JP2002224809A - 鋳造用金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャビティにおける溶湯を注入する湯口から
遠い位置にある部分の温度を、溶湯充填時の湯流れ及び
凝固時における冷却スピードが良好なレベルの温度に維
持して、巣等の鋳造欠陥の発生を防止する。 【解決手段】 下型１２、横型１３及び上型１４で構成
されたキャビティ１０を有し、前記下型１２の中央部付
近から溶湯を前記キャビティ１０内に充填する。前記上
型１２に設けられ、該上型１２に相対した前記キャビテ
ィ１０の部分を冷却する環状の水冷プール１５を設け
る。前記水冷プール１５内には、その水冷プール１５に
おける前記キャビティ１０側の壁面１５ａに対して所定
の隙間ｔを設ける環状の浸漬部材１６を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミ合金等の鋳
造に用いる鋳造用金型に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、鋳造により製造されるアルミ合
金のディスクホイールは、図９に示すように、車両に取
り付けられる厚肉のディスク部１ａ、厚肉と薄肉の混在
したデザイン部１ｂ及びタイヤが取り付けられる薄肉の
リム部１ｃから構成されている。

【０００３】上記のディスクホイールを鋳造により製造
する場合、金型で構成されるキャビティに対して、中央
に位置するディスク部１ａから溶湯を注入し、デザイン
部１ｂを経てリム部１ｃに溶湯を充填していく方法が一
般に用いられている。

【０００４】この場合、湯口の押し湯効果を利かせるた
め、リム部１ｃ、デザイン部１ｂ及びディスク部１ａの
順に充填された溶湯を凝固させていく必要があるが、鋳
造サイクルタイムの短縮を図る目的から、金型の冷却は
一般に水冷が行われており、リム部１ｃの水冷として
は、リム部１ｃに相当するキャビティ側に面した上型の
部分に、水冷プールを設けて冷却を行うものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金型の
水冷を行うものにおいては、金型の温度が全体的に低下
してキャビティ内の溶湯温度が低下するので、溶湯充填
時の湯流れが悪くなる。この場合、溶湯を注入する湯口
から最も遠い位置にある薄肉のリム部を形成するキャビ
ティの部分への湯流れが特に悪くなり、上記の部分は溶
湯が十分に充填されない状態で溶湯が凝固するので、引
け巣等の鋳造欠陥を生じる恐れがある。

【０００６】上記の問題を解決するため、前述の水冷プ
ールによってリム部を形成するキャビティの部分を冷却
するものでは、水冷プール内の冷却水の流量を下げる
か、又は冷却水の温度を上げることにより、上型の表面
温度を上げることが考えられるが、上型に形成される水
冷プールは製作上から容量が大きく、上記の方法では上
型の表面温度を目標のレベルまで上げることは困難であ
った。

【０００７】また、水冷プールの水冷面と上型表面まで
の距離を拡げることにより、上型の表面温度を上げるこ
とも考えられるが、その効果には限界があり、且つ部分
的に表面温度を変えること及び冷却スピードを変えるこ
とは困難であった。

【０００８】本発明の目的は、鋳造用金型において、簡
易な構造で、キャビティを形成する部分の表面温度を部
分的に変更することができるようにして、溶湯充填時の
湯流れが良好にでき、かつ凝固時における冷却スピード
を部分的に変えることができる鋳造用金型を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、次の手段を用いるものである。

【００１０】請求項１記載の第１の発明は、キャビティ
を形成する型の内部に冷却水の流通路を形成した鋳造用
金型において、前記冷却水の流通路内に、前記キャビテ
ィを形成する表面における一部分の温度と他の部分の温
度との間に温度差を生じさせる温度変更部材を設けたこ
とを特徴とするものである。

