JP2010269346A - 鋳造品の表面加工方法及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切削やグラインダーによる加工を施し難い鋳造品に対し、その表面を十分に平滑化し良好な光沢面を得る手段を提供すること。
【解決手段】鋼又はステンレス鋼からなる、径が０．１ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下の、球をショットとして用い、鋳造品の表面に対してショットブラスト処理を施す過程Ａを有する鋳造品の表面加工方法の提供による。
【選択図】なし

Description

本発明は、鋳造品の表面を加工する方法と、それを用いた鋳造品の製造方法に関する。

美観が製品の魅力に大きなウエイトを占める鋳造品では、視覚に現れる部分に機械加工を施し、そのデザイン性を向上させる場合がある。例えば、鋳造法で製造されるタイヤホイールでは、切削、グラインダー等の加工法を用いて、スポークを含むデザイン面を平滑化し、綺麗な光沢面を得ている。

タイヤホイールの材料として多用されるアルミニウム合金やマグネシウム合金の光沢面は、クリア塗装しただけでも光沢感によって十分に製品価値を高める。又、クリア塗装のみであるかカラー塗装を施すかによらず、平滑な面であれば、粗い鋳放しの面より塗膜を薄く出来るメリットがある。

尚、関連する先行文献として、例えば特許文献１、２を挙げることが出来る。

特開平４−２８９０７３号公報 特開平４−２９２２０２号公報

しかし、当然に形状も製品の魅力に大きなウエイトを占めるため、その形状によっては、鋳造品の表面に機械加工を施し難い場合がある。例えばタイヤホイールにおいて、スポークとスポークとの間のホールを形成する部分や、段差があるスポークの低い部分は、デザイン面全体の最上面から凹んだ位置にあるので、それらの部分を形成する表面には、切削加工を行うことは出来ないし、グラインダー加工も行い難い。

このような問題を解消するため、切削やグラインダーといった加工方法を用いる代わりに、タイヤホイールのデザイン面にショットブラスト処理を施して平滑化を図ることが考えられる。

しかしながら、従来知られたショットブラスト処理では、鋳肌に存在する酸化膜を除去することは出来るが、表面の平滑化は不十分であり、タイヤホイールのデザイン面を魅力十分な平滑面に仕上げることは出来なかった。即ち、切削加工やグラインダー加工が行い難い表面を有する鋳造品に対し、その表面を平滑面となるように十分に平滑化する手段は、未だ見出されておらず、そのような手段が待望されていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その課題は、切削やグラインダーによる加工を施し難い鋳造品に対し、その表面を十分に平滑化し良好な平滑面を得る手段を提供することにある。

研究が重ねられた結果、ショットブラスト処理を施すに際し、その処理条件、特にショット（投射材）を、従来、使用されていなかった極小径のものに特定することによって、上記目的を達成することができることを見出し、本発明を完成させた。

即ち、本発明によれば、先ず、鋼（ステンレス鋼を除く）又はステンレス鋼からなる、径が０．１ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下の、球をショット（投射材）として用い、鋳造品の表面に対してショットブラスト処理を施す過程Ａを有する鋳造品の表面加工方法が提供される。

径が０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下の球というショットは、カットワイヤから作製することは出来ず、噴霧による成形で製造することが可能である。このような特殊なショットは、従来のショットブラスト処理では用いられない。

本発明に係る鋳造品の表面加工方法においては、上記過程Ａの前に、鋼（ステンレス鋼を除く）又はステンレス鋼からなる、径が０．３ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下の、カットワイヤをショット（投射材）として用い、鋳造品の表面に対してショットブラスト処理を施す過程Ｂを有することが好ましい。

本発明に係る鋳造品の表面加工方法は、過程Ｂにおいて、円柱状のカットワイヤの長さは、カットワイヤの径と同じ範囲であることが好ましい。即ち、過程Ｂにおいては、カットワイヤの長さは、０．３ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下とすることが好ましい。又、カットワイヤは、球状加工（ラウンド加工）されたものを用いてもよい。この場合は、過程Ｂにおいては、カットワイヤの直径を、０．３ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下とすることが好ましい。

