(57)【要約】【課題】  溶湯の吹き出しを抑制でき、かつガス巣のような鋳造欠陥のない製品を鋳造することのできるダイカスト鋳造装置と鋳造方法を得る。【解決手段】  ダイカスト鋳造装置１０の、ガス抜き用のベント部２０、射出スリーブ１４への給湯口１７、固定型と可動型との合わせ面に形成される見切部などに、静磁場を発生させる静磁場発生手段４０Ａ、４０Ｂを配置する。キャビティ１３内に充填した空気と外気との磁化率の違いによる静磁場の磁気勾配により、磁気対流が生じるため、空気のキャビティ１３内への進入は阻止される。また、ベント部２０に形成される静磁場Ｓは通過する溶湯３０に誘導電流Ａを生じさせ、それが抵抗となって溶湯の流れを減速する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイカスト鋳造装置におけるキャビティなどの内部空間と外気との連通部に静磁場を発生させる静磁場発生手段が配されていることを特徴とするダイカスト鋳造装置。
【請求項２】
ダイカスト鋳造装置は、固定型と、固定型に接離自在に対向して配置される可動型と、固定型と可動型との合わせ面に形成されるキャビティと、キャビティ内を外気に連通するガス抜き用のベント部と、キャビティ内に溶湯を射出するための射出スリーブとプランジャチップとを備えるダイカスト鋳造装置であり、少なくとも前記ベント部には、ベント部に静磁場を発生させる静磁場発生手段が配されていることを特徴とする請求項１に記載のダイカスト鋳造装置。
【請求項３】
少なくともキャビティ内に酸素を供給する手段をさらに備え、かつ、射出スリーブへの給湯口および固定型と可動型との合わせ面に形成される見切部を含むダイカスト鋳造装置が有する外気への連通部にも、当該連通部に静磁場を発生させる静磁場発生手段が配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鋳造装置。
【請求項４】
静磁場を発生させる手段はコイルまたは永久磁石である請求項１〜３のいずれかに記載のダイカスト鋳造装置。
【請求項５】
射出スリーブ内に給湯された溶湯を固定型と可動型との合わせ面に形成されるキャビティ内に射出して製品を得るダイカスト鋳造法において、キャビティ内を外気に連通するガス抜き用のベント部に静磁場を発生させておき、射出された溶湯がベント部に進入したときに溶湯に誘導電流を発生させ、それにより生じる抵抗力によって溶湯のベント内を通過する速度を減速させて、溶湯がベント部から吹き出るのを防止することを特徴とするダイカスト鋳造法。
【請求項６】
射出スリーブ内に給湯された溶湯を固定型と可動型との合わせ面に形成されるキャビティ内に射出する前工程として、スリーブおよびキャビティ内の空間に酸素を供給して酸素雰囲気空間とし、その後に溶湯を射出して製品を得るダイカスト鋳造法において、キャビティ内を外気に連通するガス抜き用のベント部、射出スリーブへの給湯口および固定型と可動型との合わせ面に形成される見切部を含むダイカスト鋳造装置が有する外気への連通部の全部または少なくとも一部に静磁場を発生させておき、酸素と外気の磁化率の違いによって生じる磁気対流によって、当該連通部から酸素雰囲気空間へ外気が進入を防止することを特徴とするダイカスト鋳造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はダイカスト鋳造装置およびダイカスト鋳造法に関し、特に、ガス抜き用ベント部からの溶湯の吹き出しと製品内部にガス巣が生じるのを効果的に阻止することのできるダイカスト鋳造装置およびダイカスト鋳造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出スリーブ内に給湯されたアルミなどの溶湯を、固定型と可動型との合わせ面に形成されるキャビティ内に射出して製品を鋳造するダイカスト鋳造法は知られている。ダイカスト鋳造法で用いる成形型には、射出スリーブからキャビティ内への溶湯流路である湯道とは反対側に、溶湯侵入時にキャビティ内のガスを外部に排出するためのベント部が形成されており、通常、該ベント部には、射出時にそこから溶湯が吹き出すのを防止する手段が講じられており、溶湯の高速充填を可能としている（特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
