JP2016043411A - 金属のダイカスト装置におけるガス抜き装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属のダイカスト装置に於いて、構造簡単且つ安価で作用の確実なガス抜き装置が存在していない状況に鑑み、これらの要求を満たしうるガス抜き装置を提供する。
【解決手段】切り欠き部、狭隘部、ガス抜き溝を備えた突き出しピン並びにガス抜きコマに於いて、切り欠き部の深さに対する狭隘部の深さを、従来の合成樹脂ダイカスト装置用の突き出しピン並びにガス抜きコマで採用した狭隘部空間面積よりも遙かに大きく設定し、金属のダイカスト材料に起因する高温、高圧、高不純物と言う金型内部の悪条件を克服する。
【選択図】図１４

Description

本発明は有効な排気を行いうる金属のダイカスト装置におけるガス抜き装置に関するものである。

金属のダイカスト技術は比較的新規な工業技術ではあるが、多くの改良と技術知識の蓄積が行われた結果、金型内部あるいはその他の装置部分の空気圧を可能な限り引き下げて真空に近い状態に維持すれば、より良い結果が得られることが技術的な常識になっており、それらは真空ダイカストとか高真空ダイカストなどと呼称されており、そのための補助的な技術も各種研究されている。しかしながら、設備費用の問題、装置の効果と取り扱い並びにメンテナンスの問題によって、いずれのアイディアも完全とは言えず、より安価でより確実な金型内部の排気装置が待望されている。このような従来技術は特許文献１に示されている。

また、本発明をなすに当たり参考にした従来技術によるダイカスト装置の概念図は図１３に示すとおりで、Ｍは突き出しピンＥを備えると共に、固定型Ｆと対面してランナーＲ、ゲートＧ、キャビティーＣ、オーバーフローＯ、ベントＢを形成する可動型、Ｓは固定型Ｆに固定されその内腔ＹがランナーＲに接続されているスリーブで、その一部にラドルＬによる融解金属Ｈの注入が可能なように開口Ｚが穿設されており、更に油圧シリンダーＸにより摺動を操作されるプランジャーＰが挿入されている。突き出しピンＥは可動型Ｍに可動的に設置されており、鋳造終了後に完成品を可動型Ｍから離脱させるために用いられる。

特許第５４５４０６８号公報 特許第４０８５１８２号公報 特許第４０９６３２７号公報 特許第５４１３７８０号公報

図１３に示す一般的な従来の金属のダイカスト装置によると、キャビティーＣをはじめとする金型内部の空間に存在する空気、水蒸気、もしくはその他のガス並びに液体からなる障害物質は、スリーブＳからプランジャーＰによって金型内部へ充填されるアルミ等の融解金属Ｈに押されて、オーバーフローＯ部分に設置したベントＢからある程度金型外部へ排出されるが、スリーブＳ内において既に融解金属Ｈに巻き込まれているガスや金型内部で高温の溶湯に接触して新たに発生する障害物質全てを抜くことはできず、それが湯流れの悪さや鋳巣の原因となって製品の歩留まりを悪化させている。

そのような状況を改善するために、真空ダイカスト並びにそれを更に改良した高真空ダイカスト等の技術が提案され、キャビティＣ内のガスを積極的に逃がし，背圧をなくして湯流れを改善したり、更にスリーブＳ及びキャビティーＣ内部の真空度を高めて、融解金属Ｈの脱ガスや巻き込み空気の除去や離型剤や潤滑剤から発生する障害物をできる限り少なくする手段を併用して、鋳巣の少ないダイカスト製品を得る努力がなされ、それなりの効果は得られたものの、ダイカスト装置のコスト増大や金型加工の費用増加の割に、それに見合うだけのめざましい歩留まりの改良は達成できず、現場では従来技術を踏襲してそれに各種の現場ノウハウを加味し、一定の歩留まりの悪さを想定した上でダイカスト加工を行う手法が継続されている。

また、これまでのダイカスト業界の常識では、ベントＢは開口部の厚みが大きいほどガス抜きの効果が高いと考えられているが、ベントＢから金型外部へ融解金属Ｈが流出する問題との兼ね合いを考えて、一般的に、オーバーフローに０．１ｍｍから０．２ｍｍ程度のスリット状のベントＢを設置し、更に大量のガス抜きを行う場合には各種設計のチルベントを使用しベントＢを拡大して、ガス抜きの目的を達成しようとしていた。それによって一定のガス抜き効果は得られるものの、これらもまた本来の目的を果たすに充分なものとは言えなかった。

