JP4753099B2 - ホットチャンバーダイカストマシン - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、亜鉛合金などの金属を鋳造するホットチャンバーダイカストマシンに関し、特に溶融金属材料を鋳造金型に良好に充填させる技術に関する。

アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、亜鉛合金などの金属を使ってダイカスト鋳造する技術のひとつとして、ホットチャンバーダイカストマシンが知られている。
このホットチャンバーダイカストマシンは、従来、例えば図４に示した構成とされる。
図４は、ホットチャンバーダイカストマシンの断面を示した図である。図４において、１０は溶湯槽を示し、溶湯槽１０内には、例えば７００℃程度に加熱された溶融金属材料が満たされている。加熱する機構については省略してある。溶融金属材料としては、アルミニウムやアルミニウム合金などが使用される。以下の説明では、溶湯槽１０内に満たされた溶融金属材料は、溶湯１１と称する。

溶湯槽１０内には、シリンダブロック３０が配置してある。このシリンダブロック３０は、シリンダ保持部材２３で周囲を保持させてあり、シリンダ保持部材２３が、接続部材２２を介してマシン側支柱２１と接続させてある。
シリンダブロック３０内には、円筒形状の空間であるシリンダ３１が形成させてあり、そのシリンダ３１内に挿入されたプランジャ４０が上下に摺動する構成としてある。プランジャ４０は、上端４２が図示しないマシン側に接続してあり、マシン側の駆動機構による駆動で、シリンダ３１内を上下に往復移動する。図４に示した状態は、プランジャ４０の下端４１が、最も上側の上死点である状態を示している。

シリンダ３１の内部は、溶湯供給孔１２を介して溶湯槽１０と道通状態としてある。従って、シリンダ３１の内部にも溶湯１３が充填された状態となっている。
シリンダ３１の内部の下端には、比較的細い管状のグーズネック３２の一端が接続してあり、そのグーズネック３２の他端に、ノズル５０が接続してある。溶湯槽１０の外部のノズル５０には、ヒータ５１が取り付けてあり、ノズル５０の内部の溶湯が高温に保たれる構成としてある。

ノズル５０は、先端５２を溶湯槽１０の外部に引き出す構成としてあり、そのノズル５０の先端５２は、溶湯槽１０内の溶湯上面１１ａよりも上側となる配置としてある。
ノズル５０の先端５２には、鋳造用金型を構成する固定型６１及び可動型６２を接続する。

このように固定型６１と可動型６２を接続した状態で、図５に示すように、プランジャ４０をシリンダ３１内で下死点まで移動させることで、シリンダ３１内の溶湯１３が、グーズネック３２及びノズル５０を介して固定型６１と可動型６２の間の空間に押し出され、固定型６１と可動型６２の間に溶融金属材料が圧入される。即ち、図５の例では、固定型６１側の空間６１ａと、可動型６２側の空間６２ａとに、金属材料１５が圧入された状態を示してある。
なお、本明細書でプランジャの下死点と述べた場合には、溶湯を金型側に押し出す際にプランジャが最も下側になる位置を意味し、プランジャが機構的に移動できる最も下側の位置よりも上側である場合がある。即ち、プランジャ４０を下降させて溶湯を金型側に押し出して、金型内に金属材料１５が完全に圧入されて、それ以上プランジャが降りることができなくなった位置を、本明細書では下死点と称する。

溶融金属材料の充填後は、図６に示すように、固定型６１と可動型６２を装置から外し、溶融金属の温度を低下させて固化させて、固定型６１と可動型６２とから外し、ダイカスト鋳造部品を得る。

その後、図６に示すようにプランジャ４０を上死点まで移動させることで、次の型への充填の準備が行われる。このようにプランジャ４０の上下の移動で、金型への溶融金属材料の充填が行える。

