(57)【要約】【課題】処置を施した後に機械的性質が低下し難く、より簡便、迅速、低廉に行うことが可能な金型のヒートチェック補修方法を提供すること。【解決手段】キャビティに補修材を投入して金型を揺動させることを特徴とする金型のヒートチェック補修方法の提供による。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティに補修材を投入して金型を揺動させることを特徴とする金型のヒートチェック補修方法。
【請求項２】
金型のキャビティ形成面を一構成面として空間を設け、前記空間に補修材を投入して金型を揺動させることを特徴とする金型のヒートチェック補修方法。
【請求項３】
前記補修材が、金属球、金属多面体、セラミック球、セラミック多面体からなる補修材群から選ばれる何れか１乃至２以上の混合物である請求項１又は２に記載の金型のヒートチェック補修方法。
【請求項４】
前記補修材は、直径が略φ３〜４０ｍｍであり、同一の径の球又は多面体で構成されるか、又は、異なる径の球又は多面体が混在する請求項３に記載の金型のヒートチェック補修方法。
【請求項５】
前記補修材の投入量が、前記キャビティに対し、体積比で略５〜７０％である請求項１に記載の金型のヒートチェック補修方法。
【請求項６】
前記補修材の投入量が、前記空間に対し、体積比で略５〜７０％である請求項２に記載の金型のヒートチェック補修方法。
【請求項７】
前記揺動にかかる振動数が、略５〜２０Ｈｚである請求項１〜６の何れか一項に記載の金型のヒートチェック補修方法。
【請求項８】
前記揺動にかかる揺れ幅が、略３０〜２００ｍｍである請求項１〜７の何れか一項に記載の金型のヒートチェック補修方法。
【請求項９】
前記揺動の延べ揺動時間が、略３〜１２０分である請求項１〜８の何れか一項に記載の金型のヒートチェック補修方法。
【請求項１０】
前記金型が、ダイカスト金型である請求項１〜９の何れか一項に記載の金型のヒートチェック補修方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、キャビティを有する金型のヒートチェックを補修する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】金型は、プレス、鋳造、押出、打抜等、様々な成形手段に用いられ、平板や丸棒等の規格形状（中間製品形状）あるいは所望の製品形状（最終製品形状）をなす成形体を得るための工程で数多く用いられている。金型を用いる各種工程は量産工程の中に組み込まれることが多く、金型において特に成形体空間たるキャビティを形成する面に傷があると、そのまま成形体に転写等になって現れ、量産される成形体に瑕疵を生ずるので、金型の品質管理、特にキャビティ形成面の管理は重要である。
【０００３】一方、金型を用いる各種工程では、金属や樹脂等の被加工成形材料を加熱・冷却せずに加工・成形する場合もあるが、一般には被加工成形材料を溶融させた後に固化させる場合が多い。急激な温度上昇、温度下降を伴う処理が行われることもあり、例えば、鋳造法のうち量産に好適なダイカスト法では、通常、所望の製品形状のキャビティを有するダイカスト金型を型締機構により開閉し、高温の溶融材料をキャビティへ射出した後に冷却する処理が、短時間のうちに高速で繰り返される。従って、金型にかかる負担は大きく、ダイカスト金型の表面には、熱応力等により細かいクラックが生じ易い。又、ダイカスト法でなくても加熱・冷却を伴う処理における積年の使用によって、金型に熱疲労等による亀裂が生じ得ることは、よく知られていることである。
【０００４】このような加熱・冷却を繰り返すことにより生じたクラック、亀裂等の傷をヒートチェックというが、ヒートチェックは上記したように成形体に瑕疵を生ずるとともに、ヒートチェックに溶融材料が入り込んで固化し成形体の取り出しが困難になったり、大きな割れに発展したりして、生産性の低下、型の短命化を招来するので、従来、ヒートチェックが発見された場合には、溶接等により穴埋めしグラインダー研磨により平坦化を図る等の対策が施されていた。
【０００５】しかし、上記従来の対策では、工数が多く補修コストが高い上に、金型表面が平坦に戻され成形体への転写等の問題は解消されるものの、溶接等による穴埋め部分の機械的性質が低下してしまい、補修後にヒートチェックが再発するまでの期間は長くはなく、補修が繰り返される毎に補修頻度は徐々に短くなっていた。金型は一般に高価であることから、通常は予備を持たないので補修頻度の増加に伴い生産効率は低下する。他方、予備を持てば設備コストの増加により生産コストが増加してしまう。
