JP2019037989A - 車両用ホイール部材用金型および車両用ホイール部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 引け巣の発生を抑制し、各部の品質の均一化を図ることが可能であるとともに、鋳造にかかるサイクルタイムを短縮することが可能な、車両用ホイール部材用金型およびこれを用いた車両用ホイール部材の製造方法を提供する。
【解決手段】 横型下部冷却回路１７は、リム部キャビティ２１（交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄ）の外周を囲むように配置される。冷却経路１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆのそれぞれにおいて、リム部キャビティ２１に最も近くなる部位が存在する。この部位を、近接部位とする。リム部キャビティ２１の径方向の厚みが略同一である部位においては、近接部位と冷却経路との距離を略同一とし、厚みが厚い近接部位は、厚みが薄い近接部位に対して、距離を小さく設定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両用ホイール部材を鋳造するための車両用ホイール部材用金型およびこれを用いた車両用ホイール部材の製造方法に関するものである。

アルミニウムなどいわゆる軽合金からなる車両用ホイールの製造方法としては、例えば、低圧鋳造によって車両用ホイール部材（以下、ホイール部材と言う場合がある。）を製造し、リム部をフローフォーミング加工によって最終形状に加工する方法がある。この方法によれば、製造性に優れ、薄肉で高強度の軽合金ホイールを得ることができる。なお、以下、上記フローフォーミング加工に供するためのホイール部材を例として、従来技術を説明するが、本発明は、フローフォーミング加工に供するホイール部材に限定されない。

上記フローフォーミング加工に供するホイール部材の一例を図２に示す。図２に示すように、ホイール部材８０は、リム部８１とディスク部８２から成る。ディスク部８２は、車軸が固定されるハブ部８２ａと、ハブ部８２ａの外周面から放射状に伸びる複数のスポーク部８２ｂによって形成される。複数のスポーク部８２ｂの一端が固定される略円筒形状のリム部８１は、リム素材部８１ａと、アウターフランジ８１ｂを有している。また、リム部８１は、リム素材部８１ａとアウターフランジ８１ｂとの間に、スポーク部８２ｂがリム部８１と交差する厚肉の交差部８１ｃを有している。

このようなホイール部材を低圧鋳造によって製造する際には、上記ホイール部材が象られた金型のキャビティに充填されたアルミニウム合金溶湯（以下、溶湯という場合がある。）を効率的に冷却し、凝固せしめ短サイクルで鋳造を行うとともに、ホイール部材の各部における引け巣の発生を抑制する必要がある。特に、リム部８１の中で厚みの大きな交差部８１ｃは凝固までに時間がかかり最終凝固部となりやすく、引け巣が生じやすい。このため、引け巣の生じにくい製造方法が提案されている。

例えば、金型のリム部に複数の温度センサを配置し、各温度センサで検出された各部の温度に応じて、金型の外部に配置された複数のエア噴出冷却装置の作動を制御することで、ディスク側（湯口側）から遠ざかるほど、検出温度が低くなるように制御する方法がある（特許文献１）。

特開２０００−６１６１０号公報

しかし、特許文献１のような方法では、エア噴出冷却装置から噴出されたエアで金型の側面を冷却するため、厚肉である交差部が象られたキャビティに充填された溶湯を必ずしも効率よく冷却することができない。そのため、溶湯の凝固に時間がかかり、鋳造にかかるサイクルタイムを短縮できず、かつ交差部の引け巣の発生を抑制することが困難である可能性がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、鋳造にかかるサイクルタイムを短縮するとともに、交差部の引け巣の発生を抑制可能な、車両用ホイール部材用金型およびこれを用いた車両用ホイール部材の製造方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、第１の発明は、車軸が固定されるハブ部と、前記ハブ部の外周面から放射状に伸びる複数のスポーク部と、複数の前記スポーク部の一端が固定される略円筒形状のリム部とを有し、前記リム部は、前記スポーク部との交差部を複数備える車両用ホイール部材を鋳造するための金型であって、上型と、前記上型に相対するように配置される下型と、前記上型および下型の側方に配置される２以上に分割された横型と、を有し、前記上型、前記下型および前記横型が型合わせされることにより形成される前記リム部を象るキャビティのうち、少なくとも前記交差部を象るキャビティの外周に配置された冷却回路を前記横型の内部に有し、前記冷却回路は、前記交差部を象るキャビティとの近接部位を備え、前記リム部を象るキャビティの中心軸に直交する断面において、前記交差部を象るキャビティと前記冷却回路の近接部位とが最も近接した位置における前記交差部を象るキャビティと前記冷却回路の近接部位との径方向の距離をｔａとし、前記リム部を象るキャビティのうち前記交差部を象るキャビティを除くキャビティと前記冷却回路の径方向の距離をｔｂとしたとき、ｔａ＜ｔｂであることを特徴とする車両用ホイール部材用金型である。

上記第１の発明において、互いに周方向の幅ｗの異なる複数の前記スポーク部を象るキャビティが形成されており、前記交差部を象るキャビティの外周に前記冷却回路の近接部位が配置されており、幅ｗが略同一である前記スポーク部を象るキャビティの一端側に配置された前記交差部を象るキャビティまでの距離ｔａは、互いに略同一であり、幅ｗが広い前記スポーク部を象るキャビティの一端側に配置された前記交差部を象るキャビティまでの距離ｔａは、幅ｗが狭い前記スポーク部を象るキャビティの一端側に配置された前記交差部を象るキャビティまでの距離ｔａに対して、小さく設定されることが望ましい。

さらに、上記第１の発明において、前記リム部を象るキャビティの中心軸に直交するとともに前記交差部を象るキャビティを含む断面において、前記横型は、前記リム部を象るキャビティのうち前記交差部を象るキャビティを除く部分と前記冷却回路との間に、断熱層を有してもよい。

第１の発明によれば、金型のリム部を象るキャビティのうち、少なくとも交差部を象るキャビティの外周には、冷却回路が配置されている。そして、冷却回路は、交差部を象るキャビティとの近接部位を備えており、交差部を象るキャビティと前記近接部位とが最も近接した位置における径方向の距離ｔａは、リム部を象るキャビティのうち交差部を象るキャビティを除くキャビティと冷却回路の径方向の距離ｔｂよりも小さい。このように、交差部を象るキャビティに近接する近接部位を有する冷却回路に冷却水を流すことで、効率よく交差部を象るキャビティに充填された溶湯を冷却することができる。このため、径方向の寸法が大きな交差部を象るキャビティに充填された溶湯の凝固が促進され、鋳造サイクルタイムの短縮を図ることができる。そして、交差部を象るキャビティに充填された溶湯を早い冷却速度で冷却し、凝固せしめるので組織が微細化し、ホイール部材の交差部に生じる引け巣を抑制することができる。

また、ホイール部材が、周方向の幅が異なる複数のスポークを有する場合において、当該スポークを象るキャビティの幅ｗに応じて、交差部を象るキャビティまでの距離ｔａを変え、交差部を象るキャビティに充填された溶湯の冷却速度を調整することで、交差部ごとの組織のバラツキ（差異）が少ない、より均一な品質の交差部を有する車両用ホイール部材を得ることができる。

また、交差部を象るキャビティを除く部分において、冷却回路とキャビティとの間に断熱層を形成することで、交差部を象るキャビティに充填された溶湯の冷却能力を確保しつつ、交差部以外の部位が過剰に冷却されることを抑制し、交差部と交差部以外の間で組織のバラツキ（差異）が少ない車両用ホイール部材を得ることができる。

第２の発明は、第１の発明にかかる車両用ホイール部材用金型を用い、前記上型、前記下型および前記横型を型合わせして形成された前記リム部を象るキャビティに金属溶湯を注入し、前記冷却回路に冷却水を流して前記金属溶湯を凝固させることを特徴とする車両用ホイール部材の製造方法である。

