JP2011121065A - ダイカスト鋳造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイカスト鋳造装置によるダイカスト品の鋳造に際し、給湯ラドルからスリーブの溶湯導入開口に注がれた溶湯が、溶湯導入の開口から飛散・流出することを防止する。
【解決手段】溶湯３が注がれる開口４Ｓを備えるスリーブ４、スリーブ４の長手方向に駆動して溶湯３を押圧するロッド１Ｒに固着されたプランジャチップ１Ｔ、スリーブ４と流体連通するキャビティを備えた金型を含み、溶湯を金型キャビティ内に射出し、ダイカスト品を鋳造する装置において、注入中又は注入済みの溶湯３が、開口４Ｓから飛散、流出しないように、溶湯３を、プランジャチップ１Ｔに形成された、３０度から４５度のいずれかの傾斜角の斜面１Ｐで受け、受けた溶湯３を、プランジャチップ１Ｔで迅速に上流方向に流す。
【選択図】図３

Description

本発明は、ダイカスト品を鋳造するためのダイカスト鋳造装置に関する。

従来より、ダイカスト品の鋳造には、鋳込みスリーブと、給湯ラドルと、プランジャと、ダイカスト品形状に対応するキャビティを備えた金型とを含むダイカスト鋳造装置が使用されている。
かかるダイカスト鋳造装置では、鋳込みスリーブに設けられた溶湯導入開口から、給湯ラドルに満たされた溶湯を注ぎ、注がれた溶湯を、プランジャの端部に位置付けられた円柱状のプランジャチップで押圧し、鋳込みスリーブの中空部を通じて上流方向に射出し、金型キャビティ内を満たし、溶湯（溶融金属）を冷却・凝固して、所望のダイカスト品を鋳造している。

このようなダイカスト鋳造装置は、例えば、特許文献１に提案されている。同文献に示されているダイカスト鋳造装置は、上記従来装置と同様な構成を有し、もって同様に動作するものであるが、さらに、鋳込みスリーブを水平方向に対して３０°未満の角度で傾斜させることにより、給湯ラドルから鋳込みスリーブ内に注がれた溶湯を、鋳込みスリーブの中空部に流し易くし、その上流方向の先にある金型キャビティを溶湯で満たしている。

特開２００４−３４４９５６号公報

しかし、このダイカスト鋳造装置の構造であっても、給湯ラドルから鋳込みスリーブ内へ溶湯を注いでいる最中に、溶湯が鋳込みスリーブの溶湯注入口から、飛散し、外部に流出しがちとなる。結果として、折角注いだ溶湯の一部が無駄になり、かつ、鋳込みスリーブから金型キャビティに向けて、溶湯が円滑かつ急速に流れず、もって、材料歩留り、生産効率及び品質の、低下要因を招来する。
そこで、本発明者は、鋭意検討の結果、プランジャチップの形状を改良することにより、上記不具合を解決する手段を見出した。

本発明は、ダイカスト鋳造装置によるダイカスト品の鋳造に際し、給湯ラドルから鋳込みスリーブの溶湯導入開口にいったん注がれた溶湯が、溶湯導入開口から外部に飛散・流出することを防止することを目的とする。

（発明の態様）
以下、本発明の態様を示し、それらについて説明する。なお、（１）項及び（２）項が、請求項１及び請求項２に対応する。

（１）給湯ラドルから溶湯が注がれる溶湯導入開口を備えた鋳込みスリーブと、該鋳込みスリーブの貫通孔内を直線的に駆動して前記溶湯を押圧する、プランジャロッドとプランジャチップとからなるプランジャと、前記鋳込みスリーブと流体連通するキャビティを備えた金型とを含み、前記溶湯を、前記プランジャチップによって押圧し、前記キャビティ内を満たし、ダイカスト品を鋳造するダイカスト鋳造装置であって、前記プランジャチップの先端面に、３０度から４５度の範囲の、いずれかの傾斜角度が付けられた斜面であることを特徴とするダイカスト鋳造装置。

本項によれば、プランジャチップの先端面は、傾斜面を成しているため、給湯ラドルからの溶湯をその傾斜面で受けることができ、傾斜面で溶湯が跳ね上がることもなく、溶湯が上流方向に円滑に流れていく。そのため、溶湯が溶湯導入開口から飛散・流出することを防止することができる。

