JP6975572B2 - 鋳型及び鋳造部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋳造部品を成形する鋳型、及び鋳造部品の製造方法に関する。

特許文献１には、流体が流れる螺旋状のパイプ、及び発熱するシーズヒータが鋳造部品に鋳込まれた熱交換器が開示されている。

この種の熱交換器の製造時には、鋳型内にパイプ及びシーズヒータといった構造物が設置された後に、鋳型内に金属の溶湯が充填される。こうして充填された溶湯が凝固することで鋳造部品が形成される。鋳型内から取り出された鋳造部品には、パイプ及びシーズヒータが内蔵される。

実開昭４７−３００５３号公報

しかしながら、上記鋳造部品が例えばダイキャスト工法によって形成される場合に、鋳型内に高速で射出される溶湯が構造物に当たると、溶湯流から受ける負荷によってパイプ等の構造物が変形するおそれがある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、鋳造部品に鋳込まれる構造物の変形を防止することを目的とする。

本発明のある態様によれば、構造物が設置された内部空間に加圧された溶湯が充填されることで鋳造部品を成形する鋳型であって、前記内部空間を形成する成形壁部と、前記成形壁部に開口して溶湯を前記内部空間に流入させる充填口と、を備え、前記構造物は、螺旋状部分を有する金属管であり、前記充填口の中心線が前記構造物の前記螺旋状部分の湾曲した表面に対して直角でない接触角をもって交差することを特徴とする鋳型が提供される。

又、本発明のある態様によれば、構造物が設置された鋳型の内部空間に加圧された溶湯を充填することで鋳造部品を成形する鋳造部品の製造方法であって、前記鋳型は、前記内部空間を形成する成形壁部と、前記成形壁部に開口して溶湯を前記内部空間に流入させる充填口と、を備え、前記構造物は、螺旋状部分を有する金属管であり、前記充填口の中心線が前記構造物の前記螺旋状部分の湾曲した表面に対して直角でない接触角をもって交差し、溶湯を前記充填口を通じて前記内部空間に充填する充填工程を備えることを特徴とする鋳造部品の製造方法が提供される。

上記態様によれば、充填口から内部空間に流入する溶湯流は、構造物の表面に沿って流入し、構造物の表面に直交する方向から当たることが抑えられる。これにより、溶湯流が構造物に与える負荷が小さく抑えられるため、構造物の変形を防止することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る鋳型を示す縦断面図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う縦断面図である。 図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う横断面図である。 図４は、鋳型の変形例を示す横断面図である。 図５は、鋳型の他の変形例を示す横断面図である。

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。

図１〜４は、本実施形態に係る鋳型３０が適用される鋳造装置１００を示す断面図である。なお、説明の簡略化のため、鋳造装置１００は一部を省略して図示している。

ダイキャスト工法による鋳造装置１００は、注入室６内に注入された溶湯を加圧する加圧部（ピストン）７と、加圧部７によって注入室６から流出する溶湯が充填される内部空間９０を形成する鋳型３０と、を備える。溶湯は、例えばアルミニウム合金等の金属が溶融したものである。後述するように、鋳型３０では、内部空間９０に充填された溶湯が凝固することによって鋳造部品７０が成形される。

鋳型３０は、固定型２５と、成形後に取り外される可動型２１、横スライド２２、２３及び中子２４と、を備える。鋳型３０では、固定型２５に対して可動型２１、横スライド２２、２３及び中子２４が白抜き矢印で示す方向に移動して所定位置に保持されることによって、内部空間９０が形成される。

鋳型３０の内部空間９０には、鋳造部品７０に鋳込まれる構造物としてヒータ１０が設置される。

ヒータ１０は、通電によって発熱する発熱部（図示省略）と、発熱部を収容する金属管（パイプ）１０ａと、を備えるシーズヒータである。なお、ヒータ１０は、これに限らず、例えばＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータなどであってもよい。

ヒータ１０は、鋳型３０に支持される固定部としての端部１３、１４と、端部１３、１４から延設される螺旋状の延設部１５と、を有する。端部１３、１４の先端部には、電気配線が接続される端子１６、１７が設けられる。

延設部１５では、金属管１０ａが中心線Ｏを中心として螺旋状に巻かれる。金属管１０ａは、図１、２に示すように、中心線Ｏ方向に巻かれる。金属管１０ａは、図３に示すように、中心線Ｏ方向から見て略円環状に巻かれる。

２本の端部１３、１４は、延設部１５の両端から互いに略平行に並んで延在する。端部１３、１４は、図１に示すように、中心線Ｏと略直交するように形成される。端部１３、１４は、図２に示すように、内部空間９０の対向する２つの隅部の近傍にそれぞれ設置される。