特許文献１では、ベント部の終端部にガス抜き用の弁を備え、ベント部の途中まで溶湯が来たことを電気的に検出して、その信号に基づきガス抜き用弁の開閉タイミングを制御することによって、溶湯の吹き出しを防止している。また、特許文献２では、ベント部のガス抜き通路を屈曲したものとして長い流路長を確保し、そこで溶湯の通過速度を減速するとともに、冷却・凝固させて、吹き出しを防止している。
【０００４】
キャビティ内に溶湯を射出することにより、キャビティ内の空気はガス抜き用のベント部から排出される。しかし、完全に排出するのは困難であり、溶湯充填後もキャビティ内に残留するものがある。空気中の酸素ガスは溶湯との化学反応により消失するが、窒素ガスはそのまま残存し、それが溶湯中に巻き込まれて、製品にガス巣のような鋳造欠陥をもたらす。それを回避するために、真空ダイカスト法や酸素ダイカスト法が知られており、特許文献３には、双方を組み合わせたダイカスト法として、キャビティ内を真空引きした後、キャビティ内に酸素を吹き込み、キャビティの雰囲気圧が大気圧を超えた時点で溶湯の圧入を開始するようにしたダイカスト法が記載されている。また、特許文献４には、成形金型内部のキャビティ内と金型の外部を連通する隙間を包む包囲室を形成し、該包囲室に酸素を供給してシールドとし、キャビティ内へ外気が侵入するのを防止するようにした金型構造が記載されている。
【特許文献１】特許第２６１１８２５号公報
【特許文献２】特開２００２−３３１５２８号公報
【特許文献３】特許第３５０８６２７号公報
【特許文献４】特開２００４−２４９３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在使用されているダイカスト鋳造装置において、高速充填時にガス抜き用ベント部から溶湯が吹き出すのを防止するために取られている手段は、特許文献１に記載のように、複雑な機構と電気的制御装置を必要とするか、特許文献２に記載のように、長い流路長を取るために通気抵抗が大きくなりガスが抜けにくくなるとともに型面積が増大して設備の大型化を招く。また、製品部でない長い流路部に浸入する体積分の湯量も充填しなければならないために、歩留まりが悪化する。
【０００６】
また、現在使用されているダイカスト鋳造装置において、製品にガス巣のような鋳造欠陥が生じるのを回避するために取られている方法も、なお改善すべき点を含んでいる。例えば特許文献３に記載のように、酸素を大気圧以上になるまでキャビティ内に注入する方法は、外気がキャビティ内に浸入するのは防止できるものの、ダイカスト鋳造装置が有する外気への連通部のすべてを機械的にシールする手段が必要であり、シール機構が複雑化する。特許文献４に記載の、キャビティの周囲に金型の外部を連通する隙間を包む包囲室を形成してそこに酸素を供給する方法も、包囲室に加えて、そこから外気側へ酸素が漏洩するのを防止するための手段を必要とするとともに、射出スリーブ内に供給された溶湯表面が外気に曝されるのを完全には阻止することができない。
