(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記：
鋳込み容器（１）内に形成された登り通路（９）、
登り通路（９）と、注湯オリフィス（１１）を備えた注湯システム（１３）とを接続する鋳込みノズル（１０）、
少なくとも一つの型ノズル（１５、１５ａ、１５ｂ）、および
注湯オリフィス（１１）から延びて型ノズル（１５、１５ａ、１５ｂ）に達する少なくとも一つの湯道通路（１４）
を備えたホットチャンバ加圧鋳造機械を有する、特に非鉄金属からなる、金属加圧鋳造部品を形成する装置において、
注湯システム（１３）は、複数の湯道通路（１４）および型ノズル（１５、１５ａ、１５ｂ）と、湯道通路（１４）および型ノズル（１５、１５ａ、１５ｂ）を加熱するための手段（１７〜２０）とを有する加熱湯道通路注湯システム（１３）として形成されており、
個々の型ノズル（１５、１５ａ、１５ｂ）に取り付けられた型ノズル先端（２３、２３ａ、２３ｂ）が、型（１６、１６ａ、１６ｂ）に直接接続された櫛の歯状または扇状の注湯システムとしてゲートを形成するか、あるいはゲートの直前に配置されており、型ノズル先端（２３、２３ａ、２３ｂ）は複数の噴射通路（２５）または注湯通路（２５ａ、２５ｂ）を有する、
ことを特徴とする金属加圧鋳造部品を形成する装置。
【請求項２】
型ノズル先端（２３、２３ａ、２３ｂ）と型ノズル（１５、１５ａ、１５ｂ）には、それぞれシールするための円錐状の差込み接続部（２１、２１ａ、２１ｂ）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
型ノズル先端（２３、２３ａ、２３ｂ）は、加熱される型ノズル（１５、１５ａ、１５ｂ）に取り付けられており、かつ型ノズルも加熱される通路（１４）に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
型ノズル先端（２３、２３ａ、２３ｂ）は、対応づけられた型中空室（１６、１６ａ、１６ｂ）に側方または中央で取り付け可能であることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
ホットチャンバ加圧鋳造機械のオリフィス（１１）に、注湯システム（１３）に添接する加熱されない鋳込みノズル先端（３４）が付設されており、その鋳込みノズル先端内に型充填後に栓（３５）が形成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
加熱通路注湯システム（１３）内に、次の鋳込みの際に鋳込みノズル先端（３４）から押し出される栓（３５）のための収容空間（３７）が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
収容空間（３７）は、ホットチャンバ加圧鋳造機械のオリフィス（１１）の孔（３６）に整合して配置されていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
登り通路（９）内に、戻り止め弁（３２）が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
戻り止め弁（３２）が、登り通路（９）の下方の端部に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
鋳込みピストン（５’）内に、戻り止め弁（３１）が配置されていることを特徴とする請求項１または９に記載の装置。
【請求項１１】
戻り止め弁（３２、３１）は、高熱耐性の金属から、またはセラミックからなることを特徴とする請求項９または１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳込み容器内に形成された登り通路と鋳込み開始システムの前に配置されたオリフィスとを備えたホットチャンバ加圧鋳造機械および加圧鋳造型の前のゲートを有し、そのゲートの断面がそれぞれの金属溶湯に合わせられている、特に非鉄金属からなる、金属加圧鋳造部品を形成する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
付属の型構造を有するホットチャンバ加圧鋳造機械が知られている。ホットチャンバ加圧鋳造においては、非鉄金属、亜鉛とマグネシウムおよびよりわずかな分量の鉛または錫が鋳造される。金属は、急速に温度が低下するという特性を有している。従って加圧鋳造においては、最良の鋳込み品質を得るためには、高速かつ高圧で鋳造を行う。その場合に型充填プロセスは、それぞれ部品大きさと最小の材厚に従って、５ｍｓと３０ｍｓの間になる。ホットチャンバ機械の閉鎖力は、１００００ｋＮまでになる。
