(57)【要約】【課題】ガスの排出量を飛躍的に向上させることができ、それと共に作業効率を維持することのできる成形金型装置、ベントピン及び成形方法を提供する。【解決手段】溶融材料が充填されるキャビティ３を構成する成形金型４と、この成形金型４に設けられたピン孔８に嵌挿された円柱状の押出ピン９とを備え、キャビティ３に溶融材料を充填した後、固化した成形物を押出ピン９によって押し出す成形金型装置１である。押出ピン９とピン孔８との隙間に、押出ピン９の先端外周面９ａとピン孔８の内周面８ａの直径差ｒを０．０２〜０．５０ｍｍとした円環状のガス導入口２１と、このガス導入口２１から押出ピン後方に向かって広く構成された排出路２２とを有するベント部１３を構成し、ガス導入口２１の軸方向長さｎを１．００〜１１．００ｍｍとする。【選択図】図３
2018111124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融材料が充填されるキャビティを構成する成形金型と、この成形金型に設けられ、当該キャビティ又はこのキャビティに出入りする溶融材料の流通路に連通するピン孔に嵌挿された円柱状のベントピンとを備え、
前記ベントピンとこのベントピンが嵌挿される前記ピン孔との隙間に、当該ベントピンの長手方向に沿ってガスを排出するベント部が構成され、
前記ベント部は、前記ベントピンの先端外周面と前記ピン孔の内周面で構成され、かつ当該先端外周面と当該内周面の直径差を０．０２〜０．５０ｍｍとした環状のガス導入口と、このガス導入口からベントピン後方に向かって当該ガス導入口よりもガスの通気抵抗が小さくなるように広く構成された排出路と、を有しており、
前記ガス導入口の軸方向長さが１．００〜１１．００ｍｍである成形金型装置。
【請求項２】
前記排出路のベントピン径方向における最大深さｈは、下記式を満たし且つ２．００ｍｍ以下である請求項１に記載の成形金型装置。
ｒ＜ｈ＜（Ｄ/４）  
但し、ｒはベントピンの先端外周面とピン孔の内周面との直径差、Ｄはベントピンの直径。
【請求項３】
前記排出路は、前記ベントピンの周面に周方向に所定間隔をおいて形成された長手方向に伸びる複数の面取部と、前記ピン孔の内周面と、で構成された複数の排気通路を有している請求項１又は２に記載の成形金型装置。
【請求項４】
前記各排気通路における軸方向と直交する方向の幅は１〜２０ｍｍである請求項３に記載の成形金型装置。
【請求項５】
前記排出路は、前記ベントピンの周面に形成された長手方向に伸びる単一の面取部と、前記ピン孔の内周面と、で構成された単一の排気通路を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の成形金型装置。
【請求項６】
前記ベントピンの先端外周面に、前記ガス導入口のベントピン長手方向全長に渡る溝が形成されている請求項１〜５のいずれかに記載の成形金型装置。
【請求項７】
前記排出路におけるガス導入口側端部から反対側へ向かって少なくとも３ｍｍの範囲は、同一の断面形状を有している請求項１〜６のいずれかに記載の成形金型装置。
【請求項８】
前記ベントピンの先端が前記流通路の内面よりも軸方向後方に入り込んでいるか、又は前記流通路の内面よりも軸方向前方に突出している請求項１〜７のいずれかに記載の成形金型装置。
【請求項９】
前記ベント部が、溶融材料の流速又は圧力の変化が高くなる高変化部でガス排出されるように設けられている請求項１〜８のいずれかに記載の成形金型装置。
【請求項１０】
前記キャビティに、溶融材料を溜めるための、製品重量の１／４以上の重量を有するオーバーフロー部が前記流通路を介して設けられており、前記高変化部が製品形状により流速が変化する部位である請求項９に記載の成形金型装置。
【請求項１１】
前記高変化部が、前記ランナーの屈曲箇所である請求項９に記載の成形金型装置。
【請求項１２】
前記流通路となる、溶融材料を導入するランナーと、前記キャビティへの溶融材料の注入口となるゲートと、が存在し、
前記高変化部が、前記ランナーと前記ゲートとの境目部分である請求項９に記載の成形金型装置。
【請求項１３】
前記高変化部が、前記オーバーフロー部の流通路である請求項９に記載の成形金型装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の成形金型装置に使用するベントピンであって、
前記ピン孔の内周面との間で前記ガス導入口を構成する先端外周面と、
この先端外周面に軸方向後方に向かって連続形成され、前記ピン孔の内周面との間で前記排出路を構成する外側面と、を有しているベントピン。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれかに記載の成形金型装置を用いて成形を行う成形方法であって、
