(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定型と可動型とからなる金型によって成形された高温状態の粗材を冷却する粗材冷却装置であって、
前記金型の型開き後に、前記可動型によって前記粗材が拘束された状態で、当該粗材を冷却し、
前記粗材への冷却がない場合に、金型の型開き後から粗材を離型するまでの間に再結晶温度未満とならない部分を集中的に冷却する粗材冷却装置。
【請求項２】
前記粗材冷却装置は、
冷却媒体を前記粗材に噴出するノズルと、
前記粗材の温度分布を検出する温度センサと、
前記温度センサにて検出された温度分布に基づいて前記粗材への冷却がない場合に、金型の型開き後から粗材を離型するまでの間に再結晶温度未満とならない部分を抽出し、当該抽出した部分に対して冷却媒体を噴出するように前記ノズルを制御する制御装置とを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の粗材冷却装置。
【請求項３】
前記粗材冷却装置は、前記可動型から前記粗材を取り出すロボットに具備される、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の粗材冷却装置。
【請求項４】
固定型と可動型とからなる金型によって成形された高温状態の粗材を冷却する粗材冷却方法であって、
前記金型の型開き後に、前記可動型によって前記粗材が拘束された状態で、当該粗材を冷却し、
前記粗材への冷却がない場合に、金型の型開き後から粗材を離型するまでの間に再結晶温度未満とならない部分を集中的に冷却する粗材冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造用金型等の金型によって成形される高温状態の粗材を冷却する粗材冷却装置および方法に関し、より詳細には、金型の型開き後に、粗材が可動型に拘束された状態で、当該粗材と金型とを冷却する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルミ合金等を成形材料として鋳造用金型を用いて製品を製作する方法として、まず、当該鋳造用金型によって鋳造粗材を成形し、次に、この鋳造粗材に対して加熱、焼き入れ等の熱処理を加えて、最後に、トリミング、ボルト孔開け、バリ取り等の機械加工を施すことによって製品を製作する技術が広く知られている。
上記のような成形工程後に、機械加工工程に移行するに際して、製品を製作する全体の作業工程にかかる作業時間（サイクルタイム）を短縮し、かつ、製品の精度を向上させるためには、鋳造粗材を成形直後の温度（高温）から作業者によって取り扱える程度の温度（例えば６０℃程度）まで出来る限り急速に冷却する必要がある。
【０００３】
このような鋳造粗材を冷却する方法の一例として、金型に冷却孔を設け、この冷却孔より金型内部を通じて、水等の冷却媒体を鋳造粗材に吹き付ける等によって冷却する内部冷却法の技術が知られている。この内部冷却法では、鋳造粗材を冷却するとともに、金型を内部から冷却することが可能である。しかしながら、この内部冷却法では、内部冷却に係る金型の内部構造が複雑化する、また、金型内部に複雑な構造を形成することに起因して金型寿命が短くなる等の問題があった。
【０００４】
一方、鋳造粗材を水等の冷却媒体内に浸す、又は鋳造粗材に冷却風等の冷却媒体を吹き付ける等によって冷却する外部冷却法の一例として、以下に示す特許文献１のような技術が開示されている。
特許文献１に開示された技術は、乾燥砂をエアチャンバーから吹き上げる空気により流動化させつつ、冷却水配管による熱交換により前記乾燥砂を冷却して、当該乾燥砂内に導入される鋳造粗材を急速冷却する技術である。そして、前記冷却水配管内の冷却水の温度と流量とを変更することによって鋳造粗材の冷却速度と冷却温度を変更可能とするものである。
特許文献１に開示された技術によれば、上述のように、前記冷却水配管内の冷却水の温度と流量とを変更することによって、鋳造粗材の冷却速度を速めることができ、急速冷却することが可能となる。しかしながら、特許文献１に開示された技術のように鋳造粗材全体を冷却する構成では、シリンダブロック又はミッションケース等の複雑な形状の鋳造粗材を冷却する場合には、鋳造粗材において厚肉部等の冷却速度の遅い部分と薄肉部等の冷却速度の速い部分との間に温度分布の不均一が発生し、このような冷却速度のバラツキに起因して、例えば高温部分における変形収縮、過冷却による凝固変形等の予測困難な鋳造粗材の局所的な部分変形が発生する可能性があり、係る部分変形によって寸法精度が悪くなる可能性があるという問題がある。
