JP2002192307A

JP2002192307A - 軽合金ホイールの鋳造方法および鋳造用金型

Info

Publication number: JP2002192307A
Application number: JP2000395033A
Authority: JP
Inventors: Hajime Itou; 哉伊藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2002-07-10

Abstract

(57)【要約】【課題】鋳造欠陥が少なく、塗型の劣化を抑制可能な
車両用ホイールの鋳造方法を提供する。【解決手段】リム部を形成するキャビティにサイドゲ
ートを設け、前記サイドゲートから溶湯を注湯して製造
する軽合金ホイールの鋳造方法において、前記サイドゲ
ートをリム部キャビティに設置した開口部での溶湯の注
湯方向が前記開口部からホイール軸に向かう方向に対し
て軸断面上傾きを有するように注湯を行うことを特徴と
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、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５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３
２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。

【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）がある。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。

【０００５】上記センターゲートのリム部凝固の問題を
解決するためにリム部の端部（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。サイドゲ
ート法では、スポーク部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を厚肉とする必要がある
ものの、リム部から溶湯を充填するために薄肉のリム部
を鋳造しやすいという利点を持つ。

【０００６】また、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５−２６
９５６３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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のサ
イドゲート法、マルチゲート法ではリム部のゲート（サ
イドゲート）が垂直方向から見てホイールキャビティの
軸に向かって設置されている。サイドゲートから注入さ
れた溶湯はリム部のキャビティ内壁に垂直にぶつかるた
め、サイドゲートの近傍に設けられたリム部のキャビテ
ィ内壁は溶湯の熱が直接影響し、塗型が劣化し易いとい
う問題があった。塗型が劣化すると付着Ａｌの除去およ
び塗型の補修作業が必要となる。そのため連続安定鋳造
を行い難いという問題があった。また、サイドゲートか
らの溶湯が直接デザイン部の中心方向に流れやすく、他
のサイドゲートやセンターゲートから注入された溶湯と
お互い流速を保ったまま衝突してガスを巻き込み、湯境
やブリスタ等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、鋳造欠陥が少なく、塗型の劣化を
抑制可能な車両用ホイールの鋳造方法を提供することで
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明ではリム部を形成するキャビティにサイドゲ
ートを設け、前記サイドゲートから溶湯を注湯して製造
する軽合金ホイールの鋳造方法において、前記サイドゲ
ートをリム部キャビティに設置した開口部での溶湯の注
湯方向が前記開口部からホイール軸に向かう方向に対し
て軸断面上傾きを有するように注湯を行う、という技術
的手段を採用した。本発明では、溶湯をサイドゲートか
らリム部キャビティに注入する際、サイドゲートの形状
を図１に記載の如くホイールキャビティの径方向から角
度を持たせる等の形状とし、溶湯の流れを開口部近傍で
リム周方向に近づけることでリム部のキャビティ内壁の
塗型劣化を抑制すると同時にリム部への溶湯充填を行い
やすくできることを知見したものである。

【０００９】ここで開口部での溶湯の注湯方向とは、サ
イドゲートをリム部キャビティに設置したゲートの開口
部において、ゲートの幅中心部における水平断面で見た
溶湯の流れる方向を指す。図１ではサイドゲートを全体
的にホイールの軸方向に対して傾けて、溶湯の流れ方向
を抑制している。また、他の方法として湯道の大分部は
図５のように従来と同様に構成し、開口部の近傍のみサ
イドゲートに湾曲を持たせて溶湯の流れ制御を行っても
よい。

【００１０】本発明はサイドゲートを用いる鋳造方法で
あれば、サイドゲート法やマルチゲート法等に限定され
ず効果を持つものである。特にマルチゲート法ではディ
スク部はセンターゲートから溶湯が充填されるため、本
発明を用いればディスク部はセンターゲートから、リム
部はサイドゲートからと各ゲートの役割を明確に分ける
ことができる。この結果のセンターゲートとサイドゲー
トからの溶湯のぶつかり合いを抑制できるため、湯境や
ガスの巻きこみの発生を抑制でき、鋳造欠陥の抑制効果
が大きい。

