WO2020012613A1 - 金型 - Google Patents

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WO2020012613A1
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heat medium
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medium flow
solid
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亮太 伊藤
晋平 武田
章弘 鈴木
易見 山村
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ヤマハ発動機株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/16—Both compacting and sintering in successive or repeated steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a mold, and more particularly, to a mold formed by an additional manufacturing technique.
  • a cylinder block of an internal combustion engine is manufactured by casting using a mold.
  • a thin portion (a portion having a small thickness) of the mold has a small heat capacity, and thus tends to become high in temperature. Therefore, a cooling water passage for flowing cooling water may be formed in the thin portion.
  • a cooling water flow path is formed in a thin portion for forming a water jacket.
  • the cooling water flow path is formed by machining a mold formed by cutting a solid material or the like using a drill or the like.
  • the inventor of the present application examined manufacturing a mold using a 3D printer.
  • the technology of forming a three-dimensional structure (three-dimensional object) using a 3D printer is called additive manufacturing technology, and has attracted attention in recent years. According to the additional manufacturing technology, even a three-dimensional structure having a complicated shape can be easily manufactured based on 3D CAD data or 3DCG data.
  • the cooling water flow path is also formed at the same time as the mold is manufactured, so unlike the case where the cooling water flow path is formed by machining, the shape and length of the cooling water flow path Has few restrictions. Therefore, it is expected that the cooling capacity in the thin portion of the mold can be improved. Further, it is considered that the use of the additional manufacturing technique makes it possible to manufacture the mold itself in a shorter time and at lower cost than before.
  • Patent Document 1 discloses that a mold for forming a water jacket of a cylinder block is manufactured by an additional manufacturing technique.
  • a mold for forming a water jacket of a cylinder block is manufactured by an additional manufacturing technique.
  • one cooling water flow path is extended long in a thin portion corresponding to the water jacket, thereby increasing the flow path area.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to appropriately perform temperature control using a heat medium flow path in a mold formed by an additional manufacturing technique.
  • the mold according to the embodiment of the present invention is a mold formed by an additional manufacturing technique, provided inside the mold, a heat medium flow path through which a heat medium flows, and the heat medium is introduced into the mold. And a medium discharge port through which the heat medium is discharged to the outside of the mold.
  • the heat medium flow path has a three-dimensional honeycomb shape.
  • a region in the mold where the heat medium flow path is provided is divided into a plurality of solid portions by the heat medium flow path having a three-dimensional honeycomb shape.
  • each of the plurality of solid portions is substantially spherical or substantially polyhedral.
  • the plurality of solid portions are arranged in a body-centered cubic lattice, a face-centered cubic lattice, or a hexagonal lattice.
  • the mold is a mold for forming at least a part of a vehicle wheel, a vehicle frame part, a cylinder body, or a crankcase.
  • the heat medium flow path has a three-dimensional honeycomb shape
  • the heat medium can be uniformly and turbulently flowed into the mold. Therefore, the temperature of the mold can be suitably controlled by the heat medium flow path.
  • the ratio of the heat medium flow path inside the mold can be relatively high. Therefore, it is possible to reduce the amount of material used when forming the mold by the additional manufacturing technology, shorten the time required for formation, and increase the amount of the heat medium flowing inside the mold.
  • a region in the mold where the heat medium flow path is provided is divided into a plurality of solid portions by a three-dimensional honeycomb-shaped heat medium flow path.
  • Each of the plurality of solid parts is in contact with a part of the adjacent solid part (that is, connected to the adjacent solid part). Therefore, the plurality of solid parts are a three-dimensional truss structure. Therefore, sufficient rigidity can be ensured even if the proportion of the heat medium flow path is relatively high.
  • each of the plurality of solid portions may be substantially spherical or substantially polyhedral. Regardless of whether each of the solid portions is substantially spherical or substantially polyhedral, an effect of flowing the heat medium uniformly and as a turbulent flow can be obtained.
  • the plurality of solid portions are preferably arranged regularly, for example, a body-centered cubic lattice, a face-centered cubic lattice, Alternatively, they are preferably arranged in a hexagonal lattice.
