(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下型、横型及び上型で構成されたキャビティを有し、前記下型の中央部付近から溶湯を前記キャビティ内に充填する鋳造用金型において、
前記上型に設けられ、該上型に相対した前記キャビティの部分を冷却する環状の水冷プールと、
前記水冷プール内に配置され、かつ該水冷プールにおける前記キャビティ側の壁面に対して所定の隙間を有して配置された環状の浸漬部材と、
を有することを特徴とする鋳造用金型。
【請求項２】
前記浸漬部材として、これと前記水冷プールの壁面とで形成される隙間の大きさが異なるものを用意し、この異なる浸漬部材を交換することにより前記の隙間を変更できるようにした請求項１記載の鋳造用金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミ合金等の鋳造に用いる鋳造用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、鋳造により製造されるアルミ合金のディスクホイールは、図９に示すように、車両に取り付けられる厚肉のディスク部１ａ、厚肉と薄肉の混在したデザイン部１ｂ及びタイヤが取り付けられる薄肉のリム部１ｃから構成されている。
【０００３】
上記のディスクホイールを鋳造により製造する場合、金型で構成されるキャビティに対して、中央に位置するディスク部１ａから溶湯を注入し、デザイン部１ｂを経てリム部１ｃに溶湯を充填していく方法が一般に用いられている。
【０００４】
この場合、湯口の押し湯効果を利かせるため、リム部１ｃ、デザイン部１ｂ及びディスク部１ａの順に充填された溶湯を凝固させていく必要があるが、鋳造サイクルタイムの短縮を図る目的から、金型の冷却は一般に水冷が行われており、リム部１ｃの水冷としては、リム部１ｃに相当するキャビティ側に面した上型の部分に、水冷プールを設けて冷却を行うものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金型の水冷を行うものにおいては、金型の温度が全体的に低下してキャビティ内の溶湯温度が低下するので、溶湯充填時の湯流れが悪くなる。この場合、溶湯を注入する湯口から最も遠い位置にある薄肉のリム部を形成するキャビティの部分への湯流れが特に悪くなり、上記の部分は溶湯が十分に充填されない状態で溶湯が凝固するので、引け巣等の鋳造欠陥を生じる恐れがある。
【０００６】
上記の問題を解決するため、前述の水冷プールによってリム部を形成するキャビティの部分を冷却するものでは、水冷プール内の冷却水の流量を下げるか、又は冷却水の温度を上げることにより、上型の表面温度を上げることが考えられるが、上型に形成される水冷プールは製作上から容量が大きく、上記の方法では上型の表面温度を目標のレベルまで上げることは困難であった。
【０００７】
また、水冷プールの水冷面と上型表面までの距離を拡げることにより、上型の表面温度を上げることも考えられるが、その効果には限界があり、且つ部分的に表面温度を変えること及び冷却スピードを変えることは困難であった。
【０００８】
本発明の目的は、鋳造用金型において、簡易な構造で、キャビティを形成する部分の表面温度を部分的に変更することができるようにして、溶湯充填時の湯流れが良好にでき、かつ凝固時における冷却スピードを部分的に変えることができる鋳造用金型を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、次の手段を用いるものである。
【００１０】
請求項１記載の第１の発明は、下型、横型及び上型で構成されたキャビティを有し、前記下型の中央部付近から溶湯を前記キャビティ内に充填する鋳造用金型において、
前記上型に設けられ、該上型に相対した前記キャビティの部分を冷却する環状の水冷プールと、
前記水冷プール内に配置され、かつ該水冷プールにおける前記キャビティ側の壁面に対して所定の隙間を有して配置された環状の浸漬部材と、
を有することを特徴とするものである。
【００１５】
この第１の発明によれば、上型に相対したキャビティの部分を冷却する環状の水冷プールの壁面（水冷面）に対して、所定の隙間を有する環状の浸漬部材が挿入配置されているので、この隙間を循環する冷却水の流量は大幅に少なくなる。
【００１６】
そのため、水冷プールの水冷面の冷却能力が大幅に低く抑えられるので、上型の表面温度を目標温度レベルまで上げることが可能となり、上型に相対したキャビティの部分に対する溶湯充填時の湯流れ及び凝固時における冷却スピードが良好になる。
