(57)【要約】【課題】表面が切削加工されることによって車両用ホイールのリムになる円筒状のリム素材を有する鋳造品、その鋳造品を鋳造するための鋳型装置、およびその鋳造品を鋳造するための鋳造方法に関し、表面が切削加工されることによって車両用ホイールのリムになるリム素材の内部に鋳巣が存在したとしてもその鋳巣によって圧洩れが引き起こされることを低減させることができる鋳造品、その鋳造品を鋳造するための鋳型装置、およびそのその鋳造品を鋳造するための鋳造方法を提供する。【解決手段】表面が切削加工されることによって車両用ホイールのリムになる円筒状のリム素材９１を有する鋳造品Ｗにおいて、リム素材９１は、最も粗い鋳造組織が肉厚方向中央よりも外周側にあるものである。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が切削加工されることによって車両用ホイールのリムになる円筒状のリム素材を有する鋳造品において、
前記リム素材は、最も粗い鋳造組織が肉厚方向中央よりも外周側にあるものであることを特徴とする鋳造品。
【請求項２】
車両用ホイールのリムになるリム素材を形成する円筒状のキャビティの内周を画定する内型と、
前記キャビティの外周を画定する外型と、
前記キャビティへ溶湯が充填された状態で、前記内型の型温の方が前記外型の型温よりも低くなるように、該内型の型温と該外型の型温との相対的な温度差を制御する型温制御手段とを備えたことを特徴とする鋳型装置。
【請求項３】
車両用ホイールのリムになるリム素材を形成する円筒状のキャビティの内周を画定する内型と、該キャビティの外周を画定する外型とを有する鋳型装置を用いて鋳造を行う鋳造方法において、
前記キャビティへ溶湯を充填する注湯工程と、
前記キャビティへ溶湯が充填された状態で、前記内型の型温の方が前記外型の型温よりも低くなるように、該内型の型温と該外型の型温との間に相対的な温度差を設けて該キャビティ内の溶湯を冷却する冷却工程と、
前記鋳型装置から鋳造品を抜型する抜型工程とを有することを特徴とする鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面が切削加工されることによって車両用ホイールのリムになる円筒状のリム素材を有する鋳造品、その鋳造品を鋳造するための鋳型装置、およびその鋳造品を鋳造するための鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用ホイールのリムには正確な真円度が要求される。車両用ホイールのリムになる円筒状のリム素材を鋳造によって形成する場合には、鋳造後に実施される熱処理工程によってそのリム素材に歪みが生じやすい。このため従来より、熱処理工程の後にそのリム素材の外周面と内周面との双方を切削加工して真円度を高めている。
【０００３】
ここで、リム素材と、そのリム素材の内周面につながるディスク素材とを鋳造によって一体形成する場合を例にあげて説明する。この場合には、リム素材を形成する円筒状のリム素材形成空間と、そのリム素材形成空間につながるディスク素材形成空間とが設けられた鋳型装置（例えば、特許文献１等参照）が用いられる。上記特許文献１に記載された鋳型装置は、リム素材形成空間の内周を画定する内型と、リム素材形成空間の外周を画定する外型とを備え、リム素材形成空間の中でディスク素材形成空間につながる部分が最も厚みがある空間になっている。特許文献１に記載された鋳型装置では、この部分で引け巣が発生することを防止するため、内型の、この部分の内側になる部位に保温手段を設けるとともに外型の、この部分の外側になる部位に冷却手段を設けている。
【特許文献１】特開２００３−２９０９０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、リム素材形成空間に充填された溶湯は、厚さ方向外側から内側に向かって凝固していくため、表面の鋳造組織よりも内部の鋳造組織の方が粗くなりやすく、粗い鋳造組織には鋳巣が存在していることがある。ここで、切削加工前のリム素材の内部に鋳巣が存在していると、リム素材の外周面と内周面との双方を切削加工することによってその鋳巣がちょうどリム表面に露出し、車両用ホイールにタイヤを装着したときの圧洩れの原因になることがある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑み、表面が切削加工されることによって車両用ホイールのリムになるリム素材の内部に鋳巣が存在したとしてもその鋳巣によって圧洩れが引き起こされることを低減させることができる鋳造品、その鋳造品を鋳造するための鋳型装置、およびそのその鋳造品を鋳造するための鋳造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を解決する本発明のうちの鋳造品は、表面が切削加工されることによって車両用ホイールのリムになる円筒状のリム素材を有する鋳造品において、
上記リム素材は、最も粗い鋳造組織が肉厚方向中央よりも外周側にあるものであることを特徴とする。
【０００７】
ここにいう最も粗い鋳造組織とは、アルミニウム合金であればデンドライト結晶構造が最も粗い、すなわちデンドライトの結晶粒が最も大きいことを意味する。
