(57)【要約】【課題】  高い冷却能力を有し、かつ容易に金型温度を制御でき、さらに金型の冷却異常を検出できる金型冷却装置を提供する。【解決手段】  金型Ａに設けた冷却部１に水とエアを供給する金型冷却装置であって、水供給管２と、エア供給管３と、両供給管２，３が合流する合流部４と、合流部４と冷却部１とを接続する給水管５と、冷却部１から水とエアを排出する排水管７とを備え、給水管５の途中一部を断面積の大きな貯留管６としてあり、貯留管６の断面積が、上流側の給水管５の断面積の２．５倍〜４倍、長さが５５０ｍｍ〜７５０ｍｍであり、貯留管６に水を貯留後、エアを圧送して、初めに水を冷却部１に噴出させ、その後水とエアの混合流体を噴出させる。その後さらに水とエアを交互に供給して水とエアの混合流体を複数回噴出させる。排水管７の途中には圧力計８が設けてあり、排水管７内の圧力を測定し、水および水とエアの混合流体の噴出異常を検出する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型（Ａ）に設けた冷却部（１）に水とエアを供給する金型冷却装置であって、
水供給管（２）と、エア供給管（３）と、両供給管（２，３）が合流する合流部（４）と、該合流部（４）と前記冷却部（１）とを接続する給水管（５）と、前記冷却部（１）から水とエアを排出する排水管（７）とを備え、
前記給水管（５）の途中一部を断面積の大きな貯留管（６）としてあり、該貯留管（６）の断面積が、上流側の前記給水管（５）の断面積の２．５倍〜４倍であり、
前記水供給管（２）から水を供給して前記貯留管（６）に水を貯留後、前記エア供給管（３）からエアを圧送して、初めに前記給水管（５）と前記貯留管（６）の水を前記冷却部（１）に噴出させ、その後水とエアの混合流体を噴出させることを特徴とする金型冷却装置。
【請求項２】
前記貯留管（６）の長さが５５０ｍｍ〜７５０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の金型冷却装置。
【請求項３】
水を前記冷却部（１）に噴出させ、その後水とエアの混合流体を噴出させた後、さらに前記水供給管（２）および前記エア供給管（３）から水とエアを交互に供給して水とエアの混合流体を複数回噴出させることを特徴とする請求項１または２記載の金型冷却装置。
【請求項４】
前記排水管（７）の途中に圧力計（８）が設けてあり、水を前記冷却部（１）に噴出させ、その後水とエアの混合流体の噴出が終了する前に、前記排水管（７）内の圧力を測定し、水および水とエアの混合流体の噴出異常を検出することを特徴とする請求項１、２または３記載の金型冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型に設けた冷却部に水とエアを供給する金型冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイカスト鋳造においては、金型や金型に挿入する鋳抜きピンなどを適切に冷却して温度管理をすることが、製品の高品質化を図るために重要である。冷却の方法としては、金型などに形成した冷却水路に冷却水を供給する方法が一般的であり、たとえば特許文献１や２の装置が提案されている。
文献１の装置は、金型Ａに穿設された冷却穴Ａ１内に冷却水を供給する冷却水供給径路２と、冷却穴Ａ１内の冷却水をエアパージするための高圧エアを送るエアパージ径路３と、両径路２，３を合流させる流体合流部４とを備え、流体合流部４を通して冷却穴Ａ１内に冷却水およびエアを交互に供給することにより金型Ａを冷却する金型冷却装置であって、流体合流部４にクラッキング圧力より低い圧力の冷却水およびエアをそれぞれ冷却水供給径路２とエアパージ径路３内に維持させるチェック弁４ａ，４ｂを組み込むとともに、冷却水供給径路２から流体合流部４を通して冷却水を吐出した後にタイムラグをおいてエアパージ径路３から流体合流部４を通して高圧エアを吐出するものである。
また、文献２の装置は、金型１などに備えられた冷却水路４，５と連通可能に接続される冷却水管路６と、冷却水供給源に接続されかつ冷却水管路６に冷却水を供給する冷却水供給路１１と、加圧エア供給源に接続されかつ冷却水管路６に加圧エアを供給する加圧エア供給路１２とを備え、金型１内への鋳込みに際して予め設定されたタイミングで加圧エアとともに冷却水管路６内の所定量の冷却水を高い圧力で冷却水路４，５内に供給するものである。
