JP2004291043A

JP2004291043A - 半溶融金属の射出装置及び方法

Info

Publication number: JP2004291043A
Application number: JP2003088205A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Ueno; 紀幸上野; Tsuyoshi Fujita; 剛志藤田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: JP3972849B2

Abstract

【課題】半溶融金属の加熱・射出工程を単一の装置で一貫して行う。
【解決手段】半溶融金属の射出装置１０は、金属素材１１を収納する射出装置本体１２と、射出装置本体１２に収納された金属素材１１を押圧するための射出ロッド１３と、射出ロッド１３により押圧された金属素材１１が射出される射出口１４とを備えている。射出口１４は投入用蓋１５に設けられた開口部である。また、射出装置本体１２には、金属素材１１を加熱するための加熱装置１６が取り付けられている。加熱装置１６は、例えば、射出装置本体１２を取り囲むように設置された高周波コイル１６ａであり、この高周波コイル１６ａに電源を供給するための電力供給装置１６ｂを有している。したがって、半溶融金属の鋳造工程である加熱・射出工程を、半溶融金属の射出装置１０という単一の装置によって一貫して行うことが可能となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半溶融金属の射出装置及び方法、特に、射出装置本体が加熱装置を備えることによって金属素材の加熱・射出工程を一貫して行うことを特徴とする半溶融金属の射出装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半溶融状態に加熱された金属素材を射出装置から鋳型内に形成されたキャビティに充填させ、その半溶融金属素材を固化させて所望の製品を得る鋳造方法が従来から知られている。半溶融金属の射出成形技術として、半溶融成形法やチクソキャスト法と呼ばれるものがその代表例であり、その他の鋳造法と比べて鋳造欠陥や偏析が少なく、金属組織が均一で鋳型寿命が長いことや成形サイクルが短いという利点を有している。
【０００３】
この半溶融金属の射出技術として、例えば、下記特許文献１には、半溶融状態に加熱された金属素材をキャビティ内に充填させ、所望の製品に成形する半溶融金属素材の加熱方法が開示されている。この半溶融金属素材の加熱方法は、金属素材を容器に収容して加熱することにより、素材表面に発生する酸化物の飛散防止を図ったものである（特許文献１参照）。また、下記特許文献２には、金属素材を半溶融状態に加熱した後、ダイキャストスリーブなどの後工程に半溶融金属を供給するための加熱・搬送方法に関する技術が開示されている。この半溶融金属の加熱・搬送方法は、進退動自在で、かつ、昇降自在な架台の上に着脱自在に設置されたセラミックス製の容器の中に固相状態の金属素材を収納し、この容器を誘導加熱コイルの軸芯中央部に位置させるとともに、所要時間誘導加熱コイルに通電して容器中の金属素材を半溶融状態とし、その後、この半溶融金属をダイキャストスリーブ内へ注湯するものである（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０７−１１６８１６号公報（第１，２，３図）
【特許文献２】
特開平０８−１１７９４７号公報（第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術において例示した各特許文献に代表されるこれまでの半溶融金属の射出技術には、以下の問題がある。
【０００６】
すなわち、従来の技術に係る半溶融金属の射出技術では、金属素材を加熱する加熱装置と半溶融状態となった金属素材を鋳型内に射出する射出装置がそれぞれ別に設けられているため、半溶融状態となった金属素材を搬送するための搬送装置が必要となる。半溶融金属を射出成形する際には、製品の品質や成形性を維持するために非常に狭い幅での温度管理が必要であるため、搬送設備には、温度管理を実施するための細かい配慮が要求される。そのため、設備投資額が大きくなるばかりでなく、一定の製品品質を維持するための製造コストが多大となる。
【０００７】
