JPWO2016208027A1 - 鋳造装置及び鋳造方法 - Google Patents

Abstract

鋳造型（２）に鋳抜きピン（３）を配置した状態で、前記鋳造型の内部に形成されるキャビティ（２５）に溶湯を供給して鋳造を行う鋳造装置１であり、一の鋳造サイクルの終期の所定時間における前記鋳抜きピンの温度を検出する温度検出器（１１）と、前記鋳抜きピンに冷却エネルギを付与するとともに、前記温度検出器により検出された検出温度に応じて、次の鋳造サイクル中に前記鋳抜きピンに付与する冷却エネルギ量を制御する冷却制御器（１２）と、を備える。

Description

本発明は、鋳造装置及び鋳造方法に関するものである。

ライナレスシリンダボアのプレッシャダイキャスト法において、ライナレスシリンダボアを成形する鋳抜きピンを中空構造とし、その内部に冷却管を挿入配置し、冷却管の中心部に内部冷却水通路を設ける一方、冷却管の外周面に対向する鋳抜きピンの内周面に螺旋溝からなる螺旋状冷却水通路を設け、冷却水を冷却管の内部冷却水通路から供給し、螺旋状冷却水通路を流れる際に鋳抜きピンを冷却する鋳造装置が知られている（特許文献１）。

特開２０１０−１５５２５４号公報

しかしながら、上記従来技術では、冷却媒体の流れの淀みを抑えて鋳抜きピンの表面温度を均一化することはできても、鋳造中における鋳抜きピン自体の温度が１サイクル毎にばらつくという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、鋳造中における鋳抜きピンの温度がサイクル毎にばらつくのを抑制できる鋳造装置及び鋳造方法を提供することである。

本発明は、鋳造型に鋳抜きピンを配置した状態で鋳造型内に形成されるキャビティに溶湯を供給して鋳造を行う鋳造装置において、一の鋳造サイクルの終期の所定時間における鋳抜きピンの温度を検出し、この検出された温度に応じて、次の鋳造サイクル中に鋳抜きピンに付与する冷却エネルギ量を制御することによって上記課題を解決する。

本発明によれば、鋳造サイクルの終期においては鋳抜きピンの温度が安定するので、この温度に応じて、次のサイクルにおいて鋳抜きピンに付与する冷却エネルギを制御することで、鋳造中における鋳抜きピンの温度がサイクル毎にばらつくのを抑制することができる。

本発明の一実施の形態に係る鋳造装置及び方法が適用されるライナレスシリンダブロックを示す斜視図である。 図１のII-II線に沿う断面図である。 本発明の一実施の形態に係る鋳造装置の主要な鋳造型を、図１のIII-III線に沿う方向で示す断面図である。 図３の鋳抜きピンの詳細と鋳造装置の鋳造型以外の主要な構成を示す図である。 図４Ａの鋳抜きピンを示す一部を破断した斜視図である。 図３及び図４の鋳造装置を用いた鋳造方法を示すタイムチャートである。 図４に示すコントローラに記憶される制御テーブルの一例を示す図である。 図３の鋳抜きピンの他例を示す図である。 図７Ａの鋳抜きピンと図３の鋳抜きピンをそれぞれ用いて鋳造を複数回行った場合の鋳抜きピンの温度を示すグラフである。 図３の鋳抜きピンのさらに他例を示す図である。 図３及び図４の鋳造装置を用いて鋳抜きピンに付与される冷却エネルギを制御した場合の鋳抜きピンの温度と、同じ装置を用いて鋳抜きピンに付与される冷却エネルギを制御しなかった場合の鋳抜きピンの温度を示すヒストグラムである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る鋳造装置及び方法が適用されるライナレスシリンダブロック４（以下、シリンダブロック４ともいう。）の一例を示す斜視図であり、図示する例は、自動車用Ｖ型６気筒エンジンのアルミ合金製のライナレスシリンダブロック４である。この鋳造製品としてのシリンダブロック４には、左右それぞれに３つずつのシリンダボア４１が設けられている。なお、本発明の鋳造装置及び鋳造方法は、鋳造製品の形態や仕様には特に限定されず、１サイクル毎の鋳造型自体の温度ばらつきによる鋳巣の発生を抑制する目的であれば、その用途は限定されない。ライナレスシリンダブロック４のシリンダボア４１にあっては、ライナが挿入されず鋳造面がシリンダボア４１の面となることから、鋳巣の発生は致命的な品質欠陥となる。以下、本発明の鋳造装置及び鋳造方法を、ライナレスシリンダブロック４のシリンダブロック４を成形するための鋳抜きピン３に特徴を有する実施形態にて説明する。

