(57)【要約】      （修正有）【課題】機械的強さに優れる鍛造ビレット及び鍛造ビレットの製造方法並びに軽量であり且つ機械的強さに優れるプレホイール及びホイールの製造方法を提供する。【解決手段】軽金属合金を鋳造して鋳造ビレット４とし、該鋳造ビレット４を加圧圧縮して該鋳造ビレット４の金属組織を微細化した鍛造ビレット１０であって、軽金属合金がジュラルミンであり、シャルピー衝撃値が３０Ｊ／ｃｍ２以上である鍛造ビレット１０である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽金属合金を鋳造して鋳造ビレットとし、該鋳造ビレットを加圧圧縮して該鋳造ビレットの金属組織を微細化した鍛造ビレットであって、
前記軽金属合金がジュラルミンである鍛造ビレット。
【請求項２】
前記加圧圧縮により、粒界析出物の全体積のうちの５０〜８０％が微細化され、応力腐食割れが抑制される請求項１記載の鍛造ビレット。
【請求項３】
ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて測定した引張り強さが４００ＭＰａ以上である請求項１又は２に記載の鍛造ビレット。
【請求項４】
ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて測定した０．２％耐力が３００ＭＰａ以上である請求項１〜３のいずれか一項に記載の鍛造ビレット。
【請求項５】
ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて測定した伸びが２０％以上であり、
ＪＩＳ−Ｚ２２４２に準じて測定したシャルピー衝撃値が３０Ｊ／ｃｍ２以上である請求項１〜４のいずれか一項に記載の鍛造ビレット。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の鍛造ビレットの製造方法であって、
下記式を満たす鍛造ビレットの製造方法。
Ｈ１／Ｈ２≧４．０
（式中、Ｈ１は、鋳造ビレットの加圧圧縮される方向の長さを示し、Ｈ２は、鍛造ビレットの加圧圧縮された方向の長さを示す。）
【請求項７】
前記加圧圧縮が、閉塞鍛造、揺動鍛造、ハンマー鍛造、セクション鍛造又は自由鍛造により施される請求項６記載の鍛造ビレットの製造方法。  
【請求項８】
前記鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮してプレ鍛造ビレットとし、該プレ鍛造ビレットを加圧圧縮した方向とは異なる方向に更に加圧圧縮して得られる請求項６又は７に記載の鍛造ビレットの製造方法。
【請求項９】
前記鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮してプレ鍛造ビレットとし、該プレ鍛造ビレットを加圧圧縮した方向とは異なる方向に更に加圧圧縮し、外側部分を変形させるために更に加圧圧縮して得られる請求項６又は７に記載の鍛造ビレットの製造方法。
【請求項１０】
前記鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮してプレ鍛造ビレットとし、該プレ鍛造ビレットを加圧圧縮した方向とは異なる方向に更に加圧圧縮して円錐台状とし、更に、外側部分を変形させるために加圧圧縮して得られる請求項６又は７に記載の鍛造ビレットの製造方法。
【請求項１１】
前記鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮する工程と、加圧圧縮した方向とは異なる方向に加圧圧縮する工程とを、揺動鍛造を用いて同一工程で行う請求項８記載の鍛造ビレットの製造方法。
【請求項１２】
飛翔体部品用、運送用機器部品用、産業用機器部品用、建築資材用、光学用機器部品用又はこれら用途の部材製造用である請求項６〜１１のいずれか一項に記載の鍛造ビレットの製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の鍛造ビレットを成形して得られる完成品或いは半製品。
【請求項１４】
請求項６〜１２のいずれか一項に記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを成形して得られる完成品或いは半製品。
【請求項１５】
請求項６〜１１のいずれか一項に記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを用いたホイールの製造方法であって、
ハブ部とスポーク部とからなるディスク部、アウターフランジ部、インナーリム部及びインナーフランジ部のシャルピー衝撃値が３０Ｊ／ｃｍ２以上であるホイールの製造方法。
【請求項１６】
前記ホイールと、Ａ６０００系アルミニウム合金からなるＡ６０００系ホイールとが同じ機械的強さを有する場合、前記ホイールが、Ａ６０００系アルミニウム合金からなるＡ６０００系ホイールよりも少なくとも１０％以上軽量化されている請求項１５記載のホイールの製造方法。
【請求項１７】
ウエル部及び前記インナーリム部の平均肉厚が１．８〜２．５ｍｍであり、
前記ハブ部の平均肉厚が３５〜６６ｍｍであり、
前記ホイールと、Ａ６０００系アルミニウム合金からなるＡ６０００系ホイールとが同じ機械的強さを有する場合、前記ホイールが、Ａ６０００系アルミニウム合金からなるＡ６０００系ホイールよりも少なくとも１５％以上軽量化されている請求項１５記載のホイールの製造方法。
【請求項１８】
前記鍛造ビレットに対し、押出し鍛造加工により、プレディスク部、プレアウターリム部及びプレインナーリム部を成形し、その後、前記プレディスク部を前記ディスク部とし、前記プレアウターリム部を前記アウターリム部とし、前記プレインナーリム部を前記インナーリム部とする請求項１５〜１７のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項１９】
前記鍛造ビレットを鍛造成形した後、旋盤又はマシニングセンターを含むフライス盤による鍛造しろを除去する機械加工によって、前記アウターリム部及び前記インナーリム部を成形する請求項１５〜１７のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項２０】
前記鍛造ビレットを鍛造成形して半製品とし、ホイール形状とするための大部分の工程を旋盤、マシニングセンター、を含むフライス盤、ボーリング加工による削り出し機械加工を施してなる請求項１５〜１７のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項２１】
前記鍛造ビレットに対し、押出し鍛造加工によりプレインナーリム部を形成し、該プレインナーリム部と金型との間に空隙を設けた状態で斜方向から圧延ローラーで押圧するスピニング加工により、前記インナーリム部を成形する請求項１５〜１７のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項２２】
前記鍛造ビレットを用いて前記ディスク部、前記アウターリム部又は前記インナーリム部を個別に鍛造成形し、これらを結合手段により一体化した請求項１５〜１７のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項２３】
前記鍛造ビレットを用いて前記ディスク部、前記アウターリム部又は前記インナーリム部を鍛造成形し、該鍛造成形しないその他の部分をジュラルミン以外のアルミニウム合金で鋳造又は鍛造成形し、これらを結合手段により一体化した請求項１５〜１７のいずれか一項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、鍛造ビレット、鍛造ビレットの製造方法、鍛造ビレットを用いた完成品或いは半製品、及び鍛造ビレットを用いたホイールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車用タイヤには、支持体としての金属性のホイールが備わっている。
近年、かかるホイールにおいては、極力、軽量でデザイン性の高いものが望まれており特に乗用車ではホイールの口径が大きくなる傾向にある。走行時の振動の軽減と操縦性能を向上させるためである。
【０００３】
このようなホイールとしては、例えば、鋳造で製造したアルミニウム合金製の丸棒を切断して得たビレットに対して、金型で鍛造プレスすることによりホイールを製造する方法（例えば、特許文献１参照）や、鋳造したマグネシウム合金を歪加工し、再結晶化したマグネシウム合金からなる車両用ホイール（例えば、特許文献２参照）、ホイールリムフランジの内径部にリム径中心方向へ張出し部分を形成した車両用ホイール（例えば、特許文献３参照）等が知られている。
また、航空機用のホイールとして、アルミニウム合金を鍛造して成形されたものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
これらのホイールは、いずれも鋳造されたビレット（以下「鋳造ビレット」という。）から鍛造成形することによって、得られるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２１００１７号公報
【特許文献２】特開２００７−３０８７８０号公報
【特許文献３】特開２００８−１３７５６２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】マイクル・Ｃ・Ｙ・ニウ著、土井憲一・巻島守訳、「航空機構造設計」（有）名古屋航空技術発行、２０００年２月２１日、ｐ．４８４−４９５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１〜３及び非特許文献１に記載のホイールは、いずれも、鋳造ビレットが鍛造により複雑な形状に成形されるので、全体的にではなく、部分的にしか引き延ばされない結果、金属組織的にみて、衝撃性や靭性（以下「機械的強さ」という。）が弱い部分が偏在することになる。すなわち、得られるホイールは、機械的強さが十分に優れるとはいえない。
【０００８】
例えば、従来のホイールは、十分な機械的強さを担保するために、ホイールの厚みを大きくする必要があるので、ホイール自体の重量が大きくなるという欠点がある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、種々の用途に利用可能な機械的強さに優れる鍛造ビレット及び鍛造ビレットの製造方法並びに鍛造ビレットを用いることにより軽量であり且つ機械的強さに優れる完成品或いは半製品及びホイールの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者等は、上記課題を解決するため鋭意検討したところ、軽金属合金としてジュラルミンを用い、鋳造ビレットを鍛造成形して製品化するのではなく、一旦、鋳造ビレットを所定の大きさに加圧圧縮し、ＪＩＳ−Ｚ２２４２に準じて測定したシャルピー衝撃値を３０Ｊ／ｃｍ２以上とすることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、（１）軽金属合金を鋳造して鋳造ビレットとし、該鋳造ビレットを加圧圧縮して該鋳造ビレットの金属組織を微細化した鍛造ビレットであって、軽金属合金がジュラルミンである鍛造ビレットに存する。
