JPH08114520A - 圧力計測装置および圧力計測装置を用いた加圧鋳造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金型キャビティ内の溶湯に作用する圧力変動
を正確容易に検知し，また，構造も比較的に簡単で，製
作補修も容易にする。 【構成】 ブロックの表面に配した撓み板部の裏面に先
端が接している撓み量伝達棒を配して，撓み量伝達棒を
ブロックの内部で軸線方向に微動可能に設け，ブロック
の後部において保持具で外縁部裏面を支持した撓み量計
測板を撓み量伝達棒の後端面に押付けた状態で配し，撓
み量計測板の裏側に変位センサを配した圧力計測装置，
および，この圧力計測装置を備えた鋳造用金型を用いて
溶湯圧力を計測しながら加圧鋳造するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，例えば，アルミニウム
合金やマグネシウム合金等の軽金属合金を金型を用いて
加圧鋳造する際に金型内の圧力を計測する圧力計測装置
および圧力計測装置を用いた加圧鋳造法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来より，アルミニウム合金等の軽金属
合金を鋳造する際は，一般的に，引け巣を低減するた
め，溶湯を金型に鋳込んでから凝固が完了するまでの
間，高圧力を加圧し続ける方法が採られてきた。特に，
自動車部品等のように耐圧性，高強度等の高品質が要求
される場合，上記のような高圧で鋳造する方法が多く用
いられている。この場合，製品各部に充填している溶湯
に加わる圧力の大きさが，製品の品質に大きく影響を及
ぼす。このため，従来より，溶湯の圧力を計測して，そ
れを鋳造条件の管理に利用することがあったが，その場
合には，押出ピンの裏に歪ゲージをセットし，溶湯の圧
力を計測していた。

【０００３】このように，押出ピンの裏に歪ゲージをセ
ットした場合，押出ピンの金型等に対する摺動抵抗や摩
擦力のため，計測値が正確でないという問題があった。
この摺動抵抗は，鋳造を続けていくうちに，焼付き，か
じり等によって増加する。なお，特開平６−１９０５４
３号に記載したように加圧力をパルス的に加える場合，
特に，この問題が大きくクローズアップされる。すなわ
ち，押出ピンにかけられた圧力が減少から増加に転じた
場合，その増加分が静止摩擦力を越えるまでの間は，押
出ピンは静止してしまう。逆に，圧力が増加から減少に
転じた場合も，その減少分が静止摩擦力を越えるまでの
間は，押出ピンは静止する。そのため，圧力変動が静止
摩擦力より小さい場合は，押出ピンが全く動かず，圧力
を計測できないケースが出てくることがあった。

【０００４】そこで，本出願人会社では，このような欠
点を解消するために，金型内圧力計測装置を，金型のキ
ャビティに面した部分の一部が加圧力によって撓むよう
な構造にし，従来のように摺動抵抗を受けることなく，
できるだけ正確に溶湯の圧力を計測できるようにした。
そして，例えば，特願平５−１１６０１４号や特願平５
−２７９５１１号明細書に記載したように，金型のキャ
ビティ側の表面の一部に撓み板部を設け，撓み板部の中
央部裏側に先端が接している撓み量伝達棒を配し，撓み
量伝達棒の後端面に例えば円板状の撓み量計測板を押付
けた状態で配し，金型に取付けた保持具で撓み量計測板
の外周部を支持し，撓み量計測板の平面部に歪ゲージを
取付けた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし，これらの方
法，装置においては，撓み量計測板として円板状のもの
を用い，撓み量計測板の外周全部を単純支持で支持して
いたので，歪ゲージによる歪や撓み量の計測，および，
それに伴って演算して求める金型内の圧力を正確に求め
ることが比較的に難しかった。

