JP2003200251A - 低圧鋳造方法及び低圧鋳造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳型への溶湯充填時の溶湯温度の低下を防止
して湯回り性を向上させ、安定した高品質の鋳造品が得
られる低圧鋳造方法及び低圧鋳造装置を提供する。 【解決手段】 上下方向に延在するストーク４２及びこ
のストーク４２の上端に湯口５１を介して連続するキャ
ビティ５０が形成された金型４５を有する鋳造機４０
と、溶湯６０が貯留される溶湯保持るつぼ１１及び溶湯
供給装置１５を有する保持炉１０を備え、溶湯供給装置
１５によって溶湯保持るつぼ１１内の溶湯６０を圧送し
てストーク４２内に予め設定された定溶湯面位置Ｌに押
し上げると共に逆流を防止した状態で、キャビティ５０
内に予め設定された高速充填湯面位置Ｌ１まで高速充填
速度で溶湯を圧送し、かつ高速充填速度から低速充填速
度に切り換えてキャビティ４５内への充填を完了させて
鋳造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、保持炉から供給さ
れる溶湯を鋳造機で鋳造する低圧鋳造方法及び低圧鋳造
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばアルミニウム合金等の鋳造には、
大量生産でき、凝固過程も合理的で寸法精度も良好であ
り、かつ設備費が比較的安価であることから低圧鋳造法
が広く行われている。

【０００３】この低圧鋳造法の概要を図９（ａ）に示す
低圧鋳造装置１００の概念図を参照して説明する。

【０００４】低圧鋳造装置１００は、溶湯保持炉１０１
に保持された溶湯保持るつぼ１０２、この溶湯保持るつ
ぼ１０２を密閉するるつぼ蓋１０３、るつぼ蓋１０３を
貫通して下端が溶湯保持るつぼ１０２内に延在するスト
ーク１０４、及びストーク１０４の上方に設置された金
型１０５を有し、更に、溶湯保持るつぼ１０２には溶湯
補給口及び圧縮空気入口管（図示せず）が設けられてい
る。

【０００５】鋳造にあたり、るつぼ蓋１０３によって密
閉された溶湯保持るつぼ１０２内に溶湯補給口より溶湯
１２０を所定量注入し、溶湯補給口を蓋等で閉鎖して準
備する。

【０００６】次に、圧縮空気入口管より比較的小さい圧
力のガス体、例えば圧縮空気を供給して溶湯面１２０ａ
を加圧し、この加圧力によって溶湯１２０をストーク１
０４内を通して押し上げて金型１０５のキャビティ１０
６内に注湯する。キャビティ１０６内に充填された溶湯
１２０はキャビティ１０６の上端側から凝固を始め、次
第に降下して湯口１０６ａの部分が最後に凝固する。

【０００７】湯口１０６ａの部分まで溶湯１２０の凝固
が完了するまで圧縮空気による溶湯保持るつぼ１０２内
の加圧力を保持し、湯口１０６ａまで凝固が完了した時
点で加圧を解除する。更に凝固して鋳物となり金型１０
５を開いて離型しても変形やかじりが発生しない温度ま
で鋳物の温度が降下した後、金型１０５から離型して鋳
物を鋳造品として搬出する。

【０００８】この溶湯面１２０ａの加圧によるキャビテ
ィ１０６内への注湯開始から溶湯１２０が湯口１０６ａ
まで凝固して加圧力を解除するまでの時間が注湯時間、
また更に凝固して鋳物となったものが金型１０５を開い
て離型したときに変形やかじりが発生しない温度まで鋳
物の温度が降下する時間を凝固時間と称している。

【０００９】これらの注湯時間及び凝固時間の設定は、
一般に予め実験的に確認した時間をもとに、鋳造毎に鋳
造作業者の経験と感で人為的に設定される。

【００１０】一方、溶湯保持るつぼ１０２に貯留された
溶湯１２０は、図９の（ａ）に示すように鋳造開始前に
溶湯面１２０ａが満杯レベルＬａになるように準備され
る。鋳造を開始して１回目の鋳造後には溶湯１２０の溶
湯面１２０ａが（ｂ）に示す湯面レベルＬｂに低下し、
更に２回目の鋳造後には溶湯面１２０ａが（ｃ）に示す
湯面レベルＬｃに低下する。同様に鋳造する毎に溶湯面
１２０ａが順次低下する。

【００１１】このように鋳造する毎に溶湯面１２０ａが
順次低下することから、鋳造毎に金型１０５のキャビテ
ィ１０６内への溶湯充填速度及び充填圧力が変化する。
この溶湯充填速度及び充填圧力の変化が発生することか
ら、図１０に示すように充填時間及び鋳造毎に降下した
溶湯面１２０ａの差分ｈに相当する圧力を鋳造毎に加え
るための加圧力、即ち充填圧力の圧力補正が行われる。
この充填圧力補正方法は、例えば図１１のように計算値
による鋳造毎の加圧値をパソコン１０７等に予め記憶し
ておき、このデータに従って制御装置１０８によって開
閉弁１０９を制御して、加圧力供給源１１０から供給さ
れる圧力ガスを自動的に調整して加圧する方法がある。

【００１２】また、他の充填圧力補正方法としては、鋳
造品の外観を鋳造毎に目視監視しながら、鋳造作業者の
経験と感により減圧弁（レギュレータ）を調整する方法
や、予め実験値より鋳造毎の加圧値を調べ、その加圧値
に基づいて鋳造毎に機械的に一定圧力を加える方法があ
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記低圧鋳造装置１０
０によると、金型１０５のキャビティ１０６内の鋳込み
が徐々に行われて先に流入した溶湯１２０は、後から押
し上げられた溶湯１２０に押されて先端に流れていくの
で、先端から先に凝固して密度の高い緻密な鋳造品がで
きる。

