JP3008258B2 - ダイカスト用プランジャースリーブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダイカスト鋳造装
置に使用するプランジャースリーブの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイカスト鋳造装置には、鋼鉄製の一体
型のプランジャースリーブ（以下、単にスリーブとい
う）が用いられ、支持機構であるプラテンでこのスリー
ブの中間部を支持すると共に、その先端部を固定型に嵌
入支持させ、この固定型に可動型を衝合させてこれらの
金型の合面に鋳造品の原型であるキャビティを形成す
る。

【０００３】そして前記プラテンより突出したスリーブ
の端面近傍の上方部分に給湯口を開口し、この給湯口か
ら溶湯を供給し、この溶湯をプランジャーで押圧して前
記キャビティ内に射出鋳造するようになっている。つま
り、スリーブの給湯口が開口されている後方部分はプラ
テンに支持されない片持梁状であって、自由に変形でき
る部分として成形されている。

【０００４】ダイカスト鋳造の材料として、通常はアル
ミ合金が使用され、これの溶湯をスリーブの給湯口に注
入し、この給湯口の近傍に待機しているプランジャーを
スリーブ内に進入させて溶湯を加圧し、金型のゲートを
通じてキャビティ内に高速で射出し充填するようになっ
ている。前記ダイカスト鋳造工程において、スリーブの
役割は重要であり、高品質の鋳造製品を大量に生産する
ダイカストの特徴を左右する程の要素であるにもかかわ
らず、単純な形状の為か消耗品として軽視され、その性
能、特性の改良は比較的遅れている。現在使用されてい
るスリーブの殆んどは、ＪＩＳ，ＳＫＤ−６１系のダイ
ス鋼からなる単体構造を有し、機械加工を行った後に画
一的な熱処理と窒化処理を施したものである。

【０００５】一方、最近では設備の大型化、高速化が進
み、スリーブに対する使用条件が益々厳しくなっている
のに、前記理由により、スリーブの性能向上が伴わず、
その寿命は徐々に低下傾向を示しているのが現状であ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ダイカスト法の作業
は、１ショット毎に６５０〜７５０℃の高温度のアルミ
の溶湯をスリーブ内へ、内容積の５０％程度注入して、
プランジャーを作動させ、衝撃的な８００〜１，０００
kgf／cm² もの高圧力と、ゲートスピード４０ｍ／sec
程度もの高速度の条件で鋳造が繰り返される。なお、
１，０００ｔクラスの装置で１サイクルが４０〜８０秒
程度とされている。

【０００７】前記溶湯の注入による加熱とプランジャー
による押圧による鋳造操作により、スリーブは機械的、
熱的応力と、プランジャーとの摩擦によって変形、疲
労、摩耗、等のダメージを受ける。このダメージはプラ
ンジャーとの間の必要とする間隙に影響を与え、プラン
ジャーのスムースな作動を阻害してプランジャーに加え
た圧力の大部分は、本来は溶湯へ加わるべきものが、プ
ランジャーを動かすことに多くを消費され、結果として
射出圧が低下し、良い製品が出来なくなるという問題が
あった。

【０００８】また、スリーブを横向きに置いた一般的な
横鋳込み方式のスリーブの場合、注入されたアルミの溶
湯はスリーブ内の下半分に溜まるので、この溶湯と接す
る下半分と、溶湯と接触しない上半分とでは、温度差が
大きくなる。この温度差はスリーブの円周方向に熱膨張
量の差を発生し、これによってスリーブがバナナ状に上
方に湾曲する。この湾曲の程度によってはスリーブとプ
ランジャーとの間の間隙が全くなくなる部分が発生し、
そのためにプランジャーが全く作動できず、鋳造作業は
不可能となるという問題がある。

【０００９】さらに高温度のアルミ溶湯は、鋼と化学
的、冶金的な合金化の反応と、物理的な作用により、鋼
との接触面を著しく侵蝕する。特に給湯口直下は注入の
際の落差の影響もあって、短期間に大きなクレーターを
発生する。勿論、この様な状態になれば、スリーブを使
用することは不可能である。前記スリーブの曲がりと溶
湯が注入される部分の侵食の問題を解消する手段として
現状では、スリーブの長手方向に水冷用のジャケットを
設けて冷水を供給し、スリーブの円周方向の熱的不均衡
を緩和し、歪量を少なくする対策を施して使用してい
る。

