(57)【要約】【課題】  金型のキャビティ内を減圧することにより保持炉内の鋳造用軽合金溶湯を横型の射出スリーフ゛内に下方から給湯管を介して装填するタイプの減圧ダイカスト鋳造機であっても、溶損が少なく、鋳造欠陥の発生率が低いものを提供する。【解決手段】  金型のキャビティ内を減圧することにより保持炉内の鋳造用軽合金溶湯を横型の射出スリーフ゛内に下方から給湯管を介して装填した後、前記射出スリーフ゛内を摺動するプランジャチップにより前記溶湯を減圧状態の前記キャビティ内に充填する構造を備えた減圧ダイカスト装置であって、前記スリーブは溶湯と接する内壁面が金属基複合材料で形成されたものであることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型のキャビティ内を減圧することにより保持炉内の鋳造用軽合金溶湯を横型の射出スリーフ゛内に下方から給湯管を介して装填した後、前記射出スリーフ゛内を摺動するプランジャチップにより前記溶湯を減圧状態の前記キャビティ内に充填する構造を備えた減圧ダイカスト装置であって、
前記スリーブは溶湯と接する内壁面が金属基複合材料で形成されたものであることを特徴とする減圧ダイカスト装置。
【請求項２】
前記射出スリーブは、溶湯と接する内壁面が金属基複合材料で形成され、かつ外周部が鋼材により形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の減圧ダイカスト装置。
【請求項３】
前記減圧ダイカスト装置は、射出スリーブ内に給湯管を介して真空発生開始時から鋳込み開始時まで、１秒当り０．３〜６ｋｇの溶湯を供給するものであり、かつ給湯管の最小断面となる部分での溶湯の平均流動速度は０．４〜５．０ｍ／秒であることを特徴とする請求項１又は２に記載の減圧ダイカスト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スリーブへの溶湯の充填から金型への射出完了に至るまでキャビティ内が常に減圧される減圧ダイカスト装置に関するものであり、機械的強度に優れた減圧ダイカスト鋳造品が安定して製造可能な減圧ダイカスト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイカスト鋳造方法は高速・高圧で金型内へ溶融金属を充填する技術であり、他の溶融金属成形法に比べ寸法精度が高い、鋳肌が美しい、生産性が高いなどの利点がある。しかしながら溶湯の充填する速度を低速にすれば溶湯温度が低下し、金型内での湯流れ性が悪くなり薄肉軽量の製品が得られない。よって高速で充填することが必要であるが周囲に存在する大気などのガスを溶湯中に巻き込んでしまう。このため、鋳物の内部には多量のガス及びガスと金属が反応してできた酸化物などの介在物が存在することが知られており、構造用部材としての用途は限定されていた。
【０００３】
充填する速度を維持しながらガスの巻込みを回避する方法として、従来から、金型キャビティ内を減圧する減圧ダイカスト方法や、金型キャビティ内の雰囲気を溶湯と反応する酸素などの反応性ガスに置換し、溶湯を充填しながら金型キャビティ内の反応性ガスと反応させて製品中のガス欠陥を低減させるＰＦ（ポア・フリー）ダイカスト法が知られている。溶湯を噴流状態かつ所定充填時間内でのキャビティ充填を行うことにより、反応性ガス（酸素）と噴流で大きな表面積を持つ軽合金溶湯を反応させて一時的な高真空状態にさせて充填させるものである。できた酸化生成物は噴流により微粉砕されるので、鋳造品の機械的性質には影響しないことを特徴としている。
しかし、ＰＦ法ではスリーブに設けられた注湯口から溶湯を注湯し、プランジャチップがこの注湯口を塞いだ後、溶湯の通路上に反応性ガスを充満させる必要がある。これにより鋳造サイクルが長くなり生産性が悪化するという問題がある。また、反応性ガスを溶湯の通路上に吹き込んでも完全に置換することは難しく、大気などのガスが残留する。溶湯はその熱によりスリーブ内の潤滑剤および金型キャビティ内の離型剤からガスを発生させる。溶湯を充填しながら金型キャビティ内の反応性ガスと溶湯を反応させる必要があるが、それ以前にこのガス自体が反応性ガスと反応してしまうため、大気中のガスが存在するのとあまり変わりない状態になり製品中のガス欠陥が発生する。
【０００４】
よって、キャビティ内の雰囲気を置換させる技術よりも、減圧方法、密閉構造などの改良が主に検討されている。これらの減圧ダイカスト方法として、特許文献１に開示されるように、鋳型に付属した真空接続部によって、保温装置から吸い込み管を通じて溶融金属を充填可能な圧入室（スリーブ）を有するものが開示されている。この構造を持つ減圧ダイカスト鋳造機では、キャビティを減圧することで連通するスリーブ内も同時に減圧し、かつ溶湯を保温装置から吸い込み管を介してスリーブに引き上げるまで連続して減圧を行うため、他の減圧ダイカスト鋳造機よりも実質的に長時間減圧し続けることができる。このため、溶湯の熱によりスリーブ内の潤滑剤および金型キャビティ内の離型剤から発生したガスも、溶湯がスリーブ内に充填されるまでに大部分のガスがキャビティ内から吸い出される。このため、溶湯はこれらのガスを混入すること無くキャビティ内に圧入されるため、鋳造欠陥の少ない健全な鋳物が得られるという特徴を持つ。