【０００６】ところで、従来、ヒートチェックの補修にかかり新たな提案はなされていないようである。又、例えば特許文献１には、中空体の内面研磨方法が提案されており、その中に、中空体の内部空間にダイアモンド、炭化ケイ素等の研磨メディアを部分的に充填し、中空体を自転及び公転させることで金属表面のシワやクラック等が除去出来るという記載がみられるが、ヒートチェック補修への適用は明らかでない上に、中空部の内面のみを選択的に研磨する点で優位性を有する提案であり、ヒートチェック補修へ適用出来たとしても、その効果は従来の対策と同程度と考えられる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−７１１６４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上、ヒートチェック発生及びそれに対する従来の対策の問題を説明したが、本発明の目的は、上記事情に鑑み、処置を施した後に機械的性質が低下し難く、より簡便、迅速、低廉に行うことが可能な金型のヒートチェック補修方法を提供することにある。研究が重ねられた結果、以下に示す手段によって、上記目的が達成されることが見出された。
【０００９】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明によれば、キャビティに補修材を投入して金型を揺動させることを特徴とする第１の金型のヒートチェック補修方法が提供される。又、本発明によれば、金型のキャビティ形成面を一構成面として空間を設け、その空間に補修材を投入して金型を揺動させることを特徴とする第２の金型のヒートチェック補修方法が提供される。以下、単に本発明、又は、本発明の金型のヒートチェック補修方法、と記すときは、第１の金型のヒートチェック補修方法と第２の金型のヒートチェック補修方法の双方を指すものとする。
【００１０】本発明においては、補修材は、金属球、金属多面体、セラミック球、セラミック多面体からなる補修材群から選ばれる何れか１乃至２以上の混合物であることが好ましい。又、補修材は、直径が略φ３〜４０ｍｍであり、同一の径の球又は多面体で構成されるか、又は、異なる径の球又は多面体が混在することが好ましい。補修材の投入量は、第１の金型のヒートチェック補修方法では、キャビティに対し、体積比で概ね５〜７０％であることが好ましく、第２の金型のヒートチェック補修方法では、金型のキャビティ形成面を一構成面として設けた空間に対し、体積比で５〜７０％であることが好ましい。
【００１１】本発明においては、揺動にかかる振動数は概ね５〜２０Ｈｚであることが好ましく、揺動にかかる揺れ幅が概ね３０〜２００ｍｍであることが好ましく、揺動の延べ揺動時間が概ね３〜１２０分であることが好ましい。
【００１２】本発明の金型のヒートチェック補修方法は、金型がダイカスト金型である場合に好適である。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の金型のヒートチェック補修方法について、実施形態を詳細に説明するが、本発明は以下の記載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。
【００１４】本発明の金型のヒートチェック補修方法は、補修対象を、閉空間であるキャビティを有する金型内におけるキャビティ形成面に生じたヒートチェックとしており、その金型の成形体空間であるキャビティ又はキャビティ形成面を一構成面として設けた空間（キャビティ等という）に補修材を投入し、その金型を揺動させることにより、そのヒートチェックを補修するところに特徴を有する方法である。
【００１５】金型を開き、通常の加工・成形工程では高温の溶融材料が充填される閉空間であるキャビティ等に、金型を構成する材料に適した硬さを有する補修材を投入し、金型を閉じて、後述する好ましい揺れ幅、振動数、揺動時間で、金型を揺動させる。それによって、金型内のキャビティ形成面に対し補修材の衝突が繰り返され、キャビティ形成面が補修材により摺動研磨乃至衝突殴打され、僅かに押し潰されて新たな平坦面になり、キャビティ形成面に生じていたヒートチェックが補修される。
