説明

金型

【課題】本発明の課題は、注入時の溶融金属などに対する加圧圧力が高くなる場合であっても、加工取り代の増加を回避しつつ、金型のキャビティの隅に応力が集中するのを防止することにある。
【解決手段】
本発明に係る金型1は、キャビティ部11を備える。キャビティ部11は、側面121、底面122および隅面113を有する。隅面は、側面の下端から底面の側端まで延びている。また、この隅面は、断面視において側面の仮想延長面および底面の仮想延長面よりも内側に位置する。また、この隅面は、断面視において斜下外方向に向かって窪むように円弧状に湾曲する複数の湾曲面131,132が側面の下端から底面の側端に向かって段状に配置されることにより形成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は金型に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、金型を用いた金属部品の成形方法が広く知られている。このような成形方法では、一般に、溶解金属や、半溶融金属、半凝固金属などが金型のキャビティに加圧注入される。なお、このような成形方法は、近年、スクロール圧縮機の可動スクロールや固定スクロールなどに適用されている。
【0003】
ところで、従来の金型では、通常、キャビティの隅が角張っていた。このため、キャビティに溶解金属などが加圧注入されると、その隅に応力が集中し、隅を起点として金型にクラックが生じる場合があった。
【0004】
そして、このような問題を解決する手法の一つとして、例えば、非特許文献1(西田正孝著、「応力集中 増補版」、森北出版、p.114−127)に記載されている「キャビティの隅にアールを形成する手法」が一般的に知られている。この手法により、キャビティの隅にかかる応力が分散され、クラックの発生が抑制される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、注入時の溶融金属などに対する加圧圧力が高くなれば、アールの半径を大きくする必要があり、その結果、加工取り代が多くなってしまう。そして、加工取り代が多くなると、原料費や加工費に無駄が生じ、経済的に好ましくない。
【0006】
本発明の課題は、注入時の溶融金属などに対する加圧圧力が高くなる場合であっても、加工取り代の増加を回避しつつ、金型のキャビティの隅に応力が集中するのを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
第1発明に係る金型は、キャビティ部を備える。キャビティ部は、側面、底面および隅面を有する。隅面は、側面の下端から底面の側端まで延びている。また、この隅面は、断面視において側面の仮想延長面および底面の仮想延長面よりも内側に位置する。また、この隅面は、複数の湾曲面が側面の下端から底面の側端に向かって段状に配置されることにより形成されている。なお、ここにいう「湾曲面」は、断面視において斜下外方向に向かって窪むように円弧状に湾曲している。また、ここにいう「斜下外方向」中の「外方向」成分は、「キャビティの外方向」つまりキャビティの内部から、キャビティを形成する側面に向かう方向を意味する。また、ここにいう「斜下外方向」中の「下方向」成分は、「キャビティの下方向」つまりキャビティの内部から、キャビティを形成する底面に向かう方向を意味する。
【0008】
第2発明に係る金型は、第1発明に係る金型であって、湾曲面は、断面視においてそれぞれ同じ半径で湾曲している。
【0009】
第3発明に係る金型は、第1発明または第2発明に係る金型であって、半溶融ダイキャスト法及び半凝固ダイキャスト法の少なくともいずれか一方の成形法において用いられる。
【0010】
第4発明に係る金型は、第1発明から第3発明のいずれかに係る金型であって、キャビティ部は、渦巻状溝部である。
【0011】
第5発明に係る金型は、第4発明に係る金型であって、隅面は、渦巻状溝部の外周側の側面の下端から延びている。
【0012】
第6発明に係る金型は、第4発明に係る金型であって、隅面は、渦巻状溝部の最外周部分の側面の下端から延びている。
【発明の効果】
【0013】
第1発明に係る金型では、複数の湾曲面が側面の下端から底面の側端に向かって段状に配置されることにより隅面が形成されている。このため、この金型では、成形時においてキャビティの隅に生じる応力が分散される。よって、応力が特定箇所に集中することを回避でき、以って金型の寿命を延ばすことができる。また、このような金型では、半径の大きい曲面を一つ設けた隅に比べて、加工取り代が増えるのを回避することができる。よって、この金型は、注入時の溶融金属などに対する加圧圧力が高くなる場合であっても、加工取り代の増加を回避しつつ、金型のキャビティの隅に応力が集中するのを防止することができる。また、このような金型は、アルミニウム等の低融点金属を用いたダイキャスト法に比べて成形圧力が比較的高い半溶融ダイキャスト法や半凝固ダイキャスト法に好適に用いることができる。
