JP2001047215A - 重力鋳造装置および鋳造用金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価に肉薄の鋳造品を得ることができる重力
鋳造装置および鋳造用金型を目的とするものである。 【解決手段】 雄型１ａと雌型１ｂの一方または双方に
溶湯を高周波振動させる振動子５を取り付けた金型１を
型締め自在に配置するとともに、該金型１に溶湯を供給
する溶融るつぼ１５を金型１と接離自在に配置された重
力鋳造装置と雄型１ａと雌型１ｂの一方または双方に溶
湯を高周波振動させる振動子５を取り付けた鋳造用金型
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は主にアルミニウムや
マグネシウム等の軽合金の鋳造に用いる重力鋳造装置お
よび鋳造用金型に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、主にアルミニウムやマグネシウム
等の軽合金を用いた製品は、一般的に重力鋳造により製
造している。ところが、重力鋳造では金型の型内面に溶
湯を重力を利用して注入するため、肉薄（型内面の空間
部が１ｍｍ以下）の製品を鋳造すると、溶湯が型内面の
隅々まで行き渡らずひけ巣や凹みや孔等を生じさせるこ
とから、重力鋳造で肉薄の製品を鋳造することは極めて
難しかった。このため、肉薄の製品を鋳造する場合は、
圧力鋳造により行うのが一般的であった。ところが、圧
力鋳造を行う装置は高圧の油圧シリンダで溶湯を加圧し
て注湯するため、高圧の油圧設備が必要となり、設備費
や設置面積が大きくなり初期投資が嵩むうえに、製造の
際、高圧の油圧設備を稼動させるためランニングコスト
が大となり、製品コストが高くなるという問題があっ
た。このことから、肉薄で強度を必要とする高価な精密
製品以外は圧力鋳造で鋳造することは行われず、一般的
に強度を必要としない製品はプラスチック成形品とする
ことが多かった。ところが、近年、プラスチック廃棄物
の処理の問題からリサイクルの簡単な軽合金へ素材の転
換が行われている。しかし、圧力鋳造ではコストが問題
となるため、安価に軽合金製品を鋳造できる装置の開発
が要望されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記のような
要望に応え安価に肉薄の鋳造品を得ることができる重力
鋳造装置および鋳造用金型を提供することを目的とする
ものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
め本発明は、雄型と雌型の一方または双方に溶湯を高周
波振動させる振動子を取り付けた金型を型締め自在に配
置するとともに、該金型に溶湯を供給する溶融るつぼを
金型の上方に接離自在に配置した重力鋳造装置を請求項
１の発明とし、請求項１の発明において、溶融るつぼが
注湯栓により開閉されるものである重力鋳造装置を請求
項２の発明とし、請求項１または２の発明において、溶
融るつぼがるつぼ蓋により密閉され、内部に低圧の不活
性ガスが充填される重力鋳造装置を請求項３の発明と
し、請求項１から３のいずれかの発明において、振動子
が一定または可変の周波数で一定または可変の周期で高
周波振動するものである重力鋳造装置を請求項４の発明
とし、請求項１から４のいずれかの発明において、型内
の空気を吸引する吸引装置を設けた重力鋳造装置を請求
項５の発明とし、請求項１から５のいずれかの発明にお
いて、複数の金型と溶融るつぼがターンテーブルに装着
される重力鋳造装置を請求項６の発明とし、雄型と雌型
の一方または双方に溶湯を高周波振動させる振動子を取
り付けた鋳造用金型を請求項７の発明とし、請求項７の
発明において、振動子が一定または可変の周波数で一定
または可変の周期で高周波振動する鋳造用金型を請求項
８の発明とし、請求項７または８の発明において、型内
の空気を吸引する吸引装置を設けた鋳造用金型を請求項
９の発明とするものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好ましい実施の形
態を図１、２に基づいて詳細に説明する。１は基台２に
取り付けられる金型であり、基台２の基盤２ａから立設
された支柱２ｂに連結される上盤２ｃの下面に金型１の
雌型１ｂは装着され、基台２の基盤２ａ上には型締装置
３を介して金型１の雄型１ａが取り付けられている。ま
た、金型１の雄型１ａの上面の型内面には断熱材よりな
る振動板４が取り付けられ、該振動板４と振動板４に固
定される多数の金属リング間に圧電型の振動子５が取り
付けられており、雌型１ｂの側面の型内面には断熱材よ
りなる振動板４が取り付けられ、該振動板４と振動板４
に固定される多数の金属リング間に圧電型の振動子５が
取り付けられている。そして、各振動子５の作動により
振動板４を介して溶湯に１５ＫＨｚ〜４０ＫＨｚの高周
波振動を一定周期または可変の周期で加えて溶湯の流動
性を高めるとともに、溶湯に空気が巻き込まれることを
防止し、肉厚１ｍｍ以下の製品の鋳造を可能としてい
る。また、振動子５の周波数を１５ＫＨｚ〜４０ＫＨｚ
の範囲内とするのは、圧電素子の制約内において、製品
形状や製品サイズや金型の温度分布に応じて最も適した
周波数を選択するものとしている。また、雌型１ｂには
後記する注湯ノズル１９を嵌合させるテーパ状凹部の受
け口６が設けられている。７は受け口６に続いて形成さ
れた湯道であり、受け口６を形成することにより湯道７
をできる限り短くし金型２内に注湯される湯温の低下を
防止するものである。

