(57)【要約】【課題】車両用ホイールを鋳造成形する際に、アルミニウム合金の溶湯が酸化することを抑制するように、ベリリウムの添加量を規定した車両用ホイールを鋳造成形するための鋳造用アルミニウム合金、および車両用ホイールの鋳造方法を提案する。【解決手段】Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金に、ベリリウムが３ｐｐｍ以上かつ８ｐｐｍ以下添加されてなる鋳造用アルミニウム合金とし、該鋳造用アルミニウム合金の溶湯により車両用ホイールを鋳造成形する。また、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金の溶湯に、ベリリウムが３ｐｐｍ以上かつ８ｐｐｍ以下添加して溶湯を生成し、該溶湯により車両用ホイールを鋳造成形する。ベリリウムの添加量を極少量かつ極めて狭い範囲に限定することで、溶湯の酸化を抑制する効果が際立って発揮される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の金型に鋳込まれて車両用ホイールを鋳造成形するための鋳造用アルミニウム合金であって、
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金に、ベリリウムが３ｐｐｍ以上かつ８ｐｐｍ以下添加されてなるものであることを特徴とする車両用ホイールを鋳造成形するための鋳造用アルミニウム合金。
【請求項２】
ベリリウムが３ｐｐｍ以上かつ５ｐｐｍ未満添加されてなるものであることを特徴とする請求項１に記載の車両用ホイールを鋳造成形するための鋳造用アルミニウム合金。
【請求項３】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金が、シリカ成分を６．５〜７．５重量％、マグネシウム成分を０．２〜０．４５重量％、銅成分を０．２重量％以下含有してなるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用ホイールを鋳造成形するための鋳造用アルミニウム合金。
【請求項４】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金を溶解して所定の金型に鋳込むことにより車両用ホイールを鋳造成形する車両用ホイールの鋳造方法において、
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金にベリリウムを３ｐｐｍ以上かつ８ｐｐｍ以下添加して生成した鋳造用アルミニウム合金を溶解して溶湯とし、当該溶湯を所定の金型に鋳込むようにしていることを特徴とする車両用ホイールの鋳造方法。
【請求項５】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金を溶解して所定の金型に鋳込むことにより車両用ホイールを鋳造成形する車両用ホイールの鋳造方法において、
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金を溶解した後に、ベリリウムを３ｐｐｍ以上かつ８ｐｐｍ以下添加して鋳造用アルミニウム合金溶湯を生成し、当該鋳造用アルミニウム合金溶湯を所定の金型に鋳込むようにしていることを特徴とする車両用ホイールの鋳造方法。
【請求項６】
ベリリウムを３ｐｐｍ以上かつ５ｐｐｍ未満添加するようにしていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の車両用ホイールの鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用ホイールを鋳造成形する工程で所定金型に鋳込まれる、車両用ホイールを鋳造成形するための鋳造用アルミニウム合金、およびアルミニウム合金を所定金型に鋳込むことにより車両用ホイールを鋳造成形する車両用ホイールの鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金製の車両用ホイールにあっては、鋳造成形により製造されるものが主流である。そして、この鋳造成形には、一般的に、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金であるＡＣ４ＣやＡＣ４ＣＨを用いている。このＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金は、例えば同じＡｌ−Ｓｉ系のＡＣ４Ｂ（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系アルミニウム合金）などに比して、銅成分の含有率が低く、耐食性に優れるという利点があるため、車両用ホイールに適している。
【０００３】
このような車両用ホイールを鋳造成形する工程にあって、アルミニウム合金のインゴット（地金）を溶解する溶解炉から金型に注入するまでの間で、当該アルミニウム合金の溶湯が酸化し、その酸化物としてノロ（スラグ）や介在物が発生する。ここで、溶湯の酸化は、該溶湯の表面が空気に触れることにより生じたり、溶湯が動く（配湯する）際に空気をまき込むことにより生じる。ノロは溶湯表面で塊状に発生し、また、このノロが、当該溶湯が動くことにより懸濁して、溶湯内に介在物として混在することとなる。このような介在物（酸化物）が混在した溶湯を金型に鋳込むと、鋳造成形した車両用ホイールには介在物が含有してしまう。そして、この介在物が含有することによって、車両用ホイールの外観不良、強度や耐久性の低下等の不具合を生じる原因となっている。そのため、このような不具合の発生を防ぐために、例えば、溶湯を溶解炉から金型に注入するまでの間で、溶湯にアルゴンガスを吹き込むことにより、介在物を溶湯表面に浮き上げ、ノロと共に除去する除滓作業を実施している。尚、この除滓作業は、例えば、柄杓などによって溶湯から直接すくい上げて取り除くようにして行う。
