JP5690314B2 - 分流子及びこの分流子を用いるダイカスト法 - Google Patents

Description

本発明は、分流子及びこの分流子を用いるダイカスト法に係り、特に、金型のスリーブ内を前進して溶湯を押圧するプランジャーチップの前進方向対向位置に設けられる分流子と、この分流子を用いるダイカスト法に関するものである。

従来から、ダイカスト金型に分流子（スプルコア）を設けることが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。すなわち、ダイカスト金型には、スリーブが設けられており、また、スリーブ内には、スリーブ内を前進して溶湯を押圧し、溶湯をビスケット、ランナー、及びゲートを介してキャビティに充填するためのプランジャーチップが設けられている。分流子は、プランジャーチップの前進方向対向位置であるビスケットの位置に設けられており、プランジャーチップによって押圧されてスリーブ内を送られてきた溶湯が分流子に衝突し、分流子によって溶湯がランナー及びゲートへと導かれるように構成されている。分流子内部には冷媒用空間（冷媒通路）が形成されており、この冷媒通路内に冷媒が流されることにより、溶湯が衝突して温度上昇する分流子を冷却していた。

ところで、この種の技術分野では、分流子の冷却効率を高めるための種々の試みがなされている。例えば、下記特許文献２には、上述した冷媒通路内に設置されるインサート部材（なお、特許文献２では、「封止壁部材６」と記されている。）の改良技術が開示されている。具体的には、冷媒供給通路と冷媒排出通路とを有するインサート部材の表面に螺旋溝を形成することで、螺旋溝内を通過する冷媒と、分流子に形成された冷媒通路の内周面とが、緊密に接触し、冷却効率が高まるとされている。

特許第３０９７５１５号明細書 特開２００８−１３７０２２号公報

しかしながら、上掲した特許文献２に代表される従来の分流子冷却技術には、改良の余地が残されている。すなわち、特許文献２に開示の技術は、分流子に形成された冷媒通路の内周面のみを冷却するものであるが、分流子には、冷媒通路に併設された押し出しピンを摺動可能に配設するための貫通孔なども設けられており、この様な部位の冷却効率を高める技術はこれまで開示されていなかった。特に、押し出しピンは、ダイカスト法において不可避的に鋳造されるランナー部を押し出すために設けられる部材であるが、押し出しピンが設置される貫通孔の周囲の冷却が不十分な場合には、押し出しピンの摺動動作に影響を与えたり、押し出しピンの耐久性を悪化させることとなる。また、従来技術においては、押し出しピンの取り換え性を悪化させる虞があった。

さらに、特許文献２に開示の技術は、インサート部材の表面に螺旋溝を形成することで冷媒の流れを効率化するものであるが、最も高温になる箇所は溶湯が衝突する分流子の前方部である。したがって、冷媒の流れを改善するよりも、分流子の前方部が効率良く冷却される構成を採用する方が、より冷却効率を高めることにつながることは明らかである。さらに、特許文献２に開示のインサート部材の形状は非常に複雑なものであるため、製造コストが増大することが懸念される。したがって、複雑な通路を形成せずとも冷却効率を高めることのできる技術が求められていた。しかしながら、そのような冷却効率の高い分流子の改良構造を提案する技術は、これまでなされていなかった。

本発明は、上述した従来技術に存在する種々の課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、分流子の冷却効率を高めるとともに、操作性が良く、長寿命な構成を実現する技術を提供することにある。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

本発明に係る分流子（４０）は、金型（１）のスリーブ（３０）内を前進して溶湯（２）を押圧するプランジャーチップ（３１）の前進方向対向位置に設けられる分流子（４０）であって、前記溶湯（２）が衝突する前方部（ｆ）とは逆側の後方部（ｒ）に向けて開口して形成される冷媒通路（４１）と、ランナー部を押し出すための押し出しピン（４５）を摺動可能に配設する貫通孔（４２）と、を備え、前記前方部（ｆ）を含む箇所が鋼（Ｓｔ）によって形成されるとともに、前記冷媒通路（４１）の全周を取り囲む部位と前記貫通孔（４２）の形成箇所の少なくとも一部が銅又は銅合金（Ｃｕ）によって形成され、押し出しピン（４５）を摺動可能に配設する前記貫通孔（４２）の周辺部位における鋼（Ｓｔ）の形状について、前方部（ｆ）側に配置される鋼（Ｓｔ）が前記貫通孔（４２）に沿うように後方部（ｒ）側に向けて突状に突き出すように形成されていることを特徴とするものである。

