JP2004268067A

JP2004268067A - 圧力鋳造用プランジャーチップ

Info

Publication number: JP2004268067A
Application number: JP2003059566A
Authority: JP
Inventors: Norihisa Kobayashi; 範久小林; Yutaka Kojima; 豊小島
Original assignee: Aisin Takaoka Co Ltd
Current assignee: Aisin Takaoka Co Ltd
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】スリーブの内周面とチップの外周摺接面との間に所定の隙間を確保しながらも、金属溶湯の押出し操作時に前記隙間に金属溶湯が進入してバリが生じるのを防止することができる圧力鋳造用プランジャーチップを提供する。
【解決手段】プランジャーチップは略円柱状のチップ本体１１を有する。チップ本体１１の外周部には、周方向に延びる環状溝１５と、チップ本体の先端１１ａ側と前記環状溝１５とをつなぐべく軸方向に延びる溶湯導入溝１６とが形成されている。溶湯導入溝１６にあっては、チップ本体先端１１ａ側に位置する導入溝入口における連通断面積Ｓ１が、環状溝１５側に位置する導入溝出口における連通断面積Ｓ２よりも小さくなっている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力鋳造装置における金属溶湯の射出供給機構の一構成要素であるプランジャーチップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に圧力鋳造装置における金属溶湯の射出供給機構は、シリンダとしてのスリーブと、ピストンを構成するプランジャーロッド及びプランジャーチップとを備える。プランジャーチップはプランジャーロッドの先端に取り付けられ、該ロッドの往復動に呼応してスリーブ内を前後摺動する。スリーブの内周面とチップの外周摺接面との間には、チップの熱膨張等に起因して摺動抵抗が過大とならないようにする目的で所定の隙間（クリアランス）が確保される。従来、プランジャーチップの外周部に一つ又は複数のリング部材を装着して隙間調整を行うことが提案されている（例えば特許文献１参照）。かかるリング部材は、スリーブの内周面とチップの外周摺接面との間に所定の隙間を確保しながらも、金属溶湯の押出し操作時に前記隙間に金属溶湯が進入してバリが生じるのを防止する。バリはカジリ等の原因になるため、その発生を極力抑制すべきものである。
【０００３】
【特許文献１】実公昭４１−２１１５２号公報（図中の摺動環又は摺接環６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
チップ本体とは別部材として準備される上記リング部材が前記隙間のシール手段として有効に機能するためには、リング部材自体が所定の拡径力又は拡径弾性を持続してスリーブ内周面に緊密に接する必要がある。しかしながら、金属溶湯の熱（高温）の影響により、リング部材の拡径力又は拡径弾性は次第に低下する傾向にあるため、リング部材のシール機能はさほど長くは続かず、連続使用に十分耐え得るものではなかった。
【０００５】
他方、リング部材が機能劣化又は破損した場合にはそのリング部材だけを交換すれば済むという点を利点として捉える考え方もないではない。しかし、近年チップの構成材料自体が非常に安価になりチップ全体の交換がさほどコストに影響しないという状況にあり、リング部材だけを交換するのは手間や部品コストを総合的に勘案すると、却ってコスト高になるのが実状である。つまり、シール目的のリング部材を特別に準備し、そのリング部材をチップ本体に対して付加するという設計は、プランジャーチップ全体としての構造を複雑にして分解及び交換の作業負担を増大させるばかりか、コスト面でもむしろ不利に働く。
【０００６】
本発明の目的は、従来例におけるリング部材のような別部材を必要とせず、スリーブの内周面とチップの外周摺接面との間に所定の隙間を確保しながらも、金属溶湯の押出し操作時に前記隙間に金属溶湯が進入してバリが生じるのを防止することができる圧力鋳造用プランジャーチップを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、略円柱状のチップ本体を備え、該チップ本体の外周部には、周方向に延びる環状溝と、チップ本体の先端側と前記環状溝とをつなぐべく軸方向に延びる溶湯導入溝とが形成されていることを特徴とする圧力鋳造用プランジャーチップである。
