(57)【要約】【課題】  破断チル層が製品内へ流入するのを効果的に防止して、製品における欠け込み不良の発生を抑制したダイカスト鋳造装置を提供すること。【解決手段】  ダイカスト鋳造装置１０は、スリーブ１５に注入されたＡｌ溶湯１１を、幅狭のゲート部２６を通過させて型枠２２内へ射出するものである。この装置１０では、ゲート部２６より上流側の湯道２５に、湯道２５を流れる破断チル層１２ａをトラップする堰３０を備えている。そして、堰３０は、湯道２５の内壁２５ａとともに、湯道２５の断面一辺２７に沿ってスリット状に開口する第一開口部３１と、断面一辺２７の直交方向に沿ってスリット状に開口する第二開口部３２，３３，３４とを形成している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリーブに注入された溶湯を、幅狭のゲート部を通過させて型枠内へ射出するダイカスト鋳造装置において、
前記ゲート部より上流側の湯道に設けられ、前記湯道を流れる異物をトラップする堰を備え、
前記堰は、前記湯道の内壁とともに、前記湯道の断面一辺に沿ってスリット状に開口する第一開口部と、前記断面一辺の直交方向に沿ってスリット状に開口する第二開口部とを形成している、ことを特徴とするダイカスト鋳造装置。
【請求項２】
請求項１に記載するダイカスト鋳造装置において、
前記第一開口部と第二開口部との総断面積は、前記ゲート部の断面積より大きい、ことを特徴とするダイカスト鋳造装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載するダイカスト鋳造装置において、
前記第二開口部は、前記断面一辺の両端及び中央から延びるように形成されている、ことを特徴とするダイカスト鋳造装置。
【請求項４】
請求項１〜３に記載するダイカスト鋳造装置において、
前記第一開口部の開口幅は、前記第二開口部の開口幅と同じである、ことを特徴とするダイカスト鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶湯を型枠に充填して製品を製造するダイカスト鋳造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、優れた寸法精度と大量生産性が必要とされる自動車関連部品等の製造方法として、例えばアルミなどの金属溶湯を高速で金型の型枠に充填して製品を製造するダイカスト鋳造法（高速充填法）が用いられてきた。この方法では、高温の金属溶湯が、予め金型に連通するスリーブへ注入される。そして、チップ（ピストン）により溶湯をスリーブから高速で射出して、型枠内に流し込むようになっている。また、金型の型枠入口には、湯道を幅狭にしたゲートが設けられている。これは、溶湯の型枠内への射出速度を高めたり、製品を湯道部と分離するための折れ部を形成したりするためである。
【０００３】
ところで、スリーブの内周面には、溶湯がスリーブに熱を奪われて冷え固まることにより、凝固層（チル層）が形成される。そして、チップにより溶湯を型枠内へ射出する際、チップがチル層を破断してしまう。こうして破断したチル層（破断チル層）は、チップにより溶湯とともに金型内へ流れ込んでしまう。ここで、チル層は、溶湯が急激に冷却されて形成されるため、図５に示すように、細密な組織構造１００をなしている。これに対して、金型の型枠内でゆっくり冷却される溶湯は、比較的大粒の塊１０２を含んだ組織構造１０１をなしている。このように、チル層が型枠内で固まる溶湯とは異なる組織構造をなすため、破断チル層が型枠内へ混入した場合に、型枠内で固まる溶湯とうまく融合せず、境界面１０３を形成することになる。そして、この境界面１０３は、製品の強度を低下させる原因となってしまう。したがって、特に強度や気密性が要求される部品等を製造する場合には、この境界面１０３の形成が大きな問題となっていた。
【０００４】
