JP4810194B2

JP4810194B2 - 圧力検出装置

Info

Publication number: JP4810194B2
Application number: JP2005323113A
Authority: JP
Inventors: 祐樹鈴木; 松菊工藤
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2005-11-08
Filing date: 2005-11-08
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2025-11-08
Also published as: JP2007132679A

Description

本発明は、金型のキャビティに対する溶湯充填が完了したか否かを判定する圧力検出装置に関する。

金型鋳造法は、金型に対して溶融させた金属材料を流し込む鋳造方法であり、アルミ合金や亜鉛合金などの比較的融点が低い金属を鋳造する際に用いられる。この金型鋳造法は、溶融金属を注入する際の圧力に応じて、重力鋳造法、低圧鋳造法、ダイカスト鋳造法などに分けられ、鋳造品を高精度に成型することができるとともに、滑らかな鋳肌を得ることができるという利点を有している。

また、量産される鋳造品から内部欠陥や形状不良を排除して品質を安定させるためには、金型内に供給される溶融金属の充填状態を一定に保つことが重要となっている。そこで、溶融金属の充填圧力から充填状態を判定するため、鋳造品を取り外す押出ピンに環状のセンサ部を形成し、このセンサ部に歪ゲージを取り付けるようにした圧力検出装置(たとえば、特許文献１参照)や、押出ピンの基端部に荷重センサを組み付けて充填圧力を検出するようにした圧力検出装置が提案されている(たとえば、特許文献２参照)。
実開昭６４−５４９５７号公報特開平６−２３５０８号公報

しかしながら、特許文献１および２に記載される圧力検出装置にあっては、押出ピンに対して歪ゲージや荷重センサを組み付けることにより、高圧となる溶融金属の充填圧力を直接的に検出する構造であるため、センサ部に対して高い耐久性能が要求されるとともにセンサ部の高コスト化を招くことになっていた。このため、量産用のダイカストマシンに対して圧力検出装置を組み込むことは困難となっていた。

また、特許文献２に記載される圧力検出装置にあっては、高荷重時に後退移動する油圧ピストンによって荷重センサを保持し、荷重センサの破損を防止する構造であるため、荷重センサの支持構造が極めて複雑になるだけでなく、油圧ピストンに作用する作動油が漏れた場合には、検出精度が低下するという問題が生じることになっていた。特に、ダイカストマシンのメンテナンス時においては、作動油が充填されるセンサ周りの分解整備が困難であるため、このセンサ構造を量産用のダイカストマシンに採用することは極めて困難であった。

本発明の目的は、簡単な構造によって溶湯の充填が完了したか否かを判定することのできる圧力検出装置を提供することにある。

本発明の圧力検出装置は、金型のキャビティに対する溶湯充填が完了したか否かを判定する圧力検出装置であって、前記キャビティに開口するように前記金型に形成される挿入孔に対して移動自在に挿入され、溶湯の充填圧力によって前記キャビティから離れる後退方向に付勢されるピン部材と、前記ピン部材の端面に対向して設けられ、前記ピン部材の後退移動によって閉塞される排気孔を備えるノズル部材と、前記ノズル部材に接続配管を介して接続され、前記接続配管内に圧縮空気を供給する圧力供給源と、前記ノズル部材と前記圧力供給源との間に設けられ、前記接続配管内の空気圧を検出する圧力検出手段とを有し、前記ピン部材は、前記キャビティ内の充填圧力が低い場合には前進移動して前記排気孔を開放する一方、前記キャビティ内の充填圧力が高い場合には後退移動して前記排気孔を閉塞し、前記キャビティに対する溶湯充填の完了前には、前記排気孔が開放されて前記接続配管内から圧縮空気が排出され、前記圧力検出手段によって所定値を上回る空気圧は検出されず、前記キャビティに対する溶湯充填の完了時には、前記排気孔が閉塞されて前記接続配管内に圧縮空気が封入され、前記圧力検出手段によって所定値を上回る空気圧が検出されることを特徴とする。

本発明の圧力検出装置は、前記ピン部材はバネ力によって前記キャビティに近づく前進方向に付勢されることを特徴とする。

本発明の圧力検出装置は、前記圧力検出手段は、所定値を上回る空気圧を検出して信号を出力する圧力スイッチであることを特徴とする。

本発明の圧力検出装置は、前記ピン部材は鋳造品を前記金型から取り外す押出ピンであることを特徴とする。

本発明によれば、排気孔を備えるノズル部材と圧縮空気を吐出する圧力供給源との間に圧力検出手段を設け、充填圧力に応じて後退移動するピン部材によってノズル部材の排気孔を閉塞するようにしたので、簡単な構造によってキャビティに対する溶湯の充填が完了したか否かを判定することができる。つまり、高圧の充填圧力を直接的に検出して充填が完了したと判定するのではなく、充填圧力に比して低圧の空気圧を検出して充填が完了したと判定するようにしたので、圧力検出装置の簡素化を達成することができる。

