(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
５〜１２質量％のＳｉ、０．２〜０．５質量％のＭｇ、０．１６〜０．８質量％のＦｅ、０．３〜０．５質量％のＭｎ、０．５質量％未満のＣｕ、及び、０．０３〜０．２質量％のＴｉを含み、Ｚｎが２質量％以下に規制されており、Ｆｅ及びＭｎが合計で０．５質量％以上であり、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金を用いてダイカスト鋳造を行う工程と、
前記ダイカスト鋳造後の半製品を金型内で３５０℃以下まで冷却し、その後、冷却剤を用いて７０℃以下まで、自然冷却よりも速く冷却する工程と、
前記冷却する工程後に、５〜７０℃の範囲内で前記半製品を３時間以上保持する工程と、
その後１４０〜２２０℃の範囲内で０．５時間以上且つ２時間未満の加熱処理を前記半製品に施す工程とを備えていることを特徴とするアルミホイールの製造方法。
【請求項２】
前記アルミニウム合金が０．５質量％未満のＣｕに規制されていることを特徴とする請求項１に記載のアルミホイールの製造方法。
【請求項３】
前記アルミニウム合金が０．１６〜０．８質量％のＦｅを含んでおり、Ｍｎを０．３〜０．５質量％含んでおり、ＦｅとＭｎの合計の質量％が０．５〜１．２質量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミホイールの製造方法。
【請求項４】
５〜１２質量％のＳｉ、０．２〜０．５質量％のＭｇ、０．１６〜０．８質量％のＦｅ、０．３〜０．５質量％のＭｎ、０．５質量％未満のＣｕ、０．０３〜０．２質量％のＴｉ、及び、０．００２〜０．０２質量％のＳｒを含み、Ｚｎが２質量％以下に規制されており、Ｆｅ及びＭｎが合計で０．５質量％以上であり、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金を用いてダイカスト鋳造を行う工程と、
前記ダイカスト鋳造後の半製品を金型内で３５０℃以下まで冷却し、その後、冷却剤を用いて７０℃以下まで、自然冷却よりも速く冷却する工程と、
前記冷却する工程後に、５〜７０℃の範囲内で前記半製品を３時間以上保持する工程と、
その後１４０〜２２０℃の範囲内で０．５時間以上且つ２時間未満の加熱処理を前記半製品に施す工程とを備えていることを特徴とするアルミホイールの製造方法。
【請求項５】
前記アルミニウム合金が０．０５〜０．２０質量％のＴｉを含んでいることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアルミホイールの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法に基づいて製造されていることを特徴とするアルミホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミホイールの製造方法及びアルミホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミホイールには強度、靱性、軽量性が求められる。従来、アルミホイールの製造には、これら３つの特性を確保するために、重力鋳造品にＴ６熱処理を施している（例えば、特許文献１）。重力鋳造は、注湯する速度が比較的遅く空気が混入しにくいので製造される鋳物の内部品質が良い。このため、重力鋳造によって製造されたホイールは一般に高い靱性が確保される。また、Ｔ６熱処理によると、熱処理しないものと比べて延性が低下するが、強度が向上する。その結果、強度と靱性が確保される範囲で、スポークの断面積とリムの断面積を小さくすることでホイール全体が軽量化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０３５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、重力鋳造はホイールの強度、軽量性及び靱性が確保されるが、鋳造に時間がかかるので生産性が低いという問題がある。そこで、生産性を高くするためにダイカスト鋳造を採用することが考えられる。
