(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向で肉厚が異なるリム部３４とディスク部３２からなるホイール素材を鋳造によって得る工程と、前記リム部３４の少なくとも一部を周方向に沿って肉厚が均一になるように旋盤加工する工程と、その後熱処理を行う工程と、リム部３４を最終製品形状に加工する工程を有することを特徴とする軽合金ホイールの製造方法。
【請求項２】
前記ホイール素材は、リム部３４を形成する金型に湯口が設けられる鋳造方案、もしくは、ディスク部３２とリム部３４の各々に湯口が設けられる鋳造方案により得たものであることを特徴とする請求項１に記載の軽合金ホイールの製造方法。
【請求項３】
前記の均一になるように加工したリム部３４の肉厚は最終製品形状の寸法に対して０．０５〜３ｍｍの均一な加工代を残して加工したものである請求項１または請求項２に記載の軽合金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、特に車両用の軽合金ホイールを鋳造し、その後熱処理を施しても全体のフレやリムのひずみを低減した軽合金ホイールおよびそのための製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のロードホイールには種々の材質、構造のものがあるが、自動車の軽量化及び外観や意匠性の向上を目的として、アルミホイールに代表される軽合金ホイールを装着する比率が増大している。この軽合金ホイールは、通常低圧鋳造法で製造されることが多い。これは低圧鋳造法では、溶湯が金型キャビティ内に低速で充填されるので、ガスの巻込み及び酸化物の発生が他の鋳造法に比べて極力抑制されるからである。
【０００３】
一般に軽合金製ホイール３０は、図２に示すようにボルトとナットにより車軸に取付けられる厚肉のハブ３１と厚肉部と薄肉部が混在してデザインとなるスポーク３３からなるディスク部３２と、タイヤが取着される薄肉のリム部３４から構成されている。リム部の形状は規格により厳しく規定されている。アウターフランジ３５とインナーフランジ３６、およびアウター側のビードシート３７とインナー側のビードシート３８はタイヤが接触して内部の空気を密封するための形状であり特に重要な部分である。またディスク部３２には車両と連結するための貫通孔３９（ハブ穴）が形成される。
【０００４】
従来、上記ホイールを低圧鋳造で製造・加工する場合、図３に示す以下の工程から製造される。まず低圧鋳造により車両用のホイール素材が鋳造される。次にこのホイール素材の湯口で凝固した不用部分を削除する。熱処理前のホイール素材は一般にＦ材と言われる（以後、熱処理前のホイール素材をＦ材とする）。その後、このホイール素材にＴ６処理などの熱処理を施す。熱処理されたホイール素材は図４に示す順で加工される。図中、破線の矢印は切削場所および切削方向を示す。図４（ａ）に示すようにまずアウターフランジをクランプにより保持・固定され、このアウターフランジの端面全体を加工基準部として旋盤加工機のチャック装置に固定されインナーフランジ側の内周面と外周面を切削加工される。この際、ディスク面の裏側まで旋盤加工することが多い。次に図４（ｂ）に示すようにハブ穴やボルト穴をドリル加工する。その後、図４（ｃ）に示すように最終形状となったインナーフランジ側をクランプにより保持・固定し、アウターフランジ側を旋盤加工する。この際、必要によりスポーク部表面やディスク面も加工する。これにより最終製品形状に加工され、塗装・焼きつけ処理などを施して最終製品となる。
【０００５】
近年の軽合金ホイールの傾向として大口径化が目立つ。これは径の小さいホイールではスチール製ホイールと比較して重量の差がないが、径が大きくなることに比例して軽量化の効果が現れ、車両に装着した際に燃費向上等の機能を発揮するからである。しかしながら、重要保安部品で有る車両用ホイールでは大口径化されても小口径のものと同等の寸法精度を要求される。基本的に車両メーカの規格となる基準は（１）リムの円筒度および真円度、（２）ホイールのバランス（フレ）、（３）強度、である。（３）の強度はホイールを肉厚にするなど設計事項で対処できることが多い。
【０００６】