【０００８】
本発明のプランジャーチップを初めて使用するとき、射出供給機構を構成するスリーブ内をチップが前進してスリーブ内の金属溶湯を押出すに伴い、金属溶湯が溶湯導入溝を経由して環状溝内に導かれる。更にチップが金属溶湯を加圧することの反作用により、環状溝が金属溶湯で満たされる。環状溝内に充填された金属溶湯はチップ本体との温度差に基づき除熱されて凝固し、一種のシールリングとなる。このように最初の押出し操作時に自動形成されたシールリングは、チップの外周摺動面とスリーブの内周面との間に確保される隙間に金属溶湯が進入するのを防止するシール手段として機能する。このシールリングは、チップをスリーブに装着した状態での最初の押出し操作時に自動形成されることから、熱膨張状態にあるチップ本体の外径とスリーブの内径との寸法差を過不足無く埋め尽くす最も理想的な形状のシールリングとなる。即ち、そのシールリング自体が殊更に拡径力や拡径弾性を持たずとも、実際の押出し操作時には当該スリーブに最も適合したシール手段になり得る。従って本発明のプランジャーチップによれば、スリーブの内周面とチップの外周摺接面との間に所定の隙間を確保して摺動抵抗の低減を図りながらも、金属溶湯の押出し操作時に前記隙間に金属溶湯が進入してバリが生じるのを防止することができる（摺動抵抗低減とバリ発生防止の両立）。また、従来例におけるリング部材のような別部材を準備しチップ本体に予め装着する必要がないため、部品交換の手間も生じず、初期費用及び保守管理費用の両面でコスト低減を図ることができる。
【０００９】
本発明では環状溝内にシールリングを自動形成する際に溶湯導入溝を介してスリーブ内の金属溶湯を環状溝内に導く構成としたので、金属溶湯の凝固時には、チップ先端側のスリーブ内又は金型内で凝固した金属（即ち製品や方案）と、環状溝内で凝固した金属（即ちシールリング）とは、当初、溶湯導入溝内で凝固した金属で相互につながる。ただし、溶湯導入溝はチップ本体の軸方向に延びる溝として構成されその断面積は比較的小さいので、溶湯導入溝内の金属をそのいずれかの位置で断ち切ることは極めてたやすい。このため、金属溶湯の凝固後に金型から製品を取り外す際に、製品又は方案部分とチップ環状溝内のシールリングとの切り離しを容易に行うことができ、製品取り外し時の引っ張りによってプランジャーチップが破損することはない。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の圧力鋳造用プランジャーチップにおいて、前記溶湯導入溝は、チップ本体先端側に位置する導入溝入口における連通断面積が前記環状溝側に位置する導入溝出口における連通断面積よりも小さくなるように形成されていることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、溶湯導入溝におけるチップ本体先端側入口の連通断面積が環状溝側出口における連通断面積よりも小さいため、金型からの製品の取り外し時に溶湯導入溝内で凝固した金属が断ち切られる場合には、連通断面積が小さいチップ本体先端側の入口位置で切断が選択的に生じる。このため、２回目以降の金属溶湯の押出し操作では、溶湯導入溝内に金属溶湯が新たに進入する余地がなく、その後の製品取り外し時には、溶湯導入溝におけるチップ本体先端側入口位置が常に金属分離の境界となる。このため、溶湯導入溝内で凝固した金属が製品取り外し時にバリとして製品側に一体化されることがなく、チップ本体に設けられた溶湯導入溝が製品の成形性に悪影響を及ぼすことがない。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の圧力鋳造用プランジャーチップにおいて、前記溶湯導入溝は、その入口から出口に向かって溝深さが次第に深くなるように形成されていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、請求項２の発明の構成及び作用を簡易に実現できる。