JP6518523B2

JP6518523B2 - 鋳造装置

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Publication number: JP6518523B2
Application number: JP2015119954A
Authority: JP
Inventors: 三浦　邦明; 邦明三浦
Original assignee: Sukegawa Electric Co Ltd
Current assignee: Sukegawa Electric Co Ltd
Priority date: 2015-06-15
Filing date: 2015-06-15
Publication date: 2019-05-22
Anticipated expiration: 2035-06-15
Also published as: JP2017001075A

Description

本発明は、鋳造装置と、鋳造装置に溶融金属を給湯するために用いられる溶融金属給湯装置に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２０１４−１０４４６９号公報（特許文献１）がある。この公報には、溶融金属電磁ポンプを鋳型の下型に接続して、溶融金属槽から汲み上げた溶融金属を下型の湯口からキャビティの内部に充填する低圧鋳造装置が記載されている（要約参照）。

特開２０１４−１０４４６９号公報

特許文献１では、溶融金属槽への溶融金属の供給方法については、記載がない。特許文献１に記載されているような溶融金属の給湯構造では、溶融金属槽の外部に設けられた、例えばガスバーナ方式の坩堝で金属を溶融させ、溶融した金属を溶融金属槽に供給するのが一般的である。

しかしながら、このような溶融金属槽への供給方法では、溶融金属を坩堝から溶融金属槽に移す際に、溶融金属はその表面が大気に触れて酸化する。また、表面が酸化した溶融金属を溶融金属槽に入れる際には、酸化物が溶融金属槽内に拡散し、溶融金属電磁ポンプは酸化物を溶融金属と共に汲み上げ、鋳造装置に給湯してしまう可能性がある。

本発明の目的は、溶融金属の酸化を抑制して貯留槽に溶融金属を供給することができ、鋳型に給湯する溶融金属への酸化物の混入を抑制することができる鋳造装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の鋳造装置は、
溶融金属を貯留する貯留槽と、前記貯留槽の内側に配置され前記貯留槽の内側の溶融金属に浸漬されて使用される電磁ポンプと、前記電磁ポンプにより溶融金属を給湯される鋳型とを備えた鋳造装置において、
前記貯留槽の内側に配置される電気炉を備え、
前記電気炉は、金属材料を加熱して溶解する複数の電気炉ヒータと、金属材料を収容する金属材料収容室を有し前記金属材料収容室の中で金属材料を加熱して溶解する溶解坩堝と、を備え、
前記溶解坩堝は、前記金属材料収容室の上端部に開口を有すると共に前記金属材料収容室の下端部に前記金属材料収容室と前記貯留槽とを連通する貫通孔を有し、
前記複数の電気炉ヒータは、前記金属材料収容室の周囲に配設され、
前記電気炉は、前記貯留槽に対して、前記電気炉ヒータ及び前記溶解坩堝を一体で着脱自在に配置される。

本発明の鋳造装置によれば、溶融金属の酸化を抑制して貯留槽に溶融金属を供給することができ、鋳型に給湯する溶融金属への酸化物の混入を抑制することができる。

本発明を適用した低圧鋳造装置の一実施例に係る正面図であり、一部を断面で示す図である。本発明を適用した低圧鋳造装置の一実施例に係る側面図であり、一部を断面で示す図である。溶融金属槽の貯留槽の底面に設けられた防護壁の形状を示す側面図である。本発明を適用した低圧鋳造装置において電磁ポンプを上方に移動させた状態を示す正面図である。本発明を適用した低圧鋳造装置において、電磁ポンプを上方に持ち上げ、溶融金属槽を下方に移動させた状態を示す正面図である。図１の低圧鋳造装置に用いられる溶解坩堝の横断面図である。図６に示す溶解坩堝のVII−VII矢視断面図である。図６に示す溶解坩堝のVIII−VIII矢視図である。図１の低圧鋳造装置に用いられる電磁ポンプの横断面図である。図９の電磁ポンプのダクトを構成する部品を共通の軸線上に分解して示す分解立体図である。図９の電磁ポンプにおけるダクトの吸い込み口近傍を拡大して示す拡大断面図である。図１１に示す電磁ポンプのダクトのXII−XII矢視断面図である。

以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら説明する。本実施例の中には複数の発明が含まれている。本実施例では、複数の発明を低圧鋳造装置に適用した例を説明する。低圧鋳造装置は、溶融金属を比較的低い圧力（０．５ａｔｍ前後）で鋳型（金型）の中に充填し、成型を行う装置である。本発明は、低圧鋳造装置以外の装置にも、適用可能である。例えば、鋳型に溶融金属を５００乃至１０００ａｔｍの圧力で圧入して成形を行うダイカスト装置にも適用可能である。

図１及び図２を参照して、本発明を適用した低圧鋳造装置の一実施例の構成を説明する。図１は、本発明を適用した低圧鋳造装置の一実施例に係る正面図であり、一部を断面で示す図である。図２は、本発明を適用した低圧鋳造装置の一実施例に係る側面図であり、一部を断面で示す図である。

低圧鋳造装置１００は鋳造部２００と溶融金属給湯部３００とを備える。

鋳造部２００は、下型２０１ａと上型２０１ｂとを有する鋳型２０１と、上下方向に伸縮するアクチュエータ２０２とを備える。

鋳型２０１の下型２０１ａは台板２０３の上面に載置され、台板２０３に固定されている。上型２０１ｂは連結部材２０４によりアクチュエータ２０２の先端部に連結されている。下型２０１ａ及び上型２０１ｂには両者に形成された窪みによりキャビティ２０１ｃが形成されている。また、鋳型２０１には押しピンユニット２０５が設けられている。押しピンユニット２０５には一つ又は複数の押しピン２０５ａが設けられている。押しピンユニット２０５は上型２０１ｂに対して上下方向にスライド可能に取り付けられている。下型２０１ａと上型２０１ｂとが組み合わされてキャビティ２０１ｃが形成された状態では、押しピンユニット２０５の支持部２０５ｂの下端部が下型２０１ａに当接し、押しピン２０５ａはその先端がキャビティ２０１ｃ内に突出しない位置で、押しピンユニット２０５に支持されている。

