JP6771678B2 - 金型および金型の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金型に関し、特に、付加製造技術により形成される金型に関する。また、本発明は、そのような金型の製造方法にも関する。

一般に、内燃機関のシリンダブロックは、金型を用いた鋳造により製造される。鋳造の際、金型の薄肉部（厚さが小さい部分）は、熱容量が小さいので高温となりやすい。そのため、薄肉部内に、冷却水を流すための冷却水流路が形成されることがある。

例えば、水冷式内燃機関のシリンダブロックを製造するための金型では、ウォータージャケットを形成するための薄肉部内に冷却水流路が形成される。冷却水流路の形成は、無垢材からの削り出し等により形成された金型に対し、ドリルなどを用いた機械加工により行われる。

特許第５７３９２７２号公報

しかしながら、本願発明者の検討によれば、上述したような冷却水流路を設けたとしても、ウォータージャケットを形成するための薄肉部では、冷却不足による焼き付きが生じてしまうことがわかった。焼き付きの発生は、製造に要する時間やコストの増加を招く。

そこで、本願発明者は、３Ｄプリンタを用いて金型を製造することを検討した。３Ｄプリンタを用いて立体構造物（三次元のオブジェクト）を形成する技術は、付加製造技術（additive manufacturing）と呼ばれ、近年注目を集めている。付加製造技術によれば、３ＤＣＡＤデータや３ＤＣＧデータに基づいて、複雑な形状を有する立体構造物であっても簡便に製造することができる。

付加製造技術で金型を製造する場合、金型を製造する過程で同時に冷却水流路も形成されるので、機械加工により冷却水流路を形成する場合とは異なり、冷却水流路の形状や長さにほとんど制約がない。そのため、金型の薄肉部における冷却能力を向上できることが期待される。また、付加製造技術を用いることにより、金型の製造自体を従来よりも短時間、低コストで行うことができると考えられる。

特許文献１には、シリンダブロックのウォータージャケットを形成するための金型を、付加製造技術により製造することが開示されている。特許文献１の金型では、ウォータージャケットに対応する薄肉部内に、１本の冷却水流路が長く引き回されており、そのことによって流路面積が拡大されている。

しかしながら、本願発明者がさらに検討を進めたところ、単に長い冷却水流路を形成しても、薄肉部の冷却を好適に行えないことがわかった。１本の冷却水流路を長く引き回した場合、例えば、圧力損失によって冷却水が流れにくくなったり、冷却水の温度が上がって水蒸気となって冷却能力を失ったりしてしまう。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、付加製造技術により形成される金型において熱媒体流路による温度制御を好適に行うことにある。

本発明の実施形態による金型は、付加製造技術により形成された金型であって、金型内部に設けられ、熱媒体が流れる熱媒体流路と、前記熱媒体が金型内部に導入される媒体導入口と、前記熱媒体が金型外部に排出される媒体排出口と、を有し、前記熱媒体流路は、前記媒体導入口から連続するように形成された第１流路部と、前記媒体排出口に連続するように形成された第２流路部と、それぞれが前記第１流路部および前記第２流路部よりも小径である複数の第３流路部であって、それぞれの一端が前記第１流路部に接続されるとともにそれぞれの他端が前記第２流路部に接続された複数の第３流路部と、を含み、前記金型は、前記熱媒体流路と金型外部とを連通する複数の連通路であって、金型外部に対して開閉自在な複数の連通路をさらに有し、前記複数の連通路のそれぞれは、前記複数の第３流路部のそれぞれに対応して設けられており、前記複数の連通路のそれぞれの一端は、対応する第３流路部の前記一端に前記第１流路部を介して対向しているか、または、対応する第３流路部の前記他端に前記第２流路部を介して対向している。

本発明の実施形態による金型では、熱媒体流路は、媒体導入口から連続するように形成された第１流路部と、媒体排出口に連続するように形成された第２流路部と、それぞれの一端および他端がそれぞれ第１流路部および第２流路部に接続された比較的小径（第１流路部および第２流路部よりも径が小さい）の複数の第３流路部とを含んでいる。比較的小径の第３流路部が複数設けられる（つまり複数の狭小流路が並列配置される）ことにより、１本の流路を長く引き回す場合とは異なり、圧力損失によって熱媒体が流れにくくなることを防止でき、また、熱媒体の温度が上がりすぎたり下がりすぎたりすることを防止できる。また、流路抵抗の低減を図ったり、流路表面積の拡大により熱交換効率の向上を図ったり、より均一な温度分布を実現したりすることができる。また、単に狭小流路を多数設けると、熱媒体の入口および出口もそれに対応して多数設ける必要があるが、本発明の実施形態のように、比較的大径の（第３流路部よりも径が大きい）第１流路部および第２流路部に複数の第３流路部を接続することにより、熱媒体の入口および出口を少なくする（例えば媒体導入口および媒体排出口をそれぞれ１つだけ設ける）ことができる。このように、本発明の実施形態によれば、熱媒体流路による温度制御を好適に行うことができる。また、本発明の実施形態による金型は、熱媒体流路と金型外部とを連通する複数の連通路を有しているので、開状態の連通路を利用して未焼結（または未溶融）の金属粉末を金型の外部に排出することができる。例えば、各連通路を介して対応する第３流路部に気体を吹き込むことにより、第３流路部内の金属粉末を容易に排出することができる。また、連通路を利用して、各第３流路部が閉塞していないことの確認（未閉塞確認）を行うこともできる。さらに、金型のメンテナンス時に、連通路を利用して（例えば連通路を介して対応する第３流路部に気体を吹き込むことにより）、異物を除去することも可能となる。

ある実施形態において、前記複数の第３流路部のそれぞれは、略Ｕ字状である。

複数の第３流路部のそれぞれは、好ましくは、略Ｕ字状である。略Ｕ字状の第３流路部は、第１流路部および第２流路部からそれぞれある方向に延びる第１部分および第２部分と、第１部分の先端から第２部分の先端までその方向に略直交する方向に延びる第３部分とを含む。第３部分の長さは、第１部分の長さおよび第２部分の長さのそれぞれよりも小さいことが好ましい。

