JPH105962A - 軽合金製ホイールの鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳造ホイールの厚肉部相当部の肉盗みと巣発
生抑制をはかることができる鋳造方法の提供。 【解決手段】 鋳抜き型１４を全突出位置より後退させ
た状態でキャビティ内に溶湯１７を充填し、溶湯凝固完
了前に鋳抜き型１４を全突出位置まで突出させて鋳造ホ
イールの厚肉部相当部１７ａにある溶湯１７を押圧する
とともに肉盗みする軽合金製ホイールの鋳造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【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５−２７８４０
１号公報に開示されている。そこでは、図６（１ピース
構造）、図７（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５，４２
７，１７１号明細書には、図８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全突出させておき、ついで溶湯
をキャビティ６に充填し、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外に後退させ
て、その後型開きし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５−２
７８４０１号公報に開示された方法も、米国特許第５，
４２７，１７１号明細書に開示された方法も、溶湯充填
前にキャビティに中子、可動中子を突出させておくの
で、中子、可動中子による押し湯効果はなく、鋳造時の
巣の発生に対しては対策が講じられていない。ディスク
側のリムビードシート部は溶湯が他の部分より遅く凝固
しやすい部位であり、しかもタイヤからの荷重が繰返し
かかる部位でもあるので、疲労亀裂の原因となる鋳巣は
少ないに方が望ましい。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、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方法であって、ディスク側リムビ
ードシート部の鋳巣を少なくすることができる、軽合金
製ホイールの鋳造方法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、下型、横型、上型に対して摺動可能でホ
イール厚肉部相当部内に突出、後退可能な鋳抜き型と、
鋳抜き型をホイール厚肉部相当部内に突出、後退させる
コッターと、からなる装置を用いて実行される軽合金製
ホイールの鋳造方法であって、鋳抜き型をホイール厚肉
部相当部内に全突出した位置から上型側に後退させた状
態で、上型、下型、横型を型締めして、上型、下型、横
型、鋳抜き型とで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
注湯し充填する工程と、充填した軽合金溶湯が凝固完了
する前に、コッターを作動させて前記鋳抜き型を前記上
型からホイール厚肉部相当部内に全突出させてホイール
厚肉部相当部にある凝固途中の金属を押圧する工程と、
充填した軽合金溶湯の凝固完了後、前記コッターを作動
させて前記鋳抜き型を前記上型内に収納する工程と、上
型、下型、横型を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の鋳造方
法。 （２） 鋳抜き型による、ホイール厚肉部相当部にある
凝固途中の金属の押圧が、金属の固相率が０．２〜０．
８にある時に実行される（１）記載の軽合金製ホイール
の鋳造方法。 （３） 鋳抜き型による、ホイール厚肉部相当部にある
凝固途中の金属の押圧が、金属の固相率が０．５〜０．
７にある時に実行される（２）記載の軽合金製ホイール
の鋳造方法。

【０００５】上記（１）、（２）、（３）の方法では、
鋳抜き型が、全突出状態よりも後退した位置にある時に
溶湯がキャビティに充填され、凝固完了前に全突出位置
に移動されるので、全突出位置への移動時に鋳抜き型が
凝固完了前の金属を押圧し、その部分（ディスク側リム
ビードシート部）に押し湯効果を与えて、その部分の鋳
巣を無くす、または少なくする。また、溶湯凝固完了前
に鋳抜き型を上型から全突出させるので、ホイールの厚
肉部相当部を肉盗みして鋳造することができる。シェル
中子を用いないので、型の崩壊、除去工程はなく、工程
増、コストアップがない。

【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、アルミニウム合金、マグネシウム合金）製ホイー
ルの鋳造方法を、図１〜図４を参照して、説明する。図
１〜図５において、本発明実施例の軽合金製ホイールの
鋳造方法を実施する型装置１０は、上型１１、下型１
２、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２
３、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１
６、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間隔をもたせた状態で、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、鋳抜き型１
４は、上型１１、下型１２、横型１３を型閉じした状態
で、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１
４はホイールのディスク背面の複数のリブ（図５の１７
ｂ）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）内に全突出した位置（図２に示した位置）と上
型１１内に納まった位置（図３に示した位置）との間で
移動可能でかつその間の任意の位置（たとえば、図１に
示した位置）で停止可能な一端部１４ａと、該一端部１
４ａから一定距離離れた位置にあり上型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１
７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。ホルダー１５は
鋳抜き型１４と一体に形成されてもよい（その場合は、
ホルダー１５は無くなる）。コッター１６は、単一の部
材で、ホルダー１５（ホルダー１５と鋳抜き型１４が一
体形成される場合は鋳抜き型１４）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（ホルダー１５と鋳抜き型１
４が一体形成される場合は鋳抜き型１４）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（ホ
ルダー１５と鋳抜き型１４が一体形成される場合は鋳抜
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２
０、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２
６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
の鋳造方法（上記装置の作用でもある）を、図１〜図５
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、鋳抜き型（金属製型）１４をホイール
厚肉部相当部１７ａ内に全突出した位置から上型側に後
退させた状態（後退量は０より大であれば任意、したが
って図３のように全後退でもよいし、図１のように全突
出と全後退の途中でもよい）で、上型１１、下型１２、
横型１３を型締めして、上型１１、下型１２、横型１
３、鋳抜き型１４とで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、ホイール鋳造用キャビティに軽合金溶湯１７を注
湯し充填する工程（図１の段階）と、充填した軽合金
溶湯１７が凝固完了する前に、コッター１６を作動（下
降）させて鋳抜き型１４を上型１１からホイール厚肉部
相当部１７ａ内に全突出させてホイール厚肉部相当部１
７ａにある凝固途中の金属を押圧する工程（図２の段
階）と、充填した軽合金溶湯１７の凝固完了後、コッ
ター１６を作動（上昇）させて鋳抜き型１４を上型１１
内に収納する工程（図３の段階）と、上型１１、下型
１２、横型１３を型開きして（図４の段階）軽合金製ホ
イール１７を型から取り出す工程（図５の段階）と、か
らなる。取り出しにおいては、図５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。また、予め溶湯の凝固状態と溶
湯注湯開始からの経過時間との相関を試験で求めてお
き、それに基づいて実際の鋳造での溶湯の凝固状態を、
溶湯注湯開始からの経過時間により管理する。上記の
工程において、鋳抜き型１４による、ホイール厚肉部相
当部１７ａにある凝固途中の金属の押圧は、凝固途中の
金属の固相率（固体／（固体＋液体））が０．２〜０．
８にある時に実行されることが望ましく、とくに、金属
の固相率が０．５〜０．７にある時に実行されることが
望ましい。その理由は固相率が０．２より小の段階では
液状過ぎてスクイズ効果が出にくく、固相率が０．８よ
り大の段階では固く成り過ぎて押し湯効果が出にくくな
るからである。とくに固相率が０．５〜０．７にある場
合が良い。