【００１７】
請求項２記載の第２の発明は、前記浸漬部材として、これと前記水冷プールの壁面とで形成される隙間の大きさが異なるものを用意し、この異なる浸漬部材を交換することにより前記の隙間を変更できるようにしたものである。
【００１８】
この第２の発明によれば、水冷プールの壁面（水冷面）と浸漬部材との隙間の大きさは、浸漬部材を交換することによって変えることができるので、水冷プールの水冷面の冷却能力を変えることが可能となり、上型の表面温度を湯流れ及び凝固時における冷却スピードが良好となる最適温度に設定することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図８に示す実施例に基づいて説明する。
図１乃至図５はアルミ合金製のディスクホイールを製造する鋳造用金型に本発明を適用した第１実施例を示す。
【００２４】
図１において、アルミ合金の溶湯が注入される湯口入子１１の上方外周部には下型１２が嵌合配置され、下型１２の上方外周部には横型１３が嵌合配置されており、横型１３の上部には上型１４が嵌合され且つ該上型１４の中央部下方は横型１３の内側に配置されている。これ等の下型１２、横型１３及び上型１４により、ディスクホイール部を形成するキャビティ１０が構成されている。なお、１０ａ，１０ｂ及び１０ｃは、図９に示すディスク部１ａ、デザイン部１ｂ及びリム部１ｃに相当するキャビティ１０の部分である。
【００２５】
ここで上記のリム部１０ｃを冷却するため、上型１４には環状の流通路である水冷プール１５が設けられており、この水冷プール１５内には、リム部１０ｃ側の壁面１５ａ（水冷面）に対して隙間ｔを有して鉄材等より成る環状（筒状）の温度変更部材である浸漬部材１６が挿入配置されている。なお、上型１４におけるリム部１０ｃ側の表面と水冷プール１５の水冷面１５ａとの間は所定厚の肉によって所定の距離Ｄだけ離されている。
【００２６】
水冷プール１５内には、冷却水を給水する給水管１７が挿入されて開口されている。また、水冷プール１５の設けられた上型１４の上面には、円板状の裏板１８が設置されていて、この裏板１８によって上型１４の上面における水冷プール１５の開口部は覆われている。また、この裏板１８には、前記給水管１７に連結された給水口１９と水冷プール１５内を循環した冷却水を排水する排水口２０が設けられている。
【００２７】
前述の浸漬部材１６は、図２に示すように、上型１４とは別体に形成され、かつ水冷プール１５内に嵌入する環状に形成され、上型１４に設けられた水冷プール１５内に対して交換が可能であり、前記隙間ｔの異なる別の浸漬部材を用意してこを簡単に取り替えることができるようになっている。即ち、図３に示すように水冷プール１５から取り出す場合は、裏板１８を上型１４より取り外してから浸漬部材１６を取り出し、水冷プール１５内に挿入配置する場合は、浸漬部材１６を水冷プール１５内に挿入してから裏板１８を上型１４の上面に取り付ける。
【００２８】
また、前記の浸漬部材１６には、その外周の一部、図の例では上部と下部に、部分的に突出する鍔部１６ａ，１６ｂが形成され、該浸漬部材１６を挿入配置した場合に、鍔部１６ａ，１６ｂが前記水冷面１５ａに接触して前記の隙間ｔを保持するようになっている。
【００２９】
前記浸漬部材１６の底部には鍔部１６ｂによって流入口１６ｃが形成され、上部には鍔部１６ａによって流出口１６ｄが形成されており、水冷プール１５内の冷却水が図２の矢印に示すように流通するようになっている。
【００３０】
次に、上記の構成より成る鋳造用金型について、その試験結果を説明する。
【００３１】
図４は、図１における浸漬部材１６の隙間ｔとリム部１０ｃに面した上型１４の表面Ａ部の温度との関係を示すもので、試験は下記の表１に示す条件で行った。
【００３２】
【表１】
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図４に示すように、隙間ｔを５ｍｍから２ｍｍに狭くすることにより、Ａ部の温度は２００℃から２７０℃に上昇しているが、リム部１０ｃの良好な湯流れ及び凝固時における冷却スピードを得るＡ部の温度（目標温度）は２５０℃であるので、十分に満足するレベルに達している。
【００３３】
因みに、浸漬部材１６を用いない場合は、表１の条件で試験を行った結果、Ａ部の温度は約１４０℃であり、目標温度に対し１００℃以上も低い温度であった。
【００３４】
