JP3826980B2

JP3826980B2 - 低圧鋳造装置

Info

Publication number: JP3826980B2
Application number: JP09032898A
Authority: JP
Inventors: 谷圭志井
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-04-02
Filing date: 1998-04-02
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2018-04-02
Also published as: JPH11285807A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低圧鋳造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
低圧鋳造は、例えば、アルミニウム合金から成るロードホイールやシリンダブロックなどの自動車用部品の製造に用いられている。この種の低圧鋳造では、鋳型のキャビティ内に保持炉内の溶湯を加圧供給するに際して、保持炉からキャビティへの導入管であるストーク内やキャビティ内に不活性ガスを供給し、この不活性ガスにより溶湯表面における酸化被膜の生成を抑制して、溶湯の湯流れ性を高めるようにしている。このような機能を備えた低圧鋳造装置としては、図５に示すようなものがあった。
【０００３】
図５（ａ）に示す低圧鋳造装置１００は、キャビティ１０１を形成する鋳型１０２と、鋳型１０２の下側に配置され且つ溶湯１０３を蓄えた保持炉１０４と、上端部を鋳型１０２の湯口１０５に接続し且つ下端部を溶湯１０３に浸漬したストーク１０６を備えている。ストーク１０６は、その上端部が内筒１０６ａを有する２重構造になっており、内筒１０６ａの外周側である環状領域１０６ｂに対して不活性ガスの供給系１０７が設けてある。
【０００４】
上記の低圧鋳造装置１００は、保持炉１０４内を加圧し、ストーク１０６を介して溶湯１０３をキャビティ１０１内に加圧供給する際に、供給系１０７からストーク１０６内に不活性ガスを供給する。そして、キャビティ１０１内の溶湯１０３が製品１０８として凝固したのち、図５（ｂ）に示すように、供給系１０７から環状領域１０６ｂ内に不活性ガスを供給し、さらに不活性ガスをバブリングで溶湯１０３中に供給することにより、製品１０８と未凝固の溶湯１０３との間を不活性ガスＧで分離する。これにより、２回目以降の鋳造において、ストーク１０６内の溶湯１０３の表面に酸化被膜が生成されるのを防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記したような従来の低圧鋳造装置１００にあっては、消耗品であるストーク１０６が複雑な２重構造であるとともに高価であって、メンテナンスに手間がかかるとともにランニングコストが高いという問題があり、また、不活性ガスの供給系１０７においてはキャビティ１０１への不活性ガスの供給、バブリングによる溶湯１０３中への不活性ガスの供給、ならびに環状領域１０６ｂへの溶湯１０３の侵入を防止するための不活性ガスの供給をそれぞれ異なる圧力で行うことから、圧力制御が難しいという問題があり、これらの問題を解決することが課題であった。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、溶湯表面の酸化被膜の生成を防止し、溶湯の良好な湯流れ性を得ることができるうえに、メンテナンスの簡略化、ランニングコストの低減および不活性ガスの圧力制御の簡略化などを実現することができる低圧鋳造装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる低圧鋳造装置は、請求項１として、加圧用気体が供給される１次加圧室と、不活性ガスが供給される２次加圧室と、２次加圧室とその上側に配置した鋳型の内部とを連通させるストークと、ストークと異なる位置から２次加圧室に不活性ガスを供給するガス流路を備え、１次および２次の加圧室を互いの下部で連通させるとともに両加圧室に溶湯を充填し、ストークの下端部を加圧室の非加圧状態の溶湯表面よりも上側に配置した構成とし、請求項２として、溶湯を蓄える収容体内に、下部が連通した１次および２次の加圧室を形成し、１次加圧室の上部に、加圧用気体の気体流路を備えると共に、２次加圧室の上部に、収容体の