JP3830195B2 - 軽合金製ホイール鋳造方法およびその型装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軽合金製ホイールの鋳造方法およびその方法の実施に直接使用する型装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、軽合金製ホイールを金型を用いて鋳造する場合、ディスク側のリムビードシートの半径方向内側部分は型がホイール軸方向に抜けないので、厚肉のまま鋳造する。
しかし、厚肉部があることは、車両の軽量化上望ましくないので、その部分を肉盗みしてホイールを製造する方法が、たとえば特開平５−２７８４０１号公報に開示されている。そこでは、図５（１ピース構造）、図６（２ピース構造）に示すように、シェル中子２をホイール１の厚肉部に相当する部位に設置し、鋳込んだ後、シェル中子２を取り除く方法がとられている。２ピース構造では、シェル中子２除去後、リムとディスクが摩擦圧接される。
また、米国特許第５，４２７，１７１号明細書には、図７に示すように、上型３にホイールの厚肉部に対して出没可能な可動中子４を組み込み、摺動部５がキャビティ６に接触している摺動機構により可動中子４を駆動させ、溶湯供給前に可動中子４をホイールの厚肉部内に突出させておき、溶湯凝固後、摺動部５にて摺動させて可動中子４をホイールの厚肉部内から後退する方向に移動させて、製品を金型から取り外す方法が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平５−２７８４０１号公報に開示された従来方法では、通常の鋳造工程に対し、シェル中子の崩壊、除去の作業工程が追加されるので、工程増、製造時間増、コストアップを招く。また、２ピース構造では、摩擦圧接工程がさらに追加され、更なる工程増、製造時間増、コストアップを招く。
また、米国特許第５，４２７，１７１号明細書に開示された従来方法では、摺動機構部がキャビティに接触しているので、溶湯をキャビティに供給した時に溶湯が摺動面と摺動面の間の隙間に入って凝固し、溶湯凝固後、摺動機構部を摺動させて可動中子をホイールの厚肉部内から後退する方向に移動させようとしても、動かない。また、溶湯が摺動面と摺動面の間の隙間に入ることを阻止するように隙間を零にすると、中子が熱膨張した時に摺動面でロックしてしまって、動かなくなる。すなわち、実際の作動上、問題がある。
また、米国特許第５，４２７，１７１号明細書は可動中子のホイールの厚肉部への突入、後退をリンク機構、トグル機構により行わせ、その機構部分を上型内に組み込むことにより機構部分を溶湯から遮断した実施例も開示しているが、その場合には、機構部分が上型の放熱を悪化させるので、上型の放熱が悪化して鋳物からの奪熱作用が低下し、鋳造欠陥を生じたり、また機構部分が上型内への空冷、水冷などの強制冷却装置の組み込みを困難にするので、上型の放熱を益々悪くするという問題を新たに生じている。また、機構が複雑なため、熱膨張差に伴なう作動不良が生じやすくなるという問題が生じる。さらに、機構部分の設置のために上型が薄肉になり、上型の強度上の問題を引き起こしてしまう。
本発明の目的は、本質的に工程増を伴うことなく、
▲１▼ホイールの厚肉相当部を肉盗みしてホイールを鋳造することを可能にし、
▲２▼摺動部隙間への溶湯侵入、凝固とそれに伴なう作動不良と、上型の放熱上の種種の問題を生じない、
軽合金製ホイール鋳造方法およびその型装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１） 上型に対し摺動可能な鋳抜き型を前記上型からホイール厚肉部相当部内に突出させた状態で、上型、下型、横型の間にホイール鋳造用キャビティを形成する工程と、
前記ホイール鋳造用キャビティに軽合金溶湯を注湯し凝固させる工程と、
軽合金溶湯の凝固後、前記鋳抜き型を保持するホルダーに溶湯と非接触な部位に位置している摺動部にて摺動可能なコッターを移動させることにより、前記ホルダーを前記コッターに対して、鋳抜き型の延びる方向とほぼ直交する方向に延び、コッターに形成された断面がＴ字状の溝と、ホルダーに形成されたＴ字状断面の凸部との、摺動可能な組み合わせから構成されている、前記摺動部にて、摺動させ、前記鋳抜き型を前記上型内に収納する工程と、
型開きして軽合金製ホイールを型から取り出す工程と、
からなる軽合金製ホイール鋳造方法。
