JP6194697B2

JP6194697B2 - 鋳造装置

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Publication number: JP6194697B2
Application number: JP2013176564A
Authority: JP
Inventors: 三吉　博晃; 博晃三吉
Original assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Current assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Priority date: 2013-08-28
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2017-09-13
Anticipated expiration: 2033-08-28
Also published as: JP2015044218A

Description

この発明は、低圧鋳造又は低中圧鋳造に用いられる鋳造装置に関する。

従来より、アルミホイール等のアルミニウム複合製品等の金属製品を低圧鋳造法又は低中圧鋳造法により製造するための鋳造装置が知られている。このような鋳造装置では、加圧室（坩堝）内に溶湯を収容した状態で加圧室内の圧力を高め、この圧力の作用により溶湯を加圧室からストーク（給湯管）を介して金型のキャビティ内に充填する。

キャビティ内への充填後は、所定の加圧状態を維持しつつ、溶湯を金型のキャビティ内で凝固させて金属製品を鋳造する。金属製品を鋳造したら、金型の型開きを行って、キャビティから鋳造された金属製品を取り出す。その後、再度金型の型閉じを行って、上記のような工程を繰り返すことにより、金属製品が複数鋳造される。

なお、溶湯をキャビティ内で凝固させるに際し、下記特許文献１及び２に開示された鋳造装置においては、例えばストークの上部からガスを導入してストーク内及びキャビティ内をガスで満たした後に、加圧室に圧力をかけて溶湯をストークを通してキャビティ内に充填させ、凝固させることが行われている。

特開平９−２１６０４５号公報特開２００３−２７５８５７号公報

しかしながら、上記特許文献１及び２に開示された従来技術の鋳造装置では、金型の型開き後にストーク内の溶湯の湯面が高速で下降するために、溶湯がガスを巻き込み酸化し易く、酸化物が発生し易いという問題がある。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消し、キャビティ内へ溶湯を充填した後のストーク内の溶湯における酸化物の発生を効果的に抑制することが可能な鋳造装置を提供することを目的とする。

本発明に係る鋳造装置は、下方に開口を有するキャビティを形成する金型と、前記金型の下方に配置されて前記開口の下方からストークを通して溶湯を前記キャビティ内に供給する加圧室と、前記開口に対して進退自在に配置され該開口を開閉するゲートシールピンと、前記ストークの上部から前記開口の下部の間の空間にガスを導入可能な少なくとも一つの吹込部を有するガス吹込手段とを備え、前記ガス吹込手段は、前記キャビティ内の溶湯と前記ストーク側の溶湯とを遮断した後から前記金型の型開きが終了するまでの間、前記加圧室との差圧を制御しつつ前記吹込部から所定量のガスを前記空間に導入することを特徴とする。

本発明の一実施形態においては、前記吹込部は、ガス流通路と連通して前記空間に開口する孔部と、この孔部の開口端面と同一面を構成するように前記孔部内に圧入配置された円筒状のフィルタ部とからなる。

本発明の他の実施形態においては、前記フィルタ部は、中心部に前記ガスを流通させるガス流通孔を有し、このガス流通孔と同軸上に配置された円柱状金属部材及び径の異なる複数の円環状金属部材を組み合わせてなる金属部を前記ガス流通孔の前記開口端面側の端部に備え、前記金属部の各金属部材間には、前記ガスを流通させる１０μｍ〜１００μｍの隙間が同心円状に複数形成されている。

本発明の更に他の実施形態においては、前記吹込部は、ガス流通路と連通して前記空間に開口する孔部と、この孔部の開口端面と同一面を構成するように前記孔部内にボルト止め配置された少なくとも一部が多角柱状部で構成された円柱状の入れ子部とからなり、前記入れ子部は、中心部に前記ボルトの一端が螺合する螺合孔部を有し、前記多角柱状部が前記開口端面側に配置され、前記孔部の内周面と前記多角柱状部の外周面との間には、前記ガスを流通させる１０μｍ〜１００μｍの隙間が同一円周上に複数形成されている。

