(57)【要約】【課題】冷却路の断面積を確保できる冷却構造体の製造方法を提供すること。【解決手段】互いに連通する第１冷却路および第２冷却路を有し、金属製の本体部に溶着金属が肉盛溶接される冷却構造体を製造する冷却構造体の製造方法であって、本体部の端面に開口する溝に、溝底から所定の高さまでサポート材を詰める溝詰工程と、溝詰工程により詰められたサポート材に蓋を載せる載置工程と、載置工程により載せられた蓋と本体部とに溶着金属を溶着させる肉盛溶接を施して溝の開口を塞ぐ溶接工程と、溝に連通するように第１冷却路を形成する第１冷却路形成工程と、溶接工程後、第１冷却路形成工程により形成された第１冷却路から溝内のサポート材を外部へ排出し、サポート材が排出された部分を第２冷却路とする第２冷却路形成工程とを備える。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに連通する第１冷却路および第２冷却路を有し、金属製の本体部に溶着金属が肉盛溶接される冷却構造体を製造する冷却構造体の製造方法であって、
前記本体部の端面に開口する溝に、溝底から所定の高さまでサポート材を詰める溝詰工程と、
前記溝詰工程により詰められた前記サポート材に蓋を載せる載置工程と、
前記載置工程により載せられた前記蓋と前記本体部とに前記溶着金属を溶着させる肉盛溶接を施して前記溝の開口を塞ぐ溶接工程と、
前記溝に連通するように前記第１冷却路を形成する第１冷却路形成工程と、
前記溶接工程後、前記第１冷却路形成工程により形成された前記第１冷却路から前記溝内の前記サポート材を外部へ排出し、前記サポート材が排出された部分を前記第２冷却路とする第２冷却路形成工程とを備えることを特徴とする冷却構造体の製造方法。
【請求項２】
前記蓋の幅は、前記サポート材が詰められる部位の前記溝の溝幅と略同一に設定されることを特徴とする請求項１記載の冷却構造体の製造方法。
【請求項３】
前記サポート材は、流動性を有しない第１状態から、流動性を有する第２状態へ移行可能な部材であり、
前記溝詰工程では、前記第１状態の前記サポート材を前記溝に詰め、
前記溶接工程後に、前記サポート材を前記第１状態から前記第２状態へと移行する移行工程を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却構造体の製造方法。
【請求項４】
前記本体部および前記溶着金属は鋼製であり、
前記サポート材は、熱分解性バインダで粒子を固めて前記第１状態に形成され、
前記移行工程は、前記熱分解性バインダの分解温度よりも高い温度に加熱して前記サポート材を前記第２状態へ移行させつつ、前記本体部および前記溶着金属を改質することを特徴とする請求項３記載の冷却構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却構造体の製造方法に関し、特に、冷却路の断面積を確保できる冷却構造体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷却水等の冷媒を流す冷却路が内部に形成される金型等の冷却構造体には、冷却構造体の所定の端面に沿って冷却路を設けるものがある。このような冷却構造体の製造方法としては、例えば、冷却構造体の本体部の端面に沿って溝を形成し、その溝内に蓋を溝底から離隔させて配置し、蓋と溝の側壁面とを溶接しつつ溝の開口を塞ぐように肉盛溶接することで、その溝を冷却路とする方法が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−５２８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術では、蓋の形状や寸法に依存するが、肉盛溶接時の熱により蓋が溶融し、溶融した蓋が溝内に落ちたり、蓋の溶融した部分を通って溶融状態の溶着金属が溝内に落ちたりすることがある。これにより、溝による冷却路の断面積が狭くなったり冷却路が遮断されたりするおそれがある。
【０００５】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、冷却路の断面積を確保できる冷却構造体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】
この目的を達成するために本発明の冷却構造体の製造方法は、互いに連通する第１冷却路および第２冷却路を有し、金属製の本体部に溶着金属が肉盛溶接される冷却構造体を製造する方法であって、前記本体部の端面に開口する溝に、溝底から所定の高さまでサポート材を詰める溝詰工程と、前記溝詰工程により詰められた前記サポート材に蓋を載せる載置工程と、前記載置工程により載せられた前記蓋と前記本体部とに前記溶着金属を溶着させる肉盛溶接を施して前記溝の開口を塞ぐ溶接工程と、前記溝に連通するように前記第１冷却路を形成する第１冷却路形成工程と、前記溶接工程後、前記第１冷却路形成工程により形成された前記第１冷却路から前記溝内の前記サポート材を外部へ排出し、前記サポート材が排出された部分を前記第２冷却路とする第２冷却路形成工程とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の冷却構造体の製造方法によれば、本体部の端面に開口する溝にサポート材を詰め、そのサポート材に蓋を載せた状態で、溶接工程により溝の開口を溶着金属で塞ぐ。そのため、肉盛溶接時の熱により溶融した蓋や、蓋よりも溝底側へ侵入しようとする溶着金属をサポート材で受け止めることができる。そして、サポート材を第１冷却路から外部へ排出し、そのサポート材が排出された部分を第２冷却路とするので、第２冷却路の断面積を確保できる。
