JP2013123753A - 鍛造品製造装置及び鍛造品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塑性変形時の鍛造素材の流動速度の面方向の非対称性を調整することにより、凸部成形孔内への鍛造素材の未充填を防止して、欠陥のない鍛造品を製造できる鍛造品製造装置及び鍛造品の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の鍛造品製造装置は、押圧面に非対称に配置する複数の凸部成形孔２を有する雄金型１と、載置面３ａに鍛造素材Ｗを載置する雌金型３と、塑性変形による鍛造素材の流動を阻害する流動阻害部５と、を備えることを特徴とする、ことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、鍛造品製造装置及び鍛造品の製造方法に関するものである。

雌金型に載置された鍛造素材に、雄金型を押圧することによって鍛造素材を塑性変形させ、所定形状に成形するという鍛造品の製造方法が知られている。かかる鍛造品の製造方法において、押圧面に凸部成形用の孔（凸部成形孔）を有する雄金型を用いれば、ベース板に複数の凸部が一体に成形された鍛造品（鍛造成形品、鍛造加工品）を製造することができる。

かかる鍛造品としては例えば、ベース板と、その一面に設けられた多数のピン型形状のフィン（ピンフィン）とを備えたヒートシンクがある。ヒートシンクは、パーソナルコンピュータのＣＰＵやチップセット、ＡＶアンプやオーディオ機器のパワートランジスタ、電気自動車やハイブリッド車（ＨＶ車）のインバータ等の発熱体の温度を下げることを目的として広く用いられている。
例えば、特許文献１に、かかるヒートシンクを型鍛造加工によって製造する方法が開示されている。

ベース板に複数の凸部が一体に成形された鍛造品の製造時の塑性変形においては、鍛造素材の流動（塑性流動）によって、鍛造素材が凸部成形孔に流入して凸部が形成される。この鍛造素材の流動は、雌金型の載置面に平行な外方向及び雄金型の凸部成形孔の上方へ経時的に生じ、複数の凸部成形孔のうち、中心部寄りに配置するものほど鍛造素材の充填は速く、中心部からの距離が遠い周辺部に配置するものほど、充填は遅くなることが知られている。このように、当該塑性変形においては、その塑性流動が中心部に配置するから順に、周辺部に配置する凸部成形孔に生じる、経時的な現象であるがために、均一な凸部成形孔を有する場合であっても均一な凸部を形成することが難しいことが知られている。例えば、特許文献１の段落〔００１１〕に、ベース板と、その一面に設けられた多数のピンフィンとを備えたヒートシンクの場合に、すべてのピンフィンの長さを揃えることが難しい旨、記載されている。

かかる問題に対して、特許文献１では、長さが均一になるように、中央部のピンフィンをテーパフィンとし、周辺部のピンフィンをストレートフィンに方法が開示されている。
また、従来、鍛造後に、不揃いのピンフィンに対して、フライス加工やエンドミル加工などの機械加工を施してピンフィンの長さを揃えることが知られている。

特開２０１０−１９２７０８号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、全てのピンフィンの形状を同じまま、ピンフィンの長さを均一にすることはできない。また、機械加工を施してピンフィンの長さを揃える場合は、機械加工によってピンフィンが倒れたり、破損したりする場合があり、また、その加工時間は一般に長時間を要し、その加工コストも増大する。

本発明者らは、かかる状況に鑑み、上記塑性変形によってベース板に複数の凸部が一体に成形された鍛造品の製造における、均一な凸部の形成の困難性について、その鍛造品の成形経過をその塑性流動の原理・特性から考察して、本発明に想到した。

