JPH10277722A - 差圧鋳造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】キャビティ内の圧力に関係なく溶湯を所定の初
速度でキャビティに充填することができる鋳造方法。 【解決手段】溶湯通路１８をゲート機構１９により閉じ
た状態で、キャビティ１６内の圧力を第１所定圧力に、
貯湯槽２５内の圧力を第２所定圧力に、溶湯リザーバ２
０ｒ内の圧力を第３所定圧力に調整する行程と、その後
に前記ゲート機構１９を開くことにより、溶湯２０を前
記キャビティ１６に充填し凝固させる行程とを有し、前
記第２所定圧力と前記第３所定圧力は、前記溶湯リザー
バ２０ｒ内に所定量以上の溶湯２６が上昇する圧力差に
設定されている、密封された貯湯槽２５と、その内の溶
湯２６が充填されるキャビティ１６と、貯湯槽２５とキ
ャビティ１６を連通する溶湯通路１８と、それを開閉す
るゲート機構１９と、それよりも貯湯槽２５側において
溶湯通路１８から分岐してキャビティ１６よりも高い位
置まで伸びている溶湯リザーバ２０ｒを有する鋳造装置
を用いて行う鋳造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、貯湯槽内の溶湯を
キャビティに充填し凝固させる鋳造方法及びその装置に
関する。

【０００２】

【従来技術】従来、差圧鋳造装置としては特開平６ー４
７５１９号に記載の装置が知られている。この差圧鋳造
装置は、図４に示すように貯湯槽内の溶湯表面を加圧し
て貯湯槽内の溶湯を溶湯通路内に吸引し鋳造するもの
と、図５に示すように溶湯通路内を減圧することにより
貯湯槽内の溶湯を溶湯通路内に吸引するものがある。図
４に示す装置では、上型３２及び下型３４よりなる鋳型
３０を有し、該鋳型３０内にキャビティ３６を形成して
いる。このキャビティ３６は、図示省略の真空ポンプに
接続され、キャビティ３６内を減圧できるように構成さ
れている。また、キャビティ３６は、溶湯４８を溜めて
おく貯湯槽４６に溶湯通路３８を介して連通している。
この溶湯通路３８には、ゲートピストン４０が設けら
れ、前記溶湯通路３８を開閉できるようになっている。
このゲートピストン４０は、湯口部３８ａの上方に溶湯
４８を溜めておく溶湯リザーバ４０ｒを備えており、そ
の上端は大気に解放されている。また、前記貯湯槽４６
は炉壁４４により密閉された溶解炉４５内に設置されて
いる。溶解炉４５は、図示省略の加圧空気供給装置に接
続され、貯湯槽４６内の溶湯４８の表面を加圧できるよ
うに成している。かかる装置において鋳造を行うには、
まず、ゲートピストン４０を閉じた状態で、溶解炉４５
内に加圧空気が供送され、貯湯槽４６内の溶湯４８の表
面が加圧される。熔解炉４５内が加圧されるとその圧力
により、溶湯４８は溶湯通路３８内を上昇する。溶湯通
路３８内に吸引された溶湯の表面が、所定の高さ（湯口
部３８ａより高さｈの位置）まで上昇すると、溶解炉４
５内の加圧が終了する。溶解炉４５内の加圧と同時に、
真空ポンプによりキャビティ３６内の圧力を所定の値と
する。この状態で、前記ゲートピストン４０を開けるこ
とにより、前記溶湯通路３８内の溶湯を前記キャビティ
３６内に充填し鋳造する。図５に示す装置では、貯湯槽
４６が大気に解放され、かつ、ゲートピストン４０に設
けた排気口４０ａに図示省略の真空ポンプが接続されて
いる点が異なる。従って、図５に示す装置で鋳造を行う
には、排気口４０ａに接続された真空ポンプにより溶湯
リザーバ４０ｒ内を減圧し、溶湯を溶湯通路３８内に吸
引する。キャビティ３６内を所定の圧力とした後、ゲー
トピストン４０を開けることにより溶湯通路３８内に吸
引した溶湯をキャビティ３６に充填し鋳造する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような鋳造装置で
はいずれの場合においても、ゲートピストン４０を開く
前は、力の釣り合いより次の関係式が成立する。ここ
で、貯湯槽内の圧力Ｐ_f 、溶湯リザーバ内の圧力Ｐ_r 、
湯口部３８ａからの溶湯の湯面高さｈ、及び貯湯槽４６
の溶湯表面から湯口部までの高さをＨとする。また、重
力加速度はｇ、溶湯の密度をρとする。

