JP5029498B2 - 鋳造品の製造方法及び金型温度調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、可動型と固定型との間に溶湯を充填するためのキャビティ部が設けられた金型の温度を調整しながらダイカスト鋳造により製品を製造する鋳造品の製造方法、及び、可動型と固定型との間に溶湯を充填するためのキャビティ部が設けられておりダイカスト鋳造に使用される金型の温度を調整する金型温度調整装置に関する。

可動型と固定型との間のキャビティ部に溶湯を充填して製品を製造する方法は、製造コストが安い割りには複雑な形状の製品を作ることができるなどのメリットから、産業界で多く使用されている。例えば、自動車産業では、ハイブリッド用モータを入れるためのケースや、トランスミッションケースなどのケース類や、ロッカーカバーなどのカバー類が、ダイカスト鋳造によって成形されている。

金型が溶湯注入時に決められた温度にされていないと、湯廻りが悪くなって寸法精度が低下するなどの不具合を生じる。一方、金型を加熱し過ぎると、溶湯が金型に焼き付いて離型性が低下し、製品の製造サイクルが遅くなるなどの不具合を生じる。よって、金型を適正温度に調整しながら鋳造品を製造する鋳造品の製造方法が必要になる。

例えば、特許文献１には、金型を予熱する場合に、キャビティ部に溶湯を充填し、金型内の溶湯が凝固した後、その金型を開放する際に、途中で金型の開放を止め、押し出しピンで粗材を金型に張り付かない位置まで押し出し、所定時間結果後に金型を最終位置まで開放する方法が記載されている。

また、樹脂の射出成形に使用する金型の温度を調整する方法としては、特許文献２及び特許文献３に記載するものがある。特許文献２及び特許文献３に記載される金型温度調整方法では、低温の熱媒体を貯めるための低温タンクと、高温の熱媒体を貯めるための高温タンクとを備え、金型の内部に熱媒体流路を設けている。このような特許文献２及び特許文献３に記載される金型温度調整方法は、高温タンクから熱媒体流路へ高温の熱媒体を供給する高温熱媒体系統と、低温タンクから熱媒体流路へ低温の熱媒体を供給する低温熱媒体系統とを選択的に切り替えることにより金型温度を設定温度に制御している。

特開２０００−２１８３５５号公報 特開平２−７０４０６号公報 特開２００５−２２５０４２号公報

しかしながら、上記特許文献１〜特許文献３記載の技術には以下の問題があった。
（１）特許文献１記載の方法は、キャビティ部が、型開きした隙間を介して外気に接触する内壁から放熱する。そのため、キャビティ部の内壁は、隙間に近い部分が隙間から遠い部分より温度を低下させやすく、温度にバラツキを生じていた。温度のバラツキがあるキャビティ部では、溶湯が温度の低い部分で早く凝固する一方、温度の高い部分でゆっくり凝固するため、鋳造品各部の品質の均一性が維持できない恐れがあった。特に、近年、製品の複雑な形状への対応や小型・軽量化の視点より、固定型と可動型を複数の部品で構成することが多い。複数の部品で構成する金型は、部品間の熱伝達効率が悪く、固定型と可動型のキャビティ部に温度のバラツキを生じやすく、鋳造品の品質の均一化を図りにくい。よって、特許文献１記載の方法では、捨て打ちを数回行わなければ、キャビティ部の内壁を均一な温度に加熱することができず、予熱に使用する材料や時間のロスが大きかった。しかも、キャビティ部の内壁の温度を直接測定することができないため、特許文献１記載の方法では、作業者が捨て打ちされた粗材の表面等を目視してキャビティ部の内壁が均一な温度になったか否かを経験的に判断しなければならず、作業性が悪かった。

（２）特許文献２及び特許文献３に記載の金型温度調整方法は、射出成形時における金型の温度を制御するものであり、射出成形を中断若しくは開始する場合の金型の温度調整について何ら記載及び示唆されていない。樹脂は、金属と比べて粘性が低い。そのため、樹脂の射出成形では、キャビティ部の内壁に温度のバラツキがあっても、殆ど問題にならなかった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、キャビティ部の内壁の温度を容易に均一化することができ、予熱時のロスを減らして鋳造品の品質の均一化を図ることができる鋳造品の製造方法及び金型温度調整装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成ずべく、本発明に係る鋳造品の製造方法及び金型温度調整装置は以下の構成を有する。
（１）可動型と固定型との間に溶湯を充填するためのキャビティ部が設けられた金型の温度を調整しながらダイカスト鋳造により製品を製造する鋳造品の製造方法において、前記ダイカスト鋳造を中断する場合には、前記可動型と前記固定型とを型締めして前記キャビティ部に前記溶湯を充填した状態で、前記可動型と前記固定型に熱媒体を供給して保温する。

（２）可動型と固定型との間に溶湯を充填するためのキャビティ部が設けられた金型の温度を調整しながらダイカスト鋳造により製品を製造する鋳造品の製造方法において、前記ダイカスト鋳造を停止する前に、前記可動型と前記固定型とを型締めして前記キャビティ部に前記溶湯を充填し、前記ダイカスト鋳造を再開する場合には、前記ダイカスト鋳造の停止前に前記キャビティ部に充填した前記溶湯が凝固した粗材を前記キャビティ部に保有した状態で、前記ダイカスト鋳造を行う際の前記キャビティ部の設定温度より高温の熱媒体を前記可動型と前記固定型に供給することにより予熱を行う。

（３）可動型と固定型との間に溶湯を充填するためのキャビティ部が設けられておりダイカスト鋳造に使用される金型の温度を調整する金型温度調整装置において、前記可動型と前記固定型に、温度調整した熱媒体を供給する熱媒体供給手段と、前記ダイカスト鋳造を中断する場合には、前記可動型と前記固定型とを型締めして前記キャビティ部に前記溶湯を充填した状態で、前記熱媒体供給手段に前記熱媒体を供給させて前記可動型と前記固定型を保温する熱媒体供給制御手段と、を有する。