【００１１】溶湯の注湯方向と開口部からホイール軸に
向かう方向との間の角度を本明細書中ではゲート傾き称
する。例えば図１に示すように、開口部の中心部におけ
る溶湯の注湯方向とサイドゲートがリム部キャビティ外
壁に開口する部分の中心位置とホイール軸とを結ぶ径方
向とが平行断面でなす角度θ１である。

【００１２】サイドゲートを複数設ける場合には、全て
の溶湯の注湯方向を開口部から金型キャビティのホイー
ル軸方向に向かう方向に対して同側に傾きを持たせるこ
とが好ましい。例えばサイドゲートが２つの場合、サイ
ドゲート間の２つのリム部キャビティに対して一方のリ
ム部キャビティの方へ溶湯を傾ければそのリム部にのみ
溶湯が流れ込み、溶湯が流速を保ったまま衝突しやすく
なる。また、他方のリム部キャビティには溶湯が流れ込
み難いため、形状によっては溶湯がリム部すべてに満遍
なく充填されがたい。

【００１３】前記サイドゲートの周方向の位置はスポー
ク部の中心位置から５°以上ずらすことが好ましい。５
°未満であるとサイドゲートからの溶湯がスポーク部へ
流れ込みやすくなり、周方向への流れを抑制してしま
う。スポークの最小幅が２０ｍｍ以上のものであれば１
０°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）

【００１４】ここでサイドゲートの周方向の位置とは図
３に示すようにサイドゲートの開口部であり、またスポ
ーク部の位置とはスポーク部６３がリム部キャビティ内
壁と交差する中心部（図中６３’）を基点とする。ずれ
角θ２とは図３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。

【００１５】溶湯の流れを説明する。まずディスク部の
センターゲートから溶湯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
イドゲートからの溶湯は開口部からリム部のキャビティ
に斜めに注入されるため、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に対して斜め方向
に衝突する状態となる。次に溶湯はリム部キャビティに
沿って一方向に流れ、リム部では溶湯がセンターゲート
を中心に略回転しながら注入され、凝固される。このよ
うにサイドゲートから注入される溶湯の流れをホイール
径方向からずらして内壁にあてれば溶湯の流れを抑制で
きる。

【００１６】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を注入す
る。そのためサイドゲートから注入された溶湯はリム部
キャビティを周方向に周りながらも落下して注入され
る。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縦幅に対する設置位置はホイ
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、及び鋳型の劣
化防止について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。

【００１７】本発明に適する鋳造方法としては５０〜１
００ｋＰａ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。

【００１８】

【発明の実施の形態】（実施例１）以下、本発明の詳細
を図面により説明する。図２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２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（図面に対して垂直方向）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６
４、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。図２では湯道１２ｂ、１２ｃおよびストーク１３
ｂ、１３ｃは実際には図１のＡ−Ａ断面から1部外れる
が、説明のため破線において示している。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。

【００１９】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１
３ａ、１３ｂ及び１３ｃから湯道１２ａ、１２ｂ及び１
２ｃ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湯道により流れがホイールの径方
向に対して傾きを与えられてサイドゲートを通過する。
よってサイドゲートから注入された溶湯は図１では略時
計回りの方向に回りながらリム部キャビティを充填して
いく。また、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ホイールが得ら
れる。

【００２０】図１、２に示す鋳造装置を使用し、Ａｌ−
Ｓｉ−Ｍｇ系合金（ＪＩＳＡＣ４ＣＨ）の溶湯（約４
５０℃）をスポーク部が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
アルミホイールのリム周囲での位置をリム部とスポーク
部の交差部から３０°ずらし、スポークとスポークとの
中間部にサイドゲートが配置される金型構造とした。ま
た湯道をキャビティ径方向から３０℃傾けた。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。また、アルミホイールの製造を１００
０サイクル繰り返し、開口部近傍となる上型のキャビテ
ィ内壁部を観察した。塗型の損傷はわずかであり、良好
な鋳造状態であることを確認した。

