(57)【要約】【課題】  減圧吸引での射出スリーブへの溶湯の給湯量を安定させて、良好な品質の鋳造品が得られる真空ダイカスト方法を提供し、また該真空ダイカスト方法を簡単な構造で達成できる真空ダイカスト装置を得る。【解決手段】  固定型と可動型との型締め動作時に、キャビティに挟み込まれた空気を大気開放する大気開放弁を設けて、給湯管への空気の流入とこれによる給湯管内の溶湯の湯面変動を抑制して、射出スリーブへの溶湯の給湯量を安定する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定型および可動型で形成するキャビティと、前記キャビティに連通する射出スリーブと、前記射出スリーブ内で嵌合して前後進できる射出プランジャと、前記射出スリーブの下方にあって溶湯を収容する保持炉と、一端を前記射出スリーブに形成した給湯口に連通し、かつ他端を前記保持炉内の溶湯に没入する給湯管と、前記キャビティを減圧して前記保持炉内の溶湯を前記給湯管を介して前記射出スリーブに給湯する減圧手段とを有する真空ダイカスト装置であって、前記固定型と前記可動型との型締め動作時に、前記キャビティ、前記射出スリーブおよび前記給湯管で画成される閉空間の圧力を大気圧に開放する大気開放弁を有することを特徴とする真空ダイカスト装置。
【請求項２】
前記大気開放弁は、前記固定型または前記可動型に設置する溶湯流出防止用のシャットオフバルブと、真空装置との連通を開閉する真空弁との間に設けたことを特徴とする請求項１に記載の真空ダイカスト装置。
【請求項３】
前記大気開放弁は、前記射出スリーブに設けたことを特徴とする請求項１に記載の真空ダイカスト装置。
【請求項４】
前記大気開放弁は、前記固定型または前記可動型に設置する溶湯流出防止用のシャットオフバルブと兼用したことを特徴とする請求項１に記載の真空ダイカスト装置。
【請求項５】
固定型および可動型で形成するキャビティを減圧して保持炉内の溶湯を給湯管を介して射出スリーブに給湯し、前記射出スリーブに嵌合する射出プランジャを前進して前記射出スリーブ内の溶湯を前記キャビティに充填する真空ダイカスト方法において、前記キャビティを減圧する前の前記固定型と前記可動型との型締め動作時に、前記キャビティ、前記射出スリーブおよび前記給湯管で画成される閉空間の圧力を大気開放弁により大気圧に開放することを特徴とする真空ダイカスト方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空ダイカスト装置および真空ダイカスト方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常のダイカスト法は、保持炉内の溶湯を、ラドルなどで射出スリーブ内に給湯し、射出プランジャを作動させて狭いゲートを通らせ、金型のキャビティに射出する鋳造法である。ダイカスト法は、寸法精度の高い鋳物が得られ、サイクルタイムも短いことから、アルミニウム合金鋳物などの製造に広く適用されている。一方、ダイカスト法は、溶湯を高速で射出するので、空気や酸化物を巻込みやすい。空気や酸化物の巻込みを低減する方法として真空ダイカスト法があるが、近年では、キャビティ内を真空吸引で減圧することで保持炉内の溶湯を給湯管を介して射出スリーブ内に給湯することにより減圧時間を延長するとともに、キャビティから射出スリーブに至るまでの閉空間の減圧を十分に行なうことにより、更に空気や酸化物の巻込みを低減した減圧下での吸引給湯が可能な真空ダイカスト法が開発、実用化されている。
【０００３】
