(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
５０００系アルミニウム合金よりなる板材を円筒形に加工する一方、該円筒形への加工に際して突き合わされる該板材の両端部の突合せ部を摩擦撹拌接合して、該突合せ部に沿って接合部を形成することにより、所定の管体を成形した後、かかる管体を加工して、目的とする車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムを製造するにあたり、
前記摩擦撹拌接合により形成された管体を、前記５０００系アルミニウム合金の再結晶温度以上の温度で加熱処理すると共に、かかる加熱処理が、前記管体の全体を、１５０〜３００℃／ｈの昇温速度で加熱することにより、実施されることを特徴とする車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムの製造方法。
【請求項２】
前記加熱処理が、前記管体を３００〜５５０℃に加熱することにより、実施される請求項１に記載の車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムの製造方法。
【請求項３】
前記板材の両端部の突合せ部が平坦化された状態において摩擦撹拌接合せしめることにより、前記管体が形成された後、その平坦な接合突合せ部に対する矯正加工が実施され、その際、かかる管体の横断面における該矯正加工後の前記接合突合せ部の周方向長さ：ａと該矯正加工前の接合突合せ部の周方向長さ：ｂとの差：ａ−ｂと、該矯正加工前の接合突合せ部の周方向長さ：ｂとの比の値にて表される加工度：（ａ−ｂ）／ｂが０．１以下となるようにして、該矯正加工が実施され、その後、前記加熱処理が実施される請求項１又は請求項２に記載の車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムの製造方法に係り、特に、円筒形に加工されたアルミニウム合金板材の両端突合せ部を摩擦撹拌接合してなる管体を用いて得られる車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムを有利に製造する方法に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
従来から、二輪乃至四輪自動車や軌道車両、起重機、自転車等の車両用ホイールの一種として、アルミニウム合金製のリムを有し、このリムに対してディスクやスポーク等が一体的に設けられてなるホイールが、知られている。このアルミニウム合金製リムは、軽量性や成形性に優れているところから、かかるリムを有する車両用ホイールが、特に、自動車用やバイク用、自転車用のホイールとして、好適に使用されているのである。
【０００３】
ところで、このような車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムは、一般に、先ず、優れた強度を有する５０００系アルミニウム合金よりなる板材を円筒状にロール加工して、その周方向において突き合わされる突合せ部を、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接、フラッシュバット溶接、或いはＤＣバット溶接等にて溶接し、一体化することにより管体を得、そして、この管体を目的とする形状に成形加工することによって、製造されているのであるが、この従来のアルミニウム合金製リムの製造手法を採用する場合、リムを与えるアルミニウム合金板材の突合せ部の接合が、材料を溶融せしめることからなる溶融溶接となるところから、かかる突合せ部の溶接後に、溶接部に多量に生ずるバリを除去するための余分な作業を行なわなければならず、また、場合によっては、溶接部にブローホールや酸化物巻き込み等の溶接特有の接合不良が発生する恐れさえもあったのである。
【０００４】
一方、近年では、材料を加熱溶融させずに固相状態のままで接合せしめる固相接合の一種たる摩擦撹拌接合が注目され、自動車用ホイールのリムを与えるアルミニウム合金板材の接合に、適用され始めてきている。
【０００５】
すなわち、この摩擦撹拌接合方式を利用したアルミニウム合金製リムの製造方法では、一般に、先ず、円筒状にロール加工された５０００系アルミニウム合金の板材の突合せ部に対して、ロッド状の回転冶具に先端に同心的に設けたピンを、かかる回転冶具と共に一体的に回転させつつ差し込み、相対的に移動させることにより、摩擦熱を発生せしめて、その摩擦熱にて、突合せ部を塑性加工可能な状態と為し、更にピンの高速回転による撹拌作用にて、突合せ部の組織を入り交わらせ、以て、それらの突合せ部を溶融せしめることなく接合せしめて、所定の管体を形成し、次いで、この管体に対して、接合部を円弧状に矯正する矯正加工を行ない、更に必要に応じて、かかる管体を所定の形状に成形加工することによって、目的とするリムを得るのである。
【０００６】
このような車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムの製造手法によれば、リムを与えるアルミニウム合金板材の突合せ部の接合の際に、突合せ部が何等溶融せしめられることがないため、かかる突合せ部を溶融溶接する場合とは異なって、バリや溶接特有の接合不良の発生が解消され、しかも入熱が少なく、接合部の強度低下や歪みが有利に抑制され得るのであり、その結果として、優れた接合品質と強度を有するリムが、高度な生産効率をもって、有利に製造され得ることとなるのである。
【０００７】