【特許文献１】実開平５−５３７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、冷却速度のバラツキに起因する粗材の局所的な部分変形を抑制して、粗材の寸法精度を良くすることが可能な粗材の冷却装置および方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
請求項１に記載の本発明の第一の態様である粗材冷却装置は、固定型と可動型とからなる金型によって成形された高温状態の粗材を冷却する粗材冷却装置であって、前記金型の型開き後に、前記可動型によって前記粗材が拘束された状態で、当該粗材を冷却し、前記粗材への冷却がない場合に、金型の型開き後から粗材を離型するまでの間に再結晶温度未満とならない部分を集中的に冷却したものである。
これによれば、簡易な形状を有する製品の粗材に限らず、シリンダブロック又はミッションケース等の複雑な形状を有する製品の鋳造粗材等を冷却する場合においても、粗材が可動型に拘束された状態で当該粗材を冷却することによって、可動型が粗材の厚肉部等の冷却速度の遅い箇所からの熱の逃げ場となるとともに、可動型によって粗材の冷却速度の速い箇所を保温することとなる。このように、粗材と可動型とが互いに熱交換して粗材の冷却速度の均一化を促進できる。
従って、冷却速度のバラツキに起因する粗材の局所的な部分変形を抑制して、粗材の寸法精度を良くすることが可能となる。
また、外部冷却により粗材を十分に冷却することが可能となるので、金型内部の冷却構造を簡素化できる。
【０００８】
また、このように粗材が可動型に拘束された状態で粗材を冷却することによって、粗材を介して可動型を冷却することができる。
従って、可動型の部分過熱を防止でき、可動型の残留熱応力を低減できるので、型寿命を長くすることができる。
さらに、このように粗材を介して可動型を冷却し、特に、当該可動型の表面温度を低くできることによって、離型剤塗布に際するライデンフロスト現象を防止しつつ、離型剤の付着を促進できるので、粗材を可動型から離型する際の離型抵抗を低減することができ、係る離型抵抗に起因する精度の悪化を防止できるとともに、粗材の焼き付きを抑制できるので、成形不良に係る材料のロスを低減することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明においては、さらに、前記粗材冷却装置は、冷却媒体を前記粗材に噴出するノズルと、前記粗材の温度分布を検出する温度センサと、前記温度センサにて検出された温度分布に基づいて前記粗材における再結晶温度以上となる部分を抽出し、抽出した前記再結晶温度以上となる部分に対して冷却媒体を噴出するように前記ノズルを制御する制御装置とを備えたものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明においては、さらに、前記粗材冷却装置は、前記可動型から前記粗材を取り出すロボットに具備されることとしたものである。
【００１１】
請求項４に記載の本発明の第二の態様である粗材冷却方法は、固定型と可動型とからなる金型によって成形された高温状態の粗材を冷却する粗材冷却方法であって、前記金型の型開き後に、前記可動型によって前記粗材が拘束された状態で、当該粗材を冷却し、前記粗材への冷却がない場合に、金型の型開き後から粗材を離型するまでの間に再結晶温度未満とならない部分を集中的に冷却したものである。
これによれば、簡易な形状を有する製品の粗材に限らず、シリンダブロック又はミッションケース等の複雑な形状を有する製品の鋳造粗材等を冷却する場合においても、粗材が可動型に拘束された状態で当該粗材を冷却することによって、可動型が粗材の厚肉部等の冷却速度の遅い箇所からの熱の逃げ場となるとともに、可動型によって粗材の冷却速度の速い箇所を保温することとなる。このように、粗材と可動型とが互いに熱交換して粗材の冷却速度の均一化を促進できる。
従って、冷却速度のバラツキに起因する粗材の局所的な部分変形を抑制して、粗材の寸法精度を良くすることが可能となる。
また、外部冷却により粗材を十分に冷却することが可能となるので、金型内部の冷却構造を簡素化できる。
【００１２】
また、このように粗材が可動型に拘束された状態で粗材を冷却することによって、粗材を介して可動型を冷却することができる。
従って、可動型の部分過熱を防止でき、可動型の残留熱応力を低減できるので、型寿命を長くすることができる。
さらに、このように粗材を介して可動型を冷却し、特に、当該可動型の表面温度を低くできることによって、離型剤塗布に際するライデンフロスト現象を防止しつつ、離型剤の付着を促進できるので、粗材を可動型から離型する際の離型抵抗を低減することができ、係る離型抵抗に起因する精度の悪化を防止できるとともに、粗材の焼き付きを抑制できるので、成形不良に係る材料のロスを低減することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、冷却速度のバラツキに起因する粗材の局所的な部分変形を抑制して、粗材の寸法精度を良くすることが可能となる。また、可動型の部分過熱を防止でき、可動型の残留熱応力を低減できるので、型寿命を長くすることができる。
