JP2977304B2 - 低圧鋳造方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は低圧鋳造方法及びその装
置に関する。さらに詳しくは、例えば自動車用アルミホ
イールのような軽量強度部品の鋳造に好適な低圧鋳造方
法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車用アルミホイールのような
軽量強度部品を鋳造するために実用化された技術として
は低圧鋳造方法がある。この方法を実施するための装置
としては、例えば図４に示すようなものが用いられてい
る。これは立型鋳造機に、上下に開閉自在の金型（下型
10、サイド型11、上型12）を水平に載置し、下側金型中
央下部から溶融アルミ合金を低速、低圧で押し上げ、充
填することによって、高速ダイカスト法の時のように充
填時にエアを巻き込むことなく最上部のホイール周縁部
まで溶湯を充填する事ができ、且つホイール上面から下
面に向けて長く伸びた樹木状晶を形成できる点で優れて
いるものである。

【０００３】上記の従来の低圧鋳造機では、溶湯を型窩
に注入するには炉内に加圧エアを注入しその圧力によっ
て溶湯を湯道孔から型窩に押上げるエア加圧方式によっ
て行われるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】低圧鋳造機で自動車用
アルミホイールのような軽量強度部品を鋳造する場合、
ホイール上面から下面に向けて長く伸びた樹木状晶が形
成されることが、その強度の点から好ましいものであ
る。このような樹木状晶の形成は、型窩への溶湯の単位
時間当たりの注入量すなわち型窩への溶湯の充填速度に
依存していると考えられ、長くかつ均質な樹木状晶を形
成するには、鋳造のどの部分でも一定の溶湯面上昇速度
で溶湯が供給されていることが望ましいものである。

【０００５】しかしながら対象となる鋳造品は、肉厚が
一定のものは少なく部分に応じて変化するものが多い。
このように肉厚が部分部分で変化する鋳造品を鋳造する
場合、その鋳造品の型窩に対して、型窩に設けられた湯
道孔開口部（以下ゲートという）を通じて注入される溶
湯注入量が単位時間当たりほぼ一定のものであれば、鋳
造品の肉厚に応じて変化する型窩内の空隙に対する溶湯
充填速度（すなわち溶湯面上昇速度）は、その薄いとこ
ろでは速くなり、その厚いところで遅くなるというよう
に変化し、溶湯はまちまちの充填速度で充填されること
となり、上記のごとき長い樹木状晶を均質かつ再現性良
く鋳造する点で難点がある。

【０００６】上述した従来の低圧鋳造機では、理論的に
は型窩への単位時間当たりの溶湯注入量は炉内の加圧エ
アの圧力によって制御できると考えられるが、実際には
炉内圧力を可変にして溶湯面上昇速度を応答性良好にす
ることは不可能であった。

【０００７】そこで本発明の解決しようとする課題は、
溶湯の型窩への注入時において、ゲートでの単位時間当
たりの溶湯注入量を鋳造物の形状に応じて制御して型窩
への溶湯の充填速度を調節し、鋳造品の質的向上を図る
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かくして本発明によれ
ば、加圧により湯道孔を通して溶湯を金型の型窩に徐々
に注入する低圧鋳造方法において、溶湯の型窩への注入
時に、型窩での溶湯面上昇速度が略一定となるべく、湯
道孔開口面の溶湯流路断面積を変更して単位時間あたり
の溶湯注入量を制御することを特徴とする低圧鋳造方
法、並びに、開閉自在で内部に型窩を有する金型と、溶
湯を貯留しこの溶湯を金型に供給する炉と、金型に設け
られた湯道孔を介して炉と上記型窩とを接続せる湯道管
とからなる低圧鋳造装置において、金型上部に、湯道孔
が型窩に開口する開口部内に先端が挿脱して該開口部の
溶湯流路断面積を変更しうるピンと、該ピンを上下動可
能に支持しうるピン駆動手段と、上記ピンの位置を検出
する位置センサと、該センサからの出力信号に基づいて
溶湯の型窩への注入時に型窩での溶湯面上昇速度が略一
定となるべく上記ピン駆動手段を制御するＣＰＵとから
なる溶湯注入量可変手段が具備されたことを特徴とする
低圧鋳造装置が提供される。

【０００９】本発明の方法は、型窩に面する湯道孔開口
部（以下ゲートという）を通過する溶湯の流路断面を変
更して単位時間当たりの溶湯注入量を制御するものであ
る。この制御はさらに炉内に加えられる加圧エアとの調
整によってなされることが好ましい。溶湯注入量の制御
は型窩の形状に基づいてなされることが好ましい。