アクチュエータ２０２は台板２０６の上面に載置され、下端部が台板２０６に固定されている。アクチュエータ２０２は直動アクチュエータであり、伸縮することにより、上端部の位置が上下方向（高さ方向）に移動する。アクチュエータ２０２の上端部は連結部材２０４に連結されている。

連結部材２０４は、上部連結板２０４ａと、連結支柱２０４ｂと、下部連結板２０４ｃとで構成される。連結支柱２０４ｂは上部連結板２０４ａから下方に向かって延設されている。下部連結板２０４ｃは連結支柱２０４ｂの下端部に取り付けられている。鋳型２０１の上型２０１ｂは下部連結板２０４ｃに固定されている。アクチュエータ２０２が駆動されてその先端部が上方に移動することにより、上型２０１ｂは連結部材２０４により持ち上げられて下型２０１ａから分離し、上方に移動する。

アクチュエータ２０２が載置される台板２０６は、複数の支柱２０７により、台板２０３の上側に支持されている。支柱２０７は床面Ｆから台板２０６の取り付け部まで延設されている。支柱２０７の中間部にストッパ２０７ａが設けられている。台板２０３は、支柱２０７に設けられたストッパ２０７ａよりも上側に配置されており、支柱２０７の長手方向（延設方向）に沿ってスライド可能な状態で支柱２０７に連結されている。すなわち、台板２０３は上下方向にスライド可能なスライド板で構成される。ストッパ２０７ａは台板２０３のスライド可能な下方範囲を規制する。支柱２０７のストッパ２０７ａから上側の部分は台板２０３のスライドガイドを構成する。

台板２０６の下面側には、押しピンユニット２０５が当接する当接部材２０８が設けられている。押しピンユニット２０５は鋳造品を上型２０１ｂから外すためのユニットである。上型２０１ｂがアクチュエータ２０２により持ち上げられると、押しピンユニット２０５の上端部が当接部材２０８の下面に当接する。この状態からさらに上型２０１ｂがアクチュエータ２０２により持ち上げられると、押しピンユニット２０５の押しピン２０５ａの下端部が上型２０１ｂから突出し、鋳造品を上型２０１ｂから押し出す。

溶融金属給湯部３００は、溶融金属を溜める溶融金属槽本体３１０と、溶融金属槽本体３１０から溶融金属を吸い上げる電磁ポンプ３２０と、アルミ合金のインゴットを溶解する電気炉３４０とを備えている。本実施例の低圧鋳造装置１００は溶融金属としてアルミ合金を使用する装置を対象としている。このため、溶融金属槽本体３１０、電磁ポンプ３２０及び電気炉３４０においては、溶解したアルミ合金に触れる部分及びその近傍に、６００℃を超える高温に対する耐熱性が要求される。

溶融金属槽本体３１０は溶融金属３０１の貯留槽（溶融金属槽）３１１を有する。電磁ポンプ３２０及び電気炉３４０は貯留槽３１１の内側に配置されている。

電磁ポンプ３２０は、溶融金属３０１の流路となるダクト３２１と、ダクト３２１の外周側に巻回されたコイル３２２とを有する。電磁ポンプ３２０は少なくとも下端部が溶融金属３０１に浸漬される浸漬型の電磁ポンプであり、ダクト３２１の下端部（吸い込み口）３２１ａが貯留槽３１１の底面３１１ａと対向している。ダクト３２１はＳｉ_３Ｎ_４で製造されている。電磁ポンプ３２０は、コイル３２２に三相交流電流を通電することにより発生する電磁力を利用して溶融金属を吸い上げる。

ダクト３２１の上端部の外周には溶融金属３０１の液面を検知するレベル計３２３が配設されている。レベル計３２３は励磁コイル（誘導コイル）と検出コイルとを有する誘導式のレベル計で構成されている。レベル計３２３が検出する液面の高さを所定の範囲に維持しておき、鋳造時に一定量の溶融金属３０１をキャビティ２０１ｃに給湯する。誘導式レベル計では、励磁コイルと検出コイルとの構成において、種々の形態のものがある。本実施例では、誘導式レベル計はいずれの形態であってもよい。

ダクト３２１の上端にはベルマウス３２４が設けられている。ベルマウス３２４には、下端側から上端側に向かって縮径するベルマウスが形成されている。ベルマウス３２４の外周部には、ヒータ３２５が設けられており、溶融金属３０１の凝固を防止する。

ベルマウス３２４に形成されたベルマウスは、ダクト３２１が構成する溶融金属の給湯通路と、下型２０１ａに形成された連通孔２０１ｄとを連通するように設けられている。連通孔２０１ｄは、下型２０１ａを貫通しており、キャビティ２０１ｃと下型２０１ａの外部とを連通するように形成されている。ダクト３２１、ベルマウス３２４及び連通孔２０１ｄは、キャビティ２０１ｃへの溶融金属の給湯通路を構成する。

電気炉３４０は溶解坩堝３４１と複数の電気炉ヒータ３４２と開閉部材（蓋部）３４３とを備える。溶解坩堝３４１には、金属材料収容室３４１ａが形成されている。本実施例では、溶解する金属材料としてアルミ合金のインゴットを用いる。従って、金属材料収容室３４１ａにはアルミ合金のインゴット３０２を収容する。電気炉３４０については、後でさらに詳細に説明する。

