JP6331643B2 - 低圧鋳造装置 - Google Patents

Description

本発明は、とくに、金型に溶湯を充填するのに用いられる鋳造用湯口部材を備えた低圧鋳造装置に関するものである。

この種の鋳造用湯口部材としては、特許文献１に記載されているものがある。特許文献１に記載の湯口部材は、耐溶損材料からなる焼結体の内層と、金属材料からなる外層との間に、多孔質セラミックスの中間層を介在させた構造である。また、湯口部材は、上側半分が、上方向に向けて開口面積が増大する形状であると共に、下側半分が、下方向に向けて開口面積が増大する形状になっている。

上記の湯口部材は、金型のキャビティに溶湯を充填した後、上側内部の溶湯を凝固させてこれを製品の一部として離型させ、また、下側内部の溶湯を未凝固のままにして保持炉に戻すことで材料の歩留まりを向上させ、耐溶損性や耐衝撃性に優れると共に、溶湯の保温性を向上させたものとしている。

特開平９−３０００６０号公報

上記したような従来の湯口部材を用いた鋳造では、金型を開いて鋳造製品を離型させる際に、湯口部材の上側内部の溶湯が凝固するのを待つ必要がある。ところが、従来の湯口部材にあっては、多層構造によって保温性が高められたものであるため、上側内部の溶湯が凝固するまでに時間がかかり、その結果、鋳造のサイクルタイムが長くなるという問題点があることから、このような問題点を解決することが課題であった。

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、低圧鋳造において金型のキャビティに溶湯を充填するための湯口部材を備え、部材内部の溶湯が凝固するのを待つことなく鋳造製品の離型を可能にし、鋳造のサイクルタイムの短縮化や材料の歩留まりの向上を実現することができる低圧鋳造装置を提供することを目的としている。

本発明に係わる低圧鋳造装置は、保持炉と金型との間に、前記金型のキャビティに溶湯を充填するための湯口部材を備え、前記湯口部材が、上端部を閉塞し且つ下端部を開放させた空間を形成する湯口部と、前記湯口部において前記キャビティよりも低い位置に形成され且つ前記キャビティに連通するゲート部とを有し、前記湯口部及び前記ゲート部が、前記金型の断熱性よりも高い断熱性を有する材料で形成してあると共に、前記湯口部材と前記キャビティとの間に、前記湯口部材の前記ゲート部と前記金型に設けた金型側ゲート部とから成るゲートを備えている構成とし、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

本発明に係わる低圧鋳造装置は、上記構成を採用したことにより、湯口部のゲート部から金型のキャビティに至る間が、ゲートになり、キャビティ内の溶湯が凝固した時点では、前記ゲート内に、溶湯の凝固部分と未凝固部分の境界領域を形成し、湯口部内の溶湯の大半を未凝固状態のままにする。

これにより、低圧鋳造装置は、湯口部材の内部の溶湯が凝固するのを待つことなく鋳造製品の離型を可能にし、鋳造のサイクルタイムの短縮化や材料の歩留まりの向上を実現することができる。

本発明の第１実施形態を示す低圧鋳造装置の断面説明図である。 図１中の湯口部材を示す断面図（Ａ）及び要部の平面図（Ｂ）である。 鋳造製品の一例である自動車用フロントサスペンションメンバを示す平面図（Ａ）及び湯口の配置を兼ねた底面図である。 時間経過に伴う各部の溶湯の温度変化を示すグラフである。 本発明の第２実施形態における湯口部材の断面図（Ａ）及び要部の平面図（Ｂ）である。 本発明の第３実施形態における湯口部材の断面図（Ａ）及び要部の平面図（Ｂ）である。

（第１実施形態）
図１に示す低圧鋳造装置１は、ベース２と、ベース２上に立設した複数のガイドポスト３と、ガイドポスト３の中間に固定された固定盤４と、固定盤４とベース２の間に配置した保持炉５を備えている。また、鋳造装置１は、ガイドポスト３に沿って昇降駆動される可動盤６と、ガイドポスト３の上端部に架設したフレーム７を備え、フレーム７には、可動盤６を昇降駆動する油圧シリンダ８が設けてある。さらに、低圧鋳造装置１は、可動盤６と固定盤４との間に金型９を備えている。