ある実施形態において、前記第２流路部は、前記第１流路部よりも大径である。

熱媒体の外部への排出を好適に行う観点からは、第２流路部が第１流路部よりも大径であることが好ましい。

ある実施形態において、前記第１流路部または前記第２流路部は、複数の中実部を有し、前記複数の第３流路部のそれぞれは、前記複数の中実部のいずれかを貫通している。

第１流路部または第２流路部が複数の中実部を有しており、複数の第３流路部のそれぞれが第１流路部または第２流路部の中実部を貫通していると、第１流路部、第２流路部および複数の第３流路部が互いに重なり合っている構成を実現することができる。

ある実施形態において、前記第１流路部、前記第２流路部および前記複数の第３流路部は、ある方向から見たときに互いに重なり合っている。

第１流路部、第２流路部および複数の第３流路部が互いに重なり合う（いわば直列配置される）ことにより、熱媒体流路全体のスペースを小さくすることができ、比較的狭い領域（例えば薄肉部およびその近傍）に熱媒体流路を配置することが容易となる。

ある実施形態において、前記複数の連通路のそれぞれの一端は、対応する第３流路部の前記一端に前記第１流路部を介して対向しており、前記第２流路部が前記複数の中実部を有しており、前記複数の第３流路部のそれぞれは、前記第２流路部の前記複数の中実部のいずれかを貫通している。

ある実施形態において、前記複数の連通路のそれぞれの一端は、対応する第３流路部の前記他端に前記第２流路部を介して対向しており、前記第１流路部が前記複数の中実部を有しており、前記複数の第３流路部のそれぞれは、前記第１流路部の前記複数の中実部のいずれかを貫通している。

ある実施形態において、本発明による金型は、前記熱媒体流路と金型外部とを連通する複数のさらなる連通路であって、金型外部に対して開閉自在な複数のさらなる連通路を有し、前記複数のさらなる連通路のそれぞれは、前記複数の第３流路部のそれぞれに対応して設けられており、前記複数の連通路を複数の第１連通路と呼び、前記複数のさらなる連通路を第２連通路と呼ぶとすると、（Ａ）前記複数の第１連通路のそれぞれの一端が、対応する第３流路部の前記一端に前記第１流路部を介して対向しており、且つ、前記複数の第２連通路のそれぞれの一端が、対応する第３流路部の前記他端に前記第２流路部を介して対向している、または、（Ｂ）前記複数の第１連通路のそれぞれの一端が、対応する第３流路部の前記他端に前記第２流路部を介して対向しており、且つ、前記複数の第２連通路のそれぞれの一端が、対応する第３流路部の前記一端に前記第１流路部を介して対向している。

金型が、複数の連通路（第１連通路）に加え、複数のさらなる連通路（第２連通路）を有していることにより、第３流路部内の未焼結（または未溶融）の金属粉末を金型の外部に排出する際に、第１連通路だけでなく第２連通路も利用することができる。

ある実施形態において、本発明の金型は、他の部分の少なくとも一部より厚さが小さい薄肉部を含み、前記複数の第３流路部のそれぞれは、前記薄肉部内に位置する部分を含む。

本発明の実施形態は、薄肉部を含む金型に好適に用いられる。薄肉部を含む金型では、複数の第３流路部のそれぞれは、薄肉部内に位置する部分を含むように配置される。

ある実施形態において、本発明の金型は、シリンダブロックの少なくとも一部を形成するための金型であって、前記薄肉部は、前記シリンダブロックのウォータージャケットに対応する部分である。

本発明の実施形態は、シリンダブロックの少なくとも一部を形成するための金型に好適に用いられる。そのような金型において、薄肉部は、シリンダブロックのウォータージャケットに対応する部分であってよい。

本発明の実施形態による金型の製造方法は、上述したいずれかの構成を有する金型の製造方法であって、金属粉末を所定の厚さで層状に堆積する堆積工程と、前記堆積工程の後、堆積された前記金属粉末にレーザを照射して焼結または溶融させるレーザ照射工程と、を包含し、前記堆積工程と前記レーザ照射工程とを交互に繰り返し行うことによって、前記熱媒体流路および前記複数の連通路を内部に含む前記金型が形成される。

本発明の実施形態による金型の製造方法は、堆積工程とレーザ照射工程とを交互に繰り返し行うことによって、熱媒体流路および複数の連通路を内部に含む金型を好適に形成することができる。

ある実施形態において、本発明の金型の製造方法は、前記堆積工程と前記レーザ照射工程とを交互に繰り返し行った後に、前記複数の連通路を利用して未焼結または未溶融の金属粉末を金型外部に排出する粉末排出工程をさらに包含する。

本発明の実施形態による金型の製造方法において、堆積工程とレーザ照射工程とを交互に繰り返し行った後に、複数の連通路を利用して未焼結または未溶融の金属粉末を金型外部に排出する粉末排出工程を行うことが好ましい。

ある実施形態において、前記粉末排出工程は、前記複数の連通路を介して前記複数の第３流路部に気体を吹き込む工程を含む。

粉末排出工程が、例えば、複数の連通路を介して複数の第３流路部に気体を吹き込む工程を含むことにより、粉末排出工程を好適に行うことができる。

本発明の実施形態によると、付加製造技術により形成される金型において熱媒体流路による温度制御を好適に行うことができる。

本発明の実施形態による金型１を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施形態による金型１を模式的に示す斜視図であり、金型１の内部の熱媒体流路１０を点線で示している。 熱媒体流路１０を模式的に示す斜視図である。 熱媒体流路１０を模式的に示す斜視図である。 熱媒体流路１０の一部を拡大して示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、連通路２０を金型１の外部に対して開閉するための具体的な構成の例を示す図である。 比較例の金型１０１を示す斜視図である。 第３流路部１３の好ましい構成を説明するための図である。 金型１の他の構成の例を示す図である。 金型１の他の構成の例を示す図である。 金型１の他の構成の例を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、連通路２０を金型１の外部に対して開閉するための具体的な構成の他の例を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