  • the embodiment of the present invention is suitably used for a mold for forming at least a part of a vehicle wheel or a vehicle frame part.
  • the embodiment of the present invention is suitably used for a mold for forming at least a part of an engine component such as a cylinder body and a crankcase.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a mold 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing a part of the mold 1, and shows a heat medium flow path 10 inside the mold 1 by a dotted line.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing a heat medium flow path 10.
  • FIG. 3 is a diagram of the heat medium flow path viewed from a direction slightly inclined from an X direction.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a part of the heat medium flow path 10 cut along an XY plane, a YZ plane, and a ZX plane.
  • FIG. 6 is a diagram showing all solid parts 11 shown in FIG. 5 in a perfect spherical shape. It is a figure showing other examples of arrangement of solid part 11. It is a figure showing other examples of arrangement of solid part 11.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example in which a plurality of medium outlets 5 are provided for a heat medium passage 10.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the mold 1.
  • the mold 1 is a mold for forming a part of a vehicle wheel, more specifically, a hub.
  • the shape of the entire mold for forming the vehicle wheel may be any of various known shapes, and a description thereof will not be repeated.
  • FIG. 1 shows three directions (X direction, Y direction, and Z direction) orthogonal to each other. The X direction and the Y direction correspond to the radial direction of the wheel.
  • the mold 1 is formed by an additional manufacturing technique, as described in detail later.
  • the mold 1 has a plurality (five in this example) of convex portions 2 extending in the Z direction (vertical direction), and a base portion 3 supporting the plurality of convex portions 2.
  • the mold 1 has a heat medium flow path (not shown in FIG. 1) provided therein.
  • the heat medium flows through the heat medium flow path, whereby the mold 1 is cooled and / or heated.
  • the heat medium for cooling is, for example, water.
  • the heating medium for heating is, for example, oil.
  • the heat medium flow path is provided corresponding to each of the plurality of protrusions 2.
  • FIG. 2 is an enlarged perspective view showing a part (a part corresponding to one convex portion 2) of the mold 1 shown in FIG. 1, and a heat medium flow path 10 inside the mold 1 is indicated by a dotted line. Also shown.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the heat medium flow path 10.
  • FIG. 4 is a view of the heat medium flow path 10 viewed from a direction slightly inclined with respect to the X direction.
  • the mold 1 has a heat medium flow path 10, a medium inlet 4, and a medium outlet 5.
  • the medium introduction port 4 is an entrance of the heat medium, that is, a portion where the heat medium is introduced into the mold 1.
  • the medium discharge port 5 is an outlet of the heat medium, that is, a part where the heat medium is discharged outside the mold 1.
  • the medium inlet 4 and the medium outlet 5 are provided in the thick portion 3 respectively.
  • the medium inlet 4 and the medium outlet 5 are connected to the heat medium flow path 10, respectively.
  • the heat medium passage 10 of the present embodiment has a three-dimensional honeycomb shape. That is, the heat medium passage 10 has a three-dimensional network structure in which unit structures having substantially the same shape are arranged without gaps.
  • the heat medium flow path 10 having a three-dimensional honeycomb shape allows the heat medium to flow uniformly and turbulently into the mold 1 as described later in detail. Therefore, the temperature control of the mold 1 by the heat medium flow path 10 can be suitably performed.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a part of the heat medium flow path 10 cut along an XY plane, a YZ plane, and a ZX plane.
  • a region in the mold 1 where the heat medium flow passages 10 are provided includes a plurality of portions arranged in a three-dimensional array by the three-dimensional honeycomb heat medium flow passages 10. (This is a portion where the metal material constituting the mold 1 exists, and is hereinafter referred to as a “solid portion”).
  • each solid part 11 is substantially spherical.
  • the plurality of solid portions 11 are arranged in a face-centered cubic lattice. That is, the solid portion 11 is located at each vertex of the region corresponding to the unit cell and at the center of each surface.
  • FIG. 5 shows a portion corresponding to one unit cell, and thus the solid portion 11 is shown in a hemispherical shape or a 8 spherical shape.