（４）可動型と固定型との間に溶湯を充填するためのキャビティ部が設けられておりダイカスト鋳造に使用される金型の温度を調整する金型温度調整装置において、前記可動型と前記固定型に熱媒体を供給する熱媒体供給手段と、前記ダイカスト鋳造を停止する場合に、前記可動型と前記固定型とを型締めして前記キャビティ部に前記溶湯を充填する溶湯充填手段と、前記ダイカスト鋳造を再開する場合に、前記溶湯充填手段により前記キャビティ部に充填された溶湯が凝固した粗材を前記キャビティ部に保有した状態で、前記ダイカスト鋳造を行う際の前記キャビティ部の設定温度より高温の前記熱媒体を供給させて前記可動型と前記固定型を予熱する熱媒体供給制御手段と、を有する。

本発明の鋳造品の製造方法及び金型温度調整装置は、例えば、ダイカスト鋳造を含む製造ラインが、ダイカスト鋳造工程の前工程又は後工程で異常を生じ、ダイカスト鋳造が中断される場合には、可動型と固定型とを型締めしてキャビティ部に溶湯を充填した状態で、可動型と固定型に熱媒体を供給して保温する。

固定型と可動型は、ダイカスト鋳造を中断する間、熱媒体を供給されて保温される。固定型と可動型は、仮に複数の部品で構成されていても、キャビティ部に保有している粗材を介して相互に熱伝達し、キャビティ部の内壁を均一な温度にする。このため、ダイカスト鋳造を再開する場合には、固定型と可動型を予熱する予熱時間や、キャビティ部の内壁を設定温度に昇温させるための捨て打ちの回数が減り、予熱時のロスが低減する。しかも、金型は、短い予熱時間でキャビティ部の内壁を均一な温度にされるので、溶湯がキャビティ部内を均一に流れ、鋳造品の品質の均一性を維持しやすい。

よって、本発明の鋳造品の製造方法及び金型温度調整装置によれば、キャビティ部の内壁の温度を容易に均一化することができ、予熱時のロスを減らして鋳造品の品質の均一化を図ることができる。

本発明の鋳造品の製造方法及び金型温度調整装置は、ダイカスト鋳造を停止する前に、可動型と固定型とを型締めしてキャビティ部に溶湯を充填し、ダイカスト鋳造を再開する場合には、ダイカスト鋳造の停止前にキャビティ部に充填した溶湯が凝固した粗材をキャビティ部に保有した状態で、ダイカスト鋳造を行う際のキャビティ部の設定温度より高温の熱媒体を可動型と固定型に供給することにより予熱を行う。

例えば、連休前にダイカスト鋳造が停止される場合には、可動型と固定型とを型締めしてキャビティ部に溶湯を充填する。ダイカスト鋳造により金型が設定温度に昇温しているため、溶湯は、キャビティ部に空隙がないように適切に充填される。金型は、ダイカスト鋳造の停止後から温度を低下させ始め、それに伴い、溶湯がキャビティ部内で凝固する。その後ダイカスト鋳造を開始する場合には、キャビティ部に粗材を保有したまま、ダイカスト鋳造を行う際のキャビティ部の設定温度より高温の熱媒体を可動型と固定型に供給することにより予熱を行う。固定型と可動型は、キャビティ部の粗材を介して一つのブロック体となっており、熱媒体の熱をキャビティ部の内壁から粗材を介して相互に熱伝達し、キャビティ部の内壁を均一な温度にする。そのため、固定型と可動型は、キャビティ部の内壁全体を設定温度に昇温させるための予熱時間や捨て打ちの回数が減り、予熱時のロスが低減する。しかも、キャビティ部の内壁が粗材により必然的に均一な温度に予熱されるので、短時間の予熱で湯流れを良好にして、鋳造品の品質の均一性を維持しやすい。

よって、本発明の鋳造品の製造方法及び金型温度調整装置によれば、キャビティ部の内壁の温度を容易に均一化することができ、予熱時のロスを減らして鋳造品の品質の均一化を図ることができる。

次に、本発明に係る鋳造品の製造方法及び金型温度調整装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、金型温度調整装置１の概略構成を示す図である。
金型温度調整装置１は、例えば自動車のハイブリッドモータ用ケースをダイカスト鋳造によって生産する場合に用いられる。金型温度調整装置１は、固定型３と可動型４とからなる金型２を備える。固定型３と可動型４には、温度調整をするための熱媒体が流れる熱媒体流路３ａ，４ａがそれぞれ設けられている。

金型温度調整装置１は、ダイカスト鋳造時におけるキャビティ部４６（図３参照）の設定温度より高温の熱媒体を貯める第１タンク５と、ダイカスト鋳造時におけるキャビティ部４６（図３参照）の設定温度より低温の熱媒体を貯める第２タンク６を備える。本実施形態では熱媒体を油とし、ダイカスト鋳造時におけるキャビティ部４６（図３参照）の設定温度を１１０℃とする。第１タンク５は、図示しないヒータを内蔵し、熱媒体の温度ＴＨＯを２００℃に温度調整している。また、第２タンク６は、図示しないチラーを内蔵し、熱媒体の温度ＴＬＯを５℃に温度調整している。第１及び第２タンク５，６は、互いに連通して熱媒体を補充し合えるようになっている。

第１流路１１は、第２タンク６を熱媒体流路４ａの入口に接続する。第１流路１１には、第２タンク６側から順に、第１ポンプ２１と、第１流体制御弁２２と、第２流体制御弁２３とが配置されている。
第２流路１２は、熱媒体流路４ａの出口を第２タンク６に接続する。第２流路１２は、第２タンク６の入口に第３流体制御弁２４が配置されている。

第３流路１３は、第１及び第２流体制御弁２２，２３の間の第１接続点Ｐ１から分岐して熱媒体流路３ａの入口に接続する。第３流路１３には、第４流体制御弁２５が配置されている。
第４流路１４は、熱媒体流路３ａの出口を第２流路１２上の第３流体制御弁２４の上流側に設けた第２接続点Ｐ２に接続している。
第５流路１５は、第２接続点Ｐ２と第３流体制御弁２４との間の第３接続点Ｐ３から分岐して第１タンク５に接続している。第５流路１５は、第１タンク５の入口に第５流体制御弁２６が配置されている。

