(57)【要約】【課題】キャビティ内で異なる流路を流れて溶湯が合流する接合面の強度を向上させる。【解決手段】本発明の金型において、溶湯が合流する合流部９付近において、溶湯の流速を変化させる流速抵抗部１２ａ〜１２ｄが設けられる。流速抵抗部１２ａ〜１２ｄを通過する溶湯の流速は、当該流速抵抗部１２ａ〜１２ｄが設けられていない領域を通過する溶湯の流速よりも遅くなる。流速抵抗部１２ａ、１２ｂは、合流前に一方の流路を流れる溶湯の流速を落とす位置に配置され、流速抵抗部１２ｃ、１２ｄは、合流前に他方の流路を流れる溶湯の流速を落とす位置に配置される。流速抵抗部１２ａ、１２ｂと流速抵抗部１２ｃ、１２ｄは、幅方向Ａにおいてそれぞれ異なる領域に設けられる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
注入口から溶湯を注入すると、キャビティ内で異なる流路を流れた溶湯が合流して湯境が生じるような金型であって、
溶湯が合流する合流部付近において、溶湯の流速を変化させる流速抵抗部が設けられることを特徴とする金型。
【請求項２】
前記流速抵抗部を通過する溶湯の流速は、当該流速抵抗部が設けられていない領域を通過する溶湯の流速よりも遅くなることを特徴とする請求項１に記載の金型。
【請求項３】
前記流速抵抗部は、溶湯の進行方向に直交するキャビティの幅方向の一部の領域に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の金型。
【請求項４】
前記流速抵抗部は、キャビティの幅方向の異なる領域に設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の金型。
【請求項５】
前記流速抵抗部は、溶湯が合流する前に一つの流路を流れる溶湯の流速を落とす位置に、キャビティの幅方向において互いに間隔をあけて設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の金型。
【請求項６】
前記流速抵抗部は、溶湯が合流する前に一方の流路を流れる溶湯の流速を落とす位置と、他方の流路を流れる溶湯の流速を落とす位置とに設けられ、一方の流路側に設けられた前記流速抵抗部のキャビティ幅方向の領域と他方の流路側に設けられた前記流速抵抗部のキャビティ幅方向の領域は重ならないことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の金型。
【請求項７】
湯境部が波面状となるようにキャビティの幅方向に流速抵抗部が配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の金型。
【請求項８】
前記流速抵抗部は、金型の内壁に形成された凹凸部であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の金型。
【請求項９】
アルミホイールの形状に対応する複数のスポーク部とリム部を有するキャビティを有し、注入口から溶湯を注入すると、スポーク部を流れた溶湯がリム部にて合流するアルミホイール鋳造用金型であって、
溶湯が合流する合流部付近において、溶湯の流速を変化させる流速抵抗部が設けられることを特徴とするアルミホイール鋳造用金型。
【請求項１０】
請求項９に記載のアルミホイール鋳造用金型を用いて鋳造アルミホイールを製造する方法。
【請求項１１】
注入口から液状材料を注入すると、キャビティ内で異なる流路を流れた液状材料が合流する金型であって、
液状材料が合流する合流部付近において、液状材料の流速を変化させる流速抵抗部が設けられることを特徴とする金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型に関し、特にアルミホイールなどを鋳造するために使用される金型およびそれを用いて鋳造アルミホイールを製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デザイン性の向上を目的としたアルミニウム合金のホイールが普及している。アルミホイールは、環状のリムと、リムの中心に形成されるハブと、リムとハブとを連結するスポークとを有して構成される。アルミホイールの鋳造には金型が使用され、金型の内壁により形成されるキャビティに溶湯を注入して熱処理を施し、タイヤに合うように切削加工を行うことで鋳造アルミホイールが製造される。たとえば特許文献１は、アルミホイール鋳造用金型のスポーク部とリム部の交差部に冷却媒体を吹き付ける凹部を設けた構造を開示している。
