(57)【要約】【課題】急速に、かつ温度分布が生じないようにキャビティ面を含む溶湯接触面を冷却あるいは加熱可能な、またキャビティ面を含む溶湯接触面上の任意の領域を所定温度に制御することも可能な鋳造装置を提供する。【解決手段】固定型７と可動型９とを備えるダイカスト金型５であって、前記可動型９は、高熱伝導性金属層１９及び前記高熱伝導性金属層１９に比較して熱伝導度の小さい高硬度金属層１８が積層された複合層２０を備え、前記可動型９のキャビティ面１５上の全域又は任意の領域を急速に所定温度に成さしめるべく、前記高熱伝導性金属層１９及び／又は高硬度金属層１８の厚さが場所に応じて異なる厚さに設定されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造金型からなる鋳造装置であって、
前記鋳造金型は、少なくとも高熱伝導性金属層及び前記高熱伝導性金属層に比較して熱伝導度の小さい材料で形成された層が積層された複合層を備え、
キャビティ面上の全域又は任意の領域を急速に所定温度に成さしめるべく、前記高熱伝導性金属層及び／又は熱伝導度の小さい材料で形成された層の厚さが場所に応じて異なる厚さに設定されていることを特徴とする鋳造装置。
【請求項２】
鋳造金型、前記鋳造金型に取付けられ前記鋳造金型のキャビティ部に溶湯を案内する分流子を備える鋳造装置であって、
前記鋳造金型及び／又は分流子は、少なくとも高熱伝導性金属層及び前記高熱伝導性金属層に比較して熱伝導度の小さい材料で形成された層が積層された複合層を備え、
前記鋳造金型のキャビティ面上及び／又は前記分流子の溶湯接触面上の全域又は任意の領域を急速に所定温度に成さしめるべく、前記高熱伝導性金属層及び／又は熱伝導度の小さい材料で形成された層の厚さが場所に応じて異なる厚さに設定されていることを特徴とする鋳造装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の鋳造装置の他に、前記鋳造金型に取付けられ前記鋳造金型に溶湯を供給する射出スリーブと、
前記射出スリーブに摺動自在に挿通され、供給された溶湯をキャビティ部に射出する射出プランジャと、を備え、
前記射出スリーブは、少なくとも高熱伝導性金属層及び前記高熱伝導性金属層に比較して熱伝導度の小さい材料で形成された層が積層された複合層を備え、
前記射出スリーブの内壁面上の全域又は任意の領域を急速に所定温度に成さしめるべく、前記高熱伝導性金属層及び／又は熱伝導度の小さい材料で形成された層の厚さが場所に応じて異なる厚さに設定されていることを特徴とする鋳造装置。
【請求項４】
前記鋳造装置が半凝固ダイカスト用の鋳造装置であり、
前記射出スリーブが、供給される溶湯を所定の温度に冷却し半凝固金属スラリーにすることを特徴とする請求項３に記載の鋳造装置。
【請求項５】
前記射出スリーブは、給湯口側と反給湯口側とで前記高熱伝導性金属層の厚さが異なり、給湯口側の方が前記高熱伝導性金属層が厚く設定されていることを特徴とする請求項４に記載の鋳造装置。
【請求項６】
前記鋳造金型、前記分流子、前記射出スリーブにおいて、前記熱伝導度の小さい材料で形成された層及び前記高熱伝導性金属層を含む複数の金属層、前記複数金属層中における各金属層間の境界部のうち、少なくとも１つに冷却及び／又は加熱媒体の流路が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の鋳造装置。
【請求項７】
前記冷却及び／又は加熱媒体の流路が、前記キャビティ面及び／又は前記分流子の溶湯接触面を急速かつ均一に所定温度に成さしめるべく、前記キャビティ面及び／又は前記分流子の溶湯接触面の近傍に立体的に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の鋳造装置。
【請求項８】
前記高熱伝導性金属層が、純銅、銅合金、純アルミニウム、アルミニウム合金から選択される材種により形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の鋳造装置。
【請求項９】
前記熱伝導度の小さい材料で形成された層が高硬度金属層からなり、該高硬度金属層の上面に前記キャビティ面が形成され、前記分流子の溶湯接触面及び前記射出スリーブの内壁面が高硬度金属層からなり、該高硬度金属層と前記高熱伝導性金属層とが冶金接合されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の鋳造装置。
【請求項１０】
前記熱伝導度の小さい材料で形成された層及び／又は前記高熱伝導性金属層が、所定の形状に加工された単一又は複数の部材を積層し、該積層体を拡散接合することにより形成されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の鋳造装置。
【請求項１１】
少なくとも前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層とが拡散接合又はろう付けにより接合され、又は前記熱伝導度の小さい材料で形成された層及び／又は前記高熱伝導性金属層が電気めっき法又は溶射法により形成されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の鋳造装置。
【請求項１２】
前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層との間に第三の材種からなる中間層を備え、該中間層の線膨張係数が前記熱伝導度の小さい材料の線膨張係数と前記高熱伝導性金属層の線膨張係数との中間の値であることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の鋳造装置。
【請求項１３】
前記鋳造装置が、ダイカスト用鋳造装置又は半凝固ダイカスト用鋳造装置又は半溶融ダイカスト用鋳造装置であることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の鋳造装置。
【請求項１４】
同一高さに異種材料である前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層とが混在する領域を、所定の厚さと輪郭形状に加工された複数の部材を積層し、積層方向に圧力を加えて拡散接合することにより製作する場合において、
所定の組み合わせと順序で積層された熱伝導度の小さい部材と高熱伝導性金属部材とからなる積層体に生じる加熱時の熱ひずみ、及び加圧により生じる積層方向に対して直交方向のひずみを外形部において拘束することによって、積層方向に対して平行な異材界面にも接合圧力を生じせしめ、拡散接合を行うことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の鋳造装置の製造方法。
【請求項１５】
同一高さに異種材料である前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層とが混在する領域を、所定の厚さと輪郭形状に加工された複数の部材を積層し、積層方向に圧力を加えて拡散接合することにより製作する場合において、
所定の組み合わせと順序で積層された熱伝導度の小さい部材と高熱伝導性金属部材とからなる積層体の外側を囲むように、前記熱伝導度の小さい部材及び前記高熱伝導性金属部材よりも線膨張係数の小さい材料で製作された外枠材を設置し、前記積層体と前記外枠材との間にくさび形状をした少なくとも一対の板材を挟んで加熱することにより、加熱時における前記外枠材、前記熱伝導度の小さい部材、前記高熱伝導性金属部材及び前記くさび形板材のそれぞれの熱膨張差を利用して外力を負荷することなく積層方向に対して平行な異材界面の拡散接合を行うことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の鋳造装置の製造方法。
【請求項１６】
同一高さに異種材料である前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層とが混在する領域を、所定の厚さと輪郭形状に加工された複数の部材を積層し、積層方向に圧力を加えて拡散接合することにより製作する場合において、
前記熱伝導度の小さい材料で形成された層及び前記高熱伝導性金属層をそれぞれ、所定の厚さと輪郭形状に加工された複数の部材を積層し、外周を拘束した状態で積層方向に荷重を加え拡散接合し製作し、拡散接合した前記熱伝導度の小さい材料で形成された層及び前記高熱伝導性金属層を積層し、又は拡散接合した前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層との接合面を形状加工した後に積層し、外周を拘束した状態で積層方向に荷重を加え拡散接合することを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の鋳造装置の製造方法。
【請求項１７】
同一高さに異種材料である前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層とが混在する領域を、積層方向に圧力を加えて拡散接合することにより製作する場合において、
前記熱伝導度の小さい材料で形成された層及び前記高熱伝導性金属層を積層し、該積層体に生じる加熱時の熱ひずみ、及び加圧により生じる積層方向に対して直交方向のひずみを外形部において拘束することによって、積層方向に対して平行な異材界面にも接合圧力を生じせしめ、拡散接合を行うことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の鋳造装置の製造方法。
【請求項１８】
同一高さに異種材料である前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層とが混在する領域を、各々ブロック材を機械加工し、積層し、該部材を積層方向に圧力を加えて拡散接合することにより製作する場合において、
ブロック材を機械加工するとき異種金属界面をテーパ状に加工することを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の鋳造装置の製造方法。
【請求項１９】
パイプ状部材を互いに挿通し、異種材料である前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層とを含む前記鋳造装置の円筒状部材を拡散接合することにより製作する場合において、
