JP2017042769A - 軽合金ホイールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】交差部に発生する引け巣などの鋳造欠陥をより低減した軽合金ホイールの製造方法の提供。
【解決手段】リム部と、リム部に内設され、車軸が装着されるディスク部とを有する軽合金ホイールの製造方法であって、金型のキャビティ内に軽合金からなる溶湯３０を充填する注湯工程と、充填した溶湯の一部をガスで加圧する加圧工程とを有し、加圧工程は、キャビティのうちリム部とディスク部とが交差してなる交差部２６を象る交差部用キャビティ２６ａと金型外部とを連通する通気孔１４２を通じて導入したガス４０で溶湯３０を加圧し、交差部用キャビティ２６ａの内面から溶湯を離間させて交差部用キャビティ２６ａの内面と溶湯との間に隙間１００ｃを形成し、その後、加圧を解除し、溶湯の周囲に形成された溶湯凝固層３０ａを通じ、隙間１００ｃの周囲の溶湯を隙間１００ｃ内に浸み出させて充填し、凝固を完了させる工程である軽合金ホイールの製造方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えばアルミニウム合金等の軽合金で形成された軽合金ホイールの製造方法に関する。

自動車（乗用車等）に装着されている車両用の軽合金ホイールとしては、車体を軽量化するために、例えば低圧鋳造などの手法により全体がアルミニウム合金で形成されたアルミホイールが使用されている。

鋳造法により製造される軽合金ホイールには引け巣等の鋳造欠陥が少ないことが要求される。特許文献１は、そのような製造方法の一例を開示する。図６は特許文献１に記載された低圧鋳造装置であり、内側に鋳造用キャビティ７１を郭定する金型のうち、キャビティ厚の大きな部分を郭定する部分を、他の金型部分から分割形成して可動に支持して可動型部７２に構成し、該可動型部に加圧装置７３を連結した低圧鋳造装置７０である。

この装置による低圧鋳造方法の要部は次の通りである。すなわち、キャビティ７１内に溶湯が充填されてからある一定の溶湯温度になった時点（凝固前）で加圧装置７３が作動し、可動型部７２を押してキャビティ７１内の溶湯を局部的に加圧する。この場合、溶湯がある一定の温度になるまでは、可動型部７２は正規の形状位置よりも下げておき、一定の溶湯温度に下ったときに、正規の形状位置まで押し込む。溶湯が凝固した後、型開きして鋳造品を型からとり出す。

特許文献１に記載の発明によれば、加圧装置よる可動型部を介しての押湯効果により引け巣の発生を防止できる等の効果を得ることができるとしている。

特開平６−２７７８１７号公報（請求項１、段落００１３〜００１５、図１）

しかし、上記特許文献１で一例が開示される従来技術の低圧鋳造装置では、軽合金ホイールのリム部とディスク部とが交差する交差部の引け巣の抑制は不十分な場合があった。このため、従来技術に対し交差部の引け巣が低減された軽合金ホイールを製造可能な製造方法が要請されていた。

従って本発明の目的は、従来技術に対し、交差部に発生する引け巣などの鋳造欠陥をより低減した軽合金ホイールを製造するための製造方法を提供することである。

本願発明に係る軽合金ホイールの製造方法は、略円筒形状のリム部と、前記リム部に内設された、車軸が装着されるディスク部とを有する軽合金ホイールの製造方法であって、金型に形成した前記軽合金ホイールを象るキャビティ内に軽合金からなる溶湯を充填する注湯工程と、充填した溶湯の一部をガスで加圧する加圧工程とを有し、前記加圧工程は、前記キャビティのうち前記リム部と前記ディスク部とが交差してなる交差部を象る交差部用キャビティと前記金型外部とを連通する通気孔を通じて導入したガスで前記溶湯を加圧し、前記交差部用キャビティの内面から前記溶湯を離間させて前記交差部用キャビティの内面と前記溶湯との間に隙間を形成し、その後、加圧を解除し、前記溶湯の周囲に形成された溶湯凝固層を通じ、前記隙間の周囲の溶湯を前記隙間内に浸み出させて充填し、凝固を完了させる工程であることを特徴とする。