前記ガス導入口でガスの排出速度を増大させ、前記排出路で当該ガス導入口を通過した後のガスの通気抵抗を低減する成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムなどの軽金属の鋳造や樹脂の成形に用いる成形金型装置と、成形方法に関し、特にランナーやキャビティなどに存在するガスを速やかに外部へ排出することで高品質の成形品を得ることができる成形金型装置、ベントピン及び成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばダイカストによる鋳造では、金型内に存在する空気、水蒸気などのガスは、プランジャーで押される溶融金属によってキャビティ内へ入り込む。キャビティ内のガスを可能な限り外部へ排出した状態で成形することで、ダイカスト成形品の巣などの欠陥を低減できることが知られている。ダイカスト成形品の欠陥を低減する技術として、キャビティ内を減圧した状態でダイカストを行う真空ダイカスト法が広く用いられている。
【０００３】
真空ダイカスト法では、キャビティ内の真空度を高めるための設備やメンテナンスを要し、コストが嵩むという問題がある。真空ダイカスト法を用いない方法として、成形用金型にガスを排出するためのベント部を設けることが行われている。図１３（ａ）は一般的な成形用金型１００の模式断面図である。この成形用金型１００では、溶融金属はランナー１０１、ゲート１０２を通って、固定型１０３と可動型１０４で構成されたキャビティ１０５に充填される。その際、キャビティ１０５内などに存在したガスはオーバーフロー部１０６を通って金型の外部へ排出される。
【０００４】
オーバーフロー部１０６にはベント部１０７が設けられており、このベント部１０７を通じてガスが金型の外部へ排出される。ベント部１０７は通常、図１３（ｂ）のように、オーバーフロー部１０６におけるキャビティ１０５と反対側に０．５ｍｍ程度の隙間が設けられ、キャビティ１０５から離れるに従って、この隙間が徐々に０．１ｍｍ程度まで狭められる形状となっている。このようなベント部１０７とすることでガスが排出され、溶融金属が鋳造圧によって吹き出さないものとされている。
【０００５】
しかし従来のベント部１０７は、キャビティ１０５から離れるに従って狭くなっているため、ガスの排気抵抗が大きい。さらに溶融金属がベント部１０７に入り込み、凝固することで、ガスの排出を阻害することにもなる。このようなことから、従来のベント部１０７によるガスの排出は十分とはいえず、それに伴いダイカスト成形品の品質をより向上させることは困難であった。
【０００６】
特許文献１には、キャビティ内で成形された成形品を押し出すための押出ピンの先端に、後方へ向かって狭まるくさび状の切り欠きを設け、この切り欠きの後方に溝を設けることでガスを排出する押出ピンが記載されている。特許文献２には、キャビティに繋がるランナーを押し出す押出ピンの先端に同様の切り欠きを設けて、ガスを排出する方法が記載されている。特許文献３のように、キャビティに設けたチルベントによってガスを排出する方法も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４０８５１８２号公報
【特許文献２】特許第５４１３７８０号公報
【特許文献３】特開２００３−１３２６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２の方法をダイカストによるアルミニウム鋳造に用い、キャビティの手前のランナーでガスの排出を行ったところ、従来のベント部でガスの排出を行うよりも良好なダイカスト成形品が得られた。しかし、この方法でのガスの排出量は十分ではなく、高品質のダイカスト成形品を得ることは困難である。特許文献３のチルベントを用いる方法であっても、ガスの排出量を飛躍的に向上させることはできず、ダイカスト成形品の品質もそれに伴うものである。
【０００９】
型開時に得られた成形品には、押出ピンによって押された押出痕が残る。特許文献２のガスの排出方法では、例えば図１４のようにランナーに押出ピンの先端のくさび状痕が、尖った形で残存し、ランナーの切除作業中などに手を損傷するおそれがあり、作業効率を低下させるといった問題が生じていた。
【００１０】
そこで本発明は従来技術の問題点に鑑み、ガスの排出量を飛躍的に向上させることができ、それと共に作業効率を維持することのできる成形金型装置、ベントピン及び成形方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】
【００１１】
本発明の成形金型装置は、溶融材料が充填されるキャビティを構成する成形金型と、この成形金型に設けられ、当該キャビティ又はこのキャビティに出入りする溶融材料の流通路に連通するピン孔に嵌挿された円柱状のベントピンとを備え、前記ベントピンとこのベントピンが嵌挿される前記ピン孔との隙間に、当該ベントピンの長手方向に沿ってガスを排出するベント部が構成され、前記ベント部は、前記ベントピンの先端外周面と前記ピン孔の内周面で構成され、かつ当該先端外周面と当該内周面の直径差を０．０２〜０．５０ｍｍとした環状のガス導入口と、このガス導入口からベントピン後方に向かって当該ガス導入口よりもガスの通気抵抗が小さくなるように広く構成された排出路と、を有しており、前記ガス導入口の軸方向長さが１．００〜１１．００ｍｍとされているものである。
【００１２】
