JPH04270056A - 低圧鋳造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は低圧鋳造方法及びその装
置に関する。さらに詳しくは、例えば自動車用アルミホ
イールのような軽量強度部品の鋳造に好適な低圧鋳造方
法及びその装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】例えば自動車用アルミホイールのような
軽量強度部品を鋳造するために実用化された技術として
は低圧鋳造方法がある。この方法を実施するための装置
としては、例えば図４に示すようなものが用いられてい
る。これは立型鋳造機に、上下に開閉自在の金型（下型
１０、サイド型１１、上型１２）を水平に載置し、下側
金型中央下部から溶融アルミ合金を低速、低圧で押し上
げ、充填することによって、高速ダイカスト法の時のよ
うに充填時にエアを巻き込むことなく最上部のホイール
周縁部まで溶湯を充填する事ができ、且つホイール上面
から下面に向けて長く伸びた樹木状晶を形成できる点で
優れているものである。 【０００３】上記の従来の低圧鋳造機では、溶湯を型窩
に注入するには炉内に加圧エアを注入しその圧力によっ
て溶湯を湯道孔から型窩に押上げるエア加圧方式によっ
て行われるものである。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】低圧鋳造機で自動車用
アルミホイールのような軽量強度部品を鋳造する場合、
ホイール上面から下面に向けて長く伸びた樹木状晶が形
成されることが、その強度の点から好ましいものである
。このような樹木状晶の形成は、型窩への溶湯の単位時
間当たりの注入量すなわち型窩への溶湯の充填速度に依
存していると考えられ、長くかつ均質な樹木状晶を形成
するには、鋳造のどの部分でも一定の溶湯面上昇速度で
溶湯が供給されていることが望ましいものである。 【０００５】しかしながら対象となる鋳造品は、肉厚が
一定のものは少なく部分に応じて変化するものが多い。 このように肉厚が部分部分で変化する鋳造品を鋳造する
場合、その鋳造品の型窩に対して、型窩に設けられた湯
道孔開口部（以下ゲートという）を通じて注入される溶
湯注入量が単位時間当たりほぼ一定のものであれば、鋳
造品の肉厚に応じて変化する型窩内の空隙に対する溶湯
充填速度（すなわち溶湯面上昇速度）は、その薄いとこ
ろでは速くなり、その厚いところで遅くなるというよう
に変化し、溶湯はまちまちの充填速度で充填されること
となり、上記のごとき長い樹木状晶を均質かつ再現性良
く鋳造する点で難点がある。 【０００６】上述した従来の低圧鋳造機では、理論的に
は型窩への単位時間当たりの溶湯注入量は炉内の加圧エ
アの圧力によって制御できると考えられるが、実際には
炉内圧力を可変にして溶湯面上昇速度を応答性良好にす
ることは不可能であった。 【０００７】そこで本発明の解決しようとする課題は、
溶湯の型窩への注入時において、ゲートでの単位時間当
たりの溶湯注入量を鋳造物の形状に応じて制御して型窩
への溶湯の充填速度を調節し、鋳造品の質的向上を図る
ことにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】かくして本発明によれば
、加圧により湯道孔を通して溶湯を金型の型窩に徐々に
注入する低圧鋳造方法において、溶湯の型窩への注入時
に、湯道孔開口部の溶湯流路断面積を変更することによ
り、単位時間当たりの溶湯注入量を制御することを特徴
とする低圧鋳造方法、並びに、開閉自在で内部に型窩を
有する金型と、溶湯を貯留しこの溶湯を金型に供給する
炉と、金型に設けられた湯道孔を介して炉と上記型窩と
を接続せる湯道管とからなる低圧鋳造装置において、金
型上部に、湯道孔が型窩に開口する開口部内に先端が挿
脱して該開口部の溶湯流路断面積を変更しうるピンと、
該ピンを上下動可能に支持しうるピン駆動手段とからな
る溶湯注入量可変手段が具備されたことを特徴とする低
圧鋳造装置が提供される。 【０００９】本発明の方法は、型窩に面する湯道孔開口
部（以下ゲートという）を通過する溶湯の流路断面を変
更して単位時間当たりの溶湯注入量を制御するものであ
る。この制御はさらに炉内に加えられる加圧エアとの調
整によってなされることが好ましい。溶湯注入量の制御
