JP2003071544A

JP2003071544A - 鋳造用金型、鋳造方法および複合材料の製造方法

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Publication number: JP2003071544A
Application number: JP2001266326A
Authority: JP
Inventors: Katsuaki Tanaka; 勝章田中; Kyoichi Kinoshita; 恭一木下; Tomohei Sugiyama; 知平杉山; Takashi Yoshida; 貴司吉田; Eiji Kono; 栄次河野
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2001-09-03
Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2003-03-11

Abstract

(57)【要約】【課題】鋳物や複合材料の生産性向上を図れる、型ばら
しの容易な鋳造用金型を提供する。【解決手段】凹部（１１３）を有する第１型部材（１
１）と、その凹部の少なくとも一方の開口側面（１１
１、１１２）を閉塞可能な壁面部（１２１、１２２）を
有する第２型部材（１２）とからなり、第１型部材と第
２型部材とを密着積層して凹部と壁面部とで構成される
分割式のキャビティ（３０）を有することを特徴とする
鋳造用金型。鋳造用金型を複数の型部材で構成し、キャ
ビティを分割式としたので、型ばらしが容易で、鋳造後
に鋳物を取出し易い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳造後の型ばらし
が容易な鋳造用金型、その鋳造用金型を用いた鋳造方法
および複合材料の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋳型には、砂型やダイキャスト用金型等
の種々のものがあり、いずれの鋳型を用いるかは、鋳造
材質、形状、生産量、鋳造方法等により決定される。ま
た、単に金属溶湯を凝固させて鋳物を製造する場合に限
らず、セラミックス等の補強材に金属マトリックスの溶
湯を含浸させた複合材料を製造する際にも鋳型が用いら
れる。

【０００３】例えば、特開平９−１５３６６６号公報に
は、図５に示すように、鋳型を用いた複合材料の製造方
法が開示されている。具体的には、先ず、グラファイト
製鋳型を用意し、そこにセラミックス（ＳｉＣ等）製の
粒子または繊維からなる成形体（プリフォームや織布）
を載置する。次に、その鋳型に金属マトリックス（Ａ
ｌ、Ｃｕ等）の溶湯を加圧注入して、成形体にその溶湯
を含浸させる。そして、その溶湯を冷却凝固させること
で複合材料を得ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、これまでの
鋳型は、所望形状のキャビティが一つのブロック状素材
に形成されていることが多かった。前記公報の鋳型も、
一体化した容器状の鋳型を使用している。本発明者は、
このような従来の鋳型形状に拘泥せず、適用範囲の広
く、型ばらし等が容易で、生産性に優れた鋳型の開発を
検討した。本発明はこのような事情に鑑みてなされたも
のであり、鋳造後の型ばらしが容易な鋳造用金型、その
鋳造用金型を用いた鋳造方法および複合材料の製造方法
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、この課題を
解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、型部材
を積層してキャビティを分割式とすることを思いつき、
本発明を完成させるに至った。（鋳造用金型）すなわち、本発明の鋳造用金型は、凹部
を有する第１型部材と、該凹部の少なくとも一方の開口
側面を閉塞可能な壁面部を有する第２型部材とからな
り、該第１型部材と該第２型部材とを密着積層して該凹
部と該壁面部とで構成される分割式のキャビティを有す
ることを特徴とする。本発明の鋳造用金型は、型部材を
組合わせてキャビティを分割式としたので、鋳造後に型
をばらして鋳物を取出すことが容易に行える。従って、
それは、鋳物の量産性等を向上させ得る。

【０００６】（鋳造方法）本発明は、上記鋳造用金型自
体に限らず、それを用いた鋳造方法としても把握でき
る。すなわち、本発明は、凹部を有する第１型部材と該
凹部の少なくとも一方の開口側面を閉塞可能な壁面部を
有する第２型部材とを密着積層してなる鋳造用金型の、
該凹部と該壁面部とで構成された分割式のキャビティに
金属溶湯を注湯する注湯工程と、該注湯工程後の該金属
溶湯を冷却し凝固させる凝固工程と、該凝固工程後に該
第１型部材と該第２型部材とを分解して鋳物を取出す取
出工程と、からなることを特徴とする鋳造方法としても
良い。

