JP2007319891A - 低圧鋳造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エアベントや吸引手段に頼ることなく、しかも特別の駆動手段に頼ることなく、砂中子から発生するガスを円滑に外部へ排出できる低圧鋳造装置を提供する。
【解決手段】砂中子１１を納めた金型１のキャビティ８内にストーク９を通じて保持炉内の溶湯を低圧で押上げて注入し、溶湯Ｍの注入に応じて前記砂中子から発生するガスを金型に形成したガス排出孔２０から外部へ逃がす低圧鋳造装置において、前記ガス排出孔２０の流路断面積をガスが逃げ易いように大きく設定し、キャビティ８内には浮体２１を配設して、該浮体２１をガス排出孔２０を通して上型６の上面に配置した天秤式支持手段２２に支持させ、キャビティ８内の湯面上昇に応じて浮体２１を上昇させて、キャビティ８内に溶湯Ｍが充填されるタイミングで浮体２１によりガス排出孔２０を塞いで、溶湯Ｍが外部へ流出するのを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、金型のキャビティ内にストークを通じて保持炉内の溶湯を低圧で押上げて注入する低圧鋳造装置に係り、特に金型内に砂中子を納めて鋳造を行う低圧鋳造装置に関する。

金型内に砂中子を納めて低圧鋳造を行うと、溶湯との接触で砂中子から多量のガスが発生する。このため、従来は、例えば、特許文献１に記載されるように、金型に流路（ガス排出孔）を形成すると共に、このガス排出孔のキャビティ側開口部にエアベントを配設し、砂中子から発生したガスを前記エアベント及びガス排出孔を経て金型外部へ吸引排気するようにしていた。

しかしながら、上記特許文献１に記載のガス排出方式によれば、砂中子から発生するガスに含まれるタール成分がエアベントにヤニとして付着するため、エアベントが目詰りを起こし易く、頻繁にエアベントの交換を行わなければならない、という問題があった。また、上記したように強制的に吸引排気するものでは、前記タール成分が吸引側にも回るため、配管や吸引ポンプにヤニが付着し、それらのメンテナンス（洗浄）もかなりの頻度で行わなければならない、という問題があった。

ところで、特許文献２には、ダイカスト用ではあるが、金型に形成したガス排出路内に弁を配設し、常時はばねにより弁を開弁状態に維持してガスの排出を行い、ガスを排出し終わったタイミングで、溶湯の慣性力によりばね力に抗して弁を移動させてガス排出路を塞ぎ、溶湯の流出を防ぐガス抜き装置が開示されている。このガス抜き装置によれば、弁により溶湯の流出を防止できるため、ガス排出路（ガス排出孔）の流路断面積を大きくすることができ、上記した砂中子を必要とする低圧鋳造に適用すれば、エアベントや吸引手段に頼ることなくガスを円滑に外部へ排出できるようになると期待される。

特開平６−１４２８８６号公報 実公昭５９−１９５５４号公報

しかしながら、低圧鋳造では、比較的緩慢に溶湯がキャビティに注入されるため、溶湯の慣性力が小さく、上記特許文献２に記載されるガス抜き装置をそのまま低圧鋳造に適用した場合は、ばね力に抗して弁を移動させることが困難で、別途弁を移動させるための特別の駆動手段が必要になって、装置構造の複雑化が避けられないようになる。

本発明は、上記した技術的背景に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、エアベントや吸引手段に頼ることなく、しかも特別の駆動手段に頼ることなく、砂中子から発生するガスを円滑に外部へ排出できる低圧鋳造装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、砂中子を納めた金型のキャビティ内にストークを通じて保持炉内の溶湯を低圧で押上げて注入し、溶湯の注入に応じて前記砂中子から発生するガスを金型に形成したガス排出孔から外部へ逃がす低圧鋳造装置において、前記金型内に、前記キャビティ内へ注入された溶湯から浮力を受けて上昇し、該キャビティ内への溶湯の充填に応じて前記ガス排出孔を塞ぐ浮体を配設したことを特徴とする。

このように構成した低圧鋳造装置においては、キャビティ内へ注入された溶湯の湯面上昇に応じて浮体が上昇し、ガス排出孔を塞ぐので、ガス排出孔の流路断面積を大きくしても外部への溶湯流出を防ぐことができる。したがって、目詰りを起こし易いエアベントが不要になることはもちろん、ガスを強制排出するための吸引手段が不要になり、その上、ガス排出孔を遮断するための特別の駆動手段も不要になる。

