JP6474988B2 - 冷却流路が溶接により形成されている鋳造用装置及び鋳造用装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ダイカスト鋳造等に用いる金型やスプル-ブッシュといった鋳造用装置及びそれらの製造方法に関し、更に詳しくは内部に鋳造用装置を冷却するための冷却流路を有する鋳造用装置及びその製造方法に関するものである。

従来から金型の修理において肉盛り溶接が行われ、その方法の改良についても提案がなされている（たとえば特許文献１）。金型の製造においても、流路形成の設計自由度を広げるために肉盛り溶接を使用する製造方法が提案されている（たとえば特許文献２〜４）。一方、ダイカスト用水溶性離型剤等の普及によって金型の急冷が可能となり、製造サイクルの短縮化が実現される一方、ヒートチェックやクラックの問題が生じやすくなっている。さらに、溶接補修は、型寿命低下の一因となることが技術常識として知られている（非特許文献１）。また、スプル-ブッシュといった金型以外の鋳造用装置においても冷却流路の導入が提案されている（特許文献５）。

特開２０１１−１１５８０７号公報 特開２００４−３４１３３号公報 特開平５−３０９４６８号公報 特開２００５−５２８９２号公報 特開２００３−１０９５３号公報

日原政彦著「ダイカスト用金型の寿命対策」日刊工業新聞社出版、２００３年２月２８日、p.２８９

しかしながら、溶接加工は、気密性が要求される冷却流路の製造に適する一方、鋳造用装置の耐久性の観点から十分な検討が必要であった。

本発明は、鋳造用装置の耐久性の劣化を抑制しつつ冷却流路の製造に溶接加工を利用して製造された鋳造用装置とその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、溶融金属から鋳造製品を製造するための鋳造用装置を提供する。鋳造用装置は、前記溶融金属に接する溶融金属接触面と、前記溶融金属接触面を冷却する冷却流路が形成されている冷却部とを備える。前記冷却流路の内面の少なくとも一部が溶接することによって形成された溶接部によって構成され、前記溶接部が前記冷却流路を封止している。前記溶接部は、前記溶融金属に対する露出が前記冷却流路の内面を構成する前記溶接部の面積に対して所定の比率以下となるように構成されている。

本発明の鋳造用装置は、冷却流路の内面の少なくとも一部が溶接することによって形成された溶接部によって構成されているので、鋳造時の過大な温度上昇を抑制することができるとともに離型剤による冷却時の急激な温度低下を抑制することができる。一方、溶融金属に対する露出が冷却流路の内面を構成する溶接部の面積に対して所定の比率以下となるように構成されているので、十分な冷却によって温度サイクルに起因する疲労劣化の影響を抑制することができる。この結果、溶接加工に起因する鋳造用装置の耐久性の低下を抑制することができる。なお、所定の比率は、鋳造用装置の運用状態や設計によって適切に設定することができる。

上記鋳造用装置において、前記鋳造用装置は、前記溶接部を有する溶接部品を含む複数の部品を有し、前記複数の部品が組み立てられた状態で前記溶融金属に対して露出しないように構成されているようにしてもよい。

上記鋳造用装置において、前記鋳造用装置は、金型であり、前記溶融金属接触面は、前記鋳造製品の予め設定されている形状を形成するための製品形状形成面として前記金型の一部を構成し、前記溶接部の外表面は、前記複数の部品のいずれかの外表面と接することによって前記溶融金属に対して露出しないように構成されていてもよい。

上記鋳造用装置において、前記冷却部は、焼き入れ前の材料を溶接し、その後に焼き入れすることによって製造されていてもよい。

上記鋳造用装置において、前記鋳造用装置は、金型であり、前記冷却流路は、一端が前記溶接部によって封止され、他端が冷却媒体を循環させる循環路に連通する円柱流路を有し、前記溶接部は、前記円柱流路の軸方向から見て前記円柱流路の直径の１．５倍乃至２．５倍の直径を有することによって前記所定の比率以下となるように構成されていてもよい。

上記鋳造用装置において、前記円柱流路は、前記一端から前記他端までの長さが前記円柱流路の直径よりも大きくなるように構成されていてもよい。

上記鋳造用装置において、前記鋳造用装置は、スプル−ブッシュであり、前記溶融金属接触面は、前記溶融金属を流通させて前記金型に供給するための経路を構成されていてもよい。

本発明の製造方法は、溶融金属から鋳造製品を製造するための鋳造用装置の製造方法であって、前記溶融金属に接する溶融金属接触面と、前記溶融金属接触面を冷却する冷却流路の少なくとも一部が形成されている焼き入れ前の部材とを準備する工程と、前記冷却流路の内面の少なくとも一部を溶接することによって形成し、前記形成された溶接部によって前記冷却流路を封止する工程と、を備える。前記溶接部は、前記溶融金属に対する露出が前記冷却流路の内面を構成する前記溶接部の面積に対して所定の比率以下となるように構成されている。

