JPH05277697A - 低圧鋳造方法、低圧鋳造用鋳型装置および鋳造用電磁バルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低圧鋳造方法の生産性の向上を図る。 【構成】 下型10と上型11で構成される鋳型12と、下型
10とダイ基盤13との間に装備された電磁バルブ14と、ダ
イ基盤13上に立設された型締め機15とで構成される鋳型
装置９を、溶湯保持炉１の蓋部５上に、交換可能に、気
密に且つストーク７を介して溶湯Ｍが鋳型キャビティＣ
内に注湯可能なように設置されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Al，Mg，Cu，鋼等の金
属もしくは合金の低圧鋳造方法、低圧鋳造用鋳型装置お
よび鋳造用電磁バルブに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来の低圧鋳造方法に適用され
る装置の概念図を示す。図において、溶湯保持炉１は、
内壁に沿って加熱装置２を備える炉体３とその炉体３内
に設置されたるつぼ４を備え、このるつぼ４は蓋部５に
よって密閉され、蓋部５には加圧ガス導入管６とストー
ク７が設けられている。なお８は、るつぼ４内へ溶湯Ｍ
を供給するための供給口を示す。

【０００３】鋳型12は、下型10と上型11で構成されダイ
基盤13上に設置されている。また、ダイ基盤13上には型
締め機15が立設され、シリンダ23の作動により昇降する
型締め具24によって前記鋳型12の型締めおよび型開きを
行う。また、このように構成されたダイ基盤13は、前記
溶湯保持炉１の蓋部５上に気密に且つストーク７を介し
て溶湯Ｍが鋳型キャビティＣ内に注湯可能なように設置
されている。

【０００４】上記装置による低圧鋳造は、溶湯保持炉１
内に加圧ガス導入管６から加圧ガスを導入し大気圧より
わずかながら大きい圧力を作用せしめ、溶融金属Ｍを、
保持炉１内に浸漬したストーク７を通じて鋳型12に送り
込み鋳造するものである。この時、鋳型12は予熱されて
いる。

【０００５】この鋳造方法では、鋳型キャビティＣ内に
注湯された溶融金属Ｍの凝固は、内部欠陥防止のため、
上型11からの指向性凝固が行われ、最終凝固位置は下型
10の湯口部分26となっている。また、鋳型キャビティＣ
内に注湯された溶融金属Ｍへの圧力は、凝固収縮による
内部欠陥防止のため注湯開始から凝固終了時まで加圧し
たままとなっている。そして、凝固終了後減圧され、ス
トーク７内部の溶融金属は一旦保持炉１内に戻り、鋳型
12を型開きして鋳型キャビティＣ内の製品が取り出され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記手順によりなされ
るため、鋳型12への溶融金属Ｍの注湯から凝固終了、型
開き、製品取り出しまでの所要時間は非常に長く、低圧
鋳造方法の生産性向上の阻害要因となっている。この問
題を解決する手段として、指向性凝固を保ちつつ凝固速
度を速めるための鋳型強制冷却による生産性向上法が研
究されているが、指向性凝固の維持が困難であるなど問
題点があり未だ実用に至っていない。

【０００７】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、低圧鋳造方法の生産性の向上
を図ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の低圧鋳造方法は、鋳型下方に設けられた溶
湯保持炉から気体圧力により溶融金属を鋳型内に注湯す
る低圧鋳造方法において、鋳型の下面に注湯孔に連通さ
せて電磁バルブを設置してなる鋳型装置を溶湯保持炉に
交換可能に設ける一方、この鋳型装置の鋳型内に溶湯保
持炉から溶融金属を加圧注湯するとともに、この加圧注
湯された鋳型内溶融金属に少なくとも鋳型交換時の気体
圧力に見合う鉛直上向きの電磁気力を前記電磁バルブに
より付与し鋳型装置を交換するものである。

【０００９】他方、本発明の低圧鋳造用鋳型装置は、ダ
イ基盤上に型締め機を立設するとともに、ダイ基盤と型
締め機の間に下から電磁バルブ、下型および上型をこの
順に設置してなるものである。