【０００７】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、より簡単な構成でもってガス抜き用のベント部から溶湯が吹き出るのを阻止できるようにし、また、製品にガス巣のような鋳造欠陥が生じるのも回避できるようにした、新規なダイカスト鋳造装置およびダイカスト鋳造法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するための本発明によるダイカスト鋳造装置は、基本的に、ダイカスト鋳造装置におけるキャビティなどの内部空間と外気との連通部に静磁場を発生させる静磁場発生手段が配されていることを特徴とする。また、本発明は、上記のダイカスト鋳造装置によるダイカスト鋳造方法も開示している。
【０００９】
本発明によるダイカスト鋳造装置のより具体的な第１の形態は、固定型と、固定型に接離自在に対向して配置される可動型と、固定型と可動型との合わせ面に形成されるキャビティと、キャビティ内を外気に連通するガス抜き用のベント部と、キャビティ内に溶湯を射出するための射出スリーブとプランジャチップとを備えるダイカスト鋳造装置であって、少なくとも前記ベント部には、ベント部に静磁場を発生させる静磁場発生手段が配されていることを特徴とする。
【００１０】
第１の形態のダイカスト鋳造装置の場合、装置は、キャビティ空間に酸素を供給する手段を備えない形態でもよく、酸素供給手段を備えるいわゆる酸素ダイカスト法で使用される形態であってもよい。前者の場合には、射出スリーブから射出された溶湯がベント部から噴出するのを効果的に防止することができる。すなわち、静磁場発生手段によって、溶湯の流れ方向に垂直な方向の静磁場をベント部に発生さておくことにより、ベント部に浸入した溶湯には、電磁誘導による誘導電流が発生する。それにより、静磁場との相互作用により、溶湯には、ベントの通過を妨げる方向の抵抗力が作用し、減速される。結果として、溶湯が成形型と接触する時間が長くなり、溶湯の冷却・凝固が増進されるので、高速・高圧で充填する場合でも、ベント部からの吹き出しを効果的に抑制することができる。また、ベント部の開口面積を広くしても溶湯の吹き出しを抑制できるので、ベント部の通気抵抗を低減するが可能となり、溶湯へのガス巻き込みをも低減することができる。それにより、ベント部に静磁場発生手段を備えるという簡単な構成でもって、高品質の鋳造製品を得ることが可能となる。
【００１１】
第１の形態のダイカスト鋳造装置が、酸素供給手段を備えるいわゆる酸素ダイカスト法で使用される形態の鋳造装置の場合には、キャビティ内にほぼ大気圧の酸素を充填して酸素雰囲気とすることにより、ガス巣のような鋳造欠陥のない高品質の鋳造製品を得ることができる。すなわち、キャビティ内の酸素ガスと外気（空気）は磁化率が異なっており、ベント部での酸素雰囲気と大気との境界には磁気勾配が形成される。それにより、次式（１）で示される疑似浮力が空気に発生し、酸素雰囲気側で磁場が強くなるように静磁場発生手段を配置することにより、磁気対流によって、空気が酸素雰囲気側へ浸入するのを阻止することができる。
式１：Ｆ＝（χｏ−χａ）Ｈ（ｄＨ／ｄｙ）       （１）
【００１２】
ここで、Ｆ：磁気浮力、χｏ：酸素ガスの磁化率、χａ：空気の磁化率、Ｈ：磁場強度、ｄＨ／ｄｙ：磁場勾配、である。
【００１３】
上記のように、本発明によるダイカスト鋳造装置では、ベント部に静磁場発生手段を備えるのみで、大気圧以上の圧力でキャビティ内に酸素を注入しなくても、キャビティへの空気の浸入を効果的に阻止することができるので、酸素供給手段の構成も含め、装置全体の構成を簡素化することができる。より好ましくは、真空引き手段を備え、キャビティ内を真空引きした後、大気圧の酸素を供給することにより、さらにガス巻き込みのない製品を得ることができる。
【００１４】
