JP2002361393A - ダイカスト製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダイカストの製造におけるダイカストマシン
に求められる制御条件を緩和するとともに、ダイカスト
マシンにかかる負荷を軽減するダイカスト製造方法を提
供することを課題とする。 【解決手段】 ダイカスト製造方法１は、キャビティに
高温で溶解した金属の溶湯を射出し、充填する充填工程
Ｓ２と、キャビティに充填された溶湯を設定された鋳造
圧力まで加圧する加圧工程Ｓ６と、溶湯を冷却し、凝固
させる凝固工程Ｓ７とを具備し、溶湯を鋳造圧力まで到
達させる鋳造圧力到達時間が、溶湯がキャビティに充填
が完了してから、第一領域または第二領域の前期に相当
する時間に設定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダイカスト製造方
法に関するものであり、特に、溶湯を設定された鋳造圧
力まで到達させる時間を所定時間遅延させるダイカスト
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、アルミニウムまたは亜鉛など
の低融点金属の合金を原料として、ホットチャンバ型あ
るいはコールドチャンバ型などのダイカストマシンを用
いてダイカストを鋳造することが行なわれている。ダイ
カストは、他の鋳物と比べて寸法精度が非常に高く、ま
た、鋳はだが平滑であるという優れた特性を有してい
る。そのため、自動車用部品、電気機器、通信機器、光
学機械、精密機械、産業機械、及び日用品など種々の分
野で利用される材料の一つである。

【０００３】ダイカストの鋳造工程の一例を示すと、ダ
イプレートに取付けられた金型を型締めする型締工程、
アルミニウム合金などを高温で溶解させた溶湯をダイカ
ストマシンに給湯し、高圧で金型の空間（キャビティ）
に射出し、充填する充填工程、溶湯を冷却して凝固させ
る凝固工程、金型を開く型開工程、金型から押出す押出
工程などの各工程を有しており、ダイカストが製品とし
て製造されている。

【０００４】この時、高品質のダイカストを製造するた
めに、溶湯の射出速度、射出流量、溶湯が通過するゲー
トのゲート厚などのパラメータを最適な値に設定するこ
とが行なわれていた。ダイカストマシンの中には、溶湯
をキャビティに充填完了すると同時に溶湯を設定された
鋳造圧力まで増圧する増圧式の射出方式を採用するもの
があり、その増圧のタイミングを１００分の１秒単位の
高精度で制御することが行なわれている。

【０００５】図６に、増圧方式を採用したダイカストマ
シンにおける溶湯圧力ＭＰの経時的変化の一例を示す。
これによると、射出装置などによって溶湯がキャビティ
に射出され、キャビティの容積と充填された溶湯の体積
がほぼ同一となると（すなわち、充填が完了した状態：
時間＝０）、キャビティに圧力がかかり、ほぼ一瞬で溶
湯圧力ＭＰは最大値（≒鋳造圧力ＤＰ）に到達する。こ
こで、鋳造圧力ＤＰとは、ダイカストマシンによって溶
湯に加えられる圧力を、射出装置の油圧力などから算出
したものであり、予め所定の圧力値に設定されているも
のである。

【０００６】この鋳造圧力ＤＰは、溶湯が凝固するまで
継続して与えられる。ここで、充填完了直後は、溶湯は
液相状態にあるため、溶湯に加わった鋳造圧力は全てキ
ャビティにかかる。したがって、溶湯が液相状態に有る
場合は、ほぼ溶湯圧力ＭＰと鋳造圧力ＤＰは同じ値をと
り、溶湯圧力ＭＰはほぼ一定の値を示す。その後、溶湯
の凝固、すなわち液相から固相への相転移が開始される
と溶湯圧力ＭＰの値が減少し始める。やがて、凝固が完
了し、溶湯が固相状態になると溶湯圧力ＭＰの変化率が
小さくなりほぼ一定の値を示し始める。つまり、キャビ
ティにかかる溶湯圧力ＭＰの経時変化は、溶湯の相の状
態に大きく依存していることがこれにより示される。

