JP2021154292A - ダイカスト金型用スプールブッシュ - Google Patents

Abstract

【課題】ブッシュ本体の内周面側にプランジャチップなどによるカジリが生じても、該カジリを受けた内周面側のインナースリーブを容易に取り替えられ、且つ良好な冷却効果が得られるダイカスト金型用スプールブッシュを提供する。【解決手段】全体が円筒形状で、且つ外周面４に冷却水の流路５が形成されたブッシュ本体２と、該ブッシュ本体２の内周面３側に挿入されたインナースリーブ１０と、ブッシュ本体２の外周面４および冷却水の流路５の開口部を覆うアウタースリーブ１３と、ブッシュ本体２、インナースリーブ１０、およびアウタースリーブ１３におけるダイカスト金型側の各端面に、ダイカスト金型側とは反対側の端面が凹凸嵌合を含めて面接触して配置されるテーパーリング１４と、を備えている、ダイカスト金型用スプールブッシュ１。【選択図】図２

Description

本発明は、ダイカスト金型用スプールブッシュに関する。

例えば、円筒形状のブッシュ本体の内周面側に該内周面と同軸心の凹陥部を設け、該凹陥部内に円筒形状のインサートライナーを嵌合し、該インサートライナーの外周面に冷却用流体を流すための冷却溝を設けた、ダイスカスト鋳造機用スプールブッシュが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載のダイカスト鋳造機用スプールブッシュによれば、冷却用流体による良好な冷却効果が得られ、しかも、熱応力による割れが生じ難くなる。

更に、所定の熱膨張係数である高強度低熱膨張金属材料からなるスプールブッシュ本体の溶湯と接する内周面にＦｅ基合金、Ｃｏ基合金、Ｎｉ基合金、Ｔｉ基合金の何れかからなる厚さ２ｍｍの被覆層を、ＨＩＰ法または肉盛法によって金属接合したダイカストマシン用スプールブッシュも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２に記載のダイカストマシン用スプールブッシュによれば、スプールプッシュ本体と被覆層との複合構造を有しているため、一般的な熱間金型用鋼（ＪＩＳ：ＳＫＤ６１等）に比べて、スプールブッシュ本体の加熱による熱膨張を小さくでき、且つ高温での引張り強さが高められることにより、熱変形を低減することができる。

特開２００３− １０９５３号公報（第１〜４頁、図１〜５） 特開２００８−２２１２２０号公報（第１〜８頁、図１，２）

しかし、前記特許文献１に記載のダイカスト鋳造機用スプールブッシュでは、ブッシュ本体の凹嵌部が射出スリーブ側にのみ開口しているため、前記凹嵌部内に嵌合したインサートライナーが、プランジャチップや凝固金属によるカジリを受けた場合、前記インサートライナーを取り替えるには、煩雑な手間と時間とを要する、という問題があった。
一方、前記特許文献２に記載のダイカストマシン用スプールブッシュでは、被覆層を被覆するために特殊な設備と多大なコストとが必要となる。しかも、仮に、前記被覆層自体にカジリが生じた場合、係る被覆層のみならず、スプールブッシュ本体を含む前記スプールブッシュ全体を新たなものに更新せざるを得ないため、著しく不経済となる、という問題があった。

本発明は、背景技術で説明した問題点を解決し、ブッシュ本体の内周面側にプランジャチップなどによるカジリが生じても、該カジリを受けた内周面側のインナースリーブのみを容易に取り替えられ、且つ良好な冷却効果が得られるダイカスト金型用スプールブッシュを提供する、ことを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するため、ブッシュ本体の内周面および外周面に一対のスリーブを個別に嵌め込むと共に、これらの先端面（ダイカスト金型）側にテーパーリングを配置する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明のダイカスト金型用スプールブッシュは、金属溶湯をダイカスト金型に圧入する流路に用いるスプールブッシュであって、全体が円筒形状で、且つ外周面に冷却水の流路が形成されたブッシュ本体と、該ブッシュ本体の内周面側に挿入されたインナースリーブと、上記ブッシュ本体の外周面および上記冷却水の流路の開口部を覆うアウタースリーブと、上記ブッシュ本体、インナースリーブ、およびアウタースリーブにおけるダイカスト金型側の各端面に、前記ダイカスト金型とは反対側の端面が面接触して配置されるテーパーリングと、を備えている。

