(57)【要約】【課題】環状のキャビティの内周を画定する筒状の内型と、そのキャビティの外周を型が閉まった状態で画定する外周画定面を周方向に半分ずつ有する一対の外型とを備え、そのキャビティの周方向に１８０°対向した位置にサイドゲート方式を採用した鋳型装置等に関し、堰から遠いところから堰に向けて徐々に溶湯が凝固していく指向性凝固を実現しやすい。【解決手段】一対の外型１３が、分割面１３ａに設けられ、型閉めされた状態でキャビティＣRの周方向に１８０°対向した位置からキャビティＣRにそれぞれつながる２つの堰形成空間１３１を有し、型作製時の外周画定面１３７の輪郭がキャビティＣRの、分割面１３ａに沿った径方向Ｙに長軸を有する楕円である。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のキャビティの内周を画定する筒状の内型と、分割面に直交したスライド面に沿って型閉めおよび型開きが行われ、該キャビティの外周を型が閉まった状態で画定する外周画定面を周方向に半分ずつ有する一対の外型とを備えた鋳型装置において、
前記一対の外型が、前記分割面に設けられ、型閉めされた状態で前記キャビティの周方向に１８０°対向した位置から該キャビティにそれぞれつながる２つの堰形成空間を有し、型作製時の前記外周画定面の輪郭が前記キャビティの、前記分割面に沿った径方向に長軸を有する楕円であるものであることを特徴とする鋳型装置。
【請求項２】
環状のキャビティの内周を画定する筒状の内型と、分割面に直交したスライド面に沿って型閉めおよび型開きが行われ、該キャビティの外周を型が閉まった状態で画定する外周画定面を周方向に半分ずつ有する一対の外型とを備えた鋳型装置において、
前記内型が、前記キャビティの内周を画定し、輪郭が該キャビティの、前記分割面に沿った径方向に対して前記スライド面上で直交した方向に長軸を有する楕円である内周画定面を有するものであり、
前記一対の外型が、前記分割面に設けられ、型閉めされた状態で前記キャビティの周方向に１８０°対向した位置から該キャビティにそれぞれつながる２つの堰形成空間を有し、前記外周画定面の輪郭が、鋳造時に熱膨張した状態で真円あるいは前記径方向に長軸を有する楕円であるものであることを特徴とする鋳型装置。
【請求項３】
環状のキャビティの内周を画定する筒状の内型と、分割面に直交したスライド面に沿って型閉めおよび型開きが行われ、該キャビティの外周を型が閉まった状態で画定する外周画定面を周方向に半分ずつ有する一対の外型とを備え、該分割面に設けられ、該一対の外型が型閉めされた状態で該キャビティの周方向に１８０°対向した位置から該キャビティにそれぞれつながる２つの堰形成空間を有する鋳型装置において、
前記キャビティの、前記堰形成空間それぞれがつながった堰前部分を空冷する空冷手段と、
前記キャビティの、前記堰前部分からこのキャビティの周方向に９０°ずれた部分をミスト冷却するミスト冷却手段とを備えたことを特徴とする鋳型装置。
【請求項４】
環状体と、
前記環状体の、１８０°対向した位置に接続した一対の堰とを備え、
前記環状体は、肉厚が、前記一対の堰それぞれが接続した部分から、この環状体の周方向に該部分から９０°ずれた部分に向けて漸次薄くなっているものであることを特徴とする鋳造品。
【請求項５】
環状のキャビティの内周を画定する筒状の内型と、分割面に直交したスライド面に沿って型閉めおよび型開きが行われ、該キャビティの外周を型が閉まった状態で画定する外周画定面を周方向に半分ずつ有する一対の外型とを備え、該分割面に設けられ、該一対の外型が型閉めされた状態で該キャビティの周方向に１８０°対向した位置から該キャビティにそれぞれつながる２つの堰形成空間を有する鋳型装置に備えられる前記一対の外型の鋳型製造方法において、
前記外周画定面の輪郭が真円である一対の外型を作製する鋳型作製工程と、
作製された一対の外型を加熱する加熱工程と、
加熱された一対の外型が常温まで冷えることで、前記キャビティの、前記分割面に沿った径方向に対して前記スライド面上で直交した方向に長軸を有する楕円に変形した前記外周画定面の輪郭を、真円に加工する加工工程とを有することを特徴とする鋳型製造方法。
【請求項６】
環状のキャビティの内周を画定する筒状の内型と、分割面に直交したスライド面に沿って型閉めおよび型開きが行われ、該キャビティの外周を型が閉まった状態で画定する外周画定面を周方向に半分ずつ有する一対の外型とを備え、該分割面に設けられ、該一対の外型が型閉めされた状態で該キャビティの周方向に１８０°対向した位置から該キャビティにそれぞれつながる２つの堰形成空間を有する鋳型装置を用いて鋳造を行う鋳造方法において、
前記キャビティへ溶湯を充填する注湯工程と、
前記注湯工程完了後に、前記キャビティの、前記堰形成空間それぞれがつながった堰前部分からこのキャビティの周方向に９０°ずれた部分の冷却を開始する第１冷却開始工程と、
前記第１冷却開始工程を実施した後に、前記堰前部分の冷却を開始する第２冷却開始工程とを有することを特徴とする鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環状のキャビティの内周を画定する筒状の内型と、そのキャビティの外周を型が閉まった状態で画定する外周画定面を周方向に半分ずつ有する一対の外型とを備え、そのキャビティの周方向に１８０°対向した位置にサイドゲート方式を採用した鋳型装置、その鋳型装置によって鋳造された鋳造品、その鋳型装置に備えられる一対の外型の鋳型製造方法、およびその鋳型装置を用いた鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環状のキャビティを有する鋳型装置の一例として、円筒状のリムを有する車両用ホイールの鋳造に用いられる鋳型装置があげられる。以下、車両用ホイールの鋳造に用いられる鋳型装置を例にあげて説明する。車両用ホイールの鋳造に用いられる鋳型装置として、キャビティのリム形成空間内周を画定する筒状の内型（上型）と、そのリム形成空間外周を型が閉まった状態で画定する外周画定面を周方向に半分ずつ有する一対の外型（横型）とを備えた鋳型装置が知られている（例えば、特許文献１および２等参照）。上記特許文献１および２に記載された鋳型装置は、サイドゲート方式を採用し、一対の横型の分割面に設けられた、その一対の横型が型閉めされた状態でリム形成空間の周方向に１８０°対向した位置からリム形成空間にそれぞれつながる２つの堰形成空間を有する。
