JP2013035008A - ダイカスト鋳造装置及びダイカスト鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】酸化膜の混入のない溶湯を短時間で金型キャビテイに充填し、閉塞されたキャビテイ内の溶湯を有効に加圧して、ひけ巣の発生がなく、かつ、ガスの巻き込みのない鋳造品を簡便に鋳造することのできる、小型で、作業効率がよく、メンテナンスの容易な設備費の安いダイカスト鋳造装置を提供すること。
【解決手段】固定金型１及び可動金型２と、固定金型１に設けられた、金型キャビテイＣに連通する鋳込スリーブ５と、鋳込スリーブ５を介して、鋳込ストークを通じて下方から金型キャビテイＣ内へ溶湯を供給充填する、加圧注湯ポンプ７を具備した鋳込手段と、鋳込スリーブ５内を摺動する鋳込プランジャー６と、給湯炉２６とを備え、給湯炉２６内の溶湯中に浸漬して注湯加圧プランジャー８を備えた加圧注湯ポンプ７が配置され、加圧注湯ポンプ７は、底部に溶湯流入口７ａを有すると共に溶湯流入口７ａを閉塞可能な閉塞部材７ｂを備え、閉塞部材７ｂで溶湯流入口７ａを閉塞して密閉構造を形成するよう構成されているダイカスト鋳造装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、軽金属合金等の鋳造品を鋳造することができる、金型キャビテイ内へ溶湯を下方から供給充填するダイカスト鋳造装置、特に加圧注湯ポンプを用いて金型キャビテイ内へ溶湯を下方から供給充填するダイカスト鋳造装置や、これを用いたダイカスト鋳造方法に関する。

従来より、アルミニウム合金等の鋳造品、特に強度を必要とされる部品等を鋳造する場合、溶湯鋳込み時におけるガスの巻き込み、酸化膜の混入などを防止することが困難なために、一般的にはダイカスト鋳造装置は使用できず、特殊な竪型ダイカスト鋳造装置や、重力鋳造機、低圧鋳造機が使用されている。これに対して、本発明者らは、加圧ガス注湯鍋を有する鋳込手段を用いたダイカスト鋳造装置及びかかる装置を用いた方法を提案している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１１６５９８号公報

ダイカスト鋳造装置による鋳造において、高品質の鋳造品、特に薄肉で強度を必要とする大型の鋳造品を鋳造するためには、酸化膜の混入を防止すると共に、溶湯を途中で停滞させることなく、短時間内に金型キャビテイに充填する必要がある。また、鋳造品の強度上の不良欠陥の大きい原因となる酸化膜の混入やガスの巻き込みを防止し、凝固収縮によって発生するひけ巣を防止するためには、下方から溶湯を充填すると共に、凝固収縮体積を補充するための、充分量の溶湯を有効に加圧して補充する必要がある。また、その際、稼動運転中のトラブルを少なくするために、実用上キャビテイの構造や鋳造装置全体の構造を簡単にする必要がある。そして、作業効率やメンテナンスの容易さも重要な要素である。本発明者が提案した上記文献１に記載されたダイカスト鋳造装置はこれらの要求をほぼ満たすものであったが、本発明者はさらなる研究を行った。

本発明の課題は、特に酸化膜の混入のない溶湯を高温の状態のままで、高速で短時間に金型キャビテイに充填し、閉塞されたキャビテイ内の溶湯を有効に加圧して、ひけ巣の発生がなく、かつ、ガスの巻き込みのない鋳造品を簡便に鋳造することのできる、作業効率がよく、メンテナンスの容易な、設備費の安いダイカスト鋳造法を提供することにある。