本項で、「傾斜角度が付けられ」とは、例えば、プランジャロッドの軸方向（長尺方向）に対して上向きの角度が付けられていることを指す。さらに、当該傾斜角は、鉛直斜め上方に向く角度にすることが望ましい。このようにすると、溶湯の上流方向への流速度が大きくなり、より迅速に金型内型内のキャビティ空間を満たすからである。

また、本項では、傾斜面に関し、好適な傾斜角度を、３０度から４５度のいずれかの角度としている。傾斜角度が３０度より小さいと、溶湯がプランジャチップの斜面に当たった後、斜面から跳ね返り易くなるため好ましくなく、一方、４５度より大きくしても、溶湯が溶湯スリーブの内面下部に当たり易く、もって、スリーブ内面から跳ね返り易くなるため好ましくない。
但し、プランジャチップの斜面が、厳密に鉛直斜め上方に向く必要はなく、例えば、プランジャロッドの軸周り方向にいくらか傾斜していてもよい。

（２）前記斜面が、それぞれ異なる傾斜角度が付けられた２つの斜面からなることを特徴とする（１）に記載のダイカスト鋳造装置。
本項によれば、プランジャチップの先端面が、２つの異なる角度の傾斜面を成しているため、プランジャチップで溶湯を押し出すときに、溶湯の流れをひねるように変えることができ、また、溶湯をプランジャチップでせん断することができる。すなわち、（１）項と同様に溶湯を上流方向に円滑に流すことができることに加え、溶湯を構成する溶融金属が凝固し易い場合に、よりその凝固を防ぐことができる。

（２）項の場合は、２つの斜面の傾斜角の差を大きくすると、溶湯（流体）をひねるような力が増し、かつ、溶湯をせん断する力も向上する。一方、傾斜角の差を大きくし過ぎると、プランジャを駆動する負荷がかかりすぎ、かえって溶湯を円滑かつ急速に上流に流しにくくなるおそれがある。よって、溶湯を構成する溶融金属の物性によって適宜傾斜角の差を決めることが望ましい。

（３）先端面が一定の傾斜角度が付けられた斜面であることを特徴とするダイカスト鋳造用プランジャチップ。
（４）前記斜面を、それぞれ異なる傾斜角度を付けた少なくとも２つの斜面をからなるように形成したことを特徴とする（３）項に記載のダイカスト鋳造用プランジャチップ。
（５）前記傾斜角度の値は、３０度から４５度の範囲内にあることを特徴とする（３）項又は（４）項に記載のダイカスト鋳造用プランジャチップ。

（３）項から（５）項は、代表的には（１）項の装置に用いられる、プランジャチップを例示したものである。

（６）給湯ラドルに満たされた溶湯が注がれる溶湯導入開口を備え、かつ水平方向に沿って配置された鋳込みスリーブと、該鋳込みスリーブを前記長手方向に駆動して溶湯を押圧するプランジャロッドを備えたプランジャチップと、前記鋳込みスリーブと導管を通じて流体連通するキャビティを備えた金型と、を準備し、前記溶湯を、前記プランジャチップの押圧によってキャビティ内に射出して、ダイカスト品を鋳造する方法であって、前記鋳込みスリーブ内に注がれる溶湯を、前記プランジャチップに形成された３０度から４５度のいずれかの角度の斜面で受け、該斜面で受けた前記溶湯を、前記プランジャチップによって水平方向かつ上流方向に移動させながら、前記キャビティ内に、円滑かつ急速に満たすことを特徴とするダイカスト品鋳造方法。
本項は、（１）項のダイカスト鋳造装置と同様な装置を用いて、ダイカスト品を鋳造するための方法の一態様を示す。

（７）給湯ラドルに満たされた溶湯が注がれる溶湯導入開口を備え、かつ水平方向に沿って配置された鋳込みスリーブと、該鋳込みスリーブを前記長手方向に駆動して溶湯を押圧するプランジャロッドを備えたプランジャチップと、前記鋳込みスリーブと導管を通じて流体連通するキャビティを備えた金型と、を準備し、前記溶湯を、前記プランジャチップの押圧によってキャビティ内に射出して、ダイカスト品を鋳造する方法であって、前記鋳込みスリーブ内に注がれる溶湯を、前記プランジャチップに形成された３０度から４５度のいずれかの角度のうち、異なる二つの角度で形成された斜面で受け、該斜面で受けた前記溶湯を、前記プランジャチップによって、ひねりながら、水平方向かつ上流方向に移動させながら、前記キャビティに円滑かつ急速に満たすことを特徴とするダイカスト品鋳造方法。