第２の発明によれば、品質のよい車両用ホイール部材を効率よく製造することができる。

本発明によれば、鋳造にかかるサイクルタイムを短縮するとともに、交差部の引け巣の発生を抑制可能な、車両用ホイール部材用金型およびこれを用いた車両用ホイール部材の製造方法を提供することができる。

ホイール部材用の金型１０を示す断面図であって、図４のＤ−Ｄ線断面図。 ホイール部材８０を示す断面図。 ホイール部材８０を示す断面矢視図であって、図２のＹＹ−ＹＹ線断面矢視図。 金型１０を示す断面図であって、図１のＡ−Ａ線断面図。 横型Ａ１６ａの拡大断面図。 金型１０を示す断面図であって、図１のＢ−Ｂ線断面図。 金型１０を示す断面図であって、図１のＣ−Ｃ線断面図。 フローフォーミング加工後のホイール部材９０を示す断面図。 金型１０ａを示す断面図であって、図１０のＵ−Ｕ線断面図。 金型１０ａを示す断面図であって、図９のＴ−Ｔ線断面図。 （ａ）は、金型１０ｂを示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ部拡大図。 金型１０ｃを示す断面図であって、図１４のＡＥ−ＡＥ線断面図。 金型１０ｃの部分拡大図。 金型１０ｃを示す断面図であって、図１２のＡＢ−ＡＢ線断面図。 金型１０ｃを示す断面図であって、図１２のＡＣ−ＡＣ線断面図。 金型１０ｃを示す断面図であって、図１２のＡＤ−ＡＤ線断面図。 ホイール部材８０を示す断面図。 ホイール部材８０を示す断面図であって、図１７のＹＹ−ＹＹ線断面図。 交差部の金属組織写真。

以下、本発明の第１の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態では、フローフォーミング加工に供するための車両用ホイール部材を製造する場合を例として説明するが、本発明は、フローフォーミング加工に供する車両用ホイール部材に限定されない。図１は、ホイール部材用の金型１０を示す縦方向の断面図（キャビティの中心軸に平行な断面図）である。図２は、金型１０で製造されるホイール部材８０の軸方向断面図、図３は、金型１０で製造されるホイール部材８０の径方向断面矢視図である。また、図４〜図７は、金型１０を示す径方向断面図（キャビティの中心軸に直交する断面図）である。なお、図１は、図４のＤ−Ｄ線断面図であり、図４は、図１のＡ−Ａ線断面図、図６は、図１のＢ−Ｂ線断面図、図７は、図１のＣ−Ｃ線断面図である。また、図２は、図３のＸＸ−ＸＸ線断面図、図３は、図２のＹＹ−ＹＹ線断面矢視図である。また、図１〜図７において、Ｏはリム部を象るキャビティの中心軸を示す。

図１に示すように、金型１０は、主に、下型ベース１１、上型ベース１２、下型１４、上型１５、および、一対（複数）の可動分割型から成る横型Ａ１６ａ、横型Ｂ１６ｂから構成される。なお、横型Ａ１６ａ、横型Ｂ１６ｂを総称して、横型１６とする。下型１４と、上型１５とは、互いに相対するように配置される。また、２分割された横型Ａ１６ａ、横型Ｂ１６ｂは、下型１４および上型１５の側方に配置される。なお、本実施形態の横型１６は２分割構造であるが、横型は複数個に分割される構造であればよい。

下型１４、上型１５、横型Ａ１６ａ、および横型Ｂ１６ｂが型合わせされて嵌合することで、キャビティ２０が形成される。キャビティ２０は、ホイール部材８０の形状が象られた空間である。すなわち、下型１４および下型ベース１１の略中央に形成された湯口１３からキャビティ２０に、例えばアルミニウムなどの金属溶湯を注湯して凝固させることで、図２に示す形状のホイール部材８０を鋳造することができる。

図２および図３に示すように、車両用のホイール部材８０は、主に、リム部８１とディスク部８２から成る。ディスク部８２は、車軸が固定されるハブ部８２ａと、ハブ部８２ａの外周面から放射状に伸びる複数のスポーク部８２ｂと、締結ボルト座面８２ｃによって形成される。リム部８１は、複数のスポーク部８２ｂの一端が固定される略円筒形状であり、フローフォーミング加工に供される部位であるリム素材部８１ａと、アウターフランジ８１ｂとを有している。交差部８１ｃは、それぞれのスポーク部８２ｂがリム部８１と交差する部位であり、リム部８１において、リム素材部８１ａとアウターフランジ８１ｂの間に、円周方向において所定の間隔で複数個形成されている。このため、図３に示すように、リム部８１の半径方向の厚みは、交差部８１ｃが存在する部分が、交差部８１ｃが存在しない部分に対し厚肉となっている。また、図２に示すホイール部材８０はフローフォーミング加工に供する部材であり、フローフォーミングのための加工代を有するリム素材部８１ａは、そのフローフォーミング加工後の形状を示す図８のリム本体部９１ａに対し、厚肉に形成されている。

上記形状のホイール部材８０を鋳造するための本実施形態に係る金型１０は、図１に示すように、リム部８１が象られたキャビティ（以下、リム部キャビティと略称する場合がある。ホイール部材の他の部位を象るキャビティについて同じ。）２１と、ディスク部８２が象られたディスク部キャビティ２２を有している。より詳細には、リム部キャビティ２１は、リム素材部８１ａを象るリム素材部キャビティ２１ａと、アウターフランジ８１ｂを象るアウターフランジキャビティ２１ｂと、交差部８１ｃを象る交差部キャビティ２１ｃとを有している。また、ディスク部キャビティ２２は、ハブ部８２ａを象るハブ部キャビティ２２ａと、スポーク部８２ｂを象るスポーク部キャビティ２２ｂで構成される。なお、交差部キャビティ２１ｃは、リム部キャビティ２１において、スポーク部キャビティ２２ｂの一端側が連結する部位であり、スポーク部キャビティ２２ｂの一端部の幅が、交差部キャビティ２１ｃの幅となっている。

次に、金型１０の冷却構造について説明する。図１に示すように、横型１６の内部には、リム部キャビティ２１の外側に、横型下部冷却回路１７、横型中間冷却回路１８、および横型上部冷却回路１９が形成される。横型下部冷却回路１７、横型中間冷却回路１８、および横型上部冷却回路１９は、横型１６の下方から順に、複数階層に独立してそれぞれ形成される。

なお、交差部キャビティ２１ｃを効率よく冷却するという点では、横型１６は、少なくとも横型下部冷却回路１７を備えていればよい。しかしながら、鋳造サイクルをより短縮するためには、横型下部冷却回路１７と同様な構成の横型中間冷却回路１８および横型上部冷却回路１９を、リム素材部キャビティ２１ａの上端および中間の外周に配置し、リム素材部キャビティ２１ａ全体の冷却を効率化することが好ましい。この構成は、本実施形態のホイール部材のようにリム素材部８１ａが肉厚である場合には、特に好適である。

さらに、上記構成の金型１０を使用し、健全なホイール部材８０を鋳造するにあたっては、そのキャビティ２０に充填された溶湯が指向性凝固するよう冷却制御することが好ましい。すなわち、金型１０のキャビティ２０に充填された溶湯が、まずはリム部キャビティ２１の上部から下方に向かい凝固していき、その後、スポーク部キャビティ２２ｂおよびハブ部キャビティ２２ａを経て湯口１３で最終凝固するという、指向性凝固を図ることが肝要である。そして、リム部キャビティ２１の下方に存在する、径方向の寸法が大きな交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄに充填された溶湯は冷却されにくく、指向性凝固を阻害する要因となる。つまり、上記した凝固の指向性が崩れ、交差部キャビティ２１ｃに充填された溶湯が最終凝固部となると、溶湯補給ができない交差部に鋳巣が生じる可能性がある。つまり、冷却効率の向上による鋳造サイクルタイムの短縮および交差部の鋳巣の低減以外に指向性凝固の達成という点でも、交差部キャビティ２１ｃの冷却効率を高めることが望ましい。