本発明者は上記課題を解決するために鋭意研究した結果、底部に溶湯流入口を有すると共に該溶湯流入口を閉塞可能な閉塞部材を備え、閉塞部材で溶湯流入口を閉塞して密閉構造を形成するよう構成されている、注湯加圧プランジャーを備えた加圧注湯ポンプを給湯炉の溶湯中に浸漬することにより、湯面の酸化膜の混入を防止すると共に湯温の低下を防止し、この注湯加圧プランジャーに圧を加えて注湯することにより、作業効率がよく、メンテナンスの容易な、設備費の安い装置とすることができると共に、かかる加圧注湯ポンプの注湯加圧プランジャーの圧力を高くすることによって溶湯を高速で短時間内に供給、且つ、薄肉でも完全に充填することができ、酸化膜の混入及びガスの巻き込みのない鋳造品を鋳造することができることを見い出し、本発明を完成するに至った。さらに、鋳込まれた溶湯がキャビテイ内を充填した後、鋳込プランジャーが追加押し込みを行うと共に、必要に応じて閉塞状態の溶湯を複数箇所の加圧ピンにより圧力伝達距離を短くして有効に加圧すると、凝固収縮体積を補充しひけ巣の発生がなく、かつ、酸化膜の混入及びガスの巻き込みのない鋳造品を鋳造することができることを見い出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、
（１）金型キャビテイを形成する固定金型及び可動金型と、
該固定金型に設けられた、金型キャビテイに連通する鋳込スリーブと、
該鋳込スリーブに形成された溶湯送出開口を介して、鋳込ストークを通じて下方から金型キャビテイ内へ溶湯を供給充填する、加圧注湯ポンプを具備した鋳込手段と、
前記鋳込スリーブ内を摺動し、溶湯送出開口を塞ぐと共に溶湯を加圧する鋳込プランジャーと、
給湯炉と、を備えたダイカスト鋳造装置であって、
前記給湯炉内の溶湯中に浸漬して注湯加圧プランジャーを備えた加圧注湯ポンプが配置され、該加圧注湯ポンプは、底部に溶湯流入口を有すると共に該溶湯流入口を閉塞可能な閉塞部材を備え、閉塞部材で溶湯流入口を閉塞して密閉構造を形成するよう構成されていることを特徴とするダイカスト鋳造装置や、
（２）加圧注湯ポンプが、ポンプケース本体の側部から斜め上方に突出して設けられた鋳込ストークを備え、給湯炉と共に或いは別個に、装置本体に対して装脱着可能な構成であることを特徴とする上記（１）に記載のダイカスト鋳造装置や、
（３）加圧注湯ポンプの容量が１回の鋳込みに必要な溶湯を収容可能な容量であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のダイカスト鋳造装置や、
（４）加圧注湯ポンプの注湯加圧プランジャーの後退限における先端が給湯炉の湯面の下に位置することを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のダイカスト鋳造装置や、
（５）加圧注湯ポンプの注湯加圧プランジャーが溶湯注湯速度を制御するための加圧シリンダーと連結されていることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載のダイカスト鋳造装置や、
（６）金型キャビテイ内の溶湯を加圧する加圧手段を備えていることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載のダイカスト鋳造装置や、
（７）上記（１）〜（６）のいずれかに記載のダイカスト鋳造装置を用いる鋳造方法であって、加圧注湯ポンプから鋳込ストーク、鋳込スリーブを通じて溶湯を金型キャビテイ内へ鋳込み、溶湯がキャビテイ内を充填した後、鋳込スリーブに形成された溶湯送出開口を鋳込プランジャーで閉塞し、その後、金型キャビテイ内の溶湯を加圧することを特徴とするダイカスト鋳造方法や、
（８）金型キャビテイ内の溶湯を加圧する時、型開力又は型開量を検出し、その値が規定値以上に大きくなった場合、加圧速度を遅くし、発生する型開力を小さくすることを特徴とする上記（７）に記載のダイカスト鋳造方法や、
（９）鋳込スリーブに形成された溶湯送出開口を鋳込プランジャーチップで閉塞した後、直ちに底部の溶湯流入口の閉塞部材を開放すると共に、加圧注湯ポンプの注湯加圧プランジャーを後退させ、次回に必要な溶湯を加圧注湯ポンプ内に供給し、再び閉塞部材で閉塞して次回の鋳造に備えることを特徴とする上記（７）又は（８）に記載のダイカスト鋳造方法や、
（１０）注湯加圧用のプランジャーを使用し、鋳込終了時のプランジャー圧を１ｋｇ／ｃｍ^２以上に制御して鋳込むことを特徴とする上記（７）〜（９）のいずれかに記載のダイカスト鋳造方法や、
（１１）鋳造品が軽金属合金の薄肉で大型の鋳造品であることを特徴とする上記（７）〜（１０）のいずれかに記載のダイカスト鋳造方法に関する。

本発明によれば、酸化膜の混入のない溶湯を高速で短時間に金型キャビテイに充填し、閉塞されたキャビテイ内の溶湯を有効に加圧して、ひけ巣の発生がなく、かつ、ガスの巻き込みのない鋳造品を簡便に鋳造することのできる、作業効率がよく、メンテナンスの容易な、設備費の安いダイカスト鋳造装置及び該ダイカスト鋳造装置を用いるダイカスト鋳造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係わるダイカスト鋳造装置の概略縦断面図である。 図１に示すダイカスト鋳造装置の作動状態を示す説明図である。 図１に示すダイカスト鋳造装置の作動状態を示す説明図（図２続き）である。 図１に示すダイカスト鋳造装置において、型を開き、鋳造品を取り出すと共に、給湯する状態を示す説明図である。

