JP2008132913A - 車両用アルミニウムホイールの塗装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用アルミニウムホイールの表面近くの微小欠陥を潰し（封孔処理を行い）、塗装の焼付工程において塗装面に膨れ（フクレ）が発生しない車両用アルミニウムホイールの塗装方法を提供すること。
【解決手段】切削粗加工を施した車両用アルミニウムホイールの表面に、径がφ５ｍｍ以上の球状体又は多面体を少なくとも含む加工材を衝突させ、車両用アルミニウムホイールの表層加工処理を行い、その後、カラー塗装、切削仕上加工、クリア塗装を行う車両用アルミニウムホイールの塗装方法の提供による。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラー（有色）領域と光輝領域とを有する車両用アルミニウムホイールの塗装方法に関する。

自動車に燃費向上が強く求められ、加えて自動車の高級化が進んでいることから、車両用ホイールとして、アルミニウムを鋳造してなる鋳造物が広く使用されるようになってきている。そして、近年、鋳造物である車両用アルミニウムホイールにおいては、デザイン性に優れることから、光輝面を有する車両用アルミニウムホイールのニーズが高まっている。このような車両用アルミニウムホイールは、鋳造法によって車両用アルミニウムホイールを得た後に、その表面に、例えば有機系焼付け塗装あるいは電界着色アルマイト処理を行うことによってカラー（有色）塗装を施し、その後、塗装した面の一部を切削して光輝面を形成し、更にクリア塗装を行うことによって作製される。

ところが、このような従来の製造手段を用いると、図５の（ａ）に示されるように、車両用アルミニウムホイール１０の表面近傍に存在する微小欠陥１２（鋳造欠陥）が、図５の（ｂ）に示されるように、表面が切削工具１４で切削されることによって、表面に露出してしまう。そのため、その後、表面に塗装を施すと、先ず、塗装のうちの塗装皮膜形成工程において、図５の（ｃ）に示されるように、表面が塗装皮膜１６によって被覆され、塗装皮膜１６と微小欠陥１２ａとの間に空気１８が混入する。そして、その後の（塗装のうちの）焼付工程の際に、図５の（ｄ）に示されるように、混入した空気１８が膨張し、塗装面２０に膨れ（フクレ）が発生するという問題が生じることがあった。尚、光輝面を有する車両用アルミニウムホイールについて、かかる観点より改善を提案する先行文献は存在しないようである。

特公平８−１１３６６号公報

そこで、上記問題を解決するため、切削によって露出する車両用アルミニウムホイールの表面近傍に存在する微小欠陥を、ショットピーニング処理を用いて修復しようと試みた。ショットピーニング処理とは、微小粒を高速で投射することにより、鋳造物の表面を塑性変形させ、圧縮残留応力を発生させて、機械的強度を向上させる技術である（例えば、特許文献１を参照）。

しかし、ショットピーニング処理では、その効果は車両用アルミニウムホイール（鋳造物）の表面だけを処理するに止まり、車両用アルミニウムホイールの表面近くの微小欠陥を潰すまでの効果は有しておらず、車両用アルミニウムホイールの表面の性状劣化等を、むしろ誘発してしまうおそれがあることが判明した。

本発明は、上記した事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、車両用アルミニウムホイールの表面近くの微小欠陥を潰し（封孔処理を行い）、塗装の焼付工程において塗装面に膨れ（フクレ）が発生しない車両用アルミニウムホイールの塗装方法を提供することにある。

即ち、先ず、本発明によれば、鋳造物である車両用アルミニウムホイールに、切削粗加工をする工程と、切削粗加工を施した車両用アルミニウムホイールの表面に、比重が２以上で径がφ５ｍｍ以上の球状体又は多面体を少なくとも含む加工材を衝突させ、車両用アルミニウムホイールの表層加工処理を行う工程と、表層加工処理を行った車両用アルミニウムホイールの表面に、カラー塗装を行う工程と、カラー塗装を行った車両用アルミニウムホイールの表面のうち光輝面とする部分に、切削仕上加工をする工程と、切削仕上加工を施した車両用アルミニウムホイールに、クリア塗装を行う工程と、を有する車両用アルミニウムホイールの塗装方法が提供される（第１の塗装方法ともいう）。