は型窩の形状に基づいてなされることが好ましい。 【００１０】本発明の装置は、開閉自在で内部に型窩を
構成する金型の上部に、後述する溶湯注入量可変手段を
具備する以外は、当該分野で公知の低圧鋳造装置をその
まま利用することができる。 【００１１】本発明の装置において、溶湯注入量可変手
段は金型上部に設けられるが、従来の低圧鋳造装置を利
用する場合は、上型内に設けられることが好ましい。こ
の構成の詳細については後述する実施例の記載が参照さ
れる。上記溶湯注入量可変手段は、ゲート内に先端が挿
脱して該開口部の溶湯流路断面積を変更しうるピンと、
該ピンを上下動可能に支持しうるピン駆動手段とから構
成される。 【００１２】流路断面の変更は、型窩周囲に向かって溶
湯が均等分散されるようになされることが、樹木状晶を
均質にかつ再現性良く形成する点から好ましいものであ
り、従って、上記ピンは、湯道孔開口部の流路断面を同
心円状に変更すべく、少なくとも先端がゲート内に挿脱
可能な形状のものが用いられる。このピンは溶湯と直接
接触するものであるので、耐熱性材料で構成される。こ
の材質例としては例えばセラミック等が挙げられる。 【００１３】上記ピン駆動手段は、上記ピンを上下動可
能に支持できるものであればいずれのものであっても良
く、例えばピンと連接するロッドと該ロッドと連接する
シリンダ機構とから構成されるものが挙げられるが、こ
れに限定されない。 【００１４】この発明の装置において、上記溶湯注入量
可変手段は、ピンの位置を検出する位置センサを備え、
該センサからの出力信号に基づいてピン駆動手段を駆動
するように構成されることが更に好ましい。詳しくは後
述する実施例の記載が参照される。上記位置センサには
例えばポテンショメータを用いることができる。 【００１５】 【作用】本発明によれば、型窩への溶湯の注入時におい
て、型窩の形状に基づき、その溶湯充填断面の大きいと
ころでは湯道孔開口部の流路断面が大きく開かれて単位
時間当たりの溶湯の注入量が多くされ、その型窩での溶
湯充填断面が小さいところでは上記開口部の流路断面が
小さくされて単位時間当たりの溶湯注入量が減じられ、
この結果、型窩内での充填面積に応じて単位時間当たり
の溶湯注入量が制御され、常にほぼ一定の充填速度（溶
湯面上昇速度）で型窩内に溶湯が充填されることとなる
。 【００１６】 【実施例】以下、本発明を図示実施例に従って詳述する
が、これによって本発明が限定されるものではない。図
１は本発明にかかる低圧鋳造装置の一例の立型鋳造機の
概略断面図である。同図において、１は装置の基盤とな
るボトムプラテンで、水平に設置されている。それに対
して２はトッププラテン、３は両端にねじを螺切してあ
る複数本のタイバーで、１，２両プラテンの四隅の挿入
孔にタイバー３を挿入し、固定ナットで締結し、鋳造機
の枠体を構成する。 【００１７】昇降シリンダ４は、トッププラテン２の中
央上部に固着されており、そのピストンロッド５は、四
隅の挿入孔をガイドー６で摺動自在に支持されている可
動プラテン７の中央上面に固着されているので、可動プ
ラテン７は昇降自在となる。 【００１８】ボトムプラテン１の中央には、下方垂直に
円形断面のストーク８が嵌装してあり、下型１０をその
中央の湯道孔１０ａをストーク８と同心にしてボトムプ
ラテン１の中央に搭載する。サイド型１１は割型構造と
なっており、下型１０と組にして下型の上部に搭載する
。上型１２は可動プラテン７に装着する。以上の下型１
０、サイド型１１、上型１２とによって鋳造製品を得る
ための型窩（キャビティ）が形成される。　　　　　　 【００１９】上記湯道孔１０ａ開口部（以下ゲートとい
う）は、図２に示すように、上方に向けて広がるテーパ
面を有するよう形成されている。また、上記上型１２に
は、後述する本発明の要件たる溶湯注入量可変手段２０
が内蔵されている。 【００２０】ストーク８に対しては湯道管１４が下方に
液密にかつ着脱自在に連接されている。該湯道管１４は
溶湯１５を保持する炉１６を密閉する蓋体１７の上部中
央に設けられるベローズ構造１８によって気密かつ伸縮
可能に吊持されている。この湯道管端部１４ａはフラン
ジ状となっている。ストーク８及び湯道管１４は耐熱性
の断熱材料で構成されている。 【００２１】断熱材料製の炉１６は、図示しない溶解炉
で適温に溶解したアルミホイール用合金の溶湯１５を保
持している。溶湯を注湯された後、炉１４の入口側上部