本発明によれば、溶接加工によって冷却流路を封止する一方、溶接加工に起因する鋳造用装置の耐久性の低下を抑制することができる。

本発明の第１実施形態における金型１００の構成を示す断面図。 第１実施形態における金型１００の使用方法を示すフローチャート。 第１実施形態における金型１００の使用方法を示す工程図。 第１実施形態における金型１００の使用方法を示す工程図。 第１実施形態における金型１００の使用方法を示す工程図。 第１実施形態における金型１００の製造方法を示すフローチャート。 第１実施形態における金型１００の製造方法を示す工程図。 第１実施形態における金型１００の製造方法を示す工程図。 第１実施形態における金型１００の製造方法を示す工程図。 第２実施形態におけるダイカスト鋳造機用スプールブッシュ２００の構成を示す断面図。 第２実施形態におけるスプールブッシュ２００の製造方法を示すフローチャート。 第２実施形態におけるスプールブッシュ２００の製造方法を示す分解図。 第２実施形態におけるブッシュ本体２２０とアウターライナー２３０の組み付け状態（溶接前）を示す工程図。 第３実施形態における金型３００の構成一部を示す断面図。 第３実施形態における金型３００の機械加工後の状態（溶接前）を示す工程図。 第３実施形態における金型３００の製造方法を示すフローチャート。

次に、本発明の各実施形態を以下の順序で説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
Ａ．第１実施形態における鋳造用装置（金型）の構成：
Ｂ．第１実施形態における金型の使用方法：
Ｃ．第１実施形態における金型の製造方法：
Ｄ．第２実施形態における鋳造用装置（スプールブッシュ）の構成：
Ｅ．第２実施形態におけるスプールブッシュの製造方法：
Ｆ．第３実施形態における鋳造用装置（金型）の構成：
Ｇ．第３実施形態における金型の製造方法：
Ｈ．変形例：

Ａ．第１実施形態における鋳造用装置（金型）の構成：
図１は、本発明の第１実施形態における金型１００の構成を示す断面図である。金型１００は、入れ子１１０と、固定側主型１２０と、可動側主型１３０とを備えている。入れ子１１０は、鋳造製品の形状を構成する製品形状形成面１１０ｓを有している。固定側主型１２０は、製品形状形成面１２０ｓを有している。可動側主型１３０は、製品形状形成面１３０ｓと凹部１３０ｃとを有している。３つの製品形状形成面１１０ｓ、１２０ｓ及び１３０ｓは、後述の型組状態において鋳造製品を鋳造するための密閉空間を形成することができる。この密閉空間については後述する。金型１００は、鋳造に使用される鋳造用装置である。

入れ子１１０は、製品形状形成面１１０ｓを有する第１部品１１１と、可動側主型１３０の凹部１３０ｃに嵌合する外形面を有する第２部品１１２と、第１部品１１１と、第２部品１１２とを永久締結しているボルト１１３とを備えている。本実施形態では、３つの製品形状形成面１１０ｓ、１２０ｓ及び１３０ｓは、いずれもボルト１１３の軸方向から見ると、その軸心を中心とする円形状を有している。製品形状形成面１１０ｓ、１２０ｓ及び１３０ｓは、溶融金属接触面とも呼ばれる。

入れ子１１０の製品形状形成面１１０ｓは、突部１１１ｐを有する。突部１１１ｐは、鋳造製品の外形仕様上の要求によって設けられた形状部分である。突部１１１ｐは、その形状に着目すると、注湯工程の際に高温となりやすく、冷却時には急冷されやすい性質を有している。突部１１１ｐは、溶融金属や冷却水に周囲を囲まれる一方、可動側主型１３０への熱伝導路が狭いからである。

入れ子１１０は、上述の温度変化を緩和するための冷却水路１１４（冷却部とも呼ばれる。）を有する。冷却水路１１４は、ボルト１１３の軸方向から見て環状の循環する形状を有している。冷却水路１１４には、図示しない冷却水導入口と冷却水排出口とが連通している。冷却水路１１４は、第１部品１１１に形成されている環状の凹部の開口部を第２部品１１２で覆うことによって形成されている。冷却水路１１４は、第１部品１１１と第２部品１１２とを接合する溶接ビード１１０ｂ（溶接部あるいは肉盛り部とも呼ばれる。）によって冷却水路１１４の外部から封止されている。