特許文献１及び２には、ホットチャンバーダイカストマシンの例についての記載がある。
特開平１０−１２８５１７号公報 特開平１０−２９６４２０号公報

ところで、このような構成のホットチャンバーダイカストマシンで、ダイカスト鋳造を行う際には、シリンダ３１の内部に空気が混入し易いという問題がある。即ち、図５に示したプランジャ４０が下死点に下降した状態から、図６に示したプランジャ４０が上死点に上昇した状態に戻したとき、ノズル５０の先端から、グーズネック３２を介してシリンダ３１の内部に空気が混入してしまう可能性があるという問題がある。

即ち、プランジャ４０が下死点から上死点まで戻る際の詳細について説明すると、図６に示すように、ノズル５０の先端部５２を金型６１，６２から離すことで、その先端部５２にはノズルキャップと称される金属材料の凝固物が形成され、そのノズルキャップでノズル５０の先端部５２が蓋をされた状態となる。しかしながら、鋳造条件によってはノズルキャップが形成されないことや、プランジャ４０が下死点から上死点まで戻る際のシリンダ３１内の負圧により、そのノズルキャップが破られてしまう。また、高品質製品を生産する場合には、製品強度を低下させる金属凝固物のノズルキャップが製品内への混入を防ぐため、形成を抑える場合がある。以上のことからノズル５０の先端から入った空気がシリンダ３１側にまで達し、図６に示したようにシリンダ３１内に空気溜まりＡが生じてしまう。シリンダ３１内の空気溜まりＡは、プランジャ４０の下端４１と接する位置となる。さらに、ノズル５０側についても、シリンダ３１内の空気溜まりＡの位置に対応して、先端側から空気溜まりＡが生じる。
この空気溜まりＡの空気は、シリンダ３１から溶湯槽１０側に排出できれば問題ないが、実際には溶湯１１とシリンダ内の溶湯１３の圧力が釣り合うために、シリンダ３１から完全に排出させるのは困難である。

図６に示した状態で、シリンダ３１の内部に空気が溜まっていると、シリンダ３１の移動で金型への溶融金属材料の圧入を行う際に、そのシリンダ３１の内部の空気が金型に圧入される可能性があり、ダイカスト鋳造部品の精度上、好ましくない。
即ち、ノズル５０内の空気については、金型への圧入時に、溶融金属材料よりも先に金型内に到達し、金型がもつ空気排出機構（図示せず）により金型から外部に排出されるが、シリンダ３１内の空気については、溶融金属材料よりも遅れて金型へ圧入されるため、溶融金属材料に混入した状態で金属が凝固する可能性が高く、ダイカスト鋳造部品の品質を低下させてしまう。
また、シリンダ３１内に空気が入ってしまうと、その空気と触れた溶融金属材料が酸化して、その点からもダイカスト鋳造部品の品質を低下させてしまうと共に、酸化した金属材料がプランジャ４０やシリンダ３１の内壁に付着して、プランジャ４０を摩耗させてしまう可能性もある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ダイカスト鋳造部品をホットチャンバーダイカストマシンで鋳造する際に、シリンダに空気が入ることを阻止することを目的とする。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明のホットチャンバーダイカストマシンは、溶融金属材料である溶湯が入れられる溶湯槽と、この溶湯槽内に配置され、溶湯槽から溶湯が供給可能に配置されたシリンダと、シリンダ内に摺動自在に配置されたプランジャと、プランジャの摺動によりシリンダ内の溶湯をノズルに導く溶湯供給路とを備える。
本発明のホットチャンバーダイカストマシンでは、溶湯供給路を溶湯槽の溶湯上面より下側に配置し、ノズルを溶湯供給路に接続された箇所から傾斜させて配置し、溶湯上面となったノズルの先端部を鋳造用金型に接続している。そして、プランジャの摺動によりノズルから流動した溶湯を鋳造用金型内に充填させると共に、溶湯供給路の容積を、鋳造用金型内に溶湯を充填させるためにプランジャを摺動させたときのシリンダ内の容積変化量より大きくするようにしている。