現状、この問題を対策したものとしては、ゲート部に複数の堰を設けて溶湯の流路をスリット状に形成することにより、溶湯に混在するスラグ、介在物の製品への混入を防止する鋳型構造が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平２−１８７２３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した鋳型構造では、ゲート部で破断チル層がトラップされるため、成形後に製品と湯道部とを分離する（折る）際、トラップされた破断チル層が作る境界面に沿って、製品の折れ部に欠け込みが生じやすかった。そして、欠け込みが生じた場合には、製品の外観を損ねるだけでなく、製品の強度や気密性を低下させる原因にもなっていた。
【０００６】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、破断チル層が製品内へ流入するのを効果的に防止して、製品における欠け込み不良の発生を抑制したダイカスト鋳造装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題点を解決するためになされた本発明に係るダイカスト鋳造装置は、スリーブに注入された溶湯を、幅狭のゲート部を通過させて型枠内へ射出するダイカスト鋳造装置において、前記ゲート部より上流側の湯道に設けられ、前記湯道を流れる異物をトラップする堰を備え、前記堰は、前記湯道の内壁とともに、前記湯道の断面一辺に沿ってスリット状に開口する第一開口部と、前記断面一辺の直交方向に沿ってスリット状に開口する第二開口部とを形成している、ことを特徴とする。
【０００８】
ここで、「湯道の断面一辺」とは、湯道の断面が多角形である場合にはその一辺をいい、湯道の断面が円形である場合には円周を等分（例えば４等分）した部分をいうものとする。
【０００９】
この装置では、ゲート部より上流側の湯道に、異物をトラップする堰が設けられている。このように堰を設けることにより、破断チル層がゲート部まで到達するのを防止することができる。これにより、製品の折れ部に境界面が形成されるのを防止して、製品の欠け込みを防止することができる。また、この堰により、湯道の断面一辺に沿ってスリット状に開口する第一開口部と、前記断面一辺の直交方向に沿ってスリット状に開口する第二開口部とが形成されている。このように、第一開口部及び第二開口部をスリット状に形成することにより、破断チル層を開口部において有効にトラップすることができる。
【００１０】
また、湯道の断面一辺に沿ってだけでなく、その直交方向に沿っても開口部を形成することにより、溶湯の流路面積を稼ぐことができる。このとき、第二開口部は、湯道の断面一辺の中央から延びるように形成されていることが望ましい。
ここで、第二開口部を湯道の断面一辺の中央以外の位置から形成する場合には、第二開口部の両側に異なった厚みの堰を設けることになる。このため、第二開口部の形成位置が断面一辺の中央から離れるにつれ、片側の堰の厚みが小さくなり、強度を低下させることになってしまう。
これに対して、第二開口部を、断面一辺の中央から形成する場合には、第二開口部の両側に同じ厚みの堰を設けることができる。このため、溶湯や破断チル層の流れに対して、十分な強度を確保した堰を設けることができる。したがって、堰を破損させることなく、異物（破断チル層等）を有効にトラップすることができる。以上から、破断チル層が製品内へ流入するのを効果的に防止して、製品における欠け込み不良の発生を抑制することができる。
【００１１】
本発明に係るダイカスト鋳造装置において、前記第一開口部と第二開口部との総断面積は、前記ゲート部の断面積より大きいことが望ましい。
【００１２】
このように、第一開口部と第二開口部との総断面積を、ゲート部の断面積より大きくすることにより、ゲート部を湯道における最小断面積部位としておくことができる。これにより、ゲート部を通過した溶湯の速度を湯道において最大となるようにすることができる。
また、溶湯を押圧する際にチップにかかる負荷は、通過させる断面積が小さくなるにつれて大きくなる。したがって、第一開口部と第二開口部との総断面積がゲート部の断面積よりも大きくなるように堰を設けることにより、チップにかかる負荷を増加させないようにすることができる。これにより、堰の設置前後において一定の圧力でチップを押圧した場合にも、チップの移動速度を低下させないようにすることができる。その結果、ゲート部における溶湯の通過速度を低下させないようにすることができる。
