JP4104717B2 - 鋳造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、金属の溶湯を圧力により鋳造金型のキャビティ内に充填する鋳造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の低圧鋳造装置には、金属溶湯を溶融状態で保持させる溶湯保持炉を設け、この溶湯保持炉の上方に鋳造金型を配設すると共に、下端部を溶湯保持炉内の金属溶湯内に挿入したストークを設け、このストークの上端を鋳造金型のキャビティの一つの溶湯充填路（湯口）に連通させたものが知られている。この低圧鋳造装置では、溶湯保持炉内の溶湯面に圧力を加えることにより、溶湯保持炉内の溶湯をストークを介して上昇させてキャビティに充填した後、キャビティ内の溶湯を凝固させ、次に溶湯保持炉の溶湯面への加圧力を解除することでストーク内の溶湯を溶湯保持炉内に戻して、溶湯充填路における湯切りを行う様にしている。
【０００３】
しかし、一つの溶湯充填路からキャビティに溶湯を充填するので、製品の肉厚部の凝固が遅く、この溶湯充填路の凝固が早い場合にはキャビティ内で凝固する製品に引け巣等の不良が発生することもある。また、溶湯充填路が一つであるため、製品の肉厚部の凝固と溶湯充填路の凝固との間のタイミングがとりにくく、引け巣等の不良が発生したり、又は、湯切りが早い場合には未凝固の箇所が発生したりする虞がある。
【０００４】
この様な不良製品の発生を防止する従来の低圧鋳造装置としては、例えば図１０に示したような、鋳造金型７０を図示しない溶湯保持炉の上方に配置し、溶湯保持炉内の溶湯を加圧力で鋳造金型７０に充填する様にしたものが知られている（特開昭５８−１１６９７３号公報参照）。
【０００５】
この鋳造金型７０は上金型７１と下金型７２を備え、金型７１，７２間にはキャビティ７３が形成されている。しかも、下金型７２には、下部が図示しない溶湯保持炉にストークを介して連通する溶湯案内路７４が設けられていると共に、溶湯案内路７４の上端から分岐してキャビティ７３に連通する複数の溶湯充填路７５が設けられている。図中、７６は両端部が金型７１，７２間に保持された中子である。
【０００６】
この鋳造装置では、図示しない溶湯保持炉の溶湯面に圧力を加えることで、溶湯保持炉内の溶湯がストーク内を溶湯案内路７４内まで上昇させられた後、この溶湯が複数の溶湯充填路７５を介してキャビティ７３内に迅速に充填される様になっている。この鋳造装置でも、キャビティ７３内に充填された溶湯が凝固した後、溶湯保持炉の溶湯面に作用させていた加圧力を解除することで、複数の溶湯充填路７５，溶湯案内路７４，及びストーク内の溶湯が溶湯保持炉内に自重により戻される様になっている。この際、複数の溶湯充填路７５の湯切りは同じタイミングで行われる。この後、キャビティ７３内の溶湯が完全に凝固してから金型７１，７２を開くことで、金型７１，７２間に形成された製品を取り出すことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０に示した従来の鋳造装置では、キャビティ内の溶湯がある程度凝固したときに、溶湯充填路やストーク内の溶湯を自重により溶湯保持炉内に戻すようにしているため、複数の溶湯充填路７５の湯切りを迅速に行うことができないものであった。
【０００８】
しかも、一つの製品の肉厚が場所によって大きく異なる場合、即ちキャビティ７３内の容積が場所によって大きく異なる場合、溶湯の凝固速度は容積の大きい部分では遅く容積の小さい部分では早くなる。このため、図１０に示したように複数の溶湯充填路７５の湯切りを同一のタイミングで行う構成では、湯切りのタイミングが早い場合には、キャビティ７３の容積の大きい部分において溶湯が完全に凝固せずに、凝固していない溶湯の一部が湯切りに際して溶湯保持炉に戻され、製品に空洞が生ずる虞もある。また、湯切りのタイミングが遅い場合には、キャビティ７３の容積が小さい部分に対応する溶湯充填路７５内の溶湯が凝固して、次の鋳造に支障を来す虞もある。
【０００９】
そこで、この発明の第１の目的は、複数の溶湯充填路を引け巣の発生しやすい箇所に設置し、不良品の少ない製品が製造できる鋳造装置を提供することにある。
【００１０】
また、この発明の第２の目的は、製品の肉厚が一様でない場合でも、湯切りのタイミングを肉厚に応じてタイミングよく行って、不良品が生じたり、鋳造に支障を来したりすることのない鋳造装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この第１の目的を達成するため、請求項１の発明は、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に挿入され且つ前記溶湯を前記溶湯チャンバ内に案内させる溶湯案内路と、前記溶湯保持炉内の上部に気体を供給する気体供給源と、前記気体供給源から前記溶湯保持炉内の上部に供給される気体の圧力をコントロールすることにより、前記溶湯保持炉の溶湯を前記溶湯案内路を介して前記溶湯チャンバ内に供給する溶湯供給手段と、前記溶湯チャンバの上方に配設され且つ大容積部と小容積部が設けられたキャビティを備える金型と、下端部が前記溶湯チャンバに挿入され、且つ前記溶湯チャンバの溶湯を前記キャビティの小容積部に案内させる第１の溶湯充填路と、下端部が前記溶湯チャンバに挿入され、且つ前記溶湯チャンバの溶湯を前記キャビティの大容積部に案内させる第２の溶湯充填路と、前記溶湯チャンバ内の上部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給源と、前記不活性ガス供給源から前記溶湯チャンバの上部に供給される不活性ガスの圧力をコントロールすることにより、前記溶湯チャンバ内の溶湯を前記各溶湯充填路を介して前記キャビティに充填する溶湯充填手段と、前記溶湯充填手段を制御する制御手段と、を有すると共に、前記大容積部に溶湯を案内する第２の溶湯充填路の開口下端部は前記小容積部に溶湯を案内する前記第１の溶湯充填路の開口下端部よりも前記溶湯チャンバ内に深く配設されていることを特徴とする鋳造装置。
【００１２】
