特許 5763567 ダイカストスリーブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5763567

(24)【登録日】2015年6月19日

(45)【発行日】2015年8月12日

(54)【発明の名称】ダイカストスリーブ

(51)【国際特許分類】

   B22D 17/20 20060101AFI20150723BHJP

【ＦＩ】

   B22D17/20 F

【請求項の数】7

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-26515(P2012-26515)

(22)【出願日】2012年2月9日

(65)【公開番号】特開2013-163192(P2013-163192A)

(43)【公開日】2013年8月22日

【審査請求日】2014年8月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100080621

【弁理士】

【氏名又は名称】矢野 寿一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100124730

【弁理士】

【氏名又は名称】正津 秀明

(72)【発明者】

【氏名】外崎 修司

(72)【発明者】

【氏名】古川 雄一

(72)【発明者】

【氏名】八百川 盾

(72)【発明者】

【氏名】岩田 靖

(72)【発明者】

【氏名】杉山 義雄

【審査官】 川崎 良平

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５７−０２９３１１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭４９−１２８８１５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特表２００８−５３１２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３００４６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２１０２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３５１０５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１５６５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２１４２７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｄ １７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内側スリーブと外側スリーブとの二重構造で構成され、軸心方向が略水平方向となるように配設されるダイカストスリーブであって、
前記内側スリーブを上方に押圧する押圧機構により、前記内側スリーブが前記外側スリーブの内部で上側に偏心するように押圧されて、前記内側スリーブの上側外周面が前記外側スリーブの上側内周面に当接されるとともに、前記内側スリーブの下側外周面と前記外側スリーブの下側内周面との間に間隙が形成されることにより、前記内側スリーブの上部と前記外側スリーブの上部との間の熱伝導率が、前記内側スリーブの下部と前記外側スリーブの下部との間の熱伝導率よりも高くなるように構成される、
ことを特徴とする、ダイカストスリーブ。

【請求項2】

前記内側スリーブの下側外周面と前記外側スリーブの下側内周面との間に断熱処理が施される、
ことを特徴とする、請求項１に記載のダイカストスリーブ。

【請求項3】

前記内側スリーブは、前記外側スリーブよりも熱伝導率の高い素材で形成される、
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のダイカストスリーブ。

【請求項4】

前記内側スリーブは前記外側スリーブに対して軸心方向の変形が許容される、
ことを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか１項に記載のダイカストスリーブ。

【請求項5】

前記外側スリーブは前記内側スリーブよりも断面２次モーメントの大きい部材で形成される、
ことを特徴とする、請求項１から請求項４の何れか１項に記載のダイカストスリーブ。

【請求項6】

前記内側スリーブは、合金層の内周面及び外周面がカーボン層で被覆されて形成される、
ことを特徴とする、請求項１から請求項５の何れか１項に記載のダイカストスリーブ。

【請求項7】

内側スリーブと外側スリーブとの二重構造で構成されるダイカストスリーブであって、
前記外側スリーブは前記内側スリーブよりも断面２次モーメントの大きい部材で形成され、
前記内側スリーブは、前記外側スリーブよりも熱伝導率の高い素材で形成されるとともに、前記外側スリーブに対して軸心方向の変形が許容される、
ことを特徴とする、ダイカストスリーブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ダイカストスリーブに関し、詳しくは、ダイカストスリーブの耐久品質を向上させる技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、ダイカストマシンにおいては、注湯ラドルから給湯口を介してアルミニウム等の溶湯が注湯される射出スリーブ（以下、単に「ダイカストスリーブ」と記載する）が用いられている。そして、これらの従来技術においては、ダイカストスリーブを内側スリーブと外側スリーブとの二重構造で構成し、高温の溶湯を注湯した際に外側スリーブの温度上昇を抑制する技術が開示されている（例えば、特許文献１から特許文献３を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４−３４０５５号公報

【特許文献2】特開２００３−３９１４５号公報

【特許文献3】特開平９−１５５５２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

前記特許文献１においては、ダイカストスリーブに冷却媒体通路を形成して冷却を促進する構成が記載されている。また、前記特許文献２においては、外側スリーブの剛性を高くすることで熱膨張によるダイカストスリーブの変形を抑制する構成が記載されている。前記特許文献３においては、スリーブを二重構造にすることで内側スリーブから外側スリーブへの熱伝導を低減し、スリーブが上側に曲がる熱変形を抑制する構成が記載されている。

