JP2008183591A - 鋳造品の製造方法およびダイカスト金型 - Google Patents

Abstract

【課題】薄肉鋳造品１の製造において溶融金属の充填不足を改善する。
【解決手段】薄肉鋳造品の製造方法は、ダイカスト金型内のキャビティ４０に溶融金属を流し込んで、当該キャビティの形状の鋳造品を形成する薄肉鋳造品の製造方法であって、キャビティに溶融金属を供給するためのメインゲート部３０Ｃと、当該メインゲート部からの溶融金属の流れ方向に対して側方からキャビティに溶融金属を供給するための少なくとも１つのサブゲート部３０Ｒ，３０Ｌと、キャビティを基準としてメインゲート部の反対側に配設され、サブゲート部の下流側において他の部分よりも流路断面が大きいオーバーフロー部５０と、が設けられたダイカスト金型を用意する金型用意ステップと、ダイカスト金型のメインゲート部およびサブゲート部からキャビティに溶融金属を流し込んで、キャビティの形状の鋳造品を形成する鋳造ステップと、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融金属を射出して冷却固化することにより鋳造品を形成する製造方法、およびそれに用いるダイカスト金型に関する。

例えば、ノート型パーソナルコンピュータや携帯型情報端末などでは、その内部に電子部品を収容するための筐体が配置されている。この筐体は、軽量化・リサイクル性等の観点からマグネシウム合金を材料とした薄肉部品として形成されており、溶融したマグネシウム合金をダイカスト鋳造することにより製造されている。

従来文献（特許文献１）には、ダイカスト鋳造による鋳造方法の一例が示されている。この従来文献の鋳造方法では、ダイカスト金型において、鋳造品の形状のキャビティに溶融金属を供給するためのメインゲートとともに、キャビティに溶融金属を供給するためのサブゲートが設けられている。また、メインゲートおよびサブゲートの反対側には、キャビティから溢れ出た溶融金属を逃がすためのオーバーフロー部が設けられている。
特開２００３−４８０４７号公報

薄肉製品をダイカスト鋳造する上で最も問題となるのは、ダイカスト金型内における溶融金属の充填不足である。すなわち、ダイカスト金型内において、薄肉製品の形状のキャビティはその流路断面が極めて狭くなっているため、キャビティ内で溶融金属の充填不足が生じやすい。また、キャビティの流路断面が狭いことに応じて、キャビティに溶融金属を供給するためのゲートの流路断面も狭くなっているため、キャビティに供給される溶融金属自体も少なく、溶融金属の充填不足がさらに生じやすい状況となっている。さらには、薄肉製品のダイカスト鋳造では、溶融金属の凝固時間が早くなるため、溶融金属の充填不足がさらに生じやすい状況となっている。

なお、このような溶融金属の充填不足を解消する一つの方法として、溶融金属の射出速度を高速化する方法がある。しかし、この方法では、ダイカスト鋳造は安定性に欠け、鋳造品に巣、湯じわ、クラックなどの不良が発生しやすいため、鋳造歩留まりが低下してしまう。また、ダイカスト金型の寿命は著しく短くなってしまう。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、溶融金属の充填不足を改善することが可能な薄肉の鋳造品の製造方法およびそれに用いるダイカスト金型を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の薄肉鋳造品の製造方法は、ダイカスト金型内のキャビティに溶融金属を流し込んで、当該キャビティの形状の鋳造品を形成する薄肉鋳造品の製造方法であって、キャビティに溶融金属を供給するためのメインゲート部と、当該メインゲート部からの溶融金属の流れ方向に対して側方からキャビティに溶融金属を供給するための少なくとも１つのサブゲート部と、キャビティを基準としてメインゲート部の反対側に配設され、サブゲート部の下流側において他の部分よりも流路断面が大きいオーバーフロー部と、が設けられたダイカスト金型を用意する金型用意ステップと、ダイカスト金型のメインゲート部およびサブゲート部からキャビティに溶融金属を流し込んで、キャビティの形状の鋳造品を形成する鋳造ステップと、を含む。

