(57)【要約】【課題】エキスパンダーを用い、タイヤ成形金型用リング鋳物を精度高く、かつクラウンR形状のサバ折り現象を抑制しつつ直径拡張矯正する方法を提供する。【解決手段】狙い直径に対して0.02〜0.2％小さくなる様にリング鋳物を鋳造・製作し、エキスパンダーを用いてその直径と真円度を同時に矯正する方法において、リング鋳物に印加する外力Fとリング鋳物の内径または外径部の直径寸法増加量ΔDを連続的に測定し、縦軸に外力F、横軸に直径増加量ΔDを取ったときに得られる曲線から、弾性限界点Bを超えた時点から、断続的に曲線の先端点Cを通る勾配αの直線がX軸と交わる時のX軸の値ΔDsを算出し、リング鋳物で狙い直径増加量をΔDnとした時、ΔDs＝ΔDr＋ΔDnとなった点Dで外力Fを除荷することにより、除荷後のリング鋳物の内径を狙いの直径寸法とする。【選択図】    図６
2006224480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤ成形用金型を鋳造製法にて製作する際、リング鋳物状態で内径部に後加工で除去される基準径部を鋳出しにより形状製作しておき、この基準径部と意匠面部の内径が、狙い直径に対して0.02〜0.2％小さくなる様にタイヤ金型用リング鋳物を鋳造・製作し、複数枚の扇形の可動爪を持つエキスパンダーを用いてリング鋳物を永久変形させる事でリング鋳物意匠面部の直径と真円度を同時に矯正する方法において、エキスパンダーによりリング鋳物に印加する外力Fを連続的に増加させ、この時の外力Fとリング鋳物の内径または外径部の直径寸法増加量ΔDを連続的に測定し、縦軸（Y軸）に外力F、横軸（X軸）に直径増加量ΔDを取ったときに得られる曲線から、
1)リング鋳物の基準径部とエキスパンダーの爪が概略面接触する馴染み区間限界点Aを求め、
2)点Aを超えて以降の、概略一次関数で表現できる区間の限界点Bを求め、
3)この一次関数を、Y＝αX＋βの形で数式化し、
4)リング鋳物がエキスパンダーの可動爪と馴染むまでに要する直径増加量ΔDrをΔDr＝−β／α なる式で算出し、
5)曲線が限界点Bを超えた時点から、断続的に曲線の先端点Cを通る勾配αの直線がX軸と交わる時のX軸の値ΔDsを算出し、
6)リング鋳物で狙い直径増加量をΔDnとした時、ΔDs＝ΔDr＋ΔDnとなった点Dで外力Fを除荷する
プロセスを経る事で、除荷後のリング鋳物の内径を狙いの直径寸法とすることを特徴とした、タイヤ金型用リング鋳物の製造方法。
【請求項２】
請求項1に記載のタイヤ金型用リング鋳物の製造方法において、リング鋳物にエキスパンダーに外力Fを印加して行く際、縦軸（Y軸）に外力F、横軸（X軸）に直径増加量ΔDを取ったときに得られる曲線の中で、点Bを超え、点Dまでたどりつかない範囲内の点C’となる時の外力値Fcで印加荷重を保持し、リング鋳物直径の経時変化的増加（クリープ変形）特性を利用し、リング鋳物の直径拡張を進行させ、曲線が点C’を超えた時点から、断続的に曲線の先端を通る勾配αの直線がX軸と交わる時のX軸の値ΔDsを算出し、ΔDs＝ΔDr＋ΔDnとなった時点で外力Fを除荷し、除荷後のリング鋳物の内径を狙いの直径寸法とすることを特徴とした、タイヤ金型用リング鋳物の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のタイヤ金型用リング鋳物の製造方法において、リング鋳物を室温以上かつリング鋳物材の融点の1／2以下の温度に保持した状態でエキスパンダーによる外力印加を行うことを特徴とした、タイヤ金型用リング鋳物の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載のタイヤ金型用リング鋳物の製造方法において、タイヤ金型用リング鋳物を直径拡張矯正する際に、リング鋳物に振動エネルギーを付与することを特徴とした、タイヤ金型用リング鋳物の製造方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載のタイヤ金型用リング鋳物の製造方法に用いられる直径拡張矯正用のエキスパンダーであって、エキスパンダーが与える外力Fを計測する手段と、リング鋳物の内径または外径増加量ΔDを計測する接触式もしくは非接触式の変位測定手段と、これらの手段からの出力に基づいてFとΔDの相関関係をデータ処理し、必要とされる諸元を自動的に算出し、直径拡張矯正作業を行う際に、自動的に除荷動作を行わせる演算装置とを備えることを特徴とした、エキスパンダー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リング状に鋳造されるタイヤ金型用リング鋳物の製造方法及びこの方法に用いられるエキスパンダーに関するものである。