(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽金属製車両用ホイールの製造方法において、
円環状の凹部が備えられ、押圧面に複数の凹部又は穴が、中心軸に対して所定角度の回転対称となるように配列された第1の金型を用意し、
押圧面に一つまたは複数の凸部が、中心軸に対する、ある角度領域のみに備えられる第2の金型を用意し、
前記ホイールのハブ及びディスクにそれぞれ対応する中心部及び円盤部を少なくとも備えた中間製品を鋳造あるいは鍛造により用意し、この際、ホイールのリムに対応する厚肉の円筒部が、前記の中心部及び円盤部と一体に設けられ、
前記中間製品を塑状温度に加熱し、
前記中間製品を第1の金型に共軸に配置し、この際、前記円筒部が第1の金型の円環状の凹部に受け入れられ、
第1の金型に共軸となり、かつ、前記各凸部が一の前記凹部又は穴に合致するように、第2の金型を第1の金型に対して位置決めし、
第2の金型を第1の金型に対して押し付けることにより、円盤部の一部を押圧して、当該円盤部の一部にて、一つまたは複数の孔を打ち抜くか、または、当該円盤部の一部について鍛造を行い、
前記押し付けの後、第2の金型を第1の金型に対して引き戻し、
前記引き戻しの後、第2の金型をその中心軸のまわりに、第1の金型に対して、前記所定の角度だけ回転させ、
前記押し付け、前記引き戻し及び前記回転を、第1の金型における前記凹部又は穴の全てについて押し付けがなされるまで繰り返すことを特徴とするホイールの製造方法。
【請求項２】
押圧面に一つまたは複数の凸部が、中心軸に対する、ある角度領域のみに備えられる第3の金型を用意し、
第1の金型に共軸となり、かつ、第3の金型の各凸部が、第1の金型における一の前記凹部又は穴の隣接部に合致するように、第3の金型を第1の金型に対して位置決めし、
第3の金型を第1の金型に対して押し付けることにより、円盤部の一部を押圧して、第1の金型における一の前記凹部又は穴の隣接部について鍛造を行い、
前記押し付けの後、第3の金型を第1の金型に対して引き戻し、
前記引き戻しの後、第1の金型をその中心軸のまわりに、第3の金型に対して、前記所定の角度だけ回転させ、
前記押し付け、前記引き戻し及び前記回転を、第1の金型における全ての前記凹部又は穴について押し付けがなされるまで繰り返すことを特徴とする請求項１に記載のホイールの製造方法。
【請求項３】
第3の金型の凸部にそれぞれ対応する凸部が備えられる第4の金型で仕上げを行い、前記ディスクの孔のパターン、及び、前記リムの窪み部を仕上げることを特徴とする請求項２に記載のホイールの製造方法。
【請求項４】
前記中間製品を第1の金型に配置するより前に、中間製品の円盤部に捨て孔を、中間製品の中心軸まわりに所定角度の回転対称となるように配列することをさらに含み、
前記捨て孔は、対応する一の前記凹部又は穴よりも小さく、前記位置決めの際に、対応する一の前記凹部又は穴に合致するように位置決めされることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のホイールの製造方法。
【請求項５】
円盤部に孔を打ち抜くための前記第2の金型の凸部における稜部が、中心軸に沿った断面において、９０度またはこれより鋭い角度にて、鋭角状をなすことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のホイールの製造方法。
【請求項６】