鋳造部品７０は、延設部１５が鋳込まれる筒状の筒部７１と、端部１３、１４が鋳込まれる板状の蓋部７２と、を有する。筒部７１と蓋部７２とは、一体に形成される。筒部７１は、その外面から突出する複数のフィンを有する。なお、鋳造部品７０は、蓋部７２を有することなく、延設部１５及び端部１３、１４が鋳込まれる一つのブロック状のものであってもよい。

鋳型３０は、鋳造部品７０を成形する成形壁部３２と、ヒータ１０の端部１３、１４を支持する孔状の支持部３３、３４と、を有する。

成形壁部３２は、筒部７１を成形する壁部分３５と、蓋部７２を成形する壁部分３６と、筒部７１と蓋部７２とを接続する部位を成形する孔状の壁部分３７、３８と、を有する。

鋳型３０は、内部空間９０に開口する充填口４２〜４４と、充填口４２〜４４を介して注入室６と内部空間９０とを連通する湯道４０と、を有する。

内部空間９０の下部に臨む下部充填口４２は、壁部分３６の下端面に開口する。下部充填口４２から壁部分３６内の内部空間９０に充填される溶湯によって鋳造部品７０の蓋部７２が形成される。

内部空間９０の側部に臨む充填口４３、４４は、壁部分３５の側端面３５ａに開口する。充填口４３、４４から壁部分３５内の内部空間９０に充填される溶湯によって鋳造部品７０の筒部７１が形成される。

次に、鋳造装置１００によって鋳造部品７０を鋳造する工程について説明する。

まず、鋳型３０の内部空間９０にヒータ１０を設置する設置工程を行う。この設置工程において、まず、可動型２１にヒータ１０を組み付ける。このときに、ヒータ１０は、その端部１３、１４が孔状の壁部分３７、３８を通して孔状の支持部３３、３４に挿入されることで、内部空間９０の所定位置に設置される。続いて、可動型２１、横スライド２２、２３及び中子２４を固定型２５に組み付けて、内部空間９０を形成する。

続いて、内部空間９０に溶湯を充填する充填工程を行う。この充填工程において、まず、内部空間９０に活性ガス（酸素）を充填する。続いて、注入室６内に高温の溶湯を注入し、加圧部７を駆動して溶湯を加圧する。これにより、注入室６から押し出される溶湯は、図１に矢印で示すように、湯道４０を通じて充填口４２〜４４から内部空間９０に流入する。このときに、溶湯は、充填口４２〜４４から高速の噴霧となって内部空間９０に射出される。これに伴って、内部空間９０では、活性ガスが金属の溶湯と結合することで真空状態となり、溶湯が隙間なく充填される。これにより、鋳造部品７０に巣が生じることが防止される。なお、これに限らず、例えば、鋳型３０にガス抜き孔を形成して、内部空間９０に溶湯が充填されるのに伴って、内部空間９０の空気が外部に排出されるようにしてもよい。

その後、鋳型３０では、内部空間９０に充填された溶湯が凝固することによって鋳造部品７０が成形される。そして、可動型２１、横スライド２２、２３及び中子２４を鋳造部品７０から離し、固定型２５から鋳造部品７０が取り外される。

以上のようにして、鋳造部品７０が製造される。ヒータ１０を内蔵した鋳造部品７０は、ヒータユニットとしてタンク（図示省略）に組み付けられる。ヒータユニットは、ヒータ１０が発生する熱が鋳造部品７０を介してタンク内を循環する流体（媒体）に伝えられ、流体を加熱するようになっている。

次に、鋳型３０の内部空間９０に対するヒータ１０及び充填口４３、４４の配置について説明する。

鋳型３０の壁部分３５及び充填口４３、４４は、内部空間９０に射出される溶湯を所定の位置に導く堰を構成する。

充填口４３、４４は、図２に示すように、略矩形の流路断面形状を有する。充填口４３、４４は、ヒータ１０の中心線Ｏ方向の開口幅が、中心線Ｏと直交方向の開口幅より大きいスリット状に形成される。

鋳型３０は、スリット状の充填口４３、４４が中心線Ｏと平行に延在する構成に限らず、中心線Ｏ方向に複数の充填口が並んで形成される構成としてもよい。

図３において、対の充填口４３、４４の流路中心線Ｆ４３、Ｆ４４は、ヒータ１０の中心線Ｏを挟み、中心線Ｏと直交する中央線Ｐに対して対称的に傾斜する。そして、充填口４３、４４は、それぞれの流路中心線Ｆ４３、Ｆ４４がヒータ１０の中央部（中央線Ｐを含む部位）を避けてヒータ１０と交差する。換言すると、充填口４３、４４は、それぞれの流路中心線Ｆ４３、Ｆ４４がヒータ１０の湾曲した表面に接する接線Ｔに対して直角でない接触角θをもって交差する。なお、接触角θとは、充填口４３、４４の流路中心線Ｆ４３、Ｆ４４がヒータ１０の表面に接する接線Ｔと交わる位置において接線Ｔとなす角度である。つまり、充填口４３、４４は、それぞれの流路中心線Ｆ４３、Ｆ４４がヒータ１０の湾曲した表面に接する接線Ｔに対して直交しないように形成される。

