JP5133959B2 - フレーム状の構造部品を製造するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋳造による軽金属合金を使用して、開口部を有するフレーム状の構造部品、特に車両の背もたれ構造またはシートフレーム構造を製造するための方法に関する。

この種の方法は（特許文献１）から知られている。この方法は、マグネシウム合金を使用して車両シートの背もたれフレームを製造するために用いられる。この方法では、溶融金属が鋳造ゲート内に流入されて鋳型鋳造によって鋳造され、この鋳造ゲートは、背もたれフレームを製造するための鋳型内で金属が異なる方向に分配されるように、当該鋳型のほぼ中心に設置される。溶融金属は、鋳型内で５００バール〜７００バールの実際の圧力において４．５ｍ／ｓ〜５．５ｍ／ｓの速度で流れる。

この公知の方法の欠点は、溶融物が冷却された後に、鋳造ゲート（スプルー）の中央接続部が前記鋳造ゲートと実際の背もたれフレームとの間にウェブを形成し、これらのウェブを屑片として除去しなければならないことである。さらに、鋳造された背もたれフレームの多数の異なる箇所に廃棄ウェブがあることにより、前記背もたれフレームを再加工することが必要となる。その上、この鋳造法は、いくつかの領域のフレームの機械的負荷能力について、背もたれフレームの領域を意図的に最適化することが不可能である点で不利である。この最適化は、衝突時の背もたれフレームの機械的負荷に特に重要である。

（特許文献２）には、開口部を有するフレーム状の構造部品、具体的には車両シートの背もたれ構造が記載されている。この背もたれ構造は鋳造によって製造され、この場合、比重量が低い半溶融合金の溶融物を注入するために、チクソモールディング法が用いられる。

（特許文献３）には、車両シートのヘッドレストが記載されており、この場合、チクソモールディング法により、かつマグネシウム合金またはアルミニウム合金を使用することによって、金属構造の部品が製造される。

（特許文献４）には、鋳造による車両シートの背もたれ構造およびシートフレーム構造の製造が開示されており、この場合、圧力ダイカストによって、背もたれ構造およびシートフレーム構造の金属体が単一の作業で形成される。

独国特許出願公開第１０２００４０６２９４６Ａ１号明細書 米国特許第６，５１３，８７８Ｂ１号明細書 欧州特許出願公開第１１８６４６９Ａ１号明細書 国際公開第９７／０４６８９号パンフレット 独国特許第１００８０７２６Ｂ４号明細書 独国特許出願公開第１９６３９０５３Ａ１号明細書 独国特許第１９６３９０５２Ｃ２号明細書 特開２０００−２８００５５号公報 独国特許出願公開第１０２００４０６３５２７Ａ１号明細書 欧州特許第０８４１８６４Ｂ１号明細書 国際公開第９９／２８０６５号パンフレット 特開２００５−３１９２８１号公報

本発明の目的は、鋳造後に多くてもごく僅かな再加工しか必要としない構造部品を製造することが可能になり、これにより、フレームの規定領域で、機械的特性値の増大を達成することが可能になるように、冒頭に記載した種類の方法を開発することである。

この目的は、
ａ．金属溶融物が、加熱された少なくとも２つの溶融物供給部に供給され、該溶融物供給部の溶融物出口が鋳型のランナー内に直接通じ、該ランナーが前記構造部品用の前記溶融物を収容するために使用されることと、
ｂ．前記金属溶融物が前記溶融物供給部から前記鋳型の前記ランナー内に供給され、この場合、前記金属溶融物が前記ランナーにおいて互いに反対向きの２方向に流れるようにしてあること、
ｃ．前記溶融物出口は、該溶融物出口から供給されて反対方向へ流れた前記金属熔融物が互いに合流する合流領域が、予め定められる制御された破損をもたらす規定領域にあるように配置してあることと
によって特徴付けられる冒頭に記載した種類の方法によって達成される。

特別な温度制御が本発明による方法に必須である。このようにして、溶融物は、鋳型のランナーに入るまで加熱されるので、その加熱された領域では固化しない。その結果、フレーム状の構造部品のみが固化し、したがって廃棄材料が発生せず、構造部品に対する再加工を最小限に減らすことができる。