さらに、第一開口部と第二開口部との総断面積を、ゲート部の断面積より大きくすることにより、製品を分離する際、湯道の途中で折れることなく、ゲート部で確実に折ることができる。
【００１３】
本発明に係るダイカスト鋳造装置において、前記第二開口部は、前記断面一辺の両端及び中央から延びるように形成されていることが望ましい。
【００１４】
このように、第二開口部を湯道の断面一辺の両端及び中央から形成することにより、単一の第二開口部を形成する場合に比べ、総断面積を維持したまま各開口部の開口幅を狭くすることができる。これにより、各開口部を形成する堰によって破断チル層をさらに効果的にトラップすることができる。なお、本明細書において、「開口幅」とは、スリット状に設けられた開口部の短手方向における長さをいう。
【００１５】
本発明に係るダイカスト鋳造装置において、前記第一開口部の開口幅は、前記第二開口部の開口幅と同じであることが望ましい。
【００１６】
このように、第一開口部の開口幅を第二開口部の開口幅と同じにすることにより、第一開口部と第二開口部との総断面積を維持したまま、いずれの開口部においても有効に破断チル層をトラップすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るダイカスト鋳造装置によれば、破断チル層が製品の型枠内へ流入するのを効果的に防止して、製品における欠け込み不良の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係るダイカスト鋳造装置を具体化した一実施形態について、図面を参照しながら説明する。このダイカスト鋳造装置は、高い強度と寸法精度が必要とされる自動車関連部品等の製造に用いられ、金属溶湯（本実施形態ではＡｌ溶湯）を高速で金型の型枠内に充填して製品を製造するものである。
【００１９】
本実施形態に係るダイカスト鋳造装置の構成について、図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るダイカスト鋳造装置を示す概略構成図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における拡大断面図である。
ダイカスト鋳造装置１０は、図１に示すように、Ａｌ溶湯１１を注入するスリーブ１５と、製品を成形する金型２０と、スリーブ１５から金型２０内へＡｌ溶湯１１を射出するチップ１８とを備えている。
【００２０】
スリーブ１５は、内部にＡｌ溶湯１１を注入可能な円筒形状をなしており、水平に横たわるように設けられている。また、スリーブ１５の円周面上部には、Ａｌ溶湯１１を注入するための注入口１６が設けられている。そして、スリーブ１５の軸方向一端には、チップ１８が摺動可能に嵌挿されている。このチップ１８は、一定圧力を受けてスリーブ１５内を軸方向へ移動するシリンダである。また、スリーブ１５の軸方向他端は、後述する金型２０の湯道２５と連通している。
【００２１】
金型２０は、スリーブ１５より上方に位置するように組み付けられている。この金型２０は、装置１０に固定して用いる固定部２０ａと、成形後に取り外す可動部２０ｂとを備えている。そして、固定部２０ａと可動部２０ｂとを一体に嵌め合わせることにより、内部に製品の型枠２２が形成されるようになっている。また、金型２０の下部には、スリーブ１５から型枠２２へと連通させるための湯道２５が形成されている。
【００２２】
湯道２５は、断面四角形状をなしており、図１において上下方向へ延びるように設けられている。この湯道２５は、下流側（図１において上側）先端に設けられたゲート部２６と、ゲート部２６より上流側（図１において下側）に設けられた堰３０とを備えている。さらに、この型枠２２の各所には、内部のガスを逃がすためのガス抜き穴（図示略）が形成されている。これにより、湯道２５から流入するＡｌ溶湯１１がゲート部２６から型枠２２内に射出されるのにつれて、型枠２２内のガスがガス抜き穴を抜けて外部へ逃げていくようになっている。こうして、型枠２２の細部にまでＡｌ溶湯１１を充填できるようになっている。
