(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形加工を行う金型に冷却媒体を冷却するための金型冷却機構であって、
前記金型に前記冷却媒体を供給するための冷却媒体供給部と、
前記冷却媒体供給部及び前記金型に接続されて前記冷却媒体が流通する冷却媒体流通往路と、
前記冷却媒体流通往路での前記冷却媒体の流通量を制御する冷却媒体流通量制御手段と、
前記金型を冷却して該金型から排出された前記冷却媒体が流通する冷却媒体流通復路と、
を備え、
前記冷却媒体流通往路中の前記冷却媒体流通量制御手段よりも下流に三方弁が介装され、且つ前記三方弁から前記冷却媒体流通復路に向かって前記冷却媒体を流通させるバイパス路が形成され、
前記三方弁が切り換えられることにより、前記冷却媒体流通往路を介して前記冷却媒体を前記金型に向かって流通させるか、又は、前記バイパス路に前記冷却媒体を流通させることで前記金型への前記冷却媒体の供給を停止させるかが選択されることを特徴とする金型冷却機構。
【請求項２】
請求項１記載の金型冷却機構において、前記金型が鋳造加工用金型であり、前記金型に溶湯が供給される際に前記冷却媒体が前記金型に向かって流通するように前記三方弁が切り換えられることを特徴とする金型冷却機構。
【請求項３】
請求項１又は２記載の金型冷却機構において、前記三方弁がエアで動作するエアオペレイト式弁であることを特徴とする金型冷却機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形加工を行う金型の所定部位に冷却媒体を冷却するための金型冷却機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶湯を金型に導入して冷却固化させる鋳造加工は、成形品を得る成形加工の１種であり、従来から広汎に実施されている。
【０００３】
鋳造加工の場合、溶湯が高温であるため、金型に溶湯を導入すると溶湯の熱が金型に伝達され、これに伴って金型の温度が急激に上昇する。このような急激な温度上昇は焼付きを招く原因となるので、成形品の歩留まりが低減してしまう。そこで、冷却水等の冷却媒体を金型の所定部位に供給することで金型を冷却することが一般的に行われている。
【０００４】
しかしながら、金型温度が過度に低くなると、焼付きは防止できるものの、いわゆる湯廻り性が良好でなくなり、このために成形品にクラックが発生することがある。従って、高品質の製品を歩留まりよく得るためには、金型温度を適切な範囲内に制御する必要がある。
【０００５】
このような観点から、特許文献１には、金型温度を早期に安定させることを目的とし、金型の温度が所定温度まで上昇したときに冷却水（冷却媒体）の供給を開始する一方、金型の温度が所定温度まで下降したときに供給を停止する温度制御方法が提案されている。なお、供給開始及び供給停止は、金型に冷却水を供給するための水路に配設された電磁弁と電動弁を開閉動作させることによって行われる。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３１４１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１記載の従来技術は、要するに、金型の温度に応じて冷却水の流通を開始又は停止するものである。しかしながら、この場合、例えば、金型に対して必要量を超える冷却水が供給されることがある。この理由は、電磁弁ないし電動弁が開放されるまでは冷却水がこれらの弁に堰止されて高圧となった状態にあり、このため、これらの弁が開放されると多量の冷却水が一度に金型に供給されてしまうからである。従って、冷却媒体流通量制御手段が冷却水の流量を一定値に制御するまでに５〜１０秒程度の時間が必要となる。すなわち、特許文献１記載の従来技術には、電磁弁ないし電動弁の開閉に対する冷却水の流量の応答性が良好ではないという不具合がある。
【０００８】
そして、このことに起因して金型が過度に冷却されることが懸念される。この場合、湯廻り性を確保することが困難となる。一方、この不具合を回避するために冷却水の流通量を少なくしてしまうと、焼付きを回避することが困難となる。
【０００９】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、金型に対する冷却媒体の供給開始・供給停止の応答性が速く、このために金型の温度を制御することが容易であるので高品質な成形品を歩留まりよく得ることが可能な金型冷却機構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】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明は、成形加工を行う金型に冷却媒体を冷却するための金型冷却機構であって、
前記金型に前記冷却媒体を供給するための冷却媒体供給部と、