【特許文献１】特開平７−２８４９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
アルミホイールの鋳造工程では、中央に設けられた注入口（ゲート部）からキャビティ内に溶湯を注入する。注入された溶湯は複数本のスポーク部に分かれてキャビティ内を流れ、リム部を充填していく。このとき、隣り合うスポーク部を流れてきた溶湯がリム部にて合流して接合する。
【０００４】
キャビティ内で異なるスポーク部を流れた溶湯が合流すると、その合流部で湯境が発生しやすく、湯境が発生するとその部分の成形品の強度が低下する。各スポーク部からリム部に流れる溶湯の流速はリム部の幅方向において実質的に同一であるため、合流部における接合面は平坦状（成形品の外表面からみると直線状）となる。平坦な接合面をもつ湯境部は、特に剪断方向の力に対する強度が弱いという問題がある。
【０００５】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、アルミホイールの湯境部における強度を改善する技術を提供することにある。また本発明の目的は、アルミホイールなどの鋳造品だけでなく、樹脂材料などを型成形した成形品を製造する際に、成形材料の合流部における強度を改善する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様は、注入口から溶湯を注入すると、キャビティ内で異なる流路を流れた溶湯が合流して湯境が生じるような金型を提供し、この態様の金型では、溶湯が合流する合流部付近において、溶湯の流速を変化させる流速抵抗部が設けられる。
【０００７】
この態様によると、溶湯の合流部付近に流速抵抗部を設けたことで、異なる流路を通ってきた溶湯の接合面を平坦ではない形状に形成できる。これにより、接合部の接合面積を増やすことができ、接合部の強度を上げることができる。なお合流部付近とは異なる流路からの溶湯が一体化する合流地点近傍の領域を含み、流速抵抗部により流速を変化された溶湯が、流速を変化されない溶湯に対して、合流地点（接合面）において流速変化の影響を保持できる位置を含む。
【０００８】
流速抵抗部を通過する溶湯の流速は、当該流速抵抗部が設けられていない領域を通過する溶湯の流速よりも遅くなってよい。流速抵抗部を、溶湯の流速を減速させる構造として形成することで、溶湯の流速変化を簡易に実現してもよい。流速抵抗部は、金型の内壁に形成された凹凸部であってもよい。凹凸部は型割り方向を考慮し、アンダーカットが生じない方向や位置に設定することが好ましい。たとえば、横方向に抜く金型（横型）の内壁に、横型の抜き方向に平行な凹凸を形成すれば、アンダーカットを回避できる。このときキャビティを構成する横型の個数を増やすことで、流速に対して垂直な抵抗となる向きと、横型の抜き方向とを揃えることができる。
【０００９】
流速抵抗部は、溶湯の進行方向に直交するキャビティの幅方向において一部の領域に設けられてもよい。なお幅方向の一部の領域とは、キャビティ幅の一方の端部からの距離により定められ、進行方向に延びる帯状の領域を意味する。流速抵抗部をキャビティ幅方向の一部の領域に設けることで、その領域における流速を変化させることができる。流速抵抗部は、キャビティの幅方向において異なる領域に設けられることが好ましい。複数の流速抵抗部を異なる領域に設けることで、それぞれの領域の流速を変化させることができる。
【００１０】
複数の流速抵抗部は、溶湯が合流する前に一つの流路を流れる溶湯の流速を落とす位置に、キャビティの幅方向において互いに間隔をあけて設けられてもよい。一つの流路上において、溶湯の合流面すなわち接合面の手前に流速抵抗部を配置することで、その流路における溶湯速度を減速できる。さらに、キャビティ幅方向に間隔をあけて配置することで、流速抵抗部が設けられた領域と、設けられていない領域との流速とを異ならせた流速分布を実現できる。
【００１１】