また、第１，第２の目的を達成するため、請求項２の発明は、請求項１に記載の鋳造装置において、前記制御手段は、溶湯充填手段を作動制御して、前記溶湯チャンバの上部に供給される不活性ガスの圧力をコントロールすることにより、前記第１の溶湯充填路の前記キャビティへの開口部の溶湯が凝固し且つ前記第１の溶湯充填路上部の溶湯が凝固する以前に、前記溶湯チャンバ内の湯面を前記第１の溶湯充填路の開口下端部よりも下方に降下させた後、前記第２の溶湯充填路の前記キャビティへの開口部の溶湯が凝固し且つ前記第２の溶湯充填路上部の溶湯が凝固する以前に、前記溶湯チャンバ内の湯面を前記第２の溶湯充填路の開口下端部よりも下方に降下させる鋳造装置としたことを特徴とする。
【００１３】
【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。
【００１４】
＜溶湯鋳造側の機械的構成＞
図１において、１は溶湯保持炉、１ａは溶湯保持炉１の底壁、１ｂは溶湯保持炉１の上部に配設されたヒータ、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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）。
【００１７】
また、溶湯保持炉１の上方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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
また、金型支持台１３及び溶湯容器１４上には、金型支持台１３の上端に固定されて溶湯容器１４の上端を閉成する下型取付板１９が配設され、この下型取付板１９には溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａ内に突出する湯面検出センサ２３が固定されている。
【００２１】
また、下型取付板１９上には鋳造金型２５が配設されている。この鋳造金型２５は、下型取付板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を介して上型取付板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。このキャビティ２９は、左右の容積の小さい小容積部２９ａ，２９ｂと、中央の容積の大きい大容積部２９ｃを有する。
【００２２】
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の小容積部２９ａ，２９ｂに連通させた溶湯充填パイプ３０ａ，３０ｂが固定されていると共に、上下に延び且つ上端をキャビティ２９の大容積部２９ｃに連通させた溶湯充填パイプ３０ｃが固定されている。
【００２３】
この溶湯充填パイプ３０ａ〜３０ｃは下型取付板１９を貫通して溶湯チャンバ１６内に突出している。この両側の溶湯充填パイプ３０ａ，３０ｂの溶湯チャンバ１６内の突出位置は、中央の溶湯充填パイプ３０ｃの溶湯チャンバ１６への突出位置よりも高くなっている。３０ａ′，３０ｂ′は溶湯充填パイプ３０ａ，３０ｂ内の第１の溶湯充填路、３０ｃ′は溶湯充填パイプ３０ｃ内の第２の溶湯充填路である。また、溶湯充填パイプ３０ａ〜３０ｃの外周面及び下型取付板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。
【００２４】
＜溶湯加圧系統＞
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。
【００２５】
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等の気体供給用のパイプ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（気体供給用）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（気体供給源）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（気体）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。
【００２６】
また、接続口１７には不活性ガス供給用（気体供給用）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（気体供給用）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（気体供給源）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。
【００２７】
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等の気体が充填され、不活性ガス供給源（気体供給源）３８にはアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガス（気体）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。
【００２８】
＜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。
【００２９】
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）を示したものである。
【００３０】
そして、(a)の圧力特性曲線５０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。
【００３１】
(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している。
【００３２】
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内に供給を開始する。
【００３３】
(ii)型締め
演算制御回路４１は、この不活性ガス供給開始と同時において油圧回路３１を作動制御して図示しない油圧シリンダを作動させ、上型取付板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で示した様に上金型２７は下金型２６に当接させられ型締めが行われる。この型締めは時間ｔ２で完了する。