固定側主型１２０、可動側主型１３０、第１部品１１１及び第２部品１１２は、いずれもＳＫＤ６１その他の工具鋼で構成されている。溶接ビード１１０ｂは、ＳＫＤ６１に類似した組成の溶着金属が盛られた部分である。この肉盛り溶接は、ティグ溶加棒（たとえばＤＳ−６１Ｇ）を使用するＴＩＧ溶接によって形成される。可動側主型１３０と入れ子１１０は、複数の部品が組み合わせられることによって金型１００の一方を構成している。

溶接ビード１１０ｂは、その外表面の全体が可動側主型１３０の凹部１３０ｃの内面に接しており、溶融金属に露出しないように金型１００が構成されている。溶接ビード１１０ｂは、溶融金属に露出しないので、溶接ビード１１０ｂが溶融金属に接することに起因するヒートサイクルを防止することができる。さらに、溶接ビード１１０ｂの外表面の全体が可動側主型１３０に接しているので、外表面と可動側主型１３０との間の顕著に効果的な熱のやりとりが可能となって、溶接ビード１１０ｂの外表面のみにおける部分的な過度の温度変化を抑制することができる。この結果、ヒートチェックやクラックを抑制することができる。

Ｂ．第１実施形態における金型の使用方法：
図２は、第１実施形態における金型１００の使用方法を示すフローチャートである。図３Ａ〜図３Ｃは、第１実施形態における金型１００の使用方法を示す工程図である。金型１００は、鋳造物を生産するために以下に示す方法で使用される。

ステップＳ１１では、型組工程が実行される。型組工程は、鋳造物が取り出され、冷却が完了した状態（図３Ａ参照）となっている固定側主型１２０と可動側主型１３０とで型を形成するための工程である。型組工程では、入れ子１１０を有する可動側主型１３０を移動させて固定側主型１２０、入れ子１１０及び可動側主型１３０のそれぞれが有する３つの製品形状形成面１１０ｓ、１２０ｓ及び１３０ｓで鋳造製品を鋳造するための密閉空間（図３Ｂ参照）を形成する。

ステップＳ１２では、注湯工程が実行される。注湯工程は、高温の溶融金属が金型に圧入される工程である。溶融金属には、たとえばアルミニウム合金が使用される。これにより、製品形状形成面１１０ｓ、１２０ｓ及び１３０ｓは、いずれも高温状態となる一方、溶融金属が固化してアルミダイカスト製品（図示せず）が鋳造されることになる。凝固が完了すると、処理が次の工程に進められる。

ステップＳ１３では、型開き工程が実行される。型開き工程は、可動側主型１３０を移動させて固定側主型１２０から離し、アルミダイカスト製品（図示せず）を取り出し可能とする工程である。ステップＳ１４では、アルミダイカスト製品の取り出しが実行される。これにより、金型１００によるアルミダイカスト製品の製造工程は完了する。アルミダイカスト製品の製造工程は、金型１００を使用しない次の工程に進められる。

ステップＳ１５では、入れ子１１０、固定側主型１２０及び可動側主型１３０に対して噴霧装置１９０を使用して離型剤の塗布が行われる（図３Ｃ参照）。離型剤には、本実施形態では、ダイカスト用水溶性離型剤（たとえばＴＸ−２４００やＧＬ−３７００）が使用される。離型剤の塗布は、製品形状形成面１１０ｓ、１２０ｓ及び１３０ｓに対して、ダイカスト用水溶性離型剤を噴霧することによって行われる（図３Ｃ参照）。冷却が完了すると（ステップＳ１６）、アルミダイカスト製品が最終製品でない場合には型組工程（ステップＳ１０）に処理を戻すことができる（ステップＳ１７）。最終製品である場合には処理が終了する。

ダイカスト用水溶性離型剤は、製品形状形成面１１０ｓ、１２０ｓ及び１３０ｓに離型皮膜を形成する一方、その水分の蒸発によって製品形状形成面１１０ｓ、１２０ｓ及び１３０ｓを急速に冷却することができる。これにより、鋳造工程のサイクルタイムの短縮化を実現することができる。

製品形状形成面１１０ｓ、１２０ｓ及び１３０ｓの急速冷却は、熱疲労の問題を大きくし、ヒートチェックやクラックの原因となっている。具体的には、本願発明者の知見によれば、注湯工程によって高温状態となった製品形状形成面１１０ｓ、１２０ｓ及び１３０ｓが、ダイカスト用水溶性離型剤の水分の蒸発によって急冷され収縮する過程でヒートチェックやクラックの原因となっている。表面が急激に収縮することにより、表面部分と内側部分との間に熱膨張差が発生してひずみが生じるからである。