まず、具体的に、矩形状のベース板上に多数のピンフィンが配置するヒートシンクについて考察した。
図１２において、（ａ）〜（ｃ）の左側の図は雄金型の押圧面及び凸部成形孔の一部を雌金型の載置面へ投影した平面図であり、（ａ）〜（ｃ）の右側の図は、Ｘ−Ｐ−Ｙに沿った雄金型の凸部成形孔を含む垂直断面図であり、順に、（ａ）は雄金型の押圧面を鍛造素材にあてた段階、（ｃ）は雄金型の押圧を開始して中心部の凸部成形孔に鍛造素材が充填完了された段階、（ｂ）は（ａ）と（ｃ）との間の段階を示す図である。
ここで、点Ｐは複数の凸部成形孔全体の中心位置（通常、押圧面の中心位置と同じ）、点ＸはＰから押圧面の右上の頂点の延長線上の任意の位置、点ＹはＰから図面上真上に延伸した線上の任意の位置、を示す。また、ｐはＰに配置する凸部成形孔、ｙ１、ｙ２はＰ−Ｙ方向に配置する凸部成形孔、ｘ１〜ｘ５はＰ−Ｘ方向に配置する凸部成形孔を示す。さらに、Ａは塑性変形前の鍛造素材の雌金型の載置面への投影図における外周端を示す。
図１２（ａ）〜図１２（ｃ）は、複数の凸部成形孔のうち、点Ｐの近傍に位置する凸部成形孔への鍛造素材の流入が進み、点Ｐから遠い位置に配置する凸部成形孔は流入が遅れ、その結果、点Ｐの近傍に位置する凸部成形孔から順に鍛造素材が充填されていくことを摸式的に示すものである。理想的には相応の時間が経過すれば、全ての凸部成形孔が充填され、長さが揃ったピンフィンが形成されるが、現実には上述の通り、点Ｐから遠い位置に配置する凸部成形孔への鍛造素材の充填は完了しないで、長さが揃わないピンフィンが形成される場合がある。
ここで、図１２（ｂ）に示す段階において、Ｐ−Ｘ方向においてＡｘを越えた鍛造素材の部分はＸａまでしか届いていないのに対して、Ｐ−Ｙ方向においてＡｙを越えた鍛造素材の部分はそれよりも遠い位置にあるＹａまで届いている。この違いは、Ｐから凸部成形孔が存在しなくなるところまでの距離の違いに起因する。すなわち、Ｐ−Ｙ方向においては、ｙ２の凸部成形孔を越えた領域では凸部成形孔が存在しないため、凸部成形孔（鉛直上方）へのフロー（流動）がなくなり、その結果、フロー抵抗が小さくなり、この領域での鍛造素材の流動は凸部成形孔が存在する領域の鍛造素材の流動よりも速くなる。そして、かかる領域はＰ−Ｘ方向に比べてＰ−Ｙ方向の方が長い。鍛造素材の流動が速い領域が大きい（広い）ほど、外方向へ押し出される鍛造素材の量は多くなり、塑性変形開始前の鍛造素材の投影の外周端であるＡを超える長さが長くなる。そのため、塑性変形された鍛造素材の平面形状は、Ｐ−Ｙ方向に長く、Ｐ−Ｘ方向に短い形状となる。
この傾向は時間がさらに経過した図１２（ｃ）に示す段階においてはさらに強まり、鍛造素材の平面形状におけるＰ−Ｙ方向の長さとＰ−Ｘ方向の長さの差はさらに大きくなる。ここで、鍛造素材は塑性変形後も一体であるため、鍛造素材のうち、流動が遅い部分は速く流動する部分に引っ張られる。このため、速く流動する部分の鍛造素材の量は時間が経過するほど多くなり、その分、流動が遅い部分の鍛造素材の量は少なくなっていく。従って、時間が経過するほど、Ｐ−Ｙ方向において鍛造素材の量が増加する一方、Ｐ−Ｘ方向においては鍛造素材の量が減少していく。図における矢印はこのような鍛造素材の流動の様子を摸式的に示すものである。その結果、点Ｐから遠い位置に配置する凸部成形孔（例えば、ｘ４、ｘ５）では鍛造素材を充填するだけの鍛造素材が足りなくなり、充填未了となる。
このように、鍛造素材の流動の面方向（雄金型の押圧面もしくは雌金型の載置面に平行な方向）の非対称性が、点Ｐから遠い位置に配置する凸部成形孔への鍛造素材の充填未了につながる。
鍛造素材の流動の面方向の非対称性は、凸部成形孔の配置の非対称性に起因する。つまり、雄金型の押圧面に、その面に直交する中心軸に対して非対称に凸部成形孔が配置する場合には鍛造素材の流動の非対称性が存在する。凸部成形孔の非対称配置は、鍛造素材にとっては流動環境（フロー抵抗）が面方向で非対称であることを意味し、それは鍛造素材の流動速度の面方向の非対称性につながる。

しかし、凸部成形孔の非対称配置は必要な鍛造品の形状によって決まるものであり、凸部成形孔の非対称配置自体は変更することはできない。そこで、本発明者らは、鍛造素材の流動速度の面方向の非対称性を変更することを考えた。すなわち、凸部成形孔が存在しなくなるとその方向における鍛造素材の流動が速くなるので、その方向において速くなるのを抑制する構成、言い換えると、その方向において鍛造素材の流動を阻害する構成を採用することにより、鍛造素材の流動速度の面方向の非対称性をより対称にできることに着眼し、鍛造素材の流動速度の面方向の対称性が高くなれば、鍛造素材が足りなくなる方向がなくなり、凸部成形孔への鍛造素材の充填未了の課題が解決できることに想到した。

さらに、本発明者らは、ベース板上に多数のピンフィンが配置するヒートシンクに限らず、ベース板上に複数の凸部が一体に成形された鍛造品であれば、その着想が適用できることに想到し、さらに鋭意検討を行って、本発明を完成させた。

本発明は、塑性変形時の鍛造素材の流動速度の面方向の非対称性を調整することにより、凸部成形孔内への鍛造素材の未充填を防止して、欠陥のない鍛造品を製造できる鍛造品製造装置及び鍛造品の製造方法を提供することを目的とする。

