(57)【要約】      （修正有）【課題】計量性・安定性にすぐれ、炉の界面より下部にある酸化膜を含まない、きれいで、温度の低下が少なく、空気の巻き込みが少ない溶湯をコールドチャンバーダイカスト機の射出スリーブに供給する。【解決手段】加熱源を備えた保持炉内の鍋２の底部または側部に貫通穴を設け、鍋２の外部から貫通穴に連通するように溶湯流路管３を取り付け、溶湯流路管の鍋と反対方向の端部には、溶湯流路を自動的に開閉する駆動源を備えた開閉バルブ５を連結し、開閉バルブの溶湯の出湯側は、コールドの射出スリーブ１０２の給湯口に給湯可能にして、開閉バルブを開くと溶湯がコールドの射出スリーブの給湯口から給湯され、閉じると給湯を完了できるようにした自動給湯装置である。さらに、給湯装置全体を上下動させることが可能な駆動源により、給湯を射出スリーブ内で行い、周辺にこぼれたり、飛び散ったりしない静かな給湯と酸化や空気の巻き込みの少ない給湯が可能となる【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱源を備えた保持炉に収納された金属溶湯を保持する鍋の底部または側部に貫通穴を設け、該鍋の外部に貫通穴と連通する溶湯流路であり溶湯貯留部をなす溶湯流通管を締結し、該溶湯流通管の先端部は溶湯流路を自動的に開閉する駆動源を備えた開閉バルブに連結し、該開閉バルブの下向きの先端部の出湯口あるいは開閉バルブに取り付けられた給湯管の出湯口が、コールドチャンバーダイカスト機の射出スリーブに設けられている給湯口に給湯可能な位置に設置できるようにして、開閉バルブを開くと溶湯貯留部の溶湯が自動的にコールドチャンバーダイカスト機の射出スリーブに給湯可能としたことを特徴とするコールドチャンバーダイカスト機の自動給湯装置。
【請求項２】
請求項１項記載の自動給湯装置において、自動給湯装置全体を上下動する駆動源を備え、給湯時は、自動給湯装置全体が前記駆動源によって下降して出湯口が射出スリーブの給湯口から入って射出スリーブ内の内径内の位置で給湯可能とし、給湯が完了しダイカスト成形前に、自動給湯装置全体が射出プランジャに干渉しない位置まで前記駆動源によって上昇可能としたことを特徴とするコールドチャンバーダイカスト機の自動給湯装置。
【請求項３】
請求項１項および２項記載の自動給湯装置において、開閉バルブの駆動源をサーボモータ、ステッピングモータ、パルスモータなどの電動モータとし、開閉バルブの開度または開閉速度、開閉時間を制御することで給湯量を調整可能としたことを特徴とするコールドチャンバーダイカスト機の自動給湯装置。
【請求項４】
請求項１〜３項記載の自動給湯装置において、アルミニウムおよびアルミニウム合金の給湯装置として用いる場合は、溶湯流通管、開閉バルブ、バルブピストンなどの溶湯と接する部材をチッ化珪素、サイアロン、ジルコニア、炭化珪素、二ホウ化チタンなどのセラミックスで構成し、マグネシウム合金の給湯装置として用いる場合は、鉄系金属材料で構成することを特徴とするコールドチャンバーダイカスト機の自動給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、アルミニウムやアルミニウム合金あるいはマグネシウム合金のダイカスト成形に用いるコールドチャンバーダイカスト機に、溶湯を供給する自動給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  アルミニウムやアルミニウム合金（以下、アルミと略記する）のダイカストには、主として図６に示すようなコールドチャンバー型ダイカスト機（以下コールドと略記する）が使われ、マグネシウム合金（以下マグネと略記する）のダイカストには、図７に示すようなホットチャンバー型ダイカスト機（以下ホットと略記する）と呼ばれる装置が主として使われている。