JP2977303B2 - 低圧鋳造方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は低圧鋳造方法及びその装
置に関する。さらに詳しくは、例えば自動車用アルミホ
イールのような軽量強度部品の鋳造に好適な低圧鋳造方
法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車用アルミホイールのような
軽量強度部品を鋳造するために実用化された技術として
は低圧鋳造方法がある。この方法を実施するための装置
としては、例えば図３に示すようなものが用いられてい
る。これは立型鋳造機に、上下に開閉自在の金型（下型
10、サイド型11、上型12）を水平に載置し、下側金型中
央下部から溶融アルミ合金を低速、低圧で押し上げ、充
填することによって、高速ダイカスト法の時のように充
填時にエアを巻き込むことなく最上部のホイール周縁部
まで溶湯を充填する事ができ、且つホイール上面から下
面に向けて長く伸びた樹木状晶を形成できる点で優れて
いるものである。

【０００３】上記の従来の低圧鋳造機では、成形のサイ
クルを速める目的で金型を冷却すべく、同図に示すよう
に、金型の下型30及び上型32に冷却用の水や空気を流通
する冷媒流通路ｔを設け、水や空気の流量をバルブのオ
ン−オフにより制御することによって、金型の温度を制
御するよう構成されたものが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな低圧鋳造機に用いられている金型は鋳物で作られて
いるために、以下に述べるような問題がある。まず第１
には、このような金型は中実型で重く、従って熱容量が
大きくなり、鋳込みに際しての予熱には時間がかかる上
に金型全体を均一に加熱することが難しいことであり、
また、金型を冷却するときも金型全体を均一な温度に冷
却できないという、いわゆる金型の温度制御が困難なこ
とである。また第２には、金型自身が加熱手段を具備し
ていないため、鋳込みに際しては金型を外部からバーナ
で加熱しなければならないが、これも不均一な加熱とな
りやすく金型に熱歪みが生じやすいことである。

【０００５】結局、従来の低圧鋳造機では、型窩（キャ
ビティ）を特定の設定温度に温調するというものではな
く、図３に示した鋳造機においても単に冷却制御を具備
したものに過ぎず、しかもその冷却機能はキャビティの
形状に応じて冷却できるものではなく、キャビティに不
均一な温度分布を生ずるものであり、金型そのものの耐
久性をも影響する等の問題があった。

【０００６】そこで本発明の解決しようとする課題の第
１は、上記のごとき従来の技術における問題点が低圧鋳
造機ことに金型に加熱手段が具備されていないことにあ
ると見て、加熱手段を併設するに止まらず、冷却手段と
加熱手段との配列をも工夫して、いずれの形状のキャビ
ティにおいても鋳造過程を至適温度で制御できること、
第２に金型に加熱手段並びに冷却手段を内装して外部か
らのバーナ加熱を不要とすること、さらに第３に金型そ
のものを中空化して金型の低熱容量化を図ることにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かくして本発明によれ
ば、加圧により湯道孔を通して溶湯を金型の型窩に徐々
に注入する低圧鋳造方法であって、型窩を構成する金型
型面及び湯道孔面に冷却面と加熱面とが交互に構成され
るようにした金型を用い、金型温度をセンシングしつつ
金型を加熱又は冷却する事により、溶湯の型窩への注入
時から凝固までを至適温度で制御することを特徴とする
低圧鋳造方法、並びに、開閉自在で内部に型窩を有する
金型と、溶湯を貯留しこの溶湯を金型に供給する炉と、
金型に設けられた湯道孔を介して炉と上記型窩とを接続
せる湯道管とからなる低圧鋳造装置において、型窩を構
成する金型型面及び湯道孔面に冷却面と加熱面とが交互
に構成されるよう、金型内に冷却手段及び加熱手段を断
熱層を介して埋設すると共に、これらの冷却手段と加熱
手段とにそれぞれ温度制御手段を具備したことを特徴と
する低圧鋳造装置が提供される。

