(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属材料である溶湯を貯留するためのポッドと、
前記ポッド内に貯留された溶湯を鋳型に射出する湯路が形成されたプランジャノズルと、
前記プランジャノズルの基端部側がチャンバ室に挿入され、少なくとも前記チャンバ室の全体が前記溶湯内に浸漬した状態で往復動することにより、該溶湯を前記チャンバ室に導入しおよび前記湯路を介して鋳型に射出する可動シリンダと、
前記可動シリンダを往復動させるための押圧力を出力する駆動装置と、
前記駆動装置及び前記可動シリンダを連結する連結部材であって、前記駆動装置が出力する前記押圧力を前記可動シリンダに伝達する連結部材と、を備え、
前記連結部材が前記可動シリンダに点接触して該可動シリンダに前記押圧力を作用させるように構成されたホットチャンバ鋳造装置。
【請求項２】
前記可動シリンダの動線と前記プランジャノズルの中心軸の方向とが一致しており、前記中心軸の線上に前記押圧力の作用点が存在する、請求項１に記載のホットチャンバ鋳造装置。
【請求項３】
前記連結部材が円柱状部を有し、その円柱状部の外周方向に沿って環状に延び且つ断面が略半円状の曲面を有する突起部が形成され、
前記突起部の頂点が前記可動シリンダに点接触する、請求項１または２に記載のホットチャンバ鋳造装置。
【請求項４】
前記連結部材の前記円柱状部が前記可動シリンダの溝孔に挿嵌されている、請求項３に記載のホットチャンバ鋳造装置。
【請求項５】
前記可動シリンダの動線方向に対して直交する方向に溝孔が形成され、前記連結部材の前記円柱状部が前記可動シリンダの溝孔に挿嵌されている、請求項３に記載のホットチャンバ鋳造装置。
【請求項６】
前記可動シリンダの溝孔と前記連結部材の前記円柱状部との間にギャップが生じている、請求項４または５に記載のホットチャンバ鋳造装置。
【請求項７】
チャンバの中心軸が水平に対し所定の角度をなし、前記プランジャノズル側を上にして前記可動シリンダが、前記ポッド内に貯留された溶湯内に浸漬した状態で設置されている、請求項１〜６の何れか１項に記載のホットチャンバ鋳造装置。
【請求項８】
前記所定の角度が水平に対して１０〜４０°の範囲内である、請求項７に記載のホットチャンバ鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミ等のダイキャスト製品を製造するホットチャンバ鋳造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミ合金を材料として製造されるダイキャスト製品の鋳造法としては、比較的高温の溶湯（溶融金属材料）内で射出を行うホットチャンバ方式と、スリーブ内に溶湯を供給しながら射出を行うコールドチャンバ方式に大別される。これらのうちホットチャンバ方式においては、比較的融点が高い例えば純アルミの鋳造が可能であり鋳造金属材料の選択範囲が広いなどのメリットがある。
【０００３】
従来のホットチャンバ方式のアルミダイキャスト装置としては、例えば図１０に示されるように縦型の射出チャンバが一般的である（例えば特許文献１、２参照）。この種の縦型チャンバは、主筒９１内をプランジャ９２が上下に摺動することにより、ポッド９３に貯留する金属材料を、枝筒９４を経由して鋳型９５に加圧供給する構造である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０５８１３１号公報
【特許文献２】特開２０１１−１１０５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の縦型チャンバは、プランジャ９２を垂直に押圧して金属材料を射出する構造であること、また主筒と枝筒との間にグースネックと称される湯路が鋭角に曲がる部分（例えば図１０に示す湯路９６）が存在することなどから、比較的高い射出圧力を必要とする。そのため、構造上、チャンバへの機械的負荷が大きく、耐久性や装置寿命において課題があった。また、主筒およびプランジャの摺動部分にアルミ溶湯表面に浮かぶ酸化物が付着する虞もあり、それが射出金属材への不純物の混入やチャンバ装置の破損等の要因にもなっている。
