JP5014088B2 - 金属溶湯射出用のプランジャおよびこれを用いたホットチャンバダイカストマシン - Google Patents

Description

本発明は、鉛，亜鉛，錫，マグネシウム，アルミニウムおよびこれらの合金等の溶湯の鋳造に用いられるプランジャおよびこれを用いたホットチャンバダイカストマシンに関する。

従来より、ホットチャンバ方式のダイカスト鋳造法は、生産性が高い、鋳物中のガス含有量が少ない、省エネを実現できる、環境を汚染しない、自動化が容易である等の利点があることから、鉛，亜鉛，錫，マグネシウム，アルミニウムおよびこれらの合金等の画期的な鋳造方法であると期待されている。このような鋳造方法を用いる装置として、ホットチャンバダイカストマシンがある。

図５は、ホットチャンバダイカストマシンの断面図であり、（ａ）は正面から見た縦断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面から見た縦断面図である。

図５に示すホットチャンバダイカストマシン50は、セラミックスにより形成されたスリーブ21と、スリーブ21の側面に連結して、金属の溶湯（以下、金属溶湯と称す。）22を成形型23に射出するノズル24とからなる射出機構を、円筒状の筒状部25ａと段部25ｂとを有する保持筒25で支持している。保持筒25はフランジ26に挿入して支持され、フランジ26は、その上方に配置された油圧シリンダ27を保持する構造体28における中間部に対向突設された支持部29に、ボルト30で押え板31とともに固定されている。

さらに、炉体32に保持された溶湯槽33の下部に配置されたヒーター34によって加熱された金属溶湯22が、保持筒25の側面に形成された連通孔35を通って、スリーブ21の上部に形成された側面の貫通孔36からスリーブ21に入り、貫通孔36を塞ぐようにして下降してくるプランジャ37により押されて、スリーブ21内に形成された湯道38からノズル24，スプルーブッシュ39，ランナー部40を順次通って、固定金型23ａと可動金型23ｂとで構成される成形型23に射出される。このように、金属溶湯22を成形型23に射出する圧入機構は、上下運動するプランジャ37を、油圧シリンダ27から加圧力を受けるように油圧シリンダ27にカップリング45を介して連結した機構である。また、スリーブ21とこのスリーブ21内を往復運動するプランジャ37とにより構成された射出ポンプにノズル24を加えて射出機構が構成されている。

なお、ノズル24は、スリーブ21の湯道38の出口に合わせて保持筒25の側面に設けられたノズル挿入孔41を通り、スリーブ21の湯道38の出口に設けられた円錐状の接合端面にリング状シール42を介して接合されており、ノズル24の成形型23への流出端が冷えないようにノズルヒーター43によって加熱されている。また、綿状セラミック堰44は、溶湯槽33から突き出たノズル24の周りから金属溶湯22が漏れないように封止するものである。

このようなホットチャンバダイカストマシン50において、金属溶湯22と直接接触し高温に曝されるスリーブ21やプランジャ37は、熱膨張係数が低く熱応力による破損の少ないセラミックスで形成されているのが現状である。しかしながら、スリーブ21やプランジャ37は、加圧のためにプランジャ37が上下動すると互いに磨耗し、磨耗によってできた隙間から金属溶湯22が漏れる等の問題があった。また、磨耗によってプランジャ41の耐用寿命が短いという問題や、プランジャ41の交換に伴って発生するコストの増加という問題があった。このような問題を解決するために、特許文献１〜３に種々の提案がなされている。

例えば特許文献１には、プランジャ本体の先端部外周面に、スリーブの内面と摺動するセラミック製のリングまたは分割リングを、前記プランジャ本体の軸線方向に一または複数個外嵌して固定したダイカスト鋳造機用のプランジャが提案されている。これによれば、耐磨耗性に優れたセラミック製のリングまたは分割リングがプランジャ本体の先端部に外嵌して固定されてスリーブの内面と摺動するから、スリーブとプランジャの双方の耐用寿命が大幅に長くすることができ、リングまたは分割リングが単なるリング状をなしていることから容易に製造できるというものである。

また、特許文献２には、金属溶湯の流路となるスリーブ内を摺動するプランジャチップと、このプランジャチップの後端に結合されたロッドとからなるダイカスト用プランジャにおいて、前記プランジャチップは、円筒形状を有するチップ本体と、このチップ本体外周に固定され前記スリーブに対する摺動面を形成する耐熱性および耐摩耗性に優れた円筒状リングとからなり、この円筒状リングを前記チップ本体に対して交換可能に構成したダイカスト用のプランジャが提案されている。これによれば、使用によりプランジャチップの表面が偏磨耗したり、金属溶湯の熱的影響により表面が荒れて動きが悪くなった場合に、チップ内部を構成するチップ本体はそのまま残し、その外周囲側面を覆う円筒状リングのみを交換することができ、材料の無駄な廃棄が防止されて省資源に貢献するとともに経済性の点でも有利になるというものである。

さらに、特許文献３には、耐磨耗性を向上させて長期間メンテナンス不要とするために、プランジャ全体をセラミックスとし、これをカップリングと連結する金属ホルダーが提案されており、プランジャ全体がセラミックスであることによって円滑かつ耐用性を高くすることができることが記載されている。
特開平６−179064号公報 特開平10−137913号公報 特開平６−142872号公報