  • FIG. 6 is a diagram showing all the solid portions 11 shown in FIG. 5 in a completely spherical shape.
  • Each of the plurality of solid portions 11 is in contact with an adjacent solid portion 11 at a part thereof. That is, each solid part 11 is connected to the adjacent solid part 11.
  • the unit structure of the three-dimensional honeycomb is a portion obtained by removing the solid portion 11 from one unit lattice of the face-centered cubic lattice. Therefore, the unit structure of the three-dimensional honeycomb (the unit structure of the heat medium flow path 10) is continuous within the unit lattice and is continuous with the unit structure of the adjacent unit lattice.
  • the heat medium flows through the heat medium flow path 10 having the above-described structure, the heat medium advances while repeatedly hitting the solid portion 11 and branching. There are many paths through which the heat medium travels in the heat medium flow path 10. However, since such branching is repeated in any of the paths, there is no path through which the heat medium travels rapidly. Therefore, the heat medium flows relatively uniformly in the mold 1. In addition, since the branching is repeated in any of the paths, the heat medium is likely to be turbulent instead of laminar.
  • the heat medium flow path 10 has a three-dimensional honeycomb shape, the heat medium can flow uniformly and turbulently into the mold 1. Therefore, the temperature control of the mold 1 by the heat medium flow path 10 can be suitably performed. Also, unlike the case where a single flow path is extended long as in Patent Document 1, it is possible to prevent the heat medium from becoming difficult to flow due to pressure loss, and to prevent the temperature of the heat medium from rising or falling too much. Can be prevented.
  • the ratio of the heat medium flow path 10 in the mold 1 can be relatively high. Therefore, the amount of material used when forming the mold 1 by the additional manufacturing technology can be reduced, the time required for the formation can be shortened, and the amount of the heat medium flowing into the mold 1 can be increased. .
  • the fact that the heat medium flow passage 10 has a three-dimensional honeycomb shape means that the inside of the mold 1 is almost uniformly lightened (thinned). Therefore, the residual stress generated at the time of manufacturing the mold 1 (at the time of molding) by the additional manufacturing technology can be reduced, so that there is an advantage that deformation such as warpage and generation of a crack can be suppressed.
  • each of the plurality of solid portions 11 is in contact with an adjacent solid portion 11 at a part thereof. That is, each solid part 11 is connected to the adjacent solid part 11. Therefore, the plurality of solid portions 11 have a so-called three-dimensional truss structure. Therefore, sufficient rigidity can be ensured even if the ratio of the heat medium flow path 10 in the mold 1 is relatively high.
  • the shape of the unit structure of the three-dimensional honeycomb is not limited to those exemplified here. That is, the shape of the solid portion 11 is not limited to the example illustrated here.
  • the solid part 11 may be substantially polyhedral.
  • the size of the solid portion 11 (for example, a sphere diameter when the solid portion 11 has a substantially spherical shape) is such that each solid portion 11 is in contact with the adjacent solid portion 11 and the heat medium flow path 10 is not interrupted. Is set as appropriate.
  • the arrangement of the solid portions 11 is not limited to the face-centered cubic lattice.
  • the solid portions 11 may be arranged in a body-centered cubic lattice as shown in FIG.
  • the solid portions 11 are located at the vertices and the center of the cubic unit cell.
  • the solid portions 11 may be arranged in a hexagonal lattice (also called a hexagonal close-packed structure) as shown in FIG.
  • the hexagonal prism-shaped regions indicated by dotted lines in FIG. 7 are regions corresponding to three unit cells.
  • the arrangement of the solid portions 11 is not limited to the three arrangements exemplified above.
  • a sodium chloride structure is known as a crystal structure of an ionic crystal.
  • chloride ions have a face-centered cubic lattice structure, and sodium ions enter the octahedral hexacoordinate position.
  • Sodium ions also make another face-centered cubic lattice.
  • An arrangement simulating such a sodium chloride type structure may be adopted.
  • the solid portion 11 is arranged at the position of the chloride ion, and the size of the solid portion 11 at the position of the sodium ion is the same as the size of the solid portion 11 at the position of the chloride ion. ) May be provided with different solid portions 11.
