JP5779411B2 - 無孔性ダイカスト用金型装置 - Google Patents

Description

本発明は、金型のキャビティに溶湯供給部が連通され、溶湯供給部のプランジャが進出されることでキャビティに溶湯を供給可能な無孔性ダイカスト用金型装置に関する。

内燃機関（エンジン）のクランクシャフトにピストンを連結するコネクティングロッド（以下、「コンロッド」という）のなかには、エンジンの軽量化などを図るためにアルミニウム合金を用いて製造したものがある。
このコンロッドの品質を確保するために、コンロッド内に含まれるガス含有量を少なくすることが好ましい。

コンロッド内のガス含有量を少なくする金型装置として、金型や溶湯供給部に複数の反応性ガス供給部を備え、複数の反応性ガス供給部からキャビティに反応性ガス（酸素）を充填可能に構成した無孔性ダイカスト用金型装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１の無孔性ダイカスト用金型装置によれば、複数の反応性ガス供給部からキャビティに反応性ガスを充填することで、アルミニウム合金の溶湯がキャビティに供給された際に、供給された溶湯をキャビティの反応性ガスと反応させることができる。

よって、キャビティに充填された反応性ガスの残存量を減らすことができる。
反応性ガスの残存量を減らすことで、アルミニウム合金の溶湯内に含まれる含有量を減らすことが可能になり、コンロッド（ダイカスト製品）内に含まれるガス含有量を少なくすることができる。

特開２００４−１６７５７４号公報

ここで、特許文献１の金型装置は、キャビティの反応性ガスと反応させてアルミニウム合金の溶湯内に含まれる含有量を減らすために、金型や溶湯供給部に複数の反応性ガス供給部を備える必要がある。
しかし、金型や溶湯供給部に複数の反応性ガス供給部を備えるためには設備費が嵩み、この観点から改良の余地が残されていた。

本発明は、ダイカスト製品内に含まれるガス含有量を少なくでき、かつ、設備費を抑えることができる無孔性ダイカスト用金型装置を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、金型に設けられたキャビティに溶湯供給部が連通され、前記溶湯供給部のプランジャが進出されることで前記キャビティに溶湯を供給することにより、後工程で熱処理が施される成形品を成形可能な無孔性ダイカスト用金型装置であって、前記キャビティのうち前記溶湯が最後に充填される部位に開口されるガス導入路を有し、該ガス導入路から前記溶湯に反応する反応性ガスを前記キャビティに充填可能な反応性ガス供給部と、前記キャビティのうち前記溶湯が最後に充填される部位に設けられ、前記溶湯に反応することなく前記キャビティに残った反応性ガスを前記キャビティから排出する大気開放ベントと、前記金型を型締めした後、前記溶湯供給部の前記プランジャを後退させるときに、前記反応性ガス供給部から前記キャビティに前記反応性ガスを充填するように制御可能な制御部と、を備え、前記キャビティのうち前記溶湯が最後に充填される前記部位は、前記キャビティの上部であり、該キャビティの上部のみに前記ガス導入路が直接開口されることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、前記溶湯供給部は、前記プランジャが進出、後退可能に収容され、かつ、前記キャビティに供給する前記溶湯が注湯されるスリーブを備え、前記スリーブは、該スリーブの内部空間に５０〜１０％の範囲で溶湯が注湯された状態において前記スリーブ内に空間が形成され、前記反応性ガス供給部から前記キャビティに充填される前記反応性ガスの時間当たりの吐出量Ｖ_１、前記反応性ガスの吐出時間Ｔ、および前記キャビティの体積Ｖの関係は、前記吐出量Ｖ_１および前記吐出時間Ｔの積（Ｖ_１×Ｔ）が、前記空間と前記キャビティの体積Ｖとの和になるように、前記体積Ｖの２倍（２Ｖ）を超えるように設定されたことを特徴とする。

請求項１に係る発明では、金型に反応性ガス供給部を備え、かつ、反応性ガス供給部からキャビティに反応性ガスを充填するときを制御可能な制御部を備えた。
この制御部の制御により、溶湯供給部のプランジャを後退させるときに、反応性ガス供給部からキャビティに反応性ガスを充填するようにした。
よって、プランジャを後退させてキャビティから空気を除去するとともに、キャビティに反応性ガスを供給することができる。
これにより、キャビティの全域に亘って反応性ガスを均一（良好）に充填できる。

ここで、キャビティの全域に亘って反応性ガスを充填することで、キャビティの内圧は大気圧より高く保たれている。キャビティの内圧を大気圧より高く保つことで、キャビティに大気中の空気が浸入することを防止できる。
よって、キャビティに供給された溶湯に反応性ガスを好適に反応させて、キャビティの反応性ガスを減少させることができる。

キャビティの反応性ガスを減少させることで、キャビティに供給された溶湯に含まれる反応性ガスを少なくできる。溶湯に含まれる反応性ガスを少なくすることで、キャビティで成形されたダイカスト製品に含まれる反応性ガスの含有量を少なくできる。
これにより、ダイカスト製品に熱処理による溶体化処理を施して強度を高める際に、ダイカスト製品が反応性ガスの膨張で変形することを抑制できる。
加えて、ダイカスト製品を溶接する際に、ダイカスト製品の溶接部が反応性ガスの膨張で変形することを抑制できる。

さらに、金型に反応性ガス供給部を設けるだけの簡単な構成で、ダイカスト製品に含まれる反応性ガスの含有量を少なくすることができる。
これにより、無孔性ダイカスト用金型装置を簡素化することが可能になり、金型装置の設備費を抑えることができる。