【００１０】しかしこの冷却方法の問題点は、アルミの
溶湯が低温度のスリーブに接触してこのスリーブの温度
が低下し、僅か数秒でスリーブ内の一部のアルミ合金が
凝固していわば、「シャーべット状」の初晶を形成す
る。このような状態の溶湯は、当然のことながら流動性
が悪く、キャビティ内への注入作業が困難となる。も
し、これを無理に鋳込んで出来た製品は、初晶が「破断
チル層」として組織内部に存在し、強度や気密性が低下
し、また加工時に製品の欠け等の多くの問題をひき起こ
すことになる。

【００１１】その対策として溶湯の温度を上げる方法が
あるが、この温度を上げれば、益々侵蝕や歪による弊害
が多く発生するようになり、この悪循環が大きな問題と
なっている。前記のように１本物の筒状のプランジャー
スリーブにおいては、金型に近い側がほぼ均一な厚さの
円筒状で、給湯口を開口している側がこの給湯口の部分
の肉がない異形であるので、これを製造する際の熱処理
によって給湯口を設けてある側が変形し、更に溶湯をプ
ランジャースリーブに注入する際に温度差からバナナ状
に曲がるという問題があることから、プランジャーの内
径部にプランジャーチップが噛み付かないようにかなり
の大きさの間隙を必要とする。

【００１２】プランジャー内には潤滑油を供給する必要
があるが、この潤滑油は溶湯を供給するとガス状となっ
てプランジャースリーブ内に充満し、プランジャーチッ
プで溶湯を押圧するとこの溶湯と共に潤滑油のガスがキ
ャビティ内に流入してこれが溶湯内に混入して鋳造品内
に巣等の欠点を発生して製品を劣化させるという問題が
ある。

【００１３】本発明は、前記従来技術のスリーブの大き
な問題となっている水冷ジャケットによる冷却を施すこ
となく、スリーブのバナナ状の湾曲を調整して、鋳造状
態で直線状を維持して適切な鋳造作業を可能とし、良好
な鋳造品を製造でき、更に耐久性のあるダイカスト鋳造
用スリーブを提供することを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明のダイカスト用プランジャースリーブは次によ
うに構成されている。 １）筒体の中心にプランジャー穴を貫通して開口すると
共に、一方の端面近傍の側面に前記プランジャー穴に通
じる給湯口を開口したプランジャースリーブにおいて、
前記筒体を本体部分と給湯口を開口した給湯筒に二分し
て形成し、両者を連結具によって着脱自在に連結すると
共に、前記本体部分の一端面に、固 着された給湯筒は、
常温に於いては前記本体部分の軸芯に対して直線状では
な く、給湯口が上向きの状態で、給湯筒の軸芯が前記本
体部分のい軸芯に対して 僅かに下向きに湾曲するように
固着して構成している。

【００１５】２）筒体の中心にプランジャー穴を貫通し
て開口すると共に、一方の端面近傍の側面に前記プラン
ジャー穴に通じる給湯口を開口したプランジャースリー
ブにおいて、前記筒体を本体部分と給湯口を開口した給
湯筒に二分して形成し、両者を連結具によって着脱自在
に連結すると共に、前記本体部分を内筒部分と外筒部分
とからなる二重構造に形成し、前記給湯筒と内筒部分と
の接合部分に内 径角部全周に、僅かな丸みと、テーパー
を形成して接合部分を拡開状に構成し ている。

【００１６】３）筒体の中心にプランジャー穴を貫通し
て開口すると共に、一方の端面近傍の 側面に前記プラン
ジャー穴に通じる給湯口を開口したプランジャースリー
ブに おいて、前記筒体を本体部分と給湯口を開口した給
湯筒に二分して形成し、両 者を連結具によって着脱自在
に連結すると共に、前記本体部分を内筒部分と外 筒部分
とからなる二重構造に形成し、内筒部分の端部を延長し
て給湯筒に嵌合 させて軸芯のズレを防止するように構成
している。

