(57)【要約】【課題】塑性加工工程における車両ホイールのプリフォームの成形能が、従来に比べ飛躍的に向上した車両ホイールの製造方法を提供する。【解決手段】円筒部を有し且つ軸方向の断面形状が略凹型又は略Ｈ型となるプリフォームを成形するための高圧鋳造用金型の内部空間に溶湯を給湯後、該溶湯を加圧しながら過冷却凝固させることによって、過飽和α相及び緻密・微細化組織の材料からなるプリフォームを成形するプリフォーム成形工程と、前記プリフォームにおける円筒部の外周面を所定形状まで圧延する圧延工程とを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間を形成する複数の金型用部材を有し、円筒部及びディスク部を有し且つ軸方向の断面形状が略凹型又は略Ｈ型となるプリフォームを成形するための高圧鋳造用金型を用いるプリフォーム成形工程を有している車両ホイールの製造方法であって、
前記高圧鋳造用金型が、前記内部空間を型締め後の内部空間よりも広く保持することができるとともに脱着自在な保持手段を有しており、
前記高圧鋳造用金型でプリフォームを鋳造成形する前に前記保持手段を装着しておいて、プリフォームを鋳造成形後に前記保持手段を取り外してから、前記高圧鋳造用金型を型締めする工程を有していることを特徴とする車両ホイールの製造方法。
【請求項２】
円筒部及びディスク部を有し且つ軸方向の断面形状が略凹型又は略Ｈ型となるプリフォームを成形するための高圧鋳造用金型の内部空間に溶湯を給湯し、前記溶湯を加圧しながら固相化して鋳造プリフォームを成形した後、前記高圧鋳造用金型の内部空間のうち所定部分に空間を形成し、加圧しながら前記所定部分の空間に前記鋳造プリフォームを押し込むように塑性変形させることによって鍛造して、車両ホイールのプリフォームを成形するプリフォーム成形工程を有していることを特徴とする車両ホイールの製造方法。
【請求項３】
前記プリフォーム成形工程後に、前記プリフォームにおける円筒部の外周面を所定形状まで圧延する圧延工程を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両ホイールの製造方法。
【請求項４】
前記プリフォーム成形工程において前記鋳造プリフォームを形成する際、前記溶湯を加圧・強制冷却しながら過冷却凝固させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両ホイールの製造方法。
【請求項５】
円筒部及びディスク部を有し且つ軸方向の断面形状が略凹型又は略Ｈ型となるプリフォームを成形するための高圧鋳造用金型の内部空間に溶湯を給湯後、該溶湯を加圧・強制冷却しながら過冷却凝固させることによって、過飽和α相及び緻密・微細化組織の材料からなるプリフォームを成形するプリフォーム成形工程と、
前記プリフォームにおける円筒部の外周面を所定形状まで圧延する圧延工程とを有していることを特徴とする車両ホイールの製造方法。
【請求項６】
前記プリフォーム成形工程においては、前記溶湯の汚染が生じないようにホットチャージされるとともに、前記溶湯を前記高圧鋳造用金型の内部空間に給湯する前に、予め、前記高圧鋳造用金型の内部空間が所定温度以下に冷却保持されるものであり、
前記圧延工程においては、前記プリフォームの温度を前記プリフォームの再結晶温度以下の所定温度に保持した状態で、圧延を行うことを特徴とする請求項４又は５に記載の車両ホイールの製造方法。
【請求項７】
前記プリフォーム成形工程においては、前記溶湯の汚染が生じないようにホットチャージされるとともに、前記溶湯を前記高圧鋳造用金型の内部空間に給湯する前に、予め、前記高圧鋳造用金型の内部空間が所定温度以下に冷却保持されるものであり、
前記圧延工程においては、前記プリフォームの温度を前記プリフォームの再結晶温度以上の所定温度に保持した状態で、圧延を行うことを特徴とする請求項４又は５に記載の車両ホイールの製造方法。
【請求項８】
前記圧延工程において、前記プリフォームの再結晶温度以上の所定温度に加温・保持された前記プリフォームと温度が等しくなるように加温・保持された圧延加工用治工具を用いることを特徴とする請求項４又は５に記載の車両ホイールの製造方法。
【請求項９】
前記圧延工程において、前記プリフォームの再結晶温度以下の所定温度に加温・保持された前記プリフォームと温度が等しくなるように加温・保持された圧延加工用治工具を用いることを特徴とする請求項４又は５に記載の車両ホイールの製造方法。
【請求項１０】
前記高圧鋳造用金型が、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ３元系硬質銅合金を用いて、前記プリフォームの容積の少なくとも３倍以上の総体積を有するように形成されているとともに、
前記内部空間に沿って形成された冷却孔を金型本体内部に１本以上有していることを特徴とする請求項４〜９のいずれか１項に記載の車両ホイールの製造方法。
【請求項１１】
前記過冷却凝固の際、前記冷却孔に流される媒体を乱流化させて流すことを特徴とする請求項１０に記載の車両ホイールの製造方法。
【請求項１２】