また、可動型からの粗材の離型後に再結晶温度以上となる部分に発生しやすい粗材の変形収縮を抑制でき、粗材の寸法精度を良くすることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、可動型からの粗材の離型後に再結晶温度以上となる部分に発生しやすい粗材の変形収縮を抑制でき、粗材の寸法精度を良くすることができる。また、最適な冷却箇所を抽出し、当該冷却箇所を集中的に冷却することが可能となり、粗材の温度分布の均一化を促進できるとともに、粗材内における予測困難な熱の移動等に対する粗材冷却装置の柔軟性を向上できる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、粗材の取り出し工程と粗材冷却工程とを同一工程内で行うので、製品製作工程全体のサイクルタイムを短縮できる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、冷却速度のバラツキに起因する粗材の局所的な部分変形を抑制して、粗材の寸法精度を良くすることが可能となる。また、可動型の部分過熱を防止でき、可動型の残留熱応力を低減できるので、型寿命を長くすることができる。
また、可動型からの粗材の離型後に再結晶温度以上となる部分に発生しやすい粗材の変形収縮を抑制でき、粗材の寸法精度を良くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下では、図１を参照して、本発明に係る金型の実施の一形態である金型１及びその金型１を用いて鋳造粗材６を成形する工程について説明する。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、金型１は、鋳造用金型であり、固定型２、可動型３等を具備する。
図１（ｂ）に示すように、金型１において、固定型２と可動型３とを型締めする。この際にこれら固定型２と可動型３との間にキャビティ４が形成される。図１（ｃ）に示すように、ラドル７により成形材料となるアルミニウム合金を溶融させてなるアルミ溶湯５をスリーブ８内に流し込む。図１（ｄ）に示すように、プランジャ９によりアルミ溶湯５をキャビティ４内に射出注入し、図１（ｅ）に示すように、所定時間放置することによりアルミ溶湯５を凝固させて、鋳造粗材６をキャビティ４の形状に鋳造成形するものである。
【００２０】
固定型２及び可動型３は、本発明に係る固定型及び可動型の実施の一形態であり、固定型２の表面及び可動型３の表面に鋳造粗材６の表面の成形形状となる成形面（不図示）が形成されており、この成形面を介して金型１の形状が鋳造粗材６に転写される。
なお、本発明に係る金型は本実施形態の金型１に限定されず、成形直後の粗材が高温となり、当該粗材を成形工程の下工程にて作業を行うために急速に冷却する必要のある粗材を成形する金型であれば良く、例えば鍛造用金型のような金型を広く含む。
【００２１】
キャビティ４は、本発明に係る金型によって粗材に転写される形状を決定する空間の実施の一形態であり、固定型２と可動型３とを型締めした際に、これらの間に形成される空間である。本実施形態では、キャビティ４は、エンジンのシリンダブロックの形状を有する。
なお、本発明に係る金型により粗材に転写される形状を決定する空間の形状は、本実施形態に係るキャビティ４の形状（エンジンのシリンダブロックの形状）に限定されず、エンジンのミッションケース、エンジンのクランクケース等の形状を有する空間としても良く、簡素な形状だけでなく複雑な形状を広く含む。
【００２２】
アルミ溶湯５は、本発明に係る粗材の成形材料の実施の一形態であり、鋳造粗材６の成形材料となるものである。本実施形態では、アルミ溶湯５は、融点６５０℃程度のアルミニウム合金を溶融させてなる溶融金属であり、７００℃程度まで昇温されて溶融されている。また、このアルミ溶湯５は、キャビティ４内に注入するに際し図示せぬ圧送手段によって圧力を受けた状態で注入されることによりキャビティ４内の隅々にまで行き渡り、このキャビティ４が複雑な形状を有する場合においても、十分にキャビティ４の形状を鋳造粗材６に転写することが可能である。
なお、本発明に係る金型により成形される粗材の成形材料は本実施形態のアルミ溶湯５に限定されず、亜鉛合金、マグネシウム合金、鉄等の金属を溶融させてなる溶湯であれば良い。
【００２３】
鋳造粗材６は、本発明に係る粗材の実施の一形態であり、上述のように金型１によって成形される粗材である。このようにエンジンのシリンダブロックの形状に成形された鋳造粗材６は、成形工程の下工程において、加熱、焼き入れ等の熱処理を加えられ、さらに、トリミング加工、ボルト孔開け加工、バリ取り加工等の機械加工を施されることによって製品（エンジンのシリンダブロック）として使用可能となる。
