JP5701004B2 - ダイカスト金型 - Google Patents

Description

本発明は、ダイカスト金型に関するものである。

ダイカストとは、溶融させた非鉄金属を金型に圧入することにより、高精度で鋳肌の優れた鋳物を大量に生産する鋳造方式の一種である。金型は、製品の形状に対応したキャビティ（製品部）と、キャビティに溶融非鉄金属を流入させるための経路（非製品部）を備えている。

特許文献１に、ダイカスト金型を用いた鋳造方法が記載されている。一般的なダイカストでは、まず、金型内を真空装置などにより吸引減圧してから、溶湯（溶融させた非鉄金属）をプランジャースリーブ内に注湯する。注湯された溶湯は、プランジャースリーブ、ランナーを経由してキャビティに充填される。充填された溶湯は、冷却固化後、離型されて製品となる。

例えば、圧力容器の１つである圧縮機ハウジングなどが、ダイカストによって製造されている。図７に、圧縮機ハウジングの一例を示す。図７は、カーエアコン用のスクロール型圧縮機１００である。スクロール圧縮機１００は、外殻を構成するハウジング１０２を有している。ハウジング１０２は、フロントハウジング１０３とリアハウジング１０４とをボルト１０５で一体的に締め付け固定することにより構成されている。
フロントハウジング１０３とリアハウジング１０４との間の接合面には、Ｏリング等のシール材１０６が介装され、ハウジング１０２内に形成される吸入チャンバーを大気に対して気密にシールしている。

特開２００８−５５４８７号公報（段落［０００２］、［０００３］

ダイカストでは、溶湯を注入する前に金型内を吸引減圧した場合であっても、非製品部にガスが残存する。そのため、溶湯が非製品部を経由して製品内に流入する過程において、残存ガスを巻き込んでしまうという問題がある。

溶湯が残存ガスを巻き込んだまま冷却固化されると、製品内に孔（ガス欠陥）が生じる。製品が圧力容器の場合、圧力容器内を気密にシールする必要があるが、上記孔が、シール面に現れると、圧力漏れや冷媒ガス漏れなどが生じる原因となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ガス欠陥が生じ難いダイカスト金型を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ランナーが分岐部で分岐され、該分岐されたランナーのそれぞれの下流側端部にキャビティが連通されたダイカスト金型において、前記ランナーが、前記分岐部より上流側のメインランナーと、前記分岐部より下流側の複数のサブランナーと、から構成され、前記分岐部の前記メインランナーの延設方向に、前記メインランナー側に向けて開放された開口部を有する容積部が形成され、前記開口部の幅が前記メインランナーの幅よりも広いダイカスト金型を提供する。

従来、溶湯が金型に注湯されると、溶湯はランナー内に残存するガスを巻き込みながらキャビティに到達する。残存ガスは、注湯された溶湯の先頭部分により多く巻き込まれる。上記発明によれば、ランナーの分岐部に容積部を設けることで、注湯された溶湯の先頭部分が容積部に捕集される。容積部の開口部は、メインランナー側に向けて開放されており、その開口部は、メインランナーよりも広く設計されている。そのため、溶湯の先頭部分は、各サブランナーに分流される前に、容積部に捕集される。これによって、ガスを多く巻き込んだ溶湯がキャビティへ流入されることを防止することができる。すなわち、ガス欠陥の少ない製品を製造することが可能となる。

上記発明の一態様によれば、前記開口部が、前記メインランナーに向けて広くなるよう傾斜された面を有することが好ましい。
そうすることによって、溶湯の先頭部分をより容積部へ導きやすくなる。

上記発明において、前記容積部は、一端部が前記開口部である溶湯導入部と、前記溶湯導入部の開口部と反対側の端部に連通された湯溜り部と、から構成され、前記湯溜り部が球形であり、前記溶湯導入部が前記湯溜り部の直径よりも狭い幅を有する。

ダイカストでは、高圧で溶湯を圧入させる。湯溜り部を球形とすることで、溶湯が湯溜り部に導入される際の応力集中を小さくすることができる、そうすることによって、金型の寿命を延ばすことが可能となる。本明細書において、「球」及び「球形」とは、実質的に球形、または、球形の少なくとも一部である形状も含む。

上記一態様において、前記溶湯導入部の前記湯溜り部側に、前記湯溜り部に向かって前記溶湯導入部の幅が狭くなるよう前記溶湯導入部の側面が傾斜する傾斜部が設けられることが好ましい。
そうすることによって、湯溜り部に捕集された溶湯及び残存ガスがランナーへ逆流することを防止できる。

