(57)【要約】【課題】冷却効率に優れ、鋳造のサイクルタイムを短縮することができると共に、耐用寿命が長く、部品の交換頻度を少なくして、コスト低減に寄与するスプールコアを提供する。【解決手段】ランナー１３を備えたスプールコア１０を一体構造のものとすると共に、冷却水などの温度調整用流体を流すための温調回路１４を溶湯との接触面、すなわち円錐台形部１２の前端面及びランナー１３に沿って、望ましくは分岐及び合流点が実質的にない連続した状態に形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造用金型の溶湯導入部におけるスプールブッシュの先端側に配設されるスプールコアであって、
当該スプールコアが一体構造をなすと共に、溶湯との接触面に沿って、温度調整用流体を流すための温調回路を備えていることを特徴とするスプールコア。
【請求項２】
上記温調回路が分岐及び合流のない連続した状態に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のスプールコア。
【請求項３】
上記温調回路が溶湯との接触面から３０ｍｍ以内の位置に設けてあることを特徴とする請求項１又は２に記載のスプールコア。
【請求項４】
上記温調回路の断面積が実質的に一定であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載のスプールコア。
【請求項５】
複数の温調回路を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載のスプールコア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料の鋳造、例えばアルミニウム合金のダイカストにおいて、金型の溶湯導入部に位置するスプールブッシュに隣接して配置されるスプールコア（「分流子」とも称する）に係わり、さらに詳しくは温度調整用流体を流すことによって、当該スプールコア自体や、これに接触する溶湯の冷却など、高能率な温度調整を可能にする鋳造用湯口部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２（ａ）〜（ｃ）は、アルミニウム合金のダイカスト用金型と、これを用いたダイカスト工程を示す概略図であって、図に示す金型１は、固定型２と可動型３から主に構成され、これら固定型２及び可動型３の型締め状態において、型合せ面にキャビティＣが形成されるようになっている。
そして、上記固定型２の下端寄りのに位置には、中空円筒状のスプールブッシュ４が取付けられており、このスプールブッシュ４の先端が可動型３の側に配置されたスプールコア１０のランナー１１（図５参照）を介して上記キャビティＣに連通している。
【０００３】
鋳造に際しては、図２（ａ）に示すように、まずスプールブッシュ４の後端側に接続された鋳造機の射出スリーブ５内に、ラドル６により汲み出された溶湯が流し込まれ、次いで、図２（ｂ）に示すようにプランジャー７が射出スリーブ５の中を前進することによって溶湯がスプールブッシュ４、スプールコア１０のランナー１１を経てキャビティＣ内に押し込まれ、図２（ｃ）に示すようにプランジャー７がスプールブッシュ４内に入りこむことによって、キャビティＣ内への溶湯の充填が完了し、溶湯が凝固した後、型開きすることによって、ダイカスト製品Ｐが得られる。
なお、このようなスプールコアに関しては、例えば特許文献１に開示されたものがある。
【特許文献１】特開２００２−３５９１６号公報
【０００４】
上記スプールコア１０は、鋳造機から金型のキャビティＣ内へ溶湯を充填するに際して、プールブッシュと共に溶湯の導入路としての役割を担うものであって、溶湯が最初に接触する部位に相当することから、特に激しい冷熱サイクルを繰返し受ける部品であると共に、鋳物形状のうち、最も厚肉になるビスケット部やランナーと接しているため、相当な冷却効率が要求される部品である。さらに、溶湯を流し、固化させる機能が要求されるため、冷却手段を設けることが考えられる。
【０００５】
例えば、図６は、冷却手段を備えた従来のスプールコアの構造例を示すものであって、図に示すスプールコア１０は、円柱部１１と円錐台状部１２から成る一体構造をなしており、円錐台状部１２の上部から円柱部１１の前端部に到る領域に、ランナー１３が溝状に形成されている。
そして、円柱部分の後端部（図中左側）の中心からやや下寄りの位置には、軸方向に沿って冷却穴５０がドリル加工されており、当該冷却穴５０の内部に冷却水を噴出させる噴流式の冷却手段（例えば、特許文献２参照）を設けて、当該スプールコア１０を冷却するのが一般的であった
