(57)【要約】【課題】製造コストの低減化を図ることができ、鋳造欠陥が生じていても高強度、高品質で製造することができるアルミニウム合金ダイカスト鋳物部品を提供する。【解決手段】アルミニウム合金を材料として普通ダイカスト鋳造法により製造されたアルミニウム合金ダイカスト鋳物部品である。この部品は、肉厚を５mm以下とした状態でロックウェル硬さをＨＲＢ５０以上として製造されている。【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普通ダイカスト鋳造法により製造されるものであって、
肉厚を５mm以下とした状態でロックウェル硬さをＨＲＢ５０以上として製造してなることを特徴とするアルミニウム合金ダイカスト鋳物部品。
【請求項２】
基地組織の所定基準面積の等価円形内に存在する粗大α相の面積率が２０％以下となるように製造してなることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金ダイカスト鋳物部品。
【請求項３】
基地組織に存在する鋳巣欠陥の引張軸方向への投影面積率が１５％以下となるように製造してなることを特徴とする請求項１又は２記載のアルミニウム合金ダイカスト鋳物部品。
【請求項４】
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乃至３の何れか１項に記載のアルミニウム合金ダイカスト鋳物部品。
【請求項５】
車両操舵装置のコラムハウジング、ラックハウジング、或いはギヤハウジングとして製造されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のアルミニウム合金ダイカスト鋳物部品。
【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、ラックハウジング、ギヤハウジングとして好適なアルミニウム合金製ダイカスト鋳物部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金鋳物部品は、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、普通ダイカスト法でアルミニウム合金鋳物からなるコラムハウジングやラックハウジングを製造している。
【０００３】
普通ダイカスト法で製造されるアルミニウム合金鋳物部品（コラムハウジング、ラックハウジング、ギヤハウジング）は、アルミニウム合金溶湯を金型に高速で射出する方法なので、粗大α相、鋳巣欠陥といった鋳造欠陥の混入が避けられず、強度保証が困難である。
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アルミニウム合金鋳物部品（コラムハウジング、ラックハウジング、ギヤハウジング）に負荷されるようになってきており、アルミニウム合金鋳物部品には実体強度の高いものが要求されている。
【０００４】
このような安定した強度のアルミニウム合金鋳物部品を得るには、強度に影響を及ぼす鋳造欠陥を制御する必要がある。現在、鋳造欠陥を減らす技術として、特殊ダイカスト法など、様々な要素技術が開発されているが、これらの技術は製造コストが高く、製品の形状が限られるなど様々な問題点がある。
アルミニウム合金鋳物部品の実体強度を把握するには、製造した部品の製品を用いて製品内部に混入されている鋳造欠陥の影響を含んだ強度を調査する必要がある。
【０００５】
例えば、普通ダイカスト法で製造されたアルミニウム合金鋳物部品は、鋳造欠陥（粗大α相、鋳巣欠陥）の面積率が１０％以下では、強度への欠陥の影響が低いのでビッカース硬さと引張強度との間に相関が認められる。しかし、鋳造欠陥の面積率が１０％を超えると、ビッカース硬さと引張強度と相関関係が成り立たない。
ここで、アルミニウム合金鋳物の機械的性質への鋳造欠陥の影響を評価する技術として、例えば特許文献１には、引け巣とガス欠陥を合わせた空孔の面積率及び空孔の円相当径を規定したものがある。
【特許文献１】特開２００１−２８８５４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、この特許文献１は、巣ができにくいアルミニウム合金鋳物を対象としており、アルミニウム合金溶湯を金型に高速で射出し、鋳造欠陥（粗大α相、鋳巣欠陥）が発生しやすい普通ダイカスト法で製造される車両操舵装置のコラムハウジング、ラックハウジング、ギヤハウジングに対して、同様の方法で機械的性質への鋳造欠陥の影響を評価することはできない。
