JP6453427B1 - ダイカストスリーブおよびダイカストスリーブの処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミダイカストにおいてダイカストスリーブ２内における凝固層の発生を防止または低減し、それによりダイカスト製品内に巻き込まれる凝固層（破断チル層）を低減しダイカスト製品の品質向上を図るためのダイカストスリーブ２およびダイカストスリーブ２の処理方法を提供する。【解決手段】キャビティ７に溶融金属９を圧入してダイカスト製品を鋳造する射出スリーブ２であって、射出スリーブ２内面にピット２１を形成し、該ピット２１形成により、射出スリーブ２内面のピット形成領域の表面粗さＲｚが、２０μｍ以上かつ２００μｍ以下であり、ピット２１の開口部の面積が、ピット２１が形成されていない状態でのスリーブ２と溶融金属９との接触領域２４の６０％以上であるダイカストスリーブ２およびダイカストスリーブ２の処理方法である。【選択図】図２

Description

本発明は、ダイカストスリーブおよびダイカストスリーブの処理方法に関し、特に、アルミダイカストにおいてダイカストスリーブ内における凝固層の発生を防止または低減し、それによりダイカスト製品内に巻き込まれる凝固層（破断チル層）を低減しダイカスト製品の品質向上を図るためのダイカストスリーブおよびダイカストスリーブの処理方法に関する。

ダイカストは生産性に優れ、高品質の鋳物を提供できることから、現在、アルミ鋳物の大部分はダイカスト製品である。一方、その製法の特質から多くの製品内部欠陥が生じているため、現在に至るまで改善が進められている。代表的な内部欠陥としては、ガス欠陥、引け、湯境、などがあり、特に製品の強度上の問題となっている欠陥の１つに「破断チル層」がある（非特許文献１、非特許文献２）。

かかる「破断チル層」は、湯口切断部以外の外観からその内在を推測することは難しく、Ｘ線検査などでも検出は困難である。また、「破断チル層」とアルミ素材との界面は結合力が低いため、応力が加わるとその界面から亀裂を生じ、通常の強度よりはるかに低い負荷で製品が破壊に至る場合がある。そのため、従来から「破断チル層」の原因究明と対策について様々な研究がなされていた（非特許文献３、非特許文献４）。

また、「破断チル層」の発生については、非特許文献３などで明らかになっているように、ダイカストの射出スリーブ内においてスリーブ表面に凝固層が生成されるため、射出プランジャーによってスリーブ内の溶湯が金型内に射出される際に、プランジャー先端のチップにより凝固層がはぎとられ、溶湯と共に金型内に射出され、製品に内蔵されることにより生じている。

そのような中、「破断チル層」の対策については、これまで多くの方法が提言されている。鋳造条件としては、溶湯温度を高くする、給湯から射出までの時間を短縮する、スリーブ充填率を高くする、などである。また、特許文献１のように、湯道に「破断チル層」をトラップする堰を設置することも有効と言われている。

また、スリーブの改良も提案されており、スリーブの保温やスリーブ表面に断熱材を用いる、あるいは断熱効果のある表面処理を施し「破断チル層」の発生を抑制しようとするものがある。さらに、非特許文献５で言及されているように、スリーブそのものの材質をセラミックに変更することも効果があると言われている。

また、特許文献２には、スリーブ底面の加熱による変形を緩和するための緩衝部を設けこれによりスリーブ変形を防止し、このためスリーブ冷却を必要とせず、従って破断チル層の発生を防止できる技術が、開示されている。さらに、特許文献３には、スリーブを２重構造とし、この空間に熱媒体を循環させることによりスリーブを高温に保持し溶湯の凝固を防止する技術が開示され、特許文献４には、スリーブを２重構造とし、空間に熱反射性膜層を形成し温度を保持し溶湯の温度低下を防ぎ、破断チル層の発生を防止する技術が開示され、特許文献５には、金型に半球形のディンプルをつけ、溶湯の湯流れを改善するものが、開示されている。

また、特許文献６には、スリーブの内周面とプランジャーチップの溶融金属に面する先端面に、Ｒａ０．２［μｍ］を超える大きさの表面粗さを有する凹凸形状が形成され、さらに、炭素結合された炭素系被膜が被覆されたプランジャー装置が、開示されている。

