(57)【要約】【課題】ゲート部から製品形状部への溶湯の偏向噴出を防止して、ゲート部や製品形状部での溶損の発生をなくす。【解決手段】湯道部２のうちゲート部４の直近位置に、背圧室６と背圧開放室７とを交互に隣接配置した断面略鋸歯状の整流部５を形成する。ゲート部５の直前位置にて溶湯Ｍを背圧室６や背圧開放室７を通過させることにより、溶湯Ｍ自体の慣性による直進エネルギーを消失させて、ゲート部４から製品形状部３に対して均等に溶湯Ｍを噴出させる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製品形状部とそれより上流側の湯道部との間にゲート部が設定されていて、湯道部を通して供給された溶湯をゲート部から製品形状部内に充填するようにしたダイカスト金型の構造であって、
湯道部のうちゲート部の直近位置に、溶湯の流れを断続的に変化させてゲート部から製品形状部内への溶湯の噴射，充填状態を安定化させる整流部を設けたことを特徴とするダイカスト金型。
【請求項２】
上記湯道部は、製品形状部側に向かって末広がりとなる扇形状のものであることを特徴とする請求項１に記載のダイカスト金型。
【請求項３】
上記整流部は、湯道部の通路面積を急減させる背圧室とこの背圧室に隣接しつつ湯道部の通路面積を急増させる背圧開放室とをもって形成されているとともに、背圧室と背圧開放室とが溶湯流れ方向で交互に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のダイカスト金型。
【請求項４】
上記整流部は、溶湯の流れ方向で断面略鋸歯状のものとして形成されていることを特徴とする請求項３に記載のダイカスト金型。
【請求項５】
上記背圧室の最小厚み寸法は、ゲート部入口側の厚み寸法以上で且つ湯道部の厚み寸法の二分の一以下であることを特徴とする請求項４に記載のダイカスト金型。
【請求項６】
上記背圧開放室の最大厚み寸法は湯道部の厚み寸法の二分の一以上であることを特徴とする請求項５に記載のダイカスト金型。
【請求項７】
上記背圧室の勾配は３０°以上であり、背圧開放室の勾配は４５°以上であることを特徴とする請求項５または６に記載のダイカスト金型。
【請求項８】
湯道部からゲート部へ溶湯が最終的に流れ込むフィード角度が３０°以上であることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のダイカスト金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄肉で精密な鋳物製品をダイカスト鋳造法により鋳造するのに好適なダイカスト金型の構造、特にゲート部近傍での構造的な改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイカスト鋳造法においては、湯道部を通して供給された溶湯をゲート部（堰）から製品形状部内に噴射，充填するのが一般的であるが、ゲート部での溶湯充填速度は３０〜１００ｍ／ｓ程度となり、同ゲート部での通過抵抗は３〜１０ＭＰａにもなるとされている。これらの高速・高圧による衝撃に加えて、特に大量生産工程では高温の溶湯をゲート部から噴射させる作業が２０〜１５０秒程度のサイクルタイムで繰り返し行われることになるので、ゲート部およびそれに連通する製品形状部では溶損が他の部位よりも早く発生する。そして、溶損が進行すると正規な製品形状を維持することができなくなるので、例えば３，０００〜１０，０００サイクル毎にゲート部および製品形状部について定期補修作業として溶接補修作業を行うことが一般的となっている。
【０００３】
その一方、ダイカスト金型の溶損対策として、特許文献１，２に記載されているようにダイカスト金型の表層部を改質して溶湯に対する耐溶損性を高める方法が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１２３２７７号公報  （第３頁）
【０００５】
【特許文献２】
特開２００２−４５９５７号公報  （第３，４頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１，２に記載されたような従来の技術では、表面改質のための処理層の厚みはせいぜい１０〜１００μｍ程度であって、上記のような過酷な環境下での使用では表面処理層が溶湯との摩擦によって摩耗したり、あるいは金型素材との線膨張特性の差によって剥離してしまうことが多い。したがって、表面改質によって溶損までの寿命を延ばす効果は期待できたとしても（例えば、無処理の場合の１．５〜３倍）、なおも定期補修作業は必要とならざるを得ない。その上、ダイカスト金型の表面処理はその単位面積当たりの処理コストが高く、コストアップが余儀なくされる。