【００１４】しかし、鋳造毎に溶湯面１２０ａが降下し
た変化分だけ、溶湯面１２０ａからキャビティ１０６ま
での距離が鋳造毎に増大し、溶湯１２０をキャビティ１
０６への充填が完了するまでの溶湯１２０の移動距離が
増大変化する。このため、充填後にストーク１０４内に
戻る溶湯面１２０ａの位置が鋳造毎に増大変化する。こ
のストーク１０４内の溶湯面１２０ａの変化によってス
トーク１０４内の溶湯面１２０ａからキャビティ１０６
に到達する溶湯１２０移動時間が長くなり、キャビティ
１０６内に供給される溶湯１２０の温度が下降して鋳物
の湯回り不良や湯境いの発生等の湯回り性に影響を与え
る。特に、例えば肉厚が２ｍｍ以下の薄肉鋳物を安定し
た品質で連続生産することが不可能であった。

【００１５】一方、キャビティ１０６内への溶湯充填過
程で充填速度を一定以上に高めた場合、鋳造に用いてい
る砂中子を破損させたり、砂かみ、肌荒れ等を誘発し、
かつ充填圧力を急激に低下させることは、この低圧鋳造
では湯回りや湯境い等を発生させるため不可能であっ
た。

【００１６】また、鋳造数が多くなるにつれて、ストー
ク１０４内を溶湯１２０が移動する距離及び時間が長く
なり、ストーク１０４内で溶湯表面が空気と接触する時
間の増大に伴って溶湯１２０の酸化が促進され、ストー
ク１０４内の溶湯表面に酸化物を巻き込んでキャビティ
１０６内に押し上げて鋳造品の品質低下を招き、かつス
トーク１０４の内周面に堆積する酸化物が多くなると溶
湯通路断面積が小さくなり、押し湯不足による鋳物内部
へのひけ巣の発生等による鋳物品の品質低下が懸念され
る。

【００１７】従って、かかる点に鑑みなされた本発明の
目的は、鋳型への溶湯充填時の溶湯温度の低下を防止す
ると共に湯回り性を向上させ、安定した高品質の鋳造品
が得られる低圧鋳造方法及び低圧鋳造装置を提供するこ
とにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する請求
項１に記載の低圧鍛造方法の発明は、保持炉から供給さ
れる溶湯を鋳造機で鋳造する低圧鋳造方法において、上
下方向に延在するストーク及び該ストークの上端に湯口
を介して連続するキャビティが形成された金型を有する
鋳造機と、上記溶湯が貯留される溶湯保持るつぼ及び溶
湯供給装置を有する保持炉を備え、上記溶湯供給装置に
よって、上記溶湯保持るつぼ内の溶湯を圧送して上記ス
トーク内に予め設定された定溶湯面位置に押し上げると
共に逆流を防止した状態で、上記キャビティ内に予め設
定された高速充填湯面位置まで高速充填速度で溶湯を圧
送し、かつ該高速充填速度から低速充填速度に切り換え
て上記キャビティ内への充填を完了させて鋳造すること
を特徴とする。

【００１９】請求項１の発明によると、ストークからの
逆流を防止してストーク内の溶湯面が定溶湯面位置に維
持された状態で、溶湯供給装置から溶湯の圧送によって
ストーク内の溶湯面を押し上げてキャビティ内に充填す
ることから、各鋳造サイクルにおいて定溶湯面位置の溶
湯面からキャビティまでの距離が一定に維持される。こ
の結果、各鋳造サイクルにおいてストーク内で溶湯面を
押し上げてキャビティ内に充填する充填圧力制御を鋳造
毎に調整する必要がなく作動制御の簡素化が得られる。
また、定溶湯面位置からキャビティ内の高速充填湯面位
置まで高速で充填することにより短時間でキャビティ内
への溶湯充填が行われて溶湯の温度低下が抑制され、キ
ャビティへの充填時の溶湯流動性がよく、また、溶湯を
低速充填速度に切り換えることにより溶湯の乱流が有効
的に沈静化でき、温度低下の少ない沈静化された溶湯が
キャビティ内に充填されて内部に巻き込み欠陥のない高
品質の鋳造が可能である。

【００２０】また、溶湯が移動する際に、溶湯がストー
ク及びキャビティ内で空気に曝される時間が短く、酸化
物の生成が極めて少なく抑制されて鋳造品の品質低下が
回避され、かつストークの内周面に堆積する酸化物が抑
制されて溶湯通路断面積が確保されて湯口からの押し湯
効果が確保されて鋳造作業の効率化が得られる。

【００２１】請求項２に記載に発明は、請求項１の低圧
鋳造方法において、上記定溶湯面位置は、上記ストーク
の上端乃至上端近傍に設定されたことを特徴とする。

【００２２】請求項２の発明によると、定溶湯面位置を
ストークの上端乃至上端近傍に設定することによって、
充填の際の溶湯の移動距離がより短くなり溶湯の温度低
下がより抑制され、かつ溶湯が移動する際のストーク内
の空気に曝される時間の短縮が図られて酸化物の生成が
減少する。

【００２３】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２の低圧鋳造方法において、上記定溶湯面位置から高速
充填湯面位置までの溶湯供給は、予め設定された溶湯供
給時間で設定されたことを特徴とする。

【００２４】請求項３の発明によると、定溶湯面位置か
ら高速充填湯面位置までの溶湯供給を、予め実験等によ
って確認された溶湯供給時間により設定することによ
り、容易に安定的に作動制御することができる。

【００２５】上記目的を達成する請求項４に記載の低圧
鋳造装置の発明は、保持炉から供給される溶湯を鋳造機
で鋳造する低圧鋳造装置において、上記鋳造機は、上下
方向に延在するストークと、該ストークの上端に湯口を
介して連続するキャビティが形成された金型とを有し、
上記保持炉は、上記溶湯が貯留される溶湯保持るつぼ
と、該溶湯保持るつぼ内の溶湯を圧送して上記ストーク
内に予め設定された定溶湯面位置に押し上げると共に逆
流を防止した状態で、キャビティ内に予め設定された高
速充填湯面位置まで高速充填速度で溶湯を圧送し、かつ
該高速充填速度から低速充填速度に切り換えて上記キャ
ビティ内への充填を完了させる溶湯供給装置とを備えた
ことを特徴とする。

