JP5552980B2 - 鋳造装置 - Google Patents

Description

本発明は、鋳造装置に関する。特に、圧力を加えて金型に溶融金属（溶湯）を射出して製品を鋳造するいわゆるダイカストマシンに関する。本明細書でいう「鋳造装置」は「ダイカストマシン」を意味する。

鋳造装置は、典型的には、金型と、金型のキャビティに溶融金属を射出するためのスリーブとプランジャを備える。金型には、スリーブ先端からキャビティへ通じる湯道が設けられている。スリーブに流し込まれた溶湯は、プランジャの前進によって圧力が加えられ、湯道を通ってキャビティへと押し出される。スリーブ内の溶融金属を金型へ射出する際、溶融金属の流れが乱れる。流れの乱れ（乱流）が大きいと気泡が発生し、その気泡が金型のキャビティへ供給されることがある。キャビティ内の気泡はいわゆる巣穴の原因となり、製品の品質を低下させる。

そこで、例えば特許文献１に、溶融金属射出時の乱流を抑制するように工夫した鋳造装置が提案されている。その鋳造装置では、分流子と呼ばれる部品をスリーブの先端に配置する。分流子は、溶融金属の流れを円滑にするための部品であり、スリーブ先端からその側方へと伸びている湯道へ通じる溶融金属の流路を、直角に曲がる流路から緩やかに湾曲する流路へと変える役目を果す。具体的には、スリーブの長手方向中心線に沿った断面（縦断面）において、分流子前面（スリーブ内空間を向いている面）の輪郭線が、その一端がスリーブの内面と緩やかに繋がり他端が湯道の内面と緩やかに繋がるように湾曲している。溶融金属はこの分流子の前面の湾曲に案内されて円滑にスリーブから湯道へと流れることができ、流れの乱れが抑制される。

実開昭６０−５６１５８号公報

スリーブの縦断面で見たとき、溶融金属の流れはスリーブ中心線に沿った方向から湯道の中心線に沿った方向に略９０度変化する。上記した分流子は、この略９０度の流れの方向の変化を円滑にし、乱れの発生を抑制する。

特許文献１の分流子は、スリーブの縦断面で見たときの溶融金属の流れを円滑にすることに主眼を置いている。これは、溶融金属の流れが縦断面において略９０度変化するからである。このように、スリーブ縦断面で見たときの溶融金属の流れを円滑にする工夫は従来検討されていたが、スリーブの長手方向に直交する断面（横断面）における溶融金属の流れは、その方向がさほど変化しないためあまり着目されていなかった。しかしながら、スリーブ横断面で見たときの溶融金属の流れも円滑である方が好ましい。本願明細書は、スリーブ横断面で見たときの溶融金属の流れを円滑にし、湯道内での溶融金属の流れを一層円滑にする技術を提供する。

本明細書が開示する鋳造装置の一実施形態では、鋳造装置は湯道を備える。湯道は、スリーブ先端からスリーブ側方へと伸びており金型のキャビティに通じている。この鋳造装置では、スリーブ内空間に面している湯道開口部をスリーブ長手方向と直交する横断面で見たときに、湯道開口部の幅が、スリーブ内空間側からスリーブ外側に向けて漸減している。

別言すると、上記の鋳造装置では、スリーブ長手方向と直交する横断面において、湯道開口部の幅がスリーブ内空間側から湯道の奥（溶融金属の流れ方向下流側）に進むにつれて徐々に狭まっている。溶融金属の流路の幅が徐々に狭まるように湯道開口部が形成されているので、乱流の発生が抑制される。即ち、スリーブの横断面で見たときの溶融金属の流れが円滑となる。

湯道は、スリーブの先端側面に孔（もしくは切欠）が設けられ、そこから伸びている形態もあれば、そのような孔（もしくは切欠）は設けず、スリーブ先端に接している金型部分に、（即ち、スリーブ先端よりも前方で）スリーブ側方に伸びる湯道が設けられる形態もある。前者の場合、スリーブ先端側面に設けられた孔（もしくは切欠）が湯道開口部に相当する。

上記の横断面における湯道開口部の輪郭線の形状にはいくつかの好ましい形態がある。例えば、上記の横断面において、湯道開口部の両側の輪郭線の少なくとも一方が、スリーブ内周面と滑らかに連なる円弧をなしていてもよい。この構成によると、スリーブの横断面で見たときに、溶融金属が、円弧に沿って湯道内に滑らかに導かれるので乱流の発生が一層抑制される。