は断熱材料製の蓋体１７で密閉されている。炉１６全体
は溶湯の補充注湯や保守管理などのためには鋳造機から
分離することができる構造となっている。 【００２２】なお、蓋体１７には図示しない加圧エア入
口及び出口が穿設されており、これらには図示しない弁
装置を有し、炉１６内の溶湯１５を加圧エアによって押
し上げて型窩に充填し、充填完了後炉内エアを逃がして
溶湯湯面を自然の位置まで下げることができる。１９は
鋳造製品を取り出すためのスクイーズである。 【００２３】溶湯注入量可変手段２０は、図２に示され
るように、ゲート断面積可変ピン２１と、このピンに連
接されるロッド２２と、このロッドに連結されるピスト
ン２３を有するピン駆動シリンダ２４と、このピンの位
置を検出する位置センサ２５と、このシリンダを駆動す
る図示しないシリンダ駆動部とから構成されている。上
記ロッド２２とピストン２３との連結は、図３に示すよ
うに、継ぎ手２６及びネジ２７によって互いに着脱可能
に構成されている。 【００２４】この実施例において上記位置センサ２５に
はポテンショメータが用いられており、ピストンの上下
動変位を電気量変位で検知して、シリンダ駆動部に出力
できるように構成されている。 【００２５】また、上記図示しないシリンダ駆動部には
、ＣＰＵを内蔵したマイクロコンピュータが用いられて
おり、位置センサ２５により検知されるピストン２３の
上下動変位に基づいて、ピン２１を所定の位置に設定す
べくピストン２３を駆動できるように構成されている。 【００２６】またさらに、上記シリンダ駆動部では、Ｃ
ＰＵによって、単位時間当たりの所定の溶湯注入量と型
窩内での所定容量との関係に基づいて、所定時間毎にピ
ストン２３を駆動できるタイミングをプログラムできる
ようにも構成されている。 【００２７】なお、該シリンダ駆動部には、上記位置セ
ンサからの出力信号に基づいて、更に、ゲート断面積で
の溶湯注入量と加圧エアによる炉内圧力との関係を演算
して該エア圧力を調節できるように構成されていても良
い。 【００２８】以上の構成からなる本発明の低圧鋳造機の
作用について述べる。 【００２９】（１）　　型　　締 昇降シリンダ４によって可動プラテン７が下降し、上型
１２とサイド型１１とのパーティング面が当接する。 【００３０】（２）　　ゲート断面積の設定例えば、型
窩の下面（この例ではこれを基準面とする：図１中イ）
と、その上面（同図ロ）と、下面から上面の間で溶湯充
填断面積が著しく変動する所定の位置（例えば同図ハ）
の３点を設定する。次いで、イ〜ロまでの溶湯充填に対
する所要時間ｔを設定し、このうちイ〜ハまでをｔ１時
間、ハ〜ロまでをｔ２時間と設定する。次いで、上記ｔ
１及びｔ２の各時間における単位時間当たりの各溶湯注
入量をそれぞれ算出し、これらの割合に応じたゲート断
面積を算出し、これに基づいて各ゲート断面積を設定す
るピン２１の先端の位置Ａ及びＢを設定する（図２参照
）。ここでＡは上記基準面から距離ａだけ上方に位置し
、Ｂは上記基準面から上方に距離ｂだけ位置する（なお
、この実施例ではＡはゲート全開状態である）。以上の
関係をシリンダ駆動部のマイクロコンピュータに予めプ
ログラミングしておく。 【００３０】（３）　　溶湯に加圧 まずシリンダ駆動部を作動してピストン２３を上昇する
。 上昇距離が基準面から（ａ）上がったところで位置セン
サ２５がこれを検知してシリンダ駆動部の作動を停止す
る。 これでピン２１はその先端位置がＡに設定される（いわ
ゆるゲート全開状態）。上記状態において、炉１６の蓋
体１７の加圧エア入口から、例えば５ｋｇ／ｃｍ２程度
のエアをかけて、炉内の溶湯１５の湯面を押し下げるこ
とにより、溶湯１５をストーク８を通って型窩に導入す
る。 【００３１】（４）　　充　　填 ゲートが全開された状態で、溶湯は加圧エアによる押圧
力で型窩に導入され充填され始める。溶湯注入開始から
ｔ１時間経過まではこの時間に設定された単位時間当た
りの溶湯注入量によって、イ〜ロまでの間ほぼ一定の溶
湯面上昇速度で溶湯の注入は続く。ｔ１時間経過後、予
め設定されたプログラミングにより、シリンダ駆動部が
作動されてピストン２３が下降される。下降距離がａ−
ｂになったところで位置センサ２５によってこれが検知
され、シリンダ駆動部の作動が停止される。これでピン
２１はその先端位置がＢに設定される（いわゆるゲー断
