JP2002283029A

JP2002283029A - ダイカスト用スリーブ

Info

Publication number: JP2002283029A
Application number: JP2001090389A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Takasugi; 努高杉
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2002-10-02

Abstract

(57)【要約】【課題】先端リングのスリーブ先端部を補強する効果
を向上させるとともに、セラミックス材料からなる内筒
の先端部に崖崩れ状の欠損が発生することを防止した長
寿命のダイカスト用スリーブを提供する。【解決手段】本発明のダイカスト用スリーブは、高強
度低熱膨張性金属材料からなる外筒の内面に、セラミッ
クス材料からなる内筒を焼嵌めて固定した複合スリーブ
を有し、該複合スリーブの先端部の外面に、冷却媒体通
路を形成した先端リングを焼嵌めて固定するとともに、
該冷却媒体通路が複合スリーブの先端部を包囲する形で
配置されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
などの非鉄金属用の横型または竪型ダイカストマシンに
おける溶湯射出装置に装着されて用いられるダイカスト
用スリーブに係る。特に、金属製の外筒の内面にセラミ
ックス製の内筒を焼嵌めて一体化した複合構造のダイカ
スト用スリーブの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイカスト法は、アルミニウム、亜鉛な
どからなる金属製品を高速、高精度に鋳造する方法であ
り、自動車製品、家電製品などの各種構成部材の製造に
広く利用されている。そして、ダイカストマシンにおい
ては、中空円筒状のダイカスト用スリーブ内に溶湯を供
給し、スリーブ内を摺動するプランジャチップによっ
て、スリーブと連通する金型キャビティ内に溶湯を射出
して、溶湯を冷却固化させて製品を作るものである。

【０００３】このため、スリーブの内面が溶湯により溶
損したり、プランジャチップの摺動により摩耗しやす
い。スリーブの内面が溶損や摩耗によって損傷すれば、
スリーブとプランジャチップとの間に溶湯が侵入してス
リーブの摩擦抵抗が増大し、射出速度および射出圧力が
安定しないため、射出圧力が金型の末端まで十分に伝わ
らなくなり、製品に欠陥を生じやすくなる問題がある。
また、潤滑油量を増やし摩擦抵抗を低減する方法がある
が、潤滑油がガス化して気孔などの鋳造欠陥が発生した
り、潤滑油が炭化して介在物になるなど問題を引き起こ
すことが多く適切ではなかった。

【０００４】従来のダイカスト用スリーブとして、溶湯
と接触する内筒を耐溶損性、耐摩耗性に優れるセラミッ
クス材料で形成し、この内筒を外筒の内面に嵌着し一体
化した複合構造のダイカスト用スリーブが数多く提案さ
れている。例えば、特開平７−２４６４４９号、特開昭
６１−６７５５５号、特開昭６１−１０３６５８号公
報、実開平２−８７５５１号、実開平３−４３５０号、
実開平４−４５０号公報などが挙げられる。

【０００５】特開平７−２４６４４９号公報には、外筒
を高強度で、かつ２０℃から３００℃までの平均熱膨張
係数が１〜５×１０^-6／℃、２０℃から６００℃までの
平均熱膨張係数が５×１０^-6／℃以上の低熱膨張特性を
有する金属材料により形成し、内筒を窒化ケイ素または
サイアロンなどの窒化ケイ素質セラミックス焼結体で形
成したダイカスト用スリーブが記載されている。

【０００６】また同公報には、固定リング（先端リン
グ）を熱間工具鋼によって形成し、外筒および内筒の先
端部の端面が先端リング内側の端面に当接するように、
先端リングを外筒と内筒の先端部の外周にボルトにより
固定することが記載されている。さらに、同公報の図７
には、先端リング内部の前方の位置に冷却水などの冷却
媒体を流すための冷却媒体通路を設けることが記載され
ている。

【０００７】そして、このダイカスト用スリーブは、内
筒を形成する窒化ケイ素質セラミックス材料の２０℃か
ら６００℃までの熱膨張係数が約３×１０^-6／℃である
ため、５５０〜６００℃の加熱を要する外筒と内筒の焼
嵌めの際、外筒と内筒の熱膨張係数の差が大きいので焼
嵌め作業が容易にできるという利点を有する。また、ダ
イカスト用スリーブ内に溶湯を注入して使用した場合に
は、外筒の温度が通常上昇する３００℃程度までは、外
筒の２０℃から３００℃までの平均熱膨張係数が１〜５
×１０^-6／℃と小さく、外筒と内筒の熱膨張係数の差が
小さいので、外筒や内筒がその軸方向および円周方向に
ずれることを抑え、焼嵌め効果を十分に確保できるもの
である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のダイカスト
用スリーブは、耐溶損性、耐摩耗性、耐熱性、溶湯保温
性および耐焼付き性に優れており長期間の使用に供する
ことができた。しかしながら、予想以上に先端リングの
温度が上昇した場合、先端リングを固定したボルトが緩
み、先端リングと外筒との間に隙間ができ、スリーブ先
端部を補強バックアップする効果が低下し、射出速度お
よび射出圧力が不安定となる欠点があった。また、これ
に関与して窒化ケイ素質セラミックス材料からなる内筒
の先端部が次第に崖崩れ状に欠損し射出ができなくなる
問題があった。