最も内側のパイプ状部材の内面を先細テーパ状とし、該パイプ状部材に嵌合する先細テーパ状の芯材を挿通し、最も外側のパイプ状部材に嵌合する、前記熱伝導度の小さい材料で形成された層及び前記高熱伝導性金属層よりも線膨張係数の小さい材料で製作されたパイプ状部材を被せ、前記芯材の基端部にのみ圧力を加えて拡散接合することを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の鋳造装置の製造方法。
【請求項２０】
最も内側のパイプ状部材及び芯材に代え、中実材を使用し、該中実材の外面を先細テーパ状とし、該中実材と接合するパイプ状部材の内面を該中実材と隙間なく嵌合する先細テーパ状とし、該中実材の基端部にのみ圧力を加えて拡散接合することを特徴とする請求項１９に記載の鋳造装置の製造方法。
【請求項２１】
パイプ状部材を互いに挿通し、異種材料である前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層とを含む前記鋳造装置の円筒状部材を拡散接合することにより製作する場合において、
最も内側のパイプ状部材に嵌合する、前記高熱伝導性金属層よりも線膨張係数の大きい材料で製作された芯材を挿通し、最も外側のパイプ状部材に嵌合する、前記熱伝導度の小さい材料で形成された層及び前記高熱伝導性金属層よりも線膨張係数の小さい材料で製作されたパイプ状部材を被せ、さらにこれらの長手方向の変形を拘束し、それぞれの熱膨張差を利用することで外力を負荷することなく全方向に荷重を加え拡散接合することを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の鋳造装置の製造方法。
【請求項２２】
さらに前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層との間に、線膨張係数が前記熱伝導度の小さい材料の線膨張係数と前記高熱伝導性金属層の線膨張係数との中間の値の第三の材種からなる中間層を備え、
前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層に代え、前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層と前記中間層、
前記熱伝導度の小さい部材と前記高熱伝導性金属部材に代え、前記熱伝導度の小さい部材と前記高熱伝導性金属部材と前記中間層を形成する金属部材とすることを特徴とする請求項１４から請求項２１のいずれか一項に記載の鋳造装置の製造方法。
【請求項２３】
請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の鋳造装置を利用して、鋳造成形品を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造工程で使用する鋳造装置、該鋳造装置の製造方法及び鋳造成形品の製造方法に関する。本発明において、鋳造装置には鋳造金型単体も含まれる。
【背景技術】
【０００２】
ダイカスト金型などの加圧鋳造金型において、鋼製部材に直接冷却水流路を作ると冷却性能に優れる一方で、水素脆化によって割れが生じ易くなる。キャビティ面にまで割れが達すると冷却水が金属溶湯（以下、溶湯と記す）と接触して水蒸気爆発を起こす危険性があるなど安全上問題がある。そこで鋼製部材の背面（キャビティの反対側）に耐食性の良い銅などで製作されたブッシュを挿入し、該ブッシュに冷却水流路を設けることで金型の長寿命化と安全性を図るとともに、銅の良好な熱伝導特性により冷却性能を向上させた金型が開発されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
ダイカスト金型の冷却に関しては、半凝固ダイカスト装置において、キャビティに供給する半凝固金属スラリーを射出スリーブで得るべく、射出スリーブに冷却回路を設け、供給される溶湯をここで冷却させる方法がある（例えば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１９５９１４号公報
【特許文献２】特開２００８−２８４５５５号公報
【特許文献３】特開２０１１−１４７９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これまでに提案されているダイカスト金型等の冷却方法は、特許文献１及び特許文献２に代表されるように金型の中でも特に高温となりやすい部分にのみ冷却水を供給しスポット的に冷却させるものが多く、冷却効果が特定の場所に限定され易く、キャビティを含む溶湯接触面上において温度が不均一になりやすいという問題があった。金型に温度の不均一が生じると金型自体の熱変形によりバリが生じやすく、また成形後の製品において熱ひずみや組織の不均一などの不具合が発生する。そこで寸法や表面性などに精度が要求される精密ダイカストでは、加熱・冷却媒体を使用した金型の温度調節が行われている。
【０００６】
さらにキャビティが凹凸を含む複雑な曲面の場合には温度調節が難しく、キャビティ面上を適切な温度に均一に保持するのが難しい。特に、冷却流路を形成しにくい細長く突出したキャビティ面形状の場合には、当該部分の冷却が難しいために焼き付きが生じやすく、金型の消耗が激しくなり、寿命が低下しやすい。
【０００７】
また目的の金属を完全に溶融させるのではなく、固相と液相が共存した状態で加圧鋳造を行うことにより鋳造欠陥を抑制する半凝固あるいは半溶融鋳造法においては、金属をキャビティ内に射出する前の射出スリーブ内において所定の液相率を生成・維持するために射出スリーブの適切な温度管理が求められる。例えば、特許文献３では温度の異なる２種類の媒体を用いて入口側では溶湯を速やかに冷却して半凝固状態にし、出口側では高温媒体による加熱で過凝固を防止している。しかし異なる温度の２つの媒体を使用するため、射出スリーブの冷却流路構造が複雑となり、また温調関連装置も２系統必要となりコスト増が避けられない。このように複雑な媒体流路設計や複数の温調装置などを必要としない低コストな金型温度調節機能が必要とされている。
【０００８】
以上の問題は、ダイカスト金型などの加圧鋳造金型のみならず重力鋳造を行う鋳造金型等においても散見される。
【０００９】
本発明の目的は、急速に、かつ温度分布が生じないようにキャビティ面を含む溶湯接触面を冷却あるいは加熱可能な、またキャビティ面を含む溶湯接触面上の任意の領域を所定温度に制御することも可能な鋳造装置、該鋳造装置の製造方法及び鋳造成形品の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、鋳造金型からなる鋳造装置であって、前記鋳造金型は、少なくとも高熱伝導性金属層及び前記高熱伝導性金属層に比較して熱伝導度の小さい材料で形成された層が積層された複合層を備え、キャビティ面上の全域又は任意の領域を急速に所定温度に成さしめるべく、前記高熱伝導性金属層及び／又は熱伝導度の小さい材料で形成された層の厚さが場所に応じて異なる厚さに設定されていることを特徴とする鋳造装置である。
本発明の鋳造金型は、少なくとも熱伝導度の異なる材料で形成された２種の層が積層された複合層を有し、この熱伝導度の異なる材料で形成された層の厚さを場所に応じて変えることでキャビティ面上の温度を制御するので、凹凸が大きい複雑なキャビティ面形状の場合であっても、キャビティ面上に温度分布が生じないようにすることができる。冷却流路を形成し難い細長く突出したキャビティ面形状の場合であっても当該部分を適切に冷却することが可能となるので、消耗が抑制され金型の寿命低下を防止することができる。またキャビティ面上の任意の領域を所定温度に制御することも可能であり、これらを急速に行うことができる。
【００１１】
また本発明は、鋳造金型、前記鋳造金型に取付けられ前記鋳造金型のキャビティ部に溶湯を案内する分流子を備える鋳造装置であって、前記鋳造金型及び／又は分流子は、少なくとも高熱伝導性金属層及び前記高熱伝導性金属層に比較して熱伝導度の小さい材料で形成された層が積層された複合層を備え、前記鋳造金型のキャビティ面上及び／又は前記分流子の溶湯接触面上の全域又は任意の領域を急速に所定温度に成さしめるべく、前記高熱伝導性金属層及び／又は熱伝導度の小さい材料で形成された層の厚さが場所に応じて異なる厚さに設定されていることを特徴とする鋳造装置である。
本発明の鋳造装置によれば、分流子を熱伝導度の異なる材料で形成された２種の層が積層された複合層で形成し、この熱伝導度の異なる材料で形成された層の厚さを場所に応じて変えることで溶湯接触面上の温度を制御することができるので、熱負荷の高い分流子を効率的に冷却し適正に保護することができる。
【００１２】
また本発明の鋳造装置は、前記鋳造装置の他に、前記鋳造金型に取付けられ前記鋳造金型に溶湯を供給する射出スリーブと、前記射出スリーブに摺動自在に挿通され、供給された溶湯をキャビティ部に射出する射出プランジャと、を備え、前記射出スリーブは、少なくとも高熱伝導性金属層及び前記高熱伝導性金属層に比較して熱伝導度の小さい材料で形成された層が積層された複合層を備え、前記射出スリーブの内壁面上の全域又は任意の領域を急速に所定温度に成さしめるべく、前記高熱伝導性金属層及び／又は熱伝導度の小さい材料で形成された層の厚さが場所に応じて異なる厚さに設定されていることを特徴とする。
本発明の鋳造装置は、射出スリーブも熱伝導度の異なる材料で形成された２種の層が積層された複合層を有し、この熱伝導度の異なる材料で形成された層の厚さを場所に応じて変えることで射出スリーブの内壁面上の温度を制御するので、射出スリーブを容易に適正温度にすることができる。
【００１３】
また本発明の鋳造装置は、前記鋳造装置が半凝固ダイカスト用の鋳造装置であり、前記射出スリーブが、供給される溶湯を所定の温度に冷却し半凝固金属スラリーにすることを特徴とする。
本発明の鋳造装置は、射出スリーブが供給される溶湯を冷却し半凝固金属スラリーを製造するので、半凝固ダイカスト用の鋳造装置として好適に使用することができる。
【００１４】
また本発明の鋳造装置において、前記射出スリーブは、給湯口側と反給湯口側とで前記高熱伝導性金属層の厚さが異なり、給湯口側の方が前記高熱伝導性金属層が厚く設定されていることを特徴とする。
