(57)【要約】【課題】より薄肉化した車両用ホイールを鋳造成形するに際し、湯まわり不良等の鋳造欠陥発生率が従来より少なく、機械的強度に優れたものを得られる鋳造用金型を提供すること。【解決手段】より薄肉化した部分を成形するキャビティを形成する面に、溶湯の進行方向に対して、概ね−６０°〜−３０°の角度をなすスリットと、概ね＋３０°〜＋６０°の角度をなすスリットとが、網目状に設けられていることを特徴とする鋳造用金型の提供による。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
デザイン部の中心のハブと外周を構成するリムと、前記ハブとリムとを接続するスポークとを構成主部としてなり、厚肉部と薄肉部とを有する車両用ホイールの鋳造に用いられる金型であって、
前記薄肉部を成形するキャビティを形成する面に、溶湯の進行方向に対して、略−６０°〜−３０°の角度をなすスリットと、略＋３０°〜＋６０°の角度をなすスリットとが、網目状に設けられていることを特徴とする鋳造用金型。
【請求項２】
前記薄肉部はスポークの裏面であり、前記スポークの裏面に対応するキャビティを形成する面に、前記網目状のスリットが設けられてなる請求項１に記載の鋳造用金型。
【請求項３】
前記薄肉部を成形するキャビティにおける面間最短距離が、略３．０〜４．５ｍｍである請求項１又は２に記載の鋳造用金型。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の鋳造用金型を用いて鋳造されてなる車両用ホイールであって、
スポークの裏面に、鋳造時における溶湯の進行方向に対して、略−６０°〜−３０°の角度をなす凸条部と、略＋３０°〜＋６０°の角度をなす凸条部とが、網目状に設けられている車両用ホイール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両用ホイールの鋳造に用いられる鋳造用金型に関する。詳しくは、キャビティのうち薄肉部を成形する面に、溶湯の流動性を向上させる工夫が施され、湯まわり不良等の鋳造欠陥発生を抑制可能な鋳造用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】地球環境問題の１つである地球温暖化を防止するために、自動車の燃料消費量低減が、世界的に強く求められている。そして、その燃料消費量を低減するためには、自動車の軽量化技術が最も重要であるといわれる。自動車そのものを軽量化すれば動力源への負荷が減り、ガソリンエンジンによらず何れの動力源であっても燃料使用量を減らすことが可能となるからである。
【０００３】自動車の軽量化を図る上では、主に足まわり部品が、より優先度の高い対象となり得る。機械的強度を低下させずに足まわりを軽くすれば、自動車の運転操作性、乗り心地感の向上にも大きく寄与するからである。そして、軽量化を図る上において、アプローチし易い技術としては、軽量化材料への使用材料の変更が挙げられる。
【０００４】このような背景から、例えばアルミニウム、マグネシウム等を主金属とする軽量合金が、自動車用足まわり部品である車両用ホイール用の材料として採用されてきた。そして、更に軽量化を突き詰めていくと、より比重の軽いカーボン系材料や、より比強度の大きなチタン系材料等が採用対象となり得るが、これらは素材自体が高コストの上に、加工性にも劣る結果、製造コストが非常に高くなってしまい需要が喚起出来ず、量産される自動車用足まわり部品等においては、その適用に限界があった。
【０００５】そこで、従来採用されてきた比較的安価なアルミニウム、マグネシウム等を主金属とする軽量合金を用いて、機械的強度を維持しつつ、薄肉化を図る試みがなされてきた。薄肉化すれば、その自動車用足まわり部品等は、当然ながら軽量化されることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ホイールを成形する金型において、ホイールの薄肉部を成形するキャビティでは、厚肉部を成形するキャビティに比較すれば、溶湯の流動性が低下することは否めない。より溶湯充填性に優れる複数の湯口系を有する金型を利用した鋳造であっても、成形体の薄い部分では湯まわり不良等の欠陥が生じる確率が高くなってしまう。即ち、薄肉部において機械的強度を維持出来るようにすると、その薄さには自ずと限界が生じてしまう。
