JP6417870B2 - 溶湯供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶湯供給装置に関し、更に詳細には、酸化物等の不純物がキャビティ内に流入することを防止できる溶湯供給装置に関する。

低圧鋳造法は、一般的に、溶湯を収容する保持炉と該保持炉上の鋳型内に形成されたキャビティとをストークで連通させ、保持炉内を加圧することで上記ストークを介してキャビティに溶湯を供給し、凝固させることで成形品を得る。
このような低圧鋳造法は、中子（中空部の鋳型）を用いることで、中空部品の製作が可能であり、シリンダヘッド等の複雑な形状を有する部品の作製に好適である。

しかし、低圧鋳造法においては、溶湯を供給するための保持炉内の加圧を、ガスによって行うことが多い。また、鋳型開けによって、ストーク内の溶湯と空気とが接触するため、溶湯表面の酸化が不可避であり、ストーク内の溶湯面（先湯）には、酸化物や前ショットの凝固殻等の不純物が浮遊する。
これらの不純物は、ピンホールや引け巣の増加、湯流れ性の低下による湯廻り不良等、鋳造品の品質低下の原因となる。このため、湯口に不純物を除去する金網等のフィルターを設け、鋳型内に不純物が流入することを防止している（例えば、特許文献１）。

上記フィルターによれば、酸化物等の不純物を除去することが可能である。しかし、フィルターの目詰まりによって溶湯を供給する湯口の有効径が変化するため、同じ条件で加圧して溶湯を供給しても、同じように湯廻りすることはない。
特に、薄肉品の作製においては溶湯が凝固しながら湯廻りするため、湯廻り挙動のバラツキが、成形品の品質に顕著な影響を及ぼし、成形品間での均一性を担保することが困難である。
また、ショットごとにフィルターを交換するのは煩雑で生産性が低下してしまう。

特許文献２には、キャビティに連通するファンゲートを湯口の側壁に設け、該ファンゲートと湯口との接続部よりも上位側にトラップ空間を設けた低圧鋳造装置が記載されている。そして、上記トラップ空間で、溶湯表面の酸化皮膜や前ショットの凝固殻等の不純物を捕らえ、キャビティに不純物のない溶湯を送り込むことが開示されている。

特開平１０−２６３７８９号公報 特開２０１４−０５０８８３号公報

しかし、特許文献２に記載の低圧鋳造装置においては、トラップ空間にガスが溜まり、不純物を充分捕らえられないことがある。また、中子等が加熱されることで生じるガスを排出し、溶湯の流れを滑らかにして、溶湯中への気泡の巻き込みを防止するために、キャビティ内を吸引する場合には、溶湯面の精緻な制御が困難であるため、キャビティ内に不純物を吸引してしまうことがある。

すなわち、保持炉内を加圧することで溶湯をキャビティに供給する低圧鋳造法は、保持炉内に気体を圧送することで行う。上記気体は、固体や液体に比して膨張収縮が大きく体積が変化しやすいものであるため、気体の圧送量によって湯面を高精度で制御することが困難であり、キャビティ内の吸引とトラップでの不純物の捕捉とのタイミングにズレが生じ易い。

したがって、本発明は、溶湯面に浮遊する不純物をトラップで確実に捕らえることができ、成形品間でのバラツキがなく均一で高品質な成形品を、効率よく製造できる溶湯供給装置を提供することを目的とする。
さらに、キャビティ内を吸引しても、不純物やガスをキャビティ内に吸引することがない溶湯供給装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、湯口上部のトラップ部に通気部を設けることで、溶湯の上昇に伴ってトラップ空間のガスが排出されて、湯面上の不純物等をトラップで確実に捕らえられることを見出した。
また、上記通気部を設けることによって背圧がかからず、保持炉内の加圧に伴って溶湯が滑らかに上昇する。したがって、溶湯面制御の精度が向上し、トラップで不純物を捕捉する前にキャビティを吸引することを防止でき、キャビティ内への不純物の流入を低減できることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明は、上記知見に基づくものであって、本発明の溶湯供給装置は、キャビティと湯口とを連通させるゲートが湯口の側壁に接続し、該接続部よりも上位側に形成されたトラップを有する。
そして、上記トラップが通気部を有し、この通気部から吸引を行い、該吸引を保持炉への加圧停止後も継続することを特徴とする。