本発明に係る分流子（４０）において、前記鋼（Ｓｔ）と前記銅又は銅合金（Ｃｕ）とは、分離不能に結合されるとともに、前記鋼（Ｓｔ）と前記銅又は銅合金（Ｃｕ）との結合面が、結合面積を拡大するための凹凸形状（７１，８１，９１）を有して構成されていることが好適である。

また、本発明に係る分流子（４０）において、前記冷媒通路（４１）には、冷媒供給通路（６４）と冷媒排出通路（６５）とを有するインサート部材（６０）が嵌合されており、前記インサート部材（６０）が、銅又は銅合金（Ｃｕ）によって形成されていることとすることができる。

さらに、本発明に係る分流子（４０）において、前記冷媒通路（４１）の内周面には、表面積を拡大するための凹凸形状（７１，８１，９１）が形成されていることとすることができる。

なお、本発明に係るダイカスト法は、上述した分流子（４０）を用いてダイカストを行うことを特徴とするものである。

本発明によれば、分流子の冷却効率を高めるとともに、操作性が良く、長寿命な構成を実現する技術を提供することができる。

本実施形態に係る分流子を備えたダイカスト金型を示す断面図であり、溶湯の充填前の状態を示している。 本実施形態に係る分流子を備えたダイカスト金型を示す断面図であり、溶湯の充填後の状態を示している。 本実施形態に係る分流子の縦断面側面図である。 図３で示された分流子を溶湯が衝突する前方部の上方斜め方向から見た場合の図である。 図３で示された分流子を前方部とは逆側の後方部の斜め方向から見た場合の図である。 本実施形態に係る分流子の冷媒通路に対してインサート部材が嵌合されている様子を例示した図である。 本実施形態に係る分流子の好適な変形形態を例示する分解図である。 本実施形態に係る分流子の好適な変形形態を例示する断面図である。 本実施形態に係る分流子の好適な変形形態を例示する分解図である。 本実施形態に係る分流子の好適な変形形態を例示する断面図である。 本実施形態に係る分流子の好適な変形形態を例示する分解図である。 本実施形態に係る分流子の好適な変形形態を例示する断面図である。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

本実施形態に係る分流子及びこの分流子を用いるダイカスト法について、図１〜図９Ｂを用いて説明を行う。まず、図１及び図２を参照して、鋳造設備の全体構成を説明する。ここで、図１及び図２は、本実施形態に係る分流子を備えたダイカスト金型を示す断面図であり、特に、図１は溶湯の充填前の状態を示しており、図２は溶湯の充填後の状態を示している。図１及び図２に示されるように、分流子４０は、ダイカストを行うダイカスト金型１に設けられている。

本実施形態に係るダイカスト金型１は、固定ダイス１２と固定ホルダ１１とを備える固定金型１０と、可動ダイス２２と可動ホルダ２１とを備える可動金型２０とを有している。固定ダイス１２と可動ダイス２２とによって、キャビティ１ａが画成される。また、ダイカスト金型１には、スリーブ３０が設けられている。スリーブ３０は、ビスケット１ｂ、ランナー１ｃ、及びゲート１ｄを介してキャビティ１ａと連通している。また、スリーブ３０内には、プランジャーチップ３１が設けられている。プランジャーチップ３１は、スリーブ３０内を進退可能であり、前進して溶湯２を押圧し、溶湯２をビスケット１ｂ、ランナー１ｃ、及びゲート１ｄを介してキャビティ１ａに充填するように構成されている。

