JP4203093B2 - 傾動式重力鋳造装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、傾動式重力鋳造装置及びその方法の改良に関する。

金型にホッパ装置を備え、このホッパ装置に溶湯を溜め、前記金型が傾けられたときに前記溶湯を湯口を介して前記金型のキャビティへ注ぐ形式の傾動式重力鋳造装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許第２７４６８１４号明細書（図７）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１５は従来の技術の基本構成を説明する図である。
（ａ）において、鋳造金型１００は、下型１０１と横型１０２、１０２と上型１０３とにより構成されている。横型１０２上型１０３間の一部には上方へ開口しキャビティ１０５へ連通する湯口１０６が形成されている。そして、この湯口１０６には溶湯１０７を溜めるホッパ１０８が取り付けられている。

（ｂ）において、鋳造金型１００をホッパ１０８が上に向くように略９０°傾けて、ホッパ１０８内に溜めておいた溶湯１０７をキャビティ２２内に注湯することで、鋳造品を得る。

しかし、特許文献１の技術では、押し湯１０９の量が十分でないことから、鋳造品１１０の組織を緻密にすることができない虞がある。そこで、次図に示すような改良技術が考えられる。

図１６は図１５を改良した図であり、ホッパ１０８の開口を塞ぐ蓋部１１１を設け、ホッパ１０８の一部に高圧ガスを供給するガス供給口１１２を設けた。そして、このガス供給口１１２からホッパ１０８内に高圧ガスを供給し、ホッパ１０８内を高圧にするようにした。ホッパ１０８内を高圧にすることで、必要とする押し湯１０９の量を減らすことができ、組織を緻密にした鋳造品を得ることができる。

ところで、湯口１０７が、横型１０２と上型１０３との間に設けられていることから、横型１０２にホッパ１０８が取り付けられ、上型１０３に近接して蓋１１１が配置される。

横型１０２と上型１０３は、互いに大きさや形状が異なるため、注湯後の温度上昇に差が出る。上型１０３が先行して膨張する場合には、想像線で示すように上型１０３の側面１０３ａが蓋１１１に接近する。
この場合に、蓋１１１と上型１０３との間にクリアランスｓを設けておくと、側面１０３ａが蓋１１１に当たることを防止することができる。逆に、クリアランスｓが過小であったり、ゼロであると、蓋１１１が破壊される。

このように、クリアランスｓを設けることで、熱膨張対策を講じることは、不可欠である。

しかし、注湯直後には上型１０３は実線で示した位置にあるため、クリアランスｓから、高圧ガスが漏れ、高圧ガスの消費量が増大するという不都合が発生する。また、漏れる高圧ガスに運ばれて溶湯が吹き出るという不具合も発生する。
高圧ガスの漏れは、ガス費用の増加だけでなく、作業環境の悪化にも繋がるので、ガス漏れ対策が望まれる。

本発明は、金型の温度変化等によって、溶湯を溜めるホッパとこのホッパに連結される金型の間から、高圧ガスの漏れを防止する技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、金型にホッパ装置を備え、このホッパ装置に溶湯を溜め、金型が傾けられたときに溶湯を湯口を介して金型のキャビティへ注ぐ形式の傾動式重力鋳造装置において、ホッパ装置は、金型を構成する固定型と可動型の一方に固定されるとともに開口面が金型の分割面に略合致している容器部と、この容器部の開口を塞ぐ蓋部材と、この蓋部材又は容器部に接続され高圧ガスを供給するガス供給手段とからなり、蓋部材は、金型に臨む辺が開口面に対して傾斜している第１傾斜面とされ、この第１傾斜面は、固定型と可動型の他方から延ばされたピースの先端に設けられている第２傾斜面と平行に対向配置され、シール部材を介して気密が保たれるように構成されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の傾動式重力鋳造装置を準備する工程と、容器部に溶湯を溜める工程と、蓋部材で密閉構造にした容器部と共に金型を傾けて溶湯を金型のキャビティへ注ぐ注湯工程と、この注湯工程の途中又は終了後に、ガス供給手段で高圧ガスを送ることで、キャビティ内の溶湯を加圧するガス加圧工程と、からなることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、注湯工程において、湯口が溶湯で塞がれるときに、ガス供給手段で高圧ガスの供給を開始することを特徴とする。

