(57)【要約】【課題】金型冷却装置において、筒状の金型を軸方向に亘って均一に冷却することにある。【解決手段】冷却剤供給パイプ（６）は、金型（５）の外部に配置される共通パイプ（１０）と、この共通パイプ（１０）から分岐するとともに金型（５）の内部に配置される複数本の分岐パイプ（１１Ａ〜１１Ｃ）とによって構成する。各分岐パイプ（１１Ａ〜１１Ｃ）の軸方向端部には、冷却剤を吐出する吐出口（１６Ａ〜１６Ｃ）を夫々形成する。各分岐パイプ（１１Ａ〜１１Ｃ）の全長（Ｌ１〜Ｌ３）は、夫々異なっている（Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３）。【選択図】図１
2015208776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向一端部が開端であり且つ軸方向他端部が閉端である筒状の金型と、前記開端から前記金型の内部に挿入されて前記金型の内部に冷却剤を供給する冷却剤供給パイプと、前記金型の外側面に連結されて冷却剤を前記金型の内部から外部へ排出する冷却剤排出パイプとを備える金型冷却装置において、前記冷却剤供給パイプを前記金型の外部に配置される共通パイプと前記共通パイプから分岐するとともに前記金型の内部に配置される複数本の分岐パイプとによって構成し、前記各分岐パイプの軸方向端部に冷却剤を吐出する吐出口を夫々形成するとともに、前記各分岐パイプの全長を夫々異ならせたことを特徴とする金型冷却装置。
【請求項２】
前記複数本の分岐パイプは夫々内径が異なり、相対的に全長の長い分岐パイプの内径を相対的に全長が短い分岐パイプの内径よりも大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の金型冷却装置。
【請求項３】
前記金型の前記開端には、前記共通パイプから前記複数本の分岐パイプに冷却剤を分配するマニホールドを取り付けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金型冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金型冷却装置に係り、特に金型鋳造法において局部的に冷却する金型冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ダイカスト、スクイズキャストなどは、金属溶湯（製品部）を主金型（製品金型）内に流入させ、この主金型の間接冷却により金属溶湯を凝固させ、鋳物製品を製造する手法であるが、ダイカストなどの主金型が高圧の環境下におかれる場合に、主金型内に冷却剤（主に水）を流し、金属溶湯から主金型に伝達した熱を冷却剤により放出する必要がある。特に、鋳物製品に鋳抜き形状を作るための鋳抜きピンなどは、金属溶湯からの熱の影響を受けやすく、焼付きによるアルミ付着による鋳物製品の表面欠陥や、ヒートクラックによって主金型の寿命を縮める問題を起こしやすい場合があった。
このため、金型冷却装置としては、例えば、以下のような先行技術文献がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３１５７５１号公報
【０００４】
特許文献１に係る金型局部冷却装置は、金型部材（金型）内に設けた冷却穴に挿入した冷却用パイプ（冷却剤供給パイプ）にこの冷却用パイプの軸方向で複数のノズル孔（吐出口）を形成し、このノズル孔から出たそれぞれの冷却剤が金型部材の内部を環状に吐出するように、金型部材内部に環状溝を設け、ダイカスト、スクイズキャスト、低圧鋳造などに用いられる入子やコアピンなどの金型部材の冷却能力を自在に制御し、鋳物製品の焼付き・かじり（表面欠陥）や金型部材のヒートクラックを生じにくくし、金型部材の寿命を向上させる構造である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、鋳物製品の焼付き・かじり（表面欠陥）や金型部材（金型）のヒートクラックなどは、金属溶湯（製品部）の流れや金型部材の構造などに依存し、金型部材の一部分でしか発生しないことが多く、金型部材全体が均一に冷却されないことが原因であることが多い。
しかしながら、上記の特許文献１では、入り側冷却パイプ（共通パイプ）から流入する冷却剤の圧力が根元に近いノズル孔（吐出口）に対して優先的かかるため、入り側冷却パイプに近いノズル孔からの冷却剤の吐出量が多くなり、金型部材の根元の冷却効率が優先的に向上する。そのため、相対的に金型部材の遠い部分の冷却効率が低下するので、鋳抜きピン全体を均一に冷却することできない。また、上記の特許文献１中の明細書の第２実施例、第３実施例の記載では、冷却用パイプ（冷却剤供給パイプ）、及び金型部材（金型）の成形が困難ということと、冷却用パイプのノズル孔の間隔と金型部材の溝間隔が一致していないとで、冷却方法が成立しないため、異なる金型部材と冷却用パイプとの組み合わせができず、部品を共通化できないなど、操業上の問題点があった。
