JP7000891B2

JP7000891B2 - 低圧鋳造機

Info

Publication number: JP7000891B2
Application number: JP2018019617A
Authority: JP
Inventors: 裕生日下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-02-06
Filing date: 2018-02-06
Publication date: 2022-01-19
Anticipated expiration: 2038-02-06
Also published as: JP2019136716A

Description

本発明は、低圧鋳造機に関するものである。

欠陥の少ない良質な鋳造製品を製造する方法として、気体を加圧室内に送り込み、加圧室内の溶湯を金型に充填する低圧鋳造法が知られている。低圧鋳造法において、溶湯の酸化を防ぐ目的で、加圧用の気体にアルゴン等の不活性ガスを用いる場合がある。特許文献１には、不活性ガスを用いて低圧鋳造を行う低圧鋳造機の構造が開示されている。

国際公開第２００８／１３２９９１号

特許文献１に係る低圧鋳造機では、加圧室内に不活性ガス以外の気体が流入しないよう、給気時と排気時を除き、常に加圧室は閉じた空間とされていた。しかしながら、加圧室が閉じられた状態で加圧室内の温度が上がると、気体が膨張して加圧室内の圧力が上がり、金型に溶湯が溢れてしまうおそれがあった。また、逆に加圧室内の温度が下がると、気体が収縮して加圧室内の圧力が下がり、給気口や排気口に溶湯が流れてしまうおそれがあった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、加圧室内の圧力を所定の圧力値内に保つことができる低圧鋳造機を提供するものである。

本発明に係る低圧鋳造機は、加圧室内に不活性ガスを導入して溶湯を加圧する低圧鋳造機であって、前記加圧室と、前記加圧室に連通された排気路と、前記排気路に設けられた第１の逆止弁及び第２の逆止弁と、を備え、前記第１の逆止弁は、前記加圧室内の圧力が前記第１の逆止弁の外気圧よりも高い第１の圧力値以上の場合に前記加圧室からの気体の流出を許可し、前記第２の逆止弁は、前記加圧室内の圧力が前記第２の逆止弁の外気圧よりも低い第２の圧力値以下の場合に前記加圧室への気体の流入を許可することを、特徴としたものである。

本発明に係る低圧鋳造機は、第１の逆止弁と第２の逆止弁が排気路に設けられている。第１の逆止弁は、加圧室内の圧力が外気圧よりも高い第１の圧力値以上の場合に加圧室からの気体の流出を許可する。このため、加圧室内の圧力が上がりすぎて金型側に溶湯が溢れてしまうことを抑制できる。また、第２の逆止弁は、加圧室内の圧力が外気圧よりも低い第２の圧力値以下の場合に加圧室への気体の流入を許可する。このため、加圧室内の圧力が下がりすぎて給気口や排気口に溶湯が流れてしまうことを抑制できる。

本発明により、加圧室内の圧力を所定の圧力値内に保つことができる低圧鋳造機を提供することができる。

第１の実施形態に係る低圧鋳造機の概略を示す断面図である。加圧室内の気体が膨張した場合の、第２の実施形態に係る低圧鋳造機の概略を示す断面図である。加圧室内の気体が収縮した場合の、第２の実施形態に係る低圧鋳造機の概略を示す断面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載および図面は、適宜、簡略化されている。

［第１の実施形態］
まず、第１の実施形態に係る低圧鋳造機１の全体的な構成について、図１を用いて説明する。図１は、低圧鋳造機１の概略を示す断面図である。図１に示すように、低圧鋳造機１は、本体部１０と、金型１５と、配管２１～２３と、電磁弁２４と、第１の逆止弁２５と、第２の逆止弁２６と、を備える。本体部１０は、溶湯Ｍを金型１５に充填するための装置であり、加圧室１１と、保持室１２と、開閉弁１３と、湯道１４と、を備える。溶湯Ｍは、例えば熔融したアルミニウム等の金属である。