加熱された２つの溶融物供給部により、高温溶融物は、溶融物供給部に隣接する鋳型のランナーの領域内を通過し、ランナーを通って流れるときにゆっくりと冷却する。構造部品のフレーム状の形状と少なくとも２つの溶融物供給部の構成とにより、溶融物が溶融物供給部を介して鋳型のランナーの領域内に吐出されることが可能になり、この溶融物が吐出されるランナーの領域は、完成した構造部品の領域における増大した機械的負荷を受ける領域に対応する。上記領域は、好ましくは、フレーム状の構造部品の横方向フレーム部であり、特にシートの背もたれ構造の場合には、上記領域は、シートフレーム構造を旋回可能に収容するためのシートの背もたれ構造の軸受収容部に隣接して配置される横方向フレーム部である。

鋳型のランナーに対する溶融物供給部の配置と、結果として高温となる、溶融物がランナーに入る箇所の配置とにより、最終製品、すなわち、フレーム状の構造部品の機械的特性値を所望の箇所で意図的に増加させることが可能になる。これは溶融物供給部が、衝突時に大きな力を吸収する領域に配置されることによる。さらに、本方法により、低温流の箇所を規定領域に位置決めすることが可能になる。これにより、制御された破損をもたらすことが可能になる。本方法により、フレーム状の構造部品の質量をさらに減少させるように、スプルーからある距離でフレーム状の構造部品の壁厚を薄くすることが可能になる。この壁圧が薄い領域は、まさに小さな負荷を受ける領域に関係する。やや小さな負荷を受けるこの種の背もたれ構造領域は、例えば、背もたれ構造の上部水平部に配置され、この上部水平部の領域において、ヘッドレストがフレーム状の構造部品に取り付けられる。

フレーム状の構造部品は特に閉じたフレームであり、したがって、この閉じたフレームは構造部品の開口部の全側面を囲む。しかし、本発明の方法を、構造部品の２つの横方向領域と、それらを接続する領域との間にのみ開口部を形成するフレーム状の構造部品のために用いることも可能である。

開口部を有する全てのフレーム状の構造部品では、金属溶融物が溶融物供給部から鋳型のランナー内に供給された後に、溶融ストリームがランナーにおいて反対方向に流れることが共通の特徴である。互いに向かって流れるこれらの溶融ストリームは合流し、合流領域における溶融物は溶融物供給部の領域よりも低い温度を有する。したがって、フレーム状の構造部品のより低い機械的特性値により、合流領域は、そこに制御された破損をもたらすのに特に適切である。

構造部品によって完全に囲まれる開口部を有するフレーム状の構造部品では、溶融物が溶融物供給部を介して鋳型の環状のランナーに供給されることで構造部品は製造される。

溶融物供給部は異なる構造を有し得る。それぞれの溶融物供給部がホットランナーノズル（ホットランナーとも呼ばれる）を有すると特に有利であると考えられる。溶融物が鋳型のランナーに入るまで、上記ホットランナーノズルを使用して溶融物を特に効果的に意図的に加熱することができる。このことは、ランナーに入るまでおよびランナー内における特に効果的な温度制御を保証する。したがって、鋳造後に冷却されるフレーム状の構造部品について考慮すると、ノズル出口の領域における制御可能なノズル温度は、フレーム状の構造部品の入口に直接位置する。しかし、鋳型の加熱スプルーとして溶融物供給部を設計することも完全に可能である。

異なる複数箇所で機械的特性値を増大させるフレーム状の構造部品の品質に対して、特に高い要求が課せられた場合、多数の溶融物供給部を設けること、すなわち、溶融物が高温で鋳型のランナーに直接入る多数の位置を設けることが推奨される。この場合、４つの溶融物供給部が好ましいと考えられる。

