JP2020066012A - ランナー構造 - Google Patents

Abstract

【課題】溶湯を確実に検知することができ、かつガス抜けのよいランナー構造を提供する。【解決手段】ランナー構造１４の流路１４ａは、金属の溶湯Ｍ１を第１方向Ｄ１に流す第１流路３１、第１流路３１の終端部に連結されて、第２方向Ｄ２に延びる第２流路３２、第１流路３１の上流側に連結され、第３方向Ｄ３に延びる第３流路３３、第２流路３２に接続されて、金属の溶湯Ｍ１を減圧ポンプ１３との連結部分まで流す第４流路３４を備える。第１流路３１には、金属の溶湯Ｍ１の到達を検知する検知部３６が設けられている。【選択図】 図２

Description

本発明は、ランナー構造に関する。

金型に溶融した金属を高速・高圧で圧入することにより、高い寸法精度の鋳物を短時間に大量に生産する鋳造方式であるダイカストという金型鋳造法が知られている。さらに、金型のキャビティ部を減圧して真空化した状態で溶湯を圧入する真空ダイカスト法も知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、キャビティと減圧手段とを接続するガス抜き路と、ガス抜き路を開閉する減圧バルブとを備え、ガス抜き路のキャビティと減圧バルブとの間で、溶湯の流れに対抗する位置に溶湯検知センサを設けている。

特開２０１６−１３１９９５号公報

注湯時には鋳型から発生するガスや空気が溶湯に巻き込まれ、鋳物にガス欠陥が生じることは古くから知られており、ガスの発生を抑制したりガス抜きを行うなど数々の対策が取られている。注湯時に金型のキャビティ内を減圧することもその対策の一つである。ガス欠陥を抑制するために注湯完了まで減圧を行うことが望ましいが、溶湯の充填後速やかに減圧路を遮断しなければ金型から溶湯が噴出し減圧手段や減圧路まで溶湯が侵入してしまうため、充填完了の高精度な検知と確実な減圧路の遮断を行う必要があった。そこで、特許文献１のように、溶湯の流れに対抗する位置に溶湯検知センサを設け、センサの溶湯検知精度向上を狙った技術が提案されている。しかし、センサを設けるランナー部の構造や発生するガス量によってはセンサ部にガスが滞留し、溶湯検知センサの部分まで溶湯が流れた場合でも、溶湯検知センサで溶湯を検知するタイミングが遅れてしまうことがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、溶湯を確実に検知することができ、かつガス抜けのよいランナー構造を提供することを目的とする。

本発明のランナー構造は、溶湯が充填される金型のキャビティ部と減圧手段とを連結し、前記溶湯が流れる溶湯流路を備え、前記減圧手段により前記溶湯流路を通じて前記キャビティ部を減圧して真空化するランナー構造であって、前記溶湯流路内には、第１方向に延在し、前記溶湯流路に流入した前記溶湯を前記第１方向に流す第１流路と、前記第１流路の終端部に連結されて、前記第１方向とは異なる第２方向に延びる第２流路と、前記第１流路の上流側に連結され、前記第１方向とは異なる第３方向に延びる第３流路と、前記第１流路に設けられ、前記溶湯の到達を検知する検知部と、前記第３流路の下流に位置し、前記第２流路が接続される第４流路と、が設けられていることを特徴とする。

本発明のランナー構造によれば、溶湯流路に流入した溶湯を第１方向に流す第１流路の終端部には、第１方向とは異なる第２方向に延びる第２流路が連結されているので、溶湯が第１流路の終端部に流入する際に残存したガスは、溶湯の流れに押され第２流路に流下し、第１流路の終端部の周囲に溜まることがない。これにより、ガスが第１流路の終端部で滞留し、第１流路に設けられた検知部に溶湯が到達しない状態（溶湯を検知することができない状態）になるのを回避することができ、溶湯を確実に検知することができる。また、第２流路はオリフィスの役目を持ち、残存ガスは第２流路に流れるが、溶湯の流れは少量に抑えられることで、検知部の周囲には早期に溶湯が充満する。したがって、溶湯の到達により機械的に押圧される機械式の検知部を使用することができ、電気センサを使用する場合に比べて、コストダウンを図ることができる。なお、検知部は、溶湯が到達した場合に反応するものであればよく、電気センサでもよい。

また、前記第２流路は、前記第３流路より前記溶湯を流す方向における断面積が小さいことが好ましい。

この構成によれば、溶湯は、第２流路より第３流路に多く流れる。これにより、減圧手段からキャビティにつながる過程で十分な有効断面積を得ることができ、キャビティ内残留ガスの減少に貢献できる。