特許文献１に記載されたダイカスト鋳造機用のプランジャは、スリーブの内面と摺動することによって、リングまたは分割リングが磨耗したとしても外嵌して固定されているリングまたは分割リングを取り外して交換すれば良く、プランジャ本体は長期間使用できるために、交換に伴って発生するコスト低減が図れるものと考えられる。しかしながら、このダイカスト鋳造機用のプランジャの構造では、スリーブの内面と摺動するときに、リングとプランジャ本体との隙間や分割リング同士の隙間から入り込んだ金属溶湯がプランジャ本体を構成する金属を浸食し、それに伴ってプランジャ本体が劣化することにより、分割リングの固定が緩むという問題や、ダイカスト鋳造機の稼働中にプランジャが折損するという問題があった。

また、特許文献２に記載されたダイカスト用のプランジャにおいても、円筒状リングとチップ本体との隙間から金属溶湯が入り込み、この金属溶湯が金属からなるチップ本体を浸食するという問題があった。また、円筒状リングをセラミックスで形成しているため、セラミックスとチップ本体の金属との熱膨張差が大きいときには、熱によりチップ本体が膨張して円筒状リングが破損するという問題があった。

さらに、特許文献３に記載されたセラミックスのプランジャに連結する金属ホルダーは、従来のプランジャとして作用する部分のほぼ全体を耐磨耗性に優れるセラミックスで形成しているために、耐摩耗性は著しく向上すると考えられる。しかしながら、金属ホルダーからセラミックス製のプランジャへの加圧力の伝達がスペーサーを介して行なわれる構成であるために、スペーサーの形状精度や金属ホルダー内への設置精度が低い場合には、スペーサーとセラミックス製のプランジャとの接触面から加圧力が的確に伝達されず、ビスやボルト等の締結手段に加圧力が及んで連結部が破損するという問題があった。また、連結部の破損により、プランジャやスリーブに欠けや折損等の不具合を生じることがあった。

本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、優れた耐磨耗性を有し、油圧シリンダによる加圧力を的確に伝達するとともに、このときに生じる振動や衝撃によっても折損せず、耐用寿命が長く、磨耗によって交換が必要となっても容易に交換ができ、これに伴って発生するコストを低減することが可能な金属溶湯射出用のプランジャおよびこれを用いたホットチャンバダイカストマシンを提供することを目的とする。

本発明の金属溶湯射出用のプランジャは、スリーブとの摺動面および金属溶湯に対する押圧面を有する有底円筒形のセラミック部材と、該セラミック部材の内側に一部が挿入される棒状の金属部材とからなり、前記セラミック部材が前記摺動面に貫通孔を有し、前記金属部材が前記貫通孔に対応する締結穴を有しており、前記セラミック部材の内側に前記金属部材の一部を挿入して、前記貫通孔と前記締結穴とを一致させて結合部材を挿入することにより前記セラミック部材と前記金属部材とを一体的に結合してなることを特徴とするものである。

また、本発明の金属溶湯射出用のプランジャは、上記構成において、前記セラミック部材の外径Ｘと前記金属部材の外径Ｙとの比率Ｘ／Ｙが1.01〜1.4の範囲内であることを特徴とするものである。

さらに、本発明の金属溶湯射出用のプランジャは、上記いずれかの構成において、前記セラミック部材に前記金属部材が円環状に当接していることを特徴とするものである。

また、本発明の金属溶湯射出用のプランジャは、上記いずれかの構成において、前記セラミック部材の底部と前記金属部材の先端部との間および前記セラミック部材の内面と前記金属部材の前記セラミック部材の内側に挿入された部分の側面との間に隙間を設けて結合したことを特徴とするものである。

また、本発明の金属溶湯射出用のプランジャは、上記いずれかの構成において、前記セラミック部材の底部と前記金属部材の先端部との間に弾性部材を配置したことを特徴とするものである。

また、本発明の金属溶湯射出用のプランジャは、上記いずれかの構成において、前記金属部材の先端部に凸部を設け、該凸部と対向する前記セラミック部材の底部に前記凸部を挿入可能な凹部を設けたことを特徴とするものである。

また、本発明のホットチャンバダイカストマシンは、上記いずれかの構成の本発明の金属溶湯射出用のプランジャを用いたことを特徴とするものである。

本発明の金属溶湯射出用のプランジャによれば、スリーブとの摺動面および金属溶湯に対する押圧面を有する有底円筒形のセラミック部材と、該セラミック部材の内側に一部が挿入される棒状の金属部材とからなり、前記セラミック部材が前記摺動面に貫通孔を有し、前記金属部材が前記貫通孔に対応する締結穴を有しており、前記セラミック部材の内側に前記金属部材の一部を挿入して、前記貫通孔と前記締結穴とを一致させて結合部材を挿入することにより前記セラミック部材と前記金属部材とを一体的に結合してなることにより、スリーブと摺動し、金属溶湯と接触する部分をセラミックスとし、油圧シリンダから受ける加圧力をセラミック部材の内側に一部が挿入された金属部材からセラミック部材へ向かって伝達することができるので、金属部材およびセラミック部材の位置ずれ等がなく、油圧シリンダからの加圧力を損なうことなく良好に金属溶湯の射出を行なうことができる。さらに、結合するときには、セラミック部材の貫通孔および金属部材の締結穴に結合部材を挿入するのみとして、セラミック部材と金属部材とを一体的に結合できるため、金属溶湯の熱を受けたときに熱膨張係数の差によって両者の固定に緩みが生じたり、膨張による各部材の変形や破損が生じたりするおそれを少なくすることができる。

