JPH07115147B2

JPH07115147B2 - ダイカスト用シリンダ

Info

Publication number: JPH07115147B2
Application number: JP63-508047A
Authority: JP
Inventors: 信悟野上; 敏則矢城; 俊夫沖津; 清史古島; 逸生是永
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1987-10-07
Filing date: 1988-10-06
Publication date: 1995-12-13
Anticipated expiration: 2010-12-13
Also published as: JPH07115147B1

Description

【発明の詳細な説明】従来分野本発明は、例えばアルミニウム合金等の非鉄金属用ダイ
カストマシンの溶融金属射出用のシリンダに関し、特に
金属材料からなる外筒内にセラミック材料からなる内筒
を嵌着してなる複合構造のタイカストシリンダに関する
ものである。

背景技術一般にコールドチャンバ型のダイカストマシンにおける
射出装置を構成するシリンダは、軸線を水平にして、端
面近傍の側面上方に注入口を開口し、注入口から溶湯金
属を供給し、シリンダ内を摺動するピストンによってシ
リンダと連通する金型キャビティ内に溶融金属を射出す
るようになっている。従ってシリンダの内面は、特に前
記注入口直下において溶融金属が直接に落下衝突するた
め、溶損を生じたり、ピストンの摺動により摩耗を生じ
たりすることが多い。これらの溶損や摩擦によってシリ
ンダの内面が損傷すると、シリンダとピストンとの間に
溶融金属が侵入してピストンの摺動抵抗が増大し、射出
速度を低下させるため製品の品質の低下にもつながると
共に、作業性の低下およびシリンダの内面の損傷を更に
増大させることとなる。またシリンダとピストンの摺動
抵抗の低減若しくは焼付き防止のために多量の潤滑剤を
使用すると、溶融金属への不純物混入の原因となって製
品品質を低下させることとなるため好ましくない。

このため従来からH_RC65(H_v832)程度の硬さを有する窒化
鋼製のシリンダが使用されている。このような窒化鋼製
のシリンダの使用により、シリンダ内面の摩耗や溶損が
軽減されるが、シリンダの耐久性やこのシリンダを使用
して鋳造した製品の品質の点では未だ不充分な点があ
る。

そこでピストンが嵌入する鋼製シリンダの内周面に耐
熱、耐摩耗性を有するセラミック製円筒を嵌着したダイ
カスト用シリンダが提案された。

米国特許第3,664,411号は、溶湯金属に対して耐食性及
び耐熱疲労性を有するセラミック製内層と金属製ケーシ
ングとを有し、セラミック製内層は僅かにテーパーした
外面を有するとともにケーシングは相補的にテーパーし
た内面を有し、内層をケーシング内に組み込むことによ
り内層が全長にわたってケーシングに半径方向に押圧さ
れた状態になることを特徴とするダイカスト用シリンダ
を開示している。

また特開昭53-70034号は、溶湯射出用シリンダ内部に、
セラミックで形成された複数個の分割スリーブを組み合
わせて設けるようにしたことを特徴とするダイキャスト
装置を開示している。

また特開昭61-67555号は、溶湯射出用スリーブを内面シ
リンダと外面シリンダとの二重構造に構成すると共に、
それら内面シリンダと外面シリンダとの間に冷却水ジャ
ケットを形成したことを特徴とするダイカスト射出スリ
ーブを開示している。

さらに特開昭61-103658号は、ピストンが嵌入する外筒
の内周面の、少なくとも溶湯注入孔の近傍に、セラミッ
クスまたはサーメットなどの超耐熱、超耐摩耗性を有す
る非鉄金属材料からなる内筒を適宜の締め代をもって嵌
着するとともに、前記外筒に熱媒体の導入可能な穴を１
個または複数個設けたことを特徴とする型鋳造機用射出
シリンダを開示している。

上記のようにシリンダ内にセラミックの内筒を嵌着した
構成のものは、耐摩耗性および耐食性を改善する面にお
いては極めて有効であるが、シリンダ内に注入された溶
融金属の温度が低下してしまうという点においては、未
だ改良する余地がある。すなわち、ダイカスト法におい
ては、一般に溶融金属の温度ができるだけ凝固温度に近
い状態で鋳造する傾向にあるため、溶融金属の温度低下
を防止するためにシリンダには上記特性の他に優れた断
熱性、すなわち保温性が要求される。この点セラミック
製円筒を嵌着したシリンダは、従来の鋼製シリンダと比
較すると、断熱性、保温性を若干向上させるものの、ダ
イカスト法における要求を充分に満足するまでに至って
いない。

