(57)【要約】【課題】中空部材を鋳ぐるんで中空体を製造するに際し、製造工程を複雑にすることなく、中空部材及び鋳込金属に用いる材料を制限せず、中空部材の変形の防止と中空部材と鋳込金属との良好な密着性の確保とを両立させ、中空部材と鋳込金属からなる中空体本体と界面剥離を防止可能な、鋳ぐるみ方法を提供すること。【解決手段】非圧縮性流体が内部に封入された中空部材を金型内に配置した後、又は、金型内に配置された中空部材の内部に非圧縮性流体を封入した後、その金型内へ溶融又は半溶融状態の鋳込金属を充填する過程を有することを特徴とする中空部材の鋳ぐるみ方法の提供による。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
非圧縮性流体が内部に封入された中空部材を金型内に配置した後、又は、金型内に配置された中空部材の内部に非圧縮性流体を封入した後、前記金型内に溶融又は半溶融状態の鋳込金属を充填する過程を有することを特徴とする中空部材の鋳ぐるみ方法。
【請求項２】
前記鋳込金属が２０〜１００ＭＰａの圧力で金型内に充填される請求項１に記載の中空部材の鋳ぐるみ方法。
【請求項３】
前記鋳込金属が４０〜８０ＭＰａの圧力で金型内に充填される請求項１に記載の中空部材の鋳ぐるみ方法。
【請求項４】
前記非圧縮性流体が油圧油である請求項１〜３の何れか一項に記載の中空部材の鋳ぐるみ方法。
【請求項５】
前記中空部材が、その両端に結合部が形成されている請求項１〜４の何れか一項に記載の中空部材の鋳ぐるみ方法。
【請求項６】
中空部材としてパイプを用い、請求項１〜５の何れか一項に記載の中空部材の鋳ぐるみ方法により、前記パイプを鋳込金属に鋳ぐるむ工程を有する熱交換器の製造方法。
【請求項７】
前記パイプが銅又は銅合金を主材料としてなり、前記鋳込金属が主にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる請求項６に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８】
中空部材が鋳ぐるまれた中空体を製造する方法であって、溶融又は半溶融状態の鋳込金属を用意する工程Ａと、中空部材の内部に非圧縮性流体を封入する工程Ｂと、射出成形機の金型内に中空部材を配置する工程Ｃと、射出成形機の金型内に前記鋳込金属を充填する工程Ｄと、を有することを特徴とする中空体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば熱交換器の如く内部に中空部を有する中空体の作製手段として利用出来る、中空部材の鋳ぐるみ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】内部に空間を有する成形体（中空体）は、分割可能な金型とその内部空間たる中空部を形成するための砂製の中子とからなる鋳型を用いて簡便な鋳造法により作製することが出来る。ところが、例えば中空体の中空部形状が複雑乃至細い場合には、中子の作製及び除去にかかる手間が多く且つコストが高くなる。
【０００３】そこで、得ようとする中空体によっては中空部材を鋳ぐるんで作製する鋳造法が採用されている。これは、鋳込金属と同質又は異質の材料からなる中空部材を予め金型内に配置し、溶融させた鋳込金属を充填し中空部材とともに一体成形する方法であり、中空部材と鋳込金属との良好な密着性の確保が、中空部材と鋳込金属からなる中空体本体との界面剥離を防止する上で重要な課題となる。
【０００４】又、特許文献１には、鋳包み（鋳ぐるみ）鋳造法が開示されている。その開示された情報によれば、例えば熱交換器の製造に際し、ダイカストマシン等の射出成形機を用いて、金型内に予め中空部材を配置しておき溶融した鋳込金属を充填して中空部材を鋳包む場合に、高い鋳造圧力を加えると、中空部材が潰れる等の変形をおこし、中空部材としての機能が損なわれ、他方、中空部材の変形防止のために鋳造圧力を下げれば、中空部材と鋳込金属との密着性が低下し、熱伝達の障害となり熱交換性能を低下させる、という問題が提起されている。