【０００３】
ここで、車両用ホイールのリムには正確な真円度が要求される。リムの正確な真円度は鋳造後の切削加工によって最終的に得るにもかかわらず、鋳造段階でなるべく真円度が高いリムを得ようとして、鋳造時に、リム形成空間の外周が真円であるとともに内周も真円である鋳型装置が用いられているのが実情である。
【特許文献１】特開平３−１４２０５６号公報
【特許文献２】特開平２−４１７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、鋳型装置では、堰から遠いところから堰に向けて徐々に溶湯が凝固していく指向性凝固を実現するために様々な工夫がなされている。しかしながら、上記特許文献１および２に記載された、サイドゲート方式を採用し１８０°対向する堰形成空間を有する鋳型装置を用い、鋳造段階でなるべく真円度が高い車両用ホイールを得ようとすると、指向性凝固が実現しにくくなる。特に、昨今の車両用ホイールの大口径化によってリム形成空間の周長は長くなっており、指向性凝固を実現することががますます困難になってきている。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑み、堰から遠いところから堰に向けて徐々に溶湯が凝固していく指向性凝固を実現しやすい鋳型装置、その鋳型装置によって鋳造された鋳造品、その鋳型装置に備えられる一対の外型の鋳型製造方法、およびその鋳型装置を用いた鋳造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を解決する本発明の第１の鋳型装置は、環状のキャビティの内周を画定する筒状の内型と、分割面に直交したスライド面に沿って型閉めおよび型開きが行われ、そのキャビティの外周を型が閉まった状態で画定する外周画定面を周方向に半分ずつ有する一対の外型とを備えた鋳型装置において、
上記一対の外型が、上記分割面に設けられ、型閉めされた状態で上記キャビティの周方向に１８０°対向した位置からそのキャビティにそれぞれつながる２つの堰形成空間を有し、型作製時の上記外周画定面の輪郭が上記キャビティの、上記分割面に沿った径方向に長軸を有する楕円であるものであることを特徴とする。
【０００７】
作製した鋳型を鋳造現場で製造ラインにのせて実際に使用するには、試験的な鋳造（いわゆる試験吹き）を数十回程度行って鋳造条件の設定や確認等をする必要がある。試験吹きを終えた鋳型が製造ラインにのせられるまでの間に常温まで冷えてしまうことはよくあるが、試験吹きを終えた上記一対の外型が常温まで冷えると、型作製時に生じた残留応力によって上記外周画定面の輪郭が真円になる。しかしながら、本発明の第１の鋳型装置を製造ラインにのせて実際に使用するときには上記一対の外型が再び加熱され、熱膨張することで上記外周画定面の輪郭が楕円に戻る。
【０００８】
上記目的を解決する本発明の鋳型製造方法は、環状のキャビティの内周を画定する筒状の内型と、分割面に直交したスライド面に沿って型閉めおよび型開きが行われ、そのキャビティの外周を型が閉まった状態で画定する外周画定面を周方向に半分ずつ有する一対の外型とを備え、その分割面に設けられ、その一対の外型が型閉めされた状態でそのキャビティの周方向に１８０°対向した位置からそのキャビティにそれぞれつながる２つの堰形成空間を有する鋳型装置に備えられる上記一対の外型の鋳型製造方法において、
上記外周画定面の輪郭が真円である一対の外型を作製する鋳型作製工程と、
作製された一対の外型を加熱する加熱工程と、
加熱された一対の外型が常温まで冷えることで、上記キャビティの、上記分割面に沿った径方向に対して上記スライド面上で直交した方向に長軸を有する楕円に変形した上記外周画定面の輪郭を、真円に加工する加工工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の鋳型製造方法によれば、加熱された一対の外型が常温まで冷えると、前記鋳型作製工程を実施する際に生じた残留応力によって、上記外周画定面の輪郭が真円から上記楕円に変形してしまうが、上記加工工程では、その変形した外周画定面の輪郭を真円に戻す。この加工工程が実施された一対の外型を製造ラインにのせて実際に使用すると、上記一対の外型が再び加熱され、熱膨張することで上記外周画定面の輪郭が、残留応力を受けたことによる楕円とは異なる、上記径方向に長軸を有する楕円になる。しかも、上記鋳型作製工程では、上記外周画定面の輪郭が真円である一対の外型を作製すればよいため、その輪郭が楕円である一対の外型を作製することに比べ、型の作製が容易である。
【００１０】
上記目的を解決する本発明の第２の鋳型装置は、環状のキャビティの内周を画定する筒状の内型と、分割面に直交したスライド面に沿って型閉めおよび型開きが行われ、そのキャビティの外周を型が閉まった状態で画定する外周画定面を周方向に半分ずつ有する一対の外型とを備えた鋳型装置において、
上記内型が、上記キャビティの内周を画定し、輪郭がそのキャビティの、上記分割面に沿った径方向に対して上記スライド面上で直交した方向に長軸を有する楕円である内周画定面を有するものであり、