本発明の鋳造装置は、射出スリーブにおいて、反給湯口側に比較し給湯口側に多くの高熱伝導性金属材が使用されているので給湯口側の方が熱伝達に優れる。このため射出スリーブ全体に冷却媒体流路を設けると、給湯口側がよく冷却される一方で反給湯口側は冷却能力が小さい。このような射出スリーブに溶湯を供給すると、溶湯は給湯口側で冷却され半凝固金属スラリーとなり、反給湯口側では半凝固金属スラリーに大きな温度変化は生じずそのままの状態で保持される。このように本射出スリーブを使用すれば、簡単な構成で効率的かつ安定的に半凝固金属スラリーを製造可能であり、本発明の鋳造装置を半凝固ダイカスト用の鋳造装置として好適に使用することができる。
【００１５】
また本発明の鋳造装置は、前記鋳造金型、前記分流子、前記射出スリーブにおいて、前記熱伝導度の小さい材料で形成された層及び前記高熱伝導性金属層を含む複数の金属層、前記複数金属層中における各金属層間の境界部のうち、少なくとも１つに冷却及び／又は加熱媒体の流路が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
また本発明の鋳造装置は、前記冷却及び／又は加熱媒体の流路が、前記キャビティ面及び／又は前記分流子の溶湯接触面を急速かつ均一に所定温度に成さしめるべく、前記キャビティ面及び／又は前記分流子の溶湯接触面の近傍に立体的に配置されていることを特徴とする。
本発明の鋳造装置は、冷却及び／又は加熱媒体の流路がキャビティ面近傍等に立体的に配置されているので、キャビティ面等を急速かつ均一に冷却し又は所定の温度にすることができる。
【００１７】
また本発明の鋳造装置は、前記高熱伝導性金属層が、純銅、銅合金、純アルミニウム、アルミニウム合金から選択される材種により形成されていることを特徴とする。
本発明の鋳造装置において、高熱伝導性金属層として、熱伝導性及び熱拡散率に優れる純銅、銅合金、純アルミニウム、アルミニウム合金を好適に使用することができる。
【００１８】
また本発明の鋳造装置は、前記熱伝導度の小さい材料で形成された層が高硬度金属層からなり、該高硬度金属層の上面に前記キャビティ面が形成され、前記分流子の溶湯接触面及び前記射出スリーブの内壁面が高硬度金属層からなり、該高硬度金属層と前記高熱伝導性金属層とが冶金接合されていることを特徴とする。
本発明の鋳造装置は、各金属層が冶金接合されているので、熱伝達に優れ、また強度的にも優れる。
【００１９】
また本発明の鋳造装置は、前記熱伝導度の小さい材料で形成された層及び／又は前記高熱伝導性金属層が、所定の形状に加工された単一又は複数の部材を積層し、該積層体を拡散接合することにより形成されていることを特徴とする。
本発明の鋳造装置は、キャビティ面上等を急速に所定温度にすべく、熱伝導度の小さい材料で形成された層及び高熱伝導性金属層の厚さが、それぞれ場所に応じて適正に設定されるので、熱伝導度の小さい材料で形成された層及び高熱伝導性金属層が複雑な形状となり易いが、これらの製作に複数枚の板等からなる部材を積層、接合する積層接合法を採用することで所望の金型を得ることができる。積層金型で用いられる複数枚の板等からなる部材を積層、接合してなる積層接合法は、積層、接合する部材の形状が比較的単純なため、金型内部で熱伝導度の小さい材料で形成された層及び／又は高熱伝導性金属層の厚さが変化する金型であっても対応が容易であり、接合に拡散接合法を用いることで接合を確実に行うことができる。なお、キャビティ形状が単純な場合は、ブロック材を拡散接合することもできる。
【００２０】
また本発明の鋳造装置は、少なくとも前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層とが拡散接合又はろう付けにより接合され、又は前記熱伝導度の小さい材料で形成された層及び／又は前記高熱伝導性金属層が電気めっき法又は溶射法により形成されていることを特徴とする。
【００２１】
また本発明の鋳造装置は、前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層との間に第三の材種からなる中間層を備え、該中間層の線膨張係数が前記熱伝導度の小さい材料の線膨張係数と前記高熱伝導性金属層の線膨張係数との中間の値であることを特徴とする。
鋳造工程において、鋳造装置は金属溶湯により高温に熱せられるため、熱伝導度の小さい材料と高熱伝導性金属材との間で熱膨張の差が大きい場合には異材界面において高い応力集中が発生し、破壊が生じやすくなる。そこで、線膨張係数が熱伝導の小さい材料と高熱伝導性金属材との中間の値であるような第三の材料を中間層として使用することによって、異材界面の応力集中を緩和し、装置の寿命を向上できる。このような前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層との間に第三の材種からなる中間層を備える鋳造装置においても、中間層を備えない鋳造装置と同様に、熱伝導度の小さい材料で形成された層及び／又は前記高熱伝導性金属層、さらには中間層の厚さを場所に応じて適正に設定することで、前記キャビティ面、前記分流子の溶湯接触面、前記射出スリーブの内壁面の全域又は任意の領域を急速に所定温度にすることができることは当然である。
【００２２】
また本発明の鋳造装置は、前記鋳造装置が、ダイカスト用鋳造装置又は半凝固ダイカスト用鋳造装置又は半溶融ダイカスト用鋳造装置であることを特徴とする。
本発明の鋳造装置は、ダイカスト用鋳造装置又は半凝固ダイカスト用鋳造装置又は半溶融ダイカスト用鋳造装置として好適に使用することができる。
【００２３】
本発明の鋳造装置の製造方法は、同一高さに異種材料である前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層とが混在する領域を、所定の厚さと輪郭形状に加工された複数の部材を積層し、積層方向に圧力を加えて拡散接合することにより製作する場合において、所定の組み合わせと順序で積層された熱伝導度の小さい部材と高熱伝導性金属部材とからなる積層体に生じる加熱時の熱ひずみ、及び加圧により生じる積層方向に対して直交方向のひずみを外形部において拘束することによって、積層方向に対して平行な異材界面にも接合圧力を生じせしめ、拡散接合を行うことを特徴とする。
【００２４】
また本発明の鋳造装置の製造方法は、同一高さに異種材料である前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層とが混在する領域を、所定の厚さと輪郭形状に加工された複数の部材を積層し、積層方向に圧力を加えて拡散接合することにより製作する場合において、所定の組み合わせと順序で積層された熱伝導度の小さい部材と高熱伝導性金属部材とからなる積層体の外側を囲むように、前記熱伝導度の小さい部材及び前記高熱伝導性金属部材よりも線膨張係数の小さい材料で製作された外枠材を設置し、前記積層体と前記外枠材との間にくさび形状をした少なくとも一対の板材を挟んで加熱することにより、加熱時における前記外枠材、前記熱伝導度の小さい部材、前記高熱伝導性金属部材及び前記くさび形板材のそれぞれの熱膨張差を利用して外力を負荷することなく積層方向に対して平行な異材界面の拡散接合を行うことを特徴とする。
【００２５】
本発明の鋳造装置では、熱伝導度の小さい材料で形成された層及び／又は高熱伝導性金属層の各層厚さが金型内で変化するため、金型内の同一平面上において熱伝導度の小さい材料で形成された層と高熱伝導性金属層とが混在する領域が発生する。該領域では、平板状に加工された熱伝導度の小さい材料の板あるいは高熱伝導性金属板のどちらか一方に対して、ある特定部分を除去した後、該部分に同一の輪郭形状に加工されたもう一方の材種の板をはめ込んだ複合板を作製し、それらを複数積層して拡散接合することにより、熱伝導度の小さい材料で形成された層と高熱伝導性金属層が任意面積及び任意厚さで混在する異種材料複合積層金型を製作できる。しかし、前記方法で異種材料を積層して拡散接合する場合、加圧のための外力は積層方向であり、前記嵌合部、すなわち、熱伝導度の小さい材料の板と高熱伝導性金属板との界面は負荷方向と平行であるために、該界面には外力が直接負荷されない。特に、線膨張係数が大きい高熱伝導性金属板の内側に、線膨張係数の小さい板を嵌合した場合には、拡散接合時の熱膨張は外側の高熱伝導性金属板の方が大きいために前記嵌合部にすき間が生じ、接合が困難となる。
【００２６】
これに対し本発明の製造方法を用いて金型を製造するときは、拡散接合時における板積層体の最外郭部、すなわち、金型外形部の熱変形を拘束する。これにより、最外郭部を有する各積層板は加熱により熱膨張するものの、最外郭での寸法が増加しないよう熱変形が拘束されているため、前記嵌合部の寸法は熱ひずみにより縮小する結果となり、外側の板は内側にはめ込まれた異種材料の板と圧力を伴いながら接触し、拡散接合がなされる。このように、板の積層方向には外力による加圧によって、また、負荷方向と平行な異種材嵌合部の界面においては金型外形部の熱変形を拘束することによって、全方向において完全な加圧がなされた拡散接合が実現できる。これは分流子を製造する場合も同様である。
【００２７】
また本発明の鋳造装置の製造方法は、同一高さに異種材料である前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層とが混在する領域を、所定の厚さと輪郭形状に加工された複数の部材を積層し、積層方向に圧力を加えて拡散接合することにより製作する場合において、前記熱伝導度の小さい材料で形成された層及び前記高熱伝導性金属層をそれぞれ、所定の厚さと輪郭形状に加工された複数の部材を積層し、外周を拘束した状態で積層方向に荷重を加え拡散接合し製作し、拡散接合した前記熱伝導度の小さい材料で形成された層及び前記高熱伝導性金属層を積層し、又は拡散接合した前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層との接合面を形状加工した後に積層し、外周を拘束した状態で積層方向に荷重を加え拡散接合することを特徴とする。
本発明の鋳造装置の製造方法は、熱伝導度の小さい材料で形成された層及び高熱伝導性金属層をそれぞれ積層接合法で製作し、その後、この熱伝導度の小さい材料で形成された層及び高熱伝導性金属層を拡散接合するので、複雑な形状の、熱伝導度の小さい材料で形成された層及び高熱伝導性金属層を備える金型、分流子であっても、確実に製作することができる。