ところが、かくの如き製造手法に従って製造されたアルミニウム合金製リムにあっては、耐食性や耐摩耗性を付与すること等を目的とした陽極酸化処理を行なって、表面に陽極酸化被膜を形成すると、摩擦撹拌接合にて形成された接合部と、かかる接合部以外の母材部との間で色調差が現れることあり、そうなった場合には、その色調差によって著しい外観不良が生ずるといった、商品価値の低下に直結する重大な問題が惹起されることとなるのである。
【０００８】
【解決課題】
ここにおいて、本発明は、上述せる如き事情を背景にして為されたものであって、その第一の解決課題とするところは、５０００系アルミニウム合金板材の使用と摩擦撹拌接合による接合方式の採用とによって、優れた接合品質と強度、更には高度な生産性が付与された車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムにおいて、陽極酸化被膜の形成に伴う接合部と母材部との間での色調差による外観不良の発生が効果的に解消乃至は抑制され得るようにした新規な構造を提供することにある。また、本発明にあっては、そのような優れた特徴を有する車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムを有利に製造可能な手法を提供することを、その第二の解決課題とするものである。
【０００９】
【解決手段】
而して、本発明者等が、前記二つの課題を解決するために、円筒状にロール加工された５０００系アルミニウム合金の板材の突合せ部を摩擦撹拌接合して得られるリムのうち、陽極酸化被膜の形成により、接合部と母材部との間で色調差が生じたものについて、様々な面から検討を加えたところ、そのようなリムでは、接合部における結晶粒の最大長さの平均値が極端に小さく、母材部における結晶粒の最大長さの平均値との間で大きな開きがあることが判明したのであり、それは、摩擦撹拌接合時に生ずる摩擦熱により、接合部が微細再結晶組織となって、かかる接合部の結晶組織と母材部の結晶組織との間で顕著な差異が生じたことに起因するものであると、推察したのである。
【００１０】
そして、そのような推察に基づいて、本発明者が更に鋭意研究を重ねた結果、リムの接合部と母材部のそれぞれにおける結晶粒の最大長さの平均値を特定の範囲内の値に制御して、それらのバラツキを抑えることによって、陽極酸化被膜の形成に伴う接合部と母材部との間の色調差の発生を有利に解消し得ることを突き止めたのであり、更に、そのような結晶粒の最大長さの平均値を特定の範囲内の値に制御するには、接合部と母材部とを、共に所定の温度以上で加熱することが有効であることを、見出したのである。
【００１１】
すなわち、本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものであって、その要旨とするところは、５０００系アルミニウム合金よりなる板材を円筒形に加工して、周方向において突き合わされる該板材の両端部の突合せ部を摩擦撹拌接合することにより、該突合せ部に沿って延びる接合部を形成してなる管体を用いて得られる車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムにおいて、前記接合部と該接合部以外の母材部のそれぞれにおける結晶粒の最大長さの平均値が、１０〜３００μｍであり、且つ前者の平均値と後者の平均値との比が、１０：１〜１：１０の範囲内にあることを特徴とする車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムにあるのである。
【００１２】
要するに、この本発明に従う車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムにあっては、リムが、円筒形に加工された、高強度の５０００系アルミニウム合金板材の突合せ部を摩擦撹拌接合して得られる管体を用いて形成されているところから、突合せ部を溶融溶接する接合方式とは異なって、突合せ部を何等溶融させることなく接合せしめる摩擦撹拌接合方式を採用することによって得られる優れた特徴、つまり、優れた接合品質と強度、更には高度な生産性が、効果的に確保され得るのである。
【００１３】
そして、本発明に係る車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムにおいては、特に、リムにおける接合部の結晶粒の最大長さの平均値と母材部の結晶粒の最大長さの平均値とが、１０〜３００μｍの範囲の値とされ、且つ前者の平均値と後者の平均値との比が１０：１〜１：１０の範囲内とされていることによって、接合部における結晶粒の最大長さの平均値が十分に大きくされると共に、接合部と母材部のそれぞれにおける結晶粒の最大長さの平均値のバラツキが、効果的に小さく為され得て、それら接合部と母材部とが、同様な結晶粒径を有する結晶組織として構成され得るのである。
【００１４】
しかも、そのような本発明に係るアルミニウム合金製リムでは、接合部の結晶粒の最大長さの平均値と母材部の結晶粒の最大長さの平均値の上限値が３００μｍとされて、接合部と母材部、つまりリム全体の結晶粒が必要以上に粗大化することがないようになっているため、摩擦撹拌接合により形成された管体を目的とする形状に成形加工する際等に、肌荒れが生ずるようなことも、未然に防止され得るのである。
【００１５】