【0014】
第2発明に係る金型では、同じ刃具を用いて複数の湾曲面を形成することができる。
【0015】
第3発明に係る金型は、半溶融ダイキャスト法及び半凝固ダイキャスト法の少なくともいずれか一方の成形法において用いられる。よって、この金型では、半溶融ダイキャスト法及び半凝固ダイキャスト法の少なくともいずれか一方の成形法における半溶融金属または半凝固金属による隅への圧力が分散される。
【0016】
第4発明に係る金型では、キャビティ部が渦巻状溝部である。上述したように、この金型では、半径の大きい曲面を一つ設けた隅に比べて、加工取り代が増えるのを回避することができる。このため、この金型では、比較的に幅の狭い深溝を容易に設けることができ、さらに、溝と溝との間隔を狭くすることもできる。
【0017】
第5発明に係る金型では、隅面が渦巻状溝部の外周側の側面の下端から延びている。このため、応力が集中しやすい外周側の隅への応力を効率的に分散させることができる。
【0018】
第6発明に係る金型では、隅面が渦巻状溝部の最外周部分の側面の下端から延びている。このため、応力が特に集中する最外周部分の隅への応力を効率的に分散させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の実施の形態にかかる金型の上面図である。
【図2】図1に示される位置II−IIでの金型の断面を示す図である。
【図3】図2に示されるキャビティの渦巻部相当部分成形部分を拡大して示した図である。
【図4】隅面として半径の大きい湾曲面を一つだけ設けた場合に隅部分に生じる応力を相対的な数値で示した図である。
【図5】隅面として二つの湾曲面131,132を段状に設けた場合に隅部分に生じる応力を相対的な数値で示した図である。
【図6】部品素材の疲労強度と、金型に半溶融または半凝固金属を加圧注入したときに隅部分に発生する応力を解析した結果との比率を隅面の形状ごとに安全率Sとしてまとめた図である。
【図7】渦巻部相当部分成形部分の幅を広くして隅部分に半径の大きい湾曲面を一つだけ設けた場合の金型を示した図である。
【図8】渦巻部相当部分成形部分を深くして隅部分に半径の大きい曲面を一つだけ設けた場合の金型を示した図である。
【図9】成形法ごとに材料温度や成形圧などの条件を示した図である。
【図10】変形例3に係る金型の上面図である。
【図11】変形例3に係る他の金型の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
<金型について>
図1は、本発明の実施の形態にかかるダイキャスト用の金型1を示す上面図である。図2は、図1に示される位置II−IIでの金型1の断面を示す図である。
【0021】
金型1は、図示していない金型と組み合わせることで、素材形状のキャビティ11を形成し、加工取り代を含んだ部品素材の成形に用いられる。半溶融または半凝固成形の際には、上記キャビティ11に半溶融または半凝固金属がダイキャストマシンにより加圧注入される。その後、その半溶融または半凝固金属を金型内で急冷して凝固させることにより、所望の形状の部品素材を得ることができる。
【0022】
本実施形態に係る金型1で成形される部品素材としては例えばスクロール圧縮機の可動スクロールや固定スクロールなどの素材が挙げられ、図1には可動スクロールの成形に用いられる金型のうち渦巻側を成形する金型1が示されている。
【0023】
この金型1において、キャビティ11は、可動スクロールの鏡板に相当する部分を成形する部分(以下「鏡板相当部分成形部分」という)111と、渦巻部に相当する部分を成形する部分(以下「渦巻部相当部分成形部分」という)112とにより形成されている。
【0024】
図3には、図2に示されるキャビティ11の渦巻部相当部分成形部分112を拡大して示した図が示されている。キャビティ11の渦巻部相当部分成形部分112は、主に、側面121、底面122および隅面113から形成されている。
【0025】
隅面113は、図2および図3に示されるように、側面121の下端から底面122の側端まで延びており、断面視において側面121の仮想延長面および底面122の仮想延長面よりも内側に位置している。また、本実施の形態において、隅面113は、二つの湾曲面131,132が側面121の下端から底面122の側端に向かって段状に配置されることにより形成されている。なお、湾曲面131,132は、図2および図3に示されるように、断面視においてキャビティ11の斜下外方向に向かって円弧状に窪むように湾曲している。
【0026】
この金型1では、半溶融または半凝固成形時において半溶融または半凝固金属がキャビティ11に加圧注入されるとき、隅面113の形状により金型1の隅部分に生じる応力が分散される。よって、この金型1は、従来の金型に比べて寿命が長くなる。
【0027】