前記冷却媒体供給部及び前記金型に接続されて前記冷却媒体が流通する冷却媒体流通往路と、
前記冷却媒体流通往路での前記冷却媒体の流通量を制御する冷却媒体流通量制御手段と、
前記金型を冷却して該金型から排出された前記冷却媒体が流通する冷却媒体流通復路と、
を備え、
前記冷却媒体流通往路中の前記冷却媒体流通量制御手段よりも下流に三方弁が介装され、且つ前記三方弁から前記冷却媒体流通復路に向かって前記冷却媒体を流通させるバイパス路が形成され、
前記三方弁が切り換えられることにより、前記冷却媒体流通往路を介して前記冷却媒体を前記金型に向かって流通させるか、又は、前記バイパス路に前記冷却媒体を流通させることで前記金型への前記冷却媒体の供給を停止させるかが選択されることを特徴とする。
【００１１】
この金型冷却機構によって冷却を行う場合、金型に冷却水を供給しないときにも冷却媒体流通量制御手段、三方弁及びバイパス路を経由して冷却媒体流通復路に冷却媒体を流通させる。このため、冷却媒体流通量制御手段の内部を流通する冷却媒体の量が常時一定となる。
【００１２】
そして、金型に冷却水を供給する必要があるときには、上記の状態から三方弁が切り換えられ、これに伴い、バイパス路が遮断されるとともに冷却媒体流通往路が開放される。従って、冷却水は、その流量が略一定のまま、進行方向のみが切り換えられることになる。従って、金型に多量の冷却水が一度に供給されることはなく、冷却媒体流通量制御手段が冷却水の流量を一定値に制御するまでのタイムラグもなくなる。結局、金型が過度に冷却されることがなくなるので該金型の温度が適切な範囲内となり、溶湯の湯廻り性が確保される。
【００１３】
その一方で、金型が冷却されるので焼付きが生じることも回避される。結局、本発明によれば、高品質な成形品を歩留まりよく製造することができる。
【００１４】
金型の好適な例としては、鋳造加工用金型が挙げられる。この場合、前記金型に溶湯が供給される際に冷却媒体が金型に向かって流通するように三方弁の切換を制御すればよい。これにより金型の温度が適切な範囲内に制御されるので、焼付きを一層有効に回避できるとともに、湯廻り性を向上させることができる。
【００１５】
なお、三方弁は、エアで動作するエアオペレイト式弁であることが好ましい。この種の弁は、制御信号に対して迅速に応答する。従って、上記の切換の際、冷却媒体の進行方向を即座に変更することができるので、切換の間に冷却媒体が堰止されることを回避することができ、従って、冷却媒体流通量制御手段の内部を流通する冷却媒体の量を一定に保つことが一層容易となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、冷却媒体流通往路から金型を経由させることなく冷却水流通復路に冷却媒体を導入可能なバイパス弁を設け、金型に冷却媒体を供給する必要のないときには冷却媒体をバイパス路に流通させる一方、金型に冷却媒体を供給するときにはバイパス路を遮断するとともに冷却媒体流通往路を開放するようにしている。これにより、冷却媒体流通量制御手段の内部を流通する冷却媒体の量が一定に保たれた状態で、冷却媒体の進行方向のみが切り換えられる。従って、応答性が良好となるので金型に対して所定量の冷却媒体を供給することが可能となり、その結果、金型が過度に冷却されることが回避されるので、溶湯の湯廻り性が確保される。
【００１７】
その一方で、冷却を行うために焼付きが生じることも回避されるので、結局、高品質の成形品を歩留まりよく製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る金型冷却機構につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
本実施の形態に係る金型冷却機構１０が付設された金型装置１２の概略構成ライン図を図１に示す。この金型装置１２は、例えば、ダイカスト鋳造加工を行うためのものであり、第１型１４と第２型１６とを有する。
【００２０】
勿論、第１型１４と第２型１６は互いに離間・接近可能であり、図１に示すように第１型１４と第２型１６の双方が型締めされることに伴って、成形品を得るためのキャビティ（図示せず）が形成される。勿論、このキャビティには、図示しない溶湯供給源から供給された溶湯が充填される。
【００２１】
本実施の形態に係る金型冷却機構１０は、第２型１６の所定部位に冷却水（冷却媒体）を導入するためのものであり、このため、第２型１６には、冷却水入口１８と冷却水出口２０が形成されている。勿論、これら冷却水入口１８と冷却水出口２０は、第２型１６の内部に形成された図示しない型内通路を介して連通している。
【００２２】
金型冷却機構１０は、冷却媒体供給部としての冷却水供給源２２と前記冷却水入口１８にそれぞれ接続された冷却水流通往路２４（冷却媒体流通往路）と、第２型１６から排出された冷却水を回収する冷却水回収機構２６に接続された冷却水流通復路２８（冷却媒体流通復路）とを有する。