ここで溶融金属槽３１０の説明に戻る。溶融金属３０１の貯留槽３１１の底面３１１ａは、図１に示すように、電気炉３４０が配置された側から電磁ポンプ３２０が配置された側に向かって次第に低くなるように傾斜している。底面３１１ａの傾斜は、溶融金属或いは酸化物を傾斜面に沿って流下させるために形成される。底面３１１ａの水平面に対する傾斜角度θは、３°よりも大きく１３°よりも小さい角度に設定される。本実施例では、７°に設定している。θが３°以下の場合は、溶融金属或いは酸化物が傾斜面に沿って流れ下らなくなる。θが１３°以上の場合は、流れの下流端で乱れが生じ、流下した酸化物が乱れた流れによって巻き上げられる可能性がある。

傾斜した底面３１１ａの最深部には、凹部３１１ｂが形成されている。凹部３１１ｂは、電気炉３４０が配置された側から見て、電磁ポンプ３２０のダクト３２１の入り口３２１ａを越えた位置に設けられている。すなわち、凹部３１１ｂは、ダクト３２１に対して、電気炉３４０とは反対側に配置されている。

凹部３１１ｂは、傾斜した底面３１１ａを流れ下った酸化物等を貯留する。傾斜した底面３１１ａに接続される凹部３１１ｂの側面は、水平面に対して４５°の角度に設定されている。また、凹部３１１ｂに接続される貯留槽３１１の側面３１１ｃは、水平面又は鉛直面に対して傾斜した傾斜面として構成される。本実施例では、側面３１１ｃの傾斜角度は水平面に対して６０°に設定されている。側面３１１ｃが傾斜していることにより、凹部３１１ｂに溜まった酸化物を側面３１１ｃに沿って容易に掻き出すことができる。貯留槽３１１の側面３１１ｃの上部には、酸化物を掻き出すための開閉部材（蓋部）３１４が設けられている。貯留槽３１１の上面は蓋体（天井部材）３１５で覆われており、蓋体（天井部材）３１５の一部が開閉部材３１４で構成されている。開閉部材３１４を開けることで、酸化物の掻き出し用具を貯留槽３１１の内側に挿入することができる。

側面３１１ｃには、ポーラスプラグ３１２が設けられている。ポーラスプラグ３１２は、その一面が貯留槽３１１内に露出するように配設されている。ポーラスプラグ３１２は直径が５０μｍ程度の気孔を有するセラミック製の部材で、裏面側から圧力をかけたアルゴンガスを供給することにより、貯留槽３１１内の溶融金属３０１にアルゴンガスを供給する。このために、ポーラスプラグ３１２の裏面側にはガス管３１３が配設され、ポーラスプラグ３１２にアルゴンガス（Ａｒガス）を供給する。ガス管３１３は窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）製の部材で構成する。アルゴンガスはポーラスプラグ３１２を通して貯留槽３１１内に吹き込まれ、溶融金属３０１と接触することで、溶融金属３０１に含まれる水素ガスを取り除く。ポーラスプラグ３１２は傾斜した側面３１１ｃに設けられているため、貯留槽３１１の中央寄りにアルゴンガスを供給することができると共に、広い範囲にアルゴンガスを噴出させることができる。このため、アルゴンガスのバブリングによる撹拌効果が高まり、有効な溶湯処理を行うことができる。

貯留槽３１１の上面を覆う蓋体３１５の下面側（貯留槽３１１に面する内面側）には、貯留槽３１１内を加熱するための貯留槽ヒータ３１６が設けられている。貯留槽ヒータ３１６は、電磁ポンプ３２０の位置と電気炉３４０の位置とを結ぶ方向に対して直交する方向に、貯留槽３１１を横断するように、配設されている。貯留槽ヒータ３１６は電気ヒータであり、金属シースの中に発熱体を保持したシースヒータで構成される。貯留槽ヒータ３１６は貯留槽３１１に対して着脱自在に配設されたカートリッジ式のヒータ（カートリッジヒータ）である。

貯留槽３１１の蓋体３１５の表面側には、図２に示すように、コネクタ３１７ａとセラミックターミナル３１７ｂとが配設されている。貯留槽ヒータ３１６は、コネクタ３１７ａとセラミックターミナル３１７ｂとを通じて、電力の供給を受ける。

蓋体３１５の表面側にはブロワ３１８が配置され、溶融金属槽３１０が発生する高熱の影響を受けない位置に操作箱１０９が設けられている。操作箱１０９には、低圧鋳造装置１００を制御するコントローラが内蔵されている。コントローラはアクチュエータ２０２や電磁ポンプ３２０等を制御する。

貯留槽３１１の底面３１１ａには、防護壁３１１ｄが設けられている。ここで、図３を参照して、防護壁３１１ｄの構成について説明する。図３は、溶融金属槽３１０の貯留槽３１１の底面３１１ａに設けられた防護壁３１１ｄの形状を示す側面図である。

防護壁３１１ｄは、電気炉３４０で溶解された溶融金属３０１が流下する方向において、上流側から下流側に向かって末広がりに形成されている。電磁ポンプ３２０の吸い込み口３２１ａは、防護壁３１１ｄの内側に対向して開口するに配置されている。電気炉３４０でアルミ合金のインゴットが溶解される際に発生した酸化物は、防護壁３１１ｄの外側を底面３１１ａに沿って流下する。