更に詳しくは、リング鋳物の内径を意図的に小さく作り込んでおき、該当リング鋳物の内径部に設けておいた基準径部にエキスパンダーの爪を当て、ここに外力を負荷する事で、リング鋳物を狙いの直径に拡張矯正すると同時に、鋳放し状態で持っている歪みを解消し真円度特性をも向上させる直径拡張矯正法を用いたタイヤ金型用リング鋳物の製造方法及びこの方法に用いられるエキスパンダーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タイヤ金型はその分割方法から、タイヤ形状を幅方向に2分割するタイプの２ピースモールド（上下分割型）と、円周方向で7〜13程度に分割するセクショナルモールド（上下一体型）の２種類に大別される。これらの金型は、機械加工では対処しづらい形状（鋭い角を持った、凹ブロック形状や、サイプブレードと称する薄肉凸形状）を多数有している事から、鋳造製法で製作される事が多く、鋳造製法の中でも、石膏鋳造法が使用される事が多いと言える。これは、鋳型が崩壊性を持ち、アンダーカット形状対応の自由度が高く、鋳型での組み立て加工が簡易に行え、金型分割形状分をほぼ一体形状で鋳造でき、かつ、寸法精度が高い上、鋳型コストが低い事がその理由として挙げられる。
【０００３】
何れのタイヤ金型も、鋳型の周囲にアルミ合金溶湯を注湯したリング状鋳物として鋳造されるのであるが、リング状態で鋳造する事から、アルミ合金溶湯の凝固・冷却収縮時に、リングの中心軸に対して不均一な歪みを発生させてしまう事が多く、これに起因して鋳放し鋳物（リング鋳物）の内面（意匠面）の真円度（基準真円からの振れ値幅）特性が悪化する傾向にある。また鋳物の収縮バラツキも発生しやすく、これに起因して、リング鋳物内径も、狙いとするものから（許容公差を逸脱して）外れてしまう場合も有る。
【０００４】
タイヤ金型において各部の直径と真円度は、タイヤ性能を決定づける重要な管理項目と言える。各タイヤメーカーによって様々であるが、その要求特性は年々高い精度のものとなって来ており、鋳造法による製作限界に近づきつつある。現状の要求精度は、許容公差数値が、直径で±0.2mm程度，真円度で0.25mm程度であり、高精度仕様の場合は、直径で±0.1〜0.15mm，真円度で0.1〜0.15mmであって、殆ど機械加工スペックに近いものとなって来ている。
【０００５】
この様な事情から、タイヤ成形金型用リング鋳物を製作する際に、リング鋳物状態で上下端直近の内径部に後加工で除去出来、所定の直径の真円となる事を狙った基準径部を鋳出しにより形状製作しておき、この基準径部と意匠面部の内径が、狙い直径に対して0.02〜0.2％（0.2/1000〜2.0/1000）程小さくなる様にタイヤ金型用リング鋳物を鋳造・製作し、油圧駆動のカム構造等で外周部の直径寸法を変化させられ、複数枚の扇形のリング鋳物本体材質より高強度な材質から成る可動爪を持ったリング鋳物用直径拡張矯正機（以降これをエキスパンダーと称する）を用いて、リング鋳物の基準径部にエキスパンダーの可動爪をあてがい、リング鋳物を永久変形させる事でリング鋳物意匠面部の直径と真円度を同時に矯正する方法が用いられる場合が多い。以下に、この直径拡張矯正法の概要と、その利点、欠点について説明する。
【０００６】
図１に示すように、狙い直径に対して0.02〜0.2％程度小さくなる様に鋳造されたリング鋳物１に基準径部２を鋳出しにより形成しておき、図２〜図４に示すようにエキスパンダー３の可動爪４を基準径部２に当てて直径拡張を行う。エキスパンダー３の代表的なものはカム式であり、金属円盤を６〜１２枚に分割した扇状の可動爪４を油圧により駆動されるセンターシャフト５の周囲に配置し、カム板６により径方向の動きに変換して可動爪４を押し出し、リング鋳物１の直径拡張と真円度矯正を行う。
【０００７】
図２は上下同時に可動爪４を同一量だけ張り出す場合を示す。この場合には上下で張り出された部位近傍のみが直径拡張されるが、中央部は元の直径のままに留まるいわゆる「さば折り状態」となりやすい。図３は下側だけ可動爪４を張り出す場合を示す。この場合には下側の張り出された部位近傍の直径が拡張されると同時に、上側はその反作用で若干直径縮小する傾向を生じる。図４は上側だけ可動爪４を張り出す場合を示す。この場合には上側の張り出された部位近傍の直径が拡張されると同時に、下側はその反作用で若干直径縮小する傾向を生じる。
【０００８】