【００１２】
本発明は、（２）加圧圧縮により、粒界析出物の全体積のうちの５０〜８０％が微細化され、応力腐食割れが抑制される上記（１）記載の鍛造ビレットに存する。
【００１３】
本発明は、（３）ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて測定した引張り強さが４００ＭＰａ以上である上記（１）又は（２）に記載の鍛造ビレットに存する。
【００１４】
本発明は、（４）ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて測定した０．２％耐力が３００ＭＰａ以上である上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の鍛造ビレットに存する。
【００１５】
本発明は、（５）ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて測定した伸びが２０％以上であり、ＪＩＳ−Ｚ２２４２に準じて測定したシャルピー衝撃値が３０Ｊ／ｃｍ２以上である上記（１）〜（４）のいずれか一つに記載の鍛造ビレットに存する。
【００１６】
本発明は、（６）上記（１）〜（５）のいずれか一つ記載の鍛造ビレットの製造方法であって、下記式を満たす鍛造ビレットの製造方法に存する。
Ｈ１／Ｈ２≧４．０
（式中、Ｈ１は、鋳造ビレットの加圧圧縮される方向の長さを示し、Ｈ２は、鍛造ビレットの加圧圧縮された方向の長さを示す。）
【００１７】
本発明は、（７）加圧圧縮が、閉塞鍛造、揺動鍛造、ハンマー鍛造、セクション鍛造又は自由鍛造により施される上記（６）記載の鍛造ビレットの製造方法に存する。
【００１８】
本発明は、（８）鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮してプレ鍛造ビレットとし、該プレ鍛造ビレットを加圧圧縮した方向とは異なる方向に更に加圧圧縮して得られる上記（６）又は（７）に記載の鍛造ビレットの製造方法に存する。
【００１９】
本発明は、（９）鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮してプレ鍛造ビレットとし、該プレ鍛造ビレットを加圧圧縮した方向とは異なる方向に更に加圧圧縮し、外側部分を変形させるために更に加圧圧縮して得られる上記（６）又は（７）に記載の鍛造ビレットの製造方法に存する。
【００２０】
本発明は、（１０）鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮してプレ鍛造ビレットとし、該プレ鍛造ビレットを加圧圧縮した方向とは異なる方向に更に加圧圧縮して円錐台状とし、更に、外側部分を変形させるために加圧圧縮する上記（６）又は（７）に記載の鍛造ビレットの製造方法に存する。
【００２１】
本発明は、（１１）鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮する工程と、加圧圧縮する方向とは異なる方向に加圧圧縮する工程とを、揺動鍛造を用いて同一工程で行う上記（８）記載の鍛造ビレットの製造方法に存する。
【００２２】
本発明は、（１２）飛翔体部品用、運送用機器部品用、産業用機器部品用、建築資材用、光学用機器部品用又はこれら用途の部材製造用である上記（６）〜（１１）のいずれか一つに記載の鍛造ビレットの製造方法に存する。
【００２３】
本発明は、（１３）上記（１）〜（５）のいずれか一つ記載の鍛造ビレットを成形して得られる完成品或いは半製品に存する。
ここで、半製品とは、鍛造ビレットを鍛造成形して機械加工し完成品に至る工程において、機械加工の前段階の製品を意味する。また、半製品が流通する場合、中間製品と称されることもある。
【００２４】
本発明は、（１４）上記（６）〜（１２）のいずれか一つに記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを成形して得られる完成品或いは半製品に存する。
【００２５】
本発明は、（１５）上記（６）〜（１１）のいずれか一つに記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを用いたホイールの製造方法であって、ハブ部とスポーク部とからなるディスク部、アウターフランジ部、インナーリム部及びインナーフランジ部のシャルピー衝撃値が３０Ｊ／ｃｍ２以上であるホイールの製造方法に存する。
【００２６】
本発明は、（１６）ホイールと、Ａ６０００系アルミニウム合金からなるＡ６０００系ホイールとが同じ機械的強さを有する場合、ホイールが、Ａ６０００系アルミニウム合金からなるＡ６０００系ホイールよりも少なくとも１０％以上軽量化されている上記（１５）記載のホイールの製造方法に存する。
【００２７】
本発明は、（１７）ウエル部及びインナーリム部の平均肉厚が１．８〜２．５ｍｍであり、ハブ部の平均肉厚が３５〜６６ｍｍであり、ホイールと、Ａ６０００系アルミニウム合金からなるＡ６０００系ホイールとが同じ機械的強さを有する場合、ホイールが、Ａ６０００系アルミニウム合金からなるＡ６０００系ホイールよりも少なくとも１５％以上軽量化されている上記（１５）記載のホイールの製造方法に存する。
【００２８】
本発明は、（１８）鍛造ビレットに対し、押出し鍛造加工により、プレディスク部、プレアウターリム部及びプレインナーリム部を成形し、その後、プレディスク部をディスク部とし、プレアウターリム部をアウターリム部とし、プレインナーリム部をインナーリム部とする上記（１５）〜（１７）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
ここで、押出し鍛造加工は、閉塞鍛造に含まれる。押出し鍛造加工には、前方押出し鍛造及び後方押出し鍛造がある。押出し加工による製品は、一定の形状で連続的に成形され、鍛造ビレットを用いることにより、金属組織の結晶粒径の微細化が図られる。
【００２９】
本発明は、（１９）鍛造ビレットを鍛造成形した後、旋盤又はマシニングセンターを含むフライス盤による鍛造しろを除去する機械加工によって、アウターリム部及びインナーリム部を成形する上記（１５）〜（１７）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【００３０】
本発明は、（２０）鍛造ビレットを鍛造成形して半製品とし、ホイール形状とするための大部分の工程を旋盤、マシニングセンター、を含むフライス盤、ボーリング加工による削り出し機械加工を施してなる上記（１５）〜（１７）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【００３１】
本発明は、（２１）鍛造ビレットに対し、押出し鍛造加工によりプレインナーリム部を形成し、該プレインナーリム部と金型との間に空隙を設けた状態で斜方向から圧延ローラーで押圧するスピニング加工により、インナーリム部を成形する上記（１５）〜（１７）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【００３２】
本発明は、（２２）鍛造ビレットを用いてディスク部、アウターリム部又はインナーリム部を個別に鍛造成形し、これらを結合手段により一体化した上記（１５）〜（１７）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【００３３】
本発明は、（２３）鍛造ビレットを用いてディスク部、アウターリム部又はインナーリム部を鍛造成形し、該鍛造成形しないその他の部分をジュラルミン以外のアルミニウム合金で鋳造又は鍛造成形し、これらを結合手段により一体化した上記（１５）〜（１７）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の鍛造ビレットにおいては、ジュラルミンからなる鋳造ビレットを加圧圧縮することにより、金属組織の結晶粒径が微細化される。したがって、例えば、微細化された鍛造ビレットを用いて鍛造成形し、複雑な形状の鍛造製品（例えば、ホイール）とする場合、部分的にしか引き延ばされない箇所であっても、鍛造ビレットの金属組織が既に微細化されているので、得られる鍛造製品は、全体的に金属組織の結晶粒径が微細なものとなる。このため、上記鍛造ビレットによれば、機械的強さが優れ、機械的強さが均一な鍛造製品或いは鍛造加工後に機械加工等を行う鍛造製品（完成品或いは半製品）を製造することが可能となる。
【００３５】
また、一般に、ジュラルミンは銅を多く含むため耐食性が劣るが、上記鍛造ビレットにおいては、原因と考えられる結晶粒界及び粒界析出物の占める割合を縮小するので耐食性を向上させることが可能となる。一般に、２０００系のジュラルミンは銅を多く含むため、金属表面に水溶液等が接触する場合、電位差により局部的に陽極部と陰極部とが発生して局部電池を構成し陽極部に相当する部位が腐食しやすい。主な原因は金属組織の結晶粒界及び析出物に沿って水溶液等の電解質が浸透し残留応力も加わって局部電池の生成が容易になり腐食が進行し割れが発生する。これに対し、本発明の鍛造ビレットにおいては、結晶粒径を微細化することで結晶粒界と析出物の占める割合を５０％〜８０％縮小するので応力腐食割れの進行を大きく制御することができる。
【００３６】
上記鍛造ビレットにおいては、鍛造ビレットとしてジュラルミンを用いることにより、機械的強さがより向上する。そして、鍛造ビレットが上述した物性を備えることにより、鍛造ビレットを用いたあらゆる鍛造製品は、十分な機械的強さを発揮することができる。
【００３７】
本発明の鍛造ビレットの製造方法においては、鍛錬比（Ｈ１／Ｈ２）が４．０以上であることが好ましい。かかる鍛錬比とすることにより、急激に鍛造ビレットの結晶粒径を更に微粒子化できるので、機械的強さを更に向上させることができる。
【００３８】