武村守、松室光昭、「ダイカストの不良事例」、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｈｅｅｔ、Ｎｏ．１００２０、大阪府立産業技術総合研究所、２０１１年８月２２日 ダイカスト研究部会、「ダイカストの鋳造欠陥・不良及び対策事例集」、（社）日本鋳造工学会 駒崎徹、外２名、「アルミニウム合金ダイカストの異常組織形成に及ぼすけい素量の影響」、鋳物、１９９５年、第６７巻、第４号、ｐ．２５８−２６４ 岩堀弘昭、外３名、「アルミニウム合金ダイカスト鋳物に現れる破断チル層」、軽金属、１９８４年、Ｖｏｌ．３４、Ｎｏ．７、ｐ．３８９−３９４ 青山俊三、「アルミニウム合金ダイカストの最新製造技術」、鋳造工学、２００４年、第７６巻、第１２号、ｐ．９８５−９９０

特開２００９−２１４１２８号公報 特開平１１−３２００６５号公報 特開平０７−２２７６６４号公報 実開平０６−０４８９４７号公報 特許第４７７５５２１号公報 特開２０１１−１５６５４９号公報

しかしながら、上記特許文献１〜４および非特許文献５記載の技術は、いずれもその耐久性や材料の取り扱いの難しい問題点、あるいは、材質が高価のものであるという問題点、設備設置等の費用がかかるという問題点があり、かかるスリーブの改善については一般には普及していないものである。また、特に、上記特許文献１〜２記載の技術は、「破断チル層」の防止を十分にできるものでなく、その改善が望まれていた。

また、上記特許文献５記載の技術は、金型に半球形のディンプルをつけ、溶湯の湯流れを改善するものであるが、スリーブにディンプルをつけることは全く考慮されていないものであり、「破断チル層」の防止を十分にできるものでなかった。このように、金型にディンプル処理を施し湯流れを改善する技術は公表されているが、スリーブに施し「破断チル層」との関係に着目した技術はないものであった。

さらに、上記特許文献６記載の技術は、スリーブの内周面とプランジャーチップを炭素系被膜で被覆しているが、「破断チル層」の防止に関してはまだまだ改善できるものであり、また、スリーブの内周面だけでなくプランジャーチップも処理する必要があるため処理が煩雑で費用もかかるという問題点があり、より一層の改善が望まれていた。

そこで、本発明の目的は、前記の従来技術の問題点を解決し、アルミダイカストにおいてダイカストスリーブ内における凝固層の発生を防止または低減し、それによりダイカスト製品内に巻き込まれる凝固層（破断チル層）を低減しダイカスト製品の品質向上を図るためのダイカストスリーブおよびダイカストスリーブの処理方法を提供することである。

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、ダイカストスリーブの内面を処理して、ダイカストスリーブと溶湯との接触面積を減らすことによって、前記目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明のダイカストスリーブは、キャビティに溶融金属を圧入してダイカスト製品を鋳造する射出スリーブであって、
前記射出スリーブ内面にピットを形成し、
該ピット形成により、前記射出スリーブ内面のピット形成領域の表面粗さＲｚが、２０μｍ以上かつ２００μｍ以下であり、
前記ピットの開口部の面積が、前記ピットが形成されていない状態での前記スリーブと前記溶融金属との接触領域に対して、６０％以上であることを特徴とするものである。

また、本発明のダイカストスリーブは、前記ピット形成後、前記射出スリーブ内面が窒化処理されたものであることが好ましく、前記窒化処理後、前記射出スリーブ内面が酸化処理されたものであることが好ましい。

本発明のダイカストスリーブの処理方法は、キャビティに溶融金属を圧入してダイカスト製品を鋳造する射出スリーブの処理方法であって、
前記射出スリーブ内面にピットを形成し、
該ピット形成により、前記射出スリーブ内面のピット形成領域の表面粗さＲｚが、２０μｍ以上かつ２００μｍ以下であり、
前記ピットの開口部の面積が、前記ピットが形成されていない状態での前記スリーブと前記溶融金属との接触領域に対して、６０％以上であることを特徴とするものである。

また、本発明のダイカストスリーブの処理方法は、前記ピット形成後、前記射出スリーブ内面を窒化処理することが好ましく、前記窒化処理後、前記射出スリーブ内面を酸化処理することが好ましい。

また、本発明において、前記ピットのアスペクト比が、０．２〜１．０であることが好ましく、前記ピットの形成領域が、少なくともスリーブ内面の下側半分であることが好ましい。

本発明によると、アルミダイカストにおいてダイカストスリーブ内における凝固層の発生を防止または低減し、それによりダイカスト製品内に巻き込まれる凝固層（破断チル層）を低減しダイカスト製品の品質向上を図るためのダイカストスリーブおよびダイカストスリーブの処理方法を提供することができる。