  • the plurality of solid portions 11 are regularly arranged.
  • the arrangement of the solid portions 11 exemplified in the above description is a preferable arrangement from this point.
  • the present invention is, of course, not limited to this example.
  • the number of sets of the heat medium flow path 10, the medium introduction port 4, and the medium discharge port 5 is one or more, and is appropriately set according to the type, size, use, and the like of the mold.
  • one medium introduction port 4 and one medium discharge port 5 are provided for the heat medium flow path 10, but the medium introduction port 4 and / or the medium discharge port 5 are not provided.
  • a plurality may be provided.
  • one medium inlet 4 and three medium outlets 5 may be provided for the heat medium flow path 10.
  • the mold 1 is formed by using an additional manufacturing technique.
  • the additional manufacturing technology various methods using a 3D printer can be used.
  • a laser sintering method can be suitably used.
  • the manufacturing method according to the present embodiment includes a deposition step of depositing a metal powder in a layer with a predetermined thickness, and a laser irradiation in which the deposited metal powder is irradiated with a laser and sintered after the deposition step. And a step.
  • the mold 1 including the heat medium flow path 10 therein can be formed.
  • the metal powder various metal powders can be used, and for example, maraging steel or SKD61 equivalent steel can be suitably used.
  • the thickness of the metal powder deposited in one deposition step is, for example, 20 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the unfired metal powder can be collected and reused.
  • the case where the laser sintering method is used is illustrated, but a laser melting method can also be used.
  • the laser melting method in the laser irradiation step, the metal powder is melted by laser irradiation.
  • the mold 1 since the heat medium flow path 10 has a three-dimensional honeycomb shape, the mold 1 has a smaller shape than the conventional structure (for example, the structure disclosed in Patent Document 1). It is easy to increase the ratio occupied by the heat medium flow path 10 in the mold 1. Therefore, the amount of raw materials required for manufacturing the mold 1 can be reduced, and the time required for manufacturing can be shortened.
  • the fact that the heat medium flow path 10 has a three-dimensional honeycomb shape means that the inside of the mold 1 is almost uniformly lightened (thickened). Therefore, the residual stress generated at the time of manufacturing the mold 1 (at the time of molding) by the additional manufacturing technology can be reduced, so that there is an advantage that deformation such as warpage and generation of a crack can be suppressed.
  • the mold 1 for forming at least a part of the vehicle wheel has been exemplified, but the embodiment of the present invention is not limited to such a mold.
  • the embodiment of the present invention can be widely used for various molds, and is also suitable for a mold for forming at least a part of, for example, a frame part for a vehicle, a cylinder body or a crankcase for an engine. Can be used.
  • the mold 1 is a mold 1 formed by an additional manufacturing technique, and is provided inside the mold and has a heat medium flow path 10 through which a heat medium flows, and a heat medium Has a medium introduction port 4 for introducing the heat medium into the mold, and a medium discharge port 5 for discharging the heat medium to the outside of the mold, and the heat medium flow path 10 has a three-dimensional honeycomb shape.
  • the heat medium flow path 10 since the heat medium flow path 10 has a three-dimensional honeycomb shape, the heat medium can flow uniformly and turbulently in the mold 1. Therefore, the temperature control of the mold 1 by the heat medium flow path 10 can be suitably performed.
  • the ratio of the heat medium flow path 10 inside the mold can be relatively high. Therefore, the amount of material used when forming the mold 1 by the additional manufacturing technology can be reduced, the time required for forming the mold 1 can be shortened, and the amount of the heat medium flowing inside the mold can be increased.
  • the area in the mold where the heat medium flow path 10 is provided is divided into a plurality of solid portions 11 by the three-dimensional honeycomb-shaped heat medium flow path 10.
  • a region in the mold where the heat medium passage 10 is provided is divided into a plurality of solid portions 11 by the three-dimensional honeycomb-shaped heat medium passage 10.