天井部に開口する不活性ガスのガス流路と、ガス流路を開閉する制御弁と、収容体の天井部に連結して２次加圧室とその上側に配置した鋳型の内部とを連通させるストークを備え、ストークの下端部を加圧室の非加圧状態の溶湯表面よりも上側に配置した構成とし、請求項３として、２次加圧室に供給する不活性ガスが、空気よりも比重の大きいガスである構成とし、請求項４として、１次および２次の加圧室が、収容体の内部上面から溶湯中に張り出した隔壁により形成してある構成とし、請求項５として、ストークが、２次加圧室の上部に固定される下側部材と、下側部材および鋳型に対して着脱可能な上側部材とに分割してある構成としており、上記の構成を課題を解決するための手段としている。
【０００８】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わる低圧鋳造装置では、２次加圧室とその上側に配置した鋳型の内部とを連通させるストークと、２次加圧室に不活性ガスを供給するガス流路を異なる位置に設けているので、ストークが筒状の簡単な構造となる。そして、ストークの下端部が、加圧室の非加圧状態の溶湯表面よりも上側に配置してあるので、ガス流路から２次加圧室に不活性ガスを供給していくと、この不活性ガスによって２次加圧室内の溶湯表面と空気との接触を阻止すると共に、不活性ガスがストークを通して鋳型の内部に供給される。これにより鋳型の内部が鋳造前に不活性ガス雰囲気となる。こののち、不活性ガスの供給を停止し、１次加圧室に加圧用気体を供給していくと、１次および２次の加圧室が互いの下部で連通しているので、加圧用気体の圧力により１次加圧室内の溶湯が押し下げられるのに伴って２次加圧室内の溶湯が押し上げられ、溶湯がストークを通して鋳型の内部に充填される。また、鋳型内部の溶湯が凝固したところで、１次加圧室に対する加圧用気体の供給を停止すると、ストークおよび２次加圧室内の溶湯が自重によってストークの下端部よりも下側まで下がるので、この間に再び不活性ガスを供給することによって、２次加圧室内の溶湯表面と空気との接触を阻止する。
【０００９】
本発明の請求項２に係わる低圧鋳造装置では、収容体の天井部において、２次加圧室とその上側に配置した鋳型の内部とを連通させるストークと、２次加圧室に不活性ガスを供給するガス流路が異なる位置に設けられ、ストークが筒状の簡単な構造となる。そして、ストークの下端部が、加圧室の非加圧状態の溶湯表面よりも上側に配置してあるので、制御弁を開放してガス流路から２次加圧室に不活性ガスを供給していくと、この不活性ガスによって２次加圧室内の溶湯表面と空気との接触を阻止すると共に、不活性ガスがストークを通して鋳型の内部に供給される。これにより鋳型の内部が鋳造前に不活性ガス雰囲気となる。こののち、制御弁を閉塞して不活性ガスの供給を停止し、気体流路から１次加圧室に加圧用気体を供給していくと、収容体内の１次および２次の加圧室が下部で連通しているので、加圧用気体の圧力により１次加圧室内の溶湯が押し下げられるのに伴って２次加圧室内の溶湯が押し上げられ、溶湯がストークを通して鋳型の内部に充填される。また、鋳型内部の溶湯が凝固したところで、１次加圧室に対する加圧用気体の供給を停止すると、加圧用気体の排出に伴ってストークおよび２次加圧室内の溶湯が自重によりストークの下端部よりも下側まで下がるので、この間に再び制御弁を開放してガス流路から２次加圧室に不活性ガスを供給することにより、２次加圧室内の溶湯表面と空気との接触を阻止する。
【００１０】
本発明の請求項３に係わる低圧鋳造装置では、２次加圧室に供給する不活性ガスとして空気よりも比重の大きいガスを用いているので、２次加圧室、ストークおよび鋳型内部の順で下側から空気を押し出すように不活性ガスが供給されることとなり、その後は２次加圧室に不活性ガスが残留するので、製品の取り出しを行うために鋳型を開いても、不活性ガスによって２次加圧室内の溶湯表面と空気との接触が阻止され、さらに、鋳型を開く際に不活性ガスを供給すれば、２次加圧室内の溶湯表面と空気との接触がより確実に阻止される。
【００１１】
本発明の請求項４に係わる低圧鋳造装置では、１次および２次の加圧室が、収容体の内部上面から溶湯中に張り出した隔壁により形成してあるので、例えば、収容体である既存のつるぼや保持炉に隔壁を設けることにより、僅かな改造で１次および２次の加圧室を形成し得ることとなる。
【００１２】
