JP2017104874A - 軽合金ホイールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リム部に発生する引け巣などの鋳造欠陥を低減し、エア漏れが抑制された軽合金ホイールを製造できる軽合金ホイールの製造方法の提供。【解決手段】リム部が象られたキャビティ１００６を周方向にｎ個の区間に区分するように配置し、キャビティに開口するｎ個の湯口１９，２０、キャビティの外周部又は内周部に周方向に亘って設けた複数の冷却手段１５１〜１５５を備え、湯口で区分したキャビティのｎ個の区間の内、一部の区間には、冷却手段が複数配置された金型１００を使用して軽合金ホイールを鋳造する方法。注湯工程の後に、湯口により区分されたキャビティのｎ個の区間の内、冷却手段が複数配置された区間では、当該区間に含まれる複数の冷却手段の内、一の冷却手段１５１を最初に作動させ、その後、余の冷却手段を作動させ、軽合金溶湯を強制冷却する工程と、を有する軽合金ホイールの製造方法。【選択図】図２

Description

本発明は、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７は特許文献１に記載された鋳造方案であり、上型と下型と一対の横型を備えたサイドゲート方式の鋳型装置の上型を上方からみて、その上型の内部構造を模式的に示す図である。図７に示す空冷パイプ３２４は、リム用キャビティＣ_Ｒの堰前部分Ｓを空冷するものである。一方、ミスト冷却手段３２５は、リム用キャビティＣ_Ｒの部分Ａをミスト冷却するものである。この部分Ａは、筒状のリム用キャビティＣ_Ｒのうち、堰形成空間３３１にそれぞれつながった堰前部分Ｓからリム用キャビティＣ_Ｒの周方向に９０°ずれた部分であり、堰前部分Ｓからリム用キャビティＣ_Ｒの周方向に最も離れた部分となる。

特開２００８−１５５２３５号公報（段落００４４，図１，図３）

上記特許文献１で一例が開示される従来技術の鋳造方案では、リム部の引け巣の抑制は不十分な場合があった。リム部に発生した引け巣はリム部からのエア漏れの原因になりやすいため、従来技術に対しリム部の引け巣が低減され、エア漏れが抑制された軽合金ホイールの製造方法が要請されていた。

従って本発明の目的は、従来技術の製造方法に対し、リム部に発生する引け巣などの鋳造欠陥を低減し、エア漏れが抑制された軽合金ホイールを製造することのできる軽合金ホイールの製造方法を提供することである。

すなわち、本発明の軽合金ホイールの製造方法は、略円筒形状のリム部と、前記リム部の一方端部に内設された、車軸に装着されるディスク部とを有する軽合金ホイールを鋳造する方法であって、平面視において、前記リム部が象られたキャビティを周方向にｎ個（ｎは２以上の自然数）の区間に区分するように配置された、前記リム部が象られたキャビティに開口するｎ個の湯口、および、前記リム部が象られたキャビティの外周部または内周部に周方向に渡って設けられた複数の冷却手段を備え、前記湯口で区分された前記キャビティのｎ個の区間の内、一部の区間には、前記冷却手段が複数配置された金型を使用して軽合金ホイールを鋳造する方法であり、前記湯口から軽合金溶湯を注入する注湯工程と、前記注湯工程の後に、前記湯口により区分された前記キャビティのｎ個の区間の内、前記冷却手段が複数配置された区間では、当該区間に含まれる複数の冷却手段のうち、一の冷却手段を最初に作動させ、その後、余の冷却手段を作動させ、前記リム部が象られた金型のキャビティに注入された軽合金溶湯を強制冷却する強制冷却工程と、を有することを特徴とする。

なお、前記強制冷却工程において、前記湯口により区分された前記キャビティｎ個の区間の内、前記冷却手段が複数配置された区間では、当該区間に含まれる湯口から最も遠い冷却手段を前記一の冷却手段とし、該冷却手段を最初に作動させ、その後、前記湯口に向かって余の冷却手段を作動させることができる。

さらに、前記強制冷却工程では、前記一の冷却手段の冷却能に対し、前記余の冷却手段の冷却能を前記湯口に向かい低くして、前記リム部が象られた金型のキャビティに注入された軽合金溶湯を強制冷却してもよい。

また、前記湯口から最も遠い位置から前記湯口に向かって冷却手段の作動時間を徐々に短くしてもよい。

また、前記冷却手段は冷媒の流路を備え、前記湯口から最も遠い位置から前記湯口に向かって前記冷却手段の冷媒流量を徐々に減少させてもよい。

さらに、前記注湯工程において前記リム部を象る金型のキャビティに注入された軽合金溶湯を、前記強制冷却工程では、前記湯口から最も遠い位置から前記湯口に向かって指向性凝固させることが好ましい。

加えて、前記金型は、上型と下型とを有し、前記上型は、前記冷却手段が収納される複数の内部空間を有し、前記一の冷却手段は、前記余の冷却手段とは異なる内部空間に収納されていることが好ましく、さらに、前記冷却手段は、前記内部空間に一つずつ独立して収納されていることがより好ましい。

さらに加えて、前記リム部を象る金型のキャビティのうち前記湯口から最も遠い位置の凝固した軽合金溶湯のα−Ａｌの２次枝法によるデンドライト２次アームスペーシング（ＤＡＳII）をＡ、前記湯口前の凝固した軽合金溶湯のＤＡＳIIをＢとしたとき、Ａ＜Ｂとなるよう、前記強制冷却工程では、前記リム部を冷却することが好ましい。

