JP2001113351A

JP2001113351A - 自動車用部材の製造方法

Info

Publication number: JP2001113351A
Application number: JP29707099A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Kaneuchi; 良夫金内
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1999-10-19
Filing date: 1999-10-19
Publication date: 2001-04-24

Abstract

(57)【要約】【課題】全体の機械的強度が高くしかも軽量であるア
ルミニウム合金製からなる自動車用部材の製造方法を提
供する。【解決手段】Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金を半凝固ダイカ
スト鋳造によって製造する自動車用部材の製造方法であ
って、鋳造用金型内のキャビティの断面が少なくとも一
部略コの字となるように成型し、前記キャビティ内に半
溶融状態としたＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金を注湯して、基
地組織が実質的に粒状化するように製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半凝固ダイカスト
鋳造法により鋳造されたコントロールアーム、ナック
ル、ホイール、ブレーキキャリパ、ＡＢＳハウジング、
燃料噴射ケース、シリンダ、ピストン、ポンプ等の自動
車用部材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用部材の多くは鉄系材料を用いて
板金加工（含プレス）、鍛造又は鋳造により製造されて
いる。鉄系材料が選択されるのはその強度、靭性に優れ
る点によるところが大きい。近年、地球温暖化防止策の
一つとして自動車の低燃費、排ガスのクリーン化が叫ば
れているが、燃費効率の向上という観点から車両重量の
低減が常に望まれている。薄肉の鉄系製品を溶接等の接
続手段で一体化して部材を製造することもあるが、製造
コストが増大するという問題があった。別の自動車用部
材の軽量化として、材質の転換すなわち鉄合金からアル
ミニウム合金への変換が最も現実的な選択として考えら
れる。自動車用部材をアルミニウム合金よりも比強度の
高いマグネシウム合金で製造することもあるが、この合
金は疲労強度の問題から、くり返し荷重を受けやすい自
動車用部材への適用は困難である。自動車用部材の軽量
化を図る手段として機能上支障のない範囲で薄肉化する
ことも考えられるが、鍛造では複雑形状の部材を製造す
ることは困難である。また、低圧鋳造などの製造方法で
は溶湯が薄肉化されたキャビティ内を十分に行き渡らせ
ることは困難で成型不良となることが多い。また、高圧
のダイカスト法では注湯の際にガスを巻き込みやすく、
成型品内部に鋳造欠陥が発生しやすいため、自動車用部
材としては保安上用途が限られていた。

【０００３】他製造方法として半凝固ダイカスト鋳造法
が考えられる。半凝固ダイカスト鋳造法は、半溶融状態
にした溶湯をダイカストマシンの金型キャビティ内に加
圧充填し、凝固させる方法である。この半凝固ダイカス
ト法には、溶湯を完全に冷却して凝固させたビレットを
再加熱して半溶融状態にした後鋳造するチクソキャスト
（Thixo cast）法（例えば特開平７−７４０１５号参
照）と、溶湯に剪断力を与えながら冷却し、溶融金属の
初晶を球状化させて半溶融状態にして鋳造するレオキャ
スト（Rhocast）法（例えば特開平８−２５７７２２号
参照）とがある。チクソキャスト法は既に実用化されて
いるが、所定の組成を有するビレットを準備し、これを
半溶融温度領域で例えば電磁攪拌後連続鋳造して、α相
を粒状化してから再加熱して球状化する手法であり、製
造コストが高くなるという問題がある。一方レオキャス
ト法によれば、ビレットを使用しないので、コスト的に
はチクソキャスト法よりも有利である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】よって上述した高強
度、高靭性の製品が得られる半凝固ダイカスト法により
アルミニウム合金からなる自動車用部材を製造すること
が考えられる。この製法は層流充填が得られることや、
収縮巣の低減ができる利点がある。しかして半凝固ダイ
カスト法を実施する際には、キャビティ内に溶湯の分岐
・合流を避けることが望ましい。これは分岐した溶湯が
再度合流する際、湯温が低い為に再度溶融せず、完全に
密着しないことがあり、製品に欠陥として残ってしまう
可能性が大きい。しかしながら、自動車用部材は使用環
境下において様々な負荷がかかるため強度的に複雑な形
状が必要とされる。よって溶湯の分岐・合流をさけ、一
様に充填できるキャビティ形状であり、かつ軽量化を行
うには更に検討の余地があった。