また、従来の技術に係る半溶融金属の射出装置では、加熱装置内、加熱装置から射出装置への搬送時あるいは射出装置内に大気が存在するため、金属素材を半溶融状態に加熱する際、金属素材の表面が酸化してスケールが発生してしまう。このスケールは、鋳型内のキャビティに金属素材を射出する際に、金属素材とともに射出され、金属素材に巻き込まれてしまうため、スケール押し込みきず等の表面きずや介在物等の内部欠陥となって不良品発生の原因となるものである。なお、上記特許文献１に開示されている技術は、スケールの飛散防止を目的とするものであり、半溶融状態となった金属素材が大気に触れてしまうので、スケールの発生は防止できない。
【０００８】
本発明の目的は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、半溶融金属の鋳造工程である加熱・射出工程を単一の装置で一貫して行うことにより、設備の簡略化による設備投資コスト、製造コストを削減する。さらに、金属素材のスケール発生を最小限とすることにより、製品品質の向上を図るものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上のような課題を解決するために、本発明に係る半溶融金属の射出装置は、金属素材を収納する射出装置本体と、射出装置本体に収納された金属素材を押圧する射出ロッドと、射出ロッドにより押圧された金属素材が射出される射出口とを備え、金属素材を半溶融状態で射出して鋳型内のキャビティに充填させ、所望の鋳造製品を得るために用いられるものである。この半溶融金属の射出装置が備える射出装置本体は、加熱装置を備え、固体状態で射出装置本体に収納された金属素材を加熱装置によって加熱することにより半溶融状態で射出し、金属素材の加熱・射出工程を一貫して行うことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る半溶融金属の射出装置が備える射出装置本体には、ガス置換装置を設置し、射出装置本体に収納された金属素材を加熱装置によって加熱するとき、射出装置本体内部を不活性ガスで充満させることが好適である。
【００１１】
別に、本発明に係る半溶融金属の射出装置が備える射出装置本体には、真空装置を設置し、射出装置本体に収納された金属素材を加熱装置によって加熱するとき、射出装置本体内部を真空にすることも好ましい。
【００１２】
さらに、本発明に係る半溶融金属の射出装置が備える射出口には、駆動機構を備えるプラグが備えられている。このプラグは、金属素材を収納しているときには射出口を閉鎖し、金属素材を射出するときには射出口から退避して射出口を開口することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る半溶融金属の射出方法は、金属素材を半溶融状態で射出して鋳型内のキャビティに充填させ、所望の鋳造製品を得るために実行されるものである。この本発明に係る半溶融金属の射出方法は、固体状態の金属素材を射出装置本体に収納する第１工程と、射出装置本体に備えられる加熱装置によって金属素材を半溶融状態にする第２工程と、射出装置本体に備えられる射出ロッドによって半溶融状態となった金属素材を押圧し、射出装置本体が備える射出口から射出する第３工程とを実行することにより、金属素材の加熱・射出工程を一貫して行うことを特徴とする。
【００１４】
また、前記第２工程は、射出装置本体に収納された金属素材を加熱装置によって加熱するとき、射出装置本体内部を不活性ガスで充満させることが好適である。
【００１５】
別に、前記第２工程は、射出装置本体に収納された金属素材を加熱装置によって加熱するとき、射出装置本体内部を真空にすることも好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る半溶融金属の射出装置１０の横断面概略図である。
【００１７】
本実施の形態に係る半溶融金属の射出装置１０は、金属素材１１を収納する射出装置本体１２と、射出装置本体１２に収納された金属素材１１を押圧するための射出ロッド１３と、射出ロッド１３により押圧された金属素材１１が射出される射出口１４とを備えている。射出口１４は投入用蓋１５に設けられた開口部である。また、射出装置本体１２と投入用蓋１５は、お互いが有するネジ溝によって螺合することによって半溶融金属の射出装置１０を形成している。
【００１８】
本実施の形態で特徴的なことは、射出装置本体１２に金属素材１１を加熱するための加熱装置１６が取り付けられていることである。射出装置本体１２は、例えば、耐熱煉瓦を施された鉄板や耐熱セラミック等で形成されており、加熱装置１６や半溶融状態となった金属素材１１からの熱に耐えられる構造となっている。加熱装置１６は、射出装置本体１２を取り囲むように設置された高周波コイル１６ａであり、この高周波コイル１６ａに電源を供給するための電力供給装置１６ｂを有している。
