JP2007253168A - 竪型鋳造装置及び竪型鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶湯へのガスの巻き込みが発生しないように溶湯の鋳込速度を制御しつつ、全体としては高速に鋳込むことを可能とした竪型鋳造装置を提供すること。
【解決手段】金型キャビティ１０を形成することができる下側の固定金型１及び上側の可動金型２と、金型キャビティ１０内へ溶湯を下方から鋳込みストーク４３を通じて供給充填する手段であって、装置本体と装脱着することができる１回の鋳込みに必要な溶湯を収容可能な容量の加圧注湯鍋７を有した鋳込手段と、固定金型１に形成された、鋳込みストーク４３と連通する溶湯流入ゲート１１と、溶湯流入ゲート１１を塞ぐ閉塞手段１３とを備えた装置であって、鋳込み手段が、加圧注湯鍋７へ加圧ガスを導入するための、ガスシリンダー２７及びピストン２８を有した加圧ガス導入手段を備え、ピストン速度を制御することにより、溶湯の金型キャビティ１０内への充填速度を制御するよう構成された竪型鋳造装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、アルミニウム合金等の鋳造品を鋳造することができる、金型キャビティ内へ溶湯を下方から充填する竪型鋳造装置、特にガス加圧注湯鍋を用いて金型キャビティ内へ溶湯を下方から供給充填する竪型鋳造装置や、それを用いた竪型鋳造方法に関する。

従来より、軽合金製品等の鋳造品、特に強度が必要とされる部品等を鋳造する場合、溶湯鋳込時におけるガスの巻込みを防止するために、竪型鋳造装置が使用されている。そして、本発明者は、加圧ガス注湯鍋を有する鋳込み手段を用いた装置及びかかる装置を用いた方法を提案している（特許文献１参照。）。

上記装置及びかかる装置を用いた方法は、他の従来の方法に比べ品質の高い鋳造品を容易に製造することができるものの、加圧ガスの制御を圧力制御弁を用いて行っているためその制御が非常に困難であり、鋳込み速度を所望の速度に制御することができず、噴流の発生により、溶湯へのガスの巻き込みが問題となる場合があった。また、加圧プランジャー等を摺動するための隙間やガス通路等に溶湯が入り込み、装置トラブルの発生の原因となっていた。
ＰＣＴ／ＪＰ２００５／８８７４

本発明の課題は、溶湯へのガスの巻き込みが発生しないように溶湯の鋳込速度を制御しつつ、全体としては高速に鋳込むことを可能とした竪型鋳造装置、及びかかる竪型鋳造装置を用いた竪型鋳造方法を提供することにある。

高品質の鋳造品、特に薄肉で大型の鋳造品を鋳造する竪型鋳造装置を用いた鋳造においては、鋳込み段階での溶湯の冷却凝固を回避するため、溶湯を短時間で高速に金型キャビティ内に充填する必要があるが、噴流の発生により、上記のように、溶湯がガスを巻き込み、不良品が発生する場合があった。本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、溶湯の先湯が通過面積の狭い溶湯流入ゲートを通過するときの通過速度が速すぎると、噴流となって、金型キャビティ内に残存するガスを溶湯が巻き込み、これが原因で不良品の発生が生じているとの知見を得た。

本発明者らは、従来の圧力制御弁を用いて、溶湯が溶湯流入ゲートを通過するときに鋳込速度を一時的に下げて鋳込みを行うことを試みたが、微妙な制御は極めて困難であり、また、全体の鋳込み速度が極端に遅くなる等の問題が生じていた。

本発明者らは、さらに鋭意研究した結果、ガスシリンダー及びピストンを備えた鋳込み手段を用いてピストン速度を制御して鋳込速度の調整を行うことにより、極めて正確に溶湯の鋳込み速度の制御を行うことができ、これにより、溶湯が溶湯流入ゲートを通過するときに鋳込速度を一時的に下げることによって、全体的な鋳込速度を実質的に低下させることなく、ガス巻き込みのない高品質の鋳造品を製造することができ、さらには、装置トラブルの発生も防止できることを見い出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、（１）金型キャビティを形成することができる下側の固定金型及び上側の可動金型と、前記金型キャビティ内へ溶湯を下方から鋳込みストークを通じて供給充填する手段であって、装置本体と装脱着することができる１回の鋳込みに必要な溶湯を収容可能な容量のガス加圧注湯鍋を有した鋳込手段と、前記固定金型に形成された、前記鋳込みストークと連通する溶湯流入ゲートと、前記溶湯流入ゲートを塞ぐ閉塞手段とを備えた竪型鋳造装置であって、前記鋳込み手段が、加圧注湯鍋へ加圧ガスを導入するための、ガスシリンダー及びピストンを有した加圧ガス導入手段を備え、ピストン速度を制御することにより、溶湯の金型キャビティ内への充填速度を制御するよう構成されたことを特徴とする竪型鋳造装置や、（２）ガス導入手段が、さらに蓄圧タンクを有していることを特徴とする上記（１）に記載の竪型鋳造装置に関する。