【００２３】
ゲート部２６は、型枠２２へと連通する湯道２５の先端部を、幅狭に形成したものである。このゲート部２６により、Ａｌ溶湯１１が湯道２５から型枠２２内へ射出される速度を高められるとともに、製品を湯道２５部と分離するための折れ部を形成できるようになっている。
【００２４】
堰３０は、湯道２５を流れる異物（破断チル層１２ａ等）をトラップするためのものである。この堰３０は、図２に示すように、湯道２５の内壁２５ａから内部に突出するように、同じ厚さで二本並べて設けられている。これにより、堰３０，３０は、湯道２５の内壁２５ａとともに、湯道２５の断面一辺２７に沿ってスリット状に開口する第一開口部３１と、湯道２５の断面一辺２７の両端及び中央からその一辺２７の直交方向に沿ってスリット状に開口する三つの第二開口部３２，３３，３４とを形成している。
【００２５】
このように、第二開口部３２，３３，３４を湯道２５の断面一辺２７の両端及び中央からその直交方向へ延びるように形成することにより、単一の第二開口部を形成する場合に比べ、総断面積を維持したまま各開口部３１，３２，３３，３４の開口幅Ｄ１〜Ｄ４を狭くすることができる。これにより、総断面積を維持したまま各開口部３１，３２，３３，３４を形成する堰３０によって破断チル層１２ａをさらに効果的にトラップすることができる。
【００２６】
また、各開口部３１，３２，３３，３４の開口幅Ｄ１〜Ｄ４は、同じ長さ（Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３＝Ｄ４）に形成されている。これにより、第一開口部３１と第二開口部３２，３３，３４との総断面積を維持したまま、いずれの開口部３１，３２，３３，３４においても破断チル層１２ａを有効にトラップすることができる。
【００２７】
ここで、第二開口部３３を湯道２５の断面一辺２７における中央以外の位置から形成する場合には、第二開口部３３の両側に異なった厚み（断面一辺２７に沿う方向の長さ）の堰を設けることになる。このため、第二開口部３３の形成位置が断面一辺２７の中央から離れるにつれ、片側の堰の厚みが小さくなり、強度を低下させることになってしまう。
これに対して、本実施形態に係るダイカスト鋳造装置１０では、第二開口部３３が、断面一辺２７の中央から延びるように形成されている。つまり、第二開口部３３の両側に同じ厚みの堰３０，３０を設けられるようになっている。これにより、堰３０，３０が、Ａｌ溶湯１１や破断チル層１２ａの流れに対して、十分な強度を確保したものとなっている。
【００２８】
さらに、第一開口部３１と第二開口部３２，３３，３４との総断面積は、ゲート部２６の断面積より大きくなるように形成されている。これにより、ゲート部２６を湯道２５における最小断面積部位としておくことができる。
ここで、Ａｌ溶湯１１を押圧するチップ１８にかかる負荷は、Ａｌ溶湯１１を通過させる断面積が小さくなるにつれて大きくなる。このため、第一開口部３１と第二開口部３２，３３，３４との総断面積がゲート部２６の断面積よりも大きくなるように堰３０を設けることにより、チップ１８にかかる負荷を増加させないようにすることができる。これにより、堰３０の設置前後において一定の圧力Ｐでチップ１８を押圧した場合にも、チップ１８の移動速度を低下させないようにすることができる。その結果、ゲート部２６におけるＡｌ溶湯１１の通過速度を低下させないようにすることができる。
【００２９】
次に、上記した構成を有するダイカスト鋳造装置１０が動作する様子について、図１〜図４及び図５を参照しながら説明する。図３は、チル層が破断されるときの様子を示す説明図である。図４は、破断チル層がトラップされるときの様子を示す説明図である。図５は、境界面における組織構造を示す説明図である。
【００３０】
図１に示すように、所定の金型２０が組み付けられた後、注入口１６からスリーブ１５内に、高温（約６６０度）のＡｌ溶湯１１が注入される。このとき、スリーブ１５の内周面に接触したＡｌ溶湯１１は、スリーブ１５に熱を急激に奪われる。そして、Ａｌ溶湯は、温度が５８０度付近にまで低下すると、凝固層（チル層１２）を形成する。このチル層１２は、Ａｌ溶湯１１が急冷されて形成されるため、図５に示すように、細密な組織構造１００をなしている。これに対して、型枠２２内でゆっくり冷却されるＡｌ溶湯１２は、比較的大粒の塊１０２を含んだ組織構造１０１をなすことになる。