本発明によれば、キャビティ内へ溶湯を充填した後のストーク内の溶湯における酸化物の発生を効果的に抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係る鋳造装置を示す概略図である。同鋳造装置の一部拡大図である。図２のＡ−Ａ’断面図である。同鋳造装置の動作を示す概略図である。同鋳造装置の動作を示す概略図である。本発明の第２の実施形態に係る鋳造装置の一部拡大図である。図６のＢ−Ｂ’断面図である。本発明の第３の実施形態に係る鋳造装置を示す一部拡大概略図である。

以下、添付の図面を参照して、この発明の実施の形態に係る鋳造装置を詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る鋳造装置を示す概略図である。図２は、この鋳造装置の一部拡大図である。図３は、図２のＡ−Ａ’断面図である。なお、図２に示す断面は、実際には図３におけるＸ−Ｘ’切取線に沿った断面である。第１の実施形態に係る鋳造装置は、本発明を低中圧鋳造法に適用した例を示している。

図１に示すように、鋳造装置１は、溶湯１０を保持する保持室２０と、この保持室２０と連通路２１を介して連通され、保持室２０から供給された溶湯１０を収容する加圧室３０とを備えて構成されている。これら保持室２０及び加圧室３０には、例えばそれぞれ溶湯１０の溶融状態を維持するために必要な温度である５００℃〜７００℃程度の温度まで、内部に貯留された溶湯１０を加熱するためのヒータ２３，２４が設置されている。

また、保持室２０には、溶湯１０の加圧室３０への供給を制御するためのストッパ２２が設けられている。ストッパ２２は、例えば鋳造工程の初期の状態において、加圧室３０内に常に一定量の溶湯１０が収容されるように、後述するコントローラ１１０の制御に基づいて保持室２０側の連通路２１への入口を開閉する。

加圧室３０の上端開口部は、固定板３３によって閉塞され、加圧室３０内の溶湯１０の上面空間は密閉空間となっている。この密閉空間に固定板３３内に形成されたガス供給路３１が連通している。ガス供給路３１は、後述する第１ガス供給部７０と接続され、例えば不活性ガスを加圧室３０内に供給するために設けられている。

固定板３３には、加圧室３０内の溶湯１０の湯面に向けて延びる湯面検知棒３２が設置されている。湯面検知棒３２は、保持室２０から連通路２１を通して加圧室３０に溶湯１０が送られる際に、加圧室３０内の溶湯１０の湯面レベルが所定レベルに達したか否かを検知する。

固定板３３の中央には、両端が開口した筒状のストーク４０の上端が固定されている。ストーク４０の下端は、加圧室３０内の溶湯１０の内部に浸かっている。固定板３３の上面には、固定金型５１が装着されている。また、固定金型５１に対して上下方向に移動可能に構成された可動板３４の下面には、可動金型５２が装着されている。

固定金型５１及び可動金型５２は、型閉じしたときにキャビティ５０を形成する。固定金型５１の中央部には、キャビティ５０に連通するゲート部分に開口５１１が形成され、この開口５１１にストーク４０の上端部が連通している。開口５１１は、その上端がキャビティ５０の開口５０Ａを構成し、例えば第１開口部５１１Ａと、この第１開口部５１１Ａの下方に設けられた第２開口部５１１Ｂとを有する。

開口５１１の第１開口部５１１Ａは、ゲートシールピン６０によって開口５０Ａ，５１１を塞ぎキャビティ５０内の溶湯１０とストーク４０側の溶湯１０とを遮断する部位であり、ゲートシールピン６０と当接する長さは、キャビティ５０が凝固収縮する容積分を加圧部６１で加圧圧縮するために嵌合部６２の内径とゲートシールピン６０の前進ストロークとから決まる。

