JP2002001512A - 異種金属からなる付属金具を鋳ぐるむ金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】金型および金型とは異なる金属材料からなる付
属金具の、変形、剥離、若しくは破損の少ない、異種金
属からなる付属金具を鋳ぐるむ金型を提供する。 【解決手段】付属金具材料として、金型材料である金属
の溶融・凝固温度範囲内に析出硬化温度領域をもつ、前
記金型材料とは異なる金属を選定し、金型鋳造時の溶湯
の顕熱を利用して前記付属金具を析出硬化処理し、金型
に鋳ぐるむ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、付属金具を鋳ぐる
む金型に関し、一層詳細には、この金型を用いて鋳造成
形する際、金型および付属金具の変形、剥離、若しくは
破損の少ない、異種金属からなる付属金具を鋳ぐるむ金
型に関する。

【０００２】

【従来の技術】金型を鋳造する際に、金型材料と同質ま
たは異質の金属材料を鋳物の中に入れて溶着または固着
させる、鋳ぐるみ手段が用いられることがある。その目
的は、金型の用途によって種々異なるが、例えば、金型
の特に強度を必要とする部分を補強する場合や、その金
型を用いて鋳造・成形する成形品に一定の模様等を形成
するために金型表面に突起を設ける場合等に前記鋳ぐる
み手段が適用される。

【０００３】このような鋳ぐるみ手段を用いた場合、鋳
ぐるまれた材料の所望の強度を十分に確保できずに、付
属金具の変形、剥離、および破損を生じ、あるいは付属
金具の変形等に伴い金型自体の変形等を生じることがあ
る。

【０００４】この問題点を解消するために、通常、鋳ぐ
るまれる材料の種類を高強度のものに変更し、あるいは
材料の種類は変えずにその肉厚を増して強度を上げる等
の対策手段が用いられている。しかしながら、この場
合、単に高強度材料を選択する手段や肉厚を増加する手
段のみで対応すると、材料費が高価となり、結果的に鋳
造された金型の製作費が高価となる不都合を生じる。ま
た、その金型を用いて鋳造・成形する成形品の仕様の変
更を避け、あるいは既成の金型の設計変更の煩わしさを
避けるために、鋳ぐるまれる材料の形状を変えたくない
場合もあり、このときには、前記材料の肉厚増加等の手
段を採用することができない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような課
題を考慮してなされたものであり、付属金具を鋳ぐるむ
金型を用いて鋳造成形する際に、金型および付属金具の
変形、剥離、若しくは破損の少ない、異種金属からなる
付属金具を鋳ぐるむ金型を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る金型は、付
属金具を鋳ぐるむ金型であって、前記付属金具が、金型
材料である金属の溶融・凝固温度範囲内に析出硬化温度
領域をもつ、前記金型材料とは異なる金属材料からなる
ことを特徴とする。

【０００７】従来の付属金具に用いる金属材料にあって
は、金型に鋳ぐるむ際の金型材料の溶湯の顕熱による焼
き鈍し効果や過時効効果によって、金属材料の原材料の
強度よりも鋳ぐるまれたものの強度が低下してしまい、
せっかく高強度材料を選択したにもかかわらずその意義
が失われていたが、本発明に係る金型によれば、上記不
具合を解消することができる。また、適切に制御された
熱処理条件下、析出硬化の効果によって、使用する金属
材料の原材料の強度以上の強度を得ることができる。ま
た、付属金具に用いる金属材料として、本来の強度の高
いものを選択して使用すれば、付属金具の強度をより向
上させることができ、より好適である。なお、このよう
な効果を発現できる範囲内のものであれば、金型および
付属金具に用いるそれぞれの金属材料の組み合わせは特
に限定しない。

【０００８】この場合、強度を確保するために付属金具
に用いる金属材料の肉厚を増す等の必要性も解消され、
既成の金型を大きな設計変更を行うことなく使用するこ
とが可能であり、この金型を用いて鋳造・成形される成
形品の仕様変更の問題も生じない。

【０００９】また、本発明に係る金型は、前記付属金具
に用いる金属材料が、４００〜６００℃に析出硬化温度
領域をもつことを特徴とする。

【００１０】さらにまた、本発明に係る金型は、マルエ
ージング鋼からなる付属金具をアルミ合金からなる金型
材料で鋳ぐるむことを特徴とする。

【００１１】このような付属金具の金属材料を選定し、
また所定の金型材料と組み合わせることにより、本発明
の効果を一層発揮することができる。

【００１２】また、本発明に係る金型は、自動車用タイ
ヤ成形用金型であり、付属金具がタイヤに微細の溝を形
成するためのサイプである場合に、本発明の効果をより
好適に発揮することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る異種金属から
なる付属金具を鋳ぐるむ金型を、自動車用タイヤ成形用
金型に適用した好適な実施形態を図１〜図６を参照しな
がら説明する。

