特許 7586063 金型ユニットおよびその製造方法

(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】2024-11-11

(45)【発行日】2024-11-19

(54)【発明の名称】金型ユニットおよびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01K 1/14 20210101AFI20241112BHJP

   G01K 7/02 20210101ALI20241112BHJP

   G01K 1/143 20210101ALI20241112BHJP

   B22D 17/22 20060101ALI20241112BHJP

   B22C 9/00 20060101ALI20241112BHJP

   B29C 33/00 20060101ALI20241112BHJP

【ＦＩ】

G01K1/14 L

G01K7/02 Q

G01K1/143

B22D17/22 B

B22C9/00 E

B29C33/00

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021200571

(22)【出願日】2021-12-10

(65)【公開番号】P2023086213

(43)【公開日】2023-06-22

【審査請求日】2024-03-20

(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】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】武田 章

(72)【発明者】

【氏名】北岡 岳史

(72)【発明者】

【氏名】高坂 博宣

【審査官】細見 斉子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－００３７３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２０９７９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－２６１６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５６－０７２２３６（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｋ １／１４， １／１４３

Ｇ０１Ｋ １／１６

Ｇ０１Ｋ ７／０２

Ｂ２２Ｄ １７／２２

Ｂ２２Ｃ ９／００

Ｂ２９Ｃ ３３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外表面から溶融材料が注入される空間を画定する内表面まで貫通する貫通孔を有する金型と、
前記金型と同じ材料で形成され、前記貫通孔における前記金型の内表面の側の端部を塞ぐように、当該金型に溶接部によって固定される蓋と、
折り返し部を有し、前記貫通孔に通された状態で、前記折り返し部の先端が前記蓋における前記金型の外表面の側の面に固定される熱電対素線と、
前記貫通孔に通された状態で、前記熱電対素線を覆う筒状部材と、
前記筒状部材を支持する支持部材と、
を備え、
前記筒状部材は、前記蓋と、前記支持部材との間に固定され、
前記貫通孔と、前記蓋とは、前記溶接部以外の領域において非接触である
ことを特徴とする金型ユニット。

【請求項2】

前記貫通孔が、前記金型の内表面の側の端部に、前記貫通孔の他の部分よりも拡径された切り欠き部を有する段付き形状である、請求項１に記載の金型ユニット。

【請求項3】

前記蓋が、前記貫通孔の切り欠き部に、前記金型の内表面と略面一となるように配置される、請求項２に記載の金型ユニット。

【請求項4】

前記蓋の周面と前記切り欠き部の周面との間、および、前記蓋の前記金型の外表面の側の面と前記切り欠き部の底面との間が、前記溶接部以外の領域において非接触である、請求項３に記載の金型ユニット。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか一項に記載の金型ユニットの製造方法であって、
蓋における金型の外表面の側の面に熱電対素線を固定する工程と、
前記熱電対素線を筒状部材で覆い、前記筒状部材を前記蓋における前記金型の外表面の側の面に固定し、測定治具を作製する工程と、
前記測定治具を前記金型の貫通孔に挿入する工程と、
前記貫通孔と前記蓋とが非接触となり、かつ、前記蓋が、前記金型の内表面と略面一となる位置に、支持部材によって、前記測定治具を配置する工程と、
前記蓋と、前記金型とを、前記金型の内表面の側の端部において溶接接合する工程と、
を含むことを特徴とする金型ユニットの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、金型ユニットおよびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に金型の温度を測定する場合、特許文献１に開示されているように、金型のキャビティー（空間）を画定する内表面（キャビティー面）の近傍まで到達するように当該金型に形成された測定穴の内部にシース型熱電対を挿入し、当該測定穴の底面にシース型熱電対の先端を接触させることで、シース型熱電対を介して金型の温度を測定している。このようなシース型熱電対は、有底筒状体のシースにおける内側底面に熱電対素線の折り返し部の先端が固定された構成である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】実開昭５９－１１３７２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したように、一般的なシース型熱電対は、シースの内側底面に熱電対素線の折り返し部の先端が固定された構成であるため、シースを介して金型の温度が測定されることになる。このとき、金型からシースに伝達された熱が当該シースで放熱され、それ故に、金型の熱が熱電対素線に良好に伝達されず、金型の温度を正確に測定できない場合があった。