開口５１１の第２開口部５１１Ｂは、例えば上端から下端にいくほど大きい径を有するようなテーパ状に形成されており、内周面にはストーク４０の上部からキャビティ５０の開口５０Ａの下部の間の空間５９０に不活性ガスを導入可能な吹込部９０が少なくとも一つ設けられている。この吹込部９０は、空間５９０に不活性ガスを供給するために、例えば固定金型５１に設けられたガス流通路５２１と連通している。ガス流通路５２１は、後述する第２ガス供給部８０に接続されている。

図２及び図３に示すように、第１の実施形態に係る鋳造装置１における吹込部９０は、ガス流通路５２１と連通して空間５９０に開口する孔部５２１ａと、この孔部５２１ａの開口端面と同一面を構成するように孔部５２１ａ内に圧入配置された円筒状のフィルタ部９１とからなる。

フィルタ部９１は、フィルタ本体９１ａの中心部に不活性ガスを流通させるガス流通孔９２を有する。また、フィルタ部９１は、ガス流通孔９２と同軸上に配置された円柱状金属部材９４及び径の異なる複数の円環状金属部材９５，９６，９７，９８を組み合わせてなる金属部９３を、ガス流通孔９２の開口端面側のフィルタ本体９１ａの端部に備える。

金属部９３を構成する各金属部材９４〜９８間には、ガス流通孔９２を通った不活性ガスを空間５９０に流通させるための１０μｍ〜１００μｍ程度の隙間９９が同心円状に複数形成されている。なお、金属部９３は、例えば貫通留めピン９３ａによりフィルタ本体９１ａに固定されている。

可動金型５２には、先端がキャビティ５０に臨むピン状のゲートシールピン６０が装着されている。ゲートシールピン６０は、可動金型５２の中央に形成された孔部５２２を塞ぐようにこの孔部５２２に挿入され、可動金型５２に対して上下方向に進退自在に組み込まれている。

第１の実施形態における鋳造装置１では、キャビティ５０への溶湯１０の充填時に、ピストン機構１００によってゲートシールピン６０自体が可動金型５２から突出してキャビティ５０内を加圧する。このゲートシールピン６０は、図１に示すように、例えば加圧部６１、嵌合部６２及びテーパ部６３を備えて構成されている。

加圧部６１は、ゲートシールピン６０を押し下げた際にキャビティ５０内を加圧する。嵌合部６２は、加圧部６１の下端に加圧部６１よりも小さな径を有するように設けられ、開口５１１の第１開口部５１１Ａに嵌合可能に構成されている。テーパ部６３は、嵌合部６２の下端に下向きの円錐状に形成されて設けられている。すなわちテーパ部６３は、上端から下端にいくほど小さい径を有するようにテーパ状に形成されている。

また、図１に示すように、鋳造装置１は、第１ガス供給部７０、第２ガス供給部８０及びコントローラ（制御部）１１０を備えて構成されている。第１ガス供給部７０は、弁７１，７２及びガス供給路３１を介して加圧室３０内に不活性ガスを供給する。また、第１ガス供給部７０は、ガス供給路３１及び弁７３を介して加圧室３０を大気開放する。

第２ガス供給部８０は、計量器８３で計量された所定量の不活性ガスを、弁８２及びガス流通路５２１を介して吹込部９０に供給する。そして、不活性ガスは、吹込部９０を介してストーク４０の上部とキャビティ５０の開口５０Ａとの間の空間５９０に導入される。

このように、吹込部９０、ガス流通路５２１及び第２ガス供給部８０により、ガス吹込手段が構成される。なお、コントローラ１１０は、第１ガス供給部７０による不活性ガスの供給や第２ガス供給部８０による不活性ガスの導入をコントロールするため、不活性ガスの圧力を制御すると共に上述した弁７１〜７３，８１，８２の開閉を制御する。