【０００７】本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、自動車用足まわり部品、特に車両用ホイールにおいて、従来より薄肉化し軽量化を図っても、湯まわり不良等の鋳造欠陥発生率が従来より少なく、機械的強度に優れた鋳物（製品）を得られる鋳造用金型を提供することにある。
【０００８】従来の課題を解決するために、薄肉部における湯まわり不良の発生原因について鋭意研究がなされた結果、流体たる溶湯は、▲１▼キャビティの内壁面において摩擦抵抗が生じるため、▲２▼溶湯表面に形成された酸化膜の張力のため、▲３▼ガス抜き用ベントの設置数には金型構成上自ずと限界がありもともとキャビティ内に存在したガス（空気）の抜けが悪く溶湯の進入を妨害するため、に溶湯の流速を遅くし、溶湯の充填に時間を要してしまうと考えられた。然るが故に、これら３つの溶湯流速低下要因を除いてやれば、薄肉部を成形するキャビティであっても、より流速を速くすることが出来、目的が達成されるとの方針の下、実験を重ねて、本発明が完成された。より詳細には、以下に示す手段である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明によれば、デザイン部の中心のハブと外周を構成するリムと、ハブとリムとを接続するスポークとを構成主部としてなり、厚肉部と薄肉部とを有する車両用ホイールの鋳造に用いられる金型であって、薄肉部を成形するキャビティを形成する面に、溶湯の進行方向に対して、概ね−６０°〜−３０°の角度をなすスリットと、概ね＋３０°〜＋６０°の角度をなすスリットとが、網目状に設けられていることを特徴とする鋳造用金型が提供される。
【００１０】本発明に係る鋳造用金型においては、薄肉部の１つがスポークの裏面であり、そのスポークの裏面に対応するキャビティを形成する面に、上記網目状のスリットが設けられてなることが好ましい。本発明に係る鋳造用金型は、薄肉部を成形するキャビティにおける面間最短距離が、概ね３．０〜４．５ｍｍであっても、溶湯充填を良好に行うことが出来る。
【００１１】又、本発明によれば、上記の鋳造用金型を用いて鋳造されてなる車両用ホイールであって、スポークの裏面に、鋳造時における溶湯の進行方向に対して、概ね−６０°〜−３０°の角度をなす凸条部と、概ね＋３０°〜＋６０°の角度をなす凸条部とが、網目状に設けられている車両用ホイールが提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の鋳造用金型について、詳細に説明する。本発明は、厚肉部と薄肉部とを有する車両用ホイールの鋳造に用いられ金型に関するものであり、薄肉部における溶湯の流動性を改善し湯まわり不良発生率を低減し得る発明である。鋳造用金型として複数の湯口を備えるものを採用すれば、溶湯充填性が向上するので、より好ましい。
【００１３】厚肉部及び薄肉部とは、相対的に明らかな厚さの差を有する、車両用ホイールのそれぞれの部分を指し、厚肉部と薄肉部とからなる車両用ホイールとは、その車両用ホイールを成形するキャビティに注湯される溶湯の充填速度が、厚肉部を成形するキャビティ部分と薄肉部を成形するキャビティ部分とで、明らかな差を持って異なるものをいい、厚さの数値の一例を挙げれば、厚肉部が１０〜５０ｍｍ程度、薄肉部が３〜１０ｍｍ程度であるが、本発明は、これら厚さの数値で限定されるものではない。
【００１４】又、本発明においては、鋳造する材料は問われない。代表的にはアルミニウム及びアルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金を挙げることが出来るが、鋳造で成形することが可能な材料であれば、限定されることはない。
【００１５】本発明の鋳造用金型においては、厚肉部と薄肉部とからなる車両用ホイールを成形する空間であるキャビティのうち薄肉部を成形するキャビティを形成する面に、溶湯の進行方向に対して、概ね−６０°〜−３０°及び＋３０°〜＋６０°の角度で交差するスリットが、網目状に設けられている点に特徴がある。その網目状スリットと溶湯の進行方向に対する角度は、図６に例示される（詳細は後述する）。