【０００７】
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、ラックハウジング、ギヤハウジングとして好適であり、製造コストの低減化を図ることができ、鋳造欠陥が生じていても高強度、高品質で製造することができるアルミニウム合金ダイカスト鋳物部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明に係る請求項１記載のアルミニウム合金ダイカスト鋳物部品は、アルミニウム合金を材料として普通ダイカスト鋳造法により製造されるものであって、肉厚を５mm以下とした状態でロックウェル硬さをＨＲＢ５０以上として製造したアルミニウム合金ダイカスト鋳物部品である。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のアルミニウム合金ダイカスト鋳物部品において、基地組織の所定基準面積の等価円形内に存在する粗大α相の面積率が２０％以下となるように製造したものである。
【０００９】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のアルミニウム合金ダイカスト鋳物部品において、基地組織に存在する鋳巣欠陥の引張軸方向への投影面積率が１５％以下となるように製造したものである。
さらに、請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載のアルミニウム合金ダイカスト鋳物部品において、前記アルミニウム合金は、ＪＩＳ  Ｈ５３０２のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系アルミニウム合金ＡＤＣ１２である。
【００１０】
さらにまた、請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れか１項に記載のアルミニウム合金ダイカスト鋳物部品を、車両操舵装置のコラムハウジング、ラックハウジング、或いはギヤハウジングとして製造した。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るアルミニウム合金ダイカスト鋳物部品によると、普通ダイカスト鋳造法により製造されているので、薄肉化および軽量化が可能であり、形状が複雑であってもきれいな鋳肌を低コストで得ることができる。また、肉厚を５mm以下とした状態でロックウェル硬さをＨＲＢ５０以上として製造したことから、鋳造欠陥が生じていても高強度を確保して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】
【００１２】
以下、本発明に係るアルミニウム合金ダイカスト鋳物部品（以下、ダイカスト鋳物部品）の特性について図面を参照して説明する。
本実施形態のダイカスト鋳物部品は、ＪＩＳ  Ｈ５３０２のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系アルミニウム合金ＡＤＣ１２を材料として普通ダイカスト鋳造法により製造されている。
また、本実施形態のダイカスト鋳物部品は、肉厚が５mm以下とした状態でロックウェル硬さ（ＨＲＢ硬さ）が５０以上となり、金属組織中に存在する粗大α相の面積率が２０％以下であり、さらに、金属組織中に存在する鋳巣欠陥の引張軸方向への欠陥投影面積率が１５％以下となるように製造されている。
【００１３】
ここで、前述した本実施形態のダイカスト鋳物部品の各数値の臨界的意義について説明する。
（１）肉厚が５mm以下として採取した試験片の表面及び内部のＨＲＢ硬さを５０以上とする。
本発明者等は、ダイカスト鋳物部品の強度値の予測について鋭意研究を行った結果、ロックウェル硬さ（ＨＲＢ硬さ）はビッカース硬さよりも荷重が大きいために塑性域が広く、ＨＲＢ硬さで内部欠陥の影響も含んだ強度を正しく評価できることがわかった。
【００１４】
そこで、発明者等は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系アルミニウム合金ＡＤＣ１２を普通ダイカスト鋳造法により製造し、図１に示す形状の試験片（全長Ｌ１：２３０ｍｍ、中央平行部の長さＬ２：６０ｍｍ、標点距離Ｌ３：５０．０±０．１ｍｍ、中央部平行幅ｗ：６．４±０．１ｍｍ）を、肉厚ｔを変化させて１６個作製し、各試験片について引張強度（破断強度）及びＨＲＢ硬さを測定した。
