特許 5761072 溶湯鍛造型

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5761072

(24)【登録日】2015年6月19日

(45)【発行日】2015年8月12日

(54)【発明の名称】溶湯鍛造型

(51)【国際特許分類】

   B22D 18/02 20060101AFI20150723BHJP

   B22C 9/06 20060101ALI20150723BHJP

   B22C 9/22 20060101ALI20150723BHJP

   B22D 17/22 20060101ALN20150723BHJP

【ＦＩ】

   B22D18/02 M

   B22D18/02 C

   B22C9/06 A

   B22C9/22 Z

   !B22D17/22 E

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-37792(P2012-37792)

(22)【出願日】2012年2月23日

(65)【公開番号】特開2013-173151(P2013-173151A)

(43)【公開日】2013年9月5日

【審査請求日】2014年3月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000100768

【氏名又は名称】アイシン・エィ・ダブリュ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】特許業務法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】茜谷 宗明

【審査官】 池ノ谷 秀行

(56)【参考文献】

【文献】 実開平０５−０７８３６０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 国際公開第２００９／０６６７７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−０１５４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１３０４４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−０１４１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３４４９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４０４９０４０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０８６３８２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｄ １８／０２

Ｂ２２Ｃ ９／００−９／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下型と、該下型に合わさる中間型と、該中間型及び上記下型に合わさる上型とを有し、上記下型及び上記中間型によって形成された凹部内に注ぎ込まれた溶湯を、上記上型によって加圧して鍛造するよう構成されており、
該上型と上記下型とが合わさったときの境界部分には、製品を成形するためのキャビティが形成され、
上記中間型と上記下型とが合わさったときの境界部分には、上記キャビティに連通する余剰空間が形成され、
該余剰空間には、上記上型によって圧力が加えられた溶湯に押されて後退する調整弁が配置されており、
上記キャビティは、製品を成形するための製品キャビティと、該製品キャビティの一方側に繋がり、該製品キャビティへ溶湯を補給するための補給キャビティと、上記製品キャビティの他方側に繋がり、充填される溶湯が上記製品キャビティ及び上記補給キャビティよりも先に冷却される冷却キャビティと、を備えており、
上記各キャビティにおける、冷却表面積Ｓに対する体積Ｖの比であるモジュラスＭ（＝Ｖ／Ｓ）は、上記製品キャビティのモジュラスをＭｐ、上記補給キャビティのモジュラスをＭｓ、上記冷却キャビティのモジュラスをＭｃとしたとき、Ｍｓ＞Ｍｐ＞Ｍｃの関係を有しており、
上記余剰空間は、上記補給キャビティに連通されていることを特徴とする溶湯鍛造型。

【請求項2】

請求項１に記載の溶湯鍛造型において、上記調整弁は、付勢手段による付勢力を外側から受けて上記余剰空間内に配置されており、かつ、上記付勢力に打ち勝つ所定の大きさ以上の圧力が加わったときに後退するよう構成されていることを特徴とする溶湯鍛造型。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の溶湯鍛造型において、上記調整弁は、上記余剰空間内に配置される先端部に、先端に向かうに連れて縮径するテーパ先端面を有していることを特徴とする溶湯鍛造型。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶湯鍛造型において、上記製品キャビティ、上記補給キャビティ及び上記冷却キャビティは、環形状に形成してあり、
上記補給キャビティは、上記製品キャビティの一方側としての外周側において、該製品キャビティに対して環状に連続して繋がっており、
上記冷却キャビティは、複数のフィン状キャビティ部を連ねてなるとともに、上記製品キャビティの他方側としての内周側において、該製品キャビティに対して環状に連続して繋がっており、
上記調整弁が配置された上記余剰空間は、上記補給キャビティの周方向における複数箇所に形成されていることを特徴とする溶湯鍛造型。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、下型に注ぎ込んだ溶湯を上型によって加圧して鍛造を行う溶湯鍛造型に関する。

【背景技術】

【0002】

アルミニウム材料等の製品を製造する方法として、金型内のキャビティに外部から溶湯を注入して、高速・高圧で射出鋳造を行うダイカスト鋳造法が知られている。この鋳造法においては、高速・高圧で鋳造を行うために、鋳造条件の変動があると、製造する製品の品質が安定しないおそれがある。また、高速・高圧での鋳造を実現するために、設備が大型化してしまう。

