JPWO2016132503A1 - 低圧鋳造装置の湯口構造及び該湯口を有する低圧鋳造装置 - Google Patents

Abstract

低圧鋳造装置用湯口１は、図１に示すように、ストークと接続するストーク接続部１１と、湯溜まり部１２と、上記キャビティと接続するキャビティ接続部１３とを備える。湯溜まり部１２は、溶湯が流れる方向に対して直交する方向の断面の周囲長が、上記キャビティ接続部１３に向かうに連れて徐々に長くなり、かつ上記断面の面積が一定である形状を有する。

Description

本発明は、低圧鋳造装置の湯口構造、及び低圧鋳造装置に係り、更に詳細には、サイクルタイムの短縮と溶湯の酸化防止とを両立させた湯口構造、及び該湯口を備えた低圧鋳造装置に関する。

低圧鋳造装置は、一般的に、溶湯を収容する保持炉、キャビティを有する鋳型、及び上記保持炉とキャビティとを連通させるストークとを備え、上記保持炉内を加圧し、ストークを介して溶湯をキャビティに供給し、該溶湯を凝固させることで鋳物を成形するものである。

特許文献１には、キャビティに溶湯を供給する溶湯通路が、長さ方向と直交する断面が円形状である鋳造装置が開示されている。

特開２００３−２５１４５３号公報

上記特許文献１に記載のものにあっては、溶湯通路の断面形状が円形であるため、キャビティ内の広範囲に溶湯を供給することが困難であり、湯廻り性が低いため、複雑な形状をしたものや、溶湯が冷えやすい薄肉品の製造が困難である。

そこで、湯廻り性を向上させるために、湯口に薄口のファンゲートを設け溶湯を広範囲に供給することが行われている。
しかし、湯口とファンゲートとの接続部で溶湯通路の断面形状が大きく変わった場合、溶湯の流速が変化して溶湯面が波立ち、溶湯の新生面に酸化物が生じて成形品の品質を低下させてしまう可能性がある。
特に、溶湯の供給速度を上げると溶湯面が大きく波立ち易くなるため、溶湯供給時間の短縮と酸化物の発生を抑制することとを両立させることは困難である。

溶湯の波立ちを防止しながら湯廻り性を向上させるためには、湯口の断面形状を変えずに湯口全体を薄口にすることが考えられる。しかし、湯口全体を薄くすると、成形品の大きさ、形状に応じた溶湯の凝固時間の調節が困難であり、成形品が湯口から離れなくなる湯口詰まりが発生しやすくなってしまう。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、サイクルタイムの短縮が可能で、かつ溶湯の酸化が抑制され、高品質な成形品を、効率よく生産できる低圧鋳造装置用湯口、及び、該湯口を備えた低圧鋳造装置を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、ストークとキャビティとを連通させる湯口の湯溜まり部を特定形状とすることで、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の低圧鋳造装置の湯口構造は、溶湯が流れる方向に対して直交する方向の断面の周囲長がキャビティに向かうに連れて徐々に長くなり、かつ上記断面の面積が一定である湯溜まり部を有することを特徴とする。

また、本発明の低圧鋳造装置は、ストークと鋳型のキャビティとを連通させる湯口が、上記低圧鋳造装置の湯口であることを特徴とする。

本発明によれば、低圧鋳造装置の湯口の湯溜まり部の形状を、溶湯通路の断面積を変えずに断面の周囲長をキャビティに向けて徐々に長くすることとしたため、湯口のキャビティ接続部が薄口になり、キャビティの広範囲に溶湯を供給することが可能となって湯廻り性が向上すると共に、湯口を流れる溶湯の流速変化が抑制される。
したがって、溶湯の供給速度を速くしても、溶湯の波立ちが抑えられて新たな酸化物の発生が防止され、高品質な成型品を得ることができ、サイクルタイムの短縮と、高品質な成形品の製造とを両立させることができる。
さらに、キャビティ近傍の断面積の周囲長が長く、ストーク近傍の断面積の周囲長が短いため、キャビティ近傍では放熱し易く、溶湯の凝固が促進されサイクルタイムが短縮される。そして、ストーク近傍では溶湯が冷え難くなって、溶湯の凝固時間が調節され、湯口詰まりの発生が防止される。

本発明の低圧鋳造装置用湯口の一例を示す図である。 ストークに対する湯口の取り付け角度を変えた状態と、湯口と成形品との位置関係の一例を示す図である。 本発明の低圧鋳造装置用湯口にヒータを設けた状態の一例を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその正面図である。 本発明の低圧鋳造装置の一例を示す図である。