また、本発明のダイカスト金型は、キャビティに溶融金属を流し込んで、当該キャビティの形状の薄肉鋳造品を形成するためのダイカスト金型であって、キャビティに溶融金属を供給するためのメインゲート部と、当該メインゲート部からの溶融金属の流れ方向に対して側方からキャビティに溶融金属を供給するための少なくとも１つのサブゲート部と、キャビティを基準としてメインゲート部の反対側に配設され、サブゲート部の下流側において他の部分よりも流路断面が大きいオーバーフロー部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、溶融金属の充填不足を改善することが可能な薄肉の鋳造品の製造方法およびそれに用いるダイカスト金型を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

本発明の実施形態では、ノート型パーソナルコンピュータの内部に配置され、電気部品を収容するために用いられるマグネシウム合金製の筐体が、ダイカスト鋳造により製造される。図１には、本実施形態においてマグネシウム合金の溶湯（以下、溶融金属と呼ぶ）をダイカスト金型に流し込んで得られる製造途中の鋳造品１の正面図が示されている。以下、図１を参照して製造途中の鋳造品１の形状について説明する。なお、ダイカスト金型の形状はこの鋳造品１に対応したものであるため、以下の説明はダイカスト金型の説明を兼ねている。

図１に示される鋳造品１において、中央の長方形部分４０が、最終的な製品部となる筐体部分である。筐体部分４０は、長方形の板状部分を含み、長方形の四辺に対応する４つの稜部４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄを有する形状である。筐体部分４０は、横寸法が３００ｍｍ程度であり、縦寸法が２００ｍｍ程度である。筐体部分４０の図１の紙面垂直方向の肉厚は０．６ｍｍ程度であり、マグネシウム合金の鋳造品１としては極めて薄肉化されている。このように、筐体部分４０の肉厚が０．６ｍｍ以下とされた場合には、溶融金属の流動性の悪さが顕著に現れてしまう。なお、筐体部分４０の肉厚は、０．６ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、０．４ｍｍ以下とさらに薄肉化されてもよい。一方、ダイカスト金型では、製品部の筐体部分４０に対応して空間が形成されており、この空間はキャビティと呼ばれている。

筐体部分４０の上側にある円形部分１０が、ダイカスト金型において溶融金属の注ぎ口となるビスケット部に対応する部分である。ダイカスト金型のビスケット部は、ダイカスト時に射出装置から供給される高温・高速の溶融金属を受け取るために設けられている。

ビスケット対応部分から延びる部分２０が、ダイカスト金型におけるランナー部に対応する部分である。ダイカスト金型のランナー部は、ダイカスト時にビスケット部内の溶融金属を供給するための流路面積の比較的に大きな流路である。ダイカスト金型のランナー部は、ビスケット部から筐体部分４０の手前まで延びる部分（符号２０Ｃに対応する部分）と、筐体部分４０の手前で分岐して筐体部分４０の右側方に回り込む部分（符号２０Ｒに対応する部分）と、筐体部分４０の手前で分岐して筐体部分４０の左側方に回り込む部分（符号２０Ｌに対応する部分）とを備えている。本実施形態では、ランナー部の紙面垂直方向の流路幅は、符号２０Ｃに対応する部分で１５ｍｍ程度であり、符号２０Ｌおよび２０Ｒに対応する部分で７〜８ｍｍ程度である。なお、図中の破線は、上述したランナー部と、次に説明するゲート部との境界線を示している。なお、ランナー部において、ほぼ直角に屈曲する左右の角部にショックアブソーバを設けてもよい。

ランナー部対応部分２０と筐体部分４０との間のフィン状部分３０Ｃ，３０Ｒ，３０Ｌが、ダイカスト金型におけるメインゲート部および２つのサブゲート部に対応する部分である。メインゲート部（符号３０Ｃに対応する部分）は、筐体部分４０の上側稜部４０ａに接続されており、ダイカスト時に溶融金属をキャビティの中央に注入する。しかし、前述したように筐体部分４０が極めて薄肉であるため、メインゲート部だけではキャビティ内で溶融金属の充填不足が生じてしまう。そこで、溶融金属の充填不足を解消するために、筐体部分４０の左右側方にサブゲート部（符号３０Ｒおよび符号３０Ｌに対応する部分）が設けられている。右側方のサブゲート部（符号３０Ｒに対応する部分）は、筐体部分４０の右側稜部４０ｂの位置に接続されており、左側方のサブゲート部（符号３０Ｌに対応する部分）は、筐体部分４０の左側稜部４０ｃの位置に接続されている。これらのサブゲート部は、メインゲート部からの溶融金属の流れ方向に対して側方から前記キャビティに溶融金属を供給する。ここで、メインゲート部の流路断面は、サブゲート部の流路断面よりも絞られている。具体的には、メインゲート部の紙面垂直方向の流路幅は１．２ｍｍ程度から０．８ｍｍ程度まで徐々に変化するように絞られており、サブゲート部の紙面垂直方向の流路幅は０．５ｍｍ〜０．８ｍｍ程度となっている。