本項は、典型的には（２）項のダイカスト鋳造装置と同様な装置を用いて、ダイカスト品を鋳造するための方法の別の態様を示す。

本発明によれば、ダイカスト鋳造装置によって所望のダイカスト品を鋳造するに際し、給湯ラドルから鋳込みスリーブの溶湯導入開口に、いったん注がれた溶湯が、溶湯導入開口から飛散・流出することを防止することができる。

第１又は第２実施形態に係るダイカスト鋳造装置の概略的な断面図である。 第１実施形態のダイカスト鋳造装置に用いるプランジャチップを説明するための概略斜視図である。 第１実施形態のダイカスト鋳造装置に用いるプランジャチップを説明するための概略断面図である。 第１又は第２実施形態のダイカスト鋳造装置に用いるプランジャチップの概略的な一部斜視図である。 第１又は第２実施形態に係るダイカスト鋳造装置の動作を説明するための概略断面図である。 第２実施形態に係るプランジャチップであって、ダイカスト鋳造装置に用いるプランジャチップの第１実施形態にかかるものを説明するための概略斜視図である。

以下、本発明の実施の形態（「本実施形態」という）を、第１実施形態と第２実施形態とに分けて、図１から図６を参照しながら説明する。

＜第１実施形態＞
図１を参照しながら、第１実施形態に係るダイカスト鋳造装置１００の構成を説明する。
ダイカスト鋳造装置１００は、固定金型５０Ｓ及び可動金型５０Ｍからなる金型部５０と、鋳込みスリーブ４と、プランジャチップ１Ｔ及びプランジャロッド１Ｒからなるプランジャ部１と、給湯ラドル２を含む。

固定金型５０Ｓ及び可動金型５０Ｍは、金型部５０が全閉状態（溶湯射出完了状態）にあるときには、両金型５０Ｓ、５０Ｍの３箇所（溶湯射出時には溶湯が流れる導路となる）、すなわち、Ａ部、Ｂ部及びＣ部の固定金型５０Ｓ及び可動金型５０Ｍの対向両端部が互いが当接し、ダイカスト品の形状に相当する金型キャビティＶの空間が略中央に形成される。

また、固定金型５０Ｓ及び可動金型５０Ｍは、金型部５０が半開状態（溶湯導入状態）にあるときには、Ｃ部には、溶湯が通過する導入路が形成され溶湯がＣ部を通過して金型キャビティに流れる。Ａ部とＢ部との間に小キャビティＤがあるが、小キャビティＤ内に、キャビティＶから溢れ出た溶湯が収容される。

固定金型５０Ｓ及び可動金型５０Ｍには高さ方向に寸法差がある。この寸法差は、鋳込みスリーブ４の高さ（鋳込みスリーブ４の管径）に相当している。そして、固定金型５０Ｓ、可動金型５０Ｍ及び鋳込みスリーブ４によって、ブーツ状構造（Ｌ字状管構造）を成している。

可動金型５０Ｍには、キャビテイＶ内の溶湯の鋳込み及び冷却が完了したダイカスト品を押して、可動金型５０Ｍからダイカスト品を脱着させる加圧ピンＰ１、Ｐ２が、可動金型５０Ｍの側面から垂直に延びキャビテイＶまで貫通している。加圧ピンＰ１、Ｐ２は、図示しない油圧ポンプ、モータ等の駆動手段で直線的に駆動し、完成したダイカスト品（不図示）を押し出す。

鋳込みスリーブ４は、中空部を含む円筒（パイプ状部材）であり、上述したように、鋳込みスリーブ４の一方の末端上面が固定金型５０Ｓに当接し、下側の末端面が可動金型に当接するように配置されている。また、鋳込みスリーブ４と可動金型５０Ｍの下面は、水平面を備えた基台２５の上に配置されている。

鋳込みスリーブ４の中空部には、末端開口部から、プランジャチップ１Ｔ及びプランジャロッド１Ｒからなるプランジャ１が挿入されて、中空部内で水平方向に直線駆動可能とされている。また、プランジャチップ１Ｔの周面は鋳込みスリーブ４の中空部の内面に摺動可能であり、そして、プランジャロッド１Ａを回転軸として、鋳込みスリーブ４の中空部内で回転可能とされている。このプランジャ１は、図示しない油圧シリンダのようなアクチュエータを用いて直線駆動される。