【０００８】
本発明の鋳造品によれば、上記リム素材における最も粗い鋳造組織が肉厚方向中央よりも外周側にある。上記リム素材における最も粗い鋳造組織の位置は、そのリム素材の冷却方法によって変わってくる。すなわち、急冷すればするほど鋳造組織は緻密になり、相対的に粗い鋳造組織は急冷した場所から遠ざかる。したがって、上記リム素材の内周側を外周側よりも急冷すれば、最も粗い鋳造組織は肉厚方向中央よりも外周側に寄り、最も粗い鋳造組織に鋳巣が存在していても、リム素材表面に切削加工を施す際にその鋳巣は切削加工によって除去することができる。よって、本発明の鋳造品を用いれば、鋳巣によって圧洩れが引き起こされることを低減させることができる。
【０００９】
上記目的を解決する本発明のうちの鋳型装置は、車両用ホイールのリムになるリム素材を形成する円筒状のキャビティの内周を画定する内型と、
上記キャビティの外周を画定する外型と、
上記キャビティへ溶湯が充填された状態で、上記内型の型温の方が上記外型の型温よりも低くなるように、その内型の型温とその外型の型温との相対的な温度差を制御する型温制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
上記目的を解決する本発明のうちの鋳造方法は、車両用ホイールのリムになるリム素材を形成する円筒状のキャビティの内周を画定する内型と、該キャビティの外周を画定する外型とを有する鋳型装置を用いて鋳造を行う鋳造方法において、
前記キャビティへ溶湯を充填する注湯工程と、
前記キャビティへ溶湯が充填された状態で、前記内型の型温の方が前記外型の型温よりも低くなるように、該内型の型温と該外型の型温との間に相対的な温度差を設けて該キャビティ内の溶湯を冷却する冷却工程と、
前記鋳型装置から鋳造品を抜型する抜型工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の鋳型装置や鋳造方法によれば、上記リム素材は外周側よりも内周側の方が急冷される。上記キャビティに充填された溶湯は冷却される際に凝固収縮によって上記外型から離れて上記内型に寄ってくる。そのため、上記キャビティ内では、外型と溶湯の間に空気の断熱層が形成され、リム素材の外周側は急冷しにくい。そこで、上記リム素材の内周側を外周側よりも急冷するために、本発明の鋳型装置では上記型温制御手段を設けており、本発明の鋳造方法では上記冷却工程を有する。これらの結果、本発明の鋳型装置や鋳造方法によれば、本発明の鋳造品を得ることができる。
【００１２】
上記型温制御手段としては、上記外型を加熱する加熱手段（例えば、バーナやパネルヒータ等）と上記内型を冷却する冷却手段（例えば、水冷手段やミスト冷却手段等）の組み合わせや、上記外型の型温を保温する保温手段と上記内型を冷却する冷却手段の組み合わせ等があげられる。
【００１３】
また、上記冷却工程では、上記加熱手段と上記冷却手段を用いて上記内型の型温と上記外型の型温との間に相対的な温度差を設けてもよいし、上記保温手段と上記冷却手段を用いて上記内型の型温と上記外型の型温との間に相対的な温度差を設けてもよい。
【００１４】
さらに、円筒状のリム素材と、そのリム素材の内周面につながるディスク素材とを鋳造によって一体形成する際に用いられる鋳型装置にあっては、上記内型および上記外型それぞれにおける、上記リム素材の、上記ディスク素材との接続部を除く部分を形成する箇所に関し、上記キャビティへ溶湯が充填された状態で、上記内型のその箇所の型温の方が上記外型のその箇所の型温よりも低くなるように、その内型のその箇所の型温とその外型のその箇所の型温との相対的な温度差を制御する型温制御手段を設ければよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、表面が切削加工されることによって車両用ホイールのリムになるリム素材の内部に鋳巣が存在したとしてもその鋳巣によって圧洩れが引き起こされることを低減させることができる鋳造品、その鋳造品を鋳造するための鋳型装置、およびそのその鋳造品を鋳造するための鋳造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態である低圧鋳造用の鋳型装置の内部構造を示す断面図である。
【００１８】
図１に示す低圧鋳造用の鋳型装置１は、ディッシュタイプの１ピース車両用ホイールの中間素材を鋳造する際に用いられる、サイドゲート方式を採用したものであって、下型１１と上型１２と一対の横型１３とを備えている。これらの鋳型１１〜１３はいずれも金型である。この鋳型装置１を用いて鋳造される車両用ホイールの中間素材は、表面が切削加工されることによってリムになる円筒状のリム素材と、そのリム素材の内周面一端側（アウター側）につながり窓部が設けられたディスク素材とを有する。
【００１９】
図１には、型閉めされた鋳型装置１が示されており、この図１では、断面を表す部分にハッチングを施すのではなく、下型１１、上型１２、および一対の横型１３それぞれを明確にするため、下型１１には左下がりのハッチングを施し、上型１２には右下がりのハッチングを施し、一対の横型１３にはクロスハッチングを施してある。
【００２０】
