(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｇを２．０〜４．０質量％、Ｓｉを０．３０質量％以下、Ｆｅを０．５０質量％以下、Ｃｕを０．２０質量％以下、Ｍｎを１．０質量％以下、Ｃｒを０．０１〜０．４０質量％、Ｚｎを０．３０質量％以下、Ｔｉを０．３０質量％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物で構成され、実質的に焼鈍されたホイール用アルミニウム合金板であって、
引張強さが２３５Ｎ／ｍｍ2以上、耐力が１２５Ｎ／ｍｍ2以上、伸びが２０％以上であることを特徴とするホイール用アルミニウム合金板。
【請求項２】
前記ホイール用アルミニウム合金板の板厚が１〜８ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のホイール用アルミニウム合金板。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のホイール用アルミニウム合金板の製造方法であって、
アルミニウム合金を溶解して鋳塊を作製する工程、前記鋳塊に少なくとも、熱間圧延を施してアルミニウム合金板を作製する工程、前記アルミニウム合金板に焼鈍処理を施す工程、及び前記焼鈍処理が施されたアルミニウム合金板にローラレベラによりレベラ加工を施すレベラ工程を含み、
前記レベラ工程が、少なくとも入側ロール及び出側ロールを有するローラレベラを用いて行われ、前記入側ロール及び出側ロールのうち少なくとも一方の押し込み量を前記アルミニウム合金板の板厚未満の条件に設定して行われることを特徴とするホイール用アルミニウム合金の製造方法。
【請求項４】
前記レベラ工程が、前記ローラレベラの入側ロール及び出側ロールの押し込み量を８ｍｍ未満の条件に設定して行われることを特徴とする請求項３に記載のホイール用アルミニウム合金の製造方法。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載のホイール用アルミニウム合金板を用いて製造されたことを特徴とするホイール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車、バギー車、オートバイ等のホイールに用いられるホイール用アルミニウム合金板に係り、特に、高強度で成形性に優れたホイール用アルミニウム合金板及びその製造方法並びにこれを用いたホイールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車、バギー車、オートバイ等の車両では、排気ガス排出量の低減化や燃費の向上といった環境問題に対応すべく軽量化が積極的に進められている。そこで、前記車両の構造部材や各種部品の材料として、従来の鉄系材料に代えて、所要の強度を備えた、より軽量な材料が次第に用いられるようになってきた。例えば、前記車両用ホイールには、軽量性に加えて意匠性にも優れるアルミニウム合金製ホイールが、高級車から大衆車にわたって幅広く採用されている。
【０００３】
前記車両用ホイールは、一般にリム部及びディスク部を含んで構成され、次の３つのタイプに大別される。
（１）リム部及びディスク部が、それぞれ、鋳物材または鍛造材で構成され、これらが連続的に一体化された１ピースホイール。
（２）ディスク部が、鋳物材、鍛造材または板材の成形材、リム部が、板材の成形材であり、これらが２つの部材を構成して溶接された２ピースホイール。
（３）ディスク部が、鋳物材、鍛造材または板材の成形材、リム部が、板材の成形材であり、これらが３つの部材を構成して溶接された３ピースホイール。
【０００４】
アルミニウム合金を含んで構成されるこれらのホイールのうち、最近、所望の意匠を付与することがより容易な２ピースホイールのニーズが増大している。この２ピースホイールではアルミニウム合金に対して成形性や溶接性が求められ、更に、その製品においては、強度や耐食性等が求められることから、一般には、ＪＩＳ  Ｈ４０００で規定される５１５４合金、５４５４合金等のＡｌ−Ｍｇ系合金の焼鈍材（Ｏ材）が用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
