(57)【要約】【課題】不具合の発生しない拡散接合方法を得る。【解決手段】拡散接合を行う加圧・加熱炉の炉内に接合前の鋼（Ｓｔ）と銅又は銅合金（Ｃｕ）を組み合わせた状態で配置し、炉内温度を６００±５℃で約３０分間安定させる工程と、その後、炉内温度を約１４分で７５０±５℃上昇させる工程と、７５０±５℃で炉内温度が安定した状態で炉内の加圧を開始し、約３０分後に炉内の加圧力が２０±０．１ＭＰａになるよう、徐々に加圧する工程と、炉内の加圧力が２０±０．１ＭＰａになった状態で約２時間継続する工程と、約２時間経過後、炉内温度の電源をＯＦＦして自然に温度を下げるとともに、炉内の加圧力に関しては、約１５分をかけて徐々に炉内の圧力を下げて加圧力０（ゼロ）にする工程と、を含む処理を実行し、かつ、上記各処理を実行する際に、炉内真空度を０．５±０．１Ｐａに保つ。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型のスリーブ内を前進して溶湯を押圧するプランジャーチップの前進方向対向位置に設けられる分流子であり、溶湯が衝突する前方部を含む箇所が鋼によって形成されるとともに、溶湯が衝突する前方部とは逆側の後方部に向けて開口して形成される冷媒通路の全周を取り囲む部位が銅又は銅合金によって形成される分流子の製造方法であって、
前記鋼と前記銅又は銅合金を分離不能な状態に拡散接合する際に、拡散接合を行う加圧・加熱炉の炉内に接合前の前記鋼と前記銅又は銅合金を組み合わせた状態で配置し、
炉内温度を６００±５℃で約３０分間安定させる工程と、
その後、炉内温度を約１４分で７５０±５℃上昇させる工程と、
７５０±５℃で炉内温度が安定した状態で炉内の加圧を開始し、約３０分後に炉内の加圧力が２０±０．１ＭＰａになるよう、徐々に加圧する工程と、
炉内の加圧力が２０±０．１ＭＰａになった状態で約２時間継続する工程と、
約２時間経過後、炉内温度の電源をＯＦＦして自然に温度を下げるとともに、炉内の加圧力に関しては、約１５分をかけて徐々に炉内の圧力を下げて加圧力０（ゼロ）にする工程と、
を含む処理を実行し、かつ、上記各処理を実行する際に、炉内真空度を０．５±０．１Ｐａに保つことを特徴とする分流子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の分流子の製造方法において、
前記鋼と前記銅又は銅合金の拡散接合が完了した状態の前記銅又は銅合金の結晶組織を顕微鏡観察したときに、結晶の大きさが１００〜４００μｍとなることを特徴とする分流子の製造方法。
【請求項３】
溶湯が接触して熱に直接曝される箇所が鋼によって形成されるとともに、前記鋼が受ける熱を効率良く抜熱して冷却する箇所が銅又は銅合金によって形成され、前記鋼と前記銅又は銅合金が分離不能な状態に拡散接合された積層金型の製造方法であって、
前記鋼と前記銅又は銅合金を分離不能な状態に拡散接合する際に、拡散接合を行う加圧・加熱炉の炉内に接合前の前記鋼と前記銅又は銅合金を組み合わせた状態で配置し、
炉内温度を６００±５℃で約３０分間安定させる工程と、
その後、炉内温度を約１４分で７５０±５℃上昇させる工程と、
７５０±５℃で炉内温度が安定した状態で炉内の加圧を開始し、約３０分後に炉内の加圧力が２０±０．１ＭＰａになるよう、徐々に加圧する工程と、
炉内の加圧力が２０±０．１ＭＰａになった状態で約２時間継続する工程と、
約２時間経過後、炉内温度の電源をＯＦＦして自然に温度を下げるとともに、炉内の加圧力に関しては、約１５分をかけて徐々に炉内の圧力を下げて加圧力０（ゼロ）にする工程と、
を含む処理を実行し、かつ、上記各処理を実行する際に、炉内真空度を０．５±０．１Ｐａに保つことを特徴とする積層金型の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の積層金型の製造方法において、
