JP5780390B2

JP5780390B2 - 金型用鋳抜きピン

Info

Publication number: JP5780390B2
Application number: JP2011119216A
Authority: JP
Inventors: 隆中道
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2031-05-27
Also published as: JP2012245543A

Description

本発明は、鋳造金型に組み付けられる鋳抜きピンに関する。

例えば、特許文献１には、金型のピン取付孔に挿着される挿着部（基部）と、キャビティに突出される製品形成部（造形部）とを有し、挿着部の先端側（キャビティ側）に挿着部の軸径よりも小径の首部（小外径部）が形成されるとともに、首部と製品形成部との間に溶湯封止部（シール部）が形成された段付中子ピン（鋳抜きピン）が開示されている（図４参照）。この段付中子ピンは、溶湯封止部と金型のピン取付孔との間に溶湯が侵入しない程度のクリアランス（隙間）が形成されるように、溶湯封止部の軸径が首部を除く他の挿着部よりも小径に形成されており、造形部に入力された力に基づいて、鋳抜きピン、特に、相対的に剛性が小さい首部を撓ませることにより、造形部の根元部分の応力集中を緩和させている（鋳抜きピンにおける応力低減効果）。

ところで、応力低減効果を狙った鋳抜きピンにおいては、応力低減効果を得るための撓みに基づいてシール部がピン取付孔内で揺動することになり、その結果、金型のピン取付孔の開口近傍にへたり（拡径変形）が発生する。金型にへたりが生じると、ピン取付孔とシール部との隙間が拡大して、その隙間からピン取付孔内に溶湯（例えば、アルミニウム溶融物）が侵入する。ピン取付孔内に溶湯が侵入した場合、金型と鋳抜きピンとが固着して鋳抜きピンの交換が困難になり、金型の保全性が悪化する。さらに、金型のへたりを定期的に補修する必要が生じるため、金型のランニングコスト（復元コスト）が嵩む。そこで、シール部の軸線方向長さを延長してシール部のシール性能を高める対策を講じると、狙った応力低減効果が得られなくなる。

実開平３−１２６２６８号公報

そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、応力低減効果とシール性能とを両立することが可能な鋳抜きピンを提供することを課題としてなされたものである。

上記課題を解決するために、本発明の金型用鋳抜きピンは、鋳造型のピン取付孔に収容される基部と、前記基部の一端から前記鋳造型のキャビティ内に突出される造形部とを備えて、前記基部は、前記造形部に連続して設けられるシール部と、前記シール部に連続して設けられて前記シール部に対して小さい外径を有する小外径部とを含む鋳抜きピンであって、前記シール部は、前記ピン取付孔に既定の嵌め合いで嵌合される円柱部と、前記円柱部の軸線方向両側に設けられて前記円柱部の円柱面に連続する湾曲面を有するラウンド部とを備えて、前記円柱部と各ラウンド部とは単一素材であり、各ラウンド部と前記ピン取付孔との間には、前記基部の撓みを妨げない程度、且つ、前記キャビティに充填された溶湯が前記ピン取付孔内へ侵入しない程度に設定された隙間が設けられることを特徴とする。

（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、請求可能発明と称する）の態様を例示し、例示された各態様について説明する。ここでは、各態様を、特許請求の範囲と同様に、項に区分すると共に各項に番号を付し、必要に基づいて他の項の記載を引用する形式で記載する。これは、請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載、実施形態の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得る。
なお、以下の各項において、（１）、（２）項の各々が、特許請求の範囲に記載した請求項１、２の各々に相当する。