【００３１】
続いて、図３に示すように、一定の圧力Ｐを加えてチップ１８をスリーブ１５の軸方向における湯道２５側へ移動させると、図４に示すように、Ａｌ溶湯１１は、湯道２５に流れ込み、各開口部３１，３２，３３，３４及びゲート部２６を通過して、型枠２２に射出される。このとき、ゲート部２６が湯道２５における最小断面積部位となっているため、ゲート部２６を通過したＡｌ溶湯１１は、湯道２５における最大速度で型枠２２内に射出される。これにより、Ａｌ溶湯１１が型枠２２の細部まで充填される。
【００３２】
また、チップ１８をスリーブ１５の軸方向における湯道２５側へ移動させる際、チップ１８は、図３に示すように、スリーブ１５の内周面に形成されたチル層１２を破断しながら移動する。これにより、破断チル層１２ａは、Ａｌ溶湯１１とともに湯道２５へと流れ込む。
【００３３】
ここで、チル層１２は、上記のように型枠２２内で固まるＡｌ溶湯１２とは異なる組織構造をなすものであるため、破断チル層１２ａが型枠２２内へ混入した場合には、型枠２２内で固まるＡｌ溶湯１１とうまく融合せず、境界面１０３を形成する。この境界面１０３が形成されると、製品の強度の低下等を生じることになる。
【００３４】
これに対して、本実施形態に係るダイカスト鋳造装置１０では、図２に示すように、堰３０及び湯道２５の内壁２５ａにより、湯道２５の断面一辺２７に沿ってスリット状に開口する第一開口部３１と、その一辺２７の直交方向に沿ってスリット状に開口する第二開口部３２，３３，３４とが形成されている。このように、第一開口部３１及び第二開口部３２，３３，３４がスリット状に形成されているので、破断チル層１２ａを有効にトラップすることができる。
【００３５】
また、従来例のように、ゲート部に堰を設けて金属溶湯の流路をスリット状に形成することで、型枠内への異物の混入を防止するものが知られている。しかしながら、こうした防止方法では、ゲート部で破断チル層をトラップすることになるため、成形後に製品と湯道部とを分離する（折る）際、ゲート部にトラップされた破断チル層が作る境界面に沿って、製品の折れ部に欠け込みが生じやすい。そして、この欠け込みは、製品の外観を損ねるだけでなく、製品の強度や気密性を低下させる原因にもなる。
【００３６】
これに対して、本実施形態に係るダイカスト鋳造装置１０では、ゲート部２６より上流側の湯道２５に、破断チル層１２ａをトラップする堰３０が設けられている。このように堰３０を設けることにより、図４に示すように、破断チル層１２ａがゲート部２６まで到達するのを抑制することができる。こうして、型枠２２の全体に、破断チル層１２ａの混入なく、Ａｌ溶湯１１を流し込むことができる。その後、冷却工程によりＡｌ溶湯１１がゆっくり冷え固まる。そして、金型２０の可動部２０ｂを取り外して成形品を取り出し、ゲート部２６により形成された折れ部にて分離する。ここで、ゲート部２６が湯道２５における最小断面積部位となっているので、分離の際、湯道２５の途中で折れることなく、ゲート部２６で確実に折ることができる。
【００３７】
次に、実際に上記構成のダイカスト鋳造装置１０を使用して製品を成形したときの実験結果について、図６を参照しながら説明する。この実験は、ゲート部の幅Ｇ＝２ｍｍ、開口部の幅Ｄ１＝５ｍｍの条件で行われたものである。図６は、成形後における湯道の断面を示し、（ａ）は堰を設けていない場合、（ｂ）は堰を設けた場合の結果を示す図である。なお、図６（ｂ）では、参考のために堰３０の位置を示している。
【００３８】
この実験結果によれば、湯道２５に堰３０を設けていない場合には、図６（ａ）に示すように、破断チル層１２ａがゲート部２６付近にまで流れ込んでいた。これに対して、湯道２５におけるゲート部２６より上流側に堰３０を設けた場合には、図６（ｂ）に示すように、破断チル層１２ａが堰３０よりゲート部２６側へ現れていなかった。以上から、堰３０により、破断チル層１２ａを有効にトラップできたことがわかる。
【００３９】