防護壁３１１ｄは、貯留槽３１１の底面３１１ａから立ち上がるように形成された壁部である。防護壁３１１ｄは、電磁ポンプ３２０の吸い込み口３２１ａに対して、電気炉３４０の側から吸い込み口３２１ａを越える位置まで延設されている。電磁ポンプ３２０の吸い込み口３２１ａが防護壁３１１ｄの内側に対向して開口していることにより、底面３１１ａに沿って流下する酸化物の吸い込みを防止或いは抑制する。

また、使用を開始した初期の段階では貯留槽３１１の底面３１１ａや周壁３１１ｅに含まれていた水分が貯留槽３１１内に出てくる。この水分が溶融金属と反応して貯留槽３１１内に酸化物が発生する。このような酸化物の吸い込みを避けるため、電磁ポンプ３２０の吸い込み口３２１ａは、貯留槽３１１の底面３１１ａや周壁３１１ｅから５０ｍｍ以上の間隔を設けて配置する。また、防護壁３１１ｄの高さは、貯留槽３１１の底面３１１ａから５０ｍｍ以上に設定されることが望ましい。

本実施例の低圧鋳造装置１００では、溶融金属槽３１０の下部に台車３０３が設けられている。すなわち、溶融金属槽３１０は台車３０３に載置されている。台車３０３は、溶融金属槽３１０の高さを調整するリフト機構と、溶融金属槽３１０を床面Ｆに沿って移動する移動機構（車輪）を有する。

本実施例では、電磁ポンプ３２０は台板１０３に吊り下げられており、溶融金属槽３１０から分離可能な状態で配設されている。図４及び図５を参照して、電磁ポンプ３２０を溶融金属槽３１０から分離する構成について説明する。図４は、本発明を適用した低圧鋳造装置１００において電磁ポンプ３２０を上方に移動させた状態を示す正面図である。図５は、本発明を適用した低圧鋳造装置１００において、電磁ポンプ３２０を上方に持ち上げ、溶融金属槽３１０を下方に移動させた状態を示す正面図である。

電磁ポンプ３２０は、吊設部１１０により、台板２０３に吊設されている。吊設部１１０は、台板側支持部材１１０ａと、電磁ポンプ側支持部材１１０ｃと、コイルばね１１０ｂとで構成される。コイルばね１１０ｂは、台板側支持部材１１０ａの下端部と電磁ポンプ側支持部材１１０ｃの上端部との間に設けられており、電磁ポンプ側支持部材１１０ｃの上端部に上向きの力を作用させている。これにより、電磁ポンプ３２０は台板２０３に対して上下方向に変位可能な状態で支持されている。すなわち、吊設部１１０は電磁ポンプ３２０を緩衝可能な状態で台板２０３に対して支持している。

電磁ポンプ３２０を溶融金属槽３１０から分離する場合は、下型２０１ａと上型２０１ｂとを固定具２０９で固定（連結）する。下型２０１ａと上型２０１ｂとを固定した状態でアクチュエータ２０２を駆動すると、連結部材２０４に連結された上型２０１ｂと上型２０１ｂに固定された下型２０１ａとが持ち上げられる。下型２０１ａは台板２０３に固定されているため、台板２０３も下型２０１ａと一緒に持ち上げられる。電磁ポンプ３２０は、吊設部１１０により台板２０３に支持されているため、上型２０１ｂ、下型２０１ａ及び台板２０３と共に持ち上げられる。

図４に示すように、アクチュエータ２０２が上型２０１ｂ、下型２０１ａ、台板２０３及び電磁ポンプ３２０を持ち上げると、押しピンユニット２０５の上端部が当接部材２０８の下面に当接する。このとき、下型２０１ａと上型２０１ｂとが固定されているため、押しピンユニット２０５は支持部２０５ｂの下端部が下型２０１ａに当接しており、下型２０１ａ及び上型２０１ｂに対して相対変位することができない。このため、上型２０１ｂ、下型２０１ａ、台板２０３及び電磁ポンプ３２０の上昇位置は、押しピンユニット２０５の上端部が当接部材２０８の下面に当接する位置で制限される。図４は、上型２０１ｂ、下型２０１ａ、台板２０３及び電磁ポンプ３２０が低圧鋳造装置１００の稼働状態における設定高さからｈ１だけ持ち上げられた状態を示している。

次に、台車３０３のリフト機構を用いて、図４に示す状態から、溶融金属槽３１０をｈ２だけ下降させる。図５は、溶融金属槽３１０をｈ２だけ下降させた状態を示す。この状態で、電磁ポンプ３２０の下端部は蓋体３１５の上面から完全に露出している。台車３０３の移動機構を利用して溶融金属槽３１０を移動することにより、溶融金属槽３１０を他の場所に移動することができる。

電磁ポンプ３２０を溶融金属槽３１０に組み付ける場合は、溶融金属槽３１０を電磁ポンプ３２０の下に移動し、アクチュエータ２０２を駆動して電磁ポンプ３２０を下降させる。次に、台車３０３のリフト機構で溶融金属槽３１０を上昇させる。この組み付け作業においては、溶融金属槽３１０の蓋体３１５の上面が電磁ポンプ３２０の上部に設けられたフランジ部３２６の下面に軽く当接する位置で、高さ方向の位置合わせを行う。蓋体３１５の上面とフランジ部３２６の下面とは当接している必要はない。しかし、蓋体３１５の上面とフランジ部３２６の下面とを当接させることにより、溶融金属槽３１０からの熱の流出を防止又は抑制することができる。

本実施例では、溶融金属槽３１０を他の場所に移動することにより、溶融金属槽３１０のメンテナンスが行い易くなる。また、電磁ポンプ３２０のメンテナンスや交換も容易に行うことができる。