【特許文献１】特開平６−１２６４１５号公報（（００１１）、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の鋳造機の構造では、保持炉から供給される溶湯が、狭い吸い込み管の中を０．４〜５．０ｍ／ｓほどの速度で移動し、スリーブ内に吹き上がるために溶湯の流れる周辺部の溶損が激しくなるという問題がある。これは、スリーブと連結されている溶湯の供給口がプランジャと摺動するために小さく設計されるためであり、かつ所定の減圧下とサイクルで操業するための減圧速度を考慮すると不可避な現象であった。
従来減圧ダイカスト鋳造機のスリーブには、図３に示すように、熱間工具鋼ＳＫＤ６１材や、Ｓ４５Ｃ材などの鋼材で主に構成されている。しかしながら、上記の構造の減圧ダイカスト鋳造機では、注湯される溶湯の表面が酸化されていないために活性が大きいこと、溶湯の保持炉がスリーブの直下にあるため溶湯温度が高いことから、スリーブ内壁面が溶損しやすい。溶損が進むと、スリーブとプランジャチップとの摺動摩擦が大きくなるため、設定したタイミング、注湯量での溶湯のキャビティ圧入が難しくなり、湯ジワ、湯境、内部欠陥などが発生するという問題があった。
【０００６】
よって、本発明の課題は、上記の構成の減圧ダイカスト鋳造機であっても、溶損が少なく、鋳造欠陥の発生率が低いものを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、金型のキャビティ内を減圧することにより保持炉内の鋳造用軽合金溶湯を横型の射出スリーフ゛内に下方から給湯管を介して装填した後、前記射出スリーフ゛内を摺動するプランジャチップにより前記溶湯を減圧状態の前記キャビティ内に充填する構造を備えた減圧ダイカスト装置であって、前記スリーブは溶湯と接する内周面が金属基複合材料で形成されたものであることを特徴とするものである。内周面全体が金属基複合材料で形成されることが好ましいが、内周面のうち８０％以上が金属基複合材料であれば本願の請求の範囲に入るものとする。
【０００８】
金属基複合材料は、３００℃における熱伝導率が２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下のもの（０Ｗ／（ｍ・Ｋ）を含まず）を使用し、例えば通常のサーメット合金、Ｓｉ３Ｎ４基の複合組織からなる緻密焼結体のサイアロンや、株式会社クボタ社製のＨＩＰにより製造したＭＣ材などのチタン合金とセラミックス粒子との複合材であるメタルセラミックス複合材などが使用できる。
また、金属基複合材料の外周側は、コストやスリーブ割れ対策などから、機械構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃ材やＳＫＤ６１材などの鋼材を用いることが好ましい。金属基複合材料と鋼材は、溶射や焼きばめなどにより一体に固定する。
【０００９】
鋳造用軽合金にはＡｌ−Ｓｉ―Ｃｕ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ系などの一般的な鋳造用アルミ合金、例えばＡＤＣ３材，ＡＤＣ５材，ＡＤＣ１０材、ＡＤＣ１２材などを適宜使用すればよい。Ｍｇ材、亜鉛材についても同様である。Ａ２０００系、Ａ６０００系、Ａ７０００系などの展伸用合金などの使用も可能である。
【００１０】
本願発明の鋳造機として、スリーブ内に給湯管を介して真空発生開始時から鋳込み開始時まで、１秒当り０．３〜０．６ｋｇの溶湯を供給するものに用いることが好ましい。給湯管の上端部での溶湯の平均流動速度は０．４〜６．０ｍ／秒程度とする。溶湯の供給量、平均流動速度が前記の値以下であれば、従来の図３に示すようなスリーブでも溶損は充分に防止可能であるため、本願発明の鋳造機は過剰な性能を有する。逆に、溶湯の供給量、平均流動速度が前記の値以上であると、キャビティ内を減圧する時間が充分に取れず、本願発明のダイカスト鋳造機が得意とする高真空性能が充分に得られない。
【００１１】
射出スリーフ゛の内周面に供給する潤滑剤は非水溶性の潤滑剤をワックスで固めて０．３〜１．５ｍｍ程に粒状化したものが好ましい。水溶性のものでは溶湯との熱で様々な成分を含んだガスが発生し、供給される酸素などの反応性ガスと結合して最終的に溶湯と反応してしまう。黒鉛などの紛体状離型剤も適用できるが高価であり、また射出スリーフ゛に付着させる量の制御が困難となる。
金型キャビティには合成油性の離型剤を塗布することが好ましい。水溶性より遥かにガスの発生量が少なく、ダイカスト製品中に巻き込まれる不用なガスの量を少なくできるため、ガス欠陥の発生を抑えるのに著しい効果を発揮する。
【発明の効果】
【００１２】