【００１６】本発明は、キャビティ等に補修材が投入された金型を揺動させるという簡便、迅速、低廉に実現可能な方法であり、又、金型内のキャビティ形成面は、補修材により衝突殴打され僅かに押し潰されて、溶接等の穴埋めを行うことなく、ヒートチェックのない新たな平坦面として再生されるので、補修後において、成形体への転写等の問題が解消され、且つ、キャビティ形成面に機械的性質の低下がみられない。従って、補修後にヒートチェックが再発するまでの期間は少なくとも最初にヒートチェックが発生するまでの期間と同等であり短くはなく、補修が繰り返されても補修頻度は不変乃至むしろ少なくなる。一回あたりの補修に要する時間は短縮されるので生産効率は向上し、又、金型の予備を持つ必要がないので設備コストの増加を招来することがない。
【００１７】尚、本明細書において、補修とは発生したヒートチェックを消滅させることをいう。又、揺動とは一定の揺れ動きを意味し直線軌道や回転軌道やその他一の軌道上の往復運動をいう。揺動は振動と重なる概念であり、限定されるものではないが、チッピングやハンマリング等と比較して振幅（本明細書において揺れ幅という）が大きく振動数が小さい周期運動を指す。又、振動数とは時間あたり繰り返される揺動の回数を指し、単位はヘルツ（Ｈｚ）である。更に、金型を揺動させる手段は限定されない。例えば車輪を取り付けた基板の上に金型を載せ、所定の動力源によりその基板を往復運動させる等を行えばよい。
【００１８】本発明の金型のヒートチェック補修方法においては、補修材として、金属球、金属多面体、セラミック球、セラミック多面体を含むことが好ましい。それぞれを単独で用いてもよく、２以上の混合物として用いてもよく、更には単独の補修材又は２以上の混合物に、金属粒、研削剤乃至研磨剤、乾燥砂等を混合して用いることも可能である。より好ましくは、少なくとも金属球を含む補修材である。
【００１９】補修材については、大きさの同じ球又は多面体を用いてもよく、大きさの異なる球又は多面体を用いることも出来る。大きさの異なる補修材を混在させることにより、それら補修材が、キャビティ等の中において偏ることない均一な移動を繰り返し、何れのキャビティ形成面も加圧するので、ヒートチェックが漏れなく補修され得る。
【００２０】補修材の大きさ（直径）及び構成材料は、金型を構成する材料、キャビティ等の体積、断面積等を考慮して決定すればよく、限定されるものではない。補修材の大きさとしては、上記したように一般的な体積、断面積を有するキャビティ等の中における移動性、及び、キャビティ形成面への加圧力を勘案し、直径φ３〜４０ｍｍのものを選定することが好ましい。尚、本明細書において、多面体の直径とは中心を通る外面間距離の平均をいう。
【００２１】又、補修材は、キャビティ等に対して、概ね５〜７０％の体積になるように投入することが好ましい。補修材がキャビティ等の中で自由に動き、補修材とキャビティ形成面との衝突回数が確保されることを担保するためである。５体積％未満では、補修材はキャビティ等の中で自由に動くものの、キャビティ形成面（表面）の面積に対し補修材が少なすぎる結果、補修材とキャビティ形成面との衝突回数及び加圧力が確保されずに、キャビティ形成面に生じたヒートチェックの補修が不十分になり易く、好ましくない。７０体積％より多いと、補修材がキャビティ等の中で自由に動く範囲が限定され、補修材とキャビティ形成面との衝突回数及び加圧力が確保されずに、同じくキャビティ形成面に生じたヒートチェックの補修が不十分になり易く、好ましくない。
【００２２】本発明の金型のヒートチェック補修方法は、金型がダイカスト金型である場合に好適である。
【００２３】次に、補修材とキャビティ形成面とを衝突させるための金型の揺動について記載する。本発明は揺動条件を限定するものではないが、より好ましい条件としては、以下の通りである。
【００２４】揺動にかかる振動数は、概ね５〜２０Ｈｚであることが好ましい。補修材とキャビティ形成面との単位時間あたりの衝突回数を確保するためである。振動数が５Ｈｚ未満では、補修材とキャビティ形成面との衝突回数が確保されず、補修材がキャビティ形成面に生じたヒートチェックを補修しきれずに、好ましくない。又、補修材（例えば金属球）の数にもよるが、振動数が概ね２０Ｈｚでヒートチェックの補修漏れは殆どなくなり、振動数を２０Ｈｚより多くしても、ヒートチェックの補修にかかる他の顕著な効果は認められず、振動数を上げるために費やすエネルギー対効果は低下するため、好ましくない。
【００２５】又、揺動の揺れ幅は、概ね３０〜２００ｍｍであることが好ましい。キャビティ等の中での補修材の移動範囲を適切に設定することを通して、補修材とキャビティ形成面との単位時間あたりの衝突回数を確保するためである。揺れ幅が３０ｍｍ未満では、補修材とキャビティ形成面との衝突回数が確保されず、補修材がキャビティ形成面に生じたヒートチェックを補修しきれずに、好ましくない。又、揺れ幅が２００ｍｍより大きくても、補修材がキャビティ形成面に転動している時間が長くなるだけで、補修材とキャビティ形成面との衝突回数は増加せず、ヒートチェックの補修にかかる他の顕著な効果は認められない。