複数の流速抵抗部は、溶湯が合流する前に一方の流路を流れる溶湯の流速を落とす位置と、他方の流路を流れる溶湯の流速を落とす位置とに設けられ、一方の流路側に設けられた流速抵抗部のキャビティ幅方向の領域と他方の流路側に設けられた流速抵抗部のキャビティ幅方向の領域は重ならないようにしてもよい。二つの流路上のそれぞれにおいて、溶湯の合流面すなわち接合面の手前に流速抵抗部を配置することで、それぞれの流路上の溶湯速度を減速できる。さらに、流速抵抗部を設けるキャビティ幅方向の領域を互いにずらすことで、一方の流路中の溶湯速度が減速し、他方の流路中の溶湯速度が減速しない領域を作り出すことができる。
【００１２】
湯境部が波面状となるようにキャビティの幅方向に流速抵抗部が配置されていてもよい。これにより、湯境部における接合面積を増やすことができ、強度を増すことができる。
【００１３】
本発明の別の態様は、アルミホイール鋳造用金型である。この態様のアルミホイール鋳造用金型は、アルミホイールの形状に対応する複数のスポーク部とリム部を有するキャビティを有し、注入口から溶湯を注入すると、スポーク部を流れた溶湯がリム部にて合流するアルミホイール鋳造用金型であって、溶湯が合流する合流部付近において、溶湯の流速を変化させる流速抵抗部が設けられる。
【００１４】
この態様によると、リム部における溶湯の合流部付近に流速抵抗部を設けたことで、異なるスポーク部を通ってきた溶湯の接合面を平坦ではない形状に形成できる。これにより、接合部の接合面積を増やすことができ、接合部の強度を上げることができる。なお、この態様のアルミホイール鋳造用金型を用いて鋳造アルミホイールを製造すると、接合部の強度を向上した鋳造アルミホイールを製造することができる。
【００１５】
本発明のさらに別の態様は、金型である。この金型は、注入口から液状材料を注入すると、キャビティ内で異なる流路を流れた液状材料が合流する金型であって、液状材料が合流する合流部付近において、液状材料の流速を変化させる流速抵抗部が設けられる。
【００１６】
この態様によると、液状材料の合流部付近に流速抵抗部を設けたことで、異なる流路を通ってきた液状材料の接合面を平坦ではない形状に形成できる。これにより、接合部の接合面積を増やすことができ、接合部の強度を上げることができる。なお液状材料とは、溶かした金属や合成樹脂材などの成形材料であってよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、キャビティ内の合流部にて、成形材料が好適に接合することのできる技術を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施例にかかる金型を示す。本実施例の金型１は、下型２、横型３および上型４から構成されて、キャビティ１０を形成する。下型２は、中央部に垂直方向の溶湯通路を有する固定金型であり、上型４は、下型２に対して垂直方向に上下移動される可動金型、横型３は、上型４に水平方向に滑動可能に取り付けたスライドコアである。図示していないが、注入口７には、射出スリーブが先端部を差し込んだ状態で取り付けられ、アルミニウム合金などの溶湯が、射出スリーブの中を射出プランジャによって注入口７に押し上げられる。
【００２０】
キャビティ１０には、アルミホイールのスポークに対応するスポーク部５と、リムに対応するリム部６とが形成されている。スポーク部５は、溶湯が注入される中央部８と環状のリム部６とを連結するように設けられる。複数のスポーク部５が、中央部８からリム部６に向けて延びている。
【００２１】
中央部８に注入された溶湯は、複数のスポーク部５に分岐して流れる。溶湯がスポーク部５から環状のリム部６に到達すると、溶湯はまた分岐してリム部６の環状形状に沿って進行し、異なるスポーク部５を流れてきた溶湯と合流する。
【００２２】
図２は、キャビティ１０における溶湯の進行方向を模式的に示す。図中、矢印は、溶湯の湯流れ方向（進行方向）を表現している。キャビティ１０に４つのスポーク部５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが形成されているが、スポーク部５の本数を４本に限定する意図ではなく、他の本数であってよい。中央部８に注入された溶湯は、それぞれ均等にスポーク部５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに分岐して流れる。各スポーク部５を流れる溶湯がリム部６に到達すると、リム部６の周形状にあわせて２方向に分岐する。これによりリム部６において、隣り合ったスポーク部５から流れる溶湯が合流し一体化する。本実施例のキャビティ１０は４つのスポーク部５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを形成するため、４つの合流部９ａ、９ｂ、９ｄ、９ｄにおいて溶湯が合流することになる。以下、合流部９ａ、９ｂ、９ｄ、９ｄを総称する場合は、「合流部９」と表記する。
