鋳造装置
【課題】溶湯凝固片の金型への侵入を従来の装置よりも効果的に抑制する鋳造装置を提供する。
【解決手段】鋳造装置２は、金型４、６と、スリーブ１０と、プランジャ３０を備える。スリーブ１０内周面の下側部分１４には、プランジャ３０の後退端におけるプランジャ先端面位置Ａからスリーブ１０の前端に向けて、半径が漸次拡径する拡径部１６が形成されている。そのため、プランジャ３０を前進させて溶湯を押出す際に、プランジャチップ３２の先端面のエッジが、拡径部１６の表面に形成された凝固層を剥離させる可能性が極めて低い。仮に、プランジャ３０の前進初期において、拡径部１６の表面に形成された凝固層の一部が剥離した場合であっても、剥離した凝固片は、プランジャ３０の前進に伴い、プランジャチップ３２と拡径部１６の間の隙間に沈殿する可能性が高い。凝固片がキャビティに侵入することを顕著に抑制できる。
【解決手段】鋳造装置２は、金型４、６と、スリーブ１０と、プランジャ３０を備える。スリーブ１０内周面の下側部分１４には、プランジャ３０の後退端におけるプランジャ先端面位置Ａからスリーブ１０の前端に向けて、半径が漸次拡径する拡径部１６が形成されている。そのため、プランジャ３０を前進させて溶湯を押出す際に、プランジャチップ３２の先端面のエッジが、拡径部１６の表面に形成された凝固層を剥離させる可能性が極めて低い。仮に、プランジャ３０の前進初期において、拡径部１６の表面に形成された凝固層の一部が剥離した場合であっても、剥離した凝固片は、プランジャ３０の前進に伴い、プランジャチップ３２と拡径部１６の間の隙間に沈殿する可能性が高い。凝固片がキャビティに侵入することを顕著に抑制できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造装置に関する。特に、圧力を加えて金型に溶融金属（溶湯）を射出して製品を鋳造するいわゆるダイカストマシンに関する。本明細書では、ダイカストマシンを「鋳造装置」と称する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造装置は、金型に連結しているスリーブと、スリーブ内に注ぎ込まれた溶湯を金型へ押し出すプランジャを備える。スリーブに流し込まれた溶湯は、金型に射出する前から固まり始める。特に、スリーブと接している部分の溶湯が最初に固まり始める。そのため、プランジャが溶湯を押し出す際に、スリーブ内周面に固着した金属の凝固層が剥離する。剥離した凝固片が金型内部に侵入すると、製品の品質低下の原因となる。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１に、凝固片が金型内部に侵入しないように工夫した鋳造装置が提案されている。その鋳造装置は、スリーブの一部が前方へ向けて拡径している。ここで、前方とは、プランジャが前進する方向を示している。スリーブは、前方において金型と連通している。拡径によってプランジャとスリーブ内周面との間に隙間が形成され、その隙間に凝固片が溜まり、凝固片の金型内への侵入を防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０５５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者らの検討により以下のことが判明した。特許文献１の鋳造装置では、拡径部分はスリーブの途中から始まっている。スリーブ内周面のうち、プランジャ後退端に近い部分では、プランジャとスリーブ内周面がほぼ隙間なく接している。そのため、プランジャの前進に伴って、プランジャ先端面の周端がスリーブ内周面に固着した凝固層を剥離させる場合がある。剥離はプランジャ先端で発生するため、プランジャの前進に伴って溶湯が攪拌されると、凝固片も溶湯の流れの中で流動し、凝固片の一部は拡径部の隙間に留まることなく金型に流入することがあった。即ち、特許文献１の鋳造装置では、凝固片の金型への侵入阻止が十分とは言い難かった。
【０００６】
本明細書が開示する技術は、溶湯凝固片の金型への侵入を従来の装置よりも効果的に抑制する鋳造装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書が開示する鋳造装置は、金型と、スリーブと、プランジャを備える。スリーブとプランジャは、金型に溶湯を射出するために備えられている。スリーブはその前方で金型と連通している。なお、「スリーブの前方」とは、往復移動するプランジャの前進方向を示す。本明細書が開示する鋳造装置のスリーブは、その内径が、プランジャの後退端におけるプランジャ先端面位置からプランジャの前進端におけるプランジャ先端面位置に向けて漸次拡径している。以下、スリーブにおいて拡径している部分を拡径部と称する。なお、拡径部は、プランジャ後退端における先端面位置から始まっている必要はなく、プランジャ後退端における先端面位置よりも後ろ側から始まっていればよい。
【０００８】
上記の鋳造装置では、プランジャの後退端から前進端までの全域に亘ってプランジャ先端面が拡径部の範囲内にある。即ち、プランジャの前進開始時点から、プランジャ先端面の周端とスリーブ内周面の間に隙間が存在するため、先端面周囲のエッジがスリーブ内周面を擦らない。そのため、溶湯を押し出す際、プランジャ先端面の周囲のエッジがスリーブ内周面の凝固層を剥離させる可能性が極めて低い。それでも剥離が全く生じないわけではない。剥離してしまった凝固片は、プランジャ前進初期の時点でプランジャとスリーブ内周面との間の隙間に入り込む可能性が高い。前進するプランジャ前面では溶湯の乱れは大きいが、プランジャ側面とスリーブ内周面の間の隙間ではプランジャ前面に比べて溶湯の乱れが小さくなる。従って一旦プランジャ側面とスリーブ内周面の間に入り込んだ凝固片がプランジャ前面に移動する可能性は小さい。そのような構造により、上記の鋳造装置は、従来の装置に比べて、凝固片の金型への侵入を顕著に抑制できる。
【０００９】
プランジャは、プランジャチップとプランジャロッドで構成されている。プランジャチップは、溶湯を押し出す部分であり、その先端面がスリーブ内空間に面している。プランジャロッドは、プランジャチップの後端でプランジャチップを支持している。プランジャロッドの後端は、例えば油圧装置など、プランジャを前進／後進させるアクチュエータに連結されている。プランジャが前進する際、プランジャチップとスリーブ内周面との間の隙間を通じて溶湯がプランジャチップの後ろ側に回り込むのはよろしくない。そこで、プランジャチップの長さが、プランジャ前進端における先端面位置と拡径の開始位置との間の距離よりも長いことが好ましい。そのように構成していれば、拡径部の開始位置よりも後方（プランジャの後退方向）では、プランジャチップの周囲とスリーブ内周面の間には隙間がほとんどなく、溶湯がプランジャチップの後方に回り込むことはない。プランジャチップが上記の長さを有していれば、プランジャが前進端まで進出した場合でも、プランジャチップの後端は依然拡径部の開始端よりも後方に位置し、スリーブ内周面と密着する。従って溶湯がプランジャチップの後方へ回り込むことがない。
【００１０】
鋳造装置は、スリーブが水平に配置されている横型の鋳造装置であってもよい。より正確に表現すると、横型の鋳造装置におけるスリーブは、スリーブの長手方向が水平に沿うように配置される。ここで、「水平」とは、厳密でなくてよく、プランジャが後退端に位置していて溶湯が注がれたときに、ストロークの先端から後端に亘って空間が確保される程度に横になっていればよい。他方、上記した拡径部は、溶融金属の凝固層の剥離を抑制するものである。そのため、拡径部は、スリーブ全周のうち、溶湯と接触しない部分に設けられている必要はない。即ち、本明細書が開示する鋳造装置の一態様では、プランジャが後退端に位置していて溶融金属が注がれた状態において、スリーブ内周面のうち、溶融金属が接する部分はスリーブ長手方向に沿って半径が漸次拡径していればよく、溶融金属が接しない部分の少なくとも一部は、スリーブ長手方向に沿って半径が一定であってよい。そのような構造は、スリーブ内空間の容量を無駄に増加させることがなく、プランジャを前進させたときにスリーブ内に残留する溶湯の量を無駄に増大させることがない。
【００１１】