【特許文献２】実開平６−２００２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図に示した噴流式の冷却構造では、冷却水の流量が十分に確保できなかったり、冷却が局部的なものとなったりして、ランナー１３の表面や円錐台状部１２の正面部などといった溶湯との接触面を均一且つ効果的に冷却することができないことが多いという問題があった。
【０００７】
本発明は、従来のスプールコア（分流子）における上記のような課題に鑑みてなされたものであって、冷却効率に優れ、鋳造のサイクルタイムを短縮することができると共に、耐用寿命が長く、部品の交換頻度を少なくして、コスト低減に寄与するスプールコアを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のスプールコアは、鋳造用金型における溶湯導入部のスプールブッシュの先端側に配設されるものであって、一体構造をなし、溶湯との接触面に沿って、温度調整用流体を流すための温調回路を備えている構成としたことを特徴としており、スプールコアにおけるこのような構成を上記課題を解決するための手段としたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、スプールコアの冷却構造を噴流タイプではなく、温度調整用流体（例えば、冷却水）を連続的に流通させる回路方式のものとし、当該温調回路、すなわち当該スプールコア自体を冷却したり、その冷却速度をコントロールしたりするための流体回路を溶湯との接触面に沿ったものとしたことから、溶湯との接触面の全体を均一に温度調整（一般には、冷却）することができ、温度の制御効率が向上して、当該スプールコアの耐用寿命が増すと共に、鋳造のサイクルタイムを短縮することができ、鋳造コストの低減にも貢献するという極めて優れた効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明のスプールコアについて、その実施の形態と共に、製造方法などについてさらに具体的に説明する。
【００１１】
本発明のスプールコアは、溶湯の導入路として、溶湯が最初に接触する部位に配設されるものであって、上記したように、一体構造をなし、温調回路を溶湯と接触する内周面に沿って形成したものであるが、本発明において「一体構造」とは、製造過程においては別構造のものであったとしても、継ぎ目が隙間として当該スプールコアの内部に残ることなく、例えば拡散溶接などによって、最終製品として一体化されているものを意味する。
したがって、別構造部品を部分的に溶接したとしても、接合面が完全に接合されることなく、隙間として残存している限り、「一体構造」とは言えない。
【００１２】
そして、このような温調回路を溶湯と接触する内周面に沿って形成するには、例えば拡散溶接やろう接などの接合方法を適用することができる。
すなわち、スプールコアを温調回路の形成面で分割し、この分割面の一方又は両方に温調回路を溝状に形成すると共に、隣接する分割面に形成される温調回路との連結孔をドリル加工などによって形成した後、両分割面の回路以外の部分を上記した拡散溶接やろう接などの接合方法によって面接合することによって分割された部品を一体化する。これによってスプールコアが実質的に一体構造のものとなり、分割面（継ぎ目）における熱の滞留や反射がなくなって熱の移動が円滑なものとなり、冷却などの温調効果が飛躍的に向上することになる。
【００１３】
なお、分割面を拡散接合するには、固相拡散接合法の他に、接合面に薄い低融点のインサート金属を挿入する液相拡散接合法を適用することができる。
また、ろう接によって分割面を面接合するには、例えば、接合しようとする分割面にあらかじめろう材金属をめっきした状態で、両ブロックを突き合せ、これらを加熱し、互いに圧着することによって面接合とすることができる。
【００１４】
さらに、このような温調回路としては、流路内における温度調整用流体の流れをできる限り円滑なものとして、より効果的な温調を行なうために、流路の分岐や合流、行き止まりなどが実質的にない連続した回路とすることが望ましく、当該温調回路の位置としては、温調効果の確実性を考慮して、溶湯との接触面から３０ｍｍ以内の位置とすることが好ましい。
【００１５】
また、同様に流路内における温度調整用流体の流れをより円滑なものとして、さらに効果的な温調を行なうためには、温調回路の流路断面積を変動のない実質的に一定のものとすることが望ましい。
ここで、「実質的に一定」とは、断面積の変動幅が平均断面積の±１０％以内であることを意味する。すなわち、流体の流れを円滑なものとして、その温調効果を向上させるためには、上記流路断面積は変動幅のない完全に均一なものとすることが望ましいことは言うまでもないが、工業製品であるからには加工誤差を避けることができないことも事実であり、加工誤差が上記の範囲内でありさえすれば、温調効果にほとんど影響が生じないことが確認されている。
