JP4837517B2 - 鋳造装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属をルツボ内にて溶融し、鋳型に注入して鋳造品を得ることを可能とする鋳造装置に関し、より詳細には、溶融される材料を追加したり、副材料を追加したりすることを可能とする鋳造装置に関する。

従来、金属材料を鋳造することにより所望の形状に加工するための鋳造装置が種々提案されている。例えば、下記の特許文献１には、金属材料を溶融するためのルツボ部と、ルツボ部を閉成し、内部にアルゴンガス等を注入するための蓋部と、ルツボ部で溶融された金属が注がれて、所望の形状に加工される鋳型部とを備える鋳造装置が開示されている。得られる鋳造品の品質を高めるためには、予め予熱された鋳型を鋳造装置にセットした後、鋳込み開始までの時間をできるだけ短くし、鋳型の予熱温度を保持することが求められる。

そこで、特許文献１では、圧縮コイルバネの弾発力を用いて、鋳型部とルツボと蓋部とを合体した状態から速やかに分離し、合体及び分離を迅速に行うことを可能とする鋳造装置が開示されている。ここでは、鋳型部が出入りされる枠体の垂直支柱に圧縮コイルバネが挿通されている。そして、コイルバネで支持されたスライダーが垂直支柱に挿通されており、このスライダーにルツボを支持している水平アームが取り付けられている。また、垂直支柱の上端に、回動自在に回動アームが連結されており、回動アームにより蓋部が支持されており、回動アームの垂直支柱上端への連結点近傍において回動アームとスライダーとがリンク機構により連結されている。そして、コイルバネの弾発力に逆らって回動アームをロックするためのロック手段が設けられている。
実開平６−１９９６３号公報

特許文献１に記載の鋳造装置では、回動アームをロック手段によりロックすることにより鋳型部とルツボ部と蓋部とを合体でき、ロックを解除した場合、コイルバネの弾発力により、これらを速やかに分離することができるとされている。

しかしながら、駆動源に上記コイルバネを必要としており、蓋部、ルツボ部及び鋳型部を合体・分離するために、上記コイルバネ、垂直支柱、リンク機構、水平アーム、回動アーム等の複雑な構造を必要としていた。

また、金属を鋳造するに際しては、鋳型に溶融金属が注入された後、速やかに冷却することにより高品質の鋳造品を得ることができ、かつ鋳造品の生産性を高めることがてきる。しかしながら、特許文献１に記載の鋳造装置では、注ぎ込まれた溶融金属を凝固させるのに比較的長い時間を必要としていた。

また、目的とする鋳造品によっては、ルツボ内に材料を投入し溶融した後に、さらにルツボに同じ材料を追加したり、あるいは、他の金属材料を供給し、鋳造することがある。このような場合、特許文献１に記載の鋳造装置では速やかに対応することができなかった。

本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、比較的簡単な構成を有し、しかも、ルツボ内において溶湯を得るにあって、当初から投入されていた材料だけでなく、追加の材料を速やかにかつ容易に供給することができることを可能とする鋳造装置を提供することにある。

本発明に係る鋳造装置は、開閉自在とされており、かつ内部が減圧され得るように構成されているチャンバーと、前記チャンバー内に配置されており、金属を溶融するためのルツボと、前記ルツボ内で溶融された溶融金属が注ぎ込まれ得るように配置されており、溶融金属を固化させて鋳造品を得るための鋳型と、前記チャンバー内に配置されており、前記ルツボに追加材料を供給するためのホッパーと、前記チャンバー内に配置されており、前記ホッパーを、追加材料が収納された第１の状態と、前記追加材料を前記ルツボ内に投入することを可能とする第２の状態との間で前記ホッパーを移動させることを可能とするホッパー移動部材と、前記チャンバー外に設けられており、前記ホッパーを第１の状態と第２の状態との間で移動させるように前記ホッパー移動部材を操作するための外部操作部材とを備え、前記ホッパー移動部材が、第１の磁石を有し、第１の磁石が、前記第１の状態と第２の状態とでその位置が移動されるように構成されており、前記外部操作部材が第２の磁石を有し、外部操作部材の第２の磁石と移動操作部材の第１の磁石とを磁気的に結合させて、外部操作部材の第１の磁石の位置を移動させることにより、前記ホッパーを第１の状態と第２の状態との間で移動させることを可能とすることを特徴とする。