【０００６】また、前記型締装置３は雄型装着用の脚杆
８ａを取り付けた可動盤８と、該可動盤８を昇降動させ
る型締シリンダ９とよりなり、上盤２ｃの下面に装着さ
れた雌型１ｂと脚杆８ａに装着した雄型１ａを型合わせ
したうえ型締めを行うものである。１０は雄型１ａに付
着されている製品を突き出す離型機構であり、該離型機
構１０は基盤２ａ上に立設された押出板当てストッパ１
１、１１と、前記脚杆８ａにスライド自在に嵌挿された
押出板１３と、該押出板１３に立設される製品の押出ピ
ン１２とよりなるもので、押出板１３は型締シリンダ９
の型開き後退時、ストッパ１１と当接して停止すること
により、型開き後退する雄型１ａ内に押出板１３の押出
ピン１２は進出してその型面に鋳造されている製品を突
き出すものである。８ｂは脚杆８ａに形成される段部
で、該段部８ｂは押出板１３のストロークを設定するた
め該押出板１３の停止位置を規制している。

【０００７】１５は金型１の上方に配置されて、後記す
るるつぼ昇降装置１６により昇降動自在とされる溶融る
つぼであり、該溶融るつぼ１５はカーボン製のるつぼ体
１５ａの底部および側面を耐火レンガ等の断熱材１７に
より被套するとともに、上部開口を蓋開閉装置１８によ
り開閉動されるカーボン製またはセラミック製のるつぼ
蓋１５ｂにより密閉できるものとしている。前記断熱材
１７の外周側面には冷却水通路を形成した銅管製の加熱
用高周波コイル２０が巻き付けられている。また、るつ
ぼ体１５ａの底部には先端をテーパ状をしたカーボン製
の注湯ノズル１９を断熱材１７より突出させて設け、湯
道７の距離ができる限り短くなるようにしている。さら
に、該注湯ノズル１９のノズル孔は先開きのテーパ状と
して注湯速度を高めるとともに、ノズル孔の後端口縁を
テーパ状の弁座部１９ａとして栓開閉装置２２により昇
降動する注湯栓２３のテーパ状の先端弁２３ａと嵌脱さ
せて、注湯ノズル１９を開閉するものとしている。

【０００８】また、前記したるつぼ昇降装置１６は上盤
２ｃに立設されたガイド支柱２４にスライド自在に嵌挿
される昇降フレーム２６と、該昇降フレーム２６を昇降
動させる上盤２ｃ上のシリンダ２７とよりなるもので、
シリンダ２７を作動させることにより、前記昇降フレー
ム２６の上下二股状のブラケット２６ａ、２６ｂはガイ
ド支柱２４に沿って昇降動して、下側のブラケット２６
ａに取り付けられている溶融るつぼ１５を昇降動させる
ものである。また、上側のブラケット２６ｂには蓋開閉
装置１８のシリンダ１８ａと栓開閉装置２２のシリンダ
２２ａが取り付けられて、シリンダ２７の作動により溶
融るつぼ１５の昇降にともなって蓋開閉装置１８と栓開
閉装置２２も連動して昇降動するようになっている。

【０００９】また、前記した蓋開閉装置１８はるつぼ蓋
１５ｂの取付フレーム１８ｂにシリンダ１８ａのピスト
ンロッドを固着したもので、昇降フレーム２６のブラケ
ット２６ｂに取り付けられているシリンダ１８ａを作動
させることにより、るつぼ蓋１５ｂを開閉するものであ
る。前記取付フレーム１８ｂはるつぼ蓋１５ｂの側方に
延長され、延長された取付フレーム１９ａにシリンダ１
８ａのピストンロッドは固着されて後記する栓開閉装置
２２とシリンダ１８ａやピストンロッドが干渉しないよ
うになっている。