多くの場合、水平に配置されたスリーブに注がれる溶湯の量は、スリーブの鉛直方向下半分以下である。そのような場合、スリーブは、スリーブ内周面のうち下半分ではスリーブ長手方向に沿って半径が漸次拡径しており、上半分ではスリーブ長手方向に沿って半径が一定である構造を有していればよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施例の鋳造装置のスリーブ部分の模式的断面図を示す。
【図２】図１におけるスリーブ１０のII−II断面を示す図。
【図３】鋳造装置の動作を示す図（溶湯押出時）
【図４】鋳造装置の動作を示す図（型抜き時）
【図５】鋳造装置の動作を示す図（プランジャ後退時）
【図６】第２実施例の鋳造装置のスリーブ部分の模式的断面図を示す。
【図７】第３実施例の鋳造装置のスリーブ部分の模式的断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に説明する実施例の技術的特徴を列挙する。
（形態１）一実施形態では、プランジャは、プランジャチップと、それを支えるロッドで構成されている。プランジャチップは、スリーブ内を往復移動可能な円柱状に形成されている。
（形態２）他の実施形態では、横型の鋳造装置の場合において、スリーブの内周面のうち、供給された溶湯が接触する下側部分（下半分）にのみ拡径部が形成される。溶湯が接触する時間が短く、凝固層が形成される可能性が少ない上側部分（上半分）には拡径部が形成されていない。別言すると、スリーブの内周面のうち、上半分は、スリーブ長手方向に沿って半径は一定である。この構成によると、プランジャチップが前進することにより、スリーブの上半分では、プランジャチップ側面とスリーブ内周面は常に接している。そのため、スリーブの上半分には溶湯の逃げ場がなく、溶湯を無駄にせずに済む。
（形態３）他の実施形態では、横型の鋳造装置の場合において、スリーブの内周面の上側部分のうち、長手方向の途中から前端に向けて半径が漸次拡径する拡径部が形成されている。拡径部が形成されている上側部分のうち、長手方向の途中から前端の間の範囲は、プランジャの前進の際に溶湯が押され、溶湯液面の高さが上がった際に溶湯が接触し得る範囲である。
（形態４）さらに他の実施形態では、縦型の鋳造装置の場合において、スリーブの内周面の全周に、プランジャの後退端におけるプランジャ先端面位置からプランジャの前進端におけるプランジャ先端面位置に向けて拡径する拡径部が設けられる。
【実施例１】
【００１４】
図面を参照して第１実施例の鋳造装置２を説明する。図１に、第１実施例の鋳造装置２のスリーブ部分の模式的断面図を示す。なお、鋳造装置２のスリーブ以外の部分は、通常の鋳造装置と同じである。鋳造装置２は、圧力を加えて金型に溶融金属（溶湯）を射出して製品を鋳造する装置（ダイカストマシン）である。鋳造装置２は、主な部品として、固定金型４と、固定金型４に圧着及び離間する可動金型６と、固定金型４に固定されるスリーブ１０と、スリーブ１０内を往復移動するプランジャ３０とを備える。本実施例の鋳造装置２は、スリーブ１０の長手方向が水平を向いており、スリーブ１０内をプランジャ３０が横方向に往復移動する横型の鋳造装置である。
【００１５】
固定金型４と可動金型６は、ともに合金鋼製の金型である。固定金型４は、図示しない固定盤に固定されている。可動金型６は、図示しない可動盤に固定されている。可動盤の動作に伴って、可動金型６が固定金型４に圧着及び離間する。図１に示すように、可動金型６が固定金型４に圧着されたときに、２つの金型４、６の間に、製品を鋳造するためのキャビティ（図示省略）と、そのキャビティとスリーブ１０内の空間を連通する湯道８が形成される。スリーブ１０から射出される溶湯は、湯道８を通過してキャビティ内に供給される。
【００１６】
スリーブ１０は、合金鋼製の円筒状部材である。スリーブ１０は、固定金型４に水平に固定されている。言い換えると、スリーブ１０は、その長手方向が略水平に沿うように固定金型４に固定されている。ここに言う「水平」は、厳密な水平を意味するものではなく、プランジャ３０が後退端に位置する場合（図１参照）において、スリーブ１０内に溶湯が供給された際に、スリーブ１０の前端から後端に亘って空間が確保される程度に横になっていればよい。ここで、「スリーブ１０の前方」とは、往復移動するプランジャ３０の前進方向を示す。スリーブ１０の後端付近の上部には、外部からスリーブ１０内に溶湯を供給するための溶湯供給穴１８が開口されている。スリーブ１０は、前方で上記の湯道８と連通している。スリーブ１０の前端の上部には、湯道８とスリーブ１０内とを連通する湯道穴１９が開口している。
【００１７】
スリーブ１０の内周面の下側部分（下半分）１４には、プランジャ３０の後退端におけるプランジャ先端面位置Ａ（図１参照）からスリーブ１０の前端に向けて、半径が漸次拡径する拡径部１６が形成されている。図２に、図１におけるスリーブ１０のII−II断面を示す。図１及び図２に示すように、スリーブ１０の内周面の上側部分（上半分）１２には拡径部は形成されていない。別言すれば、上側半分では、スリーブ１０の内周面半径は、長手方向に沿って一定である。従って、図２に示すように、本実施例のスリーブ１０は、上半分に比べて下半分が大径に形成されている。上側部分１２に拡径部が形成されていないのは、以下の理由による。本実施例のような横型の鋳造装置２では、溶湯は、スリーブ１０の下側半分程度しか供給されない。従ってプランジャ３０が後退端に位置するとき、スリーブ１０の上側部分１２は溶湯に触れない。上側部分１２は、プランジャ３０の前進の際に溶湯が押され、溶湯の液面の高さが上がった際にだけ溶湯が接触するに過ぎない。上側部分１２に溶湯が接触する時間が非常に短く、凝固層が形成されることが殆どないため、上側部分１２に拡径部を設けなくてもよい。
【００１８】
プランジャ３０は、プランジャチップ３２とそれを支持するプランジャロッド３４で構成されている。プランジャチップ３２は、溶湯を押し出す部分であり、その先端面がスリーブ１０内の空間に面している。プランジャチップ３２は合金鋼製の円柱状の部材である。本実施例では、プランジャチップ３２として、円柱状に一体成形された部材を用いる。プランジャチップ３２は、プランジャチップ３２の外周面と、スリーブ１０の後端部の内周面とがほぼ隙間なく接する径を有している。即ち、プランジャチップ３２の外径は、スリーブ１０の内径とほぼ同じ径（厳密には僅かに小さい径）を有している。また、図３に示すように、プランジャチップ３２の長さＬ１は、プランジャ３０の前進端におけるプランジャチップ３２の先端面位置と拡径部１６の拡径開始位置との間の距離Ｌ２よりも長く形成されている。プランジャロッド３４の先端は、プランジャチップ３２の後端に接続され、プランジャチップ３２を支持する。図示は省略しているが、プランジャロッド３４の後端は、プランジャ３０を移動させる油圧装置（アクチュエータ）等に接続される。プランジャロッド３４が前後動することにより、プランジャチップ３２がスリーブ１０内で前後に往復移動する。
【００１９】
上記の各部材のほかに、鋳造装置２は、可動金型６、プランジャ３０の動作を制御するためのコントローラ（図示省略）を備えている。さらに、鋳造装置２は、スリーブ１０内に製品の鋳造に必要な量の溶湯を供給するための溶湯供給装置（図示省略）を備えている。
【００２０】
本実施例の鋳造装置２によって、金型に溶湯を射出して製品を鋳造する場合における鋳造装置２の動作を図１、図３〜図５を参照して説明する。図１、図３〜図５は、スリーブ１０内に溶湯を供給してから、プランジャ３０によって溶湯をキャビティに押出し、製品の成形後にプランジャ３０を後退端に戻すまでの動作を示す。上記の鋳造装置２の動作は、スリーブ１０内に溶湯Ｈを供給する段階（図１参照）、プランジャ３０を前進させて溶湯Ｈをキャビティに押出す段階（図３参照）、溶湯Ｈが凝固して製品が成形された後に型抜き（型開き）を行う段階（図４参照）、型抜き後にプランジャ３０を後退させる段階（図５参照）の４段階に分けて説明される。
【００２１】
（１．溶湯供給段階）