前記プリフォーム成形工程と前記圧延工程との間に、高圧鋳造した前記プリフォームのディスク部に予歪みを与える予歪み工程を有していることを特徴とする請求項５〜１１のいずれか１項に記載の車両ホイールの製造方法。
【請求項１３】
前記プリフォーム成形工程と前記圧延工程との間に、超塑性加工が可能な温度に加温・保持された前記プリフォームと温度が等しくなるように加温・保持された金型を用いて、前記プリフォームを超塑性鍛造する鍛造工程を有していることを特徴とする請求項５〜１２のいずれか１項に記載の車両ホイールの製造方法。
【請求項１４】
前記プリフォーム成形工程と前記圧延工程との間に、再結晶温度以上の熱間温度領域に加温・保持された前記プリフォームと温度が等しくなるように加温・保持された金型を用いて、前記プリフォームを鍛造する鍛造工程を有していることを特徴とする請求項５〜１２のいずれか１項に記載の車両ホイールの製造方法。
【請求項１５】
前記プリフォーム成形工程と前記圧延工程との間に、再結晶温度以下の温間温度領域に加温・保持された前記プリフォームと温度が等しくなるように加温・保持された金型を用いて、前記プリフォームを鍛造する鍛造工程を有していることを特徴とする請求項５〜１２のいずれか１項に記載の車両ホイールの製造方法。
【請求項１６】
前記プリフォーム成形工程において、前記溶湯を前記高圧鋳造用金型の内部空間に給湯する前に、予め、前記高圧鋳造用金型の内部空間を減圧した後に不活性ガスで満たしておくこと、又は前記高圧鋳造金型の内部空間を減圧しておくこと、又は前記高圧鋳造金型の内部空間を不活性ガスで満たしておくことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の車両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、アルミニウム合金、マグネシウム合金等の車両ホイールの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、下記特許文献１に代表されるアルミニウム合金等の車両ホイールの製造方法は、良く知られている。具体的に説明すると、この特許文献１の車両ホイールの製造方法は、型締め状態でディスク部成形用空間とリム原形部成形用空間とを有する成形用キャビティが形成されるとともに、上記ディスク部成形用空間に接続される湯道が形成される鋳型を用い、この湯道を介してキャビティに高圧の溶湯を充填することにより、ディスク部とリム原形部とを有する車両ホイールのプリフォームを鋳造する高圧鋳造工程と、上記プリフォームのリム原形部に減肉を伴うスピニング加工を施すことにより、最終形状または最終形状に近いリム部を得る加工工程とを備えている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３０６０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の方法でも、スピニング加工などの圧延工程における車両ホイールのプリフォームの成形能（プリフォームから車両ホイール（完成品）に至るまでの成形しやすさ）については、まだ十分であるとは言えない状況にある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、圧延工程における車両ホイールのプリフォームの成形能が、従来に比べ飛躍的に向上した車両ホイールの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００６】
（１）  （ａ）本発明の車両ホイールの製造方法は、内部空間を形成する複数の金型用部材を有し、円筒部及びディスク部を有し且つ軸方向の断面形状が略凹型又は略Ｈ型となるプリフォームを成形するための高圧鋳造用金型を用いるプリフォーム成形工程を有している車両ホイールの製造方法であって、前記高圧鋳造用金型が、前記内部空間を型締め後の内部空間よりも広く保持することができるとともに脱着自在な保持手段を有しており、前記高圧鋳造用金型でプリフォームを鋳造成形する前に前記保持手段を装着しておいて、プリフォームを鋳造成形後に前記保持手段を取り外してから、前記高圧鋳造用金型を型締めする工程を有している。（ｂ）また、本発明の車両ホイールの製造方法は、別の観点として、円筒部及びディスク部を有し且つ軸方向の断面形状が略凹型又は略Ｈ型となるプリフォームを成形するための高圧鋳造用金型の内部空間に溶湯を給湯し、前記溶湯を加圧しながら固相化して鋳造プリフォームを成形した後、前記高圧鋳造用金型の内部空間のうち所定部分に空間を形成し、加圧しながら前記所定部分の空間に前記鋳造プリフォームを押し込むように塑性変形させることによって鍛造して、車両ホイールのプリフォームを成形するプリフォーム成形工程を有しているものであってもよい。このとき、さらに前記プリフォームにおける円筒部の外周面を所定形状まで圧延する圧延工程を有しているものであってもよい。なお、前記プリフォーム成形工程において前記鋳造プリフォームを形成する際、前記溶湯を加圧・強制冷却しながら過冷却凝固させることが好ましい。（ｃ）さらに、本発明の車両ホイールの製造方法は、他の観点として、円筒部及びディスク部を有し且つ軸方向の断面形状が略凹型又は略Ｈ型となるプリフォームを成形するための高圧鋳造用金型の内部空間に溶湯を給湯後、該溶湯を加圧と強制冷却をしながら過冷却凝固させることによって、過飽和α相及び緻密・微細化組織の材料からなるプリフォームを成形するプリフォーム成形工程と、前記プリフォームにおける円筒部の外周面を所定形状まで圧延する圧延工程とを有しているものであってもよい。
