JP2019025514A - 鋳型及び鋳造部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳造部品に鋳込まれる構造物の変形を防止すること。【解決手段】鋳型３０は、内部空間９０を形成する成形壁部３２と、成形壁部３２にヒータ１０を支持する支持部３３、３４と、溶湯を内部空間９０に流入させる充填口４３、４４と、を備える。ヒータ１０は、支持部３３、３４に支持される端部１３、１４（固定部）と、端部１３、１４から延設される延設部１５と、を有する。内部空間９０は、端部１３、１４を収容する支持領域９３、９４と、延設部１５を収容する延設領域９５と、を有する。充填口４３、４４は、成形壁部３２の支持領域９３、９４に面する部位に開口する。【選択図】図２

Description

本発明は、鋳造部品を成形する鋳型、及び鋳造部品の製造方法に関する。

特許文献１には、流体が流れる螺旋状のパイプ、及び発熱するシーズヒータが鋳造部品に鋳込まれた熱交換器が開示されている。

この種の熱交換器の製造時には、鋳型内にパイプ及びシーズヒータといった構造物が設置された後に、鋳型内に金属の溶湯が充填される。こうして充填された溶湯が凝固することで鋳造部品が形成される。鋳型内から取り出された鋳造部品には、パイプ及びシーズヒータが内蔵される。

実開昭４７−３００５３号公報

しかしながら、上記鋳造部品が例えばダイキャスト工法によって形成される場合に、鋳型内に高速で射出される溶湯が構造物に当たると、溶湯流から受ける負荷によってパイプ等の構造物が変形するおそれがある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、鋳造部品に鋳込まれる構造物の変形を防止することを目的とする。

本発明のある態様によれば、構造物が設置された内部空間に溶湯が充填されることで鋳造部品を成形する鋳型であって、前記内部空間を形成する成形壁部と、前記成形壁部に前記構造物を支持する支持部と、を備え、前記構造物は、前記支持部に支持される固定部と、前記固定部から延設される延設部と、を有し、前記内部空間は、前記固定部を収容する支持領域と、前記延設部を収容する延設領域と、を有し、前記成形壁部の前記支持領域に面する部位に開口し、溶湯を前記支持領域に流入させる充填口を備えたことを特徴とする鋳型が提供される。

又、本発明のある態様によれば、構造物が設置された鋳型の内部空間に溶湯が充填されることで鋳造部品を成形する鋳造部品の製造方法であって、前記鋳型は、前記内部空間を形成する成形壁部と、前記成形壁部に前記構造物を支持する支持部と、溶湯を前記内部空間に流入させる充填口と、を備え、前記構造物は、前記鋳型に支持される固定部と、前記固定部から延設される延設部と、を有し、前記内部空間は、前記固定部を収容する支持領域と、前記延設部を収容する延設領域と、を有し、前記構造物を前記鋳型に設置する設置工程と、溶湯を前記成形壁部の前記支持領域に面する部位に開口した前記充填口を通じて前記内部空間に流入させる充填工程と、を備えることを特徴とする鋳造部品の製造方法が提供される。

上記態様によれば、鋳型に充填される溶湯は、充填口から支持領域に流入し、支持領域に介在する構造物の固定部に当たる。構造物の固定部は、充填口から射出される溶湯流が当たる部位と支持部との距離が小さいため、高速の溶湯流から受ける負荷に対する強度が確保される。一方、構造物の延設部は、鋳型の支持部から離間しているが、充填口から支持領域に流入して減速した溶湯流が当たるため、溶湯流から受ける負荷に対する強度が確保される。よって、構造物の変形を防止することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る鋳型を示す縦断面図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う縦断面図である。 図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う横断面図である。 図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う横断面図である。 図５は、内部空間に対するヒータ及び充填口の配置を示す図である。 図６は、鋳型の変形例を示す縦断面図である。 図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う横断面図である。 図８は、内部空間に対するヒータ及び充填口の配置を示す図である。

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１〜４は、本実施形態に係る鋳型３０が適用される鋳造装置１００を示す断面図である。なお、説明の簡略化のため、鋳造装置１００は一部を省略して図示している。

ダイキャスト工法による鋳造装置１００は、注入室６内に注入された溶湯を加圧する加圧部（ピストン）７と、加圧部７によって注入室６から流出する溶湯が充填される内部空間９０を形成する鋳型３０と、を備える。溶湯は、例えばアルミニウム合金等の金属が溶融したものである。後述するように、鋳型３０では、内部空間９０に充填された溶湯が凝固することによって鋳造部品７０が成形される。

