JP2007203361A - 鋳造方法及び鋳造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャビティの減圧効率を確保しつつ、溶湯検知センサを確実に作動させることが可能な鋳造方法及び鋳造装置を提供する。
【解決手段】減圧路１５のうち溶湯検知センサ１９が面する部分の断面積を所定の鋳造タイミングで拡大状態と縮小状態とに切替える減圧路断面積可変装置２０を備え、鋳造初期には、当該断面積が拡大状態で低速充填が行われ、低速充填から高速充填に切替えられる鋳造タイミングで、当該断面積が拡大状態から縮小状態へ切替えられ、鋳造終期には、当該断面積が縮小状態で高速充填が行われる。したがって、鋳造初期には、当該減圧路１５が拡大状態で低速充填が行われるため、キャビティ８の減圧時の減圧路１５における排気効率、延いてはキャビティ８の減圧効率が高められる。また、鋳造終期には、当該断面積が縮小状態で高速充填が行われるため、溶湯検知センサ１９によって溶湯が確実に検知される。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋳造方法及び鋳造装置に関するもので、特に、鋳造金型のキャビティが減圧装置によって減圧される鋳造方法及び鋳造装置に関する。

鋳造金型を用いる鋳造装置では、減圧装置によって減圧されたキャビティに溶湯（溶融金属）が供給されるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この種の鋳造装置では、キャビティ内の空気や離型剤等が気化したガスが当該キャビティから排気され、これらのガスを溶湯が巻き込むことによる製品の鋳造不良が防止される。ところで、この種の鋳造装置では、減圧装置とキャビティとを連通する減圧路に減圧バルブが設けられ、該減圧バルブよりもキャビティ側の減圧路に面して設けられる溶湯検知センサの溶湯検知信号に基づいて減圧バルブが閉じられ、これにより、溶湯最終充填直前までキャビティの減圧を継続することが可能になる。しかしながら、この種の鋳造装置では、溶湯検知センサが溶湯を確実に検知することができるように、減圧路のうち当該溶湯検知センサ付近の断面積を狭める必要がある。このため、従来の鋳造装置では、キャビティの減圧時における排気低抗が増大してキャビティの減圧効率が低下し、最終到達減圧度（真空度）を高めることができず、期待するような鋳巣の低減効果を得ることができない。特に、鋳込み重量が多い程、射出速度の低速区間が短く減圧時間が短いため、最終到達減圧度（真空度）を高めることが困難である。
特開２００４-３３７９３２号公報

そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、第１の目的は、キャビティの減圧効率を確保しつつ、溶湯検知センサを確実に作動させることが可能な鋳造方法を提供することにある。
また、第２の目的は、キャビティの減圧効率を確保しつつ、溶湯検知センサを確実に作動させることが可能な鋳造装置を提供することにある。

上記第１の目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、鋳造金型のキャビティが減圧装置によって減圧され、溶湯検知センサが減圧路を流下する溶湯を検知することで減圧バルブが閉じられる鋳造方法であって、減圧路のうち溶湯検知センサが面する部分の断面積が、所定の鋳造タイミングで拡大状態と縮小状態とに切替えられることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の鋳造方法において、鋳造初期には、減圧路のうち溶湯検知センサが面する部分の断面積が拡大状態にされて鋳造が行われ、鋳造初期から鋳造終期へ切替わるタイミングで該減圧路の断面積が縮小状態に切替えられることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の鋳造方法において、低速充填時に、減圧路のうち溶湯検知センサが面する部分の断面積が拡大状態にされて鋳造が行われ、低速充填から高速充填へ切替わるタイミングで該減圧路の断面積が縮小状態に切替えられることを特徴とする。