このように、意匠面部と真円度傾向の相関性が高い上下の基準径部を、扇形の可動爪４で『真円』に張り出して行く事から、曲率の小さい所（即ち半径が大きくなっている所）が、リング鋳物において、より大きな矯正歪みを受ける事になる。これプラス、直径張り出しによる全体的な引張り歪みを受ける事で、張り出し矯正を受けた部位近傍は、直径拡張と同時に、バウシンガー効果により鋳放し状態より真円度も向上する。これが鋳放し基準径部を用いた直径拡張矯正の特徴である。（旋盤加工面で直径拡張矯正をしても、真円度向上現象はおこらない。）
【０００９】
この様に、エキスパンダーを用いた直径拡張矯正法は、リング鋳物の直径と真円度特性を同時に矯正できる事と言う利点があるが、
1)エキスパンダーの外力で直径拡張矯正する事になる為、外力を除去した際のリング鋳物の『スプリングバック』により、狙い直径に拡張するのに高度な予測技術を要する。（複数回エキスパンダー処理を行う必要が有る場合や、拡張し過ぎてしまう場合も存在する。）すなわち、従来法でのエキスパンダーによる直径拡張量の調整は、センターシャフトの変位制御により実施するが、リング鋳物の材質,肉厚,各種応力歪み集中因子の影響による、スプリングバックの値の変化の予測技術の確立と言う難題は残されたままの状態となっていた。
2)真円度特性は改善されると言う利点があるものの、タイヤ幅方向の曲率形状であるクラウンR形状精度の劣化（悪化）を必ず伴う。
3)直径拡張後の（局所的な塑性変形による）残留歪みが、後のタイヤ金型使用時に悪影響を及ぼす危険性が有る。（寸法の経時変化や、金型加工時の変形発生等）
と言う問題点が存在していた。
【００１０】
なお、特許文献１にはリング鋳物の外周面を機械加工したうえで熱膨張率が小さい拘束リングの内周に嵌めこみ、加熱してリング鋳物の真円度を向上させる方法が開示されている。しかし加熱・冷却工程を必要とするため、簡便性の点ではエキスパンダーを用いた直径拡張矯正法より劣る点があった。
【特許文献１】特開２００４−９０３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、この様な状況下でなされたものであり、上記の様なエキスパンダーを用いたタイヤ成形金型用リング鋳物の直径拡張方法において、
1）直径拡張矯正量の精度の高い制御技術
2）直径拡張時のタイヤ金型クラウンR形状のサバ折り現象の発生量を極小化する技術
3）直径拡張後のリング鋳物内部の残留歪みを極小化する技術
を提供することを目的とするものである。また本発明の第２の目的は、上記の技術を半自動的に発現させるためのエキスパンダーとその制御機構を提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するためになされた請求項１の発明は、タイヤ成形用金型を鋳造製法にて製作する際、リング鋳物状態で内径部に後加工で除去される基準径部を鋳出しにより形状製作しておき、この基準径部と意匠面部の内径が、狙い直径に対して0.02〜0.2％小さくなる様にタイヤ金型用リング鋳物を鋳造・製作し、複数枚の扇形の可動爪を持つエキスパンダーを用いてリング鋳物を永久変形させる事でリング鋳物意匠面部の直径と真円度を同時に矯正する方法において、エキスパンダーによりリング鋳物に印加する外力Fを連続的に増加させ、この時の外力Fとリング鋳物の内径または外径部の直径寸法増加量ΔDを連続的に測定し、縦軸（Y軸）に外力F、横軸（X軸）に直径増加量ΔDを取ったときに得られる曲線から、
1)リング鋳物の基準径部とエキスパンダーの爪が概略面接触する馴染み区間限界点Aを求め、
2)点Aを超えて以降の、概略一次関数で表現できる区間の限界点Bを求め、
3)この一次関数を、Y＝αX＋βの形で数式化し、
4)リング鋳物がエキスパンダーの可動爪と馴染むまでに要する直径増加量ΔDrをΔDr＝−β／α なる式で算出し、
5)曲線が限界点Bを超えた時点から、断続的に曲線の先端点Cを通る勾配αの直線がX軸と交わる時のX軸の値ΔDsを算出し、
6)リング鋳物で狙い直径増加量をΔDnとした時、ΔDs＝ΔDr＋ΔDnとなった点Dで外力Fを除荷する
プロセスを経る事で、除荷後のリング鋳物の内径を狙いの直径寸法とすることを特徴とするものである。
【００１３】
また請求項２の発明は、請求項1に記載のタイヤ金型用リング鋳物の製造方法において、リング鋳物にエキスパンダーに外力Fを印加して行く際、縦軸（Y軸）に外力F、横軸（X軸）に直径増加量ΔDを取ったときに得られる曲線の中で、点Bを超え、点Dまでたどりつかない範囲内の点C’となる時の外力値Fcで印加荷重を保持し、リング鋳物直径の経時変化的増加（クリープ変形）特性を利用し、リング鋳物の直径拡張を進行させ、曲線が点C’を超えた時点から、断続的に曲線の先端を通る勾配αの直線がX軸と交わる時のX軸の値ΔDsを算出し、ΔDs＝ΔDr＋ΔDnとなった時点で外力Fを除荷し、除荷後のリング鋳物の内径を狙いの直径寸法とすることを特徴とするものである。