本発明のダイカスト鋳造装置としては、金型キャビテイを形成する固定金型及び可動金型と、該固定金型に設けられた、金型キャビテイに連通する鋳込スリーブと、該鋳込スリーブに形成された溶湯送出開口を介して、鋳込ストークを通じて下方から金型キャビテイ内へ溶湯を供給充填する、加圧注湯ポンプを具備した鋳込手段と、前記鋳込スリーブ内を摺動し、溶湯送出開口を塞ぐと共に溶湯を加圧する鋳込プランジャーと、給湯炉と、を備えたダイカスト鋳造装置であって、前記給湯炉内の溶湯中に浸漬して注湯加圧プランジャーを備えた加圧注湯ポンプが配置され、該加圧注湯ポンプは、底部に溶湯流入口を有すると共に該溶湯流入口を閉塞可能な閉塞部材を備え、閉塞部材で溶湯流入口を閉塞して密閉構造を形成するよう構成されている装置であれば特に制限されるものではなく、本発明のダイカスト鋳造装置は、作業効率がよく、メンテナンスの容易な設備費の安いダイカスト鋳造装置であると共に、本発明のダイカスト鋳造装置を用いることにより、酸化膜の混入もなく、かつ、ガスの巻き込みのない鋳造品、特に薄肉で強度を必要とする大型の鋳造品を好適に鋳造することができる。そして、かかる鋳造品としては特に限定されるものではないが、軽金属合金、特に酸化し易く、約７％と凝固収縮が大きいアルミニューム合金を用いて薄肉で大型の鋳造品を鋳造する場合に、有利に適用することができる。

本発明のダイカスト鋳造装置は、固定金型及び可動金型が上下に配置された竪型ダイカスト装置、並びに固定金型及び可動金型が左右に配置された横型ダイカスト装置のいずれであってもよい。

本発明のダイカスト鋳造装置における鋳込手段としては、鋳込スリ−ブに形成された溶湯送出開口を介して鋳込ストークを通じて下方から金型キャビテイ内へ溶湯を供給充填する、注湯加圧プランジャーを備えた加圧注湯ポンプを具備した手段であり、加圧注湯ポンプは、底部に溶湯流入口有すると共に該溶湯流入口を閉塞可能な閉塞部材を備え、閉塞部材で溶湯流入口を閉塞して密閉構造を形成するよう構成され、給湯炉内の溶湯中に浸漬して配置される。かかる鋳込手段は、例えば、給湯ラドルを用いて装置本体の外側に位置する注湯鍋の溶湯給湯口から溶湯を導入し、鍋蓋を閉塞することにより密閉構造を形成する従来の方式よりも、酸化膜の混入は少なく、作業が大幅に容易となり、作業効率が向上する。具体的に加圧注湯ポンプは、例えば、注湯ポンプのケース内を摺動する注湯加圧プランジャーを有し、その上方に該注湯加圧プランジャーを駆動する加圧シリンダーが設置されている。かかる注湯加圧プランジャーの中心部には、溶湯流入口を閉塞する閉塞部材が摺動可能なように貫通して設けられ、その上方に閉塞用シリンダーが設置されている。

また、ポンプケース本体の側部から鋳込ストークが斜めに突出して設けられていることが好ましい。さらに、注湯加圧プランジャーの後退限における先端が給湯炉の湯面の下であることが好ましい。

加圧注湯ポンプは、１回の鋳造に必要な湯量を供給できればよいので、そのポンプケース本体の内径（注湯加圧プランジャーの直径）は、１００〜３００ｍｍ程度であることが好ましく、１５０〜２５０ｍｍであることがより好ましい。また、ストロークは、２００〜６００ｍｍ程度であることが好ましく、３００〜５００ｍｍ程度であることがより好ましい。

本発明における加圧注湯ポンプは、薄肉製品の場合でも注湯時の最高圧力は３〜５ｋｇ／ｃｍ^２で充分であり、ポンプケースを小径で縦長とすることにより、ケースの内径を小さくできるので、ポンプケースを耐熱性のセラミックで作っても耐圧強度を確保でき、溶湯の注湯圧力の高圧化を可能にして、容易に金型キャビテイ内まで溶湯を充填することができ、また、金型キャビテイへの定量的な溶湯の供給や供給速度の高速化及びショットタイムラグの短縮化を可能とし、高品質な鋳造や大型の鋳造品の鋳造が可能となる。このような加圧注湯ポンプを用いることにより、生産サイクルタイムが短くなるので、生産性も向上する。

また、加圧注湯ポンプは、１回の鋳込みに必要な溶湯を収容可能な容量とすることにより、各鋳込み時の加圧注湯ポンプ内の溶湯量が常に一定なので圧力補正を行う必要がなく、より精度よく溶湯の充填速度の制御を行うことができる。すなわち、複数回分の容量の場合には、各鋳込み時の液面レベルが異なり、圧力の微妙な調整を行う必要があるが、１回の鋳込みに必要な溶湯を収容可能な容量とすることにより、このような微妙な調整を行う必要がなく、高品質な鋳造品で充填速度の微妙な調整を行う必要がある場合には有効である。