次に、図１、図２及び図３を参照し、従来技術（特許文献１）の不具合点に触れながら、プランジャチップ１Ｔについて説明する。
従来のプランジャチップ（６３）[本段落において、特許文献１の参照符号を丸括弧内に記す]のプランジャロッド（６２）が存在しない側の端面が、プランジャロッド（６２）に対して垂直な平面（非斜面）であった。そのため、給湯ラドル（７）から溶湯導入開口（５１）に注がれた溶湯が、プランジャチップ１Ｔの近くに滞留しがちであった。そのため、次々に注がれる溶湯が溶湯導入開口（５１）から溢れ出し（図１、図３の点線で示した矢印ＮＧ参照）、ダイカスト品の体積に相当する溶湯量を鋳込みスリーブ（５）内に確保することができなかった。併せて、鋳込みスリーブ（５）内に溶湯が一定時間移動しないまま滞留していると、鋳込みスリーブ（５）に接している溶湯が、そこで冷却、凝固し、この凝固片がダイカスト品の中に含有してしまい、ダイカスト品の品質を悪化させていた。

そこで、第１実施形態では、プランジャチップ１に関し、図２に拡大して示した斜視図、及び図３に示した断面図のように、プランジャチップ１の末端面が一定の傾斜角αを含む斜面１Ｐを形成するようにした。この傾斜角αは、本実施形態では、好適には、水平方向（ロッド軸１Ａの長手方向）に対して３０度から４５度のいずれかの角度である。傾斜角αが、３０度より小さくても、４５度よりも大きくても、従来の不具合が解消が困難となる傾向が高まるため好ましくない。

さらに、図１と共に、図４、図５をさらに参照し、第１実施形態において、ダイカスト鋳造装置１によって、ダイカスト品が鋳造されるプロセスを説明する。
まず、固定金型５０Ｓと可動金型５０Ｍとの間に一定のギャップ（溶湯の導路Ｂ、Ｃとなる）が形成されるように金型部５０をやや開いた状態に設定する。そして、プランジャチップ１を鋳込みスリーブ４に嵌合し、斜面１Ｐを、溶湯導入開口４Ｓの上から観察できる位置まで駆動させて、プランジャチップ１の位置を決め、固定する。

この固定状態で、少なくとも、ダイカスト品の体積（金型５０が閉じたときのキャビティＶ）及び導路Ｃの容積の総和に相当する容量の溶湯３を、給湯ラドル２から溶湯導入開口４Ｓを通過させて、プランジャチップ１の斜面１Ｐに向け注入する。

溶湯の注入が完了した後、図４に示す矢印Ｘの方向（水平方向かつ上流方向）に、プランジャチップ１を、プランジャロッド１Ｒをロッド軸１Ａに沿って駆動することによって変位させる。この動作によって、溶湯３が、斜面１Ｐに沿いながら、かつ、鋳込みスリーブ４内を上流方向に向けて円滑かつ急速に流れ出す。そして、図５に示すように、溶湯３が導路Ｃ部を通り、金型キャビティＶを満たす。尚、プランジャチップ１の初動時は、低速で駆動させることが望ましい。初めから高速で駆動させると溶湯が溶湯導入開口４Ｓから溢れ出すおそれがあるためである。

図示しないが、さらに、固定金型５０Ｓ及び可動金型５０Ｍが閉じられ、さらに、金型キャビティＶ内に満たした溶湯が冷却かつ凝固される。その後、可動金型５０Ｍを、水平方向（図面の右方向）に移動させ、金型５０を開き、加圧ピンＰ１、Ｐ２を水平方向（図面の左方向）に押し出すと、金型キャビティＶ内に形成されたダイカスト品を得ることができ、当該鋳造プロセスが完了する。

