JP2022114230A - ダイカスト用のプランジャチップ - Google Patents

Abstract

【課題】摺動面の耐久性を改善させるとともに、摺動面によって捕集された粉体潤滑剤の粒子の潤滑剤としての機能を向上させることで、高い摺動性を得ることができるプランジャチップを提供する。【解決手段】ダイカスト用のプランジャチップは、チップ本体と、チップリングとを備え、チップリングは、摺動面５０を有し、摺動面５０は、粉体潤滑剤の粒子Ｐを回転可能に保持する溝５００を有し、溝５００は、側面５１０及び側面５２０と溝開口５３０とを有し、側面５１０と側面５２０とのなす角θ及び溝開口５３０の幅Ｌは、粒子Ｐが溝５００に入り込むとき、粒子Ｐが側面５１０及び側面５２０とも当接し、かつ、深さ方向において、粒子Ｐが溝５００の外部に位置する部分の寸法を、粒子Ｐの直径Ｄの１／３以上から１／２以下までの範囲に属させるように形成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、ダイカスト用のプランジャチップ、特に、プランジャチップの摺動面の構造に関する。

従来、金型の可動部品間の摺動性を向上させつつ、ダイカスト製品の品質への影響を軽減するために、ガスが発生しにくい粉末潤滑剤を金型の可動部品の間に設けることがある。また、粉末潤滑剤の潤滑性能を十分に発揮させるために、可動部品の摺動面に粉体潤滑剤の粒子を捕集することができる被膜を設ける技術が知られている。

例えば、特許文献１には、鋳造部材の溶湯接触表面に凹凸を有するナノカーボン層を設けることで、粉末潤滑剤の捕集効率を向上させる技術が開示されている。

特許第５７０４２４７号公報

ところで、金型において、粉体潤滑剤を介してプランジャスリーブ内で摺動するプランジャチップの摺動性を改善するために、プランジャチップ又はプランジャスリーブの摺動面に特許文献１に開示されたナノカーボン膜を設けることが考えられる。しかしながら、ダイカストを行うとき、特許文献１に開示されたナノカーボン膜が酸素雰囲気において高熱物と接触すると、ナノカーボン膜に含まれた炭素が酸素と化学反応をすることによって、ナノカーボン膜は酸化して損傷し、さらに消えてしまうことがある。よって、ナノカーボン膜の機能を維持することができず、プランジャチップの摺動性に大きな影響を与える。また、粉体潤滑剤の粒子の大きさに比べて、ナノカーボン膜の凹凸はかなり大きい。このため、粉体潤滑剤の粒子がナノカーボン膜の凹凸に入り込むとき、粒子が完全にナノカーボン膜の凹凸に囲まれて凹凸の外部に位置する部分がなくなる。その結果、粉体潤滑剤の粒子は潤滑剤としての機能が発揮できなくなり、ランジャチップの摺動性が低下してしまう。

本発明はこのような事情に鑑みて発明されたものであり、本発明の目的は、摺動面の耐久性を改善させるとともに、摺動面によって捕集された粉体潤滑剤の粒子の潤滑剤としての機能を向上させることで、高い摺動性を得ることができるプランジャチップを提供することである。

本発明の一態様に係るダイカスト用のプランジャチップは、プランジャスリーブの内部に挿入され、粉体潤滑剤を介して、プランジャスリーブ内に摺動することで、プランジャスリーブにある溶湯金属を金型に圧入するプランジャチップであって、圧入方向に沿って溶湯金属を押し出すチップ本体と、チップ本体に設けられ、溶湯金属がチップ本体よりも圧入方向の上流側に流入することを防ぐチップリングと、を備え、チップ本体又はチップリングは、プランジャスリーブのスリーブ内周面を向くように設けられた摺動面を有し、摺動面とスリーブ内周面との間に、粉体潤滑剤が介在しており、摺動面は、深さ方向が圧入方向に交差するように設けられた、粉体潤滑剤の粒子を回転可能に保持する溝を有し、溝は、互いに交差している２つの側面と、２つの側面によって挟まれた溝開口とを有し、２つの側面のなす角及び溝開口の幅は、粒子が溝に入り込むとき、粒子が２つの側面とも当接し、かつ、深さ方向において、粒子が溝の外部に位置する部分の寸法を、粒子の直径の１／３以上から１／２以下までの範囲に属させるように形成されている。