【０００８】本発明の方法において、金型の温度制御
は、溶湯を至適な凝固温度曲線に基づいて凝固できるよ
う、少なくとも、溶湯が金型によって構成される型窩内
へ注入され始めるときから型窩に充填されて凝固するま
での間、金型を加熱及び冷却することによって行われ
る。上記至適凝固温度曲線は、用いる溶湯の種類に応じ
て予め設定することができる。

【０００９】本発明の装置において、開閉自在で内部に
型窩を構成する金型を、加熱及び冷却可能に構成しかつ
加熱温度及び冷却温度を制御可能に構成する以外は、当
該分野で公知の低圧鋳造装置をそのまま利用することが
できる。

【００１０】本発明の装置において、金型内には加熱手
段及び冷却手段が埋設されるが、この埋設の好ましい例
としては、金型に凹所を凹設して中空体状に構成しこの
凹所に加熱手段と冷却手段とを設ける構成を挙げること
ができる。この発明の装置において、加熱手段と冷却手
段はそれぞれ複数用いられる。これら複数の加熱手段及
び冷却手段は、型窩を構成する金型型面及び湯道孔面に
冷却面と加熱面とが交互に構成されるよう、各加熱手段
と各冷却手段とが断熱層を介して配列される。この場
合、冷却面と加熱面とが密になればなるほど好ましい配
列となる。上記複数の加熱手段及び複数の冷却手段並び
にこれらの各加熱手段と各冷却手段との間にそれぞれ介
設される断熱材は、これらを多層構造に一まとめにした
ユニット形式とする構成が好ましい。

【００１１】この発明の装置に用いられる金型には、上
記複数の加熱手段及び冷却手段が、金型により構成され
る型窩面及び湯道面に対して、熱交換性が良好なように
埋設される。この構成の一例として、上記のごとく金型
に凹所が凹設される場合、この凹所の内面から金型の型
面の表面及び湯道面に近接して接触し得るよう設定する
構成を挙げることができる。これは金型の温度制御性の
点から好ましいものである。具体的には、金型型面部に
おいて加熱手段及び冷却手段のいずれもの接触部も、型
窩面及び湯道面に向けて掘り下げられた溝状に構成され
たものを挙げることができる。詳しくは後述する実施例
の記載が参照される。

【００１２】本発明の装置に用いられる加熱手段として
は、金型と熱交換的に接触してこれを加熱できるもので
あればいずれのものであってもよく、例えば板状ヒータ
で構成されるもの等を挙げることができる。上記板状ヒ
ータは、熱良導性の金属で構成されることが、熱交換性
を良好にして金型の温度制御に寄与する点から好まし
い。このような熱良導性の金属としては例えば銅、アル
ミニウム等を挙げることができるが、これらに限定され
ない。

【００１３】本発明の装置に用いられる冷却手段として
は、金型と熱交換的に接触してこれを冷却できるもので
あればいずれのものであってもよく、例えば冷媒を流動
しうる冷媒路と冷媒を循環しうる冷媒循環手段とから構
成されるもの等を挙げることができるが、これに限定さ
れない。上記冷媒路で構成する場合、冷媒路は、少なく
ともその金型に埋設される部分は断面矩形状のものが、
熱交換性の点から好ましい。

【００１４】

【作用】本発明によれば、金型に加熱手段が具備されて
いるので、外部からのバーナによる加熱は必要ないこと
となる。また金型には加熱手段及び冷却手段が金型の凹
所内に埋設されているので、金型の熱容量が低減され金
型の温度制御が容易となる。さらに金型に埋設される加
熱手段及び冷却手段はそれぞれ複数でかつ互いに断熱材
を介した多層構造で設けられているので、金型は均一且
つ速やかに温調されることとなる。

