JP7276184B2 - 給湯射出方法、及び給湯射出装置 - Google Patents

Description

本発明は、給湯射出方法、及び給湯射出装置に関し、特に溶湯を給湯し、射出する給湯射出方法、及び給湯射出装置に関する。

特許文献１に開示の給湯射出方法では、半溶融金属を垂直に立てた射出スリーブに供給する。その後、射出スリーブを水平方向に倒し、ダイキャストマシンに接続し、スリーブ内の半溶融金属を金型内に押し込む。

特開平０９－１９２８１１号公報

本願発明者等は、以下の課題を発見した。
このような給湯射出方法では、水平方向に倒した際に溶湯が射出スリーブ端部からこぼれるおそれがある。そのため、粘度が低い溶湯を扱うことが困難であった。

具体的には、このような給湯射出方法は、固相率が高い溶湯の利用を前提にしている。粘度が低い溶湯、又は、高い液相率の半溶融金属を水平にした場合、射出スリーブから半溶融金属がこぼれる。このような給湯射出方法では、高い液相率の半溶融金属の利用も可能としているが、技術的にできる構成となっていないと考えられる。

本発明は、溶湯がこぼれるおそれを抑制するものとする。

本発明に係る給湯射出方法は、
筒状容器と、
前記筒状容器内に摺動可能に配置された、環状である外側プランジャチップと、
前記外側プランジャチップの内側に摺動可能に配置された内側プランジャチップと、
前記筒状容器内に負圧を発生させる負圧発生装置とを用いて、
溶湯を保持炉から吸引し、金型のキャビティ内へ射出充填する給湯射出方法において、
前記筒状容器の先端の開口部を前記溶湯に浸漬させたまま、前記負圧発生装置により前記筒状容器内に負圧を発生させ、前記溶湯を前記保持炉から前記筒状容器内に吸引させるステップと、
前記内側プランジャチップを前記筒状容器の先端側へ移動させて前記筒状容器の前記開口部を塞いで負圧を保ったまま、前記筒状容器の前記開口部を前記キャビティのゲートに配置するステップと、
前記内側プランジャチップを前記筒状容器の後端側へ移動させた後、前記外側プランジャチップを前記内側プランジャチップとともに前記筒状容器の先端側に移動させ、前記溶湯を前記ゲートを介して前記キャビティ内に射出充填するステップと、
を備える。

このような構成によれば、負圧により溶湯を吸い上げた後、内側プランジャチップで筒状容器の開口部を塞いで負圧を保って筒状容器内に保持することから、筒状容器をどの方向に向けても溶湯がこぼれ難い。また、内側プランジャチップが筒状容器の後端側へ移動し、負圧を解いても、筒状容器の開口部がキャビティのゲートに配置されているから、溶湯がこぼれ難い。そして、溶湯がこぼれ難い状態のまま、溶湯をキャビティ内に射出充填することができる。

また、前記射出充填するステップでは、前記内側プランジャチップ、及び前記外側プランジャチップの表面形状が、前記筒状容器の内壁面に倣うように前記内側プランジャチップを前記筒状容器の後端側へ移動させた後、前記外側プランジャチップを前記内側プランジャチップとともに前記筒状容器の先端側に移動させ、前記溶湯を前記ゲートを介して前記キャビティ内に射出充填することを特徴としてもよい。

このような構成によれば、溶湯を筒状容器内に残すことなく、筒状容器内に保持された溶湯の略全てをキャビティ内に射出充填することができる。

本発明に係る給湯射出装置は、
溶湯を保持炉から吸引し、金型のキャビティ内へ射出充填する給湯射出装置であって、
先端に開口部を備え、かつ、内部に前記溶湯を保持可能な筒状容器と、
前記筒状容器内に摺動可能に配置された、環状である外側プランジャチップと、
前記外側プランジャチップの内側に摺動可能に配置された内側プランジャチップと、
前記外側プランジャチップ及び前記内側プランジャチップを独立して往復移動させる移動装置と、
前記筒状容器内に負圧を発生させる負圧発生装置と、を備え、
前記内側プランジャチップは、前記負圧発生装置が前記筒状容器内に負圧を発生させて前記筒状容器の内部に前記溶湯を吸引した後、前記筒状容器の先端側に移動して、前記筒状容器の前記開口部を閉塞することによって、前記負圧を保つ。

