JP5776953B1 - 傾斜式重力鋳造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】押湯を必要としない重力鋳造装置であって、湯道が長くなることを抑制し、湯詰まりが起き難くするとともに、溶湯の温度管理を容易にした傾斜式重力鋳造装置を提供する。【解決手段】傾斜式重力鋳造装置（１）は、成形品を形作る製品形成空間（３）を内側に形成し、湯口（８）から溶湯を受け入れる鋳型（２）と、前記溶湯を貯留可能な貯留部（５２）と、前記鋳型に当接し、前記湯口に整合可能な注入口（５３）が形成された板状の開閉体（５１）と、を有するラドル（５）と、前記製品形成空間にガスを供給するガス供給部（６）と、を備えた傾斜式重力鋳造装置であって、前記ラドルは前記鋳型に対してスライド自在に取り付けられており、前記注入口が前記湯口に整合する開放状態と、前記開閉体が前記湯口を塞ぐ閉塞状態との間で、スライド可能である。

Description

本発明は、鋳型内に形成された製品形成空間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、溶湯の自重により製品形成空間内に溶湯を注ぎ込み、凝固させて成形品を得る傾斜式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、溶湯を鋳型内空間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。

そこで、本願の出願人は、図１０に示すように、湯道１０１を開放及び遮蔽可能な遮蔽部１０２を設けるとともに、製品形成空間１０３内にガスを供給可能なガス供給部１０４を備えた傾斜式重力鋳造装置１００を提案している（特許文献１）。このような傾斜式重力鋳造装置１００は、製品形成空間１０３内に溶湯１０５を注ぎ入れた後、水平方向にスライドする遮蔽部１０２により湯道１０１を遮蔽し、ガス供給部１０４により鋳型１０６内にガスを供給することで、鋳型１０６内の溶湯１０５をガス加圧することができる。そして、この傾斜式重力鋳造装置１００は、鋳型１０６内の製品形成空間１０３にガスで加圧することで、押湯をほとんど設けなくても引け巣や割れが発生することがない。したがって、この傾斜式重力鋳造装置１００は、押湯を冷却凝固させる時間が必要なく、鋳造時間のサイクル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、この傾斜式重力鋳造装置１００は、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効果を奏する。

ＷＯ２０１１／０８９７１１

ところで、特許文献１の傾斜式重力鋳造装置１００における遮蔽部１０２は、図１０に示すように、略鉛直方向に延びる湯道１０１の上下方向の中間に湯道１０１の一部を構成するとともに、水平方向にスライドして湯道１０１を閉塞するものである。したがって、湯道１０１を閉塞したときには、遮蔽部１０２の湯道１０１を構成していた空間が密閉された空間となり、残留した溶湯１０５が凝固して湯詰まりなどの不具合が発生しやすい問題があった。また、遮蔽部１０２よりも上方に湯道１０１が形成されることになるので、ラドル１０７から鋳型１０６内の空間までの距離が長くなり、溶湯１０５の温度管理や湯量の調整が困難となる問題があった。

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、湯道が長くなることを抑制し、湯詰まりが起き難くするとともに、溶湯の温度管理を容易にした傾斜式重力鋳造装置を提供することを目的とする。

本発明の第一の傾斜式重力鋳造装置は、成形品を形作る製品形成空間を内側に形成し、湯口から溶湯を受け入れる鋳型と、前記溶湯を貯留可能な貯留部と、前記鋳型に当接し、前記湯口に整合可能な注入口が形成された板状の開閉体と、を有するラドルと、前記製品形成空間にガスを供給するガス供給部と、を備え、前記鋳型は、前記ラドル内に前記溶湯を貯留する倒設状態と、当該倒設状態から起き上がらせて前記溶湯が前記湯口から前記鋳型内部に注ぎ込まれた立設状態と、の間で傾動可能である傾斜式重力鋳造装置であって、前記ラドルは前記鋳型に対してスライド自在に取り付けられており、前記注入口が前記湯口に整合する開放状態と、前記開閉体が前記湯口を塞ぐ閉塞状態との間で、スライド可能であることを特徴としている。

第二の傾斜式重力鋳造装置は、前記ガス供給部は、前記鋳型が前記立設状態のときに、当該鋳型の外部から前記製品形成空間の上部空間にガスを供給するガス流路を有しており、前記ガス流路は、前記立設状態のときに、前記上部空間に水平方向を向いて連通することを特徴としている。