また、加圧注湯ポンプは、装置本体に固定されたものであってもよいが、メンテナンスを行い易くするべく、装置本体に装脱着可能な構成であることが好ましい。加圧注湯ポンプを装置本体に固定（装着）するためのケース本体取り付け手段としては、傾斜した鋳込ストークが鋳込スリーブに安定して保持されるように、鋳込ストークに平行な面で固定盤に取り付けることができる構造であることが好ましい。すなわち、加圧注湯ポンプを装置本体から脱着して移動させる際、まず鋳込みストークの方向と平行に移動させて装置本体から脱着し、その後、水平に移動させる構成とすることが好ましい。また、加圧注湯ポンプは、給湯炉内の溶湯に浸漬するが、給湯炉に直接取り付けないことが好ましい。

本発明の加圧注湯ポンプ及び鋳込ストークは、給湯炉の溶湯内に浸漬されており、冷却が少なく、これにより、凝固層の発生を抑制し、湯廻りが良好で鋳造製品の不良発生を極力抑制することが可能となる。

加圧注湯ポンプを駆動する注湯加圧プランジャーの制御は、加圧シリンダー及びピストンを用いて、ピストン速度を制御することにより行うことが好ましい。また、ピストンはプログラム制御されたパルスモーターにより駆動されることが好ましく、具体的には、パルスモーターにより駆動されるスクリュー軸により注湯加圧プランジャーの進退を精度よく制御する。かかる速度制御手段を用いることにより、溶湯の鋳込速度をより確実に制御することができる。例えば、通過面積の狭い鋳込スリーブの溶湯送出開口や出口ゲートを通過する時に一時的に溶湯速度を低下させて噴流の発生を防止すると共に、鋳込速度を上げても問題のないところでは鋳込速度を上げて、全体としては高速で短時間内に鋳込むことができ、高品質の鋳造品をより確実に製造することができる。また、薄肉鋳造の場合には、さらに高速で注湯することが好ましい。また、この加圧シリンダーを活用して、給湯時、注湯加圧プランジャーを引き上げ、加圧注湯ポンプ内を真空にして給湯時間の短縮化を図ることもできる。

また、鋳込手段は、上記加圧注湯ポンプに加えて、金型キャビテイ内のガスを排出する排気手段を備えていることが好ましい。該排気手段は、真空ポンプや高速ブロアーなどによる真空吸引であってもよい。

鋳込スリーブは、上方に位置する金型キャビテイに出口ゲートを介して連通するものであって、少なくとも固定金型に取り付けられ及び／又は固定金型に形成されるものであれば特に制限されるものではなく、好ましくは円形断面であって、例えば、竪型装置の場合、固定金型の下部に取り付けられた下方に延設されたスリーブや、固定盤及び固定金型にあけられた穴を例示することができ、横型装置の場合、固定金型にあけられた穴や、固定金型及び可動金型にあけられた穴を組み合わせることにより形成される横穴や、固定金型及び可動金型の合わせ面部分に略垂直方向にあけられた穴を例示することができる。

本発明のダイカスト鋳造装置においては、鋳込スリーブを短い小径の鋳込スリ−ブとしているので、溶湯の滞留時間も非常に短く、冷却による凝固層の発生もなく、流れ抵抗も小さくなるので、金型キャビテイまでの充填をよりスムーズ、かつ、低圧で行うことができ、また、装置自体の製造や清掃等のメンテナンスも容易となる。かかる鋳込スリーブの内径としては、例えば５０ｍｍφ〜１５０ｍｍφ程度であり、８０ｍｍφ〜１２０ｍｍφであることが好ましく、また、長さとしては、例えば、１００ｍｍ〜２００ｍｍ程度であり、１２０ｍｍ〜１６０ｍｍであることが好ましい。

また、鋳込スリ−ブ出口の先端部は、先端に向かって漸次大きくなるようテーパー状に構成することが好ましく、これにより、ガスの排出を容易にすると共に、内壁に発生した凝固層が鋳込プランジャーによって金型キャビテイに押し込まれないようにすることができる。

上記鋳込手段及び鋳込スリーブの組み合わせにより、鋳込プランジャーを用いることなく、鋳込手段が溶湯を金型キャビテイ全体に充満させるよう構成することが可能になり、これにより、溶湯の冷却凝固を防止すると共に凝固層の混入を防止、さらに、酸化膜の混入を防止して、品質をより向上させることができる。

また、鋳込スリ−ブには、鋳込ストークとの連通部である溶湯送出開口が設けられている。かかる溶湯送出開口の形状としては特に制限されないが、湯流れ、加工の容易さ等から、断面が隅角を丸めた四角形であることが好ましく、この場合、溶湯送出開口の一辺の長さはストークの内径よりも小さくすることが好ましい。

