JP3008725B2 - 鋳造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、キャビティ内を所定減
圧度に達するまで減圧した後、湯口部を開くことによ
り、予め溶湯通路に蓄えられている溶湯を、前記キャビ
ティと溶湯通路との間の差圧を利用して前記キャビティ
内に吸引充填する鋳造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】これに関連する技術が、特開平２−１５
５５５７号公報に記載されている。この鋳造装置は、図
４に示されるように、鋳型１と、溶湯６を蓄える貯湯槽
７とを備えている。前記鋳型１の内部にはキャビティ２
が形成されており、このキャビティ２が減圧通路３を介
して真空ポンプ４と連通している。また、前記キャビテ
ィ２の湯口部２ａには、前記貯湯槽７と連通している溶
湯通路１０の端部が接続されている。さらに前記湯口部
２ａには、溶湯通路１０とキャビティ２との間を連通状
態と遮断状態との間で切換えるゲート機構１２が設けら
れている。前記貯湯槽７は略密閉構造の容器であり、こ
の貯湯槽７にその内部空間を加圧するための加圧機構１
４が圧力配管を介して接続されている。

【０００３】この鋳造装置において、キャビティ２内に
溶湯を導くには次の手順による。先ず、ゲート機構１２
によって湯口部２ａが閉鎖された状態で、真空ポンプ４
が駆動されてキャビティ２内が減圧される。また同時に
加圧機構１４が作動されて貯湯槽７の内部空間が加圧さ
れる。これによって、貯湯槽７内の溶湯６が溶湯通路１
０内に押し上げられ、ゲート機構１２の位置まで溶湯６
が供給される。そしてこの状態で前記キャビティ２内が
所定減圧度に達すると、ゲート機構１２が開放されて、
溶湯通路１０に蓄えられた溶湯６がキャビティ２と溶湯
通路１０との間の差圧によりキャビティ２内に吸引充填
される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
従来の鋳造装置によると、キャビティ２内の減圧度は、
溶湯内に気体が巻き込まれないように、極力高く設定さ
れている。このため、各鋳造サイクルにおいてキャビテ
ィ２内の減圧度はほぼ一定となる。一方、前記貯湯槽７
の内部空間に加えられる圧力も、溶湯６がゲート機構１
２の位置まで到達するのに必要な圧力に設定されている
ために、ほぼ一定である。したがってキャビティ２と溶
湯通路１０との間の差圧はほぼ一定となり、溶湯６がキ
ャビティ２内に吸引充填されるスピード（溶湯充填の駆
動力）もほぼ一定となる。しかしながら製品形状等によ
って溶湯６の充填スピードを加減したい場合がある。例
えば、製品肉厚が薄い場合や、肉厚の変化が大き場合な
どは、湯廻りを良くするため、また局所的に湯じわが発
生しないようにするため、充填スピードを速くする必要
がある。一方、キャビティ２内に突起部があり、製品肉
厚が厚い場合などは、焼き付きを防止するため、充填ス
ピードを遅くする必要がある。本発明の技術的課題は、
キャビティ２と溶湯通路１０との間の差圧を変えられる
ようにすることにより、製品形状等に応じて溶湯６の充
填スピードを加減できるようにして、鋳造欠陥を減少さ
せようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、以下の
特徴を有する鋳造装置によって解決される。即ち、発明
に係る鋳造装置は、鋳型のキャビティ内を減圧する減圧
機構と、前記キャビティの湯口部を開閉するゲート機構
と、溶湯を貯留する貯湯槽から前記湯口部まで溶湯を導
く溶湯通路とを備え、前記キャビティ内を所定減圧度に
達するまで減圧した後、前記湯口部を開くことにより、
予め溶湯通路内に蓄えられている溶湯を、前記キャビテ
ィと溶湯通路との間の差圧を利用して前記キャビティの
内部に吸引充填する鋳造装置において、前記湯口部が前
記ゲート機構によって閉鎖されている状態で、前記溶湯
通路内に蓄えられている溶湯に加えられる圧力を調節す
る圧力調節機構を有している。