【0003】

また、例えば、特許文献１の溶湯鍛造法およびその装置においては、下型、下パンチ及びカウンターバランスピストンによって形成されるキャビティ内へ溶湯を供給し、キャビティ内へ上パンチを押し込んで溶湯を所定圧力で加圧している。そして、余剰の溶湯を、カウンターバランスピストンの下降によって形成される空間内へ逃している。これにより、キャビティ内への溶湯供給量を一定にし、溶湯加圧力を確実にもたらし、製品への欠陥の発生を防止している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭６１−４９７６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１等の従来の溶湯鍛造法においては、鍛造によって製造した製品の取り出しを容易にするための工夫はなされていない。特許文献１においては、上パンチの移動方向に対してカウンターバランスピストンが平行に移動する。そのため、製品を取り出すときに不都合は生じない。しかし、製造する製品の形状によっては、特許文献１の装置を使用すると、製造後の製品の取り出しができない場合がある。

【0006】

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、鋳巣の発生を抑制して安定して溶湯鍛造を行うことができ、鍛造製品の取り出しを容易にすることができる溶湯鍛造型を提供しようとして得られたものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、下型と、該下型に合わさる中間型と、該中間型及び上記下型に合わさる上型とを有し、上記下型及び上記中間型によって形成された凹部内に注ぎ込まれた溶湯を、上記上型によって加圧して鍛造するよう構成されており、
該上型と上記下型とが合わさったときの境界部分には、製品を成形するためのキャビティが形成され、
上記中間型と上記下型とが合わさったときの境界部分には、上記キャビティに連通する余剰空間が形成され、
該余剰空間には、上記上型によって圧力が加えられた溶湯に押されて後退する調整弁が配置されており、
上記キャビティは、製品を成形するための製品キャビティと、該製品キャビティの一方側に繋がり、該製品キャビティへ溶湯を補給するための補給キャビティと、上記製品キャビティの他方側に繋がり、充填される溶湯が上記製品キャビティ及び上記補給キャビティよりも先に冷却される冷却キャビティと、を備えており、
上記各キャビティにおける、冷却表面積Ｓに対する体積Ｖの比であるモジュラスＭ（＝Ｖ／Ｓ）は、上記製品キャビティのモジュラスをＭｐ、上記補給キャビティのモジュラスをＭｓ、上記冷却キャビティのモジュラスをＭｃとしたとき、Ｍｓ＞Ｍｐ＞Ｍｃの関係を有しており、
上記余剰空間は、上記補給キャビティに連通されていることを特徴とする溶湯鍛造型にある（請求項１）。

【発明の効果】

【0008】

上記溶湯鍛造型においては、下型内に注ぎ込んだ溶湯に鍛造を行う場合に、中間型及び調整弁を用いる点に工夫をしている。
鍛造製品を製造するに当たっては、下型及び中間型に対して上型が開いた状態において、下型及び中間型によって形成された凹部内に溶湯を注ぎ込む。次いで、溶湯が溜められた下型及び中間型に対して上型を下降させる。そして、溶湯が上型によって押されるときには、溶湯が充填されたキャビティが形成されるとともに、このキャビティに不要になった溶湯の一部が、調整弁を後退させながら余剰空間へ流れ込む。
このとき、キャビティ内の溶湯に所定の圧力が加わった後、余剰空間内の調整弁が後退する。また、調整弁によって、キャビティ内の溶湯に圧力が加わった状態が維持される。これにより、キャビティの全体に溶湯が行き渡るようにして、鋳巣の発生を抑制することができる。

【0009】

また、製造した鍛造製品を取り出す際には、上型及び中間型を下型から上昇させる。このとき、中間型を下型から離すことにより、調整弁を取り外すことができる。そのため、鍛造製品を取り出す際に、余剰空間に形成された鍛造製品の一部が、中間型及び調整弁によって遮られないようにすることができる。これにより、鍛造製品の取り出しが容易である。
それ故、上記溶湯鍛造型によれば、鋳巣の発生を抑制して安定して溶湯鍛造を行うことができ、鍛造製品の取り出しを容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例にかかる、鍛造を行った状態の溶湯鍛造型を示す断面図。

【図2】実施例にかかる、固定型部、中間型部、上型が互いに離れた状態の溶湯鍛造型を示す断面図。

【図3】実施例にかかる、固定型部及び中間型部によって形成された凹部に、溶湯を注ぎ込んだ状態の溶湯鍛造型を示す断面図。

【図4】実施例にかかる、溶湯鍛造型におけるキャビティの形成状態を、上方から見た状態で示す断面図。

【図5】実施例にかかる、鍛造製品を示す断面図。

【図6】実施例にかかる、他の溶湯鍛造型において、固定型部及び中間型部によって形成された凹部に溶湯を注ぎ込んだ状態を示す断面図。

【図7】実施例にかかる、他の溶湯鍛造型において、鍛造を行った状態を示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

