(57)【要約】【課題】車両操舵装置のコラムハウジングやラックハウジングとして好適な高強度の車両操舵装置ハウジング用ダイカスト鋳物を提供する。【解決手段】アルミニウム合金を材料として無孔性ダイカスト鋳造法により製造された車両操舵装置ハウジング用ダイカスト鋳物である。この鋳物内部の吸蔵ガス量を５ｃｃ／１００ｇ−Ａｌ以下とし、且つ、表面及び内部のロックウェル硬さをＨＲＢ５５以上とした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金を材料として無孔性ダイカスト鋳造法により製造され、鋳物内部の吸蔵ガス量を５ｃｃ／１００ｇ−Ａｌ以下とし、且つ、表面及び内部のロックウェル硬さをＨＲＢ５５以上としたことを特徴とする車両操舵装置ハウジング用ダイカスト鋳物。
【請求項２】
前記アルミニウム合金が、ＪＩＳ  Ｈ５３０２のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系アルミニウム合金ＡＤＣ１２であることを特徴とする請求項１記載の車両操舵装置ハウジング用ダイカスト鋳物。
【請求項３】
型閉めした金型内に、高温、高圧で送り込まれたアルミニウム合金溶湯が、ゲート面積を小さくしたゲートを通過し、且つ噴出速度を早くして噴霧状でキャビティ内に射出し、噴霧状の前記アルミニウム合金溶湯と前記金型内に存在する酸素ガスとの反応面積を大きくするようにしたことを特徴とする車両操舵装置ハウジング用ダイカスト鋳物の製造方法。
【請求項４】
前記金型内の前記アルミニウム合金溶湯と接触する金型面に、水溶性黒鉛からなる離型剤・潤滑剤を塗布したことを特徴とする請求項３記載の車両操舵装置ハウジング用ダイカスト鋳物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両操舵装置のコラムハウジングやラックハウジングとして用いられる車両操舵装置ハウジング用ダイカスト鋳物に関し、特に、アルミニウム合金をダイカスト鋳造して得られる車両操舵装置ハウジング用ダイカスト鋳物及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金ダイカスト鋳物は溶融アルミニウム合金を金型に高圧で射出して得られるものであり、形状精度が高く、安価であると言った理由から、輸送、電気、航空、建設などの幅広い分野で使用されている。特に、省エネルギー化、低燃費化の観点から軽量化が求められている車両操舵装置では、部品の薄肉化および軽量化が可能であり、かつ形状が複雑であってもきれいな鋳肌を得られるなどの理由から、アルミニウム合金をダイカスト鋳造することで、コラムハウジングやラックハウジングが製造されている。
【０００３】
ところで、近年の車両操舵装置は高トルク化、高出力化といった機能向上がなされ、従来よりも大きな荷重がコラムハウジングやラックハウジングなどに負荷されるようになってきており、より強度の高いコラムハウジングやラックハウジング（以下、ハウジング用ダイカスト鋳物）が求められている。
現在、普通ダイカスト法によりハウジング用ダイカスト鋳物を製造する場合が多いが、普通ダイカスト法は、酸化物や空気の巻き込みが生じるため内部欠陥が発生しやすく、内部欠陥のため高温での熱処理や溶接が難しいという問題がある。そのため、普通ダイカスト法の冷却条件、鋳造条件を変更して強度を向上させることが考えられるが、安定した強度のハウジング用ダイカスト鋳物を得ることが難しい。
【０００４】
そこで、酸化物や空気の巻き込みが少なく、熱処理や溶接が可能なダイカスト鋳造法として、例えば特許文献１，２に示すように無孔性ダイカスト鋳造法が知られている。
【特許文献１】特開昭５０−２１１４３号公報
【特許文献１】特開平２−２００３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１，２に記載の無孔性ダイカスト鋳造法は、製造される鋳物の吸蔵ガス量、鋳物内部の強度に関する検討が十分になされておらず、車両操舵装置のコラムハウジングやラックハウジングとして好適な鋳物の強度を得ることができないという問題がある。
すなわち、製造された鋳物内に含有されるガス量が増大すると、鋳物比重や引張強度などの機械的強度が低下する。また、製造された鋳物の表面層が硬くても、鋳物内部が柔らかい場合には、必要な強度が得られない場合がある。
