(57)【要約】      （修正有）【課題】アルミ溶湯との溶着を防止し金型の破損を防止する金型装置の提供。【解決手段】アルミから形成されている部材を製造可能な金型装置１であって、金型１０、及び、溶湯供給部を備える。金型１０は、アルミ溶湯を充填可能なキャビティ１００を形成可能である。金型１０は、鉄から形成されている基部１１１、及び、表層部１１３を有する。表層部１１３は、基部１１１のキャビティ１００側に設けられ、２０重量％以上のクロムを含む。表層部１１３のキャビティ１００側の表面１１５には三酸化二クロム膜１１４を形成可能である。溶湯供給部は、キャビティ１００にアルミ溶湯を供給可能である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミ製ダイカスト部材（５）を製造可能な金型装置であって、
アルミ溶湯（４）を充填可能なキャビティ（１００）を形成可能であって、鉄から形成されている基部（１１１）、前記基部の前記キャビティ側に設けられ２０重量％以上のクロムを含み前記キャビティ側の表面（１１５，１２５）に三酸化二クロム膜（１１４）を形成可能な表層部（１１３）を有する金型（１０）と、
前記キャビティにアルミ溶湯を供給可能な溶湯供給部（２０）と、
を備える金型装置。
【請求項２】
前記金型は、前記基部と前記表層部との間に設けられ、前記基部から前記表層部に向かうにしたがってクロム濃度が増大するよう形成されている濃度遷移部（１１２）を有し、
前記基部、前記濃度遷移部、及び、前記表層部は、一体に形成されている請求項１に記載の金型装置。
【請求項３】
前記表層部は、厚さが３０μｍ以上２００μｍ以下である請求項１または２に記載の金型装置。
【請求項４】
前記基部は、炭素濃度が０．０７重量％以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載の金型装置。
【請求項５】
前記表層部の前記キャビティ側の前記表面に酸化剤を供給可能な酸化剤供給部（３０）をさらに備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の金型装置。
【請求項６】
前記酸化剤は、酸化性酸である請求項５に記載の金型装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミ製ダイカスト部材を成形可能な金型装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金型に溶融した金属を加圧することによって所望の形状の部材を製造可能なダイカスト鋳造方法に用いられる金型装置が知られている。例えば、特許文献１には、金属溶湯と接触する金型の表面に、還元性を有する有機酸または有機酸塩を、使用時濃度として０．０１ｗｔ％以上、且つ、原液濃度として離型剤エマルションの安定限界である所定濃度以下の割合で含む離型剤を塗布する金型装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１１８０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アルミを材料とする部材を成形する場合、金型が有するキャビティにアルミ溶湯が充填される。アルミ溶湯が充填される金型装置では、金型のキャビティを形成する表面に金型へのアルミ溶着や溶損対策として、窒化処理や耐熱セラミック層の多層コーティングが施される。しかしながら、窒化処理の場合、窒素拡散層が高温のアルミ溶湯との接触によって徐々に熱分解するため、耐久性に欠ける。また、耐熱セラミック層の多層コーティングの場合、膜欠陥を起点としてアルミ溶湯がコーティング内に浸入するとコーティングされている金型の基部がアルミ溶湯との反応によって侵食されるため、耐熱セラミック層が剥離するおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、アルミ溶湯との溶着を防止し金型の破損を防止する金型装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、アルミ製ダイカスト部材（５）を製造可能な金型装置であって、金型（１０）、及び、溶湯供給部（２０）を備える。
【０００７】
