WO2020012615A1 - 金型 - Google Patents

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WO2020012615A1
WO2020012615A1 PCT/JP2018/026386 JP2018026386W WO2020012615A1 WO 2020012615 A1 WO2020012615 A1 WO 2020012615A1 JP 2018026386 W JP2018026386 W JP 2018026386W WO 2020012615 A1 WO2020012615 A1 WO 2020012615A1
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mold
heat medium
flow path
buffer layer
medium flow
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PCT/JP2018/026386
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公大 佐野
亮太 伊藤
章弘 鈴木
晋平 武田
易見 山村
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ヤマハ発動機株式会社
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    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a mold, and more particularly, to a mold formed by an additional manufacturing technique.
  • Some components for vehicles and engines are manufactured by casting using a mold.
  • wheels and frame parts for vehicles, cylinder blocks and crankcases for engines are often manufactured by casting.
  • Cooling water channels for flowing cooling water may be formed in portions of the mold that are likely to become hot during casting. By causing the cooling water to flow through the cooling water flow path to cool the mold, the occurrence of seizure can be prevented. The occurrence of image sticking causes an increase in time and cost required for manufacturing.
  • 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.
  • a drill or the like a drill or the like.
  • Patent Literature 1 discloses that a mold for forming a water jacket of a cylinder block is manufactured by an additional manufacturing technique. In the metal mold of Patent Literature 1, one cooling water flow path is extended long in a thin portion corresponding to the water jacket, thereby increasing the flow path area.
  • the cause of thermal fatigue is a temperature difference between the molten metal and the release agent.
  • the cause of thermal fatigue is a temperature difference between the molten metal and the release agent.
  • the temperature of the molten aluminum alloy is about 600 ° C.
  • the temperature of the release agent is about 30 ° C.
  • a tensile thermal stress due to a temperature difference from the mold surface acts on the inner peripheral surface of the cooling water flow path, and cracks may occur. The closer the cooling water flow path is to the mold surface, the steeper the gradient of the temperature change, so that cracks are more likely to occur.
  • cracks can be generated on the mold surface and the inner peripheral surface of the cooling water flow path, and when the cracks generated in each of the cracks develop, the cooling water may leak to the outside of the mold.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to prevent a heat medium from leaking due to crack propagation 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.
  • the low-melting-point portion has a melting ratio of 50% or less.
  • the low melting point portion is formed of unsintered / unmelted metal powder.
  • the buffer layer is a heat conductive portion having a higher melting rate than the low melting rate portion, and a second end face of the buffer layer from a first end face on the heat medium flow path side to a second end face on a mold surface side. And a heat conducting portion that continues to the right.
  • a melting rate of the heat conducting portion is substantially the same as a portion of the inside of the mold other than the buffer layer.
  • the heat conducting portion is in a three-dimensional mesh shape.
  • the heat conducting portion is in a three-dimensional honeycomb shape.
  • the heat conducting portion is in a two-dimensional honeycomb shape.
  • the heat conducting portion is a plurality of pillars extending from the first end surface to the second end surface.
  • the thickness of the buffer layer is 2.0 mm or more.
  • the heat medium flow path has a three-dimensional honeycomb shape.
  • the heat medium flow path has a two-dimensional honeycomb shape.
  • the mold is a mold for forming at least a part of a vehicle wheel, a vehicle frame part, a cylinder block, or a crankcase.
  • the mold according to the embodiment of the present invention has a buffer layer located between the mold surface and the heat medium flow path, and the buffer layer melts more than a portion of the inside of the mold other than the buffer layer. It contains a low melting rate part with a low rate.
  • the low melting point portion of the buffer layer has a lower continuity as a structure than other portions, that is, a portion having a higher discontinuity, and is therefore a portion where cracks are less likely to develop. Therefore, since the buffer layer is located between the mold surface and the heat medium flow path, even if a crack occurs on the heat medium flow path side, the buffer layer prevents the development to the mold surface side. be able to. Therefore, in the mold according to the embodiment of the present invention, leakage of the heat medium can be prevented.
  • the lower the melting rate of the low melting rate portion the more preferable, and specifically, it is preferably 50% or less.
  • the melting ratio of the low melting point portion is substantially 0%, and the effect of preventing the crack from developing is high.
  • the buffer layer is a heat conductive portion having a higher melting rate than the low melting rate portion, and includes a heat conductive portion continuous from the first end face on the heat medium flow path side of the buffer layer to the second end face on the mold surface side. It may be.
  • the heat conducting part plays a role of conducting heat from the mold surface side to the heat medium flow path side (or conversely, heat from the heat medium flow path side to the mold surface side). , Temperature control by the heat medium flow path can be performed more suitably.
  • the higher the melting rate of the heat conducting portion the more preferable, Most preferably, it is substantially the same as the portion other than the buffer layer.
  • the heat conducting portion has, for example, a three-dimensional mesh shape, a three-dimensional honeycomb shape, or a two-dimensional honeycomb shape.
  • the heat conducting portion may be a plurality of pillars extending from the first end face to the second end face. Even when the heat conducting portion has any of the above-described configurations, heat conduction can be suitably performed.
  • the thickness of the buffer layer is preferably 2.0 mm or more. When the thickness of the buffer layer is 2.0 mm or more, the effect of preventing the crack from developing can be more reliably obtained.
  • the heat medium flow path has a three-dimensional honeycomb shape or a two-dimensional honeycomb shape
  • the heat medium can be uniformly and turbulently flowed in the mold. Therefore, the temperature of the mold can be suitably controlled by the heat medium flow path.
  • the heat medium flow path has a three-dimensional honeycomb shape or a two-dimensional honeycomb shape
  • the fact that the heat medium flow path is in a three-dimensional honeycomb shape or a two-dimensional honeycomb shape means that the inside of the mold is almost uniformly hollowed out. Therefore, the residual stress generated at the time of manufacturing (molding) the mold 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 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 block 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. 5 is a cross-sectional view along an XY plane including a line 5A-5A ′ in FIG. 2.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view along a ZX plane including a line 6A-6A ′ in FIG. 2.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the buffer layer 20 and its vicinity, and is a cross-sectional view along the thickness direction of the buffer layer 20.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a part of a three-dimensional honeycomb-shaped heat medium flow path 10 cut along an XY plane, a YZ plane, and a ZX plane.
  • FIG. 10 is a diagram showing all the solid portions 11 shown in FIG. 9 in a completely 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. 4 is a perspective view showing another example of the heat medium flow path 10. It is a top view which expands and shows a part of heat medium channel 10.
  • FIG. It is a top view which expands and shows some heat medium flow paths 10 further.
  • FIG. 9 is a plan view showing another example of the shape of the heat medium flow passage 10 (the shape of the solid portion 11).
  • FIG. 9 is a plan view showing still another example of the shape of the heat medium flow passage 10 (the shape of the solid portion 11).
  • FIG. 9 is a perspective view showing still another example of the heat medium flow channel 10.
  • FIG. 6 is a perspective view schematically showing another mold 1A according to the embodiment of the present invention, in which a heat medium flow path 10 inside the mold 1A is indicated by a dotted line.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing a heat medium flow path 10. It is a figure which shows the other example of the buffer layer 20, and is sectional drawing along the plane orthogonal to a thickness direction.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the buffer layer 20 and its vicinity, and is a cross-sectional view along the thickness direction of the buffer layer 20. It is a figure which shows further another example of the buffer layer 20, and is sectional drawing along the plane orthogonal to a thickness direction.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the buffer layer 20 and its vicinity, and is a cross-sectional view along the thickness direction of the buffer layer 20. It is a figure which shows further another example of the buffer layer 20, and is sectional drawing along the plane orthogonal to a thickness direction.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the buffer layer 20 and its vicinity, and is a cross-sectional view along the thickness direction of the buffer layer 20.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the buffer layer 20 having no heat conducting portion 22 and the vicinity thereof, taken along a thickness direction of the buffer layer 20.
  • FIG. 4 is a diagram showing a model A used for verifying the effect of a buffer layer 20 on cooling performance.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a model B used for verifying the effect of the buffer layer 20 on cooling performance.