【０００７】さらに、図６について詳細に説明すると、
キャビティにかかる溶湯圧力ＭＰの経時変化は、大きく
分けて次に示す三つの領域に分類することができる。す
なわち、充填完了直後の溶湯が液相に支配され、鋳造圧
力ＤＰの値と溶湯圧力ＭＰの値がほぼ同一を示す領域
（Ｉ：第一領域）、溶湯の凝固が始まり、液相から固相
へ相転移が行なわれ、溶湯圧力ＭＰの値が急激に低下す
るのが観測される領域（II：第二領域）、及び溶湯圧力
ＭＰの変化率が緩やかになり、固相への相転移がほぼ完
了し、固体熱収縮が発生する領域（III：第三領域）に
分類することができる。

【０００８】従来のダイカスト製造方法においては、溶
湯の充填完了から溶湯圧力ＭＰを鋳造圧力ＤＰまででき
るだけ速く到達させることが、高品質のダイカストを製
造するために必要な条件とされていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高品質
のダイカストを製造するため、溶湯の射出速度や射出量
などの各パラメーターを高精度で制御し、管理すること
が、ダイカストマシンに求められていた。そのため、ダ
イカストマシン自体の価格も高価になっていた。さら
に、これらの厳しい条件を満たすために、ダイカストマ
シンの調整や保守のためにかかるメンテナンスコストが
従来の鋳造装置に比べて多く必要となる場合があった。
また、充填完了と同時に設定された鋳造圧力まで溶湯を
加圧する必要があるため、ダイカストマシンの各部分及
び金型に必要以上の負荷をかけることになり、ダイカス
トマシンの各部品及び金型の消耗が激しくなり、耐久性
に問題が発生する場合などがあった。同様に、成型後の
ダイカストにバリなどが多く発生し、品質に影響が出る
場合があった。

【００１０】そこで本発明は、上記実情に鑑み、ダイカ
ストの製造におけるダイカストマシンに求められる制御
条件を緩和するとともに、ダイカストマシン及び金型に
かかる負荷を軽減するダイカスト製造方法の提供を課題
とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１の発明にかかるダイカスト製造方法は、キ
ャビティに高温で溶解した金属の溶湯を射出し、充填す
る充填工程と、前記キャビティに充填された前記溶湯を
設定された鋳造圧力まで加圧する加圧工程と、前記溶湯
を冷却し、凝固させる凝固工程とを具備するダイカスト
製造方法において、前記溶湯を前記鋳造圧力まで到達さ
せる鋳造圧力到達時間を、前記溶湯が前記キャビティに
充填が完了してから、所定時間遅延させるものである。

【００１２】ここで、溶湯とはアルミニウムや亜鉛など
の低融点金属の合金を高温で溶融させたものである。ま
た、充填工程とは、一般のダイカストマシンに設置され
た射出プランジャなどの射出装置のピストンを稼動させ
て、溶湯を金型のキャビティに送り、溶湯を充填する工
程である。

【００１３】また、加圧工程とは、キャビティに充填さ
れた溶湯を設定された鋳造圧力まで加圧する工程であ
る。このとき、次に行なわれる凝固工程の間も溶湯に対
して継続して圧力が加えられている。なお、凝固工程と
は、溶湯をキャビティ内で冷却し、液相から固相に相転
移させるものである。

【００１４】ここで、鋳造圧力到達時間を所定時間遅延
させるとは、鋳造圧力までの到達時間をキャビティへの
充填完了と同時ではなく、予め設定した時間（例えば、
０．５秒）遅らせるものである。なお、この所定時間
は、キャビティの容積やダイカストマシンの性能などに
よって適宜最適な値が決定され、用いられるものであ
る。ここで、鋳造圧力まで到達する時間の遅延のさせ方
としては、例えば、所定時間まで一次圧（充填完了後に
溶湯に継続して加えられる圧力）を保持し、その後所定
時間経過後に一気に鋳造圧力まで到達させる方法や、充
填完了後から緩やかな加圧を継続し、所定時間をかけて
鋳造圧力まで到達させる方法や、あるいは所定時間の範
囲内で加圧及び圧力の保持を多段階的に繰返し行なう方
法などが挙げられる。