【００１６】
本発明において、上記温調回路は、当該湯口部品を速やかに冷却して、周囲の溶融金属を冷却すると共に、部品自身の過度の温度上昇を防止して、耐用寿命を延長させ、さらには鋳造のサイクルタイムを短縮するという観点から、温度調整用流体として冷却水や冷却オイルを流すことによって冷却回路として機能させるのが一般的であるが、場合によっては、溶融金属の冷却速度をさらに精密にコントロールするために、加熱した水や油を上記温調回路に流したり、その流量を調整したりすることもある。
また、必要に応じて、溶融金属の冷却速度をさらに一層精密にコントロールするために、このような温調回路を複数のものとし、例えば溶湯の流れ方向に沿って並列させることによって、入口部分と出口部分とで独自の温度制御を行うこともできる。このとき、このような精密制御を自動化するために、各温調回路に温度センサーや電磁バルブ、流量計などを配設することも可能である。
【００１７】
本発明のスプールコアを適用する金型としては、各種金属、例えば鋳鉄、銅合金、亜鉛合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金などの低・中圧鋳造、ダイカスト、スクイズキャストなど、種々の鋳造用金型に適用することができる。
【００１８】
また、本発明のスプールコアに用いる材料としては、熱伝導性の観点から、銅系合金を用いることも可能であるが、高温状態の溶湯との接触を繰り返すことから、耐摩耗性が要求される部品でもある。
したがって、当該スプールコアの耐摩耗性を重視する場合には、例えばＳＫＤ６１（ＪＩＳ  Ｇ４４０４）のような合金工具鋼を用い、これに窒化処理などの表面処理を施すことによって表面の硬度を高めた上で使用することも可能である。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明の鋳造用湯口部品を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００２０】
（実施例１）
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明のスプールコアの一実施例を示すものであって、当該実施例に係わるスプールコア１０は、図２に示した金型１における可動型３の下端寄りの位置に配設されるものであって、可動型３の嵌合する円柱部１１と、該円柱部１１の前端側（固定型２の側）に位置する円錐台状部１２から成る一体構造をなし、円錐台状部１２の上部及び円柱部１１の前端部には、ランナー１３が溝状に形成されている。
そして、円錐台状部１２の正面部及びランナー１３の溝表面、すなわち溶湯との接触面に沿って、温度調整用流体としての冷却水を流通させるための温調回路１４が形成されている。
【００２１】
当該温調回路１４は、円錐台状部１２の正面部及びランナー１３の溝表面に平行に配置された複数の水平流路と、隣接する水平流路の端部同士をそれぞれ連結して全体を合流や分岐のない連続した流路にする連結流路と、図中最下部の水平流路の始端側に連結された冷却水供給路と、図中最上部の水平流路の終端に連結された冷却水排出路から構成されている。
【００２２】
このような温調回路１４を備えたスプールコア１０を製造するには、まず、スプールコア１０の本体を図１（ａ）に示すように、分割線Ｘ及びＹに沿って３個のピースに切断し、各分割ピースの分割面のそれぞれに、上記連結流路に相当する半円形断面の短尺溝を形成する。
次に、３個の分割ピースのうちの中央のピースに形成された短尺溝の両端部に、図１（ｂ）の側面図に破線で示したように、分割面に垂直な貫通孔をドリル加工することによって水平流路を形成する。
【００２３】
そして、分割面Ｙの両面には、最下部の水平流路の始端側に連通して冷却水供給路となる同じく半円形断面の長尺溝をそれぞれ形成すると共に、分割面Ｘの両面には、最上部の水平流路の終端側に連通して冷却水排出路となる同じく半円形断面の長尺溝をそれぞれ形成する。
【００２４】
このように各ピースの分割面に上記のような半円形断面の短尺溝及び長尺溝を形成すると共に、中央部ピースに水平流路となる貫通孔を形成することによって、それぞれの分割ピースを重ね合わせた時に、各分割面に形成された半円形断面の溝同士が合わせられて、各分割面に円形断面を有する連結流路と共に、冷却水供給路及び冷却水排出路が形成され、これら連結流路がドリル加工された水平流路によって、他方の分割面に形成された連結流路に連結され、分岐や合流のない連続した温調回路１４が、当該スプールコア１０のランナー１３及び円錐台状部１２の前端面に沿った状態に形成されることになる。
【００２５】