鋳型３０は、固定型２５と、成形後に取り外される可動型２１、横スライド２２、２３及び中子２４と、を備える。鋳型３０では、固定型２５に対して可動型２１、横スライド２２、２３及び中子２４が白抜き矢印で示す方向に移動して所定位置に保持されることによって、内部空間９０が形成される。

鋳型３０の内部空間９０には、鋳造部品７０に鋳込まれる構造物としてヒータ１０が設置される。ヒータ１０は、通電によって発熱する発熱部（図示省略）と、発熱部を収容する金属管（パイプ）１０ａと、を備えるシーズヒータである。なお、ヒータ１０は、これに限らず、例えばＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータなどであってもよい。

ヒータ１０は、鋳型３０に支持される固定部としての端部１３、１４と、端部１３、１４から延設される螺旋状の延設部１５と、を有する。端部１３、１４の先端部には、電気配線が接続される端子１６、１７が設けられる。

延設部１５では、金属管１０ａが中心線Ｏを中心として螺旋状に巻かれる。金属管１０ａは、図１、２に示すように、中心線Ｏ方向に間隙を持って巻かれる。金属管１０ａは、図３に示すように、中心線Ｏ方向から見て略円環状に巻かれる。なお、延設部１５は、金属管１０ａが螺旋状に巻かれるものに限らず、例えば金属管１０ａが鋳造部品７０内を往復する形状のものであってもよい。

２本の端部１３、１４は、延設部１５の両端から互いに略平行に並んで延在する。端部１３、１４は、図１に示すように、中心線Ｏと略直交するように形成される。端部１３、１４は、図２に示すように、内部空間９０の対向する２つの隅部の近傍にそれぞれ設置される。

鋳造部品７０は、延設部１５が鋳込まれる筒状の筒部７１と、端部１３、１４が鋳込まれる板状の蓋部７２と、を有する。筒部７１と蓋部７２とは、一体に形成される。筒部７１は、その外面から突出する複数のフィンを有する。なお、鋳造部品７０は、蓋部７２を有することなく、延設部１５及び端部１３、１４が鋳込まれる一つのブロック状のものであってもよい。

鋳型３０は、鋳造部品７０を成形する成形壁部３２と、成形壁部３２にヒータ１０の端部１３、１４を支持する孔状の支持部３３、３４と、を有する。

成形壁部３２は、筒部７１を成形する壁部分３５と、蓋部７２を成形する壁部分３６と、筒部７１と蓋部７２とを接続する部位を成形する孔状の壁部分３７、３８と、を有する。

鋳型３０は、内部空間９０に開口する充填口４２〜４４と、充填口４２〜４４を介して注入室６と内部空間９０とを連通する湯道４０と、を有する。

内部空間９０の下部に臨む充填口４２は、壁部分３６の下端面に開口する。充填口４２から壁部分３６内の内部空間９０に充填される溶湯によって鋳造部品７０の蓋部７２が形成される。

内部空間９０の側部に臨む充填口４３、４４は、壁部分３５の側端面３５ａに開口する。充填口４３、４４から壁部分３５内の内部空間９０に充填される溶湯によって鋳造部品７０の筒部７１が形成される。

次に、鋳造装置１００によって鋳造部品７０を鋳造する工程について説明する。

まず、鋳型３０の内部空間９０にヒータ１０を設置する設置工程を行う。この設置工程において、まず、可動型２１にヒータ１０を組み付ける。このときに、ヒータ１０は、その端部１３、１４が孔状の壁部分３７、３８を通して孔状の支持部３３、３４に挿入されることで、内部空間９０の所定位置に設置される。続いて、可動型２１、横スライド２２、２３及び中子２４を固定型２５に組み付けて、内部空間９０を形成する。

続いて、内部空間９０に溶湯を充填する充填工程を行う。この充填工程において、まず、内部空間９０に活性ガス（酸素）を充填する。続いて、注入室６内に高温の溶湯を注入し、加圧部７を駆動して溶湯を加圧する。これにより、注入室６から押し出される溶湯は、図１に矢印で示すように、湯道４０を通じて充填口４２〜４４から内部空間９０に流入する。このときに、溶湯は、充填口４２〜４４から高速の噴霧となって内部空間９０に射出される。これに伴って、内部空間９０では、活性ガスが金属の溶湯と結合することで真空状態となり、溶湯が隙間なく充填される。これにより、鋳造部品７０に巣が生じることが防止される。なお、これに限らず、例えば、鋳型３０にガス抜き孔を形成して、内部空間９０に溶湯が充填されるのに伴って、内部空間９０の空気が外部に排出されるようにしてもよい。

その後、鋳型３０では、内部空間９０に充填された溶湯が凝固することによって鋳造部品７０が成形される。そして、可動型２１、横スライド２２、２３及び中子２４を鋳造部品７０から離し、固定型２５から鋳造部品７０が取り外される。

