JP5763410B2 - ダイカスト鋳造装置 - Google Patents

Description

本発明は、ダイカスト鋳造装置に関する。

ダイカスト鋳造装置は、溶湯を一時的に貯めておくスリーブと、スリーブ内の溶湯をキャビティへ押し出すプランジャを備える。溶湯は高温であるため、プランジャチップを冷却する仕組みを備えることが望ましい。

特許文献１には、プランジャチップの先端に熱伝導率の高い銅合金（例えばベリリウム銅合金）の部材を配置し、さらに銅合金部材の裏面に冷却液を流す構造を備えたプランジャチップが開示されている。また、特許文献２には、プランジャチップ内の冷却液流路を工夫したプランジャチップが開示されている。特許文献２の技術は、プランジャチップ内部に空洞を設け、空洞においてプランジャチップ外周側から中心（プランジャチップ軸心）に向かって冷却液を流す構造が開示されている。

特開２００７−１９０５６５号公報 実開平６−４１９５２号公報

本明細書は、プランジャチップ先端に配置した高熱伝導プレートを効率よく冷却する冷却構造を備えたダイカスト鋳造装置を提供する。

本明細書が開示するダイカスト鋳造装置は、溶湯を一時的に貯めておくスリーブと、スリーブ内の溶湯をキャビティへ射出するプランジャとを備える。スリーブ内空間に面するプランジャチップ先端面には、プランジャチップ側面を構成する材料よりも熱伝導率が高い高熱伝導プレートが取り付けられている。さらに、高熱伝導プレートの裏面に面して、高熱伝導プレートの裏面に冷却液を流す分流子が備えられている。その分流子は、プランジャチップ側面を構成する円筒内（プランジャチップ本体の円筒孔内）に嵌合している。さらに分流子は、高熱伝導プレートの裏面中央に向けて冷却液を吹き出す中央孔と、分流子の上側の側面に設けられたガイド溝を備えている。ガイド溝は、プランジャチップ本体の円筒孔内面との間で流路を確保する役割を果たす。ガイド溝を通じて、高熱伝導プレートの中央から裏面に沿って流れてプレートの縁へ達した冷却液が後方に戻る。このプランジャチップを備えた鋳造装置は、冷却液が高熱伝導プレートの裏面中央から縁へ、さらにはガイド溝を通じて後方へとスムーズに流れ、それによってプランジャチップ先端の高熱伝導プレートを効率良く冷却することができる。

プランジャチップはさらに、中央孔に通じる冷却液流路の途中から上方へと伸びており、ガイド溝を通過した冷却液が後方へと流れる流路に合流する側流路が設けられている。高熱伝導プレートの中央へ吹き出された冷却液は、高熱伝導プレートの縁へ向かって流れる。高熱伝導プレートに沿って、冷却液の一部は鉛直下方に流れ、一部は水平方向に流れ、一部は鉛直上方へ流れる。冷却液はできるだけ低い圧力であることが望ましいが（理由は後述）、そうすると高熱伝導プレートの裏面中央から鉛直上方へは他の方向への流れに比べて冷却液の流れが悪くなる。上記の側流路は、分流子の鉛直上方においてガイド溝の後ろにスムーズな流れを作り出し、ガイド溝付近の冷却液を吸い寄せる作用を及ぼす。そのようなメカニズムにより高熱伝導プレートの裏面中央から鉛直上方へも冷却液がスムーズに流れ、高熱伝導プレートを効率よく冷却する。

冷却液の圧力は低い方が望ましい理由は次の通りである。まず、鋳造装置ではプランジャチップの他にも、金型等を冷却する必要がある。プランジャチップと金型等で冷却液を共有するのが好ましい。そうすると、冷却液の液圧を高めるには冷却液全体の圧力を高めねばならず、コストが嵩む。また、冷却液の圧力を高くすると冷却液を封止するシールも高耐圧のものを用意しなければならずコストが嵩む。これらの理由により冷却液の圧力は低い方が望ましい。

