(57)【要約】【課題】熱処理後において高い表面硬度と高強度特性を有する自動車ロードホイール用素材組成物、およびその素材の特性を生かした自動車ロードホイールの製造方法を提供する。【解決手段】鉄を主材とし、これに炭素、ケイ素、マンガン、リン、硫黄、アルミニウム、チタン、ニオブ、クロム、ホウ素を特定量含んでなる自動車ロードホイール用素材組成物であり、この素材組成物をロードホイールリムに成形し、ロードホイールリムの端縁部を高周波熱処理し、冷却水の噴射により冷却して硬化させる。【選択図】　　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄（Ｆｅ）を主材とし、これに炭素（Ｃ）：０．１０〜０．４０重量％、ケイ素（Ｓｉ）：０．１５〜０．３５重量％、マンガン（Ｍｎ）：０．３５〜２．０重量％、リン（Ｐ）：０．０３重量％以下、硫黄（Ｓ）：０．０３重量％以下、アルミニウム（Ａｌ）：０．０５〜０．１５重量％、チタン（Ｔｉ）：０．００５〜０．０３重量％、ニオブ（Ｎｂ）：０．０２５〜０．０４５重量％、クロム（Ｃｒ）：０．３５重量％以下、ホウ素（Ｂ）：０．００５重量％以下、を含むことを特徴とするロードホイール用素材組成物。
【請求項２】
鉄（Ｆｅ）を主材とし、これに炭素（Ｃ）：０．１０〜０．４０重量％、ケイ素（Ｓｉ）：０．１５〜０．３５重量％、マンガン（Ｍｎ）：０．３５〜２．０重量％、リン（Ｐ）：０．０３重量％以下、硫黄（Ｓ）：０．０３重量％以下、アルミニウム（Ａｌ）０．０５〜０．１５重量％、チタン（Ｔｉ）：０．００５〜０．０３重量％、ニオブ（Ｎｂ）：０．０２５〜０．０４５重量％、クロム（Ｃｒ）：０．３５重量％以下、ホウ素（Ｂ）：０．００５重量％以下、を含む素材組成物をロードホイールリムに成形加工し、前記ロードホイールリムの端縁部を高周波熱処理し、冷却水の噴射により冷却して硬化させることを特徴とするロードホイールの製造方法。
【請求項３】
前記高周波熱処理は、ロードホイールリムの端縁部に沿って高周波加熱装置の固定式加熱コイルを取り付けて加熱し、次いで前記加熱コイルを取り外してから加熱部位に冷却装置の冷却水を噴射して冷却することを特徴とする請求項２記載のロードホイールの製造方法。
【請求項４】
前記高周波熱処理は、高周波加熱装置の加熱コイルを用いてロードホイールリムの端縁部を加熱しながら、直ちに加熱部位に冷却装置の冷却水を噴射して連続的に高周波加熱部位を硬化させることを特徴とする請求項２記載のロードホイールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車ロードホイール用素材組成物、特に高い表面硬度と高強度特性を有するロードホイールの製造が可能な自動車ロードホイール用素材組成物、およびこれを用いた自動車ロードホイールの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車ロードホイール（ｒｏａｄ　ｗｈｅｅｌ）は、鋼板を成形したディスクにロードホイールリムを圧入し、溶接して製造される。従って、その素材となる鋼板には成形性、バーリン（ｂｕｒｒｉｎｇ）性、溶接性などが要求されている。
【０００３】
ロードホイールの素材は、プレス成形することから強度３８〜６０ｋｇ／ｍｍ２級の鋼板が使用されていたが、ロードホイールの強度を満足させるためには、厚くしなくてはならず、結局、その厚さによってロードホイールが重くなるという問題があった。また、強度が低いことから車両走行時に衝撃を受けたときに歪を生じやすく、タイヤの空気が急速に抜け、操縦性を失い車両の運行が不可能とし、大事故となるという問題があった。そこで６０ｋｇ／ｍｍ２以上の高強度薄鋼鈑を用いてロードホイールを製造しようとする検討がなされている〔例えば、非特許文献１参照〕が、プレス成形性が良好でなく、スプリングバックが生じるおそれがあるなどの問題が指摘されている。この他、ディスクとロードホイールリムの接合をレーザー溶接するに適した鋼鈑組成の提案などがある〔例えば、特許文献１参照〕。
【０００４】
従って、プレス成形性を満足し、かつ完成品であるロードホイールの強度が向上でき、ロードホイールの軽量化および耐久性が向上できるロードホイール用素材組成物、およびそれを用いたロードホイールの製造方法が切実に要求されている。