対の充填口４３、４４は、図３に示すように、湯道４０のチャンバ４９から内部空間９０にかけて次第に離れる方向に延在する。充填口４３、４４は、螺旋状のヒータ１０の外周に沿って延在する。

充填口４３、４４は、ヒータ１０の周りの間隙５３、５４にそれぞれ対向するように配置される。間隙５３、５４は、ヒータ１０の外周と成形壁部３２との間に形成される空間である。

これにより、充填口４３、４４から射出される溶湯は、間隙５３、５４を通じてヒータ１０の湾曲した表面に沿って内部空間９０に流入する。

以上のように、本実施形態によれば、ヒータ１０が設置された内部空間９０に溶湯を充填する充填口４３、４４を備える鋳型３０が提供される。

上記溶湯充填時に、噴霧状の溶湯が充填口４３、４４から例えば５０ｍ／ｓ程度の速度で内部空間９０に流入する。充填口４３、４４から射出される高速の溶湯流がヒータ１０の表面に接する接線Ｔに直交する方向から当たると、ヒータ１０が受ける負荷が大きくなるため、ヒータ１０が変形するおそれがある。

この対処方法として、本実施形態によれば、ヒータ１０（構造物）は、鋳型３０は、内部空間９０を形成する成形壁部３２と、成形壁部３２に開口し、溶湯を内部空間９０に流入させる充填口４３、４４と、を備える。そして、充填口４３、４４の流路中心線Ｆ４３、Ｆ４４がヒータ１０の表面に対して直角でない接触角θをもって交差する構成とした。

このように構成することで、充填口４３、４４から射出される溶湯は、ヒータ１０の表面に直交する方向から当たることが抑えられ、ヒータ１０の表面に沿って内部空間９０に流入する。これにより、溶湯流がヒータ１０に与える負荷が小さく抑えられるため、ヒータ１０の変形を防止することができる。そして、溶湯流がヒータ１０の表面に沿って円滑に流入するため、溶湯が内部空間９０の各部に隙間なく充填される。これにより、鋳造部品７０は、内部に巣が生じることが防止され、品質の向上が図れる。

又、本実施形態によれば、対の充填口４３、４４どうしが溶湯を導く湯道４０のチャンバ４９から内部空間９０にかけて次第に離れる方向に延在する構成とした。

このように構成することで、チャンバ４９に対する充填口４３、４４の開口部の間隔が内部空間９０に対する充填口４３、４４の開口部の間隔より小さくなり、チャンバ４９の容積を小さくすることができる。これにより、溶湯がチャンバ４９内で凝固した後に廃棄される材料を減らすことができる。

なお、鋳型３０は、２本の充填口４３、４４を有する構成に限らず、１本の充填口を有する構成としてもよい。

又、本実施形態によれば、ヒータ１０は、内部空間９０に間隙５３、５４を形成する。充填口４３、４４は、間隙５３、５４にそれぞれ対向するように内部空間９０に臨む構成とした。

このように構成することで、充填口４３、４４から間隙５３、５４に対向して内部空間９０に射出される溶湯は、間隙５３、５４を通じて内部空間９０の各部に流入する。これにより、高速の溶湯流がヒータ１０に当たることが抑えられるため、ヒータ１０が溶湯流から受ける負荷によって変形することが防止される。そして、溶湯流が間隙１１を通じて円滑に流入するため、溶湯が内部空間９０の各部に隙間なく充填される。これにより、鋳造部品７０は、内部に巣が生じることが防止され、品質の向上が図れる。

又、本実施形態によれば、鋳型３０は、複数の支持部３３、３４を備える。そして、ヒータ１０は、複数の端部１３、１４の間にわたって延設部１５が延設される構成とした。

このように構成することで、ヒータ１０の延設部１５は、複数の端部１３、１４に両持ち支持されるため、溶湯流によって生じる曲げ応力が小さく抑えられる。これにより、ヒータ１０の変形を有効に防止できる。

