JP3727444B2 - 差圧鋳造装置及び差圧鋳造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、溶湯を差圧力又は、キャビティ内を減圧することによりキャビティ内に充填する様にした差圧鋳造装置及び差圧鋳造方法に関するものである。
【０００２】
ここで差圧鋳造装置とは、例えばキャビティを減圧し溶湯を吸引してキャビティに充填する鋳造装置、又は、保持炉及びキャビティを加圧し、その後、キャビティを減圧することで、圧力差を設け溶湯をキャビティに充填する鋳造装置のことが挙げられ、差圧鋳造方法とは、例えばキャビティを減圧し溶湯を吸引してキャビティに充填する鋳造方法、又は、保持炉及びキャビティを加圧し、その後、キャビティを減圧することで、圧力差を設け溶湯をキャビティに充填する鋳造方法のことが挙げられる。
【０００３】
【従来の技術】
従来から、特開平５−１２３８５０号公報に開示されたように、鋳型のキャビティ内を吸引装置で減圧して、その減圧力によりキャビティ内に溶湯を充填する、減圧式の鋳造装置がある。
【０００４】
このようなものでは、例えば図１０に示すように、開閉可能な金型１０１によってキャビティ１０２を形成し、キャビティ１０２に連通する湯口１０３を金型１０１の下部に開口している。
【０００５】
この湯口１０３には、ストーク１０４の上端が接続されている。このストーク１０４の下端は、溶湯保持炉１０５内の溶湯２に浸漬されている。
【０００６】
このように構成された従来のものでは、この溶湯２を加圧又は、前記金型１０１内を吸引装置７４によって減圧して溶湯２を、キャビティ１０２内に導入して、キャビティ１０２内で溶湯２を凝固させて製品を鋳造するように構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように構成された鋳造装置では、大型の金型１０１を用いて鋳造を行う場合、溶湯保持炉１０５内に常に、大量の溶湯を保持しておかなければならない。このように大量の溶湯２の湯面Ｓ０に対して、ストーク１０４から上昇させる溶湯２の圧力を一定とするように保持炉１０５内を加圧調整することは困難である。
【０００８】
また、溶湯２を加圧又は、前記金型１０１内を減圧する際に、湯面位置Ｓ０が毎回変動する。このため、ストーク１０４から上昇させる溶湯２の圧力が変動することによる湯回り不良等の鋳造ムラが発生してしまう虞もあった。
【０００９】
そこで、この発明は、安定させて溶湯をキャビティに充填して良好な仕上がりを得ることが出来る差圧鋳造装置を提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため本願発明の請求項１に記載されたものでは、金属溶湯が加熱保持されている溶湯保持炉と、前記溶湯保持炉の上方に配設された溶湯チャンバと、下端部が前記溶湯保持炉の溶湯内に挿入され且つ前記溶湯を前記溶湯チャンバに案内させる溶湯案内路と、前記溶湯保持炉内の溶湯を前記溶湯案内路を介して前記溶湯チャンバに供給する溶湯供給手段と、前記溶湯チャンバの直上に配設された鋳造金型と、前記鋳造金型に設けられたキャビティと、下端部が前記溶湯チャンバ内に挿入され且つ前記溶湯チャンバ内の溶湯を前記キャビティに案内させる溶湯充填路と、前記溶湯充填路を介して、前記キャビティに溶湯を減圧により充填する減圧手段と、前記減圧手段に含まれ、キャビティの減圧をコントロールする減圧コントロールバルブと、前記溶湯チャンバ内に設けられて、前記溶湯チャンバ内の溶湯面を検出する湯面検出手段と、前記キャビティの減圧を検出するバキュームセンサと、前記溶湯保持炉の上部空間の圧力を検出する第１圧力センサと、前記溶湯チャンバの上部空間の圧力を検出する第２圧力センサと、前記溶湯保持炉の上部空間の圧力を調節する第１圧力コントロールバルブと、前記溶湯チャンバの上部空間の圧力を調節する第２圧力コントロールバルブと、前記湯面検出手段と、バキュームセンサと、第１圧力センサと、第２圧力センサとの検出に基づいて、前記溶湯供給手段と、前記減圧手段と、両圧力コントロールバルブの作動を制御する制御手段とを備えた差圧鋳造装置を特徴としている。
【００１１】
このように構成された請求項１記載のものでは、前記制御手段の作動制御により、例えば、前記溶湯供給手段により溶湯チャンバ内へ供給された溶湯の液面の所定位置への到達が、前記検出手段によって検出されると、前記充填手段の作動を開始させることにより、溶湯チャンバ内の溶湯が、前記溶湯充填路を介してキャビティ内に充填させることが出来る。
【００１２】
このため、充填が開始される際の湯面の位置は、常に、比較的高い一定位置となり、充填手段の充填作動によって、上昇させる溶湯の圧力変動を減少させることにより、安定させて溶湯をキャビティに充填して良好な仕上がりを得ることが出来る。
【００１３】
また、請求項２に記載されたものでは、請求項１に記載の差圧鋳造装置において、前記制御手段は、前記湯面検出手段が溶湯チャンバの溶湯の湯面の所定位置への到達を検出すると、減圧手段により溶湯チャンバ内の溶湯をキャビティへ供給し、同時に、第１圧力コントロールバルブにより溶湯保持炉の上部空間の圧力を所定の高さに保持する溶湯充填制御を実行することを特徴としている。
【００１４】
このように構成された請求項２記載のものでは、前記制御手段が、前記溶湯供給手段により溶湯チャンバ内へ供給された溶湯の湯面の所定位置への到達を、前記検出手段が検出すると、前記充填手段によって、溶湯チャンバ内の溶湯を、前記溶湯充填路を介してキャビティ内に充填するように作動制御するので、安定させて溶湯がキャビティに充填されて良好な仕上がりを得ることが出来る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
＜溶湯鋳造側の機械的構成＞
図１において、１は、ヒータ１ｂ等で加熱される溶湯保持炉、２は溶湯保持炉１内のアルミニウム，アルミニウム合金，マグネシウム合金等の金属の溶湯、３は溶湯保持炉１の上部開口端を閉成している蓋体、４は溶湯保持炉１内に設けられた隔壁である。
【００１７】
図１中、溶湯保持炉１内は隔壁４により右側の溶湯補給室（溶湯注入室）５と左側の溶湯供給室６とに区画されている。しかも、この隔壁４の上端と蓋体３との間には連通口１ｃが設けられ、この隔壁４と溶湯保持炉１の底壁１ａとの間には溶湯補給室５と溶湯供給室６とを連通させる連通口７が形成されている。
【００１８】
８は蓋体３を貫通して溶湯補給室５内に挿入された脱ガス装置（ガス抜き装置）、９は溶湯補給室５上に位置させて蓋体３に設けられた溶湯補給口、１０は溶湯補給口９を閉成する蓋体、１１は溶湯供給室６の上部空間６ａに連通する接続口である。尚、脱ガス装置８は、溶湯補給口９から注入される溶湯２中のガス（主に水素等）を外部に排出する様になっている（この構成には周知の構造が採用される）。
【００１９】
また、溶湯保持炉１の上部には金型支持用のプレート１２が配設され、このプレート１２の上部には金型支持台１３が固定され、この金型支持台１３内には上方に開放する容器状の断熱材１３ａが固定され、断熱材１３ａ内には上方に開放した鋳鉄製の溶湯容器１４が配設されている。この溶湯容器１４の表面は、図示しないセラミックウール等により覆われていて、溶湯２´と化学反応しないようになっている。１２ａはプレート１２に設けた挿通孔である。しかも、溶湯容器１４は底壁１４ａが中央に向うに従って下方に下がるようなテーパ形状に形成されている。
【００２０】
そして、この底壁１４ａの中央には、セラミック等からなる筒状のストーク（溶湯案内パイプ）１５の上端が固定されている。このストーク１５は、挿通孔１２ａを介して下方に延びると共に、蓋体３を貫通して溶湯供給室６内の溶湯２内に挿入されている。１５ａはストーク１５内の溶湯案内路である。
