JP2011167751A

JP2011167751A - 金型冷却構造及びその製造方法

Info

Publication number: JP2011167751A
Application number: JP2010036204A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Sugimoto; 雅道杉本
Original assignee: JATCO Ltd
Current assignee: JATCO Ltd
Priority date: 2010-02-22
Filing date: 2010-02-22
Publication date: 2011-09-01
Anticipated expiration: 2030-02-22
Also published as: JP5268965B2

Abstract

【課題】金型の冷却穴周辺の冷却が一様に行われるようにする。
【解決手段】金型冷却構造１は、金型２に形成される冷却穴３内に配置される内筒体４と、内筒体４の先端部４１の外表面と冷却穴３の内表面の間に形成される隙間６全体に一様に配置され、かつ、両表面に接触する複数の伝熱粒体（金属ボール８）と、内筒体４に連結され、内筒体４内に冷媒を供給する継手部材５と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒によって金型を冷却する金型冷却構造に関する。

鋳造用金型の中には、金型表面温度を均一にするために、金型の背面からキャビティ面近傍まで延びる冷却穴を形成し、この冷却穴に冷媒（例えば、水）を供給する冷却構造を採用したものがある。

かかる冷却構成では、冷却穴の底部近傍の金型肉厚を薄くして冷却能力を高めているため、当該部位から金型にクラックが入りやすくなっている。金型にクラックが入ると、クラックを通じて冷媒がキャビティ内に入り込んで蒸発し、製品欠陥（ガス欠陥）の原因となりうる。

そこで、特許文献１に開示される金型冷却構造では、冷却穴に金属製の内筒体を圧入し、この内筒体の内部に冷媒を供給することで、金型にクラックが入った場合であっても冷媒がキャビティ内に入り込まないようにしている。

特開平９−２９４１６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の冷却構造においては、内筒体の外表面と冷却穴の内表面とを密着させるのが難しく、両表面の間に密着しない部位が生じると、当該部位を中心として冷却が十分に行われなくなり、金型表面温度の局所的な上昇を招く。

本発明は、このような技術的課題を鑑みてなされたもので、金型の冷却穴周辺の冷却が一様に行われるようにすることを目的とする。

本発明のある態様によれば、金型冷却構造であって、金型に形成される冷却穴内に配置される内筒体と、前記内筒体の先端部の外表面と前記冷却穴の内表面の間に形成される隙間全体に一様に配置され、かつ、前記両表面に接触する複数の伝熱粒体と、前記内筒体に連結され、前記内筒体内に冷媒を供給する継手部材と、を備えたことを特徴とする金型冷却構造が提供される。

また、本発明の別の態様によれば、金型冷却構造の製造方法であって、内筒体の先端部の外表面全体に複数の伝熱粒体を一様に付着させる工程と、前記複数の伝熱粒体が付着した前記内筒体を金型に形成される冷却穴に挿入し、前記冷却穴内に前記内筒体を配置する工程と、前記内筒体内に冷媒を供給する継手部材を前記内筒体に連結する工程と、を含むことを特徴とする金型冷却構造の製造方法が提供される。

上記態様によれば、内筒体の先端部の外表面と冷却穴の内表面の間に形成される隙間全体に、複数の伝熱粒体が一様に配置される。これにより、金型から内筒体、さらには内筒体内を流れる冷媒への熱の移動が一様に行われ、金型の温度が局所的に上昇するのを防止することができる。

本発明の実施形態に係る金型冷却構造の構成図である。本発明の実施形態に係る金型冷却構造の製造工程を示したフローチャートである。金型冷却構造の製造工程を説明するための図である。金型冷却構造の製造工程を説明するための図である。図４のＡ部の拡大図である。金型冷却構造の製造工程を説明するための図である。図６のＢ部の拡大図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は本発明の実施形態に係る金型冷却構造１を示しており、金型２は、例えば、アルミダイカストで用いられるダイカスト金型である。