【００３４】
尚、この時点では、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洩れる。
【００３５】
(iii)溶湯上昇
また、演算制御回路４１は、鋳造金型２５の型締め直後の時間ｔ2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。
【００３６】
一方、演算制御回路４１は、時間ｔ2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。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。
【００３７】
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の如く時間ｔ３で上昇する。この状態では、溶湯充填パイプ３０ａ〜３０ｃ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。
【００３８】
(iv)溶湯充填
この後、演算制御回路４１は、時間ｔ3で更に圧力コントロールバルブ３４及びガス供給源３５を作動制御して、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に更に加圧供給し、上部空間６ａ内の圧力をＰ２まで上昇させる。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内に更に押し上げられる。
【００３９】
一方、演算制御回路４１は、上部空間６ａ内の圧力の上昇に伴い、湯面検出センサ２３からの検出信号に基づき圧力コントロールバルブ３７及び不活性ガス供給源３８を作動制御して、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内に更に供給し、湯面Ｓ１が湯面検出センサ２３で検出される高さに維持する様、溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａ内の圧力をＰ２′まで上昇させる。
【００４０】
この様な作動制御により、溶湯チャンバ１６内に溶湯保持炉１内の溶湯が補充されながら、溶湯チャンバ１６内の溶湯がキャビティ２９に溶湯充填パイプ３０ａ〜３０ｃを介して充填される。この溶湯の充填は時間ｔ３で開始されｔ４で終了する。
【００４１】
（押し湯及び湯切り）
この充填によりキャビティ２９内では凝固が開始されて、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。
【００４２】
即ち、演算制御回路４１は、時間ｔ４において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ｔ４から時間ｔ５までの時間でＰ２からＰ３まで上昇させる。そして、圧力Ｐ３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３７を制御することにより時間ｔ７まで維持される。
【００４３】
一方、演算制御回路４１は、上部空間６ａ内の圧力の上昇に伴い、湯面検出センサ２３からの検出信号に基づき圧力コントロールバルブ３７及び不活性ガス供給源３８を作動制御して、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内に更に供給し、湯面Ｓ１が湯面検出センサ２３で検出される高さに維持する様、溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａ内の圧力を時間ｔ４から時間ｔ５の間でＰ2′からＰ４まで上昇させる。そして、圧力Ｐ４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３４を制御することにより時間ｔ６まで維持される。
【００４４】
更に、演算制御回路４１は、時間ｔ６になると、圧力コントロールバルブ３７及び不活性ガス供給源３８を作動制御して、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内に更に供給し、溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａ内の圧力を時間ｔ６から時間ｔ６′の間でＰ４からＰ５まで上昇させて第１の湯切りを行う。
【００４５】
尚、溶湯保持炉１の上部空間６ａ内の圧力は時間ｔ７から徐々に減少させられるので、キャビティ２９内への押し湯は時間ｔ５〜時間ｔ７の間で行われ、キャビティ２９内に充填された溶湯の凝固に伴う収縮に際して、この収縮分だけ溶湯がキャビティ２９内に補充され、鋳造品（製品）の品質が安定させられる。
【００４６】
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ｔ７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。この際、キャビティ２９の溶湯の凝固は、容積が小さい部分２９ａ，２９ｂ内が容積が大きい部分２９ｃより早く行われる。従って、溶湯充填路３０ａ′，３０ｂ′のキャビティ２９への開口部の凝固は、溶湯充填路３０ｃ′のキャビティ２９への開口部の凝固よりも早く行われる。尚、溶湯充填路３０ａ′，３０ｂ′のキャビティ２９への開口部の凝固が行われた時点では溶湯充填路３０ａ′，３０ｂ′内の溶湯は凝固していない状態となっており、溶湯充填路３０ｃ′のキャビティ２９への開口部の凝固が行われた時点では溶湯充填路３０ｃ′内の溶湯は凝固していない状態となっている。
【００４７】
そして、演算制御回路４１は、排気弁３３を作動制御して、排気弁３３の第１ポート３３ａと第２ポート３３ｂとの連通を遮断させると共に、排気弁３３の第１ポート３３ａを第３ポート３３ｃに連通させて、溶湯保持炉１の上部空間６ａを大気に開放させる。これにより、溶湯保持炉１の上部空間６ａ内の圧力が、時間ｔ７から時間ｔ９まで徐々に減少させられ、時間ｔ９で「０」となる。
【００４８】