（２） 互いの間にホイール製造用キャビティを形成する上型、下型、横型と、
前記上型を挿通し、ホイール厚肉部相当部内に突出した位置と上型内に納まった位置との間で移動する一端部と前記上型の内側で移動する他端部を有する、複数の鋳抜き型と、
前記鋳抜き型の各各に対して設けられ、各鋳抜き型の前記他端部を保持するホルダーと、
前記上型の内側の空間に位置し、溶湯と非接触な部位に位置する摺動部にて前記ホルダーに摺動可能とされており、上下方向に前記上型に対して相対動可能であり、前記上型に対し相対動したときに前記ホルダーを介して前記複数の鋳抜き型を鋳抜き型移動方向に移動させる、コッターと、
からなり、
前記摺動部は、鋳抜き型の延びる方向とほぼ直交する方向に延びており、コッターに形成された断面がＴ字状の溝と、ホルダーに形成されたＴ字状断面の凸部との、摺動可能な組み合わせから構成されている、前記コッターが前記ホルダーに摺動した時に前記鋳抜き型を鋳抜き型移動方向に移動させる、
軽合金製ホイール鋳造型装置。
（３） 前記下型が固定して取りつけられる固定プラテンと、
前記上型が固定され、前記上型とともに上下動される上型プレートと、
前記上型プレートをサポートブロックを介して保持する上型ホルダーと、
前記上型プレート、前記サポートブロック、前記上型ホルダーをサポートピンを介して吊り下げるクランププレートと、
前記クランププレートが固定され、上下に可動な可動プラテンと、
前記コッターと前記クランププレートとを連結するコッターホルダーと、
をさらに有する請求項２記載の軽合金製ホイール鋳造型装置。
【０００５】
上記（１）の方法では、鋳抜き型が上型から突出している状態で注湯、凝固するので、ホイールの厚肉部相当部は肉盗みされて鋳造され、凝固後鋳抜き型を上型内に収納した状態で型開きするので鋳抜き型ごと上型を製品から上方に外すことができる。そこには、型の崩壊、除去工程はなく、工程増、コストアップがない。
また、溶湯と非接触の摺動部にてホルダーとコッターとを摺動させるので、摺動部に溶湯が侵入、凝固してロックすることはない。そのため、比較的小さな力でホルダーをコッターに対して摺動させることができるので、摺動駆動機構も小型な単純な構造のものとなり、上型内の狭いスペースにも十分に配置することができる。
上記（２）、（３）の装置では、上型を挿通し、ホイール厚肉部相当部内に突出した位置と上型内に納まった位置との間で移動する一端部と前記上型の内側で移動する他端部を有する、複数の鋳抜き型が設けられているので、鋳抜き型を上型から突出させた状態で注湯、凝固させ、鋳抜き型を上型内に納めた状態で上型ごと製品から上方に移動させることにより、製品を型から取り出すことができる。そこには、シェル中子の崩壊、除去工程はなく、工程増、コストアップがない。
また、ホルダーとコッターとの摺動部は溶湯と非接触の部位にあるので、摺動部に溶湯が侵入、凝固してロックすることはない。そのため、比較的小さな力でホルダーをコッターに対して摺動させることができるので、摺動駆動機構も小型となり、上型内の狭いスペースにも十分に配置することができ、上型の放熱性を大きく悪化させることはない。また、機構が単純なため、熱膨張差によるロックは生じない。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明実施例に係る軽合金（たとえば、アルミ合金）製ホイール鋳造型装置を、図１〜図４を参照して、説明する。
図１〜図４において、本発明実施例の軽合金製ホイール鋳造型装置１０は、上型１１、下型１２、横型１３、鋳抜き型１４、ホルダー１５、コッター１６、からなる。
軽合金製ホイール鋳造型装置１０は、さらに、固定プラテン１９、上型プレート２０、サポートブロック２１、上型ホルダー２２、サポートピン２３、クランププレート２４、可動プラテン２５、コッターホルダー２６、コッタージョイント２７、エジェクターピン１８、エジェクタープレート２９、エジェクターピン３０、突当てプレート３１を有する。
軽合金製ホイール鋳造型装置１０は、さらに、、スプリング２８を有していてもよい。
型装置１０内に注湯された軽合金溶湯１７は凝固後製品（自動車用軽合金製ホイールからなる鋳造製品、溶湯と同じ符号１７を付してある）となる。溶湯の型内への注湯は、低圧鋳造でも加圧注湯でもよい。
【０００７】
上型１７は溶湯凝固後製品１７から上方向に取り出し可能な形状（製品厚肉部相当部に突出した部分を持たない形状）としてある。
