(57)【要約】      （修正有）【課題】凝固層及び酸化膜等を含まない清浄な溶湯を製品キャビティに注入することで鋳造欠陥の少ないダイカスト製品を成形すること。【解決手段】ダイカスト成形方法は、射出プランジャ１６の移動により射出スリーブ１５から射出される溶湯３０を、金型６のランナ９を通じて金型６の製品キャビティに注入することにより鋳造を行う。金型６は、ランナ入口９ａの近傍周囲に分流堰１７を、その分流堰１７の周囲に捕捉キャビティ１８を備える。射出スリーブ１５から射出された溶湯３０を分流堰１７に突き当てることで、溶湯３０を外周部の不純物層３０ａと清浄層３０ｂとに分流する。分流された清浄層３０ｂをランナ９を通じて製品キャビティに注入する。分流された外周部の不純物層３０ａを捕捉キャビティ１８に捕捉する。【選択図】        図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プランジャの移動によりスリーブから射出される溶湯を、金型のランナを通じて前記金型の製品キャビティに注入することにより鋳造を行うダイカスト成形方法において、
前記金型は、前記ランナの入口近傍の周囲に分流堰を、その分流堰の周囲に捕捉キャビティをそれぞれ備え、
前記スリーブから射出される溶湯を前記分流堰に突き当てることにより、前記溶湯を清浄層と不純物層とに分流し、分流された清浄層の溶湯を、前記ランナを通じて前記製品キャビティに注入すると共に、分流された不純物層の溶湯を、前記捕捉キャビティに捕捉することを特徴とするダイカスト成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、精密な金型を使用してアルミニウムや亜鉛合金の鋳造を行うダイカスト成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的なダイカスト成形において、製品キャビティに溶湯を射出する前に、スリーブに供給された溶湯がスリーブ内面に接触し、溶湯表面が冷却されて固化し、薄い凝固層（チル）ができることがあった。この凝固層が溶湯の射出に伴って破断し、溶湯に混入して製品キャビティに侵入することがあった。
【０００３】
上記した凝固層は、以下のような問題を含み、ダイカスト製品の品質低下の要因となっている。問題の一つは、凝固層は溶湯が製品キャビティに入る前に固化している。このため、溶湯表面に薄い金属箔が付着した状態となり、射出時の溶湯流れを阻害する傾向があった。また、凝固層が千切れて溶湯中に分散することがあった。問題の二つ目に、凝固層の表面が空気に触れると酸化膜ができる。この酸化膜が異物として付着しているため、凝固層を挟んだ溶湯相互の融着が困難になり、ダイカスト製品中に不連続面ができることになった。問題の三つ目に、溶湯を射出するときに、スリーブや金型に塗布された離型剤を凝固層が引きはがし、凝固層の表面に離型剤が付着した状態となる。この離型剤は、主として黒鉛等の無機物や油脂、水分等で構成される。この離型剤からガスが発生したり、離型剤が異物となってダイカスト製品中に混入することがあった。
【０００４】
ここで、上記問題の対策の一例が、下記の特許文献１及び２、非特許文献１に記載されている。
【０００５】
特許文献１には、鋳込み口とキャビティの間のランナ部分に、櫛歯状に形成した塞き止め部材を突設したダイカスト鋳造金型が記載されている。そして、射出スリーブに供給した溶湯を金型キャビティへ射出する際に、射出スリーブ内で発生した酸化膜及び初期凝固層を塞き止め部材でもってキャビティ手前で塞き止めるようにしている。
【０００６】
特許文献２には、射出スリーブにヒータを設けることが記載されている。射出スリーブをヒータで加熱することにより、そのスリーブ内で溶湯表面に凝固層が発生するのを遅らせている。
【０００７】
非特許文献１には、凝固層を捕捉するためのキャビティを、金型、スリーブ及びプランジャで形成する部位に設けることが記載されている。また、スクイーズキャスティング法により酸化膜を捕捉する対策例、湯口付近の断面積を急変させることが記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−２０４８２１号公報（第２−３頁，図１−５）
