JP2011189371A - 低圧鋳造用のストーク及び低圧鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い品質の鋳造品を製造することができる技術の提供を課題とする。
【解決手段】筒形形状の低圧鋳造用のストーク２０であって、このストーク２０は、筒体２５の途中に、筒体２５の内面２６と外面２７とを連通する連通穴２８を備えると共に連通穴２８を囲うように筒体２５の外面２７から外側へ張り出された湯溜まり室３３を備え、連通穴２８の下端部３１と湯溜まり室３３の床面 とを水平方向に連続させたことを特徴とする。
【効果】酸化物４６が湯溜まり室３３で捕捉される。酸化物４６が湯溜まり室３３で捕捉されることで、酸化物４６の鋳型２３への流入を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、低圧鋳造用のストーク及びこのストークを用いた低圧鋳造方法に関する。

鋳造方法の一つとして、低圧鋳造方法が知られている。低圧鋳造では、ストークを介して溶湯が鋳型に流し込まれる（例えば、特許文献１（図８）参照。）。

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１２（ａ）に示すように、低圧鋳造装置１００は、側面に加圧用のポンプ１０１が繋がれる炉１０２と、この炉１０２内に充填された溶湯（例えば、アルミニウム溶湯）１０３と、この溶湯１０３に下端が浸かるストーク１０４と、このストーク１０４の上方に中間ストーク１０５及び湯口（ゲート）１０６、１０６を介して設けられ溶湯が流し込まれる鋳型１０８とからなる。

低圧鋳造装置１００を用いて鋳造品を製造するには、まずポンプ１０１を作動させ、溶湯１０３の上面を加圧する。加圧されることで溶湯１０３は、ストーク１０４内を上昇する。ストーク１０４内を上昇した溶湯１０３は、中間ストーク１０５及び湯口１０６、１０６を介して鋳型１０８に流し込まれる。鋳型１０８に流し込まれた溶湯１０３を凝固させることで、シリンダヘッド等の鋳造品が完成する。
一方、ストーク１０４内に残留した溶湯１０３は、ポンプ１０１を停止させることで、重力により炉１０２内に戻る。

ところで、（ａ）のｂ部拡大図である（ｂ）に示すように、溶湯１０３の表面に、「のろ」と称する溶湯１０３の酸化物（例えば、酸化アルミニウム）等を成分とした浮遊物が発生することがある（以下、「酸化物」とする。）。酸化物１１０が、鋳型１０８に送り込まれると、鋳造品の品質が低下する。

高い品質の鋳造品を製造できる技術の提供が望まれる。

特許第３３３９１４１号公報

本発明は、高い品質の鋳造品を製造できる技術の提供を課題とする。

請求項１に係るストークは、筒形形状の低圧鋳造用のストークであって、
このストークは、筒体の途中に、筒体の内面と外面とを連通する連通穴を備えると共に連通穴を囲うように筒体の外面から外側へ張り出された湯溜まり室を備え、連通穴の下端部と湯溜まり室の床面とを水平方向に連続させたことを特徴とする。

請求項２に係るストークは、筒体の途中に、複数段の連通穴及び湯溜まり室が備えられ、ストークを軸方向から見たときに下段の連通穴の中心に対して上段の連通穴の中心が重ならないように上下段の連通穴の位相が異なっていることを特徴とする。

請求項３に係るストークは、連通穴より下位位置に下に凸で上へ広がるガイド部材を配置し、このガイド部材で上昇する溶湯を水平方向に分流させて連通穴へ導くようにしたことを特徴とする。

請求項４に係る低圧鋳造方法は、
ストーク外の溶湯の上面を加圧して、ストーク内の溶湯を上昇させる加圧工程と、
ストーク内の溶湯に浮いている酸化物を、ストークの高さ途中に設けた湯溜まり室で捕捉する酸化物捕捉工程と、
酸化物を含まない溶湯を鋳型に注入する鋳込み工程と、
加圧を停止し、ストーク内の溶湯を下げ、この溶湯に捕捉した酸化物を回収する加圧停止工程と、からなることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、筒体の内面と外面とを連通する連通穴と、連通穴を囲う湯溜まり室とが備えられる。筒体内の溶湯は、表面張力の影響で筒体の軸を頂点とする山形を呈する。即ち、筒体の内面側の溶湯が低くなる。筒体の内面側の溶湯が低いことで、溶湯の表面に浮遊する酸化物は、特に筒体の内面付近に多く存在するものと考えられる。

このため、溶湯を上昇させた場合に、酸化物は連通穴に到達しやすい。連通穴に到達後は、湯溜まり室に流される。即ち、酸化物が湯溜まり室で捕捉される。酸化物が湯溜まり室で捕捉されることで、鋳型へ流入する酸化物の量を低減させることができる。酸化物の含有量が少ない、高い品質の鋳造品を製造することができる。

