(57)【要約】【課題】  注入された溶融金属を、金型に射出するためのダイカストマシーン用プランジャースリーブにおいて、熱膨張の差によるプランジャースリーブの反りを抑制することを課題とする。【解決手段】  プランジャースリーブ１０を、鋼製外筒体１４の内部に超硬質合金製内筒体１５を挿嵌した積層構造に構成し、プランジャースリーブ１０の少なくとも溶湯注入部に、前記内筒体１５と外筒体１４との間に熱伝導性の高い部材１６を介在させ、又は、内筒体２２、外筒体２３の２層構造のスリーブであって、内筒体２２を超硬質合金とし、外筒体２３を低膨張合金として、溶湯注入による内筒体２２の膨張を外筒体２３で拘束する。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
注入された溶融金属を、金型に射出するためのダイカストマシーン用プランジャースリーブにおいて、
プランジャースリーブを、鋼製外筒体の内部に超硬質合金製内筒体を挿嵌した積層構造に構成し、プランジャースリーブの少なくとも溶湯注入部に、前記内筒体と外筒体との間に熱伝導性の高い部材を介在させたことを特徴とするダイカストマシーン用プランジャースリーブ。
【請求項２】
注入された溶融金属を、金型に射出するためのダイカストマシーン用プランジャースリーブにおいて、
内筒体、外筒体の２層構造のスリーブであって、内筒体を超硬質合金とし、外筒体を低膨張合金として、溶湯注入による内筒体の膨張を外筒体で拘束することを特徴とするダイカストマシーン用プランジャースリーブ。
【請求項３】
注入された溶融金属を、金型に射出するためのダイカストマシーン用プランジャースリーブにおいて、
鋼製外筒の内部に超硬質合金製内筒を形成したプランジャースリーブであって、該プランジャースリーブの溶湯注入部の外筒体を低膨張合金としたことを特徴とするダイカストマシーン用プランジャースリーブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、注入された溶融金属を、金型に射出するためのダイカストマシーン用プランジャースリーブの技術に関する。より詳しくは、このダイカストマシーン用プランジャースリーブにおける熱による反りを抑制するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶融金属を注入して、金型に射出するためのダイカストマシーン用ブランジャースリーブは、金型に接続された筒状体であり、溶融金属を注入する溶湯注入口を有している。そして、注入された溶融金属をプランジャースリーブ内にプランジャチップを挿入し、溶融金属を金型へと射出するものである。
図１２は従来のダイカストマシーン用プランジャースリーブの温度状態を示す図である。図１２において、プランジャースリーブ１０の後端上部には、溶湯注入口１１が設けられている。溶融金属は溶湯注入口１１よりプランジャースリーブ１０内に注入されるものである。そして、プランジャースリーブ内の溶融金属はプランジャチップにより前方へと射出される。
図１２に示すグラフにおいて縦軸は温度を示し、横軸は距離（プランジャースリーブ前端から対応部位までの距離）を示すものである。プランジャースリーブ１０の軸方向において、溶湯注入口１１の下方部分が最も温度が高く、前方に向かうにつれて温度が低くなる。
また、図１３は正面視におけるプランジャースリーブ１０の温度状態を示す図である。図１３において、１は底部、２および４はそれぞれ側部、３は上部を示すものである。そして、図１３のグラフにおいて縦軸は温度を、横軸をプランジャースリーブ１０の部位を示すものである。図１３のグラフに示すごとく、プランジャースリーブ１０の底部の温度が最も高く、上部の温度が低くなっている。
【０００３】
従来のプランジャースリーブとしては、鋼鉄スリーブの内周面にセラミックス製の内筒を嵌めたものがあり、プランジャースリーブの内面の耐熱性および体磨耗性を高くして溶融金属の熱によって溶かされたり、射出時に摺動するプランジャチップにより磨耗したりすることを抑制したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、鋼製スリーブの内周面部にサーメットを柔らかい金属により応力緩和層を設けたダイカストマシーン用のプランジャースリーブも知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平５−５０２０４号公報