【００２１】
尚、溶湯容器１４の底壁１４ａをテーパ状に形成することで、溶湯容器１４内の溶湯２´を下方の溶湯保持炉１側に押し下げる場合には、溶湯容器１４内に溶湯２´が残ることなく下方に押し下げることができる。また、溶湯容器１４内には溶湯２´のための溶湯チャンバ１６が形成され、溶湯容器１４の上部には溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａに連通する接続口１７が形成されている。
【００２２】
また、この金型支持台１３及び溶湯容器１４上には密閉ケース１８が配設されている。この密閉ケース１８は、金型支持台１３及び溶湯容器１４の上端を閉成する底板１９と、底板１９上に気密に固定された周壁部材２０と、周壁部材２０の上端を閉成している蓋体２１を有する。
【００２３】
２２は密閉ケース１８内の金型室である。しかも、底板１９には溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａ内に突出する検出手段としての湯面検出センサ２３が固定され、周壁部材２０の上端部には吸引用の接続口２４が形成されている。
【００２４】
また、金型室２２内には鋳造金型２５が配設されている。この鋳造金型２５は、底板１９上に固定された下金型２６と、下金型２６上に配置された上金型２７を有する。この上金型２７は支持部材２８を介して蓋体２１の下面（内面）に固定されている。この金型２６，２７間には製品形状のキャビティ２９が形成されている。しかも、下金型２６には、上下に延び且つ上端をキャビティ２９に連通させた複数の溶湯充填パイプ３０が固定されている。この溶湯充填パイプ３０は、底板１９を貫通して溶湯チャンバ１６内に突出している。３０ａは溶湯充填パイプ３０内の溶湯充填路である。また、溶湯充填パイプ３０の外周面及び底板１９の下面は、鋳鉄製の保護層１９ａで覆われ、この保護層１９ａの表面は図示しないセラミックウール等により覆われている。このセラミックウールは、保護層１９ａが溶湯と化学反応するのを防止すると共に、溶湯チャンバ１６内の熱が鋳造金型２５に伝達しにくくする断熱機能を兼備している。
【００２５】
尚、蓋体２１は油圧シリンダ（図示せず）で図１中昇降駆動可能に設けられ、この油圧シリンダは油圧回路３１により駆動制御されるようになっている。また、金型支持台１３，底板１９，周壁部材２０は一体に形成することもできる。また、金型支持台１３と周壁部材２０を一体に形成すると共に、図示した周壁部材２０の下端に内方フランジを突設して、この内方フランジに底板１９を着脱可能に取り付けることで、鋳造金型２５で鋳造される製品の仕様変更のために溶湯充填パイプ３０の数と位置が変わっても、底板１９の変更のみで対応できることになる。
【００２６】
ここで、吸引鋳造をする前に予め鋳造金型２５近くまで溶湯２´を揚げておくところの溶湯チャンバ１６の貯溜される溶湯２´の量について説明する。湯面検出センサ２３により検出される所定湯面Ｓ１位置は、溶湯充填パイプ３０の下端、すなわち溶湯充填路３０ａの下端より上にある。キャビティ２９への吸引充填がなされるとき、溶湯チャンバ１６の湯面Ｓ１は一時的に下がるが溶湯保持炉上部空間６ａ内の圧力Ｐ１が維持されているので、溶湯供給室６内の溶湯２が溶湯案内路１５ａを介して自動的に供給されているので湯面Ｓ１は維持される。なお、Ｐ１は湯面Ｓ２の低下に従って数ショット毎に圧力補正される。
【００２７】
この溶湯チャンバ１６の湯面Ｓ１が、キャビティ２９への吸引充填で一時的に下がるとき、溶湯充填路３０ａの下端より下がって不活性ガスが溶湯充填路３０ａからキャビティ２９に入り込まないような溶湯貯溜量が必要である。すなわち、溶湯チャンバ１６の溶湯２´の貯溜量は、キャビティ２９への充填開始から充填が終了するまで、溶湯チャンバ１６の湯面Ｓ１が溶湯充填路３０ａの下端より常に上にあるように設定されている。なお、不活性ガスは溶湯の酸化を防止するためのものである。
【００２８】
また、吸引開始前の溶湯チャンバ１６の溶湯の貯溜量は溶湯充填路３０ａの下端から上のキャビティ２９を含む鋳造空間の容積の１〜５倍が適当である。この条件であれば、溶湯充填路３０ａの下端が湯面Ｓ１より上に来ることはなく、溶湯チャンバ１６内の溶湯２´の湯温が低下しすぎることもない。更に、この溶湯２´の貯溜量は、好ましくは１〜２倍である。これは、湯面Ｓ１が少しでも下がれば、この湯面Ｓ１を揚げるため、溶湯供給室６の溶湯２がストーク１５を通して供給されるため、鋳造サイクルを短縮した、省エネルギとするのに好ましい。
【００２９】
＜溶湯加圧系統＞
上述の様に溶湯保持炉１には溶湯供給室６の上部空間６ａに連通する接続口１１が設けられ、溶湯チャンバ１６には、上部空間１６ａに連通する接続口１７が設けられている。
【００３０】
この接続口１１には不活性ガス又はコンプレッサーエアー供給用のパイプ３２が接続され、このパイプ３２には排気弁（三方電磁切換弁）３３の第１ポート３３ａが接続され、この排気弁３３の第２ポート３３ｂにはガス供給用の圧力コントロールバルブ３４の吐出側が接続され、圧力コントロールバルブ３４の流入側には不活性ガス又はコンプレッサーエアー等のガス供給源３５が接続されている。尚、本実施例では、排気弁３３の第３のポート３３ｃは大気に開放されている。しかし、この第３のポート３３ｃをガス回収装置に接続して、第３のポート３３ｃから排出される不活性ガスを再利用するようにしてもよい。
【００３１】
また、接続口１７には不活性ガス供給用のパイプ１７ａが接続され、このパイプ１７ａには排気弁（三方電磁切換弁）３６の第１ポート３６ａが接続され、この排気弁３６の第２ポート３６ｂには不活性ガス供給用の圧力コントロールバルブ３７の吐出側が接続され、圧力コントロールバルブ３７の流入側には不活性ガス供給源３８が接続されている。尚、本実施例では、排気弁３６の第３のポート３６ｃは大気に開放されている。しかし、この第３のポート３６ｃをガス回収装置に接続して、第３のポート３６ｃから排出される不活性ガスを再利用するようにしてもよい。なお、３６ｃ´は、排気量調整バルブであり、排出スピードを調節するためのものである。
【００３２】
そして、パイプ３２，１７ａには圧力センサ３９，４０が取り付けられている。尚、ガス供給源３５にはアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガス又はコンプレッサーエアーが充填され、不活性ガス供給源３８にはアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスが充填されている。また、圧力センサ３９，４０からの圧力信号は演算制御回路（制御手段）４１に入力され、演算制御回路４１は排気弁３３，３６及び圧力コントロールバルブ３４，３７を作動制御する様になっている。
【００３３】
＜減圧系統＞
また、上述したように、密閉ケース１８の周壁部材２０の上端部には吸引用の接続口２４が形成されている。この接続口２４には吸引用（減圧用）のパイプ４２が接続され、パイプ４２には大気開放バルブすなわち大気導入弁（三方電磁切換弁）４３の第１ポート４３ａが接続され、この大気導入弁４３の第２ポート４３ｂには減圧コントロールバルブ４４を介して真空ポンプ４６が減圧手段として接続されている。尚、大気導入弁４３の第３のポート４３ｃは大気に開放されている。しかし、この第３のポート４３ｃをガス回収装置に接続して、第３のポート４３ｃから排出される不活性ガスを再利用するようにしてもよい。