請求項１に係る発明では、蓋部材は、金型に臨む辺が開口面に対して傾斜している第１傾斜面とされ、この第１傾斜面は、固定型と可動型の他方から延ばされたピースの先端に設けられている第２傾斜面と平行に対向配置され、シール部材を介して気密が保たれるように構成されている。

容器部は、固定型と可動型の一方に固定される。また、容器部を覆う蓋部材は、固定型と可動型の他方から延設されたピースの先端に連結されている。蓋部材に備え開口面に対して傾斜している第１傾斜面と、ピースに備える第２傾斜面との間に、シール部材が介在されているので、熱膨張量の差によって、ホッパ装置が取り付けられている上型の側面の位置と横型の側面の位置とが一致していないとき（具体的には一方が他方に対して上若しくは下や右若しくは左にずれているとき）でも、傾斜面が位置ずれを吸収することができる。

この結果、蓋部材と金型の間の密閉が保たれる。容器部は金型側に固定され、蓋部材と金型側に設けられているピースの間に密閉が保たれているので、ホッパ装置と金型の間から高圧ガスの漏れを防止することができる。
高圧ガスなどの漏洩が防止できるため、溶湯の無駄をなくすことができる。

請求項２に係る発明では、傾動式重力鋳造装置を準備する工程と、容器部に溶湯を溜める工程と、金型を傾けて溶湯を金型のキャビティへ注ぐ注湯工程と、この注湯工程の途中又は終了後にキャビティ内の溶湯を加圧するガス加圧工程とを設けたので、キャビティ内の溶湯を加圧することができる。キャビティ内の溶湯は加圧されるので、押し湯をしたときと同じように鋳造組織を緻密にすることができる。押し湯の量を減らしながら、鋳造組織を緻密にできるので、材料の歩留まりを大幅に高めることが可能となる。

請求項３に係る発明では、注湯工程において、湯口が溶湯で塞がれるときに、ガス供給手段で高圧ガスの供給を開始するようにした。
湯口が溶湯で塞がれるとき、それ以降、容器部内の溶湯をガス供給手段による高圧ガスで加圧することで、充填速度を安定的に高め、併せて、充填効率を安定的に高めることができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るホッパ装置を備える傾動式重力鋳造装置の斜視図であり、重力鋳造装置１０は、傾動式の金型１１（「傾動金型１１」とも云う。）と、この金型１１の端面１０ａに取り付けられ金型１１に溶湯を供給するホッパ装置１２と、金型１１及びホッパ装置１２を一体で傾動させる金型傾動機構１３とを主要な構成とする。

金型１１は、固定型１５と、可動型１６とからなり、可動型１６には、金型開閉手段１７が設けられている。
金型傾動機構１３は、金型１１の固定型１５から左右に延出され傾動の軸となる傾動軸１８と、傾動軸１８を支持する支持アーム１９と、この支持アーム１９に取り付けられている傾動駆動手段２１とからなる。
なお、ホッパ装置１２の詳細については後述する。

図２は図１の要部断面図であり、傾動金型１１は、下型としての固定型１５と、上型としての可動型１６とからなり、固定型１５と可動型１６にはキャビティ２２が設けられている。固定型１５と可動型１６の合わせ面は、金型の分割面２３ともいう。