また、請求項１に係る発明では、反応性ガス供給部のガス導入路を、キャビティのうち溶湯が最後に充填される部位に開口した。
よって、ガス導入路の出口が溶湯供給部のゲートの反対側に設けられている。
ガス導入路の出口を溶湯供給部のゲートの反対側に設けることで、ガス導入路の出口からキャビティに充填された反応性ガスがキャビティの全域を経て溶湯供給部のゲート側に導かれる。
これにより、キャビティの全域に亘って反応性ガスを一層均一（良好）に充填することができる。
さらに、キャビティのうち溶湯が最後に充填される部位に大気開放ベントを設け、大気開放ベントで、溶湯に反応することなくキャビティに残った反応性ガスをキャビティから排出するようにした。
よって、キャビティに供給された溶湯に反応性ガスを好適に反応させて反応性ガスを減少させ、さらに、キャビティに溶湯が充填される際に、溶湯に反応しないでキャビティに残った反応性ガスを大気開放ベントを経て大気に排出することができる。
このように、キャビティの反応性ガスを減少させることで、キャビティに溶湯が供給された際に、溶湯に含まれる反応性ガスを少なく抑えることができる。
これにより、キャビティで成形されたダイカスト製品の素材に含まれる反応性ガスの含有量を少なくでき、無孔性のダイカスト製品の素材を得ることができる。
よって、ダイカスト製品の素材に熱処理による溶体化処理を施して素材の強度を高める際に、素材が含有された反応性ガスの膨張で変形することを抑制できる。
これにより、ダイカスト製品の素材に熱処理による溶体化処理を良好に施すことができ、素材の強度を良好に確保できる。

また、請求項１に係る発明では、反応性ガス供給部のガス導入路をキャビティの上部に設けることにより、キャビティの上部から反応性ガスを供給することができる。
よって、反応性ガスとして、空気より比重が重い酸素を用いた場合、キャビティの上部からキャビティに供給された反応性ガスが自重で下降する。
これにより、反応性ガスの自重を利用してキャビティに反応性ガスを効率よく充填することができるので、キャビティの全域に亘って反応性ガスを一層均一（良好）に充填できる。

請求項２に係る発明では、スリーブの内部空間に５０〜１０％の範囲で溶湯が注湯された状態においてスリーブ内に空間が形成される。吐出量Ｖ_１、吐出時間Ｔおよびキャビティ体積Ｖとし、反応性ガス供給部からキャビティに充填する反応性ガスの充填量（Ｖ_１×Ｔ）が、空間とキャビティの体積Ｖとの和になるように、キャビティ体積（Ｖ）の２倍を超えるように設定した。
このように、キャビティに充填する反応性ガスの充填量（Ｖ_１×Ｔ）がキャビティ体積（Ｖ）の２倍を超えることで反応性ガスの充填量を十分に確保できる。
これにより、キャビティの全域に亘って反応性ガスを一層均一（良好）に充填できる。

ここで、キャビティに充填する反応性ガスの充填量（Ｖ_１×Ｔ）がキャビティ体積（Ｖ）の２倍を超えることで、キャビティの内圧を大気圧より確実に高く保つことができる。
キャビティの内圧を大気圧より高く保つことで、キャビティに大気中の空気が浸入することを防止できる。
これにより、キャビティに供給された溶湯に反応性ガスを好適に反応させて、キャビティの反応性ガスを減少させることができる。

本発明に係るアルミニウム合金製コンロッドを備えた内燃機関（エンジン）示す断面図である。 図１のコンロッドを分解した状態で示す正面図である。 （ａ）は図２の３ａ矢視図、（ｂ）は図２の３ｂ矢視図である。 本発明に係るコンロッドに作用する負荷を説明する図である。 本発明に係るコンロッドを成形する無孔性ダイカスト用金型装置を示す断面図である。 本発明に係る無孔性ダイカスト用金型装置でコンロッド本体を製造する工程を示すフローチャートである。 （ａ）は図６の離型剤塗布工程を説明する図、（ｂ）は図６のエアブロー工程を説明する図である。 （ａ）は図６の型締め工程を説明する図、（ｂ）は図６の反応性ガス供給工程を説明する図である。 図６の注湯工程を説明する図である。 図６の型開き工程を説明する図である。 図６の熱処理工程を説明するグラフである。 図６の加工工程を説明する図である。 本発明に係る無孔性ダイカスト用金型装置でキャップを製造する工程を示すフローチャートである。 図１３の熱処理工程を説明するグラフである。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

実施例に係る無孔性ダイカスト用金型装置５０について説明する。
図１に示すように、エンジン１０は、エンジンブロック１１のシリンダ部１２に摺動自在に設けられたピストン１３と、エンジンブロック１１のクランク室１５に設けられたクランクシャフト１６と、クランクシャフト１６およびピストン１３を連結可能なコンロッド２０と、シリンダ部１２の端部１２ａに設けられたシリンダヘッド１７と、シリンダヘッド１７に設けられた吸気弁１８および排気弁１９とを備えている。

図２に示すように、コンロッド２０は、ピストンピン１４およびクランクピン１６ａ（図１も参照）を連結可能なコンロッド本体（アルミニウム合金ダイカスト製品）２１と、コンロッド本体２１の大端部２２に締結可能なキャップ（アルミニウム合金ダイカスト製品）２５と、キャップ２５を大端部２２に締結可能な一対のボルト（締結部材）２７とを備えている。