前記凸部の先端面が湾入状に形成され、これにより、９０度より小さい角度で鋭角状をなすことを特徴とする請求項５に記載の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、軽金属製車両用ホイールの製造方法とそのホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】  乗用車に好適に用いられる軽金属製ホイールは、バネ下荷重の軽減に大きな効果を示して操縦性が向上し、燃費の改善をもたらしている。また製造方法としては、鋳造法あるいは鍛造法により製造され、意匠性に優れたホイールが提供されている。より軽量でデザイン性に優れたホイールを求めて今日では乗用車における軽合金製ホイールの装着率は６０％を越えるといわれている。乗用車の高速化に伴い、ブレーキシステムの大型化とホイールの大径化が求められ、ディスクの直径は年々大きくなり既に１７ｉｎを越える勢いである。【０００３】  軽合金製ホイールの素材は、主としてアルミニウム、またはマグネシウムが用いられるが、緻密な金属組織を得て剛性を高めるために、鍛造法が好ましく用いられる。【０００４】  本願発明に係る鍛造法に関する先行技術としては特許文献１が挙げられる。この特許文献に記載された発明は肉厚外周縁を具備したディスク形状に鍛造する工程と、該成形材を所要形状のエッジ部並びに凹孔状に張出形成した所要窓孔部を具備したディスク部、または該ディスク部と一体に続くリング部とを鍛造成形する工程と、該成形材における凹孔状に張出した窓孔部の底を切削除去することによって窓孔を開口する工程と、前記開口された窓孔の内周縁の面取りを行う工程からなるアルミホイールの製造方法である。【０００５】  しかしながら、ディスクの直径が１８ｉｎ程度未満であれば、８０００トン級プレス機でディスク全面を押圧することが可能であるが、１８ｉｎより大きな直径のディスク面を充分に押圧することは困難であり、１万トン前後のプレス機が必要である。【０００６】  小規模のプレス機を用いて大きな面積を有する部材を鍛造成形する方法としては部分鍛造法があり、簡単な形状の円盤を成形する方法としては、特許文献２に記載の方法が挙げられる。この特許文献に記載の発明は、糸を整経する際に用いるビームフランジを鍛造する方法であり、素材の一部を順次押圧することで大きなプレス機を必要とせず、上金型を適宜変更して徐々に円盤を大きくする方法であって、フランジの直径を３０ｉｎ以上に成形することができるが、素材を押圧延展する過程に於いて、素材は円周方向とともに半径方向にも延びるのでパターンを形成することができない。【０００７】  部分鍛造の別の方法としては回転鍛造法があり、多数の先行技術が提案されているが、基本的には円錐面を有する金型の回転軸を傾斜させて円錐面を被成形物に当接させ、押圧させながら円周方向に順次成形する方法であり、代表的な方法が特許文献３、及び特許文献４に記載されている。【０００８】  前者は、円盤状のディスク相当部の外周に環状に隆起したリム相当部を具備した素材を被加工素材とし、ディスク外面を成形する下金型と内面を成形する上金型で被加工素材を圧縮しながら回転させ、成形ローラをディスク外周の隆起したリム相当部に当接させて一体型ホイールを完成させる方法である。また後者は、上下金型に、円周上に一定の振幅をもって交互に凹部と凸部を形成した対を成す上型と下型を使用し、最初に１箇所の凹部と凸部を合致させて押圧し、これを基点として金型を回転させながら鍛造を行っている。このような回転鍛造法においては、被加工素材���外周方向へ材料の移動が行われるため、放射状に延びるディスクパターンは成形可能であるが複雑なパターンは成形が困難であると思われる。
【特許文献１】日本特開昭６０−１２７０４０号公報
【特許文献２】日本特公昭５８−１２０９２号公報
【特許文献３】日本特開平６−１５４９３２号公報
【特許文献４】日本特開平６−２８５５７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、鍛造法により大径のディスクを有する軽合金製ホイールを、小規模のプレス機を用いて製造する方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  本発明は、軽金属製車両用ホイールの製造過程に於いて、完成時にディスク及びリムとなるべき部分を備えた鋳造あるいは鍛造製の中間製品を塑状温度に加熱後、所定の角度毎に停止するように回転させ、停止時に上記ディスクとなるべき部分の少なくとも一部を金型で押圧して模様を付加し、この操作を繰り返し行うことにより、前記ディスクとなるべき部分の全体に模様を付加したのち、ディスク及びリム部のプレス成形と仕上げ加工を行うことを特徴とするものである。