図１に示す下型１１は下型プラテン１４０に固定配置されたものである。一方、上型１２は昇降自在なものである。この上型１２は、シリンダ（不図示）のピストンロッド１５１に取り付けられ上下動する上型プラテン１５０に固定され、上型プラテン１５０が上下動することによって昇降する。なお、下型プラテン１４０の内部には、冷却媒体の搬送経路となる配管類（不図示）等が収容された収容空間１４１が設けられている。
【００２１】
一対の横型１３は、互いに離れることで型が開き、当接するまで互いに接近することで型が閉まるものである。図１に示す横型１３は、下型プラテン１４０の水平面１４０ａ上を、図１の紙面に対して垂直な方向にスライドする。すなわち、一対の横型１３は、分割面（パーティング面）１３ａに直交した下型プラテン１４０の水平面１４０ａがスライド面になり、その水平面１４０ａに沿って型閉めおよび型開きが行われる。図１には、一対の横型１３のうちの一方の横型１３のみが示されており、その一方の横型１３は、紙面手前へ向かってスライドすることで型が閉まり、紙面奥側へ向かってスライドすることで型が開く。
【００２２】
図１に示す鋳型装置１では、固定配置された下型１１の上に上型１２が下降してくるとともに一対の横型１３が当接するまで互いに接近することで型閉めが行われ、キャビティＣが形成される。横型１３はリム素材の外周面を形成し、下型１１はディスク素材のおもて面（デザイン面）を形成する。また、上型１２は、リム素材の内周面を形成するとともにディスク素材の裏面も形成する。したがって、図１に示す上型１２が本発明にいう内型の一例に相当し、横型１３が本発明にいう外型の一例に相当する。
【００２３】
型閉めされた鋳型装置１は、一対の横型１３が互いに離れるとともに上型１２が上昇することで型開きが行われる。キャビティＣに溶湯を充填して得られた車両用ホイールの中間素材（鋳造品）は、上昇する上型１２から離れず、リム素材の、ディスク素材とは反対側のフランジ先端部（いわゆるインナーリムフランジ）が不図示の押し出し板によって下方へ押されることで、上型１２から抜型する。
【００２４】
また、図１に示す鋳型装置１には、横型１３のスライド面になる下型プラテン１４０の水平面１４０ａに、凹部１６１１が設けられた湯口カラー１６１が配備されている。この凹部１６１１にはストーク１７０が接続しており、凹部１６１１内にはストレーナ（不図示）がセットされる。なお、湯口カラー１６１は、押さえ板１６２によってストーク１７０の上端に取り付けられている。ストーク１７０は、不図示の密閉された保持炉内に差し込まれたものであって、このストーク１７０には断熱材１７１が配備されている。保持炉にはアルミニウム合金の溶湯が保持されており、この溶湯に２ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の圧力をかけることで、保持炉内の溶湯がストーク１７０を通って凹部１６１１に達する。したがって、この凹部１６１１の開口が、図１に示す鋳型装置１の湯口１６０になる。図１に示す鋳型装置１には、湯口１６０に到達した溶湯が、横型１３と下型プラテン１４０との間から漏れ出してくることを防止するため、湯口ブラケット１６３が配備されている。
【００２５】
一対の横型１３は、型閉めされた状態でキャビティＣの、円筒状のリム素材形成空間ＣRの周方向に１８０°対向した位置からそのリム素材形成空間ＣRにそれぞれつながる２つの堰形成空間１３１を有する。これら２つの堰形成空間１３１は、一対の横型１３の分割面１３ａに形成されている。図１は、鋳型装置１の右側半分を一対の横型１３の分割面１３ａに沿って断面した様子を示し、左側半分をその分割面１３ａとは異なる面に沿って断面した様子を示すものであるため、図１の右側にしか堰形成空間１３１が示されていない。なお、湯口１６０も、１８０°対向した位置にそれぞれ設けられているが、図１では右側となる湯口１６０しか示されていない。
【００２６】
また、一対の横型１３は、型閉めされた状態で湯口１６０と堰形成空間１３１を結ぶ湯道形成空間１３２も有する。この湯道形成空間１３２も、一対の横型１３の分割面１３ａに形成されたものである。キャビティＣへの溶湯充填時には、不図示の保持炉から湯口１６０に到達した溶湯が、湯道形成空間１３２を通って堰形成空間１３１からキャビティＣ内へ充填される。図１に示す湯道形成空間１３２は、湯口１６０につながる部分が立ち上がった後、略９０°折れ曲がり堰形成空間１３１に向けて延びている。すなわち、湯道形成空間１３２には、下型プラテン１４０の水平面１４０ａと略平行に延びる部分１３２１が設けられている。この湯道形成空間１３２の堰形成空間近傍部分１３２２の厚さは、湯道形成空間１３２の、湯口１６０近傍部分の厚さに比べて厚い。
【００２７】