このような構成によれば、溶湯を吸い上げた後、内側プランジャチップで筒状容器の開口部を塞いで負圧を保って筒状容器内に保持することから、筒状容器をどの方向に向けても溶湯がこぼれ難い。

また、前記筒状容器の前記開口部が前記キャビティのゲートに配置され、前記内側プランジャチップが前記筒状容器の後端側へ移動した場合、前記外側プランジャチップは、前記内側プランジャチップとともに、前記筒状容器の先端側に移動することによって、前記溶湯を前記金型の前記キャビティ内へ射出充填することを特徴としてもよい。

このような構成によれば、内側プランジャチップが筒状容器の後端側へ移動し、負圧を解いても、筒状容器の開口部がキャビティのゲートに配置されているから、溶湯がこぼれ難い。そして、溶湯がこぼれ難い状態のまま、溶湯をキャビティ内に射出充填することができる。

本発明は、溶湯がこぼれるおそれを抑制することができる。

実施の形態１に係る給湯射出方法で使用可能な給湯射出装置を示す概略図である。 実施の形態１に係る給湯射出方法で使用可能な給湯射出装置の要部の断面を示す断面図である。 実施の形態１に係る給湯射出方法を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る給湯射出方法の複数のステップを示す概略図である。 実施の形態１に係る給湯射出方法の複数のステップを示す概略図である。 実施の形態１に係る給湯射出方法の複数のステップを示す概略図である。 実施の形態１に係る給湯射出方法の複数のステップを示す概略図である。 実施の形態１に係る給湯射出方法の複数のステップを示す概略図である。 実施の形態１に係る給湯射出方法の１つのステップを示す概略図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（実施の形態１）
図１～図９を参照して実施の形態１に係る給湯射出方法について説明する。図１は、実施の形態１に係る給湯射出方法で使用可能な鋳造装置を示す概略図である。図２は、図１に示す鋳造装置の要部の断面を示す。図３は、実施の形態１に係る給湯射出方法を示すフローチャートである。図４～図８は、実施の形態１に係る給湯射出方法の複数のステップを示す概略図である。図９は、実施の形態１に係る給湯射出方法の１つのステップを示す概略図である。なお、図５～図９では、分かり易さのため、後述する負圧発生装置４、移動装置５、ロボットアーム２０等の図示を省略した。

なお、当然のことながら、図１及びその他の図面に示した右手系ＸＹＺ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、Ｚ軸プラス向きが鉛直上向き、ＸＹ平面が水平面であり、図面間で共通である。

実施の形態１に係る給湯射出方法では、図１に示す給湯射出装置１０を使用することができる。図１に示すように、給湯射出装置１０は、筒状容器１と、プランジャチップ２３と、負圧発生装置４とを備える。

筒状容器１は、溶湯を保持する筒状の容器であればよい。筒状容器１は、例えば、セラミックス材料からなる。筒状容器１は、例えば、図１及び図２に示す断面略円形状の筒状部１ｂを備える。筒状部１ｂは、その先端に開口部１ａと、その後端に後端部１ｃとを備える。その筒状体の先端には、開口部１ａが形成されている。開口部１ａは、筒状部１ｂの断面形状は、開口部１ａに近づくにつれて、径が小さくなる。

プランジャチップ２３は、筒状容器１の内側を摺動可能に設けられている。プランジャチップ２３は、内側プランジャチップ２と、外側プランジャチップ３とを備える。

外側プランジャチップ３は、外側プランジャチップ本体３ａと、ロッド３ｂとを備える。外側プランジャチップ本体３ａは、環状体、又は円筒状体である。ロッド３ｂは、外側プランジャチップ本体３ａから筒状容器１の後端部１ｃを通過し、外側プランジャチップ本体３ａへ戻るよう筒状容器１の後端部１ｃをさらに通過して延びた形状を有するとよい。ロッド３ｂは、例えば、略Ｃ字状、略Ｕ字状、略Ｖ字状、又は略コ字状に延びた形状を有する。なお、外側プランジャチップ３は、ロッド３ｂの代わりに円筒状部を備えてもよい。