  • (A) is a diagram showing a model C used for verifying the effect of the buffer layer 20 on cooling performance
  • (b) is a diagram showing a part of the area (a) near the heat medium flow path 10. It is a figure which expands and shows.
  • 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 respectively provided in the base unit 3.
  • 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.
  • the specific structure of the heat medium passage 10 will be described later in detail.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view along the XY plane including the line 5A-5A 'in FIG. 2
  • FIG. 6 is a cross-sectional view along the ZX plane including the line 6A-6A' in FIG.
  • the detailed shape of the heat medium flow path 10 is simplified for simplicity.
  • the mold 1 has a buffer layer 20 inside.
  • the buffer layer 20 is located between the mold surface 1a and the heat medium flow path 10.
  • the buffer layer 20 includes a portion having a lower melting rate than a portion other than the buffer layer 20 inside the mold (hereinafter, referred to as a “low melting rate portion”).
  • the mold 1 is manufactured by irradiating the deposited metal powder with a laser and sintering or melting the metal powder, as described later. “Melting rate” indicates the ratio of sintered and melted metal powder to all metal powders in a certain region. The melting rate can be measured, for example, by microscopic observation.
  • the melting rate of the portion other than the buffer layer 20 is typically 99.90% or more.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the buffer layer 20, and is a cross-sectional view taken along a plane orthogonal to the thickness direction.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the buffer layer 20 and its vicinity, and is a cross-sectional view along the thickness direction of the buffer layer 20.
  • the buffer layer 20 includes a low melting point portion 21 and a heat conducting portion 22.
  • the low melting rate portion 21 is a portion having a lower melting rate than the portion other than the buffer layer 20 inside the mold.
  • the low melting point portion 21 is made of unsintered / unmelted metal powder. That is, the melting rate of the low melting point portion 21 is substantially 0%.
  • the heat conduction portion 22 is a portion having a higher melting rate than the low melting rate portion 21.
  • the melting rate of the heat conducting portion 22 is, for example, the same as the melting rate of a portion other than the buffer layer 20 inside the mold 1.
  • the heat conducting part 22 is referred to as an end surface (hereinafter, referred to as a “first end surface”) 20a of the buffer layer 20 on the side of the heat medium flow passage 10 (hereinafter, referred to as a “second end surface”). ) Up to 20b.
  • the heat conducting portion 22 has a three-dimensional mesh shape (three-dimensional lattice shape), a plurality of linear portions 22 a extending in the thickness direction of the buffer layer 20, and a layer surface of the buffer layer 20. A plurality of linear portions 22b extending inward.
  • the mold 1 of the present embodiment has the buffer layer 20 located between the mold surface 1a and the heat medium passage 10, and the buffer layer 20 has a relatively high melting rate. Contains a low melting point portion 21 having a low melting point.
  • the low melting point portion 21 of the buffer layer 20 has a lower continuity as a structure than other portions, that is, a portion having a high discontinuity, and is therefore a portion where cracks are less likely to develop. Therefore, even if a crack occurs on the side of the heat medium flow path 10 due to the fact that the buffer layer 20 is located between the mold surface 1a and the heat medium flow path 10, the cracks propagate to the mold surface 1 a side. Can be prevented by the buffer layer 20. Therefore, in the mold 1 of the present embodiment, the leakage of the heat medium can be prevented.
  • the buffer layer 20 includes the heat conducting part 22.
  • the heat conducting portion 22 has a higher melting rate than the low melting rate portion 21 and is continuous from the first end surface 20a to the second end surface 20b of the buffer layer 20, so that heat from the mold surface 1a side is It serves to conduct heat to the medium flow path 10 (or conversely, heat from the heat medium flow path 10 to the mold surface 1a).
  • the buffer layer 20 includes such a heat conducting part 22, the temperature control by the heat medium flow path 10 can be performed more suitably.
  • the melting rate of the heat conductive portion 22 is It is more preferably as high as possible, and most preferably substantially the same as the portion inside the mold other than the buffer layer 20.
  • the thickness t (see FIG. 8) of the buffer layer 20 is preferably 2.0 mm or more.
  • the thickness t of the buffer layer 20 is 2.0 mm or more, the effect of preventing the crack from developing can be more reliably obtained.
  • the mold 1 is formed by using an additional manufacturing technique.
  • the additional manufacturing technology various methods using a 3D printer can be used. For example, a laser sintering method or a laser melting 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 after the deposition step, irradiating the deposited metal powder with a laser to sinter or melt the laser.
  • Laser irradiation step By repeatedly performing the deposition step and the laser irradiation step alternately, the mold 1 including the heat medium flow path 10 and the buffer layer 20 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 melting rate of the low melting rate part 21 is substantially 0%, that is, the case where the low melting rate part 21 is substantially composed of only unsintered / unmelted metal powder
  • the embodiment of the present invention is not limited to such a configuration.
  • the melting rate of the low melting point portion 21 may be more than 0%. That is, the low melting point portion 21 may be a region where laser irradiation was not performed during the manufacture of the mold 1 or a region where laser irradiation was performed at a lower intensity and / or shorter time than other portions. It may be.
  • the melting rate of the low melting point portion 21 is preferably as low as possible, specifically, preferably 50% or less and substantially 0%, that is, More preferably, the low melting point portion 21 is substantially composed of only unsintered / unmelted metal powder.
  • FIG. 9 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 heat medium flow passages 10 having a three-dimensional honeycomb shape. (This is a portion where the metal material constituting the mold 1 exists, and is hereinafter referred to as a “solid portion”). In the example shown here, 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. 9 shows a portion corresponding to one unit cell, and thus the solid portion 11 is shown as a hemisphere or a 8 sphere.
  • FIG. 10 is a diagram showing all the solid portions 11 shown in FIG. 9 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. 12 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 heat medium flow path 10 has a three-dimensional honeycomb shape is illustrated, but the shape of the heat medium flow path 10 is not limited to this.
  • the heat medium flow passage 10 may have a two-dimensional honeycomb shape.
  • FIG. 14 shows an example of the two-dimensional honeycomb-shaped heat medium flow path 10.
  • FIG. 14 is a perspective view schematically showing the heat medium flow path 10.
  • the heat medium flow path 10 shown in FIG. 14 has a two-dimensional honeycomb shape. That is, the heat medium flow path 10 has a two-dimensional network structure in which unit structures having substantially the same shape are arranged without gaps. Since the heat medium flow path 10 has a two-dimensional honeycomb shape, the heat medium can be uniformly and turbulently flow in the mold 1 as described later. Therefore, the temperature control of the mold 1 by the heat medium flow path 10 can be suitably performed.
  • FIG. 15 is an enlarged plan view showing a part of the heat medium flow path 10.
  • a region in the mold 1 where the heat medium flow passages 10 are provided is formed by a two-dimensional honeycomb-shaped heat medium flow passage 10 in a plurality of portions (medium) arranged in an array. (Real part) 11.
  • the unit structure of the two-dimensional honeycomb is a substantially hexagonal frame, more specifically, a substantially regular hexagonal frame. Therefore, each solid portion 11 has a substantially hexagonal shape, more specifically, a substantially regular hexagonal shape.
  • the shape of the solid portion 11 is not limited to the shape illustrated here.
  • FIG. 15 shows a direction (hereinafter, referred to as a “first direction”) D1 in which the heat medium flows as a whole in the heat medium flow path 10 from the medium inlet 4 side to the medium discharge port 5 side, and a first direction.
  • a direction (hereinafter, referred to as a “second direction”) D2 substantially orthogonal to D1 is shown.
  • the plurality of solid parts 11 are arranged so as to form a plurality of solid part rows 11C.
  • Each solid part row 11C includes two or more solid parts 11 arranged along the second direction D2, and a plurality of solid part rows 11C are arranged along the first direction D1.
  • solid part rows 11C including four solid parts 11 and solid part rows 11C including three solid parts 11 are alternately arranged. Note that the number of the solid parts 11C and the number of the solid parts 11 included in each solid part 11C are not limited to those illustrated in FIG.
  • each solid portion row 11C Two or more solid portions 11 included in each solid portion row 11C are arranged at a predetermined pitch P along the second direction D2.
  • two solid part rows 11C adjacent to each other are arranged such that the positions of the respective solid parts 11 in the second direction D2 are substantially half the pitch P.