【０００７】
上記（１）（ａ）及び（ｂ）の構成によれば、所定の車両ホイール用の材料を高圧鋳造直後に鍛造できる方法を提供できる。また、上記（１）の（ａ）〜（ｃ）の構成のように、溶湯を過冷却凝固させる場合には、過飽和α相及び緻密・微細化組織の材料からなるプリフォームを成形できる。したがって、この場合のプリフォームは、粒子が緻密・微細化された材料から成形されているものなので、塑性加工において一様伸びを示し、大きな展延性が得られる。すなわち、圧延工程における車両ホイールのプリフォームの成形能を、従来に比べ飛躍的に向上させることができる製造方法をも提供できる。
【０００８】
（２）  本発明の車両ホイールの製造方法においては、前記プリフォーム成形工程において、前記溶湯の汚染が生じないようにホットチャージされるとともに、前記溶湯を前記高圧鋳造用金型の内部空間に給湯する前に、予め、前記高圧鋳造用金型の内部空間が所定温度以下に冷却保持されているものであり、前記圧延工程においては、前記プリフォームの温度を前記プリフォームの再結晶温度以下の所定温度に保持した状態で、圧延を行うものであることが好ましい。
【０００９】
（３）  別の観点として、本発明の車両ホイールの製造方法においては、前記プリフォーム成形工程において、前記溶湯の汚染が生じないようにホットチャージされるとともに、前記溶湯を前記高圧鋳造用金型の内部空間に給湯する前に、予め、前記高圧鋳造用金型の内部空間が所定温度以下に冷却保持されるものであり、前記圧延工程においては、前記プリフォームの温度を前記プリフォームの再結晶温度以上の所定温度に保持した状態で、圧延を行うことが好ましい。
【００１０】
上記（２）又は（３）の構成によれば、圧延工程における車両ホイールのプリフォームの成形能を、より向上させた車両ホイールの製造方法を提供できる。
【００１１】
（４）  本発明の車両ホイールの製造方法においては、前記圧延工程において、前記プリフォームの再結晶温度以上の所定温度に加温・保持された前記プリフォームと温度が等しくなるように加温・保持された圧延加工用治工具を用いることが好ましい。
【００１２】
（５）  別の観点として、本発明の車両ホイールの製造方法においては、前記圧延工程において、前記プリフォームの再結晶温度以下の所定温度に加温・保持された前記プリフォームと温度が等しくなるように加温・保持された圧延加工用治工具を用いることが好ましい。
【００１３】
上記（４）又は（５）の構成によれば、プリフォームの放冷却による変形抵抗の逐次増加から開放され、プリフォームの成形性の自由度が向上する。
【００１４】
（６）  本発明の車両ホイールの製造方法においては、前記高圧鋳造用金型が、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ３元系硬質銅合金を用いて、前記プリフォームの容積の少なくとも３倍以上の総体積を有するように形成されているとともに、前記内部空間に沿って形成された冷却孔を金型本体内部に１本以上有していることが好ましい。
【００１５】
上記（６）の構成によれば、高圧鋳造用金型の内部空間に給湯された溶湯を確実に過冷却できる。その結果として、溶湯を構成する材料に対して緻密・微細化する結果、従来にない大きな展延性を確実に発現させることができる。
【００１６】
（７）  本発明の車両ホイールの製造方法においては、前記過冷却凝固の際、前記冷却孔に流される媒体を乱流化させて流すことが好ましい。これにより、より容易に高圧鋳造用金型の内部空間に給湯された溶湯を過冷却できる。
【００１７】
（８）  上記（１）（ｂ）の本発明の車両ホイールの製造方法においては、前記プリフォーム成形工程と前記圧延工程との間に、高圧鋳造した前記プリフォームのディスク部に予歪みを与える予歪み工程を有していることが好ましい。
【００１８】
上記（８）の構成によれば、プリフォームにおけるディスク部の鋳造組織を次工程の熱処理工程において更に分解微細化できるので、車両ホイールにおけるディスク部の機械的性質や疲労強度を向上させた車両ホイールの製造方法を提供できる。
【００１９】
（９）  上記（１）（ｂ）の本発明の車両ホイールの製造方法においては、前記プリフォーム成形工程と前記圧延工程との間に、超塑性加工可能な温度に加温・保持された前記プリフォームと温度が等しくなるように加温・保持された金型を用いて、前記プリフォームを鍛造する鍛造工程を有していることが好ましい。
【００２０】
上記（９）の構成によれば、プリフォームを超塑性加工可能な温度に加温・保持していることで、過冷却による微細な結晶粒に塑性加工を加えれば、粒界・粒内の転位が動きやすくなる。したがって、鍛造の際には小さい変形抵抗で、大規模な粒界すべりを伴った塑性流動を生じさせることができるので、一挙に大きな加工率を与えることが可能となり、微細化組織が更に細かくなる。同時にプリフォームの鍛造部分を非常に大きく伸ばすことができる。つまり、成形によるプリフォーム材料組織の微細化、プリフォームを構成する材料の品質特性の改善、及び、プリフォームの複雑な形状の精密鍛造が可能となる。したがって、従来品と同等以上の品質特性を備えたネットシェイプ車両ホイールを確実に得ることができる車両ホイールの製造方法を提供できる。