図１を参照しながら、本実施形態における金型１を説明する。図１は、金型１を模式的に示す斜視図である。

金型１は、シリンダブロックを形成するための金型の一部を構成する入子金型である。つまり、金型１は、シリンダブロックの一部を形成するための金型である。シリンダブロックを形成するための金型全体の形状は、公知の種々の形状であり得るので、ここではその説明を省略する。ここでは、シリンダ数が２の場合を例示しているが、シリンダ数は２に限定されるものではない。

また、図１には、互いに直交する３つの方向（Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向）を示している。Ｚ方向は、シリンダ軸（図１中に鎖線で示している）に平行な方向である。Ｘ方向は、２つのシリンダ軸を含む平面に平行で、且つ、Ｚ方向に直交する方向である。Ｙ方向は、２つのシリンダ軸を含む平面に直交し、且つ、Ｚ方向に直交する方向である。以下の説明では、Ｚ方向を「垂直方向」と呼び、Ｚ方向に直交する方向（例えばＸ方向やＹ方向）を「水平方向」と呼ぶこともあるが、これらは便宜的な呼称であり、金型１が実際に使用される際の金型１の向きなどを限定するものではない。

金型１は、後に詳述するように、付加製造技術により形成される。

金型１は、図１に示すように、他の部分の少なくとも一部より厚さが小さい薄肉部２と、薄肉部２よりも厚さが大きい厚肉部３とを含んでいる。

薄肉部２は、シリンダブロックのウォータージャケットに対応する部分である。薄肉部２は、複数（ここでは２つ）の円筒を連ねた形状を有する。薄肉部２は、厚肉部３からＺ方向に沿って上方に延びている。

厚肉部３は、薄肉部２の下方に位置し、薄肉部２を支持している。厚肉部３の上面３ａは、シリンダブロックのガスケット面を規定する。

金型１は、その内部に設けられた熱媒体流路（図１では不図示）を有する。熱媒体流路には、熱媒体が流れ、それによって金型１の冷却および／または加温が行われる。冷却用の熱媒体は、例えば水である。加温用の熱媒体は、例えば油である。

ここで、図２から図５を参照しながら、金型１のより具体的な構成を説明する。図２は、図１と同様に金型１を示す斜視図であり、金型１の内部の熱媒体流路１０を点線で併せて示している。図３および図４は、それぞれ熱媒体流路１０を示す斜視図である。図３は、図２と同じ方向から見た図であり、図４は、図３とは異なる方向から見た図である。図５は、熱媒体流路１０の一部を拡大して示す図である。

図２、図３および図４に示すように、金型１は、熱媒体流路１０と、媒体導入口４と、媒体排出口５とを有する。媒体導入口４は、熱媒体の入り口、つまり、熱媒体が金型１の内部に導入される部分である。媒体排出口５は、熱媒体の出口、つまり、熱媒体が金型１の外部に排出される部分である。媒体導入口４および媒体排出口５は、それぞれ厚肉部３に設けられている。

熱媒体流路１０は、第１流路部１１と、第２流路部１２と、複数の第３流路部１３とを含む。つまり、本実施形態における熱媒体流路１０は、３種類の流路部１１、１２および１３によって構成されている。

第１流路部１１は、媒体導入口４から連続するように形成されている。つまり、第１流路部１１は、媒体導入口４に接続されている。第２流路部１２は、媒体排出口５に連続するように形成されている。つまり、第２流路部１２は、媒体排出口５に接続されている。第１流路部１１および第２流路部１２は、厚肉部３内に位置している。図示している例では、第２流路部１２は、第１流路部１１よりも大径である。

複数の第３流路部１３は、それぞれ第１流路部１１および第２流路部１２よりも小径である。図５に示すように、各第３流路部１３の一端１３ａは、第１流路部１１に接続されている。一方、各第３流路部１３の他端１３ｂは、第２流路部１２に接続されている。

図示している例では、複数の第３流路部１３のそれぞれは、略Ｕ字状である。より具体的には、第３流路部１３は、第１流路部１１からＺ方向（垂直方向）に延びる第１部分ｐ１と、第２流路部１２からＺ方向（垂直方向）に延びる第２部分ｐ２と、第１部分ｐ１の先端から第２部分ｐ２の先端までＺ方向に直交する方向（水平方向）に延びる第３部分ｐ３とを含む。

複数の第３流路部１３のそれぞれは、薄肉部１１内に位置する部分を含む。図示している例では、各第３流路部１３の大部分が薄肉部１１内に位置している。また、複数の第３流路部１３は、薄肉部２内で並列的に配置されている。

第２流路部１２は、複数の中実部１２ａを有する。ここで、中実部１２ａとは、金型１を構成する材料（金属材料）が存在している領域である。複数の第３流路部１３のそれぞれは、第２流路部１２の複数の中実部１２ａのいずれかを貫通している。より具体的には、各第３流路部１３の第１部分ｐ１が、対応する中実部１２ａを貫通している。

第１流路部１１、第２流路部１２および第３流路部は、ある方向（ここではＺ方向）から見たときに互いに重なり合っている。第１流路部１１、第２流路部１２および第３流路部１３は、下側から上側に向かってこの順に配置されている。ただし、より厳密に言うと、第３流路部１３は、その大部分が第２流路部１２の上方に位置しているものの、第２流路部１２の下方に位置している部分も含んでいる。

本実施形態における金型１は、上述した構成を有する熱媒体流路１０に加え、熱媒体流路１０と金型１の外部とを連通する複数の連通路２０を有する。複数の連通路２０は、金型１の外部に対して開閉自在である。

複数の連通路２０のそれぞれは、複数の第３流路部１３のそれぞれに対応して設けられている。具体的には、図５に示すように、各連通路２０の一端２０ａは、対応する第３流路部１３の一端１３ａに第１流路部１１を介して対向している。各連通路２０は、Ｚ方向に沿って延びている。