【０００６】

【作用】本発明によると、キャビティの湯口部がゲート
機構によって閉鎖されている状態で、溶湯通路内に蓄え
られている溶湯に加えられる圧力を圧力調節機構によっ
て希望の値に調節することができる。このためキャビテ
ィと溶湯通路との間の差圧を製品の形状等に応じて変え
ることができ、最適な溶湯の充填スピードで鋳造を行う
ことができる。例えば、製品肉厚が薄い場合や、製品肉
厚の変化が大き場合等に、溶湯通路内の溶湯に加える圧
力を増加させれば、キャビティと溶湯通路との間の差圧
が大きくなって、キャビティ内に吸引充填される溶湯の
充填スピードが速くなる。このため湯廻りが良くなり、
鋳造欠陥が減少する。また、キャビティ内に突起部があ
り、製品肉厚が厚い場合等に、溶湯通路内の溶湯に加え
る圧力を減少させれば、キャビティと溶湯通路との間の
差圧が小さくなって、キャビティ内に吸引充填される溶
湯の充填スピードが遅くなる。このため、焼き付き等の
鋳造欠陥が減少する。

【０００７】

【実施例】以下、図１、図２を基に本発明の第一実施例
に係る鋳造装置の説明を行う。図１は、本実施例に係る
鋳造装置の要部断面図を表している。この鋳造装置は上
型５２と下型５４とから構成される鋳型５０を備えてお
り、この上型５２と下型５４とが係合された状態で、前
記鋳型５０の内部中央にはキャビティ５６が形成され
る。さらに前記キャビティ５６の中央部には、堰部５６
ｂを介して湯口部５６ａが形成されており、この湯口部
５６ａの部分で前記キャビティ５６は溶湯通路５８と連
通している。前記溶湯通路５８は、前記下型５４の中央
縦方向に穿設された通路５８ａと、その通路５８ａに連
通した状態で前記下型５４の下面に接続された円筒状の
ストーク５８ｂとから構成される。そして前記ストーク
５８ｂの先端部分が、鋳造中、溶解炉６０に貯留された
溶湯６２内に浸漬される。なお、下型５４とストーク５
８ｂとの合わせ面には耐熱ゴム製のＯリング６４ａが設
けられており、これによって溶湯通路５８の気密性が確
保されている。

【０００８】前記溶解炉６０には、上部開口を塞ぐ蓋６
０ｈが被せられており、この蓋６０ｈの中央部に前記ス
トーク５８ｂを通すストーク孔６０ｋが形成されてい
る。さらに前記蓋６０ｈと前記下型５４の下面との間に
は、ストーク５８ｂの周囲を覆うように、略筒状のシー
ル部材６０ｓが配設されている。そしてこのシール部材
６０ｓと下型５４との間およびシール部材６０ｓと蓋６
０ｈとの間が耐熱ゴム製のＯリング６４ｂによってシー
ルされている。また、蓋６０ｈと溶解炉６０の上面との
間も耐熱ゴム製のＯリング６４ｂによってシールされて
いる。これによって、前記溶解炉６０の内部は気密状態
に保持される。さらに溶解炉６０には、後記する圧力制
御装置１００から所定圧力の気体をこの溶解炉６０の内
部に導くための加圧配管１２０が接続されている。そし
て前記加圧配管１２０によって溶解炉６０の内部空間に
前記気体が供給されると、この溶解炉６０に貯留されて
いる溶湯６２が加圧されて、その溶湯６２の一部はスト
ーク５８ｂから溶湯通路５８内に押し上げられる。な
お、前記溶解炉６０に貯留されている溶湯６２は、ヒー
タ６１によって加熱され、常時、ほぼ一定温度に保持さ
れている。即ち、前記溶解炉６０が本発明の貯湯槽に相
当する。