筐体部分４０を挟んでメインゲート部の反対側に設けられた複数の帯状部分５０は、ダイカスト金型におけるオーバーフロー部に対応する部分である。オーバーフロー部は、ダイカスト時にキャビティ内の空気の排出を促進して溶融金属の充填抵抗を下げると共に、溶融金属の劣化した流動先端をキャビティ外に排出するために設けられている。オーバーフロー部の複数の帯状部分は、キャビティの左端から右端まで一定間隔ごとに配設される。そして、オーバーフロー部の各々の帯状部分の紙面左右方向の横幅は等しく、紙面垂直方向の流路幅を調節することで、キャビティ内における溶融金属の流れやすさが調節される。すなわち、キャビティ内において溶融金属を流れやすくしたい部分の下流側では、オーバーフロー部の紙面垂直方向の流路幅が大きく設定され、ダイカスト時にキャビティ内のその上流側の空気が逃げやすくされる。

特に、本実施形態では、左右のサブゲート部の下流側の位置にも、オーバーフロー部（符号５０に対応する部分）が設けられている。より詳しく説明すると、筐体部分４０の左側稜部４０ｃと下側稜部４０ｄとの隅部から、左端のオーバーフロー部（符号５０Ｌに対応する部分）が延びており、筐体部分４０の右側稜部４０ｂと下側稜部４０ｄとの隅部から、右端のオーバーフロー部（符号５０Ｒに対応する部分）が延びている。そして、左右両端のオーバーフロー部は、それらより中央よりにある他のオーバーフロー部（符号５０Ｍに対応する部分）よりも流路断面が大きく設定されている。このように、左右のサブゲート部の下流側の位置にもオーバーフロー部が設けられ、これらの左右両端のオーバーフロー部の流路断面が大きく設定されることにより、左右のサブゲート部からキャビティ内に注入された溶融金属は、キャビティの中央に向けて流れることがなく、筐体部分４０の右側稜部４０ｂおよび左側稜部４０ｃに沿って左右両端のオーバーフロー部まで流れる。

ここで、左右両端のオーバーフロー部（符号５０Ｌおよび符号５０Ｒに対応する部分）の流路断面を、それらより中央よりの他のオーバーフロー部（符号５０Ｍに対応する部分）の流路断面より大きく設定するためには、各オーバーフロー部の紙面垂直方向の流路幅を微調節すればよい。各オーバーフロー部の調節具合については、溶融金属の射出速度や製品形状などの要因に左右されるため、ダイカスト金型を製作する際に試行錯誤を通じて決定するとよい。溶融金属はキャビティ内に数ミリ秒程度の時間で充填されるため、各オーバーフロー部の紙面垂直方向の流路幅を微調整するだけでも、キャビティ内における溶融金属の流れに大きな影響を与える。例えば、左右両端のオーバーフロー部の流路断面を、それらより中央よりの他のオーバーフロー部の流路断面の１．５倍〜１．８倍程度とすればよい。具体的な一例を挙げれば、左右両端のオーバーフロー部の紙面垂直方向の流路幅は０．５ｍｍ程度とし、それらより中央よりの他のオーバーフロー部の紙面垂直方向の流路幅は０．３ｍｍ程度とすればよい。なお、本実施形態では、オーバーフロー部の流路断面を調節するために、オーバーフロー部の紙面垂直方向の流路幅を調節しているが、オーバーフロー部の紙面左右方向の横幅を調節してもよい。

また、本実施形態では、メインゲート部の下流側の位置に設けられる中央のオーバーフロー部（符号５０Ｃに対応する部分）は、それらの周辺にある他のオーバーフロー部（符号５０Ｍに対応する部分）よりも流路断面が大きく設定されている。このように、中央のオーバーフロー部の流路断面が大きく設定されることにより、メインゲート部からキャビティ内に注入された溶融金属は、キャビティ内で左右への拡がりが抑制され、キャビティの中央を通過して中央のオーバーフロー部まで流れる。具体的には、中央のオーバーフロー部（符号５０Ｃに対応する部分）の紙面垂直方向の流路幅は０．４ｍｍ程度であり、前述したように他のオーバーフロー部（符号５０Ｍに対応する部分）の紙面垂直方向の流路幅は０．３ｍｍ程度である。