本発明によれば、ベントピンとピン孔との隙間で構成されたベント部が、ベントピンの先端外周面とピン孔の内周面で構成され、かつ当該先端外周面と当該内周面の直径差を０．０２〜０．５０ｍｍとした円環状のガス導入口と、このガス導入口からベントピン後方に向かって当該ガス導入口よりもガスの通気抵抗が小さくなるように広く構成された排出路とを有している。ベント部は、オーバーフロー部に設けられている従来のものとは異なり、キャビティやランナーなどの流通路に直接的に連通しており、キャビティや流通路に近いガス導入口が薄く、キャビティや流通路から遠い排出路が広くなっている。このベント部では、キャビティや流通路に直接的に連通するガス導入口で一旦絞られているため、ガスの排出速度が増大し、その先の、ガス導入口よりも広くなっている排出路で、ガス導入口を通過した後のガスの通気抵抗を減らすことができる。これにより、ガスの排出量を向上させることができる。成形品には尖った異形部分はなく、後加工の作業中に手を損傷することはない。これにより作業効率を維持することができる。
【００１３】
前記ガス導入口の長さが１．００〜１１．００ｍｍとされているため、適切な通気抵抗が得られ、溶融金属の吹き出しを防止することができる。
【００１４】
前記排出路のベントピン径方向における最大深さｈは、下記式を満たし且つ２．００ｍｍ以下であることが好ましい。
ｒ＜ｈ＜（Ｄ/４）  
但し、ｒはベントピンの先端外周面とピン孔の内周面との直径差、Ｄはベントピンの直径。この場合、ガス導入口を通過した後のガスの通気抵抗を効果的に低減し、それと共に溶融材料の吹き出しを防止することができる。
【００１５】
前記排出路は、例えば前記ベントピンの周面に周方向に所定間隔をおいて形成された長手方向に伸びる複数の面取部と、前記ピン孔の内周面と、で構成された複数の排気通路を有しているものとすればよい。この場合、ガス導入口を通過した後のガスの適切な通気抵抗を得ることができる。
【００１６】
前記各排気通路における軸方向と直交する方向の幅は１〜２０ｍｍであることが好ましい。各排気通路における軸方向と直交する方向の幅を１〜２０ｍｍとすることで、ガス導入口を通過した後のガスを速やかに排出することができる。
【００１７】
他の排出路として、前記排出路が、前記ベントピンの周面に形成された長手方向に伸びる単一の面取部と、前記ピン孔の内周面と、で構成された単一の排気通路を有しているものとしてもよい。この場合、ガス導入口を通過した後のガスの適切な通気抵抗を得ることができる。
【００１８】
前記ベントピンの先端外周面に、前記ガス導入口のベントピン長手方向全長に渡る溝を形成してもよい。この場合、ガス導入口におけるガスの適切な通気抵抗を維持しつつ、ガスの通気量を増やすことができる。
【００１９】
前記排出路におけるガス導入口側端部から反対側へ向かって少なくとも３ｍｍの範囲は、同一の断面形状を有していることが好ましい。排出路のガス導入口側端部の近傍に例えば凹部又は凸部を設けないことで、ガスの排出をスムーズに行うことができる。
【００２０】
前記ベントピンの先端が前記流通路の内面よりも軸方向後方に入り込んでいるか、又は前記流通路の内面よりも軸方向前方に突出していることが好ましい。この場合、溶湯等の溶融材料に圧力変化が生じ、溶湯とガスの分離を図られ、ベントピンによるガス抜き効率を向上させることができる。
【００２１】
前記ベント部は、溶融材料の流速又は圧力の変化が高くなる高変化部でガス排出されるように設けられていることが好ましい。溶融材料の流速とそれに伴い圧力が変化する高変化部では、ガスと溶融材料の比重差で、ガスが分離排出されるため、ガスをより効果的に排出でき、ガスの排出量をさらに大きくすることができる。
【００２２】
前記キャビティに、溶融材料を溜めるための、製品重量の１／４以上の重量を有するオーバーフロー部が前記流通路を介して設けられており、前記高変化部が製品形状により流速が変化する部位であることが好ましい。溶湯等の溶融材料は流れが止まると凝固が進み、凝固が進むとガス抜きは不可能になる。このため、大きめのオーバーフローを設け、キャビティ内に溶湯の流れを作り、ガスと溶湯の分離を図り、高変化部を製品形状により流速が変化する部位とし、ベント部を適切に配置する。これにより、効率的にガス抜きが行われ、製品品質を向上させることができる。
【００２３】
前記高変化部は、例えば前記ランナーの屈曲箇所である。前記流通路となる、溶融材料を導入するランナーと、前記キャビティへの溶融材料の注入口となるゲートと、が存在している場合、前記高変化部は、前記ランナーと前記ゲートとの境目部分である。また、前記高速変化部は、前記オーバーフロー部の流通路である。
【００２４】
本発明のベントピンは、上記の成形金型装置に使用するベントピンであって、前記ピン孔の内周面との間で前記ガス導入口を構成する先端外周面と、この先端外周面に軸方向後方に向かって連続形成され、前記ピン孔の内周面との間で前記排出路を構成する外側面と、を有していることを特徴とするものである。
【００２５】