前記鋼と前記銅又は銅合金の拡散接合が完了した状態の前記銅又は銅合金の結晶組織を顕微鏡観察したときに、結晶の大きさが１００〜４００μｍとなることを特徴とする積層金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分流子の製造方法および積層金型の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ダイカスト金型に分流子（スプルコア）を設けることが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。すなわち、ダイカスト金型には、スリーブが設けられており、また、スリーブ内には、スリーブ内を前進して溶湯を押圧し、溶湯をビスケット、ランナーおよびゲートを介してキャビティに充填するためのプランジャーチップが設けられている。分流子は、プランジャーチップの前進方向対向位置であるビスケットの位置に設けられており、プランジャーチップによって押圧されてスリーブ内を送られてきた溶湯が分流子に衝突し、分流子によって溶湯がランナーおよびゲートへと導かれるように構成されている。分流子内部には冷媒用空間（冷媒通路）が形成されており、この冷媒通路内に冷媒が流されることにより、溶湯が衝突して温度上昇する分流子を冷却している。
【０００３】
ところで、この種の分流子では、溶湯が衝突する前方部を含む箇所が鋼によって形成されるとともに、溶湯が衝突する前方部とは逆側の後方部に向けて開口して形成される冷媒通路の全周を取り囲む部位が銅又は銅合金によって形成されるものがある。このとき、異材である鋼と銅又は銅合金を分離不能に接合する技術としては、拡散接合等の公知の異材結合技術を採用することが知られている（例えば、下記特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３０９７５１５号公報
【特許文献２】特許第５６９０３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来公知の異材結合技術は、作業者の経験や勘によって接合条件が決定されることが多く、技術的に確立されたものではなかった。例えば、鋼と銅又は銅合金を拡散接合して分流子を製造する場合、接合時の温度条件や加圧条件によっては、接合時や接合後の焼入れ時に割れが発生してしまう可能性があった。特に、従来技術では、銅又は銅合金に対して割れが生じる現象が発生しており、従来公知の異材結合技術には改善の余地が残されていた。
【０００６】
本発明は、上述した従来技術に存在する課題に鑑みて成されたものであり、鋼と銅又は銅合金を拡散接合して分流子を製造する際に、割れなどの不具合の発生しない新たな分流子の製造方法を提供することにある。また、本発明では、ダイカスト法に用いられる様々な積層金型の製造方法に対して、本発明方法を適用させる条件を見出すことを発明の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【０００８】
本発明に係る分流子（４０）の製造方法は、金型（１）のスリーブ（３０）内を前進して溶湯（２）を押圧するプランジャーチップ（３１）の前進方向対向位置に設けられる分流子（４０）であり、溶湯（２）が衝突する前方部（ｆ）を含む箇所が鋼（Ｓｔ）によって形成されるとともに、溶湯（２）が衝突する前方部（ｆ）とは逆側の後方部（ｒ）に向けて開口して形成される冷媒通路（４１）の全周を取り囲む部位が銅又は銅合金（Ｃｕ）によって形成される分流子（４０）の製造方法であって、前記鋼（Ｓｔ）と前記銅又は銅合金（Ｃｕ）を分離不能な状態に拡散接合する際に、拡散接合を行う加圧・加熱炉の炉内に接合前の前記鋼（Ｓｔ）と前記銅又は銅合金（Ｃｕ）を組み合わせた状態で配置し、炉内温度を６００±５℃で約３０分間安定させる工程（Ｉ）と、その後、炉内温度を約１４分で７５０±５℃上昇させる工程（ＩＩ）と、７５０±５℃で炉内温度が安定した状態（ＩＩＩ−１）で炉内の加圧を開始し（ＩＩＩ−２）、約３０分後に炉内の加圧力が２０±０．１ＭＰａになるよう、徐々に加圧する（ＩＩＩ−３）工程（ＩＩＩ）と、炉内の加圧力が２０±０．１ＭＰａになった状態で約２時間継続する工程（ＩＶ）と、約２時間経過後、炉内温度の電源をＯＦＦして（Ｖ−１）自然に温度を下げる（Ｖ−２）とともに、炉内の加圧力に関しては、約１５分をかけて徐々に炉内の圧力を下げて加圧力０（ゼロ）にする（Ｖ−３）工程（Ｖ）と、を含む処理を実行し、かつ、上記各処理（Ｉ〜Ｖ）を実行する際に、炉内真空度を０．５±０．１Ｐａに保つ（ＶＩ）ことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明に係る分流子（４０）の製造方法は、前記鋼（Ｓｔ）と前記銅又は銅合金（Ｃｕ）の拡散接合が完了した状態の前記銅又は銅合金（Ｃｕ）の結晶組織を顕微鏡観察したときに、結晶の大きさが１００〜４００μｍとなるようにすることができる。