従って、かくの如き本発明に従う車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムにあっては、リムが、優れた接合品質と強度、更には高度な生産性をもって構成され得るばかりでなく、陽極酸化被膜の形成に伴って生ずる接合部と母材部との間での色調差や、肌荒れ等による外観不良の発生が、効果的に解消乃至は抑制され得るのであり、その結果として、商品価値が、確実に且つ飛躍的に高められ得ることとなるのである。
【００１６】
そして、本発明にあっては、第二の技術的課題の解決のために、５０００系アルミニウム合金よりなる板材を円筒形に加工する一方、該円筒形への加工に際して突き合わされる該板材の両端部の突合せ部を摩擦撹拌接合して、該突合せ部に沿って接合部を形成することにより、所定の管体を成形した後、かかる管体を加工して、目的とする車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムを製造するにあたり、前記摩擦撹拌接合により形成された管体を、前記５０００系アルミニウム合金の再結晶温度以上の温度で加熱処理すると共に、かかる加熱処理が、前記管体の全体を、１５０〜３００℃／ｈの昇温速度で加熱することにより、実施されることを特徴とする車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムの製造方法をも、その要旨とするものである。
【００１７】
すなわち、この本発明に従う車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムの製造方法では、高強度の５０００系アルミニウム合金板材を円筒形に加工する一方、その両端の突合せ部を摩擦撹拌接合してなる管体から、目的とするリムが形成されるようになっているため、リムが、優れた接合品質と強度、更には高度な生産性をもって、有利に製造され得るのである。
【００１８】
しかも、本発明に係る車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムの製造方法にあっては、摩擦撹拌接合によって形成された管体が、５０００系アルミニウム合金の再結晶温度以上の温度で加熱処理されるようになっているところから、摩擦撹拌接合時において何等加熱されることのなかった母材部も、摩擦撹拌接合により再結晶化された接合部と同様な再結晶組織と為され得るのであり、また、それら接合部と母材部のそれぞれにおける再結晶組織の結晶粒の最大長さの平均値が、摩擦撹拌接合時に再結晶組織とされた接合部の結晶粒の最大長さの平均値、換言すれば、母材部と共に加熱処理される前の接合部の結晶粒の最大長さの平均値よりも、効果的に増大せしめられ得るのである。そして、その結果として、かかる加熱処理後における接合部の結晶粒の最大長さの平均値と母材部の結晶粒の最大長さの平均値とを、１０〜３００μｍの範囲の値と為し、且つ前者の平均値と後者の平均値との比を１０：１〜１：１０の範囲内と為すことが可能となるのである。
【００１９】
従って、このような本発明に従う車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムの製造方法によれば、優れた接合品質と強度を有し、しかも陽極酸化被膜の形成に伴って生ずる接合部と母材部との間での色調差や、肌荒れ等による外観不良のない、商品価値の高いアルミニウム合金製リムが、高度な生産性をもって、極めて有利に製造され得ることとなるのである。
【００２０】
なお、このような本発明に従う車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムの製造方法の好ましい態様の一つによれば、前記加熱処理が、前記管体を３００〜５５０℃に加熱することにより、実施される。
【００２１】
かかる構成を採用すれば、加熱処理された管体において、入熱の増大による歪みの発生や溶融の恐れが有利に防止され得ると共に、接合部と母材部との間での再結晶組織の均一化が有効に図られ得て、優れた寸法精度と、陽極酸化被膜の形成に伴う接合部と母材部との間での色調差の発生のない良好な外観とが、より高いレベルで確保され得るのであり、その結果として、更に高い商品価値を有する車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムが、より一層有利に製造され得ることとなるのである。
【００２２】
また、本発明に従う車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムの製造方法によれば、前記加熱処理が、前記管体の全体を、１５０〜３００℃／ｈの昇温速度で加熱することにより、実施される。
【００２３】
かかる構成を採用すれば、加熱処理に要される時間を必要以上に長引かせることなく、接合部と母材部のそれぞれにおける結晶粒の粗大化を有利に阻止することが出来、それによって、目的とするリムを、より優れた外観をもって、更に効率的に製造することが可能となるのである。
【００２４】
さらに、本発明に従う車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムの製造方法の望ましい他の態様の一つによれば、前記板材の両端部の突合せ部が平坦化された状態において摩擦撹拌接合せしめることにより、前記管体が形成された後、その平坦な接合突合せ部に対する矯正加工が実施され、その際、かかる管体の横断面における該矯正加工後の前記接合突合せ部の周方向長さ：ａと該矯正加工前の接合突合せ部の周方向長さ：ｂとの差：ａ−ｂと、該矯正加工前の接合突合せ部の周方向長さ：ｂとの比の値にて表される加工度：（ａ−ｂ）／ｂが０．１以下となるようにして、該矯正加工が実施され、その後、前記加熱処理が実施されることとなる。
