(57)【要約】【課題】ダイカストスリーブの熱変形を抑制しつつ、溶湯の温度を保持することができるダイカストスリーブを提供する。【解決手段】実施形態に係るダイカストスリーブ２０は、積層円筒体で構成され、軸心方向が略水平方向となるように配設される。ダイカストスリーブ２０は、溶湯Ｗに接する内周面を構成する第１層２１と、第１層２１の外側に設けられ、鉛直方向上側の断面積よりも鉛直方向下側の断面積が大きい第２層２３と、第２層２３の外側に設けられ、外周面を構成する第３層２３と、第１層２１と第２層２２との間に設けられた断熱層２４と、第２層２２と第３層２３との間に設けられた冷却層２５とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層円筒体で構成され、軸心方向が略水平方向となるように配設される、連通するキャビティに貯留した溶湯を射出するためのプランジャチップが嵌挿されるダイカストスリーブであって、
前記溶湯に接する内周面を構成する第１層と、
前記第１層の外側に設けられ、鉛直方向上側の断面積よりも鉛直方向下側の断面積が大きい第２層と、
前記第２層の外側に設けられ、外周面を構成する第３層と、
前記第１層と前記第２層との間に設けられた断熱層と、
前記第２層と前記第３層との間に設けられた冷却層と、
を備える
ダイカストスリーブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイカストスリーブに関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイカストマシンでは、射出するための溶湯を一時的に貯留するダイカストスリーブが用いられる。ダイカストスリーブ内の溶湯は、内部を摺動するプランジャチップによりダイカストスリーブと連通するキャビティに射出される。
【０００３】
ダイカストスリーブ内に溶湯を供給すると、ダイカストスリーブの下側は直接溶湯に触れて高温になるが、上側は下側から熱が伝わるため、ダイカストスリーブの下側と上側との間で温度差が発生する。この温度差に起因して、ダイカストスリーブが下方に凸状に反る、いわゆるバナナ曲がりが発生する恐れがある。特許文献１には、このようなダイカストスリーブの熱変形を抑制する技術が開示されている。
【０００４】
また、溶湯がダイカストスリーブに供給された後に、溶湯の熱がダイカストスリーブを介して放熱され、温度低下によりその流動性が低下することがある。溶湯の流動性が低下すると、キャビティ内への射出性が低下し、成形品の品質の低下を招く。このような問題を解決するために、特許文献２、３には、溶湯の温度低下を抑制する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１６３１９２号公報
【特許文献２】特開２００２−０１８５６６号公報
【特許文献３】特開２００３−０３９１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ダイカストスリーブの下側と上側の温度差に起因して発生する熱変形の抑制と、成形品の品質に悪影響を及ぼす溶湯の温度低下の抑制は、互いにトレードオフの関係になっている。すなわち、ダイカストスリーブの熱変形を抑制するために、ダイカストスリーブの溶湯が供給される部位を冷却すると、当該部位に溶湯が触れた途端に凝固して初期凝固片が増加する恐れがある。これら両方の特性を同時に満たすダイカストスリーブの開発が求められている。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ダイカストスリーブの熱変形を抑制しつつ、溶湯の温度を保持することが可能なダイカストスリーブを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係るダイカストスリーブは、積層円筒体で構成され、軸心方向が略水平方向となるように配設される、連通するキャビティに貯留した溶湯を射出するためのプランジャチップが嵌挿されるダイカストスリーブであって、前記溶湯に接する内周面を構成する第１層と、前記第１層の外側に設けられ、鉛直方向上側の断面積よりも鉛直方向下側の断面積が大きい第２層と、前記第２層の外側に設けられ、外周面を構成する第３層と、前記第１層と前記第２層との間に設けられた断熱層と、前記第２層と前記第３層との間に設けられた冷却層とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ダイカストスリーブの熱変形を抑制しつつ、溶湯の温度を保持することが可能なダイカストスリーブを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係るダイカストマシンの模式的断面図である。
