JP4818733B2 - ダイカスト用プランジャ - Google Patents
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Description
本発明は、ダイカスト鋳造する際に溶湯を押圧するためのダイカスト用プランジャに関するものである。
従来より、ダイカスト鋳造では、成形金型のキャビティと連通するプランジャスリーブ内に所定の金属溶湯を供給した上で、スリーブ内の溶湯をプランジャにより押圧してキャビティへと注入し、キャビティへ充填された溶湯を冷却・凝固させた後に、成形金型から成形品を得るようにしていた。このダイカスト鋳造では、キャビティに充填された溶湯が凝固する際に、ひけ巣等の鋳造欠陥が発生するのを防止するために、スリーブ内でプランジャ先端側の湯溜部（ビスケット部）をプランジャで更に押圧して、キャビティに充填された溶湯を増圧するようにしている。
ところで、上記のビスケット部は、鋳造欠陥を防止するためにある程度の容積が必要であり、そのため、キャビティに充填された製品部の溶湯が凝固しても、ビスケット部の溶湯が凝固しきれず、ビスケット部の溶湯が凝固するまで成形金型から成形品を脱型することができなかった。そこで、ビスケット部の凝固時間を短縮するために、プランジャの内部に冷却水が流通可能な流通空間を形成し、プランジャを介してビスケット部を冷却するようにしたものが知られている。
しかしながら、従来のプランジャでは、スリーブ内での摺動による耐摩耗性を高めるために、熱伝導率の比較的低い炭素鋼や工具鋼等を用いており、ビスケット部の冷却に時間がかかり、ダイカスト鋳造におけるサイクルタイムを更に短縮することは困難であった。
そのため、プランジャ先端の肉厚を薄くして、熱伝導率を高めるようにすることが考えられる。しかしながら、この場合、肉厚が薄くなるとプランジャ先端の剛性が低下するので、溶湯を押圧する際にかかる反力によってプランジャ先端が割れて水漏れが発生する恐れがあり、押圧力との関係からプランジャ先端の肉厚を冷却効率に適した肉厚とすることができず、ビスケット部の冷却効率を飛躍的に高めることができなかった。
また、プランジャに用いる材料として、ベリリウム銅合金等の熱伝導率の高い金属材料を用いることが考えられる。しかしながら、この場合、炭素鋼等と比較すると耐摩耗性が低いため、プランジャが早期に摩耗して交換しなければならなくなると共に、炭素鋼等と比較して高価なため、プランジャにかかるコストが大幅に増加する問題がある。
そこで、本発明は、上記の実状に鑑みてなされたものであり、ダイカスト鋳造におけるビスケット部の冷却効率を高めてサイクルタイムを短縮すると共に耐摩耗性に優れたダイカスト用プランジャの提供を課題とするものである。
上記の課題を解決するために、本発明に係るダイカスト用プランジャは、
「溶湯が供給されるスリーブ内に挿入されると共に供給された溶湯を押圧可能とされ、内部に冷却水が供給されるダイカスト用プランジャであって、
スリーブの内面と摺接する円柱形状の摺動面、該摺動面の径よりも小径で基端に開口し先端に向かって穿設されプランジャロッドの先端が接続固定される接続孔、及び前記摺動面の径よりも小径で先端に開口する大径部と該大径部の基端側から続き前記接続孔へ貫通する小径部とにより段付孔とされた取付孔を備えたプランジャ本体と、
該プランジャ本体の前記取付孔の先端側開口を閉鎖すると共に外部に露出し前記大径部に挿入される円柱形状の露出部、該露出部の基端側から突出し前記小径部に挿入される突出部、及び突出部の基端側から先端へ向かって穿設された止り孔部を備え、前記プランジャ本体に固定されると共に該プランジャ本体よりも熱伝導率の高い金属材料からなる先端部材と、
該先端部材の前記突出部の位置で前記プランジャ本体と前記先端部材との間を水密にシールするシール部材と
を具備し、
