JP5570922B2

JP5570922B2 - 鋳物の寸法修正方法

Info

Publication number: JP5570922B2
Application number: JP2010206840A
Authority: JP
Inventors: 晃士松崎
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2030-09-15
Also published as: JP2012061490A

Description

本発明は、鋳造後の鋳物の寸法を修正する方法に関するもので、特に、鋳物に外力を与えて変形させてその寸法を修正する方法に関する。

タイヤの加硫金型のセクターモールドを作製する方法としては、図８に示すような低圧鋳造法が知られている。低圧鋳造法は、アルミニウム合金などの溶湯５０が収納された溶湯保持炉５１を蓋部材５２で密閉し、この蓋部材５２の上に下型となる石膏鋳型５３を設置し、この石膏鋳型５３の上に上型となる金属板のプラテン５４を設置し、溶湯保持炉５１から石膏鋳型５３に形成されたキャビティ５３ａ内に溶湯５０を送り込んで冷却させることで、図９に示すようなセクターモールド１０を鋳造する。
石膏鋳型５３の底面には湯道５３ｂが削孔され、この湯道５３ｂがキャビティ５３ａに連通している。一方、蓋部材５２には、圧搾空気導入孔５２ａと、石膏鋳型５３の湯道５３ｂに連通する湯道５２ｂとが形成されており、この湯道５２ｂに、一端が溶湯保持炉５１の溶湯５０内に配置された溶湯導入管５５の他端側が連結されている。これにより、圧搾空気導入孔５２ａから溶湯保持炉５１内に圧搾空気を導入すれば、溶湯５０は溶湯導入管５５内を押し上げられて、蓋部材５２の湯道５２ｂから石膏鋳型５３の湯道５３ｂを通ってキャビティ５３ａ内に充填される。

ところで、鋳物は溶湯温度や金型温度などの鋳造条件、長さや厚みなどの形状要因、気温や湿度などの環境要因などにより反りや捩れなどが発生する。これらの反りや捩れなどは同一条件下で製造した場合でも一様でなくバラツキがある。
例えば、前記低圧鋳造法で鋳造したセクターモールド１０は、図９に示すように、外周面１０ｂがトレッドパターン形成面１０ａ側とは反対の方向へ反り返る。この反りの大きさは外周面１０ｂの最高位置と最低位置との差である反り量ｓで表わされる。反り量ｓは、鋳造条件や鋳物の形状によって異なるが、自然冷却した場合、約０．３〜０．５ｍｍ程度である。
従来、反りや捩れなどを低減する方法として、予め反りや捩れなどを予測し、金型に形状変化分を付与しておくことで、出来上がった鋳物の反りや捩れをなくすようにする方法（例えば、特許文献１参照）や、鋳造後の鋳物に外力を与えて変形させる方法（例えば、特許文献２参照）などが行われている。