冷却液はプランジャチップを支えるロッド（プランジャロッド）内を流れることになる。典型的には、プランジャロッド内に、冷却液を供給するパイプ（冷却液供給管）を配置し、そのパイプの外側を冷却液の排出路とする。このとき、分流子の後端に、プランジャロッドの内部を通っている冷却液供給管を、樹脂ブッシュを介して取り付けると好ましい。樹脂ブッシュがプランジャチップ内で冷却液供給管の先端を支持することによって、冷却液供給管が揺れることがなくなり、冷却液がスムーズに流れる。

鋳造装置の模式的断面図である。 プランジャチップの拡大断面図である。 分流子の斜視図である。

まず、図１を参照して、実施例のダイカスト鋳造装置１００の全体を説明する。以下、ダイカスト鋳造装置１００を単に鋳造装置１００と称する。なお、図では、発明の説明に必要な部品のみを示しており、通常の鋳造装置が備える部品の幾つかは図示を省略している。鋳造装置１００は、アルミニウムの成型品を鋳造するための装置である。すなわち、鋳造装置１００の溶湯はアルミニウムであり、装置１００は、アルミダイカスト鋳造装置である。鋳造装置１００では、固定型１２と可動型２６が一組の金型セットを構成する。金型セットを閉じると（固定型１２と可動型２６を密着させると）、対象品を成形するための閉空間であるキャビティＣＶが形成される。可動型２６は、図示しないアクチュエータによって、固定型１２に密着したり、固定型１２から離れたり移動する。

固定型１２にはスリーブ２０が取り付けられている。スリーブ２０は、キャビティＣＶへ流し込む前の溶湯Ｗを一時的に溜めておく筒である。スリーブ２０はスプルブッシュと呼ばれることもある。スリーブ２０の内部の空間ＷＳとキャビティＣＶは、ランナ１４（湯道）によって連通している。なお、ランナ１４は、固定型１２と可動型２６で囲まれた流路であり、金型が閉じたときに形成される。

スリーブ２０の内部には、溶湯を押し出すプランジャ６と、スプルコア２２が配置されている。プランジャ６は、プランジャチップ２とプランジャロッド４からなる。プランジャ６はいわゆるピストンであり、プランジャチップ２はピストンヘッドに相当する。プランジャチップ２の後端にプランジャロッド４が連結され、そのプランジャロッド４の後端にはアクチュエータ（不図示）が連結されている。アクチュエータがプランジャロッド４を前進／後退させることによって、プランジャチップ２がスリーブ内を摺動（前後動）する。なお、図１では、プランジャチップ２とプランジャロッド４の内部構造を省略して描いてある。プランジャチップ２とプランジャロッド４の内部構造は、図２に詳しく描いてある。

スリーブ２０内の溶湯Ｗを射出する際、プランジャ６によって押し出された溶湯Ｗは高速でランナ１４へと流れ込む。スリーブ２０の先端に相当する可動型２６の部位であり、溶湯Ｗがランナ１４に流れ込む位置にはスプルコア２２が配置されている。スプルコアは、「分流子」とも呼ばれ、スリーブ２０内の溶湯Ｗが可動型２６に激しく衝突することを防ぐ役割と、スリーブ２０内の溶湯Ｗをランナ１４へスムーズに導く役割を担う。

スリーブ２０の上方には溶湯Ｗを供給するための供給口１６が設けられている。溶湯Ｗは、ラドル１８によって供給口１６から供給される。

図２、図３を参照してプランジャ６の構造を詳細に説明する。なお、図１〜図３に付した座標系のＺ軸は、鉛直上方を指している。図２はプランジャ６の断面図を示しており、図３はプランジャチップ２の内部に配置される分流子５６の斜視図を示している。