【０００４】
ところで、上記したＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金のようにマグネシウム成分を含有するアルミニウム合金にあっては、溶解炉で溶解してから金型に鋳込まれるまでの間でマグネシウム成分が酸化し易く、この酸化により溶湯内のマグネシウム成分が損耗してしまう。このようなマグネシウム成分の酸化損耗を防止するために、ベリリウムを添加して鋳造することが提案されている。例えば、特許文献１には、マグネシウム成分を０．５〜６重量％含有するＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金の溶湯に、ベリリウムを０．５〜５０ｐｐｍ添加する鋳造方法が提案されている。また、特許文献２には、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金としてベリリウムを３０〜１０００ｐｐｍ含有する鋳造方法が提案されている。
【特許文献１】特開昭６１−２６２４４８号公報
【特許文献２】特開平６−２６４１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、溶湯を金型に注入する方法としては、金型に連通する槽（以下、注入槽という）に溶湯を溜めて該注入槽内に圧力を掛けることにより該溶湯を金型内へ注入するようにして実施する、圧力鋳造方法がよく知られている。ここで、注入槽内に圧力を掛けて溶湯を金型へ注入する際には、該注入槽を密閉状態とする。そのため、圧力鋳造方法では、鋳造時に、注入槽内の溶湯に対して上述した除滓作業を実施することができず、除滓作業は、通常、溶湯を溶解炉から注入槽へ移すまでの過程で実施している。しかし、注入槽に溜められている間や金型へ注入される過程にあっても、溶湯が酸化されるためにノロや介在物が発生してしまう。特に、ここで溶湯内に生じた介在物は、当該溶湯と共に金型内へ鋳込まれてしまうため、鋳造成形した車両用ホイールに介在物として含まれることとなる。そのため、上述した注入槽へ溶湯を流入する前に除滓作業を実施するだけでは、金型へ鋳込む溶湯に混在する酸化物（介在物）を低減するには限界がある。そして、鋳造成形した車両用ホイールに介在物が含有し、該介在物を原因とする不具合が発生していた。注入槽から金型へ鋳込むまでの間に発生するノロや介在物を抑制することが希求されている。
【０００６】
一方、上述した従来の特許文献１では、ベリリウムを添加することにより、アルミニウム合金に含まれるマグネシウム成分の酸化損耗を抑制できることが開示されており、また、従来の特許文献２ではベリリウムを含有することにより、マグネシウム成分の酸化損耗を抑制し且つＦｅ針状晶の成長を抑制することが開示されている。いずれの鋳造方法にあっても、マグネシウム成分の酸化物が発生することを抑制できるため、このような溶湯を鋳込むことにより、鋳造製品に含有する介在物を低減できるという作用効果が期待される。
【０００７】
しかし、これら特許文献１，２では、マグネシウム成分の酸化について言及しているだけであり、その他のアルミニウム成分の酸化（すなわち、溶湯としての酸化）を抑制する作用効果については何ら開示されていない。また、ここで開示されたベリリウムの添加量（含有量）の範囲内で、溶湯の酸化を抑制する効果がどれほど発揮されるかも不明である。特に特許文献２では、鋳造製品の機械的特性の向上を主目的としており、該目的に適したベリリウムの添加量が設定されていると言える。そのため、このベリリウムの添加量により生ずる、酸化抑制効果の有用性が不明であり、酸化物の発生をどれだけ抑制できるかどうかも不明である。また、特許文献１，２では、ベリリウムの添加量（含有量）が広い範囲で設定されている。そのため、車両用ホイールの製造工程にあって、特許文献１，２の開示内容だけで製造条件としての添加量を設定することができない。ここで、製造条件として設定する場合には、添加量を過大に設定すれば、製造コストが向上することとなるため、最適な添加量を設定することが求められる。
【０００８】
本発明は、車両用ホイールを鋳造成形するために用いるＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金に適するベリリウムの添加量を規定し、鋳造成形の際に溶湯の酸化を抑制し得る車両用ホイールを鋳造成形するための鋳造用アルミニウム合金を提案すると共に、溶湯の酸化を抑制し得る車両用ホイールの鋳造方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、所定の金型に鋳込まれて車両用ホイールを鋳造成形するための鋳造用アルミニウム合金であって、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金に、ベリリウムが３ｐｐｍ以上かつ８ｐｐｍ以下添加されてなるものであることを特徴とする車両用ホイールを鋳造成形するための鋳造用アルミニウム合金である。
【００１０】
かかる構成にあっては、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金を鋳込むことにより車両用ホイールを鋳造成形する際に、該アルミニウム合金の溶湯が酸化することを抑制するように、該Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金に規定量のベリリウムを添加してなるものである。ここで、ベリリウムの添加とアルミニウム合金の溶湯の酸化との関係について発明者らが鋭意研鑽したところ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金ではベリリウムを添加することにより、添加しない場合に比して、鋳造成形する際に溶湯の酸化が抑制されることを確認した。そして、さらなる研鑽によって、ベリリウムの添加量を３ｐｐｍ以上かつ８ｐｐｍ以下とする極少量かつ極めて狭い範囲とした場合に、溶湯の酸化を抑制する効果が際立って発現することを見出した。すなわち、ベリリウムを２０〜３０ｐｐｍ添加した場合にも溶湯の酸化を抑制する効果は生じるが、当該抑制効果は、添加量を３ｐｐｍ以上かつ８ｐｐｍ以下の範囲とした場合に一層大きく発現する。尚、溶湯の酸化は、主に、該溶湯に含まれるアルミニウム成分やマグネシウム成分が酸化して生ずる。本発明にあっては、比較的酸化し易いマグネシウム成分だけでなく、アルミニウム合金の主成分であるアルミニウム成分の酸化をも抑制し、総じて溶湯の酸化を抑制している。