加えて、前記リム部を象る金型のキャビティのうち前記湯口から最も遠い位置と前記湯口との中間部における凝固した軽合金溶湯のＤＡＳIIをＣとしたとき、Ａ，Ｂ，Ｃが下記式（１）を満足するよう、前記強制冷却工程で前記リム部を強制冷却することが好ましい。
Ａ＋（Ｂ−Ａ）×０．１＜Ｃ＜Ｂ−（Ｂ−Ａ）×０．１ （１）

さらに加えて、前記リム部は、ディスク部との交差部を有し、前記複数の冷却手段は、前記交差部が象られた金型のキャビティの外周部または内周部に、周方向に渡って設けられていることが好ましい。

本発明によれば、従来技術に対し、リム部に発生する引け巣などの鋳造欠陥が低減され、高強度でエア漏れが抑制される軽合金ホイールの製造方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る軽合金ホイールの製造方法を実施するための金型の縦断面図（図２におけるＢ−Ｃ−Ｄ断面図）である。 図１の金型のＡ−Ａ断面図である。 軽合金ホイールの一例を示す図である。 図３の軽合金ホイールのＤ−Ｄ断面図である。 軽合金ホイールを鋳造する金型のキャビティの一部を示す図である。 図１の金型が組み込まれた鋳造装置の概略構成図である。 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平面図である。

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および実施例に限定されず、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、上記目的を達成するための鋳造方案を鋭意検討した結果、溶湯をキャビティに注入後、リム部を冷却するために金型に設けた複数の冷却手段をリム部が象られた金型のキャビティに開口する湯口（以下、サイドゲートと言う場合がある）からの距離および／またはリム部の円周方向の容積変化に応じてタイミングをずらして作動させることにより、上記目的を達成できることが知見され、本発明に想到した。

すなわち、図５に示すように軽合金溶湯を充填するリム部キャビティ１のうち窓部２に臨む小容積のリム部キャビティ１ａでは成形空間の容積が少ないためにスポーク部キャビティ３に臨む大容積のリム部キャビティ１ｂよりも軽合金溶湯の冷却速度が速まる。その結果、小容積のリム部キャビティ１ａの溶湯よりも円周方向に沿ってサイドゲート５から遠ざかる部分にある大容積のリム部キャビティ１ｂの溶湯の冷却速度が遅くなり、リムの円周方向に沿った指向性凝固が行われず、引け巣などの鋳造欠陥が発生することがある。この現象を軽減する目的で、小容積のリム部キャビティ１ａに駄肉形成空間４を設けてリム部キャビティ１の円周方向の容積変化をより小さくすることが行われることがある。しかし、駄肉は後工程で加工して除去しなければならないため製造コストを増加させる一因になっていた。

上記課題を解決するための本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、前記リム部の一方端部に内設された、車軸に装着されるディスク部とを有する軽合金ホイールを鋳造する方法であって、平面視において、前記リム部が象られたキャビティを周方向にｎ個（ｎは２以上の自然数）の区間に区分するように配置された、前記リム部が象られたキャビティに開口するｎ個の湯口、および、前記リム部が象られたキャビティの外周部または内周部に周方向に渡って設けられた複数の冷却手段を備え、前記湯口で区分された前記キャビティのｎ個の区間の内、一部の区間には、前記冷却手段が複数配置された金型を使用して軽合金ホイールを鋳造する方法であり、前記湯口から軽合金溶湯を注入する注湯工程と、前記注湯工程の後に、前記湯口により区分された前記キャビティのｎ個の区間の内、前記冷却手段が複数配置された区間では、当該区間に含まれる複数の冷却手段のうち、一の冷却手段を最初に作動させ、その後、余の冷却手段を作動させ、前記リム部が象られた金型のキャビティに注入された軽合金溶湯を強制冷却する強制冷却工程とを有する。

本発明によれば、上記構成を採用することにより、リム部が象られた金型のキャビティに開口する湯口（サイドゲート）付近を除くリム部において周囲より冷却速度が遅く局所的高温部として取り残され易いリムの一部（以下、ホットスポットと言う場合がある）を前記一の冷却手段で一定程度まで冷却することにより、駄肉を形成することなくリムの円周方向に沿った指向性凝固（以下、周方向指向性凝固という場合がある）を達成することが可能となる。それによりサイドゲートからリム部全体に押し湯効果が働き、リム部に発生する引け巣などの鋳造欠陥を従来の製造方法に比べて少なくすることができる。

より具体的には、図１に示すように、上型１３及び一対の可動分割型１４で形成するリム部を象るキャビティ１００ｂに開口する湯口（以下、サイドゲートと言う場合がある）１９から軽合金溶湯を注入する鋳造方案により軽合金ホイールを製造する場合、上記のとおり、サイドゲートから最も離れた位置からリムの円周方向に沿いサイドゲートに向かってリム部溶湯を凝固させる周方向指向性凝固が好ましいことが知られている。そして、基本的にリム部の肉厚が周方向に渡って均一であるならば、金型の冷却制御をしなくてもリム部溶湯はサイドゲートに向かって凝固する傾向となる。しかし、リム部の肉厚をより薄くした軽合金ホイールを製造する場合、リム部の周方向指向性凝固は必ずしも達成されない。一方で、上記した軽合金ホイールの製造方法では、湯口により区分されたキャビティのｎ個の区間の内、上型の内部空間に周方向に渡って設けられた冷却手段が複数配置された区間では、当該区間に含まれる複数の冷却手段のうち、設定した一の冷却手段を鋳造装置の制御装置の制御により最初に作動させて、所定のリム部部位を最初に凝固させ、その後、余の冷却手段を作動させて、他のリム部部位を凝固させることによりリム部の周方向指向性凝固を達成し易くするものである。このような金型の冷却制御をすることにより、駄肉を形成することなくリム部の周方向指向性凝固を達成することが可能となる。それによりサイドゲートからリム部全体に押し湯効果が働き、リム部に発生する引け巣などの鋳造欠陥を従来の製造方法に比べて少なくすることができる。