請求項２に係る発明では、複数段の連通穴及び湯溜まり室が備えられ、上下段の連通穴の位相が異なっている。上下段の連通穴の位相が異なることで、軸方向に移動される酸化物を、内面のより広い範囲で捕捉することができる。より広い範囲で捕捉することで、酸化物の鋳型への流入をより確実に防止することができる。

請求項３に係る発明では、ガイド部材で上昇する溶湯を水平方向に分流させて連通穴へ導く。ガイド部材で溶湯を連通穴へ導くことで、酸化物を効率よく捕捉することができる。

請求項４に係る発明では、酸化物を、ストークの高さ途中に設けた湯溜まり室で捕捉する。酸化物が湯溜まり室で捕捉されることで、鋳型へ流入する酸化物の量を低減させることができる。酸化物の含有量が少ない、高い品質の鋳造品を製造することができる。

実施例１に係るストークが用いられる低圧鋳造装置の断面図である。 図１の２−２線断面図である。 加圧工程から鋳込み工程までを説明する図である。 加圧停止工程を説明する図である。 実施例２に係るストークの断面図である。 実施例２に係るストークの要部展開図である。 実施例３に係るストークの断面図である。 図７の８矢視図である。 実施例３に係るストークの断面斜視図である。 実施例３に係るストークの酸化物捕捉工程を説明する図である。 図１０の１１部拡大図である。 従来の技術の基本原理を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

先ず、本発明の実施例１を図面に基づいて説明する。
図１に示されるように、低圧鋳造装置１０は、側面１１に設けられた加圧ガス供給部１２に加圧ポンプ１３が繋げられる炉１４と、この炉１４内に充填されるアルミニウム等の溶湯１５と、この溶湯１５に下端口１６が浸されるストーク２０と、このストーク２０の上端口２１が繋がれ炉１４の上面２２で支持される鋳型２３とからなる。

ストーク２０は、本体である筒体２５と、この筒体２５の内面２６と外面２７とを連通する矩形の連通穴２８と、この連通穴２８の下端部３１に底面３２が連続的に設けられ筒体２５に一体的に設けられる湯溜まり室３３と、上端口２１から下方に向かって広がる傾斜部３４と、この傾斜部３４の下端に設けられる大径部３５とからなる。

ストーク２０は、大径部３５が鋳型２３の取付け部３６に取付けられることで支持されている。即ち、大径部３５の底面３７でストーク２０を支持している。

湯溜まり室３３は、一端が連通穴２８に繋げられる底面３２と、この底面３２の他端から立ち上げられる壁面４１と、この壁面４１の上部から筒体２５の外面２７に向かって延ばされる上壁３９とからなり、断面視コの字形状を呈する。

連通穴２８は、下端部３１と上端部４２とが平行に設けられている。平行に設けられることで、円滑に溶湯１５を湯溜まり室３３へ導くことができる。

なお、溶湯はアルミニウムやアルミニウム合金等任意の材料を用いることができる。
また、鋳型は砂型や金型等任意の材料を用いたものを使用することができる。
連通穴２８と湯溜まり室３３について、次図で詳細に説明する。

図２に示すように、連通穴２８は筒体２５に複数（図の例では４個）設けられ、これらの連通穴２８を１つの湯溜まり室３３で囲んでいる。連通穴２８ごとに湯溜まり室３３を設ける場合に比べ、湯溜まり室３３を広くすることができ、より多くの溶湯１５を流し込むことができる。より多くの溶湯１５を流し込むことで、溶湯１５の表面に浮遊する酸化物を捕捉する確実性が増す。

連通穴２８と連通穴２８の間は、筒体２５の一部である仕切り柱４４で仕切られている。連通穴２８の幅Ｗ１は、仕切り柱４４の幅Ｗ２に比べて長い。連通穴２８の幅を広くし、流路面積を大きくすることで、湯溜まり室３３に溶湯１５を取り入れやすくなる。溶湯１５が取り入れやすいことで、溶湯１５の表面に浮遊する酸化物がより確実に捕捉される。

また、連通穴２８を複数設けることで、より広い範囲で湯溜まり室３３に溶湯１５を流し込むことができる。湯溜まり室３３に溶湯１５を流れやすくすることで、溶湯１５の表面に浮遊する酸化物がより確実に捕捉される。
酸化物の捕捉について次図で詳細に説明する。