【００１９】
さらに、射出装置本体１２には、ガス置換装置１７ａが備えられており、半溶融金属の射出装置１０に収納された金属素材１１を加熱装置１６によって加熱するときに、半溶融金属の射出装置１０の内部をアルゴンガス等の不活性ガスで充満させることができる。このように、金属素材１１を半溶融状態とする際に、半溶融金属の射出装置１０の内部を不活性ガスで充満させることによって、金属素材１１表面の酸化スケール発生を防止することができる。
【００２０】
なお、上述したガス置換装置１７ａを真空装置１７ｂとすることも可能である。真空装置１７ｂを用いて、金属素材１１を半溶融状態とする際に半溶融金属の射出装置１０の内部を真空とすることによっても、金属素材１１表面の酸化スケール発生を防止することができる。
【００２１】
射出ロッド１３は、半溶融金属の射出装置１０に収納された金属素材１１を押圧するために設けられており、射出ロッド１３の端部が射出マシン１８によって押されることにより、金属素材１１に対して矢印（Ｘ）で示される方向に押圧力を及ぼすことになる。なお、射出ロッド１３と射出装置本体１２の接触部には、シール部材１２ａが設けられており、半溶融金属の射出装置１０の気密性を保持している。
【００２２】
射出口１４には、駆動機構を備えるプラグ１９を設置することが可能となっている。このプラグ１９は、ガス置換装置１７ａを使用して半溶融金属の射出装置１０の内部をアルゴンガス等の不活性ガスで充満させる場合や真空装置１７ｂを使用して半溶融金属の射出装置１０の内部を真空とする場合に、射出口１４を塞ぐことによって半溶融金属の射出装置１０内部を密閉状態とすることができる。一方、射出ロッド１３を用いて金属素材１１を押圧する場合には、射出口１４から退避して、半溶融状態となった金属素材１１を射出することができる。
【００２３】
以上のような構成を有している半溶融金属の射出装置１０による金属素材１１の加熱工程を説明すると、以下のようになる。すなわち、（１）射出装置本体１２に螺合している投入用蓋１５を外す。（２）射出装置本体１２に固体状態の金属素材１１を装入する。（３）投入用蓋１５を射出装置本体１２に螺合する。（４）ガス置換装置１７ａ、あるいは、真空装置１７ｂを稼働させることによって、半溶融金属の射出装置１０内部を不活性ガスで充満させる、あるいは、真空にする。（５）加熱装置１６によって金属素材１１を加熱し、金属素材１１を固体状態から半溶融状態にする。（６）金属素材１１が所望の状態となったら、射出マシン１８からの力を受けた射出ロッド１３によって半溶融状態の金属素材１１を押圧する。この際、プラグ１９は駆動機構によって射出口１４を開放する。
【００２４】
以上のような工程を経ることによって、半溶融金属の射出装置１０から射出された金属素材１１は、鋳型内のキャビティに充填され、所望の鋳造製品を得ることが可能となる。
【００２５】
続いて、本実施の形態に係る半溶融金属の射出装置１０を用いた鋳造工程について、図２を用いて説明する。図２において、（ａ）は加熱の際における半溶融金属の射出装置１０を示しており、（ｂ）は半溶融金属の射出装置１０を鋳型２０にドッキングさせた状態を示しており、（ｃ）は鋳型２０に半溶融状態となった金属素材１１を射出している状態を示している。
【００２６】
上述したような工程によって金属素材１１を半溶融状態とした半溶融金属の射出装置１０は、図２（ｂ）で示されるように、鋳型２０にドッキングすることになる。鋳型２０の入口は、半溶融金属の射出装置１０が設置できるような形状を有している。鋳型２０の有するキャビティ２１は、所望の鋳造製品の形状を有している。また、キャビティ２１には、プラグ１９を落とし込むための凹形状２２が形成されている。図２（ｃ）で示されるように、射出ロッド１３によって押圧され、射出された金属素材１１は、キャビティ２１に充填されて所望形状の鋳造製品となる。この際、キャビティ２１が有する凹形状２２には、プラグ１９が落ち込むことになる。
【００２７】
このように、本実施の形態に係る半溶融金属の射出装置１０によれば、固体状態で収納された金属素材１１を加熱装置によって加熱することにより半溶融状態とし、この半溶融状態となった金属素材１１をほとんど外気に触れることなくそのまま射出することができるので、鋳造製品の品質を維持・向上しつつ、加熱・射出工程を一貫して行うことが可能となる。
【００２８】
