JP7024467B2 - 成形金型 - Google Patents

Description

本発明は、成形金型に関する。

この種の成形金型の１つとして、アルミダイカスト製品の成形に使用される成形金型が知られている。この成形金型は、製品形状が複雑で且つ薄肉であっても短いサイクルタイムでアルミダイカスト製品を寸法精度良く成形することができる。一方で、高温のアルミ溶湯が高速・高圧でキャビティに充填されるために金型への負荷が高く、キャビティに突出した鋳抜きピンは、アルミ溶湯が凝固しながら収縮するときに径方向の荷重を受ける場合がある。このとき、鋳抜きピンに生じる応力が高いと、この鋳抜きピンを繰り返し使用するときに長寿命化の妨げになるという問題がある。

また、このような問題は、アルミダイカスト用の成形金型においてのみならず、アルミニウム以外の金属や合金をダイカストするための成形金型や、樹脂部品を成形するための成形金型などおいても同様に生じ得る。

そこで、下記の特許文献１，２には、このような問題に対処するための鋳抜きピンが開示されている。特許文献１には、心材と被覆層であるＮｉ基サーメット層とが金属結合された鋳抜きピンにおいて、Ｎｉ基サーメット層の組成及び厚さを工夫することによって、鋳抜きピンの耐久性を向上させようとしている。また、特許文献２には、鋳抜きピンの表面に窒素化合物層または窒素拡散層を形成することによって、或いは窒素拡散層の表面に硫化物層を形成することによって、鋳抜きピンの耐久性を向上させようとしている。

特開２００２－６９５６１号公報 特開２００１－１１３３４２号公報

しかしながら、上記の特許文献１，２の開示の技術はいずれも、鋳抜きピンの被覆層の組成などを変更することによって鋳抜きピン自体の耐久性を向上させるものである。このため、鋳抜きピンの長寿命化に有効である一方で、鋳抜きピンの製作に要するコストが高くなるという問題がある。
そこで、鋳抜きピンを備えた各種の成形金型の設計に際しては、本来の目的である鋳抜きピンの長寿命化を前提として、更に成形金型を低コストで提供するのに有効な技術を実現することが求められている。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、低コストで鋳抜きピンの長寿命化を図ることができる成形金型を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、
固定型（１０）と、
上記固定型との間で型締め及び型開きが可能な可動型（２０）と、
上記固定型及び上記可動型にそれぞれが設けられ、型締め時にキャビティ（２３）を形成する２つの入子（１２，２２）と、
成形品に凹部を形成するために上記２つの入子の少なくとも一方の入子に取付けられ、当該入子の挿入穴（２４，１２４）に挿入された軸部（３１）と、上記軸部から上記キャビティに突出する突出部（３２）と、を有する鋳抜きピン（３０）と、
を備え、
上記鋳抜きピンの上記軸部と上記挿入穴との間には、上記軸部の径方向への移動を許容し且つ上記軸部の挿入のための取付隙間（Ｇａ）を上回る寸法を有する変形許容隙間（Ｇｂ）が設けられている、成形金型（１，１０１）、
にある。

上記の成形金型において、鋳抜きピンの突出部は、キャビティに射出された溶融状態の成形材料が凝固しながら収縮するときにこの成形材料から径方向への荷重を受ける場合がある。ここで、鋳抜きピンの軸部と入子の挿入穴との間には、軸部の挿入のための取付隙間を上回る寸法の変形許容隙間が設けられている。このため、鋳抜きピンにおいて、突出部が成形材料から径方向への荷重を受けた場合でも、軸部は変形許容隙間の範囲内で径方向に自由に変形することができる。

この成形金型によれば、成形時に鋳抜きピンの突出部が径方向に荷重を受けて変形したときに軸部も突出部の変形方向と同方向である径方向に沿って変形することができ、鋳抜きピンに生じる応力が分散され易い。このため、鋳抜きピンに生じる応力は、変形許容隙間を設けない場合よりも低くなり、この応力を低く抑えることによって鋳抜きピンの寿命を延ばすことができる。