【００２８】
また本発明の鋳造装置の製造方法は、同一高さに異種材料である前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層とが混在する領域を、積層方向に圧力を加えて拡散接合することにより製作する場合において、前記熱伝導度の小さい材料で形成された層及び前記高熱伝導性金属層を積層し、該積層体に生じる加熱時の熱ひずみ、及び加圧により生じる積層方向に対して直交方向のひずみを外形部において拘束することによって、積層方向に対して平行な異材界面にも接合圧力を生じせしめ、拡散接合を行うことを特徴とする。
本発明の鋳造装置の製造方法は、拡散接合時に積層体の最外郭部、すなわち、金型外形部の熱変形を拘束する。この方法は、ブロック状素材を形状加工し形成した高熱伝導性金属層と熱伝導度の小さい材料で形成された層とを拡散接合し鋳造装置を製造する場合にも好適に用いることができ、全方向において完全な加圧がなされた拡散接合が実現できる。
【００２９】
また本発明の鋳造装置の製造方法は、同一高さに異種材料である前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層とが混在する領域を、各々ブロック材を機械加工し、積層し、該部材を積層方向に圧力を加えて拡散接合することにより製作する場合において、ブロック材を機械加工するとき異種金属界面をテーパ状に加工することを特徴とする。
本発明の鋳造装置の製造方法は、異種金属界面をテーパ状に加工した部材を用いて拡散接合するので、テーパ状部がくさびとして作用し接触性を高めると共に、積層方向に対する直交方向に対しても十分に荷重が加わり接合性に優れる鋳造装置を得ることができる。
【００３０】
また本発明の鋳造装置の製造方法は、パイプ状部材を互いに挿通し、異種材料である前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層とを含む前記鋳造装置の円筒状部材を拡散接合することにより製作する場合において、最も内側のパイプ状部材の内面を先細テーパ状とし、該パイプ状部材に嵌合する先細テーパ状の芯材を挿通し、最も外側のパイプ状部材に嵌合する、前記熱伝導度の小さい材料で形成された層及び前記高熱伝導性金属層よりも線膨張係数の小さい材料で製作されたパイプ状部材を被せ、前記芯材の基端部にのみ圧力を加えて拡散接合することを特徴とする。
【００３１】
また本発明の鋳造装置の製造方法は、前記本発明の鋳造装置の製造方法において、最も内側のパイプ状部材及び芯材に代え、中実材を使用し、該中実材の外面を先細テーパ状とし、該中実材と接合するパイプ状部材の内面を該中実材と隙間なく嵌合する先細テーパ状とし、該中実材の基端部にのみ圧力を加えて拡散接合することを特徴とする。
【００３２】
また本発明の鋳造装置の製造方法は、パイプ状部材を互いに挿通し、異種材料である前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層とを含む前記鋳造装置の円筒状部材を拡散接合することにより製作する場合において、最も内側のパイプ状部材に嵌合する、前記高熱伝導性金属層よりも線膨張係数の大きい材料で製作された芯材を挿通し、最も外側のパイプ状部材に嵌合する、前記熱伝導度の小さい材料で形成された層及び前記高熱伝導性金属層よりも線膨張係数の小さい材料で製作されたパイプ状部材を被せ、さらにこれらの長手方向の変形を拘束し、それぞれの熱膨張差を利用することで外力を負荷することなく全方向に荷重を加え拡散接合することを特徴とする。
上記３つのパイプ状部材の製造方法を用いることで、金型、分流子と同様に、複合層からなる射出スリーブにおいても全方向において完全な加圧がなされた拡散接合を実現することができる。
【００３３】
また本発明の鋳造装置の製造方法は、さらに前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層との間に、線膨張係数が前記熱伝導度の小さい材料の線膨張係数と前記高熱伝導性金属層の線膨張係数との中間の値の第三の材種からなる中間層を備え、前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層に代え、前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層と前記中間層、前記熱伝導度の小さい部材と前記高熱伝導性金属部材に代え、前記熱伝導度の小さい部材と前記高熱伝導性金属部材と前記中間層を形成する金属部材とすることを特徴とする。
上記鋳造装置の製造方法は、前記熱伝導度の小さい材料で形成された層と前記高熱伝導性金属層との間に第三の材種からなる中間層を備える複合層を有する鋳造装置の製造にも同様に適用することができ、同様の作用効果が得られる。
【００３４】
また本発明は、前記鋳造装置を利用して、鋳造成形品を製造する方法である。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の鋳造装置は、鋳造金型のキャビティ面上の全域又は任意の領域を急速かつ均一に所定温度に成さしめるべく、熱伝導度の異なる材料で形成された層が金型の場所に応じて厚さを変えて積層されているので、金型への投熱量が場所によって異なっても、キャビティ面が凹凸の大きい複雑な形状であっても、キャビティ面上に温度分布が生じないように冷却あるいは加熱することができる。
【００３６】
また、分流子の溶湯接触面、射出スリーブの内壁面の任意の領域を所定温度に制御することも可能であり、重力鋳造装置の他、ダイカスト用鋳造装置、半凝固ダイカスト用鋳造装置などの加圧鋳造装置として好適に使用することができる。例えば，射出スリーブの内壁面温度を入口側と出口側でそれぞれ異なる温度に制御することで、金属の半凝固組織を所定の液相率に維持することが可能となり、複雑な加熱冷却媒体流路の設計や高額な温調設備などを使用せずとも、組織が均一で欠陥の少ない鋳造製品を成形できる。
【００３７】
さらに、本発明の鋳造装置を、板、パイプ等の部材を積層、拡散接合する接合法を用いて製作することで、金型、分流子又は射出スリーブ内部で熱伝導度の異なる２つの層の厚さが変化しても容易に製作することができる。また本発明の製造方法を用いることで、確実な接合を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態としての鋳造金型１の要部断面図である。
【図２】図１の鋳造金型１の製造手順を説明するフローチャートである。
【図３】図１の鋳造金型１の拡散接合工程における金属板積層体と接合治具との組み付け方法を示した断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態としての鋳造装置２の要部断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態としての鋳造装置３の要部断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態としての鋳造装置４の要部断面図である。
【図７】図６の鋳造装置４の射出スリーブ６２の要部断面図である。
【図８】図６の鋳造装置４の射出スリーブ６２の拡散接合要領を説明するための図である。
【図９】図６の鋳造装置４の射出スリーブ６２の他の拡散接合要領を説明するための図である。
【図１０】図６の鋳造装置４の射出スリーブ６２の他の拡散接合要領を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１は、本発明の第１実施形態としての鋳造金型１の要部断面図である。ここでは可動型を示しており、固定型は表示されない。
【００４０】
鋳造金型１（以下、金型と記す）は、キャビティ面１５が上部に形成された高硬度金属層１８、高硬度金属層１８の下側に高熱伝導性金属層１９が冶金接合された複合層２０を有する。
【００４１】
キャビティ面１５を有する高硬度金属層１８は、目的の成形に必要な成形温度や加圧条件および使用回数に耐えられる十分な強度や耐久性を有するよう、必要な硬度を有する金属により製作される。材質は、成形の種類や条件によって異なるが、例えば各種鉄鋼材に必要な熱処理を施し、所定の硬度及び機械的性質が得られるよう調質したものを用いるとよい。また高硬度金属層１８は、熱伝導度が高熱伝導性金属層１９の熱伝導度に比較し小さいものを使用する。
【００４２】
高硬度金属層１８の下側、すなわち、キャビティ面１５の反対側には高熱伝導性金属層１９が設けられている。高熱伝導性金属層１９は、熱伝導性及び熱拡散性に優れた材料を使用する。定常温度分布状態にある材料中では、Δｘ（ｍ）離れた２点間の温度差がΔＴ（Ｋ）であるとき、２点間の熱流束ｑ（Ｗ／ｍ２）は式（１）のようなフーリエの法則によって表される。なお、熱流束とは、２点間を移動する単位面積および単位時間当たりの熱量である。
ｑ＝−λ・（ΔＴ／Δｘ）・・・（１）
ここで、λ：熱伝導度（Ｗ／（ｍ・Ｋ））である。
このように、定常状態において熱流束ｑの値を一定とすると、熱伝導度λが小さければ温度勾配ΔＴ／Δｘが大きくなるが、λが大きい、すなわち、熱伝導度の高い材料では温度勾配ΔＴ／Δｘが小さくなり、材料中の温度分布が小さくなることから、熱伝導度の高い材料を使用することにより、本質的に金型に生じる温度分布を軽減できる。
【００４３】
また、実際の成形過程では、金型内の温度は位置だけでなく時間によっても変化する非定常状態であるので、該高熱伝導性金属層１９には、式（２）によって表される熱拡散率ａ（ｍ２／ｓ）が大きい材料を用いることが望ましい。
ａ＝λ／（ｃ・ρ）・・・（２）
ここで、ｃ：比熱（Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））、ρ：密度（ｋｇ／ｍ３）である。この値ａが大きいほど、温度分布が材料中を非定常的に広がっていく速度が速く、短時間のうちに温度分布が緩和しやすいことを示している。
【００４４】
熱伝導度λ及び熱拡散率ａが大きい材料として、純銅、銅合金、純アルミニウム、アルミニウム合金が例示され、高熱伝導性金属層１９としてこのような材料を使用することが好ましい。高熱伝導性金属層１９と高硬度金属層１８との接合については、良好な熱伝導性を得るために、拡散接合による冶金接合が好ましい。例えば、鉄鋼材により製作した高硬度金属層１８との接合を高温・加圧を伴う拡散接合により行う場合には、鉄との親和性がよく、金属間化合物を生じない純銅及び銅合金を使用するのが好ましい。なお、高硬度金属層１８及び／又は高熱伝導性金属層１９は、電気めっき又は溶射法により形成してもよい。