図２、図３に示すように、コンロッド本体２１は、クランクシャフト１６のクランクピン１６ａ（図１も参照）に連結可能な大端部２２と、大端部２２に連結されたロッド部２３と、ロッド部２３の端部２３ａに設けられてピストンピン１４に連結可能な小端部２４とを有する。

このコンロッド本体２１は、ダイカストにより成形（ダイカスト成形）され、溶体化処理（熱処理による溶体化処理）が施されることで強度が高められたアルミニウム合金製の部材である。
コンロッド本体２１は、熱処理による溶体化処理が施されることで、一例として、ロックウェルＢスケール硬さ（以下、ロックウェル硬さという）がＨＲＢ６０以上となるように（ＨＲＢ６０を超えるように）高められている。
ピストンピン１４は、ピストン１３の取付孔に嵌合されるとともに小端部２４の嵌合孔２４ａに嵌合されている。
これにより、小端部２４がピストンピン１４を介してピストン１３に連結されている。

大端部２２は、両端部２２ａに形成された一対のねじ孔３１と、一対のねじ孔３１間に形成された半円弧状の湾曲凹部３２と、湾曲凹部３２の両側部に形成された一対の合わせ部３３と、一対の合わせ部３３に形成された位置決め凸部３４とを有する。
以下、大端部２２の合わせ部３３を「大端合わせ部」という。

キャップ２５は、大端部２２に一対のボルト２７を介して着脱可能に締結される部材である。
このキャップ２５は、両端部２５ａに形成された一対の貫通孔３６と、一対の貫通孔３６間に形成された半円弧状の湾曲凹部３７と、湾曲凹部３７の両側部に形成された一対の合わせ部３８と、一対の合わせ部３８に形成された位置決め凹部３９とを有する。

このキャップ２５は、ダイカストにより成形され、溶体化処理（熱処理による溶体化処理）が施されないアルミニウム合金製の部材である。
キャップ２５は、熱処理による溶体化処理を施さないことで、一例として、ロックウェル硬さがＨＲＢ５０以下となるように（ＨＲＢ５０を超えないように）低く抑えられている。
すなわち、キャップ２５は、コンロッド本体２１より強度が低く形成されている。
以下、キャップ２５の合わせ部３８を「キャップ合わせ部」という。
なお、キャップ２５に熱処理による溶体化処理を施さないようにして強度を低く抑えた理由については図４で詳しく説明する。

一対のキャップ合わせ部３８は、一対の大端合わせ部３３にそれぞれ突き合わせ可能に形成されている。
さらに、一対の位置決め凸部３４は、一対のキャップ合わせ部が一対の大端合わせ部に突き合わされた状態において、一対の位置決め凹部３９に係合可能に形成されている。
加えて、貫通孔３６は、一対の位置決め凸部３４が一対の位置決め凹部３９に係合された状態において、ねじ孔３１に対して同軸上に位置するように形成されている。

また、キャップ２５の湾曲凹部３７は、一対の位置決め凸部３４が一対の位置決め凹部３９に係合された状態において、大端部２２の湾曲凹部３２に対峙するように形成されている。
キャップ２５の湾曲凹部３７および大端部２２の湾曲凹部３２が対峙することで、各々の湾曲凹部３２，３７でクランクピン１６ａに嵌合可能な嵌合孔２６（図１参照）が形成される。

ボルト２７は、先端部側にねじ部２７ａが形成された締結部材である。
ボルト２７を貫通孔３６に差し込み、貫通孔３６から突出されたねじ部２７ａをねじ孔３１にねじ結合することで、キャップ２５が大端部２２に着脱自在に締結される。
この状態において、一対のキャップ合わせ部３８が一対の大端合わせ部３３にそれぞれ突き合わされた状態に保持される。
さらに、一対の位置決め凸部３４が一対の位置決め凹部３９に係合された状態に保持される。

図１に示すように、キャップ２５が大端部２２に組み付けられることで、大端部２２およびキャップ２５がクランクピン１６ａに回転自在に連結される。
クランクピン１６ａおよびピストン１３をコンロッド２０で連結した状態において、コンロッド本体２１の大端部２２がピストン１３側に配置され、キャップ２５がピストン１３の反対側に配置される。

図４に示すように、エンジン１０の駆動時に、燃焼室２９で燃料（混合気）が燃焼することでピストン１３に爆発荷重Ｆ１が負荷され、負荷された爆発荷重Ｆ１がピストン１３を介してコンロッド本体２１に伝えられる。
爆発荷重Ｆ１とは、燃焼室２９で混合気が燃焼した際にピストン１３に負荷される荷重をいう。

コンロッド本体２１に伝えられた爆発荷重Ｆ１がクランクピン１６ａに伝えられ、クランクピン１６ａがクランクジャーナル１６ｂを軸にして矢印Ａの如く回転する。
クランクピン１６ａが回転することで、ピストン１３が上死点Ｐ１から下死点Ｐ２に向けて矢印Ｂの如く移動する。

このように、クランクピン１６ａ（クランクシャフト１６）が回転することにより、キャップ２５にクランクピン１６ａの回転による慣性力Ｆ２が負荷される。
ここで、キャップ２５に負荷される慣性力Ｆ２は、エンジン１０の回転数が、例えば、毎分４０００回転以下と低い場合には、爆発荷重Ｆ１に比べて小さいことが知られている。