【特許文献１】特開２００３−１３６１８８号公報
【特許文献２】特開２００５−４６８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、文献１の装置においては、冷却水として高圧水吐出ポンプ１ｂで増圧した水を使用し、また、冷却水の圧送を止めた後に高圧エアを送るので、冷却水マニホールド５やホース６ａ、往復式冷却管６ｃの水が金型Ａの冷却穴Ａ１に高圧で噴出され、金型Ａが冷えすぎてしまう。
また、文献２の装置は、冷却水が加圧エアとともに供給されるので、高い冷却能力を有するが、設定温度付近で金型の温度を微調整することは困難であると考えられる。
さらに、いずれの装置においても、小径の冷却管を備える鋳抜きピンなどを冷却しようとする場合、冷却管内に錆や水垢などが詰まり、冷却できないまま鋳造してしまうおそれがある。
【０００４】
本発明は、上記事情を鑑みたものであり、高い冷却能力を有し、かつ容易に金型温度を制御でき、さらに金型の冷却異常を検出できる金型冷却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】
【０００５】
本発明のうち請求項１の発明は、金型に設けた冷却部に水とエアを供給する金型冷却装置であって、水供給管と、エア供給管と、両供給管が合流する合流部と、該合流部と前記冷却部とを接続する給水管と、前記冷却部から水とエアを排出する排水管とを備え、前記給水管の途中一部を断面積の大きな貯留管としてあり、該貯留管の断面積が、上流側の前記給水管の断面積の２．５倍〜４倍であり、前記水供給管から水を供給して前記貯留管に水を貯留後、前記エア供給管からエアを圧送して、初めに前記給水管と前記貯留管の水を前記冷却部に噴出させ、その後水とエアの混合流体を噴出させることを特徴とする。
【０００６】
本発明のうち請求項２の発明は、前記貯留管の長さが５５０ｍｍ〜７５０ｍｍであることを特徴とする。
【０００７】
本発明のうち請求項３の発明は、水を前記冷却部に噴出させ、その後水とエアの混合流体を噴出させた後、さらに前記水供給管および前記エア供給管から水とエアを交互に供給して水とエアの混合流体を複数回噴出させることを特徴とする。
【０００８】
本発明のうち請求項４の発明は、前記排水管の途中に圧力計が設けてあり、水を前記冷却部に噴出させ、その後水とエアの混合流体の噴出が終了する前に、前記排水管内の圧力を測定し、水および水とエアの混合流体の噴出異常を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のうち請求項１の発明によれば、貯留管の断面積を上流側の給水管の断面積の２．５倍〜４倍にして、貯留管に水を貯留後、エアを供給することで、初めは水が冷却部に噴出し、その後水とエアの混合流体が噴出する。当初は貯留管に貯留された水がエアに押し出されるが、その後は、給水管に対して貯留管が広くなっていることで供給されたエアによって撹拌された水が噴出するのである。これにより、金型の冷却初期は水により設定温度近くまで急冷し、その後水とエアの混合流体により設定温度まで徐冷することができ、金型の温度を容易に制御できる。
【００１０】
本発明のうち請求項２の発明によれば、貯留管の長さを５５０ｍｍ〜７５０ｍｍとすることで、装置を大型化することなく、金型を冷却するために十分な量の水を貯留することができる。貯留管が長すぎると、装置全体が大型化してしまい、短すぎると、水の噴出時間が短くなって冷却能力が不足してしまう。
【００１１】
本発明のうち請求項３の発明によれば、金型の形状や大きさなどの条件によって適宜水とエアの混合流体を噴出することで、さらに安定して金型の温度を制御できる。
【００１２】
本発明のうち請求項４の発明によれば、排水管内の圧力測定により、水および水とエアの混合流体の噴出異常を検出できるので、冷却水の経路に錆や水垢などが詰まって冷却水が流れにくくなり、冷却不足のまま鋳造が行われることを防止し、製品の高品質化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の金型冷却装置の具体的な構成について、各図面に基づいて説明する。図１は、金型冷却装置の全体図であり、本装置は、水を供給する水供給源およびエアを供給するエア供給源に接続して使用するものである。水供給源には水用カプラ２１が接続してあり、その下流には不純物を除去するためのストレーナ２２を介して水用マニホールド２３が接続してある。