(57)【要約】【課題】  ピンホール等の欠陥によるモレを抑えた信頼性が高く、また生産性の高い軽合金ホイールを提供する。【解決手段】  リム部とディスク部を有する軽合金ホイールであって、前記リム部の少なくとも一部が、その合金表面にホイール径方向の厚さが０．０２ｍｍ以上の塑性流動組織を有することを特徴とする。さらに、前記組織を得るために、鋳造した軽合金ホイール素材の切削加工において、工具先端の曲率半径が３ｍｍ以上のカーバイド系切削工具を用いる事を特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造組織を持つリム部とディスク部を有する軽合金ホイールであって、前記リム部の少なくとも一部が、その合金表面に塑性流動組織を有する軽合金ホイール。
【請求項２】
前記リム部の少なくとも一部は、リム部内周側の少なくとも一部である請求項１に記載の軽合金ホイール。
【請求項３】
前記塑性流動組織のホイール径方向の厚さが０．０２ｍｍ以上０．５ｍｍ以内である請求項１または２に記載の軽合金ホイール。
【請求項４】
前記鋳造組織はチル相又はデンドライト相であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の軽合金ホイール。
【請求項５】
前記リム部の表面には旋盤加工により形成された縞状の加工跡を有し、前記縞状の加工跡は、そのピッチが０.８ｍｍ以上、１.３ｍｍ以下で、あることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の軽合金ホイール。
【請求項６】
ホイール素材を鋳造する工程と前記ホイール素材を切削加工する工程を有する軽合金ホイールの製造方法であって、前記切削加工によって軽合金ホイールのリム部の少なくとも一部の合金表面に塑性流動組織を形成することを特徴とする軽合金ホイールの製造方法。
【請求項７】
前記切削加工に、カーバイド系で、かつ切削刃が３ｍｍ以上の曲率半径を有する切削工具を用いることを特徴とする請求項６に記載の軽合金ホイールの製造方法。
【請求項８】
前記切削加工はホイール素材のリム部を旋盤加工するものであり、切削工具の一回転当りの送り量が０.８ｍｍ以上、１.３ｍｍ以下の条件で加工することを特徴とする請求項７に記載の軽合金ホイールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽合金製の車両用ホイールおよびその製造方法に関し、特に鋳造により製造した車両ホイールの切削加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のロードホイールには種々の材質、構造のものがあるが、自動車の軽量化に寄与し、かつ装飾性の高いものとして、アルミホイールに代表される軽合金ホイールが使用されている。一般に軽合金ホイールは、ボルトとナットにより車軸に取付けられる厚肉のハブ部と厚肉部と薄肉部が混在してデザインを構成するスポークからなるディスク部と、タイヤが取着される薄肉のリム部から構成されている。リム部の形状は規格により厳しく規定されている。リム部のアウターフランジとインナーフランジ、アウター側のビードシート部とインナー側のビードシート部およびそれらの間の部分は、タイヤが接触して内部の空気を密封するための部分であり、特に重要な部分である。したがって、これらの部分を含むリム部には、特にピンホールなど気密性を損なう欠陥が極力少ないことが好ましいといえる。
【０００３】
この軽合金ホイールは、ダイカスト法、重力鋳造法、溶湯鍛造法、低圧鋳造法等の方法で製造することができる。特に重力鋳造法、低圧鋳造法では、溶湯が金型キャビティ内に低速で充填されるので、ガスの巻込み及び酸化物の発生が他の鋳造法に比べて極力抑制され、欠陥部分を少なくすることができる。
【０００４】