上記第２の目的を達成するために、本発明のうち請求項４に記載の発明は、鋳造金型のキャビティが減圧装置によって減圧され、溶湯検知センサが減圧路を流下する溶湯を検知することで、減圧バルブが閉じられる鋳造装置であって、減圧路のうち溶湯検知センサが面する部分の断面積が所定の鋳造タイミングで拡大状態と縮小状態とに切替えられる減圧路断面積可変装置を具備することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の鋳造装置において、減圧路断面積可変装置は、減圧路に対して出没可能に設けられ、減圧路を挟んで溶湯検知センサに対向して配置される弁体と、該弁体を駆動して減圧路に対して突出／退避させる駆動部と、該駆動部の動作を制御する制御部と、を具備することを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の鋳造装置において、射出装置のプランジャ位置を検出するプランジャ位置検出センサを備え、減圧路断面積可変装置は、プランジャ位置検出センサの検出信号に基づいて制御部が駆動部の動作を制御することを特徴とする。

したがって、請求項１に記載の発明では、減圧路のうち溶湯検知センサが面する部分の断面積が、所定の鋳造タイミングで、拡大状態と縮小状態とに切替えられる。
請求項２に記載の発明では、鋳造初期には、減圧路のうち溶湯検知センサが面する部分の断面積が拡大状態で鋳造が行われ、鋳造終期には、減圧路のうち溶湯検知センサが面する部分の断面積が縮小状態で鋳造が行われる。
請求項３に記載の発明では、低速充填時には、減圧路のうち溶湯検知センサが面する部分の断面積が拡大状態で鋳造が行われ、高速充填時には、減圧路のうち溶湯検知センサが面する部分の断面積が縮小状態で鋳造が行われる。

請求項４に記載の発明では、減圧路断面積可変装置によって、減圧路のうち溶湯検知センサが面する部分の断面積が拡大状態と縮小状態とに切替えられる。
請求項５に記載の発明では、減圧路断面積可変装置は、制御部の制御によって駆動部を駆動して弁体を減圧路に対して突出／退避させることにより、減圧路のうち溶湯検知センサが面する部分の断面積を縮小／拡大する。
請求項６に記載の発明では、減圧路断面積可変装置は、制御部がプランジャ位置検出センサの検出信号に基づいて駆動部の動作を制御することで、弁体が減圧路に対して突出／退避される。

キャビティの減圧効率を確保しつつ、溶湯検知センサを確実に作動させることが可能な鋳造方法及び鋳造装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１に示されるように、本鋳造装置１は、固定型２と可動型３とによって構成される鋳造金型４を備え、固定型２及び可動型３が各々固定プラテン５及び可動プラテン６に固定される。また、本鋳造装置１は、可動プラテン６が、一端が固定プラテン５に固定された複数本（本実施の形態では４本）のタイバー７によって案内され、型開閉方向（図１における左右方向）へ移動される。そして、型開閉機構の駆動によって可動プラテン６を型閉方向（図１における右方向）へ移動させ、固定型２と可動型３とを結合させることにより、固定型２と可動型３との間（鋳造金型４）にキャビティ８が形成される構造になっている。また、本鋳造装置１は、固定プラテン５に取付けられるスリーブ９と、該スリーブ９の溶湯注入口１０からスリーブ９内に注入された溶湯（溶融金属）がキャビティ８へ向けて射出されるプランジャ１１とを含む射出装置１２を具備する。

また、図１に示されるように、本鋳造装置１は、キャビティ８を真空引きして減圧させる減圧装置１３を備える。該減圧装置１３は、真空ポンプによって減圧される真空タンク１４と鋳造金型４に形成されてキャビティ８に連通する減圧路１５とが減圧ホース１６によって接続されて構成される。そして、本鋳造装置１は、上記減圧路１５に減圧バルブ１７が設けられ、該減圧バルブ１７の開閉動作が、マイクロコンピュータによって構成される制御装置１８（制御部）によって制御されて当該減圧路１５が開閉される構造になっている。また、本鋳造装置１は、固定型２に埋設されて、検知部が、上記減圧路１５の減圧バルブ１７よりもキャビティ８側の部分に面する溶湯検知センサ１９を備える。そして、本鋳造装置１では、減圧路１５を流下する溶湯が上記溶湯検知センサ１９によって検知されることで、制御装置１８によって減圧バルブ１７が閉じられ、当該減圧バルブ１７への溶湯の飛込みが防止される構造になっている。