上型１１は、内側に上方に向かって開放された凹状空間部を有している。そして、この凹状空間部に、コッター１６、ホルダー１５、鋳抜き型１４の一端部が納められている。コッター１６、ホルダー１５、鋳抜き型１４の一端部は比較的単純な構造をしているので、上型１１の壁厚に十分な厚みをもたせた状態で、また上型１１の側壁の内側表面とコッター１６の外側表面との間に隙間をもたせた状態で、コッター１６は上型１１の凹状空間部に可動に配置されることが可能になっている。
上型１１、下型１２、周方向に分割した割り型からなる複数の横型１３は、型閉じした状態で、互いの間に鋳造用キャビティ（溶湯１７が注湯される部分）を形成する。
【０００８】
鋳抜き型１４は、複数あり、各鋳抜き型１４はホイールのディスク背面の複数のリブ（図４の１７ｂ）間に配置されている。鋳抜き型１４は、金属（たとえば、鋼）製の型からなり、上型１１を斜めに（上下方向に延びるホイール軸芯から０°より大で９０°より小の任意の角度、たとえば約４５°、傾けられて）挿通している。各鋳抜き型１４は、鋳抜き型１４の傾き角度の方向に、上型１１に対して相対移動可能であり、ホイール厚肉部相当部（ホイールのディスク部側のリムビードシートの半径方向内側部分で、図４で符号１７ａで示した部分）内に突出した位置（図１に示した位置）と上型１１内に納まった位置（図２に示した位置）との間で移動する一端部１４ａと、上型１１の内側空間部で移動する他端部１４ｂを有する。
鋳抜き型１４が、鋳抜き型１４の傾き角度の方向に移動するので、リム１７のウェル部のサイドウォール部の壁のディスク側の面１７ｃは鋳抜き型１４の移動方向と同じ方向となり、リム１７のウェル部のサイドウォール部の壁厚はリムビードシート部１７ｄに近づくにつれて厚くなる。
【０００９】
ホルダー１５は、各鋳抜き型１４に対して設けられ、各鋳抜き型１４の他端部１４ｂ（上型の内側空間部にある側の端部）を保持する。ホルダー１５はそれが保持している鋳抜き型１４の移動方向にその鋳抜き型１４とともに移動可能とされている。
コッター１６は、単一の部材で、ホルダー１５と摺動部１６ａにて摺動可能とされている。摺動部１６ａは、上型１１の内側空間部内にあって、キャビティ内の溶湯から離れており、摺動部１６ａが溶湯と接触することはない。摺動部１６ａは、たとえばコッター１６に形成された断面がＴ字状の溝と、ホルダー１５に形成したＴ字状断面の凸部との、摺動可能の組み合わせから構成されている。この摺動部１６ａは、鋳抜き型１４の延びる方向とほぼ直交する方向に延びている。また、コッター１６は、上型１１の上下方向に延びる軸芯上を上型１１に対して相対動可能とされている。これによって、コッター１６が上型１１に対し相対動したときに、コッター１６はホルダー１５を介して複数の鋳抜き型１４を鋳抜き型移動方向に移動させる。この場合、コッター１６が上方に移動すると鋳抜き型１４は上型１１内に納まる方向に移動し、コッター１６が下方に移動すると鋳抜き型１４は上型１１から突出する方向に移動する。
【００１０】
固定プラテン１９は、下型１２を固定している。可動プラテン２５は固定プラテン１９の上方で上下方向に移動され、上型１１、コッター１６を上下動させる。
上型１１は、上型プレート２０に固定されており、上型プレート２０はサポートブロック２１を介して上型ホルダー２２に保持されている。上型プレート２０、サポートブロック２１、上型ホルダー２２は、サポートピン２３を介してクランププレート２４に吊り下げられている。サポートピン２３は上型ホルダー２２に摺動可能である。クランププレート２４はボルトなどによって可動プラテン２５に固定されている。
コッター１６はコッタージョイント２７によってコッターホルダー２６に固定されており、コッターホルダー２６は上端部でボルトなどによってクランププレート２４に固定されている。
【００１１】
エジェクターピン１８は上型１１を貫通してキャビティまで延びており、キャビティで凝固した製品を上型１１が上昇したときに上型１１から押して外す。エジェクターピン１８はエジェクタープレート２９に保持されている。エジェクタープレート２９からは別のエジェクターピン３０が上方に延びており、エジェクターピン３０の上端が静止の突当てプレート３１に当たった時に押出力が製品に加えられて、製品が上型１１からエジェクトされる。