さらに、本実施の形態に係る半溶融金属の射出装置１０は、図３で示されるような鋳型２０に対しても有効である。図３で示されるような形状のキャビティを有する鋳型２０の鋳造は、従来の射出装置を用いたのでは非常に困難であった。しかも、（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）で示されるような厚肉部においては、非常に鋳造欠陥が出易いため、溶湯を流し込む経路を設計する鋳造方案作りに熟練と時間を要していた。しかしながら、本実施の形態に係る半溶融金属の射出装置１０を用いれば、任意のタイミングで任意の本数の半溶融金属の射出装置１０を使って金属素材１１を射出することができるので、品質の高い鋳造製品を安価で簡単に製造することが可能となる。
【００２９】
次に、プラグ１９が備える駆動機構について、図を用いて詳細に説明する。図４〜図８は、プラグ１９が備える駆動機構の様々な実施例を説明するための図である。
【００３０】
図４で示される駆動機構は、投入用蓋１５先端の射出口１４付近に設けられた誘導加熱を行うための高周波コイル２３である。図４において、（ａ）は本実施の形態に係る駆動機構の横断面を示す図であり、（ｂ）はこの駆動機構の外観斜視図である。本実施の形態に係る駆動機構では、高周波コイル２３に電流を流すことによって射出口１４付近の誘導加熱を実施し、磁界を発生させることによって投入用蓋１５を磁体化させ、金属製のプラグ１９を射出口１４に吸着することができる。本実施の形態は、比較的容易に設置することが可能であり、しかも設置の省スペース化を図ることができるという利点がある。
【００３１】
図５で示される駆動機構は、プラグ１９を射出口１４に対して水平方向に旋回させるようにした駆動部２４を設けたことを特徴としている。図５において、（ａ）は本実施の形態に係る駆動機構の横断面を示す図であり、（ｂ）はこの駆動機構の外観斜視図である。本実施の形態では、射出口１４とプラグ１９との気密性を保持するためにシール部材２５が射出口１４側に設置されている。
【００３２】
図６で示される駆動機構は、プラグ１９を射出口１４に対して垂直方向に開放するようにした駆動部２６を設けたことを特徴としている。図６において、（ａ）は本実施の形態に係る駆動機構の横断面を示す図であり、（ｂ）はこの駆動機構の外観斜視図である。本実施の形態においても、射出口１４とプラグ１９との気密性を保持するためにシール部材２７が射出口１４側に設置されている。
【００３３】
図５及び図６で示した実施の形態には、比較的簡単な構造であり製造が容易であるという利点がある。
【００３４】
図７で示される駆動機構は、プラグ１９を２分割し、投入用蓋１５先端の射出口１４付近に設けられた駆動部２８によって、プラグ１９が上下に開閉するシャッター機構とされたことを特徴としている。図７において、（ａ）は本実施の形態に係る駆動機構の横断面を示す図であり、（ｂ）はこの駆動機構の外観正面図である。本実施の形態では、射出口１４とプラグ１９との気密性を保持するためにシール部材２９がプラグ１９側に設置されている。
【００３５】
図８で示される駆動機構は、投入用蓋１５先端の射出口１４付近に設けられた駆動部３０によって、プラグ１９を前後方向に開閉する機構としたことを特徴としている。この機構によって、プラグ１９は射出方向に移動して射出口１４を開口し、半溶融状態となった金属素材１１を射出することができる。図８において、（ａ）は本実施の形態に係る駆動機構の横断面を示す図であり、（ｂ）はこの駆動機構の外観斜視図である。本実施の形態に係る駆動機構では、射出口１４とプラグ１９との気密性を保持するためにシール部材３１が射出口１４側に設置されている。
【００３６】
図７及び図８で示した実施の形態には、先に示した他の実施の形態に対して、プラグ１９を駆動機構の一部としているので鋳造時にプラグ１９が分離されず、管理が容易であるという利点がある。
【００３７】
なお、本実施の形態に係る半溶融金属の射出装置１０の設備規模については、あらゆる規模のものを実現することが可能であることが当業者にとっては明らかであろう。すなわち、人の手作業で扱えるようなサイズのものから、製鉄プラントで扱うような数百トン規模のものとすることが可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、半溶融金属の鋳造工程である加熱・射出工程を単一の装置で一貫して行うことが可能となる。したがって、設備の簡略化による設備投資コスト、製造コストを削減することができる。さらに、加熱・射出工程における金属素材のスケール発生を最小限とすることができるので、鋳造製品の品質向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る半溶融金属の射出装置の横断面概略図である。