【００２１】
（１０）  上記（１）（ｂ）の本発明の車両ホイールの製造方法においては、前記プリフォーム成形工程と前記圧延工程との間に、再結晶温度以上の熱間温度領域に加温・保持された前記プリフォームと温度が等しくなるように加温・保持された金型を用いて、前記プリフォームを鍛造する鍛造工程を有していることが好ましい。
【００２２】
（１１）  上記（１）（ｂ）の本発明の車両ホイールの製造方法においては、前記プリフォーム成形工程と前記圧延工程との間に、再結晶温度以下の温間温度領域に加温・保持された前記プリフォームと温度が等しくなるように加温・保持された金型を用いて、前記プリフォームを鍛造する鍛造工程を有していることが好ましい。
【００２３】
上記（１０）又は（１１）の構成によれば、圧延工程における車両ホイールのプリフォームの成形能を、より向上させた車両ホイールの製造方法を提供できる。
【００２４】
（１２）  本発明の車両ホイールの製造方法においては、前記プリフォーム成形工程において、前記溶湯を前記高圧鋳造用金型の内部空間に給湯する前に、予め、前記高圧鋳造用金型の内部空間を減圧した後に不活性ガスで満たしておくこと、又は前記高圧鋳造金型の内部空間を減圧しておくこと、又は前記高圧鋳造金型の内部空間を不活性ガスで満たしておくことが好ましい。これにより、溶湯を酸化させることを防止できるので、高圧鋳造用金型の内部空間に給湯した溶湯を確実に純度の高いまま保持できる。従って、プリフォーム材料の性状品質、特にディスク形状における意匠面の品質向上に前記の無酸化給湯方法と併せて効果的な手段が確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
＜第１実施形態＞
以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る車両ホイールの製造方法について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る車両ホイールの製造方法における製造工程を順に示した模式図である。
【００２６】
図１において、１は高圧鋳造用金型、２は給湯管、３は加圧シリンダー、４は加圧プランジャー、６は溶湯、７はプリフォームである。高圧鋳造用金型１は上金型１ａと下金型１ｂとからなり、これら上金型１ａ及び下金型１ｂにはそれぞれ、冷却媒体を通過させる孔状の冷却孔５が複数設けられている。給湯管２は筒状の加圧シリンダー３の途中部分と連通しており、溶解炉（図示せず）から溶湯６を供給することができるようになっている。加圧プランジャー４は、筒状の加圧シリンダー３の内部空間を移動できる柱状部材である。なお、一変形例として、冷却孔５は、高圧鋳造用金型１の内部空間の周囲に張り巡らされた１本の管でもよい。プリフォーム７は、円筒部７ａ（図１（ｅ）参照）を有し且つ軸方向の断面形状が略凹型又は略Ｈ型となっている車両ホイールの前駆体である。
【００２７】
高圧鋳造用金型１は、熱伝達係数の高いＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ３元系硬質銅合金からなる。この材料の他例としては、ベリリウム銅などが挙げられる。また、高圧鋳造用金型１の総体積は、プリフォーム７の容積の少なくとも３倍以上となるように形成されている。
【００２８】
溶湯６としては、中強度アルミニウム合金やマグネシウム合金などの軽合金を用いる。ただし、これに限られず、他の溶湯状態となることができる金属材料を用いることも可能である。
【００２９】
次に、図１を用いて、本発明の第１実施形態に係る車両ホイールの製造方法を詳細に説明する。
【００３０】
（プリフォーム成形工程）
まず、高圧鋳造用金型１を型開けした状態で用意する（図１（ａ）参照）。続いて、上金型１ａ及び下金型１ｂを型締めする。このとき、高圧鋳造用金型１の内部空間は所定温度以下に保持されている。そして、空気圧を用いて溶解炉（図示せず）から給湯管２を介して、溶湯６を空気に触れさせることなく加圧シリンダー３内に層流供給する（図１（ｂ）参照）。
【００３１】