【００１５】したがって、請求項１の発明のダイカスト
製造方法によれば、充填工程によりキャビティに溶湯が
充填される。そして、充填の完了した溶湯に対してダイ
カストマシンにより設定された鋳造圧力まで圧力が加え
られる。このとき、鋳造圧力まで到達させる時間を、充
填完了後から所定時間だけ遅らせて溶湯を加圧する。

【００１６】請求項２の発明にかかるダイカスト製造方
法は、請求項１に記載のダイカスト製造方法において、
前記加圧工程における前記キャビティにかかる前記溶湯
の溶湯圧力は前記溶湯の相状態によって経時的に変化
し、前記溶湯が液相状態にある第一領域、前記溶湯が液
相から固相へと相転移する第二領域、及び前記溶湯の相
転移が完了し、固相状態となる第三領域に分類されるも
のであって、前記鋳造圧力到達時間は、前記第一領域ま
たは前記第二領域の前期に相当する時間に設定されるも
のである。

【００１７】ここで、溶湯圧力の変化を検出する方法と
しては、金型の各部位に圧力センサーを設置し、各部の
圧力変化を検出し、モニターすることなどが挙げられ
る。なお、第二領域の前期とは、図６で示したように、
溶湯が液相から固相への相転移を開始した直後のことで
あり、まだ溶湯の大部分が液相に支配されている状態に
あるものを言う。また第一領域及び第三領域について
は、既に詳細な説明がされているためここでは省略す
る。

【００１８】したがって、請求項２の発明のダイカスト
製造方法によれば、請求項１の発明のダイカスト製造方
法の作用に加え、充填完了から設定された鋳造圧力まで
到達させる鋳造圧力到達時間が、第一領域または第二領
域の前期に相当する時間に設定されている。すなわち、
これらの領域において溶湯は、略液相状態にあるため、
加圧によって圧力が溶湯に伝達され、鋳造圧力まで到達
させることが可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態である
ダイカスト製造方法について図１乃至図５に基づいて説
明する。図１は本実施形態のダイカスト製造方法に用い
られる金型及びダイカストマシンの構成の要部を模式的
に示す模式図であり、図２は本実施形態のダイカスト製
造方法の流れを示すフローチャートであり、図３及び図
４は、本実施形態のダイカスト製造方法における加圧開
始時間と、溶湯圧力（以下、圧力と略す）の変化を示す
グラフであり、図５はダイカストの密度と加圧開始時間
の依存性を示すグラフである。

【００２０】本実施形態のダイカスト製造方法１に使用
されるダイカストマシンの要部は、図１に示すように、
移動不能に設けられた固定型３、水平方向に往復可動に
設けられ、かつ、その往復運動により固定型３に接近及
び離間する可動型２から構成され、固定型３及び可動型
２によって形成されるキャビティ４を有する金型５と、
金型５に連通し、溶湯Ｍを充填するための湯道であるラ
ンナー６と、ランナー６に接続し溶湯Ｍを一時的に貯留
するメタルスリーブ７と、メタルスリーブ７内の溶湯Ｍ
をランナー６を通してキャビティ４に射出し、充填する
ためのピストン８を備える射出装置９とから構成されて
いる。ダイカストマシンは、射出装置９に接続し、溶湯
Ｍの射出速度や射出量などを制御するための射出制御手
段１０、キャビティ５内に溶湯Ｍの充填が完了後に、射
出装置９によって溶湯Ｍに圧力を加える加圧手段１１、
溶湯Ｍへ二次圧を加える加圧開始時間ＳＴを検出する時
間検出手段１２、及び可動型２を可動させ、金型の型締
及び型開動作を制御する型締・型開制御手段１３を含む
主制御装置１４をさらに具備している。なお、メタルス
リーブ７内には、給湯手段（図示しない）によって、高
温で溶解させた溶湯Ｍが供給されている。ここで、加圧
開始時間ＳＴが検出されると、ほぼ一瞬で鋳造圧力ＤＰ
まで到達するために、加圧開始時間ＳＴが、本発明にお
ける鋳造圧力到達時間に相当する。