また、この成形金型によれば、鋳抜きピンの長寿命化を図るために、鋳抜きピンの軸部と入子の挿入穴との間に変形許容隙間を設ける構造のみで対応できる。このため、例えば鋳抜きピンの被覆層の組成などを変更して鋳抜きピン自体の耐久性を向上させる場合に比べて、成形金型に要するコストを低く抑えることができる。

以上のごとく、上記態様によれば、低コストで鋳抜きピンの長寿命化を図ることができる成形金型を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１の成形金型の部分断面図。 図１において鋳抜きピンの突出部が径方向への荷重を受けたときの様子を示す成形金型の部分断面図。 実施形態２の成形金型の部分断面図。 図３において鋳抜きピンの突出部が径方向への荷重を受けたときの様子を示す成形金型の部分断面図。

以下、ダイカスト用の成形金型の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

なお、本明細書の図面では、特に断わらない限り、鋳抜きピンの軸部の軸方向を矢印Ｘで示し、且つこの鋳抜きピンの軸部の径方向を矢印Ｙの両方で示すものとする。

（実施形態１）
図１に示されるように、実施形態１の成形金型１は、いずれも金属材料からなる固定型１０と可動型２０を備えている。可動型２０は、特に図示しないものの、ダイベースを介してダイカストマシンに接続されており、ダイカストマシンによって駆動されることで、固定型１０との間で型締め及び型開きが可能になっている。

固定型１０は、主型１１と、主型１１に着脱可能に設けられた入子１２と、を有する。可動型２０は、主型２１と、主型２１に着脱可能に設けられた入子２２と、を有する。固定型１０に設けられた入子１２と可動型２０に設けられた入子２２は、合わせ面１３で互いに当接することによって、型締め時に成形のためのキャビティ２３を形成する。このキャビティ２３は、溶融状態の成形材料（例えば、アルミ溶湯）が射出される中空部分である。

成形金型１は、鋳抜きピン３０を備えている。この鋳抜きピン３０は、鋳造による成形品に穴などの凹部を形成するためものである。この鋳抜きピン３０は、「入子ピン」とも称呼される。本実施形態では、この鋳抜きピン３０は、金属材料からなり、可動型２０の入子２２に止めネジ（図示省略）を使用して取付けられている。

鋳抜きピン３０は、軸部３１及び突出部３２を有し、軸線Ｍに沿って軸方向Ｘに延在する長軸部材である。この鋳抜きピン３０は、軸部３１の外径ｄ１が一定であるストレートピンとして構成されている。軸部３１は、断面円形の円柱形状を有する部位であり、入子２２の挿入穴２４に挿入されている。突出部３２は、軸部３１から先端に向けて外径を漸減させながらキャビティ２３に突出する部位である。従って、この突出部３２を軸部３１の一部分としてもよい。

入子２２の挿入穴２４は、入子２２に対して厚み方向に貫通形成された貫通穴であり、第１穴部２５と、第２穴部２６と、第３穴部２７と、を有する段付き穴として構成されている。

第１穴部２５は、鋳抜きピン３０の軸部３１との間に取付隙間Ｇａを形成するように構成されている。この取付隙間Ｇａは、軸部３１を挿入するための微小隙間であり、挿入穴２４に挿入された軸部３１の所望の保持精度を確保するために、数ミクロン単位の値に設定されるのが好ましい。この場合、第１穴部２５の内径ｄ２が軸部３１の外径ｄ１を僅かに上回るため、第１穴部２５に軸部３１が挿入された挿入状態では、この軸部３１の径方向Ｙの動きが規制される。

第２穴部２６は、軸方向Ｘについて第１穴部２５に隣接しており、鋳抜きピン３０の軸方向Ｘについて第１穴部２５よりもキャビティ２３側に設けられている。この第２穴部２６は、第１穴部２５の内径ｄ２を上回る内径ｄ３を有する。この第２穴部２６において、鋳抜きピン３０の軸部３１との間に、軸部３１の径方向Ｙへの移動を許容し且つ取付隙間Ｇａを上回る寸法を有する変形許容隙間Ｇｂが設けられている。即ち、挿入穴２４は、径方向Ｙについて変形許容隙間Ｇｂの寸法が取付隙間Ｇａの寸法を上回るように構成されている。