第１の実施形態に係る鋳造装置１においては、具体的には、第２ガス供給部８０から供給されてガス流通路５２１を通った不活性ガスは、コントローラ１１０の制御により、ゲートシールピン６０が前進して開口５０Ａ，５１１を塞いだとき、すなわち、キャビティ５０内の溶湯１０とストーク４０側の溶湯１０とを遮断した後から固定金型５１及び可動金型５２の型開きが終了するまでの間、加圧室３０との差圧を制御しつつ吹込部９０から所定量の不活性ガスを空間５９０に導入することが行われる。

これにより、キャビティ５０内の溶湯１０を充填した後に、ストーク４０内の溶湯１０が下降する速度を抑えながら湯面をゆっくりと下降させることができる。従って、ストーク４０内における溶湯１０の湯温低下を抑えつつ、ストーク４０内の溶湯１０における酸化物の発生を効果的に抑制することが可能となる。

次に、図４及び図５を参照して、第１の実施形態に係る鋳造装置１の動作について説明する。

図４及び図５は、第１の実施形態に係る鋳造装置１の動作を示す概略図である。まず、図４（ａ）に示すように、ゲートシールピン６０を上昇させて開口５０Ａ，５１１を開放した状態とする。そして、第１ガス供給部７０から不活性ガスを供給し、ガス供給路３１を介して供給された不活性ガスを加圧室３０内に導入する。

すると、導入された不活性ガスの圧力により、加圧室３０から溶湯１０がストーク４０を通って上昇し、開口５１１及び５０Ａを通って固定金型５１及び可動金型５２のキャビティ５０内に充填される。なお、このとき、溶湯１０は吹込部９０の孔部５２１ａの開口端面側を通過するが、金属部９３の隙間９９が１０μｍ〜１００μｍ程度に形成されているため、溶湯１０が吹込部９０内に浸入することはない。

次に、図４（ｂ）に示すように、ゲートシールピン６０を図中矢印で示す方向に移動させて、その嵌合部６２によって開口５０Ａ，５１１を塞ぐように押し下げ、キャビティ５０内の溶湯１０とストーク４０側の溶湯１０とを遮断する。その後、キャビティ５０内の溶湯１０が冷却に伴って凝固収縮するのに併せてゲートシールピン６０により加圧し、図４（ｃ）に示すように、ゲートシールピン６０を最も前進した位置まで移動させる。

なお、図４（ｃ）に示す状態においては、例えば第１開口部５１１Ａの内周面に接する嵌合部６２の下端は第１開口部５１１Ａの下端と同じ位置又はそれよりも上に位置するようにゲートシールピン６０が配置される。このような構成により、ゲートシールピン６０の下方に溶湯１０の凝固物が付着し難い構造を実現している。

図４（ｂ）に示すように、キャビティ５０内の溶湯１０とストーク４０側の溶湯１０とを遮断した後のゲートシールピン６０によるキャビティ５０内の溶湯１０の加圧と並行して、ストーク４０内の溶湯１０の下降制御が行われる。キャビティ５０内の溶湯１０とストーク４０側の溶湯１０とが遮断された後、所定時間経過後にコントローラ１１０の制御により、ガス供給路３１及び第１ガス供給部７０を介して加圧室３０が大気開放される。これにより、加圧室３０内が減圧される。

その後、図４（ｄ）に示すように、第２ガス供給部８０からガス連通路５２１及び吹込部９０を介して所定量の不活性ガスを空間５９０内に導入し、ストーク４０内の溶湯１０に上方から圧力を加える。このとき、空間５９０内に導入される不活性ガスは、計量器８３で計量された所定量だけ導入される。

これと同時に、第１ガス供給部７０からガス供給路３１を介して加圧室３０内に不活性ガスを導入し、加圧室３０内の溶湯１０に圧力を加える。コントローラ１１０は、このように第１及び第２ガス供給部７０，８０から供給される不活性ガスにより溶湯１０に加えられる圧力の差圧を制御し、ストーク４０内の溶湯１０が一気に下降しないようにコントロールする。これにより、ストーク４０内の溶湯１０の湯面は徐々に押し下げられる。