内側プランジャチップ２は、棒状体、又は円柱状体である。内側プランジャチップ２は、外側プランジャチップ３の内側に配置されている。内側プランジャチップ２は、先端部２ａと、後端部２ｂとを備える。内側プランジャチップ２の先端部２ａが筒状容器１の開口部１ａに押し当たると、開口部１ａを閉塞するような形状を有する。また、内側プランジャチップ２の先端部２ａの外周面は、筒状容器１の開口部１ａの内壁面とほぼ同じ形状を有するとよい。後端部２ｂは、プランジャロッド等と、着脱可能に機械的に接続可能な構造を備える。

負圧発生装置４は、筒状容器１の内側空間Ｒ１において負圧を発生させる装置であればよい。本実施形態に係る負圧発生装置４は、気体を吸引する気体吸引装置である。当該気体は、例えば、空気や窒素ガスである。負圧発生装置４は、気体が流通可能な管４ａを介して、筒状容器１の内側空間Ｒ１に接続されている。本実施形態に係る管４ａは、筒状容器１の内側空間Ｒ１における後端部１ｃ側に接続されている。負圧発生装置４は、管４ａを介して、筒状容器１の内側空間Ｒ１の気体を吸引することによって、筒状容器１の内側空間Ｒ１において負圧を発生させる。管４ａには、例えば、切換バルブが設けられているとよい。当該切換バルブは、筒状容器１の重量を計測する重量センサから、筒状容器１の重量を示す信号を取得し、その取得した信号に応じて、管４ａを開放したり、閉塞したりするとよい。

移動装置５は、内側プランジャチップ２、及び外側プランジャチップ３を独立して往復移動させる装置であればよい。移動装置５は、駆動系、例えば、サーボモータを備えるとよい。移動装置５は、例えば、鋳造機の射出シリンダ、プランジャロッド、又はこれらを組み合わせたものであってもよい。

なお、筒状容器１と、内側プランジャチップ２と、外側プランジャチップ３とのクリアランスは、所定の範囲内にあるように設定されているよい。負圧発生装置４が、筒状容器１の内側空間Ｒ１の全体において負圧を発生させて溶湯を吸引することができるように、当該クリアランスが所定の範囲内にあるとよい。さらに、負圧発生装置４の負圧によって当該溶湯を内側空間Ｒ１内に吸引しても、当該溶湯が筒状容器１と外側プランジャチップ３との間に挿し込まないように、当該クリアランスが所定の範囲内にあるとよい。同様に、負圧発生装置４の負圧によって当該溶湯を内側空間Ｒ１内に吸引しても、当該溶湯が内側プランジャチップ２と外側プランジャチップ３との間に挿し込まないように、当該クリアランスが所定の範囲内にあるとよい。

また、筒状容器１は、ロボットアーム２０によって、所定の三次元空間内を自在に並進移動し、かつ、所定の方向に向くよう姿勢を変えることができる。ロボットアーム２０は、例えば、本体２０ａと、アーム２０ｂと、ハンド２０ｃとを備える。アーム２０ｂは、関節２１ａを介して本体２０ａに回動可能に接続されている。ハンド２０ｃは、関節２１ｂを介してアーム２０ｂに回動可能に接続されている。ハンド２０ｃは、筒状容器１を把持する。ロボットアーム２０は、ハンド２０ｃが筒状容器１を把持しつつハンド２０ｃ及びアーム２０ｂが回動することによって、上記したように筒状容器１を並進移動させたり、その姿勢を変えたりすることができる。

