JP2016007621A - ダイカスト鋳造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイカスト鋳造装置において金型の型締力を調整するための複雑な制御機構を用いることなく、溶湯を注入する圧力に応じて金型の型締力を増加させること。
【解決手段】本発明は、内部に形成されたキャビティを有する金型１と、加圧して溶湯３をキャビティ１ｃに注入するプランジャ２ａと、を有するダイカスト鋳造装置１０であって、プランジャ２ｃにより加圧された溶湯３に発生した鋳造圧で移動する第１のピストン４ａと、前記第１のピストンより大きい面積を有し、第１のピストン４ａの移動に連動して、金型１を型締め方向に押圧する第２のピストン４ｃと、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明はダイカスト鋳造装置に関し、特に鋳造時に金型に加えられる型締め力を増加させる型締機構を有するダイカスト鋳造装置に関する。

金型に溶湯を充填する場合に、金型の分割面から溶湯が漏れるのを防止するために金型の型締を行う。型締を適切に行わないと鋳造品のパーティングラインにバリが形成され、バリ取りの工程が増加したり不良品となったりする。この型締には、例えば金型を挟み込む一対のダイプレートの四隅に、ダイプレートを繋ぐ４本のタイバーをナットで締め込み、金型を締め付けて型締力を発生させる方法が知られている。そして、注型前にナットを締め込んで金型に初めから最大の型締力を発生させる。しかし、初めから最大の型締力を発生させると、金型のへたりや故障を発生させる原因となる。

これに対し、鋳造圧に応じた型締力を発生させる従来技術として、特許文献１に開示されたダイカストマシンがある。このダイカストマシンは、一対の金型を型締して型締力を発生させる型締シリンダと、型締シリンダに作動液を供給する液圧回路と、金属溶湯を射出して金型に充填させる射出装置と、射出装置の動作に応じて液圧回路を制御して型締力を発生させるための制御手段とを有している。そして、ダイカストマシンは、型締力を検出する検出手段を有し、この検出手段によって検出された型締力に基づいて、制御手段によって型締シリンダの発生する型締力が適切な値になるようにフィードバック制御されている。特許文献１に記載されたダイカストマシンを用いると、初めから最大の型締力で金型を型締することなく、金属溶湯を射出して金型に充填する射出装置の動作に応じて必要な型締力を発生させることができる。

特開２００５−１１８７９３号公報

特許文献１に記載されたダイカストマシンによると、型締力を発生させるために型締シリンダと、型締シリンダを作動させる液圧回路と、液圧回路を制御する制御手段とが必要であり、装置構成が複雑化する。特に型締力を検出する検出手段に用いられるセンサは溶湯の熱の影響を受けやすい環境下で使用され、センサへの熱対策が必要となる。即ち、特許文献１にかかるダイカストマシンで金型の型締力を増加させようとすると、装置が複雑化するとともにセンサ類の熱対策をしなければならないという課題がある。

本発明は、金型の型締力を調整するための複雑な制御機構を用いることなく、溶湯を注入する圧力に応じて金型の型締力を増加させることができるダイカスト鋳造装置を提供することを目的とする。

本発明にかかるダイカスト鋳造装置は、内部に形成されたキャビティを有する金型と、加圧して溶湯を前記キャビティに注入するプランジャと、を有し、
前記プランジャにより加圧された前記溶湯に発生した鋳造圧で移動する第１のピストンと、
前記第１のピストンより大きい面積を有し、前記第１のピストンの移動に連動して、前記金型を型締め方向に押圧する第２のピストンと、
を有する。

このようなダイカスト鋳造装置によると、プランジャで発生した圧力によって移動する第１のピストンで発生した圧力を倍増させる第２のピストンによって金型を押圧する。このような構成により、金型に加えられる型締力は、鋳造圧により発生する金型の型開き方向の力を相殺するように金型に付加される。そのため、鋳造装置の型締機構が簡略化されるとともに、金型に加えられる型締力が低減され、金型の小型化を可能とし、設計の自由度を高めることができる。

本発明によると、ダイカスト鋳造装置において、金型の型締力を調整するための複雑な制御機構を用いることなく、溶湯を注入する圧力に応じて金型の型締力を増加させることができる。

第１実施形態にかかるダイカスト鋳造装置の断面図である。 ダイカスト鋳造装置を示した側面図である。 金型のシール面に加わる力を示したグラフである。 第２実施形態にかかるダイカスト鋳造装置の断面図である。