また、この第２穴部２６は、軸方向Ｘの寸法Ｌａが鋳抜きピン３０の軸部３１の外径ｄ１を上回るように構成されているのが好ましい。

第３穴部２７は、軸方向Ｘについて第２穴部２６に隣接しており、鋳抜きピン３０の軸方向Ｘについて第２穴部２６よりもキャビティ２３側に設けられ且つキャビティ２３に臨む。この第３穴部２７は、その内径ｄ４が第２穴部２６の内径ｄ３を下回り且つ第１穴部２５の内径ｄ２以上になるように構成されている。この第３穴部２７において、鋳抜きピン３０の軸部３１との間に、変形許容隙間Ｇｂを下回る寸法の隙間Ｇｃが形成される。

なお、この第３穴部２７における鋳抜きピン３０の軸部３１の保持精度を高め且つキャビティ２３から挿入穴２４に成形材料が入り込みにくくするためには、隙間Ｇｃを第１穴部２５における取付隙間Ｇａと同一寸法に設定するのが好ましい。或いは、鋳抜きピン３０の軸部３１が径方向Ｙに変形し易くなるようにするためには、隙間Ｇｃを第１穴部２５における取付隙間Ｇａよりも若干広くするのが好ましい。

また、この第３穴部２７は、軸方向Ｘの寸法Ｌｂが鋳抜きピン３０の軸部３１の外径ｄ１以下となるように構成されているのが好ましい。

次に、実施形態１の作用効果について図２を参照しながら説明する。

図２に示されるように、固定型１０及び可動型２０による型締め時に２つの入子１２，２２の間に形成されたキャビティ２３に溶融状態の成形材料が射出され、その後に凝固することによって成形品Ｗが形成される。このとき、鋳抜きピン３０の突出部３２は、溶融状態の成形材料が凝固しながら収縮するときにこの成形材料から径方向Ｙへの荷重Ｆを受けて径方向Ｙに沿って引っ張られる。

ここで、鋳抜きピン３０の軸部３１と挿入穴２４との間に取付隙間Ｇａと同程度のクリアランスしかないときには、鋳抜きピン３０の径方向Ｙの動きが挿入穴２４の開口縁部によって規制され、突出部３２が径方向Ｙに動きにくくなる。このため、鋳抜きピン３０のうち軸部３１と突出部３２との境界部分（突出部３２の根元部分）に応力集中が生じ易い。

そこで、本実施形態では、成形金型１において、鋳抜きピン３０の軸部３１と入子２２の挿入穴２４との間に上記の変形許容隙間Ｇｂを設けるようにしている。このため、鋳抜きピン３０において、突出部３２が成形材料から径方向Ｙへの荷重Ｆを受けた場合でも、軸部３１は変形許容隙間Ｇｂの範囲内で径方向Ｙに自由に変形することができる。

この成形金型１によれば、成形時に鋳抜きピン３０の突出部３２が径方向Ｙに荷重Ｆを受けて変形したときに軸部３１も突出部３２の変形方向と同方向である径方向Ｙに沿って変形することができ、鋳抜きピン３０に生じる応力が分散され易い。このとき、鋳抜きピン３０の形状は、例えば図２中の二点鎖線で示される初期状態Ｃ１から実線で示される変形状態Ｃ２へと変化する。特に、変形状態Ｃ２では、鋳抜きピン３０の軸部３１が変形許容隙間Ｇｂの範囲内で曲がり変形する。

このため、鋳抜きピン３０に生じる応力は、変形許容隙間Ｇｂを設けない場合よりも、例えば変形許容隙間Ｇｂが取付隙間Ｇａと同寸法である場合よりも低くなり、この応力を低く抑えることによって鋳抜きピン３０の寿命を延ばすことができる。