特開平１１−３２００２５号公報特開２００８−６２２４７号公報

しかしながら、予め反りや捩れなどを予測する方法では、過去の経験やデータ、解析ソフトなどを用いて反りや捩れなどを予測するため、知識や解析ソフトが必要であることに加え、過去の経験やデータがあったとしても鋳物の形状が単純でない場合には、適切な解析モデルを構築することが難しく、予測と実際の鋳物寸法が一致しないといった問題点があった。
一方、鋳物に外力を加えて修正する方法では、作業者の経験やスキルが大きく影響するため、経験が浅い作業者が行うと工数が多くかかってしまったり、修正後の寸法が安定しないといった問題点があった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、作業者のスキルによらず、短時間で寸法修正を行うことができ、更には、修正後の寸法が安定した鋳物の寸法修正方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、鋳造により製造された鋳物に入力を与えて変形させ、前記鋳物の寸法を修正する鋳物の寸法修正方法であって、鋳造された複数の鋳物の予め設定された互いに異なる２つの方向ｐ，ｑにそれぞれ平行な方向の寸法Ｐ，Ｑを測定するステップ（Ａ）と、前記複数の鋳物の中からサンプルとなる鋳物を取り出して、前記サンプルに入力を与えて当該サンプルの寸法Ｐと寸法Ｑとを測定するステップ（Ｂ）と、前記入力の大きさと前記寸法Ｐの変化量との関係もしくは前記入力の大きさと前記寸法Ｑの変化量との関係、及び、前記寸法Ｐと前記寸法Ｑとの関係を求めるステップ（Ｃ）と、前記求められた入力の大きさと寸法Ｐの変化量との関係もしくは入力の大きさと寸法Ｑの変化量との関係、前記寸法Ｐと寸法Ｑとの関係、及び、前記測定された寸法Ｐ，Ｑから、修正すべき鋳物に与える入力の大きさを設定するステップ（Ｄ）と、前記設定された入力を前記修正すべき鋳物に与えて前記鋳物を変形させ、前記鋳物の寸法を修正するステップ（Ｅ）とを備えたことを特徴とする。
これにより、修正すべき鋳物に与える入力の大きさを適切に設定できるので、鋳物の寸法を短時間でかつ確実に修正することができる。
また、入力の大きさを設定できるので、例えば、鋳物を上下から挟んで圧縮して変形させるプレス機のような機械を用いて鋳物を自動修正することができる。したがって、修正後の寸法を安定させることができる。
鋳物の寸法は、ある方向を伸長させるとこの方向と直交する方向が縮小するので、本発明のように、互いに異なる２つの方向ｐ，ｑの寸法Ｐ，Ｑがともに規格値内になるように入力の大きさを設定すれば、修正後の鋳物の寸法のバラツキを更に小さくすることができる。
なお、サンプルについては、鋳造後の鋳物の中から取り出すのではなく、例えば、５番目に鋳造した鋳物と１０番目に鋳造した鋳物とをサンプルにするなど、サンプルとする鋳物を予め決定しておいてもよい。

なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。

本実施の形態に係る鋳物の寸法修正方法を示すフローチャートである。鋳物に与える入力の大きさと寸法の変化量との関係を示す図である。鋳物に与える入力値の設定方法を示す図である。鋳物の寸法修正装置の一例を示す図である。鋳物の寸法修正方法の一例を示す図である。本発明の鋳物の寸法修正方法を用いて修正した鋳物の修正後寸法と修正時間及び修正後のバラツキの一例を示す図である。従来の鋳物の寸法修正方法を用いて修正した鋳物の修正後寸法と修正時間及び修正後のバラツキの一例を示す図である。従来の鋳造方法の一例を示す図である。鋳物の反り状態を示す図である。

以下、実施の形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また、実施の形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施の形態に係る鋳物の寸法修正方法を示すフローチャートである。
本例では、図２に示すように、鋳造により得られたタイヤの加硫金型のセクターモールド１０の寸法を修正する方法について説明する。
始めに鋳造されたセクターモールド１０の寸法を測定する（ステップＳ１０）。
本例では、セクターモールド１０の互いに異なる２つの方向ｐ，ｑにそれぞれ平行な方向の寸法Ｐ，Ｑを測定する。方向ｐはタイヤ軸方向とタイヤ周方向とに垂直な方向で、径方向寸法Ｐは、セクターモールド１０の凹部であるトレッドパターン形成面１０ａのタイヤ幅方向中央１０ｍにおける深さである。方向ｑはタイヤ軸方向に平行な方向で、寸法Ｑはセクターモールド１０のトレッドパターン形成面１０ａの幅である。
セクターモールド１０に、寸法Ｐが大きくなる方向に曲げモーメントＭを作用させると、寸法Ｑは小さくなり、逆に、寸法Ｐが小さくなる方向に曲げモーメントｍを作用させると、寸法Ｑは大きくなる。具体的には、セクターモールド１０の両端部をクランプして中央部にシリンダーなどにより外力（入力）を与えるなどすることで寸法Ｐ，Ｑを変化させることができる。
なお、セクターモールド１０の寸法Ｐ及び寸法Ｑの測定は鋳造されたセクターモールド１０全てについて行う。

