(57)【要約】【課題】ディスク部及びリム部の薄肉軽量化を図ることができる車両ホイールの製造方法を提供する。【解決手段】車両ホイールのプリフォームを高圧鋳造する。この高圧鋳造工程で用いられる鋳型１０には、ディスク部成形用空間２１とリム原形部成形用空間２２とを有する成形用キャビティ２０が形成される。ディスク部成形用空間２１には湯道２５が接続される。この湯道２５を介してキャビティ２０に高圧の溶湯を充填することにより、プリフォームを鋳造する。プリフォームはディスク部とリム原形部とを有し、こ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。この加工で、リム原形部に残留していたブローホールを潰す。【選択図】        図１
2004306062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（イ）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、
（ロ）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、
を備えたことを特徴とする車両ホイールの製造方法。
【請求項２】
上記リム原形部はその幅方向中間からディスク部の反対側の縁部にわたって環状厚肉部を有し、この環状厚肉部をスピニング加工することにより、リムドロップとディスク部の反対側のビードシートおよびフランジを得ることを特徴とする請求項１に記載の車両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、アルミ合金等の軽合金製の車両ホイールを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミ合金製の車両ホイールを鋳造により製造する方法は良く知られている。この方法で用いられる鋳型は、下型と、昇降可能な上型と、水平移動する一対若しくは二対の横型とを有している。鋳型が型締め状態にある時、成形用キャビティが形成される。このキャビィティは車両ホイールの最終形状に近い形状をなし、ディスク部成形用空間とリム部成形用空間とを有している。下型には、キャビティのディスク部成形用空間の中央に接続される湯道が形成され、この湯道からアルミ合金の低圧の溶湯をキャビティに充填して、最終形状に近い車両ホイールを得る。この後、切削加工等を経て最終形状の車両ホイールを得る。
【０００３】
上記鋳造では、湯道から最も遠い部位、すなわちリム部成形用空間におけるディスク部成形用空間の反対側の縁から凝固が始まり、湯道に向かって徐々に凝固が進み、最後にディスク部の中心近傍が凝固する。リム部成形用空間では急速に凝固がなされるので材質の劣化が生じないが、ディスク部成形用空間では凝固が遅れるので材質が劣化する。この材質劣化を補い必要な強度を得るために、ディスク部を厚くする必要がある。
【０００４】
また、上記溶湯の凝固は収縮を伴う。この収縮によるヒケや巣の発生を抑制するためには、凝固が始まっている部位に溶湯を補充する必要がある。上記鋳造では、溶湯の補充を確保するためにディスク部成形用空間の流通断面積を広くしており、このことも、鋳造ホイールのディスク部を厚くする要因となる。
【０００５】
上記ディスク部の材質の劣化を回避し薄肉軽量化を図るために、ＷＯ００／４３１５３号公報に開示された鋳造方法が開発されている。この鋳造方法では、ディスク部成形用空間の中央に接続された湯道を介して高圧の溶湯をキャビティに充填する。この高圧鋳造では、溶湯に高圧を付与することにより、十分な押湯が可能であり、ディスク部での溶湯の流通断面積を比較的狭くすることができる。また、上記押湯の作用が高いので鋳型の型温を低くし溶湯の冷却能力を強化することが可能となり、リム部成形用空間のみならずディスク部成形用空間での凝固を早くすることができ、高圧付与による組織の微細化も図れるので、ディスク部の材質劣化を免れる。その結果、ディスク部の薄肉軽量化を図ることができる。
【０００６】