図２は、図１のII-II線に沿う断面図であり、シリンダブロック４のシリンダボア４１に相当する部位に鋳抜きピン３が位置するように鋳造型２が型締めされることを示している。図３は、図１のIII-III線に沿う断面図であり、鋳造型２の全体を示す断面図である。本実施形態の鋳造型２は、固定型２１と、これに対向して矢印Ｘ方向へ前進及び後退する可動型２２と、これら固定型２１及び可動型２２との間に設けられ、それぞれ矢印Ｚ方向へ前進及び後退する上型２３及び下型２４とから構成されている。そして、図２に示すように、固定型２１、可動型２２、上型２３及び下型２４を型締めした状態において、これらの鋳造型の内部にキャビティ２５が形成され、このキャビティ２５に図示しない注湯口から溶湯を射出し、一定圧力を一定時間印加したのち、可動型２２をＸ方向、上型２３及び下型２４をＺ方向へ後退させることで型開きし、その後に製品たるシリンダブロック４が離型される。このように、溶かしたアルミニウムなどの溶湯を高速・高圧で精密な鋳造型に注入し、瞬時に製品を鋳造する鋳造法は、プレッシャーダイカスト（ＰＤＣ）とも称されるアルミ鋳物の金型鋳造方法のひとつである。

なお、本実施形態のシリンダブロック４の形状により上型２３及び下型２４も共にＺ方向へ前進及び後退可能に構成したが、鋳造製品の形状によっては、つまり離型工程において鋳造製品が容易に離型できる場合には、その形状に応じて固定の鋳造型としてもよい。本実施形態では、可動型２２に鋳抜きピン３が固定されている。図３においては、Ｖ型６気筒エンジンの片側３気筒のシリンダボア４１を示しているため、３つの鋳抜きピン３のみが表されているが、実際の可動型２２にはシリンダボア４１の数に応じた数の鋳抜きピン３が固定されている。

固定型２１、可動型２２、上型２３及び下型２４の冷却構造については、従来公知の手段を採用することができるためその説明は省略する。以下、シリンダボア４１の内面の鋳巣の発生を抑制するための鋳抜きピン３の冷却構造について説明する。図４Ａは、図３の鋳抜きピン３の詳細と、鋳造装置１の鋳造型２以外の主要な構成を示す図、図４Ｂは、鋳抜きピン３の概要を示す一部破断した斜視図である。

本実施形態の鋳抜きピン３は、外筒３１と内筒３２とを有する。外筒３１は、底部を有し、頂部が開口され、側壁部が円筒形（片抜きを考慮して若干先細りとされた円筒形）とされた有底筒状に形成され、外面が鋳抜きピン３の外面を構成する。内筒３２は、外面に軸方向に対して等ピッチの螺旋溝３３が形成されるとともに、内部を軸方向に貫通する貫通孔３４が形成された中実状とされている。内筒３２は、図４Ｂに示すように外筒３１に挿入される。内筒３２の外面に形成された螺旋溝３３の一端（図４Ａでは上端、図４Ｂでは下端）は、４つの冷媒出口３７に連通し、螺旋溝３３の他端（図４Ａでは下端、図４Ｂでは上端）は、外筒３１の底部と内筒３２の先端部との間に設けられた空間３８に連通する。そして、内筒３２が外筒３１に挿入されと、螺旋溝３３と隣り合う螺旋溝３３との間の内筒の外面が、外筒３１の内面とほぼ接触し、これにより外筒３１の内面と内筒３２の螺旋溝３３との間に冷媒が流れる螺旋状流路３５が形成される。

一方、中実状の内筒３２の軸方向中心には、当該内筒３２を貫通する貫通孔３４が形成され、その先端（図４Ａでは下端、図４Ｂでは上端）が複数の通孔に分岐されている。図４Ｂに示す図では４つに分岐することが示されている。そして、この貫通孔３４の先端は、上述した外筒３１の底部と内筒３２の先端部との間に設けられた空間３８に連通する。また、貫通孔３４の基端（図４Ａでは上端、図４Ｂでは下端）は、内筒３２の冷媒入口３６に連通する。以上の外筒３１及び内筒３２の構成により、冷媒入口３６から冷媒を供給すると、この冷媒は、貫通孔３４を流下して先端で複数に分岐してから空間３８に至る。そしてこの冷媒は、ここから螺旋溝３３で構成される螺旋状流路３５の先端から螺旋状流路３５を螺旋状に流れ、この際に外筒３１を冷却する。螺旋状流路３５の基端に至った冷媒は、冷媒出口３７から鋳抜きピン３の外部へ流出する。