  • Each of the plurality of solid portions 11 is in contact with an adjacent solid portion 11 at a part thereof (that is, connected to the adjacent solid portion 11). Therefore, the plurality of solid portions 11 have a so-called three-dimensional truss structure. Therefore, sufficient rigidity can be ensured even if the proportion occupied by the heat medium flow path 10 is relatively high.
  • each of the plurality of solid portions 11 is substantially spherical or substantially polyhedral.
  • each of the plurality of solid portions 11 may be substantially spherical or substantially polyhedral. Regardless of whether each of the solid portions 11 is substantially spherical or substantially polyhedral, an effect of flowing the heat medium uniformly and as a turbulent flow can be obtained.
  • the plurality of solid portions 11 are arranged in a body-centered cubic lattice, a face-centered cubic lattice, or a hexagonal lattice.
  • the plurality of solid portions 11 are preferably arranged regularly, for example, a body-centered cubic lattice, a face-centered cubic lattice. Preferably, they are arranged in a shape or a hexagonal lattice.
  • the mold 1 is a mold for forming at least a part of a vehicle wheel, a vehicle frame part, a cylinder body, or a crankcase.
  • the embodiment of the present invention is suitably used for a mold 1 for forming at least a part of a vehicle wheel, a vehicle frame part, a cylinder body, or a crankcase.
  • the embodiment of the present invention it is possible to suitably perform the temperature control by the heat medium flow path in the mold formed by the additional manufacturing technology.
  • the embodiment of the present invention can be suitably used for various molds.

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Abstract

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である。金型は、金型内部に設けられ、熱媒体が流れる熱媒体流路（１０）と、熱媒体が金型内部に導入される媒体導入口（４）と、熱媒体が金型外部に排出される媒体排出口（５）とを有する。熱媒体流路は、三次元ハニカム状である。

Description

金型
　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。
　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、三次元ハニカム状である。
　ある実施形態において、金型内部のうちの前記熱媒体流路が設けられている領域は、三次元ハニカム状の前記熱媒体流路によって複数の中実部に区画されている。
　ある実施形態において、前記複数の中実部のそれぞれは、略球状または略多面体状である。
　ある実施形態において、前記複数の中実部は、体心立方格子状、面心立方格子状または六方格子状に配置されている。
　ある実施形態において、前記金型は、車両用ホイール、車両用フレーム部品、シリンダボディまたはクランクケースの少なくとも一部を形成するための金型である。