前記鋳込スリーブ内を摺動し、鋳込スリーブの溶湯送出開口を塞ぐと共に溶湯を加圧する鋳込プランジャーは、金型キャビテイに充填された溶湯の逆流を防止するために溶湯送出開口を閉塞し、さらに前進して金型キャビテイ内に充填された溶湯を加圧する手段である。かかる鋳込プランジャーとしては、鋳込スリーブ内を気密下に摺動しうるプランジャーチップ（プランジャーヘッド）と、前記プランジャーチップを進退させることができるプランジャーロッドを有するものを例示することができ、プランジャーロッドの往復動の駆動源としては、油圧シリンダーやサーボモーターを挙げることができる。かかる鋳込プランジャーは固定金型を貫通して設けられることが好ましい。

また、プランジャーチップが鋳込スリーブの溶湯送出開口を閉塞した後、プランジャーチップ後端が溶湯送出開口まで進出した時、溶湯送出開口を開放するよう構成することが好ましく、この場合、プランジャーチップの後方のプランジャーロッド内にガス通路を形成することが好ましい。すなわち、プランジャーロッドのガス通路に連絡弁を開放してガスを送入し、プランジャーチップの後端を溶湯送出開口に到達させて、プランジャーチップとプランジャーロッドとの間の小さな隙間からガスを噴出させることにより、鋳込ストーク内の溶湯を注湯鍋内に落下させる構成とすることができる。これにより、溶湯送出開口部分や鋳込ストーク内の上部に溶湯を残存させることなく、すべての溶湯を確実に給湯炉の溶湯に浸漬されている鋳込ストークの下部部分に導くことが可能となり、プランジャーチップの後退時の溶湯のさしこみや、鋳込ストーク内での凝固固着などのトラブルの発生を防止することができる。前記供給ガスは小さなガス容器から噴出させ、最初は高圧で鋳込みストーク内で膨張し、大気圧になることが好ましく、加圧ガスとして不活性ガスを用いることにより、鋳込ストーク内の溶湯の酸化を防止することができる。

また、本発明のダイカスト鋳造装置においては、閉塞された金型キャビテイ内の溶湯を加圧する加圧手段を備えていることが好ましい。すなわち、前記鋳込プランジャーと共に金型キャビテイ内の溶湯を加圧する加圧手段を備えていることが好ましい。かかる加圧手段としては、金型キャビテイを介して鋳込スリーブと離れた位置のキャビテイの湯溜部に配設された加圧ピンを例示することができる。加圧ピンは複数設けることが好ましく、また、その直径は、そのキャビテイの湯溜部分の深さの２／３〜１倍程度であることが好ましい。このように、離れた位置にある鋳込プランジャー及び複数の加圧ピンで溶湯を加圧することによって、キャビテイ内の溶湯への圧力伝達距離を短くすることにより、キャビテイ製品部に均一に圧力を伝えることができ、小さい加圧圧力で凝固時にひけ巣の発生しない鋳造品を鋳造することが可能になる。また、鋳込プランジャー及び加圧ピンを製品の形態に応じて適当な位置に配置することによって、キャビテイ製品部の溶湯の圧力伝達距離を更に短くし、圧力伝達をより均一かつ充分なものにすることができ、これにより、小さな加圧圧力でひけ巣の発生を防止することができる。また、本発明のダイカスト鋳造装置は、小さな圧力で充分な溶湯の加圧を行うことができると共に、型開力又は型開量を検出して加圧速度を制御することにより、従来の高圧法の１／３〜１／５の型締力で対応することができ、鋳造装置の製造コストの大幅な低減が可能となる。

続いて、本発明のダイカスト鋳造方法について説明する。本発明のダイカスト鋳造方法としては、上記本発明のダイカスト鋳造装置を用いた鋳造方法であって、加圧注湯ポンプから鋳込ストーク及び鋳込スリーブを通じて溶湯を金型キャビテイ内へ鋳込み、溶湯がキャビテイ内を充填した後、鋳込スリーブに形成された溶湯送出開口を鋳込プランジャーで閉塞し、その後金型キャビテイ内の溶湯を加圧する方法であれば特に制限されるものではなく、溶湯の鋳込みにおいては、溶湯の先湯が、溶湯送出開口を通過する時及び金型キャビテイの入り口の出口ゲートを通過する時に、鋳込み速度を低下させるよう制御して溶湯を鋳込む方法であることが好ましい。これにより、噴流の発生を防止して、溶湯へのガスの巻き込みを防止することができると共に、装置トラブルを回避することができる。また、鋳込プランジャーや加圧手段で加圧する時には、型締力又は型開量を検出し、その値が規定値以上に大きくなった場合、鋳込プランジャーや加圧手段の加圧速度を遅くし、発生する型開力を小さくする制御を行うことが好ましい。

また、鋳込み終了時の加圧注湯ポンプの注湯加圧プランジャーの圧力が１ｋｇ／ｃｍ^２以上になるよう制御して溶湯を鋳込むことが好ましく、これにより、全体としての鋳込み時間を短縮することができると共に、完全充填を行い、高品質の鋳造品を製造することができる。