【０００７】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、湯道部のうちゲート部の直近位置にわずかな改良を加えるだけでゲート部や製品形状部での溶損の発生を未然に防止できるようにしたダイカスト金型を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、製品形状部とそれより上流側の湯道部との間にゲート部が設定されていて、湯道部を通して供給された溶湯をゲート部から製品形状部内に充填するようにしたダイカスト金型の構造であって、湯道部のうちゲート部の直近位置に、溶湯の流れを断続的に変化させてゲート部から製品形状部内への溶湯の噴射，充填状態を安定化させる整流部を設けたことを特徴とする。
【０００９】
上記整流部は、湯道部の通路面積を急減させる背圧室とこの背圧室に隣接しつつ湯道部の通路面積を急増させる背圧開放室とをもって形成されているとともに、背圧室と背圧開放室とが溶湯流れ方向で交互に配置されているものとし、さらに、上記整流部は、溶湯の流れ方向で断面略鋸歯状のものとして形成されていることが望ましい。
【００１０】
したがって、請求項１に記載の発明では、ゲート部の手前でその湯道部通路面積を急減させることになる背圧室を溶湯が通過することにより、ゲート部の一部から偏向して製品形状部内に噴出しようとする溶湯に抵抗を与え、慣性にしたがって直進しようとするエネルギーを損失させる。直進エネルギーを消耗した溶湯は背圧室を流動しながらその一部は背圧開放室に流れ込み、背圧開放室ではその断面積が急激に拡大するので、流れ込んだ溶湯はさらに減速されて完全に慣性を消失する。そして、後続の溶湯流が背圧室と背圧開放室を含む湯道部全体を満たす状態となった後に、溶湯がゲート部全体から製品形状部内に向けて均一に噴出するようになる。なお、この傾向は上記の背圧室と背圧開放室とを交互に配置することでより一層顕著となる。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、溶湯のもつ慣性による直進エネルギーを整流部にて完全に消失させることができるので、ゲート部の一部から偏向した状態で溶湯が噴出するのを未然に防止しつつゲート部全体から均一に溶湯に噴出させることができるようになり、それによって溶湯充填に伴いゲート部および製品形状部が受けるダメージを抑制して、それらゲート部および製品形状部の溶損を未然に防止できる効果がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は一般的な湯道系の鋳造方案の一例を模式的に示している。同図において、１は湯溜まり部、２は湯道部、３は製品形状部、４は湯道部２と製品形状部３との間に設定されたゲート部（堰）をそれぞれ示している。湯道部２は湯溜まり部１から製品形状部３側に向かって末広がりとなる扇形状のもとして形成されていて、図２の（Ａ）にも示すように湯道部２のうちゲート部４の直近位置ではその厚み寸法が傾斜部２ａにてゲート部４側に向かって漸減して最終的にゲート部厚み寸法ｔ１をもって収束するように設定されている。
【００１３】
図２の（Ａ），（Ｂ）は図１のｂ部の拡大図であり、ゲート部４は同図（Ａ）のように製品形状部３の端縁の延長方向に設定される場合と、同図（Ｂ）のように製品形状部３の端縁にこれと重なり合うように設定される場合とがあり、前者はサイドゲート、後者はエンドゲートとそれぞれ称されている。また、ゲート部４の長さＬをランド長、傾斜部２ａの勾配θ１をフィード角度といい、ゲート部厚み寸法ｔ１のほかランド長Ｌおよびフィード角度θ１等を調整することで溶湯充填の流動速度や充填角度方向を制御することができる。
【００１４】
ここで、ゲート部４は周知のように溶湯の充填挙動を制御するオリフィスの役割を有するとともに、後工程での鋳物製品仕上げの容易性を考慮してそのゲート部厚み寸法ｔ１を２〜５ｍｍ程度に設定するのが一般的である、その一方、サイドゲートであるかエンドゲートであるかにかかわらず図１，２の鋳造方案のもとで溶湯充填を行った場合には、溶湯自体のもつ慣性による直進エネルギーを無視することができない。そのため、図３の（Ａ）に示すようにゲート部４の幅寸法全体を使って溶湯Ｍが均等に噴出するのが理想的であるにもかかわらず、例えば図３の（Ｂ）に示すようにゲート部４の一部から偏向した状態で製品形状部３内に高速・高圧の溶湯Ｍが充填され、ゲート部４および製品形状部３の一部に局部的なダメージを与えることになりかねない。そして、これが先に述べた溶損を早期に発生させる原因となる。
【００１５】
そこで、本発明者は種々実験を行った結果、図３の（Ａ）のような理想的とされる噴出状態を常に再現できる湯道系鋳造方案を案出したので、その実施の形態の詳細を以下に示す。なお、図１〜３の各部位と共通する部分には同一符号を付してある。
【００１６】