図１に示すように、まず、コントローラは、可動盤を動作させることによって、可動金型６を固定金型４に圧着させ、２つの金型４、６の間にキャビティ及び湯道８を形成する。また、コントローラは、プランジャ３０を後退端に位置させる。このとき、プランジャチップ３２の先端面位置Ａは、溶湯供給穴１８より後方に位置する。このとき、プランジャチップ３２の先端面位置Ａが、ちょうど拡径部１６の始端に相当する。この状態で、溶湯供給装置によって、溶湯供給穴１８から、スリーブ１０内に溶湯Ｈを供給する。このとき、溶湯供給装置がスリーブ１０内に供給する溶湯Ｈの量は、製品を鋳造するために適した量である。通常、横型の鋳造装置２の場合、スリーブ１０内に供給される溶湯Ｈの量は、スリーブ１０内の下半分が満たされる量よりやや少ない量である。即ち、スリーブ１０内に溶湯を供給した時点では、溶湯Ｈは、スリーブ１０の内周面の下側部分１４にのみ接触する。本実施例では、下側部分１４のうち、プランジャ３０の後退端におけるプランジャ先端面位置Ａ（図１参照）からスリーブ１０の前端に向けて拡径部１６が形成されている。そのため、スリーブ１０内に溶湯Ｈが供給されると、拡径部１６の表面と接触する部分の溶湯が凝固し始め、拡径部１６の表面には凝固層が形成される。なお、拡径部１６の表面以外の部分の溶湯Ｈは、この段階では凝固していない。
【００２２】
（２．溶湯押し出し、凝固段階）
次いで、図３に示すように、コントローラは、プランジャ３０を前進端（図３に示す位置）まで前進させる。プランジャ３０が前進すると、プランジャチップ３２の先端面によってスリーブ１０内の溶湯Ｈが押される。スリーブ１０内の溶湯は、湯道穴１９及び湯道８を介して、キャビティ内へと射出される。射出された溶湯Ｈは、キャビティ内に充填される。本実施例では、スリーブ１０の内周面の下側部分１４のうち、プランジャ３０の後退端におけるプランジャ先端面位置Ａ（図１参照）からスリーブ１０の前端に向けて拡径部１６が形成されている。即ち、プランジャ３０の前進開始時点から、プランジャチップ３２の先端面のエッジと下側部分１４（拡径部１６）との間に隙間が存在する。そのため、プランジャチップ３２の先端面のエッジがスリーブ１０の拡径部１６の表面を擦らない。そのため、溶湯Ｈを押出す際に、プランジャチップ３２の先端面のエッジが、拡径部１６の表面に形成された凝固層を剥離させる可能性が極めて低い。仮に、プランジャ３０の前進初期において、拡径部１６の表面に形成された凝固層の一部が剥離した場合であっても、剥離した凝固片は、プランジャ３０の前進に伴い、プランジャチップ３２と拡径部１６の間の隙間に沈殿する可能性が高い。なぜならば、プランジャ３０が後退端から移動し始める時点から、プランジャチップ３２の側面とスリーブ１０の内周面の下側部分１４との間に隙間が形成されているからである。そのような構造によって、凝固片がキャビティに侵入することを顕著に抑制できる。
【００２３】
本実施例では、図３に示すように、プランジャチップ３２の長さＬ１は、プランジャ３０の前進端におけるプランジャチップ３２の先端面位置と拡径部１６の拡径開始位置との間の距離Ｌ２よりも長く形成されている。そのため、拡径部１６の開始位置よりも後方（プランジャ３０の後退方向）では、プランジャチップ３２の外周面とスリーブ１０の内周面の間には隙間がほとんどなく、溶湯Ｈがプランジャチップ３２の後方に回り込むことはない。なお、プランジャチップ３２の外周面とスリーブ１０の内周面の間に隙間が殆どなく、溶湯Ｈが通過できない状態のことを、シールされている状態と言い換えてもよい。プランジャ３０が前進端まで進出した場合でも、プランジャチップ３２の後端部は依然拡径部１６の開始端よりも後方に位置し、スリーブ１０の内周面と密着する。従って溶湯Ｈがプランジャチップ３２の後方へ回り込むことがない。
【００２４】
プランジャ３０を前進端（図３に示す位置）まで前進させると、コントローラは、その状態で、キャビティ内、湯道８内、スリーブ１０内のそれぞれの溶湯Ｈが凝固するまでの間、所定時間待機する。キャビティ内の溶湯Ｈが凝固することにより、製品が成形される。また、湯道８及びスリーブ１０内に残った溶湯Ｈが凝固することにより、方案部５０が成形される。「方案部」は、「溶湯が凝固した部分のうちの製品以外の部分」を意味する専門用語である。なお、方案部５０のうち、特にスリーブ１０内で凝固した部分５０ａを、「ビスケット」と呼ぶ場合がある。拡径部１６に溜められた溶湯も、ビスケット５０ａの一部として凝固する。
【００２５】
（３．型抜き段階）
所定時間が経過し、キャビティ内、湯道８内、スリーブ１０内のそれぞれの溶湯が凝固すると、コントローラは、可動盤を動作させ、図４に示すように、可動金型６を固定金型４から離間させる。このとき、コントローラは、可動金型６の動作に合わせてプランジャ３０をさらに前進させ、成形された製品及び方案部５０を固定金型４から離脱させる。スリーブ１０内のビスケットも、スリーブ１０内から離脱する。このとき、拡径部１６に溜まって凝固した部分（以下「拡径凝固部５１」と呼ぶ）も、ビスケット５０ａの一部としてスリーブ１０から離脱する。拡径凝固部５１は、ビスケット５０ａがスリーブ１０内から離脱する際に、拡径部１６の斜面に沿ってスムースに離脱する。そのため、離脱の際に拡径凝固部５１に大きな抵抗がかかることはない。ビスケット５０ａがスリーブ１０内から離脱する際に、拡径凝固部５１がスリーブ１０内に折れ残る可能性は極めて小さい。
【００２６】
（４．プランジャ３０後退段階）
成形された製品及び方案部５０を固定金型４から離脱させたのち、図５に示すように、プランジャ３０を後退端まで後退させる。可動金型６に残された製品及び方案部５０は、所定の搬出装置によって可動金型６から取り出される。可動金型６から製品及び方案部５０が取り除かれると、コントローラは、可動盤を動作させて、可動金型６を再び固定金型４に圧着させ（図１参照）、再びスリーブ１０内に溶湯を供給可能な状態にする。
【００２７】
以上、本実施例の鋳造装置２について説明した。上述の通り、本実施例の鋳造装置２は、スリーブ１０の内周面の下側部分１４のうち、プランジャ３０の後退端におけるプランジャ先端面位置Ａ（図１参照）からスリーブ１０の前端に向けて拡径部１６が形成されている。そのため、溶湯を押出す際に、プランジャチップ３２の先端面のエッジが、拡径部１６の表面に形成された凝固層を剥離させる可能性が極めて低い。仮に、プランジャ３０の前進初期において、拡径部１６の表面に形成された凝固層の一部が剥離した場合であっても、剥離した凝固片は、プランジャ３０の前進に伴い、プランジャチップ３２と拡径部１６の間の隙間に沈殿する可能性が極めて高い。上記した構造により、凝固片がキャビティに侵入することを顕著に抑制できる。
【００２８】
本実施例の鋳造装置２は、横型の鋳造装置である。そのため、通常は、スリーブ１０内に供給される溶湯の量は、スリーブ１０内の下半分１４が満たされる量よりやや少ない。そのため、スリーブ１０の内周面の上側部分１２には、プランジャ３０の前進の際に溶湯が押され、溶湯の液面の高さが上がった際に溶湯が接触するに過ぎない。溶湯が接触する時間が短いため、上側部分１２に凝固層が形成されることは殆どない。本実施例の鋳造装置２は、上側部分１２には拡径部が形成されていない。この構成によると、プランジャ３０が前進する際、スリーブ１０内の上半分にキャビティに供給されない溶湯が溜まる場所が形成されないため、スリーブ１０内の上半分に供給される溶湯を無駄にせずに済む。
【００２９】
本実施例では、図３に示すように、プランジャチップ３２の長さＬ１が、プランジャ３０の前進端におけるプランジャチップ３２の先端面位置と拡径部１６の拡径開始位置との間の距離Ｌ２よりも長く形成されている。そのため、拡径部１６の開始位置よりも後方では、プランジャチップ３２の外周面とスリーブ１０の内周面との間には隙間がほとんどなく、溶湯がプランジャチップ３２の後方に回り込むことはない。
【実施例２】
【００３０】
図６を参照して、第１実施例と異なる点を中心に、第２実施例の鋳造装置１０２について説明する。第２実施例の鋳造装置１０２では、スリーブ１０の内周面の上側部分１２にも、長手方向の略半分の位置から前端に向けて半径が漸次拡径する拡径部１７が形成されている点で、下側部分１４にのみ拡径部１６が形成されている第１実施例と相違する。
【００３１】
第２実施例では、拡径部１７が形成されているのは長手方向の略半分の位置から前端の間である。この範囲は、スリーブ１０の内周面の上側部分１２のうち、プランジャ３０の前進によって溶湯が押され、溶湯の液面の高さが上がった際に溶湯が接触し得る範囲である。拡径部１７を形成したことで、第２実施例では、プランジャ３０の前進時に、プランジャチップ３２の先端面のエッジがスリーブ１０の拡径部１７の内周面を擦ることがない。従って、プランジャ３０を前進させて、スリーブ１０内の溶湯を押出す際に、仮に拡径部１７の表面に凝固層が形成されていたとしても、プランジャチップ３２の先端面のエッジが、拡径部１７の表面に形成される凝固層を剥離させる可能性が極めて低い。さらに仮に、拡径部１７の表面に形成された凝固層の一部が剥離した場合であっても、剥離した凝固片は、プランジャ３０の前進に伴い、プランジャチップ３２と拡径部１７の間の隙間に滞留する可能性が高い。第２実施例の構成によると、横型の鋳造装置において、凝固片がキャビティに侵入することをより顕著に抑制できる。即ち、第２実施例の構成は、スリーブ１０内に供給される溶湯の量が比較的多い場合や、プランジャ３０による溶湯押出しの際に、溶湯が上側部分１２と接触する時間が長い場合等に特に効果的である。
