特許 7528789 金型の冷却方法及び冷却装置

(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】

(24)【登録日】2024-07-29

(45)【発行日】2024-08-06

(54)【発明の名称】金型の冷却方法及び冷却装置

(51)【国際特許分類】

   B21D 37/16 20060101AFI20240730BHJP

   B22C 9/06 20060101ALI20240730BHJP

   B22D 17/22 20060101ALI20240730BHJP

【ＦＩ】

B21D37/16

B22C9/06 B

B22D17/22 D

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021001795

(22)【出願日】2021-01-08

(65)【公開番号】P2022107096

(43)【公開日】2022-07-21

【審査請求日】2023-08-22

(73)【特許権者】

【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】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山田 正洋

【審査官】石田 宏之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－０３３９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実公昭４９－０１３７７２（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】実公昭４９－０００９１７（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】特開２０１３－２０２６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０６８７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２１２２９９２６５（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｄ ３７／１６

Ｂ２２Ｃ ９／０６

Ｂ２２Ｄ １７／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気機器により加熱される金型の冷却方法であって、
（ａ）前記金型の金型表面を、吸水性を有する金型カバーで被覆する工程と、
（ｂ）前記金型表面を被覆した前記金型カバーの表面に冷却水を噴射する工程と、
を備える冷却方法。

【請求項2】

請求項１に記載の冷却方法であって、
前記金型カバーの全周は、壁部材で取り囲まれている、冷却方法。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の冷却方法であって、
前記金型カバーは、前記金型表面の形状に沿って変形可能である、冷却方法。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか一項に記載の冷却方法であって、
前記金型カバーは、コットン繊維で形成された繊維シートである、冷却方法。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか一項に記載の冷却方法であって、更に、
前記工程（ａ）の前に、前記金型カバーを吸水した状態とする工程、
を備える冷却方法。

【請求項6】

電気機器により加熱される金型を冷却する冷却装置であって、
吸水性を有し、前記金型の金型表面を被覆可能に形成された金型カバーと、
前記金型表面を被覆した前記金型カバーの表面に冷却水を噴射する噴射装置と、
を備える冷却装置。

【請求項7】

請求項６に記載の冷却装置であって、更に、
前記金型カバーの全周を取り囲む壁部材を備える、冷却装置。

【請求項8】

請求項６又は７に記載の冷却装置であって、
前記金型カバーは、前記金型表面の形状に沿って変形可能である、冷却装置。

【請求項9】

請求項６～８のいずれか一項に記載の冷却装置であって、
前記金型カバーは、コットンを含む繊維で形成されている、冷却装置。

【請求項10】

請求項６～９のいずれか一項に記載の冷却装置であって、
前記噴射装置は、前記金型カバーで前記金型表面を被覆する前に前記冷却水を噴射することによって、前記金型カバーを吸水した状態とする、冷却装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、金型の冷却方法及び冷却装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、金型を用いて金属を成形する方法が開示されている。一般に、金型のメンテナンスを行う場合には、金型を冷却する必要が生じる。金型の冷却方法には、放冷と空冷と水冷がある。放冷や空冷は冷却時間が比較的長く、水冷は冷却時間が比較的短いので、生産性の観点からは水冷が好ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－０９９６８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、電気機器により加熱される金型を冷却水で冷却すると、電気機器に冷却水が飛散して、漏電などの不具合が発生する可能性がある。そこで、金型の冷却時に冷却水の飛散を抑制する技術が望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

【0006】

（１）本開示の一形態によれば、電気機器により加熱される金型の冷却方法が提供される。この冷却方法は、（ａ）前記金型の金型表面を、吸水性を有する金型カバーで被覆する工程と、（ｂ）前記金型表面を被覆した前記金型カバーの表面に冷却水を噴射する工程と、を備える。
この冷却方法によれば、金型表面を被覆した吸水性を有する金型カバーの表面に冷却水を噴射するので、冷却水の飛散を抑制することができる。

【0007】

（２）上記冷却方法において、前記金型カバーの全周は、壁部材で取り囲まれているものとしてもよい。
この冷却方法によれば、壁部材の外に冷却水が飛散することを防止できる。

【0008】

（３）上記冷却方法において、前記金型カバーは、前記金型表面の形状に沿って変形可能であるものとしてもよい。
この冷却方法によれば、金型を効率よく冷却できる。

【0009】

（４）上記冷却方法において、前記金型カバーは、コットン繊維で形成された繊維シートであるものとしてもよい。
この冷却方法によれば、コットン製の繊維シートが金型表面の形状に沿って変形した状態で冷却水を吸水するので、金型を効率よく冷却できる。

【0010】

（５）上記冷却方法は、更に、前記工程（ａ）の前に、前記金型カバーを吸水した状態とする工程、を備えるものとしてもよい。
この冷却方法によれば、吸水した金型カバーで金型表面を被覆するので、金型カバーが高温の金型で損傷する可能性を低減できる。

