JP5205655B2

JP5205655B2 - 重力鋳造装置

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Publication number: JP5205655B2
Application number: JP2010241039A
Authority: JP
Inventors: 俊一森川; 広文井出; 忠幸矢野
Original assignee: MORIKAWA KANAGATA CO. LTD.
Current assignee: MORIKAWA KANAGATA CO. LTD.
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2030-10-27
Also published as: JP2011167760A

Description

本発明は、鋳型内に形成されたキャビティに金属の溶湯を注ぎ入れて成形品を形成する鋳造装置に関し、特に、溶湯の自重によりキャビティ内に溶湯を注ぎ込み、凝固させて成形品を得る重力鋳造装置に関する。

鋳型の上部に設けられた湯口から溶湯の重力のみで鋳型内に溶湯を注ぎ込んで鋳造する重力鋳造装置は、鋳造時の冷却速度を早くすることができ、鋳肌・寸法精度の良い緻密な鋳物製作が可能で、特に耐圧性や機械的性質にすぐれている。他方このような重力鋳造装置は、成形品の上部に凝固した際の体積減少を補う押湯を形成する必要があり、この押湯を冷却凝固させる時間が成形品の凝固時間以外に必要となる。また、押湯を形成することで溶湯量、溶解費がより必要となる上、押湯の切断の加工費も余分に必要となる。さらに、引け巣のない成形品を得るためには、溶湯をキャビティの底側から押湯側に向かって指向性凝固させる必要があるが、単に押湯を形成するだけでは溶湯の凝固時期を十分に制御することができない問題もあった。

一方、押湯量を少なくすることができる鋳造装置として、低圧鋳造法装置が挙げられる。この低圧鋳造装置は、溶湯を密閉した容器に入れ、１気圧以下の比較的小さい圧力のガス体でその溶湯面を加圧し、溶湯を重力と反対方向に給湯管を通して押し上げ、その上に設置された鋳型内に注湯して成形品を形成するものである（非特許文献１）。これによると、溶湯に圧力をかけて押し上げているので、凝固時の体積減少が少なくなり押湯量を少なくすることができる。

しかし、低圧鋳造装置は、鋳型の下側から溶湯を押し上げるものであるので、給湯管を鋳型の下側に設けて加圧するものであり、鋳型の下側に冷却装置を設けて鋳造時の冷却速度を早くすることができないことから、溶湯の凝固に時間がかかり、鋳造サイクルが長くなって、コストアップにつながるとともに、成形品の強度が弱くなりやすい。

そこで、溶湯を鋳型内に注ぎこんだあと、鋳型内にガスを供給して鋳型内の溶湯を加圧する重力鋳造装置が提案されている。この重力鋳造装置は、例えば、図１３に示すように、鋳型１００に形成されてた湯口１０１にホッパ装置１０２が固定されており、このホッパ装置１０２に溶湯１０３を溜め、鋳型１００が傾けられたときに溶湯１０３を湯口１０１を介して鋳型１００のキャビティ１０４へ注ぐ形式の傾動式重力鋳造装置１０５であって、ホッパ装置１０２が高圧ガスを供給するガス供給手段１０６を具備するものである（例えば特許文献１、特許文献２）。これによると、ホッパ装置１０２内の溶湯１０３を鋳型１００のキャビティ１０４内に注ぎ込んだ後に、ホッパ装置１０２に高圧ガスを供給することで、湯口１０１を介してキャビティ１０４内の溶湯１０３がガス加圧されるので、押湯が必要ない重力鋳造装置１０５を実現できる。

特開２００８−１００２７５号公報特開２００８−１００２７６号公報特開２００９−２１４１４９号公報

「鋳物の現場技術」、千々岩健児編著、日刊工業新聞社、１９８０年１１月５日発行、Ｐ２７０〜Ｐ２７１

しかし、上述の重力鋳造装置１０５は、溶湯１０３を供給する湯口１０１からガス加圧することになるので、ガス加圧する際の流速などの調整が難しい。また、湯口１０１から溶湯１０３を供給しつつ空気を排出するものであるので、溶湯１０３の供給速度が速すぎると湯口１０１を溶湯１０３が覆うことになりキャビティ１０４の空気が排出できなくなる虞があるので、溶湯１０３の注入スピードを遅くする必要がある。

