JP2023005299A - ダイカスト製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス抜き経路を利用した密度を向上させるダイカスト製造方法及び装置を提供する。
【解決手段】型締された金型のガス抜きランナーを設け、このガス抜きランナー２２２の途中の屈曲部２３０を利用してキャビティ２１０方向に向けた経路にオリフィス２３２と湯溜り部を設け、このオリフィスに挿通して溶湯を遮蔽し湯溜り部の溶湯をキャビティ部へ圧入する加圧ピン２３４を含む加圧手段２３６を設けた。
【選択図】図２

Description

本発明はダイカスト製造方法及び装置に係り、特に金型のガス抜きランナー部からの高圧加圧による製品部分へ溶湯補給するものに関し、特に、ダイカストは溶湯を充填する際、製品に充填が終わった後、ガス抜きランナーに溶湯が充填されるが、この充填直後にガス抜きランナーから製品に向かって加圧ピンで逆流（逆噴射）させ製品の密度を向上させるダイカスト製造方法及び装置に関する。尚、ガス抜きランナーとは先端にチルベントを使って大気開放や真空吸引する方式や先端にシャットバルブを使って真空吸引する方法の両方を称す。

ダイカスト製品の鋳造方法は、金型で作ったキャビティにアルミ等の溶湯をプランジャーで押し込み、キャビティに倣った形状に凝固させた製品を取り出して行う。製品として成形するときに巣が出来ないように、プランジャーを加圧動作することに合わせ、ガス抜きランナーを通じて内部ガスを追い出し、その後にキャビティをシャットアウトした上で更に製品に向けて２次的に加圧手段を作用させることにより局部的に製品を加圧する方法が提案されている（特許文献１）。

ダイカストのガス抜きには、エアベントが一般的で、金型の四方から薄い隙間を設けて抜く構造としたものがあるが、ガス抜き量を増やす目的でガス抜きランナーを設け、ガス抜きゲートから集中して先端部にチルベント（洗濯板状の波型隙間）やシャットバルブを取り付けたものが知られている。そして、このチルベントやシャットバルブの先を大気開放させるか、真空タンクに接続してガスを抜く方法を採っている。

しかしながら、ダイカストはゲートから溶湯が製品部となるキャビティに入り、キャビティが満杯になると、オーバフローはガス抜きランナーに充填される。この充填時間を２次充填時間と称し、製品充填時間経過後に２次充填時間を要し、これが製品を加圧させる時間を遅らせ、製品品質を悪化してしまう。

また、ガス抜き量を増やす目的でガス抜きランナーを設けた場合には、特に真空の場合、ガス抜きランナーのボリュームを増やさないと、真空バルブに溶湯が入り、動作不良を発生するので大きくなってしまう。そこでガス抜きランナーの距離を大きく取る必要があるため２次充填時間が長くなり、製品密度が低下してきて問題になっている。

このような問題に対処するため、特許文献１、２に記載された方法が提案されており、キャビティの内部で製造される半凝固状態のアルミニウム溶湯における所定箇所を局部的に加圧する方法が採られている。

特開２００４－２２３６１０ 特許第６６９８１９９

ところが、上記従来の局部加圧方法では、キャビティ外部に湯溜り部をわざわざ設け、ここを押す方法であるため、２次充填時間や歩留まりが増え加圧遅れが生じ実用化には至らないという問題を抱えていた。

本発明は、上記目的を達成するため、以下のように構成したものである。すなわち、本発明に係るダイカスト製造方法は、型締された金型のキャビティに溶湯を充填した際にでるキャビティ内ガスをガス抜きランナーを通じて排出するダイカスト製造方法において、ガス抜きランナー部の形状を損ねることなく、この一部を湯溜りにして、ここをキャビティ方向に向けて加圧する加圧手段を設け、キャビティを２次的に加圧することを特徴とする。また、型締された金型のキャビティに溶湯を充填した際にでるキャビティ内ガスをガス抜きランナーを通じて排出するダイカスト製造方法において、ガス抜きランナーにおけるキャビティに向けた経路に逆流防止機構と湯溜り部を介して加圧手段を設け、この加圧手段をプランジャーの高速射出完了信号を基準として設定された遅れ時間で加圧動作させることを特徴とする。あるいは、型締された金型のキャビティに溶湯を充填した際にでるキャビティ内ガスをガス抜きランナーを通じて排出するダイカスト製造方法において、ガス抜きランナーにおけるキャビティに向けた経路に逆流防止機構と湯溜り部を介して加圧手段を設け、この加圧手段を２次充填溶湯がシャットバルブセンサーに到達したセンサー信号で加圧動作させることを特徴とする。
また、前記逆流防止機構はオリフィスであり、加圧手段の加圧ピン側面との間で溶湯遮蔽をなすようにしたことを特徴とする。更に、前記加圧手段はガス抜きランナー内に充満する溶湯の湯溜り部をキャビティに向けて加圧することを特徴としている。