【００１３】上記の工程において鋳抜き型１４にてホ
イール厚肉部相当部１７ａにある凝固途中の金属を押圧
するので、押し湯効果があり、それによって巣の発生が
抑制されるとともに、加圧効果（スクイズ効果）があ
り、それによって押された部位の製品の壁の金属組織が
緻密化されるとともに、巣があっても押しつぶされる。
この押された部位は従来遅く固まって最も巣が発生し易
い部位であるとともに、タイヤからの荷重を繰返し受け
る部位であるので、したがって疲労上最も厳しい部位の
一つであったので、本発明実施例の方法によって巣の発
生の抑制と組織の緻密化がはかられることにより、その
疲労強度が大幅に改善される。かくして鋳造された軽合
金製ホイール１７は、図５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（ホルダー１５と鋳抜き型１４が一体形成さ
れる場合は鋳抜き型１４）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１
５（ホルダー１５と鋳抜き型１４が一体形成される場合
は鋳抜き型１４）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、鋳抜き型を全
突出位置より後退させた状態で注湯し、溶湯が凝固完了
する前に鋳抜き型を全突出位置まで突出させるので、鋳
抜き型の全突出位置への移動時に、溶湯に押し湯効果と
スクイズ効果を作用させることができ、溶湯のうち鋳抜
き型により押された部分の巣発生を抑制できるとともに
組織の緻密化をはかることができ、ホイールの疲労耐久
性を向上させることができる。請求項２の方法によれ
ば、凝固途中の金属の固相率が０．２〜０．８にある時
に鋳抜き型による金属の押圧を実行するので、押し湯効
果とスクイズ効果が確実に得られる。請求項３の方法に
よれば、凝固途中の金属の固相率が０．５〜０．７にあ
る時に鋳抜き型による金属の押圧を実行するので、押し
湯効果とスクイズ効果がさらに確実に得られる。

【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の鋳造方
法で、鋳抜き型を全突出状態より後退させた状態にて溶
湯を注湯した段階の、断面図である。

【図２】本発明の一実施例の軽合金製ホイールの鋳造方
法で、溶湯凝固完了前に、鋳抜き型を上型から全突出さ
せ溶湯を押圧した段階の、断面図である。

【図３】本発明の一実施例の軽合金製ホイールの鋳造方
法で、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４】本発明の一実施例の軽合金製ホイールの鋳造方
法で、型開きした段階の、断面図である。

【図５】本発明の一実施例の軽合金製ホイールの鋳造方
法で、製品をはね出している段階の、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１ピー
スホイール半断面図である。

【図７】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８】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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石田 彰 東京都千代田区四番町５番地９ トピー工 業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上型、下型、横型、上型に対して摺動可
   能でホイール厚肉部相当部内に突出、後退可能な鋳抜き
   型と、鋳抜き型をホイール厚肉部相当部内に突出、後退
   させるコッターと、からなる装置を用いて実行される軽
   合金製ホイールの鋳造方法であって、 鋳抜き型をホイール厚肉部相当部内に全突出した位置か
   ら上型側に後退させた状態で、上型、下型、横型を型締
   めして、上型、下型、横型、鋳抜き型とでホイール鋳造
   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充
   填する工程と、 充填した軽合金溶湯が凝固完了する前に、コッターを作
   動させて前記鋳抜き型を前記上型からホイール厚肉部相
   当部内に全突出させてホイール厚肉部相当部にある凝固
   途中の金属を押圧する工程と、 充填した軽合金溶湯の凝固完了後、前記コッターを作動
   させて前記鋳抜き型を前記上型内に収納する工程と、 上型、下型、横型を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の鋳造方
   法。
2. 【請求項２】 鋳抜き型による、ホイール厚肉部相当部
   にある凝固途中の金属の押圧が、金属の固相率が０．２
   〜０．８にある時に実行される請求項１記載の軽合金製
   ホイールの鋳造方法。
3. 【請求項３】 鋳抜き型による、ホイール厚肉部相当部
   にある凝固途中の金属の押圧が、金属の固相率が０．５
   〜０．７にある時に実行される請求項２記載の軽合金製
   ホイールの鋳造方法。