(57)【要約】  本願は、上型、下型及び横型を有する金型で軽合金ホイールを象るキャビティを形成し、前記上型及び前記横型で形成するリム部を象るキャビティに開口する湯口から軽合金溶湯を注入した後、前記上型の内部空間に、周方向に渡って設けられた複数の冷却手段のうち、設定した一の冷却手段を最初に作動させ、その後、余の冷却手段を作動させ、前記リム部を象るキャビティに注入された軽合金溶湯を強制冷却することにより、リム部に発生する引け巣などの鋳造欠陥を低減し、エア漏れが抑制された軽合金ホイールの製造するものである。
2016039484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒形状のリム部と、前記リム部の一方端部に内設された、車軸に装着されるディスク部とを有する軽合金ホイールの製造方法であって、
前記リム部が象られた金型のキャビティに開口する湯口から軽合金溶湯を注入する注湯工程と、
前記注湯工程の後に、前記リム部が象られた金型のキャビティの外周部または内周部に、周方向に渡って設けられた複数の冷却手段のうち、設定した一の冷却手段を最初に作動させ、その後、余の冷却手段を作動させ、前記リム部が象られた金型のキャビティに注入された軽合金溶湯を強制冷却する強制冷却工程と、を有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２】
前記強制冷却工程では、前記複数の冷却手段のうち、前記湯口から最も遠い一の冷却手段を最初に作動させ、その後前記湯口に向かって余の冷却手段を順次作動させる請求項１に記載の軽合金ホイールの製造方法。
【請求項３】
前記強制冷却工程では、前記一の冷却手段の冷却能に対し、前記余の冷却手段の冷却能を前記湯口に向かい低くして、前記リム部が象られた金型のキャビティに注入された軽合金溶湯を強制冷却する請求項１又は２に記載の軽合金ホイールの製造方法。
【請求項４】
前記湯口から最も遠い位置から前記湯口に向かって冷却手段の作動時間を徐々に短くする請求項３に記載の軽合金ホイールの製造方法。
【請求項５】
前記冷却手段は冷媒の流路を備え、前記湯口から最も遠い位置から前記湯口に向かって前記冷却手段の冷媒流量を徐々に減少させる請求項３に記載の軽合金ホイールの製造方法。
【請求項６】
前記注湯工程において前記リム部を象る金型のキャビティに注入された軽合金溶湯を、前記強制冷却工程では、前記湯口から最も遠い位置から前記湯口に向かって指向性凝固させる請求項１〜５のいずれかに記載の軽合金ホイールの製造方法。
【請求項７】
前記リム部を象る金型のキャビティのうち前記湯口から最も遠い位置の凝固した軽合金溶湯のα−Ａｌの２次枝法によるデンドライト２次アームスペーシング（ＤＡＳII）をＡ、前記湯口前の凝固した軽合金溶湯のＤＡＳIIをＢとしたとき、Ａ＜Ｂとなるよう、前記強制冷却工程では、前記リム部を象る金型のキャビティに注入された軽合金溶湯を冷却する請求項６に記載の軽合金ホイールの製造方法。
【請求項８】
前記リム部を象る金型のキャビティのうち前記湯口から最も遠い位置と前記湯口との中間部における凝固した軽合金溶湯のＤＡＳIIをＣとしたとき、Ａ，Ｂ，Ｃが下記式（１）を満足するよう、前記強制冷却工程で前記リム部を象る金型のキャビティに注入された軽合金溶湯を強制冷却する請求項７に記載の軽合金ホイールの製造方法。
Ａ＋（Ｂ−Ａ）×０．１＜Ｃ＜Ｂ−（Ｂ−Ａ）×０．１      （１）
【請求項９】
前記リム部は、ディスク部との交差部を有し、前記複数の冷却手段は、前記交差部が象られた金型のキャビティの外周部または内周部に、周方向に渡って設けられている請求項１〜８のいずれかに記載の軽合金ホイールの製造方法。
【請求項１０】
前記上型は、前記冷却手段が収納される複数の内部空間を有し、少なくとも前記一の冷却手段は、前記余の冷却手段とは異なる内部空間に収納されている請求項１〜８のいずれかに記載の軽合金ホイールの製造方法。
【請求項１１】
前記冷却手段は、前記内部空間に一つずつ独立して収納されている請求項１０に記載の軽合金ホイールの製造方法。
【請求項１２】
略円筒形状のリム部と、前記リム部に内設された、車軸に装着されるディスク部とを有する軽合金ホイールであって、
前記車輪に対して直角なリム部断面において、極大ＤＡＳIIを示す位置から周方向に最も遠い位置のＤＡＳIIをＡ、前記極大ＤＡＳIIをＢとし、前記極大ＤＡＳIIを示す位置と該位置から周方向に最も遠い位置との中間部におけるＤＡＳIIをＣとしたとき、Ａ，Ｂ，Ｃが下記式（２）を満足することを特徴とする軽合金ホイール。
Ａ＋（Ｂ−Ａ）×０．１＜Ｃ＜Ｂ−（Ｂ−Ａ）×０．１      （２）
【請求項１３】
前記リム部は、前記ディスク部との交差部を有し、前記交差部の平均気孔率は１％以下である請求項１２に記載の軽合金ホイール。
【請求項１４】
略円筒形状のリム部と、前記リム部の一方端部に内設された、車軸に装着されるディスク部とを有する軽合金ホイールを製造するための製造装置であって、
前記軽合金ホイールが象られたキャビティを有する金型と、前記軽合金ホイールが象られたキャビティのうち前記リム部が象られたキャビティに開口する湯口と、前記リム部が象られたキャビティの外周部または内周部に、周方向に渡って取り付けて構成された複数の冷却手段を備え、
前記リム部が象られたキャビティに開口する湯口から軽合金溶湯が注入された後、前記複数の冷却手段のうち、前記湯口から最も遠い一の冷却手段を最初に作動させ、その後前記湯口に向かって余の冷却手段を順次作動させる制御手段を備えたことを特徴とする軽合金ホイールの製造装置。
【請求項１５】
前記冷却手段は、冷却パイプを備えた冷却ブロックであり、前記リム部が象られたキャビティの外周部に取り付けられている請求項１４に記載の軽合金ホイールの製造装置。
【請求項１６】
前記上型は、前記リム部が象られたキャビティに沿い周方向に渡って形成された内部空間を有し、前記冷却手段は、前記内部空間の中に配置された冷却パイプである請求項１４に記載の軽合金ホイールの製造装置。
装置。
【請求項１７】
前記一の冷却手段と余の冷却手段とは、異なった内部空間に配置されている請求項１６に記載の軽合金ホイールの製造装置。
【請求項１８】
請求項１４〜１７に記載の軽合金ホイールの製造装置であって、
前記リム部が象られたキャビティに開口する湯口から軽合金溶湯が注入された後、前記複数の冷却手段のうち、前記湯口から最も遠い一の冷却手段を最初に作動させ、その後前記湯口に向かって余の冷却手段を順次作動させるとともに、前記一の冷却手段の冷却能に対して前記湯口に向かうに従って前記余の冷却手段の冷却能が順次小さくなるように前記冷却手段の作動時間又は冷却圧力を制御する制御手段を備えたことを特徴とする軽合金ホイールの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金等の軽合金で形成された軽合金ホイール及びその製造方法、及びその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車（乗用車等）に装着されている車両用の軽合金ホイールとしては、車体を軽量化するために、例えば低圧鋳造などの手法により全体がアルミニウム合金で形成されたアルミホイールが使用されている。【０００３】
鋳造法により製造される軽合金ホイールには引け巣等の鋳造欠陥が少ないことが要求される。特許文献１は、そのような製造方法の一例を開示する。図１４は特許文献１に記載された鋳造方案であり、上型と下型と一対の横型を備えたサイドゲート方式の鋳型装置の上型を上方からみて、その上型の内部構造を模式的に示す図である。図１４に示す空冷パイプ３２４は、リム用キャビティＣＲの堰前部分Ｓを空冷するものである。一方、ミスト冷却手段３２５は、リム用キャビティＣＲの部分Ａをミスト冷却するものである。この部分Ａは、筒状のリム用キャビティＣＲのうち、堰形成空間３３１にそれぞれつながった堰前部分Ｓからリム用キャビティＣＲの周方向に９０°ずれた部分であり、堰前部分Ｓからリム用キャビティＣＲの周方向に最も離れた部分となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１５５２３５号公報（段落００４４，図１，図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１で一例が開示される従来技術の鋳造方案では、リム部の引け巣の抑制は不十分な場合があった。リム部に発生した引け巣はリム部からのエア漏れの原因になりやすいため、従来技術に対しリム部の引け巣が低減され、エア漏れが抑制された軽合金ホイールの製造方法が要請されていた。【０００６】