【0011】

（６）本開示の他の形態によれば、電気機器により加熱される金型の冷却装置が提供される。この冷却装置は、吸水性を有し、前記金型の金型表面を被覆可能に形成された金型カバーと、前記金型表面を被覆した前記金型カバーの表面に冷却水を噴射する噴射装置と、を備える。
この冷却装置によれば、金型表面を被覆した吸水性を有する金型カバーの表面に冷却水を噴射するので、冷却水の飛散を抑制することができる。

【0012】

（７）上記冷却装置は、更に、前記金型カバーの全周を取り囲む壁部材を備えるものとしてもよい。
この冷却装置によれば、壁部材の外に冷却水が飛散することを防止できる。

【0013】

（８）上記冷却装置において、前記金型カバーは、前記金型表面の形状に沿って変形可能であるものとしてもよい。
この冷却装置によれば、金型を効率よく冷却できる。

【0014】

（９）上記冷却装置において、前記金型カバーは、コットンを含む繊維で形成されているものとしてもよい。
この冷却装置によれば、コットン製の繊維シートが金型表面の形状に沿って変形した状態で冷却水を吸水するので、金型を効率よく冷却できる。

【0015】

（１０）上記冷却装置において、前記噴射装置は、前記金型カバーで前記金型表面を被覆する前に前記冷却水を噴射することによって、前記金型カバーを吸水した状態とするものとしてもよい。
この冷却装置によれば、吸水した金型カバーで金型表面を被覆するので、金型カバーが高温の金型で損傷する可能性を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】一実施形態における金型と冷却装置の構成を示す説明図。

【図2】金型カバーで金型を被覆する前の状態を示す説明図。

【図3】冷却装置で金型を冷却する様子を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

図１は、本開示の一実施形態における金型２００と冷却装置１００の構成を示す説明図である。図１には、Ｘ方向とＹ方向とＺ方向が示されている。Ｚ方向は、鉛直上向き方向である。Ｘ方向とＹ方向は、互いに直交する水平方向である。

【0018】

金型２００は、金型本体２１０と、金型本体２１０の上に形成された凸形状部２２０とを有する凸形金型である。凸形状部２２０は、上に凸の金型表面２２２を有している。金型本体２１０の中には、加熱用の電気機器２３０が埋め込まれている。電気機器２３０は、例えば電気ヒーターや、高周波加熱器である。電気機器２３０のコネクター２３２は、金型本体２１０の外側に設けられている。金型２００には、更に、金型２００の温度を測定するための温度計２３４が設置されている。この金型２００は、例えば、図示しない他の金型と組み合わされて、金属の鍛造に使用される。なお、冷却対象の金型２００は、凸形金型に限らず、凹形金型としてもよい。但し、凸形金型の方が凹形金型よりも冷却水が飛散するので、本開示による冷却水の飛散の抑制効果は、凸形金型を冷却対象としたときの方が顕著である。

【0019】

冷却装置１００は、金型２００を冷却するための装置である。金型２００の冷却は、例えば、金型２００のメンテナンスを行う前に行われる。金型２００のメンテナンスは、例えば、金型表面２２２に付着した異物を除去したり、金型２００の形状を整形したりする作業である。

【0020】

冷却装置１００は、吸水性を有する金型カバー１１０と、金型カバー１１０に冷却水を噴射する噴射ノズル１２２を有する噴射装置１２０と、噴射ノズル１２２を昇降させる昇降装置１４０と、冷却装置１００の制御を行う制御装置１５０とを備える。

【0021】

金型カバー１１０は、金型２００の金型表面２２２を被覆可能に形成されたシート状部材である。但し、図１では、冷却装置１００が金型２００の上方に待避しているので、金型カバー１１０は、重力の影響で下に凸の形状となっている。

【0022】

本実施形態において、金型カバー１１０の全周は、壁部材１３０で取り囲まれている。また、金型カバー１１０の全周は、壁部材１３０に接続されている。壁部材１３０は、水を通過させない素材で形成されていることが好ましい。本実施形態において、壁部材１３０の上方は解放されている。また、壁部材１３０の下端部には、冷却水を壁部材１３０の外部に排出する排水口１３２が設けられている。排水口１３２の出口には、冷却水を外部に導くための排水管が接続されることが好ましい。壁部材１３０の下端面には、金型本体２１０の表面に壁部材１３０が設置されたときに壁部材１３０と金型本体２１０との間をシールするためのシール部材１３４が設けられている。シール部材１３４は、壁部材１３０の全周にわたって設けられている。シール部材１３４は省略してもよいが、シール部材１３４を設けるようにすれば、冷却装置１００で金型２００を冷却する際に、冷却水が壁部材１３０の外に漏出することを防止できる。

