(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
保持炉内の溶湯を鋳型のキャビティ内に加圧供給するに際し、鋳型の湯口に取付けるフィルタを用い、キャビティ内への不活性ガスの供給を開始するのに先立って、保持炉内の溶湯の加圧を開始するステップと、
前記保持炉内の溶湯の加圧により保持炉から圧送されてきた溶湯がフィルタに達する直前に、キャビティ内に不活性ガスを供給すると共に、不活性ガスのガス供給路よりも上側の位置からキャビティ内の空気を吸引排出するステップと、
前記キャビティに対する不活性ガスの供給および空気の吸引排気を開始したのち、フィルタを通してキャビティ内に溶湯を加圧供給するステップとを有することを特徴とする低圧鋳造方法。
【請求項２】
溶湯がフィルタに達する直前に保持炉内に対する加圧速度を減少させ、キャビティ内が所定の不活性ガス雰囲気になった後に保持炉内に対する加圧速度を増大させることを特徴とする請求項２に記載の低圧鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低圧鋳造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
低圧鋳造は、例えば、アルミニウム合金から成るロードホイールやシリンダブロックなどの自動車用部品の製造に用いられている。この種の低圧鋳造では、鋳型のキャビティ内に保持炉内の溶湯を加圧供給するに際して、保持炉からキャビティへの導入管であるストーク内やキャビティ内に不活性ガスを供給し、この不活性ガスにより溶湯表面における酸化被膜の生成を抑制して、溶湯の湯廻り性を高めるようにしている。このような機能を備えた低圧鋳造装置としては、図５に示すようなものがあった。
【０００３】
図５（ａ）に示す低圧鋳造装置１００は、キャビティ１０１を形成する鋳型１０２と、鋳型１０２の下側に配置され且つ溶湯１０３を蓄えた保持炉１０４と、上端部を鋳型１０２の湯口１０５に接続し且つ下端部を溶湯１０３に浸漬したストーク１０６を備えている。ストーク１０６は、その上端部が内筒１０６ａを有する２重構造になっており、内筒１０６ａの外周側である環状領域１０６ｂに対して不活性ガスの供給系１０７が設けてある。
【０００４】
上記の低圧鋳造装置１００は、保持炉１０４内を加圧し、ストーク１０６を介して溶湯１０３をキャビティ１０１内に加圧供給する際に、供給系１０７からストーク１０６内に不活性ガスを供給する。そして、キャビティ１０１内の溶湯１０３が製品１０８として凝固したのち、図５（ｂ）に示すように、供給系１０７から環状領域１０６ｂ内に不活性ガスを供給することにより、製品１０８と未凝固の溶湯１０３との間を不活性ガスＧで分離する。これにより、２回目以降の鋳造において、ストーク１０６内の溶湯１０３の表面に酸化被膜が生成されるのを防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記したような従来の低圧鋳造装置１００にあっては、消耗品であるストーク１０６が複雑な２重構造であって、高価であると共に、環状領域１０６ｂに溶湯１０３が詰まったり、内筒１０６ａの端部が溶損したりするといった不具合が生じやすく、ストーク１０６のメンテナンス工数が多いものとなっており、また、鋳造の際には、ストーク１０６内だけではなくキャビティ１０１内にも不活性ガスの供給を行うので、全体として不活性ガスの使用量が多くなるという問題があり、これらの問題を解決することが課題であった。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、キャビティ内への酸化被膜の侵入を防止して、溶湯の良好な湯廻り性を得ることができるうえに、保守管理性の良い簡単な構造のストークを使用することができ、しかも、不活性ガスの使用量を節減することができる低圧鋳造方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる低圧鋳造方法は、請求項１として、保持炉内の溶湯を鋳型のキャビティ内に加圧供給するに際し、鋳型の湯口に取付けるフィルタを用い、キャビティ内への不活性ガスの供給を開始するのに先立って、保持炉内の溶湯の加圧を開始するステップと、
前記保持炉内の溶湯の加圧により保持炉から圧送されてきた溶湯がフィルタに達する直前に、キャビティ内に不活性ガスを供給すると共に、不活性ガスのガス供給路よりも上側の位置からキャビティ内の空気を吸引排出するステップと、前記キャビティに対する不活性ガスの供給および空気の吸引排気を開始したのち、フィルタを通してキャビティ内に溶湯を加圧供給するステップとを有する構成とし、請求項２として、溶湯がフィルタに達する直前に保持炉内に対する加圧速度を減少させ、キャビティ内が所定の不活性ガス雰囲気になった後に保持炉内に対する加圧速度を増大させる構成としており、上記の構成を課題を解決するための手段としている。