図６（ａ）および（ｂ）に、連通路２０を金型１の外部に対して開閉するための具体的な構成の例を示す。例えば、図６（ａ）に示すように、各連通路２０の端部にボルト２１をねじ込むことによって、連通路２０が外部に対して閉じた状態（閉状態）を実現できる。一方、図６（ｂ）に示すように、各連通路２０の端部からボルト２１を取り外すことによって、連通路２０が外部に対して開いた状態（開状態）を実現できる。この構成を採用する場合、各連通路２０の内周面にはねじ溝が形成されている。

なお、連通路２０を金型１の外部に対して開閉するための構成は、図６（ａ）および（ｂ）に例示したものに限定されない。例えば、図１２（ａ）および（ｂ）に示すような、Ｏリング２３を用いる構成であってもよい。図１２（ａ）および（ｂ）に示す構成では、連通路２０の他端２０ｂが他の部分よりも大径である大径部である。図１２（ａ）に示すように、大径部２０ｂ内にＯリング２３を配置し、大径部２０ｂの上面２０ｂｔと、大径部２０ｂに対向する面２４ａ（ここでは板状の蓋部材２４の上面）とでＯリング２３を挟み込むことによって、連通路２０が外部に対して閉じた状態（閉状態）を実現できる。一方、図１２（ｂ）に示すように、連通路２０の大径部２０ｂからＯリング２３を取り出すことによって、連通路２０が外部に対して開いた状態（開状態）を実現できる。

既に説明したように、本実施形態では、熱媒体流路１０は、媒体導入口４および媒体排出口５にそれぞれ接続された比較的大径の（第３流路部１３よりも径が大きい）第１流路部１１および第２流路部１２と、一端１３ａおよび他端１３ｂがそれぞれ第１流路部１１および第２流路部１２に接続された比較的小径の（第１流路部１１および第２流路部１２よりも径が小さい）複数の第３流路部１３とを含んで構成されている。ここで、熱媒体流路１０を、人間（動物）の血管の構造に見立てると、第１流路部１１が動脈、第２流路部１２が静脈、第３流路部１３が毛細血管に相当しているといえる。以下では、３種類の流路部１１、１２および１３を含む熱媒体流路１０の構造を、血管の構造になぞらえて「血管状構造」と呼ぶことがある。

血管状構造では、比較的小径の第３流路部１３が複数設けられる（つまり複数の狭小流路が並列配置される）ので、１本の流路を長く引き回す場合とは異なり、圧力損失によって熱媒体が流れにくくなることを防止でき、また、熱媒体の温度が上がりすぎたり下がりすぎたりすることを防止できる。また、流路抵抗の低減を図ったり、流路表面積の拡大により熱交換効率の向上を図ったり、より均一な温度分布を実現したりすることができる。また、単に狭小流路を多数設けると、熱媒体の入口および出口もそれに対応して多数設ける必要があるが、本実施形態のように、比較的大径の第１流路部１１および第２流路部１２に複数の第３流路部１３を接続することにより、熱媒体の入口および出口を少なくする（ここで例示しているように媒体導入口４および媒体排出口５をそれぞれ１つだけ設ける）ことができる。

このように、熱媒体流路１０に「血管状構造」を採用することにより、熱媒体流路１０による温度制御を好適に行うことができる。ただし、本願発明者の検討によれば、上述したような血管状構造を単に採用しただけでは、以下に説明するような新たな問題が生じることがわかった。また、本願発明者は、本実施形態のように、複数の連通路２０を設けることにより、その問題を解決し得ることを見出した。

既に説明したように、金型１は、付加製造技術により形成される。例えばレーザ焼結法を用いる場合、金属粉末を所定の厚さで層状に堆積する堆積工程と、堆積された金属粉末にレーザを照射して焼結させるレーザ照射工程とを交互に繰り返し行うことによって、熱媒体流路１０を内部に含む金型１が形成される。

図７に、比較例の金型１０１を示す。図７に示す比較例の金型１０１は、複数の連通路２０を有していない点において、本実施形態の金型１と異なっている。図７に示す金型１０１のように、単に血管状構造を採用した場合、狭小流路である第３流路部１３内に存在する未焼結の金属粉末を十分に排出することが難しい。

これに対し、本実施形態の金型１は、熱媒体流路１０と金型１の外部とを連通する複数の連通路２０を有しているので、開状態の連通路２０を利用して未焼結の金属粉末を金型１の外部に排出することができる。例えば、各連通路２０を介して対応する第３流路部１３に気体を吹き込むことにより、第３流路部１３内の金属粉末を容易に排出することができる。また、連通路２０を利用して、各第３流路部１３が閉塞していないことの確認（未閉塞確認）を行うこともできる。さらに、金型１のメンテナンス時に、連通路２０を利用して（例えば連通路２０を介して対応する第３流路部１３に気体を吹き込むことにより）、異物を除去することも可能となる。なお、金型１の使用時には、複数の連通路２０を閉状態としておけば、熱媒体流路部１０による温度調節を問題なく行うことができるのはいうまでもない。

また、本実施形態では、各第３流路部１３が第２流路部１２の中実部１２ａを貫通しており、そのことによって、第１流路部１１、第２流路部１２および複数の第３流路部１３が互いに重なり合っている構成を実現することができる。第１流路部１１、第２流路部１２および複数の第３流路部１３が互いに重なり合う（いわば直列配置される）ことにより、熱媒体流路１０全体のスペースを小さくすることができ、薄肉部１１およびその近傍に熱媒体流路１０を配置することが容易となる。

なお、本実施形態では、第２流路部１２が第１流路部１１よりも大径である構成を例示したが、第２流路部１２が第１流路部１１と同径であってもよいし、第１流路部１１よりも小径であってもよい。ただし、熱媒体の外部への排出を好適に行う観点からは、第２流路部１２が第１流路部１１よりも大径であることが好ましい。熱媒体流路１０内を流れる熱媒体が受熱によって膨張（体積が増加）すると、壁面による圧力損出が増大する。第２流路部１２を第１流路部１１よりも大径にすることにより、そのような圧力損失の増大を抑制することができる。