そこで、前述したように、アルミニウム合金製のコンロッド本体２１をダイカストにより成形した後、アルミニウムの溶体化を伴う熱処理（熱処理による溶体化処理）を施してコンロッド本体２１の強度を確保するようにした。
コンロッド本体２１は、熱処理による溶体化処理が施されることで、一例として、ロックウェル硬さがＨＲＢ６０を超えるように高められている。
好ましくは、コンロッド本体２１は、ロックウェル硬さがＨＲＢ６０に高く設定されている。

一方、アルミニウム合金製のキャップ２５をダイカストにより成形した後工程で、アルミニウムの溶体化を伴う熱処理（熱処理による溶体化処理）を施さないようにしてキャップ２５の強度を抑えるようにした。
キャップ２５は、熱処理を施さないことで、一例として、ロックウェル硬さがＨＲＢ５０を超えないように低く抑えられている。
好ましくは、キャップ２５は、ロックウェル硬さがＨＲＢ５０に低く抑えられている。

さらに、キャップ２５とコンロッド本体２１とのロックウェル硬さの差がＨＲＢ１０〜ＨＲＢ６０となるように設定されている。
好ましくは、キャップ２５とコンロッド本体２１とのロックウェル硬さの差がＨＲＢ１０となるように設定されている。

ここで、キャップ２５とコンロッド本体２１とのロックウェル硬さの差がＨＲＢ１０より小さい場合、キャップ２５の強度を確保するためにキャップ２５に熱処理による溶体化処理を施す必要が生じる。
このため、熱処理にかかるコストを抑えることや、熱処理時間を短くすることが難しくなる。

一方、キャップ２５とコンロッド本体２１とのロックウェル硬さの差がＨＲＢ６０より大きい場合、コンロッド本体２１のじん性を確保することが難しくなることが考えられる。
このため、キャップ２５をコンロッド本体２１に組み付けた状態においてコンロッド２０の強度を確保することが難しくなる。
そこで、キャップ２５とコンロッド本体２１とのロックウェル硬さの差がＨＲＢ１０〜ＨＲＢ６０となるように設定した。

加えて、キャップ２５の強度を抑えることで、キャップ２５の耐力をコンロッド本体２１より少なくとも４０ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ^２）小さく設定することが可能である。
好ましくは、キャップ２５の耐力は、コンロッド本体２１より４０ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ^２）小さく設定されている。
ここで、耐力とは、引張試験において、規定された永久伸び（０．２％）を生じるときの荷重を試験片の平行部の原断面積で除した値をいう。

以上説明したように、本発明に係るコンロッド２０によれば、コンロッド本体２１に熱処理による溶体化処理を施すことで、コンロッド本体２１の強度を高め、コンロッド２０の強度を確保できる。
一方、キャップ２５に熱処理による溶体化処理を施す必要がないので、熱処理にかかるコストを抑えるとともに熱処理時間を短くできる。
これにより、コンロッド２０の強度を確保するとともに、コンロッド２０のコストを抑えることができる。
さらに、キャップ２５とコンロッド本体２１とのロックウェル硬さの差がＨＲＢ６０を超えないようにすることで、コンロッド本体２１のじん性を確保することができる。

つぎに、コンロッド本体２１をダイカスト成形する無孔性ダイカスト用金型装置５０を図５に基づいて説明する。
なお、図５においては、無孔性ダイカスト用金型装置５０の構成の理解を容易にするために固定金型５１および可動金型５２の形状を簡略化して図示する。

図５に示すように、無孔性ダイカスト用金型装置５０は、ベース（図示せず）に固定された固定金型（金型）５１と、固定金型５１に型締めすることでキャビティ５３を形成可能な可動金型（金型）５２と、キャビティ５３に溶湯を供給可能な溶湯供給部５４と、キャビティ５３に反応性ガスを供給可能な反応性ガス供給部５５と、反応性ガス供給部５５を制御する制御部５６とを備えている。

固定金型５１は、ベース（図示せず）に固定され、凹状の成形面５１ａが形成されたダイカスト用の金型である。
可動金型５２は、ベース（図示せず）に移動自在に支持され、凹状の成形面５２ａが形成され、成形面５２ａにゲート６１が開口され、ゲート６１にランナー６２が連通され、ランナー６２の上流側に分流子６３が設けられたダイカスト用の金型である。
ゲート６１は、キャビティ５３の下端部５３ｂに開口されている。

可動金型５２を移動（可動）して金型装置５０を型締めすることにより、固定金型５１の成形面５１ａおよび可動金型５２の成形面５２ａでキャビティ５３が形成される。
キャビティ５３は大気開放ベント６４を経て大気に開放されている。
キャビティ５３に溶湯が充填される際に、キャビティ５３の空気などを大気開放ベント６４を経て大気に排出することができる。

このキャビティ５３にランナー６２を経て溶湯供給部５４が連通されている。
ランナー６２の上流側に分流子６３を備えることで、溶湯供給部５４から供給される溶湯をキャビティ５３の全域に均等に供給することができる。
さらに、キャビティ５３にガス導入路７１を経て反応性ガス供給部５５が連通されている。

溶湯供給部５４は、固定金型５１の下部５１ｂに設けられたスリーブ６６と、スリーブ６６内に摺動自在に収容（設けられた）されたプランジャ６８と、プランジャ６８を移動するプランジャ移動手段６９とを備えている。
スリーブ６６は、固定金型５１の下部５１ｂに基端部６６ａが設けられてランナー６２に連通されている。