本発明の請求項５に係わる低圧鋳造装置では、ストークが、２次加圧室の上部に固定される下側部材と、下側部材および鋳型に対して着脱可能な上側部材とに分割してあるので、上側部材と鋳型の着脱機能により鋳型の交換に対処し得ると共に、下側部材と上側部材の着脱機能により湯口形状が異なる鋳型の交換に対処し得るものとなる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わる低圧鋳造装置によれば、不活性ガスによって２次加圧室内における溶湯表面の酸化被膜の生成を防止し、鋳型内部に対する溶湯の良好な湯流れ性を得ることができるうえに、ストークを筒状の簡単な構造にすることができ、２重構造で高価なストークを用いていた従来の装置と比較すると、メンテナンスの簡略化やランニングコストの低減を実現することができる。また、ストークの構造が簡単になるうえに、ストークの下端部を加圧室の非加圧状態の溶湯表面よりも上側に配置したことから、従来のような不活性ガスの溶湯中へのバブリングやストーク内での溶湯表面の保持が不要となり、不活性ガスの供給系における圧力制御の簡略化を実現することができ、さらに、ストークの下端部が常に溶湯に浸漬している従来の装置に比べて、ストークの寿命を延ばすことができるなどの優れた効果がもたらされる。
【００１４】
本発明の請求項２に係わる低圧鋳造装置によれば、溶湯を蓄える１つの収容体内に１次および２次の加圧室を形成したことから、全体をコンパクト化することができ、この収容体において、不活性ガスによって２次加圧室内における溶湯表面の酸化被膜の生成を防止し、鋳型内部に対する溶湯の良好な湯流れ性を得ることができるうえに、ストークを筒状の簡単な構造にすることができ、２重構造で高価なストークを用いていた従来の装置と比較すると、メンテナンスの簡略化やランニングコストの低減を実現することができる。また、ストークの構造が簡単になるうえに、ストークの下端部を加圧室の非加圧状態の溶湯表面よりも上側に配置したことから、従来のような不活性ガスの溶湯中へのバブリングやストーク内での溶湯表面の保持が不要となり、２次加圧室および鋳型内部に対する不活性ガスの供給にあっては、特別な圧力制御を必要とせず、ガス流路に設けた制御弁の開閉操作だけで行うことができ、不活性ガスの供給系の簡略化をも実現することができ、さらに、ストークの下端部が常に溶湯に浸漬している従来の装置に比べて、ストークの寿命を延ばすことができるなどの優れた効果がもたらされる。
【００１５】
本発明の請求項３に係わる低圧鋳造装置によれば、請求項１および２と同様の効果を得ることができるうえに、不活性ガスとして空気よりも比重の大きいガスを用いたことから、この不活性ガスを２次加圧室に供給すれば、２次加圧室、ストークおよび鋳型内部の順で不活性ガスが供給されることとなり、空気を押し出して鋳型内部を確実に不活性ガス雰囲気にすることができ、さらに、製品の取り出しを行うために鋳型を開いても、２次加圧室に残留する不活性ガスによって溶湯表面と空気との接触を阻止することができると共に、鋳型を開く際にも不活性ガスの供給を行えば、２次加圧室内の溶湯表面と空気との接触をより確実に阻止し、酸化被膜の生成をより確実に抑制することができる。
【００１６】
本発明の請求項４に係わる低圧鋳造装置によれば、請求項２および３と同様の効果を得ることができるうえに、１次および２次の加圧室が、収容体の内部上面から溶湯中に張り出した隔壁により形成してあるので、例えば、収容体である既存のつるぼや保持炉に対して、隔壁の取り付け等の僅かな改造で１次および２次の加圧室を簡単に形成することができ、これにより装置の製造費用の低減などに貢献することができる。
【００１７】
本発明の請求項５に係わる低圧鋳造装置によれば、請求項１〜４と同様の効果を得ることができるうえに、２次加圧室の上部に固定される下側部材と、下側部材および鋳型に対して着脱可能な上側部材とに分割したストークを採用したことから、鋳型の交換あるいは湯口形状が異なる鋳型の交換にきわめて容易に対処することができ、様々な製品生産に対する広い汎用性を確保することができる。
【００１８】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明に係わる低圧鋳造装置の一実施例を説明する。
【００１９】