【００１０】
本発明に係る積層金型の製造方法は、溶湯（２）が接触して熱に直接曝される箇所が鋼（Ｓｔ）によって形成されるとともに、前記鋼（Ｓｔ）が受ける熱を効率良く抜熱して冷却する箇所が銅又は銅合金（Ｃｕ）によって形成され、前記鋼（Ｓｔ）と前記銅又は銅合金（Ｃｕ）が分離不能な状態に拡散接合された積層金型の製造方法であって、前記鋼（Ｓｔ）と前記銅又は銅合金（Ｃｕ）を分離不能な状態に拡散接合する際に、拡散接合を行う加圧・加熱炉の炉内に接合前の前記鋼（Ｓｔ）と前記銅又は銅合金（Ｃｕ）を組み合わせた状態で配置し、炉内温度を６００±５℃で約３０分間安定させる工程（Ｉ）と、その後、炉内温度を約１４分で７５０±５℃上昇させる工程（ＩＩ）と、７５０±５℃で炉内温度が安定した状態（ＩＩＩ−１）で炉内の加圧を開始し（ＩＩＩ−２）、約３０分後に炉内の加圧力が２０±０．１ＭＰａになるよう、徐々に加圧する（ＩＩＩ−３）工程（ＩＩＩ）と、炉内の加圧力が２０±０．１ＭＰａになった状態で約２時間継続する工程（ＩＶ）と、約２時間経過後、炉内温度の電源をＯＦＦして（Ｖ−１）自然に温度を下げる（Ｖ−２）とともに、炉内の加圧力に関しては、約１５分をかけて徐々に炉内の圧力を下げて加圧力０（ゼロ）にする（Ｖ−３）工程（Ｖ）と、を含む処理を実行し、かつ、上記各処理（Ｉ〜Ｖ）を実行する際に、炉内真空度を０．５±０．１Ｐａに保つ（ＶＩ）ことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明に係る積層金型の製造方法は、前記鋼（Ｓｔ）と前記銅又は銅合金（Ｃｕ）の拡散接合が完了した状態の前記銅又は銅合金（Ｃｕ）の結晶組織を顕微鏡観察したときに、結晶の大きさが１００〜４００μｍとなるようにすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、鋼と銅又は銅合金を拡散接合して分流子を製造する際に、割れなどの不具合の発生しない新たな分流子の製造方法を提供することができる。また、ダイカスト法に用いられる様々な積層金型の製造方法に対して、本発明方法を適用させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る分流子を備えたダイカスト金型を示す断面図であり、溶湯の充填前の状態を示している。
【図２】本実施形態に係る分流子を備えたダイカスト金型を示す断面図であり、溶湯の充填後の状態を示している。
【図３】本実施形態に係る分流子の縦断面側面図である。
【図４】本実施形態に係る分流子の製造方法を説明するためのグラフ図である。
【図５】本実施形態に係る分流子の製造方法の効果を説明するための図であり、図中の分図（ａ）が図４で示した本実施形態に係る分流子の製造方法を用いて製造した分流子における無酸素銅（Ｃｕ）の結晶組織を顕微鏡観察した写真図であり、分図（ｂ）が本発明方法の条件を逸脱して製造した場合の比較例としての分流子における無酸素銅（Ｃｕ）の結晶組織を顕微鏡観察した写真図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１５】
まず、図１および図２を参照して、本実施形態に係る分流子を用いる鋳造設備の全体構成を説明する。ここで、図１および図２は、本実施形態に係る分流子を備えたダイカスト金型を示す断面図であり、特に、図１は溶湯の充填前の状態を示しており、図２は溶湯の充填後の状態を示している。図１および図２に示されるように、分流子４０は、ダイカストを行うダイカスト金型１に設けられている。
【００１６】
本実施形態に係るダイカスト金型１は、固定ダイス１２と固定ホルダ１１とを備える固定金型１０と、可動ダイス２２と可動ホルダ２１とを備える可動金型２０とを有している。固定ダイス１２と可動ダイス２２とによって、キャビティ１ａが画成される。また、ダイカスト金型１には、スリーブ３０が設けられている。スリーブ３０は、ビスケット１ｂ、ランナー１ｃおよびゲート１ｄを介してキャビティ１ａと連通している。また、スリーブ３０内には、プランジャーチップ３１が設けられている。プランジャーチップ３１は、スリーブ３０内を進退可能であり、前進して溶湯２を押圧し、溶湯２をビスケット１ｂ、ランナー１ｃおよびゲート１ｄを介してキャビティ１ａに充填するように構成されている。
【００１７】
