JP4759759B2 - ダイカストマシン用スプールブッシュ - Google Patents

Description

本発明は、金型のキャビティ内にアルミニュウム等の金属溶湯を注入して鋳造品を成形するダイカストマシンに用いられるスプールブッシュに関するものである。

従来、金型のキャビティ内にアルミニュウム等の金属溶湯を注入して鋳造品を成形するダイカスト鋳造機に関する技術は周知となっている。また、このダイカスト鋳造機に備えられるスプールブッシュに関する技術は周知となっており、これについて開示する文献も存在する（例えば、特許文献１参照。）。

この特許文献１の図１に開示される構成のスプールブッシュでは、筒状のブッシュ本体の内周面にインサートライナーを嵌合させ、ブッシュ本体の内周面と、インサートライナーの外周面との間に冷却液体を流す冷却溝を形成し、Ｏリングにて封止させる構成としている。
また、特許文献１の図４に開示される構成のスプールブッシュでは、ブッシュ本体の外周面に冷却スリーブを外嵌させる構造としており、このような構成の場合、一般的に、冷却スリーブの端面とブッシュ本体の間には溶接が施されることとしている。
また、特許文献１の図２に開示される構成のスプールブッシュでは、ブッシュ本体の先端部付近にプランジャ穴を取り囲むように冷却通路を設けた構成としている。冷却通路は、複数のキリ穴を交差させて構成されるものであり、各キリ穴の片側開口部は、プラグにて閉じられるようにしている。
特開２００３−１０９５３号公報

以上のように、特許文献１においては、従来のスプールブッシュの形態について開示するものであるが、このような二重の筒構造の場合では、外筒と内筒の熱膨張率の違いにより、両筒の間に隙間が生じ、冷却液体の漏れや、溶接箇所の割れが発生する問題があった。また、このことから、寿命が短いことが問題視されており、長寿命化の要請がある。

この点、二重の筒構造とせずに、特許文献１の図２（ｂ）に示されるように一重の筒構造として、前記キリ穴による冷却通路の構成を採用することも考えられるが、この構成の場合、図６に示すごとく、キリ穴５１・５１・・・が交差する箇所において応力集中や応力腐食による割れが発生し、これに伴う冷却液体の漏れが懸念される。また、開口部５２・５２・・・を塞ぐプラグ５３・５３・・・においては、テーパーネジにシールテープを巻く等して冷却液体の圧漏れを防止することとしているが、熱により、シールテープが溶ける等によって損傷し、これに伴って、冷却液体の漏れが発生する問題がある。
また、前記キリ穴５１・５１・・・は直線状に形成されるため、断面視円形のプランジャ穴５４の内周面から各キリ穴５１・５１・・・までの距離は、内周面の位置によって異なることになり、内周面が均一に冷却されないことになる。また、前記キリ穴５１・５１・・・は直線状にせざるをえず、この点が冷却液路の設計上の制約となり、十分な冷却効果を得られないといった問題や、逆に、過剰に冷えすぎてしまい、破断チル層を内周面に形成してしまうという問題もあった。

そこで、本発明は、以上の問題点に鑑み、熱膨張等の影響による冷却液体の漏れがなく、冷却液路の設計の自由度の高い、新規なダイカストマシン用スプールブッシュを提案するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上のごとくであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、プランジャチップが摺動されるプランジャ穴が形成される、ダイカストマシン用スプールブッシュであって、筒状の複数のピースの端面同士を付け合わせて接合することにより、一連の前記プランジャ穴が形成されるものとし、前記端面の接合部には、冷却液体を流通させる冷却液路が構成され、前記冷却液路は、互いに付け合わされる前記端面のいずれか一方、又は、両方に、溝を形成し、前記端面が付け合わされた状態において、前記溝が閉じられた空間とされることで構成され、前記溝は、互いに付け合わされる前記端面にそれぞれ開口される第一の円周溝と、該第一の円周溝の底面に開口される第二の円周溝と、から構成されるとともに、前記端面が付け合わされた状態における前記第一の円周溝には、仕切り板が埋設され、前記仕切り板には、該仕切り板の両側に配置される前記第二の円周溝を連通させる連通部が形成され、前記第一の円周溝が前記仕切り板によって塞がれ、前記仕切り板を挟んで両側に配置される第二の円周溝が前記連通部を除いて互いに遮断されるものである。