【００１１】  ここでいう塑状温度は、素材が加圧により塑性変形し易い温度であり、アルミニウムやマグネシウムなどの軽金属素材では４２０〜４５０℃が好ましい範囲である。また、ホイールの呼び径が１８ｉｎ以上になる場合、ディスクの直径は大略１７ｉｎ以上になるが、このような直径のディスク全体を加圧して鍛造し、同時にパターンを形成するには、８０００トン級のプレス機が必要とされている。しかしこのような大型のプレス機は高価であり、設置するにもそれなりの場所を用意することが必要であるため、より小規模のプレス機を用いて大口径のディスクを製造できることが好ましい。【００１２】  本発明では、上記停止時の押圧面積が狭い場合と広い場合により異なるが、前出のプレス機に対して比較的小規模な、例えば１０００トン乃至４０００トン級のプレス機を用いて部分的に鍛造を行うことで、大型のディスクを製造する方法を提供するものである。【００１３】  前記中間製品は、ビレットを押圧し、先ず中心部にハブとなるべき凸状部とこれの外周に円盤を形成し、その周縁にはリムとなるべき厚肉の円筒部を備えている。このような中間製品は、円盤部にパターンを形成しないので、金型を変更しながら順次延展するだけで成形可能であり、小規模のプレス機で製造することができる。【００１４】  鋳造品の場合は、前記中間製品を成形して用いる。プレス機は通常縦方向に推力を作用させるようにしているので、推力を付与する側の金型を上金型とし、他方の金型を下金型と記載する。【００１５】  直径１７ｉｎの円盤部は１３００〜１６００ｃｍ２になるから、パターンをプレス成形する場合、１ｃｍ２当たり約４トンの加圧力が必要として、概算ではあるが６０００トン級のプレス機が必要である。３０００トン級のプレス機ではプレス圧力が不足するので、円盤全体を加圧してパターンを形成することができないため部分鍛造を行う。【００１６】  ホイールのディスク部に於けるデザインは、孔を形成して行うが、回転バランスを採るために、同じ形状の孔が等間隔で配置され、その間隔が部分鍛造の１ピッチとなる。上金型には孔の形状を凸状に形成した凸部を１箇所又は複数箇所に設けるようにし、プレス圧力に余裕がある限り、複数箇所に凸部を形成する。しかし自由鍛造になって素材の流動が生じるので、下金型には前記凸部に対応する位置に凹部又は穴を設ける。【００１７】  また下金型には中間製品が自由に回転しないように厚肉の円筒部を外方から抑制する様な据え込み形態にする。下金型は回転角度を指示する制御部を備えており、パターンの１ピッチ毎に回転と停止を繰り返す様に成し、停止した時に上金型を降下させる。従って上金型で加圧する時に押し出される素��部分は下方向に移動される。【００１８】  上金型はパターンの１ピッチより僅か広い面積を押圧するようにして素材を満遍なく押圧する。上金型の交換は前出の特許文献２に開示されているような水平方向に複数の上金型がスライド可能に係止されていることが好ましい。本装置の構成の詳細は後述する。【００１９】  部分鍛造で円盤部にパターンを構成する孔を成形する場合、押圧された部分の素材がその周囲へ延展するのは好ましくない。従って、孔の開口部周縁に当接する金型の凸部の稜線を形成する形状は、曲面状あるいは９０度を含む鋭角状に構成する。【００２０】  一例として、スポークを成形する部分は、前記凸部の稜線を曲面状にして、僅かではあるが素材の盛り上がりを行わせて鍛造肌を残すようにする。前記孔のリムに接する側には、リムとスポークが接合する部分以外の部分に形成される有底の窪み部分が設けられ、窪みの壁面の一部にエヤーバルブが取着される。【００２１】  従って貫通する孔を形成する場合、孔を成形した部分の素材がリム側に流れないようにするために、一部に鋭角状の稜線を構成した凸部を有する上金型を用いる。また、前記有底の窪み部分を成形する金型は、リム側に素材の流れが生じないように、一部に鋭角に交わるが交点に曲面を構成した凸部を有する上金型を用いて貫通する孔側に素材を押出すようにするが、最終段階で完成形状に合致する金型を用いて成形する。