【０００５】
【非特許文献１】
水井正也、外５名，「高強度薄鋼鈑のロード・ホイールへの適用」，製鉄研究，新日本製鉄株式会社，１９８４年，第３１２号，ｐ．１８−２９
【特許文献１】
特開平５−３３１５９４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
かかる問題点を解決すべく、本発明の目的は、高い表面硬度と高強度特性を有する自動車ロードホイール用素材組成物を提供するとともに、その素材の特性を生かした自動車ロードホイールの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明請求項１はロードホイール用素材組成物に係り、鉄（Ｆｅ）を主材とし、これに炭素（Ｃ）：０．１０〜０．４０重量％、ケイ素（Ｓｉ）：０．１５〜０．３５重量％、マンガン（Ｍｎ）：０．３５〜２．０重量％、リン（Ｐ）：０．０３重量％以下、硫黄（Ｓ）：０．０３重量％以下、アルミニウム（Ａｌ）：０．０５〜０．１５重量％、チタン（Ｔｉ）：０．００５〜０．０３重量％、ニオブ（Ｎｂ）：０．０２５〜０．０４５重量％、クロム（Ｃｒ）：０．３５重量％以下、ホウ素（Ｂ）：０．００５重量％以下、を含んでなっている。
【０００８】
本発明請求項２はロードホイールの製造方法に係り、前記素材組成物をロードホイールリムに成形加工し、前記ロードホイールリムの端縁部を高周波熱処理し、冷却水の噴射により冷却して硬化させることからなっている。
【０００９】
本発明請求項３は請求項２記載のロードホイールの製造方法に係り、前記高周波熱処理は、ロードホイールリムの端縁部に沿って高周波加熱装置の固定式加熱コイルを取り付けて加熱し、次いで前記加熱コイルを取り外してから加熱部位に冷却装置の冷却水を噴射して冷却することからなっている。
【００１０】
本発明請求項４は請求項２記載のロードホイールの製造方法に係り、前記高周波熱処理は、高周波加熱装置の加熱コイルを用いてロードホイールリムの端縁部を加熱しながら、直ちに加熱部位に冷却装置の冷却水を噴射して連続的に高周波加熱部位を硬化させることからなっている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のロードホイール用素材組成物は、鉄（Ｆｅ）を主材とし、これに炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、クロム（Ｃｒ）およびホウ素（Ｂ）を特定量含有させて構成され、それぞれの組成範囲は表１のように規定される。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
炭素（Ｃ）は、高張力鋼鈑として必要な強度を確保する効果を有し、素材組成物全体に対して０．１０〜０．４０重量％である。その含量が０．４０重量％を超えると硬度が高くなりすぎて延性が小さくなり成形性に劣るようになり、０．１０重量％未満であると焼入れ性が低いため硬度の確保が難しくなり好ましくない。
【００１４】
ケイ素（Ｓｉ）は、鋼鈑の強度を高めるに効果的であり、また脱酸剤として用いられるものであり、素材組成物全体に対して０．１５〜０．３５重量であり、０．３５重量％を超えると成形性に劣るようになり好ましくない。
【００１５】
マンガン（Ｍｎ）は、固溶強化元素であり、強度を上げ、靭性を向上し、焼入れ性をよくするに有効で、素材組成物全体に対して０．３５〜２．０重量％である。
【００１６】
リン（Ｐ）は不純物であって、０．０３重量％以下に規制し、硫黄（Ｓ）もまた不純物であって、靭性および成形性の確保のために０．０３重量％以下に規制する。
【００１７】
アルミニウム（Ａｌ）は、脱酸剤として添加されるものであり、素材組成物全体に対して０．０５〜０．１５重量％である。
【００１８】
チタン（Ｔｉ）とニオブ（Ｎｂ）は、析出硬化と結晶粒微細化元素として添加されるものであり、チタン（Ｔｉ）は素材組成物全体に対して０．００５〜０．０３重量％、ニオブ（Ｎｂ）は素材組成物全体に対して０．０２５〜０．０４５重量％である。チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）のそれぞれが前記範囲未満であると析出硬化効果と結晶粒微細化効果が僅かであり、前記範囲を超えてもそれ以上の効果が期待出来ない。