特に、チクソモールディング法またはチクソキャスティング法と共にホットランナーノズルを使用することにより、特に高品質のフレーム状の構造部品を製造することが可能になる。材料の粘度が低減することによりおよび剪断力の作用により、加工すべき合金が固体と液体との間の転移温度まで加熱され、したがってチクソトロピー状態にあるこれらの半固体法は、互いに反対方向に前方に移動する２つの溶融ストリームが互いに接触するまで、溶融物が、特に好ましくは、ホットランナーノズルを起点として鋳型のランナーの遠隔領域内に広がることができることを保証する。

代替方法は、圧力ダイカストによって構造部品を鋳造する方法であり、この場合、特にホットチャンバ圧力ダイカストまたはコールドチャンバ圧力ダイカストによって、鋳造が行われる。さらに、減圧ダイカストとの組み合わせも、いずれの場合も可能である。

本発明の別の利点および特徴は、従属請求項からおよび本発明の例示的な実施形態の以下の説明から明らかとなるが、それらに限定されない。

本発明による方法を説明するための構成の基本図である。

図１は、マグネシウム合金からなる溶融物を鋳型のランナーに供給するための器具１を示している。この場合、この鋳型は図示されておらず、その代わりに、鋳造中に、すなわち、溶融物が鋳型の環状のランナーに導入されたときに製造されるフレーム状の構造部品２が図示されている。

フレーム状の構造部品２は乗用車のシートの、特にフロントシートの背もたれ構造であり、この場合、背もたれ構造は、横方向フレーム部３と、それと接続する上部フレーム部４と、横方向フレーム部３と接続する下部フレーム部５とによって形成される。上部フレーム部４と下部フレーム５はほぼ平行に配置され、この場合、上部フレーム部４は、ヘッドレストを挿入することができる収容部６を有し得る。横方向フレーム部３は、上部フレーム部４から分岐するように配置され、その結果、構造部品２は台形状であり、上部フレーム部４の頂部は下部フレーム部５よりもほんの僅かに短い。２つの横方向フレーム部３と上部フレーム部４および下部フレーム５との間には開口部７が形成される。フレーム状の構造部品２が完成した場合、この開口部７は、ばね装置、特に背もたればね装置を収容するために使用される。構造部品２がシートフレーム構造を形成した場合、この開口部７は、下ばね装置を収容するために使用される。

溶融物を供給するための器具１は、溶融物入口８を有する供給管９を有する。供給管９は２つの分岐管１０に接続されるので、供給管９を通って流れる溶融物は２つの分岐管１０の間で均等に分割される。溶融物は２つの分岐管１０を通ってホットランナーノズル１１内に流入する。その結果、それぞれの分岐管１０を通って流れる溶融物は、前記分岐管の下流側に配置されたホットランナーノズル１１の領域において、制御された出口温度に加熱されるかまたはほぼその温度に保持される。それぞれのホットランナーノズル１１からの溶融物の出口領域は参照符号１２で示す。出口領域１２は、鋳造工程後に横方向フレーム部３の領域の鋳型で成形された構造部品２に対応する鋳型の環状のランナーの領域に、詳しく言うと、上部フレーム部４よりも下部フレーム部５に近接して配置される。両方向矢印Ａに従って、溶融物がそれぞれのホットランナーノズル１１の出口領域１２から上部フレーム部４の方向におよび下部フレーム部５の方向に流れる。溶融物は、ホットランナーノズル１１の出口領域１２を起点として、少なくとも、比較的大きな断面を有するランナーの領域に流れ、該領域から、より小さな断面を有するランナーの領域に流れる。２つのホットランナーノズル１１から吐出された溶融物の各部分ストリームは、ホットランナーノズル１１の出口領域１２への溶融物の出口温度よりも低い温度で、２つの横方向フレーム部３の間の構造部品２の対称軸の領域において合流し、すなわち、前記部分ストリームは、ヘッドレスト用の収容部６の領域においてこれらの間で、または下部フレーム部５の長手方向に沿った中間で合流する。したがって、好ましくはチクソモールディング法によって行われる鋳造工程中、溶融物がホットランナーノズル１１を介してランナーに入る領域は、最良の機械的特性値、特に最大の機械的強度を有し、これに対して、溶融物の流れの下流側に配置される領域、特に、構造部品２の対称軸の領域は、より低い強度を有する。この場合、ホットランナーノズル１１の構成により、３つ以上のホットランナーノズルを使用することも完全に可能になり、鋳造されたフレーム状の構造部品がホットランナーノズルに面する箇所において、例えば、衝突時に大きな力を吸収する必要がある領域において、機械的特性値を意図的に増大させることが可能になる。対照的に、上記対称軸の領域の低温流の箇所では、制御された破損をもたらすことが可能である。本方法を用いて、構造部品の質量を減少させるように、スプルーからある距離で構造部品２の壁厚を薄くすることが可能である。この壁圧が薄い領域は小さな負荷を受ける領域に関係する。