上記態様のダイカスト用のプランジャチップの摺動面の溝は、粉体潤滑剤の粒子を、その粒子全体の１／２以上かつ２／３以下の一部（すなわち、粒子全体の半分以上の一部）は、溝の内部に位置し、粒子全体の１／３以上かつ１／２以下の他の一部（すなわち、粒子全体の半分以下の他の一部）は、溝の外部に位置するように、保持することができる。このように保持された粉体潤滑剤の粒子は、プランジャチップがプランジャスリーブ内で摺動するとき、溝の外部に位置する他の一部を介して、プランジャスリーブのスリーブ内周面と接触して、スリーブ内周面からの力を受けることができるとともに、溝の内部に位置する一部を介して、スリーブ内周面からの力によって粒子が溝から押し出されることを抑制することができる。よって、摺動状態特に、高速摺動状態において、溝が粒子を回転可能に保持することができる。こうして、プランジャチップの摺動に伴い、粉体潤滑剤は、プランジャチップによって移動し、常にプランジャチップ及びプランジャスリーブの間に介在することができる。言い換えれば、摺動面によって捕集された粉体潤滑剤の粒子は潤滑剤としての機能を発揮することができる。その結果、プランジャチップの摺動性の向上を実現できる。

また、プランジャチップの摺動性を向上させることによって、プランジャチップとプランジャスリーブとの間に凝着摩損の発生を抑制することができる。その結果、凝着摩損の発生によるプランジャチップ及びプランジャスリーブの耐久性への影響も回避することができる。

また、本実施形態に係る摺動面の溝は、削り加工によって形成されたものであり、ナノカーボン膜のような酸素と化学反応する特性を有しない。このため、ダイカストを行うとき、摺動面が酸素雰囲気において高熱物と接触しても、酸素との酸化反応が起きて損傷又は消えることがなく、高い耐久性を得ることができる。

本発明によれば、摺動面の耐久性を改善させるとともに、摺動面によって捕集された粉体潤滑剤の粒子の潤滑剤としての機能を向上させることで、高い摺動性を得ることができるダイカスト用のプランジャチップを提供することが可能になる。

本実施形態に係る金型の構成を示す断面図である。 本実施形態に係るプランジャチップの構成を示す模式図である。 図１のＡ部の拡大図である。 本実施形態に係るプランジャチップの溝の構成を示す模式図である。 本実施形態に係るプランジャチップの溝の構成と高速摺動特性との関係を示す図である。 比較例に係るプランジャチップがプランジャスリーブ内での摺動状態を示す模式図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面の記載において同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本発明の技術的範囲を当該実施の形態に限定して解するべきではない。

［本実施形態］
＜金型１＞
まず、図１を参照しつつ、本実施形態に係る金型１の構成について説明する。図１は、金型１の構成を示す断面図である。また、図１は、後述するプランジャスリーブ４の中心軸を通過する断面を示している。

本実施形態に係る金型１は、ダイカスト用の金型の一例である。図１に示すように、金型１は、固定型２と、固定型２に対して移動可能な可動型３と、固定型２に固定されたプランジャスリーブ４と、プランジャスリーブ４内で摺動可能なプランジャチップ５とを備える。

金型１の型締め状態において、固定型２のキャビティ面２１及び可動型３のキャビティ面３１は、鋳物を鋳造する空間であるキャビティ６を構成する。プランジャスリーブ４及びプランジャチップ５は、キャビティ６にダイカスト用の溶湯金属Ｍを供給する供給部を構成する。また、プランジャスリーブ４及びプランジャチップ５の間に、粉体潤滑剤が介在している。本実施形態に使用される粉体潤滑剤の粒子Ｐの直径Ｄは、例えば８μｍである。