図４の（Ａ），（Ｂ）に示すように、湯道部２のうちゲート部４の直近位置において、製品形状部３に向かう溶湯の流れを断続的に変化させてゲート部４から製品形状部３内への溶湯Ｍの噴出・充填状態を安定化させるための整流部５を設けてある。すなわち、湯道部２の厚み寸法ｔ２を断続的に変化させるべく、その湯道部２の通路面積を傾斜面６ａをもって急減させて溶湯Ｍを増圧させる増圧室的機能をもつ背圧室６と同じく湯道部２の通路面積を傾斜面７ａをもって急増させるトラップ形状の背圧開放室７とを交互に且つ互いに隣接するように連続的に配置して、湯道部２のうちゲート部４の直近位置を断面略鋸歯状の整流部５としてある。なお、湯道部２は図１に示したものと同様に扇形状のものであり、したがって整流部５はその湯道部２の全幅にわたって設定するものとする。
【００１７】
ここで、背圧室６の最小厚み寸法ｔ３はゲート部厚み寸法ｔ１以上で且つ湯道部２の厚み寸法ｔ２の二分の一以下であることが望ましく、また背圧開放室７の最大厚み寸法ｔ４は湯道部２の厚み寸法ｔ２の二分の一以上であり、全体としてｔ２＞ｔ３＞ｔ１の関係にあることが望ましい。さらに、背圧室６を形成している傾斜面６ａの勾配θ２は３０°以上、背圧開放室７を形成している傾斜面７ａの勾配θ３は４５°以上とし、いずれの角度θ２，θ３もその値を大きくして急勾配とした方がその効果が顕著となる。この場合、ゲート部４に最も近接する背圧室６の傾斜面６ａの角度θ２すなわちフィード角度θ１もまた３０°以上とするのが望ましい。
【００１８】
したがって、本実施の形態によれば、ゲート部４の直前に整流部５があり、特に背圧室６ではその通路面積が傾斜面６ａにより急激に狭められて溶湯流れが増圧されることから、湯道部２に沿って流れようとする溶湯Ｍに抵抗を与えて、溶湯Ｍ自体がもつところの慣性に従って直進しようとするエネルギーを損失させる。さらに、直進エネルギーをを消耗した溶湯Ｍは背圧室６を流動し、その一部は背圧室６の最小肉厚部を通して背圧開放室７に流れ込む。背圧開放室７ではその通路面積が傾斜面７ａにより急激に拡大されるので、背圧開放室７に流れ込んだ溶湯Ｍはさらに減速されて、慣性により直進しようとするエネルギーが完全に消失することになる。このような背圧室６での機能と背圧開放室７での機能は、整流部５を形成している背圧室６および背圧開放室７それぞれの個数分だけ溶湯Ｍの流れ方向で繰り返される。そして、後続の溶湯流れが背圧室６と背圧開放室７を含む湯道部２全体に充満するようになると、その溶湯Ｍが図３の（Ａ）の理想的状態とほぼ同様な状態でゲート部４全体を使って製品形状部３内に均一に噴出することになる。その結果、図３の（Ｂ）に示したようにゲート部４の一部のみから偏向した状態で溶湯Ｍが噴出することがなく、そのゲート部４や製品形状部３に及ぼダメージを極力少なくして溶損の発生を未然に防止できるようになる。
【００１９】
ここで、先に述べたフィード角度θ１を３０°以上に設定したのは、フィード角度θ１が３０°未満であると、ゲート部４から製品形状部３に向けて噴出しようとする溶湯Ｍに再び慣性エネルギーを与えてしまい、図３の（Ｂ）のような偏向状態での噴出を誘発するおそれがあるためである。
【００２０】
図５は本発明の第２の実施の形態を示す図であり、先の第１の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。
【００２１】
図５に示す第２の実施の形態では、型合わせ面１０にて型締めされる下型８と上型９とをもって、製品形状部３やゲート部４のほか整流部５を含む湯道部２を形成してある。そして、最前列の背圧開放室１７を形成している傾斜面１７ａについて、垂直面に対する角度θ４を５°程度として急斜面をもって形成してある。
【００２２】
この第２の実施の形態においても先の第１の実施の形態と同様の効果が得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な湯道系の鋳造方案の一例を示す図で、（Ａ）はその正面説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）のａ−ａ線に沿う断面図。
【図２】図１の（Ｂ）のｂ部拡大図で、（Ａ）はサイドゲートの説明図、（Ｂ）はエンドゲートの説明図。
【図３】ゲート部から製品形状部への溶湯の噴出状態を示す図で、（Ａ）は理想的とされる噴出状態の説明図、（Ｂ）は偏向した噴出状態の説明図。
【図４】本発明の第１の実施の形態として湯道系の鋳造方案を示す図で、（Ａ）はその正面説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）の要部拡大図。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す図で、ダイカスト金型の要部拡大断面図。
【符号の説明】
２…湯道部
３…製品形状部
４…ゲート部
５…整流部
６…背圧室
６ａ…傾斜面
７…背圧開放室
７ａ…傾斜面
１７…背圧開放室
１７ａ…傾斜面
Ｍ…溶湯
【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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