(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスポーク部を有するディスク部を形成するキャビティの中心部にセンターゲートを設けそこから溶湯を注入して当該キャビティに充填すると共に、リム部を形成するキャビティにサイドゲートを設け、各ゲートから溶湯を当該キャビティに注入するアルミホイールの鋳造方法において、少なくとも１つの前記サイドゲートが前記スポーク部とリム部の交差部の位置からずらした周方向の位置に具備されることを特徴とするアルミホイールの鋳造方法。
【請求項２】
前記サイドゲートの全てが前記スポーク部とリム部の位置からずらした位置に具備される請求項１に記載のアルミホイールの鋳造方法。
【請求項３】
前記サイドゲートの周方向の位置とその位置に最も近い前記スポーク部とリム部の交差部の位置が５度以上ずれている請求項１または２に記載の鋳造方法。
【請求項４】
ディスク部のスポーク数が３〜８本である請求項１〜３のいずれかに記載の鋳造方法。
【請求項５】
複数のスポーク部を有するディスク部を形成するキャビティの中心部にセンターゲートを設けると共に、リム部を形成するキャビティにサイドゲートを設けたアルミホイールの鋳造用金型において、少なくとも１つの前記サイドゲートが前記スポーク部とリム部の交差部の位置からずらした周方向の位置に具備されることを特徴とする鋳造用金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軽合金製のアルミホイールを金型キャビティ内で鋳造する方法およびその鋳造に用いる鋳造用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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製ホイールを装着する比率が増大している。この軽合金製ホイールは、通常低圧鋳造法で製造されることが多い。即ち、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。
【０００３】
一般に軽合金製ホイール３０は、図６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部３１と厚肉部と薄肉部が混在するスポーク部３２からなるディスク部３３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。３５はフロントフランジ部、３６はリアフランジ部、３７はリム部とディスク部が交差するクロス部、３８はリム中央部である。なお、スポーク部３２どうしの間は意匠穴がある。車両の燃費向上の点から、ホイールの形状変更による軽量化が検討されている。この場合、ハブ部及びリム部は車体やタイヤとの取回しの点から大幅な形状変更はできないので、スポーク部の形状変更（例えば意匠穴の面積を大きくすることあるいはスポーク部を薄肉化すること）による軽量化が行われているが、大幅な軽量化は極めて困難である。
【０００４】
上記ホイールを鋳造で製造する場合、ハブ部３１にゲートを設け、そこから溶湯を注入し、スポーク部３２及びリム部３４と溶湯をこの順に注入する方法（センターゲート法）あるいはリム部の端部（クロス部３７）に複数（通常２方向）のゲートを設け、そこから溶湯を注入する方法（サイドゲート法）が採用されている。
センターゲート法では、溶湯充填後の凝固形態として、ゲートの押し湯効果を十分に発揮させるために、リム部、スポーク部、ハブ部の順に指向性凝固を行わせている。しかしこの鋳造方法では、スポーク部は厚肉部と薄肉部が混在した複雑形状を有するので、リム部からディスク部に向かう指向性凝固を達成することが困難である。
一方、サイドゲート法では、スポーク部自体が、凝固し易いハブ部への溶湯補給通路として機能するので、スポーク部での良好な湯流れを確保するために、スポーク部は厚肉となり、この鋳造方法でもホイール全体の大幅な軽量化は困難である。
【０００５】
上述した従来法の欠点を解消すべく、ディスク中心部（ハブ部）とリム端にそれぞれゲートを設け、これらのゲートから金型内に注湯することが提案されている（例えば特開平５−２６９５６３号、同６−２６９９２３号参照）。この鋳造方法（以後マルチゲート法とする）によれば、スポーク部の厚さを薄くしてもリム部からディスク部に向かう指向性凝固を達成できるので、ホイールの大幅な軽量化が可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したマルチゲート法により、軽量化ホイールは得ることは可能である。しかしながらこのマルチゲート法ではセンターゲートから注入された溶湯とサイドゲートから注入された溶湯が合流する際にガスを巻きこみ、欠陥が発生しやすいという問題があった。従って、本発明の目的は、高強度でかつ軽量化した車両用ホイールを効率良く得ることができる鋳造方法および鋳造用金型を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、複数のスポーク部を有するディスク部を形成するキャビティの中心部にセンターゲートを設けそこから溶湯を注入して当該キャビティに充填すると共に、リム部を形成するキャビティにサイドゲートを設け、各ゲートから溶湯を当該キャビティに注入するアルミホイールの鋳造方法において、少なくとも１つの前記サイドゲートが前記スポーク部とリム部の交差部の位置からずらす、という技術的手段を採用した。