なお、本発明に係る粗材は本実施形態の鋳造粗材６に限定されず、成形直後に高温となるものであれば良く、例えば、成形後に製品となる高精度成形品等を広く含む。
【００２４】
以下では、図２を参照して、本発明に係る粗材冷却装置の実施の一形態である粗材冷却装置１０について説明する。
粗材冷却装置１０は、金型１によって鋳造成形された鋳造粗材６を冷却する装置である。
図２に示すように、本実施形態に係る粗材冷却装置１０は、鋳造粗材６を冷却する冷却媒体となる水を噴出する装置である。この粗材冷却装置１０は、配管１２、ノズル１３、貯溜タンク、ポンプ（ともに不図示）等を具備する。前記貯溜タンクには冷却媒体となる水が貯溜されており、当該貯溜タンクには水の圧送手段となる前記ポンプが接続されている。さらに、このポンプには配管１２の一側が接続されており、配管１２の他側にはノズル１３が設けられている。このポンプの圧力によって、前記貯溜タンクから、配管１２等を介して噴出口となるノズル１３から鋳造粗材６に向けて水を噴出する構成である。
また、図２に示すように、本実施形態では、粗材冷却装置１０は、金型１によって鋳造成形された鋳造粗材６が、金型１が型開きした後に、可動型３によって鋳造粗材６が拘束された状態で、鋳造粗材６を冷却するものである。つまり、可動型３が固定型２から退避した後であって、鋳造粗材６が可動型３から離型される前に粗材冷却装置１０によって鋳造粗材６を冷却することにより、鋳造粗材６と鋳造粗材６に接した状態の可動型３とを諸共に冷却するものである。
【００２５】
以上のように、本発明に係る粗材冷却装置の実施の一形態である粗材冷却装置１０は、固定型２と可動型３とからなる金型１によって成形された高温状態の鋳造粗材６を冷却する粗材冷却装置１０であって、金型１の型開き後に、可動型３によって鋳造粗材６が拘束された状態で、鋳造粗材６を冷却するものである。
これによれば、可動型３が鋳造粗材６の厚肉部等の冷却速度の遅い箇所からの熱の逃げ場となるとともに、可動型３によって鋳造粗材６の冷却速度の速い箇所を保温することとなる。このように、鋳造粗材６と可動型３とが互いに熱交換して鋳造粗材６の冷却速度の均一化を促進できる。
従って、冷却速度のバラツキに起因する鋳造粗材６の局所的な部分変形を抑制して、鋳造粗材６の寸法精度を良くすることが可能となる。
また、粗材冷却装置１０による外部からの冷却により鋳造粗材６を十分に冷却することが可能となるので、金型１内部からの鋳造粗材６への冷却構造を簡素化できる。
【００２６】
また、このように鋳造粗材６が可動型３に拘束された状態で鋳造粗材６を冷却することによって、鋳造粗材６を介して可動型３を冷却することができる。
従って、可動型３の部分過熱を防止でき、可動型３の残留熱応力を低減できるので、型寿命を長くすることができる。
さらに、このように鋳造粗材６を介して可動型３を冷却し、特に、当該可動型３の表面温度を低くできることによって、次サイクルの成形工程における離型剤塗布に際するライデンフロスト現象を防止しつつ、当該離型剤の可動型３表面への付着を促進できるので、鋳造粗材６を可動型３から離型する際の離型抵抗を低減することができ、係る離型抵抗に起因する精度の悪化を防止できるとともに、鋳造粗材６の焼き付きを抑制できるので、成形不良に係る材料のロスを低減することができる。
【００２７】
以下では、図２を参照して、本実施形態に係る粗材冷却装置１０について、より詳細に説明する。
【００２８】
図２に示すように、粗材冷却装置１０は複数設けられており、それぞれ配管１２、ノズル１３等を具備する。つまり、本実施形態では、複数設けられる粗材冷却装置１０・１０・・・により、冷却媒体となる水の噴出口であるノズル１３・１３・・・を複数具備する構成である。そして、これらノズル１３・１３・・・は、鋳造粗材６の特定部分Ａ・Ａ・・・近傍にそれぞれ配置されており、これら特定部分Ａ・Ａ・・・を集中的に冷却する構成である。
【００２９】
ここで、特定部分Ａは、実験、コンピュータシミュレーション等により予め定められた鋳造粗材６の一部分であり、可動型３から鋳造粗材６を離型するときに鋳造粗材６の再結晶温度以上となった部分である（なお、本実施形態ではアルミニウム合金を成形材料として用いるため、鋳造粗材６の再結晶温度は３００℃程度である。）。つまり、特定部分Ａは、アルミニウム合金の再結晶温度以上となる部分であって、鋳造粗材６の離型後に変形収縮し易い部分を示している。
なお、本実施形態では、特定部分Ａ・Ａ・・・は、可動型３から鋳造粗材６を離型するときに、鋳造粗材６の成形材料として用いたアルミニウム合金の再結晶温度以上の部分であるが、鉄等の他の成形材料を用いた場合は、この部分に限定されず、可動型３から鋳造粗材６を離型するときに、それぞれの成形材料の再結晶温度以上となる部分であれば良い。