＜低圧鋳造装置用湯口＞
本発明の低圧鋳造装置用湯口について詳細に説明する。
本発明の低圧鋳造装置用湯口１は、低圧鋳造装置のストークと鋳型のキャビティとを連通させるものである。図１に本発明の低圧鋳造装置用湯口１の一例を示す。図１（ａ）は低圧鋳造装置用湯口の正面図、図１（ｂ）は低圧鋳造装置用湯口の側面図である。また、図１（ｃ）は、Ａ−Ａ’断面、すなわち湯溜まり部１２の上端の断面形状の一例であり、図１（ｄ）は、Ｂ−Ｂ’断面、すなわち湯溜まり部１２の下端の断面形状の一例である。

本発明の低圧鋳造装置用湯口１は、図１に示すように、ストークと接続するストーク接続部１１と、湯溜まり部１２と、キャビティと接続するキャビティ接続部１３とを備える。

上記湯溜まり部１２は、溶湯が流れる方向に対して直交する方向の断面の周囲長が、上記キャビティ接続部１３に向かうに連れて徐々に長くなり、かつ上記断面の面積が一定である形状を有するものである。

上記湯溜まり部１２を、溶湯通路の断面積を変化させずに、下端の周囲長よりも上端の周囲長を長くすることで、溶湯の流速変化が抑えられる。さらに、後述する、湯溜まり部の上部に設けられるキャビティ接続部１３の断面積の周囲長が長く、薄口形状となるため、溶湯を広範囲に供給することができ、湯廻り性が向上する。
したがって、溶湯の供給速度を速くしても、上記溶湯の流速変化抑制と湯廻り性向上とが相俟って、溶湯供給時に湯口から溶湯がキャビティ内に噴き上がらず、キャビティ内での溶湯面の高さが均一化されて、溶湯の酸化が抑制される。加えて、溶湯が中子に衝突して生じる砂噛みの発生が防止される。

上記湯溜まり部１２は、下端断面の周囲長／上端断面の周囲長が、１．０５以上であることが好ましい。
上端断面の周囲長が下端断面の周囲長の１．０５倍以上であることで、湯溜まり部１２の上端と下端とでの放熱性の差が大きくなり、湯溜まり部１２上部に設けられるキャビティ接続部１３内の溶湯の凝固が促進され、サイクルタイムが短縮される。

上記湯溜まり部１２の上端の断面形状としては、下端よりも周囲長が長いものであればよく、どのような形状であってもよく、例えば、楕円形の他、長方形、台形、五角形等の多角形を挙げることができる。下端断面の周囲長／上端断面の周囲長が、１．０５以上となる楕円形の短径／長径は、およそ０．６以下である。また、多角形である場合、角が面取りされて曲線を形成していてもよく、図１（ｃ）に示すように、隣接する曲線同士が繋がって一つの曲線を形成してもよい。

上記湯溜まり部１２の下端の断面形状としては、真円形状であることが好ましい。真円形状は、同じ面積の図形の中で最も周囲長が短いものであり、真円形状であることで放熱が抑制される。したがって、湯溜まり部より下部の溶湯が凝固し難く、湯口詰まりが防止される。

上記キャビティ接続部１３は、該湯溜まり部の上部に設けられるものであり、上記湯溜まり部１２の上端の断面形状と略同一の断面形状を有するものである。

キャビティ内の溶湯だけでなく、キャビティ接続部１３内の溶湯も凝固させることで、完全な形状の成形品が得られる。
すなわち、キャビティ接続部１３を有することで、キャビティ接続部１３内の溶湯が凝固し体積が収縮しても、湯溜まり部１２から溶湯が供給されるため、引け巣の発生が防止される。

また、上記キャビティ接続部１３の溶湯が流れる方向、すなわち、高さ方向の長さを変え、表面積を調節することで、キャビティ内の溶湯と上記湯溜まり部の溶湯との温度差を調節でき、凝固時間の調節が可能となる。上記キャビティ接続部１３の外壁には、放熱板を設け溶湯の凝固を促進させてもよい。

上記キャビティ接続部１３の断面形状は、上記のように、湯溜まり部１２の上端の断面形状と同じ断面形状であるが、溶湯の流速を大きく変化させない範囲で、キャビティに向けて上記断面形状が拡大する相似形状であってもよい。
キャビティに向けて拡大することで、成形品の離型性が向上し、凝固物がキャビティ接続部１３に引っ掛かる湯口詰まりの発生が防止される。