【０００６】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両操舵装置のコラムハウジングやラックハウジングとして好適な高強度の車両操舵装置ハウジング用ダイカスト鋳物及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る請求項１記載の車両操舵装置ハウジング用ダイカスト鋳物は、アルミニウム合金を材料として無孔性ダイカスト鋳造法により製造され、鋳物内部の吸蔵ガス量を５ｃｃ／１００ｇ−Ａｌ以下とし、且つ、表面及び内部のロックウェル硬さをＨＲＢ５５以上とした車両操舵装置ハウジング用ダイカスト鋳物である。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の車両操舵装置ハウジング用ダイカスト鋳物において、前記アルミニウム合金が、ＪＩＳ  Ｈ５３０２のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系アルミニウム合金ＡＤＣ１２である。
【０００８】
一方、請求項３記載の車両操舵装置ハウジング用ダイカスト鋳物の製造方法は、型閉めした金型内に、高温、高圧で送り込まれたアルミニウム合金溶湯が、ゲート面積を小さくしたゲートを通過し、且つ噴出速度を早くして噴霧状でキャビティ内に射出し、噴霧状の前記アルミニウム合金溶湯と前記金型内に存在する酸素ガスとの反応面積を大きくするようにした方法である。
【０００９】
さらに、請求項４記載の請求項３記載の車両操舵装置ハウジング用ダイカスト鋳物の製造方法は、前記金型内の前記アルミニウム合金溶湯と接触する金型面に、水溶性黒鉛からなる離型剤・潤滑剤を塗布した。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る車両操舵装置ハウジング用ダイカスト鋳物によると、比重が高く、組織が優れ、高強度としたハウジング用ダイカスト鋳物を製造することができる。
また、本発明に係る車両操舵装置ハウジング用ダイカスト鋳物の製造方法によると、金型内に存在している酸素ガスとアルミニウム合金溶湯の反応面積を大きくして酸化反応の効率化が図られるので、高品質のハウジング用ダイカスト鋳物を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る車両操舵装置ハウジング用ダイカスト鋳物（以下、ハウジング用ダイカスト鋳物と称する）の製造方法及びその特性について図面を参照して説明する。
本実施形態のハウジング用ダイカスト鋳物は、ＪＩＳ  Ｈ５３０２のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系アルミニウム合金ＡＤＣ１２を材料として無孔性ダイカスト鋳造法により製造されている。
【００１２】
ハウジング用ダイカスト鋳物の製造方法は、型閉めした金型内（不図示）に、アルミニウム合金（ＡＤＣ１２）からなる溶湯（以下、アルミニウム合金溶湯）を射出する前に、金型内に酸素ガス（活性ガス）を吹き込むことでキャビティ、ゲート、ランナー内の空気を酸素ガスで置換し、その後に、高温、高圧のアルミニウム合金溶湯を金型内に射出し、溶湯を冷却・凝固させることでハウジング用ダイカスト鋳物を製造する。
【００１３】
金型内に送りこまれた酸素ガスは、金型の合わせ目やゲートから吹き出すため、金型の合わせ目やゲートから外気がキャビティ内に侵入することが防止される。そして、金型内に送り込まれた酸素ガスは、アルミニウム合金溶湯と反応して１μｍ以下の微細なＡｌ2Ｏ3になってハウジング用ダイカスト鋳物内に分散する。これにより、金型内の酸素ガスが消滅し、キャビティが真空状態となってハウジング用ダイカスト鋳物の成形が完了する。このように、本実施形態は、無孔性ダイカスト鋳造法によりハウジング用ダイカスト鋳物を製造することで、ガス巻き込みを発生させず内部欠陥が生じない鋳物製品を製造することができる。
【００１４】
