JP2009248180A - 冷却構造を備える鋳造型 - Google Patents

Abstract

【課題】 鋳造型の損傷を防止しつつ、鋳造型の冷却を効果的に行うことができる技術を提供する。
【解決手段】 金型２の上面４には、溶湯が導入されるキャビティ６が形成されている。金型２の内部には、下面１８から上面４に向かって終端１４まで伸びており、冷却媒体が導入される冷媒流路１６が形成されている。冷媒流路１６の終端部分８には、第１テーパ部１２と第２テーパ部１０が形成されており、第２テーパ部１０は、その頂角が９０度未満の円錐面に沿う鋭角テーパ部である。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却構造を備える鋳造型に関する。

金型等の鋳造型を用いた鋳造において、鋳造プロセスにおける鋳造型の温度を一定に維持するために、鋳造型の内部に冷媒流路を設け、そこに水や油等の冷却媒体を循環させる技術が知られている。例えば特許文献１に記載の技術では、鋳造型のキャビティ（成形面）に沿って鋳造型内部に冷却通路を形成し、そこに冷却水を循環させている。鋳造型の内部に冷媒流路を形成することで、キャビティの溶湯から伝達される熱を除去し、鋳造型の温度が過剰に上昇することを防止できる。

特開平１１−１７００２４号公報

鋳造型は、鋳造プロセスの繰り返しによって、その温度が大きく変動する。特に、溶湯と接触するキャビティの近傍では、その温度変動の振幅が非常に大きなものとなる。このことから、冷媒流路は、キャビティに近接するように形成することが好ましい。その一方で、冷媒流路をキャビティの近傍まで形成すると、鋳造型の肉厚が薄くなることから、熱疲労に起因する鋳造型の変形やひび割れ等が発生しやすくなる。
上記の問題を鑑みて、本発明は、鋳造型の損傷を防止しつつ、鋳造型の冷却を効果的に行うことができる技術を提供する。

本発明に係る鋳造型は、溶湯が導入されるキャビティと、冷却媒体が導入される冷媒流路を備えている。冷媒流路は、鋳造型の表面から鋳造型の内部に位置する終端まで、キャビティに接近する方向に伸びている。冷媒流路の終端部分（終端から或る長さに亘る部分）には、終端に向かってその径が縮小していくテーパ部が形成されている。そして、そのテーパ部の少なくとも一部は、頂角が９０度未満の円錐面に沿う鋭角テーパ部であることを特徴とする。

上記において、頂角が９０度以下の円錐面とは、母線と中心軸との成す角が４５度以下の円錐面とも表現できる。
また、冷媒流路が、キャビティに接近する方向に伸びているとは、冷媒流路が全体としてキャビティに接近する方向に伸びていることを意味し、冷媒流路の全体がキャビティに向かって直線的に伸びるものに限定されるものではない。さらに、冷媒流路がキャビティにする方向に伸びているとは、冷媒流路の延長線上にキャビティが位置するような構造に限定されるものでもない。

冷媒流路の終端部分にその終端に向かって径が縮小していくテーパ部を形成すると、その径の縮小が開始する縮径開始位置（冷媒流路の終端と反対側に位置するテーパ部の端部であり、冷媒流路の内周面が屈曲する位置）では、鋳造型のひび割れ等が発生しやすくなる。さらに、その縮径開始位置がキャビティの近くに形成されると、その縮径開始位置とキャビティとの間の肉厚が薄くなってしまい、熱疲労に起因する鋳造型の変形やひび割れ等が発生しやすくなる。
これに対し、本発明の鋳造型では、冷媒流路の終端部分に、頂角が９０度未満の円錐面に沿う鋭角テーパ部を備えている。頂角が９０度未満の円錐面は、その高さが底面の半径よりも大きく、中心軸に沿って鋭く伸びる形状となる。従って、そのような円錐面に沿う鋭角テーパ部を設けることで、冷媒流路の終端から縮径開始位置までの距離を大きくすることができる。この場合、冷媒流路をキャビティの近傍まで伸ばし、冷媒流路の終端がキャビティに近接する場合でも、冷媒流路の縮径開始位置をキャビティから比較的に離間させることができる。冷媒流路の縮径開始位置とキャビティの間に十分な肉厚を確保することが可能となり、鋳造型の変形やひび割れを防止することができる。本発明によると、終端に対してテーパ部の径の縮小開始位置を離間させることができる。冷媒流路とキャビティの間には、必要とされる冷却効率に応じて、適切な肉厚を確保することができる。