【００１０】さらに、前記した栓開閉装置２２は注湯栓
２３と、該注湯栓２３と連結され注湯栓２３を昇降動さ
せるシリンダ２２ａとからなるもので、昇降フレーム２
６のブラケット２６ｂに取り付けられたシリンダ２２ａ
を作動させることにより注湯栓２３を昇降動させて注湯
ノズル１９を開閉するものである。また、るつぼ体１５
ａは昇降フレーム２６のブラケット２６ａに取り付けら
れ、注湯栓２３と連結されるシリンダ２２ａは昇降フレ
ーム２６のブラケット２６ｂに取り付けられているの
で、注湯栓２３とるつぼ体１５ａとの位置ずれが生じる
ことはなく、注湯栓２３は確実に注湯ノズル１９を開閉
することができる。しかも、栓開閉装置２２は鋳造する
金型１の型内容積と略等しい溶湯が供給されるよう開閉
時間を設定しているので、溶湯に無駄が生じないうえに
湯溜りを設ける必要がないので湯温の低下がない。ま
た、ターンテーブルによる連続鋳造を行う際には、注湯
時間が一定となるのでターンテーブルその他の時間設定
が容易となる。

【００１１】２４はるつぼ蓋１５ｂに接続される不活性
ガス供給管であり、該不活性ガス供給管２４はるつぼ体
１５ａ内に低圧の不活性ガスを供給してアルミニウムの
酸化を防止するとともに、その不活性ガス圧によりるつ
ぼ体１５ａ内の溶湯を加圧して溶湯の注出速度を高めて
いる。２８は溶湯の温度を検出する温度センサ、２９は
るつぼ体１５ａの温度を検出する温度センサ、３０は金
型１に設けられる吸引装置であり、該吸引装置３０は型
内の下側終端部に吸引用の細溝を続かせたものとして、
金型１内の空気を下側終端部から吸引することにより、
溶湯に空気が巻き込まれることを防止するとともに、鋳
造時、溶湯を吸引して湯回りを良くし、ひけ巣や凹みあ
るいは孔等の発生を防いで不良品の発生を防止し、且
つ、溶湯を吸引することにより湯回り速度を速めるもの
である。吸引装置３０の吸引源としては、真空ポンプ、
真空発生器、エアシリンダのピストンを作動させて注射
器のように負圧を発生させるものを用いることができ
る。また、金型１には図示しない冷却水の循環水路が形
成されている。

【００１２】このように構成されたものは、先ず、蓋開
閉装置１８のシリンダ１８ａを作動させてるつぼ体１５
ａのるつぼ蓋１５ｂを上昇させてるつぼ体１５ａの開口
を開放する。次いで、るつぼ体１５ａの開口よりアルミ
ニウムインゴットを投入し、投入後、蓋開閉装置１８の
シリンダ１８ａを作動させてるつぼ体１５ａのるつぼ蓋
１５ｂを下降させてるつぼ体１５ａの開口を密閉する。
そして、不活性ガス供給管２４より不活性ガスを供給し
ながら、加熱用高周波コイル２０に電流を流すと、カー
ボン製のるつぼ体１５ａが赤熱し、その熱でアルミニウ
ムインゴットは溶解される。

【００１３】このようにアルミニウムインゴットが溶融
されたら、型締装置３の型締シリンダ９を作動させて、
上盤２ｃの下面には取り付けられている雌型１ｂに、雄
型１ａを型合わせして型締めする。次いで、るつぼ昇降
装置１６のシリンダ２７を作動させて、上昇していた溶
融るつぼ１５を下降させて、溶融るつぼ１５の下面を金
型１の上面に当接させるとともに、金型１のテーパ凹部
の受け口６に注湯ノズル１９を嵌合させる。続いて、吸
引装置３０を作動させて型内１内の空気を吸引して溶湯
に空気が巻き込まれることがないようにする。さらに、
金型１の雄型１ａと雌型１ｂの型内面に振動板４を介し
て取り付けられている振動子５を一定周波数で一定周期
で振動させる。