【０００５】
ところが、ダイカスト鋳造は、金型への注湯の際に、重力鋳造に比べて溶湯に空気が混入しやすい。このため、ダイカスト鋳造は、重力鋳造に比べて鋳物の内部品質が悪くなりやすい。
【０００６】
しかも、重力鋳造の場合と同様にダイカスト鋳造後にＴ６熱処理を実施すると、溶湯に混入した空気の膨張によるいわゆるブリスターが発生することによって、ホイールの靱性がさらに低下するおそれがある。したがって、ダイカスト鋳造は、熱処理によって強度を向上させることが難しい。このため、強度と靱性を確保するためには、スポークの断面積とリムの断面積をある程度の大きさにしなければならないので、重量が大きくなってしまう。
【０００７】
以上より、アルミホイールの鋳造においては、強度、軽量性及び靱性を確保しつつ生産性を高めることが困難であると考えられている。
【０００８】
本発明の目的は、強度、軽量性及び靱性を確保しつつ生産性を高めることが可能なアルミホイールの製造方法及びアルミホイールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のアルミホイールの製造方法は、５〜１２質量％のＳｉ、０．２〜０．５質量％のＭｇ、０．１６〜０．８質量％のＦｅ、０．３〜０．５質量％のＭｎ、０．５質量％未満のＣｕ、及び、０．０３〜０．２質量％のＴｉを含み、Ｚｎが２質量％以下に規制されており、Ｆｅ及びＭｎが合計で０．５質量％以上であり、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金を用いてダイカスト鋳造を行う工程と、前記ダイカスト鋳造後の半製品を金型内で３５０℃以下まで冷却し、その後、冷却剤を用いて７０℃以下まで、自然冷却よりも速く冷却する工程と、前記冷却する工程後に、５〜７０℃の範囲内で前記半製品を３時間以上保持する工程と、その後１４０〜２２０℃の範囲内で０．５時間以上且つ２時間未満の加熱処理を前記半製品に施す工程とを備えている。なお、自然冷却とは、常温の空気中に放置することで自然に冷却させることをいう。
【００１０】
重力鋳造のホイールに用いられていたＴ６熱処理においては、時効処理の前に高温の溶体化処理を行う。一方、本発明によれば、高温の溶体化処理を行わないため、ブリスターが発生しない。よって、Ｔ６熱処理に比べて靱性の低下を抑制しつつ強度を向上できる。
【００１１】
また、時効処理の温度が低すぎると処理に時間がかかりすぎ、温度が高すぎると品質管理が困難になる。温度が高い場合には炉の温度管理が難しく、炉内温度のむらにより品質にばらつきが生じるおそれがあるためである。しかし、本発明では、１４０〜２２０℃の適度な温度範囲で時効処理が行われている。このため、品質管理がしやすいと共に、処理に時間がかかりすぎることがない。
【００１２】
また、Ｍｇには熱処理を経ると鋳物の強度を上げる効果がある。これは、Ｍｇ2Ｓｉが形成されることによる。しかし、Ｍｇの含有率が０．２質量％未満であるとＭｇ2Ｓｉが十分に生成されないため、強度が十分に上がらない。また、含有率が０．５質量％を超えると強度は上がるが伸びが下がり、これによって靱性が下がる。したがって、Ｍｇの含有率を０．５質量％以下とすることで靱性の低下を抑えつつ、Ｍｇの含有率を０．２質量％以上とすることで強度を十分に向上させることができる。なお、Ｍｇの含有率は、好ましくは０．３質量％〜０．４質量％である。これによれば、ホイールに求められる強度と靭性をより適切に確保できる。
【００１３】
以上により、ホイールの靱性の低下を抑制しつつ、ホイールの強度を十分に確保できる。したがってその分、ホイールを軽量化できる。また、ダイカスト鋳造により生産性を向上できる。よって、強度、軽量性及び靱性を確保しつつ生産性を高めることが可能である。さらに、時効処理に時間がかからないため、生産性をより向上させることができる。
【００１４】
また、本発明においては、前記アルミニウム合金が０．５質量％未満のＣｕに規制されていることが好ましい。
【００１５】