本発明では、マルチゲート法により鋳造を行う際、サイドゲートをリム部キャビティに設ける位周方向の位置を図１に記載の如くスポーク部とリム部の交差部の位置からずらすことで溶湯のキャビティ内の流れを抑制し、内部欠陥の発生を低減できることを知見したものである。
【０００８】
前記サイドゲートの周方向の位置はスポーク部とリム部の交差部の位置から５°以上ずらすことが好ましい。５°未満であるとブリスタ等の欠陥の発生を低減し難い。リム部におけるスポーク部どうしの最小幅が２０ｍｍ以上のものであれば１０°以上ずらすことが好ましい。スポーク部が８本以下のアルミホイールではスポーク部の本数ｎに対するずれ角θは下記の式（１）をみたすものが好ましい。
３６０／８ｎ≧θ・・（１）
スポーク部が９本以上のアルミホイールではスポーク部の本数ｎに対するずれ角θは下記の式（２）を満たすものが好ましい。
３６０／１２ｎ≧θ・・（２）
【０００９】
ここでサイドゲートの周方向の位置とは図２に示すようにサイドゲートがリム部キャビティ外壁と交差する周方向の幅の中心部を基点とする。またスポーク部とリム部の交差部の位置とはスポーク部６３がリム部キャビティ内壁と交差する周方向の幅の中心部（図中６３’）を基点とする。ずれ角θとは図２に記載したようにサイドゲートの周方向の位置１１ｂとそれに最も近いスポーク部の位置６３’とのホイールの軸を中心とした角度である。また、スポークがホイールの軸から放射状に延在していないものやスポークがホイールの軸から放射状に延在しておらず、かつスポークが湾曲しているもの等においても、スポーク部の位置とは上記の如く規定したものである。なお図中４０はスポーク部間の意匠穴４０である。
【００１０】
溶湯の流れを図を用いて説明する。図１はサイドゲートとセンターゲートの中心を通り、かつアルミホイールの軸に沿って分割したホイールを模式的に示したものである。図中８４、８５、８６は切断面での溶湯の流れを概略的に示す。まず図１に記載のようにディスク部のセンターゲートから溶湯は流れ８４のように流れる。実際には流れ８４はディスク部を略同心円状にキャビティ下部から満たすように入り充填する。また、サイドゲートから溶湯は流れ８５のように注入される。溶湯の流れ８５はまずリム部のキャビティに注入されるため、スポーク部とスポーク部との間に形成されるリム部キャビティ内壁３１部に一端衝突する状態となる。次に溶湯は流れ８６のようにリム部キャビティに沿って流れが分割され、一端センターゲートを中心に回ってスポーク部キャビティ６３方向に移動する。このようにサイドゲートから注入される溶湯の流れを一端ホイール内壁に向けることで溶湯の速度が低減し、その後にスポーク部へと移動する。このためサイドゲートからの溶湯がセンターゲートとの溶湯に合流する際、ガスの巻きこみを低減できるため、欠陥の発生が抑制できると考えられる。
【００１１】
センターゲートから溶湯が注入されてもスポーク部は比較的肉薄なために溶湯が充填され難い。よってセンターゲートからの溶湯がサイドゲートの下端部まで充填されないうちにサイドゲートから溶湯が注入される。そのためサイドゲートから注入された溶湯はリム部キャビティを落下する状態となりやすい。通常、サイドゲートの上端部がアウターリム側に近づいたり、サイドゲートの下端部がインナーリムから離れるに従い、サイドゲートからの溶湯の落下速度が大きくなるためガスを巻きこみやすい。ただし、あまりにサイドゲートのリム幅に対する位置をディスク面に近づけてもサイドゲートから注入される溶湯のタイミングが早くなり、センターゲートから注入される溶湯との湯境がスポーク面の中央部近傍になる。スポーク面は意匠性が非常に重要と成るため湯境跡ができてしまうと好ましくない。サイドゲートのリム幅に対する位置はホイールの形状、例えばディスク部やリムの厚さ等により適宜選定することが重要である。センターゲートの高さ位置、幅により本発明の効果は多少なり左右されるが、基本的なガスの巻きこみ等を抑制する作用はセンターゲートの高さ位置、幅によらず有効なものである。
【００１２】