【０００６】
そこで、この発明は、筒状の金型を軸方向に亘って均一に冷却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】
【０００７】
この発明は、軸方向一端部が開端であり且つ軸方向他端部が閉端である筒状の金型と、前記開端から前記金型の内部に挿入されて前記金型の内部に冷却剤を供給する冷却剤供給パイプと、前記金型の外側面に連結されて冷却剤を前記金型の内部から外部へ排出する冷却剤排出パイプとを備える金型冷却装置において、前記冷却剤供給パイプを前記金型の外部に配置される共通パイプと前記共通パイプから分岐するとともに前記金型の内部に配置される複数本の分岐パイプとによって構成し、前記各分岐パイプの軸方向端部に冷却剤を吐出する吐出口を夫々形成するとともに、前記各分岐パイプの全長を夫々異ならせたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明は、筒状の金型を軸方向に亘って均一に冷却できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は冷却剤の流れを示す金型冷却装置の断面図である。（実施例）
【図２】図２は図１の矢印ＩＩから視た場合の金型冷却装置の側面図である。（実施例）
【図３】図３は冷却剤供給パイプを構成する各分岐パイプの寸法などを示す金型冷却装置の断面図である。（実施例）
【図４】図４は金型と冷却剤との条件を示す表である。（実施例）
【図５】図５は各分岐パイプの条件を示す表である。（実施例）
【図６】図６は金型の表面温度の測定方法を示す金型冷却装置の断面図である。（実施例）
【図７】図７は金型の表面温度の測定位置を示す表である。（実施例）
【図８】図８は金型の表面温度と通水時間との関係を示す図である。（実施例）
【図９】図９は金型と冷却剤との条件を示す表である。（変形例）
【図１０】図１０は各分岐パイプの条件を示す図である。（変形例）
【図１１】図１１はシリンダブロック（製品）の鋳抜き孔において金型の焼付きによるかじり及び離型時の抵抗による亀裂が生じなかった場合を示す斜視図である。（変形例）
【図１２】図１２はシリンダブロック（製品）の鋳抜き孔において金型の焼付きによるかじり及び離型時の抵抗による亀裂が生じた場合を示す斜視図である。（比較例）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この発明は、筒状の金型を軸方向に亘って均一に冷却する目的を、冷却剤供給パイプを構成する各分岐パイプの軸方向端部に冷却剤の吐出口を夫々形成するとともに、各分岐パイプの全長を夫々異ならせて実現するものである。
【実施例】
【００１１】
図１〜図８は、この発明の実施例を示すものである。
図１に示すように、例えば、エンジンのシリンダブロック（製品部）内にオイル通路や肉盗みなどを形成する際、鋳抜き用の金型５を使用する。鋳抜き用の金型５の外側面は金属溶湯１と接触するため冷却が必要であり、金型冷却装置２が用いられる。金型冷却装置２は、基端側が金属溶湯１を流入させる主金型（製品金型）３の保持孔４に保持され、先端側が金属溶湯１内に配置される。
【００１２】
金型冷却装置２は、金型（鋳抜きピンなどの金型）５と、冷却剤供給パイプ６と、冷却剤排出パイプ７とを備える。
金型５は、基端側の軸方向一端部が開端５Ａであり、先端側の軸方向他端部が閉端５Ｂである筒状に形成され、内部に空間Ｓを形成している。
冷却剤供給パイプ６は、金型５の開端５Ａから金型５の内部の空間Ｓに挿入されてこの空間Ｓに冷却剤を供給する。
冷却剤排出パイプ７は、排出通路８を形成し、保持孔４に連通する排出側孔９から金型５の外側面に連結され、冷却剤を金型５の内部から外部へ排出する。
【００１３】
この実施例において、冷却剤供給パイプ６は、金型５の外部に配置される共通パイプ１０と、この共通パイプ１０から分岐するとともに金型５の内部に配置される複数本の分岐パイプとしての、例えば、第１〜第３分岐パイプ１１Ａ〜１１Ｃとによって構成される。
共通パイプ１０は、冷却剤を導入する共通通路１２を形成し、主金型３の外部からこの主金型３の導入側孔１３内に配置されている。
また、主金型３の内部において、金型５の開端５Ａには、共通パイプ１０から第１〜第３分岐パイプ１１Ａ〜１１Ｃに冷却剤を分配するマニホールド１４が設けられている。このマニホールド１４は、例えば、３つの分岐部材１５Ａ〜１５Ｃが一体的に構成され、保持孔４内で金型５の開端５Ａと第１〜第３分岐パイプ１１Ａ〜１１Ｃの端面との間に配置されている。