寸法測定後にはサンプルを抽出（ステップＳ１１）し、この抽出されたサンプルに外力（入力）を一定値ずつ徐々に加算していき、その都度寸法Ｐと寸法Ｑとを測定（ステップＳ１２）する。そして、入力値と寸法Ｐの変化量との関係を示すグラフ（グラフ１）と寸法Ｐと寸法Ｑとの関係を示すグラフ（グラフ２）とを作成する（ステップＳ１３）。
ここで、鋳造したセクターモールド１０の個数をＮ₀、修正の必要のないセクターモールド１０、すなわち、寸法Ｐと寸法Ｑとがともに規格値内にあるセクターモールド１０の個数をｎ₀、サンプルとして抽出するセクターモールド１０の個数をｍとすると、寸法修正を行う必要のあるセクターモールド１０の個数Ｎは、Ｎ＝Ｎ₀−ｎ₀−ｍとなる。本例では、サンプルは修正を行う必要のあるセクターモールド１０のなかから抽出する。具体的には、サンプル抽出の目安として、寸法Ｐと寸法Ｑの両方が規格値からずれており、かつ、そのズレ量がＮ個の中の平均的な値のセクターモールド１０を用いた。なお、寸法Ｐの規格値からのズレ量がＮ個の中の平均的なセクターモールド１０を用いるなど、別な抽出方法を用いてもよい。あるいは、５番目に鋳造したセクターモールド１０と１０番目に鋳造したセクターモールド１０などのように、予めサンプルとなるセクターモールド１０を決定しておいてもよい。
寸法Ｐの変化量は、サンプルに作用する外力を一定値ずつ徐々に加算していき、その都度寸法Ｐのデータを取得して得られる。
図２の左下に示す図はグラフ１の一例で、横軸が入力の大きさ（入力値）で縦軸が寸法Ｐの変化量である。外力の大きさである入力値が小さい場合、寸法Ｐはほとんど変化しないが、入力値が大きくなるにつれて寸法Ｐの変化量は急激に大きくなる。
一方、方向ｐと方向ｑとは直交しているので、寸法Ｐが伸長すると寸法Ｑは縮小する。したがって、横軸を寸法Ｑの値とし縦軸を寸法Ｐの値としたとき、グラフ２は、図２の右下の図に示すように右下がりとなる。

次に、寸法修正を行う必要のあるＮ個のセクターモールド１０について入力値を決定する方法について説明する。
まず、修正すべきセクターモールド１０に番号付けをし（ステップＳ１４）、１個目（ｎ＝１）から順に寸法Ｐ，Ｑの狙い値を決定する（ステップＳ１５）。狙い値の決定の仕方は以下の通りである。
図３（ａ）に示すグラフ２上の×印は修正すべきセクターモールド１０の寸法Ｐと寸法Ｑである初期値（Ｐ₁，Ｑ₁）を示す。このセクターモールド１０の寸法Ｐ₁と寸法Ｑ₁とを同図の四角い枠で囲った規格値の領域Ｒ内に入るように修正するために、寸法Ｐと寸法Ｑの目標値である狙い値（Ｐ₂，Ｑ₂）を決定する。狙い値（Ｐ₂，Ｑ₂）は、グラフ２の直線の規格値の領域Ｒ内にある箇所であればどこでもよいが、本例では、同図の白丸で示す直線が領域Ｒで切り取られた線分の中点近傍に設定している。なお、前記規格値の領域Ｒは、目標値である設計寸法を（Ｐ₀，Ｑ₀）、許容値を±δＰ，±δＱとしたときに、中心が（Ｐ₀，Ｑ₀）、横軸の長さが２δＱ、縦軸の長さが２δＰの矩形となる。
そして、図３（ａ）に示すように、グラフ２を用いて初期値（Ｐ₁，Ｑ₁）と狙い値（Ｐ₂，Ｑ₂）との差から寸法Ｐ₁の必要変化量ΔＰ＝Ｐ₂−Ｐ₁を求めた後、図３（ｂ）に示すように、グラフ１を用いて必要入力値Ｆを決定する（ステップＳ１６）。グラフ１において、変化量ΔＰに対応する入力値Ｆが必要入力値となる。