第１の形態のダイカスト鋳造装置がキャビティ内に酸素を供給する手段を備える形態の場合に、外気が、ベント部のみでなく、射出スリーブへの給湯口および固定型と可動型との合わせ面に形成される見切部など、当該ダイカスト鋳造装置が有するすべての外気への連通部からも浸入して、酸素ダイカスト法の利点を阻害する場合がある。そのために、本発明によるダイカスト鋳造装置のより具体的な第２の形態では、少なくともキャビティ内に酸素を供給する手段をさらに備え、かつ、射出スリーブへの給湯口および固定型と可動型との合わせ面に形成される見切部を含むダイカスト鋳造装置が有する外気への連通部にも、当該連通部に静磁場を発生させる静磁場発生手段を配するようにされる。この形態においても、供給する酸素の圧力は大気圧であってよく、上記したようにしてすべての外気連通部において空気の浸入は阻止されるので、射出スリーブ内に給湯された溶湯がガスを巻き込むことも有効に阻止することができる。
【００１５】
いずれの形態においても、静磁場を発生させる手段は任意であり、コイルまたは永久磁石などが用いられる。空気が酸素雰囲気側へ浸入するのを阻止するには、浸入方向の一箇所に酸素雰囲気側が強磁場となる磁気勾配が形成されていればよいが、ベント部から溶湯の吹き出しを抑制するには、溶湯の進行方向に多段に静磁場が形成されている方が望ましい。そのために、少なくともベント部に配置される静磁場発生手段は、磁気回路を形成できる静磁場発生手段であることが望ましい。磁束密度は、０．１Ｔ以上、望ましくは１Ｔ以上である。また、静磁場発生手段がコイルの場合には、酸素ガスの置換完了前にコイルに電流を流し始め、ベント部での溶湯の冷却・凝固が終了するまで流し続ける。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ガス抜き用のベント部を含むダイカスト鋳造装置が有する外気への連通部に、静磁場発生手段を配置するだけで、ガス巣のような鋳造欠陥のない高品質の鋳造製品を得ることができるようになる。また、ベント部の通気抵抗を低くしても、ベント部からの溶湯の吹き出しを効果的に抑制することができ、このことからも、ガス巣のような鋳造欠陥のない高品質の鋳造製品を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施の形態に基づき説明する。図１は本発明によるダイカスト鋳造装置の一例を示す断面図であり、図２はその正面図である。図３は静磁場発生手段を備えた連通部における位置と磁場強度との関係を示すグラフである。図４は図１、図２に示す装置において溶湯がキャビティ内に射出された状態を示しており、図５はガス抜き用のベント部に進入する溶湯に静磁場が与える影響を説明するための図である。また、図６はベント部の静磁場発生手段がＵ字型静磁場発生手段である場合の概念図（図６ａ）と形成される磁気回路による磁場強度を示している（図６ｂ）。
【００１８】
ダイカスト鋳造装置１０は、固定型１１と、図示しない作動装置により固定型１１に接離自在に対向して配置される可動型１２とを備え、固定型１１と可動型１２との合わせ面には成形空間としてのキャビティ１３が形成される。固定型１１側にはキャビティ１３内に溶湯３０を射出するための射出スリーブ１４およびプランジャ１５からなる射出装置が備えられ、射出スリーブ１４とキャビティ１３とは湯道１６により接続している。
【００１９】
射出スリーブ１４は給湯口１７を備え、そこから溶湯３０が供給される。また、射出スリーブ１４の給湯口１７よりも下流側には酸素ノズル１８が取り付けてあり、バルブ１９の操作により、大気圧の酸素（Ｏ２）が射出スリーブ１４内に供給される。キャビティ１３における上方端には、キャビティ空間を外気に連通するベント部２０が形成されており、溶湯３０がキャビティ内に射出されたときに、キャビティ１３内のガス（空気あるいは酸素）を外気側にはき出す。なお、上記構成のダイカスト鋳造装置は、従来知られたダイカスト鋳造装置と同じであってよく、詳細な説明は省略する。また、図示しないが、キャビティ１３内のガスを抜くための適宜の真空引き装置を備えることもできる。