【００１０】本発明の装置は、開閉自在で内部に型窩を
構成する金型の上部に、後述する溶湯注入量可変手段を
具備する以外は、当該分野で公知の低圧鋳造装置をその
まま利用することができる。

【００１１】本発明の装置において、溶湯注入量可変手
段は金型上部に設けられるが、従来の定圧鋳造装置を利
用する場合は、上型内に設けられることが好ましい。こ
の構成の詳細については後述する実施例の記載が参照さ
れる。上記溶湯注入量可変手段は、ゲート内に先端が挿
脱して該開口部の溶湯流路断面積を変更しうるピンと、
該ピンを上下動可能に支持しうるピン駆動手段と、上記
ピンの位置を検出する位置センサと、該センサからの出
力信号に基づいて溶湯の型窩への注入時に型窩での溶湯
面上昇速度が略一定となるべく上記ピン駆動手段を制御
するＣＰＵとから構成される。上記位置センサには例え
ばポテンショメータを用いることができる。

【００１２】流路断面の変更は、型窩周囲に向かって溶
湯が均等分散されるようになされることが、樹木状晶を
均質にかつ再現性良く形成する点から好ましいものであ
り、従って、上記ピンは、湯道孔開口部の流路断面を同
心円状に変更すべく、少なくとも先端がゲート内に挿脱
可能な形状のものが用いられる。このピンは溶湯と直接
接触するものであるので、耐熱性材料で構成される。こ
の材質例としては例えばセラミック等が挙げられる。

【００１３】上記ピン駆動手段は、上記ピンを上下動可
能に支持できるものであればいずれのものであっても良
く、例えばピンと連接するロッドと該ロッドと連接する
シリンダ機構とから構成されるものが挙げられるが、こ
れに限定されない。

【００１４】

【００１５】

【作用】本発明によれば、型窩への溶湯の注入時におい
て、型窩の形状に基づき、その溶湯充填断面の大きいと
ころでは湯道孔開口部の流路断面が大きく開かれて単位
時間当たりの溶湯の注入量が多くされ、その型窩での溶
湯充填断面が小さいところでは上記開口部の流路断面が
小さくされて単位時間当たりの溶湯注入量が減じられ、
この結果、型窩内での充填面積に応じて単位時間当たり
の溶湯注入量が制御され、常にほぼ一定の充填速度（溶
湯面上昇速度）で型窩内に溶湯が充填されることとな
る。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を図示実施例に従って詳述する
が、これによって本発明が限定されるものではない。図
１は本発明にかかる低圧鋳造装置の一例の立型鋳造機の
概略断面図である。同図において、１は装置の基盤とな
るボトムプラテンで、水平に設置されている。それに対
して２はトッププラテン、３は両端にねじを螺切してあ
る複数本のタイバーで、１，２両プラテンの四隅の挿入
孔にタイバー３を挿入し、固定ナットで締結し、鋳造機
の枠体を構成する。

【００１７】昇降シリンダ４は、トッププラテン２の中
央上部に固着されており、そのピストンロッド５は、四
隅の挿入孔をガイドー６で摺動自在に支持されている可
動プラテン７の中央上面に固着されているので、可動プ
ラテン７は昇降自在となる。

【００１８】ボトムプラテン１の中央には、下方垂直に
円形断面のストーク８が嵌装してあり、下型10をその中
央の湯道孔10aをストーク８と同心にしてボトムプラテ
ン１の中央に搭載する。サイド型11は割型構造となって
おり、下型10と組にして下型の上部に搭載する。上型12
は可動プラテン７に装着する。以上の下型10、サイド型
11、上型12とによって鋳造製品を得るための型窩（キャ
ビティ）が形成される。

【００１９】上記湯道孔10a開口部（以下ゲートとい
う）は、図２に示すように、上方に向けて広がるテーパ
面を有するよう形成されている。また、上記上型12に
は、後述する本発明の要件たる溶湯注入量可変手段20が
内蔵されている。

【００２０】ストーク８に対しては湯道管14が下方に液
密にかつ着脱自在に連接されている。該湯道管14は溶湯
15を保持する炉16を密閉する蓋体17の上部中央に設けら
れるベローズ構造18によって気密かつ伸縮可能に吊持さ
れている。この湯道管端部14aはフランジ状となってい
る。ストーク８及び湯道管14は耐熱性の断熱材料で構成
されている。