ホッパ装置１２は、溶湯を溜める容器部２４と、この容器部２４の開口２５を上方から覆って密閉する蓋部材２６と、容器部２４に蓋部材２６を止める連結手段たる締結手段２７とを備え、溶湯の漏れを防止するため、容器部２４と蓋部材２６の間にはシール部材を介在させる。
なお、前記連結手段は、ボルトやナットを含む螺合する部材の他に、流体圧シリンダも使用することができる。すなわち、螺合する部材である締結手段２７や図示しない流体圧シリンダのような連結手段は、連結力を可変にすることができる。例えば、締結手段２７を利用するものでは、ボルトあるいはナットが着座した後の締め付ける回転数により、シール部材の潰し代をコントロールできる。また、流体圧シリンダのような連結手段を利用するものでは、流体圧シリンダ内の圧力を変化させることにより、シール部材の潰し代をコントロールでき、容器部２４と蓋部材２６との間の密着性を向上させることができる。

また、蓋部材２６には、溶湯を注入する溶湯口３１が設けられ、この溶湯口３１には容器部２４の内外を遮断するプラグ２９が開閉可能に設けられている。
蓋部材２６には、高圧ガスを供給するガス供給手段３２が取り付けられている。

ホッパ装置１２は、金型１１を構成する固定型１５に固定されている。詳細には、容器部２４はその開口面３３が金型の分割面２３に略合致する位置に配置されている。
なお、ホッパ装置１２を、可動型１６に固定することは差し支えない。また、高圧ガスを供給するガス供給手段３２を容器部２４に接続することは差し支えない。

すなわち、傾動式重力鋳造装置１０は、ホッパ装置１２を備え、このホッパ装置１２に溶湯３０を溜め、金型傾動機構（図１の符号１３）によって、金型１１が傾けられたときに溶湯を湯口３４を介して金型１１のキャビティ２２へ注ぐというものである。

湯口は、分割面２３に設けるので、金型１１側に設けられる湯口３４を簡便に構成することができる。湯口３４の構造が簡便な構造となるため、金型費用を抑えることができる。
図中、３５は固定型１５から容器部２４の底に延設して容器部２４を支持する補強リブである。

図３は図２の３部拡大図であり、ホッパ装置１２を構成する容器部２４に、断熱材４１を内張りすることを示す。
断熱材４１は、容器部２４の内側に順に第１層部４２と第２層部４３と第３層部４４とを重ねた３層構造をもつ。本実施例において、第１層部４２には、ゾノトライト系けい酸カルシウム板が用いられ、第２層部４３には、繊維質不定形断熱材が用いられ、第３層部４４にはＢＮ離型材コートが用いられている。

このように、容器部２４に、断熱材４１を内張りしたので、溶湯温度が下がりにくくなる。このため、好ましい注湯温度を維持したまま、キャビティ（図２の符号２２）内に溶湯を注湯することができ、所定品質をもつ鋳造品を得ることができる。

図４は図２の４−４線断面図であり、容器部２４は、金型１１のキャビティ２２に繋がる湯口３４を２つ備え、これらの湯口３４、３４へ溶湯を案内する溶湯ガイド部材４５を備えている。

金型１１が傾けられたときに、溶湯ガイド部材４５により容器部内における溶湯の湯切りを素早く行うことができる。従って、容器部内の溶湯を無駄なく利用することができる。
なお、溶湯の通路である湯口３４の数は２つにしたが、３つでも良いし、４つでも良く、任意の数に設定することができる。

図５はホッパ装置に備え溶湯を注入する蓋を開閉する蓋開閉機構を説明する図及びその作用図である。
（ａ）において、蓋開閉機構４７は、容器部２４の底部２４ｓに第１ブラケット５１及び第１軸５２を介して取り付けられる駆動シリンダ５３と、この駆動シリンダ５３のロッド先端部５４にロッド軸５４Ｊ及びアーム部材５５を介して取り付けられる第２軸５６と、この第２軸５６を回動可能に支持するとともに蓋部材２６に固定されている第２ブラケット５７と、第２軸５６に取り付けられ第２軸５６の回動とともに回動するプラグ開閉アーム５８と、このプラグ開閉アーム５８に取り付けられているプラグ２９とからなる。

