JP2022062911A - ダイカスト鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スリーブ内に付着した凝固片の有無を判定できるダイカスト鋳造方法を提供する。【解決手段】本発明にかかるダイカスト鋳造方法は、金型１０に溶湯Ｍを供給するスリーブ１１内を、射出ロッド１３を前進動作させる際に射出ロッド１３の第１の振動データを検出するステップを備える。また、スリーブ１１内を、前記射出ロッド１３を後退動作させる際に前記射出ロッド１３の第２の振動データを検出するステップを備える。さらに、第１の振動データ及び第２の振動データに基づいてスリーブ１１内に付着した凝固片３０を判定するステップを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ダイカスト鋳造方法に関する。

ダイカスト鋳造法は、金型に溶融した金属（溶湯）を、射出ロッドを用いて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生産する鋳造方式である。このダイカスト鋳造法では、スリーブ表面に固化した溶湯、すなわち凝固片が発生することがある。例えば、特許文献１には、射出用スリーブに注湯された溶融金属の温度を測定することにより、スリーブ内における凝固片の発生の有無を推定する、ダイカスト鋳造方法に関する技術が開示されている。

特開２０１１－１４３４６７号公報

特許文献１に開示された技術のように、射出用スリーブに注油された溶融金属の温度を測定することによっては、射出用スリーブ内における凝固片の有無を推定できても、実際に凝固片が存在するか否かの判断精度に欠ける。

本発明は、上述のような問題を解決するために、射出スリーブ内に付着した凝固片の有無を判定できるダイカスト鋳造方法を提供することを目的とする。

本発明にかかるダイカスト鋳造方法は、金型に溶湯を供給するスリーブ内を、射出ロッドを前進動作させる際に前記射出ロッドの第１の振動データを検出するステップと、前記スリーブ内を、前記射出ロッドを後退動作させる際に前記射出ロッドの第２の振動データを検出するステップと、前記第１の振動データ及び前記第２の振動データに基づいて前記スリーブ内に付着した凝固片を判定するステップとを備える。

本発明により、射出スリーブ内に付着した凝固片の有無を判定できるダイカスト鋳造方法を提供することができる。

本発明における実施形態１にかかるダイカスト鋳造方法の概略を示す正面断面図である。 本発明における実施形態１における、凝固片発生時における射出ロッド前進動作時の加速度データを示すグラフである。 本発明における実施形態１における、凝固片発生時における射出ロッド後退動作時の加速度データを示すグラフである。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について説明する。なお、図面は簡略的なものであるから、この図面の記載を根拠として実施の形態の技術的範囲を狭く解釈してはならない。また、同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む。）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

以下、説明の明確化のため、ｘｙｚ３次元直交座標系を用いて説明を行う。図に示したｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。特に言及しない限りｚ軸＋方向を鉛直上向きとし、ｘｙ平面が水平面であるものとするが、金型が配置される向きに応じて変化するものである。

＜実施形態１＞
本実施形態にかかるダイカスト鋳造方法について、図１を用いて説明する。図１は、ダイカスト鋳造方法の概略を示す正面断面図である。

図１に示すように、本実施形態にかかるダイカスト鋳造方法は、スリーブ１１、射出チップ１２、射出ロッド１３、加速度センサＳを用いる。また、金型１０は可動型２１及び固定型２２を備える。可動型２１及び固定型２２によって、中空空間であるキャビティＣが形成される。射出チップ１２によって射出された溶湯Ｍが、キャビティＣに射出され、充填される。なお、本実施形態では射出ロッド１３の振動を検知するセンサとして加速度センサＳを用いるが、振動センサなど、振動を検出できるセンサであればよい。さらに、振動センサを用いずとも、例えば画像解析等の手法により射出ロッド１３の振動を検出してもよい。