【００１５】従って本発明によれば、加熱手段により至
適温度にかつ略均一に予熱された型窩内に、至適温度で
かつ略均一に予熱された湯道孔を通じて溶湯が注入され
るので、溶湯は急激な温度変化を迎えることなく型窩内
に充填されることとなる。

【００１６】充填後、各加熱手段及び各冷却手段を適宜
作動させることにより、加熱面及び冷却面が交互に設定
された金型型面は、全体に均一でかつ微妙に温度制御が
されるので、充填された溶湯はその種類に応じた至適冷
却曲線に従って冷却されることとなる。

【００１７】溶湯が凝固して鋳造が終了した後、冷却手
段のみの作動により金型全体が冷却され、鋳造品の取り
出し後加熱手段を作動させて所定の温度に型窩全体を予
熱することになる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を図示実施例に従って詳述する
が、これによって本発明が限定されるものではない。図
１は本発明にかかる低圧鋳造装置の一例の立型鋳造機の
概略断面図である。同図において、１は装置の基盤とな
るボトムプラテンで、水平に設置されている。それに対
して２はトッププラテン、３は両端にねじを螺切してあ
る複数本のタイバーで、１，２両プラテンの四隅の挿入
孔にタイバー３を挿入し、固定ナットで締結し、鋳造機
の枠体を構成する。

【００１９】昇降シリンダ４は、トッププラテン２の中
央上部に固着されており、そのピストンロッド５は、四
隅の挿入孔をガイドバー６で摺動自在に支持されている
可動プラテン７の中央上面に固着されているので、可動
プラテン７は昇降自在となる。 ボトムプラテン１の中
央には、下方垂直に円形断面のストーク８が嵌装してあ
り、下型10をその中央の湯道孔10aをストーク８と同心
にしてボトムプラテン１の中央に搭載する。サイド型11
は割型構造となっており、下型10と組にして下型の上部
に搭載する。上型12は上蓋13を介して可動プラテン７に
装着する。以上の下型10、サイド型11、上型12とによっ
て鋳造製品を得るための型窩（キャビティ）が形成され
る。下型10、サイド型11及び上型12にはいずれも後述す
る本発明の温調手段20が設けられている。

【００２０】ストーク８に対しては湯道管14が下方に液
密にかつ着脱自在に連接されている。

【００２１】該湯道管14は溶湯15を保持する炉16を密閉
する蓋体17の上部中央にのベローズ18にて吊持されてお
り、この湯道管端部14aはフランジ状となっている。ス
トーク８及び湯道管14は耐熱性の断熱材料で構成されて
いる。なお19は鋳造製品を取り出すためのスクイーズで
ある。

【００２２】型窩に溶湯15を供給充填する装置を説明す
る。断熱材料製の炉16は、図示しない溶解炉で適温に溶
解したアルミホイール用合金の溶湯15を保持している。
溶湯を注湯された後、炉14の入口側上部は断熱材料製の
蓋体17で密閉されている。炉16全体は溶湯の補充注湯や
保守管理などのためには鋳造機から分離することができ
る構造となっている。なお、蓋体17には図示しない加圧
エア入口及び出口が穿設されており、これらには図示し
ない弁装置を有し、炉16内の溶湯15を加圧エアによって
押し上げて型窩に充填し、充填完了後炉内エアを逃がし
て溶湯湯面を自然の位置まで下げることができる。

【００２３】本発明の温調手段20は、その詳細を図２に
示すが、複数の加熱手段21と複数の冷却手段22とが交互
に断熱材23を介して列設された多層構造を１つのユニッ
トとして構成されたものである。この実施例において
は、加熱手段21にはヒーター21aが用いられ、冷却手段2
2には冷媒を流通しうる断面矩形の冷媒路22aが用いられ
ている。各ヒータ21a及び各冷媒路22aはいずれも型窩の
外殻面及び湯道孔10a内面に対して、加熱面及び冷却面
が交互に形成されるように、下型10、サイド型11、上型
12にそれぞれ埋設されている。上記埋設の詳細は、同図
に示すごとく、下型10、サイド型11及び上型12をいずれ
も、凹所を凹設した構成とし、これらの各凹所に上記各
ユニットが嵌装されているものである。そしてこの嵌装
に当たり各凹所の底部には図示するごとくそれぞれ多数
条の溝が形成されており、これらの各溝にはユニットの
各ヒータ21a及び各冷媒路22aがそれぞれ嵌着されてい
る。