【００３０】
なお、以上のように構成される粗材冷却装置１０は、図２に示すように複数設けても良く、鋳造粗材６の特定部分Ａ・Ａ・・・を効率的に冷却することが可能であれば配置数は限定されない。また、図３に示すように前記貯溜タンクに一つの粗材冷却装置１０に対して配管１２及びノズル１３を複数接続し、冷却媒体の噴出口であるノズル１３・１３・・・を複数配置する構成としても良い。
また、粗材冷却装置１０・１０・・・（又はノズル１３・１３・・・）の配置位置についても、特に限定されるものではなく、鋳造粗材６の特定部分Ａ・Ａ・・・をそれぞれ効率良く冷却することが可能な位置であれば良い。
さらに、本実施形態では粗材を冷却する冷却媒体として水を用いているが、これに限定されるものではなく、エア、およびコールドエア等の気体、シャワー水、およびミスト状の水等の液体、砂等の粉体でも良く、鋳造粗材６の特定部分Ａ・Ａ・・・を効率的に冷却可能なものであれば良く、これら冷却媒体を選択的に用いても良い。
【００３１】
以上のように、本発明の粗材冷却装置の本実施形態に係る粗材冷却装置１０は、可動型３から鋳造粗材６を離型するときに、鋳造粗材６の再結晶温度（本実施形態では３００℃程度）以上となる特定部分Ａ・Ａ・・・を集中的に冷却するものである。
これによれば、可動型３からの鋳造粗材６の離型後に、鋳造粗材６の再結晶温度（本実施形態では３００℃程度）以上の部分に発生し易い鋳造粗材６の変形収縮を抑制でき、鋳造粗材６の寸法精度を良くすることができる。ひいては、製品の寸法精度を良くすることができる。
【００３２】
以下では、図４を参照して、本発明に係る粗材冷却装置の他の実施形態である粗材冷却装置２０について説明する。図４に示すように、粗材冷却装置２０は、上述の配管１２・１２・・・、ノズル１３・１３・・・等に加えて、さらに、制御装置２１と温度センサ２２とを具備する。
制御装置２１は、粗材冷却装置２０と接続されており、この粗材冷却装置２０を制御する。具体的には、粗材冷却装置２０による冷却箇所Ｂ・Ｂ・・・、冷却時間等を制御する。
温度センサ２２は、サーモグラフィーにより構成されており、制御装置２１と接続されている。この温度センサ２２により、鋳造粗材６表面の温度分布が検出され、当該検出された温度分布データは制御装置２１に転送される。
【００３３】
また、制御装置２１には、予め定められた設定温度が記憶されている。この設定温度は、可動型３から鋳造粗材６を離型するときに、鋳造粗材６の再結晶温度（本実施形態では３００℃程度）以上となる温度である。つまり、「設定温度」とは、粗材冷却装置２０による冷却がない場合に、金型１の型開き後から鋳造粗材６を離型するまでの間に再結晶温度（本実施形態では３００℃程度）未満とならない部分における、当該型開き時の温度である。
【００３４】
制御装置２１は、温度センサ２２により検出される温度分布に基づいて、前記設定温度以上の箇所を冷却箇所Ｂ・Ｂ・・・と定義し、この冷却箇所Ｂ・Ｂ・・・を集中的に冷却するように粗材冷却装置２０を制御する。
具体的には、制御装置２１は、図示せぬアクチュエータを作動させること等によって、配管１２・１２・・・の傾き等を変更し、冷却箇所Ｂ・Ｂ・・・近傍の適宜位置にノズル１３・１３・・・の配置位置を変更する構成である。
【００３５】
以上のように、本発明の粗材冷却装置の実施の一形態に係る粗材冷却装置２０は、粗材冷却装置２０を制御する制御装置２１と、鋳造粗材６の表面温度分布を検出するサーモグラフィーからなる温度センサ２２と、をさらに具備し、制御装置２１は、温度センサ２２により検出される鋳造粗材６の表面温度分布に基づいて、鋳造粗材６の温度が予め定められた設定温度以上の冷却箇所Ｂ・Ｂ・・・を抽出し、この冷却箇所Ｂ・Ｂ・・・に対して集中的に冷却するように粗材冷却装置２０を制御し、ノズル１３・１３・・・の配置位置を制御するものである。
これによれば、鋳造粗材６において、最適な冷却箇所Ｂ・Ｂ・・・を集中的に冷却することが可能となり、鋳造粗材６の温度分布の均一化を促進できるとともに、鋳造粗材６内における予測困難な熱の移動等に対する粗材冷却装置２０の柔軟性を向上できる。
【００３６】
また、本実施形態では、制御装置２１は、温度センサ２２により検出される鋳造粗材６の温度分布に基づいて、鋳造粗材６の表面温度全体が制御装置２１に予め記憶される粗材の再結晶温度（本実施形態では３００℃程度）未満となるまで粗材冷却装置２０を運転するものである。
これによれば、可動型３からの鋳造粗材６の離型時により確実に鋳造粗材６全体を再結晶温度（本実施形態では３００℃程度）未満とすることができ、可動型３からの鋳造粗材６の離型後に鋳造粗材６の変形収縮を確実に防止できる。
【００３７】