また、本発明の金属溶湯射出用のプランジャによれば、前記セラミック部材の外径Ｘと前記金属部材の外径Ｙとの比率Ｘ／Ｙが1.01〜1.4の範囲内であるときには、金属溶湯の熱によって金属部材が加熱され膨張した場合にも、金属部材の外径がセラミック部材の外径を超えるおそれがないため、金属部材がスリーブと接触して変形したり、金属溶湯に接触して浸食されることが少ない。また、比率Ｘ／Ｙがこの範囲内であれば、油圧シリンダからの加圧力を金属部材の内側からセラミック部材に向かって伝達することができる。

さらに、本発明の金属溶湯射出用のプランジャによれば、前記セラミック部材に前記金属部材が円環状に当接しているときには、セラミック部材への当接面における金属部材の接触面積を大きく取ることができ、円環状の当接面は金属部材の軸の中心からの距離が均等であるので、油圧シリンダからの加圧力を金属部材を介して偏らせたり分散させたりすることなくセラミック部材へ伝達することができるので、油圧シリンダからの加圧力の偏りあるいは分散が発生するおそれを少なくでき、この加圧力の偏りあるいは分散によって塑性変形しやすい金属部材が変形するおそれを少なくすることができる。

また、本発明の金属溶湯射出用のプランジャによれば、前記セラミック部材の底部と前記金属部材の先端部との間および前記セラミック部材の内面と前記金属部材の前記セラミック部材の内側に挿入された部分の側面との間に隙間を設けて結合したときには、金属溶湯の熱によって金属部材が膨張したとしてもこれらの隙間が設けてあるので、金属部材がセラミック部材の内面を押し広げてセラミック部材を破損させたり、セラミック部材の底面を押し広げて前記結合部材を折損させたりするおそれを少なくすることができる。また、隙間の寸法を調整することにより、金属溶湯の熱を受けての金属部材の膨張によってセラミック部材を強固に固定することができる。

また、本発明の金属溶湯射出用のプランジャによれば、前記セラミック部材の底部と前記金属部材の先端部との間に弾性部材を配置したときには、弾性部材がセラミック部材をプランジャの射出方向へ、金属部材をその反対方向へ押す形となり、貫通孔に挿入された結合部材が止め具の役割をして、金属溶湯の熱を受けていないときにもセラミック部材と金属部材とを強固に固定することができる。

また、本発明の金属溶湯射出用のプランジャによれば、前記金属部材の先端部に凸部を設け、この凸部と対向する前記セラミック部材の底部に前記凸部を挿入可能な凹部を設けたときには、金属部材３の先端部の凸部に弾性部材を通すことにより、弾性部材の位置決めを容易に行なうことができる。また、セラミック部材の底部に凹部を設けていることにより、セラミック部材の成形体を加熱して焼結するときに、押圧面から底部にかけての厚肉部の内部まで加熱することが可能となり、セラミック部材をより緻密化して、機械的特性を向上させることができる。

また、本発明のホットチャンバダイカストマシンによれば、本発明の金属溶湯射出用のプランジャを用いていることから、プランジャの磨耗による交換頻度が減少し、折損等の不具合が生じにくいために、長期間にわたる連続運転が可能となり、これによって生産性が向上し、装置のメンテナンスコストを削減することが可能となる。

以下、本発明の金属溶湯射出用プランジャおよびホットチャンバダイカストマシンの実施の形態の例について説明する。

図１は、ホットチャンバダイカストマシンの一例を示す断面図であり、（ａ）は正面から見た縦断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面から見た縦断面図である。

ホットチャンバダイカストマシン20は、セラミックスにより形成されたスリーブ21と、スリーブ21の側面に連結して、金属溶湯22を成形型23に射出するノズル24とからなる射出機構を、円筒状の筒状部25ａと段部25ｂとを有する保持筒25で支持している。保持筒25はフランジ26に挿入して支持され、フランジ26は、その上方に配置された油圧シリンダ27を保持する構造体28における中間部に対向突設された支持部29に、ボルト30で押え板31とともに固定してある。

さらに、炉体32に保持された溶湯槽33の下部に配置されたヒーター34によって加熱された金属溶湯22が、保持筒25の側面に形成された連通孔35を通ってスリーブ21の上部に形成された側面の貫通孔36からスリーブ21に入り、貫通孔36を塞ぐようにして下降してくるプランジャ１により押されて、スリーブ21内に形成された湯道38からノズル24，スプルーブッシュ39，ランナー部40を順次通って、固定金型23ａと可動金型23ｂとで構成される成形型23に射出される。