図４に示すように、横型下部冷却回路１７は、横型Ａ１６ａ、横型Ｂ１６ｂのそれぞれに形成される。それぞれの横型下部冷却回路１７は、冷却入口１７ａ、冷却経路１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆ、および冷却出口１７ｇから構成される。冷却入口１７ａ、冷却経路１７ｂ〜１７ｆ、および冷却出口１７ｇは、これらを一つの通路として多角形で繋ぐように形成される。本実施形態の横型Ａ１６ａの横型下部冷却回路１７と、横型Ｂ１６ｂの横型下部冷却回路１７とは、対称に形成されるため、以下の説明では、特に記載がない限り横型Ａ１６ａを用いて説明する。

なお、本実施形態の金型１０では、図３に示すように、ホイール部材８０のスポーク部８２ｂが、周方向にほぼ等間隔で形成されているため、横型Ａ１６ａの横型下部冷却回路１７と、横型Ｂ１６ｂの横型下部冷却回路１７とは、対称に形成されている。しかしながら、最終的なホイールのデザインによりスポーク部８２ｂの配置態様は異なるため、横型Ａ１６ａの横型下部冷却回路１７と、横型Ｂ１６ｂの横型下部冷却回路１７とは、必ずしも対称に形成する必要はない。

横型下部冷却回路１７は、交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄの外周を囲むように配置される。ここで、本実施形態のホイール部材８０の周方向に隣り合うスポーク部８２ｂは、互いに周方向の幅が異なる。したがって、ホイール部材８０の形状に対応するように、周方向に隣り合うスポーク部キャビティ２２ｂの周方向の幅も互いに異なる。

図５は、図４における横型Ａ１６ａの拡大図である。図示したように、幅の広いスポーク部に対応する交差部キャビティ２１ｃの幅をｗ１とし、幅の狭いスポーク部に対応する交差部キャビティ２１ｄの幅をｗ２とする。すなわち、異なる幅ｗ１、ｗ２の交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄが、周方向に離間して交互に形成される。

なお、中心軸Ｏに沿う方向において交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄが存在する範囲で、周方向において交互に配置された交差部キャビティ２１ｃおよび２１ｄとの間の径方向の寸法が小さなリム部キャビティ２１の部分、つまり、交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄを除くリム部キャビティ２１である部分を、以下、交差部間リム部キャビティ２１ｅと言う場合がある。

上記横型下部冷却回路１７は、周方向に離間して配置される５個の交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄのそれぞれに相対する位置に配置された複数の近接部位Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉを有する。すなわち、本実施形態の冷却経路１７ｂ〜１７ｆは略直線状であり、リム部キャビティ２１は、略円状である。このため、本実施形態の横型下部冷却回路１７では、冷却経路１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆのそれぞれにおいて、５個の交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄに最も近くなる部位を、近接部位Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉとした。より具体的には、中心Ｏからそれぞれの交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄの幅方向の中心へ引いた径方向の直線上に、冷却経路１７ｂ〜１７ｆのそれぞれ近接部位が配置される。

なお、本実施形態のように横型下部冷却回路１７が直線状の冷却経路１７ｂ〜１７ｆで構成されている場合、近接部位の境界が明確ではない。このような場合には、図５において破線で示すように、横型下部冷却回路１７において、交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄと相対する領域を、冷却回路の近接部位Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉとすればよい。

ここで、上記構成の金型１０の中心軸Ｏに直交する断面において、交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄと、横型下部冷却回路１７の冷却経路１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆのそれぞれの近接部位Ｅ〜Ｉが最も近接した位置における交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄと当該近接部位Ｅ〜Ｉの径方向の距離をｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５とする。

また、上記近接部位Ｅ〜Ｉが最も近接した位置における断面において、交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄを除くリム部キャビティ２１である交差部間リム部キャビティ２１ｅと横型下部冷却回路１７の冷却経路１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆのそれぞれの径方向の距離をｔｂとする。

この場合において、径方向の厚みが相対的に厚い交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄにおける、それぞれの交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄと横型下部冷却回路１７の近接部位Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉとの径方向の距離ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５をｔａとすると、いずれの交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄにおいても、その近接部位Ｅ〜Ｉとの距離ｔａは、径方向の厚みが相対的に薄い交差部間リム部キャビティ２１ｅと横型下部冷却回路１７との径方向の距離ｔｂよりも小さい。すなわち、交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄと横型下部冷却回路１７の近接部位Ｅ〜Ｉとの径方向の距離ｔａは、いずれの交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄについても、ｔａ＜ｔｂとなる関係が成立する。

なお、図５では、距離ｔｂを例示するため、中心Ｏから交差部間リム部キャビティ２１ｅの周方向の中間へ引いた径方向の直線上における、交差部間リム部キャビティ２１ｅと横型下部冷却回路１７の冷却経路１７ｅ（または１７ｆ）の径方向の距離をｔｂとして一点のみ示しているが、距離ｔｂは一点のみでなく、交差部間リム部キャビティ２１ｅと横型下部冷却回路１７との間の全ての距離ｔｂのことを指す。

上記のように、交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄに近接する近接部位Ｅ〜Ｉを有する横型下部冷却回路１７に冷却水を流すことで、効率よく交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄに充填された溶湯を冷却することができる。このため、径方向の寸法が大きな交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄに充填された溶湯の凝固が促進され、鋳造サイクルタイムの短縮を図ることができる。そして、径方向の寸法が大きな交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄに充填された溶湯を速い冷却速度で冷却し、凝固せしめるので組織が微細化し、ホイール部材の交差部に生じる引け巣を抑制することができる。

さらに、交差部間リム部キャビティ２１ｅと横型下部冷却回路１７との径方向の距離ｔｂは、交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄと横型下部冷却回路１７の近接部位Ｅ〜Ｉとの径方向の距離ｔａに較べ大きくなるよう設定されているので、薄肉の交差部間リム部キャビティ２１ｅに充填された溶湯の過度な冷却が抑制され、溶湯の過度な冷却に起因する表面ブローホール（いわゆるキラワレ）や湯境などの発生を防止することができる。

また、横型下部冷却回路１７から、幅が略同一であるスポーク部キャビティ２２ｂのそれぞれの一端側に配置された交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄまでの距離は、互いに略同一である。すなわち、幅がｗ１と同一である３つの交差部キャビティ２１ｃと、これに対応する冷却経路１７ｂ、１７ｄ、１７ｆの近接部位Ｅ、Ｇ、Ｉまでの距離ｔ１、ｔ３、ｔ５は略同一である。同様に、幅がｗ２と同一である２つの交差部キャビティ２１ｄと、これに対応する冷却経路１７ｃ、１７ｅの近接部位Ｆ、Ｈまでの距離ｔ２、ｔ４は略同一である。

また、広い幅ｗ１の交差部キャビティ２１ｃまでの距離ｔ１、ｔ３、ｔ５は、狭い幅ｗ２の交差部キャビティ２１ｄまでの距離ｔ２、ｔ４に対して、小さく設定される。すなわち、幅の広い交差部キャビティ２１ｃに配置される冷却経路１７ｂ、１７ｄ、１７ｆの近接部位Ｅ、Ｇ、Ｉは、幅の狭い交差部キャビティ２１ｄに配置される冷却経路１７ｃ、１７ｅの近接部位Ｆ、Ｈに対し、その距離が相対的に近くに配置される。したがって、ｔ１＝ｔ３＝ｔ５＜ｔ２＝ｔ４の関係が成立する。このようにすることで、幅が広く、凝固の際により多くの抜熱量が必要な交差部キャビティ２１ｃに対して、より大きな冷却能力を発揮させることができる。このため、幅の異なる交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄのそれぞれに対して、適切な冷却速度で冷却を行うことができ、組織の均一化を図ることができる。