【0005】

本開示は、このような課題を鑑みてなされたものであり、金型の温度の測定精度を向上可能な金型ユニットおよびその製造方法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】

【0006】

本開示の一態様に係る金型ユニットは、
外表面から溶融材料が注入される空間を画定する内表面まで貫通する貫通孔を有する金型と、
前記金型と同じ材料で形成され、前記貫通孔における前記金型の内表面の側の端部を塞ぐように、当該金型に溶接部によって固定される蓋と、
折り返し部を有し、前記貫通孔に通された状態で、前記折り返し部の先端が前記蓋における前記金型の外表面の側の面に固定される熱電対素線と、
前記貫通孔に通された状態で、前記熱電対素線を覆う筒状部材と、
前記筒状部材を支持する支持部材と、
を備え、
前記筒状部材は、前記蓋と、前記支持部材との間に固定され、
前記貫通孔と、前記蓋とは、前記溶接部以外の領域において非接触である。

【0007】

このように、本実施形態の金型ユニットでは、上述したシース型熱電対を用いた場合と異なり、シースを介さずに金型の温度測定を行うことができるため、測定精度をより向上させることができる。また、熱電対素線を覆う筒状部材が蓋と支持部材とで固定された構成となっているため、蓋と金型との間に断熱空間となる隙間（クリアランス）を十分に確保できる。このため、蓋と金型との接触に由来する放熱を抑制できるため、より正確に金型温度を測定できる。

【0008】

ここで、前記貫通孔は、前記金型の内表面の側の端部に、前記貫通孔の他の部分よりも拡径された切り欠き部を有する段付き形状であることが好ましい。

【0009】

また、前記蓋は、前記貫通孔の切り欠き部に、前記金型の内表面と略面一となるように配置されることが好ましい。

【0010】

さらに、前記蓋の周面と前記切り欠き部の周面との間、および、前記蓋の前記金型の外表面の側の面と前記切り欠き部の底面との間が、前記溶接部以外の領域において非接触であることが好ましい。

【0011】

本開示の一態様に係る金型ユニットの製造方法は、
蓋における金型の外表面の側の面に熱電対素線を固定する工程と、
前記熱電対素線を筒状部材で覆い、前記筒状部材を前記蓋における前記金型の外表面の側の面に固定し、測定治具を作製する工程と、
前記測定治具を前記金型の貫通孔に挿入する工程と、
前記貫通孔と前記蓋とが非接触となり、かつ、前記蓋が、前記金型の内表面と略面一となる位置に、支持部材によって、前記測定治具を配置する工程と、
前記蓋と、前記金型とを、前記金型の内表面の側の端部において溶接接合する工程と、
を含む。

【0012】

このように、本実施形態の金型ユニットの製造方法では、金型の貫通孔と蓋とが非接触となるように、筒状部材に覆われた熱電対素線を蓋と支持部材とで固定した状態で、蓋と金型とを溶接する。このため、得られた金型ユニットは、蓋と金型との間に断熱空間となる隙間を十分に確保でき、両者の接触に由来する放熱を抑制できるため、より正確に金型温度を測定できる。

【発明の効果】

【0013】

本開示によれば、金型の温度の測定精度を向上可能な金型ユニットおよびその製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１（ａ）は、本実施形態の金型ユニットの蓋近傍をキャビティー側からみた概略図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ矢視断面図である。

【図2】本実施形態の金型ユニットを示す模式的断面図である。

【図3】本実施形態の金型ユニットと従来の金型ユニットを用いて測定した金型温度履歴の一例を示すグラフである。

【図4】本実施形態の金型ユニットの製造方法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

上述したように、一般的なシース型熱電対を用いた場合は、シースを介して金型の温度を測定するため、金型からシースに伝達された熱が当該シースで放熱され、金型の熱が熱電対素線に良好に伝達されず、金型の温度を正確に測定できない場合があった。