以下、本発明について、その実施形態に基づき具体的に説明するが、まず、当該実施形態で製造される軽合金ホイールの構成、および使用される製造装置および金型の構成要素について、説明する。

［軽合金ホイールの構成］
図３および図４を参照しつつ、本発明の各実施形態で製造される軽合金ホイールについて、アルミホイールを例として説明する。図３は、図４の軽合金ホイール１０の底面図である。図４は、図３のＤ−Ｄ断面図である。なお、図４に示す軽合金ホイール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３および図４に示すように、軽合金ホイール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スポーク９ｇを備えたディスク部９ｅと、ディスク部９ｅの外周部が内周面に接合された略円環形状のリム本体部９ｂとリム本体部９ｂの下方（一方）端に配置された第１のフランジ部の一例としてのアウターフランジ部９ｃと上方（他方）端に配置された第２のフランジ部の一例としてのインナーフランジ部９ｄとを備えたリム部９ａとで構成されている。リム部９ａはアウターフランジ部９ｃ側においてディスク部９ｅと結合する。ディスク部９ｅのうちリム部９ａとの結合部が交差部２６である。本実施形態のスポーク９ｇの形態は、スポークであるがデザイン部の形態はこれに限定されず、例えばメッシュ状そのた各種の形態とすることができる。つまりスポーク９ｇとリム部９ａとの結合部が交差部となる。交差部２６の容積は非交差部２７の容積より大きい。この軽合金ホイール１０には、アウターフランジ部９ｃとインナーフランジ部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。

［製造装置、金型］
上記構成のホイールを製造する製造装置の一例について、図１、図２および図６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製造装置に組み込まれる金型１００の軸方向に沿う縦断面図（図２のＢ−Ｃ−Ｄ断面図）である。図２は、図１の金型１００の半径方向のＡ−Ａ断面図である。図６は、図１および図２に示す金型１００が組み込まれた製造装置の概略構成図である。

図１に示すように、金型１００は、下型１２、上型１３および横型である一対の可動分割型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、図示するように、軽合金ホイール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。）を象るキャビティ（製品キャビティ）を構成する、ディスク部９ｅが象られたキャビティ（ディスク部用キャビティ）１００ａ、およびリム部９ａが象られたキャビティ（リム部用キャビティ）１００ｂが形成される。そして、この金型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に開口する湯口の一例としてのサイドゲート１９が形成されており、センターゲート１８およびサイドゲート１９には、湯道であるストーク１８ａおよび１９ａ（図６参照）が各々接続されている。なお、本発明に係る製造方法を実施するうえでは、ハブ部用キャビティ２１ａに開口するセンターゲート１８は必須ではなく、必要に応じて設ければよい。

上記金型１００が組み込まれた製造装置の構成について説明する。図６に示すように、本実施形態の製造装置８０は、密閉容器８０ａ内に配置された保持炉８０ｂを有し、密閉容器８０ａの上に下型プラテン８０ｃが取り付けられ、密閉容器８０ａを密閉している。下型１２および一対の可動分割型１４が取り付けられる下型プラテン８０ｃには、溶湯８０ｈを金型１００に補給する上記ストーク１８ａおよび１９ａが取り付けてあり、ストーク１８ａおよび１９ａの下端は保持炉８０ｂ中の溶湯８０ｈに浸漬されている。そして、ストーク１８ａおよび１９ａの上端は、下型プラテン８０ｃ、下型１２および一対の可動分割型１４に嵌入された湯口ブッシュ８０ｊおよび湯口部８０ｉを介し金型１００のセンターゲート１８およびサイドゲート１９に連なっている。上型１３は、可動プラテン８０ｄに取り付けられている。可動プラテン８０ｄはガイドポスト８０ｇに固着されており、ガイドポスト８０ｇは上型プラテン８０ｆに備えられたガイド８０ｅに沿って上下に動くことが可能である。また、前記ガイドポスト８０ｇは上端を上板８０ｍに固定され、上型プラテン８０ｆに備えられた油圧シリンダ８０ｋがこの上板８０ｍを動かし、それに追従して可動プラテン８０ｄおよび上型１３が上下して動く。なお、溶湯８０ｈを一定温度に保持する保持炉８０ｂを内蔵した密閉容器８０ａには、制御弁を介して不図示の加圧手段が接続されており、当該加圧手段で密閉容器８０ａ内を加圧可能なように構成されている。なお、図６において、符号８０Ｌは、型バラシ時に上型１３を微上昇させるための電動ジャッキであり、符号８０ｏは、ガイドピンであり、符号８０ｐは、軽合金ホイール１０を上型１３から取り出すための脱着アームである。

上記構成の製造装置８０によれば、鋳造をスタートすると所定時間後に下型１２、上型１３および一対の可動分割型１４からなる金型１００の型締が完了する。型締完了後、予め設定した加圧パターンに従って加圧手段による保持炉内の加圧がスタートする。加圧に伴い保持炉８０ｂ内の溶湯８０ｈが押し出され、ストーク１８ａおよび１９ａを通じてセンターゲート１８およびサイドゲート１９から金型１００内のキャビティ内に溶湯８０ｈが供給される。そして、溶湯８０ｈがインナーフランジ部用キャビティ２５ａまで達してキャビティへの溶湯８０ｈの充填が完了した時点から所定時間、加圧手段による印加圧力を増加して凝固による体積収縮分の溶湯８０ｈをキャビティ内に補給する。所定時間経過後、加圧手段による保持炉８０ｂ内の加圧を停止し、ストーク１８ａおよび１９ａ内の溶湯８０ｈを保持炉８０ｂに戻し、ホイールの鋳造が完了する。