また、一対の横型１３は、腹リブ形成空間１３３と腹側膨出部形成空間１３４も有する。腹リブ形成空間１３３は、湯道形成空間１３２から水平面１４０ａに向けて分割面１３ａに沿って広がり湯道形成空間１３２の厚さよりも薄い厚さの空間である。腹側膨出部形成空間１３４は、その腹リブ形成空間１３３の先端１３３１に膨出し、一端が湯口１６０の縁１６０ａにつながるとともに他端が湯道形成空間１３２の堰形成空間近傍部分１３２２につながった空間である。さらに、一対の横型１３は、背リブ形成空間１３５と、背側膨出部形成空間１３６も有する。背リブ形成空間１３５は、湯道形成空間１３２から水平面１４０ａとは反対側に向けて分割面１３ａに沿って広がりキャビティＣから離れた、湯道形成空間１３２の厚さよりも薄い空間である。背側膨出部形成空間１３６は、その背リブ形成空間１３５の先端１３５１に膨出し、一端が湯口１６０の縁１６０ａにつながるとともに他端が堰形成空間１３１につながった空間である。湯道形成空間１３２に溶湯が流れると、どうしても分割面１３ａに溶湯が入り込んでしまう傾向にある。図１に示す鋳型装置１では、この傾向を利用し、腹リブ形成空間１３３や背リブ形成空間１３５を設け、溶湯を積極的にそれらの空間１３３，１３５に導き、溶湯を腹側膨出部形成空間１３４や背側膨出部形成空間１３６に入れ込む。腹リブ形成空間１３３や背リブ形成空間１３５を通ってきた溶湯が、腹側膨出部形成空間１３４や背側膨出部形成空間１３６に入り込むと、空間が急に拡がり、しかもそれらの空間１３４，１３６内は負圧の状態であるため、溶湯はそれらの空間１３４，１３６内で滞留し、滞留している間に横型１３に熱を奪われ凝固する。そのため、腹側膨出部形成空間１３４や背側膨出部形成空間１３６を越えてまで、分割面１３ａに溶湯が入り込むことがなくなる。また、湯道形成空間１３２の溶湯よりも、腹リブ形成空間１３３の溶湯や背リブ形成空間１３５の溶湯が早く凝固し、その凝固した溶湯がフィンの役割を果たして、湯道形成空間１３２の溶湯の冷却が促進される。さらに、腹リブ形成空間１３３や背リブ形成空間１３５で凝固した溶湯や、腹側膨出部形成空間１３４や背側膨出部形成空間１３６で凝固した溶湯によって湯道が補強される。
【００２８】
湯道形成空間１３２の堰形成空間近傍部分１３２２の厚さは、背リブ形成空間１３５が設けられた側よりも腹リブ形成空間１３３が設けられた側の方が厚くなっている。図１には、上型１２の、ディスク素材形成空間ＣDの最も厚みがある部位を形成する面１２０を点線で表しているが、リム素材形成空間ＣRの、ディスク素材形成空間ＣDにつながる付根空間ＣRDは、かなり厚みのある空間である。また、堰形成空間１３１は、湯道形成空間１３２よりも薄い空間である。湯道形成空間１３２の堰形成空間近傍部分１３２２の厚さを厚くするとともに、さらにその堰形成空間近傍部分１３２２のうちの腹リブ形成空間１３３が設けられた側の厚さを厚くしておくことで、薄い堰形成空間１３１を間に挟んで堰形成空間近傍部分１３２２と付根空間ＣRDとの間に温度勾配が確保され、付根空間ＣRDの溶湯が凝固する前に、堰形成空間１３１の溶湯が凝固してしまうことが防止される。
【００２９】
またさらに、横型１３の、車両用ホイールのリムのインナーリムフランジを形成する部分には、ベントホール１３８が設けられている。このベントホール１３８は、横型１３内の空洞１３ｂに連通している。
【００３０】
図２は、図１に示す一対の横型のうちの一方の横型を上方から見て、その横型の内部構造を模式的に示す図である。
【００３１】
図２に示す横型１３は、図の左右方向に摺動するものであって、円筒状のリム素材形成空間ＣR（図１参照）の外周半分を画定する外周画定面１３７を有する。この図２に示す横型１３の空洞１３ｂは、外周画定面１３７の外側でこの外周画定面１３７に沿って設けられたものである。この空洞１３ｂには、横型１３の型温低下を防止する目的で石綿１３９１が詰められている。なお、もう一方の横型１３の空洞１３ｂにも同じように石綿１３９１が詰められている。
【００３２】
続いて、図１を再び用いて下型１１および上型１２について説明する。
【００３３】
下型１１は、中央部分に、ディスク素材に設けられるボス部のおもて面を形成する入れ子１１２を有する。この入れ子１１２は、基体１１２０とハブ孔形成体１１２１との２ピース構造である。ハブ孔形成体１１２１は、上型に向かって突出しており、車両用ホイールのハブ孔に相当する孔を形成するものである。このハブ孔形成体１１２１の内部は空洞であり、その内部には図示省略した空冷パイプが配置されている。また、基体１１２０にも水冷パイプ１１２２が埋め込まれている。さらに、下型１１には、入れ子１１２の基体１１２０を取り囲むようにして水冷パイプ１１１１が埋め込まれている。これらの水冷パイプ１１２２，１１１１には、キャビティＣへの溶湯充填後に水が供給されるが、所定時間経過した後に水の供給は終了し、型開きまで放置される。水の供給が終了した時点で、これらの水冷パイプ１１２２，１１１１にエアーを送り込みパイプ内に残った水を吹き飛ばすエアパージを行う。このエアパージを行うのは、パイプ内に残った水が気化する際の潜熱によって下型１１の熱が奪われ下型１１の型温が低下するのを防止するためである。なお、これらの水冷パイプ１１２２，１１１１に限らず、鋳型に埋め込まれた水冷パイプに対してはエアパージを行うことが好ましい。
【００３４】