以下では、図５を参照して、本発明に係る粗材冷却装置の他の実施形態である粗材冷却装置３０について説明する。
図５に示すように、本実施形態では、粗材冷却装置３０は、上述の配管１２・１２・・・及びノズル１３・１３・・・等を具備し、これらノズル１３・１３・・・は、粗材の厚肉部位Ｃ・Ｃ・・・の近傍にそれぞれ配置されており、ノズル１３・１３・・・から厚肉部位Ｃ・Ｃ・・・に対して前記冷却媒体を噴霧し、厚肉部位Ｃ・Ｃ・・・の冷却度合いを他部よりも高めて、これら厚肉部位Ｃ・Ｃ・・・を集中的に冷却する構成である。
【００３８】
ここで、厚肉部位Ｃは、金型１により成形される鋳造粗材６の形状により予め特定可能な部位、又は鋳造粗材６の方案部であり、鋳造粗材６を冷却する際に比較的時間を要する部分である。
【００３９】
以上のように、本発明の粗材冷却装置の実施の一形態に係る粗材冷却装置３０は、鋳造粗材６の厚肉部位Ｃ・Ｃ・・・の冷却度合いを他部よりも高くすることによって、係る厚肉部位Ｃ・Ｃ・・・を集中的に冷却するものである。
これによれば、可動型３からの離型時に高温となり易い厚肉部位Ｃ・Ｃ・・・を集中的に冷却することによって、これらの温度を低くすることができるので、係る厚肉部位Ｃ・Ｃ・・・の残熱が鋳造粗材６の他の部位へ伝達することを防止できる。また、鋳造粗材６全体における変形収縮を抑制でき、鋳造粗材６の寸法精度を良くすることができる。ひいては、製品の寸法精度を良くすることができる。また、集中的に冷却される厚肉部位Ｃ・Ｃ・・・からの熱伝達によって鋳造粗材６の他の部位が冷却されることによって、鋳造粗材６全体の効率的な冷却が可能となり、鋳造粗材６の冷却速度の均一化を促進できる。
【００４０】
以下では、図６を参照して、本発明に係る粗材冷却装置の他の実施形態である粗材冷却装置４０について説明する。
図６に示すように、本実施形態では、粗材冷却装置４０は、本発明の粗材を取り出すロボットに係る実施の一形態である取り出しロボット４１に設けられている。取り出しロボット４１は、金型１によって成形された後の鋳造粗材６を可動型３から取り外す装置であり、ロボットアーム４２、ロボットハンド４３等を具備する。このロボットアーム４２は、公知の多関節ロボットアーム等により構成され、ロボットハンド４３は、公知の多関節ロボットハンド等により構成されており、それぞれ図示せぬ制御装置によって制御されており、この制御装置によって作動されるものである。
以上のように構成される取り出しロボット４１において、ロボットアーム４２の運動（より厳密には、ロボットアーム４２に具備されるモータ等のアクチュエータを作動させること）によってロボットハンド４３の位置を鋳造粗材６の取り出し位置に合わせて、ロボットハンド４３により鋳造粗材６を把持又は挟持して取り出す構成である。
【００４１】
図６に示すように、取り出しロボット４１は、ロボットハンド４３（又は、ロボットアーム４２の先端部）において、粗材冷却装置４０を具備する。この粗材冷却装置４０は、配管１２・１２・・・、ノズル１３・１３・・・等を具備する。これらの構成は上述の通りであり、ここでの説明は省略する。
なお、上述のように、粗材冷却装置４０、及びそれに具備される配管１２、ノズル１３の配置数および配置位置は取り出しロボット４１による鋳造粗材６の取り出しに支障を来たさない位置であれば良く、鋳造粗材６を効率良く冷却することが可能であれば良い。
また、鋳造粗材６における粗材冷却装置４０による冷却については、図６に示す本実施形態のように特定部分Ａ・Ａ・・・を実験等により予め特定しておく場合、又は粗材冷却装置４０において、上述のように、制御装置２１、温度センサ２２をさらに具備し、冷却箇所Ｂ・Ｂ・・・を抽出する場合、又は厚肉部位Ｃ・Ｃ・・・を予め特定しておく場合の何れかであれば良い。
そして、このように、それぞれ特定された特定部分Ａ・Ａ・・・（又は、抽出された冷却箇所Ｂ・Ｂ・・・、厚肉部位Ｃ・Ｃ・・・）を良好に冷却可能な位置にノズル１３・１３・・・を配置するようにロボットアーム４２を作動させることによって、粗材冷却装置４０を具備する取り出しロボット４１による鋳造粗材６の良好な冷却が実現される構成である。
【００４２】
以上のように、本発明の粗材冷却装置の実施の一形態である粗材冷却装置４０は、可動型３から鋳造粗材６を取り出す取り出しロボット４１のロボットアーム４２の先端部又はロボットハンド４３部分に具備されるものである。
これによれば、鋳造粗材６の取り出し工程と鋳造粗材６の冷却工程とを同一工程内で行うこととなるので、製品製作工程全体のサイクルタイムを短縮できる。また、既存の取り出しロボットに粗材冷却装置４０、配管１２、ノズル１３等を設けること等により容易に実現されるので、本実施形態に係る粗材冷却装置４０を実現する際にかかる設備投資が少なくて済む。
【００４３】