本願発明者らは、切り欠き部に連続する狭隘部とそれに連続するガス抜き溝と言う構造からなり、狭隘部の空間断面積を切り欠き部及びガス抜き溝のそれよりも遙かに小さくしてガス抜きを行うと言う特許文献２、特許文献３及び特許文献４に開示されているダイカストにおけるガス抜きの技術思想を、アルミもしくはそれ以外の金属のダイカスト加工に適用すれば、合成樹脂ダイカストの場合と同じように完全に近いガス抜きが達成でき、それによって鋳巣の発生を阻止して製品の歩留まりを飛躍的に高めることが出来ると考え、実験と研究を繰り返し、本発明の完成に到達した。

前項の特許文献２乃至４に示されている技術思想は、ダイカスト金型のランナー、キャビティー、オーバーフロー等に適切な形状の排気口を設置すると、金型内部の圧力が高ければ高いほど迅速確実な排気が行えるという、従来の技術的感覚と正反対の結果を具体化したもので、理論的には金型に充填される融解物質の種類に関係なくいかなる物質であっても望ましい結果が得られるものである。

しかしながら、これら先の発明をそのままアルミダイカストに適用し、一定数を充填加工する実験を繰り返して統計を取ってみると、成形品の外形的な仕上がりは全く問題無いものの、鋳巣の発生率を大幅に低くすることが出来ず、必ずしも満足の行く結果は得られなかった。

また、この充填加工実験で、鋳巣の無い良好な製品が実験作業の最初の２０ショット以内に集中していること、更に、ショット回数が増えるに従って不良品の発生率が高くなって行くことも確認できた。

また、実験終了後に金型を分解した結果、特許文献２及び３に示した排気用の部品であるピンやコマの周囲が焼き付き、切り欠き部やガス抜き溝が詰まって、排気の用をなさなくなっている事も確認できた。

これらの結果から、アルミあるいはその他の金属のダイカストに特許文献２及び３の技術を適用することで、合成樹脂のダイカストで達成できたと同様の良好な仕上がりの製品を得ることが可能であるにもかかわらず、ピン類の焼き付きによって必要且つ十分な排気が阻害され、排気が達成できなくなって歩留まりが下がるのであるから、排気の状況を良好に維持できれば問題は解決されること、が確認できた。

そこで、合成樹脂とアルミなどの金属あるいはその合金のダイカストの相違点を検討してみると、融点、比重、充填圧等において、当然ながらアルミなど金属材料の数値が圧倒的に大きく、また、金属のダイカストにおいては、金型の冷却に大量の水を使用すると共に、有機成分を多く含有する離型剤も多用されていることが分かった。

従って、ピン並びにコマの構造を、高温、高圧、高重量に耐えうるものとし、更に、金型内部のガスと共に気液混相状態の水や離型剤を金型外部に円滑に排出できる形状に改良すれば、各種金属のダイカストに広く適用できる排気装置が得られることを確認できた。

更に、ベントＢのスリットの開口厚みは前述の如く０．１〜０．２ｍｍで、更にそれに工夫を加えて０．３ｍｍ以上にする努力が重ねられている金属のダイカストに対して、合成樹脂のダイカストでは０．０３ｍｍ程度の狭隘部を使用するのが常で有り、特許文献２及び特許文献３に示した切り欠き部、狭隘部、ガス抜き溝の構成に於いて、狭隘部寸法の改良が金属のダイカストに於いて必要とされていることも確認できた。

本発明によると、従来の金型に特殊形状のピンやコマを埋設して金型内部の排気を行うので、高価な減圧装置や真空発生装置を別途用いること無く、それらを使用した場合と同等な金属のダイカスト製品を得ることが出来る効果がある。

本発明を適用したダイカスト装置の概念図である 図１に示した装置を部分的に拡大した概念図である。 図２に示した状態に融解金属を注入する状態を示す概念図である。 図３の状態からスリーブ内に融解金属が保持された状態の概念図である。 図４の状態からプランジャーが僅かに移動した状態の概念図である。 プランジャーが前進を終わって融解金属が金型内部で所望の場所に充填された状態の概念図である。 合成樹脂ダイカスト用の突き出しピンの切り欠き部及び狭隘部を示す拡大斜面図である。 本発明に係る狭隘部の深さ０．３ｍｍで作成したものの図７と同様の拡大斜面図である。 本発明に係る狭隘部の深さ０．８ｍｍで作成したものの図７と同様の拡大斜面図である。 本発明に係る狭隘部の深さ１．４ｍｍで作成したものの図７と同様の拡大斜面図である。 本発明に適合するように改造したベント部分の斜面図で、可動型と固定型が分離した状態。 本発明に適合するように改造したベント部分の斜面図で、可動型と固定型が一体化した状態。 従来の金属のダイカスト装置の概念図である。 本発明の第一の実施例を示す斜面図である。 本発明の第二の実施例を示す斜面図である。 本発明の第三の実施例を示す斜面図である。 本発明の第三の実施例を示す断面的斜面図である。 本発明の第四の実施例を示す断面的斜面図である。 本発明の第五の実施例を示す断面的斜面図である。