一方、演算制御回路４１は、時間ｔ６から時間ｔ８まで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Ｐ６に維持して第２の湯切りを行う。そして、演算制御回路４１は、時間ｔ８になると排気弁３６の第１ポート３６ａと第２ポート３６ｂの連通を遮断すると共に、排気弁３６の第１ポート３６ａと第３のポート３６ｃを連通させて、溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａを大気に開放する。これにより、溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａ内の圧力が、時間ｔ８から時間ｔ９まで徐々に減少させられ、時間ｔ９で「０」となる。
【００４９】
この結果、溶湯チャンバ１６内の溶湯は、時間ｔ７になると、最初は溶湯保持炉１の上部空間６ａの圧力減少と溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａの圧力Ｐ６によって、ストーク１５を介して溶湯保持炉１内に戻される。
【００５０】
この際、溶湯チャンバ１６内の湯面Ｓ１が降下させられて、最初に溶湯充填パイプ３０ａ，３０ｂの下端より下方まで移動し、不活性ガスが溶湯充填路３０ａ′，３０ｂ′内に流入させられて、溶湯充填路３０ａ′，３０ｂ′内の溶湯が不活性ガスにより強制的に降下させられ、次に溶湯チャンバ１６内の湯面Ｓ１が更に降下させられて、溶湯充填パイプ３０ｃ下端より下方まで移動し、不活性ガスが溶湯充填路３０ｃ′内に流入させられて、溶湯充填路３０ｃ′内の溶湯が不活性ガスにより強制的に降下させられる。この様にして、溶湯充填パイプ３０内の溶湯は、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の下端で縁切される。この様な湯切りは、時間ｔ６′〜時間ｔ８の間で行われる。
【００５１】
この後、溶湯チャンバ１６内の溶湯は、時間ｔ６′〜ｔ９の間で溶湯保持炉１内に戻される。
【００５２】
この様に溶湯充填路３０ａ′〜３０ｃ′のキャビティ２９への開口部への縁切りを時間差をおいて行わせることで、キャビティ２９の各部の容積の大小に応じて好ましいタイミングで溶湯充填路３０ａ′〜３０ｃ′の湯切りを行うことができる。次に、図８（ａ）及び図８（ｂ）を説明する。
【００５３】
溶湯充填路３０ａ′，３０ｂ′のキャビティ２９への開口部の凝固が行われた時点では溶湯充填路３０ａ′，３０ｂ′内の溶湯は凝固していない状態となっているので、溶湯チャンバ１６内の湯面Ｓ１をＰ５の圧力を掛けて溶湯充填パイプ３０ａ，３０ｂの下端より下方まで移動させて、不活性ガスを溶湯充填路３０ａ′，３０ｂ′内に流入させることにより、溶湯充填路３０ａ′，３０ｂ′内の溶湯のキャビティ２９への開口部の第１の湯切りを行わせる。そして、この湯切りを行っている間に、キャビティ２９内の容積の大きい部分２９ｃの溶湯の凝固を行わせ、溶湯充填路３０ｃ′のキャビティ２９への開口部の凝固を行わせる。この凝固が行われた時点では溶湯充填路３０ｃ′内の溶湯は凝固していない状態となっているので、この状態で溶湯チャンバ１６の湯面Ｓ１をＰ６の圧力により溶湯充填パイプ３０ｃ下端より下方まで移動させ、不活性ガスを溶湯充填路３０ｃ′内に流入させて、溶湯充填路３０ｃ′内の溶湯を不活性ガスにより強制的に降下させ、第２の湯切りをさせる。
【００５４】
(v)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ｔ９で略「０」になった後、時間ｔ１０の凝固を待って油圧回路３１を作動制御して図示しない油圧シリンダにより上金型２７を上型取付板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。
【００５５】
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。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように構成したので請求項１，２の発明は、複数の溶湯充填路を引け巣の発生箇所に設置し、不良品の少ない製品が製造できる。しかも、複数の溶湯充填路からキャビティに溶湯を充填するので、製品の肉厚部の凝固が遅く且つ溶湯充填路の凝固が早い場合でも、キャビティ内で凝固する溶湯に引け巣等の不良が発生するのを未然に防止できる。
【００５７】
また、請求項２の発明は、製品の肉厚が一様でない場合でも、湯切りのタイミングを肉厚に応じてタイミングよく行って、不良品が生じたり、鋳造に支障を来したりすることを未然に防止できる。
【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】（ａ）は図３の(５ａ)の拡大説明図、（ｂ）は図３の(５ｂ)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
２５…鋳造金型
２６…下金型
２７…上金型
２９…キャビティ（金型キャビティ）
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）
３５…ガス供給源（不活性ガス供給手段）
３７…圧力コントロールバルブ（溶湯充填手段）
３８…不活性ガス供給源
４１…演算制御回路（制御手段）
【産業上の利用分野】
この発明は、金属の溶湯を圧力により鋳造金型のキャビティ内に充填する鋳造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の低圧鋳造装置には、金属溶湯を溶融状態で保持させる溶湯保持炉を設け、この溶湯保持炉の上方に鋳造金型を配設すると共に、下端部を溶湯保持炉内の金属溶湯内に挿入したストークを設け、このストークの上端を鋳造金型のキャビティの一つの溶湯充填路（湯口）に連通させたものが知られている。この低圧鋳造装置では、溶湯保持炉内の溶湯面に圧力を加えることにより、溶湯保持炉内の溶湯をストークを介して上昇させてキャビティに充填した後、キャビティ内の溶湯を凝固させ、次に溶湯保持炉の溶湯面への加圧力を解除することでストーク内の溶湯を溶湯保持炉内に戻して、溶湯充填路における湯切りを行う様にしている。
【０００３】