【００１４】
なお、請求項１または２に記載のタイヤ金型用リング鋳物の製造方法において、リング鋳物を室温以上かつリング鋳物材の融点の1／2以下の温度に保持した状態でエキスパンダーによる外力印加を行うことができ、またタイヤ金型用リング鋳物を直径拡張矯正する際に、リング鋳物に振動エネルギーを付与することができる。
【００１５】
また請求項５の発明は、請求項１または２に記載のタイヤ金型用リング鋳物の製造方法に用いられる直径拡張矯正用のエキスパンダーであって、エキスパンダーが与える外力Fを計測する手段と、リング鋳物の内径または外径増加量ΔDを計測する接触式もしくは非接触式の変位測定手段と、これらの手段からの出力に基づいてFとΔDの相関関係をデータ処理し、必要とされる諸元を自動的に算出し、直径拡張矯正作業を行う際に、自動的に除荷動作を行わせる演算装置とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
以上の様に、本発明を用いれば、タイヤ金型用リング鋳物を簡易に精度高く、直径拡張矯正する事が可能となる。また本発明を用いれば、従来困難であった直径拡張矯正用のエキスパンダーの自動制御も実施し易くなり、同作業用の自動機の製作も可能となる。さらに本発明はリング状タイヤ金型を鋳造製法にて製作する場合に不可避の問題点である、鋳造収縮バラツキ及び鋳造歪みを効果的に矯正することができ、その技術的意義は極めて大きいものである。
以下に本発明の好ましい実施形態を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（請求項１、５）
本発明では、リング鋳物状態で上下端直近の内径部に基準径部を鋳出しにより形状製作し、エキスパンダーを用いてリング鋳物を永久変形させる事でリング鋳物意匠面部の直径と真円度を同時に矯正するのであるが、この基準径部と意匠面部の内径が、狙い直径に対して0.02〜0.2％小さくなる様に鋳造・製作する。その理由は次の通りである。
【００１８】
タイヤ金型用リング鋳物に対して、エキスパンダーによる直径拡張矯正する事で、直径矯正すると同時にリング鋳物の鋳造歪みを除去し真円度特性を向上させる為には、直径矯正によりリング鋳物にある程度以上の塑性歪みを生じさせなければ成らない。この塑性変形量はリング鋳物の直径,肉厚,合金材質等で大きく異なるが、経験値として概ねリング直径の0.02％以上である事が判っている。また直径拡張矯正で、リング鋳物材質の破断伸び特性を上回る直径拡張を行ってしまうと、リング鋳物が破断してしまう為、直径拡張量には上限値が存在する。
【００１９】
この上限値もリング鋳物の直径,肉厚,合金材質等で大きく異なるが、これに加えてタイヤ金型は意匠面上に鋳出しによる突起形状（骨）や、異種金属薄板材であるサイプブレードの鋳包み部等の様々な応力・歪み集中部が存在している事も上限値に強く影響する。経験値ではあるが、一般的な鋳造用アルミ合金や鋼材を用いた場合、この上限値は概ね直径の0.2％ほどである事が判っている。0.2％以上とすると、クラウンR形状のサバ折り現象不良となり易いと言う問題もある。上記の理由により、リング鋳物をその狙い直径に対して予め0.02〜0.2％ほど小さく作り込んでおくものとする。
【００２０】
本発明では、図５のようにエキスパンダー３を用いる。エキスパンダー３の代表的なものはカム式であり、金属円盤を６〜１２枚に分割した扇状の可動爪４を、油圧により駆動されるセンターシャフト５及びカム板６の周囲に配置し、可動爪４の先端をリング鋳物１の基準径部２に当て、直径拡張矯正を行う。図５中のＩ部は直径を狙いの寸法だけ大きくしたい部位を示し、O部はリング鋳物背面とI部を通る半径方向線の交点を示す。Fはエキスパンダー３で可動爪４を駆動する力の源となるセンターシャフト５を押し下げる荷重で、ΔDI,ΔDOは、それぞれI部,O部での荷重Fが作用した時の（F=0の時と比べた場合の）リング鋳物の直径増加量である。（通常の条件では、ΔDI≒ΔDOとみなせる。）
【００２１】
請求項1の発明は、エキスパンダー３によるリング鋳物１の直径拡張矯正時に、従来困難であったエキスパンダー３の除荷後（Fの値をゼロにもどした時）のスプリングバック量の予測を、実際の直径拡張作業中にFとΔDIまたはΔDOを連続測定、演算する事で行い、適正なタイミングで印加荷重を除荷し、一回のエキスパンド作業でリング鋳物を狙いの直径に矯正するものである。以下に詳細に説明する。
