(57)【要約】【課題】構造に特別の変更を加えることなくサージ圧を低下させることを可能にし、もってコスト低減に寄与するダイカスト鋳造用射出装置を提供する。【解決手段】射出スリーブ１０内に摺動可能に嵌装されたプランジャチップ１１から延ばしたプランジャロッド１２を射出シリンダ１３内のピストン１５、１６にカップリング１７により連結し、射出シリンダ１３の作動によりプランジャチップ１１を推進して、射出スリーブ１０内の溶湯を金型２のキャビティ７に射出するダイカスト鋳造用射出装置において、射出シリンダ１３のピストン１５，１６およびプランジャロッド１２をチタン合金、望ましくはα−β型のチタン合金から形成し、射出行程における可動部の慣性力を下げて、キャビティ７への溶湯充填時に発生するサージ圧を低下させる。【選択図】    図１
2005021902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出スリーブ内に摺動可能に嵌装されたプランジャチップから延ばしたプランジャロッドを射出シリンダ内のピストンに連結し、前記射出シリンダの作動により前記プランジャチップを推進して、前記射出スリーブ内の溶湯を金型のキャビティに射出するダイカスト鋳造用射出装置において、前記射出シリンダ内のピストンおよび／または前記プランジャロッドをチタン合金から形成したことを特徴とするダイカスト鋳造用射出装置。
【請求項２】
チタン合金が、α＋β型合金であることを特徴とする請求項１に記載のダイカスト鋳造用射出装置。
【請求項３】
射出スリーブ内に摺動可能に嵌装されたプランジャチップから延ばしたプランジャロッドを射出シリンダ内のピストンに連結し、前記射出シリンダの作動により前記プランジャチップを推進して、前記射出スリーブ内の溶湯を金型のキャビティに射出するダイカスト鋳造用射出装置において、前記射出シリンダ内のピストンに、軽量化のための凹部を設けたことを特徴とするダイカスト鋳造用射出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイカスト鋳造に用いられる射出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイカスト鋳造に用いられる射出装置は、一般に射出スリーブ内に摺動可能に嵌装されたプランジャチップから延ばしたプランジャロッドを射出シリンダ内のピストンに連結し、前記射出シリンダにより前記プランジャチップを推進して、射出スリーブ内の溶湯を金型のキャビティに射出する構造となっている。
【０００３】
ところで、ダイカスト鋳造においては、溶湯が高速、高圧でキャビティ内に射出されるため、溶湯がキャビティ内に充填されると同時に、射出装置内の可動部（プランジャチップ、プランジャロッド、ピストン等）の慣性力でキャビティ内にサージ圧が発生する。図４は、この現象を示したもので、同図中、Ｐｓで表されるサージ圧は、比較的低圧力Ｐａ、Ｐｂで推移する低速Ｖａ−高速Ｖｂの二段射出の終了（キャビティ内への充填完了）と同時に発生し、設定射出圧力Ｐｃよりも過大となる。そして、このサージ圧Ｐｓが型締力をオーバーすると、金型の合せ部に溶湯がさし込んで大きなバリが発生し、場合によっては該合せ部から溶湯が噴出（湯噴き）して安全性が損なわれる。なお、このサージ圧Ｐｓは、設定射出圧力Ｐｃを下げてもほとんど変わらない。
【０００４】
そこで従来、例えば、特許文献１に記載のダイカスト鋳造では、プランジャロッドと射出シリンダ側のピストン（ロッド部）とを連結するカップリング内に弾性部材を介装し、サージ圧を前記弾性部材の圧縮により吸収するようにし、また、特許文献２に記載のダイカスト鋳造では、プランジャロッド内に第２シリンダを設けて、低速射出から高速射出への切替えに応じて第２シリンダの作動でプランジャチップだけを推進させて、可動部の慣性力の低下を図るようにしている。
【０００５】