加圧室１１は、連通孔を介して保持室１２と連通しており、当該連通孔は開閉弁１３によって塞ぐことができる。保持室１２は、溶湯Ｍを保持する空間である。開閉弁１３を開くことで、保持室１２にある溶湯Ｍを加圧室１１に充填することができる。

湯道１４は、溶湯Ｍの流路であり、加圧室１１と金型１５とに連通されている。金型１５は、例えば一対の金型であり、鋳造製品に対応した内部構造を有している。金型１５内で溶湯Ｍが冷却されて凝固することで、鋳造製品が製造される。

配管２１～２３は、アルゴン等の不活性ガスが通る管である。配管２１は、ボンベ等の不活性ガス供給源（不図示）と電磁弁２４とに接続されている。配管２２は加圧室１１と電磁弁２４とに接続されている。また、配管２３は、例えば二叉の形状を有しており、第１の逆止弁２５と第２の逆止弁２６と電磁弁２４とに接続されている。

電磁弁２４は、３方向の接続口を持つ駆動弁である。そのうち、配管２２に接続された接続口は常に開いている。また、配管２１に接続された接続口は、電磁弁２４の電源を入れると開き、電源を切ると閉じる。また、配管２３に接続された接続口は、電磁弁２４の電源を入れると閉じ、電源を切ると開く。すなわち、電磁弁２４は、電源を入れた場合に、配管２１と配管２２とを接続し、配管２２と配管２３との間を遮断する。一方、電磁弁２４は、電源を切った場合に、配管２２と配管２３とを接続し、配管２１と配管２２との間を遮断する。

第１の逆止弁２５と第２の逆止弁２６は、気体が一方向のみに流れることを許可する逆止弁である。第１の逆止弁２５は、配管２３内の圧力が、第１の逆止弁２５の外気圧よりも高い第１の圧力値以上の場合に開く。例えば、第１の逆止弁２５は、配管２３内の圧力が第１の逆止弁２５の外気圧よりも１ｋＰａ以上高い場合に開くようにすることができる。このとき、配管２３内の気体は外部に流出する。

配管２２と配管２３とが接続されている場合、加圧室１１と配管２３は連通しているため、加圧室１１内の気圧と配管２３内の気圧は等しくなる。従って、この場合、第１の逆止弁２５は、加圧室１１内の圧力が第１の逆止弁２５の外気圧よりも高い第１の圧力値以上の場合に加圧室１１からの気体の流出を許可する。

また、第２の逆止弁２６は、配管２３内の圧力が、第２の逆止弁２６の外気圧よりも低い第２の圧力値以下の場合に開く。例えば、第２の逆止弁２６は、配管２３内の圧力が第２の逆止弁２６の外気圧よりも１ｋＰａ以上低い場合に開くようにすることができる。このとき、外部の気体は配管２３内に流入する。

配管２２と配管２３とが接続されている場合、加圧室１１と配管２３は連通しているため、加圧室１１内の気圧と配管２３内の気圧は等しくなる。従って、この場合、第２の逆止弁２６は、加圧室１１内の圧力が第２の逆止弁２６の外気圧よりも低い第２の圧力値以下の場合に加圧室１１への気体の流入を許可する。

なお、本明細書中において「逆止弁の外気圧」とは、逆止弁の外部における気圧を指す。すなわち、第１の圧力値は、第１の逆止弁２５の外部における圧力よりも高く、第２の圧力値は、第２の逆止弁２６の外部における圧力よりも低い。例えば、第１の逆止弁２５と第２の逆止弁２６がそれぞれ大気下に設けられている場合は、第１の逆止弁２５の外気圧と第２の逆止弁２６の外気圧は、ともに大気圧である。また、逆止弁の外部が閉空間になっている場合は、当該閉空間の圧力が逆止弁の外気圧である。

ここで、低圧鋳造機１を用いて低圧鋳造を行う場合の流れについて説明する。
鋳造前において、開閉弁１３は閉じられている。また、電磁弁２４の電源は切られており、配管２１と配管２２との間は遮断されている。
初めに、図示しない給湯口から、溶湯Ｍが保持室１２に給湯される。その後、開閉弁１３が開けられ、溶湯Ｍは加圧室１１に充填される。溶湯Ｍが加圧室１１内に所定量充填された後、開閉弁１３は閉じられる。