【図２】実施の形態に係るダイカストスリーブの拡大断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。各図における同等の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１２】
本発明は、アルミニウム等の溶融金属（溶湯）が供給され、連通するキャビティに貯留した溶湯を射出するためのプランジャチップが嵌挿されるダイカストスリーブに関する。ダイカストスリーブの下側は溶湯に直接触れるため高温になり、徐々に上側へと熱が伝わるため、下側と上側とに温度差が生じる。ダイカストスリーブのバナナ曲がりは、この下側と上側の温度差に起因して発生する。バナナ曲がりを抑制するためには、線膨張係数が小さい（変形しにくい）材質又は構造を選択する必要がある。一方、初期凝固片は、ダイカストスリーブ本体と溶湯との温度差が大きいほど発生する。初期凝固片を抑制するためには、熱伝導性の低い（熱が伝わりにくい）材質又は構造を選定する必要がある。
【００１３】
現状の素材では、これら２つの特性を満たし、かつ、ダイカストスリーブの形状を形成できる素材はなく、どちらか一方の特性を有する素材で作成している。また、ダイカストスリーブには強度が必要であり、製造するうえでの自由度が低い。また、初期凝固片を抑制するために構造的に断熱を担保するのは、製造コストが増大するという問題がある。本発明者らは、このような事情を背景として、上記の２つの特性を同時に満たす以下の発明を考案した。
【００１４】
まず、図１を参照して、実施の形態に係るダイカストマシン１０について説明する。なお、以下の図では発明の説明に必要な部品のみを示しており、通常のダイカストマシンが備える部品の幾つかは図示を省略している。図１において、ｘ方向が水平方向を表しており、ｚ方向が鉛直方向を表しているものとする。
【００１５】
ダイカストマシン１０は、可動型１１、固定型１２、ランナ１３、ラドル１４、プランジャ１５、タンク１６、ダイカストスリーブ２０、第１ポンプＰ１、第２ポンプＰ２を備えている。ダイカストマシン１０は、例えば、アルミニウムを主原料としたアルミニウム合金製の成形品を成形する高圧鋳造装置である。
【００１６】
可動型１１、固定型１２は、一組の金型を構成する。可動型１１、固定型１２には、それぞれ成形品の形状の一部を成形するためのキャビティ面が形成されている。可動型１１は、固定型１２に対して接近・離隔可能に構成されている。可動型１１と固定型１２とを閉じると、成形品のためのキャビティＣＶが形成される。
【００１７】
固定型１２には、ダイカストスリーブ２０が取り付けられている。ダイカストスリーブ２０は、キャビティＣＶへ射出する前の溶湯Ｗを一時的に貯留する、複数の層で構成される積層円筒体である。ダイカストスリーブ２０は、軸心方向が略水平方向（ｘ方向）となるように配設される。ダイカストスリーブ２０の構成については、後に詳述する。ダイカストスリーブ２０の内部の空間ＷＳとキャビティＣＶとは、ランナ１３（湯道）によって連通している。ランナ１３は、可動型１１と固定型１２を閉じたときに形成される流路である。
【００１８】
ダイカストスリーブ２０の内部には、溶湯を射出するためのプランジャ１５が挿通されている。プランジャ１５は、プランジャチップ１５ａ、ロッド１５ｂを有している。プランジャチップ１５ａは、ダイカストスリーブ２０の内周面に嵌挿されている。プランジャチップ１５ａの後端にはロッド１５ｂが連結されている。ロッド１５ｂを図示しないアクチュエータにより前進／後退させることで、プランジャチップ１５ａがダイカストスリーブ２０内を摺動する。
【００１９】
ダイカストスリーブ２０の鉛直方向（ｚ方向）上側には、溶湯Ｗを供給するための供給口（不図示）が設けられている。溶湯Ｗはラドル１４によって供給口から供給される。プランジャ１５によって溶湯Ｗを押し出すことにより、ダイカストスリーブ２０内の溶湯Ｗはランナ１３へと流れ込み、キャビティＣＶへと達する。
【００２０】
可動型１１、固定型１２には、それぞれ図示しない冷却水路が設けられている。タンク１６に貯留された冷却水は、第１ポンプＰ１により可動型１１、固定型１２のそれぞれの冷却水路に送られる。冷却された金型によりキャビティＣＶ内に充填された溶湯が冷却され、溶湯が凝固した後、可動型１１を固定型１２から離隔移動させて成形品が取り出される。
【００２１】
なお、タンク１６に貯留された冷却水は、後述するダイカストスリーブ２０の冷却層２５にも送られる。また、可動型１１、固定型１２、冷却層２５からの冷却水は、第２ポンプＰ２によりタンク１６へと戻される。第１ポンプＰ１、第２ポンプＰ２は、冷却水を循環させる冷却水循環機構となる。
【００２２】
次に、図２、３を参照して、ダイカストスリーブ２０の構成について説明する。図２は、実施の形態に係るダイカストスリーブの拡大断面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図２、３に示すように、実施の形態に係るダイカストスリーブ２０は、３つの円筒体（第１層２１、第２層２２、第３層２３）を備える。第１層２１と第２層２２との間には、断熱層２４が設けられ、第２層２２と第３層２３との間には冷却層２５が設けられている。