図１に示すように、スリーブ１１には、キャビティＣに射出し、充填するための溶湯Ｍが供給される。スリーブ１１の形状は、例えば円筒状や角筒状のものが用いられる。スリーブ１１は、金型１０の固定型２２に接続され、可動型２１に連通するように配設されている。スリーブ１１は、溶湯Ｍをスリーブ１１の内部に供給するための開口部１１ａを上面に備える。溶湯Ｍは、例えばアルミニウムなど、金型１０によって成型される成型物の金属である。また、スリーブ１１は、キャビティＣに連通するように開口された射出口１１ｂを備える。

射出チップ１２は、スリーブ１１内に供給された溶湯ＭをキャビティＣに向けて射出するための部材である。射出チップ１２の形状は、スリーブ１１の内面形状に沿った形状であり、スリーブ１１内を摺動可能な形状とすることができる。例えば、スリーブ１１が円筒状である場合、射出チップ１２の形状は円柱状とすることが好ましい。射出チップ１２は、スリーブ１１内を摺動し、溶湯ＭをキャビティＣへと押し出すことによって、射出する。

射出ロッド１３は、射出チップ１２を溶湯Ｍの射出方向に前進動作（ｘ軸－方向）及び後退動作（ｘ軸＋方向）させる部材である。射出ロッド１３は、射出チップ１２の溶湯Ｍと接する面（ｘ軸－側のｙｚ平面）と逆側の面（ｘ軸＋側のｙｚ平面）に固定されている。射出ロッド１３は、例えば円柱状や角筒状の部材である。

本実施形態にかかる射出ロッド１３は、３軸方向の加速度を検出可能な加速度センサＳを備える。加速度センサＳは、３軸方向、すなわち、射出チップ１２の前進及び後退方向（ｘ軸方向）、平面方向（ｙ軸方向）及び鉛直方向（ｚ軸方向）の加速度を検出可能な加速度センサＳである。

加速度センサＳは、図１に示すとおり、射出ロッド１３に配置されるが、射出チップ１２に配置されてもよい。また、射出チップ１２及び射出ロッド１３の両方に配置されてもよい。さらに、射出ロッド１３の外周面のいずれかの場所に配置してもよいし、スリーブ１１に配置してもよい。

加速度センサＳを射出チップ１２に配置する場合は、射出チップ１２の溶湯Ｍと接する面（ｘ軸－側のｙｚ平面）と逆側の面（ｘ軸＋側のｙｚ平面）に配置してもよい。さらに、射出チップ１２の溶湯Ｍと接する面（ｘ軸－側のｙｚ平面）とは逆側の面（ｘ軸＋側のｙｚ平面）と、射出ロッド１３の外周面と、の両者に接するように、加速度センサＳを配置してもよい。

すなわち、加速度センサＳは、凝固片３０が生じやすい位置、すなわち振動が生じやすい位置や、溶湯Ｍの発する熱の影響を受けにくい位置など、配置する位置を適宜選択可能である。

図１に示すように、加速度センサＳは、可動する部材である射出ロッド１３に配置されている。したがって、加速度センサＳは、射出ロッド１３のｘ軸方向の進退に伴い、原位置から移動する。加速度センサＳは、射出ロッド１３の前進方向及び後退方向の加速度も検出するが、鉛直方向の加速度も検出することができる。鉛直方向の加速度は、スリーブ１１又は射出チップ１２のに付着した凝固片３０に起因して発生する「びびり」、すなわち振動を示すものである。加速度センサＳを用いて加速度を検出することによって、スリーブ１１又は射出チップ１２に発生した凝固片３０に起因する振動を検出することができる。

図１は、本実施形態にかかる射出チップ１２が溶湯Ｍを射出する様子を示す正面断面図である。図１（ｂ）に示すように、射出チップ１２を、スリーブ１１内を白抜き矢印方向（ｘ軸－方向）に摺動させ、スリーブ１１内に供給された溶湯Ｍを金型１０のキャビティＣに押し出すことで、溶湯Ｍを射出する。射出時の３軸方向の加速度を、加速度センサＳによって検出する。キャビティＣは、溶湯Ｍによって充填される。充填された溶湯Ｍが凝固して、成形品Ｐとなる。成形品の押出し後は、図１（ｃ）に示すとおり、射出チップ１２を白抜き矢印方向（ｘ軸＋方向）に後退させる。