上記一対の外型が、上記分割面に設けられ、型閉めされた状態で上記キャビティの周方向に１８０°対向した位置からそのキャビティにそれぞれつながる２つの堰形成空間を有し、上記外周画定面の輪郭が、鋳造時に熱膨張した状態で真円あるいは上記径方向に長軸を有する楕円であるものであることを特徴とする。
【００１１】
なお、上記内型は筒状であるため、上記一対の外型に比べて型作製時に生じた残留応力による変形や熱膨張による変形の影響が少ない。
【００１２】
本発明の第１および第２の鋳型装置を用いて鋳造された鋳造品や、本発明の鋳型製造方法によって製造された一対の外型を備えた鋳型装置を用いて鋳造された鋳造品は、上記目的を解決する本発明の鋳造品に相当する。すなわち、本発明の鋳造品は、環状体と、
上記環状体の、１８０°対向した位置に接続した一対の堰とを備え、
上記環状体は、肉厚が、上記一対の堰それぞれが接続した部分から、この環状体の周方向にその部分から９０°ずれた部分に向けて漸次薄くなっているものであることを特徴とする。
【００１３】
本発明の鋳造品は、上記環状体の周方向の肉厚勾配により、上記一対の堰から遠いところからその一対の堰に向けて徐々に溶湯が凝固していく指向性凝固を実現しやすい形状の鋳造品であるといえる。すなわち、本発明の第１および第２の鋳型装置や、本発明の鋳型製造方法によって製造された一対の外型を備えた鋳型装置によれば、鋳造時に熱膨張した上記一対の外型と上記内型とによって形成される上記キャビティは、上記２つの堰形成空間それぞれがつながった堰前部分と、このキャビティの周方向にその堰前部分から９０°ずれた部分との間でその堰前部分が最も厚みのある空間になる厚み勾配が設けられたものになり、上記指向性凝固を実現しやすい。なお、上記環状体の正確な真円度を得るには、後工程で切削加工を施せばよい。
【００１４】
上記目的を解決する本発明の第３の鋳型装置は、環状のキャビティの内周を画定する筒状の内型と、分割面に直交したスライド面に沿って型閉めおよび型開きが行われ、そのキャビティの外周を型が閉まった状態で画定する外周画定面を周方向に半分ずつ有する一対の外型とを備え、その分割面に設けられ、その一対の外型が型閉めされた状態でそのキャビティの周方向に１８０°対向した位置からそのキャビティにそれぞれつながる２つの堰形成空間を有する鋳型装置において、
上記キャビティの、上記堰形成空間それぞれがつながった堰前部分を空冷する空冷手段と、
上記キャビティの、上記堰前部分からこのキャビティの周方向に９０°ずれた部分をミスト冷却するミスト冷却手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の第１および第２の鋳型装置はキャビティの厚み勾配によって上記指向性凝固を実現しやすくしたものであるが、この第３の鋳型装置は上記キャビティを冷却する冷却手段の冷却能力の差によって上記指向性凝固を実現しやすくしたものである。すなわち、上記ミスト冷却手段は、冷却媒体である液体を噴霧する冷却手段であり、エアによって冷却を行う上記空冷手段に比べて冷却能力が高いばかりでなく、液体を循環させて冷却を行う冷却パイプよりも冷却能力が高いものである。したがって、上記キャビティの、上記堰前部分から９０°ずれた部分が強冷却され、その部分を最も早く凝固させることができる。一方、上記堰前部分は相対的に弱冷却にとどまり、その堰前部分を最後に凝固させることができる。
【００１６】
上記目的を解決する本発明の鋳造方法は、環状のキャビティの内周を画定する筒状の内型と、分割面に直交したスライド面に沿って型閉めおよび型開きが行われ、そのキャビティの外周を型が閉まった状態で画定する外周画定面を周方向に半分ずつ有する一対の外型とを備え、その分割面に設けられ、その一対の外型が型閉めされた状態でそのキャビティの周方向に１８０°対向した位置からそのキャビティにそれぞれつながる２つの堰形成空間を有する鋳型装置を用いて鋳造を行う鋳造方法において、
上記キャビティへ溶湯を充填する注湯工程と、
上記注湯工程完了後に、上記キャビティの、上記堰形成空間それぞれがつながった堰前部分からこのキャビティの周方向に９０°ずれた部分の冷却を開始する第１冷却開始工程と、
上記第１冷却開始工程を実施した後に、上記堰前部分の冷却を開始する第２冷却開始工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の鋳造方法においては、冷却開始タイミングを異ならせることによって上記指向性凝固を実現しやすくしている。また、本発明の第３の鋳型装置を用いて本発明の鋳造方法を実施することにより、上記指向性凝固がさらに実現しやすくなる。
【００１８】
なお、本発明の第３の鋳型装置において、上記ミスト冷却手段が、上記空冷手段による空冷の開始タイミングよりも早い開始タイミングでミスト冷却を開始するものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、堰から遠いところから堰に向けて徐々に溶湯が凝固していく指向性凝固を実現しやすい鋳型装置、その鋳型装置によって鋳造された鋳造品、その鋳型装置に備えられる一対の外型の鋳型製造方法、およびその鋳型装置を用いた鋳造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態である低圧鋳造用の鋳型装置の内部構造を示す断面図である。
【００２２】
図１に示す低圧鋳造用の鋳型装置１は、ディッシュタイプの車両用ホイールを鋳造する際に用いられる、サイドゲート方式を採用したものであって、下型１１と上型１２と一対の横型１３とを備えている。これらの鋳型１１〜１３はいずれも金型である。この鋳型装置１を用いて鋳造される車両用ホイールは、円筒状のリムとそのリムの内周面につながり窓部が設けられたディスクとを有する。
【００２３】
