JP5639853B2 - 低圧鋳造装置及び低圧鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、加圧室内の溶湯をストークを介して上昇させて金型へと充填する低圧鋳造装置及び低圧鋳造方法に関する。

一般に、加圧炉の上部に設置された金型と、加圧室内から金型へ連通するストークとを備え、加圧室内に貯留されたアルミニウム等の溶湯を加圧し、ストークから金型内へと充填する低圧鋳造装置が用いられている。このような低圧鋳造装置では、ストーク内で生じた酸化物が、次の鋳造工程時に金型内へと巻き込まれ、強度低下や亀裂起点等の鋳造欠陥を惹起する可能性がある。

そこで、ストーク内で発生した酸化物が金型内に巻き込まれることを防止するため、例えば、特許文献１には、加圧室内と金型内とを連通するストークの途中に、開閉弁を備える排出管を設けた低圧鋳造装置が提案されている。この装置は、排出管の開閉弁を開いた状態で加圧室内を加圧することにより、ストーク内を上昇する溶湯上面の酸化物を排出管から外部に排出し、その後、開閉弁を閉じることにより、酸化物が除去された溶湯を金型内へと充填し、所望の成形品を得るものである。

特開昭６２−２８９３６０号公報

上記特許文献１記載の装置は、酸化物と共に溶湯を排出管から外部へと排出する構成である。このため、酸化物を含まない清浄な溶湯までもが外部に排出され、歩留まりが低い。

さらに、該装置において、排出管は、加圧室外でストークに接続され、溶湯内には浸漬されていない。従って、排出管内で溶湯が冷やされて凝固堆積することから、排出管を頻繁に交換する必要があると共に、凝固を防止するためには、排出管にヒータ等を設置して内部の溶湯を加熱する必要があり、コストがかかる。しかも、金型内にストークを介して溶湯を充填する際には、開閉弁によって排出管を閉じる必要があるが、溶湯の凝固によって開閉弁が固着して作動不良を生じる可能性がある。そうすると、排出管の適切な開閉ができなくなるため、酸化物の金型内への混入や、金型内への溶湯の加圧不足等を生じることになる。

本発明は上記のような従来技術の問題を考慮してなされたものであり、ストーク内で発生する酸化物等の異物が金型内へと取り込まれることを防止することができる低圧鋳造装置及び低圧鋳造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る低圧鋳造装置は、溶湯を貯留する加圧室と、前記加圧室内を減圧する減圧装置と、前記加圧室内の前記溶湯を金型に充填するストークと、一端が前記ストーク内で開口し、他端が前記加圧室内の前記ストーク外で開口する排出管とを備えることを特徴とする。

このような構成によれば、一端がストーク内で開口し、他端が加圧室内のストーク外で開口する排出管を備えることにより、ストークを介して金型内に溶湯を充填して所望の成形品を製造し、該成形品を金型から離型する際又は離型した後に、減圧装置で加圧室内を減圧することで、ストーク内に生じた酸化物等の異物を排出管によってストーク外へと排出することができる。このため、ストーク内で発生した異物が次の鋳造工程で金型内へと取り込まれることが防止され、鋳造不良の発生を防止し、歩留まりを向上させることができる。また、排出管の前記他端が加圧室内で開口しているため、異物以外の清浄な溶湯が加圧室の外部に排出されず、歩留まりが一層向上する。さらに、排出管が加圧室内に設置されることから、該排出管内で溶湯が冷えて凝固することが防止される。しかも、排出管には、開閉弁等の駆動部が不要なため、機械的な作動不良等を生じることがなく、高い信頼性を有する。

前記排出管の前記一端は、前記加圧室内の溶湯に浸漬する位置に設置され、前記他端は、前記加圧室内の溶湯の湯面よりも上方に設置される。そうすると、ストーク内から異物を吸引する前記一端が溶湯内に浸漬配置されているため、異物を一層確実に吸い込むことができ、また、前記他端が湯面よりも上方にあることから、減圧装置に基づく排出管での吸引作用を一層円滑に生じさせることができる。しかも、排出管が溶湯に浸漬されていることにより、排出する溶湯が冷やされて凝固することを一層確実に防止できる。

