JP3097400B2

JP3097400B2 - 真空鋳造法とその装置

Info

Publication number: JP3097400B2
Application number: JP05179345A
Authority: JP
Inventors: 恭行荒川; 保長谷川; 厚太田; 稔魚住
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-07-20
Filing date: 1993-07-20
Publication date: 2000-10-10
Anticipated expiration: 2015-10-10
Also published as: US5431212A; KR970003121B1; KR950002892A; DE69415432D1; DE69415432T2; JPH0732125A; EP0637475A1; EP0637475B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋳型内に形成されたキ
ャビティ内が所定減圧度に達した後に、ゲート部材によ
り湯口部を開放し、溶湯通路および溶湯リザーバ内に溜
められている溶湯を前記キャビティに流入させる真空鋳
造法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】これに関する技術が、本出願人によって
提案されており（特願平４−３０９５３４号）、その装
置の概要が図１０に表されている。従来の真空鋳造法で
は、型締めされた金型５０が、図１０に示されるよう
に、気密炉５９にセットされると、前記気密炉５９内が
加圧装置（図示されていない）によって加圧され、貯湯
槽５９ｒに貯留されている溶湯がストーク５８を通って
ゲートスリーブ５２の内部にまで押し上げられる。そし
て、所定レベルまで溶湯が到達した状態で気密炉５９内
の圧力が一定に保持される。また、前記気密炉５９内の
加圧とほぼ同時に、前記キャビティ５６の内部が真空ポ
ンプ（図示されていない）によって減圧される。そし
て、前記キャビティ５６の内部圧力が所定の減圧度にま
で達すると、ゲートスリーブ５２が上昇して湯口部５６
ａが開放され、ストーク５８およびゲートスリーブ５２
に溜められている溶湯が前記キャビティ５６に流入す
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記真空
鋳造法では、ゲートスリーブ５２の内部が大気に開放さ
れているため、溶湯がキャビティ５６に流入する際に、
前記ゲートスリーブ５２内の湯面が大きく低下する。こ
れは気密炉５９内の圧力とゲートスリーブ５２内の圧力
との差圧が一定であるのに対して、溶湯の動きによる圧
損が発生するためである。したがって、キャビティ５６
にゲートスリーブ５２内の空気が吸引されないようにす
るためには、ゲートスリーブ５２内の湯面レベルを高め
に設定する必要がある。即ち、前記ゲートスリーブ５２
内に、多量の溶湯を溜める必要がある。このため、鋳造
のサイクルが伸び、また、鋳造前の湯温低下が大きいと
いう問題がある。さらに、ゲートスリーブ５２を高くす
る必要があるために、鋳造装置が大型化するという問題
もある。本発明の技術的課題は、溶湯がキャビティ５６
に流入する際に、ゲートスリーブ５２内の湯面低下を抑
制できるようにすることにより、ゲートスリーブ５２内
に溜める溶湯量を従来よりも少なくしようとするもので
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、以下の
工程を有する真空鋳造法および以下の各部構造を有する
真空鋳造装置によって解決される。即ち、請求項１に記
載された真空鋳造法は、鋳型内に形成されたキャビティ
の湯口部をゲート部材で閉鎖し、溶湯通路に連通して設
けられた溶湯リザーバに貯湯槽内の溶湯をその溶湯通路
により導いて、前記溶湯リザーバ内の湯面を前記キャビ
ティのレベルよりも高くし、前記キャビティ内が所定減
圧度に達した後に、前記ゲート部材により前記湯口部を
開放して前記溶湯通路および前記溶湯リザーバ内に溜め
られている溶湯を前記キャビティに流入させる真空鋳造
法において、前記貯湯槽から溶湯通路を介して前記溶湯
リザーバに溶湯を導く際には、その溶湯リザーバの内部
を大気開放し、また、前記ゲート部材により前記湯口部
を開放して溶湯を前記キャビティに流入させる際には、
その溶湯リザーバの内部を気密状態に保持する。請求項
２に記載された真空鋳造装置は、鋳型内に形成されたキ
ャビティの湯口部をゲート部材で閉鎖し、溶湯通路に連
通して設けられた溶湯リザーバに貯湯槽内の溶湯をその
溶湯通路により導いて、前記溶湯リザーバ内の湯面を前
記キャビティのレベルよりも高くし、前記キャビティ内
が所定減圧度に達した後に、前記ゲート部材により前記
湯口部を開放して前記溶湯通路および前記溶湯リザーバ
内に溜められている溶湯を前記キャビティに流入させる
真空鋳造装置において、前記溶湯リザーバの内部と外部
とを連通させる排気通路と、前記排気通路を開閉する大
気開放弁とを有している。請求項３に記載された真空鋳
造法は、請求項１に記載された真空鋳造法において、前
記溶湯リザーバ内の湯面を前記キャビティのレベルより
も高い位置に保持した状態で、その溶湯リザーバの上部
に収納された挿入部材を下降させ、湯面より上の空間容
積を減少させた後、前記溶湯リザーバの内部を気密状態
に保持する。請求項４に記載された真空鋳造法は、請求
項１に記載された真空鋳造法において、前記溶湯リザー
バ内の湯面を所定のレベルに保持した状態で、その溶湯
リザーバの上部に収納された挿入部材を下降させて、湯
面より上の空間容積を減少させた後、前記溶湯リザーバ
の内部を気密状態に保持し、さらに、前記挿入部材を上
昇させて、湯面を前記キャビティのレベルよりも高くな
る位置まで引き上げる。請求項５に記載された真空鋳造
装置は、鋳型内に形成されたキャビティの湯口部をゲー
ト部材で閉鎖し、溶湯通路に連通して設けられた溶湯リ
ザーバに貯湯槽内の溶湯をその溶湯通路により導いて、
前記溶湯リザーバ内の湯面を前記キャビティのレベルよ
りも高くし、前記キャビティ内が所定減圧度に達した後
に、前記ゲート部材により前記湯口部を開放して前記溶
湯通路および前記溶湯リザーバ内に溜められている溶湯
を前記キャビティに流入させる真空鋳造装置において、
前記溶湯リザーバに対して上方からシールされた状態で
挿入されて、その溶湯リザーバの内部を上下方向に摺動
できる挿入部材と、前記挿入部材の内部に形成されて、
前記溶湯リザーバの内部と外部とを連通させる排気通路
と、前記排気通路を開閉する大気開放弁とを有してい
る。請求項６に記載された真空鋳造法は、請求項１に記
載された真空鋳造法において、前記溶湯リザーバ内の湯
面を前記キャビティのレベルよりも高くなる位置に保持
した状態で、その湯面近傍の溶湯を凝固させ、この凝固
層によって排気通路を塞ぐことにより、前記溶湯リザー
バの内部を気密状態に保持する。請求項７に記載された
真空鋳造法は、請求項６に記載された真空鋳造法におい
て、前記溶湯リザーバの内部で、かつ、前記キャビティ
のレベルよりも高い所定位置に位置決めされている栓部
材に接触するまで、湯面を上昇させる工程と、湯面近傍
の溶湯を前記栓部材によって冷却して凝固させることに
より、前記栓部材に形成されている排気通路を塞ぎ、前
記溶湯リザーバの内部を気密状態に保持する工程とを有
している。請求項８に記載された真空鋳造装置は、鋳型
内に形成されたキャビティの湯口部をゲート部材で閉鎖
し、溶湯通路に連通して設けられた溶湯リザーバに貯湯
槽内の溶湯をその溶湯通路により導いて、前記溶湯リザ
ーバ内の湯面を前記キャビティのレベルよりも高くし、
前記キャビティ内が所定減圧度に達した後に、前記ゲー
ト部材により前記湯口部を開放して前記溶湯通路および
前記溶湯リザーバ内に溜められている溶湯を前記キャビ
ティに流入させる真空鋳造装置において、前記溶湯リザ
ーバの内部に収納された状態で、前記キャビティのレベ
ルよりも高い所定位置に位置決めされている栓部材と、
前記栓部材の内部に形成されて、前記溶湯リザーバの内
部と外部とを連通させる排気通路とを有している。請求
項９に記載された真空鋳造法は、請求項１に記載された
真空鋳造法において、前記貯湯槽から溶湯通路を介して
前記溶湯リザーバに供給された溶湯の湯面のレベルを、
前記湯口部の高さよりも〔鋳込み容積〕÷〔溶湯リザー
バの断面積〕＋（50mm〜150mm) だけ高くする。

