JP2007069235A - 重力鋳造機及びそれに用いる重力鋳造法 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属の充填率と速度との関係に最も顕著である落下速度を重力に頼ることなく、任意に設定することが可能な重力鋳造機を提供する。
【解決手段】 速度制御弁１４と油圧シリンダ１７との間に油圧サーボ１６を配置している。油圧サーボ１６は減衰効果や振動制御に用いるものであるが、速度制御弁１４の後に付加し、重力鋳造時に、応答周波数の範囲で油圧シリンダ１７が伸縮しながら伸びていく動作で０〜９０度まで機械を伸縮させながら傾斜させていく。その際の重力鋳造では油圧シリンダ１７の伸縮による微振動にて摩擦抵抗が大幅に減少し、慣性の効果で溶融金属が加速しながら落下する。金型１のキャビティは溶融金属が流れ込むと、必然的にガスが発生するが、油圧サーボ１６を油圧シリンダ１７の加振機能として組み入れることで、金型１のキャビティ内の空気やガスが強制的に排出される。
【選択図】 図１

Description

本発明は重力鋳造機及びそれに用いる重力鋳造法に関し、特に溶融金属を金型内部に流し込み、必要な鋳物形状を得る方法である鋳造方法のうち、傾斜機能を有する鋳造機を利用して鋳物を製造する重力鋳造法に関する。

近年の鋳造は、ダイカストを中心とする高速・高圧鋳造の技術進展が目覚しいが、傾斜機構を持つ鋳造機、いわゆる重力鋳造法は高速・高圧等、外から制御するのではなく、文字通り重力任せの鋳造法という認識が一般的である（例えば、特許文献１参照）。この鋳造法については四半世紀以上、大きな技術の進展はない。

この鋳造法はダイカストに比べ、金型の投資が小さい、少量〜中量生産に向く等の利点があると言われているが、鋳造品質面では鋳込みの作業（溶融金属を流し込むこと）を重力落下に任せるのみであることから、金型の製造ノウハウに大きく作用され、大きさによってはダイカスト金型と大差ない等、最近では以前ほどの投資メリットが薄れつつある。

実開昭６３−１２７７６１号公報

上述した従来の重力鋳造法としては、図２に示すように、湯口カップ３に溶融金属を満たし、湯道２を介して油圧シリンダ４の上昇によって金型１の内部空洞（以下、キャビティとする）に充填する方法が一般的である。

一般的には、ほとんどの場合、傾斜角が４５度の付近で充填が完了し、溶融金属の落下速度は傾斜角度を変数とする流速係数（Ｃ）によって、落下速度νは、
ν＝Ｃ√２ｇｈ
で表され、落下時の速度は湯口カップの高さで決定される。通常は便宜的に傾斜角４５度の時の湯口カップの高さの時の落下速度を推定する。

重力鋳造法とは、その名のとおり、重力落下が基本であり、溶融金属がキャビティに充填する際の落下速度が鋳造品質の重要な要素であるにもかかわらず（特に金属の充填率と速度との関係は顕著）、まさに重力に任せるしかなく、鋳物の内部欠陥である巣、湯回り不良等、上述したようにこれらを改善する有効な手段である落下時の速度を任意に設定するための機能として有効な手段をとることができない。

そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、金属の充填率と速度との関係に最も顕著である落下速度を重力に頼ることなく、任意に設定することができる重力鋳造機及びそれに用いる重力鋳造法を提供することにある。

本発明による重力鋳造機は、油圧シリンダの上昇によって金型を傾斜させて前記金型内に溶融金属を流し込む重力鋳造機であって、
前記油圧シリンダによって前記金型を傾斜させる際に前記金型に流し込まれる溶融金属を加速させる機構を備えている。

本発明による重力鋳造法は、油圧シリンダの上昇によって金型を傾斜させて前記金型内に溶融金属を流し込む重力鋳造法であって、前記油圧シリンダによって前記金型を傾斜させる際に前記金型に流し込まれる溶融金属を加速させている。