以下、図面を参照して本発明にかかる実施形態について説明する。

［第１実施形態］
図１に示すように、ダイカスト鋳造装置１０は、鋳造品を鋳造するための金型１を有するダイカストマシンである。ダイカスト鋳造装置１０は、金型１と、金型１の一側面に配置された固定盤５と、金型１の他側面に配置され離型方向に移動自在な可動盤６と、金型１の下部に配置された射出機構２と、可動盤６と金型１との間に設けられた型締機構４とを備えている。

金型１は、溶湯が注入されて鋳造品を鋳造するための金属製の鋳型である。金型１は、金型１を取り付けるための固定盤（ダイプレート）５と可動盤（ダイプレート）６とに挟み込まれて型締される。金型１は、鋳造した鋳造品を取出せるように、固定型１ａと可動型１ｂとに分割される。

固定型１ａは、後述する固定盤５に取り付けられた矩形の金型である。固定型１ａの分割面には鋳造品の表面形状を形成するための窪みが形成されている。この窪みと後述する可動型１ｂが有する凸部１ｅとで鋳造品を形成するためのキャビティ１ｃが形成される。窪みは、金型１の熱膨張や鋳造品の熱収縮の影響を考慮して形状が決定される。この窪みの部分は別体の部材として固定型１ａに嵌合されており、入子１ｇとして異なる鋳造品を鋳造するときに他の入子と交換される。

キャビティ１ｃの下方には溶湯をキャビティ１ｃに導くための湯道１ｄが形成されている。その他、鋳造時にキャビティ１ｃ内の空気を逃すためのガス抜き（不図示）が形成されている。固定型１ａの分割面のうち、キャビティ１ｃと湯道１ｄとガス抜き以外の部分により、固定型１ａと対向している可動型１ｂに密着するシール面１ｆが形成される。

可動型１ｂは、後述する可動盤６に取り付けられた離型方向（−ｘ方向）に移動する矩形の金型である。可動型１ｂは鋳造時には固定型１ａに密着し、鋳造品を取り出すときに固定型１ａから分割されて離型方向に移動する。可動型１ｂは、分割面にキャビティ１ｃを形成するための凸状に形成された凸部１ｅが形成されている。

凸部１ｅは、脱型が容易となるように抜け勾配が付けられている。凸部１ｅ部分は固定型１ａから別体の部材として可動型１ｂに嵌合されており、入子１ｈとなって着脱自在となっている。凸部１ｅは、異なる鋳造品を鋳造するときに他の入子と交換される。凸部１ｅは、鋳造品の肉厚をできる限り一定にするための凸状に形成された部分であり、溶湯の流れによって形成される湯ジワや湯境やヒケ等の発生を防止する。

可動型１ｂと固定型１ａとがシール面１ｆを介して密着したときに鋳造品の空間となるキャビティ１ｃが形成される。シール面１ｆとキャビティ１ｃとの境界に鋳造品のパーティングラインが形成される。固定型１ａの下部には溶湯３をキャビティ１ｃに注入するための射出機構２が設けられている。

射出機構２は、溶湯３に圧力を加えて射出口２ｄから射出するプランジャ２ａと、溶湯３が注入された際にプランジャ２ａが移動して溶湯３に圧力を発生させる射出スリーブ２ｃとを有している。プランジャ２ａの移動によって発生した鋳造圧で溶湯が注入される。射出機構２は、溶湯３が射出される射出口２ｄが湯道１ｄの開口部である湯口１ｉの位置に一致するように設けられている。

射出スリーブ２ｃは、溶湯３が注入される耐熱性を有する円筒形の部材である。射出スリーブ２ｃの先端側は開口２ｆが設けられ、後述するピストン４ａがこの開口２ｆを塞いでいる。先端側の上部には射出口２ｄが設けられている。射出スリーブ２ｃの後端側には開口２ｅが設けられている。射出スリーブ２ｃの後端側は、固定盤５を貫通して突き出している。射出スリーブ２ｃの後端側に溶湯３が注湯された後、プランジャ２ａが挿入されることにより溶湯３が先端側に押し込まれる。

プランジャ２ａは、開口２ｅから挿入され、溶湯３を押し込んでキャビティ１ｃに射出するための耐熱性を有するピストン状の部材である。プランジャ２ａは、射出スリーブ２ｃ内を移動自在となっている。プランジャ２ａの後端側には、溶湯３を押し込む際にプランジャ２ａが射出スリーブ２ｃの先端側まで届くようにプランジャロッド２ｂが設けられている。プランジャ２ａの外径は、射出スリーブ２ｃの内径よりやや小さくなるように形成されている。この外径は、プランジャ２ａおよび射出スリーブ２ｃの熱膨張を考慮して決定される。プランジャ２ａを押し込むと溶湯３の圧力が高まる。この圧力は、溶湯３がシール面１ｆから漏れ出すのを防止するために型締力を増加させる型締機構４の一部であるピストン４ａに伝わる。