【００４５】
金型１には、高熱伝導性金属層１９内であって高硬度金属層１８との境界面２４近傍に、キャビティ面１５に沿うように金型１を冷却するための冷却流路２７が設けられている。キャビティ面１５に沿うように冷却流路２７を配置することで高い冷却性能が得られる。ここでは冷却流路２７を銅など腐食し難い高熱伝導性金属層１９に設けているので、従来の直接冷却方式の冷却路と異なり、応力腐食割れは生じ難い。高熱伝導性金属層１９に冷却流路２７を設ける方法は、従来の間接冷却方式と同様に高硬度金属層１８を直接冷却しないため冷却性能の低下が懸念されるが、高硬度金属層１８と高熱伝導性金属層１９とを拡散接合等により隙間なく接合するので高い冷却性能が得られる。
【００４６】
高硬度金属層１８及び高熱伝導性金属層１９は、後述する方法により最適な層厚さが決定され、各層の厚さは金型内において変化する。金型１のようにキャビティ面１５が自由曲面を含む複雑な三次元形状をしている場合においても、該面上に温度分布が生じないようにするため、高硬度金属層１８と高熱伝導性金属層１９のそれぞれの厚さを金型内で適切に変化させて製作される。すなわち、キャビティ面１５のうち熱が逃げ難い領域は、高硬度金属層１８の厚さを薄く、逆に高熱伝導性金属層１９の厚さを厚くしてキャビティ面１５の過度な温度上昇を抑制する。一方、キャビティ面１５のうち熱が逃げ易い領域は、高硬度金属層１８の厚さを厚く、逆に高熱伝導性金属層１９の厚さを薄くして極端な温度低下を抑制し、結果としてキャビティ面１５上の温度がほぼ均一となるようにする。
【００４７】
以上のようなキャビティ面１５が自由曲面を含む複雑な三次元形状、又は凹凸が大きい複雑な形状の金型の場合、高硬度金属層１８及び高熱伝導性金属層１９の厚さが場所毎で異なり、高硬度金属層１８と高熱伝導性金属層１９の境界、すなわち、異種材料の接合界面２４も三次元的に起伏を伴った複雑な形状となる。さらに冷却流路２７を立体的に配置した金型は、製造が難しいが、厚さの薄い複数枚の金属板を輪郭形状加工した後に、積層、接合する積層接合法を用いることで確実に製作することができる。
【００４８】
金型１は、溶湯により高温に熱せられるため、高硬度金属層１８と高熱伝導性金属層１９との間で熱膨張の差が大きい場合には異材界面において高い応力集中が発生し、破壊が生じやすくなる。このような場合には、線膨張係数が高硬度金属層１８を形成する材料と高熱伝導性金属層１９を形成する材料との中間の値であるような第三の材料を中間層として使用することによって、異材界面の応力集中を緩和し、装置の寿命を向上させることができる。
【００４９】
中間層の素材には、銅やアルミニウムのような熱伝導率の高い金属と熱膨張率の低い素材から成る合金あるいは複合材料であって、線膨張係数が12〜15×10-6/Kの範囲のものが望ましく、例えば、銅−モリブデン、銅−タングステン、銅−炭素および銅−ダイヤモンドなどを用いるとよい。また、中間層の板厚は0.01〜5mm程度の範囲内とするとよい。この点は、後述の分流子５１、射出スリーブ６２においても同じである。
【００５０】
線膨張係数が高硬度金属層１８を形成する材料と高熱伝導性金属層１９を形成する材料との中間の値であるような第三の材料を中間層として使用する場合も、高硬度金属層１８及び／又は高熱伝導性金属層１９、さらには中間層の厚さを場所に応じて適正に設定することで、キャビティ面１５上をほぼ均一とし、あるいは任意の領域を所定温度にすることができる。この点は、後述の分流子５１、射出スリーブ６２においても同じである。
【００５１】
以下に、金型１の製造要領を示す。図２及び図３は、図１の鋳造金型１の製造要領を説明するための図であり、図２は、製造手順を説明するフローチャート、図３は、拡散接合工程における金属板積層体３３と接合治具との組み付け方法を示した断面図である。以下の鋳造金型１の製造要領は、線膨張係数が高硬度金属層１８を形成する材料と高熱伝導性金属層１９を形成する材料との中間の値であるような第三の材料を中間層として使用する場合にも同じように適用することができる。
【００５２】
金型１は、厚さの薄い複数枚の金属板を輪郭形状加工した後に、積層、接合されたいわゆる積層金型である。積層金型は、積層、接合する１枚１枚の金属板の形状が比較的単純なため、金型内部で高硬度金属層１８と高熱伝導性金属層１９の厚さが変化する金型であっても対応が容易であり、特にキャビティ面１５の凹凸が複雑な場合には、好ましい製作方法である。図３では、高硬度金属層１８を形成する金属板３５が８枚、高熱伝導性金属層１９を形成する金属板３７が１０枚、金属ブロック３８が１つとなっているが、金属板の枚数は、特定の枚数に限定されるものではない。キャビティ面１５の形状等に応じて適宜設定することができる。一般的にキャビティ面１５の凹凸が単純であれば、金属板の枚数は少なく、逆にキャビティ面１５の凹凸が複雑であれば枚数は多くなる。例えば、後述の第２及び第３実施形態で示す鋳造金型のようなキャビティ面１５の凹凸が非常に単純であれば、高硬度金属層１８を形成する金属板３５及び高熱伝導性金属層１９を形成する金属板３７をそれぞれブロックとすることもできる。
【００５３】
まず、ステップＳ１では、金型１の外形形状、キャビティ面１５の形状、高硬度金属層１８の厚さ、高熱伝導性金属層１９の厚さ、さらには冷却流路２７の形状からなる各情報を与えて、金型の初期形状を３次元ＣＡＤでモデリングする。ここでの形状は最適設計がなされる前の初期段階のものであり冷却流路２７の形状は暫定的に与える。また、高硬度金属層１８、高熱伝導性金属層１９の各層厚さも、金型１内で全て均一な厚さとして暫定的に定める。
【００５４】
ステップＳ２では、コンピュータによる有限要素法シミュレーション（ＣＡＥ）などの手法を用いて、熱伝導解析を行い、キャビティ面１５上の温度分布を予測する。本ステップの目的は、キャビティ面１５上に生じる温度分布を抑制しながら高速に冷却できる金型１の各構成要素の形状寸法を最適に設計することである。そのための手法は種々あるが、好ましい一例として、まず、高熱伝導性金属層１９の厚さを一定として熱伝導解析を行い、キャビティ面１５上の温度分布を予測する。その結果から、キャビティ面１５の温度が高い領域周辺においては高熱伝導性金属層１９の厚さを厚く、かつ高硬度金属層１８の厚さを薄くする。また一方で、キャビティ面１５の温度が低い領域周辺においては、逆に高熱伝導性金属層１９を薄く、高硬度金属層１８を厚くして温度低下を抑制することにより、キャビティ面１５上の温度が均一になるような、金型１内における高熱伝導性金属層１９及び高硬度金属層１８の最適な層厚さの分布を導出する。なお、高熱伝導性金属層１９及び高硬度金属層１８の最適な層厚さの算出には、冷却流路２７の配置が考慮されることは当然である。
【００５５】
また、キャビティ面１５上の温度が均一かつ急速に下がるような、最適な冷却流路２７の形状を決定する。本目的を達成するために、冷却流路２７はキャビティ面１５のできるだけ近傍に設置するのが好ましいが、キャビティ面１５に近づけすぎると温度分布が生じやすくなるため、冷却時間と温度均一化の均整がとれるよう、キャビティ面１５の形状に対応した立体的な配置とするのがよい。但し、応力腐食割れを考慮し、冷却流路２７は高熱伝導性金属層１９に配置する。
【００５６】
金型構成要素の設計が終了後、ステップＳ３では、３次元ＣＡＤデータを基にスライスデータの作成を行う。スライスデータの作成は予めスライスデータを作成するためのプログラムをインストールしたコンピュータを用いて行う。コンピュータはインストールされたプログラムに従い、入力された３次元ＣＡＤデータから、所定の厚さのスライスデータを作成する。ここで所定の厚さが、金属板の厚さとなる。金属板の厚さは、金型１の形状、キャビティ面１５の形状、高熱伝導性金属層１９及び高硬度金属層１８の厚さ、さらには冷却流路２７の配置に基づき、加工容易性等を考慮し、所望の金型が容易に製作できるように決定する。このとき金属板の規格（寸法）、入手性、価格を考慮することが好ましい。高硬度金属層１８を形成する金属板３５は、通常、同一の厚さの金属板を使用するが、厚さの異なる金属板３５を使用してもよい。高熱伝導性金属層１９を形成する金属板３７についても同様である。この点については、公知の積層金型（例えば特開２０１０−９４９０３号公報）と同様に考えればよい。
【００５７】
ステップＳ４では、ステップＳ３で作成したスライスデータに基づいて、各金属板３５、３７の加工を行う。金属板３５は高硬度金属板、金属板３７は高熱電導性金属板であり、それぞれ高硬度金属層１８、高熱電導性金属層１９に対応する。金属板の加工は、輪郭形状、冷却流路２７のための溝４０、及び積層時における位置決め用の基準穴（図示省略）を行う。ここで、同一高さに異なる材料の金属板３５、３７を組み合わせて積層する場合、例えば、どちらか一方の金属板３５（３７）の一部を機械加工により除去し、該除去部分に同一輪郭形状に切出した他方の金属板３７（３５）をはめ込んで使用する場合には、該嵌合部のすき間が所定の値になるように、両金属板３５、３７の輪郭を精度よく加工する必要がある。該嵌合部のすき間は両金属板３５、３７の熱膨張係数や金属板の寸法および加工温度を考慮して適宜決定するとよい。また、両異種金属の拡散接合の際にインサート材を用いる場合には、インサート材厚さを考慮して、嵌合部すき間を決定するのが望ましい。なお、後述のように、拡散接合時において金型外形を変形拘束するので、金型外形に相当する部分についても、各金属板３５、３７を所定の寸法交差内で精度よく加工しておくのがよい。
【００５８】
ステップＳ５では、加工した金属板３５、３７を所定の組み合わせにより所定の順序で積層する。金属板３５、３７は、位置決め用基準穴（図示省略）が設けられているので、基準ピン（図示省略）を使用することで、正確に位置決めすることができる。
【００５９】