Ｃｕはアルミニウム中に固溶してアルミニウム合金の機械的性質を向上させる効果がある。しかし、本アルミニウム合金のようにマグネシウムとシリコンの金属間化合物であるＭｇ2Ｓｉで強化する合金は、Ｃｕが添加されると、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系の金属間化合物が生成する。この金属間化合物が生成するときには、Ｍｇがこの金属間化合物の生成に消費されるために、Ｍｇ2Ｓｉが生成する量が減る。このような理由により、Ｃｕが０．５質量％以上になると熱処理により機械的性質が向上する効果が小さくなる。このため、Ｃｕの含有率を０．５質量％未満とすることにより、熱処理の効果を確保してホイールの強度を向上させつつ、ホイールをさらに軽量化できる。
【００１６】
また、本発明においては、前記アルミニウム合金が０．１６〜０．８質量％のＦｅを含んでおり、Ｍｎを０．３〜０．５質量％含んでおり、ＦｅとＭｎの合計の質量％が０．５〜１．２質量％であることが好ましい。
【００１７】
Ｆｅの添加量が増えると、針状晶が生成して靭性が低下する。ダイカスト鋳造は、重力鋳造と比べて冷却速度が速いので、重力鋳造と比べて鉄の針状晶が発生しにくい。例えば重力鋳造では鉄の含有量が０．３質量％でも針状晶が発生する。ダイカストの場合、Ｆｅの含有量が０．８質量％以下では、鉄の針状晶は発生しない。一方、Ｆｅは、溶湯と金型の焼付きを抑える効果がある。金型が焼きつかないために必要なＦｅの含有率は０．１６質量％以上である。これにより、溶湯と金型の焼き付き性が向上するため、ホイールを薄肉にしても焼付きにくい。つまり、ホイールを薄肉にして溶湯の通路の断面積を小さくしたことで溶湯の充填速度が速くなっても、焼き付きが生じにくい。よって、生産性が低下しにくい。これにより、ホイールの靱性の低下を抑制しつつ、生産性をさらに高めることができる。また、Ｍｎが０．３〜０．５％含まれていることが望ましい。ＭｎはＦｅと同様に溶湯と金型との焼付きを抑える効果がある。Ｆｅの添加量が多いと針状晶が生成しやすいため、できるだけ減らしたいが金型との焼付きも防ぎたい。Ｆｅの代用としてＭｎを添加することで金型との焼付きを抑え針状晶も生成しない。ＦｅとＭｎの含有率の合計を０．５〜１．２質量％の範囲に管理することで伸びを低下させずに金型との焼付きを防ぐことができる。
【００１８】
本発明の別の観点におけるアルミホイールの製造方法は、５〜１２質量％のＳｉ、０．２〜０．５質量％のＭｇ、０．１６〜０．８質量％のＦｅ、０．３〜０．５質量％のＭｎ、０．５質量％未満のＣｕ、０．０３〜０．２質量％のＴｉ、及び、０．００２〜０．０２質量％のＳｒを含み、Ｚｎが２質量％以下に規制されており、Ｆｅ及びＭｎが合計で０．５質量％以上であり、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金を用いてダイカスト鋳造を行う工程と、前記ダイカスト鋳造後の半製品を金型内で３５０℃以下まで冷却し、その後、冷却剤を用いて７０℃以下まで、自然冷却よりも速く冷却する工程と、前記冷却する工程後に、５〜７０℃の範囲内で前記半製品を３時間以上保持する工程と、その後１４０〜２２０℃の範囲内で０．５時間以上且つ２時間未満の加熱処理を前記半製品に施す工程とを備えている。
【００１９】
Ｓｒの添加によりシリコン結晶粒が微細化し、もって、強度と靭性が向上する。Ｓｒの含有率が０．００２質量％以上であれば結晶粒が微細化する効果が確保される。
【００２０】
また、本発明においては、前記アルミニウム合金が０．０５〜０．２０質量％のＴｉを含んでいることが好ましい。
【００２１】
Ｔｉの添加によりアルミ結晶粒が微細化し、もって、強度と靱性が向上する。Ｔｉの含有率が０．０５質量％以上であれば効果がより適切に確保される。
【００２２】
また、本発明のアルミホイールは、上記製造方法に基づいて製造されている。これによれば、製造工程においては生産性を高めつつ、強度、軽量性及び靱性が確保されたアルミホイールが実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施の形態が採用された自動二輪車の側面図である。
【図２】図１の自動二輪車用に用いられるホイールの左側面図である。
【図３】本実施形態のホイールの製造工程を示すフロー図である。