【特許文献２】実開平５−７６６５８号公報（第４−６頁，図１）
【非特許文献１】菅野友信、植原寅蔵著「アルミニウム合金ダイカスト／その技術と不良対策」カロス出版、第二版、ｐ．４０８，４０９，４４７−４４９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献１に記載の金型は、ランナ部分に設けた塞き止め部材により凝固層を塞き止めているが、その部材の櫛歯隙間より大きい凝固片は捕捉できるものの、櫛歯隙間より小さい凝固片や櫛歯の目と平行な凝固片は捕捉できず、製品キャビティに侵入するおそれがあった。また、塞き止め部材に捕捉された大きい凝固片も、その部材に塞き止められることで大きな射出圧力を受けて小さく破断されることがあり、凝固片に付着した離型剤がはく離して溶湯中に混入することがあった。さらに、離型剤が異物として製品キャビティに侵入したり、離型剤から発生したガスが溶湯に混じって製品キャビティに流入したりすることがあった。これらが、成形品に鋳巣や機械的強度低下等の欠陥をもたらすおそれがあった。
【００１０】
加えて、特許文献１に記載の金型は、溶湯の流れが塞き止め部材で乱され、整った流れが得られ難かった。この乱れた流れの境界に、凝固片や異物等が集まる領域ができることがあった。そして、これら凝固片等が金属組織の不連続な部分を形成するおそれがあった。また、ランナ途中に塞き止め部材を設けていることから、ランナの長さや容積は大きく複雑になる傾向があった。
【００１１】
また、特許文献２に記載の装置では、ヒータとして二芯マイクロヒータ（電熱ヒータ）が使われる。しかし、この電熱ヒータで、射出スリーブを、アルミニウム合金の凝固温度近くまで加熱して溶湯表面の凝固を阻止し、製品の連続製造を達成する管理はかなり難しいものと言える。この場合、射出スリーブに高価なセラミック等を使用することが考えられる。しかし、セラミック製の射出スリーブは、割れ等の解決課題が多く、未だ一般的ではない。また、金属製のスリーブを加熱して凝固層の成長を遅らせる方法では、凝固層の発生を止められず、薄い凝固層に離型剤が付着した状態となる。このため、溶湯を充填するときに、この凝固層と離型剤が製品キャビティに流入するおそれがあり、鋳造欠陥を十分に阻止することができない。
【００１２】
また、非特許文献１に記載のスクイーズキャスティング法では、凝固層捕捉キャビティをランナやスタンプ部に設けることで、溶湯量に対する製品キャビティの体積比が小さくなり、歩留りが悪くなっていた。また、破断した凝固片を製品キャビティに流入させないために、凝固層を捕捉する部位、大きさ、形状及びランナとの関係等を製品毎に解析し、試行を繰り返して決定する必要があり、多大な時間と工数が必要になった。
【００１３】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、凝固層及び酸化膜等を含まない清浄な溶湯を製品キャビティに注入することで鋳造欠陥の少ないダイカスト製品を成形することを可能としたダイカスト成形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、プランジャの移動によりスリーブから射出される溶湯を、金型のランナを通じて金型の製品キャビティに注入することにより鋳造を行うダイカスト成形方法において、金型は、ランナの入口近傍の周囲に分流堰を、その分流堰の周囲に捕捉キャビティをそれぞれ備え、スリーブから射出される溶湯を分流堰に突き当てることにより、溶湯を清浄層と不純物層とに分流し、分流された清浄層の溶湯を、ランナを通じて製品キャビティに注入すると共に、分流された不純物層の溶湯を、捕捉キャビティに捕捉することを趣旨とする。
【００１５】