次に、図３を参照しながら実施の形態１に係る給湯射出方法について説明する。本実施の形態に係る給湯射出方法では、給湯射出装置１０を使用する。

図４に示すように、筒状容器１の先端の開口部１ａを開口させたまま筒状容器１の先端を溶湯Ｍ１に浸す（筒状容器浸漬ステップＳＴ１）。溶湯Ｍ１は、保持炉３０に加熱保持されている。溶湯Ｍ１は、金属材料を溶解したものであり、当該金属材料は、例えば、アルミニウム、又はアルミニウム合金である。溶湯Ｍ１は、例えば、半溶融金属、又は半凝固金属であってもよい。当該半溶融金属は、例えば、固体金属を固液共存温度域の範囲内にある所定の温度に加熱保持したものである。当該半凝固金属は、例えば、液体金属を固液共存温度域の範囲内にある所定の温度にまで冷却したものである。

続いて、負圧発生装置４により筒状容器１内に負圧を発生させ、溶湯Ｍ１を保持炉３０から筒状容器１内に吸引する（溶湯吸引ステップＳＴ２）。具体的には、負圧発生装置４が筒状容器１内の気体を吸引し、筒状容器１内に負圧を発生させる。この負圧によって、溶湯Ｍ１を保持炉３０から内側空間Ｒ１内に吸引する。溶湯Ｍ１を内側空間Ｒ１内に充填する。

続いて、図５に示すように、内側プランジャチップ２を外側プランジャチップ３の外側プランジャチップ本体３ａの先端よりも筒状容器１の先端側へ移動させて筒状容器１の先端の開口部１ａを塞ぐ（筒状容器閉塞ステップＳＴ３）。開口部１ａを閉塞することによって、内側空間Ｒ１内における負圧を保つ。適宜を切り替えバルブなどにより管４ａを閉塞して内側空間Ｒ１内における負圧を保ってもよい。筒状容器閉塞ステップＳＴ３からプランジャロッド接続ステップＳＴ９（後述）までにおいて、内側空間Ｒ１内における負圧を保ち続けるとよい。溶湯Ｍ１の液面が外側プランジャチップ３の外側プランジャチップ本体３ａの先端に近い、又は接触する場合、溶湯Ｍ１のスリーブ充填率を高めることができてよい。

続いて、ロボットアーム２０によって、給湯射出装置１０を移動させて、保持炉３０から出して、浸漬を停止する（給湯射出装置浸漬停止ステップＳＴ４）。続いて、ロボットアーム２０によって、給湯射出装置１０が所定の方向に向くよう給湯射出装置１０の姿勢を変更する（給湯射出装置姿勢変更ステップＳＴ５）。給湯射出装置１０が向く方向は、図６に示す金型４０のキャビティＣ１のゲートＧ１であるとよい。

続いて、図６に示すように、ロボットアーム２０によって、給湯射出装置１０を金型４０近傍に移動させる（給湯射出装置移動ステップＳＴ６）。続いて、筒状容器１の開口部１ａを金型４０のキャビティＣ１のゲートＧ１に配置する（給湯射出装置配置ステップＳＴ７）。筒状容器１の開口部１ａと、金型４０のキャビティＣ１のゲートＧ１とは、接触する。

続いて、図７に示すように、プランジャロッド５０を移動させ、内側プランジャチップ２に接近させ（プランジャロッド移動ステップＳＴ８）、プランジャロッド５０の先端部５０ａと内側プランジャチップ２の後端部２ｂとを機械的に接続する（プランジャロッド接続ステップＳＴ９）。先端部５０ａは、例えば、後端部２ｂに押し当たることによって後端部２ｂから反力を受けると、後端部２ｂを把持する、又は嵌め合う構成を有するとよい。先端部５０ａは、例えば、プランジャロッド５０の軸に関して直交する平面（ここでは、ＹＺ平面）上において、プランジャロッド５０の軸を中心とする円以外の形状、具体的には、マイナス状に延びた形状、舌状、棒状を有するとよい。