給湯を真空吸引の減圧により行なう真空ダイカスト装置としては、例えば、特許文献１に開示されたような装置が知られている。図４は、特許文献１の真空ダイカスト装置１００を示す。該装置１００は、固定型１４２および可動型１４４で形成するキャビティ１４５と、キャビティ１４５に連通する射出スリーブ１３１と、溶湯Ｍを収容する保持炉１１１と、一端が射出スリーブ１３１に連結され、かつ他端が保持炉１１１内の溶湯Ｍに没入する給湯管１２１とを備えている。また、キャビティ１４５と真空装置１５０との間に真空弁１５３が設けられている。そして、真空装置１５０の真空吸引と真空弁１５３の開放動作により、キャビティ１４５から射出スリーブ１３１に至るまでの閉空間を減圧して、溶湯Ｍを射出スリーブ１３１内に吸い上げる吸引給湯を行っている。また、この特許文献１の真空ダイカスト装置１００では、射出スリーブ１３１への溶湯Ｍの給湯を精度良く行なうために、レベルセンサ１１２、温度センサ１１３、重量計１１４により保持炉１１１中の溶湯Ｍを実測し、この実測値と目標値とを計算機１１５で比較して、真空装置１５０および／または真空弁１５３を制御することで高精度な給湯量の制御を可能としている。なお、図４で１２１ａはオリフィス、１３２は射出プランジャ、固定プラテン１４１、１４３は可動プラテン、１４６はゲートとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−７９６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、真空ダイカスト装置には、真空吸引時の減圧度を向上するため、装置各所にキャビティ、射出スリーブおよび給湯管で画成される閉空間と外部との気密性を確保するための方策が施されている。このため真空ダイカスト装置は、一般のダイカス装置と比較して気密性が高く、型締め動作の際に、固定型と可動型で形成されるキャビティに挟み込まれた空気が、キャビティ、射出スリーブおよび給湯管で画成される閉空間から散逸し難く、射出スリーブを経由して給湯管に流入し給湯管内の溶湯を保持炉側に押し戻す。キャビティに挟み込まれる空気は、鋳造による固定型や可動型の温度変化にともなって、その温度と体積が変動する。このため、鋳造ショット毎に給湯管内に流入する空気量が変化して給湯管内の溶湯の湯面位置（湯面レベル）が上下にばらついたり、湯面が波打つなどの湯面変動が生じる。給湯管に流入する空気量が多いほど給湯管内の湯面位置が大きく低下するため、型締め完了後の減圧吸引での射出スリーブへの溶湯の給湯量が減少する。また、給湯管に流入した空気により、給湯管やオリフィスの内壁に付着した溶湯が冷やされて凝固したり、酸化したりすることにより給湯管やオリフィスの孔径が減少して射出スリーブへの給湯量が更に減少する。
【０００６】
真空ダイカスト方法では、射出スリーブに給湯した溶湯を、射出スリーブに嵌合する射出プランジャを前進してキャビティに充填する際に、キャビティのゲート手前に、固定型および／または可動型、射出スリーブおよび射出プランジャに包囲され、射出プランジャによって押圧されるビスケットを形成し、このビスケットを介してキャビティに高圧を作用することで鋳巣や不廻りなどの鋳造欠陥が少ない高品質の鋳造品を製造可能としている。射出スリーブへの給湯量が減少すると形成されるビスケットの厚さが薄くなり、ビスケットが早く凝固して射出プランジャの圧力がキャビティに伝達し難くなり、鋳造品に鋳巣、不廻りなどの鋳造欠陥が発生しやすくなる。
【０００７】
また、給湯管に流れ込む空気量が極端に多くなると、空気は給湯管内のみならず保持炉の内部まで到達し、溶湯中に酸化物や凝固片、気泡を発生させる。発生した酸化物や凝固片、気泡は、向後の鋳造ショットで給湯時に溶湯に巻き込まれ、射出スリーブに溶湯とともに吸引され、キャビティに射出されると、鋳造品への異物噛みやガス欠陥などの鋳造欠陥の原因となる。
【０００８】