【図２】本実施の形態に係る半溶融金属の射出装置を用いた場合の鋳造工程を説明するための図であり、（ａ）は加熱の際における半溶融金属の射出装置を示しており、（ｂ）は半溶融金属の射出装置を鋳型にドッキングさせた状態を示しており、（ｃ）は鋳型に半溶融状態となった金属素材を射出している状態を示している。
【図３】本実施の形態に係る半溶融金属の射出装置が使用される鋳型のキャビティ形状を例示する図である。
【図４】本実施の形態に係るプラグが備える駆動機構の様々な実施例を説明するための図であり、（ａ）は本実施の形態に係る駆動機構の横断面を示す図であり、（ｂ）はこの駆動機構の外観斜視図である。
【図５】本実施の形態に係るプラグが備える駆動機構の様々な実施例を説明するための図であり、（ａ）は本実施の形態に係る駆動機構の横断面を示す図であり、（ｂ）はこの駆動機構の外観斜視図である。
【図６】本実施の形態に係るプラグが備える駆動機構の様々な実施例を説明するための図であり、（ａ）は本実施の形態に係る駆動機構の横断面を示す図であり、（ｂ）はこの駆動機構の外観斜視図である。
【図７】本実施の形態に係るプラグが備える駆動機構の様々な実施例を説明するための図であり、（ａ）は本実施の形態に係る駆動機構の横断面を示す図であり、（ｂ）はこの駆動機構の外観正面図である。
【図８】本実施の形態に係るプラグが備える駆動機構の様々な実施例を説明するための図であり、（ａ）は本実施の形態に係る駆動機構の横断面を示す図であり、（ｂ）はこの駆動機構の外観斜視図である。
【符号の説明】
１０半溶融金属の射出装置、１１金属素材、１２射出装置本体、１２ａシール部材、１３射出ロッド、１４射出口、１５投入用蓋、１６加熱装置、１６ａ高周波コイル、１６ｂ電力供給装置、１７ａガス置換装置、１７ｂ真空装置、１８射出マシン、１９プラグ、２０鋳型、２１キャビティ、２２凹形状、２３高周波コイル、２４，２６，２８，３０駆動部、２５，２７，２９，３１シール部材。

Claims

金属素材を収納する射出装置本体と、
射出装置本体に収納された金属素材を押圧する射出ロッドと、
射出ロッドにより押圧された金属素材が射出される射出口と、
を備え、
金属素材を半溶融状態で射出して鋳型内のキャビティに充填させ、所望の鋳造製品を得るために用いられる半溶融金属の射出装置において、
射出装置本体は、加熱装置を備え、
固体状態で射出装置本体に収納された金属素材を加熱装置によって加熱することにより半溶融状態で射出し、金属素材の加熱・射出工程を一貫して行うこと、
を特徴とする半溶融金属の射出装置。
請求項１に記載の半溶融金属の射出装置において、
射出装置本体は、ガス置換装置を備え、
射出装置本体に収納された金属素材を加熱装置によって加熱するとき、射出装置本体内部を不活性ガスで充満させること、
を特徴とする半溶融金属の射出装置。
請求項１に記載の半溶融金属の射出装置において、
射出装置本体は、真空装置を備え、
射出装置本体に収納された金属素材を加熱装置によって加熱するとき、射出装置本体内部を真空にすること、
を特徴とする半溶融金属の射出装置。
請求項１〜３のいずれか１に記載の半溶融金属の射出装置において、
射出口は、駆動機構を備えるプラグを有し、
このプラグは、金属素材を収納しているときには射出口を閉鎖し、金属素材を射出するときには射出口から退避して射出口を開口すること、
を特徴とする半溶融金属の射出装置。
金属素材を半溶融状態で射出して鋳型内のキャビティに充填させ、所望の鋳造製品を得るために実行される半溶融金属の射出方法において、
固体状態の金属素材を射出装置本体に収納する第１工程と、
射出装置本体に備えられる加熱装置によって金属素材を半溶融状態にする第２工程と、
射出装置本体に備えられる射出ロッドによって半溶融状態となった金属素材を押圧し、射出装置本体が備える射出口から射出する第３工程と、
を実行することにより、
金属素材の加熱・射出工程を一貫して行うことを特徴とする半溶融金属の射出方法。
請求項５に記載の半溶融金属の射出方法において、
前記第２工程は、
射出装置本体に収納された金属素材を加熱装置によって加熱するとき、射出装置本体内部を不活性ガスで充満させること、
を特徴とする半溶融金属の射出方法。
請求項５に記載の半溶融金属の射出方法において、
前記第２工程は、
射出装置本体に収納された金属素材を加熱装置によって加熱するとき、射出装置本体内部を真空にすること、
を特徴とする半溶融金属の射出方法。