【０００６】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、チャンバの構造を簡素化することにより、従来よりも耐久性に優れ、長寿命である等の鋳造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本発明のホットチャンバ鋳造装置は、溶融金属材料である溶湯を貯留するためのポッドと、前記ポッド内に貯留された溶湯を鋳型に射出する湯路が形成されたプランジャノズルと、前記プランジャノズルの基端部側がチャンバ室に挿入され、少なくとも前記チャンバ室の全体が前記溶湯内に浸漬した状態で往復動することにより、該溶湯を前記チャンバ室に導入しおよび前記湯路を介して鋳型に射出する可動シリンダと、前記可動シリンダを往復動させるための押圧力を出力する駆動装置と、前記駆動装置及び前記可動シリンダを連結する連結部材であって、前記駆動装置が出力する前記押圧力を前記可動シリンダに伝達する連結部材と、を備え、前記連結部材が前記可動シリンダに点接触して該可動シリンダに前記押圧力を作用させるように構成されたホットチャンバ鋳造装置である。
【０００８】
上記構成において、ホットチャンバ鋳造装置は、前記可動シリンダの動線と前記プランジャノズルの中心軸の方向とが一致しており、前記中心軸の線上に前記押圧力の作用点が存在することが好ましい。
【０００９】
また、ホットチャンバ鋳造装置は、前記連結部材が円柱状部を有し、その円柱状部の外周方向に沿って環状に延び且つ断面が略半円状の曲面を有する突起部が形成され、前記突起部の頂点が前記可動シリンダに点接触することが好ましい。
【００１０】
また、ホットチャンバ鋳造装置は、前記連結部材の前記円柱状部が前記可動シリンダの溝孔に挿嵌されていることが好ましい。特に、前記可動シリンダの動線方向に対して直交する方向に溝孔が形成され、前記連結部材の前記円柱状部が前記可動シリンダの溝孔に挿嵌されていることが好ましい。
【００１１】
また、ホットチャンバ鋳造装置は、前記可動シリンダの溝孔と前記連結部材の前記円柱状部との間にギャップが生じていることが好ましい。
【００１２】
また、ホットチャンバ鋳造装置は、チャンバの中心軸が水平に対し所定の角度をなし、前記プランジャノズル側を上にして前記可動シリンダが、前記ポッド内に貯留された溶湯内に浸漬した状態で設置されている好ましい。特に前記所定の角度が水平に対して１０〜４０°の範囲内であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のホットチャンバ鋳造装置によれば、その主要な構造を簡素化し、耐久性の向上や長寿命化等を図ることができる。特に、連結部材が可動シリンダに点接触して押圧力を作用するように構成したので、寸法誤差等により生じる虞があった可動部の破損やかじり等の発生を効果的に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態によるホットチャンバ鋳造装置の側面図である。
【図２】ホットチャンバ鋳造装置のチャンバ構造を例示する断面図である。
【図３】ノズル先端部および鋳型断面の構造を説明するための図である。
【図４】連結部材およびジョイントアームの構造を説明するための側面図である。
【図５】駆動装置の構造およびその動作を説明するための平面図である。
【図６】ホットチャンバ鋳造装置の動作を説明するための図である。
【図７】ホットチャンバ鋳造装置の動作を更に説明するための図である。
【図８】ホットチャンバ鋳造装置の動作を更に説明するための図である。
【図９】ホットチャンバ鋳造装置の動作を更に説明するための図である。
【図１０】従来技術による縦型チャンバの構造を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明に係るホットチャンバ鋳造装置の好適な実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態によるホットチャンバ鋳造装置１０の構成を示す側面図である。図２は、図１に示したホットチャンバ鋳造装置１０の主要部であるチャンバ構造を示す断面図である。
【００１６】
ホットチャンバ鋳造装置１０は、ポッド６０内に貯留した溶融金属材料（以下、「溶湯」という。）を、鋳型内の空間であるキャビティ７３に加圧射出することにより、所望形状の鋳造品を製造する装置である。ポッド６０は、例えば７００℃以上の一定温度に溶湯Ｗを加熱保持することが可能な槽である。また、ポッド６０には、公知の溶解炉から高温の溶湯が適宜に補給され、溶湯レベルが一定に保持されている。