【０００５】

【作用】請求項１に記載された発明によると、溶湯を溶
湯リザーバに導く際には、その溶湯リザーバの内部が大
気に開放されため、内部の空気が良好に排出されて、溶
湯がスムーズに前記溶湯リザーバの内部に供給される。
さらに、ゲート部材により湯口部を開放して溶湯をキャ
ビティに流入させる際には、前記溶湯リザーバの内部は
気密状態に保持されるため、その溶湯リザーバから溶湯
が流出し難くなり、溶湯リザーバの内部における湯面低
下が抑制される。このため、予め溶湯リザーバに溜めて
おく溶湯量を従来より少なくしても、キャビティに溶湯
リザーバ内の空気が吸引されることはない。請求項２に
記載された発明によると、溶湯リザーバの内部と外部と
を連通させる排気通路の開閉タイミングを大気開放弁に
よって制御することにより、請求項１に記載された発明
を実施することができる。請求項３に記載された発明に
よると、溶湯リザーバに収納された挿入部材を下降さ
せ、湯面より上の空間容積を減少させた後、前記溶湯リ
ザーバの内部が気密状態に保持される。このため、溶湯
リザーバの内部に残留している空気の膨張による影響が
少なくなり、請求項１に記載された発明よりも、湯面の
低下が抑制される。請求項４に記載された発明による
と、湯面より上の空間容積を減少させた後、溶湯リザー
バ内が気密状態に保持され、さらに、挿入部材が上昇し
て溶湯リザーバ内の湯面が所定位置まで引き上げられ
る。このため、請求項２に記載された発明と同様な効果
が得られるとともに、湯面を希望する位置に設定するこ
とができる。請求項５に記載された発明によると、挿入
部材を上下摺動させるタイミング及び排気通路を大気開
放弁によって開閉するタイミングを制御することによ
り、請求項１、請求項２および請求項３に記載された発
明を実施することができる。請求項６に記載された発明
によると、溶湯の凝固層によって溶湯リザーバの内部が
気密状態に保持されるため、請求項１に記載された発明
と同様に、溶湯リザーバの内部で湯面低下が抑制され
る。さらに、湯面に浮遊する泡や不純物等も溶湯と共に
凝固するために、溶湯がキャビティに流入する際に、不
純物等が溶湯の流れに巻き込まれることがない。このた
め、製品の品質が向上し、また、溶湯リザーバ内の掃除
も容易になる。請求項７に記載された発明によると、請
求項６に記載された発明と同様な効果が得られるととも
に、栓部材の位置で湯面が位置決めされるために、湯面
の高さを検出したり制御するための機構が必要なくな
る。請求項８に記載された発明によると、溶湯を栓部材
の位置まで供給することにより、請求項６、請求項７に
記載された発明を実施することができる。請求項９に記
載された発明によると、鋳込み容積を確保するのに必要
なレベルよりも50mm以上高く湯面を設定したことによ
り、溶湯リザーバ内の空気がキャビティに吸引されるこ
とがなくなる。また、鋳込み容積を確保するのに必要な
レベルよりも余分な高さが150mm 以下であるために、鋳
造サイクルを伸ばす必要がなくなり、また、鋳造前の湯
温低下に起因する不具合も生じない。