【図４】図４のダイカスト鋳造工程において用いられる鋳型の正面図である。破線は金型の内部に形成される構造を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、自動二輪車１を例に挙げて説明する。自動二輪車１には、本発明に係るアルミホイールが採用されたホイール１００が設けられている。
【００２５】
なお、以下の説明において、前後方向とは、自動二輪車１の後述するライダーシート１１に着座したライダーＲから視た車両前後方向のことである。左右方向とは、ライダーシート１１に着座したライダーＲから視たときの車両左右方向（車幅方向）のことである。図中の矢印Ｆ方向と矢印Ｂ方向は、前方と後方を表している。図中の矢印Ｌ方向と矢印Ｒ方向は、右方と左方を表している。図２以降において、前後左右上下の各方向は、ホイール１００が自動二輪車１に設けられた状態での方向に対応する。
【００２６】
図１に示すように、自動二輪車１は、前輪２と、後輪３と、車体フレーム４と、ライダーシート１１とを備えている。車体フレーム４のライダーシート１１より前方の部分には、ハンドルユニット９が設けられている。ハンドルユニット９の右端部にはグリップ９Ｒが、左端部にはグリップ９Ｌがそれぞれ設けられている。なお、図１にはグリップ９Ｌのみが図示されている。グリップ９Ｒは左右方向にグリップ９Ｌの反対側に配置されている。グリップ９Ｒは、アクセルグリップである。グリップ９Ｒの近くにはブレーキレバーが取り付けられている。グリップ９Ｌの近くにはクラッチレバー１０が取り付けられている。ハンドルユニット９には、フロントフォーク７の上端部が固定されている。このフロントフォーク７の下端部には、左右方向に沿って延びる車軸１７が固定されている。車軸１７には前輪２が支持されている。前輪２は、ホイール１００とホイール１００の外周に取り付けられたタイヤ２ａとを有している。
【００２７】
車体フレーム４の下部には、スイングアーム１２の前端部が揺動可能に支持されている。このスイングアーム１２の後端部は、後輪３を支持している。スイングアーム１２の揺動中心と異なる箇所と車体フレーム４とは、上下方向の衝撃を吸収するリアサスペンションを介して接続されている。
【００２８】
車体フレーム４は、水冷式のエンジン１３を支持している。なお、エンジン１３は、空冷式であってもよい。車体フレーム４は、エンジン１３を直接支持していてもよいし、他の部材を介して間接的に支持していてもよい。エンジン１３の上方には、燃料タンク１４が配置されている。
【００２９】
エンジン１３の後方には、複数段の変速ギヤを有するトランスミッションが配置されている。エンジン１３の駆動力は、トランスミッションおよびチェーン２６を介して後輪３に伝達される。トランスミッションの左側には、トランスミッションのギヤを切り換えるためのシフトペダル２４が設けられている。車体フレーム４の両側方であって後輪３のやや前方にはフットレスト２３が設けられている。ライダーＲは、乗車中、フットレスト２３に両足を載せる。
【００３０】
前輪２の上方であってグリップ９Ｒ及び９Ｌの前方には、フロントカウル１５が配置されている。前後方向にフロントカウル１５とグリップ９Ｒ及び９Ｌとの間にはメーターユニット１６が配置されている。メーターユニット１６は、表示面が後方かつ上方を向くように、前後方向と上下方向に対して傾斜して配置されている。表示面には、車速やエンジン回転数、車両の状態、走行距離、時計、計測時間などが表示される。
【００３１】
以下、本発明のアルミホイールが採用されたホイール１００について、図２を参照しつつより詳細に説明する。ホイール１００は、アルミニウム合金から形成されており、ダイカスト鋳造法により一体的に鋳造されている。また、ホイール１００には、ダイカスト鋳造後にＴ５熱処理が施されている。ダイカスト鋳造及びＴ５熱処理の詳細については後述する。
【００３２】