本発明に係る鋳造装置のある特定の局面では、前記ホッパー移動部材に設けられた前記第１の磁石が、前記チャンバーの内壁に沿ってスライドされるように配置されており、前記第１の磁石と前記ホッパーとがリンクにより連結されており、前記第１の磁石が、前記チャンバーの内壁に沿ってスライドされた場合に、前記ホッパーが前記第１の状態と前記第２の状態との間で移動されるように構成されている。この場合には、チャンバーの外側に設けられた外部操作部材を移動させることにより、第２の磁石が移動し、それによって、ホッパー移動部材に設けられた第１の磁石が、チャンバーの内壁に沿ってスライドされて、ホッパーが第１の状態と第２の状態との間で移動される。従って、ホッパー移動部材に設けられた第１の磁石がチャンバーの内壁に沿ってスライドされるので、第１の磁石と第２の磁石との間の距離が短いため、第２の磁石が確実に第１の磁石の移動に伴って移動され得る。しかも、チャンバーの内壁に沿って第２の磁石がスライドされるので、ホッパーを第１の状態と第２の状態との間で移動させるに際し、第１の磁石の移動が安定に行われる。従って、ホッパーをより確実に第１の状態と第２の状態との間で移動させることができる。

本発明に係る鋳造装置の他の特定の局面では、前記リンクが、第１の端部にホッパーが固定されており、第１の端部と反対側の第２の端部側の回転中心回りに回転可能に支持されている第１のリンク部材と、前記第１のリンク部材の第２の端部側に回動自在に連結されている第２のリンク部材とを有し、前記第２のリンク部材の前記第１のリンク部材に連結されている側とは反対側の端部に前記ホッパー移動部材が回動自在に連結されており、前記第１の磁石を前記チャンバーの内壁に沿ってスライドさせた場合に、前記回転中心の周りに前記ホッパーが回転移動されて、第１の状態から第２の状態に移動される。この場合には、ホッパーを第１の状態から第２の状態に切り換えるに際し、第２のリンク部材の端部に固定されている第１の磁石がチャンバーの内壁に沿ってスライドされ、それに伴って、第２のリンク部材に連結された第１のリンク部材が回転されて、第１のリンク部材の第１の端部に固定されたホッパーが第１の状態から第２の状態から移動されることになる。そのため、ホッパーが上記回転中心回りに回転移動されて、第１の状態から第２の状態に移動されるので、ホッパーを第１の状態から第２の状態に移動させる機構を小さくすることができ、鋳造装置の小型化を図ることができる。また、リンクをこのような構成にすることで、第１の状態においてホッパーがルツボの真上に位置しないようにすることができるため、チャンバーの上面の一部を透明にしておけばルツボ内の金属の溶融状態を目視で確認できるようにすることができる。

本発明に係る鋳造装置のさらに他の特定の局面では、前記チャンバーを回転可能に支持する支持部材と前記チャンバーに連結されており、かつ前記チャンバーを回転させるように外部から操作することを可能とする操作レバーとをさらに備え、前記操作レバーを操作することにより、前記チャンバーが支持部材により支持されている部分を中心として回転され得るように構成されている。この場合には、操作レバーを操作することにより、チャンバーが支持部材により支持されている中心として回転されるので、それによって、チャンバー内に配置されているルツボを傾け、溶融金属を鋳型に速やかに注ぎ込むことが可能とされている。すなわち、好ましくは、前記チャンバーが回転駆動されることにより、ルツボ内において溶融されている溶融金属が、ルツボ内に収納されている金属溶融状態と、溶融金属を前記鋳型に注ぎ込むことを可能とする注入状態との間で前記ルツボの前記鋳型に対する位置が切り換えられる。

本発明に係る鋳造装置のさらに別の特定の局面では、前記鋳型を冷却するための冷却媒体が送液される給液管と、かつ前記鋳型から前記冷却媒体を排出し、チャンバー外に導く排液管とがさらに揃えられている。この場合には、鋳型に冷却媒体を送液することにより、鋳型を速やかに冷却することができ、鋳造品の品質を高めることができると共に、生産性を高めることが可能となる。