しかし、一つの溶湯充填路からキャビティに溶湯を充填するので、製品の肉厚部の凝固が遅く、この溶湯充填路の凝固が早い場合にはキャビティ内で凝固する製品に引け巣等の不良が発生することもある。また、溶湯充填路が一つであるため、製品の肉厚部の凝固と溶湯充填路の凝固との間のタイミングがとりにくく、引け巣等の不良が発生したり、又は、湯切りが早い場合には未凝固の箇所が発生したりする虞がある。
【０００４】
この様な不良製品の発生を防止する従来の低圧鋳造装置としては、例えば図１０に示したような、鋳造金型７０を図示しない溶湯保持炉の上方に配置し、溶湯保持炉内の溶湯を加圧力で鋳造金型７０に充填する様にしたものが知られている（特開昭５８−１１６９７３号公報参照）。
【０００５】
この鋳造金型７０は上金型７１と下金型７２を備え、金型７１，７２間にはキャビティ７３が形成されている。しかも、下金型７２には、下部が図示しない溶湯保持炉にストークを介して連通する溶湯案内路７４が設けられていると共に、溶湯案内路７４の上端から分岐してキャビティ７３に連通する複数の溶湯充填路７５が設けられている。図中、７６は両端部が金型７１，７２間に保持された中子である。
【０００６】
この鋳造装置では、図示しない溶湯保持炉の溶湯面に圧力を加えることで、溶湯保持炉内の溶湯がストーク内を溶湯案内路７４内まで上昇させられた後、この溶湯が複数の溶湯充填路７５を介してキャビティ７３内に迅速に充填される様になっている。この鋳造装置でも、キャビティ７３内に充填された溶湯が凝固した後、溶湯保持炉の溶湯面に作用させていた加圧力を解除することで、複数の溶湯充填路７５，溶湯案内路７４，及びストーク内の溶湯が溶湯保持炉内に自重により戻される様になっている。この際、複数の溶湯充填路７５の湯切りは同じタイミングで行われる。この後、キャビティ７３内の溶湯が完全に凝固してから金型７１，７２を開くことで、金型７１，７２間に形成された製品を取り出すことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０に示した従来の鋳造装置では、キャビティ内の溶湯がある程度凝固したときに、溶湯充填路やストーク内の溶湯を自重により溶湯保持炉内に戻すようにしているため、複数の溶湯充填路７５の湯切りを迅速に行うことができないものであった。
【０００８】
しかも、一つの製品の肉厚が場所によって大きく異なる場合、即ちキャビティ７３内の容積が場所によって大きく異なる場合、溶湯の凝固速度は容積の大きい部分では遅く容積の小さい部分では早くなる。このため、図１０に示したように複数の溶湯充填路７５の湯切りを同一のタイミングで行う構成では、湯切りのタイミングが早い場合には、キャビティ７３の容積の大きい部分において溶湯が完全に凝固せずに、凝固していない溶湯の一部が湯切りに際して溶湯保持炉に戻され、製品に空洞が生ずる虞もある。また、湯切りのタイミングが遅い場合には、キャビティ７３の容積が小さい部分に対応する溶湯充填路７５内の溶湯が凝固して、次の鋳造に支障を来す虞もある。
【０００９】
そこで、この発明の第１の目的は、複数の溶湯充填路を引け巣の発生しやすい箇所に設置し、不良品の少ない製品が製造できる鋳造装置を提供することにある。
【００１０】
また、この発明の第２の目的は、製品の肉厚が一様でない場合でも、湯切りのタイミングを肉厚に応じてタイミングよく行って、不良品が生じたり、鋳造に支障を来したりすることのない鋳造装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この第１の目的を達成するため、請求項１の発明は、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に挿入され且つ前記溶湯を前記溶湯チャンバ内に案内させる溶湯案内路と、前記溶湯保持炉内の上部に気体を供給する気体供給源と、前記気体供給源から前記溶湯保持炉内の上部に供給される気体の圧力をコントロールすることにより、前記溶湯保持炉の溶湯を前記溶湯案内路を介して前記溶湯チャンバ内に供給する溶湯供給手段と、前記溶湯チャンバの上方に配設され且つ大容積部と小容積部が設けられたキャビティを備える金型と、下端部が前記溶湯チャンバに挿入され、且つ前記溶湯チャンバの溶湯を前記キャビティの小容積部に案内させる第１の溶湯充填路と、下端部が前記溶湯チャンバに挿入され、且つ前記溶湯チャンバの溶湯を前記キャビティの大容積部に案内させる第２の溶湯充填路と、前記溶湯チャンバ内の上部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給源と、前記不活性ガス供給源から前記溶湯チャンバの上部に供給される不活性ガスの圧力をコントロールすることにより、前記溶湯チャンバ内の溶湯を前記各溶湯充填路を介して前記キャビティに充填する溶湯充填手段と、前記溶湯充填手段を制御する制御手段と、を有すると共に、前記大容積部に溶湯を案内する第２の溶湯充填路の開口下端部は前記小容積部に溶湯を案内する前記第１の溶湯充填路の開口下端部よりも前記溶湯チャンバ内に深く配設されていることを特徴とする鋳造装置。
【００１２】
また、第１，第２の目的を達成するため、請求項２の発明は、請求項１に記載の鋳造装置において、前記制御手段は、溶湯充填手段を作動制御して、前記溶湯チャンバの上部に供給される不活性ガスの圧力をコントロールすることにより、前記第１の溶湯充填路の前記キャビティへの開口部の溶湯が凝固し且つ前記第１の溶湯充填路上部の溶湯が凝固する以前に、前記溶湯チャンバ内の湯面を前記第１の溶湯充填路の開口下端部よりも下方に降下させた後、前記第２の溶湯充填路の前記キャビティへの開口部の溶湯が凝固し且つ前記第２の溶湯充填路上部の溶湯が凝固する以前に、前記溶湯チャンバ内の湯面を前記第２の溶湯充填路の開口下端部よりも下方に降下させる鋳造装置としたことを特徴とする。
【００１３】
【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。
【００１４】
＜溶湯鋳造側の機械的構成＞
図１において、１は溶湯保持炉、１ａは溶湯保持炉１の底壁、１ｂは溶湯保持炉１の上部に配設されたヒータ、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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）。
【００１７】