型締機構４は、可動型１ｂと可動盤６との間に設けられた押圧機構８で型締力を発生させる。型締機構４は、溶湯３の圧力により圧力を発生させる圧力発生機構７と、この圧力により金型１を押圧する押圧力を発生する押圧機構８とを有する。

圧力発生機構７は、溶湯３の圧力を受けて移動するピストン（第１のピストン）４ａと、ピストン４ａが移動自在に収容されたスリーブ４ｂとピストン４ａによって圧力を発生する作動油４ｇが通過する作動油経路４ｅとを有する。スリーブ４ｂは、可動型１ｂの下部に設けられ、型締の際に射出スリーブ２ｃに連続するように当接する円筒形の部材である。スリーブ４ｂの後端側、即ち射出スリーブ２ｃとの連結部分は開口している。スリーブ４ｂの先端側は閉じており、中心に作動油経路４ｅの入り口となる開口部が設けられ、作動油経路４ｅに連結している。作動油経路４ｅは、可動型１ｂを貫通している。

ピストン４ａは、スリーブ４ｂ内を移動自在となっており、プランジャ２ａに対向するように配置されている。ピストン４ａは、プランジャ２ａが押し込まれた際に発生する溶湯３の圧力を受けてスリーブ４ｂの先端側に移動する。ピストン４ａの外径は、スリーブ４ｂの内径よりやや小さく形成されている。ピストン４ａによって形成されたスリーブ４ｂの内部空間には作動油４ｇが充填される。作動油４ｇは、沸点が鋳造時の温度より高いものが用いられる。作動油４ｇはピストン４ａの移動により圧力が上昇し、作動油経路４ｅに導かれる。作動油経路４ｅの出口は押圧機構８に連結している。

押圧機構８は、可動型１ｂと可動盤６との間に設けられている。押圧機構８は、ピストン４ａの移動により発生した作動油４ｇの圧力を増圧する増圧ピストン（第２のピストン）４ｃと、増圧ピストン４ｃで増圧された液圧で可動型１ｂに押圧力を与えて金型１の型締力を増加させる増圧スリーブ４ｄとを有している。

増圧スリーブ４ｄは、可動型１ｂを押圧する押圧面４ｈを有する部材である。押圧面４ｈは可動型１ｂに固定されている。増圧スリーブ４ｄの下部には作動油経路４ｅに連結する出口が設けられている。増圧スリーブ４ｄの押圧面４ｈの反対側には増圧ピストン４ｃが収まるよう円盤状の空間４ｆが形成されている。空間４ｆには円盤状部材の増圧ピストン４ｃが移動自在に収められる。増圧スリーブ４ｄと増圧ピストン４ｃの正面４ｉとによって密閉された空間４ｆには作動油４ｇが満たされる。増圧ピストン４ｃの背面４ｊは可動盤６に固定される。この押圧機構８において増圧スリーブ４ｄと増圧ピストン４ｃとを入れ替えて増圧ピストン４ｃが可動型１ｂを押圧するようにしてもよい。

図２に示すように、固定盤５と可動盤６とは相互が連結機構９によって連結される。連結機構９は、固定盤５の四隅に設けられた孔と可動盤６の四隅に設けられた孔とに連通されたタイバー９ａと、タイバー９ａに螺入された割ナット９ｂとを有する。タイバー９ａは、ロングボルト形状を有し、ヘッドが固定盤５側に掛かっている。タイバー９ａのネジ側は可動盤６側に挿通されている。割ナット９ｂが締め込まれると、可動盤６が移動して金型１に型締力を発生する。上記構成により金型１の溶湯３の射出前の初期の型締力は、割ナット９ｂを締め込むことで調整される。型割り時には割ナット９ｂを外して可動盤６および可動型１ｂを離型方向にスライドさせて鋳造品を取り出す。