【００２６】請求項４の発明によると、保持炉に設けら
れた溶湯供給装置によって、溶湯保持るつぼ内に貯留さ
れた溶湯をストーク内に圧送して逆流が防止されたスト
ーク内の溶湯面が定溶湯面位置に維持された状態で、溶
湯供給装置からの溶湯の圧送によってストーク内の溶湯
面を押し上げてキャビティ内に充填することから、各鋳
造サイクルにおいて定溶湯面位置の溶湯面からキャビテ
ィまでの距離が一定に保持され、各鋳造サイクルにおい
てキャビティ内に充填する充填圧力制御が鋳造毎に調整
する必要がなく作動制御の簡素化が得られる。また定溶
湯面位置からキャビティ内の高速充填湯面位置までを高
速で充填することにより短時間でキャビティ内への溶湯
充填が行われて溶湯の温度低下が抑制される。この結
果、キャビティへの充填時の溶湯流動性がよく、また、
溶湯を低速充填速度に切り換えることにより溶湯の乱流
が有効的に沈静化でき、温度低下の少ない沈静化された
溶湯がキャビティ内に充填されて内部に巻き込み欠陥の
ない高品質の鋳造が可能である。

【００２７】また、溶湯が移動する際のストーク及びキ
ャビティ内で空気に曝される時間が短く、酸化物の生成
が極めて少なく抑制されて鋳造品の品質低下を招くこと
が回避され、かつストークの内周面に堆積する酸化物が
抑制されて溶湯通路断面積が確保されて湯口からの押し
湯効果が確保されて鋳造作業の効率化が得られる。

【００２８】請求項５に記載の発明は、請求項４の低圧
鋳造装置において、上記定溶湯面位置は、上記ストーク
の上端乃至上端近傍に設定されたことを特徴とする。

【００２９】請求項５の発明によると、定溶湯面位置を
ストークの上端乃至上端近傍に設定することによって、
充填の際の溶湯の移動距離がより短くなり充填の際の溶
湯の温度低下がより抑制され、かつ溶湯が移動する際の
ストーク内の空気に曝される時間の短縮が図られて酸化
物の生成が減少する。

【００３０】請求項６に記載の発明は、請求項４または
５の低圧鋳造装置において、上記溶湯供給装置は、上記
溶湯保持るつぼ内に貯留された溶湯に下部が浸漬された
密閉状態の加圧ポットと、該加圧ポットと上記ストーク
の下端とを連通する給湯管と、上記加圧ポットの下部に
穿設された吸込口を開閉する吸込口側弁体と、上記加圧
ポット内に開口する上記給湯管の吐出口を開閉する吐出
口側弁体と、上記加圧ポット内を加圧及び減圧する加圧
減圧手段とを有し、上記吐出口を閉じかつ吸込口を開い
て上記加圧減圧手段により上記加圧ポット内を減圧して
溶湯保持るつぼ内の溶湯を上記吸込口から加圧ポット内
に吸引し、かつ吸込口を閉じて上記加圧減圧手段によっ
て加圧ポット内を加圧すると共に吐出口を開いて加圧ポ
ット内の溶湯を給湯管を介してストーク内の定溶湯面位
置に押し上げ、更に加圧ポット内を加圧減圧手段による
高加圧によってキャビティ内に予め設定された高速充填
湯面位置まで高速充填速度で溶湯を圧送し、かつ加圧ポ
ット内を低圧加圧に切り換えて上記キャビティ内への充
填を完了させて鋳造し、かつ上記吐出口を閉じてストー
ク内の溶湯の逆流を防止した状態で金型を開型すること
を特徴とする。

【００３１】請求項６の発明は、溶湯供給装置をより具
体的構成にしたものであって、溶湯供給装置を溶湯保持
るつぼ内に貯留された溶湯に下部が浸漬された密閉状態
の加圧ポットと、加圧ポットとストークとを連通する給
湯管と、加圧ポットの下部に穿設された吸込口を開閉す
る吸込口側弁体と、加圧ポット内に開口する給湯管の吐
出口を開閉する吐出口側弁体と、加圧ポット内を加圧及
び減圧する加圧減圧手段とを有し、吐出口を閉じかつ吸
込口を開いて加圧減圧手段により加圧ポット内を減圧し
て溶湯保持るつぼ内の溶湯を加圧ポット内に吸引し、か
つ吸込口を閉じて加圧減圧手段によって加圧ポット内を
加圧すると共に吐出口を開いて加圧ポット内の溶湯を給
湯管を介してストーク内の定溶湯面位置に押し上げる。

【００３２】更に加圧ポット内を加圧減圧手段による高
加圧によってキャビティ内に予め設定された高速充填湯
面位置まで高速充填速度で溶湯を圧送し、かつ加圧減圧
手段による加圧ポット内を低圧加圧に切り換えて低速充
填速度で上記キャビティ内への充填を完了させて鋳造
し、かつ上記吐出口を閉じてストーク内の溶湯の逆流を
防止した状態で金型を開型する鋳造サイクルを繰り返す
ことによって、効率的に鋳造を繰り返すことができる。

【００３３】請求項７に記載の発明は、請求項６の低圧
鋳造装置にいて、上記加圧減圧手段による加圧ポット内
の低圧加圧切り換えに同期して加圧減圧手段により加圧
ポット内を吸引減圧することを特徴とする。

【００３４】請求項７の発明によると、加圧ポット内を
低減加圧に切り換えと同期して加圧ポット内を吸引減圧
することによって、急速に加圧ポット内を減圧すること
ができ、より有効的な鋳造作動が確保できる。