【０００８】
請求項２記載の冷却構造体の製造方法によれば、蓋の幅は、サポート材が詰められる部位の溝の溝幅と略同一に設定される。サポート材が詰められる部位の溝の溝幅よりも蓋の幅が大きい場合、蓋の溝底側の面の一部が本体部と接触する。その接触する部分は蓋と本体部との間の未溶接部分になり易い。第２冷却路に冷媒を流すと、冷却構造体には、外側と第２冷却路側とで熱膨張量に差が生じて応力が発生する。この応力によって蓋と本体部との未溶接部分から亀裂が進行し易くなる。一方、サポート材が詰められる部位の溝の溝幅と略同一に蓋の幅を設定することで、蓋の溝底側の面が本体部に接触しないようにできる。そのため、蓋の溝底側に本体部との未溶接部分が形成されないようにできる。このように未溶接部分の形成を抑制できるので、冷却構造体に応力が生じても、本体部と蓋との未溶接部分からの亀裂の進行を抑制できる。
【０００９】
また、サポート材が詰められる部位の溝の溝幅と略同一に蓋の幅が設定されるので、溝の側壁面と蓋との間の隙間を通って溶着金属がサポート材に直接接触することを抑制できる。これにより、溶着金属が直接接触することにより溶融したサポート材が再び凝固して第２冷却路の断面積が小さくなることを抑制できる。これらの結果、請求項１の効果に加え、冷却構造体の耐久性を向上できると共に、第２冷却路の断面積を確保し易くできる。
【００１０】
請求項３記載の冷却構造体の製造方法によれば、流動性を有しない第１状態から、流動性を有する第２状態へ移行可能な部材をサポート材に用いる。溝詰工程では、第１状態のサポート材を溝に詰めるので、溝にサポート材を均一に詰め易くできると共に、本体部を傾けたり移動させたりしても、詰めたサポート材が溝内で偏ることを防止できる。即ち、溝詰工程時および溝詰工程後のサポート材の扱いを容易にできる。
【００１１】
溶接工程後の移行工程で、サポート材を第１状態から第２状態へと移行させるので、第２冷却路形成工程において第１冷却路からサポート材を外部へ排出し易くできる。これらの結果、請求項１又は２の効果に加え、サポート材の排出性能を確保しつつ、溝詰工程時および溝詰工程後のサポート材の扱いを容易にできる。
【００１２】
請求項４記載の冷却構造体の製造方法によれば、サポート材は熱分解性バインダで粒子を固めて第１状態に形成される。移行工程では、熱分解性バインダの分解温度よりも高い温度に加熱し、熱分解性バインダを分解してサポート材を第２状態へ移行させつつ、鋼製の本体部および溶着金属を改質する。本体部および溶着金属を改質するときに、サポート材を第２状態へ移行させるので、請求項３の効果に加え、工程数を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施の形態における冷却構造体の斜視図である。
【図２】（ａ）は模式的な冷却構造体の側面図であり、（ｂ）は図２（ａ）の矢印ＩＩｂ方向から見た冷却構造体の上面図である。
【図３】（ａ）は冷却構造体の本体部の上面図であり、（ｂ）は図３（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線における本体部の断面図である。
【図４】（ａ）は溝詰工程および載置工程を説明する説明図であり、（ｂ）は溶接工程を説明する説明図である。
【図５】（ａ）は成形工程を説明する説明図であり、（ｂ）は第１冷却路形成工程を説明する説明図である。
【図６】（ａ）は第２冷却路形成工程を説明する説明図であり、（ｂ）は第２冷却路が形成された冷却構造体の断面図である。
【図７】（ａ）は第２実施の形態における冷却構造体の製造方法の溝詰工程および載置工程を説明する説明図であり、（ｂ）は載置工程後の本体部の上面図である。
【図８】（ａ）は溶接工程を説明する説明図であり、（ｂ）は第２冷却路が形成された冷却構造体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して説明する。まず、図１を参照して第１実施の形態における冷却構造体１について説明する。図１は冷却構造体１の斜視図である。図１には、ベース２及びシリンダ部３内に形成される第１冷却路４及び第２冷却路５が破線で図示されている。また、図１には、奥側の２本の第１冷却路４が上端のみ図示されている。
【００１５】
図１に示すように、冷却構造体１は、シリンダブロックのウォータージャケットを形成するための鋼製の金型である。冷却構造体１は、厚板状のベース２と、ベース２の上面２ａに立設される略円筒状の３本のシリンダ部３とを備えている。冷却構造体１は、シリンダ部３の軸方向に沿ってベース２及びシリンダ部３内に複数の第１冷却路４が形成され、シリンダ部３の軸方向の先端面３ａに沿ってシリンダ部３内に複数の第２冷却路５が形成されている。
【００１６】
３本のシリンダ部３は、それぞれベース２の板厚方向に軸方向を向け、一列に並んだ状態でベース２上に配置される。隣接するシリンダ部３同士は、外周面および内周面が連続し、各シリンダ部３の空洞部分が連続する。なお、シリンダ部３の数は適宜変更可能である。