プランジャチップ２の本体（チップ本体５３）は、内部が空洞の円筒形である。チップ本体５３は鉄を主成分とする鋼材、例えばＳＫＤ６１で作られている。プランジャチップ２の先端に、スリーブ２０の内部空間ＷＳに面して銅プレート５１が取り付けられている。図２に示すように、スリーブ２０の内周面にはチップ本体５３の外周面が当接するが、銅プレート５１はスリーブ２０の内周面には接しない。銅プレート５１はチップ本体５３よりも熱伝導率が高いが硬度はチップ本体５３よりも低い。銅プレート５１はスリーブ２０の内周面と接しないので摺動摩耗することはない。銅プレート５１は銅を主成分とする銅合金、例えばベリリウム銅合金でできている。ベリリウム銅合金の熱伝導率は約２００［W/mK］であり、ＳＫＤ６１の熱伝導率は約２３［W/mK］である。銅プレート５１が、高熱伝導プレートの一例に相当する。

銅プレート５１の裏面に面して分流子５６が配置されている。分流子５６は、チップ本体５３の円筒内面に嵌合している。図３に示すように、分流子５６は円柱形状である。分流子５６の中央には冷却液を吹き出すための中央孔５６ａが設けられている。また、分流子５６の一端面であって銅プレート５１に対向する面には、冷却液を流すための窪み５６ｃが設けられている。さらに、分流子５６の周囲には、窪み５６ｃから側面に通じ、さらに分流子５６の他方の面（後方の面）まで至るガイド溝５６ｂが設けられている。ガイド溝５６ｂは、分流子５６の外周面の周方向の４個所に設けられている。図２に示すように、分流子５６の円柱側面はチップ本体５３の円筒内面に接し、分流子５６が固定される。そして、チップ本体５３の円筒内面とガイド溝５６ｂによって、冷却液を後方へ戻す流路が形成される。詳しくは後述するが、中央孔５６ａから吹き出た冷却液は、窪み５６ｃと銅プレート５１の間を流れ、ガイド溝５６ｂを通って後方へと戻る。

なお、一例としては、プランジャチップ２の直径は約１５０ｍｍである。銅プレート５１の厚みは約１０ｍｍである。分流子５６の軸線方向長さは約５０ｍｍである。

図２に戻りプランジャ６の構造の説明を続ける。前述したように、銅プレート５１の裏面側で分流子５６がチップ本体５３に嵌合している。分流子５６の後端（プランジャロッド４寄りの端部）にはブッシュ５８が取り付けられている。ブッシュ５８は樹脂で作られている。ブッシュ５８は、一端が分流子５６の端部に嵌合しており、他端で冷却液供給管６４の先端を支持している。冷却液供給管６４はプランジャロッド４の内部を通っており、その内部が冷却液供給路６２を形成しており、その外側であってプランジャロッド４の内側との間が冷却液排出路６３を形成している。図示を省略しているが、プランジャロッド４の後端（冷却液供給管６４の後端）には、冷却液循環装置が連結している。冷却液循環装置は、冷却液排出路６３を通じて戻ってきた冷却液を再度冷やして冷却液供給路６２へと送り出す。

ブッシュ５８の内部には軸方向に貫通している貫通孔５７が設けられている。この貫通孔５７は、分流子５６の中央孔５６ａと冷却液供給管６４をつなげている。貫通孔５７は分流子５６の中央孔５６ａと一体に繋がっているので、貫通孔５７も中央孔５６ａの一部であるとして説明する。貫通孔５７の途中（中央孔５６ａの途中）から鉛直上方へ向かって側孔５２（側流路）が設けられている。冷却液供給管６４を流れてきた冷却液は、その多くは中央孔５６ａから銅プレート５１の裏面へ向かって吹き出すが、一部は側孔５２を通じてブッシュ５８の上方外側へと流れる。