本発明の実施形態に係る軽合金ホイールの製造方法およびその製造装置について図１〜４を参照しつつ説明する。

［金型、製造装置］
本態様の金型１００では、リム部とディスク部との結合（交差）部を象るキャビティ（交差部用キャビティ）の外側である可動分割型１４の中に、周方向に渡り複数の冷却手段の一例としての複数のチラー１５を配置している。具体的には、本態様のチラー１５は、冷却パイプ１５ａを装着した冷却ブロック１５ｂであり、その周方向の長さはスポーク（デザイン部）９ｇの各付け根の幅と略同じである。かかるチラー１５では、冷却パイプ１５ａを介して冷却エアーや冷却水等の冷媒を矢示するように循環することで冷却ブロック１５ｂを冷却している。なお、冷却ブロック１５ｂは金型を構成する材料より高い熱伝導率を有し、かつアルミニウム合金溶湯に触れたときに当該溶湯を汚染しない材料で構成することが好ましい。

上記構成のチラー１５の配置について図１のＡ−Ａ矢視図である図２を参照し説明する。図２に示すように、金型１００は、周方向において１８０°間隔で、リム部が象られたキャビティ１００ｂに開口する２個の湯口１９，２０および、リム部が象られたキャビティ１００ｂの外周部に周方向に渡って設けられた複数のチラー（冷却手段）１５１，１５２，１５３，１５４，１５５を備える。２個の湯口１９，２０は、平面視においてリム部が象られたキャビティ１００ｂを周方向に２の区画である第１の区間１０１と第２の区間１０２とに区分するように配置されている。そして、第１の区間１０１には、湯口１９，２０の中間にチラー１５１が配置され、湯口１９から時計回りに３０°の位置にチラー１５２が配置され、湯口２０から反時計回りに３０°の位置にチラー１５５が配置されている。第２の区間１０２には、湯口１９から反時計回りに６０°の位置にチラー１５３が配置され、湯口２０から時計回りに６０°の位置にチラー１５４が配置されている。つまり、本実施形態おける、第１の区間１０１のチラーの配置と第２の区間１０２のチラーの配置は、湯口１９および２０を通る金型の中心線Gに対し非対称である。

複数のチラー１５１，１５２，１５３，１５４，１５５は、具体的には、周方向においてスポーク９ｇに対応した位置に設けることが好ましい。なお、周方向における冷却手段の配置位置や個数は、スポーク９ｇの数および間隔（角度）により適宜設定すればよい。サイドゲートが複数ある場合における冷却手段とサイドゲートとの周方向の距離は、当該冷却手段と各サイドゲートとの距離のうち最も近い距離を意味するものと定義する。つまり、ある冷却手段から時計方向にみて最初のサイドゲートとの距離および反時計方向にみて最初のサイドゲートとの距離を比較し、より近い方のサイドゲートを当該冷却手段に関連するサイドゲートとし、そのサイドゲートとの距離を当該冷却手段とサイドゲートとの距離とする。

上記定義について、まず、図２に示す金型の第１の区間１０１に配置された複数の冷却手段であるチラー１５１、１５２および１５５を参照して具体的に説明する。チラー１５１から反時計方向に見て最初のサイドゲート１９との周方向の距離はＬ１５１-１９であり、時計方向に見て最初のサイドゲート２０との周方向の距離はＬ１５１-２０である。この距離Ｌ１５１-１９と距離Ｌ１５１-２０とは等しく、チラー１５１はサイドゲート１９，２０の何れからも等しい距離にある。すなわち、チラー１５１は、サイドゲート１９および２０いずれにも関連する冷却手段であり、その距離はＬ１５１-１９およびＬ１５１-２０である。

次に、チラー１５２から反時計方向に見て最初のサイドゲート１９との周方向の距離はＬ１５２-１９であり、時計方向に見て最初のサイドゲート２０との周方向の距離はＬ１５２-２０である。距離Ｌ１５２-１９は、距離Ｌ１５２-２０より短いから、チラー１５２は、サイドゲート１９に関連する冷却手段であり、その距離はＬ１５２-１９である。同様に考えると、チラー１５５は、サイドゲート２０に関連する冷却手段であり、その距離はＬ１５５-２０である。そして、サイドゲート１９に関連するチラー（冷却手段）１５１および１５２の各々の距離Ｌ１５１-１９とＬ１５２-１９を比較すると、距離Ｌ１５１−１９が最も長く、サイドゲート１９から最も離れた冷却手段は、チラー１５１となる。同様に考えると、サイドゲート２０から最も離れた冷却手段も、チラー１５１となる。したがって、サイドゲート１９および２０から最も遠い冷却手段は、共通してチラー１５１となる。つまり、第１の区間１０１においては、サイドゲート１９および２０双方に対して、チラー１５１を最初に作動させる一の冷却手段とすることが好ましい。

次に、第２の区間１０２に配置された複数の冷却手段であるチラー１５３および１５４について説明する。チラー１５３から時計方向に見て最初のサイドゲート１９との周方向の距離はＬ１５３-１９であり、反時計方向に見て最初のサイドゲート２０との周方向の距離はＬ１５３-２０である。距離Ｌ１５３-１９は、距離Ｌ１５３-２０より短いから、チラー１５３は、サイドゲート１９に関連する冷却手段であり、その距離はＬ１５３-１９である。同様に考えると、チラー１５４は、サイドゲート２０に関連する冷却手段であり、その距離はＬ１５４-２０である。本実施形態の第２の区画１０２におけるサイドゲート１９および２０に関連するチラー（冷却手段）は各々１個であるが、上記定義に従えば、第２の区間１０２におけるサイドゲート１９から最も遠い冷却手段はチラー１５３であり，サイドゲート２０から最も遠い冷却手段はチラー１５４となる。つまり、第２の区間１０２では、サイドゲート１９に対してはチラー１５３を、サイドゲート２０に対してはチラー１５４を最初に作動させる一の冷却手段とすることが好ましい。