本発明に係るダイカスト製造装置は、型締された金型のガス抜きランナーの途中に当該ガス抜きランナーの形状を損ねることなくその一部を湯溜りとして、キャビティ方向に向けて加圧する加圧手段を設けたことを特徴とする。また、このガス抜きランナーの途中の屈曲部分を利用しキャビティ方向に向けた経路にオリフィスを設け、このオリフィスに挿通して溶湯を遮蔽する加圧ピンを含む加圧手段を設けたこと、また湯溜まりを設けてキャビティ方向へ湯溜まり分の溶湯を押し戻してキャビティ部製品密度を向上させることを特徴とするものである。

この場合において、前記ガス抜きランナーは、キャビティの複数個所から出る分岐ガス抜きランナーとそれらの集合管である集合ガス抜きランナーとからなり、加圧手段は分岐ガス抜きランナー部分または集合ガス抜きランナー部分に設けている。

上記構成によれば、プランジャーによる射出時にキャビティ内部に溜まっているガスは、ガス抜きランナーを通じて外部に排出される。同時にキャビティ内に充填した溶湯は、引き続きガス抜きランナー内に入り、ガスを抜きつつ２次充填が行われる。２次充填が始まることは射出プランジャーが高速移動から低速移動に変わったことを示しているので、速度変更時点から、まだ溶湯が固まらない一定の遅れ時間をもって、加圧手段を作動させる。あるいは、２次充填がガス抜きランナー末端の真空バルブやチルベントに達するとバルブ損壊などの事故を起こしてしまうので、シャットバルブセンサーが設けられているが、このセンサー信号でガス抜きランナーに設けた加圧手段を加圧動作させる。加圧手段はガス抜きランナーのキャビティに向けた経路に逆流防止機構（オリフィス）を介して設けられているため、ここに加圧手段の加圧ピンが差し込まれることでキャビティ側が遮断される。加圧動作によりガス抜きランナー内の２次充填溶湯がすなわち湯溜まり分がキャビティ内に戻され、戻した分だけ製品密度が向上するのである。ガス抜きランナー部分に少なくともキャビティに向けた経路を確保するように屈曲部を利用して、この屈曲部分にキャビティ方向に向けた経路にオリフィスを形成し、これに挿入可能な加圧ピンを有する加圧手段を設け、加圧ピンをキャビティ方向に加圧動作すればよい。ガス抜きランナーはキャビティの複数個所から出る分岐ガス抜きランナーとそれらの集合管である集合ガス抜きランナーがある場合には、加圧手段はそのいずれかに設けることによって、全体加圧あるいは部分加圧が選べる。全体加圧する場合にはダイカスト製品の全体が、巣が発生しやすいような選択された部分加圧を行う場合にそれを加圧し、密度が必要な部分のみが加圧されるのである。ガス抜きランナーの溶湯は、製品部より遅れて充填されるため、溶湯に近い状態にあり、加圧する際は、製品部溶湯より柔らかい状態なので、加圧でも十分有効に圧力を利かすことができる。

実施例に係るダイカスト製造装置によるアズキャスト（AzCast）の側面図である。 図１の正面図である。 本発明に係るダイカスト製造装置における要部の動作を示す詳細図である。 第２実施例に係るダイカスト製造装置によるアズキャストの正面図である。

以下に、本発明の実施例に係る部分超高圧によるダイカスト製造方法と製造装置を、アズキャスト(AzCast)の図面を参照しつつ、詳細に説明する。なお、以下の説明は一つの実施例に過ぎず、本発明の趣旨を変えない限り、本発明には種々の変形例を含み得るものである。