（１） 押圧面に非対称に配置する複数の凸部成形孔を有する雄金型と、
載置面に鍛造素材を載置する雌金型と、
塑性変形による鍛造素材の流動を阻害する流動阻害部と、を備えることを特徴とする鍛造品製造装置。
（２） 前記流動阻害部が、前記雄金型の押圧面に、前記複数の凸部成形孔を備える領域から外方に離間して備えられている、ことを特徴とする請求項１に記載の鍛造品製造装置。
（３） 前記流動阻害部が前記雄金型の押圧面に形成された溝を含む、ことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の鍛造品製造装置。
（４） 前記溝が前記凸部成形孔と略同じ形状の孔である、ことを特徴とする請求項３に記載の鍛造品製造装置。
（５） 前記流動阻害部が、前記鍛造素材の流動に対して雄金型を構成する材料よりも大きな抵抗を有する材料で、前記雄金型の押圧面を被覆する被覆部を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の鍛造品製造装置。
（６） 前記流動阻害部が、前記雌金型の載置面に、鍛造素材が載置される領域から外方に離間して備えられている、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の鍛造品製造装置。
（７） 前記流動阻害部が前記雌金型の載置面に形成された隆起部を含む、ことを特徴とする請求項６に記載の鍛造品製造装置。
（８） 前記流動阻害部が前記雌金型の載置面に形成された凹凸を含む、ことを特徴とする請求項６に記載の鍛造品製造装置。
（９） 前記流動阻害部が、前記鍛造素材の流動に対して雌金型を構成する材料よりも大きな抵抗を有する材料で、前記雌金型の載置面を被覆する被覆部を含む、ことを特徴とする請求項６に記載の鍛造品製造装置。
（１０） 前記複数の凸部成形孔が全体として多角形状に配置されている、ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の鍛造品製造装置。
（１１） 前記凸部成形孔がピンフィン成形用の孔である、ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の鍛造品製造装置。
（１２） 前記雌金型が前記載置面に複数の凸部成形孔を備える、ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の鍛造品製造装置。
（１３） 前記雄金型の凸部成形孔内に、該凸部成形孔に流入した鍛造素材に対して圧力を付与する圧力付与ピンを備える、ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の鍛造品製造装置。
（１４） 前記圧力付与ピンに、前記雌金型に向かって押圧力を付与する付勢手段を備える、ことを特徴とする請求項１３に記載の鍛造品製造装置。
（１５） 鍛造素材を雌金型の載置面に載置し、その鍛造素材に、押圧面に非対称に配置する複数の凸部成形孔を備える雄金型を押圧することによる塑性変形によって鍛造品を製造する方法であって、
塑性変形による鍛造素材の流動を、前記載置面に平行な面内方向において部分的に阻害しながら前記塑性変形を行う塑性変形工程を有する、ことを特徴とする鍛造品の製造方法。
（１６） 前記雌金型として、その載置面に複数の凸部成形孔を備える雌金型を用いる、ことを特徴とする請求項１５に記載の鍛造品の製造方法。
（１７） 前記塑性変形工程の後に、不要なバリを除去するバリ除去工程を備える、ことを特徴とする請求項１５又は１６のいずれかに記載の鍛造品の製造方法。
（１８） 前記塑性変形を、前記雄金型の凸部成形孔内に、該凸部成形孔に流入した鍛造素材に対して圧力を付与しながら行う、ことを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の鍛造品の製造方法。
（１９） 前記凸部がピンフィンである、ことを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の鍛造品の製造方法。

本発明によれば、塑性変形時の鍛造素材の流動速度の面方向の非対称性を調整することにより、凸部成形孔内への鍛造素材の未充填を防止して、欠陥のない鍛造品を製造できる鍛造品製造装置及び鍛造品の製造方法を提供できる。

本発明の一実施形態である鍛造品製造装置の一例を説明するための断面模式図である。 本発明の一実施形態である鍛造品製造装置の効果を説明するための模式図である。 本発明の一実施形態である鍛造品製造装置が備える雄金型の断面模式図である。 本発明の一実施形態である鍛造品製造装置が備える雌金型の断面模式図である。 本発明の一実施形態である鍛造品製造装置が備える雌金型の断面模式図である。 本発明の一実施形態である鍛造品製造装置が備える雌金型の断面模式図である。 本発明の一実施形態である鍛造品製造装置が備える雌金型の断面模式図である。 本発明の一実施形態である鍛造品製造装置の一例の断面模式図である。 本発明の一実施形態である鍛造品製造装置の一例の断面模式図である。 本発明の鍛造品製造装置又は鍛造品の製造方法で製造できる鍛造品の一例であるヒートシンクの斜視図である。 本発明の鍛造品製造装置又は鍛造品の製造方法で製造できる鍛造品の一例であるヒートシンクの他の態様の斜視図である。 従来の鍛造品製造装置及び鍛造品の製造方法の問題点を説明するための模式図である。

以下、本発明を適用した鍛造品製造装置及び鍛造品の製造方法について、図面を用いてその構成を説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