【０００８】
なお、上記の構成において、不活性ガスとしては、例えばアルゴンガスや窒素ガスが用いられる。また、請求項２の構成において、保持炉内に対する加圧速度の減少には、加圧速度を零（圧力保持）にする場合も含まれる。
【００１０】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わる低圧鋳造方法では、鋳型の湯口に取付けるフィルタを用い、加圧により保持炉から圧送されてきた溶湯がフィルタに達する直前に、キャビティ内に不活性ガスを供給すると共に、不活性ガスのガス供給路よりも上側の位置からキャビティ内の空気を吸引排出するので、キャビティ内が速やかに不活性ガス雰囲気に置換されることとなり、こののち、フィルタを通してキャビティ内に溶湯を加圧供給するので、溶湯の表面の酸化被膜がフィルタにより除去され、キャビティ内においては不活性ガスによって新たな酸化被膜の生成が防止される。つまり、当該低圧鋳造方法では、保持炉と鋳型の間に設けるストークとしては簡単な構造のもので良く、また、ストーク内に不活性ガスを供給する必要がないので、その分不活性ガスの使用量が節減される。
【００１１】
本発明の請求項２に係わる低圧鋳造方法では、請求項１の低圧鋳造方法において、溶湯がフィルタに達する直前に保持炉内に対する加圧速度を減少させ、キャビティ内が所定の不活性ガス雰囲気になった後に保持炉内に対する加圧速度を増大させており、このような簡単な圧力制御により、キャビティ内が不活性ガス雰囲気に置換される時間が確実に得られるうえに、不活性ガスを余分に使用することがなく、その後のフィルタによる酸化被膜の除去やキャビティ内での新たな酸化被膜の生成防止をより確実にし得る。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わる低圧鋳造方法によれば、不活性ガスの供給とそのガス供給路よりも上側の位置からの空気の吸引排出により、キャビティ内を速やかに不活性ガス雰囲気に置換することができると共に、フィルタによって酸化被膜や溶湯における介在物がキャビティ内へ侵入するのを確実に防止することができ、キャビティ内での新たな酸化被膜の生成を防止して溶湯の良好な湯廻り性を得ることができる。また、簡単な構造のストークを採用し得るので、ストークの費用やメンテナンス工数を大幅に節減することができると共に、ストーク内への不活性ガスの供給を行わないので、その分不活性ガスの使用量を節減することができる。そして、不活性ガスの節減および不活性ガス雰囲気への迅速化により、鋳造のサイクルタイムを短縮することができ、生産性の向上にも貢献し得ると共に、不活性ガスによる鋳型の温度変化をきわめて小さくしてその温度変化による品質への影響を防止することができ、高品質の製品を得ることができる。
【００１６】
本発明の請求項２に係わる低圧鋳造方法によれば、請求項１と同様の効果を得ることができるうえに、簡単な圧力制御によってキャビティ内を不活性ガス雰囲気に置換する時間を確実に得ることができ、しかも、不活性ガスの余分な使用を防止することができ、その後のフィルタによる酸化被膜の除去およびキャビティ内での新たな酸化被膜の生成防止をより確実に行うことができる。
【００２０】
【実施例】
以下、図面に基づいて、本発明に係わる低圧鋳造方法および同方法が適用可能な低圧鋳造装置の一実施例を説明する。
【００２１】
図１（ａ）に示す低圧鋳造装置１は、アルミニウム合金製の自動車用のロードホイールを製造するものであって、軸線を上下方向としたロードホイールに対応するキャビティ２を形成する鋳型３と、鋳型３の下側に配置した保持炉４と、上端部を鋳型３の湯口５側に接続し且つ下端部を保持炉４の溶湯６内に浸漬させたストーク７を備えている。この実施例では、鋳型３とストーク７の間に、ストーク７とほぼ同じ径を有する筒状のフィーダ８が設けてある。
【００２２】
鋳型３は、ロードホイールの内部に対応する上部型９と、湯口５を有する下部型１０と、ロードホイールの外周に対応する側部型１１を備えている。ここで、上部型９は、図示の状態から上方向に移動可能であり、また、側部型１１は、円周方向に複数に分割してあるとともに半径方向に移動可能であり、これにより製品の取出しを行うようにしてある。
【００２３】