次に、図６乃至図８を参照して、電気炉３４０の構成を詳細に説明する。図６は、図１の低圧鋳造装置に用いられる溶解坩堝３４１の横断面図である。図７は、図６に示す溶解坩堝３４１のVII−VII矢指断面図である。図８は、図６に示す溶解坩堝３４１のVIII−VIII矢指図である。

電気炉３４０は、電気炉３４０の本体となる溶解坩堝３４１と、複数の電気炉ヒータ３４２と、開閉部材３４３とを備える。さらに電気炉３４０は、貯留槽３１１の外部に開口する開口３４１ｃを有すると共に、開口３４１ｃを開閉する開閉部材３４３を有する。開閉部材３４３は複数の電気炉ヒータ３４２の内周側に構成されている。開閉部材３４３の外周側には断熱材で形成されたリング状部材３４４が取り付けられている。

リング状部材３４４の上面には内側断熱材３４５が配設されている。内側断熱材３４５の上面側及び外周側、さらにリング状部材３４４の外周上部を覆うように外側断熱材３４６を配設している。開閉部材３４３は、溶解坩堝３４１側に配設された下側断熱材３４７と、下側断熱材３４７の上側に配設された上側断熱材３４８とで構成される。内側断熱材３４５と下側断熱材３４７とは同じ断熱材で構成されている。また、外側断熱材３４６と上側断熱材３４８とは同じ断熱材で構成されている。

溶解坩堝３４１は窒化ホウ素（ＢＮ）又は黒鉛で製造される。溶解坩堝３４１は中心部に形成された金属材料収容室３４１ａを有する。金属材料収容室３４１ａは、中心軸方向に沿って、溶解坩堝３４１の上端部から下端側に向かって形成されている。

溶解坩堝３４１は、金属材料収容室３４１ａの外周部に、金属材料収容室３４１ａを囲むように形成された有底の孔３４２ａを複数有する。孔３４２ａには電気炉ヒータ３４２が配置される。本実施例では、１８本の電気炉ヒータ３４２を周方向に均等な間隔で配置している。電気炉ヒータ３４２は電気ヒータであり、金属シースの中に発熱体を保持したシースヒータで構成される。電気炉ヒータ３４２は溶解坩堝３４１に対して着脱自在に配設されたカートリッジ式のヒータ（カートリッジヒータ）である。

また、金属材料収容室３４１ａの下端部には、外部に連通する貫通孔３４１ｂが形成されている。電気炉３４０が溶融金属槽３１０に組み付けられた状態では、貫通孔３４１ｂは金属材料収容室３４１ａと貯留槽３１１とを連通させる。金属材料収容室３４１ａはアルミ合金のインゴット３０２を収容する。このため、貫通孔３４１ｂの直径は、アルミ合金のインゴット３０２が抜け落ちない程度の大きさに形成されている。

開閉部材３４３には、取手３４３ａが設けられている。開閉部材３４３は溶解坩堝３４１に対して取り外し可能な状態で配設されている。開閉部材３４３を溶解坩堝３４１から取り外して、金属材料収容室３４１ａにアルミ合金のインゴット３０２を供給することができる。

本実施例において、溶融金属槽３１０の上面を覆う蓋体３１５は、貯留槽３１１側に設けられた断熱材３１５ａと、断熱材３１５ａの表面側に設けられた外郭部材３１５ｂとで構成される。蓋体３１５には、電気炉３４０を配置する開口部３１５ｃが形成されている。

電気炉３４０は、溶融金属槽３１０に対して、溶解坩堝３４１、リング状部材３４４、内側断熱材３４５、外側断熱材３４６、下側断熱材３４７及び上側断熱材３４８を一体で着脱できるように、組み付けられている。すなわち、電気炉３４０は溶融金属槽３１０に対して着脱自在に組み付けられている。このため、電気炉３４０を溶融金属槽３１０が取り外すことによって、電気炉３４０のメンテナンスを容易に行うことができる。或いは、電気炉３４０に不具合が生じた場合に、電気炉３４０を他の電気炉に交換することによって鋳造を継続することができる。

次に、本実施例の低圧鋳造装置１００による鋳造工程について説明する。

貯留槽３１１に溶融金属３０１が入っていない状態から、電気炉３４０にアルミ合金のインゴット３０２を供給し、電気炉ヒータ３４２に通電してインゴット３０２を加熱する。溶融したインゴットは溶解坩堝３４１の下部に形成された貫通孔３４１ｂから貯留槽３１１に流下する。この時、貯留槽３１１は貯留槽ヒータ３１６によってアルミ合金の融点以上の温度に加熱されている。

本実施例では、電気炉３４０が貯留槽ヒータ３１６内に配設されているため、電気炉３４０に設けた電気炉ヒータ３４２と貯留槽３１１内を加熱する貯留槽ヒータ３１６とが電気炉３４０内のインゴット３０２と貯留槽３１１内の溶融金属３０１とを相互に加熱する。このため、電気炉ヒータ３４２と貯留槽ヒータ３１６とが発生する熱を有効利用して、インゴット３０２及び溶融金属３０１を効率よく加熱することができる。

電気炉ヒータ３４２で溶解した溶融金属３０１は、貯留槽３１１の底面３１１ａを流下して、凹部３１１ｂに溜まる。このとき、アルミ合金が溶解する過程で生じた酸化物も凹部３１１ｂに溜まる。溶融金属３０１は、液面が所定の高さになるまで溜められる。