前記排出管の前記一端が、前記ストークの内側の略中央部に配設されると、ストーク内の湯面付近の異物をより効果的に吸引・除去することができる。

前記排出管の前記一端が、その基端側から先端側に向かって天面側から底面側へと傾斜しながら開口していると、減圧装置の減圧作用下にストーク内を下降する異物を一層円滑に且つ確実に吸引することができる。

前記加圧室内に、前記排出管からの排出物を受け取る容器を設置すると、排出管から排出される排出物である異物を前記容器で受け取ることができ、該異物が加圧室の溶湯内に混入することを防止できる。この場合、前記容器は、網部材で形成されていると、排出管から排出される溶湯及びこれに含まれる異物のうち、該異物のみを捕捉して、清浄な溶湯は加圧室の溶湯内に容易に還流することができる。

本発明に係る低圧鋳造方法は、加圧室内を加圧することでストークを介して溶湯を上昇させ、該溶湯を金型に充填する工程と、前記加圧室内の加圧を停止し、前記金型を型開きする工程と、成形品の離型時又は離型後に、前記加圧室内を減圧する工程と、前記減圧によって前記ストーク内を下降する前記溶湯に含まれる異物を、前記ストーク内で一端が開口する排出管へと流入させ、前記ストーク外で前記加圧室内に開口する前記排出管の他端から排出する工程とを有することを特徴とする。ここで、前記排出管の前記一端は、前記加圧室内の溶湯に浸漬する位置に設置され、前記他端は、前記加圧室内の溶湯の湯面よりも上方に設置される。

このような方法によれば、低圧鋳造において、減圧によってストーク内を下降する溶湯に含まれる異物を、ストーク内で一端が開口する排出管へと流入させ、該排出管の他端から加圧室内のストーク外へと排出する工程を有する。これにより、ストーク内で発生した異物が次の鋳造工程で金型内へと取り込まれることが防止され、鋳造不良の発生を防止し、歩留まりを向上させることができる。

さらに、前記排出管の他端から排出した前記異物を、該他端の開口部付近に設置した容器によって捕捉すると共に、該異物と共に排出された前記溶湯を前記加圧室内へと還流させる工程を有すると、排出管で排出した異物が再びストーク内へと戻されることを確実に防止でき、また、清浄な溶湯が加圧室の溶湯内に還流することで歩留まりが向上する。

本発明によれば、一端がストーク内で開口し、他端が加圧室内のストーク外で開口する排出管を用いることにより、ストーク内に生じた酸化物等の異物を排出管によってストーク外へと排出することができる。このため、ストーク内で発生した異物が次の鋳造工程で金型内へと取り込まれることが防止され、鋳造不良の発生を防止し、歩留まりを向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る低圧鋳造装置の断面図である。 図１に示す低圧鋳造装置を用いた低圧鋳造方法の一例を示すフローチャートである。 図１に示す低圧鋳造装置の排出管によってストーク内の異物を排出している状態を示す断面図である。 図４Ａは、図１に示す低圧鋳造装置の排出管の吸入口及びその周辺部を示す平面断面図であり、図４Ｂは、吸入口の配置を変更した構成例を示す排出管の吸入口及びその周辺部を示す平面断面図である。 図５Ａは、変形例に係る排出管の要部拡大断面図であり、図５Ｂは、図５Ａに示す排出管の平面断面図である。

以下、本発明に係る低圧鋳造方法について、この方法を実施する低圧鋳造装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る低圧鋳造装置１０の断面図である。この低圧鋳造装置１０（以下、単に「鋳造装置１０」ともいう）は、加圧炉１２内部の加圧室１４で貯留する溶湯Ｍを加圧用気体供給口１６から導入する加圧用気体の加圧力により、ストーク１８を介して金型２０のキャビティ２０ａ内へと充填し、所望の鋳造品を成形する装置である。溶湯Ｍは、例えばアルミニウムやその合金等であり、鋳造品（成形品）は、例えば内燃機関のシリンダヘッド等である。