請求項２においては、前記冷却液路は、円周状に構成されるものである。

請求項３においては、前記冷却液路の内、特定の部位の液路断面積が、他の部位の液路断面積よりも小さく構成されるものである。

請求項４においては、前記第二の円周溝の溝深さは、冷却範囲に応じた深さとするものである。

請求項５においては、前記各ピースには、前記第二の円周溝と前記ダイカストマシン用スプールブッシュの外部とを連通させるための連通穴が設けられており、前記連通穴より冷却液体を供給、又は、排出させることにより、前記冷却液路内にて冷却液体が流通される構成とし、前記連通部と、前記連通穴は、前記プランジャ穴の軸心を挟んで対向するように配置される構成とするものである。

請求項６においては、互いに付け合わせられる前記ピースの端面は、拡散結合にて結合されるものである。

以上の請求項１に記載の発明では、一重の筒構造によるダイカストマシン用スプールブッシュ（以下、単に、「スプールブッシュ」とする。）となるので、二重構造における熱膨張等の影響による冷却液体の漏れの不具合が生じることもない。そして、これにより、スプールブッシュの長寿命化を図ることができる。
また、前記端面の接合部に冷却液路を形成することとするので、接合前において冷却液路の加工が行えるようになり、冷却液路の設計の自由度を高いものとすることができる。
また、前記端面に溝加工を行い、各端面の接合後に冷却液路が構成されるものであるから、前記冷却液路の設計の自由度を広げることができる。
また、前記連通穴から冷却液路に流入された冷却液体は、該冷却液路を通って、連通部に到達し、該連通部から、仕切り板の反対側にある冷却液路へと流入され、該冷却液路を通って、連通穴から排出させるようにして、冷却液体を流通させることができる。

また、請求項２に記載の発明では、プランジャ穴の内周面から冷却液路までの距離を全体的に略均一とすることができ、プランジャ穴の内周面を略均一に冷却できるようになる。

また、請求項３に記載の発明では、特定の部位の冷却効果を低減させて破断チル層の発生を確実に抑制するなど、所望の冷却効果を得ることが可能となる。

また、請求項４に記載の発明では、冷却範囲に応じて溝深さが設定されるので、当該冷却範囲を確実に冷却することができる。

また、請求項５に記載の発明では、スプールブッシュを円周方向において、満遍なく冷却させることができる。

また、請求項６に記載の発明では、各ピースを互いに強く結合させることができ、前記冷却液路からの冷却液体の漏れといった不具合もない。また、仮に、各ピースを溶接にて接合させることとすると、熱変形により溶接部位の割れが発生し、冷却液体が漏れることになるが、この不具合も発生することがない。また、各ピースを同一部材により構成することによれば、各ピースの熱膨張率は同一となることから、各ピースが均一に変形することになるため、熱変形が生じた場合でも、各ピースの結合状態が確実に維持され、冷却液体の漏れが確実に防止される。

図１は本発明を適用する鋳造装置１の構成例について示すものであり、鋳造金型を構成する可動型２と固定型３を付け合わせた状態でキャビティ４が構成され、スリーブ５及びスプールブッシュ６内に供湯口５ａから溶湯が注がれ、該溶湯がプランジャチップ７にて前記キャビティ４内へと射出される構成としている。

図２（ａ）、及び図２（ｂ）は、本発明にかかるスプールブッシュ６の構成例について示すものであり、このスプールブッシュ６は、前記プランジャチップ７が摺動されるプランジャ穴６Ａが形成されて筒型に構成されるものであり、筒状の複数のピース６ａ・６ｂ・６ｃ（本実施例では三個のピース）のプランジャチップ７の摺動方向の端面１１ａ・１１ｂ・・・同士を付け合わせて接合することにより、一連の前記プランジャ穴６Ａが形成されるものとし、前記端面１１ａ・１１ｂ・・・の接合部には、冷却液体を流通させる冷却液路１２ａ・１２ｂ・・・が構成されるものとしている。

そして、以上の構成では、一重の筒構造によるスプールブッシュ６となるので、二重構造における熱膨張等の影響による冷却液体の漏れの不具合が生じることもない。そして、これにより、スプールブッシュ６の長寿命化を図ることができる。
また、前記端面１１ａ・１１ｂ・・・の接合部に冷却液路１２ａ・１２ｂ・・・を形成することとするので、接合前において冷却液路１２ａ・１２ｂ・・・の加工が行えるようになり、冷却液路１２ａ・１２ｂ・・・の設計の自由度を高いものとすることができる。

