JP5380347B2

JP5380347B2 - 射出成形装置のガス抜き構造

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Publication number: JP5380347B2
Application number: JP2010080771A
Authority: JP
Inventors: 雅道杉本
Original assignee: JATCO Ltd
Current assignee: JATCO Ltd
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: JP2011212693A

Description

本発明は、ダイカストマシン等の射出成形装置に用いられるガス抜き構造に関する。

ダイカストマシンに代表される鋳造金型を用いる射出成形装置は、アルミニウム合金、マグネシウム合金等の金属の溶湯を射出装置によって金型内へと高速、高圧で射出する。このとき、金型のキャビティ内に残留する空気や離型剤から発生するガスは、溶湯の熱によって高温高圧の気体となる。これが溶湯内部に巻き込まれると、鋳造製品の強度低下や鋳巣が発生することにより品質が低下する慮があるので、溶湯の射出時にキャビティ内の気体を外部に排出する必要がある。

キャビティ内の気体を外部に排出する方法としては、金型にチルベントを設けることが既に公知となっている。チルベントは、金型を閉じたときにキャビティ内の気体を排出する通路が形成される。

また、チルベントの通路は波形状となっており、気体を排出した後に、溶湯がチルベントに到達したときに、溶湯を速やかに冷却して凝固させることによって、溶湯の湯吹き（フラッシュ）を防止する。この目的のために、チルベントの内部に冷却水を流通させている。

また、チルベントに真空ポンプを接続して、強制的に気体を外部に排出させるものも知られている。

このように、チルベントは、気体を効率よく排出するという機能と、湯吹きを防ぐために溶湯を速やかに凝固させる機能と、の二つの機能を持つ。気体を効率よく排出するためにはチルベントの通路の隙間を広くすればよいが、溶湯を速やかに凝固させるためには通路の隙間は狭い方がよい。

通路の隙間を広くするためには、チルベントにおいて溶湯の凝固を促進させる必要がある。例えば、チルベント内部の冷却水通路をガス抜き通路に近づけたり、チルベントの材質自体を熱伝導率の高いものとする方法が考えられる。また、チラーを用いて冷却水温度を低下させる方法も考えられる。

しかしながらこれらはいずれもコスト増を招く。チルベントの構造や材質を変更した場合はチルベントに溶損やクラック等が発生しえ寿命が短くなる。また、チラーを設置することによってもコストが増加する。

また、このような２つの機能を両立させるために、チルベントのガス抜き溝内に泡状化した冷却液を吐出し、キャビティ内のガスに続いて排出されてくる溶融物を直接冷却し、溶融物の直進性を抑え、凝固させるチルベントのガス抜き方法（特許文献１参照。）が知られている。

特開平１０−３４３１０号公報

前述の特許文献１に記載された従来のチルベントは、通路内に冷却液を直接吐出するための、ポンプやバルブ及びこれらを制御する制御装置などの追加が必要となり、コストが上昇する。

また、真空ポンプを接続した場合は、冷却液がポンプによって吸引されてしまうので、効果が低下する。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、コストを上昇させることなく、キャビティ内の気体を効率よく排出できるとともに、溶湯の吹き出しを防止する射出成形装置のガス抜き構造を提供することを目的とする。

本発明の一実施態様によると、内部に冷却水が流通可能な冷却室を備えるとともに、一の面が開放された箱形のケースと、ケースの一の面に備えられ、波形状に形成された略一定の板厚の冷却板と、からなる一対のチルベントを、互いに前記冷却板の表面を所定の間隔で向かい合わせて構成することを特徴とする。

本発明によると、表面に結露を発生させることができる。結露は、溶湯がチルベントに到達したときに水蒸気となることにより体積が膨張して、大きな排圧を発生させることができる。従って、ガス抜き通路の隙間を大きくしても、溶湯の吹き出しを防止することができる。このような構成によって、ガスを効率よく排出することができ、鋳造製品の品質を向上することができる。