　本発明の実施形態による金型では、熱媒体流路が三次元ハニカム状であることにより、熱媒体を金型内に均一に、且つ、乱流として流すことが可能になる。そのため、熱媒体流路による金型の温度制御を好適に行うことができる。また、熱媒体流路が三次元ハニカム状であると、金型内部において熱媒体流路が占める割合を比較的高くすることが可能になる。そのため、付加製造技術により金型を形成する際に用いる材料の量を少なくしたり、形成に要する時間を短くしたり、金型内部に流す熱媒体の量を多くしたりすることができる。
　金型内部のうちの熱媒体流路が設けられている領域は、三次元ハニカム状の熱媒体流路によって、複数の中実部に区画される。複数の中実部のそれぞれは、隣接する中実部とその一部で接している（つまり隣接する中実部に接続されている）。そのため、複数の中実部は、いわば三次元的なトラス構造である。そのため、熱媒体流路の占める割合を比較的高くしても十分な剛性を確保することができる。
　複数の中実部のそれぞれは、具体的には、略球状または略多面体状であり得る。各中実部が略球状および略多面体状のいずれであっても、熱媒体を均一に、且つ、乱流として流す効果が得られる。
　熱媒体を均一に、且つ、乱流として流す効果を得る観点からは、複数の中実部は、規則的に配置されていることが好ましく、例えば、体心立方格子状、面心立方格子状または六方格子状に配置されていることが好ましい。
　本発明の実施形態は、車両用ホイールまたは車両用フレーム部品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。また、本発明の実施形態は、シリンダボディやクランクケースなどのエンジン部品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。
　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。 金型１の一部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Ｘ方向からわずかに傾斜した方向から見た図である。 熱媒体流路１０の一部をＸＹ平面、ＹＺ平面およびＺＸ平面で切断して示す斜視図である。 図５に示されているすべての中実部１１を完全な球状に示した図である。 中実部１１の配置の他の例を示す図である。 中実部１１の配置の他の例を示す図である。 熱媒体流路１０に対して複数の媒体排出口５が設けられている例を示す図である。
　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、車両用ホイールの一部、より具体的には、ハブを形成するための金型である。車両用ホイール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。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。Ｘ方向およびＹ方向は、ホイールの径方向に対応している。
　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、Ｚ方向（垂直方向）に延びる複数（ここでは５つ）の凸部２と、複数の凸部２を支持するベース部３とを有する。
　また、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。ここでは、熱媒体流路は、複数の凸部２のそれぞれに対応して設けられている。
　ここで、図２、図３および図４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に示した金型１の一部（１つの凸部２に対応する部分）を拡大して示す斜視図であり、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は、熱媒体流路１０を示す斜視図である。図４は、熱媒体流路１０をＸ方向に対してわずかに傾斜した方向から見た図である。
　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。また、媒体導入口４および媒体排出口５は、それぞれ熱媒体流路１０に接続されている。
　本実施形態の熱媒体流路１０は、三次元ハニカム状である。つまり、熱媒体流路１０は、実質的に同じ形状の単位構造が隙間なく並べられた、三次元の網目構造を有する。熱媒体流路１０が三次元ハニカム状であることにより、後に詳述するように、熱媒体を金型１内に均一に、且つ、乱流として流すことが可能になる。そのため、熱媒体流路１０による金型１の温度制御を好適に行うことができる。
　以下、さらに図５も参照しながら、熱媒体流路１０の構造をより詳しく説明する。図５は、熱媒体流路１０の一部をＸＹ平面、ＹＺ平面およびＺＸ平面で切断して示す斜視図である。
　図５に示すように、金型１内部のうちの熱媒体流路１０が設けられている領域は、三次元ハニカム状の熱媒体流路１０によって、三次元アレイ状に配置された複数の部分（金型１を構成する金属材料が存在する部分であり、以下では「中実部」と呼ぶ）１１に区画されている。ここで示している例では、各中実部１１は、略球状である。
　図５に示す例では、複数の中実部１１は、面心立方格子状に配置されている。つまり、単位格子に対応する領域の各頂点および各面の中心に中実部１１が位置している。なお、図５には、１つの単位格子に相当する部分を示しているため、中実部１１は半球状または１／８球状に示されている。図６は、図５に示されているすべての中実部１１を完全な球状に示した図である。
　複数の中実部１１のそれぞれは、隣接する中実部１１とその一部で接している。つまり、各中実部１１は、隣接する中実部１１に接続されている。