本発明は、金型の上面に天秤式の支持装置を配設し、該支持装置の揺動アームの一端部に、ガス排出孔を通して浮体を吊下支持させると共に、該揺動アームの他端部に重錘を支持させた構成とすることができる。このように構成した場合は、浮体の自重に対して重錘を適当にバランスさせることで、小さな浮力でも浮体が上昇し、ガス排出孔の閉塞に遅滞を生じることがなくなって、装置に対する信頼性が向上する。

本発明はまた、金型に、ガス排出孔と平行にサブガス排出孔を形成し、前記サブガス排出孔内に弁体を配置すると共に、該弁体を、重錘に代えて支持装置の揺動アームの他端部に吊下支持させ、浮体の上昇に応じて前記弁体を下降させて、前記サブガス排出孔のキャビティ側開口部を塞ぐ構成とすることができる。このように構成した場合は、サブガス排出孔からもガスが排出されるので、砂中子から発生する多量のガスを速やかに外部へ排出ことができる。

本発明に係る鋳造用金型によれば、エアベントや吸引手段あるいは特別の駆動手段に頼ることなく、砂中子から発生するガスを円滑に外部へ排出することができるので、生産効率の向上と設備コストの低減とに大きく寄与するものとなる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態である低圧鋳造装置の要部構造を示したものである。図において、１は金型で、図示を略す保持炉の上部に配置したダイベース２上に固定された下型３と、ダイベース２の上方に昇降可能に配設した可動プラテン４にスペーサ５を介して支持された上型６と、下型３の上面に沿ってスライド可能に配設された複数の横型７とからなっている。可動プラテン４は昇降用シリンダ（図示略）により、横型７はスライド用シリンダ（図示略）によりそれぞれ駆動されるようになっており、これらシリンダにより可動プラテン４および横型７を移動させることで、下型３に対して上型６および横型７が型閉じされ、これらの相互間に鋳造空間としてのキャビティ８が形成される。一方、ダイベース２には、先端を前記保持炉内まで延ばしたストーク９が取付けられており、鋳造時には、保持炉内を加圧することで、該保持炉内の溶湯Ｍがストーク９および下型３に形成した湯口部１０を通じて前記キャビティ８内に押上げられるようになる。

１１は、上記金型１の内部に納められた砂中子１１である。砂中子１１は、その両端に設けた幅木部１１ａを横型７に形成された支持孔７ａに嵌入させることで、左右の横型７に両持ち状態で支持されている。また、上型６の背面側のスペーサ５で囲まれた空域には、押出板１２が配設されている。押出板１２は、可動プラテン４の背面に配置した押出用シリンダ１３から延ばしたピストンロッドに支持されており、これには、上型６内を挿通して延ばした複数の押出ピン１４およびリターンピン１５と上型６の背面に当接可能なストッパピン１６とが取付けられている。押出板１２は、図示の型閉じ状態で、そのリターンピン１５の先端を横型７の上面に当接させる上昇位置に位置決めされ、この状態で、押出ピン１４の先端が上型６のキャビティ形成面と同一面に位置決めされようになっている。

本第１の実施形態において、上型６には、流路断面積の大きいガス排出孔２０が形成され、一方、キャビティ８内には、該キャビティ８内へ注入された溶湯Ｍから浮力を受けて上昇し、前記ガス排出孔２０を塞ぐ浮体２１が配設されている。浮体２１は、図２によく示されるように中空箱形をなしており、その全体形状は、上端に向けて次第に縮径する上側テーパ部２１ａと下端に向けて次第に縮径する下側テーパ部２１ｂとを合せた異形断面となっている。一方、ガス排出孔２０のキャビティ側開口部は、前記浮体２１の上側テーパ部２１ａと整合するテーパ穴２０ａとなっており、浮体２１は、その上側テーパ部２１ａを前記テーパ穴２０ａに嵌合させ得るようになっている。