その後、図５（ａ）に示すように、空間５９０への不活性ガスの導入を継続したまま、加圧室３０を次第に大気開放させる。これにより、ストーク４０内の溶湯１０の湯面と加圧室３０内の溶湯１０の湯面とが、同じ湯面レベルとなるまでストーク４０内の溶湯１０が押し下げられる。

最後に、図５（ｂ）に示すように、空間５９０への不活性ガスの導入及び加圧室３０の大気開放を継続したまま、ゲートシールピン６０及び可動金型５２を図中矢印で示す方向に移動させて引き上げ、製品１０Ａを取り出す。なお、吹込部９０を介した不活性ガスの導入を型開きが終わるまで継続することにより、ストーク４０内の溶湯１０が酸素に触れる機会をなくすことができるので、ストーク４０内の溶湯１０における酸化物の発生を効果的に抑えることができる。

このように、第１の実施形態に係る鋳造装置１においては、キャビティ５０内に溶湯１０が充填された後に、吹込部９０が開放されてから型開きが終了するまでの間、加圧室３０との差圧を制御しつつ所定量の不活性ガスが空間５９０に導入されるので、ストーク４０内の溶湯１０における酸化物の発生を効果的に抑制可能である。

［第２の実施形態］
図６は、本発明の第２の実施形態に係る鋳造装置の一部拡大図である。また、図７は、図６のＢ−Ｂ’断面図である。第２の実施形態に係る鋳造装置は、図６及び図７に示すように、例えば固定金型５１に少なくとも一つ設けられた吹込部９０Ａの構成が第１の実施形態に係る鋳造装置１と相違している。その他の構成は、第１の実施形態と同様であるため、第１の実施形態と同一の符号を附して説明を割愛する。

吹込部９０Ａは、ガス連通路５２１と連通して空間５９０に開口する孔部５２１ｂと、この孔部５２１ｂの開口端面と同一面を構成するように孔部５２１ｂ内にボルト１２３によりボルト止め配置された一部が多角柱状部１２１で構成された円柱状の入れ子部１２０とからなる。

入れ子部１２０は、中心部にボルト１２３の一端が螺合する螺合孔部１２２を有する。ボルト１２３は、スプリングワッシャ１２４を介して孔部５２１ｂ内に配置された入れ子部１２０の螺合孔部１２２に螺合固定され、これにより、入れ子部１２０が固定金型５１に固定されている。

多角柱状部１２１は、孔部５２１ｂの開口端面側に配置され、この孔部５２１ｂの内周面と多角柱状部１２１の外周面との間には、１０μｍ〜１００μｍの隙間９９が同一円周上に複数形成される。ガス流通孔５２１を通って第２ガス供給部８０から供給された不活性ガスは、スプリングワッシャ１２４の隙間、ボルト１２３の外周面側の隙間、入れ子部１２０の外周面側の隙間及び上記複数の隙間９９を通って空間５９０に導入される。

このような構成によっても、第１の実施形態と同様に、キャビティ５０内の溶湯１０とストーク４０側の溶湯１０とを遮断した後に、ストーク４０内の溶湯１０が下降する速度を抑えながら湯面をゆっくりと下降させることができるので、ストーク４０内における溶湯１０の湯温低下を抑えつつ、ストーク４０内の溶湯１０における酸化物の発生を効果的に抑制することができる。

［第３の実施形態］
図８は、本発明の第３の実施形態に係る鋳造装置を示す一部拡大概略図である。第３の実施形態に係る鋳造装置は、図８に示すように、例えば固定金型５１に設けられたガス連通路５２１の構造と吹込部９０Ｂの構成とが第１及び第２の実施形態に係る鋳造装置と相違している。その他の構成は、第１及び第２の実施形態と同様であるため、これらの実施形態と同一の符号を附して説明を割愛する。