【００１７】４）前記本体部分の軸芯に対して給湯筒の
軸芯を折れ角状であって、その角度を 変更可能に構成し
ている。

【００１８】５）前記給湯筒と本体部分の連結部に、接
触面に勾配を有する半割りカップリン グを介在させて締
結するように構成している。本発明を実施する際には次
の点を考慮しておこなう。 Ａ）前記外筒部分は、強度を重視し変形と内圧に耐える
ため、ＪＩＳ，ＳＣＭ４４０，ＳＮＣＭ４３９，ＳＫＴ
−４，ＳＫＤ−６１、等の素材を使用して、高強度と靱
性を持たせる熱処理を施したものを使用する。

【００１９】Ｂ）更に内筒部分は、熱間強度と耐摩耗性
を重視し、プランジャーとの摩擦による摩耗と、高温の
溶湯が繰り返し注入されておこる熱応力疲労、瞬間的な
射出圧による変形に耐えるため、ＳＫＤ−６１，又はそ
の改良鋼種からなる材料を選択し、焼入れ焼戻後に窒化
処理等の表面処理を施している。 Ｃ）また、給湯筒は、給湯口直下の溶損に対向するため
に、ＳＫＨ−５１，ＳＵＨ−６１６，又は焼結材等を使
用し、窒化処理、溶射処理、セラミックコーテング等を
施して使用する。

【００２０】前記のごとく最適の特性を持たせた各部分
は、外筒部分の内面に内筒部分を圧入等の方法によっ
て、締り嵌めの状態で結合して二重筒構造の本体部分を
形成し、これの一端面に給湯筒をボルト等で固定してプ
ランジャースリーブを構成している。 Ｄ）このプランジャースリーブは、給湯口を上向きとし
た場合、常温に於いては、二重筒構造の本体部分の軸芯
真直ではなく、僅かに下向きに曲がるように給油筒を固
着する。

【００２１】この給油筒の軸芯を本体部分の軸芯に対し
て、常温時に下向きに曲げて組立てる量は、１，0 ００
ｔクラスの鋳造設備の場合、概略、長さ１００ｍｍ当
り、０．０２〜１．０ｍｍの範囲で選定する。しかし、
その量は、使用条件に対応して、接合部に使用するパッ
キングやライナーの形状と材質を変化させて使用状態で
プランジャースリーブの軸芯がほぼ真直となるように調
整して、その内部に嵌入されるプランジャーがスムース
に移動できるようにする。

【００２２】Ｅ）前記のように構成した本発明のスリー
ブを使用すれば、本体部分が外筒部分の内筒部分からな
る二重筒構造となっているため、嵌合面の断熱効果によ
り使用時の内筒部分の温度のアンバランスが、そのまま
外筒部分へ持ち込まれ難く、本体部分の全体的な熱変形
が緩和されることになる。又、使用時における内筒部分
の平均温度は、外筒部分のそれよりも高く、焼き嵌めと
同じ効果により、この内筒部分は外筒部分により強く締
めつけられて、変形が防止される。

【００２３】本発明に係るプランジャースリーブは、前
記の作用により、変形が押さえられるのと同時に、使用
開始後の熱分布が安定状態に達したとき、スリーブの軸
芯、即ち内径がほぼ真直となるので、プランジャーをス
ムースに移動させることができるから、適正な射出圧を
溶湯に加えることが可能となる。さらに、本発明に係る
プランジャースリーブは、水冷ジャケットを使用しない
ので、溶湯温度の低下速度が遅くなり、前記の「破断チ
ル層」を防止できるので表面肌が綺麗で、内部欠陥の少
ない、ダイカスト製品を効率よく製造することができ
る。

【００２４】また、使用実績は、当然、内筒部分が外筒
部分よりダメージを多く受け短ライフであるからこの内
筒部分のみの交換リフォームが可能となり、コスト的に
有利である。更に、給湯筒についても同様であるが、特
に給湯筒はスリーブ本体がプラテンに固着されたままの
状態で交換が出来るので、設備の稼動ロスを大幅に短縮
出来る。