上記浮体２１は、ここでは、上型６の背面（上面）に配設した天秤式の支持装置２２に支持されている。この支持装置２２は、図２によく示されるように、上型６の上面に脱着可能に取付けられた支持台２３と、この支持台２３に軸２４を用いて中間部が支持された揺動アーム２５とを備えている。浮体２１は、前記ガス排出孔２０に挿入したリンク２６を介して揺動アーム２５の一端部に吊下支持され、一方、揺動アーム２５の他端部には、重錘２７が取付けられている。重錘２７は、浮体２１の自重よりわずか軽い重量を有しており、これにより溶湯Ｍから浮体２１に浮力が作用しない状態において、揺動アーム２５は、リンク２６を取付けた一端側を下方傾斜させるように傾動し、これによって浮体２１は、ガス排出孔２０のテーパ穴２０ａから離間する。ここで、ガス排出孔２０の上型上面側の開口縁には、揺動アーム２５に当接してその揺動端を規制するストッパブロック２８が脱着可能に取付けられており、これにより浮体２１とガス排出孔２０のキャビティ側テーパ穴２０ａとの間には、常時所定の間隔が保たれる。なお、ストッパブロック２８は、耐摩耗性に優れた硬質材からなっている。

以下、第１の実施形態としての低圧鋳造装置による低圧鋳造の実施状況を図３（Ａ）〜（Ｃ）も参照して説明する。なお、図３（Ａ）〜（Ｃ）では、説明の便宜のため横型７を始め、金型１の周辺の付帯設備を省略して示している。

低圧鋳造に際しては、砂中子１１を横型７に支持させながら横型７を前進端に位置決めした後、可動プラテン４を下動させて、図１に示したように下型３と、横型７と上型６とを相互に型閉じする。この時、浮体２１は、図１，２に示すように、上型６のガス排出孔２０のテーパ穴２０ａから離間した状態となっており、ガス排出孔２０は大きく開放されている。そして、この型閉じ後、図示を略す保持炉内を加圧する。すると、保持炉内の溶湯Ｍがストーク９および下型３の湯口部１０を通じてキャビティ８内に注入され、キャビティ８内の湯面が次第に上昇する。この湯面上昇により、砂中子１１が溶湯Ｍに接触して加熱され、これにより砂中子１１から多量にガスが発生し、このガスは、上型６に形成した流路断面積の大きいガス排出孔２０から外部へ円滑に排出される。

その後、キャビティ８内の湯面上昇が続くことで、図３（Ａ）に示すように、砂中子１１が完全に溶湯Ｍ内に没し、さらに浮体２１に溶湯Ｍが接触するようになる。すると、浮体２１は、溶湯Ｍから浮力を受けて湯面上昇に合せて上昇し、キャビティ８内に溶湯Ｍが充填される段階になると、図３（Ｂ）に示すように、浮体２１が上型６のガス排出孔２０を塞ぎ、これによってガス排出孔２０からの溶湯流出が防止される。この時、支持装置２２の揺動アーム２５の一端部がリンク２６を介して持ち上り、該揺動アーム２２は、略水平状態を維持する。

キャビティ８内に充填された溶湯Ｍは、時間の経過とともに上型６側から下型３側へ順次凝固が進む。そして、湯口部１０のほぼ中間部位まで凝固が進んだタイミングで保持炉内の圧力が解放され、これによりストーク９および湯口部１０内の未凝固溶湯が保持炉内に落下する。一方、前記保持炉内の圧力解放とほぼ同時にスライド用シリンダにより横型７が後退し、砂中子１１の幅木部１１ａが横型７の支持孔７ａから抜ける。続いて、昇降用シリンダにより可動プラテン４と一体に上型６が上動し、これに応じて鋳造品が上型６に張付いて下型２から脱型される。その後、押出用シリンダ１３により押出板１２が下降し、図３（Ｃ）に示されるように、押出ピン１４によって砂中子１１を埋設した鋳造品Ｐが上型６から離型される。この時、浮体２１と鋳造品Ｐとの離型抵抗により浮体２１が下がるが、支持装置２２の揺動アーム２５がストッパブロック２８に当接して浮体２１の下降が停止され、これにより浮体２１が鋳造品Ｐから抜ける。この際、浮体２１の下側テーパ部２１ｂに抜け勾配が付いているので、浮体２１は円滑に鋳造品Ｐから抜ける。

このようにして低圧鋳造の１サイクルは終了するが、上記したようにキャビティ８内へ注入された溶湯Ｍがキャビティ８に充填されるまでは、ガス排出孔２０が大きく開放されているので、砂中子１１から発生したガスは、流路断面積の大きいガス排出孔２０から円滑に外部に排出され、したがって、鋳造品Ｐ内へのガスの巻込みは抑制される。一方、キャビティ８に溶湯Ｍが充填されると同時に浮体２１がガス排出孔２０が塞ぐので、溶湯Ｍが外部へ流出することはなく、したがって、鋳造の安全性が保たれ、しかも、バリのない鋳造品Ｐが得られるようになる。