なお、従来一般のダイカスト機械は、大きな型締力が得られるトグル式の型締装置を採用しているため、上記したサージ圧Ｐｓが発生しても、それほど大きな問題とはならない。しかし、トグル式の型締装置は、トグル機構を構成する部品（リンク等）が複雑、大型になるばかりか、長ストロークの型締シリンダが必要になるため、設置スペースの拡大が避けられず、その上、タイバー間の寸法バラツキにより型締力がアンバランスになり易い、という問題がある。そこで最近、４本のタイバーが挿通する可動盤のタイバー挿通部に型締シリンダを配設し、タイバーを介して型締めを行う、いわゆるタイバー直圧式型締装置が開発され、注目を集めている（例えば、特許文献３参照）。しかし、このようなタイバー直圧式型締装置では、型締シリンダ内の作動油の圧縮の影響があるため、上記したサージ圧Ｐｓが発生して場合に、溶湯のさし込みや湯噴きが発生する虞があり、この場合は、上記した特許文献１または２に記載されるようなサージ圧対策が有用となる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１５５９２５号公報
【特許文献２】
特開平８−３００１３４号公報
【特許文献３】
特開平８−１１７９５９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１および２に記載されるサージ圧対策によれば、何れもプランジャロッドと射出シリンダのピストンとの間に弾性部材または第２シリンダを設ける必要があるため、構造が複雑になり、部品点数も増えてコスト負担が大きくなる、という問題があった。
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、構造に特別の変更を加えることなくサージ圧を低下させることを可能にし、もってコスト低減に寄与するダイカスト鋳造用射出装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、第１の発明は、射出スリーブ内に摺動可能に嵌装されたプランジャチップから延ばしたプランジャロッドを射出シリンダ内のピストンに連結し、前記射出シリンダの作動により前記プランジャチップを推進して、前記射出スリーブ内の溶湯を金型のキャビティに射出するダイカスト鋳造用射出装置において、前記射出シリンダ内のピストンおよび／またはプランジャロッドをチタン合金から形成したことを特徴とする。
チタン合金は、比強度に優れるばかりか、耐熱性および耐食性にも優れており、最近は、航空機部品だけでなく各種産業部品や生体用部品あるいはレジャー用品等にその利用が拡大している。特にチタン合金の比重は４．４〜４．５程度で、鉄系合金の比重（７．８〜８．０）と比べて大幅に小さくなっており、比強度の大きさが際立っている。本発明者等は、このチタン合金が有する比強度の大きさに着目し、可動部の中でも、特に質量が嵩む射出シリンダ内のピストンおよび／またはプランジャロッドをこのチタン合金から形成することを想い到った。すなわち、上記のように構成した射出装置においては、可動部の質量が軽減される結果、その慣性力が低下し、これによりキャビティ内への溶湯充填に伴って発生するサージ圧が低下する。
一方、チタン合金は、組織を構成する相の相違によりα型、α＋β型、β型の３種類に分けられるが、本発明では、溶体化−時効処理により高強度が得られるα＋β型またはβ型のチタン合金を選択する。この場合、α＋β型チタン合金は、β型チタン合金よりも熱間加工性、機械加工性等が良好であるので、製造性を考慮すればα＋β型のチタン合金を選択するのが望ましい。このようなα＋β型チタン合金としては、代表的なＴｉ−６Ａｌ−４Ｖを始め、Ｔｉ−４Ａｌ−４Ｍｎ、Ｔｉ−４Ａｌ−３Ｍｏ−１Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ等があるが、本発明は、これら成分組成以外のα＋β型チタン合金も採用し得ることはもちろんである。
上記課題を解決するため、第２の発明は、上記第１の発明と同様のダイカスト鋳造用射出装置において、射出シリンダ内のピストンに、軽量化のための凹部（肉盗み）を設けるようにしたことを特徴とする。この第２の発明においても、可動部の質量が軽減される結果、キャビティ内への溶湯充填に伴って発生するサージ圧が低下する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一つの実施の形態を示したものである。同図において、１は、本発明に係る射出装置、２は金型である。金型２は、固定盤３に固定された固定型４と可動盤５に固定された可動型６とからなっており、固定型４に対して可動型６を合せた状態すなわち型閉じ状態で、両者の間には鋳造空間としてのキャビティ７、湯道部８およびビスケット形成部９が画成されるようになっている。