【０００５】したがって、本発明の目的は、全体の機械
的強度が高くしかも軽量であるアルミニウム合金製から
なる自動車用部材の製造方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金を半凝固ダイカ
スト鋳造によって製造する自動車用部材の製造方法であ
って、鋳造用金型内のキャビティの断面が少なくとも一
部略コの字となるように成型し、前記キャビティ内に半
溶融状態としたＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金を注湯して、基
地組織が実質的に粒状化するように製造する、という技
術的手段を採用した。本発明においては全体がアルミニ
ウム合金で形成されているので、軽量化を図ることがで
きる。更に本発明の自動車用部材は、キャビティ断面が
一部略コの字の形状に成型されているため、強度を兼ね
備えつつ軽量化を達成できる。複雑形状となる自動車用
部材においては必要な強度によりある程度寸法が決めら
れる。軽量化と強度とを兼ね備える形状を検討し、キャ
ビティ断面がコの字である部分のキャビティ厚さが３ｍ
ｍ以上１０ｍｍのキャビティ部と１５ｍｍ以上５０ｍｍ
以下のキャビティ部とを各々有する部材が必要である場
合には半凝固ダイカスト鋳造法以外では製造困難であ
る。例えば低圧鋳造法においては１０ｍｍ以下の厚さを
有するキャビティ内に溶湯を充填しても溶湯がキャビテ
ィ内に充填しきらず不具合が発生しやすい。また溶湯の
充填速度が遅いため製造サイクルも追従して遅くなる傾
向にある。対して高圧鋳造であるダイカスト鋳造方法で
は１５ｍｍ以上の厚さを有するキャビティ内に溶湯を充
填するとガスを巻き込みブリスタ等の内部欠陥が発生し
やすく、強度を必要とする自動車用部材に適用すること
は危険を伴う。このように様々な形状が複合する自動車
用部材を軽量化と強度とを共有させて製造するには、断
面の少なくとも一部を略コの字とし、かつ半凝固ダイカ
スト鋳造法を用いることで初めて達成できる。懸架部と
連結部との肉厚は自動車用部材にかかる負荷と軽量化と
の関係により適宜決まるものである。また、それぞれの
懸架部の肉厚は一定とする必要はなく、さらに強度向上
を計るのであれば一部コの字断面部にトラス構造等を形
成してもよい。

【０００７】本発明の半凝固ダイカスト法は、（ａ）Ａ
ｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金を溶解して、その溶湯を液相線近
傍の温度にする工程と、（ｂ）前記溶湯を鋳込みスリー
ブに移し、この鋳込みスリーブ内の溶融金属の温度を液
相線近傍から液相線より低く固相線または共晶線より高
い所定の温度まで所定の冷却速度で低下させ、溶融金属
の初晶を実質的に粒状化させて半溶融状態を得る工程
と、（ｃ）初晶が粒状化した前記鋳込みスリーブ内の半
溶融状態金属を金型キャビティ内に加圧充填する工程
と、（ｄ）前記金型キャビティ内に加圧充填された半溶
融状態合金を凝固させて、自動車用部材を作成する工程
とを有することが好ましい。この製造方法によれば、金
属を溶解して液相線近傍の温度で鋳込みスリーブへ移す
ので鋳込みスリーブが高熱で損傷することが少なくな
り、また鋳込みスリーブ内溶融金属を液相線近傍から液
相線より低く固相線または共晶線より高い所定の温度ま
で低下させる過程で機械撹拌、電磁撹拌その他、固液体
共存状態でせん断を与えることなく、溶融金属の初晶が
実質的に粒状化されて半溶融状態となり、かかる半溶融
状態金属を金型キャビティ内に加圧充填して凝固させる
のでブリスタ（気泡状きず）などが発生しない。また、
前記したように溶湯が分岐し、合流するキャビティ部の
リブ形状を最適化することで鋳造欠陥のない良好な自動
車用部材を容易に製造できる。