本発明によると、ノズルとシリンダ内を接続する溶湯供給路の容積を、プランジャの移動によるシリンダの容積変化量よりも多くしたことで、プランジャを下死点から上死点に移動させたとき、ノズル側から空気が入ったとしても、そのノズル側から入った空気は、容積の大きな溶湯供給路内に保たれ、シリンダ内には入らない。従って、その後にシリンダを上死点から下死点まで下げて、溶融金属材料を金型内に圧入したとしても、シリンダ内の空気による品質の劣化を防ぐことができ、品質の高いダイカスト鋳造部品が得られるようになる。

以下、本発明の第１の実施の形態を、図１を参照して説明する。この図１において、背景技術として説明した図４〜図６に対応する部分には同一符号を付す。
図１は、本実施の形態のホットチャンバーダイカストマシンの構成を断面で示した図である。本実施の形態のホットチャンバーダイカストマシンでダイカスト鋳造する際に適用される金属材料しては、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、亜鉛合金など、従来からダイカスト鋳造に使用されている各種金属材料が適用可能である。
図１に示したホットチャンバーダイカストマシンの基本的な構成は、図４及び図５に示したものと同一である。図４などの説明と重複するが、再度構成について説明すると、例えば７００℃程度に加熱された溶融金属材料（溶湯１０）が満たされた溶湯槽１０内には、シリンダブロック３０が配置してある。シリンダブロック３０は、シリンダ保持部材２３で周囲を保持させてあり、シリンダ保持部材２３が、接続部材２２を介してマシン側支柱２１と接続させてある。
シリンダブロック３０内には、円筒形状の空間であるシリンダ３１が形成させてあり、そのシリンダ３１内に挿入されたプランジャ４０が上下に摺動する構成としてある。シリンダブロック３０とプランジャ４０は、例えばセラミックで形成させる。プランジャ４０は、上端４２が図示しないマシン側に接続してあり、マシン側の駆動機構による駆動で、シリンダ３１内を上下に往復移動する。図１に示した状態は、プランジャ４０の下端４１が、最も上側の上死点となった状態を示している。

シリンダ３１の内部は、溶湯供給孔１２を介して溶湯槽１０と道通状態としてあり、シリンダ３１の内部にも溶湯１３が充填された状態となっている。
シリンダ３１の内部の下端には、溶湯供給路であるグーズネック３２の一端が接続してあり、そのグーズネック３２の他端に、ノズル５０が接続してある。溶湯槽１０の外部のノズル５０には、ヒータ５１が取り付けてあり、ノズル５０の内部の溶湯が高温に保たれる構成としてある。ノズル５０は、先端５２を溶湯槽１０の外部に引き出す構成としてあり、そのノズル５０の先端５２は、溶湯槽１０内の溶湯上面１１ａよりも上側に配置してある。
ここまでは、図４などで説明した構成と同じである。

そして本実施の形態においては、グーズネック３２の途中に、所定の容積の溶湯溜部３３を設ける構成としてある。図１の例では、シリンダ３１の下端をグーズネック３２の一端を接続してある。そのシリンダ３１の下端から伸びて立ち上がったグーズネック３２の途中に、グーズネック３２を構成する管の太さを太くする等して容積を増やした溶湯溜部３３を設ける。その溶湯溜部３３の上端側を、ノズル５０と接続させる構成としてある。

溶湯溜部３３を含めたグーズネック３２の容積としては、プランジャ４０を摺動させたときのシリンダ３１内の容積変化量より大きくしてある。
即ち、図１にプランジャ４０を摺動させた際の上死点から下死点までの移動長さＬ１を示すと、その長さＬ１だけ移動させた際に変化するシリンダ３１内の容積をＶＳとする。また、溶湯溜部３３を含めたグーズネック３２の容積をＶＧとする。なお、図１のシリンダ３１内に示した破線４１Ｌは、プランジャ４０を下死点まで摺動させた際の、プランジャ４０の下端４１の位置を示している。
このとき、ＶＧ＞ＶＳの関係となるように、溶湯溜部３３の容積を決める。
なお、ここでは溶湯溜部３３を含めたグーズネック３２の容積ＶＧとして、ノズル５０内の容積は除いてあるが、ノズル５０内の溶湯が通過する管の容積を含めるようにしてもよい。また、ここでの下死点は、金型内に金属材料が完全に圧入されて、それ以上プランジャが降りることができなくなった位置である。

