JP5704112B2 - ダイカスト装置 - Google Patents

Description

本発明はダイカスト装置に関し、特に金型内に注入された溶湯を局部的に加圧するダイカスト装置に関するものである。

従来から、ダイカスト鋳造（Die Casting）は、寸法精度に優れた製品を生産できる鋳造方法であることから、様々な産業分野で適用されている。

上記するダイカスト鋳造は、特殊鋼で作製した金型のキャビティ内にアルミニウム、亜鉛、マグネシウムなどの溶融金属（溶湯）を高速・高圧で注入し、キャビティ内の溶湯を迅速に凝固させることによって高い生産性を維持している。

ところで、ダイカスト鋳造においては、溶湯をキャビティ内に高速で射出して短時間で冷却凝固させているため、溶湯の凝固過程で「鋳巣」と称される空洞が発生して製品の緻密性や剛性が低下するといった問題がある。

このような問題に対して、製品内部に生じる鋳巣、特にその鋳巣のうち凝固収縮によって製品内部に生じるひけ巣を抑制する技術が特許文献１〜３に開示されている。

特許文献１に開示されている局部加圧鋳造方法は、キャビティ内に侵入自在に大径加圧ピンと小径加圧ピンとが二重に設けられた金型を用い、キャビティ内に溶湯を注入した後、大径加圧ピンと小径加圧ピンとに時間差を持たせて二段加圧する方法である。

また、特許文献２に開示されているダイカスト鋳造装置の加圧装置は、シリンダと溶融部を加圧するピンからなるダイカスト鋳造装置の加圧装置において、シリンダを左、右シリンダからなる二重構造とし、左側シリンダには中空部を有するピストン及びピンからなるアウタピンを設け、右シリンダにはピストンとアウタピンの内部を貫通摺動するピンと前記中空部の位置にフランジを有するインナピンを設け、アウタピンのピストン径をインナピンのピストン径より大きくし、各シリンダに油圧を供給してアウタピン及びインナピンを作動させる装置である。

また、特許文献３に開示されているダイカスト装置は、金型のキャビティ内に溶湯を充填し、溶湯が凝固する前にキャビティ内に加圧棒を前進させて溶湯に二次加圧圧力を作用させるダイカスト装置において、金型壁部を貫通する主加圧棒が、この主加圧棒の先端で出没する少なくとも一本の副加圧棒を内蔵しており、副加圧棒が、主加圧棒中に形成されたシリンダ室に収納されるとともに主加圧棒の作動油が直接作用するピストンと一体に形成されている装置である。

特開平０２−２７４３６１号公報 特開平０１−２０５８６３号公報 特開昭６３−１９９０５９号公報

特許文献１〜３に開示されているダイカスト装置によれば、金型内に注入された溶湯の凝固過程で発生し得るひけ巣を複数の加圧ピンによって局部的に且つ多段的に加圧することができ、製品内部のひけ巣の発生を抑制することができる。

しかしながら、特許文献１、２に開示されているダイカスト装置においては、大径加圧ピンと小径加圧ピンやアウタピンとインナピンをそれぞれ別個に作動させる油圧シリンダが必要とされており、装置全体が大型化且つ複雑化して製造コストが高騰するといった問題がある。

また、特許文献３に開示されているダイカスト装置においては、主加圧棒の作動油が副加圧棒に直接作用するようになっており、主加圧棒と副加圧棒が各加圧棒の前方位置に位置する未凝固組織の剛性に依存して作動するため、主加圧棒と副加圧棒の各加圧棒の作動が不安定となるといった問題がある。

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で確実に溶湯の凝固過程で発生する鋳巣を抑制することのできるダイカスト装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明のダイカスト装置は、金型キャビティに連通する筒体と、この筒体に嵌合されて筒体の軸心方向へ移動自在となっている加圧ユニットと、この加圧ユニットを筒体の軸心方向へ駆動させる駆動手段を備え、駆動手段によって加圧ユニットを駆動させて加圧ユニットの少なくとも一部を金型キャビティへ突出させるダイカスト装置であって、前記加圧ユニットは、筒体に嵌合されて筒体の軸心方向へ移動自在となっている筒体形状の第１の加圧ピンとこの第１の加圧ピンに嵌合されて筒体の軸心方向へ移動自在となっている第２の加圧ピンを有し、筒体と第１の加圧ピンおよび第１の加圧ピンと第２の加圧ピンの間にはそれぞれ、筒体と第１の加圧ピンの相対的な移動および第１の加圧ピンと第２の加圧ピンの相対的な移動を規制するための異なる弾性係数を有する弾性体が配置されており、前記駆動手段によって前記第２の加圧ピンを駆動させて、第１の加圧ピンの少なくとも一部を筒体からキャビティ内へ突出させ、第２の加圧ピンの少なくとも一部を第１の加圧ピンからキャビティ内へ突出させ、第１の加圧ピンと第２の加圧ピンを筒体の内側へ向かって多段的にキャビティ内へ突出させるようになっている装置である。

ここで、本発明のダイカスト装置で適用される弾性体としては、たとえば固有の弾性係数を有するコイルバネや樹脂製ゴム、所定圧の空気や不活性ガスを利用した空気バネなどを挙げることができる。また、駆動手段としては、たとえば油圧シリンダなどのアクチュエータを挙げることができる。

上記するダイカスト装置によれば、筒体と第１の加圧ピンの間および第１の加圧ピンと第２の加圧ピンの間にそれぞれ異なる弾性係数を有する弾性体が配置されることによって、駆動手段によって第２の加圧ピンを駆動させた場合であっても、たとえば筒体から第１の加圧ピンの少なくとも一部を突出させた後に第１の加圧ピンから第２の加圧ピンの少なくとも一部を突出させる、あるいは、第１の加圧ピンから第２の加圧ピンの少なくとも一部を突出させた後に筒体から第１の加圧ピンの少なくとも一部を突出させることができる。これにより、第１の加圧ピンと第２の加圧ピンを筒体の外側から内側へ向かって多段的に且つ連続的にキャビティ内へ突出させることができ、たとえば凝固収縮に起因するひけ巣や空気やガスの巻き込みに起因する巻き込み巣などといったキャビティ内の溶融金属（溶湯）の凝固過程で発生し得る鋳巣を多段的に加圧することができるため、簡単な構成で製品内部に発生し得る鋳巣を抑制することができる。