【０００８】また、鋳込みスリーブ内で半溶融状態金属
の固相率を３０〜６０％に制御することが好ましい。そ
れにより溶融金属にチキソトロピー性を付与することが
でき、しかも湯流れを良好に保つことができる。すなわ
ち半溶融状態金属の固相率を３０％以上とすることによ
り溶融金属にチキソトロピー性を付与することができ一
方半溶融状態金属の固相率を６０％未満とすることによ
り粘性が過度に高くなることを防止して湯流れを良好に
保つことができる。

【０００９】更に、鋳込みスリーブ内の半溶融状態金属
を層流状態で金型キャビティ内に加圧充填し、その後高
圧を付与することが良い。それにより、半溶融状態金属
へのガスの巻き込みを防止して、ブリスタの発生を防止
することができる。また、金型キャビティ内を、少なく
とも半溶融状態金属を充填時に減圧雰囲気および／また
は不活性ガス雰囲気としたり、前記鋳込みスリーブ内を
不活性ガス雰囲気とするのが好ましい。これにより、材
料が半溶融状態を保つよう温度コントロールすることが
できると共に表面の酸化が防止され、特別な表面層除去
法を実施することなく良好な製品を得ることが出来る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下本発明の詳細を添付図面によ
り説明する。図１は本発明の製造方法によって製造され
た自動車用部材の一例である懸架部材を示した正面図で
ある。また図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。懸架部
材１は、中心部である環状部２と、環状部１から放射状
に伸出した懸架部連結部３１、３２、３３、３４、およ
び３５と、各々の懸架部の略端部で他部品と連結または
固定される連結部４１、４２、４３、４４、および４５
から主に構成される。各々の連結部にはボルト等の固定
手段を挿入するための孔部が設けられている。図１中、
連結部４２、４４、４５は孔部が図面に対して垂直方向
に設けられている。ネジ締め力によって破損しないよ
う、各々の連結部は１０ｍｍ以上の厚肉に、環状部は１
５ｍｍ以上の厚さに成型されている。対して、懸架部３
１、３３、３４、および３５は図２に示すように断面が
略コの字であり、かつ軽量化のため３ｍｍ以上１０ｍｍ
以下（６ｍｍ）の肉厚に形成されている。懸架部３２は
強度と湯流れ性との関係から断面を略コの字形状として
いない。

【００１１】次に本発明の自動車用部材の製造装置を添
付図面に基づいて説明する。図３は本発明の自動車用部
材を製造するための装置の一例を示す断面図である。製
造装置１０は、保持炉（図示せず）内の溶融金属を受け
取り、半溶融金属１２を形成する鋳込みスリーブ１３
と、この半溶融金属を金型５０に向って押し出すプラン
ジャ１４を有する。鋳込みスリーブ１３は、セラミック
ス等の絶縁体１６とその内部に放射状に埋め込まれたオ
ーステナイト系ステンレス鋼等の非磁性導電体からなる
冷却パイプ１７からなる内筒１５と、その周囲に設けら
れた誘導コイル１９が埋設された外筒１８とを有する。
金型５０は、固定金型５１と、可動金型５２及びキャビ
ティ５３とを有する。

【００１２】次に上記装置による動作を説明する。所定
の組成を有する合金を溶解して、その溶湯を液相線近傍
の温度（６２０〜６３０℃）に維持しておき、この溶湯
をラドル（図示せず）から鋳込みスリーブ１３内に注入
する。この時冷却パイプ１７に冷却媒体（例えば水又は
空気）を供給することにより、溶湯を液相線近傍の温度
から液相線より低く固相線又は共晶線より高い温度まで
冷却させる。これにより合金溶湯は初晶が粒状化された
半溶融状態となる。また溶湯の半溶融化の過程では、誘
導コイル１９に通電することにより、半溶融溶湯を電磁
的に攪拌する。次いでプランジャ１４を作動させて、キ
ャビティ５３内に半溶融化した溶湯を射出充填する。そ
してキャビティ５３内に注入された溶湯が凝固した後、
型開きを行って自動車用部材を金型５０から取出す。

