JP2006347413A - 車両用ホイールおよび車両用ホイールの鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ディスク部，リム部に要求される特性を最大限実現できる車両ホイールを提供する。
【解決手段】
金型２０の成形空間４０は、車両用ホイールのディスク部を成形するためのディスク部成形空間４０ａと、車両用ホイールのリム部を成形するリム部成形空間４０ｂとを有している。ディスク部成形空間４０ａの中央にはセンターゲート２５が連なる。リム部成形空間４０ｂには、周方向に間隔をおいて形成された複数のサイドゲート２６が連なる。第１溶湯保持炉と第２溶湯保持炉には異なる材料の溶湯が保持されており、第１溶湯保持炉からセンターゲート２５に溶湯を供給するとともに、第２溶湯保持炉からサイドゲート２６に溶湯を供給することにより、車両用ホイールが鋳造される。車両ホイールのディスク部とリム部の組成は異なっている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ディスク部とリム部とを一体に鋳造してなる車両用ホイールおよびこの車両用ホイールの鋳造方法に関する。

特許文献１には、アルミ合金製（軽合金製）の車両用ホイールを鋳造する低圧鋳造方法が開示されている。この方法に用いられる金型の成形空間は、ディスク部成形空間とリム部成形空間とを有しており、ディスク部成形空間の中央にセンターゲートが連なり、リム部成形空間には周方向に離れた複数のサイドゲートが連なっている。

鋳造時には、１つの溶湯保持炉内の溶湯がセンターゲート，サイドゲートを介して金型の成形空間に充填される。
特開２００１−２８７０１５号公報

ところで、車両用ホイールのディスク部とリム部では、要求される鋳造特性や機械的特性が異なる。ディスク部では、デザイン性が重視されるので形状が複雑であるため、溶湯の高い流動性が必要であるが、靭性はリム部より低くてもよい。これに対してリム部では、形状が単純であるため溶湯の流動性はディスク部より低くてもよいが、路面からの振動荷重を受けるため高い靭性が要求される。

しかし、特許文献１の方法で鋳造される車両用ホイールは全領域にわたって同一組成となるため、ディスク部とリム部で要求される両方の特性を得られる材料を選択することになり、各部位の要求特性に高いレベルで答えることには限界があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、ディスク部とリム部とを一体に鋳造してなる車両用ホイールにおいて、ディスク部とリム部の組成が異なることを特徴とする。
この構成によれば、ディスク部で要求される特性とリム部で要求される特性が異なっても、各部位で要求される特性に合わせた組成にすることができ、最適の車両ホイールが得られる。

好ましくは、上記ディスク部の材料はリム部に比べて溶湯状態における流動性が高く、リム部の材料はディスク部に比べて靭性が高いことを特徴とする。これにより、複雑な形状のディスク部の鋳造がより一層容易になるとともに、路面からの振動を受けるリム部の靭性をより一層高めることができる。

好ましくは、上記ディスク部およびリム部の材料がアルミ合金からなり、リム部のアルミ合金のシリコン含有量がディスク部より少ない。これによりディスク部の鋳造がより一層容易になるとともに、リムの靭性をより一層高めることができ、しかもディスク部とリム部の一体性を確保でき，両者の結合も強固である。

さらに本発明は、車両用ホイールの鋳造方法において、車両用ホイールのディスク部を成形するためのディスク部成形空間と、車両用ホイールのリム部を成形するリム部成形空間と、上記ディスク部成形空間の中央に連なるセンターゲートと、上記リム部成形空間に連なり周方向に間隔をおいて形成された複数のサイドゲートとを有する金型を用意するとともに、第１溶湯保持炉と第２溶湯保持炉を用意し、上記第１溶湯保持炉と第２溶湯保持炉に異なる材料の溶湯を保持させ、上記第１溶湯保持炉から上記センターゲートに溶湯を供給するとともに、上記第２溶湯保持炉から上記サイドゲートに溶湯を供給することにより、ディスク部とリム部を一体に鋳造することを特徴とする。
上記方法によれば、ディスク部とリム部の組成が互いに異なり、それぞれに要求される特性に適合した組成を有する車両ホイールを鋳造することができる。

好ましくは、上記溶湯材料としてアルミ合金を用い、上記第２溶湯保持炉に保持される溶湯のシリコン含有量を、上記第１溶湯保持炉に保持される溶湯より少なくし、第２溶湯保持炉の溶湯温度を第１溶湯保持炉の溶湯温度より高くする。
これにより、ディスク部では溶湯の高い流動性を実現でき、リム部では靭性を向上させることができる。しかも、第１，第２溶湯保持炉内の溶湯温度を材料に合わせて制御することにより、円滑な鋳造を確保できる。