鋳造後のホイール素材には、例えばＴ６処理などの熱処理を施した後、リム部を含めて切削加工を施し、所望の形状・寸法に仕上げる。切削加工は、通常切削工具（以下、バイトという）を用いて旋盤により行う。また、自動車用アルミホイールの表面の光揮性の向上を目的として、単結晶ダイヤモンドバイトを用いて、自動車用アルミホイールの表面を鏡面加工する方法も開示されている（特許文献１）。すなわち、軽合金ホイールの切削加工は、通常形状・寸法制御、或いは表面装飾性の向上を目的として行われる。加工後は、さらに塗装・焼付け処理などを施し、最終製品となる。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３４２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の鋳造法等を用い、製造条件を制御することによってガスの巻き込み等による欠陥を低減することはできるが、完全になくすことは困難であった。また、リム部に一度ピンホールが形成されたものは、タイヤを装着した際の気密性が不十分となり、いわゆるモレ不良を招来してしまい、その存在はホイールの信頼性・生産性を低下させてしまうという問題があった。これに対して、リム部の肉厚を大きくすることによってモレを防ぐ方法も考えられるが、ホイール重量が増加してしまい、軽合金ホイールの利点を損なうこととなってしまう。特に鋳造をする際、溶湯を注湯するキャビティの湯口をリム部周辺に設けた場合、リム部の指向性凝固が難しく引け巣などが発生しやすいために上記の問題がさらに顕著に発生する。
【０００７】
これらの問題に鑑み、本発明の目的は、ピンホール等の欠陥によるモレを防ぎ、信頼性・生産性の高い軽合金ホイールおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、鋳造組織を持つリム部とディスク部を有する軽合金ホイールであって、前記リム部の少なくとも一部が、その合金表面に塑性流動組織を有する軽合金である。従来は単結晶ダイヤモンドバイト等の切削性能の良いバイトを使用し、かつ先端部のバイト切削部の形状が鋭利的であったため、リム部の旋盤加工における切削性能は良好であったが、その結果としてリム部内に存在する引け巣などの鋳造欠陥部が旋盤加工により剥き出しになり、リム部の気密性を阻害していることが解った。よって、リム部の合金表面を塑性流動させることによって、ピンホールなどの鋳造欠陥を押しつぶし、これによりピンホールによるモレを防ぎ、信頼性・生産性の高い軽合金ホイールを提供することができる。
【０００９】
また、前記リム部の少なくとも一部は、リム部の内周側の一部であること、すなわち塑性流動組織をリム部内周側の合金表面に形成することが好ましい。リム部外周側はタイヤを装着するため、表面粗さの小さい精細な切削面とすることが好ましいのに対して、リム部内周側は、かかる制約がないため十分な量の塑性流動組織を形成することができる。
【００１０】
また、前記塑性流動組織のホイール径方向の厚さは０．０２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。塑性流動組織のホイール径方向の厚さを該範囲とすることで、ピンホールの低減をより確実なものとし、信頼性・生産性のよりいっそう高い軽合金ホイールを得ることができる。塑性流動組織が０．０２ｍｍ未満では鋳造欠陥部がリム部の表面に露出してしまうことが有り、ピンホールの消滅・閉塞の効果が不十分である。また、０．５ｍｍを超えてしまうと旋盤加工の際の切削性能が落ち、バイトの損耗が激しい、所望の寸法精度が得られないなどの影響が出る。塑性流動組織の範囲は０．０５〜０．４ｍｍがさらに好ましく、０．０８〜０．３ｍｍがさらに好ましい。
【００１１】
リム部の表面には旋盤加工による加工面が形成される。この加工面は従来と比較して粗く、バイトの一回転辺りの送り量は０.８ｍｍ以上、１.３ｍｍ以下であり、ことが特徴である。送り量が０.８ｍｍ未満であるとバイトがリム部の加工面を押し潰さず、形成される塑性流動組織の厚さが薄くなってしまう。また、送り量が１.３ｍｍ超であるとバイトにかかる負荷が増大し、バイトの損耗が激しい、所望の寸法精度が得られないなどの影響が出る。バイトの送り量は一回転当り０.９ｍｍ〜１.２ｍｍがさらに好ましい。また、塑性流動組織とならない内層部分は一般的な鋳造組織であるチル層やデンドライト相である。
【００１２】
また、本発明は、ホイール素材を鋳造する工程と前記ホイール素材を切削加工する工程を有する軽合金ホイールの製造方法であって、前記切削加工によって軽合金ホイールのリム部の少なくとも一部の合金表面に塑性流動組織を形成することを特徴とする。切削加工は、通常形状・寸法加工を主たる目的とするが、この切削加工でリム部の合金表面に塑性流動組織を形成することによって、工程を複雑化することなくモレの少ない軽合金ホイールを提供することができる。
【００１３】