【0005】

前記ダイカストスリーブにおいては、注湯した際に溶湯に触れるダイカストスリーブの下部の温度が高温となり、熱による膨張が発生する。従来技術に係るダイカストスリーブによれば、ダイカストスリーブの上部と下部との間で熱膨張差が発生することによってダイカストスリーブが上側に曲がる（下側に膨らむ）熱変形を十分に防止することはできなかった。

【0006】

一方、セラミック製の熱膨張率が低い材料をダイカストスリーブに適用することで、ダイカストスリーブの熱変形を抑制する技術も知られている。
しかし、セラミック製の材料は高価である上に、使用中に急にクラックが入って破壊する場合もあり、寿命予測が困難であった。

【0007】

そこで本発明は、上記現状に鑑み、スリーブが上側に曲がる熱変形の発生を安価な構成で防止することができる、ダイカストスリーブを提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

【0009】

即ち、請求項１においては、内側スリーブと外側スリーブとの二重構造で構成され、軸心方向が略水平方向となるように配設されるダイカストスリーブであって、前記内側スリーブを上方に押圧する押圧機構により、前記内側スリーブが前記外側スリーブの内部で上側に偏心するように押圧されて、前記内側スリーブの上側外周面が前記外側スリーブの上側内周面に当接されるとともに、前記内側スリーブの下側外周面と前記外側スリーブの下側内周面との間に間隙が形成されることにより、前記内側スリーブの上部と前記外側スリーブの上部との間の熱伝導率が、前記内側スリーブの下部と前記外側スリーブの下部との間の熱伝導率よりも高くなるように構成されるものである。

【0010】

請求項２においては、前記内側スリーブの下側外周面と前記外側スリーブの下側内周面との間に断熱処理が施されるものである。

【0011】

請求項３においては、前記内側スリーブは、前記外側スリーブよりも熱伝導率の高い素材で形成されるものである。

【0012】

請求項４においては、前記内側スリーブは前記外側スリーブに対して軸心方向の変形が許容されるものである。

【0013】

請求項５においては、前記外側スリーブは前記内側スリーブよりも断面２次モーメントの大きい部材で形成されるものである。

【0014】

請求項６においては、前記内側スリーブは、合金層の内周面及び外周面がカーボン層で被覆されて形成されるものである。

【0015】

請求項７においては、内側スリーブと外側スリーブとの二重構造で構成されるダイカストスリーブであって、前記外側スリーブは前記内側スリーブよりも断面２次モーメントの大きい部材で形成され、前記内側スリーブは、前記外側スリーブよりも熱伝導率の高い素材で形成されるとともに、前記外側スリーブに対して軸心方向の変形が許容されるものである。

【発明の効果】

【0016】

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

【0017】

本発明により、ダイカストスリーブが上側に曲がる熱変形の発生を安価な構成で防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】第一実施形態に係るダイカストスリーブを示した断面図。

【図2】図１におけるＡ−Ａ線断面図。

【図3】同じくダイカストスリーブの給湯後の状態を示した断面図。

【図4】第二実施形態に係るダイカストスリーブを示した断面図。

【図5】図４におけるＢ−Ｂ線断面図。

【図6】第三実施形態に係るダイカストスリーブの給湯後の状態を示した断面図。

【発明を実施するための形態】

【0019】

次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。

【0020】

［ダイカストスリーブ１０］
まず始めに、本発明の第一実施形態に係るダイカストマシン等における射出スリーブであるダイカストスリーブ１０の構成について、図１及び図２を用いて説明する。なお、本明細書においては説明の便宜上、図１における上側及び下側を、それぞれダイカストスリーブ１０の上方及び下方とし、同じく右側及び左側を、それぞれダイカストスリーブ１０の前方及び後方とし、同じく紙面手前側及び紙面奥行側を、それぞれダイカストスリーブ１０の右側方及び左側方として説明する。また、図１から図６には各方向を示す矢印を示している。

【0021】

本実施形態に係るダイカストスリーブ１０は軸心方向が略水平方向である前後方向となるように配設され、注湯ラドル６１から給湯口１１を介してアルミニウム等の溶湯Ｍが注湯されるものである。具体的には図１に示す如く、給湯機によって駆動される注湯ラドル６１によって溶湯Ｍが汲み上げられ、上側に開口された給湯口１１から溶湯Ｍがダイカストスリーブ１０に注湯されるのである。