【００１４】図１に示す自動車用タイヤにおいて、トラ
ックやバス等の大型車用タイヤ１０には、通常、タイヤ
１０の円周方向に走るリブ溝１２と、幅方向に走るラグ
溝１４があり、さらに、スタッドレスタイヤ等には微細
な溝１６が形成されている。

【００１５】このようなタイヤ１０は、図２に示すよう
に、複数のブロック２２に分割された金型２０を用いて
成形される。

【００１６】ここで、金型２０に付属金具であるサイプ
３２を取り付けて、タイヤ１６の微細な溝１６を形成す
る状態を図３の断面図に示す。図中、金型２０の一つの
ブロック２２の内表面付近には、棒状の断面で示される
サイプ３２が全長の半分程度を金型２０中に鋳ぐるまれ
ている。この金型２０に原料ゴムを流し込んでタイヤ１
０を成形した後、離型時に前記金型２０の一つのブロッ
ク２２が、図３中、上方に向けて外される際、タイヤ１
０の前記サイプ３２があった部分に微細な溝１６が形成
されるが、この溝１６にはアンダーカット１８を生じ、
このとき前記サイプ３２に曲げ応力を生じる。通常、前
記サイプ３２は全てその先端がタイヤ１０の中心を向く
位置で金型２０の一つのブロック２２に鋳ぐるまれてい
るため、離型方向とサイプ３２の交差する角度（図３
中、θ参照）はサイプ３２の位置する場所によってそれ
ぞれ異なるが、この角度θの大きな場所のサイプ３２ほ
ど前記アンダーカット１８の量が大きくなり、曲げ応力
が大きくかかることになる。このような状態の成形、離
型操作を繰り返すと、前記サイプ３２が、変形、剥離
し、あるいは前記サイプ３２のある金型端部（セクター
端）３４が変形、剥離する現象を生じる。

【００１７】次に、前記サイプ３２が鋳ぐるまれた前記
金型２０の鋳造方法について、図４を参照して説明す
る。図４Ａは、金型材料であるアルミ合金が鋳枠内で鋳
込まれる状態を示す平面図であり、図４Ｂは、図４Ａに
けるＸ−Ｘ線断面図である。図中、石膏鋳型４２の周囲
を環状の鋳枠４４で囲み、石膏鋳型４２と鋳枠４４の間
にアルミ合金の溶湯４６を流し込み、金型部分４８が鋳
造成形される。

【００１８】図５には、金型鋳造の際に、サイプが鋳ぐ
るまれる過程が概略的に示されている。まず、図５Ａに
示すように、金型に鋳ぐるまれるべきサイプ５４の一端
をゴム型５０に埋め込んだ状態で、他端を石膏５２で鋳
ぐるみ、ゴム型５０から離型して、図５Ｂに示す石膏鋳
型５６を製作する。次いで、図５Ｃに示すように、この
石膏鋳型５６にアルミ合金の溶湯を流し込んで、金型部
分５８を成形し、図５Ｄに示すように金型６０が完成す
る。

【００１９】以上が、本発明の実施形態に係る自動車用
タイヤ成形用金型およびその鋳造方法であるが、通常の
自動車用タイヤ成形用金型についても、前記図４、図５
と同じ工程により鋳造される。

【００２０】本発明の実施形態においては、サイプの材
料として、ＳＵＳ６３０、ＳＵ６３１、１８％Ｎ
ｉマルエージング鋼、２０％Ｎｉマルエージング鋼、
および２５％Ｎｉマルエージング鋼の５種類を用い
た。また、比較用として、金型材料として通常使用され
るＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４２０Ｊ２を用いた。

【００２１】前記各金属材料について、特に熱処理を行
わない市販の材料自体（表図中、「生」で表示）、焼き
入れ処理したもの（表図中、「焼き入れ」で表示）、予
め市販の材料を人工時効硬化（析出硬化）したもの（表
図中、「人工時効」で表示）、通常行われるアルミ合金
金型の鋳造条件そのままで鋳ぐるんだもの（表図中、
「通常法」で表示）、および本発明の鋳造条件で鋳ぐる
んだもの（表図中、「本法」で表示）、のそれぞれの物
性を測定し、結果をまとめて図６の表図に示した。