図１に示すように、鋳造装置１０は、内部に加圧室１４を有する加圧炉１２と、加圧炉１２の上面に設置される金型２０とを備える。なお、図１は、金型２０で所望の鋳造品を鋳造した直後に型開きをした状態での加圧炉１２内の状態を示している。

加圧炉１２は、上部が蓋２２によって閉塞される加圧室１４と、蓋２２を貫通して鉛直方向に設置されたストーク１８と、加圧室１４の側壁上部を貫通して設けられた加圧用気体供給口１６及び減圧装置２４とを備える。加圧室１４内には、一端がストーク１８内で開口し、他端がストーク１８外で開口する排出管２６と、排出管２６の前記他端から排出される排出物であるストーク１８内の異物２８を捕捉するトラップ（容器）３０とが備えられる。加圧室１４は、図示しないヒータによる温度制御により、溶湯Ｍを所望の温度範囲内で保持することができる。

加圧用気体供給口１６は、先端が加圧室１４内で開口し、開閉弁３２によって開閉可能な管路である。加圧用気体供給口１６は、所定の加圧用気体（例えば、脱水空気や不活性ガス）を加圧室１４内に供給し、その湯面を加圧して溶湯Ｍをストーク１８内へと上昇させ、金型２０内へと充填するための加圧装置である。加圧用気体供給口１６には、図示しない圧縮ポンプ等を接続するとよい。

減圧装置２４は、先端が加圧室１４内で開口し、開閉弁３４によって開閉可能な管路であり、加圧室１４内の気体を外部に流出させて該加圧室１４内を減圧するための装置である。減圧装置２４は、例えば、真空ポンプや大気開放用の配管等によって構成される。

蓋２２の上面にはダイベース３６が固定され、ダイベース３６上に金型２０が固定されている。つまり、ストーク１８は、蓋２２及びダイベース３６を貫通し、これにより金型２０の湯口２０ｂを介してキャビティ２０ａと加圧室１４とを連通する。

ストーク１８は、加圧用気体供給口１６によって加圧された加圧室１４内の溶湯Ｍを金型２０のキャビティ２０ａ内へと導入するための筒状部材であり、下端（下側開口部）１８ａが加圧室１４内で開口し、上端側が湯口２０ｂを介してキャビティ２０ａに連通している。

排出管２６は、ストーク１８内で生じる溶湯Ｍの酸化物や砂中子４２の残骸等の異物２８を吸入・除去し、該異物２８がストーク１８から金型２０内へと導入されることを防止するためのものである。

本実施形態の場合、排出管２６は、一端側の吸入口３８がストーク１８内で開口し（図４Ａも参照）、他端側の排出口４０が加圧室１４内のストーク１８外で開口し、その途中が屈曲して排出口４０側が上方に配置される管状部材である。排出管２６は、少なくとも金型２０からの成形品の離型時又は離型後に加圧室１４内を減圧する際、吸入口３８を含む大部分が加圧室１４（ストーク１８）内の溶湯Ｍに浸漬され、排出口４０が加圧室１４内の溶湯Ｍの湯面よりも上方位置（溶湯Ｍに浸漬されない位置）となるように設置される（図１参照）。

トラップ３０は、例えば、金属メッシュ等の網部材を上面が開口した矩形箱状（籠状）に成形した容器であり、網目の大きさ（孔径）は、酸化物等の異物２８を確実に捕捉でき、清浄な溶湯Ｍを円滑に通過させることができる程度に構成するとよい。トラップ３０は、加圧室１４内の溶湯Ｍの湯面付近に設置され、少なくとも鉛直方向に起立する各側壁３０ａの上端が湯面よりも上方に位置するように設置されることが好ましい。そうすると、捕捉した異物２８がトラップ３０の上部開口から溶湯Ｍ内へと流れ出すことを防止し、該異物２８をトラップ３０内に確実に留めておくことができる。