さらに、前記第３流路は、前記第３方向に延びた後に屈曲された屈曲部を有し、前記屈曲部には、前記屈曲部に流れた前記溶湯を溜める貯留部が形成され、前記第３流路は、前記第１流路に接続される部分から前記貯留部に接続される部分に向けて幅が狭くなり、前記貯留部に接続される部分の幅が、前記貯留部の外面の対向する２つの部分の距離より小さくなるように形成されていることが好ましい。また、前記第３流路は、前記幅方向の壁面となる２辺のうちの前記第１方向下流側の第１辺が、前記貯留部の外径に対し、中心方向に偏心して接続されていることが好ましく、さらに、前記第３流路は、下流方向に対し前記幅が狭くなる分、前記第３方向及び前記幅方向に直交する奥行き方向に拡大していくように形成されていることが好ましい。なお、例えば、前記第３方向がＸ方向、前記幅方向がＹ方向である場合、前記奥行き方向はＺ方向となる。

本出願人の鋭意検討の結果、溶湯が高圧・高速で流入するときに微小な凝固片が発生して、キャビティ内で飛散し、この凝固片が溶湯より先に、溶湯流路と減圧手段との連結を遮断する開閉可能な遮断弁に到達した場合、凝固片が遮断弁に付着し、遮断弁の動作不良を起こす場合があることが分かった。

上記構成によれば、第３流路の屈曲部に形成された貯留部で、溶湯を溜めることができるので、凝固片も貯留部で溜めることができる。この貯留部に溜まった凝固片は後に流れてくる溶湯の中に紛れるので、凝固片が遮断弁に付着することを防止することができる。

また、第３流路の流動方向に向けて幅が狭くなるのに対し、奥行き方向を拡大することで、減圧手段からキャビティにつながる過程で十分な有効断面積を確保し、キャビティ内残留ガスの減少に貢献できる。

また、前記第２流路は、前記第３流路の直下流側部に接続されていることが好ましい。

この構成によれば、溶湯が第１流路の終端部に流下したときに第２流路に流下したガスを、第３流路の直下流側に流すことができる。これにより、第２流路を流れてきたガス中に浮遊した凝固片は、第３流路を流れる溶湯に補足されるので、凝固片が遮断弁まで飛散して遮断弁に付着することがない。

本発明の実施形態のランナー構造を有するダイカスト装置を示す概略図である。 ランナー構造を示す断面図である。 ランナー構造を示す側面図である。 ランナー構造の第１流路に金属の溶湯が流入した状態を示す説明図である。 ランナー構造の第１流路を金属の溶湯が流れた状態を示す説明図である。 ランナー構造の第１流路の終端部まで金属の溶湯が流れた状態を示す説明図である。 ランナー構造の第３流路の貯留部まで金属の溶湯が流れた状態を示す説明図である。 ランナー構造の第４排出路まで金属の溶湯が流れた状態を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１〜図３に示すように、ダイカスト装置１０は、金属の鋳物Ｃ１を鋳造するための金属の溶湯Ｍ１（図４参照）を供給する供給装置１１と、金属の鋳物Ｃ１を鋳造する鋳造金型１２と、鋳造金型１２の内部を減圧して真空化する減圧ポンプ１３と、鋳造金型１２と減圧ポンプ１３とを連結するランナー構造１４と、ダイカスト装置１０を統括的に制御する制御装置１５を備える。

鋳造金型１２は、所定の金属の鋳物Ｃ１を鋳造するものであり、第１型１２ａと、第２型１２ｂとを備える。

第１型１２ａに対して第２型１２ｂを相対的に接近させることにより型締めが行われ、第１型１２ａに対して第２型１２ｂを相対的に離間させることにより型開きが行われる。本実施形態では、図１の左方向に第２型１２ｂが移動することで型締めされ、図１の右方向に第２型１２ｂが移動することで型開きされる。第２型１２ｂは、制御装置１５により駆動される型移動機構（図示せず）により移動される。

第１型１２ａと第２型１２ｂとにより型締めが行われることにより、金属の鋳物Ｃ１が鋳造されるキャビティ２０が形成される。キャビティ２０は、鋳造金型１２に設けられた金型通路（図示せず）を介してランナー構造１４に連結されている。なお、図１において、供給装置１１と鋳造金型１２とを結ぶ線、鋳造金型１２とランナー構造１４とを結ぶ線、及び、ランナー構造１４と減圧ポンプ１３とを結ぶ線は、連結していることを示すための線である。