【００１７】
複数の第１冷却路４及び第２冷却路５は、冷却構造体１を用いてウォータージャケットを製造するときに、冷却構造体１を冷やすための冷媒（例えば冷却水）を流す流路である。複数の第１冷却路４は、各シリンダ部３が接続される部分にそれぞれ配置される。第１冷却路４は、ベース２の下面２ｂに開口し、下面２ｂからシリンダ部３の先端面３ａの手前まで形成される。
【００１８】
複数の第２冷却路５は、第１冷却路４同士を接続する流路である。第２冷却路５は、先端面３ａに沿ってシリンダ部３の略半周または略全周に形成される。なお、１本の第２冷却路５の両側に連なる２本の第１冷却路４のうち一方に冷媒が供給され、他方から冷媒が排出されることで、冷却構造体１が冷却される。
【００１９】
次に、図２（ａ）から図６（ｂ）を参照して、冷却構造体１の製造方法について説明する。なお、図２（ａ）から図６（ｂ）では、説明を容易にするため、シリンダ部３を１本とした場合の模式的な冷却構造体１のモデルを用いて説明する。まず、図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照して、製造方法の説明で用いる模式的な冷却構造体１について説明する。図２（ａ）は模式的な冷却構造体１の側面図である。図２（ｂ）は図２（ａ）の矢印ＩＩｂ方向から見た冷却構造体１の上面図である。
【００２０】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、冷却構造体１は、ベース２の上面２ａに１本のシリンダ部３が立設され、４本の第１冷却路４と２本の第２冷却路５とが設けられる。４本の第１冷却路４は、それぞれシリンダ部３の周方向に約９０°毎離れた位置に、シリンダ部３の軸方向に沿って配置される。２本の第２冷却路５は、シリンダ部３の先端面３ａに沿ってそれぞれシリンダ部３の略半周に軸対称に配置される。
【００２１】
２本の第２冷却路５は互いに連通しておらず、１本の第２冷却路５に２本の第１冷却路４の上端部が接続される。第２冷却路５の両端にそれぞれ２本の第１冷却路４が接続される。これにより、第１冷却路４及び第２冷却路５内の冷媒の流れを淀み難くできる。
【００２２】
冷却構造体１は、本体部６に溶着金属７を肉盛溶接して形成される。本体部６は、ベース２とシリンダ部３のベース２側の一部（以下「本体シリンダ６ａ」と称す）とから構成される。溶着金属７は、本体シリンダ６ａのベース２から最も離れた軸方向の端面６ｂからシリンダ部３の先端面３ａまでを構成するシリンダ部３の一部である。第２冷却路５は、本体シリンダ６ａの端面６ｂ側に形成される。
【００２３】
次に図３（ａ）から図６（ｂ）を参照して、冷却構造体１の製造方法を順に説明する。まず、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、ベース２の上面２ａに本体シリンダ６ａが立設した本体部６を用意する。次いで、本体部６の端面６ｂに、本体シリンダ６ａの略半周に軸対称に２本の円弧状の溝８を形成する。溝８は、第２冷却路５となる部位である。溝８は、端面６ｂに開口する。その開口部と溝８の溝底８ａとを側壁面８ｂが接続する。
【００２４】
溝８は、エンドミル等の工具を用いた切削加工により本体部６の端面６ｂに形成される。なお、溝８の形成方法は切削加工に限らず、研削加工やレーザ加工などを用いて溝８を形成しても良い。また、予め端面６ｂに溝８を形成した本体部６を用意しても良い。
【００２５】
溝底８ａから開口部までの溝８の深さＨ１は、周方向に亘って一定である。一対の側壁面８ｂ間の距離である溝８の溝幅Ｗ１は、周方向および上下方向（溝８の深さ方向）に亘って一定である。これにより、溝８を周方向に連続して形成し易くできる。
【００２６】
本体部６に溝８を形成した後、図４（ａ）に示すように、本体部６の溝８にサポート材９を詰める溝詰工程を行う。その後、溝詰工程により詰められたサポート材９上に蓋１０を載せる載置工程を行う。なお、サポート材９に蓋１０を載せた状態で、サポート材９を溝８に詰めて溝詰工程と載置工程とを同時に行っても良い。
【００２７】
サポート材９は、流動性を有しない第１状態から、流動性を有する第２状態へ移行可能な部材である。本実施の形態では、サポート材９は、熱分解性バインダで砂などの粒子を固めて第１状態に形成される。
【００２８】
熱分解性バインダは、高温での加熱により分解するバインダである。なお、熱分解性バインダの分解とは、熱分解性バインダの酸化反応による分解だけでなく、高温での加熱によって、熱分解性バインダ自体が気化するものや、脱水反応などによりバインダ（粘結剤）としての役割を失うものを含む。熱分解性バインダとしては、例えば、フラン樹脂やフェノール樹脂等の有機系バインダや、セメントや水ガラス等の無機系バインダが挙げられる。粒子は、熱分解性バインダの分解時の温度で溶融しないものであり、様々な鉱物からなる砂以外に、アルミナやジルコニア等の無機化合物の粉末が例示される。
【００２９】
第１状態のサポート材９は、上面視において溝８の形状と同一の円弧状に形成される。第１状態のサポート材９の幅Ｗ２（図４（ａ）紙面左右方向の寸法）は、溝８の溝幅Ｗ１と略同一に設定される。第１状態のサポート材９の高さＨ２（図４（ａ）紙面上下方向の寸法）は、溝８の深さＨ１よりも小さく設定される。また、第１状態のサポート材９の長さ（周方向寸法）は、溝８の長さ（周方向寸法）と略同一である。