射出スリーブへの給湯量不足に起因する鋳造欠陥の予防策として、射出スリーブへの給湯量の減少を見込んで予め給湯量を多めにしておくことにより、給湯量不足による鋳巣などの問題は回避することが可能である。しかし、型締め動作の際にキャビティに挟み込まれて給湯管に流入する空気量は鋳造ショット毎に変化するため、流入する空気量が少なくなって給湯管内の湯面位置が予想外に上昇すると、射出スリーブへの給湯量が過剰となる。射出スリーブへの給湯量が多い場合は、射出プランジャによる低速から高速を含む射出工程において、低速射出の段階でゲートやキャビティに過剰な溶湯が先行して流れ込んで凝固が進行し、後続の、高速射出で流れ込んだ溶湯と融合することなく、湯境や不廻りなどの鋳造欠陥が発生しやすくなる。特に、射出が完了する前にゲートが閉塞すると、充填不良を招いて鋳造品を得られないという問題が生じる。
【０００９】
特許文献１に示す真空ダイカスト装置は、固定型と可動型との型締め完了後に、キャビティ内を減圧しつつ溶湯を射出スリーブに吸引する段階での給湯量の精度向上に着目して提案されたものである。また、従来の真空ダイカスト装置においては、例えば、射出スリーブへ電磁ポンプを用いて溶湯を給湯する際の背圧の除去、キャビティ内への離型剤の分散付着のための気流形成、射出スリーブへの潤滑剤供給時の給湯管内の湯面変動防止などを目的に、固定型と可動型との型締め動作完了後であって、キャビティの真空吸引による減圧前に、キャビティから射出スリーブに至るまでの閉空間を予備的に減圧したり、大気開放する従来技術は散見される。
【００１０】
しかしながら、上述したように、真空ダイカスト方法において、固定型と可動型との型締め完了前の型締め動作の際に、キャビティに挟み込まれた空気が給湯管に流入し、しかも流入する空気量が鋳造ショット毎に変化して給湯管内の溶湯が湯面変動すること。さらに給湯管内の溶湯の湯面変動によって、型締め完了後の減圧吸引での射出スリーブへの溶湯の給湯量が変動することに起因して、鋳造品に鋳巣、湯境、不廻り、異物噛みなどの鋳造欠陥が発生しやすくなるという問題について、これを解決するための試みは見出せない。
【００１１】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたもので、型締めの際の給湯管への空気の流入と、これによる給湯管内の溶湯の湯面変動を抑制することで、型締め完了後の減圧吸引での射出スリーブへの溶湯の給湯量を安定させて、良好な品質の鋳造品が得られる真空ダイカスト方法を提供することを目的としている。また本発明の別の目的は、上記の真空ダイカスト方法を簡単な構造で達成できる真空ダイカスト装置を得ることにある。
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決するため、型締め動作の際に、キャビティに挟み込まれた空気が給湯管へ流入しないよう、キャビティ等で画成される閉空間から空気を散逸する方策について鋭意研究した。その結果、型締め動作時に、キャビティに挟み込まれた空気を大気開放することで、給湯管への空気の流入とこれによる給湯管内の溶湯の湯面変動が抑制され、射出スリーブへの溶湯の給湯量が安定して、上記課題を解決できるとの知見を得、本発明に想到した。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
すなわち、本発明の真空ダイカスト装置は、固定型および可動型で形成するキャビティと、前記キャビティに連通する射出スリーブと、前記射出スリーブ内で嵌合して前後進できる射出プランジャと、前記射出スリーブの下方にあって溶湯を収容する保持炉と、一端を前記射出スリーブに形成した給湯口に連通し、かつ他端を前記保持炉内の溶湯に没入する給湯管と、前記キャビティを減圧して前記保持炉内の溶湯を前記給湯管を介して前記射出スリーブに給湯する減圧手段とを有する真空ダイカスト装置であって、前記固定型と前記可動型との型締め動作時に、前記キャビティ、前記射出スリーブおよび前記給湯管で画成される閉空間の圧力を大気圧に開放する大気開放弁を