【００２１】断熱材料製の炉16は、図示しない溶解炉で
適温に溶解したアルミホイール用合金の溶湯15を保持し
ている。溶湯を注湯された後、炉14の入口側上部は断熱
材料製の蓋体17で密閉されている。炉16全体は溶湯の補
充注湯や保守管理などのためには鋳造機から分離するこ
とができる構造となっている。

【００２２】なお、蓋体17には図示しない加圧エア入口
及び出口が穿設されており、これらには図示しない弁装
置を有し、炉16内の溶湯15を加圧エアによって押し上げ
て型窩に充填し、充填完了後炉内エアを逃がして溶湯湯
面を自然の位置まで下げることができる。19は鋳造製品
を取り出すためのスクイーズである。

【００２３】溶湯注入量可変手段20は、図２に示される
ように、ゲート断面積可変ピン21と、このピンに連接さ
れるロッド22と、このロッドに連結されるピストン23を
有するピン駆動シリンダ24と、このピンの位置を検出す
る位置センサ25と、このシリンダを駆動する図示しない
シリンダ駆動部とから構成されている。上記ロッド22と
ピストン23との連結は、図３に示すように、継ぎ手26及
びネジ27によって互いに着脱可能に構成されている。

【００２４】この実施例において上記位置センサ25には
ポテンショメータが用いられており、ピストンの上下動
変位を電気量変位で検知して、シリンダ駆動部に出力で
きるように構成されている。

【００２５】また、上記図示しないシリンダ駆動部に
は、ＣＰＵを内蔵したマイクロコンピュータが用いられ
ており、位置センサ25により検知されるピストン23の上
下動変位に基づいて、ピン21を所定の位置に設定すべく
ピストン23を駆動できるように構成されている。

【００２６】またさらに、上記シリンダ駆動部では、Ｃ
ＰＵによって、単位時間当たりの所定の溶湯注入量と型
窩内での所定容量との関係に基づいて、所定時間毎にピ
ストン23を駆動できるタイミングをプログラムできるよ
うにも構成されている。

【００２７】なお、該シリンダ駆動部には、上記位置セ
ンサからの出力信号に基づいて、更に、ゲート断面積で
の溶湯注入量と加圧エアによる炉内圧力との関係を演算
して該エア圧力を調節できるように構成されていても良
い。

【００２８】以上の構成からなる本発明の低圧鋳造機の
作用について述べる。

【００２９】(1) 型 締 昇降シリンダ４によって可動プラテン７が下降し、上型
12とサイド型11とのパーティング面が当接する。

【００３０】(2) ゲート断面積の設定 例えば、型窩の下面（この例ではこれを基準面とする：
図１中イ）と、その上面（同図ロ）と、下面から上面の
間で溶湯充填断面積が著しく変動する所定の位置（例え
ば同図ハ）の３点を設定する。次いで、イ〜ロまでの溶
湯充填に対する所要時間ｔを設定し、このうちイ〜ハま
でをt₁時間、ハ〜ロまでをt₂時間と設定する。次いで、
上記t₁及びt₂の各時間における単位時間当たりの各溶湯
注入量をそれぞれ算出し、これらの割合に応じたゲート
断面積を算出し、これに基づいて各ゲート断面積を設定
するピン21の先端の位置Ａ及びＢを設定する（図２参
照）。ここでＡは上記基準面から距離ａだけ上方に位置
し、Ｂは上記基準面から上方に距離ｂだけ位置する（な
お、この実施例ではＡはゲート全開状態である）。以上
の関係をシリンダ駆動部のマイクロコンピュータに予め
プログラミングしておく。

【００３０】(3) 溶湯に加圧 まずシリンダ駆動部を作動してピストン23を上昇する。
上昇距離が基準面から(ａ)上がったところで位置センサ
25がこれを検知してシリンダ駆動部の作動を停止する。
これでピン21はその先端位置がＡに設定される（いわゆ
るゲート全開状態）。上記状態において、炉16の蓋体17
の加圧エア入口から、例えば５kg/cm²程度のエアをかけ
て、炉内の溶湯15の湯面を押し下げることにより、溶湯
15をストーク８を通って型窩に導入する。

