(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３００℃における熱伝導率が２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の合金鋼で構成された射出スリーブを使用し、鋳造の際、射出スリーブの内周面の溶湯供給直前の温度を１５０℃以上５００℃以下に維持するダイカストマシンによる鋳造方法であって、
前記射出スリーブは、Ｃ：０．１ｗｔ％以下、Ｓｉ：２ｗｔ％以上６ｗｔ％以下、Ｍｎ：３ｗｔ％以下、Ｎｉ：４ｗｔ％以上９ｗｔ％以下、Ｃｒ：８ｗｔ％以上１８ｗｔ％以下、Ｍｏ：２ｗｔ％以下、Ｃｕ：０．２ｗｔ％以上４ｗｔ％以下、Ｎｂ＋Ａｌ：０．１ｗｔ％以上２ｗｔ％以下、残部が実質的にＦｅからなる高珪素ステンレス鋼で構成されていることを特徴とするダイカストマシンによる鋳造方法。
【請求項２】
３００℃における熱伝導率が２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の合金鋼で形成された射出スリーブと、この射出スリーブを外周面から加熱する加熱手段とを備えたダイカストマシンであって、
前記射出スリーブは、Ｃ：０．１ｗｔ％以下、Ｓｉ：２ｗｔ％以上６ｗｔ％以下、Ｍｎ：３ｗｔ％以下、Ｎｉ：４ｗｔ％以上９ｗｔ％以下、Ｃｒ：８ｗｔ％以上１８ｗｔ％以下、Ｍｏ：２ｗｔ％以下、Ｃｕ：０．２ｗｔ％以上４ｗｔ％以下、Ｎｂ＋Ａｌ：０．１ｗｔ％以上２ｗｔ％以下、残部が実質的にＦｅからなる高珪素ステンレス鋼で構成されていることを特徴とするダイカストマシン。
【請求項３】
前記加熱手段は、前記射出スリーブの外周面を軸方向の一部または全長において覆う外筒と、前記射出スリーブと前記外筒との境界部分に設けられた熱媒体が流れる流路とから形成されていることを特徴とする請求項２に記載のダイカストマシン。
【請求項４】
前記射出スリーブは、母材部分の硬度が４５（ＨＲＣ）以上であり、表層部に窒化処理層が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のダイカストマシン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイカストマシンによる鋳造方法、及びそれに使用されるダイカストマシンの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム合金またはマグネシウム合金などの鋳造に使用されるダイカストマシンにおいて、溶湯受けと加圧シリンダとを兼ねる射出スリーブには、従来よりＳＫＤ６１などの合金工具鋼が使用されている。ＳＫＤ６１は熱伝導率が２９Ｗ／（ｍ・ｋ）と比較的高いので、金属の溶湯が射出ユニット内に供給された後、短時間で冷却され、特に、射出スリーブに接する部分で溶湯の凝固が始まる。そのため、射出スリーブから金型内に注入された時、溶湯が直ちに凝固し、湯まわり不良、湯境いなどが発生すると言う問題が生じていた。特に、溶湯量の少ない薄肉製品を製造する場合には、湯まわり不良、湯境い、充填不良などの鋳造欠陥が多数発生する傾向にあった。
【０００３】
これらの問題を解決するために開発されたのが、鋼製あるいは金属製の外筒の中にセラミックス製の内筒を嵌め込んだ複合構造からなる射出スリーブである（特開平２−１７９３４６号公報、特開平５−０３８５６３号公報など）。これらセラミックス製の内筒は、熱伝導率が低いので（例えば、２０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、射出スリーブ内に供給された溶湯に対する保温性に優れ、上記のような問題が発生しにくい。従って、ダイカスト製品の不良率を低減することができる。更に、セラミックス製の内筒は、溶融アルミニウムに対する耐腐食性に優れているので、溶湯落下部において溶損が生じないという利点を備えている。しかし、熱伝導率が低いという性質のため、溶湯の供給時にセラミックス製の内筒に大きな熱応力が発生し、それによって瞬時に破壊することがあると言う問題があった。