第６流路１６は、第１流体制御弁２２と第１接続点Ｐ１との間の第４接続点Ｐ４に第１タンク５を接続している。第６流路１６には、第１タンク５側から第２ポンプ２７と第６流体制御弁２８とが配置されている。
第７流路１７は、第２ポンプ２７と第６流体制御弁２８との間の第５接続点Ｐ５から分岐して、第５流体制御弁２６と第３接続点Ｐ３との間の第６接続点Ｐ６に接続している。第７流路１７には、第７流体制御弁２９が配置されている。

図２は、制御装置７のブロック図である。
制御装置７は、周知のマイクロコンピュータであって、ＣＰＵ５１とＲＯＭ５２とＲＡＭ５３と入出力インターフェース５４とを備える。制御装置７は、金型温度調整装置１に内蔵されても良いし、ダイカストマシンのメインコントローラに内蔵されても良い。制御装置７は、入出力インターフェース５４に第１及び第２ポンプ２１，２７と第１〜第７流体制御弁２２〜２６，２８，２９とダイカスト鋳造開始指示入力手段８とダイカスト鋳造中断設定手段９とダイカスト鋳造停止手段１０が接続されている。

ダイカスト鋳造開始指示入力手段８は、ダイカスト鋳造の開始指示を入力するものである。ダイカスト鋳造中断設定手段９は、ダイカスト鋳造を一時停止（中断）させる指示を入力するものである。ダイカスト鋳造停止手段１０は、ダイカスト鋳造を停止する指示を入力するものである。
ＲＯＭ５２は、金型温度を調整するための金型温度調整プログラム５５を格納している。

制御装置７は、金型温度調整プログラム５５を実行することにより、ダイカスト鋳造時に熱媒体流路３ａ，４ａに低温熱媒体を循環させて金型２から蓄熱を除去する蓄熱除去モードと、ダイカスト鋳造を中断する場合にキャビティ部４６に溶湯を充填した状態で熱媒体流路３ａ，４ａに高温熱媒体を循環させて金型２を保温する保温モードと、ダイカスト鋳造を開始する場合にキャビティ部４６に溶湯を充填した状態で熱媒体流路３ａ，４ａに高温熱媒体を循環させて金型２を予熱する予熱モードとを切り替え、固定型３と可動型４を蓄熱除去、保温、予熱に適した温度に温度調整する。

図３は、図１に示す金型２の断面図である。図４は、図３に示す固定型３の平面図である。図５は、図３に示す可動型４の平面図である。
図３に示すように、金型２は、固定型３と可動型４が図示しないダイカストマシンの型締部に取り付けられ、可動型４を固定型３に近づける図中Ｋ方向と固定型３から遠ざける−Ｋ方向へ往復直線運動されることにより型締めと型開きとを行う。固定型３と可動型４は、コスト低減や型の作りやすさなどの理由から、入れ子方式を採用している。

図３及び図４に示すように、固定型３は、主型３１に、モータケースの外側形状を型彫りした入れ子３２，３３，３４が取り付けられている。一方、図３及び図５に示すように、可動型４は、主型４１に、モータケースの内側形状を型彫りした入れ子４２，４３，４４が取り付けられている。図３に示すように、固定型３と可動型４は、型締めしたときに、入れ子３２〜３４と入れ子４２〜４４の間にキャビティ部４６が設けられる。そして、可動型４には、キャビティ部４６に開口するゲート４７と、溶湯をゲート４７を介してキャビティ部４６に供給する湯道４８が設けられている。このような固定型３と可動型４は、主型３１，４１が炭素鋼を材質とし、入れ子３２〜３４，４２〜４４がダイス鋼を材質とする。

図３〜図５に示すように、固定型３と可動型４は、熱媒体流路３ａ，４ａがキャビティ部４６の周りに設けられている。図３に示すように、主型３１，４１には、第３及び第１流路１３，１１から熱媒体流路３ａ，４ａへ熱媒体を入力するための入力ポート３９，４９と、熱媒体流路３ａ，４ａから第４及び第２流路１４，１２へ熱媒体を出力するための出力ポート４０，５０が設けられている。
また、図３〜図５に示すように、固定型３と可動型４は、金型２を冷却するための冷却水を流すための冷却水管３５，４５が多数設けられている。

＜動作説明＞
金型温度調整装置１は、ダイカスト鋳造開始指示入力手段８にダイカスト鋳造開始指示が入力されると、ＲＯＭ５２から金型温度調整プログラム５５を読み出して実行し、金型２の温度を調整する。

先ず、ダイカスト鋳造を行う場合の金型２の温度調整について説明する。
ダイカスト鋳造では、図示しないダイカストマシンが、湯流れを良くするために、固定型３と可動型４を加熱してキャビティ部４６を設定温度（ここでは１１０℃）に昇温させる。そして、ダイカストマシンは、可動型４を固定型３から離れる方向（図３の−Ｋ方向）へ移動させて金型２を型開きした後、キャビティ部４６へ離型剤を塗布し、その後、可動型４を固定型３に近づける方向（図３のＫ方向）へ移動させて型締めを行う。そして、ダイカストマシンは、湯道４８からゲート４７を介してキャビティ部４６へ６００乃至６８０℃に加熱したアルミ溶湯を充填する。ダイカストマシンは、冷却水管３５，４５に冷却水を循環させて金型２を冷却し、キャビティ部４６内でアルミ溶湯を凝固させる。ダイカストマシンは、所定時間が経過すると、金型２を型開きし、粗材を金型２から押し出して取り出す。この一連の動作をダイカスト鋳造の１サイクルとする。例えば、ダイカスト鋳造は、１サイクルを８０秒間で行い、鋳造品を多数製造する。

ここで、金型２は、固定型３と可動型４が主型３１，４１に入れ子３２〜３４，４２〜４４を嵌め込んで複数の部品で構成されており、部品間の熱伝達効率が悪い。そのため、金型２は、上記サイクルを８秒間という短いサイクルで繰り返すうちに、キャビティ部４６の周辺に蓄熱してしまっていた。