次に、本発明によれば、鋳造物である車両用アルミニウムホイールに、切削粗加工をする工程と、切削粗加工を施した車両用アルミニウムホイールの表面に、比重が２以上で径がφ５ｍｍ以上の球状体又は多面体を少なくとも含む加工材を衝突させ、車両用アルミニウムホイールの表層加工処理を行う工程と、表層加工処理を行った車両用アルミニウムホイールの表面のうち光輝面とする部分に、切削仕上加工をする工程と、切削仕上加工を行った車両用アルミニウムホイールの表面に、カラー塗装を行う工程と、カラー塗装を施した車両用アルミニウムホイールに、クリア塗装を行う工程と、を有する車両用アルミニウムホイールの塗装方法が提供される（第２の塗装方法ともいう）。単に、本発明に係る車両用アルミニウムホイールの塗装方法というとき、第１の塗装方法と第２の塗装方法の両方を指す。

車両用アルミニウムホイールの塗装方法とは、車両用アルミニウムホイールを得るための塗装手段である。加工材に含まれる球状体又は多面体の径は、好ましくはφ５〜２０ｍｍであり、より好ましくはφ８〜１５ｍｍ程度である。正多面体ではない場合の多面体の径は、多面体の中心を通り多面体の外面と外面とを結ぶ距離の最大値と最小値の平均とする。加工材の比重は、２〜１０であることが好ましく、５〜１０であれば、より好ましい。

本発明に係る車両用アルミニウムホイールの塗装方法においては、表層加工処理が、車両用アルミニウムホイール及び加工材を収容した揺動容器を揺動させることによって行なわれることが好ましい。微小欠陥を潰すことが出来る（封孔処理）とともに、鋳肌面を保持しつつ平滑化することが可能だからである。

本発明に係る車両用アルミニウムホイールの塗装方法においては、上記加工材が、少なくとも金属材料又はセラミック材料からなるものを含むことが好ましい。

本発明に係る車両用アルミニウムホイールの塗装方法においては、上記切削仕上加工が、車両用アルミニウムホイールの表面から深さ０．０５〜１．０ｍｍの部分を切削する加工であることが好ましい。

次に、本発明によれば、溶解工程、鋳造工程、熱処理工程、及び上記した何れかの車両用アルミニウムホイールの塗装方法を用いた加工及び塗装工程、を有する車両用アルミニウムホイールの製造方法が提供される。鋳造工程における鋳造手段としては、重力鋳造法、低圧鋳造法、スクイーズ法、高圧ダイカスト法等が例示される。熱処理工程は、溶体化処理、水冷、及び時効処理からなるものである。

本発明に係る車両用アルミニウムホイールの塗装方法は、切削粗加工された車両用アルミニウムホイールの表面に対し、所定以上の径を有する加工材を衝突させる表層加工処理を施すので、車両用アルミニウムホイールの表面近くの微小欠陥が潰され（封孔処理が施され）、その後の塗装の焼付工程においても塗装面に膨れ（フクレ）が発生しない、という優れた効果を奏する。

以下、本発明について、その実施形態を説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではない。本発明の要旨を損なわない範囲で、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良、置換を加え得るものである。

図１の（ａ）〜（ｆ）は、本発明に係る車両用アルミニウムホイールの塗装方法のうち第１の塗装方法の一実施形態を示す系統図である。鋳造法によって成形された鋳造物である車両用アルミニウムホイール１０の表面１０ａの近傍には、どうしても鋳造欠陥である微小欠陥１２が生じてしまい（図１の（ａ）を参照）、その表面１０ａに切削工具１４によって切削粗加工を施すと、欠陥１２ａが新たな表面に露出してしまう（図１の（ｂ）を参照）。

そこで、本発明に係る車両用アルミニウムホイールの塗装方法では、欠陥１２ａが露出された車両用アルミニウムホイール１０の表面１０ａに対し、径がφ５ｍｍ以上の球状体又は多面体を少なくとも含む加工材２２を衝突させる表層加工処理を施す（図１の（ｃ）を参照）。表層加工処理は、車両用アルミニウムホイール１０及び加工材を収容した揺動容器を揺動させることによって行うことが出来る。この表層加工処理によって車両用アルミニウムホイール１０の封孔処理がなされる。即ち、欠陥１２ａが露出された車両用アルミニウムホイール１０の表面１０ａの近傍である表面１０ａから３ｍｍ程度までの表層部２４に存在する微小欠陥１２ｂを潰すことが出来る。

そして、上記表層加工処理を施した後、車両用アルミニウムホイール１０の表面に、例えば有機系焼付け塗装あるいは電界着色アルマイト処理によって、カラー塗装を行う（図１に示さない）。次いで、車両用アルミニウムホイール１０の表面のうち光輝面とする部分において、表面から深さ０．０５〜１．０ｍｍの部分を切削し（図１の（ｄ）を参照）、その後、クリア塗装を行う（図１の（ｅ）を参照）。表層部２４には、元々存在した微小欠陥１２ｂは潰され、封孔処理がなされているため、塗装（塗装皮膜形成及び焼付）が行われても、塗装面の膨れ（フクレ）が発生することはない（図１の（ｆ）を参照）。従って、欠陥のない車両用アルミニウムホイールを得ることが出来る。