上述した溶湯鍛造型における好ましい実施の形態につき説明する。
上記溶湯鍛造型において、上記中間型は、上記上型とは別の加圧源によって押されて上記下型に維持されるようにすることができる。また、中間型は、加圧源によって下降する上型の一部によって、下方へ押されるようにすることもできる。
また、上記キャビティの一部は、中間型と下型とが合わさったときの境界部分に形成されていてもよい。

【0012】

また、上記調整弁は、付勢手段による付勢力を外側から受けて上記余剰空間内に配置されており、かつ、上記付勢力に打ち勝つ所定の大きさ以上の圧力が加わったときに後退するよう構成されていてもよい（請求項２）。
この場合には、付勢手段の付勢力を調整することにより、キャビティ内及び余剰空間内の溶湯に加わる圧力を適切に調整することができる。そして、適切なタイミングで、調整弁の後退動作を行うことができる。

【0013】

また、上記調整弁は、上記余剰空間内に配置される先端部に、先端に向かうに連れて縮径するテーパ先端面を有していてもよい（請求項３）。
この場合には、余剰空間内の溶湯から調整弁に加わる圧力を適切にすることができ、製造後の鍛造品の取り出しを容易にすることができる。

【0014】

また、上記キャビティは、製品を成形するための製品キャビティと、該製品キャビティの一方側に繋がり、充填される溶湯を上記製品キャビティへ補給するための補給キャビティと、上記製品キャビティの他方側に繋がり、充填される溶湯が上記製品キャビティ及び上記補給キャビティよりも先に冷却される冷却キャビティと、を備えており、上記各キャビティにおける、冷却表面積Ｓに対する体積Ｖの比であるモジュラスＭ（＝Ｖ／Ｓ）は、上記製品キャビティのモジュラスをＭｐ、上記補給キャビティのモジュラスをＭｓ、上記冷却キャビティのモジュラスをＭｃとしたとき、Ｍｓ＞Ｍｐ＞Ｍｃの関係を有しており、上記余剰空間は、上記補給キャビティに連通されている。

【0015】

キャビティにおいては、冷却キャビティに充填された溶湯が先に凝固し、次いで、製品キャビティに充填された溶湯が凝固し、最後に、補給キャビティに充填された溶湯が凝固する。これにより、溶湯をキャビティの一方から他方に向けて順次凝固させることができる。そのため、簡単な工夫により、製品キャビティに成形する鋳物製品に鋳巣（未充填の空洞、亀裂、縮小化等の変形）が発生しないようにすることができる。
なお、上記冷却表面積Ｓとは、溶湯と接触するキャビティの表面積のことをいう。

【0016】

また、上記製品キャビティ、上記補給キャビティ及び上記冷却キャビティは、環形状に形成してあり、上記補給キャビティは、上記製品キャビティの一方側としての外周側において、該製品キャビティに対して環状に連続して繋がっており、上記冷却キャビティは、複数のフィン状キャビティ部を連ねてなるとともに、上記製品キャビティの他方側としての内周側において、該製品キャビティに対して環状に連続して繋がっており、上記調整弁が配置された上記余剰空間は、上記補給キャビティの周方向における複数箇所に形成されていてもよい（請求項４）。
この場合には、環形状の製品キャビティ、補給キャビティ及び冷却キャビティに対して、調整弁が配置された余剰空間を適切に形成することができる。そして、環形状の鋳物製品に鋳巣が発生しないようにすることができる。

【実施例】

【0017】

以下に、上記溶湯鍛造型１にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例の溶湯鍛造型１は、図１に示すごとく、下型３と、下型３に合わさる中間型４と、中間型４及び下型３に合わさる上型５とを有し、下型３及び中間型４によって形成された凹部６５内に注ぎ込まれた溶湯Ｙを、上型５によって加圧して鍛造するよう構成されている。
上型５と下型３とが合わさったときの境界部分Ｋには、製品を成形するためのキャビティ６が形成され、中間型４と下型３とが合わさったときの境界部分Ｋには、キャビティ６に連通する余剰空間６４が形成される。余剰空間６４には、上型５によって圧力が加えられた溶湯Ｙに押されて後退する調整弁７が配置される。

【0018】

以下に、本例の溶湯鍛造型１につき、図１〜図７を参照して詳説する。
本例の溶湯鍛造型１は、金属を溶融させた溶湯Ｙに対して加圧を行って鍛造をすることにより、鍛造に要する加圧力を小さくしたものである。溶湯鍛造型１は、上型５を可動させる動力源１１等と合わさって、溶湯鍛造装置を構成する。
図１に示すごとく、上型５は、油圧力、空圧力、電動力等の動力源１１によって駆動されて、昇降するよう構成されている。図２に示すごとく、下型３は、架台２０等に固定され、上型５及び中間型４は、別々に可動するよう構成されている。また、図３に示すごとく、上型５を開けた状態において、下型３と中間型４とによって、溶湯Ｙを注ぎ込んで溜めるための凹部６５が形成される。なお、上型５及び中間型４は、手動によって可動させることもできる。