【００１５】
各試験片の引張強度の測定は、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−歪み曲線から引張強度を求めた。また、各試験片のＨＲＢ硬さの測定は、引張強度試験後の試験片のつかみ部の部位で行った。
【００１６】
表１には、各試験片のＨＲＢ硬さ及び引張強度を示し、図２には、ＨＲＢ硬さ及び引張強度の相関関係を曲線で示した。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
図２から明らかなように、試験片の肉厚が５mm以下の場合に、ＨＲＢ硬さ及び引張強度の間に相関関係が確認され、ＨＲＢ硬さが５０以上としたときに、引張強度が２５０ＭＰａ以上を満足して優れた機械的性質を示す。
【００１９】
一方、試験片の肉厚が５mmを上回ると、ＨＲＢ硬さ及び引張強度の間の相関関係がなくなる。これは、試験片の肉厚が増大すると、ＨＲＢ硬さの塑性域には含まれない組織情報が発生するからである。また、試験片の肉厚が増大すると、アルミニウム合金溶湯の凝固時の冷却速度の低下を招き、引け巣が発生しやすくなり、あまり好ましい状態になるとはいえない。
【００２０】
したがって、本実施形態のダイカスト鋳物部品は、肉厚が５mm以下とした状態でロックウェル硬さ（ＨＲＢ硬さ）が５０以上であると、鋳造欠陥が生じていても優れた機械的性質製造することができる。
【００２１】
（２）基地組織中に存在する粗大α相の面積率を２０％以下とする。
また、本発明者等は、ダイカスト鋳物部品の強度低下の因子を検討した結果、基地組織中に存在する鋳巣欠陥が大きく強度に影響するという知見を得た。
【００２２】
粗大α相とは、図３に示すように、共晶Ｓｉ、基地α相、金属間化合物が存在する基地組織中に、純アルミニウムの組成に近いα相と呼ばれる組織がデンドライトアームの太い粗大な状態で散在する形態である。
粗大α相は、普通ダイカスト鋳造法でアルミニウム合金溶湯を金型内に射出する際に、スリーブ内に供給されたアルミニウム合金溶湯がスリーブ壁に熱を奪われて冷却されて凝固層として形成され、これがキャビティ内に流れて温度の高いアルミニウム合金溶湯に加熱されて粒成長したものであり、基地組織と比べて硬さが低く、鋳物全体に散在することでＨＲＢ硬さ、強度を減少させる。
【００２３】
そこで、本実施形態は、図１に示した形状と同形状の試験片を１３個作製し、引張強度試験後の試験片の中央平行部の断面組織観察による評価を行う。すなわち、図３に示すように、各試験片の断面組織に対して、２次元画像解析処理により所定基準面積の等価円形内に存在する粗大α相の面積率を測定した。より具体的には、日本ローパー社製の画像解析ソフトであるＩmage-Ｐro・Ｐlusを使用して各試験片の断面組織の観察及び粗大α相の面積率を測定した。
【００２４】
表２には、各試験片の粗大α相の面積率及び引張強度を示し、図４には、粗大α相の面積率及び引張強度を曲線で示した。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
表２及び図４から明らかなように、所定基準面積の等価円形内に存在する粗大α相の面積率が２０％以下であれば、引張強度に大きな変化がないが、２０％を超えると引張強度が低下することがわかる。なお、望ましくは粗大α相の面積率を１５％以下とすると安定した引張強度が得られる。
したがって、本実施形態のダイカスト鋳物部品は、基地組織中の所定基準面積の等価円形内に存在する粗大α相の面積率が２０％以下のときに、優れた機械的性質を示す。
【００２７】
（３）基地組織中に存在する鋳巣欠陥の引張軸方向への投影面積率を１５％以下とする。
また、本発明者等は、基地組織中に存在する鋳巣欠陥が大きく強度に影響するという知見を得た。
【００２８】
鋳巣欠陥は、ダイカスト鋳物部品の内部の空洞であり、金型のキャビティに充填されたアルミニウム合金溶湯が凝固時に体積収縮することによって発生する空孔の引け巣と、スリーブ内、或いは金型内の空気や、離型剤・潤滑剤がアルミニウム合金溶湯中に巻き込まれて発生する空孔としてのブローホールに分類される。この鋳巣欠陥が多くなると、ダイカスト鋳物部品の密度、比重が下がる。硬さと密度は一般的に相関があることが知られており、鋳巣欠陥が大きくなれば硬さ・強度は低下する。
【００２９】
そこで、図１に示した形状と同形状の試験片を１３個作製し、引張強度試験前に、中央平行部の横断面ＣＴスキャンを行い、図５に示すように、その横断面の陰影から画像解析ソフトにより基地組織中の所定基準面積に対する鋳巣欠陥の面積率を測定した。