このように、金属溶湯22を成形型23に射出する圧入機構は、上下運動するプランジャ１を、油圧シリンダ27から作用力を受けるように油圧シリンダ27にカップリング45を介して連結した機構である。また、スリーブ21とこのスリーブ21内を往復運動するプランジャ１とにより構成された射出ポンプにノズル24を加えて射出機構が構成されている。

なお、ノズル24は、スリーブ21の湯道38の出口に合わせて保持筒25の側面に設けられたノズル挿入孔41を通り、スリーブ21の湯道38の出口に設けられた円錐状の接合端面にリング状シール42を介して接合されており、ノズル24の成形型23への流出端が冷えないようにノズルヒーター43によって加熱されている。また、綿状セラミック堰44は、溶湯槽33から突き出たノズル24の周りから金属溶湯22が漏れないように封止するものである。

図２は、金属溶湯射出用のプランジャの一例を示す縦断面図である。

金属溶湯射出用のプランジャ100は、スリーブ21との摺動面４および金属溶湯22に対す
る押圧面５を有する有底円筒形のセラミック部材２と、セラミック部材２の内側に一部が挿入されて一体的に結合された棒状の金属部材３とから構成されている。

有底円筒形のセラミック部材２は、スリーブ21との摺動面４（有底円筒の外周側面に相当する。）および金属溶湯22に対する押圧面５（有底円筒の外側の底面に相当する。）を有するとともに、金属部材３と当接する当接面６（有底円筒の開口周囲の端面に相当する。）およびセラミック部材２の内側に金属部材３の一部を挿入する金属部材挿入部７（有底円筒の筒状部分の内部に相当する。）を有している。また、棒状の金属部材３は、セラミック部材２の金属部材挿入部７の内側に挿入する突起部８を有している。

このように、スリーブ21と摺動し、金属溶湯22と接触する部分をセラミック部材２によりセラミックスとし、セラミック部材２の金属部材挿入部７に金属部材３の突起部８を挿入する構成としたことにより、油圧シリンダ27から受ける加圧力を当接面６とセラミック部材２の内側に挿入された金属部材３の一部の表面である突起部８の表面を介して金属部材３からセラミック部材２へ向かって伝達することができる。このため、金属部材３とセラミック部材２との結合部に位置ずれが生じることがなく、また油圧シリンダ27からの加圧力を損失なくセラミック部材２に伝達することができる。
図３は、本発明の金属溶湯射出用のプランジャの実施の形態の一例を示す縦断面図である。なお、図２と同じ部分は同符号で示している。
図３に示す例のように、本発明の金属溶湯射出用のプランジャ１は、セラミック部材２が摺動面４に貫通孔９を有し、金属部材３が貫通孔９に対応する締結穴10を有しており、セラミック部材２の内側に金属部材３の一部を挿入して、貫通孔９と締結穴10とを一致させて結合部材11を挿入することにより、セラミック部材２と金属部材３とを一体的に結合している。さらに、結合部材11の材質は、金属部材３と同じであることが好ましい。
このように、セラミック部材２の貫通孔９には結合部材11を挿入するのみとして結合部分を設けず、金属部材３の締結穴10と結合部材11とによりセラミック部材２と金属部材３とを一体的に結合すれば、金属溶湯22の熱を受けたときにセラミック部材２と金属部材３との熱膨張係数の差によって固定に緩みが生じたり、膨張による各部材の変形や破損が生じたりするおそれを少なくすることができる。

ここで、金属溶湯射出用のプランジャ１のセラミック部材２の材質としては、窒化珪素，炭化珪素，ジルコニア，コージェライトあるいはこれらの複合体も適用可能であるが、機械的特性や耐熱衝撃性等の磁器特性とアルミニウムやアルミニウム合金等からなる金属溶湯22に対する濡れ性を考慮すると、主に窒化珪素質焼結体から構成されることが好ましい。セラミック部材２の材質として窒化珪素質焼結体を用いたときには、金属溶湯22との濡れ性が低いので、金属溶湯22の付着が起こりにくいために好ましい。

また、金属部材３の材質としては、一般的な金属が適用可能であるが、金属の中でも熱膨張係数の低い低熱膨張金属を用いることが好ましい。なお、低熱膨張金属としては、ノビナイト（登録商標），ニレジスト（商品名），インバー（登録商標）等が適用可能であり、低熱膨張金属に添加剤を添加して機械的特性等を改善した金属も適用可能である。

このように、スリーブ21と摺動し金属溶湯22に接触して押圧する部分のセラミック部材２として、機械的特性や耐熱衝撃性等の優れた磁器特性を有し、金属溶湯22との濡れ性の低い窒化珪素質焼結体を用い、金属部材３に低熱膨張金属を用いたときには、金属溶湯22の射出時に受ける熱によって金属部材３が過度に膨張してセラミック部材２を押し広げて、セラミック部材２を破損させるおそれを少なくすることができる。