続いて、図８に示すように、内側プランジャチップ２の先端部２ａを筒状容器１の後端部１ｃ側へ移させて、外側プランジャチップ３と機械的に接続する（内側プランジャチップ後退ステップＳＴ１０）。具体的には、内側プランジャチップ２、及び外側プランジャチップ３の表面形状が、筒状容器１の内壁面に倣うように内側プランジャチップ２を後退させるとよい。または、内側プランジャチップ２の先端部２ａが外側プランジャチップ３の外側プランジャチップ本体３ａの先端と筒状容器１の軸方向（ここでは、Ｘ軸方向）において同じ位置になるまで、内側プランジャチップ２を後退させるとよい。なお、内側プランジャチップ２を後退させると、筒状容器１の開口部１ａと、金型４０のキャビティＣ１のゲートＧ１とは、溶湯Ｍ１が流通可能に接続される。内側プランジャチップ２を後退させた後、図８及び図９に示すように、例えば、プランジャロッド５０の軸を回転させて、先端部５０ａとロッド３ｂとを、プランジャロッド５０の軸に関して直交する平面（ここでは、ＹＺ平面）上において重複することによって、プランジャロッド５０と外側プランジャチップ３と機械的に接続する。

続いて、外側プランジャチップ３を内側プランジャチップ２とともにゲートＧ１側へ移動させ、溶湯Ｍ１をゲートＧ１を介してキャビティＣ１内に射出充填する（射出充填ステップＳＴ１１）。内側プランジャチップ２、及び外側プランジャチップ３の表面形状が、筒状容器１の内壁面に倣うようにした場合、溶湯Ｍ１の全てをキャビティＣ１内に射出充填しえてよい。溶湯Ｍ１の射出充填後、溶湯Ｍ１を凝固させ、鋳造製品を形成することができる。溶湯Ｍ１を凝固させつつ、適宜、溶湯Ｍ１に所定の圧力を伝達してもよい。その後、金型４０の固定型４１から可動型４２を離隔させて、鋳造製品を固定型４１から取り外して取得することができる。

以上より、上記した実施の形態１に係る給湯射出方法によれば、溶湯Ｍ１を筒状容器１の内側空間Ｒ１内に吸い上げた後、筒状容器１の開口部１ａを閉塞して筒状容器１の内側空間Ｒ１内に保持する。そのため、筒状容器１をどの方向に向けても溶湯Ｍ１が筒状容器１の内側空間Ｒ１内に留まるため、こぼれ難い。これによって、スリーブ充填率の低下を抑制し、溶湯の温度の低下を抑制する。そのため、ダイカスト品等の鋳造製品の品質の低下を抑制する。

また、内側プランジャチップ２が筒状容器１の後端部１ｃ側へ移動し、負圧を解いても、筒状容器１の開口部１ａがキャビティＣ１のゲートＧ１に配置されているから、溶湯Ｍ１がこぼれ難い。すなわち、溶湯Ｍ１がこぼれるおそれを抑制することができる。

また、溶湯Ｍ１の液中に筒状容器１の先端を浸漬して、溶湯Ｍ１を吸い上げるため、空気等の気体と触れる溶湯の表面積が小さい。よって、溶湯Ｍ１は酸化し難いので、溶湯品質を高く保つことができる。よって、鋳造圧力が低くても、同様の品質を有する鋳造製品を製造することができる。すなわち、給湯射出装置１０を、鋳造圧力の低い鋳造機に適用しても、良好な品質を有する鋳造製品を製造することができて、好ましい。

また、上記した実施の形態１に係る給湯射出方法によれば、溶湯Ｍ１を保持炉３０から吸引し、金型４０のキャビティＣ１内へ射出充填するため、スリーブやラドルが不要である。従って、ダイカストマシン等の鋳造機の部品の構成数を低減することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。また、本発明は、上記実施の形態やその一例を適宜組み合わせて実施してもよい。