特開平９−９４７０９号公報では前記（１）（２）に係わる加工精度の向上を計るため好適な方法として旋盤加工で用いるフィンガーチャック構造を開示している。この公報ではクランプ座および芯出し部材の存在が開示されており、軽合金ホイールを旋盤加工する際に加工機の回転軸とホイールの軸中心がずれることなくクランプされ、精度良い加工ができる工夫が成されている。また、特開平９−６６４０７号公報や特開平８−２５７８１２号公報にも同様の構造が記載されており、芯出しするためのセンターガイドなどが記載され、ホイールがチャック装置にズレなく固定できる配慮がなされている。
【０００７】
しかしながらどの公報においてもホイールが真円かつリム端面が平面であることを前提に考慮されている。実際は鋳造製軽合金ホイールでは鋳造後の熱処理・冷却をした際にディスク部でもゆがんで変形している。そのために、ゆがんだリム端を平面に押しつけてクランプされることになり、チャック装置とホイールが芯出しして固定された状態にならず、精密な加工精度が出せない。熱処理の際に各ホイールのリム内周面に円板状のジグを入れるなどひずみを低減させる試みが各社で成されているがラインの簡素化、サイクルタイムの短縮などの制約のなかで改善することは実質困難である。
【０００８】
前記（１）のリムの円筒度および真円度に関しては、次のことが寸法精度を悪化させる要因と考えられる。リム自体の厚さは非常に薄く、車両用ホイール素材の時点でも１０ｍｍ程度である。これは小口径でも大口径でも必要とされる素材肉厚は変わらない。小口径であればさほど問題はないが、大口径化されると円筒状のリム部の径に対して肉厚が薄くなるため、非常に変形が起きやすい。このリム部の変形は主に熱処理時、およびその後の焼入れ処理（水焼入れ）時に起こることが確認された。多量の鋳造熱処理品を一同に焼入れしようとしても、各ホイール素材のリム部に円周方向に渡って均一に冷却することは困難であり、これを起因としてリム部が歪むことが考えられる。
【０００９】
前記（２）のホイールのバランスに関しても同様のことが原因となる。バランスが悪いとホイールの回転中に軸（シャフト）が振動を受ける。シャフトが結合するハブ穴が偏心することが主な原因であるが、従来では図４（ｂ）に記載したようにまず熱処理した後のリム端面を加工基準部として加工機に固定しハブ穴を最終加工している。しかしながらこのリム端面は熱処理により変形してひずんでおり、このリム端面を加工基準部として加工機にクランプしても厳密には曲がった状態で固定・加工されているために目標とする寸法誤差範囲から外れやすいと考えられる。
【００１０】
又、鋳造直後のＦ材は、リム部の軸断面を見ると、完全な真円ではない。周方向にリムの肉厚を見ていくと、横型分割面ではリムの肉厚は比較的厚肉である。それに対して、横型中央部では薄肉である。つまり９０°毎にリム厚が厚肉→薄肉→厚肉・・と変化する。実際は数ｍｍ程度の違いであり、従来当業者のなかでは特にこれがひずみを起す要因として全く捕らえられていなかった。しかしながらホイールの大口径化のニーズが高まるにつれ、所定のサイズ以上のホイールではこのＦ材リム肉厚の違いさえもひずみ低減の検討要因としてとりあげる必要があることが確認された。
【００１１】
【特許文献１】特開平９−９４７０９号公報（第４頁、第５図）
【特許文献２】特開平９−６６４０７号公報（第３−４頁、第１図）
【特許文献３】特開平８−２５７８１２号公報（第３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
よって本発明は上記問題を解決するために当業者間では常識とされてきた製法・工程全体を見直すことで従来よりもはるかに精度よく大量生産可能な軽合金ホイールの製造方法を提供し、かつそれによって製造したフレを低減した軽合金ホイールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、熱処理時に発生する歪みの影響を極力減らすことを考慮し本発明に想到した。つまり第1の本発明は、周方向で肉厚が異なるリム部とディスク部からなるホイール素材を鋳造によって得る工程と、前記リム部の少なくとも一部を周方向に沿って肉厚が均一になるように加工する工程と、その後熱処理を行う工程と、リム部を最終製品形状に加工する工程を有することを特徴とする軽合金ホイールの製造方法である。
【００１４】