図１には、型閉めされた鋳型装置１が示されており、この図１では、断面を表す部分にハッチングを施すのではなく、下型１１、上型１２、および一対の横型１３それぞれを明確にするため、下型１１には左下がりのハッチングを施し、上型１２には右下がりのハッチングを施し、一対の横型１３にはクロスハッチングを施してある。
【００２４】
図１に示す下型１１は下型プラテン１４０に固定配置されたものである。一方、上型１２は昇降自在なものである。この上型１２は、シリンダ（不図示）のピストンロッド１５１に取り付けられ上下動する上型プラテン１５０に固定され、上型プラテン１５０が上下動することによって昇降する。なお、下型プラテン１４０の内部には、冷却媒体の搬送経路となる配管類（不図示）等が収容された収容空間１４１が設けられている。
【００２５】
一対の横型１３は、互いに離れることで型が開き、当接するまで互いに接近することで型が閉まるものである。図１に示す横型１３は、下型プラテン１４０の水平面１４０ａ上を、図１の紙面に対して垂直な方向にスライドする。すなわち、一対の横型１３は、分割面（パーティング面）１３ａに直交した下型プラテン１４０の水平面１４０ａがスライド面になり、その水平面１４０ａに沿って型閉めおよび型開きが行われる。図１には、一対の横型１３のうちの一方の横型１３のみが示されており、その一方の横型１３は、紙面手前へ向かってスライドすることで型が閉まり、紙面奥側へ向かってスライドすることで型が開く。
【００２６】
図１に示す鋳型装置１では、固定配置された下型１１の上に上型１２が下降してくるとともに一対の横型１３が当接するまで互いに接近することで型閉めが行われ、キャビティＣが形成される。横型１３は車両用ホイールのリムの外周面を形成し、下型１１は車両用ホイールのディスクのおもて面（デザイン面）を形成する。また、上型１２は、リムの内周面を形成するとともにディスクの裏面も形成する。
【００２７】
一方、型閉めされた鋳型装置１は、一対の横型１３が互いに離れるとともに上型１２が上昇することで型開きが行われる。キャビティＣに溶湯を充填して得られた車両用ホールの鋳造品は、上昇する上型１２から離れず、リムの、ディスクとは反対側のフランジ先端部（いわゆるインナーリムフランジ）が不図示の押し出し板によって下方へ押されることで、上型１２から抜型する。
【００２８】
また、図１に示す鋳型装置１には、横型１３のスライド面になる下型プラテン１４０の水平面１４０ａに、凹部１６１１が設けられた湯口カラー１６１が配備されている。この凹部１６１１にはストーク１７０が接続しており、凹部１６１１内にはストレーナ（不図示）がセットされる。なお、湯口カラー１６１は、押さえ板１６２によってストーク１７０の上端に取り付けられている。ストーク１７０は、不図示の密閉された保持炉内に差し込まれたものであって、このストーク１７０には断熱材１７１が配備されている。保持炉にはアルミニウムの溶湯が保持されており、この溶湯に２ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の圧力をかけることで、保持炉内の溶湯がストーク１７０を通って凹部１６１１に達する。したがって、この凹部１６１１の開口が、図１に示す鋳型装置１の湯口１６０になる。図１に示す鋳型装置１には、湯口１６０に到達した溶湯が、横型１３と下型プラテン１４０との間から漏れ出してくることを防止するため、湯口ブラケット１６３が配備されている。
【００２９】
一対の横型１３は、型閉めされた状態でキャビティＣの、円筒状のリム成形空間ＣRの周方向に１８０°対向した位置からそのリム成形空間ＣRにそれぞれつながる２つの堰形成空間１３１を有する。これら２つの堰形成空間１３１は、一対の横型１３の分割面１３ａに形成されている。図１は、鋳型装置１の右側半分を一対の横型１３の分割面１３ａに沿って断面した様子を示し、左側半分をその分割面１３ａとは異なる面に沿って断面した様子を示すものであるため、図１の右側にしか堰形成空間１３１が示されていない。なお、湯口１６０も、１８０°対向した位置にそれぞれ設けられているが、図１では右側となる湯口１６０しか示されていない。
【００３０】
また、一対の横型１３は、型閉めされた状態で湯口１６０と堰形成空間１３１を結ぶ湯道形成空間１３２も有する。この湯道形成空間１３２も、一対の横型１３の分割面１３ａに形成されたものである。キャビティＣへの溶湯充填時には、不図示の保持炉から湯口１６０に到達した溶湯が、湯道形成空間１３２を通って堰形成空間１３１からキャビティＣ内へ充填される。図１に示す湯道形成空間１３２は、湯口１６０につながる部分が立ち上がった後、略９０°折れ曲がり堰形成空間１３１に向けて延びている。すなわち、湯道形成空間１３２には、下型プラテン１４０の水平面１４０ａと略平行に延びる部分１３２１が設けられている。この湯道形成空間１３２の堰形成空間近傍部分１３２２の厚さは、湯道形成空間１３２の、湯口１６０近傍部分の厚さに比べて厚い。
【００３１】
また、一対の横型１３は、腹リブ成形空間１３３と腹側膨出部成形空間１３４も有する。腹リブ成形空間１３３は、湯道形成空間１３２から水平面１４０ａに向けて分割面１３ａに沿って広がり湯道形成空間１３２の厚さよりも薄い厚さの空間である。腹側膨出部成形空間１３４は、その腹リブ成形空間１３３の先端１３３１に膨出し、一端が湯口１６０の縁１６０ａにつながるとともに他端が湯道形成空間１３２の堰形成空間近傍部分１３２２につながった空間である。さらに、一対の横型１３は、背リブ成形空間１３５と、背側膨出部成形空間１３６も有する。背リブ成形空間１３５は、湯道形成空間１３２から水平面１４０ａとは反対側に向けて分割面１３ａに沿って広がりキャビティＣから離れた、湯道形成空間１３２の厚さよりも薄い空間である。背側膨出部成形空間１３６は、その背リブ成形空間１３５の先端１３５１に膨出し、一端が湯口１６０の縁１６０ａにつながるとともに他端が堰形成空間１３１につながった空間である。