(57)【要約】【課題】  本発明は、リム部に発生する引け巣などの鋳造欠陥を低減し、高強度でエア漏れが抑制された軽合金ホイールを製造するための鋳造用金型及びそれを用いた製法を提供する。【解決手段】  本発明の鋳造用金型は、上型と、前記上型に対向するように配置される下型と、上型および下型の側方に配置される横型とを有し、横型には、リム部を象るキャビティに開口する二つの湯口が前記リム部を象るキャビティの中心線を介し相対するように形成され、上型には、冷媒を供給するための内部空間が形成され、上型は内部空間の底部を画定する底壁を有し、底壁は内部空間に臨む内面を有し、リム部を象るキャビティの下端を基準とする鉛直方向における内面の高さは、周方向において、二つの湯口の中間部で低く、中間部よりも湯口側で高いことを特徴とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒形状のリム部と、前記リム部に内設された、車軸が装着されるディスク部とを有する軽合金ホイールを製造するために使用される鋳造用金型であって、
上型と、前記上型に対向するように配置される下型と、前記上型および下型の側方に配置される横型とを有し、
前記上型、前記下型および前記横型の型合わせにより形成される、前記軽合金ホイールを象るキャビティのうち、前記リム部を象る略円筒形状をなすキャビティは、その中心線が立てられた姿勢で配置されており、
前記横型には、前記リム部を象るキャビティに開口する二つの湯口が前記リム部を象るキャビティの中心線を介し相対するように形成され、
前記上型には、冷媒を供給するための内部空間が形成され、
前記上型は前記内部空間の底部を画定する底壁を有し、該底壁は前記内部空間に臨む内面を有し、
前記リム部を象るキャビティの下端を基準とする鉛直方向における前記内面の高さは、周方向において、二つの湯口の中間部で低く、前記中間部よりも湯口側で高いことを特徴とする鋳造用金型。
【請求項２】
前記中間部の内面と、前記中間部よりも湯口側の内面とが階段状に連なる請求項１に記載の鋳造用金型。
【請求項３】
周方向における前記中間部の範囲は、前記二つの湯口の中間点を中心に２０°〜７０°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乃至３の何れかに記載の鋳造用金型の前記軽合金ホイールを象るキャビティに軽合金からなる溶湯を注入し、前記上型に設けた内部空間に冷媒を供給して前記リム部を象るキャビティに注入された溶湯を冷却することを特徴とする軽合金ホイールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばアルミニウム合金等の軽合金で形成された軽合金ホイールを製造するための鋳造用金型およびそれを用いた軽合金ホイールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車（乗用車等）に装着されている車両用の軽合金ホイールとしては、車体を軽量化するために、例えば低圧鋳造などの手法により全体がアルミニウム合金で形成されたアルミホイールが使用されている。
【０００３】
鋳造法により製造される軽合金ホイールには引け巣等の鋳造欠陥が少ないことが要求される。特許文献１は、そのような製造方法の一例を開示する。図８は特許文献１に記載された鋳造方案であり、上型と下型と一対の横型を備えたサイドゲート方式の鋳型装置の上型を上方からみて、その上型の内部構造を模式的に示す図である。図８に示す空冷パイプ３２４は、リム用キャビティＣRの堰前部分Ｓを空冷するものである。一方、ミス卜冷却手段３２５は、リム用キャビティＣRの部分Ａをミスト冷却するものである。この部分Ａは、筒状のリム用キャビティＣRのうち、堰形成空間３３１にそれぞれつながった堰前部分Ｓからリム用キャビティＣRの周方向に９０°ずれた部分であり、堰前部分Ｓからリム用キャビティＣRの周方向に最も離れた部分となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１５５２３５号公報（段落００４４，図１，図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１で一例が開示される従来技術の鋳造方案では、軽合金ホイールのリム部とディスク部とが交差する交差部の引け巣の抑制は不十分な場合があった。このため、従来技術に対し交差部の引け巣が低減された、高強度でエア漏れが抑制された軽合金ホイールを製造可能な鋳造用金型およびそれを用いた軽合金ホイールの製造方法が要請されていた。