このように、ダイカストを行うとき、プランジャチップ５は、粉体潤滑剤を介して、圧入方向（すなわち、プランジャスリーブ４の軸方向の一方側に向かる方向）に沿ってプランジャスリーブ４内で摺動することで、プランジャスリーブ４に一時的に貯溜された溶湯金属Ｍをキャビティ６に圧入する。そして、圧入された溶湯金属Ｍは、キャビティ６を完全に充填した後に凝固して、キャビティ６の形状に応じた鋳物を形成する。

＜プランジャスリーブ４及びプランジャチップ５＞
次に、図１乃至４を参照しつつ、本実施形態に係るプランジャスリーブ４及びプランジャチップ５の構成を説明する。図２は、プランジャチップ５の構成を示す模式図である。図３は、図１のＡ部の拡大図である。図４は、プランジャチップ５の溝５００の構成を示す模式図である。図５は、プランジャチップ５の溝５００の構成と高速摺動特性との関係を示す図である。

（プランジャスリーブ４）
プランジャスリーブ４は、例えば、耐摩耗性及び耐熱性が優れた金属によって構成された円筒状の部材である。図１示すように、プランジャスリーブ４は、軸方向の両側にある開口端４１及び開口端４２と、周壁面に形成された開口部４３と、スリーブ内周面４０とを有する。

開口端４１は、溶湯金属Ｍの射出口であり、キャビティ６に連通するように、圧入方向の下流側に位置する。開口端４２は、プランジャチップ５の挿入口であり、圧入方向の上流側に位置する。

開口部４３は、プランジャスリーブ４の周壁面の一部を貫通するように設けられている。ダイカストを行うとき、開口部４３を介して、溶湯金属Ｍをプランジャスリーブ４の内部に注入することができる。

スリーブ内周面４０は、プランジャスリーブ４の摺動面である。図３に示すように、スリーブ内周面４０は、複数の溝４００を有する。溝４００は、その深さ方向が圧入方向、すなわちプランジャスリーブ４の軸方向と垂直するように設けられている。溝４００の溝幅方向の断面視形状は、例えば、Ｖ字状である。

また、溝４００は、側面４１０及び側面４２０と、溝開口４３０とを有する。側面４１０及び側面４２０のなす角及び溝開口４３０の幅は、粉体潤滑剤の粒子Ｐが溝４００に進入できないように形成されている。この場合、溝４００の溝深さｈは、例えば１．６μｍである。

こうして、このような構成を有する溝４００によって、粉体潤滑剤の粒子Ｐは、スリーブ内周面４０に捕集されることがない。また、溝４００によって、スリーブ内周面４０の表面粗さは所定値に形成されることができる。

（プランジャチップ５）
プランジャチップ５は、図２に示すように、円柱状の部材である。プランジャチップ５は、チップ本体５１と、チップ本体５１の外周面の一方側に設けられたチップリング５２とを有する。

チップ本体５１は、圧入方向に沿ってプランジャスリーブ４にある溶湯金属Ｍを押し出すための構成である。チップ本体５１は、例えば、耐摩耗性及び耐熱性が優れた金属によって構成された円柱状の中空部材である。チップ本体５１の軸方向の一端側には、溶湯金属Ｍと接触するための端面５１１が設けられている。

チップリング５２は、溶湯金属Ｍがチップ本体５１よりも圧入方向の上流側に流入することを防ぐための構成である。チップリング５２は、例えば、耐熱樹脂によって構成されたリング状の部材である。なお、チップリング５２は、金属によって構成されてもよい。

チップリング５２の外周面側には、摺動面５０が形成されている。なお、摺動面５０は、チップ本体５１の外周面側に形成されてもよい。図３に示すように、摺動状態において、摺動面５０は、プランジャスリーブ４のスリーブ内周面４０を向くように設けられている。また、この場合、摺動面５０に、粉体潤滑剤が塗布されている。こうして、粉体潤滑剤は、摺動面５０及びスリーブ内周面４０の間に介在している。

また、摺動面５０は、複数の溝５００を有する。溝５００は、プランジャチップ５の摺動に伴い、粉体潤滑剤の粒子Ｐを回転可能に保持するために構成であり、溝４００よりも大きく形成されている。このため、溝５００を有する摺動面５０の表面粗さは、溝４００を有するスリーブ内周面４０よりも粗い。こうして、スリーブ内周面４０と異なり、摺動面５０は、溝５００を介して粉体潤滑剤の粒子Ｐを捕集することができる。