湯道形成空間１３２に溶湯が流れると、どうしても分割面１３ａに溶湯が入り込んでしまう傾向にある。図１に示す鋳型装置１では、この傾向を利用し、腹リブ成形空間１３３や背リブ成形空間１３５を設け、溶湯を積極的にそれらの空間１３３，１３５に導き、溶湯を腹側膨出部成形空間１３４や背側膨出部成形空間１３６に入れ込む。腹リブ成形空間１３３や背リブ成形空間１３５を通ってきた溶湯が、腹側膨出部成形空間１３４や背側膨出部成形空間１３６に入り込むと、空間が急に拡がり、しかもそれらの空間１３４，１３６内は負圧の状態であるため、溶湯はそれらの空間１３４，１３６内で滞留し、滞留している間に横型１３に熱を奪われ凝固する。そのため、腹側膨出部成形空間１３４や背側膨出部成形空間１３６を越えてまで、分割面１３ａに溶湯が入り込むことがなくなる。また、湯道形成空間１３２の溶湯よりも、腹リブ成形空間１３３の溶湯や背リブ成形空間１３５の溶湯が早く凝固し、その凝固した溶湯がフィンの役割を果たして、湯道形成空間１３２の溶湯の冷却が促進される。さらに、腹リブ成形空間１３３や背リブ成形空間１３５で凝固した溶湯や、腹側膨出部成形空間１３４や背側膨出部成形空間１３６で凝固した溶湯によって湯道が補強される。
【００３２】
湯道形成空間１３２の堰形成空間近傍部分１３２２の厚さは、背リブ成形空間１３５が設けられた側よりも腹リブ成形空間１３３が設けられた側の方が厚くなっている。図１には、上型１２の、ディスク形成空間ＣDの最も厚みがある部位を形成する面１２０を点線で表しているが、リム成形空間ＣRの、ディスク形成空間ＣDにつながる付根空間ＣRDは、かなり厚みのある空間である。また、堰形成空間１３１は、湯道形成空間１３２よりも薄い空間である。湯道形成空間１３２の堰形成空間近傍部分１３２２の厚さを厚くするとともに、さらにその堰形成空間近傍部分１３２２のうちの腹リブ成形空間１３３が設けられた側の厚さを厚くしておくことで、薄い堰形成空間１３１を間に挟んで堰形成空間近傍部分１３２２と付根空間ＣRDとの間に温度勾配が確保され、付根空間ＣRDの溶湯が凝固する前に、堰形成空間１３１の溶湯が凝固してしまうことが防止される。
【００３３】
またさらに、横型１３の、車両用ホイールのリムのインナーリムフランジを形成する部分には、ベントホール１３８が設けられている。このベントホール１３８は、横型１３内の空洞１３ｂに連通している。
【００３４】
下型１１は、中央部分に、車両用ホイールのディスクに設けられるボス部のおもて面を形成する入れ子１１２を有する。この入れ子１１２は、基体１１２０とハブ孔形成体１１２１との２ピース構造である。ハブ孔形成体１１２１は、上型に向かって突出しており、車両用ホイールのハブ孔を形成するものである。このハブ孔形成体１１２１の内部は空洞であり、その内部には図示省略した空冷パイプが配置されている。また、基体１１２０にも水冷パイプ１１２２が埋め込まれている。さらに、下型には、入れ子１１２の基体１１２０を取り囲むようにして水冷パイプ１１１１が埋め込まれている。
【００３５】
上型１２の内部には、下型１１に向かって中央部分が開口した空洞１２ａが設けられている。この上型１２も入れ子２０を有するものであり、上型１２の入れ子２０は、空洞１２ａの中央部分の開口１２ｂを塞ぐようにその空洞１２ａ内に配備されている。上型１２の入れ子２０は、車両用ホイールのボス部の裏面を形成するとともに、図１に示すキャビティＣのボス部形成空間部分ＣBにつながる押湯形成空間Ｒも形成するものである。上型１２の入れ子２０の中央部分には収容室２１が設けられている。この収容室２１には、内周縁２２１を有する画定部材２２０が隣り合う画定部材２２０との間に押湯形成空間Ｒにつながる隙間を設けて積み上げられている。押湯形成空間Ｒは、収容室２１内に積み上げられた画定部材２２０それぞれの内周縁２２１によって画定される。収容室２１は、周壁２１１と上蓋２１２を有する。上蓋２１２は、ホイール２１３によって周壁２１１に固定されており、一番上の画定部材２２０に接している。この上蓋２１２には、押さえボルト２１４が設けられており、この押さえボルト２１４によって画定部材２２０は下方へ向けて押さえつけられている。このため、キャビティＣへの溶湯充填時に画定部材２２０が浮き上がってしまうことが防止される。また、一番上の画定部材２２０は、内周縁２２１よりも外側の位置から外周縁２２２までの外周部分が上蓋２１２との間に空間Ｓを有するものである。この空間Ｓと、収容室２１内で隣り合う画定部材２２０の間にそれぞれ設けられた隙間とは、各画定部材２２０の外周縁２２２に設けられた不図示の縦溝によってつながっている。収容室２１内の空間Ｓには、空気流路パイプ３１が接続されている。キャビティＣへ溶湯が充填されると、キャビティＣ内のエアは、隣り合う画定部材２２０の間に設けられた隙間を通って収容室２１内の空間Ｓに到達し、空気流路パイプ３１を通って外部に排出される。また、キャビティＣ内のエアは、横型１３に設けられたベントホール１３８からも抜ける。一方、キャビティＣへの溶湯の充填が完了した直後には、空気流路パイプ３１から加圧エアが供給される。押湯形成空間Ｒに充填された溶湯は、隣り合う画定部材２２０の間にそれぞれ設けられた高さ方向に異なる隙間から、空気流路パイプ３１によって供給された加圧エアにより押され、十分な押湯効果が得られる。
【００３６】
また、上型１２の空洞１２ａには、空冷パイプ１２１とミスト冷却手段１２２との２種類の冷却手段が配備されている。空冷パイプ１２１は、車両用ホイールのリム幅方向に相当する高さ方向に異なる複数の箇所からエアを吹き出すことによって冷却を行うものである。ミスト冷却手段１２２は、水を噴霧することによって冷却を行うものである。図１に示すミスト冷却手段１２２は、車両用ホイールのリムの、ディスクとは反対側（いわゆるインナー側）に設けられたハンプを形成する部分をめがけて水を噴霧するが、噴霧された水は拡がり、リム形成空間ＣRのインナー側に相当する部分全体が強冷却される。