本発明に係る鋳造品の表面加工方法においては、上記ショットブラスト処理が、（過程Ａにおいても過程Ｂにおいても）インペラー式ショットブラスト装置を用いて、１０００ｒｐｍ以上、２０００ｒｐｍ以下のインペラー回転数、及び、３０ｍ／秒以上、６０ｍ／秒以下のショット投射速度、で行われることが好ましい。

本発明に係る鋳造品の表面加工方法は、鋳造品の表面が、鋳肌（鋳造したままの表面）のタイヤホイールのデザイン面である場合に、特に好適に用いられる。

次に、本発明によれば、鋳造法によって成形品を得て、得られた成形品に熱処理を施し、熱処理を施した成形品に上記した何れかの表面加工方法によって表面加工を施し、その表面加工を施した成形品に塗装を施す工程を有する鋳造品の製造方法が提供される。

本発明に係る鋳造品の製造方法は、鋳造品が、タイヤホイールである場合に、特に好適に用いられる。

次に、本発明によれば、上記した何れかの表面加工方法によって表面加工が施されて得られる、表面粗さＲａが５．５μｍ以下及び表面粗さＲｚが２２μｍ以下のうち何れかを満たす鋳造品が提供される。

本発明に係る鋳造品として、例えばタイヤホイールを挙げることが出来る。

本明細書において、表面粗さは、日本工業規格 ＪＩＳ Ｂ０６０１、ＪＩＳ Ｂ０６５１で規定されるものとする。

本発明に係る鋳造品の表面加工方法は、ショットブラスト処理（過程Ａ）において、鋼（ステンレス鋼を除く）又はステンレス鋼からなる、径が０．１ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下の、球をショット（投射材）として用いるので、例えばタイヤホイールのスポークとスポークとの間のホールを形成する部分のような、鋳造品の凹んだ部分の表面を十分に平滑化し、良好な光沢面を得ることが可能である。そして、鋳造品である例えばタイヤホイールの美観を高め、高いデザイン性を付与し、商品価値を向上させることが出来る。

これは、径が０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下の球という特殊なショットを用いるので、エネルギーが小さく、表面を粗く削らないため、と推考される。通常、多用される（例えば）径及び長さが０．８ｍｍである円柱形のカットワイヤのような大きいショットであると、エネルギーが大きすぎて表面が削れ過ぎてしまい、良好な平滑面（光沢面）を得ることが出来ないが、本発明によれば、このような問題は生じない。

本発明に係る鋳造品の表面加工方法は、その好ましい態様において、過程Ａの前に、径が０．３ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下の、カットワイヤをショットとして用いる（粗仕上げの）過程Ｂを有するので、鋳肌の面を十分に平滑化するまでの処理時間を、過程Ｂを行わない場合に比して短縮することが出来る。

本発明に係る鋳造品の表面加工方法は、その好ましい態様において、ショットブラスト処理がインペラー式ショットブラスト装置を用いて行われ、インペラーの回転運動を利用してショットが投射されるので、加圧エアによる投射方式に比して、一度にショットを投射出来る範囲（被加工範囲）が広く、処理された表面の品質が均一になるとともに、処理時間が短い。この効果は、１０００ｒｐｍ以上、２０００ｒｐｍ以下のインペラー回転数で、３０ｍ／秒以上、６０ｍ／秒以下のショット投射速度（初速）で、行われることにより、特に顕著に得られる。

本発明に係る鋳造品の製造方法は、本発明に係る表面加工方法によって表面加工を施した後に、その表面加工を施した成形品に塗装を施す工程を有するので、塗装対象面は、酸化膜が除去されていて、平滑性に大変優れる。そのため、塗膜を薄くすることが出来、製造される鋳造品、例えばタイヤホイールの低廉化を図ることが出来、併せて、乾燥等に要する時間が短縮され、鋳造品の製造にかかる生産効率が向上する。