上記の結果は、過大な冷却能力を有する水冷プール１５の水冷面１５ａに循環する冷却水の一部を浸漬部材１６の隙間ｔに循環させることにより、リム部１０ｃを冷却する水冷プール１５の水冷面１５ａの冷却能力が大幅に抑えられることを示している。これにより、上型１４の表面Ａ部の温度は目標温度２５０℃に大幅に上げられるので、上型１４に相対したリム部１０ｃへの溶湯充填時の湯流れ及び凝固時の冷却スピードが良好となる。
【００３５】
また、水冷プール１５の水冷面１５ａと浸漬部材１６との隙間ｔは、隙間ｔの異なる浸漬部材１６と交換することにより変えることができるので、図４より明らかなように、上型１４の表面Ａ部の温度は、同一寸法、形状のキャビティ１０に対して、コストと時間を掛けないで湯流れ及び凝固時における冷却スピードが良好となる最適温度に設定することが可能となる。
【００３６】
図５は、リム部１０ｃの各部位における溶湯充填後の凝固時間について、浸漬部材１６を用いた本実施例と浸漬部材１６を用いない従来例とを対比して示すもので、試験は前記の表１の条件で行った。
【００３７】
図５（ａ）は各測定部位を示し、（ｂ）は各測定部位と凝固時間の関係を示す図である。
【００３８】
図５（ｂ）より明らかなように、本実施例Ｂでは従来例Ｃに比べリム部１０ｃの先端側から付根側に向けて凝固時間が順次長くなっており、指向性凝固が促進されているため、従来の問題であったリム部１０ｃの引け巣等による鋳造欠陥の発生が抑えられる。
【００３９】
ここで、上記実施例ではアルミ合金のディスクホイールの場合について説明したが、ディスクホイールに限定するものではなく、上型に水冷プールの設けられた鋳造用金型ならば、全ての鋳造品に対して適用することができる。
【００４０】
図６乃至図８は参考例を示す。
図６において、２１は下型、２２は横型、２３は上型を示し、これらにより、所定形状のキャビティ２４が形成されている。前記下型２１の中央部には、前記キャビティ２４に連通する湯口２５が形成されている。更に、該下型２１内には図６及び図７に示すように、冷却水を流通させるための流通路２６が形成されている。該流通路２６は金型を冷却すべき所望の位置に形成されるもので、実施例においては、図６及び図７に示すように前記湯口２５の外周部を囲むように配置されている。更に、該流通路２６は、実施例では、図７に示すように直線状の複数の流通穴２６ａ〜２６ｆを連通して形成され、その各流通穴２６ａ〜２６ｆの外側端２７は閉塞手段２８で閉塞されている。そして、図７に示す流入口２９より冷却水を流入することにより、その冷却水が前記各流通穴２６ａ〜２６ｆを流通して流出口３０より流出するようになっている。
【００４１】
前記流通路２６部と前記閉塞手段２８について図８により詳述する。
前記流通路２６を形成する各流通穴２６ａ〜２６ｆ内には、温度変更部材である直線状のスリーブ３１が挿入配置されている。該スリーブ３１には、各流通穴２６ａ〜２６ｆに配置されたスリーブ３１と相互に連通するように連通口３２，３３が形成されている。更に、スリーブ３１の所定位置の外周面には凹部３４が全周にわたって形成され、該スリーブ３１と下型２１間に所定寸法の隙間ｔと所定寸法の幅Ｗなる部分通水部３５が形成されている。更に、スリーブ３１には、前記部分通水部３５における軸方向の両端部において、スリーブ３１内の通路３１ａと部分通水部３５内を連通する通水口３６，３７が形成されている。
【００４２】
前記スリーブ３１の外端側には鍔３８が一体形成されており、該鍔３８が下型２１に当接するまでスリーブ３１を各流通穴２６ａ〜２６ｆ内に挿入することにより、前記部分通水部３５を所定位置に設けることができるようになっている。前記鍔３８の表裏側にはシール部材３９，４０が設けられている。
【００４３】
前記閉塞手段２８は、前記挿入されたスリーブ３１の鍔３８の外側に押え板４１を配置し、その外側に押えねじ４２を螺合して構成されており、該押えねじ４２によって押え板４１及び鍔３８を押えて、流通路２６の外側端、すなわち、スリーブ３１内の通路３１ａにおける外端部を閉塞するようになっている。そして、前記押えねじ４２と押え板４１を外すことにより、スリーブ３１を各流通穴２６ａ〜２６ｆに挿入配置したり取り外すことができるようになっており、前記部分通水部３５の寸法が異なる別のスリーブ３１と交換可能になっている。
【００４４】