【００２６】更には、揺動の延べ揺動時間は、概ね３〜１２０分であることが好ましい。補修材とキャビティ形成面との延べ衝突回数を確保するためである。延べ揺動時間が３分未満では、補修材とキャビティ形成面との延べ衝突回数が確保されず、補修材がキャビティ形成面に生じた全ヒートチェックを補修しきれずに、好ましくない。又、延べ揺動時間が１２０分より多くても、ヒートチェックの補修にかかる効果が特段に向上するわけではなく、好ましくない。
【００２７】本発明の金型のヒートチェック補修方法においては、金型を揺動させる方向を、補修材とキャビティ形成面との衝突回数が確保されるように、選定することが好ましい。それは金型のキャビティの形状により異なり、後に例示して説明するが、共通していえることはキャビティの長手方向に揺動させることは好ましくない。移動距離が長くなる補修材の比率が増えて、揺動による補修材とキャビティ形成面との衝突回数が減じられるからある。
【００２８】本発明の金型のヒートチェック補修方法は、対象となる金型は内部に閉空間であるキャビティを有していればよく、キャビティの形状を限定するものではない。平板や丸棒等の規格形状の成形体（中間製品）を得るための金型、即ち、簡素な形状のキャビティを有する金型のみならず、所望の製品形状をなす成形体（最終製品）を得るための金型、即ち、より複雑な形状のキャビティを有する金型でもヒートチェックの補修が可能である。
【００２９】規格形状の成形体の一例を図２に示す。図２に斜視図として示される規格成形体２０は、中間製品たる鍛造用素材であり、直径が概ねφ６０ｍｍ、長さが概ね２００ｍｍの円柱を呈している。図１は、図２に示す規格成形体２０を成形する金型１０を示す断面図であり、上型２１と下型２２でキャビティ２４を形成している。
【００３０】又、所望の製品形状を呈する成形体の一例を図４に示す。図４に斜視図として示される最終製品たる１６インチの車両用ホイール４０は、図３に断面が示される金型３０により成形される。図３に示す金型３０は、上型１と横型２と下型３でキャビティ４を形成している。
【００３１】以下、本発明の金型のヒートチェック補修方法について、より簡素な形状のキャビティを有する金型の例として金型１０を掲げ、より複雑な形状のキャビティを有する金型の例として金型３０を掲げ、より具体的に説明を続ける。
【００３２】金型１０をヒートチェック補修対象とする場合では、その簡素なキャビティ形状から、補修材がキャビティ２４中において偏ることなく均一に移動し易く、何れのキャビティ形成面も補修材により加圧され易いので、補修材の選択の幅は大きく、例えば上記した好ましい条件の範囲内で決定すればよい。例示すればφ１０ｍｍの同一径の金属球で構成することが出来、金属球としてステンレス球を好適に用いることが出来る。
【００３３】金型１０では、補修材がキャビティ２４の中で自由に動き易いので、補修材の投入量は、キャビティ２４の体積に対して、選択の幅は大きい。球状体の体積はその球の直径を一辺とする立方体の体積の概ね半分であることを考慮し、例えばキャビティ２４の空間を概ね２０〜５０％を占める量とすれば、補修材とキャビティ形成面との衝突回数及び加圧力は確保され、キャビティ形成面に生じたヒートチェックは完全に補修され得る。
【００３４】金型１０をヒートチェック補修対象とする場合では、揺動条件も広い範囲で設定することが出来る。揺動にかかる振動数は、例えば概ね５〜２０Ｈｚであれば、補修材とキャビティ形成面との単位時間あたりの衝突回数を確保され、補修材によりキャビティ形成面に生じていたヒートチェックは完全に消滅し得る。
【００３５】又、揺動の揺れ幅は、キャビティ２４の大きさに基づいて、例えば概ね３０〜１００ｍｍであれば、キャビティ２４内での補修材の移動範囲が適切に設定され、補修材とキャビティ形成面との単位時間あたりの衝突回数が確保され、キャビティ形成面に生じていたヒートチェックは完全に補修出来る。
【００３６】揺動の延べ揺動時間は、概ね３〜１２０分であることが好ましいが、金型１０をヒートチェック補修対象とする場合では、補修材がキャビティ２４中において偏ることなく均一に移動し易いので、概ね５〜２０分で十分に補修材とキャビティ形成面との衝突回数が確保され、補修材がキャビティ形成面に生じていた全ヒートチェックを補修可能である。