【００１１】
このように、本発明の鋳造用アルミニウム合金は、その溶湯を所定の金型に鋳込み車両用ホイールを鋳造成形する際に、該溶湯の酸化を抑制してその酸化物であるノロや介在物の発生が抑制されるため、鋳造成形した車両用ホイールに含有する介在物を低減することができ得る。特に、上述した圧力鋳造方法にあって、金型へ鋳込む溶湯を貯留する注入槽内で当該溶湯の酸化を抑制できることから、注入槽で溶湯内に介在物が発生することを抑制でき、金型へ鋳込む溶湯に混在する介在物を低減できるという優れた作用効果を奏する。これにより、車両用ホイールに含有する介在物によって生ずる外観不良や強度不足などの発生を低減することができるため、車両用ホイールの製造にあって、該介在物を原因とする不具合品が発生する割合を低減でき得る。また、ベリリウムの添加量が極少量であることから、該ベリリウムに要する材料コストを抑制することができるため、総じて製造コストを抑えることができ得る。
【００１２】
さらに、ベリリウムの添加により溶湯の酸化を抑制できるのであるから、鋳造成形の際に、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金に含まれるマグネシウム成分が酸化損耗しまうことも抑制できる。このマグネシウム成分は加工硬化を促進する役割を有していることから、車両用ホイールの製造工程にあっては、マグネシウム成分の損耗量を鋳造成形の際に補充することが実施されている。本構成にあっては、マグネシウム成分の損耗量を抑制できるため、この補充量を低減でき、鋳造成形にかかるコストを抑制することもでき得る。
【００１３】
上述した車両用ホイールを鋳造成形するための鋳造用アルミニウム合金にあって、ベリリウムが３ｐｐｍ以上かつ５ｐｐｍ未満添加されてなる構成が提案される。
【００１４】
ベリリウムの添加量についてさらに詳細に検討したところ、該添加量を５ｐｐｍ弱とした場合に、溶湯の酸化を抑制する効果が最も高くなる傾向を示すことを見出した。そして、車両用ホイールの製造工程として考慮すれば、ベリリウムの添加量は少量であることが好ましい。以上のことから、本構成の鋳造用アルミニウム合金は、ベリリウムの添加量を３ｐｐｍ以上かつ５ｐｐｍ未満の範囲に規定したものである。これにより、溶湯の酸化を抑制して介在物やノロの発生量を低減でき、かつベリリウムの材料費を低減して製造コストを低減できるという、上述した本発明の作用効果を一層効果的に発揮することができ得る。特に、ベリリウムの添加量を４ｐｐｍより多くかつ５ｐｐｍ未満とすることにより、ノロの発生を抑制する作用効果が一層向上する。
【００１５】
上述した車両用ホイールを鋳造成形するための鋳造用アルミニウム合金にあって、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金が、シリカ成分を６．５〜７．５重量％、マグネシウム成分を０．２〜０．４５重量％、銅成分を０．２重量％以下含有してなるものである構成が提案される。           
【００１６】
かかる構成は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金を、その含有成分により限定したものであり、上述したように車両用ホイールの鋳造成形用材料としてＡＣ４ＣやＡＣ４ＣＨを好適に用い得る。そして、このＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金に上述した添加量のベリリウムを添加してなる鋳造用アルミニウム合金は、鋳造成形の際にノロの発生を抑制し、上述した本発明の作用効果を適正に発揮し得る。
【００１７】
尚、本構成の銅成分は、アルミニウム合金に不純物として含有しているものであり、０．２重量％以下であれば良い。そして、銅成分は、アルミニウム合金の耐食性を阻害する作用を有するため、その含有量を可及的に少量とすることが、車両用ホイールを鋳造するためのアルミニウム合金として好ましい。そのため、銅成分の含有量は、０．０１重量％以下とする構成が好適である。
【００１８】
一方、本発明は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金を溶解して所定の金型に鋳込むことにより車両用ホイールを鋳造成形する車両用ホイールの鋳造方法において、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金にベリリウムを３ｐｐｍ以上かつ８ｐｐｍ以下添加して生成した鋳造用アルミニウム合金を溶解して溶湯とし、当該溶湯を所定の金型に鋳込むようにしていることを特徴とする車両用ホイールの鋳造方法である。
【００１９】
かかる方法にあっては、ベリリウムを３ｐｐｍ以上かつ８ｐｐｍ以下の範囲で添加した鋳造用アルミニウム合金を溶解していることから、上述したように、溶解してから金型に鋳込むまでの間に、該鋳造用アルミニウム合金の溶湯の酸化を抑制する効果に優れる。これにより、金型に鋳込む溶湯に介在物（酸化物）が発生することを抑制できるため、鋳造成形後の車両用ホイールに含有する介在物を低減することができ、該介在物を原因とする外観不良や強度不足などの不具合の発生を低減でき得る。そして、このような不具合を有する不具合品を成形してしまう割合を低減することができ、総じて製造コストを低減することができ得る。また、ベリリウムを添加していることから、上述したように、鋳造用アルミニウム合金の溶湯に含まれるマグネシウム成分が酸化損耗することを抑制できるため、該損耗量を補充する補充量を低減することができ、製造コストを低減することができる。