溶湯供給部５４は、プランジャ移動手段６９でプランジャ６８を分流子回避位置Ｐ５に向けて進出可能で、かつ、分流子回避位置Ｐ５から後退可能な供給部である。
溶湯供給部５４によれば、プランジャ６８が後退位置Ｐ３まで後退された状態において、注湯口６７から溶湯がスリーブ６６内に注湯（供給）される。
スリーブ６６内に溶湯が注湯された後、プランジャ６８を後退位置Ｐ３から前進位置Ｐ４まで進出（射出移動）することで、スリーブ６６内の溶湯がランナー６２、ゲート６１を経てキャビティ５３内に高圧状態で供給される。

反応性ガス供給部５５は、固定金型５１の上部（すなわち、溶湯供給部５４の反対側の部位）５１ｃのみに設けられている。
反応性ガス供給部５５が固定金型５１の上部５１ｃに設けられることで、反応性ガス供給部５５はキャビティ５３の上方（上部５３ａ）に設けられている。

反応性ガス供給部５５は、固定金型５１の上部５１ｃに設けられたガス導入路７１と、ガス導入路７１に連通されたガス供給路７２と、ガス供給路７２に連通されたガス供給源７３と、ガス供給路７２の途中に設けられた開／閉切替弁７４が設けられている。
ガス導入路７１は、固定金型５１の上部５１ｃに設けられることで、出口７１ａがキャビティ５３の上部５３ａに連通されている。
詳しくは、ガス導入路７１の出口７１ａは、ゲート６１の反対側、すなわちキャビティ５３のうち溶湯が最後に充填される上部（部位）５３ａに設けられている。

ガス供給源７３は、溶湯に対して反応性の高い反応性ガス（一例として、酸素）をキャビティ５３に充填可能な手段である。
キャビティ５３に充填された反応性ガスは溶湯と反応して微細なＡｌ_２Ｏ_３となり、コンロッド本体２１（ダイカスト製品）内に分散する。コンロッド本体２１内に分散された微細なＡｌ_２Ｏ_３がコンロッド本体２１に影響を及ぼすことはない。

開／閉切替弁７４は、ガス供給路７２を開状態と閉状態とに切り替え可能な電磁弁（ソレノイドバルブ）である。
開／閉切替弁７４を開放してガス供給路７２を開状態に切り替えることで、ガス供給源７３からガス供給路７２を経てキャビティ５３に反応性ガスを充填できる。

制御部５６は、溶湯供給部５４のプランジャ６８を分流子回避位置Ｐ５から後退させるときに、反応性ガス供給部５５からキャビティ５３に反応性ガスを充填するように制御可能な機能を備えている。
ここで、分流子回避位置Ｐ５は、金型装置５０を型締めする際に、可動金型５２の分流子６３にプランジャ６８が干渉しない位置（すなわち、前進位置Ｐ４から後方に僅かに移動した位置）である。

制御部５６からプランジャ移動手段６９に後退信号を伝えるとともに、開／閉切替弁７４に開放信号を伝えることにより、開／閉切替弁７４を開くことができる。
これにより、プランジャ６８を分流子回避位置Ｐ５から後退させるときに反応性ガス供給部５５からキャビティ５３に反応性ガスを充填することができる。

プランジャ６８を後退させることでキャビティ５３から空気などを除去することができる。さらに、キャビティ５３から空気などを除去するとともにキャビティ５３に反応性ガスを充填することができる。
このように、キャビティ５３から空気などを除去するとともに、キャビティ５３に反応性ガスを供給することで、キャビティ５３の全域に亘って反応性ガスを均一（良好）に充填できる。

加えて、固定金型５１の上部５１ｃに反応性ガス供給部５５を設けるだけの簡単な構成で、コンロッド本体２１に含まれる反応性ガスの含有量を少なくできる。
これにより、無孔性ダイカスト用金型装置５０を簡素化することが可能になり、金型装置５０の設備費を抑えることができる。

ここで、反応性ガス供給部５５からキャビティ５３に充填される反応性ガスの時間当たりの吐出量はＶ_１である。
また、反応性ガス供給部５５からキャビティ５３に充填される際の反応性ガスの吐出時間はＴである。
さらに、キャビティ５３のキャビティ体積はＶである。

ところで、キャビティ５３に溶湯を供給する際に、通常、スリーブ６６内の空間の５０〜１０％に溶湯が注湯（供給）される。
よって、スリーブ６６に溶湯を注湯した状態において、スリーブ６６内の空間は、
Ｖ×［（１００−５０）／５０〜（１００−１０）／１０］
＝Ｖ×（１〜９）
となる。
但し、Ｖ：キャビティ体積

これにより、スリーブ６６に溶湯を注湯した状態において、キャビティ５３とスリーブ６６内の空間との和は、
Ｖ＋［Ｖ×（１〜９）］
＝（２×Ｖ）〜（１０×Ｖ）
となる。

そこで、吐出量Ｖ_１、吐出時間Ｔおよびキャビティ体積Ｖの関係を、
吐出量Ｖ_１および吐出時間Ｔの積（Ｖ_１×Ｔ）がキャビティ体積Ｖの２倍（２×Ｖ）を超えるように設定した。
すなわち、２×Ｖ＜Ｖ_１×Ｔが成立するようにした。
反応性ガスの充填量（Ｖ_１×Ｔ）をキャビティ体積（Ｖ）の２倍を超える量にすることで反応性ガスの充填時間を短くできる。

さらに、２×Ｖ＜Ｖ_１×Ｔの関係を成立させることで、反応性ガスの充填量を十分に確保できる。
これにより、キャビティ５３の全域に亘って反応性ガスを一層均一（良好）に充填できる。