【０００４】 Ｐ_f ＝Ｐ_r ＋ρｇ（Ｈ＋ｈ） ・・・（１） この関係を図３でグラフに表す。図３では、縦軸に圧力
を示し、図４及び図５に示す装置における力の釣り合
い、並びに後述する本発明による場合を対比して示して
いる。図３に示すように、図４に示す装置では、溶湯リ
ザーバ内の圧力Ｐ _r が大気圧となり、貯湯槽内の圧力Ｐ
_f は溶湯リザーバ内の圧力Ｐ_r に溶湯の自重による圧力
ρｇ（Ｈ＋ｈ）を加えた圧力となっている。図５に示す
装置では、貯湯槽内の圧力Ｐ_f が大気圧となっており、
溶湯リザーバ内の圧力Ｐ_r は貯湯槽内の圧力Ｐ_f から溶
湯の自重による圧力ρｇ（Ｈ＋ｈ）を引いた圧力となっ
ている。このような鋳造装置において、キャビティ３６
内への溶湯充填初速度ｖは、湯口部３８ａの入口とキャ
ビティ３６の圧力差により決まる。湯口部３８ａの入口
の圧力は、溶湯リザーバ内の圧力Ｐ_r に溶湯の自重によ
る圧力ρｇｈを加えた圧力（Ｐ_r ＋ρｇｈ）となる。従
って、キャビティ内の圧力をＰ_c とすると、湯口部３８
ａの入口とキャビティ３６の圧力差は、次のようにな
る。

【０００５】 Ｐ_r ＋ρｇｈーＰ_c ・・・（２） この圧力差を、差圧として図４及び図５の装置の場合を
それぞれ図３に示す。図４に示す装置では、溶湯リザー
バ内の圧力Ｐ_r が大気圧となっている。ここで、湯口部
３８ａからの溶湯の湯面高さｈ、及び貯湯槽４６の溶湯
表面から湯口部までの高さＨは、装置により決まる値で
ある。また、キャビティ内の圧力Ｐ_c は、キャビティ内
に充填される溶湯への空気巻き込みの量を少なくする観
点から、高真空度に保たれる。従って、キャビティへの
溶湯の充填初速度は装置の構造上決まる値であった。ま
た、図５に示す装置においても、貯湯槽内の圧力Ｐ_f が
大気圧となっているため、溶湯リザーバ内の圧力Ｐ_r も
装置の構造上決まる圧力となる。ここで、湯口部３８ａ
からの溶湯の湯面高さｈ、貯湯槽４６の溶湯表面から湯
口部までの高さＨ、及びキャビティ内の圧力Ｐ_c は、前
述した図４の装置と同様に、装置の構造上の理由等によ
り決まる値である。従って、図５の装置においても、キ
ャビティへの溶湯の充填初速度は装置の構造上決まる値
であった。従って、従来の装置では、溶湯の充填初速度
が遅すぎる場合においては、キャビティ内への溶湯の湯
廻り性が悪くなるという問題があり、また、溶湯の充填
初速度が速すぎる場合には、キャビティに充填される溶
湯の表面層が破壊され、キャビティ内の残留空気を溶湯
が巻き込むという問題があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、上記した課題は
以下の特徴を有する鋳造方法及びその装置によって解決
される。即ち、請求項１記載の発明は、密封された貯湯
槽と、その貯湯槽内の溶湯が充填されるキャビティと、
前記貯湯槽と前記キャビティを連通する溶湯通路と、そ
の溶湯通路を開閉するゲート機構と、そのゲート機構よ
りも前記貯湯槽側において前記溶湯通路から分岐して前
記キャビティよりも高い位置にまで伸びている溶湯リザ
ーバを有する鋳造装置を用いて行う鋳造方法において、
前記溶湯通路を前記ゲート機構により閉じた状態で、前
記キャビティ内の圧力を第１所定圧力に、前記貯湯槽内
の圧力を第２所定圧力に、前記溶湯リザーバ内の圧力を
第３所定圧力に調整する行程と、その後に前記ゲート機
構を開くことにより、溶湯を前記キャビティに充填し凝
固させる行程とを有し、前記第２所定圧力と前記第３所
定圧力は、前記溶湯リザーバ内に所定量以上の溶湯が上
昇する圧力差に設定されていることを特徴とする。上記
方法によれば、ゲート機構を閉鎖した状態でキャビティ
内の圧力、貯湯槽内の圧力、及び溶湯リザーバ内の圧力
が所定の値にされる。従って、キャビティ内と湯口部入
口との圧力差を任意の値に制御することができるため、
溶湯はキャビティ内に所定の初速度で吸引され充填され
る。即ち、本発明では、貯湯槽内の圧力Ｐ_f を第２所定
圧力とし、溶湯リザーバ内の圧力Ｐ_r を第３所定圧力と
する。ここで、前記第２所定圧力と前記第３所定圧力
は、前記溶湯リザーバ内に所定量以上の溶湯が上昇する
圧力差に設定されているため、前記貯湯槽内の溶湯は前
記溶湯通路内に所定量吸引され溶湯の湯面高さがｈとな
る。従って、溶湯の湯面高さｈを維持したまま貯湯槽内
の圧力Ｐ_f 及び溶湯リザーバ内の圧力Ｐ_r を制御すれ
ば、差圧（Ｐ_r ＋ρｇｈーＰ_c ）を任意の値とするこ
とができる。従って、キャビティへの溶湯の充填初速度
を制御することができる。例えば、湯廻り性が悪い場合
には、図３に示す本発明例Ａのように、貯湯槽内の圧力
Ｐ_f を大気圧以上の第２所定圧力とし、溶湯リザーバ内
の圧力Ｐ_r を大気圧以上の第３所定圧力とする。そのた
め、差圧（Ｐ_r ＋ρｇｈーＰ_c ）を図４に示す従来の
装置に比較して大きくすることができ、溶湯充填初速度
を速くし瞬時にキャビティ内に溶湯を充填することがで
きる。また、溶湯への空気巻き込みを防止したい場合に
は、図３に示す本発明例Ｂのように、貯湯槽内の圧力Ｐ
_f を大気圧以下の第２所定圧力とし、溶湯リザーバ内の
圧力Ｐ_r を大気圧以下の第３所定圧力とする。そのた
め、差圧（Ｐ_r ＋ρｇｈーＰ_c ）を図５に示す従来の
装置に比較して小さくすることができ、溶湯充填初速度
を遅くしキャビティ内に溶湯をゆっくりと充填すること
ができる。ここで、溶湯リザーバ内に吸引される溶湯の
量は、最低湯口部までの溶湯通路が溶湯で充填される量
となるように設定される（ｈ≧０）。好ましくは、溶湯
リザーバに、湯口部よりも高い位置で、かつ、キャビテ
ィの容積以上の溶湯を溜めれるような溶湯量を吸引する
ことが望ましい。キャビティへの溶湯の充填初速度が早
い場合には、溶湯リザーバ内に吸引された溶湯の上面に
ある空気までキャビティ内に吸引されてしまうからであ
る。