【０００６】
従って本発明の目的は、従来技術に対し、交差部に発生する引け巣などの鋳造欠陥を低減し、高強度でエア漏れが抑制された軽合金ホイールを製造するための鋳造用金型及びそれを用いた製法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願第１の発明に係る鋳造用金型は、略円筒形状のリム部と、前記リム部に内設された、車軸が装着されるディスク部とを有する軽合金ホイールを製造するために使用される鋳造用金型であって、上型と、前記上型に対向するように配置される下型と、前記上型および下型の側方に配置される横型とを有し、前記上型、前記下型および前記横型の型合わせにより形成される、前記軽合金ホイールを象るキャビティのうち、前記リム部を象る略円筒形状をなすキャビティは、その中心線が立てられた姿勢で配置されており、前記横型には、前記リム部を象るキャビティに開口する二つの湯口が前記リム部を象るキャビティの中心線を介し相対するように形成され、前記上型には、冷媒を供給するための内部空間が形成され、前記上型は前記内部空間の底部を画定する底壁を有し、該底壁は前記内部空間に臨む内面を有し、前記リム部を象るキャビティの下端を基準とする鉛直方向における前記内面の高さは、周方向において、二つの湯口の中間部で低く、前記中間部よりも湯口側で高いことを特徴とする。
【０００８】
本願第１の発明において、前記中間部の内面と、前記中間部よりも湯口側の内面とが階段状に連なる構造を採用することができる。
【０００９】
本願第１の発明において、周方向における前記中間部の範囲は、前記二つの湯口の中間点を中心に２０°〜７０°であることが好ましく、３０°〜６０°であることが更に好ましい。
【００１０】
本願第２の発明に係る軽合金ホイールの製造方法は、本願第１の発明に係る鋳造用金型の前記軽合金ホイールを象るキャビティに軽合金からなる溶湯を注入し、前記上型に設けた内部空間に冷媒を供給して前記リム部を象るキャビティに注入された溶湯を冷却することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る軽合金ホイールの製造方法は、従来技術に対し、交差部に発生する引け巣などの鋳造欠陥が低減され、高強度でエア漏れが抑制された軽合金ホイールを製造するための鋳造用金型及びそれを用いた軽合金ホイールの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る軽合金ホイールを製造するために使用される鋳造用金型の一例を示す縦断面図（図２のＢ´−Ｉ−Ｂ断面図）である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２のＤ−Ｄ矢視図である。
【図４】図２のＩ−Ｂ部分断面図（ａ）および図２のＩ−Ｅ部分断面図（ｂ）である。
【図５】リム部用キャビティに鋳込まれた溶湯の凝固の進行状態を示す図である。
【図６】軽合金ホイールの一例を示す平面図である。
【図７】図６の軽合金ホイールのＪ−Ｊ断面図である。
【図８】従来の軽合金ホイールの製造方法を実施するための鋳型装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明について、その具体的な実施形態に基づき図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は、以下説明する実施形態に限定されず、また、発明の作用効果を奏する限り、同一 性の範囲内において適宜変形して実施することができる。