【００２５】

【発明の実施の形態】次に図面を参照して本発明に係る
実施の形態を説明する。まず始めに、ダイカスト鋳造装
置の概要を説明する。図８は横鋳込み方式のダイカスト
鋳造装置１を示しており、ベッド２の上に設けたプラテ
ン３で円筒状のスリーブ４を支持し、このプラテン３の
前部に固定型５ａを、そしてこの固定型５ａの前部に可
動型５ｂをプラテン６に支持させ、更に前記スリーブ４
の後部にシリンダー装置７で駆動するプランジャーロッ
ド８を設けており、このプランジャーロット８の先端に
プランジャーチップ８ａを設けてこれをプランジャー穴
内を摺動させて溶湯を射出するように構成されている。

【００２６】図７は、本発明に係るスリーブ４の近傍の
詳細を示すもので、プラテン３に外筒部分４ａと内筒部
分４ｂからなる本体部分４Ａと、この本体部分４Ａの一
端に接合された給湯筒４ｃ等で構成されたスリーブ４が
支持されている。そしてこのスリーブ４の前部に固定型
５ａに嵌合したブッシュ９を接続し、さらにその先部の
分流子１０を経由して固定型５ａと可動型５ｂとの間に
形成したキャビテイ１２に溶湯を注入するように構成さ
れている。

【００２７】そして図示しない溶解炉で溶融されたアル
ミ合金は、スリーブ４に近い位置に設けられた保温炉に
移して一旦プールされ、ラドルの自動操作により所定の
量を給湯筒４ｃの給湯口４ｄからスリーブ４内に供給
し、次いで前記シリンダー装置７を駆動してブランジャ
ー８の先端のプランジャーチップ８ａでスリーブ４内に
供給された溶湯を加圧して注入するものである。

【００２８】図５と図６とは、外筒部４ａに内筒部４ｂ
を圧入固定したスリーブ本体部分４Ａと、給湯筒４ｃを
固定した構造の例を示しており、この固定には専用の半
割カップリング４ｆを使用している。この固定構造にお
いては、外筒部４ａと給湯筒４ｃの結合する部分に溝４
ｈ，４ｉをぞれぞれ設ける。そして前記溝４ｈ，４ｉに
嵌合する係合部を形成したカップリング４ｆを二つ割に
して、前記溝４ｈ，４ｉに係合部を嵌合した状態で止め
ネジ４ｊにて固着している。

【００２９】次にスリーブ４の構造の詳細を説明する。
図１はスリーブ４の横断面図、図２は同左側面、図３は
同右側面図、そして図４はは接合部分４ｇの詳細図であ
る。本発明に係るスリーブ４は、外筒部分４ａと内筒部
分４ｂと給油筒４ｃの三つの部分より構成されるが、全
体的には円筒状でその中央にプランジャー穴４ｋがその
長手方向に貫通し開口されている。そして外筒部４ａの
一方の先端部は固定用のフランジ４ｍが円周方向に鍔状
に形成され、他端側に設けてあるの給湯筒４ｃの上面に
は給湯口４ｄが開口されている。

【００３０】先ず二重筒からなる本体部分４Ａの分割部
分を構成して外筒部４ａは、他の分割部分の内筒部４ｂ
を内径に保持するホルダーの役目を分担するので、高強
度と靱性を持たせたものである。そして材質的には、こ
れらの特性を具備する特殊鋼である、クローム，モリブ
デン等を含有する強靱鋼や主に熱間で使用されるクロー
ム，モリブデン系の工具鋼等を使用して製作する。そし
て最適な焼入れと焼戻を施して後、機械加工、研磨加工
等によって正確に仕上げる。

【００３１】内筒部４ｂは、内面が直接溶湯と接し、高
温、高圧の条件下で、高速度のプランジャーチップとの
摺動を繰り返す部分であり、その特性は熱間強度と靱性
及び耐摩耗性を兼ね備えた性質が必要である。この部材
の使用材料は、前記クローム，モリブデン系の熱間用工
具鋼を選択して、とくに入念な熱処理（焼入、焼戻）と
表面処理（窒化処理）を施して完成する。この内筒部４
ｂの肉厚の基準は、外筒部４ａの条件にもよるが最低１
０ｍｍは必要である。