そして、加圧プランジャー４を加圧シリンダー３内側に沿って上昇させて、給湯管２と加圧シリンダー３との連通部を加圧プランジャー４によって塞いだ状態で、溶解炉の空気圧を下降させて給湯管２の溶湯レベルを待機レベルまで下降させる（図１（ｃ）参照）。このとき、予め、高圧鋳造用金型１の内部空間を減圧した後に不活性ガスで満たしておいてもよい。次いで、加圧プランジャー４を高圧鋳造用金型１方向に移動させ、高圧鋳造用金型１の内部空間を溶湯６で満たした後、溶湯６を加圧（約８０ＭＰａ〜約２００ＭＰａ）し、この加圧状態を保持したまま、事前に十分な水などの冷却媒体を冷却孔５内に流し続け、金型を所定温度以下に下降させることによって、金型全体が冷塊として作用し、且つ加圧によって水冷金型面と凝固シェルが密着したまま冷却が促進され、溶湯６の過冷却凝固を行う（図１（ｄ）参照）。このとき、冷却孔５内に流される媒体を乱流化させて流せば、冷却能を向上させることができるので、さらに急冷効果を得ることができる。このような媒体の例としては、レイノルズ係数が５０００以上が好ましく、１２０００〜２００００が好適である。これらを補完するために、金型の内部空間に沿った水路設計の効率的なデザインとして水流孔形状と水流の配置形状などが挙げられる。また、図１においては、冷却孔５の断面形状は円形状であるが、冷却孔の配置は四角形状などとしてレイノルズ係数を高めたり、また冷却孔５の内面粗さを粗くするなど接触面積を大きくしたりすることで、流体粘性係数を高め冷却能を向上できる。他に、冷却孔５の本数を適宜増加することや増圧することによっても冷却能を向上することも可能である。
【００３２】
高圧鋳造用金型１内の溶湯６の凝固が完了し、プリフォーム７が成形された後、高圧鋳造用金型１を型開けし（図１（ｅ）参照）、プリフォーム７を取出す（図１（ｆ）参照）。
【００３３】
（圧延工程）
最後に、図示しないが、プリフォーム７の円筒部７ａの外周面を所定形状まで圧延加工（例えば、スピニング加工）することによって、車両ホイールが完成する。なお、この圧延においては、プリフォームの温度をプリフォームの再結晶温度以下の所定温度に保持した状態の加工（温間加工）、又は、プリフォームの温度をプリフォームの再結晶温度以上の所定温度に保持した状態の加工（熱間加工）を行う。また、温間加工及び熱間加工いずれの圧延加工においても、プリフォーム温度と近似した温度に加温・保持された圧延加工用治工具（例えばマンドレルロール、ローラー等）を用いることによって、プリフォームの放冷却による変形抵抗の逐次増加から開放され、成形性の自由度が向上する。
【００３４】
本実施形態によれば、溶湯６を過冷却凝固させることによって、過飽和α相と緻密・微細化組織の材料からなるプリフォーム７を成形できる。したがって、このプリフォーム７は、結晶粒子が微細化された材料から成形されているものなので、塑性加工において高い一様伸びを示し、大きな展延性が得られる。すなわち、本実施形態によれば、圧延工程における車両ホイールのプリフォーム７の成形能を、従来に比べ飛躍的に向上させることができる製造方法を提供できる。
【００３５】
また、溶解炉を出た溶湯６は、空気に触れないで高圧鋳造用金型１内に供給されるので、酸化物や窒化物そしてクラックを伴った破断凝固粒等の巻き込みによる溶湯汚染が生じない。その結果として、溶湯６を、性状品質について酸化物や破断凝固粒等の溶湯汚染のない材料とし、プリフォーム７の圧延においては、プリフォーム７の温度をプリフォーム７の再結晶温度以下の所定温度に保持した状態の加工（温間加工）、又は、プリフォーム７の温度をプリフォーム７の再結晶温度以上の所定温度に保持した状態の加工（熱間加工）を行っているので、圧延工程における車両ホイールのプリフォーム７の成形能を、より向上させた車両ホイールの製造方法を提供できる。
【００３６】
加えて、高圧鋳造用金型１が、熱伝達係数の高いＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ３元系硬質銅合金からなるとともに、高圧鋳造用金型１の総体積がプリフォーム７の容積の少なくとも３倍以上となるように形成され、高圧鋳造用金型１の内部空間に沿って形成された冷却孔５を金型本体内部に有しているので、高圧鋳造用金型１の内部空間に給湯された溶湯６を確実に過冷却によって、緻密・微細化できる。その結果として、溶湯６を構成する材料に対して超塑性変形を確実に発現させることができる。
【００３７】
また、溶湯６の過冷却凝固の際、冷却孔５に流される媒体をレイノルズ係数５０００以上の乱流に制御して流せば、冷却効果によってより容易に、高圧鋳造用金型１の内部空間に給湯された溶湯６を過冷却できる。
【００３８】
また、プリフォーム成形工程において、溶湯６を高圧鋳造用金型１の内部空間に給湯する前に、予め、高圧鋳造用金型１の内部空間を減圧した後に不活性ガスで満たしておけば、溶湯６を酸化させることを防止できるので、高圧鋳造用金型１の内部空間に給湯した溶湯６を確実に純度の高いまま保持でき内部品質と鋳肌面への向上が図れる。
【００３９】
＜第１実施形態の変形例＞
次に、本発明の第１実施形態の変形例に係る車両ホイールの製造方法について説明する。なお、第１実施形態と同様の部分については、説明を省略することがある。
【００４０】
本変形例の車両ホイールの製造方法は、第１実施形態におけるプリフォーム成形工程と圧延工程との間に、予歪み加工を行う予歪み工程を有している点で、第１実施形態と異なっているのみで、他の工程は第１実施形態と同様である。
【００４１】
予歪み（冷間〜熱間）加工は、第１実施形態のプリフォーム成形工程と同工程で得られたプリフォームの組織に、３％〜２５％の冷間据込み加工の予歪みを与え、圧延工程前の熱処理工程において、プリフォームの鋳造組織を分解微細化するものである。なお、３％未満の予歪みでは、分解微細化の効果をほとんど得ることができないので好ましくない。また、２５％を超える予歪みは、クラックを生じさせるおそれがあるので好ましくない。