【００２２】
リング鋳物に印加する外力Fを連続的に増加させる手法を用いた場合の、直径拡張矯正時の直径拡張量ΔDと外力Fの関係を、横軸（X軸）にΔD、縦軸（Y軸）にFを取った場合、図６に示す様な曲線になる。荷重Fを増加させて行くと、原点Oを始点として点A→点B→点D→破断点まで進む。ここで原点O→点A間は、エキスパンダー３の可動爪４とリング鋳物１の基準径部２間の点接触→面接触への移行区間を表わし、点A→点B間は、リング鋳物１が弾性変形する形で直径拡張されて行く区間を表わし、点B以降はリング鋳物１が弾性変形に加えて塑性変形する形で直径拡張されて行く区間を表わしている。
【００２３】
外力Fを点Bまで（Fの値でFｅまで）の範囲内で印加した後、除荷すると、原点O（または点E）まで戻る（勾配αで逆戻りする）事になり、直径拡張矯正とはならない。（決して点E’に行き着く事は無い。）しかし点Bを超えて外力を印加した時、例えば点Dまで（Fの値でFiまで）外力を印加した後に除荷すると、勾配αで逆戻りする形で直径増加量を減少させて行き、最終的には点Fまで行き着く事になる。従って、リング鋳物の除荷後の最終的な直径拡張量はΔDnになる。
【００２４】
上記の模式図上では、リング鋳物の除荷後の最終的な直径拡張量はΔDn＋ΔDrであるが、ΔDrは、主に初期のリング鋳物が真円ではない（歪んでいる）事に起因するもので、直径拡張工程で段落０００８に記した様なバウシンガー効果による真円度向上効果が通常十分発揮される請求項1の数値規制（リング鋳物直径の0.02〜0.2％を拡張矯正する点）を遵守すれば、除荷時にはΔDrをほぼ『零』にする事が出来る。この事から、原点Oから点Bまでの範囲内でリング鋳物に外力Fを印加した後、除荷した時のスプリングバック量はΔDr＋ΔDe （点Bまでの範囲では通常十分な真円度矯正効果は現われない為、ΔDrは無視できない。）であり、点B以降、破断点の範囲内の点Dまで、リング鋳物に外力Fを印加した後、除荷した時のスプリングバック量はΔDpと言う事になる。
【００２５】
しかし点B以降は曲線が一次関数ではない上、この曲線はリング鋳物の材質や肉厚、リング鋳物意匠面のデザイン形状（鋳出し骨の形状や鋳包みサイプブレードの有無等）に強く影響される為、一品一様のタイヤ金型用リング鋳物で、解析的な予測式を構築する事は、ほぼ不可能に近いと言える。なお、点Aから点B間の一次関数も、同様にリング鋳物の材質,肉厚,意匠面形状に強く影響される為、解析的な予測式を構築する事は難しい。従って、点Bから破断点までの間の点Dでのスプリングバック量ΔDpを、定量的に精度高く予測する事は不可能と言え、従来法では、直径拡張矯正後の直径増加量の狙い値が図６のΔDnであった場合、経験値に基づきエキスパンダー上での直径拡張量設定値を設定（図６の記号を用いると、ΔDr＋ΔDe＋ΔDdに近いと思われる数値を設定）し、エキスパンド作業を行っていた。この為、直径拡張矯正作業でリング鋳物の直径を過剰に大きくしてしまわない様にする為に、最初はやや小さ目の拡張径設定を狙ってエキスパンド作業を行い、その結果を用いて、2回目のエキスパンド作業の拡張量設定を行うと言う煩雑なステップを踏む事が多かった。
【００２６】
そこで請求項１の発明では、図７に示す以下のステップにより、リング鋳物の直径拡張を行う。
1）エキスパンダーによる直径拡張矯正を開始する。この時、外力Fほぼ一定のスピードで増加させて行き、得られるΔD−F曲線から変曲点Aを求める。
2）更に外力Fを増加させてゆき、ΔD−F曲線でA点以降で直線近似できる区間の限界点Bを求める。
3）点A−B間の近似直線を定式化する。（勾配αと切片βを求め、Y＝αX＋βの形で数式化する。）
4）この近似直線とX軸（ΔD軸）の交点でのΔD値であるΔDr（＝−β／α）を算出しておく。
5）更に外力Fを増加させてゆく。B点を超えて以降は、コンピュータ等の演算装置の能力が許す限り短い間隔で、断続的に、各C点を通る勾配αの直線とX軸（ΔD軸）が交差する点での直径増加量ΔDsを算出する。このΔDsが3）で求めたΔDrと狙いとする直径拡張量ΔDnの和（ΔDr＋ΔDn）より小さい場合は、外力Fを更に増加させて行き、同様なステップの計算,判断を繰り返す。
6）そして、ΔDs＝ΔDr＋ΔDn  となった時点で外力Fを除荷する（零にする）信号をエキスパンダーに送る。外力Fの除荷によりリング鋳物にスプリングバックが生じるが、スプリングバック後のリング鋳物は狙いとする直径増加量ΔDnに近い値、ΔDn’の直径拡張がなされている。