上記一態様において、前記湯溜り部に、前記メインランナーの延設方向とは異なる方向に柱が設けられ、前記柱は、該柱の両端部で前記湯溜り部の内部に固定されても良い。
球状の湯溜り部の内側に柱が架けられることで、湯溜り部に導入された溶湯が球の内面に沿って流動するようになる。そうすることで、溶湯を湯溜り部で滞留させやすくなる。
また、一般に、ダイカスト金型では、材料歩留まりを良くする目的から、金型の非製品部の体積は小さい方が好ましいとされている。湯溜り部に柱を設けることで、湯溜り部の実質的な体積を減らすことができる。すなわち、非製品部の体積を減らすことができる。

本発明は、ランナーが分岐部で分岐され、該分岐されたランナーのそれぞれの下流側端部にキャビティが連通されたダイカスト金型において、前記ランナーが、前記分岐部より上流側のメインランナーと、前記分岐部より下流側の複数のサブランナーと、から構成され、前記分岐部の前記メインランナーの延設方向に、前記メインランナー側に向けて開放された開口部を有する容積部が形成され、前記開口部の幅が前記メインランナーの幅よりも広く、前記容積部は、一端部が前記開口部である溶湯導入部と、前記溶湯導入部の開口部と反対側の端部に連通された湯溜り部と、から構成され、前記湯溜り部が、平面視した場合に円形断面を有する有底円筒形の外形状によって規定される溝であり、平面視した場合に前記湯溜り部の前記円形断面の接線位置に前記溶湯導入部が配置され、前記溶湯導入部が前記湯溜り部の直径よりも狭い幅を有しても良い。
湯溜り部を円形とすることで、応力集中を小さくすることができる。溶湯導入部が湯溜り部の接線位置に配置されるため、溶湯が湯溜り部の円周に沿って導入され、渦を巻くように流れるようになる。これによって、溶湯を湯溜り部に滞留させやすくなる。

上記一態様によれば、前記溝に渦巻状のラップが立設されても良い。そうすることで、より確実に溶湯を湯溜り部内に滞留させておくことができる。

上記発明の一態様において、前記サブランナーが、前記サブランナーと前記開口部との接続部分に、前記サブランナーの入口を狭くするよう前記サブランナーの内側に傾斜する傾斜面を有し、前記サブランナーの傾斜面の端部と前記開口部の傾斜された面の端部とが接続されて良い。
そうすることによって、容積部の開口部を広くするとともに、サブランナーの入り口が少し狭くなるため、溶湯の先頭部分が円滑に容積部に導かれる。

本発明によれば、ランナーの分岐部に、溶湯を滞留可能な容積部を設けることで、ガス欠陥の少ない製品を製造できる金型とすることができる。

第１実施形態に係るダイカスト金型のランナーの分岐部の平面図である。 第２実施形態に係るダイカスト金型のランナーの分岐部の平面図である。 第３実施形態に係るダイカスト金型のランナーの分岐部の平面図である。 第４実施形態に係るダイカスト金型のランナーの分岐部の平面図である。 第５実施形態に係るダイカスト金型のランナーの分岐部の平面図である。 従来のダイカスト金型のランナーの分岐部の平面図である。 圧縮機ハウジングの一例を示す図である。

以下に、本発明に係るダイカスト金型の一実施形態について、図面を参照して説明する。
一般に、ダイカスト金型は、固定型と可動型とから構成される。固定型及び可動型には、二つの型を合わせることで、製品に対応したキャビティが形成されるよう適宜溝が形成されている。キャビティには、溶湯を注湯可能にランナーが連通されている。
溶湯の材料としては、アルミニウム、マグネシウムなどの非鉄金属またはそれらの合金が用いられる。

〔第１実施形態〕
本実施形態に係るダイカスト金型は、ランナーが分岐部を有し、該分岐部でメインランナーが２つのサブランナーに分岐されている。各サブランナーの下流側端部にはそれぞれ別のキャビティが連通されている。
図１に、本実施形態に係るダイカスト金型のランナー１の分岐部の平面図を示す。図１に示すように、ランナー１は、メインランナー２が分岐部３で２つのサブランナー４に分岐されている。各サブランナー４は、メインランナー２に流れる溶湯を、分岐部３において、２つのサブランナー４に安定して分配することができるように、メインランナー２の長手軸方向に対して垂直に、左右別方向を向けて配置されている。