【特許文献１】特開平７−２３２２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、プランジャースリーブ後端部の溶湯注入口１１に溶融金属を注入するので、始めに溶融金属に直接さらされるプランジャースリーブ１０の後端底部が最も温度が高くなる。
図１４はプランジャースリーブの反りを示す図である。図１４（ａ）は平常時のプランジャースリーブの状態を示す図、図１４（ｂ）は後端底部の温度上昇による反り状態を示す図である。
プランジャースリーブ１０は平常時においては真直ぐな円筒形状を維持している。溶湯が注入口１１に注がれると、後端底部が急激に加熱され、プランジャースリーブ１０において、温度分布が不均一となる。そして、高温部分における熱膨張により、プランジャースリーブ１０が上方に反るものである。
プランジャースリーブにおいて、反りが発生すると、プランジャチップ１２とプランジャースリーブ１０とのクリアランスを維持できなくなる。これにより、プランジャチップ１２を前方に摺動させる際に、プランジャチップ１２とプランジャースリーブ１０の内面とが接触して摺動抵抗が増大する。そして、プランジャチップ１２の異常磨耗が生じ、プランジャチップ１２の寿命が短くなる。そして、射出速度の不安定化による製品品質の低下の可能性が増大する。
特許文献１や特許文献２においては、断熱材や熱伝導性の低いセラミックなどを利用しており、プランジャースリーブにおける温度分布の不均一が維持されるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決すべく、発明者等は試行錯誤をおこない、プランジャースリーブにおいて、温度分布の不均一性に注目したものである。そして、不均一な温度変化にプランジャースリーブを対応させることにより、反りを抑制して良好な溶湯の射出を行うものである。
すなわち、本発明は次のような手段を用いる。
請求項１に記載のごとく、注入された溶融金属を、金型に射出するためのダイカストマシーン用プランジャースリーブにおいて、プランジャースリーブを、鋼製外筒体の内部に超硬質合金製内筒体を挿嵌した積層構造に構成し、プランジャースリーブの少なくとも溶湯注入部に、前記内筒体と外筒体との間に熱伝導性の高い部材を介在させた。
【０００６】
請求項２に記載のごとく、注入された溶融金属を、金型に射出するためのダイカストマシーン用プランジャースリーブにおいて、内筒体、外筒体の２層構造のスリーブであって、内筒体を超硬質合金とし、外筒体を低膨張合金として、溶湯注入による内筒体の膨張を外筒体で拘束する。
【０００７】
請求項３に記載のごとく、注入された溶融金属を、金型に射出するためのダイカストマシーン用プランジャースリーブにおいて、鋼製外筒の内部に超硬質合金製内筒を形成したプランジャースリーブであって、該プランジャースリーブの溶湯注入部の外筒体を低膨張合金とした。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載のごとく、注入された溶融金属を、金型に射出するためのダイカストマシーン用プランジャースリーブにおいて、プランジャースリーブを、鋼製外筒体の内部に超硬質合金製内筒体を挿嵌した積層構造に構成し、プランジャースリーブの少なくとも溶湯注入部に、前記内筒体と外筒体との間に熱伝導性の高い部材を介在させたので、溶湯注入部における部位間での大きな温度差を解消して、部位による熱膨張の差を軽減できる。そして、熱変形によるプランジャースリーブの反りを抑制できる。これにより、プランジャースリーブとプランジャチップとのクリアランスを確保でき、製造される物品の品質を高い水準で安定させることができる。
【０００９】