【０００６】

【実施例】以下、図１、図２に基づいて本発明の第一実
施例を説明する。図１は、本実施例に係る真空鋳造装置
の要部断面図を表している。この真空鋳造装置は上型１
２と下型１４とから構成される金型１０を備えており、
その上型１２と下型１４とが係合された状態で前記金型
１０の内部には中央にキャビティ１６が形成される。さ
らに前記キャビティ１６には、その中心部に溶湯の供給
口である湯口部１６ａが設けられている。前記下型１４
の中央には、上方に広がるテーパ面を有する貫通孔１４
ｋが形成されており、この貫通孔１４ｋに漏斗状のスト
ーク１８が上方から挿通される。そして、前記ストーク
１８の上部が貫通孔１４ｋのテーパ面と係合することに
より、前記ストーク１８は下型１４にセットされる。さ
らに、前記ストーク１８の上部外周面と、前記貫通孔１
４ｋの壁面との間には、Ｏリング１８ｒが設けられてお
り、ストーク１８と貫通孔１４ｋとの間の気密性が確保
されている。

【０００７】一方、前記上型１２の中央には、縦方向に
小径開孔１２ａが形成されており、その小径開孔１２ａ
の上にリング状の段差１２ｄを介して大径開孔１２ｂが
同軸に形成されている。ここで、前記小径開孔１２ａの
内径は、前記下型１４の貫通孔１４ｋの上端部の内径に
等しく設定されており、型締めがされた状態で小径開孔
１２ａと貫通孔１４ｋとは同軸に保持される。前記上型
１２の両開孔１２ａ，１２ｂの内部には、ゲート機構２
０が収納されている。前記ゲート機構２０は、前記スト
ーク１８から前記キャビティ１６に至る溶湯通路１８ｔ
を開閉するための機構であり、略円筒形のゲートスリー
ブ２２と、このゲートスリーブ２２を軸方向に移動させ
るための移動シリンダ２４、および前記ゲートスリーブ
２２の内部に挿入される円柱形の挿入部材２６とから構
成されている。

【０００８】前記ゲートスリーブ２２は、その先端部２
２ｓ（図中下部）が肉厚に成形された筒状部材であ
り、図１に示されるように、先端面が前記ストーク１８
の上端面と全体的に当接することにより、そのストーク
１８内の溶湯通路１８ｔをキャビティ１６から遮断す
る。そして、この状態で、ゲートスリーブ２２の内部が
溶湯通路１８ｔと連通し、溶湯通路１８ｔから導かれた
溶湯がゲートスリーブ２２の内部に溜められるようにな
る。また、前記ゲートスリーブ２２の先端部２２ｓの外
径は、上型１２の小径開孔１２ａの内径にほぼ等しく設
定されており、前記小径開孔１２ａの内部を上下方向に
摺動できるようになっている。なお、前記先端部２２ｓ
の外周面と前記小径開孔１２ａとの間には、Ｏリング１
２ｒが設けられており、ゲートスリーブ２２と上型１２
との間の気密性が確保されている。さらに、ゲートスリ
ーブ２２の上部外周面には鍔２２ｆが固定されており、
この鍔２２ｆが上型１２の段差１２ｄの上に固定された
移動シリンダ２４に収納されて、この移動シリンダ２４
の内部をピストンロッドのように軸方向に移動できるよ
うになっている。この構造によって、前記移動シリンダ
２４が作動されると、前記ゲートスリーブ２２は小径開
孔１２ａ内を上下方向に摺動して、前記ストーク１８か
ら前記キャビティ１６に至る溶湯通路１８ｔを開閉す
る。即ち、前記ゲートスリーブ２２が本発明のゲート部
材に相当し、そのゲートスリーブ２２の内部が本発明の
溶湯リザーバに相当する。

【０００９】前記ゲートスリーブ２２の内部、即ち、溶
湯リザーバに挿入される挿入部材２６は円柱形をしてお
り、その外周面とゲートスリーブ２２の内壁面の間には
シール材２６ｒが配設されている。ここで前記挿入部材
２６は、図示されていない昇降装置に連結されており、
この昇降装置が作動することにより、その挿入部材２６
はゲートスリーブ２２の内部を上下方向に摺動できるよ
うになっている。また、前記挿入部材２６の内部には、
ゲートスリーブ２２内の空気を外部に排出するための排
気通路２６ｈが軸方向に形成されており、この排気通路
２６ｈの端部（上端）に大気開放弁２６ｚが接続されて
いる。そして、前記大気開放弁２６ｚが制御盤２８から
信号により開放されると、ゲートスリーブ２２の内部が
外部と連通する。逆に、前記大気開放弁２６ｚが閉鎖さ
れた状態でゲートスリーブ２２の内部が気密状態に保持
される。さらに、前記挿入部材２６の先端には、一対の
溶湯検出用の電極２６ｅが所定寸法だけ突出した状態で
固定されており、各電極２６ｅから導かれた配線が前記
制御盤２８の制御回路（図示されていない）に接続され
ている。ここで、前記制御回路は、両電極２６ｅの間が
溶湯によって電気的に接続されると、前記昇降装置を停
止させる信号を出力する。