また、図１に示されるように、本鋳造装置１は、可動型３に設けられて減圧路１５を挟んで上記溶湯検知センサ１９に対向して配置される減圧路断面積可変装置２０を備える。該減圧路断面積可変装置２０は、図２及び図３に示されるように、可動型３に形成される収容部２１に収容され、裁頭円錐状に形成された弁体２３が、収容部２１と減圧路１５との間の隔壁２２に形成されて内径が収容部２１から減圧路１５へ向けて縮小するテーパ穴２４に係合される。なお、本鋳造装置１では、上記テーパ穴２４のテーパ角が５。に設定されると共に、弁体２３の母線の中心線に対する傾斜角度も５。に設定される。また、上記減圧路断面積可変装置２０は、弁体２３を溶湯検知センサ１９に対して近接離反方向（図２における左右方向）へ移動させる油圧シリンダ２５（駆動部）を備え、該油圧シリンダ２５は、隔壁２２に固定された蓋部材２６にスペーサ２７を介して取付けられる。

そして、本鋳造装置１では、制御装置１８によって油圧シリンダ２５の動作を制御することにより、弁体２３が駆動されて減圧路１５に対して突出／退避される。これにより、減圧路１５のうち溶湯検知センサ１９が面する部分、より詳細には、減圧路１５のうち、溶湯検知センサ１９の検知面１９aと弁体２３の端面２３aとの間の部分の断面積が拡大状態（弁体２３が減圧路１５に対して退避した状態、図２参照。）と縮小状態（弁体２３が減圧路１５に対して突出した状態であって、断面積が拡大状態に対して５０％の状態、図３参照。）とに、必要に応じて切替えられる構造になっている。なお、減圧路断面積可変装置２０は、図２及び図３に示されるように、蓋部材２６の取付面２６aに設けた０リング２８が隔壁２２に当接されると共に、ピストンロッド挿通穴２６bに設けた０リング２９がピストンロッド２５aに摺接され、これにより、当該蓋部材２６の内側空間（減圧路１５）と外側空間（収容部２１）とが気密が確保されて隔てられる構造になっている。

また、本鋳造装置１は、プランジャ１１に埋設されたマグネットを検知して当該プランジャ１１の位置を検出するプランジャ位置検出センサを備える。そして、本鋳造装置１では、鋳造初期（プランジャ１１が低速で駆動される低速充填時）には、図２に示されるように、減圧路断面積可変装置２０は、弁体２３を退避させた状態にある。そして、プランジャ１１が低速充填から高速充填に切替えられる鋳造タイミングの４０ｍｍ手前の位置に到達した時点で、上記プランジャ位置検出センサによってプランジャ１１が検出され、これにより、図３に示されるように、減圧路断面積可変装置２０は、弁体２３を突出させ、減圧路１５のうち溶湯検知センサ１９の検知面１９aと弁体２３の端面２３aとの間の部分の断面積が、拡大状態から縮小状態へ切替えられ、この状態で、鋳造終期（プランジャ１１が高速で駆動される高速充填時）の充填が行われる構造になっている。

次に、本鋳造方法を説明する。まず、図１に示されるように、固定型２と可動型３とを結合させて鋳造金型４を型閉し、当該鋳造金型４の内部にキャビティ８を形成する。次に、射出装置１２のスリーブ９内へ溶湯注入口１０から溶湯（溶融金属）を注入する。この時、プランジャ１１はスリーブ９の溶湯注入口１０が開放された初期位置に位置決めされる。なお、この状態では減圧バルブ１７が閉られ、キャビティ８の減圧に向けて真空タンク１４の真空度が高められる。また、減圧路断面積可変装置２０の弁体２３は、図２に示される減圧路１５に対して退避した状態にあり、減圧路１５のうち溶湯検知センサ１９が面する部分の断面積が、減圧路１５の他の部分の断面積と等しい状態（拡大状態）にある。溶湯の注入が完了した後、射出装置１２のプランジャ１１が前進側（図１における右側）へ低速で駆動され、プランジャ１１によってスリーブ９の溶湯注入口１０が閉塞された時点で減圧バルブ１７が開かれる。これにより、低速充填（鋳造初期）が継続されつつ、キャビティ８が急速に減圧される。