  • the heat medium flow passage 10 (that is, the two-dimensional honeycomb-shaped portion) has a plate-shaped wide portion 6 extending along the second direction D2 (here, the Z direction) (see FIG. 15). ) Are connected to the medium inlet 4 and the medium outlet 5, but the wide portion 6 may be omitted.
  • FIG. 16 shows a further enlarged part of the heat medium flow path 10.
  • the heat medium flow path 10 includes a portion (hereinafter, referred to as a “first portion”) 10a extending substantially parallel to the first direction D1 and a first direction D1 from an end of the first portion 10a.
  • a portion (hereinafter, referred to as a “second portion”) 10b extending substantially parallel to the third direction D3, and a fourth direction different from the first direction D1 and the third direction D3 from the end of the first portion 10a.
  • a portion (hereinafter, referred to as a "third portion") 10c extending substantially parallel to D4.
  • the third direction D3 forms an angle of + ⁇ ° ( ⁇ ° clockwise) with respect to the first direction D1
  • the fourth direction D4 has a negative angle with respect to the first direction D1.
  • the angle is ⁇ ° ( ⁇ ° counterclockwise). That is, the third direction D3 and the fourth direction D4 are directions symmetric to each other with respect to the first direction D1.
  • the heat medium flows through the first portion 10a and flows at the end of the first portion 10a as schematically indicated by a white arrow in FIG. It collides with the solid part 11 and branches into a second part 10b and a third part 10c. 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 two-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 inside the mold 1 can be made 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 two-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 shape of the unit structure of the two-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 portion 11 may be substantially polygonal, substantially circular, or substantially elliptical.
  • FIGS. 17 and 18 show other examples of the shape of the solid portion 11. In the example shown in FIG. 17, the solid portion 11 has a substantially circular shape. In the example shown in FIG. 18, the solid portion 11 has a substantially square shape. Regardless of whether the solid portion 11 has a substantially polygonal shape, a substantially circular shape, or a substantially elliptical shape, an effect of flowing the heat medium uniformly and as a turbulent flow can be obtained.
  • the two solid part rows 11C adjacent to each other are such that the position of each solid part 11 in the second direction D2 is substantially half of the pitch P as shown in FIG. Preferably, they are arranged so as to be shifted.
  • the heat medium flow passage 10 has a first portion 10a extending substantially parallel to the first direction D1, and a symmetric shape with respect to the first direction D1 from an end of the first portion 10a. It is preferable to include a second portion 10b and a third portion 10c extending substantially parallel to the third and fourth directions D3 and D4, respectively.
  • the heat medium flow path 10 includes the first portion 10a, the second portion 10b, and the third portion 10c. Since the probabilities of flowing into the second portion 10b and the third portion 10c are almost equal, it becomes easier to uniformly flow the heat medium into the mold 1.
  • the flow path diameter of the heat medium flow path 10 there is no particular limitation on the flow path diameter of the heat medium flow path 10. Also, there is no particular limitation on the number of solid part sequences 11C and the number of solid parts 11 included in each solid part sequence 11C.
  • the flow path diameter of the heat medium flow path 10, the number of the solid part rows 11C, and the number of the solid parts 11 included in each of the solid part rows 11C are appropriately set according to the size of the mold 1, the application, and the like.
  • the mold 1 having the two-dimensional honeycomb-shaped heat medium flow path 10 can also prevent the crack from developing by arranging the buffer layer 20 between the mold surface 1a and the heat medium flow path 10. .
  • FIG. 19 shows an example of such a configuration.
  • FIG. 19 shows two sets provided in the mold 1.
  • One of the two sets is arranged in the mold 1 on one side (front side in the figure) in the Y direction, and the other is arranged on the other side (rear side in the figure) in the Y direction.
  • the number of sets of the heat medium flow path 10, the medium introduction port 4, and the medium discharge port 5 can be determined according to the size and use of the mold 1.
  • the number of the solid portions 11 included in each solid portion row 11C of the heat medium flow path 10 is five, which is different from the examples shown in FIG.
  • the heat medium flow passage 10 may not have any of a three-dimensional honeycomb shape and a two-dimensional honeycomb shape.
  • FIG. 20 and FIG. 21 show other examples of the heat medium flow path 10.
  • FIG. 20 is a perspective view schematically showing another mold 1A according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 21 is a diagram schematically showing the heat medium passage 10 of the mold 1A.
  • the heat medium flow passage 10 is U-shaped. Also in the mold 1A having such a heat medium flow path 10, by arranging the buffer layer 20 between the heat medium flow path 10 and the mold surface 1a, it is possible to prevent the crack from developing.
  • FIGS. 22 and 23 show other examples of the buffer layer 20.
  • FIG. FIG. 22 is a view showing another example of the buffer layer 20, and is a cross-sectional view along a plane orthogonal to the thickness direction.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating the buffer layer 20 and its vicinity, and is a cross-sectional view of the buffer layer 20 along the thickness direction.
  • the heat conducting portion 22 of the buffer layer 20 has a three-dimensional honeycomb shape. That is, the heat conducting part 22 has a three-dimensional network structure in which unit structures having substantially the same shape are arranged without gaps. As shown in FIG. 23, the heat conducting part 22 is continuous from the first end face 20a to the second end face 20b of the buffer layer 20. In the buffer layer 20, a region other than the three-dimensional honeycomb-shaped heat conducting portion 22 is the low melting point portion 21. Here, the low melting point portion 21 is a plurality of substantially spherical regions.
  • the heat conducting portion 22 of the buffer layer 20 has a three-dimensional honeycomb shape, the heat conducting portion 22 transfers heat from the mold surface 1a to the heat medium passage 10 (or vice versa). Since the heat from the side can be conducted to the mold surface 1a), the temperature control by the heat medium flow path 10 can be performed more suitably.
  • FIGS. 24 and 25 show still another example of the buffer layer 20.
  • FIG. 24 is a view showing still another example of the buffer layer 20, and is a cross-sectional view taken along a plane orthogonal to the thickness direction.
  • FIG. 25 is a diagram illustrating the buffer layer 20 and its vicinity, and is a cross-sectional view along the thickness direction of the buffer layer 20.
  • the heat conducting portion 22 of the buffer layer 20 has a two-dimensional honeycomb shape. That is, the heat conducting part 22 has a two-dimensional network structure in which unit structures having substantially the same shape are arranged without gaps. As shown in FIG. 25, the heat conducting part 22 is continuous from the first end face 20a of the buffer layer 20 to the second end face 20b. In the buffer layer 20, a region other than the two-dimensional honeycomb-shaped heat conducting portion 22 is the low melting point portion 21. Here, the low melting point portion 21 is a plurality of substantially hexagonal column-shaped regions.
  • the heat conducting portion 22 of the buffer layer 20 has a two-dimensional honeycomb shape, the heat conducting portion 22 transfers heat from the mold surface 1a to the heat medium passage 10 (or vice versa). Since the heat from the side can be conducted to the mold surface 1a), the temperature control by the heat medium flow path 10 can be performed more suitably.
  • FIGS. 26 and 27 show still another example of the buffer layer 20.
  • FIG. 26 is a diagram showing still another example of the buffer layer 20, and is a cross-sectional view along a plane orthogonal to the thickness direction.
  • FIG. 27 is a diagram illustrating the buffer layer 20 and its vicinity, and is a cross-sectional view of the buffer layer 20 along the thickness direction.
  • the heat conducting portion 22 of the buffer layer 20 is a plurality of pillars extending from the first end surface 20a to the second end surface 20b of the buffer layer 20. Further, in the buffer layer 20, a region other than the heat conducting portion 22 (a region excluding a plurality of columnar bodies) is the low melting point portion 21.
  • the heat conducting portion 22 of the buffer layer 20 is a plurality of pillars
  • the heat conducting portion 22 transfers heat from the mold surface 1a side to the heat medium passage 10 (or vice versa). Since the heat from the side can be conducted to the mold surface 1a), the temperature control by the heat medium flow path 10 can be performed more suitably.
  • the case where each of the plurality of pillars is cylindrical is illustrated, but the shape of the pillars is not limited to this, and may be a prism such as a square pillar or a hexagonal pillar.