一方、エア供給源にはエア用カプラ３１が接続してあり、その下流にはエア用マニホールド３３が接続してある。水用マニホールド２３からは三本の水供給管２が延びており、エア用マニホールド３３からは三本のエア供給管３が延びているが、各水供給管同士、各エア供給管同士は互いに同等のものなので、以下においては特に断らない限り、それぞれの中の一本のみについて言及する。水供給管２には、水用ソレノイド弁２４が接続してあり、エア供給管３には、エア用ソレノイド弁３４が接続してある。そして、水供給管２とエア供給管３とは、各ソレノイド弁２４，３４の下流側に接続した合流部４において合流している。
合流部４の下流側には給水管５が接続してある。給水管５の下流側には金型Ａに設けた冷却部１が接続してあり、冷却部１に水やエアを供給する。冷却部１の詳細は後述する。そして、給水管５の途中一部が、断面積の大きな貯留管６としてある。貯留管６の断面積は、その上流側の給水管５の断面積の２．５倍〜４倍とすることが望ましく、本実施例においては、上流側の給水管５の内径を５ｍｍ、貯留管６の内径を８ｍｍとした（貯留管６の断面積は給水管５の断面積の２．５６倍となる）。冷却部１には、水やエアを排出するための排水管７が接続してあり、さらにこの排水管７の途中に圧力計８が取り付けてある。
なお、水用マニホールド２３には給水圧力計２５および給水温度計２６が接続してあり、エア用マニホールド３３には、エア圧力計３５が接続してある。また、水用マニホールド２３およびエア用マニホールド３３から貯留管６上流側の給水管５までは筐体４１の中に納めてあり、圧力計８、給水圧力計２５、給水温度計２６およびエア圧力計３５は筐体４１の側面に取り付けてある。
【００１４】
次に、給水管５と貯留管６との接続部分について、図２に基づき説明する。合流部から延びる給水管５にソケット２７が接続されている。ソケット２７は筐体４１に形成した孔に嵌め込まれており、筐体４１の外側からＬ字継手２８が螺合されている。そして、Ｌ字継手２８の下流側端部に貯留管６が接続されており、給水管５と貯留管６とが連通する。貯留管６の下流側端部と給水管５との接続部分についても同様である。
【００１５】
次に、金型Ａに設けた冷却部１について、図３に基づき説明する。金型Ａは、金型固定中子ａ１と金型可動中子ａ２とを備え、両者の間に溶融金属を流し込むキャビティａ３が形成されており、冷却部１は、金型固定中子ａ１に形成した孔に挿入した鋳抜きピン１１と、鋳抜きピン１１の中心軸上に形成した冷却穴１２と、冷却穴１２に挿入した冷却管１３とを有する。冷却穴１２は鋳抜きピン１１の一端から他端近傍まで達するものであり、冷却管１３は冷却穴１２の底部近傍まで延びている。そして、給水管５が冷却管１３と連通しており、排水管７が冷却穴１２と連通している。給水管５から供給される水やエアは、冷却管１３の中を通り、その先端から吐出されて冷却穴１２（冷却管１３の外側）を通って排水管７に排出される。この際、水やエアは熱せられた鋳抜きピン１１と熱交換をして、鋳抜きピン１１を冷却する。なお、図３（ａ）〜（ｃ）に三種類の冷却部１を示したように、鋳抜きピン１１には種々の長さ・太さのものがあり、その長さによって冷却管１３の長さも異なる。
【００１６】
次に、本装置により金型を冷却する際の動作について説明する。水供給源から供給される冷却水は、水用カプラ２１からストレーナ２２を介して水用マニホールド２３を通り、水用ソレノイド弁２４に到達する。ダイカストマシンの金型閉め信号を金型冷却装置が受けると、水用ソレノイド弁２４が０．７秒間開き、冷却水は給水管５を通り、貯留管６に貯留される。一方、エア供給源から供給されるエアは、エア用カプラ３１からエア用マニホールド３３を通り、エア用ソレノイド弁３４に到達する。ダイカストマシンの射出スタート信号を金型冷却装置が受けると、エア用ソレノイド弁３４が１４．５秒間開き、初めは貯留管６から水が押し出されて約５秒間噴出し、その後水とエアの混合流体が約９．５秒間噴出し、給水管５を通り冷却管１３から鋳抜きピン１１の冷却穴１２に供給される。鋳抜きピン１１の冷却穴１２内壁に噴出した水および水とエアの混合流体は、熱せられた鋳抜きピン１１と熱交換をして鋳抜きピン１１を冷却し、排水管７を通って排出される。排水管７の途中に設けた圧力計８により、エア用ソレノイド弁３４が開いてから１３．５秒経過時に圧力を測定し、水と、水とエアの噴出異常を検出・確認する。