以上の構成において、図７に示すように鋳造時に冷却水を流入口２９より注入し、各流通穴２６ａ〜２６ｆ内を流通させて流出口３０より排出させ、これを循環させる。この冷却水が各流通穴２６ａ〜２６ｆ内を流通することにより、下型２１の冷却面（キャビティ側の型の表面）が冷却されるが、図８において下型２１における部分通水部３５が有しない部分の冷却面２１ａにおいては、スリーブ３１の厚みの分、冷却能力が抑制される。
【００４５】
また、前記のように各流通穴２６ａ〜２６ｆ内の上流側から流れて来た冷却水の一部は、通水口３６から部分通水部３５内に流出し、下型２１の冷却面２１ｂに接して流れ、通水口３７から各流通穴２６ａ〜２６ｆ内に流入して下流へ流れる。そのため、部分通水部３５における下型２１の冷却面２１ｂ（キャビティ側の型の表面）は、前記スリーブ３１が接する冷却面２１ａよりも冷却される。
【００４６】
したがって、下型２１の表面温度を、相対的に下げたい部分において前記の部分通水部３５を配置し、上げたい部分に前記部分通水部３５以外のスリーブ部分を配置することにより、下型２１の表面温度を部分的に目標温度にすることができる。
【００４７】
また、前記部分通水部３５の深さ、すなわち隙間ｔの寸法を変更することにより冷却面２１ｂの温度を変更でき、また、部分通水部３５の軸方向の幅Ｗの寸法を変更することにより冷却面２１ｂの面積、すなわち温度変更部分の面積を変更することができ、更に、部分通水部３５の形成位置を変更することにより、温度変更部の位置を変えることができる。
【００４８】
したがって、前記部分通水部３５の寸法が異なるスリーブ３１を用意し、これを交換することにより、下型の表面温度を部分的に所望に設定することができる。なお、前記図６乃至図８に示す参考例は、前記のスリーブ３１を備えた流通路２６を、下型２１に形成した例であるが、このスリーブ３１を備えた流通路２６を、横型２２や上型２３などに設けてもよく、また流通路２６の配置は上記実施例に限るものではない。
【００４９】
更に、図６においては、キャビティ２４及びこれにより形成される製品５０を簡略化して示したが、このキャビティ２４は前記第１実施例のようなディスクホイールを形成するキャビティであってもよく、またその他の製品を形成するキャビティであってもよい。すなわち、冷却水を流通する流通路を有する鋳造用金型ならば、全ての鋳造品に対して適用することができる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の鋳造用金型は、以上述べたように構成されているので、次の効果を奏する。
【００５１】
型のキャビティ側の表面温度を、所望の部分において所望の温度に設定することができるので、型に相対したキャビティの部分に対する溶湯充填時の湯流れ及び凝固時における冷却スピードが良好になり、溶湯充填不足によって生じる引け巣等の鋳造欠陥の発生が防止される。
【００５２】
また、温度変更部材を交換する構造にすることにより、型の表面温度を容易に変えることができるので、コストと時間を掛けないで湯流れ及び凝固時における冷却スピードの良好な最適温度に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の鋳造用金型の第１実施例を示す縦断面図。
【図２】  図１の要部を示す拡大縦断面図。
【図３】  図１の要部部品を分解して示す斜視図。
【図４】  図１に示す第１実施例における浸漬部材の隙間と上型の表面部温度の関係を示す図。
【図５】  （ａ）は各測定部位を示す図、（ｂ）は各測定部位と凝固時間の関係を示す図。
【図６】  本発明の鋳造用金型の参考を示す縦断面図。
【図７】  図６におけるＥ−Ｅ線断面図。
【図８】  図７における要部拡大断面図。
【図９】  ディスクホイールの縦断面図。
【符号の説明】
１０，２４  キャビティ
１２，２１  下型
１３，２２  横型
１４，２３  上型
１５  流通路である水冷プール
１５ａ  壁面（水冷面）
１６  温度変更部材である浸漬部材
ｔ  隙間
２６  流通路
３１  温度変更部材であるスリーブ
【図１】
0004633945.tif 000003
【図２】
0004633945.tif 000004
【図３】
0004633945.tif 000005
【図４】
0004633945.tif 000006
【図５】
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【図６】
0004633945.tif 000008
【図７】
0004633945.tif 000009
【図８】
0004633945.tif 000010
【図９】
0004633945.tif 000011