【００３０】
蓋１０は、鋼製の板材であり、上面視において溝８の形状と同一の円弧状に形成される。蓋１０は、幅方向端面１０ａ（図４（ａ）紙面左右方向の端面）間の寸法である幅Ｗ３が、サポート材９の幅Ｗ２や溝８の溝幅Ｗ１と略同一に設定される。蓋１０の厚さＨ３（図４（ａ）紙面上下方向の寸法）と、サポート材９の高さＨ２との和は、溝８の深さＨ１と略同一である。また、蓋１０の長さ（周方向寸法）は、溝８の長さ（周方向寸法）と略同一である。
【００３１】
なお、本明細書において、２部材の寸法が略同一とは、その寸法が完全に同一である場合や、嵌められる側の部材に対して嵌める側の部材の寸法が僅かに小さく、その寸法差が１ｍｍ以下（好ましくは０．５ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以下）である場合をいう。また、嵌める側の部材を冷却して寸法を小さくした状態で、嵌められる側の部材に嵌める場合には、常温（室温）において、嵌める側の部材の寸法が、嵌められる側の部材の寸法よりも僅かに大きくても良い。この常温での２部材の寸法の関係を、２部材の寸法が略同一であるとしても良い。
【００３２】
溝詰工程では、第１状態のサポート材９を溝８に嵌めると、図４（ｂ）に示すように、溝底８ａから所定の高さまで溝８にサポート材９が詰められる。そして、載置工程では、サポート材９に蓋１０を載せると、蓋１０も溝８に嵌まり、溝８がサポート材９と蓋１０とでほぼ隙間なく埋まる。そして、蓋１０の上面（溝底８ａと反対側の面）と本体部６の端面６ｂとが同一平面となる。さらに、蓋１０が溝８に嵌まることで、溝８に対する蓋１０の位置決めを容易にできる。
【００３３】
載置工程の後、図４（ｂ）に示すように、蓋１０及び本体部６の端面６ｂとに溶着金属７を溶着させる肉盛溶接を施して、溝８の開口を塞ぐ溶接工程を行う。溶接工程では、蓋１０及び端面６ｂとノズル１１との間のアーク放電によって、溶加材が溶融して溶着金属７となる。そして、溶融状態の溶着金属７が蓋１０及び端面６ｂに付着しつつ、蓋１０及び本体部６が溶融し、溶融した部分が凝固することで溶着金属７が溶着されると共に、蓋１０と本体部６とが溶接される。なお、溶接工程では、本体部６や蓋１０の一部が溶融し、本体部６と溶着金属７と蓋１０とが一体化されるが、図４（ｂ）から図６（ｂ）には、便宜上、本体部６、溶着金属７及び蓋１０の境界を図示している。
【００３４】
肉盛溶接には、被覆アーク溶接法や、ＣＯ２溶接法、ＭＡＧ溶接法、ＭＩＧ溶接法など、いずれの方法を用いても良い。また、溶着金属７（溶加材）は、本体部６と同一素材であることが好ましい。これにより、本体部６や溶着金属７に熱処理を施すときや、冷却構造体１を金型として使用するときに、本体部６と溶着金属７との熱膨張率などを同一にでき、本体部６と溶着金属７との溶接部に応力を生じ難くできる。
【００３５】
溶接工程では、肉盛溶接による溶着金属７の層を複数重ねていく。蓋１０及び端面６ｂには、その周方向に連続して肉盛溶接をすることが好ましい。この場合、ノズル１１を周方向に移動させるので、肉盛溶接を容易にできる。但し、蓋１０に溶接時の熱が連続して加わるので、溶接時の熱によって蓋１０が溶融し易くなる。
【００３６】
そこで、蓋１０及び端面６ｂの径方向に連続して肉盛溶接を行った後、周方向に僅かに移動して再び径方向に連続して肉盛溶接をすることを繰り返しても良い。この場合、溶接のビードの幅や、端面６ｂの径方向寸法にもよるが、溶接時の熱を蓋１０に断続的に加えることができるので、溶接時の熱で蓋１０を溶融し難くできる。
【００３７】
溶接工程では、図５（ａ）に二点鎖線で示すように、完成品に対して溶着金属７の寸法が大きくなるように、本体部６に溶着金属７を溶着する。その後、溶着金属７の余分な部分を切削加工や研削加工により除去して、図５（ａ）に実線で示す形状に溶着金属７を成形する（成形工程）。
【００３８】
次いで、図５（ｂ）に示すように、ドリル等の切削工具１２を用いて、ベース２の下面２ｂから溝８へ向かって第１冷却路４を形成する第１冷却路形成工程を行う。第１冷却路４を溝８に連通させても、サポート材９が流動性を有しない第１状態であるので、第１冷却路４からサポート材９は殆ど排出されない。
【００３９】
第１冷却路形成工程後、本体部６及び溶着金属７に焼入れや焼戻し等の熱処理を施し、鋼製の本体部６及び溶着金属７を高硬度に改質する熱処理工程を行う。この熱処理工程では、サポート材９中の熱分解性バインダの分解温度よりも高い温度で、本体部６及び溶着金属７を加熱する。そのため、熱処理工程では、第１状態のサポート材９の熱分解性バインダが分解されて、サポート材９が第１状態から第２状態へと移行する。本体部６及び溶着金属７を改質する熱処理工程が、サポート材９を第１状態から第２状態へ移行させる移行工程を兼ねるので、熱処理工程や移行工程をそれぞれ設ける場合に比べて工程数を抑制できる。
【００４０】