なお、図示する実施形態の鋳抜きピン３では、貫通孔３４の基端を冷媒入口３６とし、螺旋状流路３５の基端を冷媒出口３７として、外筒３１を冷却する冷媒を鋳抜きピン３の先端から基端に向かって流す構成としているが、これとは逆に、螺旋状流路３５の基端を冷媒入口３６とし、貫通孔３４の基端を冷媒出口３７として、外筒３１を冷却する冷媒を鋳抜きピン３の基端から先端に向かって流す構成としてもよい。ただし、前者の構成（冷媒を鋳抜きピン３の先端から基端に向かって流す構成）では、鋳抜きピン３の先端側の冷却能力が基端側の冷却能力に比べて高く、後者の構成（冷媒を鋳抜きピン３の基端から先端に向かって流す構成）では、鋳抜きピン３の基端側の冷却能力が先端側の冷却能力に比べて高くなる。したがって、目的とする鋳造製品及び鋳造型構造に応じて適宜選択するのが望ましい。図３に示す本実施形態の鋳造型構造では、鋳造中において鋳抜きピン３の先端側の温度が基端側の温度より高くなるので、前者の構成を採用する。

鋳抜きピン３の他例として、図７Ａ及び図７Ｃに例示するものが挙げられる。図７Ａに示す鋳抜きピン３の実施形態では、内筒３２の外面に形成される螺旋溝３３の軸方向のピッチを等ピッチとはせず、これに代えて、先端側のピッチを基端側のピッチより小さく（狭く）設定している。なお、これ以外の構成は図４Ａに示す鋳抜きピン３の構成を同じであるため、対応する構成に同一符号を付し、その説明を省略する。図示する例では、先端側の２つの螺旋溝３３のピッチが基端側の３つの螺旋溝３３のピッチより狭く形成されている。こうすることで、外筒３１に接触する冷媒の面積が先端側の方が大きくなるので、鋳抜きピン３の先端側の冷却能力を基端側の冷却能力よりも大きくすることができ、鋳抜きピン３の軸方向に沿う温度勾配を極力ゼロに近づけることができる。なお、螺旋溝３３のピッチを狭くする場合に、基端側から先端側に向かって徐々に狭くしてもよい。

また図示は省略するが、図７Ａに示す螺旋溝３３のピッチの設定に代えて、鋳抜きピン３の先端側の螺旋溝３３の断面積を、基端側の螺旋溝３３の断面積より大きく設定してもよい。こうしても、外筒３１に接触する冷媒の面積が先端側の方が大きくなるので、鋳抜きピン３の先端側の冷却能力を基端側の冷却能力よりも大きくすることができ、鋳抜きピン３の軸方向に沿う温度勾配を極力ゼロに近づけることができる。なお、螺旋溝３３の断面積を大きくする場合に、基端側から先端側に向かって徐々に大きくしてもよい。

図７Ｂは、図４Ａに示す鋳抜きピン３（螺旋溝３３が等ピッチ）と、図７Ａに示す鋳抜きピン３（螺旋溝３３のピッチが先端側ほど狭い）を用いて同じ条件でシリンダブロック４を鋳造成形をした場合（サンプル数Ｎ＝１２）の鋳抜きピン３の温度を同じ条件で測定した結果を示すグラフである。この結果から、図７Ａに示すように螺旋溝３３のピッチを先端側ほど狭くすると、等ピッチで形成したものに比べて２０deg前後低くなることが確認された。したがって、図７Ａに示す構成を採用すれば、後述する冷却制御器１２による冷却エネルギの省エネを図ることができる一方、鋳造工程の冷却時間を短縮することができる。

図７Ｃに示す鋳抜きピン３の実施形態では、内筒３２の外面に形成する螺旋溝３３を二重螺旋溝３３Ａ，３３Ｂとし、内筒３２の中央に形成する貫通孔３４を省略する。この場合の二重螺旋溝のうちの一方３３Ａの基端が冷媒入口３６とされ、他方３３Ｂの先端が冷媒出口３７とされる。二重螺旋溝の一方３３Ａの先端と、他方３３Ｂの基端は、内筒３２の先端（図７Ｃの下端）で連結される。これにより、冷媒入口３６から流入した冷媒は、二重螺旋溝の一方３３Ａを矢印で示すように先端に向かって流れ、内筒３２の先端において二重螺旋溝の他方３３Ｂに至ったのち、当該他方３３Ｂを内筒３２の基端に向かって流れ、冷媒出口３７から外部へ流出する。このような二重螺旋溝３３Ａ，３３Ｂによる螺旋状流路３５とすることで、冷媒の往路においても復路においても外筒３１に対して冷却エネルギを付与することができ、効率的になる。なお、これ以外の構成は図４Ａに示す鋳抜きピン３の構成を同じであるため、対応する構成に同一符号を付し、その説明を省略する。