図１～２に本実施例に係るダイカスト製造装置により製造されたアズキャスト(AzCast)と言われれるもので、ダイカスト製品、製品までの分岐ランナー、ガス抜きランナー（分岐ガス抜きランナー、集合ガス抜きランナー）、及びその特定のランナーに装着された加圧シリンダーの取付位置を表す概略側面図と概略正面図を示す。これらの図に示すように、ダイカスト製品２１０はプランジャー側から押し出されたビスケット２１２を前端とし、ビスケット２１２からキャビティに至る通路となるランナーが屈曲して上方に立上り（分流子基部ランナー２１４）、更に分岐して複数（図示の例では４つに分岐）のランナーが形成されており（分岐ランナー２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃ、２１６ｄ）、ダイカスト製品２１０の４か所にゲート２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃ、２１８ｄを介して開口している。

また、ダイカスト製品２１０の上端には複数（実施例では３か所）の分岐ガス抜きランナー２２０ａ～２２０ｃが接続され、その集合管である集合ガス抜きランナー２２２を介してチルベント２２４や真空バルブ２２６を接続し、プランジャーによる射出時にダイカスト製品２１０を形成するキャビティの内部に溜まっているガスを、ガス抜きランナーを通じて外部に排出するようにしている。同時にキャビティ２１０内に充満した溶湯は、引き続きガス抜きランナー２２０、２２２内に入り、ガスを抜きつつ２次充填が行われる。２次充填により溶湯がガスを押し出し、ランナー末端のチルベント２２４や真空バルブ２２６に達するとバルブ損壊などの事故を起こしてしまうので、シャットバルブセンサー２２８が設けられている。

このようにアズキャストが構成され、プランジャスリーブに溶湯を充填し、プランジャーによる高速移動により溶湯が分流子基部ランナー２１４から分岐ランナー２１６ａ～２１６ｄを経てキャビティに充填され、その後のプランジャー低速加圧動作と真空バルブの作用によりガス抜きランナー２２０、２２２からガスを抜きつつ溶湯が２次充填され、溶湯がシャットバルブセンサー２２８に達して１次加圧動作が終了する。

本発明では、１次加圧動作に加え、ガス抜きランナー部の形状を損ねるなることなく、この一部を湯溜りにして、ここをキャビティ方向に向けて加圧する加圧手段を設け、キャビティを２次的に加圧するようにしたものである。ガス抜きランナー２２０、２２２の残置する溶湯部分を、逆流防止機構を介して加圧ピンによる加圧動作によりキャビティ側に押し戻すことで製品密度を向上させるようにしている。このため、ガス抜きランナーにおける集合ガス抜きランナー２２２に少なくともキャビティ２１０（ダイカスト製品２１０と同様）に向けた経路を確保するように屈曲部２３０を設け、この屈曲部分のキャビティ方向に向けた経路にオリフィス２３２を形成し、これに挿入可能な加圧ピン２３４を有する加圧手段２３６を設け、加圧ピン２３４をキャビティ２１０方向に２次的に加圧動作すればよい。加圧手段２３６は集合ガス抜きランナー２２２のキャビティ２１０に向けた経路にオリフィス（逆流防止機構）２３２を介して設けられているため、ここに加圧手段２３６の加圧ピン２３４が差し込まれることでキャビティ２１０側が遮断される。２次加圧動作により集合ガス抜きランナー２２２内の２次充填溶湯がキャビティ内に戻され、戻した分だけ製品密度が向上するのである。

２次加圧手段２３６は型締め面に沿って設けており、基部のアクチュエータ２４０と、これによって屈曲部分のキャビティ方向に向けた経路に沿って出入り動作するように取り付けられた加圧ピン２３４とから構成されている。加圧ピン２３４の直径ｄは集合ガス抜きランナー２２２の内径Ｄより小さくして、加圧ピン２３４の集合ガス抜きランナー２２２における左右摺動を可能としている。したがって、加圧ピン２３４の集合ガス抜きランナー２２２への圧入量（押しのける湯だまり量）がキャビティ２１０による製品の密度を向上させることになる。