すなわち、本発明の重力鋳造機は、溶融金属を金型内部に流し込み、必要な鋳物形状を得る方法である鋳造方法の内、傾斜機能を有する鋳造機を利用して鋳物を製造する重力鋳造法において、金型に溶融金属を流し込む湯道を傾斜させると同時に、金型及び湯道に振動を加えることで、摩擦係数を大幅に軽減し、慣性の効果を伴って重力による落下速度に加速を与え、金型内部への到達速度を任意に設定可能とすることを特徴としている。

より具体的に説明すると、本発明の重力鋳造機は、溶融金属を流し込む湯道を傾斜させる油圧シリンダに振動を与えるための油圧サーボを付加することで、機械を傾斜させながら、同時に金型及び湯道が振動し、溶融金属を加速させながら落下させている。

これによって、本発明の重力鋳造機では、減衰効果や減衰制御に用いられる油圧サーボを加振機能として傾斜鋳造機械の油圧システムに組み入れることによって、溶融金属を傾斜させながら金型内に充填させる間、常時振動を加えることで、摩擦抵抗を大幅に減少し、慣性の効果も伴って、金属の充填率と速度との関係に最も顕著である落下速度を重力に頼ることなく、任意に設定することが可能となる。

また、本発明の重力鋳造機では、溶融金属がキャビティに充填されることで、空気や発生するガスを、もともと金型に工夫されている逃げ道から振動によって強制的に排出可能としている。したがって、本発明の重力鋳造機では、一般的な傾斜鋳造機を利用した重力鋳造法において、通常とはまったく逆の発想によって油圧サーボを加振機能として利用し、投資を抑えて安価な方法にて鋳造品質を高めることが可能となる。

本発明は、以下に述べるような構成及び動作とすることで、金属の充填率と速度との関係に最も顕著である落下速度を重力に頼ることなく、任意に設定することができるという効果が得られる。

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例による油圧シリンダの構成を示すブロック図である。図１において、本発明の一実施例による油圧シリンダはモータ１１と、油タンク１２と、ポンプ１３と、速度制御弁１４と、方向制御弁１５と、油圧サーボ１６と、負荷１８に対して作用する油圧シリンダ１７とから構成されている。尚、本発明の一実施例による重力鋳造機は図２に示す従来の重力鋳造機と同様の構成となっており、本実施例による油圧シリンダ１７を図２に示す重力鋳造機の油圧シリンダ４に用いている。

本実施例では、速度制御弁１４と油圧シリンダ１７との間に油圧サーボ１６を配置している。速度制御弁１４と油圧シリンダ１７との間には方向制御弁１５もあるが、重要なのは速度制御弁１４と油圧シリンダ１７との間に油圧サーボ１６を配置することであり、油圧サーボ１６と方向制御を兼ねる機器があれば１種類ですむ。

油圧サーボ１６の本来の目的は、減衰効果や振動制御に用いるものであるが、速度制御弁１４の後に付加し、重力鋳造時に、常時、スイッチング動作を伴うことで、機械を振動させ、応答周波数の範囲で油圧シリンダ１７が伸縮しながら伸びていく動作で０〜９０度まで機械を傾斜させていく。

この機械の傾斜による溶融金属の落下速度は、傾斜角度を変数とする流速係数（Ｃ）を用いて表すことができることは上述した通りである。この場合、流速係数（Ｃ）とは、溶融金属を粘性流体と考えると、溶融金属と湯道２との間で生じる摩擦係数のことである。したがって、油圧シリンダ１７の伸縮による微振動にて摩擦抵抗が大幅に減少することと、慣性の効果で溶融金属が加速しながら落下することで、重力に依らない速度を任意に生み出せる効果がある。

また、金型１のキャビティは当然ながら空気で満たされており、そこに溶融金属（アルミの場合には、７５０〜８００℃）が流れ込むと、必然的にガスが発生する。金型１自体には空気やガスの逃げ道がさまざまに工夫されているが、時には発生ガスが障害となり、鋳物巣や湯回り不良等の鋳造欠陥を生むことは避けられない。本実施例による油圧サーボ１６を油圧シリンダ１７の加振機能として組み入れた鋳造方法では、金型１のキャビティ内の空気やガスを強制的に排出する効果を併せて発揮することができる。