本発明によれば、不純物等を捕らえる湯口の上部に設けられたトラップに、通気部を設けることとしたため、トラップ内にガスが滞留せず、湯面上の不純物を確実に捕らえることができ、ガスや不純物のキャビティ内への流入を防止できる。
すなわち、本発明の溶湯供給装置によれば、トラップで確実に不純物等を捕らえることができ、キャビティ内への流入が防止されると共に、金網等のフィルターを設ける必要がなく、湯口の有効径が変化しない。
したがって、各ショット間のバラツキがなく、鋳造品間での均一性が担保された高品質の鋳造品が得られると共に、生産効率を向上できる溶湯供給装置が提供される。

本発明の溶湯供給装置が用いられる低圧鋳造装置の一例を示す概略断面図である。 本発明の溶湯供給装置一例を示す概略断面図である。 本発明の溶湯供給装置の使用状態の一例を示す概略断面図である。 本発明の溶湯供給装置の吸引のタイミングの一例を示す概略断面図である。 本発明の溶湯供給装置における溶湯充填時の一例を示す概略断面図である。 本発明の溶湯供給装置における凝固殻が形成された状態の一例を示す概略断面図である。 本発明の溶湯供給装置における型開けの状態の一例を示す概略断面図である。

まず、本発明の溶湯供給装置が用いられる低圧鋳造装置について説明する。
図１に低圧鋳造装置の一例の断面図を示す。低圧鋳造装置１は、気密に密閉された保持炉２に二酸化炭素等の不活性ガスを圧送するガス注入口３を有し、保持炉２内の溶湯にはストーク４の下端が浸漬されている。
保持炉２の上部には、下鋳型５Ａと上鋳型５Ｂとからなる鋳型５が配置されている。下鋳型５Ａと上鋳型５Ｂとの合わせ面にそれぞれ空間部が形成されており、この下鋳型５Ａ上鋳型５Ｂとを重ね合わせることで、鋳造品の形状のキャビティ６が形成される。
前記ストーク４の上端には湯口７が設けられ、該湯口７の側壁にはキャビティ６に連通するゲート８が設けられる。
なお、上鋳型５Ｂには、必要に応じて吸引経路９を設けてもよく、キャビティ６の中には必要に応じて中子１０を収納してもよい。

このような、低圧鋳造装置においては、ガス注入口３から保持炉２内にガスを注入する。このガス圧力により、保持炉２内の溶湯の湯面が押されて、ストーク４内の溶湯が押上げられ、湯口７に設けられたゲート８を介して、鋳型５のキャビティ６内に溶湯が充填される。キャビティ６内に溶湯を充填する際には、上鋳型５Ｂに設けられた吸引経路９からキャビティ６内を吸引してもよい。

キャビティ６に充填した溶湯が冷却されて凝固した後、上鋳型５Ｂを上昇させてキャビティ６を開き、下鋳型５Ａから成形品を取り出す。

本発明の溶湯供給装置は、上記のような低圧鋳造装置に用いられるものである。図２に本発明の溶湯供給装置の一例を示す断面図を示す。

本発明の溶湯供給装置は、ストークと鋳型との間に設けられるものであり、上下に分割可能な湯口ピース７Ａ、７Ｂで形成され、ストーク４に接続する湯口７と、キャビティ６と湯口７とを連通させるゲート８とを有し、該ゲート８は湯口７の側壁に設けられる。上記湯口７には、上記ゲート８の接続箇所よりも上位側の湯口上部に、溶湯表面の不純物を捕らえるトラップ１１空間が設けられる。
上記トラップ１１の上部には、多孔質金属や多孔質セラミック等から成る通気部１２が設けられ、該通気部１２には必要に応じて、図示しない吸引ポンプに接続する吸引経路１３が接続される。

次に、本発明の溶湯供給装置における溶湯供給の動きを説明する。
保持炉への一段目の加圧により、保持炉内の溶湯１４がストーク内を上昇して、図３に示すように湯口７に達する。このときの湯面や湯面近傍の先湯には、溶湯と空気等とが接触して生じた酸化物等の不純物が存在する。

図４に示すように、湯口７に設けられたゲート８の入口に溶湯１４が達したところで、充填速度が制御されたキャビティ６内に溶湯を供給するための二段目の加圧に切り替え、キャビティ６内に溶湯を充填する。

低圧鋳造法においては、体積の変化が大きい気体を圧送することで湯面を制御するため、厳密な湯面の制御が困難であり、数センチメートル程度のバラツキが生じてしまう。このとき、湯面近傍の先湯に含まれる不純物やガスをトラップ１１で捕らえる前に、二段目の加圧に切り替えたり、キャビティ６内の吸引を開始したりすると、不純物やガスがゲート８を通ってキャビティ６内に侵入し、成形品の品質が低下する。