ホイールのＦ材は完全な真円ではなくてリムの肉厚が周方向で変動する。これは図５に示すように鋳造機の横型がホイールからかじることなく離型させるために、リム外周部を形成する型割れ面側のキャビティは、横型の移動方向に対して抜け勾配が設けられているためである。これにより型割れ面で成形されたリムは横型中央部で成形されたリムと比較してセンターゲート法案では２〜４ｍｍ程度、リムに湯口が設けられるサイドゲート法案やマルチゲート法案では８〜１２ｍｍ程度厚くなっている。この肉厚差を残したまま熱処理を行うと厚い部分と薄い部分での熱変形量が変わるためにリムがひずむ主要因となることが解った。よって熱処理前に一度リム部を旋盤加工をするなどして、均一な厚さにしておくことがひずみを抑制する為に有効な手段である。
【００１５】
特に第６の本発明においてもリム部を形成する金型に湯口が設けられるサイドゲート法案や、ディスク部とリム部の各々に湯口が設けられるマルチゲート法案に適用することが好ましい。これらの法案では湯口の部分の凝固片がリム部周面に残留する。そのため前記したようにディスク部から溶湯を供給するセンターゲート法案よりもリム肉厚が変動している。特にマルチゲート法案は大口径のホイール製造に最適な法案であるから、この大口径ゆえのひずみ抑制作業に本発明を適用させたときの効果は一段と大きい。
【００１６】
肉厚を均一にするための加工は製品目的寸法に対して０．０５ｍｍ〜３ｍｍ以内の均一な加工代を残して加工することが好ましい。０．０５ｍｍ未満であると、他の要因で若干のひずみを起した場合、最終目標寸法に加工する際に加工代が不足する可能性がある。但し熱処理前に最終目標寸法、つまりは０．０５ｍｍ以内に加工することも本発明が包含する範囲である。また、肉厚を均一にするための加工はリムの内周側および外周側の両方に施すことが好ましいがこれに特に限定されず、内周面または外周面のみに加工するものでもよい。
【００１７】
鋳造する合金の組成は既知のもの、例えばアルミホイール用途として使用されるＡＣ４Ｃ，ＡＣ４ＣＨ材の他、Ａｌ−Ｓｉ―Ｃｕ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ系合金製など、例えばＡＤＣ３材，ＡＤＣ５材，ＡＤＣ１０材、ＡＤＣ１２材などでも適宜使用できる。さらに、本発明は１６インチ以上のホイール製造に対してより優位な効果を発揮するが、それより小さなホイールでもその効果自体は同一で大きさにより限定されるものではない。これら本発明の方法をいくつか述べたが、当然ながらそれらの複数の方法を組合せて使用することも考慮してホイールのひずみ低減を計ることでさらなる効果が得られる。１６インチ以上のホイールであっても、インナー側のビードシート部でのフレが０．３０ｍｍ以内、さらには０．２５ｍｍ以内、アウター側のビードシート部でのフレが０．２０ｍｍ以内、さらには１８ｍｍ以内である軽合金ホイールを製造できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、熱処理前にリムの少なくとも一部を周方向に沿って肉厚が均一になるように加工しておくことで、熱処理によるリム部のひずみが従来よりも解消され、従来に無い加工精度でホイールの加工を安定的に行うことができる。
これらの本発明の製造方法を適用することにより、大口径の軽合金ホイールであってもインナー側のビードシート部でのフレが０．３０ｍｍ以内、アウター側のビードシート部でのフレが０．２０ｍｍ以内のものを安定的に製造することに成功している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に本発明を実施例によって具体的に説明するが、これら実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００２０】
（実施例１）
図１のフローチャートを用いて本発明の別の実施例を詳細に説明する。軽合金ホイールは低圧鋳造した１７インチ径の一体鋳造ホイールとした。低圧鋳造でＡＣ４Ｃ材を溶湯原料として用い、金型はホイールのディスク部の中心位置、およびリム部の周囲に湯口を設けるマルチゲート方案のものを用いた。これによりリム部とディスク部が一体型であるホイール素材（Ｆ材）を得た（Ｓｔｅｐ１ｄ）。このＦ材のリム中央部の厚さを鋳造時の横型型割れ面とその９０度方向の横型中央部とで測定した。横型の型割れ面では湯口だった位置に溶湯の凝固片が残留しており、そのすぐ横を最大の肉厚として測定した。この部分でのリムの肉厚は８ｍｍであり、横型中央部のリムの肉厚は湯口バリも含め１６ｍｍであった。
