(57)【要約】【課題】ダイカスト用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出来るダイカスト用スリーブを提供することを目的とする。【解決手段】本発明の一態様は、水平方向に配置されたダイカスト用スリーブ４５である。ダイカスト用スリーブ４５はプランジャーの挿入口、及び溶湯の投入口１７を備え、内周の、溶湯が接触する領域に凹部を有する。凹部は、その幅が０．１ｍｍ以下であることが好ましい。凹部は、その幅が０．０１ｍｍ以上であることが好ましい。本発明の他の態様は内壁４９に複数の凹部５０を備え、各凹部５０の長手方向の幅は０．２ｍｍよりも小さいダイカスト用スリーブ４５である。ダイカスト用スリーブ４５は注入口１７をさらに備えることが好ましい。内壁４９の、内壁４９に囲まれた内腔４４を挟んで、注入口１７と対向する領域５５は、複数の凹部５０を備えることが好ましい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に配置されたダイカスト用スリーブであって、
プランジャーの挿入口、及び溶湯の投入口を備え、
内周の、溶湯が接触する領域に凹部を有する、
ダイカスト用スリーブ。
【請求項２】
前記凹部は、その幅が０．１ｍｍ以下である、
請求項１に記載のダイカスト用スリーブ。
【請求項３】
前記凹部は、その幅が０．０１ｍｍ以上である、
請求項２に記載のダイカスト用スリーブ。
【請求項４】
内壁に複数の凹部を備え、
前記各凹部の長手方向の幅は０．２ｍｍよりも小さい、
ダイカスト用スリーブ。
【請求項５】
注入口をさらに備え、
前記内壁の、前記内壁に囲まれた内腔を挟んで、前記注入口と対向する領域は、前記複数の凹部を備える、
請求項４に記載のダイカスト用スリーブ。
【請求項６】
プランジャーを挿入するための開口をさらに備え、
前記複数の凹部を、前記注入口と対向する前記領域から、前記開口側の端部まで、及び前記開口と反対側の端部まで連続的に備える、
請求項５に記載のダイカスト用スリーブ。
【請求項７】
前記内壁の全面に前記複数の凹部を備える、
請求項４に記載のダイカスト用スリーブ。
【請求項８】
前記各凹部は前記内壁の表面に格子状に並んでいる、
請求項４〜７のいずれかに記載のダイカスト用スリーブ。
【請求項９】
前記各凹部の長手方向の幅は０．１５ｍｍよりも小さい、
請求項４〜８のいずれかに記載のダイカスト用スリーブ。
【請求項１０】
前記各凹部の長手方向の幅は０．１０ｍｍよりも小さい、
請求項４〜８のいずれかに記載のダイカスト用スリーブ。
【請求項１１】
前記各凹部の長手方向の幅は０．０１ｍｍよりも大きい、
請求項９又は１０に記載のダイカスト用スリーブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はダイカスト用スリーブに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ダイカスト用スリーブの熱変形を抑制するための技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３６２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者らはダイカスト用スリーブの熱変形が起きる理由を、以下の通り考えた。図１に示すようにダイカスト射出系２０において、容器２１の蓋２２が開いて、スリーブ２５の上部１６の注入口１７を通じて、溶湯２３を注湯する。ここで、スリーブ２５の図中の下部２６が、スリーブ２５の図中の上部１６よりも大きく熱膨張する。このためスリーブ２５の熱変形、いわゆるバナナ現象が発生する。
【０００５】
この場合、スリーブ２５内に挿入されるプランジャーロッド３１の先端につけられたチップ３２と、スリーブ２５の下部２６の内壁２７の開口端３４との間で接触が起こる。このためチップ３２とスリーブ２５は摺動不良となる場合がある。
【０００６】
特許文献１の技術は、スリーブ２５の溶湯落下部位３５の近傍に、不図示の冷却通路を形成するものである。この場合、バナナ現象を抑制できるが、一方で溶湯２３を保温することが難しい。本発明は、ダイカスト用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出来るダイカスト用スリーブ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】
【０００７】