【００１４】次いで、栓開閉装置２２のシリンダ２２ａ
を作動させて注湯ノズル１９を塞いでいた注湯栓２３を
上昇させ、注湯ノズル１９を開放する。このように注湯
ノズル１９が開放されると、溶湯はるつぼ体１５ａ内を
加圧する低圧の不活性ガスおよび、溶湯に加わる重力に
より金型１の湯道７を通じて型内に流入することとな
る。このとき、金型１の雄型１ａと雌型１ｂに取り付け
られた振動子５により、溶湯には一定周期の高周波振動
が加えられているので、型空間が狭くても（たとえば、
１ｍｍ以下）湯は滑らかに滞ることなく型内の隅々に流
れるとともに、空気の巻き込みは抑えられ、組織の緻密
化を図ることができる。さらに、注湯時、吸引装置３０
により、溶湯は吸引されるので、湯回りは速くなって鋳
造時間を短縮することができるうえに狭隘な型内の隅々
まで溶湯を流し込むことができる。

【００１５】そして、一定時間経過して一定量の溶湯が
供給されると、栓開閉装置２２のシリンダ２２ａが逆作
動して注湯栓２３を下降させ、注湯ノズル１９を塞ぐこ
ととなる。次いで、振動子５、吸引装置３０を停止させ
る。このようにして注湯の完了後、るつぼ昇降装置１６
のシリンダ２７を逆作動させて、下降していた溶融るつ
ぼ１５を上昇させて旧状に復帰させる。そして、一定の
冷却時間が経過したら、型締装置３の型締シリンダ９を
下降させて金型１の型開きを行う。この型開き動作によ
り可動盤８は下降するので、脚杆８ａに取り付けられて
いる離型機構１０の押出板１３も下降し、やがてストッ
パ１１、１１に当接して押出板１３は停止する。このと
き、型開きは略完了した状態となる。そして、さらに下
降動作を続行する可動盤８により、押出板１３に取り付
けられた押出ピン１２は雄型１ａの型面から突き出さ
れ、雄型１ａの型面に付着している製品は雄型１ａから
離型されることとなる。以下、前記と同様の操作を繰り
返すことにより製品は連続的に鋳造されることとなる。

【００１６】なお、前記好ましい実施の形態では、振動
子５を一定周波数で一定周期、溶湯に高周波振動を加え
ているが、振動子５を同じ部位に複数設けて、一つある
いは複数の振動子５を作動させて周波数を注湯時間や型
形状等に応じて可変とするとともに、注湯時間や型形状
に応じて可変の周期で溶湯に高周波振動を加えてもよい
ことは勿論である。また、前記好ましい実施の形態で
は、振動子５は金型１の雄型１ａと雌型１ｂに設けたも
のとしているが、型形状や型の温度等に応じて雄型だけ
あるいは雌型だけに振動子を取り付けるものとしてもよ
い。また、振動子５は金型１の雄型１ａの上面と雌型１
ｂの周縁に設けたものとしているが、型形状や型の温度
等に応じて取り付ける位置を適宜設定すればよいことは
勿論である。さらに、前記好ましい実施の形態では、基
台２に１基の溶融るつぼ１５と金型１を設けたものとし
ているが、基台２に複数の溶融るつぼ１５と金型１を設
けたものとしてもよく、あるいは、基台２をターンテー
ブルとして、該ターンテーブルの下面に複数の金型１を
取り付けるとともに、ターンテーブル上に２個以上の溶
融るつぼ１５を設けて、一方の溶融るつぼ１５の溶湯を
使っているとき、他方の溶融るつぼ１５でアルミニウム
インゴットの溶融を行い、一方の溶融るつぼ１５が溶湯
を使い切ったとき、アルミニウムインゴットが溶融され
た他方の溶融るつぼ１５により注湯を行うようにして、
連続的に鋳造が行えるようにしてもよいことは勿論であ
る。また、前記好ましい実施の形態では、吸引装置３０
の型内の下側終端部に吸引用の細溝を設けたものとして
いるが、型内の上部角部等の周辺や湯回り不良が発生し
やすい部位に吸引用の細溝を形成しても良いことは勿論
である。さらに、前記好ましい実施の形態では、注湯時
前から注湯中にかけて吸引を行うものとしているが、注
湯前に吸引を行って注湯中は吸引を行わないものとして
も良いことは勿論である。