【００３５】請求項８に記載の発明は、請求項６または
７の低圧鋳造装置において、上記加圧減圧手段は、高圧
ガス供給源、該高圧ガス供給源と上記加圧ポットを連通
して高圧ガス供給源からの高圧ガス体を加圧ポットに供
給する高圧供給管路、該高圧供給管路に介在して開閉す
る高圧加圧弁を有する高圧加圧手段と、低圧ガス供給
源、該低圧ガス供給源と上記加圧ポットを連通して低圧
ガス供給源からの低圧ガス体を加圧ポットに供給する低
圧供給管路、該低圧供給管路に介在して開閉する低圧加
圧弁を有する低圧加圧手段と、減圧タンク、該減圧タン
クと上記加圧ポットを連通する排出管路、排出管路に介
在して開閉する排出弁を有する減圧手段とを備えたこと
を特徴とする。

【００３６】請求項８の発明は、加圧減圧手段を具体的
構成にしたものであって、高圧加圧手段の高圧加圧弁、
低圧加圧手段の低圧加圧弁、及び減圧手段の排出弁を適
宜切り換え作動することによって加圧ポット内の加圧及
び減圧されて有効的に鋳造作動が確保できる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明による低圧鋳造方法
及び低圧鋳造装置の実施の形態をアルミニウム合金の鋳
造を例に図１乃至図８を参照して説明する。

【００３８】図１は、保持炉１０及び鋳造機４０を備え
た低圧鋳造装置１の概念図であり、図２は鋳造機４０の
要部を示す図１のＡ部拡大図である。

【００３９】保持炉１０は、溶湯保温炉に支持されて溶
湯６０を保持する溶湯保持るつぼ１１を有し、溶湯保持
るつぼ１１の上方を覆うるつぼ蓋１２に溶湯供給装置１
５が吊下支持されてている。

【００４０】溶湯供給装置１５は、るつぼ蓋１２に吊下
支持され、上端が加圧ポット蓋１７によって密閉されて
下部が溶湯保持るつぼ１１内に貯留されたアルミニウム
合金の金属溶湯６０内に浸漬される有底筒状の加圧ポッ
ト１６を有している。

【００４１】加圧ポット１６の底部には溶湯保持るつぼ
１１内と連通する吸込口１６ａが穿設されている。加圧
ポット１６の側部下端近傍には、先端が鋳造機４０のス
トーク４２の下端に連通する給湯管１８の基端に穿設さ
れた吐出口１８ａが開口している。これら吸込口１６ａ
及び吐出口１８ａは、各々加圧ポット蓋１７に設けられ
たアクチュエータ１９及び２０によって駆動される吸込
口側弁体１９ａ及び吐出口側弁体２０ａによって開閉さ
れる。

【００４２】更に、溶湯供給装置１５には加圧ポット１
６内の圧力を制御する加圧減圧手段２２が設けられてい
る。加圧減圧手段２２は、図３に加圧回路図を示すよう
に比較的高圧の圧力ガス体、本実施の形態では比較的高
圧Ｐ１の圧縮空気を高圧ガス供給源２４から高圧加圧弁
２６が介在する供給管路２５を介して高速充填速度で加
圧ポット１６内に送り込む高圧加圧手段２３と、後述す
る充填保持圧Ｐ２となる比較的低圧の圧縮空気を低圧ガ
ス供給源２８から低圧加圧弁３０が介在する供給管路２
９を介して低速充填速度で加圧ポット１６内に連通する
低圧加圧手段２７と、排気弁３４が介在する排出管路３
３を介して加圧ポット１６に連通して減圧タンク３２に
よって加圧ポット１６内を減圧する減圧手段３１と、加
圧ポット１６内の圧力を検知すると共に該検知圧力に基
づいて低圧加圧弁３０及び排気弁３４を開閉制御する圧
力センサ３５によって形成されている。

【００４３】また、加圧ポット１６内には加圧ポット１
６内の溶湯６０の溶湯液面６０ａを検出するレベルセン
サ３６が配設されている。なお、これら溶湯供給装置１
５の各作動制御は、制御部（図示せず）によってなされ
る。

【００４４】一方、鋳造機４０は、基台４１に取付支持
されて上下に延在する筒状のストーク４２を有し、スト
ーク４２の下端に保持炉１０から導かれた給湯管１８の
先端が接続されている。

【００４５】ストーク４２の上方に金型４５が設置され
ている。本実施の形態における金型４５は、基台４１に
結合されかつストーク４２に締結された下型４６と、油
圧シリンダ等の金型作動機構（図示せず）によって下型
４６に対して接離可能に昇降する上型４７と、金型作動
機構によって互いに接離する水平方向に移動可能な横型
４８、４９によって構成され、下型４６、上型４７、横
型４８及び４９の各キャビティサイド４６ａ、４７ａ、
４８ａ、４９ａによってキャビティ５０を形成してい
る。

【００４６】下型４６には、上下方向の延在してストー
ク４２側とキャビティ５０側とを連通し、かつ中間部の
開口面積が比較的小さく上方及び下方に移行するに従っ
て次第に膨大する湯口５１が形成されている。

【００４７】金型４５には湯口５１内の上部位置に予め
設定された温度測定点ａの温度を検知する温度測定手段
が設けられている。温度測定手段は例えば、上型４７に
配置される鋳抜きピン等に内装された熱電温度計によっ
て構成することができる。

【００４８】この温度測定点ａの温度は、ストーク４２
内の溶湯６０の溶湯面６０ａが上昇して温度測定点ａに
接近するに従って上昇することから、所定位置の溶湯面
６０ａにおける温度測定点ａの位置、例えば後述する定
溶湯面位置Ｌまで上昇した溶湯面６０ａの位置を検出す
ることができる。この温度測定手段によって検知された
溶湯面６０ａの位置は、溶湯面検出信号として上記溶湯
供給装置１５の制御部に送られる。

【００４９】また、この温度測定点ａの温度は、キャビ
ティ５０内に注湯された溶湯６０の溶湯熱によって最高
値に達した後に、溶湯６０が上端或いは先端から凝固を
開始して次第に下降することから、湯口５１まで凝固が
進行した時点の温度測定点ａの温度を予め実験的に確認
して設定しておき、この温度に達した時点で温度測定手
段から注湯時間解除信号として制御部に発進する。更
に、凝固が進行して温度測定点ａの温度が降下し続け
て、凝固して鋳物となったものが金型４５を離型しても
変形やかじりが発生しない温度まで降下した時点の温度
を予め実験的に確認して設定しておき、この温度に達し
た時点で温度測定手段から制御部に凝固時間解除信号を
制御部に発する。