自動車、バギー車、オートバイ等の車両において、近年の更なる軽量化に対応すべく、アルミニウム合金製ホイールにもより一層の薄肉化が求められている。しかし、ＪＩＳ  Ｈ４０００で規定される前記従来の５１５４合金や５４５４合金のＯ材で薄肉化を図ろうとする際、強度が不充分となる場合があった。すなわち、成形加工を施す際に割れ等の不具合が生じる、あるいは、成形品が作製された後で所要の強度が得られず、その結果、走行安定性が充分に確保されなくなるという問題が発生する場合があった。
【０００６】
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、薄肉化が可能で、所要の強度を備え、かつ成形加工性に優れた自動車、バギー車、オートバイ等の車両のホイールに用いられるホイール用アルミニウム合金板及びその製造方法並びにこれを用いたホイールを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明者らは、アルミニウム合金板の合金成分の調整、あるいは、その調質の条件を変更することなく、前記ホイールの薄肉化を具現できる、引張強さ、耐力及び伸びを有するアルミニウム合金板を得るべく鋭意研究を行った。
一般的に、アルミニウム合金板の引張強さと耐力は、アルミニウム合金板の調質の条件を変更することによって向上させることが可能である。しかし、アルミニウム合金板の薄肉化に必要な引張強さと耐力が得られるようにアルミニウム合金板に調質を施した場合、その伸びが著しく低下し、スピニング加工からロールフォーミングに至る成形性が低下し、リム成形が困難となる。また、長期間にわたって比較的過酷な条件で使用された場合を想定すると、そのホイールの変形量が増大し、致命的な欠陥となり得るため、Ｏ材相当の伸びを具備した材料であることが必要となる。
【０００８】
そこで、本発明者らは、従来のホイール用アルミニウム合金板の製造工程に注目し、鋭意実験を進めた。その結果、前記従来のホイール用アルミニウム合金板の製造工程でアルミニウム合金板を焼鈍した後、ローラレベラを通過させることによって、成形加工に必要な伸びが、Ｏ材の特性を保持したまま、強度を製品で求められている引張強さ及び耐力に向上させることが可能なことを見出し、本発明を創作するに至った。
すなわち、本発明は、Ｍｇを２．０〜４．０質量％、Ｓｉを０．３０質量％以下、Ｆｅを０．５０質量％以下、Ｃｕを０．２０質量％以下、Ｍｎを１．０質量％以下、Ｃｒを０．０１〜０．４０質量％、Ｚｎを０．３０質量％以下、Ｔｉを０．３０質量％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物で構成される、実質的に焼鈍されたアルミニウム合金板であって、引張強さが２３５Ｎ／ｍｍ2以上、耐力が１２５Ｎ／ｍｍ2以上、伸びが２０％以上であるホイール用アルミニウム合金板として構成される（請求項１）。
【０００９】
このように構成すれば、前記アルミニウム合金中の各合金成分の量を規制することにより所望とする表面の光沢性、優れた耐食性及び溶接性が発現され、更に、前記の実質的に焼鈍されたアルミニウム合金板で、引張強さ、耐力及び伸びを規制することにより成形加工性が向上し、従来品と同等以上の引張強さ、耐力、伸びが確保されて、従来品よりも薄肉化が可能となるホイール用アルミニウム合金板が具現される。
【００１０】
また、本発明は、前記アルミニウム合金板の板厚を１〜８ｍｍとして構成してもよい（請求項２）。
このように構成すれば、本発明に係るホイール用アルミニウム合金板が、従来の一般的なホイール用アルミニウム合金板の板厚と同等となるので、本発明を従来のアルミニウム合金製ホイールの製造ラインにそのまま適用することができる。
【００１１】