前記ダイカスト金型用スプールブッシュによれば、以下のような効果（１）〜（３）を得ることができる。
（１）金属溶湯をダイカスト金型側に圧送するプランジャチップ（ピストン）の先端面や、前記金属溶湯の凝固物によってインナースリーブの内周面側にカジリが生じても、テーパーリングを取り除き、且つ前記インナースリーブに先端部が進入していたボルトを緩めた後、カジリを受けたインナースリーブの端面を、例えば、銅ハンマーなどにより軸方向に沿って打設することによって、新たなインナースリーブとの取り替え作業を短時間で且つ容易に行うことができる。
（２）前記アウタースリーブは、ブッシュ本体とテーパーリングとに挟まれているので、前述のように該テーパーリングを取り除き、且つ当該アウタースリーブを取り外すことによって、ブッシュ本体の外周面に形成された冷却水の流路や、該流路の前後（両側）に配置してあるＯリングなどのシール材の点検および取り替えなどのメンテナンスを、迅速且つ確実に行うことができる。
（３）前記ブッシュ本体、アウタースリーブ、インナースリーブ、およびテーパーリングを互いに嵌合し、ボルト止めする作業により、容易に組み立てられるので、前記特許文献２のスプールブッシュに比べて比較的低コストで製作し得る。

尚、前記金属溶湯には、例えば、アルミニウムとその合金、亜鉛とその合金、あるいは、マグネシウムとその合金などの溶湯が含まれる。

本発明のダイカスト金型用スプールブッシュの使用態様を示す概略の断面図。 （Ａ）は、前記スプールブッシを示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）中の一点鎖線部分Ｂの拡大図。 （Ａ）、（Ｂ）は、前記スプールブッシュに含まれ、且つ互いに異なる形態のテーパーリングを示す部分概略図。 （Ａ）、（Ｂ）は、前記スプールブッシュのメンテナンス手順を示す断面図。

以下において、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明ダイカスト金型スプールブッシュ（以下、単にスプールブッシュと称する）１の使用態様を示す概略の断面図であり、同図中の矢印は、金属溶湯の流れを示す。尚、便宜上の観点から、図１，図２中では、右側を先端側と、左側を基端側と称する。
前記スプールブッシュ１は、図１に示すように、ダイカスト金型３０とプランジャスリーブ３５との間において、緊密に配管される。前記ダイカスト金型３０は、固定側金型３１と可動側金型３２とからなり、両者の間には、図示しないキャビティ内に連通する上向きのスプルコアー３３が位置している。

一方、前記プランジャスリーブ３５は、アルミニウム合金などからなる金属溶湯を注入する上向きに開口した注湯口３６と、前記プランジャスリーブ３５の管内を先端側および基端側に向かって摺動するプランジャチップ（ピストン）３８と、該プランジャチップ３８を進退させるプランジャロッド３９とを備えている。
尚、前記プランジャスリーブ３５の先端面は、前記スプールブッシュ１において、後述するブッシュ本体２とインナースリーブ１０との基端側の端面に位置する凹部内に進入している。

図２（Ａ）は、本発明による前記スプールブッシュ１を示す断面図である。尚、図２（Ａ）中の矢印は、圧送される金属溶湯が流れる方向を示す。
スプールブッシュ１は、図２（Ａ）に示すように、全体が円筒形状を呈し、且つ外周面４に複数（２個）の冷却水の流路５が並列に形成されたブッシュ本体２と、該ブッシュ本体２の内周面３側に密に挿入（嵌合）された円筒形状のインナースリーブ１０と、前記ブッシュ本体２の外周面４側を覆う円筒形状のアウタースリーブ１３と、該アウタースリーブ１３、前記ブッシュ本体２、およびインナースリーブ１０における先端側の端面に、基端側の端面が凹凸嵌合を含めて面接触によって配置されたテーパーリング１４と、を備えている。