図１は、本発明の一実施形態である鍛造品製造装置の一例を説明するための断面模式図であり、図２は図１２に対応する図であって、（ａ）〜（ｃ）の左側の図は雄金型の押圧面及び凸部成形孔の一部を雌金型の載置面へ投影した平面図であり、（ａ）〜（ｃ）の右側の図は、Ｘ−Ｐ−Ｙに沿った雄金型の凸部成形孔を含む垂直断面図であり、順に、（ａ）は雄金型の押圧面を鍛造素材にあてた段階、（ｃ）は凸部成形孔に鍛造素材が充填完了された段階、（ｂ）は（ａ）と（ｃ）との間の段階を示す図である。
図２において、図１２と同様に、点Ｐは鍛造素材の中心位置、点ＸはＰから右上の頂点の延長線上の任意の位置、点ＹはＰから真上に延伸した線上の任意の位置、を示す。また、ｐはＰに配置する凸部成形孔、ｙ１、ｙ２はＰ−Ｙ方向に配置する凸部成形孔、ｘ１〜ｘ５はＰ−Ｘ方向に配置する凸部成形孔を示す。さらに、Ａは塑性変形前の鍛造素材の雌金型の載置面への投影図における周端を示す。

図１に示す鍛造品製造装置は、押圧面１ａに非対称に配置する複数の凸部成形孔２を有する雄金型１と、載置面３ａに鍛造素材Ｗを載置する雌金型３と、塑性変形による鍛造素材の流動を阻害する流動阻害部５とを備えている。本実施形態では、流動阻害部５は、雄金型１の押圧面１ａに、複数の凸部成形孔２を備える領域Ａから外方に離間して備えられており、本実施形態では、流動阻害部は溝５を含むものである。

図１に示す凸部成形孔２は全て同じ形状（サイズを含む）であるが、同じ形状である必要はない。また、形状（サイズを含む）に特に限定はないが、複数の凸部成形孔２は押圧面１ａに非対称的に配置されていることが必要である。本発明は、複数の凸部成形孔２の非対称配置に起因する鍛造素材の流動速度の非対称性を調整するものだからである。「非対称に配置する」とは、押圧面の中心を通る、押圧面に直交する軸に対して非対称に配置するとの意である。逆に、押圧面の中心とする円状に配置する場合は対称になるので、「非対称に配置する」とは、非円状に配置するということもできる。

複数の凸部成形孔２は全体として、多角形状（例えば、矩形）に配置されてもよい。図1及び図２に示す複数の凸部成形孔２は矩形に配置された場合である。

凸部成形孔２はピンフィン成形用の孔であってもよい。この場合、製造される鍛造品はヒートシンク等のベース板上にピンフィンが立設する構造の鍛造品となる。

図１に示す雌金型３では鍛造素材Ｗは平らな面（載置面３ａ）に備える構成であるが、凹部を備えて、鍛造素材Ｗが凹部の底面に載置される構成でもよい（図８参照）。この場合、凹部の底面が載置面３ａとなる。

流動阻害部における流動阻害とは、それ（流動阻害部）がなかった場合に比較して、流動速度が低下すること（停止することも含む）を意味する。

雄金型１が有する溝５は、その形状（サイズを含む）に特に限定はなく、また、溝５が配置される位置は押圧面１ａ上の複数の凸部成形孔２を備える領域Ｂから外方に離間した位置であれば、特に限定はない。また、溝５は図２に示すように各辺側に１個づつ設けてもよいし、複数個設けてもよい。
溝５の形状やサイズ、その配置位置は、塑性変形時の鍛造素材の流動速度の調整の必要程度により適宜決められる。この場合、鍛造素材の流動のコンピュータシミュレーションを用いて決定することができる。

溝５は、雄金型１の凸部成形孔２と同じ形状（サイズを含む）であってもよい。この場合、溝５はダミーの凸部成形孔といえる。

鍛造素材Ｗの材料としては限定するものではないが、アルミニウム合金、銅合金が好適に用いられる。アルミニウム合金、銅合金の例としては例えば、Ａ１０５０、Ａ１１００等の純アルミ系材料の他、Ａ３００３、Ａ６０６３、銅合金Ｃ１１００を挙げることができる。
鍛造条件としては、素材温度が常温〜５００℃程度(但し、銅や銅合金の場合は７５０℃程度まで)である。