【００２５】
このような構成を有する製造手法によれば、接合突合せ部における凹みの発生等を防止するために、突合せ部を平坦化した状態で摩擦撹拌接合した後、その接合突合せ部を円弧状に矯正加工する接合方式が採用される場合にも、かかる矯正加工後に実施される管体に対する加熱処理時において、接合突合せ部と母材部のそれぞれの結晶粒が極端に粗大化せしめられるようなことが効果的に防止され得、それによって、肌荒れ等のない、より優れた外観を有するアルミニウム合金製リムを、有利に製造することが可能となるのである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明に係る車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムとその製造方法の構成について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。
【００２７】
先ず、図１には、本発明に係る製造手法に従って製造された車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムの一例としての自動車用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムが、その半截断面形態において、概略的に示されている。かかる図１から明らかなように、本実施形態のアルミニウム合金製リム１０は、略円筒形状を呈しており、その一方の開口部を閉塞するように、略円盤状のディスク１２（図１において仮想線で示す）が、内孔内に嵌挿された状態で接合され、一体化せしめられることによって、所定の自動車用ホイールを与え得るようになっている。
【００２８】
また、このリム１０は、優れた強度を有する５０００系アルミニウム合金よりなる板材を円筒形に曲げ加工した状態下で、その周方向において突き合わされる突合せ部を摩擦撹拌接合し、一体化することにより形成された管体にて構成されている。
【００２９】
すなわち、リム１０にあっては、図１に破線で示される如き、前記アルミニウム合金板材を周方向において突き合わた突合せ部１４に対して、ロッド状の回転冶具の先端に同心的に設けたピンを、かかる回転冶具と共に一体的に回転させつつ差し込み、相対的に移動させることにより、突合せ部１４とその両側部位とにおいて生ずる摩擦熱にて、それらの部位が塑性加工可能な状態とされ、更に、ピンの高速回転による撹拌作用にて、突合せ部１４の両側部位の組織が入り交わらされて、かかる両側部位が溶融せしめることなく接合せしめられて成っており（図３参照）、それによって、ピンの高速回転によって可塑化状態で撹拌された突合せ部１４の両側部位（図１において２本の仮想線で囲まれた領域）が、かかる突合せ部１４に沿って延びる、帯状形態を呈する接合突合せ部（以下、単に接合部という）１６とされる一方、この接合部１６を除いた残り部分の全部が、母材部１８とされているのである。
【００３０】
そして、本実施形態では、特に、そのようなリム１０における接合部１６の結晶粒の最大長さの平均値と母材部１８の結晶粒の最大長さの平均値とが、１０〜３００μｍの範囲内の値とされ、且つ前者の平均値と後者の平均値との比が１０：１〜１：１０の範囲内の値とされているのである。
【００３１】
何故なら、後述する如く、リム１０は、円筒形に曲げ加工された５０００系アルミニウム合金の板材の突合せ部が摩擦撹拌接合されてなる管体に対して加熱処理を施した後、該管体を目的とする形状に、転造加工等により成形加工した上で、陽極酸化処理して、表面に陽極酸化被膜を形成することにより、形成されるのであるが、このようなリム１０において、接合部１６と母材部１８のそれぞれにおける結晶粒の最大長さの平均値が１０μｍ未満である場合には、それらの結晶粒が小さ過ぎるために、陽極酸化被膜の形成に伴って、接合部１６と母材部１８との間で明らかな色調差が発生してしまい、また、かかる平均値が３００μｍを越える場合には、今度は、接合部１６と母材部１８のそれぞれの結晶粒が過剰に粗大なものとなって、転造加工等の成形加工により目的とする形状に成形した際に肌荒れが生ずることとなるからである。更に、接合部１６の結晶粒の最大長さの平均値と母材部１８の結晶粒の最大長さの平均値の比が１０：１〜１：１０の範囲外の値とされていると、例え、接合部１６と母材部１８のそれぞれにおける結晶粒の最大長さの平均値が、上述の如き１０〜３００μｍの範囲内の値とされていても、それら接合部１６の結晶粒径と母材部１８の結晶粒径の間でのバラツキの幅が大き過ぎるため、陽極酸化被膜の形成に伴う接合部１６と母材部１８との間での色調差の発生を抑えることが困難となるからである。従って、ここでは、リム１０に対して、肌荒れや接合部１６と母材部１８との間での色調差のない、優れた外観を付与する上で、接合部１６と母材部１８のそれぞれにおける結晶粒の最大長さの平均値と、それらの平均値の比とが、前述の如き範囲内の値とされている必要があるのである。
【００３２】
ところで、このような構造を有する自動車用ホイールにおけるアルミニウム合金製リム１０を製造する際には、例えば、以下に示す如き手順に従って、その作業が進められることとなる。
【００３３】