また、鋳込スリーブに形成された溶湯送出開口を鋳込プランジャーで閉塞した後、直ちに、ポンプケース底の溶湯流入口の閉塞部材を開放すると共に、加圧注湯ポンプの注湯加圧プランジャーを後退上昇させ次回に必要な溶湯を加圧注湯ポンプ内に供給し、再び溶湯流入口の閉塞部材を閉塞して、次回の鋳造に備えることが好ましい。閉塞部材の閉塞は、例えば、注湯加圧プランジャーが後退限に到達したタイミングで行うことができる。

以下、本発明のダイカスト鋳造装置を図面を参照して説明するが、本発明の技術的範囲はこれらに限定されるものではない。

図１は本発明の一実施形態に係るダイカスト鋳造装置の概略縦断面図であり、図２及び図３は図１に示すダイカスト鋳造装置の作動状態を示す説明図であり、図４は図１に示すダイカスト鋳造装置において、型を開き、鋳造品を取り出すと共に、給湯する状態を示す説明図である。

図１及び図４に示すように、本発明の一実施形態に係るダイカスト鋳造装置は、鋳造装置の固定盤３に取り付けられた固定金型１と、移動して型閉型開を行うことができる可動盤４に、可動金型ホルダー１５を介して取り付けられた可動金型２と、これら固定金型１及び可動金型２を具備する装置本体の斜め下方に配置された加圧注湯ポンプ７とを備えており、加圧注湯ポンプ７は、給湯炉２６の溶湯中に浸漬されている。また、固定金型１と可動金型２により、金型キャビテイＣが形成されるようになっている。

加圧注湯ポンプ７は、給湯炉２６の湯面に存在する酸化膜が流入しないように、底部に溶湯流入口７ａを有し、上部に溶湯を押し出す注湯加圧プランジャー８及びこれを駆動する加圧シリンダー２２を備えている。注湯加圧プランジャー８の中心には、溶湯流入口７ａを閉塞する棒状閉塞部材７ｂが貫通し、その上方にこれを進退させる駆動用シリンダー２１が設けられている。また、ポンプケース本体の側部には鋳込ストーク９が設けられている。鋳込ストーク９の下端入口は、金型キャビテイＣへの１回の注湯の際に下降する加圧注湯ポンプ７内の湯面（注湯加圧プランジャー８の先端）の下方に配置されており、溶湯が送出される際、仮に加圧注湯ポンプ７内の湯面に酸化膜が存在していても、これらが鋳込ストーク９を通じて金型キャビテイＣに混入することはない。なお、本発明のダイカスト鋳造装置は、加圧注湯ポンプ７内への溶湯の導入が底部の溶湯流入口７ａから行われ、また、注湯加圧プランジャー８の先端は常に給湯炉の湯面の下にあり、加圧注湯ポンプ７内が真空になり、外気が流入して湯面が酸化するおそれはない。また、注湯ガス加圧注湯ポンプ７本体及び鋳込ストーク９の下部の大部分は、給湯炉２６の溶湯中に浸漬されており、加圧注湯ポンプ７及び鋳込ストーク９内部の溶湯の温度低下、凝固層発生が防止される。

固定金型１には、鋳込スリーブ５の出口ゲートＣ２が穿設されており、かかる出口ゲートＣ２の下部には、鋳込スリーブ５が設けられ、その側部には鋳込ストーク９の径よりも小さな寸法の溶湯送出開口５１が形成されている。かかる溶湯送出開口５１を介して、鋳込スリーブ５と鋳込ストーク９とが連通している。

また、鋳込スリーブ５内には、鋳込プランジャー用油圧シリンダー１８により駆動する鋳込プランジャー６が設けられており、鋳込手段によって、金型キャビテイＣ内に完全に溶湯を充填（充満）した後、鋳込プランジャー６を油圧シリンダー１８により前進させて溶湯送出開口５１を閉塞し、引き続いて前進させ金型キャビテイＣ内の凝固収縮体積分の溶湯を鋳込スリーブ５から加圧補給する。また、プランジャーチップ６３の後方のプランジャーロッド６１内には、ガス通路６４が形成されている。かかるガス通路６４に、少容量のガス容器から不活性ガスを導入し、プランジャーチップ６３の後端を溶湯送出開口５１に到達させた後、プランジャーチップ６３とプランジャーロッド６１との間の小さな隙間からガスを噴出させることにより、鋳込ストーク９内の圧力を真空にすることなく溶湯を確実に加圧注湯ポンプ７内に落下させる。この時、ガス容器の体積は小さくして、鋳込みストーク内で膨張し大気圧となり、湯面を異常に押し下げることのない体積とするか、場合によってはその後大気に開放する。