第１の区間１０１においてチラー１５１に次いで作動させるのがチラー１５１よりサイドゲート１９，２０に近い位置にあり余の冷却手段に相当するチラー１５２，１５５であることが望ましい。チラー１５１からサイドゲート１９に向かって反時計方向に順次チラーを作動させることが望ましい。チラー１５１からサイドゲート２０に向かって時計方向に順次チラーを作動させることが望ましい。この際、チラー１５２，１５５は同時に作動させてもよいが、同時でなくてもよい。例えば、チラー１５２に対向するリム部用キャビティ１００ｂの肉厚が、チラー１５５に対向するリム部用キャビティ１００ｂの肉厚より大きい場合、チラー１５２をチラー１５５より先に作動させてもよい。

図２ではサイドゲートを２個に設ける金型について説明したが、３個以上であってもよい。

ここで、上記したように、リム部９ａはディスク部９ｅ側においてスポーク９ｇと結合して交差部２６を構成しているが、この交差部２６は非交差部２７より肉厚でありホットスポットとなりやすい。交差部以外でも設計上の理由からホットスポットとなりやすい偏肉部が形成されることがある。本発明では交差部および偏肉部を「厚肉部分」という。

なお、上記した冷却手段であるチラーは、リム部用キャビティ１００ｂの外周部に配置されているが、内周部に配置してもよく、好ましくはリム部の厚肉部分を冷却できる位置であれば下型１２、上型１３および可動分割型１４の何れに配置してもよい。但し、必ずしも全ての厚肉部分に対応して冷却手段を配置する必要は無く、サイドゲート１９に近い厚肉部分に対応する冷却手段を配置しないことも可能である。しかしながら、下型１２、上型１３および可動分割型１４において厚肉部分との対向面積および冷却手段の設置スペースを最も大きく確保しやすいのが可動分割型１４であるから、冷却手段は可動分割型１４に設けることが好適である。

加えて、リム部用キャビティに充填された溶湯を適正に凝固させるためには、上記したように可動分割型に設けられた冷却手段により、リム部用キャビティの外周部から冷却することに併せて、リム部用キャビティの内周部からも冷却する必要がある場合がある。このリム部用キャビティの内周部からの冷却は、金型を構成する材料や金型の構造を適宜設定することにより調整することが可能であり、具体的には、上記したようなチラーを上型に配置してもよく、または、下記する第２実施形態の冷却手段である冷却パイプを上型内に設けた内部空間に配置してもよい。

上記のような複数の冷却手段（チラー）を有する本実施形態の製造装置は、リム部用キャビティ１００ｂに開口するサイドゲート１９から軽合金溶湯が注入された後、複数の冷却手段のうち、サイドゲート１９から最も遠い一の冷却手段を最初に作動させ、その後サイドゲート１９に向かって余の冷却手段を順次作動させる制御手段を備える。制御手段は、例えばプログラムを実行するＣＰＵで実現される。なお、制御手段は、一部又は全部を再構成可能回路（ＦＰＧＡ：Field Programmable Gate Array）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェア回路によって構成してもよい。

具体的には、冷却手段の制御は、例えば、冷却ブロック１５ｂに冷却パイプ１５ａを通じて流通させる冷媒待ち時間、流通時間、冷媒圧力を各冷却手段ごとに制御手段にプログラム設定することにより制御可能である。冷媒待ち時間はキャビティへの溶湯の充填完了時から冷却パイプ１５ａへ冷媒流通を開始するまでの時間、流通時間は冷媒流通を開始してから停止するまでの時間、冷媒圧力は流通させる冷媒の圧力である。複数の冷却手段をタイミングをずらして作動させるには、各冷却手段ごとに冷媒待ち時間をプログラム設定しておけばよい。最初に作動させる一の冷却手段の冷媒待ち時間を最も短く設定し、余の冷却手段の冷媒待ち時間をより長く設定する。好ましくは、サイドゲートから最も遠い位置にある冷却手段の冷媒待ち時間を最も短く設定し、サイドゲートに近づくにつれて冷却手段の冷媒待ち時間がより長くなるように設定する。このような冷却条件の設定は、例えば、厚肉部分の冷却が不十分と判断される場合、対応する冷却手段に対し、冷媒の待ち時間を短くする、流通時間を長くする、冷媒圧力を高くすることの何れかの変更または二つ以上の変更を行い冷却能を高くすればよい。最初に作動させる一の冷却手段の冷却能に対し、後から作動させる余の冷却手段の冷却能を湯口に向かい低くしてもよい。このとき余の冷却手段の冷却能は湯口に向かい傾斜的に低くすることもできる。

［軽合金ホイールの製造方法］
次に、図１に示す金型１００を用いた、軽合金ホイールの製造方法について説明する。先ず、図１での下型１２、上型１３および一対の可動分割型１４を型締めしてキャビティ１１を形成する。次いで、保持炉（図示せず）内を加圧し、保持炉内に貯留したアルミニウム合金溶湯（例えば、ＪＩＳ ＡＣ４ＣＨ相当）を、ストークを介してセンターゲート１８およびサイドゲート１９に向け注入し、ディスク部用キャビティ１００ａ、リム部用キャビティ１００ｂに充填する。そしてキャビティ１１の上端（末端）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溶湯が充填された後、保持炉内の加圧を所定時間維持する。