またシリンダ内に溶融金属を注入した際、溶融金属と接
触する下部が優先的に加熱されるため、熱膨張の差によ
り、シリンダが上方にわん曲する傾向を示す。このため
セラミック製円筒に亀裂や破損が起こるという問題が生
じた。この問題を解決するには、やはり断熱性、保温性
を良好にする必要がある。すなわち、溶融金属との接触
により温度上昇するセラミック製円筒が、金属製外筒と
充分に断熱されていれば、金属製外筒の温度上昇は僅か
であり、それに伴って熱膨張の差に基づくわん曲度を小
さくすることができる。

以上に鑑み、本発明の目的は、セラミック製円筒と金属
製外筒からなる複合型ダイキャスト用シリンダにおい
て、セラミック製円筒と金属製外筒との断熱性、保温性
が向上した構造のものを提供することである。

発明の開示本発明のダイカスト用シリンダは、金属製外筒と、セラ
ミック製内筒とを有し、前記外筒と前記内筒との境界部
に複数個の空孔部が設けられており、前記空孔部は前記
外筒の内面又は前記内筒の外面に設けられた条溝からな
り、前記条溝の幅ａと間隔ｂとの比a/bが1:1〜6:1の範
囲内にあることを特徴とする。

図面の簡単な説明第１図は本発明の一実施例によるダイカスト用シリンダ
を有するダイカスト装置を示す縦断面図であり、第２図は本発明の一実施例によるダイカスト用シリンダ
の金属製外筒とセラミック製円筒との境界部における空
孔部を示す一部拡大断面図であり、第３図は本発明の別の実施例による空孔部を示す一部拡
大断面図であり、第４図はセラミック製円筒と金属製外筒の温度降下を示
すグラフであり、（ａ）は空孔部がない場合を、（ｂ）
は空孔部がある場合を示し、第５図（ａ）は、シリンダ先端部ｌにおいてセラミック
製円筒の外面が拡大している例を示す部分断面図であ
り、第５図（ｂ）は、シリンダ先端部ｌにおいて金属製外筒
の内面が縮径している例を示す部分断面図であり、第６図は、本発明のさらに別の実施例によるダイカスト
用シリンダを有するダイカスト装置を示す縦断面図であ
り、第７図は、本発明のさらに別の実施例によるダイカスト
用シリンダを示す縦断面図である。

発明を実施するための最良の形態第１図は、本発明の一実施例によるダイカスト用シリン
ダを有するダイカスト装置を示す。ダイカスト装置は固
定盤１と、固定盤１に着脱自在に固定されたシリンダ２
と、固定盤１に固定された固定型３と、固定型３に対し
て移動自在な可動型４とを有する。可動型４にはキャビ
ティ５が穿設されているとともに、固定型３にはキャビ
ティ５とシリンダ２に連通する湯口６が設けられてい
る。

シリンダ２は金属製外筒21とセラミック製円筒22とから
なり、その後端部付近の上部に溶融金属注入口23が形成
されている。またシリンダ２の後端部からピストンチッ
プ７が摺動自在に挿入されており、ピストンチップ７は
ピストンロッド８によりシリンダ２内を摺動自在に前後
動する。

このような構成のシリンダ２において、まず溶融金属を
注入口23よりシリンダ２内に注入し、ピストンチップ７
により型方向に押す（7a参照）。ピストンチップ７の押
圧により溶融金属は金型キャビティ５内に進入し、凝固
することにより所定の形状の成形品が得られる。

本発明においては、金属製外筒21とセラミック製円筒22
との境界部に複数の空孔部24が形成されていることを特
徴とする。第２図はその好ましい一例を示す。第２図の
例においては、空孔部24は半円形状の断面を有する条溝
であり、各空孔部24の幅（開口サイズ）ａと隣接空孔部
24の間隔ｂとの間には以下の関係が満たされていること
が好ましい。

a/b＝1:1〜6:1・・・（１） a:bが１に近づくにつれて空孔部24による断熱保温効果
が小さくなり、a/b＜1:1では不十分となる。一方a:bが
大きくなると外筒21の焼嵌めによる圧縮力のために、セ
ラミック製円筒22にかかる剪断力が大きくなる。内筒22
の破壊防止にはa/bの上限は6:1である。