ダイカストマシンの概略図である。 （ａ）は本発明のダイカストスリーブの断面図であり、（ｂ）は従来のダイカストスリーブの断面図である。 本発明におけるピットが形成されていない状態でのスリーブと溶融金属との接触領域と、ピットとの関係を示す説明図である。 本発明におけるピットとピット形成領域の一例を示す上面図である。 本発明におけるピットの一例を示す断面図である。 （ａ）は、本発明におけるピットの他の一例を示す上面図であり、（ｂ）は本発明におけるピットの他の一例を示す断面図である。 湯流れ試験金型の一例を示す上面図である。 湯流れ試験金型の一例を示す側面図である。 湯流れ距離の測定図である。 ピット無のサンプルの表面近傍の金属組織の写真である。 ピット有（Ｒｚ＝８３μｍ）のサンプルの表面近傍の金属組織の写真である。

以下、本発明のダイカストスリーブおよびダイカストスリーブの処理方法ついて具体的に説明する。
本発明のダイカストスリーブ２は、キャビティ７に溶融金属（溶湯）９を圧入してダイカスト製品を鋳造する射出スリーブ２であって、射出スリーブ２内面にピット（凹部）２１を形成し、該ピット２１形成により、射出スリーブ２内面のピット形成領域２２の表面粗さＲｚが、２０μｍ以上かつ２００μｍ以下であり、ピット２１の開口部の面積が、ピット２１が形成されていない状態でのスリーブ２と溶融金属９との接触領域２４（以下、「接触領域２４」とも称す）に対して、６０％以上であることを特徴とするものである。また、本発明のダイカストスリーブ２の処理方法は、キャビティ７に溶融金属９を圧入してダイカスト製品を鋳造する射出スリーブ２の処理方法であって、射出スリーブ２内面にピット２１を形成し、該ピット２１形成により、射出スリーブ２内面のピット形成領域２２の表面粗さＲｚが、２０μｍ以上かつ２００μｍ以下であり、ピット２１の開口部の面積が、ピット２１が形成されていない状態でのスリーブ２と溶融金属９との接触領域２４に対して、６０％以上であることを特徴とするものである。ダイカストスリーブ２の内面に微細なピット（凹部）２１処理を施すことにより、ダイカストスリーブ２内に溶湯が供給された際、溶湯９とダイカストスリーブ２の接触面積を減らし、溶湯９の温度低下を少なくすることにより「破断チル層」の原因となる凝固層の生成を防止することができる。また、ダイカストスリーブ２において、ダイカストスリーブ２の内面に微細なピット２１を付与し、さらに窒化処理、酸化処理を施すことにより、ダイカストスリーブ２に給湯された溶湯９の温度低下を小さくし、これにより、ダイカストスリーブ２内での溶湯９の温度低下に伴う凝固層の生成を抑制し、鋳造時に製品内に巻き込まれる凝固層（破断チル層）による製品の強度低下、製品の欠け込みなどの鋳造不良を減少させることができる。さらに、「破断チル層」を防止するためには、上記のようにいくつかの手法が用いられているが、本発明は、複雑なスリーブ構造を用いることなく、また、高価な断熱性材料を用いることなく比較的安価で耐久性があり、取り扱いに特別な配慮を必要としないで、「破断チル層」を防止するダイカストスリーブ２を提供することができる。

図１は、ダイカストマシンの概略図である。金型１は、可動型５と固定型６を有している。溶湯９は給湯口８から、矢印ａに示すように投入され、射出プランジャー４を金型１に向かって前進させることで、チップ３により、射出スリーブ２を通して順次矢印に沿って移動し、キャビティ７に押し込まれ、凝固、成形される。「破断チル層」の原因となる凝固層は、溶湯９が給湯口８からダイカストスリーブ内に給湯され、射出プランジャー４でキャビディ７に注入されるまでの間に生成される。この間の時間は通常数秒である。従って、この間に凝固層の生成を抑制してやれば「破断チル層」の発生を防止あるいは軽減することができる。

この凝固層の生成を防止あるいは遅らせるためには、溶湯９の温度低下を防ぐことが必要であり、その手段としては、上記のように、スリーブ構造を改善しスリーブ温度を保持する方法や断熱材を用いる方法などがあるが、上記のような問題点がある。そこで、本発明では、溶湯の温度低下を少なくする方法として、溶湯９とダイカストスリーブ２の接触面積を小さくして溶湯９からダイカストスリーブ２に伝達する熱量を少なくさせることを用いている。