本発明に係る車両用アルミニウムホイールの塗装方法における表層加工処理工程で使用する加工材は、径がφ５ｍｍ以上の球状体又は多面体が少なくとも含まれるものである。径がφ５ｍｍ未満の場合には、加工処理部分が表面から浅く、鋳造部品表面に存在する微小欠陥を潰す作用、又は微小欠陥を封孔する作用が小さくなる。加工材は、例えば金属球、又はアルミナやジルコニア等のセラミック球、を含むものが好ましい。金属球又はセラミック球を単独で用いてもよく混合して用いてもよい。更に、カットワイヤ、金属粒、研削剤乃至研磨剤、乾燥砂、等を混合し、２以上の混合物として、用いることも出来る。又、球状体として大小の異なる金属球又はセラミック球を用いることも好ましい。大きさの異なる加工材を混在させることにより、それら加工材が、より均一に漏れなく車両用アルミニウムホイール表面に対し衝突及び擦り動きを繰り返すとともに、加圧されて車両用アルミニウムホイール表面の平滑性を向上させ得るものと考えられるからである。

金属球又はセラミック球の径、あるいは、金属球又はセラミック球を構成する具体的な材料は、揺動容器の内容積等を考慮して決定すればよい。例示すると、φ５〜２０ｍｍの鋼球、超鋼球、ステンレス球、ジルコニア球を好適に用いることが出来る。表層加工処理の上記効果を、より大きなものとするためには、比重が大きい材料を用いることが好ましいので、この観点から、超鋼球、ジルコニア球が望ましい。加工材として混合可能なカットワイヤを例示すると、φ０．６〜１．２ｍｍ×長さ０．６〜１．２ｍｍのステンレス製カットワイヤを挙げることが出来る。

加工材の投入量は、車両用アルミニウムホイールを除く揺動容器の内容積に対し、体積比で概ね５〜３０％であることが好ましい。加工材が揺動容器の中で自由に動き、加工材と車両用アルミニウムホイールの表面との衝突回数が確保されることを担保するためである。５体積％未満では、加工材は揺動容器の中で自由に動くものの、車両用アルミニウムホイールの表面の面積に対し加工材が少なすぎる結果、加工材と車両用アルミニウムホイールの表面との衝突回数及び加圧力が確保されずに、車両用アルミニウムホイールの封孔処理が良好になされないおそれがあり、好ましくない。３０体積％より多いと、加工材が揺動容器の中で自由に動く範囲が限定され、加工材と車両用アルミニウムホイールの表面との衝突回数及び加圧力が確保されずに、同じく車両用アルミニウムホイールの封孔処理が良好になされないおそれがあり、好ましくない。

次に、加工材と車両用アルミニウムホイール表面とを衝突させる場合（表層加工処理）における揺動条件について記載する。本発明に係る車両用アルミニウムホイールの塗装方法においては、揺動条件を限定するものではないが、より好ましい条件としては、以下の通りである。

振動数は、概ね３〜３０Ｈｚであることが好ましい。より好ましい振動数は５〜２０Ｈｚであり、特に好ましい振動数は８〜１５Ｈｚである。加工材と車両用アルミニウムホイール表面との単位時間あたりの衝突回数を確保するためである。振動数が３Ｈｚ未満では、加工材と車両用アルミニウムホイール表面との衝突回数が確保されず、加工材が車両用アルミニウムホイール表面の微小欠陥を潰せず、好ましくない。又、加工材の数にもよるが、振動数が３０Ｈｚより多くても、欠陥を潰す効果は小さく、振動数を上げるために費やすエネルギー対効果は低下するため、好ましくない。尚、本明細書において、振動数とは時間あたり繰り返される揺動の回数を指し、単位はヘルツ（Ｈｚ）である。

又、揺動の揺れ幅は、概ね１０〜１２０ｍｍであることが好ましい。より好ましい揺れ幅は２０〜１００ｍｍであり、特に好ましい揺れ幅は３０〜８０ｍｍである。揺動容器内での加工材の移動範囲を適切に設定することを通して、加工材と車両用アルミニウムホイール表面との単位時間あたりの衝突回数を確保するためである。揺れ幅が１０ｍｍ未満では、加工材と車両用アルミニウムホイール表面との衝突回数が確保されず、加工材が車両用アルミニウムホイール表面の微小欠陥を潰せず、好ましくない。又、揺れ幅が１２０ｍｍより大きくても、加工材が車両用アルミニウムホイール表面に接している時間が長くなるだけで、加工材と車両用アルミニウムホイール表面との衝突回数は増加せず、表面の微小欠陥を潰す効果は大きくはない。尚、揺動容器は、その中の鉛直方向の長さ（揺動容器で形成される加工材が移動し得る閉空間高さ）が、３０〜２００ｍｍとなるものであることが望ましい。