【０００９】前記キャビティ５６の湯口部５６ａと前記
溶湯通路５８との接続部分には、前記湯口部５６ａを開
閉するためのゲート機構７０が設置されている。前記ゲ
ート機構７０は、上端が閉鎖された円筒形状のゲートチ
ップ７２と、このゲートチップ７２を移動機構（図示さ
れていない）に連結させるための円柱形のピン７１とを
備えている。前記ゲートチップ７２は、前記上型５２の
中央縦方向に形成された開孔５２ａの内部にほぼ密着し
た状態で収納されており、前記移動機構の作動によって
開孔５２ａの内部を上下方向に摺動できるようになって
いる。前記ゲートチップ７２が下限位置まで下降して、
その先端面７２ｓが下型５４の表面に当接すると、前記
キャビティ５６の湯口部５６ａはゲートチップ７２の外
側面によって閉鎖され、同時にゲートチップ７２の内部
が溶湯通路５８と連通する。ここで前記ゲートチップ７
２の内部容積は、そのゲートチップ７２が湯口部５６ａ
を閉鎖した状態で、前記キャビティ５６の上端のレベル
よりも高いレベルに、そのキャビティ５６の容積以上の
容積が確保されるように設定されている。

【００１０】また、前記ゲートチップ７２が上昇してゲ
ートチップ７２の先端面７２ｓが下型５４の表面から離
れると、キャビティ５６の湯口部５６ａが開放されて、
前記ゲートチップ７２の内部は、溶湯通路５８およびキ
ャビティ５６の双方に連通する。なお、ゲートチップ７
２の外側面と上型５２の開孔５２ａの内壁面との間には
耐熱ゴム製のＯリング７３が設けられており、ゲートチ
ップ７２が上下に摺動する際に、シール性が悪化しない
ように配慮されている。前記ゲートチップ７２を移動機
構に連結するためのピン７１は、ゲートチップ７２と軸
心が一致した状態で設置されており、その内部には軸心
方向に沿って通路７１ｃが形成されている。そしてこの
通路７１ｃが前記ゲートチップ７２の内部空間に連通し
ている。また、前記通路７１ｃの上端部には、通気性の
焼結ベント７１ｄが装着されており、この部分に圧力制
御装置１００の圧力制御配管１１０が接続されている。

【００１１】前記圧力制御装置１００は、図２に示され
るように、前記ゲートチップ７２の内部空間に前記通路
７１ｃを介して圧力を付加するための圧力制御配管１１
０と、前記溶解炉６０の内部空間に圧力を付加するため
の加圧配管１２０とを備えている。前記圧力制御配管１
１０は、加圧調節弁１１２および第１遮断弁１１４を介
して加圧源（１）に接続されており、また、減圧調節弁
１１６および第２遮断弁１１８を介して減圧源に接続さ
れている。そして、第１遮断弁１１４が開放状態で、第
２遮断弁１１８が遮断状態の時に、前記圧力制御配管１
１０は加圧源（１）に連通して、前記ゲートチップ７２
の内部空間には加圧調節弁１１２で調節された所定圧力
が付加される。また、第１遮断弁１１４が遮断状態で、
第２遮断弁１１８が開放状態の時に、前記圧力制御配管
１１０は減圧源に連通して、前記ゲートチップ７２の内
部空間には減圧調節弁１１６で調節された所定負圧が付
加される。さらに、前記圧力制御配管１１０には大気開
放弁１１１が装着されており、この大気開放弁１１１が
開放されることにより、前記ゲートチップ７２の内部空
間は大気に連通する。前記加圧配管１２０は、加圧調節
弁１２２を介して加圧源（２）に接続されており、この
加圧調節弁１２２が作動されることにより前記溶解炉６
０の内部空間には所定の圧力が付加される。なお、前記
加圧調節弁１１２、第１遮断弁１１４、減圧調節弁１１
６、第２遮断弁１１８、大気開放弁１１１および加圧調
節弁１２２は制御ユニット１３０によって所定のタイミ
ングで作動される。即ち、前記圧力制御装置１００が本
発明の圧力調節機構に相当する。