また、キャビティ１０４に充填される溶湯は、湯口からの距離や各部位の厚さ等によって、キャビティ１０４の部位毎に溶湯の温度が異なり、凝固のタイミングが異なるため、一箇所の湯口１０１のみからガスを注入して加圧したとしても、最適なタイミングで溶湯を加圧することができない問題があった。

そこで、本発明は、押湯を必要としない重力鋳造装置であって、最適なタイミングで鋳型内の溶湯にガス加圧することができる重力鋳造装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の重力鋳造装置は、成形品を形作るキャビティを内側に形成した鋳型と、上端に開口する湯口が形成されるとともに、当該湯口に注がれた溶湯を前記キャビティに案内する湯道が形成された湯口金型と、前記湯道に設けられ、当該湯道を開放及び遮蔽可能な遮蔽手段と、前記鋳型の外部から前記キャビティ内に貫通するように設けられ、前記キャビティ内に充填された前記溶湯が前記鋳型の外部への流出を抑止するとともに、前記鋳型の外部と前記キャビティ内との間でガスを通過可能なガス弁を具備した複数のガス口と、前記複数のガス口に対してそれぞれ異なるタイミングでガスを供給可能なガス供給手段と、を備え、前記ガス供給手段は、ガス口毎に前記キャビティ内の前記ガス口に近接する位置に充填された溶湯が所定温度まで低下したときに、当該ガス口に対してガスの供給を開始するものであり、前記遮蔽手段は、前記湯口金型を水平方向に貫通するスライド孔と、当該スライド孔にスライド可能に挿入されるスライド板と、により構成されており、当該スライド板の中央に形成された貫通孔が前記湯道に整合することにより前記湯道を開放するとともに、前記貫通孔と前記湯道とがずれることにより前記湯道を遮蔽するものであり、前記スライド板は、当該スライド板の上面が、スライド方向の両端から貫通孔に向かって下り勾配に傾斜した窪んだ形状であるとともに、前記スライド孔の前記スライド板の上面に接する面は、前記スライド板の上面の傾斜と略等しい角度に下側に膨らんで傾斜した形状であることを特徴としている。

なお、ここで「所定温度」は、溶湯の材料によりその最適値が異なるが、例えば一般的な鋳物鋳造用のアルミニウム合金の溶湯であれば、摂氏７１５度から摂氏７３５度の範囲が好ましい。なお、本発明の「所定温度」の範囲はこれに限定されるものではなく、溶湯材料の融点（凝固点）よりも高く、キャビティ内にガスを注入して加圧した場合に溶湯表面が飛び散らない程度の粘度を維持できる程度に低い温度であればよい。また本発明の「ガス」は、窒素やアルゴンなどの不活性ガスが好ましいが、これに限定されるものではなく、例えば乾燥空気であってもよい。

請求項２に記載の重力鋳造装置は、タイヤホイールを形作るキャビティを内側に形成した鋳型と、上端に開口する湯口が形成されるとともに、当該湯口に注がれた溶湯を前記キャビティに案内する湯道が形成された湯口金型と、前記湯道に設けられ、当該湯道を開放及び遮蔽可能な遮蔽手段と、前記鋳型の外部から前記キャビティ内に貫通するように設けられ、前記キャビティ内の前記溶湯が前記鋳型の外部への流出を抑止するとともに、前記鋳型の外部と前記キャビティ内との間でガスを通過可能なガス弁を具備した複数のガス口と、前記複数のガス口に対してそれぞれ異なるタイミングでガスを供給可能なガス供給手段と、を備え、前記キャビティは、中央にハブ孔を形成するハブ孔形成部と、当該ハブ孔形成部から間隔を開けて外周に環状に形成されリムを形成するリム形成部と、を有するとともに、前記複数のガス口は、前記リム形成部に所定間隔で複数形成されるリム部ガス口と、前記ハブ孔形成部に１以上形成されるハブ部ガス口と、を含み、前記ガス供給手段は、前記リム形成部内の溶湯が所定温度になったときに、前記リム部ガス口に対してガスの供給を開始し、前記ハブ孔形成部内の溶湯が所定温度になったときに、前記ハブ部ガス口に対してガス供給を開始することを特徴としている。