尚、本実施例では、合計三個の筒状のピース６ａ・６ｂ・６ｃを接合して、一体化させる構成としたが、ピースの数については、これに限定されるものではなく、二個、又は、四個、五個・・・としてもよい。また、ピースの数を増やすことによれば、各ピース間に冷却液路を構成することができ、多くの箇所に冷却液路を設けることが可能となる。

また、図３に示すごとく、前記冷却液路１２ａ・１２ｂ・・・は、互いに付け合わされる前記端面１１ａ・１１ｂ・・・のいずれか一方、又は、両方に、溝（第一の円周溝２１、第二の円周溝２２）を形成し、前記端面１１ａ・１１ｂ・・・が付け合わされた状態において、前記溝が閉じられた空間とされることで構成されるものとしている。

そして、以上の構成では、端面１１ａ・１１ｂ・・・に溝加工を行い、各端面１１ａ・１１ｂ・・・の接合後に冷却液路１２ａ・１２ｂ・・・が構成されるものであるから、前記冷却液路１２ａ・１２ｂ・・・の設計の自由度を広げることができる。つまり、接合前のピース６ａ・６ｂ・６ｃの端面１１ａ・１１ｂ・・・の溝加工は容易であるため、特殊な加工装置を用いることなく、一般的な加工装置を用いることによっても、所望の冷却液路１２ａ・１２ｂ・・・の形状を得ることができるのである。

例えば、図４に示すごとく、前記冷却液路１２ｃを円周状に構成することも可能であり、このように冷却液路１２ｃを円周状とすることによれば、プランジャ穴６Ａの内周面から冷却液路１２ｃまでの距離を全体的に略均一とすることができ、プランジャ穴６Ａの内周面を略均一に冷却できるようになる。

また、このように冷却液路１２ｃを円周状に構成することによれば、応力集中が発生する角部が構成されないため、応力集中に基づく割れの発生といった問題も生じない。そして、これにより、スプールブッシュ６の長寿命化を図ることができる。

また、このように冷却液路１２ｃを円周状に構成することによれば、従来の直線状のキリ穴を設けた場合の構成（図６参照）と比較して、スプールブッシュ６の肉厚を薄く構成することができるため（キリ穴を構成するための余分な肉厚が不要となるため）、スプールブッシュ６の外径を縮小することが可能となる。また、逆に、スプールブッシュ６の外径を同一に維持したまま内径を拡大した設計も可能となり、この点においても、設計の自由度が広いものとされる。

さらに、図４に示すごとく、冷却液路１２ｃの内、下側に配置される部位の断面積を小さく構成する、即ち、特定の部位の液路断面積が、他の部位の液路断面積よりも小さく構成されることとしてもよい。例えば、本実施例のように、下半分の範囲の液路断面積を上半分の範囲の液路断面積よりも小さくし、下半分の範囲での冷却効果を低減させることによれば、溶湯１０の破断チル層の発生を確実に抑制するといったことも可能となる。このように、冷却液路１２ｃの設計の自由度を向上させることにより、所望の冷却効果を得ることも可能となる。

また、図３に示すごとく、本実施例では、前記溝は、互いに付け合わされる前記端面１１ａ・１１ｂ・・・にそれぞれ開口される第一の円周溝２１・２１と、該第一の円周溝２１・２１の底面に開口される第二の円周溝２２・２２と、から構成されるとともに、前記端面１１ａ・１１ｂ・・・が付け合わされた状態において、前記第一の円周溝２１・２１には、仕切り板１４ａが埋設され、前記仕切り板１４ａには、図４に示すごとく、該仕切り板１４ａの両側に配置される前記第二の円周溝２２・２２を連通させる連通部１５ａ・１５ｂが形成される構成としている。

また、図３に示すごとく、前記仕切り板１４ａの板厚Ｌは、前記第一の円周溝２１・２１を重ね合わせて形成される溝の幅と略同一に構成され、前記端面１１ａ・１１ｂ・・・が付け合わされた状態においては、前記第一の円周溝２１・２１が前記仕切り板１４ａによって塞がれる構成とし、仕切り板１４ａを挟んで両側に配置される第二の円周溝２２・２２が、前記連通部１５ａ・１５ｂを除いて互いに遮断されるようになっている。