【実施例３】
【００３２】
図７を参照して、第３実施例の鋳造装置２０２について説明する。第３実施例の鋳造装置２０２は、スリーブ１０内をプランジャ３０が縦方向に往復移動する縦型の鋳造装置である。第３実施例では、プランジャ３０の前進方向が、図７における上方向に対応する。第３実施例では、金型２０４、２０６の下方にスリーブ２１０及びプランジャ２３０が備えられている。第３実施例では、スリーブ２１０は、その長手方向が鉛直方向を向くように配置されている。なお、ここに言う「鉛直」は、厳密な鉛直を意味するものではなく、プランジャ３０が後退端に位置する場合（図７参照）に、スリーブ２１０内に溶湯が供給されたときに、プランジャチップ２３２の前面全部が溶湯に覆われると同時に、スリーブ２１０の鉛直上方に空間が確保される程度に縦向きであればよい。第３実施例では、スリーブ２１０は、図７に示すように、内周面全面に、プランジャ２３０の後退端におけるプランジャチップ２３２の先端面位置Ｂからスリーブ２１０の上端に向けて、径が漸次拡径する拡径部２１６が形成されている。スリーブ２１０の上端は、金型２０４、２０６と当接している。また、スリーブ２１０内の空間と湯道２０８は連通する。第３実施例のプランジャ２３０は、スリーブ２１０内を縦方向（図中上下方向）に往復移動する。プランジャ２３０を構成するプランジャチップ２３２及びプランジャロッド２３４も、上記の各実施例のプランジャチップ３２及びプランジャロッド３４と同様である。また、図示は省略するが、第３実施例のプランジャチップ２３２の長さも、プランジャ２３０の前進端におけるプランジャチップ２３２の先端面位置と拡径部２１６の拡径開始位置との間の距離よりも長くなるように形成されている。
【００３３】
以下、縦型の鋳造装置である第３実施例の鋳造装置２０２の動作について、横型の鋳造装置である第１実施例の鋳造装置２と異なる点を中心に説明する。第３実施例の鋳造装置２０２では、スリーブ２１０内に溶湯を供給する場合、コントローラ（図示省略）は、プランジャ２３０を後退端に位置させた状態で、図中の２点鎖線部に示すように、スリーブ２１０及びプランジャ２３０を傾斜させて、スリーブ２１０の上端を開放する。開放されたスリーブ２１０の上端から、溶湯供給装置（図示省略）によってスリーブ２１０内に溶湯Ｈを供給することができる。コントローラは、スリーブ２１０内に溶湯Ｈを供給した後に、再びスリーブ２１０及びプランジャ２３０を鉛直位置に戻し、スリーブ２１０の上端を金型２０４、２０６の下面に当接させる。なお、第３実施例では、スリーブ２１０内に溶湯Ｈが供給されると、拡径部２１６の表面と接触する部分の溶湯が凝固し始め、拡径部２１６の表面には凝固層が形成される。なお、拡径部２１６の表面以外の部分の溶湯は、この段階では凝固していない。
【００３４】
次いで、図示は省略するが、プランジャ２３０を前進端まで前進（上昇）させ、プランジャチップ２３２の先端面によってスリーブ２１０内の溶湯を押し上げることにより、スリーブ２１０内の溶湯を、湯道２０８を介して、キャビティ（図示省略）内へと射出する。射出された溶湯は、キャビティ内に充填される。第３実施例では、スリーブ２１０の内周面全周に、プランジャ２３０の後退端におけるプランジャ先端面位置Ｂからスリーブ２１０の前端に向けて拡径部２１６が形成されている。そのため、プランジャチップの前進時に、プランジャチップ２３２の先端面のエッジが拡径部２１６の表面を擦ることがない。そのため、溶湯を押出す際に、プランジャチップ２３２の先端面のエッジが、拡径部２１６の表面に形成された凝固層を剥離させる可能性が極めて低い。仮に、プランジャ２３０の前進初期において、拡径部２１６の表面に形成された凝固層の一部が剥離した場合であっても、剥離した凝固片は、プランジャ２３０の前進に伴い、プランジャチップ２３２と拡径部２１６の間の隙間に沈殿する可能性が高い。第３実施例の構成によっても、凝固片がキャビティに侵入することを顕著に抑制できる。
【００３５】
また、第３実施例でも、上記の各実施例と同様に、プランジャチップ２３２は、プランジャ２３０の前進端におけるプランジャチップ２３２の先端面位置と拡径部２１６の拡径開始位置との間の距離よりも長くなるように形成されている。そのため、プランジャ２３０が前進端まで進出した（押し上げられた）場合でも、溶湯がプランジャチップ２３２の後方へ回りこむことがない。
【００３６】
なお、第３実施例の鋳造装置２０２の動作においても、プランジャ２３０を前進端まで押し上げた後の、凝固、型抜き等の各操作は、第１実施例の場合と同様である。なお、型抜きの際には、拡径部２１６に溜まって凝固した部分（拡径凝固部）は、第１実施例の場合と同様に、ビスケットとともに、拡径部２１６の斜面に沿って離脱する。そのため、第３実施例の場合においても、スリーブ２１０からの離脱の際に拡径凝固部に大きな抵抗がかかることがなく、拡径凝固部がスリーブ２１０内に折れ残る可能性は極めて低い。
【００３７】
上述の通り、縦型の鋳造装置である第３実施例の鋳造装置２０２によっても、凝固片がキャビティに侵入することを顕著に抑制できる。また、プランジャ２３０が前進端まで進出した場合でも、溶湯がプランジャチップ２３２の後方へ回りこむことがない。横型の鋳造装置である第１実施例の鋳造装置２と同様の作用効果を発揮することができる。
【００３８】
上記の各実施例の変形例を以下に列挙する。
（１）上記の各実施例では、プランジャチップ３２、２３２として、一体に成形された円柱状部材を用いている。しかしながら、プランジャチップとして、先端部分が交換可能な構造のものを用いてもよい。
（２）プランジャチップの内部に冷却路を設け、プランジャチップの先端面に接触する溶湯の凝固を促進するようにしてもよい。その場合、プランジャロッドの内部に、冷却路に冷却媒体を供給する供給路と、冷却路から冷却媒体を排出する排出路を備えるようにしてもよい。
【００３９】
なお、半径が漸次拡径している拡径部１６は、プランジャの後退端におけるプランジャ先端面位置からプランジャの前進端におけるプランジャ先端面位置に向けて形成される。拡径部は、スリーブの先端まで続いていてもよいし、プランジャの前進端におけるプランジャ先端面位置で終わっていてもよい。
【００４０】
また、「半径が漸次拡径している」ということは、別言すれば、「半径が徐々に大きくなっている」ということと等価であることに留意されたい。
【００４１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４２】
２：鋳造装置、４：固定金型、６：可動金型、８：湯道、１０スリーブ、１２：上側部分、１４：下側部分、１６：拡径部、１８：溶湯供給穴、１９：湯道穴、３０：プランジャ、３２：プランジャチップ、３４：プランジャロッド、５０：方案部、５０ａ：ビスケット、５１：拡径凝固部、Ｈ：溶湯