【０００３】  コールドは、図６において、図示しない溶湯保持炉からラドル１０１で汲み上げた溶湯Ｍを射出スリーブ１０２の給湯口１１１に矢印のように供給し、射出プランジャ１０３の前進により金型１０４のキャビティ１０４ａに溶湯Ｍが充填され成形品を得る方法であるが、溶湯保持炉の界面部にある酸化膜を一緒に汲み上げるため酸化膜が混在した溶湯Ｍを使用することや、搬送中に酸化が進行したり、溶湯の搬送中に温度低下がある上、射出スリーブ１０２に溶湯が接した時に部分的に冷却され固液共存状態の溶湯を使用しなければならないため少し温度の低下した状態の溶湯を使うなど、好ましい状態の溶湯Ｍを使っているとは言い難い状態の溶湯を使って成形している。また、少し温度の低下した溶湯Ｍを使うことからホットに比べ射出圧を高くしなければ充填できないことから、ホットの成形品の投影面積と同じ投影面積の成形品を成形するには大きな型締力が必要となり大型ダイカスト機を使わなければならなかったり、機械全体の剛性を高くしなければならなくなるなどの課題があった。【０００４】  一方、ホットは図７に示すように、図示しない保持炉の鍋１０５内の溶湯Ｍは、シリンダ１０７の溶湯供給穴１０９からグースネック１０６に自動的に供給され、射出プランジャ１１０が下降すると溶湯流路１０６ａ、ノズル１０８を通って金型１０４のキャビティ１０４ａに充填されるというものであるが、溶湯が自動的に供給され、計量性が良く、保持炉の溶湯界面より下位にある酸化膜などを含まないきれいな溶湯を供給でき、温度低下も少ないので、生産性が高く、品質が安定し、歩留まりが高く射出圧もコールドより低くできるという特徴がある。
また、温度低下が少ないので、溶湯の流動性をキープできることなどのことから、シリコンを多く含まず温度が低下すると流動性が悪くなる、放熱部品やカラーアルマイトが可能なアルミ合金や純アルミが成形できるという特徴もある。【０００５】  このように、ホットで成形した方が成形品に良品が得られることがわかっているにもかかわらず、主としてアルミにはコールドが使われマグネはホットが使われている理由は、アルミが多くの金属材料を侵食するという特異な性質を有し、アルミ溶湯に接触する構造部材に金属材料を用いた場合、構造部材が侵食されて比較的短期間に機能を果たさなくなり短寿命であるばかりでなく、侵食した金属成分が製品に混入するため成形品の品質にも悪影響がでたりするためである。さらに、侵食の影響で構造部材の劣化が進み安全上も好ましくないなどのことが問題となって、アルミのホット化が進んでいないのが現状である。【０００６】  一方、アルミに対して、マグネはホットを構成する構造材料に金属材料すなわち耐熱鉄系金属材料が使用できる点がアルミと大きく異なるためマグネのホットは工業的に成立している。なお、マグネもコールドで一部成形している例はあるが、マグネ溶湯は空気に触れると燃え易いという性質があるため、自動給湯装置による運搬中あるいは射出スリーブの溶湯注湯口に溶湯を供給する時に、酸化して一部が燃えて成形品の品質に悪影響を与えるなどのこともあるため主としてホットが使われていることも理由の一つである。【０００７】  しかし、ホットで大型の成形品を成形するのは限界があり、大型の成形品の場合はマグネもコールドで成形する場合があるが、給湯装置の問題があるのであまり行われていないのが現状である。また、ダイカストは、アルミが主体で行われて来たため、ダイカスト装置としてはコールドの方が圧倒的に普及しているため、普及しているコールドを使ってマグネが成形できるようになるような優れたコールド用の自動給湯装置が望まれている。【０００８】  従来、ダイカスト機への溶湯の供給は、ホットの場合は、溶湯が自動的に供給されるため、溶湯の供給装置は不要であるが、コールドにおける給湯は、人手によって柄杓により溶湯を汲み上げ、図６の射出スリーブ１０２に設けた給湯口１１１に供給することも行われていたが、給湯量が安定しない、酸化膜を一緒に汲み上げる、運搬中に溶湯温度が低下するなどの問題があるばかりでなく、危険であり、生産性も低いなどの問題があった。【０００９】  以上のようなことから、近年、コールドにおける自動給湯装置が進歩し、種々の方式が実用化されている。