JP6191498B2 - 鋳造方法、及び、鋳造装置 - Google Patents
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Description
本発明の第1実施形態による鋳造方法及び鋳造装置を図1〜4に基づいて説明する。
図1に、第1実施形態による鋳造装置1の模式図を示す。鋳造装置1は、内部に金属溶湯を充填可能な空間を有する。当該空間は、充填される金属溶湯が所望の形状となるよう形成されており、供給された金属溶湯が凝固することによって所望の形状の金属部材を得ることができる。第1実施形態による鋳造方法は、いわゆる、ダイカストであり、鋳造装置1の内部に金属溶湯が圧入され所望の形状の金属部材が成形される。鋳造装置1は、金型10、金属溶湯供給部20、温度検出部40、圧力制御部50、「熱交換流体供給部」としての冷媒供給部30などから構成される。なお、図1において、紙面の上側を「天」側、紙面の下側を「地」側とする。
第1冷媒流路111は、金型10の外部に設けられる第1接続配管31を介して冷媒供給部30と接続している。
第2冷媒流路112は、第1冷媒流路111に比べ、内部空間100に近い側に形成されている。第2冷媒流路112は、圧力制御部50が設けられている第2接続配管32を介して冷媒供給部30と接続している。第1冷媒流路111及び第2冷媒流路112には、沸騰石を含み金型10の温度より低い温度の「熱交換流体」としての水が流れる。以下、第1実施形態においては、沸騰石を含む水を冷媒と呼ぶ。冷媒は、第1接続配管31内を矢印F1の方向に流れ、第1冷媒流路111に導入される。第1冷媒流路111から後述するノズル113を介して第2冷媒流路112に移動した冷媒は、第2接続配管32内を矢印F2の方向に流れる。第1冷媒流路111及び第2冷媒流路112は、特許請求の範囲に記載の「流路」に相当する。
センサー部41は、図2に示すように、第2冷媒流路112及び内部空間100を形成する壁体115の内部に設けられている。センサー部41は、壁体115の温度に応じた信号を金型10の外部に設けられている出力部42に出力する。
出力部42は、センサー部41が出力する信号に基づいて壁体115の温度を検出し、演算部33に出力する。
次に、「金属溶湯供給工程」として、内部空間100及び連通路101に金属溶湯を供給する。金属溶湯供給部20において、プランジャ22を移動させスリーブ21内の金属溶湯を加圧しつつ内部空間100及び連通路101に充填する。
第1実施形態による鋳造装置1の鋳造方法では、ノズル113から噴射される水が内壁114を濡らすよう付着している。内壁114に付着している水は、内壁114から伝わる熱によって温度が上昇し、図3(a)に示すように、核沸騰の状態となる。具体的には、内壁114のうち、特定の部位である壁面116、117、118、119のそれぞれに気泡B1が発生する。
金属溶湯が十分に凝固した後、「取り出し工程」として、第1金型部11と第2金型部12とを分離し、成形された金属部材を金型10から取り出す。
このように、冷媒に含まれる水によって冷却対象部位の温度を効率的に低下させるためには、比較的小さい熱伝達率を示す対流や膜沸騰の状態に比べ比較的大きい熱伝達率を示す核沸騰の状態を維持することが望ましい。
次に、本発明の第2実施形態による鋳造装置を図5に基づいて説明する。第2実施形態は、第2冷媒流路を形成する金型の内部空間側の内壁の形状が第1実施形態と異なる。なお、第1実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
次に、本発明の第3実施形態による鋳造装置を図6に基づいて説明する。第3実施形態は、第2冷媒流路及び金型の内部空間を形成する壁体に超音波素子が設けられている点が第1実施形態と異なる。なお、第1実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
次に、本発明の第4実施形態による鋳造装置を図7に基づいて説明する。第4実施形態は、金型の外部に電源が設けられている点が第1実施形態と異なる。なお、第1実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