また、上記するダイカスト装置は、前記第２の加圧ピンが、筒体の軸心方向へ移動自在となっている複数の加圧ピンから構成されており、前記複数の加圧ピンのうち隣接する加圧ピン同士の間には隣接する加圧ピン同士の相対的な移動を規制するための異なる弾性係数を有する弾性体がそれぞれ配置されており、前記駆動手段によって前記複数の加圧ピンのうち最も筒体の内側に配置された加圧ピンを駆動させて、前記複数の加圧ピンを筒体の内側へ向かって多段的にキャビティ内へ突出させるようになっていることが好ましい。

上記するダイカスト装置によれば、第２の加圧ピンを構成する複数の加圧ピンのうち隣接する加圧ピン同士の間にそれぞれ異なる弾性係数を有する弾性体が配置されることによって、駆動手段によって複数の加圧ピンのうち最も筒体の内側に配置された加圧ピンを駆動させた場合であっても、複数の加圧ピンを筒体の外側から内側へ向かって多段的にキャビティ内へ突出させることができる。これにより、キャビティ内の溶湯の凝固過程で発生し得る鋳巣を更に多段的に加圧することができるため、製品内部に発生し得る鋳巣をより効果的に抑制することができる。また、駆動手段によって複数の加圧ピンのうち最も筒体の内側に配置された加圧ピンを駆動させることによって、前記駆動手段を筒体の内側に配置することができるため、装置全体の体格を格段に小型化することができる。

また、前記弾性体の弾性係数は、前記筒体の外側から内側へ向かって傾斜的に変化していることが好ましい。

上記するダイカスト装置によれば、たとえば駆動手段によって第２の加圧ピンを駆動させた際に、第１の加圧ピンおよび第２の加圧ピンを外側から内側へ向かって、あるいは、内側から外側へ向かって順次キャビティ内へ多段的に突出させることができるため、キャビティ内の溶湯の凝固過程で発生し得る鋳巣をより効果的に加圧することができる。

また、前記ダイカスト装置は、キャビティ内へ突出させた第１の加圧ピンと第２の加圧ピンを筒体方向へ引き戻す際に第２の加圧ピンを先に引き戻すようになっていることが好ましく、キャビティ内へ突出させた第２の加圧ピンを構成する複数の加圧ピンを筒体方向へ引き戻す際に最も筒体の内側に配置された加圧ピンを先に引き戻すようになっていることが望ましい。

キャビティ内へ突出される複数の加圧ピンのうち筒体の内側に配置された加圧ピンは、他の加圧ピンと比較して相対的に外形が小さくて変形し易く、筒体方向へ引き戻す際にかじりが発生し易い。上記するダイカスト装置によれば、かじりが発生し易い筒体の内側に配置された加圧ピンから順次筒体方向へ引き戻すことによって、筒体の内側に配置された加圧ピンの熱変形等による変形を抑制し、当該加圧ピンを引きす際のかじりの発生を格段に抑制することができる。

また、上記するダイカスト装置は、筒体に対する第１の加圧ピンのキャビティ内への突出量、第１の加圧ピンに対する第２の加圧ピンのキャビティ内への突出量、あるいは、第２の加圧ピンを構成する複数の加圧ピンのうち隣接する加圧ピン同士のキャビティ内への突出量が７mm以下であることが好ましい。

筒体に対する第１の加圧ピンのキャビティ内への突出量や隣接する加圧ピン同士のキャビティ内への突出量が大きくなると、キャビティ内へ突出された加圧ピンとキャビティ内の溶湯との接触面積が増加し、加圧ピンの熱膨張による変形が増大して加圧ピンを筒体方向へ引き戻す際の引き戻し力が増加する。上記するダイカスト装置によれば、筒体に対する第１の加圧ピンのキャビティ内への突出量や隣接する加圧ピン同士のキャビティ内への突出量を７mm以下とすることによって、キャビティ内へ突出された加圧ピンとキャビティ内の溶湯との接触面積の増加を抑制し、加圧ピンの熱膨張による変形を抑制して当該加圧ピンを筒体方向へ引き戻す際の抵抗の増加を抑制することができる。

以上の説明から理解できるように、本発明のダイカスト装置によれば、凝固収縮に起因するひけ巣や空気やガスの巻き込みに起因する巻き込み巣などといった溶湯の凝固過程で発生する鋳巣を簡単な構成で効果的に抑制することができ、緻密性や剛性に優れた鋳造体を提供することができる。

本発明に係るダイカスト装置の実施の形態１を模式的に示した縦断面図である。 図１で示すダイカスト装置による加圧工程を説明した縦断面図であって、（ａ）は加圧前の状態を示した図であり、（ｂ）は、図２（ａ）に続いて加圧ピン１を作動させた状態を示した図であり、（ｃ）は、図２（ｂ）に続いて加圧ピン２を作動させた状態を示した図である。 図２（ｃ）で示すダイカスト装置の加圧ユニットの一部を拡大して示した一部拡大図である。 本発明に係るダイカスト装置の実施の形態２を模式的に示した縦断面図である。 図４で示すダイカスト装置による加圧工程を説明した縦断面図であって、（ａ）は加圧前の状態を示した図であり、（ｂ）は、図５（ａ）に続いて加圧ピン１Ａ、１２Ａ、１３Ａを作動させた状態を示した図であり、（ｃ）は、図５（ｂ）に続いて加圧ピン１２Ａ、１３Ａを作動させた状態を示した図であり、（ｄ）は、図５（ｃ）に続いて加圧ピン１３Ａを作動させた状態を示した図である。 本発明に係るダイカスト装置の実施の形態３による加圧工程を説明した縦断面図であって、（ａ）は加圧前の状態を示した図であり、（ｂ）は、図６（ａ）に続いて加圧ピン１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂを作動させた状態を示した図であり、（ｃ）は、図６（ｂ）に続いて加圧ピン１３Ｂを作動させた状態を示した図であり、（ｄ）は、図６（ｃ）に続いて加圧ピン１２Ｂ、１３Ｂを作動させた状態を示した図である。 試験体による加圧ピンの金型キャビティへの突出量と引き戻し力の関係を示した図である。