【０００９】したがって、本発明は前記従来のダイカス
ト用スリーブの課題に対処して、その構造を改良するこ
とを図り、先端リングのスリーブ先端部を補強する効果
を向上させるとともに、セラミックス材料からなる内筒
の先端部に崖崩れ状の欠損が発生することを防止した長
寿命のダイカスト用スリーブを提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のダイカスト用ス
リーブは、高強度低熱膨張性金属材料からなる外筒の内
面に、セラミックス材料からなる内筒を焼嵌めて固定し
た複合スリーブを有し、該複合スリーブの先端部の外面
に、冷却媒体通路を形成した先端リングを焼嵌めて固定
するとともに、該冷却媒体通路が複合スリーブの先端部
を包囲する形で配置されていることを特徴とする。

【００１１】前記本発明において、内筒の先端部の角部
に、応力集中を緩和するための面取り部を形成したこと
を特徴とする。セラミックス材料が窒化ケイ素質焼結体
であることを特徴とする。また、複合スリーブと先端リ
ングとの間の焼嵌め率が０．２／１０００〜１．０／１
０００であることが好ましい。さらに好ましくは、０．
６／１０００〜０．７／１０００である。また、外筒と
内筒との間の焼嵌め率が０．５／１０００〜３．５／１
０００であることが好ましい。さらに好ましくは、２．
０／１０００〜２．５／１０００である。

【００１２】

【作用】本発明のダイカスト用スリーブでは、複合スリ
ーブの先端部の外面に先端リングを焼嵌めにより固定す
ることにより、予想以上に先端リングの温度が上昇した
場合でも、従来とは異なりボルトで固定されていないた
めボルトの緩みが起こり得ず、先端リングと外筒との間
に隙間が発生しないので、複合スリーブ先端部のバック
アップ効果を十分に確保することができる。

【００１３】また、先端リングに形成した冷却媒体通路
を複合スリーブの先端部を包囲する形に配置する、すな
わち従来のように複合スリーブの先端部端面より外側に
離れた部分ではなく、複合スリーブの先端部の直上位置
に配置するため、複合スリーブの先端部に対して冷却効
果がさらに向上し、先端リングの温度上昇を十分に抑え
ることができる。

【００１４】ここで、ダイカスト用スリーブに作用する
力を図面に基づいて説明する。図４は、ダイカスト用ス
リーブの先端部近傍の縦断面図を示す。図４において、
ダイカスト用スリーブ１内に溶湯を注入口より供給し、
スリーブ１内に組み込まれたプランジャチップ１６の摺
動によって、金型キャビティ（図示せず）内に溶湯が射
出される。このとき、内筒３の先端部近傍には、射出内
圧による拡張力２１、金型を締め付ける力（型締め力）
による圧縮力２２、プランジャーチップ１６の摺動によ
る摩擦力２３、プランジャーチップ１６先端の下側にせ
ん断力２４が作用する。

【００１５】従来のダイカスト用スリーブにおける内筒
３の先端部が崖崩れ状に欠損した問題を種々検討した結
果、その欠損のメカニズムを次のように推定した。ま
ず、プランジャチップの摺動や射出内圧によって、内筒
３の先端部にせん断力２４が繰り返し作用することによ
り、内筒３の先端部に初期クラックが発生する。その後
さらに使用を継続すると、この初期クラックに前述の拡
張力２１、圧縮力２２、摩擦力２３およびせん断力２４
が複合的に作用して、初期クラックを起点として内筒３
の先端部が欠損し、崖崩れ状に進展していくと推定し
た。

【００１６】したがって、内筒３先端部の崖崩れ状の欠
損の起点となる初期クラックを抑える、すなわちダイカ
スト用スリーブのせん断力２４に対抗する力を向上させ
ることにより、これが解決できると考えた。

【００１７】そこで、まず従来のダイカスト用スリーブ
において、焼嵌め率を適宜設定し、内筒３を外筒２に焼
嵌め後、内筒３先端部の内径寸法の変化量を調査した。
その結果、内筒３先端部の内径寸法は、内筒３の先端に
向かうに従い徐々に拡がっていた。また、焼嵌め率が大
きいほど内筒３先端部の内径寸法の拡張度合いも大きく
なることが判った。