また、前記課題を解決するために、本発明は、前記ホイール用アルミニウム合金板の製造方法であって、アルミニウム合金を溶解して鋳塊を作製する工程、前記鋳塊に熱間圧延を施してアルミニウム合金板を作製する工程、前記アルミニウム合金板に焼鈍処理を施す工程、前記焼鈍処理が施されたアルミニウム合金板にローラレベラによりレベラ加工を施すレベラ工程を含み、前記レベラ工程は、少なくとも入側ロール及び出側ロールを含むローラレベラを用いて行われ、前記入側ロール及び出側ロールのうち少なくとも一方の押し込み量を前記アルミニウム合金板の板厚未満の条件に設定して行われるホイール用アルミニウム合金板の製造方法として構成される（請求項３）。
なお、本発明では、前記入側ロール及び出側ロールの押し込み量をＬとしたとき、この押し込み量Ｌは、前記入側ロール及び出側ロールの押し込みを行うための装置の動作範囲で、Ｌ＞０を満たすものである。
また、本発明では、前記熱間圧延工程の後に、冷間圧延を適宜施してもよい。
【００１２】
このように構成すれば、前記ローラレベラを用いて、前記焼鈍処理が施されたアルミニウム合金板に、レベラ加工による繰り返し曲げを効率的に作用させるので、伸びが焼鈍後の状態に保持され、かつ引張強さ及び耐力が向上された、薄肉化が可能なホイール用アルミニウム合金板の製造方法が具現される。
【００１３】
また、本発明は、前記レベラ工程で、前記ローラレベラの入側ロール及び出側ロールの押し込み量を８ｍｍ未満の条件に設定して行うことが好ましい（請求項４）。
このように構成すれば、前記ホイール用アルミニウム合金板の生産性をより向上させる製造方法が具現される。
【００１４】
そして、前記課題を解決するために、本発明は、前記ホイール用アルミニウム合金板を用いて成形加工されたことを特徴とするホイールとして構成される（請求項５）。
このように構成すれば、成形加工性、引張強さ、耐力及び耐食性を有するホイール用アルミニウム合金板をホイールに適用するので、ホイールの更なる薄肉化が可能となり、その結果、所望の意匠性が付与されて、一層の軽量化が図られたホイールが具現される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明で用いられるアルミニウム合金板は、従来公知の製造工程を含んで製造される。すなわち、本発明では、まず、前記アルミニウム合金を溶解して鋳塊を作製し、この鋳塊に、均質化処理、熱間圧延を適宜に施し、更に、必要に応じて冷間圧延を施した後、焼鈍処理を施して前記アルミニウム合金板が作製される。その後、このように作製されたアルミニウム合金板を、本発明で規制する範囲の条件に設定されたローラレベラを通過させる。
【００１６】
図１は、本発明で使用される１例のローラレベラ１の構成を模式的に示す図である。図１に示すように、このローラレベラ１は、所定の外径Ｄを有するレベラ２が、所定のピッチＰで、上下に複数、互い違いに配列されて構成されている。本発明では、図１に示すように、アルミニウム合金板３が、ローラレベラ１で上下に配置されたレベラ（ロール）２の間を、入側ロール２Ａ、２Ａから出側ロール２Ｂ、２Ｂに向けて搬送されると、アルミニウム合金板３に繰り返し曲げが連続的に作用し、その結果、伸びが焼鈍後の状態に保持されたまま、引張強さ及び耐力が向上されたホイール用アルミニウム合金板４が得られる。
なお、本発明で用いられるローラレベラ１は、図１に示す形態のみに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限りにおいて、レベラ（ロール）の本数、外径、ピッチ等を適宜変更することが可能である。
【００１７】
その後、前記ホイール用アルミニウム合金板４（図１）は巻き取られてコイル状の形態とされてもよい。そして、このホイール用アルミニウム合金板４がホイールに成形加工される際には、このコイルが巻き出されて切断されたり、あるいは打抜かれたりして、ホイールに成形加工される前のシート材またはサークル材に形成される。
このような本発明に係るホイール用アルミニウム合金板で各数値を限定した理由は以下の通りである。
【００１８】
（Ｍｇ：２．０〜４．０質量％）