上記発明の構成によれば、スリーブ内面にて溶湯の外周にできた凝固層及びその凝固層の表面に付着した酸化膜等は、プランジャの移動によりスリーブから溶湯が射出されるとき、分流堰に突き当たり、分流堰に掻き取られて不純物層の溶湯として捕捉キャビティに捕捉される。また、凝固層及び酸化膜等を含まない清浄な清浄層の溶湯は、そのままランナを通じて製品キャビティに注入される。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の発明によれば、凝固層及び酸化膜等を含まない清浄な溶湯を製品キャビティに注入することができ、これにより鋳造欠陥の少ないダイカスト製品を成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明のダイカスト成形方法を具体化した一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１に、横型締縦射出タイプのダイカスト成形装置１の概略構成図を示す。この成形装置１は、基本構成として、機台２上に設けられた固定盤３及び可動盤４と、固定盤３に設けられた固定金型５と、可動盤４に設けられた可動金型６と、両金型５，６の下側に傾動可能に設けられた射出装置７とを備える。両金型５，６には、型閉めにより、製品キャビティ８、ランナ９及びスタンプ部１０等が形成される。製品キャビティ８は、目的のダイカスト製品を成形する空間である。ランナ９は、射出装置７からスタンプ部１０へ射出された溶湯を製品キャビティ８へ導く通路である。可動盤４には、成形品押出装置１１が設けられる。この装置１１は、製品キャビティ８とスタンプ部１０に出没可能に設けられた押出ピン１２，１３を備える。射出装置７は、シリンダ装置１４と、射出スリーブ１５と、シリンダ装置１４のロッド１４ａに固定され、射出スリーブ１５内を往復動可能に設けられた射出プランジャ１６とを備える。
【００１９】
このダイカスト成形装置１において、可動盤４を動作させて型閉めすることにより、両金型５，６の間に製品キャビティ８、ランナ９及びスタンプ部１０等が形成される。その後、射出装置７を両金型５，６の下側へ移動させ、スタンプ部１０に射出スリーブ１５の先端部を連結する。その後、射出スリーブ１５に供給した溶湯を、射出プランジャ１６の移動により同スリーブ１５からスタンプ部１０に射出し、ランナ９を通じて製品キャビティ８に注入する。注入された溶湯が固化することにより、ダイカスト製品を含むワークが鋳造される。その後、可動盤４を動作させて型開きし、成形品押出装置１１を動作させて押出ピン１２，１３により、ワークを両金型５，６の間から押し出す。
【００２０】
図２に、両金型５，６に射出スリーブ１５の先端部を連結した主要部分を断面図により示す。図３に、可動金型６の型合わせ面６ａ等の主要部分を一部断面を含む平面図により示す。両金型５，６は、ランナ９の入口（以下「ランナ入口」と言う。）９ａの手前の周囲に分流堰１７を、その分流堰１７の周囲に捕捉キャビティ１８をそれぞれ備える。溶湯が射出スリーブ１６に供給されて同スリーブ１６の内面に接触すると、溶湯がスリーブ１６により冷却され、溶湯の外周に凝固層等が生じる。この結果、凝固層、酸化物、離型剤等を含む「不純物層」と、凝固層等を含まない清浄な「清浄層」とが生成される。分流堰１７は、この「不純物層」と「清浄層」とを分流する。捕捉キャビティ１８は、スタンプ部１０に対してフランジ状に設けられ、分流された不純物層を捕捉する。
【００２１】
図４に、図３の主要部分を簡略図により示す。分流堰１７の周縁は、射出スリーブ１５の内面にて溶湯３０の外周にできた不純物層３０ａよりも同スリーブ１５の内側に位置するように設定される。ランナ入口９ａの寸法ａ１は、射出スリーブ１５の内径ｄ１より「５ｍｍ」程度小さく設定される。分流堰１７のコーナ１７ａは、可能な限り鋭角に設定される。捕捉キャビティ１８のスタンプ部１０側のコーナ１８ａは、滑らかな曲面に設定される。捕捉キャビティ１８の容積（捕捉容積）Ｖｃは、溶湯３０の外周にできた不純物層３０ａの体積と同等か、それより少し大きく設定される。この捕捉容積Ｖｃは、次式（１）のように表すことができる。
Ｖｃ≧πｈ（ｄ１2−ｄ２2）／４    …（１）
ここで、［ｈ］は射出スリーブ１５に供給された溶湯の高さ、「ｄ１］は射出スリーブ１５の内径、「ｄ２」は不純物層３０ａを除いた清浄層３０ｂの内径をそれぞれ意味する。
【００２２】
図５に、捕捉キャビティ１８の断面（型合わせ面と直角な断面）形状を概念図に示す。図５からも分かるように、捕捉キャビティ１８には、中心から型開き方向へ収束する勾配ＳＰが付けられる。
【００２３】