上記本発明のベントピンを使用した成形金型装置によれば、ベントピンとピン孔との隙間で構成されたベント部が、ベントピンの先端外周面とピン孔の内周面で構成され、かつ当該先端外周面と当該内周面の直径差を０．０２〜０．５０ｍｍとした円環状のガス導入口と、このガス導入口からベントピン後方に向かって当該ガス導入口よりもガスの通気抵抗が小さくなるように広く構成された排出路とを有している。ベント部は、オーバーフロー部に設けられている従来のものとは異なり、キャビティやランナーなどの導入路に直接的に連通しており、キャビティや導入路に近いガス導入口が薄く、キャビティや導入路から遠い排出路が広くなっている。このベント部では、キャビティや導入路に直接的に連通するガス導入口で一旦絞られているため、ガスの排出速度が増大し、その先の、ガス導入口よりも広くなっている排出路で、ガス導入口を通過した後のガスの通気抵抗を減らすことができる。これにより、ガスの排出量を飛躍的に向上させることができる。成形品には尖った異形部分はなく、後加工の作業中に手を損傷することはない。これにより作業効率を維持することができる。また、ガス導入口の長さが１．００〜１１．００ｍｍとされているため、適切な通気抵抗が得られ、溶融金属の吹き出しを防止することができる。
【００２６】
本発明の成形方法は、上記発明の成形金型装置を用いて成形を行う成形方法であって、前記ガス導入口でガスの排出速度を増大させ、前記排出路で当該ガス導入口を通過した後のガスの通気抵抗を低減することを特徴とするものである。
【００２７】
本発明の成形方法で用いられる成形金型装置では、ベントピンとピン孔との隙間で構成されたベント部が、ベントピンの先端外周面とピン孔の内周面で構成され、かつ当該先端外周面と当該内周面の直径差を０．０２〜０．５０ｍｍとした円環状のガス導入口と、このガス導入口からベントピン後方に向かって当該ガス導入口よりも広く構成された排出路とを有している。ベント部は、オーバーフロー部に設けられている従来のものとは異なり、キャビティやランナーなどの導入路に直接的に連通しており、キャビティや導入路に近いガス導入口が薄く、キャビティや導入路から遠い排出路が広くなっている。このベント部では、キャビティや導入路に直接的に連通するガス導入口で一旦絞られているため、ガスの排出速度が増大し、その先の、ガス導入口よりも広くなっている排出路で、ガス導入口を通過した後のガスの通気抵抗を減らすことができる。これにより、ガスの排出量を飛躍的に向上させることができる。成形品には尖った異形部分はなく、後加工の作業中に手を損傷することはない。これにより作業効率を維持することができる。また、ガス導入口の長さが１．００〜１１．００ｍｍとされているため、適切な通気抵抗が得られ、溶融金属の吹き出しを防止することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、ガス導入口によってガスの排出速度が増大し、その先の排出路でガス導入口を通過した後のガスの通気抵抗を減らすことができる。これにより、ガスの排出量を飛躍的に向上させることができる。成形品には尖った異形部分はなく、後加工の作業中に手を損傷することはないため、作業効率を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る成形金型装置を備えるダイカスト装置の模式断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る成形金型装置の断面図である。
【図３】押出ピンがピン孔に挿嵌されている状態の断面図である。
【図４】押出ピンの正面図である。
【図５】押出ピンの斜視図である。
【図６】押出ピンがピン孔に挿嵌されている状態の要部拡大断面図である。
【図７】成形品断面の顕微鏡写真である。
【図８】ベント部を高変化部である、ランナーの屈曲箇所に設けた例の流通路の斜視図である。
【図９】（ａ）はベント部を高変化部である、ランナーとゲート５１との境目部分に設けた例の断面図である。（ｂ）はベント部を高変化部である、オーバーフロー部の流通路に設けた例の断面図である。
【図１０】ベントピンの変形例を示す先端部分の斜視図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）はベントピンの他の変形例を示す斜視図である。
【図１２】ベントピンの他の変形例を示す斜視図である。
【図１３】（ａ）は従来の成形用金型の模式断面図であり、（ｂ）は従来の成形用金型におけるオーバーフロー部とその近傍の模式断面図である。
【図１４】ベント部が形成された押出ピンを用いて成形した従来のダイカスト成形品の要部写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の実施形態について、ダイカスト成形を例に挙げて説明する。図１は本発明の一実施形態に係る成形金型装置１を備えるダイカスト装置２の模式断面図であり、図２は本発明の一実施形態に係る成形金型装置１の断面図である。このダイカスト装置２は、ダイカスト成形品を得るための鋳造装置であり、キャビティ３を構成する成形金型４を有する成形金型装置１と、キャビティ３へ溶融材料である溶融金属を加圧状態で充填する加圧機構５と、溶融金属を成形金型４と加圧機構５間の供給路６へ供給する材料供給部７とを備えている。
【００３１】
成形金型装置１は、溶融材料が充填されるキャビティ３を構成する成形金型４と、この成形金型４に設けられたピン孔８に嵌挿された円柱状の押出ピン（ベントピン）９とを備えている。加圧機構５は溶融金属の貯留部、油圧シリンダー１０、及びこの油圧シリンダー１０内に導入されたプランジャー１１などからなる。成形金型４と加圧機構５間の供給路６へ導入された溶融金属は、プランジャー１１の圧力でキャビティ３へ充填される。