本実施例では、上述したように、一般的な油圧システムに、通常、減衰効果や減衰制御に用いられる油圧サーボ１６を加振機構として組込むのみという、非常に安価な方法である。

これら図１及び図２を参照して本発明の一実施例による重力鋳造法について説明する。本実施例による重力鋳造は油圧シリンダ４を、油圧サーボ１６で細かく伸縮させながら伸ばしていくことで、金型（鋳造機）１を傾斜（０→９０度）させている。

油圧シリンダ４を縮ませる時には、湯道２を流れる溶融金属が一瞬浮いた状態になり、次に油圧シリンダ４を伸ばした時には慣性によって溶融金属が下方に加速される。この動作を応答周波数の範囲で、一秒間に数十〜百数十サイクル繰返しながら傾斜させていくことで、溶融金属と湯道２との間で生じる摩擦抵抗の大幅減と、重力鋳造でありながら慣性によって落下速度を制御することができるという鋳造法としての大きな特徴を持つ動作を生むことができる。

このように、本実施例では、通常、減衰効果や減衰制御に用いられる油圧サーボ１６を油圧シリンダ１７の加振機能として傾斜鋳造機械の油圧システムに組み入れることによって、油圧システムにて金型１を傾斜させながら、溶融金属を金型１内に充填させる間、常時振動を加えることで、摩擦抵抗を大幅に減少させ、慣性の効果も伴って金属の充填率と速度との関係に最も顕著である落下速度を重力に頼ることなく、任意に設定することができる。

また、本実施例では、溶融金属が金型１のキャビティに充填されることで、空気や発生するガスを、もともと金型１に工夫されている逃げ道から振動によって強制的に排出することできる。

本発明の一実施例による油圧シリンダの構成を示すブロック図である。 従来の重力鋳造機の構成を示す図である。

符号の説明

１ 金型
２ 湯道
３ 湯口カップ
４ 油圧シリンダ
５ 油圧ユニット
１１ モータ
１２ 油タンク
１３ ポンプ
１４ 速度制御弁
１５ 方向制御弁
１６ 油圧サーボ
１７ 油圧シリンダ
１８ 負荷

Claims (8)

1. 油圧シリンダの上昇によって金型を傾斜させて前記金型内に溶融金属を流し込む重力鋳造機であって、
   前記油圧シリンダによって前記金型を傾斜させる際に前記金型に流し込まれる溶融金属を加速させる機構を有することを特徴とする重力鋳造機。
2. 前記溶融金属を加速させる機構は、前記金型を傾斜させる油圧シリンダに伸縮動作を加えて振動させる油圧サーボ機構であることを特徴とする請求項１記載の重力鋳造機。
3. 前記油圧サーボ機構は、前記油圧シリンダに伸縮動作を加えながら、前記油圧シリンダにて前記金型を０〜９０度の範囲で傾斜させることを特徴とする請求項２記載の重力鋳造機。
4. 前記油圧サーボ機構は、前記油圧シリンダによる前記金型の傾斜速度を制御する速度制御弁と前記油圧シリンダとの間に配設されたことを特徴とする請求項２または請求項３記載の重力鋳造機。
5. 油圧シリンダの上昇によって金型を傾斜させて前記金型内に溶融金属を流し込む重力鋳造法であって、前記油圧シリンダによって前記金型を傾斜させる際に前記金型に流し込まれる溶融金属を加速させることを特徴とする重力鋳造法。
6. 前記金型を傾斜させる油圧シリンダに伸縮動作を加えて振動させる油圧サーボ機構にて前記溶融金属を加速させることを特徴とする請求項５記載の重力鋳造法。
7. 前記油圧サーボ機構にて前記油圧シリンダに伸縮動作を加えながら、前記油圧シリンダにて前記金型を０〜９０度の範囲で傾斜させることを特徴とする請求項６記載の重力鋳造法。
8. 前記油圧サーボ機構を、前記油圧シリンダによる前記金型の傾斜速度を制御する速度制御弁と前記油圧シリンダとの間に配設したことを特徴とする請求項６または請求項７記載の重力鋳造法。

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