上記鍛造ビレットの製造方法においては、ジュラルミンからなる鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮してプレ鍛造ビレットとし、該プレ鍛造ビレットを加圧圧縮した方向とは異なる方向に更に加圧圧縮してなるものである場合、金属結晶粒子全体における結晶粒径の小さい組織の占める割合が大きくなる。これにより、機械的強さがより優れ、しかも、機械的強さが均一な鍛造製品を製造することができる。なお、鋳造ビレットがジュラルミンであるので、外側部分を変形させるために更に加圧圧縮することにより、鍛造ビレットの外側部分の素材流動を積極的に行うことができる。これにより、得られる鍛造ビレットは、ジュラルミンであっても、中央部分の金属結晶粒子の粒径とその他の部分の金属結晶粒子の粒径とが同程度となり、均質な微細化が可能となる。その結果、投入した鋳造ビレットのほぼ全域を鍛造ビレットとする場合の材料歩留まりを大きく向上させることができると共に、プレ鍛造ビレットを経由した鍛造製品は、全体が均質な機械的強さを示し耐衝撃性の高いものとなる。
【００３９】
本発明の完成品或いは半製品は、上述した鍛造ビレットを用いて成形されるので、十分な機械的強さを有する。なお、完成品或いは半製品が鍛造ビレットを用いて鍛造成形されたものであると、鍛造ビレット自体の機械的強さよりも鍛錬比が向上するので一層強くなる。
また、十分な機械的強さを備えるので、完成品或いは半製品の厚み又は体積を小さくすること等により、機械的強さを維持しつつ、軽量化を図ることができる。
【００４０】
本発明のホイールの製造方法は、上述した鍛造ビレットを用い、且つディスク部、アウターフランジ部、インナーリム部及びインナーフランジ部のシャルピー衝撃値が３０Ｊ／ｃｍ２以上であるので、十分な機械的強さを有する。
また、十分な機械的強さを備えるので、ホイールの厚み又は体積を小さくすること等により、機械的強さを維持しつつ、軽量化を図ることができる。
【００４１】
例えば、本発明のホイールの製造方法により得られるホイールと、Ａ６０００系アルミニウム合金からなるＡ６０００系ホイールとが同じ機械的強さを有する場合、ホイールが、Ａ６０００系アルミニウム合金からなるＡ６０００系ホイールよりも少なくとも１０％以上軽量化することができる。
また、ウエル部及びインナーリム部の平均肉厚が１．８〜２．５ｍｍであり、ハブ部の平均肉厚が３５〜６６ｍｍであり、ホイールと、Ａ６０００系アルミニウム合金からなるＡ６０００系ホイールとが同じ機械的強さを有する場合、ホイールが、Ａ６０００系アルミニウム合金からなるＡ６０００系ホイールよりも少なくとも１５％以上軽量化することができる。
【００４２】
更に、上記ホイールは、靱性がきわめて高いことから、車両走行時に何らかの理由で軽合金製ホイールのリム部（インナーリム部、アウターリム部）又はディスク部に亀裂が生じた場合であっても、亀裂が一気に大きくならない。この場合、タイヤ空気圧が徐々に減少して操縦者が異常に気付くことになるので大きな事故にはつながらない。したがって、かかるホイールを用いることにより、安全性を担保できる。
【００４３】
上記ホイールの製造方法においては、押出し鍛造方式によって、プレアウターリム部及びプレインナーリム部を成形したものである場合、ハンプ部からウエル部及びインナーフランジ部に至る間に２次再結晶の生成が無くほぼ均等な結晶粒径を形成することができる。
【００４４】
特に、プレインナーリム部にスピニング加工を施す場合、プレインナーリム部と金型との間に空隙を設けた状態で、斜方向から圧延ローラーで押圧し、インナーリム部を成形することが好ましい。結晶粒径を微細化した鍛造ビレットを用いて、スピニング加工を施す場合、機械的強さが高くなっている鍛造ビレットを用いると圧延ローラーの加圧力が高くなり２次再結晶が生じやすくなる欠点があるのに対し、上述した場合においては、空隙を設けて斜方向から圧延ローラーで押圧するので、インナーリム部の２次再結晶化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、本発明に係る鍛造ビレットの第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る鍛造ビレットと、加圧圧縮前における鋳造ビレットを示す断面図である。
【図３】図３の（ａ）及び（ｂ）は、加圧圧縮前における鋳造ビレットを閉塞鍛造により第１実施形態に係る鍛造ビレットとしたときの状態を示す断面図である。
【図４】図４の（ａ）〜（ｄ）は、鋳造ビレットを複数回加圧圧縮し本発明に係る鍛造ビレットとする例を示す断面図である。
【図５】図５の（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係るホイールの製造方法における前方押出し鍛造加工を示す断面図である。
【図６】図６の（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係るホイールの製造方法における後方押出し鍛造加工を示す断面図である。
【図７】図７の（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係るホイールの製造方法におけるフレアリング加工を示す断面図である。
【図８】図８の（ａ）は、本実施形態に係るホイールの製造方法における第１スピニング処理を示す断面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は第２スピニング処理を示す断面図である。
【図９】図９の（ａ）は、本実施形態に係るホイールの製造方法により得られたホイールを示す正面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩ−Ｉ’断面図である。
【図１０】図１０の（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係るホイールの製造方法により得られたホイールと、該ホイールと同じ機械的強さを有するＡ６０００系ホイールとの一例を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明に係る鍛造ビレットの第２実施形態を示す斜視図である。
【図１２】図１２の（ａ）〜（ｄ）は、第２実施形態に係る鍛造ビレットの製造過程を示す上面図及び側面図である。
【図１３】図１３の（ａ）〜（ｅ）は、鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮した後、異なる方向に更に加圧圧縮した場合の効果を説明するための概略図である。
【図１４】図１４の（ａ）〜（ｆ）は、第３実施形態に係る鍛造ビレットの製造過程を示す側面図である。
【図１５】図１５は、第４実施形態に係る鍛造ビレットの製造過程を示す概略図である。
【図１６】図１６は、他の実施形態に係る鍛造ビレットからホイールへの製造過程を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００４７】
［第１実施形態］
図１は、本発明に係る鍛造ビレットの第１実施形態を示す斜視図である。
図１に示す第１実施形態に係る鍛造ビレット１０は、円柱状の本体部１からなる。
【００４８】
鍛造ビレット１０の金属結晶粒子の平均粒径は３０μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であることがより好ましく、１５μｍ以下であることがより一層好ましい。
平均粒径が３０μｍを超えると、平均粒径が上記範囲内にある場合と比較して、機械的強さが不十分となる場合がある。なお、本明細書において、「平均粒径」は、ＪＩＳ−Ｈ０５４２の切断法に基づいて測定した値である。また、測定部位は、鍛造ビレット、ホイールの各部分、いずれも中央付近とする。
【００４９】
鍛造ビレット１０のシャルピー衝撃値は３０Ｊ／ｃｍ２以上であることが好ましく、３５Ｊ／ｃｍ２以上であることがより好ましく、４０Ｊ／ｃｍ２以上であることが更に好ましい。なお、シャルピー衝撃値は、ＪＩＳ−Ｚ２２４２に準じて測定した値である。かかるシャルピー衝撃値は、耐衝撃性に対する優劣の判断材料の一つであり衝撃エネルギーの吸収可能性を示す。
シャルピー衝撃値を３０Ｊ／ｃｍ２以上とすることにより、鍛造ビレット１０を用いた鍛造製品（完成品或いは半製品）は、十分な機械的強さを発揮することができる。
【００５０】
鍛造ビレット１０の引張り強さは、４００ＭＰａ以上であることが好ましい。なお、引張り強さは、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて測定した値である。
鍛造ビレット１０の０．２％耐力は、１５０ＭＰａ以上であることが好ましく、３００ＭＰａ以上であることがより好ましい。なお、耐力は、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて測定した値である。
鍛造ビレット１０の伸度は、８％以上であることが好ましく、２０％以上であることがより好ましい。なお、伸度は、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて測定した値である。また、伸度は材料の引張試験で材料の伸びる割合であり、試験片の始めの標点距離をＬ０とし、破断後の標点距離をＬ１とすると、伸度は、下記式で示される。
δ＝［（Ｌ１−Ｌ０）／Ｌ０］×１００
これは破断するまでの伸び率を示すものであり、ホイールの形状が維持される範囲を示している。
鍛造ビレット１０のブリネル硬度は、６５ＨＢ以上であることが好ましい。なお、ブリネル硬度は、ＪＩＳ−Ｚ２２４３に準じて測定した値である。
【００５１】
鍛造ビレット１０は、鍛流線を有していることが好ましい。
ここで、鍛流線とは、金属組織において鍛造製品に生じる、結晶粒径が少なくとも１２μｍより小さい金属結晶粒子の流れの状態を意味する。なお、かかる鍛流線は、加圧圧縮により金属結晶粒子の結晶粒径が９μｍより微細になると金属組織の流れがより明確になる。
鍛造ビレット１０においては、円柱の中心部から放射状に鍛流線が延びていることが好ましい。
【００５２】
鍛造ビレット１０は、鍛流線を有すると、公知の方法に基づいて鍛造成形が施されても、得られる鍛造製品は鍛流線を有するものとなる。これにより、鍛造製品は、機械的強さが均一なものとなる。なお、上記鍛造ビレット１０を用いた鍛造製品（完成品或いは半製品）は、その後の鍛造工程で圧縮鍛造されない部分であっても、鍛流線を有することになるので、機械的強さが確実に向上する。
【００５３】
軽金属合金は、ジュラルミンからなる。鍛造ビレット１０においては、鍛造ビレットとしてジュラルミンを用いることにより、機械的強さがより向上する。
ジュラルミンの具体例としては、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系（７０００系）、Ａ２０１４、Ａ２０１７等のＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系（２０００系）等が挙げられる。
これらの中でも汎用性の観点から、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系（２０００系）が好ましい。