しかも、圧力供給源や圧力検出手段は、圧縮空気を案内する接続配管を介して組み付けられる構造であるため、ダイカストマシン等に組み付けられる金型を分解整備する場合であっても、極めて容易に金型から圧力供給源や圧力検出手段を切り離すことができ、メンテナンスを行う際の作業性を高めることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１および図２は本発明の一実施の形態である圧力検出装置１０が組み込まれるダイカストマシン１１を示す概略図であり、図１は固定型ユニット１２と可動型ユニット１３とを突き合わせて型締めし溶湯を充填する状態を示し、図２は固定型ユニット１２と可動型ユニット１３とを引き離して型開きし凝固した鋳造品を取り出す状態を示している。

図１および図２に示すように、ダイカストマシン１１は固定型ユニット１２とこれに対面する可動型ユニット１３とを備えており、固定型ユニット１２には金型１４が組み込まれ、可動型ユニット１３には金型１５が組み込まれている。そして、可動型ユニット１３をガイドロッド１６に沿って移動させ、固定型ユニット１２に可動型ユニット１３を突き合わせることにより、双方の金型１４，１５によってキャビティ(成型空間)１７が区画される。

固定型ユニット１２は、湯道１８を介してキャビティ１７に連通するスリーブ１９を備えるとともに、このスリーブ１９に摺動自在に組み込まれるプランジャ２０を備えている。スリーブ１９には図示しない熔解炉からアルミニウム合金などの溶湯(溶融金属)Ｍが供給されており、プランジャ２０を作動させることによってキャビティ１７に溶湯Ｍを射出することが可能となっている。また、可動型ユニット１３には押出シリンダ２１に駆動される押出プレート２２が取り付けられており、この押出プレート２２にはピン部材として複数本の押出ピン２３〜２５が保持されている。さらに、可動型ユニット１３の金型１５にはキャビティ１７に開口する複数の挿入孔２６〜２８が形成されており、これらの挿入孔２６〜２８には前述した押出ピン２３〜２５が移動自在に組み込まれている。

鋳造品Ｃを成型する際には、図１に示すように、固定型ユニット１２に対して可動型ユニット１３を突き合わせた状態のもとで、プランジャ２０を作動させて溶湯Ｍをスリーブ１９からキャビティ１７に射出させる。そして、図２に示すように、溶湯Ｍが凝固した後に固定型ユニット１２から可動型ユニット１３を引き離し、押出シリンダ２１によって押出ピン２３〜２５を押し出すことにより、金型１５から完成した鋳造品Ｃを取り出すことが可能となっている。

このような鋳造品Ｃの品質を確保するためには、キャビティ１７内に対して溶湯Ｍが十分に充填されていることを確認する必要がある。続いて、キャビティ１７に対する溶湯Ｍの充填が完了したか否かを判定する圧力検出装置１０の構造について説明する。図３および図４は図１の範囲Ａ，Ｂを示す拡大断面図であり、本発明の一実施の形態である圧力検出装置１０を示している。なお、図３はキャビティ１７に対する溶湯Ｍの充填が完了する前の状態を示し、図４はキャビティ１７に対する溶湯Ｍの充填が完了した後の状態を示している。

まず、図１および図３に示すように、押出プレート２２は支持板３０と抑え板３１とを備えており、支持板３０に形成される取付孔３０ａには押出ピン２３の基端部２３ｂを保持するホルダ部材３２が組み込まれている。また、ホルダ部材３２の開口端には排気孔３３ａを備えるノズル部材３３がネジ結合されており、ホルダ部材３２とノズル部材３３とによって区画されるバネ室３４には皿バネ３５が組み込まれている。さらに、押出ピン２３の基端部２３ｂには鍔部２３ｃが形成されており、皿バネ３５から鍔部２３ｃを介して伝達されるバネ力によって、押出ピン２３はその先端部２３ａをキャビティ１７に向けて突き出す前進方向に付勢されるようになっている。なお、バネ力による押出ピン２３の前進移動は、ホルダ部材３２の壁部３２ａに対して鍔部２３ｃが突き当たることによって規制され、この状態のもとでは押出ピン２３の先端面と金型１５の表面とがほぼ同一面上に位置するようになっている。