本発明の実施形態のダイカストマシンの構成を示す説明図である。本発明の実施形態のチルベントの説明図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態のダイカストマシン（射出成形装置）１０の構成を示す説明図である。

ダイカストマシン１０は、固定プラテン１１及び可動プラテン１２と、これら固定プラテン１１及び可動プラテン１２にそれぞれ固定された金型２０（固定金型２１及び可動金型２２）と、これら固定金型２１と可動金型２２との間に形成された金型空間（キャビティ）２０Ａに、アルミニウム合金、マグネシウム合金等の金属の溶湯を射出する射出装置３０とから構成される。

可動プラテン１２は、固定プラテン１１との相対位置を移動可能に構成される。可動プラテン１２が固定プラテン１１へと最も接近したときに固定金型２１と可動金型２２とが閉塞されて、キャビティ２０Ａが形成される。また、可動プラテン１２は、金型２０から鋳造製品を取り外す押出ピン１３を備える。

射出装置３０は、スリーブ３１と、スリーブ３１の内部を摺動可能なプランジャチップ３２と、プランジャチップ３２からキャビティ２０Ａとは反対方向に延びるプランジャロッド３３と、これらプランジャチップ３２とプランジャロッド３３とを連結するプランジャチップジョイント３４とから構成される。

スリーブ３１は、内部に略円筒形の空洞部３１Ａが形成されており、この空洞部３１Ａをプランジャチップ３２が筒方向に摺動する。また、スリーブ３１は、ラドル２４から溶湯を供給する給湯口３１Ｂが上方に開口している。

プランジャロッド３３には図示しない駆動装置が接続されており、この駆動装置によってプランジャロッド３３が移動することによって、スリーブ３１内をプランジャチップ３２が摺動する。

プランジャチップ３２は、高温の溶湯に繰り返し晒され、また射出時にプランジャロッド３３の高圧を受けるため、溶損が発生する。そのため、プランジャチップ３２は、プランジャチップジョイント３４から容易に取り外して交換することができるように、例えばネジ止めによって構成されている。

キャビティ２０Ａの上方にはチルベント４０が備えられている。チルベント４０は、固定金型２１に備えられる固定チルベント４０Ｂと、可動金型２２に備えられる可動チルベント４０Ｃとの対によって構成される。

固定チルベント４０Ｂと可動チルベント４０Ｃとは、固定金型２１及び可動金型２２が閉じてキャビティ２０Ａが形成されたときに、互いに密接するとともに、これらの間に形成される隙間にガス抜き通路４０Ａが形成される。

ガス抜き通路４０Ａは、キャビティ２０Ａと連通しており、射出時にキャビティ２０Ａ内に残留する気体を外部に排出する通路となる。

また、固定チルベント４０Ｂと可動チルベント４０Ｃとは、互いに凹凸形状を有しており、これらが互い違いに組み合わさることによってガス抜き通路４０Ａの表面積を大きくしている。また、チルベント４０の内部には冷却水が流通するように構成されている。これらによって、後述するように溶湯を急速に冷却して、溶湯の凝固を促進する。

チルベント４０には、冷却水供給装置５０から、冷却パイプ５１を介して冷却水が供給される。

このように構成されたダイカストマシン１０は、次のように動作する。

まず、可動プラテン１２を固定プラテン１１側へと移動させて固定金型２１と可動金型２２とを閉塞し、キャビティ２０Ａを形成する。

次に、ラドル２４から溶湯を給湯口３１Ｂに供給する。溶湯が供給された後、プランジャロッド３３が、プランジャチップ３２をキャビティ２０Ａ側へと前進させる。これにより、溶湯がキャビティ２０Ａ内に射出される。溶湯の射出時には、キャビティ２０Ａ内の空気や水蒸気は、チルベント４０のガス抜き通路４０Ａから外部へと排出される。

キャビティ２０Ａに溶湯が充填されるとプランジャチップ３２の前進は停止する。このとき、プランジャロッド３３によってプランジャチップ３２に高圧を与えることで、鋳造製品の強度及び精度を向上する。