上型１２の内部には、下型１１に向かって中央部分が開口した空洞１２ａが設けられている。この上型１２も入れ子２０を有するものであり、上型１２の入れ子２０は、空洞１２ａの中央部分の開口１２ｂを塞ぐようにその空洞１２ａ内に配備されている。上型１２の入れ子２０は、ボス部の裏面を形成するとともに、図１に示すキャビティＣのボス部形成空間部分ＣBにつながる押湯形成空間Ｒも形成するものである。上型１２の入れ子２０の中央部分には収容室２１が設けられている。この収容室２１には、内周縁２２１を有する画定部材２２０が、隣り合う画定部材２２０との間に押湯形成空間Ｒにつながる隙間を設けて積み上げられている。押湯形成空間Ｒは、収容室２１内に積み上げられた画定部材２２０それぞれの内周縁２２１によって画定される。収容室２１は、周壁２１１と上蓋２１２を有する。上蓋２１２は、固定用ボルト２１４によって周壁２１１に固定されており、一番上の画定部材２２０に接している。この上蓋２１２には、押さえボルト２１３が設けられており、この押さえボルト２１３によって画定部材２２０は下方へ向けて押さえつけられている。このため、キャビティＣへの溶湯充填時に画定部材２２０が浮き上がってしまうことが防止される。また、一番上の画定部材２２０は、内周縁２２１よりも外側の位置から外周縁２２２までの外周部分が上蓋２１２との間に空間Ｓを有するものである。この空間Ｓと、収容室２１内で隣り合う画定部材２２０の間にそれぞれ設けられた隙間とは、各画定部材２２０の外周縁２２２に設けられた不図示の縦溝によってつながっている。収容室２１内の空間Ｓには、空気流路パイプ３１が接続されている。キャビティＣへ溶湯が充填されると、キャビティＣ内のエアは、隣り合う画定部材２２０の間に設けられた隙間を通って収容室２１内の空間Ｓに到達し、空気流路パイプ３１を通って外部に排出される。また、キャビティＣ内のエアは、横型１３に設けられたベントホール１３８からも抜ける。一方、キャビティＣへの溶湯の充填が完了した直後には、空気流路パイプ３１から加圧エアが供給される。押湯形成空間Ｒに充填された溶湯は、隣り合う画定部材２２０の間にそれぞれ設けられた高さ方向に異なる隙間から、空気流路パイプ３１によって供給された加圧エアにより押され、十分な押湯効果が得られる。
【００３５】
また、本発明にいう内型の一例に相当する上型の空洞１２ａには、空冷パイプ１２１とミスト冷却手段１２２との２種類の冷却手段が配備されている。空冷パイプ１２１は、円筒状のリム素材の軸方向（車両用ホイールで言えばリム幅方向）に相当する高さ方向に異なる複数の箇所からエアを吹き出すことによって、上型１２の、付根空間ＣRDよりもインナー側の部分を冷却するものである。ミスト冷却手段１２２は、水を噴霧することによって冷却を行うものである。図１に示すミスト冷却手段１２２は、リム素材の、ディスク素材とは反対側（いわゆるインナー側）に設けられるハンプの裏側の部位となる上型部位Ｘをめがけて水を噴霧するが、噴霧された水は拡がり、上型１２の、付根空間ＣRDよりもインナー側の部分全体が強冷却される。すなわち、空冷パイプ１２１によってもミスト冷却手段１２２によっても、リム素材の、ディスク素材との接続部を除く部分を形成する上型部分が冷却される。
【００３６】
図３は、鋳造時の上型を上方から見て、その上型の内部構造を模式的に示す図である。
【００３７】
この図３には、円筒状のリム素材形成空間ＣRの外周を型が閉まった状態で画定する外周画定面１３７を周方向に半分ずつ有する一対の横型１３も示されており、図中の１点鎖線は、この一対の横型１３の分割面１３ａを示す線である。また、図３には、その分割面１３ａに設けられ、一対の外型１３が型閉めされた状態でリム素材形成空間ＣRの周方向に１８０°対向した位置からそのリム素材形成空間ＣRにそれぞれつながる２つの堰形成空間１３１も示されている。
【００３８】
図３に示す空冷パイプ１２１は、リム素材形成空間ＣRの、堰形成空間１３１それぞれがつながった堰前部分Ｇを空冷するものである。一方、ミスト冷却手段１２２は、リム素材形成空間ＣRの、その堰前部分Ｇからリム素材形成空間ＣRの周方向に９０°ずれた部分Ａをミスト冷却するものである。空冷パイプ１２１とミスト冷却手段１２２との間には、冷却能力に大きな差があり、ミスト冷却手段１２２は、空冷パイプ１２１に比べて冷却能力が高いばかりでなく、液体を循環させて冷却を行う冷却パイプ（例えば図１に示す下型に配備された水冷パイプ１１１１，１１２２）よりも冷却能力が高いものである。したがって、図１に示す鋳型装置１では、リム素材形成空間ＣRの、堰前部分Ｇから９０°ずれた部分Ａが強冷却され、その部分Ａを最も早く凝固させることができる。一方、堰前部分Ｇは相対的に弱冷却にとどまり、その堰前部分Ｇを最後に凝固させることができる。したがって、図１に示す鋳型装置は、冷却手段の冷却能力の差によって、一対の堰から遠いところからその一対の堰に向けて徐々に溶湯が凝固していく指向性凝固を実現しやすくしたものである。
【００３９】
なお、指向性凝固を実現させるよりも冷却効率を高めることを優先させたい場合には、上型１２の、リム素材形成空間ＣRの内周を画定する内周画定面１２３に沿ってその内周画定面１２３の内側を周回する環状の冷却手段（ミスト冷却手段や空冷パイプ）を設けてもよい。
【００４０】
続いて、図１に示す鋳型装置を用いて鋳造を行う鋳造プロセスについて説明する。
【００４１】
図４は、図１に示す鋳型装置を用いて鋳造を行う鋳造プロセスを示すフローチャートである。
【００４２】