【００３４】
しかも、パイプ４２の途中にはバキュームセンサ４５が取り付けられている。このバキュームセンサ（減圧センサ）４５からの出力信号は演算制御回路４１に入力され、大気導入弁４３及び減圧コントロールバルブ４４は演算制御回路４１により作動制御される様になっている。尚、上述の湯面検出センサ２３からの湯面検出信号も演算制御回路４１に入力される。
【００３５】
＜作用＞
次に、この様な構成の演算制御回路４１による制御作用の伴う鋳造工程を図２〜図９に基づいて説明する。尚、図２，図３は、鋳造工程の全体を概略的に示したものであるので、図１に示した符号の内の説明に必要な最小限の符号を付して、詳細な符号は図４〜図９に示す。
【００３６】
図２において、(a)は溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａの圧力（溶湯チャンバー内圧力）を示し、(b)は溶湯保持炉１の上部空間６ａの圧力（溶湯保持炉内圧力）を示し、(c)は鋳造金型２５に作用する吸引圧力を示したものである。そして、(a)の圧力特性曲線５０及び(c)の圧力特性曲線５１は、溶湯２が溶湯チャンバ１６内の所定高さまで押し上げられて、この溶湯チャンバ１６内の溶湯２´の湯面Ｓ１が湯面検出センサ２３により検出されている時点において、溶湯チャンバ１６内の上部空間１６ａの圧力を大気圧と同じにしたとき、この上部空間１６ａ内の圧力を「０」として図示してある。また、(b)の圧力特性曲線５２は、溶湯供給室６内の湯面Ｓ２に圧力が加えられていない時、即ち溶湯供給室６の上部空間６ａ内の圧力を大気圧にしたとき、この上部空間６ａ内の圧力を「０」として図示してある。
【００３７】
(i)スタート
この図２のｔ１は図３の(1)のスタートすなわち鋳造開始の時点になる。このスタート位置では、溶湯供給室６の上部空間６ａの圧力が図２(b)に示した様に「０」である。この状態では、前回の鋳造工程の終了によって、溶湯案内路１５ａ，溶湯チャンバ１６，溶湯充填路３０ａ等には不活性ガスが充填されている。尚、図中、不活性ガスは小点の集合で表わしている。
【００３８】
そして、演算制御回路４１は、鋳造金型２５の型締め前の時間ｔ１において、排気弁３６のポート３６ａ，３６ｂを連通させると共に、圧力コントロールバルブ３７を作動させて、不活性ガス供給源３８からの不活性ガスをパイプ１７ａを介して溶湯チャンバ１６内に供給する。
【００３９】
(ii)型締め
演算制御回路４１は、この不活性ガス供給開始後の時間ｔ２において油圧回路３１を作動制御して図示しない油圧シリンダを作動させ、蓋体２１を図３(1)及び図４の位置から降下させて図３(2)及び図５で示した様に周壁部材２０の上端に当接させ、金型室２２の上部開口端を閉成し密閉する。この際、上金型２７も降下させられて下金型２６に当接させられ型締めが行われる。
【００４０】
尚、この時点では、演算制御回路４１は、大気導入弁４３のポート４３ａ，４３ｃを連通させて、パイプ４２を大気に開放している。しかも、この際は、不活性ガス供給源３８からの不活性ガスがパイプ１７ａを介して溶湯チャンバ１６内に供給されているので、この不活性ガスが溶湯充填路３０ａを介して鋳造金型２５のキャビティ２９内に供給（充填）されると共に、金型２６，２７の合せ部間の隙間等から金型室２２内に洩れる。
【００４１】
(iii)湯面検出
また、演算制御回路４１は、鋳造金型２５の型締め直後の時間ｔ３において圧力コントロールバルブ３７の作動を停止させ、溶湯チャンバ１６への不活性ガスの供給を停止させる。
【００４２】
一方、演算制御回路４１は、時間ｔ３で排気弁３３のポート３３ａ，３３ｂを連通させると共に、圧力コントロールバルブ３４を作動させて、ガス供給源３５からの不活性ガス又は、コンプレッサーエアー等のガスを排気弁３３及びパイプ３２を介して溶湯供給室６の上部空間６ａに加圧供給し、上部空間６ａ内の圧力をＰ１まで上昇させる。
【００４３】
この上部空間６ａ内の圧力の上昇にともない、溶湯供給室６内の溶湯２が溶湯案内路１５ａを介して溶湯チャンバ１６内に押し上げられる。なお溶湯供給は電磁ポンプを使用しても良い。
【００４４】
そして、この溶湯２の押し上げに伴って、溶湯チャンバ１６内の湯面Ｓ１が図３(3)及び図６の如く湯面検出センサ２３に時間ｔ４で接すると、湯面Ｓ１が湯面検出センサ２３により検出されて、この湯面検出センサ２３からは湯面検出信号が出力されて演算制御回路４１に入力される。しかも、この演算制御回路４１は、湯面検出信号を受けると、圧力コントロールバルブ３４の作動を制御して上部空間６ａ内の圧力Ｐ１を保持させる。この状態では、溶湯充填パイプ３０の下端部が溶湯チャンバ１６内の溶湯２´内に挿入された状態となっている。
【００４５】
(iv)溶湯充填
（金型室２２の減圧）
一方、演算制御回路４１は、湯面検出信号を受けて圧力コントロールバルブ３４の制御によりＰ１を保持した後、時間ｔ４で大気導入弁４３のポート４３ａ，４３ｂを連通させて、減圧コントロールバルブ４４を作動させ、金型室２２の減圧を開始する。この際の圧力はバキュームセンサ４５で検出され、このバキュームセンサ４５からの検出信号は演算制御回路４１に入力される。
【００４６】
この際、鋳造金型２５のキャビティ２９内の減圧力は、時間ｔ４から時間ｔ５の間で０から−Ｐ６（Ｋｇ／cm2）まで増加させられた後、時間ｔ５からｔ６までの間で−Ｐ６（Ｋｇ／cm2）から−Ｐ７（Ｋｇ／cm2）（−Ｐ６＞−Ｐ７）まで増加させられる。そして、溶湯チャンバ１６内の溶湯２´が溶湯充填路３０ａ内を鋳造金型２５のキャビティ２９側に吸引され、図３(4)及び図７の如く充填される。この充填は、時間ｔ５までの間に行われる。
【００４７】
この充填に伴い、溶湯チャンバ１６内の溶湯２´の湯面Ｓ１が降下しようとするが、溶湯供給室６の上部空間６ａの圧力が演算制御回路４１によってＰ１を維持するように制御されているので、この圧力Ｐ１により溶湯保持炉１内の溶湯が溶湯チャンバ１６内に補充されて、湯面Ｓ１が略一定に保持されようとすることになる。
【００４８】
尚、このキャビティ２９への溶湯の充填が完了時には、キャビティ２９内の溶湯の熱が金型２６，２７に吸収された後に放熱され凝固を既に開始している。
【００４９】
（押し湯）
この凝固開始により、キャビティ２９内に充填された溶湯の収縮が行われるので鋳造品（製品）の品質の安定のために、キャビティ２９への押し湯を行わせる。 即ち、演算制御回路４１は、溶湯チャンバ１６内の溶湯２´が溶湯充填パイプ３０の下端部下方に降下する前に、金型室２２内の減圧度（真空度）が所定値（−Ｐ６）に達したのをバキュームセンサ４５からの検出信号を基に時間ｔ５で検知すると、圧力コントロールバルブ３４を作動させて、ガス供給源３５の不活性ガス又はコンプレッサーエアー等のガスを排気弁３３及びパイプ３２を介して溶湯供給室６の上部空間６ａに更に加圧供給し、上部空間６ａ内の圧力を時間ｔ５から時間ｔ６までの時間でＰ１からＰ２まで上昇させる。
【００５０】
一方、演算制御回路４１は、この溶湯保持炉１の上部空間６ａの圧力上昇開始と略同時に圧力コントロールバルブ３７を作動制御して、不活性ガス供給源３８と排気弁３６との連通状態を遮断させる。これにより、溶湯保持炉１内の圧力が上昇すると、溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａの圧力が増圧され、上部空間１６ａ内の圧力が時間ｔ５から時間ｔ６までの時間でＰ３まで上昇させられることになる。尚、不活性ガス供給源３８と排気弁３６との連通状態を遮断されているので、溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａの圧力Ｐ３は溶湯供給室６の上部空間６ａに加えられる圧力Ｐ２と同じになる。