より詳しく説明すると、図３に示すように、溝５００は、その深さ方向が圧入方向、すなわちチップリング５２の軸方向と垂直するように設けられている。溝５００の溝幅方向の断面視形状は、例えば、Ｖ字状である。なお、溝５００の溝幅方向の断面視形状は、溝５００の加工刃具及び加工方法の変更により、Ｖ字状以外の形状になる可能性もある。

また、図４に示すように、溝５００は、互いに交差している側面５１０及び側面５２０と、側面５１０及び側面５２０によって挟まれた溝開口５３０とを有する。側面５１０と側面５２０とのなす角θ及び溝開口５３０の幅Ｌは、粒子Ｐが溝５００に入り込むとき、粒子Ｐが側面５１０及び側面５２０とも当接し、かつ、深さ方向において、粒子Ｐが溝５００の外部に位置する部分の寸法を、粒子Ｐの直径Ｄの１／３以上から１／２以下までの範囲に属させるように形成されている。この場合、溝５００の溝深さＨは、例えば６．３μｍである。

また、溝５００の加工性と、粉体潤滑剤の潤滑性性能の発揮とを考慮し、側面５１０と側面５２０とのなす角θと溝開口５３０の幅Ｌとの関係は、図５の「高速摺動ＯＫ」部分に示された関係を有することが好ましい。なお、このような溝５００を有する摺動面５０の表面粗さＲａは、３．２以上かつ１０.０以下である。

＜摺動面５０の採用による効果＞
続いて、図３乃至図６を参考しつつ、比較例に係るプランジャチップ９の摺動面９０と比較しながら、本実施形態に係るプランジャチップ５の摺動面５０の効果について説明する。図６は、比較例に係るプランジャチップ９がプランジャスリーブ４内での摺動状態を示す模式図である。

（比較例）
ここで、本実施形態に係る摺動面５０の採用による効果を説明する前に、まず、図６を参照しつつ、比較例に係るプランジャチップ９の摺動面９０の特徴について説明する。なお、以下の説明では、比較例の本実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点に係る内容を説明する。

プランジャチップ９のチップリング９２は、例えば金属によって構成されたリング状の部材である。チップリング９２の外周面側には、摺動面９０が形成されている。図６に示すように、摺動面９０は、複数の溝９００を有する。また、溝９００は、プランジャスリーブ４のスリーブ内周面４０の溝４００と同様の構成を有する。つまり、比較例に係る溝９００は、本実施形態に係る溝５００よりも小さく、粉体潤滑剤の粒子Ｐを保持することができない。よって、このような溝９００を有する摺動面９０は、粉体潤滑剤の粒子Ｐを捕集することができない。

こうして、プランジャチップ９がプランジャスリーブ４内で摺動する摺動状態において、プランジャチップ９の摺動面９０が粉体潤滑剤の粒子Ｐを捕集することができないため、プランジャチップ９の摺動に伴い、粉体潤滑剤はプランジャチップ９によって移動しない。このため、プランジャチップ９が摺動する前、粉体潤滑剤は、プランジャチップ９及びプランジャスリーブ４の間に介在しているが、一方、プランジャチップ９が圧入方向に沿って摺動したとき、粉体潤滑剤はほぼ元の位置に残されている。よって、プランジャチップ９の摺動に伴い、プランジャチップ９及びプランジャスリーブ４の間に粉体潤滑剤がなくなり、プランジャチップ９とプランジャスリーブ４との間に凝着摩損が発生して、プランジャチップ９がプランジャスリーブ４に対して高速摺動することができなくなる。その結果、プランジャチップ９及びプランジャスリーブ４の耐久性とも低下するのみならず、溶湯金属Ｍがキャビティ６に高速射入されることができなくなり、このように製造された鋳物の品質に大きな影響を与える。

（本実施形態）
上述した比較例に係る問題に対して、本実施形態に係るプランジャチップ５は、溝５００を有する摺動面５０を採用することで、摺動面５０の耐久性を改善させるとともに、摺動面５０によって捕集された粉体潤滑剤の粒子Ｐの潤滑剤としての機能を向上させることで、高い摺動性を得ることを実現している。