【０００５】そして、ダイカスト法により中空部材を鋳包む場合に、中空部材の表面に金属を被覆し（より詳細には鋳包み時に容易に溶融して鋳込金属と合金組成を作ることのできる金属を被覆即ちメッキしておき）、鋳込金属と被覆した金属の層との合金形成を利用して密着性の向上を図る鋳造法により、中空部材の変形を抑制し得る比較的低い鋳造圧力によっても中空部材と鋳込金属との完全な接合を得られるとしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５５−５１０１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特許文献１に記された中空部材の表面に金属を被覆し低い鋳造圧力で鋳包む鋳造法は、中空部材の表面に金属を被覆する必要があることから、熱交換器等の中空体の製造工程が複雑になるという問題があった。又、鋳包み時に容易に溶融して鋳込金属と合金組成を作ることのできる金属を中空部材の表面に被覆するため、中空部材及び鋳込金属に用いる材料が限定されるという問題があった。更には、低い鋳造圧力であるが故に中空部材と鋳込金属との密着性は十分に確保されないことがわかってきた。そして、中空部材と鋳込金属との密着性を十分に確保するには、やはり鋳造圧力を高圧に上げる必要であり、その場合には、中空部材の変形は避けられず中空部材としての機能が損なわれてしまう。
【０００８】本発明は、上記従来の問題を解決することを課題としている。そして、より具体的に本発明の目的とするところは、中空部材を鋳ぐるんで中空体を製造するに際し、製造工程を複雑にすることなく、中空部材及び鋳込金属に用いる材料を制限せず、中空部材の変形の防止と中空部材と鋳込金属との良好な密着性の確保とを両立させ、中空部材と鋳込金属からなる中空体本体と界面剥離を防止可能な、鋳ぐるみ方法を提供することにある。
【０００９】従来技術の問題は鋳造圧力を低下させたところにあるとの認識の下、鋳ぐるみ方法について検討がなされ、高い鋳造圧力を用いても中空部材が変形し難い方法について研究が重ねられた結果、以下に示す手段により、上記目的が達成されることが見出された。
【００１０】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明によれば、非圧縮性流体が内部に封入された中空部材を金型内に配置した後、又は、金型内に配置された中空部材の内部に非圧縮性流体を封入した後、その金型内に溶融又は半溶融状態の鋳込金属を充填する過程を有することを特徴とする中空部材の鋳ぐるみ方法が提供される。
【００１１】本発明に係る中空部材の鋳ぐるみ方法は、鋳込金属が２０〜１００ＭＰａの圧力で金型内に充填される場合に好適に用いられる。更に、鋳込金属が４０〜８０ＭＰａの圧力で金型内に充填される場合に好適である。
【００１２】本発明に係る中空部材の鋳ぐるみ方法においては、非圧縮性流体は油圧油であることが好ましい。又、中空部材が、その両端に結合部が形成されていることが好ましい。
【００１３】又、本発明によれば、中空部材としてパイプを用い、上記中空部材の鋳ぐるみ方法により、そのパイプを鋳込金属に鋳ぐるむ工程を有する熱交換器の製造方法が提供される。本発明に係る熱交換器の製造方法においては、パイプが銅又は銅合金を主材料としてなり、鋳込金属が主にアルミニウム又はアルミニウム合金からなることが好ましい。
【００１４】更に、本発明によれば、中空部材が鋳ぐるまれた中空体を製造する方法であって、溶融又は半溶融状態の鋳込金属を用意する工程Ａと、中空部材の内部に非圧縮性流体を封入する工程Ｂと、射出成形機の金型内に中空部材を配置する工程Ｃと、射出成形機の金型内に上記鋳込金属を充填する工程Ｄと、を有することを特徴とする中空体の製造方法が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１６】本発明は、内部に中空部を有する中空体を作製する工程中の一手段として有用な中空部材の鋳ぐるみ方法である。鋳ぐるみとは、鋳包みと同義であり、鋳込金属と同質又は異質の材料からなる別部材を鋳型の中に配置しておき、溶融又は半溶融状態の鋳込金属を鋳型に充填し、別部材とともに一体化させることをいう。
【００１７】本発明の中空部材の鋳ぐるみ方法は、非圧縮性流体が内部に封入された中空部材を金型内に配置した後、又は、金型内に配置された中空部材の内部に非圧縮性流体を封入した後、溶融又は半溶融状態の鋳込金属を充填する過程を有することを特徴としている。中空部材との密着性を良好にするべく鋳込金属を高圧で充填しても、中空部材内部に非圧縮性流体が封入されているので、中空部材の変形を招来することがない。
【００１８】金型内に中空部材を配置するとは、金型のキャビティ内に中空部材を配置することをいい、中空部材（内部を含む）を除いたキャビティ部分に充填された鋳込金属が中空体本体として成形される。中空部材の内部への非圧縮性流体の封入は、中空部材を金型内に配置する前に行っても後に行ってもよい。尚、本明細書において、成形とは溶融又は半溶融状態の鋳込金属を金型に入れて凝固させ所定の形状の成形体（中空体を含む）を得ることをいい、鋳造を含む概念である。