  • the buffer layer 20 may have a structure different from the structure described above.
  • a porous structure can be formed by adjusting the conditions of laser irradiation on the metal powder (for example, performing random irradiation).
  • the buffer layer 20 may have a structure similar to such a porous structure. Unsintered and unmelted metal powder is present in a portion corresponding to the “hole” of the porous structure, and functions as a low melting rate portion.
  • the buffer layer 20 may not have the heat conducting part 22. That is, the buffer layer 20 may have only the low melting point portion 21.
  • model A The simulation was performed on three models (referred to as “model A”, “model B”, and “model C”, respectively) shown in FIGS. 29, 30 and 31.
  • model B the molten metal 9 is located around the mold 1M
  • the heat medium flow path 10 is arranged near the surface of the mold 1M.
  • the cross-sectional shape of the heat medium flow path 10 is circular, and the distance from the surface of the mold 1M to the center axis of the heat medium flow path 10 is 10 mm.
  • the diameter of the heat medium flow passage 10 is 6 mm.
  • the diameter of the heat medium flow passage 10 is 3 mm.
  • the diameter of the heat medium channel 10 is 3 mm.
  • the buffer layer 20 is disposed so as to surround the heat medium flow path 10.
  • the thickness of the buffer layer 20 is 1.5 mm.
  • the cross section of the buffer layer 20 is annular, and the distance from the inner peripheral surface of the buffer layer 20 to the outer peripheral surface of the heat medium flow path 10 is 2 mm or more.
  • the initial temperature of the molten metal 9 was 630 ° C.
  • the initial temperatures of the mold 1M and the buffer layer 20 were 150 ° C.
  • the heat transfer coefficient between the melt 9 and the mold 1M was 3000 W / m 2 ⁇ K.
  • the convection coefficient of the heat medium flowing in the heat medium channel 10 was 5000 W / m 2 ⁇ K, and the temperature was 30 ° C.
  • the material of the mold 1M was steel for the mold, and the material of the molten metal 9 was an aluminum alloy for die casting. Table 1 shows the thermal conductivity and specific heat of the die steel and the aluminum alloy for die casting. Further, as can be seen from Table 1, the thermal conductivity and the specific heat of the buffer layer 20 were 1 / of the thermal conductivity and the specific heat of iron, respectively.
  • the mold 1 for forming at least a part of the vehicle wheel is illustrated, but the embodiment of the present invention is not limited to these molds.
  • the embodiment of the present invention can be widely used for various molds.
  • it is also suitable for a mold for forming at least a part of a frame part for a vehicle, a cylinder block for an engine, a crankcase and the like. Can be used.
  • the mold 1 (or 1A) according to the embodiment of the present invention is a mold 1 formed by an additional manufacturing technique, and is provided inside the mold and has a heat medium passage 10 through which a heat medium flows.
  • a medium inlet 4 through which the heat medium is introduced into the mold, a medium outlet 5 through which the heat medium is discharged outside the mold, and a mold medium surface 1a and the heat medium flow path 10.
  • the mold 1 according to the embodiment of the present invention has a buffer layer 20 located between the mold surface 1a and the heat medium flow path 10, and the buffer layer 20 is a buffer layer 20 inside the mold.
  • the low melting rate portion 21 having a lower melting rate than the other portions is included.
  • the low melting point portion 21 of the buffer layer 20 has a lower continuity as a structure than other portions, that is, a portion having a high discontinuity, and is therefore a portion where cracks are less likely to develop. Therefore, even if a crack occurs on the side of the heat medium flow path 10 due to the fact that the buffer layer 20 is located between the mold surface 1a and the heat medium flow path 10, the cracks propagate to the mold surface 1 a side. Can be prevented by the buffer layer 20. Therefore, in the mold 1 according to the embodiment of the present invention, leakage of the heat medium can be prevented.
  • the melting rate of the low melting point portion 21 is 50% or less.
  • the low melting point portion 21 is made of unsintered / unmelted metal powder.
  • the melting ratio of the low melting point portion 21 is substantially 0%, and the effect of preventing the crack from developing is high.
  • the buffer layer 20 is a heat conductive portion 22 having a higher melting rate than the low melting rate portion 21, and is formed from the first end face 20 a of the buffer layer 20 on the side of the heat medium flow path 10 to the mold surface 1 a Further includes a heat conducting portion 22 that continues to the second end surface 20b.
  • the buffer layer 20 is a heat conducting part 22 having a higher melting rate than the low melting rate part 21, and the second end face 20 b of the buffer layer 20 from the first end face 20 a on the heat medium flow path 10 side to the mold surface 1 a May be included.
  • the heat conducting portion 22 plays a role of conducting heat from the mold surface 1a side to the heat medium flow path 10 (or conversely, heat from the heat medium flow path 10 side to the mold surface 1a side). Since the buffer layer 20 includes the heat conducting portion 22, the temperature control by the heat medium flow path 10 can be performed more suitably.
  • the melting rate of the heat conducting part 22 is substantially the same as that of the inside of the mold other than the buffer layer 20.
  • the melting rate of the heat conductive portion 22 is It is more preferably as high as possible, and most preferably substantially the same as the portion inside the mold other than the buffer layer 20.
  • the heat conducting part 22 has a three-dimensional mesh shape.
  • the heat conduction portion 22 is preferably formed in a three-dimensional mesh, for example, so that heat conduction can be suitably performed.
  • the heat conducting part 22 has a three-dimensional honeycomb shape.
  • the heat conduction portion 22 has, for example, a three-dimensional honeycomb shape, so that heat conduction can be suitably performed.
  • the heat conducting part 22 has a two-dimensional honeycomb shape.
  • the heat conduction portion 22 has, for example, a two-dimensional honeycomb shape, so that heat conduction can be suitably performed.
  • the heat conducting part 22 is a plurality of pillars extending from the first end face 20a to the second end face 20b.
  • the heat conducting portion 22 is, for example, a plurality of pillars extending from the first end face 20a to the second end face 20b, heat conduction can be suitably performed.
  • the thickness t of the buffer layer 20 is 2.0 mm or more.
  • the thickness of the buffer layer is preferably 2.0 mm or more. When the thickness of the buffer layer is 2.0 mm or more, the effect of preventing the crack from developing can be more reliably obtained.
  • the heat medium flow path 10 has a three-dimensional honeycomb shape.
  • 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.
  • the heat medium flow path 10 has a three-dimensional honeycomb shape
  • 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 (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 heat medium flow passage 10 has a two-dimensional honeycomb shape.
  • the heat medium flow path 10 has a two-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.
  • the heat medium flow path 10 has a two-dimensional honeycomb shape
  • the fact that the heat medium flow passage 10 has a two-dimensional honeycomb shape means that the inside of the mold 1 is almost uniformly hollowed out. 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 is a mold for forming at least a part of a vehicle wheel, a vehicle frame part, a cylinder block, or a crankcase.
  • 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 block and a crankcase.