【００１７】

【発明の効果】本発明は前記説明によって明らかなよう
に、金型の雄型と雌型の一方または双方に振動子を取り
付て、注湯される湯に高周波振動を加えるようにしたか
ら、型空間が狭くて重力鋳造ではひけ巣や凹みや孔等の
鋳造不良を発生させるようなものであっても、湯を確実
に型内の隅々まで流入させひけ巣や凹みや孔等を生じさ
せることがないものである。このため、従来では圧力鋳
造を行わなければならない肉薄の製品でも、重力鋳造で
鋳造できるので、油圧設備が不要で、装置全体が小型化
できるうえに初期投資を抑えることができる。しかも、
高圧の油圧設備を稼動する必要がないので、ランニング
コストを抑えることができ、安価に肉薄の製品を提供で
きることとなる。さらに、アルミニウムやマグネシウム
等の軽合金のためリサイクルも容易で、プラスチックの
ように廃棄処理することによる社会的な負担を抑えるこ
とができる効果もあるものである。また、請求項２のよ
うに、溶融るつぼを注湯栓により開閉するものとしたか
ら、鋳造に必要な溶湯量を正確に設定することができ、
湯溜りが不要となって湯温の低下がなく、湯回りを向上
させることができるうえに鋳造工程をシステム化するこ
とが容易となり、効率よく鋳造を行うことができるもの
となる。請求項３のように、溶融るつぼをるつぼ蓋によ
り密閉できるものとし、内部に低圧の不活性ガスを充填
することにより、溶融るつぼ内を低圧で加圧でき、注湯
速度を速くすることができ、鋳造時間を短縮して生産性
を高めることができる。請求項４のように、振動子を一
定または可変の周波数で一定または可変の周期で高周波
振動させることにより、注湯時間や型形状や型温度の分
布等に対応させることができる。請求項５のように、型
内の空気を吸引することにより、溶湯に空気が巻き込ま
れることがないうえに、溶湯も吸引されるので湯回りが
速く鋳造時間を短縮することができる。請求項６のよう
に、金型と溶融るつぼターンテーブルに複数装着するこ
とにより、連続的に鋳造を行うことができ、生産性を大
幅に向上させることができる。請求項７のように、雄型
と雌型の一方または双方に振動子を取り付て、注湯され
る湯に高周波振動を加えるようにすることにより、圧力
鋳造でなくとも、ひけ巣や凹みや孔等の鋳造不良を発生
させることなく肉薄の製品を得ることができ、圧力鋳造
に用いれば鋳造による不良率を低減し歩留まりを向上さ
せることができるうえに、より薄い肉厚の鋳造品を得る
ことができ、鋳造速度を速めることができる。請求項８
のように、振動子が一定または可変の周波数で一定また
は可変の周期で高周波振動するものとすることにより、
注湯時間や型形状や型温度の分布等に対応させることが
できる。請求項９のように、型内の空気を吸引すること
により、溶湯に空気が巻き込まれないので、不良品が生
じ難いうえに、溶湯も吸引されるので湯回りが速く鋳造
時間を短縮することができる等の種々の利点を有するも
のである。従って、本発明は従来の問題点を解消した重
力鋳造装置および鋳造用金型として業界の発展に寄与す
るところ極めて大なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施の形態を示す一部切欠正
面図である。

【図２】本発明の好ましい実施の形態を状態を異にして
示す一部切欠正面図である。

【符号の説明】

１ 金型 1a 雄型 1b 雌型 ５ 振動子 15 溶融るつぼ 15b るつぼ蓋 23 注湯栓

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 雄型と雌型の一方または双方に溶湯を高
   周波振動させる振動子を取り付けた金型を型締め自在に
   配置するとともに、該金型に溶湯を供給する溶融るつぼ
   を金型の上方に接離自在に配置したことを特徴とする重
   力鋳造装置。
2. 【請求項２】 溶融るつぼが注湯栓により開閉されるも
   のである請求項１に記載の重力鋳造装置。
3. 【請求項３】 溶融るつぼがるつぼ蓋により密閉され、
   内部に低圧の不活性ガスが充填される請求項１または２
   に記載の重力鋳造装置。
4. 【請求項４】 振動子が一定または可変の周波数で一定
   または可変の周期で高周波振動するものである請求項１
   から３のいずれかに記載の重力鋳造装置。
5. 【請求項５】 型内の空気を吸引する吸引装置を設けた
   請求項１から４のいずれかに記載の重力鋳造装置。
6. 【請求項６】 複数の金型と溶融るつぼがターンテーブ
   ルに装着される請求項１から５のいずれかに記載の重力
   鋳造装置。
7. 【請求項７】 雄型と雌型の一方または双方に溶湯を高
   周波振動させる振動子を取り付けたことを特徴とする鋳
   造用金型。
8. 【請求項８】 振動子が一定または可変の周波数で一定
   または可変の周期で高周波振動する請求項７に記載の鋳
   造用金型。
9. 【請求項９】 型内の空気を吸引する吸引装置を設けた
   請求項７または８に記載の鋳造用金型。