ところで、本実施例では、特に、集合ガス抜きランナー２２２に屈曲部２３０（図３のＡ－Ｂ区間）よりキャビティ２１０側（図３のＢ部分）に、その内径を絞るオリフィス２３２を形成している。これはキャビティ２１０に向けられた集合ガス抜きランナー２２２の内径部分に断面矩形の環状突起２４６を形成したもので、その環状突起２４６の高さをできるだけ加圧ピン２３４の外径ｄに合わせて、ここでメタルシールができるようにしている。具体的には、キャビティ２１０の大きさにもよるが、加圧ピン２３４と環状突起２４６との隙間は経験的に溶湯の凝固によるメタルシール効果が得られる１ｍｍ程度が望ましい。この最適な値は環状突起２４６の軸方向長さ・金型形状・射出圧力・速度によって異なるが、平均的に０．５ｍｍ～１．０ｍｍ程度となる場合が多い。また、環状突起２４６の軸方向長さＬは高いメタルシール効果を得るには、平均的に１０ｍｍ程度が多いが、金型形状・射出圧力・速度などによって異なる。これらによってメタルシールが確実に行われるようにしている。

このように構成された２次加圧手段２３６は、１次加圧手段のプランジャーによる射出が完了した後に、加圧ピン２３４が環状突起２４６に差し掛かると（図３（２））、オリフィス２３２部分に遮断された溶湯が差し込んでメタルシールを形成し、その部分で遮蔽機能を発揮する。このため、このオリフィス２３２部分でのメタルシールによって、加圧ピン２３４による押し込み動作（図３（３））により、ストロークが長くなって作業を完了するのである。図３（２）～図３（３）に示されたストローク量Ｓがキャビティに２１０に戻されるのである。この屈曲部２３０から加圧ピン２３４の最大到達域までが湯溜りとなる。

この時、前記１次加圧手段による射出完了後（約７０MPa）の２次加圧手段２３６のスタート時間は、制御手段２４８を設けて時間設定を可能としているが、この場合、実施例では前記１次加圧手段による高速射出完了後、０．１秒前後遅れて２次加圧手段２３６をスタートさせるようにしている。この２次加圧手段２３６による加圧力は２５０ＭPaである。実施例では０．１秒前後である。この遅れ時間の最適な値は金型形状、１次加圧圧力、加圧速度など諸条件によってｍSecオーダで異なってくるためある程度の試行によって決定が必要であるが、本装置の時間設定はmSecオーダにより設定が可能としている。

このように本実施例では、型締された金型のキャビティ２１０に溶湯を充填した際にでるキャビティ内ガスをガス抜きランナー２２０、２２２を通じて排出するダイカスト製造方法において、ガス抜きランナー２２０、２２２におけるキャビティに向けた経路に逆流防止機構を介して加圧手段２３６を設け、この２次加圧手段２３６をプランジャーの高速射出完了信号を基準として設定された遅れ時間で加圧動作させる

この２次加圧手段２３６を２次充填溶湯がシャットバルブセンサー２２８に到達したセンサー信号で加圧動作させるようにしてもよい。
なお、オリフィス２３２を形成する環状突起２４６は、実施例のように角形断面としてもよいが、Ｖ字型、円弧型の断面形状とすることができる。この場合、Ｖ字型、円弧型の切っ先部分が鋭利となっているとメタルシールが取れないので、先端を削った形状とすることが望ましい。

また、オリフィス２３２を形成している環状突起２４６には、冷却手段を配置することができる。これは水平方式・水冷方式でも、あるいは油冷方式でも可能で、１次加圧手段による射出が完了し、２次加圧手段２３６による加圧が環状突起２４６にかかった時に冷却するとよい。こうすることによってメタルシールが形成しやすくなる。

次に、部分的なガス抜きランナーを利用した製品部分加圧を行う場合について説明する。図４はその例である。この例ではダイカスト製品２１０を形成するキャビティが入り組んでいる個所（例えば図４の右側）で巣が発生しやすく密度が十分でないことがあり、このためこれに近い分岐ガス抜きランナー２２０ｃを選択し、ダイカスト製品２１０に必要な量の溶湯を１次加圧手段（図示せず）で射出した後に、当該選択された分岐ガス抜きランナー２２０ｃに設けた２次加圧手段２３６Ａ（図３参照）により、１次加圧の約４倍の超高圧で２次加圧を行うようにしている。