また本発明は、（３）金型キャビティ内のガスを排出する排気手段を備え、該排気手段は、ガスシリンダー及びピストンを有して、該ピストン速度を制御することにより、金型キャビティ内のガス排出速度を制御するよう構成されたことを特徴とする上記（１）に記載の竪型鋳造装置や、（４）ガス導入手段及び／又は排気手段のピストンが、プログラム制御されたパルスモーターにより駆動されることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の竪型鋳造装置や、（５）固定金型及び可動金型の境界部に、金型キャビティを包囲する、金型キャビティに連通した周囲ガス通路が設けられていることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の竪型鋳造装置に関する。

さらに本発明は、（６）閉塞された金型キャビティ内の溶湯を加圧する加圧手段を備えていることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の竪型鋳造装置や、（７）上記（１）〜（６）のいずれかに記載の竪型鋳造装置を用いた鋳造方法であって、溶湯の先湯が円形ゲート通過する時に鋳込速度が最も低くなるよう制御して溶湯を鋳込むことを特徴とする竪型鋳造方法や、（８）鋳込み終了時のガス注湯鍋内の圧力が１ｋｇ／ｃｍ^２以上となるよう制御して溶湯を鋳込むことを特徴とする上記（７）に記載の竪型鋳造方法に関する。

本発明の竪型鋳造装置及び竪型鋳造方法によれば、溶湯へのガスの巻き込みが発生しないように溶湯の鋳込速度を制御しつつ、全体としては高速に鋳込むことができ、高品質の鋳造品を確実に鋳造することのできる竪型鋳造装置及び該竪型鋳造装置を用いる竪型鋳造方法を提供することができる。

本発明の竪型鋳造装置としては、金型キャビティを形成することができる下側の固定金型及び上側の可動金型と、前記金型キャビティ内へ溶湯を下方から鋳込みストークを通じて供給充填する手段であって、装置本体と装脱着することができる１回の鋳込みに必要な溶湯を収容可能な容量のガス加圧注湯鍋を有した鋳込手段と、前記固定金型に形成された、前記鋳込みストークと連通する溶湯流入ゲートと、前記溶湯流入ゲートを塞ぐ閉塞手段とを備えた竪型鋳造装置であって、前記鋳込み手段が、加圧注湯鍋へ加圧ガスを導入するための、ガスシリンダー及びピストンを有した加圧ガス導入手段を備え、ピストン速度を制御することにより、溶湯の金型キャビティ内への充填速度を制御するよう構成された装置であれば特に制限されるものではなく、本発明の竪型鋳造装置によれば、ガスシリンダー及びピストンを有したガス導入手段を用いて、加圧ガスを正確に制御して溶湯の鋳込み速度を制御し、通過面積の狭い溶湯流入ゲートを通過するときに一時的に溶湯速度を低下させて噴流の発生を防止すると共に、鋳込み速度を上げても問題のないところでは鋳込み速度を上げて、全体として高速に鋳込むことができ、高品質の鋳造品をより確実に製造することができる。本発明の竪型鋳造装置は、鋳造品の形状等の点から狭い溶湯流入ゲートを通じて鋳造することが必要な場合に特に有用である。

本発明の竪型鋳造装置においては、上記のように、ガスシリンダー及びピストンを有したガス導入手段が用いられ、ピストン速度を制御することにより、溶湯の金型キャビティ内への充填速度を制御できるよう構成されているが、前記ピストンは、プログラム制御されたパルスモーターにより駆動されることが好ましい。すなわち、パルスモーターにより駆動されるスクリュー軸によりピストンの進退を精度よく制御することができる。

また、本発明の竪型鋳造装置におけるガス導入手段は、さらに蓄圧タンク（アキュムレータ）を有していることが好ましい。これにより、瞬時に加圧を行うことが可能となり、上記ピストン機構と組み合わせることにより、より短時間にかつ制御して溶湯を鋳込むことができる。

さらに、本発明の竪型鋳造装置は、金型キャビティ内のガスを排出する排気手段を備え、該排気手段は、ガスシリンダー及びピストンを有して、該ピストン速度を制御することにより、金型キャビティ内のガス排出速度を制御できるよう構成されていることが好ましい。これにより、従来の排気速度の制御されない真空ポンプによる真空吸引とは異なり、金型キャビティ内のガスを制御よく排出することができ、鋳込み時にもこの排気速度を精度よく制御することができるので、より正確に鋳込み速度を制御することができる。この排気手段におけるピストンもガス導入手段同様、プログラム制御されたパルスモーターにより駆動されることが好ましく、パルスモーターにより駆動されるスクリュー軸によりピストンの進退を精度よく制御することができる。