前記ブッシュ本体２の外周面４の円周方向に沿って設けられた前後一対の冷却水の流路５の前後（両側）には、断面が矩形状で且つ幅の狭い凹溝６が個別に形成され、該凹溝６内ごとには、当該凹溝６の外側に突出する外周部分を前記アウタースリーブ１３の内周面に密着させるＯリング７が全周に亘り嵌め込まれている。前後一対の前記Ｏリング７によって、前記各冷却水の流路５内の冷却水をシールしている。
図２（Ａ）に示すように、前記ブッシュ本体２における基端側の端部には、前記アウタースリーブ１３における同じ基端側の端面に当接し、断面が矩形状を呈するフランジ８が放射方向に沿って突設（張り出）している。該フランジ８内には、その軸方向に沿って貫通する雌ネジ孔２１が少なくとも１個刻設されている。
尚、前記雌ネジ孔２１内にネジ込まれる図示しないボルトは、通常では雄ネジの先端をアウタースリーブ１３の基端側の端面に当接しているが、該アウタースリーブ１３の取り外し時および前記Ｏリング７のメンテナンス時には、前記雌ネジ孔２１から取り外すか、基端側に若干緩められる。

また、前記ブッシュ本体２のフランジ８内には、その半径方向に沿って貫通する少なくとも１個の雌ネジ孔２２が刻設されている。該雌ネジ孔２２の最深部は、インナースリーブ１０の内部に位置している。即ち、前記雌ネジ孔２２内にネジ込まれる図示しないボルトは、その雄ネジの先端を前記インナースリーブ１０の外周面からその内部に進入することによって、該インナースリーブ１０の不用意な移動を阻止している。尚、上記雌ネジ孔２２の開口部側には、前記ボルトのボルト頭を収容するための大きめの凹部２３が同軸心で位置している。
また、図２（Ａ）に示すように、前記インナースリーブ１０は、中空部１１とテーパ付き内周面１２とを内設している。該インナースリーブ１０における基端側の端面には、中心軸に対して対称な位置に刻設された一対（２個）の雌ネジ孔２０が刻設されている。後述するように、該雌ネジ孔２０ごとに細長いボルト（図示せず）を個別にネジ込むことで、当該インナースリーブ１０の取り替え時における作業の容易化に活用される。

尚、前記ブッシュ本体２およびインナースリーブ１０は、何れも熱間金型用鋼（例えば、ＪＩＳ：ＳＫＤ６１相当）の素材に対し、所要の切削加工などを施したものである。これらの表面には、図２（Ｂ）で例示するように、イソナイト処理などによる窒化鉄（FｅとＮとの化合物）の簿層（厚み約数μｍ〜数１０μｍ）４０が被覆され、該窒化鉄の薄層４０の下層側には、窒素の拡散層４１が形成されている。
また、図２（Ａ）に示すように、前記アウタースリーブ１３には、前記冷却水の流路５ごとの端部に個別に連通する給水・排水接続金具１８が取り付けられている。
更に、前記アウタースリーブ１３は、ダイブロック用鋼（例えば、ＪＩＳ：ＳＴＫ４１相当）の素材に対し、所要の塑性加工などを施した後、少なくともその内周面の表面には、無電解Ｎｉメッキによる防錆用のニッケルの皮膜層（図示せず）が被覆されている。

加えて、図２（Ａ）に示すように、前記テーパーリング１４は、軸方向に沿って先端側が拡大するテーパー孔１６を内設し、且つ基端側の厚肉部１５内には、冷却水の循環流路１７が内蔵されている。前記テーパーリング１４の基端側は、前記ブッシュ本体２、インナースリーブ１０、およびアウタースリーブ１３の各先端面による、全体が円錐形状の凸型の端面を受け入れる円錐形状の凹型の端面を有している。上記テーパー孔１６は、先端側が大径で且つ基端側が小径となっており、仮想の水平線（中心線）に対して、約３〜６度（例えば、５度）の傾斜が付されている。係る傾斜は、図示のように、前記インナースリーブ１０における先端側の内周面１２にまで連続している。