上記ストーク接続部１１は、湯溜まり部１２の下部に設けられたストークとの接続箇所であり、上記湯溜まり部１２の下端の断面形状と略同一の断面形状を有するものである。

ストーク接続部１１の断面形状は真円形であることが好ましい。真円形であることで成形品の形状に合わせてストークに対する湯口の取り付け角度を変えることができ、成形品の形状に応じて湯廻り性を向上させることができる。
また、図２（ａ）に示すように、湯口１のキャビティ接続部１３を成形品８の外形よりも外側にはみ出して設けなければならないような、ストークと鋳型との接続に制約がある場合であっても、図２（ｂ）に示すように、ストークに対する湯口１の取り付け角度を変えることで、湯口のキャビティ接続部１３を成形品８の外形内に収めることが可能となる。したがって、湯口の形状に起因して成形品８の外形よりも外側に付与される無駄な形状（ｖ）の付与が防止され、成形品８の無駄な重量増加が防止される。

本発明の低圧鋳造装置用湯口１は、湯溜まり部１２を加熱するヒータ１４を有することが好ましい。上記ヒータ１４を有することで、湯溜まり部１２内の溶湯が凝固することが防止され、断面の周囲長が長く放熱性に優れるキャビティ接続部１３と相俟って、湯口１内での溶湯と凝固物との境目位置を調節することができる。

図３に低圧鋳造装置用湯口１にヒータ１４を設けた状態の一例を示す。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は正面図である。上記ヒータは、図３に示すように、図３（ｂ）中、点線で示される湯溜まり部１２及びストーク接続部１１の周囲を取り囲むように設けてもよく、また、湯口自体に直接設けてもよい。

＜低圧鋳造装置＞
次に、本発明の低圧鋳造装置について説明する。本発明の低圧鋳造装置１００は、溶湯２を保持する保持炉３と、該保持炉３内の溶湯２に下端が浸漬されたストーク４と、該ストーク４と鋳型５のキャビティ６とを連通させる上記低圧鋳造装置用湯口１と、上記保持炉３内の圧力を調節する圧力制御装置７とを有するものである。

図４に低圧鋳造装置１００の一例を示す。低圧鋳造装置１００は、気密に密閉された保持炉３に二酸化炭素等の不活性ガスを圧送するガス注入口７１が設けられる。該保持炉３内の溶湯２にストーク４の下端が浸漬されている。保持炉３の上には分割可能な鋳型５が配置され、該鋳型５の合わせ面にそれぞれ空間部が形成され、これらの鋳型５を重ね合わせることで、成形品８の形状をしたキャビティ６が形成される。
上記ストークの４上端には湯口１が設けられ、ストーク４とキャビティ６とを連通させる。
なお、上記鋳型５には、必要に応じて吸引装置９に接続される吸引経路９１が設けられてもよく、鋳型５の中には必要に応じて中子５１が収納されてもよい。

このような、低圧鋳造装置１００においては、上記圧力制御装置７が、ガス注入口７１から保持炉３内にガスを注入し保持炉３内の圧力を上昇させる。このガス圧力により、保持炉３内の溶湯面が押されて、ストーク４内の溶湯２が押上げられ、湯口１を介して鋳型５のキャビティ６内に溶湯２が充填される。
そして、キャビティ６に充填した溶湯２が冷却されて凝固した後、圧力制御装置７は保持炉３内の圧力を下げて溶湯面を下げる。その後、鋳型５が開かれて成形品８が取り出される。

上記低圧鋳造装置１００は、湯口１を複数有することが好ましい。湯口１を複数有することで溶湯２をキャビティ６内の広範囲に供給することができ、湯廻り性が向上する。

また、上記複数の湯口１は、キャビティ接続部１３の厚さ、すなわち周囲長、及び／又は、溶湯２が流れる方向の長さが異なるものとすることができる。キャビティ接続部１３の形状を変え、各湯口間の凝固時間のバランスをとることで、湯口詰まりが防止される。

上記ストーク４は、上記湯口１に向けて拡径する拡径部４１を有することが好ましく、該拡径部４１には複数の湯口１が設けられる。また、該拡径部４１は上記保持炉３内に設けられることが好ましい。保持炉３内に設けられることで保持炉３の熱で拡径部４１内の溶湯温度低下が抑制される。