以下、図面を参照して本発明のダイカスト装置の実施の形態を説明する。

［実施の形態１］
図１は、本発明に係るダイカスト装置の実施の形態１を模式的に示した斜視図である。

図示するダイカスト装置１０は、主として金型キャビティＫに連通する略円筒形状のスリーブ９と、このスリーブ９に嵌合されて該スリーブ９の軸心Ｌ方向へ移動自在となっている加圧ユニット５と、この加圧ユニット５をスリーブ９の軸心Ｌ方向へ駆動させる駆動手段（不図示）を備えており、前記駆動手段で加圧ユニット５を駆動させることによって加圧ユニット５の一部が金型キャビティＫへ突出されるようになっている。ここで、不図示の駆動手段としては、たとえば油圧シリンダ等のアクチュエータを挙げることができる。

前記加圧ユニット５は更に、スリーブ９に嵌合されて該スリーブ９の軸心Ｌ方向へ移動自在となっている筒体からなる加圧ピン１と、この加圧ピン１に嵌合されてスリーブ９の軸心Ｌ方向へ移動自在となっている加圧ピン２と、から構成されており、前記駆動手段は、加圧ユニット５のうち加圧ピン２を駆動させるようになっている。なお、加圧ピン１、２はそれぞれ、スリーブ９の軸心Ｌと略同心に配置されている。

ここで、スリーブ９の内周面には段部９ａが形成され、スリーブ９の内周面と摺接する加圧ピン１の外周面には前記スリーブ９の段部９ａを収容し得る凹部１ｂが形成されており、前記スリーブ９の内周面と段部９ａおよび前記加圧ピン１の凹部１ｂで画定される領域Ｒ１にはスリーブ９の軸心Ｌ方向へ伸縮するコイルバネ６が配置されている。このように、スリーブ９と加圧ピン１の間にコイルバネ６が配置されることによって、加圧ピン２を介して加圧ピン１へ伝達された前記駆動手段の駆動力がコイルバネ６へ伝達された際に、該コイルバネ６がスリーブ９の段部９ａと加圧ピン１の凹部１ｂの間で前記駆動力に応じた量だけスリーブ９の軸心Ｌ方向へ収縮され、加圧ピン１が前記駆動力に応じたコイルバネ６の収縮量だけスリーブ９に対して相対的にスリーブ９の軸心Ｌ方向へ駆動されて、加圧ピン１の金型キャビティＫ側の一部がスリーブ９から金型キャビティＫへ突出される。

また、加圧ピン１の内周面には段部１ａが形成され、加圧ピン１の内周面と摺接する加圧ピン２の外周面には前記加圧ピン１の段部１ａを収容し得る凹部２ｂが形成されており、前記加圧ピン１の内周面と段部１ａおよび前記加圧ピン２の凹部２ｂで画定される領域Ｒ２にはスリーブ９の軸心Ｌ方向へ伸縮するコイルバネ７が配置されている。このように、加圧ピン１、２同士の間にコイルバネ７が配置されることによって、加圧ピン２へ伝達された前記駆動手段の駆動力がコイルバネ７へ伝達された際に、該コイルバネ７が加圧ピン１の段部１ａと加圧ピン２の凹部２ｂの間で前記駆動力に応じた量だけスリーブ９の軸心Ｌ方向へ収縮され、加圧ピン２が前記駆動力に応じたコイルバネ７の収縮量だけ加圧ピン１に対して相対的にスリーブ９の軸心Ｌ方向へ駆動されて、加圧ピン２の金型キャビティＫ側の一部が加圧ピン１よりもさらに金型キャビティＫへ突出される。

このように、駆動手段で加圧ピン２のみを駆動させ、前記駆動手段の駆動力で加圧ピン１、２同士の間に配置されたコイルバネ７を収縮させながら加圧ピン２を加圧ピン１に対して相対的にスリーブ９の軸心Ｌ方向へ駆動させ、加圧ピン２とコイルバネ７を介して加圧ピン１へ伝達された前記駆動手段の駆動力でスリーブ９と加圧ピン１の間に配置されたコイルバネ６を収縮させながら加圧ピン１をスリーブ９に対して相対的にスリーブ９の軸心Ｌ方向へ駆動させることによって、加圧ピン１の少なくとも一部をスリーブ９から金型キャビティＫ内へ突出させ、加圧ピン２の少なくとも一部を加圧ピン１から金型キャビティＫ内へ突出させ、加圧ピン１、２をスリーブ９の径方向外側から軸心Ｌへ向かって多段的にスリーブ９から金型キャビティＫへ突出させることができる。

次に、図２を参照して、図１で示すダイカスト装置１０による加圧工程を詳細に説明する。図２（ａ）は加圧前の状態を示した図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に続いて加圧ピン１、２を作動させた状態を示した図であり、図２（ｃ）は、図２（ｂ）に続いて加圧ピン２を作動させた状態を示した図である。なお、ダイカスト装置１０の加圧ユニット５が配置される位置、加圧ユニット５によって金型キャビティＫ内の溶湯を加圧するタイミング、加圧ユニット５の加圧深さや加圧速度、加圧ユニット５の形状等は、予め数値解析や経験則等によって規定されている。