【００３７】
図２は、鋳造時の上型を上方から見て、その上型の内部構造を模式的に示す図である。
【００３８】
この図２には、環状のリム形成空間ＣRの外周を型が閉まった状態で画定する外周画定面１３７を周方向に半分ずつ有する一対の横型１３も示されており、図中の１点鎖線は、この一対の横型１３の分割面１３ａを示す線である。また、図２には、その分割面１３ａに設けられ、一対の外型１３が型閉めされた状態でリム形成空間ＣRの周方向に１８０°対向した位置からそのリム形成空間ＣRにそれぞれつながる２つの堰形成空間１３１も示されている。
【００３９】
図２に示す空冷パイプ１２１は、リム形成空間ＣRの、堰形成空間１３１それぞれがつながった堰前部分Ｇを空冷するものである。一方、ミスト冷却手段１２２は、リム形成空間ＣRの、その堰前部分Ｇからリム形成空間ＣRの周方向に９０°ずれた部分Ａをミスト冷却するものである。空冷パイプ１２１とミスト冷却手段１２２との間には、冷却能力に大きな差があり、ミスト冷却手段１２２は、空冷パイプ１２１に比べて冷却能力が高いばかりでなく、液体を循環させて冷却を行う冷却パイプ（例えば図１に示す下型に配備された水冷パイプ１１１１，１１２２）よりも冷却能力が高いものである。したがって、図１に示す鋳型装置１では、リム形成空間ＣRの、堰前部分Ｇから９０°ずれた部分Ａが強冷却され、その部分Ａを最も早く凝固させることができる。一方、堰前部分Ｇは相対的に弱冷却にとどまり、その堰前部分Ｇを最後に凝固させることができる。したがって、図１に示す鋳型装置は、冷却手段の冷却能力の差によって、一対の堰から遠いところからその一対の堰に向けて徐々に溶湯が凝固していく指向性凝固を実現しやすくしたものであり、本発明の第３の鋳型装置の一実施形態に相当する。
【００４０】
また、図２に示すように、上型１２は、筒状の金型であり、型作製時に生じた残留応力による変形や鋳造時の熱膨張による変形の影響が少ない。図２に示す鋳造時の上型１２は、リム形成空間ＣRの内周を画定する内周画定面１２３の輪郭が真円である。これに対して、一対の横型１３を構成するそれぞれの横型はその形状から、型作製時に生じた残留応力による変形や鋳造時の熱膨張による変形の影響を受けやすい。図２に示す一対の横型１３は、鋳造時の熱膨張によって変形しており、外周画定面１３７の輪郭がリム形成空間ＣRの、分割面１３ａに沿った径方向（矢印Ｙ参照）に長軸を有する楕円である。したがって、図２に示すリム形成空間ＣRは、堰前部分Ｇと、その堰前部分Ｇから９０°ずれた部分Ａとの間でその堰前部分Ｇが最も厚みのある空間になる厚み勾配が設けられたものになり、リム形成空間ＣRの、堰へ向けての指向性凝固が実現しやすい。
【００４１】
続いて、図１に示す鋳型装置を用いて鋳造を行う鋳造プロセスについて説明する。
【００４２】
図３は、図１に示す鋳型装置を用いて鋳造を行う鋳造プロセスを示すフローチャートである。
【００４３】
まず、型開きしている状態の鋳型１１〜１３からゴミ等の異物を除去するとともに湯口カラー１６１に設けられた凹部１６１１内にストレーナをセットし、鋳型装置１の型閉めを行う（ステップＳ１）。なお、この型閉めを行う前に、必要であれば、鋳型の保温性や鋳造品の離型性を高めるため、鋳型１１〜１３にシリカを主成分とする塗型剤を吹き付ける。この際、押湯形成空間Ｒを画定する画定部材２２０の隙間に塗型剤が入り込まないよう、塗型剤を吹き付けるとともに空気流路パイプ３１から収容室２１内へ加圧エアを供給し、その隙間から加圧エアを吹き出させることが好ましい。
【００４４】
続いて、図１で図示省略した保持炉内の溶湯に２ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の圧力をかけて溶湯を型閉めされた鋳型装置１のキャビティＣへ充填する（ステップＳ２）。この際、キャビティＣ内のエアは、押湯形成空間Ｒを画定する画定部材２２０の隙間を通って抜けるとともに横型１３のベントホール１３８からも抜ける。キャビティＣへの溶湯の充填が完了した直後に、収容室２１内に空気流路パイプ３１から加圧エアを供給し、押湯形成空間Ｒに充填された溶湯を、画定部材２２０の隙間から押すことで十分な押湯効果を得る。
【００４５】
その後、ミスト冷却手段１２２によるミスト冷却が始まり、図２に示すリム形成空間ＣRの、堰前部分Ｇからリム形成空間ＣRの周方向に９０°ずれた部分Ａが強冷却される（ステップＳ３）。次いで、空冷パイプ１２１による空冷が始まり、リム形成空間ＣRの、堰前部分Ｇが弱冷却される（ステップＳ４）。先のステップＳ３は、本発明の鋳造方法における第１冷却開始工程の一例に相当し、このステップＳ４は、本発明の鋳造方法における第２冷却開始工程の一例に相当する。このように、空冷パイプ１２１による冷却開始タイミングより、ミスト冷却手段１２２による冷却開始タイミングを早めることで、一対の堰から遠いところからその一対の堰に向けて徐々に溶湯が凝固していく指向性凝固がより実現しやすくなる。しかも、図２を用いて説明したように、リム形成空間ＣRは、堰前部分Ｇと、その堰前部分Ｇから９０°ずれた部分Ａとの間でその堰前部分Ｇが最も厚みのある空間になる厚み勾配が設けられたものであることから、リム形成空間ＣRの、堰へ向けての指向性凝固がさらに一段と実現しやすくなる。なお、リム形成空間ＣRにこのような厚み勾配が設けられていなくても、ステップＳ３を実施した後にステップＳ４を実施することは、リム形成空間ＣRの、堰へ向けての指向性凝固を実現するための有効な手段になる。
【００４６】
所定の冷却時間が経過すると、型開きが行われ（ステップＳ５）、続いて、この鋳型装置１から車両用ホールの鋳造品が抜型され（ステップＳ６）、一連の鋳造プロセスは終了する。