【０００６】すなわち，従来のものでは，図３に概要を
線図的に示すように，円板状の撓み量計測板３０の中央
部裏側に歪ゲージ３１がはり付けてあり，図３に図示し
ていない金型のキャビティに面した部分の加圧力によっ
て撓むようにした部分の裏側に先端を当接させている撓
み量伝達棒３２の後端を撓み量計測板３０の表面の中央
部に当接させていたので，撓み量計測板３０は，加圧力
の大きさによって，例えば，図３に実線で示したように
湾曲したり，２点鎖線で示したように湾曲する。

【０００７】この場合，撓み量はそれぞれδ₁ ，δ₂ と
なり，支持部材３３の角から撓み量計測板３０の端部ま
での距離は，それぞれａ，ｂとなり，撓むにしたがっ
て，この距離は短くなる。このように，撓み量の変化に
伴って支持点が移動するので，歪変化が直線的でなくな
る。また，撓み量計測板３０は円板であり，単純支持で
あるため，撓み量計測板３０が撓んだ時にその芯がずれ
る場合もあり，そのために正しい計測値が得られない場
合もある。

【０００８】また，従来のものでは，撓み量伝達棒３２
の先端部の金型の撓み板部の裏面に当接している部分，
および，撓み量伝達棒３２の後端部の撓み量計測板３０
に当接している部分が所定の幅を有する平面になってい
たので，金型の撓み板部や撓み量計測板３０が撓んだと
きに，撓み量伝達棒３２の先端部や後端部との当接位置
が変化することがあった。

【０００９】また，例えば，金型キャビティに面した計
測部分である金型の撓み板部に作用する力の作用点が，
撓み量伝達棒３２の位置と違った場合は，撓み量伝達棒
３２の先端部の一方の角のみに撓み板部が当るようにな
り，正確な計測がし難い。このような種々の理由によ
り，従来は正確な金型内圧力を求めるのができなかった
か，あるいは，できたとしても，非常に難しく，面倒で
あった。

【００１０】また，前記従来のものでは，撓み板部自体
を金型のキャビティに面した部分と完全に一体化した実
施例となっていた。したがって，この場合，撓み板部に
不具合が生じたら，金型のキャビティ面自体を補修しな
ければならず，不便であり，工数や費用も多く必要であ
った。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は，このような課
題を解決するために行ったものであり，圧力計測装置
を，ブロックの表面に配した撓み板部の裏面に先端が接
している撓み量伝達棒を配して，撓み量伝達棒をブロッ
クの内部で軸線方向に微動可能に設け，ブロックの後部
において保持具で外縁部裏面を支持した撓み量計測板を
撓み量伝達棒の後端面に押付けた状態で配し，撓み量計
測板の裏側に変位センサを配した構成とした。また，撓
み量計測板に鉄板を用い，撓み量計測板の裏面に配した
ばねを介して撓み量計測板を保持具で支持した。

【００１２】また，変位センサとして渦電流式センサを
用いた。また，撓み板部の中央部裏面と撓み量計測板に
接している撓み量伝達棒の先端と後端の中央部を先細形
状にした。さらに，これらの圧力計測装置を備えた鋳造
用金型を用いて溶湯圧力を計測しながら加圧鋳造するよ
うにした。

【００１３】

【作用】圧力計測装置は，ブロックを用いて金型とは別
体に設けたので，別途製造して金型に組込むことができ
るし，また，圧力計測装置に不具合が生じた場合は，こ
の圧力計測装置を金型から取りはずして補修することが
でき，便利である。

【００１４】前記圧力計測装置をキャビティ面に取付け
た金型を用い，その金型のキャビティ内に溶湯等が射出
されてキャビティ内に圧力が発生すれば，撓み板部が撓
み，撓み量伝達棒が押され，撓み量計測板が撓み，位置
センサでその歪量を計測する。この歪量をコンピュータ
等で演算し，金型内圧力を求める。

【００１５】なお，圧力計測装置は１例として，撓み量
計測板は後側の外周付近を圧縮ばねで支持されていて，
軸線方向に直線的に微動するだけなので，支点が移動し
ないし，歪変化が直線的にあらわれ，歪を容易に計測す
ることができる。