溶湯Ｍが加圧室１１内に充填され、開閉弁１３が閉じられた後、電磁弁２４の電源が入れられる。すなわち、配管２１と配管２２とが接続され、配管２２と配管２３との間は遮断される。このとき、不活性ガス供給源（不図示）から、配管２１、電磁弁２４、配管２２を通って、加圧室１１内に不活性ガスが導入される。すなわち、配管２１、電磁弁２４、及び配管２２は、この場合は加圧室１１に不活性ガスを導入する給気路として機能する。不活性ガスは図１の配管２１の近傍に示した矢印の向きに沿って流れる。

加圧室１１内に不活性ガスが導入されると、加圧室１１内の溶湯Ｍが加圧される。加圧時における加圧室１１内の圧力は第１の圧力値よりも高い。例えば、加圧室１１内の圧力は、第１の逆止弁２５の外気圧よりも１０～５０ｋＰａ程度高い圧力値とすることができる。加圧された溶湯Ｍは、湯道１４を通って金型１５内に充填される。金型１５内に充填された溶湯Ｍは、冷却されたのち鋳造製品となる。

金型１５内に充填された溶湯Ｍが冷却されると、加圧室１１への不活性ガスの供給を止めるため、電磁弁２４の電源が切られる。すなわち、配管２２と配管２３とが接続され、配管２１と配管２２との間は遮断される。このとき、加圧室１１内の圧力は第１の圧力値以上であるため、第１の逆止弁２５が開き、加圧室１１内の不活性ガスは外部へ排気される。すなわち、配管２２、電磁弁２４、及び配管２３は、加圧室１１から不活性ガスを排出する排気路として機能する。不活性ガスは、図１の配管２３の近傍に示した矢印の向きに沿って流れる。

加圧室１１内の不活性ガスが排気され、圧力が第１の圧力値よりも低くなると、第１の逆止弁２５が閉じる。このとき、加圧室１１及び排気路内の空間は、不活性ガスで満たされた状態で閉じられる。このため、溶湯Ｍの酸化反応等を抑制し、溶湯Ｍの質を保持することができる。

ここで、加圧室１１及び排気路内の空間が閉じられた状態において、加圧室１１内の温度が上がった場合について説明する。加圧室１１内の温度が上がると、不活性ガスが膨張して加圧室１１内の圧力が上がる。そして、加圧室１１内の圧力が第１の圧力値以上になると、第１の逆止弁２５が開き不活性ガスが排気される。このような構成においては、加圧室１１内の圧力は第１の圧力値を超えることがない。従って、加圧室１１内の圧力が上昇して金型１５側に溶湯Ｍが溢れることを抑制することができる。

次に、加圧室１１及び排気路内の空間が閉じられた状態において、加圧室１１内の温度が下がった場合について説明する。加圧室１１内の温度が下がると、不活性ガスが収縮して加圧室１１内の圧力が下がる。そして、加圧室１１内の圧力が第２の圧力値以下になると、第２の逆止弁２６が開き外部の気体が給気される。このような構成においては、加圧室１１内の圧力は第２の圧力値を下回ることがない。従って、加圧室１１内の圧力が低下して、配管２２に溶湯Ｍが流れることを抑制することができる。

以上で説明したように、本実施形態に係る低圧鋳造機１は、加圧室１１内の圧力を、第１の圧力値と第２の圧力値の間に保つことができる。このため、溶湯Ｍが金型１５や配管２２に流れ出ることを抑制することができる。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態に係る低圧鋳造機２について、図２及び図３を用いて説明する。図２は、加圧室１１内の気体が膨張した場合の、本実施形態に係る低圧鋳造機２の概略を示す断面図である。図３は、加圧室１１内の気体が収縮した場合の、本実施形態に係る低圧鋳造機２の概略を示す断面図である。
図２及び図３に示すように、低圧鋳造機２は、第１の実施形態における低圧鋳造機１の構成に加えて、袋体２７と、筐体２８と、を備える。