【００２０】
また、本発明は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金を溶解して所定の金型に鋳込むことにより車両用ホイールを鋳造成形する車両用ホイールの鋳造方法において、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金を溶解した後に、ベリリウムを３ｐｐｍ以上かつ８ｐｐｍ以下添加して鋳造用アルミニウム合金溶湯を生成し、当該鋳造用アルミニウム合金溶湯を所定の金型に鋳込むようにしていることを特徴とする車両用ホイールの鋳造方法である。
【００２１】
かかる方法にあっては、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金を溶解した溶湯にベリリウムを３ｐｐｍ以上かつ８ｐｐｍ以下の範囲で添加するようにしていることから、当該溶湯の酸化を抑制する効果に優れる。この溶湯の酸化を抑制する作用効果は、上述した予めベリリウムを添加した鋳造用アルミニウム合金を溶解して鋳造成形する場合とほぼ同様に発揮される。これにより、鋳造成形後の車両用ホイールに含有する介在物を低減することができるため、該介在物を原因とする外観不良や強度不足などの不具合の発生を低減できる。そして、このような不具合品を成形してしまう割合を低減でき、総じて製造コストを低減することができ得る。また、ベリリウムを添加することから、上述したように、溶湯に含まれるマグネシウム成分の酸化損耗を抑制できるため、マグネシウムの補充量を低減でき、製造コストを低減することができる。
【００２２】
また、本方法にあっては、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金を溶解した後にベリリウムを添加するようにしていることから、従来から車両用ホイールの鋳造で溶解しているＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金のインゴット（地金）を用いることができる。すなわち、上記したような鋳造用アルミニウム合金を新たに生成する必要を要しない。そのため、従来から実施されている車両用ホイールを鋳造成形する工程に、ベリリウムを添加する作業工程を加えることにより比較的容易に実施可能であるという利点を有する。
【００２３】
上述した車両用ホイールの鋳造方法にあって、ベリリウムを３ｐｐｍ以上かつ５ｐｐｍ未満添加するようにしている方法が提案される。
【００２４】
かかる方法にあっては、上述したように、ベリリウムを５ｐｐｍ弱添加した場合に溶湯の酸化を抑制する効果が最も高くなる傾向を示すこと、および、車両用ホイールの製造を考慮すれば添加量が少ない方が製造コストを低減できることにより、ベリリウムの添加量を限定した方法である。さらに、ベリリウムの添加量を４ｐｐｍより多くかつ５ｐｐｍ未満とすることにより、溶湯の酸化を抑制する作用効果が一層向上する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、上述したように、車両用ホイールを鋳造成形するためのものであって、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金に、ベリリウムが３ｐｐｍ以上かつ８ｐｐｍ以下添加されてなる鋳造用アルミニウム合金であるから、鋳造成形する際に、該鋳造用アルミニウム合金の溶湯の酸化を抑制できる。これにより、金型に鋳込む溶湯に介在物（酸化物）が発生することを抑制できるため、鋳造成形した車両用ホイールに含有する介在物の含有量を低減でき、該介在物による外観不良や強度不足などを有する不具合品の発生を抑制することができ得る。また、ベリリウムの添加量が極少量であるため、材料コストを抑えることもできる。そして、本発明の鋳造用アルミニウム合金を用いることにより、車両用ホイールを鋳造成形する製造工程にあって、総じて製造コストを低減することができ得る。
【００２６】
上述した車両用ホイールを鋳造成形するための鋳造用アルミニウム合金にあって、ベリリウムが３ｐｐｍ以上かつ５ｐｐｍ未満添加されてなる構成とした場合には、一層効果的かつ効率的に、上述した本発明の作用効果を発揮し得る。
【００２７】
上述した車両用ホイールを鋳造成形するための鋳造用アルミニウム合金にあって、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金が、シリカ成分を６．５〜７．５重量％、マグネシウム成分を０．２〜０．４５重量％、銅成分を０．２重量％以下含有してなるものである構成にあっては、車両用ホイールの鋳造成形用材料として好適であると共に、ベリリウムが添加されることによって、上述した本発明の作用効果を適正に発揮し得る。
【００２８】
一方、本発明は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金にベリリウムを３ｐｐｍ以上かつ８ｐｐｍ以下添加して生成した鋳造用アルミニウム合金を溶解して溶湯とし、当該溶湯を所定の金型に鋳込むことにより車両用ホイールを鋳造成形する鋳造方法としたから、この鋳造用アルミニウム合金を溶解して金型に鋳込むまでの間で、その溶湯の酸化を抑制することができる。これにより、鋳造成形した車両用ホイールに含有する介在物の含有量を低減でき、該介在物による外観不良や強度不足などの不具合品が発生する割合を低減でき得る。このように不具合品の発生割合を低減できることから、製造コストを低減することができ得る。また、ベリリウムの添加量が極少量であることから、材料コストを抑えることもできる。