【００１７】
ホットチャンバ鋳造装置１０により製造される鋳造品の金属材料としては、アルミ、アルミ合金（例えば、Ａｌ‐Ｓｉ系、Ａｌ‐Ｓｉ‐Ｃｕ系）、銅合金、マグネシウム合金、亜鉛合金などがある。特に、本実施形態によるホットチャンバ鋳造装置１０は、不純物の混入を防ぐことができ、また高温低圧での射出成型が可能である点において、例えば熱伝導率が高い純アルミを材料とする精密部品の鋳造に適している。
【００１８】
ホットチャンバ鋳造装置１０は、鋳型（固定金型７１、可動金型７２）に溶湯Ｗを射出するプランジャノズル２０と、駆動装置４０により往復動するように設けられる可動シリンダ３０とを備える。なお、鋳型は、固定金型７１と可動金型７２とが突き合わされて形成される。
【００１９】
プランジャノズル２０は、耐熱性のあるセラミックにより形成され、ストレートに伸びる略円柱状を有している。プランジャノズル２０には、その長手方向の軸中心を貫通して湯路２１が形成されている。
【００２０】
なお、本実施形態では、可動シリンダ３０のチャンバ室３１にプランジャノズル２０が相対的に進退可能に挿入されることから、プランジャノズル２０の中心を貫通する「中心軸」は、チャンバ室３１の中心を通る軸線に一致している。更には、この中心軸は、往復動する可動シリンダ３０の動線にも一致している。つまり、「チャンバの中心軸」とは、プランジャノズル２０および可動シリンダ３０の中心を通るこの軸を意味する。
【００２１】
プランジャノズル２０の先端側にはフランジ２２が一体に形成され、このフランジ２２に固定金型７１が取り付けられる。なお、様々な形状寸法仕様のダイキャスト製品に対応できるようにするため、固定金型７１が例えばボルト７４，７４によりフランジ２２に着脱・交換可能に取り付けられることが好ましい。
【００２２】
また、プランジャノズル２０のノズル先端部２３は球面状であり、固定金型７１内部の凹面部７１ａに圧接している。プランジャノズル２０から射出される溶湯は、注入路７１ｂを通してキャビティ７３に注入される（図３参照）。一方、プランジャノズル２０の基端側の一部は、可動シリンダ３０に形成されたチャンバ室３１に挿入されている。
【００２３】
可動シリンダ３０も耐熱性のあるセラミックにより形成される。図２に示すように、可動シリンダ３０のチャンバ室３１は、プランジャノズル２０を相対的に進退可能に嵌挿できるように、プランジャノズル２０の直径よりも若干が大きい直径を有する円形でストレートの深孔として形成されている。また、チャンバ室３１と外部とを連通する溶湯孔３２，３２が、チャンバ室３１の中心軸に対し直交する方向に形成されている。
【００２４】
また、可動シリンダ３０には、その長手方向の中心軸（つまり動線方向）に対して直交する方向に溝孔３５が形成されている。この溝孔３５は、正方形の開口を有して可動シリンダ３０を貫通している。
【００２５】
プランジャノズル２０および可動シリンダ３０を備えてなるチャンバは、鋳型に接続しているプランジャノズル２０側を上にし、可動シリンダ３０が溶湯Ｗ内に浸漬した状態で斜めに設置されている。このように、チャンバの中心軸が水平に対し所定の角度をなしており、その所定の角度が１０〜４０°の範囲内であることが好ましい。これにより、鋳造動作中に溶湯Ｗの表面に浮かぶ金属酸化物等がチャンバ室３１に導入されず、溶融金属材料への不純物の混入を防止することができる。また、チャンバの中心軸を斜めに配置することで、従来の縦型チャンバに比較して射出圧力を小さくすることがきる。これによりチャンバ２０，３０の機械的負荷が減り、装置の寿命向上を図ることができる。また、比較的肉薄の精密部品の鋳造を可能にしている。
【００２６】
プランジャノズル２０はその位置を固定して設けられる。可動シリンダ３０がプランジャノズル２０に対し相対的に離間する方向に移動（後退）することにより、溶湯がチャンバ室３１に導入される。他方、可動シリンダ３０がプランジャノズル２０に接近する方向に移動（前進）することにより、チャンバ室３１の溶湯がプランジャノズル２０の湯路２１を介して鋳型に射出される。
【００２７】
なお、プランジャノズル２０のフランジ２２付近にヒータ２７を設けることが好ましい。ポッド６０の溶湯Ｗのレベルよりも上に配置されるプランジャノズル２０の一部をヒータ２７が加熱することにより、鋳型に近いノズル部分を流れる金属材料の溶融状態を維持することができる。また、鋳造後に湯路２１内に残留する金属材料の湯抜きを良好にすることができる。