　上述したように複数の中実部１１が配置されているので、三次元ハニカムの単位構造は、面心立方格子の１つの単位格子から、中実部１１を除いた部分である。従って、三次元ハニカムの単位構造（熱媒体流路１０の単位構造）は、単位格子内で連続しているとともに、隣接する単位格子の単位構造と連続している。
　ここで、熱媒体流路１０が三次元ハニカム状であることにより、金型１の温度制御を好適に行うことができる理由を説明する。
　熱媒体は、上述した構造を有する熱媒体流路１０内を流れる際、中実部１１にぶつかって分岐することを繰り返しながら進む。熱媒体が熱媒体流路１０内を進む径路はいくつも存在するが、いずれの径路においてもこのような分岐が繰り返されるので、突出して速く熱媒体が進む径路は存在しない。そのため、熱媒体は、金型１内を比較的均一に流れる。また、いずれの径路においても分岐が繰り返されるので、熱媒体が層流ではなく乱流となりやすい。
　このように、熱媒体流路１０が三次元ハニカム状であることにより、熱媒体を金型１内に均一に、且つ、乱流として流すことが可能になる。そのため、熱媒体流路１０による金型１の温度制御を好適に行うことができる。また、特許文献１のように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、熱媒体流路が三次元ハニカム状であると、金型１内部において熱媒体流路１０が占める割合を比較的高くすることが可能になる。そのため、付加製造技術により金型１を形成する際に用いる材料の量を少なくしたり、形成に要する時間を短くしたり、金型１内部に流す熱媒体の量を多くしたりすることができる。
　さらに、熱媒体流路１０が三次元ハニカム状であるということは、金型１の内部がほぼ一様に肉抜き（肉盗み）されているということができる。そのため、付加製造技術による金型１の製造時（造形時）に発生する残留応力を低減できるので、反りなどの変形や亀裂の発生を抑制できるという利点も得られる。
　また、複数の中実部１１のそれぞれは、隣接する中実部１１とその一部で接している。つまり、各中実部１１は、隣接する中実部１１に接続されている。そのため、複数の中実部１１は、いわば三次元的なトラス構造である。そのため、金型１内で熱媒体流路１０の占める割合を比較的高くしても十分な剛性を確保することができる。
　なお、三次元ハニカムの単位構造の形状は、ここで例示したものに限定されない。つまり、中実部１１の形状は、ここで例示したものに限定されない。中実部１１は、略多面体状であってもよい。略多面体状の中実部１１としては、高い対称性を有する形状、例えば切頂二十面体状（サッカーボール型として知られる）の中実部１１を好適に用いることができる。中実部１１が略球状および略多面体状のいずれであっても、熱媒体を均一に、且つ、乱流として流す効果が得られる。
　中実部１１のサイズ（例えば中実部１１が略球形状の場合の球径）は、各中実部１１が隣接する中実部１１に接し、かつ、熱媒体流路１０が途切れない範囲で適宜設定される。
　また、中実部１１の配置は、面心立方格子状に限定されない。例えば、中実部１１は、図７に示すように、体心立方格子状に配置されていてもよい。中実部１１が体心立方格子状に配置されている場合、立方体形の単位格子の各頂点と中心に中実部１１が位置している。あるいは、中実部１１は、図７に示すように、六方格子（六方最密充填構造とも呼ばれる）状に配置されていてもよい。なお、図７中に点線で示している六角柱状の領域は、３つの単位格子に対応する領域である。
　また、中実部１１の配置は、これまで例示した３つの配置に限定されるものではない。例えば、イオン結晶の結晶構造として、塩化ナトリウム型構造が知られている。塩化ナトリウム型構造では、塩化物イオンが面心立方格子構造をとり、その八面体型６配位の位置にナトリウムイオンが入る。ナトリウムイオンも別の面心立方格子を作っている。このような塩化ナトリウム型構造を模した配置を採用してもよい。つまり、塩化物イオンの位置に中実部１１を配置するとともに、ナトリウムイオンの位置に、塩化物イオンの位置の中実部１１とはサイズ（中実部１１が略球形状の場合は球径）が異なる中実部１１を配置してもよい。
　熱媒体を均一に、且つ、乱流として流す効果を得る観点からは、複数の中実部１１は、規則的に配置されていることが好ましい。上記の説明で例示した中実部１１の配置は、この点から好ましい配置である。
　なお、ここでは、金型１の各凸部２内に、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つ設ける例（つまり金型１全体では５セットの例）を示したが、勿論、本発明はこの例に限定されるものではない。熱媒体流路１０、媒体導入口４および媒体排出口５のセットの個数は、１以上であり、金型の種類やサイズ、用途等に応じて適宜設定される。
　また、図２などに示した例では、熱媒体流路１０に対し、媒体導入口４および媒体排出口５が１つずつ設けられているが、媒体導入口４および／または媒体排出口５が複数設けられてもよい。例えば、図９に示すように、熱媒体流路１０に対し、１つの媒体導入口４と、３つの媒体排出口５とを設けてもよい。
　［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２０μｍ～１００μｍである。なお、未焼成の金属粉末は、回収して再利用することが可能である。
　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。