また、キャビティ２０Ａの内部に溶湯が充填されると、溶湯はチルベント４０のガス抜き通路４０Ａまでせり上がる。このとき、チルベント４０の内部を流通する冷却水によって、せり上がってきた溶湯を急速に冷却する。

これにより、ガス抜き通路４０Ａにおいて溶湯が凝固して真空ランナーが形成され、ガス抜き通路４０Ａから溶湯が吹き出すことを防止する。

キャビティ２０Ａの溶湯は、金型２０の熱伝導により冷却される。また、プランジャチップ３２内部を流通する冷却水によって冷却される。これにより、凝固点以下となった溶湯が凝固する。

溶湯が十分に冷却した後、可動プラテン１２を移動させてキャビティ２０Ａを解放し、押出ピン１３によって形成された鋳造品を取り外す。その後、次の工程に備えて、剥離剤の塗布やエアブロー等の処理を行う。

このような工程によって、ダイカストマシン１０による鋳造が行われる。

次に、チルベント４０の構成について説明する。

図２は、本発明の実施形態の固定チルベント４０Ｂの構成を示す説明図である。図２（Ａ）は、固定チルベント４０Ｂをガス抜き通路４０Ａ側から見た上面図であり、図２（Ｂ）は、固定チルベント４０ＢのＡ−Ａ断面図である。

なお、固定チルベント４０Ｂと向かい合う可動チルベント４０Ｃは、固定チルベント４０Ｂと略同一の構造であるので、ここでは、代表して固定チルベント４０Ｂのみを説明する。

固定チルベント４０Ｂは、上方の一の面が開口した箱形の下側ケース４２と、下側ケース４２の上方の開口部分を閉塞する冷却板４３と、冷却板４３を下側ケース４２とで挟持する上側ケース４１とによって構成される。

下側ケース４２は内部が空洞となっており、この空洞に冷却水を流通することによって冷却水通路４９が形成される。また、固定チルベント４０Ｂの図右手側には、冷却水通路４９に冷却水を供給する冷却水供給管４５と、冷却水通路４９から冷却水を排出する冷却水排出管４６とが下側ケース４２及び上側ケース４１を貫通して取り付けられている。

これら冷却水供給管４５及び冷却水排出管４６は、冷却パイプ５１を介して、冷却水供給装置５０に接続されている。

冷却板４３は、波形状を有する波状部４３Ａと、波状部４３Ａの四方に張り出した平板状の形状を有する平板部４３Ｂとによって構成されている。この平板部４３Ｂが上側ケース４１と下側ケース４２とに挟持されて、固定される。

平板部４３Ｂと上側ケース４１との間には、冷却水の漏出を防止するガスケット４４が、平板部４３Ｂの全周に渡って、波状部４３Ａを取り囲むように備えられている。

冷却板４３は、平板薄板をプレス等によって加工することによって波状部４３Ａが形成される。なお、冷却板４３の厚さは、冷却水の温度が速やかに表面に伝わるように、２〜５ｍｍ程度とする。

冷却水通路４９は、バッフルプレート（仕切り板）４７によって上側通路４９Ａと下側通路４９Ｂとに仕切られている。上側通路４９Ａは、冷却水供給管４５に連通し、冷却水供給管４５供給されたばかりの比較的温度の低い冷却水が流通する。この冷却水によって冷却板４３を冷却する。

上側通路４９Ａは冷却水供給管４５とは逆の側で下側通路４９Ｂに連通している。上側通路４９Ａを通過した冷却水は下側通路４９Ｂへと流入し、冷却水排出管４６へと排出される。

冷却水通路４９は、バッフルプレート４７によって上側通路４９Ａと下側通路４９Ｂとに仕切られているので、上側通路４９Ａに供給された比較的温度の低い冷却水が、温度の高くなった下側通路４９Ｂ冷却水と混ざり合うことを防止する。