【００２０】
本発明によるダイカスト鋳造装置１０において、射出スリーブの給湯口１７、固定型１１と可動型１２との合わせ面に形成される見切部２１、ベント部２０などである、ダイカスト鋳造装置１０の内部空間（例えば、キャビティ空間、射出スリーブ１４内の空間）が外気へ連通する部分（連通部）のいずれかまたはすべてには、当該連通部に静磁場を発生させる静磁場発生手段４０が配置される。図に示すダイカスト鋳造装置１０では、射出スリーブ１４の給湯口１７とベント部２０に静磁場発生手段４０（４０Ａ、４０Ｂ）が配置されている。
【００２１】
この例において、静磁場発生手段４０はいずれも電磁コイルとして示されるが永久磁石であってもよい。いずれの場合も、当該連通部を挟んでＳ極とＮ極が対向するように配置する。それにより、該連通部には静磁場Ｓが形成される。形成される静磁場の磁束密度は、ダイカスト鋳造装置の射出条件等によって適宜設定されるが、０．１Ｔ以上が好ましく、望ましくは１Ｔ以上である。
【００２２】
鋳造を行うに当たっては、装置が真空引き装置を備える場合には、プランジャ１５を給湯口１７を閉じる位置まで前進させて、キャビティ１３内の真空引きを行う。その後、２つの静磁場発生手段４０Ａ、４０Ｂに電流を流し、給湯口１７とベント部２０に静磁場Ｓを発生させ、次ぎに、バルブ１９を操作して、射出スリーブ１４内にほぼ大気圧の酸素を供給する。供給される酸素は湯道１６を通ってキャビティ１３内にも充満する。酸素を供給しながらプランジャ１５を後退させ、給湯口１７から射出スリーブ１４内に溶湯３０を供給する。この状態が図１に示される。
【００２３】
この状態で、給湯口１７とベント部２０には静磁場Ｓが生じており、その領域での磁場強度は、酸素と外気（空気）の磁化率の相違から、図３に示すように、ベント部２０での酸素雰囲気側（キャビティ１３に近い側）と大気側との境界には磁気勾配が形成される。それにより、前記したように、次式（１）で示される疑似浮力が空気に発生し、空気が酸素雰囲気側（キャビティ１３内）へ浸入するのを阻止できる。
【００２４】
式１：Ｆ＝（χｏ−χａ）Ｈ（ｄＨ／ｄｙ）     （１）     
【００２５】
ここで、Ｆ：磁気浮力、χｏ：酸素ガスの磁化率、χａ：空気の磁化率、Ｈ：磁場強度、ｄＨ／ｄｙ：磁場勾配、である。
【００２６】
同様の磁気勾配は射出スリーブ１４の給湯口１７における酸素雰囲気側と空気側との境界領域でも生じており、給湯中に、空気が酸素雰囲気側（射出スリーブ１４内）へ浸入するのを阻止できる。
【００２７】
キャビティ１３内および射出スリーブ１４内の酸素圧が大気圧であっても、その酸素雰囲気をそのまま維持することができ、従来の大気圧以上の酸素を供給して酸素雰囲気を維持するものと比較して、供給酸素量を低減することも可能となる。
【００２８】
必要量の溶湯３０を射出スリーブ１４内に供給した後、プランジャ１５を前進させて、溶湯３０を湯道１６を通してキャビティ１３内に充填する。そして、給湯口１７に配置した静磁場発生手段４０Ａに対する通電を停止する。この状態が図４に示される。空気の混入を防いだことで、充填時に溶湯３０に巻き込まれるのは酸素ガスのみとなり、酸素ガスは溶湯３０との酸化反応によって吸収されてガス欠陥の原因となることはなく、高品質な製品が得られる。
【００２９】
溶湯の射出時に、特に高速充填を行う場合、ガス抜き用のベント部２０から溶湯３０が吹き出る場合がある。ベント部２０に配置した静磁場発生手段４０Ｂは、溶湯の吹き出しも抑制することができる。すなわち、溶湯３０の流れ方向に垂直な方向の静磁場Ｓがベント部２０に生じており、ベント部２０に浸入した溶湯３０には、図５に示すように、電磁誘導による誘導電流Ａが発生する。それにより、溶湯３０には、ベント部２０の通過を妨げる方向の抵抗力が作用し、減速されるようになる。結果として、溶湯３０が成形型（ベント部２０）と接触する時間が長くなり、溶湯３０の冷却・凝固が増進される。