本発明に係る鋳造品の製造方法は、鋳造法によって得られた成形品に熱処理を施し、熱処理（溶体化、時効）を施した成形品に、本発明に係る表面加工方法によって表面加工を施すので、その後の塗装前に表面が平滑になっており、塗装前の検査で表面の欠陥を発見し易い。そのため、製品歩留まりが向上する。熱処理を施した成形品は、熱処理によって表面が斑（まだら）模様になるため、小孔等の欠陥は見つけ難く、そのまま塗装を施せば、厚い塗膜であっても欠陥が現れ、不良品となり得る。特に、クリア塗膜の場合には、有色塗膜と比較して欠陥が生じ易く且つ目立ち易いが、本発明に係る鋳造品の製造方法によれば、このような問題を回避することが出来る。

本発明に係る鋳造品、例えばタイヤホイールは、本発明に係る表面加工方法によって表面加工が施され、表面粗さＲａが５．５μｍ以下及び表面粗さＲｚが２２μｍ以下のうち何れかを満たすものであるので、スポークとスポークとの間のホールを形成する部分も含めて、外観に現れる表面全体が十分に平滑化され良好な光沢面になっており、商品価値が高い。

本発明に係る鋳造品の一例を示す平面図である。 実施例における成形品の鋳肌（表面）を表した写真である（参考例）。 実施例におけるショットブラスト処理後の成形品の表面を表した写真である（比較例１）。 実施例におけるショットブラスト処理後の成形品の表面を表した写真である（実施例１）。

以下、本発明について、適宜、図面を参酌しながら、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。本発明に係る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。例えば、図面は、好適な本発明に係る実施形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は、以下に記述される手段である。

先ず、本発明に係る鋳造品について説明する。図１は、本発明に係る鋳造品の一例を示す図であり、タイヤホイールを表す平面図である。図１に示されるタイヤホイール１は、筒状のリム１７（図１に表された部分はアウターリム）とその一の開口面を渡る５本のスポーク１１，１２，１３，１４，１５で構成され、スポーク１１〜１５のそれぞれの間にホール１６が形成される。スポーク１１〜１５が現れる（図１に示される）面がタイヤホイールのデザイン面である。

タイヤホイール１では、スポーク１１〜１５に段差があり、中央の高い部分（タイヤホイールのデザイン面における手前の部分、前部という）に比して低い部分（タイヤホイールのデザイン面における奥まった部分、奥部という）が存在する。この奥部１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａには、旋盤やフライス盤等の機械による切削加工は施せないので、従来、奥部１１ａ〜１５ａを見栄えのよい平滑面（光沢面）にすることは出来なかったのであるが、本発明に係る鋳造品の表面加工方法で加工されたタイヤホイール１は、奥部１１ａ〜１５ａと前部からなるスポーク１１〜１５を含み、デザイン面（表面）全体が十分に平滑化され良好な光沢面に仕上がっており、優れた美観を有するものとなっている。

次に、本発明に係る鋳造品の製造方法、及びそれに含まれる本発明に係る鋳造品の表面加工方法について、図１に示されるタイヤホイール１を製造する場合を例にとって、説明する。

最初に、鋳造法によって、タイヤホイール１の形状に成形した成形品を得る。材料として、日本工業規格によるＡＣ４Ｃ、ＡＣ４ＣＨ、ＡＣ４Ｂ、ＡＣ４Ｄ、ＡＣ２Ａ、ＡＣ２Ｂ、ＡＣ３Ａ等のアルミニウム合金を好適に使用することが出来る。鋳造法としては、砂型又は金型を使用することが出来、金型を使用する場合には圧力によって、重力鋳造法、低圧鋳造法、ダイキャスト法等を採用することが出来る。特に低圧鋳造法を採ることが好ましい。

次に、成形品に熱処理を施す。熱処理は、真空炉、雰囲気炉又は流動層炉を用いて行うことが出来る。好ましくは熱風直接吹込み方式の流動層炉を使用する。熱処理は、溶体化処理、時効処理で構成される。材料としてＡＣ４Ｃを用いる場合には、溶体化処理における好ましい保持温度は５３０〜５８０℃であり、好ましい保持時間は１〜３時間である。時効処理における好ましい保持温度は１３０〜２００℃であり、好ましい保持時間は０．５〜１０時間である。