請求項１の発明では、以上の様な自動制御をする事で、リング鋳物を狙いの直径に拡張矯正すると同時に、鋳放し状態で持っている歪みを解消し真円度特性をも向上させることができる。
【００２７】
外力Fの測定はエキスパンダー３のセンターシャフト５に取り付けたロードセルによる計測や、油圧駆動のエキスパンダーの場合、油圧シリンダーに負荷した油圧計測と言う形で行う事が出来る。リング鋳物１の直径増加量ΔDは、リング鋳物１の意匠面側または背面側に4〜12ヶ程円周方向に等配した変位測定器（差動トランスやダイヤルゲージ等の接触式プローブや、レーザー測定器等の非接触式プローブ）を用いて行い、これら複数の測定機のデータを融合して平均値算出する事で、計測する事が可能である。
【００２８】
図８は請求項５の発明のエキスパンダー３の構成を示す概念図であり、外力Fを計測する手段１０と、リング鋳物１の内径または外径増加量ΔDを計測する接触式もしくは非接触式の変位測定手段１１と、これらの手段からの出力に基づいてFとΔDの相関関係をデータ処理し、必要とされる諸元を自動的に算出し、直径拡張矯正作業を行う際に、駆動手段１３に対して自動的に除荷指令を発する演算装置１２とを備えるものである。
【００２９】
（請求項２）
以上に説明した請求項１の発明は、エキスパンダー３上でリング鋳物１に印加する外力Fを連続的に増加させて、リング鋳物１の比較的短時間範囲内での塑性変形を利用した直径拡張方法であるが、請求項２の発明はΔDnの直径拡張をさせたい場合に、Fｅ＜F＜Fiなる外力Fとなった時点で、この値で外力を保持し、リング鋳物を所謂クリープ変形させる事を要旨としたものである。
【００３０】
この内容を図９により説明する。
請求項1の5）までは、同様なステップで直径拡張を行って行き、
6）リング鋳物で狙い直径増加量をΔDnとした時、得られるΔDsがΔDr＋ΔDn未満である時点（点C’と呼称する）の外力値Fcで印加荷重を保持する。
7）曲線がC’を超え始めたら、断続的に曲線の先端点（図９では点C’’）を通る勾配αの直線がX軸と交わる時のX軸の値ΔDsを算出し、
8）ΔDs＝ΔDr＋ΔDnとなった時点（左図では点D’）で外力Fを除荷する。
【００３１】
この様に、外力Fを外力Feを超え、外力Fi未満のFcで保持し、リング鋳物のクリープ変形特性を利用して直径拡張させる方法が請求項2の要旨である。この方法は請求項1の方法に比べて、より小さい外力Fでリング鋳物を直径拡張矯正出来ると言う特徴を持っている。言いかえると、より小さな外力で、ゆっくりとリング鋳物を直径拡張出来る為、
1）より演算速度の遅いデータ解析装置を用いても、本発明を採用できる。（場合によっては、直径拡張矯正中に手計算でΔD,F値を解析して対応する事も可能となる。）
2）リング鋳物のタイヤ幅方向にも外力が確実に伝播し、従来法の弱点である『クラウンR形状のサバ折り現象』が発生しづらい。
と言う利点が新たに生じるのである。
【００３２】
通常の機械設計上は、高温下では材料の弾性変形限度以下の応力でもクリープ変形が発生する事から、クリープ現象は『高温度では、ふつうの意味の弾性限度より低い応力が作用している場合でも、長い間にしだいに変形が進んでくる現象』として扱われる事が多い。請求項２で、保持する応力値（外力F）を降伏応力値（外力Fe）を超えた点（外力Fc）としている理由は、これ以下の応力値の下でクリープ変形特性を利用して直径拡張させようとすると、非常に長時間を必要とすると言う時間的な制約がある為である。
【００３３】
（請求項３）
請求項3の発明は、請求項1,2の直径拡張矯正を行う際に、リング鋳物を、室温（大凡25℃）以上、融点の1／2（アルミ合金の場合、大凡315℃）以下の温度に保持する事を要旨としたものである。それにより、下記の効果を得ることができる。
1）リング鋳物材の弾性変形限界応力（降伏点）が温度上昇と共に低下する為、より低い外力で素早くリング鋳物を直径拡張させられる。
2）特に請求項2と組合わせて使用すると、直径拡張矯正後のリング鋳物内部に、直径拡張矯正に起因する『残留歪み』を殆どゼロとする事が出来、以降の加熱や機械加工でのリング鋳物変形の発生量を極少化する事が出来る。
【００３４】