具体的には、本実施形態に係る摺動面５０の溝５００は、側面５１０と側面５２０とのなす角θ及び溝開口５３０の幅Ｌが、粉体潤滑剤の粒子Ｐが溝５００に入り込むとき、粒子Ｐが側面５１０及び側面５２０とも当接し、かつ、深さ方向において、粒子Ｐが溝５００の外部に位置する部分の寸法を、粒子Ｐの直径Ｄの１／３以上から１／２以下までの範囲に属させるように形成されている。言い換えれば、粒子Ｐが溝５００によって保持される場合、粒子Ｐ全体の１／２以上かつ２／３以下の一部（すなわち、粒子Ｐ全体の半分以上の一部）は、溝５００の内部に位置し、粒子Ｐ全体の１／３以上かつ１／２以下の他の一部（すなわち、粒子Ｐ全体の半分以下の他の一部）は、溝５００の外部に位置するようになっている。

このように保持された粉体潤滑剤の粒子Ｐは、プランジャチップ５がプランジャスリーブ４内で摺動するとき、溝５００の外部に位置する他の一部を介して、プランジャスリーブ４のスリーブ内周面４０と接触して、スリーブ内周面４０からの力を受けることができるとともに、溝５００の内部に位置する一部を介して、スリーブ内周面４０からの力によって粒子Ｐが溝５００から押し出されることを抑制することができる。よって、摺動状態特に、高速摺動状態において、溝５００が粒子Ｐを回転可能に保持することができる。こうして、プランジャチップ５の摺動に伴い、粉体潤滑剤は、プランジャチップ５によって移動し、常にプランジャチップ５及びプランジャスリーブ４の間に介在することができる。言い換えれば、摺動面５０によって捕集された粉体潤滑剤の粒子Ｐは潤滑剤としての機能を発揮することができる。その結果、プランジャチップ５の摺動性の向上を実現できる。

また、プランジャチップ５の摺動性を向上させることによって、プランジャチップ５とプランジャスリーブ４との間に凝着摩損の発生を抑制することができる。その結果、凝着摩損の発生によるプランジャチップ５及びプランジャスリーブ４の耐久性への影響も回避することができる。

また、本実施形態に係る摺動面５０の溝５００は、削り加工によって形成されたものであり、ナノカーボン膜のような酸素と化学反応する特性を有しない。このため、ダイカストを行うとき、摺動面５０が酸素雰囲気において高熱物と接触しても、酸素との酸化反応が起きて損傷又は消えることがなく、高い耐久性を得ることができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

１…金型、４…プランジャスリーブ、５…プランジャチップ、５０…摺動面、５１…チップ本体、５２…チップリング、５００…溝、５１０，５２０…側面、５３０…溝開口

Claims (1)

1. プランジャスリーブの内部に挿入され、粉体潤滑剤を介して、前記プランジャスリーブ内に摺動することで、前記プランジャスリーブにある溶湯金属を金型に圧入するプランジャチップであって、
   圧入方向に沿って溶湯金属を押し出すチップ本体と、
   前記チップ本体に設けられ、溶湯金属が前記チップ本体よりも前記圧入方向の上流側に流入することを防ぐチップリングと、を備え、
   前記チップ本体又は前記チップリングは、前記プランジャスリーブのスリーブ内周面を向くように設けられた摺動面を有し、
   前記摺動面と前記スリーブ内周面との間に、前記粉体潤滑剤が介在しており、
   前記摺動面は、深さ方向が前記圧入方向に交差するように設けられた、前記粉体潤滑剤の粒子を回転可能に保持する溝を有し、
   前記溝は、互いに交差している２つの側面と、前記２つの側面によって挟まれた溝開口とを有し、
   前記２つの側面のなす角及び前記溝開口の幅は、前記粒子が前記溝に入り込むとき、前記粒子が前記２つの側面とも当接し、かつ、前記深さ方向において、前記粒子が前記溝の外部に位置する部分の寸法を、前記粒子の直径の１／３以上から１／２以下までの範囲に属させるように形成されている、
   ダイカスト用のプランジャチップ。

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