【００４２】
本変形例によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができると共に、圧延工程において、プリフォームの組織を分解微細化できるので、車両ホイールのプリフォームの成形能をより向上させた車両ホイールの製造方法を提供できる。
【００４３】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る車両ホイールの製造方法について説明する。図２は、本発明の第２実施形態に係る車両ホイールの製造方法における製造工程の一部を示した模式図である。なお、第１実施形態と同様の部分については、説明を省略することがある。
【００４４】
本実施形態の車両ホイールの製造方法は、第１実施形態におけるプリフォーム成形工程と圧延工程との間に、超塑性加工可能な温度に加温・保持されたプリフォーム８と温度が等しくなるように加温・保持された金型９を用いて、プリフォーム８を鍛造する鍛造工程を有している点で、第１実施形態と異なっているのみで、他の工程は第１実施形態と同様である。
【００４５】
次に、鍛造工程を具体的に説明する。図２に示すように、第１実施形態におけるプリフォーム成形工程と同工程で得られたプリフォーム８を、超塑性加工可能な温度に加温・保持した後、このプリフォーム８と温度が等しくなるように加温・保持された上金型９ａと下金型９ｂとの間に挟んで金型９を型締めし、鍛造する。ここで、図２における１０ａ、１０ｂは断熱板、１１はヒーター、１２ａ及び１２ｂは断熱板水冷孔、１３はフラッシュ用のガッタ、１４は冷却板である。断熱板１０ａ、１０ｂとしては、高温クリープ強度の高いセラミックス板などが挙げられる。ヒーター１１としては、カートリッジヒーターなどが挙げられるが、金型９を高温（例えば、６００℃程度）まで加温できるものであれば、どのようなヒーターでもよい。しかし、ヒーターを組み込んだ金型は通常熱処理型の熱間工具鋼を用いることが多いので、加熱に際して、工具鋼の焼戻し温度以上（例えば６００℃）に長時間暴露された場合、ヒーターの金型接触面に軟化や脱炭を生じて、型寿命が劣化する。このため、ヒーターと金型孔の中間にＰＳＺ（部分安定化ジルコニア）セラミックスの薄型短尺リングを多数個装着し可撓性を持たせ、金型への温度勾配を緩慢に制御して対処する。しかし、室温から概略８００℃まで高温強度・硬さの変わらない耐熱超合金材料はこの限りでない。
【００４６】
なお、例えば、プリフォーム８が中強度アルミニウム合金からなるものである場合には、結晶粒径と歪み速度に大きく依存するが、支配的な成形温度には概略４００〜５００℃が超塑性加工可能な工業的温度領域である。したがって、プリフォーム８及び金型９の温度を適宜設定することで、様々な材料を超塑性鍛造することが可能である。
【００４７】
なお、プリフォーム８及び金型９が等しく超塑性加工温度に加温・保持された超塑性鍛造条件下の状態であっても、プリフォーム８の結晶粒径が比較的大きく、概略１００〜１５０μｍを超える様な場合、超塑性変形を発現しないことがある。しかし、超塑性変形が生じなくてもプリフォーム８の高温変形抵抗は、実質的に高温領域に加温・保持されていることによって小さく、大きな変形能が得られる。これは、超塑性変形時に比べ結晶粒の微細化効果は緩慢である。
【００４８】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、プリフォーム８を超塑性加工可能な温度に加温・保持しているので、粒界・粒内の転位が動きやすくなる。したがって、鍛造の際には、過冷却材の微細な結晶粒によって大規模な粒界すべりを伴った塑性流動を生じさせることができるので、鍛造加圧力が小さくなり、同時にプリフォーム８の鍛造部分（円筒部８ａ）を非常に大きく伸ばすことができる。つまり、成形によるプリフォーム８の材料組織の微細化と、プリフォーム８を構成する材料の品質特性の改善と、プリフォーム８の複雑な形状の精密鍛造とが可能となる。したがって、従来品と同等以上の品質特性を備えたネットシェイプ車両ホイールを確実に得ることができる車両ホイールの製造方法を提供できる。
【００４９】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る車両ホイールの製造方法について説明する。なお、第１実施形態と同様の部分については、十の位を２で表し、一の位を同じ数字で表した符号として、説明を省略することがある。
【００５０】
まず、高圧鋳造用金型２１を型開けした状態で用意する（図３（ａ）参照）。続いて、上金型２１ａ及び下金型２１ｂを型締めするとともに、スペーサプレート（保持手段）２７ａ、２７ｂを上金型２１ａと下金型２１ｂとの間に挟んでおく。このとき、高圧鋳造用金型２１の内部空間は所定温度以下に保持されている。そして、空気圧を用いて溶解炉（図示せず）から給湯管２２を介して、溶湯２６を空気に触れさせることなく加圧シリンダー２３内に層流供給する。そして、加圧プランジャー２４を加圧シリンダー２３内側に沿って上昇させて、給湯管２２と加圧シリンダー２３との連通部を加圧プランジャー２４によって塞いだ状態で、溶解炉の空気圧を下降させて給湯管２２の溶湯レベルを待機レベルまで下降させる（図３（ｂ）参照）。このとき、予め、高圧鋳造用金型２１の内部空間を減圧した後に不活性ガスで満たしておいてもよい。