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の真空ダイカスト装置において、前記大気開放弁は、前記固定型または前記可動型に設置する溶湯流出防止用のシャットオフバルブと、真空装置との連通を開閉する真空弁との間に設けていることが好ましく、また、前記大気開放弁は、前記射出スリーブに設けていることが好ましく、また、前記大気開放弁は、前記固定型または前記可動型に設置する溶湯流出防止用のシャットオフバルブと兼用していることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の真空ダイカスト方法は、固定型および可動型で形成するキャビティを減圧して保持炉内の溶湯を給湯管を介して射出スリーブに給湯し、前記射出スリーブに嵌合する射出プランジャを前進して前記射出スリーブ内の溶湯を前記キャビティに充填する真空ダイカスト方法において、前記キャビティを減圧する前の前記固定型と前記可動型との型締め動作時に、前記キャビティ、前記射出スリーブおよび前記給湯管で画成される閉空間の圧力を大気開放弁により大気圧に開放することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の真空ダイカスト方法によれば、型締めの際の給湯管への空気の流入を防止できるので、給湯管内での溶湯の湯面レベルの上下ばらつきや湯面が波打つなどの湯面変動を抑制するとともに、これにともなう給湯管やオリフィスの孔径の減少を防止することで、型締め完了後の減圧吸引での射出スリーブへの溶湯の給湯量が安定して、鋳巣、湯境、不廻りなどの鋳造欠陥を低減できる。また、給湯管内での溶湯の湯面変動の抑制によって給湯管や保持炉での酸化物や凝固片、気泡の巻き込みによる異物噛みやガス欠陥などの鋳造欠陥を低減できる。従って、本発明の真空ダイカスト方法によれば、鋳造欠陥の発生傾向を低減して良好な品質の鋳造品を得ることができる。
【００１７】
また、本発明の真空ダイカスト装置によれば、大気開放弁を設けるという容易な手段によるので、既存の装置であっても軽微な改造で済むなど、上記の真空ダイカスト方法を簡単な構造でかつ経済的に達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態１での真空ダイカスト装置の横断面図である。
【図２】実施の形態２での真空ダイカスト装置の横断面図である。
【図３】実施の形態３での真空ダイカスト装置の横断面図である。
【図４】特許文献１に開示される従来の真空ダイカスト装置の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１での真空ダイカスト装置１の横断面図を示す。図１で真空ダイカスト装置１は、固定プラテン４１に取り付けた固定型４２と、可動プラテン４３に取り付けた可動型４４と、固定型４２および可動型４４で形成される鋳造品を成形するためのキャビティ４５とを有する。キャビティ４５にはゲート４６を介して射出スリーブ３１が連通している。射出スリーブ３１は、射出スリーブ３１内で嵌合して前後進できる射出プランジャ３２を有する。射出プランジャ３２はリング構造を有するものを用いることにより射出スリーブとの間に生じるクリアランスを小さくすることが可能であり、気密性を維持する上で有利である。
【００２０】
また、真空ダイカスト装置１は、射出スリーブ３１の下方にあって、溶解した溶湯Ｍを収容するとともにガス等で加熱保持する保持炉１１を有する。保持炉１１内の溶湯の湯面位置は、図示しない湯面センサ、計算機などからなる湯面位置制御装置等により一定位置に維持されることが好ましい。
【００２１】