例えば、図８に示すような自動給湯装置３００が最も普及していて、溶湯Ｍを汲みとるラドル１０１を備えた産業ロボット的なリンクアーム式の装置などが、保持炉の鍋１０５と射出スリーブ１０２の間を機械的に往復動し、鍋１０５で溶湯Ｍを汲み上げ、射出スリーブ１０２の給湯口１１１に給湯するようにした方式がある。しかし、この方式は、ラドル１０１で溶湯Ｍを汲みあげる際、炉表面の酸化膜などのスラッジが一緒に混ざって汲み上げられ成形品中に入ることや、ラドル１０１で運搬中に溶湯Ｍが酸化したり、温度低下がある。少し冷えた射出スリーブ１０２に溶湯Ｍを供給す��ことから、微妙に固液共存状態に近いような状態の溶湯Ｍで成形するため、成形品の品質に微妙な悪影響が出るなどの問題があった。【００１０】  また、図示しないが、保持炉の溶湯上面を空気などのガスを用いて加圧することで、溶湯Ｍを図６で示した射出スリーブ１０２に給湯するガス加圧方式が知られている。
この方式は、ガスの圧力、加圧時間、溶湯温度、湯面レベルなどによって給湯量を調整するが、計量性に劣るなどの問題があり、計量性が悪いと、湯回り不良の問題を起こしたり、ビスケットと呼ばれる、成形品外の押し湯部分の厚さのバラツキが出て、無駄が多いという問題があった。【００１１】  さらに、図９に示すような電磁力を利用した電磁ポンプ式の給湯装置４００などが知られているが、電磁ポンプ式給湯装置４００は、溶湯界面下の溶湯を汲み上げるので表面の酸化物などを巻き込むことは無いということと、印加電圧を変えることで流量を変えることができるというメリットがあるものの、計量性は高くなく安定性に欠けるという課題があった。【００１２】  また、マグネの場合は、図１０に示すような溶湯内に浸漬されたプロペラ５０１を回転させ、樋５０２を介して射出スリーブ１０１に供給するなどのプロペラ式給湯装置５００が知られているが、この方式は、簡便で、溶湯温度、プロペラの回転速度、時間などにより計量するものの、溶湯量の正確なコントロールが難しいという課題があった。【００１３】  このように、アルミとマグネで使用する自動給湯装置に相違があるのは前述したようなそれぞれが有する特異な性質によるものであるが、アルミもマグネも前述したような課題があり、すぐれた自動給湯装置が望まれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】  本発明は、従来のコールド用各種自動溶湯供給装置が有する種々の課題を克服する新しいコールド用自動給湯装置を提供するものである。
特に、安定した精度の高い計量性をもって、保持炉内の界面より下にある酸化されていないきれいな溶湯を、温度の低下が少なく安定した温度で、空気との接触が極力無い状態で、空気の巻き込みが少なく、少量から大容量まで供給できるようにし、小型機にも大型機にも使えるようにするものである。さらに、メンテナンス性に優れた構成とすることが解決しようとする課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】  本発明は、上述の課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明は、ガスバーナや電熱ヒータなどの加熱源を備えた保持炉に、アルミまたはマグネの金属溶湯を蓄える鍋が有り、鍋の底部または側部に貫通穴を設け、貫通穴の外部から貫通穴に連通するように溶湯流路と溶湯貯留部を兼ねた溶湯流路管を取り付け、溶湯流路管の鍋と反対方向の端部には、溶湯流路を自動的に開閉する駆動源を備えた開閉バルブを連結し、開閉バルブの溶湯の出湯側は、コールドの射出スリーブの給湯口に給湯可能にして、開閉バルブを開くと溶湯がコールドの射出スリーブの給湯口から給湯され、閉じると給湯を完了できるようにした自動給湯装置である。【００１６】  第２の発明は、第１の発明において、給湯装置全体を上下動可能な駆動源を備え、給湯時は、給湯装置全体を下降させ、出湯口がコールドの射出スリーブの給湯口を通って射出スリーブ内で給湯可能とし、給湯が完了し、そのまま射出成形すると射出プランジャが前進してきて出湯口を破壊してしまうので、射出プランジャの前進に支障をきたさない位置まで給湯装置全体を上昇させるようにし、次の給湯時は再び下降するようにして、これを繰り返すことで連続的に給湯可能にしたものである。