【００３２】
成形金型４は、主型１５と、この主型１５に嵌め込まれた入れ子１６で構成されている。主型１５は、固定主型１７と可動主型１８とからなり、固定主型１７には、固定側入れ子１９が嵌め込まれ、可動主型１８には、可動側入れ子２０が嵌め込まれている。入れ子１６は、固定側入れ子１９と、この固定側入れ子１９に対して進退自在とされて型閉状態と型開状態に変更可能に設けられた可動側入れ子２０とで構成されている。これら固定側入れ子１９と可動側入れ子２０でキャビティ３が構成されると共に、成形金型４内には、湯道となるゲートやランナーなどの流通路が構成されている。
【００３３】
成形金型４の型閉後、材料供給部７から溶融したアルミニウム（以下溶湯）が供給路６へ流し込まれ、加圧機構５のプランジャー１１が前方へ動き、供給路６内の溶湯が成形金型４へ移送される。溶湯はランナー、ゲートなどを通ってキャビティ３へ流入し、充填される。その後、溶湯がキャビティ３で固化し成形品となる。成形金型４を型開状態とした後、固化した成形品が押出ピン９に押し出されて成形金型４から離型される。
【００３４】
図３はランナー１２に設けられたピン孔８に押出ピン９が挿嵌されている状態の断面図であり、図４は押出ピン９の正面図であり、図５は押出ピン９の斜視図であり、図６は押出ピン９がピン孔８に挿嵌されている状態の要部拡大断面図である。押出ピン９とこの押出ピン９が嵌挿されるピン孔８との隙間に、当該押出ピン９の長手方向に沿って、ランナー１２やキャビティ３のガスを排出するベント部１３が構成されている。
【００３５】
ベント部１３は、押出ピン９の先端外周面９ａとピン孔８の内周面８ａで構成された円環状のガス導入口２１と、このガス導入口２１から押出ピン後方に向かってガスの通気抵抗が小さくなるように当該ガス導入口２１よりも広く構成された排出路２２とを有している。ここでガス導入口２１よりも広くとは、ガスの流路における流路方向の横断面積（図３では左右方向に直交する断面積）をガス導入口２１よりも大きくすることを意味する。排出路２２の横断面積がガス導入口２１の横断面積よりも大きく、排出路２２の軸方向後方への長さもガス導入口２１よりも十分に長くなっており、ガス導入口２１を通過したガスを軸方向後方へ向けて速やかに流すことができる。
【００３６】
ガス導入口２１の一部となる、押出ピン９の先端部分９ｓは円柱状であり、押出ピン９の先端外周面９ａとピン孔８の内周面８ａの直径差ｒは０．０２〜０．５０ｍｍが好ましく、０．０５〜０．３５ｍｍがより好ましい。ベントピンである押出ピン９の先端９ｓが流通路であるランナー１２の内面１２ａよりも軸方向後方に入り込んでいる本実施形態の場合、ガス導入口２１の一部となる、押出ピン９の先端部分９ｓの軸方向長さｎは１．０〜１１．０ｍｍが好ましく、より好ましくは３．０〜７．０ｍｍである。従ってガス導入口２１は内径と外径の直径差ｒ：０．０２〜０．５０ｍｍ、軸方向長さｎ：１．０〜１１．０ｍｍの円筒状空間である。押出ピン９の先端外周面９ａとピン孔８の内周面８ａの直径差ｒを大きくするのに従って、押出ピン９の先端部分９ｓの軸方向長さｎを長くすればよい。
【００３７】
ガス導入口２１よりもガスの通気抵抗が小さくなるように広く構成された排出路２２は、押出ピン９の周面に周方向に所定間隔をおいて形成された長手方向に伸びる複数の面取部（外側面）２３と、ピン孔８の内周面８ａと、で構成された複数の排気通路２４を有している。面取部２３は、先端外周面９ａに軸方向後方に向かって連続形成されている。面取部２３が存在する分だけ、ガス導入口２１の軸方向後方側のガスの通気路が広がっている。即ち排出路２２は、押出ピン９における面取部２３が形成されていない外周面部分２３ａとピン孔８の内周面８ａとの間の空間と、上記の複数の排気通路２４と、で構成されている。
【００３８】
複数の排気通路２４は、押出ピン９の周方向に等間隔をおいて構成されている。本実施形態の排出路２２は９０°の角度をおいて等間隔に設けられた４つの排気通路２４を有している。排出路を構成する排気通路の数は限定されない。
【００３９】
各排気通路２４は、押出ピン９の周面の一部が面取りされることで、平面視縦長の方形状に形成されている。各排気通路２４の押出ピン径方向における最大深さｈは下記式を満たし且つ２．００ｍｍ以下であることが好ましい。
ｒ＜ｈ＜（Ｄ/４）  
但し、ｒはベントピンの先端外周面とピン孔の内周面との直径差、Ｄはベントピンの直径。
【００４０】
各排気通路２４における軸方向と直交する方向の幅ｍは１〜２０ｍｍが好ましく、５〜１５ｍｍがより好ましい。なお、押出ピン径方向における最大深さｈは、深い方がガス抜きには有利であるが、ピン強度の面から２ｍｍ限界となる。このため、ピン孔８の方を製品端面から１０ｍｍ上離れた位置から、ピン径の１．２倍〜２．０倍に大きくすることより効果的にガス抜きできる。
【００４１】
ランナー１２やキャビティ３に存在する空気などのガスは、ベント部１３及びその先の流路を通じて成形金型４の外部へ排出される。移送されてきた溶湯はベント部１３にも僅かに流入するが、ガス導入口２１の入り口付近で固化し、ガス導入口２１の隙間空間の奥深くまで入り込むことはない。ベント部１３を薄い隙間空間のガス導入口２１と、その先のこれよりも隙間空間を広げた複数の排気通路２４で構成することによって次の作用を得ることができる。