前記プランジャ本体の前記取付孔に前記先端部材を取付けると共に、前記接続孔にプランジャロッドを接続した状態で、内部にプランジャロッドから供給される冷却水が流通可能な流通空間を有することを特徴とする。」ものである。
「溶湯が供給されるスリーブ内に挿入されると共に供給された溶湯を押圧可能とされ、内部に冷却水が供給されるダイカスト用プランジャであって、
スリーブの内面と摺接する円柱形状の摺動面、該摺動面の径よりも小径で基端に開口し先端に向かって穿設されプランジャロッドの先端が接続固定される接続孔、及び前記摺動面の径よりも小径で先端に開口する大径部と該大径部の基端側から続き前記接続孔へ貫通する小径部とにより段付孔とされた取付孔を備えたプランジャ本体と、
該プランジャ本体の前記取付孔の先端側開口を閉鎖すると共に外部に露出し前記大径部に挿入される円柱形状の露出部、該露出部の基端側から突出し前記小径部に挿入される突出部、及び突出部の基端側から先端へ向かって穿設された止り孔部を備え、前記プランジャ本体に固定されると共に該プランジャ本体よりも熱伝導率の高い金属材料からなる先端部材と、
該先端部材の前記突出部の位置で前記プランジャ本体と前記先端部材との間を水密にシールするシール部材と
を具備し、
前記プランジャ本体の前記取付孔に前記先端部材を取付けると共に、前記接続孔にプランジャロッドを接続した状態で、内部にプランジャロッドから供給される冷却水が流通可能な流通空間を有することを特徴とする。」ものである。
ここで、「熱伝導率の高い金属材料」としては、「ベリリウム銅等の銅合金」が挙げられ、プランジャ本体に用いられる材料よりも熱伝導率の高い金属材料を用いることが望ましい。
本発明によると、熱伝導率の高い金属材料からなる先端部材を、プランジャ本体の先端とプランジャ本体内の流通空間とに夫々露出するようにプランジャ本体の先端に固定したものである。つまり、熱伝導率の高い先端部材の先端が溶湯と直接接触し、基端が冷却水と直接接触するようにしたものである。これにより、プランジャ先端の熱伝導率が高くなり、ビスケット部の冷却効率を高めることができるので、ビスケット部の凝固時間を短縮することができる。つまり、ダイカスト鋳造におけるサイクルタイムを短縮して生産性を向上させることができる。
また、先端部材を熱伝導率の高い金属材料としており、従来のプランジャのように先端の肉厚を薄くして伝熱量を高めなくても冷却効率を高めることが可能となり、プランジャ先端の肉厚を薄くする必要が無いので、プランジャの剛性を維持した状態でビスケット部の冷却効率を高めることができると共に、溶湯に対する押圧力の高いダイカスト鋳造にも用いることができる。
ところで、プランジャ本体をベリリウム銅合金等の熱伝導率の高い金属材料で形成すると共に、プランジャ本体の外周に耐摩耗性に優れた金属材料からなるスリーブを嵌め合わせることで、プランジャに対して耐摩耗性と高い熱伝導率とを両立させることが考えられるが、この場合、プランジャの大部分を占めるプランジャ本体が高価な金属材料となるため、プランジャのコストが大幅に増加する問題がある。
しかしながら、本発明によると、プランジャの先端に固定される先端部材のみに比較的高価な熱伝導率の高い金属材料を用いているので、プランジャのコストが増加するのを抑制することができると共に、プランジャ本体に安価で耐摩耗性に優れた材料を用いることで、冷却効率が高く耐摩耗性に優れたプランジャを実現することができる。
なお、プランジャ本体と先端部材とを互いに着脱可能となるように固定しても良く、これにより、例えば、プランジャを廃棄する場合、異なる材料からなるプランジャ本体と先端部材とを容易に分解することができ、廃棄にかかるコストを低減させることができる。また、プランジャ本体、或いは先端部材の何れか一方が消耗した場合、プランジャ本体と先端部材とを分解して消耗した方を交換し、使える方を再利用することでプランジャにかかるコストを低減させることができる。
また、先端部材に、止り孔等の所定の孔を穿設してプランジャ本体の流通空間に供給された冷却水が先端部材の内部へ供給されるようにしても良く、これにより、先端部材の冷却効率を更に高めることができる。