なお、本発明者は、この変形許容隙間Ｇｂを設ける場合（以下「実施例」という。）と設けない場合（「比較例」という。）について比較するために、この成形金型１を模した応力分散モデルにしたがって解析を実施した。その結果、実施例によれば、鋳抜きピン３０に生じる応力を、比較例よりも軸方向Ｘの広範囲に分散させることが可能になることが確認された。

また、本発明者は、実際の成形金型１を繰り返し使用し、実施例及び比較例のそれぞれにおける鋳抜きピン３０の使用可能回数をカウントした。その結果、実施例によれば、鋳抜きピン３０の使用可能回数を比較例よりも増やすことが可能になることが確認された。

また、この成形金型１によれば、鋳抜きピン３０の長寿命化を図るために、鋳抜きピン３０の軸部３１と入子２２の挿入穴２４との間に変形許容隙間Ｇｂを設ける構造のみで対応できる。このため、例えば鋳抜きピン３０の被覆層の組成などを変更して鋳抜きピン３０自体の耐久性を向上させる場合に比べて、成形金型１に要するコストを低く抑えることができる。

その結果、低コストで鋳抜きピン３０の長寿命化を図ることができる成形金型１を提供することができる。

上記の成形金型１によれば、入子２２の挿入穴２４の第２穴部２６を利用して変形許容隙間Ｇｂを形成することによって、鋳抜きピン３０として簡単な構造のストレートピンを使用できる。このため、鋳抜きピン３０を安価に製作できる。
また、この第２穴部２６の軸方向Ｘの寸法Ｌａを鋳抜きピン３０の軸部３１の外径ｄ１を上回るように寸法設定することによって、鋳抜きピン３０の軸部３１が軸方向Ｘの広範囲にわたって変形可能になり、鋳抜きピン３０に生じる応力をより低く抑えることができる。

上記の成形金型１によれば、入子２２の挿入穴２４のうちキャビティ２３に臨む第３穴部２７の内径ｄ４が第２穴部２６の内径ｄ３を下回るように寸法設定することによって、キャビティ２３の成形材料が挿入穴２４に入り込むのを防ぐのに有効である。
また、この第３穴部２７の軸方向Ｘの寸法Ｌｂを鋳抜きピン３０の軸部３１の外径ｄ１以下に抑えることによって、キャビティ２３の成形材料が挿入穴２４に入り込むのを防ぐ効果が高まる。特に、この第３穴部２７の寸法Ｌｂを小さくすることによって、第２穴部２６の位置を挿入穴２４の入口部分に近づけることができる。

以下、上記の実施形態１に関連する他の実施形態について図面を参照しつつ説明する。他の実施形態において、実施形態１の要素と同一の要素には同一の符号を付しており、当該同一の要素についての説明を省略する。

（実施形態２）
図３に示されるように、実施形態２の成形金型１０１は、可動型２０の入子２２に設けられた挿入穴１２４の形状が実施形態１にかかる挿入穴２４の形状と相違している。
その他の構成は、実施形態１と同様である。

ここで、入子２２の挿入穴１２４は、第１穴部１２５及び第２穴部１２６を有する。
第１穴部１２５は、実施形態１にかかる挿入穴２４の第１穴部２５と同一形状であり、鋳抜きピン３０の軸部３１との間に取付隙間Ｇａを形成するように構成されている。
一方で、第２穴部１２６は、軸方向Ｘについて第２穴部１２６に隣接しており、鋳抜きピン３０の軸方向Ｘについて第２穴部１２６よりもキャビティ２３側に設けられ且つキャビティ２３に臨む。この第２穴部１２６は、その内径ｄ３が第１穴部１２５の内径ｄ２以上になるように構成されている。この第２穴部１２６において、鋳抜きピン３０の軸部３１との間に変形許容隙間Ｇｂが形成される。

実施形態２の成形金型１０１によれば、実施形態１の成形金型１に比べて入子２２の挿入穴１２４の形状を簡素化できる。このため、入子２２の製作に要するコストを低く抑えることができる。また、挿入穴１２４の入口部分の内径を拡張することによって、鋳抜きピン３０の軸部３１が径方向Ｙへ動き易くなる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を奏する。