保持炉５は、溶湯Ｍを収容すると共に、固定盤４の下側に組み合わされる蓋体５Ａや、図示しない加熱手段（保温手段）などを備えており、蓋体５Ａには、金型９のキャビティ９Ｃに溶湯Ｍを供給するためのストーク１０が設けてある。ストーク１０は、上端部を後記する湯口部材１５に連通させると共に、下端部を溶湯Ｍに浸漬状態にしている。

金型９は、可動盤６に配置した上型９Ｕと、固定盤４に配置した下型９Ｌとを備え、双方の間に鋳造空間であるキャビティ９Ｃを形成する。上型９Ｕは、可動盤６に固定する型ホルダ１１と、キャビティ９Ｃを形成する型本体（９Ｕ）との間に、押し出しプレート１２を昇降可能に備えている。この押し出しプレート１２は、型本体（９Ｕ）との間に複数のスプリング１３が介装してあると共に、型本体（９Ｕ）を貫通する複数の押し出しピン１４を備えている。

押し出しプレート１２は、図１に示すように金型９を閉じた状態では、スプリング１３により型本体（９Ｕ）との間に隙間を形成し、各押し出しピン１４の先端が型本体（９Ｕ）の底面に対して没入している。また、押し出しプレート１２は、油圧シリンダ８の収縮駆動による可動盤６の上昇過程において、その途中でストッパ（図示せず）により上昇が阻止され、その後、可動盤６がスプリング１３を圧縮しつつ上昇限に達する間に、各押し出しピン１４の先端が型本体（９Ｕ）の底面から突出して、鋳造製品を離型させる。

また、金型９の下型９Ｌには、低圧鋳造において保持炉５の溶湯をキャビティ９Ｃに充填するための鋳造用湯口部材（以下、単に「湯口部材」とする。）１５が設けてある。この湯口部材１５については、後に詳しく述べる。さらに、低圧鋳造装置１は、保持炉５の内部を気体により加圧するための加圧手段１６と、金型９のキャビティ９Ｃ内を吸引排気して減圧させるための減圧手段１７と、これらを制御する制御手段（図示せず）を備えている。

加圧手段１６は、不活性ガス等の加圧用ガスを貯留したタンクや、タンクから保持炉５に連通する供給管１６Ａを備え、供給管１６Ａの途中には流路を開閉する調整弁１６Ｂが設けてある。この加圧手段１６は、保持炉５内に気体を加圧供給し、溶湯Ｍの表面に圧力を付与し、これにより、ストーク１０及び湯口部材１５を通して溶湯Ｍをキャビティ９Ｃに供給する。

減圧手段１７は、入口側に吸気管１７Ａを有し且つ出口側に排気管１７Ｂを有する真空タンク１７Ｃと、真空タンク１７Ｃの排気管１７Ｂに接続した真空ポンプ１７Ｄと、吸気管１７Ａの途中を開閉する開閉弁１７Ｅ及びフィルタ１７Ｆを備えている。なお、制御手段は、加圧手段１６，減圧手段１７のほか、可動盤６を昇降駆動する油圧シリンダ８などの動作も制御する。

湯口部材１５は、図２に示すように、上型９Ｕと下型９Ｌとの間に設けてあって、湯口部１５Ａと、ゲート部１５Ｂとを有し、湯口部１５Ａ及びゲート部１５Ｂが、金型９の断熱性よりも高い断熱性を有する材料で形成してある。

湯口部１５Ａは、上端部を閉塞し且つ下端部を開放させた空間を形成しており、下端部が保持炉５のストーク１０に連通している。図示例の湯口部１５Ａは、全体として、下方向に向けて開口面積が増大する概略円錐台形状を成している。

ゲート部１５Ｂは、湯口部１５Ａの側部において、キャビティ９Ｃよりも低い位置に形成されると共に、キャビティ９Ｃに連通している。このゲート部１５Ｂは、金型９の合わせ面（上型９Ｕと下型９Ｌとの合わせ面）に形成してあって、その合わせ面の部分に形成された金型側ゲート部９Ｇを通してキャビティ９Ｃに連通している。

そして、湯口部材１５のゲート部１５Ｂと金型側ゲート部９Ｇは、互いに連通し、キャビティ９Ｃ側に上がり勾配を有する傾斜ゲート（ゲート）Ｇを形成している。さらに、湯口部１５Ａは、その側部となる金型９の合わせ面にゲート部１５Ｂを設けたことで、ゲート部１５Ｂよりも上側の部分が上型９Ｕに形成されており、この上部が、溶湯表面の酸化被膜を収容するトラップ空間１５Ｃになっている。