【０００３】
鋳込みプロセスの際に、注湯システムを計算するために定められた経験値が存在し、それはたとえば亜鉛においては秒当たり約５０ｍの最大ゲート速度であり、マグネシウムの場合には秒当たり最大１００ｍである。マグネシウムにおいて約６５０℃そして亜鉛の場合には約４２０℃と、高い溶湯温度が使用される場合には、これら非鉄金属は、液状の状態においてほぼ水のようにさらっとしている。上述したゲート速度を越えないようにするためには、ゲート面の断面、すなわち注湯システムの、後で注湯部分を型から分離することを可能にする部分の断面を、それに応じて設計しなければならない。
【０００４】
また、ホットチャンバ加圧鋳造方法において、加圧鋳造部品を均一に充填することができるようにするために、扇または接線状注湯部を使用することが知られている（「加圧鋳造機械の操作（Die Bedienung der Druckgussmaschine)」Societey of Die Casting Engineers, Detroit／USA Copyright 1972,第7ページ）。これは、特に多重型が使用される場合には、複雑な注湯システムをもたらし、それは金属が冷たくなった後に使用できない残りとしてが残る。この注湯部分は、加圧鋳造部品に関して、４０％と１００％の間の重量割合を有する。各鋳込み後に残る注湯部分は、次に再び溶融されるが、それは多大な付加エネルギを必要とする。さらに、燃焼減量による材料損失、注湯部分のバリ取りおよびそのリサイクルが生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭で挙げた種類の装置において、ずっと少ない注湯部分で加工することができる、構成を設けることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明は、冒頭で述べた種類の装置において、ゲートが、型へ至る通路とノズルの加熱を行う加熱通路注湯システムの一部になることにある。
【０００７】
この構成によって材料を、常に必要とされる、一部は極めて複雑な注湯通路内で液状の状態に維持することが可能となるので、型内の材料の凝固後に注湯通路内にある材料の冷却が生じることはない。この材料は、次の鋳込みの際に新たに使用することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
プラスチック射出成形機械においては、原則的に加熱通路システムを設けることは知られている。しかし、プラスチックの熱伝導特性は、金属のそれとは決定的に異なっているので、点状に、あるいはトンネルを介して型を充填することのできる、この種の加熱通路システムの構成を移すことは、不可能である。
【０００９】
本発明の望ましい形態においては、ノズルにノズル先端が取り付けられており、そのノズル先端は櫛の歯状注湯システムまたは扇状注湯システムを有しており、かつ直接部品の輪郭に接続されており、その場合に櫛の歯状または扇状の注湯システムがゲートを形成し、あるいはその直前に配置されている。この構成は、ノズル先端のゲート断面内にある金属溶湯は型充填後に、ノズル先端自体は加熱されないので、少なくとも準固体状態へ移行する、という利点をもたらす。それによってこの材料は、型を開放した後に金属が加熱通路システムから流れ出し、あるいはこの加熱通路システムを通って再びオリフィス、登り通路または鋳込み容器内へ戻ることを阻止する。
【００１０】
その場合に本発明の望ましい形態においては、ノズル先端とノズルにはそれぞれ円錐状の差込み接続部が設けられており、それらは上述した、６５０℃ないしは４２０℃の極めて高い温度においても、金属が金属に接することにより十分なシールを保証する。
【００１１】
その場合にノズル先端自体は、加熱されるノズルに取り付けることができ、かつノズルも加熱される通路に取り付けることができる。
【００１２】
本発明の望ましい形態においては、ノズル先端を、それぞれ使用される、形成すべき部品の型に合わせて形成することができる。その場合にノズル先端は、この型の側方または中央に取り付けることができる。
【００１３】
液状の金属が登り導管および鋳込み容器内へ流れ戻ることを阻止する他の方法は、オリフィスに注湯システムに添接する、加熱されないノズル先端が付設されることによっても達成することができ、そのノズル先端内では型充填後に栓が形成されて、その栓がオリフィスおよび登り管内にある溶湯が鋳込み容器へ還流することを阻止することができる。この栓は、次の鋳込みの際に加熱通路システム内へ圧入され、そこには栓のための適当な収容空間が設けられており、栓はその収容空間内へ達して、それによって液状の材料がさらに鋳込まれることがそれ以上阻止されることはない。栓は、加熱通路システム内で再び完全に溶ける。