ここで、「水密」としては、「プランジャ本体と先端部材との間にＯリングやガスケット等のシール部材を介在させることで水密とするもの」、が挙げられる。これにより、シール部材をプランジャ本体内に供給される冷却水により冷却され易い位置に配置することで、溶湯の熱によりシール部材が劣化したり焼失したりするのを防止して、シール効果を良好に維持させることができる。
本発明によると、先端部材がプランジャ本体と水密に固定されているものである。これにより、プランジャ本体と先端部材との間から冷却水が漏水するのを防止することができ、漏水により不具合が発生するのを防止することができる。
上述の通り本発明によると、ダイカスト鋳造におけるビスケット部の冷却効率を高めてサイクルタイムを短縮すると共に耐摩耗性に優れたダイカスト用プランジャを提供することができる。
次に本発明に係るダイカスト用プランジャの一実施形態を、図１〜図３に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明のダイカスト用プランジャを用いたダイカスト鋳造機の概略構成を示す断面図である。図２（Ａ）は本発明の一実施形態であるダイカスト用プランジャの断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すダイカスト用プランジャの斜視図である。また、図３（Ａ）は図２に示すダイカスト用プランジャの分解断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すダイカスト用プランジャの分解斜視図である。
図１に示すように、ダイカスト鋳造機１は、固定型２が取付けられる固定盤３と、可動型４が取付けられる可動盤５と、図示は省略するが固定盤３を支持すると共に可動盤５を移動可能に支持するベースと、同じく図示は省略するが可動盤５を移動させる可動盤駆動装置とを備えている。可動盤駆動装置によって可動盤５を固定盤３の方向へ移動させて固定型２と可動型４とを互いに型合せすることで、固定型２と可動型４との間にダイカスト鋳造される成形品に対応した空間からなるキャビティ６が形成されるようになっている。
また、ダイカスト鋳造機１には、固定型２と可動型４とにより形成されるキャビティ６と湯道７を介して連通し固定盤３に取付けられる円筒内面を有したプランジャスリーブ８と、プランジャスリーブ８内を摺動しプランジャロッド９の先端に固定されるプランジャ１０と、図示は省略するがプランジャロッド９を介してプランジャ１０を進退駆動させるプランジャ駆動装置とを備えている。図示するように、プランジャ駆動装置により前進位置に移動したプランジャ１０の先端側には、湯道７と連通するプランジャスリーブ８との間に所定の容積を有した湯溜となるビスケット部７ａが形成されるようになっており、キャビティ６に充填された溶湯が冷却・凝固する際に、プランジャ駆動装置によりプランジャ１０を増圧して、ビスケット部７ａの溶湯をキャビティに供給して鋳造欠陥が発生するのを防止するようになっている。
なお、プランジャ駆動装置により進退するプランジャ１０の前進位置と後退位置（図中二点鎖線で示す位置）との間には、プランジャスリーブ８内に溶融金属からなる溶湯を供給するための湯口１１が備えられている。また、図示は省略するが、プランジャロッド９の内部には、プランジャ１０に供給される冷却水を循環させるための循環流路が形成されている。
次に、本実施形態のプランジャ１０について詳細に説明する。図２及び図３に示すように、プランジャ１０は、プランジャスリーブ８内を摺動し内部にプランジャロッド９から供給される冷却水を流通可能な流通空間１２を有するプランジャ本体１３と、プランジャ本体１３の先端から外部に露出すると共に流通空間１２に露出するようにプランジャ本体１３に固定される先端部材１４とを備えている。