以上説明したように本発明では、ディスク部とリム部にそれぞれ要求される特性を満たすことができる車両ホイールを提供できる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図４は、鋳造後、切削加工前のアルミ合金製（軽合金製）の車両用ホイール１を示す。車両用ホイール１は、周知のようにディスク部１ａとディスク部１ａの周縁に一体に形成されたリム部１ｂとを有している。

図１は、上記車両用ホイール１を低圧鋳造する装置を示す。この低圧鋳造装置は、支持フレーム１０と、金型２０と、第１溶湯保持炉５０と、複数（本実施形態では４つ）の第２溶湯保持炉６０とを基本構成要素として備えている。

上記支持フレーム１０は、中間高さに固定台１１を有し、この固定台１１の上方に昇降台１２を有している。

上記金型２０は、上記固定台１１に固定された下型２１と、上記昇降台１２に固定された上型２２と、周方向に複数（本実施形態では４つ）に分割された横型２３とを備えている。

図２に示すように、上記金型２０の型締め状態では、横型２３の側面同士が互いに当たり、横型２３の下面が下型２１に当たり、横型２３の上面が上型２２に当たっており、内部に車両用ホイール１を鋳造するためのホイール成形空間４０が形成される。このホイール成形空間４０は、ディスク部成形空間４０ａとその周縁に連なって上方に延びるリム部成形空間４０ｂとを有している。

上記下型２１の中央には、上記ディスク部成形空間４０ａの中央に連なるセンターゲート２５が形成されている。また、隣接する横型２３の側面間には、上記リム部成形空間４０ｂに連なるサイドゲート２６が形成されている。本実施形態では、横型２３が４分割されており、サイドゲート２６が４つ形成されている。なお、横型２３が２分割されている場合にはサイドゲート２６は２つ形成される。これらサイドゲート２６は下型２１に形成された湯道２７に連なっている。

図１に示すように、固定台１１には、上記センターゲート２５に接続される出湯管３５の上端部が固定されるとともに、４つの湯道２７にそれぞれ接続される出湯管３６の上端部が固定されている。

上記第１溶湯保持炉５０は、金型２０の下方に配置されており、断熱容器５１と、断熱容器５１内に収容された坩堝５２と、断熱容器５１の内周に配置されたヒータ５３とを有している。上記センターゲート２５に接続された出湯管３５は、垂直に下方に延びて断熱容器５１の蓋部５１ａを貫通し、その下端が坩堝５２内の溶湯に浸漬されている。

上記断熱容器５１の蓋部５１ａには給排気管５７も貫通しており、この給排気管５７には、電磁三方弁５８（弁手段）を介して加圧気体供給手段５９が接続されている。この加圧気体供給手段５９は、加圧気体源と圧力制御手段（いずれも図示せず）を含んでいる。

４つの第２溶湯保持炉６０は、上記金型２０の下方から離れ、上記第１溶湯保持炉５０の近傍に配置されている。これら第２溶湯保持炉６０も第１溶湯保持炉５０と同様に、断熱容器６１と、断熱容器６１内に収容された坩堝６２と、断熱容器６１の内周に配置されたヒータ６３とを有している。

上記第２溶湯保持炉６０において、断熱容器６１の蓋部６１ａには密閉ポット６５の上端部が固定されている。この密閉ポット６５は垂直に垂れ下がって坩堝６２内の溶湯に浸漬されている。密閉ポット６５の上端開口は封止部材６５ａで封止されている。

図３に示すように、各密閉ポット６５の底部には給湯口６５ｘが形成されている。この給湯口６５ｘは、シリンダ７２に連結されたロッド形状の遮断弁７１の昇降により開閉される。

図１に示すように、各出湯管３６の上端部は湯道２７に接続されるようにして固定台１１に固定され、ここから放射状に延びて対応する第２溶湯保持炉６０に至り、その断熱容器６１の蓋部６１ａを垂直に貫通し、下方に延びて坩堝６２内の溶湯中に浸漬されている。さらに、この出湯管３６の下端部３６ａは、水平に延びて密閉ポット６５の底部近傍の周壁を貫通して密閉ポット６５内に入り込んでおり、密閉ポット６５の一部を構成している。

図３に示すように、出湯管３６の下端部３６ａには、出湯口３６ｘが形成されている。 上記出湯口３６ｘは、シリンダ７４に連結されたロッド状の遮断弁７３の昇降により開閉されるようになっている。