溶湯９の熱はダイカストスリーブ２の表面を通じてダイカストスリーブ２に伝達され、溶湯９の温度が低下する。この際にダイカストスリーブ２の表面からダイカストスリーブ２に伝達される熱は、熱伝達の原理により溶湯９と接するダイカストスリーブ２の表面積に比例する。図２は、（ａ）が本発明のダイカストスリーブの断面図であり、（ｂ）が従来のダイカストスリーブの断面図である。ｃの矢印は、ダイカストスリーブのピットからの熱の移動を示す矢印である。ｄの矢印は、従来のダイカストスリーブからの熱の移動を示す矢印である。また、図２（ａ）中のピット２１が形成されている部分がピット形成領域２２であり、図２（ｂ）中の溶湯９とダイカストスリーブ２の接触部分が、ピット２１が形成されていない状態でのスリーブ２と溶融金属９との接触領域２４である。図２（ａ）に示すように、ダイカストスリーブ２の内面に微細なピット（凹部）２１があると、溶湯９がその表面を流れる際には凸部の頂点に接触する。従って、溶湯９からダイカストスリーブ２に伝達される熱量は少なくなり、その結果、ダイカストスリーブ２内の溶湯９の凝固は遅くなり、凝固層の生成は抑制される。一方、図２（ｂ）に示すように、従来のダイカストスリーブは、ダイカストスリーブの内面全体と溶湯９が接触するため、伝達される熱量が多く、その結果、ダイカストスリーブ内の溶湯９の凝固が早く、凝固層が生成されることになる。

また、凝固層の生成を抑制するためには、ダイカストスリーブ２の内面に占めるピット２１の開口部の面積の割合が重要になる。本発明においては、ピット２１が形成されていない状態でのスリーブ２と溶融金属９との接触領域２４の面積に占めるピット２１の開口部の面積が６０％以上である。これにより、凝固層の生成をより抑制することができる。さらに、ピット２１が形成されていない状態でのスリーブ２と溶融金属９との接触領域２４の面積に占めるピット２１の開口部の面積が７０％以上であることが好ましく、ピット２１が形成されていない状態でのスリーブ２と溶融金属９との接触領域２４の面積に占めるピット２１の開口部の面積が８０％以上であることがより好ましい。これにより、より凝固層の生成をより抑制することができる。また、上限は特にないが、ピット２１が形成されていない状態でのスリーブ２と溶融金属９との接触領域２４の面積に占めるピット２１の開口部の面積が９９％以下であることが好ましく、ピット２１が形成されていない状態でのスリーブ２と溶融金属９との接触領域２４の面積に占めるピット２１の開口部の面積が９５％以下であることがより好ましく、ピット２１が形成されていない状態でのスリーブ２と溶融金属９との接触領域２４の面積に占めるピット２１の開口部の面積が９０％以下であることが特により好ましい。ここで、図３は、本発明におけるピットが形成されていない状態でのスリーブと溶融金属との接触領域と、ピットとの関係を示す説明図である。ピット２１が形成されていない状態でのスリーブ２と溶融金属９との接触領域２４の面積とは、図３（ａ）に示すようにピット２１がない状態でのスリーブ２の面積全体であり、図３（ａ）では四角形の面積で示している。また、形成されたピット２１の開口部の面積とは、図３（ｂ）に示すように、ピット２１の開口部の面積の合計であり、例えば、図３（ｂ）では、上部から見たピット２１の面積の合計である。ピット２１が円の場合は、円の面積での合計であり、正方形の場合は、１つの辺の長さの２乗の合計である。

本発明において、ピット２１の形成方法としては、化学的な腐食（エッチングシボ）、ショットブラスト、ショットピーニング、あるいは、放電加工、レーザー加工、機械的な打痕などがあるが、本発明ではいずれかのピット形成方法に限定するものではない。従って、ピット２１の形状についても、球形、円錐形、四角錐など、特定の形状に限定するものではない。