図３（ａ）に示すように、加圧ポンプ（図１、符号１３）を作動させ、ガスを炉（図１、符号１４）内に送ることで、白抜き矢印で示すように加圧ガスが溶湯１５の表面を加圧する。加圧されることで溶湯１５がストーク２０内を上昇する。

溶湯１５が上昇を続けると、（ｂ）に示すように、溶湯１５の表面が連通穴２８と同じ高さまで到達する。
（ｂ）のｃ部拡大図である（ｃ）に示すように、溶湯１５の表面を浮遊する酸化物４６は、連通穴２８から湯溜まり室３３に流し込まれる。この理由を、（ｂ）に戻り説明する。

筒体２５内の溶湯１５は、表面張力の影響で筒体２５の軸４７を頂点とする山型を呈する。山型の裾野である筒体２５の内面２６近傍は、溶湯１５が低くなる。筒体２５の内面２６側の溶湯１５が低いことで、溶湯１５の表面に浮遊する酸化物４６は、特に筒体２５の内面２６付近に多く存在するものと考えられる。

内面２６付近に溜まる酸化物４６は、溶湯１５を上昇させた場合に、連通穴２８に到達しやすい。連通穴２８に到達後は、湯溜まり室３３に流される。即ち、酸化物４６が湯溜まり室３３で捕捉される。酸化物４６が湯溜まり室３３で捕捉されることで、鋳型（図１、符号２３）へ流入する酸化物４６の量を低減させることができる。酸化物４６の含有量が少ない、高い品質の鋳造品を製造することができる。

酸化物４６が捕捉された溶湯１５は、（ｄ）に示すように、さらに上昇し、鋳型へ注入される。鋳型へ注入されている間、（ｄ）の拡大図である（ｅ）に示すように、酸化物４６は湯溜まり室３３に留まる。
鋳型へ注入された後、加圧を停止する。加圧を停止した後の筒体２５の内部の状態について次図で説明する。

図４（ａ）に示すように、加圧ポンプ（図１、符号１３）での加圧を停止すると、重力で筒体２５内の溶湯１５ａが降下する。降下を続けることで、湯溜まり室３３内の溶湯１５ｂと同じ高さまで筒体２５内の溶湯１５ａが降下する。

湯溜まり室３３内の溶湯１５ｂと同じ高さまで筒体２５内の溶湯１５ａが降下すると、（ｂ）に示すように、湯溜まり室３３内の溶湯１５、酸化物４６も降下する。降下することで、連通穴２８から筒体２５内に排出される。即ち、捕捉された酸化物４６が回収される。

連通穴２８の下端部３１と湯溜まり室３３の底面３２とが一体的に連続して設けられている。捕捉した酸化物４６は、加圧を停止することで自動的に回収される。別途、酸化物４６を湯溜まり室３３から回収する必要がなく、有益である。

次に、本発明の実施例２を図面に基づいて説明する。
図５に示されるように、ストーク５０は、複数段（この例では２段）の連通穴５１、５２及び湯溜まり室５３、５４が備えられている。

このようなストーク５０も、酸化物４６が湯溜まり室３３で捕捉される。酸化物４６が湯溜まり室５３、５４で捕捉されることで、酸化物４６の鋳型２３への流入を防止することができる。
ストーク５０の詳細を次図で説明する。

図６に示すように、ストーク５０を軸方向から見たときに下段の連通穴５１の中心５６に対して上段の連通穴５２の中心５７が重ならないように上下段の連通穴５１、５２の位相が異なっている。

上下段の連通穴５１、５２の位相が異なることで、軸方向に移動される（図面下から上）酸化物（図５、符号４６）を、内面のより広い範囲で捕捉することができる。より広い範囲で捕捉することで、酸化物の鋳型（図５、符号２３）への流入をより確実に防止することができる。

特に、軸方向に見た場合に、下段の連通穴５１の一端５９が上段の連通穴５２の他端６１に重なり、上段の連通穴５２の一端６２が下段の連通穴５１の他端６３に重なることが望ましい。重なるように位相をずらすことで、軸方向に見た場合に、内面２６の全周にわたって連通穴５１、５２が設けられる。

内面２６の全周にわたって連通穴５１、５２が設けられることで、酸化物を捕捉しやすくなる。酸化物が捕捉しやすくなることで、より酸化物の鋳型への流入を防止することができる。

加えて、下段の連通穴５１の中心５６から上段の連通穴５２の中心５７までの間隔Ｌ１が、上段の連通穴５２の中心５７から下段の連通穴５１の中心５６までの間隔Ｌ２と等間隔であることが望ましい。間隔Ｌ１、Ｌ２が同じことで、内面２６の全周にわたって効率よく連通穴５１、５２を設けることができる。即ち、連通穴５１、５２の周方向の幅を必要最小限に抑えることができ、筒体２５を高い強度に保つことができる。