ただし、浮体２１の一部が溶湯Ｍ内に浸漬されるので、図３（Ｃ）に示したように、離型後の鋳造品Ｐの上面には浮体２１の抜け跡が凹部Ｐ´として残る。したがって、本発明の実施に際しては、浮体２１を、鋳造品における意匠面や機能面で障害とならない部位に設定する必要がある。なお、製造すべき鋳造品Ｐが凹部Ｐ´のような凹形状を必要とする場合は、該浮体２１をその凹形状に見合った形状、大きさとして、対応箇所に設置することで、浮体２１の有効利用が可能になる。本実施形態においては特に、浮体２１を天秤式の支持装置２２に支持させたので、浮体２１の自重に対して重錘２７を適当にバランスさせることで、小さな浮力でも浮体２１が上昇し、その分、溶湯Ｍに対する浮体２１の浸漬深さが浅くなり、結果として離型後に鋳造品Ｐに残る凹部Ｐ´も小さくなる。

本第１の実施形態においてはまた、ガス排出孔２０の上型上面側の開口縁に耐摩耗性の良好なストッパブロック２８を配設して、これに揺動アーム２５を当接させるようにしたので、低圧鋳造を繰返しても上型６の損耗が防止される。また、このストッパブロック２８は脱着可能に上型６に取付けられているので、その磨耗が進行した場合は、簡単にストッパブロック２８を交換することができる。

また、本第１の実施形態においては、浮体２１の支持装置２２を脱着可能に上型６に取付けているので、浮体２１やリンク２６等に対するヤニの付着量が増加する状況になった場合には、支持装置２２を浮体２１ごと上型６から取外して、その全体を洗浄することができ、そのメンテナンスを簡単に行うことができる。

図４は、本発明の第２の実施形態である低圧鋳造装置の要部構造を示したものである。なお、本低圧鋳造装置の全体的構造は、前記図１に示したものと同じであるので、ここでは、同一構成要素に同一符号を付し、重複する説明は省略することとする。本第２の実施形態の特徴とするところは、上型６に、前記ガス排出孔２０と平行にサブガス排出孔３０を設けると共に、このサブガス排出孔３０内に弁体３１を配置し、この弁体３１を、前記支持装置２２の揺動アーム２５の他端部に、前記重錘２７に代えてリンク３２を介して吊下支持させた点にある。

上記弁体３１は、図５によく示されるように、その下側に下端に向けて次第に縮径するテーパ部３１ａを備えている。一方、サブガス排出孔３０のキャビティ側開口部は、前記弁体３１のテーパ部３１ａと整合するテーパ穴３０ａとなっており、弁体３１は、そのテーパ部３１ａを前記テーパ穴３０ａに嵌合させ得るようになっている。この弁体３１と前記浮体２１と揺動アーム２５を介して釣合いの関係となり、浮体２１の上昇に応じて弁体３１が下降し、逆に浮体２１の下降に応じて弁体３１が上昇する。しかして、揺動アーム２５の両端側のリンク２６、３２は、浮体２１がガス排出孔２０のテーパ穴２０ａに嵌合（着座）した際、弁体３１がサブガス排出孔３０のテーパ穴３０ａに嵌合するようにそれぞれの長さが調整されており、したがってガス排出孔２０とサブガス排出孔３０とは同時に開閉されるようになる。

以下、本第２の実施形態としての低圧鋳造装置による低圧鋳造の実施状況を図６（Ａ）〜（Ｃ）も参照して説明する。なお、図６（Ａ）〜（Ｃ）では、説明の便宜のため横型７を始め、金型１の周辺の付帯設備を省略して示している。