(ア)上述の実施形態では、ダイカストによって金属部材を成形するとした。しかしながら、本発明の鋳造方法はこれに限定されない。融点より高い温度の金属を金型の内部に流し込み、所望の形状の金属部材を得ることができる鋳造方法であればよい
10 ・・・金型、
100 ・・・内部空間(金型の内部)、
101 ・・・連通路(金型の内部)
111 ・・・第1冷媒流路(流路)、
112 ・・・第2冷媒流路(流路)、
30 ・・・熱交換流体供給部、
40 ・・・温度検出部、
611 ・・・第3冷媒流路(流路)。
Claims (12)
- 金型(10)の内部(100、101)に金属溶湯を供給する金属溶湯供給工程と、
前記金型の温度より低い温度の熱交換流体の圧力を前記金型の温度に基づいて制御する熱交換流体圧力制御工程と、
前記金属溶湯供給工程において前記金型の内部に金属溶湯が充填された後、前記熱交換流体圧力制御工程において圧力を制御された熱交換流体を前記金型が有する流路(111、112、113、611)に供給する冷却工程と、
前記冷却工程において前記金型の温度が前記金型の内部に充填された金属溶湯が凝固する温度まで低下した後、前記金型の内部から金属溶湯が凝固した金属部材を前記金型から取り出す取り出し工程と、
を含み、
前記冷却工程において、熱交換流体は、前記流路を形成する前記金型の内壁(114)に対して所定の角度より大きな角度で当該内壁に衝突するよう流れることを特徴とする鋳造方法。 - 前記冷却工程において、前記流路を流れる熱交換流体は、相対的に高圧の状態と低圧の状態とを繰り返すことを特徴とする請求項1に記載の鋳造方法。
- 前記冷却工程において、前記流路を形成する前記金型の内壁を超音波振動することを特徴とする請求項1または2に記載の鋳造方法。
- 熱交換流体は、水であって
前記冷却工程において、前記金型の内部に電位差を形成することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の鋳造方法。 - 金属溶湯を凝固し所望の形状の金属部材を成形する鋳造装置(1、4)であって、
流体が流通可能な流路(111、112、611)を有する金型(10)と、
前記流路に前記金型の温度より低い温度の熱交換流体を供給する熱交換流体供給部(30)と、
前記流路を形成する前記金型の内壁(114)に対して所定の角度より大きな角度で熱交換流体が当該内壁に衝突するよう熱交換流体を噴射するノズル(113)と、
前記金型の温度を検出し、検出した前記金型の温度に基づく信号を前記熱交換流体供給部に出力する温度検出部(40)と、
を備え、
前記熱交換流体供給部は、前記温度検出部が出力する前記金型の温度に基づいて前記流路に供給する熱交換流体の圧力を制御することを特徴とする鋳造装置。 - 前記流路の下流側に位置し前記流路を流れる熱交換流体の圧力を制御する圧力制御部(50)を備え、
前記圧力制御部は、前記流路を流れる熱交換流体の圧力を相対的に高圧の状態と低圧の状態とを繰り返すよう制御することを特徴とする請求項5に記載の鋳造装置。 - 前記流路を形成する前記金型の内壁(114)には窪み(214)が形成されていることを特徴とする請求項5または6に記載の鋳造装置。
- 前記窪みは、複数形成され、
複数の前記窪みは、等間隔に形成されていることを特徴とする請求項7に記載の鋳造装置。 - 熱交換流体は、沸騰石を含むことを特徴とする請求項5から8のいずれか一項に記載の鋳造装置。
- 前記流路を形成する前記金型の内壁を超音波振動する超音波振動付与部(315)を備えることを特徴とする請求項5から9のいずれか一項に記載の鋳造装置。
- 熱交換流体は、水であって
前記金型の内部に電位差を形成する電位差付与手段(615)を備えることを特徴とする請求項5から10のいずれか一項に記載の鋳造装置。 - 熱交換流体は、水であって
前記流路を形成する前記金型の内壁は、親水性の表面処理が施されていることを特徴とする請求項5から11のいずれか一項に記載の鋳造装置。
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