前記内周面１２と連続する傾斜によって、インナースリーブ１０の中空部１１の内径ｄ１は、テーパーリング１４を貫通するテーパー孔１６において最小位置の内径ｄ２よりも小さくなっている。その結果、インナースリーブ１０の中空部１１の内周面が、後述する金属溶湯との接触によって最も影響を受ける部位となっている。
更に、前記冷却水の循環流路１７の下端側には、図２（Ａ）の前後方向で一組の給水・排水接続金具１９が連通している。
尚、前記テーパーリング１４も、前記同様の熱間金型用鋼を切削加工した後、その表面にはイソナイト処理などによる前記窒化鉄（化合物）の簿層４０や前記窒素の拡散層４１が被覆されている。

図３（Ａ）は、前記テーパーリング１４をその軸方向に沿った視覚で示す上半部の透視的な部分概略図である。
図３（Ａ）に示すように、前記冷却水の循環流路１７は、上半部では台形状を呈し、且つテーパーリング１４の全体では、ほぼ正八角形状を呈すると共に、その底部側には水平辺がなく、仮想の該水平辺の両端に連通する左右一対の対称な傾斜辺の下端側に、一組の前記給水・排水接続金具１９が個別に連通している。
尚、全体がほぼ正八角形状を呈する前記冷却水の循環流路１７を得るには、軸方向の視覚で、テーパーリング１４の素材であるリング形状の前記鋼材の外周面からテーパー孔１６の内周面に対して、接線上に進入する７個の直線孔を４５度ごとずらして穿孔し、且つ互いに途中で連通させた後、前記直線孔ごとの外周端側を水栓１７ｚで閉塞している。

図３（Ｂ）は、前記とは異なる形態の冷却水の循環流路１７ｒを内蔵する前記テーパーリング１４の軸方向に沿った視覚の透視的な部分概略図である。
図３（Ｂ）に示すように、冷却水の循環流路１７ｒは、上半部ではテーパー孔１６に沿った半円形状を呈し、且つテーパーリング１４の全体では、ほぼ円形状を呈すると共に、その最底部側で互いに接近する一対の端部に、前記一組の給水・排水接続金具１９が個別に連通している。
尚、テーパーリング１４に円形状である前記冷却水の循環流路１７ｒを内設するには、例えば、予め、該冷却水の循環流路１７ｒの外形全体と相似形状のアルミニウム合金またはマグネシウム合金などの比較的低融点の金属ロウ材によって、円弧形状の中子（図示せず）を製作する。次いで、前記中子の表面全体に対して、鋼材の被膜を溶射などにより付着させた後、該被膜付きの前記中子を、テーパーリング１４専用である図示しない鋳型内にセットした状態で、前記同様の鋼種である鋳鋼の溶湯を鋳込むと同時に、上記金属ロウ材を脱ロウさせる方法が挙げられる。

以下において、前記スプールブッシュ１の使用方法およびメンテナンス手順を説明する。
前記図１中の矢印で示したように、金属溶湯は、プランジャチップ３８に押されて、プランジャスリーブ３５内から前記スプールブッシュ１におけるインナースリーブ１０の中空部１１内などを通過した後、固定側金型３１と可動側金型３２との間のスプルコアー３３を経て、キャビティ内に圧送される。係るダイカスト鋳造を繰り返して行う間において、前記プランジャチップ３８が不用意に軸心振れを生じたり、あるいは、前記インナースリーブ１０の中空部１１の内壁面に金属溶湯の一部が不用意に凝固し、係る凝固金属がインナースリーブ１０の中空部１１の内周面に衝突したり、擦ったりする場合が生じ得る。