図４は、本発明におけるピットとピット形成領域の一例を示す上面図である。ダイカストスリーブ２のピット形成領域２２とは、図４に示すように最も外側に位置するピット２１を結んでできる領域（図４中、曲線で囲まれた２２の領域）である。本発明において、ピット２１による射出スリーブ２内面のピット形成領域２２の表面粗さＲｚは２０μｍ以上である。ピット２１による射出スリーブ２内面のピット形成領域２２の表面粗さＲｚが２０μｍ未満である（浅すぎる）と、溶湯がピット２１面に接触して熱伝達面積が大きくなり、凝固層の生成を抑制する効果が十分に得られない。また、ピット２１による射出スリーブ２内面のピット形成領域２２の表面粗さは２００μｍ以下である。ピット２１による射出スリーブ２内面のピット形成領域２２の表面粗さＲｚが２００μｍより大きい（深すぎる）と、チップ３が溶湯９を押しながら前進する際に溶湯９の一部がピット２１の底に残る、あるいはダイカストスリーブとチップ３の間に挟まり、ダイカストスリーブとチップ３にかじりを生じさせる。ここで、表面粗さＲｚとは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に規定される方法で測定したものであり、具体的には、この規格に準拠した小形表面粗さ測定機、例えば、株式会社ミツトヨ製のサーフテスト ＳＪ−４００等を用いて測定を行った。

さらに、本発明において、ピット２１の形状としては、アスペクト比（Ｌ／Ｄ）が０．２以上であることが好ましい。ここで、ピット２１の開口部の長さＤは、円形の場合は直径、正方形の場合は一辺の長さであり、ピット２１の最短の部分の長さであり、ピット２１の深さＬは、ピット２１の最長の長さ（深さ）である。開口部に比べ深さが浅く、アスペクト比（Ｌ／Ｄ）が０．２未満（アスペクト比が小さい）であると、溶湯９がピット２１面に接触し、凝固層の生成を抑制する効果が十分に得られないおそれがある。また、ピット２１の形状としては、アスペクト比（Ｌ／Ｄ）が１．０以下であることが好ましい。アスペクト比（Ｌ／Ｄ）が１．０より大きいと、射出時に溶湯９がピット２１に残りダイカストスリーブあるいはチップ３にかじりを生じるおそれが大きくなる。従って、ピット２１形状としては、深さが２０〜２００μｍ、アスペクト比（Ｌ／Ｄ）が０．２〜１．０であることが好ましい。

図５は、本発明におけるピット（円形状）２１の一例を示す断面図である。例えば、図５のように深さが半径の１／２の球状のピット２１の場合、アスペクト比は０．２９であり、球の半径を５０μｍとすると深さ（図５中の矢印ｅ）は２５μｍであり、ピット（円形状）２１の開口部の長さ（（図５中の矢印ｆ））は、８７μｍである。内面に図５に示すピット（円形状）２１を形成する場合には、接触領域２４の面積の６０％以上のピット２１の開口部の面積を得るために、約１０１００個／ｃｍ^２のピット２１を形成する必要がある。

図６は、（ａ）は、本発明におけるピット（四角錐）２１の他の一例を示す上面図であり、（ｂ）は本発明におけるピット（四角錐）２１の他の一例を示す断面図である。図６のように、四角錐のピット２１の場合には、アスペクト比は０．８７であり、開口部の一辺の長さ（（図６（ａ）および（ｂ）中の矢印ｇ）が１００μｍの場合には深さ（（図６（ｂ）中の矢印ｈ）は８７μｍである。図６のピット（四角錐）２１の場合には、接触領域２４に６０００個／ｃｍ^２以上のピット形成が必要である。

なお、図５および図６に模式的な図を示したが、プログラミングされたレーザー加工のような場合を除いて決まった形状で、規則的にピット２１を形成することは困難である。放電加工や機械的な打痕でピット２１を形成した場合は、通常ピット２１が重なり合い単純な形状ではなくなる。ピット２１の個数は複数個が重なっている場合には、それぞれを１個とし、それぞれ単独のピット２１を用いて上記の計算をすれば適切なピット２１の形成が可能である。なお、特に、代表的な単独のピット２１を用いて上記の計算をすればより適切なピット２１の形成が可能である。

また、本発明において、ダイカストスリーブ２内面へのピット２１の形成に際しては、ダイカストスリーブ２とチップ３のクリアランス、潤滑剤の種類・塗布状態、プランジャー速度等、その作動条件に応じて、ピット２１の大きさ、アスペクト比、を決めることが好ましい。