【0016】

一方、本実施形態の金型ユニットを用いた金型温度測定方法では、熱電対素線により直接、金型と同一の材料で構成される蓋の温度を測定できるため、シースによる放熱を回避できる。また、本実施形態の金型ユニットでは、蓋（薄板、板状部材）を支持部材により支持された筒状部材（円管）で金型の外表面側（金型の裏側）から支えている。このため、蓋と金型との間の隙間（空気断熱層）を確実に確保することができるため、熱が分散せず、より正確な温度測定が可能となる。

【0017】

以下、本開示を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本開示が以下の実施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。

【0018】

図１（ａ）は、本実施形態の金型ユニットの蓋近傍をキャビティー側から見た図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ矢視断面図である。また、図２は、本実施形態の金型ユニットを示す模式的断面図である。

【0019】

本実施形態の金型ユニット１は、図１（ａ）、（ｂ）及び図２に示すように、金型２と、後述する測定治具と、当該測定治具（具体的には、筒状部材５）を支持する支持部材８とを備えている。金型２は、例えば、ダイカスト鋳造などに用いられる金型である。但し、金型２は、ダイカスト鋳造に用いられる金型に限らず、溶融材料が注入される空間を画定するキャビティーを形成する金型であればよい。

【0020】

金型２は、キャビティーの少なくとも一部を形成する内表面（キャビティー面）２ａ、当該内表面２ａに対向する外表面２ｆ、及び、外表面２ｆから内表面２ａまで貫通する貫通孔２ｂを備えている。貫通孔２ｂは、例えば、円柱形状であり、貫通孔２ｂの周面における内表面２ａの側の端部に拡径された切り欠き部２ｃが形成されている。つまり、貫通孔２ｂは、内表面２ａの側の端部が他の部分に対して直径が大きい段付き形状である。但し、貫通孔２ｂは、円柱形状でなくてもよく、多角形状でもよい。このように、本実施形態の金型ユニット１は、貫通孔２ｂが、金型２の内表面２ａの側の端部に、貫通孔２ｂの他の部分よりも拡径された切り欠き部２ｃを有する段付き形状であることが好ましい。

【0021】

測定治具（熱電対装置）は、熱電対素線３及び蓋４を備えている。蓋４は、金型２と等しい材料で形成されており、金型２の貫通孔２ｂにおける内表面２ａの側の端部を塞ぐ。詳細には、蓋４は、図１（ａ）に示すように、円板形状であり、図２に示すように、金型２の貫通孔２ｂの切り欠き部２ｃの直径Ｒ１に対して、若干、小さい直径Ｒ２を有する。そして、蓋４は、金型２の貫通孔２ｂの切り欠き部２ｃの深さＤ１に対して、若干、薄い厚さＤ２を有する。
これらの長さＲ１、Ｒ２、Ｄ１及びＤ２は、本発明の効果が得られる範囲で適宜設定でき、特に限定されない。なお、本実施形態の金型ユニットでは、金型２の温度が蓋４の厚さ方向に素早く伝達され、かつ金型２への溶融材料の注入圧力に耐え得る厚さに形成することができる。例えば、蓋４の厚さは、２ｍｍ程度とすることができる。しかしながら、蓋４の厚さは、金型２に注入される溶融材料の注入圧等に応じて、適宜、変更することができる。

【0022】

このような蓋４は、金型２の貫通孔２ｂの切り欠き部２ｃに収容され、蓋４における内表面２ａの側に配置される一方の面４ａが金型２の内表面２ａと略面一に配置された状態で、蓋４における内表面２ａの側の角部が金型２に溶接接合されている。このように、本実施形態の金型ユニット１では、金型２と同じ材料で形成される蓋４が、貫通孔２ｂにおける金型２の内表面２ａの側の端部を塞ぐように、金型２に溶接部（第３の溶接部）７によって固定されている。また、蓋４は、上述したように、貫通孔２ｂの切り欠き部２ｃに、金型２の内表面２ａと略面一となるように配置されることが好ましい。