【００１４】
各場合において鋳込み容器内の還流を阻止するために、さらに、あるいは上述したオリフィスを有する選択肢の代わりに、登り通路内に戻り止め弁が配置されるようにすることもできる。戻り止め弁は、鋳込みピストン内にも配置することができるので、従来加圧鋳造機械において発生していた、鋳込みピストンを引き戻す際に登り通路から材料が流れ出ない場合に、鋳込みシリンダ内に発生する負圧によって材料がピストンリングを通過して鋳込みシリンダ内へ流れ込む、という欠点を回避することができる。鋳込みピストン内に戻り止め弁を配置することによって、材料は直接鋳込み容器から鋳込みピストンを通して鋳込みシリンダ内へ流れることができる。この場合に使用すべき戻り止め弁は、発生する高温に関して、高温耐性の材料から、またはセラミックから形成すべきである。
【００１５】
【実施例】
図面に示す実施例を用いて、本発明を説明する。
【００１６】
図１は、まず、鋳込むべき金属、たとえばマグネシウムまたは亜鉛の溶湯２内へ挿入された、ホットチャンバ加圧鋳造機械の鋳込み容器１を、ある程度概略的に示している。この金属溶湯２は、詳しく図示されていない方法で保温炉内に挿入されているるつぼ３内に保持される。
【００１７】
鋳込み容器１は、鋳込みピストン５を備えた鋳込みシリンダ４を有しており、その鋳込みピストンには、公知であるので詳しく図示されていない、そのピストンロッド６に接続された駆動装置が設けられており、その駆動装置は液圧によるもの、あるいは電気的なものとすることができる。鋳込みシリンダ４は、その上方の領域に側方の供給開口部７を有しており、ピストン５がこの開口部７の上方にある位置に来た場合に、その供給開口部を通して溶湯２が鋳込みシリンダ４の内部へ流入することができる。図示の状態において、鋳込みピストン５は充填位置を過ぎており、かつ矢印８に従って下方へ移動され、その場合に鋳込みシリンダ４と、鋳込みシリンダ４に連続する登り孔９内にある溶湯が、加熱されたノズル１０を介して注湯オリフィス１１へ供給され、その注湯オリフィスは概略的に示唆されている固定の型半体（固定型）１２内にある。
【００１８】
ホットチャンバ加圧鋳造機械による従来の加圧鋳造方法においては、注湯オリフィス１１から湯道がそれぞれ型中空室へ通じており、かつゲートを介してこの型中空室へ移行しているが、本発明に基づく装置においては、注湯オリフィス１１は、湯道通路１４とその後段に接続された、型１６へ至るノズル１５を加熱する、ノズル加熱通路注湯システム１３の一部である。
【００１９】
従来公知の加圧鋳造方法においては、鋳込みピストン５によって登り孔とノズル１０を通して押圧されて、湯道とそれぞれの部分を介して型内へ達する金属溶湯は、それが凝固するまで圧力下で保持される。型を開放して、場合によっては（型に中子がある場合に）コアを引き戻した後に、ここには図示されていない可動の型半体（可動型）内に鋳造片が残り、鋳込みピストン５は、図１に符号５’で示されるその初期位置へ復帰移動する。この後方へ移動する際に、ノズル１０と登り孔９内にある溶湯が鋳込みシリンダ４内へ吸い戻される。型内にある溶湯は凝固している。
【００２０】
型を開放して部品を取り出した後に、部品のバリ取りをしなければならず、これは、注湯部、湯道およびオーバーフローが鋳造部品から分離されることを意味している。この鋳造残材全体は、その後に再び溶融されて、新たに加工される。前記にてすでに示唆されているように、そのためには比較的大きい作業の手間とエネルギ消費が必要である。というのは、この鋳造残材は、重量パーセント表示で、形成された部品の重量の４０％から１００％に相当するからである。
【００２１】
図２に示す加熱通路システム１３は、この種の多大な鋳造残材の発生を回避している。図２からまず明らかなように、注湯オリフィス１１は加熱ジャケット１７によって包囲されており、その加熱ジャケットは接続導電線１８を介してエネルギを供給される。この加熱ジャケットに、さらに設けようとしているノズル１５を加熱し、ないしは通路１４を暖めるために用いられる、加熱ジャケット１９および加熱容器２０と同様に、電流を供給することもできる。図３は、型中空室１６の前のノズル１５に円錐部２１が設けられており、その円錐部が加熱通路システム１３の部分２２の付属の収容円錐部内へ挿入されて、そこで密封保持されていることを示している。このようにして金属対金属シールが達成され、それは非鉄（ＮＥ）金属を鋳造する場合の高い温度において（マグネシウムの場合に６５０℃で亜鉛の場合には４２０℃）必要とされる。この加熱されたノズル１５内へ、円錐部２１とは逆の端部においてノズル先端２３の、特に円錐部２４が挿入されており、その円錐部はノズル１５の対応する相手側円錐部内へ密閉固定されるように挿入されている。