さらに、この実施形態の湯口部材１５は、上型９Ｕ及び下型９Ｌの空洞部の内壁に、断熱性を有する材料を所定の厚さに塗布し、これを硬化させた塗型により形成されている。湯口部材１５の材料としては、周知の鋳物砂、セラミックス、及び断熱繊維や、これらを結合するバインダーなどが含まれる。

図３は、上記の低圧鋳造装置１で製造する鋳造製品の一例として、自動車用フロントサスペンションメンバＳＭを示す図である。サスペンションメンバＳＭは、自動車のボディとアクスルを連結すると同時にエンジンを積載するための骨格部材であって、図示例のものは、フロントクロスメンバ部Ｍ１と、ボディ側となるリヤクロスメンバ部Ｍ２と、左右のサイドメンバ部Ｍ３，Ｍ３を一体的に有している。このサスペンションメンバＳＭは、例えばアルミニウム合金製である。

また、サスペンションメンバＳＭは、両クロスメンバ部Ｍ１，Ｍ２、及びサイドメンバ部Ｍ３における両クロスメンバ部Ｍ１，Ｍ２の間の部分が、中空状（閉断面構造）になっている。この中空部の形成には、キャビティ９Ｃ内に配置される中子を使用する。このようなサスペンションメンバＳＭは、強度向上や軽量化を実現したものであって、鋳物としては薄肉で比較的大型である。

さらに、サスペンションメンバＳＭは、とくに図３（Ｂ）に示す底面に、強度を確保するための多数のリブＲを有しており、この底面が上向きになる姿勢で鋳造される。つまり、低圧鋳造装置１では、リブＲを有する底面を上向きとすることで、下型９ＬとサスペンションメンバＳＭとの接触面積よりも、上型９ＵとサスペンションメンバＳＭとの接触面積の方が大きくなるようにする。これにより、低圧鋳造装置１は、金型９を開いた際に、サスペンションメンバＳＭが上昇する上型９Ｕに付着して保持されるようにし、その後のサスペンションメンバＳＭの取り出し作業を容易にする。

さらに、低圧鋳造装置１は、鋳造製品が上記のサスペンションメンバＳＭである場合には、図３（Ｂ）に示すように、複数箇所の湯口部材１５を配置する。なお、図３（Ａ）及び（Ｂ）は、サスペンションメンバＳＭの平面図及び底面図であるが、金型９のキャビティ９Ｃも同様の形状であるから、図３（Ｂ）に湯口部材１５の配置を例示している。

上記構成を備えた低圧鋳造装置１は、金型９を閉じた後、加圧手段１６により保持炉５内に気体を加圧供給して、その圧力により、ストーク１０、湯口部材１５及び傾斜ゲートＧを通してキャビティ９Ｃに溶湯Ｍを加圧充填する。この際、減圧手段１７により、キャビティ９Ｃ内を吸引排気して減圧させることで、キャビティ９Ｃへの溶湯Ｍの充填がより速やかに行われるようにする。

その後、低圧鋳造装置１は、キャビティ９Ｃ内の溶湯Ｍが凝固したところで、油圧シリンダ８の収縮駆動により可動盤６とともに上型９Ｕを上昇させ、金型９を開放する。このとき、低圧鋳造装置１は、湯口部材１５とキャビティ９Ｃとの間に、湯口部材１５のゲート部１５Ｂと金型側ゲート部９Ｇとから成る傾斜ゲートＧを有し、しかも、湯口部材１５が、金型９の断熱性よりも高い断熱性を有する材料で形成してあるので、図４に示すように、各部における溶湯Ｍの温度（アルミ温度）が異なるものとなる。

すなわち、湯口部材１５の湯口部１５Ａ内の溶湯温度に対して、ゲート部１５Ｂの溶湯温度が若干低くなり、これに対して、金型側ゲート部９Ｇとキャビティ９Ｃとの連通部の溶湯温度が大幅に低くなる。このため、低圧鋳造装置１は、キャビティ９Ｃ内の溶湯Ｍが凝固した時点では、湯口部１５Ａに近づくにつれて、溶湯Ｍが未凝固である割合が増えることとなり、例えば湯口部材１５のゲート部１５Ｂの近傍に、溶湯Ｍの凝固部分と未凝固部分の境界領域が形成される。このとき、湯口部１５Ａ内の溶湯Ｍの大半は未凝固状態のままである。