また、金型キャビテイＣの端部には１又は２以上の小さな湯溜部１４が形成されており、かかる湯溜部１４には、油圧シリンダー１２により駆動する加圧ピン１１が導入され、金型キャビテイＣ内の溶湯を加圧する。すなわち、鋳込プランジャー６と共に、これら加圧ピン１１を押し出し、キャビテイＣの湯溜を介して金型キャビテイＣ内の溶湯を加圧するようになっている。かかる加圧ピン１１の外径は、キャビテイの湯溜部１４の直径よりも少し小さく構成されている。なお、これらの加圧ピン１１は、鋳込プランジャー６による加圧圧力の届きにくい端部や強度を必要とする部分の近くに設けることが望ましい。

次に、上記説明したダイカスト鋳造装置の動作及び鋳造方法について説明する。図１及び図２に示すように、給湯が完了した加圧注湯ポンプ７の底の溶湯流入口が閉塞されると、加圧注湯ポンプ７内の溶湯湯面にかかる注湯加圧プランジャー８を前進させ、ガス排気手段によるガス排出口１３からの真空吸引とによって、加圧注湯ポンプ７内の溶湯が、鋳込ストーク９、溶湯送出開口５１、鋳込みスリーブ５及び出口ゲートＣ２を通じて金型キャビテイＣ内へ充填される。

この時、鋳込速度を制御して溶湯を金型キャビテイＣ内に充填する。加圧注湯ポンプ７内の注湯加圧プランジャー８を加圧シリンダー２２によって加圧することにより、鋳込速度をより正確に制御することができる。

すなわち、溶湯の鋳込み段階においては、溶湯が冷却凝固しない短時間内に金型キャビテイＣへの充填を完了する必要があるので、加圧注湯ポンプ７から溶湯の先端湯面が溶湯送出開口５１に到達するまでは早く押し上げるが、湯先が溶湯送出開口５１を通り過ぎる時には、勢いよく充填するのではなく、鋳込速度を遅くし、図２（ａ）に示すように、溶湯がプランジャーチップ６３の先端から離れることのないように充填して、ガスを巻き込まないようにする。また、湯先が出口ゲートＣ２を通過する時には、急速に充填すると、溶湯が噴流となってキャビテイの各所に衝突してガスを巻き込むので、図２（ｂ）に示すように、出口ゲートＣ２の周辺に溶湯が溜まるまでは低い速度に制御し、ガスを巻き込まないようにする。

上記のように、溶湯の先端湯面が鋳込ストーク９内を上昇するとき、できるだけ早く押し込むが、溶湯送出開口５１の手前に到達したとき、先湯が慣性で飛び出すことがない程度まで減速し、溶湯送出開口５１の通過速度を遅くし、溶湯下面がプランジャーチップ６３先端から浮き上がることがない速度で溶湯を通過させ、先湯が鋳込スリーブ５に少し溜まった時、先湯が出口ゲートＣ２に飛び込まない範囲の速度まで徐々に速度を上げ、鋳込スリーブ５を充満、先湯が出口ゲートＣ２を通過する時、再び速度を落とし、キャビテイＣを充填する時は、鋳込速度を早くして、全体の充填時間を短く、充填を完了する。特に薄肉鋳造の場合には、高速で短時間内に充填する。この充填完了時、加圧注湯ポンプ７内の注湯加圧プランジャー８の圧力が１ｋｇ／ｃｍ^２以上の圧力となって溶湯を加圧していることが完全充填、ひけ巣発生防止の上で有効である。

金型キャビテイＣ内の溶湯の流れが充填完了で停止し、注湯加圧プランジャー８の圧力が上昇すると、これを充填完了の信号として検知して、直ちに鋳込プランジャー６で溶湯送出開口５１を閉塞、鋳込スリ−ブ５内の溶湯を加圧する。この時、図３（ａ）に示すように、鋳込プランジャーチップ６３の後端が、溶湯送出開口５１に達すると不活性ガスが鋳込みストークに流入し、溶湯流入口閉塞栓を開くと共に注湯加圧プランジャー８が後退上昇し、鋳込ストーク９内の溶湯は加圧注湯ポンプ７内の湯面まで落下する。

他方、図３（ｂ）に示すように、金型キャビテイＣ内においては、溶湯の凝固収縮が生起するため、鋳込プランジャー６を進出させ、さらに、図３（ｃ）に示すように中央加圧ピン１１ａ、加圧ピン１１ｂを進出させ、凝固収縮体積に応じた補充を行う。鋳込プランジャー６の進出による凝固収縮体積に応じた加圧補充は、金型キャビテイＣの反対側の端部まで圧力伝達が難しい場合があるので、端部周辺の加圧ピン１１ｂを作動させて加圧することにより、全面的に凝固収縮によるひけ巣のない緻密な組織の製品を得ることができる。次いで、図４に示すように、金型キャビテイＣ内の溶湯の冷却凝固が完了した後、型開きを行い、可動金型で持ち上げられた製品素材は各加圧ピン及び押出ピンによって押し出され、取り出すことができる。