【００１９】本発明は、成形圧力を限定するものではなく、用いられる非圧縮性流体が成形時の圧力及び温度において非圧縮性を維持し得る流体である限り、何れの圧力においても中空部材の変形を防止する効果を発現する。又、中空部材の仕様、例えば使用材料自体の機械的性質や厚さあるいは形状によらず、変形は防止される。従来法では極薄い中空部材を用いると低圧でも変形し得たが、本発明ではそのようなことはない。従って、作製しようとする中空体の設計にかかる事情を優先させて中空部材の仕様を決定することが出来、如何なる中空体を作製する場合にも適用し易い。
【００２０】既に述べたように、中空部材を鋳ぐるんで中空体を作製する場合には、中空部材と鋳込金属との良好な密着性の確保が要請されることから、好ましい成形圧力は、一般にダイカスト法で用いられる２０〜１００ＭＰａであり、より好ましくは４０〜８０ＭＰａである。このような高い圧力で鋳込金属を充填すれば、中空部材と鋳込金属とは良好に密着し、得られた中空体において中空部材と中空体本体との間に界面剥離を生じることがない。
【００２１】非圧縮性流体とは、縮まない流体を意味し、圧力による各部分の密度変化を無視することが出来る流体をいう。又、流体であるから、一定の形を有さず容易に変形し中空部材内部に均一に存在し得る。非圧縮性流体は、非圧縮性を有するが故に、成形圧力が例え中空部材の一部分に偏ってかかるような場合でも、その圧力は中空部材内部に均等な力として作用し、中空部材に部分的な変形を与えることがない。
【００２２】一般には殆どの液体が、一定温度においては非圧縮性流体に相当するが、中空部材に接する溶融又は半溶融状態の鋳込金属は数百〜千℃オーダーの高温であることから、中空部材内部に封入する非圧縮性流体の温度が上昇することをふまえ、本発明においては、非圧縮性流体として油圧油を採用することが好ましい。中空部材内部に封入・排出する際に適度の粘性を有し、連続使用に対して化学的、物理的性質の変化が少なく、中空部材内部への封入・排出が出来る汎用装置が存在して利用し易いからである。
【００２３】特に非圧縮性流体として油圧油を採用する場合には、中空部材の両端に結合部を形成することが好ましい。結合部と汎用の封入・排出装置を接続して油圧油を短時間で容易に封入し排出出来るからである。結合部とは例えば雄ねじ又は雌ねじである。更に、結合部が雄ねじ又は雌ねじである場合には、結合部にワンタッチ式の耐圧用管継手を接続することも好ましい。油圧油を供給する汎用の封入・排出装置とワンタッチ式の耐圧用管継手をホース等で接続することによって、更に容易に中間部材内部に油圧油を封入出来る。
【００２４】本発明においては、中空部材を構成する材料及び鋳込金属としての金属材料は限定されるものではない。例えば、中空部材は、銅合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、鉄合金等を主材料として用いることが出来る。又、鋳込金属の材料としては、銅合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、亜鉛合金等が例示出来る。
【００２５】中空部材と鋳込金属とは、同材料でも異材料の組み合わせでもよい。同じ材料の場合は、機械加工等で形成し難い中空部形状を有する中空体を成形することが可能である。即ち、鋳込金属を充填して成形した後では機械加工等によって形成し難い中空部形状を予め形成した中空部材に、同じ材料からなる鋳込金属を充填して成形すれば、中空部材と鋳込金属とが溶着し完全に一体化した中空体を得ることが出来る。
【００２６】以下に、本発明の中空部材の鋳ぐるみ方法を一工程に含み、中空部材を鋳ぐるむことにより内部に中空部が形成される中空体を製造する方法の実施形態について、図面を参酌しながら説明する。図１（ａ）はダイカストマシンの一例を示す側面図であり、可動型を開いた状態を表している。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すダイカストマシンに保持された可動型と固定型からなる金型部分を拡大した断面図であり、可動型を固定型に合わせて締めることによりキャビティを閉じた状態を表している（押出機構は省略し描かれていない）。このようなダイカストマシン１によって、中空部材が鋳ぐるまれてなる中空体を作製することが可能である。
【００２７】先ず、中空体の設計に基づき、鋳ぐるむ中空部材６を、例えば銅合金を用いて別途作製する。そして、中空部材６の内部一杯に例えば油圧油を封入する。又、後に中空体本体を構成することになる鋳込金属を、別途溶解炉等によって例えばアルミニウム合金を溶解して用意する。中空体に要求される特性に応じて、鋳込金属は溶融又は半溶融状態とする。
【００２８】次に、ダイカストマシン１の可動型３を固定型２から離し開いた状態で、可動型３及び固定型２に離型剤を塗布し、固定型２又は可動型３の所定の位置に、油圧油が封入された中空部材６を配置する。そして、固定盤１２、可動盤１３、及び型開閉機５を有する型締め機構によって、可動型３を固定型２に合わせて閉じ、中空部材６を含んだキャビティ７を形成する。次いで、給湯口８から射出スリーブ１０内に、先に用意した鋳込金属を注湯する。