加速度センサＳを用いた加速度の検出は、例えば、射出成形開始から終了まで、すなわち射出チップ１２がスリーブ１１内を前進し、原位置まで後退するまでの間、時間経過に伴って連続的に行うことができる。なお、任意の加速度検出位置（タイミング）を設定し、当該タイミングにおいて加速度を検出することも可能である。

加速度センサＳが取得した加速度の波形データを、パーソナルコンピュータやサーバ（ともに不図示）に取り込む。凝固片３０が発生しない場合、すなわち正常時の加速度の波形データと、加速度センサＳを用いて検出した波形データとを比較する。加速度センサＳを用いて検出した波形データにおいて、正常時の加速度の波形データと異なる波形を検出した場合は、振動が発生していると判断することができる。

したがって、加速度センサＳを用いた振動の検出によって、振動の発生の原因となる凝固片３０を判定することができる。なお、前述の「凝固片３０を判定」とは、凝固片３０の有無を判定するのみならず、スリーブ１１内に付着した凝固片３０の量を推定できるという意味である。すなわち、射出ロッド１３の前進動作時及び後退動作時の振動を比較した結果、振動の差が大きい場合は凝固片３０の量が多いと推定できる。

上述のとおり、加速度センサＳを、可動部である射出チップ１２及び射出ロッド１３の少なくとも一方に配置してよいが、固定された非可動部であるスリーブ１１にも、すなわち非可動部と可動部のいずれにも配置してもよい。非可動部であるスリーブ１１に加速度センサＳを配置する場合も、凝固片３０が生じやすい位置、すなわち振動が生じやすい位置や、溶湯Ｍの発する熱の影響を受けにくい位置など、加速度センサＳを配置する位置を適宜選択可能である。また、加速度センサＳの代わりに、振動計を用いることも可能である。

このとき、可動部に配置された加速度センサＳは、射出チップ１２の摺動に伴って一緒に移動するため、射出方向の加速度も検出するが、非可動部に配置された加速度センサＳの検出結果を組み合わせることによって、すなわち、可動部と非可動部とに加速度センサＳを配置することによって、より精度の高い加速度の検出を行うことができる。換言すると、凝固片３０に起因する振動をより精度高く検出することができる。

スリーブ１１や射出チップ１２に凝固片３０が生じると、成形品が不良品となる可能性がある。本実施形態にかかるダイカスト鋳造方法は、上述のとおり凝固片３０の検出精度を向上できるため、検出した加速度、すなわち振動の程度に応じて、射出の条件を変更することができる。また、検出した振動や、所望の成形品の精度に応じて、射出チップ１２やスリーブ１１の、交換や修理の時期を予想することができる。換言すると、消耗品である射出チップ１２やスリーブ１１が使用不可の状態となる前に、交換や修理を行うことができるため、不良品の成形品の製造を抑制し、成形品の品質の低下を抑制することもできる。

さらに、本実施形態にかかるダイカスト鋳造方法は、凝固片３０の検出以外に、射出チップ１２又は射出ロッド１３に、初期不良などの形状不具合があった場合に、当該初期不良の検出にも応用することができる。例えば、射出チップ１２又は射出ロッド１３に形状不具合があると、摺動不良となり、当該摺動不良に起因する振動が生じると考えられる。本実施形態にかかる射出ロッド１３が備える３軸方向の加速度センサＳを用いることによって、当該振動も検出できるため、形状不具合によっていずれかの部品に凝固片３０や破損等が生じる前に、当該部品の交換や修理を行うことができると考えられる。さらに、加速度センサＳを用いて振動を計測することにより、スリーブ１１の温度が低い間に溶湯Ｍを金型１０に射出する場合の生産品は不良を発生しやすいところ、リアルタイムに製品の良否を判断することができる。