本実施形態に係るダイカスト鋳造装置１０によれば、上記したとおり、堰３０によって破断チル層１２ａの型枠２２内及びゲート部２６付近への流入が効果的に防止されているので、成形後の折れ部に境界面１０３が現れない。これにより、製品を折れ部にて分離する際、製品における欠け込み不良の発生を防止することができる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
以下では、変更例について、図７及び図８を参照しながら説明する。図７は、変更例１に係る湯道及び堰を示す断面図である。図８は、変更例２に係る湯道及び堰を示す断面図である。なお、上記実施形態と同一の構成物品については、同符号を付して適宜説明を省略する。
【００４１】
［変更例１］
この変更例１では、図７に示すように、堰４０が、湯道２５の内壁２５ａとともに、湯道２５の断面一辺２７に沿ってスリット状に開口する第一開口部４１と、湯道２５の断面一辺２７の中央のみからその一辺２７の直交方向に沿ってスリット状に開口する単一の第二開口部４２とを形成している。
これによれば、上記実施形態に比べて流路面積は確保し難くなるが、堰４０の強度を高めることができる。したがって、特に堰の強度を高めたい場合に有効となる。なお、この変更例１においても、第一開口部４１の開口幅Ｄ５と、第二開口部４２の開口幅Ｄ６とが、同じ長さ（Ｄ５＝Ｄ６）に形成されている。これにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
［変更例２］
この変更例２では、図８に示すように、湯道５５が断面円形状をなしている。そして、円周を４等分した部分を断面一辺５７として、堰５６が、湯道５５の内壁５５ａとともに、断面一辺５７に沿ってスリット状に開口する第一開口部５１と、断面一辺５７の中央からその一辺５７の直交方向に沿ってスリット状に開口する第二開口部５２とを形成している。
このように、様々な断面形状をなす湯道２５に対して、本発明を適用することができる。また、湯道の各断面形状に応じて、断面一辺を形成する部分を自由に変更してもよい。なお、この変更例２においても、第一開口部５１の開口幅Ｄ７と、第二開口部５２の開口幅Ｄ８とが、同じ長さ（Ｄ７＝Ｄ８）に形成されている。これにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施形態に係るダイカスト鋳造装置を示す概略構成図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における拡大断面図である。
【図３】チル層が破断されるときの様子を示す説明図である。
【図４】破断チル層がトラップされるときの様子を示す説明図である。
【図５】境界面における組織構造を示す説明図である。
【図６】成形後における湯道の断面を示し、（ａ）は堰を設けていない場合、（ｂ）は堰を設けた場合の結果を示す図である。
【図７】変更例１に係る湯道及び堰を示す断面図である。
【図８】変更例２に係る湯道及び堰を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０    ダイカスト鋳造装置
１１    Ａｌ溶湯
１２    チル層
１２ａ  破断チル層
１５    スリーブ
２０    金型
２２    型枠
２５    湯道
２５ａ  内壁
２６    ゲート部
２７    断面一辺
３０    堰
３１    第一開口部
３２    第二開口部（左端）
３３    第二開口部（中央）
３４    第二開口部（右端）
Ｄ１〜Ｄ８    開口幅
【図１】
2009214128.tif 000003
【図２】
2009214128.tif 000004
【図３】
2009214128.tif 000005
【図４】
2009214128.tif 000006
【図５】
2009214128.tif 000007
【図６】
2009214128.tif 000008
【図７】
2009214128.tif 000009
【図８】
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