【００５１】
次いで、加圧プランジャー２４を高圧鋳造用金型２１方向に移動させ、高圧鋳造用金型２１の内部空間を溶湯２６で満たした後、溶湯２６を加圧（約８０ＭＰａ〜約２００ＭＰａ）し、この加圧状態を保持したまま、事前に十分な水などの冷却媒体を冷却孔２５内に流し続け、金型を所定温度以下に下降させることによって、金型全体が冷塊として作用し、且つ加圧によって水冷金型面と凝固シェルが密着したまま冷却が促進され、溶湯２６の過冷却凝固を行う（図３（ｃ）参照）。
【００５２】
高圧鋳造用金型２１内の溶湯２６の凝固が完了し、プリフォーム２８が成形された後、加圧プランジャー２４を高圧鋳造用金型２１から遠ざけて、プリフォーム２８と高圧鋳造用金型２１と加圧プランジャー２４とで囲まれる所定の空間を形成するとともに、スペーサプレート２７ａ、２７ｂを上金型２１ａと下金型２１ｂとの間から取り外す（図３（ｄ）参照）。
【００５３】
そして、上記所定の空間にプリフォーム２８を押し込むように、上金型２１ａと下金型２１ｂとを型締めしてプリフォーム２８を鍛造成形する（図３（ｅ）参照）。このとき、加圧プランジャー２４は、高圧鋳造用金型２１から遠ざかる方向に移動しないように、図示しない部材で支持されている。その後、高圧鋳造用金型２１を型開けし、プリフォーム２８を取出す。
【００５４】
圧延工程においては、第１実施形態と同様の工程を行う。これにより、本実施形態の製造方法を用いた車両ホイールが完成する（図示せず）。
【００５５】
本実施形態によれば、所定の車両ホイール用の材料を高圧鋳造直後に鍛造できる方法を提供できるとともに、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００５６】
ここで、本実施形態においては、金型を冷却しながら、各工程を実施したが、金型を冷却せずに各工程を行ってもよい。ただし、このときは、第１実施形態と同様の効果を奏することはできない。
【００５７】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る車両ホイールの製造方法について説明する。なお、第１実施形態の符号２〜６の部分と同様の部分については、順に３２〜３６の符号をつけて、説明を省略することがある。
【００５８】
図４（ａ）〜（ｅ）に示すように、金型３１は、上金型３１ａと、下金型３１ｂと、パンチ３７とを有している。パンチ３７は、上金型３１ａの略中央部に形成された貫通孔に、軸方向へ移動自在に嵌合されている。また、図示しないが、パンチ３７の金型３１内部側と反対側の一端には、軸方向に所定の圧力をかけることができるプレス装置が設置されている。
【００５９】
次に、具体的に、本発明の第４実施形態に係る車両ホイールの製造方法について説明する。まず、高圧鋳造用金型３１を型開けした状態で用意する（図４（ａ）参照）。続いて、パンチ３７を上金型３１ａの所定箇所に一時的に固定支持した状態で、上金型３１ａ及び下金型３１ｂを型締めするとともに、スペーサプレート（保持手段）３８ａ、３８ｂを上金型３１ａと下金型３１ｂとの間に挟んでおく。このとき、高圧鋳造用金型３１の内部空間は所定温度以下に保持されている。そして、空気圧を用いて溶解炉（図示せず）から給湯管３２を介して、溶湯３６を空気に触れさせることなく加圧シリンダー３３内に層流供給する。そして、加圧プランジャー３４を加圧シリンダー３３内側に沿って上昇させて、給湯管３２と加圧シリンダー３３との連通部を加圧プランジャー３４によって塞いだ状態で、溶解炉の空気圧を下降させて給湯管３２の溶湯レベルを待機レベルまで下降させる（図４（ｂ）参照）。このとき、予め、高圧鋳造用金型３１の内部空間を減圧した後に不活性ガスで満たしておいてもよい。
【００６０】
次いで、加圧プランジャー３４を高圧鋳造用金型３１方向に移動させ、高圧鋳造用金型３１の内部空間を溶湯３６で満たした後、溶湯３６を加圧（約８０ＭＰａ〜約２００ＭＰａ）し、この加圧状態を保持したまま、事前に十分な水などの冷却媒体を冷却孔３５内に流し続け、金型を所定温度以下に下降させることによって、金型全体が冷塊として作用し、且つ加圧によって水冷金型面と凝固シェルが密着したまま冷却が促進され、溶湯３６の過冷却凝固を行う（図４（ｃ）参照）。
【００６１】
高圧鋳造用金型３１内の溶湯３６の凝固が完了し、プリフォーム３８が成形された後、加圧プランジャー３４を固定支持した状態とするとともに、パンチ３７の固定を開放する。そして、スペーサプレート３７ａ、３７ｂを上金型３１ａと下金型３１ｂとの間から取り外す（図４（ｄ）参照）。
【００６２】
続いて、上金型３１ａと下金型３１ｂとを型締めする。このとき、プリフォーム３８を上金型３１ａと移動したパンチ３７とで形成される空間に徐々に押し込めるように、上述した図示しないプレス装置を用いて、パンチ３７に対して図４（ｅ）紙面下側方向に所定の力を負荷しつつ、徐々にパンチ３７が図４（ｅ）紙面上側方向に移動するように制御する。そして、この制御を、上金型３１ａとパンチ３７とが所定の位置関係になるまで行い、その後、パンチ３７を動かないように固定支持しつつ、プリフォーム３８を鍛造成形する（図４（ｅ）参照）。その後、高圧鋳造用金型３１を型開けし、プリフォーム３８を取出す。