また、本発明の金属溶湯射出用のプランジャ１は、図２に示すＸおよびＹと対応する値、すなわち、セラミック部材２の外径Ｘと金属部材３の外径Ｙとの比率Ｘ／Ｙを1.01〜1.4の範囲内とすることが好ましい。金属溶湯22がアルミ合金溶湯の場合であれば、アルミ
合金溶湯の温度は600〜800℃であり、この高温に加熱されたアルミ合金溶湯を金型へ射出するために用いられるセラミック部材２と金属部材３とからなるプランジャ１は、この熱を受けて膨張する。受ける熱量としては、アルミ合金溶湯に直接に接触するセラミック部材２の方が大きいが、一般的に金属はセラミックよりも熱膨張係数が大きく、しかも熱伝導率が良好であるために、セラミック部材２よりも金属部材３の方がより膨張する。

したがって、セラミック部材２と金属部材３との熱による膨張の差を考慮すると、セラミック部材２の外径Ｘと金属部材３の外径ＹとをＸ＞Ｙの関係としなければ、アルミ合金溶湯の熱を受けて両者が膨張したときに、金属部材３の外径Ｙがセラミック部材２の外径Ｘを上回り、膨張した金属部材３がスリーブ21と接触して変形したり、アルミ合金溶湯に接触して浸食され、著しく劣化したりするおそれがある。そのため、セラミック部材２の外径Ｘと金属部材３の外径Ｙとの比率Ｘ／Ｙを1.01〜1.4の範囲内とするのが好ましい。

比率Ｘ／Ｙが1.01未満の場合には、前述したおそれが生じ、1.4を超える場合には、セラミック部材２と金属部材３との当接面６の接触面積が小さくなることから、金属溶湯22の射出を繰り返したときに、金属部材３の内側から有底円筒形のセラミック部材２へ向かって伝える油圧シリンダ27からの加圧力に、金属部材３のセラミック部材２に挿入された部分と挿入されていない部分との境界部分が十分に耐えきれず、セラミック部材２が折損する等のおそれが生じるために好ましくない。

さらに、本発明の金属溶湯射出用のプランジャ１は、セラミック部材２に金属部材３が円環状に当接していることが好ましい。セラミック部材２と金属部材３とが円環状に当接していることにより、セラミック部材２の当接面６における金属部材３の接触面積を大きく取ることができ、この円環状の当接面６は金属部材３の軸の中心からの距離が均等であるので、油圧シリンダ27からの加圧力を金属部材３を介して偏らせたり分散させたりすることなくセラミック部材２へ伝達することができる。セラミック部材２に金属部材３を円環状に当接させなかった場合には、当接面６の接触面積を大きく取ることができず、周方向で当接面６について金属部材３の軸の中心からの距離が均等でないために、油圧シリンダ27からの加圧力の偏りあるいは分散が生じたり、この加圧力の偏りあるいは分散によって塑性変形しやすい金属部材３が変形するおそれが生じたりするために好ましくない。

また、本発明の金属溶湯射出用のプランジャ１は、セラミック部材２の底部と金属部材３の先端部との間およびセラミック部材２の内面と金属部材３のセラミック部材２の内側に挿入された部分の側面との間に隙間12を設けて結合していることが好ましい。

このように、隙間12を設けて結合していることにより、隙間12が金属溶湯22の熱を受けたときのセラミック部材２と金属部材３との膨張差を吸収し、金属部材３がセラミック部材２を内側から押し広げてセラミック部材２に亀裂や破損を生じるおそれを少なくすることができる。また、隙間12については、セラミック部材２および金属部材３の熱膨張係数および寸法と金属溶湯22による加熱温度とから、この熱を受けて膨張したときにセラミック部材２の金属部材挿入部７の内径および深さと金属部材３の突起部８の外径および長さとがほぼ一致する寸法となるように加工して用いることが好ましい。これにより、金属溶湯22の熱を受けてセラミック部材２および金属部材３が膨張したとき、セラミック部材２と金属部材３とが強固に嵌め合った状態となり、金属部材３の突起部８の全面でセラミック部材２の金属部材挿入部７に対して内側から油圧シリンダ27からの加圧力を伝えることができる。

さらに、セラミック部材２の貫通孔９と結合部材11との間にも隙間12’を設けていることが好ましい。この隙間12’についても、熱を受けてセラミック部材２および金属部材３が膨張したときに、セラミック部材２の貫通孔９の寸法とこの貫通孔９に対応する部分の結合部材11の外径寸法とがほぼ一致するように加工して用いることが好ましい。これにより、金属溶湯22の熱を受けてセラミック部材２および金属部材３が膨張したとき、貫通孔９と結合部材11との間に隙間12’がなくなり、スリーブ21との摺動時に、金属溶湯22がプランジャ１の内部に入り込むおそれを少なくすることができる。

図４は、本発明の金属溶湯射出用のプランジャの実施の形態のさらに他の一例を示す縦断面図である。なお、図２と同じ部分は同符号で示している。

この図４に示す例のように、本発明の金属溶湯射出用のプランジャ１は、セラミック部材２の底部と金属部材３の先端部との間に弾性部材13を配置していることが好ましい。

このように、セラミック部材２の底部と金属部材３の先端部との間に弾性部材13を配置したことにより、金属溶湯22の熱を受けていないときにもセラミック部材２と金属部材３とを強固に固定することができる。金属溶湯22の熱を受けていないときには、セラミック部材２の貫通孔９と結合部材11との間に熱による膨張の差を考慮した隙間12を設けていると、若干緩みが生じた状態となるが、弾性部材13を配置することにより、弾性部材13がセラミック部材２をプランジャ１の射出方向へ、金属部材３をその反対方向へ押す形となり、貫通孔９に挿入された結合部材11が止め具の役割をしてセラミック部材２と金属部材３とを強固に固定することができる。また、熱を受けたときには、金属部材３の突起部８の長さ方向の膨張を弾性部材13が吸収し、突起部８の外径方向の膨張によってセラミック部材２と金属部材３とが強固に嵌め合った状態となり、セラミック部材２と金属部材３とが強固に固定される。また、急激な膨張により結合部材11に掛かる応力を弾性部材13の弾性力によって緩和することができる。