まず、図２（ａ）で示すように、ダイカスト装置１０による加圧前の状態においては、金型キャビティＫの内壁面と加圧ピン１、２の金型キャビティＫ側の端面（加圧面）とが面一となるように、加圧ユニット５の加圧ピン１、２がスリーブ９内に配置されている。ここで、スリーブ９の内周面と段部９ａの金型キャビティＫと離間した側の側面９ａｂと加圧ピン１の凹部１ｂの金型キャビティＫと離間した側の側面１ｂｂで画定される領域Ｒ１に配置されたコイルバネ６は収縮状態にあり、加圧ピン１にはこのコイルバネ６によって金型キャビティＫと離間する方向へ付勢力が付与されるものの、スリーブ９の段部９ａの金型キャビティＫ側の側面９ａａと加圧ピン１の凹部１ｂの金型キャビティＫ側の側面１ｂａとが当接することによって、スリーブ９内における加圧ピン１の位置が規定されている。同様に、加圧ピン１の内周面と段部１ａの金型キャビティＫと離間した側の側面１ａｂと加圧ピン２の凹部２ｂの金型キャビティＫと離間した側の側面２ｂｂで画定される領域Ｒ２に配置されたコイルバネ７は収縮状態にあり、加圧ピン２にはこのコイルバネ７によって金型キャビティＫと離間する方向へ付勢力が付与されるものの、加圧ピン１の段部１ａの金型キャビティＫ側の側面１ａａと加圧ピン２の凹部２ｂの金型キャビティＫ側の側面２ｂａとが当接することによって、スリーブ９内における加圧ピン２の位置が規定されている。

次いで、金型キャビティＫ内の溶湯の凝固過程で発生する鋳巣を当該加圧ユニット５で加圧するために、駆動手段（不図示）で加圧ピン２を駆動させる。ここで、スリーブ９と加圧ピン１の間に配置されたコイルバネ６のバネ弾性係数が加圧ピン１と加圧ピン２の間に配置されたコイルバネ７のバネ弾性係数よりも相対的に小さいため、コイルバネ７が収縮する前にコイルバネ６が収縮する。これにより、図２（ｂ）で示すように、駆動手段から加圧ピン２へ伝達された駆動力によってコイルバネ７が収縮する前に、加圧ピン２とコイルバネ７と加圧ピン１を介してコイルバネ６へ伝達された前記駆動力によってコイルバネ６がスリーブ９の軸心Ｌ方向へ収縮され、加圧ピン１に対する加圧ピン２の相対的な位置が変化しない姿勢で加圧ピン１、２からなる加圧ユニット５が前記駆動力に応じたコイルバネ６の収縮量だけスリーブ９に対して相対的に該スリーブ９の軸心Ｌ方向へ駆動される。よって、加圧ピン１、２からなる加圧ユニット５の一部がスリーブ９から金型キャビティＫへ突出され、金型キャビティＫ内の溶湯を相対的に大きな面積Ｓ１（加圧ピン１、２の双方の加圧面の面積）で加圧することができる。

次に、スリーブ９と加圧ピン１の間に配置されたコイルバネ６が所定量だけ収縮した後、更に駆動手段（不図示）で加圧ピン２を駆動させると、図２（ｃ）で示すように、コイルバネ６は更に収縮せず、駆動手段から加圧ピン２を介してコイルバネ７へ伝達された駆動力によってコイルバネ７がスリーブ９の軸心Ｌ方向へ収縮され、加圧ピン２が前記駆動力に応じたコイルバネ７の収縮量だけ加圧ピン１に対して相対的にスリーブ９の軸心Ｌ方向へ駆動される。よって、加圧ピン２の一部が加圧ピン１から金型キャビティＫへ更に突出され、金型キャビティＫ内の溶湯を相対的に小さい面積Ｓ２（加圧ピン２の加圧面の面積）で加圧することができる。

このように、コイルバネ６、７がそれぞれ異なるバネ弾性係数を有することによって、駆動手段で加圧ピン２のみを駆動させた場合であっても、金型キャビティＫ内の溶湯の凝固過程で発生する鋳巣を最初に相対的に大きな面積Ｓ１で加圧し、次いで相対的に小さい面積Ｓ２で連続的に加圧することができ、金型キャビティＫ内の溶湯の凝固過程で発生する鋳巣を適正なタイミングで且つ適正な面積や加圧深さ等で加圧することができるため、溶湯の内部で発生する鋳巣を効果的に排除することができる。

ところで、加圧ユニット５で金型キャビティＫ内の溶湯の凝固過程で発生する鋳巣を加圧する時間は極めて短いものの、金型キャビティＫ内の溶湯は非常に高温であるため、図３で示すように、スリーブ９から金型キャビティＫへ突出された加圧ユニット５はその周囲の溶湯の熱によって熱膨張する。また、金型キャビティＫ内の溶湯の凝固が進行すると共に加圧ユニット５の周囲の溶湯は凝固収縮するため、スリーブ９から金型キャビティＫへ突出された加圧ユニット５はその周囲の収縮した溶湯によって堅持される。このような加圧ユニット５の熱膨張によるアンカー効果と加圧ユニット５の周囲の溶湯の凝固収縮によって、金型キャビティＫ内の溶湯の内部の鋳巣を加圧した加圧ユニット５をスリーブ９側へ引き戻す際の引き戻し力は増加すると考えられる。

そこで、前記加圧ユニット５で金型キャビティＫ内の溶湯の内部の鋳巣を加圧した後、当該加圧ユニット５をスリーブ９側へ引き戻す際には、最初に、相対的に外形が小さく剛性の低い加圧ピン２を加圧ピン１に対して相対的にスリーブ９の軸心Ｌ方向へ移動させ、金型キャビティＫへ突出された加圧ピン２の一部を加圧ピン１の内側へ引き戻す。その際、加圧ピン１の段部１ａの金型キャビティＫ側の側面１ａａと加圧ピン２の凹部２ｂの金型キャビティＫ側の側面２ｂａとが当接することによって、加圧ピン１における加圧ピン２の位置が規定される。そして、金型キャビティＫへ突出された加圧ピン２の一部を加圧ピン１の内側へ引き戻した後、加圧ピン１、２を一体とした加圧ユニット５をスリーブ１に対して相対的にスリーブ９の軸心Ｌ方向へ移動させ、金型キャビティＫへ突出された加圧ユニット５の一部をスリーブ９内へ引き戻す。その際、スリーブ９の段部９ａの金型キャビティＫ側の側面９ａａと加圧ピン１の凹部１ｂの金型キャビティＫ側の側面１ｂａとが当接することによって、スリーブ９における加圧ピン１、２の位置が規定される。