注湯工程で溶湯がキャビティ１１の上端まで充填されたことを確認後、第1の区間１０１では以下のように冷却制御が行われる。すなわち、サイドゲート１９および２０に関連するチラーのうち、共通して最も遠い位置にある一の冷却手段であるチラー１５１を最初に作動させ、その後、サイドゲート１９に対しては、当該サイドゲート１９向かって余の冷却手段であるチラー１５２を作動させ、サイドゲート２０に対しては、当該サイドゲート２０向かって余の冷却手段であるチラー１５５を作動させ、前記リム部が象られた金型のキャビティに注入された軽合金溶湯を強制冷却する。チラー１５２，１５５を作動させる順序は、チラー１５２，１５５とサイドゲート１９，２０との距離や対向するリム部用キャビティ１００ｂの肉厚等に応じて決めることができる。したがって、第１の区間１０１における冷却手段の作動順序は、チラー１５１→１５２→１５５、またはチラー１５１→１５５→１５２、もしくはチラー１５１、その後、同時にチラー１５２，１５５の何れかとすることができる。冷却手段の「作動」は冷却パイプ１５ａに冷媒を流通させることである。これにより、交差部２６を含むリム本体部用キャビティ２３ａが冷却され、アルミニウム合金溶湯が第１の区間１０１の周方向中央部付近Ｃ_Ｃ１からリム部用キャビティ１００ｂのサイドゲート１９，２０対向部分Ｇに向かって指向性凝固する。

また、注湯工程で溶湯がキャビティ１１の上端まで充填されたことを確認後、第２の区間１０２では以下のように冷却制御が行われる。すなわち、サイドゲート１９に関連するチラーのうち最も遠い位置にある一の冷却手段であるチラー１５３，サイドゲート２０に関連するチラーのうち最も遠い位置にある一の冷却手段であるチラー１５４を最初に作動させ、前記リム部が象られた金型のキャビティに注入された軽合金溶湯を強制冷却する。これにより、アルミニウム合金溶湯が第２の区間１０２の周方向中央部付近Ｃ_Ｃ２からリム部用キャビティ１００ｂのサイドゲート１９，２０対向部分Ｇに向かって指向性凝固する。

複数の冷却手段をタイミングをずらして作動させるのみでは周方向指向性凝固の達成が困難な場合、一の冷却手段の冷却能に対し、余の冷却手段の冷却能をサイドゲートに向かい低くして、リム部が象られた金型のキャビティに注入された軽合金溶湯を強制冷却することが望ましい。これにより、より好適に周方向指向性凝固を達成することができる。

冷却手段の冷却能は作動時間（流通時間）によって調整可能であるから、サイドゲートから最も遠い位置からサイドゲートに向かって冷却手段の作動時間を徐々に短くすることがより望ましい。

冷却手段の冷却能は冷媒流量（冷媒圧力）によっても調整可能であるから、サイドゲートから最も遠い位置からサイドゲートに向かって冷媒の流路を備えた冷却手段の冷媒流量を徐々に減少させることが更に望ましい。

強制冷却工程が完了した後、保持炉内の加圧を止めて溶湯を保持炉に戻し、凝固が完了したホイール素材を金型から取り出す。

［製品特性］
本発明によって得られる軽合金ホイールは、略円筒形状のリム部と、前記リム部に内設された、車軸に装着されるディスク部とを有する軽合金ホイールであって、前記車輪に対して直角なリム部断面において、極大ＤＡＳIIを示す位置から周方向に最も遠い位置のＤＡＳIIをＡ、前記極大ＤＡＳIIをＢとし、前記極大ＤＡＳIIを示す位置と該位置から周方向に最も遠い位置との中間部におけるＤＡＳIIをＣとしたとき、Ａ，Ｂ，Ｃが、式（２）：Ａ＋（Ｂ−Ａ）×０．１＜Ｃ＜Ｂ−（Ｂ−Ａ）×０．１を満足することを特徴とする軽合金ホイールである。このように本発明によって得られる軽合金ホイールは、リム部の各部位におけるＤＡＳII値が特定の関係を有するから、リム部に発生する引け巣などの鋳造欠陥が従来より少なく、従来の軽合金ホイールに対し高強度でエア漏れが少ない。交差部の気孔率を１％以下とすることにより強度およびエア漏れに関し、更に有利な軽合金ホイールとすることができる。

（実施例１〜５，比較例１）
次に、本発明の実施形態に対応する実施例１〜５について比較例１と比較しつつ説明する。図１および図２に示す金型のキャビティに開口するサイドゲート１９，２０から軽合金溶湯としてＪＩＳ Ｈ ５２０２に規定されるＡＣ４ＣＨ相当の鋳造用アルミニウム合金の溶湯を注入する注湯工程と、キャビティに注入された軽合金溶湯を以下のようにして強制冷却する強制冷却工程とを経て軽合金ホイールを製造した。実施例１〜５では図２に示す第1の区間１０１のチラー１５１，１５２，１５５，第２の区間１０２のチラー１５３，１５４のそれぞれを作動させるタイミングを、表1に示すようにステップａ→ｃまたはステップａ→ｂ→ｃの順で変えて実施した。ここで、実施例では関連するサイドゲートまでの距離が同一であるチラー１５２（距離Ｌ１５２-１９）とチラー１５５（距離Ｌ１５５-２０）、チラー１５３（距離Ｌ１５３-１９）とチラー１５４（距離Ｌ１５４-２０）は、それぞれ同時に作動させた。