  • the embodiment of the present invention it is possible to prevent the heat medium from leaking due to crack propagation 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、金型表面（１ａ）と熱媒体流路との間に位置する緩衝層（２０）とを有する。緩衝層は、金型内部のうちの緩衝層以外の部分よりも溶融率が低い低溶融率部（２１）を含む。

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。
　車両用やエンジン用の各種部品の中には、金型を用いた鋳造により製造されるものがある。例えば、車両用のホイールやフレーム部品、エンジン用のシリンダブロックやクランクケースは、鋳造により製造されることが多い。
　金型の、鋳造の際に高温になりやすい部分には、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。冷却水流路に冷却水を流して金型の冷却を行うことにより、焼き付きの発生を防止することができる。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。
　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。しかしながら、このような手法により冷却水流路を形成する場合、冷却水流路の形状や長さには大きな制約がある。
　そこで、３Ｄプリンタを用いて金型を製造することが考えられる。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。例えば特許文献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。
特許第５７３９２７２号公報
　本願発明者がさらに検討を進めたところ、付加製造技術で金型を製造する場合、冷却能力は向上するものの、クラックの発生による冷却水の漏れが懸念されることがわかった。
　金型表面には、熱疲労に起因するクラックが発生し得る。熱疲労の原因は、溶湯と離型剤との温度差である。例えばアルミニウム合金の溶湯の温度が６００℃程度であるのに対し、離型剤の温度は約３０℃である。また、冷却水流路の内周面には、金型表面との温度差に起因する引張熱応力が作用し、クラックが発生し得る。冷却水流路が金型表面に近いほど、温度変化の勾配が急峻になるので、クラックが発生しやすくなる。
　このように、金型表面および冷却水流路の内周面のそれぞれにはクラックが発生し得るので、それぞれにおいて発生したクラックが進展すると、冷却水が金型の外部に漏れるおそれがある。
　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クラックの進展に起因する熱媒体の漏れを防止することにある。
　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、金型表面と前記熱媒体流路との間に位置する緩衝層と、を有し、前記緩衝層は、金型内部のうちの前記緩衝層以外の部分よりも溶融率が低い低溶融率部を含む。
　ある実施形態において、前記低溶融率部の溶融率は、５０％以下である。
　ある実施形態において、前記低溶融率部は、未焼結・未溶融の金属粉末で構成されている。
　ある実施形態において、前記緩衝層は、前記低溶融率部よりも溶融率が高い熱伝導部であって、前記緩衝層の前記熱媒体流路側の第１端面から金型表面側の第２端面まで連続する熱伝導部をさらに含む。
　ある実施形態において、前記熱伝導部の溶融率は、金型内部のうちの前記緩衝層以外の部分と実質的に同じである。
　ある実施形態において、前記熱伝導部は、三次元メッシュ状である。
　ある実施形態において、前記熱伝導部は、三次元ハニカム状である。
　ある実施形態において、前記熱伝導部は、二次元ハニカム状である。
　ある実施形態において、前記熱伝導部は、前記第１端面から前記第２端面に延びる複数の柱状体である。
　ある実施形態において、前記緩衝層の厚さは、２．０ｍｍ以上である。
　ある実施形態において、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、前記熱媒体流路は、二次元ハニカム状である。
　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、シリンダブロック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は、金型表面と熱媒体流路との間に位置する緩衝層を有しており、緩衝層は、金型内部のうちの緩衝層以外の部分よりも溶融率が低い低溶融率部を含んでいる。緩衝層の低溶融率部は、他の部分よりも構造体としての連続性が低い、つまり、不連続性が高い部分であるので、クラックが進展しにくい部分である。従って、緩衝層が金型表面と熱媒体流路との間に位置していることにより、熱媒体流路側でクラックが発生したとしても、その金型表面側への進展を緩衝層で防止することができる。そのため、本発明の実施形態による金型では、熱媒体の漏れを防止することができる。
　クラックの進展を防止する観点からは、低溶融率部の溶融率は低いほど好ましく、具体的には、５０％以下であることが好ましい。
　低溶融率部が、未焼結・未溶融の金属粉末で構成されていると、低溶融率部の溶融率は実質的に０％であり、クラックの進展を防止する効果が高い。
　緩衝層が、低溶融率部よりも溶融率が高い熱伝導部であって、緩衝層の熱媒体流路側の第１端面から金型表面側の第２端面まで連続する熱伝導部を含んでいてもよい。熱伝導部は、金型表面側からの熱を熱媒体流路側に（あるいはその逆に熱媒体流路側からの熱を金型表面側に）伝導させる役割を果たすので、緩衝層が熱伝導部を含むことにより、熱媒体流路による温度制御をより好適に行うことができる。
　金型表面側から熱媒体流路側への、または、熱媒体流路側から金型表面側への熱の伝導を好適に行う観点からは、熱伝導部の溶融率は高いほど好ましく、金型内部のうちの緩衝層以外の部分と実質的に同じであることがもっとも好ましい。
　熱伝導部は、例えば、三次元メッシュ状、三次元ハニカム状、または、二次元ハニカム状である。あるいは、熱伝導部は、第１端面から第２端面に延びる複数の柱状体であってもよい。熱伝導部が上述したいずれの構成を有している場合でも、熱伝導を好適に行うことができる。
　緩衝層の厚さは、２．０ｍｍ以上であることが好ましい。緩衝層の厚さが２．０ｍｍ以上であることにより、クラックの進展を防止する効果をより確実に得ることができる。
　熱媒体流路が三次元ハニカム状または二次元ハニカム状であると、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または二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高くすることが容易である。そのため、金型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。さらに、熱媒体流路が三次元ハニカム状または二次元ハニカム状であるということは、金型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。
　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、シリンダブロック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クラックの進展に起因する熱媒体の漏れを防止することができる。
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。 図２中の５Ａ－５Ａ’線を含むＸＹ平面に沿った断面図である。 図２中の６Ａ－６Ａ’線を含むＺＸ平面に沿った断面図である。 金型１が有する緩衝層２０の例を示す図であり、厚さ方向に直交する平面に沿った断面図である。 緩衝層２０およびその近傍を示す図であり、緩衝層２０の厚さ方向に沿った断面図である。 三次元ハニカム状の熱媒体流路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９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。 熱媒体流路１０の他の例を示す斜視図である。 熱媒体流路１０の一部を拡大して示す平面図である。 熱媒体流路１０の一部をさらに拡大して示す平面図である。 熱媒体流路１０の形状（中実部１１の形状）の他の例を示す平面図である。 熱媒体流路１０の形状（中実部１１の形状）のさらに他の例を示す平面図である。 熱媒体流路１０のさらに他の例を示す斜視図である。 本発明の実施形態による他の金型１Ａを模式的に示す斜視図であり、金型１Ａ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。 緩衝層２０の他の例を示す図であり、厚さ方向に直交する平面に沿った断面図である。 緩衝層２０およびその近傍を示す図であり、緩衝層２０の厚さ方向に沿った断面図である。 緩衝層２０のさらに他の例を示す図であり、厚さ方向に直交する平面に沿った断面図である。 緩衝層２０およびその近傍を示す図であり、緩衝層２０の厚さ方向に沿った断面図である。 緩衝層２０のさらに他の例を示す図であり、厚さ方向に直交する平面に沿った断面図である。 緩衝層２０およびその近傍を示す図であり、緩衝層２０の厚さ方向に沿った断面図である。 熱伝導部２２を有しない緩衝層２０およびその近傍を示す図であり、緩衝層２０の厚さ方向に沿った断面図である。 緩衝層２０の冷却性能への影響の検証に用いたモデルＡを示す図である。 緩衝層２０の冷却性能への影響の検証に用いたモデルＢを示す図である。 （ａ）は、緩衝層２０の冷却性能への影響の検証に用いたモデルＣを示す図であり、（ｂ）は、（ａ）中の一部の領域（熱媒体流路１０近傍）を拡大して示す図である。