【００１０】そして、上記電磁バルブとしては、ＳとＮ
の磁極間の磁束が水平になるように設置された磁石と、
溶湯通路が形成され且つこの溶湯通路が鉛直になるよう
にＳとＮの磁極間に配されたバルブ部とを具備するとと
もに、このバルブ部内に前記ＳとＮの磁極と直交する方
向で且つ溶湯通路を貫通する電流を流す電極が埋設され
たものが好適に使用し得る。

【００１１】また、上記バルブ部は注湯金属より電気伝
導度が卑な材質で形成するとよい。

【００１２】また、上記バルブ部の溶湯通路と電極との
間には、バルブ部を形成する素材より電気伝導度が貴な
材質で形成された電流集中部を配置するとよい。

【００１３】また、上記バルブ部の溶湯通路の軸方向断
面形状としては、上部が大径の２段穴形状または上部が
大径のテーパ穴形状に形成するとよい。

【００１４】またさらに、バルブ部の溶湯通路を除く上
面には、電気的絶縁材を配設するとよい。

【００１５】

【作用】以下、本発明の構成並びに作用を詳細に説明す
る。本発明では、ダイ基盤と鋳型の下型との間に電磁バ
ルブを設置し、鋳型へ溶融金属を注湯した後、直ちに電
磁バルブの電磁気力によりバルブ内溶融金属に上向きの
力を作用させ鋳型内の溶融金属を加圧・保持するので、
この後、鋳型内の溶融金属に対して低圧鋳造を維持した
ままで直ちに鋳型が交換でき生産性が向上できる。

【００１６】この場合、電磁気力は、印加電流もしくは
磁束密度により制御され、その大きさは、鋳型内溶融金
属の静圧より十分大きなものとする。かかる電磁気力
は、いわゆる押湯としての機能を有し、凝固収縮に伴う
鋳造欠陥を消失させ、製品品質を向上せしめる。さら
に、注湯時から電磁気力を作用させれば鋳型への溶融金
属の注湯速度の制御が可能となる。

【００１７】電磁バルブとしては、ＳとＮの磁極間の磁
束が水平になるように設置した磁石と、溶湯通路が形成
され且つこの溶湯通路が鉛直になるようにＳとＮの磁極
間に配されたバルブ部とを具備し、さらに、バルブ部内
に前記ＳとＮの磁極と直交する方向で且つ溶湯通路を貫
通する電流を流す電極を埋設した構成の電磁バルブが好
適に使用し得る。

【００１８】この場合、電磁気力の印加方法としては静
磁場・直流電流方式が採用でき、また、バルブ部の材料
として電気伝導性を有しかつ溶融金属より電気伝導度が
卑な材料を用いることにより、バルブ部の溶湯通路内の
溶融金属に電流を集中的に流すことができ、強力な電磁
気力が発生し溶融金属を保持することができる。

【００１９】バルブ部に形成する溶湯通路としては、少
なくとも１つあるいは２つ以上をバルブ部全体にバラン
ス良く配置する。溶湯通路の穴径は、電流密度不均一に
起因する溶湯通路内溶融金属の居所的な流れによる溶融
金属の加圧・保持能力の低下および湯漏れを防ぐため、
あるしきい値以下とし、溶湯通路の総数および配置は、
溶融金属の注湯速度を低下させないとともに、溶湯通路
内の溶融金属中を流れる電流の集中を高め、さらに電流
の流れ方向を均一とするように工夫される。

【００２０】また、溶湯通路内溶融金属への電流密度の
集中を助長するために、バルブ部内の電流導入のための
電極と溶湯通路との間に、バルブ材質より電気伝導度が
貴な材料からなる電流集中部を配するとよい。

【００２１】さらに、バルブ部上方の溶湯への電流の漏
れを防ぐため、溶湯通路の軸方向（溶湯流方向）断面形
状を上部が大径の２段穴形状または上部が大径のテーパ
穴形状に形成するか、あるいは、これらバルブ部の溶湯
通路を除く上面に電気的絶縁材を配設するとよい。そし
て、前記２段穴形状の場合は、上段の穴の深さが下段の
穴の長さと等しいかそれ以上であれば、より効果的にバ
ルブ部上方の溶湯への漏れ電流が防止できる。