【００３２】給湯筒４ｃは、高温度の溶湯が注入される
給湯口直下の溶損が激しい部材である。従って、この部
材にはモリブデン系の高速度鋼やマルテンサイト系の耐
熱鋼などで、なるべくアルミと反応し易い元素である、
ニッケルやコバルトを含まない材質を選び、適切な熱処
理と表面処理を施して、耐溶損性を改善したものを使用
する。

【００３３】図１に示した実施の形態においては、内筒
部分４ｂと外筒部分４ａの一方の端部に段差部分を形成
し、この段差部分に給湯筒４ｃの一方の端部に形成した
段差部分４ｎを嵌合し、更に外筒部４ａと給湯筒４ｃの
端面にパッキング４ｐを配置した状態で給湯筒４ｃを貫
通し、外筒部４ａに到るボルト４ｑを使用して本体部分
４Ａに対して給湯筒４ｃを着脱可能に固定している。

【００３４】図４は、接合部分４ｇの詳細を示す断面図
であり、内筒部分４ｂと給湯筒４ｃの結合する部分の内
径角部にテーパー（Ｔ／Ｌ＝０．１／５〜１０ｍｍ）
と、アール（Ｒ＝０．２〜１．０ｍｍ）を形成してい
る。内筒部分４ｂと給湯筒４ｃの接合部分には折れ角が
形成される可能性があるが、前記のように穴の内周面の
端部を形成することによって内筒部分４ｂと給湯筒４ｃ
の軸芯のズレを防止し、プランジャーロッド８の移動を
阻害することがないようにしている。

【００３５】また、締結手段として半割カップリングを
使用することにより、溝と接する部分に勾配を付けるこ
とにより、スリ割の隙間をなくす程度にセットボルトで
締めつけると、半割カップリングは楕円形となり、スリ
割部付近は緩く、直角方向は強く締めつけられるので、
半割カップリングを左右から嵌めて使用すれば、給湯筒
は上下方向が緩い結合となり、バナナ曲がりは、自動的
に修正される効果がある。

【００３６】

【発明の効果】

１）請求項１の発明により、次の効果を奏することがで
きる。 ａ）プランジャースリーブを、本体部分と給湯筒に分割
し、これらを連結するようにしているので、本体部分は
全長にわたってほぼ同一の肉厚を持っている。従って機
械加工をした上に焼き入れをした場合の歪みを最少にす
ることができる。

【００３７】一方、給湯筒は片面に給湯口が開口されて
いる関係でその部分と他の部分の断面形状が異なること
から焼き入れに伴って歪みが発生する。しかし、この歪
みはこの給湯筒部分に限定される上に、本体部分より遙
かに短小であることから、後の機械加工によって歪み部
分を簡単に修正することができる。 ｂ）プランジャースリーブの本体部分と給湯筒とを別体
としていることからプランジャースリーブの全長にわた
る内径の歪みが少なく、プランジャーチップとの間隙を
小さくすることができる上に潤滑油の供給量も少なくて
良く、潤滑油による鋳造品の品質の劣化を防止すること
ができる。 ｃ）部分的な消耗に対し、スペヤーの交換で対応でき、
全体を廃却しなくてもよいので、経済的効果が大きい。 ｄ）ダイカスト用スリーブは、加工時に小型の生産設備
で製作出来るので、イニシャルコストの低減が可能であ
り、特に給湯筒４ｃの加工が容易である。 ｅ）給湯筒４ｃの交換は、金型を取り外すことなく出来
るので、設備の可動ロスが少なくなる。

【００３８】ｆ）また、本体部分４Ａの軸芯に対して給
湯筒４ｃの軸芯を下向きにある範囲 で変更することがで
きるので、給湯の際のプランジャスリーブのバナナ曲が
り対策ができ、水冷不用となり、結果として「破断チル
層」が減少し、品質 をアップすることができる。 ｇ）そして給湯時にプランジャースリーブのバナナ曲が
りがないためにプラン ジャーチップの作動がスムースに
なり、作業効率がアップし、スリーブとチ ップの消耗量
が減少し、更に潤滑剤の使用量が減少するので、ガスの
巻き込 みも減少する。 ２）請求項２の発明により、次の効果を奏することがで
きる。 ａ）本体部分４Ａは二重構造の筒体で構成されているこ
とから、歪みの少ない材料や耐摩耗性、耐熱性のある金
属材料を適宜選択的に使用することができる。 ｂ）長尺品の材取は端材のロスが多いが、本発明のよう
に複合型のスリーブを構成することによって素材取りの
際の残材料ロスを低減することができる。ｃ）その上、本体部分４Ａと給湯筒４ｃの接合部分にテ
ーパーとアールを付け ることにより、両筒間に少し芯ズ
レがあっても、プランジャーが支障なく摺 動が可能とな
り、カジリ付きを防止し、チップの消耗量を減少して鋳
造装置 の耐久性を向上する。