請求項３に記載の重力鋳造装置は、前記遮蔽手段は、前記湯口金型を水平方向に貫通するスライド孔と、当該スライド孔にスライド可能に挿入されるスライド板と、により構成されており、当該スライド板の中央に形成された貫通孔が前記湯道に整合することにより前記湯道を開放するとともに、前記貫通孔と前記湯道とがずれることにより前記湯道を遮蔽するものであって、前記スライド板は、当該スライド板の上面が、スライド方向の両端が貫通孔に向かって下り勾配に傾斜した窪んだ形状であるとともに、前記スライド孔の前記スライド板の上面に接する面は、前記スライド板の上面の傾斜と略等しい角度に下側に膨らんで傾斜した形状であることを特徴としている。

請求項４に記載の重力鋳造装置は、前記キャビティ内の溶湯の温度を感知する温度感知センサをさらに備え、前記所定温度は前記熱感知センサにより感知されるものであることを特徴としている。
なお、本発明の「熱感知センサ」としては、放射される赤外線を観測するサーモグラフィや異種金属間の熱電能の差を利用した熱電対センサ等の接触又は非接触の種々の温度センサを用いることができる。

請求項５に記載の重力鋳造装置は、前記鋳型を冷却可能な冷却手段をさらに備えることを特徴としている。

請求項１に記載の重力鋳造装置によると、湯口から湯道を通して鋳型内のキャビティに溶湯を充填したあとで、遮蔽手段により湯道を遮蔽し、ガス供給手段によりガス口から鋳型内にガスを供給することで、鋳型内の溶湯をガス加圧することができる。これにより押湯を設ける必要がなくなるので、押湯を冷却凝固させる時間分鋳造時間を短縮することができ、成形品の製造コストを下げることができる。また、押湯を形成するための溶湯量、溶解費、押湯を切断する加工費を削減することができる。ガス口は複数具備されるので、例えば複雑な形状の成形品を形成する鋳型であったしても、キャビティ内の必要な箇所に適切にガスを供給して加圧することができ、均質な成形品を得ることができる。しかも、複数のガス口に対して、当該ガス口に近接する位置に充填された溶湯の温度が所定温度になった場合に加圧するので、キャビティ内のそれぞれの部位に充填された溶湯の温度により、加圧のタイミングを変化させることができ、それぞれの部位に応じて適切なタイミングで溶湯を加圧することができる。
また、スライド板の上面は、このスライド板のスライド方向に対して傾斜して形成されており、スライド孔のスライド板の上面に接する面は、スライド板の上面の傾斜と略等しい角度に傾斜して形成されているので、スライド板をスライドさせて、スライド板の貫通孔と湯道とをずらしたときに、スライド板の上面とスライド孔のこのスライド板上面に接する面とは、互いに楔のように密着する方向に力が加わり、さらにスライド板が下方に押し付けられるので、スライド板の下面と、スライド孔の当該スライド板の下面に接する面とが密着する方向に力が加わる。したがって、スライド板の貫通孔を湯道からずらしたときに、スライド板をスライド孔に密着させることができ、確実に湯道を遮断することができる。

また、溶湯を注入しているときに、鋳型内の空気はガス口を介して外部に排出できるので、湯口は溶湯の注入のみができればよく、注入スピードを早くすることができる。

請求項２に記載の重力鋳造装置によると、タイヤホイールを形成するキャビティであって、より肉厚なハブ孔形成部と薄いリム形成部とで加圧タイミングを変化させることができるので、より適切なタイミングで溶湯を加圧することができ、均質な成形品を得ることができる。