【００２３】
図３は、合流部において生じる鋳造アルミホイールにおける接合面の従来例を示す。この接合面１１ａは、従来型の金型を用いて鋳造工程を実施した場合に生じるものであり、図示のように平坦状に形成される。これは、各スポーク部を通って合流部９に到達するまでの流速が、キャビティの幅方向においてそれぞれ等しいためである。この接合面１１ａは結果として、鋳造アルミホイールにおける湯境部を構成するが、平坦状に形成された湯境部は、特に剪断方向の力に対する強度が弱いという問題がある。
【００２４】
そこで、本実施例の金型１においては、合流部９において生じる接合面を平坦状にするのではなく、たとえば、うねった波面状にして接合面積を増やし、接合面における強度を上げる。
【００２５】
図４は、本発明の実施例にかかる鋳造アルミホイールにおける接合面の一例を示す。この接合面１１ｂは、本実施例の金型１を用いて鋳造工程を実施することで、波打った波面状に形成される。接合面１１ｂは湯境部を構成してもよいが、波面状に形成された湯境部は、平坦状に形成された湯境部よりも接合面積を増加している。そのため、剪断方向の力に対しても、図３に示す接合面１１ａより高い強度を示すことができる。
【００２６】
図４に示す 接合面１１ａは、リム部６を流れる溶湯の流速を、キャビティ１０の幅方向Ａにおいて変化させることで形成される。なお、キャビティ１０の幅方向Ａとは、溶湯の進行（湯流れ）方向Ｂに直交する方向であり、溶湯は幅方向Ａに広がって進行する。具体的に幅方向Ａはリム幅の方向であり、進行方向Ｂはリム部６の周方向である。図４中、長い太矢印は流速が相対的に速いことを、短い太矢印は流速が相対的に遅いことを示す。なお、キャビティ１０の厚み方向Ｃにおいて流速を変化させて、接合面積をさらに増加させてもよい。
【００２７】
本実施例のキャビティ１０においては、合流部９付近において、溶湯の流速を変化させる流速抵抗部が設けられる。流速抵抗部は、流れる溶湯に対して抵抗として作用し、したがって溶湯を減速させる機能をもつ。以下に示すように、流速抵抗部はたとえば凹凸構造として形成され、この凹凸構造は鋳造アルミホイールの合流部９付近に型付けされることになるが、図４では型付け部分の図示を省略している。
【００２８】
図５は、キャビティ１０内に設けられる流速抵抗部の一例を示す。流速抵抗部１２は、流路中に突出した凸部を有して構成され、全体として凹凸部の構造をもつ。リム部６は横型３および上型４の内壁で画定されるが、流速抵抗部１２は、横型３または上型４のいずれに設けられてもよく、また双方に設けられてもよい。なお流速抵抗部１２の構造は凹凸構造に限らず、他の構造をとってもよい。また流速抵抗部１２は、溶湯温度を変化させることで粘性を変化させ、流速を変化させるものであってもよく、いずれの構造を採用する場合であっても流速を変化させる機能をもっていればよい。
【００２９】
図６は、上型４に形成された流速抵抗部１２の配置の一例を示す。この例では、２つの流速抵抗部１２ａおよび１２ｂが上型４に形成されている。流速抵抗部１２ａおよび１２ｂは、接合面１１ｂまでの流路中、幅方向Ａの一部の領域に設けられる。なお流路中の領域とは、キャビティ１０の幅の一端からの距離で特定され、進行方向に延びる帯状の領域である。
【００３０】
流速抵抗部１２ａおよび１２ｂを通過する溶湯の流速は、流速抵抗部１２ａおよび１２ｂが設けられていない領域を通過する溶湯の流速よりも遅くなる。そのため、図中左側より接合面１１ｂに向かう流路中を流れる溶湯は、幅方向Ａにおいて湯流れ速度が変化する流速分布を有することになる。これは、流路中、幅方向Ａの一部にのみ流速抵抗部１２ａおよび１２ｂを配置したことによる。また、複数の流速抵抗部１２ａおよび１２ｂは、幅方向Ａの異なる領域に配置する。これにより、幅方向Ａの複数の領域で溶湯を減速させることができる。一方、図中右側より接合面１１ｂに向かって流れる溶湯は、その流路中に流速抵抗部１２が設けられていないため、幅方向Ａの流速分布は実質的に一定であり、変化しない。