低圧鋳造に際しては、第１の実施形態と同様に、砂中子１１を横型７に支持させながら横型７と上型６とを下型３に対して型閉じする。この時、浮体２１および弁体３１は、図４，５に示すように、対応するガス排出孔２０のテーパ穴２０ａ、サブガス排出孔３０のテーパ穴３０ａから離間した状態となっており、ガス排出孔２０およびサブガス排出孔３０は大きく開放されている。そして、この型閉じ後、図示を略す保持炉内を加圧する。すると、保持炉内の溶湯Ｍがストーク９および下型３内の湯口部１０を通じてキャビティ８内に注入され、キャビティ８内の湯面が次第に上昇する。この湯面上昇により、砂中子１１が溶湯Ｍに接触して加熱され、これにより砂中子１１から多量にガスが発生し、このガスは、上型６に形成した流路断面積の大きいガス排出孔２０およびサブガス排出孔３０から外部へ円滑に排出される。

その後、キャビティ８内の湯面上昇が続くことで、図６（Ａ）に示すように、砂中子１１が完全に溶湯Ｍ内に没し、さらに浮体２１に溶湯Ｍが接触するようになる。すると、浮体２１は、溶湯Ｍから浮力を受けて湯面上昇に合せて上昇し、一方、弁体３１は下降する。そして、キャビティ８内に溶湯Ｍが充填される段階になると、図６（Ｂ）に示すように、浮体２１が上型６のガス排出孔２０を塞ぎ、これと同時に弁体３１がサブガス排出孔３０を塞ぎ、これによってガス排出孔２０およびサブガス排出孔３０からの溶湯流出が防止される。この時、支持装置２２の揺動アーム２５は、ほぼ水平状態を維持する。

その後は、第１の実施形態と同様、キャビティ８内の溶湯Ｍの凝固を待って保持炉内の圧力が解放され、これにより湯口部１０およびストーク９内の未凝固溶湯が保持炉内に落下する。そして、前記保持炉内の圧力解放とほぼ同時にスライド用シリンダにより横型７が後退し、続いて、昇降用シリンダにより可動プラテン４と一体に上型６が上動し、さらに押出用シリンダ１５により押出板１２が下降する。これにより図６（Ｃ）に示されるように、砂中子１１を埋設した鋳造品Ｐが上型６から離型され、これにて一連の低圧鋳造は終了する。本第２の実施形態においては、第１の実施形態と同様の効果を奏するほか、キャビティ８内への溶湯Ｍの注入中、ガス排出孔２０に加えて、サブガス排出孔３０からもガスが排出されるので、砂中子１１から発生する多量のガスを速やかに外部へ排出でき、この結果、鋳造品Ｐ内へのガスの巻込みはより確実に防止される。

本発明の第１の実施形態である低圧鋳造装置の要部構造を示す断面図である。 図１に示した低圧鋳造装置における浮体の設置部を拡大して示す断面図である。 図１に示した低圧鋳造装置による低圧鋳造の実施状況を順を追って示す断面図である。 本発明の第１の実施形態である低圧鋳造装置の要部構造を示す断面図である。 図４に示した低圧鋳造装置における浮体の設置部を拡大して示す断面図である。 図４に示した低圧鋳造装置による低圧鋳造の実施状況を順を追って示す断面図である。

符号の説明

１ 金型
３ 下型
６ 上型
７ 横型
８ キャビティ
９ ストーク
１１ 砂中子
２０ ガス排出孔
２１ 浮体
２２ 支持装置
２５ 揺動アーム
２７ 重錘
３０ サブガス排出孔
３１ 弁体

Claims (3)

1. 砂中子を納めた金型のキャビティ内にストークを通じて保持炉内の溶湯を低圧で押上げて注入し、溶湯の注入に応じて前記砂中子から発生するガスを金型に形成したガス排出孔から外部へ逃がす低圧鋳造装置において、前記金型内に、前記キャビティ内へ注入された溶湯から浮力を受けて上昇し、該キャビティ内への溶湯の充填に応じて前記ガス排出孔を塞ぐ浮体を配設したことを特徴とする低圧鋳造装置。
2. 金型の上面に天秤式の支持装置を配設し、該支持装置の揺動アームの一端部に、ガス排出孔を通して浮体を吊下支持させると共に、該揺動アームの他端部に重錘を支持させたことを特徴とする請求項１に記載の低圧鋳造装置。
3. 金型に、ガス排出孔と平行にサブガス排出孔を形成し、前記サブガス排出孔内に弁体を配置すると共に、該弁体を、重錘に代えて支持装置の揺動アームの他端部に吊下支持させ、浮体の上昇に応じて前記弁体を下降させて、前記サブガス排出孔のキャビティ側開口部を塞ぐことを特徴とする請求項２に記載の低圧鋳造装置。
   
   

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