具体的に、金型1の隅部分に生じる応力が分散されることを、図4及び図5を用いて説明する。図4は、隅面として半径RAの湾曲面43を一つだけ設けた金型1の縦断面図である。図5は、隅面として半径RB,RCの二つの湾曲面131,132を段状に設けた金型1の縦断面図である。図4及び図5のいずれにおいても、応力解析によって得られた隅部分に生じる応力Fを相対的な数値で示している。なお、応力Fは、図4に示される隅部分に生じる応力Fのうち最も大きいものを基準(F=1)としている。
【0028】
隅面として湾曲面43を一つ設けた場合(図4)には、湾曲面43の中央付近に応力が集中する(F=1)。一方、隅面として二つの湾曲面131,132を段状に設けた場合(図5)には、湾曲面131,132のそれぞれの中央付近に応力が集中するものの、その値は1より小さい(F=0.76、F=0.9)。しかも、湾曲面131と湾曲面132とにより形成される突起部分133に生じる応力は、著しく小さい(F=0.35)。よって、図4及び図5から、隅面として二つの湾曲面131,132を段状に設けることにより、隅面として湾曲面43を一つ設けた場合に比べて、隅部分にかかる応力が分散されることがわかる。
【0029】
図6は、部品素材の疲労強度と、金型に半溶融または半凝固金属を加圧注入したときに隅部分に発生する応力を解析した結果との比率を隅面113の形状ごとに安全率Sとしてまとめた図である。ここで、安全率Sは、値が大きい程安全であることを示す。
【0030】
隅面113として湾曲面を一つ設けた場合には、曲面の半径を大きくすることにより、応力集中の度合いを緩和することができるので、安全率Sが高まる。本実施形態では、湾曲面の半径が同じでも、応力集中を緩和することができるため、安全率Sがより高まる。
【0031】
金型1の隅面113の半径Rを大きくすることなく二段形状とすることで、金型1に発生する応力を同じとした場合、隅面として半径の大きい湾曲面を一つ設けた場合に比べて、キャビティ11の渦巻部相当部分成形部分112の厚みや深さが大きくなることが回避される。よって、この金型1により成形された部品素材2を仕上げる際に、削るべき加工取り代22の量を増加させることを回避することができる。なお、図3〜8では、部品素材2から加工取り代22を削って仕上げた可動スクロールを破線で示している。
【0032】
具体的に、隅面として半径の大きい湾曲面を一つ設けた隅に比べて、加工取り代22の量の増加を回避することができることを、図7及び図8を用いて説明する。
【0033】
図7は、隅部分に発生する応力を小さくするため、隅面113として半径の大きい湾曲面41を一つ設けて、渦巻部相当部分成形部分112の幅を拡げた場合のキャビティを一点鎖線で示した図である。隅面113として二つの湾曲面131,132を段状に設けた場合、上記の場合と同じ応力が生じる前提であれば、二つの湾曲面131,132それぞれの半径を小さくすることができるため、加工取り代22の厚みt22を、隅面113として半径の大きい湾曲面41を一つ設けた場合の加工取り代411の厚みt41よりも小さくすることができる。したがって、隅面113として二つの湾曲面131,132を段状に設けた場合、隅面113として半径の大きい湾曲面41を一つ設けた場合に比べて、渦巻部相当部分成形部分112の幅を狭くすることができ、また、渦巻部相当部分成形部分112の巻き間隔を狭くすることができる。
【0034】
図8は、隅面113として半径の大きい湾曲面42を一つ設けて、渦巻部相当部分成形部分112の深さを深くした場合のキャビティを一点鎖線で示した図である。図7で例示したものと同様に、同じ応力が生じる前提であれば、隅面113として二つの湾曲面131,132を段状に設けた場合の方が、加工取り代22の厚みd22を、隅面113として半径の大きい湾曲面42を一つ設けた場合の加工取り代421の厚みd42よりも小さくすることができる。このため、隅面113として二つの湾曲面131,132を段状に設けた場合、隅面113として半径の大きい湾曲面42を一つ設けた場合に比べて、渦巻部相当部分成形部分112の深さを浅くすることができる。したがって、金型1の作製においてより短い刃具を用いることができ、ひいては金型1の加工精度を向上することができる。
【0035】
<金型の使用方法について>
上述した金型1の使用方法について具体的に説明する。金型1は、半溶融ダイキャスト法(チクソキャスト法)及び半凝固ダイキャスト法(レオキャスト法)の少なくともいずれか一方の成形法において用いられる。かかる成形法では、成形時の溶解金属の温度は高く、かつ成形時の圧力も高い。つまり、金型への熱負荷が高いので、クラックなどの欠陥が生じる応力の限界値は、温度が低い場合に比べて小さくなり、成形時の圧力が高いので、隅に発生する応力は大きくなる。
【0036】
図9は、アルミダイキャストなどの成形法と、鉄系の半溶融ダイキャスト法や半凝固ダイキャスト法の成形法との条件の違いを示した図である。
【0037】
鉄系の半溶融ダイキャスト法や半凝固ダイキャスト法では、材料温度が1200℃で、かつ成形圧が60MPaであり、アルミダイキャスト法の材料温度(700℃)及び成形圧(35MPa)に比べて高い。