図４を参照して１次加圧手段に続く２次加圧手段２３６Ａを説明する。ダイカスト製造装置は、移動盤に取り付けた可動金型と、固定盤に取り付けた固定金型とを備え、両金型を型締することにより形成されるキャビティ内に溶湯を射出し、キャビティに倣った形状のダイカスト製品２１０ができあがる。製品２１０は金型を離反させ、可動金型の背面部に設けた押し出しピンを作動させてキャビティから取り出すことができる。

このようなダイカスト製造装置により形成されたダイカスト製品２１０の２次加圧手段２３６Ａは、分岐ガス抜きランナー２２０ｃが選択され、この選択された分岐ランナー２２０ｃ部分で２次加圧を行うことにしている。この実施例では２次加圧手段２３６Ａは、金型の型締面に配置されており、２次加圧手段２３６Ａを構成している加圧ピン２３４の作動方向を分岐ガス抜きランナー２２０ｃ内に充満する溶湯をキャビティ２１０に向けて逆流加圧するようにしている。具体的には、分岐ガス抜きランナー２２０ｃの屈曲部２３０Ａを形成している。これはキャビティ２１０にのみ直接向かう直管部２５０と集合ガス抜きランナー２２２に接続される曲管部２５２により構成されている。屈曲部２３０Ａのキャビティ２１０に向かう経路に逆流防止機構を構成するオリフィス２３２Ａを設け、これに挿入可能な加圧ピン２３４Ａを有する加圧手段２３６Ａを設け、加圧ピン２３４Ａをキャビティ２１０方向に２次的に加圧動作すればよい。

加圧手段２３６Ａは集合ガス抜きランナー２２２のキャビティ２１０に向けた経路にオリフィス（逆流防止機構）２３２Ａを介して設けられているので、ここに加圧手段２３６Ａの加圧ピン２３４Ａが差し込まれることでキャビティ２１０側が遮断される。２次加圧動作により集合ガス抜きランナー２２２内の２次充填溶湯がキャビティ内に戻され、戻した分だけ製品密度が向上するのである。
その他の構成は第１実施例と同様であるので、構成要素に同一番号を付して説明を省略する。

このように構成された２次加圧手段２３６Ａは、１次加圧手段のプランジャーによる射出が完了した後に、加圧ピン２３４が環状突起２４６に差し掛かると、オリフィス２３２部分に上位の溶湯が差し込んでメタルシールを形成し、その部分で遮蔽機能を発揮する。このため、このオリフィス２３２部分でのメタルシールによって、キャビティ２１０内への溶湯充填量が増し、加圧ピン２３４Ａによる押し込み動作により、ストロークが長くなって作業を完了するのである。

なお、前記１次加圧手段による射出完了後（約７０MPa）の２次加圧手段２３６のスタート時間は、制御手段２４８を設けて時間設定を可能としているが、この場合、実施例では前記１次加圧手段による射出完了後、０．１秒前後遅れて２次加圧手段をスタートさせるようにしている。
また、上記実施例はホットチャンバーのランナーを押すことにも、またプラスチックを成形する際にも応用できる。

このように本実施例によれば、キャビティ２１０への射出を１次加圧手段であるプランジャーにより行い、これが高速移動から低速移動に移行する時点を捉え、ガス抜きランナー２２０，２２２への２次充填が始まる。これを起点として所定の時間遅れで２次加圧手段２３６、２３６Ａを作動することにより、ガス抜きランナー内の溶湯の流れが逆流防止機構（オリフィス２３２、２３２Ａ）で遮断される。そして加圧手段２３６、２３６Ａを作動させることで、ガス抜きランナー２２０、２２２に残留しているに溶湯が、キャビティ２１０に戻され、ダイカスト製品２１０の密度を上げるのである。

なお、図示した例では、２次加圧手段２３６、２３６Ａは固定型内にアクチュエータ２４０とともに加圧ピン２３４、２３４Ａを取り付けているが、これで収まらない場合には、固定盤側にアクチュエータ２４０を延長して配置するようにしてもよい。