また、本発明の竪型鋳造装置においては、固定金型及び可動金型の境界部に、金型キャビティを包囲する、金型キャビティに連通した周囲ガス通路が設けられていることが好ましい。固定金型及び可動金型の境界部とは、文字通り、固定金型及び可動金型の境界部の他、例えば、固定金型に固定された横金型及び可動金型の境界部等のように、上下移動しない金型及び上下移動する金型の境界部を含む。

周囲ガス通路としては、例えば、上下移動しない金型及び／又は上下移動する金型（可動金型及び／又は固定金型）に設けられた溝を挙げることができる。かかる溝としては、例えば、幅１０〜１５ｍｍ、深さ３〜５ｍｍ程度の溝を例示することができる。また、この周囲ガス通路は、例えば、０．１〜０．２ｍｍ程度の薄い隙間（通路）を介して金型キャビティに連通することができる。金型キャビティ内のガスの排気は、前記排気手段を用いてこの周囲ガス通路通に直接連通する吸引口から行うことができ、また、後述する周囲ガス通路に連通するチャンバーに設けられた吸引口から行うことができる。

上記のように、周囲ガス通路を設けると共に、かかる周囲ガス通路内のガスを吸引排気することにより、仮に機外からガスが流入しても、かかるガスは周囲ガス通路に一旦導入され、そのガスは排気されるので、金型キャビティ内へのガスの流入が防止され、より確実に高品質の鋳造品を製造することができる。

鋳込み手段としては、金型キャビティ内へ溶湯を下方から鋳込みストークを通じて供給充填する手段であって、装置本体と装脱着することができる１回の鋳込みに必要な溶湯を収容可能な容量のガス加圧注湯鍋を有した手段であれば特に制限されるものではなく、金型キャビティへの溶湯の高速充填が可能となる点から、上記ガス排気手段と併用することが好ましい。

ガス加圧注湯鍋は、ガス加圧のためにガス加圧注湯鍋を密閉構造とする必要があるが、例えば、上方が開放されたガス加圧注湯鍋に蓋を設けて密閉構造とすることもできるが、装置本体に装着することにより密閉構造を形成することが好ましい。装置本体に装着することにより密閉構造を形成する構成としては、ガス加圧注湯鍋が鋳込ストークを備えている場合には、鋳込ストーク上端部を装置本体に密着させて密閉構造を形成することができ、具体的に、例えばストークの上面を鋳込スリーブの下部に押し付けて密閉構造を形成することができる。また、装置本体が鋳込ストークを備えている場合には、ガス加圧注湯鍋の上端部を装置本体に密着させて密閉構造を形成することができ、具体的に、例えばガス加圧注湯鍋の上面を固定盤下面に押し付けて密閉構造を形成したり、固定金型又は固定盤の下部に設けられた取付板のシールパッキンに押し込んで密閉構造を形成したりすることができる。このとき、ガス加圧注湯鍋の上部を下部に比して小さくして、装置本体に密封しやすい形状とすることが好ましい。

このように装置本体に装脱着可能なガス加圧注湯鍋を用いることにより、脱着した（取り外した）ガス加圧注湯鍋の上方（開放部）から溶湯を例えば給湯ラドルを用いて導入することができるので、非常に容易に溶湯の補充を行なうことができる。また、ガス加圧注湯鍋を脱着して、装置本体の鋳込スリーブの清掃や潤滑のためのスプレー作業を行なうことができるので非常にメンテナンスを行いやすい。

また、ガス加圧注湯鍋は、１回の鋳込みに必要な溶湯を収容可能な容量とすることにより、各鋳込み時の注湯鍋内の溶湯量が常に一定なので圧力補正を行う必要がなく、より精度よく溶湯の充填速度の制御を行うことができる。すなわち、複数回分の容量の場合には、各鋳込み時の液面レベルが異なり、圧力の微妙な調整を行なう必要があるが、１回の鋳込みに必要な溶湯を収容可能な容量とすることにより、このような微妙な調整を行なう必要がなく、本発明のように、特に微妙な調整を行う必要がある場合には有効である。

かかるガス加圧注湯鍋は、注湯鍋加熱手段を備えていることが好ましく、これにより、凝固層の発生を抑制し、湯廻りが良好で鋳造製品の不良発生を極力抑制することが可能となる。

このようなガス加圧注湯鍋の小型化は、湯面を高くしてガス部の体積を小さくできるので、溶湯の供給量調整が容易にできると共にガス圧の高圧化を可能にして容易に金型キャビティ内まで溶湯を充填することができ、また、金型キャビティへの定量的な溶湯の供給や供給速度の高速化及びショットタイムラグの短縮化を可能とし、高品質な鋳造や薄肉で大型の鋳造品の鋳造が可能となる。さらに、このような注湯鍋を用いることにより、生産サイクルタイムが短くなるので、生産性も向上する。