請求項３に記載の重力鋳造装置によると、スライド板の上面は、このスライド板のスライド方向に対して傾斜して形成されており、スライド孔のスライド板の上面に接する面は、スライド板の上面の傾斜と略等しい角度に傾斜して形成されているので、スライド板をスライドさせて、スライド板の貫通孔と湯道とをずらしたときに、スライド板の上面とスライド孔のこのスライド板上面に接する面とは、互いに楔のように密着する方向に力が加わり、さらにスライド板が下方に押し付けられるので、スライド板の下面と、スライド孔の当該スライド板の下面に接する面とが密着する方向に力が加わる。したがって、スライド板の貫通孔を湯道からずらしたときに、スライド板をスライド孔に密着させることができ、確実に湯道を遮断することができる。

請求項４に記載の重力鋳造装置によると、キャビティ内の溶湯の温度を感知する温度感知センサを備えているので、溶湯の温度を適切に管理することができ、キャビティ内に充填された溶湯を加圧するタイミングを適切に計ることができる。

請求項５に記載の重力鋳造装置によると、鋳型内に注入された溶湯を冷却手段により冷却することができるので、成形品の硬度をより高めることができる。また、このように冷
却できることで凝固時間を短縮することができ、鋳造サイクルを短くして、より鋳造コス
トを低減することができる。

本発明の重力鋳造装置の一例を示す断面図。湯口金型、遮蔽手段、及び上部金型の構成を説明するために、手前側半分を鉛直面で切り取った斜視図。図２の斜視図において、遮蔽手段が湯口を閉塞した状態を示す斜視図。側部金型及び下部金型の構成を説明するために、手前側半分を鉛直な面で切り取った斜視図。ガス口に設けられるガス弁を説明する斜視図、及び断面図。湯口が側方を向いて開口した倒設状態の重力鋳造装置を示す断面図。傾動装置を動作させて、重力鋳造装置を傾斜させる途中の状態を示す断面図。湯口が上方を向いて開口した立設状態の傾斜指揮重力鋳造装置を示す断面図。遮蔽手段をスライドさせて湯口金物の湯口を閉じた状態を説明する。上部金型、側部金型、及び下部金型をそれぞれ引き離して、成形品を取り出す状態を説明する断面図。湯口金型を分割した状態を説明する断面図。スライド板の上面とスライド孔の当該スライド板の上面に接する面とがスライド方向に対して傾斜して形成されていることを説明するために便宜的に傾斜角を強調して記載した一部省略拡大断面図。従来の重力鋳造装置の一例を示す断面図。

以下、重力鋳造装置１の最良の実施形態について、各図を参照しつつ説明する。本実施形態においては、アルミニウム合金製のタイヤホイール（成形品６）を鋳造する重力鋳造装置１を例に説明するが、重力鋳造装置１は、例えば自動車のエンジンシリンダなどのその他の部材を鋳造するものであってもよい。重力鋳造装置１は、図１に示すように、複数の分解可能な金物を油圧シリンダにより結合することで、成形品６を形作るキャビティ２を形成し、倒設状態とこの倒設状態から略９０度起き上がらせた立設状態とに傾動可能な鋳型３と、例えばアルミニウム合金などの溶湯５を貯留する椀状部材４と、立設状態の鋳型３の上部に形成され、溶湯５を受け入れる湯口７１及び湯道７５が形成された湯口金型７と、この湯口７１を解放及び遮蔽することができる遮蔽手段８と、立設状態の鋳型３の上部に湯口７１とは別に形成された複数のガス口９ａ，９ｂと、これらのガス口９ａ，９ｂからガスを鋳型３内に流入させるガス供給手段９１と、を備えている。

なお、本実施形態においては重力鋳造装置１として、鋳型３を傾動させることにより椀状部材４に貯留した溶湯５を湯口７１から湯道７５を通してキャビティ２内に充填する傾動式重力鋳造装置を例に説明するが、本発明の重力鋳造装置１はこれに限定されるものではなく、鋳型３が傾動せず、上方に開放した湯口７１に柄杓で直接溶湯５を注ぎ、溶湯５の自重により湯道７５を通してキャビティ２内に溶湯を充填する重力鋳造装置１であってもよい。