【００１４】
本発明者らは、リム部を象るキャビティの下端を基準とする鉛直方向における上型底壁の内面の高さを、周方向において、二つの湯口の中間部で低く、中間部よりも湯口側で高くした鋳造用金型を用いて軽合金ホイールを製造することにより、上記目的を達成できることを知見し、本発明に想到した。上型の詳細な構成は、後述する。
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係る軽合金ホイールの製造方法について、図１〜図７を参照 しつつ詳細に説明する。
【００１６】
［軽合金ホイールの構成］
図６および図７を参照しつつ、本発明の実施形態に係る軽合金ホイールの構成について 、アルミホイールを例として説明する。図６は、図７のアルミホイール（以下、ホイールという場合がある。）１０の底面図である。図７は、図６のＪ−Ｊ断面図である。なお、図７に示すホイール１０の中心線Ｉの方向を軸方向、中心線Ｉに直交する方向を半径方向、中心線Ｉ周りの方向を周方向と言う場合がある。図６および図７に示すように、ホイール１０は、ハブ部９ｆおよびハブ部９ｆの外周面から放射状に形成されたデザイン部９ｇを備えたディスク部９ｅを有している。また、ホイール１０は、ディスク部９ｅの外周部が内周面に結合されたリム本体部９ｂとリム本体部９ｂの下方（一方）端に配置された第１のフランジ部（いわゆる、アウターフランジ部）９ｃと上方（他方）端に配置された第２のフランジ部（いわゆる、インナーフランジ部）９ｄとを備えた略円筒形状のリム部９ａを有している。なお、リム部９ａは第１のフランジ部９ｃ側においてディスク部９ｅと結合しており、ディスク部９ｅのうちリム部９ａとの結合した部分が交差部２６である。また、本実施形態のデザイン部９ｇの形態は、スポークタイプであるがデザイン部の形態はこれに限定されず、例えばメッシュタイプその他各種の形態とすることができる。このホイール１０には、第１のフランジ部９ｃと第２のフランジ部９ｄとの間に挟まれるようにリム本体部９ｂにタイヤが取り付けられた後、ディスク部９ｅが車体の外側に向いた姿勢で車軸に装着され、使用に供される。
【００１７】
［鋳造用金型］
上記構成のホイールを製造する鋳造用金型の一例について、図１〜図３を参照しつつ説明する。ここで、図１は、上記スポークタイプのアルミホイールを低圧鋳造するための鋳造装置に組み込まれる鋳造用金型１００の軸方向に沿う縦断面図（図２のＢ´−Ｉ−Ｂ断面図）である。図２は、図１の鋳造用金型１００の半径方向のＡ−Ａ断面図である。図３は、図２の鋳造用金型１００のうち上型１３の周方向のＤ−Ｄ部分矢視図である。図４は、図２のＩ−Ｂ部分断面図（ａ）および図２のＩ−Ｅ部分断面図（ｂ）である。なお、本来、図１のＡ−Ａ断面図である図２では、冷却手段１３ａ，１３ｂは見えないが、理解のため二点鎖線で示している。
【００１８】
図１に示すように、鋳造用金型（以下、金型と言う場合がある。）１００は、上型１３、上型１３に相対するように配置される下型１２、上型１３および下型１２の側方に配置される一対の可動分割型である横型１４を有している。そして、型締めされ各型が合わせされることにより、ホイール１０に必要に応じ適宜な余肉（例えば加工代など）が付加されたホイール素材（以下、このホイール素材を含めホイールと言う。）が象られたキャビティが形成される。すなわち、図１および２に示すように、ディスク部９ｅが象られたキャビティ（以下、ディスク部用キャビティと言う場合がある。他の部位のキャビティについて同じ。）１００ａ、およびリム部９ａが象られたリム部用キャビティ１００ｂが形成される。なお、本実施形態では、リム部用キャビティ１００ｂは、中心線Ｉが立てられた姿勢で配置されている。そして、金型１００には 、ハブ部用キャビティ２１ａに開口する湯口（以下、センターゲートと言う場合がある。)１８、およびリム部用キャビティ１００ｂのリム本体部用キャビティ２３ａに開口する２つの湯ロ（以下、サイドゲー卜と言う場合がある。）１９が形成されており、センターゲー卜１８およびサイドゲート１９には、湯道であるストーク１５および１６が各々接続されている。なお、本発明を実施する上では、ハブ部用キャビティ２１ａに開口するセンターゲート１８は必須ではなく、必要に応じて設ければよい。