金型は、アルミ溶湯（４）を充填可能なキャビティ（１００）を形成可能である。金型は、鉄から形成されている基部（１１１）、及び、基部のキャビティ側に設けられ２０重量％以上のクロムを含みキャビティ側の表面（１１５）に三酸化二クロム膜（１１４）を形成可能な表層部（１１３）を有する。
【０００８】
溶湯供給部は、キャビティにアルミ溶湯を供給可能である。
【０００９】
本発明の金型装置では、金型において基部のキャビティ側が設けられる表層部は、２０重量％以上のクロムを含んでいる。これにより、表層部のキャビティ側の表面にアルミ溶湯に対して比較的緻密な不動態膜であってアルミ溶湯に対する非濡れ性及び耐食性を有する三酸化二クロム膜を形成することが可能となる。これにより、キャビティにアルミ溶湯が充填されるとき、金型の基部とアルミ溶湯との溶着を確実に防止することができる。
【００１０】
また、金型の冷熱サイクルやアルミ製ダイカスト部材を金型から取り出すときの摺動などによって、表層部の三酸化二クロム膜は、剥離するおそれがある。本発明の金型装置では、酸化二クロム膜が剥離しても金型の内部においてクロムが表層部の表面に移動し、新たな三酸化二クロム膜を形成することができる。これにより、金型の基部とアルミ溶湯との溶着を比較的長い時間防止することができるため、金型の破損を防止し金型装置の寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第一実施形態による金型装置の模式図である。
【図２】図１のＩＩ部拡大図である。
【図３】第一実施形態による金型装置の作用を説明する模式図である。
【図４】第一実施形態による金型装置の作用を説明する模式図であって、図３の次の状態を示す模式図である。
【図５】第一実施形態による金型装置の作用を説明する模式図であって、図４の次の状態を示す模式図である。
【図６】第一実施形態による金型装置に関する実験結果を示す写真である。
【図７】比較例の金型装置に関する実験結果を示す写真である。
【図８】第二実施形態による金型装置の模式図である。
【図９】第二実施形態による金型装置の作用を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、複数の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、他の実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００１３】
（第一実施形態）
第一実施形態による金型装置１を図１〜６に基づいて説明する。金型装置１は、アルミを材料とする「アルミ製ダイカスト部材」としての部材５（図５の参照）をダイカスト成形するために用いられる。金型装置１は、図１に示すように、金型１０、及び、溶湯供給部２０を備える。
【００１４】
金型１０は、可動型１１、及び、固定型１２を有する。金型１０は、可動型１１と固定型１２とによってアルミ溶湯を充填可能なキャビティ１００を形成する。
【００１５】
可動型１１は、金属、例えば、鋼から形成されている、可動型１１は、固定型１２に対して白抜き矢印Ｆ０に示すように相対移動可能に設けられている。可動型１１は、図１に示すように、固定型１２側に開口を有する第一空間１１０を有する。第一空間１１０は、キャビティ１００の一部となる。可動型１１のアルミ溶湯に接触する側の表面の拡大図を図２に示す。可動型１１は、基部１１１、濃度遷移部１１２、及び、表層部１１３を有する。本実施形態では、基部１１１、濃度遷移部１１２、及び、表層部１１３は一体に形成されている。
【００１６】
基部１１１は、可動型１１の骨格をなす部位である。基部１１１は、図２に示すように、第一空間１１０から比較的離れた位置に設けられる。本実施形態では、基部１１１は、炭素濃度が０．０７重量％以下の鉄から形成されている。
【００１７】
濃度遷移部１１２は、基部１１１の第一空間１１０側に設けられている部位である。濃度遷移部１１２は、クロム濃度が基部１１１から後述する表層部１１３に向かって傾斜的に増大するよう形成されている。図２には、基部１１１と濃度遷移部１１２との境界を仮想線ＶＬ１１１で示している。
【００１８】