このように、金型キャビティＫ内の溶湯の内部の鋳巣を加圧した加圧ユニット５をスリーブ９側へ引き戻す際に、各加圧ピン１、２を多段的にスリーブ９内へ引き戻すことによって、各加圧ピン１、２をスリーブ９内へ引き戻す際の各引き戻し力を格段に低減することができる。また、相対的に外形が小さく剛性の低い加圧ピン２を最初にスリーブ９側へ引き戻すことによって、各加圧ピン１、２をスリーブ９内へ引き戻す際のかじり（軸ずれ）の発生を効果的に抑制することができる。

また、上記する実施の形態１のダイカスト装置１０においては、収縮されたコイルバネ６、７の付勢力を利用して加圧ユニット５の各加圧ピン１、２をスリーブ９側へ引き戻すことができるため、各加圧ピン１、２をスリーブ９側へ引き戻す際の駆動手段による引き戻し力を効果的に低減することができる。

なお、上記する実施の形態１のダイカスト装置１０においては、スリーブ９と加圧ピン１の間に配置されたコイルバネ６のバネ弾性係数が加圧ピン１と加圧ピン２の間に配置されたコイルバネ７のバネ弾性係数よりも相対的に小さく、コイルバネ７が収縮する前にコイルバネ６が収縮する形態について説明したが、スリーブ９と加圧ピン１の間に配置されたコイルバネ６のバネ弾性係数を加圧ピン１と加圧ピン２の間に配置されたコイルバネ７のバネ弾性係数よりも相対的に大きくし、コイルバネ６が収縮する前にコイルバネ７が収縮するようにしてもよい。

この場合には、駆動手段で加圧ピン２を駆動させると、コイルバネ６が収縮する前に加圧ピン２を介してコイルバネ７へ伝達された駆動力によってコイルバネ７がスリーブ９の軸心Ｌ方向へ収縮され、加圧ピン２が前記駆動力に応じたコイルバネ７の収縮量だけ加圧ピン１に対して相対的にスリーブ９の軸心Ｌ方向へ駆動される。よって、略静止した状態の加圧ピン１から加圧ピン２の一部が金型キャビティＫへ突出され、金型キャビティＫ内の溶湯を相対的に小さい面積Ｓ２（加圧ピン２の加圧面の面積）で加圧することができる。また、駆動手段で加圧ピン２を更に駆動させると、コイルバネ７は更に収縮せず、加圧ピン２とコイルバネ７と加圧ピン１を介してコイルバネ６へ伝達された駆動力によってコイルバネ６がスリーブ９の軸心Ｌ方向へ収縮され、加圧ピン１に対して加圧ピン２の一部が突出した姿勢で加圧ピン１、２からなる加圧ユニット５が前記駆動力に応じたコイルバネ６の収縮量だけスリーブ９に対して相対的に該スリーブ９の軸心Ｌ方向へ駆動される。よって、加圧ピン１に対する加圧ピン２の相対的な位置を変化させない姿勢で加圧ピン１の一部がスリーブ９から金型キャビティＫへ突出され、金型キャビティＫ内の溶湯を相対的に大きな面積Ｓ１（加圧ピン１、２の双方の加圧面の面積）で加圧することができる。

［実施の形態２］
図４は、本発明に係るダイカスト装置の実施の形態２を模式的に示した縦断面図である。図４で示す実施の形態２のダイカスト装置１０Ａは、図１で示す実施の形態１のダイカスト装置１０に対して主に加圧ユニットを構成する加圧ピンの基数とスリーブと加圧ユニットの間に配置される弾性体の形態が相違しており、その他の構成はほぼ同様である。したがって、実施の形態１のダイカスト装置１０と同様の構成については、同様の符号を付してその詳細な説明は省略する。

具体的には、図４で示す実施の形態２のダイカスト装置１０Ａの加圧ユニット５Ａは、スリーブ９Ａに嵌合されて該スリーブ９Ａの軸心ＬＡ方向へ移動自在となっている筒体からなる加圧ピン１Ａと、この加圧ピン１Ａに嵌合されてスリーブ９Ａの軸心ＬＡ方向へ移動自在となっている加圧ピン２Ａと、から構成されるとともに、前記加圧ピン２Ａは更に、筒体からなる加圧ピン１Ａに嵌合されてスリーブ９Ａの軸心ＬＡ方向へ移動自在となっている筒体からなる加圧ピン１２Ａとこの加圧ピン１２Ａに嵌合されてスリーブ９Ａの軸心ＬＡ方向へ移動自在となっている加圧ピン１３Ａから構成されており、不図示の駆動手段は、加圧ユニット５Ａのうち最も内側に配置された加圧ピン１３Ａを駆動させるようになっている。なお、加圧ピン１Ａ、１２Ａ、１３Ａはそれぞれ、スリーブ９Ａの軸心ＬＡと略同心に配置されている。

ここで、スリーブ９Ａの内周面の金型キャビティＫ側の端部には段部９ａＡが形成され、スリーブ９Ａの内周面と摺接する加圧ピン１Ａの外周面の金型キャビティＫ側の端部には前記スリーブ９Ａの段部９ａＡを収容し得る窪み１ｂＡが形成されており、前記スリーブ９Ａの内周面と段部９ａＡおよび前記加圧ピン１Ａの窪み１ｂＡで画定される領域Ｒ０Ａには略大気圧の空気（空気バネ）Ａが収容されている。このように、スリーブ９Ａと加圧ピン１Ａの間に空気Ａが収容されることによって、加圧ピン３Ａ等を介して前記駆動手段の駆動力が加圧ピン１Ａへ伝達された際に、加圧ピン１Ａがほぼ抵抗感無く（弾性係数が非常に小さい）スリーブ９Ａに対して相対的にスリーブ９Ａの軸心ＬＡ方向へ駆動され、加圧ピン１Ａの金型キャビティＫ側の一部がスリーブ９Ａから金型キャビティＫへ突出される。