本実施形態に係る分流子４０は、プランジャーチップ３１の前進方向対向位置であるビスケット１ｂの位置に設けられている。図１に示される状態から、図２に示される状態へと、プランジャーチップ３１を前進させることにより、プランジャーチップ３１によって押圧されてスリーブ３０内を送られてきた溶湯２が、分流子４０に衝突する。そして、分流子４０に衝突した溶湯２は、分流子４０によってランナー１ｃ及びゲート１ｄへと導かれるように構成されている。

つぎに、本実施形態に係る分流子４０のより詳細な構成を、図３〜図６に示す。ここで、図３は、本実施形態に係る分流子の縦断面側面図である。また、図４は、図３で示された分流子を溶湯が衝突する前方部の上方斜め方向から見た場合の図であり、図５は、図３で示された分流子を前記前方部とは逆側の後方部の斜め方向から見た場合の図である。また、図６は、本実施形態に係る分流子の冷媒通路に対してインサート部材が嵌合されている様子を例示した図である。

本実施形態に係る分流子４０は、溶湯が衝突する前方部（ｆ）とは逆側の後方部（ｒ）に向けて開口して形成される冷媒通路４１と、ダイカスト法において不可避的に鋳造されるランナー部を押し出すための押し出しピン４５を摺動可能に配設する貫通孔４２と、を有して構成されている。

冷媒通路４１には、図６に示すように、冷媒供給通路６４と冷媒排出通路６５とを有するインサート部材６０が嵌合可能である。すなわち、分流子４０の内部には、水やオイルなどの冷媒を流通させてその周辺を冷却するための冷却室６３が形成され、この冷却室６３は、分流子４０が有する冷媒通路４１と、この冷媒通路４１を封止するインサート部材６０とによって、両部材の間に形成されている。なお、冷媒通路４１とインサート部材６０とは、溶接等の後加工により水密状に封止される。

そして、インサート部材６０には、金型の外部に通じている連通管７０，７０を接続する冷媒流入口６１及び冷媒流出口６２が形成されるとともに、その外周面には、冷媒流入口６１につながる往路用冷却溝６４ａと、冷媒流出口６２につながる復路用冷却溝６５ａがそれぞれ螺旋状に形成されている。したがって、インサート部材６０は、冷媒通路４１の開口を封止して冷却室６３を形成するとともに、金型の外部に通じている連通管７０に接続する冷媒流入口６１を通じて冷媒が供給され、この冷媒は往路用冷却溝６４ａを通じて冷媒通路４１の前方部側（Ｆ）へと供給される。そして、冷却室６３内で熱を吸収した冷媒は、復路用冷却溝６５ａを通じて冷媒通路４１の後方部側（Ｒ）へと排出され、冷媒流出口６２に接続する連通管７０を通して金型の外部へと排出されることとなる。なお、往路用冷却溝６４ａ及び復路用冷却溝６５ａを流通する冷媒の流れが、図６中において矢印で示してある。

さて、本実施形態に係る分流子４０は、上述したような鋳造設備にて用いられるのであるが、本実施形態に係る分流子４０は、さらに優位な特徴を有している。すなわち、図３等で示されるように、本実施形態に係る分流子４０は、前方部（ｆ）を含む箇所が鋼（Ｓｔ）によって形成されるとともに、冷媒通路４１の全周を取り囲む部位と貫通孔４２の形成箇所の少なくとも一部が銅又は銅合金（Ｃｕ）によって形成されることを特徴としている。特に、本実施形態では、前記鋼（Ｓｔ）についてはＳＫＤ６１が採用されており、一方、前記銅又は銅合金（Ｃｕ）については、無酸素銅が採用されている。