また、移行工程（熱処理工程）の前に第１冷却路形成工程を行うことで、移行工程で熱分解性バインダの分解により発生するガスを第１冷却路４から逃がすことができる。特に、溝８に対して第１冷却路４を上に向けておくことで、第１冷却路４からガスを逃がし易くできると共に、第２状態へと移行したサポート材９が第１冷却路４から排出されて熱処理炉内などにサポート材９が落ちることを防止できる。さらに、第１冷却路形成工程では、移行工程により熱処理が施されて高硬度となる前の本体部６を切削加工するので、第１冷却路４の形成を容易にできる。
【００４１】
移行工程（熱処理工程）後は、図６（ａ）に示すように、流動性を有する第２状態のサポート材９を第１冷却路４から外部へ排出する（第２冷却路形成工程）。第２冷却路形成工程では、ガスや液体などの流体を第１冷却体４から注入してサポート材９を排出することで、溝８内にサポート材９を残留し難くでき、サポート材９の排出を容易にできる。また、溝８（第２冷却路５）の両端にそれぞれ２本の第１冷却路４が接続されるので（図２（ａ）及び図２（ｂ）参照）、溝８の両端側にサポート材９を残り難くできる。
【００４２】
サポート材９の排出によって、図６（ｂ）に示すように、サポート材９が排出された部分が第２冷却路５となる。溝８の溝底８ａ及び側壁面８ｂと蓋１０で囲まれた部分が第２冷却路５である。このように、互いに連通する第１冷却路４及び第２冷却路５が本体部６及び溶着金属７に形成されることで、冷却構造体１が製造される。
【００４３】
以上のような冷却構造体１の製造方法によれば、溝８にサポート材９を詰め、そのサポート材に蓋１０を載せた状態で、溝８の開口を塞ぐように溶接工程を行う。ここで、サポート材９があって蓋１０がない場合には、溶接工程時、溶接時の熱がサポート材９に直接作用したり、溶融状態の溶着金属７がサポート材９に直接接触したりする。これらの熱によってサポート材９が溶融し、サポート材９が溝８の溝底８ａ及び側壁面８ｂに溶着することがある。この場合には、溶着したサポート材９によって第２冷却路５の断面積が狭くなる。
【００４４】
また、蓋１０があってサポート材９がない場合には、溝底８ａから蓋１０を離隔して配置するために、溝８の溝幅Ｗ１よりも蓋１０の幅Ｗ３を大きくして蓋１０を本体部６の端面６ｂに置く必要がある。また、溝底８ａ側の溝幅Ｗ１が蓋１０の幅Ｗ３よりも狭い幅狭部と、開口側の溝幅Ｗ１が蓋１０の幅Ｗ３よりも広い幅広部とを溝８に設け、その幅広部に蓋１０を嵌め、溝底８ａから蓋１０を離隔して配置しても良い。これらの場合には、溶接時の熱で溶融した蓋１０が溝底８ａや側壁面８ｂに溶着したり、蓋１０の溶融した部分を通って溶融状態の溶着金属７が蓋１０よりも溝底８ａ側に侵入したりする。これにより、溶融して凝固した蓋１０や溶着金属７により第２冷却路５の断面積が狭くなる。
【００４５】
これに対して本実施の形態では、サポート材９及び蓋１０があるので、溶接時の熱により溶融した蓋１０や、蓋１０よりも溝底８ａ側へ侵入しようとする溶着金属７をサポート材９で受け止めることができる。これにより、溶融して凝固した蓋１０や溶着金属７によって第２冷却路５の断面積が狭くなることを抑制できる。
【００４６】
さらに、サポート材９には、主に蓋１０を介して熱が伝わるので、溶接時の熱でサポート材９を溶融し難くできる。これにより、溶融して凝固したサポート材９によって第２冷却路５の断面積が狭くなることを抑制できる。これらの結果、サポート材９及び蓋１０の併用によって第２冷却路５の断面積を確保できる。
【００４７】
なお、蓋１０は断面矩形状の板材である場合に限らず、断面円形状の棒材を蓋１０としても良い。但し、断面円形状など蓋１０の厚さＨ３が幅方向にばらつく場合には、蓋１０の厚さＨ３の小さい部分が厚さ方向に亘って溶融し易くなる。これに対して、本実施の形態では、蓋１０が断面矩形状なので、蓋１０の一部が厚さ方向に亘って溶融し易くなることを抑制できる。その結果、溶融した蓋１０の溶着や、蓋１０よりも溝底８ａ側への溶着金属７の侵入、サポート材９の溶融を抑制できるので、第２冷却路５の断面積を確保できる。
【００４８】
また、蓋１０があってサポート材９がない場合でも、蓋１０の厚さＨ３を大きくすることで、溶融した蓋１０が溝底８ａや側壁面８ｂに溶着したり、蓋１０よりも溝底８ａ側へ溶着金属７が侵入したりすることを抑制できる。しかしこの場合、第２冷却路５の断面積を確保できても、蓋１０の厚さＨ３が大きいので、第２冷却路５から先端面３ａまでの距離が遠くなり、第２冷却路５による先端面３ａ側の冷却効率が低下する。
【００４９】
さらに、蓋１０の厚さＨ３が大きいと、溶接工程時に蓋１０の溝底８ａ（第２冷却路５）側が溶融し難く、溝底８ａ側に蓋１０と本体部６との間の未溶接部分が残り易くなる。金型として使用される冷却構造体１には、溶湯などが接触する外側と、冷媒が流れる第２冷却路５側とで熱膨張量に差が生じて応力が発生する。蓋１０と本体部６との未溶接部分があると、この応力によって未溶接部分から亀裂が進行し易くなる。その結果、冷却構造体１の耐久性が低下する。
【００５０】
これに対して、本実施の形態では、サポート材９及び蓋１０を併用することで、同一の溶接条件において、蓋１０があってサポート材９がない場合に比べて、蓋１０の厚さＨ３を半分にしても、第２冷却路５の断面積を十分に確保できる。これにより、使用可能な蓋１０の自由度を向上できると共に、第２冷却路５を先端面３ａに近づけて第２冷却路５による先端面３ａ側の冷却効率を向上できる。
【００５１】