また、図２（ｂ）に示すごとく、前記各ピース６ａ・６ｂ・６ｃには、前記第二の円周溝２２・２２とスプールブッシュ６の外部とを連通させるための連通穴１３ａ・１３ｂ・・・が設けられており、前記連通穴１３ａ・１３ｂ・・・より冷却液体を供給、又は、排出させることにより、前記冷却液路１２ａ・１２ｂ・・・内にて冷却液体が流通される構成としている。

以上の構成によれば、図２（ａ）及び図４に示すごとく、図の下側にある連通穴１３ｃから冷却液体を流入させる場合では、図の下側から冷却液路１２ｃに流入された冷却液体は、該冷却液路１２ｃを通って、図の上側にある連通部１５ａ・１５ｂ（図４参照）に到達し、該連通部１５ａ・１５ｂから、仕切り板１４ａの反対側にある冷却液路１２ｄへと流入され、該冷却液路１２ｄを通って、図の下側にある連通穴１３ｄから排出させるようにして、冷却液体を流通させることができる。

また、図３に示すごとく、前記第二の円周溝の溝深さＷは、冷却範囲、即ち、冷却効果を得たい筒軸方向の範囲に応じた深さとする。これにより、当該冷却範囲を確実に冷却することができる。例えば、図３に示すごとく、先端側に配置されるピース６ａにおいて、第二の円周溝２２の溝深さＷを深く設計することによれば、ピース６ａの先端近くまで冷却を行うことが可能となる。また、その溝加工も容易であり、従来構成と比較して、より先端に近い範囲の冷却が可能となる。
尚、このように、スプールブッシュ６の先端側（溶湯の射出側）の冷却範囲を広げることができれば、溶湯射出後の冷却時間の短縮を図ることができ、鋳造サイクルタイムの短縮化を図ることができる。

また、図４に示すごとく、前記仕切り板１４ａは、環状に構成され、前記連通部１５ａ・１５ｂは、穴形状に構成されるものとし、前記連通部１５ａ・１５ｂは、図において上側に配置され、前記連通穴１３ａ・１３ｂ・・・は、図において下側に配置されることとし、前記連通部１５ａ・１５ｂと、前記連通穴１３ａ・１３ｂ・・・は、前記プランジャ穴６Ａの軸心６ｍを挟んで対向するように配置される構成としている。
尚、前記連通部１５ａ・１５ｂの穴の断面積は、連通穴１３ａ・１３ｂ・・・の穴断面積よりも大きく確保され、冷却液体の流通が円滑に行われるようにしている。

以上の構成によれば、スプールブッシュ６を円周方向において、満遍なく冷却させることができる。
仮に、連通穴１３ａ・１３ｂ・・・と、連通部１５ａ・１５ｂとを、近傍に配置してしまうと、連通穴１３ｃから流入した冷却液体は、すぐに連通穴１３ｄより排出されてしまうことになるが、上記のような連通穴１３ａ・１３ｂ・・・と連通部１５ａ・１５ｂの配置とすることにより、冷却液体が流れる経路が長く構成され、スプールブッシュ６を効率よく冷却できることとなる。

尚、図４のように、前記仕切り板１４ａを環状として、穴加工によって前記連通部１５ａ・１５ｂを構成するほか、前記仕切り板１４ａをＣ字状の反割ピースを対向させて構成することとし、両反割ピースの端面の間に隙間を形成することにより、前記連通部１５ａ・１５ｂが構成されることとしてもよい。また、図４では、上下方向において、連通穴１３ａ・１３ｂ・・・と連通部１５ａ・１５ｂが離れた位置に配置される構成としたが、この構成に限るものではなく、例えば、左右方向において連通穴１３ａ・１３ｂ・・・と連通部１５ａ・１５ｂが離れた位置に配置される構成としてもよい。

また、図５に示すごとく、互いに付け合わせられる前記ピース６ａ・６ｂ・６ｃの端面１１ａ・１１ｂ・・・は、拡散結合にて結合されるものとしている。
この拡散結合は、熱圧着法とも呼ばれるものであり、真空・高温環境下において、数時間、前記端面１１ａ・１１ｂ・・・に荷重をかけた状態を保持することにより、金属組織を拡散させ、端面１１ａ・１１ｂ・・・を結合させるものである。