また、本発明の竪型鋳造装置は、不活性ガスを金型キャビティ側から導入する不活性ガス導入機構を有することが好ましい。不活性ガス導入機構としては、金型キャビティに不活性ガスを導入することができるものであれば特に制限されるものではなく、例えば、可動金型に設けられた不活性ガスを収容するチャンバー（不活性ガス室）を備えたものを挙げることができ、このチャンバーは、周囲ガス通路を介して、金型キャビティに連通させることが好ましい。チャンバーは、具体的には、金型キャビティの上方の可動金型内に設けることができる。溶湯充填に際しては、溶湯鋳込み前、例えば、チャンバーに設けられたガス入口からチャンバー及び周囲ガス通路を通じて、不活性ガスを金型キャビティに送入、金型内酸化の原因となる酸素を含む空気を鋳込ストークを通じて排出する。この状態で、ガス加圧注湯鍋を装着することにより、鋳込ストークの下端から排出される不活性ガスによって、鋳込ストークの下の湯面の酸化膜は吹き除かれ、酸化膜が鋳込ストークに入ることを防止することができる。

かかる鋳込ストークとしては、その下端部が傾斜している構成のものが好ましく、これにより、ストークから排出される不活性ガスにより、溶湯表面に存在する酸化膜をより吹き除くことができる。また、鋳込ストークとしては、ガス加圧溶湯鍋内の溶湯が最も低くなったその湯面よりも、その下端が下方に位置するよう構成することが好ましい。これにより、注湯溶湯に溶湯の上のガスを巻き込んだり、酸化膜が混入することなく、ガスの巻き込みや、凝固層及び酸化膜の混入による鋳造製品の不良を抑制することが可能になる。

金型キャビティとしては、薄肉で大型の鋳造品を鋳造することができる金型キャビティが好ましく、キャビティ湯溜部を備え、該キャビティ湯溜部が溶湯流入ゲートの上方に位置するキャビティ第１湯溜部と、キャビティ第１湯溜部と反対側の端部近傍上方に位置する１又は２以上のキャビティ第２湯溜部からなるものがより好ましい。かかるキャビティ第１湯溜部はキャビティ第２湯溜部に比べて、より大きい容積を有しているものが好ましい。

下側の固定金型には、下方の注湯鍋から溶湯を充填供給するための鋳込用ストークとキャビティ第１湯溜部との連通部が形成され、該連通部には溶湯流入ゲートが設けられている。かかる溶湯流入ゲートの形状としては特に制限されないが、加工の容易さ等からして通常断面が円形の形状が好ましく、この場合、円形溶湯流入ゲートの内径はストークの内径よりも小さくなるように構成しておくことが好ましい。

固定金型に形成された溶湯流入ゲートを塞ぐ閉塞手段としては、溶湯流入ゲートを閉塞しうるものであればどのようなものでもよく、例えば、円形溶湯流入ゲートを開閉することができる該ゲート上方に配設される閉塞ピンを具体的に挙げることができ、この場合、該閉塞ピンの円形溶湯流入ゲートへの挿入部の直径を円形溶湯流入ゲート内径よりもわずかに小さくしておくことが閉塞密封性の点で好ましい。この閉塞ピンは可動金型に対して液密的に摺動自在に進退出することができるように保持することが好ましく、また、後述するように、加圧プランジャー（加圧ステム）が可動金型に対して液密的に摺動自在に保持される場合は、該加圧ステムの中心に同軸かつ液密的に摺動自在に閉塞ピンを設けることができる。また、閉塞ピン又は加圧プランジャーの周囲には、溶湯凝固ゾーン用空隙、及びガス排出空隙が設けられていることが好ましく、溶湯が、溶湯凝固ゾーン用空隙において冷却凝固し、ガス排出空隙には導入されないようにすることが好ましい。

また、本発明の竪型鋳造装置においては、閉塞された金型キャビティ内の溶湯を加圧する加圧手段を備えていることが好ましく、かかる加圧手段としては、キャビティ第１湯溜部の上方の可動金型に摺動自在に設けられ、その中心に閉塞ピンを摺動自在に設けている前記加圧プランジャーや、キャビティ第１湯溜部とはキャビティを介して離れた位置にある前記キャビティ第２湯溜部の上方の可動金型に摺動自在に配設された加圧ピンを具体的に例示することができる。加圧ピンは複数設けることが好ましく、またその直径は、キャビティ第２湯溜部の深さの２／３〜１倍が好ましい。さらに、これら加圧プランジャーと加圧ピンは併用することが好ましい。このように、離れた位置にある加圧プランジャーと複数の加圧ピンとから溶湯を加圧することによって、キャビティ内の溶湯への圧力伝達距離を短くすることにより、キャビティ製品部に均一に圧力を伝えることができ、小さい加圧圧力で凝固時にひけ巣の発生しない鋳造品を鋳造することが可能となる。また、加圧プランジャーおよび加圧ピンを製品の形態に応じて適当な位置に配置することによって、キャビティ製品部の溶湯の圧力伝達距離をさらに短くし、圧力伝達をより均一かつ充分なものとすると、より小さな加圧圧力でひけ巣の発生を防止することができる。