従って本発明の目的は、従来技術の製造方法に対し、リム部に発生する引け巣などの鋳造欠陥を低減し、エア漏れが抑制された軽合金ホイールを製造することのできる軽合金ホイール及びその製造方法、及びその製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、第１の発明の軽合金ホイールの製造方法は、略円筒形状のリム部と、前記リム部の一方端部に内設された、車軸に装着されるディスク部とを有する軽合金ホイールの製造方法であって、前記リム部が象られた金型のキャビティに開口する湯口から軽合金溶湯を注入する注湯工程と、前記注湯工程の後に、前記リム部が象られた金型のキャビティの外周部または内周部に、周方向に渡って設けられた複数の冷却手段のうち、設定した一の冷却手段を最初に作動させ、その後、余の冷却手段を作動させ、前記リム部が象られた金型のキャビティに注入された軽合金溶湯を強制冷却する強制冷却工程と、を有することを特徴とする。【０００８】
第１の発明において、前記強制冷却工程では、前記複数の冷却手段のうち、前記湯口から最も遠い一の冷却手段を最初に作動させ、その後前記湯口に向かって余の冷却手段を順次作動させることができる。【０００９】
第１の発明において、前記強制冷却工程では、前記一の冷却手段の冷却能に対し、前記余の冷却手段の冷却能を前記湯口に向かい低くして、前記リム部が象られた金型のキャビティに注入された軽合金溶湯を強制冷却してもよい。【００１０】
第１の発明において、前記湯口から最も遠い位置から前記湯口に向かって冷却手段の作動時間を徐々に短くしてもよい。【００１１】
第１の発明において、前記冷却手段は冷媒の流路を備え、前記湯口から最も遠い位置から前記湯口に向かって前記冷却手段の冷媒流量を徐々に減少させてもよい。【００１２】
第１の発明において、前記注湯工程において前記リム部を象る金型のキャビティに注入された軽合金溶湯を、前記強制冷却工程では、前記湯口から最も遠い位置から前記湯口に向かって指向性凝固させることが好ましい。【００１３】
第１の発明において、前記上型は、前記冷却手段が収納される複数の内部空間を有し、少なくとも前記一の冷却手段は、前記余の冷却手段とは異なる内部空間に収納されていることが好ましく、さらに、前記冷却手段は、前記内部空間に一つずつ独立して収納されていることがより好ましい。【００１４】
第１の発明において、前記リム部を象る金型のキャビティのうち前記湯口から最も遠い位置の凝固した軽合金溶湯のα−Ａｌの２次枝法によるデンドライト２次アームスペーシング（ＤＡＳII）をＡ、前記湯口前の凝固した軽合金溶湯のＤＡＳIIをＢとしたとき、Ａ＜Ｂとなるよう、前記強制冷却工程では、前記リム部を冷却することが好ましい。【００１５】
第１の発明において、前記リム部を象る金型のキャビティのうち前記湯口から最も遠い位置と前記湯口との中間部における凝固した軽合金溶湯のＤＡＳIIをＣとしたとき、Ａ，Ｂ，Ｃが下記式（１）を満足するよう、前記強制冷却工程で前記リム部を強制冷却することが好ましい。
Ａ＋（Ｂ−Ａ）×０．１＜Ｃ＜Ｂ−（Ｂ−Ａ）×０．１      （１）【００１６】
第１の発明において、前記リム部は、ディスク部との交差部を有し、前記複数の冷却手段は、前記交差部が象られた金型のキャビティの外周部または内周部に、周方向に渡って設けられていることが好ましい。【００１７】
第２の発明の軽合金ホイールは、略円筒形状のリム部と、前記リム部の一方端部に内設された、車軸に装着されるディスク部とを有する軽合金ホイールであって、
前記車輪に対して直角なリム部断面において、極大ＤＡＳIIを示す位置から周方向に最も遠い位置のＤＡＳIIをＡ、前記極大ＤＡＳIIをＢとし、前記極大ＤＡＳIIを示す位置と該位置から周方向に最も遠い位置との中間部におけるＤＡＳIIをＣとしたとき、Ａ，Ｂ，Ｃが下記式（２）を満足することを特徴とする。
Ａ＋（Ｂ−Ａ）×０．１＜Ｃ＜Ｂ−（Ｂ−Ａ）×０．１      （２）【００１８】
第２の発明において、前記リム部は、前記ディスク部との交差部を有し、前記交差部の平均気孔率を１％以下とすることが好ましい。【００１９】
第３の発明の軽合金ホイールの製造装置は、略円筒形状のリム部と、前記リム部の一方端部に内設された、車軸に装着されるディスク部とを有する軽合金ホイールを製造するための製造装置であって、前記軽合金ホイールが象られたキャビティを有する金型と、前記軽合金ホイールが象られたキャビティのうち前記リム部が象られたキャビティに開口する湯口と、前記リム部が象られたキャビティの外周部または内周部に、周方向に渡って取り付けられた複数の冷却手段を備え、前記リム部が象られたキャビティに開口する湯口から軽合金溶湯が注入された後、前記複数の冷却手段のうち、前記湯口から最も遠い一の冷却手段を最初に作動させ、その後前記湯口に向かって余の冷却手段を順次作動させる制御手段を備えたことを特徴としている。【００２０】
上記第３の発明において、前記冷却手段は、冷却パイプを備えた冷却ブロックであり、前記リム部が象られたキャビティの外周部に取り付けられていることが好ましい。【００２１】
また、前記上型は、前記リム部が象られたキャビティに沿い周方向に渡って形成された内部空間を有し、前記冷却手段は、前記内部空間の中に配置された冷却パイプであることが好ましく、加えて、前記一の冷却手段と余の冷却手段とは、異なった内部空間に配置されていることがより好ましい。【００２２】
さらに加えて、前記リム部が象られたキャビティに開口する湯口から軽合金溶湯が注入された後、前記複数の冷却手段のうち、前記湯口から最も遠い一の冷却手段を最初に作動させ、その後前記湯口に向かって余の冷却手段を順次作動させるとともに、前記一の冷却手段の冷却能に対して前記湯口に向かうに従って前記余の冷却手段の冷却能が順次小さくなるように前記冷却手段の作動時間又は冷却圧力を制御する制御手段を備えることが望ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、従来技術に対し、リム部に発生する引け巣などの鋳造欠陥が低減され、高強度でエア漏れが抑制される軽合金ホイール及びその製造方法、及びその製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る軽合金ホイールの製造方法を実施するための金型の縦断面図（図２におけるＢ−Ｃ−Ｄ断面図）である。
【図２】図１の金型のＡ−Ａ断面図である。
【図３】軽合金ホイールの一例を示す図である。
【図４】図３の軽合金ホイールのＤ−Ｄ断面図である。
【図５】軽合金ホイールを鋳造する金型のキャビティの一部を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る軽合金ホイールの製造方法に使用される金型の一例の縦断面図（図７のＢ−Ｂ断面図）である。
【図７】図６のＡ−Ａ断面図である。
【図８】図６の金型が組み込まれた鋳造装置の概略構成図である。
【図９】図６の金型に組み込まれた冷却手段の正面図である。
【図１０】リム部用キャビティに鋳込まれた溶湯の凝固の進行状態を示す図である。
【図１１】冷却手段の動作順序を示す図である。
【図１２】冷却手段の作動条件を示す図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る軽合金ホイールの製造方法に使用される、好ましい金型の一例の断面図である。
【図１４】従来の軽合金ホイールの製造方法を実施するための鋳型装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明について、その具体的な実施形態に基づき図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は、以下説明する実施形態および実施例に限定されず、また、発明の作用効果を奏する限り、同一性の範囲内において適宜変形して実施することができる。
【００２６】
本発明者らは、上記目的を達成するための鋳造方案を鋭意検討した結果、溶湯をキャビティに注入後、リム部を冷却するために金型に設けた複数の冷却手段をリム部が象られた金型のキャビティに開口する湯口（以下、サイドゲートと言う場合がある）からの距離および／またはリム部の円周方向の容積変化に応じてタイミングをずらして作動させることにより、上記目的を達成できることが知見され、本発明に想到した。
【００２７】