【0023】

金型カバー１１０と壁部材１３０を互いに接続せずに別体として構成し、それぞれ別個に移動可能としてもよい。また、壁部材１３０を省略してもよいが、冷却水の飛散をより確実に抑制するために、壁部材１３０を設けることが好ましい。

【0024】

噴射装置１２０は、噴射ノズル１２２と、冷却水供給装置１２４と、ホース１２６と、を有している。噴射ノズル１２２は、金型カバー１１０の表面に向けて冷却水を下方に噴射するためのものである。噴射ノズル１２２は、壁部材１３０の上部に設置された梁部材１２１によって支持されている。図１の例では、噴射ノズル１２２は等間隔で複数個並べられているが、噴射ノズル１２２の個数は金型２００の大きさに応じて１以上の任意の個数に設定可能である。冷却水供給装置１２４は、可撓性のホース１２６を介して噴射ノズル１２２に冷却水を供給する。冷却水供給装置１２４としては、例えば、冷却水タンクとポンプとバルブとを備える装置を利用可能である。或いは、公設水道から水道水を導く配管とバルブによって冷却水供給装置１２４を構成してもよい。また、冷却水供給装置１２４は、噴射ノズル１２２への冷却水の供給量を調節できる機能を有していることが好ましい。

【0025】

昇降装置１４０は、ワイヤー１４２を用いて、梁部材１２１に支持された噴射ノズル１２２と、金型カバー１１０とを昇降させる機能を有する。制御装置１５０は、噴射装置１２０と昇降装置１４０を制御することによって、金型カバー１１０による金型表面２２２の被覆工程や、金型カバー１１０に向けた冷却水の噴射工程を実行する。金型２００の温度計２３４で測定された金型温度は、制御装置１５０に供給される。制御装置１５０は、この金型温度に応じて噴射装置１２０による冷却水の噴射量や噴射時間を制御することが可能である。なお、制御装置１５０を省略して、噴射装置１２０と昇降装置１４０を人手で操作してもよい。

【0026】

図１の状態は、金型カバー１１０と噴射ノズル１２２が金型２００の上方に待避した状態である。冷却装置１００を使用する場合には、昇降装置１４０を用いて金型カバー１１０と噴射ノズル１２２を下降させて、金型カバー１１０で金型２００の金型表面２２２を被覆する。なお、昇降装置１４０を省略して、金型カバー１１０と噴射ノズル１２２の移動を人手で行ってもよい。

【0027】

図２は、金型カバー１１０で金型２００を被覆する前の状態を示す説明図である。この状態は、図１の状態よりも金型カバー１１０が下降しているが、金型カバー１１０は未だ金型表面２２２に接していない。図２の状態において、噴射装置１２０は、噴射ノズル１２２から冷却水Ｗを噴射することによって、金型カバー１１０を吸水した状態とする。すなわち、噴射装置１２０は、金型カバー１１０で金型表面２２２を被覆する前に、金型カバー１１０を吸水した状態とする。こうすれば、更に金型カバー１１０を降下させた際に、吸水した金型カバー１１０で金型表面２２２を被覆できるので、金型カバー１１０が高温の金型２００で損傷する可能性を低減できる。冷却水を噴射するタイミングは、制御装置１５０が、昇降装置１４０の動作により下降している金型カバー１１０の高さに合わせて決定することが可能である。このときの冷却水の噴射量や噴射時間は、金型カバー１１０から多量の水が滴下しない程度に調節されていることが好ましく、金型カバー１１０から水が全く滴下しない程度に調節されていることが更に好ましい。なお、金型カバー１１０が吸水した状態になった後は、冷却水の噴射を一旦停止するようにしてもよく、或いは、冷却水の噴射を継続するようにしてもよい。

【0028】

金型カバー１１０で金型表面２２２を被覆する前に金型カバー１１０を吸水した状態とするために、噴射装置１２０を用いることなく、他の手段で金型カバー１１０に水を散布してもよい。この場合には、図１の状態で金型カバー１１０に水を散布してもよい。但し、噴射装置１２０を用いれば、金型カバー１１０を吸水した状態とする工程を容易に実行できる。また、金型カバー１１０を吸水した状態とすることなく、乾燥した状態の金型カバー１１０で金型表面２２２を被覆するようにしてもよい。

【0029】

図３は、冷却装置１００で金型２００を冷却する様子を示す説明図である。金型カバー１１０は、金型表面２２２の形状に沿って変形可能な素材で形成されていることが好ましい。図３の状態では、金型カバー１１０は、凸形状部２２０の金型表面２２２の３次元的な形状に沿って変形しており、金型表面２２２のほぼ全面で金型表面２２２と接触している。但し、金型表面２２２に局所的な小さな凹凸がある場合には、その部分とは多少の隙間が空いていてもよい。なお、金型カバー１１０は、金型表面２２２の形状に沿って変形可能でなくてもよいが、変形可能な素材で形成されていれば、金型を効率よく冷却できる。金型カバー１１０が変形しない素材で形成されている場合には、金型カバー１１０は、予め金型表面２２２の形状に合わせて形成されていることが好ましい。