第１流路部１１および第２流路部１２は、第３流路部１３よりも大径であればよく、その太さに特に制限はない。

第３流路部１３は、第１流路部１１および第２流路部１２よりも小径であればよく、その太さに特に制限はない。

なお、図示している例では、第１流路部１１、第２流路部１２および第３流路部１３が略円形の断面形状を有しているが、第１流路部１１、第２流路部１２および第３流路部１３の断面形状は、略円形に限定されるものではなく、略楕円形や略矩形等であってもよい。

また、図示している例では、金型１全体で２４個の（シリンダ１つ当たり１２個の）第３流路部１３が設けられているが、複数の第３流路部１３の個数に制限はない。ただし、血管状構造の採用による効果を十分に得る観点からは、第３流路部１３は、ある程度以上多く設けられていることが好ましい。

ここで、図８を参照しながら、第３流路部１３の他の好ましい構成を説明する。

第３流路部１３の３つの部分ｐ１、ｐ２およびｐ３のうち、第３部分ｐ３は、薄肉部２のもっとも先端側に位置しているので、薄肉部２の冷却にもっとも寄与する部分であり、また、もっとも熱を受けやすい部分である。

冷却能力を高くする観点からは、薄肉部２の先端（表面）から第３流路部１３の第３部分ｐ３までの距離ｄ１は、小さいことが好ましいといえる。

第３部分ｐ３の長さＬは、冷却能力を高くする観点からは、ある程度以上大きいことが好ましい。また、熱媒体の温度の過度の上昇または低下（具体的には冷却用媒体の温度の過度の上昇や加温用媒体の温度の過度の低下）を抑制する観点からは、第３部分ｐ３の長さＬは、第１部分ｐ１の長さおよび第２部分ｐ２の長さのそれぞれよりも小さいことが好ましい。

互いに隣接する第３流路部１３間の距離ｄ２に特に制限はない。

［金型の他の構成］
図９、図１０および図１１を参照しながら、本実施形態の金型１の他の構成を説明する。

図９に示す例では、熱媒体流路１０と金型１の外部とを連通する複数のさらなる連通路２２が設けられている。複数のさらなる連通路２２は、複数の連通路２０と同様、金型１の外部に対して開閉自在である。

複数のさらなる連通路２２のそれぞれは、複数の第３流路部１３のそれぞれに対応して設けられている。ここで、連通路２０を「第１連通路」と呼び、さらなる連通路２２を「第２連通路」と呼ぶこととする。

既に説明したように、各第１連通路２０の一端２０ａは、対応する第３流路部１３の一端１３ａに第１流路部１１を介して対向している。一方、各第２連通路２２の一端２２ａは、対応する第３流路部１３の他端１３ｂに第２流路部１２を介して対向している。図示している例では、第１流路部１１が複数の中実部１１ａを有しており、各第２連通路２２は、第１流路部１１の複数の中実部１１ａのいずれかを貫通している。

このように、図９に示す例では、第３流路部１３の一端１３ａに対応した第１連通路２０が設けられているとともに、第３流路部１３の他端１３ｂに対応した第２連通路２２が設けられている。そのため、第３流路部１３内の未焼結の金属粉末を金型１の外部に排出する際に、第１連通路２０だけでなく第２連通路２２も利用することができる。なお、第２連通路２２を開閉するための構成は、第１連通路２０を開閉するための構成と同様であってよい。

図１０に示す例では、第１流路部１１が第２流路部１２よりも上方に配置されている。つまり、下側から上側に向かって、第２流路部１２、第１流路部１１および第３流路部１３がこの順に配置されている。各連通路２０の一端２０ａは、対応する第３流路部１３の他端１３ｂに第２流路部１２を介して対向している。また、第１流路部１１が複数の中実部１１ａを有しており、各第３流路部１３は、第１流路部１１の複数の中実部１１ａのいずれかを貫通している。

図１０に示した例においても、図５に示した例と同様に、各連通路２０を利用して未焼成の金属粉末を排出できるという効果を得ることができる。なお、図５に示した例のように、第２流路部１２が第１流路部１１よりも上方に配置されている構成は、第１流路部１１、第２流路部１２および複数の第３流路部１３が互いに重なり合う配置（直列配置）に好適に用いられる。直列配置の場合、第３流路部１３を貫通させるために第２流路部１２に中実部１２ａが設けられるので、中実部１２ａによって第２流路部１２の断面積が減少するが、例示したように第２流路部１２が第１流路部１１よりも大径である場合、その影響が少ないからである。一方、図１０に示した例のように、第１流路部１１が第２流路部１２よりも上方に配置されている構成を採用する場合、第３流路部１３を貫通させるために第１流路部１１に中実部１１ａが設けられるので、そのことによる断面積の変動を考慮した形状設計を行うことが好ましい。

図１１に示す例は、熱媒体流路１０と金型１の外部とを連通する複数のさらなる連通路２２が設けられている点において、図１０に示した例と異なっている。複数のさらなる連通路２２は、複数の連通路２０と同様、金型１の外部に対して開閉自在である。

複数のさらなる連通路２２のそれぞれは、複数の第３流路部１３のそれぞれに対応して設けられている。ここで、連通路２０を「第１連通路」と呼び、さらなる連通路２２を「第２連通路」と呼ぶこととする。

既に説明したように、各第１連通路２０の一端２０ａは、対応する第３流路部１３の他端１３ｂに第２流路部１２を介して対向している。一方、各第２連通路２２の一端２２ａは、対応する第３流路部１３の一端１３ａに第１流路部１１を介して対向している。図示している例では、第２流路部１２が複数の中実部１２ａを有しており、各第２連通路２２は、第２流路部１２の複数の中実部１２ａのいずれかを貫通している。

このように、図１１に示す例では、第１連通路２０だけでなく第２連通路２２が設けられているので、第３流路部１３内の未焼結の金属粉末を金型１の外部に排出する際に、第１連通路２０だけでなく第２連通路２２も利用することができる。

［金型の製造方法］
本実施形態における金型１の製造方法を説明する。

金型１は、付加製造技術を用いて形成される。付加製造技術としては、３Ｄプリンタを用いた種々の手法を用いることができ、例えば、レーザ焼結法を好適に用いることができる。