【００５０】なお、保持炉１０と鋳造機４０のストーク
４２間に配置される給湯管１８は、外周が給湯管用ヒー
タ５５によって被覆されて加熱及び保温され、かつスト
ーク４２も外周がストーク用ヒータ５６によって被覆さ
れて加熱及び保温される。この給湯管用ヒータ５５及び
ストーク用ヒータ５６は一体のヒータによって形成する
こともできる。

【００５１】次に、このように構成される低圧鋳造装置
１による鋳造方法について図４に示す湯詰め動作フロー
チャート及び図５に示す充填動作フローチャート及び図
６に示す充填加圧パターン説明図を参照して説明する。

【００５２】金型４５のキャビティ５０内への溶湯６０
の注湯に先だって鋳造機４０のストーク４２の所定の高
さ位置、例えばストーク４２の上端乃至上端近傍位置に
設定された充填開始湯面位置となる定湯面位置Ｌに溶湯
６０が達するまで湯詰めを行う。

【００５３】この湯詰め動作を図４の湯詰め動作フロー
チャートに従って説明する。予め、保持炉１０の溶湯保
持るつぼ１１内にアルミニウム合金を溶解した溶湯６０
を注湯し、所定量貯留して準備する。

【００５４】制御部からの指示により吐出口側弁体２０
ａによって給湯管１８の基端に開口する吐出口１８ａを
閉じる（ステップＳ１）。続いて吸込口側弁体１９ａに
よって閉鎖していた加圧ポット１６の底部の吸込口１６
ａを開放して溶湯保持るつぼ１１内と加圧ポット１６内
を連通する（ステップＳ２）。

【００５５】次に、排気弁３４を開放して排出管路３３
を介して減圧タンク３２により加圧タンク１６内を減圧
し、吸込口１６ａから溶湯保持るつぼ１１内の溶湯６０
を加圧ポット１６の上端近傍まで吸い込む（ステップＳ
３）。加圧ポット１６の上端近傍まで溶湯６０が吸い込
まれたことがレベルセンサ３６で検知されると、排気弁
３４を閉じて減圧を停止し、かつ吸込側弁体１９ａによ
って吸込口１６ａを閉じる（ステップＳ４）。

【００５６】次に、高圧加圧弁２６を開放して高圧ガス
供給源２４から加圧ポット１６内に圧縮空気を供給して
加圧ポット１６内の溶湯面を加圧し、かつ吐出口側弁体
２０ａにより閉じられていた吐出口１８ａを開き（ステ
ップ５）、加圧ポット１６内の溶湯６０を給湯管１８を
通じてストーク４２の上端乃至上端近傍位置に設定され
た定溶湯面位置Ｌまで押し上げる（ステップＳ６）。こ
の時の定溶湯面位置Ｌまで溶湯６０を押し上げる圧力を
定溶湯面圧力とする。

【００５７】この定溶湯面位置Ｌまでの溶湯６０の押し
上げは、定溶湯面位置Ｌまで溶湯６０を押し上げる際、
溶湯６０の押し上げに伴ってストーク４２内の溶湯面６
０ａが温度測定点ａに次第に近づくと、温度測定点ａの
温度が上昇し、この温度が予め実験的に得られれた定溶
湯面位置Ｌに溶湯面６０ａが位置する温度に達したこと
を温度測定手段によって検知することによって検出され
る。

【００５８】温度測定手段によって定溶湯面位置Ｌまで
押し上げられた溶湯面６０ａを検知する（ステップＳ
７）と、その溶湯面検出信号が温度測定手段から制御部
に送られ、高圧加圧弁２６を閉じて加圧ポット１６内の
加圧を停止し、かつ同時に吐出口１８ａを吐出口側弁体
２０ａによって閉じてストーク４２からの溶湯６０の逆
流を防止して、定溶湯面圧力を維持することによって溶
湯面６０ａを定溶湯面位置Ｌに保持する（ステップＳ
８）。

【００５９】ステップＳ１からステップＳ８までの湯詰
め動作に続いて金型５０のキャビティ５０へ溶湯６０を
充填する充填動作が開始される。

【００６０】次に、充填動作について図５に示す充填動
作フローチャート及び図６に示す充填加圧パターン説明
図を参照して説明する。

【００６１】吐出口側弁体２０ａによって吐出口１８ａ
を閉じてストーク４２内の溶湯６０の溶湯面６０ａが定
溶湯面位置Ｌに保持された状態（ステップＳ１１）で、
吸込口側弁体１９ａによって閉鎖していた吸込口１６ａ
を開放して加圧ポット１６内の定溶湯面圧力保持を開放
する（ステップＳ１２）。

【００６２】次に、排気弁３４を開放して排出管路３３
を介して減圧タンク３２により加圧タンク１６内を減圧
して、吸込口１６ａからキャビティ５０による１鋳造分
の溶湯６０を加圧ポット１６内に吸い込む（ステップＳ
１３）。加圧ポット１６内に１鋳造分の溶湯６０を吸い
込むと、排出弁３４を閉じて減圧タンク３２による減圧
を停止し、かつ吸込側弁体１９ａによって吸込口１６ａ
を閉じる（ステップＳ１４）。この加圧ポット１６内に
吸い込み供給される１鋳造分の溶湯量は、予め実験的に
求められ、加圧ポット１６に設けられたレベルセンサ３
６によって一定位置までの吸い込みを検知することによ
って一定量を確保する。

【００６３】続いて、図３に示すように低圧加圧弁３０
及び排気弁３４を閉じた状態で高圧加圧弁２６を開き、
高圧ガス供給源２４から高圧の圧縮空気を供給管路２５
を介して加圧ポット１６内に送り込み溶湯面を加圧し、
かつ吐出口側弁体２０ａによって閉鎖していた吐出口１
８ａを開く（ステップＳ１５）。開放された吐出口１８
ａから給湯管１８を通してストーク４２内に溶湯６０を
圧送して溶湯面６０ａが定溶湯面位置Ｌから押し上げら
れてキャビティ５０内への高速充填速度による溶湯の充
填が開始する。

