(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型で囲まれてなるキャビティー内に前記金型に設けた湯口を通じてアルミニウム合金の溶湯を注湯し、前記溶湯が冷却固化してできたアルミニウム合金鋳物を金型のキャビティーに臨む位置に設けたブッシュに対して摺動する押出しピンで押して前記金型から取り出すアルミニウム合金鋳物の製造方法であって、
前記押出しピンの熱膨張係数は、前記ブッシュの熱膨張係数より大きいことを特徴とするアルミニウム合金鋳物の製造方法。
【請求項２】
前記押出しピンは高速度工具鋼からなり、前記ブッシュは超硬合金からなる請求項１記載のアルミニウム合金鋳物の製造方法。
【請求項３】
前記押出しピンは、前記ブッシュと摺動する面に窒化膜からなる下地層を形成し該下地層の上にＣｒ系皮膜からなる硬質層を形成したものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム合金鋳物の製造方法。
【請求項４】
前記硬質層を１層とする請求項３記載のアルミニウム合金鋳物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型によりアルミニウム合金鋳物を鋳造し、その鋳物をピンで押出して金型から離型するアルミニウム合金鋳物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用ディスクホイールは、従来からスチールで形成されており、一部の高級車などではアルミニウム合金製のホイール（以下、単にアルミホイールともいう）が採用されていた。近年、車両の軽量化及び外観や意匠性の向上を目的として、アルミホイールを装着する割合が益々増大している。このアルミホイールは、タイヤを装着する環状のリム部、リム部の中心に形成されアルミホイールを車軸に装着する車輪用ボルトを挿通させるための複数のボルト孔を有するボス部、およびリム部とボス部とを連結するスポーク部とからなり、Ｓｉを６〜１３重量％程度含むＡｌ−Ｓｉ系合金を用いて、低圧鋳造、ダイカスト又はスクイズキャスティングなどの手段により製作されている。
【０００３】
従来、低圧鋳造機によりアルミホイールなどを鋳造する場合、保持炉に保持されたアルミ溶湯の自由表面に圧縮空気を印加することにより、溶湯はストーク内を上昇し、上型、下型、横型の３つの金型にて形成される金型製品部（キャビティー）に注入される。鋳造後、下型は低圧鋳造機の固定プラテンに固定されたままの状態でまず横型を開き、次に上型が取付けてある可動プラテンを支柱を介して摺動させることにより上昇させると、製品は上型に取付けられたまま上昇する。所定の距離だけ上昇すると、鋳造機に設けた押出し板に固定された押出しピンの先端が製品に突き当たり、製品を上型から押出して取外す。このとき、押出しピンは上型に設けたブッシュ孔内を摺動する。
【０００４】
金型に溶湯が直接当たる部分は型温が非常に高くなる。この部分にブッシュを介して押出しピンを設けると押出す時は、焼付き、アルミによる溶損、アルミの付着、溶湯のさし込みなどの現象が生じて押出しピンの摺動が鈍くなる。押出しピンが動かないと製品が取り出せなかったり、サイクルタイムの伸びによる型温の低下、型温のバラツキにより鋳造条件が変わり不良が発生しやすいという問題点があった。
【０００５】
この問題点を解決するために特許文献１に記載のアルミニウム合金鋳物の製造方法は、押出しピンの内部に空気や水などの冷却媒体を流通させて押出しピンを強制冷却することにより、押出しピンの摺動がスムーズになり、サイクルタイムが安定し、かつ短縮され、整備工数が減少し、さらに鋳造不良が減少するとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−９３０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に示すように押出しピンを強制冷却してもブッシュと押出しピンとの隙間から溶湯が侵入すると、溶湯はブッシュの内周面や押出しピンの外周面にＡｌ付着層を形成する。この状態で押出しピンがブッシュに対して繰り返し摺動すると摩耗により押出しピンの外径が細くなり又はブッシュの内径が大きくなりブッシュと押出しピンとの隙間が徐々に大きくなる。この隙間が大きくなると多くの溶湯が侵入して、より大きいバリを形成する。大きなバリが形成されると押出しピンで製品を上型から押出して取外す際に、取外しにくくなるという不具合を生じる。
【０００８】