まず、型開きしている状態の鋳型１１〜１３からゴミ等の異物を除去するとともに湯口カラー１６１に設けられた凹部１６１１内にストレーナをセットし、鋳型装置１の型閉めを行う（ステップＳ１）。なお、この型閉めを行う前に、必要であれば、鋳型の保温性や鋳造品の離型性を高めるため、鋳型１１〜１３にシリカを主成分とする塗型剤を吹き付ける。この際、押湯形成空間Ｒを画定する画定部材２２０の隙間に塗型剤が入り込まないよう、塗型剤を吹き付けるとともに空気流路パイプ３１から収容室２１内へ加圧エアを供給し、その隙間から加圧エアを吹き出させることが好ましい。
【００４３】
続いて、図１で図示省略した保持炉内のアルミニウム合金の溶湯に２ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の圧力をかけて溶湯を型閉めされた鋳型装置１のキャビティＣへ充填する（ステップＳ２）。この際、キャビティＣ内のエアは、押湯形成空間Ｒを画定する画定部材２２０の隙間を通って抜けるとともに横型１３のベントホール１３８からも抜ける。キャビティＣへの溶湯の充填が完了した直後に、収容室２１内に空気流路パイプ３１から加圧エアを供給し、押湯形成空間Ｒに充填された溶湯を、画定部材２２０の隙間から押すことで十分な押湯効果を得る。
【００４４】
その後、ミスト冷却手段１２２によるミスト冷却が始まり、図３に示すリム素材形成空間ＣRの、堰前部分Ｇからリム素材形成空間ＣRの周方向に９０°ずれた部分Ａが強冷却される（ステップＳ３）。次いで、空冷パイプ１２１による空冷が始まり、リム素材形成空間ＣRの、堰前部分Ｇが弱冷却される（ステップＳ４）。このように、空冷パイプ１２１による冷却開始タイミングより、ミスト冷却手段１２２による冷却開始タイミングを早めることで、一対の堰から遠いところからその一対の堰に向けて徐々に溶湯が凝固していく指向性凝固がより実現しやすくなる。また、ステップＳ３とステップＳ４とを実施することにより、空冷パイプ１２１およびミスト冷却手段１２２によって冷却された上型１２の型温の方が、図２に示す空洞１３ｂに石綿１３９１が詰められ保温されている横型１３の型温よりも低くなり、上型１２の型温と横型１３の型温との間に相対的な温度差が設けられる。例えば、ステップＳ３とステップＳ４を実施することで上型１２の型温は４５０℃まで冷却されるが、一対の横型１３の型温は５００℃である。したがって、空冷パイプ１２１およびミスト冷却手段１２２と石綿１３９１との組み合わせが本発明にいう型温制御手段の一例に相当し、ステップＳ３とステップＳ４とを併せた工程が本発明にいう冷却工程の一例に相当する。
【００４５】
なお、下型１１に設けられた水冷パイプ１１２２，１１１１による冷却等も、上記ステップＳ３およびステップＳ４の実施中に行う。
【００４６】
所定の冷却時間が経過すると、型開きが行われ（ステップＳ５）、続いて、この鋳型装置１から車両用ホールの中間素材が抜型され（ステップＳ６）、一連の鋳造プロセスは終了する。
【００４７】
図５は、図４に示す鋳造プロセスを実施することで鋳造された車両用ホイールの中間素材の一部を示す断面図である。
【００４８】
図５では、図の下方がアウター側になり、上方がインナー側になる。この図５に示す車両用ホイールの中間素材Ｗは、本発明の鋳造品の一実施形態に相当し、円筒状のリム素材９１と、そのリム素材９１の内周面一端側（アウター側）につながるディスク素材９２とを有する。
【００４９】
この中間素材Ｗには、機械的強度を高める等の目的で熱処理がなされる。車両用ホイールのリムには正確な真円度が要求されるが、中間素材Ｗに熱処理を施すとリム素材９１に歪みが生じやすい。そのため、熱処理を施した後に、リム素材９１の外周面９１ａと内周面９１ｂとの双方を切削加工して真円度の高いリムを最終的に得る。図５には、切削加工後の車両用ホイールの形状を２点鎖線で示している。
【００５０】
また、図１に示すリム素材形成空間ＣRに充填された溶湯は、厚さ方向外側から内側に向かって凝固していくため、表面の鋳造組織よりも内部の鋳造組織の方が粗くなりやすい。
【００５１】
図６は、リム素材の肉厚方向中央付近に最も粗い鋳造組織が存在する車両用ホイールの中間素材の一部を示す断面図である。
【００５２】
この図６でも、切削加工後の車両用ホイールの形状を２点鎖線で示している。また、最も粗い鋳造組織を×印で模式的に示している。なお、図５においても最も粗い鋳造組織を×印で模式的に示している。
【００５３】
図６に示す中間素材Ｗ’のリム素材９１’の外周面９１’ａに切削加工を施すと、×印で模式的に示す最も粗い鋳造組織がちょうどリム表面に露出してしまうことがわかる。粗い鋳造組織には鋳巣が存在していることがあり、リム表面に鋳巣が露出した車両用ホイールでは、タイヤを装着したときにリム表面の鋳巣が原因で圧洩れを生じることがある。
【００５４】
一方、図５に示す中間素材Ｗのリム素材９１では、×印で模式的に示す最も粗い鋳造組織が、ディスク素材９２が接合する接合部９１１とインナーリムフランジ９１２との間全体にわたって肉厚方向中央よりも外周側にある。これは、図４に示すステップＳ３とステップＳ４とを実施することで、空冷パイプ１２１およびミスト冷却手段１２２によって冷却された上型１２の型温の方が、図２に示す空洞１３ｂに石綿１３９１が詰められ保温されている横型１３の型温よりも低くなり、上型１２の型温と横型１３の型温との間に相対的な温度差が設けられた結果である。