実施例１では、金型１００内の全てのキャビティへの軽合金溶湯の注入が完了した時点を基準時（すなわち「０」）とし、第1の区間においては基準時に一の冷却手段であるチラー１５１を作動させ（ステップａ）、その１０秒後に余の冷却手段であるチラー１５２，１５５（ステップｃ）を同時に作動させた。第２の区間においては基準時に一の冷却手段であるチラー１５３，１５４（ステップａ）を作動させた。実施例２では、第1の区間においては基準時に一の冷却手段であるチラー１５１を作動させ（ステップａ）、その１０秒後に余の冷却手段であるチラー１５２，１５５（ステップｃ）を同時に作動させた。第２の区間においては基準時から１０秒後に一の冷却手段であるチラー１５３，１５４を同時に作動させた（ステップｃ）。実施例３では、第1の区間においては基準時に一の冷却手段であるチラー１５１を作動させ（ステップａ）、その１０秒後に余の冷却手段であるチラー１５２，１５５を同時に作動させた（ステップｃ）。第２の区間においては基準時から５秒後に一の冷却手段であるチラー１５３，１５４を同時に作動させた（ステップｂ）。実施例４では、チラー１５１／１５３，１５４／１５２，１５５の流通時間（冷却空気を供給し続ける時間）をそれぞれ１４０秒（ステップａ）、１２０秒（ステップｂ）、１００秒（ステップｃ）としたことを除いて実施例３と同様の製造条件で実施した。実施例５では、チラー１５１／１５３，１５４／１５２，１５５に供給する冷却空気の圧力をそれぞれ２（×１０^４Ｐａ）（ステップａ）、１．５（ステップｂ）、１（ステップｃ）としたことを除いて実施例３と同様の製造条件で実施した。比較例１では、基準時に全てのチラー１５１，１５２，１５３，１５４，１５５を作動させたことを除いて、実施例１と同様の製造条件で実施した。

得られた軽合金ホイールはリム部のα−Ａｌの２次枝法によるデンドライト２次アームスペーシング（以下、ＤＡＳIIと言う場合がある）、交差部の平均気孔率、エア漏れ率を測定した。測定方法を図３，４を参照して説明する。第１の区間１０１と第２の区間１０２のそれぞれにおいてサイドゲート位置Ｐ_Ｂを基準にして最も遠い位置をＰ_Ａ、位置Ｐ_Ｂと位置Ｐ_Ａの中間位置をＰ_Ｃとし、各位置で軽合金ホイールの回転軸を含む面でリム部を切断し、断面を撮影してＰ_Ａ２カ所、Ｐ_Ｃ２カ所、Ｐ_Ｂ１カ所、計５カ所のＤＡＳII（μｍ）を測定した。断面における撮影箇所は軸方向リム部長さの中央、かつ当該箇所肉厚の中央とし、撮影視野は５ｍｍ×５ｍｍとした。交差部の気孔率は、全ての交差部の位置で軽合金ホイールの回転軸を含む面で交差部を切断し、得られた断面における交差部２６から測定した。測定箇所は各交差部２６の任意の５か所とし、撮影視野５ｍｍ×５ｍｍの組織断面写真における、最大寸法０．１ｍｍ以上の気孔の合計面積の割合（面積率）を気孔率とし、各断面から求めた気孔率の平均値を平均気孔率とした。エア漏れの測定方法は、ＪＡＳＯ（公益社団法人自動車技術会）の定める規格Ｃ６１４の８．５に準拠した。エア漏れ率（百分率％）はエア漏れが認められたホイール数を測定したホイール数で除し１００を乗じた値である。製造条件および得られた軽合金ホイールのＤＡＳII、平均気孔率、エア漏れ率を表１に示す。表１におけるエア漏れ率の評価は、比較例１のエア漏れ率（百分率％）を基準とし基準から各実施例のエア漏れ率を減じた値が、０を超え０．１以下（△）、０．１を超え０．２以下（○）、０．２超え（◎）の３水準相対評価とした。

実施例１〜５の軽合金ホイールは、ＤＡＳII値から分かるとおり、リム部の周方向の指向性凝固が達成されており、平均気孔率から分かるとおりリム部に発生する引け巣などの鋳造欠陥が比較例１の従来の製造方法に比べて少ない軽合金ホイールであった。実施例１〜５の軽合金ホイールのエア漏れ率は、何れも比較例１に対して改善することが判った。比較例１の軽合金ホイールは、リム部の周方向の指向性凝固が不完全であり、平均気孔率は実施例１〜５に比べてやや大きくなった。比較例１の軽合金ホイールのエア漏れ率は、生産性の観点から十分に小さい値ではなかった。

リム部用キャビティ１００ｂのうちサイドゲート２０から最も離れた位置Ｐ_Ａの凝固した溶湯のＤＡＳIIをＡ、サイドゲート前の位置Ｐ_Ｂの凝固した溶湯のＤＡＳIIをＢとしたとき、Ａ＜Ｂとなるよう行った、強制冷却工程では、リム部用キャビティ１００ｂに注湯された溶湯を強制冷却することが好ましいことが判った。

さらに、リム部用キャビティ１００ｂのうちサイドゲート２０から最も遠い位置とサイドゲート２０との中間部における凝固した軽合金溶湯のＤＡＳIIをＣとしたとき、Ａ，Ｂ，Ｃが下記式（１）を満足するよう、強制冷却工程でリム部用キャビティ１００ｂに注湯された溶湯を強制冷却することが好ましいことが判った。
Ａ＋（Ｂ−Ａ）×０．１＜Ｃ＜Ｂ−（Ｂ−Ａ）×０．１ （１）