【０００７】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の鋳造方法において、前記第１所定圧力、前記第２所
定圧力、及び前記第３所定圧力が全て大気圧以下に設定
されていることを特徴とする。上記方法によれば、前記
貯湯槽内の圧力を大気圧以下の第２所定圧力とし、溶湯
リザーバ内の圧力を大気圧以下の第３所定圧力とするた
め、湯口部入口とキャビティ内との圧力差を小さくする
ことができ、溶湯の充填初速度を従来の装置に比較して
遅くすることができる。即ち、図３に示す本発明例Ｂの
場合に相当する。

【０００８】また、請求項３記載の発明は、請求項１記
載の鋳造方法において、前記第１所定圧力が高真空度に
設定されることを特徴とする。上記方法によれば、前記
第１所定圧力が高真空度に設定されているため、キャビ
ティ内の残留空気量を少なくすることができ溶湯へのキ
ャビティ内残留空気の巻き込み量を少なくすることがで
きる。

【０００９】また、請求項４記載の発明は、請求項１記
載の鋳造方法において、前記キャビティ内への溶湯充填
初速度が、キャビティ内に流れ込む溶湯の表面層が破壊
されない速度となるように、前記第１所定圧力、前記第
２所定圧力、及び前記第３所定圧力が設定されているこ
とを特徴とする。上記方法によれば、キャビティ内に流
れ込む溶湯の表面層が破壊されないように、前記第１所
定圧力、前記第２所定圧力、及び前記第３所定圧力が設
定されている。従って、キャビティ内に流れ込む溶湯へ
のキャビティ内の残留空気の巻き込みを防止することが
できる。ここで、キャビティ内に流れ込む溶湯の表面層
が破壊されない速度とは、具体的にはレイノルズ数が２
００００より低い値となる速度をいう。

【００１０】また、請求項５記載の発明は、請求項１記
載の鋳造方法において、前記貯湯槽内の圧力を第２所定
圧力に、前記溶湯リザーバ内の圧力を第３所定圧力に調
整する行程は、前記貯湯槽内の圧力と前記溶湯リザーバ
内の圧力差により前記溶湯通路内を吸引される溶湯の表
面層が破壊されないように、前記貯湯槽内の圧力と前記
溶湯リザーバ内の圧力との圧力差の時間的変化率が制御
されることを特徴とする。上記方法によれば、前記貯湯
槽内の圧力と前記溶湯リザーバ内の圧力差の時間的変化
率が制御されるため、前記溶湯通路内に吸引される溶湯
の速度を制御することができる。ここで、前記溶湯通路
内に吸引される溶湯の表面層が破壊されないように溶湯
の速度が制御されるため、溶湯通路内に吸引される溶湯
への溶湯通路内の空気の巻き込みを防止することができ
る。ここで、前記溶湯通路内に吸引される溶湯の表面層
が破壊されない速度とは、前述したようにレイノルズ数
が２００００より低い値となる速度をいう。

【００１１】また、請求項６記載の発明は、請求項２記
載の鋳造方法において、前記貯湯槽内の圧力を第２所定
圧力に、前記溶湯リザーバ内の圧力を第３所定圧力に調
整する行程は、同時に行われ、かつ、両者の減圧速度が
同じになるように制御され、前記貯湯槽内の圧力が第２
所定圧力になった後、さらに、前記溶湯リザーバ内の圧
力を減圧することにより前記貯湯槽内の溶湯を前記溶湯
通路内に吸引することを特徴とする。上記方法によれ
ば、前記貯湯槽内の圧力と、前記溶湯リザーバ内の圧力
が同じ減圧速度で減圧される。従って、前記貯湯槽内の
圧力が第２所定圧力に減圧される間、貯湯槽内の溶湯は
溶湯通路内に吸引されることがない。そのため、貯湯槽
内の溶湯が溶湯通路内に吸引される前に、溶湯通路内が
減圧された状態となるため、溶湯通路内に吸引される溶
湯への溶湯通路内の残留空気の巻き込み量が少なくな
る。