【００２９】そして、射出機構４によってプランジャーロッド９の先端を固定型２側へ射出して鋳込金属をキャビティ７へ充填し、例えば６０ＭＰａの成形圧力でキャビティ７内の鋳込金属を加圧する。この加圧によって鋳込金属は中空部材と完全に密着する。鋳込金属が凝固した後に、可動型３を固定型２から離して型開きすれば、中空部材が中空体本体に鋳ぐるまれてなる中空体（成形体）を得ることが出来る。
【００３０】
【実施例】続いて以下に、図面を参照して、より具体的な実施例を挙げて説明する。図２（ａ）、図２（ｂ）は、中空部材を鋳ぐるんだ中空体の一例である熱交換器を示す図である。図２（ａ）は熱交換器の上面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＰＰ断面を示す図である。図示される熱交換器２１は、中空部材である銅パイプ２２が、アルミニウム合金からなる熱交換器本体２３に鋳ぐるまれてなる中空体である。
【００３１】銅パイプ２２は外径φ９．５ｍｍ、肉厚１．５ｍｍのＷ字形状のパイプである。鋳込金属としてアルミニウム合金（ＡＤＣ１２）を用い、銅パイプ２２をダイカスト法によって鋳ぐるみ、図示される熱交換器２１を製造した。
中空部材の主材料として銅又は銅合金を用い、鋳込金属の材料としてアルミニウム又はアルミニウム合金を用いた場合、熱伝導性及び耐食性がよく、安価な熱交換器が製造出来る。
【００３２】先ず、銅パイプの両端にＭ８の雌ねじを切り、銅パイプの両端を上向きにして、銅パイプ内に油圧油（新日本石油社製スーパーハイランド）を両端からあふれるくらいに満たし、銅パイプ内に空気が残らないように、シールテープを巻いたＭ８のボルトを銅パイプ両端の雌ねじに締め付け、銅パイプ内に油圧油を封入する。
【００３３】次いで、ダイカストマシンに配設された金型（固定型及び可動型）によって形成されるキャビティに、油圧油が封入された銅パイプを配置する。
そして、溶融状態の上記アルミニウム合金をキャビティに充填し、鋳造圧力を４０ＭＰａ（実施例１）として加圧した。
【００３４】次に、銅パイプが鋳ぐるまれた成形体（熱交換器）を金型から取り出し、冷却後に銅パイプ両端のボルトを取り外し、銅パイプ両端を下向きにして油圧油の荒取りを行い、更にエアーブローによって油圧油を取り除いた。その後、銅パイプ内を熱湯で洗浄し、油圧油を完全に除去した。
【００３５】得られた熱交換器を切断し、銅パイプの変形、及び、銅パイプとアルミニウム合金との密着性の調査を行った。結果は、銅パイプの変形が見られず、密着性も良好であった。尚、鋳造圧力を６０ＭＰａ（実施例２）、８０ＭＰａ（実施例３）として、同様に熱交換器を作製したところ、何れも銅パイプの変形が見られず、銅パイプとアルミニウム合金との密着性も良好であった。
【００３６】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれば、中空部材を鋳ぐるんで中空体を得るに際し、中空部材の表面に金属を被覆する必要がないので、製造にかかる工程がより簡素である。又、中空部材内部に非圧縮性の流体が封入されているため、高い成形圧力で成形しても、中空部材の変形を防止出来る。
【００３７】更に、高い成形圧力で成形することにより、中空部材と鋳込金属との密着性を十分に確保出来るため、中空部材及び鋳込金属に用いる材料が限定されず、自由に選択出来る。又、中空部材と鋳込金属からなる中空体本体とが長期にわたり界面剥離しない信頼性が高い中空体が得られる。中空部材を鋳ぐるんだ中空体として例えば熱交換器を作製した場合、中空部材たる例えば銅パイプと熱交換器本体とが密着していることから、伝熱性能に優れた熱交換能力の高いものとなり得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】ダイカストマシンの一例を示す図であり、図１（ａ）は全体の側面図であり、図１（ｂ）は金型部分を拡大した断面図である。
【図２】中空部材を鋳ぐるんだ中空体の一例を示す図であり、図２（ａ）は熱交換器の上面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＰＰ断面を示す図である。
【符号の説明】
１…ダイカストマシン、２…固定型、３…可動型、４…射出機構、５…型開閉機、６…中空部材、７…キャビティ、８…給湯口、９…プランジャーロッド、１０…射出スリーブ、１２…固定盤、１３…可動盤。
【図１】
2004306061.tif 000002
【図２】
2004306061.tif 000003