一方、セラミック製円筒22の肉厚ｔと空孔部24の幅ａと
の関係については、ａ≦ｔ・・・（２）であることが好ましい。ａ＞ｔとなると、やはりセラミ
ック製円筒22にかかる剪断力が大きくなりすぎるため
に、内筒22の破壊のおそれがでてくる。一方空孔部24が
小さすぎると、たとえ以上の要件を満たしていても断熱
保温性が十分とならないので、空孔部24の幅（直径）ａ
が1mm以上であるのが望ましい。

なお空孔部24は条溝により構成するのが好ましく、この
条溝は複数の円周方向溝からなる場合でも、螺旋条溝か
らなる場合でも、又はシリンダの長手方向に延在する複
数の溝からなる場合でもよい。いずれの場合でも、上記
要件（１）、（２）を満たすのが好ましい。

第３図は本発明の別の実施例による空孔部25を示す。本
実施例においては、空孔部25は三角形状断面を有し、第
２図と同様に円周状条溝、螺旋状条溝又は長手方向の条
溝からなる。

第２図及び第３図に条溝の好ましい形状を示したが、本
発明においてはこれらに限定されることなく、例えば長
方形状、正方形状、台形状等の断面を有する条溝により
空孔部を形成することができる。

なお各条溝の幅ａと間隔ｂは、上記式（１）、（２）の
要件を満たすようにするが、具体的には各条溝の幅ａは
１〜6mm、間隔ｂは１〜3mm程度で、条溝の深さは0.2〜1
mmとするのが好ましい。

以上に説明した空孔部は金属製外筒21とセラミック製円
筒22の境界部全長にわたって存在させるのが好ましい
が、特に温度上昇の大きな部分だけ設けるようにしても
構わない。また加工上空孔部を金属製外筒の内面に形成
するのが好ましいが、場合によってはセラミック製円筒
の外面に設けても良い。

第４図は空孔部による断熱保温効果を示す。（ａ）に示
すように、空孔部が存在しない場合、セラミック製円筒
22の内面と金属製外筒21の外面との温度差ΔT_Oは余り大
きくないが、空孔部24が存在する場合（（ｂ））、断熱
保温効果により温度差ΔT₁は非常に大きくなる。これに
より、（ａ）、（ｂ）の場合の金属製外筒の温度を比較
すると、（ｂ）の場合の方がはるかに温度が低いことが
わかる。従って、（ｂ）の場合、金属製外筒の熱膨張が
小さく、シリンダのわん曲が低減し、それに伴ってセラ
ミック製円筒22の破損のおそれも低減する。

次に外筒21と内筒22とは、焼嵌め率1/1000〜6/1000で焼
嵌め固着するが、このような構成にすることにより、溶
融金属を注入した際に内筒22と外筒21との膨張差に起因
する固着のゆるみを防止することができる。第１図に示
す内筒22内に溶融金属を注入した後、ピストン７を作動
させる場合、内筒22内に溶融金属が充満されるから、内
筒22は加熱されて膨張するが、さらに外筒21も伝熱によ
り加熱されて膨張しようとする。この場合熱膨張係数は
金属製外筒21の方が、セラミック材料からなる内筒22よ
り大きいため、上記加熱の場合に、両者の膨張差によっ
て焼嵌めがゆるむ。しかしながら上記加熱に伴う熱膨張
差が発生しても焼嵌め率がこの熱膨張差を吸収するよう
に設定しているため、前記外筒21と内筒22との間の固着
のゆるみを防止するのである。更に本発明のシリンダに
おいては、内筒22と外筒21との境界部に断熱保温性のあ
る空孔部24が設けられているため、外筒21の温度上昇が
小さく、従って熱膨張が小さい。このため両者間のゆる
みを防止する機能は更に向上している。

更に上記焼嵌め率により、圧縮応力が内筒22に付与され
ているので、ピストンの作動により溶融金属を射出する
場合の液圧により、内筒22に作用する引張応力を打ち消
すように働く。これによって上記引張応力に起因する内
筒22の割れ発生を防止できる。

第５図（ａ）及び（ｂ）は本発明のさらに別の実施例に
よる内筒22及び外筒21の形状を模式的に示す断面図であ
る。第５図（ａ）においては、内筒22の先端部ｌの外径
は拡大しており、他の部位の外径は漸次減少している。
一方外筒（図示せず）の内径は全長に亘って同一寸法と
し、先端部ｌの範囲においては内筒22を補強するに十分
な嵌合率（焼嵌め率）、例えば2/1000〜6/1000を確保し
得るようになっている。従って上記先端部ｌ以外の部位
における嵌合率は上記値より僅かに小さくなっている。