本願発明に係る軽合金ホイールの製造方法においては、前記加圧工程におけるガスによる溶湯の加圧は、前記注湯工程において前記キャビティへの溶湯の充填が完了し、かつ前記交差部用キャビティの内面との接触により前記溶湯に前記溶湯凝固層が形成された後に立ち上がり、前記加圧により前記隙間が形成された後に解除されることが好ましい。

本願発明に係る軽合金ホイールの製造方法においては、前記加圧工程は、立ち上がり後に徐々に圧力を高める加圧パターンを有することが好ましい。

本願発明に係る軽合金ホイールの製造方法においては、前記通気孔の前記交差部用キャビティ側の開口する端部には、焼結体からなる焼結ベントが装着されていることが好ましい。

本願発明によれば、従来技術に対し、交差部に発生する引け巣などの鋳造欠陥がより低減された軽合金ホイールを製造することができる軽合金ホイールの製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る軽合金ホイールの製造方法に使用される鋳造用金型の一例を示す縦断面図である。 本発明の実施形態に係る軽合金ホイールの製造方法の注湯工程と加圧工程のタイムチャートの一例を示す図である。 図２の加圧工程の途中の各時点における交差部の凝固の進展状況を模式的に示す図である。 軽合金ホイールの一例を示す平面図である。 図４の軽合金ホイールのＡ−Ｉ−Ａ断面図である。 従来の軽合金ホイールの製造方法を実施するための鋳型装置の縦断面図である。

本発明について、その具体的な実施形態に基づき図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は、以下説明する実施形態に限定されず、また、発明の作用効果を奏する限り、同一 性の範囲内において適宜変形して実施することができる。

本発明者らは、軽合金ホイールの製造方法において、上記したように、加圧工程において、交差部用キャビティと金型外部とを連通する通気孔を通じて導入したガスで溶湯を加圧し、交差部用キャビティの内面から溶湯を離間させて交差部用キャビティの内面と溶湯との間に隙間を形成し、その後、加圧を解除し、溶湯の周囲に形成された溶湯凝固層を通じ、隙間の周囲の溶湯を隙間内に浸み出させて充填することにより、上記目的を達成できることを知見し、本発明に想到した。

以下、本発明の実施形態に係る軽合金ホイールの製造方法について、図１〜図５を参照 しつつ詳細に説明する。

［軽合金ホイールの構成］
図４および図５を参照しつつ、本発明の実施形態に係る軽合金ホイールの構成について 、アルミホイールを例として説明する。図４は、図５のアルミホイール（以下、ホイールという場合がある。）１０の底面図である。図５は、図４のＡ−Ｉ−Ａ断面図である。なお、図５に示すホイール１０の中心線Ｉの方向を軸方向、中心線Ｉに直交する方向を半径方向、中心線Ｉ周りの方向を周方向と言う場合がある。図４および図５に示すように、ホイール１０は、ハブ部９ｆおよびハブ部９ｆの外周面から放射状に形成されたデザイン部９ｇを備えたディスク部９ｅを有している。また、ホイール１０は、ディスク部９ｅの外周部が内周面に結合されたリム本体部９ｂとリム本体部９ｂの下方（一方）端に配置された第１のフランジ部（いわゆる、アウターフランジ部）９ｃと上方（他方）端に配置された第２のフランジ部（いわゆる、インナーフランジ部）９ｄとを備えた略円筒形状のリム部９ａを有している。なお、リム部９ａは第１のフランジ部９ｃ側においてディスク部９ｅと結合しており、ディスク部９ｅのうちリム部９ａとの結合した部分が交差部２６である。また、本実施形態のデザイン部９ｇの形態は、スポークタイプであるがデザイン部の形態はこれに限定されず、例えばメッシュタイプその他各種の形態とすることができる。このホイール１０には、第１のフランジ部９ｃと第２のフランジ部９ｄとの間に挟まれるようにリム本体部９ｂにタイヤが取り付けられた後、ディスク部９ｅが車体の外側に向いた姿勢で車軸に装着され、使用に供される。