図３に示すように、上記密閉ポット６５の上端開口を封止する封止部材６５ａには給排気管８０（連通路）が貫通しており、この給排気管８０には電磁弁８１を介して吸引ポンプ８２（吸引手段）が接続されるとともに、電磁弁８３を介して加圧気体供給手段８４が接続されている。この加圧気体供給手段８４は、加圧気体源と圧力制御手段（いずれも図示せず）を含んでいる。

なお、上記出湯管３５，３６において外部に露出された部位にはヒータ（図示しない）が巻かれている。

上記構成の装置を用いた車両用ホイールの低圧鋳造方法について詳述する。第１溶湯保持炉５０の坩堝５２内には、通常の車両用ホイールの鋳造に用いられるＪＩＳ規格ＡＣ４ＣＨのアルミ合金の溶湯を約７００°Ｃで保持させ、第２溶湯保持炉６０の坩堝６２内には、ＪＩＳ規格６０００系たとえば６０６１のアルミ合金の溶湯を約７２０°Ｃで保持させる。

なお、第２溶湯保持炉６０においては、鋳造作業の開始に先立って、出湯口３６ｘおよび給湯口６５ｘの開閉、密閉ポット６５内の加減圧が行なわれ、出湯管３６における溶湯が定湯面レベルＣに保持される。

第１溶湯保持炉５０から金型２０への溶湯供給は、給排気管５７と加圧気体供給手段５９とを連通させるように三方弁５８を作動させ、加圧気体供給手段５９からの加圧気体を坩堝５２に供給することにより実行される。坩堝５２内の溶湯は、この加圧気体に押され、出湯管３５，センターゲート２５を経てディスク部成形空間４０ａに供給されて、充填が完了する。そして、溶湯の充填状態を維持したままで、所定時間が経過すると、加圧気体の供給を停止させるとともに、三方弁５８を作動させて坩堝５２内を大気に開放させる。これにより、センターゲート２５における湯切れを行う。

一方、第２溶湯保持炉６０では、坩堝６２の溶湯を直接に金型２０に供給するのではなく、密閉ポット６５を介して供給する。鋳造作業開始時は、前記したように、出湯口３６ｘおよび給湯口６５ｘが閉じられて、出湯管３６の溶湯が定湯面レベルＣに維持されている状態である。この状態で、給湯口６５ｘを開き、開閉弁８３を閉じ、開閉弁８１を開くとともに、吸引ポンプ８２を作動させることにより、密閉ポット６５内を負圧にし、坩堝６２内の溶湯を密閉ポット６５に流入させる。密閉ポット６５内の溶湯のレベルが所定レベルＨに達したら、これをフロースイッチ等のレベル検知手段で検知して、遮断弁７１が下降して給湯口６５ｘを閉じるとともに、吸引ポンプ８２を停止し、開閉弁８１を閉じる。

次に、給湯口６５ｘを閉じた状態で、出湯口３６ｘを開くととともに、開閉弁８３を開くことにより、加圧気体を密閉ポット６５に供給する。これにより、密閉ポット６５内の溶湯が出湯管３６を通り、湯道２７，サイドゲート２６を経てリム部成形空間４０ｂに供給される。密閉ポット６５の溶湯のレベルが所定レベルＬまで下がったら、これをレベル検知手段で検知して加圧気体の供給を停止させるとともに、このときの密閉ポット６５内の圧力を維持する、そして、所定時間が経過すると、密閉ポット６５内の圧力を降下し、出湯管３６内の溶湯を若干量密閉ポット６５内へ戻して湯切りした後、遮断弁７１を下降させて出湯口３６ｘを閉じる。

出湯口３６ｘを閉じた後に、再び給湯口６５ｘを開き、所定のタイミングで上述の吸引動作を行ない、次回の鋳造に備える。

湯切り終了後に出湯口３６ｘを閉じるので、溶湯は密閉ポット６５に戻らず出湯管３６に残留しており、ヒータの加熱により溶湯のまま維持されている。したがって、次の鋳造時には、出湯管３６から直ぐにサイドゲート２６に溶湯を供給することができる。

なお、鋳造に際して、上記溶湯保持炉５０，６０から金型２０への溶湯供給はほぼ同時期に行なわれ、ほぼ同時期に終了する。これら溶湯の供給圧力や供給時期に関しては、適宜個別に調節することができる。第２溶湯保持炉６０に関しては、共通の開閉弁８１，８３，吸引ポンプ８２，加圧気体供給手段８４を用いてもよい。