複数の帯状部分５０のさらに下側の部分６０は、ダイカスト金型におけるチルベント部に対応する部分である。チルベント部は、ダイカスト時にオーバーフロー部を通過した溶融金属を冷却固化して、劣化した溶融金属のダイカスト金型からの飛び出しを防止するための部分である。チルベント部は、紙面横方向から見ると波打ち形状をしている。

次に、図２〜図５を参照して、ダイカスト時における溶融金属の流れ状態について説明する。なお、メインゲート部からオーバーフロー部へ向かう方向を溶融金属の流れ方向とし、この溶融金属の流れ方向に沿って上流方向および下流方向を定義する。

図２には、溶融金属がキャビティ内に流入し始めた段階が示されている。ビスケット部（符号１０に対応する部分）から注入された溶融金属は、ランナー部（符号２０に対応する部分）を介してメインゲート部（符号３０Ｃに対応する部分）およびサブゲート部（符号３０Ｒおよび３０Ｌに対応する部分）まで到達し、さらにランナー部からキャビティ（符号４０に対応する部分）の内部に注入される。サブゲート部の下流側には流路断面の大きなオーバーフロー部が設けられているため、サブゲート部からキャビティに注入された溶融金属は、サブゲート部の下流方向に迅速に流れる。一方、メインゲート部からキャビティに注入された溶融金属は、メインゲート部の下流方向に少し遅れて流れる。ここで、メインゲート部およびサブゲート部から注入された溶融金属は上流側から下流方向へほぼ同じ速度で一様に流れるため、メインゲート部から注入される溶融金属とサブゲート部から注入される溶融金属とが殆ど衝突することがなく、キャビティ内での溶融金属の乱流化が抑制されている。

図３には、図２から溶融金属がキャビティ内にさらに流入した段階が示されている。溶融金属はキャビティ（符号４０に対応する部分）の隅々まで充填されており、キャビティから溢れた溶融金属の先端はオーバーフロー部（符号５０に対応する部分）に進入している。左右稜部４０ｂおよび４０ｃに沿った溶融金属の流れが速いため、左右両端のオーバーフロー部（符号５０Ｒおよび５０Ｌに対応する部分）への溶融金属の進入が早く、またその影響で、隣接するオーバーフロー部（符号５０Ｍに対応する部分）への溶融金属の進入も早い。

図４には、溶融金属の流入が終了する段階が示されている。オーバーフロー部（符号５０に対応する部分）を通過した溶融金属は、チルベント部（符号６０に対応する部分）の内部に進入し、チルベント部で冷却されて凝固する。その後、図５に示されるように、ダイカスト金型から製造途中の鋳造品１が取り出されてから、二次加工において筐体部分４０を切り出す機械加工、仕上げ加工、化成処理、外観塗装などが実施されて、最終的な製品部である筐体４０が得られる。

本実施形態のダイカスト方法によれば、サブゲート部の下流側にあるオーバーフロー部の排気効率が高められているため、サブゲート部からキャビティ内に注入された溶融金属は、キャビティの中央方向に進むことなく、溶融金属の流れ方向の下流側へと進む。このため、メインゲート部からキャビティ内に注入された溶融金属と、サブゲート部からキャビティ内に注入された溶融金属とが、キャビティ内で衝突することが防止され、キャビティ内における溶融金属の乱流化が抑制されている。このようにキャビティ内の各部において溶融金属を上流から下流へと一様に流すことにより、鋳造不良（溶融金属の充填不足、乱流による亀裂の発生、乱流による湯流れ模様による製品外観の悪化、等）の発生確率を低く抑えているため、筐体のような薄肉の鋳造物であっても歩留まり良く製造することができる。また、本実施形態のダイカスト方法は、溶融金属の射出速度をさらに高速化するものではないため、高速射出に起因する溶融金属の充填不足を回避することができ、また、ダイカスト金型の寿命を維持することができる。