すなわち、図５に示すように軽合金溶湯を充填するリム部キャビティ１のうち窓部２に臨む小容積のリム部キャビティ１ａでは成形空間の容積が少ないためにスポーク部キャビティ３に臨む大容積のリム部キャビティ１ｂよりも軽合金溶湯の冷却速度が速まる。その結果、小容積のリム部キャビティ１ａの溶湯よりも円周方向に沿ってサイドゲート５から遠ざかる部分にある大容積のリム部キャビティ１ｂの溶湯の冷却速度が遅くなり、リムの円周方向に沿った指向性凝固が行われず、引け巣などの鋳造欠陥が発生することがある。この現象を軽減する目的で、小容積のリム部キャビティ１ａに駄肉形成空間４を設けてリム部キャビティ１の円周方向の容積変化をより小さくすることが行われることがある。しかし、駄肉は後工程で加工して除去しなければならないため製造コストを増加させる一因になっていた。
【００２８】
上記課題を解決するための本発明に係る軽合金ホイールの製造方法は、略円筒形状のリム部と、前記リム部の一方端部に内設された、車軸に装着されるディスク部とを有する軽合金ホイールの製造方法であって、前記リム部が象られた金型のキャビティに開口する湯口から軽合金溶湯を注入する注湯工程と、前記注湯工程の後に、前記リム部が象られた金型のキャビティの外周部または内周部に、周方向に渡って設けられた複数の冷却手段のうち、設定した一の冷却手段を最初に作動させ、その後、余の冷却手段を作動させ、前記リム部が象られた金型のキャビティに注入された軽合金溶湯を強制冷却する強制冷却工程とを有する。
【００２９】
本発明によれば、上記構成を採用することにより、リム部が象られた金型のキャビティに開口する湯口（サイドゲート）付近を除くリム部において周囲より冷却速度が遅く局所的高温部として取り残され易いリムの一部（以下、ホットスポットと言う場合がある）を前記一の冷却手段で一定程度まで冷却することにより、駄肉を形成することなくリムの円周方向に沿った指向性凝固（以下、周方向指向性凝固という場合がある）を達成することが可能となる。それによりサイドゲートからリム部全体に押し湯効果が働き、リム部に発生する引け巣などの鋳造欠陥を従来の製造方法に比べて少なくすることができる。
【００３０】
より具体的には、図１に示すように、上型１３及び一対の可動分割型１４で形成するリム部を象るキャビティ１００ｂに開口する湯口（以下、サイドゲートと言う場合がある）１９から軽合金溶湯を注入する鋳造方案により軽合金ホイールを製造する場合、上記のとおり、サイドゲートから最も離れた位置からリムの円周方向に沿いサイドゲートに向かってリム部溶湯を凝固させる周方向指向性凝固が好ましいことが知られている。そして、基本的にリム部の肉厚が周方向に渡って均一であるならば、金型の冷却制御をしなくてもリム部溶湯はサイドゲートに向かって凝固する傾向となる。しかし、リム部の肉厚をより薄くした軽合金ホイールを製造する場合、リム部の周方向指向性凝固は必ずしも達成されない。一方で、上記した軽合金ホイールの製造方法では、鋳造装置の制御装置の制御により、上型の内部空間に、周方向に渡って設けられた複数の冷却手段のうち、設定した一の冷却手段を最初に作動させて、所定のリム部部位を最初に凝固させ、その後、余の冷却手段を作動させて、他のリム部部位を凝固させることによりリム部の周方向指向性凝固を達成し易くするものである。このような金型の冷却制御をすることにより、駄肉を形成することなくリム部の周方向指向性凝固を達成することが可能となる。それによりサイドゲートからリム部全体に押し湯効果が働き、リム部に発生する引け巣などの鋳造欠陥を従来の製造方法に比べて少なくすることができる。
【００３１】
以下、本発明について、その第１および第２実施形態に基づき具体的に説明するが、まず、各実施形態で共通して製造される軽合金ホイールの構成、および共通して使用される製造装置および金型の構成要素について、説明する。
【００３２】
［軽合金ホイールの構成］
図３および図４を参照しつつ、本発明の各実施形態で製造される軽合金ホイールについて、アルミホイールを例として説明する。図３は、図４の軽合金ホイール１０の底面図である。図４は、図３のＤ−Ｄ断面図である。なお、図４に示す軽合金ホイール１０の中心線Ｉの方向を軸方向、中心線Ｉに直交する方向を半径方向、中心線Ｉ周りの方向を周方向と言う場合がある。図３および図４に示すように、軽合金ホイール１０は、ハブ部９ｆおよびハブ部９ｆの外周面から放射状に形成されたスポーク９ｇを備えたディスク部９ｅと、ディスク部９ｅの外周部が内周面に接合された略円環形状のリム本体部９ｂとリム本体部９ｂの下方（一方）端に配置された第１のフランジ部の一例としてのアウターフランジ部９ｃと上方（他方）端に配置された第２のフランジ部の一例としてのインナーフランジ部９ｄとを備えたリム部９ａとで構成されている。リム部９ａはアウターフランジ部９ｃ側においてディスク部９ｅと結合する。ディスク部９ｅのうちリム部９ａとの結合部が交差部２６である。本実施形態のスポーク９ｇの形態は、スポークであるがデザイン部の形態はこれに限定されず、例えばメッシュ状そのた各種の形態とすることができる。つまりスポーク９ｇとリム部９ａとの結合部が交差部となる。交差部２６の容積は非交差部２７の容積より大きい。この軽合金ホイール１０には、アウターフランジ部９ｃとインナーフランジ部９ｄとの間に挟まれるようにリム本体部９ｂにタイヤが取り付けられた後、ディスク部９ｅが車体の外側に向いた姿勢で車軸に装着され、使用に供される。
【００３３】
［製造装置、金型］
上記構成のホイールを製造する製造装置の一例について、図１、図２および図８を参照しつつ説明する。ここで、図１は、上記スポークタイプのアルミホイールを低圧鋳造するための製造装置に組み込まれる金型１００の軸方向に沿う縦断面図（図２のＢ−Ｃ−Ｄ断面図）である。図２は、図１の金型１００の半径方向のＡ−Ａ断面図である。図８は、図１および図２に示す金型１００が組み込まれた製造装置の概略構成図である。
【００３４】
図１に示すように、金型１００は、下型１２、上型１３および横型である一対の可動分割型１４を有している。そして、型締めされ各型が合わせされることにより、図示するように、軽合金ホイール１０に必要に応じ適宜な余肉（例えば加工代など）が付加されたホイール素材（以下、このホイール素材を含めホイールと言う。）を象るキャビティ（製品キャビティ）を構成する、ディスク部９ｅが象られたキャビティ（ディスク部用キャビティ）１００ａ、およびリム部９ａが象られたキャビティ（リム部用キャビティ）１００ｂが形成される。そして、この金型１００には、ハブ部用キャビティ２１ａに開口する湯口（以下、センターゲートと言う場合がある。）１８およびリム部用キャビティ１００ｂのリム本体部用キャビティ２３ａに開口する湯口の一例としてのサイドゲート１９が形成されており、センターゲート１８およびサイドゲート１９には、湯道であるストーク１８ａおよび１９ａ（図８参照）が各々接続されている。なお、本発明に係る製造方法を実施するうえでは、ハブ部用キャビティ２１ａに開口するセンターゲート１８は必須ではなく、必要に応じて設ければよい。
【００３５】
上記金型１００が組み込まれた製造装置の構成について説明する。図８に示すように、本実施形態の製造装置８０は、密閉容器８０ａ内に配置された保持炉８０ｂを有し、密閉容器８０ａの上に下型プラテン８０ｃが取り付けられ、密閉容器８０ａを密閉している。下型１２および一対の可動分割型１４が取り付けられる下型プラテン８０ｃには、溶湯８０ｈを金型１００に補給する上記ストーク１８ａおよび１９ａが取り付けてあり、ストーク１８ａおよび１９ａの下端は保持炉８０ｂ中の溶湯８０ｈに浸漬されている。そして、ストーク１８ａおよび１９ａの上端は、下型プラテン８０ｃ、下型１２および一対の可動分割型１４に嵌入された湯口ブッシュ８０ｊおよび湯口部８０ｉを介し金型１００のセンターゲート１８およびサイドゲート１９に連なっている。上型１３は、可動プラテン８０ｄに取り付けられている。可動プラテン８０ｄはガイドポスト８０ｇに固着されており、ガイドポスト８０ｇは上型プラテン８０ｆに備えられたガイド８０ｅに沿って上下に動くことが可能である。また、前記ガイドポスト８０ｇは上端を上板８０ｍに固定され、上型プラテン８０ｆに備えられた油圧シリンダ８０ｋがこの上板８０ｍを動かし、それに追従して可動プラテン８０ｄおよび上型１３が上下して動く。なお、溶湯８０ｈを一定温度に保持する保持炉８０ｂを内蔵した密閉容器８０ａには、制御弁を介して不図示の加圧手段が接続されており、当該加圧手段で密閉容器８０ａ内を加圧可能なように構成されている。なお、図８において、符号８０Ｌは、型バラシ時に上型１３を微上昇させるための電動ジャッキであり、符号８０ｏは、ガイドピンであり、符号８０ｐは、軽合金ホイール１０を上型１３から取り出すための脱着アームである。
【００３６】
