JP5606354B2 - 金型冷却構造 - Google Patents

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、冷却穴に金属製の内筒体を圧入し、内筒体の内部に冷媒を供給する構造とすることで、冷媒がキャビティ内に入り込むことを防止することが知られている。

しかし、このような構造では、冷却穴に近接する金型表面（キャビティ面）を一様に冷却することは可能であるが、部分的に一部の範囲のみを冷却することはできない。したがって、冷却穴の底部側は冷却の必要があるが、冷却穴の開放端側は冷却の必要がない（保温の必要がある）場合には、冷却穴に近接する金型表面が一様に冷却されると溶湯の湯流れ悪化等によって製品の品質が悪化する可能性がある。

そこで、特許文献１には、冷却穴の一部の範囲に、他の部分より内径が大きい拡径部を設けることで、内筒体と冷却穴の内面との間に隙間を設け、部分的に冷却効率を低減させる構造が記載されている。

実開昭５９−３４８５２号公報

しかし、上記従来の技術では、冷却効率を低減させる範囲を変更するためには、金型を再加工して冷却穴の拡径部の位置をずらす必要があるので、金型の製作コストが高くなる。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであり、金型の加工を抑制しながら部分的に冷却効率を低減させ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、内部に冷媒通路を有する内筒体と、内筒体の外周側に配置され、内筒体との間に隙間を形成する、内筒体より軸方向長さが短い隙間形成部材と、内筒体に連結され、冷媒通路内に冷媒を供給する継手部材と、を備え、冷却穴は、開放端側がより大径となるように段部を有し、隙間形成部材は、段部と軸方向に当接する、ことを特徴とする金型冷却構造が提供される。
また、本発明の他の態様によれば、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、内部に冷媒通路を有する内筒体と、内筒体の内周側に配置され、内筒体との間に隙間を形成する、内筒体より軸方向長さが短い隙間形成部材と、内筒体に連結され、冷媒通路内に冷媒を供給する継手部材と、を備え、内筒体は、冷却穴の底部側に配置される先端部と、先端部に対して軸方向に接合され内周側に隙間形成部材が配置される複層部と、から構成される、ことを特徴とする金型冷却構造が提供される。

上記態様によれば、内筒体の内周側又は外周側に隙間形成部材を配置することで内筒体との間に隙間を形成し、金型と冷媒との間の熱伝達性を低下させるので、金型の追加加工を抑制しながら金型表面の冷却効率を部分的に低減させることができる。

本発明の第１実施形態に係る金型冷却構造の構成図である。 本発明の第１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。 本発明の第２実施形態に係る金型冷却構造の構成図である。

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。

初めに第１実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る金型冷却構造１００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１００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の内部の冷媒通路４１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は、底部が半球形になっており、開放端側は他の部分より大径の拡径部３１となっている。さらに、冷却穴３は、底部と開放端側との間に段部３２を有し、段部３２より開放端側がより大きな内径となるよう形成される。

内筒体４は、半球殻形の先端を有する円筒形状に形成される胴部４２と、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と、胴部４２の外周側に配置され胴部４２より軸方向長さが短い筒状部材４４とを有する。

筒状部材４４は、内径が胴部４２の外径より大きく、軸方向両端側が胴部４２の外面に溶接等によって固定される。これにより、筒状部材４４の内面と胴部４２の外面との間には、環状の隙間４５が形成される。また、筒状部材４４は段部３２に当接し、筒状部材４４の外面は冷却穴３の内面であって段部３２より開放端側の内面に当接している。

また、基部４３の内面には、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、熱伝達性に優れた金属、例えば、銅合金、アルミニウム、ステンレス等が用いられる。

また、内筒体４と冷却穴３との間には、内筒体４と金型２との密着性を向上させて熱伝達性を向上させるため、ハンダ等の充填剤６が充填される。

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内の冷媒通路４１に供給され、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、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１００の製造方法について説明する。

上記金型冷却構造１００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の胴部４２の外周側に筒状部材４４を溶接によって固定する。溶接部４６は、例えば筒状部材４４の軸方向両端付近に配置される。

Ｓ２では、作業者は、金型２に内筒体４を挿入する冷却穴３を加工する。図３（ａ）は、冷却穴３を加工した金型２を示している。

Ｓ３では、作業者は、金型２の冷却穴３に充填剤６を投入する。充填剤６は例えばハンダ粉等である。

Ｓ４では、作業者は、金型２を加熱する。温度は、少なくとも充填剤６が溶融する温度以上に設定される。図３（ｂ）は、冷却穴３内で充填剤６が溶融した状態を示している。

Ｓ５では、作業者は、内筒体４を金型２の冷却穴３に挿入する。図３（ｃ）は、内筒体４を挿入した状態を示している。

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１００を得る。図３（ｄ）は、継手部材５の連結部５４を螺合させた状態を示している。

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１００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１００によれば、内筒体４の外周側に筒状部材４４を配置することで内筒体４との間に隙間を形成し、金型２と冷媒との間の熱伝達性を部分的に低下させることができる。よって、金型２の冷却穴３を形成した後であっても、金型２の加工を最小限に抑制しながら所望の冷却効率となるように隙間を形成する範囲を適宜調整して、冷却効率を部分的に低減させることができる（請求項１、２に対応）。