無孔性ダイカスト用金型装置５０によれば、コンロッド本体２１（ダイカスト製品）を成形する際に、反応性ガスの充填量をコンロッド本体２１の１００ｇ（１００×１０^−３ｋｇ）当たり１〜３ｃｃ（１×１０^−６〜３×１０^−６ｍ^３）と少量に抑えることができる。
これに対して、通常の無孔性ダイカスト用金型装置でコンロッド本体（ダイカスト製品）を成形する際に、反応性ガスの充填量がコンロッド本体の１００ｇ（１００×１０^−３ｋｇ）当たり５〜１０ｃｃ（５×１０^−６〜１０×１０^−６ｍ^３）必要となる。

すなわち、無孔性ダイカスト用金型装置５０でコンロッド本体２１を成形する際に、反応性ガスの充填量を少なく抑えることができる。
これにより、反応性ガスの充填量を少なく抑えるとともに、反応性ガスの充填時間を短くできるのでダイカスト製品（コンロッド本体２１）のコストを下げることができる。

さらに、キャビティ５３に充填する反応性ガスの充填量（Ｖ_１×Ｔ）がキャビティ体積（Ｖ）の２倍を超えることで、キャビティ５３の内圧を大気圧より確実に高く保つことができる。
キャビティ５３の内圧を大気圧より高く保つことで、キャビティ５３に大気中の空気などが浸入することを防止できる。
これにより、キャビティ５３に供給された溶湯に反応性ガスを好適に反応させて、キャビティ５３の反応性ガスを減少させることができる。

つぎに、コンロッド本体２１を製造する製造工程を図６〜図１２に基づいて説明する。
まず、無孔性ダイカスト用金型装置５０でコンロッド本体２１の素材８１（図１０参照）を成形するダイカスト工程を図６〜図１０に基づいて説明する。
コンロッド本体２１は、アルミニウム合金製の部材である。
図７（ａ）に示すように、離型剤塗布工程において、固定金型５１および可動金型５２を型開きした状態でプランジャ６８を前進位置Ｐ４に配置する。
この状態において、固定金型５１の成形面５１ａに離型剤８３を塗布するとともに、可動金型５２の成形面５２ａに離型剤８３を塗布する。

図７（ｂ）に示すように、エアブロー工程において、プランジャ６８を後退位置Ｐ３に配置する。
この状態において、離型剤８３が塗布された各成形面５１ａ，５２ａにエアを矢印Ｃの如く吹き付けることにより、離型剤８３の塗布により生じた水分の残りを除去する。

図８（ａ）に示すように、型締め工程において、プランジャ６８を分流子回避位置Ｐ５に配置する。
この状態において、可動金型５２を矢印Ｄの如く移動させて金型装置５０を型締めする。金型装置５０を型締めすることで、固定金型５１および可動金型５２内にキャビティ５３が形成される。

図８（ｂ）に示すように、反応性ガス供給工程において、プランジャ６８を分流子回避位置Ｐ５から後退位置Ｐ３に向けて矢印Ｅの如く後退させる。
同時に、反応性ガス供給部５５の開／閉切替弁７４を開く。開／閉切替弁７４を開くことで、ガス供給源７３からガス供給路７２およびガス導入路７１を経てキャビティ５３に反応性ガス（一例として、酸素）８５を矢印Ｆの如く充填する。

プランジャ６８を後退させることでキャビティ５３から空気などを除去することができる。
よって、キャビティ５３から空気などを除去するとともに、キャビティ５３に反応性ガス８５を供給することができる。
これにより、キャビティ５３の全域に亘って反応性ガス８５を好適に導くことが可能になり、キャビティ５３の全域に亘って反応性ガス８５を均一（良好）に充填できる。
キャビティ５３の全域に亘って反応性ガス８５を充填することで、キャビティ５３の雰囲気を反応性ガス８５に置換する。

ここで、キャビティ５３の全域に亘って反応性ガスを均一に充填することで、キャビティ５３の内圧Ｐｒ１は大気圧Ｐｒ２より高く保たれる。
キャビティ５３の内圧Ｐｒ１を大気圧Ｐｒ２より高く保つことで、キャビティ５３に大気中の外気が浸入することを防止できる。

ところで、反応性ガス供給部５５は、固定金型５１の上部（すなわち、溶湯供給部５４の反対側の部位）５１ｃに設けられている。
具体的には、反応性ガス供給部５５のガス導入路７１が、固定金型５１の上部５１ｃに設けられてキャビティ５３の上部５３ａに連通されている。

一方、溶湯供給部５４は、キャビティ５３の下端部５３ｂにゲート６１を経て連通されている。
よって、ガス導入路７１の出口７１ａは、ゲート６１の反対側、すなわちキャビティ５３のうち溶湯８６（図９参照）が最後に充填される部位（上部）５３ａに設けられている。
これにより、ガス導入路７１の出口７１ａからキャビティ５３に充填された反応性ガス８５は、キャビティ５３の全域を経てゲート６１側に導かれる。
したがって、キャビティ５３の全域に亘って反応性ガス８５を一層均一（良好）に充填できる。

加えて、反応性ガス供給部５５をキャビティ５３の上部５３ａに設けることにより、キャビティ５３の上部５３ａから反応性ガスを供給することができる。
ここで、反応性ガス８５として、空気より比重が重い酸素が用いられている。よって、キャビティ５３の上部５３ａからキャビティ５３に供給された反応性ガス８５は自重で下降する。
これにより、反応性ガス８５の自重を利用してキャビティ５３に反応性ガス８５を効率よく充填することができるので、キャビティ５３の全域に亘って反応性ガス８５を一層均一（良好）に充填できる。