必要入力値Ｆが決定後には、図４（ａ）に示すような寸法修正装置２０を用いてセクターモールド１０の寸法修正を行う（ステップＳ１７）。
寸法修正装置２０は、基台２１と、基台２１の幅方向両端に立設された左右の縦フレーム２２，２３と、縦フレーム２２，２３を橋絡するように設けられた水平フレーム２４と、この水平フレーム２４に設置されたシリンダー装置２５とを備える。シリンダー装置２５の本体２５ａは水平フレーム２４に固定され、シリンダーロッド２５ｂの先端には、押圧板２６が設けられている。ここで、基台２１側を下側、水平フレーム２４側を上側とすると、シリンダーロッド２５ｂは上下方向に伸縮する。
修正するセクターモールド１０は、外周面１０ｂが上側でトレッドパターン形成面１０ａが下側になるように、基台２１の上面２１ａに設置された板状の置き台２７上に載置される。
そして、図４（ｂ）に示すように、シリンダー装置２５を駆動してシリンダーロッド２５ｂを伸長させ、押圧板２６をセクターモールド１０の外周面１０ｂに押し付けることで、セクターモールド１０を変形させて寸法修正を行う。
なお、本例の寸法修正装置２０は、２個のセクターモールド１０の寸法を同時に修正できるように、シリンダー装置２５を２台設置しているが、シリンダー装置２５の個数を１個としてセクターモールド１０の寸法を１個ずつ修正するようにしてもよいし、シリンダー装置２５を増やして３個以上のセクターモールド１０の寸法を同時に修正するようにしてもよい。

鋳造後のセクターモールド１０は、殆どが、図５（ａ）に示すように、外周面１０ｂがトレッド形成面１０ａ側とは反対の方向へ反り返っているので、シリンダーロッド２５ｂを伸長させて押圧板２６によりセクターモールド１０を圧縮すると、図５（ｂ）に示すように、寸法Ｐが大きくなる方向に曲げモーメントＭが作用し、寸法Ｑは小さくなる。セクターモールド１０の中には、図５（ａ）と逆方向に反ってしまったものもあるが、本例の寸法修正装置２０を用いれば、図５（ａ）の場合と同様に寸法修正できる。
なお、寸法修正装置２０を用いない場合には、図５（ｃ）に示すように、セクターモールド１０の外周面１０ｂの両端部をクランプしてタイヤ幅方向中央１０ｍにシリンダーなどにより外力（入力）Ｆを、同図の下側方向（もしくは上側方向）に向けて与えるようにすればよい。
これにより、セクターモールド１０の寸法Ｐ，Ｑを、図３（ａ）の×印の点で示した初期値から、同図の白丸で示す狙い値に修正することができる。

寸法修正後には、セクターモールド１０の寸法Ｐ，Ｑを再測定し、寸法Ｐ，Ｑが規格値内に入っているかどうかを確認する（ステップＳ１８）。
寸法Ｐ，Ｑが規格値内に入っている場合には、セクターモールド１０の修正が全個数（Ｎ個）終了したかどうかを判定し（ステップＳ１９）、全個数（Ｎ個）終了した場合には修正作業を完了する。また、セクターモールド１０の修正が終了していない場合には、次に修正するセクターモールド１０に番号付け（ステップＳ２０）をした後、ステップＳ１５に戻って、寸法修正を継続する。
なお、ステップＳ１８において、寸法Ｐ，Ｑが規格値内に入っていない場合には、ステップＳ１５に戻って、再度寸法修正を行う。

このように、本実施の形態では、鋳造されたセクターモールド１０に入力を与えて変形させ、セクターモールド１０の寸法を修正する際に、セクターモールド１０のトレッドパターン形成面１０ａのタイヤ幅方向中央１０ｍまでの深さである寸法Ｐとセクターモールド１０のトレッドパターン形成面１０ａの幅である寸法Ｑとを測定するとともに、サンプルとなるセクターモールド１０を取り出して入力を与え寸法Ｐの変化量を測定して入力と寸法Ｐの変化量との関係と寸法Ｐと寸法Ｑとの関係とを求め、測定された寸法Ｐと寸法Ｑ、入力と寸法Ｐの変化量との関係、及び、寸法Ｐと寸法Ｑとの関係とから、修正すべきセクターモールド１０に与える入力の大きさを設定し、この設定された入力を修正すべきセクターモールド１０に与えて変形させて寸法修正するようにしたので、修正すべき鋳物に与える入力の大きさを適切に設定できる。したがって、鋳物の寸法を短時間でかつ確実に修正することができるとともに、機械を用いて鋳物を変形させることができるので、修正後の寸法を安定させることができる。