【００２２】磁場は、電磁石もしくは永久磁石により印
加され、また、印加する電流と磁場は、直流電流と静磁
場が好適に使用し得るが、印加される電磁気力が絶えず
鉛直上向きであるように、位相を同期させた交流電流・
交番磁場等を用いてもよい。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を元に説明す
る。図１は、本発明に係わる低圧鋳造方法に適用される
装置の概要図である。なお、図において従来装置と同じ
部位は同符号で示す。

【００２４】溶湯保持炉１は、従来装置と同構成のもの
であって、内壁に沿って加熱装置２を備える炉体３とそ
の炉体３内に設置されたるつぼ４を備え、このるつぼ４
は蓋部５によって密閉され、蓋部５には加圧ガス導入管
６とストーク７が設けられている。なお８は、るつぼ４
内へ溶湯Ｍを供給するための供給口を示す。

【００２５】鋳型装置９は、下型10と上型11で構成され
る鋳型12と、下型10とダイ基盤13との間に装備された電
磁バルブ14と、ダイ基盤13上に立設された型締め機15と
で構成され、前記溶湯保持炉１の蓋部５上に、交換可能
に、気密に且つストーク７を介して溶湯Ｍが鋳型キャビ
ティＣ内に注湯可能なように設置されている。

【００２６】電磁バルブ14は、図２に示すように、中央
部に磁極ＳとＮが形成された中空磁石16の、磁極ＳとＮ
間の均一磁場領域に溶湯通路17が形成された黒鉛製バル
ブ部18を、バルブ部18の溶湯通路17部位の上下面に溶湯
通路17に連通させて耐火物製管19を配設して設けるとと
もに、これらバルブ部18および耐火物製管19と磁石16の
内周面との間に耐火物20を充填して構成され、さらに、
バルブ部18には、その内部に前記磁極Ｓ，Ｎに直交する
方向で且つ溶湯通路17を貫通する電流を流す電極21が埋
設され、電極21はリード線を介して外部電源装置22に接
続されている。

【００２７】型締め機15は、従来装置と同構成のもので
あって、ダイ基盤13上に立設され、シリンダ23の作動に
より昇降する型締め具24を具備し、型締め具24を昇降さ
せることによって前記鋳型12の型締めおよび型開きを行
う。

【００２８】上記の如く構成された装置による低圧鋳造
は次の手順で行われる。先ず、鋳型装置９を型締め状態
にして溶湯保持炉１上に気密に設置する。次いで、溶湯
保持炉１内に加圧ガス導入管６から加圧ガスを導入し大
気圧よりわずかながら大きい圧力を作用せしめ、溶融金
属Ｍを保持炉１内に浸漬したストーク７を通じて鋳型12
の鋳型キャビティＣ内に圧送する。と同時に、電磁バル
ブ14を作動させ鋳型キャビティＣ内の溶融金属Ｍに低圧
鋳造に必要な所定圧を作用させると共に流下しないよう
に保持する。この後直ちに、保持炉１内を減圧してスト
ーク７内の溶融金属Ｍを下降させ、前記保持状態で鋳型
装置９を溶湯保持炉１上から移動する一方、他の型締め
状態の鋳型装置９を溶湯保持炉１上に気密に設置し、上
記を繰り返す。

【００２９】一方、冷却した鋳型装置９は、電磁バルブ
14の作動を停止するとともに型開きして製品を取り出
し、次の鋳造のための整備が行われる。

【００３０】このように複数の鋳型装置９を準備し、低
圧鋳造を維持しながら鋳型装置９の交換が行えるので、
生産性のよい低圧鋳造が行える。

【００３１】なお、上記実施例では、鋳型装置９を独立
構成した例を説明したが、本発明はこの例に限定される
ものではなく、例えば、図３に示すように比較的大きな
ダイ基盤13を用い複数の鋳型装置９を設置し、順次移動
させてもよいし、図示省略するが円盤型のダイ基盤を用
い複数の鋳型装置を同心位置に設置し旋回して交換する
ように構成してもよい。