本実施形態における製造方法は、具体的には、金属粉末を所定の厚さで層状に堆積する堆積工程と、堆積工程の後、堆積された金属粉末にレーザを照射して焼結させるレーザ照射工程とを包含する。堆積工程とレーザ照射工程とを交互に繰り返し行うことによって、熱媒体流路１０および複数の連通路２０を内部に含む金型１を形成することができる。

金属粉末としては、種々の金属粉末を用いることができ、例えばマルエージング鋼やＳＫＤ６１相当鋼を好適に用いることができる。１回の堆積工程において堆積される金属粉末の厚さは、例えば３０μｍ〜５０μｍである。

レーザ照射工程において、熱媒体流路１０および複数の連通路２０となる領域には、レーザの照射が行われない。そのため、熱媒体流路１０および複数の連通路２０となる領域には、未焼結の金属粉末が存在している。

本実施形態における製造方法は、さらに、粉末排出工程を包含する。粉末排出工程は、堆積工程とレーザ照射工程とを交互に繰り返し行った後に行われる。粉末排出工程では、複数の連通路２０を利用して未焼結の金属粉末を金型１の外部に排出する。粉末排出工程は、例えば、複数の連通路２０を介して複数の第３流路部１３に気体を吹き込む工程を含む。この工程は、例えば、各連通路２０にエアパージ用のツール（エアダスターガン等）を挿入して行うことができる。

なお、ここではレーザ焼結法を用いる場合を例示したが、レーザ溶融法を用いることもできる。レーザ溶融法を用いる場合、レーザ照射工程では、金属粉末は、レーザの照射により溶融する。また、粉末排出工程では、複数の連通路２０を利用して未溶融の金属粉末が金型１の外部に排出される。

［他の金型への適用］
上記の説明では、シリンダブロックの少なくとも一部を形成するための金型（薄肉部２がシリンダブロックのウォータージャケットに対応する部分である金型）１を例示したが、本発明の実施形態は、このような金型に限定されるものではない。本発明の実施形態は、薄肉部を有する金型に広く用いることができ、例えば、水冷式モーターのウォータージャケットを形成するための金型にも好適に用いることができる。また、本発明の実施形態は、薄肉部の厚さが約１０ｍｍ以下の場合に特に好適に用いることができる。

なお、これまでの説明では、金型１が、熱媒体流路１０、媒体導入口４および媒体排出口５のセットを１つだけ含む構成を例示したが、金型１の大きさや用途等によっては、金型１がこれらのセットを複数含んでいてもよい。

上述したように、本発明の実施形態による金型１は、付加製造技術により形成された金型１であって、金型内部に設けられ、熱媒体が流れる熱媒体流路１０と、前記熱媒体が金型内部に導入される媒体導入口４と、前記熱媒体が金型外部に排出される媒体排出口５と、を有し、前記熱媒体流路１０は、前記媒体導入口４から連続するように形成された第１流路部１１と、前記媒体排出口５に連続するように形成された第２流路部１２と、それぞれが前記第１流路部１１および前記第２流路部１２よりも小径である複数の第３流路部１３であって、それぞれの一端１３ａが前記第１流路部１１に接続されるとともにそれぞれの他端１３ｂが前記第２流路部１２に接続された複数の第３流路部１３と、を含み、前記金型１は、前記熱媒体流路１０と金型外部とを連通する複数の連通路２０であって、金型外部に対して開閉自在な複数の連通路２０をさらに有し、前記複数の連通路２０のそれぞれは、前記複数の第３流路部１３のそれぞれに対応して設けられており、前記複数の連通路２０のそれぞれの一端２０ａは、対応する第３流路部１３の前記一端１３ａに前記第１流路部１１を介して対向しているか、または、対応する第３流路部１３の前記他端１３ｂに前記第２流路部１２を介して対向している。

本発明の実施形態による金型１では、熱媒体流路１０は、媒体導入口４から連続するように形成された第１流路部１１と、媒体排出口５に連続するように形成された第２流路部１２と、それぞれの一端１３ａおよび他端１３ｂがそれぞれ第１流路部１１および第２流路部１２に接続された比較的小径（第１流路部１１および第２流路部１２よりも径が小さい）の複数の第３流路部１３とを含んでいる。比較的小径の第３流路部１３が複数設けられる（つまり複数の狭小流路が並列配置される）ことにより、１本の流路を長く引き回す場合とは異なり、圧力損失によって熱媒体が流れにくくなることを防止でき、また、熱媒体の温度が上がりすぎたり下がりすぎたりすることを防止できる。また、流路抵抗の低減を図ったり、流路表面積の拡大により熱交換効率の向上を図ったり、より均一な温度分布を実現したりすることができる。また、単に狭小流路を多数設けると、熱媒体の入口および出口もそれに対応して多数設ける必要があるが、本発明の実施形態のように、比較的大径の（第３流路部１３よりも径が大きい）第１流路部１１および第２流路部１２に複数の第３流路部１３を接続することにより、熱媒体の入口および出口を少なくする（例えば媒体導入口４および媒体排出口５をそれぞれ１つだけ設ける）ことができる。このように、本発明の実施形態によれば、熱媒体流路１０による温度制御を好適に行うことができる。また、本発明の実施形態による金型１は、熱媒体流路１０と金型外部とを連通する複数の連通路２０を有しているので、開状態の連通路２０を利用して未焼結（または未溶融）の金属粉末を金型１の外部に排出することができる。例えば、各連通路２０を介して対応する第３流路部１３に気体を吹き込むことにより、第３流路部１３内の金属粉末を容易に排出することができる。また、連通路２０を利用して、各第３流路部１３が閉塞していないことの確認（未閉塞確認）を行うこともできる。さらに、金型１のメンテナンス時に、連通路２０を利用して（例えば連通路２０を介して対応する第３流路部１３に気体を吹き込むことにより）、異物を除去することも可能となる。

ある実施形態において、前記複数の第３流路部１３のそれぞれは、略Ｕ字状である。

複数の第３流路部１３のそれぞれは、好ましくは、略Ｕ字状である。略Ｕ字状の第３流路部１３は、第１流路部１１および第２流路部１２からそれぞれある方向に延びる第１部分ｐ１および第２部分ｐ２と、第１部分ｐ１の先端から第２部分ｐ２の先端までその方向に略直交する方向に延びる第３部分ｐ３とを含む。第３部分ｐ３の長さＬは、第１部分ｐ１の長さおよび第２部分ｐ２の長さのそれぞれよりも小さいことが好ましい。