次に図１および図２を参照してダイカスト鋳造装置１０の動作について説明する。

図２に示すように、連結機構９の割ナット９ｂを締め込んで、溶湯３の射出前の金型１の初期の型締力を発生させる。この際の型締力は鋳造初期に鋳造品にバリが発生しない程度の弱い型締力を付与する。即ち、鋳造初期から金型１に最大の型締力を付与する必要がない。次に、図１に示すように射出スリーブ２ｃに溶湯３を流し込み、プランジャロッド２ｂでプランジャ２ａを押し込む。溶湯３はプランジャ２ａの先端にかき出されるようにして射出スリーブ２ｃの先端側に集められる。この際、射出スリーブ２ｃ内の空気は射出口２ｄから湯口１ｉに入り湯道１ｄを通ってキャビティ１ｃに導かれる。そして、溶湯３が射出スリーブ２ｃ内に充填されて圧力が高まると、溶湯３が射出口２ｄからキャビティ１ｃ内に注湯され、それに従って空気はガス抜き（不図示）から金型１の外部に排出されていく。

プランジャ２ａをさらに押し込むと、溶湯３の圧力（鋳造圧）が上昇する。溶湯３の圧力によりピストン４ａがスリーブ４ｂ内を作動油経路４ｅの方向に移動する。ピストン４ａの移動により作動油４ｇの圧力が上昇する。圧力の上昇に伴って作動油４ｇは作動油経路４ｅから排出される。排出された作動油４ｇは作動油で満たされている増圧ピストン４ｃと増圧スリーブ４ｄとの間の空間４ｆ内に注入され、空間４ｆの圧力を上昇させる。

増圧ピストン４ｃの面積はピストン４ａより大きいので、パスカルの原理により増圧スリーブ４ｄの押圧面４ｈに発生する力は、ピストン４ａが押す力より大きくなる。従って、空間４ｆ内の圧力の上昇に伴い増圧スリーブ４ｄが可動型１ｂを押圧する方向に移動する。増圧スリーブ４ｄの移動により金型１の型締力が増加する。即ち、プランジャ２ａが押し込まれて発生する鋳造圧の上昇に伴って金型１の型締力が増加する。鋳造が終了して鋳造圧が減少すると、それに伴って金型１の型締力が減少する。

次に、ダイカスト鋳造装置１０の鋳造工程で金型１のシール面１ｆに発生する力について説明する。図３（Ａ）は、金型１のシール面１ｆに加わる力を示したグラフである。縦軸には型締力が示されており、横軸は時間軸である。図３（Ｂ）は、型締機構４がない場合の金型１のシール面１ｆに加わる力を示したグラフである。

図３（Ａ）に示すように、鋳造開始前は鋳造初期にバリが発生しない程度の型締力ａ１を金型１に付与する。鋳造を開始すると溶湯３がプランジャ２ａに押し込まれて鋳造圧が上昇する。鋳造圧の上昇に伴ってキャビティ１ｃ内の鋳造圧が上昇し、固定型１ａと可動型１ｂとを離型する方向の力ｂ１が発生する。この際、型締機構４によって力ｂ１を打ち消す方向に働き、力ｂ１よりも大きい力ｃ１が発生する。従って、鋳造過程でシール面１ｆに働く型締力ｄ１は、
ｄ１＝ａ１＋ｃ１−ｂ１ （式１）
で表される。

図３（Ｂ）に示すように、型締機構４がない場合は、鋳造開始前に金型に最大の型締力ａ２を付与しておく。鋳造を開始すると共に鋳造圧が発生し金型を押し広げる力ｂ２が発生する。従って、鋳造過程でシール面に働く型締力ｄ２は、
ｄ２＝ａ２−ｂ２ （式２）
で表される。この場合、鋳造開始時および鋳造終了時にシール面１ｆに掛かる型締力ｄ２は（Ａ）の型締力ｄ１に比して非常に大きい。

上述したようにダイカスト鋳造装置１０よると、シール面１ｆに掛かる型締力ｄ１は、型締機構４がない場合の型締力ｄ２に比して非常に小さい。そのため、型締機構４により、型締機構４がない場合に比してシール面１ｆのへたりや破壊を低減することができる。そして、シール面１ｆのシール幅を最小限で設計可能となり、金型１を小型化することができる。ダイカスト鋳造装置１０は、型締機構４により鋳造圧の上昇に伴って型締力を増加させるため、バリの発生を抑えることができる。

また、ダイカスト鋳造装置１０は、型締機構４により、増圧ピストン４ｃと増圧スリーブ４ｄとの間に空間４ｆを有するため、金型１の鋳造時の熱膨張による型厚の変化がこの空間４ｆで調整され、型締力がシール面１ｆに過剰に働くことを防止することができる。そして、ダイカスト鋳造装置１０は、金型の型締力を調整するための複雑な制御機構が不要であり、低コストで故障が低減される。

本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で下記のような変形が可能である。

［第２実施形態］
第２実施形態において、第１実施形態と同一の部分は同一の符号を用い、かつ同様の役割を持つ部材には同一の名称を用い、重複する部分の説明は適宜省略する。