本実施形態で採用される無酸素銅は、銅又は銅合金のなかでも純度の高いものであり、熱伝導率が非常に高いという性質を有している。ただし、分流子は、溶湯がダイレクトに衝突して熱に直接曝されることになるので、効率良く熱を冷却しながらも強度を維持しなければならない。そこで、剛性の高い鋼（Ｓｔ；ＳＫＤ６１）と、熱伝導率の高い銅又は銅合金（Ｃｕ；無酸素銅）を組み合わせて分流子４０を製造することにした。特に、本実施形態に係る分流子４０においては、冷媒が通過する冷媒通路４１の周囲だけでなく、押し出しピン４５を摺動可能に配設する貫通孔４２の周辺部位についても、無酸素銅（Ｃｕ）で形成することとした。なぜなら、摺動動作を行う押し出しピン４５は、その周囲が高温になると貫通孔４２内をスムーズに移動できなくなる虞があり、最悪の場合、貫通孔４２から抜けなくなる可能性が存在したからである。本実施形態のように、貫通孔４２の周囲を熱伝達率の高い無酸素銅（Ｃｕ）で形成することで、押し出しピン４５の設置箇所周辺についても効率的に熱が除去されることとなり、貫通孔４２内での押し出しピン４５の摺動動作がスムーズとなる。また、効率良く冷却されることで、押し出しピン４５の強度が向上するため、取り換え性の向上や長寿命化といった効果をも得ることが可能となる。

なお、押し出しピン４５を摺動可能に配設する貫通孔４２の周辺部位における鋼（Ｓｔ；ＳＫＤ６１）と銅又は銅合金（Ｃｕ；無酸素銅）との形状については、図３等で詳細に示されるように、前方部側（Ｆ）に配置される鋼（Ｓｔ；ＳＫＤ６１）が貫通孔４２に沿うように形成されるとともに、当該貫通孔４２に沿った箇所が後方部側（Ｒ）に向けて突状に突き出すように形成されている（符号ｔ参照）。符号ｔで示される貫通孔４２に沿った突状の突き出し形状は、貫通孔４２の周辺部位の剛性を維持しながらも冷却効率を高めるために採用されたものである。かかる形状の存在によって、本実施形態に係る押し出しピン４５の冷却効率が高まるとともに貫通孔４２の剛性が向上するので、押し出しピン４５の強度の向上、取り換え性の向上、長寿命化といった効果が好適に得られることとなる。

また、本実施形態に係る分流子４０を構成するＳＫＤ６１（Ｓｔ）と無酸素銅（Ｃｕ）という異材の接合については、拡散接合等の公知の異材結合技術を採用することで、分離不能に結合することができる。

さらに、本実施形態では、無酸素銅（Ｃｕ）で形成される冷媒通路４１に対して嵌め込まれるインサート部材６０についても、冷媒通路４１と同様の銅又は銅合金（無酸素銅）によって形成することとした。冷媒通路４１とインサート部材６０とは、接触した状態で設置されることになるが、両部材を同一の材料で構成することにより、耐腐食性の向上効果を得ることができる。また、熱伝導率が非常に高い銅又は銅合金（無酸素銅）をインサート部材６０に対しても採用することで、さらに冷却効率の高い分流子４０を実現することが可能となっている。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。

例えば、上述した実施形態では、分流子４０を構成するＳＫＤ６１（Ｓｔ）と無酸素銅（Ｃｕ）は、互いに平面もしくは滑らかな曲面を介して結合されていた。しかしながら、鋼（Ｓｔ；ＳＫＤ６１）と銅又は銅合金（Ｃｕ；無酸素銅）との結合面については、「前方部（ｆ）を含む箇所が鋼（Ｓｔ）によって形成されるとともに、冷媒通路４１の全周を取り囲む部位と貫通孔４２の形成箇所の少なくとも一部が銅又は銅合金（Ｃｕ）によって形成される」という条件を満たす範囲において、種々の形状を取り得るものである。すなわち、鋼（Ｓｔ；ＳＫＤ６１）と銅又は銅合金（Ｃｕ；無酸素銅）との結合面については、互いの結合面積を拡大するための凹凸形状を有して構成されていることが好適である。

例えば、鋼（Ｓｔ；ＳＫＤ６１）と銅又は銅合金（Ｃｕ；無酸素銅）との結合面のうち、前方部側（Ｆ）に位置する箇所については、図７Ａ及び図７Ｂで示すような突起部７１を設けたり、図８Ａ及び図８Ｂで示すような格子状に配置された突起部８１を設けたりすることができる。