本実施形態では、特に、製品形状形成面１１０ｓが有する突部１１１ｐは、その形状に着目すると、注湯工程の際に高温となりやすい性質を有している。突部１１１ｐは、溶融金属に周囲を囲まれる一方、可動側主型１３０への熱伝導路が狭いからである。しかしながら、本実施形態では、突部１１１ｐの内部に冷却水路１１４が形成されているので、突部１１１ｐが過度に高温状態となることを抑制することができる。さらに、突部１１１ｐは、注湯工程（ステップＳ１２）から型開き工程（ステップＳ１３）まで継続し、それから離型剤の塗布（ステップＳ１５）までの間にも冷却水路１１４によって冷却することができるので、離型剤の塗布による冷却に起因するヒートチェックやクラックを効果的に抑制することができる。

本実施形態では、冷却水路１１４は、溶接ビード１１０ｂによって封止されている。一般的な技術常識では、溶接補修した部分のダイカスト金型における型寿命は、非溶接部と比較して著しく低下すると考えられている（たとえばダイカスト用金型の寿命対策：日原政彦著、日刊工業新聞社）。しかしながら、本実施形態では、溶接ビード１１０ｂは、少なくとも以下の理由により型寿命の要因とはなり難い。他の理由については後述する。
（１）溶接ビード１１０ｂは、冷却水路１１４の封止に使用されている故に過度に高温状態となることはない。
（２）溶接ビード１１０ｂは、製品形状形成面１１０ｓを形成しておらず（鋳造製品を鋳造するための密閉空間（図３Ｂ参照）に露出しておらす）、過度に高温とならず離型剤の塗布に起因する急激な温度低下にも晒されない。
（３）溶接ビード１１０ｂは、可動側主型１３０に接しているので熱的な境界部を構成せず、過度に大きな熱勾配が発生しない。

よって、第１実施形態の構成を有する金型１００は、金型１００の耐久性の劣化を抑制しつつ冷却流路１４０の製造に溶接加工を利用し、適切な冷却流路を実現することによって長い寿命を有する金型１００を実現することができる。

Ｃ．第１実施形態における金型の製造方法：
図４は、第１実施形態における金型１００の製造方法を示すフローチャートである。図５Ａ乃至図５Ｃは、第１実施形態における金型１００の製造方法を示す工程図である。金型１００は、上述の構成を実現するために以下に示す方法で製造される。ステップＳ２１では、各部品の機械加工が行われる（図５Ａ参照）。特に、入れ子１１０を構成する第１部品１１１及び第２部品１１２の各部品は、いずれもＳＫＤ６１の焼き入れ前の材料を機械加工することによって製造される。

第１部品１１１の外周には、肉盛り溶接のための凹状の形状を有する凹部１１１ｗが形成されている。第２部品１１２の外周には、肉盛り溶接のための凹状の形状を有する凹部１１２ｗが形成されている。

ステップＳ２２では、各部品の組み立てが行われる。具体的には、入れ子１１０を構成する第１部品１１１と第２部品１１２とが組み合わせられ、組み合わせられた第１部品１１１と第２部品１１２とがボルト１１３によって締結される。これにより、第１部品１１１と第２部品１１２の周囲に渡って、溶接ビード１１０ｂが形成されるための断面が半円形状を有する凹部１１１ｗ、１１２ｗが形成される（図５Ｂ参照）。

ステップＳ２３では、溶接加工が行われる。溶接加工は、前述のようにティグ溶加棒（たとえばＤＳ−６１Ｇ）を使用するＴＩＧ溶接によって溶接ビード１１０ｂ（図１、図５Ｃ参照）を形成することによって行われる。溶接ビード１１０ｂは、第１部品１１１と第２部品１１２とにも適宜溶け込み、傾斜金属を構成している。

ただし、ティグ溶加棒（たとえばＤＳ−６１Ｇ）は、ＳＫＤ６１に類似した組成の溶着金属で肉盛り部を形成し、溶接補修と異なり、第１部品１１１と第２部品１１２とが焼き入れ前の状態なので、熱処理を含めて極めてなだらかな傾斜を有する傾斜金属を構成している。これにより、第１部品１１１と第２部品１１２とが組み合わせられ、ボルト１１３によって締結され、そして溶接された入れ子１１０の半製品が製造される。

ステップＳ２４では、入れ子１１０の半製品の熱処理（焼き入れ）が行われる。入れ子１１０は、十分な靱性と剛性とを有することになる。この際に、第１部品１１１、第２部品１１２及び溶接ビード１１０ｂは、いずれも焼き入れ前の状態において、一体的に焼き入れがなされるので、溶接ビード１１０ｂは、第１部品１１１及び第２部品１１２と極めて近い物性を有することになる。これにより、溶接ビード１１０ｂと母材としての第１部品１１１及び第２部品１１２との間に物性的な境界が殆ど生じないので、その境界に起因して発生する熱疲労を効果的に抑制することができる。