アルミは、金型２の材質である鉄より熱膨張係数が３倍程度大きい。そのため、アルミ溶湯は、キャビティ部４６に充填されたときにキャビティ部４６の内壁に押圧されて内部応力を発生する。キャビティ部４６の周辺が蓄熱していると、キャビティ部４６のアルミ粗材は、内部応力を発生したままキャビティ部４６から取り出され、反りなどの変形を生じる恐れがある。この傾向は、金型２の軽量化や加工容易化を図るために、金型２を複数の部品で構成して小型化するほど顕著になる。そこで、この金型２の蓄熱を除去する方法が必要になる。

本実施形態の金型温度調整装置１は、上記サイクルを繰り返す間、蓄熱除去モードを実行する。金型温度調整装置１は、蓄熱除去モードでは、低温の熱媒体を金型２に供給する「低温熱媒体供給動作」を行う。すなわち、制御装置７は、第２ポンプ２７を駆動停止すると共に第６及び第７流体制御弁２８，２９を弁閉する一方、第１ポンプ２１を駆動すると共に第１〜第６流体制御弁２２〜２６を弁閉状態から弁開状態にする。これにより、第２タンク６の５℃に温度調整された熱媒体は、第１流路１１と第３流路１３を介して熱媒体流路３ａ，４ａに供給されて固定型３と可動型４から熱回収した後、第２流路１２と第４流路１４と第５流路１５を介して第２タンク６に戻される。第２タンク６に戻された熱媒体は、固定型３と可動型４から熱回収して昇温しているので、図示しないチラーにより冷却される。

このように、金型温度調整装置１は、ダイカスト鋳造時にアルミ溶湯を凝固させるために金型２を冷却する冷却水と別に、キャビティ部４６の周りに設けた熱媒体流路３ａ，４ａに低温の熱媒体を循環させる。そのため、金型２は、キャビティ部４６の周辺の熱が熱媒体に回収されて除去される。よって、金型温度調整装置１は、図示しないダイカストマシンが上記サイクルを繰り返してもキャビティ部４６の内壁を設定温度に維持するので、粗材が内部応力を発生したままキャビティ部４６から取り出されて反りなどの変形が生じることがなく、歩留まりを向上させることができる。

次に、ダイカスト鋳造を中断する場合に金型２を保温する方法について説明する。
例えば、ダイカスト鋳造を含む生産ラインにおいて、ダイカスト鋳造工程の前工程又は後工程で異常が生じた場合などに、ダイカスト鋳造を中断する場合には、作業者がダイカスト鋳造中断設定手段９を操作してダイカスト鋳造の中断指示を制御装置７に入力する。これを受けて、金型温度調整装置１は、保温モードを実行する。

すなわち、制御装置７は、金型２を型締めし、アルミ溶湯をキャビティ部４６へ供給する。そして、制御装置７は、高温熱媒体を金型２に供給する「高温熱媒体供給動作」を行う。すなわち、制御装置７は、第１ポンプ２１を駆動停止すると共に第１及び第７流体制御弁２２，２９を弁閉する一方、第２ポンプ２７を駆動すると共に第２〜第６流体制御弁２３〜２６，２８を弁閉状態から弁開状態にする。これにより、第１タンク５の２００℃に温度調整された熱媒体が第６流路１６、第１流路１１、第３流路１３を介して熱媒体流路３ａ，４ａに供給されて固定型３と可動型４に熱伝達した後、第２流路１２、第４流路１４、第５流路１５を介して第１タンク５に戻される。第１タンク５では、固定型３と可動型４に熱伝達して冷却された熱媒体が、図示しないヒータで２００℃に加熱される。

保温時において、金型２は、キャビティ部４６にアルミ粗材を保有し、固定型３と可動型４が一つのブロック体となっている。熱媒体流路３ａ，４ａを流れる熱媒体の熱は、固定型３と可動型４の入れ子３２，４２に伝達されて入れ子３２，４２を加熱する。入れ子３２，４２の熱は、主型３１，４１や入れ子３３，３４，４３，４２へ伝達されると共に、キャビティ部４６の内壁からアルミ粗材に伝達される。そのため、金型温度調整装置１は、金型２が主型３１，４１や入れ子３２〜３４，４２〜４４などの複数の部品からなる場合でも、キャビティ部４６の内壁や固定型３、可動型４の温度のばらつきが小さい。

ここで、アルミ溶湯が冷やされて凝固すると、アルミ粗材とキャビティ部４６の内壁との間に隙間ができ、空気層が形成される。空気は、アルミ等の金属と比べて熱を伝達しにくい。しかし、この場合に形成される空気層は、薄く、キャビティ部４６からアルミ粗材に熱伝達しやすい。よって、アルミ粗材と金型２との間に僅かな隙間ができた場合でも、固定型３と可動型４はアルミ粗材を介して高温の熱媒体の熱を伝達し合い、保温される。また、キャビティ部４６を均一に保温しているので、アルミ粗材が凝固する際にキャビティ部４６の内壁に張り付かない。

尚、ここでは、保温時に高温の熱媒体を熱媒体流路３ａ，４ａに連続的に供給するが、高温の熱媒体を熱媒体流路３ａ，４ａに断続的に供給しても良い。この場合、保温時におけるキャビティ部４６の温度が低下するものの、高温の熱媒体を循環させたり熱媒体を図示しないヒータで加熱するために使用するエネルギーを削減できる。

また、ここでは、保温時に第１タンク５の高温の熱媒体を熱媒体流路３ａ，４ａに循環させたが、アルミ溶湯がキャビティ部４６の内壁に張り付くことを防止できる温度であれば、第２タンク６から低温の熱媒体を熱媒体流路３ａ，４ａに循環させても良いし、第１及び第２タンク５，６の高温熱媒体と低温熱媒体を流量調整して混合することにより熱媒体の温度調整を行い、温度調整した熱媒体を熱媒体流路３ａ，４ａに循環させても良い。この場合、アルミ溶湯がキャビティ部４６の内壁に張り付くことを防止できる温度以上にキャビティ部４６を加熱するエネルギーを削減することが可能である。