第三の傾斜式重力鋳造装置は、前記ガス流路は、前記鋳型の外部に連通し、外部からガスを導入する導入流路と、前記導入流路から枝分かれして、前記鋳型が前記立設状態のときの前記製品形成空間の前記上部空間にガスを供給する供給流路と、を備えることを特徴としている。

第一の傾斜式重力鋳造装置によると、ラドルは、鋳型と当接する面に注入口が形成された開閉体を有しており、ラドルを鋳型に対してスライドさせることにより、注入口が湯口に整合する開放状態と、開閉体が湯口を塞ぐ閉塞状態とに移行することができる。したがって、鋳型を傾動させてラドルの貯留部に貯留された溶湯を鋳型内の製品形成空間に注ぐときには、注入口が湯口と整合する開放状態で、鋳型を傾動させて、注入口から湯口を通して溶湯を製品形成空間に注ぐことができる。また、溶湯を製品形成空間に注いだ後に、製品形成空間にガスを供給する際には、ラドルをスライドさせて、開閉体が湯口を塞ぐ閉塞状態に移行してからガスを供給することで、外部にガスが漏れることなく、製品形成空間内の溶湯を加圧することができる。このように、ラドルに設けられた開閉体により湯口を開閉することができるので、別途湯道を開閉する装置を設ける場合に比べて、単純な構造で確実に湯口を閉塞することができるので、湯道内に残留した溶湯による湯詰まりが起き難くすることができる。しかも、別途湯道に開閉する装置を設ける場合に比べて、湯道の長さを短くすることができるので、溶湯の温度低下を抑制することができ、溶湯の温度管理をより容易にすることができる。また、湯道が短くなることで、湯道内に溶湯が滞留することを抑制することができ、溶湯の量を管理しやすくすることができる。

第二の傾斜式重力鋳造装置によると、前記ガス供給部のガス流路は、鋳型内部の製品形成空間の上部空間にガスを供給するものであり、前記上部空間に水平方向を向いて連通しているので、鋳型内部の製品形成空間に貯留された溶湯に直接ガスが噴きつけられることがない。したがって、ガスの噴きつけによって溶湯が窪むことを防止することができる。

第三の傾斜式重力鋳造装置によると、ガス流路は、前記鋳型の外部に連通し、外部からガスを導入する導入流路と、前記導入流路から枝分かれして前記製品形成空間の上部空間にガスを供給する供給流路と、を備えているので、１つの導入流路にガスを流入させることで、複数の供給流路を経て、鋳型内部の上部空間に同じ圧力でガスを供給することができ、ガスの流量及び圧力の調整を容易にすることができる。

立設状態の傾斜式重力鋳造装置の構成を示す断面図。 ラドルの貯留部に溶湯を溜めた倒設状態の傾斜式重力鋳造装置の構成を示す断面図。 傾動途中の傾斜式重力鋳造装置を示す断面図。 溶湯を注ぎ終えた状態の立設状態の傾斜式重力鋳造装置の構成を示す断面図。 開閉体をスライドさせて、湯口を閉塞した状態の傾斜式重力鋳造装置の構成を示す断面図。 ガス供給部の構成を説明する、傾斜式重力鋳造装置の構成を示す断面図。 上型を２点鎖線で示して、ガス供給部及び中型の上面形状を示した傾斜式重力鋳造の斜視図。 成形品から鋳型をはずす状態を示す断面図。 立設状態における上方からみた傾斜式重力鋳造装置を示す図。 従来の傾斜式重力鋳造装置の一例を示す図。

以下、本発明の傾斜式重力鋳造装置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を鋳造する傾斜式重力鋳造装置１を例に説明するが、傾斜式重力鋳造装置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。傾斜式重力鋳造装置１は、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９を形作る製品形成空間３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２と、例えばアルミニウム合金などの溶湯７を貯留し、鋳型２が傾けられたときに湯口８を介して製品形成空間３に溶湯７を注ぐラドル５と、製品形成空間３の上部空間４にガスを供給するガス供給部６と、を備えている。以下において、傾斜式重力鋳造装置１は、特に言及しない場合には、図１に示すように立設状態を基準にして説明するものとし、上下方向及び水平方向は、鋳型２を立設状態に保持した場合における上下又は水平方向をいう。なお、立設状態は、湯口８が上方に開口している状態であり、ラドル５内に貯留された溶湯７が湯口８から鋳型２内部に注ぎ込まれる状態である。また、倒設状態は湯口８が水平方向に開口している状態であり、ラドル５内に貯留された溶湯７がラドル５に留まる状態である。