すなわち、先ず、図２に示される如く、目的とするリム１０を与える大きさの５０００系アルミニウム合金よりなる帯状の板材２０を、ロール加工（ロールフォーミング）等の公知の手法により、突き合わされる両端部の所定幅部分を残して、円筒形に曲げて、周方向において両端部が突き合わされてなる形態の円筒状成形体２２を形成する。かくして、この円筒状成形体２２にあっては、アルミニウム合金板材２０の周方向において突き合わされる両端部の突合せ部１４が、円筒状成形体２２の軸方向延びる形態となっているのであり、また、周方向において突き合わされるアルミニウム合金板材２０の両端部が、突合せ部１４を間にして、その両側に、それぞれ所定幅において平坦部位が存在せしめられて、それぞれ、平坦部２４，２４とされてなる形態を呈しているのである。
【００３４】
なお、このような突合せ部１４の両側の平坦部２４，２４の形成には、公知の手法が適宜に採用され、また平坦化工程も、円形加工工程と同時に行なわれる他、円形加工工程の後に行なう等の手法を採用することが可能であるが、このような平坦部２４，２４を形成することなく、アルミニウム合金板材２０の全体を円筒形に加工して、円筒状成形体２２を形成し、そして、かかる円筒状成形体２２の両端突合せ部１４を摩擦撹拌接合しても、何等差し支えない。
【００３５】
次ぎに、図３に示される如く、平坦部２４，２４が両側に設けられた円筒状成形体２２の突合せ部１４を摩擦撹拌接合して、リム１０の中間成形体たる管体２６を形成する。なお、この管体２６の形成工程では、突合せ部１４の摩擦撹拌接合が、公知の手法に基づいて、実施される。
【００３６】
すなわち、ロッド状の回転冶具２８の先端に同心的に設けたピン３０を、かかる回転冶具２８と共に、その軸心回りに一体回転させつつ、円筒状成形体２２の突合せ部１４に差し込み、更に回転冶具２８の下部が平坦部２４，２４の表面（外面）に当接するまで差し込むことにより、それら突合せ部１４及び平坦部２４，２４と、ピン３０及び回転冶具２８の下部との接触面において摩擦熱を発生させて、その周囲を可塑化せしめると共に、ピン３０の高速回転に伴う撹拌作用にて、突合せ部１４の両側の平坦部２４，２４の組織を互いに入り交じり合わせ、更に、かかるピン３０及び回転冶具２８を突合せ部１４に沿って相対的に移動せしめることにより、組織が入り交じり合わされた各平坦部２４，２４にて、平坦な接合部１６を、突合せ部１４に沿って延びるように形成し、以て、円筒状成形体２２を、その突合せ部１４において一体的に接合するのである。このとき、平坦部２４，２４同士を突き合わせて、摩擦撹拌接合されるため、その接合時に、回転冶具２８のピン３０にて撹拌される円筒状成形体２２の肉部の逃げが、回転冶具２８の肩部にて抑制され得て、健全な接合部１６が形成されることとなる。また、そのような接合時において、接合部１６が、摩擦熱により再結晶化されることとなるのである。
【００３７】
なお、図示されてはいないものの、かくの如き摩擦撹拌接合を実施する際には、形成される平坦な接合部１６での凹凸の発生が未然に防止され得るように、円筒状成形体２２における各平坦部２４，２４の裏側に所定の鋼製裏当て冶具が配置され、また、円筒状成形体２２の各平坦部２４，２４を除いた円弧状部分（リム１０の母材部１８を与える部分）の円筒形状が接合操作中に維持され得るように、円筒状成形体２２の該円弧状部分が、所定の拘束冶具にて、外側から拘束されることとなる。
【００３８】
その後、かくして得られた管体２６の平坦な接合部１６を、必要に応じて研磨した後、かかる管体１６に対して、平坦な接合部１６を、該接合部１６以外の円弧状部分と同一の曲率を有する円弧状に成形して矯正する矯正加工を、ロール加工等の公知の成形加工手法により実施する。これによって、管体２６を、図４に示されるように、全体として、凹みのない円筒形状に成形する。
【００３９】
そして、このような管体２６の平坦な接合部１６に対する矯正加工工程においては、有利には、平坦な接合部１６（図４において仮想線で示す）が矯正されて円弧状とされた接合部１６の長さ：ａと矯正前の平坦な接合部１６の長さ：ｂとの差：ａ−ｂと、かかる矯正前の平坦な接合部１６の長さ：ｂとの比の値にて表される加工度：（ａ−ｂ）／ｂが０．１以下となる範囲内で、平坦な接合部１６の矯正が実施されることとなる。何故なら、かかる加工度の値が０．１を越える範囲で、平坦な接合部１６の矯正加工が行なわれる場合、換言すれば、平坦な接合部１６を円弧状に矯正した際に、その長さが１０％を越える割合で増大せしめられるような場合には、円弧状に矯正された接合部１６における結晶粒が極端に粗大化して、かかる結晶粒の最大長さの平均値が３００μｍよりも大きくなってしまい、それによって、前述せる如く、その後の転造加工等の成形加工時において、接合部１６に肌荒れが生ぜしめられることとなるからである。
【００４０】
なお、この管体２６の平坦な接合部１６に対する矯正加工工程では、平坦な接合部１６が、管体２６における接合部１６以外の円弧状部分の曲率に対応した円弧状を呈するように矯正されて、管体２６が、凹みのない円筒形状に確実に成形され得るのであれば、前記加工度の値の下限値が特に限定されるものではないが、かかる条件を満たした上で、加工度を小さくしようとすると、平坦な接合部１６の長さが必然的に小さくなってしまうことから、十分な接合強度が得られる接合部１６の長さを確保可能な範囲内において、加工度の下限値が、適宜に決定されることとなるのである。また、平坦部２４，２４が何等形成されていない円筒状成形体２２のＲ形状を呈する端部同士を突き合わせて、摩擦撹拌接合することにより、管体２６が形成される場合には、ここでの矯正加工が省略され得ることは、勿論である。
【００４１】