【００２８】
耐熱性のセラミックからなる連結部材５１は、駆動装置４０に連結して、可動シリンダ３０を往復動させるための押圧力を伝達する部材である。例えば図２に示すように、連結部材５１は、その下部に円柱状部５１ａを有しており、この円柱状部５１ａが上述した可動シリンダ３０の溝孔３５に嵌挿される。連結部材５１の円柱状部５１ａには、その外周方向に沿って環状に延び、そして縦方向に円弧状の曲面を有する環状突起部５１ｂが一体に形成されている。要するに、環状突起部５１ｂの縦断面が半円状または略半円状となっている。
【００２９】
可動シリンダ３０の溝孔３５は、正方形の開口を有しており、円柱状部５１ａが溝孔３５に嵌合すると、環状突起部５１ｂの何れかの頂点が溝孔３５の内壁面に点接触することとなる（図２の矢視Ａ参照）。この環状突起部５１ｂの頂点が溝孔３５に接触する箇所が、可動シリンダ３０に押圧力を作用する加芯点（作用点）に相当する。
【００３０】
なお、可動シリンダ３０に嵌合して押圧力を作用させる連結部材５１の突起部は、本実施形態のように必ずしも全体が環状でなくてもよい。可動シリンダ３０を前進および後退させることを可能にするために、例えば溝孔３５の前後の内壁面に点接触可能な半球状の突起が、円柱状部５１ａの前後面の少なくとも２箇所に形成されてもよい。このような半球状の突起は、上記加芯点を通る任意の線で切断した断面プロファイルが円弧状であればよい。また、このような環状突起部５１ｂまたは半球状突起は、溝孔３５の前後の内壁面に同時に接触する必要はなく、部材の熱膨張や製造時の寸法誤差等を考慮すると、むしろ多少のクリアランスを有しているほうが好ましい。さらに環状突起部５１ｂまたは半球状突起の頂点（作用点または加芯点）が、チャンバの中心軸である可動シリンダ３０の動線上に存在することが、なお好ましい。
【００３１】
このように可動シリンダ３０と連結部材５１とは、特に図２の拡大した円内に示すように、溝孔３５と円柱状部５１ａとの間にギャップδを有して結合している。このクリアランスが存在することにより、可動シリンダ３０が往復動する際の機械的な誤差等に起因して生じる、望まない曲げ応力等が吸収されるので、特に連結部材５１のネック部分などへの応力集中が無くなり、それら可動部の破損を防ぐことができる。
【００３２】
図４に示すように、連結部材５１の上部は、例えばＴ字型のジョイントアーム５０の下部に形成した嵌合孔５０ｂに嵌合して固定されている。また、ジョイントアーム５０には、２本のガイドロッド４５，４５を貫通させて固定するための貫通孔５０ａ，５０ａが左右に形成されている。なお、本発明に係る「連結部材」を、図４に示すジョイントアーム５０および連結部材５１を一体化した１つの部材により形成してもよい。
【００３３】
図５は、可動シリンダ３０を往復動させる駆動装置４０の平面図である。駆動装置４０は、ベースプレート４１上に、油圧シリンダ４２、ジョイントアーム５０、ガイドロッド４５、スライド軸受４６，４７などを備えている。２本のガイドロッド４５，４５は、長さと直径が同じであり、互いに平行にして、ジョイントアーム５０の貫通孔５０ａ，５０ａに固定されている。スライド軸受４６，４７は、ガイドロッド４５の軸方向への自由な滑り移動を許容する軸受である。つまり、各ガイドロッド４５は、前後のスライド軸受４６，４７によりスライド自在に支持されており、ジョイントアーム５０がガイドロッド４５，４５によりガイドされる方向が、チャンバ２０，３０の中心軸の方向に対して平行となるように設計されている。
【００３４】
ジョイントアーム５０の一側面には、油圧シリンダ４２のロッド４３が接続している。油圧シリンダ４２へ供給する圧油を切り換えてロッド４３を伸長および縮退させることで、ガイドロッド４５，４５に案内されながらジョイントアーム５０が往復動する。
【００３５】
このように、ホットチャンバ鋳造装置１０は、駆動装置４０による可動シリンダ３０の往復動作に連動して、プランジャノズル２０の後端部がチャンバ室３１内で進退動作するように構成されている。これら主要なチャンバ構造が簡素化されることで、可動部のかじり等の機械的な故障が少なく、耐久性が増し、ひいては装置の長寿命化を図ることができる。
【００３６】