上記のように形成することにより、射出圧が印加される
上記先端部ｌの範囲においては内外筒間に十分な嵌合率
が確保され、内筒22に対する補強作用を発揮することが
できる。従って射出圧の印加、熱膨張差その他に起因す
る内筒22内の引張応力の発生を防止することができ、ク
ラックの発生を防止し得る。一方上記先端部以外の部位
における嵌合率は上記ｌの範囲におけるものより小さい
ため、注入口23の近傍における内筒22のクラック発生を
防止し得る。また特に溶融金属を注入後、射出に移行す
る間に、シリンダ２の下部が加熱される結果、外筒21と
内筒22との熱膨張差が発生するが、内外筒間の嵌合率が
小であるため、前記熱膨張差を十分に吸収することがで
き、望ましくない熱応力の発生を防止することができ
る。

第５図（ｂ）は外筒21の内径を先端部ｌにおいて同一直
径とし、他の部位の内径を漸次増大させた場合を示して
いる。この場合には内筒（図示せず）の外径は全長にわ
たって同一寸法とし、前記先端部ｌの範囲においては、
内筒を補強するに足る十分な嵌合率を確保するようにす
る。このよう構成の場合の作用は第５図（ａ）の場合と
同じである。

以上のような構成により、セラミック材料からなる内筒
を十分に補強する一方において、射出圧の印加されない
部位の拘束力を緩和させ得る結果、注入口近傍における
クラックの発生を完全に防止し得る。この結果セラミッ
ク材料本来の耐摩耗性、耐食性及び断熱性等の諸特性を
十分に発揮させることができ、ダイカストスリーブの耐
久性、ダイカスト製品の歩留り、エネルギーコストの改
善に著しく貢献し得る。

第６図は、本発明のさらに別の実施例によるダイカスト
用シリンダで、先端部に金属製内筒を有するものを示
す。ダイカスト用シリンダ52は固定盤51に着脱自在に固
定され、固定盤51には固定型53が固定されているととも
に、可動型54が固定型53に対して開閉自在に設けられて
いる。シリンダ52は金属製外筒59とセラミック製内筒60
とからなり、また分割型で、先端部は先端フランジ62を
有する金属製外筒61と金属製内筒63とからなる。

ラドル56から溶融金属58をシリンダ内に注入し、ピスト
ン57によりキャビティ55内に圧入する。この際シリンダ
先端部では、ピストン57に押圧された溶融金属58の圧力
が非常に高くなるので、内筒の破損のおそれがでてく
る。従って、先端部の破損を完全に防止するためには、
先端部における内筒として金属製のものを使用するのが
好ましい。また先端部の内筒を金属製とすることにより
溶融金属の冷却効果が向上し、キャビティ内の溶融金属
の凝固時間が短縮され、ダイカストサイクルが短縮され
るという利点も得られる。

第７図は金属製外筒72内に水路77を設けることにより金
属製外筒72の温度上昇を防止したダイカストシリンダ71
の例を示す。このシリンダ71の基本的構造は第１図のも
のと同じであり、金属製外筒72とセラミック製内筒73と
注入口74とを有し、またシリンダ内には、ピストンロッ
ド76の先端部に固定されたピストンチップ75が摺動す
る。水路77は、例えば螺旋状であっても、長手方向に延
在するものであってもよい。さらに長手方向の場合、隣
接する水路の各端部が連結して、全体として１本の水路
となるように構成したものでもよい。また水路の給水口
と排水口はそれぞれ必要に応じ２つ以上設けることによ
り、冷却効果を上げることができる。

以上の構造のダイカスト用シリンダを構成するセラミッ
ク製内筒としては、種々のセラミック製のものを用いる
ことができるが、耐熱性、耐焼付性、耐熱衝撃性等の観
点から、窒化珪素系セラミック又はサイアロンにより形
成したものが好ましい。

窒化珪素系セラミック又はサイアロンの典型的な組成
は、Si₃N₄70重量％以上と、周期律表IIa又はIIIa属元素
の酸化物のなかの１種以上20重量％以下と、Al₂O₃20重
量％以下と、AlN固溶体（AlN−Si₃N₄−Al₂O₃系）もしく
はAlN10重量％以下からなり、これらの混合物を焼結し
て得られる。前記窒化珪素又はサイアロン製の内筒は原
料粉末を冷間静水圧プレスで成形した後、常圧で焼結
し、所定の寸法に加工することにより形成することがで
きる。このセラミック製内筒は曲げ強度50kg/mm²以上、
密度が理論密度の90％以上、水中投下法による耐熱衝撃
温度ΔＴ＝300℃以上を有する。