本発明に係る鋳造装置では、チャンバーの内部が減圧され得るように構成されており、チャンバー内にルツボと、鋳型と、追加材料を供給するためのホッパーと、ホッパー移動部材とが配置されているので、チャンバー内の雰囲気を所望の雰囲気として、ルツボにおいて金属を溶融させて、鋳型に注ぎ込むことにより所望とする鋳造品を得ることができる。しかも、チャンバー内に上記ホッパーが配置されており、外部操作部材によりホッパー移動部材を操作して、ホッパーを第１の状態と第２の状態との間で移動させることができるので、ホッパーに予め追加材料を供給しておくことにより、ルツボに当初から供給されていた原材料に加えて追加材料をさらに投入し、ルツボ内において、所望の量及び所望の組成の溶融金属を生成することができる。従って、所望の量及び組成の溶融金属を用いて、所望の鋳造品を確実かつ容易に得ることができる。しかも、上記ホッパーの移動は、チャンバー外に配置された外部操作部材を操作するだけで行われ得るので、材料を追加したり、他の材料を追加材料として供給するに際して、チャンバーを開閉する必要がない。よって、所望とする組成及び量の鋳造品を効率良く得ることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

図１（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る鋳造装置の平面図及び正面図である。本実施形態の鋳造装置１は、溶融金属を鋳型に注ぎ込み、所望の形状の鋳造品を鋳造するのに用いられる装置である。

図２は、鋳造装置１及び鋳造装置１が取り付けられている全体としての鋳造システムを示す正面図である。

鋳造装置１は、チャンバー２を有する。チャンバー２は、チャンバー本体２ａと、チャンバー本体２ａの上方開口を閉成するように取り付けられている蓋２ｂとを有する。蓋２ｂは、チャンバー本体２ａに取り外し可能に取り付けられている。チャンバー２内は、減圧されるように構成されている。従って、蓋２ｂは、気密的にチャンバー本体２ａに固定され得るように構成されている。

また、チャンバー２は、フレーム１０１の天板１０１ａ上に固定的に配置されており、かつ上方に延びる支持部材３に回転可能に支持されている。チャンバー２の回転中心に操作レバー４が連結されている。操作レバー４は、チャンバー２に連結されている側の端部とは反対側の端部に把持部４ａを有する。操作レバー４は、チャンバー２と共にチャンバー２を回転可能に支持している部分を中心として回転するように構成されている。従って、把持部４ａを手に持ち、操作レバー４の把持部４ａと反対側の端部を中心として操作レバー４を回転移動させることにより、チャンバー２を回転させることができる。

鋳造装置１は、鋳造システム１００に設けられたフレーム１０１の天板１０１ａ上に配置されている。

図３（ａ），（ｂ）は、上記チャンバー２内の構造を説明するための略図的平面図及び正面断面図である。チャンバー２内には、ルツボ６が配置されている。ルツボ６は、金属を溶融し、溶湯を生成するために設けられている。ルツボ６は、上方に開口６ａを有する。また、ルツボ６の周囲には、加熱装置としての高周波誘導加熱用コイル７が膜装されている。

他方、ルツボ６の側方には、鋳型８が配置されている。鋳型８は、破線で示す鋳型部内８ａを有する。この鋳型部内８ａに溶融金属が注ぎ込まれ、冷却により固化されて、所望形状の鋳造品が得られる。

図３（ｂ）に示す状態では、ルツボ６の開口６ａが上方を向いており、鋳型８の鋳型部内８ａは、ルツボ６側に開いており、すなわち水平方向外側に開いた開口を有する。

他方、鋳型８には、冷却媒体を送液する給液管９と、鋳型８から冷却媒体を排出し、チャンバー２外に導く排液管１０とが接続されている。図３（ｂ）では、排液管１０は給液管９の図面奥側に位置し、排液管１０と給液管９とが重なっているため排液管１０は図示していないが、チャンバー２内を側方から示す模式的側面図である図４から明らかなように、給液管９と、排液管１０とは、図３（ｂ）において、紙面−紙背方向にずれた位置に配置されている。