図６に、ランナ入口９ａの設定可能範囲ＳＥを概念図により示す。ランナ入口９ａは、射出スリーブ１５の内面における不純物層３０ａより内側に設定される。従って、図６において、ランナ入口９ａは、破線円で示す設定可能範囲ＳＥより内側に設定される。
【００２４】
図７（ａ），（ｂ）に、射出プランジャ１６、射出スリーブ１５、ランナ９及び製品キャビティ８の関係を概念図により示す。図７（ａ），（ｂ）は、製品キャビティ８の正面及び側面の違いを示す。この実施形態では、製品キャビティ８の入口断面積を「Ａ×Ｃ」、ランナ９の断面積を「Ｋ×Ｌ」、射出プランジャ１６の先端断面積を「Ｍ」、射出スリーブ１５の断面積を「Ｓ］とすると、これらの関係は、次式（２）のように表すことができる。
Ａ×Ｃ≦Ｋ×Ｌ≦Ｍ＜Ｓ      …（２）
【００２５】
図８（ａ）（ｂ）に、ランナ９の寸法を概念図により示す。図８（ａ），（ｂ）は、ランナ９の縦横の違いを示す。この実施形態では、ランナ９の出口寸法を「Ｋ１」及び「Ｂ１」と示す。また、ランナ９の入口寸法を「Ｋ２」及び「Ｂ２」と示す。ランナ９の出口寸法Ｋ１，Ｂ１は、製品キャビティ８の縦寸法Ａと横寸法Ｃに対し、次式（３），（４）の関係により設定される。
Ｋ１≧Ａ×０．９      …（３）
Ｂ１≧Ｃ×０．９      …（４）
【００２６】
ランナ９の縦勾配は、ランナ９の長さを「Ｌ」とすると、「（Ｋ１−Ｋ２）／Ｌ」と表される。また、横勾配は、「（Ｂ１−Ｂ２）／Ｌ」と表される。この実施形態では、これらの勾配が「０．２３」以下になるように設定される。
【００２７】
次に、上記したダイカスト成形装置１を使用して行われるダイカスト成形方法を説明する。図９〜１１に、主要部分等を簡略図により示す。
【００２８】
このダイカスト成形装置１において、可動盤４を動作させて型閉めすることにより、両金型５，６の間に製品キャビティ８、ランナ９、スタンプ部１０及び捕捉キャビティ１８等が形成される。その後、射出装置７を両金型５，６の下側へ移動させ、スタンプ部１０に射出スリーブ１５の先端部を連結する。その後、図９に示すように、射出スリーブ１５に溶湯３０を供給する。このとき、射出スリーブ１５の内面にて溶湯３０の外周には、不純物層３０ａが生じる。不純物層３０ａの表面には、同スリーブ１５の表面に塗布して引きはがされた離型剤や酸化膜等が付着する。つまり、射出スリーブ１５に供給された溶湯３０は、その外周部が不純物層３０ａとなり、その不純物層３０ａより内側が凝固層及び酸化膜等を含まない清浄な清浄層３０ｂとなる。
【００２９】
次に、図１０に示すように、射出プランジャ１６を移動させて射出スリーブ１５からスタンプ部１０に溶湯３０を射出する。このとき、溶湯３０の外周部である不純物層３０ａ、離型剤及び酸化膜等は、分流堰１７に突き当たる。そして、分流堰１７に突き当たった不純物層３０ａは、ランナ入口９ａに入ることなく分流堰１７のコーナ１７ａで溶湯３０から掻き取られ、図１１に示すように、捕捉キャビティ１８の中に捕捉される。また、凝固層及び酸化膜等を含まない清浄な清浄層３０ｂは、そのままランナ入口９ａに入り、ランナ９を通じて製品キャビティ８に注入される。
【００３０】
その後、製品キャビティ８に注入された清浄層３０ｂが固化することにより、ダイカスト製品を含むワークが鋳造される。
【００３１】
次に、可動盤４を動作させて型開きし、成形品押出装置１１の押出ピン１２，１３を突き出すことにより、ワークが両金型５，６の間から押し出される。この実施形態では、捕捉キャビティ１８に勾配ＳＰが付けられるので、成形後の型開きを円滑に行うことができる。このワークから、ランナ９や捕捉キャビティ１８等にて固化した不要な部分を除去することにより、目的のダイカスト製品が得られる。このようにして、凝固層及び酸化膜等を含まない清浄な清浄層３０ｂの溶湯を製品キャビティ８に注入することができ、これにより鋳巣や機械的強度低下等の鋳造欠陥の少ないダイカスト製品を成形することができる。
【００３２】