上側ケース４１は、図２（Ａ）に示すように、左手側（キャビティ２０Ａ側）にキャビティ２０Ａからのガスや溶湯が流入するための溝部４８が形成されている。なお、図示しないが、可動チルベント４０Ｃは、キャビティ２０Ａと逆側にのみこの溝部４８と同様の構成を備える。

また、可動チルベント４０Ｃの冷却板４３は、固定チルベント４０Ｂの冷却板と互い違いとなるように形成される。その他の構成は、固定チルベント４０Ｂと可動チルベント４０Ｃとは略同一の構成である。

このよう構成された固定チルベント４０Ｂと可動チルベント４０Ｃは、射出成型時に金型２０が閉じられるときに、互いに向かい合って上側ケース４１同士が密接する。また、冷却板４３は互い違いに向き合うとともに、冷却板４３同士に所定の間隔が生じる。この間隔がガス抜き通路４０Ａを構成する。

従来、チルベントは、鋳物や削り出し等により形成された金属塊に、冷却水を流通させるための冷却水流通孔を設けるものが一般的だった。この場合は、チルベント表面のガス抜き通路と冷却水の流通路は、概ね１５〜２０ｍｍの金型厚さであった。

また、従来のチルベントは、溶湯を凝固させて真空ランナーを形成することを主目的としており、チルベント表面の温度は、冷却水によって概ね４０〜１００℃となるものが一般的でてあった。

このような従来のチルベントでは、ガスを効率よく排出させるためにはガス抜き通路の間隔を広くすればよいが、溶湯の凝固が遅れることによる吹き出しを防止するために、ガス抜き効率を犠牲にしてガス抜き通路の間隔を狭く設定した。

これに対して、本発明の実施形態のチルベント４０は、ガス抜き通路４０Ａは、厚さが２〜５ｍｍの薄板によって形成された冷却板４３から構成される。また、冷却水は、冷却板の裏面の波形状を沿うように流通するように構成されている。このような構成によって熱伝導効率が高くなり、ガス抜き通路４０Ａの表面温度を、従来よりもさらに下げることが可能になる。

ガス抜き通路４０Ａの表面温度を下げることによって、次のような作用を発揮する。

ダイカストマシンの鋳造工程において、金型２０の表面には離型剤が塗布される。離型剤は水エマルション系が主流であり、高温の溶湯がキャビティ２０Ａ内に射出されることによって水分が蒸発し、チルベント４０のガス抜き通路４０Ａには、高温の蒸気が通過する。

ここで、ガス抜き通路４０Ａの表面温度を下げると、ガス抜き通路４０Ａの表面で水蒸気が凝結して、結露が発生する。

より具体的には、チルベント４０の周辺温度は射出成型時に４０℃程度となる。そこで、ガス抜き通路４０Ａの表面温度をチルベント４０の周囲の温度よりも１０℃以下（２０℃〜３０℃）とすることによって、ガス抜き通路４０Ａの表面に結露が発生する。

このとき、射出時にキャビティ２０Ａからからチルベント４０の通路まで上昇してきた溶湯の高温により、ガス抜き通路４０Ａの表面の結露が蒸発して水蒸気となる。

水蒸気は、液体の水と比較して体積が１２４０倍に上昇する。この体積膨張によってガス抜き通路４０Ａに大きな排圧が発生する。この排圧によって、溶湯がチルベント４０から吹き出すことを防止できる。また、水が水蒸気になることによって気化熱が奪われるため、溶湯の凝固が促進される。

このような作用によって、ガス抜き通路４０Ａの間隔を、従来のチルベントよりも広くすることが可能となる。ガス抜き通路４０Ａの間隔を広くすることによって、鋳造時のガスを効率よく排出することができ、鋳造製品の品質が向上する。

なお、チルベント４０に流通させる冷却水は、上水（１０℃程度）を使用することが望ましいが、工場循環水や地下水が２０℃程度以下であれば、射出成型時のチルベント４０の周辺温度（４０℃程度）よりもガス抜き通路４０Ａの温度を１０℃以下とすることができる。

