(57)【要約】【課題】ディスク部，リム部とも薄肉軽量化す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】鋳造工程で用いられる鋳型１０の成形用キャビティ２０は、ディスク部成形用空間２１とリム原形部成形用空間２２とを有している。リム原形部成形用空間２２には湯道２５が接続されている。湯道２５から成形用キャビティ２０に溶湯を充填することにより、ディスク部とリム原形部を有する車両ホイールのプリフォームを鋳造する。次の加工工程では、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。【選択図】  図１
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【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、上記リム原形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、この湯道から成形用キャビティに溶湯を充填することにより、ディスク部とリム原形部を有する車両ホイールのプリフォームを鋳造する鋳造工程と、
（ロ）上記リム原形部において少なくとも湯道が接続されていた箇所を含む環状領域を塑性変形させることにより、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】
上記リム原形部は上記湯道が接続されていた箇所を含む環状厚肉部を有し、上記加工工程で上記リム原形部の環状厚肉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。
【請求項３】
上記湯道がリム原形部成形用空間において、その幅方向中間部またはディスク部成形用空間の反対側の縁部に接続され、上記鋳造工程で得られるプリフォームのリム原形部は、その幅方向中間部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、この環状厚肉部にスピニング加工を施すことにより、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２に記載の車両ホイールの製造方法。
【請求項４】
上記湯道がリム原形部成形用空間においてディスク部成形用空間側の縁部に接続され、上記鋳造工程で得られるプリフォームのリム原形部はこの縁部に対応する環状厚肉部を有し、上記加工工程では、この環状厚肉部をスプリット加工で２つの環状部分に切り裂き、一方の環状部分をスピニング加工することによりリム部のディスク部側フランジを得、他方の環状部分をスピニング加工することによりディスク部側ビードシート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車両ホイールを鋳造により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するために、特開平８−２４３７２０号公報の鋳型が開発されている。この鋳型では、一対の横型間に一対の湯道が形成され、これら湯道がリム部成形用空間に接続されている。この鋳型を用いて車両用ホイールを鋳造すると、ディスク部成形用空間での凝固が急速になされるのでディスク部の材質劣化を免れる。また溶湯補充のためにディスク部成形用空間の流通断面積を大きくせずに済み、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成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。この鋳型で鋳造される物は、最終形状の車両ホイールではなく、厚肉のリム原形部を有するプリフォームである。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または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、靭性が向上する。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】
特開平８−２４３７２０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】
特開平８−２４３７２０号公報に開示された方法では、ディスク部の材質改善等により薄肉軽量化を図ることができるが、その反面、リム部で凝固遅延に伴う材質劣化が生じてしまい、リム部の薄肉軽量化が図れない。
特開２０００−７９８０１号公報に開示された方法では、前述した周知技術と同様にディスク部の材質劣化を改善することはできず、ディスク部の薄肉軽量化を図れない。
【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、上記リム原形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、この湯道から成形用キャビティに溶湯を充填することにより、ディスク部とリム原形部を有する車両ホイールのプリフォームを鋳造する鋳造工程と、（ロ）上記リム原形部において少なくとも湯道が接続されていた箇所を含む環状領域を塑性変形させることにより、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、リム原形部成形用空間に湯道を接続するので、ディスク部成形用空間に湯道を接続せずに済み、その結果、ディスク部成形用空間での凝固が急速に行われ、その材質劣化を防止することができる。また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。プリフォームのリム原形部の湯道接続箇所は凝固が遅くなるため材質が劣化するが、この接続箇所を含む環状領域を塑性変形させることにより、欠陥の圧着、組織の微細化，組織の異方性（圧延組織），加工硬化が生じ、強度及び靭性が増大するため、このリム部の薄肉軽量化も図ることができる。
【００１１】
好ましくは、上記リム原形部は上記湯道が接続されていた箇所を含む環状厚肉部を有し、上記加工工程で上記リム原形部の環状厚肉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。これによれば、環状厚肉部に対応してリム原形部成形用空間の断面積が広いので、凝固が始まっている部位への溶湯の補充を十分に行え巣やヒケを確実に抑制できる。また、環状厚肉部に減肉（薄肉化）を伴うスピニング加工を施すことにより、材料の大きな流動がなされ、欠陥の圧着、上記組織の微細化，組織の異方性（圧延組織），加工硬化を最大限に実現でき、リム部の大幅な強度、靭性の向上，薄肉軽量化を図ることができる。