また、本発明の金属溶湯射出用のプランジャ１は、金属部材３の先端部に凸部14を設け、この凸部14と対向するセラミック部材２の底部に凸部14を挿入可能な凹部15を設けていることが好ましい。

金属溶湯22の熱を受けて膨張したときには、金属部材３の突起部８の先端部の凸部14は、セラミック部材２の凹部15に挿入されて収められる。また、金属部材３の先端部に凸部14を設けて、この凸部14に弾性部材13を通すことにより、凸部14によって弾性部材13の位置決めをすることができる。また、セラミック部材２の底部に凹部15を設けていることにより、セラミック部材２の成形体を加熱して焼結するときに、押圧面５から底部にかけての厚肉部の内部まで加熱することが可能となり、セラミック部材２をより緻密化して、機械的特性を向上させることができる。

さらに、このような本発明の金属溶湯射出用のプランジャ１を用いたホットチャンバダイカストマシン20であれば、高い寸法精度を必要とされる自動車部品をはじめ超精密部品や産業機器から身近な電機製品の素材に至るまで生産効率を落とすことなく製造することができる。

次に、本発明の金属溶湯射出用のプランジャ１の製造方法の一例を以下に示す。

まず、窒化珪素質焼結体からなるセラミック部材２を製造する。平均粒径が0.5〜10μｍの窒化珪素１次原料と、所定量の焼結助剤，バインダ，溶媒とを混合してスラリーとした後、スプレードライヤーにより噴霧造粒して２次原料を得る。そして、この２次原料を用いて静水圧プレス成形法（ラバープレス）により、有底円筒形のセラミック部材２を成形する。その後、この成形体に切削加工を施して、必要に応じて貫通孔９および凹部15を設け、還元雰囲気炉中で1800〜2100℃の温度で焼成し、必要に応じて仕上げの研削加工を施して、窒化珪素質焼結体からなるセラミック部材２を得る。

また、金属部材３については、例えば、ノビナイト（登録商標），ニレジスト（商品名）やインバー（登録商標）等の低熱膨張金属を用いて、まず、セラミック部材２の外径をＸとし、金属部材３の外径をＹとしたとき、その比率Ｘ／Ｙが1.01〜1.4の範囲内となるように機械加工する。次に、機械加工を施してセラミック部材２の内側に挿入される突起部８を形成し、必要に応じて突起部８の先端部に凸部14を形成する。なお、突起部８の外径は、セラミック部材２の底部および内面との間に適度の隙間12を設けて熱膨張差を吸収できる寸法に加工される。また、凸部14についても、セラミック部材２の底部に形成された凹部15に挿入可能な寸法に加工される。そして、必要に応じてねじ加工により締結穴10を形成して金属部材３を得る。

さらに、結合部材11については、金属部材３と同材質の低熱膨張金属を用いて、その一端を締結穴10に締結できるようにねじ加工し、他方端に、貫通孔９に対し熱膨張差を吸収できる寸法に外径加工を施して結合部材11を得る。また、弾性部材13については、例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）製の皿ばね座金を複数枚用いる。

次に、各部材を組み立てる。

まず、弾性部材13として複数枚の皿ばね座金を用意する。金属部材３の先端の凸部14が上になるようにした状態で、皿ばね座金をこの凸部14に挿入する。このとき、皿ばね座金の湾曲している向きを合わせて複数枚配置してもよいが、湾曲している向きを交互とし、皿ばね座金のばね作用を最大限に発揮できるように複数枚配置するのが好ましい。そして、ここにセラミック部材２の金属部材挿入部７を被せた後に、セラミック部材２の押圧面５を下にして立てる。その後、セラミック部材２の貫通孔９と金属部材３の締結穴10とを一致させて、結合部材11を貫通孔９から挿入して締結穴10のねじ加工部と締結させることにより、セラミック部材２と金属部材３とを一体的に結合することによって、本発明の金属溶湯射出用のプランジャ１を得ることができる。

以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

（参考例１）
本発明の金属溶湯射出用プランジャの実施例を以下に示す。

図２に示す金属溶湯射出用のプランジャ100とプランジャ全体がセラミックスからなる
従来の金属溶湯射出用のプランジャとを製造し、ホットチャンバダイカストマシンに設置して金属溶湯22の射出試験を実施した。以下に試験の詳細を示す。