【００１９】
クロム（Ｃｒ）とホウ素（Ｂ）とも焼入れ性を強化するための元素であり、クロム（Ｃｒ）は素材組成物全体に対して０．３５重量％以下、ホウ素（Ｂ）は素材組成物全体に対して０．００５重量％以下である。
【００２０】
前記組成で構成された素材は、成形性および溶接性に優れ、ロードホイールの製造が容易である。また、ロードホイールリムを成形した後、その端縁部を熱処理すると、その熱処理した部分は充分に硬化するので、ロードホイールとして使用中に障害物にぶつかったときロードホイールが歪み難いという長所がある。
【００２１】
前記した組成および含量の素材は、熱処理により充分硬化することは後述する実施例でよく証明される。すなわち、従来のロードホイール用素材と本発明のロードホイール用素材を同一温度条件の下で熱処理し、焼入れ硬度を測定した結果、本発明の組成および含量の鋼は高い硬度を示していた。
【００２２】
一方、本発明のロードホイールの製造方法は、前記素材を成形してロードホイールリムとディスクを製造した後、これらを互いに溶接する段階と、その後熱処理する段階とを含むが、ディスクと溶接されたロードホイールリムの端縁部を高周波熱処理装置によって熱処理することにその特徴がある。
【００２３】
次に、本発明のロードホイールの製造方法を添付の図面を参照して説明する。図１は、ロードホイールの断面を示している。ロードホイール１は、ロードホイールリム２、ディスク３からなっており、図１では、本発明により熱処理が施される部分、すなわちロードホイールリム２の端縁部を点線で表示してある。
【００２４】
本発明に係る熱処理は、ロードホイールリム２の端縁部を加熱するために高周波により加熱を行う。その好ましい実施の形態として、ロードホイールリム２の端縁部に沿ってその外面と内面上に高周波加熱装置１０の固定式加熱コイル１２を取り付けて加熱し、その後加熱コイル１２を除いて冷却装置２０を据えて、冷却装置２０にあるインジェクター２２から冷却水を噴射して冷却する。
【００２５】
図２は、ロードホイールリム２の端縁部を加熱するためにロードホイールリム２の外面と内面側に高周波加熱装置１０の固定式加熱コイル１２が取り付けられた状態を示し、図３は、加熱部位の冷却のために冷却装置２０のインジェクター２２を通じて冷却水が噴射される状態を示している。ここで、外面と内面の熱処理は図２、３に示すように両面で同時に施すことができるが、片面ずつ別途に施してもよい。
【００２６】
また、高周波熱処理硬化法の別の実施例として、図４、５に示すような高周波加熱３０および冷却装置４０を用いて、高周波加熱装置３０の加熱コイル３２をロードホイールリム２の端縁部の外面又は内面上に沿って加熱しながら、加熱した部位にインジェクター４２を通じて直ちに冷却水を噴射して連続的に高周波加熱部位を硬化させる方式も可能である。図４は、ロードホイールリム２の端縁部の外面において連続的に加熱および冷却を行う状態を示し、図５は、ロードホイールリム２の端縁部の内面において連続的に加熱および冷却を行う状態を示している。
【００２７】
ここで、熱処理部の加熱および冷却は、加熱コイル３２とインジェクター４２を固定させた状態でロードホイール１を回転させるか（図４と図５参照）、逆にロードホイール１を固定させて高周波加熱装置３０の加熱コイル３２と冷却装置４０のインジェクター４２を回転させてもよい。
【００２８】
このようにして、本発明の素材を用いてロードホイールを製造するに当たって、ロードホイールリムの端縁部を高周波熱処理装置を用いて熱処理すると、この熱処理した部分で高い硬度が得られ、耐衝撃硬度に優れたロードホイールが製造できる。
【００２９】
【実施例】
本発明を実施例によってさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。
〔実施例１〕
表２に示す本発明に係る組成の素材、および比較の素材をそれぞれ用意し、試験に用いた。それぞれの素材を５０ｍｍ×５０ｍｍの寸法に切断し、これを電気炉で９３０℃に加熱し、その後水中に投入、冷却して試験片を製作した。それぞれの試験片についてビッカース硬さ（Ｈｖ）を測定した。結果を表３に示す。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