次に、本発明の実施例３を図面に基づいて説明する。
図７に示すように、ストーク６５は、連通穴２８の近傍に設けられ、溶湯（図１、符号１５）を連通穴２８に向かってガイドする、ガイド部材６６が備えられる。

ガイド部材６６は、連通穴２８の下端部３１とほぼ同じ高さに設けられる基部６８と、この基部６８から下方に向かって細くされるテーパ面６９と、このテーパ面６９の先端である頂部７１とからなる。即ち、下に凸で上へ広がるガイド部材６６である。

図８に示すように、基部６８は複数（この例では４個）設けられ、基部６８と基部６８との間にガイド穴７２が設けられる。
ガイド穴７２の筒体内面２６側の幅Ｗ３は、連通穴の内面２６側の幅（図２、符号Ｗ１参照。）と同じであり、基部６８の筒体内面２６側の幅Ｗ４は、仕切り柱（図２、符号４４）の内面２６側の幅（図２、符号Ｗ２参照。）と同じであることが望ましい。

図９に示すように、連通穴２８の下方にガイド穴７２が配置されるよう、ガイド部材６６が設けられる。

このとき、ガイド穴７２の周方向の幅（図８、符号Ｗ３参照）が連通穴の幅（図２、符号Ｗ１参照）と同じことで、効率よく溶湯を連通穴２８に向かって流すことができる。
ストーク６５に溶湯を流入させた場合の作用について次図で説明する。

図１０に示すように、溶湯１５が上昇し頂部７１まで到達すると、溶湯１５はテーパ面６９に沿って筒体２５内を上昇する。テーパ面６９を通過した溶湯１５は、ガイド穴７２を通過しさらに上昇する。

ガイド穴７２の上方に連通穴２８が設けられていることで、ガイド穴７２を通過した溶湯は、連通穴２８に流入しやすい。即ち、ガイド部材６６で上昇する溶湯を水平方向に分流させて連通穴２８へ導く。ガイド部材６６で溶湯１５を連通穴２８へ導くことで、酸化物（図３（ｃ）、符号４６）を効率よく捕捉することができる。

図１１に示すように、テーパ面６９からテーパ面６９に沿った延長線７３を上方に延ばした場合に、この延長線７３が連通穴２８の上端部４２に接触することが望ましい。テーパ面６９の傾斜をこのような角度とすることで、より確実に連通穴２８に溶湯を流し込むことができる。

尚、本発明に係る低圧鋳造装置は、シリンダヘッドの製造を例に説明したが、その他の鋳造品にも適用可能であり、他の用途に適用することは差し支えない。

本発明のストークは、車両用部品を製造する低圧鋳造装置に好適である。

１５…溶湯、２０…ストーク、２３…鋳型、２５…筒体、２６…内面、２７…外面、２８、５１、５２…連通穴、３１…下端部、３２…底面、３３、５３、５４…湯溜まり室、４６…酸化物、５６…（下段の連通穴の）中心、５７…（上段の連通穴の）中心、６６…ガイド部材。

Claims (4)

1. 筒形形状の低圧鋳造用のストークであって、
   このストークは、筒体の途中に、前記筒体の内面と外面とを連通する連通穴を備えると共に前記連通穴を囲うように前記筒体の外面から外側へ張り出された湯溜まり室を備え、前記連通穴の下端部と前記湯溜まり室の床面とを水平方向に連続させたことを特徴とする低圧鋳造用のストーク。
2. 前記筒体の途中に、複数段の前記連通穴及び前記湯溜まり室が備えられ、前記ストークを軸方向から見たときに下段の前記連通穴の中心に対して上段の前記連通穴の中心が重ならないように上下段の連通穴の位相が異なっていることを特徴とする請求項１記載の低圧鋳造用のストーク。
3. 前記連通穴より下位位置に下に凸で上へ広がるガイド部材を配置し、このガイド部材で上昇する溶湯を水平方向に分流させて前記連通穴へ導くようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の低圧鋳造用のストーク。
4. 低圧鋳造方法において、
   ストーク外の溶湯の上面を加圧して、ストーク内の溶湯を上昇させる加圧工程と、
   前記ストーク内の溶湯に浮いている酸化物を、前記ストークの高さ途中に設けた湯溜まり室で捕捉する酸化物捕捉工程と、
   酸化物を含まない溶湯を鋳型に注入する鋳込み工程と、
   前記加圧を停止し、前記ストーク内の溶湯を下げ、この溶湯に前記捕捉した酸化物を回収する加圧停止工程と、からなることを特徴とする低圧鋳造方法。

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