【００２２】  このようにパターンを構成する孔を成形する場合、２乃至３種類の金型を使用するが、金型の交換は、プレス機の押圧側の端部にレールを設けてこれに金型を吊設し、適宜交換することで金型交換の時間を短縮する。前記プレス機については実施例により詳細を記載する。そして、上金型の鋭角状に構成された凸部稜線部が押圧する箇所に対応する下金型の凹部、もしくは穴の開口部分の稜線は、同じく鋭角状に構成し、素材を剪断するように作用させる。【００２３】  円盤部にパターンを形成した中間製品は、円盤部の周縁に設けられた厚肉の円筒部にスピニング法によりリムを形成する。その手法は本特許出願人が既に取得している日本特許第１７６９７３０号に示されているように、形成されたパターンの孔形状に合致した凹凸面を有するマンドレルにより、孔を設けた円盤部を挟持しながら回転させ、ローラーを圧接させてリムを所定の形状に成形する。【００２４】  かくして、ホイール鍛造用プレス機に対して、小規模なプレス機により、任意のパターンが形成された直径が１７ｉｎ以上のディスクを備えた軽合金製ホイールが完成される。【００２５】  上述した手段では、中間製品のディスクとなるべき部分に模様を形成する孔を打抜いているが、該孔の開口面積よりやや小さい開口面積を有する捨て孔を設け、該捨て孔に下型に設けた凸部を嵌入させ、リムになるべき部分とディスクになるべき部分を密封プレス成形することも可能である。【００２６】  図３に示すＹ字型のスポークを形成したホイールを参照すると、通常呼び径が１８ｉｎである場合、その直径はビードシート部の直径を指し、外リムの最外径は４９８ｍｍ程度になるから、正面図を平面的にみた場合の面積は１９４７ｃｍ２であり、貫通するディスク部の孔の開口面積は７１３ｃｍ２であること��ら、開口率は７１３／１９４７＝３６．６％となる。【００２７】  この孔の各辺から５ｍｍ程度小さい孔を捨て孔とした場合の開口面積は、４９０ｃｍ２であり、開口率は４９０／１９４７＝２５．２％である。軽合金素材を密封型鍛造する場合の所要プレス圧（押圧力）は、従来における実績値を参照した場合に、目安として４トン／ｃｍ２は必要であり、上記の正面図を平面的にみた場合の面積に４トンを乗ずれば、７７８８トンとなる。８０００トンプレス機が必要とされる所以である。従って上記捨て孔を設けた場合の所要プレス圧は２５％軽減されるが、それでも６０００トン級のプレス機が必要である。換言すれば、１８ｉｎホイールを６０００トン級のプレス機でプレス成形、すなわち鍛造することができることになる。【００２８】  本発明では、下金型に設けた凸部を捨て孔に嵌入させ、３０００トン級のプレス機を用いて密封型鍛造を行うが、リム部とディスク部の全面を押圧する最終場面では、分割された上金型を用いて部分鍛造を行っている。【００２９】  但し、ディスク模様の孔の大きさに左右されるが、ホイール軽量化のためには孔は有効な方法であり、上述の開口率２５％は寧ろ少ないかも知れない。捨て孔に相当する重量は、最終製品の重量に含まれないから、軽金属素材の所要量が多くなることは否めないが、打ち抜いた素材は再利用することができる。
【発明の効果】
【００３０】  本発明の製造方法によれば、小規模のプレス機を用いて直径が１７ｉｎ以上のディスクに任意のパターンを施した剛性の高い軽合金製ホイールを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】  中心部にハブとなるべき凸状部とこれの外周に円盤を形成し、その周縁にはリムとなるべき厚肉の円筒部を一体に備えている中間製品を出発部材とし、前記円盤に凸部を設けた金型を部分的に順次押圧し、押圧された部分の素材を打ち出してパターンを形成し、前記厚肉の円筒部をスピニング加工して直径が１７ｉｎ以上のディスクを備えたホイールを実現した。
【実施例１】