次に、本発明に係る表面加工方法によって、デザイン面に表面加工を施す。例えば、径が０．３ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下の、カットワイヤをショットとして用いてショットブラスト処理を施し、その後、径が０．１ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下の、球をショットとして用いてショットブラスト処理を施す。ショットの材料として、ＳＷＲＨ４２Ａ、ＳＷＲＨ８２Ａ、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４を例示することが出来る。好ましい材料はＳＵＳ３０４（ステンレス鋼）である。

ショットブラスト処理は、市販されている公知のインペラー式ショットブラスト装置を用いて行う。インペラー式ショットブラスト装置は、複数の羽根（ブレード）がついたインペラーの羽根の間にショットを供給し、インペラーを回転させ、その回転の力によってショットを投射する装置であり、投射角度を調節することが出来るので、ショットブラスト処理は、例えばスポーク１１〜１５毎に行うか、又はデザイン面全体に対し一度に行うことが出来る。ショットブラスト処理は、１０００ｒｐｍ以上、２０００ｒｐｍ以下のインペラー回転数で、３０ｍ／秒以上、６０ｍ／秒以下のショット投射速度（初速）で行うことが好ましい。ショットの投射量は、１００〜５００ｋｇ／分とすることが好ましい。ショットの投射時間は、１〜１０分とすることが好ましい。

次に、表面加工を施した成形品について、目視又は検査装置を使用して欠陥検査を行い、必要に応じて欠陥を修復してから、表面に塗装を施す。塗装は、塗料を、デザイン面を含むタイヤホイール１の所定の部分に、塗布、スプレー等によって塗膜を形成した後、これを高温で加熱し焼き付けることにより行う。塗膜は、有色塗膜、クリア塗膜を採用することが出来る。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（実施例１）材料としてＡＣ４ＣＨアルミニウム合金を用い、図１に示されるサイズ１４インチのタイヤホイール１を作製した。先ず、金型による低圧鋳造法を使用して、タイヤホイール１の形状に成形した成形品を得た。この成形品の鋳肌の写真を、参考例として、図２に示す。又、成形品のスポーク１１〜１５に相当するそれぞれの部分の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）、Ｒｚ（十点平均粗さ）、Ｒｍａｘ（最大高さ）を、株式会社東京精密製の表面粗さ測定機（型番：ＳＵＲＦＣＯＭ １３０Ａ）を使用して測定した。測定条件は、基準長さ（カットオフ値）８ｍｍ、評価長さ４０ｍｍである。結果を、参考例として、表１に示す。

次いで、成形品に、流動層炉を用いて、保持温度が５３０℃、保持時間が１時間の、溶体化処理を施した。そして、一旦、常温に冷却した後、流動層炉を用いて、保持温度が１６０℃、保持時間が３時間の、時効処理を施した。

その後、内製したインペラー式のショットブラスト装置を使用して、デザイン面全体（主にスポーク１１〜１５（奥部１１ａ〜１５ａを含む）部分）にショットブラスト処理を施した。ショットブラスト処理の条件は、径が０．２ｍｍであるＳＵＳ３０４製の球をショットとして用い、インペラー回転数を１０００ｒｐｍ、ショット投射速度（初速）を３０ｍ／秒、ショットの投射量を３００ｋｇ／分、ショットの投射時間を５分とした。ショットブラスト処理後の成形品の表面の写真を図４に示す。又、ショットブラスト処理後の成形品のスポーク１１〜１５に相当するそれぞれの部分の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）、Ｒｚ（十点平均粗さ）、Ｒｍａｘ（最大高さ）を、（既述と）同じ装置及び条件によって、測定した。結果を、表１に示す。

そして、ショットブラスト処理を施した成形品に有色及びクリア塗膜による塗装を施し、タイヤホイール１を得た。得られたタイヤホイール１を目視観察したところ、ふくれ、凹み等の欠陥は見られなかった。