鋳型３は上部金型３１、下部金型３３、及び４個に分割できる側部金型３２を嵌合して構成されており、その内部には溶湯５を充填してタイヤホイールの成形品６を形成するためのキャビティ２が形成されている。このキャビティ２は、円盤状のディスクを形成するディスク形成部２ｃと、このディスク形成部２ｃの中心に形成され、ハブ孔を形成するために肉厚に形成されたハブ孔形成部２ａと、ディスク形成部２ｃの外周に環状に形成されリムを形成するリム形成部２ｂと、を備えた空間である。上部金型３１、下部金型３３、及び側部金型３２は、図示しない油圧ジャッキによってそれぞれの動きが制御されており、鋳型３を形作るときにはそれぞれの金型を互いに密接させるように油圧ジャッキを制御している。また、この鋳型３は油圧ジャッキごと図示しない傾動装置に固定されており、少なくとも９０度まで傾動することができる。

上部金型３１は、図１及び図２に示すように、外表面３１ａがタイヤホイール（成形品６）のリムの内周面及びディスクの内側面の形状を形作るように椀状に形成されている。そして、この上部金型３１の上端に溶湯５を注入できる湯口７１が形成された湯口金型７が固定されており、この湯口金型７にはさらに椀状部材４が固定されている。また、上部金型３１の上部にはキャビティ２内のリム形成部２ｂに連通する複数のリム部ガス口９ａがリム形成部２ｂに沿って環状に配置されている。また、上部金型３１のハブ孔形成部２ａが形成されている部分には、ハブ孔形成部２ａに連通するハブ部ガス口９ｂが形成されている。

下部金型３３は、図１及び図４に示すように、上側がタイヤホイール（成形品６）のディスクの外側面の形状を形作るように形成されており、中央が隆起してハブ孔形成部２ａの下面を形成するとともに、このハブ孔形成部２ａの周囲に設けられたホイール固定用ボルト孔形成部３３ｂにより上部金型３１と接合する。またこの下部金型３３には内部に空冷式の冷却手段３３ｃが設けられており、鋳造する際に溶湯５を冷却することができる。側部金型３２は内周がタイヤホイール（成形品６）のリムの外周面の形状を形作る略円筒形状であって、ほぼ等しく４部材に分割される。この側部金型３２の下部分が下部金型３３の外周に当接して固定される。

椀状部材４は図１に示されるように、椀状に形成されており、鋳型３を立設状態に保持したときに、鋳型３の上部金型３１の上端に９０度傾いた状態で固定される。また、湯口金型７は、図２及び図７に示すように、溶湯５を受け入れて鋳型３内のキャビティ２に溶湯５を案内する湯口７１が設けられた金属部材である。この湯口金型７は、図１１に示すように、上部材７２、中部材７３、及び下部材７４に、さらに３つに分割することができ、それらを例えばボルトにより固定して形成している。また、湯口金型７は上部金型３１にボルトで固定されている。このように３つに分割できることで、図１１に示すように、例えば溶湯５が多すぎて湯口７１内で凝固したような場合でも湯口金型７を分離することで、簡単に取り除くことができる。

そして、遮蔽手段８は、図１、図２、及び図９に示すように、湯口金型７を水平方向に貫通するスライド孔８２と、このスライド孔８２にスライド可能に挿入されるスライド板８０と、により構成されており、このスライド板８０の中央に形成された貫通孔８４が湯道７５に整合することにより湯道７５を開放するとともに、この貫通孔８４と湯道７５とがずれることにより湯道７５を遮蔽する金属部材である。スライド板８０の一端には、湯道遮蔽用の油圧ジャッキ８１が連結されており、この油圧ジャッキ８１がスライド板８０を水平方向にスライドさせることにより湯道７５とスライド板８０の貫通孔８４とを整合させ又はずらしている。スライド板８０の他端には、湯道７５とスライド板８０の貫通孔８４とが整合した状態でスライド板８０を固定するためのストッパ８３が形成されている。

湯道遮蔽用の油圧ジャッキ８５を用いてこのスライド板８０を引くと、図２に示すようにストッパ８３が湯口金型７の内周面に当接する位置までスライド板８０が引き出される。このときスライド板８０の貫通孔８４は湯口金型７の湯口７１と互いに整合する状態となるので、湯口７１からキャビティ２までが連通することになる。したがって、椀状部材４から湯口金型７が受け入れた溶湯５をキャビティ２に案内することができる。一方、湯道遮蔽用のジャッキ８５を用いてスライド板８０を押し入れると、図３に示すように湯道７５が遮蔽される。これによりキャビティ２は湯口７１と連通しなくなり、キャビティ２内のガスが湯口７１から流出することがなくなる。