１ 固定金型
２ 可動金型
３ 固定盤
４ 可動盤
５ 鋳込スリーブ
５１ 溶湯送出開口
６ 鋳込プランジャー
６１ 鋳込プランジャーロッド
６３ 鋳込プランジャーチップ
６４ ロッドのガス通路
７ 加圧注湯ポンプ
７ａ 溶湯流入口
７ｂ 溶湯流入口閉塞栓
８ 注湯加圧プランジャー
９ 鋳込ストーク
１１ａ 中央加圧ピン
１１ｂ 端部加圧ピン
１２ａ 中央加圧ピン用油圧シリンダー
１２ｂ 端部加圧ピン用油圧シリンダー
１３ ガス排気口
１４ａ 中央加圧ピン湯溜
１４ｂ 端部加圧ピン湯溜
１５ 可動金型ホルダー
１６ 加圧板
１７ 押出板
１８ 鋳込プランジャー用油圧シリンダー
１９ 加圧注湯ポンプ保持装置
２０ 鍋蓋
２１ 閉塞栓用シリンダー
２２ 注湯加圧プランジャー加圧用シリンダー
２５ 溶湯供給菅
２６ 給湯炉
２７ ガス弁
２８ 小型不活性ガス容器
Ｃ 金型キャビテイ
Ｃ２ 出口ゲート
Ｃ３ オーバーフロー
Ｍ 溶湯

Claims (11)

1. 金型キャビテイを形成する固定金型及び可動金型と、
   該固定金型に設けられた、金型キャビテイに連通する鋳込スリーブと、
   該鋳込スリーブに形成された溶湯送出開口を介して、鋳込ストークを通じて下方から金型キャビテイ内へ溶湯を供給充填する、加圧注湯ポンプを具備した鋳込手段と、
   前記鋳込スリーブ内を摺動し、溶湯送出開口を塞ぐと共に溶湯を加圧する鋳込プランジャーと、
   給湯炉と、を備えたダイカスト鋳造装置であって、
   前記給湯炉内の溶湯中に浸漬して注湯加圧プランジャーを備えた加圧注湯ポンプが配置され、該加圧注湯ポンプは、底部に溶湯流入口を有すると共に該溶湯流入口を閉塞可能な閉塞部材を備え、閉塞部材で溶湯流入口を閉塞して密閉構造を形成するよう構成されていることを特徴とするダイカスト鋳造装置。
2. 加圧注湯ポンプが、ポンプケース本体の側部から斜め上方に突出して設けられた鋳込ストークを備え、給湯炉と共に或いは別個に、装置本体に対して装脱着可能な構成であることを特徴とする請求項１に記載のダイカスト鋳造装置。
3. 加圧注湯ポンプの容量が１回の鋳込みに必要な溶湯を収容可能な容量であることを特徴とする請求項１又は２に記載のダイカスト鋳造装置。
4. 加圧注湯ポンプの注湯加圧プランジャーの後退限における先端が給湯炉の湯面の下に位置することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のダイカスト鋳造装置。
5. 加圧注湯ポンプの注湯加圧プランジャーが溶湯注湯速度を制御するための加圧シリンダーと連結されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のダイカスト鋳造装置。
6. 金型キャビテイ内の溶湯を加圧する加圧手段を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のダイカスト鋳造装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のダイカスト鋳造装置を用いる鋳造方法であって、加圧注湯ポンプから鋳込ストーク、鋳込スリーブを通じて溶湯を金型キャビテイ内へ鋳込み、溶湯がキャビテイ内を充填した後、鋳込スリーブに形成された溶湯送出開口を鋳込プランジャーで閉塞し、その後、金型キャビテイ内の溶湯を加圧することを特徴とするダイカスト鋳造方法。
8. 金型キャビテイ内の溶湯を加圧する時、型開力又は型開量を検出し、その値が規定値以上に大きくなった場合、加圧速度を遅くし、発生する型開力を小さくすることを特徴とする請求項７に記載のダイカスト鋳造方法。
9. 鋳込スリーブに形成された溶湯送出開口を鋳込プランジャーチップで閉塞した後、直ちに底部の溶湯流入口の閉塞部材を開放すると共に、加圧注湯ポンプの注湯加圧プランジャーを後退させ、次回に必要な溶湯を加圧注湯ポンプ内に供給し、再び閉塞部材で閉塞して次回の鋳造に備えることを特徴とする請求項７又は８に記載のダイカスト鋳造方法。
10. 注湯加圧用のプランジャーを使用し、鋳込終了時のプランジャー圧を１ｋｇ／ｃｍ^２以上に制御して鋳込むことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のダイカスト鋳造方法。
11. 鋳造品が軽金属合金の薄肉で大型の鋳造品であることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載のダイカスト鋳造方法。

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