【００１０】前記上型１２と下型１４との係合により形
成されたキャビティ１６は、上型１２と下型１４との見
切り面に生じた隙間１３を介し、上型１２の内部に形成
された減圧通路１２ｅ、内部空間１２ｋと連通してい
る。さらに、前記内部空間１２ｋは減圧口１２ｆ、真空
配管（図示されていない）を介して真空ポンプ（図示さ
れていない）に接続されている。なお、前記キャビティ
１６の気密性を確保するために、上型１２と下型１４と
の見切り面の縁部分には耐熱ゴム製のＯリング１３ａが
設けられている。この構造により、前記ゲートスリーブ
２２がキャビティ１６の湯口部１６ａを閉鎖した状態で
前記真空ポンプが動作すると、キャビティ１６の内部が
規定の減圧度にまで減圧される。さらに、前記上型１２
の内部空間１２ｋには、鋳造後に製品を上型１２から外
すための押し出し機構１５が組み込まれている。

【００１１】前記金型１０の下方には、溶湯を貯留する
気密炉１９が設置されている。前記気密炉１９は、気密
容器１９ｃと、この気密容器１９ｃの内部で溶湯を貯留
する貯湯槽１９ｒとから構成されており、前記気密容器
１９ｃに加圧装置（図示されていない）からの配管１９
ｐが接続されている。そして、前記気密炉１９に対して
前記金型１０が予め決められたようにセットされた状態
で、前記ストーク１８の先端は貯湯槽１９ｒに溜められ
た溶湯に浸漬される。さらに、この状態で、前記加圧装
置から高圧気体が配管１９ｐを介して気密炉１９に供給
されると、貯湯槽１９ｒ内の溶湯には気体の圧力が加わ
り、溶湯の一部は貯湯槽１９ｒからストーク１８および
ゲートスリーブ２２の内部にまで押し上げられる。ここ
で、前記気体の圧力は、溶湯を押し上げる高さに基づい
て設定される。

【００１２】次に、図２を参照してこの真空鋳造装置の
動作を説明する。先ず、金型１０が型締めされて、その
金型１０が気密炉１９にセットされる。この時、前記キ
ャビティ１６の湯口部１６ａは、図２（ａ）に示される
ように、ゲート機構２０のゲートスリーブ２２によって
閉鎖されている。また、挿入部材２６の大気開放弁２６
ｚは開放されており、ゲートスリーブ２２の内部は大気
に開放されている。次に、気密炉１９内が加圧装置によ
って加圧されて、貯湯槽１９ｒに貯留されている溶湯が
ストーク１８を通ってゲートスリーブ２２の内部にまで
押し上げられる。そして、所定レベルまで溶湯が到達し
た状態で気密炉１９内の圧力が一定に保持される。ここ
で、溶湯をゲートスリーブ２２の内部に導く際には、そ
のゲートスリーブ２２の内部が大気開放弁２６ｚによっ
て大気に開放されるため、内部の空気が良好に排出され
て、溶湯がスムーズにゲートスリーブ２２に供給され
る。また、気密炉１９内の加圧とほぼ同時に、前記キャ
ビティ１６の内部が真空ポンプにより減圧される。ここ
で、キャビティ１６の内部が減圧される際に、ストーク
１８とゲートスリーブ２２の内部には溶湯が満たされて
いるために、ストーク１８の上端面とゲートスリーブ２
２の先端面との間に生じた微小隙間が溶湯でシールさ
れ、前記キャビティ１６の内部の減圧度が向上する。

【００１３】次に、昇降装置が作動されて、挿入部材２
６がゲートスリーブ２２の内部を下降する。そして、挿
入部材２６の先端に固定された両電極２６ｅが、図２
（ｂ）に示されるように、溶湯に浸漬されると、両電極
２６ｅの間が電気的に接続されて、前記制御盤２８は昇
降装置を停止させる信号を出力する。これによって、挿
入部材２６は、その先端の両電極２６ｅが溶湯に浸漬さ
れた位置に保持される。そして、この状態で、挿入部材
２６の大気開放弁２６ｚが閉鎖されることにより、ゲー
トスリーブ２２の内部が最小の空間で気密状態に保持さ
れる。このようにして、キャビティ１６の内部圧力が所
定の減圧度にまで達すると、駆動シリンダ２４が作動さ
れてゲートスリーブ２２が上昇し、図２（ｃ）に示され
るように、前記キャビティ１６の湯口部１６ａが開放さ
れる。これによって、ストーク１８およびゲートスリー
ブ２２に溜められていた溶湯が前記キャビティ１６の内
部に吸引されながら流入する。この時、溶湯の流動に伴
う圧損分だけゲートスリーブ２２内の湯面が低下しよう
とするが、ゲートスリーブ２２の内部が気密状態に保持
されており、さらに、内部空間の容積も最小に保持され
ているため、湯面の低下が抑制される。このため、ゲー
トスリーブ２２内の湯面を従来の鋳造方法のように高く
しなくても、キャビティ１６にゲートスリーブ２２内の
空気等が巻き込まれることはない。

【００１４】このようにしてキャビティ１６の内部に溶
湯６２が充填されると、再び駆動シリンダ２４が作動さ
れてゲートスリーブ２２が下降し、キャビティ１６の湯
口部１６ａが再び閉鎖される。次に、挿入部材２６の大
気開放弁２６ｚが開放されて、ゲートスリーブ２２の内
部が大気に開放され、ゲートスリーブ２２およびストー
ク１８に溜められていた溶湯が貯湯槽１９ｒに戻され
る。なお、本実施例においては、湯面の検出に電極２６
ｅを使用したが電磁式や静電容量式等の手段を採用する
ことも可能である。

