００２５】
また、図６（ａ）に示すように、前記内管７２の開口部７２３は外管７１の中心に向いて開口していることが好ましい。ストーク７内を上昇する溶湯８は、図６（ｂ）に示すように、ストークの内壁に曳きずられてストークの軸を頂点とする山形を呈し、溶湯面８１に浮遊する不純物９も曳きずられて山の頂よりも裾付近に多く存在する。
外管７１の中心に向いて開口していることで、より不純物９が少ない溶湯８が内管中に流入し、キャビティに不純物が充填されることを防止できる。
【００２６】
また、前記内管７２を複数設けることができる。内管７２を複数設けることですばやくかつ均一に溶湯を充填でき、シリンダヘッドのような複雑な形状であっても高品質な成形品を製造できる。
【００２７】
本発明の低圧鋳造用ストークは、シリンダヘッド等の車両部品だけでなく、他の鋳造品にも適用が可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１      低圧鋳造装置
２      保持炉
３      ガス注入口
４      鋳型
５      中子
６      キャビティ
７      ストーク
７１    外管
７２    内管
７３    拡径部
７２１  下端
７２２  側面
７２３  開口部
７２４  底面
７３１  下端
７４    トラップ部
８      溶湯
８１    溶湯面
９      不純物
【図１】
2016132025.tif 000003
【図２】
2016132025.tif 000004
【図３】
2016132025.tif 000005
【図４】
2016132025.tif 000006
【図５】
2016132025.tif 000007
【図６】
2016132025.tif 000008