本発明の一態様にかかるダイカスト用スリーブは、水平方向に配置されたダイカスト用スリーブであって、プランジャーの挿入口、及び溶湯の投入口を備え、内周の、溶湯が接触する領域に凹部を有する。前記凹部は、その幅が０．１ｍｍ以下であることが好ましい。前記凹部は、その幅が０．０１ｍｍ以上であることが好ましい。
【０００８】
本発明の他の態様にかかるダイカスト用スリーブは、内壁に複数の凹部を備え、前記各凹部の長手方向の幅は０．２ｍｍよりも小さい。注入口をさらに備え、前記内壁の、前記内壁に囲まれた内腔を挟んで、前記注入口と対向する領域は、前記複数の凹部を備える、ことが好ましい。
【０００９】
プランジャーを挿入するための開口をさらに備え、前記複数の凹部を、前記注入口と対向する領域から、前記開口側の端部及び、前記開口と反対側の端部まで連続的に備えることが好ましい。前記内壁の全面に前記複数の凹部を備えることが好ましい。
【００１０】
前記各凹部は前記内壁の表面に格子状に並んでいることが好ましい。前記各凹部の長手方向の幅は０．１５ｍｍよりも小さいことが好ましく、０．１０ｍｍよりも小さいことがさらに好ましい。前記各凹部の長手方向の幅は０．０１ｍｍよりも大きいことが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、ダイカスト用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出来るダイカスト用スリーブを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ダイカスト用スリーブで鋳造する際の断面模式図である。
【図２】実施形態にかかるダイカスト用スリーブで鋳造する際の断面模式図である。
【図３】実施形態にかかるダイカスト用スリーブの拡大断面図である。
【図４】実施例にかかるスリーブの内壁の拡大写真である。
【図５】実施例にかかる凹部への溶湯の浸入率のグラフである。
【図６】実施例・比較例にかかるスリーブの概形を表す図である。
【図７】実施例・比較例にかかるスリーブの反り量を表すグラフである。
【図８】比較例にかかる鋳物の断面写真である。
【図９】実施例にかかる鋳物の断面写真である。
【図１０】実施例・比較例にかかる鋳物中の初期凝固片量を表すグラフである。
【図１１】比較例にかかるダイカスト用スリーブの拡大断面図である。
【図１２】比較例にかかる鋳物の拡大断面写真である。
【図１３】実施例にかかる鋳物の拡大断面写真である。
【図１４】実施例・比較例にかかる鋳巣体積率を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［１．概要］
以下、実施形態及び実施例について、図面を用いて説明する。なお図１を含むすべての図面において、同等の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１４】
図２に示すように、ダイカスト射出系４０に用いるスリーブ４５は実質的な水平方向に配置されたダイカスト用スリーブである。スリーブ４５は内周に凹部を有する。凹部はスリーブ４５の大きさやその内壁４９の厚さに比べて微小な凹部である。
【００１５】
凹部（recesses）は言い換えれば、穴（holes, pits）、窪み（cavities）、陥没部（concavities）、又は陥凹部５０（dimples）である。凹部等はスリーブ４５の内周の表面から内部に向かって一定の深さを有する空間である。凹部等は内周の表面に閉環状の縁を有することが好ましい。
【００１６】
凹部等は、その幅が０．１ｍｍ以下であることが好ましい。この場合、ダイカスト射出系４０で用いる溶湯２３がアルミニウム溶湯等であれば、上記凹部等は、スリーブ４５と、チップ３２との間の摺動不良を予防できる。
【００１７】
凹部等は、その幅が０．０１ｍｍ以上であることが好ましい。かかる場合、潤滑剤３８が上記凹部等に浸入することが出来るので、スリーブ４５の内周と、溶湯２３の凝固物との間の潤滑を図ることが出来る。
【００１８】
［２．詳細］
本実施形態ではスリーブ４５は内壁４９に複数の陥凹部５０を備える。内壁４９はスリーブ４５の上部４１の上部内壁４２及び下部４６の下部内壁４７を備える。上部４１は溶湯の投入口、又は注入口１７を備える。
【００１９】
このためダイカスト射出系４０において、上部４１は下部４６よりも上側に位置する。下部４６は注入口１７と対向する。またダイカスト射出系４０において、下部４６は上部４１よりも下側に位置する。
