特開 2025-2841 金型温度調整装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025002841

(43)【公開日】2025-01-09

(54)【発明の名称】金型温度調整装置

(51)【国際特許分類】

   B22C 9/06 20060101AFI20241226BHJP

   B22D 17/22 20060101ALI20241226BHJP

【ＦＩ】

B22C9/06 B

B22D17/22 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023103208

(22)【出願日】2023-06-23

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】冨田 高嗣

(72)【発明者】

【氏名】古川 雄一

【テーマコード（参考）】

4E093

【Ｆターム（参考）】

4E093NA01

4E093NB01

4E093NB05

(57)【要約】

【課題】固定型及び可動型の間に形成されたキャビティに充填された溶湯を所望の温度に保温することができる金型温度調整装置を提供すること。
【解決手段】金型温度調整装置１００は、ダイカスト鋳造に用いられる固定型１及び可動型２を有する金型１０の温度を調整する装置である。金型温度調整装置１００は、固定型１及び可動型２の間に形成されたキャビティ３０に接続されるオーバーフロー４１を加熱する加熱手段と、加熱手段の温度を制御する制御手段と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定型及び可動型の間に形成されたキャビティに接続されるオーバーフローを加熱する加熱手段と、
前記加熱手段の温度を制御する制御手段と、
を有する金型温度調整装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は金型温度調整装置に関する。

【背景技術】

【0002】

金型内に形成された可動型と固定型との間のキャビティに溶湯を充填して鋳造品を製造するダイカスト鋳造は、製造コストが安い割りには複雑な形状の鋳造品を製造することができる等のメリットから、産業界で多く使用されている。そして、ダイカスト鋳造に用いられる金型の温度を調整する技術が提案されている。

【0003】

特許文献１には、可動型と固定型とを備える金型の温度を調整しながらダイカスト鋳造により製品を製造する鋳造品の製造方法において、ダイカスト鋳造を中断する場合には、可動型と固定型とを型締めして溶湯を充填した状態で、可動型と固定型に熱媒体を供給して保温する鋳造品の製造方法及び金型温度調整装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９－２９１８３１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に記載の技術によれば、キャビティ部の内壁の温度を容易に均一化することができ、予熱時のロスを減らして鋳造品の品質の均一化を図ることができることが記載されている。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、熱媒体を供給するための熱媒体通路を金型に設ける必要があるが、複雑な製品形状に対応するキャビティが形成された金型であると、製品形状に追従した熱媒体通路を金型に設けることが困難な場合や、熱媒体通路を設けるために金型の加工コストが増大する虞があるという問題があった。

【0006】

本開示は、このような問題を解決するためになされたものであり、固定型及び可動型の間に形成されたキャビティに充填された溶湯を所望の温度に保温することができる金型温度調整装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一実施の形態にかかる金型温度調整装置は、固定型及び可動型の間に形成されたキャビティに接続されるオーバーフローを加熱する加熱手段と、加熱手段の温度を制御する制御手段と、を有する。

【発明の効果】

【0008】

本開示により、固定型及び可動型の間に形成されたキャビティに充填された溶湯を所望の温度に保温することができる金型温度調整装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１にかかる金型温度調整装置を適用した金型の一例を示す断面図である。

【図2】金型に含まれる可動型の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

実施の形態１
以下、図面を参照して本開示の実施の形態について説明する。ただし、本開示が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

【0011】

図１は、実施の形態１にかかる金型温度調整装置を適用した金型の一例を示す断面図である。図２は、金型に含まれる可動型の平面図である。本実施形態にかかる金型温度調整装置１００は、ダイカスト鋳造に用いられる固定型１及び可動型２を有する金型１０の温度を調整する装置である。図１に示すように、金型温度調整装置１００は、固定型１及び可動型２の間に形成されたキャビティ３０に接続されるオーバーフロー４１を加熱する加熱手段としてのヒータ５０と、ヒータ５０の温度を制御する制御手段としての制御装置６０と、を有する。