（ｂ）において、駆動シリンダ５３のロッド先端部５４を延ばすと、アーム部材５５が第２軸５６を中心に矢印ｂ方向に回動し、第２軸５６の回動に伴い、プラグ開閉アーム５８が回動し、プラグ２９を持ち上げ、溶湯口３１を開けることができる。
（ａ）に戻って、駆動シリンダ５３のロッド先端部５４を縮めると、プラグ開閉アーム５８が第２軸５６を中心に矢印ａ方向に回動し、溶湯口３１を閉めることができる。

図６は図２の６部拡大図であり、蓋部材２６が金型１１に臨む端部５９には、シール部材２８が取り付けられ、このシール部材２８に当接するように可動型１６にはピース６１が取り付けられている。

詳細には、蓋部材２６の端部５９には、開口面（図２の符号３３）に対して傾斜させた第１傾斜面６２が形成され、この第１傾斜面６２には、シール部材２８が突設され、このシール部材２８の上面２８ａには、ピース６１に形成されている第２傾斜面６３が当接し、ピース６１の後端６１ｂは可動型１６の側面１６ｓに取り付けられている。第１傾斜面６２と第２傾斜面６３とは平行に配置されている。

図７は図６の７−７線断面図であり、シール部材２８は蓋部材２６の第１傾斜面６２に、コ字状に配置されている。
シール部材２８は、フッ素系、又はシリコン系ゴムで構成したので、高温及び加圧条件が断続的に発生する条件下において、シール部材２８は変質しにくい。従って、長期間にわたって第１傾斜面６２と第２傾斜面６３間のシール性を維持させることができる。

図８は図７の８−８線断面図であり、第１傾斜面６２にシール溝部６５を形成し、このシール溝部６５にシール部材２８を取り付けた。
本実施例において、シール部材２８は、断面矩形形状の部材である。
なお、シール部材２８は、断面円形状あるいは断面楕円形状の部材でも良い。この場合において、シール溝部６５は、いわゆる、あり溝形状にすれば好適である。あり溝形状にすれば、シールする際、シール部材２８の変形に対応する逃げのスペースがあり溝にはあり、シール部材２８は横に変形することができるので、シール部材２８には過剰な負荷がかかることはない。シール部材２８にかかる負荷は少ないため、劣化が少なく、シール部材２８の長寿命化を図ることができる。また、あり溝の場合には、ピース６１が上方からシール部材に２８に当接して押さえ、このシール部材２８を横方向に変形させてシールする際、３点で確実にシールすることができ、シール溝部６５の断面形状が、前述の略矩形形状であるものと較べて、シールを確実に行うことができる。

図６に戻って、蓋部材２６は、金型１１に臨む辺が開口面３３に対して傾斜している第１傾斜面６２とされ、この第１傾斜面６２は、可動型１６から延ばされたピース６１に設けられている第２傾斜面６３と平行に対向配置され、シール部材２８を介して気密が保たれるように構成されている。
なお、ピース６１を固定型１５から延設させ、容器部２４を、可動型１６に固定することは差し支えない。

図９は蓋部材とピース間のシール状態を説明する作用図である。
（ａ）において、ピース６１と蓋部材２６の端部５９間は、隙間Ｌａでシールされ、（ｂ）において、（ａ）に較べて、例えば、可動型１６が水平方向に膨張するときに、隙間Ｌｂ（Ｌｂ＜Ｌａ）でシールされ、（ｃ）において、例えば、可動型１６が鉛直方向に膨張するときに、隙間Ｌｃでシールされ、（ｄ）において、（ｃ）と反対に、例えば、可動型１６が鉛直方向に収縮するときに、隙間Ｌｄでシールされている。

従って、熱膨張量の差によって、ホッパ装置１２が取り付けられている可動型１６の側面１６ｓの位置と固定型（図２の符号１５）の側面１５ｓの位置とが一致していないときでも、シール部材２８によって、第１傾斜面６２と第２傾斜面６３との間をシールすることができる。つまり、蓋部材２６と金型１１の間の密閉を保つことができる。