【００１１】この第１の発明によれば、温度変更部材に
よって、キャビティを形成する表面における一部分の温
度と他の部分の温度との間に温度差を設けるようにした
ので、溶湯充填時に、高い表面温度が要求される部分と
低い温度が要求される部分がある場合において、その要
求を満たすことができ、湯流れを良好に、且つ、凝固時
における冷却スピードを部分的に変えることができる。

【００１２】請求項２記載の第２の発明は、前記第１の
発明において、前記温度変更部材に、前記キャビティを
形成する面における一部分の温度と他の部分の温度との
間の温度差を生じさせる温度変更部を設け、かつ、この
温度変更部の形状が異なる温度変更部材を用意し、この
異なる温度変更部材を交換するようにしたものである。

【００１３】この第２の発明によれば、異なる温度変更
部材に交換することにより、前記の温度差を容易に変更
することができ、キャビティの表面温度を湯流れ及び凝
固時における冷却スピードが良好となる最適温度に容易
に設定することができる。

【００１４】請求項３記載の第３の発明は、下型、横型
及び上型で構成されたキャビティを有し、前記下型の中
央部付近から溶湯を前記キャビティ内に充填する鋳造用
金型において、前記上型に設けられ、該上型に相対した
前記キャビティの部分を冷却する環状の水冷プールと、
前記水冷プール内に配置され、かつ該水冷プールにおけ
る前記キャビティ側の壁面に対して所定の隙間を有して
配置された環状の浸漬部材と、を有することを特徴とす
る。

【００１５】この第３の発明によれば、上型に相対した
キャビティの部分を冷却する環状の水冷プールの壁面
（水冷面）に対して、所定の隙間を有する環状の浸漬部
材が挿入配置されているので、この隙間を循環する冷却
水の流量は大幅に少なくなる。

【００１６】そのため、水冷プールの水冷面の冷却能力
が大幅に低く抑えられるので、上型の表面温度を目標温
度レベルまで上げることが可能となり、上型に相対した
キャビティの部分に対する溶湯充填時の湯流れ及び凝固
時における冷却スピードが良好になる。

【００１７】請求項４記載の第４の発明は、前記浸漬部
材として、これと前記水冷プールの壁面とで形成される
隙間の大きさが異なるものを用意し、この異なる浸漬部
材を交換することにより前記の隙間を変更できるように
したものである。

【００１８】この第４の発明によれば、水冷プールの壁
面（水冷面）と浸漬部材との隙間の大きさは、浸漬部材
を交換することによって変えることができるので、水冷
プールの水冷面の冷却能力を変えることが可能となり、
上型の表面温度を湯流れ及び凝固時における冷却スピー
ドが良好となる最適温度に設定することができる。

【００１９】請求項５記載の第５の発明は、キャビティ
を形成する型の内部に冷却水を流通させる流通路を形成
した鋳造用金型であって、前記流通路にスリーブを挿入
配置し、該スリーブの外周には部分的に、前記流通路の
内面との間に隙間を形成し、冷却水を、スリーブ内と前
記隙間とに流通させるようにしたことを特徴とするもの
である。

【００２０】この第５の発明によれば、流通路の内面に
スリーブが接する部分においては、冷却水が、流通路の
内面に接することなくスリーブ内を流れるため、スリー
ブの存在によって冷却能力が低く抑えられ、また、スリ
ーブの外周に隙間が形成された部分においては、この隙
間に冷却水が流れてその冷却水が流通路の内面に接し、
冷却能力が高められる。したがって、前記隙間が存在す
る部分と隙間が存在しない部分とに温度差を設けること
ができ、溶湯充填時に、高い表面温度が要求される部分
と低い表面温度が要求される部分がある場合において、
その要求を満たすことができ、湯流れ及び凝固時におけ
る冷却スピードを良好にすることができる。

【００２１】請求項６記載の第６の発明は、前記第５の
発明において、前記スリーブとして、前記隙間の形状が
異なるものを用意し、この異なるスリーブを交換するよ
うにしたものである。