金型冷却構造１は、金型２に形成される冷却穴３と、冷却穴３内に配置される内筒体４と、内筒体４に連結されて内筒体４内に冷媒を連続的に供給する継手部材５とを備える。この例では、冷媒として水が用いられるが、オイルを冷媒として用いることも可能である。

各構成について説明すると、冷却穴３は、金型２の背面からキャビティ面（金型２によって画成されるキャビティに露出する表面）に向けて、キャビティ面近傍まで延びる穴である。冷却穴３の底部は半球形になっており、開放端側は他の部位よりも形が大きな拡径部３１となっている。

内筒体４は、先端が半球殻形の先端部４１、先端部４１に接続し先端部４１と同一の内径及び先端部４１よりも大きな外径を有する胴部４２、胴部４２に接続し胴部４２よりも大きな外径を有する基部４３を有する。先端部４１と胴部４２の間には、それらの外径の違いから段部４４（図５）が周方向に形成され、これによって、内筒体４の先端部４１の外表面と冷却穴３の内表面の間に段部４４の高さに対応した隙間６が形成される。内筒体４の基部４３の外径は冷却穴３の拡径部３１の内径と略等しく、また、内筒体４の内表面には、継手部材５の連結部５４が螺合される雌ねじ部が形成される。内筒体４の材質としては、熱伝達性、防錆性に優れた金属、例えば、ステンレス、銅合金が用いられる。

内筒体４の先端部４１の外表面と冷却穴３の内表面の間に形成される隙間６には、複数の伝熱粒体としての金属ボール８が全体にわたって一様に配置される。「一様」とは、隙間６における金属ボール８の分布が隙間６全体としてみて偏りがないという意味であり、金属ボール８が等間隔で配置されることや、隙間なく配置されることを要求するものではない。金属ボール８は径が隙間６と同等又は隙間６よりも若干小さい球形であるが、先端部４１の外表面及び冷却穴３の内表面の法線方向に若干塑性変形した状態で隙間６に配置され（図７）、これにより金属ボール８と両表面は面接触する。

塑性変形前の金属ボール８の直径は、例えば１ｍｍであり、塑性変形による潰し代は０．１〜０．２ｍｍ程度である。金属ボール８の材質としては、熱伝達性に優れ、塑性変形しやすい金属、例えば、銅が用いられる。

また、各金属ボール８の間に形成される微小隙間には、金型２と内筒体の間での熱伝達性を向上させるために、サーモグリス９が封入されている（図７参照）。サーモグリス９は熱伝達グリスとも呼ばれ、銅、アルミ等の金属粉末を混合したグリスである。

継手部材５は、継手本体５１から延びる入口コネクタ５２及び出口コネクタ５３、継手本体５１下側から下方に延び、かつ、外周に雄ねじ部が形成される連結部５４、連結部５４下面から内筒体４内部に向けて延びる通水管５５、連結部５４下面に開口する排出口５６を備える。入口コネクタ５２と通水管５５、出口コネクタ５３と排出口５６はそれぞれ継手本体５１内に形成される流路（不図示）により接続されている。

入口コネクタ５２から継手本体５１内に流入する水は、継手本体５１内の流路、通水管５５を通って内筒体４内に供給され、内筒体４、金属ボール８及びサーモグリス９を介して金型２の熱を吸収する。金型２の冷却に供され温度が上昇した水は、内筒体４と通水管５５の間に形成される流路、排出口５６、継手本体５１内の流路を通って、出口コネクタ５３から外部へと排出される。

次に、上記金型冷却構造１の製造方法について説明する。

上記金型冷却構造１は図２に示されるＳ１〜Ｓ６の工程を経て製造される。以下、各工程について説明する。

Ｓ１では、作業者は、内筒体４を用意する。図３（ａ）は用意される内筒体４を示している。

Ｓ２では、作業者は、内筒体４の先端部４１をサーモグリスで満たした容器内に先端部４１を浸し、先端部４１の外表面全体にサーモグリス９を塗布する。図３（ｂ）は、先端部４１にサーモグリス９を塗布した状態の内筒体４を示している。