この図１に示す構成のホットチャンバーダイカストマシンでの鋳造動作について説明する。
まず、図１に示すように、プランジャ４０を上死点として、シリンダ３１内に溶湯１３を溜めた状態とし、固定型６１と可動型６２をノズル５０の先端に接続して、プランジャ４０を下死点まで摺動させる。この摺動により、シリンダ３１内の溶湯１３を、固定型６１側の空間６１ａと可動型６２側の空間６２ａとに圧入される。
この状態で、固定型６１と可動型６２をノズル５０から離し、プランジャ４０を上死点まで戻させる。
ここで本例においては、上述したように、溶湯溜部３３を含めたグーズネック３２の容積ＶＧを、シリンダ３１内の容積変化量ＶＳよりも多くしたので、ノズル５０の先端から空気がノズル５０内に空気が入ったとしても、その空気はグーズネック３２と溶湯溜部３３の内部に保たれ、シリンダ３１内に空気が入ることがない。
ノズル５０とグーズネック３２内に入った空気は、溶湯１０を金型に圧入させる際に、溶湯１０よりも先に金型内に送られるため、金型が持つ空気排出機構で、外部に排出され、ダイカスト鋳造部品内に空気が混入することがない。
従って、ダイカスト鋳造する際に、固定型６１と可動型６２で構成される金型内に空気が混入することがなく、品質の高いダイカスト鋳造が可能となる。
また、このようにシリンダ３１内に空気が入らないことで、シリンダ内で溶湯１１（溶融金属材料）と空気が触れることがなくなり、金属材料を酸化させることがなくなり、シリンダ３１の内壁やプランジャ４０に酸化金属が付着しなくなる。この酸化金属の生成がないことによっても、ダイカスト鋳造部品の品質を向上させることができると共に、酸化金属によるプランジャ４０の摩耗を阻止でき、プランジャの長寿命化を図ることができる。

次に、本発明の第２の実施の形態を、図２を参照して説明する。この図２及び図３においても、第１の実施の形態で説明した図１、及び背景技術として説明した図４〜図６に対応する部分には同一符号を付す。
図２は、本実施の形態のホットチャンバーダイカストマシンの構成を断面で示した図である。図２に示したホットチャンバーダイカストマシンの基本的な構成についても、図１、図４及び図５に示したものと同一であり、図１と同一構成の説明は省略する。
本実施の形態の場合には、グーズネックの容積を効率的に増やす構成としたものである。

即ち、図２に示すように、シリンダブロック３０内の中央にシリンダ３１を配置し、そのシリンダ３１の周囲に、環状溶湯溜部３４を配置する。シリンダ３１の下端と環状溶湯溜部３４とは、管状の接続部３５で接続する。
そして、環状溶湯溜部３４の上端からグーズネック３２を伸ばして、グーズネック３２の先端をノズル５０に接続する。

図３は、シリンダブロック３０内の各部の配置状況の概要を立体的に示した図である。
図３に示したように、シリンダ３１を囲むように、円形に環状溶湯溜部３４が配置してあり、その環状溶湯溜部３４の下端とシリンダ３１の下端とが、管状の接続部３５で接続してある。環状溶湯溜部３４と接続部３５は、グーズネックの一部と見なすことができる。
そして、環状溶湯溜部３４の上端から管状のグーズネック３２を伸ばしてあり、そのグーズネック３２の先端にノズル５０を接続してある。
なお、図３はシリンダブロック３０の内部構成の概要を示した図であり、シリンダブロック３０の外形形状（特に上面の形状）については図２とは一致していない。