また、本発明の低圧鋳造装置１００は、鋳型に設けられた吸引経路９１からキャビティ６を吸引する吸引装置９を備えることが好ましい。キャビティ６を吸引しながら溶湯２を供給することで湯廻り性が向上し、溶湯２の波立ちを防止できると共に、溶湯２の供給速度を上げることができ、サイクルタイムを短縮することができる。

１ 湯口
１１ ストーク接続部
１２ 湯溜まり部
１３ キャビティ接続部
１４ ヒータ
２ 溶湯
３ 保持炉
４ ストーク
４１ 拡径部
５ 鋳型
５１ 中子
６ キャビティ
７ 圧力制御装置
７１ ガス注入口
７２ ガス排出口
８ 成形品
９ 吸引装置
９１ 吸引経路
１００ 低圧鋳造装置

上記湯溜まり部１２は、上端断面の周囲長／下端断面の周囲長が、１．０５以上であることが好ましい。
上端断面の周囲長が下端断面の周囲長の１．０５倍以上であることで、湯溜まり部１２の上端と下端とでの放熱性の差が大きくなり、湯溜まり部１２上部に設けられるキャビティ接続部１３内の溶湯の凝固が促進され、サイクルタイムが短縮される。

上記湯溜まり部１２の上端の断面形状としては、下端よりも周囲長が長いものであればよく、どのような形状であってもよく、例えば、楕円形の他、長方形、台形、五角形等の多角形を挙げることができる。上端断面の周囲長／下端断面の周囲長が、１．０５以上となる楕円形の短径／長径は、およそ０．６以下である。また、多角形である場合、角が面取りされて曲線を形成していてもよく、図１（ｃ）に示すように、隣接する曲線同士が繋がって一つの曲線を形成してもよい。

図４に低圧鋳造装置１００の一例を示す。低圧鋳造装置１００は、気密に密閉された保持炉３に二酸化炭素等の不活性ガスを圧送するガス注入口７１が設けられる。該保持炉３内の溶湯２にストーク４の下端が浸漬されている。保持炉３の上には分割可能な鋳型５が配置され、該鋳型５の合わせ面にそれぞれ空間部が形成され、これらの鋳型５を重ね合わせることで、成形品８の形状をしたキャビティ６が形成される。
上記ストーク４の上端には湯口１が設けられ、ストーク４とキャビティ６とを連通させる。
なお、上記鋳型５には、必要に応じて吸引装置９に接続される吸引経路９１が設けられてもよく、鋳型５の中には必要に応じて中子５１が収納されてもよい。

Claims (8)

1. 低圧鋳造装置に用いられ、ストークと鋳型のキャビティとを連通させる湯口であって、
   上記ストークと接続するストーク接続部と、湯溜まり部と、上記キャビティと接続するキャビティ接続部とを備え、
   上記湯溜まり部の形状が、溶湯が流れる方向に対して直交する方向の断面の周囲長が、キャビティ接続部に向かうに連れて長くなり、かつ上記断面の面積が一定であることを特徴とする低圧鋳造装置の湯口構造。
2. 上記ストーク接続部の断面形状が、円形であることを特徴とする請求項１に記載の低圧鋳造装置の湯口構造。
3. 上記湯溜まり部の下端断面の周囲長／上端断面の周囲長が、１．０５以上であることを特徴とする請求項１又２に記載の低圧鋳造装置の湯口構造。
4. 上記湯溜まり部を加熱するヒータを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の低圧鋳造装置の湯口構造。
5. 溶湯を保持する保持炉と、該保持炉内の溶湯に下端が浸漬されたストークと、該ストークと鋳型のキャビティとを連通させる湯口と、上記保持炉内の圧力を調節する圧力制御装置とを有する低圧鋳造装置であって、
   上記湯口が請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の湯口構造であることを特徴とする低圧鋳造装置。
6. 上記湯口を複数備えるものであり、該複数の湯口が、キャビティ接続部の長さ、及び／又は、キャビティ接続部の周囲長が異なるものであることを特徴とする請求項５に記載の低圧鋳造装置。
7. 上記ストークが上記湯口に向けて拡径する拡径部を有するものであり、
   該拡径部が上記保持炉内に設けられたことを特徴とする請求項６に記載の低圧鋳造装置。
8. キャビティ内を吸引する吸引装置を備えるものであることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つの項に記載の低圧鋳造装置。

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