Ｓ３では、作業者は、内筒体４の先端部４１を多数の金属ボール８で満たした容器内に挿入し、サーモグリス９の粘性を利用して先端部４１の外表面全体に金属ボール８を一様に付着させる。図３（ｃ）は、先端部４１に金属ボール８を付着させた状態の内筒体４を示している。

Ｓ４では、作業者は、先端部４１に金属ボール８を付着させた内筒体４を、金型２の冷却穴３に挿入する（図４）。挿入時、金属ボール８が冷却穴３の内壁と接触すると、金属ボール８には挿入方向と逆向きの摩擦力が作用するが、内筒体４の外表面に形成される段部４４（図５）により基部４３側への金属ボール８の移動が制限されるため、金属ボール８は内筒体４と共に冷却穴３の底部へと送り込まれる。これにより、内筒体４の先端部４１の外表面と冷却穴３の内表面の間に形成される隙間６には、全体にわたって金属ボール８が一様に偏りなく配置される。

Ｓ５では、作業者は、内筒体４の開口から治具１０を挿入し、治具１０をハンマーで打ち込むことで、内筒体４を冷却穴３に軽圧入する（図６）。治具１０は、内筒体４の内径よりも若干径が大きな球体１０ａを先端に有しており、これが内筒体４内に押し込まれることで、内筒体４の径が拡大されるとともに内筒体４全体が冷却穴３の底部に向けて押し込まれる。

これにより、内筒体４の先端部４１では、先端部４１の外表面と冷却穴３の内表面の間に形成される隙間６が狭くなり、この隙間６に配置されていた金属ボール８は両表面の法線方向に塑性変形して潰れ、両表面と面接触する。そして、金属ボール８と共に先端部４１の外表面に付着していたサーモグリス９は、金属ボール８の間に形成される微小隙間に封入される（図７）。金属ボール８が隙間６全体に一様に配置されていることから、それらの間に封入されるサーモグリス９も隙間６全体に一様に配置される。また、内筒体４の胴部４２では、胴部４２の外表面と冷却穴３の内表面との間の隙間がほぼなくなり、内筒体４が冷却穴３内に安定的に配置、保持される。

Ｓ６では、作業者は、内筒体４の基部４３に継手部材５の連結部５４を螺合させ、これによって図１に示される金型冷却構造１を得る。

なお、この例では全ての工程を作業者が行っているが、一部又は全部の工程を機械により行うことも可能である。

次に、上記金型冷却構造１を採用したことによる作用効果について説明する。

上記金型冷却構造１によれば、内筒体４の先端部４１の外表面と冷却穴３の内表面の間に形成される隙間６全体に、複数の伝熱粒体としての金属ボール８が一様に配置される。これにより、金型２から内筒体４、さらには内筒体４内を流れる水への熱の移動が金属ボール８を介して一様に行われ、金型２の温度が局所的に上昇するのを防止することができる（請求項１、６に対応する効果）。

金型２のメンテナンス、例えば、クラックの補修のために内筒体４を取り外す必要がある場合であっても、内筒体４は冷却穴３に挿入（上記実施形態では軽圧入）されているだけなので、内筒体４を引っ張るだけで容易に取り外すことができる。

また、金属ボール８は、内筒体４の先端部４１の外表面及び冷却穴３の内表面と面接触するので、金型２と金属ボール８の間の熱伝達、金属ボール８と内筒体４の間の熱伝達が良好に行われ、金型２と内筒体４の間で優れた熱伝達性を実現することができる（請求項２に対応する効果）。