表層部１１３は、濃度遷移部１１２の第一空間１１０側に設けられている部位であって、第一空間１１０を形成する内壁となる部位である。表層部１１３は、厚さが３０μｍ以上２００μｍ以下となるよう形成されている。表層部１１３は、例えば、気相法や粉末法などのクロマイジング、クロムコーティング品の熱拡散法などによって、クロム濃度が２０重量％以上となるよう形成されている。これにより、表層部１１３の第一空間１１０側には、三酸化二クロム（以下、「Ｃｒ2Ｏ3」と示す）膜１１４が形成される（図３参照）。Ｃｒ2Ｏ3膜１１４は、耐熱温度がアルミ鋳込温度である６８０度に比べ高い１３５０度であって、欠陥がないことが特徴である。本実施形態では、Ｃｒ2Ｏ3膜１１４は、厚さが、例えば、３ｎｍ以上となるよう形成される。なお、図３〜５では、Ｃｒ2Ｏ3膜１１４が形成されていることがわかりやすいよう、縮尺を変更して記載してある。また、図２には、濃度遷移部１１２と表層部１１３との境界を仮想線ＶＬ１１２で示し、図３には、表層部１１３内でのＣｒ2Ｏ3膜１１４とその他の部位との境界を仮想線ＶＬ１１３で示している。
【００１９】
固定型１２は、金属、例えば、鋼から形成されている。固定型１２は、移動不能に固定され、図２に示すように、可動型１１側に開口を有する第二空間１２０、及び、連通孔１２１を有する。第二空間１２０は、キャビティ１００の一部となる。すなわち、キャビティ１００は、第一空間１１０と第二空間１２０とによって構成されている。連通孔１２１は、第二空間１２０と固定型１２の外側とを連通する。
【００２０】
固定型１２は、可動型１１と同じ構成を有しており、基部、濃度遷移部、及び、表層部を有する。固定型１２の基部、濃度遷移部及び表層部のそれぞれは、可動型１１の基部１１１、濃度遷移部１１２及び表層部１１３と同じ特徴を有する。固定型１２の基部、濃度遷移部及び表層部は、一体に形成されている。
【００２１】
溶湯供給部２０は、金型１０が有するキャビティ１００にアルミ溶湯を供給可能に形成されている。溶湯供給部２０は、固定型１２の連通孔１２１を介して第二空間１２０にアルミ溶湯を供給する。
【００２２】
次に、金型装置１の作用について説明する。図３〜５には、金型装置１を用いたダイカスト鋳造方法における可動型１１の表層部１１３近傍の拡大図の変化を示している。ここでは、便宜的に、可動型１１における作用を説明するが、固定型１２についても同様である。
【００２３】
キャビティ１００にアルミ溶湯が充填される前の金型装置１には、図３に示すように、可動型１１の表層部１１３及び固定型１２の表層部の表面にＣｒ2Ｏ3膜１１４が形成されている。
【００２４】
最初に、可動型１１と固定型１２とを組み合わせ、キャビティ１００を形成する。キャビティ１００が形成されている金型１０に、溶湯供給部２０からアルミ溶湯４が供給される。溶湯供給部２０が供給するアルミ溶湯４は、キャビティ１００に圧入されキャビティ１００に充填される。キャビティ１００に圧入されるアルミ溶湯４は、図４に示すように、Ｃｒ2Ｏ3膜１１４の濃度遷移部１１２とは反対側の表面１１５上に行き渡る。すなわち、可動型１１及び固定型１２は、Ｃｒ2Ｏ3膜１１４によってアルミ溶湯と接触する。
【００２５】
キャビティ１００に充填されたアルミ溶湯４が凝固し部材５が成形される。部材５が成形されると、可動型１１を移動することによって可動型１１と固定型１２とを分離し、部材５を金型１０から取り出す。このとき、可動型１１の表層部１１３及び固定型１２の表層部では、図５の白抜き矢印Ｆ１に示すような部材５の移動によってＣｒ2Ｏ3膜１１４が剥離し脱落する。
【００２６】
金型１０から部材５を取り出した後、表層部１１３の表面には、図３に示すように、Ｃｒ2Ｏ3膜１１４が再生される。次の部材５の製造のためにキャビティ１００に圧入されるアルミ溶湯は、再生されたＣｒ2Ｏ3膜１１４の表面１１５上に行き渡る。
【００２７】
ここで、キャビティにアルミ溶湯を圧入し成形された部材を取り出した後の金型のキャビティ側の表面の変化について、図６，７に基づいて説明する。図６，７に示す写真は、いずれもキャビティから成形された部材を取り出した後の金型のキャビティ側の表面の断面写真である。
【００２８】
図６に、金型装置１を用いたダイカスト鋳造における金型１０のキャビティ１００側の表面近傍の断面写真を示す。図６に示す断面写真の金型装置１では、金型１０のキャビティ１００側の表面にクロム浸透処理が施されている。
【００２９】