図４Ａに戻り、本実施形態の鋳造装置１は、一の鋳造サイクルの終期の所定時間における鋳抜きピン３の温度を検出する温度検出器１１と、鋳抜きピン３に冷却エネルギを付与するとともに、温度検出器１１により検出された検出温度に応じて、次の鋳造サイクル中に鋳抜きピン３に付与する冷却エネルギ量を制御する冷却制御器１２と、を備える。

温度検出器１１は、図４Ａに示すように熱電対などの温度センサで構成され、外筒３１の温度を検出するために当該外筒３１及び内筒３２に挿入されている。そして、温度検出器１１の検出信号は、一の鋳造サイクルの終期の所定時間において制御器１７により読み込まれる。この所定時間については、図５（Ａ）に示す鋳造工程の第Ｎサイクルにおいて、加圧を終了した時ｔ_２から次の第（Ｎ＋１）サイクルが開始される時ｔ_０までの間であればよく、減圧を終了した時ｔ_３から後述するパージを終了した時ｔ_４の間であればより好ましい。この所定時間の選択は、鋳抜きピン３の温度が安定する期間であることが好ましいので、鋳抜きピン３の温度プロファイルを示す図５（Ｄ）によれば、鋳抜きピン３の温度の変化率が小さい時間ｔ_２〜ｔ_４又は時間ｔ_３〜ｔ_４の間が好ましいといえる。

冷却制御器１２は、鋳抜きピン３の表面近傍に冷媒を循環させる冷媒配管（循環系統）１３、冷媒タンク１３１及び循環ポンプ１４と、鋳抜きピン３に供給される冷媒の温度を調節する温度調節器１５と、鋳抜きピン３に供給される冷媒の流量及び供給時間を調節する流量調節器１６と、冷媒配管１３の途中に設けられた電気制御式三方弁１３２と、この電気制御式三方弁１３２の一端に接続されてエアーを供給するエアポンプ１９と、循環ポンプ１４、温度調節器１５、流量調節器１６、電気制御式三方弁１３２及びエアポンプ１９を制御する制御器１７と、を含んで構成されている。

冷媒配管１３は、鋳抜きピン３の冷媒入口３６と冷媒出口３７との間に設けられ、途中に冷媒タンク１３１が設けられている。そして、冷媒タンク１３１に貯留された冷媒は、循環ポンプ１４で吸引されて冷媒入口３６へ導かれ、上述した鋳抜きピン３の螺旋状流路３５を経たのち冷媒出口３７から冷媒タンク１３１へ戻される。本実施形態の冷媒としては、水などを用いることができる。なお、本実施形態では、上述するように冷媒配管１３のエアパージを実施するために冷媒タンク１３１が設けられているが、エアパージを実施しない場合には冷媒タンク１３１を省略することもできる。

温度調節器１５は、空冷又は水冷の熱交換式温度調節器などを用いることができ、制御器１７からの指令信号により冷媒を所望の温度に調節する。なお、冷媒配管１３が充分に長い場合や鋳造サイクルのインターバルが充分長い場合などのように、冷媒が自然冷却する場合などには、温度調節器１５を省略することができる。

流量調節器１６は、流量調節弁などを用いることができ、制御器１７からの指令信号により冷媒の流量を調節する。なお、冷媒の供給及び停止は循環ポンプ１４のＯＮ／ＯＦＦにより制御することもできるし、流量調節器１６の流量をゼロ（流量調節弁の開度を全閉）にすることにより制御することもできる。したがって、冷媒の供給及び停止、すなわち冷媒の供給時間は、循環ポンプ１４又は流量調節器１６により制御することができる。

電気制御式三方弁１３２は、鋳造成形を実施中は冷媒を鋳抜きピン３に供給するように弁を切り換える一方、鋳造成形を終了して次のサイクルの鋳造成形を開始するまでの間に鋳抜きピン３の螺旋状流路３５をパージするために、エアーをエアポンプ１９から鋳抜きピン３の冷媒入口３６に供給するように弁を切り換える。すなわち、鋳造成形を実施中は、エアポンプ１９側の弁が閉じ、冷媒配管１３側の弁が開く一方、パージ中は、冷媒配管１３の流量調節器１６側の弁が閉じ、エアポンプ１９側の弁が開くように、制御器１７からの指令信号により動作する。本実施例のパージは、鋳抜きピン３の螺旋状流路３５内に異物が溜まるのを防止するために各サイクルの終期に実行されるが、複数サイクル毎に実行してもよいし、冷媒配管１３に異物を除去するためのフィルタなどを設置することでパージ自体を省略してもよい。なお、本実施形態ではエアーを用いてパージを実行するが、パージ媒体はエアーに限定されず、適当な洗浄液であってもよい。