上述のように、本発明の減圧ダイカスト装置を用いることで、スリーブ内の溶損の発生を抑制し、鋳造欠陥を少なくすることができる。また、内周面側を金属基複合材料で形成した射出スリーブを用いることで、従来は１万ショット程度で交換していた射出スリーブを、５万ショット程度まで連続使用することが可能となり、操業中の交換作業が減ることから操業効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施例１）
図１は、実施の形態１での減圧ダイカスト装置１０の横断面図である。図１の真空ダイカスト装置１０は、固定型１６ｃおよび可動型１６ｄで形成するキャビティ１６と、このキャビティ１６に連通するスリーフ゛１１と、このスリーフ゛１１内で嵌合して前後進できるプランジャチップ１２と、スリーフ゛１１の下方にあって溶湯Ｍを収容する保持炉１３と、一端をスリーフ゛１１に形成した給湯口１１ａに連通しかつ他端を保持炉１３内の溶湯Ｍに没入する給湯管１４と、キャビティ１６内を真空状態に減圧して保持炉１３内の溶湯Ｍをスリーフ゛１１内に給湯管１４を介して装填するカットオフバルブ１８ａや真空ポンプ１８などの減圧手段を有する。
【００１４】
なお、固定型１６ｃは固定プラテン１６ａに取り付け、可動型１６ｄは可動プラテン１６ｂに取り付けている。保持炉１３は、昇降台１５上に置き、昇降台１５を上下することで溶湯Ｍの湯面が一定になるようにしている。給湯管１４は、内面にＢ−Ｎコーティングを施したセラミック製として溶湯Ｍとの反応を防止し、下端にはオリフィス１４ａを形成している。給湯管１４の外周はヒーター（図示せず）で包囲して給湯管１４を溶湯Ｍの温度近くに保持している。スリーブ１１は、内周面側が厚さ３〜２０ｍｍの日立金属社製のＳｉ３Ｎ４金属基複合材であるスーパーサイアロン（密度３．２ｇ／ｃｍ３、曲げ強度１０５０ＭＰａ、硬度３００Ｈｖ、熱膨張係数３．０ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下）を用い、外周側をＳＫＤ６１工具鋼（ＪＩＳ−Ｇ４４０４、熱膨張率約１２ｐｐｍ／Ｋ）により形成し、両者を焼きばめして一体にしたものである。
【００１５】
射出スリーフ゛１１に非水溶性の潤滑剤を供給するための供給装置（図示せず）および金型キャビティ１６内に合成油製の離型剤を塗布するための塗布装置（図示せず）が別途設けられている。この供給手段は射出スリーフ゛の金型側開口部から噴出して潤滑剤を供給し、また塗布装置は金型が開かれて製品を取り出した後に金型キャビティ表面に離型剤を塗布する仕様である。特に合成油製の離型剤の使用量は０．１〜１０ｇ程度であり、この量をキャビティ全面に塗布するために塗布装置には散布機能が具備されている。
【００１６】
この本発明のダイカスト鋳造装置を用いて二輪サブフレーム（重量１．５ｋｇ、投影面積約４２０ｍｍ×４００ｍｍ）を連続して鋳造した。鋳造に際して、キャビティ内の真空度は５０ｈＰａ以下とし、スリーブ内に給湯管を介して真空発生開始時から鋳込み開始時まで、１秒当り約１．２１ｋｇの溶湯を供給した。給湯管の最小断面となる上端部での溶湯の平均流動速度は０．８ｍ／秒であった。
鋳造を行った回数と射出スリーブが溶損したために発生した鋳造品の湯ジワ、湯境、内部欠陥などの不良品の発生率を調査したところ、鋳造回数が１万回を超えても不良品の発生率は鋳造を始めた時の発生率（２．８％）とほぼ代わることが無く、溶損に対して充分な対策が成されていることが確認された。
また、比較として従来使用していた図３に示す鋼材で形成した射出スリーブを用いて同様の測定を行った。図３のスリーブは、ＳＫＤ６１工具鋼製（ＪＩＳ−Ｇ４４０４、熱膨張率約１２ｐｐｍ／Ｋ）である。測定の結果、鋳造当初の不良品の発生率は本願発明の減圧ダイカスト鋳造機とほぼ同等であったが、一万ショット鋳造した時点で不良品の発生率は３０％以上となり、射出スリーブの交換が必要であった。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による減圧ダイカスト鋳造機の一例である。
【図２】射出スリーフ゛の構成を示す図である。
【図３】従来の減圧ダイカスト鋳造機の射出スリーフ゛の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１：金属基複合材、
２：鋼材、
１０：真空ダイカスト装置、
１１：スリーフ゛、
１１ａ、：給湯口、
１２：プランジャチップ、
１３：保持炉、
１４：給湯管、
１４ａ：オリフィス、
１５：昇降台、
１６：金型キャビティ、
１６ａ：固定プラテン、
１６ｂ：可動プラテン、
１６ｃ：固定型、
１６ｄ：可動型、
１８：真空ポンプ、
１８ａ：真空バルブ、
Ｍ：溶湯、
Ｖ：減圧
【図１】
2007021565.tif 000003
【図２】
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【図３】
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