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造装置に関する。特に、圧力を加えて金型に溶融金属（溶湯）を射出して製品を鋳造するいわゆるダイカストマシンに関する。本明細書では、ダイカストマシンを「鋳造装置」と称する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造装置は、金型に連結しているスリーブと、スリーブ内に注ぎ込まれた溶湯を金型へ押し出すプランジャを備える。スリーブに流し込まれた溶湯は、金型に射出する前から固まり始める。特に、スリーブと接している部分の溶湯が最初に固まり始める。そのため、プランジャが溶湯を押し出す際に、スリーブ内周面に固着した金属の凝固層が剥離する。剥離した凝固片が金型内部に侵入すると、製品の品質低下の原因となる。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１に、凝固片が金型内部に侵入しないように工夫した鋳造装置が提案されている。その鋳造装置は、スリーブの一部が前方へ向けて拡径している。ここで、前方とは、プランジャが前進する方向を示している。スリーブは、前方において金型と連通している。拡径によってプランジャとスリーブ内周面との間に隙間が形成され、その隙間に凝固片が溜まり、凝固片の金型内への侵入を防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０５５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者らの検討により以下のことが判明した。特許文献１の鋳造装置では、拡径部分はスリーブの途中から始まっている。スリーブ内周面のうち、プランジャ後退端に近い部分では、プランジャとスリーブ内周面がほぼ隙間なく接している。そのため、プランジャの前進に伴って、プランジャ先端面の周端がスリーブ内周面に固着した凝固層を剥離させる場合がある。剥離はプランジャ先端で発生するため、プランジャの前進に伴って溶湯が攪拌されると、凝固片も溶湯の流れの中で流動し、凝固片の一部は拡径部の隙間に留まることなく金型に流入することがあった。即ち、特許文献１の鋳造装置では、凝固片の金型への侵入阻止が十分とは言い難かった。
【０００６】
本明細書が開示する技術は、溶湯凝固片の金型への侵入を従来の装置よりも効果的に抑制する鋳造装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書が開示する鋳造装置は、金型と、スリーブと、プランジャを備える。スリーブとプランジャは、金型に溶湯を射出するために備えられている。スリーブはその前方で金型と連通している。なお、「スリーブの前方」とは、往復移動するプランジャの前進方向を示す。本明細書が開示する鋳造装置のスリーブは、その内径が、プランジャの後退端におけるプランジャ先端面位置からプランジャの前進端におけるプランジャ先端面位置に向けて漸次拡径している。以下、スリーブにおいて拡径している部分を拡径部と称する。なお、拡径部は、プランジャ後退端における先端面位置から始まっている必要はなく、プランジャ後退端における先端面位置よりも後ろ側から始まっていればよい。
【０００８】
上記の鋳造装置では、プランジャの後退端から前進端までの全域に亘ってプランジャ先端面が拡径部の範囲内にある。即ち、プランジャの前進開始時点から、プランジャ先端面の周端とスリーブ内周面の間に隙間が存在するため、先端面周囲のエッジがスリーブ内周面を擦らない。そのため、溶湯を押し出す際、プランジャ先端面の周囲のエッジがスリーブ内周面の凝固層を剥離させる可能性が極めて低い。それでも剥離が全く生じないわけではない。剥離してしまった凝固片は、プランジャ前進初期の時点でプランジャとスリーブ内周面との間の隙間に入り込む可能性が高い。前進するプランジャ前面では溶湯の乱れは大きいが、プランジャ側面とスリーブ内周面の間の隙間ではプランジャ前面に比べて溶湯の乱れが小さくなる。従って一旦プランジャ側面とスリーブ内周面の間に入り込んだ凝固片がプランジャ前面に移動する可能性は小さい。そのような構造により、上記の鋳造装置は、従来の装置に比べて、凝固片の金型への侵入を顕著に抑制できる。
【０００９】
プランジャは、プランジャチップとプランジャロッドで構成されている。プランジャチップは、溶湯を押し出す部分であり、その先端面がスリーブ内空間に面している。プランジャロッドは、プランジャチップの後端でプランジャチップを支持している。プランジャロッドの後端は、例えば油圧装置など、プランジャを前進／後進させるアクチュエータに連結されている。プランジャが前進する際、プランジャチップとスリーブ内周面との間の隙間を通じて溶湯がプランジャチップの後ろ側に回り込むのはよろしくない。そこで、プランジャチップの長さが、プランジャ前進端における先端面位置と拡径の開始位置との間の距離よりも長いことが好ましい。そのように構成していれば、拡径部の開始位置よりも後方（プランジャの後退方向）では、プランジャチップの周囲とスリーブ内周面の間には隙間がほとんどなく、溶湯がプランジャチップの後方に回り込むことはない。プランジャチップが上記の長さを有していれば、プランジャが前進端まで進出した場合でも、プランジャチップの後端は依然拡径部の開始端よりも後方に位置し、スリーブ内周面と密着する。従って溶湯がプランジャチップの後方へ回り込むことがない。
【００１０】
鋳造装置は、スリーブが水平に配置されている横型の鋳造装置であってもよい。より正確に表現すると、横型の鋳造装置におけるスリーブは、スリーブの長手方向が水平に沿うように配置される。ここで、「水平」とは、厳密でなくてよく、プランジャが後退端に位置していて溶湯が注がれたときに、ストロークの先端から後端に亘って空間が確保される程度に横になっていればよい。他方、上記した拡径部は、溶融金属の凝固層の剥離を抑制するものである。そのため、拡径部は、スリーブ全周のうち、溶湯と接触しない部分に設けられている必要はない。即ち、本明細書が開示する鋳造装置の一態様では、プランジャが後退端に位置していて溶融金属が注がれた状態において、スリーブ内周面のうち、溶融金属が接する部分はスリーブ長手方向に沿って半径が漸次拡径していればよく、溶融金属が接しない部分の少なくとも一部は、スリーブ長手方向に沿って半径が一定であってよい。そのような構造は、スリーブ内空間の容量を無駄に増加させることがなく、プランジャを前進させたときにスリーブ内に残留する溶湯の量を無駄に増大させることがない。
【００１１】
多くの場合、水平に配置されたスリーブに注がれる溶湯の量は、スリーブの鉛直方向下半分以下である。そのような場合、スリーブは、スリーブ内周面のうち下半分ではスリーブ長手方向に沿って半径が漸次拡径しており、上半分ではスリーブ長手方向に沿って半径が一定である構造を有していればよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施例の鋳造装置のスリーブ部分の模式的断面図を示す。
【図２】図１におけるスリーブ１０のII−II断面を示す図。
【図３】鋳造装置の動作を示す図（溶湯押出時）
【図４】鋳造装置の動作を示す図（型抜き時）
【図５】鋳造装置の動作を示す図（プランジャ後退時）
【図６】第２実施例の鋳造装置のスリーブ部分の模式的断面図を示す。
【図７】第３実施例の鋳造装置のスリーブ部分の模式的断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に説明する実施例の技術的特徴を列挙する。
（形態１）一実施形態では、プランジャは、プランジャチップと、それを支えるロッドで構成されている。プランジャチップは、スリーブ内を往復移動可能な円柱状に形成されている。
（形態２）他の実施形態では、横型の鋳造装置の場合において、スリーブの内周面のうち、供給された溶湯が接触する下側部分（下半分）にのみ拡径部が形成される。溶湯が接触する時間が短く、凝固層が形成される可能性が少ない上側部分（上半分）には拡径部が形成されていない。別言すると、スリーブの内周面のうち、上半分は、スリーブ長手方向に沿って半径は一定である。この構成によると、プランジャチップが前進することにより、スリーブの上半分では、プランジャチップ側面とスリーブ内周面は常に接している。そのため、スリーブの上半分には溶湯の逃げ場がなく、溶湯を無駄にせずに済む。
（形態３）他の実施形態では、横型の鋳造装置の場合において、スリーブの内周面の上側部分のうち、長手方向の途中から前端に向けて半径が漸次拡径する拡径部が形成されている。拡径部が形成されている上側部分のうち、長手方向の途中から前端の間の範囲は、プランジャの前進の際に溶湯が押され、溶湯液面の高さが上がった際に溶湯が接触し得る範囲である。
（形態４）さらに他の実施形態では、縦型の鋳造装置の場合において、スリーブの内周面の全周に、プランジャの後退端におけるプランジャ先端面位置からプランジャの前進端におけるプランジャ先端面位置に向けて拡径する拡径部が設けられる。
【実施例１】
【００１４】
図面を参照して第１実施例の鋳造装置２を説明する。図１に、第１実施例の鋳造装置２のスリーブ部分の模式的断面図を示す。なお、鋳造装置２のスリーブ以外の部分は、通常の鋳造装置と同じである。鋳造装置２は、圧力を加えて金型に溶融金属（溶湯）を射出して製品を鋳造する装置（ダイカストマシン）である。鋳造装置２は、主な部品として、固定金型４と、固定金型４に圧着及び離間する可動金型６と、固定金型４に固定されるスリーブ１０と、スリーブ１０内を往復移動するプランジャ３０とを備える。本実施例の鋳造装置２は、スリーブ１０の長手方向が水平を向いており、スリーブ１０内をプランジャ３０が横方向に往復移動する横型の鋳造装置である。