【００１６】かかる構造を採用したのは、流体たる溶湯に形成される酸化膜を破壊し、溶湯と金型の面との接触抵抗を減じ、更には、キャビティ内のガス抜けをよくすることにより、キャビティに充填される溶湯流速を、より高め、薄いキャビティであっても、より速く充填を完了させるためである。
【００１７】流体たる溶湯は、脱酸素下でなければ、空気に触れた途端に酸化し、その表面には酸化膜が形成される。溶湯が湯口からキャビティに注湯されると、酸化膜が形成された溶湯とキャビティを形成する金型の壁面との摩擦抵抗が生じ、キャビティ内部奥への溶湯の進入を遅らせる。従って、溶湯の表面に形成される酸化膜を壊してやれば、溶湯は、より速く充填されることになる。
【００１８】薄肉部を成形するキャビティを形成する面に、溶湯の進行方向に対して、概ね−６０°〜−３０°及び＋３０°〜＋６０°の角度で交差するスリットを、網目状に設けることにより、溶湯が、その網目状スリットに入り込み表面張力を乱し、酸化膜を自ら破壊する。又、溶湯とキャビティを形成する面との接触面積が少なくなることから抵抗も減じられる。更には、その網目状スリットから別途設けられるベントを通じてキャビティ内に存在していたガスが金型外部へ抜けるため溶湯の進入を妨げることがない。
【００１９】その結果、溶湯の流動性が向上し、薄いキャビティ内を容易に進入して短時間で溶湯の充填が完了して、湯まわり不良発生率が低減される。尚、溶湯の進行方向と、交差する網目状のスリットとの角度は、より好ましくは、概ね−５０°〜−４０°及び＋４０°〜＋５０°である。
【００２０】図６に示す平面図により、本発明に係る鋳造用金型の薄肉部を形成するキャビティ内面を拡大して示し、スリットの交差角を説明する。溶湯の進行方向に対して、−６０°〜−３０°及び＋３０°〜＋６０°の角度で交差する網目状のスリットとは、図示されるように、溶湯の進行方向Ｓに対しての角度θ１が＋３０°〜＋６０°である複数のスリット４９、及び、角度θ２が−６０°〜−３０°となるような複数のスリット５０、が網目状に交差して形成されたスリット４８である。
【００２１】スリット４８は、少なくとも２方向を向いた複数のスリットが交差しているスリットである。尚、図６中、溶湯の進行方向Ｓと、溶湯の進行方向Ｓに対して左側に向けて形成されるスリット４９との角度をθ１、溶湯の進行方向Ｓと、溶湯の進行方向Ｓに対して右側に向けて形成されるスリット５０との角度をθ２とよぶ。
【００２２】スリット４８を構成する少なくとも２方向を向いた複数のスリット４９，５０は、溶湯の進行方向Ｓに対して上記の角度をなして斜め方向に形成されることが肝要である。溶湯の進行方向Ｓに対して−６０°あるいは＋６０°より大きい角度をなすスリットであったり、溶湯の進行方向Ｓに対して−３０°あるいは＋３０°より小さい角度をなすスリットであると、酸化膜を破壊し難く、溶湯充填速度が向上しないので好ましくない。スリット４９，５０の何れかのみからなることも、同様の理由から好ましくない。
【００２３】図６に示すように、２方向を向いた複数のスリット（スリット４９若しくはスリット５０）が、それぞれ平行して形成されていることは好ましい形態であるが、本発明は、これに限定されない。溶湯の進行方向Ｓに対するスリット形成角度θ１、θ２は、スリット４９若しくはスリット５０の各々において一定でなくとも構わない。即ち、図６中、溶湯の進行方向Ｓに対して角度θ１をなして左側に向けて形成される複数からなるスリット４９は互いに平行であってもなくともよく、図６中、溶湯の進行方向Ｓに対して角度θ２をなして右側に向けて形成される複数からなるスリット５０も互いに平行であってもよく、平行でなくともよい。
【００２４】図６は金型のキャビティ内面を示す平面図であるが、図７に、図６中のＢＢ’断面（金型の断面）を表す。図示されるように、薄肉部の成形空間であるキャビティ７１を形成する金型７２にスリット４９，５０が設けられている。スリットの深さＤは、例えば０．５〜５ｍｍ程度とすることが出来るが、この範囲に限定されるものではない。酸化膜が形成された溶湯がスリットに僅かに入り込める程度の深さであれば、その酸化膜を破壊するとともに、スリットがガス抜路になり、溶湯の流動性を高めることが可能である。スリットの深さ方向の断面形状は限定されない。図示されるように、例えば、溶湯がスリットに入り込み易い、深さ方向に狭くなるＶ溝状のスリットを採用することが出来る。