【００１０】
本射出装置１は、固定盤３を介して固定型４に先端部が結合された射出スリーブ１０と、この射出スリーブ１０内に摺動可能に嵌装されたプランジャチップ１１と、このプランジャチップ１１の後端からその軸線上を後方へ延ばされたプランジャロッド１２と、射出スリーブ１０の後方にこれと同軸に配置された射出シリンダ１３と、この射出シリンダ１３に供給する作動油の油量および油圧を制御する油圧制御回路１４とを備えている。
【００１１】
上記プランジャロッド１２は、射出シリンダ１３内のピストン部１５から射出スリーブ１０の側へ延ばされたロッド部１６にカップリング１７により連結されており、プランジャチップ１１は、射出シリンダ１３のロッド部１６の伸長、短縮動作に応じて射出スリーブ１０内を金型２側へ進退動するようになっている。一方、射出スリーブ１０の後端部側には、溶湯を受けるための給湯口１８が設けられており、鋳造に際しては、ラドル１９からこの給湯口１８を通して射出スリーブ１０内に所定量の溶湯が供給される。なお、前記ピストン部１５およびロッド部１６は射出シリンダ１３のピストンを構成している。
【００１２】
本実施の形態において、上記射出シリンダ１３内のピストン（ピストン部１５およびロッド部１６）およびプランジャロッド１２は、チタン合金望ましくはα＋β型のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金から形成されている。このＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金は、比重が約４．４３となっており、プランジャロッド１２として汎用されているＳＣＭ４４０の比重に比べて半分に近い値となっている。また、このＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ系合金は、９００〜９７０℃程度から溶体化処理した後、４８０〜６００℃で時効処理することにより１０００〜１２００ＭＰａの引張強さを有するものとなり、汎用のＳＣＭ４４０の引張強さと比べてもそれほど遜色はない。したがって、上記射出シリンダ１３内のピストン１５，１６およびプランジャロッド１２をチタン合金化しても強度保証は十分となり、寸法的な設計変更を行う必要はない。さらに、このＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金は、熱間鍛造により容易に所定形状とすることができる上、焼なまし処理を施すことで容易に機械加工を行うことができるので、汎用のＳＣＭ４４０と比べて製造性が特別に悪化することはない。
【００１３】
ダイカスト鋳造に際しては、上記したラドル１９から射出スリーブ１０内への給湯完了により、油圧制御回路１４から射出シリンダ１３内へ作動油が供給され、射出シリンダ１３内のピストン部１５と一体にロッド部１６が伸長動作し、プランジャチップ１１が前進（推進）する。プランジャチップ１１は、従来と同様に前半は比較的低速で推進し、後半は比較的高速で推進するように制御され、これにより射出スリーブ１０内の溶湯は、金型２側の湯道部８を通ってキャビティ７内に高速、高圧で射出される。
【００１４】
そして、上記キャビティ７内への溶湯の充填完了により、プランジャチップ１１、プランジャロッド１２、ピストン１５，１６およびカップリング１７を含む射出装置１内の可動部の慣性力でキャビティ１９内にサージ圧が発生する。しかし、本実施の形態においては、射出シリンダ１３内のピストン１５，１６およびプランジャロッド１２が比重の小さいチタン合金で形成されているので、それらの質量は大幅に軽減され、この結果、上記した射出行程において可動部全体の慣性力が低下し、これにより前記サージ圧が低下する。
【００１５】
図２は、上記したダイカスト鋳造時におけるサージ圧の発生状態を示したもので、図中、Ｐｓで表されるサージ圧は、従来（図４）と同様に、比較的低圧力Ｐａ、Ｐｂで推移する低速Ｖａ−高速Ｖｂの二段射出の終了と同時に発生している。しかして、このサージ圧Ｐｓのピークは、設定射出圧力Ｐｃよりも低くなっており、したがって、型締力をオーバーすることはない。すなわち、固定型４と可動型６との合せ部Ａ（図１）が開くことはなく、この結果、金型２の合せ部Ａに溶湯がさし込んで大きなバリが発生したり、該合せ部Ａから湯噴きが起こることはなく、品質的に優れた鋳造品を安定して得ることができる。