本発明は、上記の典型的な実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記の実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。

上述の実施形態では、可動型２０の入子２２に取付けられた鋳抜きピン３０について例示したが、これに代えて或いは加えて、固定型１０の入子１２に鋳抜きピン３０に相当する部材を取付けた構造を採用することもできる。即ち、固定型１０の入子１２と可動型２０の入子２２との少なくとも一方に、鋳抜きピン３０に相当する部材を取付けることができる。

上述の実施形態では、鋳抜きピン３０としてストレートピンを用いる場合について例示したが、鋳抜きピン３０の軸部３１と挿入穴２４，１２４との間に変形許容隙間Ｇｂを設けることができれば、ストレートピン以外の形状の鋳抜きピン３０を使用することもできる。

上述の実施形態では、ダイカスト用の成形金型１，１０１について例示したが、樹脂部品を成形するための成形金型などに対して、この成形金型１，１０１の本質的な構造を適用できることは勿論である。

１，１０１ 成形金型
１０ 固定型
１２，２２ 入子
２０ 可動型
２３ キャビティ
２４，１２４ 挿入穴
２５，１２５ 第１穴部
２６，１２６ 第２穴部
２７ 第３穴部
３０ 鋳抜きピン
３１ 軸部
３２ 突出部
ｄ１ 外径
ｄ２，ｄ３，ｄ４ 内径
Ｆ 荷重
Ｇａ 取付隙間
Ｇｂ 変形許容隙間
Ｌａ，Ｌｂ 寸法
Ｘ 軸部の軸方向
Ｙ 軸部の径方向

Claims (5)

1. 固定型（１０）と、
   上記固定型との間で型締め及び型開きが可能な可動型（２０）と、
   上記固定型及び上記可動型にそれぞれが設けられ、型締め時にキャビティ（２３）を形成する２つの入子（１２，２２）と、
   成形品に凹部を形成するために上記２つの入子の少なくとも一方の入子に取付けられ、当該入子の挿入穴（２４，１２４）に挿入された軸部（３１）と、上記軸部から上記キャビティに突出する突出部（３２）と、を有する鋳抜きピン（３０）と、
   を備え、
   上記鋳抜きピンの上記軸部と上記挿入穴との間には、上記軸部の径方向への移動を許容し且つ上記軸部の挿入のための取付隙間（Ｇａ）を上回る寸法を有する変形許容隙間（Ｇｂ）が設けられている、成形金型（１，１０１）。
2. 上記鋳抜きピンは、上記軸部の外径（ｄ１）が一定であるストレートピンとして構成されており、
   上記挿入穴は、上記鋳抜きピンの上記軸部との間に上記取付隙間を形成する第１穴部（２５，１２５）と、上記鋳抜きピンの軸方向（Ｘ）について上記第１穴部よりも上記キャビティ側に設けられ且つ上記第１穴部の内径（ｄ２）を上回る内径（ｄ３）を有する第２穴部（２６，１２６）と、を有し、上記第２穴部において上記鋳抜きピンの上記軸部との間に上記変形許容隙間が形成されるように構成されている、請求項１に記載の成形金型。
3. 上記挿入穴は、上記軸方向について上記第２穴部よりも上記キャビティ側に設けられ且つ上記キャビティに臨む第３穴部（２７）を有し、上記第３穴部の内径（ｄ４）が上記第２穴部の内径（ｄ３）を下回るように構成されている、請求項２に記載の成形金型。
4. 上記挿入穴の上記第３穴部は、上記軸方向の寸法（Ｌｂ）が上記鋳抜きピンの上記軸部の外径（ｄ１）以下となるように構成されている、請求項３に記載の成形金型。
5. 上記挿入穴の上記第２穴部は、上記軸方向の寸法（Ｌａ）が上記鋳抜きピンの上記軸部の外径（ｄ１）を上回るように構成されている、請求項２～４のいずれか一項に記載の成形金型。

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