本実施形態に係る分流子４０は、プランジャーチップ３１の前進方向対向位置であるビスケット１ｂの位置に設けられている。図１に示される状態から、図２に示される状態へと、プランジャーチップ３１を前進させることにより、プランジャーチップ３１によって押圧されてスリーブ３０内を送られてきた溶湯２が、分流子４０に衝突する。そして、分流子４０に衝突した溶湯２は、分流子４０によってランナー１ｃおよびゲート１ｄへと導かれるように構成されている。
【００１８】
つぎに、本実施形態に係る分流子４０のより詳細な構成を、図３に示す。ここで、図３は、本実施形態に係る分流子の縦断面側面図である。
【００１９】
本実施形態に係る分流子４０は、溶湯が衝突する前方部ｆとは逆側の後方部ｒに向けて開口して形成される冷媒通路４１と、ダイカスト法において不可避的に鋳造されるランナー部を押し出すための不図示の押し出しピンを摺動可能に配設する貫通孔４２と、を有して構成されている。
【００２０】
冷媒通路４１には、冷媒供給通路と冷媒排出通路を有する不図示のインサート部材が嵌合可能である。冷媒通路４１と不図示のインサート部材とは、溶接等の後加工により水密状に封止されることで、分流子４０に形成された冷媒通路４１の内部には、水やオイルなどの冷媒が流通してその周辺が冷却される。
【００２１】
また、本実施形態に係る分流子４０は、前方部ｆを含む箇所が鋼（Ｓｔ）によって形成されるとともに、冷媒通路４１の全周を取り囲む部位と貫通孔４２の形成箇所の少なくとも一部が銅又は銅合金（Ｃｕ）によって形成されている。特に、本実施形態では、前記鋼（Ｓｔ）についてはＳＫＤ６１が採用されており、一方、前記銅又は銅合金（Ｃｕ）については、無酸素銅が採用されている。
【００２２】
本実施形態で採用される無酸素銅は、銅又は銅合金のなかでも純度の高いものであり、熱伝導率が非常に高いという性質を有している。ただし、分流子４０は、溶湯２がダイレクトに衝突して熱に直接曝されることになるので、効率良く熱を冷却しながらも強度を維持しなければならない。そこで、剛性の高い鋼（Ｓｔ；ＳＫＤ６１）と、熱伝導率の高い銅又は銅合金（Ｃｕ；無酸素銅）を組み合わせて分流子４０が製造されている。
【００２３】
以上、本実施形態に係る分流子４０の具体的な構成を説明した。つぎに、本実施形態に係る分流子４０を構成するＳＫＤ６１（Ｓｔ）と無酸素銅（Ｃｕ）という異材を接合する技術について、図４および図５を用いて説明を行う。ここで、図４は、本実施形態に係る分流子の製造方法を説明するためのグラフ図である。また、図５は、本実施形態に係る分流子の製造方法の効果を説明するための図であり、図中の分図（ａ）が図４で示した本実施形態に係る分流子の製造方法を用いて製造した分流子における無酸素銅（Ｃｕ）の結晶組織を顕微鏡観察した写真図であり、分図（ｂ）が本発明方法の条件を逸脱して製造した場合の比較例としての分流子における無酸素銅（Ｃｕ）の結晶組織を顕微鏡観察した写真図である。
【００２４】
図４を参照して、本実施形態に係る分流子４０の製造方法を説明する。本実施形態に係る分流子４０の製造方法では、まず、鋼（Ｓｔ；ＳＫＤ６１）と銅又は銅合金（Ｃｕ；無酸素銅）を分離不能な状態に拡散接合するに際して、拡散接合を行う不図示の加圧・加熱炉の炉内に接合前の鋼（Ｓｔ；ＳＫＤ６１）と銅又は銅合金（Ｃｕ；無酸素銅）を組み合わせた状態で配置し、拡散接合が開始される。
【００２５】
そして、拡散接合の処理工程としては、まず初めに、炉内温度を６００±５℃で約３０分間安定させる工程（Ｉ）を実行し、その後、炉内温度を約１４分で７５０±５℃上昇させる工程（ＩＩ）を実行する。続いて、７５０±５℃で炉内温度が安定した状態（ＩＩＩ−１）で炉内の加圧を開始し（ＩＩＩ−２）、約３０分後に炉内の加圧力が２０±０．１ＭＰａになるよう、徐々に加圧する（ＩＩＩ−３）という工程（ＩＩＩ）を実行し、さらに、炉内の加圧力が２０±０．１ＭＰａになった状態で約２時間継続する工程（ＩＶ）を実行する。そして、約２時間経過後、炉内温度の電源をＯＦＦ（Ｖ−１）して自然に温度を下げる（Ｖ−２）とともに、炉内の加圧力に関しては、約１５分をかけて徐々に炉内の圧力を下げて加圧力０（ゼロ）にする（Ｖ−３）という工程（Ｖ）を実行する。また、上記した工程（Ｉ〜Ｖ）における各処理を実行する際には、炉内真空度を０．５±０．１Ｐａに保つ処理工程（ＶＩ）が行われている。
【００２６】