加えて、溶湯導入溝の各位置における連通断面積の調整を溝深さのみに依拠し、溝幅には依拠しないこととしたため、溶湯導入溝内で凝固した金属（の最外部）がスリーブ内周面に接触し得る面積を小さくでき、溶湯導入溝の形成がチップの摺動抵抗の増大をもたらすことがない。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の圧力鋳造用プランジャーチップにおいて、前記溶湯導入溝は、チップ本体の中心軸線を取り囲むような配置にて複数条設けられていることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、複数条の溶湯導入溝を設けたことで、チップによる金属溶湯の押出し操作時に、短い押出しストロークでも複数条の溶湯導入溝を介して金属溶湯を環状溝内に確実に充填可能となる。また、溶湯導入溝の一つ一つの連通断面積を小さくでき、製品取り外し時における溶湯導入溝内金属の切断容易性を十分に確保することができる。
【００１６】
（付記）請求項１〜４において、前記チップ本体の内部には、冷却室が設けられていること。この構成によれば、冷却室の冷却作用に基づき、金属溶湯の押出し操作時におけるチップ本体の過度な熱膨張を防止できると共に、溶湯導入溝及び環状溝を満たした金属の凝固を促進することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
図１及び図２に示すように、圧力鋳造用プランジャーチップは、ほぼ円柱形状をなすチップ本体１１を備える。チップ本体１１の内部には冷却室（冷却チャンバー）１２が設けられ、その冷却室１２はチップ本体の後端部に形成されたネジ孔１３を介して外部と連通している。チップ本体１１の外周部（より具体的には外周摺接面１４上）には、一条の環状溝１５と、複数条の溶湯導入溝１６（本例では三条）とが形成されている。環状溝１５は、周方向に延び且つチップ本体外周部を一周するような環形状に形成されると共に、横断面矩形状（図２参照）をなしている。環状溝１５はチップ本体の先端１１ａ寄りに位置している。
【００１８】
前記三条の溶湯導入溝１６は、チップ本体１１の中心軸線Ｘを取り囲むように等角度間隔（本例では１２０°間隔）で設けられている。溶湯導入溝１６の各々は、前記中心軸線Ｘと平行な方向（軸方向）に延び、チップ本体の先端１１ａ側と前記環状溝１５とをつないでいる。溶湯導入溝１６の各々は、その入口から出口に向かって溝深さが次第に深くなるような後ろ下がりのテーパーな形状に形成されている。具体的には図２に示すように、チップ本体先端１１ａ側の導入溝入口位置における溝深さｄ１が最も浅くなり、環状溝１５側の導入溝出口位置における溝深さｄ２が最も深くなるように溝深さが設定されている。各溶湯導入溝１６の幅ｗは溝の長手方向の全体にわたり一定であることから、各溶湯導入溝１６にあっては、チップ本体先端１１ａ側の導入溝入口位置における連通断面積Ｓ１が最も小さくなり、環状溝１５側の導入溝出口位置における連通断面積Ｓ２が最も大きくなっている。
【００１９】
図３は圧力鋳造装置における射出供給機構の主要部及びその周辺構造を示す。図３に示すように、圧力鋳造装置は、固定プラテン２１及びそれに保持された固定型２２、可動プラテン（図示略）及びそれに保持された可動型２３、並びに、金属溶湯Ｍの射出供給機構を有し、その射出供給機構は、スリーブ２４、プランジャーロッド２５及び上記プランジャーチップから構成されている。
【００２０】
スリーブ２４は、固定プラテン２１によって略水平に支持され、その先端部分は固定型２２の内部に進入している。スリーブ２４は射出供給機構におけるシリンダを構成する。スリーブ２４には、図示しないラドルに準備された金属溶湯を当該スリーブ２４内に導入するための注湯口２４ａが形成されている。シリンダとしてのスリーブ２４内には、プランジャーロッド２５及びその先端に取り付けられたプランジャーチップが配設され、図示しない駆動機構によって往復動されるロッド２５により、チップがスリーブ２４内を前後摺動可能となっている。
【００２１】
プランジャーチップは、そのネジ孔１３とプランジャーロッド２５先端部の雄ネジ部との螺合関係に基づきロッド先端部に固定される。このチップ及びロッド２５により、スリーブ２４内の金属溶湯Ｍを固定型２２及び可動型２３間に区画されるキャビティ（成形空間）内に加圧供給するためのピストンが構成される。尚、チップ及びロッド２５からなるピストンをスリーブ２４内に配置したときのスリーブの内周面２４ｂとチップの外周摺接面１４との間には、チップの熱膨張等に起因して摺動抵抗が過大とならないようにする目的で所定の隙間（図４のクリアランスＣ１）が確保されている。また、一般にスリーブ内周面２４ｂには潤滑剤が塗布され、チップの前後摺動時には潤滑剤が前記クリアランスＣ１内に進入してチップの動きを円滑化させる。