【００５１】
この圧力Ｐ２（＝Ｐ３）は、溶湯チャンバ１６内の溶湯２´及び複数の溶湯充填路３０ａを介して鋳造金型２５のキャビティ２９内に作用して、冷却による容積の収縮に伴う溶湯の補充を行う。これにより、いわゆる押湯効果が付与される。
【００５２】
そして、圧力Ｐ３は圧力センサ４０の検出信号を基に演算制御回路４１が圧力コントロールバルブ３７を制御することにより時間ｔ9まで維持され、圧力Ｐ２は圧力センサ３９の検出信号を基に演算制御回路４１が圧力コントロールバルブ３４を制御することにより時間ｔ10まで維持される。
【００５３】
（減圧停止）
また、演算制御回路４１は、圧力センサ３９，４０からの圧力信号がＰ２，Ｐ３に達したのを時間ｔ６で検出した後に、時間ｔ７で減圧コントロールバルブ４４を作動制御して減圧コントロールバルブ４４内の通路途中を閉じると共に、大気導入弁４３のポート４３ａ，４３ｃを連通させて、パイプ４２を大気に連通させる。これにより、金型室２２内の圧力が上昇して大気圧（ここでは「０」）となる。尚、この減圧コントロールバルブ４４の停止時には、キャビティ２９内への溶湯の充填が完了している。
【００５４】
(v)湯切り及び湯戻し
このキャビティ２９への溶湯２’’の充填が完了後に所定時間ｔ９まで経過すると、キャビティ２９内の溶湯２’’の熱が金型２６，２７に吸収されて放熱され凝固するが、溶湯充填路３０ａ内の溶湯が凝固していない。この時間ｔ９において演算制御回路４１は、圧力コントロールバルブ３７により不活性ガスを不活性ガス供給源３８から溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａに加圧供給して、溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａの圧力をＰ３からＰ４まで上昇させ、溶湯チャンバ１６内の溶湯を図３(5)及び図８の如く溶湯充填パイプ３０の下端部下方の溶湯チャンバ１６の下端まで降下させる。
【００５５】
これにより、溶湯充填パイプ３０内の溶湯２’は、不活性ガスが溶湯充填パイプ３０内を上昇することにより、キャビティ２９の下端で縁切され、自重で下方に流下すると共に、溶湯チャンバ１６内に供給される不活性ガスにより溶湯供給室６まで積極的に流下させられ、縁切がなされる。
【００５６】
そして、演算制御回路４１は、時間ｔ10で圧力コントロールバルブ３３を作動制御して、溶湯保持炉１の上部空間６ａを大気に開放した後、時間ｔ11で圧力コントロールバルブ３６を作動制御して、溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａを大気に開放し、溶湯案内路１５ａ内の溶湯を溶湯供給室６内に戻させる。これにともない、上部空間６ａ，１６ａ内の圧力が降下して時間ｔ12の時点で略「０」にさせる。
【００５７】
(vi)製品取り出し
そして、演算制御回路４１は、上部空間１６ａ及び６ａ内の圧力が時間ｔ１２で略「０」になった後、直ちに油圧回路３１を作動制御して図示しない油圧シリンダにより蓋体２１を上昇させて周壁部材２０から上方に離反させると同時に、上金型２７を蓋体２１と一体に上昇させて、上金型２７を図３(6)及び図９に示した如く下金型２６から分離する。この後、図示しない製品受を上金型２７の下方に移動させて、上金型２７による製品保持を解除することにより、上金型２７に保持された鋳造品（製品）６０を製品受に受けさせた後、製品受を上金型２７の下方から取り出すことにより、鋳造品６０の取り出しが行われる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載のものでは、前記制御手段の作動制御により、例えば、前記溶湯供給手段により溶湯チャンバ内へ供給された溶湯の液面の所定位置への到達が、前記検出手段によって検出されると、前記減圧手段の作動を開始させることにより、溶湯チャンバ内の溶湯が、前記溶湯充填路を介してキャビティ内に充填させることが出来る。
【００５９】
このため、充填が開始される際の湯面の位置は、常に、比較的高い一定位置となり、充填手段の充填作動によって、上昇させる溶湯の圧力変動を減少させることにより、安定させて溶湯をキャビティに充填して良好な仕上がりを得ることが出来る。
【００６０】
また、請求項２に記載されたものでは、前記制御手段が、前記溶湯供給手段により溶湯チャンバ内へ供給された溶湯の湯面の所定位置への到達を、前記検出手段が検出すると、前記減圧手段によって、溶湯チャンバ内の溶湯を、前記溶湯充填路を介してキャビティ内に充填するように作動制御するので、安定させて溶湯がキャビティに充填されて良好な仕上がりを得ることが出来る、という実用上有益な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る差圧鋳造装置の説明図である。
【図２】図１に示した差圧鋳造装置の鋳造金型への吸引圧力等の経時関係を示す圧力特性曲線図である。
【図３】図２の圧力特性曲線図に従って制御される図１の差圧鋳造装置による鋳造工程の説明図である。
【図４】図３の(1)の拡大説明図である。
【図５】図３の(2)の拡大説明図である。
【図６】図３の(3)の拡大説明図である。
【図７】図３の(4)の拡大説明図である。
【図８】図３の(5)の拡大説明図である。
【図９】図３の(6)の拡大説明図である。
【図１０】従来の差圧鋳造装置の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…溶湯保持炉
２…溶湯
６…溶湯供給室
６ａ…上部空間
１５…ストーク（溶湯案内パイプ）
１５ａ…溶湯案内路
１６…溶湯チャンバ
１６ａ…上部空間
２３…湯面検出センサ（検出手段）
２５…鋳造金型
２６…下金型
２７…上金型
２９…キャビティ
３０…溶湯充填パイプ
３０ａ…溶湯充填路
３４…圧力コントロールバルブ（溶湯供給手段の一つ）
３５…ガス供給源
３７…圧力コントロールバルブ（不活性ガス供給手段の一つ）
３８…不活性ガス供給源
４１…演算制御回路（制御手段）
４６…真空ポンプ（減圧手段の一つ）
Ｓ１，Ｓ２…湯面
【産業上の利用分野】
この発明は、溶湯を差圧力又は、キャビティ内を減圧することによりキャビティ内に充填する様にした差圧鋳造装置及び差圧鋳造方法に関するものである。
【０００２】
ここで差圧鋳造装置とは、例えばキャビティを減圧し溶湯を吸引してキャビティに充填する鋳造装置、又は、保持炉及びキャビティを加圧し、その後、キャビティを減圧することで、圧力差を設け溶湯をキャビティに充填する鋳造装置のことが挙げられ、差圧鋳造方法とは、例えばキャビティを減圧し溶湯を吸引してキャビティに充填する鋳造方法、又は、保持炉及びキャビティを加圧し、その後、キャビティを減圧することで、圧力差を設け溶湯をキャビティに充填する鋳造方法のことが挙げられる。
【０００３】
【従来の技術】
従来から、特開平５−１２３８５０号公報に開示されたように、鋳型のキャビティ内を吸引装置で減圧して、その減圧力によりキャビティ内に溶湯を充填する、減圧式の鋳造装置がある。
【０００４】
このようなものでは、例えば図１０に示すように、開閉可能な金型１０１によってキャビティ１０２を形成し、キャビティ１０２に連通する湯口１０３を金型１０１の下部に開口している。
【０００５】
この湯口１０３には、ストーク１０４の上端が接続されている。このストーク１０４の下端は、溶湯保持炉１０５内の溶湯２に浸漬されている。
【０００６】