ある実施形態において、前記第２流路部１２は、前記第１流路部１１よりも大径である。

熱媒体の外部への排出を好適に行う観点からは、第２流路部１２が第１流路部１１よりも大径であることが好ましい。

ある実施形態において、前記第１流路部１１または前記第２流路部１２は、複数の中実部１１ａ、１２ａを有し、前記複数の第３流路部１３のそれぞれは、前記複数の中実部１１ａ、１２ａのいずれかを貫通している。

第１流路部１１または第２流路部１２が複数の中実部１１ａ、１２ａを有しており、複数の第３流路部１３のそれぞれが第１流路部１１または第２流路部１２の中実部１１ａ、１２ａを貫通していると、第１流路部１１、第２流路部１２および複数の第３流路部１３が互いに重なり合っている構成を実現することができる。

ある実施形態において、前記第１流路部１１、前記第２流路部１２および前記複数の第３流路部１３は、ある方向から見たときに互いに重なり合っている。

第１流路部１１、第２流路部１２および複数の第３流路部１３が互いに重なり合う（いわば直列配置される）ことにより、熱媒体流路１０全体のスペースを小さくすることができ、比較的狭い領域（例えば薄肉部２およびその近傍）に熱媒体流路１０を配置することが容易となる。

ある実施形態において、前記複数の連通路２０のそれぞれの一端２０ａは、対応する第３流路部１３の前記一端１３ａに前記第１流路部１１を介して対向しており、前記第２流路部１２が前記複数の中実部１２ａを有しており、前記複数の第３流路部１３のそれぞれは、前記第２流路部１２の前記複数の中実部１２ａのいずれかを貫通している。

ある実施形態において、前記複数の連通路２０のそれぞれの一端２０ａは、対応する第３流路部１３の前記他端１３ｂに前記第２流路部１２を介して対向しており、前記第１流路部１１が前記複数の中実部１１ａを有しており、前記複数の第３流路部１３のそれぞれは、前記第１流路部１１の前記複数の中実部１１ａのいずれかを貫通している。

ある実施形態において、本発明による金型１は、前記熱媒体流路１０と金型外部とを連通する複数のさらなる連通路２２であって、金型外部に対して開閉自在な複数のさらなる連通路２２を有し、前記複数のさらなる連通路２２のそれぞれは、前記複数の第３流路部１３のそれぞれに対応して設けられており、前記複数の連通路２０を複数の第１連通路と呼び、前記複数のさらなる連通路２２を第２連通路と呼ぶとすると、（Ａ）前記複数の第１連通路２０のそれぞれの一端２０ａが、対応する第３流路部１３の前記一端１３ａに前記第１流路部１１を介して対向しており、且つ、前記複数の第２連通路２２のそれぞれの一端２２ａが、対応する第３流路部１３の前記他端１３ｂに前記第２流路部１２を介して対向している、または、（Ｂ）前記複数の第１連通路２０のそれぞれの一端２０ａが、対応する第３流路部１３の前記他端１３ｂに前記第２流路部１２を介して対向しており、且つ、前記複数の第２連通路２２のそれぞれの一端２２ａが、対応する第３流路部１３の前記一端１３ａに前記第１流路部１１を介して対向している。

金型１が、複数の連通路（第１連通路）２０に加え、複数のさらなる連通路（第２連通路）２２を有していることにより、第３流路部１３内の未焼結（または未溶融）の金属粉末を金型１の外部に排出する際に、第１連通路２０だけでなく第２連通路２２も利用することができる。

ある実施形態において、本発明の金型１は、他の部分の少なくとも一部より厚さが小さい薄肉部２を含み、前記複数の第３流路部１３のそれぞれは、前記薄肉部２内に位置する部分を含む。

本発明の実施形態は、薄肉部２を含む金型１に好適に用いられる。薄肉部２を含む金型１では、複数の第３流路部１３のそれぞれは、薄肉部２内に位置する部分を含むように配置される。

ある実施形態において、本発明の金型１は、シリンダブロックの少なくとも一部を形成するための金型であって、前記薄肉部２は、前記シリンダブロックのウォータージャケットに対応する部分である。

本発明の実施形態は、シリンダブロックの少なくとも一部を形成するための金型１に好適に用いられる。そのような金型１において、薄肉部２は、シリンダブロックのウォータージャケットに対応する部分であってよい。

本発明の実施形態による金型１の製造方法は、上述したいずれかの構成を有する金型１の製造方法であって、金属粉末を所定の厚さで層状に堆積する堆積工程と、前記堆積工程の後、堆積された前記金属粉末にレーザを照射して焼結または溶融させるレーザ照射工程と、を包含し、前記堆積工程と前記レーザ照射工程とを交互に繰り返し行うことによって、前記熱媒体流路１０および前記複数の連通路２０を内部に含む前記金型１が形成される。

本発明の実施形態による金型１の製造方法は、堆積工程とレーザ照射工程とを交互に繰り返し行うことによって、熱媒体流路１０および複数の連通路２０を内部に含む金型１を好適に形成することができる。

ある実施形態において、本発明の金型１の製造方法は、前記堆積工程と前記レーザ照射工程とを交互に繰り返し行った後に、前記複数の連通路２０を利用して未焼結または未溶融の金属粉末を金型外部に排出する粉末排出工程をさらに包含する。

本発明の実施形態による金型１の製造方法において、堆積工程とレーザ照射工程とを交互に繰り返し行った後に、複数の連通路２０を利用して未焼結または未溶融の金属粉末を金型外部に排出する粉末排出工程を行うことが好ましい。