本発明はディスク部のスポーク部の数が３〜３６本であるアルミホイールに適用することが望ましい。３本より少ないとアルミホイールとしてバランスが悪化する。３６本より多いとスポークとスポークとの間隔が狭まりすぎるためホイール内壁の面積が小さくなる。サイドゲートからの溶湯がスポーク部に流れやすくなるため、本発明の効果が薄れる。好ましくはスポーク部が４〜８本のアルミホイールに適用することが好ましい。また、特に偶数本のホイールに適用すれば線対称に均等に溶湯が充填されるため好ましい。さらに、サイドゲートの接続部近傍及びクロス部とリム部との境には湯回り性を向上するために適度のＲを設ける。このＲの最適値は１〜２０ｍｍ程度である。１ｍｍ以下では湯周り性が悪化する。２０ｍｍより大きいと本発明の作用である溶湯のスポーク部への湯流れが顕著となりすぎ、ガスの巻きこみ等が発生しやすくなる。本発明に適する鋳造方法としては５０〜１００ｋＰａの圧力で溶湯を注入する低圧鋳造とすることが好ましいが、特に限定されず適宜選択可能である。また、本発明としてアルミニウム合金を用いているが、他の軽合金例えばＭｇ合金等を使用してもホイールの製造は可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面により説明する。
図３は本発明を実施するための鋳造装置の要部を示す断面図である。本実施例においては軸対象にサイドゲートを２つ設け、平面からみてセンターゲートの両側に対称位置、すなわち各ゲートの中心が同一直線上に位置するように配置した。
図３において、１は金型であり、ホイールデザインに対応した種々の表面形状を有する下型２と、その上方に位置する上型３と、下型２及び上型３と嵌合してキャビティ６を形成するように左右に摺動可能な横型４、５とを備えている。下型２は、下型プラテン７に固定された下型ベース８上に設置されている。上型３は、上型ベース９にボルト１０で固定されている。キャビティ６は、ディスク部キャビティ６０とリム部キャビティ６１からなり、ディスク部キャビティ６０はハブ部キャビティ６２とスポーク部キャビティ６３からなり、リム部キャビティ６１はクロス部キャビティ６４と中央部キャビティ６５からなる。ハブ部キャビティ６２にはセンターゲート１１ａが、クロス部キャビティ６４、６４には各々サイドゲート１１ｂ及び１１ｃが形成され、各ゲートは、湯道１２ａ、１２ｂ及び１２ｃを介してストーク１３ａ、１３ｂ及び１３ｃに連通している。サイドゲート１１ｂ及び１１ｃは各ゲートの中心が同一直線上に位置するように配置されている。また、これらのストークの下端部は、溶湯が収容された密閉容器（図示せず）に挿入されている。下型２には、スポーク部キャビティ６３に対応する位置に下型冷却通路１４が設けられている。
【００１４】
上記構成による動作を説明する。まず密閉容器内の溶湯を加圧することにより、溶湯はストーク１３ａ、１３ｂ及び１３ｃから湯道１２ａ、１２ｂ及び１２ｃを経て、ゲート１１ａ、１１ｂ及び１１ｃからキャビティ６内に充填される。サイドゲート１１ｂ、１１ｃから注入された溶湯はセンターゲート１１ａを通過する溶湯はスポーク部キャビティ６３を充填し、サイドゲート１１ｂ、１１ｃを通過する溶湯はリム部キャビティ６１を充填する。即ち溶湯はリム部キャビティ６１、またはスポーク部キャビティ６３で合流する。所定時間経過後、加圧を解除すると、各ストーク内の溶湯は密閉容器内に戻り、キャビティ６内の溶湯が凝固して、図２等に示すホイールが得られる。
【００１５】
【実施例】
以下、実施例及び比較例により本発明を更に具体的に説明する。
（実施例１）
図１に示す鋳造装置を使用し、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金（ＪＩＳ  ＡＣ４ＣＨ）の溶湯（約４５０℃）をスポークが６本の形状の金型（約４８０℃に加熱）に注入して（圧力５０ｋＰａ〜７０ｋＰａ）、アルミホイールを低圧鋳造した。また、サイドゲートの周方向の位置をリム部とスポーク部の交差部から３０°ずらし、スポーク部とスポーク部との中間部にサイドゲートが配置される金型構造とした。また、サイドゲートの縦幅はリム部とディスク部との交差部よりもインナーフランジ側のリム部とした。
鋳造したアルミホイールを金型内から取りだし、冷却した後にサイドゲートとセンターゲートを結ぶようにアルミホイールを軸に沿って切断し、その切断面を観察した。観察の結果、切断面に欠陥は発生しておらず、良好な鋳造品が得られていることを確認した。
【００１６】
（比較例１）
サイドゲートの周方向の位置をスポーク部の位置とした以外は実施例１と同様にしてアルミホイールの鋳造を行った。鋳造したアルミホイールを金型内から取りだし、冷却した後にサイドゲートとセンターゲートを結ぶようにアルミホイールを軸に沿って切断し、その切断面を観察した。図５にその観察面の模式図を示す。サイドゲート１１ｂがリム部と交差している部分より若干下の場所で欠陥２１が発生していることを確認した。図４にサイドゲートの周方向の位置とスポーク部の位置が同じであるキャビティ形状を示す。センターゲートからの溶湯８１は実施例と同様である。しかしながら、サイドゲートからの溶湯８２は実施例のようにセンターゲートを中心にリム部キャビティに沿って回ることがなく、サイドゲートから押し圧された溶湯がスポーク部方向へ直接流れる溶湯流れ８３となるため、上記の位置で溶湯どうしが衝突し、ガスを巻きこんだために欠陥が発生したと推察される。