上記の鋳造型において、キャビティは鋳造型の上面に形成されており、冷媒流路は鋳造型の下面側から上面に向かって伸びており、冷媒流路の終端はキャビティの最下部よりも上方に位置しており、冷媒流路の鋭角テーパ面の下端はキャビティの最下部よりも下方に位置していてもよい。

上記の構造を有する鋳造型では、冷媒流路の終端がキャビティの最下部よりも上方に位置する。例えば、冷媒流路をキャビティの横の近接する位置に形成することができ、鋳造型を効率よく冷却することができる。また、上記の鋳造型では、鋭角テーパ面の下端はキャビティの最下部よりも下方に位置する。すなわち、冷媒流路においてひび割れ等の損傷が生じやすい部分とキャビティの表面とを離間させることができ、熱疲労に対して脆弱な部分が鋳造型に形成されることを防ぐことができる。本発明によると、鋳造型の損傷を効率よく防止することができる。

また、上記の鋳造型において、鋭角テーパ部は、上記のテーパ部のなかで、終端から最も遠い範囲に形成されていてもよい。

上記の構造を有することで、鋭角テーパ部の下端部分とキャビティの表面とを離間させることができる。本発明によると、鋳造型の損傷を防止することができる。

本発明によると、冷媒流路とキャビティの間に適切な肉厚を確保することができる。冷媒流路とキャビティの間の肉厚部分に局所的な応力が生じることが防止される。本発明によると、鋳造型の損傷を防止しつつ、鋳造型の冷却を効果的に行うことができる。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
（特徴１） 冷媒流路の終端は、キャビティが形成される範囲以外の上面に向かって延びている。
（特徴２） 冷媒流路とキャビティの間で最も肉厚が薄い部分は、鋭角テーパ部とキャビティの間に形成される。
（特徴３） 冷媒流路とキャビティの間で最も肉厚が薄い部分は、鋭角テーパ部の径の縮小が開始する位置と径の縮小が終了する位置の間、即ち、鋭角テーパ部の中間位置に形成される。

本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１に、本実施例の鋳造型（金型）の概要構成を表わす断面図を示す。金型２は、上面４と下面１８を備えている。上面４には、溶湯（図示せず）が導入されるキャビティ６が形成されている。上面４には、キャビティ６を含む複数のキャビティが形成されていてもよい。金型２の内部には、冷却媒体（図示せず）が導入される冷媒流路１６が形成されている。金型２には、複数冷媒流路が形成されていてもよい。冷媒流路１６は、下面１８から上面４に向かって、金型２の内部に位置する終端１４まで伸びている。冷媒流路１６は、下面１８側からキャビティ６に接近する方向に伸びていると換言することもできる。冷媒流路１６の内部には、冷却媒体を供給するパイプ２２が配設されている。パイプ２２は、冷媒流路１６内に配設される一端側に開口２２ａを備えている。パイプ２２の他端側は、本実施例の冷却媒体である水の供給源（図示せず）に接続されている。パイプ２２は、開口２２ａから冷媒流路１６内に水を供給する。供給された水は冷媒流路１６内を循環し、キャビティ６に導入される溶湯から伝わる熱を除去する。

冷媒流路１６の終端部分８には、第１テーパ部１２と第２テーパ部１０が形成されている。第１テーパ部１２と第２テーパ部１０では、冷媒流路１６の径が終端１４に向かって連続的に縮小している。
第１テーパ部１２は、終端１４と第２テーパ部１０の間に形成されており、終端１４に向かってその径が急速に縮小していくテーパ形状を有している。第２テーパ部１０は、第１テーパ部１２の下方側に形成されており、終端１４に向かってその径が第１テーパ部１２よりも緩やかに縮小していくテーパ形状を有している。第１テーパ部１２と第２テーパ部１０のそれぞれは、円錐面に沿う形状となっている。終端部分８には、第１テーパ部１２と第２テーパ部１０からなるテーパ部が形成されていると換言することもできる。