前記複数本の分岐パイプとしての第１〜第３分岐パイプ１１Ａ〜１１Ｃは、金型５内に配置される。なお、この第１〜第３分岐パイプ１１Ａ〜１１Ｃの配置は、種々変更が可能である。
第１〜第３分岐パイプ１１Ａ〜１１Ｃの軸方向端部（先端側部）には、冷却剤を吐出する第１〜第３吐出口１６Ａ〜１６Ｃが夫々形成される。
また、図３に示すように、第１〜第３分岐パイプ１１Ａ〜１１Ｃの全長Ｌ１〜Ｌ３は、マニホールド１４の端面１４Ｅから夫々異ならせて形成されている。つまり、この実施例では、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３の関係がある。
さらに、図３に示すように、第１〜第３分岐パイプ１１Ａ〜１１Ｃは、第１〜第３内径Ｄ１〜Ｄ３が夫々異なる。また、相対的に全長の長い分岐パイプの内径は、相対的に全長が短い分岐パイプの内径より大きく設定されている。つまり、この実施例では、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３の関係がある。従って、分岐パイプが長い程内径が大きくなる一方、分岐パイプが短い程内径が小さくなっている。
【００１４】
即ち、この実施例においては、図１に示すように、共通パイプ１０が金型５の中で、例えば、複数本の第１〜第３分岐パイプ１１Ａ〜１１Ｃに分かれ、第１〜第３分岐パイプ１１Ａ〜１１Ｃから冷却剤が金型５内で吐出する構造になっている。
また、図３に示すように、第１〜第３分岐パイプ１１Ａ〜１１Ｃは、金型５全体を均一に冷却するために、夫々異なる全長Ｌ１〜Ｌ３である。この第１〜第３分岐パイプ１１Ａ〜１１Ｃの全長Ｌ１〜Ｌ３は、金型５の金属溶湯１に触れる部分の長さに対して、冷却剤の第１〜第３吐出口１６Ａ〜１６Ｃが均等に配分されるようにする。
更に、分岐パイプの本数は、金型５の容積と製造することができる分岐パイプの内径との兼ね合いもあるが、分岐パイプの本数が多すぎると、金型５内に流入する冷却剤の流れと、冷却剤が戻ってくる流れが多すぎて冷却剤を吐出する分岐パイプの吐出口近傍で乱流がうまく生じない。分岐パイプの本数は、２本から最大でも４本が望ましい。
また、各分岐パイプから吐出する冷却剤の量を一定にするため、分岐パイプの内径は、後述の式（１）と金型５の長さとで決まる。また、検討の結果、１本の分岐パイプから出る冷却剤の流量は、冷却剤が水である場合に、５０ｃｃ／ｍｉｎ〜５２０ｃｃ／ｍｉｎまで、この実施例における冷却効果が得られることが分かった。
Α＝ρ｛（Ｄ／２）２  π｝／Ｌ      …式（１）
Α：冷却剤供給パイプの流動抵抗
ρ：冷却剤の密度（ｇ／ｃｍ３  ）
Ｄ：冷却剤供給パイプの内径（ｍｍ）
Ｌ：冷却剤供給パイプの長さ（ｍｍ）
【００１５】
上記のような構造により、図１に示すように、金型５内に冷却剤が流入すると、冷却剤供給パイプ６を構成する第１〜第３分岐パイプ１１Ａ〜１１Ｃから吐出した冷却剤の流れＲ１と、排出側に戻る冷却剤の流れＲ２とにより、第１〜第３分岐パイプ１１Ａ〜１１Ｃの第１〜第３吐出口１６Ａ〜１６Ｃ付近で乱流が発生し、金型５全体を均一に冷却することができる。一般的に、冷却剤は層流よりも乱流の方が放熱性が高いため、鋳造時において金属溶湯１から金型５へ伝達した熱を放出しやすくなる。従って、金型５全体の冷却効率が向上し、焼付き、かじりの低減につながり、製品の不良を削減するとともに、金型５の使用寿命を長くすることができる。
また、金型５全体を均一に冷却することができるので、金型５の熱変形や欠損などの金型５への悪影響を減少させることができる。
【００１６】
以下に、この実施例に係る金型冷却装置２の実験結果について説明する。
この実施例に係る発明の効果を検証するため、図４に示す条件と図５に示す条件とで実験を実施した。
図４は、実験に用いた金型と冷却剤との条件を示す。図５は、実験時の各分岐パイプ１１Ａ〜１１Ｃの条件を示す。この実施例に係る発明の効果を示すため、この発明の各条件と分岐パイプが１本の条件（従来条件）とを示した。図５に記載の「Α」は、上記の式（１）で示したものである。
実験は、サーモグラフィーで金型の温度を測定しながら、ハンドバーナで金型を加熱し、金型全体の表面温度を２５０℃に達した状態から、さらに５分間加熱した後、通水を開始した。通水中もサーモグラフィーで金型の表面温度の測定を継続し、図６及び図７に示した金型表面の各部位の表面温度変化を、プロットした。その結果は、図８に示されている。 この図８において、記号に「’（ダッシュ）」が付いているのは、図５の比較例の場合の温度変化である。