そこで、低圧鋳造装置１は、図４に示すように、加圧手段１６による保持炉５内の加圧を停止し、キャビティ９Ｃ内の溶湯Ｍが凝固したところで、金型９を開くことで、湯口部１５Ａ内の未凝固の溶湯Ｍを保持炉５に落下させる。金型側ゲート部９Ｇ内で凝固した溶湯は、鋳造製品（サスペンションメンバＳＭ）に一体化されて下型９Ｌから離型する。このようにして、湯口部材１５及びこれを用いた低圧鋳造装置１は、湯口部材１５内の溶湯Ｍが凝固するのを待つことなく鋳造製品の離型を可能にし、鋳造のサイクルタイムの短縮化や材料の歩留まりの向上を実現することができる。

また、上記の湯口部材１５は、従来の多層構造の部材に比べて、構造が極めて簡単であって、低コストで得ることができる。さらに、湯口部材１５は、キャビティ９Ｃよりも低い位置にゲート部１５Ｂとを有し、これにより、低圧鋳造装置１において、キャビティ９Ｃ側に上がり勾配を有する傾斜ゲートＧを形成しているので、とくに金型側ゲート部９Ｇ内の凝固殻の離型性が良好になり、下型９Ｌへのかじり付きや、湯口残りなどの不良を解消することができる。

さらに、上記の湯口部材１５は、湯口部１５Ａを、下方向に向けて開口面積が増大する形状にしたため、未凝固の溶湯Ｍが保持炉５に落下し易くなり、湯切れが良好になる。

さらに、上記の湯口部材１５は、湯口部１５Ａの上部をトラップ空間１５Ｃにしたことで、保持炉５内の溶湯Ｍをキャビティ９Ｃ側に加圧充填する際に、溶湯Ｍの表面に生じた酸化被膜をトラップ空間１５Ｃに入り込ませて、酸化被膜がゲート部１５Ｂからキャビティ９Ｃ側に流出するのを防止する。これにより、酸化被膜の混入による鋳造不良の発生を未然に阻止することができる。

図５及び図６は、本発明に係わる湯口部材の第２及び第３の実施形態を説明する図である。なお、以下の実施形態において、第１実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

（第２実施形態）
図５に示す湯口部材２５は、湯口部２５Ａ，ゲート部２５Ｂ、及びトラップ空間２５Ｃを有し、湯口部２５Ａ及びゲート部２５Ｂが、金型９の断熱性よりも高い断熱性を有する材料で形成してあり、この実施形態では、ブロック状の砂型になっている。また、湯口部材２５のゲート部２５Ｂは、金型側ゲート部９Ｇとともに、キャビティ９Ｃ側に上がり勾配を有する傾斜ゲートＧを形成している。

上記の湯口部材２５にあっても、図１に示すような低圧鋳造装置１に適用することができ、先の実施形態と同様に、構造が簡単であると共に、部材内部の溶湯Ｍが凝固するのを待つことなく鋳造製品の離型を可能にし、鋳造のサイクルタイムの短縮化や材料の歩留まりの向上を実現することができる。

また、この実施形態の湯口部材２５は、ブロック状の砂型から成るものとしたので、ゲート部２５Ｂの長さを大きく確保して、傾斜ゲートＧ内に溶湯Ｍの凝固部分と未凝固部分との境界領域を形成し易くする。これにより、湯口部材２５は、湯口部２５Ｂ内の溶湯Ｍの殆どを未凝固状態のままにして保持炉５に戻すことができ、材料歩留まりのさらなる向上に貢献することができる。

また、上記の湯口部材２５は、金型側ゲート部９Ｇ内の凝固殻の離型性が良好であり、下型９Ｌへのかじり付きや、湯口残りなどの不良を解消すると共に、湯口部２５Ａの湯切れが良好になる。 さらに、上記の湯口部材２５は、トラップ空間２５Ｃにより、酸化被膜がキャビティ９Ｃ側に流出するのを防止し、酸化被膜の混入による鋳造不良の発生を未然に阻止する。