【００１２】
好ましくは、上記湯道がリム原形部成形用空間において、その幅方向中間部またはディスク部成形用空間の反対側の縁部に接続され、上記鋳造工程で得られるプリフォームのリム原形部は、その幅方向中間部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、この環状厚肉部にスピニング加工を施すことにより、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。この部位でのスピニング加工は容易に実行できる。
【００１３】
上記湯道がリム原形部成形用空間においてディスク部成形用空間側の縁部に接続され、上記鋳造工程で得られるプリフォームのリム原形部はこの縁部に対応する環状厚肉部を有し、上記加工工程では、この環状厚肉部をスプリット加工で２つの環状部分に切り裂き、一方の環状部分をスピニング加工することによりリム部のディスク部側フランジを得、他方の環状部分をスピニング加工することによりディスク部側ビードシートを得る。これによれば、湯道接続箇所での材質劣化を解消できるとともに、ディスク側のビードシートに空洞を形成することができ、リム部の軽量化を図ることができる。
【００１４】
【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。
【００１５】
鋳型１０の型締め時には、一対の横型１４の互いの接合面が所定の荷重をもって当たり、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、後述するプリフォーム成形用のキャビティ２０が形成される。
【００１６】
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。
【００１７】
さらに鋳型１０は型締め状態で一対（複数）の湯道２５を有している。これら湯道２５は１８０°対向しており、各湯道２５は、一対の横型１４の接合面に形成された溝を合わせることによりほぼＬ字形に形成されている。湯道２５の先端は上記キャビティ２０のリム原形部成形用空間２２の第２部分２２ｂに接続されている。本実施形態では、湯道２５はリム原形部成形用空間２２のみに接続し、ディスク部成形用空間２１に接続する湯道は存在しない。
【００１８】
上記湯道２５の基端（下端）には、垂直をなしてベース１１を貫通する導管２６の上端部が接続されている。上記ベース１１の下方にはタンク（図示しない）が配置されている。このタンクはアルミ合金等の軽金属の溶湯を蓄えており、上記導管２６の下端部はこの溶湯に入り込んでいる。
【００１９】
上記鋳型１０を用いた車両ホイールのプリフォームの低圧鋳造工程について説明する。上記タンクの内部空間にガス圧を供給することにより、タンク内の溶湯面を押し下げる。これにより、タンク内の溶湯は、一対の導管２６を経、さらに一対の湯道２５を経て、そのゲート２５ｘが位置するリム原形部成形用空間２２の第２部分２２ｂに達し、ここからリム原形部成形用空間２２全体に充填されるとともに、ディスク部成形用空間２１に充填される。
【００２０】
上記溶湯の凝固は、湯道２５のゲート２５ｘから最も遠い部位、すなわちディスク部成形用空間２１のほぼ中央部で始まり、リム原形部成形用空間２２に進み、さらにゲート部２５ｘに向かって進み、ゲート２５ｘに達する。この凝固が湯道２５の中途部まで進んだ時点でタンクのガスを抜くと、湯道２５の中途部より下方の溶湯は湯道２５および導管２６を流れ落ちてタンク３０に戻る。
【００２１】
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（環状領域）を有している。なお、リム原形部５２の環状厚肉部５２ｘの外周には、湯道２５のゲート２５ｘ近傍の溶湯凝固により一対の突起が形成されている。
【００２２】
上記鋳造工程において、ディスク部成形用空間２１で急速な凝固がなされるので、この空間２１での材質劣化は生じない。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、リム側への溶湯経路を確保する必要がなく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。
【００２３】
上記鋳造工程において、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、全体にヒケや巣の発生を抑制することができる。ただし、リム原形部成形用空間２２の第２部分２２ｂのゲート２５ｘに近いところで凝固が最も遅れるため、この第２部分２２ｂに対応するリム原形部５２の環状厚肉部５２ｘで材質の劣化が生じている。
【００２４】
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一対の突起を切断し除去し、ディスク部５１の中央にハブ穴５１ａを形成する。
【００２５】
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，塑性変形を伴う加工）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。
【００２６】
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。
【００２７】
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（広義には材料の塑性変形）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、特に環状厚肉部５２ｘにおいて、上記鋳造時の湯道２５のゲート２５ｘに対応する箇所およびその近傍では材質の劣化が生じているが、この箇所を含む環状領域すなわち環状厚肉部５２ｘをスピニング加工することにより、材質の劣化を解消できる。その結果、材質劣化を補うために厚肉にせずに済み、リム部５２’の薄肉軽量化を図ることができる。
【００２８】
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。