【００１７】  第３の発明は、第１および第２の発明において、開閉バルブの開度と開閉速度、開閉時間などで、給湯量を正確にコントロールするため、開閉バルブの駆動源にサーボモータ、ステッピングモータ、パルスモータなどの電動モータを用いるものである。【００１８】  第４の発明は、アルミの溶湯の自動給湯装置として用いる場合は、溶湯流路管および開閉バルブなどの溶湯と接する部材をチッ化珪素、サイアロン、ジルコニアなどのセラミックスで構成し、マグネシウム合金の給湯装置の場合は、鉄系金属材料で構成するようにしたものである。
【本発明を実施するための形態】
【００１９】  図１により本発明の第１の発明を実施例１として説明する。１は図示しない加熱源を有する保持炉で、２は金属の溶湯Ｍを蓄える鍋である。鍋２の底部には貫通している穴が開いていて、貫通穴に連通し、貫通穴から溶湯Ｍが漏れないように塞ぐ役目も兼ねる溶湯流通管３が鍋２にねじなどで締結されるように取り付けられている。溶湯流通管３は、フランジ部４と下向きの管部１１と下向きの管部１１が水平方向に曲げられた水平方向の管部１２と水平方向の管部１２につながるフランジ部１３から成っていて、フランジ部１３は、油圧シリンダ６で上下動する開閉バルブ５に連結されている。油圧シリンダ６が下降し開閉バルブ５が閉じていると、溶湯連通管３内はヘッド圧により自動的に溶湯Ｍで満たされるようになっている。開閉バルブ５の溶湯連通管３と反対側の基端は下向きに流路が変更され、溶湯の出湯口８となっており、出湯口８はコールドの射出スリーブ１０２の給湯口１１１の上部になるような位置に、本発明の給湯装置全体を移動するなどの手段により設置出来るようになっている。給湯口１１１の上部で油圧シリンダ６が上昇して開閉バルブを開くと溶湯流通管３に満たされた溶湯Ｍが射出スリーブ１０２に給湯され、油圧シリンダ６が下降して開閉バルブ５を閉じると１回の給湯が完了し、これを繰り返すことで、連続的な自動給湯が可能となる。
【００２０】  給湯量は、開閉バルブ５を開いている時間の依存度が大きいが、開く開度、開閉速度などにも影響するので、これらを制御することで流量を調整することができる。
このようなシンプルな構成で、鍋２の表面部の酸化膜やスラッジを含まないきれいな溶湯で、運搬中の温度低下が無い溶湯が給湯できる。
なお、水平方向の管部１２を水平方向と説明したが、傾斜を付けると流れが良くなるので傾斜を付けるのも良い。
また、管部１２を一体の管とした例で説明したが、例えば上部を削り加工してふたをして管状としても良く、管部１２の溶湯が凝固し詰まったような場合には、ふたを取り外すことでメンテナンスが出来るようになる。また、後述するマグネの場合は、鉄系金属材料で作った管部１２の内径部に塗型材などを塗布することが出来るので、溶湯の流れが良くなるなどの効果がある。
また、図示しないが、溶湯連通管３および開閉バルブ５は、溶湯の凝固を防ぐため加熱源を備えていることが好ましい。連続運転に入ると加熱は不要になる場合もあるが、運転初期には加熱が必要であり、加熱源としてはガスバーナ、ニクロム線やカンタル線などの電熱ヒータ、赤外線ランプなどが用いられるが、限定されるものではない。
【００２１】  他の実施例を実施例２として図２により説明する。図２は鍋２の側部に溶湯連通管３を取り付けた例であり、他の構成や動作は実施例１と殆ど同じであるので説明を省略するが、溶湯流通管３は、実施例１の場合と比べ直線状にできるというメリットがある。
また、側部に設ける鍋２の貫通穴の位置については、溶湯界面から底面の間の側面であればどこでも良いが、底部に近いとメンテナンスの時に有利である。例えば正月に長期休暇があった場合、鍋２内の溶湯を抜き取って鍋２内を空にしたい場合、出湯口８の下にインゴットケースを置いて開閉バルブ５を開ければ、鍋２内の溶湯はインゴット化されるが、底面より上部に貫通穴があった場合はそのレベルまで残るので、柄杓で汲み出すなどのことをしなければならない。したがって、好ましくは底面ぎりぎりにあると底部に溶湯が殆ど残らず抜き取ることができる。