また、真空ダイカスト装置１は、一端を保持炉１１に形成した給湯口３１ａに連通し、かつ他端を保持炉１１内の溶湯Ｍに没入する給湯管２１を有している。給湯管２１は、吊り具を介して射出スリーブ３１に着脱自在に連結されるのが好ましい。また、給湯管２１は口径が小さなオリフィス２１ａを有し、真空吸引により射出スリーブ３１へ溶湯Ｍを供給する際に、単位時間当たりの給湯量をオリフィス２１ａの口径変更により調整できる構造としている。給湯管２１は、耐熱性と気密性を兼ね備えたセラミック製で内壁面にＢ−Ｎコーティングを施して溶湯との反応を防止した管構造であることが好ましく、また、給湯管２１は、給湯管内の溶湯温度を検出する熱電対、給湯管を包囲する加熱ヒータおよび断熱材などにより、その温度を溶湯温度と同程度に加熱保持することが好ましい。
【００２２】
また、真空ダイカスト装置１は、減圧手段である、真空ポンプ５１と、この真空ポンプ５１での真空圧を貯留する真空タンク５２とからなる真空装置５０と、真空タンク５２から、真空弁５３、大気開放弁５４、シャットオフバルブ５５を介してキャビティ４５に接続する配管系と、を有する。真空弁５３および大気開放弁５４は、従来知られた電磁弁等の開閉自在な弁機構を有するものであれば使用可能である。シャットオフバルブ５５はキャビティ４５からの溶湯流出防止用の弁で、開閉動作を短時間で行うために油圧式または電動式のアクチュエータを備えることが好ましい。実施の形態１において、大気開放弁５４は、シャットオフバルブ５５と真空弁５３の間に設けられ、弁体の一端は真空装置５０の配管系に連通し、他端は大気に開放し、真空ダイカスト装置１の各部の動作信号にもとづいて、図示しない制御装置によって開閉動作する。
【００２３】
次に、本発明の真空ダイカスト方法を説明する。まず、真空弁５３を「閉」として、真空装置５０の真空ポンプ５１を稼動して真空圧を真空タンク５２に貯留する。一方、キャビティ４５に接続する配管系に設けられた大気開放弁５４およびシャットオフバルブ５５は、何れも「開」に設定される。
【００２４】
固定型４２と可動型４４とが離間した型開き状態から、可動型４４を固定型４２に向かって移動する動作により、固定型４２と可動型４４との型締めが開始される。この際、シャットオフバルブ５５および大気開放弁５４が開いた状態で型締めを行なうので、固定型４２と可動型４４で形成されるキャビティ４５に挟み込まれた空気は、キャビティ４５、射出スリーブ３１および給湯管２１で画成される閉空間から、シャットオフバルブ５５および大気開放弁５４を経由して大気に排気されるので、閉空間の圧力は大気圧に開放される。これにより、キャビティ４５に挟み込まれた空気が、射出スリーブ３１を経由して給湯管２１に流入することを防止でき、給湯管２１内の溶湯Ｍの湯面変動を抑制できる。
【００２５】
型締め完了後、大気開放弁５４が「閉」に、真空弁５３が「開」に設定され、キャビティ４５は減圧手段である真空装置５０に接続されて真空吸引による減圧が開始される。型締め後の真空ダイカスト装置１は、キャビティ４５、射出スリーブ３１および給湯管２１で画成される閉空間を成すので、真空装置５０による減圧により該閉空間内の空気が排気（脱ガス）されるとともに、保持炉１１内の溶湯Ｍが、給湯管２１を経由して射出スリーブ３１に給湯される。
【００２６】
射出スリーブ３１内の溶湯Ｍが鋳造に必要な所定量になると、射出スリーブ３１に嵌合する射出プランジャ３２を前進させ、射出スリーブ３１内の溶湯Ｍをゲート４６を経由してキャビティ４５に充填して鋳造品が製造される。なお、シャットオフバルブ５５および真空弁５３は、射出工程において溶湯Ｍが真空装置５０の配管系に浸入しないタイミングで「閉」に設定されている。
【００２７】
実施の形態１の真空ダイカスト方法によれば、型締め動作の際に、キャビティに挟み込まれた空気が、射出スリーブを経由して給湯管に流入することを防止できるので、給湯管内での溶湯の湯面レベルの上下ばらつきや湯面が波打つなどの湯面変動を抑制するとともに、給湯管やオリフィスの孔径の減少を防止できる。従って、給湯管内の溶湯の湯面変動を抑制できるので、射出スリーブへの溶湯の給湯量が安定するとともに、給湯管や保持炉での酸化物や凝固片、気泡の巻き込が抑制されて、鋳巣、湯境、不廻り、異物噛み、ガス欠陥などの鋳造欠陥が低減される。