【００２２】
更に図３に示すように、プランジャーロッド２５の中心にはその軸方向に延びる内部通路２５ａが形成され、その内部通路２５ａ内には導水パイプ２６が設けられている。その内部通路２５ａ及び導水パイプ２６は、プランジャーチップ内の冷却室１２と外部のポンプＰとをつなぐ冷却水の循環経路を構成する。即ち、ポンプＰから圧送された冷却水は導水パイプ２６を通ってチップの冷却室１２に導かれ、更に導水パイプ２６と内部通路２５ａとの間に確保された排水通路を通ってポンプＰに戻される。このような冷却水循環式の冷却機構は、プランジャーチップをその内部から冷却することにより、チップ本体先端１１ａから受ける金属溶湯の熱でチップ本体１１が過度に膨張するのを防止する。
【００２３】
さて、未使用状態では、プランジャーチップの環状溝１５及び溶湯導入溝１６には何も満たされていない。かかるチップを射出供給機構に装着して金属溶湯の押出し操作に初めて使用するとき（初回使用時）、チップ本体１１がスリーブ２４内を前進してスリーブ内に予め入れられた金属溶湯Ｍを押出すに伴い、金属溶湯Ｍが各溶湯導入溝１６を経由して環状溝１５内に導かれる。そして、図３に示すようにチップをスリーブ２４の先端付近まで前進させ、金型キャビティ内の金属溶湯Ｍに所定の鋳造圧力をかけたとき、加圧の反作用により環状溝１５及び溶湯導入溝１６内に金属溶湯Ｍが満たされる。これらの溝１５，１６内に充填された金属溶湯Ｍはチップ本体１１との温度差に基づき除熱されて凝固する。特に環状溝１５内で固まった金属Ｍは一種のシールリング１７となる。図４に示すように、環状溝１５内に形成されたシールリング１７の外周摺接面とスリーブ内周面２４ｂとの間の隙間（クリアランスＣ２）は、前記チップ外周摺接面１４とスリーブ内周面２４ｂとの間の隙間（クリアランスＣ１）よりも小さくなる。故に、最初の押出し操作時に自動形成されたシールリング１７は、チップ外周摺接面１４とスリーブ内周面２４ｂとの間に意図的に確保されたクリアランスＣ１に金属溶湯Ｍが進入するのを防止するシール手段として機能する。
【００２４】
このシールリング１７は、チップをスリーブ２４に装着した状態での最初の押出し操作時に自動形成されることから、熱膨張状態にあるチップ本体１１の外径とスリーブ２４の内径との寸法差を過不足無く埋め尽くす最も理想的な形状のシールリングとなる。それ故、シールリング１７自体が殊更に拡径力や拡径弾性を持たずとも、実際の押出し操作時にはスリーブ２４に最も適合したシール手段となり得る。従って、本実施形態のプランジャーチップによれば、スリーブ内周面２４ｂとチップ外周摺接面１４との間に所定のクリアランスＣ１を確保して摺動抵抗の低減を図りながらも、金属溶湯Ｍの押出し操作時に前記クリアランスＣ１に金属溶湯Ｍが進入してバリが生ずるのを防止することができる。
【００２５】
図３に示すように、チップによって金型キャビティ内の金属溶湯Ｍに所定の鋳造圧力を付与した状態で所定時間が経過すると、金属溶湯Ｍが凝固する。このとき、スリーブ２４内及び金型キャビティ内で凝固した金属Ｍ（即ち製品や方案）と環状溝１５内で凝固した金属（即ちシールリング１７）とは、当初、溶湯導入溝１６内で凝固した金属を介して相互につながっている。ただし、各溶湯導入溝１６はチップ本体１１の軸方向に延びる溝として構成されその断面積は比較的小さく、又、各溶湯導入溝１６におけるチップ本体先端側入口の連通断面積Ｓ１が他部位の連通断面積よりも小さく設定されている。このため、金型からの製品の取り外し時に各溶湯導入溝１６内で凝固した金属が切断されるとき、その切断位置はほとんどの場合、最小の連通断面積Ｓ１を有するチップ本体先端側の入口位置となる。
【００２６】