分岐部３のメインランナー２の延設方向には、容積部５が設けられている。容積部５は、メインランナー２に残存しているガスを捕集可能な容積で形成される。容積部５は、メインランナー２に向けて開放された開口部６を有し、ランナー１と連通されている。開口部６の幅（ｄ_１）は、できるだけ狭い方が好ましいが、メインランナー２の幅（ｄ_２）よりも広く形成されている。ここで用いる「幅」とは、メインランナー２及び開口部６の最も広い部分の距離を意味する。

開口部６は、ランナー１との接続部分が、メインランナーに向けて広くなるよう傾斜された面７を有していることが好ましい。

また、サブランナー４には、開口部６との接続部分に、開口部６がメインランナー側に向かって広くなるようなサブランナーの内側に凹む切欠きが設けられていても良い。切欠き８は、メインランナー２からサブランナー４への溶湯の流れを妨げない程度の大きさで形成される。

本実施形態において、容積部５は、開口部６と反対側の端部が略半球形状で形成されている。

次に、上記構成のダイカスト金型を用いた場合の作用効果について説明する。上記構成のダイカスト金型内に注湯された溶湯は、メインランナー２内に残存するガスを巻き込みながら流動し、ガスを多く巻き込んだ溶湯の先頭部分が、分岐部３に設けられた容積部５に流れ込む。容積部５の開口部６は、メインランナー２に向けて開放されており、メインランナー２の幅よりも広く形成されているため、サブランナー４へ分流されるのに優先して容積部５に導入される。容積部５に導入された溶湯は、そのまま容積部５に滞留する。容積部５が溶湯で満たされると、後に続く溶湯は、分岐部３で左右方向に延びたサブランナー４に分流されて、下流側端部に接続された各キャビティへと注入される。

開口部６が、メインランナー２に向けて広くなるよう傾斜されていると、より溶湯が容積部５に導入されやすくなる。
サブランナー４に切欠きを設けると、容積部５に導入された溶湯がサブランナーに流入するのを妨げることができる。

（実施例１）
上記構成のダイカスト金型を用いて、カーエアコン用のスクロール型圧縮機のリアハウジングを製造した。メインランナー２は、幅２５ｍｍとした。サブランナー４は、幅２０ｍｍとした。容積部５は容積約２０００ｍｍ^３（半径２５ｍｍ）とし、開口部６の幅は５０ｍｍとした。溶湯としては、アルミニウム合金を６６０℃で溶融させたものを使用した。

（比較例１）
分岐部に容積部が形成されていない従来のダイカスト金型を用いて、同様にリアハウジングを製造した。容積部が設けられていない以外は、上記実施形態に従ったダイカスト金型と同様の構成とした。図６に、従来のダイカスト金型のランナー５０の分岐部の平面図を示す。ランナー５０は、メインランナー５２が途中の分岐部で分岐されて２つのサブランナー５４に分かれている。

実施例１及び比較例１の製造工程における溶湯へのガス巻き込みを計測し、ガス欠陥を評価した。実施例１は、比較例１と比べて、溶湯の酸化の度合いを示す指数の値が半分程度となった。これによって、ランナーの分岐部に容積部を設けることで、ガス欠陥の少ない製品を製造することが可能であることが確認された。

〔第２実施形態〕
図２に、本実施形態に係るダイカスト金型のランナー１０の分岐部の平面図を示す。本実施形態では、容積部以外は、第１実施形態と同様の構成とされる。
容積部１５は、溶湯導入部１８と湯溜り部１９とから構成されている。
溶湯導入部１８はメインランナー１２に向けて開放された開口部１６を有し、ランナー１０と連通されている。開口部１６の幅は、第１実施形態と同様にメインランナー１２の幅よりも広く形成されている。溶湯導入部１８の開口部１６と逆の端部には、湯溜り部１９が連通されている。溶湯導入部１８は、開口部１６から逆の端部に向けて同じ幅で形成されている。溶湯導入部１８の開口部１６から逆の端部までの長さは、メインランナー１２の幅などに応じて適宜設定される。溶湯導入部１８の内面は、凹凸がない滑らかな形状とされる。

サブランナー１４には、開口部１６との接続部分に、開口部１６がメインランナー側に向かって広くなるようなサブランナー１４の内側に凹む切欠き１７が設けられていても良い。切欠き１７は、メインランナー１２からサブランナー１４への溶湯の流れを妨げない程度の大きさで形成される。