更には、揺動の延べ揺動時間は、概ね１０秒〜３分であることが好ましい。より好ましい揺動時間は、２０秒〜２分である。加工材と車両用アルミニウムホイール表面との延べ衝突回数を確保するためである。延べ揺動時間が１０秒未満では、加工材と車両用アルミニウムホイール表面との延べ衝突回数が確保されず、加工材が車両用アルミニウムホイール表面の微小欠陥を潰せず、好ましくない。又、延べ揺動時間が３分より多くても、表面の欠陥を潰す効果は小さく、時間対効果は向上しないため、好ましくない。

図２は、本発明に係る車両用アルミニウムホイールの塗装方法における切削粗加工後の、表面の加工処理に用いる揺動装置の一の実施形態を示す上面図である。図３は、図２におけるＡ矢視図（正面図）であり、この図３にのみ、揺動板の上に、車両用アルミニウムホイール及び加工材を収容した揺動容器が示されている。図４は、図２のＢ矢視図（側面図）であって、振動抑制用錘を透視した（振動抑制用錘を除いて視た）図である。

図２〜図４に示される揺動装置２では、揺動にかかる動力は、原動機３６により与えられる。原動機３６で生じた回転運動は、伝導部材３５により回転軸４０に伝わり、これを回転させる。回転軸４０の回転運動は、それに備わるクランク３８によって往復運動に変換される。そして、クランク３８とコンロッド４１を介し接続される揺動板４２は、直線運動案内器として設けられた４つのリニア軸受４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄに沿って、上下方向（鉛直方向）に、直線状の往復運動をする。

この揺動板４２の往復運動により、揺動板４２の上に固定された被揺動体４４（車両用アルミニウムホイール及び加工材を収容した揺動容器）も、上下方向に揺動する。回転軸４０に備わるクランク３９には、錘３２が取り付けられており、揺動板４２の往復運動及び被揺動体４４の揺動にともなって発生する振動を打ち消し、これを抑制する。

揺動装置２では、原動機３６、回転軸４０（クランク３８，３９）、コンロッド４１、揺動板４２、リニア軸受け４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ（直線運動案内器）、及び錘３２を有する揺動機構は、台板３３を介して基台５３の上に載置されている。即ち、揺動機構は、台板３３の上にまとめて載置され、更に、その台板３３が、基台５３の上に載置されている。そして、基台５３の下には、防振器として４つの空気ばね３１が備わり、基台５３の上には、空気ばね３１に対応する位置に、２つの振動抑制用錘５４が備わっている。１つの振動抑制用錘５４は、２つの空気ばね３１に対応して設けられている。尚、図２〜図４に示される原動機３６は電動機であるが、原動機は電動機に限定されず、内燃機関等であってもよい。

台板３３には２つの軸受４５が取り付けられ、回転軸４０は、この２つの軸受４５により、台板３３と平行に回転自在に取り付けられる。そして、回転軸４０は、伝導部材３５を介して原動機３６（の回転軸）と接続される。伝導部材３５は、例えばＶベルトであり、原動機３６（の回転軸）及び回転軸４０にそれぞれ設けられたプーリー３７を介して回転運動を伝達する。インバータによって周波数を調節する原動機３６の回転制御と併せて、これらプーリー３７の径等を変更することによって、回転軸４０の回転数を制御することが出来る。そして、この回転数の制御によって、揺動板４２の往復運動（即ち被揺動体４４の揺動）にかかる振動数を制御することが可能である。

回転軸４０の仕様は限定されず、所定の強度を有するものであれば、径、材料等は限定されない。又、伝導部材３５の仕様も限定されず、タイミングベルトやギア等でもよい。軸受４５は、回転運動する回転軸を支えるものであれば限定されない。

回転軸４０には、それぞれクランク３８，３９が備わり、それらクランク３８とクランク３９とは、１８０°反対方向を向いている。そして、揺動板４２が、回転軸４０のクランク３８とコンロッド４１を介して接続され、クランク３９には、錘３２が取り付けられる。このようなクランク３８，３９の態様により、既述のように、原動機３６の与えた回転運動が、クランク３８に接続された揺動板４２の、上下方向の往復運動に変換され、揺動板４２に固定された被揺動体４４が、上下方向に揺動する。