【００１２】前記鋳型５０の内部に形成されたキャビテ
ィ５６は、図１に示されるようにように、上型５２と下
型５４との合わせ面に生じた隙間５３を介して上型５２
の内部に形成された減圧通路５２ｃと連通している。そ
してこの減圧通路５２ｃが図示されていない真空ポンプ
に接続されている。なお、キャビティ５６の気密性を確
保するために、上型５２と下型５４との合わせ面の縁部
分には耐熱ゴム製のＯリング５３ａが設けられている。
この構造により、前記ゲートチップ７２が湯口部５６ａ
を閉鎖した状態で前記真空ポンプが駆動されると、キャ
ビティ５６の内部が所定の減圧度まで減圧される。さら
にキャビティ５６の上部には、このキャビティ５６に充
填された溶湯６２を局部加圧するための加圧ピストン５
２ｄが設置されている。この加圧ピストン５２ｄは、上
型５２の内部に形成されたシリンダ５２ｅ内を上下方向
に摺動できるようになっており、図示されていないピス
トン駆動機構によって作動される。

【００１３】次に、本実施例に係る鋳造装置の作動の様
子を、溶湯６２の充填スピードを速くしたい場合（肉厚
の薄い製品や肉厚の変化の大きい製品を鋳造する場合）
を例に、説明する。先ず、図１に示されるようにゲート
機構７０によってキャビティ５６の湯口部５６ａが閉鎖
された状態で真空ポンプが駆動されて、前記キャビティ
５６の内部が減圧される。さらに、加圧制御装置１００
の第１遮断弁１１４が開放されて、ゲートチップ７２の
内部空間には圧力制御配管１１０を介して加圧調節弁１
１２によって調節された圧力Ｐ１が加えられる。また、
溶解炉６０の内部空間には加圧配管１２０を介して加圧
調節弁１２２によって調節された圧力Ｐ２が加えられ
る。ここで溶解炉６０に加えられる圧力Ｐ２は、溶湯６
２をゲートチップ７２内の所定レベルまで押し上げるの
に必要な圧力Ｐｈだけ、前記ゲートチップ７２に加えら
れる圧力Ｐ１よりも高くなるように設定されている。即
ち、Ｐ２＝Ｐ１＋Ｐｈとなる。このようにして溶解炉６
０に貯留されている溶湯６２の一部がストーク５８ｂを
介してゲートチップ７２内の所定レベルまで押し上げら
れ、さらにキャビティ５６の内部が所定減圧度にまで減
圧されると、ゲート機構７０が上昇して前記キャビティ
５６の湯口部５６ａが開放される。これによって溶湯通
路５８およびゲートチップ７２の内部に蓄えられていた
溶湯６２は、キヤビティ５６と溶湯通路等５８、７２と
の間の差圧によって、速やかにキャビティ５６の内部に
吸引される。

【００１４】ここで前記ゲートチップ７２には、キャビ
ティ５６の湯口部５６ａよりも高い位置にそのキャビテ
ィ５６内に充填されるべき溶湯量以上の溶湯６２が蓄え
られる。このためゲートチップ７２の内部に蓄えられて
いる溶湯の一部がキャビティ５６に供給されたとして
も、前記ゲートチップ７２内の湯面はキャビティ５６の
湯口部５６ａよりも低くなることはない。したがって溶
湯６２がキャビティ５６内に急速に吸引されても、ゲー
トチップ７２内の湯面上方に位置する気体や湯面に浮遊
する異物等がキャビティ５６内に吸入されることはな
い。このようにしてキャビティ５６の内部に溶湯６２が
充填されると、ゲートチップ７２が下降してキャビティ
５６の湯口部５６ａが再び閉鎖され、前記キャビティ５
６の内部が密閉状態に保持される。この状態で加圧ピス
トン５２ｄが下降してキャビティ５６内の溶湯６２が局
部加圧される。また、これと平行して、溶解炉６０の内
部空間に加えられた圧力が前記圧力制御装置１００の加
圧調節弁１２２によって徐々に減少され、またゲートチ
ップ７２の内部空間に加えられた圧力が加圧調節弁１１
２によって徐々に減少される。そして最終的に、第１遮
断弁１１４が閉鎖されて、大気開放弁１１１が開放され
ることにより、溶湯通路５８およびゲートチップ７２の
内部に蓄えられていた溶湯６２が溶解炉６０内に戻され
る。このようにして鋳造が完了すると型開きが行われ
て、前記鋳型５０から鋳物製品が取り出される。