ステップＳ２５では、仕上げ加工が行われる。仕上げ加工は、溶接ビード１１０ｂの外形形状を可動側主型１３０の凹部１３０ｃに嵌合する形状とするための機械加工を含む。仕上げ加工は、さらに、熱変形を生じさせている入れ子１１０と、可動側主型１３０との間の適切な嵌合状態を実現するための外表面の全体的な機械加工や表面処理が含まれる。さらに、固定側主型１２０、可動側主型１３０及び入れ子１１０の間の適切な嵌合状態を実現するための機械加工や表面処理が含まれる。

ステップＳ２６では、金型１００の検査が行われる。この検査には、冷却水路１１４の耐圧検査やＸ線検査等が含まれる。このような工程によって、第１実施形態の構成を有する金型１００を製造することができる。

本製造工程によれば、入れ子１１０を構成する第１部品１１１及び第２部品１１２の各部品は、いずれもＳＫＤ６１の焼き入れ前の材料を機械加工する工程から製造が開始され、第１部品１１１と第２部品１１２とを溶接して接合した後に一体的に焼き入れが行われる。さらに、溶接加工では、ＳＫＤ６１に類似した組成の溶着金属で肉盛り部が形成されるので、溶接ビード１１０ｂと母材としての第１部品１１１及び第２部品１１２との間に物性的な境界が殆ど生じない。この結果、その境界に起因して発生する熱疲労を効果的に抑制することができる。

Ｄ．第２実施形態における鋳造用装置（スプールブッシュ）の構成：
図６は、第２実施形態におけるダイカスト鋳造機用スプールブッシュ２００（以下、単にスプールブッシュと呼ぶ。）の構成を示す説明図である。スプールブッシュ２００は、溶融金属を流通させて金型（たとえば金型１００）に注湯（供給）するための部品である。スプールブッシュ２００は、図面の上下方向を中心軸とし、中空部分を有する円筒形状を有している。スプールブッシュ２００は、鋳造に使用される鋳造用装置である。

スプールブッシュ２００は、インサートライナー２１０と、ブッシュ本体２２０と、アウターライナー２３０と、ボルト２１３とを備える。インサートライナー２１０の内面には、溶融金属を押圧するプランジャ（図示せず）が通過するプランジャ孔２００ｈが形成されている。なお、インサートライナー２１０は交換部品である。プランジャ孔２００ｈの内面は、溶融金属接触面とも呼ばれる。

スプールブッシュ２００は、以下のように構成されている。ボルト２１３は、インサートライナー２１０とブッシュ本体２２０とを締結している。アウターライナー２３０及びブッシュ本体２２０は、２つの溶接ビード２００ｂ１，２００ｂ２（溶接部とも呼ばれる。）によって永久締結されている。２つの溶接ビード２００ｂ１，２００ｂ２は、それぞれスプールブッシュ２００の中心軸を中心とする環状に形成されている。

スプールブッシュ２００は、冷却水路２２４（冷却部とも呼ばれる。）を有している。冷却水路２２４は、アウターライナー２３０の内面と、ブッシュ本体２２０の外径面に形成されている冷却溝２２０ｇ（図８参照）とによって形成されている。冷却水路２２４は、それぞれスプールブッシュ２００の中心軸を中心とする環状に形成され、部分的にスプールブッシュ２００の中心軸方向に連通している。冷却水路２２４には、図示しない冷却水導入口と冷却水排出口とが連通している。これにより、冷却水路２２４は、循環経路として構成されているので、金属溶湯を速やかに凝固させて鋳造のサイクルタイムを短縮することができる。

２つの溶接ビード２００ｂ１，２００ｂ２は、運用時に溶融金属に露出しないようにスプールブッシュ２００が構成されている。２つの溶接ビード２００ｂ１，２００ｂ２は、溶融金属に露出しないので、２つの溶接ビード２００ｂ１，２００ｂ２が溶融金属に接することに起因するヒートサイクルを防止することができる。

Ｅ．第２実施形態におけるスプールブッシュの製造方法：
図７は、第２実施形態におけるスプールブッシュ２００の製造方法を示すフローチャートである。図８は、第２実施形態におけるスプールブッシュ２００の製造方法を示す工程図である。図９は、第２実施形態におけるブッシュ本体２２０とアウターライナー２３０の組み付け状態（溶接前）を示す工程図である。スプールブッシュ２００は、上述の構成を実現するために以下に示す方法で製造される。ステップＳ２１ａでは、ブッシュ本体２２０とアウターライナー２３０の機械加工が行われる（図８参照）。これらの各部品は、第１実施形態と同様に、いずれもＳＫＤ６１の焼き入れ前の材料を機械加工することによって製造される。

