(57)【要約】【課題】過冷却を抑制することができる金型を提供する。【解決手段】本発明の一態様に係る金型１は、キャビティ面２に凹部５が形成されており、内部に冷却路６を有する金型であって、キャビティ面２における凹部５の底面５ａと冷却路６との間に断熱層７を備える。断熱層７は、キャビティ面２における凹部５の底面５ａと冷却路６との間に形成された空間７ａを有し、空間７ａ内が金型１における他の部分に比べて熱伝導率が低い媒体（例えば、空気７ｂ）で満たされている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティ面に凹部が形成されており、内部に冷却路を有する金型であって、
前記キャビティ面の凹部底面と前記冷却路との間に断熱層を備え、
前記断熱層は、前記キャビティ面の凹部底面と前記冷却路との間に形成された空間を有し、前記空間内が前記金型における他の部分に比べて熱伝導率が低い媒体で満たされている金型。
【請求項２】
前記金型は、積層造形法により造形される請求項１に記載の金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型に関し、例えば、キャビティ面に凹部が形成されており、内部に冷却路を有する金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂成型や鋳造成型では、対向する金型の間のキャビティ部に充填される材料の熱を奪って当該材料を冷却固化しており、このような樹脂成型や鋳造成型で用いられる金型は冷却機能を備えているのが一般的である。
【０００３】
例えば、特許文献１の金型は、内部に冷却路が形成されており、冷却路に冷却水を供給することで冷却される構成とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１９９０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
金型の製造コストを抑制するためには、金型の容積（型容積）を小さくする必要があるが、限られた型容積で内部に冷却路を形成すると、キャビティ面の近傍に冷却路が配置されることになる。特に、キャビティ面が凸凹形状である場合、キャビティ面の凹部底面と冷却路との間隔が狭くなり、当該凹部底面の近傍が過冷却となることがある。
【０００６】
本発明は、上記を鑑みなされたものであって、過冷却を抑制することができる金型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】
本発明の一態様に係る金型は、キャビティ面に凹部が形成されており、内部に冷却路を有する金型であって、
前記キャビティ面の凹部底面と前記冷却路との間に断熱層を備え、
前記断熱層は、前記キャビティ面の凹部底面と前記冷却路との間に形成された空間を有し、前記空間内が前記金型における他の部分に比べて熱伝導率が低い媒体で満たされている。
これにより、キャビティ面の凹部底面の近傍の過冷却を抑制することができる。
【０００８】
ここで、前記金型は、積層造形法により造形されることが好ましい。
これにより、キャビティ面に倣うように冷却路を形成したり、断熱層を形成したり、することが容易である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、過冷却を抑制することができる金型を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態の金型を模式的に示す断面図である。
【図２】キャビティ面の凹部底面から離れた位置に冷却路を配置した金型を模式的に示す断面図である。
【図３】実施の形態の金型の過冷却抑制効果を示すグラフである。
【図４】実施の形態の金型の設計フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１２】
先ず、本実施の形態の金型の構成を説明する。図１は、本実施の形態の金型を模式的に示す断面図である。図２は、キャビティ面の凹部底面から離れた位置に冷却路を配置した金型を模式的に示す断面図である。
【００１３】
本実施の形態の金型１は、樹脂成型や鋳造成型で用いられる金型であって、図１に示すように、成型時に対向する金型（図示を省略）と向かい合う面がキャビティ面２とされている。そして、金型１は、基部３から複数の凸部４が突出している。
【００１４】
そのため、キャビティ面２は、凸凹形状とされており、基部３における成型時に他の金型と対向する側の表面３ａと凸部４の表面４ａとを備えている。つまり、凸部４の頂面４ａ１を基準としたとき、基部３の表面３ａは凹部５の底面５ａとなる。ここで、凹部５の底面５ａとは、凸部４の頂面４ａ１より低い領域の底面のことである。
【００１５】
このような金型１には、型容積を小さくすると共に、冷却効率を向上させるために、キャビティ面２の近傍に冷却路６が配置されており、冷却路６内に冷却水などの冷却媒体が供給される。これにより、型容積を小さくしつつ、成型時に材料の熱を効率的に奪って当該材料を冷却固化することができる。ちなみに、本実施の形態の冷却路６は、キャビティ面２と略等しい間隔を維持しながら当該キャビティ面２に倣うように冷却路６が配置されている。但し、キャビティ面２と冷却路６との間隔は、適宜、変更することができ、当該間隔が変化する箇所が存在してもよい。
【００１６】
しかし、上述のようにキャビティ面２の近傍に冷却路６が配置されると、冷却したい部分に対して冷却したくない部分まで同様に冷却されてしまい、過冷却部分が発生する。特に、成型時に凸部４の麓近傍に材料を行き渡らせたり、凹部５の底部に溜まった離型剤を蒸発させたりするために、基部３の表面３ａ近傍は過度に冷やしたくない部分である。