側孔５２を有するブッシュ５８、中央孔５６ａとガイド溝５６ｂを備えた分流子５６によって形成される冷却液の流れを説明する。冷却液供給管６４の内部（冷却液供給路６２）を流れてくる冷却液は（矢印Ａ１）、その大部分が直進し、中央孔５６ａから銅プレート５１裏面中央へ向かって吹き出す。その後、冷却液は銅プレート５１裏面に沿って中央から銅プレート５１の外縁に向かって流れる。銅プレート５１の外縁に達した冷却液は、ガイド溝５６ｂを通り、分流子５６の後方へと戻る（矢印Ａ２、Ａ３）。そしてプランジャロッド４内の冷却液排出路６３を通って冷却液循環装置へと戻る。銅プレート５１の裏面に沿って流れている間に冷却液が銅プレート５１を冷却する。

他方、冷却液供給管６４の内部（冷却液供給路６２）を流れてきた冷却液の一部は、側孔５２を通り分流子５６の後方であってブッシュ５８の上方に向かう。側孔５２から出た冷却液は、分流子５６の鉛直上方に位置するガイド溝５６ｂを通ってきた冷却液（矢印Ａ２）と合流して後方へと戻る（矢印Ａ４）。側孔５２を通って後方へ戻る冷却液の流れは、分流子５６の鉛直上方に位置するガイド溝５６ｂを通ってきた冷却液の後方への流れを促進する。

ここで、前述したように冷却液の圧力は低い方が望ましい。一般に、冷却液の圧力は０．２［Ｍｐａ］程度であり、この圧力は水道管の圧力と同等である。そのような低い圧力では、冷却液流路に気泡が溜まる可能性がある。さらにそのような低い圧力は、チップ本体５３の内部空間内の隅々まで冷却液を行きわたらせるのに十分でない可能性があり、特に中央孔５６ａから鉛直上方に向かう冷却液の流れが悪くなりがちである。従って、図２に示したプランジャチップの構造からも理解されるように、チップ本体５３内部の空洞の上方に位置するガイド溝５６ｂの付近は気泡がたまりやすい。側孔５２を通る冷却液の流れはチップ本体５３内部の空洞の上方の流れを促進するため、上記したプランジャチップの構造は、気泡溜まりの発生を抑制する。

実施例の鋳造装置では、高熱伝導プレートの材料として銅合金を採用した。高熱伝導プレートは、プランジャチップ側面を構成する部品（チップ本体）の材料よりも熱伝導率が高ければ銅に限られない。

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：プランジャチップ
４：プランジャロッド
６：プランジャ
１２：固定型
１４：ランナ
１６：供給口
１８：ラドル
２０：スリーブ
２２：スプルコア
２６：可動型
５１：銅プレート
５２：側孔
５３：チップ本体
５６：分流子
５６ａ：中央孔
５６ｂ：ガイド溝
５７：貫通孔
５８：ブッシュ
６２：冷却液供給路
６３：冷却液排出路
６４：冷却液供給管
１００：ダイカスト鋳造装置
ＣＶ：キャビティ
Ｗ：溶湯
ＷＳ：スリーブ内空間

Claims (2)

1. 溶湯を一時的に貯めておくスリーブと、スリーブ内の溶湯をキャビティへ射出するプランジャとを備えた鋳造装置であり、前記プランジャが、
   スリーブ内空間に面するプランジャチップ先端面に取り付けられており、プランジャチップ側面を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料から構成される高熱伝導プレートと、
   前記高熱伝導プレートの裏面に面して配置されているとともに前記プランジャチップ側面を構成する円筒内に嵌合しており、冷却液を通す分流子と、
   を備えており、前記分流子に、
   前記高熱伝導プレートの裏面中央に向けて冷却液を吹き出す中央孔と、
   前記分流子の上側の側面に形成されており、前記高熱伝導プレートの中央から裏面に沿って流れて前記高熱伝導プレートの縁へ達した冷却液を後方に戻すガイド溝と、
   前記中央孔に通じる冷却液流路の途中から上方へと伸びており、前記ガイド溝を通過した冷却液が後方へと流れる流路に合流する側流路と、
   が設けられていることを特徴とするダイカスト鋳造装置。
2. 前記分流子の後端に、プランジャロッドの内部を通っている冷却液供給管がブッシュを介して取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のダイカスト鋳造装置。

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