【００１８】ダイカスト用スリーブのせん断力２４に対
抗する力は、内筒３先端部の内径寸法の拡張度合いに比
例して弱くなる。このため、焼嵌め率を従来のそれより
小さくすることにより、具体的には外筒と内筒との間の
焼嵌め率を０．５／１０００〜３．５／１０００にする
ことにより、焼嵌め後の内筒３先端部の内径寸法の拡張
度合いを軽減させ、せん断力２４に対抗する力を強化し
た。このようにして外筒と内筒との間の焼嵌め率を最適
に設定することにより、せん断力２４に対抗する力を強
化して、内筒先端部の崖崩れ状の欠損の起点となる初期
クラックを抑えることができた。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明に係るダイカスト用スリー
ブを図面に基づいて説明する。

【００２０】図１は、本発明の実施例に係るダイカスト
用スリーブの縦断面図を示す。図２は、図１中のＡ−Ａ
線における断面図を示す。図１および図２において、ダ
イカスト用スリーブ１は、おもに外筒２、内筒３、先端
リング４、押えリング５、カバーリング６から構成され
る。ダイカスト用スリーブ１は横型ダイカストマシンの
溶湯射出装置に組み込まれて用いられる。

【００２１】外筒２は、外径２４０ｍｍ、内径１９０ｍ
ｍ、長さ９８０ｍｍの中空円筒体であり、高強度でかつ
低熱膨張性の特性を有する金属材料により形成した。本
実施例に係る金属材料は、Ｎｉ：３２．６重量％、Ｃ
ｏ：１４．９重量％、Ａｌ：０．８重量％、Ｔｉ：２．
３重量％、Ｃ：０．０３重量％、Ｓｉ：０．０７重量
％、Ｍｎ：０．０９重量％、Ｃｒ：０．０２重量％、Ｃ
ｕ：０．０６重量％、Ｐ：０．００３重量％、Ｓ：０．
００２重量％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からな
る。

【００２２】内筒３は、外径１９０ｍｍ、内径１５０ｍ
ｍ、長さ９８０ｍｍの中空円筒体であり、サイアロンセ
ラミックスにより形成した。本実施例に係るサイアロン
セラミックスは、粒径０．８μｍのＳｉ₃Ｎ₄粉末：８７
重量％、粒径１．０μｍのＹ ₂Ｏ₃粉末：６重量％、粒径
０．１μｍのＡｌ₂Ｏ₃粉末：４重量％、粒径０．８μｍ
のＡｌＮ固溶体粉末：３重量％を配合し、バインダーと
してポリビニルブチラールを原料粉末１００重量部あた
りに０．５重量部加えて攪拌して得た混合物を１０００
ｋｇ／ｃｍ²に加圧成形し、得られた成形体を窒素雰囲
気下、１７５０℃で５時間焼結して作製した。

【００２３】先端リング４は、先端側の外径２１０ｍ
ｍ、先端側の内径１５０ｍｍ、後端側の外径３５０ｍ
ｍ、後端側の内径２４０ｍｍ、全長２５０ｍｍのリング
体であり、熱間金型用合金鋼（ＳＫＤ６１）により形成
した。本実施例に係る熱間金型用合金鋼は、Ｃ：０．３
５〜０．４２重量％、Ｓｉ：０．８〜１．２重量％、Ｍ
ｎ：０．３〜０．５重量％、Ｐ：０．０３重量％以下、
Ｓ：０．０１重量％以下、Ｃｒ：４．８〜５．５重量
％、Ｍｏ：１．２〜１．６重量％、Ｖ：０．５〜１．１
重量％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる。

【００２４】押えリング５は、外径２４０ｍｍ、内径１
５０ｍｍ、全長５０ｍｍのリング体であり、先端リング
４同様、熱間金型用合金鋼（ＳＫＤ６１）により形成し
た。押えリング５の側端面には、押えリング５を外筒２
に固定するためのボルト孔を１２個所穿設した。

【００２５】カバーリング６は、幅１００ｍｍ、厚さ１
０ｍｍの薄いリング体であり、炭素鋼（ＳＴＫＭ）によ
り形成した。

【００２６】先端リング４の外周面に周回溝７を設け、
その周回溝７の外周部にカバーリング６を被せて、先端
リング４とカバーリング６を溶接することにより、冷却
水などの冷却媒体を流すための冷却媒体通路８を形成し
た。また、先端リング４の後側端面から周回溝７まで連
通する貫通孔９を２個所穿設し、一方を冷却媒体の入口
１０、他方を出口１１とした。そして、周回溝７の冷却
媒体の入口１０と出口１１の間の部分に、周回溝７を分
断する堰板１２を溶接固定して、冷却媒体が入口１０か
ら出口１１へ循環できるようにした。