【００１６】そして，変位センサとして渦電流式センサ
を用いれば，計測を簡単にかつ正確に行うことができ
る。また，渦電流式センサは撓み量計測板から少し離し
て配置しておくことができるので，熱の影響もあまり受
けない。

【００１７】また，撓み量伝達棒の先端部と後端部が先
細形状になっているものを用いれば，撓み板部や撓み量
計測板との接触点が変化したり，ずれたりすることがな
く，常に良好な計測が行える。

【００１８】

【実施例】図１，図２は本発明の１実施例を示すもの
で，図１は本発明の圧力計測装置を備えた加圧鋳造装置
の縦断面図，図２は圧力計測装置の縦断面図である。図
１に示すダイカストマシンやスクイズキャスティングマ
シンとも呼ばれる加圧鋳造装置において，１は固定金
型，２は水平方向に開閉する可動金型，３はキャビテ
ィ，１ａ，２ａはそれぞれ固定金型１と可動金型２のキ
ャビティ３面側に固定されていて金型１，２の一部を形
成し，かつ，キャビティ３の外周面を形成する入れ子，
４は鋳込スリーブ，５は鋳込スリーブ４内を摺動して鋳
込スリーブ４内の溶湯をキャビティ３内に鋳込むプラン
ジャチップである。

【００１９】６はキャビティ３内に鋳込んだ溶湯にメタ
ル加圧力を周期的，波状的に作用させる加圧ピンであ
り，７は加圧ピン６作動用の油圧シリンダ，８は油圧シ
リンダ７を固定金型１の一部に取付けるためのブラケッ
トである。加圧ピン６の中には，軸心に沿ってヒートパ
イプ９を植込み，また冷却水用通路１０を設けて，鋳込
製品の厚肉部を効率良く冷却し得るようにした。１１は
本発明の圧力計測装置であり，図２を用いて後で詳しく
説明する。

【００２０】この装置を用いて鋳込動作を行う場合は，
鋳造用の溶湯を金型のキャビティ内に充填し，キャビテ
ィ内の溶湯に加圧力を加える油圧シリンダに油圧力を所
定の高圧力とこの高圧力に比べて比較的に小さな所定の
低圧力とを短時間の間隔で交互に周期的に作用させるよ
う制御して加えることにより，キャビティ内の凝固する
溶湯に対して所定の高圧力とこの高圧力に比べて比較的
に小さな所定の低圧力とからなるメタル加圧力を短時間
の間隔で交互に周期的に加えるように制御し，例えば，
フィードバック制御により，メタル加圧力の変動幅や変
動周波数が意図した値になるように制御する。

【００２１】そうすると，高圧力を作用させた直後の比
較的に低圧力を作用させた時には，一時的に金型表面の
熱伝達係数が小さくなり，凝固時に発生した潜熱が金型
表面から充分抜熱されず，溶湯温度が部分的に上昇し，
結晶遊離および樹枝状晶の枝の溶断遊離が起こる。ま
た，波状的に加えられた必要充分な値の圧力のため，溶
湯が流動し，そのことも合いまって，結晶遊離，樹枝状
晶の枝の溶断遊離が促進される。

【００２２】その結果，柱状晶ができず，鋳込製品の内
面全体に等軸晶帯のみが形成され，また，等軸晶帯に溶
質元素の偏析ができることもない。したがって，熱間割
れも発生しないし，引け巣もほとんど発生しないし，高
強度で靭性を有する高品質の鋳込製品を確実容易に得る
ことができる。

【００２３】図２に示した圧力計測装置１１部におい
て，２ａは可動金型２にはめ込んだ入れ子，３は金型
１，２内の溶湯鋳込空間であるキャビティ，１２は金型
２の一部である入れ子２ａのキャビティ３側の表面の一
部に後側からはめ込んだブロック，１３はブロック１２
のキャビティ３側の表面の一部にはめ込んで設けた比較
的に薄い円形状の撓み板部であり，撓み板部１３の後方
には，比較的に深い穴１４が後側から段状に設けられて
いる。なお，撓み板部１３には大きな力はキャビティ３
側からしか作用しないので，入れ子２ａから抜けること
はない。