上記構成の製造装置８０によれば、鋳造をスタートすると所定時間後に下型１２、上型１３および一対の可動分割型１４からなる金型１００の型締が完了する。型締完了後、予め設定した加圧パターンに従って加圧手段による保持炉内の加圧がスタートする。加圧に伴い保持炉８０ｂ内の溶湯８０ｈが押し出され、ストーク１８ａおよび１９ａを通じてセンターゲート１８およびサイドゲート１９から金型１００内のキャビティ内に溶湯８０ｈが供給される。そして、溶湯８０ｈがインナーフランジ部用キャビティ２５ａまで達してキャビティへの溶湯８０ｈの充填が完了した時点から所定時間、加圧手段による印加圧力を増加して凝固による体積収縮分の溶湯８０ｈをキャビティ内に補給する。所定時間経過後、加圧手段による保持炉８０ｂ内の加圧を停止し、ストーク１８ａおよび１９ａ内の溶湯８０ｈを保持炉８０ｂに戻し、ホイールの鋳造が完了する。
【００３７】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る軽合金ホイールの製造方法およびその製造装置について図１〜４を参照しつつ説明する。
【００３８】
［金型、製造装置］
第１態様の金型１００では、リム部とディスク部との結合（交差）部を象るキャビティ（交差部用キャビティ）の外側である可動分割型１４の中に、周方向に渡り複数の冷却手段の一例としての複数のチラー１５を配置している。具体的には、本態様のチラー１５は、冷却パイプ１５ａを装着した冷却ブロック１５ｂであり、その周方向の長さはスポーク（デザイン部）９ｇの各付け根の幅と略同じである。かかるチラー１５では、冷却パイプ１５ａを介して冷却エアーや冷却水等の冷媒を矢示するように循環することで冷却ブロック１５ｂを冷却している。なお、冷却ブロック１５ｂは金型を構成する材料より高い熱伝導率を有し、かつアルミニウム合金溶湯に触れたときに当該溶湯を汚染しない材料で構成することが好ましい。
【００３９】
上記構成のチラー１５の配置について図１のＡ−Ａ矢視図である図２を参照し説明する。図２に示すように、複数のチラー１５１，１５２，１５３は、周方向においてスポーク９ｇに対応した位置に設けられる。なお、周方向における冷却手段の配置位置や個数は、スポーク９ｇの数および間隔（角度）により適宜設定すればよい。サイドゲート１９を相対して２箇所設ける場合、サイドゲート１９から周方向に９０°離れた位置にあるチラー１５１がサイドゲート１９から最も遠い位置にある冷却手段であり、これを最初に作動させる一の冷却手段とすることが好ましい。サイドゲート１９が複数ある場合における冷却手段とサイドゲートとの周方向の距離は、当該冷却手段と各サイドゲートとの距離のうち最も近い距離を意味するものとする。チラー１５１に次いで作動させるのがチラー１５１よりサイドゲート１９に近い位置にあり余の冷却手段に相当するチラー１５２であることが望ましく、チラー１５２に次いで作動させるのがチラー１５２よりサイドゲート１９に近い位置にあり余の冷却手段に相当するチラー１５３であることが望ましい。但し、上記のようにサイドゲート１９を相対して２箇所設ける場合であっても、サイドゲートから最も遠い位置にある冷却手段の位置は、サイドゲート１９から周方向に９０°離れた位置に限定されない。例えば、軽合金ホイールの設計によってサイドゲート１９から周方向に９０°離れた位置にスポーク９ｇが存在しないことがある。このような軽合金ホイールを鋳造する場合、サイドゲート１９から最も遠い冷却手段の位置は、サイドゲート１９から周方向に９０°離れた位置とは異なる。残りの２７０°の区間については同様につき説明を省略する。
【００４０】
ここで、上記したように、リム部９ａはディスク部９ｅ側においてスポーク９ｇと結合して交差部２６を構成しているが、この交差部２６は非交差部２７より肉厚でありホットスポットとなりやすい。交差部以外でも設計上の理由からホットスポットとなりやすい偏肉部が形成されることがある。本発明では交差部および偏肉部を「厚肉部分」という。
【００４１】
なお、上記した冷却手段であるチラーは、リム部用キャビティ１００ｂの外周部に配置されているが、内周部に配置してもよく、好ましくはリム部の厚肉部分を冷却できる位置であれば下型１２、上型１３および可動分割型１４の何れに配置してもよい。但し、必ずしも全ての厚肉部分に対応して冷却手段を配置する必要は無く、サイドゲート１９に近い厚肉部分に対応する冷却手段を配置しないことも可能である。しかしながら、下型１２、上型１３および可動分割型１４において厚肉部分との対向面積および冷却手段の設置スペースを最も大きく確保しやすいのが可動分割型１４であるから、冷却手段は可動分割型１４に設けることが好適である。
【００４２】
加えて、リム部用キャビティに充填された溶湯を適正に凝固させるためには、上記したように可動分割型に設けられた冷却手段により、リム部用キャビティの外周部から冷却することに併せて、リム部用キャビティの内周部からも冷却する必要がある場合がある。このリム部用キャビティの内周部からの冷却は、金型を構成する材料や金型の構造を適宜設定することにより調整することが可能であり、具体的には、上記したようなチラーを上型に配置してもよく、または、下記する第２実施形態の冷却手段である冷却パイプを上型内に設けた内部空間に配置してもよい。
【００４３】
上記のような複数の冷却手段（チラー）を有する本実施形態の製造装置は、リム部用キャビティ１００ｂに開口するサイドゲート１９から軽合金溶湯が注入された後、複数の冷却手段のうち、サイドゲート１９から最も遠い一の冷却手段を最初に作動させ、その後サイドゲート１９に向かって余の冷却手段を順次作動させる制御手段を備える。制御手段は、例えばプログラムを実行するＣＰＵで実現される。なお、制御手段は、一部又は全部を再構成可能回路（ＦＰＧＡ：Field Programmable Gate Array）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェア回路によって構成してもよい。
【００４４】
具体的には、冷却手段の制御は、例えば、冷却ブロック１５ｂに冷却パイプ１５ａを通じて流通させる冷媒待ち時間、流通時間、冷媒圧力を各冷却手段ごとに制御手段にプログラム設定することにより制御可能である。冷媒待ち時間はキャビティへの溶湯の充填完了時から冷却パイプ１５ａへ冷媒流通を開始するまでの時間、流通時間は冷媒流通を開始してから停止するまでの時間、冷媒圧力は流通させる冷媒の圧力である。複数の冷却手段をタイミングをずらして作動させるには、各冷却手段ごとに冷媒待ち時間をプログラム設定しておけばよい。最初に作動させる一の冷却手段の冷媒待ち時間を最も短く設定し、余の冷却手段の冷媒待ち時間をより長く設定する。好ましくは、サイドゲートから最も遠い位置にある冷却手段の冷媒待ち時間を最も短く設定し、サイドゲートに近づくにつれて冷却手段の冷媒待ち時間がより長くなるように設定する。このような冷却条件の設定は、例えば、厚肉部分の冷却が不十分と判断される場合、対応する冷却手段に対し、冷媒の待ち時間を短くする、流通時間を長くする、冷媒圧力を高くすることの何れかの変更または二つ以上の変更を行い冷却能を高くすればよい。最初に作動させる一の冷却手段の冷却能に対し、後から作動させる余の冷却手段の冷却能を湯口に向かい低くしてもよい。このとき余の冷却手段の冷却能は湯口に向かい傾斜的に低くすることもできる。
【００４５】
［軽合金ホイールの製造方法］
次に、図１に示す金型１００を用いた、軽合金ホイールの製造方法について説明する。先ず、図１での下型１２、上型１３および一対の可動分割型１４を型締めしてキャビティ１１を形成する。次いで、保持炉（図示せず）内を加圧し、保持炉内に貯留したアルミニウム合金溶湯（例えば、ＪＩＳ  ＡＣ４ＣＨ相当）を、ストークを介してセンターゲート１８およびサイドゲート１９に向け注入し、ディスク部用キャビティ１００ａ、リム部用キャビティ１００ｂに充填する。そしてキャビティ１１の上端（末端）であるインナーフランジ部用キャビティ２５ａまでアルミニウム合金溶湯が充填された後、保持炉内の加圧を所定時間維持する。
【００４６】
注湯工程で溶湯がキャビティ１１の上端まで充填されたことを確認後、複数のチラー１５のうち、サイドゲートから最も遠い位置にある一の冷却手段であるチラー１５１を最初に作動させ、その後、余の冷却手段であるチラー１５２、１５３をこの順で順次作動させ、前記リム部が象られた金型のキャビティに注入された軽合金溶湯を強制冷却する。冷却手段の「作動」は冷却パイプ１５ａに冷媒を流通させることである。これにより、交差部２６を含むリム本体部用キャビティ２３ａが冷却され、アルミニウム合金溶湯がサイドゲート１９に向かって指向性凝固する。
【００４７】