本発明は、ダイカストスリーブ２内面にピット２１を形成し、ダイカストスリーブ２内面と溶湯９との接触面積を減らし、溶湯９のダイカストスリーブ２内での温度低下を抑制し、射出時の凝固層生成を防止あるいは低減することにより、ダイカスト製品に巻き込まれる「破断チル層」を防止あるいは低減しようとするものである。そのため、ダイカストスリーブ２内に給湯される溶湯９の量は、給湯時のダイカストスリーブ２の容積に対し通常３０〜５０％程度であることから、ピット２１の形成はダイカストスリーブ２内面の全面に施す必要はなく、ダイカストスリーブ２の下側半分に施せば十分効果を得ることができる。具体的には、図１中のダイカストスリーブ２内の矢印ａ１より下側にピット２１を形成することが好ましい。溶湯９がダイカストスリーブ２に投入されると、射出プランジャー４が直ちにａ１の方向に前進し、チップ３により溶湯９はキャビティ７に押し込まれる。溶湯９が射出スリーブに投入されて、キャブティ７に押し込まれるまでの時間は、通常３〜５秒ほどであるため、ダイカストスリーブ２の下側半分にピット２１を施すことで、本発明の効果を得ることができる。

また、ダイカストスリーブ２内面のピットは、ダイカスト鋳造時のチップ３との摩擦により、ダイカストスリーブ２内面が磨耗するに従ってピット２１の深さＬが浅くなる場合がある。そのため、ピット２１形成の後、窒化処理などでダイカストスリーブ２内面の耐摩耗性を向上させることが好ましい。かかる窒化処理の条件としては、本発明の効果が得られれば限定されないが、例えば、窒素ガス雰囲気中で４８０℃〜５３０℃、５時間〜７時間加熱して窒化処理することができる。これにより、ダイカストスリーブ２内面の耐摩耗性を向上させることができる。

さらに、窒化処理後、ダイカストスリーブ２内面に酸化皮膜などの熱伝導の低い膜を付与することにより、ダイカストスリーブ２内の溶湯の凝固進行を遅らせる効果をより増加することができる。かかる酸化処理の条件としては、本発明の効果が得られれば限定されないが、例えば、酸素含有ガス雰囲気中で４８０℃〜５３０℃、５時間〜７時間加熱して酸化処理することができる。その結果、ダイカストスリーブ２内面の複合表面処理により、ダイカスト製品に巻き込まれ、製品強度を低下させるなど製品品質を劣化させる「破断チル層」をより減少させることができ、従って鋳物品質をより向上させることができる。特に、炭素系被膜と比較して、鋳物品質をより向上でき、ダイカスト製品に巻き込まれ、製品強度を低下させるなど製品品質を劣化させる「破断チル層」をより減少させることができる。

また、本発明において、前記溶融金属としては、本発明の効果が得られれば限定されないが、例えば、ＪＩＳ ＡＤＣ１２、ＪＩＳ ＡＤＣ１０、ＪＩＳ ＡＤＣ１、ＪＩＳ ＡＤＣ３、ＪＩＳ ＡＤＣ５、ＪＩＳ ＡＤＣ６、ＪＩＳ ＡＤＣ１４等のアルミニウム合金、マグネシウム合金などを挙げることができ、中でもＪＩＳ ＡＤＣ１２、ＪＩＳ ＡＤＣ１０であることが特に好ましい。

さらに、本発明において、前記ダイカスト金型１としては、例えば、アルミニウム合金、マグネシウム合金などの鋳造に用いられるダイカスト金型等を挙げることができる。ダイカスト金型の材質としては、本発明の効果が得られれば特に限定されないが、例えば、ＪＩＳ Ｇ ４４０４ ＳＫＤ６１等を挙げることができる。

以下、本発明について、実施例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

（実験例１）
図７は、湯流れ試験金型の一例を示す上面図であり、図８は、湯流れ試験金型の一例を示す側面図である。図７および図８中、２３はダイカストスリーブに模した内面表面、２３ａはピット２１が形成されたダイカストスリーブ２に模した内面表面（金型底面、ピット形成領域）を示す。また、ピット２１が形成されていない状態でのダイカストスリーブ２に模した内面表面と溶融金属９との接触領域２４ａ（図示せず）は、ピット形成領域２３ａにおけるピット２１の形成されていない状態での領域である。図９は、湯流れ距離の測定図である。図９中、ｉの矢印は湯流れ距離を示し、ｊは溶湯９の流れを示す矢印である。ピット２１による溶湯９の温度低下防止を確認するために、図７および図８に示すダイカストスリーブ２を模した金型１１を製作し、ダイカストスリーブ２の湯流面（内面表面）２３に模した金型底面２３ａにピット２１を形成し、湯流れ試験を行った。ピット２１は機械的な打痕により形成し、そのアスペクト比は０．５であり、ピット形成領域２３ａの表面粗さは、Ｒｚ＝２４μｍ、Ｒｚ＝５４μｍ、およびＲｚ＝８３μｍであった。また、ピット２１の開口部の面積率は、ピット２１を有する場合は、いずれも接触領域２４ａの６５％であった。ピット２１により溶湯９の温度低下が抑制されるならば、溶湯９は湯口８１から流れる距離が長くなるはずである。試験金型１１の材料はＳ４５Ｃ、溶湯９はアルミニウム合金ＡＤＣ１２を使用し、７２０℃の溶湯９を湯口８１から給湯し、図９に示すようにして湯流れ距離を測定した。結果を下記表１に示す。