なお、前記実施の形態では、寸法修正する鋳物をタイヤの加硫金型のセクターモールド１０としたが、本発明はこれに限るものではなく、自動車のシリンダーブロックなど他の鋳物の寸法修正にも適用可能である。
前記例では、寸法Ｐをタイヤ軸方向とタイヤ周方向とに垂直な方向の寸法とし、寸法Ｑをタイヤ軸方向に平行な方向寸法としたが、これに限るものではなく、鋳物の互いに異なる２つの方向にそれぞれ平行な方向の寸法であればよい。
また、前記例では、測定した寸法Ｐ，Ｑと、入力値と寸法Ｐの変化量との関係を示すグラフ１と、寸法Ｐ，Ｑとの関係を示すグラフ２とを用いて寸法修正時の入力値を決定したが、入力値と寸法Ｐの変化量との関係を示すグラフ１と測定した寸法Ｐ₁とから入力値を決定することも可能である。具体的には、寸法Ｐ₁と設計寸法Ｐ₀との差ΔＰ＝Ｐ₁−Ｐ₀を寸法Ｐの変化量として、グラフ１から入力値Ｆを決定すればよい。但し、寸法Ｐのみで入力値Ｆを決定した場合には、狙い値が、図３（ａ）の規格値領域Ｒで切り取られた線分の中点近傍ではなく、規格値領域Ｒの境界付近に設定されることもあるので、本例のように、グラフ１とグラフ２とを用いて狙い値を決定した方が寸法修正の精度が高くなるので好ましい。

鋳造されたセクターモールドのうち寸法Ｐ及び寸法Ｑのいずれか一方または両方が規格外であるセクターモールドを本発明による寸法修正方法により寸法修正し、修正後の寸法のバラツキ及び修正に要した時間を調べた結果を図６の表に示す。修正したセクターモールドの個数は１９個である。また、比較として従来の寸法修正方法により寸法修正した結果を図７の表に示す。なお、本願発明では、寸法修正装置のような機械を用いてセクターモールドを変形させた。一方、従来例では、万力を用いてセクターモールドを変形させた。
図６と図７とを比較すると、本発明の修正方法では鋳物の修正後の寸法のバラツキは従来の修正方法とほぼ同等であるが、修正に要した時間が約４６％削減できていることがわかる。これは、本発明の修正方法では入力値を設定できるため、機械による自動修正が可能なことによる。また、機械による自動修正のため、修正作業中に作業員は別の作業を行うことができるので、更なる工数削減効果が得られる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。

このように、本発明によれば、鋳物の寸法を短時間でかつ確実に修正することができるので、修正後の寸法を安定させることができるとともに、工数を大幅に削減できる。

１０セクターモールド、１０ａトレッドパターン形成面、１０ｂ外周面、
１０ｍトレッドパターン形成面のタイヤ幅方向中央、
２０寸法修正装置、２１基台、２２，２３縦フレーム、２４水平フレーム、
２５シリンダー装置、２５ａ本体、２５ｂシリンダーロッド、２６押圧板。

Claims

鋳造により製造された鋳物に入力を与えて変形させ、前記鋳物の寸法を修正する鋳物の寸法修正方法であって、
鋳造された複数の鋳物の予め設定された互いに異なる２つの方向ｐ，ｑにそれぞれ平行な方向の寸法Ｐ，Ｑを測定するステップ（Ａ）と、
前記複数の鋳物の中からサンプルとなる鋳物を取り出して、前記サンプルに入力を与えて当該サンプルの寸法Ｐと寸法Ｑとを測定するステップ（Ｂ）と、
前記入力の大きさと前記寸法Ｐの変化量との関係もしくは前記入力の大きさと前記寸法Ｑの変化量との関係、及び、前記寸法Ｐと前記寸法Ｑとの関係を求めるステップ（Ｃ）と、
前記求められた入力の大きさと寸法Ｐの変化量との関係もしくは入力の大きさと寸法Ｑの変化量との関係、前記寸法Ｐと寸法Ｑとの関係、及び、前記測定された寸法Ｐ，Ｑから、修正すべき鋳物に与える入力の大きさを設定するステップ（Ｄ）と、
前記設定された入力を前記修正すべき鋳物に与えて前記鋳物を変形させ、前記鋳物の寸法を修正するステップ（Ｅ）とを備えたことを特徴とする鋳物の寸法修正方法。