また、上記の横断面において、湯道開口部の一方の輪郭線がスリーブ内周面と滑らかに連なる円弧をなしており、他方の輪郭線がスリーブ内周面の接線と一致する直線をなしていてもよい。この構成による場合も、スリーブの横断面で見たときに、溶融金属が円弧及び接線に沿って湯道に滑らかに導かれる。即ち、溶融金属はスリーブから湯道へ滑らかに導かれるので乱流の発生が抑制される。この場合、上記他方の輪郭線が、さらに、上記横断面において、湯道開口部より溶融金属の流れ方向下流側における湯道の輪郭線の延長線と一致する直線をなしていてもよい。この構成によると、溶融金属がより滑らかに湯道内に導入される。

さらにまた、上記の横断面において、湯道開口部の両側の輪郭線の少なくとも一方が、スリーブ内周面の接線と一致する直線をなしていてもよい。この構成の場合も、スリーブの横断面において、溶融金属が接線に沿って湯道内に滑らかに導入される。

第１実施例の鋳造装置の縦断面図を示す。 図１におけるII−II断面図（横断面図）を示す。 第２実施例の鋳造装置の横断面図を示す。 第３実施例の鋳造装置の横断面図を示す。 第４実施例の鋳造装置の横断面図を示す。 第５実施例の鋳造装置の縦断面図を示す。

以下に説明する実施例の技術的特徴を列挙する。
（形態１）湯道孔（湯道開口部）は、スリーブの前端部の側方に設けられている。なお、「スリーブの前方」とは、スリーブ内を往復移動するプランジャの前進方向を意味する。
（形態２）一の実施形態では、スリーブ長手方向中心線と直交する横断面において、湯道孔の両側の輪郭線が、スリーブ内周面と湯道奥側の内周面を滑らかに結ぶ円弧をなしている。なお、「湯道奥側」とは、湯道の溶融金属の流れ方向下流側を意味する。
（形態３）他の実施形態では、スリーブ長手方向中心線と直交する横断面において、湯道孔の一方の輪郭線がスリーブ内周面と湯道奥側の内周面を滑らかに結ぶ円弧をなしており、他方の輪郭線がスリーブ内周面の接線と一致するとともに、湯道奥側の内周面の延長線と一致する直線をなしている。
（形態４）他の実施形態では、スリーブ長手方向中心線と直交する横断面において、湯道孔の両側の輪郭線が、スリーブ内周面の接線と一致する直線をなしている。
（形態５）他の実施形態では、スリーブ長手方向中心線と直交する横断面において、湯道孔の一方の輪郭線がスリーブ内周面の接線と一致し、他方の輪郭線がスリーブ内周面の接線と一致するとともに、湯道奥側の内周面の延長線と一致する直線をなしている。

図面を参照して第１実施例の鋳造装置２について説明する。図１に示すように、鋳造装置２は、圧力を加えて金型に溶融金属（溶湯）を射出して製品を鋳造する装置（ダイカストマシン）である。鋳造装置２は、主な部品として、固定金型４と、固定金型４に密着及び離間する可動金型６と、固定金型４に固定されるスリーブ１０と、スリーブ１０内を往復移動するプランジャ３０とを備える。本実施例の鋳造装置２は、スリーブ１０はその長手方向が略水平となるように配置されており、スリーブ１０内をプランジャ３０が略水平方向に往復移動する横型の鋳造装置である。

固定金型４と可動金型６は、ともに合金鋼製の金型である。固定金型４は、図示しない固定盤に固定されている。可動金型６は、図示しない可動盤に固定されている。可動盤の動作に伴って、可動金型６が固定金型４に密着及び離間する。なお、型同士を密着させることは、「型を閉じる」と称し、密着した型を離間することは、「型を開く」と称することもできる。図１に示すように、可動金型６が固定金型４に密着したときに、２つの金型４、６の間に、製品を鋳造するためのキャビティ（図示省略）と、そのキャビティとスリーブ１０内の空間を連通する湯道８が形成される。スリーブ１０から射出される溶湯は、湯道８を通過してキャビティに供給される。縦断面における湯道８の幅（図１のｔ）と、横断面における湯道８の幅（図２のｗ）とは、製造する製品、溶湯の射出条件、金型のゲート断面積、スリーブ１０のサイズ等に応じて適宜決定される。一例として、スリーブ１０の径が１８０ｍｍ、縦断面における湯道幅ｔは３０ｍｍ、横断面における湯道幅ｗは１００ｍｍである。