【００５４】
次に、鍛造ビレット１０の製造方法について説明する。
図２は、第１実施形態に係る鍛造ビレットと、加圧圧縮前における鋳造ビレットを示す断面図である。
図２に示すように、鍛造ビレット１０は、鋳造ビレット４を軸方向（一方向）に加圧圧縮することにより得られる。
【００５５】
上記鋳造ビレット４は、軽金属合金を、例えば、７００℃以上で加熱溶融し、不活性ガス雰囲気下、鋳造することにより得られる。
【００５６】
不活性ガスとしては、窒素、アルゴン等が挙げられる。すなわち、酸素を取り除くことにより、溶融した原料（以下「溶融原料」という。）が酸化するのを防止できる。
【００５７】
鋳造の方法は、特に限定されないが、砂型鋳造法、石膏鋳造法、精密鋳造法、金型鋳造法、遠心鋳造法、連続鋳造法等が挙げられる。
これらの中でも、鋳造法は、連続鋳造法を用いることが好ましい。この場合、金属結晶粒子の結晶粒径がより均一な鍛造ビレット１０が得られるようになる。
【００５８】
鋳造においては、溶融原料を例えば６５〜９０ｍｍ／ｍｉｎの速度で鋳造機に流し込む。
流し込む速さが６５ｍｍ／ｍｉｎ未満であると、速さが上記範囲内にある場合と比較して、金属結晶粒子の結晶粒径が不均一となる傾向にあり、流し込む速さが９０ｍｍ／ｍｉｎを超えると、速さが上記範囲内にある場合と比較して、鋳造ビレット製造時に破損する虞がある。
【００５９】
鋳造機に流し込まれた溶融原料は、例えば、４５０℃以上で６時間以上加熱されることにより、均質化される。
そして、その後、冷却されることにより、円柱状の鋳造ビレット４が得られる。
ここで、上記冷却は、急冷することが好ましい。この場合、結晶粒が細かくなるメリットがある。なお、得られた円柱状の鋳造ビレット４は必要に応じて、軸方向に対して垂直方向に切断してもよい。
【００６０】
得られる鋳造ビレット４のサイズは、長さ／直径の比が２．０〜２．５であることが好ましい。この場合、円柱状の鋳造ビレット４を軸方向に押圧した際に、鋳造ビレット４が急に曲がるという座屈現象が生じるのを抑制できる。
【００６１】
鍛造ビレット１０は、鋳造ビレット４を軸方向に圧縮して得られるので、鍛造ビレット１０の段階で、金属結晶粒子の結晶粒径が微細化される。このため、これを出発材料として製品となったホイールも、結晶粒径を維持し、少なくとも金属結晶粒子の結晶粒径がより微細なものとなる。
ちなみに、下記式に示すホール・ペッチの関係を鑑みると、加圧圧縮により金属組織を微細化すると材料の強度及び耐衝撃性（シャルピー衝撃値）が大きくなる。
σ＝σ０＋ｋｄ−１／２
式中、σは、降伏応力又は変形応力を示し、ｄは、金属組織の平均結晶粒径を示し、σ０及びｋは、材料によって決まる定数を示す。
【００６２】
第１実施形態に発明の鍛造ビレットにおいては、ジュラルミンからなる鋳造ビレットを加圧圧縮することにより、金属組織が微細化されるので、例えば、微細化された鍛造ビレット１０を用いて鍛造成形し、複雑な形状の鍛造製品（例えば、ホイール）とする場合、部分的にしか引き延ばされない箇所であっても、鍛造ビレット１０の金属組織が既に微細化されているので、得られる鍛造製品は、全体的に金属組織の結晶粒径が微細なものとなる。このため、上記鍛造ビレットによれば、機械的強さが優れ、機械的強さが均一な鍛造製品を製造することが可能となる。
【００６３】
ここで、鋳造ビレット４を加圧圧縮する方法としては、自由鍛造、型鍛造、揺動鍛造、押出し鍛造、回転鍛造、閉塞鍛造、セクション鍛造等が挙げられる。なお、型鍛造にはプレス鍛造、ハンマー鍛造が含まれる。また、鋳造ビレットを一定角度回転させ一部を加圧する操作を繰り返す部分鍛造も利用できる。
これらの中でも、加圧圧縮は、閉塞鍛造、揺動鍛造、ハンマー鍛造、セクション鍛造又は自由鍛造によるものであることが好ましい。
【００６４】
図３の（ａ）及び（ｂ）は、加圧圧縮前における鋳造ビレットを閉塞鍛造により第１実施形態に係る鍛造ビレットとしたときの状態を示す断面図である。
図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、閉塞鍛造においては、鋳造ビレット４が軸方向に加圧圧縮される際、金属組織が横方向に広がるのを抑制できる。すなわち、横方向の拘束力Ｐも加わることにより、鍛造ビレット１０が中腹部で膨らんだ太鼓形状になるのを抑制し、金属結晶粒子の結晶粒径も微細化できる。
【００６５】
このときの加工条件は、熱間鍛造、温間鍛造、冷間鍛造、等温鍛造のいずれであってもよい。
これらの中でも、加工条件は、熱間鍛造であることが好ましい。具体的には、上記加圧圧縮は、３００〜５５０℃の温度、９．８×１０３ｋＮ〜８８．２×１０３ｋＮの圧力条件下で行うことが好ましい。なお、９．８×１０３ｋＮ〜８８．２×１０３ｋＮの圧力は、鍛造機（プレス機）の推力規模に換算すると、１０００〜９０００トンとなる。
【００６６】
こうして、鋳造ビレット４が加圧圧縮され、その後、冷却されることにより、円柱状の鍛造ビレット１０が得られる。なお、上記冷却は、急冷することが好ましい。
【００６７】
第１実施形態に係る鍛造ビレット１０は、上記加圧圧縮において、鍛錬比が下記式を満たすことが好ましい。
Ｈ１／Ｈ２≧４．０
式中、Ｈ１は、鋳造ビレット４の加圧圧縮される方向の長さ、すなわち、鋳造ビレット４の軸方向の高さを意味し、Ｈ２は、鍛造ビレット１０の加圧圧縮された方向の長さ、すなわち、鍛造ビレット１０の軸方向の高さを意味する（図２参照）。なお、加圧圧縮を複数回施した場合、Ｈ１は、鋳造ビレット４の加圧圧縮される前の方向の長さを意味し、Ｈ２は、複数回加圧圧縮された最終の鍛造ビレット１０の最後に加圧圧縮された方向の長さを意味する。
【００６８】
軽金属合金がジュラルミンである場合、加圧圧縮によるＨ１／Ｈ２（鍛錬比）が３．５から大きくなるに従って、金属結晶粒子の粒径が極端に微細化される。
また、上記Ｈ１／Ｈ２（鍛錬比）は、確実に微細化されることから、４．０以上であることが好ましく、４〜１２であることがより好ましく、実用性の観点から、４〜６であることが更に好ましい。なお、鍛造ビレット１０が中間品であることから、該鍛造ビレット１０を用いて鍛造製品を鍛造成形するとき更に鍛錬比が上昇することが見込まれる。
【００６９】
ここで、高い鍛錬比の鍛造ビレットとする場合は、複数回加圧圧縮することが好ましい。１段階で高い鍛錬比の鍛造ビレットにしようとすると、座屈が生じるおそれがある。
図４の（ａ）〜（ｄ）は、鋳造ビレットを複数回加圧圧縮し本発明に係る鍛造ビレットとする例を示す断面図である。
まず、図４の（ａ）に示すように、鋳造ビレット４を閉塞鍛造する際には、鋳造ビレット４の高さの半分以上好ましくは高さ全体を覆う筒状穴５１ａを形成した金型５１を用いて閉塞鍛造を行う。次いで、図４の（ｂ）に示すように、同様にしてプレ鍛造ビレット１２ａの半分以上を覆う筒状穴５２ａを形成した金型５２を用いて閉塞鍛造を行い、図４の（ｃ）に示すように、同様にしてプレ鍛造ビレット１２ｂの半分以上を覆う筒状穴５３ａを形成した金型５３を用いて閉塞鍛造を行い、図４の（ｄ）に示すように、同様にしてプレ鍛造ビレット１２ｃの半分以上を覆う筒状穴５４ａを形成した金型５４を用いて閉塞鍛造を行う。こうして、鍛造ビレット１０が得られる。
【００７０】
かかる鍛造ビレット１０は、車両のホイール製造用に好適に用いられる。その他にも、飛翔体部品用、運送用機器部品用、産業用機器部品用、サッシュ類を含む建築資材用の機器又はこれら用途の部材製造用等に好適に用いられ、具体的には、航空機用車輪のホイール製造用、飛行機、ヘリコプター等の飛翔体、トラック等の運送用機器部品、工作機械、電化製品等の産業用機器部品等に好適に用いられる。
【００７１】
次に、鍛造ビレット１０を用いたホイール３の製造方法について説明する。
鍛造ビレットからホイールへの製造過程においては、鍛造成形工程と、熱処理工程と、仕上工程とを備える。
鍛造成形工程は、押出し鍛造加工（前方押出し鍛造方式、後方押出し鍛造方式）により鍛造ビレットから半製品を成形する工程である。なお、本実施形態において、半製品はプレホイールを意味する。また、半製品のシャルピー衝撃値は３０Ｊ／ｃｍ２以上であることが好ましく、３５Ｊ／ｃｍ２以上であることがより好ましく、４０Ｊ／ｃｍ２以上であることがさらに好ましい。
【００７２】
上記ホイールの製造方法においては、押出し鍛造方式によって、プレアウターリム部及びプレインナーリム部を成形するので合、ハンプ部からウエル部及びインナーフランジ部に至る間に金属結晶粒子の再結晶の生成が無くほぼ均等な結晶粒径を形成することができる。
【００７３】
図５の（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係るホイールの製造方法における前方押出し鍛造加工を示す断面図である。かかる前方押出し鍛造加工は、鍛造ビレット１０に対し、前方押出し鍛造加工を施し、プレホイール（以下便宜的に「第１プレホイール」という。）３ｂを形成する加工である。
図５の（ａ）に示すように、前方押出し鍛造加工においては、まず、鍛造ビレット１０を上金型１６と、ノックアウト部１７ａが設けられた下金型１７との間に載置する。ここで、ノックアウト部１７ａは、前方押出し鍛造加工後の第１プレホイール３ｂを押し上げて取り出すためのものである。
【００７４】
図５の（ｂ）に示すように、上金型１６を降下させ、ノックアウト部１７ａ及び下金型１７の空隙に、鍛造ビレット１０の一部を押し込む。これにより、プレリム部５及びプレディスク部１４が形成される。
そして、ノックアウト部１７ａを上昇させることにより、第１プレホイール３ｂが得られる。
【００７５】
図６の（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係るホイールの製造方法における後方押出し鍛造加工を示す断面図である。かかる後方押出し鍛造加工は、第１プレホイール３ｂに対し、後方押出し鍛造加工を施し、プレリム部５を延展させる加工である。
図６の（ａ）に示すように、後方押出し鍛造加工においては、まず、第１プレホイール３ｂを上金型１８と、ノックアウト部１９ａが設けられた下金型１９との間に載置する。ここで、ノックアウト部１９ａは、後方押出し鍛造加工後のプレホイール（以下便宜的に「第２プレホイール」という。）３ｃを押し上げて取り出すためのものである。
【００７６】
図６の（ｂ）に示すように、上金型１８を降下させ、上金型１８及び下金型１９の空隙に、第１プレホイール３ｂの一部を押し込む。これにより、スポーク等の凹凸を含むデザイン面等を有するプレディスク部１４が形成されると同時に、プレリム部５が延展されプレインナーリム部８ｂが形成される。なお、プレインナーリム部８ｂは、プレディスク部１４の余剰の素材が押出されて延展形成される。