さらに、蓋１０の厚さＨ３を小さくできるので、溶接工程時に第２冷却路５側まで蓋１０を溶融し易くでき、蓋１０と本体部６との間の未溶接部分を残り難くできる。その結果、冷却構造体１に応力が生じても、未溶接部分からの亀裂の進行を抑制できるので、冷却構造体１の耐久性を向上できる。
【００５２】
また、サポート材９及び蓋１０を併用するときでも、上述した幅狭部と幅広部とを溝８に設けて幅広部に蓋１０を嵌めたり、溝幅Ｗ１よりも蓋１０の幅Ｗ３を大きくして蓋１０を本体部６の端面６ｂに置いたりしても良い。但しこの場合、サポート材９が詰められる部位の溝８の溝幅Ｗ１よりも蓋１０の幅Ｗ３が大きいので、蓋１０の溝底８ａ側の面の一部が本体部６と接触する。その接触する部分は、溶接工程時に蓋１０と本体部６との間の未溶接部分になり易い。
【００５３】
これに対して、本実施の形態では、サポート材９が詰められる部位の溝８の溝幅Ｗ１と、蓋１０の幅Ｗ３とが略同一なので、蓋１０の溝底８ａ側の面が本体部６に接触しないようにできる。そのため、蓋１０の溝底８ａ側に本体部６との未溶接部分が形成されないようにできる。このように未溶接部分の形成を抑制できるので、冷却構造体１に応力が生じても、未溶接部分からの亀裂の進行を抑制できる。その結果、冷却構造体１の耐久性を向上できる。
【００５４】
さらに、サポート材９が詰められる部位の溝８の溝幅Ｗ１と、蓋１０の幅Ｗ３とが略同一なので、溝８の側壁面８ｂと蓋１０との間に隙間が殆どない。これにより、その隙間を通って、溶融状態の溶着金属７がサポート材９に直接接触することを抑制できる。そのため、高温の溶融状態の溶着金属７が直接接触することで溶融したサポート材９が再び凝固して、第２冷却路５の断面積が小さくなることを抑制できる。よって、第２冷却路５の断面積を確保し易くできる。
【００５５】
溝詰工程では、流動性を有しない第１状態のサポート材９を溝８に詰めるので、溝８にサポート材９を均一に詰め易くできると共に、本体部６を傾けたり移動させたりしても、詰めたサポート材９が溝８内で偏ることを防止できる。即ち、溝詰工程時および溝詰工程後のサポート材９の扱いを容易にできる。なお、溝８にサポート材９を均一に詰めることで、サポート材９が除去された部分である第２冷却路５を長さ方向に亘って断面積を均一にできる。
【００５６】
そして、溶接工程後の移行工程で、サポート材９が第１状態から第２状態へ移行するので、第２冷却路形成工程で第１冷却路４からサポート材９を排出し易くできる。よって、流動性を有しない第１状態と、流動性を有する第２状態とを移行可能なサポート材９を用いることで、サポート材９の排出性能を確保しつつ、溝詰工程時および溝詰工程後のサポート材９の扱いを容易にできる。
【００５７】
次に図７（ａ）から図８（ｂ）を参照して第２実施の形態について説明する。第１実施の形態では、蓋１０の幅Ｗ３が溝８の溝幅Ｗ１と略同一である場合について説明した。これに対し第２実施の形態では、蓋２１の幅Ｗ４が溝８の溝幅Ｗ１よりも小さい場合について説明する。なお、第１実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。
【００５８】
図７（ａ）は第２実施の形態における冷却構造体２０の製造方法の溝詰工程および載置工程を説明する説明図である。図７（ｂ）は載置工程後の本体部６の上面図である。図８（ａ）は溶接工程を説明する説明図である。図８（ｂ）は第２冷却路５が形成された冷却構造体２０の断面図である。なお、溶接工程では、本体部６や蓋２１の一部が溶融し、本体部６と溶着金属７と蓋２１とが一体化されるが、図８（ａ）及び図８（ｂ）には、便宜上、本体部６、溶着金属７及び蓋２１の境界を図示している。
【００５９】
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、第２実施の形態における蓋２１は、鋼製の板材であり、上面視において溝８の形状と略同一の円弧状に形成される。蓋２１の厚さＨ３と、サポート材９の高さＨ２との和は、溝８の深さＨ１と同一である。蓋２１は、幅方向端面１０ａ間の寸法である幅Ｗ４が、サポート材９の幅Ｗ２や溝８の溝幅Ｗ１よりも小さく設定される。蓋２１の長さ（周方向寸法）は、溝８の長さ（周方向寸法）よりも小さく設定される。
【００６０】
溝詰工程で溝８にサポート材９を嵌めた後、載置工程で溝８に蓋２１を挿入してサポート材９に蓋２１を載せると、溝８の側壁面８ｂと蓋２１の幅方向端面１０ａとの間に隙間２３（開先）ができる。また、蓋２１の長さ方向の端部と、溝８の長さ方向の端面との間にも隙間２４（開先）ができる。
【００６１】
蓋２１は、幅方向端面１０ａから幅方向に突出する突起２２を備える。突起２２は、両側の幅方向端面１０ａに、周方向に亘ってそれぞれ複数配置されている。突起２２の突出量は、溝幅Ｗ１と幅Ｗ４との差の１／２に設定される。これにより、幅方向両側の突起２２の先端が側壁面８ｂに接触するので、溝８の幅方向の中央に蓋２１を配置できる。その結果、蓋２１の幅方向の両側に、側壁面８ｂとの間の隙間２３を略均一に形成できる。
【００６２】
載置工程の後、図８（ａ）に示すように、蓋２１及び本体部６の端面６ｂとに溶着金属７を溶着させる肉盛溶接を施して溝８の開口を塞ぐ溶接工程を行う。溶接工程において、幅方向端面１０ａと側壁面８ｂとの隙間２３（図７（ｂ）参照）に、溶融状態の溶着金属７が溝８の深さ方向に亘って侵入可能となるよう、溝幅Ｗ１と幅Ｗ４との差（隙間２３の幅）が設定されている。この隙間２３の幅は、肉盛溶接の条件や、溶融状態の溶着金属７の粘性などによって決定される。