なお、図４で示す実施の形態２のダイカスト装置１０Ａの加圧ユニット５Ａの加圧ピン１２Ａと加圧ピン１３Ａの関係は、図１で示す実施の形態１のダイカスト装置１０の加圧ユニット５の加圧ピン１と加圧ピン２の関係と同様である。

上記するように、駆動手段で加圧ユニット５Ａのうち最も内側に配置された加圧ピン１３Ａのみを駆動させ、前記駆動手段の駆動力で加圧ピン１２Ａ、１３Ａ同士の間に配置されたコイルバネ７Ａを収縮させながら加圧ピン１３Ａを加圧ピン１２Ａに対して相対的にスリーブ９Ａの軸心ＬＡ方向へ駆動させ、加圧ピン１３Ａとコイルバネ７Ａを介して加圧ピン１２Ａへ伝達された前記駆動手段の駆動力で加圧ピン１Ａ、１２Ａ同士の間に配置されたコイルバネ６Ａを収縮させながら加圧ピン１２Ａを加圧ピン１Ａに対して相対的にスリーブ９Ａの軸心ＬＡ方向へ駆動させ、加圧ピン１３Ａ、１２Ａとコイルバネ７Ａ、６Ａを介して加圧ピン１Ａへ伝達された前記駆動手段の駆動力で加圧ピン１Ａをスリーブ９Ａに対して相対的にスリーブ９Ａの軸心ＬＡ方向へ駆動させることによって、加圧ピン１Ａ、１２Ａ、１３Ａをスリーブ９Ａの径方向外側から軸心ＬＡへ向かって更に多段的に金型キャビティＫへ突出させることができる。

次に、図５を参照して、図４で示すダイカスト装置１０Ａによる加圧工程を詳細に説明する。図５（ａ）は加圧前の状態を示した図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に続いて加圧ピン１Ａ、１２Ａ、１３Ａを作動させた状態を示した図であり、図５（ｃ）は、図５（ｂ）に続いて加圧ピン１２Ａ、１３Ａを作動させた状態を示した図であり、図５（ｄ）は、図５（ｃ）に続いて加圧ピン１３Ａを作動させた状態を示した図である。

まず、図５（ａ）で示すように、ダイカスト装置１０Ａによる加圧前の状態においては、金型キャビティＫの内壁面と加圧ピン１Ａ、１２Ａ、１３Ａの金型キャビティＫ側の端面（加圧面）とが面一となるように、加圧ユニット５Ａの加圧ピン１Ａ、１２Ａ、１３Ａがスリーブ９Ａ内に配置されている。ここで、スリーブ９Ａの段部９ａＡの金型キャビティＫと離間した側の側面９ａｂＡと加圧ピン１Ａの窪み１ｂＡの金型キャビティＫと離間した側の側面１ｂｂＡは所定の距離（加圧ピン１Ａのスリーブ９Ａに対する突出量に相当）だけ離間して配置されている。

次いで、金型キャビティＫ内の溶湯の凝固過程で発生する鋳巣を加圧ユニット５Ａで加圧するために、駆動手段（不図示）で加圧ピン１３Ａを駆動させる。ここで、スリーブ９Ａと加圧ピン１Ａの間の空気の抵抗（空気バネの弾性係数ともいう）は、加圧ピン１Ａと加圧ピン１２Ａの間に配置されたコイルバネ６Ａや加圧ピン１２Ａと加圧ピン１３Ａの間に配置されたコイルバネ７Ａのバネ弾性力よりも相対的に小さいため、図５（ｂ）で示すように、駆動手段から加圧ピン１３Ａへ伝達された駆動力によってコイルバネ６Ａ、７Ａが収縮する前に、加圧ピン１３Ａ、１２Ａとコイルバネ７Ａ、６Ａを介して加圧ピン１Ａへ伝達された前記駆動力によって、加圧ユニット５Ａを構成する加圧ピン１Ａ、１２Ａ、１３Ａの相対的な位置が変化しない姿勢で加圧ユニット５Ａが前記所定の距離だけスリーブ９Ａに対して相対的に該スリーブ９Ａの軸心ＬＡ方向へ駆動される。よって、加圧ピン１Ａ、１２Ａ、１３Ａからなる加圧ユニット５Ａの一部がスリーブ９Ａから金型キャビティＫへ突出され、金型キャビティＫ内の溶湯を相対的に大きな面積Ｓ１Ａ（加圧ピン１Ａ、１２Ａ、１３Ａの加圧面の面積）で加圧することができる。

次に、スリーブ９Ａの段部９ａＡの金型キャビティＫと離間した側の側面９ａｂＡと加圧ピン１Ａの窪み１ｂＡの金型キャビティＫと離間した側の側面１ｂｂＡとが当接した後、更に駆動手段（不図示）で加圧ピン１３Ａを駆動させると、加圧ピン１Ａと加圧ピン１２Ａの間に配置されたコイルバネ６Ａのバネ弾性係数が加圧ピン１２Ａと加圧ピン１３Ａの間に配置されたコイルバネ７Ａのバネ弾性係数よりも相対的に小さいため、図５（ｃ）で示すように、加圧ピン１３Ａとコイルバネ７Ａと加圧ピン１２Ａを介してコイルバネ６Ａへ伝達された前記駆動力によってコイルバネ６Ａがスリーブ９Ａの軸心ＬＡ方向へ収縮され、加圧ピン１２Ａに対する加圧ピン１３Ａの相対的な位置が変化しない姿勢で加圧ピン２Ａが前記駆動力に応じたコイルバネ６Ａの収縮量だけスリーブ９Ａに対して相対的に該スリーブ９Ａの軸心ＬＡ方向へ駆動される。よって、加圧ピン１２Ａ、１３Ａからなる加圧ピン２Ａの一部が加圧ピン１Ａから金型キャビティＫへ更に突出され、金型キャビティＫ内の溶湯を面積Ｓ２Ａ（加圧ピン１２Ａ、１３Ａの双方の加圧面の面積）で加圧することができる。