　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、それぞれベース部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。熱媒体流路１０の具体的な構造については後に詳述する。
　図２には示していないが、金型１は、その内部に緩衝層をさらに有する。以下、この緩衝層の構成を、図５および図６を参照しながら説明する。図５は、図２中の５Ａ－５Ａ’線を含むＸＹ平面に沿った断面図であり、図６は、図２中の６Ａ－６Ａ’線を含むＺＸ平面に沿った断面図である。なお、図５および図６では、説明の簡単さのために熱媒体流路１０の詳細な形状を簡略化して示している。
　図５および図６に示すように、金型１は、その内部に緩衝層２０を有する。緩衝層２０は、金型表面１ａと熱媒体流路１０との間に位置する。緩衝層２０は、金型内部のうちの緩衝層２０以外の部分よりも溶融率が低い部分（以下では「低溶融率部」と呼ぶ）を含む。金型１は、後述するように、堆積された金属粉末にレーザを照射して焼結または溶融させることによって製造される。「溶融率」は、ある領域における全金属粉末のうち、焼結・溶融した金属粉末の割合を示す。溶融率は、例えば顕微鏡観察によって測定することができる。緩衝層２０以外の部分の溶融率は、典型的には、９９．９０％以上である。
　ここで、図７および図８を参照しながら、緩衝層２０の具体的な構成を説明する。図７は、緩衝層２０の例を示す図であり、厚さ方向に直交する平面に沿った断面図である。図８は、緩衝層２０およびその近傍を示す図であり、緩衝層２０の厚さ方向に沿った断面図である。
　図７および図８に示す例では、緩衝層２０は、低溶融率部２１と、熱伝導部２２とを含む。
　低溶融率部２１は、金型内部のうちの緩衝層２０以外の部分よりも溶融率が低い部分である。ここでは、低溶融率部２１は、未焼結・未溶融の金属粉末で構成されている。つまり、低溶融率部２１の溶融率は、実質的に０％である。
　熱伝導部２２は、低溶融率部２１よりも溶融率が高い部分である。熱伝導部２２の溶融率は、例えば、金型１内部のうちの緩衝層２０以外の部分の溶融率と同じである。また、熱伝導部２２は、緩衝層２０の熱媒体流路１０側の端面（以下では「第１端面」と呼ぶ）２０ａから金型表面１ａ側の端面（以下では「第２端面」と呼ぶ）２０ｂまで連続している。図示している例では、熱伝導部２２は、三次元メッシュ状（三次元的な格子状）であり、緩衝層２０の厚さ方向に延びる複数の直線状部分２２ａと、緩衝層２０の層面内方向に延びる複数の直線状部分２２ｂとを含む。
　上述したように、本実施形態の金型１は、金型表面１ａと熱媒体流路１０との間に位置する緩衝層２０を有しており、この緩衝層２０は、相対的に溶融率が低い低溶融率部２１を含んでいる。緩衝層２０の低溶融率部２１は、他の部分よりも構造体としての連続性が低い、つまり、不連続性が高い部分であるので、クラックが進展しにくい部分である。従って、緩衝層２０が金型表面１ａと熱媒体流路１０との間に位置していることにより、熱媒体流路１０側でクラックが発生したとしても、その金型表面１ａ側への進展を緩衝層２０で防止することができる。そのため、本実施形態の金型１では、熱媒体の漏れを防止することができる。
　また、図７および図８に示した例では、緩衝層２０が熱伝導部２２を含んでいる。熱伝導部２２は、低溶融率部２１よりも溶融率が高く、かつ、緩衝層２０の第１端面２０ａから第２端面２０ｂまで連続しているので、金型表面１ａ側からの熱を熱媒体流路１０側に（あるいはその逆に熱媒体流路１０側からの熱を金型表面１ａ側に）伝導させる役割を果たす。緩衝層２０がこのような熱伝導部２２を含むことにより、熱媒体流路１０による温度制御をより好適に行うことができる。
　金型表面１ａ側から熱媒体流路１０側への、または、熱媒体流路１０側から金型表面１ａ側への熱の伝導を好適に行う観点からは、熱伝導部２２の溶融率は高いほど好ましく、金型内部のうちの緩衝層２０以外の部分と実質的に同じであることがもっとも好ましい。
　緩衝層２０の厚さｔ（図８参照）は、２．０ｍｍ以上であることが好ましい。緩衝層２０の厚さｔが２．０ｍｍ以上であることにより、クラックの進展を防止する効果をより確実に得ることができる。
　緩衝層２０から金型表面１ａまでの距離ｄ１および緩衝層２０から熱媒体流路１０までの距離ｄ２（いずれも図８参照）については、特に制限はない。また、三次元メッシュ状の熱伝導部２２のメッシュ孔のサイズや線径についても特に制限はない。つまり、熱伝導部２２を構成する複数の直線状部分２２ａ、２２ｂの幅や間隔に特に制限はない。
　［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、レーザ焼結法またはレーザ溶融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または溶融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および緩衝層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２０μｍ～１００μｍである。
　［低溶融率部の溶融率］
　上記の説明では、低溶融率部２１の溶融率が実質的に０％である場合、つまり、低溶融率部２１が実質的に未焼結・未溶融の金属粉末のみで構成されている場合を例示したが、本発明の実施形態はこのような構成に限定されるものではない。低溶融率部２１の溶融率は、０％超であってもよい。つまり、低溶融率部２１は、金型１の製造時にレーザ照射が行われなかった領域であってもよいし、レーザ照射が他の部分よりも弱い強度および／または短い時間で行われた領域であってもよい。
　ただし、溶融率が低いほど、その領域の不連続性が高いといえる。そのため、クラックの進展を防止する観点からは、低溶融率部２１の溶融率は低いほど好ましく、具体的には、５０％以下であることが好ましく、実質的に０％であること、つまり、低溶融率部２１が実質的に未焼結・未溶融の金属粉末のみで構成されていることがより好ましい。
　［三次元ハニカム状の熱媒体流路］
　図２、図３および図４に加えて図９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９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９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９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９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１０は、図９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１１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１２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１２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１３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。
　［熱媒体流路の他の構成］
　これまでの説明では、熱媒体流路１０が三次元ハニカム状である場合を例示したが、熱媒体流路１０の形状は、これに限定されるものではない。例えば、熱媒体流路１０は、二次元ハニカム状であってもよい。
　二次元ハニカム状の熱媒体流路１０の例を、図１４に示す。図１４は、熱媒体流路１０を模式的に示す斜視図である。
　図１４に示す熱媒体流路１０は、二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、二次元の網目構造を有する。熱媒体流路１０が二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１５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１５は、熱媒体流路１０の一部を拡大して示す平面図である。
　図１５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、二次元ハニカム状の熱媒体流路１０によって、アレイ状に配置された複数の部分（中実部）１１に区画されている。図１４および図１５に示している例では、二次元ハニカムの単位構造は、略六角形の枠状、より具体的には略正六角形の枠状である。そのため、各中実部１１は、略六角形状、より具体的には略正六角形状である。ただし、中実部１１の形状は、ここで例示したものに限定されない。
　図１５には、媒体導入口４側から媒体排出口５側に向かって熱媒体流路１０内を熱媒体が全体として流れる方向（以下では「第１方向」と呼ぶ）Ｄ１と、第１方向Ｄ１に略直交する方向（以下では「第２方向」と呼ぶ）Ｄ２とを示している。複数の中実部１１は、複数の中実部列１１Ｃを構成するように配置されている。各中実部列１１Ｃは、第２方向Ｄ２に沿って配置された２個以上の中実部１１を含んでおり、複数の中実部列１１Ｃは、第１方向Ｄ１に沿って並んでいる。図１４に示す例では、４個の中実部１１を含む中実部列１１Ｃと、３個の中実部１１を含む中実部列１１Ｃとが交互に配置されている。なお、中実部列１１Ｃの数や、各中実部列１１Ｃに含まれる中実部１１の数は、図１４などに例示しているものに限定されない。