特に本実施形態では、駆動装置４０の油圧シリンダ４２と、チャンバの可動シリンダ３０とが、連結部材５１を介して並進動作する構造を有している。設計上は、駆動装置４０とチャンバとが平行に配置されるが、実際にはこれら製造時の機械的な寸法誤差等により、可動部に曲げ応力やかじり等が発生する虞がある。
しかし、本実施形態では、上述したように連結部材５１が可動シリンダ３０に点接触して押圧力を作用させるように構成されているので、可動シリンダ３０と連結部材５１との結合部に十分なクリアランスを確保することができる。これにより、連結部材５１および可動シリンダ３０を含む可動部に生じる虞があった不要な曲げ応力等が吸収され、部材の破損やかじり等の発生を防ぐことができる。
【００３７】
かかる構成のホットチャンバ鋳造装置１０による鋳造動作は次のとおりである。まず、チャンバ室３１に溶湯Ｗを導入するため、図６に示すように、油圧シリンダ４２のロッド４３を縮退させ可動シリンダ３０を引き下げる。このときチャンバ室３１の容積が増し減圧されることにより、溶湯がチャンバ室３１内面とプランジャノズル２０の外面との間の隙間を介してチャンバ室３１に導入される。
【００３８】
次に、図７に示すように、油圧シリンダ４２のロッド４３を伸長させ可動シリンダ３０を押し上げる。これにより、チャンバ室３１内が加圧され、溶湯がプランジャノズル２０の湯路２１を介して鋳型内のキャビティ７３に射出される。そして、キャビティ７３内の溶湯が冷却固化した後、図８に示すように、油圧シリンダ７５を縮退させ、可動金型７２を固定金型７１から分離することで、所定形状の鋳造品Ｍが得られる。
【００３９】
なお、駆動装置４０の油圧シリンダ４２は、プランジャノズル２０と可動シリンダ３０とを分離するのに十分なストロークを有していることが好ましい。そうすることにより、溶湯Ｗにチャンバ２０，３０を浸漬させたまま、プランジャノズル２０と可動シリンダ３０の分離が可能となる。また、図９に示すように、昇降手段８０を下降させることでポッド６０の溶湯Ｗからチャンバを取り出し可能な構成としてもよい。これにより、可動シリンダ３０のチャンバ室３１やプランジャノズル２０の湯路２１に残る金属材料の湯抜きを簡単且つ十分に行うことができる。
【００４０】
上述したように本実施形態のホットチャンバ鋳造装置１０によれば、チャンバ２０，３０の構造を簡素化し、耐久性の向上や長寿命化を図ることができる。特に、互いに並進動作する駆動装置４０とチャンバ２０，３０とを連結する連結部材５１が可動シリンダ３０に点接触して押圧力を作用するように構成したので、従来これら可動部の機械的な寸法誤差等に起因して生じる虞があった部材への応力集中、破損、かじり等を効果的に防ぐことができる。
【００４１】
また、チャンバ２０，３０の中心軸を斜めに配置することで、従来の縦型チャンバに比較して射出圧力を小さくすることができる。これにより、チャンバの機械的負荷を減らし、耐久性の向上や長寿命化を図ることができる。また、比較的肉薄の精密部品の鋳造を可能にする。
【００４２】
また、少なくとも可動シリンダ３０のチャンバ室３１全体が溶湯Ｗ内に浸漬した状態で往復動するようにしたため、溶湯Ｗの表面に浮かぶ金属酸化物等がチャンバ室３１に浸入しない。これにより、溶融金属材料への不純物の混入を防ぎ、ダイキャスト製品の純度を確保することができる。
【００４３】
また、プランジャノズル２０と可動シリンダ３０とを分離した状態で、チャンバ２０，３０を溶湯Ｗから取り出すことができる。これにより、チャンバ２０，３０内に残留する金属材料の湯抜きを良好にすることができ、またメンテナンス作業性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０  ホットチャンバ鋳造装置
２０  プランジャノズル
２１  湯路
２２  フランジ
３０  可動シリンダ
３１  チャンバ室
３５  溝孔
４０  駆動装置
４１  ベースプレート
４２  油圧シリンダ
４３  ロッド
４５  ガイドロッド
５０  ジョイントアーム
５１  連結部材
５１ａ  円柱状部
５１ｂ  環状突起部
６０  ポッド（溶湯槽）
７１  固定金型
７２  可動金型
７３  キャビティ
８０  昇降手段
Ｗ  溶湯
Ｍ  鋳造品
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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