ある実施形態において、前記粉末排出工程は、前記複数の連通路２０を介して前記複数の第３流路部１３に気体を吹き込む工程を含む。

粉末排出工程が、例えば、複数の連通路２０を介して複数の第３流路部１３に気体を吹き込む工程を含むことにより、粉末排出工程を好適に行うことができる。

本発明の実施形態によると、付加製造技術により形成される金型において熱媒体流路による温度制御を好適に行うことができる。本発明の実施形態は、例えば薄肉部を有する金型に好適に用いることができる。

１：金型、２：薄肉部、３：厚肉部、４：媒体導入口、５：媒体排出口、１０：熱媒体流路、１１：第１流路部、１１ａ：第１流路部の中実部、１２：第２流路部、１２ａ：第２流路部の中実部、１３：第３流路部、１３ａ：第３流路部の一端、１３ｂ：第３流路部の他端、２０：連通路（第１連通路）、２０ａ：連通路の一端、２１：ボルト、２２：さらなる連通路（第２連通路）、２２ａ：さらなる連通路の一端、２３：Ｏリング、ｐ１：第３流路部の第１部分、ｐ２：第３流路部の第２部分、ｐ３：第３流路部の第３部分

Claims (13)

1. 付加製造技術により形成された金型であって、
   金型内部に設けられ、熱媒体が流れる熱媒体流路と、
   前記熱媒体が金型内部に導入される媒体導入口と、
   前記熱媒体が金型外部に排出される媒体排出口と、
   を有し、
   前記熱媒体流路は、
   前記媒体導入口から連続するように形成された第１流路部と、
   前記媒体排出口に連続するように形成された第２流路部と、
   それぞれが前記第１流路部および前記第２流路部よりも小径である複数の第３流路部であって、それぞれの一端が前記第１流路部に接続されるとともにそれぞれの他端が前記第２流路部に接続された複数の第３流路部と、
   を含み、
   前記金型は、
   前記熱媒体流路と金型外部とを連通する複数の連通路であって、金型外部に対して開閉自在な複数の連通路をさらに有し、
   前記複数の連通路のそれぞれは、前記複数の第３流路部のそれぞれに対応して設けられており、
   前記複数の連通路のそれぞれの一端は、対応する第３流路部の前記一端に前記第１流路部を介して対向しているか、または、対応する第３流路部の前記他端に前記第２流路部を介して対向している、金型。
2. 前記複数の第３流路部のそれぞれは、略Ｕ字状である請求項１に記載の金型。
3. 前記第２流路部は、前記第１流路部よりも大径である請求項１または２に記載の金型。
4. 前記第１流路部は、前記複数の連通路と前記第２流路部との間に位置しており、
   前記複数の連通路のそれぞれの一端は、対応する第３流路部の前記一端に前記第１流路部を介して対向しており、
   前記第２流路部は、前記金型を構成する材料が存在している領域である複数の中実部を有しており、
   前記複数の第３流路部のそれぞれは、前記第２流路部の前記複数の中実部のいずれかを貫通している請求項１から３のいずれかに記載の金型。
5. 前記第２流路部は、前記複数の連通路と前記第１流路部との間に位置しており、
   前記複数の連通路のそれぞれの一端は、対応する第３流路部の前記他端に前記第２流路部を介して対向しており、
   前記第１流路部は、前記金型を構成する材料が存在している領域である複数の中実部を有しており、
   前記複数の第３流路部のそれぞれは、前記第１流路部の前記複数の中実部のいずれかを貫通している請求項１から３のいずれかに記載の金型。
6. 前記第１流路部、前記第２流路部および前記複数の第３流路部は、前記複数の連通路が延びる方向から見たときに互いに重なり合っている請求項４または５に記載の金型。
7. 前記熱媒体流路と金型外部とを連通する複数のさらなる連通路であって、金型外部に対して開閉自在な複数のさらなる連通路を有し、
   前記複数のさらなる連通路のそれぞれは、前記複数の第３流路部のそれぞれに対応して設けられており、
   前記複数のさらなる連通路のそれぞれの一端が、対応する第３流路部の前記他端に前記第２流路部を介して対向しており、
   前記第１流路部は、前記金型を構成する材料が存在している領域である複数の中実部を有しており、
   前記複数のさらなる連通路のそれぞれは、前記第１流路部の前記複数の中実部のいずれかを貫通している、請求項４に記載の金型。
8. 前記熱媒体流路と金型外部とを連通する複数のさらなる連通路であって、金型外部に対して開閉自在な複数のさらなる連通路を有し、
   前記複数のさらなる連通路のそれぞれは、前記複数の第３流路部のそれぞれに対応して設けられており、
   前記複数のさらなる連通路のそれぞれの一端が、対応する第３流路部の前記一端に前記第１流路部を介して対向しており、
   前記第２流路部は、前記金型を構成する材料が存在している領域である複数の中実部を有しており、
   前記複数のさらなる連通路のそれぞれは、前記第２流路部の前記複数の中実部のいずれかを貫通している、請求項５に記載の金型。
9. 他の部分の少なくとも一部より厚さが小さい薄肉部であって、１０ｍｍ以下の厚さを有する薄肉部を含み、
   前記複数の第３流路部のそれぞれは、前記薄肉部内に位置する部分を含む請求項１から８のいずれかに記載の金型。
10. シリンダブロックの少なくとも一部を形成するための金型であって、
    前記薄肉部は、前記シリンダブロックのウォータージャケットに対応する部分である請求項９に記載の金型。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の金型の製造方法であって、
    金属粉末を所定の厚さで層状に堆積する堆積工程と、
    前記堆積工程の後、堆積された前記金属粉末にレーザを照射して焼結または溶融させるレーザ照射工程と、を包含し、
    前記堆積工程と前記レーザ照射工程とを交互に繰り返し行うことによって、前記熱媒体流路および前記複数の連通路を内部に含む前記金型が形成される、金型の製造方法。
12. 前記堆積工程と前記レーザ照射工程とを交互に繰り返し行った後に、前記複数の連通路を利用して未焼結または未溶融の金属粉末を金型外部に排出する粉末排出工程をさらに包含する請求項１１に記載の製造方法。
13. 前記粉末排出工程は、前記複数の連通路を介して前記複数の第３流路部に気体を吹き込む工程を含む請求項１２に記載の製造方法。

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