（１）鋳造型のピン取付孔に収容される基部と、基部の一端から鋳造型のキャビティ内に突出される造形部とを備えて、基部は、造形部に連続して設けられるシール部と、シール部に連続して設けられてシール部に対して小さい外径を有する小外径部とを含む鋳抜きピンであって、シール部は、ピン取付孔に既定の嵌め合いで嵌合される円柱部と、円柱部の軸線方向両側に設けられて円柱部の円柱面に連続する湾曲面を有するラウンド部とを備えて、円柱部と各ラウンド部とは単一素材であり、各ラウンド部とピン取付孔との間には、基部の撓みを妨げない程度、且つ、キャビティに充填された溶湯がピン取付孔内へ侵入しない程度に設定された隙間が設けられることを特徴とする金型用鋳抜きピン。
本項に記載の金型用鋳抜きピンによれば、シール部が本項の鋳抜きピンの円柱部に相当する部分のみによって構成されている公知の鋳抜きピンと比較して、シール部が各ラウンド部の軸線方向長さ分だけ延長されるので、シール部のシール性能を高めることができる。これにより、鋳造型と鋳抜きピンとが固着して鋳抜きピンの交換が困難になるような事態を回避することができ、鋳造型の保全性を向上させることができる。
公知の鋳抜きピンにおいては、シール性能を高めるために円柱形のシール部を単に軸方向へ延長させると、シール性能が向上する反面、シール部の剛性、延いては、基部の剛性が高められて基部全体が撓み難くなり、その結果、狙った応力低減効果が妨げられることになる。
そこで、本項の鋳抜きピンでは、各ラウンド部とピン取付孔との間に、推定された基部の撓み量に基づいて設定された隙間、言い換えると、基部の撓みが妨げられることがないように設定された隙間を設けることにより、シール性能を確保しながら応力低減効果をも確保することができる。さらに、鋳抜きピンの撓みによってシール部のキャビティ側の端部とピン取付孔の開口部とが接触することがないので、従来のように鋳造型のへたりを定期的に補修する必要がないため、鋳造型のランニングコスト（復元コスト）を削減することができる。
また、各ラウンド部とピン取付孔との隙間は、基部の撓みを妨げないように設定されるが、それに加えて、鋳造型のキャビティに充填される溶湯の表面張力に基づいて溶湯が隙間を通してピン取付孔内へ侵入しない程度に、体積が確保される。これにより、シール性能と応力低減効果とを両立することができる。
本項の態様では、例えば、円柱部からシール部の各端部に向けて各ラウンド部の湾曲面の湾曲の度合（曲率）を逓増させることにより、シール性能と応力低減効果とを両立させるような、各ラウンド部の端部とピン取付孔との隙間を得ることができる。さらに、各ラウンド部をテーパ状に形成することも可能であるが、本項の態様、すなわち、湾曲面を有するラウンド部と比較した場合、シール性能が劣ることから望ましくない。
なお、基部の撓み量は、公知のコンピュータシミュレーションによって推定することができる。

（２）基部は、小外径部に連続して設けられる逃げ部を備えて、逃げ部とピン取付孔との間には、基部の撓みが妨げられることがないように設定された隙間が設けられる（１）の金型用鋳抜きピン。
本項に記載の鋳抜きピンによれば、逃げ部とピン取付孔との間に、推定された基部の撓み量に基づいて設定された隙間、言い換えると、基部の撓みが妨げられることがないように設定された隙間を設けることにより、より高い応力低減効果を得ることができる。そして、逃げ部の外径は、鋳造型のキャビティからピン取付孔へ溶湯が侵入してしまった場合であっても、その溶湯がさらに逃げ部とピン取付孔との隙間に侵入しない程度に設定することが望ましい。
なお、鋳抜きピンは、離型抵抗、許容される撓み量等を含む設計値に基づいて、小外径部の寸法（外径、軸方向長さ）を決定することができる。そして、小外径部の寸法が決定されると基部の撓み量を推定することができる。さらに、推定された撓み量に基づいて、基部の撓みが妨げられることがないように、逃げ部とピン取付孔との隙間と、シール部の各ラウンド部とピン取付孔との隙間を設定することができる。

本発明によれば、応力低減効果とシール性能とを両立することが可能な鋳抜きピンを提供することができる。

本実施形態の説明図であって、ピン取付孔に取り付けられた鋳抜きピンを、鋳造型をピン取付孔の一軸平面で切断して示す図である。本実施形態の説明図であって、シール部及びピン取付孔を部分的に拡大して示す図である。本実施形態の鋳抜きピンが適用された鋳造型（入子）の断面図である。公知の鋳抜きピンの説明図であって、本実施形態の鋳抜きピンの図１に対応する図である。本実施形態の鋳抜きピンと公知の鋳抜きピンとの応力低減効果を比較するための図表である。

本発明の一実施形態を添付した図を参照して説明する。
図１及び図３に示されるように、鋳抜きピン１は、造形部２と基部３とによって構成されている。造形部２は、鋳造型４のキャビティ５内に突出される部分であって、本実施形態では截頭円錐形に形成されている。これに対して、基部３は、鍛造型４に設けられたピン取付孔６に収容される部分であって、造形部２に近い側（図１における右側）から軸線方向へ順に、シール部７、小外径部８、逃げ部９及び延長部１０が設けられている。基部３のシール部７と逃げ部９とを接続する小外径部８は、鋳抜きピン１に作用する離型抵抗を含む設計値に基づいて、外径、軸方向長さが決定される。なお、小外径部８とシール部７との接続部（稜部）及び小外径部８と逃げ部９との接続部（稜部）には、応力を分散させるための内Ｒ形状１７が形成されている。