以上に述べたホッパ装置の作用を次に述べる。
図１０は溶湯を注入しホッパ装置に溶湯を溜める溶湯準備工程を説明する図であり、ホッパ装置１２の上部に設けられているプラグ２９を開け、柄杓６６で所定温度に管理したアルミニウム合金溶湯３０をホッパ装置の容器部２４に注ぐ。

図１１は金型を傾けて溶湯を金型のキャビティへ注ぐ注湯工程を説明する図であり、プラグ２９を閉め、傾動式重力鋳造装置１０を矢印α方向に傾動させ、ホッパ装置１２内に溜めておいた溶湯３０をキャビティ２２内に注入する。

図１２はキャビティ内の溶湯を加圧するガス加圧工程を説明する図であり、ホッパ装置１２の水平面に対する傾動角度が９０°となったとき、ガス供給手段３２からホッパ装置１２に高圧ガスを供給する。６８はホッパ装置１２内の圧力を検出する手段である。

このように、ホッパ装置１２を傾動させた後、高圧ガスで湯口３４を加圧することによって、必要な押し湯の量を大幅に減らし、鋳造組織を緻密にすることができる。押し湯の量が減るため、材料の歩留まりを高めることができる。

本実施例において、高圧ガスを供給する加圧開始タイミングは、ホッパ装置１２の水平面に対する傾動角度が９０°となるときに行われるが、金型を傾動させる途中で、高圧ガスの供給を開始することは差し支えない。加圧開始タイミングは、傾動角度が２０°〜９０°の範囲で任意に設定可能である。好ましくは、傾動角度が４０°〜５０°のときに加圧を開始する。傾動角度が４０°〜５０°のときに、湯口３４が溶湯で塞がれるため、それ以降、容器部２４内の溶湯３０をガス供給手段３２による高圧ガスで加圧することで、充填速度を安定的に高め、併せて、充填効率を安定的に高めることができる。なお、加圧力は、概ね０．３ＭＰａ〜０．５ＭＰａ程度である。

図１３は本発明に係る鋳造品の製造フロー図であり、図１０〜図１２を参照して説明する。なお、ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ０１：（重力鋳造装置準備工程）：金型１１にホッパ装置１２を備え、このホッパ装置１２に溶湯を溜め、金型１１が傾けられたときに溶湯３０を金型１１のキャビティ２２へ注ぐ傾動式重力鋳造装置１０を準備する。

ＳＴ０２：（溶湯準備工程）：蓋部材２６を開けて、柄杓 で所定温度に管理したアルミニウム合金溶湯をホッパ装置の容器部２４に注ぎ溶湯３０を溜める。
ＳＴ０３：（注湯工程）：蓋部材２６で密閉構造にした容器部２４とともに金型１１を傾けて溶湯３０を金型１１のキャビティ２２へ注ぐ。

ＳＴ０４：（ガス加圧工程）：注湯工程の途中又は終了後に、ガス供給手段３２でホッパ装置１２の内部に高圧ガスを送ることで、キャビティ内の溶湯を加圧する。

図９に戻って、蓋部材２６と金型１１側に設けられているピース６１の間に密閉が保たれ、容器部２４は金型１１側に固定されているので、ホッパ装置１２と金型１１の間から溶湯３０や高圧ガスの漏洩を防止することができる。金型１１と蓋部材２６の間から溶湯３０などの漏洩が解消するため、溶湯３０の無駄をなくすことができる。

図１３に戻って、傾動式重力鋳造装置１０を準備する工程と、容器部２４に溶湯を溜める工程と、金型１１を傾けて溶湯を金型１１のキャビティ２２へ注ぐ注湯工程と、この注湯工程の途中又は終了後にキャビティ２２内の溶湯３０を加圧するガス加圧工程とを設けたので、キャビティ２２内の溶湯３０を加圧することができる。