固定金型５１には、ガス連通路５２１が形成されると共に、固定板３３との合わせ面側に開口するガス環状路５２１ｃが、開口５１１の軸方向の周囲を取り囲むように形成されている。また、第２開口部５１１Ｂの下端側におけるストーク４０の上端面との合わせ面側には、それぞれの面側に配置された図示しない固定金型５１側のパッキンとストーク４０側のパッキンとの間に、開口５１１に対して放射状に配置された複数の吹込部９０Ｂが設けられている。

吹込部９０Ｂは、例えば注射針のような極細管からなり、穴径が１０μｍ〜１００μｍに形成されている。不活性ガスは、ガス連通路５２１を通ってガス環状路５２１ｃに供給され、複数の吹込部９０Ｂを介して開口５１１側の空間５９０内に導入される。このような構成によっても、第１及び第２の実施形態と同様の作用効果を奏することが可能である。

１鋳造装置
１０溶湯
１０Ａ製品
２０保持室
２１連通路
２２ストッパ
３０加圧室（坩堝）
３１ガス供給路
３２湯面検知棒
３３固定板
４０ストーク（給湯管）
５０キャビティ
５０Ａ，５１１開口
５１固定金型
５２可動金型
６０ゲートシールピン
７０第１ガス供給部
８０第２ガス供給部
９０，９０Ａ，９０Ｂ吹込部
５９０空間

Claims

下方に開口を有するキャビティを形成する金型と、
前記金型の下方に配置されて前記開口の下方からストークを通して溶湯を前記キャビティ内に供給する加圧室と、
前記開口に対して進退自在に配置され該開口を開閉するゲートシールピンと、
前記加圧室にガスを供給する第１ガス供給部と、
前記ストークの上部から前記開口の下部の間の空間にガスを導入可能な少なくとも一つの吹込部を有する第２ガス供給部と、
前記第１及び第２ガス供給部の動作を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記ゲートシールピンにより前記開口が閉塞されることで前記キャビティ内の溶湯と前記ストーク側の溶湯とが遮断され前記加圧室を減圧させた後、前記第２ガス供給部によって前記吹込部から所定量のガスを前記空間に導入させると略同時に前記第１ガス供給部によって前記加圧室を加圧させることで、前記第２ガス供給部による前記ストーク内の溶湯に上方から加わる圧力と前記第１ガス供給部による前記加圧室内の溶湯に加わる圧力との差圧を制御して、前記ストーク内の溶湯の湯面を徐々に押し下げる
ことを特徴とする鋳造装置。
前記制御手段は、
前記ゲートシールピンにより前記開口が開放されるまでに、前記ストーク内の溶湯の湯面を前記加圧室内の溶湯の湯面と略同一レベルとなるまで押し下げる
ことを特徴とする請求項１記載の鋳造装置。
前記吹込部は、ガス流通路と連通して前記空間に開口する孔部と、この孔部の開口端面と同一面を構成するように前記孔部内に圧入配置された円筒状のフィルタ部とからなる
ことを特徴とする請求項１又は２記載の鋳造装置。
前記フィルタ部は、中心部に前記ガスを流通させるガス流通孔を有し、このガス流通孔と同軸上に配置された円柱状金属部材及び径の異なる複数の円環状金属部材を組み合わせてなる金属部を前記ガス流通孔の前記開口端面側の端部に備え、
前記金属部の各金属部材間には、前記ガスを流通させる１０μｍ〜１００μｍの隙間が同心円状に複数形成されている
ことを特徴とする請求項３記載の鋳造装置。
前記吹込部は、ガス流通路と連通して前記空間に開口する孔部と、この孔部の開口端面と同一面を構成するように前記孔部内にボルト止め配置された少なくとも一部が多角柱状部で構成された円柱状の入れ子部とからなり、
前記入れ子部は、中心部に前記ボルトの一端が螺合する螺合孔部を有し、前記多角柱状部が前記開口端面側に配置され、前記孔部の内周面と前記多角柱状部の外周面との間には、前記ガスを流通させる１０μｍ〜１００μｍの隙間が同一円周上に複数形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の鋳造装置。