【０００７】（複合材料の製造方法）さらに、本発明
は、その鋳造用金型を用いた複合材料の製造方法として
も把握できる。すなわち、本発明は、マトリックス金属
中に補強材が分散している複合材料の製造方法におい
て、凹部を有する第１型部材と該凹部の少なくとも一方
の開口側面を閉塞可能な壁面部を有する第２型部材とを
密着積層してなる鋳造用金型の、該凹部と該壁面部とで
構成された分割式のキャビティに補強材を充填する充填
工程と、該充填工程後の該補強材に前記マトリックス金
属の溶湯を加圧注湯して含浸させる含浸工程と、該含浸
工程後の該金属マトリックスの溶湯を冷却し凝固させる
凝固工程と、該凝固工程後に該第１型部材と該第２型部
材とを分解して前記複合材料を取出す取出工程と、から
なることを特徴とする複合材料の製造方法としても良
い。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、実施形態を挙げ、本発明を
より詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態
は、本発明の鋳造用金型のみならず、上述の鋳造方法お
よび複合材料の製造方法にも適宜当てはまるものであ
る。（１）鋳造用金型第１型部材または第２型部材の大きさ、形状、厚み、積
層数等は、所望する鋳物形状、その製作数等に応じて決
定される。本発明に係る鋳造用金型は、薄い板状の鋳物
を製造する場合は勿論、肉厚鋳物や複雑な鋳物等を製作
する場合にも使用できる。

【０００９】もっとも、板状の型部材に凹部を形成する
と、本発明の鋳造用金型は、板状の鋳物を製作する場合
に特に有効となる。具体的にいうと、例えば、第１型部
材の凹部を、両側面間を貫通した貫通凹部とし、第２型
部材の壁面部を、その貫通凹部の開口側面を閉塞する平
面状とすると、板状のキャビティを容易に形成すること
ができる。しかも、貫通凹部は、板材を打抜いたり、簡
単な加工を施すことで形成でき、第１型部材を容易に製
作できる。また、その平面状の壁面部は、例えば、第２
型部材として平板を使用するだけで良く、同様に製作が
容易である。

【００１０】キャビティの増加は、第１型部材と第２型
部材との積層数の増加により対応できる。例えば、鋳物
の量産性向上を図るべく、第１型部材と第２型部材との
積層方向に複数のキャビティを形成する場合、所望する
キャビティ数分だけ、第１型部材と第２型部材とを組合
わせて積層すれば良い。但し、第１型部材と第２型部材
とが同数とは限らない。例えば、第１型部材の凹部が前
述の貫通凹部である場合、その開口側面を両側で閉塞す
ることが必要となるため、第２型部材は第１型部材より
少なくとも１枚多くなる。

【００１１】本明細書では、第１型部材と第２型部材と
を便宜上区別して説明しているが、両者は同形状をして
いても良い。例えば、一方の側面に凹部が形成され他方
の側面に壁面部が形成された型部材を使用する場合も考
えられる。この場合なら、同形状の型部材を積層するこ
とで分割式のキャビティを複数形成できる。

【００１２】各型部材は、溶湯の漏出を防止すべく、密
着させて積層することが必要となる。その方法として、
例えば、プレス、バイス等による押圧保持、ボルト締
結、溶接等による密着固定等を採用し得る。そして、各
型部材を密着積層することにより、積層間の隙間に浸入
する溶湯が殆どなくなるから、溶湯を無駄にしないです
む。また、型部材間で溶湯が凝固することも殆どないか
ら、型ばらしの際に、溶湯の凝固した金属を除去するよ
うな面倒な作業等も不要とできる。従って、鋳物の取出
しも容易に行い得る。なお、前記積層方法として、プレ
スによる押圧方法を用いた場合、溶湯の凝固後に除力す
るだけで各型部材を容易にばらすことが可能となり、型
ばらし、鋳物の取出し等を非常に効率的に行える。キャ
ビティの開口側を液密に包囲して溶湯溜りを形成する包
囲型を設けると、溶湯のキャビティへの注湯性を改善で
きる。特に、キャビティが複数ある場合、それぞれのキ
ャビティに溶湯を注湯する必要がなくなる。