【００２１】（比較例１）図４に示す従来の金型形状を
用いた以外は実施例１と同様の鋳造条件で鋳造を行っ
た。この際のサイドゲート位置のリム部キャビティ内壁
の温度を測定した。その結果、サイクル中の温度変化、
特に溶湯を注入した際のリム部キャビティ内壁の温度上
昇および最高温度が実施例におけるものより大きいこと
が解った。これに起因して金型を量産ラインの鋳造機で
使用したところ本発明の金型構造のものより、サイドゲ
ート位置のリム部キャビティ内壁の塗型の損傷が激し
く、Ａｌの焼付きが発生した。

【００２２】（実施例２）実施例１で用いた金型のう
ち、下型２をセンターゲートの無いものとし、溶湯の金
型キャビティ内への供給部としてサイドゲートのみを横
型に設けた金型構造とした。また、上型３のハブ部を形
成する部分に溶湯の加圧制御機構を取り付けて引け巣等
の発生を抑制できる構造とした。その他は実施例１と同
様にしてアルミホイールの鋳造を行った。また、アルミ
ホイールの製造を１０００サイクル繰り返し、上型のキ
ャビティ内壁部を観察した。内壁部の塗型の損傷はわず
かであり、良好な鋳造状態であることを確認した。

【００２３】

【発明の効果】以上に記述の如く、サイドゲートから注
入される溶湯の流れ方向をサイドゲートからキャビティ
のホイール軸に向かう方向に対して傾きを設けた金型構
造としたため、ガスの巻きこみを低減でき、鋳造欠陥を
抑制した車両用ホイールを容易に製造可能である。ま
た、溶湯がリム部ホイール内壁に垂直にあたることがな
い。よって本発明の金型を用いることで熱伝導による急
激な温度上昇が抑制でき、塗型の寿命を延ばすことが可
能である。その結果、安定量産が可能となった。

【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サ
イドゲートの湯道と金型の形状を示す模式図である。

【図２】本発明に用いた鋳造装置の一例である。

【図３】サイドゲートの位置とスポークとリム部の交差
部の位置関係を示す図である。

【図４】従来のマルチゲートの鋳造に使用する金型キャ
ビティ形状を示す図である。

【図５】車両用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、１２ｂ，１２ｃ（サイドゲートへの）湯道、３０
ホイール、３３ディスク部、３４リム部、６３ス
ポーク部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リム部を形成するキャビティにサイドゲ
ートを設け、前記サイドゲートから溶湯を注湯して製造
する軽合金ホイールの鋳造方法において、前記サイドゲ
ートをリム部キャビティに設置した開口部での溶湯の注
湯方向が前記開口部からホイール軸に向かう方向に対し
て軸断面上傾きを有するように注湯を行うことを特徴と
する軽合金ホイールの鋳造方法。
【請求項２】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、各ゲートから溶湯を
注湯して製造する軽合金ホイールの鋳造方法において、
前記サイドゲートをリム部キャビティに設置した開口部
での溶湯の注湯方向が前記開口部からホイール軸に向か
う方向に対して軸断面上傾きを有するように注湯を行う
ことを特徴とする軽合金ホイールの鋳造方法。
【請求項３】前記サイドゲートは複数具備され、かつ
全ての開口部での溶湯の注湯方向が前記開口部からホイ
ール軸に向かう方向に対して同側に傾きを有する請求項
１または２に記載の軽合金ホイールの鋳造方法。
【請求項４】ディスク部のスポーク数が６本以上であ
る請求項１〜３のいずれかに記載の鋳造方法。
【請求項５】ディスク部を形成するキャビティは複数
のスポーク部を形成するキャビティを具備し、前記サイ
ドゲートの少なくとも１つの周方向の位置を前記スポー
ク部の中心位置からずらす請求項１〜４のいずれかに記
載の軽合金ホイールの鋳造方法。
【請求項６】少なくともリム部を形成するキャビティ
に溶湯を注湯するためのサイドゲートが設けられた軽合
金ホイールの鋳造用金型であって、前記サイドゲートを
リム部キャビティに設置した開口部での溶湯の注湯方向
が前記開口部からホイール軸に向かう方向に対して軸断
面上傾きを与える形状であることを特徴とする軽合金ホ
イールの鋳造用金型。