【表３】
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本発明組成の試験片は、比較の試験片に比べて非常に高い焼入れ硬度が得られることを確認した。
【００３２】
〔実施例２〕
実施例１と同じ組成の素材を用い、５０ｍｍ×５０ｍｍの寸法に切断した後、その表面を３０ｋＨｚ、６０ｋＷの高周波加熱装置を用いて加熱し、その後水中に投入、冷却して試験片を製作した。それぞれの試験片についてビッカース硬さ（Ｈｖ）を測定した。結果を表４に示す。
【００３３】
【表４】
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本発明組成の試験片は、比較の試験片に比べて非常に高い焼入れ硬度が得られることを確認した。
【００３４】
〔実施例３〕
実施例１と同じ組成の素材を用いて自動車ロードホイールを製造し、ロードホイールリムの端縁部の内面と外面を３０ｋＨｚ、６０ｋＷの高周波加熱装置で加熱しながら、直ちに加熱された部位に冷却水を噴射する方式で硬化させた。ロードホイールの硬化部位は図６に示したようにロードホイールリム２の外郭部、点線で表示した部位であり、従って、図６に示した硬度測定開始部位から外側に５ｍｍ間隔で合計７地点でビッカース硬さ（Ｈｖ）の測定を行った。結果を図７に示す。
【００３５】
図７のグラフに示すように、本発明のロードホイールは従来方法によって製造した比較のロードホイールに比べて非常に高い焼入れ硬度が得られることを確認された。
【００３６】
〔実施例４〕
実施例３のロードホイールに対して耐衝撃強度評価を行った。耐衝撃強度評価は、図８に示すように、円盤形状を有する９３０ｋｇ重量の錘５０を高さ１ｍの位置から自由落下させてロードホイールリム２の歪みを測定した。結果を表５に示す。ここで、歪み量は、試験前のロードホイールリムの高さと試験後歪んだロードホイールリムの高さ間の差から計算した値である。
【００３７】
【表５】
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本発明によって製造したロードホイールは、従来方法によって製造した比較のロードホイールに比べて歪み量が著しく減少したことがわかる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のロードホイール用素材、および製造方法により、１）高い表面硬度と高強度を有するロードホイールが製造でき、２）ロードホイールの厚さと重量を減らすことができ、３）ロードホイールリムの端縁部において生じる歪みが防止でき、結局、軽量車両の製造を可能にし、ロードホイールの歪みによる事故を防止できる効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によって熱処理が施される部分を示す自動車ロードホイールの断面図である。
【図２】ロードホイールリムの外面と内面側に高周波加熱装置の固定式加熱コイルが取り付けられた状態を示す断面図である。
【図３】冷却装置のインジェクターを通じて冷却水が噴射される状態を示す断面図である。
【図４】ロードホイールリムの端縁部の外面において連続的に加熱および冷却を行う状態を示す図である。
【図５】ロードホイールリムの端縁部の内面において連続的に加熱および冷却を行う状態を示す図である。
【図６】ロードホイールの硬度測定部位を示す断面図である。
【図７】実施例３における硬度測定結果を示すグラフである。
【図８】実施例４における耐衝撃強度の評価方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１：ロードホイール
２：ロードホイールリム
３：ディスク
１０：高周波加熱装置
１２：固定式加熱コイル
２０：冷却装置
２２：インジェクター
３０：高周波加熱装置
３２：加熱コイル
４０：冷却装置
４２：インジェクター
５０：錘（９３０ｋｇ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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