【００１５】図３は、本発明の第二実施例に係る真空鋳
造装置の要部断面図、図４は、前記真空鋳造装置の作動
状況を表す断面図である。本実施例に係る真空鋳造装置
は、第一実施例に係る真空鋳造装置にストローク設定器
２９を増設し、ゲートスリーブ２２に対する挿入部材２
６の挿入量を、常に、一定にできるようにしたものであ
る。したがって、その他の構造は第一実施例に係る真空
鋳造装置の構造と同様である。前記ストローク設定器２
９は、上型１２の規定位置に設置された近接スイッチ２
９ｋと、挿入部材２６の上端部に固定された作動突起２
９ｘとから構成されており、前記近接スイッチ２９ｋの
動作信号が制御盤２８の制御回路（図示されていない）
に入力される。

【００１６】次に、図４を参照して本実施例に係る真空
鋳造装置の動作を説明する。先ず、金型１０が型締めさ
れて、その金型１０が気密炉１９に予め決められたよう
にセットされる。この時、前記キャビティ１６の湯口部
１６ａは、図４（ａ）に示されるように、ゲート機構２
０のゲートスリーブ２２によって閉鎖されている。ま
た、挿入部材２６の大気開放弁２６ｚは開放されてお
り、ゲートスリーブ２２の内部は外部と連通している。
次に、気密炉１９内が加圧装置によって加圧されて、貯
湯槽１９ｒに貯留されている溶湯がストーク１８を通っ
てゲートスリーブ２２の内部にまで押し上げられる。そ
して、所定レベルまで溶湯が到達した状態で気密炉１９
内の圧力が一定に保持される。また、気密炉１９内の加
圧とほぼ同時に、前記キャビティ１６の内部が真空ポン
プにより減圧される。ここで、キャビティ１６の内部が
減圧される際に、ストーク１８とゲートスリーブ２２の
内部には溶湯が満たされているために、ストーク１８の
上端面とゲートスリーブ２２の先端面との間に生じた微
小隙間が溶湯でシールされ、前記キャビティ１６の内部
の減圧度が向上する。

【００１７】次に、昇降装置が作動されて、挿入部材２
６は、その上端部に固定された作動突起２９ｘが近接ス
イッチ２９ｋよりも低くなる位置までゲートスリーブ２
２内を下降する。そして、図４（ｂ）に示されるよう
に、前記挿入部材２６の両電極２６ｅが溶湯に浸漬され
る位置で昇降装置が停止し、挿入部材２６はその位置に
保持される。さらに、この状態で、挿入部材２６の大気
開放弁２６ｚが閉鎖されて、ゲートスリーブ２２の内部
が気密状態に保たれる。次に、再び昇降装置が作動され
て、図４（ｃ）に示されるように、前記挿入部材２６は
その作動突起２９ｘが近接スイッチ２９ｋと等しい高さ
になるまで上昇する。ここで、挿入部材２６の大気開放
弁２６ｚは閉鎖されているために、湯面は挿入部材２６
の上昇に引かれて上昇し、所定位置に保持される。次
に、ゲート機構２０の駆動シリンダ２４が作動されてゲ
ートスリーブ２２が上昇し、前記キャビティ１６の湯口
部１６ａが開放される。これによって、ストーク１８お
よびゲートスリーブ２２に溜められていた溶湯が前記キ
ャビティ１６の内部に流入する。このように本実施例に
よると、第一実施例に示された真空鋳造法と同様な効果
が得られるとともに、ゲートスリーブ２２の内部の湯面
を希望する位置に設定することができる。このため、前
記気密炉１９内の加圧制御の精度を厳密に行う必要がな
くなる。なお、本実施例のストローク設定器２９には近
接スイッチ２９ｋが使用されたが、挿入部材２６の位置
を計測する方法でも可能なことはいうまでもない。

【００１８】図５は、本発明の第三実施例に係る真空鋳
造装置の要部断面図、図６は、前記真空鋳造装置の作動
状況を表す断面図である。本実施例に係る真空鋳造装置
は、第一、第二実施例に係る真空鋳造装置のゲート機構
２０の構造を改造したものである。本実施例に係る真空
鋳造装置のゲート機構３０は、円筒形のゲートスリーブ
３２と、このゲートスリーブ３２を軸方向に移動させる
ための移動シリンダ（図示されていない）、および前記
ゲートスリーブ３２の内部に挿入されている円柱形の栓
部材３６とから構成されている。前記ゲートスリーブ３
２は、その外径が上型１２の開孔１２ａの内径にほぼ等
しく設定されており、前記開孔１２ａの内部を上下方向
に摺動できるようになっている。そして、図５に示され
るように、ゲートスリーブ３２が下限位置でその先端面
がストーク１８の上端面と全体的に当接することによ
り、前記ストーク１８の内部の溶湯通路１８ｔがキャビ
ティ１６から遮断される。なお、ゲートスリーブ３２の
外周面と前記開孔１２ａとの間には、Ｏリング１２ｒが
設けられており、ゲートスリーブ３２と上型１２との間
のシールが確保されている。

【００１９】前記ゲートスリーブ３２に挿入される栓部
材３６は円柱形をした部材であり、その下側の中央に円
錐面を有する凹部３６ｈが形成されている。さらに、円
錐の頂点に相当する凹部３６ｈの中心には、外部に連通
する貫通孔（図示されていない）が形成されており、こ
の貫通孔に押し出しピン３６ｐが挿通されている。ま
た、前記栓部材３６は、図示されていない固定装置に取
り付けられており、所定の高さに位置決めされている。
したがって、前記ゲートスリーブ３２が上型１２の開孔
１２ａの内部を上下方向に摺動すると、前記栓部材３６
はゲートスリーブ３２に対して上下方向に相対移動をす
る。なお、前記栓部材３６の外周面とゲートスリーブ３
２の内壁面の間にはシール材３６ｒが配設されており、
両者３６，３２間のシールが確保されている。即ち、前
記栓部材３６の貫通孔が本発明の排気通路に相当する。