このように構成された従来のものでは、この溶湯２を加圧又は、前記金型１０１内を吸引装置７４によって減圧して溶湯２を、キャビティ１０２内に導入して、キャビティ１０２内で溶湯２を凝固させて製品を鋳造するように構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように構成された鋳造装置では、大型の金型１０１を用いて鋳造を行う場合、溶湯保持炉１０５内に常に、大量の溶湯を保持しておかなければならない。このように大量の溶湯２の湯面Ｓ０に対して、ストーク１０４から上昇させる溶湯２の圧力を一定とするように保持炉１０５内を加圧調整することは困難である。
【０００８】
また、溶湯２を加圧又は、前記金型１０１内を減圧する際に、湯面位置Ｓ０が毎回変動する。このため、ストーク１０４から上昇させる溶湯２の圧力が変動することによる湯回り不良等の鋳造ムラが発生してしまう虞もあった。
【０００９】
そこで、この発明は、安定させて溶湯をキャビティに充填して良好な仕上がりを得ることが出来る差圧鋳造装置を提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため本願発明の請求項１に記載されたものでは、金属溶湯が加熱保持されている溶湯保持炉と、前記溶湯保持炉の上方に配設された溶湯チャンバと、下端部が前記溶湯保持炉の溶湯内に挿入され且つ前記溶湯を前記溶湯チャンバに案内させる溶湯案内路と、前記溶湯保持炉内の溶湯を前記溶湯案内路を介して前記溶湯チャンバに供給する溶湯供給手段と、前記溶湯チャンバの直上に配設された鋳造金型と、前記鋳造金型に設けられたキャビティと、下端部が前記溶湯チャンバ内に挿入され且つ前記溶湯チャンバ内の溶湯を前記キャビティに案内させる溶湯充填路と、前記溶湯充填路を介して、前記キャビティに溶湯を減圧により充填する減圧手段と、前記減圧手段に含まれ、キャビティの減圧をコントロールする減圧コントロールバルブと、前記溶湯チャンバ内に設けられて、前記溶湯チャンバ内の溶湯面を検出する湯面検出手段と、前記キャビティの減圧を検出するバキュームセンサと、前記溶湯保持炉の上部空間の圧力を検出する第１圧力センサと、前記溶湯チャンバの上部空間の圧力を検出する第２圧力センサと、前記溶湯保持炉の上部空間の圧力を調節する第１圧力コントロールバルブと、前記溶湯チャンバの上部空間の圧力を調節する第２圧力コントロールバルブと、前記湯面検出手段と、バキュームセンサと、第１圧力センサと、第２圧力センサとの検出に基づいて、前記溶湯供給手段と、前記減圧手段と、両圧力コントロールバルブの作動を制御する制御手段とを備えた差圧鋳造装置を特徴としている。
【００１１】
このように構成された請求項１記載のものでは、前記制御手段の作動制御により、例えば、前記溶湯供給手段により溶湯チャンバ内へ供給された溶湯の液面の所定位置への到達が、前記検出手段によって検出されると、前記充填手段の作動を開始させることにより、溶湯チャンバ内の溶湯が、前記溶湯充填路を介してキャビティ内に充填させることが出来る。
【００１２】
このため、充填が開始される際の湯面の位置は、常に、比較的高い一定位置となり、充填手段の充填作動によって、上昇させる溶湯の圧力変動を減少させることにより、安定させて溶湯をキャビティに充填して良好な仕上がりを得ることが出来る。
【００１３】
また、請求項２に記載されたものでは、請求項１に記載の差圧鋳造装置において、前記制御手段は、前記湯面検出手段が溶湯チャンバの溶湯の湯面の所定位置への到達を検出すると、減圧手段により溶湯チャンバ内の溶湯をキャビティへ供給し、同時に、第１圧力コントロールバルブにより溶湯保持炉の上部空間の圧力を所定の高さに保持する溶湯充填制御を実行することを特徴としている。
【００１４】
このように構成された請求項２記載のものでは、前記制御手段が、前記溶湯供給手段により溶湯チャンバ内へ供給された溶湯の湯面の所定位置への到達を、前記検出手段が検出すると、前記充填手段によって、溶湯チャンバ内の溶湯を、前記溶湯充填路を介してキャビティ内に充填するように作動制御するので、安定させて溶湯がキャビティに充填されて良好な仕上がりを得ることが出来る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
＜溶湯鋳造側の機械的構成＞
図１において、１は、ヒータ１ｂ等で加熱される溶湯保持炉、２は溶湯保持炉１内のアルミニウム，アルミニウム合金，マグネシウム合金等の金属の溶湯、３は溶湯保持炉１の上部開口端を閉成している蓋体、４は溶湯保持炉１内に設けられた隔壁である。
【００１７】
図１中、溶湯保持炉１内は隔壁４により右側の溶湯補給室（溶湯注入室）５と左側の溶湯供給室６とに区画されている。しかも、この隔壁４の上端と蓋体３との間には連通口１ｃが設けられ、この隔壁４と溶湯保持炉１の底壁１ａとの間には溶湯補給室５と溶湯供給室６とを連通させる連通口７が形成されている。
【００１８】
８は蓋体３を貫通して溶湯補給室５内に挿入された脱ガス装置（ガス抜き装置）、９は溶湯補給室５上に位置させて蓋体３に設けられた溶湯補給口、１０は溶湯補給口９を閉成する蓋体、１１は溶湯供給室６の上部空間６ａに連通する接続口である。尚、脱ガス装置８は、溶湯補給口９から注入される溶湯２中のガス（主に水素等）を外部に排出する様になっている（この構成には周知の構造が採用される）。
【００１９】
また、溶湯保持炉１の上部には金型支持用のプレート１２が配設され、このプレート１２の上部には金型支持台１３が固定され、この金型支持台１３内には上方に開放する容器状の断熱材１３ａが固定され、断熱材１３ａ内には上方に開放した鋳鉄製の溶湯容器１４が配設されている。この溶湯容器１４の表面は、図示しないセラミックウール等により覆われていて、溶湯２´と化学反応しないようになっている。１２ａはプレート１２に設けた挿通孔である。しかも、溶湯容器１４は底壁１４ａが中央に向うに従って下方に下がるようなテーパ形状に形成されている。
【００２０】
そして、この底壁１４ａの中央には、セラミック等からなる筒状のストーク（溶湯案内パイプ）１５の上端が固定されている。このストーク１５は、挿通孔１２ａを介して下方に延びると共に、蓋体３を貫通して溶湯供給室６内の溶湯２内に挿入されている。１５ａはストーク１５内の溶湯案内路である。
【００２１】
尚、溶湯容器１４の底壁１４ａをテーパ状に形成することで、溶湯容器１４内の溶湯２´を下方の溶湯保持炉１側に押し下げる場合には、溶湯容器１４内に溶湯２´が残ることなく下方に押し下げることができる。また、溶湯容器１４内には溶湯２´のための溶湯チャンバ１６が形成され、溶湯容器１４の上部には溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａに連通する接続口１７が形成されている。
【００２２】
また、この金型支持台１３及び溶湯容器１４上には密閉ケース１８が配設されている。この密閉ケース１８は、金型支持台１３及び溶湯容器１４の上端を閉成する底板１９と、底板１９上に気密に固定された周壁部材２０と、周壁部材２０の上端を閉成している蓋体２１を有する。
【００２３】
２２は密閉ケース１８内の金型室である。しかも、底板１９には溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａ内に突出する検出手段としての湯面検出センサ２３が固定され、周壁部材２０の上端部には吸引用の接続口２４が形成されている。
【００２４】