他方、特開２０００−７９８０１号公報には、リム部を薄肉軽量化する車両ホイールの製造方法が開示されている。詳述すると、同公報の鋳型の成形用キャビティはディスク部成形用空間とリム原形部整形用空間を有している。リム原形部成形用空間の断面積は最終形状のリム部より大きい。ディスク部成形用空間の中央に湯道が接続される点は最初に述べた周知技術と同様である。この鋳型で低圧鋳造がなされ、最終形状またはそれに近い形状のリム部より厚肉のリム原形部を有する車両ホイールのプリフォームが得られる。その後、このリム原形部に減肉を伴うスピニング加工（フローフォーミング加工）を施すことにより最終形状に近いリム部を得る。このスピニング加工により、リム部は巣等の内部欠陥を圧着により解消され、組織の微細化，組織の異方性（圧延組織），加工硬化も得られ強度が向上する。そのため、従来の鋳造ホイールのリム部よりも薄肉軽量化することができる。
【０００７】
【特許文献１】
ＷＯ００／４３１５３号公報
【特許文献２】
特開２０００−７９８０１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ＷＯ００／４３１５３号公報に開示された方法では、ディスク部の薄肉軽量化を図ることができる。しかし、高圧鋳造ではブローホールの残留が問題となる。すなわち、キャビティに溶湯が充填される際に溶湯が空気をまき込んで乱流となるためにブローホールが生じる。高圧鋳造では型温が低いため、溶湯はブローホールを内包したまま急速凝固される。特にリム部でブローホールが残留し易い。リム部はこのブローホールにより強度低下を招くため、薄肉，軽量化することができない。
特開２０００−７９８０１号公報に開示された方法では、低圧鋳造であるため周知技術と同様にディスク部の材質劣化を改善できず、ディスク部を薄肉軽量化することができない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、（イ）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、（ロ）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、を備えたことを特徴とする車両ホイールの製造方法を要旨とする。
【００１０】
上記方法によれば、高圧鋳造なので鋳型の型温が低く冷却能力を高くすることができ、リム原形部のみならずディスク部成形用空間での溶湯の凝固を急速に行うことができ、凝固遅延による材質劣化を防止することができる。また、溶湯に高圧が付与されて押湯が効くので、リム部成形用空間への溶湯の補充路を確保するために流通断面積を広くせずに済む。その結果、ディスク部の薄肉軽量化を図ることができる。また、プリフォームのリム原形部ではブローホールが残留しているが、減肉を伴うスピニング加工を施すことによりこのブローホールを潰すことができ、その結果、リム部の強度を向上させることができ、その薄肉軽量化も図ることができる。
【００１１】
好ましくは、上記リム原形部はその幅方向中間からディスク部の反対側の縁部にわたって環状厚肉部を有し、この環状厚肉部をスピニング加工することにより、リムドロップとディスク部の反対側のビードシートおよびフランジを得る。これによれば、特に湯口から遠くブローホールが残留し易い部位をスピニング加工することにより、リム部の強度向上を確実に果たすことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態をなす車両ホイールの製造方法について図１，図２を参照しながら説明する。まず、鋳造工程で用いられる鋳型について説明する。図１に示すように、この鋳型１０は、ベース１１と、このベース１１上に固定された下型１２と、この下型１２に対して昇降する上型１３と、一対（複数）の半割りされた横型１４とを有している。一対の横型１４は、紙面と直交する方向に対峙し、同方向に移動して接合，離反するようになっている。各型１２〜１４には冷却水が通る冷却通路が形成されている。
【００１３】
鋳型１０の型締め時には、一対の横型１４の互いの接合面が大きな荷重、例えば１０００〜１５００ｔｏｎをもって当たり、上型１３が下降してこれら横型１４の上面に当たることにより、下型１２と上型１３とで一対の横型１４を所定の荷重をもって挟むようになっている。この型締め状態において、下型１２と上型１３と一対の横型１４により、プリフォーム成形用のキャビティ２０が形成される。
【００１４】
上記キャビティ２０は、下型１２と上型１３の対向面間に形成されたディスク部成形用空間２１と、下型１２と上型１３の外周面と一対の横型１４の内周面間に形成されたリム原形部成形用空間２２とを有している。このリム原形部成形用空間２２は、下側の第１部分２２ａと中間の第２部分２２ｂと上側の第３部分２２ｃとを有している。上記第１部分２２ａは、最終形状の車両用ホイールのリム部の対応箇所に近い形状をなしている。第２部分２２ｂは短い円筒形状をなし、第３部分２２ｃは先端に向かって広がる円錐状形状をなしている。これら第２部分２２ｂ，第３部分２２ｃは、最終形状の車両用ホイールのリム部の対応箇所と異なる形状をなし、それより厚くなっている。