１：溶融物を鋳型のランナーに供給するための器具、２：フレーム状の構造部品、３：横方向フレーム部、４：上部フレーム部、５：下部フレーム部、６：収容部、７：開口部、８：溶融物入口、９：供給管、１０：分岐管、１１：ホットランナーノズル、１２：出口領域

Claims (11)

1. 鋳造による軽金属合金を使用して、車両の背もたれ構造体またはシートフレーム構造体を含む、開口部を有するフレーム状の構造部品を製造するための方法において、
   ａ．金属溶融物が、加熱された少なくとも２つの溶融物供給部に供給され、該溶融物供給部の溶融物出口が鋳型のランナー内に直接通じ、該ランナーが前記構造部品用の前記溶融物を収容するために使用されることと、
   ｂ．前記金属溶融物が前記溶融物供給部から前記鋳型の前記ランナー内に供給され、この場合、前記金属溶融物が前記ランナーにおいて互いに反対向きの２方向に流れるようにしてあり、
   ｃ．前記溶融物出口は、該溶融物出口から供給されて反対方向へ流れた前記金属熔融物が互いに合流する合流領域が、予め定められる制御された破損をもたらす規定領域にあるように配置してある、ことを特徴とする方法。
2. 前記金属溶融物が、ホットランナーノズルまたは加熱スプルーとして設計された溶融物供給部を介して前記鋳型の前記ランナー内に吐出される請求項１に記載の方法。
3. 前記金属溶融物が、前記溶融物供給部を介して前記鋳型の環状のランナーに供給される請求項１または２に記載の方法。
4. 前記金属溶融物が、２つまたは４つの溶融物供給部によって前記鋳型の前記ランナーに供給される請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記構造部品が、チクソモールディング法またはチクソキャスティング法を含む半固体法によって鋳造される請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記構造部品が、ホットチャンバ圧力ダイカスト、コールドチャンバ圧力ダイカストまたは減圧ダイカストを含む圧力ダイカストによって鋳造される請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記金属溶融物が、前記溶融物供給部を介して前記鋳型の前記ランナーの領域内に吐出され、前記金属溶融物が吐出される当該ランナーの領域は、完成した構造部品の領域において、前記金属溶融物が吐出される当該ランナーの領域以外の領域の受ける機械的負荷よりも大きい機械的負荷を受ける領域に対応する請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記金属溶融物が、前記溶融物供給部を介して前記鋳型の前記ランナーの領域内に吐出され、前記金属溶融物が吐出される当該前記ランナーの領域は、シートフレーム構造を収容するための背もたれ構造体の軸受収容部に隣接して配置される前記背もたれ構造体の横方向フレーム部を含む、完成したフレーム状の構造部品の領域における横方向フレーム部を形成する領域に対応する請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記溶融物供給部の前記溶融物出口での前記金属溶融物の温度より低い温度で前記金属溶融物が流れる領域である低温流領域が、当該低温流領域以外の領域が受ける機械的負荷よりも小さな機械的負荷を受ける前記構造部品の規定領域に配置される請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記金属溶融物は、前記溶融物供給部の前記溶融物出口における前記鋳型の前記ランナーの領域から、当該領域の断面よりも小さい断面を有する前記ランナーの領域に流れる請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記金属溶融物がマグネシウムを含む請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。

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