溶融金属槽本体３１０は、使用を開始した初期段階において、水分が貯留槽３１１の壁面から貯留槽３１１内に出てくる。水分は溶融金属と反応して酸化物と水素とが発生する。これにより、溶融金属３０１には多くの水素ガスが含まれることになる。このため、使用を開始した初期段階においては、ガス管３１３からポーラスプラグ３１２にアルゴンガスを供給し、溶融金属３０１から水素ガスを除去する。水分の貯留槽３１１内への流出が収まった後は、ポーラスプラグ３１２へのアルゴンガスの供給は停止してよい。

貯留槽３１１内において溶融金属３０１が所定の液面高さまで溜められると、鋳造が開始される。鋳造工程においては、レベル計３２３が検出する溶融金属３０１の液面の高さを所定の範囲に維持しておき、鋳造時に一定量の溶融金属３０１をキャビティ２０１ｃに給湯する。このとき、鋳型２０１は、下型２０１ａの上に上型２０１ｂが重ね合わされ、組み立てられた状態である。

溶融金属３０１の液面の高さの維持とキャビティ２０１ｃ内への充填とは、電磁ポンプ３２０を駆動することにより実行される。鋳造工程を開始するためには、電磁ポンプ３２０による鋳型２０１への給湯が必要である。電磁ポンプ３２０を確実に動作させるためには、溶融金属３０１の液面の高さは、ダクト３２１の外周において下側に配設された２つのコイル３２２を越える高さであることが望ましい。溶融金属給湯部３００には、貯留槽３１１の液面を検知する、図示しないレベル計が設けられている。

鋳造物が成型されると、アクチュエータ２０２を駆動して上型２０１ｂを上昇させる。上型２０１ｂを上昇させると、上型２０１ｂが下型２０１ａから離れ、鋳型２０１のキャビティ２０１ｃが開く。さらに上型２０１ｂを上昇させると、押しピンユニット２０５の上端部が当接部材２０８の下面に当接し、押しピンユニット２０５が上型２０１ｂに対して押し下げられる。これにより、押しピン２０５ａの下端部が上型２０１ｂから突出する。押しピン２０５ａの突出により、鋳造品は上型２０１ｂから押し出される。上型２０１ｂから押し出された鋳造品は、図示しない受け部材で受ける。１回の鋳造工程が完了すると、再び下型２０１ａの上に上型２０１ｂを重ね合わせ、鋳型２０１を組み立て、成型を繰り返す。

成型を繰り返すことにより、貯留槽３１１内の溶融金属３０１のレベルが下がる。溶融金属３０１の減少量に応じて、溶解坩堝３４１の金属材料収容室３４１ａにインゴット３０２を少しずつ供給（１個から２個）する。鋳造を開始する時の溶融金属３０１の液面高さは、金属材料収容室３４１ａに収容する１個から２個のインゴット３０２の高さよりも高い。このため、貯留槽３１１内の溶融金属３０１は、貫通孔３４１ｂを通じて金属材料収容室３４１ａに入り込み、インゴット３０２に触れる。インゴット３０２は電気炉ヒータ３４２によって加熱されるだけでなく、溶融金属３０１からも加熱される。これにより、インゴット３０２を速やかに溶解し、貯留槽３１１内に供給することができる。また、貯留槽３１１内に溶融金属３０１が少しずつ、静かに供給されることにより、貯留槽３１１が傷むのを防止又は抑制することができる。

本実施例では、貯留槽３１１内に設けた電気炉３４０でアルミ合金のインゴット３０２を溶解する。このため、外部の溶解炉で溶解した溶融金属をラドル（柄杓）で貯留槽に供給する構成に比べ、酸化物が発生しにくい。本実施例においては、わずかに発生する酸化物を、貯留槽３１１の傾斜した底面３１１ａに沿って流下させ、凹部３１１ｂに溜める。凹部３１１ｂに溜まった酸化物は、開閉部材３１４を開くことで蓋体３１５に形成された開口から掻き出し用具を貯留槽３１１内に挿入し、掻き出す。

また、本実施例では、電磁ポンプ３２０が底面３１１ａに沿って流下する酸化物を吸い込まないようにするために、ダクト３２１の吸い込み口３２１ａの周囲に防護壁３１１ｄを設けている。これにより、鋳型２０１に給湯する溶融金属３０１に酸化物が混入するのを防ぎ、高品質な鋳造品を成型することができる。

本実施例では、電磁ポンプ３２０、電気炉３４０及び貯留槽ヒータ３１６が、溶融金属槽本体３１０（貯留槽３１１）に対して着脱自在に構成されている。従って、電磁ポンプ３２０、電気炉３４０、貯留槽ヒータ３１６及び溶融金属槽本体３１０のメンテナンスが容易である。また、電磁ポンプ３２０、電気炉３４０、貯留槽ヒータ３１６及び溶融金属槽本体３１０を、個別に代替品と交換することができるため、低圧鋳造装置１００における稼働率の低下を防止又は抑制することができる。また、電気炉ヒータ３４２は溶解坩堝３４１に対して着脱自在に構成されている。このため、電気炉ヒータ３４２を容易に交換することができ、電気炉３４０のメンテナンスが容易である。

本実施例では、鋳造部２００は鋳造装置によって構成され、溶融金属給湯部３００は溶融金属給湯装置によって構成される。鋳造部２００を構成する鋳造装置及び溶融金属給湯部３００を構成する溶融金属給湯装置はそれぞれを単独で利用することも可能である。

次に、電磁ポンプ３２０の構成について説明する。

図９は、図１の低圧鋳造装置１００に用いられる電磁ポンプ３２０の横断面図である。なお、本実施例の溶融金属給湯装置用の電磁ポンプは、溶融金属に浸漬されて溶融金属を吸い上げる浸漬型電磁ポンプである。