このスライド板８０は、スライド板８０の上面が、貫通孔８４に向かって下り勾配に僅かに傾斜しており、図１２に示すようにスライド板８０の上面は貫通孔８４に向かって窪んだように形成されている。また、スライド孔８２のスライド板８０の上面に接する面も、このスライド板８０の上面の傾斜と略等しい角度に傾斜しており、スライド孔８２の上面が下側に膨らんでいる。なお、図１２においては、スライド板８０の上面及びスライド孔８２の当該スライド板８０の上面に当接する面が傾斜していること認識できるように実際よりも大きく傾斜させて図示しているが、実際にはスライド板８０がスライドできる程度に僅かに傾斜している。このように構成すると、スライド板８０をスライドさせて湯道７５を遮蔽したときに、スライド板８０の上面が傾斜しているので、スライド板８０には下向きにも力が加わることになる。したがってスライド板８０の下面は、このスライド板８０の下面に当接するスライド孔８２の下面に、押し付けられることになるので、スライド板８０とスライド孔８２の下面とがより強固に密着することになり、より確実にキャビティ２を遮蔽することができる。

ガス口９ａ，９ｂは、図１に示すように、湯口金型７とは別に上部金型３１に形成された外部とキャビティ２とを連通する細長い孔であり、前述の通り、キャビティ２内のリム形成部２ｂに連通する複数のリム部ガス口９ａと、ハブ孔形成部２ａに連通するハブ部ガス口９ｂと、が形成されている。これらガス口９ａ，９ｂのキャビティ２側にはガスを通過させるとともに、溶湯５が外部に流出することを抑止するガス弁９２が設けられている。ガス弁９２は図５に示されるように、有底の円筒形状の金属部品であって、底部に複数の幅の狭いスリット９２ａが形成されている。空気などのガスはこのスリット９２ａを自由に通過することができるが、アルミニウム合金などの金属の溶湯５は、表面張力が大きく、他の物体に付着しにくいので、スリット９２ａを通過に対して抵抗することになり、このガス弁９２を溶湯５が通過することはない。ガス供給手段９１は、例えばヘリウムやアルゴンなどの希ガス又は空気をガス口９ａ，９ｂを介して高圧でキャビティ２に供給するものである。

また、図示しないが、鋳型３の外部には、キャビティ２内に充填された溶湯５の温度を計測することができる温度感知センサが設けられている。なお、溶湯５の温度感知は、例えば赤外線サーモグラフィを用いた温度感知センサやその他の種々の公知の温度感知センサを用いることができる。また、温度感知センサを設けることに代えて、充填前の溶湯５の温度、余熱した鋳型３の温度、鋳型３の外気温等の鋳造作業を開始する時の温度を管理して、この鋳造作業開始時からの経過時間を計ることによりキャビティ２内の溶湯５の温度を算出してもよい。

以上のように構成される重力鋳造装置１を用いて鋳物を形成するときには、まず、図示しない油圧ジャッキを制御して鋳型３を倒設状態に保持する。ここで、倒設状態とは、湯口７１が設けられた部分が側方を向くように、鋳型３を傾けた状態であり湯口７１がキャビティ２よりも下に位置するように保持される。このとき、椀状部材４は上部が開放された状態で湯口金型７に固定されている。また、遮蔽手段８は湯口金型７の湯口７１が開放状態となるように保持されている。次に、図示しない柄杓で所定温度に管理したアルミニウム合金の溶湯５を椀状部材４に注ぎ溶湯５を溜める。

そして、次に図示しない傾動装置を制御して、鋳型３を立設状態に至るまで徐々に傾動させる。図７に示すように、椀状部材４に溜められた溶湯５は湯口金型７の湯口７１から湯道７５に入り、さらに、スライド板８０の貫通孔８４を通過してキャビティ２内に注ぎ込まれ、立設状態になると図８に示すように溶湯５がキャビティ２内に充満する。