【００１９】
本実施形態の金型１００の横型は、図２に示すように、中心線Ｉを介して分割された二つの横型で構成されている。そして、上記リム部用キャビティに開口する２つのサイドゲート１９は、型締めされた状態の二つの横型１４の型合わせ面に形成されている。つまり、二つのサイドゲー卜１９は、リム部を象るキャビティの中心線を介し相対するように形成される。なお、本実施形態の横型１４は２分割であるが３分割以上の構成でもよい。
【００２０】
図１のＡ−Ａ断面図を図２に示す。上型１３は、内部空間１３１を有する。ここで、本実施形態の上型１３の外周の、半径方向における断面形状は、円形状である。そして、内部空間１３１の外面１３１ｏは、上型１３の側壁１３ｃの半径方向における厚さが周方向に沿い均一になるよう、上型１３内に、上型１３の外周に対し同心円状に形成される。加えて、本実施形態の内部空間１３１は、上記外面１３１ｏの内側に同心円状に形成された内面１３１ｉを有し全体として環形状をなしている。なお、上記内面１３１ｉは必ずしも必要ではなく、例えば当該内面を形成せず、外面１３１ｏのみを有する円柱形状をなす内部空間としてもよい。また、内部空間１３１は必ずしも一体構造である必要はなく、周方向に分割して形成されていてもよい。例えば、４分割する場合、２つのサイドゲートに対向する各位置およびそれらの間に合計４つの内部空間を形成することができる。内部空間を分割して形成する利点は、各内部空間において独立した冷却制御を行うことができる点にある。
【００２１】
上記内部空間１３１には、冷却手段１３ａが設けられており、当該冷却手段１３ａは、周方向において、２つのサイドゲート１９の中程（周方向において、２つのサイドゲート１９の中間点を中心に概ね９０°の範囲。以下、単に中程という。）に存在する側壁１３ｃに向かって冷媒（液体または気体）を噴出するように構成されている。この側壁１３ｃに噴出された冷媒は、当該側壁１３ｃを介してリム部用キャビティ１００ｂの中程に充填された溶湯を冷却する。さらに、内部空間１３１には、冷却手段１３ｂが設けられており、当該冷却手段１３ｂは、サイドゲート１９前およびその近傍に存在する側壁１３ｃに向かって冷媒（液体または気体）を噴出するように構成されている。この側壁１３ｃに噴出された冷媒は、当該側壁１３ｃを介してリム部用キャビティ１００ｂのサイドゲート１９前およびその近傍に充填された溶湯を冷却する。
【００２２】
上型１３は、下型１２との型合わせによりディスク部用キャビティ１００ａを形成する底壁１３１ｍ，１３１ｓを有する。底壁１３１ｍは、周方向において、２つのサイドゲート１９の中間部（以下、単に中間部という。）に形成され、底壁１３１ｓは前記中間部よりもサイドゲート１９側に形成される。この底壁１３１ｍ、１３１ｓは内部空間１３１に臨む内面１３１ｍｓ，１３１ｓｓを有する。そして、図２のＤ−Ｄ部分の拡大矢視図である図３に示すように、リム部用キャビティ１００ｂの下端を基準とする鉛直方向における上型底壁１３１ｍ，１３１ｓの各々の内面１３１ｍｓ，１３１ｓｓの高さ（以下、内面の高さということがある。）は、周方向において、二つのサイドゲー卜１９の中間部の内面１３１ｍｓが低く（図示ｈ１）、当該中間部よりもサイドゲー卜側の内面１３１ｓが高くなっている（図示ｈ２）。ここで、リム部用キャビティ１００ｂの下端は、中心線Ｉが立てられた姿勢で配置されたリム部用キャビティ１００ｂのうち交差部２６のある側であって、下型１２と接する面１００ｂｅのことを指す。なお、図３に示すように、中間部の内面１３１ｍｓと、中間部よりもサイドゲート１９側の内面１３１ｓｓとは階段状に連なることが好ましい。
【００２３】