【００２２】この第６の発明によれば、異なるスリーブ
に変換することにより、前記の温度差を容易に変更する
ことができ、キャビティの表面温度を湯流れ及び凝固時
における冷却スピードが良好となる最適温度に容易に設
定することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
乃至図８に示す実施例に基づいて説明する。図１乃至図
５はアルミ合金製のディスクホイールを製造する鋳造用
金型に本発明を適用した第１実施例を示す。

【００２４】図１において、アルミ合金の溶湯が注入さ
れる湯口入子１１の上方外周部には下型１２が嵌合配置
され、下型１２の上方外周部には横型１３が嵌合配置さ
れており、横型１３の上部には上型１４が嵌合され且つ
該上型１４の中央部下方は横型１３の内側に配置されて
いる。これ等の下型１２、横型１３及び上型１４によ
り、ディスクホイール部を形成するキャビティ１０が構
成されている。なお、１０ａ，１０ｂ及び１０ｃは、図
９に示すディスク部１ａ、デザイン部１ｂ及びリム部１
ｃに相当するキャビティ１０の部分である。

【００２５】ここで上記のリム部１０ｃを冷却するた
め、上型１４には環状の流通路である水冷プール１５が
設けられており、この水冷プール１５内には、リム部１
０ｃ側の壁面１５ａ（水冷面）に対して隙間ｔを有して
鉄材等より成る環状（筒状）の温度変更部材である浸漬
部材１６が挿入配置されている。なお、上型１４におけ
るリム部１０ｃ側の表面と水冷プール１５の水冷面１５
ａとの間は所定厚の肉によって所定の距離Ｄだけ離され
ている。

【００２６】水冷プール１５内には、冷却水を給水する
給水管１７が挿入されて開口されている。また、水冷プ
ール１５の設けられた上型１４の上面には、円板状の裏
板１８が設置されていて、この裏板１８によって上型１
４の上面における水冷プール１５の開口部は覆われてい
る。また、この裏板１８には、前記給水管１７に連結さ
れた給水口１９と水冷プール１５内を循環した冷却水を
排水する排水口２０が設けられている。

【００２７】前述の浸漬部材１６は、図２に示すよう
に、上型１４とは別体に形成され、かつ水冷プール１５
内に嵌入する環状に形成され、上型１４に設けられた水
冷プール１５内に対して交換が可能であり、前記隙間ｔ
の異なる別の浸漬部材を用意してこを簡単に取り替える
ことができるようになっている。即ち、図３に示すよう
に水冷プール１５から取り出す場合は、裏板１８を上型
１４より取り外してから浸漬部材１６を取り出し、水冷
プール１５内に挿入配置する場合は、浸漬部材１６を水
冷プール１５内に挿入してから裏板１８を上型１４の上
面に取り付ける。

【００２８】また、前記の浸漬部材１６には、その外周
の一部、図の例では上部と下部に、部分的に突出する鍔
部１６ａ，１６ｂが形成され、該浸漬部材１６を挿入配
置した場合に、鍔部１６ａ，１６ｂが前記水冷面１５ａ
に接触して前記の隙間ｔを保持するようになっている。

【００２９】前記浸漬部材１６の底部には鍔部１６ｂに
よって流入口１６ｃが形成され、上部には鍔部１６ａに
よって流出口１６ｄが形成されており、水冷プール１５
内の冷却水が図２の矢印に示すように流通するようにな
っている。

【００３０】次に、上記の構成より成る鋳造用金型につ
いて、その試験結果を説明する。

【００３１】図４は、図１における浸漬部材１６の隙間
ｔとリム部１０ｃに面した上型１４の表面Ａ部の温度と
の関係を示すもので、試験は下記の表１に示す条件で行
った。