まず、図２に示す金属溶湯射出用のプランジャ100のセラミック部材２については、平
均粒径が1.0μｍの窒化珪素１次原料と、所定量の焼結助剤，バインダ，溶媒とを混合し
てスラリーとした後、スプレードライヤーにより噴霧造粒して２次原料を得た。そして、この２次原料を用いて、静水圧プレス成形法によって有底円筒状に成形した後、切削加工を施してセラミック部材２の成形体を得た。しかる後、この成形体を窒素雰囲気中にて1900℃の最高温度で焼成し、さらに研削加工を施し、スリーブ21との摺動面４および金属溶湯22に対する押圧面５を有するとともに、金属部材３と当接する当接面６およびセラミック部材２の内側に金属部材３の一部を挿入する金属部材挿入部７を有し、外径が45ｍｍで高さが80ｍｍであり、金属部材挿入部７の深さが45ｍｍで内径が25ｍｍのセラミック部材２を得た。

次に、金属部材３の製造を行なった。低熱膨張金属（インバー（登録商標））のインゴットから長さが100ｍｍで外径が43ｍｍの棒状部材を切り出し、この棒状部材の一方に長さが44.5ｍｍで外径が25ｍｍの突起部８を形成し、突起部８と反対側の他方端にカップリングと接続可能な形状に機械加工を施して金属部材３を製造した。

その後、セラミック部材２を加熱してその金属部材挿入部７に金属部材３の突起部８を挿入してからセラミック部材２を冷却する焼き嵌めを行なって、セラミック部材２と金属部材３とを結合し、金属溶湯射出用のプランジャ100を得た。

また、全体がセラミックスからなる従来の金属溶湯射出用のプランジャについては、金属溶湯射出用のプランジャ100のセラミック部材２の製造に用いたものと同様の原料を用
いて、押圧面５の他方端にカップリングに接続可能な形状を研削加工により施した、外径が45ｍｍで長さが135.5ｍｍの従来の金属溶湯射出用のプランジャを得た。

そして、２台のホットチャンバダイカストマシンに本発明および従来の金属溶湯射出用のプランジャをそれぞれ設置し、１ヶ月間連続して金属溶湯22の射出試験を実施した。

その結果、プランジャ全体がセラミックスからなる従来の金属溶湯射出用のプランジャについては、10日間経過した時点で、ホットチャンバダイカストマシンの油圧シリンダ27からの加圧力による振動や衝撃により、窒化珪素質焼結体からなるプランジャの一部に破損を生じたため、射出試験を中断する結果となった。

これと比較して、金属溶湯射出用のプランジャ100については、１ヶ月間の金属溶湯22
の射出試験によっても破損等を生じることなく、良好に金属溶湯22を射出でき成形することができた。また、試験後にホットチャンバダイカストマシンからプランジャ100を取り
出し、セラミック部材２と金属部材３との結合部の緩みが生じていないか、また一部に亀裂や破損が生じていないかを確認したところ、いずれも問題ないことが確認された。

（参考例２）
次に、材質に一般的な金属であるステンレス鋼を用いて、外径Ｙを表１に示す寸法とした金属部材３と、実施例１と同様の原料と製造方法で製造した外径Ｘが45ｍｍのセラミック部材２とを結合させて、試料Ｎｏ．１〜６の金属溶湯射出用のプランジャ100を得た。
この試料Ｎｏ．１〜６の金属溶湯射出用のプランジャ100をそれぞれホットチャンバダイ
カストマシンに設置して、金属溶湯22の射出試験を実施した。

結果を表１に示す。

金属溶湯22の射出試験に関しては、１ヶ月の連続稼働においても、試料Ｎｏ．１〜６の本発明の金属溶湯射出用のプランジャ１は良好に射出することができた。しかしながら、セラミック部材２の外径Ｘと金属部材３の外径Ｙとの比率Ｘ／Ｙが1.01未満の試料Ｎｏ．１については、金属部材３の側面に薄い擦り傷が見られた。これは、金属溶湯22の熱を受けて膨張したときにスリーブ21と接触したものと考えられる。また、比率Ｘ／Ｙが1.4を
超える試料Ｎｏ．６については、金属部材３の外径が減少したことで、金属部材３のセラミック部材２に挿入された部分と挿入されていない部分との境界部分に若干の変形が見られ、このまま射出試験を継続したときには、試料Ｎｏ．２〜５よりも早くに交換が必要と
なると考えられた。この結果から、セラミック部材２の外径Ｘと金属部材３の外径Ｙとの比率Ｘ／Ｙが1.01〜1.4の範囲内であることにより、耐用寿命の長い金属溶湯射出用のプ
ランジャ100とできることがわかった。

（実施例１）
次に、図４に示す本発明の金属溶湯射出用のプランジャ１を製造し、これをホットチャンバダイカストマシンに設置し、１ヶ月間連続で金属溶湯22を射出する試験を実施した。

まず、実施例１と同様の原料を用いて静水圧プレス成形法によって有底円筒状に成形した後、切削加工を施して、凹部15と貫通孔９を２箇所設けた。この成形体を窒素雰囲気中にて1900℃の最高温度で焼成して外径が45ｍｍ，高さが80ｍｍ，金属部材挿入部７の深さが45ｍｍ，内径が25ｍｍで、底部に深さが10ｍｍ，内径が８ｍｍの凹部15，内径が10ｍｍの貫通孔９を２箇所に形成したセラミック部材２を得た。