このように第１実施形態によれば、プランジャチップ１の末端面を一定の角度を備えた斜面１Ｐに形成したため、溶湯が溶湯導入開口４Ｓから溢出、飛散したり、溶湯がプランジャチップの末端面周辺で凝固したりする不具合が発生することがなくなる。結果として、材料歩留りの向上、生産効率の向上、品質の安定性をもたらすことが可能となる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態では、第１実施形態に係るダイカスト鋳造装置１（図１、図４及び図５）を基本的に用いるが、プランジャチップの形状が第１実施形態とは異なる。よって、第２実施形態を説明するに当たり、同装置１の構成及び動作の説明は省略し、第２実施形態におけるプランジャチップ１´の形状を以下説明する。

図６は、第２実施形態におけるプランジャチップ１´の概略的な斜視図である。図６に示すように、プランジャチップ１´の端面は、やや緩やかな斜面１Ｐ_１と、やや急な斜面１Ｐ_２からなる。斜面１Ｐ_１は、その斜面の傾斜角度βを３０度から４５度とし、１Ｐ_１は、その斜面の傾斜角度γを４５度から６０度とすることが好ましい（両傾斜角度が同時に４５度とはならない）。このように斜面１Ｐ_１、１Ｐ_２を備えたプランジャチップ１´によって、第１実施形態と同様に溶湯３を、プランジャロッド１Ｒを駆動して押圧すると（図４、図５参照）、溶湯シリンダ３の中空部で溶湯３の流れがひねられ、かつ、流れをさらに円滑にすることができる。また、溶湯３をせん断することもでき、無用な凝固を防ぐことができる。

以上のように、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、材料歩留りの向上、生産効率の向上、品質の安定性をもたらすことが可能となる。特に、溶湯３をせん断することができるため、溶湯スリーブ４内で凝固し易い金属からなる溶湯３を用いるときには特に効果的である。

実施例１、２及び３、並びに比較例について以下に示す。
すべての例において、目的とする鋳造品はアルミダイカスト品、使用装置はダイカスト鋳造装置１００、溶湯は７００℃のアルミニウム１５ｋｇとした。

ただし、プランジャチップの傾斜角α（末端面を図２の形状で構成）を、実施例１では３０度とし、実施例２では４５度とし、実施例３では傾斜角β、γ（末端面を図６の形状で構成）を、それぞれ、３０度、４５度とした。また比較例では、傾斜角αを９０度とした（斜面なし）。

実施例１から３いずれも、給湯時間は４秒で、溶湯導入開口４Ｓからの溢れ出しは、皆無（０ｋｇ）であった。

比較例では、給湯時間を６秒にしても、溶湯導入開口４Ｓからの溢れ出しが、２ｋｇ生じた。
追試したところ、アルミニウム溶湯の溢れ出しを皆無にするには、給湯時間に８秒、要することが分かった。

＜評価結果＞
以上のように、実施例１から３のいずれにおいても、給湯ラドルから鋳込みスリーブの溶湯導入開口に、いったん注がれた溶湯の、溶湯導入開口からの飛散・流出を防止することができることが分かった。さらに、併せて、実施例１、２及び３いずれも、比較例（従来の方法）に比べ、倍の速さで金型キャビティＶに必要な溶湯を射出できることが分かった。

尚、本発明は、上記の、本実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、プランジャーチップの傾斜面をスコップのような凹状に形成してもよい。凹状に形成すると、特に注入初期にフラット面よりもラドルから注がれた溶湯が跳ね上がりにくくなる。

２；給湯ラドル、３；溶湯、４Ｓ；溶湯導入開口、４；鋳込みスリーブ、１Ｒ；プランジャロッド、１Ｔ；プランジャチップ、１；プランジャ、Ｃ；導管、Ｖ；キャビティ、５０（５０Ｓ、５０Ｍ）；金型、１００；ダイカスト。

Claims (2)

1. 給湯ラドルから溶湯が注がれる溶湯導入開口を備えた鋳込みスリーブと、
   該鋳込みスリーブの貫通孔内を直線的に駆動して前記溶湯を押圧する、プランジャロッドとプランジャチップとからなるプランジャと、
   前記鋳込みスリーブと流体連通するキャビティを備えた金型と、を含み、
   前記溶湯を、前記プランジャチップによって押圧し、前記キャビティ内を満たし、ダイカスト品を鋳造するダイカスト鋳造装置であって、
   前記プランジャチップの先端面が、３０度から４５度の範囲の、いずれかの傾斜角度が付けられた斜面であることを特徴とするダイカスト鋳造装置。
2. 前記斜面が、それぞれ異なる傾斜角度が付けられた２つの斜面からな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。

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