ホイール１００は、図２に示すように、車軸１７が挿入される車軸挿入穴１１１ａが形成された車軸挿入部１１０と、車軸挿入部１１０から車軸挿入穴１１１ａの中心軸の径方向（以下、単に「径方向」とする）に延びた複数のスポーク１５１を有するスポーク部１５０と、スポーク１５１と接続されたリム部１４０とを有している。なお、本明細書において「径方向に延びる」とは、車軸挿入穴１１１ａの中心軸を通る厳密な径方向（例えば、図２に示す径方向）に沿って延びる場合に限られない。厳密な径方向に対して傾斜した方向に沿って車軸挿入部１１０からリム部１４０に向かって延びる場合も「径方向に延びる」に含まれる。つまり、車軸挿入穴１１１ａの中心軸を通らない直線に沿って車軸挿入部１１０からリム部１４０に向かって延びる場合も「径方向に延びる」に含まれる。
【００３３】
車軸挿入部１１０の中央には、図２に示すように、車軸挿入穴１１１ａが内部に形成されたボス部１１１が設けられている。ボス部１１１は、軸方向が左右方向に沿った円筒形状を有している。また、車軸挿入部１１０には、ブレーキディスク固定用の４つのボルト穴１１２がボス部１１１の周囲に形成されている。なお、このボルト穴は３つから６つでもよい。
【００３４】
車軸挿入部１１０は、リム部１４０に向かって径方向に突出した５つの突出部１１０ａを有するほぼ五角形の板形状を有している。５つの突出部１１０ａは、スポーク１５１と接続されている。各突出部１１０ａからは、径方向にリム部１４０に向かって２本のスポーク１５１が延びている。突出部１１０ａ及びこれと接続された２本のスポーク１５１からなる領域（図２の二点鎖線Ｑで囲まれた領域）は、互いに同じ形状及び同じ大きさである。以下、これらの各領域を領域Ｑとする。これらの領域Ｑは、周方向に関しては等間隔に、径方向に関しては同じ位置に配置されている。領域Ｑは、図２に示す径方向に沿った直線Ｐに関してほぼ対称である。領域Ｑにおいて、２本のスポーク１５１の間には、図２においてほぼ三角形の空間を規定する縁部１５１ａが形成されている。隣り合う２つの領域Ｑのスポーク１５１同士の間には、図２においてほぼ台形の空間を規定する縁部１５１ｂが形成されている。このように、全体で１０本のスポーク１５１が、車軸挿入穴１１１ａの中心軸の周方向（以下、単に「周方向」とする）に関して互いに間隔を空けて配置されている。
【００３５】
各スポーク１５１は、その延びる方向（例えば、図２の両矢印Ｄ１に沿った方向）に直交する断面の面積が車軸挿入部１１０からリム部１４０に向かうに連れて小さくなるように形成されている。
【００３６】
リム部１４０は、周方向に延びると共に環状に形成されている。リム部１４０の直径は１４〜１７インチであり、自動二輪車向けの大きさに設定されている。リム部１４０の車軸挿入穴１１１ａに面した表面に、各スポーク１５１が接続されている。リム部１４０には、径方向に車軸挿入部１１０から遠い表面にタイヤ２ａが取り付けられる。
【００３７】
以下、本実施形態のホイール１００の製造工程について説明する。まず、ホイール１００を形成する材料となるアルミニウム合金の組成について説明する。本アルミニウム合金は、５〜１２質量％のＳｉ、０．２〜０．５質量％のＭｇ、０．１６〜０．８質量％のＦｅ、０．３〜０．５質量％以下のＭｎ、０．５質量％以下のＣｕ、２質量％以下のＺｎ、及び、０．０３〜０．２質量％のＴｉを含んでいる。なお、本アルミニウム合金にさらにＳｒが含まれていてもよい。これらの添加物以外の残部はＡｌ及び不可避不純物である。
【００３８】
各添加物の機能は以下のとおりである。Ｓｉは５質量％以上において溶湯の流動性を向上させる一方、１２質量％以下において鋳造品の伸びを確保できる。なお、伸びを確保しつつ流動性をできるだけ向上させる観点から、Ｓｉの含有率は８．５〜９．５質量％の範囲であることがより好ましい。
【００３９】
Ｍｇには熱処理を経ると鋳物の強度を上げる効果がある。これは、Ｍｇ2Ｓｉが形成されることによる。しかし、Ｍｇの含有率が０．２質量％未満であるとＭｇ2Ｓｉが十分に生成されないため、強度が十分に上がらない。また、含有率が０．５質量％を超えると強度は上がるが伸びが下がり、これによって靱性が下がる。したがって、Ｍｇの含有率を０．５質量％以下とすることで靱性の低下を抑えつつ、Ｍｇの含有率を０．２質量％以上とすることで強度を十分に向上させることができる。なお、Ｍｇの含有率は、好ましくは０．３質量％〜０．４質量％である。これによれば、ホイールに求められる強度と靭性をより適切に確保できる。