【００２９】
また、本発明は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金を溶解した後に、ベリリウムを３ｐｐｍ以上かつ８ｐｐｍ以下添加して鋳造用アルミニウム合金溶湯を生成し、当該鋳造用アルミニウム合金溶湯を所定の金型に鋳込むことにより車両用ホイールを鋳造成形する鋳造方法としたから、ベリリウムを添加した溶湯の酸化を抑制することができる。これにより、上述した鋳造用アルミニウム合金を鋳込む鋳造方法と同様の作用効果を発揮し得る。さらに、本方法では、上記した鋳造用アルミニウム合金を生成する必要がなく、従来から用いられているＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金のインゴット（地金）を溶解することにより比較的容易に実施できるという利点を有する。
【００３０】
上述した車両用ホイールの鋳造方法にあって、ベリリウムを３ｐｐｍ以上かつ５ｐｐｍ未満添加するようにした場合には、一層効果的かつ効率的に、上述した本発明の作用効果を発揮し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の実施例を添付図面を用いて詳述する。
先ず、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金としてＡＣ４ＣＨを用いて、該ＡＣ４ＣＨにベリリウムを添加し、ノロ（スラグ）の発生量を測定するノロ重量測定試験と、鋳造後の試験片に含まれる介在物の含有量を確認する介在物測定試験とを実施した結果について説明する。ノロ重量測定試験および介在物測定試験では、ベリリウムの添加量を約２ｐｐｍ、約３ｐｐｍ、４．８ｐｐｍ、約７ｐｐｍ、約９ｐｐｍ、約１１ｐｐｍ、約１５ｐｐｍ、約２０ｐｐｍ、約３０ｐｐｍに夫々設定して、それぞれの場合について実施している。さらには、比較のためにベリリウムを添加しない場合についても実施している。
【００３２】
ここで、ＡＣ４ＣＨは、シリカ成分が６．５〜７．５重量％、マグネシウム成分が０．２５〜０．４５重量％、銅成分が０．０１重量％、その他鉄成分、マンガン成分、亜鉛成分等を含み、残りをアルミニウム成分からなるものである。
【００３３】
上記したノロ重量測定試験では、ＡＣ４ＣＨアルミニウム合金を溶解した溶湯を、複数のるつぼに約３ｋｇずつ分配する。るつぼは、溶湯を約７４０℃に保持するようにしている。そして、各るつぼにそれぞれ、上記した所定量のベリリウムを添加する。尚、ベリリウムの添加直前に、るつぼ内の溶湯に発生して溜まっているノロを、所定の柄杓によって予め取り除いている。そして、各るつぼ内の溶湯を約３０分攪拌した後に、夫々の溶湯に生じたノロを取り出してその重量を測定した。その結果を図１に示す。ノロの発生重量は、ベリリウムを添加しない場合に比して、ベリリウムを添加することにより減少している。そして、ベリリウムの添加量が４．８ｐｐｍの場合に最もノロの発生重量が少なくなっている。この４．８ｐｐｍの添加量より添加量を少なくするに従って、ノロ重量が増加する傾向を示し、４．８ｐｐｍより添加量を増やすに従ってノロ重量が増加する傾向を示している。この結果により、ベリリウムの添加量を３ｐｐｍ以上かつ８ｐｐｍ以下という極めて少量かつ極狭い範囲に設定することにより、ノロの発生重量が際立って少なくなることが明らかである。このノロは、上述したように溶湯の酸化により発生するものであるから、ノロの発生重量が少ない場合には、溶湯の酸化が抑制されていると解釈できる。
【００３４】
一方、介在物測定試験は、上記した各るつぼ内の溶湯を所定の金型に鋳込み、所定形状の試験片を夫々鋳造する。そして、各試験片をそれぞれ複数に分割し、各破面に露出する介在物の数を測定する。各試験片毎に、複数の破面で測定した介在物の測定数を合計し、その合計数を、測定に供した破面数で割算し、この値をＫ１０値として求める。すなわち、介在物測定試験では、このＫ１０により、鋳造後の試験片に含有している介在物の含有量を調べている。
【００３５】
上記したＫ１０値を求めた結果を図２に示す。この結果は概ね、上述したノロ重量測定試験の結果と同じ傾向を示している。すなわち、ベリリウムの添加量が４．８ｐｐｍの場合に、最もＫ１０値が低く、介在物の含有量が少なくなっている。そして、ベリリウムの添加量が３ｐｐｍ以上かつ８ｐｐｍ以下の範囲で、Ｋ１０値が際立って小さくなっている。ベリリウムを３ｐｐｍ以上かつ８ｐｐｍ以下添加することによって、金型に鋳込む溶湯に介在物が発生すること抑制する効果が際立って高くなることが明らかである。
【００３６】
上述したノロ重量測定試験と介在物測定試験とによって、ベリリウムの添加量を３ｐｐｍ以上かつ８ｐｐｍ以下という極めて少量かつ極狭い範囲に設定した場合に、溶湯の酸化を抑制する効果を際立って高く発揮するということが明らかである。そして、鋳造後の製品に含有する介在物の含有量を低減することができる。したがって、鋳造後の製品に、介在物を原因とする不具合が発生することを低減でき得る。
【００３７】
さらに、車両用ホイールの製造条件として考慮すれば、ベリリウムの添加量を少なくすることにより材料コストを削減できるため、該添加量を３ｐｐｍ以上かつ５ｐｐｍ未満の範囲とすることが製造上で好ましい添加量であると言える。
【００３８】
尚、ベリリウムの添加量は数ｐｐｍという極めて微量であるため、製造上、小数点一桁の単位以下を厳密に測定することが難しい。そのため、各るつぼに添加したベリリウムの添加量は、厳密な数値となっていない。但し、最もノロ重量の少なくなった添加量については、その添加量を改めて計測したところ、４．８ｐｐｍとなっていた。
【００３９】