図６は、横型中間冷却回路１８を示す断面図である。横型中間冷却回路１８は、リム素材部キャビティ２１ａの外周を囲むように配置される。横型中間冷却回路１８は、冷却入口１８ａ、冷却経路１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、冷却出口１８ｆから構成される。冷却入口１８ａ、略直線状の冷却経路１８ｂ〜１８ｅ、冷却出口１８ｆは、これらを一つの通路として多角形で繋ぐように形成される。なお、図６に示すように、リム素材部キャビティ２１ａは略円環形状をなしており、当該リム素材部キャビティ２１ａに充填された溶湯を均一に冷却するためには、冷却経路１８ｂ〜１８ｅは中心軸Ｏに対して対称となるように、任意の角度ピッチで削孔して形成することが望ましい。また、横型Ａ１６ａの横型中間冷却回路１８と、横型Ｂ１６ｂの横型中間冷却回路１８とは、対称に形成することが望ましい。

上記のように冷却経路１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅは略直線状であり、リム素材部キャビティ２１ａは、略円環形状である。このため、横型下部冷却回路１７と同様に、冷却経路１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅのそれぞれにおいて、リム素材部キャビティ２１ａに最も近くなる近接部位Ｊ、Ｋ、Ｍ、Ｎが必然的に形成される。

ここで、本実施形態の横型中間冷却回路１８では、リム素材部キャビティ２１ａと横型中間冷却回路１８の冷却経路１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅのそれぞれ近接部位Ｊ、Ｋ、Ｍ、Ｎの径方向の距離ｔ６を略同一の大きさとした。このように冷却経路１８ｂ〜１８ｅの近接部位Ｊ〜Ｎとリム素材部キャビティ２１ａとの距離ｔ６を略同一することで、周方向において一定の径方向の厚みｄ２を有するリム素材部キャビティ２１ａに充填された溶湯の冷却速度の均一化を図ることができ、周方向における組織のバラツキ（差異）の少ないリム素材部キャビティ２１ａを得ることができる。

図７は、横型上部冷却回路１９を示す断面図である。横型上部冷却回路１９は、リム素材部キャビティ２１ａの先端部の外周を囲むように配置される。横型上部冷却回路１９は、冷却入口１９ａ、冷却経路１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、冷却出口１９ｆから構成される。冷却入口１９ａ、略直線状の冷却経路１９ｂ〜１９ｅ、冷却出口１９ｆは、これらを一つの通路として多角形で繋ぐように形成される。なお、図７に示すように、リム素材部キャビティ２１ａは略円環形状をなしており、当該リム素材部キャビティ２１ａに充填された溶湯を均一に冷却するためには、冷却経路１９ｂ〜１９ｅは中心軸Ｏに対して対称となるように、任意の角度ピッチで削孔して形成することが望ましい。また、横型下部冷却回路１７と同様に、横型Ａ１６ａの横型上部冷却回路１９と、横型Ｂ１６ｂの横型上部冷却回路１９とは、対称に形成することが望ましい。

上記のように、冷却経路１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅは略直線状であり、リム素材部キャビティ２１ａは、略円環形状である。このため、横型下部冷却回路１７と同様に、冷却経路１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅのそれぞれにおいて、リム素材部キャビティ２１ａに最も近くなる近接部位Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓが必然的に形成される。

ここで、本実施形態の横型上部冷却回路１９では、リム素材部キャビティ２１ａと横型上部冷却回路１９の冷却経路１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅのそれぞれ近接部位Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓの径方向の距離ｔ７を略同一の大きさとした。このように冷却経路１９ｂ〜１９ｅの近接部位Ｐ〜Ｓとリム素材部キャビティ２１ａとの距離ｔ７を略同一することで、周方向において一定の径方向の厚みｄ３を有するリム素材部キャビティ２１ａに充填された溶湯の冷却速度の均一化を図ることができ、周方向における組織のバラツキ（差異）の少ないリム素材部キャビティ２１ａを得ることができる。

ここで、図２に示すように、ホイール部材８０のリム部８１は、部位によって肉厚（中心Ｏから見た径方向の厚み）が異なる。より詳細には、交差部８１ｃとリム素材部８１ａの先端（横型上部冷却回路１９の位置）が厚肉部となり、リム素材部８１ａの中央部近傍（横型中間冷却回路１８の位置）が他の部位に対して相対的に薄肉部となる。また、交差部８１ｃの厚みは、リム素材部８１ａの厚みよりも厚い。

したがって、キャビティ２０の中心軸Ｏを通る断面において、リム部キャビティ２１のうち交差部キャビティ２１ｃおよび２１ｄの厚みｄ１（図１、図５参照）は、リム素材部キャビティ２１ａの先端部の厚みｄ３（図１、図７参照）よりも厚く、リム素材部キャビティ２１ａの先端部の厚みｄ３は、リム素材部キャビティ２１ａの中央部の厚みｄ２（図１、図６参照）よりも厚い。すなわち、交差部キャビティ２１ｃおよび２１ｄが第１の厚肉部となり、リム素材部キャビティ２１ａの先端部が、第１の厚肉部の厚みよりも厚みが薄い第２の厚肉部となり、第１の厚肉部と第２の厚肉部の間が、第１の厚肉部および第２の厚肉部よりも薄い薄肉部となる。

上記構成のキャビティ２０を有する本実施形態の金型１０では、上記した指向性凝固をも考慮すると、第２の厚肉部（厚みｄ３）であるリム素材部キャビティ２１ａの先端部と横型上部冷却回路１９との間の最短距離、すなわち近接部位との距離ｔ７は、薄肉部（厚みｄ２）であるリム素材部キャビティ２１ａの中間部と横型中間冷却回路１８の近接部位との距離ｔ６よりも小さく、第１の厚肉部（厚みｄ１）である交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄと横型下部冷却回路１７の近接部位との距離ｔ１〜ｔ５は、第２の厚肉部（厚みｄ３）における距離ｔ７よりも小さくすることが望ましい。

このように、リム部キャビティ２１の厚みｄ１＞ｄ３＞ｄ２の関係に対して、前述した近接部位との距離は、ｔ１〜ｔ５＜ｔ７＜ｔ６の関係となるよう、リム部キャビティ２１の上部、中間および下部に対応するよう配置した各冷却回路の径方向の位置を調整することにより、リム部キャビティ２１の各部位の径方向の厚みに応じ、当該部位に充填された溶湯を効率的に凝固せしめて鋳造サイクルタイムをより短縮できる。そして、第１の厚肉部（厚みｄ１）である交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄと横型下部冷却回路１７の近接部位との距離ｔ１〜ｔ５は、第２の厚肉部（厚みｄ３）における距離ｔ７よりも小さく設定されているので、交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄに充填された溶湯は、より効率的に冷却される。そして、横型上部冷却回路１９、横型中間冷却回路１８および横型下部冷却回路１７へ冷却水を通水するタイミングまたは冷却水の流量を回路ごとに個別に設定して冷却能に差異を与えることで、キャビティ２０に充填された溶湯全体の指向性凝固が達成され、健全なホイール部材８０を得ることができる。

次に、金型１０を用いた、アルミニウム製のホイール部材８０の製造方法について説明する。先ず、図１に示すように、下型１４、上型１５、および横型１６を型締めしてキャビティ２０を形成する。次いで、保持炉（図示せず）を加圧し、保持炉内に貯留した溶湯を、ストークを介して湯口１３に向け注入し、キャビティ２０に充填する。