【００６３】
幅方向端面１０ａと側壁面８ｂとの隙間２３に溶着金属７が侵入することで、幅方向端面１０ａと側壁面８ｂとが溝８の深さ方向に亘って溶着金属７により溶接される。溶接工程後は、第１実施の形態と同様に、順に第１冷却路形成工程、移行工程（熱処理工程）、第２冷却路形成工程を行うことで、図８（ｂ）に示すように、冷却構造体２０が製造される。
【００６４】
以上のような冷却構造体２０の製造方法によれば、溝８の溝幅Ｗ１よりも蓋２１の幅Ｗ４が小さいので、蓋２１の溝底８ａ側の面が本体部６に接触しないようにできる。そのため、第１実施の形態と同様に、蓋２１の溝底８ａ側に本体部６との未溶接部分が形成されないようにできるので、冷却構造体２０に応力が生じても、未溶接部分からの亀裂の進行を抑制できる。
【００６５】
さらに、幅方向端面１０ａと側壁面８ｂとの隙間２３によって、幅方向端面１０ａと側壁面８ｂとが溝８の深さ方向に亘って溶着金属７により溶接されるので、幅方向端面１０ａと側壁面８ｂとの間の未溶接部分をなくすことができる。これにより、蓋２１と本体部６との未溶接部分の形成をより抑制できる。その結果、冷却構造体２０に応力が生じても、未溶接部分からの亀裂の進行をより抑制できるので、冷却構造体２０の耐久性をより向上できる。
【００６６】
但し、溝８の溝幅Ｗ１よりも蓋２１の幅Ｗ４が小さい場合、溝８に対する蓋２１の幅方向の位置決めがされていないと、蓋２１の幅方向端面１０ａの一方が側壁面８ｂに接触してしまい、その接触した部分が溶接され難くなる。これに対して本実施の形態では、蓋２１の突起２２によって、蓋２１の幅方向の両側に側壁面８ｂとの間の隙間２３を略均一に形成できる。
【００６７】
なお、突起２２を用いた蓋２１の幅方向の位置決めに限らず、溶接工程前に蓋２１と本体部６とを部分的に溶接して、溝８に対する蓋２１の幅方向の位置決めをしても良い。このように、蓋２１の幅方向の位置決めによって、蓋２１の幅方向の両側の隙間２３に、溝８の深さ方向に亘って溶着金属７を侵入させ易くできる。そのため、蓋２１と本体部６との未溶接部分の形成を更に抑制できる。その結果、冷却構造体２０に応力が生じても、未溶接部分からの亀裂の進行を更に抑制できるので、冷却構造体２０の耐久性を更に向上できる。
【００６８】
また、蓋２１の長さが、溝８の長さよりも小さく設定されるので、蓋２１の長さ方向の端部と、溝８の長さ方向の端面との間にも隙間２４ができる。この隙間２４にも溝８の深さ方向に亘って溶着金属７が侵入することで、蓋２１の長さ方向の端部と、溝８の長さ方向の端面とを溝８の深さ方向に亘って溶接できる。その結果、蓋２１と本体部６との未溶接部分の形成を更に抑制できるので、冷却構造体２０に応力が生じても、未溶接部分からの亀裂の進行を更に抑制でき、冷却構造体２０の耐久性を更に向上できる。
【００６９】
なお、蓋２１と本体部６との間の隙間２３，２４に溶着金属７が侵入すると、溶着金属７がサポート材９に直接接触し、サポート材９が溶融することがある。この場合、溶融して凝固したサポート材９が蓋２１や本体部６に溶着する。しかし、サポート材９が溶融する部分は蓋２１と本体部６との角に限られ、溶融したサポート材９を周囲のサポート材９が受け止めるので、蓋２１と本体部６との角の狭い範囲にしかサポート材９が溶着しない。その結果、蓋２１と本体部６との隙間２３，２４から侵入した溶着金属７がサポート材９に直接接触しても、第２冷却路５の断面積を十分に確保できる。
【００７０】
以上、上記実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変形改良が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、本体部６の軸方向の端面６ｂに溝８を形成する場合に限らず、本体部６の外周面を端面とし、その端面に溝８を形成しても良い。また、溝８の断面形状をＶ字状、Ｕ字状などに形成しても良い。
【００７１】
上記第２実施の形態では、開先（隙間２３，２４）がＩ形である場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、開先の形状は適宜変更可能である。例えば、開先をＶ形、レ形、Ｕ形、Ｊ形、両面Ｊ形などに形成しても良い。
【００７２】
上記各実施の形態では、冷却構造体１，２０がシリンダブロックのウォータージャケットを形成するための金型である場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。互いに連通する第１冷却路４及び第２冷却路５を内部に有する冷却構造体であれば、シリンダブロックのウォータージャケット用以外の金型や、プランジャチップ、エンジンの構成部品、油圧機器などの冷却構造体に本発明を適用しても良い。なお、本発明を適用する冷却構造体に応じて第１冷却路４及び第２冷却路５の形状が適宜設定される。例えば、溶着金属７に第１冷却路４を形成しても良い。
【００７３】