面積縮小状態）。このとき加圧エアも所定の値に減少さ
れることが好ましい。この結果、ゲート断面積が減少さ
れ、これに伴って型窩への単位時間当たりの溶湯注入量
も所定量に減少され、これによって溶湯充填面積の小さ
いハ〜ロまでの間溶湯面上昇速度は減速され、予め設定
されたｔ２時間で充填されることとなる。　　ｔ２時間
経過後、溶湯の注入は停止されるとともに、シリンダ駆
動部が作動されてピン２１が上昇され、溶湯の凝固が行
われる。 【００３２】以上のことから、充填断面積の小さいとこ
ろでは単位時間当たりの溶湯注入量は減じられるので、
断面積が極端に小さくなる部分でも充填途中でエアを巻
き込むことはない。 【００３３】すなわち、このように断面積が著しく変動
しても、型窩底面から上端面までは予め設定された溶湯
面上昇速度で充填されることとなり、歪みや巣の生じな
い均質なものでかつホイルの上面から下面に向かって長
く伸びた樹木状晶を有する鋳造製品が得られることとな
る。 【００３４】（６）　　製品取り出し 凝固が完了した時点でサイド型１１が下型１０の上で左
右に開いた後、昇降シリンダ４によって可動プラテン７
が上型１２及び鋳造製品と共に上昇する。この上昇に伴
ってスクイーズ１９がトッププラテン２の下面に当接す
ると、このスクイーズ１９が下向きに押されて鋳造製品
が上型１２から分離され、鋳造製品は取り出された後、
次の低圧鋳造に備えられる。 【００３５】 【発明の効果】本発明によれば、型窩内への溶湯の注入
時に単位時間当たりの溶湯注入量を制御することができ
る。また本発明によれば、単位時間当たりの溶湯注入量
を制御することができるので、加圧エアの押圧力との調
節により、常に所定の溶湯面上昇速度を維持できる。　
　　　　　 【００３６】またさらに本発明によれば、型閉力のあま
り必要としない低圧鋳造方法及び装置において、型窩が
いずれの形状であっても、型窩への溶湯の充填が型窩下
面から上面にわたって一定の溶湯面上昇速度に調節でき
るので、歪みや巣が生じなく均質でかつ樹木状晶を有す
る強度の強い良質な鋳造製品を成形することができると
いう画期的な効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の低圧鋳造装置の一実施例の部分概略縦
断面図

【図２】図１の要部拡大概略断面図

【図３】本発明のゲート断面積可変ピンとピストンの接
続部分の拡大斜視図

【図４】従来例の図１相当図

【符号の説明】

（１）…ボトムプラテン　　（２）…トッププラテン　
　（３）…タイバ （４）…昇降シリンダ　　　　（５）…ピストンロッド
　　（６）…ガイドバー （７）…可動プラテン　　　　（８）…ストーク　　（
１０）…下型　　（１０ａ）…湯道孔 （１１）…サイド型　　（１２）…上型　　（１４）…
湯道管　　（１４ａ）…湯道管フランジ部 （１５）…溶湯　　（１６）…炉　　（１７）…蓋体　
　（１８）…ベローズ構造　　（１９）…スクイーズ　
　 （２０）…溶湯注入量可変手段　　（２１）…ゲート断
面積可変ピン　　（２２）…ロッド （２３）…ピストン　　（２４）…ピン駆動シリンダ　
　（２５）…位置センサ　　（２６）…継ぎ手 （２７）…ネジ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　加圧により湯道孔を通して溶湯を金型
   の型窩に徐々に注入する低圧鋳造方法において、溶湯の
   型窩への注入時に、湯道孔開口部の溶湯流路断面積を変
   更することにより、単位時間当たりの溶湯注入量を制御
   することを特徴とする低圧鋳造方法。
2. 【請求項２】　　開閉自在で内部に型窩を有する金型と
   、溶湯を貯留しこの溶湯を金型に供給する炉と、金型に
   設けられた湯道孔を介して炉と上記型窩とを接続せる湯
   道管とからなる低圧鋳造装置において、金型上部に、湯
   道孔が型窩に開口する開口部内に先端が挿脱して該開口
   部の溶湯流路断面積を変更しうるピンと、該ピンを上下
   動可能に支持しうるピン駆動手段とからなる溶湯注入量
   可変手段が具備されたことを特徴とする低圧鋳造装置。
3. 【請求項３】　　溶湯注入量可変手段が、ピンの位置を
   検出する位置センサを備え、該センサからの出力信号に
   基づいてピン駆動手段を駆動するように構成されてなる
   請求項２記載の低圧鋳造装置。