【００１７】
（実施例２）
また、サイドゲートの縦幅をアウターフランジの上端からリム部とディスク部との交差部よりもインナーフランジ側のリム部まで連続して設けた。その他は実施例１と同様にしてアルミホイールの製造を行った。
鋳造したアルミホイールを金型内から取りだし、冷却した後にサイドゲートとセンターゲートを結ぶようにアルミホイールを軸に沿って切断し、その切断面を観察した。その結果切断面に欠陥は発生しておらず、良好な鋳造品が得られていることを確認した。
【００１８】
（比較例２）
サイドゲートの周方向の位置をリム部とスポーク部の交差部とした以外は実施例２と同様にしてアルミホイールの鋳造を行った。鋳造したアルミホイールを金型内から取りだし、冷却した後にサイドゲートとセンターゲートを結ぶようにアルミホイールを軸に沿って切断し、その切断面を観察した。その結果、スポーク部のリム部付け根部分近傍で欠陥が発生していることを確認した。
【００１９】
本実施例でのサイドゲートとリム部との交差部における組織を観察し、ＤＡＳ値を測定した。その結果スポーク部とスポーク部との間に設けられたサイドゲートとリム部との交差部でのＤＡＳ値は３５μｍ以上であった。また、その測定した縦位置を基に周方向に沿ってＤＡＳ値を測定したがＤＡＳ値はサイドゲートとリム部との交差部のＤＡＳ値よりも低いことを確認した。対して、比較例による方法で製造したアルミホイールではＤＡＳ値が最も大きい箇所はサイドゲートとリム部との交差部であり、本実施例との明確な差が現れていた。
【００２０】
（実施例３）
サイドゲートとリム部とスポーク部の交差部のずれ角θによる欠陥の発生状況を検討した。ずれ角θを０°、３°、５°、７．５°、１０°、１５°として各々検討した。
図１に示す鋳造装置を使用し、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金（ＪＩＳ  ＡＣ４ＣＨ）の溶湯（約４５０℃）を金型（約４８０℃に加熱）に注入して（圧力５０ｋＰａ〜７０ｋＰａ）アルミホイールを低圧鋳造した。検討したアルミホイール形状はスポーク部が１２本の形状でスポーク部正面から見たスポーク部の幅は最大部で１１ｍｍ、最小部で８ｍｍであるフィンタイプのもの、およびスポーク部が５本の形状でスポーク部正面から見たスポーク部の幅はスポーク部の位置では６２ｍｍで最小部が５０ｍｍであるスポークタイプのものの２タイプとした。また、サイドゲートの縦幅はリム部とディスク部との交差部よりもインナーフランジ側のリム部とした。鋳造したアルミホイールを金型内から取りだし、冷却した後にサイドゲートとセンターゲートを結ぶようにアルミホイールを軸に沿って切断し、その切断面を観察した。表１に観察した状態を纏める。
【００２１】
【表１】
0004305798.tif 000002
【００２２】
【発明の効果】
以上に記述の如く、本発明によれば、サイドゲートの周方向の位置とスポーク部とリム部の交差部の位置をずらして鋳造を行ったのでガスの巻きこみを低減でき、クロス部およびスポーク部が建全で、高強度でかつ軽量化した車両用ホイールを安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマルチゲートの鋳造に使用する金型キャビティ形状とそのキャビティ内の溶湯の流れを示す模式図である。
【図２】本発明に係るスポーク部とサイドゲートの周方向の位置の関係を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施例に係るマルチゲートの鋳造装置の要部を示す断面図である。
【図４】従来のマルチゲートの鋳造に使用する金型キャビティ形状とそのキャビティ内の溶湯の流れを示す模式図である。
【図５】従来のマルチゲートの鋳造に使用する金型キャビティ形状を用いた製品における内部欠陥を示す模式図である。
【図６】アルミホイールの形状を示す図である。
【符号の説明】
１  金型、２  下型、３  上型、４，５  横型、６  キャビティ
１１ａ  センターゲート、１１ｂ，１１ｃ  サイドゲート、
３０  ホイール、３３  ディスク部、３４  リム部、
６３  スポーク部
【図１】
0004305798.tif 000003
【図２】
0004305798.tif 000004
【図３】
0004305798.tif 000005
【図４】
0004305798.tif 000006
【図５】
0004305798.tif 000007
【図６】
0004305798.tif 000008