次に、ダイカスト鋳造を開始する場合に金型２を予熱する方法について説明する。
例えば、作業者は、１日の作業終了時、正月やお盆などの連休前などに、ダイカスト鋳造停止設定手段１０を操作して、ダイカスト鋳造を停止させる。この場合、金型温度調整装置１は、ダイカスト鋳造を停止する前にアルミ溶湯をキャビティ部４６に充填する。固定型３と可動型４は、ダイカスト鋳造停止後から放熱して温度を低下させ始める。これに伴い、溶湯は、キャビティ部４６内で凝固し始める。

そして、例えば、翌日の作業開始時や連休明けの作業開始時に作業者が、ダイカスト鋳造開始指示入力手段８を操作してダイカスト鋳造開始指示を制御装置７に入力すると、制御装置７は、予熱モードを実行する。すなわち、制御装置７は、金型２を型閉じしてアルミ溶湯をキャビティ部４６に供給した後、上記高温熱媒体供給動作を行う。

固定型３と可動型４は、ダイカスト鋳造開始時には、例えば１０℃程度まで冷え切っており、この状態では、ダイカスト鋳造開始直後から捨て打ちによってキャビティ部４６の内壁を加熱することはできない。

しかし、本実施形態の金型温度調整装置１は、ダイカスト鋳造停止前に設定温度に加熱した金型２にアルミ溶湯を充填し、キャビティ部４６にアルミ溶湯を行き渡らせている。そのため、可動型４と固定型３は、ダイカスト鋳造開始時点においてアルミ粗材をキャビティ部４６に既に保有し、一つのブロック体にされている。このような固定型３と可動型４は、保温時と同様に、熱媒体流路３ａ，４ａを流れる熱媒体の熱をキャビティ部４６の内壁からアルミ粗材を介して相互に熱伝達し、キャビティ部４６の内壁を加熱する。

よって、金型温度調整装置１は、固定型３と可動型４が主型３１，４１と入れ子３２〜３４，４２〜４４の複数の部品で構成されていても、キャビティ部４６の内壁を設定温度である１１０℃に短時間で均一に昇温させることができる。

従来技術で説明した予熱方法は、キャビティ部４６の各部を設定温度に昇温させるまでに、捨て打ちを５ショット程度しなければならなかった。しかし、本実施形態の金型温度調整装置１は、捨て打ちを最初の１ショットで済ませることが可能になった。よって、本実施形態の金型温度調整装置１は、捨て打ち回数を減らして、材料や時間、エネルギーのロスを低減できる。

尚、本実施形態の金型温度調整装置１は、ダイカスト鋳造停止後からダイカスト鋳造を再開するまでの間に、アルミ粗材が完全に凝固するため、予熱時に焼き付きの問題が生じない。

＜温度確認実験＞
発明者は、型開きと型締めが金型２の予熱に与える影響を調べる実験と、熱媒体が金型の保温に与える影響を調べる実験と、キャビティ部４６に充填したアルミ溶湯が金型２の保温に与える影響を調べる実験と、を行った。
各実験では、図４及び図５に示すように、固定型３と可動型４に熱電対Ｍ１〜Ｍ４，Ｍ１１〜１４、Ｎ１〜Ｎ４，Ｎ１１〜Ｎ１４を配置し、固定型３と可動型４の各部温度変化を調べた。

＜型開きと型締めが金型の予熱に与える影響を調べる実験について＞
型開きが金型の予熱に与える実験では、アルミ溶湯を充填した金型２の固定型３と可動型４を約３０℃に均一に加熱し、その金型２を型開きしてアルミ粗材をキャビティ部４６に接触しない位置まで押し出した状態で、２００℃の熱媒体を０．２ＭＰａで金型２を循環させて予熱した。そして、熱媒体を供給し始めてからの固定型３と可動型４の温度変化を、熱電対Ｍ１〜Ｍ４，Ｍ１１〜Ｍ１４，Ｎ１〜Ｎ４，Ｎ１１〜Ｎ１４により測定した。この実験結果を図６及び図７に示す。

型開きして予熱する場合には、図６に示すように、固定型３は、予熱開始から１時間４０分が経過した時点の最高温度が、熱電対Ｍ３の測定した約１１５℃であった。一方、固定型３は、予熱開始から１時間４０分が経過した時点の最低温度が、熱電対Ｍ１１の測定した約８５℃であった。よって、固定型３は、予熱開始から約１分４０秒後に、約４０℃の温度差が生じた。

また、型開きして予熱する場合には、図７に示すように、可動型４は、予熱開始から１時間４０分が経過した時点の最高温度が、熱電対Ｎ１２の測定した約１１０℃であった。一方、可動型４は、予熱開始から１時間４０分が経過した時点の最低温度が、熱電対Ｎ３の測定した約７０℃であった。よって、可動型４は、予熱開始から約１分４０秒後に、約４０℃の温度差が生じた。

これに対して、型締めが金型の予熱に与える実験では、アルミ溶湯を充填した金型２の固定型３と可動型４を約２５℃に均一に加熱する。この状態で型締めした金型２に２００℃の熱媒体を０．２ＭＰａで循環させて予熱する。そして、熱媒体を供給し始めてからの固定型３と可動型４の温度変化を、熱電対Ｍ１〜Ｍ４，Ｍ１１〜Ｍ１４，Ｎ１〜Ｎ４，Ｎ１１〜Ｎ１４により測定した。この実験結果を図８及び図９に示す。

型締めして予熱する場合には、図８に示すように、固定型３は、予熱開始から１時間４０分経過後の最高温度が、熱電対Ｍ１３の測定した約８３℃であった。一方、固定型３は、予熱開始から１時間４０分経過後の最低温度が、熱電対Ｍ１１の測定した約５８℃であった。よって、固定型３は、予熱開始から約１分４０秒後に、約２５℃の温度差が生じた。

また、型締めして予熱する場合には、図９に示すように、可動型４は、予熱開始から約１時間４０分経過後の最高温度が、熱電対Ｎ１２の測定した約８０℃であった。一方、可動型４は、予熱開始から約１時間４０分経過後の最低温度が、熱電対Ｎ３の測定した約６０℃であった。よって、可動型４は、予熱開始から約１分４０秒後に、約２０℃の温度差が生じた。