本発明に係るホイール用アルミニウム合金板に含まれるＭｇは、ホイールに所要の強度と成形性とを付与するための必須元素である。すなわち、Ｍｇの含有量が２．０質量％未満では、所望の強度を得ることができない。また、Ｍｇの含有量が４．０質量％を越えると、逆に強度が過剰に高くなって圧延や成形加工で割れが発生したり、更には、応力腐食割れが起こったりし易くなる。したがって、本発明ではＭｇの含有量を２．０〜４．０質量％に規制する必要がある。
【００１９】
（Ｓｉ：０．３０質量％以下）
本発明で、Ｓｉはアルミニウム合金板の加工性や表面光沢性により大きな影響を及ぼす元素である。このＳｉが０．３０質量％を越えて含有されると、これらの特性が阻害される。このため、本発明ではＳｉの含有量を０．３０質量％以下に規制する必要がある。
【００２０】
（Ｆｅ：０．５０質量％以下）
Ｆｅは、前記Ｓｉと同様に、加工性や表面光沢性に大きな影響を及ぼす元素である。このＦｅが０．５０質量％を越えて含有されると、これらの特性が阻害される。このため、本発明ではＦｅの含有量を０．５０質量％以下に規制する必要がある。
【００２１】
（Ｃｕ：０．２０質量％以下）
Ｃｕは表面光沢性を向上させるために有効な元素である。このＣｕが０．２０質量％を越えて含有されると、その効果が飽和すると共に成形加工性が低下する。このため、本発明ではＣｕの含有量を０．２０質量％以下に規制する必要がある。
【００２２】
（Ｍｎ：１．０質量％以下）
Ｍｎは、アルミニウム合金板の強度を高める上で有効に作用し、表面の光沢性及び耐食性を改善する効果を有する。このＭｎが１．０質量％を越えて含有されると、耐食性の改善効果が飽和すると共に、成形加工性が低下する。このため、本発明ではＭｎの含有量を１．０質量％以下に規制する必要がある。
【００２３】
（Ｃｒ：０．０１〜０．４０質量％）
Ｃｒは、アルミニウム合金板の強度を高め、表面の光沢性、耐食性及び溶接性を改善する効果を発揮する。このＣｒの含有量が０．０１質量％未満では前記効果が小さく、また、０．４０質量％を越えると前記効果が飽和する。このため、本発明ではＣｒの含有量を０．０１〜０．４０質量％に規制する必要がある。
【００２４】
（Ｚｎ：０．３０質量％以下）
Ｚｎは成形加工性を向上させるために有効な元素である。このＺｎが０．３０質量％を越えて含有されると、前記効果が飽和する。このため、本発明ではＺｎの含有量を０．３０質量％以下に規制する必要がある。
【００２５】
（Ｔｉ：０．３０質量％以下）
Ｔｉは、アルミニウム合金の結晶粒を均一化し、かつ微細化する元素である。このＴｉが０．３０質量％を越えて含有されると、前記効果は飽和する。このため、本発明ではＴｉの含有量を０．３０質量％以下に抑制する必要がある。
【００２６】
（引張強さ：２３５Ｎ／ｍｍ2以上、耐力：１２５Ｎ／ｍｍ2以上、伸び：２０％以上）
本発明に係るホイール用アルミニウム合金板は、ホイールに成形加工される際、その板厚が従来の一般的なホイール用アルミニウム合金板の板厚である１〜８ｍｍである場合、その引張強さを２３５Ｎ／ｍｍ2以上、耐力を１２５Ｎ／ｍｍ2以上、伸びを２０％以上として構成されることにより、伸びが焼鈍後の状態に保持されて成形加工性が高められ、かつ充分な引張強さ及び耐力を具備するものとなる。その結果、このホイール用アルミニウム合金板で形成されるホイールではより薄肉化を図ることができ、更なる軽量化が可能になる。そして、このような特性を有するホイールを車両に装着すれば、この車両は、ばね下荷重が改善されて走行安定性が高められ、凹凸が比較的多い路面でも安定して走行できるようになる。
【００２７】
なお、このような特性をホイール用アルミニウム合金板に付与するためには、本発明に含まれるローラレベラで、入側ロール及び出側ロールのうち少なくとも一方の各押し込み量を以下のように制御して、アルミニウム合金板を通過させることが必要である。
【００２８】
（入側ロールの押し込み量、出側ロールの押し込み量：アルミニウム合金板の板厚（８ｍｍ）未満）