図１及び図２を用いて、その作用効果を説明する。
まず、鍛造素材Ｗを雌金型３の載置面３ａに載置し、その鍛造素材Ｗに雄金型１を押圧すると、鍛造素材Ｗは塑性流動を始める。
複数の凸部成形孔２のうち、点Ｐの近傍に位置する凸部成形孔について鍛造素材の流入が先に進み、点Ｐから遠い位置に配置する凸部成形孔についてはその流入が遅れる点は、図１２に示した従来の鍛造品の製造の場合と同様である。
しかしながら、塑性流動を開始してから所定の時間が経過して外方向に流動しても、Ｐ−Ｙ方向において鍛造素材は溝５内に流入していくことになるため、従来の鍛造品の製造の場合と異なり、Ｐ−Ｙ方向における鍛造素材の流動が速くなるのが抑制される。その結果、Ｐ−Ｙ方向の鍛造素材の流動速度と、Ｐ−Ｘ方向の鍛造素材の流動速度との差が低減し、図２（ｂ）に示すように、Ｐ−Ｙ方向におけるＡからの鍛造素材の拡がり（Ｙａ−Ａｙ）と、Ｐ−Ｘ方向におけるＡからの鍛造素材の拡がり（Ｘａ−Ａｘ）とが同程度になる。
よって、Ｐ−Ｘ方向においてＡを超える鍛造素材の部分がＰ−Ｙ方向においてＡを超える鍛造素材の部分に引っ張られるのが抑制される。そして、図２（ｃ）に示すように、その後の塑性変形においても、Ｐ−Ｙ方向におけるＡからの鍛造素材の拡がり（Ｙａ’−Ａｙ）と、Ｐ−Ｘ方向におけるＡからの鍛造素材の拡がり（Ｘａ’−Ａｘ）とが同程度のまま、拡がっていく。そのため、従来の鍛造品の製造の場合に生じたようなＰ−Ｘ方向における鍛造素材の量の減少が抑制されて、Ｐから遠い位置に配置する凸部成形孔（ｘ４、ｘ５）にも鍛造素材が充填され、それらの凸部成形孔（ｘ４、ｘ５）について未充填状態で塑性変形が終了することが回避できる。

図１及び図２に示す鍛造品製造装置を用いて、本発明の鍛造品の製造方法を説明する。
まず、鍛造素材Ｗを雌金型３の載置面３ａに載置し、その鍛造素材Ｗに、押圧面１ａに非対称に配置する複数の凸部成形孔２を備える雄金型１を押圧する。雄金型１は流動阻害部として溝５を有するので、押圧されて塑性変形された鍛造素材Ｗは、その流動は流動阻害部として溝５によって、載置面３ａに平行な面内方向において部分的に阻害される。これにより、鍛造素材が未充填の凸部成形孔２を作らずに、全ての凸部成形孔２内を鍛造素材で充填することが可能となる。次いで、領域Ｂと流動阻害部として溝５との間の不要なバリを除去することにより、所望の鍛造品を製造できる。

図３は、本発明の一実施形態である鍛造品製造装置が備える雄金型の断面模式図である。
図３に示す雄金型１１は、図３に示した雄金型１と比較すると、流動阻害部として溝ではなく、鍛造素材の流動に対して雄金型を構成する材料よりも大きな抵抗を有する材料で、雄金型１１の押圧面を被覆する被覆部１５を含む点が異なる。

雄金型はダイス鋼又は超硬合金からなるのが一般的だが、被覆部１５の材料としては、これらの材料より鍛造素材Ｗの材料の流動抵抗（フロー抵抗）が大きな材料を用いる。被覆の方法は公知の方法を用いることができる。

図１に示す溝５内に被覆部を形成してもよい。

本実施形態の鍛造品製造装置によれば、被覆部１５が図２で説明した溝５と同様の作用効果を有するので、Ｐから遠い位置に配置する凸部成形孔（ｘ４、ｘ５）にも鍛造素材が充填され、それらの凸部成形孔（ｘ４、ｘ５）について未充填状態で塑性変形が終了することが回避できる。

図４は、本発明の一実施形態である鍛造品製造装置が備える雌金型の断面模式図である。
図４に示す雌金型２３は、その載置面２３ａに、鍛造素材Ｗが載置される領域Ａから外方に離間して流動阻害部として、載置面２３ａに形成された隆起部２５を含む。

隆起部２５の形状は、載置面２３ａに対して盛り上がっていることにより、鍛造素材Ｗの流動を妨げるものであれば特に限定はなく、例えば、図４に示すようになだらかに隆起して鍛造素材Ｗの自重によりその流動を妨害する形状や、載置面２３ａに対してほぼ垂直に立設して流動を完全に阻止する形状であってもよい。

本実施形態の鍛造品製造装置によれば、隆起部２５が図２で説明した溝５と同様の作用効果を有するので、Ｐから遠い位置に配置する凸部成形孔（ｘ４、ｘ５）にも鍛造素材が充填され、それらの凸部成形孔（ｘ４、ｘ５）について未充填状態で塑性変形が終了することが回避できる。

図５は、本発明の一実施形態である鍛造品製造装置が備える雌金型の断面模式図である。
図５に示す雌金型３３は、上述した雌金型と比較すると、その載置面３３ａに、鍛造素材Ｗが載置される領域Ｂから外方に離間して流動阻害部として、載置面３３ａに形成された凹凸３５を含む点が異なる。

凹凸３５の形状は、鍛造素材Ｗの流動を妨げるものであれば特に限定はなく、規則的な凹凸でも不規則な凹凸でも構わない。

本実施形態の鍛造品製造装置によれば、凹凸３５が図２で説明した溝５と同様の作用効果を有するので、Ｐから遠い位置に配置する凸部成形孔（ｘ４、ｘ５）にも鍛造素材が充填され、それらの凸部成形孔（ｘ４、ｘ５）について未充填状態で塑性変形が終了することが回避できる。