複数の冷却手段をタイミングをずらして作動させるのみでは周方向指向性凝固の達成が困難な場合、一の冷却手段の冷却能に対し、余の冷却手段の冷却能をサイドゲートに向かい低くして、リム部が象られた金型のキャビティに注入された軽合金溶湯を強制冷却することが望ましい。これにより、より好適に周方向指向性凝固を達成することができる。
【００４８】
冷却手段の冷却能は作動時間（流通時間）によって調整可能であるから、サイドゲートから最も遠い位置からサイドゲートに向かって冷却手段の作動時間を徐々に短くすることがより望ましい。
【００４９】
冷却手段の冷却能は冷媒流量（冷媒圧力）によっても調整可能であるから、サイドゲートから最も遠い位置からサイドゲートに向かって冷媒の流路を備えた冷却手段の冷媒流量を徐々に減少させることが更に望ましい。
【００５０】
強制冷却工程が完了した後、保持炉内の加圧を止めて溶湯を保持炉に戻し、凝固が完了したホイール素材を金型から取り出す。
【００５１】
［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態に係る軽合金ホイールの製造方法およびその製造装置について、図６〜図１３を参照しつつ詳細に説明する。
【００５２】
［製造装置、金型］
図７に示すように、第２実施形態の製造装置の上型１３には、互いに１８０°離れて２箇所に設けたサイドゲート１９から最も離れた位置、具体的には周方向においてサイドゲート１９からに９０°離れた位置を中心とし、その中心から±４５°程度離れた位置までをカバーする第１の内部空間１３１ａ（１３１）および１３１ｂ（１３１）が形成されている。加えて、上型１３にはサイドゲート１９に対向する位置であって、その近傍領域、例えばサイドゲート１９を中心としその中心から±４５°程度離れた位置までをカバーする第２の内部空間１３２ａ（１３２）および１３２ｂ（１３２）が、上記第1の空間１３１ａまたは１３１ｂとは重ならないよう、第１の内部空間１３１ａとは分割した状態で形成されている。ここで、第１の内部空間１３１ａおよび１３１ｂならびに第２の内部空間１３２ａおよび１３２ｂは、各々面対称に一対、リム部用キャビティに沿い周方向に渡り上型１３を穿って形成されている。さらに、第１の内部空間１３１および第２の内部空間１３２に配置される冷却パイプ１３ａ〜１３ｃも、同一構成のものが内部空間１３１、１３２内に面対称で設けられている（つまり、例えば余の冷却手段２である４個の冷却パイプ１３ｂ−１〜１３ｂ−４の個々の構成は同一である）。したがって、以下の説明では、第１の内部空間１３１および第２の内部空間１３２並びに当該内部空間中に配置される冷却パイプ１３ａ〜１３ｃのうち、図７において符号Ｃで示す全周の１／４の範囲に配置される構成要素のみを説明し、他の構成要素については説明を省略する。
【００５３】
第１の内部空間１３１ａに設けた冷却パイプ１３ａ−１（一の冷却手段），１３ｂ−１（余の冷却手段１）は、エア供給手段１３０から供給された冷却エアを第１の内部空間１３１ａ内で噴出する。冷却パイプ１３ａ−１は、第１の内部空間１３１ａの周方向中心、つまり周方向においてサイドゲート１９から最も離れた場所に位置する。また、冷却パイプ１３ｂ−１は、冷却パイプ１３ａ−１の側方に、つまり周方向において冷却パイプ１３ａ−１よりもサイドゲート１９の側に位置する。第１の内部空間１３１ａにおける冷却パイプ１３ａ−１および１３ｂ−１の軸方向の位置は、図６に示すように、リム部用キャビティ１００ｂに充填された溶湯を、軸方向において上方側（つまりインナーフランジ部用キャビティ２５ａ側）から冷却するためにインナーフランジ部用キャビティ２５ａに相当する位置である。冷却パイプ１３ａ−１および１３ｂ−１は、上型１３の外周部の裏面に向かって冷却エア（図６において矢印で示す）を噴出し、上型１３の外周部を冷却する。
【００５４】
ここで、冷却パイプ１３ａ−１および１３ｂ−１の正面図である図９に示すように、冷却パイプ１３ａ−１および１３ｂ−１には冷却エアを噴出するための噴出穴１３ｘが周方向に沿って所定間隔で形成されており、この噴出穴１３ｘが上型１３の外周部の裏面に向くように配置される。なお、上型１３のサイドゲート１９から９０°離れた位置をより強く冷却するために冷却パイプ１３ａ−１の噴出穴１３ｘの間隔を冷却パイプ１３ｂ−１より密にしてもよい。
【００５５】
図７に示すように、第２の内部空間１３２ｂに設けた冷却パイプ１３ｃ−１（余の冷却手段２）は、エア供給手段１３０から供給された冷却エアを第２の内部空間１３２ｂ内で噴出する。冷却パイプ１３ｃ−１は、周方向においてサイドゲート１９に対向するよう配置されている。また、冷却パイプ１３ｃ−１には、図６に示すように、軸方向においてインナーフランジ部用キャビティ２５ａからリム本体部用キャビティ２３ａに渡り、複数の噴出穴が縦方向に例えば一列に並ぶように配置されており、サイドゲート１９に対向する上型１３の外周部の裏面に向かって冷却エア（図において矢印で示す）を噴出し、サイドゲート１９に対向している上型１３の外周部を冷却する。
【００５６】
なお、本実施形態のように、上型１３に形成される内部空間を第１の内部空間１３１ａと第２の内部空間１３２ａに分割し、少なくとも、サイドゲート１９から最も離れた位置に存在する冷却パイプ（一の冷却手段）１３ａ−１を、冷却パイプ（余の冷却手段２）１３ｃ−１が配置された第２の内部空間１３２ｂとは異なる内部空間である第１の内部空間１３１ａに配置することは、次のような好ましい技術的意義を有する。すなわち、冷却パイプ１３ａ−１〜１３ｃ−１が同一の内部空間に配置される場合、最初に作動する冷却パイプ１３ａ−１から噴出した冷却エアは、サイドゲート１９から最も離れた位置にある上型１３の外周部のみならず上型１３の全体をほぼ同時に冷却してしまう。このように上型１３の全体がほぼ同時に冷却されると、所望の周方向指向性凝固の達成は困難になる。しかしながら、本実施形態のように、第１の内部空間１３１ａと第２の内部空間１３２ｂとに内部空間を分割し、第１の内部空間１３１ａに冷却パイプ１３ａ−１および１３ｂ−１を、第２の内部空間１３２ｂに冷却パイプ１３ｃ−１を設けることにより、冷却パイプ１３ａ−１および１３ｂ−１から噴出した冷却エアは第１の内部空間１３１ａに留まり、第１の内部空間１３１ａが存在する上型１３の外周部を優先的に冷却する。これにより、サイドゲート１９に対向する上型１３の外周部まで同時に冷却することはなく、当該外周部は、第２の内部空間１３２ｂに配置された冷却パイプ１３ｃ−１から噴出される冷却エアで冷却されることとなる。このように一の冷却手段である冷却パイプ１３ａ−１とサイドゲートに対応する位置に配置した余の冷却手段である冷却パイプ１３ｃ−１とを異なる内部空間に配置することで、周方向指向性凝固の達成がより容易になるので好ましい。
【００５７】
リム部用キャビティに充填された溶湯を適正に凝固させるためには、上記したように上型に設けられた冷却手段（冷却パイプ）により、リム部用キャビティの内周部から冷却することに併せて、リム部用キャビティの外周部からも冷却する必要がある場合がある。このリム部用キャビティの外周部からの冷却は、金型を構成する材料や金型の構造を適宜設定することにより調整することが可能であるが、第２実施形態の金型１００では、交差部用キャビティの外側である可動分割型１４の中に、周方向に渡り複数のチラー１５を配置している。具体的には、本態様のチラー１５は、冷却パイプ１５ａを装着した冷却ブロック１５ｂであり、その周方向の長さはスポーク（デザイン部）９ｇの各付け根の幅と略同じである。かかるチラー１５では、冷却パイプ１５ａを介して冷却エアーや冷却水等の冷媒を矢示するように循環することで冷却ブロック１５ｂを冷却している。なお、冷却ブロック１５ｂは金型を構成する材料より高い熱伝導率を有し、かつアルミニウム合金溶湯に触れたときに当該溶湯を汚染しない材料で構成することが好ましい。
【００５８】
サイドゲート位置から周方向に９０°までの区間における上記構成のチラー１５の配置について図６のＡ−Ａ矢視図である図７に示すように、複数のチラー１５１，１５２，１５３は、周方向においてスポーク９ｇに対応した位置に設けられる。残りの２７０°の区間については同様につき説明を省略する。
【００５９】
上記冷却パイプ１３ａ−１〜１３ｃ−１から噴出させる冷媒（冷却エア）の各種条件、例えば、冷却エアを噴出するまでの待ち時間（以下噴出待ち時間という場合がある。）、冷却エアの噴出時間、冷却エア圧力などの冷却条件は、各冷却パイプ１３ａ−１〜１３ｃ−１ごとに個別にプログラムにより設定し、制御することができる。ここで、噴出待ち時間とは、図１２において符号Ｔ１〜Ｔ３で示す、キャビティへの溶湯の充填完了時からエアの噴出を開始するまでの時間、エア噴出時間とは、符号ｔ１〜ｔ３で示す、エア噴出を開始してから停止するまでの時間、エア圧力とは、符号Ｆ１〜Ｆ３で示す、冷媒圧力の一例としての冷却エアの圧力のことを指す。