【００３１】
図６の例では、複数の流速抵抗部１２ａおよび１２ｂが、溶湯が合流する前に図中左側から接合面１１ｂまでの流路を流れる溶湯の流速を落とす位置に、幅方向Ａにおいて互いに間隔をあけて設けられている。これにより、複数の領域、すなわち流速抵抗部１２ａおよび１２ｂを設けた領域における流速を落とすことができ、したがって波面状の接合面１１ｂを形成できる。波面状の接合面１１ｂは、平坦状の接合面１１ａと比べて接合面積が大きいため、剪断力に対する強度が高いという利点がある。これにより、接合面１１ｂが湯境部となる場合であっても、高い強度を示すことができる。
【００３２】
図７は、上型４に形成された流速抵抗部１２の配置の別の例を示す。この例では、４つの流速抵抗部１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄが上型４に形成されている。流速抵抗部１２ａおよび１２ｂは、溶湯が合流する前に図中左側から接合面１１ｂまでの流路を流れる溶湯の流速を落とす位置に設けられる。また流速抵抗部１２ｃおよび１２ｄは、溶湯が合流する前に図中右側から接合面１１ｂまでの流路を流れる溶湯の流速を落とす位置に設けられる。
【００３３】
図中左側より接合面１１ｂに向かう流路において、流速抵抗部１２ａおよび１２ｂを通過する溶湯の流速は、流速抵抗部１２ａおよび１２ｂが設けられていない領域を通過する溶湯の流速よりも遅くなる。そのため、左側の流路を流れる溶湯は、幅方向Ａにおいて湯流れ速度が変化する流速分布を有する。同様に、図中右側より接合面１１ｂに向かう流路において、流速抵抗部１２ｃおよび１２ｄを通過する溶湯の流速は、流速抵抗部１２ｃおよび１２ｄが設けられていない領域を通過する溶湯の流速よりも遅くなる。そのため、右側の流路を流れる溶湯は、幅方向Ａにおいて湯流れ速度が変化する流速分布を有する。
【００３４】
さらに、左側流路に設けられた流速抵抗部１２ａおよび１２ｂの領域と、右側流路に設けられた流速抵抗部１２ｃおよび１２ｄの領域とは、幅方向Ａにおいて互いに重ならないようにずらしている。これにより、流速を減速させる流路が幅方向Ａにおいて交互に配置されることになり、図６に示す接合面１１ｂよりも、波面の振幅を大きくできる。したがって、接合面積をさらに増やすことができ、剪断力に対する強度をさらに高めることができる。
【００３５】
以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００３６】
たとえば、実施例ではアルミホイールを鋳造するための金型１について説明したが、鋳造品はアルミホイールに限らず、他の鋳造品の金型にも本発明を利用することができる。また、実施例では金属を溶かした溶湯を用いた鋳造用の金型１について説明したが、鋳造品だけでなく、樹脂材料などにより成形した成形品用の金型にも本発明を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例にかかる金型を示す図である。
【図２】キャビティにおける溶湯の進行方向を模式的に示す。
【図３】鋳造アルミホイールにおける接合面の従来例を示す図である。
【図４】本発明の実施例にかかる鋳造アルミホイールにおける接合面の一例を示す図である。
【図５】キャビティ内に設けられる流速抵抗部の一例を示す図である。
【図６】上型に形成された流速抵抗部の配置の一例を示す図である。
【図７】上型に形成された流速抵抗部の配置の別の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１・・・金型、２・・・下型、３・・・横型、４・・・上型、５・・・スポーク部、６・・・リム部、７・・・注入口、８・・・中央部、９・・・合流部、１０・・・キャビティ、１１・・・接合面、１２・・・流速抵抗部。
【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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