【0012】

可動型２は、固定型１に対して接近及び離間する型開閉方向に移動可能に設けられている。金型１０は、固定型１及び可動型２を合わせて型締めすることにより、固定型１及び可動型２の間にランナー２０、ランナーゲート２１、キャビティ３０、オーバーフローゲート４０、及びオーバーフロー４１を形成する。

【0013】

ダイカスト鋳造時に、ランナーゲート２１を介してランナー２０からキャビティ３０に供給された溶湯Ｍは、オーバーフローゲート４０を通じてオーバーフロー４１に到達して、金型１０内のランナー２０、ランナーゲート２１、キャビティ３０、オーバーフローゲート４０、及びオーバーフロー４１のそれぞれで凝固する。凝固した溶湯は、粗材として金型１０から取り出される。したがって、溶湯は、ランナー２０、ランナーゲート２１、キャビティ３０、オーバーフローゲート４０、及びオーバーフロー４１の順に、湯流れ方向の上流から下流に向けて金型１０内を流れる。

【0014】

粗材は、ランナー２０、ランナーゲート２１、オーバーフローゲート４０、及びオーバーフロー４１のそれぞれの形状に対応する鋳造品以外の部分と、キャビティ３０の形状に対応する鋳造品と、を含む。鋳造品に連結した鋳造品以外の部分を粗材から除去することで鋳造品が得られる。溶湯となる金属材料は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金である。

【0015】

固定型１は、キャビティ３０を形成する固定側キャビティ面１ａを有している。固定型１には、キャビティ３０に開口するランナーゲート２１、及びランナーゲート２１を介して溶湯をキャビティ３０に供給するランナー２０が形成されている。ランナー２０に接続された図示しない射出スリーブから溶湯が押し出されると、ランナー２０を通じて金型１０内に溶湯が導かれる。

【0016】

可動型２は、主型３、及び主型３に取り付けられた入子４を有している。主型３は、キャビティ３０を形成する可動側キャビティ面３ａを有している。主型３及び入子４には、キャビティ３０に開口するオーバーフローゲート４０が主型３及び入子４に跨るように形成されている。そして、入子４には、オーバーフローゲート４０を通じてキャビティ３０に接続されたオーバーフロー４１が形成されている。

【0017】

可動型２は、オーバーフロー４１が形成された少なくとも１つの入子４を有している。例えば、本実施形態にかかる可動型２は、図２に示すように、３つの入子４を有している。なお、図２には、固定型１のランナー２０及びランナーゲート２１を一点鎖線で示している。オーバーフロー４１は、粗材の薄肉部に対応するキャビティ３０の薄肉領域に接続されていることが好ましい。これにより、オーバーフロー４１が加熱された場合に、キャビティ３０の薄肉領域に充填された溶湯を容易に保温することができる。

【0018】

主型３は、耐高温性に優れた材料を用いて形成されている。主型３は、例えば鉄鋼材料を用いて形成されている。入子４は、主型３より熱伝導率の高い材料を用いて形成されていることが好ましい。オーバーフロー４１とヒータ５０との間の伝熱を良好にする観点から、入子４は、銅又は銅合金等の金属材料を用いて形成されていることが好ましい。

【0019】

ヒータ５０は、入子４に内蔵されている。ヒータ５０は、オーバーフロー４１の近傍に設けられていることが好ましい。また、ヒータ５０は、オーバーフロー４１が形成された入子４ごとに設けられていることが好ましい。ヒータ５０は、制御装置６０に接続されている。ヒータ５０は、制御装置６０の制御により発熱して、オーバーフロー４１を加熱する。

【0020】

図１に示すように、制御装置６０は、各種演算を実行するＣＰＵ等のプロセッサ６１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリ６２、及び入出力Ｉ／Ｆ６３を備えるコンピュータにより構成されている。制御装置６０は、プロセッサ６１がメモリ６２に予め格納される金型温度調整プログラムを実行することで、ヒータ５０の温度を制御する。制御装置６０は、金型温度調整装置１００に内蔵されてもよく、図示しないダイカストマシンのメインコントローラに内蔵されてもよい。なお、ダイカストマシンは、金型１０を用いてダイカスト鋳造により鋳造品を製造する装置である。