次に、低熱膨張金属（インバー（登録商標））のインゴットから長さが135.5ｍｍ，外径が44ｍｍの棒状部材を切り出し、この棒状部材の一方に長さが45ｍｍで外径が24ｍｍの突起部８を形成し、さらに、その先端部に高さが４ｍｍで外径が５ｍｍの凸部14と、突起部８の側面にＭ８で深さが10ｍｍのねじ穴を加工により施し、締結穴10を２箇所に形成した。また、他方にカップリングと接続可能な形状に機械加工を施し、金属部材３を得た。

また、セラミック部材２と金属部材３とを結合する結合部材11を製造した。低熱膨張金属（インバー）のインゴットから長さが20ｍｍの棒を切り出し、この一方端から9.5ｍｍまでにＭ８のねじ加工を施し結合部材11を得た。さらに、弾性部材13として市販のＭ10用皿ばね座金を複数枚用意した。

次に、組み立てを行なった。金属部材３の先端の凸部14が上になるようにした状態で、より弾性力を持たせるために交互にした４枚の皿ばね座金をこの凸部14に挿入した。そして、ここにセラミック部材２の金属部材挿入部７を被せた後に、セラミック部材２の押圧面５を下にして立てた。その後、セラミック部材２の貫通孔９と金属部材３の締結穴10とを一致させて結合部材11を貫通孔９から挿入して締結穴10のねじ加工部と締結させることにより、セラミック部材２と金属部材３とを一体的に結合し、図４に示す本発明の金属溶湯射出用のプランジャ１を得た。なお、セラミック部材２の底部と金属部材３の先端部との間および金属部材挿入部７の内面と金属部材３の突起部８の側面との間には、0.5ｍｍの隙間12が設けられることとなった。

そして、この金属溶湯射出用のプランジャ１をホットチャンバダイカストマシンに設置し、１ヶ月間連続で金属溶湯22を射出する試験を実施したところ、良好な成形を実施することができた。また、試験後に金属溶湯射出用のプランジャ１を取り出し、その外観を確認したところ、セラミック部材２に亀裂や破損は見られず、金属部材３の変形も見られなかった。また、セラミック部材２と金属部材３との締結を解くときに確認したところ、固定の緩みはなく、結合部材11にも変形や破損は見られなかった。さらに、金属部材３の突起部８に金属溶湯22の付着はなく、結合部材11と貫通孔９との間からの金属溶湯22の浸入を防いでいることが確認された。

このように優れた本発明の金属溶湯射出用のプランジャ１をホットチャンバダイカストマシン20に用いれば、高い寸法精度を必要とされる自動車部品をはじめ超精密部品や産業機器から身近な電機製品の素材に至るまで生産効率を落とすことなく製造することができ好適である。

ホットチャンバダイカストマシンの一例を示す断面図であり、（ａ）は正面から見た縦断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面から見た縦断面図である。 金属溶湯射出用のプランジャの一例を示す縦断面図である。 本発明の金属溶湯射出用のプランジャの実施の形態の一例を示す縦断面図である。 本発明の金属溶湯射出用のプランジャの実施の形態のさらに他の一例を示す縦断面図である。 従来のホットチャンバダイカストマシンの断面図であり、（ａ）は正面から見た縦断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面から見た縦断面図である。

符号の説明

１：プランジャ
２：セラミック部材
３：金属部材
４：摺動面
５：押圧面
６：当接面
７：金属部材挿入部
８：突起部
９：貫通孔
10：締結穴
11：結合部材
12：隙間
13：弾性部材
14：凸部
15：凹部
20：ホットチャンバダイカストマシン

Claims (7)

1. スリーブとの摺動面および金属溶湯に対する押圧面を有する有底円筒形のセラミック部材と、該セラミック部材の内側に一部が挿入される棒状の金属部材とからなり、前記セラミック部材が前記摺動面に貫通孔を有し、前記金属部材が前記貫通孔に対応する締結穴を有しており、前記セラミック部材の内側に前記金属部材の一部を挿入して、前記貫通孔と前記締結穴とを一致させて結合部材を挿入することにより前記セラミック部材と前記金属部材とを一体的に結合してなることを特徴とする金属溶湯射出用のプランジャ。
2. 前記セラミック部材の外径Ｘと前記金属部材の外径Ｙとの比率Ｘ／Ｙが１．０１〜１．４の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の金属溶湯射出用のプランジャ。
3. 前記セラミック部材に前記金属部材が円環状に当接していることを特徴とする請求項１または２に記載の金属溶湯射出用のプランジャ。
4. 前記セラミック部材の底部と前記金属部材の先端部との間および前記セラミック部材の内面と前記金属部材の前記セラミック部材の内側に挿入された部分の側面との間に隙間を設けて結合したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金属溶湯射出用のプランジャ。
5. 前記セラミック部材の底部と前記金属部材の先端部との間に弾性部材を配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金属溶湯射出用のプランジャ。
6. 前記金属部材の先端部に凸部を設け、該凸部と対向する前記セラミック部材の底部に前記凸部を挿入可能な凹部を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の金属溶湯射出用のプランジャ。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の金属溶湯射出用のプランジャを用いたことを特徴とするホットチャンバダイカストマシン。

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