キャビティ２２内の溶湯３０が加圧されるので、押し湯をしたときと同じように鋳造組織を緻密にすることができる。押し湯の量を減らしながら、鋳造組織を緻密にできるので、材料の歩留まりを大幅に高めることが可能となる。

図１４は図２の別実施例図であり、傾動式重力鋳造装置１０に付属したホッパ装置１２の構造は同じであるが、金型１１のキャビティ２２には中子６９が備えられている。溶湯は、アルミニウム合金の溶湯を用いる。

本発明に係る傾動式重力鋳造装置１０よれば、中子６９を利用してアルミニウム合金を重力鋳造する場合において、押し湯の量を大幅に減らすことができる。押し湯の量が減るため、材料の歩留まりを高めることができる。

尚、請求項１では、容器部に断熱材を内張りをしなくても差し支えない。また、湯口を分割面以外の位置に配置することは差し支えない。

本発明は、重力金型鋳造法において、傾動金型に付属するホッパ装置に好適である。

本発明に係るホッパ装置を備える傾動式重力鋳造装置の斜視図である。 図１の要部断面図である。 図２の３部拡大図である。 図２の４−４線断面図である。 ホッパ装置に備え溶湯を注入する蓋を開閉する蓋開閉機構を説明する図及びその作用図である。 図２の６部拡大図である。 図６の７−７線断面図である。 図７の８−８線断面図である。 蓋部材とピース間のシール状態を説明する作用図である。 溶湯を注入しホッパ装置に溶湯を溜める溶湯準備工程を説明する図である。 金型を傾けて溶湯を金型のキャビティへ注ぐ注湯工程を説明する図である。 キャビティ内の溶湯を加圧するガス加圧工程を説明する図である。 本発明に係る鋳造品の製造フロー図である。 図２の別実施例図である。 従来の技術の基本構成を説明する図である。 図１５を改良した図である。

符号の説明

１０…重力鋳造装置、１１…金型、１２…ホッパ装置、１５…固定型、１６…可動型、２２…キャビティ、２３…分割面、２４…容器部、２５…開口、２６…蓋部材、２８…シール部材、３０…溶湯、３２…ガス供給手段、３３…開口面、３４…湯口、４１…断熱材、４５…溶湯ガイド部材、６１…ピース、６１ａ…ピースの先端、６２…第１傾斜面、６３…第２傾斜面、６７…溶湯、６９…中子。

Claims (3)

1. 金型にホッパ装置を備え、このホッパ装置に溶湯を溜め、前記金型が傾けられたときに前記溶湯を湯口を介して前記金型のキャビティへ注ぐ形式の傾動式重力鋳造装置において、
   前記ホッパ装置は、前記金型を構成する固定型と可動型の一方に固定されるとともに開口面が前記金型の分割面に略合致している容器部と、この容器部の開口を塞ぐ蓋部材と、この蓋部材又は前記容器部に接続され高圧ガスを供給するガス供給手段とからなり、
   前記蓋部材は、前記金型に臨む辺が前記開口面に対して傾斜している第１傾斜面とされ、この第１傾斜面は、前記固定型と可動型の他方から延ばされたピースの先端に設けられている第２傾斜面と平行に対向配置され、シール部材を介して気密が保たれるように構成されていることを特徴とする傾動式重力鋳造装置。
2. 請求項１記載の傾動式重力鋳造装置を準備する工程と、
   前記容器部に溶湯を溜める工程と、
   前記蓋部材で密閉構造にした前記容器部と共に前記金型を傾けて溶湯を金型のキャビティへ注ぐ注湯工程と、
   この注湯工程の途中又は終了後に、前記ガス供給手段で高圧ガスを送ることで、キャビティ内の溶湯を加圧するガス加圧工程と、からなることを特徴とする傾動式重力鋳造方法。
3. 前記注湯工程において、前記湯口が溶湯で塞がれるときに、前記ガス供給手段で高圧ガスの供給を開始することを特徴とする請求項２記載の傾動式重力鋳造方法。

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