電磁ポンプ３２０の筐体３２０ａの中心部にはダクト３２１が配設されている。ダクト３２１の外周部には複数のコイル３２２が配設されている。本実施例では、コイルに三相交流電流を供給する。このため、ダクト３２１の軸方向に沿って３の倍数個のコイル３２２が配置される。ダクト３２１とコイル３２２との間にヒータ３２９が設けられている。ヒータ３２９は、ダクト３２１の外周面に接触するようにして、ダクト３２１に巻回されている。ダクト３２１の内側には、コア３２８を収容した保護管３２７が配設されている。

ダクト３２１の上部にはフランジ３２１ｂが設けられている。フランジ３２１ｂを押圧部材３１９で下方に押圧することにより、ダクト３２１の下端部がパッキン３３１を介して筐体３２０ａの内面３２０ｂに押し付けられ、ダクト３２１が筐体３２０ａに固定される。

押圧部材３１９は、フランジ３２１ｂに当接する押圧板３１９ａと、筐体３２０ａの上部に設けられたフランジ部３２６に固定された支持部材３１９ｂと、一端が支持部材３１９ｂに支持され、他端が押圧板３１９ａに支持されたコイルばね３１９ｃとで構成される。コイルばね３１９ｃは押圧板３１９ａを下方に付勢し、押圧板３１９ａはダクト３２１に対して下方に向かう力を作用させる。

図１０は、図９の電磁ポンプ３２０のダクト３２１を構成する部品を共通の軸線上に分解して示す分解立体図である。

コア３２８の上端にはクッション材３３３ｂを接着し、コア３２８の下端部にはクッション材３３３ａが接着されている。コア３２８は、保護管３２７の下端側から保護管３２７の内側に挿入され、保護管３２７の下端部にねじ部材３３２が螺合される。保護管３２７とねじ部材３３２との間にはパッキン３３０を介在させ、溶融金属３０１が保護管３２７の内側に浸入するのを防ぐ。ねじ部材３３２はクッション材３３３ａ及びクッション材３３３ｂを下端側から押圧し、保護管３２７との間でクッション材３３３ａ、クッション材３３３ｂ及びコア３２８を挟持する。

コア３２８を収容した保護管３２７は、ダクト３２１の下端側からダクト３２１の内側に挿入される。このとき、保護管３２７の下端外周部に形成された突状部３２７ａがダクト３２１の下端内周面に形成された段付き部３２１ａに当接することで、保護管３２７はダクト３２１に対して軸方向に位置決めされる。保護管３２７の突状部３２７ａは、保護管３２７の外周面から径方向に突出するように形成されている。またダクト３２１の段付き部３２１ａは、下端部の内周面に形成された拡径部によって構成される。

図１１は、図９の電磁ポンプにおけるダクトの吸い込み口近傍を拡大して示す拡大断面図である。

ダクト３２１は、筐体３２０ａの上端側から筐体３２０ａの内側に収容される。このとき、ダクト３２１の下端部と筐体３２０ａとの間にはパッキン３３１を介在させ、溶融金属３０１が電磁ポンプ３２０の内側に浸入するのを防ぐ。

ダクト３２１が押圧部材３１９により下方に向けて押圧されると、ダクト３２１の段付き部３２１ａが保護管３２７の突状部３２７ａを下方に向けて押圧する。これにより、保護管３２７の下端部はパッキン３３１を介して筐体３２０ａの内面３２０ｂに押し付けられ、保護管３２７がダクト３２１の内側で固定される。すなわち、突状部３２７ａを段付き部３２１ａに当接させた状態で、ダクト３２１及び保護管３２７を電磁ポンプ３２０の筐体３２０ａに向けて押し付けることにより、ダクト３２１及び保護管３２７は筐体３２０ａに支持される。なお、保護管３２７の下端部はパッキン３３１に当接する必要なく、内面３２０ｂに直接当接する構成であってもよい。

保護管３２７の下端部とダクト３２１の下端部とがパッキン３３１を介して押し付けられる筐体３２０ａの内面３２０ｂは、電磁ポンプ３２０の筐体３２０ａの下端面（底面）に形成された吸い込み口３２１ａの外周部の内面（筐体面）である。

図１２は、図１１に示す電磁ポンプ３２０のダクト３２１のXII−XII矢指断面図である。

本実施例では、突状部３２７ａを保護管３２７の外周面に３個形成している。３個の突状部３２７ａは周方向に間隔を空けて設けられている。本実施例では３個の突状部３２７ａは周方向に等間隔に配置されている。この場合、突状部３２７ａが配置される角度間隔は１２０°である。

保護管３２７はダクト３２１の中心部に傾きなく配設される必要がある。保護管３２７がダクト３２１の内側で傾いた状態になると、保護管３２７の内側に収容されたコア３２８の位置がコイル３２２の中心からずれる。すると、溶融金属３０１に作用する電磁力が不均一になり、電磁ポンプ３２０の性能低下につながる。

また、保護管３２７の傾きにより、保護管３２７の外周面とダクト３２１の内周面との間に形成される溶融金属の流路の幅が周方向において不均一になる。特に保護管３２７の上端部はダクト３２１の内周面に接触部を構成するか、ダクト３２１の内周面との間に狭小幅の流路部を形成することになる。この場合、接触部又は狭小幅の流路部は、貯留槽３１１に溜められた溶融金属３０１の外側に位置する。従って特許文献１と同様に、接触部又は狭小幅の流路部に酸化物が詰まり易くなる。

本実施例では、突状部３２７ａを３個設けていることにより、ダクト３２１内で保護管３２７が傾くのを防止することができる。また、突状部３２７ａを４個以上設ける場合と比べて、ダクト３２１内に形成される溶融金属３０１の流路の流路抵抗を小さくすることができる。すなわち本実施例では、突状部３２７ａを３個設けていることにより、保護管３２７の傾きを防止した上で、溶融金属３０１の流路抵抗を最小にすることができる。