給液管９から鋳型８に供給される冷却媒体としては、水等の適宜の液体を用いることができる。

また、鋳型８は、通常銅等の金属から成るため、水等の冷却媒体を内部に通じることにより、鋳型８は速やかに冷却され得る。そして、鋳型８内の冷却媒体の流路の出口を、上記排液管１０に接続することにより、冷却媒体を排出することができる。

すなわち、図５に示すように、鋳型８において、給液管９から鋳型８内の流路に矢印で示すように冷却媒体を流し込み、上記排液管１０から冷却媒体を排出すればよい。

他方、図３（ｂ）に示すように、ルツボ６の鋳型８が設けられている部分と反対側に、ホッパー１１が設けられている。ホッパー１１内には、ルツボ６内で溶融するための追加材料が当初から供給される。この追加材料としては、ルツボ６内に当初から供給される原材料と同じ材料であってもよく、その場合には、ホッパー１１からより多くの溶湯を得るための材料をルツボ６内に供給することができる。

また、ホッパー１１内に予め収納されている追加材料としては、ルツボ６内に当初から供給されていた材料とは異なる材料であってもよい。その場合には、異なる材料をルツボ６に後から供給し、様々な組成の溶湯を容易に得ることができる。ところで、本実施形態の一つの特徴は、このホッパー１１が、図３（ｂ）及び図６（ａ）の二点鎖線に示すにように、追加材料をルツボ６内に投入する状態（第２の状態）と、図６（ａ）に実線で示すように、ホッパー１１がルツボ６から遠ざかっており、追加材料がホッパー１１内に収納されて待機している状態（第１の状態）との間で移動されることにある。

図６（ａ）に実線で示す位置が、第１の状態であり、この状態において、ホッパー１１内に追加材料が収納され、待機状態とされている。そして、図６（ａ）の二点鎖線で示す状態が第２の状態であり、図３（ｂ）に示したように、ルツボ６内に、追加材料を投入し得る状態である。

ホッパー１１は、一端に開口１１ａを有し、開口１１ａから、追加材料がルツボ６内に投入され得るように構成されている。

そして、ホッパー１１は、チャンバー２の外部に設けられた外部操作部材１２を操作することにより、第１の状態と第２の状態との間で移動させることができる。これを、図６（ａ），（ｂ）を参照してより具体的に説明する。

ホッパー１１は、第１のリンク部材１３と第２のリンク部材１４とから成るリンクにより、ホッパー移動部材１５に連結されている。第１のリンク部材１３の一端である第１の端部にホッパー１１が固定されている。第１のリンク部材１３の第１の端部とは反対側の端部において、第２のリンク部材１４の一端が連結されている。第１のリンク部材１３と第２のリンク部材１４とは、回動自在となるように、ピン１６において連結されている。他方、第１のリンク部材１３は、第１，第２の端部間において、ポスト１７Ａの上方部分において回転自在に取り付けられているピン１７に連結されており、ピン１７を中心として回転し得るように支持されている。

第２のリンク部材１４のピン１６とは反対側の端部がホッパー移動部材１５に固定されている。ホッパー移動部材１５は、第１の磁石１８を有する。第１の磁石が、チャンバー２の内壁に沿って上下方向にスライドし得るように、ホッパー移動部材１５は、支柱１９上において上下方向に移動可能とされている。

他方、チャンバー本体２ａの外壁には、第２の磁石２１が外部操作部材１２に連結されている。第２の磁石２１は、外部操作部材１２と一体に上下方向にスライド可能に取り付けられている。また、図６（ａ）に示すように、外部操作部材１２が実線で示す下方位置にある場合には、第２の磁石２１と第１の磁石１８とが対向し、ホッパー１１は第１の状態とされている。外部操作部材１２を図６（ａ）の二点鎖線で示すにように上方にスライドさせると、第２の磁石２１が上方に移動し、それに伴って第１の磁石１８及びホッパー移動部材１５も上方にスライドすることになる。そのため、第２のリンク部材１４のホッパー移動部材１５側の端部が上方に移動し、第１のリンク部材１３がピン１７を中心として時計回りに回転し、ホッパー１１が第２の状態に移動されることとなる。