また、金型室２２内には鋳造金型２５が配設されている。この鋳造金型２５は、底板１９上に固定された下金型２６と、下金型２６上に配置された上金型２７を有する。この上金型２７は支持部材２８を介して蓋体２１の下面（内面）に固定されている。この金型２６，２７間には製品形状のキャビティ２９が形成されている。しかも、下金型２６には、上下に延び且つ上端をキャビティ２９に連通させた複数の溶湯充填パイプ３０が固定されている。この溶湯充填パイプ３０は、底板１９を貫通して溶湯チャンバ１６内に突出している。３０ａは溶湯充填パイプ３０内の溶湯充填路である。また、溶湯充填パイプ３０の外周面及び底板１９の下面は、鋳鉄製の保護層１９ａで覆われ、この保護層１９ａの表面は図示しないセラミックウール等により覆われている。このセラミックウールは、保護層１９ａが溶湯と化学反応するのを防止すると共に、溶湯チャンバ１６内の熱が鋳造金型２５に伝達しにくくする断熱機能を兼備している。
【００２５】
尚、蓋体２１は油圧シリンダ（図示せず）で図１中昇降駆動可能に設けられ、この油圧シリンダは油圧回路３１により駆動制御されるようになっている。また、金型支持台１３，底板１９，周壁部材２０は一体に形成することもできる。また、金型支持台１３と周壁部材２０を一体に形成すると共に、図示した周壁部材２０の下端に内方フランジを突設して、この内方フランジに底板１９を着脱可能に取り付けることで、鋳造金型２５で鋳造される製品の仕様変更のために溶湯充填パイプ３０の数と位置が変わっても、底板１９の変更のみで対応できることになる。
【００２６】
ここで、吸引鋳造をする前に予め鋳造金型２５近くまで溶湯２´を揚げておくところの溶湯チャンバ１６の貯溜される溶湯２´の量について説明する。湯面検出センサ２３により検出される所定湯面Ｓ１位置は、溶湯充填パイプ３０の下端、すなわち溶湯充填路３０ａの下端より上にある。キャビティ２９への吸引充填がなされるとき、溶湯チャンバ１６の湯面Ｓ１は一時的に下がるが溶湯保持炉上部空間６ａ内の圧力Ｐ１が維持されているので、溶湯供給室６内の溶湯２が溶湯案内路１５ａを介して自動的に供給されているので湯面Ｓ１は維持される。なお、Ｐ１は湯面Ｓ２の低下に従って数ショット毎に圧力補正される。
【００２７】
この溶湯チャンバ１６の湯面Ｓ１が、キャビティ２９への吸引充填で一時的に下がるとき、溶湯充填路３０ａの下端より下がって不活性ガスが溶湯充填路３０ａからキャビティ２９に入り込まないような溶湯貯溜量が必要である。すなわち、溶湯チャンバ１６の溶湯２´の貯溜量は、キャビティ２９への充填開始から充填が終了するまで、溶湯チャンバ１６の湯面Ｓ１が溶湯充填路３０ａの下端より常に上にあるように設定されている。なお、不活性ガスは溶湯の酸化を防止するためのものである。
【００２８】
また、吸引開始前の溶湯チャンバ１６の溶湯の貯溜量は溶湯充填路３０ａの下端から上のキャビティ２９を含む鋳造空間の容積の１〜５倍が適当である。この条件であれば、溶湯充填路３０ａの下端が湯面Ｓ１より上に来ることはなく、溶湯チャンバ１６内の溶湯２´の湯温が低下しすぎることもない。更に、この溶湯２´の貯溜量は、好ましくは１〜２倍である。これは、湯面Ｓ１が少しでも下がれば、この湯面Ｓ１を揚げるため、溶湯供給室６の溶湯２がストーク１５を通して供給されるため、鋳造サイクルを短縮した、省エネルギとするのに好ましい。
【００２９】
＜溶湯加圧系統＞
上述の様に溶湯保持炉１には溶湯供給室６の上部空間６ａに連通する接続口１１が設けられ、溶湯チャンバ１６には、上部空間１６ａに連通する接続口１７が設けられている。
【００３０】
この接続口１１には不活性ガス又はコンプレッサーエアー供給用のパイプ３２が接続され、このパイプ３２には排気弁（三方電磁切換弁）３３の第１ポート３３ａが接続され、この排気弁３３の第２ポート３３ｂにはガス供給用の圧力コントロールバルブ３４の吐出側が接続され、圧力コントロールバルブ３４の流入側には不活性ガス又はコンプレッサーエアー等のガス供給源３５が接続されている。尚、本実施例では、排気弁３３の第３のポート３３ｃは大気に開放されている。しかし、この第３のポート３３ｃをガス回収装置に接続して、第３のポート３３ｃから排出される不活性ガスを再利用するようにしてもよい。
【００３１】
また、接続口１７には不活性ガス供給用のパイプ１７ａが接続され、このパイプ１７ａには排気弁（三方電磁切換弁）３６の第１ポート３６ａが接続され、この排気弁３６の第２ポート３６ｂには不活性ガス供給用の圧力コントロールバルブ３７の吐出側が接続され、圧力コントロールバルブ３７の流入側には不活性ガス供給源３８が接続されている。尚、本実施例では、排気弁３６の第３のポート３６ｃは大気に開放されている。しかし、この第３のポート３６ｃをガス回収装置に接続して、第３のポート３６ｃから排出される不活性ガスを再利用するようにしてもよい。なお、３６ｃ´は、排気量調整バルブであり、排出スピードを調節するためのものである。
【００３２】
そして、パイプ３２，１７ａには圧力センサ３９，４０が取り付けられている。尚、ガス供給源３５にはアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガス又はコンプレッサーエアーが充填され、不活性ガス供給源３８にはアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスが充填されている。また、圧力センサ３９，４０からの圧力信号は演算制御回路（制御手段）４１に入力され、演算制御回路４１は排気弁３３，３６及び圧力コントロールバルブ３４，３７を作動制御する様になっている。
【００３３】
＜減圧系統＞
また、上述したように、密閉ケース１８の周壁部材２０の上端部には吸引用の接続口２４が形成されている。この接続口２４には吸引用（減圧用）のパイプ４２が接続され、パイプ４２には大気開放バルブすなわち大気導入弁（三方電磁切換弁）４３の第１ポート４３ａが接続され、この大気導入弁４３の第２ポート４３ｂには減圧コントロールバルブ４４を介して真空ポンプ４６が減圧手段として接続されている。尚、大気導入弁４３の第３のポート４３ｃは大気に開放されている。しかし、この第３のポート４３ｃをガス回収装置に接続して、第３のポート４３ｃから排出される不活性ガスを再利用するようにしてもよい。
【００３４】
しかも、パイプ４２の途中にはバキュームセンサ４５が取り付けられている。このバキュームセンサ（減圧センサ）４５からの出力信号は演算制御回路４１に入力され、大気導入弁４３及び減圧コントロールバルブ４４は演算制御回路４１により作動制御される様になっている。尚、上述の湯面検出センサ２３からの湯面検出信号も演算制御回路４１に入力される。
【００３５】
＜作用＞
次に、この様な構成の演算制御回路４１による制御作用の伴う鋳造工程を図２〜図９に基づいて説明する。尚、図２，図３は、鋳造工程の全体を概略的に示したものであるので、図１に示した符号の内の説明に必要な最小限の符号を付して、詳細な符号は図４〜図９に示す。
【００３６】
図２において、(a)は溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａの圧力（溶湯チャンバー内圧力）を示し、(b)は溶湯保持炉１の上部空間６ａの圧力（溶湯保持炉内圧力）を示し、(c)は鋳造金型２５に作用する吸引圧力を示したものである。そして、(a)の圧力特性曲線５０及び(c)の圧力特性曲線５１は、溶湯２が溶湯チャンバ１６内の所定高さまで押し上げられて、この溶湯チャンバ１６内の溶湯２´の湯面Ｓ１が湯面検出センサ２３により検出されている時点において、溶湯チャンバ１６内の上部空間１６ａの圧力を大気圧と同じにしたとき、この上部空間１６ａ内の圧力を「０」として図示してある。また、(b)の圧力特性曲線５２は、溶湯供給室６内の湯面Ｓ２に圧力が加えられていない時、即ち溶湯供給室６の上部空間６ａ内の圧力を大気圧にしたとき、この上部空間６ａ内の圧力を「０」として図示してある。