【００３２】また、電磁バルブ14のバルブ部18に溶湯通
路17を１つ形成した例を説明したが、図４に示す如く複
数の溶湯通路17を形成してもよい。この場合、溶湯通路
17の穴の配置は、電流（破線矢印で示す）の流れる方向
に列をなしたものとし、電流の集中および流れ方向の均
一化を図る。また、バルブ部18内に注湯金属Ｍよりも電
気伝導度が貴な材料（例えば銅など）で構成された電流
集中部25を電極21と溶湯通路17との間に設けてもよく、
このようにすることにより溶湯通路17への電流集中と均
一化がよりなされる。

【００３３】またさらに、バルブ部18の溶湯通路17を、
その軸方向断面形状がストレート穴の場合を例に説明し
たが、図５に示すように上部が大径の２段穴形状又は図
６に示すように上部が大径のテーパ穴形状とするか、あ
るいは、図７に示すようにこれら溶湯通路17を除く上面
に電気的絶縁材26を配設する構造としてもよい。このよ
うな穴形状あるいはこれら穴形状に電気的絶縁材26を配
設する構造とすることにより、バルブ部18の上方の溶湯
への漏れ電流が抑制され溶湯通路17内の溶湯への電流集
中が促進されることから、より強力な電磁気力を溶湯通
路17内において発生させることができる。なお図５乃至
図７中、破線矢印は電流の流れを示す。

【００３４】実際、図２に示す電磁バルブ14を用い、上
面側の耐火物製管19の上に耐火物製管を気密に重ねこの
耐火物製管の上口よりアルミ溶湯を注湯し、電磁バルブ
14のアルミ溶湯保持高さを調査した。なお、この時のバ
ルブ部18は黒鉛で形成し、溶湯通路17の穴は１つでその
内径を 4mmに形成した。また耐火物製管の内径は40mmと
した。またバルブには直流電流を通電するとともに、直
流電流の流れに直交する方向に静磁場を印加した。調査
の結果、電磁気力によりアルミ溶湯はバルブから下へ漏
れることなく上部管内に留まり、保持高さと磁束密度、
直流電流値の関係は比例関係にあることが分かり、また
直流電流値2000Ａ、磁束密度 0.5Ｔで約50cmの保持高さ
が得られた。

【００３５】また、図４に示す電磁バルブ14では、ＳＵ
Ｓ３０４からなる電流集中部25を配し、その他の条件は
上記と同じに構成してアルミ溶湯の保持高さを調査し
た。その結果、溶湯通路17を多数とした場合、溶湯通路
17の電流密度低下のため溶融金属保持高さの減少が予想
されるが、上記構成では前記溶湯通路17の１つ穴と同程
度の保持能力が得られた。

【００３６】またさらに、図５に示す電磁バルブ14で
は、溶湯通路17を穴深さが等しい２段穴形状とし、上部
の穴径を20mm、下部の穴径を 4mmとし、その他の条件は
上記と同じに構成してアルミ溶湯の保持高さを測定し
た。その結果、図２に示すタイプの約 1.2倍の60cmの保
持高さが得られた。一方、図６に示す電磁バルブ14で
は、溶湯通路17を、上面の穴径を20mm、下面の穴径を 4
mmとするテーパ穴形状とし、その他の条件は上記と同じ
に構成してアルミ溶湯の保持高さを測定した。その結
果、図２に示すタイプの約 1.4倍に当たる70cmの保持高
さが得られた。さらに、図６に示す形状の溶湯通路17の
上面に電気的絶縁材26を配設した図７に示す電磁バルブ
14では、図２に示すタイプの約 1.5倍に当たる80cmの保
持高さが得られた。

【００３７】因みに、低圧鋳造法において必要とされる
保持高さは、製造される製品の高さに依存しており、例
えば、自動車用アルミホイールでは30cm程度であり、本
発明の保持能力が十分であると言える。

【００３８】また、以上の説明では、本発明の鋳造用電
磁バルブを、低圧鋳造に適用した場合についてのみ説明
したが、金属溶湯の保持、停止さらには流量調整を必要
とする鋳造プロセスに適用し得ることは言うまでもな
い。例えば、鋳物注湯用タンディッシュ、連続鋳造用タ
ンディッシュ、アトマイズ製造用保持炉などの注湯ノズ
ルに組み入れて使用することもできる。