【００６４】この高圧加圧弁２６の開放による加圧ポッ
ト１６内の加圧は、図６の充填加圧パターン説明図に加
圧ポット１６内の圧力を示すように、高圧ガス供給源２
４から供給される高圧の圧縮空気によって急激に高めら
れ、溶湯面が大きな高速充填圧力Ｐ１の加圧力で加圧さ
れる。この結果、溶湯６０が給湯管１８を通してストー
ク４２内に高圧で圧送されて溶湯面６０ａが定溶湯面位
置Ｌから押し上げられてキャビティ５０内に予め設定さ
れた高速充填湯面位置Ｌ１まで高速充填速度で充填され
る（ステップＳ１６）。

【００６５】この高速充填位置Ｌ１までの溶湯の高速充
填は、高圧加圧弁２６を開放から溶湯６０の溶湯面６０
ａが高速充填湯面位置Ｌ１に押し上げに要する溶湯の充
填時間を予め実験的に確認して設定しておき、この高速
充填時間Ｔ１を経過した時点で制御部からの信号によっ
て図７に示すように高圧加圧弁２６を閉じ、かつ排気弁
３４を開き（ステップＳ１７）、キャビティ５０内への
高速充填を停止すると共に減圧タンク３２により強制的
吸引することによって図６に示すように加圧ポット１６
内を急激に減圧させる。

【００６６】加圧タンク１６内が減圧されて加圧タンク
１６内の圧力が予め設定された充填保持圧Ｐ２より若干
大きな充填保持圧力Ｐ２に補正圧力αを加算した圧力Ｐ
２＋αを圧力センサ３５が検知する（ステップＳ１８）
と、制御部からの信号によって図８に示すように排気弁
３４を閉じ、かつ低圧加圧弁３０を開放して（ステップ
Ｓ１９）、低圧ガス供給源２８から低圧の圧縮空気を低
速充填速度で加圧ポット１６内に供給して加圧ポット１
６内を充填保持圧Ｐ２に保持する。

【００６７】ステップＳ１６により加圧ポット１６内の
減圧開始からステップＳ１９の低圧加圧弁３０を開放す
る間の急激に加圧ポット１６の減圧する間に、加圧ポッ
ト１６内の加圧力による溶湯面の加圧によって、溶湯６
０が給湯管１８を通してストーク４２内に圧送されて溶
湯面６０ａが図２に示す高速充填湯面位置Ｌ１からキャ
ビティ５０内の充填が完了する充填完了湯面位置Ｌ２ま
で上昇してキャビティ５０が溶湯６０によって充填され
る。

【００６８】ここで、仮にステップＳ１８において加圧
ポット１６内の圧力が充填保持圧力Ｐ２まで減圧された
時点で排気弁３４を閉じ、かつ低圧加圧弁３０を開放す
ると、慣性によって予め設定された充填保持圧Ｐ２より
低下する。これを回避するために上記のように、ステッ
プＳ１７により圧力Ｐ２に補正圧力αを加算した圧力Ｐ
２＋αを圧力センサ３５が検出した時点で予め排気弁３
４を閉じることによって加圧ポット１６内の圧力を充填
保持圧Ｐ２に減圧することができる。この補正圧力α
は、予め実験的に確認して設定しておく。

【００６９】ステップＳ１８によって低圧加圧弁３０が
開放され低圧ガス供給源２８からの圧縮空気を加圧ポッ
ト１６内に低速充填速度で供給して加圧ポット１６内が
充填保持圧Ｐ２に保持される。このキャビティ５０内に
充填された溶湯６０の溶湯熱により温度測定点ａの温度
上昇が開始し、温度測定手段の検出温度が上昇する。

【００７０】溶湯熱により温度測定点ａの温度が最高
点、例えば６００℃に達した後、キャビティ５０内に充
填された溶湯６０は上端から凝固を開始し、この凝固の
進行に伴って温度測定点ａの温度は下降を開始する。

【００７１】湯口５１の部分まで凝固が進行し、予め設
定された温度測定点ａまで凝固が進行した時点の温度ま
で下降した温度、例えば５３０℃を温度測定手段が検知
する（ステップＳ２０）と、温度検出手段から加圧保持
解除信号を送り、低圧加圧弁３０を閉じ（ステップＳ２
１）て加圧ポット１６の加圧を停止して保持圧力を解除
すると同時に吐出口１８ａを吐出口側弁体２０ａによっ
て閉じてストーク４２からの溶湯６０の逆流を防止し
て、定溶湯面圧力を維持することによって溶湯面６０ａ
を定溶湯面位置Ｌに保持する（ステップＳ２２）。この
ステップ１８によって充填完了保持加圧弁２９を閉じて
からステップＳ２０の低圧加圧弁３０を閉じるまでの時
間が充填完了保持時間Ｔ２であって、この充填完了保持
時間Ｔ２は予め実験等によって確認しておくことによっ
て、時間によって管理することもできる。

【００７２】更に、キャビティ５０内の凝固が進行して
温度測定点ａの温度が降下し続けて、凝固して鋳物とな
ったものが金型４５から離型しても変形やかじりが発生
しない温度、例えば４９０℃を温度検出手段が検知する
と、温度検出検出手段から凝固時間解除信号として制御
部に信号を発し、金型４５を開き、キャビティ５０内で
凝固した鋳物を取り出して１鋳造サイクルが完了する
（ステップＳ２３）。しかる後、金型４５を閉じて次の
溶湯充填待機状態にする。

【００７３】続いて繰返し行われる充填動作は、吐出口
側弁体２０ａによって吐出口１８ａを閉じてストーク４
２内の溶湯面６０ａを定溶湯面位置Ｌに保持した状態
で、吸込口側弁体１９ａによって吸込口１６ａを開放し
て加圧ポット１６内の定溶湯面の圧力を開放するステッ
プ１１から、金型４５を開き、キャビティ５０内で凝固
した鋳物を取り出すステップ２１を経て金型４０を閉じ
て次の溶湯充填待機状態にするステップ１１からステッ
プ２１を繰り返すことによって、連続して鋳造が繰り返
し行われる。