制御器１７は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ及びＨＤＤなどを備えるコンピュータにより構成され、鋳造装置１の鋳造制御器１８からの動作信号を入力し、鋳造装置１の動作に同期して冷媒の供給制御を実行する。ＨＤＤなどの記憶部には、予め実験やコンピュータシミュレーションにより取得された制御テーブルが記憶され、温度検出器１１により検出された鋳抜きピン３の検出温度に応じて、次の鋳造サイクル中に鋳抜きピン３に付与する冷却エネルギ量を制御するために冷却制御器１２、具体的には循環ポンプ１４、温度調節器１５、流量調節器１６、電気制御式三方弁１３２及びエアポンプ１９に制御信号を出力する。図６は、制御器１７のＨＤＤに記憶される制御テーブルの一例を示す図である。図示する制御テーブルは、冷媒の供給時間を制御する場合の例を示すものであり、狙い値（基準温度）に対して温度検出器１１による検出温度が高温側に＋α_１〜＋α_５℃、低温側に−α_１〜−α_５℃変動した場合に、それぞれ冷媒の供給時間を、前回サイクルにおける冷媒の供給時間に対して＋β_１〜＋β_５秒、−β_１〜−β_５秒加算することを示している。この冷媒の供給時間に代えて又はこれに加えて、冷媒の供給量を同様に制御するための制御テーブルを記憶してもよい。また、これらに加えて、冷媒の温度を同様に制御するための制御テーブルを記憶してもよい。

制御器１７が実行する、温度検出器１１により検出された鋳抜きピン３の検出温度に応じて、次の鋳造サイクル中に鋳抜きピン３に付与する冷却エネルギ量の制御は、検出温度が基準温度より高いほど、冷媒の供給時間が長くなるか及び／又は冷媒の流量が多くなるように、循環ポンプ１４又は流量調節器１６を制御する。また、検出温度が基準温度より低いほど、冷媒の供給時間が短くなるか及び／又は冷媒の流量が少なくなるように、循環ポンプ１４又は流量調節器１６を制御する。さらに、制御器１７により温度調節器１５を制御して冷媒の温度も調節する場合には、検出温度が基準温度より高いほど冷媒の温度が低くなるように温度調節器１５を制御し、検出温度が基準温度より低いほど冷媒の温度が高くなるように温度調節器１５を制御する。

次に動作を説明する。図５は本実施形態の鋳造装置１を用いた鋳造方法を示すタイムチャートであり、第Ｎサイクルと第（Ｎ＋１）サイクルの２サイクルのみを示している。前後のサイクルはこれの繰り返しとなるので省略する。図５（Ａ）は鋳造装置１による鋳造成形の各工程を示し、図３に示すように型締めされた鋳造型２のキャビティ２５に、時間ｔ_０〜ｔ_１においてアルミニウム合金などの溶湯が注入される。時間ｔ_１においてキャビティ２５内への溶湯の充填が完了すると射出圧を上げ、所定圧で所定時間ｔ_１〜ｔ_２だけ加圧する。そして、時間ｔ_２において加圧を終了して時間ｔ_３まで減圧し、時間ｔ_３以降において鋳造型２を冷却及び型開きし鋳造製品を離型する（時間ｔ_３〜ｔ_４）。次の第（Ｎ＋１）サイクルにおいてもこれを繰り返す。

以上の鋳造成形サイクルにおいて、本実施形態の鋳造装置１は、鋳抜きピン３に冷却エネルギを付与するために以下の制御を実行する。図５（Ｂ）は、鋳抜きピン３の螺旋状流路３５に供給される冷媒の流量Ｑを示すタイムチャート、図５（Ｃ）は、鋳抜きピン３の螺旋状流路３５に供給される冷媒の温度Ｔｃを示すタイムチャート、図５（Ｄ）は温度検出器１１により検出された鋳抜きピン３の検出温度Ｔｍのプロファイルを示すタイムチャートである。第Ｎサイクルの鋳造成形を実施する前に、いわゆる工程の立ち上がり時の捨て打ち鋳造成形がされ、この捨て打ち鋳造成形時に検出された検出温度Ｔｍに基づいて、第Ｎサイクルの冷媒の供給時間、冷媒流量及び冷媒温度が定められているものとする。

制御器１７は、第Ｎサイクルの時間ｔ_０〜ｔ_１においてアルミニウム合金などの溶湯が注入されるまでの間は、循環ポンプ１４を停止するか流量調節器１６の流量をゼロに設定することで、鋳抜きピン３への冷媒の供給を停止する。また電気制御式三方弁１３２は冷媒が鋳抜きピン３の冷媒入口３６に供給されるように設定され、エアポンプ１９は停止状態とする。