（第３実施形態）
図６に示す湯口部材３５は、湯口部３５Ａ，ゲート部３５Ｂ、及びトラップ空間３５Ｃを有し、湯口部３５Ａ及びゲート部３５Ｂが、金型９の断熱性よりも高い断熱性を有する材料で形成してある。また、図示例の湯口部材３５は、断熱材をブロック状に形成した上側部材３５Ｕ及び下側部材３５Ｌから成るものである。

上側部材３５Ｕは、トラップ空間３５Ｃを形成し、金型９の上型９Ｕに組み込まれている。上側部材３５Ｌは、湯口部３５Ａを形成し、金型９の下潟９Ｌに組み込まれている。そして、湯口部材３５は、上側及び下側の部材３５Ｕ．３５Ｌの間にゲート部３５Ｂを形成している。

各部材３５Ｕ，３５Ｌを形成する断熱材としては、先述したように、セラミックスや断熱繊維、及びこれらを結合するバインダーなどが含まれる。また、湯口部材３５のゲート部３５Ｂは、金型側ゲート部９Ｇとともに、キャビティ９Ｃ側に上がり勾配を有する傾斜ゲートＧを形成している。

上記の湯口部材３５にあっても、図１に示すような低圧鋳造装置１に適用することができ、先の実施形態と同様に、構造が簡単であると共に、部材内部の溶湯Ｍが凝固するのを待つことなく鋳造製品の離型を可能にし、鋳造のサイクルタイムの短縮化や材料の歩留まりの向上を実現することができる。また、湯口部材３５は、断熱材をブロック状に形成して成るものとしたので、ゲート部２５Ｂの長さを大きく確保し、傾斜ゲートＧ内に溶湯Ｍの凝固部分と未凝固部分との境界領域を形成し易くし、材料歩留まりのさらなる向上に貢献する。

さらに、上記の湯口部材３５は、金型側ゲート部９Ｇ内の凝固殻の離型性が良好であり、下型９Ｌへのかじり付きや、湯口残りなどの不良を解消すると共に、湯口部３５Ａの湯切れが良好になる。また、上側部材３５Ｕ及び下側部材３５Ｌから成る湯口部材３５としたので、金型９の開放とともに湯口部材３５も上下に分離され、上型９Ｕにかじり付くこともない。さらに、上記の湯口部材３５は、トラップ空間３５Ｃにより、酸化被膜がキャビティ９Ｃ側に流出するのを防止し、酸化被膜の混入による鋳造不良の発生を未然に阻止する。

なお、本発明の鋳造溶湯口部材及びこれを用いた低圧鋳造装置は、その構成が上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更することができ、各種鋳造製品の製造に適用可能である。

１ 低圧鋳造装置
５ 保持炉
９ 金型
９Ｃ キャビティ
９Ｇ 金型側ゲート部
１５，２５，３５ 湯口部材
１５Ａ，２５Ａ，３５Ａ 湯口部
１５Ｂ，２５Ｂ，３５Ｂ ゲート部
１５Ｃ，２５Ｃ，３５Ｃ トラップ空間
Ｇ 傾斜ゲート
Ｍ 溶湯

Claims (4)

1. 保持炉と金型との間に、前記金型のキャビティに溶湯を充填するための湯口部材を備え、
   前記湯口部材が、上端部を閉塞し且つ下端部を開放させた空間を形成する湯口部と、前記湯口部において前記キャビティよりも低い位置に形成され且つ前記キャビティに連通するゲート部とを有し、
   前記湯口部及び前記ゲート部が、前記金型の断熱性よりも高い断熱性を有する材料で形成してあると共に、
   前記湯口部材と前記キャビティとの間に、前記湯口部材の前記ゲート部と前記金型に設けた金型側ゲート部とから成るゲートを備えていることを特徴とする低圧鋳造装置。
2. 前記湯口部が、下方向に向けて開口面積が増大する形状であることを特徴とする請求項１に記載の低圧鋳造装置。
3. 前記ゲート部が、湯口部の側部に設けてあると共に、湯口部の上部が、溶湯表面の酸化被膜を収容するトラップ空間であることを特徴とする請求項１又は２に記載の低圧鋳造装置。
4. 前記湯口部材が、ブロック状の砂型であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の低圧鋳造装置。

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