上記のように低い内面１３１ｍｓが配置される中間部の周方向における範囲θは、二つのサイドゲート１９の中間点を中心に２０°〜７０°であることが好ましく、３０°〜６０°であることが更に好ましい。２０°未満または７０°超では、リム部に発生する引け巣などの鋳造欠陥を低減する効果が、やや低下するからである。
【００２４】
リム部用キャビティ１００ｂに開口するサイドゲート１９から溶湯を注入する鋳造方案により軽合金ホイールを製造する場合には、リム部用キャビティ１００ｂに充填された溶湯を、サイドゲート１９から最も離れた位置からサイドゲート１９へ向い周方向に沿って凝固させること（以下、この凝固形態を周方向指向性凝固と言う場合がある）が好ましいことが知られている。リム部用キャビティ１００ｂのうちディスク部用キャビティ１００ａに近い部分（以下、リム部下部キャビティと言う場合がある）は、未凝固閉ループを形成しやすい交差部２６が周方向に点在するため、従来はこの部分で周方向指向性凝固を達成することは困難であった。特に、周方向において、サイドゲート１９から最も遠い、サイドゲート１９から９０°離れた位置に交差部２６が存在する場合は、周方向指向性凝固を達成できないだけでなく、サイドゲート１９からの押し湯効果が不十分となり、交差部に引け巣などの鋳造欠陥が発生することがあった。
【００２５】
図４に図２のＩ−Ｂ部分断面図（ａ）および図２のＩ−Ｅ部分断面図（ｂ）を示す。本発明においては、周方向において二つのサイドゲート１９の中間部の底壁１３１ｍの内面１３１ｍｓの高さｈ１に比較して、中間部の底壁１３１ｍに対しサイドゲート１９側の底壁１３１ｓの内面１３１ｓｓの高さｈ２をより高い位置としたため、中間部の底壁１３１ｍに対応する位置のリム部下部キャビティ１００ｂｄの溶湯（以下、中間部リム下溶湯と言う。）に対する上型１３の側壁１３ｃによる抜熱能（太い矢印）に比較して、サイドゲート１９側の底壁１３１ｓに対応する位置のリム部下部キャビティ１００ｂｄの溶湯（以下、サイドゲート側リム下溶湯と言う。）に対する上型１３の側壁１３ｃによる抜熱能（細い矢印）は相対的に低下する。内面１３１ｍｓの高さｈ１は交差部２６の高さ以下とすることが好ましく、内面１３１ｓｓの高さｈ２は交差部２６の高さを超えることが好ましい。したがって、ｈ１＜ｈ２の関係が成立する。リム部用キャビティ１００ｂに溶湯を充填してから凝固が完了するまでの間、サイドゲート側リム下溶湯の液相の割合は、中間部リム下溶湯の液相の割合より常に大きい状態を保つことから、サイドゲート側リム下溶湯を通じた中間部リム下溶湯への押し湯効果は維持される。その結果、リム部下部キャビティ１００ｂｄにおいても周方向指向性凝固を達成することができ、交差部に発生する引け巣などの鋳造欠陥を低減できる。
【００２６】
[軽合金ホイ一ルの製造方法]
次に、上記説明した構成の金型１００を用いた軽合金ホイールの製造方法について説明する。先ず、図１の下型１２、上型１３および横型１４を型締めしてキャビティを形成する。次いで、金型１００の下に設置した保持炉（図示省略）内を加圧して貯留した溶湯を、ストーク１５，１６を介してセンターゲー卜１８およびサイドゲート１９から、ホイールを象るキャビティであるディスク部用キャビティ１００ａおよびリム部用キャビティ１００ｂに注入する。そしてリム部用キャビティ１００ｂの上端であるインナーフランジ部用キャビティ２５ａまでアルミニウム合金溶湯が充填された後、保持炉内の加圧を所定時間維持する（注湯工程）。
【００２７】
注湯工程で溶湯がインナーフランジ部用キャビティ２５ａまで充填された後、冷却パイプ（冷却手段）１３ａ，１３ｂに冷却エアを流通させ噴出することにより、リム部キャビティ１００ｂに注入されたアルミニウム合金溶湯の冷却工程を行う。充填されたアルミニウム合金溶湯を冷却して凝固速度を速めることにより凝固組織が微細になり、ホイール強度の向上を図ることができる。
【００２８】