また、開口部１６は、ランナーとの接続部分が、メインランナーに向けて広くなるよう傾斜されていても良い。

湯溜り部１９は球形とされ、メインランナー１２に残存しているガスを捕集可能な容積で形成される。

ダイカストでは、１０００気圧程度の圧力で溶湯を金型に圧入させる。上記構成のダイカスト金型は、湯溜り部１９が球形であるため、容積部１５に溶湯が導入される際の応力の集中を小さくすることができる。それによって、ダイカスト金型の寿命を延ばすことが可能となる。また、湯溜り部１９を球形とすることで、流れ込んできた溶湯が容積部１５の端面に突きあたって流れ方向を変え、湯溜り部１９の内面に沿って流れるようになる。これによって、導入された溶湯が湯溜り部１９に滞留されやすくなる。溶湯導入部１８は開口部１６から逆端部まで同じ幅で形成されている。溶湯導入部１８の内面は、滑らかな形状とされる。それによって、溶湯がより円滑に湯溜り部１９に導入される。また、サブランナー１４に切欠きが設けられると、容積部１５に導入された溶湯がサブランナー１４に流入することを防止できるようになる。また、開口部１６が、メインランナー１２に向けて広くなるよう傾斜されていると、より溶湯が溶湯導入部１８に導入されやすくなる。このような構成のダイカスト金型を用いることで、ガス欠陥の少ない製品を製造することができる。

〔第３実施形態〕
図３に、本実施形態に係るダイカスト金型のランナー２０の分岐部の平面図を示す。本実施形態では、溶湯導入部以外は、第２実施形態と同様の構成とされる。
容積部２５は、溶湯導入部２８と、溶湯導入部２８に連通された湯溜り部２９とから構成されている。
溶湯導入部２８には、湯溜り部２９との接続される側に、湯溜り部２９に向かって幅が狭くなるよう側面に切欠き５０が形成されている。

上記構成のダイカスト金型は、溶湯導入部２８の湯溜り部２９側に切欠き５０を設けることで、湯溜り部１９に導入された溶湯が溶湯導入部２８に逆流することを防止できる。それによって、ガスを多く巻き込んだ溶湯を湯溜り部２９に滞留させやすくなる。このような構成のダイカスト金型を用いることで、ガス欠陥の少ない製品を製造することができる。

〔第４実施形態〕
図４に、本実施形態に係るダイカスト金型のランナー３０の分岐部の平面図を示す。本実施形態では、湯溜り部に柱が設けられる以外は、第２実施形態または第３実施形態と同様の構成とされる。
湯溜り部３９は球形とされ、湯溜り部３９の内部には、メインランナーの延設方向とは異なる方向で柱５１が設けられている。柱５１は、湯溜り部の内部直径位置に配置されると良い。また、柱５１は、メインランナー３２の長手軸方向に対して垂直に配置されることが好ましい。柱５１は、円柱形状であることが好ましく、その太さは、湯溜り部３９の容積に応じて適宜設定される。

上記構成のダイカスト金型は、湯溜り部３９に柱５１が設けられることで、湯溜り部３９に導入された溶湯の流れ方向を、所望の方向に調整することができるようになる。そうすることによって、ガスを多く巻き込んだ溶湯を湯溜り部３９に滞留させやすくなる。このような構成のダイカスト金型を用いることで、ガス欠陥の少ない製品を製造することができる。また、円柱状の柱とすることで、応力集中を小さくできるため、ダイカスト金型の寿命を延長させることができる。

〔第５実施形態〕
図５に、本実施形態に係るダイカスト金型のランナー４０の分岐部の平面図を示す。本実施形態では、容積部の形状が異なる以外は、第１実施形態または第３実施形態と同様の構成とされる。
容積部４５は、湯溜り部４９と溶湯導入部４８とから構成されている。
湯溜り部４９は円形の溝であり、メインランナー４２に残存しているガスを捕集可能な容積で形成される。湯溜り部４９と溶湯導入部４８とは、溶湯導入部４８の一側面が湯溜り部４９の接線位置となるよう配置されている。言い換えると、容積部４５は、Ｐ型形状となるよう溶湯導入部４８と湯溜り部４９とが連通した構成とされる。