上記各実施の形態では、本体部６と溶着金属７とが同一の鋼材である場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。本体部６と溶着金属７とを異なる鋼材から構成しても良い。また、本体部６や溶着金属７を鋼材以外の金属、例えば超硬合金などから構成しても良い。本発明は、本体部６に溶着金属７を肉盛溶接するものなので、本体部６や溶着金属７に使用可能な素材の自由度が高い。
【００７４】
上記各実施の形態では、熱分解性バインダで粒子を固めて第１状態のサポート材９を形成する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。熱分解性バインダの代わりに、水溶性の無機塩類（例えば、リン酸三カリウムや硫酸カリウム、硫酸ナトリウム）で粒子を固めて、第１状態のサポート材を形成しても良い。また、水溶性の塩化ナトリウムなどの無機塩類を固めて第１状態のサポート材を形成しても良い。これらの場合には、溝８に連通させた第１冷却路４に水を供給して無機塩類を水に溶かすことで、サポート材を第１状態から第２状態へと移行する移行工程を行う。また、サポート材を砂等の粒子のみで構成しても良い。この場合、サポート材が流動性を常時有するので、移行工程を不要にできる。
【００７５】
上記各実施の形態では、サポート材９の厚さＨ２と蓋１０，２１の厚さＨ３との和が溝８の深さＨ１と同一であり、本体部６の端面６ｂとサポート材９の上面とが同一平面となる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。サポート材９の厚さＨ２と蓋１０，２１の厚さＨ３との和を溝８の深さＨ１よりも大きくして、溝８から蓋１０，２１を上方へ張り出させても良い。また、サポート材９の厚さＨ２と溝８の深さＨ１とを同一にして、サポート材９及び端面６ｂ上に蓋１０，２１を載置しても良い。なお、この場合には、溝８に対して蓋１０，２１がずれないように、端面６ｂに位置決め用の突起を設けたり、溶接工程前に蓋１０，２１と本体部６とを部分的に溶接することが好ましい。
【００７６】
また、サポート材９の厚さＨ２と蓋１０，２１の厚さＨ３との和が、溝８の深さＨ１よりも小さくなるように設定しても良い。この場合、蓋１０，２１よりも上方の溝８を埋めるように肉盛溶接を施し、肉盛溶接による溶着金属７の上面が、本体部６の端面６ｂと同一平面になるように、溶着金属７を切削加工または研削加工しても良い。これにより、溶着金属７を切削または研削する部分を少なくできるので、溶着金属７の加工時間を短縮できる。
【００７７】
上記各実施の形態では、溶接工程後に第１冷却路形成工程を行う場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。溝詰工程で溝８に詰めるサポート材９が流動性を有しない第１状態であれば、第２冷却路形成工程の前のいずれのタイミングで第１冷却路形成工程を行っても良い。例えば、第１冷却路４を形成した後、溝８を形成する場合には、第１冷却路４と溝８とが連通するときを第１冷却路形成工程とする。
【００７８】
上記各実施の形態では、移行工程（熱処理工程）前に第１冷却路形成工程を行う場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。移行工程後に第１冷却路形成工程を行っても良い。これにより、移行工程時に第２状態となったサポート材９が、第１冷却路４から熱処理炉内などに落ちることを防止できる。
【００７９】
また、移行工程後に第１冷却路形成工程を行うとき、熱分解性バインダで粒子を固めたサポート材９を用いる場合には、移行工程時に熱分解性バインダの分解により発生するガスを第１冷却路４から逃がせない。そこで、溶接工程で溝８の開口を一部塞がずにおき、その開口の一部から熱分解性バインダの分解により発生するガスを外部へ排出する。そして、移行工程後に溝８の開口を全て塞ぐ。
【００８０】
溝８を完全に塞ぐときには、サポート材９が排出されているので、溶接時の熱で溶融した蓋１０，２１や溶着金属７が第２冷却路５に侵入する。そこで、２本の第１冷却路４が接続する部分よりも外側に溝８（第２冷却路５）の両端を配置し、溝８の開口を後から塞ぐ部分を、その第１冷却路４が接続する部分よりも外側に設定する。これにより、第１冷却路４が接続する部分よりも外側の第２冷却路５では冷媒の流れが殆どないので、冷媒が主に流れる部分の第２冷却路５の断面積は確保できる。
【００８１】
また、移行工程（熱処理工程）後に第１冷却路形成工程を行う場合には、高硬度化した本体部６を切削加工する必要がある。そこで、移行工程前に、溝８の手前まで第１冷却路４を切削加工しておき、移行工程後に第１冷却路４を溝８に繋げ、第１冷却路４を完全に形成しても良い。これにより、高硬度化した本体部６を切削加工する範囲を少なくできるので、第１冷却路４の形成を容易にできる。
【符号の説明】
【００８２】
１，２０  冷却構造体
４  第１冷却路
５  第２冷却路
６  本体部
６ｂ  端面
７  溶着金属
８  溝
８ａ  溝底
８ｂ  側壁面
９  サポート材
１０，２１  蓋
１０ａ  幅方向端面
Ｗ１  溝幅
Ｗ３，Ｗ４  幅
【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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