【００２２】
図４に示したように、ノズル２３自体には、その下方の端部に櫛の歯状に配置された噴射通路２５が設けられており、その噴射通路は型中空室１６内へ直接に連通している。すべての噴射通路２５の断面は、全体として、ホットチャンバ加圧鋳造方法に該当する、所定の型を形成するための経験値に従って必要とされる、ゲート断面に一致しなければならない。このようにして、これらの通路２５内で発生する鋳込み速度が、すでに説明したように、許容される最大の速度を超えないことが保証される。
【００２３】
もちろん、この場合には、加熱通路システム１３内に存在する溶湯を、それがまだ液状態にあるような温度に維持しなければならない。加圧鋳造プロセスの終了後に圧力下で型１６内に保持されている溶湯は、比較的迅速に凝固する。多数の通路２５の櫛の歯状注湯部内にある溶湯は、少なくとも準固体状態へ移行する。図から明らかなように、ノズル先端２３は、加熱されず、かつ型中空室１６の領域内に位置している。多数の通路２５によって形成されるこのゲートは、可動の型半体２６を除去する際に固定の型半体１２に残っている通路部分２７から分離されるので、次にまた溶融されなければならない、凝固した注湯部の残材が残留することはない。
【００２４】
同様なことが、概略的に例としてさらに図５に示されている型１６ａについても当てはまり、その型は、型中空室１６ａへ移行するゲート２９を有する注湯扇状部２８（図６）を介して、ノズル２３ａと接続されている。ここでノズル２３ａ内のノズル底に注湯通路２５ａが形成されており、それは大体においてノズル１５ａの軸の方向へ延びている。従ってノズルオリフィス２３ａの下方には、鋳造の際に注湯扇状部２８が形成され、その注湯扇状部はゲート２９を介して型中空室１６ａへ移行している。可動の型半体２６を、加熱通路システム１３の部分２７から分離する際に、注湯扇状部２８は一緒に取り出される。その注湯扇状部は、次にそれのゲート２９を介してできあがった部分から容易に分離される。図３から６のノズル先端２３と２３ａは、それぞれ、注湯がノズルの側方で行われるように設計されている。
【００２５】
図７と８は、ノズル先端２３ｂの構成の他の可能性を示しており、ノズル先端はここでも円錐部２１ｂを介してノズル１５ｂへ差し込まれている。このノズル先端２３ｂは、その注湯通路２５ｂと３０によって型中空室１６上の中央に取り付けられており、それによって溶湯が中央で型中空室１６内へ直接圧入される。ここでも使用される、（図３から６のノズル先端２３および２３ａの場合と同様に）すべて約１ｍｍから１．５ｍｍの直径を有することができる、多数の通路２５ｂによって、同様にある種の櫛の歯状注湯部が得られ、それは型が開放された場合にノズル先端からも、それに続いて加圧鋳造部品からも容易に分離される。
【００２６】
説明のためにさらに指摘しておきたいのは、使用される、たとえばマグネシウムと亜鉛のような非鉄金属は、液状態において、すなわちマグネシウムにおいて約６５０℃、亜鉛においては約４２０℃である溶融温度において、ほぼ水のようにさらさらしていることである。従ってそれらは容易に「櫛の歯状注湯部」を通って該当する型中空室内へ圧入される。型充填プロセスは、５ｍｓ〜３０ｍｓ（ｍｓ：ミリ秒）の時間を必要とする。その後型内にある材料は比較的急速に凝固し、ノズル２３、２３ａおよび２３ｂの小さい孔２５、２５ａ、２５ｂ内の材料は、準固体状態へ移行し、それによって加圧鋳造プロセスが終了する際に、加熱通路システム１３も閉鎖される。次の鋳造の際には、まだ準固体状態にあるこの材料が、型内へ一緒に圧入される。
【００２７】
加熱通路注湯システム１３を使用する場合には、鋳込みピストン５を引き戻す際に液状の金属がノズル１０と登り孔９を介して加熱通路注湯システム１３から引き出されないように、注意しなければならない。もしそうなった場合には、次の鋳込みはある程度の遅延時間後にしか行うことができない。というのは、加熱通路注湯システム１３の湯道と場合によっては登り孔９およびノズル１０にも、まず溶湯を再び充填しなければならないからである。
【００２８】