本発明を実施する場合の基本的構造は、突き出しピンＥもしくは排気用コマ４（図１参照）に於いて、図７乃至図１０に示す切り欠き部１とガス抜き溝３の間に位置する狭隘部２の開口巾及び開口深さを大きくすることで獲得することが出来る。切り欠き部１の大きさに制限は無いが、特許文献２及び特許文献３に示されている合成樹脂のダイカストに適用した例では、図７に示す突き出しピンＥの如く概ね巾Ｗ６ｍｍ、深さＤ３ｍｍで、切り欠き部２の上下方向の寸法は０．０３ｍｍである。また切り欠き部１の形状は、本件発明者による未公開特願２０１４−４９４１０に開示した如く、辺を共有する二個以上の二等辺三角形により形成され、開口部分から狭隘部２に向かって略４５度の角度を持つように切り欠かれている。

狭隘部２の上下方向の寸法を便宜上狭隘部２の深さと表現するが、本発明を導出するための試験に於いてはその狭隘部２の深さを０．３ｍｍにした場合（図８）、０．８ｍｍにした場合（図９）、１．４ｍｍにした場合（図１０）、の三種類で行った。図７に示すものは狭隘部２の深さが０．０３ｍｍの従来から使用されている合成樹脂用突き出しピンＥである。

更に、突き出しピン１を金型のキャビティーＣとオーバーフローＯに対応する位置に設置すると共に、同様の手法で作成した排気用のコマ４を、金型のゲートＧ、ランナーＲに対応する位置と、プランジャーＰが挿入されたスリーブＳの固定型Ｆに近い部分にも設置した。

また、これまでオーバーフローＯから金型外部へ開口する厚み０．２ｍｍ程度のスリットとして形成されていたベントＢを、厚み０．３ｍｍのスリット１２に略４５度の角度で金型内部から接する切り欠き部１１と、スリット１２から金型外部へ通じるガス抜き溝１３に置き換えた。（図１１及び図１２参照）

以上の如く必要な構成を整えたアルミのダイカスト装置の概念図は図１に示すとおりであるが、図中右側に示したプランジャーＰを操作するための油圧シリンダーＸは図面を煩雑にするので、作動を説明する図２から図６に於いては油圧シリンダーＸを除いた概念図として示した。

動作に付き説明すると、本発明を適用して図２の状態に設置されたダイカスト装置のスリーブＳの開口Ｚに、図３の如くラドルＬによって融解金属Ｈを注ぐと、図４の如くスリーブＳ内に一定量の融解金属Ｈが保持され、プランジャーＰを図中左方へ摺動させるとスリーブＳは図５の如く密閉され、融解金属ＨはプランジャーＰからの圧力によって金型のランナーＲ部分に流入し、その間にコマ４と突き出しピンＥ及びベントＢから急激なガス抜きが行われ、更にプランジャーＰが左方へ移動して図６の如く成形が完了するまで、ガス抜きの動作が継続する。

この場合、融解金属Ｈの温度が低下して固体化するまでの間、融解金属Ｈ内部に巻き込まれている気体や、その外部で融解金属Ｈの熱によって発生する気体及び金型内部に付着している離型剤や水分は、融解金属Ｈを変形させながら手近な出口を探し、突き出しピンＥ、コマ４及びベントＢから金型外部へ排出される。

以上のような試験を繰り返した結果、図９の狭隘部２の深さ０．８ｍｍのものが最も成形の歩留まりが良く、図８（深さ０．３ｍｍ）及び図１０（深さ１．４ｍｍ）がそれに続いた。詳細な分析は出来ないが、試験後の装置分解点検の結果から判断すると、図８（深さ０．３ｍｍ）のものは未だ些かの部分的焼き付きが見受けられることから、それによってガス抜きに僅かの支障を来し、図１０（深さ１．４ｍｍ）のものは、狭隘部２の空間が大きくなった結果切り欠き部１の空間が小さくなり、狭隘部２へ到達する際の切り欠き部１によるガス類の圧縮圧が些か低くなったため、減圧排気の効果が僅かに阻害されたと考えることが出来る。