次ぎに、接合部１６が円弧状に矯正された管体２６を所定の加熱炉等に投入し、かかる加熱炉内で所定の温度にまで加熱して、その温度で所定の時間保持することにより、かかる管体２６の全体に対して、接合部１６と母材部１８のそれぞれにおける結晶組織を均一と為すこと等を目的とした加熱処理を実施するのであるが、この加熱処理においては、特に、管体２６の全体が、突合せ部１４の摩擦撹拌接合時における接合部１６の再結晶温度と同一か若しくはそれよりも高い温度となるように、加熱されることとなる。
【００４２】
かくして、摩擦撹拌接合時における接合部１６の再結晶温度以上の温度で加熱処理を行なうことにより、突合せ部１４の摩擦撹拌接合時において何等加熱されることのなかった母材部１８が、摩擦撹拌接合により再結晶化された接合部１６と同様な再結晶組織と為され、また、それら接合部１６と母材部１８のそれぞれにおける再結晶組織の結晶粒の最大長さの平均値が、摩擦撹拌接合時に生ずる摩擦熱にて再結晶化された接合部１６の結晶粒の最大長さの平均値よりも、十分に増大せしめられる。そして、それによって、この加熱処理後における接合部１６の結晶粒の最大長さの平均値と母材部１８の結晶粒の最大長さの平均値とが、１０〜３００μｍの範囲の値とされ、且つ前者の平均値と後者の平均値との比が１０：１〜１：１０の範囲内の値とされることとなるのである。
【００４３】
なお、このような加熱処理の実施に際しては、管体２６の加熱温度が、具体的には、例えば３００〜５５０℃程度とされる。何故なら、管体２６が５５０℃を越えた高い温度にまで加熱されると、入熱が増大して、管体２６の熱による歪みが大きくなるばかりでなく、管体２６が溶融する恐れがあるからであり、また、３００℃未満の低温で管体２６が加熱される場合には、接合部１６と母材部１８の再結晶組織の均一化が不十分となってしまうからである。それ故、ここでの管体２６に対する加熱処理は、有利には、管体２６を３００〜５５０℃の範囲にまで加熱することにより、実施されることとなる。また、そのような温度範囲で、管体２６を保持する時間は、加熱処理全体に要される時間の浪費を防ぎつつ、接合部１６と母材部１８の再結晶組織の均一化を十分に図る上で、好ましくは３０分〜２時間程度とされる。
【００４４】
さらに、そのような加熱範囲での管体２６に対する加熱処理の実施に際しては、有利には、その昇温速度が１５０〜３００℃／ｈとされる。何故なら、加熱処理において、管体２６が、所定の加熱温度に達するまで、３００℃／ｈを越える昇温速度で加熱される場合には、かかる加熱処理中に、管体２６の接合部１６や母材部１８の再結晶組織の結晶粒が粗大化して、それらの結晶粒の最大長さの平均値が３００μｍよりも大きくなってしまう恐れがあり、そうなると、その後の転造加工等の成形加工時において、接合部１６や母材部１８に肌荒れが生ぜしめられることとなるからである。また、昇温速度が１５０℃／ｈ未満であると、管体２６を必要な温度に加熱するまでの時間が極端に長くなって、加熱処理に無駄な時間が費やされることとなり、それによって、目的とするリム１０の生産効率が著しく低下せしめられることとなる。従って、本工程の加熱処理においては、目的とするリム１０の生産性や外観の低下を防止するために、昇温速度が１５０〜３００℃／ｈとされていることが、望ましいのである。
【００４５】
引き続いて、上述の如き加熱処理により加熱された管体２６を強制冷却若しくは放冷により冷却した後、この管体２６に対して、一般的な転造加工手法により転送加工を行なって、管体２６を、目的とするリム１０に対応した形状に成形する。その後、かかる管体２６に対して、公知の手法を採用して、陽極酸化処理を行なうことにより、耐食性や耐摩耗性を付与するための陽極酸化被膜を表面に形成し、以て、目的とするアルミニウム合金製リム１０を得るのである。
【００４６】
そして、かくして得られたリム１０にあっては、その内孔内に、鍛造等により別途に形成されたディスク１４が嵌挿され、摩擦撹拌接合手法や各種の溶接手法により接合されて、一体化せしめることによって、自動車用ホイールとして完成されるようになっているのである。
【００４７】
このように、本実施形態では、高強度の５０００系アルミニウム合金板材２０を円筒状に曲げた状態で、その両端の突合せ部１４を、固相接合方式の一種たる摩擦撹拌接合手法により接合して、管体２６を形成し、この管体２６から、目的とするホイール１０のリムを形成するようにしたものであるところから、突合せ部１４の接合方式として、溶接接合を採用する場合とは異なって、リム１０において、優れた接合品質と強度、更には高度な生産性が、確保され得るのである。
【００４８】
そして、本実施形態においては、特に、円筒形に曲げ加工されたアルミニウム合金板材２０の両端の突合せ部１４が摩擦撹拌接合されることにより、接合部１６が形成されてなる管体２６に対して、摩擦撹拌接合時における接合部１６の再結晶温度以上の温度で加熱処理が施されることによって、かかる管体２６から形成されるリム１０の接合部１６における結晶粒の最大長さの平均値と母材部１８における結晶粒の最大長さの平均値とが１０〜３００μｍの範囲内の値とされ、且つ前者の平均値と後者の平均値との比が１０：１〜１：１０の範囲内の値とされ得て、リム１０の表面における肌荒れや、接合部１６と母材部１８との間での色調差による外観不良の発生が効果的に解消乃至は抑制され得るのであり、その結果として、そのようなリム１０の商品価値が、確実に且つ飛躍的に高められ得ることとなるのである。
【００４９】