【００２４】撓み板部１３の中央部の裏側には，丸棒状
の撓み量伝達棒１５の先端を接しさせて配し，撓み量伝
達棒１５の後端面に比較的に薄い平板円形状で鉄板製の
撓み量計測板１６の中央部を押付けた状態または当接し
た状態で配した。なお，撓み量伝達棒１５の熱膨張によ
り撓み量計測板１６との接触点や計測０点が微妙にシフ
トすることを考慮し，撓み量伝達棒１５は，熱膨張係
数，温度伝導率がともに小さい材質，例えばＳｉ₃ Ｎ₄
で製作した。

【００２５】撓み量伝達棒１５は，全長にわたって同一
断面にせず，ブロック１２内の両端に近い部分のみに大
径部を設け，他は小径部とし，この大径部のみをブロッ
ク１２の穴１８の内面に摺動自在に設けて，摺動抵抗が
小さくなるようにした。

【００２６】穴１４の中には，段付円筒状のブロック１
２を装入し，ブロック１２は，その先端面外周部分を撓
み板部１３の裏面外周部分に接触させた状態で，ボルト
１７によって，入れ子２ａの後側に取付けた。撓み板部
１３には，撓みやすいように，裏面からリング状の溝１
３ａを設け，中央部には円形状の比較的に厚い部分１３
ｂを設けた。ただし，この比較的に厚い部分１３ｂは裏
面がブロック１２に接触しないように構成した。このよ
うな形状にしたのは，撓み板部１３が微動して溶湯に作
用する圧力変化を良好に計測しやすいようにしたためで
ある。

【００２７】ブロック１２の軸心中央部には，撓み量伝
達棒１５を軸線方向に摺動自在にガイドした細い穴１８
を設けた。そして，撓み量伝達棒１５の位置がずれるこ
とはなく，撓み量伝達棒１５の先端部が常に撓み板部１
３の厚い部分１３ｂの中心位置に当接しているようにし
た。撓み量伝達棒１５の先端部は球面状にし，撓み板部
１３に力が偏心して加わっても，この先端部が常に一点
になるようにした。一方，撓み量伝達棒１５の後端部は
円錐状または球面状にし，同様に点接触を保つようにし
た。

【００２８】ブロック１２の中央部に設けた比較的に大
きな円形状の穴１９の後端部には，保持板２０をボルト
で固定し，穴１９の中において，撓み量計測板１６と保
持板２０の間には撓み量計測板１６の外縁部裏面を支持
した圧縮ばね２１を設け，撓み量計測板１６がブロック
１２に当接しないようにして，圧縮ばね２１で撓み量計
測板１６を若干押付けた状態にしておく。

【００２９】この圧縮ばね２１は，撓み量計測板１６を
後側から撓み量伝達棒１５に軽く押付けるか当接させて
所定の位置に位置させておき，撓み量伝達棒１５の伸び
によって軸線方向に伸びるものであれば，他の部材や装
置，例えば，耐熱硬質ゴム等の弾性部材やシリンダ等に
置き替えることもできる。

【００３０】鉄板からなる撓み量計測板１６の後側の中
央部には，撓み量計測板１６から少し離して，市販の渦
電流式の高温用変位センサ２２を設け，渦電流の変化な
いしは出力電圧の変化を測定することにより，撓み量計
測板１６の微妙な変位を計測し得るようにした。２３は
保持板２０と一体に設けた円筒部であり，円筒部２３周
囲の例えば３〜４箇所に，変位センサ２２の横方向位置
を微調整するための調整ボトル２４を設けた。