また外筒は工具鋼により形成するのが好ましいが、その
他にも構造用鋼、合金鋼又は非鉄金属等により形成する
ことができる。

実施例１ Si₃N₄87重量％と、Y₂O₃６重量％とAl₂O₃４重量％とAlN
固溶体３重量％とからなるサイアロン製の内筒（外径75
mm、内径60mm、長さ230mm）に、SKD−61製の外筒（外径
115mm、内径75mm、長さ250mm）を焼嵌めにより固着し
た。なお外筒の内面には、半円形状断面の条溝（幅2m
m、深さ0.5mm）を1mmの間隔で円周状に設けた。また得
られたシリンダの後端部上部に溶融金属注入口を設け
た。

このような構造のシリンダを第１図に示す構造のダイカ
スト装置（型締力800t）に装着し、760℃のアルミニウ
ム合金溶湯を使用して、鋳造サイクル72秒、硬化時間20
秒の鋳造条件でダイカストを行った。その結果、100,00
0ショット以上の使用に耐え、ほとんど損傷が発生しな
いとともに、断熱保温効果が極めて良好であることを確
認した。

実施例２実施例１と同じサイアロン製内筒及びSKD−61製外筒を
用い、外筒の内面形状を第５図（ｂ）に示すようにする
ことにより、嵌合率を先端部ｌにおいて4/1000とし、そ
の他の部分においては4/1000〜1.5/1000とした。

このような構造のシリンダを用い、実施例１と同じ条件
でダイカストを行ったところ、150,000ショット以上の
使用に耐え、注入口近傍におけるクラックの発生は皆無
であった。

産業上の利用分野本発明のダイカスト用シリンダは、金属製外筒とセラミ
ック製内筒との境界部における空孔部により優れた断熱
保温性を有するために、溶融金属の注入によっても金属
製外筒の温度上昇を低く抑えることができ、もって溶融
金属が接触するシリンダ下部と接触しないシリンダ上部
との間の熱膨張の差を低減し、シリンダの上向きのそり
の発生を防止することができる。これによりセラミック
製内筒の破損を有効に防止することができる。

また断熱保温効果により、薄肉部を有する鋳造製品であ
っても、湯廻り不良の発生を防止して、良質なダイカス
ト品を製造することができる。

また溶融金属の温度を必要以上に高める必要がないた
め、従来経験された過熱による溶融金属の酸化もしくは
ガス含有量の増大等の不良を激減することができる。

さらに、セラミックス製内筒の破損を防止したために、
シリンダの寿命を大幅に延長させることができる。

以上のような特徴を有する本発明のダイカスト用シリン
ダは、アルミニウム合金等の非鉄金属用のコールドチャ
ンバ型ダイカストマシンに用いるのに特に好適である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭56−109150（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−44726（ＪＰ，Ａ) 実開昭53−140710（ＪＰ，Ｕ) 実開昭61−177758（ＪＰ，Ｕ) 特公昭50−31533（ＪＰ，Ｂ１)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属製外筒と、セラミック製内筒とを有
し、前記外筒と前記内筒との境界部に複数個の空孔部が
設けられており、前記空孔部は前記外筒の内面又は前記
内筒の外面に設けられた条溝からなり、前記条溝の幅ａ
と間隔ｂとの比a/bが1:1〜6:1の範囲内にあることを特
徴とするダイカスト用シリンダ。
【請求項２】請求の範囲第１項に記載のダイカスト用シ
リンダにおいて、射出圧が印加されるダイキャビティ側
端部近傍における前記外筒と前記内筒の嵌合率が、他の
部位における嵌合率より大きいことを特徴とするダイカ
スト用シリンダ。
【請求項３】請求の範囲第１項又は第２項に記載のダイ
カスト用シリンダにおいて、ダイキャビティ側端部にお
ける内筒が金属製であることを特徴とするダイカスト用
シリンダ。
【請求項４】請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに
記載のダイカスト用シリンダにおいて、前記金属製外筒
内に冷却水路を有することを特徴とするダイカスト用シ
リンダ。
【請求項５】請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに
記載のダイカスト用シリンダにおいて、前記セラミック
製内筒が窒化珪素系セラミック又はサイアロンからな
り、曲げ強度が50kg/mm²以上、密度が理論密度の90％以
上、及び水中投下法による耐熱衝撃温度ΔＴが300℃以
上であることを特徴とするダイカスト用シリンダ。