以上のように構成された本発明の実施形態のダイカストマシン１０は、チルベント４０のガス抜き通路４０Ａを、波形状を有する薄板から構成される冷却板４３によって構成した。また、チルベント４０に供給する冷却水を、チルベント４０の周辺温度よりもガス抜き通路４０Ａの表面温度が１０℃以下となるように冷却水を流通させた。

これにより、ガス抜き通路４０Ａの表面に結露を発生させることができる。結露は、溶湯がチルベント４０に到達したときに水蒸気となることにより体積が膨張して、大きな排圧を発生させることができる。従って、従来のチルベントよりもガス抜き通路４０Ａの隙間を大きくしても、溶湯の吹き出しを防止することができる。

このような構成によって、ガスを効率よく排出することができ、鋳造製品の品質を向上することができる。

また、チルベント４０のガス抜き通路４０Ａの表面は、薄板をプレス形成した冷却板４３によって構成される。冷却板４３は例えば２〜５ｍｍ程度の厚さであるので、冷却水によって速やかに冷却するので、水蒸気の凝固を促進する。

また、チルベント４０の内部にバッフルプレート４７を備えて、冷却板４３の内側の波形状に沿うように温度の低い冷却水が流通するように構成したので、使用する材料の熱伝導率の影響を小さくすることができる。例えば、溶損に強い鋼材、熱伝導率の高い銅合金、錆に強いステンレス合金等、用途に応じた材料を選択することができる。

また、溶損が発生した場合には、冷却板４３のみを取り外して交換することができるので、ランニングコストを低減することができる。

また、射出成型時のチルベント４０の周辺温度（約４０℃）よりも１０℃以下にガス抜き通路４０Ａの表面温度を低下させるためには、上水（１０℃程度）を使用することが望ましいが、工場循環水や地下水が２０℃程度以下であれば使用することができるので、冷却水を使用するコストを低減することができる。

なお、以上説明した本発明の実施形態では、チルベント４０を大気開放型として説明したが、チルベント４０のガス抜き通路４０Ａに真空ポンプを連通させた真空ダイカスト法としてもよい。

なお、大気開放する場合には、ガス抜き通路４０Ａに結露した水滴がキャビティ２０Ａ側に流下することによる鋳造不良を防止する目的で、真空ランナーの形状を、下方に水滴が流下しないような構造とすることが望ましい。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。

１０ダイカストマシン（射出成形装置）
１１固定プラテン
１２可動プラテン
２０金型
２０Ａキャビティ（金型空間）
３０射出装置
４０チルベント
４０Ａガス抜き通路
４１上側ケース
４２下側ケース
４３冷却板
４３Ａ波状部
４３Ｂ平板部
４４ガスケット
４５冷却水供給路
４６冷却水排出路
４７バッフルプレート（仕切り板）
４９冷却室
５０冷却水供給装置

Claims

内部に冷却水が流通可能な冷却室を備えるとともに、一の面が開放された箱形のケースと、
前記ケースの一の面に備えられ、波形状に形成された略一定の板厚の冷却板と、
からなる一対のチルベントを、互いに前記冷却板の表面を所定の間隔で向かい合わせて構成することを特徴とする射出成形装置のガス抜き構造。
前記冷却室は、前記冷却板と平行な方向に備えられる仕切り板によって第１の室及び第２の室に分離され、
前記第１の室は、冷却水が供給される冷却水供給路が連通するとともに、前記冷却板の裏面に前記冷却水が流通し、
前記第２の室は、前記１の室を通過した後の前記冷却水を排出する冷却水排出路へと連通することを特徴とする請求項１に記載の射出成形装置のガス抜き構造。
前記冷却室には、前記チルベントの周辺温度よりも１０℃以上低い温度の冷却水を流通させることを特徴とする請求項１又は２に記載の射出成形装置のガス抜き構造。