上記の2）は、金属材料の『回復』や『再結晶』により発現する特性（アルミニウムハンドブック 朝倉書店 社団法人軽金属協会 編  6版 P.436〜P.438参照）と言える。加工等による内部歪み（残留歪み）が、顕微鏡組織（結晶粒）の変化を伴なう事無く、加熱により消失して行く現象が『回復』で、結晶粒変化を伴なうものが『再結晶』であると言える。アルミ合金の場合、室温〜200℃程度の範囲で『回復』、これを超えた温度域で『再結晶』が起こる。特に300℃を超えると、再結晶が進み、リング鋳物が極度に軟化してしまう危険性が高い事から、請求項2の中では、加熱温度の上限値（融点の1/2未満）を設定した。
【００３５】
通常、回復や再結晶は、強加工後の金属素材を後から加熱する、所謂『熱処理』（後熱）で行われるのが一般的であるが、請求項2は、これを加工中（直径拡張矯正中）に行う事を要旨としている。リング鋳物の降伏強度を低下させると同時に、矯正中に回復や再結晶現象を発現させる、『動的回復』または『動的再結晶』を行わしめる技術が請求項2と言える。
【００３６】
リング鋳物を加熱する方法としては、下記の方法が挙げられる。
1）リング鋳物を電気炉等で別途予熱しておき、この自己蓄熱を利用する方法。（予熱後のリング鋳物外周を保温材で覆った状態で直径拡張矯正する。）
2）エキスパンダー上で、バンドヒーター等を利用してリング鋳物を加熱する方法。
3）1）2）を同時に活用する方法。
なお、リング鋳物１とエキスパンダー３間での熱伝導を押える為、図１０に示すように可動爪部以外のリング鋳物―エキスパンダー接触面は、断熱材７等で被覆しておく事が望ましい。
【００３７】
（請求項４）
請求項1〜3では、リング鋳物に付与する直径拡張エネルギーを、直径拡張方向の外力や熱で付与していると言いかえる事が出来るが、請求項4は、このエネルギーとして、（直径拡張方向とは直接関係無いものも含んだ）振動負荷（振動エネルギー）も利用する事を要旨としている。振動エネルギーを流用する事で、
1）外力Fを増幅する事が出来る。
2）微振動エネルギーが、『回復』『再結晶』を促進する。
と言う効果が得られる。請求項4はこの現象を利用し、より小さい外力F，及びより低い加熱温度で、直径拡張矯正を行えるようにする為のものである。
【００３８】
上記1）は所謂『共振』現象を利用すると顕著に表れる特性と言える。この外力Fの増幅値は特殊な測定機を用いないと計測出来ない事が多い。一方2）の方は、熱が原子レベルの振動であると言う事から、振動エネルギーを付与する事でも加熱同様な効果が得られる現象を利用したものである。但し、特定の周波数を選ばないと、最適な効果が得られない。リング鋳物への振動エネルギーの付与方法は、振動モーターや空気式ボールバイブレーター、又は各種圧電素子等を利用した超音波振動発生器が挙げられる。リング鋳物に振動エネルギーを付与する場合は、可動爪以外のエキスパンダー側には成るべく振動エネルギーが伝わらない様にする事が望ましい。この場合には、図１０の断熱材の部位にシリコーンゴムやウレタン等の振動吸収材を設置しておく事が望ましい。
【実施例】
【００３９】
図１１に各実施例に共通のタイヤ成形用金型形状及び原型形状を示す。このタイヤ成形用金型の鋳造製法の概要は、次の通りである。
原型：上下に基準径を設けたもの（収縮率≒11／1000として金型形状を拡大したもの）、材質は合成木材『ケミウッド』
ゴム型：裏打ち材は石膏，ゴム材質はポリサルファイドゴム，ゴム層厚は10mm
鋳型：材質は非発泡石膏（ノリタケジプサムG-6），石膏パウダー1kgに対し水600gの割合で調合、スラリー化
鋳造：合金材質 AC4C（Si 7重量％，Mg 0.4重量％，残 Al）、鋳込み温度670℃で鋳造
鋳造上がりで、上記金型内径寸法より0.4/1000（0.4mm）ほど小さくなる事を狙って鋳造を実施し、リング鋳物の上下基準径部を用いて、油圧駆動のカム式エキスパンダーで直径拡張矯正して、上記正寸にする事を基本とした。
【００４０】
各実施例で用いたエキスパンダーは、可動爪12枚のエキスパンダーであり、外力FはMax100トン測定可能なロードセルにて測定した。またリング鋳物の直径増加量ΔDは、リング鋳物背面に12等配したレーザー測定機の測定値を平均したものから算出した。
【００４１】
＜実施例1＞請求項1の実施例
リング鋳物の上基準径部、下基準径部をそれぞれ別途、請求項1の発明を用いて直径拡張矯正（直径増加量0.3mm狙い）を室温にて行った。なお、上基準径部拡張時は外力F≒31.8トン,下基準径部拡張時は外力F≒25.8トンで除荷した。この様にして得られた鋳物のA,B,C,D,E,F部（図１１参照）の寸法特性は表１に示すとおりであった。
【００４２】
【表１】
2006224480.tif 000003
【００４３】