第１型１２ａには、キャビティ２０を形成するための形成凹部２１が設けられている。金属の溶湯Ｍ１は、供給装置１１から供給され、供給路及びランナー（図示せず）を通ってキャビティ２０内に充填される。キャビティ２０内に充填された金属の溶湯Ｍ１は、金型通路を通ってランナー構造１４に送られる。

［ランナー構造］
ランナー構造１４は、中空状に形成され、キャビティ２０及び金型通路を介して送られてきた金属の溶湯Ｍ１を、中空部となる流路１４ａ内を流し、排出口１４ｂから排出する。

ランナー構造１４の流路１４ａは、第１方向Ｄ１（図１及び図２における上下方向）に延在し、金型通路から流入した金属の溶湯Ｍ１を第１方向Ｄ１に流す第１流路３１と、第１流路３１の終端部（図１及び図２における上端部）に連結されて、第１方向Ｄ１とは異なる第２方向Ｄ２（図１及び図２における斜め下方向）に延びる第２流路３２とを備える。

流路１４ａは、第１流路３１の上流側（図１及び図２における下側）に連結され、第１方向Ｄ１とは異なる第３方向Ｄ３（図１及び図２における左右方向）に延びる第３流路３３と、第３流路３３に接続されて、金属の溶湯Ｍ１を減圧ポンプ１３との連結部分まで流す第４流路３４とを備える。第２〜第４流路３２〜３４は、左右一対で設けられている。

第１流路３１の終端部よりも前部分には、金属の溶湯Ｍ１の到達を検知する検知部３６が設けられている。この検知部３６は、機械的な検知部であり、金属の溶湯Ｍ１が到達した場合に、金属の溶湯Ｍ１に接触あるいは押し込まれることで、金属の溶湯Ｍ１を検知する。検知部３６は、金属の溶湯Ｍ１による押圧が無くなると、金属の鋳物Ｃ１取出し後、手動あるいは弾性部材の弾性力等を利用して自動で初期位置に復帰される。検知部３６は、制御装置１５に接続されており、金属の溶湯Ｍ１を検知すると制御装置１５に検知信号を送る。

第２流路３２の第２方向Ｄ２（金属の溶湯Ｍ１の流れる方向）に直交する方向における断面積は、第３流路３３の第３方向Ｄ３（金属の溶湯Ｍ１の流れる方向）に直交する方向における断面積より小さい。

第３流路３３は、第３方向Ｄ３に延びる部分では、上流側から下流側に向かうにつれて図３における上下方向の長さが長くなるように傾斜されている。

第３流路３３は、第３方向Ｄ３に延びた後に上方に屈曲されて上方に延びる屈曲部３３ａを有する。屈曲部３３ａには、屈曲部３３ａに流れた金属の溶湯Ｍ１を溜める例えば円形状の貯留部３３ｂが形成されている。第２流路３２は、第３流路３３の貯留部３３ｂよりも下流側に接続されている。

第３流路３３は、第１流路３１に接続される上流部分から貯留部３３ｂに接続される部分に向けて（下流側に向けて）幅が狭くなる。第３流路３３は、貯留部３３ｂに接続される部分の幅が、貯留部３３ｂの直径（外面の対向する２つの部分の距離）より小さくなるように形成されている。この構成により、金属の溶湯Ｍ１の流速及び流量を維持しつつ、詳しくは後述する飛散する凝固片Ｐ１を確実に貯留部３３ｂ内に集め、補足することができる。

第４流路３４は、第３流路３３の下流端部に接続されて、第３流路３３から流れてきた金属の溶湯Ｍ１を排出口１４ｂまで流すものであり、第１〜第４排出路４１〜４４を備える。

第１排出路４１は、第３流路３３よりも図２における奥側（図３における下方）に設けられ、第３流路３３の下流端部に接続されて図２における斜め上方向に延びる。第２排出路４２は、第１排出路４１よりも図２における手前側（図３における上方）に設けられ、第１排出路４１の下流端部に接続されて図２における上方に延びる。

第３排出路４３は、第２排出路４３の下流端部に接続されて図２における内側方向に延びる。第１〜第３排出路４１〜４３は、第２〜第４流路３２〜３４と同様に左右一対で設けられている。

第４排出路４４は、２個の第３排出路４３のそれぞれの下流端部に接続され、円弧形状で形成されている。第４排出路４４には、例えば円形状の排出口１４ｂが形成され、排出口１４ｂを開閉する開閉バルブ４８が設けられている。開閉バルブ４８は、制御装置１５により駆動が制御される。なお、開閉バルブ４８は、ランナー構造１４とは別に設けるようにしてもよい。

［鋳造工程］
ダイカスト装置１０により金属の鋳物Ｃ１を鋳造する場合、先ず、制御装置１５は、型移動機構を駆動して、第２型１２ｂを図１における左側に移動して型締めを行い、キャビティ２０を形成する。