【００３７】
(i)スタート
この図２のｔ１は図３の(1)のスタートすなわち鋳造開始の時点になる。このスタート位置では、溶湯供給室６の上部空間６ａの圧力が図２(b)に示した様に「０」である。この状態では、前回の鋳造工程の終了によって、溶湯案内路１５ａ，溶湯チャンバ１６，溶湯充填路３０ａ等には不活性ガスが充填されている。尚、図中、不活性ガスは小点の集合で表わしている。
【００３８】
そして、演算制御回路４１は、鋳造金型２５の型締め前の時間ｔ１において、排気弁３６のポート３６ａ，３６ｂを連通させると共に、圧力コントロールバルブ３７を作動させて、不活性ガス供給源３８からの不活性ガスをパイプ１７ａを介して溶湯チャンバ１６内に供給する。
【００３９】
(ii)型締め
演算制御回路４１は、この不活性ガス供給開始後の時間ｔ２において油圧回路３１を作動制御して図示しない油圧シリンダを作動させ、蓋体２１を図３(1)及び図４の位置から降下させて図３(2)及び図５で示した様に周壁部材２０の上端に当接させ、金型室２２の上部開口端を閉成し密閉する。この際、上金型２７も降下させられて下金型２６に当接させられ型締めが行われる。
【００４０】
尚、この時点では、演算制御回路４１は、大気導入弁４３のポート４３ａ，４３ｃを連通させて、パイプ４２を大気に開放している。しかも、この際は、不活性ガス供給源３８からの不活性ガスがパイプ１７ａを介して溶湯チャンバ１６内に供給されているので、この不活性ガスが溶湯充填路３０ａを介して鋳造金型２５のキャビティ２９内に供給（充填）されると共に、金型２６，２７の合せ部間の隙間等から金型室２２内に洩れる。
【００４１】
(iii)湯面検出
また、演算制御回路４１は、鋳造金型２５の型締め直後の時間ｔ３において圧力コントロールバルブ３７の作動を停止させ、溶湯チャンバ１６への不活性ガスの供給を停止させる。
【００４２】
一方、演算制御回路４１は、時間ｔ３で排気弁３３のポート３３ａ，３３ｂを連通させると共に、圧力コントロールバルブ３４を作動させて、ガス供給源３５からの不活性ガス又は、コンプレッサーエアー等のガスを排気弁３３及びパイプ３２を介して溶湯供給室６の上部空間６ａに加圧供給し、上部空間６ａ内の圧力をＰ１まで上昇させる。
【００４３】
この上部空間６ａ内の圧力の上昇にともない、溶湯供給室６内の溶湯２が溶湯案内路１５ａを介して溶湯チャンバ１６内に押し上げられる。なお溶湯供給は電磁ポンプを使用しても良い。
【００４４】
そして、この溶湯２の押し上げに伴って、溶湯チャンバ１６内の湯面Ｓ１が図３(3)及び図６の如く湯面検出センサ２３に時間ｔ４で接すると、湯面Ｓ１が湯面検出センサ２３により検出されて、この湯面検出センサ２３からは湯面検出信号が出力されて演算制御回路４１に入力される。しかも、この演算制御回路４１は、湯面検出信号を受けると、圧力コントロールバルブ３４の作動を制御して上部空間６ａ内の圧力Ｐ１を保持させる。この状態では、溶湯充填パイプ３０の下端部が溶湯チャンバ１６内の溶湯２´内に挿入された状態となっている。
【００４５】
(iv)溶湯充填
（金型室２２の減圧）
一方、演算制御回路４１は、湯面検出信号を受けて圧力コントロールバルブ３４の制御によりＰ１を保持した後、時間ｔ４で大気導入弁４３のポート４３ａ，４３ｂを連通させて、減圧コントロールバルブ４４を作動させ、金型室２２の減圧を開始する。この際の圧力はバキュームセンサ４５で検出され、このバキュームセンサ４５からの検出信号は演算制御回路４１に入力される。
【００４６】
この際、鋳造金型２５のキャビティ２９内の減圧力は、時間ｔ４から時間ｔ５の間で０から−Ｐ６（Ｋｇ／cm2）まで増加させられた後、時間ｔ５からｔ６までの間で−Ｐ６（Ｋｇ／cm2）から−Ｐ７（Ｋｇ／cm2）（−Ｐ６＞−Ｐ７）まで増加させられる。そして、溶湯チャンバ１６内の溶湯２´が溶湯充填路３０ａ内を鋳造金型２５のキャビティ２９側に吸引され、図３(4)及び図７の如く充填される。この充填は、時間ｔ５までの間に行われる。
【００４７】
この充填に伴い、溶湯チャンバ１６内の溶湯２´の湯面Ｓ１が降下しようとするが、溶湯供給室６の上部空間６ａの圧力が演算制御回路４１によってＰ１を維持するように制御されているので、この圧力Ｐ１により溶湯保持炉１内の溶湯が溶湯チャンバ１６内に補充されて、湯面Ｓ１が略一定に保持されようとすることになる。
【００４８】
尚、このキャビティ２９への溶湯の充填が完了時には、キャビティ２９内の溶湯の熱が金型２６，２７に吸収された後に放熱され凝固を既に開始している。
【００４９】
（押し湯）
この凝固開始により、キャビティ２９内に充填された溶湯の収縮が行われるので鋳造品（製品）の品質の安定のために、キャビティ２９への押し湯を行わせる。 即ち、演算制御回路４１は、溶湯チャンバ１６内の溶湯２´が溶湯充填パイプ３０の下端部下方に降下する前に、金型室２２内の減圧度（真空度）が所定値（−Ｐ６）に達したのをバキュームセンサ４５からの検出信号を基に時間ｔ５で検知すると、圧力コントロールバルブ３４を作動させて、ガス供給源３５の不活性ガス又はコンプレッサーエアー等のガスを排気弁３３及びパイプ３２を介して溶湯供給室６の上部空間６ａに更に加圧供給し、上部空間６ａ内の圧力を時間ｔ５から時間ｔ６までの時間でＰ１からＰ２まで上昇させる。
【００５０】
一方、演算制御回路４１は、この溶湯保持炉１の上部空間６ａの圧力上昇開始と略同時に圧力コントロールバルブ３７を作動制御して、不活性ガス供給源３８と排気弁３６との連通状態を遮断させる。これにより、溶湯保持炉１内の圧力が上昇すると、溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａの圧力が増圧され、上部空間１６ａ内の圧力が時間ｔ５から時間ｔ６までの時間でＰ３まで上昇させられることになる。尚、不活性ガス供給源３８と排気弁３６との連通状態を遮断されているので、溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａの圧力Ｐ３は溶湯供給室６の上部空間６ａに加えられる圧力Ｐ２と同じになる。
【００５１】
この圧力Ｐ２（＝Ｐ３）は、溶湯チャンバ１６内の溶湯２´及び複数の溶湯充填路３０ａを介して鋳造金型２５のキャビティ２９内に作用して、冷却による容積の収縮に伴う溶湯の補充を行う。これにより、いわゆる押湯効果が付与される。
【００５２】
そして、圧力Ｐ３は圧力センサ４０の検出信号を基に演算制御回路４１が圧力コントロールバルブ３７を制御することにより時間ｔ9まで維持され、圧力Ｐ２は圧力センサ３９の検出信号を基に演算制御回路４１が圧力コントロールバルブ３４を制御することにより時間ｔ10まで維持される。
【００５３】
（減圧停止）
また、演算制御回路４１は、圧力センサ３９，４０からの圧力信号がＰ２，Ｐ３に達したのを時間ｔ６で検出した後に、時間ｔ７で減圧コントロールバルブ４４を作動制御して減圧コントロールバルブ４４内の通路途中を閉じると共に、大気導入弁４３のポート４３ａ，４３ｃを連通させて、パイプ４２を大気に連通させる。これにより、金型室２２内の圧力が上昇して大気圧（ここでは「０」）となる。尚、この減圧コントロールバルブ４４の停止時には、キャビティ２９内への溶湯の充填が完了している。
【００５４】
(v)湯切り及び湯戻し