【0030】

金型２００の冷却時には、金型２００の金型表面２２２を金型カバー１１０で被覆し、金型表面２２２を被覆した金型カバー１１０の表面に冷却水Ｗを噴射する。すなわち、金型表面２２２を金型カバー１１０で被覆した状態で冷却水供給装置１２４から冷却水Ｗが供給されると、噴射ノズル１２２が冷却水Ｗを下方に噴射し、冷却水Ｗが金型カバー１１０の表面に噴射される。このとき、金型カバー１１０は、吸水性を有するので、冷却水Ｗの飛散を抑制することができる。なお、前述した図２で説明したように、金型カバー１１０で金型表面２２２を被覆する前に冷却水Ｗの噴射が行われる場合には、冷却水Ｗの噴射は、図２の状態から図３の状態にわたって連続して行われてもよく、或いは、一旦停止した後に、図３の状態で再開してもよい。

【0031】

金型２００は、冷却開始時には２００℃～３５０℃の範囲の温度にあるので、冷却の初期には、冷却水Ｗは金型２００で加熱されて水蒸気Ｗｖとなり、上方の空間に逃げてゆく。本実施形態では壁部材１３０の上方は解放されているが、この代わりに、壁部材１３０の上部に図示しない蓋部材を設けることによって壁部材１３０の上部を封止し、蓋部材に排気ダクトを設けるようにしてもよい。

【0032】

冷却水Ｗによる金型２００の冷却が進み、金型２００の温度が１００℃未満になると、冷却後の冷却水Ｗｑは金型カバー１１０の上に溜まり、排水口１３２を介して外部に排出される。但し、金型２００の温度が約１００℃になった時点で、冷却水Ｗの噴射を停止するようにしてもよい。この場合には、排水口１３２を省略してもよい。なお、金型２００を常温まで冷却するためには、金型２００の温度が約１００℃に達しても冷却水Ｗの噴射を継続し、冷却後の冷却水Ｗｑを排水口１３２から外部に排出することが好ましい。

【0033】

金型カバー１１０は、吸水性と共に、ある程度の耐熱性を有することが好ましい。本開示において、「耐熱性」とは、金型２００の冷却に使用しても、シート形状を維持できる程度に高温に耐える性質を意味する。このような金型カバー１１０としては、例えば、コットン繊維で形成された繊維シートを用いることが好ましい。本実施形態の金型カバー１１０は、コットン製の布である。コットン製の繊維シートは、金型表面２２２の形状に沿って変形した状態で冷却水を吸水するので、金型２００を効率よく冷却できる。なお、コットン繊維は、加熱されても溶融しないが、２３５℃で分解し、２７５℃～４５６℃で燃焼する性質を有する。但し、本開示では、金型カバー１１０を使用する際には、噴射ノズル１２２によって冷却水が金型カバー１１０に噴射されるので、高温の金型２００の冷却にコットン繊維製の繊維シートを使用しても、十分な耐熱性を有するものとなる。また、図２で説明したように、金型カバー１１０で金型表面２２２を被覆する前に金型カバー１１０を吸水した状態とすれば、金型カバー１１０が高温の金型２００で損傷する可能性を更に低減できる。

【0034】

なお、金型カバー１１０の素材としては、コットン繊維で形成された繊維シートの他に、真綿や羊毛を用いた布などの繊維シートや、親水剤を塗布した無機材料製の繊維シートなどを使用することも可能である。

【0035】

以上のように、上記実施形態では、金型表面２２２を被覆した吸水性を有する金型カバー１１０の表面に冷却水を噴射するので、冷却水の飛散を抑制することができる。この結果、電気機器２３０やそのコネクター２３２の付近に冷却水が飛散して、漏電などの不具合が発生する可能性を低減することができる。また、本実施形態では、金型カバー１１０の全周が壁部材１３０で取り囲まれているので、壁部材１３０の外に冷却水が飛散することを防止できる。

【0036】

本開示は、上述の実施形態や実施形態、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、開示の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【符号の説明】

【0037】

１００…冷却装置、１１０…金型カバー、１２０…噴射装置、１２１…梁部材、１２２…噴射ノズル、１２４…冷却水供給装置、１２６…ホース、１３０…壁部材、１３２…排水口、１３４…シール部材、１４０…昇降装置、１４２…ワイヤー、１５０…制御装置、２００…金型、２１０…金型本体、２２０…凸形状部、２２２…金型表面、２３０…電気機器、２３２…コネクター、２３４…温度計

【図1】

【図2】

【図3】