＜振動データの検出＞
以下、図１（ａ）～（ｃ）、図２及び図３を参照し、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

以下、本実施形態にかかる射出ロッド１３に配置された加速度センサＳが、３軸方向の加速度を検出する一連の流れについて説明する。具体的には、図１（ａ）～（ｃ）を用いて、加速度センサＳが加速度を検出したタイミングについて説明する。

まず、図１（ａ）の状態は、溶湯Ｍをスリーブ１１に流し込んだ状態で、射出前の状態である。加速度を検出するタイミングは、本実施形態では溶湯Ｍの射出時、すなわち射出ロッド１３の前進動作時（図１（ｂ））及び成形品の押出し後の射出ロッド１３の後退動作時（図１（ｃ））である。スリーブ１１又は射出チップ１２に凝固片３０が発生している場合、凝固片３０に起因する振動が生じるため、凝固片３０発生時のグラフと、凝固片３０が発生していない場合のグラフとには、波形に違いが生じる。

図２及び図３は、それぞれ射出ロッド１３に配置された加速度センサＳが検出した、凝固片３０発生時における射出ロッド１３の前進動作時及び後退動作時の加速度データを示すグラフである。図２及び図３に示す各グラフの縦軸は鉛直方向の加速度、横軸は時間を示す。鉛直方向の加速度は、振動を示しているため、より大きな振動が生じると、より大きな加速度が発生する。また、加速度の波形の発生数（頻度）が高いほど、多数の振動が発生していることを示している。

図２のグラフ中の破線で示す領域の波形と図３のグラフ中の破線で示す領域の波形を対比させると、凝固片３０発生時のグラフ、すなわち図２のグラフ中の破線で示す領域の方が、加速度の最大値が大きく、加速度の波形の発生数が多い（頻度が高い）という結果を得た。

射出ロッド１３は、射出チップ１２を溶湯Ｍの射出方向に前進させるとき、凝固片３０はスリーブ１１の内壁から剥離する。そのため、射出チップ１２を後退させるときには凝固片３０はスリーブ１１の内壁に付着していない。したがって、凝固片３０発生時は射出ロッド１３を前進させるときに振動は大きくなり、後退させるときは振動が小さくなることは、上述した図２及び図３が示す結果のとおりである。

よって、射出ロッド１３前進動作時と後退動作時の振動波形が異なる場合に、スリーブ１１に凝固片３０が発生しているといえる。したがって、射出ロッド１３を前進させるときと後退させるときの振動を比較することにより、凝固片３０がスリーブ１１内に付着しているか否かを判断することができる。

なお、本実施形態においては射出ロッド１３の振動データを、波形データを用いて検出するものとしたが、波形データに限らず、加速度データ等のスカラ量を用いてもよい。

本実施形態におけるダイカスト鋳造方法によれば、スリーブ１１内に付着した凝固片３０の有無を判定することができる。

以上、本発明を上記実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。

１０ 金型
１１ スリーブ
１１ａ 開口部
１１ｂ 射出口
１２ 射出チップ
１３ 射出ロッド
２１ 可動型
２２ 固定型
３０ 凝固片
Ｃ キャビティ
Ｍ 溶湯
Ｓ 加速度センサ

Claims (1)

1. 金型に溶湯を供給するスリーブ内を、射出ロッドを前進動作させる際に前記射出ロッドの第１の振動データを検出するステップと、
   前記スリーブ内を、前記射出ロッドを後退動作させる際に前記射出ロッドの第２の振動データを検出するステップと、
   前記第１の振動データ及び前記第２の振動データに基づいて前記スリーブ内に付着した凝固片を判定するステップと、
   を備えたダイカスト鋳造方法。

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