リム素材部キャビティ２１ａの上端部近くの金型１０に設けた温度センサで、キャビティ２０末端まで充填されたことを確認後、保持炉内の加圧を所定時間維持すると共に、横型１６に配置した横型下部冷却回路１７、横型中間冷却回路１８および横型上部冷却回路１９に冷却水を通水する。これにより、金型１０のリム部キャビティ２１の外側が冷却される。

ここで、キャビティ２０に充填された溶湯を指向性凝固させる場合には、例えば溶湯が、キャビティ２０末端まで充填された時点から、横型上部冷却回路１９、横型中間冷却回路１８、横型下部冷却回路１７の順で時間差を設けながら冷却水を通水することで、リム部キャビティ２１の先端側から順に冷却することもできる。同様に、横型下部冷却回路１７、横型中間冷却回路１８、横型上部冷却回路１９への冷却水の流量に差を与えることでも同様の効果を得ることができる。

そして、本実施形態の金型１０を使用したホイール部材の製造方法によれば、交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄに近接する近接部位Ｅ〜Ｉを有する横型下部冷却回路１７に冷却水を流すことで、効率よく交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄに充填された溶湯を冷却することができ、径方向の寸法が大きな交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄに充填された溶湯の凝固が促進され、鋳造サイクルタイムの短縮を図ることができる。そして、径方向の寸法が大きな交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄ充填された溶湯を早い冷却速度で冷却し、凝固せしめるので組織が微細化し、ホイール部材８０の交差部８１ｃに生じる引け巣を抑制することができる。さらに、各冷却回路への通水タイミングや通水量を最適化することで、リム素材部キャビティ２１ａ側からアウターフランジキャビティ２１ｂ方向にかけて溶湯の凝固タイミングに差を生じさせ、リム部キャビティ２１に充填された溶湯の指向性凝固を図ることができる。この結果、ホイール部材８０のリム部８１全体における、引け巣の発生を防止することができる。

なお、本実施形態の金型１０では、上記したようにリム部キャビティ２１の上部、中間および下部の各部位に充填された溶湯の冷却能率および指向性凝固を考慮し、上部、中間および下部の各冷却回路とリム部キャビティ２１との径方向の距離を、上部、中間および下部の部位により異なるように調整している。これにより、リム部キャビティ２１の各部における冷却能力が調整されているため、全ての冷却回路に略同時に冷却水を通水しても、リム部キャビティ２１に充填された溶湯を指向性凝固させることができる。そして、上部、中間および下部の各冷却回路への冷却水の通水を同時にする又は冷却水の流量を増やすことで、鋳造サイクルタイムをより短縮することができる。

次いで、保持炉内の加圧を止めて、湯口１３に残留する溶湯を保持炉に戻し、凝固が完了したホイール部材８０を金型から取り出す。以上により、ホイール部材８０が製造される。

その後、ホイール部材８０のリム部８１（リム素材部８１ａ）に対して、フローフォーミング加工を施すことで、リム素材部８１ａを薄肉化して、図８に示すように、最終的なホイールの形状に近いリム本体部９１ａを有するホイール部材９０を製造することができる。この後、リム本体部９１ａの仕上げ加工やボルト部の削孔、表面処理等を施すことで、車両用のホイールを製造することができる。

次に、第２の実施形態について説明する。図９は、第２の実施形態にかかる金型１０ａを示す縦方向の断面図（キャビティの中心軸に平行な断面）であり、図１０のＵ−Ｕ線断面図である。また、図１０は、金型１０ａを示す径方向断面図（リム部キャビティ２１の中心軸に直交するとともに交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄを含む断面）であり、図９のＴ−Ｔ線断面図である。なお、以下の説明において、金型１０と同一の機能を奏する構成については、図１〜図７と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

金型１０ａは、冷却回路の構成含め第１実施形態の金型１０とほぼ同様の構成であるが、横型１６に代えて、断熱層３１を有する横型３０が用いられる点で異なる。

本実施形態の横型３０は、一対の横型Ａ３０ａと横型Ｂ３０ｂとで構成されている。そして、横型Ａ３０ａおよび横型Ｂ３０ｂは、双方とも中心軸Ｏに垂直な分割面で上下に２分割された構造となっている。すなわち、横型Ａ３０ａは、下部横型Ａ３０ｄと上部横型Ａ３０ｃとを分割面で組合せることにより一体化され、横型Ｂ３０ｂは、下部横型Ｂ３０ｆと上部横型Ｂ３０ｅとを分割面で組合せることにより一体化されている。すなわち、本実施形態の横型３０は、横型１６における横型Ａ１６ａが、下部横型Ａ３０ｄと上部横型Ａ３０ｃで構成され、横型Ｂ１６ｂが、下部横型Ｂ３０ｆと上部横型Ｂ３０ｅで構成されたものである。

金型１０ａにおいて、横型下部冷却回路１７は、下部横型Ａ３０ｄと下部横型Ｂ３０ｆに形成される。また、横型中間冷却回路１８および横型上部冷却回路１９は、上部横型Ａ３０ｃと上部横型Ｂ３０ｅに形成される。

図１０に示すように、横型下部冷却回路１７は、第１実施形態の金型１０と同様に、交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄの外周を囲むように配置される。また、横型下部冷却回路１７の冷却経路１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆのそれぞれは、交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄとの近接部位Ｅ〜Ｉを有している。

ここで、冷却経路１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆのそれぞれの近接部位Ｅ〜Ｉは、それぞれ交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄに相対するように形成されているが、本実施形態の横型３０では、交差部間リム部キャビティ２１ｅ（リム部キャビティ２１のうち交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄを除く部分）と横型下部冷却回路１７との間に、断熱層３１が形成されている。

本実施形態の断熱層３１は、例えば、交差部間リム部キャビティ２１ｅと横型下部冷却回路１７の間に部分的に形成された空気断熱層である。横型Ａ３０ａおよび横型Ｂ３０ｂに断熱層３１を設けるためには、例えば、下部横型Ａ３０ｄおよび下部横型Ｂ３０ｆともにその上面を加工し、図１０に示すように交差部間リム部キャビティ２１ｅの外周に円弧状のスリットを設け、その後、それぞれに上部横型Ａ３０ｃおよび上部横型Ｂ３０ｅを組合せて一体化させればよい。なお、断熱層３１は、上記したスリット状の空断熱層に限られず、孔であってもよく、さらには内部に断熱材等が配置されてもよい。

第２の実施形態の金型１０ａによれば、第１の実施形態の金型１０と同様の効果を得ることができる。また、交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄを含む断面において、厚肉である交差部を形成するための交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄは、径方向の寸法が大きいため、交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄに充填された溶湯を効率よく冷却できる冷却能力が必要となる。一方で、交差部間リム部キャビティ２１ｅは、径方向の寸法が小さく、交差部間リム部キャビティ２１ｅに充填された溶湯も少なくなる。このように充填量の少ない交差部間リム部キャビティ２１ｅの溶湯を、交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄに充填された溶湯と同条件で冷却すると、過度な冷却となり、表面ブローホール（いわゆるキラワレ）など鋳肌不良が生じるおそれがある。

これに対し、本実施形態の金型１０ａでは、交差部間リム部キャビティ２１ｅと横型下部冷却回路１７の間に断熱層３１が形成される。このため、横型下部冷却回路１７による冷却が断熱層３１によって妨げられ、交差部間リム部キャビティ２１ｅの過度な冷却を抑制することができる。

このように、本実施形態によれば、断熱層３１によって、リム部キャビティ２１の周方向の各部位によって、冷却能力に差を設けることができるため、径方向の寸法が異なる交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄおよび交差部間リム部キャビティ２１ｅが混在している場合であっても、各々について最適な冷却条件で冷却を行うことができる。これにより、交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄに充填された溶湯の冷却速度を速め、交差部の組織を微細化することにより引け巣の発生を抑制するとともに、交差部間リム部キャビティ２１ｅに充填された溶湯を適切な冷却速度で冷却し、リム部におけるキラワレや湯境などの鋳肌不良の発生を防止することができる。