図２に示されるように、シール部７は、W1のシール幅（軸線方向長さ）を有する円柱部１１と、円柱部１１の軸方向両側に対称（図２における左右対称）に設けられてW2のシール幅を有する各ラウンド部１２とによって構成されている。円柱部１１は、外周を形成する円柱面１３が、ピン取付孔６のキャビティ５側の開口近傍に既定の嵌め合いで嵌合されるように構成されている。また、円柱部１１のシール幅W1は、鋳抜きピン１（基部３）の撓みが妨げられることがない程度、すなわち、必要なシール性能を確保しながら十分な応力低減効果が得られるように設定される。なお、明細書中の応力低減効果とは、クラックが発生し易い造形部２の根元部分の応力集中を緩和させる機能をいう。また、鋳抜きピン１（基部３）の撓みは、CAEを利用したコンピュータシミュレーションによって推定することができる。

また、シール部７の各ラウンド部１２は、円柱部１１の円柱面１３に円滑に連続されて各ラウンド部１２の外周を形成する湾曲面１４を有する。そして、シール部７の各ラウンド部１２とピン取付孔６との間には、各々、隙間１５が形成される。各ラウンド部１２の湾曲面１４は、円柱部１１からシール部７の各端部７ａ、７ｂに向けて湾曲の度合（曲率）が逓増されている。より詳細には、シール部７の各ラウンド部１２とピン取付孔６との各隙間１５は、鋳抜きピン１（基部３）の撓みが妨げられないように設定されるとともに、鋳造型４のキャビティ５に充填された既定の表面張力を有する溶湯（例えばアルミニウム溶融物）が各隙間１５を通してピン取付孔６内へ侵入しない程度に体積が確保されている。

図１及び図３に示されるように、鋳造型４のピン取付孔６は、一端が鋳造型４の外側面４ａに開口された大内径部６ａと、ピン取付孔６のキャビティ５側（図１における右側）に設けられて大内径部６ａに対してより高い面精度で形成された小内径部６ｂとを有する。この小内径部６ｂには、基部３の逃げ部９が一定の隙間１６を有して挿入されている。また、小内径部６ｂと逃げ部９との隙間１６は、鋳抜きピン１（基部３）の撓みが妨げられないように、且つ、鋳造型４のキャビティ５からピン取付孔６へ侵入した場合、その溶湯がさらに逃げ部９とピン取付孔６との隙間１６に侵入することを阻止することができる程度に、間隔Dと軸線方向長さLとが設定されている。

基部３の延長部１０は、シール部７の円柱部１１の外径と同一の外径に形成されており、図３に示されるように、ピン取付孔６の大内径部６ａ内を軸線方向へ延びている。なお、図３は、本実施形態の鋳抜きピン１が適用された鋳造型４（入子）の断面図であって、この鋳造型４では、折れ曲がりが原因で交換頻度が高い箇所のピン取付孔６だけに本実施形態の鋳抜きピン１が適用されており、他の箇所のピン取付孔６には、基部２３が端部を除く全域に亘って一定の外径に形成されているストレート型の鋳抜きピン２１が採用されている。

次に、本実施形態の作用を説明する。
ここで、図４に示されるのは、本実施形態の鋳抜きピン１の作用を説明するための比較対象としての応力低減効果を狙った公知の鋳抜きピン３１である。なお、公知の鋳抜きピン３１のシール部３７は、本実施形態の鋳抜きピン１のシール部７のうちの円柱部１１に相当する。すなわち、公知の鋳抜きピン３１のシール部３７は、本実施形態の鋳抜きピン１のシール部７のような各ラウンド部１２を備えていない。

また、公知の鋳抜きピン３１の基部３３は、本実施形態の鋳抜きピン１の逃げ部９に相当する延長部４０のキャビティ５側端部（小外径部３８を挟んでシール部３７とは反対側の部分）が、本実施形態の鋳抜きピン１の延長部１０と同一形状（外径）に形成されている。すなわち、公知の鋳抜きピン３１の基部３３は、本実施形態の鋳抜きピン１の基部３のような逃げ部９を備えておらず、その結果、延長部４０とピン取付孔６の小内径部６ｂとの間には、本実施形態の鋳抜きピン１のような、鋳抜きピン３１（基部３３）の撓みが妨げられないように設定された隙間１６が形成されていない。