袋体２７は、排気路に連通され、不活性ガスを収容する袋状の部材である。袋体２７は変形可能であって、袋体２７の不活性ガスの収容量は可変である。本実施形態においては、袋体２７は配管２２に接続されているが、袋体２７は配管２３に接続されていてもよい。また、袋体２７は、例えばポリエチレンやポリプロピレンといった、合成樹脂等の可撓性を有する素材で形成されていてもよいし、蛇腹構造等の伸縮可能な構造を有する容器であってもよい。
筐体２８は、袋体２７を覆うように設置されている。筐体２８は、袋体２７よりも強度の大きな材質で形成されていると好ましい。

ここで、図２を用いて、加圧室１１及び排気路内の空間が閉じられた状態において、加圧室１１内の気体が膨張した場合について説明する。加圧室１１内の気体が膨張すると、図２に示すように、袋体２７は膨張しつつ加圧室１１から気体を受け入れる。このため、加圧室１１内の圧力上昇を抑制することができる。
また、筐体２８が袋体２７を覆うように設けられているため、仮に袋体２７が破裂したとしても、袋体２７の破片や内部の気体が飛び散ることを抑えることができる。また、さらに筐体２８を袋体２７の膨張体積より小さくすることで、膨張による破裂を防止できる。

次に、図３を用いて、加圧室１１及び排気路内の空間が閉じられた状態において、加圧室１１内の気体が収縮した場合について説明する。加圧室１１内の気体が収縮すると、図３に示すように、袋体２７は収縮しつつ加圧室１１に気体を送り込む。このため、加圧室１１内の圧力低下を抑制することができる。

以上のように、本実施形態に係る低圧鋳造機２においては、加圧室１１内の圧力変動をさらに抑制することができる。
なお、袋体２７に耐熱温度が高くない素材を用いる場合は、袋体２７を加圧室１１から１ｍ以上離れた位置に設置することが好ましい。この場合、加圧室１１内の気体は十分に外気に冷やされてから袋体２７に収容されるため、袋体２７に対する熱の影響を抑えることができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、上記の実施形態では、給気路と排気路は一部の配管が共通である構成について説明したが、それぞれは別の配管で構成されていてもよい。

また、上記の実施形態では、第２の逆止弁２６の外側が大気である場合について説明したが、第２の逆止弁２６は不活性ガスで満たされた筐体内に格納されていてもよい。この場合、第２の逆止弁２６から加圧室１１内に流入する気体は不活性ガスであるため、加圧室１１内に不活性ガス以外の気体が流入するのを抑制することができる。なお、このような構成を取った場合、第２の逆止弁２６の外気圧は、第２の逆止弁２６を格納する筐体内の圧力となる。

１、２低圧鋳造機
１０本体部
１１加圧室
１２保持室
１３開閉弁
１４湯道
１５金型
２１～２３配管
２４電磁弁
２５第１の逆止弁
２６第２の逆止弁
２７袋体
２８筐体
Ｍ溶湯

Claims

加圧室内に不活性ガスを導入して溶湯を加圧する低圧鋳造機であって、
前記加圧室と、
前記加圧室に連通された排気路と、
前記排気路に設けられた第１の逆止弁及び第２の逆止弁と、を備え、
前記第１の逆止弁は、前記加圧室内の圧力が前記第１の逆止弁の外気圧よりも高い第１の圧力値以上の場合に前記加圧室からの気体の流出を許可し、
前記第２の逆止弁は、前記加圧室内の圧力が前記第２の逆止弁の外気圧よりも低い第２の圧力値以下の場合に前記加圧室への気体の流入を許可する、
低圧鋳造機。
前記排気路に連通され、前記不活性ガスを収容し、収容量が可変の袋体をさらに備える、
請求項１に記載の低圧鋳造機。