【００１３】この包囲型は、例えば、第１型部材と第２
型部材とを４方から押圧保持可能な４つの当接部材で構
成することができる。ここで、当接部材にプレスの当て
金（治具、台座等）を用いた場合、型部材の積層と溶湯
溜りの形成とを同時に行うことができて好都合である。
特に、プレスの当て金を型部材に確実に密着すれば、包
囲型と型部材との間に溶湯が回り込むこともない。その
ため、溶湯を無駄にすることもない。また、型部材の周
囲に溶湯が凝固することもないから、溶湯の凝固した不
要な金属塊を取除く作業を削減でき、効率的に型ばらし
を行える。

【００１４】（２）複合材料の製造方法複合材料の製造方法には種々あるが、本発明の対象とす
る複合材料は、上述したように充填工程、含浸工程、凝
固工程、取出工程を経て製造されるものである。

【００１５】充填工程は、キャビティに補強材の粒子粉
末や繊維を直接充填する工程でも、それらの成形体（プ
リフォームや織布等）を充填する工程でも良い。但し、
プリフォームの製作はコスト高となるため、キャビティ
に補強材の粒子粉末や繊維を直接充填する方が好まし
い。また、充填方法は、自然充填でも加圧充填でも良
い。さらに、その充填の際に、キャビティに振動を加え
て嵩密度を高めても良い。使用する補強材の粒子、繊維
等は、粒径や繊維長の異なるものを種々組合わせ充填率
を向上させると良い。含浸工程は、加圧された金属マト
リックスの溶湯を、キャビティに充填された補強材の隙
間に浸入させる工程である。例えば、上述したキャビテ
ィの上面開口側に設けた溶湯溜りに溶湯を注湯して、５
０〜１５０ＭＰａ程度の加圧を行えば良い。

【００１６】凝固工程は、自然冷却または強制冷却によ
り為されるが、金属マトリックスの結晶粒を微細化する
観点から、急冷するとより好ましい。取出工程では、鋳
造用金型を構成する第１型部材と第２型部材とを分解す
ることが必要となる。本発明の場合、鋳造用金型が型部
材を積層してなるため、型ばらしも容易である。また、
それと同時にキャビティが分割されるため、複合材料の
取出しも容易である。

【００１７】ここで、鋳造用金型が、第１型部材と第２
型部材との積層方向にキャビティを複数有すると共にこ
れらのキャビティの開口側を液密に包囲して溶湯溜りを
形成する包囲型を備える場合を考えると、凝固工程後、
金属マトリックスが複数のキャビティの開口側を架橋し
た状態となる。つまり、複数のキャビティに溶湯溜りか
ら一度に溶湯を加圧注湯した場合、得られる複合材料は
根本で連結した櫛歯状となる。そこで、その連結してい
る凝固部分を切削除去すれば、一度に各複合材料を容易
にばらばらにできる。この切離工程は、前記取出工程に
含めて考え得る。

【００１８】さらに、各型部材をキャビティの開口側で
溶接固定して積層した場合、その切離工程に、その溶接
の切除を含めると良い。型ばらしと複合材料の切離とを
一度に行えるからである。なお、この場合、型部材は一
回の鋳造毎に廃棄する捨て型となる。なお、ここで述べ
た凝固工程、取出工程、切離工程の内容は、複合材料の
製造方法以外に、上記鋳造方法にも当てはまる。

【００１９】（３）電子機器用放熱部材上記製造方法により得られた複合材料は、電子機器用放
熱部材に用いられるものであると、好適である。この電
子機器用放熱部材は、電子機器の放熱のために、そこか
ら生じた熱を外部に伝達するものである。もっとも、い
わゆるヒートシンクに限られず、例えば、Ａｌ合金等の
金属製ヒートシンクとセラミックス基板との間に介在し
て熱伝達を行う熱膨張整合用部材や電子機器の収納ケー
ス等であっても良い。

【００２０】複合材料を放熱部材として使用する場合、
特に、その金属マトリックスがアルミニウム（Ａｌ）を
主成分とし、補強材が炭化ケイ素（ＳｉＣ）を主成分と
した粒子または繊維からなるものであると、好適であ
る。ＳｉＣは、高熱伝導性、低熱膨張性であり、半導体
チップ等の放熱部材の材質として好ましい。但し、Ｓｉ
Ｃのみでは、靱性、強度等が十分ではないため、熱伝導
率に優れるＡｌをＳｉＣ間に介在させることで、性能、
取扱い性に優れた放熱部材が得られる。さらに、前述し
たように、キャビティにＳｉＣの粒子等を直接充填して
複合材料を製作した場合、低熱伝導性、高熱膨張性のバ
インダー等が不要となるため、より高性能の放熱部材が
得られる。