このように構成した上で、グーズネック３２と環状溶湯溜部３４と接続部３５との容積（即ち広い意味でのグーズネックの容積）を、プランジャ４０を摺動させた際の上死点から下死点までの移動させたときのシリンダ容積変化量よりも多くする。ここでのグーズネックの容積は、ノズル５０内の溶湯が通過する管の容積を含めてもよい。

このように、環状溶湯溜部３４を設けて、グーズネックの容積を拡大させたことで、第１の実施の形態の場合と同様に、ノズル５０の先端から空気がノズル５０内に空気が入ったとしても、その空気はグーズネック３２と環状溶湯溜部３４の内部に保たれ、シリンダ３１内に空気が入ることがない。
従って、ダイカスト鋳造する際に、固定型６１と可動型６２で構成される金型内に空気が混入することがなく、品質の高いダイカスト鋳造が可能となる。さらに、シリンダ内での酸化金属の生成が阻止され、その点からも品質の向上が図れると共に、プランジャなどの摩耗防止が図れる。
図２及び図３に示した本実施の形態の場合には、シリンダ３１の周囲に円形に環状溶湯溜部３４を設ける構成としたので、シリンダブロック３０の形状を有効に活用して、効率よく環状溶湯溜部３４を設けることができる。

なお、上述した各実施の形態で図示した構成は、好適な一例を示したものであり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、図１の例や図２の例とは異なる構成としてもよい。例えば、溶湯供給路であるグーズネックやその途中に設けた溶湯溜部の形状を、その他の形状としてもよい。

本発明の第１の実施の形態による装置構成例を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態による装置構成例を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態によるシリンダブロックの概要を示す斜視図である。 従来のホットチャンバーダイカストマシンの例（プランジャ上昇時）を示す断面図である。 従来のホットチャンバーダイカストマシンの例（プランジャ下降時）を示す断面図である。 従来のホットチャンバーダイカストマシンでプランジャ上昇時に空気が混入した状態を示す断面図である。

符号の説明

１０…溶湯槽、１１…溶湯、１１ａ…溶湯上面、１２…溶湯供給孔、１３…シリンダ内溶湯、１４…グーズネック内溶湯、１５…金属材料、２１…マシン側支柱、２２…接続部材、２３…シリンダ保持部材、３０…シリンダブロック、３１…シリンダ、３２…グーズネック、３３…溶湯溜部、３４…環状溶湯溜部、３５…接続部、４０…プランジャ、４１…下端部、４２…マシン接続部、５０…ノズル、５１…ヒータ、５２…先端部、６１…固定型、６２…可動型

Claims (3)

1. 溶融金属材料である溶湯が入れられる溶湯槽と、
   前記溶湯槽内に配置され、前記溶湯槽から溶湯が供給可能に配置されたシリンダと、
   前記シリンダ内に摺動自在に配置されたプランジャと、
   前記プランジャの摺動により前記シリンダ内の溶湯をノズルに導く溶湯供給路とを備えたホットチャンバーダイカストマシンであって、
   前記溶湯供給路を前記溶湯槽の溶湯上面より下側に配置し、
   前記ノズルを前記溶湯供給路に接続された箇所から傾斜させて配置し、溶湯上面となった前記ノズルの先端部を鋳造用金型に接続して、前記プランジャの摺動によりノズルから流動した溶湯を前記鋳造用金型内に充填させると共に、
   前記溶湯供給路の容積を、前記鋳造用金型内に溶湯を充填させるために前記プランジャを摺動させたときのシリンダ内の容積変化量より大きくしたことを特徴とする
   ホットチャンバーダイカストマシン。
2. 前記ノズルの径よりも太い溶湯溜部を前記溶湯供給路に設けたことを特徴とする
   請求項１記載のホットチャンバーダイカストマシン。
3. 前記溶湯溜部は、前記シリンダの周囲に環状に配置したことを特徴とする
   請求項２記載のホットチャンバーダイカストマシン。

Images