【００３２】

【表１】 図４に示すように、隙間ｔを５ｍｍから２ｍｍに狭くす
ることにより、Ａ部の温度は２００℃から２７０℃に上
昇しているが、リム部１０ｃの良好な湯流れ及び凝固時
における冷却スピードを得るＡ部の温度（目標温度）は
２５０℃であるので、十分に満足するレベルに達してい
る。

【００３３】因みに、浸漬部材１６を用いない場合は、
表１の条件で試験を行った結果、Ａ部の温度は約１４０
℃であり、目標温度に対し１００℃以上も低い温度であ
った。

【００３４】上記の結果は、過大な冷却能力を有する水
冷プール１５の水冷面１５ａに循環する冷却水の一部を
浸漬部材１６の隙間ｔに循環させることにより、リム部
１０ｃを冷却する水冷プール１５の水冷面１５ａの冷却
能力が大幅に抑えられることを示している。これによ
り、上型１４の表面Ａ部の温度は目標温度２５０℃に大
幅に上げられるので、上型１４に相対したリム部１０ｃ
への溶湯充填時の湯流れ及び凝固時の冷却スピードが良
好となる。

【００３５】また、水冷プール１５の水冷面１５ａと浸
漬部材１６との隙間ｔは、隙間ｔの異なる浸漬部材１６
と交換することにより変えることができるので、図４よ
り明らかなように、上型１４の表面Ａ部の温度は、同一
寸法、形状のキャビティ１０に対して、コストと時間を
掛けないで湯流れ及び凝固時における冷却スピードが良
好となる最適温度に設定することが可能となる。

【００３６】図５は、リム部１０ｃの各部位における溶
湯充填後の凝固時間について、浸漬部材１６を用いた本
実施例と浸漬部材１６を用いない従来例とを対比して示
すもので、試験は前記の表１の条件で行った。

【００３７】図５（ａ）は各測定部位を示し、（ｂ）は
各測定部位と凝固時間の関係を示す図である。

【００３８】図５（ｂ）より明らかなように、本実施例
Ｂでは従来例Ｃに比べリム部１０ｃの先端側から付根側
に向けて凝固時間が順次長くなっており、指向性凝固が
促進されているため、従来の問題であったリム部１０ｃ
の引け巣等による鋳造欠陥の発生が抑えられる。

【００３９】ここで、上記実施例ではアルミ合金のディ
スクホイールの場合について説明したが、ディスクホイ
ールに限定するものではなく、上型に水冷プールの設け
られた鋳造用金型ならば、全ての鋳造品に対して適用す
ることができる。

【００４０】図６乃至図８は第２実施例を示す。図６に
おいて、２１は下型、２２は横型、２３は上型を示し、
これらにより、所定形状のキャビティ２４が形成されて
いる。前記下型２１の中央部には、前記キャビティ２４
に連通する湯口２５が形成されている。更に、該下型２
１内には図６及び図７に示すように、冷却水を流通させ
るための流通路２６が形成されている。該流通路２６は
金型を冷却すべき所望の位置に形成されるもので、実施
例においては、図６及び図７に示すように前記湯口２５
の外周部を囲むように配置されている。更に、該流通路
２６は、実施例では、図７に示すように直線状の複数の
流通穴２６ａ〜２６ｆを連通して形成され、その各流通
穴２６ａ〜２６ｆの外側端２７は閉塞手段２８で閉塞さ
れている。そして、図７に示す流入口２９より冷却水を
流入することにより、その冷却水が前記各流通穴２６ａ
〜２６ｆを流通して流出口３０より流出するようになっ
ている。

【００４１】前記流通路２６部と前記閉塞手段２８につ
いて図８により詳述する。前記流通路２６を形成する各
流通穴２６ａ〜２６ｆ内には、温度変更部材である直線
状のスリーブ３１が挿入配置されている。該スリーブ３
１には、各流通穴２６ａ〜２６ｆに配置されたスリーブ
３１と相互に連通するように連通口３２，３３が形成さ
れている。更に、スリーブ３１の所定位置の外周面には
凹部３４が全周にわたって形成され、該スリーブ３１と
下型２１間に所定寸法の隙間ｔと所定寸法の幅Ｗなる部
分通水部３５が形成されている。更に、スリーブ３１に
は、前記部分通水部３５における軸方向の両端部におい
て、スリーブ３１内の通路３１ａと部分通水部３５内を
連通する通水口３６，３７が形成されている。