【００２１】

【実施例】次に、実施例を挙げて、本発明をより具体的
に説明する。（第１実施例）図１に、電子機器用放熱部材板状に使用
する複合材料（Ａｌ−ＳｉＣ）の製造に用いた鋳造用金
型１００の全体斜視図を示した。鋳造用金型１００は、
第１型部材１１と、第２型部材１２と、それらを四方か
ら包囲するプレス台座２１〜２４で構成される。

【００２２】１セットの第１型部材１１と第２型部材１
２とを、図２に拡大して示した。第１型部材１１も第２
型部材１２も鋼製の方形状板材からなる。但し、第１型
部材１１には、開口側面１１１、１１２を貫通する上向
きコの字型の貫通凹部１１３が中央部に形成されてい
る。また、第２型部材１２は、その開口側面１１１、１
１２を閉塞する平面状の壁面部１２１、１２２を有す
る。このように、１枚の第１型部材１１の両側を２枚の
第２型部材１２が挟持するように、それらが積層され
る。これにより、貫通凹部１１３に対応した形状のキャ
ビティ３０が形成される。図１に示した鋳造用金型１０
０では、５枚の第１型部材１１と６枚の第２型部材１２
とを交互に配列して積層することで、５つのキャビティ
３０を形成した。

【００２３】ところで、全ての第１型部材１１と第２型
部材１２とは外形状が同形としてある。その結果、それ
らを整然と積層した積層型１０は、全体としては直方体
となり、外周面は面一になる。そこで、本実施例では、
平面状の当接面をもつプレス台座２１〜２４で、各型部
材１１、１２を押圧保持することが可能なる。プレス台
座２１〜２４は、図示しない油圧シリンダーで矢印方向
Ｐに押圧され得る。逆に、その油圧を減圧すれば、積層
型１０は保持力を失って、各型部材１１、１２は容易に
分解される。

【００２４】ここで、各型部材１１、１２を密着させて
積層するだけなら、それらの積層方向の両端側からプレ
ス台座２１、２２で押圧するだけで足りるが、本実施例
では、積層型１０の側方からもプレス台座２３、２４で
押圧している。これは、プレス台座２１〜２４によっ
て、マトリックス金属（Ａｌ）の溶湯を注湯する溶湯溜
り４０を積層型１０の上方に形成するためである。言換
えるなら、４つのプレス台座２１〜２４の各形状、配置
を適切に選択して、キャビティ３０の開口周囲に液密な
溶湯溜り４０を形成した。このプレス台座２１〜２４
が、本発明でいう包囲型に相当する。なお、溶湯溜り４
０に注湯された金属溶湯は、上面から高圧ガスまたはプ
レスにより加圧され、キャビティ３０に充填された補強
材（ＳｉＣ）に含浸される。

【００２５】（第２実施例）次に、本発明の第２実施例
である鋳造用金型２００の要部を図３に示す。本実施例
は、上記の第１型部材１１を第１型部材５１に変更した
ものである。第１型部材５１は、一方の側面に開口した
凹部５１３と他方の側面にある壁面部５１２とからな
る。これを図３に示すように積層することにより、キャ
ビティ３２が形成される。なお、この第１型部材５１
を、前述した第１型部材１１と第２型部材１２とを一体
化したものと考えても良い。但し、この第１型部材５１
を積層した終端部は、上記第２型部材１２と同様の第２
型部材５２で閉塞する必要がある。

【００２６】（第３実施例）次に、本発明の第３実施例
である鋳造用金型３００の要部を図４に示す。本実施例
は、上記の第１型部材５１と同様の第１型部材６１と、
第１型部材６１の壁面部６１２と凹部６１３との配置を
前後逆にした第２型部材６２とを積層したものである。
キャビティ３３は、凹部６１３と凹部６２３とで構成さ
れ、中央縦方向に分割可能となっている。この鋳造用金
型３００は、比較的大きな肉厚の複合材料等を製造する
場合に好適である。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、型ばらしの容易な鋳造
用金型を用いて、鋳物や複合材料の生産性向上を図れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る鋳造用金型の全体斜
視図である。