そして、加圧ピン１Ａと加圧ピン１２Ａの間に配置されたコイルバネ６Ａが所定量だけ収縮した後、更に駆動手段（不図示）で加圧ピン１３Ａを駆動させると、図５（ｄ）で示すように、駆動手段から加圧ピン１３Ａを介してコイルバネ７Ａへ伝達された駆動力によってコイルバネ７Ａがスリーブ９Ａの軸心ＬＡ方向へ収縮され、加圧ピン２が前記駆動力に応じたコイルバネ７Ａの収縮量だけ加圧ピン１２Ａに対して相対的にスリーブ９Ａの軸心ＬＡ方向へ駆動される。よって、加圧ピン１３Ａの一部が加圧ピン１２Ａから金型キャビティＫへ更に突出され、金型キャビティＫ内の溶湯を相対的に小さい面積Ｓ３Ａ（加圧ピン１３Ａの加圧面の面積）で加圧することができる。

これにより、金型キャビティＫ内の溶湯の凝固過程で発生する鋳巣を最初に相対的に大きな面積Ｓ１Ａで加圧し、次いで面積Ｓ２Ａで加圧し、次に相対的に小さい面積Ｓ３Ａで連続的に加圧することができ、金型キャビティＫ内の溶湯の凝固過程で発生する鋳巣を更に多段的に加圧することができ、溶湯の内部で発生する鋳巣を加圧するタイミングや加圧面積、加圧深さ等をより精緻に調整することができるため、溶湯の内部で発生する鋳巣をより効果的に排除することができる。

なお、金型キャビティＫへ突出された加圧ユニット５Ａの一部をスリーブ９Ａ側へ引き戻す際には、上記する実施の形態１と同様に、最初に最も内側に配置された加圧ピン１３Ａをスリーブ９Ａの軸心ＬＡ方向へ加圧ピン１２Ａの内側へ移動させ、次いで加圧ピン１２Ａ、１３Ａを一体とした加圧ピン２Ａをスリーブ９Ａの軸心ＬＡ方向へ加圧ピン１Ａの内側へ移動させ、次に加圧ピン１Ａ、１２Ａ、１３Ａを一体とした加圧ユニット５Ａをスリーブ９Ａの軸心ＬＡ方向へスリーブ９Ａ側へ移動させ、各加圧ピン１Ａ、１２Ａ、１３Ａを多段的にスリーブ９Ａ側へ引き戻す。

［実施の形態３］
図６は、本発明に係るダイカスト装置の実施の形態３による加圧工程を説明した縦断面図であって、図６（ａ）は加圧前の状態を示した図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に続いて加圧ピン１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂを作動させた状態を示した図であり、図６（ｃ）は、図６（ｂ）に続いて加圧ピン１３Ｂを作動させた状態を示した図であり、図６（ｄ）は、図６（ｃ）に続いて加圧ピン１２Ｂ、１３Ｂを作動させた状態を示した図である。

図６で示す実施の形態３のダイカスト装置１０Ｂは、図４、５で示す実施の形態２のダイカスト装置１０Ａに対して、加圧ピン同士の間に配置されたコイルバネの形態が相違しており、その他の構成はほぼ同様である。したがって、実施の形態２のダイカスト装置１０Ａと同様の構成については、同様の符号を付してその詳細な説明は省略する。

具体的には、実施の形態３のダイカスト装置１０Ｂにおいては、加圧ピン１Ｂと加圧ピン１２Ｂの間に配置されたコイルバネ６Ｂのバネ弾性係数が加圧ピン１２Ｂと加圧ピン１３Ｂの間に配置されたコイルバネ７Ｂのバネ弾性力よりも相対的に大きいため、コイルバネ６Ｂが収縮する前にコイルバネ７Ｂが収縮する。

この実施の形態３のダイカスト装置１０Ｂにおいては、駆動手段で加圧ピン１３Ｂを駆動させると、まず、図６（ｂ）で示すように、駆動手段から加圧ピン１３Ｂへ伝達された駆動力によってコイルバネ６Ｂ、７Ｂが収縮する前に、加圧ピン１３Ｂ、１２Ｂとコイルバネ７Ｂ、６Ｂを介して加圧ピン１Ｂへ伝達された前記駆動力によって、加圧ユニット５Ｂを構成する加圧ピン１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂの相対的な位置が変化しない姿勢で加圧ユニット５Ｂがスリーブ９Ｂに対して相対的に該スリーブ９Ｂの軸心ＬＢ方向へ駆動される。

次いで、更に駆動手段（不図示）で加圧ピン１３Ｂを駆動させると、加圧ピン１Ｂと加圧ピン１２Ｂの間に配置されたコイルバネ６Ｂのバネ弾性係数が加圧ピン１２Ｂと加圧ピン１３Ｂの間に配置されたコイルバネ７Ｂのバネ弾性係数よりも相対的に大きいため、図６（ｃ）で示すように、加圧ピン１３Ｂを介してコイルバネ７Ｂへ伝達された前記駆動力によってコイルバネ７Ｂがスリーブ９Ｂの軸心ＬＢ方向へ収縮され、加圧ピン１Ｂに対する加圧ピン１２Ｂの相対的な位置が変化しない姿勢で加圧ピン１３Ｂが前記駆動力に応じたコイルバネ７Ｂの収縮量だけ加圧ピン１２Ｂに対して相対的に該スリーブ９Ｂの軸心ＬＢ方向へ駆動される。