そして、ノックアウト部１９ａを上昇させることにより、第２プレホイール３ｃが得られる。
【００７７】
ここで、後方押出し鍛造においては、上金型１８の進行方向とプレリム部５の延展する方向が逆方向となるため摩擦による抵抗が大きい。このため、更なる加圧力を要するからプレリム部５は所定の傾斜角度で直線的に延展させることが好ましい。そうすると、一部の再結晶化を防止できる。
【００７８】
図７の（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係るホイールの製造方法におけるフレアリング加工を示す断面図である。かかるフレアリング加工においては、プレアウターリム部７ｂをフレアリングして、アウターリム部７を形成する。なお、フレアリング加工において、プレインナーリム部８ｂの調整も行うことが好ましい。更にインナーリムフランジ部８ａにリムフランジの内径側に突出する補強構造を形成する場合は、金型の抜き勾配を考慮して予めプレインナーリム部８ｂに余肉を設けておき、機械加工工程で該余肉を切除して補強構造を形成すればよい。また、プレアウターリム部７ｂのフレアリングは金型１９が割型であれば押出し鍛造加工の際に所定の開拡角度でアウターリム部を形成することができるからフレアリングは不要となる。
【００７９】
図７の（ａ）に示すように、フレアリング加工においては、まず、第２プレホイール３ｃを上金型２５と、ノックアウト部２６ａが設けられた下金型２６との間に載置する。ここで、ノックアウト部２６ａは、フレアリング加工後のプレホイール（以下便宜的に「第３プレホイール」という。）３ｄを押し上げて取り出すためのものである。
【００８０】
図７の（ｂ）に示すように、上金型２５を降下させ、第２プレホイール３ｃのプレアウターリム部７ｂを押圧し、外方へフレアリング（拡開）させる。このとき、プレインナーリム部８ｂはインナーフランジ部８ａ周辺が拡開される。
これにより、第３プレホイール３ｄが得られる。
【００８１】
熱処理工程は、第３プレホイール３ｄを熱処理する工程である。熱処理は、軽金属合金がジュラルミンである場合、ＪＩＳ−Ｈ０００１に基づくＴ３、Ｔ４、Ｔ６、Ｔ７３等の熱処理条件で行われる。具体的には、４５０〜５１０℃で３〜５時間溶体化処理がされ、３〜７分間焼入れ（水冷）を行って、室温の場合は９６時間以上、又は１５０〜２００℃で７〜９時間人工時効処理がなされる。
【００８２】
本実施形態に係るホイールの製造方法においては、上述した鍛造成形工程によりプレホイール３ｂ〜３ｄが得られる。
かかるプレホイール３ｂ〜３ｄは、鍛造ビレット１０を鍛造成形して得られるので、十分な機械的強さを有する。
また、十分な機械的強さを備えるので、プレホイール３ａ自体の径等を小さくすることにより、機械的強さを維持しつつ、軽量化を図ることができる。
【００８３】
次に、得られた第３プレホイール３ｄは、周縁に立設されたプレインナーリム部８ｂに対して仕上工程が施される。
仕上工程としては、スピニング加工、穴開け加工、切削加工、ミーリング加工等の機械加工が挙げられる。すなわち、第３プレホイール３ｄに対して、旋盤又はマシニングセンターを含むフライス盤による鍛造しろを除去する機械加工が施される。
ここで、鍛造しろとは、金型同士の接触を回避するための肉厚部分を意味し、バリ等も含まれる。
【００８４】
スピニング加工は、第３プレホイール３ｄのプレインナーリム部８ｂを絞り込むことによって、インナーリム部８の成形する加工であり、穴開け加工は、マシニングセンターで、第３プレホイール３ｄに穴を開け、スポーク部１１や模様を形成する加工であり、切削加工は、旋盤で、プレホイール３ａの周囲を削り、アウターリム部７を形成する加工であり、ミーリング加工は、ホイール３の略全体を削り出して成型を行う加工である。
【００８５】
仕上工程としては、まず、スピニング加工が施される。すなわち、スピニング加工においては、プレインナーリム部８ｂに対して、スピンさせながら、一部を絞り込むことにより、第３プレホイール３ｄの面方向に延設されたアウターリム部７及びアウターフランジ部７ａと、プレホイール３ａの周縁に垂直方向に立設されたインナーリム部８及びインナーフランジ部８ａと、が形成される。このとき、仕上げしろを同時に形成してもよい。
【００８６】
図８の（ａ）は、本実施形態に係るホイールの製造方法における第１スピニング処理を示す断面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は第２スピニング処理を示す断面図である。
図８の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、本実施形態に係るホイールの製造方法においては、スピニング加工が第１スピニング処理と第２スピニング処理とを備える。
第３プレホイール３ｄは、鍛錬比の高い鍛造ビレットを用いており、引張強さ、シャルピー衝撃値、伸び等が格段に向上しているため靱性が高い。このため、本実施形態に係るホイールの製造方法においては、スピニング加工による塑性変形により圧延ローラーにかなりの負担を強いることを避けるため、第１スピニング処理と第２スピニング処理とを備えている。
【００８７】
図８の（ａ）に示すように、第１スピニング処理において、第１スピニング装置３１は、第３プレホイール３ｄを挟持可能な内側金型３１ａ及び外側金型３１ｂと、プレインナーリム部８ｂを絞り込む複数の圧延ローラー３５とを備える。
かかる第１スピニング処理においては、第３プレホイール３ｄが内側金型３１ａ及び外側金型３１ｂに挟持されることにより、確実に固定され、これらが一体となって回転する。このとき、複数の圧延ローラー３５をプレインナーリム部８ｂに押し付けることにより、プレインナーリム部８ｂが圧延され、大まかなインナーリム部８の形状となる。
【００８８】
図８の（ｂ）に示すように、第２スピニング処理において、第２スピニング装置３２は、第３プレホイール３ｄを支持可能な内側金型３２ａ及び外側金型３２ｂと、プレインナーリム部８ｂを更に絞り込む複数の圧延ローラー（図示しない）とを備える。
かかる第２スピニング処理においては、第３プレホイール３ｄが外側金型３２ｂに取り付けられ、第３プレホイール３ｄのプレインナーリム部８ｂの先端が内側金型３２ａに支持された状態となっている。すなわち、第３プレホイール３ｄと内側金型３２ａとの間には空隙３８ａが設けられ、プレインナーリム部８ｂと内側金型３２ａとの間には空隙３８ｂが設けられている。なお、第２スピニング処理において、内側金型３２ａは、組み立て型の金型を用いている。
【００８９】
そして、図８の（ｂ）の状態で、図８の（ｃ）に示すように、斜方向（例えば、４５°の方向）から圧延ローラー３５でプレインナーリム部８ｂを押圧してインナーフランジ部８ａを成形する。このとき、空隙３８ａ、３８ｂは維持されていることが好ましい。
【００９０】
ホイール３の製造方法においては、空隙３８ａ，３８ｂが設けられているので、圧延ローラーで押圧されても下方から突き上げる応力がかからない利点がある。これに加えて、上述したように、斜方向から圧延ローラー３５で押圧するので、インナーリム部８における金属結晶粒子の２次再結晶化を確実に抑制することができる。すなわち、結晶粒径を微細化した鍛造ビレット１０を用いて、スピニング加工を施す場合、機械的強さが高くなっている鍛造ビレット１０を用いると圧延ローラー３５の加圧力が高くなり金属結晶粒子の再結晶が生じやすくなる欠点があるが、空隙を設けて斜方向から圧延ローラー３５で押圧することにより、インナーリム部８における金属結晶粒子の再結晶化を抑制することができる。なお、圧延ローラー３５の数は、特に限定されない。また、複数ある場合は、そのうちの一つが斜方向から押圧するものであればよい。
【００９１】
次に、アウターリム部７とインナーリム部８とが形成されたプレホイール３ａに対して、穴開け加工によりディスク部６の模様を形成し、切削加工によりプレホイール３ａの周囲を削ることにより、ホイール３が得られる。なお、ディスク部の模様形成は、予め鍛造加工によりスポーク部等を形成し、残されたウエブ厚みの鍛造しろを機械加工により切除して穴を形成してもよく、ディスク部を円盤状に鍛造成形したのち機械加工により穴開け加工を施してスポーク等の模様を形成してもよい。
本実施形態に係るホイール３の製造方法によれば、凹凸や空部等を形成することにより、デザイン性に優れる軽量化されたホイール３となる。なお、必要に応じて、化学的表面処理、鍍金、ショット、塗装等を施してもよい。
【００９２】
次に、本実施形態に係るホイールの製造方法により得られたホイール３について説明する。
図９の（ａ）は、本実施形態に係るホイールの製造方法により得られたホイールを示す正面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩ−Ｉ’断面図である。
ホイール３（マルチピース）は、ディスク部６と、ディスク部６の周縁に設けられるアウターリム部７及びインナーリム部８と、を備える。すなわち、ホイール３は、ディスク部６と、該ディスク部６の周縁に連結しディスク部６の面方向に延設されたアウターリム部７と、ディスク部６の周縁に連結しディスク部６の面とは垂直方向に立設されたインナーリム部８と、を備える。
【００９３】
ディスク部６は、円盤状のハブ部６ａと、該ハブ部６ａから放射Ｙ字状に延びるスポーク部１１と、を備える。すなわち、上記ホイール３においては、スポーク部１１の先端にアウターリム部７とインナーリム部８とが連結されていることになる。なお、ハブ部６ａは、緩やかに湾曲した曲面となっていることが好ましい。この場合、押圧時の原材料の流れが一様となるので、鍛錬比がより均等化される。
ハブ部６ａは、表面が緩やかに湾曲した曲面を有する円盤状になっており、ホイール３をボルトで車軸に固定する際のボルトを挿入するためのボルト挿通穴６ｂが設けられている。
また、隣合うスポーク部１１同士の間は、空部９が設けられている。
インナーリム部８は、先端にインナーフランジ部８ａが形成されており、アウターリム部７は、先端にアウターフランジ部７ａが形成されている。
【００９４】
鋳造ビレット４に対するホイール３の鍛錬比（以下便宜的に「全鍛錬比」という。）は、４．０以上であることが好ましく、軽金属合金がマグネシウム合金である場合、５．５以上であることが好ましい。
ここで、全鍛錬比とは、上述した鋳造ビレット４に対する鍛造ビレット１０の鍛錬比に、鍛造ビレット１０に対するホイール３の鍛錬比を乗じたものである。すなわち、全鍛錬比は、「鋳造ビレット４の高さＨ１」÷「ホイール３の高さＨ３」で表される値である。なお、ホイール３の高さＨ３は、図９の（ｂ）に示す。なお、ホイールの高さＨ３は、鍛造成形された方向のホイールの各部の高さの平均で算出される。
【００９５】