【００２１】次に、本実施形態のダイカスト製造方法１
について、図２のフローチャートに基づいて説明する。
金型５を構成する固定型３及び可動型２の型締めをする
（ステップＳ１：型締工程）。そして、射出制御手段１
０により射出装置９のピストン８の射出動作を開始し、
メタルスリーブ７内の溶湯Ｍを、ランナー６を通して金
型５のキャビティ４に射出し、充填する（ステップＳ
２：充填工程）。ここで、溶湯Ｍの射出速度、射出量、
及びゲート厚などの各パラメータは、キャビティ４の形
状や容積に合わせて最適な条件に設定してある。そし
て、キャビティ４の容積と射出した溶湯Ｍの体積とがほ
ぼ等しい（すなわち、充填が完了した）状態になると
（ステップＳ３においてＹＥＳ）、キャビティ４におい
て溶湯Ｍの圧力が検出される。このとき、溶湯Ｍに加え
る圧力を一次圧に保持する（ステップＳ４）。その後、
時間検出手段１２によって加圧開始時間ＳＴ（例えば、
０．５秒）の経過が検出されると（ステップＳ５におい
てＹＥＳ）、加圧手段１１によって（具体的には、ピス
トン８によって溶湯Ｍを増圧する）、加圧を再開し、鋳
造圧力ＤＰまでの加圧（二次圧）を開始する（ステップ
Ｓ６：加圧工程）。そして、鋳造圧力ＤＰに到達した溶
湯Ｍに対して加圧を継続した状態で、溶湯Ｍを冷却によ
り凝固させる（ステップＳ７：凝固工程）。その後、可
動型２を固定型３から離間させて、型開操作を行ない、
製造されたダイカストを金型５から押出して抜取る（ス
テップＳ８：型開工程）。これにより、ダイカストを製
造することができる。なお、実際のダイカスト製造工程
においては、前述した工程の流れを１ショットとして、
これを複数回、繰返して行なうことによって同じ金型５
から形成されたダイカストを大量に製造することができ
る。また、金型５の清掃及び製造したダイカストの金型
５からの離型性を高めるための離型剤の塗布などの工程
が行なわれることもある。

【００２２】以上述べたように、本実施形態のダイカス
ト製造方法１は、溶湯Ｍの加圧開始時間ＳＴを充填完了
から、予め設定した時間遅延させることによってダイカ
ストを製造することができる。したがって、従来のダイ
カストマシンに要求されている射出条件及び加圧条件
を、ある程度緩和することができる。そのため、ダイカ
ストを製造する上での工程管理が容易となる。さらに、
ダイカストマシン及び金型に要求される条件も緩和され
るため、ダイカストマシン及び金型を安価に製造するこ
とも可能となる。

【００２３】次に、上述したダイカスト製造方法１によ
る効果を確認するために、キャビティ４の内壁の各ポイ
ントＡ，Ｂ，Ｃに圧力センサー（図示しない）をそれぞ
れ設置し、本実施形態におけるダイカスト製造方法１の
圧力の時間的変化をリアルタイムで検出する試験を実施
した。その試験結果を、図３乃至図５に示す。ここで
は、加圧開始時間ＳＴの遅延による効果を示すため、加
圧開始時間ＳＴを０．４〜０．７秒の範囲を０．１秒間
隔で変化させている。なお、各ポイントＡ，Ｂ，Ｃは、
キャビティ４に溶湯Ｍを充填するために設けられた金型
５のゲートに最近の位置をポイントＡ、中央付近をポイ
ントＢ、最遠の位置をポイントＣとして設定している。