図９（ａ）に示すように、注湯工程において、プランジャ６８を後退位置Ｐ３に配置する。
注湯口６７から溶湯８６をスリーブ６６内に矢印Ｇの如く注湯（供給）する。
溶湯８６は、溶融状態のアルミニウム合金である。

図９（ｂ）に示すように、注湯工程において、プランジャ６８を後退位置Ｐ３から前進位置Ｐ４に向けて矢印Ｈの如く進出（射出移動）する。
プランジャ６８を後退位置Ｐ３から前進位置Ｐ４まで進出（射出移動）することで、スリーブ６６内の溶湯８６をランナー６２、ゲート６１を経てキャビティ５３内に矢印Ｉの如く高圧状態で供給する。

ここで、キャビティ５３の全域に亘って反応性ガスが均一に充填されている。
よって、キャビティ５３に供給された溶湯８６（溶融状態のアルミニウム合金）に反応性ガス８５を好適に反応させて、キャビティ５３の反応性ガスを減少させることができる。
さらに、キャビティ５３に溶湯８６が充填される際に、溶湯８６に反応しないでキャビティ５３に残った反応性ガス８５を大気開放ベント６４を経て大気に排出する。

このように、キャビティ５３の反応性ガスを減少させることで、キャビティ５３に溶湯８６が供給された際に、溶湯８６に含まれる反応性ガスを少なく抑えることができる。
これにより、キャビティ５３で成形されたコンロッド本体２１の素材８１に含まれる反応性ガスの含有量を少なくでき、無孔性の素材８１を得ることができる。

図１０に示すように、型開き工程において、キャビティ５３に充填された溶湯８６（図９（ｂ）参照）が凝固した後、可動金型５２を矢印Ｊの如く移動させて固定金型５１および可動金型５２を型開きする。
固定金型５１および可動金型５２を型開きすることで、固定金型５１の成形面５１ａおよび可動金型５２の成形面５２ａからコンロッド本体２１の素材８１を離型させる。
コンロッド本体２１の素材８１を各成形面５１ａ，５２ａから離型することで、素材８１を金型装置５０から取り出す。
これにより、アルミニウム合金製のコンロッド本体２１を金型装置５０でダイカスト成形する工程が完了する。

つぎに、コンロッド本体２１の素材８１（図１０参照）をコンロッド本体２１に加工する熱処理工程および加工工程を図６、図１１、図１２に基づいて説明する。
図１０に示す金型装置５０からコンロッド本体２１の素材８１を取り出し、取り出した素材８１に溶体化処理（熱処理）を施して素材８１の強度を高める。

図１１に示すように、溶体化処理工程において、コンロッド本体２１の素材８１に熱処理による溶体化処理を施す。
ここで、熱処理による溶体化処理の条件を、溶体化処理温度Ｔ１：４５０℃以上、溶体化処理時間Ｈ１：２時間以上に設定する。

ここで、コンロッド本体２１の素材８１は、ダイカストで成形される際に、素材８１に含まれる反応性ガスの含有量が少なく抑えられて無孔性に形成されている。
よって、コンロッド本体２１の素材８１に熱処理による溶体化処理を施して素材８１の強度を高める際に、素材８１が含有された反応性ガスの膨張で変形することを抑制できる。
これにより、コンロッド本体２１の素材８１に熱処理による溶体化処理を良好に施すことができ、素材８１の強度を良好に確保できる。

図１１に示すように、歪み除去処理工程において、コンロッド本体２１の素材８１に歪み除去用の熱処理を施す。
ここで、歪み除去用の熱処理の条件を、熱処理温度Ｔ２：２０℃以上、熱処理時間（Ｈ２−Ｈ１）：２時間以上に設定する。
コンロッド本体２１の素材８１に歪み除去用の熱処理を施して素材８１の残留歪みを除去する。

図１２（ａ），（ｂ）に示すように、加工工程において、歪みが除去されたコンロッド本体２１の素材８１（図１０参照）を機械加工してコンロッド本体２１を得る。
具体的には、小端部２４に嵌合孔２４ａを形成する。大端部２２に湾曲凹部３２、一対の大端合わせ部３３、一対の位置決め凸部３４および一対のねじ孔３１を形成する。
これにより、コンロッド本体２１の製造工程が完了し、高強度のコンロッド本体２１を得ることができる。

ついで、キャップ２５を製造する製造工程を図１３、図１４に基づいて説明する。
まず、キャップ２５を成形するダイカスト工程を図１３に基づいて説明する。
キャップ２５は、前述したように、コンロッド本体２１より強度を抑えることが可能である。
よって、ダイカスト工程の後工程で、キャップ２５の素材に熱処理による溶体化処理を施す必要がない。

これにより、図１３に示すダイカスト工程において、キャビティ５３内に含有するガスを大幅に低減（除去）する必要がない。
すなわち、キャップ２５の素材は、離型剤塗布工程、エアブロー工程、型締め工程、注湯工程および型開き工程を実施することでダイカスト成形される。

つぎに、キャップ２５の素材をキャップ２５に加工する熱処理工程および加工工程を図１３、図１４に基づいて説明する。
キャップ２５は、コンロッド本体２１より強度を抑えることが可能である。
よって、図１３、図１４に示す熱処理工程において、キャップ２５の素材に熱処理による溶体化処理を施す溶体化処理工程を省くことができる。