【００３０】
本発明によるダイカスト鋳造装置１０では、上記のように、静磁場Ｓの存在により、ベント部２０から溶湯３０が吹き出すのを効果的に抑制することができるので、従来の装置と比較して、ベント部２０の開口面積を広くしても溶湯３０の吹き出しを阻止できる。結果として、ベント部の通気抵抗を低減することが可能となるので、キャビティ１３内の真空引きを行わない鋳造法においても、溶湯３０へのガス（空気）や水蒸気の巻き込みのない製品を得ることもできるようになる。
【００３１】
図６ａは、ベント部２０にＣ型をなす静磁場発生手段４０Ｂを配置した状態を示している。この場合は、図６ｂに示すように、磁気回路が形成されて２段に静磁場Ｓ１、Ｓ２が発生するので、より確実に溶湯３０に減速を生じさせることができる。静磁場発生手段４０Ｂを多段に配置して３段以上の静磁場を発生させるようにしてもよい。
【００３２】
なお、充填速度などの関係でベント部２０からの溶湯３０の吹き出し現象が生じるのを無視できる場合には、給湯口１７に配置した静磁場発生手段４０Ａに対する通電を停止すると同時に、ベント部２０に配置した静磁場発生手段４０Ｂに対する通電を停止しても差し支えなく、その場合も、ガスの巻き込みのない高品質の製品を得ることができる。また、ベント部２０から溶湯が吹き出るのを阻止することのみを目的とする場合には、ベント部２０にのみに静磁場発生手段を配置するようにしてもよい。
【００３３】
また、図示しないが、静磁場発生手段４０Ａ、４０Ｂが溶湯からの熱により劣化することが考えられる場合には、その周囲に適宜の断熱手段あるいは冷却手段を配置するようにしてもよい。
【００３４】
一例として、ベント部２０の寸法が、横幅１５０ｍｍ、上下方向長さ１００ｍｍ、厚さ０．３ｍｍであり、静磁場発生手段４０Ｂがコイルであって、磁束密度１Ｔ、上下方向幅５０ｍｍの静磁場Ｓを形成するとする。図に示した装置に、鋳造圧力４０ＭＰａにてアルミ溶湯３０をキャビティ１３内に充填すると、静磁場発生手段４０Ｂに通電しない場合でのベント部２０を通過する溶湯の速度は１７０ｍ／ｓであると計算され、静磁場発生手段４０Ｂに通電し静磁場Ｓを発生させることにより、溶湯３０の速度をほぼ７０ｍ／ｓまで低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明によるダイカスト鋳造装置の一例を示す断面図。
【図２】図１に示す装置の正面図。
【図３】静磁場発生手段を備えた連通部における位置と磁場強度との関係を示すグラフ。
【図４】図１、図２に示す装置において溶湯がキャビティ内に射出された状態を示す図。
【図５】ガス抜き用のベント部に進入する溶湯に静磁場が与える影響を説明する図。
【図６】ベント部に配置する静磁場発生手段がＵ字型静磁場発生手段である場合の概念図（図６ａ）と形成される磁気回路による磁場強度を示す図（図６ｂ）。
【符号の説明】
【００３６】
１０…ダイカスト鋳造装置、１１…固定型、１２…可動型、１３…キャビティ、３０…溶湯、１４…射出スリーブ、１５…プランジャ、１６…湯道、１７…給湯口、１８…酸素ノズル、１９…バルブ、２０…ベント部、２１…見切部、４０（４０Ａ、４０Ｂ）…静磁場発生手段、Ｓ、Ｓ１、Ｓ２…静磁場、Ａ…誘導電流
【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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