【００４０】
Ｆｅは０．１６質量％以上において離型性を向上させる効果がある。なお、Ｆｅには溶湯と金型の焼付き性を向上させる効果がある。金型が焼きつかないために必要なＦｅの含有率は０．５質量％である。また、Ｆｅの添加量が増えると、針状晶が生成して靭性が低下する。一方、本実施形態において採用されているダイカスト鋳造は冷却速度が速いので、重力鋳造と比べて鉄の針状晶は発生しにくい。例えば重力鋳造では鉄の含有量が０．３質量％でも針状晶が発生する。これに対し、ダイカスト鋳造の場合、Ｆｅの含有量が０．８質量％以下では鉄の針状晶は発生しない。したがって、Ｆｅの含有率は０．１６〜０．８質量％の範囲であることが好ましい。
【００４１】
Ｍｎは、溶湯と金型の焼付き性を向上させる効果がある。多量に添加すると鋳造品の伸びを低下させるおそれがある。Ｍｎの含有率が１．５質量％以下であれば鋳造品の伸びを確保しやすい。なお、Ｍｎの含有率は０．３〜０．５質量％の範囲であることが好ましい。これによると、焼き付き性を向上しつつ、伸びを低下させることがない。ＦｅとＭｎの含有率の合計を０．５〜１．２質量％の範囲に管理することで伸びを低下させずに金型との焼付きを防ぐことができる。
【００４２】
Ｃｕはアルミニウム中に固溶してアルミニウム合金の機械的性質を向上させる効果がある。しかし、本アルミニウム合金のようにマグネシウムとシリコンの金属間化合物であるＭｇ2Ｓｉで強化する合金は、Ｃｕが添加されると、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系の金属間化合物が生成する。この金属間化合物が生成するときには、Ｍｇが消費されるために、Ｍｇ2Ｓｉが生成する量が減る。このような理由により、Ｃｕが０．５質量％以上になると熱処理により機械的性質が向上する効果が低くなる。このため、アルミニウム合金の機械的性質を向上する効果を確保しつつ熱処理の効果を確保するためには、Ｃｕの含有率を０．５質量％未満とすることが好ましい。
【００４３】
Ｚｎが２質量％を超えると鋳造品の靱性が低下する。したがって、Ｚｎの含有率を２質量％以下とすることで靱性を確保できる。なお、靱性の確保の観点から、Ｚｎの含有率を０．１５質量％以下とすることが好ましい。
【００４４】
Ｔｉにはアルミ結晶粒を微細化させ、もって、強度及び靱性を向上する効果がある。Ｔｉの含有率を０．０３質量％以上とすることで強度及び靱性を向上できる。かかる効果は、Ｔｉの含有率が０．２質量％を超えると変化しない。なお、かかる効果をより適切に確保する観点によれば、Ｔｉの含有率が０．０５〜０．２０質量％の範囲であることが好ましい。
【００４５】
なお、本アルミニウム合金にはさらにＳｒが添加されていることが好ましい。Ｓｒにはシリコン結晶粒を微細化させ、もって、強度と靭性が向上する効果がある。Ｓｒの含有率を０．００２質量％以上とすることで強度及び靱性を向上できる。かかる効果は、Ｓｒの含有率が０．０２質量％を超えると変化しない。なお、かかる効果をより適切に確保する観点によれば、Ｓｒの含有率が０．００５〜０．０２質量％の範囲であることが好ましい。
【００４６】
次に、ダイカスト鋳造及びその後の熱処理の各工程について、図３及び図４を参照しつつ説明する。まず、図４に示す鋳型２００を用いてダイカスト鋳造を行う（図３の工程Ｓ１）。鋳型２００は、金型２０１の内部において、ホイール１００の形状に対応した形状に形成されている。鋳型２００における車軸挿入部１１０に対応する領域２００ａには、アルミニウム合金の溶湯を注入する注入路２０２が接続されている。注入路２０２には、スリーブを介して溶湯に圧力を加えるピストン２０５とロッド、シリンダが接続されている。鋳型２００の周囲には、鋳型２００に流し込まれた溶湯のうち、内部品質の悪い溶湯を排出するオーバーフロー２０３が形成されている。オーバーフロー２０３は、鋳型２００におけるリム部１４０に対応する領域２００ｃに接続されている。オーバーフロー２０３は、ホイール１００の周方向に対応する方向に関して、鋳型２００におけるスポーク１５１に対応する領域２００ｂ同士の間に配置されている。オーバーフロー２０３はさらに排出路２０４に接続されている。排出路２０４は金型２０１の外部へと金型内の空気と内部品質の悪い溶湯を排出するための流路である。