すなわち、本発明では、図１に示すような１例のローラレベラ１に、アルミニウム合金板３を挿入し、このローラレベラ１のレベラ（ロール）２を通過させることにより、このアルミニウム合金板３にレベラ２による繰り返し曲げを作用させて強度を向上させる。このとき、アルミニウム合金板３における強度向上の効果は、このローラレベラ１の入側ロール２Ａ、２Ａまたは出側ロール２Ｂ、２Ｂの押し込み量が増加するにつれて増大する。
【００２９】
ただし、入側ロール２Ａ、２Ａまたは出側ロール２Ｂ、２Ｂの押し込み量がそれぞれ８ｍｍ以上であるとこの強度向上の効果は飽和する。また、入側ロール２Ａ、２Ａ、または出側ロール２Ｂ、２Ｂの押し込み量が８ｍｍを越えると、アルミニウム合金板３を搬送させるときの抵抗が増すので搬送速度をある程度遅くする必要があり、それに応じて生産性が低下することとなる。更に、伸びが低下して成形加工性が悪くなる。したがって、本発明では、入側ロール２Ａ、２Ａ、及び出側ロール２Ｂ、２Ｂのうち少なくとも一方の押し込み量をそれぞれ、アルミニウム合金板３の板厚（８ｍｍ）未満の範囲に規制する。
なお、前記したように本発明では、前記入側ロール及び出側ロールの押し込み量をＬとしたとき、この押し込み量Ｌは、前記入側ロール及び出側ロールの押し込みを行うための装置の動作範囲で、Ｌ＞０を満たすものである。また、本発明で、入側ロールまたは出側ロールの押し込み量が「０」の状態とは、アルミニウム合金板３が、レベラ（ロール）２によって、繰り返し曲げを全く受けていない状態をいう。
【００３０】
なお、本発明にあっては、前記ローラレベラ１の構成、例えば、その上下のレベラ（ロール）２の数、レベラ２の外径Ｄ、レベラ２のピッチＰ等は、特に限定されるものではなく、アルミニウム合金板３の板厚、ホイール用アルミニウム合金板４で所望の厚さ、またはローラレベラ１の長さ等に応じて適宜選択される。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明に係る実施例を、本発明の必要条件を満たさない比較例と対比させながら具体的に説明する。
まず、ＪＩＳ  Ｈ４０００で規定される５１５４合金及び５４５４合金を溶解して鋳塊を作製し、これに均質化処理を施した。続いて、この鋳塊を、従来の通常の熱間圧延、冷間圧延及び焼鈍の各工程を通して、本発明で規制した範囲内の合金成分を有するアルミニウム合金板を作製した。その後、焼鈍されたアルミニウム合金板を以下に示すサイズに切断し、以下に示す基本条件でローラレベラを通過させ、本発明の必要条件を満たす実施例Ｎｏ．１〜８のホイール用アルミニウム合金板、及び本発明の必要条件を満たさない比較例Ｎｏ．２〜５のアルミニウム合金板を作製した。
なお、本発明の必要条件を満たさない従来のホイールを構成するアルミニウム合金板として、前記ローラレベラを通過させない比較例Ｎｏ．１を作製した。
【００３２】
＜アルミニウム合金板のサイズ＞
板厚：３ｍｍまたは６ｍｍ、
幅  ：１３００ｍｍ
＜ローラレベラの条件＞
ロール径    ：７５ｍｍφ、
ロール幅    ：２０００ｍｍ、
ロールピッチ：８５ｍｍ、
ロールの本数：上側７本、下側６本、
アルミニウム合金板の搬送速度：５０ｍ／分
【００３３】
引き続き、前記実施例Ｎｏ．１〜８のホイール用アルミニウム合金板及び比較例Ｎｏ．１〜５のアルミニウム合金板について、引張方向が圧延方向と平行となるようにＪＩＳ５号で規定される引張試験片を作製し、ＪＩＳ  Ｚ２２４１で規定される引張試験を実施して、引張強さ、耐力及び伸びを求めた。
また、前記実施例Ｎｏ．１〜８及び比較例Ｎｏ．１〜５のホイール用アルミニウム合金板を夫々リム部、ディスク部に成形し、これら両者を溶接してホイールを作製した。そして、このホイールの外観を目視観察し、割れの発生などの表面状態の変化で評価した。すなわち、このホイールの表面で割れが全く見られず、成形加工性が良好なものを「○」、数箇所で微細な割れが見られ、成形加工性がやや劣ったものを「△」、比較的大きな割れが発生して成形加工性が明らかに悪かったものを「×」として評価した。これらの実施例Ｎｏ．１〜８及び比較例Ｎｏ．１〜５の構成と、これらを用いて作製されたホイールの目視観察結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