また、サージ圧Ｐｓが型締力をオーバーすることがないので、前記したタイバー直圧式型締装置を採用しても鋳造は安定し、トグル式型締装置を採用した場合の問題点、すなわち設置スペースの拡大や型締力のアンバランスなどを解消できることになる。
【００１６】
ここで、図１に示した射出装置１において、その射出シリンダ１３内のピストン１５，１６（ピストン部１５の直径が３００ｍｍ）およびプランジャロッド１２をＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ系合金により製作し、この射出装置１を型締力２２５０    ｔｏｎのダイカスト機械に組込んで、設定射出圧力Ｐｃ＝５０ＭＰａ，低速速度Ｖａ＝０．２ｍ／ｓ，高速速度Ｖｂ＝３．５ｍ／ｓの条件でアルミニウム合金のダイカスト鋳造を行ったところ、サージ圧力Ｐｓは約４０ＭＰａであった。
因みに、射出シリンダ１３内のピストン１５，１６およびプランジャロッド１２を汎用のＳＣＭ４４０により製作した従来の射出装置を同じダイカスト機械に組込んで、同様の射出条件でダイカスト鋳造を行った場合のサージ圧は約８０Ｍｐａであり、射出シリンダ１３内のピストン１５，１６およびプランジャロッド１２をチタン合金化するだけで、サージ圧が半減することが分った。
【００１７】
なお、上記実施の形態においては、射出シリンダ１３内のピストン１５，１６およびプランジャロッド１２の双方をチタン合金化したが、本発明は、ピストン１５，１６およびプランジャロッド１２の何れか一方のみをチタン合金化してもよい。
【００１８】
図３は、本発明の他の実施の形態を示したものである。なお、本射出装置の全体構成は、前記図１に示したものと同じであるので、ここでは、要部のみを示し、かつ同一部分には同一符号を付すこととする。本実施の形態において、上記ピストン部１５は、その端面に肉盗みとしての凹部（ここでは、環状溝）２０，２０を有する構造となっている。この場合は、射出シリンダ１３内のピストン（ピストン部１５、ロッド部１６）をチタン合金化しなくても質量が軽減するので、射出行程における可動部全体の慣性力が低下し、結果としてサージ圧が低減する。
【００１９】
【発明の効果】
以上、説明したように、第１の発明によれば、射出シリンダ内のピストンおよびプランジャロッドを比重の小さいチタン合金から形成しているので、射出行程における可動部の慣性力が低下し、構造的な設計変更を加えることなくサージ圧を大幅に低下させることができる。
また、第２の発明によれば、射出シリンダ内のピストンに軽量化のための凹部を設けているので、射出行程における可動部の慣性力が低下し、ピストンの形状のわずかの偏向でサージ圧を低下させることができる。
また、第１および第２の発明によれば、サージ圧が低下することから、タイバー直圧式型締装置を採用しても鋳造は安定し、トグル式型締装置の採用に伴う諸問題を解決できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る射出装置の一つの実施形態を示す断面図である。
【図２】本射出装置を採用したダイカスト機械により鋳造を行った際の、射出圧力と射出速度との時間変化を示すサイクル線図である。
【図３】本射出装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図４】従来の射出装置を採用したダイカスト機械により鋳造を行った際の、射出圧力と射出速度との時間変化を示すサイクル線図である。
【符号の説明】
１    射出装置
２    金型
４    固定型
６    可動型
７    キャビティ
１０  射出スリーブ
１１  プランジャチップ
１２  プランジャロッド
１３  射出シリンダ
１４  油圧制御回路
１５  ピストン部（ピストン）
１６  ロッド部（ピストン）
２０  凹部（肉盗み）
【図１】
2005021902.tif 000003
【図２】
2005021902.tif 000004
【図３】
2005021902.tif 000005
【図４】
2005021902.tif 000006