【００４２】
ランナー１２に溶湯が流入してくると、狭い隙間空間で構成されたガス導入口２１の入り口付近が減圧され、ランナー１２に存在するガスの排出速度が増大する。その先の複数の排気通路２４はガス導入口２１よりも広くなっているため、ガス導入口２１を通過した後のガスの通気抵抗を減らすことができる。即ちガス導入口２１でランナー１２のガスの排出速度を増大させ、複数の排気通路２４でガス導入口２１を通過した後のガスの通気抵抗を低減する成形方法を行うことができる。この成形方法を行うことにより、ガスの排出量を飛躍的に向上させることができる。
【００４３】
ガス導入口２１の軸方向長さｎを１．０〜１１．００ｍｍとすることで、適切な通気抵抗が得られ、溶融金属の吹き出しを防止することができる。排出路２２を構成する各排気通路２４の押出ピン径方向における最大深さｈを、上記式を満たし且つ２．００ｍｍ以下とすることで、ガス導入口２１を通過した後のガスの通気抵抗を効果的に低減し、それと共に溶融材料の吹き出しを防止することができる。
【００４４】
各排気通路２４における軸方向と直交する方向の幅ｍを１〜２０ｍｍとすることで、ガス導入口２１を通過した後のガスを速やかに排出することができる。各排気通路２４の終端よりもさらに先の主型１５の流路は、各排気通路２４よりも大きい流路とすればよい。ガス導入口２１及び各排気通路２４の各部の寸法を上記の範囲とすることにより、溶湯の吹き出しを防止しながら、ランナー１２やキャビティ３のガスを効率よく排出することができる。
【００４５】
本実施形態のように、押出ピン９の先端９ｓが流通路であるランナー１２の内面１２ａよりも軸方向後方に入り込んでいる場合の他、図３の仮想線で表されたように、ベントピンである押出ピン９の先端９ｓが流通路であるランナー１２の内面１２ａよりも軸方向前方に突出しているようにしてもよい。この場合、溶湯等の溶融材料に圧力変化が生じ、溶湯とガスの分離を図られ、ベント部１３によるガス抜き効率を向上させることができる。このように、ベントピンである押出ピン９の先端９ｓが軸方向前方に突出している場合においても、押出ピン９の先端部分９ｓの軸方向長さｎは１．０〜１１．０ｍｍが好ましく、より好ましくは３．０〜７．０ｍｍである。
【００４６】
例えば、押出ピン９を成形金型装置１に配置する際、ランナー１２の内面１２ａを基準に軸方向に入り込ませる範囲ｄ１の最大値を５ｍｍとし、突出させる範囲ｄ２の最大値を５ｍｍとした範囲で位置調整すればよい。このようにすることで、溶湯に圧力変化が生じ、溶湯とガスの分離が図られ、ベント部１３によるガス抜き効率が良好となる。従来では、押出ピン９の先端９ｓをランナー１２の内面１２ａよりも軸方向後方に入り込ませていたが、押出ピン９の先端９ｓをランナー１２の内面１２ａよりも軸方向前方に突出させる。
【００４７】
ベントピンである押出ピン９の先端９ｓを突出させて、溶融材料である溶湯の流路が狭くなった分、流速が上がり、圧力が下がるため、気泡が大きくなり浮力で分離が容易になる。これにより、ガス抜き効果の向上が期待できる。なお、ベント部１３を製品部で構成する場合は、押出ピン９の先端９ｓとランナー１２の内面１２ａを面一とし、ランナーやオーバーフロー部に使う場合には、上述のようにランナー１２の内面１２ａを基準に−５ｍｍ〜＋５ｍｍの範囲で位置調整すればよい。
【００４８】
ベントピンである押出ピン９の先端９ｓを、ランナー１２の内面１２ａよりも軸方向前方に突出させる場合、図３のように押出ピン９の先端に、テーパー状の抜き勾配部分４０を設けるのが好ましい。この抜き勾配部分４０を設ければ、ランナー１２と押出ピン９とを互いに離型し易くすることができる。この抜き勾配部分４０の角度は例えば１０°程度である。また、押出ピン９を製品部分に配設した場合には、製品と押出ピン９とを互いに離型し易くすることができる。
【００４９】
図６を参照して、排出路２２におけるガス導入口側端部から反対側へ向かって少なくとも３ｍｍの範囲ｋは、同一の断面形状を有している。このような同一の断面形状を有する範囲ｋは３ｍｍが好ましく、より好ましくは５ｍｍ、さらに好ましくは１０ｍｍである。このように、排出路２２のガス導入口側端部の近傍を同一形状として、例えば凹部又は凸部を設けないことで、ガスの排出をスムーズに行うことができる。
【００５０】
ベントピンである押出ピン９を設置してガスを排出する場合でも、オーバーフロー部を設けなかった場合、図７の写真に示すように成形品に島状組織(初期凝固片)が生じることがある。この現象は溶融金属の一部が金型の内面で瞬間的に冷やされたことによるものであると考えられる。オーバーフロー部がないとこの初期凝固片はキャビティ３の内部で凝固してしまう。そのため、ベント部１３を設けた状態で、キャビティ３に溶融材料を溜めるオーバーフロー部を、流通路を介して設ければよい。
【００５１】