ホイール３においては、出発材料が上述した鍛造ビレット１０であるので、鍛造ビレット１０の金属結晶粒子の平均粒径が３０以下μｍである場合、インナーリム部８及びインナーフランジ部８ａからなる群より選ばれる少なくとも一つの部分のＪＩＳ−Ｈ０５４２に準拠した切断法に基づく金属結晶粒子の平均粒径が３０以下μｍとなる。なお、かかる平均粒径は、５〜２０μｍとすることがより好ましく、５〜１５μｍとすることが更に好ましい。
また、ＪＩＳ−Ｈ０５４２に準拠した切断法に基づくインナーリム部８の金属結晶粒子の再結晶部分を除く平均粒径が２０μｍ以下であることが好ましい。
これらの場合、ホイール３は、車両走行時に不測の事態が発生し、リム部に衝撃的な応力が負荷されたときに損傷が生じ難い。
【００９６】
ホイール３において、ディスク部６（バブ部６ａ及びスポーク部１１）、アウターフランジ部７ａ、インナーリム部８及びインナーフランジ部８ａのシャルピー衝撃値は３０Ｊ／ｃｍ２以上であることが好ましく、３５Ｊ／ｃｍ２以上であることがより好ましく、４０Ｊ／ｃｍ２以上であることがさらに好ましい。
ホイール３の引張り強さは、４００ＭＰａ以上であることが好ましい。
ホイール３の耐力は、２５０〜４００ＭＰａであることが好ましい。
ホイール３のスポーク部１１、アウターフランジ部７ａ、インナーリム部８及びインナーフランジ部８ａの伸度は、１５〜２０％であることが好ましい。
ホイール３のブリネル硬度は、６５ＨＢ以上であることが好ましい。
【００９７】
ホイール３は、上述した鍛造ビレット１０を出発材料として鍛造成形して製造するので、機械的強さが優れ、且つ機械的強さが均一なものとなる。なお、ディスク部６、アウターリム部７及びインナーリム部８は、一体となっている（ワンピース）ので、ホイール３は、機械的強さがより優れ、且つ機械的強さがより均一なものとなる。
また、十分な機械的強さを備えるので、ホイール３の各部体積を小さくすることにより、機械的強さを維持しつつ、軽量化を図ることができる。
【００９８】
例えば、ホイール３と、従来のＡ６０００系アルミニウム合金からなるＡ６０００系ホイールとが同じ機械的強さを有する場合、ホイール３が、Ａ６０００系アルミニウム合金からなるＡ６０００系ホイールよりも少なくとも１０％以上軽量化することができる。
また、ウエル部及びインナーリム部の平均肉厚が１．８〜２．５ｍｍであり、ハブ部の平均肉厚が３５〜６６ｍｍであり、ホイール３と、Ａ６０００系アルミニウム合金からなるＡ６０００系ホイールとが同じ機械的強さを有する場合、ホイール３が、Ａ６０００系アルミニウム合金からなるＡ６０００系ホイールよりも少なくとも１５％以上軽量化することができる。
【００９９】
図１０の（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係るホイールの製造方法により得られたホイールと、該ホイールと同じ機械的強さを有するＡ６０００系ホイールとの一例を示す図である。なお、図１０中、実線で描かれたＴ−０５７は、ホイール３を示し、２点鎖線で描かれた１９”ＲＧ−Ｒは、Ａ６０００系ホイールを示す。
図１０に示すように、ホイール３のウエル部、インナーリム部、ハブ部の平均肉厚を薄くすることにより、Ａ６０００系ホイールよりも約２０％軽量化している。
また、驚くべきことに上記軽量化されたホイールはＪＩＳ Ｄ ４１０３に基づく回転曲げ疲労試験において、負荷荷重３４５４Ｎ・ｍで規定値が１０万回のところ、軽量化したホイールは９３０万回を達成した。
【０１００】
ホイール３は、例えば、車両用、航空機用車輪等の用途に好適に用いられる。特に、車両用に用いると、自動車を軽量化できるので、走行時、ガソリン等による環境負荷を低減でき、低コスト化も可能である。
【０１０１】
［第２実施形態］
図１１は、本発明に係る鍛造ビレットの第２実施形態を示す斜視図である。
図１１に示す第２実施形態に係る鍛造ビレット１０ａは、多角柱、すなわち、ここでは六角柱状の本体部１からなる点で第１実施形態に係る鍛造ビレット１０と相違する。なお、ホイール及びホイールの製造方法等は上述したことと同様である。
【０１０２】
鍛造ビレット１０ａは、六角柱状であると、鍛造ビレットを加工する際に、的確に位置決めをすることができるので、金属結晶粒子の流れを一定にすることができる。
【０１０３】
図１２の（ａ）〜（ｄ）は、第２実施形態に係る鍛造ビレットの製造過程を示す上面図及び側面図である。
図１２の（ａ）に示すように、鍛造ビレット１０ａは、まず、軽金属合金を鋳造して円柱状の鋳造ビレット４とし、この鋳造ビレット４を六角柱の型を用いた閉塞鍛造により、軸方向Ｐ１に加圧圧縮して図１２の（ｂ）に示すプレ鍛造ビレット１２とする。
次いで、図１２の（ｃ）に示すように、得られたプレ鍛造ビレット１２を、側面を下にして立てる。そして、再びプレ鍛造ビレット１２を六角柱の型を用いた閉塞鍛造により、軸とは異なる方向Ｐ２、すなわち垂直方向から加圧圧縮して図１２の（ｄ）に示す鍛造ビレット１０ａとする。なお、このときプレ鍛造ビレット１２は、六角柱状であるので、プレ鍛造ビレット１２の一側面を下にして位置決めし易い。すなわち、加圧圧縮した方向とは異なる方向に加圧圧縮しやすい。
【０１０４】
このように、第２実施形態に係る鍛造ビレット１０ａの製造においては、出発材料である鍛造ビレット１０ａが、鋳造ビレット４を一方向に加圧圧縮してプレ鍛造ビレット１２とし、該プレ鍛造ビレット１２を加圧圧縮した方向とは異なる方向に更に加圧圧縮する履歴で得られるものであるので、ジュラルミンからなる鍛造ビレット１０ａの金属結晶粒子全体における結晶粒径の小さい組織の占める割合が大きくなる。すなわち、鋳造ビレットに対して加圧圧縮を施して得た鍛造ビレットは、金属組織が流れることにより、結晶粒径が小さくなる。これに加え、上記鍛造ビレット１０ａにおいては、異なる方向に複数回加圧圧縮するので、金属組織が異なる方向にも動くことになり、結晶粒径がより小さくなる。このため、機械的強さがより優れ、しかも、機械的強さがより均一なホイールを製造することができる。
【０１０５】
ここで、一方向に加圧圧縮した場合、中腹部分（いわゆる中央部分）の金属結晶粒子が微細化された領域（以下「微細領域」という。）と、上下両端部は金属結晶粒子の微粒子化がされにくい領域（以下「ＮＧ領域」という。）とが生じる。なお、中腹部分の微粒子化された領域には、鍛流線が生じる。
これに対し、上述したように、プレ鍛造ビレットを加圧圧縮した方向とは異なる方向に更に加圧圧縮することにより、ＮＧ領域の一部が更に微細化されるので、全体としてＮＧ領域を減らすことができる。
【０１０６】
図１３の（ａ）〜（ｅ）は、鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮した後、異なる方向に更に加圧圧縮した場合の効果を説明するための概略図である。
まず、図１３の（ａ）に示すように、鋳造ビレット４を加圧圧縮すると、中腹部分が微細領域Ａとなり、上下両端がＮＧ領域Ｂとなる。
そして、これの側面を下にして立てて、再び上方から加圧圧縮すると、図１３の（ｂ）に示すように、中腹部分が微細領域Ａとなり、図１３の（ａ）の微細領域Ａは残る。すなわち、四方向の角の部分がＮＧ領域Ｂとなる。
更に、これの側面を下にして立てて、再び上方から加圧圧縮すると、図１３の（ｃ）に示すように、中腹部分が微細領域Ａとなり、図１３の（ａ）及び図１３の（ｂ）の微細領域Ａは残る。すなわち、八方向の角の部分がＮＧ領域Ｂとなる。
更に、これの側面を下にして立てて、再び上方から加圧圧縮すると、図１３の（ｄ）に示すようになり、また更に、これの側面を下にして立てて、再び上方から加圧圧縮すると、図１３の（ｅ）に示すようになる。すなわち、異なる方向からの加圧圧縮を繰り返すことにより、ＮＧ領域Ｂを段階的に少なくすることができる。
このように、鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮した後、異なる方向に加圧圧縮すると、微細領域Ａの占める割合が増加し、これを繰り返すことにより段階的に微細領域Ａの占める割合が増えていく。この現象を利用して鍛造ビレットの有効利用領域を増やし、材料の歩留まりを大きく向上させることができる。実際では、少なくとも５回の加圧圧縮で９５％が微細領域Ａとなり、５％がＮＧ領域となる。
【０１０７】
［第３実施形態］
図１４の（ａ）〜（ｆ）は、第３実施形態に係る鍛造ビレットの製造過程を示す側面図である。
第３実施形態に係る鍛造ビレット１０ｂは、プレ鍛造ビレットが六角柱レンズ状や円錐台状を経由している点で第２実施形態に係る鍛造ビレット１０ａと相違する。なお、ホイール及びホイールの製造方法等は上述したことと同様である。
【０１０８】
図１４の（ａ）に示すように、上記鍛造ビレット１０ｂは、まず、円柱状の鋳造ビレット４を平押しの閉塞鍛造により、軸方向に加圧圧縮して円柱状のプレ鍛造ビレット１３ａとする。
【０１０９】
次に、図１４の（ｂ）に示すように、プレ鍛造ビレット１３ａを六角柱レンズ状の型を用いた閉塞鍛造により、軸方向に加圧圧縮してプレ鍛造ビレット１３ｂとする。かかるプレ鍛造ビレット１３ｂは、六角柱の上底及び下底が凸状であり、且つ中央が平坦となった六角柱レンズ状となっている。すなわち、六角柱の中心軸に直交する端面が、中央が平坦となった膨出曲面で形成されている。プレ鍛造ビレット１３ｃを六角柱レンズ状とすることにより、座屈による鍛造欠陥を防止でき、その結果、歩留まりを向上させることができる。また、プレ鍛造ビレット１３ｃの角に丸みを付与することにより、鍛造での皺（しわ）傷の発生を抑制できる。膨出面と六角柱側面の交わる稜線部分にも小さなＲ付けを行うことが好ましい。さらに、六角柱部分の側面の厚さが角の部分では薄く、角と角の間では徐々に厚くなっている。これにより、曲面の曲率半径を一定にして六角面に被せた場合、角の部分が接触したとき角と角との間に隙間が生じることを防止できる。
【０１１０】
次に、図１４の（ｃ）に示すように、得られたプレ鍛造ビレット１３ｂを、側面を下にして立てる。そして、再びプレ鍛造ビレット１３ｂを六角柱レンズ状の型を用いた閉塞鍛造により、軸とは異なる方向、すなわち垂直方向から加圧圧縮してプレ鍛造ビレット１３ｃとする。なお、このときプレ鍛造ビレット１３ｂは、六角柱レンズ状であるので、プレ鍛造ビレット１３ｂの一側面を下にして位置決めし易い。すなわち、加圧圧縮した方向とは異なる方向に加圧圧縮しやすい。
【０１１１】
次に、図１４の（ｄ）に示すように、得られたプレ鍛造ビレット１３ｃを、側面を下にして立てる。そして、プレ鍛造ビレット１３ｃを円錐台状の型を用いた閉塞鍛造により、軸とは異なる方向、すなわち垂直方向から加圧圧縮してプレ鍛造ビレット１３ｄとする。かかるプレ鍛造ビレット１３ｄは、周囲面（側面）がテーパー状となった円錐台状となる。
【０１１２】