【００６３】
圧延工程においては、第１実施形態と同様の工程を行う。これにより、本実施形態の製造方法を用いた車両ホイールが完成する（図示せず）。
【００６４】
本実施形態によれば、所定の車両ホイール用の材料を高圧鋳造直後に鍛造できる方法を提供できるとともに、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００６５】
ここで、本実施形態においては、金型を冷却しながら、各工程を実施したが、金型を冷却せずに各工程を行ってもよい。ただし、このときは、第１実施形態と同様の効果を奏することはできない。
【００６６】
なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態や変形例に限定されるものではない。例えば、第２実施形態において、鍛造工程の前又は後に、第１実施形態の変形例における予歪み工程を行ってもよい。
【００６７】
また、第２実施形態における鍛造工程の代わりに、（ａ）再結晶温度以上の熱間温度領域に加温・保持された前記プリフォームと温度が等しくなるように加温・保持された金型を用いて、前記プリフォームを鍛造する鍛造工程、（ｂ）前記プリフォーム成形工程と前記圧延工程との間に、再結晶温度以下の温間温度領域に加温・保持された前記プリフォームと温度が等しくなるように加温・保持された金型を用いて、前記プリフォームを鍛造する鍛造工程、のいずれか１つの工程を用いる車両ホイールの製造方法でもよい。これらの製造方法においても、従来と近似又は同等以上のプリフォームの成形能を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両ホイールの製造方法における製造工程を順に示した模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る車両ホイールの製造方法における製造工程の一部を示した模式図である。
【図３（ａ）】本発明の第３実施形態に係る車両ホイールの製造方法における製造工程の一部を示した模式図であって、高圧鋳造用金型の型締め前を示す図である。
【図３（ｂ）】図３（ａ）の工程後、高圧鋳造用金型の型締めを行って、溶湯を高圧鋳造用金型内に流し込んでいる途中を示す図である。
【図３（ｃ）】図３（ｂ）の工程後、溶湯を固相化する直前を示す図である。
【図３（ｄ）】図３（ｃ）の工程後、溶湯を固相化してプリフォームを形成し、所定の空間を高圧鋳造用金型内に形成するとともに、スペーサプレートを外した状態を示す図である。
【図３（ｅ）】図３（ｄ）の工程後、高圧鋳造用金型を型締めし、高圧鋳造用金型内の所定の空間にプリフォームを押し込んだ状態を示す図である。
【図４（ａ）】本発明の第４実施形態に係る車両ホイールの製造方法における製造工程の一部を示した模式図であって、高圧鋳造用金型の型締め前を示す図である。
【図４（ｂ）】図４（ａ）の工程後、高圧鋳造用金型の型締めを行って、溶湯を高圧鋳造用金型内に流し込んでいる途中を示す図である。
【図４（ｃ）】図４（ｂ）の工程後、溶湯を固相化する直前を示す図である。
【図４（ｄ）】図４（ｃ）の工程後、溶湯を固相化してプリフォームを形成し、所定の空間を高圧鋳造用金型内に形成するとともに、スペーサプレートを外した状態を示す図である。
【図４（ｅ）】図４（ｄ）の工程後、高圧鋳造用金型を型締めし、高圧鋳造用金型内の所定の空間にプリフォームを押し込んだ状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１、２１、３１    高圧鋳造用金型
１ａ、９ａ、２１ａ、３１ａ    上金型
１ｂ、９ｂ、２１ｂ、３１ｂ    下金型
２、２２、３２    給湯管
３、２３、３３    加圧シリンダー
４、２４、３４    加圧プランジャー
５、２５、３５    冷却孔
６、２６、３６    溶湯
７、８、２８、３９    プリフォーム
７ａ、８ａ    円筒部
９    金型
１０ａ、１０ｂ    断熱板
１１    ヒーター
１２ａ、１２ｂ    断熱板水冷孔
１３    ガッタ
１４    冷却板
２７ａ、２７ｂ、３８ａ、３８ｂ    スペーサプレート
３７    パンチ
【図１】
2008073763.tif 000003
【図２】
2008073763.tif 000004
【図３（ａ）】
2008073763.tif 000005
【図３（ｂ）】
2008073763.tif 000006
【図３（ｃ）】
2008073763.tif 000007
【図３（ｄ）】
2008073763.tif 000008
【図３（ｅ）】
2008073763.tif 000009
【図４（ａ）】
2008073763.tif 000010
【図４（ｂ）】
2008073763.tif 000011
【図４（ｃ）】
2008073763.tif 000012
【図４（ｄ）】
2008073763.tif 000013
【図４（ｅ）】
2008073763.tif 000014