以上のようにして、鋳造部品７０が製造される。ヒータ１０を内蔵した鋳造部品７０は、ヒータユニットとしてタンク（図示省略）に組み付けられる。ヒータユニットは、ヒータ１０が発生する熱が鋳造部品７０を介してタンク内を循環する流体（媒体）に伝えられ、流体を加熱するようになっている。

次に、鋳型３０の内部空間９０に対するヒータ１０及び充填口４３、４４の配置について説明する。

図５に示すように、内部空間９０は、中心線Ｏ方向（鉛直方向）について中央の延設領域９５と、これを挟むように並ぶ支持領域９３及び支持領域９４と、を有する。ヒータ１０は、支持領域９３から延設領域９５及び支持領域９４にわたって収容される。

一方の支持領域９３には、ヒータ１０の端部１３及び連接部分１５ａが収容される。連接部分１５ａは、端部１３に連接する延設部１５の一部である。

中央の延設領域９５には、ヒータ１０の延設部１５の中央部分１５ｃが収容される。

他方の支持領域９４には、ヒータ１０の端部１４及び連接部分１５ｂが収容される。連接部分１５ｂは、端部１４に連接する延設部１５の一部である。

壁部分３５及び充填口４３、４４は、内部空間９０に射出される溶湯を所定の位置に導く堰を構成する。

充填口４３、４４は、略矩形の流路断面形状を有するスリット状に形成される。充填口４３、４４は、中心線Ｏ方向の開口幅が、中心線Ｏと直交方向の開口幅より大きい。

一方の充填口４３は、側端面３５ａの支持領域９３に面する部位に開口する。充填口４３は、その流路中心線がヒータ１０の端部１３に対して間隔を持って略平行に延在する位置に形成される。

充填口４３は、端部１３の近傍で延設部１５の連接部分１５ａに対向し、支持部３３に対してオフセットされた位置に対向するように形成される。充填口４３は、図３に示すように、中心線Ｏを含む連接部分１５ａの中心部に対向する。

これにより、充填口４３から射出される溶湯は、ヒータ１０の端部１３に沿って支持領域９３の中央部に流入する。

他方の充填口４４は、側端面３５ａの支持領域９４に面する部位に開口する。充填口４４は、その流路中心線がヒータ１０の端部１４に対して間隔を持って略平行に延在する位置に形成される。

充填口４４は、端部１４の近傍で延設部１５の連接部分１５ｂに対向し、支持部３４に対してオフセットされた位置に対向するように形成される。充填口４４は、中心線Ｏを含む連接部分１５ｂの中心部に対向する。

これにより、充填口４４から射出される溶湯は、ヒータ１０の端部１４に沿って支持領域９４の中央部に流入する。

こうして、溶湯が充填口４３、４４から内部空間９０に円滑に充填されることにより、鋳造部品７０に巣が生じることが防止される。

以上のように、本実施形態によれば、ヒータ１０（構造物）が設置された内部空間９０に溶湯を充填する充填口４３、４４を備える鋳型３０が提供される。そして、充填口４３、４４は、成形壁部３２の支持領域９３、９４に面する部位に開口する。

これにより、上記溶湯充填時に、噴霧状の溶湯が充填口４３、４４から内部空間９０の支持領域９３、９４に流入し、例えば５０ｍ／ｓ程度の速度でヒータ１０の端部１３、１４及び連接部分１５ａ、１５ｂに当たる。ヒータ１０は、溶湯流が当たる端部１３、１４及び連接部分１５ａ、１５ｂと支持部３３、３４との距離が短いため、溶湯流から受ける負荷に対する強度が十分に確保される。

一方、内部空間９０の延設領域９５では、充填口４３、４４から射出された溶湯流が支持領域９３、９４を通じて延設部１５のまわりに導かれる。

延設部１５の中央部分１５ｃは、支持部３３、３４に対する距離が連接部分１５ａ、１５ｂに比べて大きいため、充填口４３、４４から射出される高速の溶湯流が当たると、溶湯流から受ける負荷によって変形するおそれがある。

これに対処して、充填口４３、４４は、成形壁部３２の支持領域９３、９４に面する部位に開口している。これにより、充填口４３、４４から内部空間９０に射出された高速の溶湯流は、支持領域９３、９４を通じて減速し、例えば５ｍ／ｓ程度の速度で中央部分１５ｃに当たる。このため、ヒータ１０は、延設部１５の中央部分１５ｃが溶湯流から受ける負荷に対する強度が十分に確保される。よって、ヒータ１０は、溶湯流から受ける負荷によって変形することが防止される。