上記実験結果より、型開きして予熱する場合、固定型３の各部温度差が約４０℃、可動型４の各部温度差が約４０℃であったのに対して、型締めして予熱する場合には、固定型３の各部温度差が約２５℃、各部可動型４の温度差が約２０℃であり、型締めして予熱する場合は、型開きして予熱する場合より、固定型３と可動型４の各部温度差が約半分になることが判明した。換言すれば、型締めして予熱した金型２は、キャビティ部４６の温度バラツキが型開きして予熱した金型２と比べて半減することが判明した。

＜熱媒体が金型の保温に与える影響を調べる実験について＞
実験では、先ず、４５℃に加熱した金型２に鋳込みを行った後、アルミ粗材をキャビティ部４６から取り出し、その後、金型２を型締めした状態でアルミ溶湯と熱媒体を金型２に供給することなく金型２を３０分間放置してから、再度鋳込みを行った。そして、熱電対Ｍ１〜Ｍ４の測定値に基づいて固定型３の各部温度変化を調べた。この実験結果を図１０に示す。

図１０に示すように、固定型３は、最も温度上昇しやすい位置に配置された熱電対Ｍ２が、最初の鋳込み開始時に４５℃を測定し、鋳込み開始から２時間３０分経過後に約１０５℃を測定する。また、固定型３は、最も温度上昇しにくい位置に配置された熱電対Ｍ１が、最初の鋳込み開始時に４５℃を測定し、鋳込み開始から２時間３０分経過後に約８０℃を測定する。その後、キャビティ部４６からアルミ粗材を取り出した後、金型２を型締めして３０分間放置すると、固定型３は、熱電対Ｍ１〜Ｍ４の測定する温度が６０℃まで低下する。その後、鋳込みを再開すると、固定型３は、熱電対Ｍ１２が、鋳込み再開から２時間３０分経過後に約１１５℃を測定し、熱電対Ｍ１が鋳込み再開から約２時間３０分経過後に８５℃を測定する。

次に、固定型３を８０℃まで昇温させた金型２に鋳込みを行った後、キャビティ部４６にアルミ溶湯を充填せずに金型２を型締めして２００℃の熱媒体を金型２に供給して保温を３０分間行い、その後、再度鋳込みを行う実験を行った。そして、熱電対Ｍ１〜Ｍ４の測定値に基づいて固定型３の各部温度変化を調べた。この実験結果を図１１に示す。

図１１に示すように、８０℃に昇温した金型２を用いて鋳込みを行うと、固定型３は、最も温度上昇しやすい位置に配置された熱電対Ｍ２が、鋳込み開始から約１時間後に約１１０℃を測定する。また、固定型３は、最も温度上昇しにくい位置に配置された熱電対Ｍ１が、鋳込み開始から約１時間経過後に約９０℃を測定する。その後、キャビティ部４６からアルミ粗材を取り出した後、金型２を型締めした状態で２００℃の熱媒体を０．２０ＭＰａで熱媒体流路３ａ，４ａに循環させて保温を行うと、固定型３は、熱電対Ｍ２が測定する温度が約８０℃に低下し、熱電対Ｍ１が測定する温度が約８５℃に低下する。その後、金型２を型締めして２００℃の熱媒体を熱媒体流路３ａ，４ａに供給しながらアルミ溶湯をキャビティ部４６に供給して鋳込みを行うと、固定型３は、鋳込み再開から約５０分経過後に、熱電対Ｍ２が約１１５℃を測定し、熱電対Ｍ１が約９０℃を測定する。

上記実験結果より、熱媒体を供給せずに放置した金型２の固定型３は、放置前の鋳込み開始時と、放置後の鋳込み終了後との温度差が最大で７０℃に達したのに対して、熱媒体を供給して保温した金型２の固定型３は、保温前の鋳込み開始時と、保温後の鋳込み終了後との温度差が最大で３５℃に達することが判明した。よって、熱媒体を金型２に供給して保温することにより、鋳込みと保温を繰り返す場合の金型２の温度バラツキを半減できる。このことは、熱媒体を供給して金型２を保温すると、熱媒体を供給せずに金型２を保温する場合と比べ、キャビティ部４６の温度のバラツキを小さくできることを意味する。

また、保温した金型２は、保温後に鋳込みにより熱電対Ｍ２が１１５℃を測定する間での時間が５０分であるのに対して、放置した金型２は、放置後に鋳込みにより熱電対Ｍが１１５℃を測定するまでの時間が約２時間３０分であり、保温した金型２は放置した金型２と比べて固定型３を早く昇温させることができる。このことは、キャビティ部４６の内壁の温度を設定温度に昇温させる時間が、熱媒体を供給して金型２を保温することにより短縮できることを意味する。

ところが、図１１の熱電対Ｍ１〜Ｍ４が測定した測定値に示すように、金型２は、熱媒体による保温中に固定型３の各部で温度が低下し、エネルギーロスを生じていた。これは、熱媒体の熱が、冷却水管３５，４５に残留する残留水を沸騰させるのに用いられるためと考えられる。保温時に固定型３の温度、換言すればキャビティ部４６の温度が低下すると、ダイカスト鋳造の再開時に予熱時間が長くなったり、捨て打ち回数が多くなる等、ロスを生じる原因となる。

＜キャビティ部に充填したアルミ溶湯が金型の保温に与える影響を調べる実験＞
キャビティ部４６に充填したアルミ溶湯が金型２の保温に与える影響を調べる実験では、固定型３を８０℃まで昇温させた金型２に鋳込みを行った後、金型２を型締めしてアルミ溶湯をキャビティ部４６に充填すると共に２００℃の熱媒体を０．２０ＭＰａで金型２に供給して保温を３０分間行い、その後、再度鋳込みを行う実験を行った。そして、熱電対Ｍ１〜Ｍ４，Ｍ１１〜Ｍ１４，Ｎ１〜Ｎ４，Ｎ１１〜Ｎ１４の測定値に基づいて固定型３と可動型４の各部温度変化を調べた。その実験結果を図１２及び図１３に示す。