【００３１】(4) 充 填 ゲートが全開された状態で、溶湯は加圧エアによる押圧
力で型窩に導入され充填され始める。溶湯注入開始から
t₁時間経過まではこの時間に設定された単位時間当たり
の溶湯注入量によって、イ〜ロまでの間ほぼ一定の溶湯
面上昇速度で溶湯の注入は続く。t₁時間経過後、予め設
定されたプログラミングにより、シリンダ駆動部が作動
されてピストン23が下降される。下降距離がａ−ｂにな
ったところで位置センサ25によってこれが検知され、シ
リンダ駆動部の作動が停止される。これでピン21はその
先端位置がＢに設定される（いわゆるゲー断面積縮小状
態）。このとき加圧エアも所定の値に減少されることが
好ましい。この結果、ゲート断面積が減少され、これに
伴って型窩への単位時間当たりの溶湯注入量も所定量に
減少され、これによって溶湯充填面積の小さいハ〜ロま
での間溶湯面上昇速度は減速され、予め設定されたt₂時
間で充填されることとなる。 t₂時間経過後、溶湯の注
入は停止されるとともに、シリンダ駆動部が作動されて
ピン21が上昇され、溶湯の凝固が行われる。

【００３２】以上のことから、充填断面積の小さいとこ
ろでは単位時間当たりの溶湯注入量は減じられるので、
断面積が極端に小さくなる部分でも充填途中でエアを巻
き込むことはない。

【００３３】すなわち、このように断面積が著しく変動
しても、型窩底面から上端面までは予め設定された溶湯
面上昇速度で充填されることとなり、歪みや巣の生じな
い均質なものでかつホイルの上面から下面に向かって長
く伸びた樹木状晶を有する鋳造製品が得られることとな
る。

【００３４】(6) 製品取り出し 凝固が完了した時点でサイド型11が下型10の上で左右に
開いた後、昇降シリンダ４によって可動プラテン７が上
型12及び鋳造製品と共に上昇する。この上昇に伴ってス
クイーズ19がトッププラテン２の下面に当接すると、こ
のスクイーズ19が下向きに押されて鋳造製品が上型12か
ら分離され、鋳造製品は取り出された後、次の低圧鋳造
に備えられる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、型窩内への溶湯の注入
時に単位時間当たりの溶湯注入量を制御することができ
る。また本発明によれば、単位時間当たりの溶湯注入量
を制御することができるので、加圧エアの押圧力との調
節により、常に所定の溶湯面上昇速度を維持できる。

【００３６】またさらに本発明によれば、型閉力のあま
り必要としない低圧鋳造方法及び装置において、型窩が
いずれの形状であっても、型窩への溶湯の充填が型窩下
面から上面にわたって一定の溶湯面上昇速度に調節でき
るので、歪みや巣が生じなく均質でかつ樹木状晶を有す
る強度の強い良質な鋳造製品を成形することができると
いう画期的な効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の低圧鋳造装置の一実施例の部分概略縦
断面図

【図２】図１の要部拡大概略断面図

【図３】本発明のゲート断面積可変ピンとピストンの接
続部分の拡大斜視図

【図４】従来例の図１相当図

【符号の説明】

(1)…ボトムプラテン (2)…トッププラテン (3)…タ
イバ (4)…昇降シリンダ (5)…ピストンロッド (6)…ガ
イドバー (7)…可動プラテン (8)…ストーク (10)…下型 (1
0a)…湯道孔 (11)…サイド型 (12)…上型 (14)…湯道管 (14a)…
湯道管フランジ部 (15)…溶湯 (16)…炉 (17)…蓋体 (18)…ベローズ構
造 (19)…スクイーズ (20)…溶湯注入量可変手段 (21)…ゲート断面積可変ピ
ン (22)…ロッド (23)…ピストン (24)…ピン駆動シリンダ (25)…位置
センサ (26)…継ぎ手 (27)…ネジ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加圧により湯道孔を通して溶湯を金型
   の型窩に徐々に注入する低圧鋳造方法において、 溶湯の型窩への注入時に、型窩での溶湯面上昇速度が略
   一定となるべく、湯道孔開口面の溶湯流路断面積を変更
   して単位時間あたりの溶湯注入量を制御することを特徴
   とする低圧鋳造方法。
2. 【請求項２】 開閉自在で内部に型窩を有する金型
   と、溶湯を貯留しこの溶湯を金型に供給する炉と、金型
   に設けられた湯道孔を介して炉と上記型窩とを接続せる
   湯道管とからなる低圧鋳造装置において、 金型上部に、湯道孔が型窩に開口する開口部内に先端が
   挿脱して該開口部の溶湯流路断面積を変更しうるピン
   と、該ピンを上下動可能に支持しうるピン駆動手段と、
   上記ピンの位置を検出する位置センサと、該センサから
   の出力信号に基づいて溶湯の型窩への注入時に型窩での
   溶湯面上昇速度が略一定となるべく上記ピン駆動手段を
   制御するＣＰＵとからなる溶湯注入量可変手段が具備さ
   れたことを特徴とする低圧鋳造装置。