このキャビティ２９への溶湯２’’の充填が完了後に所定時間ｔ９まで経過すると、キャビティ２９内の溶湯２’’の熱が金型２６，２７に吸収されて放熱され凝固するが、溶湯充填路３０ａ内の溶湯が凝固していない。この時間ｔ９において演算制御回路４１は、圧力コントロールバルブ３７により不活性ガスを不活性ガス供給源３８から溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａに加圧供給して、溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａの圧力をＰ３からＰ４まで上昇させ、溶湯チャンバ１６内の溶湯を図３(5)及び図８の如く溶湯充填パイプ３０の下端部下方の溶湯チャンバ１６の下端まで降下させる。
【００５５】
これにより、溶湯充填パイプ３０内の溶湯２’は、不活性ガスが溶湯充填パイプ３０内を上昇することにより、キャビティ２９の下端で縁切され、自重で下方に流下すると共に、溶湯チャンバ１６内に供給される不活性ガスにより溶湯供給室６まで積極的に流下させられ、縁切がなされる。
【００５６】
そして、演算制御回路４１は、時間ｔ10で圧力コントロールバルブ３３を作動制御して、溶湯保持炉１の上部空間６ａを大気に開放した後、時間ｔ11で圧力コントロールバルブ３６を作動制御して、溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａを大気に開放し、溶湯案内路１５ａ内の溶湯を溶湯供給室６内に戻させる。これにともない、上部空間６ａ，１６ａ内の圧力が降下して時間ｔ12の時点で略「０」にさせる。
【００５７】
(vi)製品取り出し
そして、演算制御回路４１は、上部空間１６ａ及び６ａ内の圧力が時間ｔ１２で略「０」になった後、直ちに油圧回路３１を作動制御して図示しない油圧シリンダにより蓋体２１を上昇させて周壁部材２０から上方に離反させると同時に、上金型２７を蓋体２１と一体に上昇させて、上金型２７を図３(6)及び図９に示した如く下金型２６から分離する。この後、図示しない製品受を上金型２７の下方に移動させて、上金型２７による製品保持を解除することにより、上金型２７に保持された鋳造品（製品）６０を製品受に受けさせた後、製品受を上金型２７の下方から取り出すことにより、鋳造品６０の取り出しが行われる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載のものでは、前記制御手段の作動制御により、例えば、前記溶湯供給手段により溶湯チャンバ内へ供給された溶湯の液面の所定位置への到達が、前記検出手段によって検出されると、前記減圧手段の作動を開始させることにより、溶湯チャンバ内の溶湯が、前記溶湯充填路を介してキャビティ内に充填させることが出来る。
【００５９】
このため、充填が開始される際の湯面の位置は、常に、比較的高い一定位置となり、充填手段の充填作動によって、上昇させる溶湯の圧力変動を減少させることにより、安定させて溶湯をキャビティに充填して良好な仕上がりを得ることが出来る。
【００６０】
また、請求項２に記載されたものでは、前記制御手段が、前記溶湯供給手段により溶湯チャンバ内へ供給された溶湯の湯面の所定位置への到達を、前記検出手段が検出すると、前記減圧手段によって、溶湯チャンバ内の溶湯を、前記溶湯充填路を介してキャビティ内に充填するように作動制御するので、安定させて溶湯がキャビティに充填されて良好な仕上がりを得ることが出来る、という実用上有益な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る差圧鋳造装置の説明図である。
【図２】図１に示した差圧鋳造装置の鋳造金型への吸引圧力等の経時関係を示す圧力特性曲線図である。
【図３】図２の圧力特性曲線図に従って制御される図１の差圧鋳造装置による鋳造工程の説明図である。
【図４】図３の(1)の拡大説明図である。
【図５】図３の(2)の拡大説明図である。
【図６】図３の(3)の拡大説明図である。
【図７】図３の(4)の拡大説明図である。
【図８】図３の(5)の拡大説明図である。
【図９】図３の(6)の拡大説明図である。
【図１０】従来の差圧鋳造装置の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…溶湯保持炉
２…溶湯
６…溶湯供給室
６ａ…上部空間
１５…ストーク（溶湯案内パイプ）
１５ａ…溶湯案内路
１６…溶湯チャンバ
１６ａ…上部空間
２３…湯面検出センサ（検出手段）
２５…鋳造金型
２６…下金型
２７…上金型
２９…キャビティ
３０…溶湯充填パイプ
３０ａ…溶湯充填路
３４…圧力コントロールバルブ（溶湯供給手段の一つ）
３５…ガス供給源
３７…圧力コントロールバルブ（不活性ガス供給手段の一つ）
３８…不活性ガス供給源
４１…演算制御回路（制御手段）
４６…真空ポンプ（減圧手段の一つ）
Ｓ１，Ｓ２…湯面
Claims (2)
- 金属溶湯が加熱保持されている溶湯保持炉と、
前記溶湯保持炉の上方に配設された溶湯チャンバと、
下端部が前記溶湯保持炉の溶湯内に挿入され且つ前記溶湯を前記溶湯チャンバに案内させる溶湯案内路と、
前記溶湯保持炉内の溶湯を前記溶湯案内路を介して前記溶湯チャンバに供給する溶湯供給手段と、
前記溶湯チャンバの直上に配設された鋳造金型と、
前記鋳造金型に設けられたキャビティと、
下端部が前記溶湯チャンバ内に挿入され且つ前記溶湯チャンバ内の溶湯を前記キャビティに案内させる溶湯充填路と、
前記溶湯充填路を介して、前記キャビティに溶湯を減圧により充填する減圧手段と、
前記減圧手段に含まれ、キャビティの減圧をコントロールする減圧コントロールバルブと、
前記溶湯チャンバ内に設けられて、前記溶湯チャンバ内の溶湯面を検出する湯面検出手段と、
前記キャビティの減圧を検出するバキュームセンサと、
前記溶湯保持炉の上部空間の圧力を検出する第１圧力センサと、
前記溶湯チャンバの上部空間の圧力を検出する第２圧力センサと、
前記溶湯保持炉の上部空間の圧力を調節する第１圧力コントロールバルブと、
前記溶湯チャンバの上部空間の圧力を調節する第２圧力コントロールバルブと、
前記湯面検出手段と、バキュームセンサと、第１圧力センサと、第２圧力センサとの検出に基づいて、前記溶湯供給手段と、前記減圧手段と、両圧力コントロールバルブの作動を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする差圧鋳造装置。 - 前記制御手段は、前記湯面検出手段が溶湯チャンバの溶湯の湯面の所定位置への到達を検出すると、減圧手段により溶湯チャンバ内の溶湯をキャビティへ供給し、同時に、第１圧力コントロールバルブにより溶湯保持炉の上部空間の圧力を所定の高さに保持する溶湯充填制御を実行することを特徴とする請求項１に記載の差圧鋳造装置。
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| JP20785897A JP3727444B2 (ja) | 1997-08-01 | 1997-08-01 | 差圧鋳造装置及び差圧鋳造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP20785897A JP3727444B2 (ja) | 1997-08-01 | 1997-08-01 | 差圧鋳造装置及び差圧鋳造方法 |
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| JPH1147910A JPH1147910A (ja) | 1999-02-23 |
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-
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