次に、図１４の（ｅ）に示すように、得られたプレ鍛造ビレット１３ｄを、面積が広いほうの底面が下になるように反転させて下金型２０に配置する。このとき、プレ鍛造ビレット１３ｄは、下金型２０の内周面中腹に係止される。すなわち、底面の下方に空隙が生じる。そして、円錐台状の型を用いた閉塞鍛造により、軸と同じ方向から加圧圧縮することにより、外側部分が変形されたプレ鍛造ビレット１３ｅとする。かかるプレ鍛造ビレット１３ｅは、周囲面（側面）がテーパー状となった円錐台状となっている。なお、テーパー面の角をなくすことにより、鍛造時の皺の発生が抑制される。
【０１１３】
次に、図１４の（ｆ）に示すように、得られたプレ鍛造ビレット１３ｅを平押しの閉塞鍛造により、軸方向に加圧圧縮して円柱状の鍛造ビレット１０ｂとする。なお、円柱状の鍛造ビレット１０ｂとせずに、プレ鍛造ビレット１３ｅをそのまま鍛造ビレットとして用いてもよい。
【０１１４】
このように、第３実施形態に係る鍛造ビレット１０ｂの製造においては、上述したことと同様に、異なる方向に順次加圧圧縮する履歴で得られるので、鍛造ビレット１０ｂの金属結晶粒子全体における結晶粒径の小さい組織の占める割合が大きくなる（図１３の原理を参照）。
また、プレ鍛造ビレット１３ｄが円錐台状となるように加圧圧縮し、その後、反転させて再び加圧圧縮することにより、プレ鍛造ビレット１３ｄの外側部分Ｑが変形する。すなわち、外側部分Ｑの素材流動を積極的に行うことができる。これにより、得られる鍛造ビレット１０ｂは、ジュラルミンであっても、中央部分の結晶粒径とその他の部分の結晶粒径とが同程度となり、全体的に均質な結晶粒径微細化が可能となる。なお、プレ鍛造ビレットを経由した鍛造ビレットの疲労強さ試験を行い、繰り返し引張圧縮を試験周波数２０Ｈｚで行ったところ１×１０７サイクルで破断に至らなかった。
【０１１５】
［第４実施形態］
第４実施形態に係る鍛造ビレットは、鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮する工程と、加圧圧縮した方向とは異なる方向に加圧圧縮する工程とを、揺動鍛造を用いて同一工程で行う点で第２実施形態に係る鍛造ビレット１０ａと相違する。なお、ホイール及びホイールの製造方法等は上述したことと同様である。
【０１１６】
図１５は、第４実施形態に係る鍛造ビレットの製造過程を示す概略図である。
図１５に示すように、第４実施形態に係る鍛造ビレット１０ｃは、揺動鍛造を用いて製造される。なお、揺動鍛造は、局部的に加圧成型を行うものであり、据込み鍛造では一般プレス機の１／５〜１／１０の加圧力で鍛造成型できるという利点がある。
【０１１７】
揺動鍛造において、加圧する上金型４１は加圧面に円錐面を備えた円柱体である。一方、下金型４２は所定の直径を有する有底の穴部４２ａを構成する。該穴部４２ａに穴径より小さい直径の鋳造ビレット４を配置し、該鋳造ビレット４の上面中心に上金型４１の円錐面頂点を押当て、上金型４１の中心上方に伸びる駆動軸に加圧力を加えると共に才差運動を行わせる。揺動運動は円動作を行いながら上金型４１円錐面を順次鋳造ビレット４の上面に押し当てる動作を繰り返す。この動作により鋳造ビレット４の上面は金型の進む方向へ押圧されながら押出されると共に鋳造ビレット４の側面側へも押出され、この動作を繰り返すことで鋳造ビレットの高さは低くなり径は大きくなる。こうして、同一工程で異なる方向へ鋳造ビレット４の材料を押出すことにより、鍛造ビレット１０ｃが得られる。なお、このとき、下金型４２は閉塞鍛造としての役割を果たす。また、下金型４２の孔径を適宜設定して鍛造ビレットの鍛錬比が定められる。
【０１１８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【０１１９】
例えば、第１実施形態に係る鍛造ビレットにおいては、鋳造ビレットを軸方向に加圧圧縮して製造しているが、加圧圧縮は、軸方向に限定されるものではない。例えば、横方向であってもよい。すなわち、Ｈ１／Ｈ２（鍛錬比）は、Ｈ１が鋳造ビレットの加圧される方向（横方向）の長さを示し、Ｈ２が鍛造ビレットの加圧された方向（横方向）の長さを示すことになる。
【０１２０】
本実施形態に係るホイール３の製造方法においては、鍛造成形である押出し鍛造加工により、プレディスク部１４、プレアウターリム部７ｂ及びプレインナーリム部８ｂを成形し、その後、機械加工等によって、プレディスク部１４をディスク部６とし、プレアウターリム部７ｂをアウターリム部７とし、プレインナーリム部８ｂをインナーリム部８としているが、押出し鍛造加工により、直接、ディスク部６、アウターリム部７、インナーリム部８としてもよい。
【０１２１】
本実施形態に係るホイール３の製造方法においては、鍛造成形として押出し鍛造加工を行っているが、プレス加工であってもよい。
図１６は、他の実施形態に係る鍛造ビレットからホイールへの製造過程を示す概略図である。
図１６に示すように、他の実施形態に係る鍛造ビレットからホイールへの製造過程においても、鍛造成形工程と、熱処理工程と、仕上工程とを備える。なお、熱処理工程と仕上工程とは、上述した本実施形態に係るホイール３の製造方法と同様に行えばよい。
【０１２２】
鍛造成形工程は、第１プレス成形２１、第２プレス成形２２、第３プレス成形２３を備える。
第１プレス成形２１、第２プレス成形２２及び第３プレス成形２３の具体的な方法としては、自由鍛造、型鍛造、揺動鍛造、押出し鍛造、回転鍛造、閉塞鍛造が挙げられる。なお、型鍛造にはプレス鍛造、ハンマー鍛造が含まれる。また、鍛造ビレット１０を一定角度回転させ一部を加圧する操作を繰り返す部分鍛造も利用できる。
これらの中でも、第１プレス成形２１、第２プレス成形２２及び第３プレス成形２３は、いずれも閉塞鍛造であることが好ましい。この場合、機械的強さがより均一なホイール３を製造することが可能となる。
【０１２３】
また、このときの加工条件は、熱間鍛造、温間鍛造、冷間鍛造、等温鍛造のいずれであってもよい。これらの鍛造成形は、３００℃以上の温度、好ましくは３００〜５５０℃の温度、９．８×１０３ｋＮ〜８８．２×１０３ｋＮの圧力で施すことが好ましい。
【０１２４】
上述したような鍛造を施すことにより、鍛造ビレット１０が鍛造成形され、その後、冷却されることにより、プレホイール３ａが得られる。
加工後は、本実施形態に係るホイールの製造方法と同様に、熱処理と時効処理の熱処理工程と、旋削機械加工等の仕上工程を施すことにより、ホイールが得られる。
【０１２５】
なお、ホイールを製造する際の鍛造成形は、第１プレス成形２１、第２プレス成形２２及び第３プレス成形２３の３回を備えているが、鍛造成形の回数は、１回であってもよく、複数回であってもよい。
【０１２６】
本実施形態に係るホイール３の製造方法においては、半製品としてプレホイールを例示しているが、これに限定されず、中間製品も含まれる。なお、ホイール３は、完成品の例示である。
【０１２７】
本実施形態に係るホイール３において、スポーク部１１の形状はＹ字状となっているが、これに限定されるものではない。扇状、Ｘ字状、ディッシュ状であってもよい。
【０１２８】
上記ホイールにおいては、ホイール３の周縁に立設されたプレリム部５を設け、これをアウターリム部７、インナーリム部８に加工している。すなわち、上記ホイールにおいては、ディスク部６とプレリム部５とが一体化したものを用いているが、１ピースホイール以外の２ピースホイール又は３ピースホイールであってもよい。
２ピースホイール又は３ピースホイールの場合は、鍛造ビレット１０を用いてディスク部、アウターリム部又はインナーリム部を個別に鍛造成形し、これらを結合手段により一体化することになる。
結合手段としては、例えば、ボルトとナット、螺着、摩擦圧接、リベット締め又はカシメ部材を備えたハックボルト等が挙げられる。
【０１２９】
なお、２ピースホイール又は３ピースホイールの場合は、ジュラルミンからなる鍛造ビレット１０を用いてディスク部、アウターリム部又はインナーリム部を鍛造成形し、該鍛造成形しないその他の部分をジュラルミン以外のアルミニウム合金（例えば、Ａ６０００系）で鋳造又は鍛造成形し、これらを結合手段により一体化してもよい。
【０１３０】
２ピースホイール、３ピースホイールの場合、例えば、プレインナーリム部を別途製造することになるので鍛造手段における圧力を軽減することができる。また、この場合は、ディスク部のみかディスク部及びアウターリム部を鍛造成形することになるので鍛造後の平均高さが小さくなる。このため、鍛錬比を大きくできるという利点もある。
【０１３１】
具体的には、以下の製造方法が挙げられる。
（ａ）ジュラルミンからなる鍛造ビレット１０を用いてディスク部を単体で成形し、ジュラルミンからなる鍛造ビレット１０又はＡ６０００系からなる鋳造ビレットを用いてアウターリム部とインナーリム部を一体に形成したリム部を単体で成形して、これらのそれぞれに円環状の取着座を設けておき複数のボルトとナットで結合する。
（ｂ）ジュラルミンからなる鍛造ビレット１０を用いてディスク部を単体で成形し、ジュラルミンからなる鍛造ビレット１０又はＡ６０００系からなる鋳造ビレットを用いてアウターリム部とインナーリム部を成形し、上記と同じ要領で一体化する。
（ｃ）ジュラルミンからなる鍛造ビレット１０を用いてディスク部を作るときアウターリム部を一体に成形し、ジュラルミンからなる鍛造ビレット１０又はＡ６０００系からなる鋳造ビレットを用いてインナーリム部を成形し、これらを複数のボルトとナットで結合する。
（ｄ）ジュラルミンからなる鍛造ビレット１０を用いてディスク部を作るときインナーリム部を一体に成形し、ジュラルミンからなる鍛造ビレット１０又はＡ６０００系からなる鋳造ビレットを用いてアウターリム部を成形し、これらを複数のボルトとナットで結合する。
（ｅ）ジュラルミンからなる鍛造ビレット１０を用いてディスク部を作るときアウターリム部とインナーリム部とをプレリム部として一体に成形する。
【０１３２】
第２実施形態に係る鍛造ビレットにおいては、鋳造ビレットを加圧圧縮して、六角柱状のプレ鍛造ビレットとした後、横方向から加圧圧縮して、最終の六角柱状の鍛造ビレットとしているが、鋳造ビレットを加圧圧縮して、六角柱状にしたものを最終の鍛造ビレットとして用いてもよい。
また、鍛造ビレット及びプレ鍛造ビレットは、六角柱状、八角柱状、十二角柱状等の角の多い多角柱状としてもよい。
【０１３３】
第２実施形態に係る鍛造ビレットにおいて、鋳造ビレットを加圧圧縮してプレ鍛造ビレットとし、該プレ鍛造ビレットを加圧圧縮した方向とは異なる垂直方向に更に加圧圧縮しているが、加圧圧縮の回数は、２回に限定されず、３回以上行ってもよい。
同様に、第３実施形態に係る鍛造ビレットにおいて、平押し鍛造したプレ鍛造ビレットを異なる垂直方向から２回加圧圧縮しているが、３回以上行ってもよく、六角錐台状のプレ鍛造ビレットを反転させて加圧圧縮することも複数回行ってもよい。