以下では、図７及び図８を参照して、本実施形態に係る金型１、粗材冷却装置１０を用いて鋳造粗材６を成形する成形工程１００について説明する。
図７に示すように、成形工程１００は、離型剤塗布工程１１０、粗材成形工程１２０、粗材冷却工程１３０、離型工程１４０等を具備する。
【００４４】
離型剤塗布工程１１０は、金型の成形面の表面に離型剤を塗布する工程である。
離型剤塗布工程１１０において、図８（ａ）に示すように、スプレーノズル等を具備する適宜の塗布装置１１１によって固定型２及び可動型３の成形面に離型剤を噴霧等することによって離型剤を塗布する。このとき、塗布される離型剤は、固定型２及び可動型３の表面（成形面）を冷却するとともに、この後の離型工程１４０における離型抵抗を低減させる機能を有する。前記成形面に離型剤を塗布した後に、粗材成形工程１２０へ移行する。
【００４５】
粗材成形工程１２０は、型締め状態とした金型のキャビティ内に溶湯を注入し、この溶湯を凝固させることによって粗材を成形する工程である。
粗材成形工程１２０において、図８（ｂ）に示すように、可動型３を固定型２側へ進ませて、金型１を型締め状態とし、この型締めされた固定型２と可動型３との間に形成されるキャビティ４内にアルミ溶湯５を注入し、凝固させることにより、キャビティ４の形状を有する鋳造粗材６を成形する。このとき、アルミ溶湯５は、湯温７００℃程度まで昇温され溶融した状態で注入され、金型１により冷却されて、アルミニウム合金の融点である６５０℃程度まで冷却されると、徐々に凝固し始め、所定時間放置された後に、可動型３を固定型２から退避させて、金型１を型開きし、粗材冷却工程１３０へ移行する。
【００４６】
粗材冷却工程１３０は、本発明の粗材冷却方法の実施の一形態であり、金型の型開き後に、当該金型によって成形された粗材を冷却する工程である。粗材冷却工程１３０は、金型の型開き後に、当該金型（可動型）に粗材が拘束された状態で、粗材を冷却することにより、金型（可動型）と粗材とを諸共に冷却する工程である。
粗材冷却工程１３０において、図８（ｃ）に示すように、可動型３に鋳造粗材６が拘束された状態で、粗材冷却装置１０（又は粗材冷却装置２０、粗材冷却装置３０、粗材冷却装置４０）によって鋳造粗材６を冷却する。つまり、粗材冷却工程１３０において、鋳造粗材６が可動型３から離型される前に鋳造粗材６を冷却することにより、この鋳造粗材６に接した状態の可動型３とを諸共に冷却するものである。粗材冷却装置１０（又は粗材冷却装置２０、粗材冷却装置３０、粗材冷却装置４０）によって鋳造粗材６が所定時間冷却された後、離型工程１４０へ移行する。
【００４７】
以上のように、粗材冷却工程１３０において、粗材冷却装置１０を用いて冷却する場合は、上述のように、固定型２と可動型３とからなる金型１によって成形された高温状態の鋳造粗材６を冷却する粗材冷却装置１０であって、金型１の型開き後に、可動型３によって鋳造粗材６が拘束された状態で、鋳造粗材６を冷却するものであり、さらに、可動型３から鋳造粗材６を離型するときに、鋳造粗材６の再結晶温度（３００℃程度）以上となる特定部分Ａ・Ａ・・・を集中的に冷却するものである。これによれば、可動型３からの鋳造粗材６の離型後に、鋳造粗材６の再結晶温度（本実施形態では３００℃程度）以上の部分に発生し易い鋳造粗材６の変形収縮を抑制でき、鋳造粗材６の寸法精度を良くすることができる。ひいては、製品の寸法精度を良くすることができる。
また、粗材冷却工程１３０において、粗材冷却装置２０を用いて冷却する場合は、上述のように、粗材冷却装置２０を制御する制御装置２１と、鋳造粗材６の表面温度分布を検出するサーモグラフィーからなる温度センサ２２と、をさらに具備し、制御装置２１は、温度センサ２２により検出される鋳造粗材６の表面温度分布に基づいて、鋳造粗材６の温度が予め定められた設定温度以上の冷却箇所Ｂ・Ｂ・・・に対して集中的に冷却するように粗材冷却装置２０を制御するものである。これによれば、鋳造粗材６において、最適な冷却箇所Ｂ・Ｂ・・・を集中的に冷却することが可能となり、鋳造粗材６の温度分布の均一化を促進できるとともに、鋳造粗材６内における予測困難な熱の移動等に対する粗材冷却装置２０の柔軟性を向上できる。
また、粗材冷却工程１３０において、粗材冷却装置３０を用いて冷却する場合は、上述のように、厚肉部位Ｃ・Ｃ・・・の冷却度合いを他部よりも高くして、厚肉部位Ｃ・Ｃ・・・を集中的に冷却する。これによれば、可動型３からの離型時に高温となり易い厚肉部位Ｃ・Ｃ・・・を集中的に冷却することによって、これらの温度を低くすることができるので、係る厚肉部位Ｃ・Ｃ・・・の残熱が鋳造粗材６の他の部位へ伝達することを防止できる。また、鋳造粗材６全体における変形収縮を抑制でき、鋳造粗材６の寸法精度を良くすることができる。ひいては、製品の寸法精度を良くすることができる。また、集中的に冷却される厚肉部位Ｃ・Ｃ・・・からの熱伝達によって鋳造粗材６の他の部位が冷却されることによって、鋳造粗材６全体の効率的な冷却が可能となり、鋳造粗材６の冷却速度の均一化を促進できる。