図５は、本実施形態の鋳抜きピン１と公知の鋳抜きピン３１との応力低減効果を比較するための図表であって、縦軸に撓み量を設定し、横軸には撓み量が０の点からの軸線方向への深さが設定されている。この図に示されるように、公知の鋳抜きピン３１では、軸線方向0 - L1間の相対的に短いスパン、言い換えると、ピン取付孔６の小内径部６ｂ内で小外径部３８だけが撓んでいるのに対して、本実施形態の鋳抜きピン１では、延長部１０を含む基部３の全域に亘って撓んでいるため、相対的に大きい撓み量を確保することができ、結果として、より高い応力低減効果を得ることが可能である。

この実施形態では以下の効果を奏する。
本実施形態によれば、円柱部１１の軸線方向両側にラウンド部１２を設けることでシール部７が構成されるので、シール部７が、公知の鋳抜きピン３１のシール部３７に対して各ラウンド部１２の軸線方向長さ分だけ延長されることにより、シール部７のシール性能を確保することができる。これにより、鋳造型４と鋳抜きピン１とが固着して鋳抜きピン１の交換が困難になるような事態を回避することができ、鋳造型４の保全性を向上させることができる。また、本実施形態では、各ラウンド部１２とピン取付孔６との間に、基部３の撓み量に基づいて設定された隙間１５、すなわち、基部３の撓みが妨げられることがないように設定された隙間１５が設けられているので、シール性能を確保しながら応力低減効果をも確保することができる。さらに、鋳抜きピン１の撓みによってシール部７のキャビティ５側の端部（ラウンド部１２）とピン取付孔６（小内径部６ｂ）の開口部とが接触することがないので、公知の鋳抜きピン３１のように鋳造型４のへたりを定期的に補修する必要がないため、鋳造型４のランニングコスト（復元コスト）を削減することができる。

また、本実施形態によれば、円柱部１１からシール部７の各端部７ａ、７ｂに向けて各ラウンド部１２の湾曲面１４の湾曲の度合（曲率）を逓増させることにより、鋳造型４のキャビティ５に充填された溶湯がピン取付孔６内へ侵入しない程度に、各ラウンド部１２とピン取付孔６（小内径部６ｂ）との隙間１５の体積が確保されるので、シール性能と応力低減効果とを両立することができる。

さらに、本実施形態によれば、基部３の逃げ部９とピン取付孔６の小内径部６ｂとの間に、基部３の撓みが妨げられることがないように設定された隙間１６が設けられているので、延長部１０を含む基部３の全域を撓ませることでより大きい撓み量を確保することができ、結果として、より高い応力低減効果を得ることができる。

１鋳抜きピン、２造形部、３基部、４鋳造型、５キャビティ、６ピン取付孔、７シール部、８小外径部、９逃げ部、１０延長部、１１円柱部、１２ラウンド部、１３円柱面、１４湾曲面、１５隙間、１６隙間

Claims

鋳造型のピン取付孔に収容される基部と、前記基部の一端から前記鋳造型のキャビティ内に突出される造形部とを備えて、前記基部は、前記造形部に連続して設けられるシール部と、前記シール部に連続して設けられて前記シール部に対して小さい外径を有する小外径部とを含む鋳抜きピンであって、
前記シール部は、前記ピン取付孔に既定の嵌め合いで嵌合される円柱部と、前記円柱部の軸線方向両側に設けられて前記円柱部の円柱面に連続する湾曲面を有するラウンド部とを備えて、前記円柱部と各ラウンド部とは単一素材であり、各ラウンド部と前記ピン取付孔との間には、前記基部の撓みを妨げない程度、且つ、前記キャビティに充填された溶湯が前記ピン取付孔内へ侵入しない程度に設定された隙間が設けられることを特徴とする金型用鋳抜きピン。
前記基部は、前記小外径部に連続して設けられる逃げ部を備えて、前記逃げ部と前記ピン取付孔との間には、前記基部の撓みが妨げられることがないように設定された隙間が設けられることを特徴とする請求項１に記載の金型用鋳抜きピン。