　各中実部列１１Ｃに含まれる２個以上の中実部１１は、第２方向Ｄ２に沿って所定のピッチＰで配置されている。図示している例では、互いに隣接する２つの中実部列１１Ｃは、それぞれの中実部１１の第２方向Ｄ２における位置がピッチＰの略半分ずれているように配置されている。
　なお、図１４に示した例では、熱媒体流路１０（つまり二次元ハニカム状の部分）は、第２方向Ｄ２（ここではＺ方向）に沿って延びる板状の幅広部６（図１５参照）を介して媒体導入口４や媒体排出口５に接続されているが、この幅広部６は省略されてもよい。
　図１６に、熱媒体流路１０の一部をさらに拡大して示す。熱媒体流路１０は、図１６に示すように、第１方向Ｄ１に略平行に延びる部分（以下では「第１部分」と呼ぶ）１０ａと、第１部分１０ａの端部から第１方向Ｄ１とは異なる第３方向Ｄ３に略平行に延びる部分（以下では「第２部分」と呼ぶ）１０ｂと、第１部分１０ａの端部から第１方向Ｄ１および第３方向Ｄ３とは異なる第４方向Ｄ４に略平行に延びる部分（以下では「第３部分」と呼ぶ）１０ｃとから構成される。図示している例では、第３方向Ｄ３は、第１方向Ｄ１に対して＋α°（時計回りにα°）の角をなしており、第４方向Ｄ４は、第１方向Ｄ１に対して－α°（反時計回りにα°）の角をなしている。つまり、第３方向Ｄ３と第４方向Ｄ４とは、第１方向Ｄ１に対して互いに対称な方向である。
　ここで、熱媒体流路１０が二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、図１６中に白抜き矢印で模式的に示すように、第１部分１０ａを流れてきて第１部分１０ａの端部で中実部１１にぶつかって第２部分１０ｂおよび第３部分１０ｃに分岐する。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が二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、熱媒体流路が二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が二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。
　なお、二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、略多角形状、略円形状または略楕円形状であり得る。図１７および図１８に、中実部１１の形状の他の例を示す。図１７に示す例では、中実部１１は、略円形状である。また、図１８に示す例では、中実部１１は、略正方形状である。中実部１１が略多角形状、略円形状または略楕円形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。
　熱媒体を均一に流す観点からは、互いに隣接する２つの中実部列１１Ｃは、図１５などに示したように、それぞれの中実部１１の第２方向Ｄ２における位置がピッチＰの略半分ずれているように配置されていることが好ましい。
　また、熱媒体流路１０は、図１６などに示したように、第１方向Ｄ１に略平行に延びる第１部分１０ａと、第１部分１０ａの端部から第１方向Ｄ１に対して互いに対称な第３方向Ｄ３および第４方向Ｄ４に略平行にそれぞれ延びる第２部分１０ｂおよび第３部分１０ｃとを含むことが好ましい。熱媒体流路１０がこのような第１部分１０ａ、第２部分１０ｂおよび第３部分１０ｃから構成されることにより、第１部分１０ａを流れる熱媒体が第１部分１０ａの端部に到達したときに第２部分１０ｂおよび第３部分１０ｃに流れようとする確率がほぼ等しくなるので、熱媒体を金型１内に均一に流すことがいっそう容易となる。
　熱媒体流路１０の流路径に特に制限はない。また、中実部列１１Ｃの数や、各中実部列１１Ｃに含まれる中実部１１の数についても特に制限はない。熱媒体流路１０の流路径や、中実部列１１Ｃの数、各中実部列１１Ｃに含まれる中実部１１の数は、金型１の大きさ、用途等によって適宜設定される。
　二次元ハニカム状の熱媒体流路１０を有する金型１についても、金型表面１ａと熱媒体流路１０との間に緩衝層２０を配置することにより、クラックの進展を防止することができる。
　なお、ここでは、金型１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つ設ける例を示したが、これらのセットを金型１内に複数設けてもよい。図１９に、そのような構成の一例を示す。
　図１９には、金型１内に設けられる２つのセットを示している。２つのセットのうちの一方は、金型１内でＹ方向における一側（図中の手前側）に配置されており、他方は、Ｙ方向における他側（図中の奥側）に配置されている。熱媒体流路１０、媒体導入口４および媒体排出口５のセットの数は、金型１の大きさや用途等によって決定され得る。なお、図１９に示す例では、熱媒体流路１０の各中実部列１１Ｃに含まれる中実部１１の個数が５つであり、図１４などに示した例とは異なっている。
　また、熱媒体流路１０は、三次元ハニカム状および二次元ハニカム状のいずれかでなくてもよい。図２０および図２１に、熱媒体流路１０の他の例を示す。図２０には、本発明の実施形態による他の金型１Ａを模式的に示す斜視図であり、図２１は、金型１Ａの熱媒体流路１０を模式的に示す図である。
　図２０および図２１に示す例では、熱媒体流路１０は、Ｕ字状である。このような熱媒体流路１０を有する金型１Ａにおいても、熱媒体流路１０と金型表面１ａとの間に緩衝層２０を配置することにより、クラックの進展を防止することができる。
　［緩衝層の他の構成］
　これまでの説明では、三次元メッシュ状の熱伝導部２２を例示したが、緩衝層２０が有する熱伝導部２２の形状は、これに限定されるものではない。
　図２２および図２３に、緩衝層２０の他の例を示す。図２２は、緩衝層２０の他の例を示す図であり、厚さ方向に直交する平面に沿った断面図である。図２３は、緩衝層２０およびその近傍を示す図であり、緩衝層２０の厚さ方向に沿った断面図である。
　図２２および図２３に示す例では、緩衝層２０の熱伝導部２２は、三次元ハニカム状である。つまり、熱伝導部２２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。図２３に示すように、熱伝導部２２は、緩衝層２０の第１端面２０ａから第２端面２０ｂまで連続している。緩衝層２０のうち、三次元ハニカム状の熱伝導部２２以外の領域が低溶融率部２１である。ここでは、低溶融率部２１は、複数の略球状の領域である。
　緩衝層２０の熱伝導部２２が三次元ハニカム状である場合でも、熱伝導部２２によって、金型表面１ａ側からの熱を熱媒体流路１０側に（あるいはその逆に熱媒体流路１０側からの熱を金型表面１ａ側に）伝導させ得るので、熱媒体流路１０による温度制御をより好適に行うことができる。
　図２４および図２５に、緩衝層２０のさらに他の例を示す。図２４は、緩衝層２０のさらに他の例を示す図であり、厚さ方向に直交する平面に沿った断面図である。図２５は、緩衝層２０およびその近傍を示す図であり、緩衝層２０の厚さ方向に沿った断面図である。
　図２４および図２５に示す例では、緩衝層２０の熱伝導部２２は、二次元ハニカム状である。つまり、熱伝導部２２は、実質的に同じ形状の単位構造が隙間なく並べられた、二次元の網目構造を有する。図２５に示すように、熱伝導部２２は、緩衝層２０の第１端面２０ａから第２端面２０ｂまで連続している。緩衝層２０のうち、二次元ハニカム状の熱伝導部２２以外の領域が低溶融率部２１である。ここでは、低溶融率部２１は、複数の略六角柱状の領域である。
　緩衝層２０の熱伝導部２２が二次元ハニカム状である場合でも、熱伝導部２２によって、金型表面１ａ側からの熱を熱媒体流路１０側に（あるいはその逆に熱媒体流路１０側からの熱を金型表面１ａ側に）伝導させ得るので、熱媒体流路１０による温度制御をより好適に行うことができる。
　図２６および図２７に、緩衝層２０のさらに他の例を示す。図２６は、緩衝層２０のさらに他の例を示す図であり、厚さ方向に直交する平面に沿った断面図である。図２７は、緩衝層２０およびその近傍を示す図であり、緩衝層２０の厚さ方向に沿った断面図である。
　図２６および図２７に示す例では、緩衝層２０の熱伝導部２２は、緩衝層２０の第１端面２０ａから第２端面２０ｂに延びる複数の柱状体である。また、緩衝層２０のうち、熱伝導部２２以外の領域（複数の柱状体を除いた領域）が低溶融率部２１である。
　緩衝層２０の熱伝導部２２が複数の柱状体である場合でも、熱伝導部２２によって、金型表面１ａ側からの熱を熱媒体流路１０側に（あるいはその逆に熱媒体流路１０側からの熱を金型表面１ａ側に）伝導させ得るので、熱媒体流路１０による温度制御をより好適に行うことができる。なお、ここでは、複数の柱状体のそれぞれが円柱状である場合を例示しているが、柱状体の形状はこれに限定されず、四角柱、六角柱などの角柱状であってもよい。
　また、緩衝層２０は、これまで例示したのとは異なる構造を有してもよい。例えば、３Ｄプリンタにおいて、金属粉末へのレーザ照射の条件を調節する（例えばランダムな照射を行う）ことにより、ポーラス（多孔質）構造を形成できることが知られている。緩衝層２０が、そのようなポーラス構造に類似した構造を有していてもよい。ポーラス構造の「孔」に対応する部分内には、未焼結・未溶融の金属粉末が存在しており、低溶融率部として機能する。
　また、図２８に示すように、緩衝層２０が熱伝導部２２を有していなくてもよい。つまり、緩衝層２０が低溶融率部２１のみを有していてもよい。
　ここで、熱伝導部２２を有しない緩衝層２０について、冷却性能への影響をシミュレーションにより検証した結果を説明する。