【００６０】
上記構成の冷却手段を有する本実施形態の製造装置も、リム部用キャビティ１００ｂに開口するサイドゲート１９から軽合金溶湯が注入された後、複数の冷却手段のうち、サイドゲート１９から最も遠い一の冷却手段を最初に作動させ、その後サイドゲート１９に向かって余の冷却手段を順次作動させるとともに、一の冷却手段の冷却能に対してサイドゲート１９に向かうに従って余の冷却手段の冷却能が順次小さくなるように冷却手段の作動時間又は冷却圧力を制御する制御手段を備える。制御手段は、例えばプログラムを実行するＣＰＵで実現される。なお、制御手段は、一部又は全部をＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等のハードウェア回路によって構成してもよい。
【００６１】
［軽合金ホイールの製造方法］
本発明の第２の実施形態に係る軽合金ホイールの製造方法は、図６および図７に示すように、上型１３、下型１２及び一対の可動分割型１４を有する金型１００で形成された前記軽合金ホイールを象るキャビティ１１へ、上型１３及び一対の可動分割型１４で形成された前記リム部を象るキャビティ１００ｂに開口するサイドゲート（湯口）１９から軽合金溶湯を注入する注湯工程を含んでいる。更に、この製造方法は、注湯工程の後に、上型１３の内部空間１３１、１３２に、周方向に渡って設けられた複数の冷却手段である冷却パイプ１３ａ〜１３ｃのうち、設定した一の冷却手段である冷却パイプ１３ａを最初に作動させ、その後、余の冷却手段である冷却パイプ１３ｂ、１３ｃを作動させ、リム部を象るキャビティ（以下、リム部用キャビティと言う場合がある。他のキャビティについて同じ。）１００ｂに注入された軽合金溶湯（以下、溶湯と言う場合がある。）を強制冷却する強制冷却工程を有している。
【００６２】
具体的には、先ず、図６の下型１２、上型１３および一対の可動分割型１４を型締めしてキャビティを形成する。次いで、密閉容器８０ａ（図８参照）内を加圧し、保持炉８０ｂ内に貯留した溶湯８０ｈを、ストーク１８ａおよび１９ａを介してセンターゲート１８およびサイドゲート１９から、ディスク部用キャビティ１００ａおよびリム部用キャビティ１００ｂに注入する。そしてキャビティの上端であるインナーフランジ部用キャビティ２５ａまでアルミニウム合金溶湯が充填された後、保持炉８０ｂ内の加圧を所定時間維持する（注湯工程）。
【００６３】
注湯工程で溶湯がインナーフランジ部用キャビティ２５ａまで充填された後、冷却パイプ（冷却手段）１３ａ−１〜１３ｃ−１を作動させ、冷却パイプ１３ａ−１〜１３ｃ−１に冷却エアを流通させ噴出することにより、強制冷却工程を行う。ここで、図１１（ａ−１）に示すように、最初に作動させる一の冷却手段を冷却パイプ１３ｂ−１とし（図中、作動している冷却パイプは黒塗りで示されている。図１１の他の図について同じ。）、次いで、図１１（ａ−２）および（ａ−３）に示すように、冷却パイプ１３ａ−１、１３ｃ−１の順に作動させてもよい。しかしながら、周方向指向性凝固を効果的に達成するためには、サイドゲート１９から最も離れた位置にある冷却パイプ１３ａ−１を一の冷却手段に設定して最初に作動させ（図１１（ｂ−１））、その後、余の冷却手段１である冷却パイプ１３ｂ−１（図１１（ｂ−２）），次いで余の冷却手段２である冷却パイプ１３ｃ−１（図１１（ｂ−３））と作動させ、前記リム部用キャビティ１００ｂに充填された溶湯を強制冷却することが好ましい。
【００６４】
上記製造方法によって達成される、リム部用キャビティ１００ｂに充填された溶湯の周方向指向性凝固について図１０を参照して説明する。なお、図１０は、強制冷却工程における溶湯の凝固過程を概念的に示す図であり、図６および図７においてディスク部用キャビティ１００ａおよびリブ部用キャビティ１００ｂ並びにセンターゲート１８およびサイドゲート１９に充填された溶湯８０ｈのみを示す斜視断面図であり、理解のために上型１３や下型１２などの鋳造装置の各構成要素の図示は省略している。また、図１０において符号Ｒ１〜Ｒ７で示す２点鎖線は、溶湯８０ｈが凝固する際の固相線の分布を等高線的に示している。具体的には、各線Ｒ１〜Ｒ７は、リム部用キャビティ１００ｂへの溶湯８０ｈの充填完了後、強制冷却工程においてほぼ同一時期に溶湯８０ｈが固相線に至った点を各々結んだ線となっている。
【００６５】
上記構成の冷却パイプ１３ａ〜１３ｃを有する金型１００では、サイドゲート１９を通じてリム部用キャビティ１００ｂに充填された溶湯８０ｈは、以下説明するような形態で凝固が進行する。すなわち、リム部用キャビティ１００ｂに充填された溶湯８０ｈの凝固は、最初に作動する冷却パイプ（一の冷却手段）１３ａ−１での冷却によりサイドゲート１９から最も離れた位置から開始する。本実施形態の場合には、円周方向においては一対のサイドゲート１９の中間部であって、軸方向においては上方に配置されたインナーフランジ部用キャビティ２５ａの点Ｑから溶湯８０ｈの凝固は開始する。そして、上方の点Ｑから凝固が開始した溶湯８０ｈは、冷却パイプ（余の冷却手段１）１３ｂ−１および冷却パイプ（余の冷却手段２）１３ｃ−１での冷却により矢印Ｐ１〜Ｐ３で示すように線Ｒ１から線Ｒ７に向かい、インナーフランジ部用キャビティ２５ａからサイドゲート１９へと下方へ指向しつつ徐々に凝固する。このように本発明の実施形態に係る製造方法では、サイドゲート１９から最も離れた位置からサイドゲート１９に向けた所望の周方向指向性凝固を達成することができる。
【００６６】
上記のように各冷却パイプ１３ａ−１〜１３ｃ−１の作動のタイミングをずらすためには、例えば図１２に示すように、各冷却パイプ１３ａ−１〜１３ｃ−１における噴出待ち時間Ｔ１〜Ｔ３が異なるようプログラムを設定しておけばよい。具体的には、最初に作動させる冷却パイプ１３ａ−１の噴出待ち時間Ｔ１を最も短く設定し、冷却パイプ１３ｂ−１および１３ｃ−１の噴出待ち時間Ｔ２およびＴ３が噴出待ち時間Ｔ１より長くなるよう設定すればよい。さらに、サイドゲート１９から最も離れた位置にある冷却パイプ１３ａ−１の噴出待ち時間Ｔ１を最も短く設定し、サイドゲート１９に近づくにつれて冷却パイプ１３ｂ−１および１３ｃ−１の噴出待ち時間Ｔ２およびＴ３がこの順序で長くなるように設定することがより好ましい。
【００６７】
周方向指向性凝固をより効果的に達成するためには、冷却パイプ１３ａ−１の冷却能に対し、冷却パイプ１３ｂ−１および１３ｃ−１の冷却能をサイドゲート１９に向かい低くすることが望ましい。具体的には、図１２に示すように、各冷却パイプ１３ａ−１〜１３ｃ−１から噴出される冷却エアの噴出時間ｔ１〜ｔ３をこの順序で徐々に（好ましくは傾斜的に）短くする、またはエア圧力Ｆ１〜Ｆ３をこの順序で徐々に（好ましくは傾斜的に）減少させることで実現することができる。
【００６８】
上記した強制冷却工程が完了した後、保持炉８０ｂ内の加圧を止めて溶湯を保持炉８０ｂに戻し、凝固が完了したホイール素材を金型１００から取り出し、このホイール素材に加工や塗装など必要に応じ適宜な処理を施すことにより所望のホイールを得ることができる。
【００６９】
図１３は、本発明の第２の実施形態に係る製造方法に使用される、好ましい金型２００の一例の断面図である。上記説明した第２の実施形態の金型１００に対し、好ましい金型２００は、（１）冷却パイプ１３ａ−１、１３ｂ−１および２３ｃ−１は、分割して形成された３つの内部空間である、第１〜第３の内部空間１３１ａ、２３２ｂおよび２３３ｂに一つずつ独立して収納されている点、（２）サイドゲート１９に対向するよう第３の内部空間２３３ｂ内に配置される冷却パイプ２３ｃ−１は、上記説明した冷却パイプ１３ａ−１および１３ｂ−１と同形態である点で、金型１００と相違している。好ましい例である本実施形態の金型２００によれば、より効果的に周方向指向性凝固を達成することができる。
【００７０】
［製品特性］
本発明に係る軽合金ホイールは、略円筒形状のリム部と、前記リム部に内設された、車軸に装着されるディスク部とを有する軽合金ホイールであって、前記車輪に対して直角なリム部断面において、極大ＤＡＳIIを示す位置から周方向に最も遠い位置のＤＡＳIIをＡ、前記極大ＤＡＳIIをＢとし、前記極大ＤＡＳIIを示す位置と該位置から周方向に最も遠い位置との中間部におけるＤＡＳIIをＣとしたとき、Ａ，Ｂ，Ｃが、式（２）：Ａ＋（Ｂ−Ａ）×０．１＜Ｃ＜Ｂ−（Ｂ−Ａ）×０．１を満足することを特徴とする軽合金ホイールである。このように本発明に係る軽合金ホイールは、リム部の各部位におけるＤＡＳII値が特定の関係を有するから、リム部に発生する引け巣などの鋳造欠陥が従来より少なく、従来の軽合金ホイールに対し高強度でエア漏れが少ない。交差部の気孔率を１％以下とすることにより強度およびエア漏れに関し、更に有利な軽合金ホイールとすることができる。