【００４７】
図４は、図３に示す鋳造プロセスを実施することで鋳造された車両用ホイールの鋳造品を示す図である。
【００４８】
図４に示す車両用ホイールの鋳造品Ｗは、本発明の鋳造品の一実施形態に相当する。この鋳造品Ｗは、鋳放し前の状態であり、円筒状（環状）のリム９１と、そのリム９１の内周面につながり窓部が設けられたディスク（不図示）と、そのリム９１の、１８０°対向した位置に接続した一対の堰９２とを備えている。リム９１は、肉厚が、一対の堰９２それぞれが接続した部分９１１から、このリム９１の周方向にその部分９１１から９０°ずれた部分９１２に向けて漸次薄くなっている。また、図２に示す堰９２には、湯道９３が接続している。図４に示す車両用ホイールの鋳造品Ｗでは、リム９１の正確な真円度は、後工程で実施される切削加工によって得られる。
【００４９】
続いて、図２に示す一対の横型の鋳型製造方法について説明する。
【００５０】
図５は、図２に示す一対の横型を製造していく様子を段階的に示した図である。
【００５１】
図５（ａ）は、金型作製を終えた直後の一対の横型を示す図である。
【００５２】
この図５（ａ）に示す一対の横型１３の外周画定面１３７の輪郭は、図２に示すリム形成空間ＣRの、分割面１３ａに沿った径方向Ｙに長軸を有する楕円である。すなわち、簡単に言えば、その外周画定面１３７の輪郭は堰側に長い楕円である。
【００５３】
図５（ｂ）は、試験的な鋳造（いわゆる試験吹き）を数十回程度行った後、常温まで冷えた一対の横型を示す図である。
【００５４】
試験的な鋳造は、作製した鋳型を鋳造現場で製造ラインにのせて実際に使用する前に、鋳造条件の設定や確認等をするために行われる。数十回程度の試験的な鋳造を終えて常温まで冷えた一対の横型１３は、型作製時に生じた残留応力によって内側に入り込むように変形し（図中の矢印参照）、外周画定面１３７の輪郭が真円になる。
【００５５】
図５（ｃ）は、図５（ｂ）に示す一対の横型を鋳型装置に取り付け、鋳造現場の製造ラインで実際に使用することで熱膨張によって変形した一対の横型を示す図である。
【００５６】
常温まで冷えることで外周画定面１３７の輪郭が真円になった一対の横型１３は、現場での鋳造時には熱膨張によって外側に開くように変形し（図中の矢印参照）、外周画定面１３７の輪郭が、堰側に長い楕円に再び戻る。すなわち、その輪郭は、図５（ａ）に示す、金型作製を終えた直後の一対の横型１３の外周画定面１３７の輪郭とほぼ一致する。ここで説明する鋳型製造方法では、一対の横型１３が熱膨張することを見越して、金型作製段階で外周画定面１３７の輪郭をあらかじめ楕円にしている。図１に示す鋳型装置１は、このようにして金型作製された一対の横型１を備えるものであり、本発明の第１の鋳型装置の一実施形態にも相当する。
【００５７】
次に、本発明の鋳型製造方法の一実施形態について説明する。
【００５８】
図６は、本発明の鋳型製造方法の一実施形態である鋳型製造方法によって一対の横型を製造していく様子を段階的に示した図である。
【００５９】
図６（ａ）は、金型作製を終えた直後の一対の横型を示す図である。
【００６０】
この図６（ａ）に示す一対の横型１３の外周画定面１３７の輪郭は真円である。すなわち、本実施形態の鋳型製造方法では、まず、外周画定面１３７の輪郭が真円である一対の横型１３７を作製する（鋳型作製工程）。この一対の横型１３は金型であり、外周画定面１３７の輪郭を真円に加工するには単に旋盤によって加工すればよく、その輪郭を楕円に加工する場合に比べて加工が容易である。
【００６１】
図６（ｂ）は、試験的な鋳造を数十回程度行った後、常温まで冷えた一対の横型を示す図である。
【００６２】
作製された一対の横型１３は、試験的な鋳造を数十回程度行うことで加熱される（加熱工程）。そして、数十回程度の試験的な鋳造を終えて常温まで冷えた一対の横型１３は、型作製時に生じた残留応力によってここでも内側に入り込むように変形し（図中の矢印参照）、外周画定面１３７の輪郭が、図２に示すリム形成空間ＣRの、分割面１３ａに沿った径方向Ｙに対して下型プラテン１４０の水平面１４０ａ上で直交した方向Ｘに長軸を有する楕円になる。そこで、輪郭が楕円に変形した外周画定面１３７をグラインダ等で削り、その輪郭が真円になるように加工する（加工工程）。すなわち、型作製時の輪郭から変形した分だけをグラインダ等で削り取る。図６（ｂ）では、輪郭が真円に加工された外周画定面１３７を点線で表している。
【００６３】
図６（ｃ）は、図６（ｂ）に示す一対の横型を鋳型装置に取り付け、鋳造現場の製造ラインで実際に使用することで熱膨張によって変形した一対の横型を示す図である。
【００６４】
真円に戻す加工が施された一対の横型１３は、現場での鋳造時には熱膨張によってここでも外側に開くように変形し（図中の矢印参照）、外周画定面１３７の輪郭が、堰側に長い楕円に変形する。こうして、本実施形態の鋳型製造方法によって製造された一対の横型１３は、型作製時に面倒な楕円加工を施さなくても、図５（ｃ）に示す一対の横型１３と同じような一対の横型１３になる。
【００６５】
最後に、本発明の第２の鋳型装置の一実施形態について説明する。以下の説明では、これまでの説明と重複する説明は省略し、これまで説明した構成要素の名称と同じ名称の構成要素には、これまで用いた符号と同じ符号を付して説明する。ここで説明する鋳型装置も、図１に示す鋳型装置と同じく、車両用ホイールを鋳造する際に用いられる、サイドゲート方式を採用したものであって、いずれも金型である、下型１１、上型１２、および一対の横型１３を備えている。この鋳型装置の、図１に示す鋳型装置との違いは、上型の内周画定面１２３の輪郭と、一対の外型の外周画定面１３７の輪郭である。
【００６６】