また、本実施形態では、そのような管体２６に対する加熱処理が、１５０〜３００℃／ｈの昇温速度で加熱されて、３００〜５５０℃の加熱温度で実施されることにより、優れた寸法精度と、陽極酸化被膜の形成に伴う接合部と母材部との間での色調差の発生や肌荒れのない良好な外観とが、より高いレベルで確保され得るのであり、その結果として、更に高い商品価値を有するリム１０が、より一層有利に製造され得ることとなるのである。
【００５０】
さらに、本実施形態では、管体２６における矯正加工後の円弧状の接合部１６の長さ：ａと矯正前の平坦な接合部１６の長さ：ｂとの差：ａ−ｂと、かかる矯正前の平坦な接合部１６の長さ：ｂとの比の値にて表される加工度：（ａ−ｂ）／ｂが０．１以下となる範囲内で、平坦な接合部１６の矯正が実施されることによっても、管体２６に対する加熱処理時において、接合部１６と母材部１８のそれぞれの再結晶組織の結晶粒が極端に粗大化せしめられるようなことが有利に防止され得て、肌荒れ等のない、より優れた外観を有するリム１０を、有利に製造することが可能となるのである。
【００５１】
なお、本実施形態では、本発明を、自動車用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムとその製造方法に適用した例が示されていたが、本発明は、その他、自動車用ホイール以外の車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムとその製造方法の何れにも、有利に適用され得るものであることは、言うまでもないところである。
【００５２】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記した発明の実施の形態以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加え得るものであることが、理解されるべきである。
【００５３】
先ず、厚さ：４ｍｍ、幅：５００ｍｍ、長さ：１３５０ｍｍのＪＩＳ５０５２アルミニウム合金の板材を準備し、この板材を、公知のロール加工により円筒形に曲げて、長さ方向の両端部が周方向において互いに突き合わされてなる、外径４００ｍｍ、長さ（高さ）５００ｍｍの円筒状成形体を成形した。次いで、この円筒状成形体を、その円筒形状が維持されるように、公知の拘束冶具にて外側から拘束すると共に、突合せ部の裏側に、鋼製裏当て冶具を配置し、更に、かかる突合せ部の、円筒状成形体の長さ方向の両端に、厚さ：４ｍｍのタブ板をそれぞれ固定した。
【００５４】
そして、引き続き、先端にピンが同心的に設けられた鋼製の回転冶具を用いて、上述の如き状態とされた円筒状成形体の突合せ部を、一方のタブ板から他方のタブ板に向かって、公知の摩擦撹拌接合手法により摩擦撹拌接合して、かかる突合せ部に沿って延びる接合部を形成し、更に、この接合部の表面（外面）を研磨することにより接合部に形成されたビードを除去して、円筒状成形体が突合せ部において一体的に接合されてなる管体を得た。なお、この円筒状成形体の突合せ部の摩擦撹拌接合時における回転冶具の回転数は１０００ｒｐｍとし、また、接合速度、つまり回転冶具の突合せ部に対する相対移動速度は３００ｍｍ／分とした。更に、かくして得られた管体の接合部と母材部のそれぞれにおける結晶粒の最大長さの平均値を公知の方法により求めたところ、接合部の結晶粒の最大長さの平均値は３μｍであり、また、母材部の結晶粒の最大長さの平均値は１００μｍであった。
【００５５】
次ぎに、上述の如くして得られた管体を公知の焼鈍炉内に収容せしめて、１５０℃／ｈの昇温速度で、管体の形成材料たるＪＩＳ５０５２アルミニウム合金の再結晶温度よりも高い温度である４００℃まで加熱し、その温度で３０分間保持することにより、かかる管体に対する加熱処理を行なった。その後、炉冷し、管体が２００℃となった時点で、管体を焼鈍炉から取り出して、更に空冷した。かくして、管体を十分に冷却した後、管体の接合部と母材部のそれぞれにおける結晶粒の最大長さの平均値を公知の方法により、再度求めたところ、接合部の結晶粒の最大長さの平均値は７５μｍで、母材部の結晶粒の最大長さの平均値は１２５μｍとなっており、何れも、本発明で規定される範囲内の値であった。また、前者の平均値と後者の平均値との比を計算により求めたところ３：５で、これも、本発明で特性される範囲内の値であった。
【００５６】
その後、加熱処理された管体を目的とする形状に成形する転造加工を、公知の転造加工装置を用いた従来手法に従って実施した後、かかる管体に対して、公知の陽極酸化手法を適用した陽極酸化処理を行なって、表面に陽極酸化被膜を形成することにより、目的とするリム（実施例）を得た。そして、この実施例のリムについて、肌荒れの有無と、接合部と母材部との間での色調差の有無を視認により調べたところ、そのような肌荒れや色調差は、何等認められなかった。このことから、本発明手法に従ってリムを形成することにより、肌荒れや接合部と母材部との間で色調差のない、優れた外観を有するホイールを製造し得ることが、明確に認識され得るのである。
【００５７】
また、比較のために、前記実施例のリムの製造に際して準備されたアルミニウム合金板材と種類やサイズが同一のアルミニウム合金板材を２枚準備した。そして、前記実施例と同様にして、準備された２枚のアルミニウム合金板材から円筒状成形体を二つ成形した後、前記実施例と同一の手法により、それら二つの円筒状成形体の突合せ部をそれぞれ摩擦撹拌接合して、突合せ部に沿って延びる接合部が形成された二つの管体を得た。
【００５８】