【０００４】
これらの点を改善するため、セラミックス製の内筒と金属製の外筒との間に応力緩和層を設けるなどの対策（特開平５−０５０２０４号公報）が試みられているが、十分な効果を得るまでには至っていない。これらは、熱伝導率が低く、靭性に乏しく、且つ強度に対する信頼性が低いというセラミックス自体の性質に起因する結果であり、現状では解決が難しいと考えられる。
【０００５】
セラミックス製の内筒を用いた射出スリーブのもう一つの欠点は、切削加工が難しく、加工能率が低い研削加工に頼らざるを得ない点にあり、このことが射出スリーブの製作コストを引き上げる要因となっている。
【０００６】
以上の様な問題を解決するため、従来の合金工具鋼ＳＫＤ６１製の射出スリーブを使用し、射出スリーブ内への溶湯の供給に先立って射出スリーブを外周側からバーナで加熱する方法が試みられている。しかし、ＳＫＤ６１は熱伝導性が高いので放熱量が大きく、十分な保温効果が得られず、鋳造不良の改善には限界があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような従来のダイカストマシンにおける鋳造方法の問題点に鑑み成されたもので、本発明の目的は、ダイカストマシンにおいて、射出スリーブ内で溶湯が急冷される現象を防止することによって、ダイカスト製品の鋳造欠陥の減少を図ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のダイカストマシンによる鋳造方法は、３００℃における熱伝導率が２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の合金鋼で構成された射出スリーブを使用し、鋳造の際、射出スリーブの内周面の溶湯供給直前の温度を１５０℃以上５００℃以下に維持することを特徴とする。
【０００９】
本発明のダイカストマシンによる鋳造方法によれば、射出スリーブを、比較的熱伝導率が低い合金鋼で構成することによって、金属溶湯に対する保温性を高めることができる。しかしながら、射出スリーブ自身の保温性のみでは、薄肉で（例えば、肉厚１ｍｍ以下）、大面積の製品を鋳造することは困難である。このため、本発明による鋳造方法では、鋳造の際、上記の射出スリーブを外周面から加熱することによって、その温度を上記温度範囲に維持する。
【００１０】
なお、上記温度が１５０℃より低いと、加熱の効果が現れず、温度は高い方が製品の良品率は高くなるが、５００℃より高くなると、射出スリーブの表面硬度が著しく低下してカジリを生じ易くなるとともに、溶湯落下部の溶損が大きくなるため、スリーブ内周面の溶湯供給直前の温度は、上記のように１５０℃以上５００℃以下、好ましくは２００℃ないし３００℃の範囲に推持する。
【００１１】
これによって、金属の溶湯が射出スリーブ内で急速に冷却される現象を防止し、金型内に注入された後に直ちに凝固を始めることを防止することができる。この結果、ダイカスト製品の鋳造欠陥の発生を抑えることができる。
【００１２】
好ましくは、前記射出スリーブを、Ｃ：０．１ｗｔ％以下、Ｓｉ：２ｗｔ％以上６ｗｔ％以下、Ｍｎ：３ｗｔ％以下、Ｎｉ：４ｗｔ％以上９ｗｔ％以下、Ｃｒ：８ｗｔ％以上１８ｗｔ％以下、Ｍｏ：２ｗｔ％以下、Ｃｕ：０．２ｗｔ％以上４ｗｔ％以下、Ｎｂ＋Ａｌ：０．１ｗｔ％以上２ｗｔ％以下、残部が実質的にＦｅからなる高珪素ステンレス鋼で構成する。
【００１３】
上記の高珪素ステンレス鋼は、３００℃における熱伝導率が１７Ｗ／（ｍ・Ｋ）と比較的低く、金属溶湯に対する保温性に優れている。これに加えて、耐摩耗性及び耐ヒートクラック性にも優れているので、射出スリーブの寿命を延長させる効果を備えている。
【００１４】
あるいは、前記射出スリーブを、Ｃ：０．１ｗｔ％以下、Ｓｉ：１ｗｔ％以下、Ｍｎ：１ｗｔ％以下、Ｎｉ：２ｗｔ％以上８ｗｔ％以下、Ｃｒ：１４ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下、Ｃｕ：６ｗｔ％以下、Ｎｂ＋Ａｌ：０．１ｗｔ％以上２ｗｔ％以下、残部が実質的にＦｅからなる析出硬化系ステンレス鋼で構成する。