金型に溶湯を注入すると溶湯と直接接触するブッシュと押出しピンの先端部は溶湯とほぼ同じ温度まで上昇する。このときブッシュと押出しピンとの隙間を小さくして溶湯の侵入をできるだけ防ぐように設計すると、製品を離型する際は温度が下がっているため熱収縮により隙間は更に小さくなりカジリを生じやすく押出しピンをスムーズに摺動させることは困難である。製品を離型する際に押出しピンがスムーズに摺動するようにブッシュと押出しピンとの隙間を設計すると、高温時は熱膨張により隙間がより大きくなるため多くの溶湯が侵入して、より大きいバリを形成しやすい。
【０００９】
本発明は以上の問題点に鑑みてなされたもので、ブッシュと押出しピンとの隙間への溶湯の侵入によって生じるバリを小さくでき、且つ製品を離型する際に押出しピンがスムーズに摺動することのできるアルミニウム合金鋳物の製造方法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】
上記の目的を達成するために本願発明のアルミニウム合金鋳物の製造方法は、金型で囲まれてなるキャビティー内に前記金型に設けた湯口を通じてアルミニウム合金の溶湯を注湯し、前記溶湯が冷却固化してできたアルミニウム合金鋳物を金型のキャビティーに臨む位置に設けたブッシュに対して摺動する押出しピンで押して前記金型から取り出すアルミニウム合金鋳物の製造方法であって、前記押出しピンの熱膨張係数は、前記ブッシュの熱膨張係数より大きいという技術的手段を採用した。
【００１１】
本願発明のアルミニウム合金鋳物の製造方法においては、前記押出しピンは高速度工具鋼で形成し、前記ブッシュは超硬合金から形成することが好ましい。
【００１２】
本願発明において、前記押出しピンは、前記ブッシュと摺動する面に窒化膜からなる下地層を形成し該下地層の上にＣｒ系皮膜からなる硬質層を形成したものであることが好ましい。前記硬質層は１層とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本願発明は上記の技術的手段を採用しているため、製品を離型する際に押出しピンがスムーズに摺動するようにブッシュと押出しピンとの隙間を設計しても、高温時の熱膨張によって隙間が大きくなることなく低温時の隙間がほぼ維持されるため、金型に溶湯を注入した時も溶湯の侵入を抑制することができバリを最小限に留めることができる。
【００１４】
高温時には押出しピンは熱膨張して外径が大きくなり、ブッシュも熱膨張して内径が大きくなる。そのとき両者の熱膨張率が同じであれば押出しピンの外径またはブッシュの内径に対する押出しピンの外径とブッシュの内径の隙間の比率は維持されるが隙間の絶対値は大きくなる。本願発明では、押出しピンをブッシュの熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有する材料で形成したから、例えば製品取出し時の低い温度で押出しピンとブッシュとの隙間を押出しピンがスムーズに摺動することのできる隙間に設計しても、金型に溶湯を注入した時にブッシュの内径の膨張量より押出しピンの外径の膨張量が大きくなり両者の高温時の隙間の絶対値はほぼ維持されることから溶湯の侵入を抑制することができ、バリを最小限に留めることができる。押出しピンの熱膨張係数とブッシュの熱膨張係数は押出しピンの外径、ブッシュの内径、溶湯温度、製品取出し時の温度等によって適宜決めることができる。
【００１５】
本願発明においては、ブッシュを超硬合金で形成し、押出しピンを超硬合金より大きい熱膨張係数を有する高速度工具鋼で形成することにより、低温時の押出しピンとブッシュとの隙間は高温時でも維持されるとともに、高温時の使用においても耐摩耗性に優れるという効果がある。
【００１６】
本願発明において、前記押出しピンは、前記ブッシュと摺動する面に窒化膜からなる下地層を形成し該下地層の上にＣｒ系皮膜からなる硬質層を形成する構成を採用することは、本発明の効果をより多くの鋳造ショット数に亘って維持することを可能とするため好ましい。また、前記硬質層を１層とすることは、本発明の効果を更に多くの鋳造ショット数に亘って維持することを可能とするため、より好ましい。硬質層を２層以上とすると硬質皮膜層間の密着性が必ずしも十分ではないため本発明の効果を長期間維持しにくい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の製造方法を実施する鋳造金型の一例である。
【図２】図１の押出しピンとブッシュを含む周辺部分の拡大図である。
【図３】実施例２のアルミホイールの作製数（ショット数）と押出しピンの直径の変化率（％）の関係の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、実施例により本発明を説明するが、それら実施例により本発明が限定されるものではない。
【００１９】