【００５５】
図５に示すように、最も粗い鋳造組織が肉厚方向中央よりも外周側に寄ったリム素材９１では、最も粗い鋳造組織に鋳巣が存在していても、外周面９１ａが切削加工されることで、その鋳巣が除去される。よって、図５に示す中間素材Ｗを用いれば、鋳巣によって圧漏れが引き起こされることがなくなる。
【００５６】
ここで、アルミニウム合金は、初晶はデンドライト形態を呈する。その凝固はα−Ａｌデンドライトの生成として進行する。そしてα−Ａｌデンドライト相が組織中に占める割合は非常に高い。ここにいう最も粗い鋳造組織とは、α−Ａｌデンドライト結晶構造が最も粗い、すなわちα−Ａｌデンドライトの結晶粒が最も大きいことを意味する。また、アルミニウム鋳塊や鋳物のミクロ組織の大きさの示度として、ＤＡＳ値が測定される。アルミニウム合金中のデンドライトは、主軸の両側に２次枝（２次アーム）が成長している。ＤＡＳ値はこの２次アームの間隔の数値である。図５に示す中間素材Ｗのリム素材９１では、リム素材９１の内周面におけるＤＡＳ値よりも外周面におけるＤＡＳ値の方が大きく、両者の差は５μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。ここにいうＤＡＳ値は、円筒状のリム素材の軸方向（車両用ホイールで言えばリム幅方向）中央付近において２次アームが３本以上整列している箇所で測定した値であり、アームの平均間隔ｄ（μｍ）を次式によって求めた（以下、同じ）。
【００５７】
【数１】
2008155235.tif 000003
【００５８】
ただし、ｌiは測定しようとする整列したアーム群の境界から境界までの距離を表し、ｎiは測定しようとする整列したアーム群の境界から境界まで線を引いたときのアーム境界との交点数を表し、ｍは測定したアームの数を表す。なお、ｎ−１はアームの数になる。
【００５９】
続いて、図１に示す鋳型装置の変形例について説明する。ここで説明する変形例は、一対の横型それぞれに配備された石綿を他の部材に代えた例である。以下、これまで説明した構成要素の名称と同じ名称の構成要素には、これまで用いた符号と同じ符号を付して説明する。
【００６０】
図７は、加熱バーナが配備された横型の内部構造を模式的に示す図である。
【００６１】
図７に示す横型１３に設けられた空洞１３ｂ内には、横型１３を加熱する２つの加熱バーナ１３９２が配備されている。これら２つの加熱バーナ１３９２は、横型１３の外周画定面１３７を向いて配備されている。
【００６２】
図８は、パネルヒータが配備された横型の内部構造を模式的に示す図である。
【００６３】
図８に示す横型１３に設けられた空洞１３ｂ内には、横型１３を加熱する２枚のパネルヒータ１３９３が配備されている。これら２枚のパネルヒータ１３９３も、横型１３の外周画定面１３７を向いて配備されている。なお、図８に示すパネルヒータ１３９３は平板状のものであるが、外周画定面１３７に沿った円弧状のものであることが好ましい。
【００６４】
なお、これらの変形例においてはいずれも、横型１３に設けられた空洞１３ｂ内の空気が断熱材の役割を果たす。
【００６５】
この変形例の鋳型装置を用いて車両用ホイールの鋳造を行うには、図４に示すステップＳ３およびステップＳ４を実施している間、加熱バーナ１３９２やパネルヒータ１３９３による横型１３の加熱も実施する。こうすることで、上型１２の型温と横型１３の型温との相対的な温度差が拡がり、リム素材の最も粗い鋳造組織が肉厚方向中央よりもより外周側に寄る。その結果、リム素材の外周側の切削代を少なく抑えることができ、製品歩留まりが向上する。
【００６６】
ここで、上型１２の型温と横型１３の型温との相対的な温度差は１０℃以上２５０℃以下であることが好ましい。１０℃未満の温度差では、リム素材の最も粗い鋳造組織が肉厚方向中央から外周側へ十分に寄らず、最も粗い鋳造組織を切削加工によって除去しようとすると、切削代が多くなって製品歩留まりが悪化してしまう。また、ＪＩＳで規定された、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金であるＡＣ４ＣＨ合金を用いて鋳造を行った場合、その合金の凝固完了温度は約５７０℃であることから、横型１３の型温を５５０℃を越える温度まで加熱してしまうと、リム素材形成空間ＣRの溶湯が凝固しない恐れがある。反対に上型１２の型温を３００℃を下回る温度まで冷却してしまうと、連続して次の鋳造サイクルを実施したときに良好な湯回り性を得ることができなくなる。したがって、上記温度差は２５０℃以下であることが好ましい。さらに、作業性や型温の管理のしやすさ、熱効率を考慮すると、上型１２の型温と横型１３の型温との相対的な温度差は２０℃以上８０℃以下であることがより好ましい。
【００６７】
なお、ここでの説明では、ディスク素材とリム素材とが一体形成された１ピースの車両用ホイールの中間素材を鋳造する際に用いられる、サイドゲート方式を採用した低圧鋳造用の鋳型装置を例にあげて説明したが、本発明は、ディスク素材とリム素材とのうちリム素材のみを鋳造する際に用いられる鋳型装置にも適用することができる。また、本発明は、サイドゲート方式に代えてセンターゲート方式を採用した鋳型装置や、低圧鋳造以外の加圧鋳造用の鋳型装置や、重力鋳造用の鋳型装置にも適用することができる。