なお、溶湯を抜き取る作業については、実施例１のように底部に貫通穴を設け、溶湯流通管３の水平方向の管部１２に傾斜を付けておくと、鍋２の底部に溶湯が残らず抜き取ることができる。
また、貫通穴に溶湯流通管３を取り付ける方法について、図１では鍋２を鋳鉄で鋳造する時あるいは鉄板を用いて溶接で製作する時にフランジ１４を設け、溶湯流通管３のフランジ部４をねじなど用いて取り付けた例を示し、図２では鍋２にボスのように座１５を設けて締結するようにした例を示したが限定されるものではない。
【００２２】  次に、第２の発明の実施形態を図３により説明する。基本的な構成は実施例１、実施例２と同じであるが、鍋２を載置した架台７に油圧シリンダ９を備え、油圧シリンダ９の上下動により本発明の給湯装置全体が上下動するようになっていて、給湯時は、コールドの射出スリーブ１０２の給湯口を通って射出スリーブの内径内の位置に、開閉バルブの出湯口８が有るように本発明の給湯装置全体を下降させ、給湯が完了し、コールドの射出プランジャ１０３が前進してきてダイカスト成形時は、本発明の給湯装置全体が上昇し射出プランジャの前進を妨げないようにすることを可能としたことを特徴とするものである。
【００２３】  このように、出湯口８がコールドの射出スリーブ１０２の内径内にあると、実施例１や実施例２の場合と比べ、給湯口１１１の上部から滝のように落とさず静かな給湯ができるので空気の巻き込みが少なく、酸化も少なく、温度の低下も抑えられ、周辺にこぼれたり、飛び散ったりすることもなくなるので、良品の成形につながるという効果がある。また、溶湯を上部から落下させないので、射出スリーブへのダメージが少ないという効果もある。
【００２４】  さらに、第３の発明の実施形態を図４により説明する。給湯量は、溶湯温度や鍋２内の溶湯レベルなどにも多少影響するが、開閉バルブ５の開閉速度、開度、開いている時間、出湯口の内径などに依存する。溶湯温度、開いている時間、出湯口の内径を一定にすると、開閉バルブ５の開閉速度、開度をコントロールすれば良いことになる。実施例１では油圧シリンダを用いた例を説明したが、正確に給湯量を計量することは、成形品の安定にも関係するし、ビスケット部の無駄の排除にもなるので、開閉バルブ５の開閉時間、開閉速度、開度を正確にコントロールできる電動サーボモータ、ステッピングモータ、パルスモータなどを使うようにしたもので、電動サーボモータなどは位置の制御で開度の制御が正確で再現性があり、時間の制御もできるという特徴があるので本発明の自動給湯装置の計量性がより向上することは明らかである。
特に、図４に示すように開閉バルブ５の本体とバルブピストン１０のシール面をテーパ形状にすると、より流量の調整がやり易くなり電動モータを使用する効果がある。テーパ形状にすると、開度を正確に制御することで正確な流量制御が可能で、シール性も得易いという特徴があるが、端面でのシールでも良く限定されるものではない。
【００２５】  次に、第４の発明について説明する。アルミ溶湯は、多くの金属材料を侵食するということを前述したが、本発明の自動給湯装置をアルミの給湯装置として用いる場合は、溶湯流通管３にチッ化珪素やサイアロンなどのアルミ溶湯に侵食されないあるいは侵食されにくいセラミックスを用い、開閉バルブ５の本体およびバルブピストン１０は、アルミに対する耐食性、高温強度、耐摩耗性などを兼ね備えたサイアロン、ジルコニア、チッ化珪素、炭化珪素、２ホウ化チタンなどの高温強度、耐摩耗性に優れ、アルミ溶湯に侵食されないあるいは侵食されにくいセラミックスを用いることを提案するもので、マグネに用いる場合は、セラミックスに比べ安価な例えばＳＫＤ６１などの鉄系耐熱金属材料を用いることを提案するものである。また、マグネの場合は、バルブピストン１０に、加工精度などを緩和するためピストンリングを用いても良い。
なお、実施例１は、アルミの給湯装置であり、溶湯流通管３はチッ化珪素、開閉バルブ５の本体およびバルブピストン１０にはジルコニアを用いた。
また、鍋２は鋳鉄やＳＳ４００などで製作した鉄製の鍋であり、塗型材などを塗布して侵食を防ぐようにした。