また、金属ボール８の間に形成される微小な隙間にサーモグリス９が封入される。これにより、金属ボール８が接触しない部位においてもサーモグリス９を介して熱伝達が行われるので、熱伝達性をより一層高めることができる（請求項３、４に対応する効果）。なお、封入される流体としてはサーモグリス９が好適であるが、これに限らず、少なくとも空気よりも熱伝達率の高い流体であればよい。

また、内筒体４の外表面には金属ボール８の基部４３側への移動を規制する段部４４が形成される。これにより、内筒体４を冷却穴３に挿入する際の金属ボール８の偏りや脱落を防止し、内筒体４の先端部４１の外表面と冷却穴３の内表面の間に形成される隙間６全体に金属ボール８を一様に配置することができる（請求項５に対応する効果）。

また、上記金型冷却構造１の製造は、内筒体４の先端部４１に金属ボール８を一様に付着させ、これを冷却穴３に挿入することで行われる。これにより、上記金型冷却構造１を容易に製造することが可能である（請求項６に対応する効果）。

また、金属ボール８を付着させた内筒体４を挿入し内筒体４の先端部４１の外表面と冷却穴３の内表面の間に形成される隙間６を縮小して金属ボール８を塑性変形させる。これにより、金属ボール８と内筒体４の先端部４１の外表面、冷却穴３の内表面との面接触を容易に実現することができる（請求項７に対応する効果）。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、本発明は、アルミダイカストに用いられる金型に限らず、冷却を要する金型全般に適用可能である。

また、内筒体４の先端部４１の外表面と冷却穴３の内表面の間に形成される隙間６に配置される伝熱粒体として金属ボール８を用いたが、伝熱粒体の形状は球形に限らず、凸レンズ形、まゆ形、半球形等であってもよい。

また、内筒体４の先端部４１に金属ボール８を付着させる方法として、サーモグリス９の粘性を利用する方法を説明したが、接着剤、磁石等で付着させてもよい。

１金型冷却構造
２金型
３冷却穴
４内筒体
４１先端部
４３基部
４４段部
５継手部材
６隙間
８金属ボール（伝熱粒体）
９サーモグリス

Claims

金型冷却構造であって、
金型に形成される冷却穴内に配置される内筒体と、
前記内筒体の先端部の外表面と前記冷却穴の内表面の間に形成される隙間全体に一様に配置され、かつ、前記両表面に接触する複数の伝熱粒体と、
前記内筒体に連結され、前記内筒体内に冷媒を供給する継手部材と、
を備えたことを特徴とする金型冷却構造。
請求項１に記載の金型冷却構造であって、
前記複数の伝熱粒体が前記両表面と面接触する、
ことを特徴とする金型冷却構造。
請求項１または２に記載の金型冷却構造であって、
前記複数の伝熱粒体の間に形成される隙間に空気よりも熱伝達率の高い流体が封入されている、
ことを特徴とする金型冷却構造。
請求項３に記載の金型冷却構造であって、
前記流体がサーモグリスである、
ことを特徴とする金型冷却構造。
請求項１から４のいずれか一つに記載の金型冷却構造であって、
前記複数の伝熱粒体の前記内筒体の基部側への移動を規制する段部が前記内筒体の外表面に形成されている、
ことを特徴とする金型冷却構造。
金型冷却構造の製造方法であって、
内筒体の先端部の外表面全体に複数の伝熱粒体を一様に付着させる工程と、
前記複数の伝熱粒体が付着した前記内筒体を金型に形成される冷却穴に挿入し、前記冷却穴内に前記内筒体を配置する工程と、
前記内筒体内に冷媒を供給する継手部材を前記内筒体に連結する工程と、
を含むことを特徴とする金型冷却構造の製造方法。
請求項６に記載の金型冷却構造の製造方法であって、
前記内筒体を塑性変形させて前記内筒体の前記先端部の外表面と前記冷却穴の内表面の間に形成される隙間を縮小し、これによって前記複数の伝熱粒体を塑性変形させる工程、
を含むことを特徴とする金型冷却構造の製造方法。