図６は、本発明の一実施形態である鍛造品製造装置が備える雌金型の断面模式図である。
図６に示す雌金型４３は、上述した雌金型と比較すると、鍛造素材の流動に対して雌金型を構成する材料よりも大きな抵抗を有する材料で、雌金型４３の載置面４３ａを被覆する被覆部４５を含む点が異なる。

雌金型はダイス鋼又は超硬合金からなるのが一般的だが、被覆部４５の材料としては、これらの材料より鍛造素材Ｗの材料の流動抵抗（フロー抵抗）が大きな材料を用いる。被覆の方法は公知の方法を用いることができる。また、被覆部４５の材料としては被覆部１５の材料と同じものを用いることが好ましい。

本実施形態の鍛造品製造装置によれば、被覆部４５が図２で説明した溝５と同様の作用効果を有するので、Ｐから遠い位置に配置する凸部成形孔（ｘ４、ｘ５）にも鍛造素材が充填され、それらの凸部成形孔（ｘ４、ｘ５）について未充填状態で塑性変形が終了することが回避できる。

図７は、本発明の一実施形態である鍛造品製造装置が備える雌金型の断面模式図である。
図７に示す雌金型５３は、上述した雌金型と比較すると、その載置面５３ａに、複数の凸部成形孔５２を備える点が異なる。

図７に示す凸部成形孔５２は全て同じ形状（サイズを含む）であるが、同じ形状である必要はない。また、雄金型の凸部成形孔と同じ形状であっても異なっていてもよい。

本実施形態の雌金型５３を用い、図１に例示するような、押圧面に凸部成形孔を有する雄金型を用いることにより、ベース板の両面に凸部を一体に成形された鍛造品を製造することができる。
例えば、図１０や図１１に示す鍛造品はピンフィンをベース板の一面にのみ有するものであるが、その面の反対側の面にもピンフィンを有して、ベース板の両面にピンフィンを有する鍛造品（図１０や図１１において、ベース板にピンフィンを背中合わせにした形状）を製造することができる。
かかる鍛造品の製造においては、雌金型側に、図８及び図９に示した雄金型及び背圧（圧力）付与機構と同様な構成を用いることができる。

図８及び図９は、本発明の一実施形態である鍛造品製造装置の一例の断面模式図である。
図８及び図９の鍛造品製造装置は、鍛造素材Ｗに対し、型鍛造加工を行って、鍛造品として、ベース板に複数のピンフィンが一体に形成される成形品を成形するものである。

本実施形態の鍛造加工装置は、押圧面６１ａに非対称に配置する複数の凸部成形孔６２を有する雄金型６１と、載置面６３ａに鍛造素材Ｗを載置する雌金型６３と、凸部成形孔６２に流入した鍛造素材に対して圧力を付与するための背圧（圧力）付与機構６４と、塑性変形による鍛造素材の流動を阻害する流動阻害部６５とを備えている。

雄金型６１は、パンチ部７１と、パンチ部７１の下端に突出するように形成され、後述する雌金型６３の凹部６３Ａに対応する形状を有する押圧部７２と、パンチ部７１の上端開口を閉塞するパンチプレート７３と、パンチ部７１とパンチプレート７３とを固定して保持するパンチホルダー７４とを有する。また、雄金型６１の押圧面７２ａには、フィン成形孔６２が配置する領域の外側に流動阻害部として溝６５を備えている。

押圧部７２の押圧面６１ａには、鍛造品として、ベース板８１に複数のピンフィン８２が一体に形成された成形品８０(図１０参照)のピンフィン８２を成形するための多数のフィン成形孔（凸部成形孔）６２が形成されている。各フィン成形孔６２は上下方向に貫通しており、上端がパンチ部７１の内部空間に開放されるとともに、下端がパンチ部７１下方に開放されている。さらに各フィン成形孔６２の水平断面形状は、ピンフィン８２の水平断面形状に対応する形状に形成されている。

パンチホルダー７４は図示しないガイドポスト等によって昇降自在に支持され、パンチ部７１がその軸心を雌金型６３の凹部６３Ａの軸心に対して一致させた状態で、パンチホルダー７３と共に雌金型６３に対して接離（昇降）可能となっている。

雌金型６３は、凹部６３Ａを備え、凹部６３Ａの底面６３ａに鍛造素材Ｗが載置される。
雌金型６３の凹部６３Ａの底面６３ａには、図示しないノックアウトピンが凹部６３Ａの底面６３ａから上方に突出可能に収容されている。そして、後に詳述するように雌金型６３の凹部６３Ａで成形された複数のピンフィン８２が一体に形成される成形品８０は、上記ノックアウトピンにより突き上げられて、複数のピンフィンが一体に形成される成形品８０が凹部６３Ａから上方へ少量突出して配置されるようになっている。

背圧付与機構６４は、パンチ部７１の内部空間に収容され、内部空間内において上下方向（軸心）に沿ってスライド自在に支持されているスプリングホルダー７６と、その上端面に形成された一又は複数のスプリング収容凹部７６ａに収容された付勢手段７７と、スプリングホルダー７６の下部に固定された背圧（圧力）付与ピン７５とを有する。