鋳型２は、上型２１、下型２２、中型２３、及び４個に分割できる側型２４を嵌合して構成されており、その内部には溶湯７を充填してタイヤホイールの成形品９を形成するための製品形成空間３が形成されている。この製品形成空間３は、円盤状のディスクを形成するディスク形成部３１と、このディスク形成部３１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３２と、ディスク形成部３１の外周に環状に形成されリムを形成するリム形成部３３と、を備えた空間である。上型２１、下型２２、中型２３、及び側型２４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２を形作るときにはそれぞれの金型２１，２２，２３，２４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２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。

上型２１は、図６及び図８に示すように、下面に製品形成空間３の上部空間４の上端部が設けられる環状であり、図６及び図７に示すように、外部から製品形成空間３内を加圧するためのガスを導入する導入流路６３が形成されている。

中型２３は、図１に示すように、外表面がタイヤホイール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、この中型２３の上面に溶湯７を注入できる湯口８が形成されている。中型２３の湯口８が設けられている部分には、ラドル５の下面に形成された板状の開閉体５１が当接しており、開閉体５１がスライド可能となるように、スライド溝１０が設けられている。中型２３の上面には、製品形成空間３の上部空間４にガスを供給する供給流路６４が溝切られている。

ガス供給部６は、高圧ガスをガス流路６２に供給するポンプ６１と、ポンプ６１から流入する高圧ガスを鋳型内部の製品形成空間３の上部空間４に導くガス流路６２とを有している。ポンプ６１は、高圧ガスをガス流路に加圧可能であるとともに、ガス流路内のガスを吸引して負圧をかけることもできるものである。上型２１と中型２３を組み合わせたときに、上型２１の導入流路６３と中型２３の供給流路６４とが互いに連通して、ガス流路６２を構成している。このように、ポンプ６１によって、製品形成空間３の上部空間４に高圧ガスを供給することで、製品形成空間３内に貯留した溶湯を加圧し、溶湯の凝固収縮による引け巣などの問題が発生することを抑制できる。供給流路６４は、複数に枝分かれしており、これらの枝分かれした末端がそれぞれ水平方向に向けて製品形成空間３の上部空間４に連通している。このように、ガス流路６２は、外部からポンプ６１によって導入流路６３に注入される高圧ガスを、供給流路６４で複数に分けて、製品形成空間３の上部空間４に水平方向を向けて供給することで、上部空間４の下方の製品形成空間３に貯留された溶湯７に直接ガスが噴きつけられることがない。したがって、ガスの噴きつけによって溶湯７が窪むことを防止することができる。また、複数の供給流路６４を経て、鋳型内部の上部空間４に同じ圧力でガスを供給することができ、ガスの流量及び圧力の調整を容易にすることができる。なお、本実施形態においては、鋳型２の中央のハブ孔形成部３２にガスを供給する中央部ポンプがさらに設けられている。

下型２２は、図１に示すように、上側がタイヤホイール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３２の下面を形成している。またこの下型２２には内部に図示しない冷却手段が設けられており、鋳造する際に溶湯７を冷却することができる。側型２４は内周がタイヤホイール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。この側型２４の下部分が下型２２の外周に当接して固定される。

ラドル５は、図１に示すように、鋳型２が倒設状態のときに溶湯７を貯留できる椀状に形成された貯留部５２と、鋳型２の中型２３の上面にスライド可能に取り付けられており、湯口８に整合可能な注入口５３が設けられた開閉体５１と、を有している。貯留部５２は内面に断熱層５４を有しており、溶湯７の温度低下を抑制している。貯留部５２に溶湯７を貯留した状態で、鋳型２を倒設状態から立設状態に傾動させることによりラドル５内の溶湯７を注入口５３から湯口８に注ぎいれることができる。

ラドル５の開閉体５１には、図１及び図７に示すように、開閉用油圧ジャッキ１２から延びる連結部１１が連結しており、開閉用油圧ジャッキ１２の動きにより、中型２３のスライド溝１０を水平方向にスライドして、開閉体５１が湯口８を開閉する。開閉体５１は、図１及び図９に示すように、略上下方向に貫通する注入口５３が形成された板状である。連結部１１は長尺の円柱状であり、一端が開閉用油圧ジャッキ１２に連結可能に形成され、他端が開閉体５１に固定されている。連結部１１は、上型２１と中型２３との間に長手方向にスライド可能に配置されている。