【００２９】
次に本発明の他の実施形態について説明する。これら実施形態において先行して説明する実施形態に対応する構成部には同番号または類似する番号を付してその詳細な説明を省略する。
図３には、本発明の第２実施形態を示す。この実施形態の鋳型１０Ａでは、第１実施形態と上下逆に型１２〜１４を配置し、型１２を上型として用い，型１３が下型として用いる。したがって、キャビティ２０も第１実施形態とは上下逆になっており、ディスク部成形用空間２１の周縁部からリム原形部成形用空間２２が下方に延びるようになっている。湯道２５は、リム原形部成形用空間２２においてディスク部成形用空間２１の反対側の縁部（下縁部）に接続されている。
【００３０】
上記鋳型１０Ａによる鋳造工程は第１実施形態と同様であるので詳細な説明は省略する。この実施形態では、プリフォーム５０のリム原形部５２の縁部に、湯道２５のゲート２５ｘ近傍の溶湯凝固による一対の突起が形成されることになる。この突起は第１実施形態ではリム原形部５２の外周面に形成され、その切断跡をスピニング加工前であっても平滑にする必要があるが、第２実施形態では突起の切断跡がスピニング加工の加工端となり、スピニング加工後のバリ取りによって殆どその痕跡を残さないため、突起の切断を切断後を気にせずに簡単に行うことができる。
【００３１】
図４に示す第３実施形態の鋳型１０Ｂでは、型締め時に形成されるキャビティ２０の形状が第１実施形態と若干異なる。すなわち、キャビティ２０のリム原形部成形用空間２２の第１部分２２ａ’は、車両ホイールの最終形状に対応した形状をしておらず、比較的広い環状空間をなしている。この第１部分２２ａ’の外周に一対の湯道２５が接続されている。上記鋳型１０Ｂで鋳造されたプリフォームのリム原形部は、図５（Ａ）に示すように上記第１部分２２ａ’に対応する環状厚肉部５２ｚを有している。
【００３２】
第１実施形態と同様に環状厚肉部５２ｘ，５２ｙをスピニング加工することにより、リムドロップ５２ｃ，ディスク部５１の反対側のビードシートおよびフランジを形成する。また、特開２０００−１４２００７号公報に開示されている方法と同様に、環状厚肉部５２ｚをローラで全周にわたってスプリット加工することにより、２つの環状部分５２ｚ’，５２ｚ”に切り裂き、一方の環状部分５２ｚ’をスピニング加工することによりリム部のディスク部側フランジ５２ａ’を得、他方の環状部分５２ｚ”をスピニング加工することによりディスク部側ビードシート５２ｂ’を得る。なお、上記ビードシート５２ｂ’の形成に際し、サイドウオール部（タイヤをリムドロップ５２ｃからビードシート５２ｂ’へと案内させる部位）も形成する。この実施形態ではビードシート５２ｂ’の内側が空洞になっているので、さらに軽量化を図ることができる。
【００３３】
上記第３実施形態では、環状厚肉部５２ｚを形成するキャビティ２０の第１部分２２ａ’に湯道２５が接続していて、この環状厚肉部５２ｚでの材質劣化が生じるが、この環状厚肉部５２ｚはスプリット加工，スピニング加工等の塑性変形を伴う加工を施すことにより、強度及び靭性の向上を図ることができる。
なお、本実施形態では、他の環状厚肉部５２ｘ，５２ｙをスピニング加工してリムドロップ５２ｃやディスク部５１と反対側のビードシート，フランジを形成しているが、これらリムドロップ，ビードシート，フランジを鋳造により最終形状またはそれに近い形状にし、スピニング加工を施さなくてもよい。
【００３４】
本発明は上記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、フローフォーミングの際に、必ずしもセンター穴をあける必要はない。センターゲートがないので、ディスク部にハブ穴がある形で鋳造できるからである。
また、プリフォームを低圧鋳造により得たが、重力鋳造や傾斜鋳造、高圧鋳造で得てもよい。横型は三つ以上に分割したものを用い、それらの接合面間に湯道を形成するようにしてもよい。また、フローフォーミングにおいて、ローラ側を固定してマンドレルを軸方向に移動させることで、目的形状に成形することもできる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば車両ホイールの鋳造時の材質劣化をディスク部で生じさせないので、このディスク部の軽量薄肉化を図ることができる。また、湯道が接続されたリム原形部成形用空間で成形されたリム原形部は鋳造段階で材質劣化が生じているが、塑性変形を伴う加工を施して最終形状または最終形状に近い形状にすることにより材質が強化されるので、リム部の軽量薄肉化をも図ることができる。
【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縦断面図であり、（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。
【図３】本発明方法の第２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４】本発明方法の第３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５】第３実施形態において、プリフォームの加工工程を順を追って示す要部断面図であり、（Ａ）は加工前のプリフォームを示し、（Ｂ）はスプリット加工により環状厚肉部を２つの環状部分に切り裂いた後の状態を示し、（Ｃ）は２つの環状部分をスピニング加工してフランジとビードシートを形成した後の状態を示す。
【符号の説明】
１０，１０Ａ，１０Ｂ  鋳型
１２  下型（または上型）
１３  上型（または下型）
１４  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のマンドレル
４１  スピニング加工装置のローラ
５０  プリフォーム
５０’  車両ホイール
５１  ディスク部
５２  リム原形部
５２’  リム部
５２ａ，５２ａ’  ディスク部側フランジ
５２ｂ，５２ｂ’  ディスク部側ビードシート
５２ｃ  リムドロップ
５２ｄ  ディスク部の反対側のビードシート
５２ｅ  ディスク部の反対側のフランジ
５２ｘ，５２ｙ，５２ｚ  環状厚肉部（環状領域）
５２ｚ’，５２ｚ”  環状部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004351942.tif 000006
【図５】
2004351942.tif 000007