【００３２】  図１（ａ）は、本発明の回転鍛造に用いる金型と中間製品を示す模式縦断面図である。１は上金型であり垂直方向に上下運動を行う。２は下金型であって、図示しない駆動装置によって回転するベッド３９上に設置されており、所定の角度を回転し停止する運動を繰り返すように回動制御される。３はアルミニウム、マグネシウムなどの軽合金製の中間製品で、中心部にハブとなるべき凸状部３ａとその外周に円盤部３ｂ、及びその周縁にリムとなるべき厚肉の円筒部３ｃを備えている。図示していないが、中間製品と金型の周囲をバーナーで加熱し塑性変形し易い４２０〜４５０℃に維持する。上金型１には凸部１ａが設けられ下方向に所定の長さ降下し、前記円盤部３ｂを押圧して孔もしくは窪みによりディスクパターンを形成する。【００３３】  図１（ｂ）は、上金型１が降下し凸部１ａが円盤部３ｂを打ち出す様子を示す模式縦断面図である。打ち出された素材は下金型２に設けられた凹部２ａへ移動する。凹部２ａは破線で示す穴であってもよい。凸部１ａが円盤部３ｂを１回の押圧で押出す深さは２〜５ｍｍ程度であり、上金型が後退したのち下金型はディスクパターンの１ピッチだけ回動して停止し、再び上金型が降下し所定の深さに円盤部の一部を押し出す。この操作を繰り返し行い、素材が押し出された部分は孔となってディスクパターンを形成する。図１（ｃ）は円盤部に孔４を設けた中間製品３’の縦断面図である。【００３４】  図２（ｂ）に例示したようなホイール６のディスク５のパターンを形成する箇所を押圧する凸部１ａと１ｂは、１箇所だけにとどまらず使用するプレス機の許容圧力に余裕があれば複数箇所を押圧してもよい。反対に押圧能力が不足して１回で所定のパターン形成できない場合は、複数種の金型を順次交換しながら押圧し徐々にパターンを明確化することもできる。【００３５】  図２（ａ）は、上金型１を下方から見た斜視図を示しており、隣り合う異なる２個のパターンを中心回転対称位置に１対設けたものであって、円盤部を加圧するときに、バランスが取りやすい上に加工効率が倍増する。【００３６】  上金型１の凸部１ａに対応するディスク５の孔は孔４ａであり、同様に１ｂに対応する孔は孔４ｂである。ディスク５の全体、即ち円盤３ｂの全体を押圧してパターンを形成する鍛造法とは異なり、パターンの１ピッチ毎に少しずつ押圧するので、スポーク７（図２ｂ参照）は僅かな盛り上がりしか期待できず、円盤の厚みがほぼスポークの厚みになるが、スポークの上部面には鍛造肌のフィレットを形成することができる。図１（ａ）に示した中間製品３は鋳造又は鍛造により製造されるが、鍛造製の方が金属組織の密度が高いため機械強度が高く、円盤の厚みをより薄くすることができる。円盤部に孔を形成したのちその裏面側を切削加工しディスクが完成される。【００３７】  軽合金製ホイールのディスクは、一般的にスポークを形成するためにスポーク以外の部分に孔を空けているので、部分鍛造法でディスクを成形する場合の金型で押圧する範囲は、図３に例示する２種類に大別できる。ディスク５はＹ字型スポーク７と孔４ａ、４ｂから成り、スポークとリム８の接合部に有底の窪み部９ａ、９ｂが形成されている。図中Ｂで示す範囲はハッチングで示す孔４ａと孔４ｂの半分２箇所が押圧する範囲である。この場合はスポークが両側から挟まれるようになり、僅かであるが素材が盛り上がり鍛造肌を形成できる。ハッチング部は打ち出され孔が成形されるため、細いスポークに対しては好ましい。【００３８】  Ｃで示す範囲は、スポーク７ａは両側から挟まれるが、７ｂは自由になっている。この場合は、押圧による素材の移動を少なくするために、１回のプレスによる素材の押圧深さを少なくしてスポークの変形を防止するか、ほぼ垂直に打ち抜くように金型凸部の形状を設定する。【００３９】  例示した図とは別の、例えば５本スポークのようなスポーク自体の幅が大きい場合は、１回の押圧深さを深くしてもスポークの変形の度合いは少ない。このように下型を所定の角度回転させて順次押圧するため、１回の押圧深さは２〜５ｍｍが適切であり、スポークの形状により適宜選択される。上金型の押圧する範囲は、上述したＢ又はＣで示す範囲より僅かに広くして、複数回の押圧による金型の境目における素材の偏りを押しならすようにする。