【００２６】  以上実施形態を説明したが、開閉バルブ５は上下動でなく前後動するように取り付けても良い。また、上下や前後でなくロータリーアクチュエータなどを用いて９０度回転する方式にして、バルブピストン１０には溶湯が通る穴を設け、バルブピストン１０を回すと溶湯流路と連通したり閉じたりするようにし、開度を調整することで溶湯量を計量するようにしても良い。
なお、開閉バルブ５に出湯口８を設けた例で説明したが、図５に示すように、開閉バルブ５に別部品として給湯管１３を取り付け、給湯管１３に出湯口８を設けるようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２７】  本発明の自動給湯装置は、アルミニウム、アルミニウム合金又はマグネシウム合金のコールドチャンバー型ダイカスト装置の射出スリーブに溶湯を自動的に供給するための自動給湯装置として有用である。
【発明の効果】
【００２８】  本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明の自動溶湯給湯装置は、シンプルな構成で、空気との界面でなく溶湯を保持する鍋の溶湯界面より下部に保持している中間部の溶湯を供給するため、酸化膜などを含まず、温度の低下も少ない、いわゆる生きた溶湯を使い、計量性もバルブの開度、開閉時間などを調整可能とすることで調整できるので、成形品の品質が安定するという効果がある。特に、ピストンの上下動の駆動に電動サーボモータなどを使用し、位置制御を行うことにより開閉バルブの開度を正確に制御できるので、さらに計量性は高くなり、計量精度が安定するという効果がある。また、給湯装置全体を上下動させることが可能な駆動源を備え、出湯口を射出スリーブの給湯口を通った内径部の位置で給湯する場合は、射出スリーブの外にこぼれたり飛び散ったりせず静かな給湯が可能となり、空気の巻き込みが少なく、射出スリーブへのダメージも少なくなるので、射出スリーブの寿命の伸長にもつながるという効果がある。
【００２９】  特に、マグネ溶湯の場合は、空気と接触する機会が低減できるので酸化燃焼が大幅に減少させることができ、きれいな溶湯を使って成形できるという効果がある。さらに、マグネの場合は、アルミのダイカスト用として使用していて普及しているコールドのダイカスト機に本発明の自動給湯装置を使用することが出来るため、マグネ化の推進に大きな効果が期待できる。
【００３０】  さらに、いわゆる生きた溶湯を供給できるので、従来のコールドに比べ射出圧を低くできるため、ダイカスト装置の各種部材に対するダメージを低減でき寿命の伸長につながり、省エネ効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施例を説明する図
【図２】本発明の第２の実施例を説明する図
【図３】本発明の第３の実施例を説明する図
【図４】本発明の開閉バルブの一例を説明する図
【図５】給湯管と出湯口を説明する図
【図６】コールドチャンバー式ダイカスト装置を説明する図
【図７】ホットチャンバー式ダイカスト装置を説明する図
【図８】従来のスイングアーム式自動給湯装置を示す図
【図９】従来の電磁ポンプ式自動給湯装置を示す図
【図１０】従来のプロペラ式自動給湯装置を示す図
【符号の説明】
【００３２】１・・・・・保持炉                  ２・・・・・鍋
３・・・・・溶湯流通管              ５・・・・・開閉バルブ
６・・・・・油圧シリンダ            ８・・・・・出湯口
９・・・・・油圧シリンダ            １０・・・・バルブピストン
１０２・・・射出スリーブ            １０３・・・射出プランジャ
１１１・・・給湯口                  Ｍ・・・・・溶湯
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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