【0021】

制御装置６０は、入出力Ｉ／Ｆ６３にヒータ５０、保温開始指示入力手段７１、及び保温終了指示入力手段７２のそれぞれが接続されている。保温開始指示入力手段７１は、保温の開始指示を入力する手段である。保温終了指示入力手段７２は、保温の終了指示を入力する手段である。

【0022】

次に、金型温度調整装置１００の動作の一例を説明する。金型温度調整装置１００は、保温開始指示入力手段７１に保温の開始指示が入力されると、制御装置６０によりヒータ５０に対して電力を供給することでヒータ５０の温度を上昇させる。これにより、金型１０内に充填された溶湯を保温する。また、金型温度調整装置１００は、保温終了指示入力手段７２に保温の終了指示が入力されると、制御装置６０によりヒータ５０に対する電力の供給を遮断することでヒータ５０の温度を低下させる。金型温度調整装置１００は、例えば、ダイカスト鋳造時に金型１０内へ溶湯の充填が完了してから金型１０の型開きが開始されるまでの間、ヒータ５０を発熱させてオーバーフロー４１を加熱する。

【0023】

ここで、金型１０を用いてダイカスト鋳造により鋳造品を製造する製造方法について一例を説明する。当該製造方法は、例えば、離型剤塗布工程、型締め工程、充填工程、凝固工程、型開き工程、及び取出工程を含む。これらの各工程は、ダイカストマシンにより実現することができる。まず、ダイカストマシンは、予め固定型１及び可動型２を加熱して固定側キャビティ面１ａ及び可動側キャビティ面３ａを所定の設定温度に昇温させる。

【0024】

離型剤塗布工程では、可動型２を固定型１から離間する方向へ移動させて金型１０を型開きした後、固定型１及び可動型２の溶湯が接する面に離型剤を塗布する。型締め工程では、離型剤を塗布した後、可動型２を固定型１に接近する方向へ移動させて型締めを行う。

【0025】

充填工程では、型締めを行った後の金型１０内へ加熱した溶湯を充填する。金型１０内へ溶湯を充填する際、キャビティ３０から溢れた溶湯は、オーバーフローゲート４０を通じてオーバーフロー４１に排出される。溶湯の湯流れ方向の先端には不純物や異物等が多く含まれるため、溶湯がオーバーフロー４１に排出されることで、キャビティ３０に充填された溶湯内に不純物や異物等が残存することが抑制される。

【0026】

金型１０内へ溶湯の充填が完了した後、凝固工程では、金型１０を冷却して金型１０内の溶湯を凝固させる。凝固工程において所定の冷却時間が経過すると、型開き工程では、金型１０を型開きする。取出工程では、金型１０を型開きした後の可動型２に付着した粗材を可動型２から押し出すことにより金型１０から粗材を取り出す。さらに、粗材から鋳造品に連結した鋳造品以外の部分を除去することにより、鋳造品が得られる。

【0027】

ここで、溶湯が凝固する際に溶湯内で晶出する晶出物の生成量や粒径を制御することで、溶湯が凝固した粗材から得られる鋳造品の性能が変化し得る。例えば所定温度以上の高温状態である溶湯内で晶出する晶出物の生成量や粒径を制御することが要求される場合、金型１０内の溶湯の冷却速度が速いと、晶出物の生成量や粒径を制御することが困難になる虞があるという問題がある。

【0028】

このような問題に対し、金型温度調整装置１００は、ダイカスト鋳造時に金型１０内へ溶湯の充填が完了してから金型１０の型開きが開始されるまでの間、ヒータ５０を発熱させることで、オーバーフロー４１を加熱する。ヒータ５０の発熱は、熱伝導によりオーバーフロー４１を介して金型１０内の溶湯の全体に伝わる。そのため、本実施形態にかかる金型温度調整装置１００によれば、キャビティ３０（金型１０内）に充填された溶湯を容易に所望の温度に保温することができる。