【００１２】また、請求項７記載の発明は、密封された
貯湯槽と、その貯湯槽内の溶湯が充填されるキャビティ
と、前記貯湯槽と前記キャビティを連通する溶湯通路
と、その溶湯通路を開閉するゲート機構と、そのゲート
機構よりも前記貯湯槽側において前記溶湯通路から分岐
してキャビティよりも高い位置にまで伸びている溶湯リ
ザーバを有する鋳造装置において、前記貯湯槽内の圧力
を制御する貯湯槽内圧力制御手段と、前記キャビティ内
の圧力を制御するキャビティ内圧力制御手段と、前記溶
湯リザーバ内の圧力を制御する溶湯リザーバ内圧力制御
手段と、を有することを特徴とする。上記装置によれ
ば、貯湯槽内の圧力、キャビティ内の圧力、及び溶湯リ
ザーバ内の圧力を制御する手段をそれぞれ備えているた
め、キャビティへの溶湯充填初速度を制御することがで
きる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例を、図
面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施の形態
に係わる鋳造装置の構成を示す図面である。この鋳造装
置は、上型１２及び下型１４よりなる鋳型１０を有し、
該鋳型１０内にキャビティ１６を形成している。また、
上型１２には、キャビティ１６と隙間１３を介して連通
するチャンバー１２ｄが設けられている。このチャンバ
１２ｄには、排気口１２ｂが設けられ、配管１２ｃ及び
制御バルブ２９ｃを介して図示省略された真空ポンプに
接続されている。この真空ポンプを作動させることによ
り、チャンバー１２ｄ及びキャビティ１６内の空気を吸
引し、キャビティ１６内を所定の圧力（真空度）にでき
るように構成されている。キャビティ１６内の真空状態
は、チャンバー１２ｄに設置された図示省略の圧力セン
サにより測定され、圧力センサで得られた信号は、実真
空度モニタ２７を介して制御コントローラ２８に送られ
る。制御コントローラ２８は、圧力センサの信号に基づ
き制御弁２９ｃの開閉を行い、キャビティ１６内を所定
の真空度とすることができる。即ち、本実施形態では、
配管１２ｃ、チャンバー１２ｄに設置された圧力セン
サ、配管１２ｃに接続された真空ポンプ、制御コントロ
ーラ２８、及び制御弁２９ｃがキャビティ内圧力制御手
段として機能する。また、上型１２には、キャビティ１
６内に溶湯が充填され凝固する際に、キャビティ１６内
の溶湯を加圧する加圧ピン２２が設けられる。この加圧
ピン２２は、図示省略の駆動装置により上下方向に駆動
される。

【００１４】鋳型１０内に形成されたキャビティ１６
は、鋳造用金属を溶解し溶湯２６として溜めておく貯湯
槽２５に溶湯通路１８を介して連通している。この貯湯
槽２５は、図示省略の加熱装置により鋳造用金属を溶解
し溶融状態に維持できるようになっている。また、貯湯
槽２５は、下型ベース１５及び下型ベース１５に取り付
けられた炉壁２４により構成された溶解炉２３の中に設
置されている。炉壁２４には、排気口２４ａが設けら
れ、その排気口２４ａには配管２４ｂ及び制御弁２９ｆ
を介して図示省略された真空ポンプに接続されている。
これは、本実施形態ではキャビティ１６への溶湯充填初
速度を遅くする必要があるためであり、逆に溶湯充填初
速度を早くする場合には加圧空気供給装置に接続するこ
とになる。即ち、本実施形態は、図３に示す本発明例Ｂ
に相当する。溶解炉２３の真空度は、溶解炉２３に設置
された図示省略の圧力センサにより測定される。そのセ
ンサで得られた信号は、実真空度モニタ２７を介して制
御コントローラ２８に送られる。制御コントローラ２８
は、圧力センサの信号に基づいて制御弁２９ｆの開閉を
行い、貯湯層２５内の圧力（溶解炉２３内の圧力）を所
定の圧力にすることができる。即ち、本実施形態では、
配管２４ｂ、溶解炉２３に設置された圧力センサ、配管
２４ｂに接続された真空ポンプ、制御コントローラ２
８、及び制御弁２９ｆが貯湯槽内圧力制御手段として機
能する。