【００７４】上記低圧鋳造方法及び低圧鋳造装置１によ
ると、ストーク４２からの逆流を防止してキャビティ５
０の直下でストーク４２内の溶湯面６０ａが定溶湯面位
置Ｌに維持された状態で、溶湯供給装置１５からの溶湯
６０の押し出しによってストーク４２内の溶湯面６０ａ
を押し上げてキャビティ５０内に充填することから、各
鋳造サイクルにおいて定溶湯面位置Ｌの溶湯面６０ａか
らキャビティ５０までが近く、押し上げによる定溶湯面
位置Ｌからの溶湯６０の移動距離が短く、かつ定湯面位
置Ｌからキャビティ５０内の高速充填湯面位置Ｌ２まで
高速充填速度で高速充填することにより、短時間でキャ
ビティ５０内への溶湯充填が行われる。この結果、溶湯
６０の温度低下が抑制され、キャビティ５０内に注湯さ
れる溶湯６０の温度が維持されて、キャビティ５０への
充填時の溶湯流動性がよく、また、キャビティ５０の高
速充填湯面位置Ｌ２まで高速充填された溶湯６０を急激
に充填保持圧Ｐ２に切り換えることにより溶湯６０の乱
流が有効的に沈静化でき、温度低下の少ない沈静化され
た溶湯６０がキャビティ５０内に充填されて、湯回り性
に優れ、内部に巻き込み欠陥のない高品質の鋳造が可能
である。

【００７５】この湯回り性が確保されることから、例え
ば従来の低圧鍛造では不可能であった肉厚２ｍｍの薄肉
鋳物の連続した安定生産が可能になり、薄肉鋳物の鋳造
が可能になることから、鋳物の軽量化が可能になる。な
お、本実施の形態による鋳造装置１によると、従来９ｋ
ｇのシリンダヘッドを１．２ｋｇ（１３％）軽量化する
ことができた。

【００７６】更に、充填時の溶湯６０の移動時間が極め
て短く、溶湯６０が移動する際のストーク４２及びキャ
ビティ５０内で空気に曝される時間が短く、酸化物の生
成が極めて少なく、酸化物が溶湯６０に巻き込まれるこ
とによる鋳造品の品質低下を招くことが回避され、かつ
ストーク４２の内周面に堆積する酸化物が抑制されて溶
湯通路断面積が確保され、湯口からの押し湯効果が確保
されて鋳造作業の効率化が得られる。

【００７７】また、定溶湯面位置Ｌから高速充填湯面位
置Ｌ１までの高速充填に要する高速充填時間Ｔ１、高速
充填湯面位置Ｌ１から充填完了液面位置Ｌ２までの低速
充填に要する充填完了保持時間Ｔ２を予め実験等によっ
て確認しておくことによって、溶湯供給装置１５の高圧
加圧弁２６、低圧加圧弁３０、排気弁３４の作動を時間
によって管理することができ、各作動制御をの簡素化が
可能になると共に、溶湯６０の充填速度を制御すること
ができる。

【００７８】また、定溶湯面位置Ｌからキャビティ５０
内の高速充填湯面位置Ｌ１まで溶湯６０を高速充填する
ことから、注湯時間Ｔの大幅な短縮が可能になり、鋳造
作業効率の向上が期待できる。

【００７９】

【発明の効果】以上説明した低圧鋳造方法及び低圧鋳造
装置によると、保持炉に設けられた溶湯供給装置によっ
て、溶湯保持るつぼ内に貯留された溶湯をストーク内に
圧送して逆流が防止されたストーク内の溶湯面が定溶湯
面位置に維持された状態で、溶湯供給装置から溶湯の圧
送によってキャビティ内に充填することから、各鋳造サ
イクルにおいて定溶湯面位置の溶湯面からキャビティま
での距離が一定であり、各鋳造サイクルにおいてストー
ク内の溶湯面を押し上げてキャビティ内に充填する充填
圧力制御を鋳造毎に調整する必要がなく作動制御の簡素
化が得られる。また、定溶湯面位置からキャビティ内の
高速充填湯面位置まで高速で充填することにより短時間
でキャビティ内への溶湯充填が行われて溶湯の温度低下
が抑制され、充填時の溶湯流動性がよく、更に溶湯を低
速充填速度に切り換えることにより溶湯の乱流が有効的
に沈静化でき、内部に巻き込み欠陥のない高品質の鋳造
が可能である。

【００８０】また、溶湯が移動する際のストーク及びキ
ャビティ内で空気に曝される時間が短く、酸化物の生成
が極めて少なく鋳造品の品質低下を招くことが回避さ
れ、かつストークの内周面に堆積する酸化物が抑制され
て溶湯通路断面積が確保されて湯口からの押し湯効果が
確保されて鋳造作業の効率化が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による低圧鋳造方法及び低圧鋳造装置の
実施の形態の概要を示す低圧鋳造装置の概念図である。