上記態様の金型１００および製造方法によって達成される、リム部用キャビティ１００ｂに充填された溶湯の周方向指向性凝固について図５を参照して説明する。なお、図５は、冷却工程における溶湯の凝固過程を概念的に示す図であり、図１および図２においてディスク部用キャビティ１００ａおよびリブ部用キャビティ１００ｂ並びにセンターゲート１８およびサイドゲート１９に充填された溶湯のみを示す斜視断面図であり、理解のために上型１３や下型１２などの製造装置の各構成要素の図示は省略している。ま た、図５において符号R１〜R７で示す２点鎖線は、溶湯が凝固する際の固相線の分布を等高線的に示している。具体的には、各線R１〜R７は、リム部用キャビティ１００ｂへの溶湯の充填完了後、冷却工程においてほぼ同一時期に溶湯が固相線に至った点を各々結んだ線となっている。
【００２９】
上記構成の冷却手段１３ａ，１３ｂを有する金型１００では、サイドゲート１９を通じてリム部用キャビティ１００ｂに充填された溶湯は、以下説明するような形態で凝固が進行する。すなわち、本態様の金型１００を使用した場合には、リム部用キャビティ１００ｂに充填された溶湯の凝固は、サイドゲート１９から最も離れた位置に存在し、上型１３の側壁に接する位置から開始する。本実施形態の場合には、周方向においては一対のサイドゲート１９の中間部（サイドゲート１９から９ ０°離れた位置）であって、軸方向においては上方に配置されたインナーフランジ部用キャビティ２５ａの点Qから溶湯の凝固は開始する。
【００３０】
さらに、本発明においては、周方向において二つのサイドゲート１９の中間部の底壁１３１ｍの内面１３１ｍｓの高さに比較して、中間部の底壁１３１ｍに対しサイドゲート１９側の底壁１３１ｓの内面１３１ｓｓの高さをより高い位置とし、中間部の底壁１３１ｍに対応する位置のリム部下部キャビティの溶湯に対する抜熱能に比較して、サイドゲート１９側の底壁１３１ｓに対応する位置のリム部下部キャビティの溶湯に対する抜熱能を相対的に低下せしめているので、点Qから凝固が開始した溶湯は、矢印P１〜P３で示すように線R１から線R７に向かい、インナーフランジ部用キャビティ２５ａからサイドゲート１９へと下方へ向かって凝固が進行するにつれて、より明確に周方向に指向性凝固する。このように本発明に係る金型およびそれを使用した製造方法では、サイドゲート１９から最も離れた位置（点Q）からサイドゲート１９に向けた所望の周方向指向性凝固を達成することができる。
【００３１】
上記した冷却工程が完了した後、保持炉内の加圧を止めて溶湯を保持炉に戻し、凝固が完了したホイール素材を金型１００から取り出し、このホイール素材に加工や塗装など必要に応じ適宜な処理を施すことにより所望のホイールを得ることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０  アルミホイール
９ａ  リム部
９ｂ  リム本体部
９ｃ  第１のフランジ部（アウターフランジ部）
９ｄ  第２のフランジ部（インナーフランジ部）
９ｅ  ディスク部
９ｇ  デザイン部
１２  下型
１３  上型
１３ａ，１３ｂ  冷却パイプ（冷却手段）
１３ｃ  側壁
１４  横型
１８  センターゲート（湯口）
１９  サイドゲー卜（湯口）
１００  鋳造用金型
１００ａ  ディスク部用キャビティ
１００ｂ  リム部用キャビティ
１００ｂｄ  リム部下部キャビティ
２３ａ  リム本体部用キャビティ
２４ａ  第１のフランジ部用キャビティ
２５ａ  第２のフランジ部用キャビティ
１３１  内部空間
１３１ｉ  内部空間の内面
１３１ｏ  内部空間の外面
１３１ｍ  二つのサイドゲー卜の中間部の内部空間の底壁
１３１ｍｓ  二つのサイドゲー卜の中間部の内部空間の底壁の内面
１３１ｓ  中間部よりもサイドゲー卜側の内部空間の底壁
１３１ｓｓ  中間部よりもサイドゲー卜側の内部空間の底壁の内面
θ  中間部の底壁の範囲
【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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【図８】
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