また、溶湯保持炉１の上方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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
また、金型支持台１３及び溶湯容器１４上には、金型支持台１３の上端に固定されて溶湯容器１４の上端を閉成する下型取付板１９が配設され、この下型取付板１９には溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａ内に突出する湯面検出センサ２３が固定されている。
【００２１】
また、下型取付板１９上には鋳造金型２５が配設されている。この鋳造金型２５は、下型取付板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を介して上型取付板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。このキャビティ２９は、左右の容積の小さい小容積部２９ａ，２９ｂと、中央の容積の大きい大容積部２９ｃを有する。
【００２２】
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の小容積部２９ａ，２９ｂに連通させた溶湯充填パイプ３０ａ，３０ｂが固定されていると共に、上下に延び且つ上端をキャビティ２９の大容積部２９ｃに連通させた溶湯充填パイプ３０ｃが固定されている。
【００２３】
この溶湯充填パイプ３０ａ〜３０ｃは下型取付板１９を貫通して溶湯チャンバ１６内に突出している。この両側の溶湯充填パイプ３０ａ，３０ｂの溶湯チャンバ１６内の突出位置は、中央の溶湯充填パイプ３０ｃの溶湯チャンバ１６への突出位置よりも高くなっている。３０ａ′，３０ｂ′は溶湯充填パイプ３０ａ，３０ｂ内の第１の溶湯充填路、３０ｃ′は溶湯充填パイプ３０ｃ内の第２の溶湯充填路である。また、溶湯充填パイプ３０ａ〜３０ｃの外周面及び下型取付板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。
【００２４】
＜溶湯加圧系統＞
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。
【００２５】
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等の気体供給用のパイプ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（気体供給用）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（気体供給源）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（気体）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。
【００２６】
また、接続口１７には不活性ガス供給用（気体供給用）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（気体供給用）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（気体供給源）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。
【００２７】
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等の気体が充填され、不活性ガス供給源（気体供給源）３８にはアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガス（気体）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。
【００２８】
＜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。
【００２９】
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）を示したものである。
【００３０】
そして、(a)の圧力特性曲線５０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。
【００３１】
(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している。
【００３２】
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内に供給を開始する。
【００３３】
(ii)型締め
演算制御回路４１は、この不活性ガス供給開始と同時において油圧回路３１を作動制御して図示しない油圧シリンダを作動させ、上型取付板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で示した様に上金型２７は下金型２６に当接させられ型締めが行われる。この型締めは時間ｔ２で完了する。
【００３４】
尚、この時点では、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洩れる。
【００３５】
(iii)溶湯上昇
また、演算制御回路４１は、鋳造金型２５の型締め直後の時間ｔ2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。
【００３６】
一方、演算制御回路４１は、時間ｔ2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。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。
【００３７】
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の如く時間ｔ３で上昇する。この状態では、溶湯充填パイプ３０ａ〜３０ｃ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。
【００３８】
(iv)溶湯充填