次ステップＳ６では、積層した金属板積層体３３を拡散接合法により接合する。拡散接合は、加熱炉内に金属板積層体３３を設置し、真空雰囲気下で所定の温度になるように加熱しながら積層方向に荷重を負荷し、一定時間保持した後に冷却して金属板積層体３３（金属板接合体）を炉外へ搬出する。拡散接合時の加熱温度、加熱時間等は、使用する金属板の種類などにより適宜設定すればよい。ここで、金属板同士を重ね合わせる積層面２２には荷重が直接負荷されるために拡散接合が可能であるが、同一高さに異種材である高硬度金属板３５と高熱伝導性金属板３７とを嵌合させた領域では、嵌合部の異種金属界面２３は荷重の負荷方向４３に対して平行であるために、該異種金属界面２３には外力は直接負荷されない。特に、高熱伝導性金属板３７の内側の一部を除去して、線膨張係数が相対的に小さい高硬度金属板３５を嵌合した場合には、界面に生じる隙間が拡大する傾向となり、事実上接合が困難となる。
【００６０】
そこで、図３に記載のような治具を用いて拡散接合を行う。高硬度金属板３５及び高熱伝導性金属板３７よりも線膨張係数の小さい材料で製作された外枠材４５の中に前記金属板積層体３３を設置し、金属積層体３３と外枠材４５との間に一対のくさび形状をした板材を挿入する。ここで、２つのくさび形板材４７のうちどちらか一方の挿入深さを調節することによって、金属板積層体３３、外枠材４５、くさび形板材４７をすき間なく接触する状態にすることができる。なお、図３は、金属板積層体３３、外枠材４５及びくさび形板材４７のある一断面を示した図であるが、本図と直交する任意の断面においても、同様にすき間なく金属板積層体３３と外枠材４５とが接触するよう、もう一対のくさび形板材４７を用いるとよい。すなわち、合計２対のくさび形板材４７を使用し、縦横両方向に対して金属板積層体３３と外枠材４５とをすき間なく接触および固定するのが好ましい。
【００６１】
ここで、外枠材４５にはグラファイトなど金属よりも線膨張係数の小さい材料を使用し、くさび形板材４７は繰り返しの使用に耐えうる適度な一般機械用炭素鋼および機械構造用炭素鋼などを用いるとよい。ただし、拡散接合過程において金属板積層体３３とくさび形板材４７が相互に接合されないよう、くさび形板材４７の表面には離型材を塗布しておく必要がある。
【００６２】
上記の固定状態で加熱すると、線膨張係数が金属よりも小さい外枠材４５の熱ひずみは金属板積層体３３及びくさび形板材４７のそれと比較して小さいため、結果として、くさび形板材４７を経由して金型外形部４９の熱膨張を拘束する。これにより、外形部を有する各積層金属板３５、３７及び金属ブロック３８は、加熱により熱膨張するものの、外形部での熱変形が治具である外枠材４５及びくさび形板材４７により拘束されるため、前記嵌合部の寸法は熱ひずみにより縮小する結果となり、内側にはめ込まれた異種金属板と圧力を伴いながら界面２３において接触し、拡散接合がなされる。事実、無拘束状態では加熱時において嵌合部にすき間が生じやすい異種複合金属板、例えば、高熱伝導性金属板３７の内側に高硬度金属板３５を嵌合した場合において、外形部の変形を拘束した状態で加熱すると、嵌合部の寸法は熱ひずみにより収縮し、嵌合部を境界２３として両異種金属同士が圧力を伴いながら接触することを有限要素解析により確認している。
【００６３】
このように、金属板積層体３３の積層面２２には外力による加圧により、また、積層面２２と直交する嵌合部の異種金属界面２３においては金型最外郭部の熱変形の拘束を利用することによって、全方向において完全な加圧がなされた拡散接合が実現できる。
【００６４】
続くステップＳ７では、拡散接合した金属板積層体（金属板接合体）を熱処理する。本工程は金属板接合体のうち、特にキャビティ面１５を有する高硬度金属層１８を硬化させ、強度及び耐摩耗性の向上を目的として行う熱処理であり、鋳造金型で一般的に行われる焼入れ及び焼戻しである。ここでは、最終的にキャビティ面１５が所定の硬度となるように処理を行う。なお、本熱処理工程は金型の用途によっては必ずしも実施する必要はなく、次工程のステップＳ８の形状加工後に熱処理を行い、その後必要に応じて再度形状加工を行ってもよい。
【００６５】
ステップＳ８では、金型１の仕上げ工程として、形状加工を行う。ここでは、一般的な金型と同様に、汎用のＣＡＤ／ＣＡＭ装置及びＮＣあるいはＣＮＣ装置を用いることで容易かつ高精度に加工することができる。ここでは、公知の切削加工及び研削加工の使用が可能である。なお、前記熱処理を形状加工後に行う場合には、その後の熱処理に伴う変形分を考慮して仕上げ代を残して加工を行い、熱処理後に仕上げの最終形状加工を行うことが効率的である。
【００６６】
上記鋳造金型１の製造要領において、さらに、高硬度金属層１８と高熱伝導性金属層１９との間に第三の材種からなる中間層を挿入する場合には、ペースト状にした粉末あるいは箔や板状といった形態の該中間層素材を高硬度金属材と高熱伝導性金属材との間に挟み、上記実施形態と同様に拡散接合することによって製作できる。これについては、後述の射出スリーブ６２の製造においても同じである。
【００６７】
図４は、本発明の第２実施形態としての鋳造装置２、図５は、本発明の第３実施形態としての鋳造装置３の要部断面図である。図５（Ａ）は、鋳造装置３の全体構成を示し、（Ｂ）は、キャビティ部の突出部１２近傍の拡大図である。図１から図３に示す第１実施形態の鋳造金型１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。なお、第２実施形態の鋳造装置２と第３実施形態の鋳造装置３とは、キャビティ部１１の形状及び構造を除き同一の構成からなる。このため以下、主として鋳造装置２を用いて構成を説明する。
【００６８】
鋳造装置２は、ダイカスト法により成形品を鋳造するダイカスト用鋳造装置であり、ダイカスト金型５、該ダイカスト金型５に溶湯を供給する射出スリーブ６１及び射出プランジャ９１を有する。
【００６９】
ダイカスト金型５は、固定型７と可動型９とからなり、固定型７と可動型９とを型締めすることで成形品を形成するキャビティ（キャビティ部）１１を形成する。固定型７は、高硬度金属材で形成され、表面にキャビティ面１３を有する。
【００７０】
一方、可動型９は、第１実施形態の金型１と同様に高硬度金属層１８及び高熱伝導性金属層１９が冶金接合された複合層２０からなり、高硬度金属層１８の表面にキャビティ面１５が形成されている。可動型９を形成する高硬度金属層１８及び高熱伝導性金属層１９の材質、高硬度金属層１８及び高熱伝導性金属層２０の厚さは、第１実施形態の金型１と同様に考えればよい。また可動型９の製造要領も基本的に第１実施形態の金型１と同じである。
【００７１】
可動型９には、金型及びキャビティ面１５を冷却するための冷却管２８が設けられている。可動型９は、第１実施形態の金型１と異なり、キャビティ部１１の形状が単純であるから、冷却管２８は可動型９の中央部の下方に１本のみ設けられている。冷却管２８は、２重管構造のシンプルな冷却水管であり、高熱伝導性金属層１９に設けられた有底の冷却水孔（図示省略）に挿入されている。冷却水内管２９から冷却水を供給すると、冷却水は、冷却水内管２９の先端から冷却水外管３０に流入し、冷却水内管２９と冷却水外管３０との間を流れて外部に流出する。
【００７２】
第３実施形態のダイカスト金型６は、極端に細長く突出したキャビティ部１１を有するが、この部分には、物理的に冷却管２８を配置することができないため、可動型１０の突出部１２の真下に冷却管２８が配置されている。第２、第３実施形態に示すような冷却管２８が１本のみ設けられたダイカスト金型５、６であっても、高硬度金属層１８及び高熱伝導性金属層１９の厚さを適正に制御することで、キャビティ面１５の温度を均一に制御することができる。このようなダイカスト金型５、６は、冷却管２８の取付け位置の制約が緩和され、冷却管２８の設置、取り回しが簡単となり、金型を設計及び製作する点からも非常に好ましい。
【００７３】
また可動型９には、射出スリーブ６１を通じて供給される溶湯をキャビティ部１１に案内する分流子５１が設けられている。分流子５１も可動型９と同様に、高硬度金属層１８及び高熱伝導性金属層１９が冶金接合された複合層２０からなり、高硬度金属層１８の表面が溶湯接触面５３となっている。高硬度金属層１８及び高熱伝導性金属層１９は、可動型９と同一の要領で設定されている。また分流子５１には、可動型９と同様の要領で分流子５１及び溶湯接触面５３を冷却するための冷却管５５が設けられている。
【００７４】
第２実施形態の可動型９及び分流子５１は、共に高硬度金属層１８と高熱伝導性金属層１９との界面２４の形状が単純であるから、高硬度金属層１８を形成する金属ブロック材及び高熱伝導性金属層１９を形成する金属ブロック材を形状加工し、これを拡散接合することで製造することができる。ブロック材と金属板との違いはあるが、第２実施形態の可動型９及び分流子５１の製造は、高硬度金属層１８の厚さ、高熱伝導性金属層１９の厚さの設定方法、拡散接合の要領を含め、第１実施形態の金型１の製造要領に基づき行うことができる。なお、第３実施形態の可動型１０も同じ要領で製造することができる。
【００７５】
第２実施形態の可動型９及び分流子５１は、高硬度金属層１８及び高熱伝導性金属層１９の界面２４が、負荷方向と平行な界面２５及び傾斜した界面２６からなるため拡散接合時に積層方向に圧力を負荷した場合、平行な界面２５のみならず傾斜した界面２６にも圧力が負荷されるため、拡散接合をきちっと行うことができる。
【００７６】
図６は、本発明の第４実施形態としての鋳造装置４の要部断面図、図７は、鋳造装置４の射出スリーブ６２の要部断面図である。図１〜図３に示す第１実施形態の鋳造金型１、図４及び図５に示す第２及び第３実施形態の鋳造装置２、３と同一の部材には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７７】
第４実施形態の鋳造装置４は、第２実施形態の鋳造装置２と類似の構成からなるが、第２実施形態の鋳造装置２がダイカスト用の鋳造装置であるのに対して、第４実施形態の鋳造装置４は、半凝固ダイカスト用の鋳造装置である。このため射出スリーブ６２の構造が、第２実施形態の鋳造装置２の射出スリーブ６１と異なる。
【００７８】
周知のように半凝固ダイカスト用の鋳造装置では、溶湯を冷却し半凝固金属スラリーとし、これをキャビティ部１１に供給する。第４実施形態の鋳造装置４は、供給される溶湯を射出スリーブ６２で半凝固金属スラリーとする。このため射出スリーブ６２には、冷却流路６５が設けられている。
【００７９】