すなわち、コンロッド本体２１の素材８１（図１０参照）のように、無孔性ダイカスト用金型装置５０を用いてキャップ２５の素材に含まれる反応性ガスの含有量を少なく抑える必要がない。
したがって、キャップ２５の素材をダイカスト成形する際に、反応性ガス供給工程（すなわち、キャビティに反応性ガスを充填する工程）を除去できるのでダイカスト成形時間を短くできる。

加えて、キャップ２５の強度をコンロッド本体２１より抑えることが可能なので、熱処理工程において溶体化処理工程を除去できる。
すなわち、キャップ２５の素材をダイカスト成形した後工程で、キャップ２５の素材に熱処理による溶体化処理を施す必要がない。
よって、図１４に示すように、熱処理工程において歪み除去処理工程のみを実施すればよい。

ここで、歪み除去用の熱処理の条件を、熱処理温度Ｔ３：２０℃以上、熱処理時間Ｈ３：２時間以上に設定する。
キャップ２５の素材に歪み除去用の熱処理を施して素材の残留歪みを除去する。
このように、キャップ２５の素材をダイカスト成形した後工程で、キャップ２５の素材に熱処理による溶体化処理を施す必要がないので、熱処理にかかるコストを抑えるとともに熱処理時間を短くできる。

熱処理工程の後、図１３に示す加工工程において、コンロッド本体２１と同様に、歪みが除去されたキャップ２５の素材を機械加工してキャップ２５（図２参照）を得る。
これにより、キャップ２５の製造工程が完了し、高強度のキャップ２５を得ることができる。

なお、本発明に係る無孔性ダイカスト用金型装置は、前述した実施例に限定されるものではなく適宜変更、改良などが可能である。
例えば、前記実施例では、無孔性ダイカスト用金型装置５０でコンロッド本体２１の素材８１をダイカスト成形する例について説明したが、これに限定するものではない。
例えば、車体のフレームなどのように他部材との溶接による接合をおこなう部材に無孔性ダイカスト用金型装置５０を適用することも可能である。
これにより、車体のフレームなどを他部材と溶接する際に、溶接部が反応性ガスの膨張で変形することを抑制できる。

また、前記実施例では、溶湯８６（溶融状態のアルミニウム合金）に反応させる反応性ガスとして酸素を用いた例について説明したが、これに限らないで、溶湯８６の種類に対応させて反応性ガスの種類を変更することが可能である。

さらに、前記実施例では、コンロッド本体２１を無孔性ダイカストで成形した例について説明したが、これに限らないで、コンロッド本体２１を真空ダイカストなどの他のダイカストで成形することも可能である。

また、前記実施例では、ガス供給路７２の開／閉状態を切り替えるバルブとして開／閉切替弁７４を例示したが、これに限らないで、流量調整弁などの他のバルブを用いることも可能である。

さらに、前記実施例で示した無孔性ダイカスト用金型装置５０、固定金型５１、可動金型５２、キャビティ５３、溶湯供給部５４、反応性ガス供給部５５、プランジャ６８およびガス導入路などの形状や構成は例示したものに限定するものではなく適宜変更が可能である。

本発明は、金型のキャビティに溶湯供給部が連通され、溶湯供給部からキャビティに溶湯を供給可能な無孔性ダイカスト用金型装置への適用に好適である。

５０…無孔性ダイカスト用金型装置、５１…固定金型（金型）、５２…可動金型（金型）、５３…キャビティ、５３ａ…キャビティの上部（部位）、５４…溶湯供給部、５５…反応性ガス供給部、５６…制御部、６４…大気開放ベント、６６…スリーブ、６８…プランジャ、７１…ガス導入路、８５…反応性ガス、８６…溶湯。

Claims (2)

1. 金型に設けられたキャビティに溶湯供給部が連通され、前記溶湯供給部のプランジャが進出されることで前記キャビティに溶湯を供給することにより、後工程で熱処理が施される成形品を成形可能な無孔性ダイカスト用金型装置であって、
   前記キャビティのうち前記溶湯が最後に充填される部位に開口されるガス導入路を有し、該ガス導入路から前記溶湯に反応する反応性ガスを前記キャビティに充填可能な反応性ガス供給部と、
   前記キャビティのうち前記溶湯が最後に充填される部位に設けられ、前記溶湯に反応することなく前記キャビティに残った反応性ガスを前記キャビティから排出する大気開放ベントと、
   前記金型を型締めした後、前記溶湯供給部の前記プランジャを後退させるときに、前記反応性ガス供給部から前記キャビティに前記反応性ガスを充填するように制御可能な制御部と、を備え、
   前記キャビティのうち前記溶湯が最後に充填される前記部位は、前記キャビティの上部であり、
   該キャビティの上部のみに前記ガス導入路が直接開口されることを特徴とする無孔性ダイカスト用金型装置。
2. 前記溶湯供給部は、前記プランジャが進出、後退可能に収容され、かつ、前記キャビティに供給する前記溶湯が注湯されるスリーブを備え、
   前記スリーブは、該スリーブの内部空間に５０〜１０％の範囲で溶湯が注湯された状態において前記スリーブ内に空間が形成され、
   前記反応性ガス供給部から前記キャビティに充填される前記反応性ガスの時間当たりの吐出量Ｖ_１、前記反応性ガスの吐出時間Ｔ、および前記キャビティの体積Ｖの関係は、
   前記吐出量Ｖ_１および前記吐出時間Ｔの積（Ｖ_１×Ｔ）が、前記空間と前記キャビティの体積Ｖとの和になるように、前記体積Ｖの２倍（２Ｖ）を超えるように設定されたことを特徴とする請求項１記載の無孔性ダイカスト用金型装置。

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