【００２４】上記各ヒータは銅やアルミニウム等、金型
よりも熱伝導の良好な材質で構成されている。そして上
記金型には適所に熱電対24が埋設されており、その熱電
対からの電圧信号に基づいて温調計25を介してヒータが
オン・オフされて温調されるように構成されている。

【００２５】また上記各冷媒路には、冷媒として水が用
いられ、これらの各冷媒路は図示しない共通の冷水貯留
槽にそれぞれ図示しない流路によって接続されている。
そしてこれら各流路には図示しない流量調節可能な水流
ポンプを備えており、温調計からの出力信号に基づいて
各冷媒路には個別に流量を変えて冷水を循環できるよう
に構成されている。また上記水流ポンプに替えて通常の
送液ポンプと電磁弁とを用い、この電磁弁を温調計でオ
ン・オフして調節するように構成されていてもよい。な
お、共通の冷水貯留槽にはヒータが設定されていてもよ
い。またさらに、上記各ヒータに接続される温調計は、
予め設定された昇温曲線に従って各ヒータを所定温度に
加熱できるよう、温度設定のプログラミングが可能なプ
ログラマーに接続されていてもよい。

【００２６】以上の構成からなる本発明の低圧鋳造機の
作用について述べる。

【００２７】(1) 温度設定 各ヒータを所定温度（例えば湯道管部520℃，型窩外殻
部480℃に加熱する。

【００２８】(2) 型 締 昇降シリンダ４によって可動プラテン７が下降し、上型
12とサイド型11とのパーティング面が当接する。

【００２９】(3) 溶湯に加圧 炉16の蓋体17の加圧エア入口から、例えば５kg/cm²程度
のエアをかけて、炉内の溶湯15の湯面を押し下げること
により、溶湯15をストーク８を通って型窩の上端まで押
し上げ充填する。

【００３０】(4) 充 填 この湯面上昇の速度は、例えば１cm/sec程度で、プラン
ジャ射出によるダイカスト法に比べて遥かに小さいの
で、充填途中でエアを巻き込んで鋳造製品が疎になるこ
とを防ぐことができる。

【００３１】(5) 冷 却 溶湯が例えばアルミ合金の場合、各ヒータを上記設定温
度から420℃程度まで１分間かけて徐々に低下させると
同時に、10℃に設定した冷水を、冷水貯留槽から各水流
ポンプにより各冷媒路にそれぞれ送液量を10リットル/m
inから40リットル/min程度まで５分間かけて徐々に増量
して送液する。なお、上記ヒータ温度及び冷水の循環水
量は、温調計及びプログラムに従って、意図する溶湯に
応じて至適な範囲に設定される。以上の凝固温度制御に
より、鋳造製品は型窩の形状に応じてその全体が均一な
温度で冷却されると共に溶湯の種類に応じてその至適な
冷却曲線に沿って冷却されることとなり、歪みや巣の生
じない均質なものでかつホイルの上面から下面に向かっ
て長く伸びた樹木状晶を有する鋳造製品が得られること
となる。

【００３２】(6) 製品取り出し 凝固が完了した時点でサイド型11が下型10の上で左右に
開いた後、昇降シリンダ４によって可動プラテン７が上
型12及び鋳造製品と共に上昇する。この上昇に伴ってス
クイーズ19がトッププラテン２の下面に当接すると、こ
のスクイーズ19が下向きに押されて鋳造製品が上型12か
ら分離され、鋳造製品は取り出される。