【００１５】キャビティ１６と貯湯槽２５を接続する溶
湯通路１８は、湯口部１８ａ、下型１４に穿設された溶
湯通路１８ｂ及び下型１４に取り付けられたストーク１
８ｃからなる。溶湯通路１８ｂは、キャビティ１６に連
通する湯口部１８ａと、さらに上方に伸びる後述する溶
湯リザーバ２０ｒに分岐している。ストーク１８ｃの先
端は、貯湯槽２５の溶湯２６内に侵漬されている。湯口
部１８ａには、シャットピン２１が設けられ、キャビテ
ィ１６内に溶湯が充填されると、シャットピン２１によ
りキャビティ１６と溶湯通路１８ｂを遮断するようにな
っている。湯口部１８ａと溶湯通路１８ｂの境界には、
ゲート機構１９が設けられ、前記キャビティ１６と前記
貯湯槽２５を連通する溶湯通路１８を開閉できるように
なっている。このゲート機構１９は、ゲートピストン２
０及びこのゲートピストン２０を軸方向に変移させる図
示省略の駆動機構からなる。このゲートピストン２０の
詳細を図２に示す。ゲートピストン２０は、円筒状の側
壁２０ａ及び上板２０ｂよりなり、上型１２に設けられ
た貫通孔１２ａに摺動自在に挿通されている。ゲートピ
ストン２０の上板２０ｂは、図示省略の駆動機構に接続
される。この駆動機構によりゲートピストン２０が上下
に動き、前記キャビティ１６と前記貯湯槽２５を接続す
る溶湯通路１８を湯口部１８ａの入口にて開閉できるよ
うになっている。即ち、上型１２に設けられた貫通孔１
２ａは、下型１４に穿設された溶湯通路１８ｂの径よ
り、ゲートピストン２０の側壁２０ａの厚みだけ大きく
できており、貫通孔１２ａに挿通されたゲートピストン
２０の下面２０ｅが下型１４に当接することにより下型
１４に設けられた溶湯通路１８ｂと前記キャビティ１６
とを湯口部１８ａの入口にて遮断する。また、ゲートピ
ストン２０の内部空間は、湯口部１８ａより高い位置に
キャビティ１６の容積以上の溶湯を貯めておく溶湯リザ
ーバ２０ｒとして機能している。上板２０ｂには、排気
口２０ｃが設けられ、その排気口２０ｃは配管２０ｄ及
び制御弁２９ｒを介して図示省略の真空ポンプに接続さ
れている。溶湯リザーバ２０ｒ内の真空度は、ゲートピ
ストン２０に設置した図示省略の圧力センサによって測
定される。圧力センサの信号は、実真空度モニタ２７を
介して制御コントローラ２８に送られる。制御コントロ
ーラ２８では、圧力センサの信号に基づいて制御バルブ
２９ｒの開閉を行い、溶湯リザーバ２０ｒ内の圧力を所
定の値にすることができる。即ち、本実施形態では、配
管２０ｄ、ゲートピストン２０に設置された圧力セン
サ、配管２０ｄに接続された真空ポンプ、制御コントロ
ーラ２８、及び制御弁２９ｒが溶湯リザーバ内圧力制御
手段として機能する。なお、本実施形態では配管２０ｄ
に真空ポンプに接続したが、溶湯充填初速度を早くする
ために炉壁２４の排気口２４ａに加圧空気供給装置を接
続した場合には、貯湯槽２５内の圧力値によっては配管
２０ｄに加圧空気供給装置を接続する場合もある。即
ち、図３に示す本発明例Ａに示すように、貯湯槽２５内
の圧力Ｐ _f を高く設定すると、溶湯リザーバ２０ｒ内の
圧力Ｐ_r を大気圧以上としなければならない場合がある
ためである。

【００１６】次に、かかる鋳造装置において鋳造を行う
場合の、鋳造装置の動作について説明する。まず、ゲー
トピストン２０を閉じた状態で、制御弁２９ｆ、２９ｒ
を開き配管２０ｄ、２４ｂに接続されている真空ポンプ
を作動させ、貯湯槽２５及び溶湯リザーバ２０ｒ内の圧
力を同じ減圧速度で減圧を開始する。貯湯槽２５内の圧
力及び溶湯リザーバ２０ｒ内の圧力が同じに保たれたま
ま減圧されるので、溶解炉２３内に設置された貯湯槽２
５内の溶湯２６が溶湯通路１８内に吸引されることなく
減圧されることになる。貯湯槽２５及び溶湯リザーバ２
０ｒ内の圧力は、それぞれ溶解炉２３及びゲートピスト
ン２０に設けられた圧力センサにより測定される。貯湯
槽２５内の圧力が所定の圧力となると、制御コントロー
ラ２８からの信号により制御弁２９ｆが閉じられ、貯湯
槽２５内の減圧が完了する。ここで、貯湯槽２５内の圧
力は、以下の手順で設定される。即ち、湯口部１８ａの
入口とキャビティ内の圧力差（Ｐ_r ＋ρｇｈーＰ_c ）
は、前述した式（１）の関係から（Ｐ_f ーＰ_c ーρｇ
Ｈ）となる。従って、キャビティへの溶湯の充填初速度
ｖは、ゲートピストン２０での流量損失がないものとす
ると、次の式で表される。

【００１７】 ｖ＝（２×（Ｐ_f ーＰ_c ）／ρー２ｇＨ）^0.5 ・・・（３） ここで、貯湯槽２５内の圧力Ｐ_f 、溶湯リザーバ２０ｒ
内の圧力Ｐ_r 、キャビティ１６内の圧力Ｐ_c 、湯口部１
８ａからの溶湯の湯面高さｈ、貯湯槽２５の溶湯表面か
ら湯口部までの高さをＨ、重量加速度ｇ、及び溶湯の密
度をρとする。実際には、ゲートピストン２０での流量
損失を考慮し、ゲートピストンでの速度係数をＣとする
と、次の式で表される。