【００３１】変位センサ２２は，図示していない歪量計
測器本体に連結されている。この装置においては，撓み
板部１３が撓み量伝達棒１５を介して撓み量計測板１６
に繋がっているので，撓み量計測板１６の歪量は，圧力
の大きさに比例して撓む撓み板部１３の歪量と対応して
いる。そして，撓み板部１３の厚み，形状，寸法や，撓
み量計測板１６の寸法等を考慮して，撓み量計測板１６
の歪量から撓み板部１３に作用した圧力を換算して常に
すぐに正確に求めることができる。換算して得た圧力
は，数値として表示したり，グラフでモニタに表示した
りして，その圧力変動状態を知ることができる。

【００３２】鋳造を行うときには，キャビティ３内に充
填した直後の溶湯にメタル加圧力を波状的に加える。本
発明を実施する場合，鋳込む合金の種類や鋳込製品の形
状，寸法，鋳込条件の違いにより，メタル加圧力の最良
の高圧力，低圧力，圧力変動振幅，圧力変動周波数等は
幾分異なる。ただ，波状的に加えるメタル加圧力の圧力
変動振幅幅等，一定値を越えるものでなければならない
ことが，今までの実験結果でわかっている。

【００３３】例えば，２００ｋｇ／ｃｍ² 以上好ましく
は４００ｋｇ／ｃｍ² 以上の平均圧力と，プラスマイナ
ス１０ｋｇ／ｃｍ² 以上好ましくは２０ｋｇ／ｃｍ² 以
上の圧力変動幅と，２〜５００Ｈｚ好ましくは５〜２０
０Ｈｚの圧力変動周波数を有するメタル加圧力を油圧シ
リンダ７の作用によって溶湯に作用させる。

【００３４】

【発明の効果】本発明においては，圧力計測装置を，ブ
ロックの表面に配した撓み板部の裏面に先端が接してい
る撓み量伝達棒を配して，撓み量伝達棒をブロックの内
部で軸線方向に微動可能に設け，ブロックの後部におい
て保持具で外縁部裏面を支持した撓み量計測板を撓み量
伝達棒の後端面に押付けた状態で配し，撓み量計測板の
裏側に変位センサを配した構成にしたので，金型とは別
体に製造することができるし，金型への取付け，取りは
ずしも容易に行え，補修も容易に行える。また，構造も
比較的に簡単にできる。

【００３５】また，撓み量計測板に鉄板を用い，撓み量
計測板の裏面に配したばねを介して撓み量計測板を保持
具で支持し，変位センサとして渦電流式センサを用いた
ので，撓み量伝達棒で撓み量計測板が押された場合に，
歪変化が直線的にあらわれ，撓み量，および，金型内圧
力や圧力変動を，確実容易に計測，演算することができ
る。また，撓み量伝達棒の先端部と後端部が先細形状に
なっているので，撓み板部や撓み量計測板との接触点が
変化したり，ずれたりすることがなく，常に良好な計測
が行える。

【００３６】そして，このような圧力計測装置を金型の
キャビティ面に取付けた金型を用いて鋳造すれば，前記
した種々の利点の総合的な結果として，金型内圧力およ
び圧力の変動を，常に確実容易にかつ正確に求めること
ができる。そして，例えば，キャビティ内の溶湯に，例
えば，数１００ｋｇ／ｃｍ² の大きい圧力と小さい圧力
が交互に５〜５００Ｈｚ程度でパルス状に作用する場合
であっても，特に抵抗が発生する部分もなく，素早く応
答するので，その圧力変動を確実容易に検知することが
できる。

【００３７】また，この圧力計測装置を用いて溶湯加圧
力を計測しながら加圧鋳造するようにしたので，刻々変
化させる溶湯加圧力を適格に計測し，それに基づいてフ
ィードバック制御を行いながら溶湯加圧力を良好な状態
の下で変化させることができる。