図７乃至図１０に示したものの実寸が、切り欠き部１の巾Ｗ６ｍｍ、切り欠き部１の深さＤ３ｍｍと、狭隘部２の上下方向の寸法０．３ｍｍ、０．８ｍｍ、１．４ｍｍであることを併せて考えると、狭隘部２の上下方向の寸法は切り欠き部１の深さの２５％程度が最上の状態で、そこからプラスマイナス１５％の寸法がガス抜きによる歩留まりを高め得る範囲であることが分かる。

図１４以下に本発明の具体的実施例を示す。実施例に示す物はいずれも突き出しピンＥ及びガス抜き用のコマ４のいずれにも適用できる構造で有り、図１４に示すものは突き出しピンＥの具体的構造で、突き出し杆５の一端に設置された鋲頭部６にこれまで述べてきた切り欠き部１と狭隘部２を複数設置した構造で、ケーシング７と押し出し杆５の間の空間をガス抜き空間８として使用することにより、迅速大量のガス抜きを行うことが出来る。実施例の図面に示されているケーシング７は説明の便宜上図示されているが、本発明品は金型に適切に設置された透孔に設置されれば有効に作用するものであり、必ずしもケーシング７を必要とするものでは無い。

図１５に示す物は、図１４の押し出し杆５の代わりに、図中左方に延長された鋲頭部６を切削してガス抜き空間８を設け、鋲頭部６には図１４の例と同じように切り欠き部１及び狭隘部２を複数設置してある。

図１６及び図１７に示す実施例は、一端が解放された内腔９を有する管体１０の他端を内腔９に連続する狭隘部２とこれに連続する切り欠き部１により解放せしめた物で、切り欠き部１及び狭隘部２が管体１０の中心に位置しているので、外部からの熱の影響を少なくすることが出来ると共に、成形品に発生するバリの量を低減させることが出来る特徴がある。

図１８に示す実施例は、前項に示した実施例と同様であるが、前項実施例の二等辺三角形を組み合わせた切り欠き部１に代えて、ロト状の切り欠き部１ａを設置した物で、ロトの斜面は狭隘部に向かって４５度で切り込まれており、機械加工が容易になるように考慮されている。

図１９に示す実施例は、切り欠き部１と狭隘部２及を備えた鋲頭部６に杆５ａを突設して、杆５ａの他端に台座１２を固定したコマ４を、ケーシング７ガス抜き空間８に挿入した構造になっており、ガス抜き空間８は鋲頭部５に向かってその内径を狭められており、台座１２に面する部分が最も広い内径を有するように調整されている。更に、ケーシング７には台座１２に近い部分に排気口１１が穿設されており、ガス抜き空間８は排気口１１によって外部に接続されている。

本発明は、本件発明者の過去の発明の適用範囲を実証的に拡大したもので、その適用範囲は本件発明により合成樹脂から融解金属全般にまで拡大された。それぞれの金属に適切な仕様は更に試験を重ねることによって確定する必要はあるが、金属のダイカスト技術における全く新規の技術思想が生み出された物である。その点から、ダイカスト技術を利用している全ての産業分野で広範囲に利用できるものであると確信する。

１・・・切り欠き部
１ａ・・切り欠き
２・・・狭隘部
３・・・ガス抜き溝
４・・・コマ
５・・・突き出し杆
６・・・鋲頭部
７・・・ケーシング
８・・・ガス抜き空間
９・・・内腔
１０・・・管体
１１・・・排気口
１２・・・台座
Ｗ・・・切り欠き部の巾
Ｄ・・・切り欠き部の深さ
Ｅ・・・突き出しピン

Claims (2)

1. 金属のダイカスト装置に使用する突き出しピン及びガス抜きコマ等のガス抜き装置において、
   鋲頭部６にガス抜き装置の軸線に沿って巾２深さ１の切り欠き部１を削設し、切り欠き部１に連続して切り欠き部１よりも空間断面積が小さい狭隘部２を削設すると共に、狭隘部２に連続して狭隘部２よりも空間断面積が大きいガス抜き溝３を削設し、ガス抜き溝３の端部を大気に解放すると共に切り欠き部１を金型のランナー、キャビティー、オーバーフロー等の空間に開口させてなる、金属のダイカスト装置におけるガス抜き装置。
2. 狭隘部２の上下方向の寸法が切り欠き部１の深さＤの２５％プラスマイナス１５％の範囲内にあることを特徴とする請求項１記載の金属のダイカスト装置におけるガス抜き装置。

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