【００４７】
ピストン２０５に溶湯が注入された後、３０〜６０ＭＰａ（メガパスカル）の高い圧力がピストン２０５によって溶湯に印加される。これにより、ピストン２０５から注入路２０２を介して鋳型２００内に溶湯が注入される。溶湯は、鋳型２００において、他の鋳造法と比べて速い速度（所要時間にして０．０４〜０．１６秒）で領域２００ａ、領域２００ｂ及び領域２００ｃを順に通り、オーバーフロー２０３へと排出される。これによって鋳型２００内に存在する空気等が溶湯と共に排出される。図４の太い黒矢印は、溶湯の流れの一例を示している。溶湯は、１０本のスポーク１５１に対応する領域２００ｂのそれぞれから領域２００ｃへと流れ込み、周方向に沿って二手に分かれる。二手に分かれた溶湯は、周方向に領域２００ｂ同士の間に存在するオーバーフロー２０３へと流れ込む。
【００４８】
ダイカスト鋳造（図３の工程Ｓ１）後には、以下の通り、Ｔ５熱処理を実施する。工程Ｓ１の終了後、半製品を金型内にとどめたまま、温度が３５０℃以下になるまで半製品を冷却する（工程Ｓ２）。３５０℃を超えた高温の状態では、半製品を水に浸漬させても半製品の周囲の水が一瞬で蒸発する。このため、この温度域では半製品を金型内にとどめた方が早く冷却できる。金型内に半製品を保持する時間は、１５秒から４５秒程度である。また、３５０℃（又はそれ以下）の時点で半製品を取り出すのは、この温度が凝固とすべての金属間化合物の析出が完了している温度だからである。３５０℃以下まで金型内で冷却を行うことも可能であるが、金型温度は１００℃〜２００℃（部分的には２５０℃）であるので製品温度が下がって金型温度に近づくほど冷却速度が小さくなる。また、金型内に長時間製品がとどまってしまうと、次の製品の製造工程が開始できず、結果としてサイクルタイムが長くなってしまい生産性が落ちる。
【００４９】
半製品の温度が３５０℃以下まで低下したら、鋳型２００から半製品を取り出す（工程Ｓ３）。そして、取り出した半製品を水に浸漬させることで、冷却を行う（工程Ｓ４）。これにより、次の工程である自然時効を開始する準備が整う。半製品の温度が３５０℃以下まで低下していると、水により冷却を行っても、金型によって３５０℃まで冷却した速度と同等の冷却速度が得られる。なお、この冷却時の冷却剤として、水以外に、水溶液など、他の冷却剤が用いられてもよい。仮に冷却を完全に行わない状態で自然冷却を行うと、自然時効処理をしないで人工時効処理を行うことと同等の工程となってしまい、機械的性質の向上の効果が少なくなる現象が生じてしまう。このため、自然時効温度より高い温度にさらされる時間を短くすることが大切である。自然冷却では、実際３５０℃から７０℃まで冷却されるのに３０分以上の時間がかかる。したがって、工程Ｓ３においては、自然冷却よりも速く冷却するような冷却剤が用いられればよい。冷却後、半製品を５〜７０℃の温度において３時間以上保持する（工程Ｓ５）。その後、１４０〜２２０℃の範囲で０．５時間以上、且つ、２時間未満の時間で半製品に加熱処理を施す（工程Ｓ６）。Ｔ５熱処理に関する工程Ｓ２〜Ｓ６を経ることにより、鋳造後の材料の０．２％耐力は１５０〜２１０ＭＰａとなる。一方、これらの工程を行っていないと、鋳造後の材料の引っ張り強度は１５０ＭＰａ未満となる。
【００５０】
以上説明した本実施形態によると、ダイカスト鋳造を採用しているため、充填してから凝固するまでの時間が短く、重力鋳造等と比べて生産性が高い。また、重力鋳造は、鋳造時に金型表面に塗型材を塗るので製品表面が平滑にならない。これに対し、ダイカスト鋳造であれば、滑らかな外観を得ることができる。具体的には、重力鋳造では鋳物の表面における十点平均粗さが１００μｍ程度になってしまうのに対し、ダイカスト鋳造では鋳物表面の十点平均粗さが２０μｍ程度である。さらに、重力鋳造では鋳物の最小肉厚が３ｍｍ程度（限界は２．５ｍｍ）であるのに対し、ダイカスト鋳造では鋳物の最小肉厚を２ｍｍ程度（限界は１．８ｍｍ）にすることができる。
【００５１】