【００４２】前記スリーブ３１の外端側には鍔３８が一
体形成されており、該鍔３８が下型２１に当接するまで
スリーブ３１を各流通穴２６ａ〜２６ｆ内に挿入するこ
とにより、前記部分通水部３５を所定位置に設けること
ができるようになっている。前記鍔３８の表裏側にはシ
ール部材３９，４０が設けられている。

【００４３】前記閉塞手段２８は、前記挿入されたスリ
ーブ３１の鍔３８の外側に押え板４１を配置し、その外
側に押えねじ４２を螺合して構成されており、該押えね
じ４２によって押え板４１及び鍔３８を押えて、流通路
２６の外側端、すなわち、スリーブ３１内の通路３１ａ
における外端部を閉塞するようになっている。そして、
前記押えねじ４２と押え板４１を外すことにより、スリ
ーブ３１を各流通穴２６ａ〜２６ｆに挿入配置したり取
り外すことができるようになっており、前記部分通水部
３５の寸法が異なる別のスリーブ３１と交換可能になっ
ている。

【００４４】以上の構成において、図７に示すように鋳
造時に冷却水を流入口２９より注入し、各流通穴２６ａ
〜２６ｆ内を流通させて流出口３０より排出させ、これ
を循環させる。この冷却水が各流通穴２６ａ〜２６ｆ内
を流通することにより、下型２１の冷却面（キャビティ
側の型の表面）が冷却されるが、図８において下型２１
における部分通水部３５が有しない部分の冷却面２１ａ
においては、スリーブ３１の厚みの分、冷却能力が抑制
される。

【００４５】また、前記のように各流通穴２６ａ〜２６
ｆ内の上流側から流れて来た冷却水の一部は、通水口３
６から部分通水部３５内に流出し、下型２１の冷却面２
１ｂに接して流れ、通水口３７から各流通穴２６ａ〜２
６ｆ内に流入して下流へ流れる。そのため、部分通水部
３５における下型２１の冷却面２１ｂ（キャビティ側の
型の表面）は、前記スリーブ３１が接する冷却面２１ａ
よりも冷却される。

【００４６】したがって、下型２１の表面温度を、相対
的に下げたい部分において前記の部分通水部３５を配置
し、上げたい部分に前記部分通水部３５以外のスリーブ
部分を配置することにより、下型２１の表面温度を部分
的に目標温度にすることができる。

【００４７】また、前記部分通水部３５の深さ、すなわ
ち隙間ｔの寸法を変更することにより冷却面２１ｂの温
度を変更でき、また、部分通水部３５の軸方向の幅Ｗの
寸法を変更することにより冷却面２１ｂの面積、すなわ
ち温度変更部分の面積を変更することができ、更に、部
分通水部３５の形成位置を変更することにより、温度変
更部の位置を変えることができる。

【００４８】したがって、前記部分通水部３５の寸法が
異なるスリーブ３１を用意し、これを交換することによ
り、下型の表面温度を部分的に所望に設定することがで
きる。なお、前記図６乃至図８に示す第２実施例は、前
記のスリーブ３１を備えた流通路２６を、下型２１に形
成した例であるが、このスリーブ３１を備えた流通路２
６を、横型２２や上型２３などに設けてもよく、また流
通路２６の配置は上記実施例に限るものではない。

【００４９】更に、図６においては、キャビティ２４及
びこれにより形成される製品５０を簡略化して示した
が、このキャビティ２４は前記第１実施例のようなディ
スクホイールを形成するキャビティであってもよく、ま
たその他の製品を形成するキャビティであってもよい。
すなわち、冷却水を流通する流通路を有する鋳造用金型
ならば、全ての鋳造品に対して適用することができる。