また、ノロ重量測定試験および介在物測定試験としては、攪拌時間を１０分、２０分に設定した場合についても実施したが、上記した攪拌時間を３０分とした場合と同様の結果が得られた。これら結果については省略する。
【００４０】
上述したノロ重量測定試験および介在物測定試験の結果に従って、ベリリウムを添加して車両用ホイールを製造する実施例１，２を実施した。以下にその詳細について説明する。
【実施例１】
【００４１】
本実施例１にあっては、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金としてＡＣ４ＣＨを使用する。そして、このＡＣ４ＣＨの生成工程（図示省略）で、ベリリウムを約４．８ｐｐｍ（５ｐｐｍ弱）添加することにより、本発明にかかる鋳造用アルミニウム合金のインゴット（地金）を製造する。
【００４２】
このようにＡＣ４ＣＨにベリリウムを約４．８ｐｐｍ添加してなる鋳造用アルミニウム合金のインゴットを用いて、図３のように、車両用ホイール（図示省略）を鋳造成形する。先ず、所定の溶解炉に、前記鋳造用アルミニウム合金を入れて溶解する溶解工程１を実施する。その後、鋳造用アルミニウム合金の溶湯を、溶解炉から複数のとりべに分配する分配工程２を実施する。ここで、とりべは、約７３０℃に保持されており、溶湯の状態を維持するようにしている。
【００４３】
次に、とりべ内の溶湯に、マグネシウムとストロンチウムとを添加する添加工程３を実施する。ここで、マグネシウムは、溶湯内で酸化損失するマグネシウム成分を補充する目的で添加される。また、ストロンチウムは、結晶組織を微細化する等のように改質することを目的として添加される。さらに、この添加工程３では、フラックスも添加する。
【００４４】
上記したとりべには、その溶湯にアルゴンガスを吹き込み、当該とりべ内に存在する酸化物（ノロ、介在物）を取り除く除滓工程４を実施する。アルゴンガスを吹き込むことにより、溶湯内に含まれている水素ガスを噴出する脱ガス処理を行うと共に、溶湯内に混在している介在物をアルゴンガスに吸着させて溶湯の表面に浮き上げるようにしている。そして、溶湯表面に浮き上がった介在物を、溶湯表面に発生しているノロと共に、所定の柄杓により取り除く除滓作業を実施する。これにより、とりべ内の溶湯に発生しているノロおよび介在物を、ほとんど除去するようにしている。
【００４５】
ここで、鋳造用アルミニウム合金の溶湯は、ベリリウムを添加したものであるため、上述したように酸化抑制効果が高い。しかしながら、溶湯の酸化を完全に防ぐことができるわけでなく、上記した溶解工程１で比較的大きな熱量が加わったり、上記した分配工程２で、溶解炉からとりべに溶湯を移す際に空気と積極的に混ざり合ったりする状況では、溶湯が酸化し易く、介在物やノロが発生してしまう。そのため、上記した添加工程３までに溶湯に生じてしまった介在物やノロを、除滓工程４により除去するようにしている。また、溶湯内のマグネシウム成分は最も酸化し易い成分であるが、上記した添加工程３で添加することによってその酸化損失分を補充している。
【００４６】
尚、除滓工程４では、上記したアルゴンガスを吹き込むことにより、溶湯内の水素ガスを噴出する脱ガス処理も行っている。水素ガスを含んだ状態の溶湯を金型に鋳込むと、凝固後に巣や欠陥を生じる原因となるため、脱ガス処理によって水素ガスを溶湯内から噴出して取り除くようにしている。
【００４７】
次に、とりべ内の溶湯を、所定の鋳造装置１５（図４参照）へ移し入れ、鋳造可能な状態とする鋳造準備工程５を実施する。ここで、鋳造装置１５は、図４のように、金型２１へ直接注入する溶湯が溜められる注入槽１６と、該注入槽１６へ溶湯を送り込む待機槽１７とを備えている。そして、注入槽１６の直上に、車両用ホイール（図示省略）を鋳造するための金型２１が着脱可能に配設されており、該金型２１の湯口２２に連結したストーク１９が注入槽１６内に配されて、該ストーク１９を介して注入槽１６と金型２１のキャビティ２３とを連通している。そして、この鋳造装置１５は、注入槽１６の内圧を高める加圧装置（図示省略）を備えており、該加圧装置を駆動制御することにより、注入槽１６内の圧力を高め、該注入槽１６内の溜まっている溶湯をストーク１９を通じて金型２１のキャビティ２３内へ注入できるようになっている。
【００４８】
また、待機槽１７と注入槽１６とは連通路１８を介して連通しており、該連通路１８を開閉する開閉弁２０を開放することにより待機槽１７から注入槽１６へ溶湯を流入することができるようになっている。すなわち、とりべから待機槽１７に入れた溶湯は、連通路１８の開閉弁２０を開放することにより、注入槽１６に入っていく。そして、注入槽１６に所定量の溶湯が溜まると、開閉弁２０を閉鎖する。このように鋳造準備工程５では、注入槽１６内に所定量の溶湯を溜めた状態とする。
【００４９】
この鋳造準備工程５の後、鋳造成形工程６を実施する（図３参照）。この鋳造成形工程６では、上記した鋳造装置１５により、その加圧装置（図示省略）を駆動制御し、注入槽１６の内圧を上昇させて該注入槽１６内の溶湯を、ストーク１９を介して金型２１のキャビティ２３へ注入していく。そして、金型２１のキャビティ２３内に溶湯が充填されると、加圧装置の駆動を止めて注入を終了する。このようにして、鋳造成形工程６により鋳造成形が実施される。さらに、溶湯が鋳込まれた金型２１は、ストーク１９から分離して、冷却後に分解して成形品を取り出す。この成形品は、熱処理工程や切削工程など（図示省略）を介して所望の車両用ホイールとなる。また、金型２１を鋳造装置１５から取り外した後に、別の金型２１を取り付けることにより、連側して鋳造することができる。連続鋳造する際には、連通路１８の開閉弁２０を開放して待機槽１７から注入槽１６へ適宜溶湯を補充する。
【００５０】