また、本発明は、ホイール素材を鋳造する工程と前記ホイール素材を切削加工する工程を有する軽合金ホイールの製造方法であって、前記切削加工にカーバイド系で、かつ切削刃が３ｍｍ以上の曲率半径を有する切削工具を用いることを特徴とする。加工工程において、カーバイド系の切削工具を用いることによって、軽合金ホイールのリム部合金表面での塑性流動組織の形成を可能とする。
【００１４】
切削加工はホイール素材のリム部を旋盤加工するものであり、切削工具の送り量が一回転当り０.８ｍｍ以上、１.３ｍｍ以下の条件で加工することで、本発明の意図とする塑性流動組織を所定の厚さで形成でき、好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、リム部の少なくとも一部の合金表面が組成流動組織を有することによってピンホールによるモレを防ぎ、気密性において信頼性の高い軽合金ホイールを提供することができる。また、本発明の製造方法によれば、前記塑性流動組織を簡易な方法で付与することができるため、信頼性の高い前記軽合金ホイールを高い生産性をもって製造することができる。これに付随して歩留まりが改善され、不良品の再搬送、ライン外の手動による搬送、人力による手直し工程などの非定常作業が減り、人的コストおよび労働負荷を大幅に抑えることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
まず、所望の形状の鋳型内に合金溶湯を注湯し、軽合金ホイール素材を形成する。ここで、使用される軽合金は、例えばＡＣ４Ｃ，ＡＣ４ＣＨ材の他、Ａｌ−Ｓｉ―Ｃｕ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ系などでも適宜使用できる。鋳造方法は、これを特に限定するものではなく、例えばダイカスト法、重力鋳造法、低圧鋳造法等の方法を適用することができるが、ホイール素材自体の欠陥を低減する観点からは重力鋳造法、低圧鋳造法が好ましい。
【００１７】
鋳造後のホイール素材は、例えばＴ６などの熱処理などを施した後、所定形状・寸法とするために切削加工する。切削加工は、切削工具（バイト）を用いて旋盤により行うことができる。ホイール素材をチャック装置に固定して回転させ、バイトにより切削する。バイトには高硬度、耐磨耗性の観点からは通常多結晶ダイヤモンドなどが用いられるが、本発明では、カーバイド系バイトを用いることを特徴としている。ここで、カーバイド系バイトとは、バイトの先端チップ部分、すなわち被切削体に実際に接して切削する切削刃の部分の材質にカーバイドを用いているバイトをいう。カーバイド系バイトとしては、ＷＣ、ＴａＣ、ＴｉＣなどのカーバイドを硬質物質として利用したバイトを用いることができる。通常用いられるダイヤモンドは金属への溶着性が低いため切削の摩擦係数が小さい。このダイヤモンド系バイトに比べて、低硬度、高靭性、低熱伝導率で切削の摩擦係数が大きいカーバイド系バイトを切削工具として用いることによって、切削加工された合金表面に塑性流動組織を形成しうる。ただし、前記カーバイド系バイトを用いただけでは塑性流動組織の形成は必ずしも十分ではない。切削に用いるバイトの切削刃先端形状が円弧状である場合は、その曲率半径Ｒが大きくなるにしたがい塑性流動層の形成が促進される。安定して塑性流動層を形成するためには、曲率半径Ｒは３ｍｍ以上であることが好ましい。曲率半径Ｒは、大きすぎると切削抵抗が大きくなりすぎ、びびりなどの原因になるため、６ｍｍ以下とすることが好ましい。すなわち軽合金ホイールの切削加工にカーバイド系バイトを用い、かつバイトの先端の曲率半径を上記範囲とすることで、合金表面に塑性流動層を形成することができるのである。
【００１８】
また、バイトの切り込み量、送り量などの切削条件は旋盤の動力、要求される加工仕上げ面粗さなどに応じて適宜決定される。例えば、先端の曲率半径Ｒが３ｍｍ以上であるバイトのように先端の曲率半径の大きいバイトを用いる場合は、面粗さを小さく抑えつつ、送り量を多くすることができる。切削速度は１８００〜２７００ｒｐｍであることが好ましい。切削速度が高いと切削温度が上昇するが、塑性流動組織の形成を促進するためには１８００ｒｐｍ以上であることが好ましい。また、切削速度は、それが高くなりすぎると切削温度の上昇が顕著になり、バイトの寿命が著しく短くなるため２７００ｒｐｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、２０００〜２５００ｒｐｍである。
【００１９】