【００２３】
このうち、冷却水流通往路２４には、フィルタ３０、流量制御回路３２、三方弁３４が冷却水供給源２２側、すなわち、上流からこの順序で介装されている。そして、三方弁３４に設けられた３個のポートの中の２個は、それぞれ、冷却水流通往路２４からの入口、冷却水流通往路２４への出口として機能し、残余の１個には、冷却水流通復路２８に向かうバイパス路３６への出口となっている。
【００２４】
フィルタ３０は、冷却水中に含まれる埃等の異物を除去するためのものである。すなわち、流量制御回路３２には、フィルタ３０によって異物が除去された冷却水が導入される。
【００２５】
流量制御回路３２は、冷却水供給源２２から供給された冷却水の流量を制御するための冷却媒体流通量制御手段である。すなわち、この流量制御回路３２は、その内部に弁機構（図示せず）を有し、冷却水の実流量が予め設定された設定値となるように前記弁機構の開度を調整する。冷却水の流量は、前記弁機構の開度が大きくなるに従って増加する一方、開度が小さくなるに従って減少する。
【００２６】
三方弁３４は、上記したように、冷却水流通往路２４に介装されるとともに、冷却水流通復路２８に向かうバイパス路３６の起点となる。このため、冷却水は、三方弁３４のポート中、冷却水流通往路２４の入口・出口として機能するもの同士が連通した場合は第２型１６に導入される。一方、冷却水流通往路２４の入口として機能するポートと、バイパス路３６への出口として機能するポートとが連通した場合、冷却水は、第２型１６を経由することなくバイパス路３６を介して冷却水流通復路２８に導入される。このように、三方弁３４は、冷却水の進行方向を選択して切り換える役割を果たす。
【００２７】
この場合、三方弁３４は、計装エアの作用下に動作するエアオペレイト式の弁である。エアオペレイト式の弁は、制御信号に対する応答性が極めて迅速であり、従って、動作が迅速であるという利点がある。
【００２８】
三方弁３４に計装エアを供給するエア供給システム（図示せず）は、図示しない制御回路に電気的に接続されている。この制御回路には、前記キャビティに溶湯を導入するための図示しないランナに配設された図示しないゲートバルブも電気的に接続されている。
【００２９】
本実施の形態に係る金型冷却機構１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
【００３０】
比較のため、図２に、三方弁３４に代替して電磁弁４０を用いたことを除いては本実施の形態に係る金型冷却機構１０と同様に構成された金型冷却機構４２を示す。なお、図２中、図１に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３１】
この図２の金型冷却機構４２は、キャビティに溶湯の充填を開始する前は、冷却水供給源２２から冷却水を供給する一方、電磁弁４０が閉止した状態で待機する。従って、冷却水は、電磁弁４０によって堰止された状態にある。
【００３２】
そして、ゲートバルブが開放されてキャビティに溶湯の充填が開始されると、制御回路が発した制御信号によって電磁弁４０が開放され、その結果、冷却水が第２型１６に向かって流通を開始する。
【００３３】
しかしながら、この場合、電磁弁４０で堰止されて高圧となった冷却水が一挙に放出されることになる。換言すれば、流量制御回路３２の内部に多量の冷却水が流通するようになるので、流量制御回路３２が冷却水の流量を予め設定された設定流量とするまでに、例えば、５〜１０秒程度の時間を必要とする。
【００３４】
ところで、キャビティへの溶湯の導入が終了するまでの時間（射出時間）は秒単位であり、場合によっては１秒未満である。従って、多量の冷却水が一度に供給される図２の構成の金型冷却機構４２では、冷却水の流量が安定して第１型１４及び第２型１６の温度が制御可能な状態となる前に射出時間が終了することもある。この場合、第１型１４及び第２型１６の温度が上昇し難いので、湯廻り性を確保することが困難となり、成形品にクラックが発生することを招く。すなわち、成形品を歩留まりよく製造することが困難である。
【００３５】
一方、図１に示す本実施の形態に係る金型冷却機構１０においては、キャビティに溶湯の充填を開始する前に冷却水供給源２２から冷却水が供給されるとともに、三方弁３４が冷却水流通往路２４とバイパス路３６とを連通させる。従って、冷却水は、第２型１６を経由することなく冷却水流通復路２８に流通する。勿論、この間、冷却水の流量は、流量制御回路３２によって予め設定された設定流量となるように制御される。
【００３６】
冷却水の実流量が略一定値（設定流量値）となった後、ゲートバルブが開放されてキャビティに溶湯の充填が開始される。この際、制御回路が発した制御信号によって三方弁３４が切り換えられる。
【００３７】