【0022】

本実施形態に係るダイカストスリーブ１０は図１及び図２に示す如く、それぞれ円筒形状の内側スリーブ２０と、内側スリーブ２０の外周側に配設される外側スリーブ３０との二重構造で構成されている。換言すれば、内側スリーブ２０は外側スリーブ３０の内周部に挿入されている。

【0023】

内側スリーブ２０はその軸心側から順に、内周側カーボン層２２ａ、合金層２１、及び、外周側カーボン層２２ｂの三層構造で構成される。換言すれば、内側スリーブ２０は合金層２１の内周面及び外周面がそれぞれ内周側カーボン層２２ａ及び外周側カーボン層２２ｂで被覆されて形成されているのである。なお、内側スリーブ２０を三層構造とせずに、合金層２１のみで構成することも可能である。

【0024】

合金層２１の素材には銅合金などの高熱伝導材が用いられる。この場合、高熱伝導材とは熱伝導率が４５（Ｗ／ｍ・ｋ）以上の材料を指すものとする。
内周側カーボン層２２ａ及び外周側カーボン層２２ｂは析出型のカーボンナノファイバーの表面にフラーレンが塗布されて形成されている。

【0025】

外側スリーブ３０の素材にはＳＫＤ６１などの工具鋼が用いられる。ＳＫＤ６１は熱伝導率が約３０（Ｗ／ｍ・ｋ）であり、合金層２１に用いる高熱伝導材と比較すると熱伝導率が低い。即ち、内側スリーブ２０の合金層２１は、外側スリーブ３０よりも熱伝導性の高い素材で形成されている。

【0026】

また、外側スリーブ３０の素材であるＳＫＤ６１は引張強度が約１０００ＭＰａ、弾性率が約１９０ＧＰａであるのに対し、合金層２１の素材である銅合金は引張強度が約４００ＭＰａ、弾性率が約１３０ＧＰａである。つまり、外側スリーブ３０は内側スリーブ２０よりも強度の高い素材で形成されているため、外側スリーブ３０は内側スリーブ２０よりも断面２次モーメントが大きくなるように構成されているのである。

【0027】

さらに、内側スリーブ２０と外側スリーブ３０とは、それぞれが別々に支持されており、互いの軸心方向の位置を変更可能に構成されている。換言すれば、内側スリーブ２０は外側スリーブ３０に対する軸心方向の変形を拘束されずに配設されているのである。

【0028】

そして、本実施形態に係るダイカストスリーブ１０においては、内側スリーブ２０の上部と外側スリーブ３０の上部との間の熱伝導性は、内側スリーブ２０の下部と外側スリーブ３０の下部との間の熱伝導性よりも高くなるように構成されている。

【0029】

具体的には図１及び図２に示す如く、内側スリーブ２０を上方に押圧する押圧機構４１・４１・・・により、内側スリーブ２０が外側スリーブ３０の内部で上側に偏心するように、内側スリーブ２０の軸心方向の変形が拘束されない程度に押圧されている。

【0030】

本実施形態において、押圧機構４１は外側スリーブ３０と同じ素材で形成されており、外側スリーブ３０の下側からねじ部材が挿入されて固定されている。なお、押圧機構は本実施形態の構成に限定されるものではなく、内側スリーブ２０を上側に押圧することができれば他の構成でも差し支えない。

【0031】

そして、内側スリーブ２０の上側外周面が外側スリーブ３０の上側内周面に当接されるとともに、内側スリーブ２０の下側外周面と外側スリーブ３０の下側内周面との間に間隙Ｄが形成されている。これにより、内側スリーブ２０の上部と外側スリーブ３０の上部との間においては、互いに密接することにより図２中の矢印α２に示す如く熱が伝導しやすくなる。これに対し、内側スリーブ２０の下部と外側スリーブ３０の下部との間においては、互いの間に空気層からなる間隙Ｄが存在するために図２中の矢印βに示く如く熱が伝導し難くなるのである。

【0032】

本実施形態に係るダイカストスリーブ１０においては上記の如く構成することにより、高温の溶湯Ｍをダイカストスリーブ１０に注湯した際に、ダイカストスリーブ１０が上側に曲がる（下側に膨らむ）熱変形の発生を防止することが可能となる。