【００２０】
上部４１及び下部４６は、互いにスリーブ４５の円筒部５１を形成している。上部内壁４２及び下部内壁４７は、互いにスリーブ４５の円筒部５１の内周面を形成している。内壁４９は内腔４４を囲んでいる。
【００２１】
上部４１及び下部４６の表記は、当業者が本実施形態の発明の実施するときの便宜のために表されたものである。このため、かかる表現は、スリーブ４５単体としての天地を常に表すものではない。例えばスリーブ４５は運搬時や、セッティング時に上部４１及び下部４６の天地を自在に変更できることは言うまでもない。
【００２２】
本実施形態では下部内壁４７上の、内腔４４を挟んで、注入口１７と対向する領域５５が複数の陥凹部を備えることが好ましい。領域５５は溶湯２３の落下部位である。後述する図４に示すように各陥凹部５０は内壁４９の表面に格子状に並んでいることが好ましい。
【００２３】
各陥凹部５０が格子状に並んでいる場合、間隔又はピッチは０．０１ｍｍ以上、０．１ｍｍｍ以下であることが好ましい。また各陥凹部５０は内壁４９の表面にランダムに分散していてもよい。
【００２４】
本実施形態では、スリーブ４５は、プランジャー３３を挿入するための挿入口又は開口３０をさらに備える。なおプランジャー３３はプランジャーロッド３１の先端にチップ３２を備えるものである。
【００２５】
ここで下部内壁４７は、複数の陥凹部５０を、領域５５から、開口３０側の端部、又は開口端３４まで連続的に備えることが好ましい。下部内壁４７は、複数の陥凹部５０を、開口３０と反対側の端部まで連続的に備えることが好ましい。スリーブ４５は内壁４９の全面に複数の陥凹部５０を備えることが特に好ましい。かかる構成により後述する凹部等の効果をさらに高めることが出来る。
【００２６】
本実施形態において各陥凹部５０の外径、又は長手方向の幅は、各陥凹部５０の開口の外径、又は長手方向の幅を示す。かかる幅は好ましくは０．２ｍｍ、より好ましくは０．１５ｍｍ、さらに好ましくは０．１０ｍｍよりも小さい。かかる外径又は幅を有する、複数の陥凹部５０はスリーブ４５又は開口端３４と、チップ３２との間の摺動不良を予防できる。
【００２７】
陥凹部５０の長手方向の幅は０．０１ｍｍよりも大きいことが好ましい。かかる場合、潤滑剤３８が各陥凹部５０に浸入することが出来るので、スリーブ４５の内周と、チップ３２との間の潤滑、又は摺動を図ることが出来る。
【００２８】
陥凹部５０の深さは特に限定されない。深さは、上述の幅の１／１０、１／５、１／４、１／３、１／２、２／３、３／４、４／５、９／１０又は１／１でもよい。深さは、上述の幅の１倍、１１／１０倍、６／５倍、５／４倍、４／３倍、３／２倍、２倍、３倍、４倍、５倍、又は１０倍でもよい。深さはこれらの値の中間に含まれる値でもよい。
【００２９】
陥凹部５０の底部の形状は特に限定されない。底部は内壁４９の内周面と平行な面でもよい。底部は内周面側が凹形になるように湾曲していてもよい。底部は逆三角形の断面を有していてもよい。
【００３０】
内壁４９に陥凹部５０を設ける方法は特に限定されない。例えばスリーブ４５を鋳造する際に、その鋳型の表面にあらかじめ微小な凸型形状を設けてもよい。例えばスリーブ４５を鋳造した後に化学的処理により陥凹部５０を設けてもよい。
【００３１】
［３．凹部等の効果］
図３に示すように、スリーブ４５中では、溶湯２３と内壁４９との間の接触面積が、陥凹部５０が無い場合に比べて小さい。これは上記の大きさを有する陥凹部５０には溶湯２３が浸入しにくいためである。また陥凹部５０に溶湯２３が浸入しにくいことで、溶湯２３による鋳物の表面形状は、滑らかな表面を有する。
【００３２】
このため陥凹部５０は、スリーブ４５が溶湯２３から受ける熱量を減らすことが出来る。かかる作用は、スリーブ４５が熱で変形するのを抑制する効果をもたらす。かかる作用はまた、内壁４９と接触した溶湯２３の一部が熱を失い、鋳物全体を形成するよりも早く凝固することを防止する。
【００３３】
上記の大きさを有する陥凹部５０には潤滑剤３８が浸入しやすい。陥凹部５０に浸入した潤滑剤３８は内壁４９における潤滑効果を高める。また陥凹部５０がない場合に比べて、多くの潤滑剤３８は、溶湯２３との接触が制限される。このため陥凹部５０は、潤滑剤３８が溶湯２３から受ける熱量を減らすことが出来る。かかる作用は、潤滑剤３８が熱で気化、蒸発又は沸騰するのを抑制する効果をもたらす。
【００３４】