【００３３】(7) 次サイクル 鋳造製品が取り出された後に、各ヒータは再び昇温さ
れ、所定温度に設定された後、次の低圧鋳造に備えられ
る。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、型窩内への溶湯の注入
から凝固までを、溶湯の種類に応じた至適凝固曲線に従
って温度制御できる。

【００３５】また本発明によれば、金型が加熱手段及び
冷却手段を埋設できるよう凹所が凹設されているので、
それ自体の軽量化が図れるばかりでなく低熱容量化が図
れるので、金型全体にわたる温度制御を容易に行うこと
ができる。また金型内部に加熱手段を具備しているの
で、従来のように金型を予熱する必要が無くさらにこの
ための予熱炉も必要無くなり、鋳造過程が簡略になりか
つコスト低減を図ることができる。

【００３６】また金型に具備される温調手段が、加熱手
段と冷却手段とが交互に断熱材を介して列設されて構成
されているので、いずれの形状の型窩であってもその全
体を均一にかつ速やかに温度制御できる。

【００３７】以上述べたごとく本発明は、簡単な構成に
してしかも歪みや巣が生じなく均質でかつ樹木状晶を有
する良質な鋳造製品を成形することができ、とりわけ、
型閉力のあまり必要としない低圧鋳造方法及び装置にと
って、その鋳造サイクルを短縮してかつ良品を生産でき
るという画期的な効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の低圧鋳造装置の一実施例の部分概略縦
断面図

【図２】図１の要部概略拡大断面図

【図３】従来例の図１相当図

【符号の説明】

(1)…ボトムプラテン (2)…トッププラテン (3)…タ
イバー (4)…昇降シリンダ (5)…ピストンロッド (6)…ガ
イドバー (7)…可動プラテン (8)…ストーク (10)…下型 (1
0a)…湯道孔 (11)…サイド型 (12)…上型 (13)…スペーサ (14)…
湯道管 (14a)…湯道管フランジ部 (15)…溶湯 (16)…炉 (1
7)…蓋体 (18)…ベローズ (19)…スクイーズ (20)…温調手段(2
1)…加熱手段 (21a)…ヒータ (22)…冷却手段 (22a)…冷媒路 (23)
…断熱材 (24)…熱電対 (25)…温調計

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加圧により湯道孔を通して溶湯を金
   型の型窩に徐々に注入する低圧鋳造方法であって、型窩
   を構成する金型型面及び湯道孔面に冷却面と加熱面とが
   交互に構成されるようにした金型を用い、金型温度をセ
   ンシングしつつ金型を加熱又は冷却することにより、溶
   湯の型窩への注入時から凝固までを至適温度で制御する
   ことを特徴とする低圧鋳造方法。
2. 【請求項２】 開閉自在で内部に型窩を有する金
   型と、溶湯を貯留しこの溶湯を金型に供給する炉と、金
   型に設けられた湯道孔を介して炉と上記型窩とを接続せ
   る湯道管とからなる低圧鋳造装置において、型窩を構成
   する金型型面及び湯道孔面に冷却面と加熱面とが交互に
   構成されるよう、金型内に冷却手段及び加熱手段を断熱
   層を介して埋設すると共に、これらの冷却手段と加熱手
   段とにそれぞれ温度制御手段を具備したことを特徴とす
   る低圧鋳造装置。
3. 【請求項３】 冷却手段及び加熱手段が埋設され
   た金型において、冷却手段及び加熱手段の各先端と接触
   して冷却面及び加熱面を構成する金型型面層が、熱良導
   性の金属で構成されると共に上記各接触部が金型型面に
   近接し得るよう溝状に形成されていることを特徴とする
   請求項２記載の低圧鋳造装置。
4. 【請求項４】 冷却手段が冷媒を流動しうる冷媒
   路及び冷媒を循環しうる循環手段で構成され、加熱手段
   がヒータで構成されることを特徴とする請求項２記載の
   低圧鋳造装置。