被揺動体４４が載せられ固定される揺動板４２は、使い勝手がよく応用性に優れた平板として構成され、４つのリニア軸受４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄに、移動自在に取り付けられる。リニア軸受は直線運動案内器の１つであり、往復運動を行う揺動板の案内に、例えば玉やころを用いた軸受である。

直線運動案内器としては、リニア軸受の他に、無限摺動用ボールスプライン軸受や無給油軸受等を採用することが出来る。その詳細仕様、及び、揺動板を直線運動案内器に取付する態様については、高速の往復運動が実現出来、且つ、往復運動の際に外れ難いものであれば、限定されるものではない。又、揺動板４２は、被揺動体４４４を固定出来れば形状等は限定されず、被揺動体４４である揺動容器の形状に合わせて決定すればよい。

本発明に係る車両用アルミニウムホイールの塗装方法は、カラー（有色）領域と光輝領域とを有する車両用アルミニウムホイールを製造するための一手段として、好適に利用することが出来る。

（ａ）〜（ｆ）は、本発明に係る車両用アルミニウムホイールの塗装方法の一実施形態を示す系統図である。 本発明に係る車両用アルミニウムホイールの塗装方法に用いる揺動装置の一の実施形態を示す上面図である。 図２に示される揺動装置のＡ矢視図である。 図２に示される揺動装置の（振動抑制用錘を除いた）Ｂ矢視図である。 （ａ）〜（ｄ）は、車両用アルミニウムホイールの塗装面に膨れ（フクレ）が発生するメカニズムを示す系統図である。

符号の説明

２：揺動装置、１０：車両用アルミニウムホイール、１０ａ：（車両用アルミニウムホイールの）表面、１２：微小欠陥、１２ｂ：表層部に存在する微小欠陥、１４：切削工具、１６：塗装皮膜、１８：混入空気、２０：塗装面、２２：加工材、２４：表層部、３１：空気ばね、３３：台板、３５：伝導部材、３７：プーリー、３６：原動機、３８，３９：クランク、４０：回転軸、４１：コンロッド、４２：揺動板、４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ：リニア軸受、４４：被揺動体、４５：軸受、５３：基台、５４：振動抑制用錘。

Claims (6)

1. 鋳造物である車両用アルミニウムホイールに、切削粗加工をする工程と、
   切削粗加工を施した前記車両用アルミニウムホイールの表面に、比重が２以上で径がφ５ｍｍ以上の球状体又は多面体を少なくとも含む加工材を衝突させ、前記車両用アルミニウムホイールの表層加工処理を行う工程と、
   前記表層加工処理を行った前記車両用アルミニウムホイールの表面に、カラー塗装を行う工程と、
   前記カラー塗装を行った前記車両用アルミニウムホイールの表面のうち光輝面とする部分に、切削仕上加工をする工程と、
   前記切削仕上加工を施した前記車両用アルミニウムホイールに、クリア塗装を行う工程と、を有する車両用アルミニウムホイールの塗装方法。
2. 鋳造物である車両用アルミニウムホイールに、切削粗加工をする工程と、
   切削粗加工を施した前記車両用アルミニウムホイールの表面に、比重が２以上で径がφ５ｍｍ以上の球状体又は多面体を少なくとも含む加工材を衝突させ、前記車両用アルミニウムホイールの表層加工処理を行う工程と、
   前記表層加工処理を行った前記車両用アルミニウムホイールの表面に、切削仕上加工をする工程と、
   前記切削仕上加工を行った前記車両用アルミニウムホイールの表面に、カラー塗装を行う工程と、
   前記カラー塗装を施した前記車両用アルミニウムホイールに、クリア塗装を行う工程と、を有する車両用アルミニウムホイールの塗装方法。
3. 前記表層加工処理が、前記車両用アルミニウムホイール及び前記加工材を収容した揺動容器を揺動させることによって行なわれる請求項１又は２に記載の車両用アルミニウムホイールの塗装方法。
4. 前記加工材が、少なくとも金属材料又はセラミック材料からなるものを含む請求項１〜３の何れか一項に記載の車両用アルミニウムホイールの塗装方法。
5. 前記切削仕上加工が、車両用アルミニウムホイールの表面から深さ０．０５〜１．０ｍｍの部分を切削する加工である請求項１〜４の何れか一項に記載の車両用アルミニウムホイールの塗装方法。
6. 溶解工程、鋳造工程、熱処理工程、及び請求項１〜５の何れか一項に記載の車両用アルミニウムホイールの塗装方法を用いた加工及び塗装工程、を有する車両用アルミニウムホイールの製造方法。

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