この実施例１では、上下基準径部で各一回のエキスパンド作業で、狙いの直径（正規寸法マイナス0.1mmの直径）への直径拡張矯正が完了したが、クラウンR形状のサバ折り現象（0.10mmほどのサバ折り）が発生してしまった。
【００４４】
＜実施例2＞請求項2,3の実施例
実施例1と同じリング鋳物を200℃に予熱し、請求項2の発明を用いて上下基準径部を別々に直径増加量0.3mm狙いで直径拡張矯正した。（上基準径部拡張時には外力F≒25トン,下基準径部拡張時には外力F≒20トンで保持して直径拡張矯正を実施した。）なお直径拡張矯正中は、リング鋳物をフレキシブルヒーターにより加熱し、200℃を維持できる様にしておいた。（上基準径部は大凡40分,下基準径部は大凡35分にて直径拡張が完了した。）この様にして得られた鋳物のA,B,C,D,E,F部の寸法特性は表２のとおりであった。
【００４５】
【表２】
2006224480.tif 000004
【００４６】
この実施例では、上下基準径部で各一回のエキスパンド作業で、狙いの直径（正規寸法マイナス0.1mmの直径）への直径拡張矯正が完了した。実施例1の時と比べて、直径拡張矯正時間が30分程余分にかかったが、クラウンR形状のサバ折り現象は実施例1の場合より低減させる事が出来た。
【００４７】
＜実施例3＞請求項3の効果の検証実験
実施例1,2で矯正したリング鋳物を、旋盤により正規の外周形状に機械加工した所、実施例1のリング鋳物は、A〜F部の内径で、各0.1〜0.15mm程度小さくなったのに対し、実施例2のリング鋳物は、殆ど寸法変化が無かった。（請求項3を用いた実施例2は、直径拡張矯正時に加熱する事で、リング鋳物に動的回復現象が発現し、残留歪みを殆どゼロに出来る事が確認できた。）
【００４８】
＜実施例4＞請求項4の実施例
実施例1の直径拡張矯正時に、リング鋳物に空気式ボールバイブレーターを用いて、概略300Hz,0.37kNの振動エネルギーを付与して対応した。（室温での直径拡張作業実施。）（上基準径部拡張時は外力F≒30トン,下基準径部拡張時は外力F≒24トンで除荷した。）
この様にして得られた鋳物のA,B,C,D,E,F部の寸法特性は表３の通りであった。
【００４９】
【表３】
2006224480.tif 000005
【００５０】
実施例2の結果には及ばないものの、振動エネルギーの付与により、直径拡張時に投入する外力Fを低減すると同時に、直径拡張矯正後のクラウンR形状のサバ折り現象も低減させる事が出来た。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】リング鋳物の基準径部を説明する断面図である。
【図２】上下同時に可動爪を同一量だけ張り出す直径矯正法を示す装置と金型の断面図である。
【図３】下側だけ可動爪を張り出す直径矯正法を示す装置と金型の断面図である。
【図４】上側だけ可動爪を張り出す直径矯正法を示す装置と金型の断面図である。
【図５】エキスパンダーを説明する断面図である。
【図６】エキスパンダーに加える外力Ｆと直径増加量との関係を示すグラフである。
【図７】請求項１の発明のステップを示す説明図である。
【図８】請求項５の発明におけるエキスパンダーの構成を示す概念図である。
【図９】請求項２の発明のステップを示す説明図である。
【図１０】請求項３の実施形態を示す断面図である。
【図１１】各実施例に共通のタイヤ成形用金型形状及び原型形状を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  リング鋳物
２  基準径部
３  エキスパンダー
４  可動爪
５  センターシャフト
６  カム板
７  断熱材
１０  外力Fを計測する手段
１１  変位測定手段
１２  演算手段
１３  駆動手段
【図１】
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【図２】
2006224480.tif 000007
【図３】
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【図４】
2006224480.tif 000009
【図５】
2006224480.tif 000010
【図６】
2006224480.tif 000011
【図７】
2006224480.tif 000012
【図８】
2006224480.tif 000013
【図９】
2006224480.tif 000014
【図１０】
2006224480.tif 000015
【図１１】
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