ところで、無孔性ダイカスト鋳造法を行う際に、金型内（キャビティ、ゲート、ランナー）の酸素ガスの置換が不十分であると、金型内の酸素濃度が低下して製造したハウジング用ダイカスト鋳物内のガス含有量が増大するおそれがある（ガス巻き込みが増大する）。ハウジング用ダイカスト鋳物内に含有されるガス量が増大すると、ハウジング用ダイカスト鋳物比重や引張強度などの機械的強度が低下する。このため、後述するガス含有量と強度の試験結果から明らかなように、製造したハウジング用ダイカスト鋳物の吸蔵ガス量を、７ｃｃ／１００ｇ−Ａｌ以下に設定した。
【００１５】
また、無孔性ダイカスト鋳造法を行う際に、金型内に送り込まれる酸素ガスとアルミニウム合金溶湯との酸化反応を良好とするには、酸素ガスとアルミニウム合金溶湯との反応面積を大きくすればよい。そこで、本実施形態は、金型のゲート面積を小さくし、高温、高圧で金型内に送り込まれてきたアルミニウム合金溶湯がゲートで噴出速度を早くし、噴霧状でキャビティ内に射出させている。これにより、噴霧状のアルミニウム合金溶湯及び酸素ガスは反応面積が大きくなるので、酸化反応の効率化を図ることができる。
【００１６】
さらに、金型内のキャビティ、ゲート、ランナーを形成する金型面には、離型剤、潤滑剤が塗布されている。この離型剤・潤滑剤が油性であると、アルミニウム合金溶湯との接触によりガスが発生し、アルミニウム合金溶湯と酸化反応せずにハウジング用ダイカスト鋳物の内部欠陥として存在するおそれがある。そこで、本実施形態では、ガス発生量が少ない水溶性黒鉛を離型剤・潤滑剤として使用し、ハウジング用ダイカスト鋳物の内部欠陥を防止している。
【００１７】
ここで、本発明者等は、ハウジング用ダイカスト鋳物の最適な吸蔵ガス量を検討するため、吸蔵ガス量が異なるＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系アルミニウム合金ＡＤＣ１２を無孔性ダイカスト鋳造法によりダイカスト鋳造し、図１に示す形状の試験片（全長Ｌ１：２３０ｍｍ、中央部平行長さＬ２：６０ｍｍ、標点距離Ｌ３：５０．０±０．１ｍｍ、中央部平行幅ｗ：６．４±０．１ｍｍ、厚さｔ：４ｍｍ）を９個作製した。次に、作製した各試験片をインストロン社製万能試験機にセットして引張強度試験をクロスヘッド移動速度：０．５ｍｍ／ｍｉｎの試験条件で行い、各試験片の歪みをビデオ伸び計で測定した。そして、試験片に負荷された引張応力とビデオ伸び計の測定値から応力−歪み曲線を作成し、得られた応力−歪み曲線から各試験片の引張強度（破断強度）σを求めた。
【００１８】
表１には、各試験片の吸蔵ガス量と引張強度を示し、図２には、吸蔵ガス量と引張強度の相関関係を曲線で示した。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
図２から明らかなように、ハウジング用ダイカスト鋳物の吸蔵ガス量が８ｃｃ／１００ｇ−Ａｌ以上であると、引張強度σＢが急激に低下していく。そのため、十分な引張強度σＢを確保するには、ハウジング用ダイカスト鋳物の吸蔵ガス量を７ｃｃ／１００ｇ−Ａｌ以下にする。そして、熱処理や溶接に適したハウジング用ダイカスト鋳物とするには、吸蔵ガス量を５ｃｃ／１００ｇ−Ａｌ以下にすることが好ましい。
【００２１】
ところで、ＨＲＢ硬さ（ロックウェル硬さ）はビッカース硬さよりも荷重が大きいため、塑性域が広く、表面だけでなく内部の情報も含んだ硬さの値を知ることができる。この場合には、比重、内部組織、欠陥、表面のチル層などの情報も含まれる。したがって、適切なＨＲＢ硬さを確保するには、巣欠陥の少ない、比重の高い、組織が優れたものであることが望ましい。
【００２２】
そこで、表２には、上述した各試験片の引張試験後のつかみ部のＨＲＢ硬さと引張強度σＢを示し、図３には、ＨＲＢ硬さと引張強度σＢの相関関係を曲線で示した。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
図３から明らかなように、ＨＲＢ硬さを５５以上で製造すると、十分な引張強度σＢを確保し、巣欠陥が少なく、比重が高く、組織が優れた高品質のハウジング用ダイカスト鋳物を得ることができる。
【００２５】
以上のことから、本実施形態は、金型内に酸素ガスを吹き込む無孔性ダイカスト鋳造法により、ガス巻き込みを発生させず内部欠陥が生じない高品質のハウジング用ダイカスト鋳物を製造することができる。また、吸蔵ガス量を７ｃｃ／１００ｇ−Ａｌ以下に設定し、ＨＲＢ硬さが５５以上としてハウジング用ダイカスト鋳物を製造したので、比重が高く、組織が優れ、高強度とした高品質のハウジング用ダイカスト鋳物を製造することができる。