［鋳造用金型］
上記構成のホイールを製造する鋳造用金型の一例について、図１を参照しつつ説明する。ここで、図１は、上記スポークタイプのアルミホイールを低圧鋳造するための鋳造装置に組み込まれる鋳造用金型１００の軸方向に沿う縦断面図（図４のＡ−Ｉ−Ａに相当する断面図）である。

図１に示すように、鋳造用金型（以下、金型と言う場合がある。）１００は、上型１３、上型１３に相対するように配置される下型１２、上型１３および下型１２の側方に配置される一対の可動分割型である横型１４を有している。そして、型締めされ各型が合わせされることにより、ホイール１０に必要に応じ適宜な余肉（例えば加工代など）が付加されたホイール素材（以下、このホイール素材を含めホイールと言う。）が象られたキャビティ（以下、製品キャビティと言う場合がある。）が形成される。すなわち、図１に示すように、ディスク部９ｅが象られたキャビティ（以下、ディスク部用キャビティと言う場合がある。他の部位のキャビティについて同じ。）１００ａ、およびリム部９ａが象られたリム部用キャビティ１００ｂを有する製品キャビティが形成される。

ここで、製品キャビティは、リム部とディスク部とが交差してなる交差部２６を象る交差部用キャビティ２６ａを有し、この交差部用キャビティ２６ａと金型の外部とを連通する通気孔１４２を備えている。なお、本実施形態の通気孔１４２の交差部用キャビティ２６ａ側の開口する端部には多孔質のベント１４１が装着されており、当該ベント１４１の端面１４１ａは、交差部用キャビティ２６ａに露出している。つまり、本形態の金型１００では、ベント１４１（通気孔１４２）の端面１４１ａは交差部用キャビティ２６ａに露出しており当該交差部用キャビティ２６ａの内面ともなっている。また、本態様の通気孔１４２は横型１４に設けられ、不図示の流路を通じて金型外部に設けた気体供給源（図示省略）と連結している。なお、本発明は上記構成に限定されず、ベント１４１は無くてもよいが、溶湯の通気孔への侵入を抑制するためには本態様のように通気孔１４２にベント１４１を装着しておくことが好ましい。

さらに、本実施形態では、金型１００は、中心線Ｉが立てられた姿勢で配置されている。そして、金型１００には 、ハブ部用キャビティ２１ａに開口する湯口（以下、センターゲートと言う場合がある。)１８、およびリム部用キャビティ１００ｂのリム本体部用キャビティ２３ａに開口する２つの湯ロ（以下、サイドゲー卜と言う場合がある。）１９が形成されており、センターゲー卜１８およびサイドゲート１９には、湯道であるストーク１５および１６が各々接続されている。保持炉（図示省略）は金型１００の下方に配置され、成分調整されたアルミニウム合金等の軽合金の溶湯が空気または不活性ガスからなる気密雰囲気下にて所定温度に維持しながら貯留されている。ストーク１５および１６の端部は保持炉中の溶湯に浸漬される。なお、本発明を実施する上では、ハブ部用キャビティ２１ａに開口するセンターゲート１８および本体部用キャビティ２３ａに開口するサイドゲー卜１８・１９の両方の設置は必須ではなく、いずれか一方を設ければよい。