【００２８】
通常、給湯管やオリフィスは、その孔径の維持などを目的に、定期的に射出スリーブより離脱して内壁に付着した溶湯の凝固片や酸化物からなる堆積物を除去する清掃作業を行っている。本発明の副次的効果として、給湯管やオリフィスの清掃作業の頻度を削減できるとともに、それらの耐用寿命を延長することができる。
【００２９】
（実施の形態２）
図２は、実施の形態２での真空ダイカスト装置１の横断面図を示す。図２で真空ダイカスト装置１は、前述した実施の形態１の真空ダイカスト装置１に対して、大気開放弁５４の設置部位のみが相違し、大気開放弁５４を射出スリーブ３１に設けた以外は、同じ装置構成としている。なお、図２において、図１の真空ダイカスト装置と同一部分は同符号で示している。実施の形態２の大気開放弁５４は、弁体の一端が射出スリーブ３１に連通し、他端は大気に開放している。実施の形態２の真空ダイカスト方法は、実施の形態１の真空ダイカスト方法と同様の方法により鋳造品が製造される。
【００３０】
（実施の形態３）
図３は、実施の形態３での真空ダイカスト装置１の横断面図を示す。図３で真空ダイカスト装置１は、前述した実施の形態１の真空ダイカスト装置１に対して、大気開放弁５４の設置部位のみが相違し、大気開放弁５４を溶湯流出防止用のシャットオフバルブと兼用して設けた以外は、同じ装置構成としている。なお、図３において、図１の真空ダイカスト装置と同一部分は同符号で示している。実施の形態３の大気開放弁５４は、固定型４２に設置され、弁体の一端がキャビティ４５に連通し、他端は大気に開放している。実施の形態３の真空ダイカスト方法は、実施の形態１の真空ダイカスト方法と同様の方法により鋳造品が製造される。
【００３１】
実施の形態２および３の真空ダイカスト方法においても、実施の形態１と同様に、大気開放弁を「開」に設定して型締め動作することで、キャビティ、射出スリーブおよび給湯管で画成される閉空間の圧力を大気圧に開放することで、給湯管への空気の流入とこれによる給湯管内の溶湯の湯面変動が抑制され、射出スリーブへの溶湯の給湯量が安定して良好な品質の鋳造品が得られる。また実施の形態２および３の真空ダイカスト装置によれば、上記の真空ダイカスト方法を簡単な構造でかつ経済的に達成できる。
【００３２】
以上、本発明の典型的な例について説明したが、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。特に、大気開放弁は上述した設置部位や構成に限定されず、要は型締め動作時に、固定型および可動型で形成するキャビティに挟み込まれる空気を大気開放により逃がすことができる設置部位や構成であればよい。
【符号の説明】
【００３３】
１、１００：真空ダイカスト装置
１１、１１１：保持炉
２１、１２１：給湯管
２１ａ、１２１a：オリフィス
３１、１３１：射出スリーブ
３１ａ：給湯口
３２、１３２：射出プランジャ
４１、１４１：固定プラテン
４２、１４２：固定型
４３、１４３：可動プラテン
４４、１４４：可動型
４５、１４５：キャビティ
４６、１４６：ゲート
５０、１５０：真空装置
５１：真空ポンプ
５２：真空タンク
５３、１５３：真空弁
５４：大気開放弁
５５：シャットオフバルブ
１１２：レベルセンサ
１１３：温度センサ
１１４：重量計
１１５：計算機
Ｍ：溶湯
【図１】
2011131265.tif 000003
【図２】
2011131265.tif 000004
【図３】
2011131265.tif 000005
【図４】
2011131265.tif 000006