本発明においては、トラップ１１に通気部１２が設けられているため、溶湯がストーク４内を上昇するのに伴ってストーク４内のガスが通気部１２から排出される。したがって、背圧がかからず、速やかに先湯がトラップ１１部に達し、トラップ１１で不純物等を捕らえられるので、不純物やガス等がキャビティ６内に流入することが防止される。

また、キャビティ６内への溶湯の流入と同時、又はキャビティ６内への溶湯の流入より前にトラップ１１内を吸引することが好ましい。

キャビティ６内に溶湯が流入する以前にトラップ１１内を吸引することで、図５に示すように、不純物等を含む先湯がトラップ部に吸い寄せられ、湯面制御の精度が低い場合であっても、トラップ１１で確実に不純物を捕らえることができる。したがって、清浄度の高い溶湯がキャビティ６に充填されるため、不純物等の混入が防止された高品質の成形品を得ることができる。

また、溶湯がトラップ１１の上端に達すると吸引抵抗が変化するため、トラップ１１内を吸引することで、先湯がトラップに達し、不純物を捕捉したことを検知できる。
不純物を捕捉した後に、二段目の加圧に切り替えたり、キャビティ６内の吸引を開始したりすることで、湯廻りの挙動を均一にすることができ、バラツキのない高品質な成形品を得ることができる。

キャビティ６内への溶湯の充填が終了し、溶湯が冷却されて凝固殻が形成されると、図６に示すように、先湯に含まれる不純物等もトラップ１１に捕らえられたまま、凝固殻となってトラップ１１に固定される。
保持炉２の加圧を停止すると、不純物を含まない清浄度の高い溶湯のみが保持炉２内に戻り、先湯に含まれていた不純物等が凝固殻となって除去されるため、ストーク４内の湯面（先湯）に酸化物等の不純物が蓄積されることがない。また、金網等のフィルターを設ける必要がないため、湯口７の有効径も変化することがなく、ショット間での充填条件が変化せずに、均一な成形品を得ることができる。

トラップ１１の吸引は、保持炉２の加圧停止後も継続することが好ましい。トラップ１１を吸引し続けることで、トラップ１１で捕らえた不純物等を含む凝固殻が剥がれて保持炉２内に落下し、溶湯が汚染されることを防止できる。

凝固殻の形成後、キャビティ６の型開けに伴い湯口ピースを上下に分割して凝固殻を取り出す。このとき、ストーク４内の溶湯表面が空気と接し酸化物が生じるが、本発明では、次のショットにおいて酸化物等の不純物をトラップ１１で捕らえるため、該不純物がキャビティ６に充填されることが防止される。

トラップ１１からの吸引は、型開け後も継続することがさらに好ましい。トラップ１１を型開け後まで吸引し続けることで、図７に示すように、成形品と共に凝固殻が上側の湯口ピースに張り付いた凝固殻がストーク内に落ちて溶湯が汚れることを防止できる。

１ 低圧鋳造装置
２ 保持炉
３ ガス注入口
４ ストーク
５Ａ 下鋳型
５Ｂ 上鋳型
５ 鋳型
６ キャビティ
７ 湯口
７Ａ 湯口ピース
７Ｂ 湯口ピース
８ ゲート
９ 吸引経路
１０ 中子
１１ トラップ
１２ 通気部
１３ 吸引経路
１４ 溶湯

Claims (5)

1. 溶湯をキャビティに供給する溶湯供給装置であって、
   キャビティと湯口とを連通させるゲートが湯口の側壁に接続され、
   上記湯口とゲートとの接続箇所よりも上位側の湯口上部に湯面上の不純物を捕らえるトラップを有し、
   上記トラップが通気部を有し、この通気部から吸引を行い、該吸引を保持炉への加圧停止後も継続することを特徴とする溶湯供給装置。
2. 溶湯をキャビティに供給する溶湯供給装置であって、
   キャビティと湯口とを連通させるゲートが湯口の側壁に接続され、
   上記湯口とゲートとの接続箇所よりも上位側の湯口上部に湯面上の不純物を捕らえるトラップを有し、
   上記トラップが通気部を有し、この通気部から吸引を行い、該吸引を型開け後も継続することを特徴とする溶湯供給装置。
3. キャビティ内に溶湯が流入する以前にトラップの通気部からの吸引を開始することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶湯供給装置。」を要旨とするものであります。
4. トラップの通気部からの吸引を、保持炉への加圧停止後も継続することを特徴とする請求項３に記載の溶湯供給装置。
5. トラップの通気部からの吸引を、型開け後も継続することを特徴とする請求項３に記載の溶湯供給装置。

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