上型ホルダー２２とクランププレート２４との間には、鋳抜き型１４を抜くためのスプリング２８が必要に応じて介装される。しかし、通常は鋳抜き型１４は自重で上型１１から抜けるので、その場合には、スプリング２８は設けなくてもよい。
【００１２】
つぎに、本発明実施例の軽合金製ホイール鋳造方法（上記装置の作用でもある）を、図１〜図４を参照して、説明する。
本発明実施例の軽合金製ホイール鋳造方法は、▲１▼上型１１に対し摺動可能な鋳抜き型（金属製型）１４を上型１１からホイール厚肉部相当部内１７ａに突出させた状態で、上型１１、下型１２、横型１３の間にホイール鋳造用キャビティを形成する工程（図１で軽合金溶湯１７を注湯する前の段階）と、▲２▼ホイール鋳造用キャビティに軽合金溶湯を注湯し凝固させる工程（図１で溶湯１７を注湯し凝固させた段階）と、▲３▼軽合金溶湯１７の凝固後、鋳抜き型１４を保持するホルダー１５に対して摺動可能なコッター１６を上方に移動させ、鋳抜き型１４を上型１１に対して相対動させて上型１１内に収納する工程（図２の段階）と、▲４▼型開きして軽合金製ホイール１７を型１１、１２、１３から取り出す工程（図３の段階、または図３、図４の段階）と、からなる。取り出しにおいては、図４に示すようにエジェクターピン１８により軽合金製ホイール１７を上型１１からはねだしてもよい。
【００１３】
かくして鋳造された軽合金製ホイール１７は、図４に示すように、厚肉部相当部１７ａがリブ１７ｂを除いて肉盗みされている。その製造においては、従来のシェル中子を用いておらず、シェル中子の崩壊、除去の工程がない。そのため、工程増、コストアップを伴わずに、厚肉部相当部１７ａの肉盗み、それによるホイールの軽量化が可能になっている。また、鋳抜き型１４は金属製型であるので、繰り返し使用することができる。
さらに、鋳抜き型１４を上型１１から突出させたり上型１１に収納する機構が、鋳抜き型１４の上型１１に対する摺動構造と、ホルダー１５の鋳抜き型１４保持構造と、ホルダー１５とコッター１６との摺動構造とからなり、そこにはラックピニオン機構のような歯の噛合構造を除去してあるので、溶湯注湯時に温度が高くなって歯が噛み合わなくなり作動不良が生じるという事態が発生することはない。
【００１４】
また、溶湯と非接触の摺動部１６ａにてホルダー１５とコッター１６とを摺動させるので、摺動部１６ａの摺動面同士の隙間に溶湯が侵入、凝固して摺動不能にロックするという事態は生じない。摺動部１６ａが、溶湯と非接触で、かつ高温の溶湯から離れていて比較的低温のため、熱膨張差による摺動性の悪化が生じないため、比較的小さな力でホルダー１５をコッター１６に対して摺動させることができるので、リンク機構やトグル機構など力増幅機構を用いる必要がなく、摺動部１６ａが小型で単純な構造となる。その結果、ホルダー１５、コッター１６、摺動部１６ａを上型１１内の狭いスペースにも十分に配置することができ、配置スペース上の問題も生じない。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１の方法によれば、鋳抜き型が上型から突出している状態で溶湯を注湯し、凝固させるので、ホイールの厚肉部相当部は肉盗みされて鋳造され、凝固後鋳抜き型を上型内に収納した状態で型開きするので鋳抜き型ごと上型を製品から上方に外すことができる。その結果、中子の崩壊、除去工程を必要とせず、そのための工程増、コストアップを伴うことなく、ホイールを軽量化することができる。
また、溶湯と非接触の摺動部にてホルダーとコッターとを摺動させるので、摺動部に溶湯が侵入、凝固してロックすることはない。そのため、比較的小さな力でホルダーをコッターに対して摺動させることができるので、摺動駆動機構も小型となり、上型内に設置しても上型内に放熱のためのスペースを十分残すことができ、かつリンク機構のような複雑な機構を用いないで済むため、熱膨張差によるロックも発生しない。
請求項（２）または（３）の装置によれば、上型を挿通し、ホイール厚肉部相当部内に突出した位置と上型内に納まった位置との間で移動する一端部と前記上型の内側で移動する他端部を有する、複数の鋳抜き型が設けられているので、鋳抜き型を上型から突出させた状態で注湯、凝固させ、鋳抜き型を上型内に納めた状態で上型ごと製品から上方に移動させることにより、製品を型から取り出すことができる。その結果、中子の崩壊、除去工程を必要とせず、そのための工程増、コストアップを伴うことなく、ホイールを軽量化することができる。