【００３９】

【発明の効果】上述したように、本発明の低圧鋳造法に
よれば、鋳型への注湯直後に電磁気力を上向きに作用さ
せ、溶融金属を加圧・保持することができ、注湯後直ち
に鋳型交換を実施することができるので、従来、溶融金
属の注湯から凝固終了、型開き、製品取り出しまでにか
かっていたサイクル時間が大幅に短縮でき、低圧鋳造の
生産性が飛躍的に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる低圧鋳造方法に適用される装置
の概要図である。

【図２】（ａ）は本発明に係わる電磁バルブの平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【図３】本発明に係わる低圧鋳造方法に適用される別の
装置の概要図である。

【図４】本発明に係わる別の電磁バルブのバルブ部の概
要図である。

【図５】本発明に係わる別の電磁バルブのバルブ部の概
要図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図であ
る。

【図６】本発明に係わる別の電磁バルブのバルブ部の概
要図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図であ
る。

【図７】本発明に係わる別の電磁バルブのバルブ部の概
要図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図であ
る。

【図８】従来の低圧鋳造装置の概要図である。

【符号の説明】

１：溶湯保持炉 ４：るつぼ
５：蓋部 ６：加圧ガス導入管 ７：ストーク
９：鋳型装置 10：下型 11：上型 1
2：鋳型 13：ダイ基盤 14：電磁バルブ 1
5：型締め機 16：中空磁石 17：溶湯通路 1
8：黒鉛製バルブ部 19：耐火物製管 20：耐火物 2
1：電極 22：外部電源装置 23：シリンダ 2
4：型締め具 25：電流集中部 26：電気的絶縁材 Ｃ：鋳型キャビティ Ｍ：溶融金属
Ｓ，Ｎ：磁極

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳型下方に設けられた溶湯保持炉から気
   体圧力により溶融金属を鋳型内に注湯する低圧鋳造方法
   において、鋳型の下面に注湯孔に連通させて電磁バルブ
   を設置してなる鋳型装置を溶湯保持炉に交換可能に設け
   る一方、この鋳型装置の鋳型内に溶湯保持炉から溶融金
   属を加圧注湯するとともに、この加圧注湯された鋳型内
   溶融金属に少なくとも鋳型交換時の気体圧力に見合う鉛
   直上向きの電磁気力を前記電磁バルブにより付与し鋳型
   装置を交換することを特徴とする低圧鋳造方法。
2. 【請求項２】 ダイ基盤上に型締め機を立設するととも
   に、ダイ基盤と型締め機の間に下から電磁バルブ、下型
   および上型をこの順に設置してなることを特徴とする低
   圧鋳造用鋳型装置。
3. 【請求項３】 ＳとＮの磁極間の磁束が水平になるよう
   に設置された磁石と、溶湯通路が形成され且つこの溶湯
   通路が鉛直になるようにＳとＮの磁極間に配されたバル
   ブ部とを具備するとともに、このバルブ部内に前記Ｓと
   Ｎの磁極と直交する方向で且つ溶湯通路を貫通する電流
   を流す電極を埋設してなることを特徴とする鋳造用電磁
   バルブ。
4. 【請求項４】 バルブ部が、注湯金属より電気伝導度が
   卑な材質で形成されてなる請求項３記載の鋳造用電磁バ
   ルブ。
5. 【請求項５】 バルブ部の溶湯通路と電極との間に、バ
   ルブ部を形成する素材より電気伝導度が貴な材質で形成
   された電流集中部を配置してなる請求項３又は４記載の
   鋳造用電磁バルブ。
6. 【請求項６】 バルブ部の溶湯通路の軸方向断面形状
   が、上部が大径の２段穴形状または上部が大径のテーパ
   穴形状に形成されてなる請求項３、４又は５記載の鋳造
   用電磁バルブ。
7. 【請求項７】 バルブ部の溶湯通路を除く上面に電気的
   絶縁材が配設されてなる請求項３、４、５又は６記載の
   鋳造用電磁バルブ。