また、鋳型３は、湯口５に酸化被膜除去用のフィルタ１２を備えると共に、キャビティ２内に対して、不活性ガスのガス供給手段１３と、空気の吸引排出手段１４と、酸素センサ１５を備えている。
【００２４】
フィルタ１２は、図４（ａ）に示すように、鉄鋼材料を用いた網から成るものであって、アルミニウム合金の溶湯に対して充分な耐熱性を有している。このフィルタ１２は、下向きに開放したカップ状を成す本体部１２ａと、本体部１２ａの開口縁部に連続する鍔部１２ｂを有しており、とくに、鍔部１２ｂはフィルタ中心方向に弾性変形することが可能である。
【００２５】
フィルタ１２は、図４（ｂ）に示すように、鋳型３を開いた状態において、湯口５に押込む要領で同湯口５の内周面に鍔部１２ｂを弾性的に当接させることにより、その弾発力により湯口５に仮止めされる。そして、図４（ｃ）に示すように、鋳型３を閉じると、本体部１２ａの頂部にキャビティ内面つまりこの実施例では上型９の下面に設けた下向きの突部９ａが当接し、突部９ａにより押え込まれ、これにより、別の固定手段を用いることなく鋳型３内に確実に固定され、溶湯６の圧力によりずれるような心配も全くない。なお、この実施例では、湯口５の内周面が上側に向けて直径が漸次拡大されるテーパ面になっており、フィルタ１２が必要以上に下がるのをより確実に防止している。
【００２６】
不活性ガスのガス供給手段１３は、不活性ガスとしてのアルゴンガスを蓄えたガスボンベ１６と、鋳型３の側部型１１において型内外を連通させる状態に形成したガス供給路１７と、加圧ボンベ１６とガス供給路１７を接続するガス供給管１８と、ガス供給管１８の途中を開閉するガス用バルブ１９を備えている。
【００２７】
空気の吸引排出手段１４は、減圧用ポンプ２０と、鋳型３の側部型１１において型内外を連通させる状態に形成した空気排出路２１と、減圧用ポンプ２０と空気排出路２１を接続する空気排出管２２を備えている。このとき、空気排出路２１は、不活性ガスの供給の際に効率の良い空気の排出を行うために、先のガス供給路１７の反対側においてキャビティ２の上端部近傍に設けてある。
【００２８】
酸素センサ１５は、この実施例では、ガス供給路１７の上方に取付けてあり、図外の測定機器に接続してある。なお、酸素センサ１５は、複数箇所に設けることもある。また、キャビティ２に対して、ガス供給路１７および空気排出路２１の開放部分には、溶湯６の侵入を防ぐために、エアベント、多孔質材あるいはスリット等が設けてある。
【００２９】
保持炉４は、溶湯６を蓄える本体２３と蓋体２４で構成してあって、内部を加圧するための空気供給手段２５や溶湯６の保温手段などを備えている。空気供給手段２５は、空気供給源２６と、保持炉４の蓋体２４に取付けた空気導入管２７と、空気供給源２６と空気導入管２７を接続する空気供給管２８と、空気供給管２８の途中を開閉する空気用バルブ２９を備えている。
【００３０】
ストーク７は、単純な筒状を成すものであって、保持炉４の蓋体２４を上下に貫通した状態で設けてある。このストーク７は、構造が簡単であるため、比較的安価であり、溶湯６が詰まったり溶損したりする恐れもないので、メンテナンスがきわめて容易である。
【００３１】
次に、上記の構成を備えた低圧鋳造装置１の動作とともに本発明に係わる低圧鋳造方法を説明する。
【００３２】
低圧鋳造装置１において鋳造を行うには、まず、空気供給手段２５の空気用バルブ２９を開放して保持炉４内に空気を供給することにより、図１（ｂ）中のＡ−Ｂに示すように保持炉４内を加圧する。これにより、溶湯６がストーク７内を上昇する。また、ストーク７内の溶湯６の表面には空気との接触によって酸化被膜が生成されている。
【００３３】
次に、図２に示すように、保持炉４から圧送されてきた溶湯６がフィルタ１２に達する直前には、図１（ｂ）中のＢ−Ｃに示ように、加圧速度を減少させて零（圧力保持）の状態にし、ガス供給手段１３のガス用バルブ１９を開放して、キャビティ２内に不活性ガスを供給すると共に、吸引排出手段１４の減圧用ポンプ２０を作動させて、キャビティ２内の空気を吸引排出する。これにより、キャビティ２内は速やかに不活性ガス雰囲気に置換されることとなる。また、ストーク７内には不活性ガスが供給されないので、その分不活性ガスの使用量が節減されている。
【００３４】
そして、酸素センサ１５により、キャビティ２内の不活性ガスの置換率が所定の値（例えば８０％）になったことを検知したのちには、不活性ガスの供給および空気の吸引排出を停止すると共に、図１（ｂ）中のＣ−Ｄに示すように、再び空気供給手段２５で加圧速度を増大させることにより、図３に示すように、フィルタ１２を通してキャビティ２内に溶湯６を加圧供給する。