例えば、図５に示す装置３０の構成においては、炉３１内に結合させるピース６ａ・６ｂ・６ｃを設置し、炉３１内を真空にした状態で、ヒーター３２・３２にて炉３１内を約１０００度に昇温させるとともに、最上位置にあるピース６ａに荷重３３をかけて数時間保持することとするものである。これにより、前記端面１１ａ・１１ｂ・・・が接合され、ピース６ａ・６ｂ・６ｃが一体化されて、一体構造のスプールブッシュ６が構成される。

そして、以上の拡散結合により各ピース６ａ・６ｂ・６ｃを結合させることによれば、各ピース６ａ・６ｂ・６ｃを互いに強く結合させることができ、前記冷却液路１２ａ・１２ｂ・・・からの冷却液体の漏れといった不具合もない。
また、仮に、各ピース６ａ・６ｂ・６ｃを溶接にて接合させることとすると、熱変形により溶接部位の割れが発生し、冷却液体が漏れることになるが、この不具合も発生することがない。

また、各ピース６ａ・６ｂ・６ｃを同一部材により構成することによれば、各ピース６ａ・６ｂ・６ｃの熱膨張率は同一となることから、各ピース６ａ・６ｂ・６ｃが均一に変形することになるため、熱変形が生じた場合でも、各ピース６ａ・６ｂ・６ｃの結合状態が確実に維持され、冷却液体の漏れが確実に防止される。

本発明にかかるスプールブッシュを備えた鋳造装置について示す図。 （ａ）は、本発明にかかるスプールブッシュの構成について示す図。（ｂ）は、ピースの接合前のピース、仕切り板について示す図。 冷却液路を形成する溝の構成について示す図。 図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図。 拡散結合をさせる装置構成について示す図。 従来の直線状のキリ穴にて構成される冷却液路について示す図。

１ 鋳造装置
２ 可動型
３ 固定型
４ キャビティ
５ スリーブ
６ スプールブッシュ
６Ａ プランジャ穴
７ プランジャチップ

Claims (6)

1. プランジャチップが摺動されるプランジャ穴が形成される、ダイカストマシン用スプールブッシュであって、
   筒状の複数のピースの端面同士を付け合わせて接合することにより、一連の前記プランジャ穴が形成されるものとし、
   前記端面の接合部には、冷却液体を流通させる冷却液路が構成され、
   前記冷却液路は、互いに付け合わされる前記端面のいずれか一方、又は、両方に、溝を形成し、前記端面が付け合わされた状態において、前記溝が閉じられた空間とされることで構成され、
   前記溝は、互いに付け合わされる前記端面にそれぞれ開口される第一の円周溝と、該第一の円周溝の底面に開口される第二の円周溝と、から構成されるとともに、
   前記端面が付け合わされた状態における前記第一の円周溝には、仕切り板が埋設され、
   前記仕切り板には、該仕切り板の両側に配置される前記第二の円周溝を連通させる連通部が形成され、
   前記第一の円周溝が前記仕切り板によって塞がれ、前記仕切り板を挟んで両側に配置される第二の円周溝が前記連通部を除いて互いに遮断される、ダイカストマシン用スプールブッシュ。
2. 前記冷却液路は、円周状に構成される、ことを特徴とする、請求項１に記載のダイカストマシン用スプールブッシュ。
3. 前記冷却液路の内、特定の部位の液路断面積が、他の部位の液路断面積よりも小さく構成される、請求項１又は請求項２に記載のダイカストマシン用スプールブッシュ。
4. 前記第二の円周溝の溝深さは、冷却範囲に応じた深さとする、ことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のダイカストマシン用スプールブッシュ。
5. 前記各ピースには、前記第二の円周溝と前記ダイカストマシン用スプールブッシュの外部とを連通させるための連通穴が設けられており、
   前記連通穴より冷却液体を供給、又は、排出させることにより、前記冷却液路内にて冷却液体が流通される構成とし、
   前記連通部と、前記連通穴は、前記プランジャ穴の軸心を挟んで対向するように配置される構成とする、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のダイカストマシン用スプールブッシュ。
6. 互いに付け合わせられる前記ピースの端面は、拡散結合にて結合されるものとする、
   ことを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のダイカストマシン用スプールブッシュ。

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