又、本実施形態によれば、鋳型３０は、複数の支持部３３、３４を備える。そして、ヒータ１０は、複数の端部１３、１４の間にわたって延設部１５が延設される。

このように構成することで、ヒータ１０の延設部１５は、複数の端部１３、１４に両持ち支持されるため、溶湯流によって生じる曲げ応力が小さく抑えられる。よって、ヒータ１０の変形を有効に防止できる。

こうして、本実施形態によれば、鋳型３０を用いてヒータ１０を鋳込んだ鋳造部品７０を製造する鋳造部品７０の製造方法を提供することができる。

又、本実施形態によれば、内部空間９０に設置される構造物として、螺旋状の金属管１０ａを鋳込んだ鋳造部品７０を製造する鋳造部品７０の製造方法を提供することができる。

このように構成することで、ヒータユニットは、変形しやすい螺旋状の金属管１０ａの形状が保たれ、所期の性能が得られる。

次に、図６〜８に示す鋳型３０の変形例について説明する。

スリット状の充填口４３、４４は、支持領域９３、９４を介して支持部３３、３４に対向する位置に形成される。充填口４３、４４は、内部空間９０の対向する２つの隅部の近傍にそれぞれ臨むように形成される。

一方の充填口４３は、側端面３５ａの支持領域９３に面する部位に開口し、ヒータ１０の端部１３の延長上に延在する位置に形成される。

これにより、充填口４３から射出される溶湯は、ヒータ１０の端部１３に沿って支持領域９３の隅部の近傍に流入する。

他方の充填口４４は、側端面３５ａの支持領域９４に面する部位に開口し、ヒータ１０の端部１４の延長上に延在する位置に形成される。

これにより、充填口４４から射出される溶湯は、ヒータ１０の端部１４に沿って支持領域９３の隅部の近傍に流入する。

このように構成することで、充填口４３、４４から支持領域９３、９４に流入する溶湯が支持部３３、３４から突出するヒータ１０の端部１３、１４に沿って流れる。これにより、溶湯流が端部１３、１４に与える曲げ荷重が小さく抑えられる。よって、ヒータ１０の変形を有効に防止できる。

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部を示したに過ぎず、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。

本発明は、ヒータを鋳込む鋳型として好適であるが、ヒータ以外の構造物を鋳込む鋳型にも適用できる。

本発明は、溶湯を加圧して鋳型に充填するダイキャスト工法による鋳造方法として好適であるが、他の鋳造方法にも適用できる。

１０ ヒータ（構造物）
１０ａ 金属管
１３、１４ 端部（固定部）
１５ 延設部
３０ 鋳型
３２ 成形壁部
３３、３４ 支持部
３５ａ 側端面
４３、４４ 充填口
７０ 鋳造部品
９０ 内部空間
９３、９４ 支持領域
９５ 延設領域

Claims (5)

1. 構造物が設置された内部空間に溶湯が充填されることで鋳造部品を成形する鋳型であって、
   前記内部空間を形成する成形壁部と、
   前記成形壁部に前記構造物を支持する支持部と、
   溶湯を前記内部空間に流入させる充填口と、を備え、
   前記構造物は、
   前記支持部に支持される固定部と、
   前記固定部から延設される延設部と、を有し、
   前記内部空間は、
   前記固定部を収容する支持領域と、
   前記延設部を収容する延設領域と、を有し、
   前記充填口は、前記成形壁部の前記支持領域に面する部位に開口することを特徴とする鋳型。
2. 請求項１に記載の鋳型であって、
   複数の前記支持部を備え、
   前記構造物は、複数の前記固定部の間にわたって前記延設部が延設されることを特徴とする鋳型。
3. 請求項１又は２に記載の鋳型であって、
   前記充填口は、前記支持部に対向する位置に形成されることを特徴とする鋳型。
4. 構造物が設置された鋳型の内部空間に溶湯が充填されることで鋳造部品を成形する鋳造部品の製造方法であって、
   前記鋳型は、
   前記内部空間を形成する成形壁部と、
   前記成形壁部に前記構造物を支持する支持部と、
   溶湯を前記内部空間に流入させる充填口と、を備え、
   前記構造物は、
   前記鋳型に支持される固定部と、
   前記固定部から延設される延設部と、を有し、
   前記内部空間は、
   前記固定部を収容する支持領域と、
   前記延設部を収容する延設領域と、を有し、
   前記構造物を前記鋳型に設置する設置工程と、
   溶湯を前記成形壁部の前記支持領域に面する部位に開口した前記充填口を通じて前記内部空間に流入させる充填工程と、を備えることを特徴とする鋳造部品の製造方法。
5. 請求項４に記載の鋳造部品の製造方法であって、
   前記構造物として、螺旋状の金属管を鋳込むことを特徴とする鋳造部品の製造方法。

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