【0019】

図１、図４に示すごとく、本例のキャビティ６は、製品を成形するための製品キャビティ６１と、製品キャビティ６１の一方側に繋がり、製品キャビティ６１へ溶湯Ｙを補給するための補給キャビティ６２と、製品キャビティ６１の他方側に繋がり、充填される溶湯Ｙが製品キャビティ６１及び補給キャビティ６２よりも先に冷却される冷却キャビティ６３とを備えている。各キャビティ６１，６２，６３における、冷却表面積Ｓに対する体積Ｖの比であるモジュラスＭ（＝Ｖ／Ｓ）は、製品キャビティ６１のモジュラスをＭｐ、補給キャビティ６２のモジュラスをＭｓ、冷却キャビティ６３のモジュラスをＭｃとしたとき、Ｍｓ＞Ｍｐ＞Ｍｃの関係を有している。

【0020】

図４、図５に示すごとく、本例の溶湯鍛造型１によって製造する鍛造製品８は、円環形状を有する部材である。ここで、図５は、溶湯鍛造型１によって製造した鍛造製品８を示す断面図であり、対応する各キャビティ６１，６２，６３及び余剰空間６４をカッコ書きの符号で示す。
製品キャビティ６１、補給キャビティ６２及び冷却キャビティ６３は、円環形状に形成されている。補給キャビティ６２は、製品キャビティ６１の一方側としての外周側において、製品キャビティ６１に対して円環状に連続して繋がっている。冷却キャビティ６３は、複数のフィン状キャビティ部６３１を連ねてなるとともに、製品キャビティ６１の他方側としての内周側において、製品キャビティ６１に対して円環状に連続して繋がっている。

【0021】

補給キャビティ６２は、そのモジュラスＭｓをできるだけ小さくするために、円形状の断面を有している。補給キャビティ６２の体積は、製品キャビティ６１の体積よりも大きくなっている。冷却キャビティ６３は、そのモジュラスＭｃをできるだけ大きくするために、複数のフィン状キャビティ部６３１を、円環形状の製品キャビティ６１の円環形状の軸方向中心位置からその軸方向の両側に向けて枝分かれ状に有している。製品キャビティ６１は、その代表断面形状が円環形状の周方向に連続して形成されている。

【0022】

図４に示すごとく、調整弁７が配置された余剰空間６４は、補給キャビティ６２に対する外周側から、その周方向における複数箇所に連通して形成されている。中間型４は、補給キャビティ６２に対する外周側において、余剰空間６４を形成する部分に、円環形状に形成されている。余剰空間６４における上側部分の一部は、中間型４によって形成されている。
図１に示すごとく、各調整弁７は、円柱形状のピンによって構成されている。各余剰空間６４は、下型３と中間型４との境界部分Ｋにおいて調整弁７を摺動させる断面円形状の空間として形成されている。余剰空間６４の下半分は下型３に形成され、余剰空間６４の上半分は中間型４に形成されている。

【0023】

調整弁７は、下型３と中間型４との境界部分Ｋの外側から余剰空間６４内に配置されている。調整弁７は、付勢手段７１による付勢力を外側から受けて余剰空間６４内に配置されており、かつ、付勢手段７１の付勢力に打ち勝つ所定の大きさ以上の圧力が加わったときに後退するよう構成されている。本例の付勢手段７１は、圧縮バネによって構成されている。付勢手段７１は、圧縮バネ以外にも、空気圧による付勢力を作用させることができるガススプリングとすることができる。また、調整弁７は、余剰空間６４内に配置される先端部に、先端に向かうに連れて縮径するテーパ先端面７２を有している。

【0024】

下型３において、製品キャビティ６１の下方位置には、鍛造後の鍛造製品８を取り出すためのエジェクタピン３１が昇降可能に配設されている。
本例の中間型４は、補給キャビティ６２の上側部分の一部を形成し、本例の上型５は、補給キャビティ６２の上側部分の一部、並びに製品キャビティ６１及び冷却キャビティ６３の上側部分を形成する。