スリーブ１０内にプランジャ３０が配置されている。スリーブ１０とプランジャ３０はともに合金鋼製の円筒状部材である。プランジャ３０の後端は、プランジャ３０を前進及び後退させるアクチュエータ（図示省略）に連結されている。プランジャ３０を後退端に位置させた状態（図１に示す状態）で、溶湯供給孔１８からスリーブ１０内に溶湯Ｈが供給される。アクチュエータによってプランジャ３０を前進させ、スリーブ１０内の溶湯Ｈが湯道８を通じてキャビティ内へ射出される。

湯道８のスリーブ内空間に面している部分（湯道開口部）について詳しく説明する。図１に示すように、スリーブ１０の先端上方に湯道孔１９が開口しており、上記した湯道８は、湯道孔１９を通じてスリーブ内空間に通じている。即ち、この湯道孔１９が、スリーブ内空間に面している湯道８の開口部（湯道開口部）に相当する。なお、図１、図２に示されているとおり、湯道孔１９は、厳密にはスリーブ１０先端部の側方に形成された切欠である。

湯道孔１９（湯道開口部）について、図２を参照してさらに説明する。図２は、スリーブ１０の長手方向中心線（図１の一点鎖線）と直交する横断面（以下では単に「横断面」と呼ぶ）を示す。図２に示すように、湯道孔１９は、スリーブ１０内側の開口幅がスリーブ１０外側の開口幅より大きく形成されている。また、湯道孔１９の開口幅は、スリーブ１０内側から外側に向けて漸減するように形成されている。即ち、湯道孔１９は、横断面で見たときの幅が、スリーブ内空間側からスリーブ外側に向かって漸減するように形成されている。

さらに、本実施例では、上記の横断面において、湯道孔１９の一方の輪郭線２０は、スリーブ１０の内周面１２と湯道８の開口部より奥側の一方の輪郭線４０とを滑らかに結ぶ円弧をなしており、湯道孔１９の他方の輪郭線２１は、スリーブ１０の内周面１２と湯道８の開口部より奥側の他方の輪郭線４１とを滑らかに結ぶ円弧をなしている。なお、「湯道８の開口部より奥側の一方の（他方の）輪郭線４０（４１）」とは、湯道孔１９（即ち湯道開口部）に連なる湯道部分であり、金型によって形成されている湯道８の横断面における輪郭線を意味する。「奥側」とは、溶融金属が湯道８を流れる際の下流側を意味する。以下では、湯道８の開口部より奥側の部分のことを単に「湯道８の奥側」と呼ぶ。また、湯道孔１９の輪郭線２０、２１（湯道開口部の輪郭線２０、２１）を形成する円弧は、それぞれ、図２の破線部に示す円５０、５１の一部である。円５０は、スリーブ１０の内周面１２と湯道８の奥側の一方の輪郭線４０に接する。一方、円５１は、スリーブ１０の内周面１２と湯道８の奥側の他方の輪郭線４１に接する。以上の構成により、プランジャ３０によって溶湯が押出される際に、スリーブ１０内の溶湯が、円弧をなす輪郭線２０、２１に沿って滑らかに湯道８内に導入される。スリーブ１０の横断面における溶湯の流れが円滑となる。なお、図１に示すように、湯道孔１９（湯道開口部）のスリーブ１０の長手方向開口幅は一定幅に形成されている。

本実施例の鋳造装置２によって、金型に溶湯を射出して製品を鋳造する場合における鋳造装置２の動作を説明する。図１に示すように、まず、コントローラ（図示省略）は、可動盤を動作させることによって、可動金型６を固定金型４に密着させ、２つの金型４、６の間にキャビティ及び湯道８を形成する。また、コントローラは、プランジャ３０を後退端に位置させる。このとき、プランジャチップ３２の先端面は、溶湯供給孔１８より後方に位置する。この状態で、溶湯供給装置（図示省略）によって、溶湯供給孔１８から、スリーブ１０内に溶湯Ｈを供給する。