【0023】

なお、本実施形態の金型ユニットでは、熱電対素線３を覆う筒状部材５が、貫通孔２ｂに通された状態で、蓋４と、筒状部材５を支持する支持部材８との間に例えば溶接により固定されている。
筒状部材５及び支持部材８をそれぞれ構成する材料は、特に限定されず、本発明の効果が得られる範囲で適宜従来公知の材料を使用できる。
筒状部材５の形状は、熱電対素線３を覆うことができ、蓋４と支持部材８とで固定されることができれば、特に限定されず、例えば、中空円柱形状、中空多角柱形状とすることができる。
支持部材８の形状も筒状部材５を支持固定できるものであれば、特に限定されず、様々な形状を採用できる。支持部材８の形状は例えば、円柱形状、多角柱形状とすることができる。支持部材８の筒状部材５を固定する側の面は、固定される筒状部材５の開口面積よりも大きい面積を有している。

【0024】

上述した構成を有する本実施形態の金型ユニットは、蓋４と金型２における貫通孔２ｂの切り欠き部２ｃとの間に隙間、すなわち、断熱空間６が形成されている。詳細には、蓋４の周面４ｃと金型２における貫通孔２ｂの切り欠き部２ｃの周面２ｄとの間、及び蓋４の一方の面４ａに対して逆側の他方の面４ｂと金型２における貫通孔２ｂの切り欠き部２ｃの底面２ｅとの間に断熱空間６が形成されている。このように、本実施形態の金型ユニットでは、貫通孔２ｂと蓋４とは、例えば、蓋４の周面４ｃと切り欠き部２ｃの周面２ｄとの間、および、蓋４の金型２の外表面２ｆの側の面（他方の面４ｂ）と切り欠き部２ｃの底面２ｅとの間が、溶接部７以外の領域において非接触となっている。すなわち、本実施形態の金型ユニット１は、支持部材８で支持された筒状部材５で蓋４を支えて、蓋４を金型２から浮かせた状態で配置し、蓋の側面（周面４ｃ）及び底面（他方の面４ｂ）は、金型２との間に隙間が設けられている。

【0025】

これにより、金型ユニット１を用いて溶融材料を成形する際に、蓋４に伝わった熱が溶接部７を介して金型２に伝わる構成とされている。言い換えれば、蓋４の周面４ｃ全域及び他方の面４ｂから金型２に伝熱され難い構成とされている。

【0026】

熱電対素線３は、略Ｕ字形状に形成されており、折り返し部３ａを備えている。熱電対素線３の材料としては、一般的な熱電対素線と等しい材料で構成することができ、例えば、熱電対素線３の周面の一部が絶縁性の被覆材で被覆されていてもよい。熱電対素線３は、貫通孔２ｂに通された状態で、熱電対素線３の折り返し部３ａの先端が、蓋４における金型２の外表面２ｆの側の面、すなわち、蓋４の他方の面４ｂに、例えば溶接により固定されている。

【0027】

なお、金型温度の測定精度を向上させる方法としては、例えば、溶接部７を形成する際の収縮を利用する方法も考えられる。この方法の場合、溶接部７の収縮によって、蓋４が金型２のキャビティーの側に引き込まれ、蓋４の他方の面４ｂと金型２における貫通孔２ｂの切り欠き部２ｃの底面２ｅとの間に隙間が形成される。しかしながら、この方法では溶接による収縮度合によって、上記隙間の間隔が左右されてしまう。このため、当該隙間の形成が不十分であると、蓋４と金型２との隙間が十分に確保できずに接触部にて伝熱し熱が分散する可能性がある。一方、本実施形態の金型ユニットでは、支持部材８と蓋４とで、熱電対素線３を覆う筒状部材５を固定することで、蓋４と金型２との接触面積を減少させ、貫通孔２ｂと蓋４との間に十分な隙間（断熱空間）を確実に確保できるため、より正確に金型温度を測定できる。

【0028】

ここで、図３に、本実施形態の金型ユニットと従来の金型ユニットを用いて測定した金型温度履歴のグラフの一例を示す。このグラフに示すように、本実施形態の金型ユニットを用いた熱電対高精度測定方法では、従来の方法と比較して、金型温度（蓋に入熱する温度）がよりシャープな形状で測定できており、その時点の金型温度をより正確に測定できていることが分かる。