請求項２に記載のごとく、注入された溶融金属を、金型に射出するためのダイカストマシーン用プランジャースリーブにおいて、内筒体、外筒体の２層構造のスリーブであって、内筒体を超硬質合金とし、外筒体を低膨張合金として、溶湯注入による内筒体の膨張を外筒体で拘束するので、プランジャースリーブの構成を簡便なものとするとともに、熱膨張による反りを抑制できる。また、内筒体の径方向への拡大を容易に抑制でき、プランジャチップとのクリアランスを安定して維持できる。
【００１０】
請求項３に記載のごとく、注入された溶融金属を、金型に射出するためのダイカストマシーン用プランジャースリーブにおいて、鋼製外筒の内部に超硬質合金製内筒を形成したプランジャースリーブであって、該プランジャースリーブの溶湯注入部の外筒体を低膨張合金としたので、容易な構造によりプランジャースリーブの反りを抑制できるとともに、低膨張合金を用いる部位を必要最小限にでき、製造コストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
プランジャースリーブにおいて、温度分布の不均一性に注目し、不均一な温度変化にプランジャースリーブを対応させることにより、反りを抑制して良好な溶湯の射出を行うものである。
【実施例１】
【００１２】
次に、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
図１はプランジャースリーブの使用状態を示す図、図１（ａ）は溶湯注入前の状態を示す図、図１（ｂ）は溶湯注入時の状態を示す図、図１（ｃ）は溶湯射出時の状態を示す図である。
プランジャースリーブ１０は後端部を露出させた状態で、プラテンに保持されており、前部において金型に溶融金属を導入する経路に接続している。プランジャースリーブ１０の後部には延出方向に開口した開口部が設けられており、プランジャチップ１２を挿入可能になっている。そして、後上部には溶湯を注入する溶湯注入口１１が設けられている。プランジャースリーブ１０の後部は溶湯注入部となっている。
プランジャースリーブ１０には、図１（ｂ）に示すごとく、溶湯が溶湯注入口１１より注入される。そして、プランジャースリーブ１０内に一定量の溶湯を注入した後に、図１（ｃ）に示すごとく、プランジャチップ１２を摺動させて溶湯を金型へと射出させるものである。
【００１３】
図１（ｂ）に示すごとく、溶湯注入過程において、プランジャースリーブの後下部が加熱される。そして、この後に図１（ｃ）に示すごとく、プランジャチップ１２の摺動が行われる。このため、プランジャースリーブ１０の後部が反りやすい状態で溶湯の射出が行われる。
【００１４】
本発明においては、プランジャースリーブ１０の高温部の熱を他の部分に拡散させ、熱的な不均一を解消することにより、プランジャースリーブ１０の反りを抑制し、プランジャースリーブ１０とプランジャチップ１２とのクリアランスを良好に維持するものである。
図２は溶湯注入口付近における熱の拡散状態を示すイメージ図、図３は正面視におけるプランジャースリーブの温度状態を示す図である。図３において、１は底部、２および４はそれぞれ側部、３は上部を示すものである。そして、図３のグラフにおいて縦軸は温度を、横軸をプランジャースリーブ１０の部位を示すものである。プランジャースリーブ１０の後部において温度の不均一な状態を解消して、図３に示すごとく、各部における温度差を減少させることにより、反りを防げるものである。
本来、局所的に温度が高い状態は、熱的に不安定であり、放置すれば温度差が解消される。しかし、プランジャースリーブにおいては、溶湯注入後に射出を行う必要があり、温度差が小さく成るまでの時間を短縮する必要がある。そこで、高熱伝導性部材を利用してプランジャースリーブ１０の後部において、側部および上部に熱が伝わりやすい状態とするものである。
【００１５】
次に、第１実施例について、図４から図６を用いて説明する。
図４はプランジャースリーブの側面断面図、図５はプランジャースリーブ後部側面断面図、図６はプランジャースリーブ後部の一部破断面図である。
プランジャースリーブ１０は外筒１４、内筒１５、中筒体１６により構成されている。外筒１４の内側には、外筒１４のほぼ全域に渡り、内筒１５が挿入されている。そして、プランジャースリーブ１０の後部において、外筒１４と内筒１５との間に中筒体１６が配設されている。内筒１５およおび中筒体１６は焼き嵌めされており、溶湯注入口１１周辺部が、外筒１４、内筒１５、中筒体１６により積層体となるものである。