付勢手段７７は例えば、図８及び図９に示すようなコイルバネ等のスプリングであり、各スプリング７７は、圧縮状態で上端がパンチプレート７３の下面７３ａに当接するとともに、下端がスプリング収容凹部７６ａの底面７６ａａに当接する。従って、通常状態（パンチ部７１を上昇させた状態）では、スプリングホルダー７６が自重およびスプリング７７の付勢力によって下方に押し込まれて、パンチ部７１の内底面に接触した状態に配置されるようになっている。
付勢手段としては、スプリングに限られるものではなく、例えば、ガスクッション等を用いることができる。

背圧付与ピン７５は、雄金型６１の各フィン成形孔６２に対応して設けられている。各背圧付与ピン７５は、水平断面形状が各フィン成形孔６２の水平断面形状に対応した形状に形成されている。背圧付与ピン７５はイジェクタピンとも称される。

各背圧付与ピン７５は、その上端部がスプリングホルダー７６の下部に固定された状態で、対応するフィン成形孔６２内に軸心方向（上下方向）に沿ってスライド自在に収容されている。これにより、各背圧付与ピン７５は、スプリングホルダー７６の昇降動作に伴って、各フィン成形孔６２内を上下にスライドするようになっている。

なお、各背圧付与ピン７５の下端面（先端拘束面）は、図８に示すように、スプリングホルダー７６が下端位置に配置された状態（パンチ部７１を上昇させた状態）では、各フィン成形孔６２の下端開口、つまり押圧部７２の押圧面６１ａに対応して配置されるようになっている。

図８及び図９に示した鍛造品製造装置を用いて、ベース板８１に複数のピンフィン８２が一体に形成された成形品８０を製造する際の手順について説明する。

図８に示すように、雄金型６１及び雌金型６３の所要部分に潤滑剤を塗布し、板状の鍛造素材Ｗを雌金型６３の凹部６３Ａ内にセットする。なお、鍛造素材Ｗ、雄金型６１（背圧（圧力）付与機構６４を含む）及び雌金型６３は必要に応じて予備加熱する。

この状態から図９に示すように、雄金型６１（背圧（圧力）付与機構６４を含む）を降下させて押圧部７２を雌金型６３の凹部６３Ａ内に押し込む。これにより、鍛造素材Ｗに圧縮荷重が加わって、その圧縮荷重によって、鍛造素材Ｗを構成する金属材料（メタル）が塑性流動して、各背圧付与ピン７５を背圧付与機構６４の自重およびスプリング７７の付勢力に抗して上方へ押し上げつつ、押圧部７２の各フィン成形孔６２内に流入していく。

ここで、各フィン成形孔６２内に流入する金属材料に対し、背圧付与機構６４の自重およびスプリング７７の付勢力が、流入方向と反対方向に作用する背圧（抵抗力）として機能する。従って、金属材料を各フィン成形孔６２内にバランス良く均等に流入させることができる。

そして、雌金型６３の凹部６３Ａの内周面と押圧部７２の押圧面（下端面）６１ａとで囲まれる成形空間に充填された金属材料によってベース板８１が形成されるとともに、背圧付与ピン７５の先端拘束面とフィン成形孔６２の内周面とで囲まれる成形空間内に充填された金属材料によってピンフィン８２が形成されることにより、図１０に示すように、ベース板８１の上面に多数のピンフィン８２が一体形成された鍛造品８０が成形される。

ここで、図８及び図９の鍛造品製造装置は、流動阻害部として溝６５を備えているので、フィン成形孔６２の一部について金属材料が未充填状態のまま、塑性変形が終了することが回避されているので、図１０に示すような均一の高さを有するピンフィン８２が形成される。

こうして、ベース板に複数のピンフィンが一体に形成される成形品８０が成形された後、雄金型６１が上昇する。続いて、既述したノックアウトピン（図示省略）が、雌金型６３の凹部６３Ａの底面６３ａから上方に突出して、そのノックアウトピンによって、凹部６３Ａ内の複数のピンフィンが一体に形成される成形品８０が突き上げられて、上方へ突出して配置される。

その後、突き上げられた複数のピンフィンが一体に形成される成形品８０が所定の箇所に排出され、不要なバリが除去される。
次いで、新たな鍛造素材Ｗが雌金型６３の凹部６３Ａ内にセットされる。

さらにその新たな鍛造素材Ｗに対して上記と同様に鍛造加工が施されて、ベース板に複数のピンフィンが一体に形成される成形品８０が成形される。このような動作が繰り返し行われて、鍛造品としてのベース板に複数のピンフィンが一体に形成される成形品８０が順次製造されていく。

以上のように製造された、ベース板に複数のピンフィンが一体に形成される成形品８０をヒートシンクとして用いる場合は、その他ピンフィン８２側の全域を覆うようにして金属板等の伝熱板を取り付けて使用することができる。