逆に、外部操作部材１２を図６（ａ）の二点鎖線で示す位置から下方に移動させ、実線で示す位置に移動させた場合には、ホッパー１１は第２の状態から第１の状態に復帰することとなる。

従って、本実施形態の鋳造装置１では、チャンバー２外に配置された外部操作部材１２を上下方向にスライドさせるだけで、ホッパー１１を第１の状態と第２の状態との間で移動させることができる。

よって、チャンバー２内を減圧し、鋳造を開始した段階で、ルツボ６内の原材料を溶融した後、ホッパー１１を第１の状態から第２の状態に移動させて、ホッパー１１内の追加材料をルツボ６内に投入し、より多くの溶湯を生成したり、当初の原材料だけでは得られない組成の溶湯を作製することができる。

また、リンクを上記のような第１のリンク部材１３及び第２のリンク部材１４とで構成することで、ホッパー１１を第１の状態と第２の状態との間で移動させるために要する空間を少なくすることができ、すなわち、鋳造装置１を小型化することが可能となる。さらに、第１の状態においてホッパー１１がルツボ６の真上に位置しないようにすることができるので、チャンバー２の上面に取り付けられた蓋２ｂの一部を透明にしてビューポート２ｃを形成しておけば、ルツボ６内の金属の溶融状態を、ビューポート２ｃを通じて目視で確認できるようにすることができる。

溶湯が作製された後には、図１（ｂ）に示した操作レバー４の把持部４ａを手に持ち、チャンバー２を回転させる。すなわち、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、操作レバー４を動かすことにより、チャンバー２を回転させることができ、ルツボ６の開口６ａから溶湯を鋳型８に注ぎ込むことができる。すなわち、ルツボ６の開口６ａが斜め下方を向き、鋳型８の鋳型部内８ａの開口部分がルツボ６の開口６ａの下方に位置するように、チャンバー２を回転させれば、ルツボ６内の溶湯を鋳型部内８ａに速やかに注ぎ込むことができる。

上記チャンバー２の大部分を、アルミニウムなどの軽量かつ磁性の低い金属で構成すると、鋳造装置１が軽量化され、操作レバー４による操作がし易くなるので好ましい。

そして、鋳型部内８ａに注ぎ込まれた溶湯を、前述した給液管９から冷却媒体を送液することにより冷却し、所望形状の鋳造品を得ることができる。

上記のように、鋳造装置１では、チャンバー２内を減圧したり、あるいはアルゴン等の不活性ガス雰囲気下に維持した状態で、ルツボ６内で溶湯を作製するにあたり、ルツボ６に当初から供給されていた原材料だけでなく、上記追加材料をも加えて溶湯を作製することができる。したがって、様々な組成の溶湯をチャンバー２を開閉することなく容易に生成でき、所望とする組成及び形状の鋳造品を容易に得ることができる。よって、鋳造品を鋳造する際の作業効率を大幅に高めることが可能となる。

また、鋳型８には、給液管９から冷却媒体が送液されるため、鋳型８の鋳型部内８ａに注ぎ込まれた溶湯を速やかに冷却することができ、高品質の鋳造品を容易に得ることができる。

（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る鋳造装置の平面図及び正面図。 本発明の一実施形態の鋳造装置が備えられた鋳造システムの全体を示す略図的正面図。 （ａ），（ｂ）は、図１に示した実施形態の鋳造装置のチャンバー内の構造を模式的に示す平面図及び正面断面図。 図１に示した実施形態の鋳造装置のチャンバー内の構造を模式的に示す側面図。 本発明の一実施形態の鋳造装置において、鋳型に冷却媒体を送液及び排出する構造を説明するための模式的平面図。 （ａ），（ｂ）は、図１に示した実施形態の鋳造装置において、ホッパーを第１の状態から第２の状態に移動させる装置を説明するための模式的正面図及びチャンバーの外壁に設けられた外部操作部材を説明するための模式的部分切欠側面図。 （ａ），（ｂ）は、図１に示した鋳造装置において、ルツボ内の溶湯を鋳型に注ぎ込むためにチャンバーを回転させた状態を示す模式的正面断面図及び模式的正面図。