0003719667.tif 000002
【００３５】
表１に示すように、従来の工程、すなわち、実質的に焼鈍された後、本発明に含まれるローラレベラ工程を通さずに作製された比較例Ｎｏ．１のアルミニウム合金板は、伸びは本発明の必要条件を満たすものの引張強さ及び耐力が本発明の必要条件を満たしておらず、ホイールへの成形加工時に微細な割れが発生して成形加工性がやや劣っていた（評価「△」）。
【００３６】
また、比較例Ｎｏ．１の調質（Ｏ材）とは異なった調質を有する比較例Ｎｏ．２〜４（Ｈ材）は、引張強さ及び耐力が本発明の必要条件を満たしているものの伸びが本発明の必要条件を満たしておらず、成形加工の際に割れが多く発生して成形加工性に劣るものであった（評価「×」）。また、実質的に焼鈍された後に通過したローラレベラ工程で、入側ロールの押し込み量を「０」とし、出側ロールの押し込み量を板厚と同じ「３ｍｍ」とした比較例Ｎｏ．５は、引張強さ及び伸びが本発明の必要条件を満たしているものの伸びが本発明の必要条件を満たしておらず、成形加工の際に割れが多く発生して成形加工性が悪いものであった（評価「×」）。
【００３７】
一方、実質的に焼鈍を施した後に、本発明で規制した条件でローラレベラ工程を通した実施例Ｎｏ．１〜８では、伸びは焼鈍後とほぼ同等で、引張強さ、耐力も大幅に向上し、これらはいずれも本発明の必要条件を満たしてホイールへの成形加工は全く問題がなく、成形性に優れたものであった（評価「○」）。
そして、実施例Ｎｏ．１〜８の各アルミニウム合金板をバギー車用ホイールに成形加工して溶接し、実機試験を行ったところ、実用上、全く問題なく使用できることが確認された。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明した通りに構成される本発明によれば以下の効果を奏する。
すなわち、本発明の請求項１によれば、前記アルミニウム合金中の合金成分の量を規制するので所望とする表面の光沢性、優れた耐食性及び溶接性が発現され、前記の実質的に焼鈍されたアルミニウム合金板で、従来品と同等以上の引張強さ、耐力、伸びを確保して、従来品よりも薄肉化が可能なホイール用アルミニウム合金板を提供することができる。
【００３９】
また、請求項２の発明によれば、従来の一般的なホイール用アルミニウム合金板の板厚と同等で、前記の効果を備えたホイール用アルミニウム合金板を提供することができ、本発明に係るホイール用アルミニウム合金板を従来のアルミニウム合金製ホイールを製造するラインにそのまま適用することができる。
【００４０】
更に、請求項３の発明によれば、前記ローラレベラを用いて、前記実質的に焼鈍処理が施されたアルミニウム合金板に繰り返し曲げを効率的に作用させるので、伸びが焼鈍後の状態に保持され、かつ引張強さ及び耐力が向上されたホイール用アルミニウム合金板の製造方法を提供することができる。
また、請求項４の発明によれば、前記ホイール用アルミニウム合金板の製造方法での生産性をより向上させることができる。
【００４１】
そして、請求項５の発明によれば、前記ホイール用アルミニウム合金板をホイールに適用するので、所望の意匠性を付与することが可能になると共に、アルミニウム合金板をより薄肉化して軽量化が図られたホイールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いられる１例のローラレベラを模式的に示す図である。
【符号の説明】
１    ローラレベラ
２    レベラ（ロール）
２Ａ  入側ロール
２Ｂ  出側ロール
３    アルミニウム合金板（ローラレベラ工程を通過する前）
４    ホイール用アルミニウム合金板（ローラレベラ工程を通過した後）
Ｄ    レベラの外径
Ｐ    レベラのピッチ
【図１】
0003719667.tif 000003