そして、内筒１５には、合金工具鋼、高速度鋼、コバルト系サーメット複合材、またはチタン系サーメット複合材などを用いることが出来るものであり、特に、熱膨張率が７．５ｘ１０−６／Ｋ以上のものを用いることにより良好なプランジャースリーブを得ることが出来る。
中筒体１６は、溶湯注入口１１周辺において、内筒１５の外周面を覆うように構成されており、高熱伝導材により構成されている。中筒体１６に利用可能なものとしては、例えば、銅、タングステン、またはモリブデン等を用いることができ、熱伝動度が０．３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上であるものを利用することにより、良好なプランジャースリーブを構成できるものである。また、外筒１としては、熱間ダイス鋼（ＳＫＤ６１）により構成することができるものである。
【００１６】
このように、中筒体１６として熱伝導性の高い材料を利用することにより、溶湯注入口１１付近における熱伝導性が増し、溶湯注入口１１付近での温度の不均一が解消され、上下面の温度差が小さくなる。そして、熱膨張によるプランジャースリーブ１０の変形が抑制されるものである。
溶湯に直接接触する内筒１５の外周面に、熱伝動率の大きい中筒体１６を挿嵌するので、溶湯注入によるプランジャースリーブ１０の後下部の局部的な高温状態を解消し、溶湯注入口１１付近への熱拡散を促進できる。これにより、温度差より発生する熱膨張量の差を減少させて、プランジャースリーブ１０の反りを抑制できるものである。さらに、他のエネルギーを必要とせず経済的である。
【実施例２】
【００１７】
次に、第２実施例について説明する。
図７は第２実施例におけるプランジャースリーブ後部側面断面図、図８は同第２実施例における斜視一部断面図である。
第２実施例においては、溶湯注入口１１付近の外筒１４を熱伝導性の高い部材により被装し、外筒１４の外側より熱の拡散を促進して、温度の不均一な状態を解消して、プランジャースリーブの反りを抑制するものである。
外筒１４には、溶湯注入口１１が構成された溶湯注入部において、外筒カバー１７が装着されている。外筒カバー１７は熱伝導良好な材料により構成されており、プランジャースリーブ後部において、上下面の温度差を小さくするものである。溶湯注入口１１の周辺部位において外筒１４を熱伝導性の高い部材により被装することにより、溶湯注入による局所的な昇温を防ぐものである。
外筒１４の外側より装着可能のであり、既存のプランジャースリーブに容易に装着することができる。また、外筒１４に銅線を複数回巻きつけて、外筒カバー１７を構成することも可能である。線状の部材を巻きつけてカバーを構成するので、様々な形のスリーブに対応可能である。
【実施例３】
【００１８】
第３実施例においては、内筒体と外筒体とが焼き嵌めされた積層体構造のプランジャースリーブにおいて、外筒体に熱変形の小さな低熱膨張率の部材を用いるものである。
図９は第３実施例のプランジャースリーブの側面断面図である。図９に示すごとく、第３実施例において、プランジャースリーブ２１は、内筒２２および外筒２３により構成されている。内筒２２は外筒２３の内周面に挿嵌固定されている。外筒２３はインバー合金などの低膨張部材により構成されており、熱膨張率が３００℃において８．０／Ｋ以下の鉄・ニッケル系合金または鉄−ニッケル−コバルト系合金等からなる材質を用いる。
内筒２２は熱膨張率が３００℃において１２±１×１０−６／Ｋの合金工具鋼、高速度鋼、コバルト系サーメット複合材、またはチタン系サーメット複合材などを用いるものである。
【００１９】
内筒２２に発生する径方向および長手方向の熱膨張を外筒２３により拘束し、プランジャチップ１２とのクリアランスの増大を抑制するものである。これにより、プランジャチップ１２の溶湯射出時の摺動抵抗を小さくして、製品の品質安定とプランジャースリーブ２１およびプランジャチップ１２の寿命を延長できる。
内筒２２においては、熱的機械的衝撃に対する安定性を確保するために、約５ｍｍ以上の肉厚を有することが好ましい。そして、外筒２３の肉厚は内筒２２の膨張および径の増大を抑制するに必要な高剛性を確保されるように、機械的強度において適宜設定されるものである。