【００１５】
固定金型４と可動金型６は、ともに合金鋼製の金型である。固定金型４は、図示しない固定盤に固定されている。可動金型６は、図示しない可動盤に固定されている。可動盤の動作に伴って、可動金型６が固定金型４に圧着及び離間する。図１に示すように、可動金型６が固定金型４に圧着されたときに、２つの金型４、６の間に、製品を鋳造するためのキャビティ（図示省略）と、そのキャビティとスリーブ１０内の空間を連通する湯道８が形成される。スリーブ１０から射出される溶湯は、湯道８を通過してキャビティ内に供給される。
【００１６】
スリーブ１０は、合金鋼製の円筒状部材である。スリーブ１０は、固定金型４に水平に固定されている。言い換えると、スリーブ１０は、その長手方向が略水平に沿うように固定金型４に固定されている。ここに言う「水平」は、厳密な水平を意味するものではなく、プランジャ３０が後退端に位置する場合（図１参照）において、スリーブ１０内に溶湯が供給された際に、スリーブ１０の前端から後端に亘って空間が確保される程度に横になっていればよい。ここで、「スリーブ１０の前方」とは、往復移動するプランジャ３０の前進方向を示す。スリーブ１０の後端付近の上部には、外部からスリーブ１０内に溶湯を供給するための溶湯供給穴１８が開口されている。スリーブ１０は、前方で上記の湯道８と連通している。スリーブ１０の前端の上部には、湯道８とスリーブ１０内とを連通する湯道穴１９が開口している。
【００１７】
スリーブ１０の内周面の下側部分（下半分）１４には、プランジャ３０の後退端におけるプランジャ先端面位置Ａ（図１参照）からスリーブ１０の前端に向けて、半径が漸次拡径する拡径部１６が形成されている。図２に、図１におけるスリーブ１０のII−II断面を示す。図１及び図２に示すように、スリーブ１０の内周面の上側部分（上半分）１２には拡径部は形成されていない。別言すれば、上側半分では、スリーブ１０の内周面半径は、長手方向に沿って一定である。従って、図２に示すように、本実施例のスリーブ１０は、上半分に比べて下半分が大径に形成されている。上側部分１２に拡径部が形成されていないのは、以下の理由による。本実施例のような横型の鋳造装置２では、溶湯は、スリーブ１０の下側半分程度しか供給されない。従ってプランジャ３０が後退端に位置するとき、スリーブ１０の上側部分１２は溶湯に触れない。上側部分１２は、プランジャ３０の前進の際に溶湯が押され、溶湯の液面の高さが上がった際にだけ溶湯が接触するに過ぎない。上側部分１２に溶湯が接触する時間が非常に短く、凝固層が形成されることが殆どないため、上側部分１２に拡径部を設けなくてもよい。
【００１８】
プランジャ３０は、プランジャチップ３２とそれを支持するプランジャロッド３４で構成されている。プランジャチップ３２は、溶湯を押し出す部分であり、その先端面がスリーブ１０内の空間に面している。プランジャチップ３２は合金鋼製の円柱状の部材である。本実施例では、プランジャチップ３２として、円柱状に一体成形された部材を用いる。プランジャチップ３２は、プランジャチップ３２の外周面と、スリーブ１０の後端部の内周面とがほぼ隙間なく接する径を有している。即ち、プランジャチップ３２の外径は、スリーブ１０の内径とほぼ同じ径（厳密には僅かに小さい径）を有している。また、図３に示すように、プランジャチップ３２の長さＬ１は、プランジャ３０の前進端におけるプランジャチップ３２の先端面位置と拡径部１６の拡径開始位置との間の距離Ｌ２よりも長く形成されている。プランジャロッド３４の先端は、プランジャチップ３２の後端に接続され、プランジャチップ３２を支持する。図示は省略しているが、プランジャロッド３４の後端は、プランジャ３０を移動させる油圧装置（アクチュエータ）等に接続される。プランジャロッド３４が前後動することにより、プランジャチップ３２がスリーブ１０内で前後に往復移動する。
【００１９】
上記の各部材のほかに、鋳造装置２は、可動金型６、プランジャ３０の動作を制御するためのコントローラ（図示省略）を備えている。さらに、鋳造装置２は、スリーブ１０内に製品の鋳造に必要な量の溶湯を供給するための溶湯供給装置（図示省略）を備えている。
【００２０】
本実施例の鋳造装置２によって、金型に溶湯を射出して製品を鋳造する場合における鋳造装置２の動作を図１、図３〜図５を参照して説明する。図１、図３〜図５は、スリーブ１０内に溶湯を供給してから、プランジャ３０によって溶湯をキャビティに押出し、製品の成形後にプランジャ３０を後退端に戻すまでの動作を示す。上記の鋳造装置２の動作は、スリーブ１０内に溶湯Ｈを供給する段階（図１参照）、プランジャ３０を前進させて溶湯Ｈをキャビティに押出す段階（図３参照）、溶湯Ｈが凝固して製品が成形された後に型抜き（型開き）を行う段階（図４参照）、型抜き後にプランジャ３０を後退させる段階（図５参照）の４段階に分けて説明される。
【００２１】
（１．溶湯供給段階）
図１に示すように、まず、コントローラは、可動盤を動作させることによって、可動金型６を固定金型４に圧着させ、２つの金型４、６の間にキャビティ及び湯道８を形成する。また、コントローラは、プランジャ３０を後退端に位置させる。このとき、プランジャチップ３２の先端面位置Ａは、溶湯供給穴１８より後方に位置する。このとき、プランジャチップ３２の先端面位置Ａが、ちょうど拡径部１６の始端に相当する。この状態で、溶湯供給装置によって、溶湯供給穴１８から、スリーブ１０内に溶湯Ｈを供給する。このとき、溶湯供給装置がスリーブ１０内に供給する溶湯Ｈの量は、製品を鋳造するために適した量である。通常、横型の鋳造装置２の場合、スリーブ１０内に供給される溶湯Ｈの量は、スリーブ１０内の下半分が満たされる量よりやや少ない量である。即ち、スリーブ１０内に溶湯を供給した時点では、溶湯Ｈは、スリーブ１０の内周面の下側部分１４にのみ接触する。本実施例では、下側部分１４のうち、プランジャ３０の後退端におけるプランジャ先端面位置Ａ（図１参照）からスリーブ１０の前端に向けて拡径部１６が形成されている。そのため、スリーブ１０内に溶湯Ｈが供給されると、拡径部１６の表面と接触する部分の溶湯が凝固し始め、拡径部１６の表面には凝固層が形成される。なお、拡径部１６の表面以外の部分の溶湯Ｈは、この段階では凝固していない。
【００２２】
（２．溶湯押し出し、凝固段階）
次いで、図３に示すように、コントローラは、プランジャ３０を前進端（図３に示す位置）まで前進させる。プランジャ３０が前進すると、プランジャチップ３２の先端面によってスリーブ１０内の溶湯Ｈが押される。スリーブ１０内の溶湯は、湯道穴１９及び湯道８を介して、キャビティ内へと射出される。射出された溶湯Ｈは、キャビティ内に充填される。本実施例では、スリーブ１０の内周面の下側部分１４のうち、プランジャ３０の後退端におけるプランジャ先端面位置Ａ（図１参照）からスリーブ１０の前端に向けて拡径部１６が形成されている。即ち、プランジャ３０の前進開始時点から、プランジャチップ３２の先端面のエッジと下側部分１４（拡径部１６）との間に隙間が存在する。そのため、プランジャチップ３２の先端面のエッジがスリーブ１０の拡径部１６の表面を擦らない。そのため、溶湯Ｈを押出す際に、プランジャチップ３２の先端面のエッジが、拡径部１６の表面に形成された凝固層を剥離させる可能性が極めて低い。仮に、プランジャ３０の前進初期において、拡径部１６の表面に形成された凝固層の一部が剥離した場合であっても、剥離した凝固片は、プランジャ３０の前進に伴い、プランジャチップ３２と拡径部１６の間の隙間に沈殿する可能性が高い。なぜならば、プランジャ３０が後退端から移動し始める時点から、プランジャチップ３２の側面とスリーブ１０の内周面の下側部分１４との間に隙間が形成されているからである。そのような構造によって、凝固片がキャビティに侵入することを顕著に抑制できる。
【００２３】