制御器１７は、時間ｔ_１においてキャビティ２５内への溶湯の充填が完了したことを鋳造制御器１８から受信すると同時に、循環ポンプ１４を作動するか流量調節器１６の流量を所定値に設定することで、鋳抜きピン３への冷媒の供給を開始する。このときの冷媒の供給時間及び流量並びに冷媒の温度は、上述したとおり前回のサイクルで検出された鋳抜きピン３の検出温度Ｔｍに基づいて設定されているので、制御器１７はそれに応じた制御信号を循環ポンプ１４、温度調節器１５、流量調節器１６へ出力する。図５（Ｂ）に示す例では、冷媒の供給時間が、加圧工程の時間と同じｔ_１〜ｔ_２とされているものとする。

制御器は、冷媒の供給時間がタイムアップしたことを判断したら（時間ｔ_２）、再び循環ポンプ１４を停止するか流量調節器１６の流量をゼロに設定することで、鋳抜きピン３への冷媒の供給を停止する。この時間、鋳造型２においては、加圧を終了して時間ｔ_３まで減圧する。減圧を終了した時間ｔ_３において、温度検出器１１により鋳抜きピン３の温度を測定する。なお、上述したとおり鋳抜きピン３の温度検出のタイミングは、この時間ｔ_３に限定されず、時間ｔ_４であってもよい。ここで図５（Ｄ）に示すように検出温度がＴ_ｍ１（＞基準温度Ｔ_０）であったとする。

制御器１７は、温度検出器１１により検出された検出温度と基準温度とを比較しその差を演算する。そして、図６に示す制御テーブルを参照し、その演算された温度差に相当する冷媒の供給時間の加算値を求める。鋳造型２を型開きし鋳造製品を離型している間ｔ_３〜ｔ_４の時間に、制御器１７は、電気制御式三方弁１３２に制御信号を出力し、冷媒配管１３の流量調節器１６側の弁を閉じ、エアポンプ１９側の弁を開く。また、制御器１７からエアポンプ１９へ制御信号を出力し、当該エアポンプ１９を動作させる。これにより、電気制御式三方弁１３２から冷媒入口３６、螺旋状流路３５、冷媒出口３７及び冷媒タンク１３１までの冷媒配管１３に充填されている冷媒が冷媒タンク１３１に排出され、この管の流路がエアーにより洗浄される。このエアパージが終了したら、制御器１７は、電気制御式三方弁１３２に制御信号を出力し、冷媒配管１３の流量調節器１６側の弁を開き、エアポンプ１９側の弁を閉じる。また、制御器１７からエアポンプ１９へ制御信号を出力し、当該エアポンプ１９を停止させる。

次の第（Ｎ＋１）サイクルにおいて、制御器１７は、時間ｔ_１においてキャビティ２５内への溶湯の充填が完了したことを鋳造制御器１８から受信すると同時に、循環ポンプ１４を作動するか流量調節器１６の流量を所定値に設定することで、鋳抜きピン３への冷媒の供給を開始する。このときの冷媒の供給時間及び流量並びに冷媒の温度は、前の第Ｎサイクルの時間ｔ_３で検出された鋳抜きピン３の温度Ｔ_ｍ１に基づいて設定されているので、制御器１７はそれに応じた制御信号を循環ポンプ１４、温度調節器１５、流量調節器１６へ出力する。図５（Ｂ）に示す第（Ｎ＋１）サイクルの例では、冷媒の供給時間の補正範囲を一点鎖線で示し、冷媒の流量の補正範囲を点線で示す。また図５（Ｃ）の冷媒温度の補正範囲を点線で示す。上述したとおり、第Ｎサイクルにて検出された検出温度Ｔ_ｍ１は基準値Ｔ_０より高いので、第（Ｎ＋１）サイクルにおける冷媒の供給時間は相対的に短く、冷媒の流量は相対的に多く、冷媒の温度は相対的に低温に設定される。なお、これら冷媒の供給時間及び流量並びに冷媒の温度は、いずれか一つを制御してもよいし、少なくとも２つを組み合わせて制御してもよい。