次に、更に駆動手段（不図示）で加圧ピン１３Ｂを駆動させると、図６（ｄ）で示すように、駆動手段から加圧ピン１３Ｂとコイルバネ７Ｂと加圧ピン１２Ｂを介してコイルバネ６Ｂへ伝達された駆動力によってコイルバネ６Ｂがスリーブ９Ｂの軸心ＬＢ方向へ収縮され、加圧ピン１２Ｂに対する加圧ピン１３Ｂの相対的な位置を変化させない姿勢で加圧ピン１２Ｂが前記駆動力に応じたコイルバネ６Ｂの収縮量だけ加圧ピン１Ｂに対して相対的にスリーブ９Ｂの軸心ＬＢ方向へ駆動される。

このように、加圧ピン同士の間や加圧ピンとスリーブの間に配置された弾性体の弾性力（たとえば、コイルバネのバネ弾性力や空気バネの圧力）を適宜調整することによって、複数の加圧ピンを鋳巣の状態に適合した様々な形態で金型キャビティへ突出させることができ、金型キャビティの溶湯の内部で発生する鋳巣をより効果的に排除することができる。

なお、上記する実施の形態１〜３においては、金型キャビティとそれに連通するスリーブを別体に設ける形態について説明したが、たとえば金型キャビティとスリーブを一体の形成してもよい。

［試験体による加圧ピンの引き戻し力を測定した実験とその結果］
本発明者等は、外径の異なる２種類の加圧ピンの試験体（φ12mmの円柱状の試験体１とφ15mmの円柱状の試験体２、材質：SKD61）を作製し、それぞれの試験体に対して金型キャビティ内の溶湯（材質：ADC12）への突出量を変化させた場合の引き戻し力測定を実施した。

引き戻し力の測定方法は、予め試験体を金型キャビティ内に突出させ、当該金型キャビティ内へ溶湯を充填した後、油圧シリンダを用いて試験体を金型キャビティから引き戻し時間3secで引き戻した際の引き戻し力を測定した。なお、その際のダイタイム（鋳造完了時間）は10secであった。

図７は、上記する試験体１、２による加圧ピンの金型キャビティへの突出量と引き戻し力の関係を示した図である。

図示するように、相対的に外径の小さい試験体１では、金型キャビティへの突出量が増加するに従って加圧ピンの引き戻し力が増加し、金型キャビティへの突出量が7mmを超えると引き戻し力が急激に増加することが確認された。また、相対的に外径の大きい試験体２では、相対的に外径の小さい試験体１と比較して引き戻し力が低下するものの、金型キャビティへの突出量が7.5mmを超えると引き戻し力が急激に増加することが確認された。

この実験結果より、金型キャビティの溶湯へ突出された加圧ピンは、熱膨張によるアンカー効果と溶湯の凝固収縮によって金型キャビティへの突出量が増加するに従って加圧ピンの引き戻し力が増加するものの、加圧ピンの突出量を7mm以下とすることで、一般に使用される外形を有する加圧ピンについて引き戻し力の増加を効果的に抑制できることが実証された。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１、２…加圧ピン、５…加圧ユニット、６、７…コイルバネ（弾性体）、９…スリーブ（筒体）、１０…ダイカスト装置、Ａ…空気（空気バネ）、Ｋ…キャビティ、Ｌ…スリーブの軸心

Claims (6)

1. 金型キャビティに連通する筒体と、この筒体に嵌合されて筒体の軸心方向へ移動自在となっている加圧ユニットと、この加圧ユニットを筒体の軸心方向へ駆動させる駆動手段を備え、駆動手段によって加圧ユニットを駆動させて加圧ユニットの少なくとも一部を金型キャビティへ突出させるダイカスト装置であって、
   前記加圧ユニットは、筒体に嵌合されて筒体の軸心方向へ移動自在となっている筒体形状の第１の加圧ピンとこの第１の加圧ピンに嵌合されて筒体の軸心方向へ移動自在となっている第２の加圧ピンを有し、
   筒体と第１の加圧ピンおよび第１の加圧ピンと第２の加圧ピンの間にはそれぞれ、筒体と第１の加圧ピンの相対的な移動および第１の加圧ピンと第２の加圧ピンの相対的な移動を規制するための異なる弾性係数を有する弾性体が配置されており、
   前記駆動手段によって前記第２の加圧ピンを駆動させて、第１の加圧ピンの少なくとも一部を筒体からキャビティ内へ突出させ、第２の加圧ピンの少なくとも一部を第１の加圧ピンからキャビティ内へ突出させ、第１の加圧ピンと第２の加圧ピンを筒体の内側へ向かって多段的にキャビティ内へ突出させるようになっているダイカスト装置。
2. 前記第２の加圧ピンは、筒体の軸心方向へ移動自在となっている複数の加圧ピンから構成されており、前記複数の加圧ピンのうち隣接する加圧ピン同士の間には隣接する加圧ピン同士の相対的な移動を規制するための異なる弾性係数を有する弾性体がそれぞれ配置されており、前記駆動手段によって前記複数の加圧ピンのうち最も筒体の内側に配置された加圧ピンを駆動させて、前記複数の加圧ピンを筒体の内側へ向かって多段的にキャビティ内へ突出させるようになっている請求項１に記載のダイカスト装置。
3. 前記弾性体の弾性係数は、筒体の外側から内側へ向かって傾斜的に変化している請求項１または２に記載のダイカスト装置。
4. 前記ダイカスト装置は、キャビティ内へ突出させた第１の加圧ピンと第２の加圧ピンを筒体方向へ引き戻す際に第２の加圧ピンを先に引き戻すようになっている請求項１から３のいずれか一項に記載のダイカスト装置。
5. 前記ダイカスト装置は、キャビティ内へ突出させた第２の加圧ピンを構成する複数の加圧ピンを筒体方向へ引き戻す際に最も筒体の内側に配置された加圧ピンを先に引き戻すようになっている請求項２に記載のダイカスト装置。
6. 筒体に対する第１の加圧ピンのキャビティ内への突出量、第１の加圧ピンに対する第２の加圧ピンのキャビティ内への突出量、あるいは、第２の加圧ピンを構成する複数の加圧ピンのうち隣接する加圧ピン同士のキャビティ内への突出量が７mm以下である請求項２に記載のダイカスト装置。

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