【００１８】 ｖ＝Ｃ×（２×（Ｐ_f ーＰ_c ）／ρー２ｇＨ）^0.5 ・・・（４） ここで、ゲートピストン２０の速度係数Ｃは、ゲートピ
ストン２０及び湯口部１８ａの形状等により決まる係数
であり、別途実験等により求める。キャビティ１６に流
れ込む溶湯の流速ｖは、溶湯の表面層が破壊されない速
度に設定しなければならない。キャビティ１６に流れ込
む溶湯が、キャビティ１６内の残留空気を巻き込まない
ためである。具体的には、溶湯のレイノルズ数が、２０
０００を超えない範囲で適宜決めればよい。また、溶湯
の流速は、溶湯の湯廻りを考慮すると、できるだけ２０
０００に近い範囲で決定することが好ましい。従って、
溶湯の流速ｖ及びキャビティ１６内の圧力Ｐ_c を決め、
それらの値に基づき前述した式（４）より貯湯槽２５内
の圧力Ｐ_f を決める（本例では、貯湯槽２５内の圧力Ｐ
_f を、例えば７６０Ｔｏｒｒから２３１Ｔｏｒｒに減圧
する）。

【００１９】制御弁２９ｆが閉じられ貯湯槽２５内の減
圧が完了した後も、溶湯リザーバ２０ｒ内は減圧され
る。従って、溶湯リザーバ２０ｒ内の圧力Ｐ_r が貯湯槽
２５内の圧力Ｐ_f よりも低くなるため、溶湯通路１８内
に貯湯槽２５内の溶湯２６が吸引される。このように、
溶湯リザーバ２０ｒ（溶湯通路１８）内がある程度減圧
されてから貯湯槽２５内の溶湯２６を吸引するため、溶
湯通路１８内に吸引される溶湯への溶湯通路１８内の残
留空気の巻き込み量を少なくすることができる。また、
溶湯の吸引速度は、溶湯リザーバ２０ｒ内の減圧速度に
比例することとなる。ここで、溶湯通路１８内がある程
度減圧されてるとはいえ吸引される溶湯の表面層が破壊
されると、溶湯通路１８内の残留空気が溶湯に巻き込ま
れ鋳造欠陥の原因となる場合がある。従って、溶湯リザ
ーバ２０ｒ内の減圧速度は、吸引される溶湯の表面層が
破壊されない範囲内で設定することが好ましい。具体的
には、溶湯の上昇速度をｖ_t とすると、ｄｔ時間内に溶
湯はｖ_t ｄｔだけ溶湯の湯面が上昇したことになる。ｄ
ｔ時間内に溶湯リザーバ２０ｒ内の圧力がｄｐ低くなっ
たとすると、力の釣り合いにより以下の式が成立する。

【００２０】 ｄｐ＝ーρｇｖ_t ｄｔ ・・・（５） 従って、溶湯の上昇速度ｖ_t が決まれば、溶湯リザーバ
２０ｒ内の減圧速度が決定される。溶湯の上昇速度ｖ_t
は、溶湯の表面層が破壊されない速度、即ちレイノルズ
数が２００００を越えない範囲内で適宜決定すればよ
い。溶湯リザーバ２０ｒ内の圧力が所定の圧力になる
と、ゲートピストン２０に設置した圧力センサの信号に
基づき制御コントローラ２８は、制御弁２９ｒを閉じ溶
湯リザーバ２０ｒ内の減圧が完了する。ここで、溶湯リ
ザーバ２０ｒ内の圧力は、図２に示すように湯口部１８
ａより溶湯の湯面が所定の高さｈになるように設定され
る。具体的には、溶湯の湯面が湯口部１８ａよりも高い
位置で、かつ、溶湯リザーバ２０ｒに貯める溶湯の容積
がキャビティ１６の容積以上の容積となるように、高さ
ｈを決めることが好ましい。これは、キャビティ１６へ
の溶湯の充填速度が速い場合には、溶湯リザーバ２０ｒ
に貯められた溶湯の上面の空気等がキャビティ１６内に
吸引されてしまうからである。従って、溶湯の湯面高さ
ｈを決めれば、次の式により溶湯リザーバ２０ｒ内の圧
力が決まる（本例では、例えば１Ｔｏｒｒに減圧され
る。）。ここで、貯湯槽内の圧力Ｐ_f 、溶湯リザーバ内
の圧力Ｐ_r 、湯口部１８ａからの溶湯の湯面高さｈ、及
び貯湯槽２５の溶湯表面から湯口部までの高さをＨとす
る。また、重量加速度はｇ、溶湯の密度をρとする。

【００２１】 Ｐ_r ＝Ｐ_f ーρｇ（Ｈ＋ｈ） ・・・（６） なお、本実施形態では、貯湯槽２５と溶湯リザーバ２０
ｒ内の圧力を同じ速度で減圧をし、貯湯槽２５内の圧力
が所定の圧力となった後、さらに溶湯リザーバ２０ｒ内
の圧力を減圧した。しかしながら、溶湯通路１８を上昇
する溶湯の速度がレイノルズ数２００００を超えない範
囲であれば、溶湯リザーバ２０ｒ内の減圧速度を貯湯槽
２５内の減圧速度よりも大きくし、溶湯通路１８内に溶
湯を吸引しながら貯湯槽２５内を減圧しても良い。