次に、第３の実施形態について説明する。図１１（ａ）は、第３の実施形態にかかる金型１０ｂを示す縦方向の断面図（キャビティの中心軸Ｏに平行な断面）であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＡＡ部拡大図である。金型１０ｂは、金型１０ａとほぼ同様の構造であるが、断熱層３１の形態が異なる。

前述した金型１０ａにおいては、下部横型Ａ３０ｄと上部横型Ａ３０ｃとの分割面および、下部横型Ｂ３０ｆと上部横型Ｂ３０ｅの分割面のそれぞれから、断熱層３１が加工されて構成された。すなわち、前述した金型１０ａにおいては、横型３０が、キャビティの中心軸Ｏに垂直な分割面を有し、分割面から断熱層３１が形成された。一方、本実施形態では、金型１０と同様に、横型１６は、横型Ａ１６ａと横型Ｂ１６ｂの２分割で構成される。すなわち、横型１６は、キャビティの中心軸Ｏに垂直な分割面を有しない。

金型１０ｂにおける断熱層３１は、リム部キャビティ２１への露出面から形成される。また、リム部キャビティ２１への開口部には、穴埋め部３２が形成される。穴埋め部３２は、断熱層３１の開口部を塞ぐことができれば、材質や加工方法は限定されない。例えば、断熱部材であってもよく、溶接等で塞がれてもよい。

第３の実施形態によれば、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。このように、断熱層３１の形成方法は特に限定されず、交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄ以外の径方向の厚みが薄い交差部間リム部キャビティに対して、断熱層３１を形成することで、厚みの薄い交差部間リム部キャビティに充填された溶湯の過剰な冷却を抑制することができる。また、金型１０ａと比較して、横型１６の分割数を減らすことができる。

次に、第４の実施形態について説明する。図１２は、金型１０ｃを示す縦方向の断面図（キャビティの中心軸Ｏに平行な断面図）であり、図１３は、図１２の横型３４近傍の拡大図、図１４〜図１６は、金型１０ｃを示す径方向断面図（キャビティの中心軸Ｏに直交する断面図）である。なお、図１２は、図１４のＡＥ−ＡＥ線断面図であり、図１４は、図１２のＡＢ−ＡＢ線断面図、図１５は、図１２のＡＣ−ＡＣ線断面図、図１６は、図１２のＡＤ−ＡＤ線断面図である。

金型１０ｃは、金型１０等とほぼ同様の構造であるが、横型１６に代えて、横型３４が用いられる点で異なる。金型１０ｃは、主に、下型ベース１１、上型ベース１２、下型１４、上型１５、横型Ａ３４ａ、横型Ｂ３４ｂから構成される。また、横型Ａ３４ａは、横型Ａ本体３４ｃ、横型Ａ回路部３４ｄ、３４ｅから構成され、横型Ｂ３４ｂは、横型Ｂ本体３４ｆ、横型Ｂ回路部３４ｇ、３４ｈから構成される。なお、横型Ａ本体３４ｃ、横型Ａ回路部３４ｄ、３４ｅ、横型Ｂ本体３４ｆ、横型Ｂ回路部３４ｇ、３４ｈを総称して、横型３４とする。

横型Ａ本体３４ｃおよび横型Ｂ本体３４ｆは、外周面に凹部が形成され、それぞれの凹部に横型Ａ回路部３４ｄ、３４ｅおよび横型Ｂ回路部３４ｇ、３４ｈがそれぞれ嵌めこまれる。なお、横型Ａ回路部３４ｄ、３４ｅおよび横型Ｂ回路部３４ｇ、３４ｈは、それぞれ一体であってもよい。または、横型Ａ回路部３４ｅ、横型Ｂ回路部３４ｈをさらに複数に分割してもよい。

下型１４と、上型１５とは、互いに相対するように配置され、横型Ａ回路部３４ｄ、３４ｅが組み込まれた横型Ａ本体３４ｃと、横型Ｂ回路部３４ｇ、３４ｈが組み込まれた横型Ｂ本体３４ｆは、下型１４および上型１５の側方に配置される。すなわち、本実施形態は、金型１０における横型Ａ１６ａが、横型Ａ本体３４ｃと横型Ａ回路部３４ｄ、３４ｅで構成され、横型Ｂ１６ｂが、横型Ｂ本体３４ｆと横型Ｂ回路部３４ｇ、３４ｈで構成されたものである。

横型Ａ回路部３４ｄ、３４ｅおよび横型Ｂ回路部３４ｇ、３４ｈの内面（横型Ａ本体３４ｃおよび横型Ｂ本体３４ｆとの対向面）には、溝が形成される。横型Ａ本体３４ｃおよび横型Ｂ本体３４ｆのそれぞれに横型Ａ回路部３４ｄ、３４ｅおよび横型Ｂ回路部３４ｇ、３４ｈが組み込まれることで、当該溝が、冷却回路として機能する。例えば、図示した例では、横型Ａ回路部３４ｄ、３４ｅおよび横型Ｂ回路部３４ｇ、３４ｈはそれぞれ上下に２分割され、横型Ａ回路部３４ｄおよび横型Ｂ回路部３４ｇそれぞれに横型下部冷却回路１７が形成され、横型Ａ回路部３４ｅおよび横型Ｂ回路部３４ｈそれぞれに横型中間冷却回路１８および横型上部冷却回路１９が形成される。なお、前述したように、横型Ａ回路部３４ｄ、３４ｅおよび横型Ｂ回路部３４ｇ、３４ｈは、それぞれ一体であってもよく、それぞれの冷却回路ごとに別体であってもよい。

図１４に示すように、横型下部冷却回路１７は、第1実施形態の金型１０と同様に、交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄの外周を囲むように配置される。

第1実施形態と同様に、本実施形態でも、その横型Ａ回路部３４ｄによる横型下部冷却回路１７と、横型Ｂ回路部３４ｇによる横型下部冷却回路１７とは、対称に形成されるため、以下の説明では、特に記載がない限り横型Ａ回路部３４ｄおよび横型Ａ本体３４ｃを用いて説明する。また、本実施形態の金型１０ｃでも、図３に示すように、ホイール部材８０のスポーク部８２ｂが、周方向にほぼ等間隔で形成されているため、横型Ａ３４ａの横型下部冷却回路１７と、横型Ｂ３４ｂの横型下部冷却回路１７とは、対称に形成されている。しかしながら、最終的なホイールのデザインによりスポーク部８２ｂの配置態様は異なるため、横型Ａ３４ａの横型下部冷却回路１７と、横型Ｂ３４ｂの横型下部冷却回路１７とは、必ずしも対称に形成する必要はない。なお、図１４において、各交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄに対応する近接部位は、符号Ｖ〜Ｚで示し、それぞれの近接部位におけるリム部キャビティ２１（交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄ）と横型下部冷却回路１７との径方向の距離を、符号ｔ１１〜ｔ１５で示す。

図１４に示すように、横型下部冷却回路１７は、全体として略円形（横型Ａ本体３４ｃ側と横型Ｂ本体３４ｆ側にそれぞれ略半円形）であり、交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄの外形に沿って形成される。横型下部冷却回路１７は、周方向の各部において、中心からの距離が変わるように、屈曲する。すなわち、交差部キャビティ２１ｃおよび２１ｄと近接部位Ｖ〜Ｚとの距離ｔ１１〜ｔ１５は、交差部間リム部キャビティ２１ｅと横型下部冷却回路１７との距離ｔｂより小さくなるよう設定されている。そして、本実施形態の横型下部冷却回路１７の各部位は、中心Ｏ周りにリム部キャビティ２１と同心円状に形成されているため、例えば近接部位Ｖの交差部キャビティ２１ｃとの距離ｔ１１は、円周方向において略一定となっている（他の近接部位Ｗ〜Ｚと交差部キャビティ２１ｃまたは２１ｄとの距離ｔ１２〜ｔ１５、交差部間リム部キャビティ２１ｅと横型下部冷却回路１７との距離ｔｂについても同様）。