　シミュレーションは、図２９、図３０および図３１に示す３つのモデル（それぞれ「モデルＡ」、「モデルＢ」、「モデルＣ」と呼ぶ）について行った。いずれのモデルについても、金型１Ｍの周囲に溶湯９が位置しており、金型１Ｍの表面近傍に熱媒体流路１０が配置されている。熱媒体流路１０の断面形状は円形であり、金型１Ｍの表面から熱媒体流路１０の中心軸までの距離は１０ｍｍである。
　図２９に示すモデルＡでは、熱媒体流路１０の直径は６ｍｍである。図３０に示すモデルＢでは、熱媒体流路１０の直径は３ｍｍである。図３１（ａ）および（ｂ）に示すモデルＣでは、熱媒体流路１０の直径は３ｍｍである。
　また、モデルＣでは、熱媒体流路１０を囲むように、緩衝層２０が配置されている。緩衝層２０の厚さは１．５ｍｍである。緩衝層２０の断面は円環状であり、緩衝層２０の内周面から熱媒体流路１０の外周面までの距離は２ｍｍ以上である。
　いずれのモデルについても、溶湯９の初期温度は６３０℃、金型１Ｍおよび緩衝層２０の初期温度は１５０℃とした。溶湯９と金型１Ｍとの間の熱伝達係数は、３０００Ｗ／ｍ2・Ｋとした。熱媒体流路１０内を流れる熱媒体の対流係数は５０００Ｗ／ｍ2・Ｋ、温度は３０℃とした。金型１Ｍの材料は金型用鋼、溶湯９の材料はダイカスト用アルミニウム合金とした。金型用鋼およびダイカスト用アルミニウム合金の熱伝導率および比熱は、表１に示す通りである。また、表１からわかるように、緩衝層２０の熱伝導率および比熱は、それぞれ鉄の熱伝導率および比熱の１／２とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　解析ソフト（シーメンス社製ＮＸ）を用いて初期状態から２秒後の金型１Ｍの内部の温度プロファイルを検証したところ、モデルＣでは、モデルＡおよびＢと遜色ない冷却が行われていることが確認された。
　［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、これらの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やエンジン用のシリンダブロック、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（または１Ａ）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、金型表面１ａと熱媒体流路１０との間に位置する緩衝層２０と、を有し、緩衝層２０は、金型内部のうちの緩衝層２０以外の部分よりも溶融率が低い低溶融率部２１を含む。
　本発明の実施形態による金型１は、金型表面１ａと熱媒体流路１０との間に位置する緩衝層２０を有しており、緩衝層２０は、金型内部のうちの緩衝層２０以外の部分よりも溶融率が低い低溶融率部２１を含んでいる。緩衝層２０の低溶融率部２１は、他の部分よりも構造体としての連続性が低い、つまり、不連続性が高い部分であるので、クラックが進展しにくい部分である。従って、緩衝層２０が金型表面１ａと熱媒体流路１０との間に位置していることにより、熱媒体流路１０側でクラックが発生したとしても、その金型表面１ａ側への進展を緩衝層２０で防止することができる。そのため、本発明の実施形態による金型１では、熱媒体の漏れを防止することができる。
　ある実施形態において、低溶融率部２１の溶融率は、５０％以下である。
　クラックの進展を防止する観点からは、低溶融率部２１の溶融率は低いほど好ましく、具体的には、５０％以下であることが好ましい。
　ある実施形態において、低溶融率部２１は、未焼結・未溶融の金属粉末で構成されている。
　低溶融率部２１が、未焼結・未溶融の金属粉末で構成されていると、低溶融率部２１の溶融率は実質的に０％であり、クラックの進展を防止する効果が高い。
　ある実施形態において、緩衝層２０は、低溶融率部２１よりも溶融率が高い熱伝導部２２であって、緩衝層２０の熱媒体流路１０側の第１端面２０ａから金型表面１ａ側の第２端面２０ｂまで連続する熱伝導部２２をさらに含む。
　緩衝層２０が、低溶融率部２１よりも溶融率が高い熱伝導部２２であって、緩衝層２０の熱媒体流路１０側の第１端面２０ａから金型表面１ａ側の第２端面２０ｂまで連続する熱伝導部２２を含んでいてもよい。熱伝導部２２は、金型表面１ａ側からの熱を熱媒体流路１０側に（あるいはその逆に熱媒体流路１０側からの熱を金型表面１ａ側に）伝導させる役割を果たすので、緩衝層２０が熱伝導部２２を含むことにより、熱媒体流路１０による温度制御をより好適に行うことができる。
　ある実施形態において、熱伝導部２２の溶融率は、金型内部のうちの緩衝層２０以外の部分と実質的に同じである。
　金型表面１ａ側から熱媒体流路１０側への、または、熱媒体流路１０側から金型表面１ａ側への熱の伝導を好適に行う観点からは、熱伝導部２２の溶融率は高いほど好ましく、金型内部のうちの緩衝層２０以外の部分と実質的に同じであることがもっとも好ましい。
　ある実施形態において、熱伝導部２２は、三次元メッシュ状である。
　熱伝導部２２が、例えば三次元メッシュ状であることによって、熱伝導を好適に行うことができる。
　ある実施形態において、熱伝導部２２は、三次元ハニカム状である。
　熱伝導部２２が、例えば三次元ハニカム状であることによって、熱伝導を好適に行うことができる。
　ある実施形態において、熱伝導部２２は、二次元ハニカム状である。
　熱伝導部２２が、例えば二次元ハニカム状であることによって、熱伝導を好適に行うことができる。
　ある実施形態において、熱伝導部２２は、第１端面２０ａから第２端面２０ｂに延びる複数の柱状体である。
　熱伝導部２２が、例えば第１端面２０ａから第２端面２０ｂに延びる複数の柱状体であることによって、熱伝導を好適に行うことができる。
　ある実施形態において、緩衝層２０の厚さｔは、２．０ｍｍ以上である。
　緩衝層の厚さは、２．０ｍｍ以上であることが好ましい。緩衝層の厚さが２．０ｍｍ以上であることにより、クラックの進展を防止する効果をより確実に得ることができる。
　ある実施形態において、熱媒体流路１０は、三次元ハニカム状である。
　熱媒体流路１０が三次元ハニカム状であると、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。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。
　ある実施形態において、熱媒体流路１０は、二次元ハニカム状である。
　熱媒体流路１０が二次元ハニカム状であると、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が二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。さらに、熱媒体流路１０が二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。
　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、シリンダブロック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、シリンダブロック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クラックの進展に起因する熱媒体の漏れを防止することができる。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、６：幅広部、７：薄肉部、８：厚肉部、９：溶湯、１０：熱媒体流路、１０ａ：熱媒体流路の第１部分、１０ｂ：熱媒体流路の第２部分、１０ｃ：熱媒体流路の第３部分、１１：中実部、１１Ｃ：中実部列、２０：緩衝層、２１：低溶融率部、２２：熱伝導部

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、
    　金型表面と前記熱媒体流路との間に位置する緩衝層と、
    を有し、
    　前記緩衝層は、金型内部のうちの前記緩衝層以外の部分よりも溶融率が低い低溶融率部を含む、金型。
  2. 　前記低溶融率部の溶融率は、５０％以下である、請求項１に記載の金型。
  3. 　前記低溶融率部は、未焼結・未溶融の金属粉末で構成されている、請求項１または２に記載の金型。
  4. 　前記緩衝層は、前記低溶融率部よりも溶融率が高い熱伝導部であって、前記緩衝層の前記熱媒体流路側の第１端面から金型表面側の第２端面まで連続する熱伝導部をさらに含む、請求項１から３のいずれかに記載の金型。
  5. 　前記熱伝導部の溶融率は、金型内部のうちの前記緩衝層以外の部分と実質的に同じである、請求項４に記載の金型。
  6. 　前記熱伝導部は、三次元メッシュ状である、請求項４または５に記載の金型。
  7. 　前記熱伝導部は、三次元ハニカム状である、請求項４または５に記載の金型。
  8. 　前記熱伝導部は、二次元ハニカム状である、請求項４または５に記載の金型。
  9. 　前記熱伝導部は、前記第１端面から前記第２端面に延びる複数の柱状体である、請求項４または５に記載の金型。
  10. 　前記緩衝層の厚さは、２．０ｍｍ以上である、請求項１から９のいずれかに記載の金型。
  11. 　前記熱媒体流路は、三次元ハニカム状である、請求項１から１０のいずれかに記載の金型。
  12. 　前記熱媒体流路は、二次元ハニカム状である、請求項１から１０のいずれかに記載の金型。
  13. 　車両用ホイール、車両用フレーム部品、シリンダブロック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１２のいずれかに記載の金型。
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