次に、プランジャ位置検出センサによって、プランジャ１１が低速充填から高速充填に切替えられる鋳造タイミングの４０ｍｍ手前の位置に到達したことが検出されると、制御装置１８（制御部）から減圧路断面積可変装置２０へ減圧路断面積切替え信号が出力され、減圧路断面積可変装置２０は、油圧シリンダ２５（駆動部）の駆動によって、図３に示されるように、弁体２３を減圧路１５側へ突出させる。これにより、減圧路１５のうち溶湯検知センサ１９が面する部分の断面積が、拡大状態の５０％に絞られて縮小状態になる。そして、プランジャ１１の速度（充填速度）が高速に切替わり、該高速充填（鋳造終期）中に、溶湯検知センサ１９によって、キャビティ８から減圧バルブ１７へ向けて減圧路１５を流下する溶湯が検知されると、制御装置１８から減圧バルブ１７ヘバルブ閉動作信号が出力され、これにより減圧バルブ１７が閉じられる。

この実施の形態では以下の効果を奏する。
本鋳造装置１は、減圧路１５のうち溶湯検知センサ１９が面する部分の断面積を所定の鋳造タイミングで拡大状態と縮小状態とに切替える減圧路断面積可変装置２０を備え、鋳造初期には、当該断面積が拡大状態で低速充填が行われ、低速充填から高速充填に切替えられる鋳造タイミングで、当該断面積が拡大状態から縮小状態へ切替えられ、鋳造終期には、当該断面積が縮小状態で高速充填が行われる。
したがって、本鋳造装置１は、減圧路１５のうち溶湯検知センサ１９が面する部分の断面積が固定的に縮小された従来の鋳造装置１と比較して、鋳造初期には、減圧路１５のうち溶湯検知センサ１９が面する部分の断面積が他の部分の断面積と等しい拡大状態で低速充填が行われるため、キャビティ８の減圧時の減圧路１５における排気効率、延いてはキャビティ８の減圧効率が高められる。また、鋳造終期には、当該断面積が鋳造初期に対して５０％に縮小された縮小状態で高速充填が行われるため、溶湯検知センサ１９によって溶湯が確実に検知される。
これにより、短い時間で効率的にキャビティ８を減圧することが可能になり、鋳込み重量が大きい鋳物の鋳造であっても、鋳巣が極めて少ない高い品質の製品を得ることができる。また、溶湯の減圧バルブ１７への飛込みを確実に防止し、鋳造装置１の信頼性を高めることができる。

なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
縮小状態では、減圧路１５のうち溶湯検知センサ１９が面する部分の断面積が、拡大状態に対して５０％に縮小されるが、当該断面積を、必要に応じて４０％や６０％に縮小するように減圧路断面積可変装置２０を構成してもよいし、また、縮小の度合を可変に構成してもよい。
本鋳造装置１では、射出装置１２のプランジャ１１が、低速充填から高速充填に切替えられる鋳造タイミングの４０ｍｍ手前の位置に到達した時点で、減圧路断面積可変装置２０の弁体２３が駆動され、減圧路１５のうち溶湯検知センサ１９が面する部分の断面積が拡大状態から縮小状態に移行されるが、該移行のタイミングを、プランジャ１１が、低速充填から高速充填に切替えられる鋳造タイミングの３０ｍｍ或いは５０ｍｍ手前の位置に到達した時点としてもよい。