また、ノズル部材３３にはチューブ継手４０が組み付けられており、チューブ継手４０にはエアポンプ等の圧力供給源４１に連結される接続配管としてのエアチューブ４２が接続されている。圧力供給源４１とチューブ継手４０との間には、圧縮空気を浄化するエアフィルタ４３、空気流量を調整するレギュレータ４４、空気流量を制限する絞り４５が設けられている。さらに、レギュレータ４４と絞り４５とを連結する接続配管としてのエアチューブ４６には、圧力検出手段としての圧力スイッチ４７が接続されており、この圧力スイッチ４７によってエアチューブ４６内の空気圧が所定値を上回るか否かが判定される。なお、圧力供給源４１は一定の吐出圧で圧縮空気を送り出すように作動している。

続いて、キャビティ１７に対して溶湯Ｍが充填されたか否かを判定する際の手順について説明する。図３に示すように、キャビティ１７に対する溶湯充填の初期段階においては、キャビティ１７内の充填圧力が大きく上昇していないため、バネ力によって付勢される押出ピン２３は前進位置に保持され、ノズル部材３３の排気孔３３ａが開口された状態となる。そして、圧力供給源４１から吐出される圧縮空気は、エアフィルタ４３、レギュレータ４４、絞り４５を経た後に、ノズル部材３３の排気孔３３ａからバネ室３４に向けて排出され、排気孔３３ａからバネ室３４に排出された圧縮空気は、ホルダ部材３２と押出ピン２３との隙間や押出プレート２２と押出ピン２３との隙間などから外部にリークされることになる。なお、排気孔３３ａから圧縮空気が排気されリークする状態においては、エアチューブ４６内の空気圧が所定値を下回るようにレギュレータ４４が調整されており、図示する場合には圧力スイッチ４７からオフ信号が出力されることになる。

次いで、図４に示すように、キャビティ１７に対する溶湯充填の最終段階においては、キャビティ１７内の全域に渡って溶湯Ｍが充填され、キャビティ１７内の充填圧力が大きく上昇するため、押出ピン２３の先端面に作用する充填圧力によって押出ピン２３はバネ力に抗して後退移動を開始する。ここで、押出ピン２３の基端面はノズル部材３３の排気孔３３ａに対向しているため、後退移動する押出ピン２３によって排気孔３３ａは閉塞されることになる。このように、圧縮空気を排出していた排気孔３３ａが閉塞されることにより、圧力供給源４１からの圧縮空気がエアチューブ４２，４６内に充填されるため、エアチューブ４２，４６内の空気圧が吐出圧に近づくように所定値を上回って上昇し、圧力スイッチ４７はオン信号を出力することになる。

このように、充填圧力に応じて後退移動する押出ピン２３によって排気孔３３ａを閉塞させ、この排気孔３３ａの閉塞に伴って上昇する空気圧を圧力スイッチ４７によって検出するようにしたので、簡単な構造でありながらキャビティ１７内に対する溶湯Ｍの充填が完了したことを的確に判定することが可能となる。つまり、高圧の溶湯の充填圧力を直接的に検出して充填完了を判定するのではなく、充填圧力に比して低圧の空気圧を検出して充填完了を判定することができるため、圧力検出装置１０の簡素化および低コスト化を達成することが可能となる。しかも、圧力スイッチ４７からのオン信号に基づいて充填完了を判定することができるため、圧力スイッチ４７からの信号を受信する図示しない制御ユニット等において複雑な情報処理を実行する必要がなく、圧力検出装置１０の更なる簡素化および低コスト化を図ることができる。

また、圧力供給源４１や圧力スイッチ４７等は、ダイカストマシン１１に対してエアチューブを介して接続されるため、ダイカストマシン１１の整備性を良好に保つことが可能となる。つまり、ダイカストマシン１１の金型１４，１５を分解整備する場合であっても、ダイカストマシン１１から圧力供給源４１や圧力スイッチ４７を容易に切り離すことができるため、メンテナンスを行う際の作業性を向上させることが可能となる。

また、ホルダ部材３２に対するノズル部材３３の締め付け量を変化させることにより、押出ピン２３が後退移動する充填圧力を容易に調整することができる。これにより、溶湯Ｍの充填が完了したことを高精度に判定することができるだけでなく、金型の変更に伴って充填条件が変わった場合であっても、圧力検出装置１０を容易に対応させることが可能となる。