【００１７】
そこで、本実施の形態の金型１は、基部３の表面３ａと冷却路６との間（即ち、キャビティ面２における凹部５の底面５ａと冷却路６との間）に、冷却路６からの冷熱が凹部５の底面５ａに伝搬されることを抑制するための断熱層７を備えている。
【００１８】
断熱層７は、キャビティ面２における凹部５の底面５ａと冷却路６との間に形成された空間７ａを有し、当該空間７ａ内は金型１における他の部分（即ち、金型１を成すために溶融後に固化した金属部分）に対して熱伝導率が低い空気７ｂで満たされている。但し、本実施の形態では、空間７ａ内を空気７ｂで満たしているが、空間７ａ内は金型１における他の部分に対して熱伝導率が低い媒体で満たされればよい。要するに、断熱層７の熱伝導率が金型１における当該断熱層７を除く他の部分の熱伝導率に比べて低くなるように、断熱層７が構成されればよい。
【００１９】
このように本実施の形態の金型１は、キャビティ面２における凹部５の底面５ａと冷却路６との間に断熱層７を備えているので、凹部５の底面５ａ近傍の過冷却を抑制することができる。そのため、成型時に凹部５の底部に材料を良好に行き渡らせることができ、しかも凹部５の底部に溜まった離型剤を良好に蒸発させることができる。
【００２０】
しかも、凹部５の底面５ａ近傍の過冷却を抑制するために、図２に示すように、冷却路６を凹部５の底面５ａから離れた位置に配置する場合に比べて、金型１を小型化することができると共に、冷却路６の経路を簡略化することができる。そのため、金型１の製造コストを抑制することができる。
【００２１】
ここで、金型１は、積層造形法によって造形されることが好ましい。例えば、基部３の一部を構成する土台部３ｂ上に、例えば金属粉末層を形成し、レーザ光を照射して所望の位置の金属粉末を溶融させて固化させる。そして、所望の位置を固化させた部分と固化させていない部分とを有する金属層上に新たな金属粉末層を形成し、レーザ光を照射して所望の位置の金属粉末を溶融させて固化させる工程を繰り返すことで、土台部３ｂ上に基部３の残りの部分３ｃ及び凸部４を造形し、上述の構成の金型１を得る。
【００２２】
これにより、キャビティ面２に倣うように冷却路６を形成したり、断熱層７を形成したり、することが容易である。しかも、積層造形法は、例えば削り出して金型を形成する場合に比べて、型容積の増大に伴うコストの上昇及び形成時間の長期化が顕著であるため、上述のように金型１の型容積を小型化できることによる恩恵が大きい。
【００２３】
また、図２に示すように、凹部５の底面５ａから離れた位置に冷却路６を配置する場合、積層部分の高さが嵩むので積層部分の型容積が大きくなり、金属粉末の使用量が多くなるが、本実施の形態では、上述のように金型１の型容積を小型化することができるので、金属粉末の使用量を抑制することができ、金型１の製造コストを抑制することができる。
【００２４】
ちなみに、金型１を積層造形した際の空間７ａ内の金属粉末は、当該空間７ａに連通する孔（図示を省略）を形成して除去することが好ましいが、残存させても断熱層７としての熱伝導率は、溶融後に固化した金属で当該空間７ａ内が満たされている状態に比べて低いので、残存させてもよい。
【００２５】
次に、本実施の形態の金型の過冷却抑制効果について説明する。図３は、本実施の形態の金型の過冷却抑制効果を示すグラフである。比較対象として、キャビティ面の近傍に冷却路を配置した金型（図３ではＡ）と、キャビティ面の凹部底面から離れた位置（１０ｍｍ）に冷却路を配置した金型（図３ではＢ）と、本実施の形態の金型１（図３ではＣ）と、を用意し、各々の金型におけるキャビティ面の凹部の底面温度を測定した。
【００２６】
本実施の形態の金型１は、図３に示すように、キャビティ面の凹部底面から離れた位置（１０ｍｍ）に冷却路を配置した金型と略等しい過冷却抑制効果を得ることができる。
【００２７】
次に、本実施の形態の金型の設計方法を説明する。図４は、本実施の形態の金型の設計フロー図である。以下の金型の設計方法は、例えばコンピュータがプログラムを実行することで実現することができる。先ず、金型の形状及び成型する材料などの情報に基づいて、コンピュータが金型の冷やしたい部分を特定する（Ｓ１）。
【００２８】
次に、コンピュータは、特定した冷やしたい部分の情報に基づいて、金型内の冷却路の経路及び断熱層の配置を導き出す（Ｓ２）。そして、コンピュータは、導き出した冷却路の経路及び断熱層の配置を採用した金型を用いて材料の成型を行った際の、当該材料が凝固する様子、即ち材料の熱伝導を解析すると共に、金型に生じる熱応力を解析する（Ｓ３）。
【００２９】
次に、コンピュータは、材料の熱伝導が適切か否か、及び金型に生じる熱応力が適切か否かを判定し、適切でない場合（Ｓ４のＮＯ）、再度、Ｓ２の工程に戻り、冷却路の経路及び断熱層の配置を導き出す。
【００３０】
一方、コンピュータは、材料の熱伝導及び金型に生じる熱応力が適切な場合（Ｓ４のＹＥＳ）、詳細設計（例えば、他の金型との関係に伴う設計など）を行い、詳細設計した座標データに基づいて例えば積層造形装置を制御して、金型を造形する（Ｓ５）。
【００３１】
本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１  金型
２  キャビティ面
３  基部、３ａ  表面、３ｂ  土台部、３ｃ  部分
４  凸部、４ａ  表面、４ａ１  頂面
５  凹部、５ａ  底面
６  冷却路
７  断熱層、７ａ  空間、７ｂ  空気
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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