一方で、アルミホイールの鋳造においては、ダイカスト鋳造は、以下の理由から、強度、軽量性及び靱性を確保しつつ生産性を高めることが困難であると考えられていた。ダイカスト鋳造は、金型への注湯の際に、重力鋳造に比べて溶湯に空気が混入しやすい。したがって、ダイカスト鋳造は、重力鋳造に比べて靱性が低くなりやすい。なお、金型内を真空にして混入する空気の量を減らす方法も検討されている。しかし、この方法は、金型や設備の仕様が大掛かりになるため、ダイカスト一般に広く適用されているわけではない。また、重力鋳造等で用いられる熱処理であるＴ６熱処理においては、時効処理の前に高温の溶体化処理を行う。このとき、溶湯に混入した空気の膨張によるいわゆるブリスターが発生することによって、ホイールの靱性がさらに低下するおそれがある。したがって、ダイカスト鋳造は、熱処理によって強度を向上させることが難しい。
【００５２】
これに対し、本実施形態のＴ５熱処理の場合、高温の溶体化処理を行わないため、ブリスターが発生しない。よって、延性が低下しにくくなるため、靱性の向上につながる。また、溶体化処理を行わないので、半製品を再度加熱する必要がなく、生産性が高い。
【００５３】
また、本実施形態では、１４０〜２２０℃の温度範囲で時効処理が行われている。時効処理の温度が低すぎると処理に時間がかかりすぎ、温度が高すぎると品質管理が困難になる。温度が高い場合には炉の温度管理が難しく、炉内温度のむらにより品質にばらつきが生じるおそれがあるためである。しかし、本実施形態では、１４０〜２２０℃の適度な温度範囲で時効処理が行われている。このため、品質管理がしやすいと共に、処理に時間がかかりすぎることがない。
【００５４】
また、本実施形態では、鋳造に用いられるアルミニウム合金がＳｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ及びＴｉをそれぞれ適切な含有率で含んでいる。これにより、強度と靱性の両方が適切に確保されている。
【００５５】
以上により、本実施形態の製造方法によって製造されたホイール１００は、靱性の低下が抑制されると共に、強度が十分に確保される。したがってその分、ホイール１００が軽量化される。また、ダイカスト鋳造により生産性を向上できる。よって、強度、軽量性及び靱性を確保しつつ生産性を高めることが可能である。さらに、時効処理に時間がかからないため、生産性をより向上させることができる。
【００５６】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。本明細書における変形例は適宜組み合わせて実施することができる。なお、本明細書において「好ましい」という用語は非排他的なものであって、「好ましいがこれに限定されるものではない」ということを意味するものである。
【００５７】
例えば、上述の実施形態に係るホイール１００には、１０本のスポーク１５１が設けられている。しかし、本実施形態の製造方法によって製造されるホイールは、スポークが１０本のものに限られない。例えば、スポークが１０本未満のものや１１本以上のものが製造されてもよい。なお、本実施形態の製造方法によれば強度、靱性及び生産性をいずれも確保できる。このため、スポークの本数が比較的多く、各スポークの断面積が比較的小さいホイールを製造するのに適している。本製造方法は、例えば、スポークが５〜１０本のホイールを製造するのに適しており、１０本のホイールを製造するのに特に適している。
【符号の説明】
【００５８】
１        自動二輪車
１７      車軸
１００    ホイール
１１０    車軸挿入部
１１１ａ  車軸挿入穴
１４０    リム部
１５０    スポーク部
１５１    スポーク
２００    鋳型
３００    ホイール
３１０    車軸挿入部
３１１ａ  車軸挿入穴
３４０    リム部
３５０    スポーク部
３５１    スポーク
【図１】
0006034333.tif 000002
【図２】
0006034333.tif 000003
【図３】
0006034333.tif 000004
【図４】
0006034333.tif 000005