[軽合金ホイールの製造方法]
（１）注湯工程
次に、上記説明した構成の金型１００を用いた軽合金ホイールの製造方法について図１，２を使って説明する。図２は本発明の実施形態に係る軽合金ホイールの製造方法の注湯工程と加圧工程のタイムチャートの一例を示す図である。具体的には、図２の上方および下方の線図のいずれも横軸が時間、下方の線図は縦軸が保持炉ガス圧力である注湯工程における圧力パターンを示し、上方の線図は縦軸が金型印可ガス圧力（つまり交差部用キャビティへ供給するガス圧力）である加圧工程における圧力パターンを示している。先ず、図１の下型１２、上型１３および横型１４を型締めしてキャビティを形成する。次いで、金型１００の下に設置した保持炉（図示省略）内を加圧して貯留した溶湯３０を、ストーク１５，１６内を上昇させる。溶湯３０はセンターゲー卜１８およびサイドゲート１９から、ディスク部用キャビティ１００ａおよびリム部用キャビティ１００ｂ（製品キャビティ）に充填される。溶湯が製品キャビティに充填される際、鋳造欠陥の一因となる気体の巻込みを防止するためにストーク内を上昇させる時より緩やかな勾配で加圧することが好ましい。そしてリム部用キャビティ１００ｂの上端であるインナーフランジ部用キャビティ２５ａまでアルミニウム合金等の軽合金からなる溶湯が充填される（注湯工程）。その後、保持炉内の加圧を更に高めて、キャビティ内の溶湯を増圧して所定時間押湯効果を維持する（図２）。

（２）加圧工程
図２，３を使って説明する。図３は図２の加圧工程の途中の各時点（（１）〜（６））における交差部用キャビティ２６ａ中の交差部２６の凝固の進展状況を模式的に示す図である。注湯工程でキャビティに充填された溶湯は充填完了時点（１）から金型によって熱が奪われることにより凝固が開始する。凝固は溶湯と金型との接触界面から始まり界面で溶湯凝固層３０ａが形成される（２）。充填完了時点（１）から溶湯凝固層３０ａが形成（２）されるまでの時間は５〜１０秒程度である。この時間は通気孔１４２からの加圧は待たなければならない（加圧待ち時間）。加圧待ち時間が経過した後に通気孔１４２を通じて供給したガス４０で溶湯を加圧する。加圧工程における加圧の立ち上がりのタイミングは、注湯工程においてインナーフランジ部用キャビティ２５ａまで溶湯が充填され、製品キャビティ内の全ての空気が排除された後であることが好ましい。加圧した際に製品キャビティ内に空気が残留していると加圧に使われた空気が溶湯内に入り込み、加圧が不十分になりやすい。

圧力が立ち上がった後に徐々に圧力を高める加圧パターンとすることが、鋳造欠陥の一因となる溶湯３０へのガス４０の巻込みを抑制することから好ましいが、図２に破線で示すような矩形波状であってもよい。気体供給源（図示省略）から供給され流路を経たガス４０は通気孔１４２を通じてキャビティに導入される。ガス４０が溶湯凝固層３０ａを押すと同時に溶湯３０の凝固に伴う収縮により、溶湯３０は通気孔１４２（ベント１４１）の端面（交差部用キャビティ２６ａの内面）１４１ａから離間し、通気孔１４２と溶湯３０との間に隙間１００ｃが形成される（３）。隙間１００ｃの形成に要する時間は実験により比較的容易に求めることができる。供給するガスの圧力や溶湯温度等にもよるが２〜１５秒程度が目安となる。隙間１００ｃが形成されたら、加圧を解除し、溶湯凝固層３０ａを通じて隙間１００ｃの周囲の溶湯３０を隙間１００ｃ内に浸み出させて充填する（４）。