上記した鋳造準備工程５にあって、とりべから鋳造装置１５に移す溶湯には、上述したようにノロがほとんど存在していないが、とりべから待機槽１７に流入する際に溶湯が酸化し易くなるため、ノロや介在物が発生してしまう。しかし、上述したように、鋳造用アルミニウム合金はベリリウムを添加してなるものであるから、溶湯の酸化が抑制され、ノロや介在物の発生が抑制される。また、溶湯は、一旦待機槽１７に貯留した後に連通路１８を介して注入槽１８へ流入するようにしていることから、該注入槽１８へ比較的静かに流れる。そのため、注入槽１８に流入する際には、溶湯が積極的に酸化する状況とならない。このように鋳造準備工程５で注入槽１８に保持された溶湯は、ベリリウムが添加されていることにより、その酸化が抑制され、介在物やノロの発生が抑制されている。
【００５１】
また、鋳造成形工程６にあって、注入槽１６内の溶湯は、その酸化が抑制されていることから、注入槽１６から金型２１のキャビティ２３に注入する際にも、介在物の発生が抑制される。そのため、金型２１のキャビティ２３内に注入された溶湯に混在してしまう介在物の含有量を抑制することができ、凝固後の車両用ホイールに含有する介在物の含有量を抑制できる。
【００５２】
さらに、上記した鋳造準備工程５および鋳造成形工程６にあって、金型２１に鋳込む溶湯について詳述する。
上述したように、待機槽１７へ溶湯を流入する際、待機槽１７および注入槽１６で保持している間に、溶湯が酸化されるため、ノロが発生してしまう。また、連続して鋳造成形を実施する場合にあっては、金型２１を取り替える際に、加圧装置を制御して注入槽１６にかけた内圧を低下すると、ストーク１９内に残留している溶湯が注入槽１６内へ流れ落ちる。これにより、注入槽１６内の溶湯が混ざり合い、当該注入槽１６内の溶湯表面に浮遊するノロが溶湯内に巻き込まれて懸濁し介在物として混在してしまう。以上のことから、注入槽１６内の溶湯は介在物を混在したものとなるが、製造の際に、注入槽１６内（および連通路１８内）の溶湯から介在物やノロを除去する除滓作業を実施することができないため、当該溶湯が、介在物を混在したまま金型２１に鋳込まれる。
【００５３】
しかし、本実施例１にあっては、ベリリウムの添加によって、溶湯の酸化を抑制していることから、鋳造準備工程５から鋳造成形工程６に至る間で、溶湯にノロや介在物が発生することを抑制できる。すなわち、ベリリウムを添加しない場合に比して、上記した待機槽１７や注入槽１８で発生するノロや介在物を低減することができ、注入槽１６内の溶湯に混在する介在物の含有量を低減することができ得る。ここで、ベリリウムの添加量は、溶湯の酸化を抑制する効果が際立って高い４．８ｐｐｍ（３ｐｐｍ以上かつ８ｐｐｍ以下の範囲）に設定していることから、除滓作業を実施できない注入槽１６内の溶湯で混在する介在物を低減する効果として、極めて優れている。
【００５４】
尚、本実施例１で鋳造した車両用ホイールを用いて、上述した介在物測定試験と同様にＫ１０値を求める試験を実施した。その結果、ベリリウムを添加しないＡＣ４ＣＨアルミニウム合金を用いた場合に比して、Ｋ１０値が極めて低くなり、上述した介在物測定試験と同様の結果を示した（図示省略）。これにより、上述した本実施例１の作用効果が明確となった。
【００５５】
このように、鋳造準備工程５および鋳造成形工程６で、溶湯が酸化することを抑制できることから、金型２１に鋳込む溶湯に混在する介在物の含有量を低減できるため、鋳造装置１５で鋳造した車両用ホイール（図示省略）に含有する介在物の含有量を低減することができる。そして、この介在物による外観不良や強度等の機械的性質の低下を防ぐ効果が向上する。したがって、車両用ホイールの製造工程にあって、不具合品の発生する割合を低減でき、総じて車両用ホイールの製造コストを低減することができ得る。
【００５６】
尚、上記したように、鋳造装置１５の待機槽１７内では、とりべから溶湯を流入する際や保持中にノロや介在物が発生してしまうが、このノロや介在物の発生量がベリリウムの添加により抑制されている。ここで、待機槽１７は、とりべから溶湯を受け入れるものであるため、介在物やノロを除去する除滓作業を実施することも可能であるが、前記のように介在物やノロの発生を抑制しているため、この除滓作業を実施する機会を減少することができる。これにより、除滓作業に要するコストを削減でき、総じて製造コストを低減できるという優れた利点も生ずる。また、上述した除滓工程４と同様に、待機槽１７内の溶湯にアルゴンガスを吹き込むことも可能であるが、これも鋳造準備工程５や鋳造成形工程６で実施しなくとも良い。
【実施例２】
【００５７】
実施例２では、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金としてＡＣ４ＣＨ用い、該ＡＣ４ＣＨのインゴット（地金）を準備する。このＡＣ４ＣＨアルミニウム合金のインゴットを、図４のように、上述した実施例１と同様に溶解炉で熔解し、ＡＣ４ＣＨアルミニウム合金の溶湯を生成する溶解工程３１を実施する。その後、この溶湯を、溶解炉から複数のとりべに所定重量ずつ分配する分配工程３２を行う。
【００５８】
次に、上述した実施例１と同様に、各とりべにフラックス、マグネシウム、ストロンチウムを添加する添加工程３３を実施する。本実施例２にあっては、この添加工程３３で、ベリリウムを４．８ｐｐｍ（５ｐｐｍ弱）添加する。そして、とりべ内の溶湯にアルゴンガスを吹き込み、当該とりべ内に存在する酸化物（介在物、ノロ）を取り除く除滓工程３４を実施する。特に、本実施例２では、ベリリウムを添加する前で、上述した実施例１に比してノロが発生し易くなっており、この除滓工程３４によって、とりべ内の溶湯に存在する介在物やノロをほとんど除去する。この除滓工程３４の後に、上述した実施例１と同様の鋳造装置１５の待機槽１７に移し入れる鋳造準備工程３５を実施する。
【００５９】