【００５０】

【発明の効果】本発明の鋳造用金型は、以上述べたよう
に構成されているので、次の効果を奏する。

【００５１】型のキャビティ側の表面温度を、所望の部
分において所望の温度に設定することができるので、型
に相対したキャビティの部分に対する溶湯充填時の湯流
れ及び凝固時における冷却スピードが良好になり、溶湯
充填不足によって生じる引け巣等の鋳造欠陥の発生が防
止される。

【００５２】また、温度変更部材を交換する構造にする
ことにより、型の表面温度を容易に変えることができる
ので、コストと時間を掛けないで湯流れ及び凝固時にお
ける冷却スピードの良好な最適温度に設定することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鋳造用金型の第１実施例を示す縦断面
図。

【図２】図１の要部を示す拡大縦断面図。

【図３】図１の要部部品を分解して示す斜視図。

【図４】図１に示す第１実施例における浸漬部材の隙間
と上型の表面部温度の関係を示す図。

【図５】（ａ）は各測定部位を示す図、（ｂ）は各測定
部位と凝固時間の関係を示す図。

【図６】本発明の鋳造用金型の第２実施例を示す縦断面
図。

【図７】図６におけるＥ−Ｅ線断面図。

【図８】図７における要部拡大断面図。

【図９】ディスクホイールの縦断面図。

【符号の説明】

１０，２４ キャビティ １２，２１ 下型 １３，２２ 横型 １４，２３ 上型 １５ 流通路である水冷プール １５ａ 壁面（水冷面） １６ 温度変更部材である浸漬部材 ｔ 隙間 ２６ 流通路 ３１ 温度変更部材であるスリーブ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャビティを形成する型の内部に冷却水
   の流通路を形成した鋳造用金型において、前記冷却水の
   流通路内に、前記キャビティを形成する表面における一
   部分の温度と他の部分の温度との間に温度差を生じさせ
   る温度変更部材を設けたことを特徴とする鋳造用金型。
2. 【請求項２】 前記温度変更部材に、前記キャビティを
   形成する面における一部分の温度と他の部分の温度との
   間の温度差を生じさせる温度変更部を設け、かつ、この
   温度変更部の形状が異なる温度変更部材を用意し、この
   異なる温度変更部材を交換するようにした請求項１記載
   の鋳造用金型。
3. 【請求項３】 下型、横型及び上型で構成されたキャビ
   ティを有し、前記下型の中央部付近から溶湯を前記キャ
   ビティ内に充填する鋳造用金型において、 前記上型に設けられ、該上型に相対した前記キャビティ
   の部分を冷却する環状の水冷プールと、 前記水冷プール内に配置され、かつ該水冷プールにおけ
   る前記キャビティ側の壁面に対して所定の隙間を有して
   配置された環状の浸漬部材と、を有することを特徴とす
   る鋳造用金型。
4. 【請求項４】 前記浸漬部材として、これと前記水冷プ
   ールの壁面とで形成される隙間の大きさが異なるものを
   用意し、この異なる浸漬部材を交換することにより前記
   の隙間を変更できるようにした請求項３記載の鋳造用金
   型。
5. 【請求項５】 キャビティを形成する型の内部に冷却水
   を流通させる流通路を形成した鋳造用金型であって、前
   記流通路にスリーブを挿入配置し、該スリーブの外周に
   は部分的に、前記流通路の内面との間に隙間を形成し、
   冷却水を、スリーブ内と前記隙間とに流通させるように
   したことを特徴とする鋳造用金型。
6. 【請求項６】 前記スリーブとして、前記隙間の形状が
   異なるものを用意し、この異なるスリーブを交換するよ
   うにした請求項５記載の鋳造用金型。