この後、演算制御回路４１は、時間ｔ3で更に圧力コントロールバルブ３４及びガス供給源３５を作動制御して、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に更に加圧供給し、上部空間６ａ内の圧力をＰ２まで上昇させる。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内に更に押し上げられる。
【００３９】
一方、演算制御回路４１は、上部空間６ａ内の圧力の上昇に伴い、湯面検出センサ２３からの検出信号に基づき圧力コントロールバルブ３７及び不活性ガス供給源３８を作動制御して、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内に更に供給し、湯面Ｓ１が湯面検出センサ２３で検出される高さに維持する様、溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａ内の圧力をＰ２′まで上昇させる。
【００４０】
この様な作動制御により、溶湯チャンバ１６内に溶湯保持炉１内の溶湯が補充されながら、溶湯チャンバ１６内の溶湯がキャビティ２９に溶湯充填パイプ３０ａ〜３０ｃを介して充填される。この溶湯の充填は時間ｔ３で開始されｔ４で終了する。
【００４１】
（押し湯及び湯切り）
この充填によりキャビティ２９内では凝固が開始されて、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。
【００４２】
即ち、演算制御回路４１は、時間ｔ４において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ｔ４から時間ｔ５までの時間でＰ２からＰ３まで上昇させる。そして、圧力Ｐ３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３７を制御することにより時間ｔ７まで維持される。
【００４３】
一方、演算制御回路４１は、上部空間６ａ内の圧力の上昇に伴い、湯面検出センサ２３からの検出信号に基づき圧力コントロールバルブ３７及び不活性ガス供給源３８を作動制御して、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内に更に供給し、湯面Ｓ１が湯面検出センサ２３で検出される高さに維持する様、溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａ内の圧力を時間ｔ４から時間ｔ５の間でＰ2′からＰ４まで上昇させる。そして、圧力Ｐ４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３４を制御することにより時間ｔ６まで維持される。
【００４４】
更に、演算制御回路４１は、時間ｔ６になると、圧力コントロールバルブ３７及び不活性ガス供給源３８を作動制御して、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内に更に供給し、溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａ内の圧力を時間ｔ６から時間ｔ６′の間でＰ４からＰ５まで上昇させて第１の湯切りを行う。
【００４５】
尚、溶湯保持炉１の上部空間６ａ内の圧力は時間ｔ７から徐々に減少させられるので、キャビティ２９内への押し湯は時間ｔ５〜時間ｔ７の間で行われ、キャビティ２９内に充填された溶湯の凝固に伴う収縮に際して、この収縮分だけ溶湯がキャビティ２９内に補充され、鋳造品（製品）の品質が安定させられる。
【００４６】
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ｔ７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。この際、キャビティ２９の溶湯の凝固は、容積が小さい部分２９ａ，２９ｂ内が容積が大きい部分２９ｃより早く行われる。従って、溶湯充填路３０ａ′，３０ｂ′のキャビティ２９への開口部の凝固は、溶湯充填路３０ｃ′のキャビティ２９への開口部の凝固よりも早く行われる。尚、溶湯充填路３０ａ′，３０ｂ′のキャビティ２９への開口部の凝固が行われた時点では溶湯充填路３０ａ′，３０ｂ′内の溶湯は凝固していない状態となっており、溶湯充填路３０ｃ′のキャビティ２９への開口部の凝固が行われた時点では溶湯充填路３０ｃ′内の溶湯は凝固していない状態となっている。
【００４７】
そして、演算制御回路４１は、排気弁３３を作動制御して、排気弁３３の第１ポート３３ａと第２ポート３３ｂとの連通を遮断させると共に、排気弁３３の第１ポート３３ａを第３ポート３３ｃに連通させて、溶湯保持炉１の上部空間６ａを大気に開放させる。これにより、溶湯保持炉１の上部空間６ａ内の圧力が、時間ｔ７から時間ｔ９まで徐々に減少させられ、時間ｔ９で「０」となる。
【００４８】
一方、演算制御回路４１は、時間ｔ６から時間ｔ８まで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Ｐ６に維持して第２の湯切りを行う。そして、演算制御回路４１は、時間ｔ８になると排気弁３６の第１ポート３６ａと第２ポート３６ｂの連通を遮断すると共に、排気弁３６の第１ポート３６ａと第３のポート３６ｃを連通させて、溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａを大気に開放する。これにより、溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａ内の圧力が、時間ｔ８から時間ｔ９まで徐々に減少させられ、時間ｔ９で「０」となる。
【００４９】
この結果、溶湯チャンバ１６内の溶湯は、時間ｔ７になると、最初は溶湯保持炉１の上部空間６ａの圧力減少と溶湯チャンバ１６の上部空間１６ａの圧力Ｐ６によって、ストーク１５を介して溶湯保持炉１内に戻される。
【００５０】