なお、図１では、トラップ３０を加圧室１４の内壁に固定・設置した構成例を示しているが、トラップ３０の配置は、排出管２６の排出口４０から排出される異物２８を受け止めることができる位置であればよく、例えば、図１中に２点鎖線で示すように排出口４０を囲繞するような位置・形状で設置してもよく、また、その形状や寸法は、鋳造装置１０や排出管２６の仕様や形状等に応じて適宜変更可能であることは勿論である。

次に、以上のように構成される低圧鋳造装置１０を用いた低圧鋳造方法の一例について、図２のフローチャートを参照しながら説明する。

先ず、加圧室１４内に所定量の溶湯Ｍを貯留した状態で、金型２０を型締めすると共に、減圧装置２４の開閉弁３４を閉じておく。この状態で、加圧用気体供給口１６の開閉弁３２を開き、加圧室１４内に加圧用気体を導入して溶湯Ｍを加圧することにより、ストーク１８内の湯面を押し上げ、湯口２０ｂを介して金型２０のキャビティ２０ａ内に溶湯Ｍを充填する（ステップＳ１）。この際、キャビティ２０ａ内に充填された溶湯Ｍが凝固するまではキャビティ２０ａ内の加圧（キュア）状態を維持しておくと（ステップＳ２）、キャビティ２０ａ内での湯廻り不良等が防止され、所望の品質を持った鋳造品を成形することができる。

キャビティ２０ａ内で溶湯Ｍが完全に凝固した後は、開閉弁３２を閉じて加圧用気体供給口１６からの加圧用気体の導入を停止し、金型２０を型開きする（ステップＳ３）。そうすると、ストーク１８内の湯面が湯口２０ｂ近傍から図１に示す程度の位置まで下がり、この状態では、ストーク１８の内壁に付着している酸化物や、金型２０内の砂中子４２の残骸や、アルミ片等の異物（ノロ）２８が、ストーク１８内の溶湯Ｍの湯面付近に集まっている（図１参照）。

そこで、金型２０から成形品（製品）を離型する時又離型した後に、開閉弁３４を開き、減圧装置２４によって加圧室１４内を減圧する（ステップＳ４）。そうすると、図３に示すように、排出管２６の排出口４０がストーク１８外で加圧室１４の湯面上方に開口しているため、ストーク１８内の異物２８が溶湯Ｍと共に排出管２６の吸入口３８で吸引され、排出口４０から加圧室１４内へと排出される（ステップＳ５）。

具体的には、排出管２６は、ストーク１８内で溶湯Ｍに浸漬する位置に吸入口３８を有することから、減圧装置２４による加圧室１４内の減圧によってストーク１８内の湯面が下がり、該湯面が吸入口３８まで達したときに、空気と共に表面の酸化物等の異物２８が排出管２６内に吸い込まれる。ここで、排出口４０近傍にはトラップ３０が設置されているため、排出管２６に吸い込まれた異物２８を含む溶湯Ｍは排出口４０からトラップ３０内へと排出される（図３参照）。その結果、異物２８はトラップ３０によって捕捉され、溶湯Ｍはトラップ３０の網目を通って加圧室１４内に貯留された溶湯Ｍ内へと還流される。

図３に示すように、ストーク１８内の異物２８を含む溶湯Ｍが排出管２６を介してストーク１８外に排出された後は、開閉弁３４を閉じて減圧装置２４による加圧室１４の減圧を停止し、ストーク１８内の湯面を加圧室１４内の湯面位置（図１参照）まで上昇させて次の鋳造工程に備えるとよい（ステップＳ６）。

以上のようにして１ショット分の鋳造工程が完了した後は、再び、上記のステップＳ１〜Ｓ６に示される各工程を繰り返すことにより、所望の成形品を順次製造することができる。

この場合、本実施形態に係る低圧鋳造装置１０では、溶湯Ｍを貯留する加圧室１４内に、一端の吸入口３８がストーク１８内で開口し、他端の排出口４０が加圧室１４内のストーク１８外で開口する排出管２６を備える。