エアの供給完了後、水用ソレノイド弁２４を０．１秒間開き、その後エア用ソレノイド弁３４を３秒間開く動作を５回繰り返し、水とエアの混合流体を噴出して鋳抜きピン１１を冷却する。このようにすることで、たとえば鋳抜きピン１１の設定温度を１２５度とすれば、最初の５秒間で水により１２５度近くまで急冷し、その後の９．５秒間で水とエアの混合流体により１２５度まで徐冷し、さらにその後水とエアの混合流体を繰り返し噴出することで容易に温度を１２５度に保つよう制御できる。なお、上記の水用ソレノイド弁２４およびエア用ソレノイド弁３４の開時間や、開閉の繰り返し回数は、一例に過ぎず、冷却対象となる金型の形状・大きさや設定温度などによって適宜増減できる。この際、最初の水用ソレノイド弁２４の開時間を長くして貯留管６に貯留する水の量を多くすると、水の噴出時間は長くなるが、その後の水とエアの混合流体の噴出時間はほぼ一定である。
【００１７】
ここで、貯留管の断面積および長さについて検討する。図４（ａ）〜（ｃ）は、種々の断面積および長さを有する貯留管を用いて、貯留管に水を貯留する時間（すなわち、最初に水用ソレノイド弁を開く時間）を変化させた場合の、水の噴出時間を示すグラフである。貯留管は、内径が１０ｍｍ、８ｍｍ、６．５ｍｍの三種類、長さが７５０ｍｍ、５５０ｍｍ、３５０ｍｍの三種類で、それらの組み合わせにより計九種類となる。また、貯留管の上流側に接続される給水管５の内径は５ｍｍであり、給水管の断面積に対する貯留管の断面積の倍率では４倍、２．５６倍、１．６９倍の三種類となる。さらに、水圧は０．３５ＭＰａ、エア圧は０．４５ＭＰａとした。
グラフより、貯留管の断面積が大きいほど、また長さが長いほど、そして貯留時間が長いほど、水の噴出時間が長くなることがわかる。上述のとおり、本冷却装置は当初の水の噴出により金型を設定温度近くまで急冷するものであり、噴出時間は冷却対象の条件により定まるものであるが、実際の冷却においては、少なくとも１秒程度は必要であり、この条件を満たすには、貯留時間を０．４秒以上とした上で、貯留管の内径が８ｍｍ以上は必要であることがわかる。また、一般に市販されているこの種の管の内径は１０ｍｍのものが最大であり、それ以上の径のものを使用することは現実的ではない。そして、貯留管の内径を８ｍｍ以上とすれば、長さは５５０ｍｍ以上とすることで、１秒以上の噴出時間が得られることがわかる。なお、長さを７５０ｍｍより長くすると、装置が大型化してしまい好ましくない。
また、図４（ｄ）は、貯留管の断面積と、水とエアの混合流体の噴出時間との関係を示すグラフである。貯留時間が０．４秒以上の範囲では、とくに内径１０ｍｍと８ｍｍの場合に噴出時間のばらつきが少ないことがわかる。本冷却装置は、当初の水の噴出により金型を設定温度近くまで急冷後、混合流体により徐冷するものであるが、当初の急冷の時間を調節して設定温度より一定値だけ高い温度まで冷却すれば、そこから設定温度まで冷却するために要する時間は一定であるから、混合流体の噴出時間は一定であることが望ましく、この点からも貯留管の内径は８ｍｍ〜１０ｍｍとすべきであることがわかる。
以上より、貯留管としては、内径が８ｍｍ〜１０ｍｍ（断面積が給水管の２．５倍〜４倍）、長さが５５０ｍｍ〜７５０ｍｍのものを用いることが望ましい。
【００１８】
本発明の金型冷却装置は、上記の実施形態に限定されない。たとえば、金型に穴を形成して冷却水を流し込み、金型を直接冷却するものであってもよい。また、実施例は三系統の冷却水経路を有するものであるが、系統数は、冷却対象となる金型の形状や大きさなどによって適宜増減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の金型冷却装置の全体図。
【図２】給水管と貯留管の接続部分の断面図。
【図３】冷却部の断面図。
【図４】貯留管の断面積、長さおよび貯留時間と水または混合流体の噴出時間との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２０】
１  冷却部
２  水供給管
３  エア供給管
４  合流部
５  給水管
６  貯留管
７  排水管
８  圧力計
Ａ  金型
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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