次いで、コントローラは、プランジャ３０を所定の前進端位置まで前進させる。プランジャ３０の前進に伴い、スリーブ１０内の溶湯Ｈが湯道８を介して、キャビティ内へと射出される。このとき、湯道孔１９（即ち湯道８の開口部）が上述した形状に形成されているため、スリーブ１０内の溶湯Ｈが射出される際、溶湯Ｈは、円弧をなす輪郭線２０、２１に沿って滑らかに湯道８に導入される。スリーブ１０の横断面における溶湯の流れが円滑となる。乱流の発生が抑制され、キャビティに充填された溶湯内に気泡が混在することが抑制される。

プランジャ３０を前進端位置まで前進させると、コントローラは、その状態で、キャビティ内の溶湯が凝固するまでの間、所定時間待機する。鋳造空間内の溶湯Ｈが凝固することにより、製品が形成される。

以上、本実施例の鋳造装置２について説明した。上述の通り、本実施例では、湯道開口部（湯道孔１９）は、その横断面における幅が、スリーブ内空間側からスリーブ外側に向けて漸減するように形成されている。さらに、湯道孔１９の一方の輪郭線２０は、スリーブ１０の内周面１２と湯道８の奥側の一方の輪郭線４０とを滑らかに結ぶ円弧をなしている。また、湯道孔１９の他方の輪郭線２１は、スリーブ１０の内周面１２と湯道８の奥側の他方の輪郭線４１とを滑らかに結ぶ円弧をなしている。そのため、スリーブ１０内の溶湯Ｈの射出時において、溶湯Ｈは、円弧をなす輪郭線２０、２１に沿って滑らかに湯道８に導入される。即ち、スリーブ１０の横断面における溶湯の流れが円滑となる。スリーブ１０の横断面における溶湯の乱れが発生しにくくなり、気泡が発生しにくくなる。そのため、金型４、６のキャビティ内に気泡が入りにくくなるため、製品の品質が向上する。

図３を参照して、第２実施例の鋳造装置１０２について説明する。第２実施例の鋳造装置１０２は、その基本的構成は第１実施例の鋳造装置２と共通する。第２実施例の鋳造装置１０２は、スリーブ１０の湯道孔１１９（即ち湯道開口部）の形状において第１実施例と相違する。第２実施例では、スリーブ１０の横断面において、湯道孔１１９の一方の輪郭線１２０が、スリーブ１０の内周面１１２と湯道８の奥側の一方の輪郭線１４０とを滑らかに結ぶ円弧をなしている。この円弧は、スリーブ１０の内周面１１２と湯道８の奥側の一方の輪郭線１４０に接する円１５０（図中破線部参照）の一部である。また、湯道孔１１９の他方の輪郭線１２１が、スリーブ１０の内周面１１２の接線１５１（図中破線部参照）と一致するとともに、湯道８の奥側の他方の輪郭線１４１の延長線と一致する直線をなしている。第２実施例の構成による場合も、第１実施例と同様に、スリーブ１０内の溶湯Ｈの射出時において、溶湯Ｈが輪郭線１２０、１２１に沿って滑らかに湯道８に導入される。即ち、スリーブ１０の横断面における溶湯の流れが円滑となる。

図４を参照して、第３実施例の鋳造装置２０２について説明する。第３実施例の鋳造装置２０２も、湯道孔２１９（湯道開口部）の形状において上記各実施例と相違する。第３実施例では、スリーブ１０の横断面において、湯道孔２１９の両側の輪郭線２２０、２２１が、それぞれ、スリーブ１０の内周面２１２の接線２５０、２５１（図中破線部参照）と一致する直線をなしている。第３実施例の構成による場合も、上記各実施例と同様に、スリーブ１０内の溶湯Ｈの射出時において、溶湯Ｈが輪郭線２２０、２２１に沿って滑らかに湯道８に導入される。即ち、スリーブ１０の横断面における溶湯の流れが円滑となる。

図５を参照して、第４実施例の鋳造装置３０２について説明する。第４実施例の鋳造装置３０２も、湯道孔３１９（湯道開口部）の形状において上記各実施例と相違する。第４実施例では、スリーブ１０の横断面において、湯道孔３１９の一方の輪郭線３２０が、スリーブ１０の内周面３１２の接線３５０（図中破線部参照）と一致する。また、湯道孔３１９の他方の輪郭線３２１が、スリーブ１０の内周面３１２の接線３５１（図中破線部参照）と一致するとともに、湯道８の奥側の輪郭線３４１の延長線と一致する直線をなしている。第４実施例の構成による場合も、上記各実施例と同様に、スリーブ１０内の溶湯Ｈの射出時において、溶湯Ｈが輪郭線３２０、３２１に沿って滑らかに湯道８に導入される。即ち、スリーブ１０の横断面における溶湯の流れが円滑となる。