【００１５】
さらに鋳型１０の下型１２およびベース１１には湯道２５が形成され、この湯道２５の上端部のゲート２５ｘはディスク部成形用空間２１の中央に接続されている。ベース１１の下面には溶湯充填機３０が連結され、この溶湯充填機３０のシリンダ部３１が上記湯道２５の下端部に連なっている。シリンダ部３１にはプランジャ３２が進退するように収容されている。
【００１６】
上記鋳型１０を用いた車両ホイールのプリフォームの高圧鋳造工程について説明する。上記溶湯充填機３０のシリンダ３１に溶湯を充填した状態で、プランジャ３２を比較的低速で前進させることにより、溶湯は湯道２５を経てそのゲート２５ｘが位置するディスク部成形用空間２１に達し、ここからディスク部成形用空間２１に充填されるとともに、リム原形部成形用空間２２に充填される。また、溶湯の充填は、プリフォームのリム形状は幅狭く厚く、通常のホイールの幅広く薄いリム形状とは大きく異なるため、比較的低速で充填させることができ、ＷＯ００／４３１５３のようなブローホールの発生そのものを低減できる。充填後にプランジャ３２を介して溶湯に高圧を加えることにより、強制的に押湯を効かす。ここで高圧とは低圧鋳造の場合（１Ｋｇ／ｃｍ２未満）に比べて遥かに高い圧力（１００Ｋｇ／ｃｍ２以上）を意味する。本実施形態では１０００Ｋｇ／ｃｍ２程度である。
【００１７】
上記溶湯の凝固は、湯道２５のゲート２５ｘから最も遠い部位、すなわちリム部成形用空間２２の先端縁部（ディスク部成形用空間２１の反対側の縁部）で始まり、ゲート部２５ｘに向かって凝固が進み、ゲート２５ｘに達する。その後、プランジャ３２を後退させ、型開き後に鋳物を得る。通常形状のホイールと比べ、凝固の進行する経路が短いため、ゲート２５ｘへの指向性凝固が取りやすい。
【００１８】
上記鋳造により、図２（Ａ）に示す車両ホイールのプリフォーム５０が得られる。このプリフォーム５０は、上記ディスク部成形用空間２１での溶湯の凝固により形成されたディスク部５１と、リム原形部成形用空間２２での溶湯の凝固により形成されたリム原形部５２とを有している。リム原形部５２は、リム原形部成形用空間２２の第１部分２２ａに対応したディスク部側フランジ５２ａ，ディスク部側ビードシート５２ｂを有している。これら部位は、車両ホイールの最終形状に近い形状を有している。さらにリム原形部５２は、リム原形部成形用空間２２の第２部分２２ｂ，第３部分２２ｃに対応した環状厚肉部５２ｘ，５２ｙを有している。なお、ディスク部２１の中央には、湯道２５のゲート２５ｘ近傍の溶湯凝固による突起が形成されている。
【００１９】
上記高圧鋳造工程では、型温が低く溶湯の冷却能力が高いので、リム原形部成形用空間２２のみならずディスク部成形用空間２１で急速な凝固がなされるので組織が微細となり、凝固遅延による材質劣化はリム原形部５２のみならずディスク部５１でも生じない。そのため、ディスク部５１は鋳造に伴う材質劣化を補うために厚肉にせずに済む。また、高圧付与により十分な押湯が効くので、リム部成形用空間２２への広い溶湯経路を確保する必要がなくデイスク部成形用空間２１の流通断面積を最小限に抑えることができる。その結果、ディスク部５１の軽量薄肉化を図ることができる。
【００２０】
上記高圧鋳造工程において、リム原形部成形用空間２２は、大きな流通断面積を有しているので、上記溶湯の高圧付与と相俟って凝固が生じた部位への溶湯の補充を良好に行うことができ、ヒケや巣の発生を確実に抑制することができる。ただし、ブローホールの残留が問題となる。すなわち、キャビティに溶湯が充填される際に溶湯が空気をまき込んで乱流となるためにブローホールが生じる。高圧鋳造では型温が低いため、溶湯はブローホールを内包したまま急速凝固される。特に湯道２５から遠いリム原形部５２では急速凝固によるブローホールの残留が多い。
【００２１】
上記鋳造工程の次に、前加工工程を実行する。この前加工工程で、バリ取りを行う。また、湯道２５のゲート２５ｘ近傍の溶湯凝固により形成された突起を切断するとともに、ディスク部５１の中央にハブ穴５１ａを形成する。
【００２２】