【００２４】加圧開始時間ＳＴが０．４ｓ（図３
（ａ））、及び０．５ｓ（図３（ｂ））の場合、加圧の
開始によって各ポイントＡ，Ｂ，Ｃの圧力は、ダイカス
トマシンによって加えられた鋳造圧力ＤＰまで増加し、
その後、溶湯Ｍの凝固によって低下する傾向が見られ
る。一方、加圧開始時間ＳＴ＝０．６ｓ（図４（ａ））
では、鋳造圧力ＤＰに沿って各ポイントＡ，Ｂ，Ｃの圧
力は増加するが、鋳造圧力ＤＰと同値に達する前に、溶
湯Ｍの凝固が始まり圧力低下が起こる。また、加圧開始
時間ＳＴ＝０．７ｓ（図４（ｂ））の場合、加圧が開始
されても、鋳造圧力ＤＰの増加に伴って各ポイントＡ，
Ｂ，Ｃの圧力が増加することがなくなり、加圧の影響を
まったく受けなくなっている。ここで、前述した液相か
ら固相への相転移が始まる第二領域IIに達する時間は、
本試験では０．５〜０．６秒後である。したがって、第
二領域IIの前半、すなわち、溶湯Ｍのほとんどがまだ液
相に支配されている状態に有る場合は、溶湯Ｍを加圧し
ても鋳造圧力ＤＰまで圧力を増加することができる。一
方、既に固相によって支配されている場合は、たとえ加
圧を行なっても鋳造圧力ＤＰに各ポイントＡ，Ｂ，Ｃの
圧力が追随しなくなる。

【００２５】次に、前述した加圧開始時間ＳＴを変化さ
せた場合に、各ポイントＡ，Ｂ，Ｃに対応する箇所のダ
イカストの密度を測定した結果を、図５に示す。これに
よると、加圧開始時間ＳＴを０．５秒に設定したとき各
ポイントの密度と、充填完了直後に加圧を開始したとき
（すなわち、ＳＴ＝０：通常の製造方法と同じ）の密度
の値とには、ほとんど変化がないことが示される。ま
た、加圧開始時間ＳＴを０．７秒に設定すると、特にポ
イントＣにおいて密度の急激な低下が見られる。そし
て、溶湯Ｍに加圧を行なわなかった場合（ＳＴ＝∞に相
当）は、いずれのポイントＡ，Ｂ，Ｃでも、密度が低下
していることが確認される。したがって、加圧開始時間
ＳＴをある程度まで遅延させても、充填完了直後に加圧
を開始した従来の製造方法と比べてダイカストの品質に
違いがないことが示される。そのため、ダイカストの品
質に影響を与えない範囲で、溶湯Ｍを加圧するタイミン
グを遅らせてダイカストを製造する、本実施形態で示し
たダイカスト製造方法１の効果が証明される。これによ
り、ダイカストマシンの高精度の制御条件を、ある程度
緩和することができ、ダイカストマシン自体の価格及び
ダイカストの製造にかかるメンテナンスや調整などのコ
ストを下げることができる。また、製造工程における精
度の管理条件が緩和され、作業員の労力負担を軽減する
ことができる。さらに、ダイカストマシンの各部分にか
かる負荷も少なくなり、耐久性などの向上が期待でき
る。さらに、従来の方法と比べて、金型に対する負荷が
小さくなるとともに、成型されたダイカストのバリふき
などの不良の発生を低く抑えることができ、製造工程に
おけるダイカストの品質を安定させることができる。

【００２６】以上、本発明について好適な実施形態を挙
げて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定され
るものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸
脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可
能である。

【００２７】すなわち，本実施形態のダイカスト製造方
法１において、加圧開始時間ＳＴを０．５秒程度まで遅
延させ、ダイカストの密度に変化がないものを示した
が、この加圧開始時間ＳＴは、種々の条件によって変更
することが可能である。すなわち、キャビティの形状及
びキャビティの容積、及び射出装置による溶湯Ｍの射出
速度、射出量などのパラメーターに合わせて、加圧開始
時間ＳＴを設定することができる。