射出スリーブ６２は、可動型９及び分流子５１と同様に、高硬度金属層１８及び高熱伝導性金属層１９を有するが、さらに金属層６３を有する。これら金属層が、内側から順に高硬度金属層１８、高熱伝導性金属層１９、金属層６３の順に積層、冶金接合された複合層６４からなる。高硬度金属層１８及び高熱伝導性金属層１９の厚さは、長手方向で変化しているが、溶湯及び半凝固金属スラリーが接触する内側の面は、全て高硬度金属層１８である。高硬度金属層１８の内径が、長手方向で一定であることは言うまでもない。
【００８０】
射出スリーブ６２は、溶湯口６８側では冷却を促進して半凝固組成を生成させ、出口側（反溶湯口側）では、冷却を抑えて組織の安定を維持すべく、溶湯口６８側と反溶湯口側とで高硬度金属層１８及び高熱伝導性金属層１９との厚さを変えている。本実施形態では、中央部から溶湯口６８側は、高硬度金属層１８が薄く、高熱伝導性金属層１９が厚くなっており、逆に中央部から反溶湯口側は、高硬度金属層１８が厚く、高熱伝導性金属層１９が薄くなっており、中央部から溶湯口６８側と中央部から反溶湯口側とを比較すると中央部から溶湯口６８側の方が、高硬度金属層１８の厚さが薄い。高硬度金属層１８及び高熱伝導性金属層１９の厚さの設定要領は、第１実施形態の金型１の複合層２０と同様の考え方に基づき行う。
【００８１】
冷却流路６５は、高熱伝導性金属層１９と金属層６３との境界部６９に設けられている。詳細には、高熱伝導性金属層１９の外壁面６７に、外壁面側が開口した螺旋状の溝７０が設けられ、この溝７０の外表面を金属層６３で覆い、冷却流路６５が形成されている。冷却流路６５は、１つの連続した流路であり、溶湯口６８側から供給された冷却水は、反溶湯口側から排出される。本実施形態の冷却流路６５は、溶湯口６８側で螺旋状のピッチが短く密となっており、反溶湯口側で螺旋状のピッチが長く疎となっている。なお、冷却流路６５の螺旋状のピッチ、換言すれば冷却流路の配置、密度は、必ずしも本実施形態に限定されるものではない。また、冷却流路の断面積は必ずしも同一である必要はなく、溶湯口６８側と反溶湯口側とで異なるなど、場所によって断面積が変化してもよい。
【００８２】
以上の構成からなる射出スリーブ６２に溶湯を供給すると、溶湯は、射出スリーブ６２の内壁面６６に接触し、熱を奪われる。溶湯口６８側は、高硬度金属層１８が薄く、逆に高熱伝導性金属層１９が厚くなっているので伝熱性に優れる。さらに冷却流路６５が密となっているので溶湯口６８側は、冷却性に優れ、溶湯は迅速に所定温度まで冷却され半凝固金属スラリーとなる。
【００８３】
一方、反溶湯口側は、高硬度金属層１８が厚く、逆に高熱伝導性金属層１９が薄くなっているので伝熱性が悪い。さらに冷却流路６５も溶湯口６８側に比較して疎となっているので反溶湯口側は、冷却能力が小さく、溶湯口６８側で生成した半凝固金属スラリーをほぼそのまま保持することができる。
【００８４】
以上のように本実施形態の射出スリーブ６２は、スリーブ自体を複合層６４で形成し、長手方向で熱伝導度の異なる高熱伝導性金属層１９と高硬度金属層１８との厚さを変化させることで供給される溶湯を冷却し、半凝固金属スラリーとするので、温度の異なる冷却流路を設ける必要もなく簡単な構成で、効率的に半凝固金属スラリーを得ることができる。
【００８５】
次に、射出スリーブ６２の製造要領を説明する。射出スリーブ６２の高硬度金属層１８の厚さ、高熱伝導性金属層１９の厚さ、最適な冷却流路６５の形状は、射出スリーブ６２の内壁面６６が所定の温度となるように設定するが、その設定要領は、第１実施形態の金型１の高硬度金属層１８の厚さ、高熱伝導性金属層１９の厚さ、最適な冷却流路２７の形状の決定方法と基本的に同一であるので説明を省略し、以下、拡散接合の要領を主に射出スリーブ６２の製造要領を説明する。
【００８６】
図８は、射出スリーブ６２の拡散接合要領を説明するための図である。高硬度金属層１８を形成するパイプ状の高硬度金属材７２、高熱伝導性金属層１９を形成するパイプ状の高熱伝導性金属材７３、金属層６３を形成するパイプ状の金属材７４、さらには高硬度金属材７２に嵌合する芯材７５及び金属材７４を覆う外筒材７６を準備する。
【００８７】
高硬度金属材７２は、外形形状及び外径を高硬度金属層１８の外形形状及び外径と同一とし、内径を高硬度金属層１８の内径よりも僅かに小さくする。高さは、拡散接合後に下端を仕上げ加工するためその仕上げ代（加工代）分だけ、高硬度金属層１８の高さよりも高くする。さらに高硬度金属材７２の内面を、加圧方向４３から見て下方７８を上方７９よりも僅かに小さくしたテーパ形状とする。高熱伝導性金属材７３及び金属材７４の形状、寸法は、高さを除きそれぞれ高熱伝導性金属層１９、金属層６３と同じとし、高熱伝導性金属材７３には、冷却流路６５となる溝７０を加工する。高熱伝導性金属材７３及び金属材７４の高さは、高硬度金属材７２と同様に下端の仕上げ代（加工代）分だけ、高熱伝導性金属層１９、金属層６３より高くする。
【００８８】
芯材７５は、高硬度金属材７２と同じテーパ角度を有する先細円柱部材であり、高硬度金属材７２に嵌め込むと、基端部８４が僅かに突出し、先端部８５は高硬度金属材７２の下端８０から僅かに浮き上がるように形成されている。芯材７５は、繰り返しの使用に耐えうる適度な一般機械用炭素鋼および機械構造用炭素鋼などを用いるとよい。外筒材７６は、拡散接合時における射出スリーブ６２の変形を拘束する部材であり、金属材７４と同じ高さで金属材７４を隙間なく覆う。外筒材７６は、グラファイトなど金属よりも線膨張係数の小さい材料を使用する。
【００８９】
高硬度金属材７２に高熱伝導性金属材７３を、高熱伝導性金属材７３に金属材７４を挿通すると共に、高硬度金属材７２に芯材７５を挿入し、外筒材７６を金属材７４に挿通する。このとき拡散接合過程において高硬度金属材７２と芯材７５、金属材７４と外筒材７６とが相互に接合されないよう、芯材７５及び外筒材７６には離型材を塗布しておく。
【００９０】
以降は、第１実施形態の金型１と同様の要領で拡散接合するが、荷重は芯材７５にのみ加える。これにより芯材７５が、くさび様に作用し、さらに外筒材７６による熱変形の拘束により荷重が加わり、立壁界面だけでなく荷重方向４３と直交する水平界面７７の両方により強い加圧力が与えられ、全方向において完全な加圧がなされた拡散接合が実現できる。拡散接合後は、高硬度金属材７２の内壁面及び拡散接合体の下端部を所定の寸法に機械加工する。図８中、破線８６が射出スリーブの内壁面６６、破線８７が射出スリーブの端面となる。なお、拡散接合後の熱処理は、第１実施形態の金型１と同様に考えることができる。
【００９１】
射出スリーブ６２の他の拡散接合要領を、図９を用いて説明する。ここに示す射出スリーブ６２の拡散接合要領は、図８を用いて説明した拡散接合要領とほぼ同じであるが、高硬度金属材７２を中実材とする。
【００９２】
高硬度金属材７２は、先端部８１が基端部８２に比較して僅かに細い先細テーパ形状であり、段差部８３も下向きに僅かに傾斜させる。また高硬度金属材７２の高さは、高硬度金属層１８の高さよりも僅かに高く高熱伝導性金属材７３に嵌め込むと、基端部８２が僅かに突出し、先端部８１は高熱伝導性金属材７３の下端８８から僅かに浮き上がるように形成されている。
【００９３】
高熱伝導性金属材７３は、高硬度金属材７２が隙間なく嵌り込む形状とし、高熱伝導性金属材７３及び金属材７４の高さは、拡散接合後に下端を仕上げ加工するためその仕上げ代（加工代）分だけ、高熱伝導性金属層１９、金属層６３より高くする。
【００９４】
図８に示す拡散接合と同様に、高硬度金属材７２のみに下向きに荷重を加えると、高硬度金属材７２がくさび様に作用し、さらに外筒材７６による熱変形の拘束により荷重が加わり、立壁界面だけでなく荷重方向４３と直交する方向にも加圧した荷重が加わり、全方向において完全な加圧がなされた拡散接合が実現できる。拡散接合後は、高硬度金属材７２の突出部を機械加工により除去すると共に、拡散接合体の下端部を所定の寸法に機械加工する。さらに射出プランジャ９１が挿通する貫通孔を加工する。図９中、破線８６が射出スリーブの内壁面６６、破線８７が射出スリーブの端面となる。この方法を用いれば、拡散接合時に芯材７５が不要となる。拡散接合後の熱処理は、第１実施形態の金型１と同様に考えることができる。
【００９５】
図９に示す先細テーパ形状の高硬度金属材７２を拡散接合する方法は、高硬度金属材７２の外壁面の形状、高熱伝導性金属材７３の内壁面の形状がそのまま残り、最終的に高硬度金属層１８及び高熱伝導性金属層１９の厚さに影響を与えるので、テーパ角度は小さな角度とする。
【００９６】
射出スリーブ６２の他の拡散接合要領を、図１０を用いて説明する。高硬度金属層１８を形成するパイプ状の高硬度金属材７２、高熱伝導性金属層１９を形成するパイプ状の高熱伝導性金属材７３、金属層６３を形成するパイプ状の金属材７４、さらには高硬度金属材７２に嵌合する芯材７５及び金属材７４を覆う外筒材７６、拡散接合時の長手方向の変形を拘束する外枠材４５及びくさび形板材４７を準備する。
【００９７】
高硬度金属材７２、高熱伝導性金属材７３及び金属材７４の形状、寸法は、それぞれ高硬度金属層１８、高熱伝導性金属層１９及び金属層６３と同一とする。芯材７５は、高硬度金属材７２に隙間なく嵌り込む円柱状部材、外筒材７６は金属材７４を隙間なく覆うパイプ状部材であり、共に長さは高硬度金属材７２等と同一である。
【００９８】
芯材７５は、高硬度金属材７２よりも線膨張係数の大きい部材、好ましくは高熱伝導性金属材７３よりも線膨張係数の大きい部材を使用する。例えば、高熱伝導性金属材７３に純銅を用いる場合には，芯材７５には青銅あるいは黄銅などを使用するとよい。一方、外筒材７６は、拡散接合時における射出スリーブ６２の変形を拘束する部材であり、グラファイトなど金属よりも線膨張係数の小さい材料を使用する。外枠材４５及びくさび形板材４７は、図３に示した外枠材４５及びくさび形板材４７と同一である。
【００９９】
図１０に示すように芯材７５、高硬度金属材７２、高熱伝導性金属材７３、金属材７４及び外筒材７６を順に挿入し、これを外枠材４５にセットする。外枠材４５へのセット要領は、図３に示す第１実施形態の金型１を拡散接合するときの要領と同じである。なお、高硬度金属材７２と芯材７５、金属材７４と外筒材７６、高硬度金属材７２等とくさび形板材４７とが相互に接合されないよう、芯材７５、外筒材７６及びくさび形板材４７の表面には離型材を塗布しておく。
【０１００】