この実施形態では、ランナ９の途中に従来例のような「塞き止め部材」がないので、清浄層３０ｂの溶湯をランナ９に円滑に流すことができ、ランナ９の形状を複雑にすることがない。また、この実施形態では、従来例とは異なり、電熱ヒータを使うために高価なセラミック製の射出スリーブを使う必要がなく、一般的な金属製の射出スリーブを適用することができる。さらに、この実施形態では、従来例のスクイーズキャスティング法とは異なり、分流堰１７で分流された不純物層３０ａを捕捉キャビティ１８で捕捉するので、捕捉部位、大きさ、形状及びランナとの関係等を製品毎に解析する必要がなく、凝固層等の混入が少ない成形品完成までに、コンピュータによる溶湯の流動解析及び予測、金型製作や改良修正、試行成形、試行成形品の調査解析等の繰り返し使用に多大な時間と工数を要することがない。溶湯量に対する製品キャビティ８の体積比が余り小さくならず、製品歩留りの悪化を抑えることもできる。
【００３３】
この実施形態では、捕捉キャビティ１８のコーナ１８ａが滑らかな曲面に設定されるので、不純物層３０ａの流れを円滑に変化させて捕捉キャビティ１８に入り易くすることができる。また、分流堰１７のコーナ１７ａが直角を挟む角度（例えば「１２０°」以下）に設定されるので、不純物層３０ａを確実に掻き取ることができ、不純物層３０ａの破断片がランナ９に侵入するのを未然に防止することができる。また、この実施形態では、ランナ入口９ａが不純物層３０ａより内側の範囲に設定されるので、この意味でも、不純物層３０ａを確実に掻き取ることができ、不純物層３０ａの破断片がランナ９に侵入するのを未然に防止することができる。
【００３４】
この実施形態では、射出プランジャ１６、射出スリーブ１５、ランナ９及び製品キャビティ８の寸法関係を上記式（２）のように設定したので、製品キャビティ８の入口付近の湯境を軽減することができ、不純物層３０ａの破断を低減することができる。
【００３５】
この実施形態では、射出スリーブ１６の寸法と捕捉容積Ｖｃとの関係を上記式（１）のように設定したので、捕捉キャビティ１８に捕捉された不純物層３０ａをランナ入口９ａへ流出させることがなく、不純物層３０ａの破断や不純物層３０ａからのガス発生を低減することができる。
【００３６】
尚、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもできる。
【００３７】
前記実施形態では、捕捉キャビティ１８、ランナ９及び製品キャビティ８の形状を、図２に示すように、断面積変化が不連続的になるように設定したが、この形状を、図１２に示すように、断面積変化が連続的になるように設定してもよい。この別例では、ランナ入口９ａがランナ出口９ｂへ向かって徐々に大きく又は小さく変化するように設定される。この結果、溶湯の注入抵抗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ダイカスト成形装置を示す概略構成図。
【図２】型閉めされた両金型等の主要部分等を示す断面図。
【図３】可動金型の型合わせ面等の主要部分を示す平面図。
【図４】図３の主要部分を示す簡略図。
【図５】捕捉キャビティの断面形状を示す概念図。
【図６】ランナ入口の設定可能範囲を示す概念図。
【図７】射出スリーブ、ランナ及び製品キャビティ等の関係を示す概念図。
【図８】ランナの寸法を示す概念図。
【図９】主要部分等を示す簡略図。
【図１０】主要部分等を示す簡略図。
【図１１】主要部分等を示す簡略図。
【図１２】型閉めされた両金型等の主要部分等を示す断面図。
【符号の説明】
【００３９】
５      固定金型
６      可動金型
８      製品キャビティ
９      ランナ
１５    射出スリーブ
１６    射出プランジャ
１７    分流堰
１８    捕捉キャビティ
３０    溶湯
３０ａ  不純物層
３０ｂ  清浄層
【図１】
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【図２】
2005161347.tif 000004
【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】
2005161347.tif 000012
【図１１】
2005161347.tif 000013
【図１２】
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