【0029】

図４に、本実施形態の金型ユニットの製造方法を説明するための図を示す。本実施形態の金型ユニットの製造方法は、上述した本実施形態の金型ユニットを製造するための方法であり、以下の工程を含む。なお、図１～図２に記載の本実施形態の金型ユニットも参照されたい。
・蓋４における金型２の外表面２ｆの側の面に熱電対素線３を固定する工程（熱電対素線固定工程）。
・熱電対素線３を筒状部材５で覆い、筒状部材５を蓋４における金型２の外表面２ｆの側の面に固定し、測定治具１１を作製する工程（測定治具作製工程）。
・測定治具１１を金型２の貫通孔２ｂに挿入する工程（測定治具挿入工程）。
・貫通孔２ｂと蓋４とが非接触となり、かつ、蓋４が、金型２の内表面２ａと略面一となる位置に、支持部材８によって、測定治具１１を配置する工程（測定治具配置工程）。
・蓋４と、金型２とを、金型２の内表面２ａの側の端部において溶接接合する工程（溶接工程）。

【0030】

具体的には、まず、図４（ａ）に示すように、蓋４における金型２の外表面２ｆの側の面に熱電対素線３を固定する（熱電対素線固定工程）。固定方法は特に限定されないが、ここでは、第１の溶接部９において、蓋４に、熱電対素線３を溶接接合している。

【0031】

次に、図４（ｂ）に示すように、筒状部材５を矢印の方向に移動させ、熱電対素線３を筒状部材５で覆う。そして、図４（ｃ）に示すように、筒状部材５を蓋４における金型２の外表面２ｆの側の面に固定し、測定治具１１を作製する（測定治具作製工程）。この際、筒状部材５の金型２への固定方法は特に限定されないが、ここでは、第２の溶接部１０において、筒状部材５の蓋４側の先端を蓋４に溶接接合している。

【0032】

続いて、図４（ｄ）に示すように、矢印に示す方向に測定治具１１を移動させ、測定治具１１を金型２の貫通孔２ｂに挿入する（測定治具挿入工程）。さらに、図４（ｅ）に示すように、貫通孔２ｂと蓋４とが非接触となり、かつ、蓋４が、金型２の内表面２ａと略面一となる位置に、支持部材８によって、測定治具１１を配置する（測定治具配置工程）。この際、支持部材８で支持された筒状部材５で蓋４を支えて、蓋４を金型２から浮かせた状態で配置し、蓋の側面及び底面（他方の面４ｂ）は、金型２との間に隙間（例えば、隙間１２）が設けられるようにする。続いて、図４（ｆ）に示すように、蓋４と、金型２とを、金型２の内表面２ａの側の端部（第３の溶接部７）において溶接接合する（溶接工程）。

【0033】

そして、熱電対素線３の端部を夫々、図示を省略した測定器に電気的に接続すると、金型２の温度（即ち、金型２の内表面２ａ近傍の温度）を測定可能な状態にすることができる。このような金型ユニット１において、金型２のキャビティー内に溶融材料が注入されると、蓋４を介して金型２の内表面２ａ近傍の温度が測定される。

【0034】

上記製造方法より得られる本実施形態の金型ユニット１では、シース型熱電対を用いた場合と異なり、シースを介さずに金型の温度測定を行うことができるため、測定精度を向上させることができる。また、熱電対素線を覆う筒状部材が蓋と支持部材とで固定された構成となっているため、蓋と金型との間に断熱空間となる隙間（クリアランス）を十分に確保できる。このため、蓋４に伝わった熱が金型２に伝わる伝熱経路が溶接部７に限られ、蓋４から金型２への伝熱を抑制することができる。また、蓋４を金型２と同じ材料で形成している。これにより、金型２の内表面２ａ近傍の温度を精度良く測定することができる。

【0035】

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。

【符号の説明】

【0036】

１ 金型ユニット
２ 金型
２ａ 内表面（キャビティー面）
２ｂ 貫通孔
２ｃ 切り欠き部
２ｄ 金型における貫通孔の切り欠き部の周面
２ｅ 金型における貫通孔の切り欠き部の底面
２ｆ 外表面
３ 熱電対素線
３ａ 折り返し部
４ 蓋
４ａ 蓋の一方の面
４ｂ 蓋の他方の面
４ｃ 蓋の周面
５ 筒状部材
６ 断熱空間
７ 溶接部（第３の溶接部）
８ 支持部材
９ 第１の溶接部
１０ 第２の溶接部
１１ 測定治具
１２ 隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】