【００４０】  前出のスポーク７とリム８の接合部に設けられる有底の窪み部９ａと９ｂの成形の要領を図４を用いて説明する。図４の（ａ）は完成されるディスク５の一部を示す正面図であり、孔４ａと４ｂは既に空けられている。プレスによる押圧範囲は、Ｄで示す範囲であり、完成状態の一部断面を（ｄ）に示す。窪み部９ａと９ｂを成形する時の素材の形状は、孔４ａと４ｂを打ち出した残りの部分９であり、成形完了時の窪み部の底部１０は、テーパ面を形成し孔側へ傾斜している。【００４１】  従って、残りの部分９の素材は、孔４ａ、４ｂ側へ移動させる必要がある。そこで（ｂ）に示すような凸部１１ａを備えた上金型１１で複数回押圧し、素材を孔（４ａ、４ｂ）側へ押し出して、（ｃ）に示す断面形状に変形させる。次いで凸部１２ａを備えた上金型１２を用いて押圧することで、（ｄ）に示す窪み部９ａ、９ｂが形成され、同時にスポーク７がリム８ａに接合する部分が完成する。【００４２】  スポークとディスクが接合する箇所の断面形状は種々あって、上述した窪み部の斜面は、ディスクの径を大きく見せる効果と接合部及びリムの強度を向上させる構造になっており、ホイール完成時にはエヤーバルブを装着する面となる。また２ピースホイールではリムとディスクを締結するファスナーボルトの装着面に利用される。スポークとディスクの接合部の形状は、必ずしも本実施例のような形状に限定されず、エヤーバルブを装着する面を外リムに設ける場合もあり、断面形状も異なるものになっている。【００４３】  上述したように、ディスクパターンを形成する孔は、部分鍛造により少しずつ押し出されて孔が開口されるが、パターンの形状によっては、パンチング加工により一気に開口孔を形成することも可能である。しかし、パンチング加工により開口孔を形成する場合は、スポークの上面にフィレットが形成されないからバリ取りや面取りなどの仕上げ加工を行う必要がある。【００４４】  パンチングにより孔を形成する別の利用法として、図５にハッチングで示す捨て孔１３ａと１３ｂを予め設ける。部分鍛造の場合、金型の凸部が円盤部を押圧して押出す際に、押圧す���部分の素材が変形する際の抵抗により、素材を周囲へ僅かであるが押し広げる傾向にあるから、これを防止するために、所定の孔の開口面積より小さい開口面積を有する捨て孔を予めパンチング機で加工し、その後上金型の凸部を当接させて加圧すれば、素材は捨て孔の方へ流れ易くなり、ディスクパターンの精度が向上するとともに金型の押圧する推力も少なくて済む。【００４５】  円盤部への孔加工が終了しディスクパターンを成形した中間製品を下金型から取り出し、図６に示すように、前記孔に少なくとも一部が嵌合する凹凸面を有するマンドレル１４と１５でディスクを挟持しながら回転軸１７を中心に回転させ、肉厚の円筒部３ｃにスピニングローラー１６を押し当ててスピニング加工を行い、リム８ａと８ｂを成形して一体型のホイールを完成させる。
【実施例２】
【００４６】  本実施例は、図５による前記実施例の説明の際に、捨て穴１３ａおよび１３ｂを設けることで、押圧される材料が流れやすくなることを述べたが、これらの捨て穴が上金型の押圧力を軽減させることに着目したものである。【００４７】  本実施例においては、先ず図８の（ａ）に示すホイール原部材１８を軽金属製ビレットから部分鍛造により作成する。この場合の部分鍛造法は、下金型を所定角度回転させ停止した後、上金型を降下させてビレットの一部を押圧する動作を繰り返し、ビレットを延展するものである。【００４８】  ホイール原部材１８は円盤状であるが、周縁部にリム部原部材１９、中央にはディスク部原部材２０を形成している。次いで（ｂ）に示すように捨て穴１３ａ，１３ｂを打抜いてホイール原部材１８ａを形成する。【００４９】  （ｃ）は鍛造成形の概略を示す模式断面図であって、下金型２１は捨て穴１３ａ，１３ｂに嵌入する凸部２１ａ，２１ｂ、およびリム部原部材１９が押圧されたときに変形する部分を受けとめる凹部２１ｃを設けている。