次ぎに、かくして得られた二つの管体のうちの一つを公知の焼鈍炉内に収容せしめて、１５０℃／ｈの昇温速度で、該管体の形成材料たるＪＩＳ５０５２アルミニウム合金の再結晶温度よりも低い温度である２７５℃まで加熱し、その温度で３０分間保持することにより、かかる管体に対する加熱処理を行なった。その後、前記実施例と同様にして、管体を冷却した後、管体の接合部と母材部のそれぞれにおける結晶粒の最大長さの平均値を公知の方法により求めたところ、接合部の結晶粒の最大長さの平均値は８μｍで、母材部の結晶粒の最大長さの平均値は１００μｍとなっており、接合部の結晶粒の最大長さの平均値が、本発明において規定される範囲内の値とは異なる値であった。また、前者の平均値と後者の平均値との比を計算により求めたところ１：１２．５で、これも、本発明での特性範囲外の値であった。
【００５９】
また、それとは別に、残りの一つの管体を公知の焼鈍炉内に収容せしめて、本発明において規定される範囲外の値である３５０℃／ｈの昇温速度で、該管体の形成材料たるＪＩＳ５０５２アルミニウム合金の再結晶温度よりも高い温度である４００℃まで加熱し、その温度で３０分間保持することにより、かかる管体に対する加熱処理を行なった。その後、前記実施例と同様にして、管体を冷却した後、管体の接合部と母材部のそれぞれにおける結晶粒の最大長さの平均値を公知の方法により求めたところ、接合部の結晶粒の最大長さの平均値は１２００μｍで、母材部の結晶粒の最大長さの平均値は１００μｍとなっており、接合６部の結晶粒の最大長さの平均値が、本発明において規定される範囲内の値とは異なる値であった。また、前者の平均値と後者の平均値との比を計算により求めたところ１：０．０８で、これも、本発明での特性範囲外の値であった。
【００６０】
その後、上述の如くして加熱処理された二つの管体を目的とする形状に成形する転造加工と、管体の表面に陽極酸化被膜を形成せしめる陽極酸化処理とを、前記実施例と同一の手法により実施して、目的とするリム（比較例１，２）を得た。そして、本発明において特定される加熱処理温度よりも低い温度で加熱処理を行なって得られたリム（比較例１）と、本発明において望ましい範囲として規定される加熱処理時の昇温速度よりも急激な速度で昇温しつつ、加熱処理を行なって得られたリム（比較例２）の両方について、肌荒れの有無と、接合部と母材部との間での色調差の有無を視認により調べたところ、比較例１のリムにおいては、表面に肌荒れが認められると共に、接合部と母材部との間での色調差がはっきりと確認された。また、比較例２のリムでは、表面に肌荒れが明確に認められた。これらのことから、本発明手法とは異なる従来手法に従って製造されるホイールは、外観に劣るものとなることが、容易に認識され得るのである。
【００６１】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明に従う車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムにあっては、リムが、優れた接合品質と強度、更には高度な生産性をもって構成され得るばかりでなく、かかるリムの表面における肌荒れや、接合部と母材部との間での色調差による外観不良の発生も、効果的に解消乃至は抑制され得るのであり、その結果として、商品価値が、確実に且つ飛躍的に高められ得ることとなるのである。
【００６２】
また、本発明に従う車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムの製造方法によれば、優れた接合品質と強度を有し、しかも表面の肌荒れや、接合部と母材部との間での色調差による外観不良のない、商品価値の高い車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムが、高度な生産性をもって、極めて有利に製造され得ることとなるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明手法に従って製造された車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムの一例を示す半截断面説明図である。
【図２】図１に示された車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムを製造する工程の一例を示す説明図であって、アルミニウム合金板材を円筒形に曲げ加工して円筒状成形体を成形した状態を示している。
【図３】図１に示された車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムを製造する工程の別の例を示す説明図であって、円筒状成形体の突合せ部を摩擦撹拌接合して、管体を成形している状態を示している。
【図４】図１に示された車両用ホイールにおけるアルミニウム合金製リムを製造する工程の他の例を示す説明図であって、管体の突合せ部に沿って延びるように形成された接合部を、円弧状に矯正加工した状態を示している。
【符号の説明】
１０  リム                        １２  ディスク
１４  突合せ部                    １６  接合部
１８  母材部                      ２０  板材
２２  円筒状成形体                ２４  平坦部
２６  管体                        ２８  回転冶具
３０  ピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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