なお、上記実施形態においては、ベース板に断面円形のピンフィン８２を有する複数のピンフィンが一体に形成される成形品８０を製造する場合を例に挙げて説明したが、本実施形態においては、ピンフィンの形状は特に限定されるものではない。例えば図１１に示すように、ベース板９１に、断面（水平断面）が正方形のピンフィン９２を有する複数のピンフィンが一体に形成される成形品９０を製造するようにしてもよく、それ以外にも、断面多角形状や、断面楕円形、断面長円形、異形断面のピンフィンを有する複数のピンフィンが一体に形成される成形品や、形状の異なる複数種類のピンフィンが混在する複数のピンフィンがベース板に一体に形成される成形品を製造することもできる。

また、本発明においては、複数のピンフィンが一体に形成される成形品に形成されるピンフィンの数は特に限定されないことはいうまでもない。

流動阻害部として、上述した態様のうちの、複数の態様を同時に備える構成としてもよい。

本発明の鍛造品製造装置及び鍛造品の製造方法は、ベース板に複数の凸部を一体に成形された鍛造品を製造する際に利用することができる。

１、１１、６１ 雄金型
１ａ、１１ａ、６１ａ 押圧面
２ 凸部成形孔
３、２３、３３、４３、５３、６３ 雌金型
３ａ、２３ａ、３３ａ、４３ａ、５３ａ、６３ａ 載置面
５、６５ 流動阻害部（溝）
１５ 被覆部
２５ 隆起部
３５ 凹凸
４５ 被覆部
６４ 背圧（圧力）付与機構
８０、９０ 成形品

Claims (19)

1. 押圧面に非対称に配置する複数の凸部成形孔を有する雄金型と、
   載置面に鍛造素材を載置する雌金型と、
   塑性変形による鍛造素材の流動を阻害する流動阻害部と、を備えることを特徴とする鍛造品製造装置。
2. 前記流動阻害部が、前記雄金型の押圧面に、前記複数の凸部成形孔を備える領域から外方に離間して備えられている、ことを特徴とする請求項１に記載の鍛造品製造装置。
3. 前記流動阻害部が前記雄金型の押圧面に形成された溝を含む、ことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の鍛造品製造装置。
4. 前記溝が前記凸部成形孔と略同じ形状の孔である、ことを特徴とする請求項３に記載の鍛造品製造装置。
5. 前記流動阻害部が、前記鍛造素材の流動に対して雄金型を構成する材料よりも大きな抵抗を有する材料で、前記雄金型の押圧面を被覆する被覆部を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の鍛造品製造装置。
6. 前記流動阻害部が、前記雌金型の載置面に、鍛造素材が載置される領域から外方に離間して備えられている、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の鍛造品製造装置。
7. 前記流動阻害部が前記雌金型の載置面に形成された隆起部を含む、ことを特徴とする請求項６に記載の鍛造品製造装置。
8. 前記流動阻害部が前記雌金型の載置面に形成された凹凸を含む、ことを特徴とする請求項６に記載の鍛造品製造装置。
9. 前記流動阻害部が、前記鍛造素材の流動に対して雌金型を構成する材料よりも大きな抵抗を有する材料で、前記雌金型の載置面を被覆する被覆部である、ことを特徴とする請求項６に記載の鍛造品製造装置。
10. 前記複数の凸部成形孔が全体として多角形状に配置されている、ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の鍛造品製造装置。
11. 前記凸部成形孔がピンフィン成形用の孔である、ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の鍛造品製造装置。
12. 前記雌金型が前記載置面に複数の凸部成形孔を備える、ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の鍛造品製造装置。
13. 前記雄金型の凸部成形孔内に、該凸部成形孔に流入した鍛造素材に対して圧力を付与すると共に前記凸部成形孔内を移動自在な圧力付与ピンを備える、ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の鍛造品製造装置。
14. 前記圧力付与ピンに、前記雌金型に向かって押圧力を付与する付勢手段を備える、ことを特徴とする請求項１３に記載の鍛造品製造装置。
15. 鍛造素材を雌金型の載置面に載置し、その鍛造素材に、押圧面に非対称に配置する複数の凸部成形孔を備える雄金型を押圧することによる塑性変形によって鍛造品を製造する方法であって、
    塑性変形による鍛造素材の流動を、前記載置面に平行な面内方向において部分的に阻害しながら前記塑性変形を行う塑性変形工程を有する、ことを特徴とする鍛造品の製造方法。
16. 前記雌金型として、その載置面に複数の凸部成形孔を備える雌金型を用いる、ことを特徴とする請求項１５に記載の鍛造品の製造方法。
17. 前記塑性変形工程の後に、不要なバリを除去するバリ除去工程を備える、ことを特徴とする請求項１５又は１６のいずれかに記載の鍛造品の製造方法。
18. 前記塑性変形を、前記雄金型の凸部成形孔内に、該凸部成形孔に流入した鍛造素材に対して圧力を付与しながら行う、ことを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の鍛造品の製造方法。
19. 前記凸部がピンフィンである、ことを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の鍛造品の製造方法。

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