従って、ストーク１８を介して金型２０内に溶湯Ｍを充填して所望の成形品を製造し、該成形品を金型２０から離型する際又は離型した後に、減圧装置２４で加圧室１４内を減圧することで、ストーク１８内に生じた酸化物等の異物２８を溶湯Ｍと共にストーク１８外へと排出することができる。このため、ストーク１８内で発生した異物２８が次の鋳造工程で金型２０のキャビティ２０ａ内へと取り込まれることが防止され、強度不足、起点割れ、湯廻り不良、圧漏れ等の鋳造不良の発生を防止し、歩留まりを向上させることができる。また、ストーク１８を上昇して冷えた溶湯Ｍを排出管２６によって加圧室１４内へと円滑に還流し、容易に適温まで戻して再利用することができ、湯廻り性がよく、歩留まりも高い。すなわち、排出管２６の排出口４０が加圧室１４内で開口しているため、排出口４０からの異物２８以外の清浄な溶湯Ｍが外部に排出されることがなく、歩留まりを一層向上させることができる。

排出管２６は、その全体が加圧室１４内に配設されているため、内部に残った溶湯Ｍが冷やされて凝固して管路が詰まることがなく、当該排出管２６の交換や、別途ヒータ等の設置が不要であり、製造コスト及びランニングコストが低い。しかも、排出管２６は、単純な管状部材で構成でき、開閉弁等の駆動部が不要な構造であることから、機械的な作動不良等を生じることがなく、高い信頼性を有する。

排出管２６は、一端側の吸入口３８が溶湯Ｍに浸漬する位置に設置され、他端側の排出口４０が溶湯Ｍの湯面よりも上方に設置される。つまり、ストーク１８内から異物２８を吸引する吸入口３８が溶湯Ｍ内に浸漬配置されているため、異物２８を一層確実に吸い込むことができる。一方、排出口４０が湯面よりも上方にあり、減圧装置２４で減圧される湯面上の空気層に位置していることから、排出管２６での吸引作用を一層円滑に生じさせることができ、さらに、排出口４０から排出される異物２８を一層容易にトラップ３０へと導入することができる。

鋳造装置１０では、排出管２６の排出口４０付近に、網部材からなるトラップ３０を設けたことにより、排出される溶湯Ｍに含まれる異物２８を確実に捕捉し、清浄な溶湯Ｍを加圧室１４内へと容易に還流することができる。これにより、排出管２６から排出される異物２８が再びストーク１８内へと戻されることを確実に防止することができ、しかも清浄な溶湯Ｍを容易に再利用することができる。なお、トラップ３０を省略した場合であっても、ストーク１８内の異物２８は排出管２６によってストーク１８外へと排出・分離されるため、この排出された異物２８が次の鋳造工程でストーク１８内へと巻き込まれることは十分に抑制することができる。

図１及び図４Ａに示すように、上記では、排出管２６の吸入口３８がストーク１８の内壁面近傍で開口している構成を例示した。但し、この構成の場合には、図４Ａ中に矢印で示すような流れがストーク１８内の湯面で生じ、異物２８の形状や量等によっては該異物２８を吸い込みきれず、特に、ストーク１８の中央部付近に異物２８が残留する可能性がある。

そこで、図４Ｂに示すように、排出管２６の吸入口３８をストーク１８内側の略中央部、つまりストーク１８の内円の略中心で開口するように設置するとよい。そうすると、図４Ｂ中の矢印に示されるような流れがストーク１８内の湯面で生じ、該湯面付近に滞留する異物２８をより効果的に吸引・除去することができる。勿論、吸入口３８は、ストーク１８内で開口していればよく、上記以外の位置に設置してもよいことは言うまでもない。なお、ストーク１８内での高さ方向での吸入口３８の位置は、減圧作用によってストーク１８内を下降する溶湯Ｍ中から異物２８を吸引することを考慮して、該ストーク１８の下端１８ａに近い位置に設置するとよい。また、加圧室１４内に加圧用気体を導入して溶湯Ｍを加圧することにより、キャビティ２０ａ内に溶湯Ｍを充填する際、押し下がる加圧室１４内の溶湯Ｍの湯面位置よりも吸入口３８の高さ位置を低く設定するのは言うまでもない。充填時の湯面位置が吸入口３８の高さ位置よりも低くなると、吸入口３８からキャビティ２０ａ内に加圧用気体が導入されてしまい、適切な成形ができなくなるからである。