また、六角柱レンズ状のプレ鍛造ビレットは、円柱レンズ状を含む多角柱レンズ状であってもよく、円錐台状のプレ鍛造ビレットは、六角錐台状を含む多角錐台状であってもよい。すなわち、形状には限定されず、鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮してプレ鍛造ビレットとし、該プレ鍛造ビレットを加圧圧縮した方向とは異なる方向に更に加圧圧縮し、外側部分を変形させるために更に加圧圧縮して得られればよい。
さらに、円柱状鋳造ビレットを一方向に加圧するときに加圧面が凸状の曲面又は凹状の曲面で形成され、これを交互に複数回繰り返すことで材料を中央から円周方向へ、又は円周部から中央へ移動させることで結晶粒径を微細化してもよい。
【実施例】
【０１３４】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【０１３５】
（実施例１）
軽金属合金としてジュラルミンを準備した。これを溶融して溶融原料とした。アルゴンガス雰囲気下、連続鋳造法により、鋳造機に流し込み、加熱し、その後、冷却して、直径２０４ｍｍ、高さ２１９ｍｍ、重量２０ｋｇの円柱状の鋳造ビレット（規格番号：Ａ２０１７（Ａ２０００系））を得た。
【０１３６】
得られた鋳造ビレットに対して、閉塞鍛造により図１４に示す六角・円錐工程による加圧圧縮を施した。すなわち、図１４の（ａ）に示すようにプレス機に鋳造ビレットを載置し、金型温度３６４℃〜３９１℃、ワーク温度４５９℃〜４８５℃の温度条件下、３４．３×１０３ｋＮの圧力で熱間平押し鍛造を施した。
次いで、図１４の（ｂ）及び（ｃ）に示すように上下面に膨らみを有する六角柱レンズ状にワークを鍛造成形し、図１４の（ｄ）に示すように円錐台状にワークを鍛造成形した。このときの金型温度は３８３℃〜３９９℃、ワーク温度は４１７℃〜４６４℃であった。
更に、図１４の（ｅ）及び（ｆ）に示すようにワークを円錐台状に鍛造成形しワークの外側部分の材料を積極的に変形させワーク全体の結晶粒径を均一化させた。この工程の金型温度は３７０℃〜３９５℃、ワーク温度は４１０℃〜４６２℃であり、この間の加圧力は３９．２×１０３ｋＮであった。ファンで冷却することにより、高さ５４ｍｍの円柱状の鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は４であった。
【０１３７】
次に、得られた鍛造ビレットに対し、図５の（ａ）及び（ｂ）に示す方法に基づき、金型温度３８７℃〜３９９℃、ワーク温度４２２℃〜４９８℃、加圧力４９×１０３ｋＮの温度加圧条件下、前方押出し鍛造加工を施し、更に、図６の（ａ）及び（ｂ）に示す工程ではワークを反転させて金型に載置し、金型温度３８８℃〜３９９℃、ワーク温度３９２℃〜４７０℃、加圧力７８．４×１０３ｋＮの条件下で後方押出し鍛造を行った。
更に、図７の（ａ）及び（ｂ）に示す方法に基づき、インナーリム端部を拡開するフレアリング加工を行った。このときの金型温度は３８６℃〜３９９℃、ワーク温度は４４８℃〜４９５℃、加圧力は２．９４×１０３ｋＮであった。かくしてワークをプレホイールとして完成させた。
【０１３８】
得られたプレホイールに対し、Ｔ６条件で熱処理を施し、旋盤又はマシニングセンターを含むフライス盤による鍛造しろを除去する機械加工によって、図９の（ａ）に示す形状のホイール（フランジ径１９インチ）を得た。
【０１３９】
（実施例２）
実施例１のアルミニウム合金Ａ２０１７に代えてＡ２０１４を用いた。鋳造ビレットのサイズは同じにして鍛造ビレットの鍛造成形工程を次の様に行った。図１４の（ａ）に示すようにプレス機にＡ２０１４鋳造ビレットを載置し、金型温度３５１℃〜３８２℃、ワーク温度４０１℃〜４７８℃の温度条件下、１９．６×１０３ｋＮの圧力で熱間平押し鍛造を施した。
次いで、図１４の（ｂ）及び（ｃ）に示すように上下面に膨らみを有する六角柱レンズ状にワークを鍛造成形し、図１４の（ｄ）に示すように円錐台状にワークを鍛造成形した。このときの金型温度は３５１℃〜３９９℃、ワーク温度は４０７℃〜４７３℃、加圧力２９．４×１０３ｋＮであった。実施例２では図１４の（ｄ）の工程で円柱状に平押し鍛造を行った。金型温度３５８℃〜３９８℃、加圧力２９．４×１０３ｋＮで行い鍛造ビレットとした。高さは５４ｍｍであった。鍛造ビレットをプレホイールに鍛造成形する工程は図１６に示す鍛造工程を用いて、スピニング加工は図８に示す方法で行いホイール（フランジ径１９インチ）を完成させた。
【０１４０】
（実施例３）
実施例２のアルミニウム合金Ａ２０１４に代えてＡ７Ｎ０１（鋳造ビレット）用いた。図１４の（ａ）に示すようにプレス機にＡ７０１鋳造ビレットを載置し、金型温度３５３℃〜３９８℃、ワーク温度４０４℃〜４４４℃の温度条件下、１９．６×１０３ｋＮの圧力で熱間平押し鍛造を施した。
次いで、図１４の（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）に示すように上下面に膨らみを有する六角柱レンズ状にワークを鍛造成形した。このときの金型温度は３５１℃〜３９１℃、ワーク温度は４０２℃〜４５１℃、加圧力２９．４×１０３ｋＮであった。実施例３では図１４の（ｄ）の工程で円柱状に平押し鍛造を行った。金型温度３５４℃〜３８９℃、ワーク温度４０７℃〜４３９℃、加圧力２９．４×１０３ｋＮで行い鍛造ビレットとした。高さは５４ｍｍであった。鍛造ビレットをプレホイールに鍛造成形する工程及びスピニング工程は実施例２と同様に行いホイール（フランジ径１９インチ）を完成させた。
【０１４１】
（比較例１）
Ａ２０１７の鍛造ビレットを用いる代わりに、Ａ６１５１（Ａ６０００系）の鋳造ビレットを用いたこと以外は実施例１と同様にして、ホイールを得た。
【０１４２】
［評価１］
実施例１〜３及び比較例１で得られたホイールのスポーク部、インナーリム部、インナーフランジ部、アウターフランジ部、ハブ部に対して、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて引張り強さを測定した。得られた値を表１に示す。
【０１４３】
［評価２］
実施例１〜３及び比較例１で得られたホイールのスポーク部、インナーリム部、インナーフランジ部、アウターフランジ部、ハブ部に対して、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて０．２％耐力を測定した。得られた値を表１に示す。
【０１４４】
［評価３］
実施例１〜３及び比較例１で得られたホイールのスポーク部、インナーリム部、インナーフランジ部、アウターフランジ部、ハブ部に対して、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて伸びを測定した。得られた値を表１に示す。
【０１４５】
［評価４］
実施例１〜３及び比較例１で得られたホイールのスポーク部、インナーリム部、インナーフランジ部、アウターフランジ部、ハブ部に対して、ＪＩＳ−Ｚ２２４３に準じてブリネル硬度を測定した。得られた値を表１に示す。
【０１４６】
［評価５］
実施例１〜３及び比較例１で得られたホイールのスポーク部、インナーリム部、インナーフランジ部、アウターフランジ部、ハブ部に対して、ＪＩＳ−Ｚ２２４２に準じてシャルピー衝撃値を測定した。得られた値を表１に示す。なお、表１中「−」は測定していないことを意味する。
【０１４７】
〔表１〕
2013078770.tif 000003
【０１４８】
表１の結果より、実施例１〜３で得られたホイールは、比較例１で得られたホイールと比較して、全体的に引張り強さ及びシャルピー衝撃値が極めて優れるものであった。したがって、本発明のホイールは、機械的強度が優れると共に、軽量化することも可能であることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【０１４９】
本発明の鍛造ビレットによれば、機械的強さが優れ、且つ機械的強さが均一なホイールを製造することができる。得られるホイールは、車両用、航空機用車輪等の用途に好適に用いられる。特に、車両用に用いると、自動車を軽量化できるので、ガソリン等による環境負荷を低減でき、低コスト化も可能となる。更に重要なことは、車両等においては走行時に何らかの理由でリム或いはディスク部に亀裂が生じたときに、本発明の鍛造ビレットを用いた鍛造ホイールはシャルピー衝撃値及び伸びがきわめて高いことから、亀裂が一気に大きくならず、例えばタイヤ空気圧が徐々に減少して操縦者が異常に気づくから大きな事故につながらない等、より安全なホイールを提供できる。
【符号の説明】
【０１５０】
１・・・本体部
３・・・ホイール
３ａ・・・プレホイール
３ｂ・・・第１プレホイール（プレホイール）
３ｃ・・・第２プレホイール（プレホイール）
３ｄ・・・第３プレホイール（プレホイール）
４・・・鋳造ビレット
５・・・プレリム部
６・・・ディスク部
６ａ・・・ハブ部
６ｂ・・・ボルト挿通穴
７・・・アウターリム部
７ａ・・・アウターフランジ部
７ｂ・・・プレアウターリム部
８・・・インナーリム部
８ａ・・・インナーフランジ部
８ｂ・・・プレインナーリム部
９・・・空部
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ・・・鍛造ビレット
１１・・・スポーク部
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ・・・プレ鍛造ビレット
１４・・・プレディスク部
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ・・・プレ鍛造ビレット
１６，１８，２５，４１・・・上金型
１７，１９，２０，２６，４２・・・下金型
１７ａ，１９ａ，２６ａ・・・ノックアウト部
２１・・・第１プレス成形
２２・・・第２プレス成形
２３・・・第３プレス成形
３１・・・第１スピニング装置
３１ａ・・・内側金型
３１ｂ・・・外側金型
３５・・・圧延ローラー
３２・・・第２スピニング装置
３２ａ・・・内側金型
３２ｂ・・・外側金型
３８ａ，３８ｂ・・・空隙
４２ａ・・・穴部
５１，５２，５３，５４・・・金型
５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａ・・・筒状穴
Ａ・・・微細領域
Ｂ・・・ＮＧ領域
Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３・・・高さ
Ｐ・・・拘束力
Ｐ１，Ｐ２・・・方向
Ｑ・・・外側部分
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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