【0029】

また、アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯を用いたダイカスト鋳造では、金型１０内の溶湯を冷却する際に、冷却速度を速くして生産性の向上が図られる。しかし、複雑な形状のキャビティ３０が形成された金型１０であったり、肉厚が不均一な粗材を成形する金型１０であったりすると、粗材の各部位に対応するキャビティ３０の領域間で生じる冷却速度の差によってキャビティ３０（金型１０内）に充填された溶湯の温度分布が不均一となり得る。例えば、粗材の厚肉部に対応するキャビティ３０の厚肉領域に比べてキャビティ３０の薄肉領域は冷却速度が速い。その結果、粗材から得られる鋳造品の寸法精度が低下する虞があるという問題がある。

【0030】

このような問題に対し、金型温度調整装置１００は、ダイカスト鋳造時に金型１０内へ溶湯の充填が完了してから金型１０の型開きが開始されるまでの間、ヒータ５０を発熱させることでキャビティ３０の薄肉領域に接続されるオーバーフロー４１を加熱する。これにより、ヒータ５０の発熱は、熱伝導によりオーバーフロー４１を介してキャビティ３０の薄肉領域に充填された溶湯に伝わる。そのため、金型温度調整装置１００を用いれば、キャビティ３０に充填された溶湯の温度を均一化することができる。その結果、鋳造品の寸法精度の低下が抑制される。

【0031】

なお、本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、加熱手段はヒータ５０に限らず、例えば、入子４内に加熱した媒体（熱媒体）を流動させる熱媒体流路を設け、当該熱媒体流路に熱媒体を流すことでオーバ－フローを加熱する構成であってもよい。熱媒体は、オーバーフロー４１を加熱することができる流体であれば特に限定されないが、例えば油や水等である。

【0032】

また、上記実施の形態では、主型３より熱伝導率が高い材料を用いて形成された入子４を例示したが、これに限らない。例えば、金型温度調整装置１００は、断熱材等の熱伝導率の低い材料が主型３との間に介在した入子４に加熱手段が設けられた構成であってもよい。このような構成により、入子４から主型３への伝熱が抑制されるため、加熱手段が入子４に形成されたオーバーフロー４１を局所的に加熱することができる。主型３と入子４との間が断熱されている場合、入子４は、主型３より熱伝導率が高い材料を用いて形成されていてもよく、主型３と同じ材料を用いて形成されていてもよく、主型３より熱伝導率が低い材料を用いて形成されていてもよい。

【0033】

又は、金型温度調整装置１００は、加熱手段がオーバーフロー４１を局所的に加熱することができれば、例えばオーバーフロー４１が形成された入子４に加熱手段を設ける代わりに、オーバーフロー４１が形成された主型３に加熱手段を設けた構成であってもよい。

【0034】

また、上記実施の形態では、加熱手段が可動型２に設けられている場合を例に挙げて金型温度調整装置１００の詳細を説明したが、加熱手段は、固定型１及び可動型２の少なくとも一方に設けられていればよい。固定型１に加熱手段を設ける場合、固定型１は、オーバーフロー４１が形成されるとともに加熱手段を内蔵した入子を主型に取り付けた入子構造とすることが好ましい。ただし、固定型１は、オーバーフロー４１が形成された主型に加熱手段が設けられた構成であってもよい。

【符号の説明】

【0035】

１ 固定型 １ａ 固定側キャビティ面
２ 可動型 ３ 主型 ３ａ 可動側キャビティ面 ４ 入子
１０ 金型
２０ ランナー ２１ ランナーゲート
３０ キャビティ
４０ オーバーフローゲート ４１ オーバーフロー
５０ ヒータ
６０ 制御装置 ６１ プロセッサ ６２ メモリ ６３ 入出力Ｉ／Ｆ
７１ 保温開始指示入力手段 ７２ 保温終了指示入力手段
１００ 金型温度調整装置

【図1】

【図2】