図１０は、ピット無のサンプルの表面近傍の金属組織の写真（倍率５００倍）であり、図１１は、ピット有（Ｒｚ＝８３μｍ）のサンプルの表面近傍の金属組織の写真（倍率５００倍）である。この湯流れサンプルの底面の顕微鏡組織を観察したところ、ピット無のものでは表面近傍に細かい急冷組織が確認できた。一方、ピット有（Ｒｚ＝８３μｍ）のサンプルでは急冷組織は確認できなかった。このことから、ピット２１が存在すると溶湯９の急冷を抑制していることができ、湯流れ距離も長くなり、凝固層（破断チル層）を低減できた。

（実験例２）
実験例１と同様の金型１１を用い、同じ方法でピット２１を形成した。接触領域２４ａにおけるピット２１の開口部の面積率は、接触領域２４ａの５０％であり、ピット形成領域２３ａの表面粗さは、Ｒｚ＝２１μｍおよび５６μｍであった。実験例１と同じ条件で試験を行った。湯流れ距離の測定結果は、下記表２の通りである。実験例１の場合と比較して、湯流れ距離は短く、ピット２１の効果が小さくなり、凝固層（破断チル層）を十分に低減できなかった。

（実験例３）
実験例１と同様の金型１１を用い、湯流れ面に窒化処理と酸化皮膜処理を施し、湯流れ試験を行った。ピット２１は、ショットブラストにより形成し、そのアスペクト比は０．８でありピット形成領域２３ａの表面粗さは、Ｒｚ＝１８μｍとＲｚ＝１０４μｍであった。また、ピット２１の面積率は、ピット２１を有する場合は、いずれも接触領域２４ａの８０％であった。結果を下記表３に示す。ピット２１が存在すると溶湯９の急冷を抑制していることができ、湯流れ距離も長くなり、凝固層（破断チル層）を低減できた。

（実験例４）
３５０ｔダイカストマシンのダイカストスリーブ２の内面にピット２１を形成し、このダイカストスリーブ２を用いて鋳造し、ピットのないダイカストスリーブで鋳造した場合の、いわゆる’欠け込み’不良の発生を目視（下記条件）で比較した。この通常スリーブ（ピット無）の製品の場合、通常のダイカストスリーブで鋳造した場合の’欠け込み’不良は欠け込み部分の観察から「破断チル層」によるものと判断されていた。ピット２１の形成はショットブラストにより行い、その後、窒化処理を施した。できあがったダイカストスリーブ２のピット形成領域２２の表面粗さは、Ｒｚ＝３２μｍ、アスペクト比は０．７、ピット２１の面積率は、接触領域２４の７０％であった。なお、ダイカストスリーブ２の材質はＳＫＤ６１、アルミ合金はＡＤＣ１２で、溶湯量は９８０ｇであった。結果を下記表４に示す。表４の結果から、本発明により、欠け込み不良が大幅に減少することが確認できた。

（欠け込み検査の判定）
目視で観察し、欠け込みの標準サンプルと照合し、標準サンプルより大きな欠け込みのある場合を不良品とした。

（実験例５）
５００ｔダイカストマシンスリーブにピット２１形成を施し、さらに窒化処理を施したダイカストスリーブ２を製作した。ダイカストスリーブ２の材質はＳＫＤ６１であった。できあがったダイカストスリーブ２のピット形成領域２２の表面粗さは、Ｒｚ＝４８μｍ、アスペクト比は０．７、ピット２１の面積率は、接触領域２４の７０％であった。従来のダイカストスリーブ（通常スリーブ（ピット無））を用いて製造した製品と、このピット２１形成ダイカストスリーブ２を使用した場合の製品について万能材料試験機（株式会社島津製作所：ＵＨ−５０Ａ）で圧縮荷重をかけて、実体強度を比較した。アルミ合金はＡＤＣ１２で、溶湯量は１８１０ｇであった。結果を下記表５に示す。表５の結果から、本発明により、製品強度のバラツキが小さくなり、強度の最小値が１５％以上向上することが確認できた。