【図２】同じく、図１のＡ部拡大図である。

【図３】同じく、加圧減圧手段の加圧回路路図である。

【図４】同じく、湯詰め動作フローチャートである。

【図５】同じく、充填動作フローチャートである。

【図６】同じく、充填加圧パターン説明図である。

【図７】同じく、加圧減圧手段の作動を説明する加圧回
路図である。

【図８】同じく、加圧減圧手段の作動を説明する加圧回
路図である。

【図９】従来の低圧鋳造装置の概念図である。

【図１０】同じく、従来の充填圧力の圧力補正の説明図
である。

【図１１】同じく、従来の充填圧力の圧力補正の説明図
である。

【符号の説明】

１ 低圧鋳造装置 １０ 保持炉 １１ 溶湯保持るつぼ １２ るつぼ蓋 １５ 溶湯供給装置 １６ 加圧ポット １６ａ 吸込口 １７ 加圧ポット蓋 １８ 給湯管 １８ａ 吐出口 １９ａ 吸込口側弁体 ２０ａ 吐出口側弁体 ２２ 加圧減圧手段 ２３ 高圧加圧手段 ２４ 高圧ガス供給源 ２５ 供給管路 ２６ 高圧加圧弁 ２７ 低圧加圧手段 ２８ 低圧ガス供給源 ２９ 供給管路 ３０ 低圧加圧弁 ３１ 減圧手段 ３２ 減圧タンク ３３ 排出管路 ３４ 排気弁 ３５ 圧力センサ ４０ 鋳造機 ４１ 基台 ４２ ストーク ４５ 金型 ５０ キャビティ ５１ 湯口 ６０ 溶湯 ６０ａ 溶湯面 ａ 温度測定点 Ｌ 定溶湯面位置 Ｌ１ 高速充填湯面位置 Ｌ２ 充填完了湯面位置

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２２Ｄ 39/06 Ｂ２２Ｄ 39/06 45/00 45/00 Ｂ (72)発明者 寺内 博 埼玉県行田市富士見町１丁目21番地１ 株 式会社東京軽合金製作所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 保持炉から供給される溶湯を鋳造機で鋳
   造する低圧鋳造方法において、 上下方向に延在するストーク及び該ストークの上端に湯
   口を介して連続するキャビティが形成された金型を有す
   る鋳造機と、上記溶湯が貯留される溶湯保持るつぼ及び
   溶湯供給装置を有する保持炉を備え、 上記溶湯供給装置によって、上記溶湯保持るつぼ内の溶
   湯を圧送して上記ストーク内に予め設定された定溶湯面
   位置に押し上げると共に逆流を防止した状態で、上記キ
   ャビティ内に予め設定された高速充填湯面位置まで高速
   充填速度で溶湯を圧送し、かつ該高速充填速度から低速
   充填速度に切り換えて上記キャビティ内への充填を完了
   させて鋳造することを特徴とする低圧鋳造方法。
2. 【請求項２】 上記定溶湯面位置は、上記ストークの上
   端乃至上端近傍に設定されたことを特徴とする請求項１
   に記載の低圧鋳造方法。
3. 【請求項３】 上記定溶湯面位置から高速充填湯面位置
   までの溶湯供給は、予め設定された溶湯供給時間で設定
   されたことを特徴とする請求項１または２に記載の低圧
   鋳造方法。
4. 【請求項４】 保持炉から供給される溶湯を鋳造機で鋳
   造する低圧鋳造装置において、 上記鋳造機は、 上下方向に延在するストークと、 該ストークの上端に湯口を介して連続するキャビティが
   形成された金型とを有し、 上記保持炉は、 上記溶湯が貯留される溶湯保持るつぼと、 該溶湯保持るつぼ内の溶湯を圧送して上記ストーク内に
   予め設定された定溶湯面位置に押し上げると共に逆流を
   防止した状態で、キャビティ内に予め設定された高速充
   填湯面位置まで高速充填速度で溶湯を圧送し、かつ該高
   速充填速度から低速充填速度に切り換えて上記キャビテ
   ィ内への充填を完了させる溶湯供給装置とを備えた、こ
   とを特徴とする低圧鋳造装置。
5. 【請求項５】 上記定溶湯面位置は、上記ストークの上
   端乃至上端近傍に設定されたことを特徴とする請求項４
   に記載の低圧鋳造装置。
6. 【請求項６】 上記溶湯供給装置は、 上記溶湯保持るつぼ内に貯留された溶湯に下部が浸漬さ
   れた密閉状態の加圧ポットと、 該加圧ポットと上記ストークの下端とを連通する給湯管
   と、 上記加圧ポットの下部に穿設された吸込口を開閉する吸
   込口側弁体と、 上記加圧ポット内に開口する上記給湯管の吐出口を開閉
   する吐出口側弁体と、 上記加圧ポット内を加圧及び減圧する加圧減圧手段とを
   有し、 上記吐出口を閉じかつ吸込口を開いて上記加圧減圧手段
   により上記加圧ポット内を減圧して溶湯保持るつぼ内の
   溶湯を上記吸込口から加圧ポット内に吸引し、かつ吸込
   口を閉じて上記加圧減圧手段によって加圧ポット内を加
   圧すると共に吐出口を開いて加圧ポット内の溶湯を給湯
   管を介してストーク内の定溶湯面位置に押し上げ、更に
   加圧ポット内を加圧減圧手段による高加圧によってキャ
   ビティ内に予め設定された高速充填湯面位置まで高速充
   填速度で溶湯を圧送し、かつ加圧ポット内を低圧加圧に
   切り換えて上記キャビティ内への充填を完了させて鋳造
   し、かつ上記吐出口を閉じてストーク内の溶湯の逆流を
   防止した状態で金型を開型することを特徴とする請求項
   ４または５に記載の低圧鋳造装置。
7. 【請求項７】 上記加圧減圧手段による加圧ポット内の
   低圧加圧切り換えに同期して加圧減圧手段により加圧ポ
   ット内を吸引減圧することを特徴とする請求項６に記載
   の低圧鋳造装置。
8. 【請求項８】 上記加圧減圧手段は、 高圧ガス供給源、該高圧ガス供給源と上記加圧ポットを
   連通して高圧ガス供給源からの高圧ガス体を加圧ポット
   に供給する高圧供給管路、該高圧供給管路に介在して開
   閉する高圧加圧弁を有する高圧加圧手段と、 低圧ガス供給源、該低圧ガス供給源と上記加圧ポットを
   連通して低圧ガス供給源からの低圧ガス体を加圧ポット
   に供給する低圧供給管路、該低圧供給管路に介在して開
   閉する低圧加圧弁を有する低圧加圧手段と、 減圧タンク、該減圧タンクと上記加圧ポットを連通する
   排出管路、排出管路に介在して開閉する排出弁を有する
   減圧手段とを備えた、ことを特徴とする請求項６または
   ７に記載の低圧鋳造装置。