上記効果により、沸騰した潤滑剤３８より生じた気泡３９に由来するガス欠陥、ガス巣、又は内部欠陥を減らすことが出来る。これに対し、図１に示すように陥凹部を備えないスリーブ２５においては、気泡３９に由来するガス欠陥の発生が懸念される。
【００３５】
［４．実施形態の変形］
なお、本発明は上記実施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。例えば、上記ではスリーブについて説明したが、スリーブをスプールブッシュに置き換えもよい。
【００３６】
また特許文献１に記載のように溶湯が冷却通路を有するスリーブと接触すると、溶湯の温度が低下する場合がある。このため図１に示すように、温度の低下した一部の溶湯２３は凝固組織３６となる恐れがある。このように想定外に凝固した部分は、鋳物製品の中に巻き込まれる。かかる巻き込みは鋳物製品の品質不良を招く。
【００３７】
本実施形態のスリーブは上記構成を有しているため、溶湯が凝固する可能性が低い。このため、一態様においてはスリーブの溶湯落下部位の近傍に冷却通路を設けなくともよい。かかる場合、溶湯の放熱量が抑制されるため、溶湯の温度が保持される。
【００３８】
他の態様においては、スリーブの溶湯落下部位の近傍に冷却通路を設けてもよい。かかる場合でも、陥凹部が溶湯の放熱量を抑制するため、溶湯の温度が保持される。一方でスリーブ自体は冷却通路により、さらに効率的に冷却することが出来る。
【００３９】
また、上述の凹部等は内周の表面に閉環状の縁を有するものでなくともよい。例えば上述の凹部等は内壁４９に設けられた溝であってもよい。溝の幅の大きさは、上述の凹部等の幅の大きさに準じて定めてもよい。
【００４０】
溝はスリーブ４５の長手方向と実質的に平行なものでもよい。溝はスリーブ４５の長手方向と直交する平面と実質的に平行なものでもよい。溝はスリーブ４５の長手方向と平行な軸を中心とするらせん状であってもよい。
【００４１】
溝を設ける方法は陥凹部５０を設ける方法に準ずる。またスリーブ４５を鋳造した後に機械的に溝を彫ってもよい。
【実施例】
【００４２】
［１．スリーブ表面の改質］
本実施例では図４に示すようにスリーブの内周面を改質、シボ加工、又はショット等により加工した。本実施例では内周面に形成された陥凹部の長手方向の幅５２は０．１ｍｍであった。
【００４３】
注湯の前にスリーブ内に潤滑油を塗布した。潤滑剤は油性及び水溶性のものを用いた。油性の潤滑剤として、ＴＧ２０Ｋ（日本黒鉛社）、ＴＫＳ２００（メックインターナショナル社）、プランジャーハイト（日本黒鉛社）を用いた。水性の潤滑剤として、ＴＰＷ−２０００ＴＳ（友光商事社）を用いた。
【００４４】
ＴＧ２０Ｋはスリーブ内壁部の微小凹部への潤滑剤の侵入性を評価するのに用いた。ＴＫＳ２００はスリーブ内壁部の微小凹部への潤滑剤の侵入性を評価するのに用いた。プランジャーハイトはスリーブ内壁部の微小凹部への潤滑剤の侵入性を評価するのに用いた。ＴＰＷ−２０００ＴＳはスリーブ内壁部の微小凹部への潤滑剤の侵入性を評価するのに用いた。
【００４５】
アルミニウム溶湯の作成するため、日本のＪＩＳ規格におけるＡＤＣ１２で表されるアルミニウム−シリコン系合金を使用した。ＡＤＣ１２は米国のＡＩＳＩ規格における３８３．０に類似する。かかる合金を７５０度以下の温度で加熱して溶湯を作成した。
【００４６】
また、陥凹部の長手方向の幅を様々な値として、アルミニウム溶湯の陥凹部への浸入率を調べた。これらの関係を、図５のグラフの黒い丸に示す。溶湯の浸入率は幅が約０．１２ｍｍ以下になると約６０％以下になった。さらに幅が０．１ｍｍ以下になると浸入率は０％になった。
【００４７】
また陥凹部の幅と、潤滑剤の陥凹部への浸入率との関係を図５の黒い四角に示す。潤滑剤の浸入率は幅が約０．０１ｍｍ以上になると約１００％になった。このためアルミニウム溶湯は浸入しないが、潤滑剤は浸入する、理想的な陥凹部の幅は０．０１ｍｍ以上、０．１ｍｍ以下であることが分かった。
【００４８】
発明者らは次のように考察した。溶湯はアルミニウム合金であり、アルミニウム合金はそれ自身の表面張力により、所定の凹幅の陥凹部には浸入しなかった。
【００４９】
さらにアルミニウムの表面張力は、溶湯の温度上昇によるそれ自体が変化した場合であっても、溶湯として用いる温度、すなわち融点温度近傍では、所定の凹幅の陥凹部に入り込むことはなかった。
【００５０】
このため、溶湯の成分を変更した場合や溶湯の温度を変更しても、溶湯の性質は大きく変化しないため上記実験結果と同等の結果となることが予想された。
【００５１】