【００２２】ここで、ＳＵＳ４２０Ｊ２の焼き入れ処理
は、約１０００℃から急冷処理したものである。

【００２３】また、時効硬化（析出硬化）とは、金属を
溶体化熱処理した後、マルテンサイト化熱処理し、最後
に時効硬化（析出硬化）熱処理することをいい、前記し
た人工時効硬化（析出硬化）したものとは、各金属材料
の特性に応じた既知の温度、時間の条件でこれらの処理
を施したものである。各金属材料についての具体的な熱
処理条件は、以下のとおりである。

【００２４】のＳＵＳ６３０については、約１０００
℃から急冷して溶体化したものを打ち抜き曲げ加工して
サイプの所定形状とし、これを約４８０℃で約４時間保
持した後、空冷してマルテンサイト化・時効硬化処理し
たものである。

【００２５】のＳＵＳ６３１については、約１０００
℃から急冷して溶体化したものを打ち抜き曲げ加工して
サイプの所定形状とした後、約７６０℃で９０分保持
し、その後空冷してマルテンサイト化し、さらに約５６
０℃で約９０分保持した後、空冷して時効硬化処理した
ものである。

【００２６】の１８％Ｎｉマルエージング鋼、の２
０％Ｎｉマルエージング鋼については、約８００℃で約
１時間空冷して溶体化したものを打ち抜き曲げ加工して
サイプの所定形状とした後、約４５０℃で約４時間保持
し、その後空冷してマルテンサイト化・時効硬化処理し
たものである。

【００２７】の２５％Ｎｉマルエージング鋼について
は、約８００℃で約１時間空冷して溶体化したものを打
ち抜き曲げ加工してサイプの所定形状とした後、約７０
０℃で約４時間かけて空冷しその後深冷処理し、さらに
約４５０℃で約４時間保持した後、空冷してマルテンサ
イト化・時効硬化処理したものである。

【００２８】図６の表図において、比較例のＳＵＳ３０
４等については人工時効のデータおよび以下に述べる本
発明の実施形態に係る鋳造方法（本法）を用いた際のデ
ータを記載していないが、これらの材料については、時
効硬化特性を持たないために、本発明の鋳造方法を適用
することができず、硬度向上の効果が少ないことが、実
験により確認されているためである。

【００２９】次に、通常のアルミ合金金型の鋳造条件で
鋳ぐるんだものとは、市販の各金属材料を、特に熱処理
を行うことなくそのまま打ち抜き曲げ加工してサイプの
所定形状としたものについて、６００〜６５０℃の温度
で溶融したアルミ合金の溶湯の中に各金属材料を浸漬
し、１０〜６０分間かけて５５０〜５８０℃の温度まで
冷却して溶湯を凝固終了した後、さらに２００〜５００
分間かけて４５０〜５５０℃の温度まで冷却し、次いで
２００〜５００分間かけて室温まで冷却したものであ
る。

【００３０】これに対し、本発明の実施形態に係る鋳造
条件で鋳ぐるんだものとは、金属材料を予め前記人工時
効硬化（析出硬化）と同様の熱処理条件で溶体化処理お
よび必要に応じてマルテンサイト化処理を行った後、ア
ルミ合金金型で鋳ぐるまれる際の鋳造条件として、６０
０〜６５０℃の温度で溶融したアルミ合金の溶湯の中に
各金属材料を浸漬し、１０〜３０分間かけて５５０〜５
８０℃の温度まで冷却して溶湯を凝固した後、さらに１
８０〜３００分間かけて３００〜３５０℃の温度まで冷
却し、次いで１０〜１８０分間かけて室温まで冷却した
ものである。

【００３１】図６の表図に示すように、サイプの材料と
して高Ｎｉマルエージング鋼等を用い、これを本発明の
実施形態に係る鋳造方法で処理したものは、ＳＵＳ３０
４等の従来の材料を使用したものよりも格段に高い硬度
を示す。また、前記ＳＵＳ４２０Ｊ２を使用した場合、
焼き入れ処理をして硬度を高くした材料を従来の鋳造方
法（通常法）で処理すると鋳ぐるまれた材料の硬度が大
幅に低下し、また高Ｎｉマルエージング鋼等であっても
硬度がかなり低下するのに比べて、本発明の実施形態に
係る鋳造方法（本法）で処理した材料は全て人工時効硬
化した材料に劣らない強度を示す。

【００３２】また、図６の表図に示すように、本発明の
実施形態に係る鋳造方法（本法）を用いた金属材料につ
いては、硬度以外の各材料物性についても改良されてお
り、各金属材料とも強度が大幅に向上していることがわ
かる。