以上の制御により、図５（Ｄ）の第（Ｎ＋１）サイクルの温度プロファイルに示されるように、時間ｔ_３における鋳抜きピン３の温度Ｔｍは基準温度Ｔ_０に近づくことになる。図８の右図は、本実施形態の鋳造装置１を用いて鋳抜きピン３に付与される冷却エネルギを上述した手順で制御した場合の鋳抜きピン３の温度（縦軸）を示すヒストグラム、図８の左図は、同じ鋳造装置１を用いて鋳抜きピン３に付与される冷却エネルギを上述した手順で制御しなかった場合の鋳抜きピンの温度を示すヒストグラムである。同図においてｎはサンプル数、Ｘ_ｂａｒは平均値、ｓは標準偏差をそれぞれ示す。同図の右図に示すように、本実施形態の冷却エネルギ制御を実行すると、実行しない場合に比べて標準偏差が六分の一になり、鋳抜きピン３の温度がサイクル毎にばらつくことを有効に抑制していることが確認された。

以上のとおり、本実施形態の鋳造装置及び鋳造方法によれば、鋳抜きピン３の温度が相対的に安定する鋳造サイクルの終期ｔ_２〜ｔ_４において検出した温度に応じて、次のサイクルにおいて鋳抜きピン３に付与する冷却エネルギを制御するので、鋳造中における鋳抜きピン３の温度がサイクル毎にばらつくのを抑制することができる。

また本実施形態の鋳造装置及び鋳造方法によれば、冷媒の供給時間及び／又は流量を制御するので、冷媒温度に比べて相対的に応答性や精度が高く、より一層、鋳造中における鋳抜きピン３の温度がサイクル毎にばらつくのを抑制することができる。

また本実施形態の鋳造装置及び鋳造方法によれば、冷媒の温度についても制御するので補正量が大きく、冷媒の供給時間や流量だけでは制御できない場合には特に有効である。

また本実施形態の鋳造装置及び鋳造方法によれば、鋳抜きピン３への冷媒の供給を終了したら鋳抜きピン３の螺旋状流路３５に充填されている冷媒をパージするので、螺旋状流路３５に異物が詰まったりして冷媒の循環を阻害するのを防止することができる。特にこうした冷媒のパージは、鋳造成形の離型工程において併行して行われるので、製造時間が長くなることもない。

また本実施形態の鋳造装置及び鋳造方法によれば、鋳抜きピン３が外筒３１と内筒３２から構成され、特に外筒３１ではなく内筒３２の外面に螺旋溝３３が形成されているので、精密な機械加工の作業性が高まり、また低コストで鋳抜きピン３を作製することができる。

また本実施形態の鋳造装置及び鋳造方法によれば、鋳抜きピン３の内筒３２の外面に二重螺旋溝３３Ａ，３３Ｂを形成すると、冷媒の往路においても復路においても外筒３１に対して冷却エネルギを付与することができるので、冷却効率が高くなる。

また本実施形態の鋳造装置及び鋳造方法によれば、鋳抜きピン３の内筒３２の外面に形成される螺旋溝３３の軸方向のピッチを、先端側のピッチを基端側のピッチより小さく（狭く）設定することで、鋳抜きピン３の温度勾配が小さくなり、冷却エネルギの省エネを図ることができる一方、鋳造工程の冷却時間を短縮することができる。

１…鋳造装置
１１…温度検出器
１２…冷却制御器
１３…冷媒配管（循環系統）
１３１…冷媒タンク（循環系統）
１３２…三方弁
１４…循環ポンプ（循環系統）
１５…温度調節器
１６…流量調節器
１７…制御器
１８…鋳造制御器
１９…エアポンプ
２…鋳造型
２１…固定型
２２…可動型
２３…上型
２４…下型
２５…キャビティ
３…鋳抜きピン
３１…外筒
３２…内筒
３３…螺旋溝
３４…貫通孔
３５…螺旋状流路
３６…冷媒入口
３７…冷媒出口
３８…空間
３９…二重螺旋溝
４…ライナレスシリンダブロック
４１…シリンダボア

本発明は、鋳造型に鋳抜きピンを配置した状態で鋳造型内に形成されるキャビティに溶湯を供給して鋳造を行う鋳造装置において、一の鋳造サイクルの終期の所定時間における鋳抜きピンの温度を検出し、この検出された温度に応じて、次の鋳造サイクル中における鋳抜きピンの冷却を制御することによって上記課題を解決する。

本発明によれば、鋳造サイクルの終期においては鋳抜きピンの温度が安定するので、この温度に応じて、次のサイクルにおける鋳抜きピンの冷却を制御することで、鋳造中における鋳抜きピンの温度がサイクル毎にばらつくのを抑制することができる。

Claims (12)