また、本発明の竪型鋳造方法としては、上記本発明の竪型鋳造装置を用いた鋳造方法であって、溶湯の先湯が円形ゲート通過する時に鋳込速度が最も低くなるよう制御して溶湯を鋳込む方法であれば特に制限されるものではなく、鋳込速度が最も低くなるよう制御するとは、鋳込み開始時の圧力上昇時の鋳込み速度を除いて、それ以外の鋳込み全体の速度の中で最も低くなるように制御することをいい、これにより、噴流の発生を防止して、溶湯へのガスの巻き込みを防止することができると共に、装置トラブルを回避することができる。また、鋳込み終了時のガス注湯鍋内の圧力が１ｋｇ／ｃｍ^２以上となるよう制御して溶湯を鋳込むことが好ましい。これにより、全体としての鋳込み時間を短縮することができ、高品質の鋳造品を製造することができる。

また、本発明の製造方法においては、溶湯が収容されたガス加圧溶湯鍋を装置本体に装着後、ガス加圧溶湯鍋内を加圧すると共に、周囲ガス通路を通じて金型キャビティ内を吸引排気して、溶湯を鋳込むことが好ましく、これにより、より高速かつスムーズに溶湯を鋳込むことができ、酸化膜、凝固層の混入や、ガスの巻き込みを防止することができると共に、機外からの流入したガスも一旦、周囲ガス通路に導入され、周囲ガス通路内は真空吸引されているので、金型キャビティ内に機外からのガスが流入するのを防止して、不良品の発生を防止することができる。この吸引排気は、金型キャビティ内の溶湯が冷却凝固するまで継続することが好ましく、これにより、より確実に不良品の発生を防止することができる。

また、本発明の竪型鋳造方法においては、不活性ガスを金型キャビティ側から導入して、金型キャビティ内の空気を排出すると共に、鋳込ストーク下端側へ流通させている状態で、溶湯が収容されたガス加圧溶湯鍋を装置本体に装着することが好ましく、これにより、金型キャビティ内の酸化の原因となる酸素を含む空気を排出することができ、また、鋳込ストークの下端から排出されるガスによって、鋳込ストークの下の湯面の酸化膜は吹き除かれ、酸化膜が鋳込ストークに入ることを防止することができる。

なお、ガス加圧注湯鍋を複数用いて鋳造することにより効率的に作業を行なうこともできるが、溶湯流入ゲートを閉塞手段で閉塞した後、直ちにガス加圧溶湯鍋内のガス圧を大気解放すると共に装置本体から脱着して、次回に必要な溶湯を供給し、再び装置本体に装着して、次回の鋳造に備えることが好ましい。これにより、１つのガス加圧注湯鍋を用いて非常に効率的に鋳造を行なうことができる。

以下、アルミホイールを製造する竪型鋳造装置により本発明をより具体的に説明するが、本発明の竪型鋳造装置はアルミホイール以外の鋳造品の製造にも用いることができるものであり、本発明の技術的範囲はこの例示に限定されるものではない。本発明は、例えば、特開２００３−２６６１６８号公報に記載のようなサイドゲートを介してキャビティ製品部が設けられた竪型鋳造装置にも適用可能である。

図１は本発明の一実施形態に係る竪型鋳造装置の鋳込み前の概略縦断面図であり、図２は本発明の一実施形態に係る竪型鋳造装置の鋳込み後の概略縦断面図であり、図３は、図１に示す竪型鋳造装置の溶湯流入ゲート付近の溶湯の押し上げ状態を示す図であり、図４（ａ）（ｂ）は、図３の状態に続く溶湯の状態を示す図であり、図５（ａ）（ｂ）は、従来の鋳込み速度の制御されていない装置における図４（ａ）（ｂ）と同時期の溶湯の状態を示す図であり、図６は、リム部外周のガス排出空隙の一例を示す図であり、図７は、好ましい鋳込速度の制御例を示す図である。

図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態に係る竪型鋳造装置は、鋳造装置下部の水平な固定盤３に取り付けられた固定金型１と、固定金型１に固定された横型５と、上下に移動して型閉型開を行うことができる、鋳造装置上部の水平な可動盤４に、可動金型ホルダー６を介して取り付けられた可動金型２と、固定盤３の下方に配置されたガス加圧注湯鍋７とを備えている。かかる固定金型１、横型５及び可動金型２により、金型キャビティ１０が形成されるようになっている。