【００２８】また、本実施形態のダイカスト製造方法１
においては、加圧開始時間ＳＴの経過後に瞬時に鋳造圧
力ＤＰまで、溶湯Ｍの圧力を増加させるものを示したが
これに限定するものではない。すなわち、溶湯Ｍがほぼ
固相に支配されている第二領域IIの前期までに充填完了
後から、圧力を緩やかに加えて鋳造圧力ＤＰまで到達さ
せることも可能である。さらに、充填完了後から鋳造圧
力到達時間までに、増圧及び圧力保持のステップを多段
階で繰返し行なうことも可能である。これにより、ダイ
カスト成型時のダイカストマシンにかかる負荷をさらに
小さくすることが可能となる。

【００２９】さらに、本実施形態のダイカスト製造方法
１では、図３及び図４で示したように、充填完了後から
所定時間遅延させる際に、一次圧の値を鋳造圧力ＤＰに
対して、ほぼ半分の値付近に設定するものを示したが、
これに限定されるものではなく、この一次圧の値を小さ
く設定することも可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、請求項１または請求項２
の発明のダイカスト製造方法は、溶湯を設定された鋳造
圧力まで到達させる鋳造圧力到達時間を、キャビティの
充填完了から所定時間遅延させることができる。これに
より、ダイカストマシンに要求される制御条件を緩和す
ることができ、加えてダイカストマシンにかかる負荷を
軽減することができる。そのため、ダイカストの製造に
かかるコストを低くすることが可能となる。さらに、ダ
イカストの製造工程において問題であった「バリふき」
などの不良の発生を低く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態のダイカスト製造方法に用いられる
金型及びダイカストマシンの構成の要部を模式的に示す
模式図である。

【図２】本実施形態のダイカスト製造方法の流れを示す
フローチャートである。

【図３】本実施形態のダイカスト製造方法における加圧
開始時間と、溶湯圧力の変化を示すグラフである。

【図４】本実施形態のダイカスト製造方法における加圧
開始時間と、溶湯圧力の変化を示すグラフである。

【図５】ダイカストの密度と加圧開始時間の依存性を示
すグラフである。

【図６】キャビティにかかる溶湯圧力の経時変化の一例
を示すグラフである。

【符号の説明】

１ ダイカスト製造方法 ４ キャビティ ＤＰ 鋳造圧力 Ｍ 溶湯 ＭＰ 溶湯圧力 ＳＴ 加圧開始時間（鋳造圧力到達時間） Ｓ２ 充填工程 Ｓ６ 加圧工程 Ｓ７ 凝固工程 Ｉ 第一領域 II 第二領域 III 第三領域

フロントページの続き (72)発明者 谷川 庄司 岐阜県各務原市金属団地188番地 中日本 ダイカスト工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャビティに高温で溶解した金属の溶湯
   を射出し、充填する充填工程と、 前記キャビティに充填された前記溶湯を設定された鋳造
   圧力まで加圧する加圧工程と、 前記溶湯を冷却し、凝固させる凝固工程とを具備するダ
   イカスト製造方法において、 前記溶湯を前記鋳造圧力まで到達させる鋳造圧力到達時
   間を、 前記溶湯が前記キャビティに充填が完了してから、所定
   時間遅延させることを特徴とするダイカスト製造方法。
2. 【請求項２】 前記加圧工程における前記キャビティに
   かかる前記溶湯の溶湯圧力は前記溶湯の相状態によって
   経時的に変化し、前記溶湯が液相状態にある第一領域、
   前記溶湯が液相から固相へと相転移する第二領域、及び
   前記溶湯の相転移が完了し、固相状態となる第三領域に
   分類されるものであって、 前記鋳造圧力到達時間は、前記第一領域または前記第二
   領域の前期に相当する時間に設定されることを特徴とす
   る請求項１に記載のダイカスト製造方法。