また、鋼（Ｓｔ；ＳＫＤ６１）と銅又は銅合金（Ｃｕ；無酸素銅）との結合面のうち、前方部側（Ｆ）から後方部側（Ｒ）へと延びる側面の箇所については、図９Ａ及び図９Ｂで示すようなスリット形状９１を設けることができる。なお、図７Ａ〜図９Ｂで示す形状は、いずれも鋼（Ｓｔ；ＳＫＤ６１）と銅又は銅合金（Ｃｕ；無酸素銅）とを拡散接合する際にその接合手段を阻害しないように考慮されたものである。したがって、鋼（Ｓｔ；ＳＫＤ６１）と銅又は銅合金（Ｃｕ；無酸素銅）とを好適に結合可能な形状であり、かつ、冷却効率を高めることのできる形状であれば、図７Ａ〜図９Ｂ以外の形状を採用することも可能である。

さらに、上述した実施形態では、冷媒通路４１の内周面形状は平面又は滑らかな曲面形状で形成されていたが、冷媒通路４１の内周面についても、表面積を拡大するための凹凸形状を採用することができる。冷媒通路４１の内周面の形状についても、図７Ａ〜図９Ｂで例示する形状を採用することが可能であり、この場合は、インサート部材６０の形状等を考慮し、冷媒が冷却室６３内をスムーズに流れるなどの条件を考慮して、冷媒通路４１の内周面に形成する凹凸形状を決定すればよい。

その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ ダイカスト金型、１ａ キャビティ、１ｂ ビスケット、１ｃ ランナー、１ｄ ゲート、２ 溶湯、１０ 固定金型、１１ 固定ホルダ、１２ 固定ダイス、２０ 可動金型、２１ 可動ホルダ、２２ 可動ダイス、３０ スリーブ、３１ プランジャーチップ、４０ 分流子、４１ 冷媒通路、４２ 貫通孔、４５ 押し出しピン、６０ インサート部材、６１ 冷媒流入口、６２ 冷媒流出口、６３ 冷却室、６４ 冷媒供給通路、６４ａ 往路用冷却溝、６５ 冷媒排出通路、６５ａ 復路用冷却溝、７０ 連通管、７１ 突起部、８１ （格子状に配置された）突起部、９１ スリット形状、Ｓｔ 鋼（ＳＫＤ６１）、Ｃｕ 銅又は銅合金（無酸素銅）、ｆ 前方部、ｒ 後方部、Ｆ 前方部側、Ｒ 後方部側、ｔ 突き出し形状。

Claims (5)

1. 金型のスリーブ内を前進して溶湯を押圧するプランジャーチップの前進方向対向位置に設けられる分流子であって、
   溶湯が衝突する前方部とは逆側の後方部に向けて開口して形成される冷媒通路と、
   ランナー部を押し出すための押し出しピンを摺動可能に配設する貫通孔と、
   を備え、
   前方部を含む箇所が鋼によって形成されるとともに、冷媒通路の全周を取り囲む部位と貫通孔の形成箇所の少なくとも一部が銅又は銅合金によって形成され、
   押し出しピンを摺動可能に配設する前記貫通孔の周辺部位における鋼の形状について、前方部側に配置される鋼が前記貫通孔に沿うように後方部側に向けて突状に突き出すように形成されていることを特徴とする分流子。
2. 請求項１に記載の分流子において、
   鋼と銅又は銅合金とは、分離不能に結合されるとともに、
   鋼と銅又は銅合金との結合面が、結合面積を拡大するための凹凸形状を有して構成されていることを特徴とする分流子。
3. 請求項１又は２に記載の分流子において、
   冷媒通路には、冷媒供給通路と冷媒排出通路とを有するインサート部材が嵌合されており、
   インサート部材が、銅又は銅合金によって形成されていることを特徴とする分流子。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の分流子において、
   冷媒通路の内周面には、表面積を拡大するための凹凸形状が形成されていることを特徴とする分流子。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の分流子を用いてダイカストを行うことを特徴とするダイカスト法。

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