この切換に伴い、バイパス路３６が遮断されるとともに、冷却水供給源２２から第２型１６の冷却水入口１８に至るまで冷却水流通往路２４が開放される。従って、冷却水は、第２型１６に向かって流通し始め、前記型内通路を経由して冷却水出口２０から排出される。これに追従して、第１型１４も冷却される。最終的に、冷却水は、冷却水流通復路２８を通過して冷却水回収機構２６に回収される。
【００３８】
すなわち、図２に示す金型冷却機構４２では、冷却水を堰止した状態から流通させるのに対し、図１に示す本実施の形態に係る金型冷却機構１０においては、第２型１６に冷却水を供給しないときにも冷却水を流通した状態とし、第２型１６に冷却水を供給する必要があるときには冷却水の進行方向を切り換えるようにしている。このため、流量制御回路３２内を流通する冷却水の量を常時一定とすることができる。
【００３９】
従って、第２型１６に冷却水を供給するために三方弁３４を切り換えた際にも、流量制御回路３２内を流通する冷却水の量が著しく変動することがない。これにより第１型１４及び第２型１６の温度を適切な範囲に上昇させることが可能となるので、湯廻り性が確保される。結局、成形品にクラックが発生することが回避される。
【００４０】
しかも、この場合、三方弁３４としてエアオペレイト式の弁を用いているため、応答性が良好である。すなわち、三方弁３４が制御信号に対応して即座に切り換わるので、三方弁３４の切換開始から終了までの間に冷却水が堰止されることもない。このことも相俟って、流量制御回路３２内を流通する冷却水の量が変動することを回避することができる。
【００４１】
さらに、流量制御回路３２に設定する設定流量値を適切な範囲とすることにより、第１型１４及び第２型１６が過度に冷却されることを回避することもできる。
【００４２】
図３は、本実施の形態に係る金型冷却機構１０（図１参照）を実施例、図２に示す金型冷却機構４２を比較例とし、各金型冷却機構１０、４２を用いて金型を冷却したときの、冷却すべき部位でのショット数に対する金型温度の変化を示すグラフである。この図３から、本実施の形態に係る金型冷却機構１０では、比較例の金型冷却機構４２に比して過度に温度を低下させることがなく、湯廻り性を容易に確保し得ることが諒解される。
【００４３】
また、型内通路から離間した部位でのショット数に対する金型温度の変化を示すグラフを図４に示す。この図４から、図１のように金型冷却機構１０を構成した場合であっても金型の温度が過度に低下することはないことが分かる。すなわち、この部位においても湯廻り性が確保される。
【００４４】
なお、金型に冷却水を供給することなく鋳造加工を行ったところ、７サイクル目に焼付きが発生した。
【００４５】
このように、本実施の形態に係る金型冷却機構１０を付設し、且つ冷却水が流通量制御回路を常時流通している状態とした上で、冷却水を金型に供給することが必要であるときにはじめて冷却水の進行方向を切り換えて金型に冷却水を供給することにより、焼付きを回避し得るとともに湯廻り性を確保することができる。従って、高品質の成形品を歩留まりよく製造することが可能となる。
【００４６】
なお、上記した実施の形態においては、冷却媒体として冷却水を流通させるようにしているが、冷却媒体は特にこれに限定されるものではなく、例えば、油等の他の冷却媒体であってもよい。
【００４７】
また、成形加工を行う金型は、上記した鋳造加工用のものに限定されるものではなく、射出成形加工用の金型であってもよい。
【００４８】
さらに、金型に対する冷却水の供給開始は、必ずしも溶湯の供給開始と同時でなくともよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本実施の形態に係る金型冷却機構が付設された金型装置の概略構成ライン図である。
【図２】図１の三方弁に代替して電磁弁が用いられた金型冷却機構（比較例）が付設された金型装置の概略構成ライン図である。
【図３】図１又は図２の金型冷却機構をそれぞれ用いたときの、金型中の冷却すべき部位でのショット数に対する金型温度の変化を示すグラフである。
【図４】図１又は図２の金型冷却機構をそれぞれ用いたときの、金型中の彼方胃痛路から離間した部位でのショット数に対する金型温度の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１０、４２…金型冷却機構              １２…金型装置
１４、１６…型                        ２２…冷却水供給源
２４…冷却水流通往路                  ２６…冷却水回収機構
２８…冷却水流通復路                  ３２…流量制御回路
３４…三方弁                          ３６…バイパス路
４０…電磁弁
【図１】
0005066459.tif 000002
【図２】
0005066459.tif 000003
【図３】
0005066459.tif 000004
【図４】
0005066459.tif 000005