1. 鋳造型に鋳抜きピンを配置した状態で、前記鋳造型の内部に形成されるキャビティに溶湯を供給して鋳造を行う鋳造装置において、
   一の鋳造サイクルの終期の所定時間における前記鋳抜きピンの温度を検出する温度検出器と、
   前記鋳抜きピンに冷却エネルギを付与するとともに、前記温度検出器により検出された検出温度に応じて、次の鋳造サイクル中に前記鋳抜きピンに付与する冷却エネルギ量を制御する冷却制御器と、を備える鋳造装置。
2. 前記冷却制御器は、
   前記鋳抜きピンの表面近傍に冷媒を循環する循環系統と、
   前記鋳抜きピンに供給される冷媒の流量及び供給時間を調節する流量調節器と、
   前記検出温度に応じて、前記流量調節器を制御して前記冷媒の流量又は供給時間を制御する制御器と、を含む請求項１に記載の鋳造装置。
3. 前記制御器は、
   前記検出温度が基準温度より高いほど、前記冷媒の供給時間が長くなるか及び／又は前記冷媒の流量が多くなるように、及び、
   前記検出温度が基準温度より低いほど、前記冷媒の供給時間が短くなるか及び／又は前記冷媒の流量が少なくなるように、
   前記流量調節器を制御する請求項２に記載の鋳造装置。
4. 前記冷却制御器は、前記鋳抜きピンに供給される冷媒の温度を調節する温度調節器をさらに含み、
   前記制御器は、前記検出温度に応じて前記温度調節器を制御し、前記鋳造サイクル中に前記鋳抜きピンに付与する冷却エネルギ量を制御する請求項２又は３に記載の鋳造装置。
5. 前記冷却制御器は、前記一の鋳造を終了してから次の鋳造サイクルが開始されるまでの間に、前記循環系統に充填されている冷媒をパージする請求項２〜４のいずれか一項に記載の鋳造装置。
6. 前記鋳抜きピンは、
   有底筒状に形成され、外面が前記鋳抜きピンの外面を構成する外筒と、
   外面に螺旋溝が形成されるとともに、内部を軸方向に貫通する貫通孔が形成された中実状の内筒と、を有し、
   前記内筒が前記外筒に挿入されることにより、前記外筒の内面と前記内筒の螺旋溝との間に冷媒が流れる螺旋状流路が形成されるとともに、当該螺旋状流路の一端と前記貫通孔の一端とが連通され、
   前記貫通孔の他端が、前記冷媒の入口又は出口の一方とされ、前記螺旋状流路の他端が、前記冷媒の入口又は出口の他方とされている請求項１〜５のいずれか一項に記載の鋳造装置。
7. 前記鋳抜きピンは、
   有底筒状に形成され、外面が前記鋳抜きピンの外面を構成する外筒と、
   先端で連結する二重螺旋溝が外面に形成された、中実状の内筒と、を有し、
   前記内筒が前記外筒に挿入されることにより、前記外筒の内面と前記内筒の二重螺旋溝との間に冷媒が流れる螺旋状流路が形成され、
   前記螺旋状流路の一端が、前記冷媒の入口又は出口の一方とされ、前記螺旋状流路の他端が、前記冷媒の入口又は出口の他方とされている請求項１〜５のいずれか一項に記載の鋳造装置。
8. 前記鋳抜きピンの先端側ほど、前記螺旋状流路の軸方向の間隔が狭く又は前記螺旋状流路の断面積が大きく設定されている請求項６又は７に記載の鋳造装置。
9. 鋳造型に鋳抜きピンを配置した状態で、前記鋳造型の内部に形成されるキャビティに溶湯を供給して鋳造を行う鋳造方法において、
   一の鋳造サイクルの終期の所定時間における前記鋳抜きピンの温度を検出する工程と、
   前記鋳抜きピンに冷却エネルギを付与するとともに、前記鋳抜きピンの温度を検出する工程で検出された検出温度に応じて、次の鋳造サイクル中に前記鋳抜きピンに付与する冷却エネルギ量を制御する工程と、を含む鋳造方法。
10. 前記冷却エネルギ量を制御する工程は、
    前記検出温度が基準温度より高いほど、前記鋳抜きピンに供給される冷媒の供給時間が長くなるか及び／又は前記冷媒の流量が多くなるように、及び、
    前記検出温度が基準温度より低いほど、前記冷媒の供給時間が短くなるか及び／又は前記冷媒の流量が少なくなるように、
    制御する請求項９に記載の鋳造方法。
11. 前記冷却エネルギ量を制御する工程は、前記鋳抜きピンに供給される冷媒の温度を調節する工程を含み、
    前記検出温度に応じて、前記鋳造サイクル中に前記鋳抜きピンに供給される冷媒の温度を調節する請求項９又は１０に記載の鋳造方法。
12. 前記一の鋳造を終了してから次の鋳造サイクルが開始されるまでの間に、前記鋳抜きピンに供給される冷媒をパージする工程をさらに含む請求項９〜１１のいずれか一項に記載の鋳造方法。

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