［２．スリーブ変形の低減］
図６は一般的なスリーブ形状を示す。溶湯を注入口１７から注入すると、開口端３４近傍の、破線で囲まれた部分で片反りが生じる。比較例として、図１に示すように陥凹部を備えないスリーブを作成して、これも反り量を評価した。比較例のスリーブの反り量の実測値は０．６ｍｍであった。ＣＡＥでは０．５３ｍｍであった。ここでＣＡＥとは、Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇを表す。
【００５２】
図７は実施例・比較例のスリーブの反り量を示す。比較例で約０．６ｍｍあった反り量は、陥凹部を設けた実施例においては約０．３ｍｍ程度まで減少した。結果は、微小凹加工により、スリーブの受熱量が減少し、スリーブの変形が抑制されたことを示唆した。また、これにより射出部又は開口部の摺動性の低下が抑制できると考えられる。
【００５３】
［３．スリーブ内凝固層の低減］
図８に示すように比較例のスリーブより製造された鋳物は、凝固組織３６又は初期凝固片が見られた。図９に示すように実施例のスリーブより製造された鋳物は、凝固組織３６がほとんど見られなかった。図１０に示すように初期凝固片量は約８．７％から約１．０％まで大きく低下した。
【００５４】
上記の結果は溶湯からスリーブへの放熱量が抑制されることで、溶湯の温度低下が抑制されたことを示唆する。このため、本実施例のスリーブは、スリーブ内で形成される不均一な凝固層又は初期凝固片を減らせることが分かった。
【００５５】
［４．ガス欠陥の低減］
比較例のスリーブでは図１１に示すように溶湯２３に接触した潤滑剤３８が沸騰又は気化し気泡３９が発生した。図１２に示すように、気泡３９は、溶湯２３が凝固して鋳物となったのち、ガス欠陥又はガス巣となった。ガス巣は鋳物中に黒い影として表れている。
【００５６】
これに対し、図１３に示すように、実施例のスリーブでは発生したガス巣が比較例より少なかった又は小さかった。図１４に示すように比較例において鋳物中のガス巣の体積率が平均０．３４％であったのに対し、実施例では平均０．１％であった。グラフ中σは標準偏差を表す。
【００５７】
上記の結果は、微小凹部に潤滑剤が浸入することで、溶湯と潤滑剤との接触が制限され、潤滑剤に起因するガス欠陥が低減されることを示している。このため、本実施例のスリーブは、スリーブの熱変形を抑制しつつ、溶湯の不均等な凝固、及び鋳物中のガス欠陥の発生も抑制できることが示された。
【符号の説明】
【００５８】
１６  上部                              １７  注入口
２０  ダイカスト射出系                  ２１  容器
２２  蓋                                ２３  溶湯
２５  スリーブ                          ２６  下部
２７  内壁                              ３０  開口
３１  プランジャーロッド                ３２  チップ
３３  プランジャー                      ３４  開口端
３５  溶湯落下部位                      ３６  凝固組織
３８  潤滑剤                            ３９  気泡
４０  ダイカスト射出系                  ４１  上部
４２  上部内壁                          ４４  内腔
４５  スリーブ                          ４６  下部
４７  下部内壁                          ４９  内壁
５０  陥凹部                            ５１  円筒部
５２  幅                                ５５  領域
【図１】
2015077626.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１４】
2015077626.tif 000011
【図４】
2015077626.tif 000012
【図８】
2015077626.tif 000013
【図９】
2015077626.tif 000014
【図１２】
2015077626.tif 000015
【図１３】
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