上金型２２の押圧面には、捨て穴周辺部を押圧する突出部２２ａと、リムを成形する突出部２２ｂ、およびディスク中央のボルト穴を成形する突出部２２ｃが形成されている。（ｄ）はプレス成形後の中間製品２３の断面図であり、プレス成形の詳細を次ぎに述べる。【００５０】  上述した構成のもと、下金型２１を固定して上金型２２を降下させることで密封鍛造の形態となるが、捨て孔の面積に相当する部分は加圧対象から除外されるので上金型の押圧力はその分軽減される。【００５１】  図７に示すようなＹ字型のスポークをデザインした場合、捨て穴の総面積は１８ｉｎホイール正面の全面積の２５％程度になる。上金型が降下して突出部（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）がホイール原部材１８ａに接触し始めるときは、ホイール原部材の全面を押圧するのではなく突出部に対応する部分のみであるから、その押圧する面積は極僅かであり、ホイール原部材の正面面積の２０％未満である。【００５２】  従ってホイール原部材全体を最初から密封鍛造して１８ｉｎホイール正面形状を完成させる場合には、製造実績を参照すると８０００トン級のプレス機が必要であるが、その２０％の１６００トンであればよいことになる。しかしながら、押出される原材料を塑性変形させるためのエネルギーが消費されるから２０００トンは必要になる。【００５３】  更に、上金型の上記突出部が所定の降下量をほぼ終える前には、移動された原材料とこの移動により変形した当初の部材原料全体を押圧しなければならないから、この場面ではデザインされたディスクおよびリムの形状全体を押圧しなければならず、８０００トンのプレス圧力が必要となる。しかしながら、捨て孔の面積分は軽減されるため、その２５％は押圧力が軽減され、６０００トンのプレス機があればよいことになる。【００５４】  図９は本実施例の鍛造の様子を示す説明図であり、（ａ）は捨て孔を打ち抜いたホイール原部材１８ａの一部正面図である。捨て孔には下金型の凸部２１ａ，２１ｂが嵌入されており、周縁部にリム部原部材１９、中央にはディスク部原部材２０を形成している。上金型の突出部が押圧する部分をハッチングで示す。【００５５】  ���ｂ）〜（ｄ）は、（ａ）のＡ−Ａ’矢視断面図であり、捨て穴周辺部を押圧する上金型の突出部２２ａがディスク部原部材２０を押圧する様子を示している。突出部２２ａが降下するに伴い、ディスク部原部材２０は密封鍛造されて徐々に盛り上がり、（ｄ）では、突出部は下金型に接触することなく余肉２０ａを残して降下を停止させる。該余肉は鍛造終了後に旋盤加工で切削除去される。【００５６】  （ｃ）から（ｄ）に移行する段階では、リム部原部材１９およびディスク部原部材２０の上面は完成されるホイールの正面形状に近づき全面を押圧するため、押圧力は６０００トンプレスが必要となることは既に述べたが、３０００トン級のプレス機を使用する場合は、上金型を繰り返されるパターンの数に合わせて適宜分割し、下金型を所定の角度回転させて静止固定したのち、分割された上金型を降下させて押圧する。例えば、図９の（ａ）に示す部分を押圧する４分割された上金型を回転対称位置に２個配置し、下型を４５度回転させ、静止固定した後上金型を降下させ押圧する。この操作を繰り返しながら同（ｄ）図の状態に移行する。【００５７】  このような部分鍛造では一度に（ｄ）の状態に移行せず、徐々に移行させることが必要で、変形する原部材の金属組成の均一性を確保する。（ｂ）から（ｃ）の状態に移行する時には、上金型は一体物を使用し、（ｃ）から（ｄ）へ移行する時には分割金型を使用する。【００５８】  実施例１および２においては、上金型を交換することが必要であるが、上金型を簡単に交換する方法を図１０を用いて説明する。プレス装置３０の上下動する駆動部の下方端部に案内レール３３を水平方向に設けると共に、この案内レール３３に沿って走行するように、移動ローラ３４が設けられた取付台３５の下側に数種の上金型３１（図では２種）を取付け、この取付台３５を案内レール３３に設けられた、油圧あるいはモータなどを用いた推力を発生する駆動装置３６により、移動させて上金型３１を交換させるようになっている。