【実施例４】
【００２０】
次に、第４実施例について説明する。
図１０は第４実施例のプランジャースリーブの構成を示す側面断面図である。
第４実施例において、プランジャースリーブ３１の外筒はプラテンにより保持される前部と、溶湯注入口１１のある後部とに分割されている。前部は外筒３２により構成されており、後部は外筒３３により構成されている。そして、外筒３２および外筒３３に内筒３４が挿嵌固定されている。なお、内筒３４は、合金工具鋼、高速度鋼、コバルト系サーメット複合材、またはチタン系サーメット複合材などを用いるものである。
【００２１】
前部において外筒３２は熱間ダイス鋼等により構成されるものであり、後部において外筒３３はインバー合金等の低膨張合金により構成されている。すなわち、溶湯注入時に温度変化の大きくなる溶湯注入口１１を構成した後部を低膨張合金により構成し、温度差によるプランジャースリーブの反りを抑制するものである。
溶湯注入時におけるプランジャースリーブの長手方向に沿った温度変化は、図１２に示すごとくであり、特に温度が高く、温度変化の急激な、点線で囲まれた部分を、低膨張合金により構成するものである。
そして、外筒３２・３３の厚みを内筒３４の厚みの３倍以上とし、外筒３３に低膨張合金を用いることで、溶湯注入口１１の周囲における変形を抑制できる。
【実施例５】
【００２２】
次に、従来のプランジャースリーブと第１実施例、第４実施例について反り量を比較した結果について説明する。図１１は反り量の比較結果を示す図である。
図１１において、Ａが従来のプランジャースリーブの反り量を示すものであり、Ｂが第４実施例を、Ｃが第１実施例を示すものである。
従来のプランジャースリーブにおいては後端部における反り量は２．２ｍｍであった。第４実施例における反り量は１．８ｍｍであった。そして、第１実施例における反り量は１．６ｍｍであった。
このように、第１・４実施例において、反り量の大幅な改善が見られた。
第１実施例においては、プランジャースリーブ後部である溶湯注入部に熱伝導性の高い部材を配設し、溶湯注入部の高温部分の熱を他の部分に伝導することにより、温度分布を緩やかにし、膨張による変形を抑制できたものである。
第４実施例においては、部位による温度差の大きい溶湯注入部に低膨張部材を用いて、熱膨張膨張を抑制したものである。
【００２３】
図１１に示すごとく、いずれの手法においても、膨張変形が抑制されたものであり、これらの手法を組み合わせて用いることも可能である。すなわち、プランジャースリーブの後部である溶湯注入部の外筒を低膨張部材により構成し、内筒と外筒の間に高熱伝導部材を配設して、高温部の局所化を解消しながら、熱による膨張を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】プランジャースリーブの使用状態を示す図。
【図２】溶湯注入口付近における熱の拡散状態を示すイメージ図。
【図３】正面視におけるプランジャースリーブの温度状態を示す図。
【図４】プランジャースリーブの側面断面図。
【図５】プランジャースリーブ後部側面断面図。
【図６】プランジャースリーブ後部の一部破断面図。
【図７】第２実施例におけるプランジャースリーブ後部側面断面図。
【図８】同第２実施例における斜視一部断面図。
【図９】第３実施例のプランジャースリーブの側面断面図。
【図１０】第４実施例のプランジャースリーブの構成を示す側面断面図。
【図１１】反り量の比較結果を示す図。
【図１２】従来のダイカストマシーン用プランジャースリーブの温度状態を示す図。
【図１３】正面視におけるプランジャースリーブ１０の温度状態を示す図。
【図１４】プランジャースリーブの反りを示す図。
【符号の説明】
【００２５】
１０  プランジャースリーブ
１１  溶油注入口
１４  外筒
１５  内筒
１６  中間筒
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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