鋳造・熱処理後の軽合金のホイールの組織は、通常デンドライト相またはチル相を有するが、前記塑性流動組織とは、該デンドライト相等が塑性変形している組織をいう。例えば、カーバイド系のバイトを用いて旋盤にて切削加工した場合、ホイールの回転によるバイトの相対的進行方向、すなわちホイールの円周方向に湾曲したデンドライト相が観察される。ホイール素材にピンホール等の欠陥が存在していても、ホイールの合金表面に前記塑性流動組織が存在することにより、かかるピンホールを消滅させ、或いは閉塞させることができる。特に、円周方向に一様の方向に湾曲した塑性流動組織とすることでピンホールの消滅や閉塞を容易にする。ホイールの部位のうち特にリム部に前記塑性流動組織を形成することにより、モレを抑制することができる。これにより、高品質・高信頼性の軽合金ホイールが得られるとともに、加工工程においてモレに起因する不良を低減することができるため生産性も大幅に向上する。特に塑性流動組織をリム部内周側の合金表面に形成することが好ましい。リム部内周側は、タイヤが直接装着される部位ではないため、表面の仕上げ精度の制約が少なく、塑性流動組織を形成する部位として好適である。なお、前記表面仕上げ精度の制約がなければ、リム外周側にも塑性流動組織を設けてもよいし、内周側、外周側の両方に塑性流動組織を設けてもよい。塑性流動組織はリム部の一部でも存在すれば、その効果を示すこととなるが、リム部のより多くの部分を占めることが好ましい。リム部のうち肉厚の薄い、アウター側ビードシート部とインナー側ビードシート部の間のリム中央部はモレが発生しやすく、この部分に塑性流動組織が存在することが好ましく、該部分全体が塑性流動組織で覆われることが特に好ましい。また、溶湯を注湯するキャビティの湯口をリム部周辺に設けるサイドゲート方案やマルチゲート方案の場合、リム部の指向性凝固が難しく引け巣などが発生しやすいため、かかる鋳造方案で鋳造したホイール素材に対して、前記塑性流動組織を設けることが好ましい。特に引け巣の発生しやすいリム幅方向中央よりアウター側ビードシード部にかけての範囲に塑性流動組織を設けることが好ましい。
【００２０】
本発明においてモレ率は、以下のようにして算出する。ホイールを、アウターフランジ部とインナーフランジ部で二枚のゴム製板で挟み、その内部に空気を注入して内圧を０.４ＭＰａとし、水没させてリム面からの気泡の発生の有無を確認する。気泡が発生した場合をモレとして判断しその個数ｎを計数し、全検査数Ｎに対するモレ発生個数の比率（１００×ｎ／Ｎ）をもってモレ率とする。
【００２１】
（実施例１）
ＡＣ４ＣＨ材を溶湯原料として用い、低圧鋳造法により一体型の１６インチ軽合金ホイールの素材を得た。低圧鋳造法案として、リム部の外周面２箇所と、ディスク部の中心に湯口を設けたマルチゲート法案を用いた。このホイール素材に対して、５４５℃で４時間熱処理した後に水冷し、その後１４０℃で２ｈの熱処理するＴ６処理を行なった。熱処理後の素材は旋盤加工機のチャック装置に固定し、回転させ、バイトを当てて切削加工した。外周面側の加工にはダイヤモンド系のバイトを用い、内周面側の加工にはカーバイド系バイトとして、ＷＣ／Ｃｏ超硬製のものを用いた。使用したバイトの形状を図２に示す。図２に示すように、バイトの先端チップ形状は円弧状であり、その曲率半径Ｒは４ｍｍである。旋盤による切削加工の条件は、回転数２２００ｒｐｍ、送り１.２ｍｍ／回転とした。
【００２２】
ホイール素材の加工の様子を図３に示す。ホイール素材はアウターフランジ側から旋盤加工機のチャック装置に固定した。旋盤によりホイール素材を回転させつつ、切削用のダイヤモンド系バイトをリム部のアウターフランジからインナーフランジに向って移動させ、リムの中程からインナーフランジ外周面を旋盤加工した。その後、バイトをカーバイド系のバイトに変え、リムの内周側に移動させ、インナーフランジからアウターフランジ方向へバイトを移動させてハブの裏側まで加工した。次に、チャックからホイール素材を外し、今度はインナーフランジ側からホイール素材を固定した。その後バイトをダイヤモンド系バイトに変え、加工していない残りのリム部の外周面に移動させ、アウターフランジ側の旋盤加工を行った。かかる工程により、アウターフランジ部からインナーフランジ部にかけてのリム部外周側とそれに引き続く該リム部の内周側も旋盤加工されたホイールを得た。
【００２３】