このプランジャ本体１３は、プランジャスリーブ８の内面と摺接する所定長さの円柱形状の摺動面１５と、摺動面１５から軸直角方向に突出しない大きさとされ基端側の外周に形成される工具掛部１６と、基端に開口し先端に向かって穿設されプランジャロッド９に接続固定するための接続孔１７と、接続孔１７と連通するように先端に開口し先端部材１４を取付固定するための取付孔１８とを備えている。この接続孔１７には、その内周面にプランジャロッド９先端の雄ねじ部（図示は省略する）と螺合する雌ねじ部１７ａが形成されている。なお、本例では、接続孔１７及び取付孔１８の軸芯が、外周の摺動面１５の軸芯と略同軸上に配置されている。また、接続孔１７と取付孔１８とで流通空間１２が形成されている。更に、図示は省略するが、プランジャロッド９とプランジャ本体１３とは公知の技術を用いて水密に接続されている。
このプランジャ本体１３の取付孔１８は、先端に開口する大径部１８ａと、大径部１８ａの基端側から続き接続孔１７へと貫通する小径部１８ｂとを備えており、大径部１８ａと小径部１８ｂとにより断部１８ｃが形成された段付孔とされている。また、取付孔１８の大径部１８ａの内周面には、先端部材１４を固定するための雌ねじ部１８ｄが形成されている。
先端部材１４は、取付孔１８の先端側開口を閉鎖すると共に外部に露出し、取付孔１８の大径部１８ａに形成された雌ねじ部１８ｄと螺合する雄ねじ部１９が外周に形成された円柱形状の露出部２０と、露出部２０の基端側から軸方向に突出し取付孔１８の小径部１８ｂ内に挿通可能な外形とされた突出部２１とを備え、図示するように、外形形状がプランジャ本体１３の取付孔１８の内面形状と対応した形状となっている。
また、先端部材１４には、突出部２１の外周にプランジャ本体１３と先端部材１４との間を水密にシールするシール部材２２を保持する円環溝状のシール保持部２３が備えられていると共に、突出部２１の軸芯上において基端側から所定深さの止り孔部２４が穿設されており、この止り孔部２４により突出部２１が筒状に形成されている。この止り孔部２４の深さは、ダイカスト鋳造時にプランジャ１０にかかる押圧力や、ビスケット部７ａに求められる冷却効率等によって、適宜設定されるようになっている。
なお、本実施形態では、シール部材２２がＯリングとされていると共に、シール保持部２３が軸方向に二箇所備えられ、二つのシール部材２２を備えているが、シール部材２２の数は、一つであっても良いし、三つ以上備えたものであっても良い。また、止り孔部２４の底部には、所定の工具と係合可能な工具係合部２５が備えられており、この工具係合部２５に所定の工具を係合させることで、先端部材１４を回転させて、プランジャ本体１３との着脱が容易に行えるようになっている。
また、本実施形態のプランジャ１０は、プランジャ本体１３の材料として、Ｓ５０Ｃ等の炭素鋼やＳＫＤ等の工具鋼が用いられていると共に、少なくともその摺動面１５には、耐摩耗性を向上させるために、高周波焼入れ、浸炭焼入れ、窒化処理や、ニッケル，コバルト，クロム等の適宜合金による溶射処理等の公知の表面硬化処理が施されている。また、先端部材１４の材料としては、ベリリウム銅等の銅合金等の熱伝導率の高い金属材料が用いられており、プランジャ本体１３よりも熱伝導率の高いものが用いられ、本例ではベリリウム銅合金が用いられている。
次に、本実施形態のプランジャ１０の作用について説明する。このプランジャ１０は、先端部材１４を、その突出部２１がプランジャ本体１３の取付孔１８内に向くように配置した上で、取付孔１８内に挿入した上で、プランジャ本体１３と先端部材１４とを互いに相対回転させることで、大径部１８ａの雌ねじ部１８ｄと、露出部２０の雄ねじ部１９とを螺合させ、露出部２０の基端が取付孔１８の段部１８ｃに当接するまで先端部材１４をねじ込むことで組み立てることができる。