ガス加圧注湯鍋７にガスを供給する鋳込み手段は、注湯鍋ガス加圧用ガスシリンダー２７、及びかかるガスシリンダー２７内を進退するピストン２８を備えており、このピストン２８の進退は、加圧ガス用ガスシリンダー駆動用電動パルスモーター３０の駆動によるスクリュー軸２９の回転によって制御される。なお、必要に応じて、蓄圧タンクを設けることが好ましく、これにより、瞬時の圧力上昇を行うことが可能となり、より鋳込速度を制御することが可能となる。

また、金型キャビティ内のガスを吸引排気する排気手段は、真空排気用ガスシリンダー３５、及びかかるガスシリンダー３５内を進退するピストン３６を備えており、このピストン３６の進退は、鋳込み手段におけるのと同様、真空排気用ガスシリンダー駆動用電動パルスモーター３８の駆動によるスクリュー軸３７の回転によって制御される。

固定盤３には、固定盤３を貫通した下方に延びる鋳込ストーク４３が設けられており、かかる鋳込ストーク４３の上方には、固定金型１を貫通した鋳込ストーク４３の径よりも小さな径の溶湯流入ゲート（円形ゲート）１１が設けられている。上記鋳込手段により、加圧ガスが加圧ガス入口３１から送入されると共に、上記排気手段により、金型キャビティ１０内が減圧されると、注湯鍋７内の溶湯８は鋳込ストーク４３内を押し上げられ、固定金型１の溶湯流入ゲート１１を通じて金型キャビティ１０内に充填される。溶湯鋳込速度は、例えば、図７に示されるように制御し、その詳細は後述する。

溶湯流入ゲート１１の上方には、油圧シリンダー２３により駆動する閉塞ピン１３及び油圧シリンダー２５により駆動する加圧プランジャー（加圧ステム）１４が設けられている。鋳込手段及び排気手段によって、金型キャビティ１０内に完全に溶湯８を充填（充満）した後、閉塞ピン１３を油圧シリンダー２３により前進させ、溶湯流入ゲート１１を閉塞し、その後直ちに加圧プランジャー１４を油圧シリンダー２５によって前進させ、金型キャビティ１０内の凝固収縮体積分の溶湯をハブ部湯溜部（キャビティ第１湯溜部）１２から加圧補給する。

また、金型キャビティ１０の上方端部には、１又は２以上の小さなリム部湯溜部（キャビティ第２湯溜部）１９が形成されており、かかるリム部湯溜部１９には、油圧シリンダー２６により駆動するリム加圧ピン２０が導入され、金型キャビティ１０内の溶湯を加圧する。すなわち、加圧プランジャー１４と共に、これら加圧ピン２０を押出し、キャビティ第２湯溜部１９を介して金型キャビティ１０の溶湯を加圧するようになっている。また、加圧ピン２０の外径はキャビティ第２湯溜部１９の入口の直径よりもわずかに小さく構成されている。

また、可動金型２の下面には、金型キャビティ１０の外周を包囲するように、周囲ガス通路（溝）２２ａが設けられており、可動金型２及び横型５の合わせ面から流入する機外からのガスを導入し、金型キャビティに機外のガスが直接導入されることを防止する。この周囲ガス通路２２ａは、例えば、一方において、図６に示すように、金型キャビティのリム部１０ｃからの溶湯の導入を防止することができるジグザグ状の空隙２１を介して金型キャビティ１０と連通し、他方においては、ガス通路２２を介して、可動金型２の内部に設けられたチャンバー３４に連通している。チャンバー３４には、可動金型ホルダー６を貫通するガス通路３９が設けられており、このガス通路３９から排気を行うことができる。また、図示しない不活性ガス導入手段が設けられており、ガス通路３９からチャンバー３４内に不活性ガスを導入される。なお、不活性ガスの導入は、吸引排気を行うガス通路とは別の通路から行うこともできる。

次に、上記説明した竪型鋳造装置の動作及び鋳造方法について説明する。

溶湯鋳込み前の型締状態において、ガス通路３９を通じてチャンバー３４に不活性ガスを送入、そのガスはガス通路２２及び周囲ガス通路２２ａを通って金型キャビティ１０に送出され、金型キャビティ１０内の酸素を含む空気は鋳込ストーク４３の下端から排出される。その状態において、別の位置において給湯を完了したガス加圧注湯鍋７を装着するとき、湯面９が鋳込ストーク４３の下端に達すると、そのガスの流れにより湯面９の上にある酸化膜を追い出し、鋳込ストーク４３の中の湯面には酸化膜が入らない。鋳込ストーク４３の下端が湯面９の中に完全に入ると不活性ガスの送入を停止する。