また、筒状部材４４は、冷却穴３の段部３２に当接するように配置されるので、金型２が使用される向きにかかわらず、製品成型時に溶融した充填剤６が外部に流出することを防止することができる（請求項２に対応）。

次に、第２実施形態について説明する。

図４は、本発明の第２実施形態に係る金型冷却構造２００を示している。本実施形態では、内筒体８の構造が第１実施形態の内筒体４とは異なる。

内筒体８は、半球殻形の先端を有する先端部８２と、先端部に接続し径の異なる２つの円筒部材８４ａ、８４ｂを同軸上に配置して構成される複層部８４と、複層部８４に接続し複層部８４よりも大きな外径を有する基部８３と、を有する。

複層部８４は、先端部８２と同一の外径を有する外側パイプ８４ａと、外側パイプ８４ａの内径より小さい外径を有する内側パイプ８４ｂとから構成される。内側パイプ８４ｂの外周面には２つの拡径部８４ｃが設けられ、拡径部８４ｃが外側パイプ８４ａの内周面に当接することで、外側パイプ８４ａと内側パイプ８４ｂとの間に環状の隙間８５が形成される。

外側パイプ８４ａと内側パイプ８４ｂとは一端側においてロウ付けによって固定される。また、外側パイプ８４ａ及び内側パイプ８４ｂと先端部及び基部とが、それぞれロウ付けによって固定される。

なお、本実施形態では、内筒体８の一部の範囲を複層構造とするので、内筒体８の外径を軸方向に亘って同一にすることができ、第１実施形態のように冷却穴７の内面に段部を形成する必要はない。

次に、上記金型冷却構造２００の製造方法について説明する。

上記金型冷却構造２００は、第１実施形態と同様に、図２に示されるＳ１〜Ｓ６の工程を経て製造される。なお、本実施形態では、内筒体８の加工工程Ｓ１のみが第１実施形態と異なり、その他の工程は同一である。

すなわち、Ｓ１では、作業者は、外側パイプ８４ａ、内側パイプ８４ｂ、先端部８２、及び基部８３をロウ付け固定することで内筒体８を形成する。

次に、上記金型冷却構造２００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２００によれば、内筒体８が先端部８２と複層部８４とから構成されるので、第１実施形態と同様に、内筒体８の一部の範囲は複層構造となり、金型２と冷媒との間の熱伝達性を部分的に低下させることができる。よって、金型２の冷却穴７を形成した後であっても、金型２の加工を最小限に抑制しながら、冷却の必要の有無に応じて金型表面の冷却効率を部分的に低減させることができる（請求項１、３に対応）。

また、内筒体８の外径を変えることなく内筒体８を複層構造とすることができるので、金型２の冷却穴７を形成した後であっても、金型２の追加加工を必要とすることなく、内筒体８を入れ替えるだけで所望の部分だけ冷却効率を低減させることができる（請求項３に対応）。

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２に限らず、冷却を要する金型全般に適用可能である。

また、第１実施形態及び第２実施形態では、内筒体４、８の一部の範囲に隙間を設けて内筒体４、８を二層構造としているが、二層に限らず三層以上としてもよい。

さらに、第１実施形態では、冷却穴３の内面に段部３２を形成し、筒状部材４４を段部３２より開放端側の内面に配置しているが、筒状部材４４の厚み及び形成される隙間の寸法を調整することで、冷却穴３の内面に段部３２を設けることなく筒状部材４４を配置する構造としてもよい。この場合には、金型２の加工を必要としないので、上記第２実施形態と同様に、内筒体４を入れ替えるだけで所望の部分だけ冷却効率を低減させることができる。

さらに、第１及び第２実施形態では、充填剤６としてハンダを用いて説明したが、ハンダに替えてサーモグリスを使用してもよい。この場合、金型製造時の加熱工程（図２のＳ４）を省略することができる。

２ 金型
３ 冷却穴
４ 内筒体
５ 継手部材
７ 冷却穴
８ 内筒体
４１ 冷媒通路
４４ 筒状部材（隙間形成部材）
８１ 冷媒通路
８２ 先端部
８４ 複層部
８４ａ 外側パイプ
８４ｂ 内側パイプ（隙間形成部材）
１００ 金型冷却構造
２００ 金型冷却構造

Claims (2)

1. 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、内部に冷媒通路を有する内筒体と、
   前記内筒体の外周側に配置され、前記内筒体との間に隙間を形成する、前記内筒体より軸方向長さが短い隙間形成部材と、
   前記内筒体に連結され、前記冷媒通路内に冷媒を供給する継手部材と、
   を備え、
   前記冷却穴は、開放端側がより大径となるように段部を有し、
   前記隙間形成部材は、前記段部と軸方向に当接する、
   ことを特徴とする金型冷却構造。
2. 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、内部に冷媒通路を有する内筒体と、
   前記内筒体の内周側に配置され、前記内筒体との間に隙間を形成する、前記内筒体より軸方向長さが短い隙間形成部材と、
   前記内筒体に連結され、前記冷媒通路内に冷媒を供給する継手部材と、
   を備え、
   前記内筒体は、前記冷却穴の底部側に配置される先端部と、前記先端部に対して軸方向に接合され内周側に前記隙間形成部材が配置される複層部と、から構成される、
   ことを特徴とする金型冷却構造。