前記プランジャチップ３８の軸心振れや、凝固金属の衝突などを受け続けた前記インナースリーブ１０は、その表面に被覆された前記窒化鉄の簿層４０による耐カジリ性を含む耐摩耗性、耐熱性、耐食性、および、高い疲労強度により、前記中空部１１の内周面の局部的な変形（以下、カジリと称する）に対し、有効に対抗することが可能である（以下、効果（４）と称する）。
しかし、長期間に亘って、前記プランジャチップ３８の軸心振れや、前記凝固金属の衝突などを受け続けた前記インナースリーブ１０の中空部１１の内周面は、熱応力による熱変形を含めて、所要の平滑性を喪失する結果、例えば、前記プランジャチップ３８の摺動（進退）操作が不能となり、ダイカスト鋳造の操業が停止する場合が、生じ得る。

前述のダイカスト鋳造が停止となった際には、前記ダイカスト金型３０を、プランジャスリーブ３５とスプールブッシュ１とから取り外した後、更に、図４（Ａ）に示すように、前記スプールブッシュ１からテーパーリング１４を取り外した後、ブッシュ本体２のフランジ８の雌ネジ孔２２にネジ込まれていたボルトを緩める。
その結果、前記ブッシュ本体２の内周面３側に挿入されていたインナースリーブ１０の先端面が外部に露出する。尚、該インナースリーブ１０において、一対の雌ネジ孔２０が形成された基端側の端面は、既に外部に露出している。
かかる状態で、図４（Ｂ）中の実線の矢印で示すように、前記インナースリーブ１０の先端面を、その軸方向に沿って、例えば、図示しない銅ハンマーなどによって、軽い圧力Ｐにより打設する。

その結果、図４（Ｂ）に示すように、前記インナースリーブ１０の基端側をブッシュ本体２の基端側の端面から外部に、順次抜き出すことが可能となる。
あるいは、図４（Ｂ）中の破線の矢印で示すように、インナースリーブ１０の基端側の端面に刻設された一対の雌ネジ孔２０に、比較的細長いボルト２０ｂを個別にネジ込み、該一対のボルト２０ｂを軸方向に沿って基端側に引っ張る操作を行っても良い。
仮に、何らかの原因によって、前記圧力Ｐによる打設では、前記インナースリーブ１０がブッシュ本体２の内周面３から抜け出しにくい場合には、上記一対のボルト２０ｂを引っ張る作業を併用しても良い。

更に、新たなインナースリーブ１０を前記の逆の操作によって、ブッシュ本体２の内周面３内に挿入することにより、新たなインナースリーブ１０への取り替え作業を容易且つ迅速に完了することができる。
尚、併せて、前記テーパーリング１４を除去した際、前記ブッシュ本体２からアウタースリーブ１３を取り外して、外部に露出する一対の冷却水の流路５や、その前後に位置する一対のＯリング７を点検しても良い。この場合、特に、該Ｏリング７の劣化程度によっては、新たなＯリング７と交換することが望ましい。

前記スプールブッシュ１によれば、アルミニウム合金などの金属溶湯をダイカスト金型３０側に圧送するプランジャチップ３８の先端面や、前記金属溶湯の凝固物によって前記インナースリーブ１０の中空部１１の内周面にカジリが生じても、前記テーパーリング１４を取り外し、且つ先端部がインナースリーブ１０内に進入していたボルトをブッシュ本体２側に緩めた後、前記カジリが生じたインナースリーブ１０の先端面を、銅ハンマーなどにより軸方向に沿って打設するだけで、新たなインナースリーブ１０との交換作業を、短時間で且つ容易に行うことができる。
また、前記アウタースリーブ１３は、前記と同じく該テーパーリング１４を取り外すだけで、前記ブッシュ本体２の外周面４に形成された冷却水の流路５や、該冷却水の流路５の前後に配置したＯリング７の点検および取り替えなどのメンテナンス作業を迅速にして、確実に行ない得る。