【0033】

具体的には図２に示す如く、溶湯Ｍをダイカストスリーブ１０に注湯すると、内側スリーブ２０の下部と外側スリーブ３０の下部との間では前記の如く熱が伝導し難く構成されているため、溶湯Ｍの熱は熱伝導性の高い内側スリーブ２０を通じて、図２中の矢印α１に示す如く内側スリーブ２０の下部から上部へと移動する。そして、内側スリーブ２０の上部へと伝えられた熱は図２中の矢印α２に示す如く内側スリーブ２０の上部から外側スリーブ３０の上部へと移動するのである。

【0034】

上記の如く、本実施形態に係るダイカストスリーブ１０においては、内側スリーブ２０の上部と外側スリーブ３０の上部との間の熱伝導性を、内側スリーブ２０の下部と外側スリーブ３０の下部との間の熱伝導性よりも高くして、内側スリーブ２０において下部から上部に熱を伝導しやすく構成している。これにより、内側スリーブ２０の上部と下部との間における熱膨張差の発生を抑止することができるため、ダイカストスリーブ１０が上側に曲がる（下側に膨らむ）熱変形の発生を防止することが可能となるのである。
また、本実施形態に係るダイカストスリーブ１０においてはセラミック等の高価な材料を使用しないため、安価な構成とすることができる。

【0035】

また、本実施形態に係るダイカストスリーブ１０においては、内側スリーブ２０を外側スリーブ３０よりも熱伝導性の高い素材で形成している。これにより、溶湯Ｍの熱を内側スリーブ２０の下部から上部へと速やかに移動させることができるため、内側スリーブ２０の上部と下部との間における熱膨張差の発生をより抑止することができる。この場合、内側スリーブ２０における溶湯Ｍの熱は下部から上部へと伝えられるため、内側スリーブ２０は上部と下部とが均一に熱膨張することになる。

【0036】

また、本実施形態に係るダイカストスリーブ１０において、内側スリーブ２０は外側スリーブ３０に対する軸心方向の変形が拘束されずに配設されている。これにより、上記の如く内側スリーブ２０において溶湯Ｍの熱が下部から上部へと伝えられて上下均一に熱膨張した際に、図３中の矢印Ｓに示す如く内側スリーブ２０のみが軸心方向に伸張することとなる。つまり、内側スリーブ２０は外側スリーブ３０に対して軸心方向の変形が拘束されていないため、熱膨張による歪を軸心方向に逃がすことが可能となる。このため、ダイカストスリーブ１０における曲げの発生をより抑止できるのである。

【0037】

また、本実施形態に係るダイカストスリーブ１０においては、外側スリーブ３０を内側スリーブ２０よりも強度の高い素材で形成し、外側スリーブ３０が内側スリーブ２０よりも断面２次モーメントが大きくなるように構成している。これにより、内側スリーブ２０において上側に曲がる（下側に膨らむ）側に熱応力が発生した場合でも、外側スリーブ３０により内側スリーブ２０の熱変形を抑止することができる。換言すれば、外側スリーブ３０が内側スリーブ２０を変形させようとする応力に追従して変形しないため、ダイカストスリーブ１０における曲げ変形をより防止できるのである。

【0038】

また、本実施形態に係るダイカストスリーブ１０においては、内側スリーブ２０は、合金層２１の内周面を、溶湯Ｍであるアルミニウムと親和性の低い内周側カーボン層２２ａで被覆して形成している。これにより、内側スリーブ２０の内周面において溶湯Ｍによる溶損を防止することができる。

【0039】

また、内周側カーボン層２２ａは溶湯Ｍに対して断熱効果があるため、ダイカストスリーブ１０の内部における溶湯Ｍの温度低下を軽減させることができる。このため、注湯後のダイカストスリーブ１０の内部で溶湯Ｍが急激に冷却されることがなくなり、不良の原因である破断チルの発生を抑止できるのである。

【0040】

また、本実施形態に係るダイカストスリーブ１０においては、内側スリーブ２０は、合金層２１の外周面を、摩擦特性の低い外周側カーボン層２２ｂで被覆して形成している。これにより、内側スリーブ２０が図３中の矢印Ｓに示す如く軸心方向に伸張する際に、外側スリーブ３０等からの摩擦抵抗を受けにくくなる。つまり、内側スリーブ２０の熱膨張による歪を軸心方向に滑らかに逃がすことがより可能となるのである。