【００２０】次に、図６を参照して本実施例に係る真空
鋳造装置の動作を説明する。先ず、金型１０が型締めさ
れて、その金型１０が気密炉１９に予め決められたよう
にセットされる。この時、前記キャビティ１６の湯口部
１６ａはゲート機構３０のゲートスリーブ３２によって
閉鎖されている。また、ゲートスリーブ３２の内部は栓
部材３６の貫通孔により大気に開放されている。次に、
気密炉１９内が加圧装置によって加圧される。これによ
って、貯湯槽１９ｒに貯留されている溶湯がストーク１
８を通ってゲートスリーブ３２の内部にまで押し上げら
れ、図６（ａ）に示されるように、栓部材３６の凹部３
６ｈの位置まで溶湯が到達する。そして、この状態で、
気密炉１９内の圧力が一定に保持される。さらに、前記
栓部材３６に接触した溶湯はこの栓部材３６によって冷
却される。また、前記気密炉１９内の加圧とほぼ同時
に、前記キャビティ１６の内部が真空ポンプにより減圧
される。ここで、キャビティ１６の内部が減圧される際
に、ストーク１８とゲートスリーブ３２の内部には溶湯
が満たされているために、ストーク１８の上端面とゲー
トスリーブ３２の先端面との間に生じた微小隙間が溶湯
でシールされ、前記キャビティ１６の内部の減圧度が向
上する。

【００２１】このようにして、キャビティ１６の内部が
所定の減圧度まで減圧され、さらに、図６（ｂ）に示さ
れるように、栓部材３６の近傍の溶湯が凝固して栓部材
３６の貫通孔が塞がれた状態で、ゲートスリーブ３２が
上昇して前記キャビティ１６の湯口部１６ａが開放され
る。これによって、ストーク１８およびゲートスリーブ
２２に溜められていた溶湯が前記キャビティ１６の内部
に流入する。このように、溶湯が前記キャビティ１６の
内部に流入する際に、ゲートスリーブ３２内は溶湯の凝
固層によって気密状態に保持されているために、液面の
低下がほとんどない。また、湯面に浮遊する泡や不純物
等も溶湯と共に凝固するために、不純物等が溶湯の流れ
に巻き込まれることがない。このようにして、キャビテ
ィ１６の内部の溶湯が凝固すると、図６（ｃ）に示され
るように、型開きが行われて製品が取り出される。さら
に、ゲートスリーブ３２の内部に残留した凝固層は押し
出しピン３６ｐによって押し出されて除去される。

【００２２】本実施例の場合、前記栓部材３６に強制冷
却手段を設けることで、より良好な効果を得ることがで
きる。さらに、図７に示されるように、押し出しピン３
６ｐを栓部材３６から突き出してセットすることで、凝
固層を安定して生成させることができ、また、キャビテ
ィ１６に溶湯が流入する際に、ゲートスリーブ３２内の
凝固層が栓部材３６の凹部３６ｈから外れ難くなる。

【００２３】図８は、本発明の第四実施例に係る真空鋳
造装置の要部断面図を表している。本実施例に係る真空
鋳造装置は、キャビティ１６に溶湯が流れ込むタイミン
グで、気密炉１９の内部圧力を瞬間的に上昇させて、ゲ
ートチップ４６（第一実施例〜第三実施例のゲートスリ
ーブ２２に相当する）内の湯面を上昇させるようにし、
湯面低下を抑制しようとするものである。前記真空鋳造
装置は上型１２と下型１４とから構成される金型１０を
備えており、その上型１２と下型１４とが係合された状
態で前記金型１０の内部には中央にキャビティ１６が形
成される。さらに前記キャビティ１６には、その中央に
溶湯の供給口である湯口部１６ａが設けられており、こ
の湯口部１６ａが後記するゲートチップ４６およびシャ
ットピン４７によって開閉される。前記下型１４の中央
には縦方向に溶湯通路１１４ｋが形成されており、その
下型１４が定盤１５の上に載置された状態で、前記溶湯
通路１１４ｋの下端には予め定盤１５にセットされたス
トーク１８が接続される。

【００２４】一方、前記上型１２の中央には、縦方向に
開孔１２ａが形成されており、前記開孔１２ａにゲート
機構４０のゲートチップ４６が収納されている。前記ゲ
ートチップ４６は上面に蓋が設けられた円筒形の部材で
あり、その外径が上型１２の開孔１２ａの内径とほぼ等
しく、また、その内径が下型１４の溶湯通路１１４ｋの
径とほぼ等しく設定されている。さらに、前記ゲートチ
ップ４６は、図示されていない昇降機構に連結されてお
り、その昇降機構の作動により前記開孔１２ａの内部を
上下方向に摺動できるようになっている。そして、前記
ゲートチップ４６が下限位置にある状態で、そのゲート
チップ４６の先端面が前記下型１４の表面と溶湯通路１
１４ｋを囲んだ状態で当接し、前記溶湯通路１１４ｋが
キャビティ１６から遮断される。前記ゲートチップ４６
の上面の蓋の部分には排気通路４６ｔが形成されてお
り、この排気通路４６ｔの端部に大気開放弁（図示され
ていない）が接続されている。これによって、大気開放
弁が開放されるとゲートチップ４６の内部は外部と連通
する。逆に、大気開放弁が閉鎖されるとゲートチップ４
６の内部は気密状態に保持される。さらに、前記排気通
路４６ｔには、ゲートチップ４６の内部圧力を検出する
ためのチップ内圧センサ４６ｐが設けられており、この
チップ内圧センサ４６ｐの出力信号が制御盤２８の制御
回路に入力される。