【００３５】
すなわち、上記低圧鋳造装置１では、酸素センサ１５により不活性ガスへの置換の度合いを常時把握しているので、キャビティ２内への溶湯６の加圧供給のタイミングなどを図ることが容易である。また、キャビティ２内が不活性ガス雰囲気に置換されたのち、フィルタ１２を通してキャビティ２内に溶湯６を加圧供給するので、溶湯６の表面の酸化被膜や溶湯６中の介在物はフィルタ１２により確実に除去され、キャビティ２内においては不活性ガスによって新たな酸化被膜の生成が防止されている。
【００３６】
溶湯６の加圧供給後には、図１（ｂ）中のＤ−Ｅに示すように、キャビティ２内の溶湯６が凝固するまでの間、一定の加圧力を保持する。そして、溶湯６が凝固したのちには、図１（ｂ）中のＥ−Ｆに示すように、加圧力を一定の度合いで減少させ、ストーク７内の未凝固の溶湯６が保持炉４内の湯面と同じ高さになるまで下降したのち、鋳型３を開いて製品の取出しを行う。
【００３７】
このように、当該低圧鋳造装置１および低圧鋳造方法では、簡単な構造のストーク７による費用やメンテナンス工数の節減、不活性ガス雰囲気への速やかな置換によるサイクルタイムの短縮化や鋳型２の大幅な温度変化の防止、不活性ガスの使用量の節減、さらにはフィルタ１２による酸化被膜等の確実な除去などを実現すると共に、キャビティ２内での新たな酸化被膜の生成を防止することで溶湯６の良好な湯廻り性が得られることとなり、高品質の製品が得られる。
【００３８】
また、当該低圧鋳造装置１では、下向きに開放したカップ状を成し且つその頂部がキャビティ内面（突部９ａ）に当接する本体部１２ａと、本体部１２ａの開口縁部に連続し且つ湯口５の内周面に弾性的に当接する鍔部１２ｂを有するフィルタ１２を用いているので、湯口５に対するフィルタ１２の装着あるいは交換の作業を行うことがきわめて容易である。
【００３９】
このフィルタ１２としては、溶湯６に対する耐熱性を考慮すれば、例えばセラミックス製のものを適用することも可能ではあるが、この場合には弾力性に欠けるのでこの実施例のような良好な装着性が得られなくなる。したがって、フィルタ１２としては、鉄鋼材料を用いた網を採用することにより、耐熱性および弾力性の双方が得られ、しかも、きわめて安価に得ることができる。
【００４０】
なお、上記実施例では、保持炉４から圧送されてきた溶湯６がフィルタ１２に達する直前に、加圧速度を減少させて零（圧力保持）の状態にする場合を説明したが、例えば、溶湯６がフィーダ８に達したところで、図１（ｂ）中のＢｏ−Ｃに示すように加圧速度を低下させ、この後にガス供給手段１３および吸引排出手段１４を作動させるようにしてもよく、いずれの場合であっても、空気供給手段２５において簡単な圧力制御を行うことにより、キャビティ２内を不活性ガス雰囲気に置換する時間が確実に得られ、しかも、不活性ガスが余分に使用されることもなく、その後のフィルタ１２による酸化被膜の除去やキャビティ２内での新たな酸化被膜の生成防止が確実に成される。
【００４１】
また、当該低圧鋳造装置１および低圧鋳造方法では、例えば自動車のロードホイールの製造において、従来の２重構造のストークを使用した場合に比べて、不活性ガスの使用量を１／３〜１／５程度にすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わる低圧鋳造方法および同方法が適用可能な低圧鋳造装置の一実施例を説明する断面図（ａ）と、時間経過に伴う保持炉内の加圧力の変化を示すグラフならびにガス供給手段および吸引排出手段の作動状況を示すタイムチャート（ｂ）である。
【図２】  溶湯が湯口まで達した状態を説明する断面図である。
【図３】  溶湯をキャビティ内に加圧供給した状態を説明する断面図である。
【図４】  フィルタを示す斜視図（ａ）、フィルタを仮止めした状態を示す断面図（ｂ）およびフィルタを固定した状態を示す断面図（ｃ）である。
【図５】  従来の低圧鋳造装置において加圧前の状態（ａ）および加圧後の状態（ｂ）を説明する各々断面図である。
【符号の説明】
１      低圧鋳造装置
２      キャビティ
３      鋳型
４      保持炉
５      湯口
６      溶湯
７      ストーク
１２    フィルタ
１２ａ  本体部
１２ｂ  鍔部
１３    ガス供給手段
１４    吸引排出手段
１５    酸素センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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