１０ 給湯射出装置
１ 筒状容器
１ａ 開口部 １ｂ 筒状部
１ｃ 後端部
２３ プランジャチップ
２ 内側プランジャチップ
２ａ 先端部 ２ｂ 後端部
３ 外側プランジャチップ
３ａ 外側プランジャチップ本体 ３ｂ ロッド
４ 負圧発生装置 ４ａ 管
５ 移動装置
２０ ロボットアーム
２０ａ 本体 ２０ｂ アーム
２０ｃ ハンド ２１ａ、２１ｂ 関節
３０ 保持炉 ４０ 金型
５０ プランジャロッド ５０ａ 先端部
Ｃ１ キャビティ Ｇ１ ゲート
Ｍ１ 溶湯 Ｒ１ 内側空間
ＳＴ１ 筒状容器浸漬ステップ ＳＴ２ 溶湯吸引ステップ
ＳＴ３ 筒状容器閉塞ステップ ＳＴ４ 給湯射出装置浸漬停止ステップ
ＳＴ５ 給湯射出装置姿勢変更ステップ ＳＴ６ 給湯射出装置移動ステップ
ＳＴ７ 給湯射出装置配置ステップ ＳＴ８ プランジャロッド移動ステップ
ＳＴ９ プランジャロッド接続ステップ
ＳＴ１０ 内側プランジャチップ後退ステップ
ＳＴ１１ 射出充填ステップ

Claims (2)

1. 筒状容器と、
   前記筒状容器内に摺動可能に配置された、環状である外側プランジャチップと、
   前記外側プランジャチップの内側に摺動可能に配置された内側プランジャチップと、
   前記筒状容器内に負圧を発生させる負圧発生装置とを用いて、
   溶湯を保持炉から吸引し、金型のキャビティ内へ射出充填する給湯射出方法において、
   前記筒状容器の先端の開口部を前記溶湯に浸漬させたまま、前記負圧発生装置により前記筒状容器内に負圧を発生させ、前記溶湯を前記保持炉から前記筒状容器内に吸引させるステップと、
   前記内側プランジャチップを前記筒状容器の先端側へ移動させて前記筒状容器の前記開口部を塞いで負圧を保ったまま、前記筒状容器の軸が水平方向に延びるように、前記筒状容器の前記開口部を前記キャビティのゲートに配置するステップと、
   前記内側プランジャチップ、及び前記外側プランジャチップの表面形状が、前記筒状容器の内壁面に倣うように前記内側プランジャチップを前記筒状容器の後端側へ移動させ、前記負圧を解いた後、前記外側プランジャチップを前記内側プランジャチップとともに前記筒状容器の先端側に移動させ、前記溶湯を前記ゲートを介して前記キャビティ内に射出充填するステップと、を備える、
   給湯射出方法。
2. 溶湯を保持炉から吸引し、金型のキャビティ内へ射出充填する給湯射出装置であって、
   先端に開口部を備え、かつ、内部に前記溶湯を保持可能な筒状容器と、
   前記筒状容器内に摺動可能に配置された、環状である外側プランジャチップと、
   前記外側プランジャチップの内側に摺動可能に配置された内側プランジャチップと、
   前記外側プランジャチップ及び前記内側プランジャチップを独立して往復移動させる移動装置と、
   前記筒状容器内に負圧を発生させる負圧発生装置と、を備え、
   前記内側プランジャチップは、前記負圧発生装置が前記筒状容器内に負圧を発生させて前記筒状容器の内部に前記溶湯を吸引した後、前記筒状容器の先端側に移動して、前記筒状容器の前記開口部を閉塞することによって、前記負圧を保ち、
   前記負圧を保ったまま、前記筒状容器の軸が水平方向に延びるように、前記筒状容器の前記開口部が前記キャビティのゲートに配置され、
   前記内側プランジャチップ、及び前記外側プランジャチップの表面形状が、前記筒状容器の内壁面に倣うように前記内側プランジャチップが前記筒状容器の後端側へ移動し、前記負圧が解かれた場合、前記外側プランジャチップは、前記内側プランジャチップとともに、前記筒状容器の先端側に移動することによって、前記溶湯を前記金型の前記キャビティ内へ射出充填する、
   給湯射出装置。

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