次に、制御装置１５は、開閉バルブ４８を開放して排出口１４ｂを開口させた後、減圧ポンプ１３を駆動して、キャビティ２０の内部、及びランナー構造１４の内部を真空化する。

上記真空化を維持したまま、制御装置１５は、供給装置１１を駆動して金属の溶湯Ｍ１を供給し、供給路及びランナーを通して金属の溶湯Ｍ１をキャビティ２０に充填する。キャビティ２０及びランナー構造１４は真空化されており、さらに、キャビティ２０はランナー構造１４に連結されているため、キャビティ２０に供給された金属の溶湯Ｍ１は、金型通路を通ってランナー構造１４に送られる。

図４に示すように、キャビティ２０及び金型通路を介して送られてきた金属の溶湯Ｍ１は、第１流路３１に流入され、図５に示すように、金属の溶湯Ｍ１は、第１流路３１内を第１方向Ｄ１に流れる。なお、図４〜図８は、金属の溶湯Ｍ１の流れを簡易的に示す図である。

図６に示すように、金属の溶湯Ｍ１が第１流路３１内を第１方向Ｄ１に流れて、第１流路３１の終端部に到達すると、金属の溶湯Ｍ１は、第２流路３２内を第２方向Ｄ２に流れ、さらに、第３流路３３内を第３方向Ｄ３に流れる。本実施形態では、第３流路３３は、その流動方向（第３方向Ｄ３）に向けて幅（図２及び図６における上下方向の長さ）が狭くなるのに対し、奥行き方向（図３における上下方向）が拡大するように形成されている。これにより、減圧ポンプ１３からキャビティ２０につながる過程で十分な有効断面積を確保し、キャビティ２０内残留ガスの減少に貢献できる。

金属の溶湯Ｍ１が第１流路３１の終端部の壁面に当接すると、ガスが発生する。このガスは、第２流路３２内を第２方向Ｄ２に流れるので、ガスが第１流路３１の終端部の周囲に溜まることを抑制することができる。これにより、ガスにより、第１流路３１に設けられた検知部３６に金属の溶湯Ｍ１が到達しない状態（金属の溶湯Ｍ１を検知することができない状態）になるのを回避することができ、金属の溶湯Ｍ１を確実に検知することができる。また、第２流路３２はオリフィスの役目を果たし、凝固片を含む発生ガスは通過するが、大量の金属の溶湯Ｍ１が流下した際は流量を制限し、第１流路３１は早期に金属の溶湯Ｍ１で充満する。これにより、機械式の検知方式を用いた際は確実に検知することができる。

また、第２流路３２の第２方向Ｄ２（金属の溶湯Ｍ１の流れる方向）に直交する方向における断面積は、第３流路３３の第３方向Ｄ３（金属の溶湯Ｍ１の流れる方向）に直交する方向における断面積より小さい。したがって、金属の溶湯Ｍ１は第２流路３２より第３流路３３に多く流れる。これにより、減圧ポンプ１３からキャビティ２０につながる過程で十分な有効断面積を得ることができ、キャビティ２０内残留ガスの減少に貢献できる。

一方、図６に示すように、金属の溶湯Ｍ１が第１流路３１内に流入したときに発生した凝固片Ｐ１は、金属の溶湯Ｍ１より先に、第２流路３２を流れて第３流路３３の屈曲部３３ａに流入する。

図６に示すように、金属の溶湯Ｍ１が第１流路３１内を第１方向Ｄ１に流れて、第１流路３１の終端部の前部分に設けられた検知部３６に到達すると、検知部３６は、金属の溶湯Ｍ１に接触あるいは押し込まれて、金属の溶湯Ｍ１を検知する。検知部３６は、金属の溶湯Ｍ１を検知すると制御装置１５に検知信号を送る。

制御装置１５は、検知部３６から検知信号が入力されると、開閉バルブ４８を閉じて排出口１４ｂを閉鎖させた後、減圧ポンプ１３の駆動を停止させる。

キャビティ２０に充填された金属の溶湯Ｍ１が固化した後、第２型１２ｂを図１における右方向に移動させて、型開きを行う。そして、金属の鋳物Ｃ１を、鋳造金型１２から取り外す。これにより、金属の鋳物Ｃ１が鋳造される。