本実施例では、図３に示すように、プランジャチップ３２の長さＬ１は、プランジャ３０の前進端におけるプランジャチップ３２の先端面位置と拡径部１６の拡径開始位置との間の距離Ｌ２よりも長く形成されている。そのため、拡径部１６の開始位置よりも後方（プランジャ３０の後退方向）では、プランジャチップ３２の外周面とスリーブ１０の内周面の間には隙間がほとんどなく、溶湯Ｈがプランジャチップ３２の後方に回り込むことはない。なお、プランジャチップ３２の外周面とスリーブ１０の内周面の間に隙間が殆どなく、溶湯Ｈが通過できない状態のことを、シールされている状態と言い換えてもよい。プランジャ３０が前進端まで進出した場合でも、プランジャチップ３２の後端部は依然拡径部１６の開始端よりも後方に位置し、スリーブ１０の内周面と密着する。従って溶湯Ｈがプランジャチップ３２の後方へ回り込むことがない。
【００２４】
プランジャ３０を前進端（図３に示す位置）まで前進させると、コントローラは、その状態で、キャビティ内、湯道８内、スリーブ１０内のそれぞれの溶湯Ｈが凝固するまでの間、所定時間待機する。キャビティ内の溶湯Ｈが凝固することにより、製品が成形される。また、湯道８及びスリーブ１０内に残った溶湯Ｈが凝固することにより、方案部５０が成形される。「方案部」は、「溶湯が凝固した部分のうちの製品以外の部分」を意味する専門用語である。なお、方案部５０のうち、特にスリーブ１０内で凝固した部分５０ａを、「ビスケット」と呼ぶ場合がある。拡径部１６に溜められた溶湯も、ビスケット５０ａの一部として凝固する。
【００２５】
（３．型抜き段階）
所定時間が経過し、キャビティ内、湯道８内、スリーブ１０内のそれぞれの溶湯が凝固すると、コントローラは、可動盤を動作させ、図４に示すように、可動金型６を固定金型４から離間させる。このとき、コントローラは、可動金型６の動作に合わせてプランジャ３０をさらに前進させ、成形された製品及び方案部５０を固定金型４から離脱させる。スリーブ１０内のビスケットも、スリーブ１０内から離脱する。このとき、拡径部１６に溜まって凝固した部分（以下「拡径凝固部５１」と呼ぶ）も、ビスケット５０ａの一部としてスリーブ１０から離脱する。拡径凝固部５１は、ビスケット５０ａがスリーブ１０内から離脱する際に、拡径部１６の斜面に沿ってスムースに離脱する。そのため、離脱の際に拡径凝固部５１に大きな抵抗がかかることはない。ビスケット５０ａがスリーブ１０内から離脱する際に、拡径凝固部５１がスリーブ１０内に折れ残る可能性は極めて小さい。
【００２６】
（４．プランジャ３０後退段階）
成形された製品及び方案部５０を固定金型４から離脱させたのち、図５に示すように、プランジャ３０を後退端まで後退させる。可動金型６に残された製品及び方案部５０は、所定の搬出装置によって可動金型６から取り出される。可動金型６から製品及び方案部５０が取り除かれると、コントローラは、可動盤を動作させて、可動金型６を再び固定金型４に圧着させ（図１参照）、再びスリーブ１０内に溶湯を供給可能な状態にする。
【００２７】
以上、本実施例の鋳造装置２について説明した。上述の通り、本実施例の鋳造装置２は、スリーブ１０の内周面の下側部分１４のうち、プランジャ３０の後退端におけるプランジャ先端面位置Ａ（図１参照）からスリーブ１０の前端に向けて拡径部１６が形成されている。そのため、溶湯を押出す際に、プランジャチップ３２の先端面のエッジが、拡径部１６の表面に形成された凝固層を剥離させる可能性が極めて低い。仮に、プランジャ３０の前進初期において、拡径部１６の表面に形成された凝固層の一部が剥離した場合であっても、剥離した凝固片は、プランジャ３０の前進に伴い、プランジャチップ３２と拡径部１６の間の隙間に沈殿する可能性が極めて高い。上記した構造により、凝固片がキャビティに侵入することを顕著に抑制できる。
【００２８】
本実施例の鋳造装置２は、横型の鋳造装置である。そのため、通常は、スリーブ１０内に供給される溶湯の量は、スリーブ１０内の下半分１４が満たされる量よりやや少ない。そのため、スリーブ１０の内周面の上側部分１２には、プランジャ３０の前進の際に溶湯が押され、溶湯の液面の高さが上がった際に溶湯が接触するに過ぎない。溶湯が接触する時間が短いため、上側部分１２に凝固層が形成されることは殆どない。本実施例の鋳造装置２は、上側部分１２には拡径部が形成されていない。この構成によると、プランジャ３０が前進する際、スリーブ１０内の上半分にキャビティに供給されない溶湯が溜まる場所が形成されないため、スリーブ１０内の上半分に供給される溶湯を無駄にせずに済む。
【００２９】
本実施例では、図３に示すように、プランジャチップ３２の長さＬ１が、プランジャ３０の前進端におけるプランジャチップ３２の先端面位置と拡径部１６の拡径開始位置との間の距離Ｌ２よりも長く形成されている。そのため、拡径部１６の開始位置よりも後方では、プランジャチップ３２の外周面とスリーブ１０の内周面との間には隙間がほとんどなく、溶湯がプランジャチップ３２の後方に回り込むことはない。
【実施例２】
【００３０】
図６を参照して、第１実施例と異なる点を中心に、第２実施例の鋳造装置１０２について説明する。第２実施例の鋳造装置１０２では、スリーブ１０の内周面の上側部分１２にも、長手方向の略半分の位置から前端に向けて半径が漸次拡径する拡径部１７が形成されている点で、下側部分１４にのみ拡径部１６が形成されている第１実施例と相違する。
【００３１】
第２実施例では、拡径部１７が形成されているのは長手方向の略半分の位置から前端の間である。この範囲は、スリーブ１０の内周面の上側部分１２のうち、プランジャ３０の前進によって溶湯が押され、溶湯の液面の高さが上がった際に溶湯が接触し得る範囲である。拡径部１７を形成したことで、第２実施例では、プランジャ３０の前進時に、プランジャチップ３２の先端面のエッジがスリーブ１０の拡径部１７の内周面を擦ることがない。従って、プランジャ３０を前進させて、スリーブ１０内の溶湯を押出す際に、仮に拡径部１７の表面に凝固層が形成されていたとしても、プランジャチップ３２の先端面のエッジが、拡径部１７の表面に形成される凝固層を剥離させる可能性が極めて低い。さらに仮に、拡径部１７の表面に形成された凝固層の一部が剥離した場合であっても、剥離した凝固片は、プランジャ３０の前進に伴い、プランジャチップ３２と拡径部１７の間の隙間に滞留する可能性が高い。第２実施例の構成によると、横型の鋳造装置において、凝固片がキャビティに侵入することをより顕著に抑制できる。即ち、第２実施例の構成は、スリーブ１０内に供給される溶湯の量が比較的多い場合や、プランジャ３０による溶湯押出しの際に、溶湯が上側部分１２と接触する時間が長い場合等に特に効果的である。
【実施例３】
【００３２】
図７を参照して、第３実施例の鋳造装置２０２について説明する。第３実施例の鋳造装置２０２は、スリーブ１０内をプランジャ３０が縦方向に往復移動する縦型の鋳造装置である。第３実施例では、プランジャ３０の前進方向が、図７における上方向に対応する。第３実施例では、金型２０４、２０６の下方にスリーブ２１０及びプランジャ２３０が備えられている。第３実施例では、スリーブ２１０は、その長手方向が鉛直方向を向くように配置されている。なお、ここに言う「鉛直」は、厳密な鉛直を意味するものではなく、プランジャ３０が後退端に位置する場合（図７参照）に、スリーブ２１０内に溶湯が供給されたときに、プランジャチップ２３２の前面全部が溶湯に覆われると同時に、スリーブ２１０の鉛直上方に空間が確保される程度に縦向きであればよい。第３実施例では、スリーブ２１０は、図７に示すように、内周面全面に、プランジャ２３０の後退端におけるプランジャチップ２３２の先端面位置Ｂからスリーブ２１０の上端に向けて、径が漸次拡径する拡径部２１６が形成されている。スリーブ２１０の上端は、金型２０４、２０６と当接している。また、スリーブ２１０内の空間と湯道２０８は連通する。第３実施例のプランジャ２３０は、スリーブ２１０内を縦方向（図中上下方向）に往復移動する。プランジャ２３０を構成するプランジャチップ２３２及びプランジャロッド２３４も、上記の各実施例のプランジャチップ３２及びプランジャロッド３４と同様である。また、図示は省略するが、第３実施例のプランジャチップ２３２の長さも、プランジャ２３０の前進端におけるプランジャチップ２３２の先端面位置と拡径部２１６の拡径開始位置との間の距離よりも長くなるように形成されている。
【００３３】