図６を参照して、第５実施例の鋳造装置４０２について説明する。図６は、鋳造装置４０２の縦断面図である。鋳造装置４０２では、スリーブ４１０の先端は、切欠や孔を有さない単純な円筒形である。鋳造装置４０２の湯道４０８は、スリーブ４１０の先端より前方にてスリーブ側方に伸びている。この場合、図６の破線部分４０９が湯道開口端に相当する。図６のＡ−Ａ線に沿った横断面は、図２と同様である。従って、鋳造装置４０２は、鋳造装置２と同様の効果を奏する。

上記各実施例の変形例を以下に列挙する。
（１）湯道孔の形状（即ち、湯道開口部の形状）は、その横断面における幅が、スリーブ内空間側からスリーブ外側に向かって漸減していればよく、上記各実施例で説明したものに限られない。従って、例えば、湯道孔は、輪郭線のうちの一方がスリーブ内周面の接線であって、湯道の奥側の輪郭線と一致しない直線をなし、他方がスリーブの内周面と湯道の奥側の輪郭線とを滑らかに結ぶ円弧をなすように形成してもよい。
（２）また、湯道孔は、輪郭線のうちの一方が、従来の湯道孔と同様に、湯道の奥側の輪郭線の延長線に一致する直線であって、スリーブ内周面の接線と一致しない直線をなし、他方のみが、スリーブの内周面とその奥側の輪郭線とを滑らかに結ぶ円弧、又は、スリーブ内周面の接線と一致する直線をなすように形成してもよい。
（３）湯道孔のスリーブ長手方向の開口幅（図１のｔ参照）は一定幅に限られない。従って、例えば、湯道孔のスリーブ長手方向の開口幅がスリーブ内側から外側に向けて漸減するように湯道孔を形成してもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：鋳造装置、４：固定金型、６：可動金型、８：湯道、１０：スリーブ、１２：スリーブの内周面、１８：溶湯供給孔、１９：湯道孔（湯道開口部）、２０、２１：湯道孔の輪郭線、３０：プランジャ、４０、４１：湯道の奥側の輪郭線、５０、５１：円、１０２：鋳造装置、１１２：スリーブの内周面、１１９：湯道孔、１２０、１２１：輪郭線、１５０：円、１５１：接線、２０２：鋳造装置、２１２：スリーブの内周面、２１９：湯道孔、２２０、２２１：輪郭線、２５０、２５１：接線、３０２：鋳造装置、３１２：スリーブの内周面、３１９：湯道孔、３２０、３２１：輪郭線、３４１：湯道の奥側の輪郭線、３５０、３５１：接線、４０２：鋳造装置、４０８：湯道、４１０：スリーブ、Ｈ：溶湯

Claims (5)

1. 金型と、
   金型に連結されておりキャビティへ射出する前の溶融金属を貯めておくためのスリーブと、を備える鋳造装置であって、
   スリーブ先端からスリーブ側方へと伸びており金型のキャビティに通じる湯道が形成されており、
   スリーブ内空間に面している湯道開口部をスリーブ長手方向と直交する横断面で見たときに、当該開口部の幅が、スリーブ内空間側からスリーブ外側に向けて漸減していることを特徴とする鋳造装置。
2. 前記横断面において、前記開口部の両側の輪郭線の少なくとも一方が、スリーブ内周面と滑らかに連なる円弧をなしていることを特徴とする請求項１に記載の鋳造装置。
3. 前記横断面において、前記開口部の一方の輪郭線がスリーブ内周面と滑らかに連なる円弧をなしており、他方の輪郭線がスリーブ内周面の接線と一致する直線をなしていることを特徴とする請求項１に記載の鋳造装置。
4. 前記他方の輪郭線が、さらに、前記横断面において、前記開口部より溶融金属流れ方向下流における湯道の輪郭線の延長線と一致する直線をなしていることを特徴とする請求項３に記載の鋳造装置。
5. 前記横断面において、前記開口部の両側の輪郭線の少なくとも一方が、スリーブ内周面の接線と一致する直線をなしていることを特徴とする請求項１に記載の鋳造装置。

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