以上、図４を用いて説明した本実施形態に係る分流子４０の製造方法を実行することで、割れなどの不具合が発生することの無い製造方法を見出すことができた。なお、発明者らは、本実施形態に係る分流子４０の製造方法の検証実験を行っており、例えば、図５に示すように、鋼（Ｓｔ；ＳＫＤ６１）と銅又は銅合金（Ｃｕ；無酸素銅）の拡散接合が完了した状態の銅又は銅合金（Ｃｕ；無酸素銅）の結晶組織を顕微鏡観察した。ここで、図５中の分図（ａ）は、図４で示した本実施形態に係る分流子４０の製造方法を用いて製造した分流子４０における無酸素銅（Ｃｕ）の結晶組織を顕微鏡観察した写真図であるが、炉内温度を７５０℃で安定させた状態（ＩＩＩ−１）で炉内の加圧力が２０ＭＰａになるようにした（ＩＶ）場合には、割れなどの不具合が全く発生しないことを確認した。またこのとき、銅又は銅合金（Ｃｕ；無酸素銅）の結晶の大きさが１００〜４００μｍとなることを確認した。
【００２７】
一方、図５中の分図（ｂ）は、本発明方法の条件を逸脱して製造した場合の比較例としての分流子における無酸素銅（Ｃｕ）の結晶組織を顕微鏡観察した写真図であるが、炉内温度を９００℃で安定させた状態で炉内の加圧力が２０ＭＰａになるようにした場合には、無酸素銅（Ｃｕ）に割れが発生してしまうことを確認した。またこのとき、銅又は銅合金（Ｃｕ；無酸素銅）の結晶の大きさは、６００〜１１００μｍとなることを確認した。
【００２８】
図５で示した検証実験の結果は、本実施形態に係る分流子４０の製造方法を実行することで、銅又は銅合金（Ｃｕ；無酸素銅）の結晶の大きさが安定して制御され、また結晶の大きさが小さくなることで、割れの発生を好適に防止できることが確認できた。一方、本発明方法の条件を逸脱して拡散接合を行った場合には、無酸素銅（Ｃｕ）の結晶が粗大化し、結晶粒径が大きくなることで割れが発生し易い状況を生じさせてしまうことが確認できた。これらの検証実験の結果から、本実施形態に係る分流子４０の製造方法によれば、鋼（Ｓｔ；ＳＫＤ６１）と銅又は銅合金（Ｃｕ；無酸素銅）を拡散接合して分流子を製造する際に、割れなどの不具合の発生しない新たな分流子の製造方法を提供することができることが確認された。
【００２９】
なお、本実施形態に係る分流子４０の製造方法については、図４で示したように、各処理工程（Ｉ〜ＶＩ）が明確化されているので、従来技術のように作業者の経験や勘に頼った作業ではなく、拡散接合の作業工程を標準化できるので、不具合発生が無く安定した生産が可能な異材結合技術を提供することを実現している。さらに、このように標準化された本発明方法は、発明者らの更なる検証実験によって、ダイカスト法に用いられる様々な積層金型の製造方法に対しても、本発明方法を適用させることができることが確認されている。すなわち、本発明方法は、積層金型の製造方法など、あらゆる異材結合技術に対して適用可能であり、拡張性の高い技術となっている。
【００３０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。
【００３１】
例えば、上述した実施形態で示した分流子４０は、本発明方法が適用可能な分流子の一形態例を示したに過ぎない。本発明方法を適用可能な分流子が取り得る形態は、種々の変更が可能である。
【００３２】
また、上述した実施形態では、鋼（Ｓｔ）についてはＳＫＤ６１が採用されており、銅又は銅合金（Ｃｕ）については無酸素銅が採用されている場合を例示して説明したが、本発明方法に適用可能な鋼や銅又は銅合金については、あらゆる種類・成分を有する多様な種類の金属に対して適用することが可能である。
【００３３】
その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００３４】
１  ダイカスト金型、１ａ  キャビティ、１ｂ  ビスケット、１ｃ  ランナー、１ｄ  ゲート、２  溶湯、１０  固定金型、１１  固定ホルダ、１２  固定ダイス、２０  可動金型、２１  可動ホルダ、２２  可動ダイス、３０  スリーブ、３１  プランジャーチップ、４０  分流子、４１  冷媒通路、４２  貫通孔、Ｓｔ  鋼（ＳＫＤ６１）、Ｃｕ  銅又は銅合金（無酸素銅）、ｆ  前方部、ｒ  後方部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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