第２テーパ部１０の径は、終端１４側とは反対側の下端２０から縮小し始める（以下では、下端２０の位置を第２テーパ部１０の径縮開始位置ということもある）。第２テーパ部１０は、その頂角θ（図２参照）が９０度未満の円錐面に沿う鋭角テーパ部である。第２テーパ部１０は、上記した終端部分８に形成されているテーパ部のなかで、終端１４から最も遠い範囲に形成されている。図１に示すように、径縮開始位置２０よりも下方（下面１８側）の冷媒流路１６は、軸方向に沿って断面形状が一定の円筒面状に形成されている。このため、冷媒流路１６の内周面は、径縮開始位置２０において径方向内側に屈曲している。その屈曲角度は、１３５度よりも大きく、比較的に緩やかに屈曲することになる。

図２に、キャビティ６と冷媒流路１６の位置関係を表わす図を示す。図２に矢印で示した金型２の上下方向において、冷媒流路１６の終端１４（Ａで示す位置）は、キャビティ６の最下部２４（Ｂで示す位置）よりも上方に位置している。また、冷媒流路１６の第２テーパ部１０の下端２０（Ｃで示す位置）は、キャビティ６の最下部２４よりも下方に位置している。

高温の溶湯がキャビティ６に導入されると、溶湯から伝わる熱によって金型２は膨張する。この金型２の膨張は、図２に示す上下方向に特に強く現われる。金型２が上下方向に膨張すると、金型２には上下方向に引張応力が生じる。このとき、キャビティ６と冷媒流路１６の間において最も肉厚の薄い部分には、上記の引張応力が集中しやすい。従って、例えばその薄肉部分に近接して冷媒流路１６の屈曲部（本実施例の場合、縮径縮開始位置２０）が形成されていると、薄肉部分の変形やひび割れが発生しやすい。一方、本実施例の金型２では、冷媒流路１６の縮径縮開始位置２０がキャビティ６の最下部２４よりも下方に位置し、縮径縮開始位置２０がキャビティ６から比較的に離間している。冷媒流路１６の縮径縮開始位置２０が、キャビティ６と冷媒流路１６の間の薄肉部分に一致せず、過度に応力集中が発生することがない。鋳造型の損傷を防止しつつ、鋳造型の冷却を効果的に行うことができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

金型の概略構成を表わす断面図である。 キャビティと冷媒流路の位置関係を表わす断面図である。

符号の説明

２：金型
４：上面
６：キャビティ
８：終端部分
１０：第２テーパ部
１２：第１テーパ部
１４：終端
１６：冷媒流路
１８：下面
２０：下端
２２：パイプ
２２ａ：開口
２４：最下部

Claims (3)

1. 鋳造型であって、
   溶湯が導入されるキャビティと、
   冷却媒体が導入される冷媒流路を備え、
   前記冷媒流路は、鋳造型の表面から鋳造型の内部に位置する終端まで、キャビティに接近する方向に伸びており、
   前記冷媒流路の終端部分には、前記終端に向かってその径が縮小していくテーパ部が形成されており、
   前記テーパ部の少なくとも一部は、頂角が９０度未満の円錐面に沿う鋭角テーパ部であることを特徴とする鋳造型。
2. 前記キャビティは、鋳造型の上面に形成されており、
   前記冷媒流路は、鋳造型の下面側から上面に向かって伸びており、
   前記冷媒流路の終端は、前記キャビティの最下部よりも上方に位置しており、
   前記冷媒流路の鋭角テーパ面の下端は、前記キャビティの最下部よりも下方に位置していることを特徴とする請求項１に記載の鋳造型。
3. 前記鋭角テーパ部は、前記テーパ部のなかで、前記終端から最も遠い範囲に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の鋳造型。

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