【００２２】前記貯湯槽２５内の減圧及び溶湯リザーバ
２０ｒ内の減圧と同時に、キャビティ１６内を所定の圧
力（真空度）に減圧する。キャビティ１６内の圧力が所
定の圧力になると、チャンバー１２ｄに設置した圧力セ
ンサの信号に基づき制御コントローラ２８は、制御弁２
９ｃを閉じキャビティ１６内の減圧が完了する。キャビ
ティ１６内の圧力は、溶湯へのキャビティ１６内の残留
空気の巻き込み量を少なくするためにも高真空度にされ
る（本例では、例えば１Ｔｏｒｒに減圧される。）。各
部分の減圧が完了した後、ゲートピストン２０が上昇し
溶湯通路１８が開かれる。従って、溶湯通路１８内の溶
湯が、湯口部１８ａの入口とキャビティ１６との圧力差
により、キャビティ１６内に吸引され充填される（本例
では、溶湯リザーバ２０ｒ内の圧力とキャビティ１６内
の圧力が同一となるため、湯口部１８ａ入口とキャビテ
ィ１６の差圧は、溶湯のヘッド圧ρｇｈのみの真空重力
鋳造となる。）。キャビティ１６内に溶湯が充填される
と、シャットピン２１が駆動されキャビティ１６と溶湯
通路１８ｂを遮断する。キャビティ１６内の溶湯の凝固
の進行に合わせて、加圧ピン２２により加圧が実施され
鋳造が完了する。

【００２３】以上説明したように、本実施形態では、キ
ャビティ１６内の圧力に基づいて貯湯槽２５内の圧力及
び溶湯リザーバ２０ｒ内の圧力を所定の値にすることに
より、任意の圧力（真空度）のキャビティ１６に、所定
の初速度で溶湯を充填することができる。従って、キャ
ビティ１６内に充填される溶湯の表面層が破壊されない
範囲内で溶湯充填初速度を早くすることができ、溶湯へ
の残留空気巻き込みの防止と湯廻り性確保の両立が可能
になる。また、貯湯槽２５及び溶湯リザーバ２０ｒ内を
鋳造毎に減圧するため、貯湯槽２５内の溶湯中の水素及
び溶湯通路１８ｂ内を吸引される溶湯中の水素が脱ガス
される。従って、溶湯中の水素ガスレベルを低く保つこ
とができ、健全な鋳造製品を得ることができる。また、
貯湯槽２５内及び溶湯リザーバ２０ｒ内の減圧を同じ減
圧速度で行うため、溶湯通路１８内を溶湯が上昇する際
には、溶湯通路１８内が既に減圧された状態である。従
って、溶湯通路１８内に吸引される溶湯への溶湯通路１
８内の残留空気巻き込み量を少なくすることができる。
さらに、溶湯の上昇速度が溶湯の表面層が破壊されない
ように溶湯リザーバ２０ｒ内の減圧速度が制御されるた
め、溶湯への空気巻き込みを防止することができる。

【００２４】上記鋳造方法により、２００ｍｍ×１００
ｍｍ、厚み１０ｍｍの板状試験片の鋳造を行った。鋳造
用金属としては、アルミ合金（ＪＩＳ規格におけるＡＣ
４ＣＨ）を用いた。溶湯温度は、７５０度で行った。上
型１２及び下型１４の金型温度は、１５０度で、金型表
面には黒鉛系離型材を塗布した。まず、貯湯槽２５内及
び溶湯リザーバ２０ｒ内の圧力を、同じ減圧速度（２０
Ｔｏｒｒ／Ｓｅｃ）で２０５Ｔｏｒｒまで減圧した。し
かる後、さらに溶湯リザーバ２０ｒ内を１０．５Ｔｏｒ
ｒまで減圧し、溶湯の湯面を所定の高さ（ｈ＝２０ｃ
ｍ）まで吸引した。貯湯槽２５内及び溶湯リザーバ２０
ｒ内の減圧と同時に、キャビティ１６内の圧力を０．５
Ｔｏｒｒまで減圧した。この状態でゲートピストンを開
け、溶湯通路１８内の溶湯を溶湯充填初速度約２ｍ／ｓ
でキャビティ１６に充填した。成型品は、内部にガス気
泡による欠陥を含まない高品質のものであった。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の鋳
造方法では、キャビティ内の圧力、貯湯槽内の圧力、及
び溶湯リザーバ内の圧力が各々所定の圧力にされるた
め、キャビティへの溶湯充填初速度を制御することがで
きる。

【００２６】また、請求項２記載の鋳造方法では、貯湯
槽内の圧力、キャビティ内の圧力、及び溶湯リザーバ内
の圧力が大気圧以下にされるため、溶湯充填初速度を遅
くすることができる。

【００２７】また、請求項３記載の鋳造方法では、キャ
ビティ内が高真空度にされるため溶湯へのキャビティ内
の残留空気の巻き込み量を少なくすることができる。

【００２８】また、請求項４記載の鋳造方法では、溶湯
充填初速度が溶湯の表面層が破壊されない速度となるよ
うにキャビティ内の圧力、貯湯槽内の圧力、及び溶湯リ
ザーバ内の圧力が設定されるため、キャビティへの溶湯
の充填初速度が低く抑えられ、キャビティ内に充填され
る溶湯へのキャビティ内残留空気の巻き込みを防止する
ことができる。