（実験例６）
３５０ｔダイカストマシンスリーブにピット２１を形成し、さらに窒化処理と酸化処理を施した。ピット２１の形成はショットブラストで実施した。できあがったダイカストスリーブ２のピット２１のピット形成領域２２の表面粗さは、Ｒｚ＝２４μｍ、アスペクト比は０．３、ピット２１の面積率は、接触領域２４の８０％であった。なお、ダイカストスリーブ２の材質はＳＫＤ６１を使用した。従来のダイカストスリーブ（通常スリーブ（ピット無））を用いて製造した製品と、このピット２１形成のダイカストスリーブ２を用いて製造した製品を用いて、引張り試験片を採取し、ＪＩＳ１４−Ｂ引張り試験を行った。引張り試験は、精密万能材料試験機（株式会社島津製作所：ＡＧ−１０ＴＤ）で行った。アルミダイカスト製品の材質はＡＤＣ１２で、溶湯量は１４００ｇであった。結果を下記表６に示す。ピット２１形成ダイカストスリーブ２を用いると引張り強度の最小値は２０％以上高くなり、２００ＭＰａ以下の試験片数は１／４になることが確認できた。

１ 金型
１１ ダイカストスリーブを模した金型
２ ダイカスト（射出）スリーブ
２１ ピット
２２ ピットが形成されたダイカストスリーブの内面表面（ピット形成領域）
２３ ダイカストスリーブに模した内面表面
２３ａ ピット２１が形成されたダイカストスリーブに模した内面表面（金型底面、ピット形成領域）
２４ ピットが形成されていない状態でのスリーブと溶融金属との接触領域（接触領域）
２４ａ ピットが形成されていない状態でのダイカストスリーブに模した内面表面と溶融金属との接触領域
３ チップ
４ 射出プランジャー
５ 可動型
６ 固定型
７ キャビティ
８ 給湯口
８１ 給湯口
９ 溶融金属（溶湯）
ａ 溶湯投入を示す矢印
ａ１ ダイカストスリーブ内の中央部（中心）の溶湯の進行を示す矢印
ｂ エアー排出を示す矢印
ｃ ダイカストスリーブのピットからの熱の移動を示す矢印
ｄ ダイカストスリーブからの熱の移動を示す矢印
ｅ 円形状のピットの深さ
ｆ 円形状のピットの開口部の最長の長さ
ｇ 四角錐形状のピットの開口部の一辺の長さ
ｈ 四角錐形状のピットの深さ
ｉ 湯流れ距離
ｊ 溶湯の流れ

Claims (8)

1. キャビティに溶融金属を圧入してダイカスト製品を鋳造する射出スリーブであって、
   前記射出スリーブ内面にピットを形成し、
   該ピット形成により、前記射出スリーブ内面のピット形成領域の表面粗さＲｚが、２０μｍ以上かつ２００μｍ以下であり、
   前記ピットの開口部の面積が、前記ピットが形成されていない状態での前記スリーブと前記溶融金属との接触領域に対して、６０％以上であり、
   前記ピットのアスペクト比が、０．２〜１．０であることを特徴とするダイカストスリーブ。
2. 前記ピット形成後、前記射出スリーブ内面が窒化処理されたものである請求項１記載のダイカストスリーブ。
3. 前記窒化処理後、前記射出スリーブ内面が酸化処理されたものである請求項２記載のダイカストスリーブ。
4. 前記ピットの形成領域が、少なくともスリーブ内面の下側半分である請求項１〜３のうちいずれか一項に記載のダイカストスリーブ。
5. キャビティに溶融金属を圧入してダイカスト製品を鋳造する射出スリーブの処理方法であって、
   前記射出スリーブ内面にピットを形成し、
   該ピット形成により、前記射出スリーブ内面のピット形成領域の表面粗さＲｚが、２０μｍ以上かつ２００μｍ以下であり、
   前記ピットの開口部の面積が、前記ピットが形成されていない状態での前記スリーブと前記溶融金属との接触領域に対して、６０％以上であり、
   前記ピットのアスペクト比が、０．２〜１．０であることを特徴とするダイカストスリーブの処理方法。
6. 前記ピット形成後、前記射出スリーブ内面を窒化処理する請求項５記載のダイカストスリーブの処理方法。
7. 前記窒化処理後、前記射出スリーブ内面を酸化処理する請求項６記載のダイカストスリーブの処理方法。
8. 前記ピットの形成領域が、少なくともスリーブ内面の下側半分である請求項５〜７のうちいずれか一項に記載のダイカストスリーブの処理方法。