得られたホイールの合金表面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した結果を図１に示す。図１の観察部分は、アウターフランジ部とインナーフランジ部の中間で円周方向に平行に切断した断面の、リム部内周側の部分である。図１に示すように、該部分の組織はデンドライトがバイトの相対的進行方向、すなわちホイールの円周方向に湾曲した塑性流動組織であり、その厚さは０．１５ｍｍであった。また、切削加工されたリム部のその他の部分も観察したが、図１と同様の塑性流動組織であった。なお、リム内周部分の加工跡のピッチは１.２ｍｍであった。次に、これと同条件で切削加工を施したホイールについて、モレ率を算出した。モレ率を表１に示すが、モレ率は０.６％となり、１.０％以下の非常に低い値となった。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
（比較例１）
実施例１と同様にして得られた軽合金ホイール素材に対して、内周側の加工にも焼結ダイヤモンド系バイト（Ｒ２ｍｍ）を用いた以外は実施例１と同様の条件にして、切削加工を行なった。実施例１と同様にして、合金組織を観察した結果を図４に示すが、実施例１の図１に示すような塑性流動組織は観察されなかった。また、実施例１と同様にしてモレ率を評価したが、モレ率は、２.０％と高い値となった。
【００２６】
（実施例２、比較例２）
ＡＣ４ＣＨ材を溶湯原料として用い、低圧鋳造法により一体型の１６インチ軽合金ホイールの素材を得た。低圧鋳造法案として、ディスク部の中心に湯口を設けたセンターゲート方案を用いた。このホイール素材に対して、５４５℃で４時間熱処理した後に水冷し、その後１４０℃で２ｈの熱処理するＴ６処理を行なった。熱処理後の素材は旋盤加工機のチャック装置に固定し、回転させ、バイトを当てて切削加工した。外周面側の加工にはダイヤモンド系のバイトを用い、内周面側の加工にはカーバイド系バイトとして、ＷＣ／Ｃｏ超硬製のものを用いた（実施例２）。使用したバイトの形状は実施例１のものと同様で、その曲率半径Ｒは４ｍｍである。旋盤による切削加工の条件は、回転数２２００ｒｐｍ、送り１.２ｍｍ／回転とした。また、内周面側の加工に、カーバイド系バイトの変わりに焼結ダイヤモンド系のバイトを用いた以外は前記実施例２と同様にして製造し（比較例２）、モレ率を比較した。切削方法は実施例１と同様にし、旋盤加工およびモレ率を算出した。モレ率を表１に示す。従来の焼結ダイヤモンド系バイトを使用したモレ率は１.２％であり、実施例１ほど効果が顕著ではないが、本発明の実施例２の軽合金ホイールのモレ率は１.０％となり、非常に低い値となった。モレ率が実施例１よりも高くなっている原因は明らかではないが、センターゲート方案はもとから引け巣などの鋳造欠陥が少ない軽合金ホイールを得やすいものの、引け巣の生成形態等が異なっていたためと推察される。
【００２７】
（比較例３）
実施例１と同様にして得られた軽合金ホイール素材に対して、内周面側の加工にカーバイド系バイトとして、曲率半径Ｒが２ｍｍのＷＣ／Ｃｏ超硬製のものを用いた以外は実施例１と同様の条件にして、切削加工を行なった。実施例１と同様にして、合金組織を観察した結果、リム部には実施例１の図１に示すような塑性流動組織は観察されなかった。また、実施例１と同様にしてモレ率を評価したが、モレ率は１.９％と高い値であった。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の軽合金ホイールのリム部合金表面付近の断面組織写真である。
【図２】本発明の製造方法で使用したバイト先端部分の形状を示す図である。
【図３】本発明の加工の流れの一例を示す図である。
【図４】従来例の軽合金ホイールのリム部合金表面付近の断面組織写真である。
【符号の説明】
【００２９】
１：塑性流動組織、  ２：切削刃、  ３：軽合金ホイール、
３１：インナーフランジ、  ３２：インナー側ビードシート部、  ３３：リム部中央部
３４：アウター側ビードシート部、  ３５：アウターフランジ、  ４：チャック装置
【図２】
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【図３】
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【図１】
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【図４】
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