以下、縦型の鋳造装置である第３実施例の鋳造装置２０２の動作について、横型の鋳造装置である第１実施例の鋳造装置２と異なる点を中心に説明する。第３実施例の鋳造装置２０２では、スリーブ２１０内に溶湯を供給する場合、コントローラ（図示省略）は、プランジャ２３０を後退端に位置させた状態で、図中の２点鎖線部に示すように、スリーブ２１０及びプランジャ２３０を傾斜させて、スリーブ２１０の上端を開放する。開放されたスリーブ２１０の上端から、溶湯供給装置（図示省略）によってスリーブ２１０内に溶湯Ｈを供給することができる。コントローラは、スリーブ２１０内に溶湯Ｈを供給した後に、再びスリーブ２１０及びプランジャ２３０を鉛直位置に戻し、スリーブ２１０の上端を金型２０４、２０６の下面に当接させる。なお、第３実施例では、スリーブ２１０内に溶湯Ｈが供給されると、拡径部２１６の表面と接触する部分の溶湯が凝固し始め、拡径部２１６の表面には凝固層が形成される。なお、拡径部２１６の表面以外の部分の溶湯は、この段階では凝固していない。
【００３４】
次いで、図示は省略するが、プランジャ２３０を前進端まで前進（上昇）させ、プランジャチップ２３２の先端面によってスリーブ２１０内の溶湯を押し上げることにより、スリーブ２１０内の溶湯を、湯道２０８を介して、キャビティ（図示省略）内へと射出する。射出された溶湯は、キャビティ内に充填される。第３実施例では、スリーブ２１０の内周面全周に、プランジャ２３０の後退端におけるプランジャ先端面位置Ｂからスリーブ２１０の前端に向けて拡径部２１６が形成されている。そのため、プランジャチップの前進時に、プランジャチップ２３２の先端面のエッジが拡径部２１６の表面を擦ることがない。そのため、溶湯を押出す際に、プランジャチップ２３２の先端面のエッジが、拡径部２１６の表面に形成された凝固層を剥離させる可能性が極めて低い。仮に、プランジャ２３０の前進初期において、拡径部２１６の表面に形成された凝固層の一部が剥離した場合であっても、剥離した凝固片は、プランジャ２３０の前進に伴い、プランジャチップ２３２と拡径部２１６の間の隙間に沈殿する可能性が高い。第３実施例の構成によっても、凝固片がキャビティに侵入することを顕著に抑制できる。
【００３５】
また、第３実施例でも、上記の各実施例と同様に、プランジャチップ２３２は、プランジャ２３０の前進端におけるプランジャチップ２３２の先端面位置と拡径部２１６の拡径開始位置との間の距離よりも長くなるように形成されている。そのため、プランジャ２３０が前進端まで進出した（押し上げられた）場合でも、溶湯がプランジャチップ２３２の後方へ回りこむことがない。
【００３６】
なお、第３実施例の鋳造装置２０２の動作においても、プランジャ２３０を前進端まで押し上げた後の、凝固、型抜き等の各操作は、第１実施例の場合と同様である。なお、型抜きの際には、拡径部２１６に溜まって凝固した部分（拡径凝固部）は、第１実施例の場合と同様に、ビスケットとともに、拡径部２１６の斜面に沿って離脱する。そのため、第３実施例の場合においても、スリーブ２１０からの離脱の際に拡径凝固部に大きな抵抗がかかることがなく、拡径凝固部がスリーブ２１０内に折れ残る可能性は極めて低い。
【００３７】
上述の通り、縦型の鋳造装置である第３実施例の鋳造装置２０２によっても、凝固片がキャビティに侵入することを顕著に抑制できる。また、プランジャ２３０が前進端まで進出した場合でも、溶湯がプランジャチップ２３２の後方へ回りこむことがない。横型の鋳造装置である第１実施例の鋳造装置２と同様の作用効果を発揮することができる。
【００３８】
上記の各実施例の変形例を以下に列挙する。
（１）上記の各実施例では、プランジャチップ３２、２３２として、一体に成形された円柱状部材を用いている。しかしながら、プランジャチップとして、先端部分が交換可能な構造のものを用いてもよい。
（２）プランジャチップの内部に冷却路を設け、プランジャチップの先端面に接触する溶湯の凝固を促進するようにしてもよい。その場合、プランジャロッドの内部に、冷却路に冷却媒体を供給する供給路と、冷却路から冷却媒体を排出する排出路を備えるようにしてもよい。
【００３９】
なお、半径が漸次拡径している拡径部１６は、プランジャの後退端におけるプランジャ先端面位置からプランジャの前進端におけるプランジャ先端面位置に向けて形成される。拡径部は、スリーブの先端まで続いていてもよいし、プランジャの前進端におけるプランジャ先端面位置で終わっていてもよい。
【００４０】
また、「半径が漸次拡径している」ということは、別言すれば、「半径が徐々に大きくなっている」ということと等価であることに留意されたい。
【００４１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４２】
２：鋳造装置、４：固定金型、６：可動金型、８：湯道、１０スリーブ、１２：上側部分、１４：下側部分、１６：拡径部、１８：溶湯供給穴、１９：湯道穴、３０：プランジャ、３２：プランジャチップ、３４：プランジャロッド、５０：方案部、５０ａ：ビスケット、５１：拡径凝固部、Ｈ：溶湯
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型と、
金型に溶融金属を射出するためのスリーブ及びプランジャと、
を備えており、
スリーブは、その内径が、プランジャの後退端におけるプランジャ先端面位置からプランジャの前進端におけるプランジャ先端面位置に向けて漸次拡径していることを特徴とする鋳造装置。
【請求項２】
プランジャは、溶融金属を押し出すプランジャチップと、プランジャチップを支持するプランジャロッドを備え、
プランジャチップの長さが、プランジャ前進端におけるプランジャチップの先端面位置とスリーブの拡径開始位置との間の距離よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の鋳造装置。
【請求項３】
プランジャ及びスリーブは、水平に配置されており、
スリーブ内周面のうち、プランジャが後退端に位置していて溶融金属が注がれた状態において、溶融金属が接する部分は、プランジャ長手方向に沿って半径が漸次拡径しており、溶融金属が接しない部分の少なくとも一部は、プランジャ長手方向に沿って半径が一定であることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳造装置。
【請求項４】
スリーブは、水平に配置されており、
スリーブ内周面のうち下半分はプランジャ長手方向に沿って半径が漸次拡径しており、上半分はプランジャ長手方向に沿って半径が一定であることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳造装置。
【請求項１】
金型と、
金型に溶融金属を射出するためのスリーブ及びプランジャと、
を備えており、
スリーブは、その内径が、プランジャの後退端におけるプランジャ先端面位置からプランジャの前進端におけるプランジャ先端面位置に向けて漸次拡径していることを特徴とする鋳造装置。
【請求項２】
プランジャは、溶融金属を押し出すプランジャチップと、プランジャチップを支持するプランジャロッドを備え、
プランジャチップの長さが、プランジャ前進端におけるプランジャチップの先端面位置とスリーブの拡径開始位置との間の距離よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の鋳造装置。
【請求項３】
プランジャ及びスリーブは、水平に配置されており、
スリーブ内周面のうち、プランジャが後退端に位置していて溶融金属が注がれた状態において、溶融金属が接する部分は、プランジャ長手方向に沿って半径が漸次拡径しており、溶融金属が接しない部分の少なくとも一部は、プランジャ長手方向に沿って半径が一定であることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳造装置。
【請求項４】
スリーブは、水平に配置されており、
スリーブ内周面のうち下半分はプランジャ長手方向に沿って半径が漸次拡径しており、上半分はプランジャ長手方向に沿って半径が一定であることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−４０５９９（Ｐ２０１２−４０５９９Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８５８５９（Ｐ２０１０−１８５８５９）
【出願日】平成２２年８月２３日（２０１０．８．２３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２３日（２０１０．８．２３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
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