【００７１】
（実施例１〜５，比較例１）
次に、第１の実施形態に対応する実施例１〜５について比較例１と比較しつつ説明する。図１および図２に示す金型のキャビティに開口するサイドゲート１９から軽合金溶湯としてＪＩＳ  Ｈ  ５２０２に規定されるＡＣ４ＣＨ相当の鋳造用アルミニウム合金の溶湯を注入する注湯工程と、キャビティに注入された軽合金溶湯を以下のようにして強制冷却する強制冷却工程とを経て軽合金ホイールを製造した。実施例１〜５では図２に示すチラー１５１，１５２，１５３のそれぞれを作動させるタイミングを変えて実施した。実施例１，３，４では、金型１００内の全てのキャビティへの軽合金溶湯の注入が完了した時点を基準時とし、先ず、基準時に一の冷却手段であるチラー１５１を作動させ、その１０秒後に余の冷却手段であるチラー１５２，１５３を同時に作動させた。実施例２では、基準時にサイドゲートから最も遠い一の冷却手段であるチラー１５１を作動させ、基準時から５秒後に余の冷却手段であるチラー１５２を作動させ、基準時から１０秒後に別の余の冷却手段であるチラー１５３を作動させた。実施例３ではチラー１５１，１５２，１５３の流通時間（冷却空気を供給し続ける時間）をそれぞれ１４０，１２０，１００秒とした。実施例４ではチラー１５１，１５２，１５３に供給する冷却空気の圧力をそれぞれ２，１．５，１（×１０４Ｐａ）とした。実施例５では、基準時にチラー１５１およびチラー１５２を作動させ、基準時から１０秒後にチラー１５３を作動させ、チラー１５１，１５２，１５３に供給する冷却空気の圧力をそれぞれ２，１．５，１（×１０４Ｐａ）とした。比較例１では、基準時に全てのチラー１５１，１５２，１５３を作動させたことを除いて、実施例１と同様の製造条件で実施した。また、実施例１〜５および比較例１では、上型を冷却する冷却手段として、第２実施形態で説明した冷却パイプを使用した。冷却パイプの作動条件は次に示す通り実施例１〜５および比較例１において同一とした。図７に示すサイドゲート１９から最も離れた一の冷却手段（冷却パイプ）１３ａ、サイドゲートに近い余の冷却手段（冷却パイプ）１３ｂ，１３ｃを基準時から５秒後にそれぞれ同時に作動させた。各冷却パイプへ供給する冷媒（空気）の流通時間は冷却パイプ１３ａ，１３ｂにおいて１００秒、冷却パイプ１３ｃにおいて５０秒とした。冷媒圧力は冷却パイプ１３ａ，１３ｂにおいて２×１０４Ｐａ、冷却パイプ１３ｃにおいて４×１０４Ｐａとした。
【００７２】
得られた軽合金ホイールはリム部のα−Ａｌの２次枝法によるデンドライト２次アームスペーシング（以下、ＤＡＳIIと言う場合がある）、交差部の平均気孔率、エア漏れ率を測定した。測定方法を図３，４を参照して説明する。サイドゲート位置ＰＢを基準にして最も遠い位置をＰＡ、中間位置をＰＣとし、各位置で軽合金ホイールの回転軸を含む面でリム部を切断し、断面を撮影してＤＡＳIIを求めた。断面における撮影箇所は軸方向リム部長さの中央、かつ当該箇所肉厚の中央とし、撮影視野は５ｍｍ×５ｍｍとした。交差部の気孔率はＤＡＳIIの測定に使った断面における交差部２６から測定した。測定箇所は交差部２６の任意の５か所とし、撮影視野５ｍｍ×５ｍｍの組織断面写真における、最大寸法０．１ｍｍ以上の気孔の合計面積の割合（面積率）を気孔率とし、各断面から求めた気孔率の平均値を平均気孔率とした。エア漏れの測定方法は、ＪＡＳＯ（公益社団法人自動車技術会）の定める規格Ｃ６１４の８．５に準拠した。エア漏れ率（百分率％）はエア漏れが認められたホイール数を測定したホイール数で除し１００を乗じた値である。製造条件および得られた軽合金ホイールのＤＡＳII、平均気孔率、エア漏れ率を表１に示す。表１におけるエア漏れ率の評価は、比較例１のエア漏れ率（百分率％）を基準とし基準から各実施例のエア漏れ率を減じた値が、０を超え０．１以下（△）、０．１を超え０．２以下（○）、０．２超え（◎）の３水準相対評価とした。上記説明した測定方法等は、以下説明する実施例６〜１３および比較例２、３でも同様である。
【００７３】
【表１】
2016039484.tif 000003
【００７４】
実施例１〜５の軽合金ホイールは、ＤＡＳII値から分かるとおりリム部の周方向の指向性凝固が達成されており、平均気孔率から分かるとおりリム部に発生する引け巣などの鋳造欠陥が比較例１の従来の製造方法に比べて少ない軽合金ホイールであった。実施例１〜５の軽合金ホイールのエア漏れ率は、何れも比較例１に対して改善することが判った。比較例１の軽合金ホイールは、リム部の周方向の指向性凝固が不完全であり、平均気孔率は実施例１〜５に比べてやや大きくなった。比較例１の軽合金ホイールのエア漏れ率は、生産性の観点から十分に小さい値ではなかった。
【００７５】
リム部用キャビティ１００ｂのうちサイドゲート１９から最も離れた位置ＰＡの凝固した溶湯のＤＡＳIIをＡ、サイドゲート前の位置ＰＢの凝固した溶湯のＤＡＳIIをＢとしたとき、Ａ＜Ｂとなるよう行った、強制冷却工程では、リム部用キャビティ１００ｂに注湯された溶湯を強制冷却することが好ましいことが判った。
【００７６】
さらに、リム部用キャビティ１００ｂのうちサイドゲート１９から最も遠い位置とサイドゲート１９との中間部における凝固した軽合金溶湯のＤＡＳIIをＣとしたとき、Ａ，Ｂ，Ｃが下記式（１）を満足するよう、強制冷却工程でリム部用キャビティ１００ｂに注湯された溶湯を強制冷却することが好ましいことが判った。
Ａ＋（Ｂ−Ａ）×０．１＜Ｃ＜Ｂ−（Ｂ−Ａ）×０．１      （１）
【００７７】
加えて、車輪に対して直角なリム部断面において、極大ＤＡＳIIを示す位置から周方向に最も遠い位置のＤＡＳIIをＡ、極大ＤＡＳIIをＢとし、極大ＤＡＳIIを示す位置と該位置から周方向に最も遠い位置との中間部におけるＤＡＳIIをＣとしたとき、Ａ，Ｂ，Ｃが下記式（２）を満足する軽合金ホイールが好ましいことが判った。
Ａ＋（Ｂ−Ａ）×０．１＜Ｃ＜Ｂ−（Ｂ−Ａ）×０．１      （２）
【００７８】
（実施例６〜９，比較例２）
次に、第２の実施形態に対応する実施例６〜９について比較例２と比較しつつ説明する。図６および図７に示す金型のキャビティに開口するサイドゲート１９から軽合金溶湯としてＪＩＳ  Ｈ  ５２０２に規定されるＡＣ４ＣＨ相当の鋳造用アルミニウム合金の溶湯を注入する注湯工程と、キャビティに注入された軽合金溶湯を以下のようにして強制冷却する強制冷却工程とを経て軽合金ホイールを製造した。実施例６では基準時から５秒後に図７に示すサイドゲート１９から最も離れた一の冷却手段（冷却パイプ）１３ａを最初に作動させ、１０秒後にサイドゲート１９に近い余の冷却手段（冷却パイプ）１３ｂを作動させ、５０秒後にサイドゲート１９に対向する別の余の冷却手段（冷却パイプ）１３ｃを作動させた。実施例７，８，９では基準時に冷却パイプ１３ａを最初に作動させ、５秒後に冷却パイプ１３ｂを作動させ、５０秒後に冷却パイプ１３ｃを作動させた。実施例８では冷却パイプ１３ａ，１３ｂ，１３ｃの流通時間（冷却エアーを供給し続ける時間）をそれぞれ１４０，１２０，１００秒とした。実施例９では冷却パイプ１３ａ，１３ｂ，１３ｃに供給する冷却エアーの圧力をそれぞれ３，２，４（×１０４Ｐａ）とした。比較例２では比較例１と同様の製造条件で実施した。実施例６〜９および比較例２では、交差部を冷却する冷却手段として第１実施形態で説明したチラーを使用した。チラーの作動条件は次に示す通り実施例６〜９および比較例２において同一とした。基準時に全てのチラー１５１，１５２，１５３を作動させた。チラー１５１，１５２，１５３へ供給する冷媒（空気）の流通時間は何れも１００秒とし、圧力は何れも１×１０４Ｐａとした。
【００７９】
得られた軽合金ホイールはリム部のＤＡＳII、交差部の気孔率、エア漏れを測定した。製造条件および得られた軽合金ホイールのＤＡＳII、平均気孔率、エア漏れを表２に示す。
【００８０】
【表２】
2016039484.tif 000004
【００８１】
実施例６〜９の軽合金ホイールは、ＤＡＳII値から分かるとおりリム部の周方向の指向性凝固が達成されており、比較例２の従来の製造方法に比べてリム部に発生する引け巣などの鋳造欠陥が少ない軽合金ホイールであった。実施例６〜９の軽合金ホイールのエア漏れ率は、何れも比較例２に対して改善することが判った。比較例２の軽合金ホイールは、リム部の周方向の指向性凝固が不完全であり、実施例６〜９の製造方法に比べてリム部に発生する引け巣などの鋳造欠陥がやや多い軽合金ホイールであった。