【0041】

また、本実施形態に係るダイカストスリーブ１０においては、内側スリーブ２０を外側スリーブ３０から着脱可能に構成している。これにより、内周側カーボン層２２ａ又は外周側カーボン層２２ｂが摩耗した場合などの交換作業を容易とし、作業性を向上させると同時に材料費などによるコスト増を抑制する構成としている。

【0042】

［第二実施形態］
次に、第二実施形態に係るダイカストスリーブ１１０の構成について、図４及び図５を用いて説明する。なお、本実施形態以降において説明するダイカストスリーブにおいて、既述の実施形態と共通する部分については、同符号を付してその説明を省略する。

【0043】

本実施形態に係るダイカストスリーブ１１０においては、内側スリーブ２０の上部と外側スリーブ３０の上部との間の熱伝導性は、内側スリーブ２０の下部と外側スリーブ３０の下部との間の熱伝導性よりも高くなるように構成されている。
具体的には図４及び図５に示す如く、内側スリーブ２０の下側外周面と外側スリーブ３０の下側内周面との間に断熱部材５１が介挿されることにより、断熱処理が施されているのである。断熱部材５１にはセラミック等の断熱素材が用いられる。

【0044】

本実施形態においては上記の如く構成することにより、内側スリーブ２０の上部と外側スリーブ３０の上部との間においては、互いに直接的に密接することにより図５中の矢印α２に示す如く熱が伝導しやすくなる。これに対し、内側スリーブ２０の下部と外側スリーブ３０の下部との間においては断熱部材５１が存在するために図５中の矢印βに示す如く熱が伝導し難くなるのである。

【0045】

このように、溶湯Ｍをダイカストスリーブ１１０に注湯すると、内側スリーブ２０の下部と外側スリーブ３０の下部との間では前記の如く熱が伝導し難く構成されているため、溶湯Ｍの熱は熱伝導性の高い内側スリーブ２０を通じて、図５中の矢印α１に示す如く内側スリーブ２０の下部から上部へと移動する。そして、内側スリーブ２０の上部へと伝えられた熱は図５中の矢印α２に示す如く内側スリーブ２０の上部から外側スリーブ３０の上部へと移動するのである。

【0046】

上記の如く、本実施形態に係るダイカストスリーブ１１０においては、前記第一実施形態と同様に、内側スリーブ２０の上部と外側スリーブ３０の上部との間の熱伝導性を、内側スリーブ２０の下部と外側スリーブ３０の下部との間の熱伝導性よりも高くして、内側スリーブ２０において下部から上部に熱を伝導しやすく構成している。これにより、内側スリーブ２０の上部と下部との間における熱膨張差の発生を抑止することができるため、ダイカストスリーブ１１０が上側に曲がる（下側に膨らむ）熱変形の発生を防止することが可能となるのである。

【0047】

［第三実施形態］
次に、第三実施形態に係るダイカストスリーブ２１０の構成について、図６を用いて説明する。
本実施形態に係るダイカストスリーブ２１０は前記第一実施形態と同様に、内側スリーブ２０と外側スリーブ３０との二重構造で構成される。そして、外側スリーブ３０は内側スリーブ２０よりも強度の高い素材で形成される。また、内側スリーブ２０は外側スリーブ３０よりも熱伝導性の高い素材で形成される。さらに、内側スリーブ２０は外側スリーブ３０に対する軸心方向の変形を拘束されずに配設されている。

【0048】

本実施形態においては上記の如く構成することにより、溶湯Ｍの熱を内側スリーブ２０の下部から上部へと速やかに移動させることができるため、内側スリーブ２０の上部と下部との間における熱膨張差の発生をより抑止することができる。
また、内側スリーブ２０において溶湯Ｍの熱が下部から上部へと伝えられ、上下均一に熱膨張した場合に、図３中の矢印Ｓに示す如く内側スリーブ２０のみが軸心方向に伸張することとなる。つまり、内側スリーブ２０は外側スリーブ３０に対して軸心方向の変形が拘束されていないため、熱膨張による歪を軸心方向に逃がすことが可能となる。
さらに、内側スリーブ２０において上側に曲がる（下側に膨らむ）側に応力が発生した場合でも、外側スリーブ３０により内側スリーブ２０の変形を抑止することができ、ダイカストスリーブ２１０における上側に曲がる熱変形をより防止できるのである。

【符号の説明】

【0049】

１０ ダイカストスリーブ
１１ 給湯口
２０ 内側スリーブ
３０ 外側スリーブ
４１ 押圧機構
Ｍ 溶湯

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】