アウターライナー２３０の上端の内周と下端の外周には、それぞれ肉盛り溶接のための凹状の形状を有する凹部２３０ｗ１と凹部２３０ｗ２とが形成されている。ブッシュ本体２２０の上端の外周と下端の内周には、それぞれ肉盛り溶接のための凹状の形状を有する凹部２２０ｗ１と凹部２２０ｗ２とが形成されている（図９参照）。

ステップＳ２２ａでは、各部品２２０，２３０の仮組み立てが行われる。具体的には、ブッシュ本体２２０とアウターライナー２３０とが組み合わせられる。この際、ブッシュ本体２２０とアウターライナー２３０の上端に渡って、溶接ビード２００ｂ１（溶接部あるいは肉盛り部とも呼ばれる。）が形成されるための断面が半円形状を有する凹部２２０ｗ１、２３０ｗ１が形成される。さらに、ブッシュ本体２２０の下部とアウターライナー２３０の下端に渡って、溶接ビード２００ｂ２が形成されるための断面が半円形状を有する凹部２２０ｗ２、２３０ｗ２が形成される。

ステップＳ２３ａでは、各部品２２０，２３０の熱処理（焼き入れ）が行われる。本実施形態では、各部品２２０，２３０が分解された状態で溶接加工の前に熱処理が行われる。この理由は、各部品２２０，２３０の形状においては、組み合わせた状態で熱処理を行うと、熱処理で発生する内部応力が過大となるからである。

ステップＳ２４ａでは、溶接加工が行われる。ただし、溶接加工の前に仕上げ機械加工が行われ、各部品２２０，２３０の組み立てが行われる。これにより、熱処理後（製品時）における内部応力が過大となることはない。溶接加工は、前述のようにティグ溶加棒（たとえばＤＳ−６１Ｇ）を使用するＴＩＧ溶接によって溶接ビード２００ｂ１，２００ｂ２（図６参照）を形成することによって行われる。溶接ビード２００ｂ１，２００ｂ２は、ブッシュ本体２２０とアウターライナー２３０とにも適宜溶け込み、傾斜金属を構成している。これにより、スプールブッシュ２００の半製品が製造される。

ステップＳ２５では、第１実施形態と同様に、仕上げ加工が行われる。仕上げ加工は、ブッシュ本体２２０の内面形状を交換部品であるインサートライナー２１０の外面形状に嵌合する形状とするための機械加工を含む。ステップＳ２６では、第１実施形態と同様に、金型１００の検査が行われる。ステップＳ２７では、ブッシュ本体２２０の内側にインサートライナー２１０が挿入され、両者がボルト２１３によって締結される。

本製造工程によれば、ブッシュ本体２２０とアウターライナー２３０の各部品は、いずれも、ＳＫＤ６１に類似した組成の溶着金属で肉盛り部が形成されるので、熱疲労を効果的に抑制することができる。

第２実施形態のダイカスト鋳造機用スプールブッシュ２００によれば、冷却水路２２４を使用して金属溶湯を速やかに凝固させて鋳造のサイクルタイムを短縮することができる。さらに、Ｏリング等を使用すること無く、熱疲労が効果的に抑制された溶接ビード２００ｂ１，２００ｂ２によって冷却水路２２４を構成することができるので、スプールブッシュ２００の耐久性を高めることができる。

Ｆ．第３実施形態における鋳造用装置（金型）の構成：
図１０Ａは、第３実施形態における金型３００の構成の一部を示す断面図である。金型３００は、図示される凸部を有し、その内部に冷却流路３１０，３２０，３３０（冷却部とも呼ばれる。）を有している。２本の直線状の冷却流路３１０，３３０は、金型３００の製品形状形成面３００ｓの近傍に向かって平行に伸びている。一方、直線状の冷却流路３２０は、２本の冷却流路３１０，３３０の双方と連通している。これにより、３本の直線状の冷却流路３１０，３２０及び３３０は、相互に連通しており、循環路を形成している。製品形状形成面３００ｓは、溶融金属接触面とも呼ばれる。

冷却流路３２０は、溶接ビード３００ｂ１，３００ｂ２によって両端が封止されている。これにより、冷却流路３２０の両端には、それぞれ円柱流路３２０ｃ１，３００ｃ２が形成される。円柱流路３２０ｃ１の一端は、溶接ビード３００ｂ１によって封止され、その他端が上記循環路に接続されている。一方、円柱流路３２０ｃ２の一端は、溶接ビード３００ｂ２によって封止され、その他端が上記循環路に接続されている。