そして、次に、図９に示すように、湯道遮蔽用の油圧ジャッキ８５を制御してスライド板８０を押し込み、湯口７１とキャビティ２との間を遮蔽する。その後、温度感知センサによりキャビティ２内に充填した溶湯５の温度を計測する。温度感知センサはキャビティのハブ孔形成部２ａに充填した溶湯５の温度を計測し、このハブ孔形成部２ａに充填した溶湯５の温度が所定温度まで低下した時に、ガス供給手段９１を制御してハブ部ガス口９ｂにガスを供給する。供給されるガスは、周辺の気圧よりも１気圧程度高い気圧で供給されるが、供給されるガスの気圧はこれに限定されるものではない。また、温度感知センサはキャビティ２のリム形成部２ｂに充填した溶湯５の温度を計測し、このリム形成部２ｂに充填した溶湯５の温度が所定温度まで低下した時に、ガス供給手段９１を制御してリム部ガス口９ａにガスを供給する。なお、温度感知センサがリム形成部２ｂの複数箇所で溶湯５の温度を計測し、複数のリム部ガス口９ａのうち、計測された温度が所定温度まで低下した場所に近接するリム部ガス口９ａからガスを供給するように構成することもでき、このように構成すると溶湯の温度によりより細かくガス供給タイミングを変化させることができるので、より均質な成形品６を得ることができる。そして、次に、下部金型３３に設けられた冷却手段３３ｃを作動させてキャビティ２内の溶湯５を冷却する。

溶湯５が冷却されて凝固すると、図示しない油圧ジャッキを制御して、成形品６から上部金型３１を上方に引き離し、側部金型３２を４方向に引き離す。そして、この成形品６を下部金型３３から取り外すことで成形品６を得ることができる。

以上のように、本実施形態の重力鋳造装置１によると、鋳型３を傾動させて椀状部材４から湯口７１に溶湯５を注ぎ込むときに、キャビティ２内の空気はガス口９ａ，９ｂを介して外部に排出できるので、湯口７１からは溶湯５の注入のみができればよく、湯口７１全体に溶湯５を注ぎ込むことができるので、鋳型３の傾斜スピードを早くすることができる。また、ガス供給手段９１によりガス口９ａ，９ｂからキャビティ２内に高圧ガスを供給することで、キャビティ２内の溶湯５をガス加圧することができ、押湯を設ける必要がなくなる。したがって、押湯を冷却凝固させる時間分鋳造時間を短縮することができ、成形品６の製造コストを下げることができる。また、押湯を形成するための溶湯量、溶解費、押湯を切断する加工費を削減することができる。

しかも、ガス口９ａ，９ｂはハブ部ガス口９ｂと複数のリム部ガス口９ａとが設けられており、キャビティ２内に充填した溶湯５の温度が所定温度まで低下した場所に近接するガス口９ａ，９ｂから順にガス加圧を開始するので、溶湯が凝固する前であって、且つ、ある程度の粘性を有し、質の良い成形品６を得るために適切なタイミングでガス加圧することができる。したがって、溶湯の粘性が低い状態でガスを供給した場合に起こりうるガス口９ａ，９ｂ付近の溶湯５が窪んで固まるといった不都合も抑制することができ、しかもガス供給のタイミングが遅すぎて、ひけ巣が発生するといった不都合も回避することができる。

さらに、鋳型３内に注入された溶湯５は、下部金型３３に形成された空冷式の冷却手段３３ｃにより冷却することができるので、成形品６の強度を上げることができ、少ない材料でより軽い重さで求められる強度を発揮する成形品６を鋳造することができる。しかも、このように冷却できることで凝固時間を短縮することができ、より鋳造コストを低減することができる。

なお、本発明の実施の形態は上述の形態に限ることなく、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができることは云うまでもない。

本発明に係る重力鋳造装置１は、例えばアルミ合金の成形物を鋳造する鋳造装置として、好適に用いることができる。

１重力鋳造装置
２キャビティ
２ａハブ形成部
２ｂリム形成部
３鋳型
４椀状部材
５溶湯
６成形品
７湯口金型
８遮蔽手段
９ａリム部ガス口
９ｂハブ部ガス口
３３ｃ冷却手段
７１湯口