【0025】

図１に示すごとく、上型５においては、キャビティ６と外部の大気とを連通する空気穴を形成することができる。これにより、上型５が下降して溶湯Ｙを加圧するときには、キャビティ６内に残留する空気を外部へ抜き出すことができる。
なお、上型５においてキャビティ６を形成する部分を、溶湯Ｙを通過させない一方、空気を通過させるこの多孔性材料によって構成することもできる。この場合にも、キャビティ６内に残留する空気を外部へ抜き出すことができる。

【0026】

次に、溶湯鍛造型１を用いて鍛造を行う動作及びその作用効果につき説明する。
鍛造製品８を製造するに当たっては、図３に示すごとく、下型３の上に中間型４が重なり、これらの間に形成された余剰空間６４内に調整弁７を配置しておく。また、調整弁７は、外周側から付勢手段（圧縮バネ）７１によって押圧しておく。そして、下型３と中間型４とによって、注ぎ込まれる溶湯Ｙを溜めておくことができる凹部６５が形成される。また、上型５は、下型３及び中間型４に対する上方に退避させておく。

【0027】

次いで、同図に示すごとく、下型３と中間型４とによって形成された凹部６５に溶湯Ｙを注ぎ込む。そして、図１に示すごとく、溶湯Ｙが溜められた下型３及び中間型４に対して上型５を下降させる。溶湯Ｙが上型５によって押されるときには、溶湯Ｙが充填された製品キャビティ６１、補給キャビティ６２及び冷却キャビティ６３が形成されるとともに、これらのキャビティ６１，６２，６３に不要になった溶湯Ｙの一部が、調整弁７を外周側へ後退させながら、複数の余剰空間６４へ流れ込む。
なお、上型５の外周側部分には、中間型４を上方から押さえる部分を形成しておき、上型５によって溶湯Ｙを加圧する際には、上型５によって中間型４を上方から押さえることができる。

【0028】

このとき、各調整弁７には、付勢手段７１による付勢力が作用しており、各キャビティ６１，６２，６３内の溶湯Ｙに所定の圧力が加わった後、余剰空間６４内の調整弁７が後退する。また、各調整弁７に作用する付勢力によって、各キャビティ６１，６２，６３内の溶湯Ｙに圧力が加わった状態が維持される。これにより、キャビティ６の全体に溶湯Ｙが行き渡るようにして、鋳巣の発生を抑制することができる。

【0029】

また、各キャビティ６１，６２，６３及び余剰空間６４に鍛造製品８が成形された後には、この鍛造製品８を取り出すために、上型５及び中間型４を下型３から上昇させる。このとき、中間型４を下型３から離すことにより、調整弁７を取り外すことができる。そして、エジェクタピン３１を上昇させて、鍛造製品８を下型３から取り外す。
本例の溶湯鍛造型１においては、中間型４及び調整弁７を取り外せるため、鍛造製品８を取り出す際に、余剰空間６４に形成された鍛造製品８の一部が、中間型４及び調整弁７によって遮られないようにすることができる。これにより、鍛造製品８の取り出しを容易にすることができる。
それ故、溶湯鍛造型１によれば、鋳巣の発生を抑制して安定して溶湯鍛造を行うことができ、鍛造製品８の取り出しを容易にすることができる。
なお、鍛造製品８は、補給キャビティ６２及び余剰空間６４に形成された部分と、冷却キャビティ６３に形成された部分とを切除して、最終的な製品とする。

【0030】

また、溶湯Ｙに対して鍛造を行うため、鍛造を行う圧力を低減することができ、装置の小型化を図ることができる。さらに、調整弁７は、溶湯Ｙの圧力を受けて後退する。そのため、シリンダー等の動力源１１によって動作させるのは上型５のみとすることができ、動力源１１の低減とその制御の簡略化を図ることができる。これにより、溶湯鍛造型１を用いる装置の構成を極めて簡単にすることができる。

【0031】

図６、図７に示すごとく、中間型４は、下型３と上型５との境界部分Ｋにおいて、成形する製品の形状に応じて、溶湯Ｙが充填されにくい部分にのみ設けることができる。調整弁７が配置された余剰空間６４は、中間型４と下型３との間に形成する。上型５には、中間型４を上方から押さえる押さえ部５１が形成されている。
この場合においても、下型３と中間型４とによって形成された凹部６５に溶湯Ｙを注ぎ込み、下型３及び中間型４に対して上型５を下降させる。そして、調整弁７が押されながらキャビティ６から余剰空間６４へ溶湯Ｙが流れ込み、キャビティ６内の溶湯Ｙに所定の圧力を加えて、鍛造製品８を製造することができる。

【符号の説明】

【0032】

１ 溶湯鍛造型
２ 下型
３ 固定型部
４ 中間型部
５ 上型
６ キャビティ
７ 調整弁
Ｙ 溶湯

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】