鋳造準備工程３５にあっては、鋳造装置１５で、上述した実施例１と同様に、連通路１８の開閉弁２０を開放しておくことにより、待機槽１７を介して注入槽１６に溶湯を所定量入る。そして、連通路１８の開閉弁２０を閉鎖する。次に鋳造成形工程３６により、注入槽１６の内圧を高めて、注入槽１６内の溶湯をストーク１９を介して金型２１のキャビティ２３内へ注入して鋳造する。尚、金型２１を交換し、連通路１８の開閉弁２０を適宜開放して溶湯を補充すること等によって、連続して鋳造することができる。
【００６０】
ここで、本実施例２にあっては、添加工程３３でベリリウムを添加していることから、上述した実施例１と同様、待機槽１７や注入槽１６内で溶湯の酸化を抑制できる。また、連続して鋳造成形する場合にあって、ストーク１９内の溶湯が注入槽１６内に流れ落ちることにより生ずる介在物も低減することができる。したがって、本実施例２にあっても、実施例１と同様に、金型２１に鋳込む溶湯に混在する介在物の含有量を低減でき、車両用ホイールに含有する介在物の含有量を低減することができ得る。
【００６１】
このように本実施例２にあっても、上述した実施例１と同様の作用効果を発揮することができ得る。また、上述した実施例１では、とりべ内へベリリウムを添加する作業を実施する必要がないという利点を有し、本実施例２では、従来と同様、ＡＣ４ＣＨアルミニウム合金のインゴット（地金）を準備すれば良く、ベリリウムを含有する鋳造用アルミニウム合金のインゴットを準備する必要がないという利点を有している。
【００６２】
ここで、本実施例２にあっても、この車両用ホイールに、上述した介在物測定試験と同様にＫ１０値を測定する試験を実施した。その結果は、上述した実施例１と同様に、ベリリウムを添加しないＡＣ４ＣＨアルミニウム合金を用いた場合に比して、Ｋ１０値が極めて低くなり、上述した介在物測定試験と同様の結果を示した（図示省略）。これにより、上述した本実施例２の作用効果が明確となった。
【００６３】
尚、本実施例２は、ＡＣ４ＣＨアルミニウム合金を溶解した後に、添加工程３３でベリリウムを添加するようにした以外は、上述した実施例１と同様の製造工程により実施でき、同じ工程についてはその説明を省略している。
【００６４】
上述した実施例１，２にあっては、各車両用ホイールのＫ１０値を測定する試験を実施した結果、車両用ホイールを鋳造成形する製造工程における本発明の明らかな有意性を実証することができた。すなわち、本発明にかかり車両用ホイールを製造することによって、介在物による外観不良等で生じる製品不良の発生率を低減することができる。また、製品の強度や耐久性等の機械的特性が介在物によって低下することを抑制でき、所望の機械的特性を充分に発揮し得る車両用ホイールを得ることができる。
【００６５】
また、上述した実施例１，２では、ベリリウムの添加量を４．８ｐｐｍに設定しているが、この添加量を３ｐｐｍ以上かつ８ｐｐｍ以下の範囲に設定することにより、上述したように溶湯の酸化を抑制する効果に優れ、車両用ホイールに含有する介在物の含有量を低減することができ得る。尚、ベリリウムの添加量は、３ｐｐｍ以上かつ５ｐｐｍ未満に設定することによって、該ベリリウムの材料コストを抑制でき、総じて製造コストの向上を抑制できるという利点も生ずることができ得る。
【００６６】
また、上述した実施例１，２では、添加工程３，３３により、とりべにマグネシウムを添加している。このマグネシウムの添加は、溶湯中で酸化損耗するマグネシウムを補充するために実施している。本実施例１，２では、ベリリウムを添加していることから、マグネシウムの酸化をも抑制することができるため、マグネシウムの添加量を低減することもでき得る。同様に、ベリリウムを添加することにより、添加したストロンチウムの酸化損耗をも抑制することが可能である。そのため、このストロンチウム添加による結晶組織の微細化効果を一層適正に発揮することができ、また、ストロンチウムの添加量を低減することもでき得る。
【００６７】
上述した実施例１，２にあっては、注入槽内に圧力を加えて該注入槽内の溶湯を金型に鋳込む、いわゆる圧力鋳造により車両用ホイールを鋳造成形するようにしているが、その他の鋳造方法として、重力鋳造や金型のキャビティ内の内圧を減少させる吸引鋳造においても、圧力鋳造の場合と同様に、ノロの発生を抑制し、製品内の介在物の含有量を低減する作用効果を発揮する。さらには、圧力鋳造と吸引鋳造とを組み合わせる鋳造方法にあっても、同様の作用効果を生ずる。
【００６８】
本発明にあっては、上述した実施例に限定されるものではなく、その他の構成についても、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更可能である。例えば、実施例１にあって、鋳造用アルミニウム合金を、ＡＣ４Ｃにベリリウムを添加してなるものとしても良い。同様に、実施例２にあって、ＡＣ４Ｃのインゴットを溶解して、ベリリウムを添加するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】ベリリウムの添加量とノロの発生量との関係を確認したノロ重量測定試験の試験結果を示す図表である。
【図２】ベリリウムの添加量と介在物の含有量を表すＫ１０値との関係を確認した介在物測定試験の試験結果を示す図表である。
【図３】実施例１の、鋳造用アルミニウムを溶解してその溶湯を金型２１に鋳込むまでの工程を示す説明図である。
【図４】実施例１の鋳造装置１５を示す説明図である。
【図５】実施例２の、ＡＣ４ＣＨアルミニウム合金で溶解してベリリウムを添加し、その溶湯を金型２１に鋳込むまでの工程を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７０】
１，３１  溶解工程
３，３３  添加工程
６，３６  鋳造成形工程
２１  金型  
【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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