JP5555859B2 - 超音波印加ダイカスト装置 - Google Patents
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Description
本発明は、溶湯をプランジャースリーブの先端で方向を変えて流出するようにした超音波印加ダイカスト装置に関するものである。
従来、この種のダイカスト装置では、プランジャースリーブの先端に金型を固定し、プランジャースリーブの後端に射出ロッドを挿入し、プランジャースリーブの後端に形成した溶湯の注入口から溶湯が注入され、注入されたタイミングに合わせて射出ロッドを押し込むことにより、金型内に溶湯が押し込まれ、溶湯が押し込まれた金型を外して、金型から鋳造物を取り出すようにしている。又、超音波装置を、射出ロッド、プランジャースリーブ、分流子に付加することによって、ガスの巻き込み・ひけ巣・破断チル層等の欠陥を抑え、α相結晶粒の粗大化を抑制することが提案されている。
しかしながら、プランジャースリーブに超音波振動子を取り付けることは難しく、分流子への取付は、溶湯温度が低下するので、超音波による欠陥抑制効果が少なくなってしまうため、射出ロッドに超音波振動子を取り付けることが比較的容易である。射出ロッドには、ロッドが膨張し、プランジャースリーブとのクリアランスが無くなるのを避けるため、ＳＵＳ調質材を用いて冷却しながら使用するのが一般的であるが、調質材は高価であるので、射出ロッド全体を交換するのではなく、射出ロッドの先端部にできるだけ小さくプランジャーチップを設け、プランジャーチップのみを交換するのが一般的である。又、射出ロッド先端部のプランジャーチップ内部にできるだけ大きな空隙を設けて冷却効果を高めるのが一般的である。さらに、超音波振動子を取り付ける方法において、射出ロッド先端部のプランジャーチップ形状には言及されておらず、通常のダイカスト装置で用いられるプランジャーチップ内部に空隙を設け、内部から冷却する方法では、冷却効果を増すために空隙をできるだけ大きくするため、超音波振動がプランジャーチップの先端部まで伝播しにくくなり、溶湯全体に超音波が伝わらないという問題がある。
解決しようとする問題点は、従来の超音波ダイカスト装置では、プランジャースチップの先端形状には言及されておらず、更に通常用いられているプランジャーチップ内部に空隙を設けたプランジャーチップ交換方式では、溶湯全体に超音波が伝達し難くなるという点である。
本発明は、プランジャースリーブの一端に分流子を固定し、該分流子を固定したプランジャースリーブの先端上部に溶湯の射出口を形成し、前記プランジャースリーブの後端近傍の上部に前記溶湯の注入口を形成し、前記プランジャースリーブの後端に射出ロッドを挿入し、該射出ロッドの先端にプランジャーチップを装着し、前記射出ロッドの後端に超音波振動子を装着し、該超音波振動子に発振器を接続したものであり、又、射出ロッドとプランジャーチップの全長を射出ロッドを伝搬する超音波の波長（λ１）の１／２の整数倍とし、更にプランジャーチップの長さをプランジャーチップを伝搬する超音波の波長（λ２）の１／４の奇数倍にするものである。
本発明の超音波印加ダイカスト装置では、プランジャーチップの形状を規定することによって効果的に超音波を溶湯に照射することができ、又、射出ロッドの押し込み方向に対して、直角方向又は分流子に４０度から５０度の角度を持たせた方向に溶湯の射出口を設けることにより、溶湯が金型に均一に押し込まれるという利点があり、さらに、射出ロッドに装着された超音波振動子からの超音波が分流子に反射して、金型まで超音波振動が到達しやすくなり、超音波による攪拌効果から溶湯が金型に押し込まれるという利点がある。さらに、射出ロッドとプランジャーチップの長さと内部の冷却空隙の太さを規定することによって、超音波の伝搬効率が良くなるという利点がある。
プランジャースリーブの一端に分流子を固定し、該分流子を固定した前記プランジャースリーブの上部に溶湯の射出口を形成し、前記プランジャースリーブの後端近傍の上部に前記溶湯の注入口を形成し、前記プランジャースリーブの後端に射出ロッドを挿入し、該射出ロッドの先端にプランジャーチップを装着し、前記射出ロッドの後端に超音波振動子を装着し、該超音波振動子に発振器を接続したものである。
図１は、本発明の１実施例の超音波印加ダイカスト装置の側面図で、プランジャースリーブ１の先端１ａに分流子２が固着され、分流子２の近傍のプランジャースリーブ１の上部に射出口１ｂが形成され、プランジャースリーブ１の他端１ｃの近傍の上部に溶湯の注入口１ｄが形成され、プランジャースリーブ１の他端１ｃから射出ロッド３の先端が挿入され、射出ロッド３の先端にプランジャーチップ４が装着され、射出ロッド３の後端にランシジュバン型振動子５が取り付けられ、ランジュバン型振動子５の圧電素子６，７の間の電極８，９に発振器１０が接続されている。
このように構成された超音波印加ダイカスト装置では、図２に示すように、プランジャースリーブ１の注入口１ｄから溶湯１１がプランジャースリーブ１に半分程度注入されると、タイミングよく射出ロッド３が押し込まれることにより、図３にしめすように、溶湯１１は分流子２によって上部の射出口１ｂの方へ押し上げられると同時に、超音波の音響流によって溶湯が金型に均一に押し込まれる。