【００２３】
ダイカストスリーブ２０は、内側から順に、第１層２１、断熱層２４、第２層２２、冷却層２５、第３層２３の５層構造となる。第１層２１は、溶湯Ｗに接触する内周面を構成する最内筒である。第１層２１は、溶湯Ｗに直接触れるため、溶損しにくい材料で形成される。第１層２１としては、金属材料、例えば、ステンレス合金が用いられる。
【００２４】
断熱層２４は、溶湯Ｗの温度低下を抑制する。第１層２１と第２層２２とは、第１リブ２６により接続されている。断熱層２４は第１層２１と第２層２２との間に設けられた中空部である。この中空部内を減圧することにより、断熱層２４は高断熱の真空構造となっている。
【００２５】
第２層２２は、断熱層２４を介して、第１層２１の外側に設けられている。図３に示すように、第２層２２の鉛直方向上側は円弧状であるの対し、鉛直方向下側には凹凸部２８が形成されている。従って、第２層２２は、鉛直方向上側の断面積よりも鉛直方向下側の断面積が大きい。凹凸部２８の形状としては、特に限定されるものではないが、例えば、半楕円形状、円形状、突起形状、ハニカム形状等が挙げられる。凹凸部２８が形成されていることにより、第２層２２の鉛直方向下側の表面積が鉛直方向上側の表面積よりも大きくなる。第２層２２の鉛直方向下側の表面積が大きければ大きいほど、熱交換には有利である。第２層２２は、安価で加工しやすい金属材料、例えば鉄等が用いられる。
【００２６】
冷却層２５は、第２層２２を冷却し、ダイカストスリーブ２０の熱変形を抑制する。第２層２２と第３層２３とは第２リブ２７により接続されている。冷却層２５は、第２層２２と第３層２３との間の中空部である。この中空部は、冷却水（冷媒）を流す流路となる。第２層２２の鉛直方向下側には凹凸部２８が形成されているため、第２層２２の鉛直方向下側は上側よりも冷却層２５に流れる冷却水と接触する面積が大きくなる。これにより、第２層２２を効率よく冷却することができる。
【００２７】
第３層２３は、冷却層２５を介して、第２層２２の外側に設けられている。第３層２３はダイカストスリーブ２０の外周面を構成する。第３層２３は、安価で加工しやすい金属材料、例えば鉄等が用いられる。このような、中空部を有するダイカストスリーブ２０は、例えば、３Ｄプリンタを用いて製造することが可能である。３Ｄプリンタを用いることにより、リブを用いた中空構造や、表面積を増加させることを目的とした、複雑な形状の凹凸部２８を形成することが可能となる。
【００２８】
上述したように、溶湯Ｗに直接触れる第１層２１の外側は断熱層２４による真空構造となっているため、高い断熱性を有している。これにより、溶湯Ｗの温度を保持することができ、凝固片の増加を抑制することが可能となる。また、断熱層２４の外側には、第２層２２を介して冷却層２５が設けられている。第２層２２の鉛直方向下側の表面積は鉛直方向上側よりも大きいため、第２層２２の鉛直方向下側の冷却性を鉛直方向上側よりも高くすることができる。これにより、溶湯Ｗにより高温となる第２層２２の鉛直方向下側を効率よく冷却し、ダイカストスリーブ２０の上側と下側の温度差を小さくすることができ、ダイカストスリーブ２０の熱変形を抑制することが可能となる。すなわち、トレードオフの関係であった、バナナ曲がりの抑制と溶湯の温度低下の抑制の両方の特性を、安価な材料を用いて、同時に満たすことが可能となる。
【００２９】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【００３０】
上述の例では、アルミニウムを溶湯に用いたが、アルミニウムだけでなく他の金属を溶湯に用いることも可能である。また、金型の冷却水路、ダイカストスリーブ２０の冷却層２５を循環する冷媒の材料は、水（冷却水）に限定されるものではなく、例えば所定の成分からなる水溶液やオイル等の液体、或いは気体を適用してもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１０  ダイカストマシン
１１  可動型
１２  固定型
１３  ランナ
１４  ラドル
１５  プランジャ
１５ａ  プランジャチップ
１５ｂ  ロッド
１６  タンク
２０  ダイカストスリーブ
２１  第１層
２２  第２層
２３  第３層
２４  断熱層
２５  冷却層
２６  第１リブ
２７  第２リブ
２８  凹凸部
Ｗ  溶湯
ＷＳ  空間
ＣＶ  キャビティ
Ｐ１  第１ポンプ
Ｐ２  第２ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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