図７に、比較例として、金型装置１の表層部及び濃度遷移部に相当する構成を有していない金型装置（以下、「比較例の金型装置」という）を用いたダイカスト鋳造における金型のキャビティ側の表面近傍の断面写真を示す。図７に示す断面写真の比較例の金型装置では、金型のキャビティ側の表面に窒化処理が施されている。
【００３０】
図７に示す比較例の金型装置の表面近傍の断面写真では、金型の表面（図７の実線矢印Ａ７で示す部分）が全面的に侵食されているため、凹凸状になっていることが分かる。一方、図６に示す金型装置１の表面近傍の断面写真では、表面の侵食は確認されず比較的平坦な状態となっている（図６の実線矢印Ａ６で示す部分）。また、アルミ溶湯による孔食も確認されなかった。
【００３１】
第一実施形態による金型装置１では、金型１０において基部１１１のキャビティ１００側が設けられる表層部１１３は、２０重量％以上のクロムを含んでいる。これにより、表層部１１３のキャビティ１００側に、アルミ溶湯４に対して比較的緻密な不動態膜であってアルミ溶湯４に対する非濡れ性及び耐食性を有するＣｒ2Ｏ3膜を形成することが可能となっている。これにより、金型装置１は、金型１０の基部１１１とアルミ溶湯４との溶着を確実に防止することができる。
また、第一実施形態による金型装置１では、金型１０の表層部の表面は、図６に示すように、比較的平坦な状態を維持される。これにより、成形される部材５の外観品質を維持しつつ、寸法精度を向上することができる。
【００３２】
また、第一実施形態による金型装置１では、キャビティ１００において成形された部材５を金型１０から取り出すとき、表層部１１３に形成されているＣｒ2Ｏ3膜１１４は、剥離するおそれがある。第一実施形態による金型装置１では、金型１０の内部においてクロムが表層部１１３の表面に移動し、新たなＣｒ2Ｏ3膜１１４を形成することができる。これにより、第一実施形態による金型装置１は、金型１０とアルミ溶湯４との溶着を比較的長い時間防止することができる。したがって、金型１０の破損を防止し金型装置１の寿命を延ばすことができる。また、金型１０とアルミ溶湯４との溶着を比較的長い時間防止することができるため、金型１０をメンテナンスするための工数を低減することができる。
【００３３】
第一実施形態による金型装置１では、濃度遷移部１１２は、クロム濃度が基部１１１から表層部１１３に向かって傾斜的に増大するよう形成されている。これにより、第一実施形態では、熱応力によってＣｒ2Ｏ3膜１１４が金型１０から容易に剥離することを防止することができる。
【００３４】
第一実施形態による金型装置１では、表層部１１３は、厚さが３０μｍ以上２００μｍ以下となるよう形成されている。これは、表層部１１３の厚さが３０μｍより薄くなるとＣｒ2Ｏ3膜１１４が再生されにくくなり、表層部１１３の厚さが２００μｍより厚くなると表層部１１３が硬くなってＣｒ2Ｏ3膜１１４が表層部１１３から剥離しやすくなるためである。したがって、第一実施形態では、表層部１１３の厚さを３０μｍ以上２００μｍ以下とすることによって、Ｃｒ2Ｏ3膜１１４を適切に維持することができる。
【００３５】
また、第一実施形態による金型装置１では、可動型１１及び固定型１２の基部は、炭素濃度が０．０７重量％以下となっている。これにより、基部のキャビティ１００側にある濃度遷移部に含まれるクロムが基部の炭素に捕獲されることを防止することができる。したがって、第一実施形態では、濃度遷移部及び表層部のクロム濃度を所望の濃度に維持することができる。
【００３６】
（第二実施形態）
次に、第二実施形態による金型装置を図８，９に基づいて説明する。第二実施形態は、酸化剤供給部を備える点が第一実施形態と異なる。
【００３７】
本発明の第二実施形態による金型装置２を図８，９に基づいて説明する。金型装置２は、金型１０、溶湯供給部２０、及び、酸化剤供給部３０を備える。
【００３８】
酸化剤供給部３０は、酸化剤タンク３１及び噴射ノズル３２を有する。
【００３９】
酸化剤タンク３１は、金型１０の外部に設けられている。酸化剤タンク３１は、金型１０に含まれているクロム成分と反応しＣｒ2Ｏ3を生成可能な酸化性酸、例えば、硝酸、硫酸、酢酸などの有機酸を貯留している。
【００４０】