以降は、第１実施形態の金型１と同様の要領で拡散接合するが、外部から強制的に荷重を加えず、加熱のみ行う。加熱されることにより芯材７５が膨張する一方で、半径方向は外筒材７６が熱変形を拘束し、長手方向は、外枠材４５が変形を拘束するので、全方向において完全な加圧がなされた拡散接合が実現できる。拡散接合後の熱処理は、第１実施形態の金型１と同様に考えることができる。
【０１０１】
以上、第１〜第４実施形態の鋳造金型１、鋳造装置２、３、４に示すように本発明に係る鋳造装置は、熱伝導特性の異なる２種類の金属（高硬度金属層および高熱伝導性金属層）の板厚比を金型、分流子内で適正に変えることによって、金型等の表面上の全域あるいは任意の一領域内における面上の温度差を抑制できるようにしたことを特徴とする。これにより金型への投熱量が場所によって異なっても、キャビティ面が凹凸の大きい複雑な形状であっても、キャビティ面上に温度分布が生じないように、あるいは意図的に制御された温度分布を実現することが可能となり、サイクルタイム短縮及び製品の品質向上が可能となる。
【０１０２】
従来の方法ではキャビティ面近傍に冷却流路を設置できないようなアスペクト比の高いキャビティ面形状においても、熱伝導特性の異なる２種類の金属の組み合わせを調整できる本金型を使用すれば面上温度差を最小化することが可能となり、金型の寿命が延びる。
【０１０３】
キャビティ面が凹凸の大きい複雑な形状の金型において、熱伝導特性の異なる２種類の金属（高硬度金属層および高熱伝導性金属層）の板厚比を変化させると製作が困難となるが、本発明に係る鋳造装置の製造方法を用いることで確実に製作することができる。
【０１０４】
また、金型と同様の方法で射出スリーブの内壁面の任意の領域を所定温度に制御することも可能であるので、例えば，射出スリーブの内壁面温度を入口側と出口側とでそれぞれ異なる温度に制御することで、金属の半凝固組織を所定の液相率に維持することが可能となり、複雑な加熱冷却媒体流路の設計や高額な温調設備などを使用せずとも、半凝固ダイカスト法により組織が均一で欠陥の少ない鋳造製品を成形できる。
【０１０５】
熱伝導特性の異なる２種類の金属（高硬度金属層および高熱伝導性金属層）の板厚比が変化する射出スリーブも、本発明に係る鋳造装置の製造方法を用いることで確実に製作することができる。
【０１０６】
本発明に係る鋳造装置は、上記実施形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で変形することが可能である。また本発明に係る鋳造装置の製造方法も上記製造方法に限定されるものではない。
【０１０７】
例えば、第１実施形態において、金属板積層体３３を拡散接合する際、金属板積層体３３の外形部の変形拘束手段として、金属よりも熱膨張係数が小さい外枠材４５とくさび形板材４７を用いたが、ＨＩＰなどの手段を用いて、積層方向及びその直角方向のいずれにも圧力をかけるなど、別の手段で外力をかけてもよい。
【０１０８】
さらに、第１実施形態の複合層２０を製作する場合、高硬度金属層１８又は高熱伝導性金属層１９を別々に製作し、その後これらを拡散接合し製作してもよい。さらには高硬度金属層１８又は高熱伝導性金属層１９を別々に製作した後、高硬度金属層１８と高熱伝導性金属層１９と接合面（境界面）２４を、段差をなくす形状加工を行った後に、これらを拡散接合し製作してもよい。
【０１０９】
以下、製作手順の一例を示す。第１実施形態の金型１と同様に、図２に示すステップＳ１からステップＳ５の手順により加工した高硬度金属板３５を所定の順序で積層し、高硬度金属板３５の積層体を得る。この積層体を拡散接合するに際し、積層体の外周に、外周と僅かな隙間を有した状態で外周拘束用の金属板を配置する。これらを加熱炉内に設置し、加熱炉内を真空とし、加熱しながらプレス装置を用いて積層体にのみ積層方向に荷重を加えて積層体を拡散接合する。この拡散接合方法では、積層体の外周に金属板が配置されているので、加圧方向と直交する方向への変形量が拘束され、接合強度の高い接合体が得られる。
【０１１０】
高熱伝導性金属板３７の接合体も同様の方法により製作する。その後、高硬度金属板３５の接合体と高熱伝導性金属板３７の接合体を積層し、接合体の製作と同様に外周に金属板、又は金属ブロックを配置し、接合体と同様の方法で高硬度金属板３５の接合体と高熱伝導性金属板３７の接合体を拡散接合する。
【０１１１】
強度、熱膨張係数、クリープ特性等が大きく異なる２種類の金属材料の場合、拡散接合条件、例えば温度、加える荷重も異なる。金属材料を拡散接合する場合、高い接合強度を得るにはその金属材料特性に合った条件で拡散接合することが好ましい。上記方法は、高硬度金属板接合体と高熱伝導性金属板接合体とを別々に製作するので、各々高い接合強度が得られる。高硬度金属板３５の接合体と高熱伝導性金属板３７の接合体とを拡散接合するときは、接合面は一つであるので、拡散接合も容易である。
【０１１２】
高硬度金属層１８及び高熱伝導性金属層１９の形状によっては、高硬度金属板接合体と高熱伝導性金属板接合体との段差をなくした後に拡散接合した方が、接合が容易となり、かつ接合強度が高まる場合もある。このような場合には、高硬度金属板接合体及び高熱伝導性金属板接合体を製作する際、形状加工代を考慮した接合体とし、各々の接合体の接合面（境界面２４）を、段差をなくす形状加工を行った後に拡散接合する。
【０１１３】
また上記実施形態では、鋳造装置を拡散接合法を用いて製造するが、高硬度金属層１８と高熱伝導性金属層１９、さらには高熱伝導性金属層１９と金属層６３とを、ろう付けにより接合し鋳造装置を製造することもできる。
【０１１４】
上記第１実施形態に示す金型１は、キャビティ面１５上の全領域を均一温度にすることを目的としたものであるが、成形によっては、キャビティ面１５の特定の領域のみについて意図的に温度を変化させたい状況も存在する。例えば、ダイカスト成形、半凝固ダイカスト成形、半溶融ダイカスト成形において、溶湯が流れにくい薄肉部分周辺のみを高温にすることにより、溶湯の粘度を下げて流動性を改善する場合などがある。このように、キャビティ面１５における特定の部位のみを他の領域とは異なる温度に制御したい場合には、目的とする温度が異なる個々の領域において、それぞれが所定の温度となるように、高熱伝導性金属層１９と高硬度金属層１８の厚さを制御すればよい。
【０１１５】
また上記第１実施形態では、金型１を熱伝導度の異なる２つの層を積層し形成しているが、場合によっては、熱伝導度の異なる層を３層積層してもよい。例えば、キャビティ面１５が設けられる高硬度金属層１８と高熱伝導性金属層１９との冶金接合が難しい場合、高硬度金属層１８と高熱伝導性金属層１９との間に他の金属層を介在させることで、３層間の接合強度を高めることができる。
【０１１６】
また熱伝導度の異なる２つの層を積層する場合、キャビティ面１５の形状に応じて領域で積層する金属層の材質を変えてもよい。例えば中央部には、高硬度金属層１８と高熱伝導性金属層１９とを積層し、周辺部は、高硬度金属層１８の代わりに異なる熱伝導度の高硬度金属層と高熱伝導性金属層１９とを積層してもよい。このように熱伝導度の異なる金属層を用いることで、金型の設計自由度が高まり、よりサイクルタイムを短縮することもできる。
【０１１７】
また上記実施形態では、可動型９、１０を高硬度金属層１８および高熱伝導性金属層１９からなる複合層２０で形成する例を示したが、可動型９、１０に代え固定型７を複合層としてもよく、さらには可動型９、１０及び固定型７の両方を複合層としてもよい。また金型自身が過熱される心配が少ない場合や金型の温度精度がさほど要求されない場合は、分流子５１のみの冷却としても良い。
【０１１８】
また上記実施形態では金型を冷却する場合のみを示したが、必要に応じて流路に加熱用の媒体を流してもよい。例えば、鋳造開始時に加熱油などにより金型の予熱を行うことで初期の捨て打ちを減少させたり、製品の薄肉部に相当する金型部分を加熱し、溶湯の凝固時間を適度に延長させることによって、割れや湯じわおよび表面のピンホールなどを防止し、鋳肌の出来栄えを向上させるといった効果を得ることができる。
【０１１９】
また第３実施形態の射出スリーブ６２では、冷却流路を螺旋状としているが、冷却流路の配置は、それに限定されるものではない。例えば冷却流路は、平行状やジグザグ状に配置されていてもよく、冷却水供給母管と冷却水排水母管との間を冷却管で結んだ構成からなる冷却流路であってもよい。
【０１２０】
また上記実施形態では、鋳造装置としてダイカスト金型、ダイカスト用鋳造装置、半凝固ダイカスト用鋳造装置を示したが、本発明は、通常のダイカスト法、半凝固ダイカスト法以外に、真空ダイカスト法、無孔性ダイカスト法、スクイーズキャスティング法、局部加圧ダイカスト法の装置として、又は重力鋳造（金型鋳造法）の装置として好適に使用することができる。重力鋳造の金型においては、通常、型は上型、下型と呼ばれるが、本実施形態のダイカスト金型の固定型及び可動型を上型及び下型と考えればよい。また本発明の金型は、直彫り金型、入れ子式金型など金型の種類によらず適用可能である。
【符号の説明】
【０１２１】
１：鋳造金型（金型）
２：鋳造装置
３：鋳造装置
４：鋳造装置
５：ダイカスト金型
６：ダイカスト金型
７：固定型
９：可動型
１０：可動型
１１：キャビティ部
１２：突出部
１３：キャビティ面
１５：キャビティ面
１８：高硬度金属層
１９：高熱伝導性金属層
２０：複合層
２２：異種金属の積層面（界面）
２３：積層面と直交する異種金属界面
２４：異種材料の境界面
２５：平行な界面
２６：傾斜した界面
２７：冷却流路
２８：冷却管
３３：金属板積層体
３４：金属板積層体の積層面
３５：金属板
３７：金属板
３８：金属ブロック
３９：金型外形部
４３：負荷方向
４５：外枠材
４７：くさび形板材
４９：金型外形部
５１：分流子
５３：溶湯接触面
５５：冷却管
６１：射出スリーブ
６２：射出スリーブ
６３：金属層
６４：複合層
６５：冷却流路
６６：射出スリーブの内壁面
６８：溶湯口
６９：高熱伝導性金属層と高硬度金属層との境界部
７２：高硬度金属材
７３：高熱伝導性金属材
７４：金属材
７５：芯材
７６：外筒材
７７：水平界面
９１：射出プランジャ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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