【００１３】（実施例）以下、本発明の実施例を説明す
る。図３に示す装置を用いて、図１に示す自動車用部材
の製造を行った。先ず、Ｓｉ６．５〜７．５％（重量
％：以下同様）、Ｍｇ０．２５〜０．３５、Ｆｅ０．５
％以下、残部実質的にＡｌからなる組成を有する合金を
溶解して液相線（６２０℃）近傍の約６３０℃の温度に
保持する。次に、この合金溶湯を図示しない給湯手段に
より、鋳込みスリーブ１３に移す。そして、粒状の組織
となるように、鋳込みスリーブ１３内で液相線近傍から
液相線より低く固相線または共晶線より高い、約５７０
〜６１５℃の温度まで低下させる。上記合金では鋳込み
スリーブ１３内の冷却速度は、０．５〜８℃／ｓが良
く、好ましくは１〜４℃／ｓが良い。これにより、合金
溶湯は初晶が粒状化した半溶融状態となる。

【００１４】次に、初晶が粒状化した半溶融金属１２を
金型のキャビティ５３内に、プランジャ１４により、層
流状態を維持して加圧充填する。組織は、加圧充填する
過程のゲートで、粒状のものがいっそう微細化し、且つ
球状に変わる。半溶融金属の組織は、鋳込みスリーブ内
で粒状化された後、金型キャビティ内に充填後、結晶は
微細でより真円に近くなっている。鋳込みスリーブ１３
内での半溶融金属の固相率は、上記アルミニウム合金の
状態図と温度から３０〜６０％にする。鋳込みスリーブ
１３内で半溶融金属として、これを金型のキャビティ５
３内に加圧充填して凝固させ、金型を型開きをすること
により、自動車用部材が得られる。この自動車用部材を
検査台に固定し、最も長い懸架部３１の端部にある連結
部４１へ所定の負荷で繰り返し加重を２４時間与えた
が、割れ等の問題は発生しなかった。また、連結部４１
および環状部２を切断し、切断面を観察したがひけす等
の鋳造欠陥は発見されなかった。

【００１５】（比較例１）実施例と同形状のキャビティ
を有する金型を用いて低圧鋳造方法により図１と同形状
である比較用の自動車用部材を製造した。得られた自動
車用部材の外観を観察したところ図１の懸架部３１およ
び連結部４１において溶湯が十分に行き渡らず成形不良
を起こしていた。実施例と同様に検査台に固定し、最も
長い懸架部に隣接する連結部へ所定の負荷で繰り返し加
重を与えたところ、成型不良を起こした場所から亀裂が
入り、２４時間経過する前に破壊した。連結部および環
状懸架部を切断し、切断面を観察したがブリスタ等の鋳
造欠陥は発見されなかった。（比較例２）実施例と同形状のキャビティを有する金型
を用いて高圧ダイカスト鋳造方法により図１と同形状の
比較用の自動車用部材を製造した。得られた自動車用部
材の外観を観察したところ成形不良は発見されなかっ
た。しかしながら、連結部および環状懸架部を切断し、
切断面を観察したところ、ブリスタが発生していること
を確認した。

【００１６】

【発明の効果】以上、説明した通り、本発明によれば、
金型内のキャビティを特定の形状としかつＡｌーＳｉ−
Ｍｇ形アルミニウム合金を半溶融状態として金型キャビ
ティ内に加圧充填して製造するので、軽量かつ機械強度
が高くしかも欠陥のない自動車用部材を得ることが可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る自動車用部材の平面図
である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】本発明の自動車用部材の製造装置の一例を示す
図である。

【符号の説明】

１自動車用部材（懸架部材）、２環状部、３１、３
２、３３、３４、３５懸架部、４１、４２、４３、４
４、４５連結部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金を半凝固ダイカ
スト鋳造によって製造する自動車用部材の製造方法であ
って、鋳造用金型内のキャビティの断面が少なくとも一
部略コの字となるように成型し、前記キャビティ内に半
溶融状態としたＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金を注湯して、基
地組織が実質的に粒状化するように製造することを特徴
とする自動車用部材の製造方法。
【請求項２】前記キャビティは、キャビティ厚さが１
５ｍｍ以上５０ｍｍ以下のキャビティ部と、キャビティ
断面が略コの字であるキャビティ厚さが３ｍｍ以上１０
ｍｍ以下のキャビティ部と、を各々有する請求項１に記
載の自動車用部材の製造方法。