この際、溶湯チャンバ１６内の湯面Ｓ１が降下させられて、最初に溶湯充填パイプ３０ａ，３０ｂの下端より下方まで移動し、不活性ガスが溶湯充填路３０ａ′，３０ｂ′内に流入させられて、溶湯充填路３０ａ′，３０ｂ′内の溶湯が不活性ガスにより強制的に降下させられ、次に溶湯チャンバ１６内の湯面Ｓ１が更に降下させられて、溶湯充填パイプ３０ｃ下端より下方まで移動し、不活性ガスが溶湯充填路３０ｃ′内に流入させられて、溶湯充填路３０ｃ′内の溶湯が不活性ガスにより強制的に降下させられる。この様にして、溶湯充填パイプ３０内の溶湯は、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の下端で縁切される。この様な湯切りは、時間ｔ６′〜時間ｔ８の間で行われる。
【００５１】
この後、溶湯チャンバ１６内の溶湯は、時間ｔ６′〜ｔ９の間で溶湯保持炉１内に戻される。
【００５２】
この様に溶湯充填路３０ａ′〜３０ｃ′のキャビティ２９への開口部への縁切りを時間差をおいて行わせることで、キャビティ２９の各部の容積の大小に応じて好ましいタイミングで溶湯充填路３０ａ′〜３０ｃ′の湯切りを行うことができる。次に、図８（ａ）及び図８（ｂ）を説明する。
【００５３】
溶湯充填路３０ａ′，３０ｂ′のキャビティ２９への開口部の凝固が行われた時点では溶湯充填路３０ａ′，３０ｂ′内の溶湯は凝固していない状態となっているので、溶湯チャンバ１６内の湯面Ｓ１をＰ５の圧力を掛けて溶湯充填パイプ３０ａ，３０ｂの下端より下方まで移動させて、不活性ガスを溶湯充填路３０ａ′，３０ｂ′内に流入させることにより、溶湯充填路３０ａ′，３０ｂ′内の溶湯のキャビティ２９への開口部の第１の湯切りを行わせる。そして、この湯切りを行っている間に、キャビティ２９内の容積の大きい部分２９ｃの溶湯の凝固を行わせ、溶湯充填路３０ｃ′のキャビティ２９への開口部の凝固を行わせる。この凝固が行われた時点では溶湯充填路３０ｃ′内の溶湯は凝固していない状態となっているので、この状態で溶湯チャンバ１６の湯面Ｓ１をＰ６の圧力により溶湯充填パイプ３０ｃ下端より下方まで移動させ、不活性ガスを溶湯充填路３０ｃ′内に流入させて、溶湯充填路３０ｃ′内の溶湯を不活性ガスにより強制的に降下させ、第２の湯切りをさせる。
【００５４】
(v)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ｔ９で略「０」になった後、時間ｔ１０の凝固を待って油圧回路３１を作動制御して図示しない油圧シリンダにより上金型２７を上型取付板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。
【００５５】
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。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように構成したので請求項１，２の発明は、複数の溶湯充填路を引け巣の発生箇所に設置し、不良品の少ない製品が製造できる。しかも、複数の溶湯充填路からキャビティに溶湯を充填するので、製品の肉厚部の凝固が遅く且つ溶湯充填路の凝固が早い場合でも、キャビティ内で凝固する溶湯に引け巣等の不良が発生するのを未然に防止できる。
【００５７】
また、請求項２の発明は、製品の肉厚が一様でない場合でも、湯切りのタイミングを肉厚に応じてタイミングよく行って、不良品が生じたり、鋳造に支障を来したりすることを未然に防止できる。
【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】（ａ）は図３の(５ａ)の拡大説明図、（ｂ）は図３の(５ｂ)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
２５…鋳造金型
２６…下金型
２７…上金型
２９…キャビティ（金型キャビティ）
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）
３５…ガス供給源（不活性ガス供給手段）
３７…圧力コントロールバルブ（溶湯充填手段）
３８…不活性ガス供給源
４１…演算制御回路（制御手段）
Claims (2)
- 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に挿入され且つ前記溶湯を前記溶湯チャンバ内に案内させる溶湯案内路と、前記溶湯保持炉内の上部に気体を供給する気体供給源と、前記気体供給源から前記溶湯保持炉内の上部に供給される気体の圧力をコントロールすることにより、前記溶湯保持炉の溶湯を前記溶湯案内路を介して前記溶湯チャンバ内に供給する溶湯供給手段と、前記溶湯チャンバの上方に配設され且つ大容積部と小容積部が設けられたキャビティを備える金型と、下端部が前記溶湯チャンバに挿入され、且つ前記溶湯チャンバの溶湯を前記キャビティの小容積部に案内させる第１の溶湯充填路と、下端部が前記溶湯チャンバに挿入され、且つ前記溶湯チャンバの溶湯を前記キャビティの大容積部に案内させる第２の溶湯充填路と、前記溶湯チャンバ内の上部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給源と、前記不活性ガス供給源から前記溶湯チャンバの上部に供給される不活性ガスの圧力をコントロールすることにより、前記溶湯チャンバ内の溶湯を前記各溶湯充填路を介して前記キャビティに充填する溶湯充填手段と、前記溶湯充填手段を制御する制御手段と、を有すると共に、前記大容積部に溶湯を案内する第２の溶湯充填路の開口下端部は前記小容積部に溶湯を案内する前記第１の溶湯充填路の開口下端部よりも前記溶湯チャンバ内に深く配設されているいることを特徴とする鋳造装置。
- 請求項１に記載の鋳造装置において、前記制御手段は、溶湯充填手段を作動制御して、前記溶湯チャンバの上部に供給される不活性ガスの圧力をコントロールすることにより、前記第１の溶湯充填路の前記キャビティへの開口部の溶湯が凝固し且つ前記第１の溶湯充填路上部の溶湯が凝固する以前に、前記溶湯チャンバ内の湯面を前記第１の溶湯充填路の開口下端部よりも下方に降下させた後、前記第２の溶湯充填路の前記キャビティへの開口部の溶湯が凝固し且つ前記第２の溶湯充填路上部の溶湯が凝固する以前に、前記溶湯チャンバ内の湯面を前記第２の溶湯充填路の開口下端部よりも下方に降下させることを特徴とする鋳造装置。
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