図４に示されるように、ダイカスト鋳造装置２０は、固定盤１５と固定型１１ａとの間に型締機構１４の押圧機構１８が配置されている。押圧機構１８は、増圧ピストン１４ｃが固定型１１ａに当接し、増圧スリーブ１４ｄが固定盤１５に取り付けられ金型１に型締力を与える。押圧機構１８において、増圧ピストン１４ｃを固定盤１５に取り付け、増圧スリーブ１４ｄを可動型１１ｂに取り付けて型締力を発生させてもよい。

増圧ピストン１４ｃと増圧スリーブ１４ｄとの間に空間１４ｆが形成されている。増圧スリーブ１４ｄの下部と固定盤１５とを連通して空間１４ｆに作動油１４ｇを供給する作動油経路１４ｅが設けられている。作動油経路１４ｅは、射出機構１２の後端に設けられた圧力発生機構１７に連結されている。作動油経路１４ｅは、可撓性を有している。

圧力発生機構１７が有するピストン１４ａは、プランジャロッド１２ｂの後端に設けられている。ピストン１４ａの後端側からスリーブ１４ｂが被せられている。スリーブ１４ｂの後端側には押込ロッド１４ｋが設けられている。スリーブ１４ｂ上部には開口がありこの開口に作動油経路１４ｅが連結している。

上記構成により、鋳造時に押込ロッド１４ｋを押し込むとスリーブ１４ｂとピストン１４ａとの間に充填された作動油１４ｇの圧力が上昇する。圧力上昇に伴ってピストン１４ａを押し込みプランジャロッド１２ｂを押し込む。これにより、プランジャ１２ａが溶湯１３を押し込み、鋳造が開始される。押込ロッド１４ｋをさらに押し込むと鋳造圧が増加するとともに、作動油１４ｇの一部が作動油経路１４ｅを通って空間１４ｆに注入され、増圧ピストン１４ｃが移動して固定型１１ａを押圧し、金型１の型締力をさらに増加させる。

上述したようなダイカスト鋳造装置２０の構成により、鋳造圧の増加に伴って金型１１の型締力を増加させることができる。

他の変形例として、増圧ピストン４ｃ,１４ｃを複数に分割して型締力を発生するようにしてもよい。この場合、作動油経路４ｅ,１４ｅを複数に分岐させればよい。

１…金型 １ａ…固定型 １ｂ…可動型 １ｃ…キャビティ １ｄ…湯道 １ｅ…凸部 １ｆ…シール面 １ｇ…入子 １ｈ…入子 １ｉ…湯口 ２…射出機構 ２ａ…プランジャ ２ｂ…プランジャロッド ２ｃ…射出スリーブ ２ｄ…射出口 ２ｅ…開口 ２ｆ…開口 ３…溶湯 ４…型締機構 ４ａ…ピストン ４ｂ…スリーブ ４ｃ…増圧ピストン ４ｄ…増圧スリーブ ４ｅ…作動油経路 ４ｆ…空間 ４ｇ…作動油 ４ｈ…押圧面 ４ｉ…正面 ４ｊ…背面 ５…固定盤 ６…可動盤 ７…圧力発生機構 ８…押圧機構 ９…連結機構 ９ａ…タイバー ９ｂ…割ナット １０…ダイカスト鋳造装置 １１…金型 １１ａ…固定型 １１ｂ…可動型 １２…射出機構 １２ａ…プランジャ １２ｂ…プランジャロッド １３…溶湯 １４…型締機構 １４ａ…ピストン １４ｂ…スリーブ １４ｃ…増圧ピストン １４ｄ…増圧スリーブ １４ｅ…作動油経路 １４ｆ…空間 １４ｇ…作動油 １４ｋ…押込ロッド １５…固定盤 １７…圧力発生機構 １８…押圧機構 ２０…ダイカスト鋳造装置 ａ１…型締力 ａ２…型締力 ｂ１…力 ｂ２…力 ｃ１…力 ｄ１…型締力 ｄ２…型締力

Claims (1)

1. 内部に形成されたキャビティを有する金型と、加圧して溶湯を前記キャビティに注入するプランジャと、を有するダイカスト鋳造装置であって、
   前記プランジャにより加圧された前記溶湯に発生した鋳造圧で移動する第１のピストンと、
   前記第１のピストンより大きい面積を有し、前記第１のピストンの移動に連動して、前記金型を型締め方向に押圧する第２のピストンと、
   を有するダイカスト鋳造装置。

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