図７は、本発明の第２の鋳型装置の一実施形態である鋳型装置に配備された上型と一対の横型を上方からみた模式的平面図である。
【００６７】
この図７では、一対の横型１３は、下型プラテンの水平面１４０ａ上を、図の左右方向にスライドすることで型閉めや型開きが行われる。図７には、型開きされた状態の一対の横型１３が示されている。また、ここでは図示省略したが、この一対の横型１３の分割面１３ａにも、図１に示す鋳型装置１と同じく、型閉めされた状態でキャビティの一部である環状のリム成形空間の周方向に１８０°対向した位置からそのリム成形空間にそれぞれつながる２つの堰形成空間が設けられている。図７に示す一対の横型１３が型閉めされると、外周画定面１３７の輪郭は、環状のリム成形空間の、分割面１３ａに沿った径方向Ｙに対して水平面１４０ａ上で直交した方向Ｘに長軸を有する楕円になる。すなわち、簡単に言えば、その外周画定面１３７の輪郭は、横型１３のスライド方向に長い楕円である。
【００６８】
また、図７に示す上型１２の内周画定面１２３の輪郭も、外周画定面１３７の輪郭と同じく、いわゆる横型１３のスライド方向に長い楕円である。
【００６９】
図８は、鋳造時の上型を上方からみた模式的平面図である。
【００７０】
図８には、環状のリム形成空間ＣRの外周を型が閉まった状態で画定する外周画定面１３７を周方向に半分ずつ有する一対の横型１３も示されており、図中の１点鎖線は、この一対の横型１３の分割面１３ａを示す線である。この図８に示す一対の横型１３も、図の左右方向にスライドすることで型閉めや型開きが行われる。また、この図８には、リム形成空間ＣRにそれぞれつながる２つの堰形成空間１３１も示されている。
【００７１】
上型１２は、筒状の金型であり、型作製時に生じた残留応力による変形や鋳造時の熱膨張による変形の影響が少ないが、一対の横型１３は、その形状から残留応力による変形や鋳造時の熱膨張による変形の影響を受けやすい。図８に示す鋳造時の上型１２の内周画定面１２３の輪郭は、図７に示す上型１２の内周画定面１２３の輪郭とほぼ同じ、いわゆる一対の横型１３のスライド方向に長い楕円である。これに対して、図８に示す一対の横型１３は、鋳造時の熱膨張によって変形し、外周画定面１３７の輪郭が真円になっている。したがって、図８に示すリム形成空間ＣRも、図２に示すリム形成空間ＣRと同じく、堰前部分Ｇと、その堰前部分Ｇから９０°ずれた部分Ａとの間でその堰前部分Ｇが最も厚みのある空間になる厚み勾配が設けられたものになり、リム形成空間ＣRの、堰へ向けての指向性凝固が実現しやすい。
【００７２】
また、本実施形態の鋳型装置を用いて鋳造を行うと、図４に示す車両用ホイールの鋳造品Ｗが得られる。ここで、キャビティＣへ充填した溶湯が凝固して型開きを行う際、上型１２が上昇し、車両用ホールの鋳造品Ｗは、上昇する上型１２から離れず、上型１２とともに上昇しようとする。この際、湯口１６０（図１参照）のところでこじれが発生し、リム９１の、一対の堰９２の付け根部分が互いに離れる方向に引っ張られ、車両用ホイールの鋳造品に歪みが生じることがある。すなわち、リム９１が、分割面１３ａに沿った径方向Ｙに伸びてしまうことがある。なお、型開きの際にリム９１が上記径方向Ｙに伸びなくても、後工程で実施される熱処理工程で、この時の歪みに起因してリム９１が上記径方向Ｙに伸びることがある。しかしながら、本実施形態の鋳型装置によって鋳造されたリム９１の内周形状は、上記径方向Ｙに対して直交した方向Ｘに長軸を有する楕円であるため、リム９１が上記径方向Ｙに伸びると、リム９１の内周形状はちょうど真円になる。
【００７３】
なお、本実施形態の鋳型装置では、鋳造時に外周画定面１３７の輪郭が真円になる一対の横型１３を用いたが、内周画定面１２３の輪郭との兼ね合いにより、鋳造時に外周画定面１３７の輪郭が上記径方向Ｙに長軸を有する楕円になる一対の横型を用いてもよい。
【００７４】
以上の説明では、車両用ホイールを鋳造する際に用いられる低圧鋳造用の鋳型装置を例にあげて説明したが、本発明は、車両用ホイール以外の物品を鋳造する際に用いられる鋳型装置にも適用することができる。また、本発明は、低圧鋳造以外の加圧鋳造用の鋳型装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施形態である低圧鋳造用の鋳型装置の内部構造を示す断面図である。
【図２】鋳造時の上型を上方から見て、その上型の内部構造を模式的に示す図である。
【図３】図１に示す鋳型装置を用いて鋳造を行う鋳造プロセスを示すフローチャートである。
【図４】図３に示す鋳造プロセスを実施することで鋳造された車両用ホイールの鋳造品を示す図である。
【図５】図２に示す一対の横型を製造していく様子を段階的に示した図である。
【図６】本発明の鋳型製造方法の一実施形態である鋳型製造方法によって一対の横型を製造していく様子を段階的に示した図である。
【図７】本発明の第２の鋳型装置の一実施形態である鋳型装置に配備された上型と一対の横型を上方からみた模式的平面図である。
【図８】鋳造時の上型を上方からみた模式的平面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１    鋳型装置
１１    下型
１２    上型
１２１    空冷パイプ
１２２    ミスト冷却手段
１２３    内周画定面
１３    横型
１３ａ    分割面
１３１    堰形成空間
１３２    湯道形成空間
１３７    外周画定面
１６０    湯口
Ｃ    キャビティ
ＣR    リム成形空間
Ｇ    堰前部分
【図１】
2007260754.tif 000003
【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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