表３には、各試験片の鋳巣欠陥の面積率及び引張強度を示し、図６には、鋳巣欠陥の面積率及び引張強度の相関関係を曲線で示した。
【００３０】
【表３】
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【００３１】
表３及び図６から明らかなように、鋳巣欠陥の面積率が１５％以下であれば、引張強度に大きな変化がないが、１５％を超えると引張強度が低下することがわかる。なお、望ましくは鋳巣欠陥の面積率を１０％以下とすると安定した引張強度が得られる。
【００３２】
したがって、本実施形態のダイカスト鋳物部品は、基地組織中の所定基準面積に対する鋳巣欠陥の面積率（鋳巣欠陥の引張軸方向への投影面積率）が１５％以下のときに、優れた機械的性質を示す。
［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、普通ダイカスト鋳造法により複数個製造した。そして、図１と同形状の試験片を肉厚の異なる部分より切り出した。また、各試験片について、鋳造欠陥（粗大α相、鋳巣欠陥）と機械的性質（ＨＲＢ硬さ、引張強度）の評価を行った。そして、表４には、上述した各試験片の鋳造欠陥と機械的性質を示し、図８には、各試験片のＨＲＢ硬さと引張強度の相関関係を示した。
【００３３】
【表４】
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【００３４】
なお、表４において、実施例１〜４及び比較例１〜４は、ＨＲＢ硬さ及び引張強度に対する肉厚ｔへの影響を比べたものである。これによると、実施形態１，２及び比較例１，２とを比べて明らかなように、ＨＲＢ硬さが５０以上確保できていても、肉厚ｔが５mmを上回っている場合には、図８に示す正規のＨＲＢ硬さ及び引張強度の関係には合致せず、引張強度が低下してバラツキが大きくなる。
【００３５】
また、実施形態３，４及び比較例３，４が示すように、肉厚ｔが５mm以下では正規のＨＲＢ硬さ及び引張強度の関係になり、ＨＲＢ硬さを５０以上にすると引張強度が向上する。比較例６，７が示すように、ＨＲＢ硬さが５０を下回ると引張強度が大きく低下する。
また、実施形態５，６及び比較例７，８を比べて明らかなように、粗大α相の面積率が２０％を超えると引張強度が低下する。このとき、比較例７，８は、ＨＲＢ硬さも影響を受けて低下する。そして、実施形態５，６が示すように、粗大α相の面積率が２０％を下回ると引張強度が向上する。
【００３６】
また、実施形態７，８及び比較例９，１０を比べて明らかなように、鋳巣欠陥の面積率が１５％を上回ると、引張強度及びＨＲＢ硬さも影響を受けて低下する。
したがって、実施形態９，１０から明らかなように、粗大α相の面積率が２０％以下で、鋳巣欠陥の面積率が１５％以下であると、引張強度及びＨＲＢ硬さの両者ともに優れた値を示す。
【００３７】
ここで、比較例１１，１２から明らかなように、粗大α相の面積率が２０％を上回り、鋳巣欠陥の面積率が１５％を上回ると、相互作用により引張強度及びＨＲＢ硬さの値が単独で影響するよりも大きく低下する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】アルミニウム合金ダイカスト鋳物部品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３】アルミニウム合金ダイカスト鋳物部品の基地組織中に存在する粗大α相を模式的に示した図である。
【図４】試験片の粗大α相の面積率と引張強度の関係を示す図である。
【図５】アルミニウム合金ダイカスト鋳物部品の試験片の断面をＣＴスキャンして示した図である。
【図６】試験片の鋳巣欠陥の面積率と引張強度の関係を示す図である。
【図７】普通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８】図７で示したコラムハウジングから切り出した試験片のＨＲＢ硬さと引張強度の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…コラムハウジング
【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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