【００２７】本発明のダイカスト用スリーブ１を次のよ
うに組立てた。まず、外筒２を５５０〜６００℃に加熱
した状態で、外筒２内に内筒３を挿入し、焼嵌め率２．
０／１０００で両者を焼嵌めた。このようにして、外筒
２内に内筒３を焼嵌め一体化した中空円筒状の複合スリ
ーブ１３を作製した。なお、複合スリーブ１３の後端部
近傍には、溶湯を供給するための注入口１４を設けた。
複合スリーブ１３の後端部の外筒２端面には、押えリン
グ５を外筒２に固定するためのボルト孔を１２個所穿設
した。

【００２８】次いで、先端リング４を５５０〜６００℃
に加熱した状態で、先端リング４内に複合スリーブ１３
の先端部を挿入し、複合スリーブ１３の先端部の端面が
先端リング４内側の端面に当接するように、焼嵌め率
０．６／１０００で両者を焼嵌めた。この際、先端リン
グ４に形成した冷却媒体通路８が複合スリーブ１３の先
端部を包囲する形に配置した。

【００２９】また、複合スリーブ１３の後端部の端面に
押えリング５の側端面を当接させて、押えリング５を外
筒２にボルトで固定し、押えリング５により複合スリー
ブ１３の外筒２および内筒３を軸方向に挟着した。

【００３０】図３は、本発明の実施例に係るダイカスト
用スリーブの先端リング近傍の要部断面図を示す。図３
において、外筒２および内筒３の先端部の端面を、先端
リング４の内側の端面に当接させる。ダイカストマシン
の使用時、温度の上昇により内筒３が軸方向に熱膨張
し、内筒３と先端リング４が互いに圧し合うため、先端
リング４に比べて靭性が小さい内筒３の先端部の角部が
欠けやすくなる。そこで、図３に示すように、内筒３の
先端部の角部に面取り部１５を形成することにより、角
部への応力集中を緩和し内筒３の欠けを防止できる。面
取り部１５の断面形状は、直線状でも構わないが、緩や
かな曲線状が好ましい。

【００３１】上記構成によるダイカスト用スリーブを型
締力３５０トンの横型ダイカストマシンの溶湯射出装置
に装着して、スリーブ内を摺動するプランジャチップと
して耐摩耗性、潤滑性に優れたＳＫＤ６１からなるプラ
ンジャチップを使用し、アルミニウム合金のダイカスト
に使用した結果、約１５００００〜２０００００ショッ
トの安定した射出を行なうことができた。また、先端リ
ングの補強バックアップ効果の低下や、内筒先端部の崖
崩れ状の欠損の起点となる初期クラックは全く認められ
なかった。

【００３２】

【発明の効果】本発明のダイカスト用スリーブは、耐溶
損性、耐摩耗性、耐熱性、溶湯保温性および耐焼付き性
に優れるので製品の品質が安定する。また、先端リング
のスリーブ先端部を補強する効果を向上させ、内筒の先
端部に崖崩れ状の欠損が発生することを防止でき、耐用
寿命を伸ばすことができ、メンテナンス工数を低減する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るダイカスト用スリーブの
縦断面図を示す。

【図２】図１中のＡ−Ａ線における断面図を示す。

【図３】本発明の実施例に係るダイカスト用スリーブの
先端リング近傍の要部断面図を示す。

【図４】ダイカスト用スリーブの先端部近傍の縦断面図
を示す。

【符号の説明】

１ダイカスト用スリーブ、２外筒、３内筒、
４先端リング、５押えリング、６カバーリン
グ、７周回溝、８冷却媒体通路、９貫通孔、
１０冷却媒体の入口、１１冷却媒体の出口、
１２堰板、１３複合スリーブ、１４注入口、
１５面取り部、１６プランジャチップ、２１拡
張力、２２圧縮力、２３摩擦力、２４せん
断力

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高強度低熱膨張性金属材料からなる外筒
の内面に、セラミックス材料からなる内筒を焼嵌めて固
定した複合スリーブを有し、該複合スリーブの先端部の
外面に、冷却媒体通路を形成した先端リングを焼嵌めて
固定するとともに、該冷却媒体通路が複合スリーブの先
端部を包囲する形で配置されていることを特徴とするダ
イカスト用スリーブ。
【請求項２】前記内筒の先端部の角部に、応力集中を
緩和するための面取り部を形成したことを特徴とする請
求項１に記載のダイカスト用スリーブ。
【請求項３】前記セラミックス材料が、窒化ケイ素質
焼結体であることを特徴とする請求項１または２に記載
のダイカスト用スリーブ。
【請求項４】前記複合スリーブと先端リングとの間の
焼嵌め率が０．２／１０００〜１．０／１０００である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のダイ
カスト用スリーブ。
【請求項５】前記外筒と内筒との間の焼嵌め率が０．
５／１０００〜３．５／１０００であることを特徴とす
る請求項１〜４のいずれかに記載のダイカスト用スリー
ブ。