【００１５】
上記の析出硬化系ステンレス鋼も、３００℃における熱伝導率が比較的低く、金属溶湯に対する保温性に優れている。これに加えて、先の高珪素ステンレス鋼と同様に、耐摩耗性及び耐ヒートクラック性に優れているので、射出スリーブの寿命を延長させる効果を備えている。
【００１６】
また、本発明によるダイカストマシンは、３００℃における熱伝導率が２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の合金鋼で形成された射出スリーブと、この射出スリーブを外周面から加熱する加熱手段とを備えたことを特徴としている。
【００１７】
このダイカストマシンは、３００℃における熱伝導率が２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の合金鋼で形成された射出スリーブを、その外周面から加熱する加熱手段により加熱して、前記射出スリーブの内周面の溶湯供給直前の温度を１５０℃以上５００℃以下のような所定の温度に加熱する。
【００１８】
上記加熱手段としては、ガスバーナ、電気ヒータ、赤外線ランプなどを使用することができる。また、上記加熱手段としては、前記射出スリーブの外周面を軸方向の一部または全長において覆う外筒と、前記射出スリーブと前記外筒との境界部分に設けられた熱媒体が流れる流路とから形成してもよい。
【００１９】
さらにまた、射出スリーブは、上記の高珪素ステンレス鋼または析出硬化系ステンレス鋼で構成することが好ましく、高珪素ステンレス鋼の場合には、母材部分の硬度が４５（ＨＲＣ）以上であり、表層部に室化処理層が形成され、また、折出硬化系ステンレス鋼の場合には、母材部分の硬度が４２（ＨＲＣ）以上であり、表層部に窒化処理層が形成されていることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（例１）
図１は、本発明によるダイカストマシンの一実施の形態の要部概要を示すもので、１０は固定タイプレート、１１は移動タイプレート、１２は固定金型、１３は移動金型、１４は射出スリーブ、１５はブッシュ、１６はプランジャチップである。これらは、射出スリーブ１４が次に述べるように形成されている他は、公知のものと同様であるため、詳述は避ける。
【００２１】
射出スリーブ１４の下方には、加熱手段としてのガスバーナ１７が配置され、射出スリーブ１４の下方の外周面を加熱するようになっている。なお、このガスバーナ１７に代えて射出スリーブ１４の外周面に巻き付けられる電気ヒータや、射出スリーブ１４の外周面に向けて赤外線を照射する赤外線ランプなどを使用することができる。
【００２２】
射出スリーブ１４は、下記の条件で製作した。なお、射出スリーブの材料として、Ｃ：０．０１ｗｔ％、Ｓｉ：４．２ｗｔ％、Ｍｎ：０．８ｗｔ、Ｎｉ：６．１ｗｔ％、Ｃｒ：１１．８ｗｔ％、Ｍｏ：０．６１ｗｔ％、Ｃｕ：３ｗｔ％、Ｎｂ：１ｗｔ％、残部が実質的にＦｅからなる高珪素ステンレス鋼を用いた。
【００２３】
（イ）上記の高珪素ステンレス鋼の材料を、機械加工によって図１に示す形に加工した。
【００２４】
（ロ）この機械加工品に、５３０℃で５０時間、ガス窒化を施した。この条件でガス窒化処理を施すことによって、同時に母材部分にも時効硬化処理が施されることになる。この結果、母材部分の硬度は４８（ＨＲＣ）以上、表面の硬度は６０（ＨＲＣ）以上に増大する。
【００２５】
（ハ）射出スリーブの内周面その他の必要部分を研削加工によって所定の寸法に仕上げ、射出スリーブ１４を完成させた。
【００２６】
（例２）
図２は、本発明によるダイカストマシンの他の実施の形態を示すもので、射出スリーブ１４の外周面に加熱手段を構成する外筒１８を設けたものである。この射出スリーブ１４及び外筒１８を、下記の条件で製作した。
【００２７】