本実施例では、突状部３２７ａが保護管３２７の支持部を構成している。突状部（支持部）３２７ａは、保護管３２７の下端部に構成されており、貯留槽３１１に溜められた溶融金属３０１に浸漬されている。このため、電磁ポンプ３２０を駆動して溶融金属３０１を吸い上げる際に、酸化物が保護管３２７の突状部（支持部）３２７ａに詰まり難くなる。これにより、電磁ポンプ３２０のメンテナンス回数を減らすことができ、低圧鋳造装置１００の稼働率を高めることができる。

電磁ポンプ３２０が溶融金属３０１を吸い上げるためには、溶融金属３０１の液面は３の倍数個のコイル３２２のうち下から２つ目のよりも上側にあることが好ましい。従って、突状部（支持部）３２７ａは下から２つ目のコイル３２２の上面よりも下側に配置されることが好ましい。電磁ポンプ３２０は、溶融金属３０１の液面が最も下側に配置されたコイル３２２の下端から１．５コイル分上側にあれば、溶融金属３０１を吸い上げることができる。従って、突状部（支持部）３２７ａは、最も下側に配置されたコイル３２２の下端から１．５コイル分の高さ位置よりも下側に配置されることが、より好ましい。

１００…低圧鋳造装置、１１０…電磁ポンプ３２０の吊設部、２００…鋳造部、２０２…アクチュエータ、２０５…押しピンユニット、３００…溶融金属給湯部、２０１…鋳型、３０３…台車、３１０…溶融金属槽本体、３１１…貯留槽、３１１ａ…貯留槽３１１の底面、３１１ｂ…凹部、３１１ｃ…貯留槽３１１の側面、３１１ｄ…防護壁、３１２…ポーラスプラグ、３１４…開閉部材、３１５…蓋体（天井部材）、３１６…貯留槽ヒータ、３１９…押圧部材、３１９ａ…押圧板、３１９ｂ…支持部材、３１９ｃ…コイルばね、３２０…電磁ポンプ、３２１…ダクト、３２２…コイル、３４０…電気炉、３４１…溶解坩堝、３４１ａ…金属材料収容室、３４１ｂ…溶解坩堝３４１の貫通孔、３４２…電気炉ヒータ、３４３…開閉部材（蓋部）。

Claims

溶融金属を貯留する貯留槽と、前記貯留槽の内側に配置され前記貯留槽の内側の溶融金属に浸漬されて使用される電磁ポンプと、前記電磁ポンプにより溶融金属を給湯される鋳型とを備えた鋳造装置において、
前記貯留槽の内側に配置される電気炉を備え、
前記電気炉は、金属材料を加熱して溶解する複数の電気炉ヒータと、金属材料を収容する金属材料収容室を有し前記金属材料収容室の中で金属材料を加熱して溶解する溶解坩堝と、を備え、
前記溶解坩堝は、前記金属材料収容室の上端部に開口を有すると共に前記金属材料収容室の下端部に前記金属材料収容室と前記貯留槽とを連通する貫通孔を有し、
前記複数の電気炉ヒータは、前記金属材料収容室の周囲に配設され、
前記電気炉は、前記貯留槽に対して、前記電気炉ヒータ及び前記溶解坩堝を一体で着脱自在に配置され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、
前記電磁ポンプと前記電気炉とは、水平方向に離間した位置に配置され、
前記貯留槽の底面は、前記水平方向において、前記電気炉が配置された側から前記電磁ポンプが配置された側に向かって低くなるように傾斜して形成されていることを特徴とする鋳造装置。
請求項２に記載の鋳造装置において、
前記貯留槽の底面に、前記底面から立ち上がるように形成されると共に前記電気炉が配置された側から前記電磁ポンプが配置された側に向かって末広がりに形成された防護壁を有し、
前記防護壁は、前記水平方向において、前記電磁ポンプの吸い込み口に対して、前記電気炉が配置された側から前記吸い込み口を越える位置まで延設され、
前記電磁ポンプの吸い込み口は、前記防護壁の内側に対向して開口していることを特徴とする鋳造装置。
請求項３に記載の鋳造装置において、
前記貯留槽の傾斜した底面の最深部に凹部が形成されていることを特徴とする鋳造装置。
請求項４に記載の鋳造装置において、
前記凹部に接続されて前記凹部から立ち上がる前記貯留槽の側壁面は、前記水平方向において、上部が下部に対して前記電磁ポンプから離れる側に位置するように傾斜する傾斜面で構成されたことを特徴とする鋳造装置。
請求項５に記載の鋳造装置において、
前記傾斜面に配設されたポーラスプラグと、前記ポーラスプラグにアルゴンガスを供給するガス管とを備えた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、
前記電気炉は、前記開口を開閉する開閉部材を有す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、
前記貯留槽の上部を覆う蓋体を備え、
前記蓋体の下面側に貯留槽内を加熱する複数の貯留槽ヒータを備え、
前記貯留槽ヒータはカートリッジ式のヒータで構成された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、
前記鋳型は上型と下型とで構成され、
前記上型を上下方向に移動させるアクチュエータと、前記下型が固定され上下方向に移動可能な台板とを備え、
前記電磁ポンプを前記台板に吊設し、前記上型と前記下型とを連結して前記アクチュエータで前記上型を上昇させることにより、前記電磁ポンプを前記貯留槽から分離して吊り上げることができるように構成したことを特徴とする鋳造装置。
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の鋳造装置において、
溶融金属はアルミ合金であることを特徴とする鋳造装置。