キャビティ３に、溶融材料を溜めるオーバーフロー部が設けられていることで、島状組織(初期凝固片)をオーバーフロー部の内部に誘導でき、キャビティ３の内部に溶湯の流れが作られる。製品形状により流速が変化する部位に、ベントピンである押出ピン９を配置することによって、効率的にガス抜きすることができるとともに、上記のような島状組織の発生を抑制でき、高品質のダイカスト製品の製造が可能となる。
【００５２】
ベント部１３を設ける箇所に関し、ベント部１３を構成する、ピン孔８と押出ピン９を、溶融材料の流速又は圧力の変化が高くなる高変化部でガス排出されるように設ければよい。溶融材料の流速とそれに伴い圧力が変化する高変化部では、ガスと溶融材料の比重差で、ガスが分離排出されるため、ガスをより効果的に排出でき、ガスの排出量をさらに大きくすることができる。
【００５３】
キャビティ３に、溶融材料を溜めるための、製品重量の１／４以上の重量を有するオーバーフロー部が流通路を介して設けられており、高変化部が製品形状により流速が変化する部位であることが好ましい。溶湯等の溶融材料は流れが止まると凝固が進み、凝固が進むとガス抜きは不可能になる。このため、大きめのオーバーフローを設け、キャビティ内に溶湯の流れを作り、ガスと溶湯の分離を図り、高変化部を製品形状により流速が変化する部位とし、ベント部１３を適切に配置する。これにより、効率的にガス抜きが行われ、製品品質を向上させることができる。
【００５４】
溶湯は流れが止まると凝固し始め、ランナー部で抜きれなかった溶湯内のガスはそのまま巣となる。このため、メインゲートと反対側に、製品重量の１／４以上（あまり大きくすると凝固が間に合わず、型開き後破裂して危険）の大きなオーバーフローを設ける。キャビティ３内に溶湯の流れを作り、製品形状により流速が変化する部位に、ベントピンである押出ピン９を配置することによって、効率的にガス抜きすることができる。これにより、高品質のダイカスト製品の製造が可能となる。なお、溶湯の流速が速くなれば、圧力減少により、ガスの体積が増加することによる浮力増加及び溶湯とガスの比重差で、溶湯とガスの分離が促進されると考えられる。
【００５５】
（アルミの溶湯とガスの分離について）
ダイカストのガス抜きを効率的に行うには、スリーブ内で混合された、アルミの溶湯とガスを分離する必要がある。このためには、以下の手法を用いるとよい。
１．ランナーを細くする。２．ゲートを小さくする。３．ランナーを曲げる。４．ベントピン部に溜まりを設ける。１．２．では流速を上げて、溶湯とガスの比重差で分離を図ること、及び溶湯の圧力を下げ、ガスの体積を増やして、浮力で溶湯との分離を図るものである。３．４．では溶湯の流路を曲げて、流動抵抗を増やし、ガスとの比重差で分離を図るものである。
【００５６】
例えば図８のように、高変化部５０はランナー１２の屈曲箇所であり、この屈曲箇所にベント部１３を設ければよい。図９（ａ）のように、流通路となる、溶融材料を導入するランナー１２と、キャビティ３への溶融材料の注入口となるゲート５１との境目部分が高変化部５０となり、この境目部分にベント部１３を設ければよい。図９（ｂ）のように、オーバーフロー部５２の流通路５５が高変化部５０であり、この流通路５５にベント部１３を設ければよい。これら場合、ガスをより効果的に排出でき、ガスの排出量をさらに大きくすることができる。
【００５７】
本実施形態の成形金型装置１及び成形方法では、押出ピン９とピン孔８との隙間で構成されたベント部１３が、押出ピン９の先端外周面９ａとピン孔８の内周面８ａで構成され、かつ当該先端外周面９ａと当該内周面８ａの直径差ｒを０．０２〜０．５０ｍｍとした円環状のガス導入口２１と、このガス導入口２１から押出ピン後方に向かって当該ガス導入口２１よりもガスの通気抵抗が小さくなるように広く構成された排出路２２とを有している。ベント部１３は、オーバーフロー部に設けられている従来のものとは異なり、キャビティ３やランナー１２などの導入路に直接的に連通しており、キャビティ３や導入路に近いガス導入口２１が薄く、キャビティ３や導入路から遠い排出路２２が広くなっている。
【００５８】
ベント部１３では、キャビティ３や導入路に直接的に連通するガス導入口２１で一旦絞られているため、ガスの排出速度が増大し、その先の、ガス導入口２１よりも広くなっている排出路２２で、ガス導入口２１を通過した後のガスの通気抵抗を減らすことができる。これにより、ガスの排出量を飛躍的に向上させることができる。成形品には尖った異形部分はなく、後加工の作業中に手を損傷することはない。これにより作業効率を維持することができる。本実施形態の成形金型装置１及び成形方法を用いることで、巣などの欠陥が極めて少ない高品質のダイカスト成形品を得ることができる。
【００５９】
排出路２２が、押出ピン９の周面に周方向に所定間隔をおいて形成された長手方向に伸びる複数の面取部２３と、ピン孔８の内周面８ａと、で構成された複数の排気通路２４を有するため、ガス導入口２１を通過した後のガスの適切な通気抵抗を得ることができる。複数の排気通路２４は、押出ピン９の周方向に等間隔をおいて構成されているため、ガス導入口２１を通過した後のガスの排出状態の偏りが無くなり、ガス導入口２１の周囲に沿って均等にガスを導入することができる。
【００６０】