符号の説明

１…鋳造装置
２…チャンバー
２ａ…チャンバー本体
２ｂ…蓋
２ｃ…ビューポート
３…支持部材
４…操作レバー
４ａ…把持部
５…鋳造システム
６…ルツボ
６ａ…開口
８…鋳型
８ａ…鋳型部内
９…給液管
１０…排液管
１１…ホッパー
１２…外部操作部材
１３…第１のリンク部材
１４…第２のリンク部材
１５…ホッパー移動部材
１６…ピン
１７…ピン
１７Ａ…ポスト
１８…第１の磁石
１９…支柱
２１…第２の磁石

Claims (6)

1. 開閉自在とされており、かつ内部が減圧され得るように構成されているチャンバーと、
   前記チャンバー内に配置されており、金属を溶融するためのルツボと、
   前記ルツボ内で溶融された溶融金属が注ぎ込まれ得るように配置されており、溶融金属を固化させて鋳造品を得るための鋳型と、
   前記チャンバー内に配置されており、前記ルツボに追加材料を供給するためのホッパーと、
   前記チャンバー内に配置されており、前記ホッパーを、追加材料が収納された第１の状態と、前記追加材料を前記ルツボ内に投入することを可能とする第２の状態との間で前記ホッパーを移動させることを可能とするホッパー移動部材と、
   前記チャンバー外に設けられており、前記ホッパーを第１の状態と第２の状態との間で移動させるように前記ホッパー移動部材を操作するための外部操作部材とを備え、
   前記ホッパー移動部材が、第１の磁石を有し、第１の磁石が、前記第１の状態と第２の状態とでその位置が移動されるように構成されており、前記外部操作部材が第２の磁石を有し、外部操作部材の第２の磁石と移動操作部材の第１の磁石とを磁気的に結合させて、外部操作部材の第１の磁石の位置を移動させることにより、前記ホッパーを第１の状態と第２の状態との間で移動させることを可能とすることを特徴とする、鋳造装置。
2. 前記ホッパー移動部材に設けられた前記第１の磁石が、前記チャンバーの内壁に沿ってスライドされるように配置されており、前記第１の磁石と前記ホッパーとがリンクにより連結されており、前記第１の磁石が、前記チャンバーの内壁に沿ってスライドされた場合に、前記ホッパーが前記第１の状態と前記第２の状態との間で移動されるように構成されている、請求項１に記載の鋳造装置。
3. 前記リンクが、第１の端部にホッパーが固定されており、第１の端部と反対側の第２の端部側に配置された回転中心の回りに回転可能に支持されている第１のリンク部材と、前記第１のリンク部材の第２の端部側に回動自在に連結されている第２のリンク部材とを有し、前記第２のリンク部材の前記第１のリンク部材に連結されている側とは反対側の端部に前記ホッパー移動部材が回動自在に連結されており、前記第１の磁石を前記チャンバーの内壁に沿ってスライドさせた場合に、前記回転中心の周りに前記ホッパーが回転移動されて、第１の状態から第２の状態に移動される、請求項２に記載の鋳造装置。
4. 前記チャンバーを回転可能に支持する支持部材と、前記チャンバーに連結されており、かつ前記チャンバーを回転させるように外部から操作することを可能とする操作レバーとをさらに備え、前記操作レバーを操作することにより、前記チャンバーが支持部材により支持されている部分を中心として回転され得るように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋳造装置。
5. 前記チャンバーが回転駆動されることにより、ルツボ内において溶融されている溶融金属が、ルツボ内に収納されている金属溶融状態と、溶融金属を前記鋳型に注ぎ込むことを可能とする注入状態との間で前記ルツボの前記鋳型に対する位置が切り換えれるように構成されている、請求項４に記載の鋳造装置。
6. 前記鋳型を冷却するための冷却媒体が送液される送液管と、かつ前記鋳型から前記冷却媒体を排出し、チャンバー外に導く排出管とをさらに揃える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の鋳造装置。
   

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