【図２】その鋳造用金型を構成する第１型部材と第２型
部材とを示す拡大斜視図である。

【図３】本発明の第２実施例に係る鋳造用金型を構成す
る第１型部材と第２型部材とを示す拡大斜視図である。

【図４】本発明の第３実施例に係る鋳造用金型を構成す
る第１型部材と第２型部材とを示す拡大斜視図である。

【図５】従来の鋳型を用いた複合材料の製造方法を示す
工程図である。

【符号の説明】

１１第１型部材１１３貫通凹部１２第２型部材１２１、１２２壁面部３０キャビティ１００鋳造用金型

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２２Ｄ 21/04 Ｂ２２Ｄ 21/04 Ａ 31/00 31/00 ＣＨ０１Ｌ 23/373 Ｈ０１Ｌ 23/36 Ｍ (72)発明者杉山知平愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機内 (72)発明者吉田貴司愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機内 (72)発明者河野栄次愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内Ｆターム(参考） 4E093 NA02 NB10 SA02 TA03 5F036 AA01 BB01 BD03 BD14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】凹部を有する第１型部材と、該凹部の少なくとも一方の開口側面を閉塞可能な壁面部
を有する第２型部材とからなり、該第１型部材と該第２型部材とを密着積層して該凹部と
該壁面部とで構成される分割式のキャビティを有するこ
とを特徴とする鋳造用金型。
【請求項２】前記第１型部材の凹部は、両側面間を貫通
した貫通凹部であり、前記第２型部材の壁面部は、該貫通凹部の開口側面を閉
塞する平面状である請求項１記載の鋳造用金型。
【請求項３】前記キャビティは、前記第１型部材と前記
第２型部材との積層方向に複数形成されている請求項１
に記載の鋳造用金型。
【請求項４】さらに、前記キャビティの開口側を液密に
包囲して溶湯溜りを形成する包囲型を有する請求項１ま
たは３に記載の鋳造用金型。
【請求項５】前記包囲型は、前記第１型部材と前記第２
型部材とを４方から押圧保持可能な４つの当接部材から
なる請求項４記載の鋳造用金型。
【請求項６】凹部を有する第１型部材と該凹部の少なく
とも一方の開口側面を閉塞可能な壁面部を有する第２型
部材とを密着積層してなる鋳造用金型の、該凹部と該壁
面部とで構成された分割式のキャビティに金属溶湯を注
湯する注湯工程と、該注湯工程後の該金属溶湯を冷却し凝固させる凝固工程
と、該凝固工程後に該第１型部材と該第２型部材とを分解し
て鋳物を取出す取出工程と、からなることを特徴とする鋳造方法。
【請求項７】マトリックス金属中に補強材が分散してい
る複合材料の製造方法において、凹部を有する第１型部材と該凹部の少なくとも一方の開
口側面を閉塞可能な壁面部を有する第２型部材とを密着
積層してなる鋳造用金型の、該凹部と該壁面部とで構成
された分割式のキャビティに補強材を充填する充填工程
と、該充填工程後の該補強材に前記マトリックス金属の溶湯
を加圧注湯して含浸させる含浸工程と、該含浸工程後の該金属マトリックスの溶湯を冷却し凝固
させる凝固工程と、該凝固工程後に該第１型部材と該第２型部材とを分解し
て前記複合材料を取出す取出工程と、からなることを特徴とする複合材料の製造方法。
【請求項８】前記鋳造用金型は、前記第１型部材と前記
第２型部材との積層方向に前記キャビティを複数有する
と共に該キャビティの開口側を液密に包囲して溶湯溜り
を形成する包囲型を備え、前記取出工程は、さらに、該複数のキャビティの開口側
で架橋状に凝固した前記金属マトリックスを切削除去し
て得られた複数の前記複合材料を切離す切離工程を含む
請求項７記載の複合材料の製造方法。
【請求項９】前記複合材料は、電子機器用放熱部材に用
いられるものである請求項７記載の複合材料の製造方
法。
【請求項１０】前記金属マトリックスは、アルミニウム
（Ａｌ）を主成分とし、前記補強材は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を主成分とした粒
子または繊維からなる請求項７または９に記載の複合材
料の製造方法。