その際に、先端部材１４の突出部２１が小径部１８ｂ内へと挿入されると共に、突出部２１の外周のシール保持部２３に保持されたシール部材２２が小径部１８ｂの内周面と接触すると共に圧縮され、シール部材２２によりプランジャ本体１３と先端部材１４との間が水密にシールされることとなる。このようにして組み立てられたプランジャ１０を、プランジャロッド９の先端に取付けることで、ダイカスト鋳造機１に用いられる。なお、本例では、プランジャ本体１３の先端と先端部材１４の先端とが略面一となるようなものを示しているが、先端部材１４が突出或いは後退した形態としても良い。
ダイカスト鋳造機１に取付けられたプランジャ１０には、プランジャロッド９を介してプランジャ本体１３の流通空間１２内へと冷却水が供給されて、プランジャ本体１３を内部から冷却すると共に、図２（Ａ）に示すように、先端部材１４の止り孔部２４が流通空間１２と連通しているので、流通空間１２に供給された冷却水が止り孔部２４内にも供給され、先端部材１４を内部から冷却水により冷却できるようになっていると共に、シール部材２２の温度上昇が抑制されるようになっている。
また、ダイカスト鋳造機１に取付けられたプランジャ１０は、ダイカスト鋳造の際に、プランジャスリーブ８内に供給された溶湯を押圧してキャビティ６に注入させると共に、その先端には先端部材１４が露出しており、熱伝導率の高い金属材料からなる先端部材１４がビスケット部７ａの溶湯と直接接触するので、ビスケット部７ａが先端部材１４を介して効率よく冷却水により冷却され、ビスケット部７ａの凝固時間を短縮してダイカスト鋳造におけるサイクルタイムを短縮することができるようになっている。
このように、本実施形態のダイカスト用プランジャ１０によると、熱伝導率の高い金属材料からなる先端部材１４を、プランジャ本体１３の先端から露出させると共にプランジャ本体１３内に供給される冷却水と接触するようにプランジャ本体１３の先端に固定しているので、これにより、プランジャ１０先端の熱伝導率が高くなり、ビスケット部７ａの冷却効率を高めることができ、ビスケット部７ａの凝固時間を短縮することでダイカスト鋳造におけるサイクルタイムを短縮して生産性を向上させることができる。
また、先端部材１４を熱伝導率の高い金属材料としており、従来のプランジャのように先端の肉厚を薄くして伝熱量を高めなくても冷却効率を高めることが可能となり、プランジャ１０先端の肉厚を薄くする必要が無いので、プランジャ１０の剛性を維持した状態でビスケット部７ａの冷却効率を高めることができると共に、溶湯に対する押圧力の高いダイカスト鋳造にも用いることができる。
更に、プランジャ１０の先端に固定される先端部材１４のみに比較的高価な熱伝導率の高い金属材料を用いているので、プランジャ１０のコストが増加するのを抑制することができると共に、プランジャ本体１３に安価で耐摩耗性に優れた材料を用いることで、冷却効率が高く耐摩耗性に優れたプランジャ１０を実現することができる。
また、先端部材１４がプランジャ本体１３とシール部材２２を介して水密に固定されているので、これにより、プランジャ本体１３と先端部材１４との間から冷却水が漏水するのを防止することができ、漏水により不具合が発生するのを防止することができる。また、シール部材２２が、冷却水が供給される止り孔部２４が穿設された突出部２１の外周に備えられており、シール部材２２が冷却水により冷却され易い位置に配置されているので、これにより、溶湯の熱によりシール部材２２が劣化したり焼失したりするのを防止して、シール効果を良好に維持させることができる。
更に、プランジャ本体１３と先端部材１４とがねじ結合により着脱可能に固定されているので、これにより、例えば、プランジャ１０を廃棄する場合、異なる材料からなるプランジャ本体１３と先端部材１４とを容易に分解することができ、廃棄にかかるコストを低減させることができる。また、プランジャ本体１３、或いは先端部材１４の何れか一方が消耗した場合、プランジャ本体１３と先端部材１４とを分解して消耗した方を交換し、使える方を再利用することでプランジャ１０にかかるコストを低減させることができる。