【００２５】前記上型１２と下型１４との係合により形
成されたキャビティ１６は、上型１２と下型１４との見
切り面に生じた隙間１３を介し、上型１２の内部に形成
された減圧通路１２ｅ、内部空間１２ｋと連通してい
る。さらに、前記内部空間１２ｋは減圧口１２ｆ、真空
配管（図示されていない）を介して真空ポンプ（図示さ
れていない）に接続されている。この構造により、前記
ゲートチップ４６がキャビティ１６の湯口部１６ａを閉
鎖した状態で前記真空ポンプが動作すると、キャビティ
１６の内部が規定の減圧度にまで減圧される。

【００２６】前記金型１０を載置する定盤１５の下方に
は、溶湯を貯留する気密炉１９が設置されている。前記
気密炉１９は、気密容器１９ｃと、この気密容器１９ｃ
の内部で溶湯を貯留する貯湯槽１９ｒとから構成されて
おり、前記気密容器１９ｃに加圧装置（図示されていな
い）からの配管１９ｐが接続されている。前記気密炉１
９に対して前記定盤１５がセットされると、前記気密炉
１９は密閉状態に保持される。さらに、前記ストーク１
８の先端は貯湯槽１９ｒの溶湯に浸漬される。そして、
前記加圧装置から高圧気体が配管１９ｐを介して気密炉
１９に供給されることにより、貯湯槽１９ｒ内の溶湯に
は気体の圧力が加わり、溶湯の一部は貯湯槽１９ｒから
ストーク１８、溶湯通路１１４ｋおよびゲートチップ４
６の内部に押し上げられる。ここで、気密炉１９には内
部圧力を検出するための炉内圧センサ４９が設けられて
おり、前記炉内圧センサ４９の出力信号が制御盤２８の
制御回路に入力される。

【００２７】次に、前記真空鋳造装置の動作を説明す
る。先ず、金型１０が型締めされて、その金型１０と定
盤１５とが気密炉１９に対してセットされる。この時、
前記キャビティ１６の湯口部１６ａはゲートチップ４６
によって閉鎖されている。さらに、前記ゲートチップ４
６の排気通路４６ｔに設けられた大気開放弁は開放され
て、ゲートチップ４６の内部は外部と連通している。次
に、気密炉１９内が加圧装置によって加圧されて、貯湯
槽１９ｒに貯留されている溶湯がストーク１８を通って
ゲートチップ４６の内部にまで押し上げられる。ここ
で、前記ゲートチップ４６の内部の湯面高さＸは、Ｘ＝〔鋳込み容積〕÷〔ゲートチップの溶湯貯留部の断
面積〕＋Ｙの値に設定される。ここでＹの値は、ゲートチップ４６
の内部の空気が巻き込まないために必要な最小レベル
（ 50mm ）から、鋳造サイクルが伸びず、また、湯温が
大きく低下しない範囲の最大レベル（ 150mm）の間で選
択される。また、気密炉１９内の加圧とほぼ同時に、前
記キャビティ１６の内部が真空ポンプにより減圧され
る。ここで、キャビティ１６の内部が減圧される際に、
ストーク１８、溶湯通路１１４ｋおよびゲートチップ４
６の内部には溶湯が満たされているために、下型１４の
表面とゲートチップ４６の先端面との間に生じた微小隙
間が溶湯でシールされ、前記キャビティ１６の内部の減
圧度が向上する。

【００２８】次に、ゲートチップ４６の排気通路４６ｔ
に接続されている大気開放弁が閉鎖されて、前記ゲート
チップ４６の内部が気密状態に保持される。そして、こ
の状態で、昇降機構が作動されてゲートチップ４６が上
昇し、キャビティ１６の湯口部１６ａが開放される。こ
れによって、ストーク１８およびゲートチップ４６に溜
められていた溶湯が前記キャビティ１６の内部に流入す
る。この時、ゲートチップ４６の上昇に同期して、図９
（ｂ）のＫ点に示されるように、前記気密炉１９の内部
圧力が瞬間的に上昇するために、ゲートチップ４６内の
湯面の低下が抑制される。このため、図９（ａ）に示さ
れるように、ゲートチップ４６の内部では、溶湯が前記
キャビティ１６の内部に流入する際の圧力変化がほとん
ど生じない。

【００２９】

【発明の効果】本発明によると、溶湯がキャビティ内に
流入する際、溶湯リザーバ内の湯面低下が抑制されるた
め、溶湯リザーバに溜めておく溶湯量を従来よりも少な
くできる。このため鋳造サイクルを短くでき、また、鋳
造前の湯温低下も抑制される。さらに、ゲート部材を高
くする必要もなくなり、真空鋳造装置がコンパクト化す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例に係る真空鋳造装置の要部
断面図である。