（比較例１）ショットブラスト処理を行うに際し、径及び長さが０．８ｍｍである円柱形のＳＵＳ４３０製のカットワイヤをショットとして用いた。それ以外は、実施例１と同様の工程によって、タイヤホイール１を作製した。ショットブラスト処理後の成形品の表面の写真を図３に示す。又、ショットブラスト処理後の成形品のスポーク１１〜１５に相当するそれぞれの部分の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）、Ｒｚ（十点平均粗さ）、Ｒｍａｘ（最大高さ）の測定結果を、表１に示す。

（考察）表１に示される結果及び図２〜図４に示される写真より、通常、ショットとして多用される径及び長さが０．８ｍｍである円柱形のカットワイヤを用いてショットブラスト処理を施した場合（比較例１）には、表面の印象は、鋳肌とは変わっているように見えるが、表面粗さは、むしろ大きくなり、実際の平滑性は低下している。これでは表面は良好な光沢面にならない。これに対し、径が０．２ｍｍである球という特殊なショットを用いてショットブラスト処理を施した場合（実施例１）には、表面の印象が、鋳肌とは変わり比較例１より滑らかに見え、且つ、実際に、表面粗さは小さくなり、平滑になっている。

実施例１における表面粗さＲａは５．５（５．２）μｍ以下であり、平均（表１を参照）の値として、比較例１の５０％未満である。実施例１における表面粗さＲｚは２２（２１）μｍ以下であり、平均（表１を参照）の値として、比較例１の概ね５０％である。実施例１における表面粗さＲｍａｘはばらつきがあるが、平均（表１を参照）の値としては、比較例１の６５％未満である。

実施例１及び比較例１における結果から明らかなように、本発明に係る表面加工方法（実施例１）によれば、切削やグラインダーによる加工を施し難い部分である奥部１１ａ〜１５ａを含むスポーク１１〜１５で主に構成される、タイヤホイール１のデザイン面全体を、十分に平滑化し、良好な光沢面を得ることが可能である。

本発明に係る鋳造品の表面加工方法は、タイヤホイールに代表される、美観が製品の魅力に大きなウエイトを占める鋳造品の表面を加工する手段として、好適に利用される。本発明に係る鋳造品の製造方法は、タイヤホイールに代表される、美観が製品の魅力に大きなウエイトを占める鋳造品の表面を製造する手段として、好適に利用される。

１ タイヤホイール
１１，１２，１３，１４，１５ スポーク
１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ （スポークの）奥部
１６ ホール
１７ リム

Claims (6)

1. 鋼又はステンレス鋼からなる、径が０．１ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下の、球をショットとして用い、鋳造品の表面に対してショットブラスト処理を施す過程Ａを有する鋳造品の表面加工方法。
2. 前記過程Ａの前に、鋼又はステンレス鋼からなる、径が０．３ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下の、カットワイヤをショットとして用い、鋳造品の表面に対してショットブラスト処理を施す過程Ｂを有する請求項１に記載の鋳造品の表面加工方法。
3. 前記ショットブラスト処理が、インペラー式ショットブラスト装置を用いて、１０００ｒｐｍ以上、２０００ｒｐｍ以下のインペラー回転数、及び、３０ｍ／秒以上、６０ｍ／秒以下のショット投射速度、で行われる請求項１又は２に記載の鋳造品の表面加工方法。
4. 前記鋳造品の表面が、鋳肌のタイヤホイールのデザイン面である請求項１〜３の何れか一項に記載の鋳造品の表面加工方法。
5. 鋳造法によって成形品を得て、得られた成形品に熱処理を施し、熱処理を施した成形品に請求項１〜３の何れか一項に記載の表面加工方法によって表面加工を施し、その表面加工を施した成形品に塗装を施す工程を有する鋳造品の製造方法。
6. 請求項１〜３の何れか一項に記載の表面加工方法によって表面加工が施されて得られる、表面粗さＲａが５．５μｍ以下及び表面粗さＲｚが２２μｍ以下のうち何れかを満たす鋳造品。