【００３８】溶湯加圧力を極めて短い周期でパルス状に
変動させれば，キャビティ内の溶湯に高圧力と低圧力を
周期的，波状的に付加することにより，溶湯が金型表面
に押付けられる力の度合が強弱に変わり，その結果，溶
湯表面から金型表面へ熱が伝達する場合の熱伝達係数が
周期的に変わり，金型への抜熱量が周期的に変動する。

【００３９】そして，高圧力を作用させた直後の比較的
に低圧力を作用させた時には，一時的に金型表面の熱伝
達係数が小さくなり，凝固時に発生した潜熱が金型表面
から充分抜熱されず，溶湯温度が部分的に上昇し，結晶
遊離および樹枝状晶の枝の溶断遊離が起こる。また，波
状的に加えられた必要充分な値の圧力のため，溶湯が流
動し，そのことも合いまって，結晶遊離，樹枝状晶の枝
の溶断遊離が促進される。このとき，溶湯の凝固形態
は，金型のキャビティ表面に面した溶湯表面だけでな
く，溶湯内でも核が発生し，凝固が進行し，その結果，
等軸晶が生成するという，いわゆる，マッシータイプと
呼ばれている凝固形態になる。

【００４０】その結果，柱状晶ができず，鋳込製品の内
面全体に等軸晶帯のみが形成され，また，等軸晶帯に溶
質元素の偏析ができることもない。したがって，熱間割
れも発生しないし，引け巣もほとんど発生しないし，高
強度で靭性を有する高品質の鋳込製品を確実容易に得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置を備えた１実施例を示す縦断面図で
ある。

【図２】本発明の１実施例を示す装置である。

【図３】従来技術における作用を例示した説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 固定金型 ２ 可動金型 １ａ，２ａ 入れ子 ３ キャビティ ４ 鋳込スリーブ ５ プランジャチップ ６ 加圧ピン ７ 油圧シリンダ １１ 圧力計測装置 １２ ブロック １３ 撓み板部 １５，３２ 撓み量伝達棒 １６，３０ 撓み量計測板 ２１ 圧縮ばね ２２ 渦電流式の変位センサ ３１ 歪ゲージ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブロックの表面に配した撓み板部の裏面
   に先端が接している撓み量伝達棒を配して，撓み量伝達
   棒をブロックの内部で軸線方向に微動可能に設け，ブロ
   ックの後部において保持具で外縁部裏面を支持した撓み
   量計測板を撓み量伝達棒の後端面に押付けた状態で配
   し，撓み量計測板の裏側に変位センサを配した圧力計測
   装置。
2. 【請求項２】 撓み量計測板に鉄板を用い，撓み量計測
   板の裏面に配したばねを介して撓み量計測板を保持具で
   支持した特許請求の範囲請求項１記載の圧力計測装置。
3. 【請求項３】 変位センサとして渦電流式センサを用い
   た特許請求の範囲請求項１または請求項２記載の圧力計
   測装置。
4. 【請求項４】 撓み板部の中央部裏面と撓み量計測板に
   接している撓み量伝達棒の先端と後端の中央部を先細形
   状にした特許請求の範囲請求項１ないし請求項３記載の
   圧力計測装置。
5. 【請求項５】 ブロックの表面に配した撓み板部の裏面
   に先端が接している撓み量伝達棒を配して，撓み量伝達
   棒をブロックの内部で軸線方向に微動可能に設け，ブロ
   ックの後部において保持具で外縁部裏面を支持した撓み
   量計測板を撓み量伝達棒の後端面に押付けた状態で配
   し，撓み量計測板の裏面に変位センサを配した圧力計測
   装置を，金型のキャビティ側に設けた段状の穴部に埋込
   んで，圧力計測装置のブロックの表面で金型のキャビテ
   ィの表面の一部を構成させ，この圧力計測装置を備えた
   鋳造用金型を用いて溶湯圧力を計測しながら加圧鋳造す
   るようにした圧力計測装置を用いた加圧鋳造法。