【００２９】また、請求項５記載の鋳造方法では、溶湯
通路内に吸引される溶湯の速度が溶湯の表面層が破壊さ
れない速度とされるため、溶湯通路内に吸引される溶湯
への溶湯通路内の残留空気の巻き込みを防止することが
できる。

【００３０】また、請求項６記載の鋳造方法では、貯湯
槽内の溶湯が溶湯通路内に吸引される前に、溶湯通路内
が減圧された状態となるため、溶湯通路内に吸引される
溶湯が巻き込む溶湯通路内の残留空気の巻き込み量を少
なくすることができる。

【００３１】また、請求項７記載の鋳造装置では、貯湯
槽内の圧力、キャビティ内の圧力、及び溶湯リザーバ内
の圧力を制御する手段をそれぞれ備えているため、キャ
ビティ内の圧力を変えることなくキャビティへの溶湯充
填初速度を制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係わる鋳造装置の構成
を示す図面である。

【図２】本発明の一実施の形態に係わる鋳造装置の要部
部分断面図である。

【図３】本発明に係る装置と従来の装置における各圧力
の関係を対比してグラフに表した図である。

【図４】従来の鋳造装置の構成を示す図面である。

【図５】従来の鋳造装置の構成を示す図面である。

【符号の説明】

１０・・・鋳型 １６・・・キャビティ １８・・・溶湯通路 ２０・・・ゲートピストン ２３・・・溶解炉 ２５・・・貯湯槽 ２７・・・実真空度モニター ２８・・・制御コントローラ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密封された貯湯槽と、その貯湯槽内の
   溶湯が充填されるキャビティと、前記貯湯槽と前記キャ
   ビティを連通する溶湯通路と、その溶湯通路を開閉する
   ゲート機構と、そのゲート機構よりも前記貯湯槽側にお
   いて前記溶湯通路から分岐して前記キャビティよりも高
   い位置にまで伸びている溶湯リザーバを有する鋳造装置
   を用いて行う鋳造方法において、 前記溶湯通路を前記ゲート機構により閉じた状態で、前
   記キャビティ内の圧力を第１所定圧力に、前記貯湯槽内
   の圧力を第２所定圧力に、前記溶湯リザーバ内の圧力を
   第３所定圧力に調整する行程と、 その後に前記ゲート機構を開くことにより、溶湯を前記
   キャビティに充填し凝固させる行程とを有し、 前記第２所定圧力と前記第３所定圧力は、前記溶湯リザ
   ーバ内に所定量以上の溶湯が上昇する圧力差に設定され
   ていることを特徴とする鋳造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の鋳造方法において、 前記第１所定圧力、前記第２所定圧力、及び前記第３所
   定圧力が全て大気圧以下に設定されていることを特徴と
   する鋳造方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の鋳造方法において、 前記第１所定圧力が高真空度に設定されることを特徴と
   する鋳造方法。
4. 【請求項４】 請求項１記載の鋳造方法において、 前記キャビティ内への溶湯充填初速度が、キャビティ内
   に流れ込む溶湯の表面層が破壊されない速度となるよう
   に、前記第１所定圧力、前記第２所定圧力、及び前記第
   ３所定圧力が設定されていることを特徴とする鋳造方
   法。
5. 【請求項５】 請求項１記載の鋳造方法において、 前記貯湯槽内の圧力を第２所定圧力に、前記溶湯リザー
   バ内の圧力を第３所定圧力に調整する行程は、前記貯湯
   槽内の圧力と前記溶湯リザーバ内の圧力差により前記溶
   湯通路内に吸引される溶湯の表面層が破壊されないよう
   に、前記貯湯槽内の圧力と前記溶湯リザーバ内の圧力と
   の圧力差の時間的変化率が制御されることを特徴とする
   鋳造方法。
6. 【請求項６】 請求項２記載の鋳造方法において、 前記貯湯槽内の圧力を第２所定圧力に、前記溶湯リザー
   バ内の圧力を第３所定圧力に調整する行程は、同時に行
   われ、かつ、両者の減圧速度が同じになるように制御さ
   れ、前記貯湯槽内の圧力が第２所定圧力になった後、さ
   らに、前記溶湯リザーバ内の圧力を減圧することにより
   前記貯湯槽内の溶湯を前記溶湯通路内に吸引することを
   特徴とする鋳造方法。
7. 【請求項７】 密封された貯湯槽と、その貯湯槽内の
   溶湯が充填されるキャビティと、前記貯湯槽と前記キャ
   ビティを連通する溶湯通路と、その溶湯通路を開閉する
   ゲート機構と、そのゲート機構よりも前記貯湯槽側にお
   いて前記溶湯通路から分岐してキャビティよりも高い位
   置にまで伸びている溶湯リザーバを有する鋳造装置にお
   いて、 前記貯湯槽内の圧力を制御する貯湯槽内圧力制御手段
   と、 前記キャビティ内の圧力を制御するキャビティ内圧力制
   御手段と、 前記溶湯リザーバ内の圧力を制御する溶湯リザーバ内圧
   力制御手段と、を有することを特徴とする差圧鋳造装
   置。