以上、本発明を実施するための最良の実施の形態を挙げて説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。
すなわち、本実施形態では、突出部２１の外周に形成されたシール保持部２３に保持されたシール部材２２により、突出部２１の外周と小径部１８ｂの内周との間で、プランジャ本体１３と先端部材１４とを互いに水密とするものを示したが、これに限定するものではなく、例えば、図４に示すように、突出部２１を小径部１８ｂよりも短くすると共に小径部１８ｂの基端側に更に小径で円環状のシール当接部２６を備え、突出部２１の端部とシール当接部２６との間にシール部材２２を配置するようにしても良く、これによっても、上記と同様の作用効果を奏することができる。なお、構成の同じ部分については上記と同様の符号が付してあり、詳細な説明は省略する。
また、本実施形態では、プランジャ本体１３の大径部１８ａと先端部材１４の露出部２０との間でねじ結合により固定するものを示したが、これに限定するものではなく、例えば、プランジャ本体１３の小径部１８ｂと先端部材１４の突出部２１との間でねじ結合するようにしても良いし、ねじ結合を廃止して先端部材１４をプランジャ本体１３に圧入固定するようにしても良く、上記と同様の作用効果を奏することができる。
更に、本実施形態では、止り孔部２４の底部に工具係合部２５を備えたものを示したが、これに限定するものではなく、例えば、止り孔部２４の内径形状を多角形状とすることで止り孔部２４自体を工具係合部としても良いし、プランジャ本体１３の工具掛部１６と同様に突出部２１の外周に工具係合部を形成するようにしても良く、上記と同様の作用効果を奏することができる。
１０ プランジャ
１２ 流通空間
１３ プランジャ本体
１４ 先端部材
１５ 摺動面
１６ 工具掛部
１７ 接続孔
１７ａ 雌ねじ部
１８ 取付孔
１８ａ 大径部
１８ｂ 小径部
１８ｃ 断部
１８ｄ 雌ねじ部
１９ 雄ねじ部
２０ 露出部
２１ 突出部
２２ シール部材
２３ シール保持部
２４ 止り孔部
２５ 工具係合部
２６ シール当接部
１２ 流通空間
１３ プランジャ本体
１４ 先端部材
１５ 摺動面
１６ 工具掛部
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１７ａ 雌ねじ部
１８ 取付孔
１８ａ 大径部
１８ｂ 小径部
１８ｃ 断部
１８ｄ 雌ねじ部
１９ 雄ねじ部
２０ 露出部
２１ 突出部
２２ シール部材
２３ シール保持部
２４ 止り孔部
２５ 工具係合部
２６ シール当接部
Claims (1)
- 溶湯が供給されるスリーブ内に挿入されると共に供給された溶湯を押圧可能とされ、内部に冷却水が供給されるダイカスト用プランジャであって、
スリーブの内面と摺接する円柱形状の摺動面、該摺動面の径よりも小径で基端に開口し先端に向かって穿設されプランジャロッドの先端が接続固定される接続孔、及び前記摺動面の径よりも小径で先端に開口する大径部と該大径部の基端側から続き前記接続孔へ貫通する小径部とにより段付孔とされた取付孔を備えたプランジャ本体と、
該プランジャ本体の前記取付孔の先端側開口を閉鎖すると共に外部に露出し前記大径部に挿入される円柱形状の露出部、該露出部の基端側から突出し前記小径部に挿入される突出部、及び突出部の基端側から先端へ向かって穿設された止り孔部を備え、前記プランジャ本体に固定されると共に該プランジャ本体よりも熱伝導率の高い金属材料からなる先端部材と、
該先端部材の前記突出部の位置で前記プランジャ本体と前記先端部材との間を水密にシールするシール部材と
を具備し、
前記プランジャ本体の前記取付孔に前記先端部材を取付けると共に、前記接続孔にプランジャロッドを接続した状態で、内部にプランジャロッドから供給される冷却水が流通可能な流通空間を有することを特徴とするダイカスト用プランジャ。
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