湯溜り部４９の溝には、渦巻状のラップ５２が立設されていると良い。ラップ５２は、湯溜り部４９への溶湯の導入を妨げないような位置に配置される。

溶湯導入部４８は、湯溜り部４９が接続された側の逆端に、メインランナー４２に向けて開放された開口部４６を有し、ランナー４０と連通されている。開口部４６の幅（ｄ_４１）は、第１実施形態と同様にメインランナー４２の幅（ｄ_４２）よりも広く形成されている。溶湯導入部４８は、開口部４６から逆の端部に向けて同じ幅で形成されている。溶湯導入部４８の開口部４６から逆の端部までの長さは、メインランナー４２の幅などに応じて適宜設定される。溶湯導入部４８の内面は、凹凸がない滑らかな形状とされる。開口部４６は、ランナー４０との接続部分が、メインランナー４２に向けて広くなるよう傾斜されていても良い。

上記構成のダイカスト金型は、溶湯導入部４８が湯溜り部４９の接線位置に配置されている。それによって、湯溜り部４９に導入された溶湯は、湯溜り部４９の円周に沿って流動され、湯溜り部４９に滞留されやすくなる。このような構成のダイカスト金型を用いることで、ガス欠陥の少ない製品を製造することができる。

第１実施形態乃至第５実施形態では、サブランナーがメインランナーの長手軸方向に対して垂直に設けられたが、サブランナーの配置は、これに限定されるものではない。例えば、サブランナーは、Ｙ字型となるように、分岐されても良い。

１、１０、２０、３０、４０ ランナー
２、１２、２２、３２、４２ メインランナー
３、１３、２３、３３、４３ 分岐部
４、１４、２４、３４、４４ サブランナー
５、１５、２５、３５、４５ 容積部
６、１６、２６、３６、４６ 開口部
７ 傾斜面
１７ 切欠き（サブランナー）
１８、２８、３８、４８ 溶湯導入部
１９、２９、３９、４９ 湯溜り部
５０ 切欠き（溶湯導入部）
５１ 柱
５２ ラップ

Claims (7)

1. ランナーが分岐部で分岐され、該分岐されたランナーのそれぞれの下流側端部にキャビティが連通されたダイカスト金型において、
   前記ランナーが、前記分岐部より上流側のメインランナーと、前記分岐部より下流側の複数のサブランナーと、から構成され、
   前記分岐部の前記メインランナーの延設方向に、前記メインランナー側に向けて開放された開口部を有する容積部が形成され、
   前記開口部の幅が前記メインランナーの幅よりも広く、
   前記容積部は、一端部が前記開口部である溶湯導入部と、前記溶湯導入部の開口部と反対側の端部に連通された湯溜り部と、から構成され、
   前記湯溜り部が球形であり、
   前記溶湯導入部が前記湯溜り部の直径よりも狭い幅を有するダイカスト金型。
2. 前記開口部が、前記メインランナーに向けて広くなるよう傾斜された面を有する請求項１に記載のダイカスト金型。
3. 前記溶湯導入部の前記湯溜り部側に、前記湯溜り部に向かって前記溶湯導入部の幅が狭くなるよう前記溶湯導入部の側面が傾斜する傾斜部が設けられる請求項１または請求項２に記載のダイカスト金型。
4. 前記湯溜り部の内部に、前記メインランナーの延設方向とは異なる方向で柱が設けられ、
   前記柱は、該柱の両端部で前記湯溜り部の内部に固定される請求項１から請求項３のいずれかに記載のダイカスト金型。
5. ランナーが分岐部で分岐され、該分岐されたランナーのそれぞれの下流側端部にキャビティが連通されたダイカスト金型において、
   前記ランナーが、前記分岐部より上流側のメインランナーと、前記分岐部より下流側の複数のサブランナーと、から構成され、
   前記分岐部の前記メインランナーの延設方向に、前記メインランナー側に向けて開放された開口部を有する容積部が形成され、
   前記開口部の幅が前記メインランナーの幅よりも広く、
   前記容積部は、一端部が前記開口部である溶湯導入部と、前記溶湯導入部の開口部と反対側の端部に連通された湯溜り部と、から構成され、
   前記湯溜り部が、平面視した場合に円形断面を有する有底円筒形の外形状によって規定される溝であり、平面視した場合に前記湯溜り部の前記円形断面の接線位置に前記溶湯導入部が配置され、
   前記溶湯導入部が前記湯溜り部の直径よりも狭い幅を有するダイカスト金型。
6. 前記溝に渦巻状のラップが立設される請求項５に記載のダイカスト金型。
7. 前記サブランナーが、前記サブランナーと前記開口部との接続部分に、前記サブランナーの入口を狭くするよう前記サブランナーの内側に傾斜する傾斜面を有し、
   前記サブランナーの傾斜面の端部と前記開口部の傾斜された面の端部とが接続されている請求項２乃至請求項６のいずれかに記載のダイカスト金型。

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