図６は、上述したノート型パーソナルコンピュータの内部に配設される筐体を、より具体的に描いた斜視図である。破線Ｌ１で囲まれる位置にメインゲート部が配設され、破線Ｌ２およびＬ３で囲まれる位置にサブゲート部が配設される。このように、実際に製造される製品では、その板面が完全な長方形ではなく、その板面に凹凸や貫通穴などが設けられている。なお、特許請求の範囲において、「略長方形の板状部分」とは、その表面に凹凸があったり、その周縁に出っ張りがあったりして、幾何学的には完全な長方形ではないものの、図６に示されるように全体として長方形形状と認められる板状部分を含むことを意味している。

なお、上記実施形態は本発明の一例を示すに過ぎず、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上述した実施形態では、筐体部分４０の左右両側にサブゲート部が設けられたが、製品形状によってはサブゲート部はいずれか一方にのみ設けられてもよい。また例えば、上述した実施形態では、薄肉の鋳造品はノート型パーソナルコンピュータの内部に配置される筐体であったが、ダイカストにより製造される鋳造品であれば他の種類の製品であってもよい。

本実施形態の製造途中の鋳造品を示す正面図である。 溶融金属の流れの第１段階を示す模式図である。 溶融金属の流れの第２段階を示す模式図である。 溶融金属の流れの第３段階を示す模式図である。 二次加工を示す模式図である。 ノート型パーソナルコンピュータの内部に配設される筐体の斜視図である。

符号の説明

１…鋳造品、１０…ビスケット部に対応する部分、２０…ランナー部に対応する部分、３０…ゲート部に対応する部分、４０…筐体、５０…オーバーフロー部に対応する部分、６０…チルベント部に対応する部分。

Claims (9)

1. ダイカスト金型内のキャビティに溶融金属を流し込んで、当該キャビティの形状の鋳造品を形成する薄肉鋳造品の製造方法であって、
   前記キャビティに溶融金属を供給するためのメインゲート部と、当該メインゲート部からの溶融金属の流れ方向に対して側方から前記キャビティに溶融金属を供給するための少なくとも１つのサブゲート部と、前記キャビティを基準として前記メインゲート部の反対側に配設され、前記サブゲート部の下流側において他の部分よりも流路断面が大きいオーバーフロー部と、が設けられたダイカスト金型を用意する金型用意ステップと、
   前記ダイカスト金型の前記メインゲート部および前記サブゲート部から前記キャビティに溶融金属を流し込んで、前記キャビティの形状の鋳造品を形成する鋳造ステップと、
   を含む薄肉鋳造品の製造方法。
2. 前記薄肉鋳造品は、略長方形の板状部分を含み、当該略長方形の四辺に対応する４つの稜部を有する形状であり、
   前記キャビティにおいて、前記薄肉鋳造品の１つの稜部に対応する部位に前記メインゲート部が接続され、その稜部に隣接する稜部に対応する部位に前記サブゲート部が接続されており、
   前記サブゲート部の下流側の前記オーバーフロー部は、前記キャビティにおいて、前記メインゲート部とは反対側の稜部と、前記サブゲート部が接続された前記稜部との隅部に対応する部位に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の鋳造品の製造方法。
3. 前記メインゲート部の流路断面は、前記サブゲート部の流路断面よりも絞られていることを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の鋳造品の製造方法。
4. 前記サブゲート部は、前記メインゲート部の両側に設けられた２つのサブゲート部であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋳造品の製造方法。
5. 前記オーバーフロー部は、前記メインゲート部の下流側において、前記サブゲート部の下流側を除き、他の部分よりも流路断面が大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の鋳造品の製造方法。
6. 前記鋳造品の板厚は、０．６ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の鋳造品の製造方法。
7. 前記溶融金属は、マグネシウム合金であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の鋳造品の製造方法。
8. 前記鋳造品は、ノート型パーソナルコンピュータの内部に設けられる、電子部品を収容するための筐体であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の鋳造品の製造方法。
9. キャビティに溶融金属を流し込んで、当該キャビティの形状の薄肉鋳造品を形成するためのダイカスト金型であって、
   前記キャビティに溶融金属を供給するためのメインゲート部と、
   当該メインゲート部からの溶融金属の流れ方向に対して側方から前記キャビティに溶融金属を供給するための少なくとも１つのサブゲート部と、
   前記キャビティを基準として前記メインゲート部の反対側に配設され、前記サブゲート部の下流側において他の部分よりも流路断面が大きいオーバーフロー部と、
   を備えたことを特徴とするダイキャスト金型。

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