図１に示すように、ガス加圧注湯鍋７が、本体に装着、密閉されると、加圧ガス入口３１を通じガス加圧注湯鍋７内に送入された加圧ガスの溶湯湯面にかかるガス圧と、ガス通路３９からの排気手段による吸引によって、ガス加圧注湯鍋７内の溶湯が、鋳込ストーク４３、溶湯流入ゲート１１を通じて金型キャビティ１０内へ充填される。

このとき、図７に示すように鋳込速度を制御して溶湯を金型キャビティ１０内に充填する。上記のような、ガスシリンダーによるガス導入手段及び排気手段を用いることにより、図７に示すような鋳込み速度に正確に制御することができる。

すなわち、溶湯の鋳込み段階においては、溶湯８が冷却凝固しない短時間内に金型キャビティ１０への充填を完了する必要があるので、溶湯９ａが溶湯流入ゲート１１に到達するまでは早く押し上げるが、湯先が溶湯流入ゲート１１を通り過ぎる時には、鋳込み速度を遅くし、図４（ａ）に示すように、溶湯が溶湯流入ゲート１１の周辺の底面から離れることなく、また、湯面９ｂがハブ部湯溜１２の上部に残ったガス１６を巻き込まないようにする。仮に、この時の速度が速いと、図５（ａ）に示すように、溶湯８は噴流１５となって、溶湯流入ゲート１１周辺の底面から離れ、その溶湯の先端は、ハブ部湯溜１２の天井に衝突してガス１６を巻き込む。さらに、溶湯８がハブ部湯溜１２を満たした後、溶湯８の先端が加圧プランジャー溶湯凝固ゾーン用空隙１７に導入されるまでは、鋳込み速度を急激に上げることなく、溶湯流入ゲート１１到達前の最高鋳込み速度と同等又は低い速度となるように制御する。これにより、図４（ａ）（ｂ）に示すように、ガスが、加圧プランジャー溶湯凝固ゾーン用空隙１７、加圧プランジャーガス排出空隙１８を通じ、チャンバー３４に排出されると共に、溶湯８の先端は、加圧プランジャー溶湯凝固ゾーン用空隙１７で冷却凝固して流れを停止し、溶湯８が加圧プランジャーガス排出用空隙１８には入らず、装置トラブルの原因にならない。これに対して、溶湯８がハブ部湯溜１２を満たした後に鋳込み速度を急激に上げると、図５（ｂ）に示すように、溶湯の先湯が加圧プランジャー溶湯凝固ゾーン用空隙１７で凝固することなく、狭い加圧プランジャーガス排出空隙１８にまで入り込み、装置トラブルを招き、運転に支障をきたす場合がある。

上記のように、溶湯８の先端湯面９ａが鋳込みストーク４３内を上昇する時、できるだけ速く押し込むが、溶湯流入ゲート１１の手前に到達した時、先湯が慣性で飛び出すことがない程度にまで減速し、溶湯流入ゲート１１の通過速度を遅くし、図４（ａ）に示すように、溶湯下面が溶湯流入ゲート１１周辺の底面から浮き上がることがない速度で溶湯８を通過させ、先湯が油圧プランジャー溶湯凝固ゾーン１７内に入った時凝固して加圧プランジャーガス排出空隙１８に飛び込まない範囲の速度まで徐々に速度を上げ、リム部１０ｃを充填する時は、鋳込み速度を速くして、全体の充填時間を短く、充填を完了する。この充填完了時、ガス加圧注湯鍋７内のガス圧が１ｋｇ／ｃｍ^２以上の圧力となって溶湯８を加圧していることが完全充填、ひけ巣発生防止の上で有効である。

金型キャビティ１０内の溶湯の流れが停止すると充填完了の信号として検知して、直ちに閉塞ピン１３を前進させて溶湯流入ゲート１１に挿入し、これを閉塞する。

また、周囲ガス通路２２ａが金型キャビティ１０の全外周に設けてあり、これがチャンバー３４に通じており、金型の合わせ面から漏入する外気は排気手段による吸引により金型キャビティ１０に入ることはなく、また、金型キャビティ１０に連通している加圧ピン２０、押出ピンの周囲の隙間も、チャンバー３４に連通しており、ここから金型キャビティ１０に外気が漏入して欠陥を発生させることもない。この真空吸引は、金型キャビティ１０内の溶湯が冷却凝固するまで行われ、これにより、より確実に溶湯への外気の混入を防止することができる。

閉塞ピン１３で溶湯流入ゲート１１を閉塞した後、溶湯８の凝固収縮が生起するため、加圧プランジャー１４及び加圧ピン２０を進出させ、凝固収縮体積に応じた補充を行うが、この時、溶湯と金型表面との接触は維持されると共に、真空吸引により、外気の混入は確実に防止される。加圧プランジャー１４の進出による凝固収縮体積に応じた補充は、金型キャビティ１０の反対側の端部までは圧力伝達が難しいので、端部周辺の加圧ピン２０を作動させて加圧することにより、全面的に凝固収縮によるひけ巣の無い緻密な組織の製品を得ることができる。また、金型キャビティ１０内の溶融金属の冷却凝固が完了した後、型開きを行い可動金型２で持上げられた製品素材は各加圧ピン及び押出ピンによって押出され取り出すことができる。