図１に示す低圧鋳造装置１は、溶湯２を蓄えるるつぼあるいは保持炉である収容体３内に、下部が連通した１次加圧室１１および２次加圧室１２が形成してある。収容体３は、天井部３ａ、底面部３ｂおよび周囲を形成する側壁部３ｃで構成してあって、その内部に、収容体３の内部上面である天井部３ａから垂下して溶湯３中に張り出した隔壁４を備えており、この隔壁４によって１次および２次の加圧室１１，１２を仕切った状態に形成している。
【００２０】
この実施例の隔壁４は、平板状であって、収容体３の天井部３ａおよび側壁部３ｃに沿って接合されると共に、底面部３ｂとの間に１次および２次の加圧室１１，１２を連通させる隙間５を形成しており、１次および２次の加圧室１１，１２の容積が約１対２となる位置に設けてある。
【００２１】
１次加圧室１１は、その上部に、加圧用気体の気体流路６を備えている。気体流路６には、図外の気体供給源から圧縮空気が供給される。他方、２次加圧室１２は、その上部に、図１に示す如く収容体３の天井部３ａに開口する不活性ガスのガス流路７と、ガス流路７を開閉する制御弁８を備えている。ガス流路７には、図外のガス供給源から、空気よりも比重が大きい不活性ガスが供給される。この不活性ガスとして例えばアルゴンガス（空気に対する比重１．３８）が用いられる。
【００２２】
さらに、２次加圧室１２の上部には、収容体３の上部中央となる位置に、図１に示す如く収容体３の天井部３ａに連結して２次加圧室１２とその上側に配置した鋳型９の内部とを連通させるストーク１０を備えている。ストーク１０は、概略円筒体であって、その下端部が２次加圧室１２における非加圧状態の溶湯２の表面よりも上側となるように配置してあり、２次加圧室１２の上部に固定される下側部材１０ａと、下側部材１０ａおよび鋳型９に対して着脱可能な上側部材１０ｂとに分割してある。
【００２３】
鋳型９は、可動型である上型９ａおよび複数のサイド型９ｂ，９ｃと、固定型である下型９ｄを備えると共に、これらの型９ａ〜９ｄによって鋳造空間であるキャビティ９ｅを形成する。鋳型９は、下型９ｄに湯口９ｆを備えており、この湯口９ｆをストーク１０の上端部に合わせた状態にして保持してある。
【００２４】
上記の構成を備えた低圧鋳造装置１は、２重構造で高価なストークを用いた従来の装置（図５参照）に比べて、ストーク１０が筒状の簡単な構造であり、且つ安価なものとなっている。したがって、メンテナンスが容易であると共に、ランニングコストが低減されることが明らかである。
【００２５】
低圧鋳造装置１は、鋳造を行うに際し、まず制御弁８を開放してガス流路７から２次加圧室１２に不活性ガスを供給する。このとき、低圧鋳造装置１では、不活性ガスとして空気よりも比重の大きいガスを用いていると共に、ストーク１０の下端部を溶湯２の表面よりも上側に配置しているので、不活性ガスが２次加圧室１２、ストーク１０および鋳型９のキャビティ９ｅの順で下側から空気を押し出すように供給され、２次加圧室１２、ストーク１０およびキャビティ９ｅ内を全て不活性ガス雰囲気にする。なお、キャビティ９ｅ内の空気は、鋳型９に設けた排気経路から外部に排出される。
【００２６】
次に、低圧鋳造装置１は、制御弁８を閉塞して不活性ガスの供給を停止したのち、気体流路６から１次加圧室１１内に加圧用気体を供給する。このとき、低圧鋳造装置１では、収容体３内の１次および２次の加圧室１１，１２が下部の隙間５で連通しているので、図２に示すように、加圧用気体の圧力により１次加圧室１１内の溶湯２が押し下げられるのに伴って２次加圧室１２内の溶湯２が押し上げられ、最終的に、溶湯２がストーク１０を通して鋳型９のキャビティ９ｅ内に充填される。
【００２７】
こののち、図３に示すように、キャビティ９ｅ内の溶湯２が製品Ａとして凝固したところで、１次加圧室１１に対する加圧用気体の供給を停止すると、加圧用気体の排出に伴ってストーク１０および２次加圧室１２内の溶湯２が自重によりストーク１０の下端部よりも下側まで下がるので、この間に再び制御弁８を開放してガス流路７から２次加圧室１２に不活性ガスを供給する。
【００２８】
そして、低圧鋳造装置１は、図４に示すように、上型９ａやサイド型９ｂ，９ｃを開放することにより、製品Ａの取り出しが行われる。このとき、当該低圧鋳造槽装置１では、空気よりも比重の大きい不活性ガスを用いているので、鋳型９を開いても２次加圧室１２内に不活性ガスが残留しており、この不活性ガスによって溶湯２の表面と空気との接触を阻止し得るが、上記した溶湯２の降下時から不活性ガスの供給を開始することにより、２次加圧室１２における溶湯２の表面と空気との接触をより確実に阻止するようにしている。したがって、とくに２回目以降の鋳造に際して、２次加圧室１２における溶湯２の酸化被膜の生成が確実に抑制され、キャビティ９ｅ内への湯流れ性がより良好なものとなる。