円柱流路３２０ｃ１，３００ｃ２は、いずれも一端が溶接ビード３００ｂ１，３００ｂ２によって封止されているので、通例の流体力学的見地によればよどみを形成し冷却が期待できない。しかしながら、本願発明者の解析によれば、蒸発による冷却水の噴出と流入が一定のサイクルで行われることから（他の技術分野において、いわゆるポンポン船の原理として知られている。）、常識に反して高い冷却能力を有することが見いだされた。

Ｇ．第３実施形態における金型の製造方法：
図１０Ｂは、第３実施形態における金型３００の機械加工後の状態（溶接前）を示す工程図である。図１１は、第３実施形態における金型３００の製造方法を示すフローチャートである。金型３００は、上述の構成を実現するために以下に示す方法で製造される。

ステップＳ３１では、ドリル加工が行われる（図１０Ｂ参照）。本実施例では、ＳＫＤ６１の焼き入れ前の型母材３５０を機械加工することによって製造される。直径６ｍｍのドリルで３本の穴が形成されている。３本の穴は、２本の製品形状形成面３００ｓに向かってその近傍まで掘られる穴３１０、３３０と、１本の貫通穴３２０とを含んでいる。このような構成により、金型３００の内部に循環路を形成することができる。

ドリル加工は、穴開け用のドリル（図示せず）によって穴３１０、３３０を形成するための穴開け加工と、開けられた穴の最凹部３１０ｃ、３３０ｃ（図１０Ｂ参照）を丸めて丸められた最凹部３１０ｒ、３３０ｒ（図１０Ａ参照）とするための丸め加工とを含んでいる。丸め加工は、先端が丸められた専用の工具で行われる。丸め加工を行うのは、耐久性を高めるためである。

ステップＳ３２では、凹部形成加工が行われる。凹部形成加工は、貫通穴３２０の両端部に肉盛り溶接用の凹部３００ｗ１，３００ｗ２を形成する加工である。凹部３００ｗ１，３００ｗ２（図１０Ｂ参照）は、それぞれ肉盛り溶接の溶接ビード３００ｂ１，３００ｂ２（溶接部あるいは肉盛り部とも呼ばれる。）の直径Ｄが穴径の２倍、本実施形態では、１２ｍｍとなるように半球状の凹部として形成されている（図１０Ａ参照）。

なお、本願発明者の解析によれば、直径Ｄが大きくなると、冷却流路の耐圧性が大きくなる一方、溶接に起因する耐久性の低下が顕著となる。逆に、直径Ｄが小さくなると、冷却流路の耐圧性が低下する一方、溶接に起因する耐久性の低下が小さくなる。よって、溶接ビード３００ｂ１，３００ｂ２の直径Ｄは、円柱流路３２０ｃ１，３００ｃ２の軸方向から見て穴径の１．５倍〜２倍が最も好ましいが、穴径の１倍〜２．５倍も好ましい。

ただし、その範囲外でも実現可能である。耐久性の観点からは、溶接ビード３００ｂ１，３００ｂ２は、溶融金属に対する露出が円柱流路３２０ｃ１，３００ｃ２の内面を構成する溶接ビード３００ｂ１，３００ｂ２の面積に対して所定の比率以下となるように構成されていれば十分な冷却を実現することができる。所定の比率は、運用形態（溶融金属の温度や金型の形状）に応じて定めることができる。

ステップＳ３３では、溶接加工が行われる。溶接加工は、前述のようにティグ溶加棒（たとえばＤＳ−６１Ｇ）を使用するＴＩＧ溶接によって溶接ビード３００ｂ１，３００ｂ２を形成することによって行われる。溶接ビード３００ｂ１，３００ｂ２は、型母材３５０にも適宜溶け込み、傾斜金属を構成している。これにより、金型３００の半製品が製造される。

ステップＳ３４では、金型３００の半製品の熱処理（焼き入れ）が行われる。本実施形態においても、溶接ビード３００ｂ１，３００ｂ２と型母材３５０との間に物性的な境界が殆ど生じないので、その境界に起因して発生する熱疲労を効果的に抑制することができる。

ステップＳ３５では、仕上げ加工が行われる。ステップＳ３６では、金型３００の検査が行われる。この検査には、冷却水路３１０，３２０，３３０の耐圧検査やＸ線検査等が含まれる。このような工程によって、第３実施形態の構成を有する金型３００を製造することができる。