【００３９】３）請求項３の発明により、本体部分４Ａ
と給湯筒４ｃとの軸芯を効果的に合わせることができ、
プランジャースリーブの耐久性を向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示すダイカスト用複合型
プランジャスリーブの横断面図である。

【図２】図１の左側面図である。

【図３】図１の右側面図である。

【図４】本体部分と給湯筒との連結部分の拡大図であ
る。

【図５】本体部分と給湯筒との連結部分の拡大断面図で
ある。

【図６】図５のカップリングの一部を示す正面図であ
る。

【図７】ダイカスト鋳造装置の要部を示す断面図であ
る。

【図８】ダイカスト鋳造装置の一部を断面して示す側面
図である。

【符号の説明】

１ ダイカスト鋳造装置 ２ ベッド ３ プラテ
ン ４ スリーブ ４Ａ 本体部分 ４ａ 外筒部分
４ｂ 内筒部分 ４ｃ 給湯筒 ４ｄ 給湯口 ４ｆ カップリング ４ｈ，４ｉ 溝 ４ｊ 止めネジ ４ｋ プランジ
ャー穴 ４ｍ フランジ ４ｎ 段差部分 ４ｐ パッキン
グ ４ｑ ボルト

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒体の中心にプランジャー穴を貫通して
   開口すると共に、一方の端面近傍の側面に前記プランジ
   ャー穴に通じる給湯口を開口したプランジャースリーブ
   において、前記筒体を本体部分と給湯口を開口した給湯
   筒に二分して形成し、両者を連結具によって着脱自在に
   連結すると共に、前記本体部分 の一端面に、固着された
   給湯筒は、常温に於いては前記本体部分の軸芯に対し て
   直線状ではなく、給湯口が上向きの状態で、給湯筒の軸
   芯が前記本体部分の い軸芯に対して僅かに下向きに湾曲
   するように固着してなるダイカスト用プラ ンジャースリ
   ーブ。
2. 【請求項２】 筒体の中心にプランジャー穴を貫通して
   開口すると共に、一方の端面近傍の側面に前記プランジ
   ャー穴に通じる給湯口を開口したプランジャースリーブ
   において、前記筒体を本体部分と給湯口を開口した給湯
   筒に二分して形成し、両者を連結具によって着脱自在に
   連結すると共に、前記本体部分を内筒部分と外筒部分と
   からなる二重構造に形成し、前記給湯筒と内筒部分と の
   接合部分に内径角部全周に、僅かな丸みと、テーパーを
   形成して接合部分を 拡開状としたダイカスト用プランジ
   ャースリーブ。
3. 【請求項３】 筒体の中心にプランジャー穴を貫通して
   開口すると共に、一 方の端面近傍の側面に前記プランジ
   ャー穴に通じる給湯口を開口したプランジ ャースリーブ
   において、前記筒体を本体部分と給湯口を開口した給湯
   筒に二分 して形成し、両者を連結具によって着脱自在に
   連結すると共に、前記本体部分 を内筒部分と外筒部分と
   からなる二重構造に形成し、内筒部分の端部を延長し て
   給湯筒に嵌合させて軸芯のズレを防止するようにした請
   求項２記載のダイカ スト用プランジャースリーブ。
4. 【請求項４】 前記本体部分の軸芯に対して給湯筒の軸
   芯を折れ角状であっ て、その角度を変更可能に構成した
   請求項１記載のダイカスト用プランジャー スリーブ。
5. 【請求項５】 前記給湯筒と本体部分の連結部に、接触
   面に勾配を有する半 割りカップリングを介在させた請求
   項１記載のダイカスト用プランジャースリ ーブ。