【００２５】さて、本発明の鋳造用金型は、車両用ホイールの鋳造に用いられる金型であり、例えば、その車両用ホイールにおいて、鋳造欠陥が生じ易い薄肉部としては、ハブの裏面、乃至、スポークの裏面が挙げられる。本発明は、これらのうち、少なくとも何れかを成形するキャビティを形成する面に、上記したスリットが設けられてなることが好ましく、本発明の鋳造用金型により成形されるハブ乃至スポークの薄肉部の鋳造欠陥発生率を低減させることが可能である。
【００２６】本発明の鋳造用金型は、車両用ホイールを成形する鋳造用金型であって、溶湯をキャビティに注ぐ湯口が、複数設けられていることが好ましい。溶湯充填に際し、センターゲート方式の金型に比べて、より溶湯の移動距離が短く、充填がより容易であり、湯まわり不良が生じ難く歩留まりを向上させられるからである。
【００２７】尚、複数の湯口は、ハブ乃至スポークを成形するキャビティに通じる湯口１つと、リムを成形する円筒状のキャビティの円周に等間隔で通じるような複数の湯口を設けることが、好ましい。このように構成すれば、溶湯充填に際し、溶湯の移動距離が、より短くなり、尚更に、湯まわり不良が生じ難くなり、又、溶湯充填に要する時間が、より短くて済むからである。
【００２８】本発明の鋳造用金型を用いて作製される車両用ホイールは、薄肉部の厚さを最も薄いところで、従来実現出来なかった３．０〜４．５ｍｍにすることも可能である。従って、より軽量で、意匠的にも優れたものとなり得て、競合品に比べ、より高い競争力を備えることが出来る。
【００２９】本発明の鋳造用金型を構成する材料は、公知の材料を用いればよく、本発明は使用する材料を限定するものではない。一般に、より熱伝導性の高い、即ち、熱伝導率の大きな材料を用いる。例えば、銅やベリリウム銅、あるいは、アルミニウム合金が挙げられる。
【００３０】又、本発明の鋳造用金型は、種々の鋳造法に適用可能であるが、低圧鋳造方法に好適に用いることが出来る。低圧鋳造方法とは、一般に、金型と、金型の下に備わり溶湯が入れられた保持炉を用いて、保持炉内に例えば窒素ガスの注入等で概ね０．１〜０．５ｋｇ／ｃｍ２の極低い圧力を付加するか、若しくは、金型側から真空で吸引して、溶湯の温度を一定温度に保ったまま、金型内へ押し上げ、金型で凝固させて成形し、鋳物を得るという工程からなる製造方法である。この低圧鋳造方法は、所謂スクイズ鋳造法、ダイカスト法に比べて、スクイズ鋳造法より溶湯充填速度が速いためスループットが大きく、ダイカスト法のように圧入しないため、より高品質であり、両者に比べて金型を含む設備費が安価であるという利点を有する。
【００３１】
【実施例】以下、本発明の鋳造用金型について、実施例を掲げながら説明を継続する。但し、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【００３２】（実施例１）
【００３３】図４に斜視図が示される形状の車両用ホイール４１を成形した。図５は、図４に示す車両用ホイール４１におけるＡＡ’断面を示した図であり、車両用ホイール４１は、筒状のリムと、そのリムをハブ５１と接続するスポーク４４とから構成され、更に、リムは、スポーク４４側のアウターリム４３と、その反対側端部の薄肉部たるインナーリム４２からなり、スポーク４４は裏面に凹部が形成され、その凹みの底である薄肉部４５と、凹みの壁である厚肉部４６を有してなる。
【００３４】スリット形成対象は、スポーク４４の薄肉部４５とし、この薄肉部４５の厚さは３．０ｍｍとした。使用した鋳造用金型の薄肉部４５を成形するキャビティを形成する面には、スポーク４４の薄肉部４５に図１に示されるような網目凸条部４７が形成されるように、溶湯の進行方向Ｓに対して、概ね−４５°及び＋４５°の角度で交差する網目状のスリットを設けた。ここで、網目凸条部４７が形成された薄肉部４５を薄肉部４５ａとよぶ。尚、凸条部とは、スリットが転写されて形成される筋状の凸部をいう。
【００３５】尚、車両用ホイール４１は、日本工業規格に規定されるアルミニウム合金ＡＣ４Ｃを主原料としてなり、サイズは１５×６．５インチである。鋳造条件は、低圧鋳造法により、脱ガス処理した溶湯を温度７００℃に保持して注湯した後、冷却して脱型した。