また、図４に示されるように、溶湯検知センサ１９が設置される減圧路３１（溶湯検知センサ１９によって溶湯が検知される減圧路３１）と、溶湯検知センサ１９が設置されない減圧路３２と、の２系統の減圧路３１,３２を鋳造金型４に構成し、低速充填（充填初期）に双方の減圧路３１,３２を用いてキャビティ８を減圧し、高速充填（充填終期）に溶湯検知センサ１９が設置された方の減圧路３１のみを用いてキャビティ８を減圧するように、鋳造装置１を構成してもよい。この場合、低速充填時には、双方の減圧路３１,３２を用いてキャビティ８を減圧して当該キャビティ８の減圧効率が高められ、また、高速充填時には、溶湯検知センサ１９によって溶湯が確実に検知される。

また、図５に示されるように、減圧路１５の一区間を減圧路１５aと減圧路１５bとに分割し、一方の減圧路１５aにシャットオフバルブ３３を設けると共に、他方の減圧路１５bを一方の減圧路１５aに対して断面積を小さく形成して溶湯検知センサ１９を設置し、低速充填（充填初期）には、シャットオフバルブ３３を開いて双方の減圧路１５a,１５bを用いてキャビティ８を減圧し、高速充填（充填終期）には、シャットオフバルブ３３を閉じて溶湯検知センサ１９が設置された方の減圧路１５bのみを用いてキャビティ８を減圧するように、鋳造装置１を構成してもよい。この場合、低速充填時には、双方の減圧路１５a,１５bを用いてキャビティ８を減圧して当該キャビティ８の減圧効率が高められ、また、高速充填時には、溶湯検知センサ１９によって溶湯が確実に検知される。

本鋳造装置の説明図で、一部を断面で示した正面図である。 減圧路断面積可変装置の説明図で、特に、拡大状態を示す図である。 減圧路断面積可変装置の説明図で、特に、縮小状態を示す図である。 ２系統の減圧路を有する他の実施形態の説明図である。 減圧路の一部が分割された他の実施形態の説明図である。

符号の説明

１鋳造装置、４鋳造金型、１１プランジャ、１２射出装置、１３減圧装置、１５減圧路、１７減圧バルブ、１８制御装置（制御部）、１９溶湯検知センサ、２０減圧路断面積可変装置、２３弁体、２５油圧シリンダ（駆動部）

Claims (6)

1. 鋳造金型のキャビティが減圧装置によって減圧され、溶湯検知センサが減圧路を流下する溶湯を検知することで減圧バルブが閉じられる鋳造方法であって、前記減圧路のうち前記溶湯検知センサが面する部分の断面積が、所定の鋳造タイミングで拡大状態と縮小状態とに切替えられることを特徴とする鋳造方法。
2. 鋳造初期には、前記減圧路のうち前記溶湯検知センサが面する部分の断面積が拡大状態にされて鋳造が行われ、鋳造初期から鋳造終期へ切替わるタイミングで該減圧路の断面積が縮小状態に切替えられることを特徴とする請求項１に記載の鋳造方法。
3. 低速充填時に、前記減圧路のうち前記溶湯検知センサが面する部分の断面積が拡大状態にされて鋳造が行われ、低速充填から高速充填へ切替わるタイミングで該減圧路の断面積が縮小状態に切替えられることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳造方法。
4. 鋳造金型のキャビティが減圧装置によって減圧され、溶湯検知センサが減圧路を流下する溶湯を検知することで、減圧バルブが閉じられる鋳造装置であって、前記減圧路のうち前記溶湯検知センサが面する部分の断面積が所定の鋳造タイミングで拡大状態と縮小状態とに切替えられる減圧路断面積可変装置を具備することを特徴とする鋳造装置。
5. 前記減圧路断面積可変装置は、前記減圧路に対して出没可能に設けられ、前記減圧路を挟んで前記溶湯検知センサに対向して配置される弁体と、該弁体を駆動して前記減圧路に対して突出／退避させる駆動部と、該駆動部の動作を制御する制御部と、を具備することを特徴とする請求項４に記載の鋳造装置。
6. 射出装置のプランジャ位置を検出するプランジャ位置検出センサを備え、前記減圧路断面積可変装置は、前記プランジャ位置検出センサの検出信号に基づいて前記制御部が前記駆動部の動作を制御することを特徴とする請求項４又は５に記載の鋳造装置。
   

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