本発明は、乗用車等の自動車に装着されるアルミニウム合金、マグネシウム合金等の軽合金で形成された車両用の軽合金ホイールに適用可能である。

１ リム部キャビティ
１ａ 小容積リム部キャビティ
１ｂ 大容積リム部キャビティ
２ 窓部
３ スポーク部キャビティ
４ 駄肉形成空間
５ サイドゲート
９ａ リム部
９ｂ リム本体部
９ｃ アウターフランジ部（第１のフランジ部）
９ｄ インナーフランジ部（第２のフランジ部）
９ｅ ディスク部
９ｆ ハブ部
９ｇ デザイン部（スポーク）
１０ 軽合金ホイール
１１ キャビティ
１２ 下型
１３ 上型
１５ チラー（冷却手段）
１５ａ 冷却パイプ
１５ｂ 冷却ブロック
１５１ チラー（一の冷却手段）
１５２，１５３ チラー（余の冷却手段）
１８ センターゲート
１８ａ ストーク
１９ サイドゲート
２１ａ ハブ部用キャビティ
２２ スポーク用キャビティ
２３ａ リム本体部用キャビティ
２３ｃ 冷却パイプ
２５ａ インナーフランジ部用キャビティ
２６ 交差部
２７ 非交差部
８０ 鋳造装置
８０Ｌ 符号
８０ａ 密閉容器
８０ｂ 保持炉
８０ｃ 下型プラテン
８０ｄ 可動プラテン
８０ｅ ガイド
８０ｆ 上型プラテン
８０ｇ ガイドポスト
８０ｈ 溶湯
８０ｉ 湯口部
８０ｊ 湯口ブッシュ
８０ｋ 油圧シリンダ
８０ｍ 上板
８０ｏ 符号
８０ｐ 符号
１００ 金型
１００ａ ディスク部用キャビティ
１００ｂ リム部用キャビティ
１０１ 第１の区間
１０２ 第２の区間

Claims (9)

1. 略円筒形状のリム部と、前記リム部の一方端部に内設された、車軸に装着されるディスク部とを有する軽合金ホイールを鋳造する方法であって、
   平面視において、前記リム部が象られたキャビティを周方向にｎ個（ｎは２以上の自然数）の区間に区分するように配置された、前記リム部が象られたキャビティに開口するｎ個の湯口、および、前記リム部が象られたキャビティの外周部または内周部に周方向に渡って設けられた複数の冷却手段を備え、前記湯口で区分された前記キャビティのｎ個の区間の内、一部の区間には、前記冷却手段が複数配置された金型を使用して軽合金ホイールを鋳造する方法であり、
   前記湯口から軽合金溶湯を注入する注湯工程と、
   前記注湯工程の後に、前記湯口により区分された前記キャビティのｎ個の区間の内、前記冷却手段が複数配置された区間では、当該区間に含まれる複数の冷却手段のうち、一の冷却手段を最初に作動させ、その後、余の冷却手段を作動させ、前記リム部が象られた金型のキャビティに注入された軽合金溶湯を強制冷却する強制冷却工程と、
   を有することを特徴とする軽合金ホイールの製造方法。
2. 前記強制冷却工程において、前記湯口により区分された前記キャビティｎ個の区間の内、前記冷却手段が複数配置された区間では、当該区間に含まれる湯口から最も遠い冷却手段を前記一の冷却手段とし、該冷却手段を最初に作動させ、その後、前記湯口に向かって余の冷却手段を作動させる請求項１に記載の軽合金ホイールの製造方法。
3. 前記強制冷却工程では、前記一の冷却手段の冷却能に対し、前記余の冷却手段の冷却能を前記湯口に向かい低くして、前記リム部が象られた金型のキャビティに注入された軽合金溶湯を強制冷却する請求項２に記載の軽合金ホイールの製造方法。
4. 前記湯口から最も遠い位置から前記湯口に向かって冷却手段の作動時間を徐々に短くする請求項３に記載の軽合金ホイールの製造方法。
5. 前記冷却手段は冷媒の流路を備え、前記湯口から最も遠い位置から前記湯口に向かって前記冷却手段の冷媒流量を徐々に減少させる請求項３に記載の軽合金ホイールの製造方法。
6. 前記注湯工程において前記リム部を象る金型のキャビティに注入された軽合金溶湯を、前記強制冷却工程では、前記湯口から最も遠い位置から前記湯口に向かって指向性凝固させる請求項２〜５のいずれかに記載の軽合金ホイールの製造方法。
7. 前記リム部を象る金型のキャビティのうち前記湯口から最も遠い位置の凝固した軽合金溶湯のα−Ａｌの２次枝法によるデンドライト２次アームスペーシング（ＤＡＳII）をＡ、前記湯口前の凝固した軽合金溶湯のＤＡＳIIをＢとしたとき、Ａ＜Ｂとなるよう、前記強制冷却工程では、前記リム部を象る金型のキャビティに注入された軽合金溶湯を冷却する請求項６に記載の軽合金ホイールの製造方法。
8. 前記リム部を象る金型のキャビティのうち前記湯口から最も遠い位置と前記湯口との中間部における凝固した軽合金溶湯のＤＡＳIIをＣとしたとき、Ａ，Ｂ，Ｃが下記式（１）を満足するよう、前記強制冷却工程で前記リム部を象る金型のキャビティに注入された軽合金溶湯を強制冷却する請求項７に記載の軽合金ホイールの製造方法。
   Ａ＋（Ｂ−Ａ）×０．１＜Ｃ＜Ｂ−（Ｂ−Ａ）×０．１ （１）
9. 前記リム部は、ディスク部との交差部を有し、前記複数の冷却手段は、前記交差部が象られた金型のキャビティの外周部または内周部に、周方向に渡って設けられている請求項１〜８のいずれかに記載の軽合金ホイールの製造方法。
   
   

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