【００６８】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
（実施例）
リム幅が６．５Ｊである１６インチのスポークタイプの車両用ホイールの中間素材を図１に示す鋳型装置を用いて図４に示す鋳造プロセスに従い、１００本鋳造した。上記ＤＡＳ値は、冷却タイミングや中間素材の肉厚によって変わってくるものであるが、ここで得られた１００本の中間素材におけるリム素材内周面のＤＡＳ値は２５μｍ以上３５μｍ以下であり、そのリム素材外周面のＤＡＳ値は３０μｍ以上４０μｍ以下であった。
【００６９】
次いで、１００本の中間素材それぞれに、熱処理を施した後、リム素材の内周面は２ｍｍの切削代で切削加工した。また、リム素材の外周面のインナー側を５ｍｍの切削代で切削加工するとともにアウター側を４ｍｍの切削代で切削加工した。すなわち、リム素材外周面の切削加工では、アウター側の切削代よりもインナー側の切削代を多くとった。さらに、必要な機械加工を施して１００本の車両用ホイールを得た。
【００７０】
こうして得られた１００本の車両用ホイールに、ＪＡＳＯ−Ｃ６１４（２００４年版）に準拠した圧洩れ試験を行った。その結果、１００本の車両用ホイールのうち、４本の車両用ホイールに圧洩れ不良が生じ、圧洩れ不良率は４％であった。
【００７１】
また、ＡＳＴＭ−Ｅ１５５に準拠してリムへＸ線を照射し、同じくＡＳＴＭ−Ｅ１５５に準拠した判定基準（１級から５級までの５段階評価であり、１級が最も良好なレベルであり５級が最も悪いレベルである）で判定を行った。その結果、１００本の車両用ホイール総てが２級レベル若しくは３級レベルであった。
（比較例）
図４に示す鋳造プロセス中のステップＳ３およびステップＳ４を実施しなかった以外は実施例と同様にして車両用ホイールの中間素材を１００本鋳造した。熱処理工程後に、実施例と同じく、リム素材の内周面は２ｍｍの切削代で切削加工した。しかし、リム素材の外周面については、インナー側とアウター側を区別することなく全面２ｍｍの切削代で切削加工を施し、さらに実施例と同じく必要な機械加工も施して１００本の車両用ホイールを得た。
【００７２】
実施例と同じく、ＪＡＳＯ−Ｃ６１４（２００４年版）に準拠した圧洩れ試験を行った結果、１００本の車両用ホイールのうち、８本の車両用ホイールに圧洩れ不良が生じ、圧洩れ不良率は８％であった。
【００７３】
また、ＡＳＴＭ−Ｅ１５５に準拠してリムへのＸ線照射を行い、実施例と同様な判定を行ったところ、２級レベルや３級レベルの車両用ホイールも存在したが、４級レベルの車両用ホイールも存在した。
【００７４】
上記実施例における結果と上記比較例における結果とを比べてみると、実施例では比較例に比べて圧洩れ不良率が半減し、リムのＸ線レベルは実施例では４級レベルがなくなりレベルのバラツキが減少した。
【００７５】
したがって、本発明によれば、表面が切削加工されることによって車両用ホイールのリムになるリム素材の内部に鋳巣が存在したとしてもその鋳巣によって圧洩れが引き起こされることを低減させることができる鋳造品、その鋳造品を鋳造するための鋳型装置、およびそのその鋳造品を鋳造するための鋳造方法を提供することができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施形態である低圧鋳造用の鋳型装置の内部構造を示す断面図である。
【図２】図１に示す一対の横型のうちの一方の横型を上方から見て、その横型の内部構造を模式的に示す図である。
【図３】鋳造時の上型を上方から見て、その上型の内部構造を模式的に示す図である。
【図４】図１に示す鋳型装置を用いて鋳造を行う鋳造プロセスを示すフローチャートである。
【図５】図４に示す鋳造プロセスを実施することで鋳造された車両用ホイールの中間素材の一部を示す断面図である。
【図６】リム素材の肉厚方向中央付近に鋳巣が存在する車両用ホイールの中間素材の一部を示す断面図である。
【図７】加熱バーナが配備された横型の内部構造を模式的に示す図である。
【図８】パネルヒータが配備された横型の内部構造を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１    鋳型装置
１１    下型
１２    上型
１２１    空冷パイプ
１２２    ミスト冷却手段
１３    横型
１３ｂ    空洞
１３９１    石綿
１６０    湯口
Ｃ    キャビティ
ＣR    リム素材形成空間
Ｗ    中間素材
９１    リム素材
９１ａ    外周面
９１ｂ    内周面
【図１】
2008155235.tif 000004
【図２】
2008155235.tif 000005
【図３】
2008155235.tif 000006
【図４】
2008155235.tif 000007
【図５】
2008155235.tif 000008
【図６】
2008155235.tif 000009
【図７】
2008155235.tif 000010
【図８】
2008155235.tif 000011