【0038】
上述した金型1では、隅113に対する応力が分散される。よって、成形時の半溶融または半凝固金属の温度(材料温度)が高く、かつ成形時の圧力(成形圧)が高くなる半溶融ダイキャスト法や半凝固ダイキャスト法の成形法において、金型1は適している。
<変形例1>
先の実施形態では、隅面113として二つの湾曲面131,132を段状に設けた金型1が示されたが(図3)、金型1の隅面113として二つ以上の湾曲面を段状に設けてもよい。この場合も、上述と同様に、隅部分に生じる応力が分散されて金型の寿命が長くなり、しかも加工取り代22の量が増加するのを回避することができる。
<変形例2>
図3や図5に示されるように、断面視において段を成す二つの湾曲面131,132のそれぞれの半径RB,RCは同じであることが好ましい。これは、二つの湾曲面131,132を形成する際に、同じ刃具を用いることができるからである。
【0039】
隅面113として二つ以上の湾曲面131,132を段状に設ける場合にも、それらの曲面のそれぞれの半径を同じにすることが、同様の観点から好ましい。
<変形例3>
図2に示されるように、本実施の形態に係る隅面113(図3)は、キャビティ11の渦巻部相当部分成形部分112の外周側に設けることが好ましい。特に、渦巻部相当部分成形部分112の最外周部分MO1(二点鎖線で示される部分)(図10)に位置する隅部分に本実施の形態に係る隅面113を設けることが好ましい。理由を以下に説明する。
【0040】
半溶融または半凝固金属を加圧注入した場合、渦巻部相当部分成形部分112のうち径方向に見たときに隣接する部分の間では、内側に向かう圧力と外側に向かう圧力とが打ち消し合う。しかし、最外周の部分で外側に向かう圧力に対しては、打ち消し合う力が生じないので、最外周に位置する隅部分114には最も応力が集中しやすい。よって、最外周に位置する隅部分114に、本実施の形態に係る隅面113を設けることが特に好ましい。
【0041】
また、図11に示されるように、渦巻部相当部分成形部分212の巻き終わりが連通溝213を介して渦巻部相当部分成形部分212の内周側部分に繋がっているような金型201では、最外周部分は符号MO2で示される位置(二点鎖線で示される位置)となる。したがって、かかる場合、この位置に、本実施の形態に係る隅面113を設けることが特に好ましい。なお、図11中、符号211は鏡板相当部分成形部分を示し、符号221はキャビティを示している。
<変形例4>
先の実施形態では特に言及していないが、金型の疲労寿命を向上させるために特開平10−6223号公報に開示される表面処理や、特開平7−207414号公報に開示される素材がさらに応用されてもかまわない。
【産業上の利用可能性】
【0042】
本発明に係る金型は、注入時の溶融金属などに対する加圧圧力が高くなる場合であっても、加工取り代の増加を回避しつつ、金型のキャビティの隅に応力が集中するのを防止することができるという特徴を有しており、例えば、半溶融ダイキャスト法や半凝固ダイキャスト法が用いられる際の金型として有用である。
【符号の説明】
【0043】
1,201 金型
2 可動スクロール(部品)
11,221 キャビティ
22 加工取り代
113 隅面
121 側面
122 底面
131,132 湾曲面
RB,RC 半径
MO1,MO2 最外周部分
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0044】
【非特許文献1】西田正孝著、「応力集中 増補版」、森北出版、p.114−127

【特許請求の範囲】
【請求項1】
側面と、
底面と、
前記側面の下端から前記底面の側端まで延びており、断面視において前記側面の仮想延長面および前記底面の仮想延長面よりも内側に位置し、前記断面視において斜下外方向に向かって窪むように円弧状に湾曲する複数の湾曲面が前記側面の下端から前記底面の側端に向かって段状に配置されることにより形成されている隅面と
を有するキャビティ部(11)を備える金型。
【請求項2】
前記湾曲面(131,132)は、前記断面視においてそれぞれ同じ半径(RB,RC)で湾曲している
請求項1記載の金型。
【請求項3】
半溶融ダイキャスト法及び半凝固ダイキャスト法の少なくともいずれか一方の成形法において用いられる
請求項1または2に記載の金型。
【請求項4】
前記キャビティ部は、渦巻状溝部である
請求項1から3のいずれかに記載の金型。
【請求項5】
前記隅面は、前記渦巻状溝部の外周側の側面の下端から延びている
請求項4に記載の金型。
【請求項6】
前記隅面は、前記渦巻状溝部の最外周部分の側面の下端から延びている
請求項4に記載の金型。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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