２回目以降の金属溶湯の押出し操作では、溶湯導入溝１６内に金属溶湯Ｍが新たに進入する余地はなく、その後の製品取り外し時には、各溶湯導入溝１６におけるチップ本体先端側入口位置が常に金属分離の境界となる。従って、溶湯導入溝１６内で凝固した金属が製品取り外し時にバリとして製品側に一体化されるということがなく、チップ本体１１に設けられた各溶湯導入溝１６が製品の成形性に悪影響を及ぼすことがない。また、金型から製品を取り外す際、製品又は方案部分とチップ環状溝１５内のシールリング１７との切り離しが容易であるため、製品取り外し時の引っ張りによってチップが破損することがない。
【００２７】
本実施形態のプランジャーチップは、環状溝１５内にシールリング１７を一旦自動形成した後は、チップ本体１１の寿命が続く限りそのまま使い続けることができる。そして、チップ本体１１が寿命に達したときには、シールリング１７が付いたチップごと交換すればよい。
【００２８】
このように本実施形態によれば、従来例におけるリング部材のような別部材を準備しチップ本体１１に予め装着する必要がないため、部品交換の手間も生じず、初期費用及び保守管理費用の両面でコスト低減を図ることができる。
【００２９】
また、本実施形態のプランジャーチップによれば、環状溝１５内に自動形成されるシールリング１７のシール性が極めて高いので（理由：Ｃ２＜Ｃ１）、金型キャビティ内を減圧吸引する真空鋳造のためのチップとして極めて優れた適性を有する。
【００３０】
（変更例）上記実施形態では、プランジャーチップの各溶湯導入溝１６をその入口から出口に向かって溝深さが次第に深くなるような後ろ下がりのテーパーな形状に形成したが、溶湯導入溝１６の全体にわたり溝深さを均一にしてもよい。即ち、チップ本体先端１１ａ側の導入溝入口位置における連通断面積Ｓ１と、環状溝１５側の導入溝出口位置における連通断面積Ｓ２とを等しくしてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のプランジャーチップによれば、最初の押出し操作時に環状溝内に自動形成されるシールリングにより、スリーブの内周面とチップの外周摺接面との間に所定の隙間を確保して摺動抵抗の低減を図りながらも、金属溶湯の押出し操作時に前記隙間に金属溶湯が進入してバリが生じるのを防止することができる（摺動抵抗低減とバリ発生防止の両立）。また、従来例におけるリング部材のような別部材を準備しチップ本体に予め装着する必要がないので、部品交換の手間も生じず、初期費用及び保守管理費用の両面でコスト低減を図ることができる。加えて、金属溶湯の凝固後に金型から製品を取り外す際に、製品又は方案部分とチップ環状溝内のシールリングとの切り離しを容易に行うことができ、製品又は方案部分に引っ張られてプランジャーチップが破損することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態に従うプランジャーチップの正面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線におけるプランジャーチップの断面図。
【図３】圧力鋳造装置の射出供給機構とその周辺を示す断面図。
【図４】最初の押出し操作によりシールリングが自動形成された後のプランジャーチップの要部断面図。
【符号の説明】
１１…プランジャーチップ本体、１１ａ…チップ本体の先端、１２…冷却室、１４…チップ本体の外周摺接面、１５…環状溝、１６…溶湯導入溝、１７…シールリング、２４…スリーブ、２４ｂ…スリーブ内周面、２５…プランジャーロッド、Ｍ…金属溶湯、ｄ１，ｄ２…溝深さ、Ｓ１，Ｓ２…連通断面積。

Claims

略円柱状のチップ本体を備え、該チップ本体の外周部には、周方向に延びる環状溝と、チップ本体の先端側と前記環状溝とをつなぐべく軸方向に延びる溶湯導入溝とが形成されていることを特徴とする圧力鋳造用プランジャーチップ。
前記溶湯導入溝は、チップ本体先端側に位置する導入溝入口における連通断面積が前記環状溝側に位置する導入溝出口における連通断面積よりも小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力鋳造用プランジャーチップ。
前記溶湯導入溝は、その入口から出口に向かって溝深さが次第に深くなるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力鋳造用プランジャーチップ。
前記溶湯導入溝は、チップ本体の中心軸線を取り囲むような配置にて複数条設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧力鋳造用プランジャーチップ。