図４は、本発明の射出ロッドの後端に、超音波振動子を取り付けた例で、射出ロッド３の突起３ａがカップリングケース１２の挿入部１２ａで固定され、射出ロッド３の先端にプランジャーチップ４が固着され、プランジャーチップ４の内部に冷却用の空隙３ｂが形成され、又、射出ロッド３の端部にブースター１３がねじ１４でねじ結合され、さらに、ランジュバン型振動子５のホーン５ａとブースター１３がねじ１５でねじ結合され、ランジュバン型振動子５はカップリングケース１２の内部の突出部１２ｂに緩衝材１６で固定されている。
図５は本発明の実施例の射出ロッドの側面図で、射出ロッド３の先端にプランジャーチップ４が固着され、このプランジャーチップ４は先端４ａが段違いに構成され、射出ロッド３とプランジャーチップ４の全長は射出ロッドを伝搬する超音波の波長（λ１）の１／２の整数倍の長さで、さらに、プランジャーチップの長さはプランジャーチップを伝搬する超音波の波長（λ２）１／４の奇数倍の長さになっている。
このプランジャーチップ４の先端４ａを段違いに構成することによって、プランジャースリーブ１と射出ロッド３の接触面が小さくなるので、射出ロッド３の超音波振動がプランジャースリーブ１に伝達することで、プランジャーチップ４の超音波振動を減衰させてしまうことを避けることができる。
図６は、本発明の実施例の射出ロッドの側面透視図で、射出ロッド３の先端にねじ部３ｃが構成され、プランジャーチップ４とねじ結合され、又、射出ロッド３、ねじ部３ｃ、及びプランジャーチップ４の中心に冷却穴３ｂ、４ｂが形成されている。冷却穴は１本でも、複数本でも良いが、冷却穴（空隙を含む）の断面積の合計は、射出ロッド３の断面積の１／３以下である。
図７は本発明の他の実施例の射出ロッドの側面図で、射出ロッド３に結合されたプランジャーチップ４は先端にテーパー部４ｃが形成されている。このように構成することによって、超音波は正面のみでなく、斜め方向にもまんべんなく放射ができる。
図８は、本発明の他の実施例の超音波印加ダイカスト装置の側面図で、１はプランジャースリーブ、１ａはプランジャースリーブ１の先端、１ｂは射出口、１ｃはプランジャースリーブ１の他端、１ｄは注入口、２は分流子、３は射出ロッド、４はプランジャーチップであり、これらの構成は上記実施例と同じであるので、説明は省略するが、本実施例では、射出ロッド３の下端に突起１７を装着し、この突起１７に射出ロッド３の位置を検出する検出装置１８が装着されている。
本実施例は、このように構成することにより、射出ロッド３がプランジャースリーブ１にどの程度押し込まれているかを検出することができる。この検出装置は、射出ロッド３がプランジャースリーブ１に完全に押し込まれると、押し込み駆動と超音波発振を停止させるためのスイッチに置き換えることができる。
図９は、本発明のさらに他の実施例の超音波印加ダイカスト装置の側面図で、１はプランジャースリーブ、１ａはプランジャースリーブ１の先端、１ｂは射出口、１ｃはプランジャースリーブ１の他端。１ｄは注入口、２は分流子、３は射出ロッド、４はプランジャーチップであり、これらの構成は上記実施例と同じであるので、説明は省略するが、本実施例では、分流子２のプランジャーチップ４側の面を４０度から５０度の間に形成したものであるが、最適な角度は４５度に設定される。
このように構成した本実施例では、分流子２のプランジャーチップ４側の面を傾斜させることにより、射出ロッド３で押し込まれた溶湯１１がスムーズに射出口１ｂから金型の中に注入されるとともに、超音波の伝搬も分流子２の傾斜面で反射され良好であるという利点がある。
なお、上記実施例では、射出ロッド３及びプランジャーチップ４に冷却穴３ｂ、４ｂを設けたが、これらの冷却穴３ｂ、４ｂに空気だけ入れても良いし、又、水及び他の冷却材を使用することができる。
１ プランジャースリーブ
２ 分流子
３ 射出ロッド
４ プランジャーチップ
５ ランジュバン型振動子
６、７ 圧電素子
８、９ 電極
１０ 発振器
１１ 溶湯
１２ カップリングケース
１３ ブースター
１４、１５ ねじ
１６ 緩衝材
１７ 突起
１８ 検出装置
２ 分流子
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４ プランジャーチップ
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Claims (1)
- プランジャースリーブと、該プランジャースリーブの一端に固定された分流子と、該分流子を固定したプランジャースリーブの上部に形成した溶湯の射出口と、前記プランジャースリーブの後端近傍の上部に形成した前記溶湯の注入口と、前記プランジャースリーブの後端に挿入される射出ロッドと、該射出ロッドの先端に装着したプランジャーチップと、前記射出ロッドの後端に装着した超音波振動子と、該超音波振動子に接続した発振器とからなり、射出ロッドとプランジャーチップの全長が１／２λ（λは波長）の整数倍であり、さらに、プランジャーチップの長さが１／４λの奇数倍であることを特徴とする超音波印加ダイカスト装置。
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