各交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄに対応する横型下部冷却回路１７の近接部位Ｖ〜Ｚと、交差部間リム部キャビティ２１ｅに対応する横型下部冷却回路１７との間の屈曲部を連結経路１７ｈとする。すなわち、各交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄに対応する近接部位Ｖ〜Ｚと、交差部間リム部キャビティ２１ｅに対応する横型下部冷却回路１７とは、連結経路１７ｈで連結する。

上記のとおり、本実施形態の横型下部冷却回路１７の近接部位Ｖ〜Ｚは、交差部間リム部キャビティ２１ｅに相対する横型下部冷却回路１７と、円周方向において近接部位Ｖ〜Ｚから外側に伸びる連結経路１７ｈで連結されている。そのため、本実施形態の近接部位Ｖ〜Ｚの場合には、第１実施形態の近接部位とは異なり、連結経路１７ｈで近接部位Ｖ〜Ｚの境界を設定することが可能であり、円周方向において当該連結経路１７ｈの最も内側を近接部位Ｖ〜Ｚの境界とする。

第１実施形態の近接部位と同様に、各近接部位Ｖ〜Ｚにおける、リム部キャビティ２１（交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄ）と横型下部冷却回路１７との径方向の距離ｔ１１〜ｔ１５と、交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄ以外に部位における交差部間リム部キャビティ２１ｅと横型下部冷却回路１７との径方向の距離ｔｂとが異なる。すなわち、径方向の厚みが相対的に厚い交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄにおける、それぞれの交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄと横型下部冷却回路１７の近接部位Ｖ〜Ｚとの径方向の距離ｔ１１〜ｔ１５をｔａとすると、いずれの交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄにおいても、その近接部位Ｖ〜Ｚとの距離ｔａは、径方向の厚みが相対的に薄い交差部間リム部キャビティ２１ｅと横型下部冷却回路１７との径方向の距離ｔｂよりも小さい。したがって、任意の交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄにおける、交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄと横型下部冷却回路１７の近接部位Ｖ〜Ｚとの径方向の距離ｔａは、いずれの交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄについても、ｔａ＜ｔｂとなる関係が成立する。

また、第１実施形態の近接部位と同様に、横型下部冷却回路１７から、幅が略同一であるスポーク部キャビティ２２ｂのそれぞれの一端側に配置された交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄまでの距離は、互いに略同一である。すなわち、幅が同一である３つの交差部キャビティ２１ｃと、これらに対応する近接部位Ｖ、Ｘ、Ｚまでの距離ｔ１１、ｔ１３、ｔ１５は略同一である。同様に、幅が同一である交差部キャビティ２１ｄと、これらに対応する近接部位Ｗ、Ｙまでの距離ｔ１２、ｔ１４は略同一である。

また、第１実施形態の近接部位と同様に、広い幅の交差部キャビティ２１ｃまでの距離ｔ１１、ｔ１３、ｔ１５は、狭い幅の交差部キャビティ２１ｄまでの距離ｔ１２、ｔ１４に対して、小さく設定される。すなわち、幅の広い交差部キャビティ２１ｃに位置する横型下部冷却回路１７の近接部位Ｖ、Ｘ、Ｚは、幅の狭い交差部キャビティ２１ｄに位置する横型下部冷却回路１７の近接部位Ｗ、Ｙに対し、その距離が相対的に近くに配置される。したがって、ｔ１１＝ｔ１３＝ｔ１５＜ｔ１２＝ｔ１４＜ｔｂの関係が成立する。このようになるように、横型下部冷却回路１７の屈曲形状が設定される。このようにすることで、幅が広く、凝固の際により多くの抜熱量が必要な交差部キャビティ２１ｃに対して、より大きな冷却能力を発揮させることができる。このため、幅の異なる交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄのそれぞれに対して、適切な冷却速度で冷却を行うことができ、組織の均一化を図ることができる。

図１５は、横型中間冷却回路１８を示す断面図である。本実施形態では、横型中間冷却回路１８は、リム素材部キャビティ２１ａの外周に沿って一つの通路として略円形（横型Ａ本体３４ｃ側と横型Ｂ本体３４ｆ側にそれぞれ略半円形）に形成される。また、横型中間冷却回路１８は、中心軸Ｏに対し、リム素材部キャビティ２１ａと同心円状に形成されている。前述したように、本断面におけるリム素材部キャビティ２１ａは、周方向に対して略一定の径方向の厚みｄ２である。このため、リム素材部キャビティ２１ａと横型中間冷却回路１８との径方向の距離ｔ１６は、全周にわたって略一定となる。このように横型中間冷却回路１８とリム素材部キャビティ２１ａとの距離ｔ１６を略同一することで、周方向において一定の径方向の厚みｄ２を有するリム素材部キャビティ２１ａに充填された溶湯の冷却速度の均一化を図ることができ、周方向における組織のバラツキ（差異）の少ないリム素材部キャビティ２１ａを得ることができる。

図１６は、横型上部冷却回路１９を示す断面図である。本実施形態では、横型上部冷却回路１９は、リム素材部キャビティ２１ａの外周に沿って一つの通路として略円形（横型Ａ本体３４ｃ側と横型Ｂ本体３４ｆ側にそれぞれ略半円形）に形成される。また、横型上部冷却回路１９は、中心軸Ｏに対し、リム素材部キャビティ２１ａと同心円状に形成されている。前述したように、本断面におけるリム素材部キャビティ２１ａは、周方向に対して略一定の径方向の厚みｄ３である。このため、リム素材部キャビティ２１ａと横型中間冷却回路１８との径方向の距離ｔ１７は、全周にわたって略一定となる。このように横型上部冷却回路１９のとリム素材部キャビティ２１ａとの距離ｔ１７を略同一することで、周方向において一定の径方向の厚みｄ３を有するリム素材部キャビティ２１ａに充填された溶湯の冷却速度の均一化を図ることができ、周方向における組織のバラツキ（差異）の少ないリム素材部キャビティ２１ａを得ることができる。

第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、各冷却回路が、直線を組み合わせた多角形状ではなく、リム部キャビティ２１の外形に沿った略円形に形成されるため、リム部キャビティ２１が同一の径方向厚みの部位に対して、リム部キャビティ２１と冷却回路との径方向の距離を略一定にすることができる。このため、周方向の冷却条件を一定にすることができ、均一な品質を得ることができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、ホイール部材の形状は、図示した例には限られず、スポーク部８２ｂの幅や本数などは適宜設定される。スポーク部８２ｂの幅が一定である場合には、前述したリム部キャビティ２１と横型下部冷却回路１７の近接部位との距離ｔ１〜ｔ５は全て同一とすればよい。また、スポーク部８２ｂの本数が変わる場合には、スポーク部８２ｂの本数に応じて冷却経路を配置すればよい。

また、冷却回路は、横型下部冷却回路１７、横型中間冷却回路１８、横型上部冷却回路１９の３段に形成したが、冷却回路の回路段数は、これに限られない。例えば、４段以上に冷却回路を配置しても、それぞれの段の冷却回路を含む各径方向断面において、近接部位に対応するキャビティの厚みに応じて、キャビティと冷却回路との距離を設定することで、指向性凝固を促進することができる。

また、横型下部冷却回路１７において、各冷却経路の径を変えてもよい。冷却能力は、冷却水の流速によって変わるため、例えば、幅の広い交差部キャビティ２１ｃに対応する冷却経路１７ｂ、１７ｄ、１７ｆの径を相対的に小さくし、幅の狭い交差部キャビティ２１ｄに対応する冷却経路１７ｃ、１７ｅの径を相対的に大きくしてもよい。このようにすることで、冷却水の流速に応じて、冷却能力を部位によって変えることができる。