上記のように、排出管２６は、減圧装置２４の減圧作用下にストーク１８内を下降する異物２８を溶湯Ｍと共に吸引する装置である。そこで、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、排出管２６に代えて、ストーク１８内で上方を指向して開口する吸入口３８ａを設けた排出管２６ａとして構成することも有効である。排出管２６ａを構成する吸入口３８ａは、基端側から先端側に向かって天面側から底面側へと傾斜しながら開口しており、つまり排出管２６の先端部分を斜めにカットした傾斜（テーパ）形状である。

吸入口３８ａは、ストーク１８内で上方を指向して開口しているため、減圧装置２４の減圧作用下にストーク１８内を下降する溶湯Ｍ及びこれに含まれる異物２８を一層円滑に且つ確実に吸引することができる。勿論、吸入口３８ａについても、ストーク１８の内側の略中央部で開口していると、一層確実に異物２８を吸引・除去することができる。

勿論、吸入口３８ａは傾斜面以外の形状であってもよく、要は、排出管２６ａのストーク１８側の開口が上方を指向していれば、異物２８のより円滑な吸引が可能であり、例えば、先端部分を排出管２６ａの軸線方向に沿ってカットした構成や、小片を先端部分の底面から舌状に突出させた構成等であってもよい。

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１０…低圧鋳造装置 １２…加圧炉
１４…加圧室 １６…加圧用気体供給口
１８…ストーク ２０…金型
２０ａ…キャビティ ２４…減圧装置
２６、２６ａ…排出管 ２８…異物
３０…トラップ ３８、３８ａ…吸入口
４０…排出口

Claims (7)

1. 溶湯を貯留する加圧室と、
   前記加圧室内を減圧する減圧装置と、
   前記加圧室内の前記溶湯を金型に充填するストークと、
   一端が前記ストーク内で開口し、他端が前記加圧室内の前記ストーク外で開口する排出管と、
   を備え、
   前記排出管の前記一端は、前記加圧室内の溶湯に浸漬する位置に設置され、前記他端は、前記加圧室内の溶湯の湯面よりも上方に設置されることを特徴とする低圧鋳造装置。
2. 請求項１記載の低圧鋳造装置において、
   前記排出管の前記一端は、前記ストークの内側の中央部に配設されることを特徴とする低圧鋳造装置。
3. 請求項１又は２記載の低圧鋳造装置において、
   前記排出管の前記一端は、その基端側から先端側に向かって天面側から底面側へと傾斜しながら開口していることを特徴とする低圧鋳造装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の低圧鋳造装置において、
   前記加圧室内に、前記排出管からの排出物を受け取る容器を設置したことを特徴とする低圧鋳造装置。
5. 請求項４記載の低圧鋳造装置において、
   前記容器は、網部材で形成されていることを特徴とする低圧鋳造装置。
6. 加圧室内を加圧することでストークを介して溶湯を上昇させ、該溶湯を金型に充填する工程と、
   前記加圧室内の加圧を停止し、前記金型を型開きする工程と、
   成形品の離型時又は離型後に、前記加圧室内を減圧する工程と、
   前記減圧によって前記ストーク内を下降する前記溶湯に含まれる異物を、前記ストーク内で一端が開口する排出管へと流入させ、前記ストーク外で前記加圧室内に開口する前記排出管の他端から排出する工程と、
   を有し、
   前記排出管の前記一端を、前記加圧室内の溶湯に浸漬する位置に設置し、且つ前記他端を、前記加圧室内の溶湯の湯面よりも上方に設置することを特徴とする低圧鋳造方法。
7. 請求項６記載の低圧鋳造方法において、
   さらに、前記排出管の他端から排出した前記異物を、該他端の開口部に設置した容器によって捕捉すると共に、該異物と共に排出された前記溶湯を前記加圧室内へと還流させる工程を有することを特徴とする低圧鋳造方法。

Images