【００２６】
また、本実施形態は、ＪＩＳ  Ｈ５３０２のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系アルミニウム合金ＡＤＣ１２を鋳物材料とし、Ａｌ−Ｍｇ系合金と比較して機械的引張強度が高い性質を有しているので、さらに高強度のハウジング用ダイカスト鋳物を製造することができる。
また、本実施形態は、無孔性ダイカスト鋳造法を行う際に、金型のゲート面積を小さくし、高温、高圧で金型内に送り込まれてきたアルミニウム合金溶湯がゲートで噴出速度を早くし、噴霧状でキャビティ内に射出するようにし、この噴霧状のアルミニウム合金溶湯及び酸素ガスの反応面積を大きくしているので、酸化反応の効率化を図ることができる。
【００２７】
さらに、金型内のキャビティ、ゲート、ランナーを形成する金型面に、ガス発生量が少ない水溶性黒鉛を離型剤・潤滑剤として塗布しているので、ハウジング用ダイカスト鋳物の内部欠陥をさらに防止することができる。
【００２８】
［実施例］
発明の効果を確認するために、本発明者等は、ＪＩＳ  Ｈ５３０２のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系アルミニウム合金ＡＤＣ１２を用いて、図４に示す自動車操舵装置のコラムハウジング１を１８個ダイカスト鋳造した。そして、このコラムハウジング１から前述したハウジング用ダイカスト鋳物の最適な吸蔵ガス量を検討するために作成した試験片（全長Ｌ１：２３０ｍｍ、中央部平行長さＬ２：６０ｍｍ、標点距離Ｌ３：５０．０±０．１ｍｍ、中央部平行幅ｗ：６．４±０．１ｍｍ、厚さｔ：４ｍｍ）と同形状、同寸法の試験片を切り出した。また、各試験片について、吸蔵ガス量と機械的性質（ＨＲＢ硬さ、引張強度）を測定した。そして、表３には、上述した各試験片の吸蔵ガス量と機械的性質（ＨＲＢ硬さ、引張強度）を示し、図５には、各試験片のＨＲＢ硬さと引張強度の相関関係を示したものである。
【００２９】
【表３】
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【００３０】
なお、表３において、実施例１〜９は、吸蔵ガス量を１．５〜１０．５ｃｃ／１００ｇ−Ａｌの範囲で変更し、無孔性ダイカスト鋳造法により製造した。また、表３において、比較例１〜６は、吸蔵ガス量を３．０〜１４．０ｃｃ／１００ｇ−Ａｌの範囲で変更し、無孔性ダイカスト鋳造法により製造した。さらに、表３において、比較例７〜９は、普通ダイカスト鋳造法により製造した。
【００３１】
表３及び図５から明らかなように、吸蔵ガス量が７．０ｃｃ／１００ｇ−Ａｌ以下、且つＨＲＢ硬さが５５以上であると（実施例１、３、４、６、７）、十分な引張強度を確保してコラムハウジング１を製造することができる。
また、比較例１〜３のように、吸蔵ガス量が７．０ｃｃ／１００ｇ−Ａｌ以下でもＨＲＢ硬さが５５以上でないと、コラムハウジング１の引張強度を確保できないことがわかる。また、比較例７〜９のように、普通ダイカスト鋳造法により製造したコラムハウジング１の吸蔵ガス量は１５．０ｃｃ／１００ｇ−Ａｌを超えてしまい、比重、硬さが減少するので強度が低下することがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】アルミニウム合金ダイカスト鋳物の強度試験に用いられる試験片を示す図である。
【図２】試験片の吸蔵ガス量と引張強度の関係を示す図である。
【図３】試験片のＨＲＢ硬さ（ロックウェル硬さ）と引張強度の関係を示す図である。
【図４】アルミニウム合金ＡＤＣ１２を材料として無孔性ダイカスト鋳造法により製造された自動車操舵装置のコラムハウジングを示す図である。
【図５】図４で示したコラムハウジングから切り出した試験片のＨＲＢ硬さ（ロックウェル硬さ）と引張強度の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…コラムハウジング、σＢ…引張強度
【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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