【００３６】（実施例２）
【００３７】薄肉部４５の厚さを４．５ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして車両用ホイールを成形した。
【００３８】（比較例１、２）
【００３９】薄肉部４５に、図２に示されるような複数の凸条部が形成されるように、鋳造用金型の薄肉部４５を成形するキャビティを形成する面に、溶湯の進行方向Ｓと概ね同じ方向を向いた複数の縦スリットを設け、車両用ホイールを成形した（ここで、この複数の縦スリットが転写された薄肉部４５を薄肉部４５ｂとよぶ）。薄肉部４５ｂの厚さは３．０ｍｍ（比較例１）、４．５ｍｍ（比較例２）とした。
【００４０】（比較例３、４）
【００４１】薄肉部４５に、図３に示されるような複数の凸条部が形成されるように、鋳造用金型の薄肉部４５を成形するキャビティを形成する面に、溶湯の進行方向Ｓとは概ね垂直をなす方向を向いた複数の横スリットを設け、車両用ホイールを成形した（ここで、この複数の横スリットが転写された薄肉部４５を薄肉部４５ｃとよぶ）。薄肉部４５ｃの厚さは３．０ｍｍ（比較例３）、４．５ｍｍ（比較例４）とした。
【００４２】（比較例５、６）
【００４３】鋳造用金型の薄肉部４５を成形するキャビティを形成する面に、スリットを設けないで、車両用ホイールを成形した（成形された薄肉部４５を薄肉部４５ｄとよぶ（図示しない））。薄肉部４５ｄの厚さは３．０ｍｍ（比較例５）、４．５ｍｍ（比較例６）とした。
【００４４】（結果）
【００４５】成形された車両用ホイールの各薄肉部の歩留まり（良品率）を、測定したところ、厚さ３．０ｍｍの薄肉部４５ａは８３％、厚さ４．５ｍｍの薄肉部４５ａは１００％、厚さ３．０ｍｍの薄肉部４５ｂは４２％、厚さ４．５ｍｍの薄肉部４５ｂは７０％、厚さ３．０ｍｍの薄肉部４５ｃは６７％、厚さ４．５ｍｍの薄肉部４５ｃは８４％、厚さ３．０ｍｍの薄肉部４５ｄは１０％、厚さ４．５ｍｍの薄肉部４５ｄは４８％であった。
【００４６】この結果より、本発明に係る、薄肉部４５を成形するキャビティを形成する面に、溶湯の進行方向に対して所定の角度で交差するスリットが網目状に設けられてなる鋳造用金型によれば、明らかに歩留まりを向上させることが出来た。３．０〜４．５ｍｍという極薄い部分の良好な成形は、スリットを設けない従来の金型では困難であったが、本発明によれば、十分に実用に耐える歩留まりまで向上させることが出来た。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の鋳造用金型によれば、車両用ホイールにおいて、湯まわり不良等の鋳造欠陥を少なくし、機械的強度を少なくとも維持しながら、より薄肉化を図ることが可能である。そして、例えば、アルミニウム合金を用いて、強度の高い薄肉部を有する、より軽量の車両用ホイールを提供すれば、自動車等の燃費向上が図られて、地球規模の課題である排出二酸化炭素の削減に寄与し、地球温暖化防止等の環境対策に貢献することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鋳造用金型で成形された車両用ホイールのの薄肉部の一実施例を示す断面図である。
【図２】鋳造用金型で成形された車両用ホイールの薄肉部の一実施例を示す断面図である。
【図３】鋳造用金型で成形された車両用ホイールの薄肉部の一実施例を示す断面図である。
【図４】本発明に係る鋳造用金型で鋳造される車両用ホイールの一例を示す斜視図である。
【図５】図４に示す車両用ホイールのＡＡ’断面図である。
【図６】本発明に係る鋳造用金型の薄肉部のキャビティ内面を示す拡大平面図であり、スリットの交差角を説明する図である。
【図７】本発明に係る鋳造用金型の断面図であり、図６に示されるＢＢ’断面を表す。
【符号の説明】
４１…車両用ホイール、４２…インナーリム、４３…アウターリム、４４…スポーク、４５，４５ａ，４５ｂ，４５ｃ…薄肉部、４６…厚肉部、４７…網目凸条部、４８，４９，５０…スリット、５１…ハブ、７１…キャビティ、７２…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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