図１２に示すように、固定型３は、熱電対Ｍ１２が、保温開始時には約１１５℃を測定し、保温開始から３０分経過した時には約１１０℃を測定する。一方、固定型３は、熱電対Ｍ３が、保温開始時には約９５℃を測定し、保温開始から３０分経過した時には約９０℃を測定する。更に、固定型３は、熱電対Ｍ１４が、保温開始時には約９０℃を測定し、保温開始から３０分が経過した時には約９５℃を測定している。よって、固定型３は、保温開始時の温度差が約２５℃であるのに対して、保温開始から３０分が経過した時の温度差が約２０℃であって、保温によって固定型３の各部温度差が小さくなっている。

しかも、固定型３は、保温開始から５０分間保温を続けても、熱電対Ｍ１〜Ｍ４，Ｍ１１〜Ｍ１４が測定する値は、保温開始から３０分経過した時点とほぼ同じである。

また、図１３に示すように、可動型４は、熱電対Ｎ１４が、保温開始時には約１０５℃を測定し、保温開始から３０分経過した時には約９５℃を測定する。一方、固定型３は、熱電対Ｎ３が、保温開始時には約９０℃を測定し、保温開始から３０分経過した時には約９５℃を測定する。更に、固定型３は、熱電対Ｎ１が、保温開始時には約８０℃を測定し、保温開始から３０分が経過した時には約８５℃を測定している。このように、可動型４は、保温開始時の温度差が約２５℃であるのに対して、保温開始から３０分が経過した時の温度差が約１０℃であって、保温によって可動型４の各部温度差が小さくなっている。

しかも、可動型４は、保温開始から５０分間保温を続けても、熱電対Ｎ１〜Ｎ４，Ｎ１１〜Ｎ１４が測定する値は、保温開始から３０分経過した時点とほぼ同じである。

上記実験結果より、アルミ溶湯を充填した状態で高温の熱媒体を金型２に供給して保温を行うことにより、保温時に固定型３と可動型４の温度低下を抑制しつつ、固定型３と可動型４の各部温度を均一にならすことができることが判明した。これは、保温開始時に冷却水管３５，４５に残留する冷却水の沸騰にアルミ溶湯や熱媒体の熱が消費されても、固定型３と可動型４がキャビティ部４６に保有するアルミ粗材を介して一つのブロック体にされ、熱媒体流路３ａ，４ａを流れる熱媒体の熱を固定型３と可動型４がキャビティ部４６の内壁を介して互いに熱伝達し合って均一に昇温するためと考えられる。このように保温された金型２は、保温前の鋳込み終了時と保温後の鋳込み開始時との温度差が小さく、保温後の予熱時間を大幅に短縮することができる。また、固定型３と可動型４の各部温度の差が小さいことは、キャビティ部４６の内壁の温度バラツキを小さくできたことを意味する。

＜作用効果＞
以上説明したように、本実施形態の鋳造品の製造方法及び金型温度調整装置１は、例えば、ダイカスト鋳造を含む製造ラインが、ダイカスト鋳造工程の前工程又は後工程で異常を生じ、ダイカスト鋳造が中断される場合には、可動型４と固定型４とを型締めしてキャビティ部４６に溶湯を充填した状態で、可動型４と固定型３に熱媒体を供給して保温する。

固定型３と可動型４は、ダイカスト鋳造を中断する間、熱媒体を供給されて保温される。固定型３と可動型４は、主型４１，４２や入れ子３２〜３４，４２〜４３という複数の部品で構成されていても、キャビティ部４６に保有している粗材を介して相互に熱伝達し、キャビティ部４６の内壁を均一な温度にする。そのため、ダイカスト鋳造を再開する場合には、固定型３と可動型４を予熱する予熱時間や、キャビティ部４６の内壁を設定温度に昇温させるための捨て打ちの回数が減り、予熱時のロスが低減する。しかも、金型２は、短い予熱時間でキャビティ部４６の内壁を均一な温度にされるので、溶湯がキャビティ部４６内を均一に流れ、鋳造品の品質の均一性を維持しやすい。

よって、本実施形態の鋳造品の製造方法及び金型温度調整装置１によれば、キャビティ部４６の内壁の温度を容易に均一化することができ、予熱時のロスを減らして鋳造品の品質の均一化を図ることができる。

本実施形態の鋳造品の製造方法及び金型温度調整装置１は、ダイカスト鋳造を停止する前に、可動型４と固定型３とを型締めしてキャビティ部４６に溶湯を充填し、ダイカスト鋳造を再開する場合には、ダイカスト鋳造の停止前にキャビティ部４６に充填した溶湯が凝固した粗材をキャビティ部４６に保有した状態で、ダイカスト鋳造を行う際のキャビティ部４６の設定温度より高温の熱媒体を可動型４と固定型３に供給することにより予熱を行う。

例えば、１日の作業終了時や、正月休みなどの連休前にダイカスト鋳造が停止される場合には、可動型４と固定型３とを型締めしてキャビティ部４６に溶湯を充填する。ダイカスト鋳造により金型２が設定温度に昇温しているため、溶湯は、キャビティ部４６に空隙がないように適切に充填される。金型２は、ダイカスト鋳造の停止後から温度を低下させ始め、それに伴い、溶湯がキャビティ部４６内で凝固する。その後ダイカスト鋳造を開始する場合には、キャビティ部４６に粗材を保有したまま、ダイカスト鋳造を行う際のキャビティ部４６の設定温度より高温の熱媒体を可動型４と固定型３に供給することにより予熱を行う。固定型３と可動型４は、キャビティ部４６の粗材を介して一つのブロック体となっており、熱媒体の熱をキャビティ部４６の内壁から粗材を介して相互に熱伝達し、キャビティ部４６の内壁を均一な温度にする。そのため、固定型３と可動型４は、キャビティ部４６の内壁全体を設定温度に昇温させるための予熱時間や捨て打ちの回数が減り、予熱時のロスが低減する。しかも、キャビティ部４６の内壁が粗材により必然的に均一な温度に予熱されるので、短時間の予熱で湯流れを良好にして、鋳造品の品質の均一性を維持しやすい。