更に、前記ブッシュ本体２、アウタースリーブ１３、インナースリーブ１０、およびテーパーリング１４を互いに嵌合したり、ボルト止めする作業により、容易に組み立てられるので、従来のスプールブッシュに比べて低コストで製作し得る。
加えて、前記ブッシュ本体２、インナースリーブ１０、およびテーパーリング１４の表面には、耐カジリ性を含む耐摩耗性、耐熱性、耐食性、および、高い疲労強度を併有する前記窒化鉄の簿層４０が形成されているので、前記スプルールブッシュ１の耐久性が高められている（効果（４））。
従って、前記スプルールブッシュ１によれば、前記効果（１）〜（４）を得られることが容易に理解される。

本明細書における前記実施の形態は、全ての開示ではない。
例えば、前記ブッシュ本体２の外周面４に設ける冷却水の流路５は、１個または３個以上の複数個を並列に設けた形態としても良い。
また、前記ブッシュ本体２、インナースリーブ１０、およびアウタースリーブ１３からなる先端面と、前記テーパーリング１４の基端面との面接触部は、前記図２（Ａ）で示した視覚で、ほぼ直角形状同士の凹部と凸部との嵌合形態としても良い。

更に、前記テーパーリング１４の厚肉部１５と、アウタースリーブ１３の先端面側とに跨がって、軸方向に沿った少なくとも１個の雌ネジ孔（図示せず）を更に刻設し、該雌ネジ孔にネジ込むボルトの雄ネジの先端部を、アウターリング１３内に進入させることによって、テーパーリング１４の不用意な離脱を予防可能としても良い。
加えて、前記テーパーリング１４に内蔵される冷却水の循環流路１７，１７ｒは、軸方向の前後に沿って２個以上を並列に設けた形態としても良い。

本発明によれば、ブッシュ本体の内周面側にプランジャチップなどによるカジリが生じても、該カジリを有する内周面側のインナースリーブを容易に取り替えられ、且つ良好な冷却効果が得られるダイカスト金型用スプールブッシュを確実に提供できる。

１ スプールブッシュ（ダイカスト金型用スプールブッシュ）
２ ブッシュ本体
３ 内周面
４ 外周面
５ 冷却水の流路
８ フランジ
１０ インナースリーブ
１１ 中空部
１３ アウタースリーブ
１４ テーパーリング
１６ テーパー孔
１７，１７ｒ 循環流路
２１，２２ 雌ネジ孔
３０ ダイカスト金型
４０ 窒化鉄の薄層
ｄ１，ｄ２ 内径

Claims (6)

1. 金属溶湯をダイカスト金型に圧入する流路に用いるスプールブッシュであって、
   全体が円筒形状で、且つ外周面に冷却水の流路が形成されたブッシュ本体と、
   上記ブッシュ本体の内周面側に挿入されたインナースリーブと、
   上記ブッシュ本体の外周面および上記冷却水の流路の開口部を覆うアウタースリーブと、
   上記ブッシュ本体、インナースリーブ、およびアウタースリーブにおけるダイカスト金型側の各端面に、前記ダイカスト金型とは反対側の端面が面接触して配置されるテーパーリングと、を備えている、
   ダイカスト金型用スプールブッシュ。
2. 前記ブッシュ本体、インナースリーブ、およびテーパーリングの表面には、窒化鉄の簿層が被覆されている、
   請求項１に記載のダイカスト金型用スプールブッシュ。
3. 前記インナースリーブの中空部の内径は、前記テーパーリングを貫通するテーパー孔において最小の内径よりも小さい、
   請求項１または２に記載のダイカスト金型用スプールブッシュ。
4. 前記テーパーリングの内部には、軸方向の視覚で正多角形状あるいは円形状を呈する冷却水の循環流路が内蔵されている、
   請求項１乃至３の何れか一項に記載のダイカスト金型用スプールブッシュ。
5. 前記ブッシュ本体における前記ダイカスト金型とは反対側の端部には、前記アウタースリーブの端面に当接するフランジが放射方向に沿って突設されている、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載のダイカスト金型用スプールブッシュ。
6. 前記ブッシュ本体のフランジには、前記アウタースリーブの端面および前記インナースリーブの外側面の少なくとも一方に、雄ネジの先端が当接するボルトが螺入する雌ネジ孔が形成されている、
   請求項５に記載のダイカスト金型用スプールブッシュ。

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