【００３７】金型１０を揺動させる方向は、補修材とキャビティ形成面との衝突回数が確保されるように、キャビティ２４の長手方向でも短手方向でもない方向とすることが好ましい。例えば図１に示す矢印Ｓ１で示される方向に揺動させれば、キャビティ２４内での移動距離が長くなる補修材の比率が増えてしまい補修材とキャビティ形成面との衝突回数が減じられるといったことがない。尚、揺動中に方向を変えることも好ましい。
【００３８】次に、金型３０を補修対象とする場合では、図３に示されるように金型３０はキャビティ４の形状が変化に富み、厚い部分と薄い部分が存在するので、補修材をキャビティ４中に入れたのでは偏り易く、場所によってキャビティ形成面に補修材により加圧され易い部分と加圧され難い部分とが生じ易いので、ヒートチェックの補修漏れをなくすためには、補修材を、より移動し易くする必要がある。
【００３９】金型３０をヒートチェック補修対象とする場合では、成形体空間であるキャビティ４に補修材を入れるのではなく、補修のための空間を設けて、その空間に補修材を投入することが好ましい。例えば、金型３０の上型１を取り外し代わりに板状体を取り付けて、その板状体と横型２及び下型３とで補修材が移動し易い新たな空間をつくり補修材を投入し揺動させれば、横型２及び下型３のヒートチェックを補修することが出来る。又、例えば、上型１のキャビティ４形成面を上側に向けた後、その上型１のキャビティ４形成面を板状体で囲う等により新たな空間をつくり補修材を投入し揺動させれば、上型１のヒートチェックを補修することが出来る。
【００４０】金型３０をヒートチェック補修対象とする場合は、大きさの異なる補修材を用いることが、より好ましい。キャビティ４形成面の形状、起伏等を考慮して、補修材の大きさを決定する必要がある。例えば、１６インチ車両用ホイール４０用の金型３０では、例えば補修材をφ３ｍｍの金属球とφ１０ｍｍの金属球で構成することが出来る。
【００４１】金型３０をヒートチェック補修対象とする場合に、揺動条件のうち揺動にかかる振動数は、例えば概ね５〜２０Ｈｚであれば、補修材とキャビティ形成面との単位時間あたりの衝突回数を確保され、補修材によりキャビティ形成面に生じていたヒートチェックを完全に消滅させることが可能である。
【００４２】又、揺動の揺れ幅は、キャビティ４の形状及び長手方向の長さに基づいて、例えば概ね３０〜２００ｍｍ、より好ましくは５０〜８０ｍｍであれば、キャビティ４内での補修材の移動範囲が適切に設定され、補修材とキャビティ形成面との単位時間あたりの衝突回数が確保され、キャビティ形成面に生じていたヒートチェックを完全に補修出来る。
【００４３】金型３０をヒートチェック補修対象とする場合、補修材がキャビティ形成面に生じていた全ヒートチェックを補修可能とするためには、揺動の延べ揺動時間を、好ましくは概ね３〜１２０分、より好ましくは５〜４０分とする。
【００４４】金型３０を揺動させる方向は、補修材とキャビティ形成面との衝突回数が確保されるように、キャビティ４の長手方向でも短手方向でもない方向とすることが好ましい。例えば図３に示す矢印Ｓ２及び矢印Ｓ３で示される方向に揺動させれば、補修材とキャビティ形成面との衝突回数が減じられるといったことがない。尚、揺動の方向を矢印Ｓ２と矢印Ｓ３で示される方向に交互に変えることも好ましい。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、溶接等の穴埋めを行うことがないので後に機械的性質が低下し難く、より簡便、迅速、低廉に行うことが可能な金型のヒートチェック補修方法が提供される。従って、成形体が中間製品であるか最終製品であるかを問わず、金型を用いた生産工程において、長期間同一の金型を使用しても、生産効率は低下することなくむしろ向上する。又、金型の予備を持つ必要がないので設備コストを抑えることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】金型の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示される金型で成形される規格形状を呈する成形体を表す斜視図である。
【図３】金型の他例を示す断面図である。
【図４】図３に示される金型で成形される製品形状を呈する成形体を表す斜視図である。
【符号の説明】
１…上型、２…横型、３…下型、４…キャビティ、１０…金型、２０…規格成形体、２１…上型、２２…下型、２４…キャビティ、３０…金型、４０…車両用ホイール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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