本発明は上記実施形態に限定するものではない。上記実施形態は本発明に係る成形金型装置、ベントピン及び成形方法の例示であり制限的なものではない。本発明の成形金型装置、ベントピン及び成形方法は、アルミニウムに限らず他の金属への適用も勿論可能であり、合成樹脂を成形する射出成形への適用も可能である。特にマグネシウムを本発明に係る成形金型装置、ベントピン及び成形方法を用いて成形することで、高品質のマグネシウム成形品を得ることができる。上記実施形態では、ベント部をランナーに設けているが、ベント部を溶融材料の他の導入路又はキャビティに設けてもよい。ベント部をランナー等の溶融材料の導入路とキャビティの両方に設けてもよい。
【００６１】
本発明におけるベントピンは成形に用いるあらゆる形態のピン形状のものを含み、金型から成形品を離型させるための押出ピンに限定されない。キャビティ又はこのキャビティへの溶融材料の導入路に連通するピン孔に嵌挿された円柱状のピンであればどのようなものであってもよい。ベントピンの他の形態として、例えばボルト孔などを有する鋳造製品の鋳造において、ボルト孔の下孔を予め形成しておくための鋳抜きピンが挙げられる。またベント部を設けるためだけに、金型に設けられたピン孔に挿嵌されたピンなども含まれる。
【００６２】
図１０は押出ピン（ベントピン）の変形例を示す斜視図である。図１０に示すように、押出ピン（ベントピン）３０の先端外周面３０ａに、ガス導入口のベントピン長手方向全長に渡る複数の溝３１を形成してもよい。複数の溝３１は、図１０のように各面取部２３に対応するように設ければよい。溝の大きさ、数は限定されず、１つの面取部２３に対応して、複数の溝を設けてもよい。この場合、ガス導入口におけるガスの適切な通気抵抗を維持しつつ、ガスの通気量を増やすことができる。
【００６３】
排気通路の形状は限定されない。図１１（ａ）及び（ｂ）は押出ピン（ベントピン）の他の変形例を示す斜視図である。図１１（ａ）に示す押出ピン３２では、図５に示す第１実施形態よりも面取部３３の数を多くしている。図１１（ｂ）に示すように、排出路を、複数の排気通路で構成せずに、押出ピン３５の先端外周面３５ａよりも直径を小さくした外周面３５ｂと、ピン孔の内周面で構成してもよい。排出路をベントピン後方に向かうに従って幅広の形状としてもよい。
【００６４】
図１２は押出ピン（ベントピン）の他の変形例を示す斜視図である。４つの面取部２３を設けた図５に示す第１実施形態の押出ピン９に対して、この押出ピン３５では、１つのみの面取部３６を設けている。即ちこの例では、排出路は、押出ピン３５の周面に形成された長手方向に伸びる１つのみの面取部３６と、ピン孔の内周面と、で構成された１つのみの排気通路を有している。この例では、押出ピン３５の先端に、テーパー状の抜き勾配部分４０が設けられている。更に他の変形例として、２つのみの面取部を対向状（１８０°間隔）に設けてもよい。直径が８ｍｍ程度よりも小さい押出ピンの場合、面取部を設けることで強度への影響が大きくなる。直径が小さい押出ピンに本発明を適用する場合、面取部を図９の変形例のように少なくすれば、強度低下を防ぐことができる。
【００６５】
ベント部を構成するベントピンとピン孔の断面形状は円形だけでなく、多角形状であってよく、この場合多角形状の環状のガス導入口となる。成形金型の形状、固定側入れ子及び可動側入れ子の形状、主型の形状、ランナーの形状、ベント部の数及び形状、ベント部を設ける金型の部位は限定されない。ベント部を設けた本発明の成形金型を用いる際に、必要に応じて設けられる各種の部材は、本発明の効果を損なわない限りにおいてどのような形態のものであってもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１  成形金型装置
２  ダイカスト装置
３  キャビティ
４  成形金型
５  加圧装置
６  供給路
７  材料供給部
８  ピン孔
８ａ  内周面
９  押出ピン（ベントピン）
９ａ  先端外周面
９ｓ  先端部分
１２  ランナー
１３  ベント部
１６  入れ子
２１  ガス導入口
２２  排出路
２３  面取部
２３ａ  外周面部分
２４  排気通路
３０、３２、３５  押出ピン（ベントピン）
３０ａ  先端外周面
３１  溝
３３、３６  面取部
４０  抜き勾配部分
ｒ  押出ピンの先端外周面とピン孔の内周面の直径差
ｎ  押出ピンの先端部分の軸方向長さ
ｈ  各排気通路の最大深さ
ｍ  排気通路における軸方向と直交する方向の幅
【図１】
2018111124.tif 000003
【図２】
2018111124.tif 000004
【図３】
2018111124.tif 000005
【図４】
2018111124.tif 000006
【図５】
2018111124.tif 000007
【図６】
2018111124.tif 000008
【図７】
2018111124.tif 000009
【図８】
2018111124.tif 000010
【図９】
2018111124.tif 000011
【図１０】
2018111124.tif 000012
【図１１】
2018111124.tif 000013
【図１２】
2018111124.tif 000014
【図１３】
2018111124.tif 000015
【図１４】
2018111124.tif 000016