噴射ノズル３２は、配管３３を介して酸化剤タンク３１に接続している。噴射ノズル３２は、金型１０に対して相対移動可能に設けられている。噴射ノズル３２は、図９に示すように可動型１１と固定型１２とが離間した状態において可動型１１と固定型１２との間に位置するよう移動可能である。噴射ノズル３２は、複数の噴射管３２１を有する。噴射管３２１は、可動型１１の表層部１１３の表面１１５及び固定型１２の表層部の第二空間１２０側の表面１２５に酸化剤タンク３１の酸化剤を噴射可能である。
【００４１】
金型装置２では、部材５を成形する工程において、Ｃｒ2Ｏ3膜１１４の脱落が顕著となる前に、図９に示すように可動型１１と固定型１２とが離間した状態において可動型１１と固定型１２との間に噴射ノズル３２が挿入される。挿入された噴射ノズル３２は、複数の噴射管３２１から酸化剤を可動型１１及び固定型１２のキャビティ１００側の表面に噴射する（図９の二点鎖線ＩＪ９）。その後、アルミ溶湯の熱によって金型１０と酸化剤とが加熱され、可動型１１及び固定型１２のキャビティ１００側の表面１１５、１２５にＣｒ2Ｏ3膜１１４が生成される。
【００４２】
第二実施形態による金型装置２では、部材５を成形する工程において可動型１１及び固定型１２のキャビティ１００側の表面１１５、１２５の状態に応じて酸化剤を表面１１５、１２５に供給し、Ｃｒ2Ｏ3膜１１４を積極的に生成する。これにより、Ｃｒ2Ｏ3膜１１４を再生、または、すでに生成されているＣｒ2Ｏ3膜１１４を強化することによって、金型１０の基部１１１とアルミ溶湯４との溶着を確実に防止することができる。したがって、第二実施形態は、第一実施形態の効果に加え、金型装置１の寿命をさらに延ばすことができる。
【００４３】
（他の実施形態）
上述の実施形態では、金型は、基部と表層部との間に濃度遷移部を有するとした。しかしながら、濃度遷移部はなくてもよい。
【００４４】
上述の実施形態では、基部、濃度遷移部及び表層部は一体に形成されるとした。しかしながら、一体でなくてもよい。例えば、基部の表層に高濃度クロム材を貼り付け、熱拡散などによって密着性を高めてもよい。このとき、基部は、比較的高い炭素濃度の部材であってもよい。
【００４５】
上述の実施形態では、濃度遷移部は、クロム濃度が基部から表層部に向かって傾斜的に増大するよう形成されているとした。しかしながら、濃度傾斜部の濃度の変化はこれに限定されない。クロム濃度が２０重量％以上の表層部とクロム濃度が比較的低い基部との間のクロム濃度が連続的に変化するよう形成されていればよい。
【００４６】
上述の実施形態では、表層部は、厚さが３０μｍ以上２００μｍ以下であるとした。しかしながら、表層部の厚さはこれに限定されない。
【００４７】
上述の実施形態では、基部は、炭素濃度が０．０７重量％以下であるとした。しかしながら、基部の炭素濃度は、これに限定されない。このとき、基部の濃度遷移層側の部位を、例えば、脱炭することによって、当該部位のみ炭素濃度が０．０７重量％以下であってもよい。また、炭素濃度が０．４重量％程度の鋼であっても、当該鋼の空間側の表面にクロムめっきを行った後加熱することによって金型の基部界面に浸透密着させたクロム層の表層に形成されるＣｒ2Ｏ3膜によって、金型の基部とアルミ溶湯との溶着を比較的長い時間防止することができる。
【００４８】
第二実施形態では、酸化剤は、噴射管によって噴射されるとした。しかしながら、金型のキャビティ側の表面への酸化剤の供給方法はこれに限定されない。例えば、金型のキャビティ側の表面に酸化剤を塗布してもよい。
【００４９】
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１，２・・・金型装置
４・・・アルミ溶湯
５・・部材（アルミ製ダイカスト部材）
１０・・・金型
２０・・・溶湯供給部
１００・・・キャビティ
１１１・・・基部
１１３・・・表層部
１１４・・・三酸化二クロム膜
１１５・・・表面
【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】
2019147179.tif 000009
【図８】
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【図９】
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