本実施形態では、開閉バルブ４８が開放状態から閉鎖状態になるまで、所定時間Ｔ１を要し、この所定時間Ｔ１の間、金属の溶湯Ｍ１は、ランナー構造１４内を流れる。

本実施形態では、図７に示すように、第２流路３２を流れて屈曲部３３ａに流入した凝固片Ｐ１は、貯留部３３ｂに流れる。貯留部３３ｂには、第３流路３３内を第３方向Ｄ３に流れる金属の溶湯Ｍ１も流入する。これにより、凝固片Ｐ１は、金属の溶湯Ｍ１の中に紛れるので、凝固片Ｐ１が、先行して流れて開閉バルブ４８に付着することを防止することができる。

図８に示すように、第２流路３２を流れる金属の溶湯Ｍ１と、第３流路３３を流れる金属の溶湯Ｍ１とは、合流して第１〜第４排出路４１〜４４を流れる。本実施形態では、金属の溶湯Ｍ１が第３排出路４３まで流れたときに、上記所定時間Ｔ１が経過し、開閉バルブ４８が閉じられる。これにより、金属の溶湯Ｍ１が排出口１４ｂから排出された状態で、開閉バルブ４８を閉じたときに発生する破損等の故障を防止することができる。

本実施形態では、第３流路３３の屈曲部３３ａと、第１排出路４１とは段差があるので、段差がないものに比べて、金属の溶湯Ｍ１が第３流路３３の屈曲部３３ａから第１排出路４１まで流れるときの速度が遅くなる。同様に、第１排出路４１と第２排出路４２とは段差がある。これにより、段差がないものに比べて、金属の溶湯Ｍ１が屈曲部３３ａから第４排出路４４まで流れるときの速度が遅くなる。したがって、上記所定時間Ｔ１を長くすることができ、開放状態から閉鎖状態になるまでの時間は長いが安価である開閉バルブを用いることができる。

また、本実施形態では、第２排出路４２は、第３排出路４３よりも図２における上側まで延びているので、第１排出路４１から流入した金属の溶湯Ｍ１は、第２排出路４２の図２における上端まで流れて折り返した後に、第３排出路４３に流れる（図８参照）。これにより、上記折り返しがないものに比べて、第２排出路４２から第３排出路４３に流れるまでの時間を長くすることができ、上記所定時間Ｔ１を長くすることができる。

以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、ランナー構造１４の形状は適宜変更可能であり、例えば、貯留部３３ｂや第４排出路４４の形状は、矩形状でもよい。

上記実施形態では、機械式の検知部３６を用いているが、金属の溶湯Ｍ１の到達を検知するものであればよく、電気センサでもよい。

また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

１０…ダイカスト装置、１１…供給装置、１２…鋳造金型、１３…減圧ポンプ（減圧手段）、１４…ランナー構造、１４ａ…流路（溶湯流路）、１４ｂ…排出口、１５…制御装置、２０…キャビティ、３１〜３４…第１〜第４流路、３３ａ…屈曲部、３３ｂ…貯留部、３６…検知部、４１〜４４…第１〜第４排出路、４８…開閉バルブ、Ｄ１〜Ｄ３…第１〜第３方向、Ｍ１…金属の溶湯、Ｐ１…凝固片

Claims (4)

1. 溶湯が充填される金型のキャビティ部と減圧手段とを連結し、前記溶湯が流れる溶湯流路を備え、前記減圧手段により前記溶湯流路を通じて前記キャビティ部を減圧して真空化するランナー構造であって、
   前記溶湯流路内には、
   第１方向に延在し、前記溶湯流路に流入した前記溶湯を前記第１方向に流す第１流路と、
   前記第１流路の終端部に連結されて、前記第１方向とは異なる第２方向に延びる第２流路と、
   前記第１流路の上流側に連結され、前記第１方向とは異なる第３方向に延びる第３流路と、
   前記第１流路に設けられ、前記溶湯の到達を検知する検知部と、
   前記第３流路の下流に位置し、前記第２流路が接続される第４流路と、
   が設けられていることを特徴とするランナー構造。
2. 請求項１に記載のランナー構造において、
   前記第２流路は、前記第３流路より前記溶湯を流す方向に直交する方向における断面積が小さいことを特徴とするランナー構造。
3. 請求項１又は２に記載のランナー構造において、
   前記第３流路は、前記第３方向に延びた後に屈曲された屈曲部を有し、
   前記屈曲部には、前記屈曲部に流れた前記溶湯を溜める貯留部が形成され、
   前記第３流路は、前記第１流路に接続される部分から前記貯留部に接続される部分に向けて幅が狭くなり、前記貯留部に接続される部分の幅が、前記貯留部の外面の対向する２つの部分の距離より小さくなるように形成されていることを特徴とするランナー構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のランナー構造において、
   前記第２流路は、前記第３流路の直下流側部に接続されていることを特徴とするランナー構造。