　既に説明したように、本発明の実施形態による金型１では、熱媒体流路１０が三次元ハニカム状であるので、従来の構造（例えば特許文献１に開示されている構造）に比べ、金型１内で熱媒体流路１０が占める割合を高くすることが容易である。そのため、金型１の製造に要する原材料の量を低減したり、製造に要する時間を短縮したりすることができる。
　また、熱媒体流路１０が三次元ハニカム状であるということは、金型１の内部がほぼ一様に肉抜き（肉盗み）されているということができる。そのため、付加製造技術による金型１の製造時（造形時）に発生する残留応力を低減できるので、反りなどの変形や亀裂の発生を抑制できるという利点も得られる。
　［他の金型への適用］
　上記の説明では、車両用ホイールの少なくとも一部を形成するための金型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、種々の金型に広く用いることができ、例えば、車両用のフレーム部品、エンジン用のシリンダボディやクランクケースなどの少なくとも一部を形成するための金型にも好適に用いることができる。
　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、熱媒体が金型内部に導入される媒体導入口４と、熱媒体が金型外部に排出される媒体排出口５と、を有し、熱媒体流路１０は、三次元ハニカム状である。
　本発明の実施形態による金型１では、熱媒体流路１０が三次元ハニカム状であることにより、熱媒体を金型１内に均一に、且つ、乱流として流すことが可能になる。そのため、熱媒体流路１０による金型１の温度制御を好適に行うことができる。また、熱媒体流路１０が三次元ハニカム状であると、金型内部において熱媒体流路１０が占める割合を比較的高くすることが可能になる。そのため、付加製造技術により金型１を形成する際に用いる材料の量を少なくしたり、形成に要する時間を短くしたり、金型内部に流す熱媒体の量を多くしたりすることができる。
　ある実施形態において、金型内部のうちの熱媒体流路１０が設けられている領域は、三次元ハニカム状の熱媒体流路１０によって複数の中実部１１に区画されている。
　金型内部のうちの熱媒体流路１０が設けられている領域は、三次元ハニカム状の熱媒体流路１０によって、複数の中実部１１に区画される。複数の中実部１１のそれぞれは、隣接する中実部１１とその一部で接している（つまり隣接する中実部１１に接続されている）。そのため、複数の中実部１１は、いわば三次元的なトラス構造である。そのため、熱媒体流路１０の占める割合を比較的高くしても十分な剛性を確保することができる。
　ある実施形態において、複数の中実部１１のそれぞれは、略球状または略多面体状である。
　複数の中実部１１のそれぞれは、具体的には、略球状または略多面体状であり得る。各中実部１１が略球状および略多面体状のいずれであっても、熱媒体を均一に、且つ、乱流として流す効果が得られる。
　ある実施形態において、複数の中実部１１は、体心立方格子状、面心立方格子状または六方格子状に配置されている。
　熱媒体を均一に、且つ、乱流として流す効果を得る観点からは、複数の中実部１１は、規則的に配置されていることが好ましく、例えば、体心立方格子状、面心立方格子状または六方格子状に配置されていることが好ましい。
　ある実施形態において、金型１は、車両用ホイール、車両用フレーム部品、シリンダボディまたはクランクケースの少なくとも一部を形成するための金型である。
　本発明の実施形態は、車両用ホイール、車両用フレーム部品、シリンダボディまたはクランクケース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。
　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、種々の金型に好適に用いることができる。
　１：金型、２：凸部、３：ベース部、４：媒体導入口、５：媒体排出口、１０：熱媒体流路、１１：中実部

Claims (5)

  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、三次元ハニカム状である、金型。
  2. 　金型内部のうちの前記熱媒体流路が設けられている領域は、三次元ハニカム状の前記熱媒体流路によって複数の中実部に区画されている、請求項１に記載の金型。
  3. 　前記複数の中実部のそれぞれは、略球状または略多面体状である、請求項２に記載の金型。
  4. 　前記複数の中実部は、体心立方格子状、面心立方格子状または六方格子状に配置されている、請求項２または３に記載の金型。
  5. 　車両用ホイール、車両用フレーム部品、シリンダボディまたはクランクケースの少なくとも一部を形成するための金型である、請求項１から４のいずれかに記載の金型。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH04307207A (ja) * 1991-04-04 1992-10-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 金型
JP2002322501A (ja) * 2001-04-24 2002-11-08 Matsushita Electric Works Ltd 三次元形状造形物の製造方法および成形金型

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