従って図９においては、鋳込みピストン５’に戻り止め弁３１が設けられており、これにより、鋳込みピストン５’が矢印３２に示すように復帰移動する際に、容器３内にある金属溶湯が、上方から鋳込みピストンを通ってその下にある鋳込みシリンダ４の空間内へ流入することができる。従って従来の設備において鋳込みピストン５’の復帰移動の間に発生する鋳込みシリンダ４内の負圧は、発生しない。さらに、登り孔９の下方の端部に他の戻り止め弁３２が挿入されているので、ここでも自重に基づく溶湯の還流が発生することはない。従って、溶湯は液状態のまま、加熱通路注湯システム１３、ノズル１０および登り孔内に、次の鋳込みまで留まる。その限りにおいて熱い溶湯は直接部品ないしは型中空室１６、１６ａ、１６ｂにおいて露出するので、鋳込みプロセスはより短く、かつさらにより正確に支配される。
【００２９】
図１０に、比較的簡単な方法で、加熱通路注湯システム１３からの溶湯の還流を防止する他の方法を示す。加熱通路注湯システム１３の注湯オリフィス１１と、公知の方法で電気的または誘導的に作用する加熱コイル３３によって加熱されるノズル１０との間に、オリフィス部材３４が挿入されており、そのオリフィス部材は加熱されず、従って「凍結ゾーン」を形成する。各鋳込みの後に、このオリフィス部材３４の内部に冷たい栓３５が生じて、それがノズル１０の貫通孔を密封する。従って加熱通路システム１３内の溶湯は、注湯オリフィス１１を通って還流することができない。
【００３０】
図２は、加熱通路注湯システム１３がノズル１０の貫通孔３６に整合し、湯道１４に収容空間３７（図２）を有していることを示しており、次の鋳込みの際に栓３５はその収容空間内で捕捉され、従って通路システムを通って型中空室へ達することはできない。この栓は、加熱通路システム１３内でその次の鋳込みまでに完全に溶ける。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、ずっと少ない注湯部分で加工することができる、特に非鉄金属からなる、金属加圧鋳造部品を形成する装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、型の注湯通路に取り付けられたオリフィスを有するホットチャンバ加圧鋳造機械の鋳込みユニットを概略的に示す断面図である。
【図２】図２は、本発明に従って設けられた、型内へ通じる加熱通路注湯システムを概略的に示す断面図である。
【図３】図３は、図２の左の型に基づいて、加熱通路システムから型内へ移行する移行部を拡大して示す断面図である。
【図４】図４は、図３の、型充填に使用されるノズル先端を、ほぼ図３のIV−IV線に沿って断面で概略的に示す断面図である。
【図５】図５は、図２の右の型に基づいて、加熱通路システムから型へ移行する移行部を拡大して示す断面図である。
【図６】図６は、図５のVI−VI線に沿ってノズル先端と注湯部を示す断面である。
【図７】図７は、図３または５と同様の構成において、溶湯から型への移行部の他の配置を有す断面図である。
【図８】図８は、矢印VIIIの方向にノズル先端の概略的拡大断面図であり、前段に接続されたノズルなしで示す。
【図９】図９は、図１と同様であるが、登り孔と鋳込みピストン内に戻り止め弁を有するホットチャンバ加圧鋳造機械の鋳込み装置の一部を示す断面図である。
【図１０】図１０は、取り付けられた、加熱されないノズル先端を有するオリフィスの端部を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
１…鋳込み容器
２…溶湯
３…るつぼ
４…鋳込みシリンダ
５…鋳込みピストン
５’…鋳込みピストン
６…ピストンロッド
７…供給開口部
８…移動方向
９…登り孔
１０…ノズル
１１…注湯オリフィス
１２…固定の型半体
１３…ノズル加熱通路注湯システム
１４…湯道通路
１５…ノズル
１５ａ…ノズル
１５ｂ…ノズル
１６…型
１６…型中空室
１６ａ…型中空空間
１７…加熱ジャケット
１８…接続導線
１９…加熱ジャケット
２０…加熱容器
２１…円錐部
２１ｂ…円錐部
２３…ノズル先端
２３ａ…ノズル先端
２３ｂ…ノズル先端
２３ａ…ノズルオリフィス
２４…円錐部
２５…噴射通路
２５ａ…注湯通路
２５ｂ…注湯通路
２６…可動の型半体
２７…通路部分
２８…注湯扇状部
２９…ゲート
３０…注湯通路
３１…戻り止め弁
３２…復帰移動を示す矢印
３３…加熱コイル
３４…オリフィス部材
３５…冷たい栓
３６…貫通孔
３７…収容空間
【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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