ディスク部成形空間４０ａへの溶湯供給をリム部成形空間４０ｂへの溶湯供給より早くしてもよい。例えば、ディスク部成形空間４０ａへの溶湯充填がほぼ完了した時にリム部成形空間４０ｂへの溶湯供給を開始するようにしてもよい。

上記センターゲート２５からディスク部成形空間４０ａに充填されるアルミ合金の溶湯はＡＣ４ＣＨであり、シリコンを多く含んでいる。そのため、溶湯の流動性が高く、ディスク部成形空間４０ａが複雑であっても、迅速かつ円滑に溶湯充填がなされる。しかも、シリコンを多く含むため凝固の際の収縮率が小さく、厚いディスク部の成形において寸法の収縮を最小限にすることができる。

上記サイドゲート２６からリム部成形空間４０ｂに充填されるアルミ合金の溶湯は６０００系であり、ディスク部成形空間４０ａに充填されるＡＣ４ＣＨよりシリコンが少ない。そのため、成形されたリム部１ｂは高い靭性を有することができる。この溶湯はＡＣ４ＣＨより流動性が低いが、リム部成形空間４０ｂは比較的単純な形状であるので、充填に支障をきたすことは無い。また、この溶湯はＡＣ４ＣＨより収縮率が高いが、リム部成形空間４０ｂが薄いので、寸法の収縮は小さく問題にならない

本発明は上記実施形態に制約されず、種々の形態を採用可能である。例えば、上記実施形態では、複数の第２溶湯保持炉６０に保持する溶湯を同一組成としたが、第２溶湯保持炉６０毎に溶湯の組成を異ならせることも可能である。

複数のサイドゲート２６への溶湯組成が同じ場合には、共通の第２溶湯保持炉６０を用いてもよい。すなわち、複数のサイドゲート２６に接続される複数の出湯管３６を、共通の第２溶湯保持炉６０内の複数の密閉ポット６５に接続する。

金型のリム成形空間は、最終製品のリム部よりはるかに厚いリム部を成形するものであってもよい。この場合、鋳造後にリム部をスピニング加工することにより、最終製品形状またはそれに近い形状にする。

ディスク部１ａ，リム部１ｂの組成は，上記実施形態に制約されない。要求される特性が今後変化する場合には、要求される特性に応じてディスク部，リム部の組成を変える。

本発明の一実施形態に係わる車両用ホイールの低圧鋳造方法を実行する装置の縦断面図である。 同装置の金型の要部を型締め状態で示す拡大縦断面図である。 同装置の第２溶湯保持炉の要部拡大縦断面図である。 鋳造直後の車両ホイールの縦断面図である。

符号の説明

１ 車両用ホイール
１ａ ディスク部
１ｂ リム部
２０ 金型
２５ センターゲート
２６ サイドゲート
４０ 車両用ホイール成形空間
４０ａ ディスク部成形空間
４０ｂ リム部成形空間
５０ 第１溶湯保持炉
６０ 第２溶湯保持炉

Claims (5)

1. ディスク部とリム部とを一体に鋳造してなる車両用ホイールにおいて、ディスク部とリム部の組成が異なることを特徴とする車両用ホイール。
2. 上記ディスク部の材料はリム部に比べて溶湯状態における流動性が高く、リム部の材料はディスク部に比べて靭性が高いことを特徴とする請求項１に記載の車両用ホイール。
3. 上記ディスク部およびリム部の材料がアルミ合金からなり、リム部のアルミ合金のシリコン含有量がディスク部より少ないことを特徴とする請求項２に記載の車両用ホイール。
4. 車両用ホイールのディスク部を成形するためのディスク部成形空間と、車両用ホイールのリム部を成形するリム部成形空間と、上記ディスク部成形空間の中央に連なるセンターゲートと、上記リム部成形空間に連なり周方向に間隔をおいて形成された複数のサイドゲートとを有する金型を用意するとともに、
   第１溶湯保持炉と第２溶湯保持炉を用意し、
   上記第１溶湯保持炉と第２溶湯保持炉に異なる材料の溶湯を保持させ、
   上記第１溶湯保持炉から上記センターゲートに溶湯を供給するとともに、上記第２溶湯保持炉から上記サイドゲートに溶湯を供給することにより、ディスク部とリム部を一体に鋳造することを特徴とする車両用ホイールの鋳造方法。
5. 上記溶湯材料としてアルミ合金を用い、上記第２溶湯保持炉に保持される溶湯のシリコン含有量を、上記第１溶湯保持炉に保持される溶湯より少なくし、第２溶湯保持炉の溶湯温度を第１溶湯保持炉の溶湯温度より高くすることを特徴とする請求項４に記載の車両用ホイールの鋳造方法。

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