Claims

成形品を形作るキャビティを内側に形成した鋳型と、
上端に開口する湯口が形成されるとともに、当該湯口に注がれた溶湯を前記キャビティに案内する湯道が形成された湯口金型と、
前記湯道に設けられ、当該湯道を開放及び遮蔽可能な遮蔽手段と、
前記鋳型の外部から前記キャビティ内に貫通するように設けられ、前記キャビティ内に充填された前記溶湯が前記鋳型の外部への流出を抑止するとともに、前記鋳型の外部と前記キャビティ内との間でガスを通過可能なガス弁を具備した複数のガス口と、
前記複数のガス口に対してそれぞれ異なるタイミングでガスを供給可能なガス供給手段と、を備え、
前記ガス供給手段は、ガス口毎に前記キャビティ内の前記ガス口に近接する位置に充填された溶湯が所定温度まで低下したときに、当該ガス口に対してガスの供給を開始するものであり、
前記遮蔽手段は、前記湯口金型を水平方向に貫通するスライド孔と、当該スライド孔にスライド可能に挿入されるスライド板と、により構成されており、当該スライド板の中央に形成された貫通孔が前記湯道に整合することにより前記湯道を開放するとともに、前記貫通孔と前記湯道とがずれることにより前記湯道を遮蔽するものであり、
前記スライド板は、当該スライド板の上面が、スライド方向の両端から貫通孔に向かって下り勾配に傾斜した窪んだ形状であるとともに、前記スライド孔の前記スライド板の上面に接する面は、前記スライド板の上面の傾斜と略等しい角度に下側に膨らんで傾斜した形状であることを特徴とする重力鋳造装置。
タイヤホイールを形作るキャビティを内側に形成した鋳型と、
上端に開口する湯口が形成されるとともに、当該湯口に注がれた溶湯を前記キャビティに案内する湯道が形成された湯口金型と、
前記湯道に設けられ、当該湯道を開放及び遮蔽可能な遮蔽手段と、
前記鋳型の外部から前記キャビティ内に貫通するように設けられ、前記キャビティ内の前記溶湯が前記鋳型の外部への流出を抑止するとともに、前記鋳型の外部と前記キャビティ内との間でガスを通過可能なガス弁を具備した複数のガス口と、
前記複数のガス口に対してそれぞれ異なるタイミングでガスを供給可能なガス供給手段と、を備え、
前記キャビティは、円盤状のディスクを形成するディスク形成部と、当該ディスク形成部の中央にハブ孔を形成するハブ形成部と、前記ディスク形成部の外周に環状に形成されリムを形成するリム形成部と、を有するとともに、
前記複数のガス口は、前記リム形成部に所定間隔で複数形成されるリム部ガス口と、前記ハブ形成部に１以上形成されるハブ部ガス口と、を含み、
前記ガス供給手段は、前記リム形成部内の溶湯が所定温度になったときに、前記リム部ガス口に対してガスの供給を開始し、
前記ハブ形成部内の溶湯が所定温度になったときに、前記ハブ部ガス口に対してガス供給を開始することを特徴とする重力鋳造装置。
前記遮蔽手段は、前記湯口金型を水平方向に貫通するスライド孔と、当該スライド孔にスライド可能に挿入されるスライド板と、により構成されており、当該スライド板の中央に形成された貫通孔が前記湯道に整合することにより前記湯道を開放するとともに、前記貫通孔と前記湯道とがずれることにより前記湯道を遮蔽するものであって、
前記スライド板は、当該スライド板の上面が、スライド方向の両端が貫通孔に向かって下り勾配に傾斜した窪んだ形状であるとともに、前記スライド孔の前記スライド板の上面に接する面は、前記スライド板の上面の傾斜と略等しい角度に下側に膨らんで傾斜した形状であることを特徴とする請求項２に記載の重力鋳造装置。
前記キャビティ内の溶湯の温度を感知する温度感知センサをさらに備え、
前記所定温度は前記熱感知センサにより感知されるものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の重力鋳造装置。
前記鋳型を冷却可能な冷却手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の重力鋳造装置。