図１を用いて説明する。低圧鋳造機によりアルミホイールなどを鋳造する場合、保持炉に保持されたアルミ溶湯の自由表面に圧縮空気を印加することにより、溶湯はストーク内を上昇し湯口６を経て、上型７、下型９、横型１０の３つの金型にて形成される金型製品部（キャビティー）に注入される。鋳造後、下型９は低圧鋳造機の固定プラテンに固定されたままの状態でまず横型１０を開き、次に上型７が取付けである可動プラテンを支柱を介して摺動させることにより上昇させると、製品１１は上型７に取付けられたまま上昇する。所定の距離だけ上昇すると、鋳造機に設けた押出し板に固定された押出しピン１の先端が製品１１に突き当たり、製品１１を上型７から押出して取外す。このとき、押出しピン１は上型７に設けたブッシュ８の孔の内周面に対して摺動する。本発明において鋳造用金型に取り付けて使用するブッシュは硬度が高く耐磨耗性を要求されるため超硬合金が好適であり、押出しピンは曲げ強度が特に重要であるため高速度工具鋼が好適である。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の実施例について述べる。  
【００２１】
（実施例１）
図示しない低圧鋳造機および図１に示す金型を使用してアルミホイールを鋳造した。図１の押出しピン１とブッシュ８を含む周辺部分の拡大図を図２に示す。押出しピン１とブッシュ８はそれぞれ表１に示す材料で形成した。アルミホイールの取出し時の温度を約530〜550℃とし、その温度で押出しピン１とブッシュ８との隙間Ｇが約0.14〜0.18ｍｍとなるように押出しピンの外径とブッシュの内径を設計した。この隙間Ｇは押出しピンがブッシュ内周面をスムーズに摺動できる隙間で最も小さい隙間とした。金型にアルミニウム溶湯を注入するとブッシュ８の内径の膨張量より押出しピン１の外径の膨張量が大きくなり両者の高温時の隙間Ｇの絶対値はほぼ維持されることから隙間Ｇへの溶湯の侵入を抑制することができバリを最小限に留めることができた（図２（ａ））。溶湯注入時に押出しピン１の先端とブッシュ８は一時的に最も高温になり、熱膨張量も最も大きくなる。このときの隙間Ｇが製品取出し時の隙間より小さくなったとしても、この状態で押出しピン１を摺動させることはないのでカジリが生じることはない。
【００２２】
溶湯の温度が低下して凝固し金型からアルミホイールを取り出せる温度になったら押出しピン１を突き出してアルミホイール１１を金型（上型７）から取り出す。押出しピン１の摺動はスムーズであった。アルミホイールのバリ１２は非常に小さく、上型７から取外しにくくなることはなかった（図２（ｂ））。なお、押出しピンが押す箇所はアルミホイールを車軸に装着する車輪用ボルトを挿通させるためのボルト孔を形成する部位であるから鋳造後の孔加工と同時にバリも除去される。したがって鋳造後のアルミホイールに多少のバリがあっても問題はない。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
（実施例２）
押出しピン１のブッシュ８と摺動する面に表２に示す仕様のコーティングを施したことを除き実施例１と同様にしてアルミホイールを作製した。評価はアルミホイールの作製数（ショット数）と押出しピンの直径の変化率（％）の関係を求めた。変化率が一定値を超えると隙間Ｇが大きくなりバリが大きくなる。
【００２５】
押出しピンの直径の変化率は式１の定義に従い、押出しピン先端から５ｍｍ，１５ｍｍ，３０ｍｍの３箇所でそれぞれ求めて、それらの平均値とした。直径を測定する前に押出しピンを苛性ソーダに浸漬して付着したアルミニウムを除去した。
【００２６】
【数１】
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【００２７】
【表２】
0005885124.tif 000004

【００２８】
図３は、表2に示す各コーティングについて、鋳造ショット数と押し出しピン直径の変化率の関係を評価した結果を示したものである。下地層と硬質層の構造とすることで、カジリを抑制し、鋳造ショット数を維持することができる。No.3の下地層と硬質層（2層）の3層構造の押し出しピンでは約25,000ショットで変化率の上昇がみられるが実用可能である。No.1,2の下地層と硬質層の2層構造の押し出しピンは、No.3の押し出しピンより安定したショット数を維持することが可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１：押出しピン
６：湯口
７：上型
８：ブッシュ
９：下型
１０：横型
１１：製品（アルミホイール）
１２：バリ
Ｇ：隙間
【図１】
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【図２】
0005885124.tif 000006
【図３】
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