【００５９】  そして、プレス装置３０に設けられた位置決めピン３７と取付台３５に設けられた第一の係合凹所３８ａとが嵌合して取付台３５が係止された位置では、ベッド３９上に固定された下金型３２の上方に第一の上金型３１が位置し、また位置決めピン３７と取付台３５の第２の係合凹所３８ｂとが嵌合して取付台３５が係止された位置では、下金型３２の上方に第２の上金型３１が位置するようになっている。【００６０】  このようにして上金型３１を交換させ、第１および第２の上金型３１で軽合金製素材２９を熱間型鍛造させるようにした場合には、上金型３１の交換が短時間で行え、金型を取り換えるたびに軽合金素材２９を再加熱させる必要はなく、軽合金素材２９の型鍛造を連続して行えるようになる。【００６１】  軽合金素材は円柱状のビレット、実施例１に記載の中間製品３、実施例２に記載のホイール原部材１８ａなどが該当する。ベッド３９には所定の角度を水平に回転させ静止固定する装置が設けられている。
【産業上の利用可能性】
【００６２】  本発明の部分鍛造法は、小規模のプレス機で大口径のディスクを成形できるから設備費用が少なく金型も簡素化できる。またディスクパターンの表面が鍛造肌を形成するから、大型のプレス機による完全鍛造品と比較しても遜色のないホイールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の１実施形態を示す金型とホイールの中間製品を示す縦断面図であり、（ａ）は上金型が中間製品の上方にある状態を示し、（ｂ）は上金型が降下し円盤部に孔を押し出す様子を示し、（ｃ）は孔加工後の中間製品を示す。
【図２】図１における上金型とホイールとの位置関係を示す斜視図であり、（ａ）は上金型を下方から見た状態であり、（ｂ）はホイールを示す。
【図３】図１のホイールの部分鍛造の範囲を示す説明図である。
【図４】図３における窪み部の成形要領を示し、（ａ）は窪み部を成形する範囲を示す説明図であり、（ｂ）及び（ｃ）は成形の工程を示す断面図であり、（ｄ）は完成された窪み部の断面図である。
【図５】捨て孔を設けた本発明の他の実施態様を示す説明図である。
【図６】スピニング加工によるリムの成形状態を示す断面図である。
【図７】実施例２における捨て孔を設けたホイール原部材の一部正面図である。
【図８】実施例２のホイール成形工程を示す断面図であり、（ａ）はホイール原部材を示し、（ｂ）は捨て孔加工を施した状態を示し、（ｃ）はプレス工程の模式断面説明図であり、（ｄ）図はプレス成形後の中間部材を示す。
【図９】実施例２の鍛造の状態を示す説明図であり、（ａ）は捨て孔を設けたホイール原部材の一部正面図を示し、（ｂ）〜（ｄ）は（ａ）のＡ−Ａ’矢視断面図であってプレス成形の過程を示す。
【図１０】本発明の各実施例の上金型の交換方法を説明するプレス機の側面図である。
【符号の説明】
【００６４】  １    上金型
１ａ  凸部
２    下金型
２ａ  凹部
３    中間製品
３ａ  凸状部
３ｂ  円盤部
３ｃ  円筒部
４    孔
５    ディスク
６    ホイール
７    スポーク
８    リム
９    窪み部
１３  捨て孔
１８  ホイール原部材
１９  リム部原部材
２０  ディスク部原部材
２１  下金型
２２  上金型
２３  中間製品
２９  軽合金素材
３０  プレス装置
３３  案内レール
３５  取付台
３９  ベッド
【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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【図９】
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【図１０】
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