【００２９】
このように、上記実施例の低圧鋳造装置１によれば、ストーク１０の構造が簡単なものになり、しかも、２次加圧室１２内における溶湯表面の酸化被膜の生成を確実に抑制し得るうえに、不活性ガスを供給するには、特別な圧力制御を必要とせず、制御弁８の開閉操作だけで良い。また、上記の低圧鋳造装置１は、ストーク１０を下側部材１０ａと上側部材１０ｂとで構成しており、上側部材１０ａと鋳型９の着脱機能により、他の鋳型と交換することが自在であり、湯口形状が異なる鋳型と交換する場合には、下側部材１０ａと上側部材１０ｂの着脱機能により、その湯口形状に対応した上側部材と交換することが自在である。
【００３０】
さらに、当該低圧鋳造装置１では、既存のつるぼや保持炉に対して隔壁４の取り付け等を行うことにより、僅かな改造で１次および２次の加圧室１１，１２を有する低圧鋳造装置とすることが可能である。なお、上記実施例では、収容体３の天井部３ａおよび側壁部３ｃに沿って接合した平板状の隔壁４を例示したが、このほか、ストーク１０に対して同心状を成す筒状の隔壁としたり、下部に隙間５に相当する開口部を形成した隔壁としたりすることができる。
【００３１】
また、当該低圧鋳造装置１では、例えば、使用する鋳型９のキャビティ９ｅの容積、収容体３に蓄える溶湯２の最大量、鋳造可能な溶湯２の残量および鋳造回数などを考慮して、隔壁４の高さ寸法Ｌｂや隙間５の高さ寸法Ｌｓを設定し、図２中に示すように、キャビティ９ｅ全体に溶湯２が充填されるまで１次加圧室１１の溶湯２を押し下げた状態において、１次加圧室１１の溶湯２の深さＨが隙間５の高さ寸法Ｌｓよりも常に大きくなるようにし、この寸法関係（Ｈ＞Ｌｓ）を維持し得るように溶湯２の補充を行う。これにより、隔壁４の下端部が常に溶湯２に没した状態となり、２次加圧室１２への加圧用気体（空気）の侵入が確実に阻止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる低圧鋳造装置の一実施例において、鋳造前の状態を説明する断面図である。
【図２】１次加圧室に加圧用気体を供給してキャビティに溶湯を充填した状態を説明する断面図である。
【図３】１次加圧室への加圧用気体の供給を停止した状態を説明する断面図である。
【図４】鋳型を開いた状態を説明する断面図である。
【図５】従来における低圧鋳造装置の一例を示す図であって、鋳造前の状態を説明する断面図（ａ）およびバブリングによって製品と溶湯の間に不活性ガスを供給した状態を説明する断面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１低圧鋳造装置
２溶湯
３収容体
４隔壁
６気体流路
７ガス流路
８制御弁
９鋳型
１０ストーク
１０ａ下側部材
１０ｂ上側部材
１１１次加圧室
１２２次加圧室

Claims

加圧用気体が供給される１次加圧室と、不活性ガスが供給される２次加圧室と、２次加圧室とその上側に配置した鋳型の内部とを連通させるストークと、ストークと異なる位置から２次加圧室に不活性ガスを供給するガス流路を備え、１次および２次の加圧室を互いの下部で連通させるとともに両加圧室に溶湯を充填し、ストークの下端部を加圧室の非加圧状態の溶湯表面よりも上側に配置したことを特徴とする低圧鋳造装置。
溶湯を蓄える収容体内に、下部が連通した１次および２次の加圧室を形成し、１次加圧室の上部に、加圧用気体の気体流路を備えると共に、２次加圧室の上部に、収容体の天井部に開口する不活性ガスのガス流路と、ガス流路を開閉する制御弁と、収容体の天井部に連結して２次加圧室とその上側に配置した鋳型の内部とを連通させるストークを備え、ストークの下端部を加圧室の非加圧状態の溶湯表面よりも上側に配置したことを特徴とする低圧鋳造装置。
２次加圧室に供給する不活性ガスが、空気よりも比重の大きいガスであることを特徴とする請求項１または２に記載の低圧鋳造装置。
１次および２次の加圧室が、収容体の内部上面から溶湯中に張り出した隔壁により形成してあることを特徴とする請求項２または３に記載の低圧鋳造装置。
ストークが、２次加圧室の上部に固定される下側部材と、下側部材および鋳型に対して着脱可能な上側部材とに分割してあることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の低圧鋳造装置。