以上のように構成される傾斜式重力鋳造装置１を用いて成形品９を形成するときには、図２に示すように、まず、図示しない油圧ジャッキを制御して鋳型２を倒設状態に保持する。ここで、倒設状態とは、湯口８が設けられた部分が側方を向くように、鋳型２を傾けた状態であり、湯口８が製品形成空間３よりも下に位置するように保持される。このとき、ラドル５の開閉体５１は湯口８を開放する開放状態に保持する。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７をラドル５の貯留部５２に注ぎ溶湯７を溜める。

そして、次に図示しない傾動装置を制御して、図３に示すように、鋳型２を立設状態に至るまで徐々に傾動させる。ラドル５の貯留部５２に貯留された溶湯７は、注入口５３から湯口８に注がれて、湯道１３を通過し、製品形成空間３内に注ぎ込まれる。このとき、ポンプ６１及び中央部ポンプ６５が製品形成空間３の上部空間４の空気を吸引するように駆動させることで、溶湯の流れをスムーズにする。そして、鋳型２が立設状態になると、図４に示すように溶湯７が製品形成空間３内に充満する。

そして、次に、図５に示すように、開閉用油圧ジャッキ１２を制御して開閉体５１をスライドさせ、開閉体５１の注入口５３と湯口８とをずらすことにより、湯口８を閉塞する。そして、ポンプ６１により、導入流路６３に高圧のガスを導入し、供給流路６４を経て、製品形成空間３の上部空間４に高圧ガスを供給する。また、中央部ポンプ６５により、ハブ孔形成部３２にも高圧ガスを供給する。そして、下型２２に設けられた図示しない冷却手段を作動させて製品形成空間３内の溶湯７を冷却し、溶湯７を凝固させる。

溶湯７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、上型２１及び中型２３を上方に引き離し、側型２４を４方向に引き離す。そして、下型２２から成形品９を取り外して、製品を得る。

以上のように、本実施形態の傾斜式重力鋳造装置１によると、高圧ガスを供給することで、製品形成空間３内の溶湯７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、製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。

しかも、鋳型２にスライド自在な開閉体５１がラドル５に設けられているので、湯口８を開閉する構造を簡単なものにすることができ、湯詰まりを起き難くすることができる。また、別途湯道を閉塞する装置を設ける場合に比べて、湯道１３の長さを短くすることができるので、溶湯７の温度低下を抑制することができ、溶湯７の温度管理をより容易にすることができる。さらに、湯道１３が短くなることで、湯道１３内に溶湯７が滞留することを抑制することができ、溶湯７の量を管理しやすくすることができる。

そして、供給流路６４が、水平方向から製品形成空間３の上部空間４にガスを供給しているので、製品形成空間３に貯留された溶湯７に直接ガスが噴きつけられることがなく、しかも、供給流路６４が複数に枝分かれすることで、ガスが１箇所に集中しないので、ガスの噴きつけによって溶湯７が窪むことを効果的に防止することができる。

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 傾斜式重力鋳造装置
２ 鋳型
３ 製品形成空間
４ 上部空間
５ ラドル
６ ガス供給部
７ 溶湯
８ 湯口
９ 成形品
５１ 開閉体
５２ 貯留部
５３ 注入口

Claims (3)

1. 成形品を形作る製品形成空間を内側に形成し、湯口から溶湯を受け入れる鋳型と、
   前記溶湯を貯留可能な貯留部と、前記鋳型に当接し、前記湯口に整合可能な注入口が形成された板状の開閉体と、を有するラドルと、
   前記製品形成空間にガスを供給するガス供給部と、を備え、
   前記鋳型は、前記ラドル内に前記溶湯を貯留する倒設状態と、当該倒設状態から起き上がらせて前記溶湯が前記湯口から前記鋳型内部に注ぎ込まれた立設状態と、の間で傾動可能である傾斜式重力鋳造装置であって、
   前記ラドルは前記鋳型に対してスライド自在に取り付けられており、前記注入口が前記湯口に整合する開放状態と、前記開閉体が前記湯口を塞ぐ閉塞状態との間で、スライド可能であることを特徴とする傾斜式重力鋳造装置。
2. 前記ガス供給部は、前記鋳型が前記立設状態のときに、当該鋳型の外部から前記製品形成空間の上部空間にガスを供給するガス流路を有しており、
   前記ガス流路は、前記立設状態のときに、前記上部空間に水平方向を向いて連通することを特徴とする請求項１に記載の傾斜式重力鋳造装置。
3. 前記ガス流路は、前記鋳型の外部に連通し、外部からガスを導入する導入流路と、
   前記導入流路から枝分かれして、前記鋳型が前記立設状態のときの前記製品形成空間の前記上部空間にガスを供給する供給流路と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の傾斜式重力鋳造装置。

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