（イ）例１に示したものと同一の工程で射出スリーブ１４を製作した。
【００２８】
（ロ）機械構造用炭素鋼（Ｓ４８Ｃ）を用いて、機械加工によって、内径１００ｍｍ、外径１３５ｍｍ、長さ１２０ｍｍの円筒状部材を製作した。
【００２９】
（ハ）この円筒状部材の内周面に、深さ５ｍｍ、巾８ｍｍ、ピッチ２０ｍｍの螺旋状の溝１９を加工することによって、外筒１８を製作した。
【００３０】
（ニ）図２に示す様に、射出スリーブ１４の外側に焼き嵌めによって外筒１８を取り付けた。
【００３１】
（ハ）外筒１８の端部において、外筒１８と射出スリーブ１４の間を溶接によって塞いだ。
【００３２】
（鋳造試験結果）
上記の例１及び例２に示したダイカストマシンを使用して、本発明の鋳造方法によりマグネシウム合金を用いて、Ａ５サイズのパーソナルコンピュータのケース（肉圧１ｍｍ）の鋳造試験を行った。また、比較のため、従来の合金工具鋼（ＳＫＤ６１）製の射出スリーブを使用して同様の鋳造試験を行った。
【００３３】
なお、例１（図１）に示した単層構造の射出スリーブ１４及び従来の合金工具鋼（ＳＫＤ６１）製の射出スリーブについては、鋳造の際、プロパンガスのガスバーナ１７を用いて、スリーブの内周面の溶湯供給直前の温度を２００〜３００℃にするようにした。一方、例２（図２）に示した二重構造の射出スリーブ１４については、鋳造の際、外筒１８の内周面の溝１９と射出スリーブ１４の外周面の間に形成された螺旋状の流路２０に、２５０℃の加熱油を流して射出スリーブ１４の温度をコントロールした。
【００３４】
なお、マグネシウム合金の種類はＡＺ９１Ｄ、射出スリーブ内に供給する前の溶湯温度は７００℃、射出速度は５ｍ／ｓｅｃ、製造された鋳造品の個数は各１５０個であった。鋳造試験の結果を表１に示す。
【００３５】
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表１に示す様に、本発明による鋳造方法によれば、ダイカスト製品の良品率を大幅に向上させることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のダイカストマシンによる鋳造方法によれば、射出スリーブを比較的熱伝導率が低い合金鋼で構成するとともに、鋳造の際、射出スリーブを加熱することにより、溶湯が射出スリーブ内で急速に冷却される現象を防止し、これによって、金型内に注入された後に溶湯が直ちに凝固し始めることを防止することができる。この結果、鋳造欠陥の発生率を減らすことができる。
【００３７】
また、加熱手段を、射出スリーブの外周面を軸方向の一部または全長において覆う外筒と、射出スリーブと外筒との境界部分に設けられた熱媒体が流れる流路とから形成し、鋳造の際、この流路内に所定温度に制御した熱媒体を流して射出スリーブを加熱するようにすれば、射出スリーブを精度良く且つ均一に加熱することが可能になる。これによって、鋳造欠陥の発生率をより減少させることができる。
【００３８】
なお、前述した加熱手段とともに冷却手段を並設して、射出スリーブの内周面の温度をより確実に所定温度にコントロールすれば、より好ましい結果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のダイカストマシンによる鋳造方法に使用されるダイカストマシンの要部の一例を示す概要図。
【図２】本発明のダイカストマシンによる鋳造方法に使用される射出スリーブ及び加熱手段の他の例を示す図。
【符号の説明】
１０・・・固定ダイプレート、
１１・・・移動ダイプレート、
１２・・・固定金型、
１３・・・移動金型、
１４・・・射出スリーブ、
１６・・・プランジャチップ、
１７・・・ガスバーナ（加熱手段）、
１８・・・外筒、
１９・・・溝、
２０・・・熱媒体の流路。
【図１】
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【図２】
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