また、ダイカストマシン１１に組み込まれる押出ピン２３を利用するようにしたので、圧力検出装置１０の部品点数を削減することができ、圧力検出装置１０の低コスト化を達成することができる。また、押出ピン２３の基端部２３ｂに対して、ホルダ部材３２やノズル部材３３を組み付けるコンパクトな構造であるため、圧力検出装置１０の大型化をも回避することが可能となる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、図示する場合には、押出ピン２３を用いて充填状態を判定するようにしているが、押出ピン２４，２５を利用して充填状態を判定するようにしても良い。このように、複数のポイントで溶湯Ｍの充填状態を判定することにより、判定精度を向上させることが可能となる。

また、押出ピン２３〜２５を利用することなく、充填状態を検出するために専用のピン部材を組み込むようにしても良い。さらに、可動型ユニット１３に対して押出ピン２３〜２５が組み込まれているが、これに限られることはなく、固定型ユニット１２に対して押出ピン２３〜２５を組み込むようにしても良い。さらに、押出ピン２３を前進方向に付勢するため、ホルダ部材３２には皿バネ３５が組み込まれているが、皿バネ３５に代えて圧縮コイルバネを組み込むようにしても良い。

また、図示する場合には、エアチューブ４６に対して圧力スイッチ４７が接続されているが、これに限られることはなく、エアチューブ４６に対して圧力検出手段としての圧力センサを接続し、この圧力センサからの出力信号に基づいて充填完了を判定するようにしても良い。

なお、排気孔３３ａから排出される圧縮空気は、ホルダ部材３２と押出ピン２３との隙間や押出プレート２２と押出ピン２３との隙間などから外部に排出されることになるが、ホルダ部材３２にバネ室３４と外部とを連通する連通孔を形成し、この連通孔を介して圧縮空気を外部に排出しても良い。

本発明の一実施の形態である圧力検出装置が組み込まれるダイカストマシンを示す概略図であり、固定型ユニットと可動型ユニットとを突き合わせて型締めし溶湯を充填する状態を示す。本発明の一実施の形態である圧力検出装置が組み込まれるダイカストマシンを示す概略図であり、固定型ユニットと可動型ユニットとを引き離して型開きし凝固した鋳造品を取り外す状態を示す。図１の範囲Ａ，Ｂを示す拡大断面図であり、キャビティに対する溶湯の充填が完了する前の状態を示す。図１の範囲Ａ，Ｂを示す拡大断面図であり、キャビティに対する溶湯の充填が完了した後の状態を示す。

符号の説明

１０圧力検出装置
１５金型
１７キャビティ
２３押出ピン(ピン部材)
２６挿入孔
３３ノズル部材
３３ａ排気孔
４１圧力供給源
４２エアチューブ(接続配管)
４６エアチューブ(接続配管)
４７圧力スイッチ(圧力検出手段)
Ｍ溶湯
Ｃ鋳造品

Claims

金型のキャビティに対する溶湯充填が完了したか否かを判定する圧力検出装置であって、
前記キャビティに開口するように前記金型に形成される挿入孔に対して移動自在に挿入され、溶湯の充填圧力によって前記キャビティから離れる後退方向に付勢されるピン部材と、
前記ピン部材の端面に対向して設けられ、前記ピン部材の後退移動によって閉塞される排気孔を備えるノズル部材と、
前記ノズル部材に接続配管を介して接続され、前記接続配管内に圧縮空気を供給する圧力供給源と、
前記ノズル部材と前記圧力供給源との間に設けられ、前記接続配管内の空気圧を検出する圧力検出手段とを有し、
前記ピン部材は、前記キャビティ内の充填圧力が低い場合には前進移動して前記排気孔を開放する一方、前記キャビティ内の充填圧力が高い場合には後退移動して前記排気孔を閉塞し、
前記キャビティに対する溶湯充填の完了前には、前記排気孔が開放されて前記接続配管内から圧縮空気が排出され、前記圧力検出手段によって所定値を上回る空気圧は検出されず、
前記キャビティに対する溶湯充填の完了時には、前記排気孔が閉塞されて前記接続配管内に圧縮空気が封入され、前記圧力検出手段によって所定値を上回る空気圧が検出されることを特徴とする圧力検出装置。
請求項１記載の圧力検出装置において、前記ピン部材はバネ力によって前記キャビティに近づく前進方向に付勢されることを特徴とする圧力検出装置。
請求項１または２記載の圧力検出装置において、前記圧力検出手段は、所定値を上回る空気圧を検出して信号を出力する圧力スイッチであることを特徴とする圧力検出装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧力検出装置において、前記ピン部材は鋳造品を前記金型から取り外す押出ピンであることを特徴とする圧力検出装置。