こうして、本実施形態によれば、鋳型３０を用いてヒータ１０を鋳込んだ鋳造部品７０を製造する鋳造部品７０の製造方法を提供することができる。

又、本実施形態によれば、内部空間９０に設置される構造物として、螺旋状の金属管１０ａを鋳込んだ鋳造部品７０を製造する鋳造部品７０の製造方法を提供することができる。

これにより、ヒータユニットは、変形しやすい螺旋状の金属管１０ａの形状が保たれ、所期の性能が得られる。

次に、図４に示す鋳型３０の変形例について説明する。

鋳型３０は、中心線Ｏと直交する方向（図４において上下方向）について、充填口４３、４４に比べて小さい開口幅を有する小充填口４５を有する。

小充填口４５は、充填口４３、４４と中心線Ｏに沿って直線上に並ぶ位置に開口するスリット状に形成される。

小充填口４５の流路中心線Ｆ４５は、中央線Ｐ上に延び、ヒータ１０の表面上の接線Ｔに対して略直交する角度をもって交差する。つまり、小充填口４５は、その流路中心線Ｆ４５がヒータ１０の表面に対して略直角の接触角をもって交差する構成とした。

このように構成することで、充填工程において、小充填口４５から射出される溶湯流がヒータ１０の中央部に当たる。溶湯流は小充填口４５を通過して抵抗が付与されることで減速するため、小充填口４５から射出される溶湯流がヒータ１０の中央部に当たっても、溶湯流がヒータ１０に与える負荷が小さく抑えられる。これにより、ヒータ１０の変形を防止できる。

次に、図５に示す鋳型３０の変形例について説明する。

対の充填口４３、４４は、図５に示すように、それぞれの流路中心線Ｆ４３、Ｆ４４がヒータ１０の中心線Ｏを挟み、中心線Ｏと直交するヒータ１０の中央線Ｐに対して略平行に延在する。

充填口４３、４４は、それぞれの流路中心線Ｆ４３、Ｆ４４がヒータ１０の表面上の接線Ｔに対して直交しない角度で交差する。つまり、充填口４３、４４は、それぞれの流路中心線Ｆ４３、Ｆ４４がヒータ１０の表面に対して直角でない接触角をもって交差する構成とした。

この場合にも、充填口４３、４４から射出される溶湯は、ヒータ１０の表面に沿って内部空間９０に流入する。これにより、ヒータ１０が溶湯流から受ける負荷が小さく抑えられるため、溶湯流によってヒータ１０が変形することが防止される。

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部を示したに過ぎず、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。

本発明は、ヒータを鋳込む鋳型として好適であるが、ヒータ以外の構造物を鋳込む鋳型にも適用できる。

本発明は、溶湯を加圧して鋳型に充填するダイキャスト工法による鋳造方法として好適であるが、他の鋳造方法にも適用できる。

１０ ヒータ（構造物）
１０ａ 金属管
３０ 鋳型
３２ 成形壁部
４３、４４ 充填口
４５ 小充填口
５３、５４ 間隙
７０ 鋳造部品
９０ 内部空間
Ｆ４３、Ｆ４４ 充填口の流路中心線
Ｔ ヒータの表面に接する接線

Claims (5)

1. 構造物が設置された内部空間に加圧された溶湯が充填されることで鋳造部品を成形する鋳型であって、
   前記内部空間を形成する成形壁部と、
   前記成形壁部に開口し、溶湯を前記内部空間に流入させる充填口と、を備え、
   前記構造物は、螺旋状部分を有する金属管であり、
   前記充填口の中心線が前記構造物の前記螺旋状部分の湾曲した表面に対して直角でない接触角をもって交差することを特徴とする鋳型。
2. 請求項１に記載の鋳型であって、
   対の前記充填口どうしが溶湯を導く湯道から前記内部空間にかけて次第に離れる方向に延在することを特徴とする鋳型。
3. 請求項１又は２に記載の鋳型であって、
   前記充填口は、前記構造物が形成する間隙に対向して前記内部空間に臨むことを特徴とする鋳型。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の鋳型であって、
   前記充填口に比べて小さい開口幅を有し、中心線が前記構造物の表面に対して直角の接触角をもって交差する小充填口を備えることを特徴とする鋳型。
5. 構造物が設置された鋳型の内部空間に加圧された溶湯を充填することで鋳造部品を成形する鋳造部品の製造方法であって、
   前記鋳型は、
   前記内部空間を形成する成形壁部と、
   前記成形壁部に開口し、溶湯を前記内部空間に流入させる充填口と、を備え、
   前記構造物は、螺旋状部分を有する金属管であり、
   前記充填口の中心線が前記構造物の前記螺旋状部分の湾曲した表面に対して直角でない接触角をもって交差し、
   溶湯を前記充填口を通じて前記内部空間に充填する充填工程を備えることを特徴とする鋳造部品の製造方法。

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