この実施例に係る発明の測定結果（ａ〜ｄ）は、通水が開始されると、比較例（ａ’〜ｄ’）に比べて、温度低下時の各測定点の温度差が少なく、金型全体が均一に冷却されている。また、冷却速度もこの実施例の場合の方が、比較例の場合の方よりも大きく、効率的に冷却されていることが明白である。
【００１７】
以上、この発明の実施例について説明してきたが、上述の実施例の構成を請求項毎に当てはめて説明する。
先ず、請求項１に係る発明では、冷却剤供給パイプ６は、金型５の外部に配置される共通パイプ１０と、この共通パイプ１０から分岐するとともに金型５の内部に配置される複数本の分岐パイプとしての第１〜第３分岐パイプ１１Ａ〜１１Ｃによって構成される。第１〜第３分岐パイプ１１Ａ〜１１Ｃの軸方向端部には、冷却剤の第１〜第３吐出口１６Ａ〜１６Ｃが夫々形成される。また、第１〜第３分岐パイプ１１Ａ〜１１Ｃの第１〜第３全長Ｌ１〜Ｌ３は、夫々異ならせている（Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３）。
このような構造により、共通パイプ１０から第１〜第３分岐パイプ１１Ａ〜１１Ｃに均等に冷却剤を供給できる。また、第１〜第３分岐パイプ１１Ａ〜１１Ｃの全長Ｌ１〜Ｌ３を異ならせたため、第１〜第３吐出口１６Ａ〜１６Ｃを金型５の軸方向に鉛って複数個配置することができ、金型５を軸方向に亘って均一に冷却することができる。
請求項２に係る発明では、第１〜第３分岐パイプ１１Ａ〜１１Ｃは、第１〜第３内径Ｄ１〜Ｄ３が夫々異なる。また、相対的に全長の長い分岐パイプの内径は、相対的に全長が短い分岐パイプの内径より大きく設定されている。つまり、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３の関係がある。
このような構造により、相対的に全長の長い分岐パイプの流路抵抗を低減し、第１〜第３分岐パイプ１１Ａ〜１１Ｃに均等に冷却剤を供給することができる。
請求項３に係る発明では、金型５の開端５Ａには、共通パイプ１０から複数本の分岐パイプとしての第１〜第３分岐パイプ１１Ａ〜１１Ｃに冷却剤を分配するマニホールド１４が設けられている。
このような構造により、使用する金型５の内径や全長に応じて分岐パイプの内径や全長、本数を変更でき、また、特別に複雑な形状の分岐パイプを作製する必要がなくなり、メンテナンス（保守点検）も、特別な方法とする必要がなく、容易に実施することができる。
【００１８】
なお、この実施例においては、図９、図１０に示すように、各条件を設定することも可能である。
ダイカスト法において製造するシリンダブロックの鋳抜きピンの焼付き、製品のかじり、及びこのかじりにより生じる割れ不良に対して、上記の実施例に係る発明を適用した。
金型及び冷却剤の条件は、図９に示されている。分岐パイプの条件は、図１０に示されている。
変形例も比較例も同じ鋳造条件で鋳造し、約１００ショット後の金型の焼付きの状況と鋳物製品の鋳抜き穴の状況を比較した。
この結果、この変形例に係る発明を適用していない場合に、図１２に示すように、金型の焼付きによるかじり（製品欠陥）や、離型時の抵抗による亀裂が生じていたが、この変形例に係る発明を適用した場合には、図１１に示すように、金型の焼付き、この焼付き起因の製品のかじり、及び亀裂が改善されていることが明白である。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
この発明に係る金型冷却装置を、各種鋳造法に適用可能である。
【符号の説明】
【００２０】
１  金属溶湯
２  金型冷却装置
３  主金型（製品金型）
５  金型冷却装置の金型（鋳抜きピンなどの金型）
５Ａ  金型の開端（一端部）
５Ｂ  金型の閉端（他端部）
６  冷却剤供給パイプ
７  冷却剤排出パイプ
８  排出通路
１０  共通パイプ
１１Ａ〜１１Ｃ  第１〜第３分岐パイプ
１２  共通通路
１４  マニホールド
１６Ａ〜１６Ｃ  第１〜第３吐出口
【図１】
2015208776.tif 000003
【図２】
2015208776.tif 000004
【図３】
2015208776.tif 000005
【図４】
2015208776.tif 000006
【図５】
2015208776.tif 000007
【図６】
2015208776.tif 000008
【図７】
2015208776.tif 000009
【図８】
2015208776.tif 000010
【図９】
2015208776.tif 000011
【図１０】
2015208776.tif 000012
【図１１】
2015208776.tif 000013
【図１２】
2015208776.tif 000014