本製造工程によれば、第１実施形態や第２実施形態と同様に、溶接ビード３００ｂ１，３００ｂ２と型母材３５０との間に物性的な境界が殆ど生じない。さらに、円柱流路３２０ｃ１，３００ｃ２では、蒸発による冷却水の噴出と流入が一定のサイクルで行われるので、溶接ビード３００ｂ１、３００ｂ２を効果的に冷却することが可能である。加えて、溶接ビード３００ｂ１，３００ｂ２は、溶融金属に対する露出が円柱流路３２０ｃ１，３００ｃ２の内面を構成する溶接ビード３００ｂ１，３００ｂ２の面積に対して所定の比率以下となって十分に冷却できるように構成されている。これにより、３００ｂ２の境界に起因して発生する熱疲労を効果的に抑制することができる。

Ｈ．変形例：
上述の実施形態では、この肉盛り溶接は、ティグ溶加棒を使用するＴＩＧ溶接によって形成されているが、他の溶接方法でも良い。ただし、ＴＩＧ溶接によれば、高品質で美しい溶接ビード（肉盛り部）が得られ、あらゆる金属の溶接に適用できる点で好ましい。

１００、３００ 金型
１１０ 入れ子
１１０ｂ、２１０ｂ１ 溶接ビード
１１１ｐ 突部
１１０ｓ、１２０ｓ 製品形状形成面
１１１ 第１部品
１１１ｗ、１１２ｗ、２２０ｗ１、２２０ｗ２、２３０ｗ１、２３０ｗ２、３００ｗ１、３００ｗ２ 凹部
１１２ 第２部品
１１３、２１３ ボルト
１１４、１４０、３１０、３２０、３３０ 冷却水路
１２０ 固定側主型
１３０ 可動側主型
１３０ｃ 凹部
１９０ 噴霧装置
２００ スプールブッシュ
２１０ インサートライナー
２２０ ブッシュ本体
２２４ 冷却水路
２３０ アウターライナー
３５０ 型母材

Claims (6)

1. 溶融金属から鋳造製品を製造するための鋳造用装置であって、
   固定側主型と、
   凹部を有する可動側主型と、
   前記溶融金属に接する溶融金属接触面を有し、環状の凹部が形成されている第１部品と、前記凹部に嵌合する外形面を有し、前記環状の凹部の開口部を覆うことによって環状の循環する形状を有する冷却流路を形成する第２部品と、前記第１部品及び前記第２部品の外周部で前記冷却流路を前記冷却流路の外部から封止し、前記凹部の内面に接する溶接部とを有する入れ子と、
   を備え、
   前記入れ子は、焼き入れ前の前記第１部品と、焼き入れ前の前記第２部品とを前記溶接部で溶接し、前記溶接された前記第１部品と前記第２部品とを一体的に焼き入れすることによって製造され、
   前記入れ子は、前記凹部に嵌合する外形面を有し、前記溶接部の外表面の全体が前記凹部の内面に接するように、前記焼き入れ後に仕上げ加工がなされている鋳造用装置。
2. 請求項１に記載の鋳造用装置であって、
   前記溶融金属接触面は、前記環状の凹部が内部に形成され、前記環状の凹部に対応している環状の突部を前記第１部品の外周部に有している鋳造用装置。
3. 請求項２記載の鋳造用装置であって、
   前記入れ子は、さらに、前記第１部品と前記第２部品とを締結するボルトを有し、
   前記冷却流路は、前記締結された状態で前記ボルトの軸方向から見て環状の形状を有している鋳造用装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の鋳造用装置であって、
   前記第１部品及び前記第２部品は、いずれも工具鋼で構成され、
   前記溶接部は、ティグ溶加棒を使用するＴＩＧ溶接で形成された溶着金属で構成されている鋳造用装置。
5. 請求項４記載の鋳造用装置であって、
   前記第１部品及び前記第２部品は、いずれもＳＫＤ６１で構成されている鋳造用装置。
6. 固定側主型と、凹部を有する可動側主型とを有し、溶融金属から鋳造製品を製造するための鋳造用装置用の入れ子の製造方法であって、
   前記溶融金属に接する溶融金属接触面を有し、環状の凹部が形成されている第１部品と、前記凹部に嵌合する外形面を有し、前記環状の凹部の開口部を覆うことによって環状の循環する形状を有する冷却流路を形成する第２部品と、前記第１部品と前記第２部品とを締結するボルトとを準備する工程と、
   焼き入れ前の前記第１部品と焼き入れ前の前記第２部品とを前記ボルトで締結し、前記環状の凹部の開口部を前記第２部品で覆うことによって冷却流路を形成する工程と、
   前記第１部品及び前記第２部品の外周部で前記冷却流路を前記冷却流路の外部から封止し、前記凹部の内面に接する溶接部を形成する工程と、
   前記溶接部が形成された前記第１部品と前記第２部品と前記ボルトとを一体的に熱処理する工程と、
   前記溶接部の外表面の全体が前記凹部の内面に接するように仕上げ加工を行う工程と、
   を備える鋳造用装置用の入れ子の製造方法。