次に、本加工工程を実行する。本加工工程では、上記プリフォーム５０を加熱した後、スピニング加工（フローフォーミング加工）を行う。なお、鋳造工程から短時間で本加工工程を実行する場合には、スピニング加工前の加熱を省略できる。スピニング加工では図２（Ａ）に示すように、車両ホイールの最終形状に近い外周形状を有するマンドレル４１にプリフォーム５０を取り付け、このマンドレル４１を回転させ、ローラ４２をプリフォーム５０に押し付けながらマンドレル４１の周面形状に沿ってマンドレル４１の軸方向に移動させる。
【００２３】
上記スピニング加工により、環状厚肉部５２ｘ，５２ｙがローラ４２によりしごかれながら減肉（薄肉化）されるとともにマンドレル４１の周面形状に沿って幅方向に広がり、図２（Ｂ）に示すように最終形状に近いリム部５２’を有する車両ホイール５０’が得られる。このリム部５２’において、ディスク部５１側のフランジ５２ａとビードシート５２ｂは、上述した鋳造により既に最終形状に近い形状となっている。環状厚肉部５２ｘのスピニング加工により主にリム部５２’のリムドロップ５２ｃが形成され、環状厚肉部５２ｙのスピニング加工により主にディスク部５１の反対側のビードシート５２ｄおよびフランジ５２ｅが形成される。
【００２４】
上記スピニング加工は、リム原形部５２の環状厚肉部５２ｘ，５２ｙの材料の大きな流動を伴い、巣の圧着，組織の微細化（動的再結晶），組織の異方性（圧延組織），加工硬化を実現できる。また、上記高圧鋳造時にリム原形部５２に生じたブローホールも潰すことができる。その結果、リム部５２’は材質劣化を補うために厚肉にせずに済み、薄肉軽量化を図ることができる。
【００２５】
上記スピニング加工の後に、熱処理し、必要に応じてショットブラストによりディスク部５１の意匠面の表面処理を行い、リム部５２’の外周面を切削加工し、塗装を施すことにより、車両ホイールが完成する。切削加工の際に、リム部５２’は若干減肉されて最終形状となる。なお、切削加工を行わない場合にはスピニング加工後の形状が車両ホイールの最終形状となる。
【００２６】
なお、高圧鋳造では溶湯の急速凝固がなされるので生産性が良い。プリフォーム５０は３分で１個形成される。スピニング加工は１分で１個処理できるから、３個の鋳型１０と、１個のスピニング加工装置とを組合わせることにより、効率良く車両ホイールを生産することができる。
前述したように、横型１４の型締め力が大きいので、プリフォーム５０を真円に近い状態で鋳造でき、その後のスピニング加工の作業性が良い。
高圧鋳造では、キャビティ２０の内面に潤滑剤を塗布する必要がある。例えば黒鉛粉を水に溶かし、型開きの状態で型内面に吹き付ける。そのため、高圧鋳造されたプリフォーム５０の内外周面にはこの潤滑剤が付着している。一般にスピニング加工の際にはマンドレル４１の外周面に潤滑剤を塗布して材料の焼き付きを防止するようにしているが、本実施形態では、上記のようにプリフォーム５０の内周面に既に潤滑剤が付着しているので、マンドレル４１外周面への潤滑剤の塗布を省略することができる。
【００２７】
本発明は上記の実施形態に制約されず種々の形態が可能である。例えば上記実施形態では、横型は４分割したものを使用できる。フローフォーミング加工においては、ローラ側を固定してマンドレルを軸方向に移動することで、目的形状に成形することもできる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のよれば、ディスク部およびリム部の両方とも高い強度を保持しつつ薄肉軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の第１実施形態において車両ホイールのプリフォームを鋳造するための鋳型を示す縦断面図である。
【図２】上記鋳型で鋳造されたプリフォームをスピニング加工する工程を示す断面図であり、（Ａ）は加工前のプリフォームとスピニング加工装置を示し、（Ｂ）は加工後の最終形状に近い車両ホイールを示す。
【符号の説明】
１０  鋳型
１１  下型
１２  上型
１３  横型
２０  キャビティ
２１  ディスク部成形用空間
２２  リム原形部成形用空間
２５  湯道
２５ｘ  ゲート
４０  スピニング加工装置
５０  プリフォーム
５１  ディスク部
５２  リム原形部
５２ｘ，５２ｙ  厚肉環状部
５２’  リム部
【図１】
2004306062.tif 000003
【図２】
2004306062.tif 000004