また、溶湯と非接触の摺動部にてホルダーとコッターとを摺動させるので、摺動部に溶湯が侵入、凝固してロックすることはない。そのため、比較的小さな力でホルダーをコッターに対して摺動させることができるので、摺動駆動機構も小型となり、上型内に設置しても上型内に放熱のためのスペースを十分残すことができ、かつリンク機構のような複雑な機構を用いないで済むため、熱膨張差によるロックも発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の軽合金製ホイール鋳造方法を実施する鋳造型装置の、鋳抜き型を上型から突出させ溶湯を注湯した段階の、断面図である。
【図２】図１の装置の、溶湯凝固後、鋳抜き型を上型内に納めた段階の、断面図である。
【図３】図１の装置の、型開きした段階の、断面図である。
【図４】図１の装置の、製品をはね出している段階の、断面図である。
【図５】従来のシェル中子を用いた肉盗み鋳造の１ピースホイール半断面図である。
【図６】従来のシェル中子を用いた肉盗み鋳造の２ピースホイール半断面図である。
【図７】従来の溶湯接触型摺動部をもつ鋳造装置の断面図である。
【符号の説明】
１０ 軽合金製ホイール鋳造型装置
１１ 上型
１２ 下型
１３ 横型
１４ 鋳抜き型
１５ ホルダー
１６ コッター
１６ａ 摺動部
１７ 軽合金溶湯または鋳造製品（軽合金製ホイール）
１７ａ 厚肉部相当部
１７ｂ リブ
１７ｃ サイドウォール部のディスク側の面
１８、３０ エジェクターピン
１９ 固定プラテン
２０ 上型プレート
２１ サポートブロック
２２ 上型ホルダー
２３ サポートピン
２４ クランププレート
２５ 可動プラテン
２６ コッターホルダー
２８ スプリング
２９ エジェクタープレート
３１ エジェクタープレート

Claims (3)

1. 上型に対し摺動可能な鋳抜き型を前記上型からホイール厚肉部相当部内に突出させた状態で、上型、下型、横型の間にホイール鋳造用キャビティを形成する工程と、
   前記ホイール鋳造用キャビティに軽合金溶湯を注湯し凝固させる工程と、
   軽合金溶湯の凝固後、前記鋳抜き型を保持するホルダーに溶湯と非接触な部位に位置している摺動部にて摺動可能なコッターを移動させることにより、前記ホルダーを前記コッターに対して、鋳抜き型の延びる方向とほぼ直交する方向に延び、コッターに形成された断面がＴ字状の溝と、ホルダーに形成されたＴ字状断面の凸部との、摺動可能な組み合わせから構成されている、前記摺動部にて、摺動させ、前記鋳抜き型を前記上型内に収納する工程と、
   型開きして軽合金製ホイールを型から取り出す工程と、
   からなる軽合金製ホイール鋳造方法。
2. 互いの間にホイール製造用キャビティを形成する上型、下型、横型と、
   前記上型を挿通し、ホイール厚肉部相当部内に突出した位置と上型内に納まった位置との間で移動する一端部と前記上型の内側で移動する他端部を有する、複数の鋳抜き型と、
   前記鋳抜き型の各各に対して設けられ、各鋳抜き型の前記他端部を保持するホルダーと、
   前記上型の内側の空間に位置し、溶湯と非接触な部位に位置する摺動部にて前記ホルダーに摺動可能とされており、上下方向に前記上型に対して相対動可能であり、前記上型に対し相対動したときに前記ホルダーを介して前記複数の鋳抜き型を鋳抜き型移動方向に移動させる、コッターと、
   からなり、
   前記摺動部は、鋳抜き型の延びる方向とほぼ直交する方向に延びており、コッターに形成された断面がＴ字状の溝と、ホルダーに形成されたＴ字状断面の凸部との、摺動可能な組み合わせから構成されている、前記コッターが前記ホルダーに摺動した時に前記鋳抜き型を鋳抜き型移動方向に移動させる、
   軽合金製ホイール鋳造型装置。
3. 前記下型が固定して取りつけられる固定プラテンと、
   前記上型が固定され、前記上型とともに上下動される上型プレートと、
   前記上型プレートをサポートブロックを介して保持する上型ホルダーと、
   前記上型プレート、前記サポートブロック、前記上型ホルダーをサポートピンを介して吊り下げるクランププレートと、
   前記クランププレートが固定され、上下に可動な可動プラテンと、
   前記コッターと前記クランププレートとを連結するコッターホルダーと、
   をさらに有する請求項２記載の軽合金製ホイール鋳造型装置。

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