この実施例においては、分割された各ピースを各分割面Ｘ及びＹにおいて面接合し、上記のような温調回路１４を完成させるに際して、通電接合を用いた。
すなわち、まず各接合面を平面度０．０１以下、面粗度１．６Ｒｚ以下に加工し、真空容器内にて、各ピースを各分割面Ｘ及びＹにおいて重ね合わせ、加圧、通電加熱して３個のピースを一体化させた。
【００２６】
これによって、各分割面同士が流路以外の部分において接合された完全な一体構造のものとなって、隙間のような非連続部分がないことから、非連続部分における熱の滞留や反射がなくなって、熱の移動が円滑に行なわれると共に、温度調整用流体の流れが円滑なものとなり、温調（冷却）効率が飛躍的に向上する。
【００２７】
（実施例２−冷却性能）
本発明のスプールコアの冷却性能について、従来タイプの冷却構造のものと比較調査した。
【００２８】
すなわち、図３（ａ）及び（ｂ）は、冷却性能の調査に用いた本発明のスプールブッシュの形状及びサイズを示すものであって、図に示すスプールコア１０は、基本的に上記実施例に示したものと同じ構造、同じ製造方法によるものであって、直径１００ｍｍ、長さ１００ｍｍの円柱部１１と、底面径７５ｍｍ、上面径６５ｍｍ、高さ５０ｍｍの円錐台状部１２から成る一体構造のものであって、円錐台状部１２の前端面とランナー１３に沿って、内径６ｍｍの連続した温調回路（冷却回路）１４が表面から約１０ｍｍの位置に、３５ｍｍの幅に形成してある。
【００２９】
一方、図４は、比較例として用いた従来タイプのスプールコアであって、上記した本発明のスプールブッシュと同様の外形寸法を有し、円柱部１１の後端部（図中左側）の中心からやや下寄りの位置には、軸方向に沿って内径２０ｍｍの冷却穴５０が約１１０ｍｍの深さにドリル加工されており、当該冷却穴５０の内部に冷却水を噴出させる噴流式の冷却機構が設けてある。
【００３０】
上記２種類のスプールコア１０を十分に加熱しておいた電気炉にそれぞれ装入し、２２０℃に１時間保持した後、電気炉から取り出し、熱電対と冷却水パイプを素早く接続して、冷却水として水温１０．５℃の水道水をそれぞれ５分間流し、その間のスプールコア１０の温度変化と水道水の流量について記録した。なお、この測定は、それぞれ３回実施し、平均値を求めた。
【００３１】
その結果は、図５に示すとおりで、従来タイプのスプールブッシュにおける冷却水流量が毎分５．０Ｌであったのに対して、本発明のスプールブッシュでは、毎分４．２Ｌの流量であったにも拘らず、本発明のスプールコアは、従来タイプに較べて冷却速度に優れ、特に冷却開始から約３０秒間で、約５０℃の温度差が確認され、この間の急冷性能が鋳造サイクルタイムの短縮に大きく寄与するものと考えられる。
【００３２】
また、５分間の冷却排水を容器に溜めておき、その温度を測定したところ、従来タイプでは１４．５℃（２５Ｌ）であったのに対し、本発明のスプールブッシュによる排水温度は２０．５℃（２１Ｌ）であることが判明した。
これらの測定値に基づいて、５分間に冷却水によって奪われた熱量を計算すると、従来タイプでは冷却水１Ｌ当たり３５ｋｃａｌであるのに対し、本発明では５０ｋｃａｌと算出され、本発明のスプールコアの冷却効率が優れていることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のスプールコアの構造を示す正面図（ａ）、側面図（ｂ）及び斜視図（ｃ）である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）はダイカスト用金型の構造及びその鋳造工程を示す説明図である。
【図３】冷却性能試験に用いた本発明のスプールコアの寸法及び構造を示す正面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。
【図４】冷却性能試験に比較例として用いた従来タイプのスプールコアの寸法及び構造を示す正面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。
【図５】本発明のスプールコアの冷却性能を従来タイプのものと比較して示すグラフである。
【図６】従来のスプールコアの構造を示す正面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。
【符号の説明】
【００３４】
１  金型
１０  スプールコア
１４  温調回路
【図１】
2006239738.tif 000003
【図２】
2006239738.tif 000004
【図３】
2006239738.tif 000005
【図４】
2006239738.tif 000006
【図５】
2006239738.tif 000007
【図６】
2006239738.tif 000008