【００３３】ここで本発明の実施形態に係る鋳造方法
（本法）の処理対象である各金属材料の特徴をまとめる
と、以下のことがいえる。

【００３４】ＳＵＳ６３０は、溶体化熱処理した後の材
料の曲げ成形性がやや悪く、これに比較してＳＵＳ６３
１は溶体化熱処理した後の材料の曲げ成形性が良好であ
る。両者とも本発明の実施形態に係る鋳造方法（本法）
により高強度化される。

【００３５】１８％Ｎｉマルエージング鋼は、溶体化熱
処理した後の材料の曲げ成形性がやや悪いが、本発明の
実施形態に係る鋳造方法（本法）によれば、各マルエー
ジング鋼の中で最高の強度のものが得られる。

【００３６】２５％Ｎｉマルエージング鋼は、溶体化熱
処理した後の材料の曲げ成形性が各マルエージング鋼の
中で最も良好であり、本発明の実施形態に係る鋳造方法
（本法）により強度も良好である。

【００３７】２０％Ｎｉマルエージング鋼は、前記１８
％Ｎｉマルエージング鋼と２５％Ｎｉマルエージング鋼
の略中間の特性を示す。

【００３８】なお、材料の入手の面からみると、２０％
および２５％Ｎｉマルエージング鋼は市販されておら
ず、これ以外のものは市販品を入手可能であり、特にＳ
ＵＳ６３０、ＳＵＳ６３１についてはＪＩＳ規格が設定
されている。また、ＳＵＳ材に比べてＮｉマルエージン
グ鋼は高価である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る異種
金属からなる付属金具を鋳ぐるむ金型は、付属金具の材
料として金型材料である金属の溶融・凝固温度範囲内に
析出硬化温度領域をもつ、前記金型材料とは異なる金属
を用いるものである。

【００４０】このため、付属金具の強度を初めとする諸
材料物性が大幅に改善され、この金型を用いて鋳造成形
する際、金型および付属金具の変形、剥離、若しくは破
損が少ないという効果を得ることができる。

【００４１】また、この場合、強度を上げるための付属
金具の肉厚増加等の形状変更を行う必要がないため、こ
の金型を用いて成形する成形品の仕様が変わるという問
題もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】自動車用タイヤの斜視図である。

【図２】自動車用タイヤを成形するための金型を分割し
た状態を示す図である。

【図３】成形が完了した自動車用タイヤから金型を離型
する際の、サイプおよびタイヤに形成される微細な溝の
状態を示す図である。

【図４】金型を鋳造するための鋳型を示す図であって、
図４Ａは、鋳型の平面図であり、図４Ｂは、そのＸ−Ｘ
線断面図である。

【図５】金型にサイプが鋳ぐるまれる過程を概略的に説
明するための模式図であって、図５Ａは、ゴム型に石膏
を流し込み石膏鋳型を成形する工程を示すゴム型の断面
図であり、図５Ｂは、成形された石膏鋳型を示す断面図
であり、図５Ｃは、石膏鋳型に溶湯を注湯し金型を成形
する工程を示す鋳型の断面図であり、図５Ｄは、完成し
た金型を示す断面図である。

【図６】実施例および比較例の結果を示す表図である。

【符号の説明】 １０…タイヤ １２…リブ １４…ラグ １６…微細な溝 ２０…金型 ２２…金型の一つの
ブロック ３２、５４…サイプ ３４…金型端部（セ
クター端） ５２…石膏 ４４…鋳枠 ４６、５８…アルミ合金の溶湯 ５０…ゴム型 ４２、５６…石膏鋳型 ４８、５８…アルミ
合金の溶湯の金型部分 ６０…金型

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２９Ｌ 30:00 Ｂ２９Ｌ 30:00

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】付属金具を鋳ぐるむ金型であって、前記付
   属金具が、金型材料である金属の溶融・凝固温度範囲内
   に析出硬化温度領域をもつ、前記金型材料とは異なる金
   属材料からなることを特徴とする異種金属からなる付属
   金具を鋳ぐるむ金型。
2. 【請求項２】請求項１記載の金型において、前記付属金
   具に用いる金属材料が、４００〜６００℃に析出硬化温
   度領域をもつことを特徴とする異種金属からなる付属金
   具を鋳ぐるむ金型。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の金型において、マ
   ルエージング鋼からなる付属金具をアルミ合金からなる
   金型材料で鋳ぐるむことを特徴とする異種金属からなる
   付属金具を鋳ぐるむ金型。
4. 【請求項４】請求項３記載の金型において、金型が自動
   車用タイヤ成形用金型であり、付属金具がタイヤに微細
   の溝を形成するためのサイプであることを特徴とする異
   種金属からなる付属金具を鋳ぐるむ金型。