このような溶湯凝固層３０ａを通じて溶湯３０を浸み出させることができる理由は必ずしも明確になっていないが、次のように推定される。すなわち、加圧を解除した時点で溶湯凝固層３０ａは未だ全てが固相となっておらず固相と液相とが混在した状態であるため、保持炉の加圧維持による押湯効果によって溶湯３０に含まれる液相が溶湯凝固層３０ａを通過できるものと考えられる。完全に隙間１００ｃが溶湯３０で充填されたところで溶湯凝固層３０ａを通じた溶湯３０の浸み出しは停止する（５）。その後、溶湯３０の凝固は完了する（６）（加圧工程）。更に軽合金ホイールの温度が下がるのを待ってから金型を開いて軽合金ホイールを取出す。

本発明における隙間１００ｃは従来、交差部に発生していた引け巣に相当する。本発明の軽合金ホイールの製造方法は大きさ、個数、発生位置が一定でない従来の交差部の引け巣を特定の箇所に隙間として積極的に形成し、続いて、それを溶湯で充填することにより交差部において引け巣などの鋳造欠陥がより低減された軽合金ホイールを製造することができるのである。

上記のように通気孔１４２の端部に装着され、その端面１４１ａが交差部用キャビティの内面ともなるベント１４１は、溶湯に直接接触するので、溶湯に対する耐浸透性、耐溶損性、気体の透過性に優れた材質および構造を有する、焼結体からなる焼結ベントを使用することが好ましい。例えば、ファインシンター社製焼結ベント（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系Ｗ型）が好適である。

１０ アルミホイール
１００ 鋳造用金型
１００ａ ディスク部用キャビティ
１００ｂ リム部用キャビティ
１００ｂｄ リム部下部キャビティ
９ａ リム部
９ｂ リム本体部
９ｃ 第１のフランジ部（アウターフランジ部）
９ｄ 第２のフランジ部（インナーフランジ部）
９ｅ ディスク部
９ｇ デザイン部
１２ 下型
１３ 上型
１３ａ，１３ｂ 冷却パイプ（冷却手段）
１３ｃ 側壁
１４ 横型
１４１ ベント
１４１ａ 端面
１４２ 通気孔
１８ センターゲート（湯口）
１９ サイドゲー卜（湯口）
２３ａ リム本体部用キャビティ
２４ａ アウターフランジ部用キャビティ
２５ａ インナーフランジ部用キャビティ
２６ａ 交差部用キャビティ
４０ 加圧ガス

Claims (4)

1. 略円筒形状のリム部と、前記リム部に内設された、車軸が装着されるディスク部とを有する軽合金ホイールの製造方法であって、
   金型に形成した前記軽合金ホイールを象るキャビティ内に軽合金からなる溶湯を充填する注湯工程と、充填した溶湯の一部をガスで加圧する加圧工程とを有し、
   前記加圧工程は、前記キャビティのうち前記リム部と前記ディスク部とが交差してなる交差部を象る交差部用キャビティと前記金型外部とを連通する通気孔を通じて導入したガスで前記溶湯を加圧し、前記交差部用キャビティの内面から前記溶湯を離間させて前記交差部用キャビティの内面と前記溶湯との間に隙間を形成し、その後、加圧を解除し、前記溶湯の周囲に形成された溶湯凝固層を通じ、前記隙間の周囲の溶湯を前記隙間内に浸み出させて充填し、凝固を完了させる工程であることを特徴とする軽合金ホイールの製造方法。
2. 前記加圧工程におけるガスによる溶湯の加圧は、前記注湯工程において前記キャビティへの溶湯の充填が完了し、かつ前記交差部用キャビティの内面との接触により前記溶湯に前記溶湯凝固層が形成された後に立ち上がり、前記加圧により前記隙間が形成された後に解除される請求項１に記載の軽合金ホイールの製造方法。
3. 前記加圧工程は、立ち上がり後に徐々に圧力を高める加圧パターンを有する請求項２に記載の軽合金ホイールの製造方法。
4. 前記通気孔の前記交差部用キャビティ側の開口する端部には、焼結体からなる焼結ベントが装着されている請求項１乃至３の何れかに記載の軽合金ホイールの製造方法。
   
   
   

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