【００８２】
リム部用キャビティ１００ｂのうちサイドゲート１９から最も離れた位置の凝固した軽合金溶湯のＤＡＳIIをＡ、サイドゲート１９前の凝固した軽合金溶湯のＤＡＳIIをＢとしたとき、Ａ＜Ｂとなるよう、強制冷却工程では、リム部用キャビティ１００ｂに注湯された溶湯を強制冷却することが好ましいことが判った。
【００８３】
さらに、リム部用キャビティ１００ｂのうちサイドゲート１９から最も離れた位置とサイドゲート１９との中間部における凝固した軽合金溶湯のＤＡＳIIをＣとしたとき、Ａ，Ｂ，Ｃが下記式（１）を満足するよう、強制冷却工程では、リム部用キャビティ１００ｂに注湯された溶湯を強制冷却することが好ましいことが判った。
Ａ＋（Ｂ−Ａ）×０．１＜Ｃ＜Ｂ−（Ｂ−Ａ）×０．１      （１）
【００８４】
加えて、車輪に対して直角なリム部断面において、極大ＤＡＳIIを示す位置から周方向に最も遠い位置のＤＡＳIIをＡ、極大ＤＡＳIIをＢとし、極大ＤＡＳIIを示す位置と該位置から周方向に最も遠い位置との中間部におけるＤＡＳIIをＣとしたとき、Ａ，Ｂ，Ｃが下記式（２）を満足する軽合金ホイールが好ましいことが判った。
Ａ＋（Ｂ−Ａ）×０．１＜Ｃ＜Ｂ−（Ｂ−Ａ）×０．１      （２）
【００８５】
（実施例１０〜１３，比較例３）
次に、第２の実施形態における好ましい金型２００を使用した実施例１０〜１３について比較例３と比較しつつ説明する。図１３に示す金型２００のキャビティに開口するサイドゲート１９から溶湯としてＪＩＳ  Ｈ  ５２０２に規定されるＡＣ４ＣＨ相当の鋳造用アルミニウム合金の溶湯を注入する注湯工程と、キャビティに注入された溶湯を以下のようにして強制冷却する強制冷却工程とを実施し、ホイールを製造した。実施例１０では、いずれの冷却パイプ１３ａ，１３ｂ，２３ｃでも、冷却エアの噴出時間を１００ｓ、圧力を冷却パイプ１３ａ，１３ｂで２×１０４Ｐａ、冷却パイプ１３ｃで４×１０４Ｐａで作動するよう設定し、基準時から５秒後にサイドゲート１９から最も離れた冷却パイプ１３ａを最初に作動させ、２０秒後にサイドゲート１９に近い冷却パイプ１３ｂを作動させ、５０秒後にサイドゲート１９に対向する冷却パイプ２３ｃを作動させた。実施例１１，１２，１３では、基準時に冷却パイプ１３ａを最初に作動させ、１０秒後に冷却パイプ１３ｂを作動させ、５０秒後に冷却パイプ２３ｃを作動させた点以外は、実施例１０と同様の製造条件で実施した。実施例１２では、冷却パイプ１３ａ，１３ｂおよび２３ｃの噴出時間をそれぞれ１４０秒，１２０秒および１００秒とした点以外は、実施例１１と同様の製造条件で実施した。実施例１３では、冷却パイプ１３ａ，１３ｂおよび２３ｃに供給する冷却エアの圧力をそれぞれ３×１０４Ｐａ，２×１０４Ｐａおよび４×１０４Ｐａとした点以外は、実施例１１と同様の製造条件で実施した。比較例３では比較例１と同様の製造条件で実施した。実施例１０〜１３および比較例３では、交差部を冷却する冷却手段としてチラーを使用した。チラーの作動条件は実施例１０〜１３および比較例３において同一とし、実施例６〜９および比較例２と同一とした。
【００８６】
得られた軽合金ホイールはリム部のＤＡＳII、交差部の気孔率、エア漏れを測定した。製造条件および得られた軽合金ホイールのＤＡＳII、平均気孔率、エア漏れ率を表３に示す。
【００８７】
【表３】
2016039484.tif 000005
【００８８】
実施例１０〜１３の軽合金ホイールは、ＤＡＳII値から分かるとおりリム部９ａの周方向の指向性凝固が達成されており、比較例の従来の製造方法に比べてリム部９ａに発生する引け巣などの鋳造欠陥が少ない軽合金ホイールであった。実施例１０〜１３の軽合金ホイールのエア漏れ率は、何れも比較例３に対して改善することが判った。比較例３の軽合金ホイールは、リム部の周方向の指向性凝固が不完全であり、実施例の製造方法に比べてリム部に発生する引け巣などの鋳造欠陥がやや多い軽合金ホイールであった。
【００８９】
リム部用キャビティ１００ｂのうちサイドゲート１９から最も離れた位置ＰＡの凝固した溶湯のＤＡＳIIをＡ、サイドゲート前の位置ＰＢの凝固した溶湯のＤＡＳIIをＢとしたとき、Ａ＜Ｂとなるよう行った、強制冷却工程では、リム部用キャビティ１００ｂに注湯された溶湯を強制冷却することが好ましいことが判った。
【００９０】
さらに、リム部用キャビティ１００ｂのうちサイドゲート１９から最も離れた位置ＰＡとサイドゲート１９の位置ＰＢとの中間の位置ＰＣにおける凝固した溶湯のＤＡＳIIをＣとしたとき、Ａ、ＢおよびＣが下記式（１）を満足するよう、強制冷却工程では、リム部用キャビティに注湯された溶湯を強制冷却することが、更に好ましいことが判った。
Ａ＋（Ｂ−Ａ）×０．１＜Ｃ＜Ｂ−（Ｂ−Ａ）×０．１  （１）
【００９１】
加えて、車輪に対して直角なリム部断面において、極大ＤＡＳIIを示す位置から周方向に最も遠い位置のＤＡＳIIをＡ、極大ＤＡＳIIをＢとし、極大ＤＡＳIIを示す位置と該位置から周方向に最も遠い位置との中間部におけるＤＡＳIIをＣとしたとき、Ａ，Ｂ，Ｃが下記式（２）を満足する軽合金ホイールが好ましいことが判った。
Ａ＋（Ｂ−Ａ）×０．１＜Ｃ＜Ｂ−（Ｂ−Ａ）×０．１      （２）
【産業上の利用分野】
【００９２】
本発明は、乗用車等の自動車に装着されるアルミニウム合金、マグネシウム合金等の軽合金で形成された車両用の軽合金ホイールに適用可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１  リム部キャビティ
１ａ  小容積リム部キャビティ
１ｂ  大容積リム部キャビティ
２  窓部
３  スポーク部キャビティ
４  駄肉形成空間
５  サイドゲート
９ａ  リム部
９ｂ  リム本体部
９ｃ  アウターフランジ部（第１のフランジ部）
９ｄ  インナーフランジ部（第２のフランジ部）
９ｅ  ディスク部
９ｆ  ハブ部
９ｇ  デザイン部
１０  軽合金ホイール 
１０ａ  凝固開始点
１１  キャビティ
１２  下型
１３  上型
１３ａ（１３ａ−１、１３ａ−２）  冷却パイプ（一の冷却手段）
１３ｂ（１３ｂ−１〜１３ｂ−４）  冷却パイプ（余の冷却手段１）
１３ｃ、１３ｃ´（１３ｃ−１，１３ｃ−２）  冷却パイプ（余の冷却手段２）
１３ｘ  噴出穴
１４  可動分割型
１５  チラー（冷却手段）
１５ａ  冷却パイプ
１５ｂ  冷却ブロック
１５１  チラー（一の冷却手段）
１５２，１５３  チラー（余の冷却手段）
１８  センターゲート
１８ａ  ストーク
１９  サイドゲート
２１ａ  ハブ部用キャビティ
２２  スポーク用キャビティ
２３ａ  リム本体部用キャビティ
２３ｃ  冷却パイプ
２５ａ  インナーフランジ部用キャビティ
２６  交差部
２７  非交差部
８０  鋳造装置
８０Ｌ  符号
８０ａ  密閉容器
８０ｂ  保持炉
８０ｃ  下型プラテン
８０ｄ  可動プラテン
８０ｅ  ガイド
８０ｆ  上型プラテン
８０ｇ  ガイドポスト
８０ｈ  溶湯
８０ｉ  湯口部
８０ｊ  湯口ブッシュ
８０ｋ  油圧シリンダ
８０ｍ  上板
８０ｏ  符号
８０ｐ  符号
１００（２００）  金型
１００ａ  ディスク部用キャビティ
１００ｂ  リム部用キャビティ
１３０  エア供給手段
１３１（１３１ａ、１３１ｂ）  第１の内部空間
１３２（１３２ａ、１３２ｂ，２３２ａ〜２３２ｄ）  第２の内部空間
２３３（２３３ａ〜２３３ｄ）  第３の内部空間
【図１】
2016039484.tif 000006
【図２】
2016039484.tif 000007
【図３】
2016039484.tif 000008
【図４】
2016039484.tif 000009
【図５】
2016039484.tif 000010
【図６】
2016039484.tif 000011
【図７】
2016039484.tif 000012
【図８】
2016039484.tif 000013
【図９】
2016039484.tif 000014
【図１０】
2016039484.tif 000015
【図１１】
2016039484.tif 000016
【図１２】
2016039484.tif 000017
【図１３】
2016039484.tif 000018
【図１４】
2016039484.tif 000019
【国際調査報告】
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2016039484.tif 000021