本発明の一実施形態に係る竪型鋳造装置の鋳込み前の概略縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る竪型鋳造装置の鋳込み後の概略縦断面図である。 図１に示す竪型鋳造装置の溶湯流入ゲート付近の溶湯の押し上げ状態を示す図である。 （ａ）（ｂ）は、図３の状態に続く溶湯の状態を示す図である。 （ａ）（ｂ）は、従来の鋳込み速度の制御されていない装置における図４（ａ）（ｂ）と同時期の溶湯の状態を示す図である。 リム部外周のガス排出空隙の一例を示す図である。 好ましい鋳込速度の制御例を示す図である。

符号の説明

１ 固定金型
２ 可動金型
３ 固定盤
４ 可動盤
５ 横型
６ 可動金型ホルダー
７ 注湯鍋（ガス加圧注湯鍋）
８ 溶湯
９ 湯面
９ａ鋳込ストーク内の湯面
９ｂハブ部湯溜内の湯面
１０ 金型キャビティ
１０ｃ金型キャビティ リム部
１１ 溶湯流入ゲート（円形ゲート）
１２ ハブ部湯溜（キャビティ第１湯溜部）
１３ 閉塞ピン
１４ 加圧プランジャー（加圧ステム）
１５ 噴流
１６ ガス
１７ 加圧プランジャー溶湯凝固ゾーン用空隙
１８ 加圧プランジャーガス排出空隙
１９ リム部湯溜
２０ リム加圧ピン
２１ ジグザグ状の空隙
２２ ガス通路
２２ａ周囲ガス通路
２３ 閉塞ピン用油圧シリンダー
２４ 加圧プランジャー用取付ヨーク
２５ 加圧プランジャー用油圧シリンダー
２６ 加圧ピン油圧シリンダー
２７ 注湯鍋ガス加圧用ガスシリンダー
２８ ピストン
２９ スクリュー軸
３０ 加圧ガス用ガスシリンダー駆動用電動パルスモーター
３１ 加圧ガス入口
３２ 加圧ガス配管
３３ 加圧ガス切り替えバルブ
３４ チャンバー
３５ 真空排気用ガスシリンダー
３６ ピストン
３７ スクリュー軸
３８ 真空排気用ガスシリンダー駆動用電動パルスモーター
３９ ガス通路
４０ 排気ガス配管
４１ 排気ガス切り替えバルブ
４２ 注湯鍋シールパッキング
４３ 鋳込ストーク
４４ 溶湯供給管

Claims (8)

1. 金型キャビティを形成することができる下側の固定金型及び上側の可動金型と、
   前記金型キャビティ内へ溶湯を下方から鋳込みストークを通じて供給充填する手段であって、装置本体と装脱着することができる１回の鋳込みに必要な溶湯を収容可能な容量のガス加圧注湯鍋を有した鋳込手段と、
   前記固定金型に形成された、前記鋳込みストークと連通する溶湯流入ゲートと、
   前記溶湯流入ゲートを塞ぐ閉塞手段とを備えた竪型鋳造装置であって、
   前記鋳込み手段が、加圧注湯鍋へ加圧ガスを導入するための、ガスシリンダー及びピストンを有した加圧ガス導入手段を備え、ピストン速度を制御することにより、溶湯の金型キャビティ内への充填速度を制御するよう構成されたことを特徴とする竪型鋳造装置。
2. ガス導入手段が、さらに蓄圧タンクを有していることを特徴とする請求項１に記載の竪型鋳造装置。
3. 金型キャビティ内のガスを排出する排気手段を備え、該排気手段は、ガスシリンダー及びピストンを有して、該ピストン速度を制御することにより、金型キャビティ内のガス排出速度を制御するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の竪型鋳造装置。
4. ガス導入手段及び／又は排気手段のピストンが、プログラム制御されたパルスモーターにより駆動されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の竪型鋳造装置。
5. 固定金型及び可動金型の境界部に、金型キャビティを包囲する、金型キャビティに連通した周囲ガス通路が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の竪型鋳造装置。
6. 閉塞された金型キャビティ内の溶湯を加圧する加圧手段を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の竪型鋳造装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の竪型鋳造装置を用いた鋳造方法であって、溶湯の先湯が円形ゲート通過する時に鋳込速度が最も低くなるよう制御して溶湯を鋳込むことを特徴とする竪型鋳造方法。
8. 鋳込み終了時のガス注湯鍋内の圧力が１ｋｇ／ｃｍ^２以上となるよう制御して溶湯を鋳込むことを特徴とする請求項７に記載の竪型鋳造方法。