その後、Ｆ材のアウターフランジをチャック装置に固定した。最終目標寸法の外径、内径に対してどちらにおいても１．５ｍｍの加工代を残すように旋盤加工を施した。また、実施例１と同様にしてハブ穴の加工を行った。旋盤加工した部分のリム周方向の厚さの誤差は０．３ｍｍ以内であった（Ｓｔｅｐ２ｄ）。この加工したＦ材に実施例１と同様のＴ６処理を施した（ＳＴＥＰ３ｄ）。
【００２１】
この熱処理後のホイール素材に対してハブ穴を加工基準部として加工を行った。内径基準治具であるコレットチャックを用いてアウターフランジ側から旋盤加工機のチャック装置に装着した。その後アウターリムの端部三ヶ所を軸方向に挟み（径方向フリー）補助的な固着力としてチャック装置に固定した（ＳＴＥＰ４ｄ）。
このハブ穴を加工基準とした状態で回転させ、切削用のバイトをリム部のアウターフランジよりからインナーフランジに向って移動させ、リムの中央近傍からインナーフランジ外周面を旋盤加工した。その後、バイトをリムの内周側にも移動させ、アウターフランジからインナーフランジ方向へバイトを移動させてハブの裏側まで加工した。これによりチャック装置から外すことなくリムの外周面から内周面に渡って連続的に加工を行った。また、インナーフランジ側のビードシート部は下記のＳＴＥＰ５ｄで再加工して寸法精度をさらに上げるために加工代を０．２ｍｍ残している（ＳＴＥＰ５ｄ）。
その後コレットチャックからホイール素材を一旦外し、チャック装置を用いインナーフランジ側からコレットチャック１５をハブ穴に挿入して固定した。その後インナーリムの端部３ヶ所を軸方向に挟み（径方向フリー）補助的な固着力としてチャック装置に固定した（ＳＴＥＰ６ｄ）。その後バイトをディスク部に移動させアウターフランジの旋盤加工を行った。また、インナー側のビードシート部およびハブ穴の最終加工を行って最終的なホイール加工品を得た（ＳＴＥＰ７ｄ）。
この車両用ホイールの回転軸に対する外径のばらつきを測定した。ハブ穴に試験用の回転軸を固定しインナー側とアウター側のビードシートの外周面に表面粗さ計の針を接触させながらホイールを回転させて目標寸法に対する誤差（フレ）を測定した。測定位置は等角度に１０ヶ所（３６°おき）とした。表１に本発明のインナー側とアウター側のビードシートの目標寸法に対するフレの最大値、及びその標準偏差を示す。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
（比較例１）
図３に示すような従来の工程で比較実験を行なった。実施例１と同様にＦ材の製造を行った後、ハブ穴を湯口除去するための簡易的なドリル加工のみ施し、直ちに熱処理を行なった。熱処理されたホイール素材を図４（ａ）に示すようにまずアウターフランジ端面を平面またはＦ材形状に対して嵌合するジグに押し当てた。その後クランプにより保持・固定し、このアウターフランジの素材形状を加工基準として旋盤加工機のチャック装置に固定してインナーフランジ側の内周面と外周面を切削加工した。その後、図４（ｂ）に示すようにハブ穴やボルト穴をドリル加工し、その後、図４（ｃ）に示すように最終形状となったインナーフランジ側をクランプにより保持・固定してアウターフランジおよびディスク面、ハブ穴を旋盤加工した。表１に比較例１のインナー側とアウター側のビードシートでのフレ最大値及びその標準偏差を併記する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の製造工程を示すフローチャートである。
【図２】車両用ホイールの断面図である。
【図３】従来の製造工程を示すフローチャートである。
【図４】従来の車両用ホイールの旋盤加工工程を示す図である。
【図５】横型の抜け勾配位置を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  横型、３０  車両用ホイール、３１  ハブ、３２  ディスク部、３３  スポーク、３４  リム部、３５  アウターフランジ、３６  インナーフランジ、３７  アウター側のビードシート、３８  インナー側のビードシート
【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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