また、上記実施例では当初から製品に分岐ガス抜きランナー２２０ａ～２２０ｃがある場合を想定しているが、製品に分岐ランナー部とは別に新たな巣が比較的多く発見される場合には、当該箇所に向けて新規分岐ガス抜きランナーを設け、この新規分岐ガス抜きガスランナー部分を２次加圧手段２３６、２３６Ａにより、プランジャー圧（約７０ＭＰａ）より高い部分加圧（約２５０ＭＰａ）を発揮するようにしてもよい。また、単一のガス抜きランナーで製品を形成する金型の場合には、新規にガス抜きランナー部を形成し、ここに２次加圧手段を形成することによっても部分的に巣の形成を防止でき、製品ごとに細やかに対応することが可能である。

更に、前記密度を上げたい箇所に通じている分岐ガス抜きランナーが複数あった場合、これらをまとめるガス抜きランナーとし、このガス抜きランナーに２次加圧手段を設け、これによって複数の分岐ガス抜きランナーを２次加圧することも可能である。

本発明は、ダイカスト製造を１次加圧手段のプランジャー加圧に引き続き、選択された、若しくは新規のガス抜きランナーを選択して強度が必要な部分の加圧を２次加圧手段により実施でき、製品密度を向上できる方法と装置である。

２１０……ダイカスト製品（キャビティ）、
２１２……ビスケット、
２１４……分流子基部ランナー、
２１６ａ～２１６ｄ……分岐ランナー、
２１８ａ～２１８ｄ……ゲート、
２２０（２２０ａ～２２０ｃ）……分岐ガス抜きランナー、
２２２……集合ガス抜きランナー、
２２４……チルベント、
２２６……真空バルブ、
２２８……シャットバルブセンサー、
２３０、２３０Ａ……屈曲部、
２３２、２３２Ａ……オリフィス、
２３４……加圧ピン、
２３６、２３６Ａ……加圧手段、
２４０……アクチュエータ、
２４６……環状突起、
２４８……制御手段、
２５０……直管部、
２５２……曲管部。

Claims (7)

1. 型締された金型のキャビティに溶湯を充填した際にでるキャビティ内ガスをガス抜きランナーを通じて排出するダイカスト製造方法において、ガス抜きランナーの形状を損ねることなく、この一部を湯溜りにして、ここをキャビティ方向に向けて加圧する加圧手段を設け、キャビティを２次的に加圧することを特徴とするダイカスト製造方法。
2. 型締された金型のキャビティに溶湯を充填した際にでるキャビティ内ガスをガス抜きランナーを通じて排出するダイカスト製造方法において、前記ガス抜きランナーにおけるキャビティに向けた経路に逆流防止機構と湯溜り部を介して加圧手段を設け、この加圧手段をプランジャーの高速射出完了信号を基準として設定された遅れ時間で加圧動作させることを特徴とするダイカスト製造方法。
3. 型締された金型のキャビティに溶湯を充填した際にでるキャビティ内ガスをガス抜きランナーを通じて排出するダイカスト製造方法において、前記ガス抜きランナーにおけるキャビティに向けた経路に逆流防止機構と湯溜り部を介して加圧手段を設け、この加圧手段を２次充填溶湯がシャットバルブセンサーに到達したセンサー信号で加圧動作させることを特徴とするダイカスト製造方法。
4. 前記逆流防止機構はオリフィスであり、加圧手段の加圧ピン側面との間で溶湯遮蔽をなすようにしたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のダイカスト製造方法。
5. 前記加圧手段はガス抜きランナー内に充満する溶湯の湯溜り部をキャビティに向けて逆流加圧することを特徴とする請求項１に記載のダイカスト製造方法。
6. 型締された金型のガス抜きランナーを設け、このガス抜きランナーの途中を屈曲させ、この屈曲部分のキャビティ方向に向けた経路にオリフィスと湯溜り部を設け、このオリフィスに挿通して溶湯を遮蔽する加圧ピンを含む加圧手段を設けたことを特徴とするダイカスト製造装置。
7. 前記ガス抜きランナーは、キャビティの複数個所から出る分岐ガス抜きランナーとそれらの集合管である集合ガス抜きランナーとからなり、前記加圧手段は前記分岐ガス抜きランナー部分または前記集合ガス抜きランナー部分に設けたことを特徴とする請求項６に記載のダイカスト装置。

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