また、粗材冷却工程１３０において、粗材冷却装置４０を用いて冷却する場合は、上述のように、粗材冷却装置４０は、可動型３から鋳造粗材６を取り出す取り出しロボット４１のロボットアーム４２の先端部又はロボットハンド４３部分に具備されるものである。これによれば、既存の取り出しロボットに粗材冷却装置４０を設けること等により容易に実現されるので、本実施形態に係る粗材冷却装置４０を実現する際にかかる設備投資が少なくて済む。
【００４８】
離型工程１４０は、粗材を可動型から取り外す工程である。
離型工程１４０において、図８（ｄ）に示すように、ロボットアーム、ロボットハンド等を具備する適宜の取り出し装置１４１によって、鋳造粗材６が可動型３から取り出され、離型される。可動型３から離型された後の鋳造粗材６は、適宜の搬送装置等によって機械加工工程等の下工程へ送られる。
なお、粗材冷却工程１３０において、粗材冷却装置４０を用いて冷却する場合は、上述のように、粗材冷却工程１３０と離型工程１４０は同時に実施される。これによれば、鋳造粗材６の取り出し工程である離型工程１４０と鋳造粗材６の冷却工程である粗材冷却工程１３０とを同一工程内で行うこととなるので、製品製作工程全体のサイクルタイムを短縮できる。
【００４９】
以上のように、本発明に係る粗材を成形する方法に具備される、本発明に係る粗材冷却方法の実施の一形態である粗材冷却工程１３０は、固定型２と可動型３とからなる金型１によって成形された高温状態の鋳造粗材６を冷却する粗材冷却方法１３０であって、金型１の型開き後に、可動型３によって鋳造粗材６が拘束された状態で、鋳造粗材６を冷却するものである。
これによれば、可動型３が鋳造粗材６の厚肉部等の冷却速度の遅い箇所からの熱の逃げ場となるとともに、可動型３によって鋳造粗材６の冷却速度の速い箇所を保温することとなる。このように、鋳造粗材６と可動型３とが互いに熱交換して鋳造粗材６の冷却速度の均一化を促進できる。
従って、冷却速度のバラツキに起因する鋳造粗材６の局所的な部分変形を抑制して、鋳造粗材６の寸法精度を良くすることが可能となる。
また、粗材冷却装置１０（又は粗材冷却装置２０、粗材冷却装置３０、粗材冷却装置４０）による外部からの冷却により鋳造粗材６を十分に冷却することが可能となるので、金型１内部からの鋳造粗材６への冷却構造を簡素化できる。
【００５０】
また、このように鋳造粗材６が可動型３に拘束された状態で鋳造粗材６を冷却することによって、鋳造粗材６を介して可動型３を冷却することができる。
従って、可動型３の部分過熱を防止でき、可動型３の残留熱応力を低減できるので、型寿命を長くすることができる。
さらに、このように鋳造粗材６を介して可動型３を冷却し、特に、当該可動型３の表面温度を低くできることによって、次サイクルの成形工程における離型剤塗布に際するライデンフロスト現象を防止しつつ、当該離型剤の可動型３表面への付着を促進できるので、鋳造粗材６を可動型３から離型する際の離型抵抗を低減することができ、係る離型抵抗に起因する精度の悪化を防止できるとともに、鋳造粗材６の焼き付きを抑制できるので、成形不良に係る材料のロスを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る金型の実施の一形態を示す模式図である。
【図２】本発明に係る粗材冷却装置の実施の一形態を示す模式図である。
【図３】本発明に係る粗材冷却装置の実施の一形態を示す模式図である。
【図４】本発明に係る粗材冷却装置の実施の一形態を示す模式図である。
【図５】本発明に係る粗材冷却装置の実施の一形態を示す模式図である。
【図６】本発明に係る粗材冷却装置の実施の一形態を示す模式図である。
【図７】本発明に係る粗材冷却方法の実施の一形態を示すフロー図である。
【図８】本発明に係る金型による成形の実施の一形態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５２】
１      金型
２      固定型
３      可動型
６      鋳造粗材（粗材）
１０、２０、３０、４０    粗材冷却装置
１００  成形工程
１３０  粗材冷却工程（粗材冷却方法）
【図１】
0005035086.tif 000002
【図２】
0005035086.tif 000003
【図３】
0005035086.tif 000004
【図４】
0005035086.tif 000005
【図５】
0005035086.tif 000006
【図６】
0005035086.tif 000007
【図７】
0005035086.tif 000008
【図８】
0005035086.tif 000009