【００１５】また、肉厚の厚い製品等を鋳造する場合
（充填スピードを遅くしたい場合）には、加圧制御装置
１００の第２遮断弁１１８が開放されて、ゲートチップ
７２の内部空間には減圧調節弁１１６によって調節され
た負圧−Ｐ１（大気圧を０とする）が加えられ、また溶
解炉６０の内部空間には加圧調節弁１２２によって調節
された圧力Ｐ２が加えられる。ここで溶解炉６０の圧力
Ｐ２は、溶湯６２をゲートチップ７２内の所定レベルま
で押し上げるのに必要な圧力Ｐｈだけ、前記ゲートチッ
プ７２に加えられる負圧−Ｐ１よりも高く設定されてい
る。即ち、Ｐ２＝Ｐｈ−Ｐ１となる。その他の鋳造手順
は上記と全く同様である。このように本実施例による
と、キャビティ５６の湯口部５６ａがゲート機構７０に
よって閉鎖されている状態で、溶湯通路５８等に蓄えら
れている溶湯６２に加えられる圧力を希望の値に調節す
ることができる。即ち、キャビティと溶湯通路との間の
差圧を自由に設定することができるために、キャビティ
５６内に吸引充填される溶湯の充填スピードを製品形状
等に応じて最適なスピードに設定することができる。こ
のため湯じわや焼き付き等の鋳造欠陥が減少する。な
お、本実施例に係る鋳造装置において、ゲートチップ７
２に加えられる圧力Ｐ１を0.3 気圧、溶湯温度730 °C
(材料 JIS AC4C ) 、鋳型温度120 °C に設定して鋳
造を行ったところ、従来の鋳造方法では 20 ％程度、湯
じわが発生していた自動車部品について、湯じわの発生
が皆無となった。

【００１６】図３は、本発明の第二実施例に係る鋳造装
置の圧力制御装置２００を表している。本実施例に係る
鋳造装置は、第一実施例に係る鋳造装置の圧力制御装置
１００で使用された減圧系（減圧源、第２遮断弁１１８
および減圧調節弁１１６）を省略したものであり、充填
スピードを速くしたい製品の鋳造にのみ使用される。な
お、装置を簡略化するために、加圧調節弁２１２の代わ
りにレリーフバルブ等を使用することも可能である。

【００１７】

【発明の効果】本発明によると、キャビティ内に吸引充
填される溶湯の充填スピードを製品形状等に応じて最適
なスピードに設定することができるために、良好な鋳造
が行われて鋳造欠陥が減少する。また、充填スピードを
従来よりも速くすれば、湯廻り性が向上するために溶湯
温度や金型温度を下げることができ、ランニングコスト
の低減、金型寿命の向上等が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例に係る鋳造装置の縦断面図
である。

【図２】本発明の第一実施例に係る鋳造装置の加減圧シ
ステムの詳細図である。

【図３】本発明の第二実施例に係る鋳造装置の加圧シス
テムの詳細図である。

【図４】従来の鋳造装置の縦断面図である。

【符号の説明】

５０ 鋳型 ５６ キャビティ ５６ａ 湯口部 ５８ 溶湯通路 ６０ 溶解炉（貯湯槽） ７０ ゲート機構 １００ 圧力制御装置（圧力調節機構）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大西 宏和 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−198969（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−363（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−96356（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 18/06 B22D 18/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳型のキャビティ内を減圧する減圧機構
   と、前記キャビティの湯口部を開閉するゲート機構と、
   溶湯を貯留する貯湯槽から前記湯口部まで溶湯を導く溶
   湯通路とを備え、前記キャビティ内を所定減圧度に達す
   るまで減圧した後、前記湯口部を開くことにより、予め
   溶湯通路内に蓄えられている溶湯を、前記キャビティと
   溶湯通路との間の差圧を利用して前記キャビティの内部
   に吸引充填する鋳造装置において、 前記湯口部が前記ゲート機構によって閉鎖されている状
   態で、前記溶湯通路内に蓄えられている溶湯に加えられ
   る圧力を調節する圧力調節機構を有することを特徴とす
   る鋳造装置。