【図２】本発明の第一実施例に係る真空鋳造装置の作動
状況を表す断面図である。

【図３】本発明の第二実施例に係る真空鋳造装置の要部
断面図である。

【図４】本発明の第二実施例に係る真空鋳造装置の作動
状況を表す断面図である。

【図５】本発明の第三実施例に係る真空鋳造装置の要部
断面図である。

【図６】本発明の第三実施例に係る真空鋳造装置の作動
状況を表す断面図である。

【図７】本発明の第三実施例に係る真空鋳造装置の作動
状況を表す断面図である。

【図８】本発明の第四実施例に係る真空鋳造装置の要部
断面図である。

【図９】ゲートチップ内の圧力変化と気密炉内の圧力変
化を表すグラフである。

【図１０】従来の真空鋳造装置の要部断面図である。

【符号の説明】

１０金型（鋳型）１２上型１４下型１６キャビティ１６ａ湯口部１８ストーク１８ｔ溶湯通路１９気密炉２２ゲートスリーブ（ゲート部材）ゲートスリーブの内部（溶湯リザーバ）２６挿入部材２６ｈ排気通路２６ｚ大気開放弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者魚住稔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５−192759（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 18/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】鋳型内に形成されたキャビティの湯口部を
ゲート部材で閉鎖し、溶湯通路に連通して設けられた溶
湯リザーバに貯湯槽内の溶湯をその溶湯通路により導い
て、前記溶湯リザーバ内の湯面を前記キャビティのレベ
ルよりも高くし、前記キャビティ内が所定減圧度に達し
た後に、前記ゲート部材により前記湯口部を開放して前
記溶湯通路および前記溶湯リザーバ内に溜められている
溶湯を前記キャビティに流入させる真空鋳造法におい
て、前記貯湯槽から溶湯通路を介して前記溶湯リザーバに溶
湯を導く際には、その溶湯リザーバの内部を大気開放
し、また、前記ゲート部材により前記湯口部を開放して
溶湯を前記キャビティに流入させる際には、その溶湯リ
ザーバの内部を気密状態に保持することを特徴とする真
空鋳造法。
【請求項２】鋳型内に形成されたキャビティの湯口部を
ゲート部材で閉鎖し、溶湯通路に連通して設けられた溶
湯リザーバに貯湯槽内の溶湯をその溶湯通路により導い
て、前記溶湯リザーバ内の湯面を前記キャビティのレベ
ルよりも高くし、前記キャビティ内が所定減圧度に達し
た後に、前記ゲート部材により前記湯口部を開放して前
記溶湯通路および前記溶湯リザーバ内に溜められている
溶湯を前記キャビティに流入させる真空鋳造装置におい
て、前記溶湯リザーバの内部と外部とを連通させる排気通路
と、前記排気通路を開閉する大気開放弁と、を有することを特徴とする真空鋳造装置。
【請求項３】請求項１に記載された真空鋳造法におい
て、前記溶湯リザーバ内の湯面を前記キャビティのレベルよ
りも高い位置に保持した状態で、その溶湯リザーバの上
部に収納された挿入部材を下降させ、湯面より上の空間
容積を減少させた後、前記溶湯リザーバの内部を気密状
態に保持することを特徴とする真空鋳造法。
【請求項４】請求項１に記載された真空鋳造法におい
て、前記溶湯リザーバ内の湯面を所定のレベルに保持した状
態で、その溶湯リザーバの上部に収納された挿入部材を
下降させて、湯面より上の空間容積を減少させた後、前
記溶湯リザーバの内部を気密状態に保持し、さらに、前
記挿入部材を上昇させて、湯面を前記キャビティのレベ
ルよりも高くなる位置まで引き上げることを特徴とする
真空鋳造法。
【請求項５】鋳型内に形成されたキャビティの湯口部を
ゲート部材で閉鎖し、溶湯通路に連通して設けられた溶
湯リザーバに貯湯槽内の溶湯をその溶湯通路により導い
て、前記溶湯リザーバ内の湯面を前記キャビティのレベ
ルよりも高くし、前記キャビティ内が所定減圧度に達し
た後に、前記ゲート部材により前記湯口部を開放して前
記溶湯通路および前記溶湯リザーバ内に溜められている
溶湯を前記キャビティに流入させる真空鋳造装置におい
て、前記溶湯リザーバに対して上方からシールされた状態で
挿入されて、その溶湯リザーバの内部を上下方向に摺動
できる挿入部材と、前記挿入部材の内部に形成されて、前記溶湯リザーバの
内部と外部とを連通させる排気通路と、前記排気通路を開閉する大気開放弁と、を有することを特徴とする真空鋳造装置。
【請求項６】請求項１に記載された真空鋳造法におい
て、前記溶湯リザーバ内の湯面を前記キャビティのレベルよ
りも高くなる位置に保持した状態で、その湯面近傍の溶
湯を凝固させ、この凝固層によって排気通路を塞ぐこと
により、前記溶湯リザーバの内部を気密状態に保持する
ことを特徴とする真空鋳造法。
【請求項７】請求項６に記載された真空鋳造法におい
て、前記溶湯リザーバの内部で、かつ、前記キャビティのレ
ベルよりも高い所定位置に位置決めされている栓部材に
接触するまで、湯面を上昇させる工程と、湯面近傍の溶湯を前記栓部材によって冷却して凝固させ
ることにより、前記栓部材に形成されている排気通路を
塞ぎ、前記溶湯リザーバの内部を気密状態に保持する工
程と、を有することを特徴とする真空鋳造法。
【請求項８】鋳型内に形成されたキャビティの湯口部を
ゲート部材で閉鎖し、溶湯通路に連通して設けられた溶
湯リザーバに貯湯槽内の溶湯をその溶湯通路により導い
て、前記溶湯リザーバ内の湯面を前記キャビティのレベ
ルよりも高くし、前記キャビティ内が所定減圧度に達し
た後に、前記ゲート部材により前記湯口部を開放して前
記溶湯通路および前記溶湯リザーバ内に溜められている
溶湯を前記キャビティに流入させる真空鋳造装置におい
て、前記溶湯リザーバの内部に収納された状態で、前記キャ
ビティのレベルよりも高い所定位置に位置決めされてい
る栓部材と、前記栓部材の内部に形成されて、前記溶湯リザーバの内
部と外部とを連通させる排気通路と、を有することを特徴とする真空鋳造装置。
【請求項９】請求項１に記載された真空鋳造法におい
て、前記貯湯槽から溶湯通路を介して前記溶湯リザーバに供
給された溶湯の湯面のレベルを、前記湯口部の高さより
も〔鋳込み容積〕÷〔溶湯リザーバの断面積〕＋（50mm
〜150mm) だけ高くすることを特徴とする真空鋳造法。