よって、本実施形態の鋳造品の製造方法及び金型温度調整装置によれば、キャビティ部４６の内壁の温度を容易に均一化することができ、予熱時のロスを減らして鋳造品の品質の均一化を図ることができる。

尚、例えばダイカスト鋳造を含む生産ラインが、ダイカスト鋳造の前工程又は後工程の異常により、ダイカスト鋳造を中断する場合には、ダイカスト鋳造を中断する間、高温の熱媒体を熱媒体流路３ａ，４ａに循環させてキャビティ部４６の内壁を設定温度に保温しておけば、異常解消後にダイカスト鋳造を再開した場合の予熱時間を大幅に短縮できる。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、保温時に利用した粗材を予熱時にそのまま利用しても良いし、保温時に使用したアルミ粗材を破棄し、予熱時に新たに溶湯をキャビティ部４６に充填して予熱を行っても良い。更に、キャビティ部４６を空気層にしてダイカスト鋳造を停止した後に、ダイカスト鋳造を再開する場合には、キャビティ部４６にアルミ溶湯を充填して熱媒体を供給しながら金型２を２０分〜３０分間放置することにより、予熱を行っても良い。
例えば、上記実施形態では、アルミを溶湯の一例として挙げたが、黄銅、亜鉛合金、マグネシウム合金、鉛およびすず合金、鉄合金などを溶湯の一例としても良い。

本発明の実施形態に係り、金型温度調整装置の概略構成を示す図である。 図１に示す制御装置のブロック図である。 図１に示す金型をダイカストマシンに取り付けた状態の断面図である。 図３に示す固定型の平面図である。 図３に示す可動型の平面図である。 型開きして予熱した場合の固定型の温度変化を示す図である。縦軸は温度（℃）を示し、横軸は時間（時間）を示す。 型開きして予熱した場合の可動型の温度変化を示す図である。縦軸は温度（℃）を示し、横軸は時間（時間）を示す。 型締めして予熱した場合の固定型の温度変化を示す図である。縦軸は温度（℃）を示し、横軸は時間（時間）を示す。 型締めして予熱した場合の可動型の温度変化を示す図である。縦軸は温度（℃）を示し、横軸は時間（時間）を示す。 熱媒体が金型の保温に与える影響を調べる実験において、熱媒体を金型に供給せずに保温する場合の実験結果を示す図である。縦軸は温度（℃）を示し、横軸は時間（分）を示す。 熱媒体が金型の保温に与える影響を調べる実験において、熱媒体を金型に供給して保温する場合の実験結果を示す図である。縦軸は温度（℃）を示し、横軸は時間（分）を示す。 図１に示す金型温度調整装置において型締めしてキャビティに溶湯を充填した状態で保温した場合の固定型の温度変化を示す図である。縦軸は温度（℃）を示し、横軸は時間（時間）を示す。 図１に示す金型温度調整装置において型締めしてキャビティに溶湯を充填した状態で保温した場合の可動型の温度変化を示す図である。縦軸は温度（℃）を示し、横軸は時間（時間）を示す。

符号の説明

１ 金型温度調整装置
２ 金型
３ 固定型
４ 可動型
２１，２７ 第１，第２タンク（熱媒体供給手段）
１１〜１６ 第１〜第６流路（熱媒体供給手段）
２２〜２６，２８ 第１〜第６流体制御弁（熱媒体供給手段）
４６ キャビティ部

Claims (4)

1. 可動型と固定型との間に溶湯を充填するためのキャビティ部が設けられた金型の温度を調整しながらダイカスト鋳造により製品を製造する鋳造品の製造方法において、
   前記ダイカスト鋳造を中断する場合には、前記可動型と前記固定型とを型締めして前記キャビティ部に前記溶湯を充填した状態で、前記可動型と前記固定型に熱媒体を供給して保温する
   ことを特徴とする鋳造品の製造方法。
2. 可動型と固定型との間に溶湯を充填するためのキャビティ部が設けられた金型の温度を調整しながらダイカスト鋳造により製品を製造する鋳造品の製造方法において、
   前記ダイカスト鋳造を停止する前に、前記可動型と前記固定型とを型締めして前記キャビティ部に前記溶湯を充填し、
   前記ダイカスト鋳造を再開する場合には、前記ダイカスト鋳造の停止前に前記キャビティ部に充填した前記溶湯が凝固した粗材を前記キャビティ部に保有した状態で、前記ダイカスト鋳造を行う際の前記キャビティ部の設定温度より高温の熱媒体を前記可動型と前記固定型に供給することにより予熱を行う
   ことを特徴とする鋳造品の製造方法。
3. 可動型と固定型との間に溶湯を充填するためのキャビティ部が設けられておりダイカスト鋳造に使用される金型の温度を調整する金型温度調整装置において、
   前記可動型と前記固定型に熱媒体を供給する熱媒体供給手段と、
   前記ダイカスト鋳造を中断する場合には、前記可動型と前記固定型とを型締めして前記キャビティ部に前記溶湯を充填した状態で、前記熱媒体供給手段に前記熱媒体を供給させて前記可動型と前記固定型を保温する熱媒体供給制御手段と、
   を有することを特徴とする金型温度調整装置。
4. 可動型と固定型との間に溶湯を充填するためのキャビティ部が設けられておりダイカスト鋳造に使用される金型の温度を調整する金型温度調整装置において、
   前記可動型と前記固定型に熱媒体を供給する熱媒体供給手段と、
   前記ダイカスト鋳造を停止する場合に、前記可動型と前記固定型とを型締めして前記キャビティ部に前記溶湯を充填する溶湯充填手段と、
   前記ダイカスト鋳造を再開する場合に、前記溶湯充填手段により前記キャビティ部に充填された溶湯が凝固した粗材を前記キャビティ部に保有した状態で、前記ダイカスト鋳造を行う際の前記キャビティ部の設定温度より高温の前記熱媒体を供給させて前記可動型と前記固定型を予熱する熱媒体供給制御手段と、
   を有することを特徴とする金型温度調整装置。

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