また、各実施形態における構成は、互いに組み合わせることができることは言うまでもない。

以下、前述した第１の実施形態の金型１０を使用して、ホイール部材８０を作製した実施例を説明する。図１７および図１８は、図２および図３と同一の図面であり、ホイール部材８０の各部の寸法位置を示す（ホイール部材８０の各部名称は、図２および図３参照）。図１７および図１８の各部の寸法は以下の通りである。
Ｄ１（アウターフランジ８１ｂの直径）：５５０ｍｍ
Ｄ２（リム素材部８１ａの上端直径）：５３０ｍｍ
Ｄ３（リム素材部８１ａの中間部直径）：４９５ｍｍ
Ｌ１（中心軸方向全長）：１６０ｍｍ
Ｌ２（アウターフランジ８１ｂ端面から交差部８１ｃまでの中心軸方向長さ）：１５ｍｍ
Ｌ３（交差部８１ｃの中心軸方向長さ）：４５ｍｍ
ｄ１（交差部８１ｃ間のリム部厚さ）：２０ｍｍ
ｄ２（交差部８１ｃの最大厚さ）：３５ｍｍ
ｄ３（リム素材部８１ａの上端の厚さ）：３０ｍｍ
ｄ４（リム素材部８１ａの中間部の厚さ）：２５ｍｍ
ｗ１（交差部８１ｃに連結したスポーク部８２ｂの幅）：６０ｍｍ
ｗ１（交差部８１ｄに連結したスポーク部８２ｂの幅）：４５ｍｍ

上記形状のホイール部材８０に対応したキャビティが象られた図１に示す金型１０を準備した。金型１０を構成する上型１５、下型１４および横型１６の材料は、いずれもＪＩＳ ＳＫＤ６１相当材を使用し、作製した。なお、横型下部冷却回路１７は、中心軸方向において、交差部キャビティ２１ｃの最大肉厚部の外周に位置するよう配置した。また、横型上部冷却回路１９および横型中間冷却回路１８は、中心軸方向において、それぞれ、リム素材部キャビティ２１ａの上端および中間の外周に位置するよう配置した。

図４および図５に示すように、横型下部冷却回路１７は、直径が１４．５ｍｍの直線状の孔を組合せて形成した。また、近接部位Ｅ、Ｇ、Ｉから、それぞれ対応する３つの交差部キャビティ２１ｃまでの距離ｔ１、ｔ３、ｔ５は２０ｍｍとし、近接部位Ｆ、Ｈから２つの交差部キャビティ２１ｄまでの距離ｔ２、ｔ４は２５ｍｍとした。また、図５および６に示す、横型上部冷却回路１９および横型中間冷却回路１８も、横型下部冷却回路１７と同様に、直径が１４．５ｍｍの直線状の孔を組合せて形成し、リム素材部キャビティ２１ａまでの距離ｔ６およびｔ７は、各々、３５ｍｍ、３０ｍｍとした。

図１に示すように、上型１５、下型１４および横型１６を上型ベース１２および下型ベース１１とともに鋳造機に組み込みこんだ、そして、上型１５、下型１４および横型１６を型合わせし、形成されたキャビティ２０に、保持炉内に貯留されたアルミニウム合金溶湯をストークから湯口１３を通じ注入した。アルミニウム合金溶湯としては、Ｓｉ：７．０質量％、Ｍｇ：０．３２質量％、Ｆｅ：０．１質量％、Ｔｉ：０．１２質量％、残部アルミニウムおよび不可避不純物と、ＪＩＳ ＡＣ４ＣＨ相当に調整された溶湯を使用した。

注入されたアルミニウム合金溶湯が、リム素材部キャビティ２１ａの上端部に到達したことを温度センサ（熱電対）で検出後、保持炉内の圧力を維持するとともに、横型上部冷却回路１９、横型中間冷却回路１８および横型下部冷却回路１７に、冷却水を通水した。ここで、交差部キャビティに充填されたアルミニウム合金溶湯の冷却効率向上およびリム素材部キャビティに充填されたアルミニウム合金溶湯の下方に向かう指向性凝固を図るため、横型上部冷却回路１９には１０Ｌ／ｍｉｎ、横型中間冷却回路１８には１０Ｌ／ｍｉｎ、横型下部冷却回路１７には７Ｌ／ｍｉｎで冷却水が流れるよう、各冷却回路の流量を調整した。上記の結果、キャビティ２０に充填されたアルミニウム合金溶湯は注入開始後９０秒で全て凝固し、鋳造サイクルの短時間化を図ることができた。一方で、本発明を適用せず上記と同一のホイール部材を製造した場合、キャビティ２０に充填されたアルミニウム合金溶湯の凝固時間は、注入開始後９０秒を超える時間を要した。

上記で得られたホイール部材８０の交差部８１ｃおよび８１ｄの組織を確認した。図１８に示すように、ホイール部材８０の交差部８１ｃおよび８１ｄのうち５か所から測定片（ＴＰ１〜５）を採取し、組織の確認に供した。また、比較のため、交差部の間にある薄肉のリム部からも５か所測定片（ＴＰ６〜１０）を採取し、組織の確認に供した。確認した項目は、初晶アルミニウムのデンドライト２次アームスペーシング（ＤＡＳII）と透過Ｘ線検査である。

ＤＡＳIIは、各測定片の任意の箇所について光学顕微鏡で１００倍の倍率で組織写真を撮像し、各組織写真で任意に設定した７５×５６ｍｍの測定範囲から測定した。また、透過Ｘ線検査はＹＸＬＯＮ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社製ＭＵＪ−２００−ＷＡ１０１により、管電圧４０Ｖ、管電流５ｍＡの条件で透過画像を取得し、引け巣の存在を確認した。交差部から採取した測定片ＴＰ１の組織写真の一例を図１９に示す。

交差部から採取した５個の測定片（ＴＰ１〜ＴＰ５）のＤＡＳIIの平均値は６０μｍと、リム部から採取した５個の測定片（ＴＰ６〜ＴＰ１０）のＤＡＳIIの平均値５５μｍと同程度と小さく、交差部キャビティ２１ｃ、２１ｄに充填されたアルミニウム合金溶湯の冷却速度が速く、効率的に冷却されていることが判った。また、当該部位の透過Ｘ線検査の結果、交差部から採取した５個の測定片の欠陥分布はリム部から採取した５個の測定片と同等のＡＳＴＭ Ｅ１５５ ランク１以下であり、上記のように交差部キャビティが効率的に冷却された結果、引け巣も抑制されていることが判った。一方で、本発明を適用せず上記と同一のホイール部材を製造した場合、その交差部から採取した５個の測定片にはＤＡＳIIの平均値が６０μｍを超える測定片が含まれ、また、ＡＳＴＭ Ｅ１５５ ランク１を超える試験片も含まれていた。

１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ………金型
１１………下型ベース
１２………上型ベース
１３………湯口
１４………下型
１５………上型
１６………横型
１６ａ………横型Ａ
１６ｂ………横型Ｂ
１７………横型下部冷却回路
１７ａ………冷却入口
１７ｂ………冷却経路
１７ｃ………冷却経路
１７ｄ………冷却経路
１７ｅ………冷却経路
１７ｆ………冷却経路
１７ｇ………冷却出口
１７ｈ………連結経路
１８………横型中間冷却回路
１８ａ………冷却入口
１８ｂ………冷却経路
１８ｃ………冷却経路
１８ｄ………冷却経路
１８ｅ………冷却経路
１８ｆ………冷却出口
１９………横型上部冷却回路
１９ａ………冷却入口
１９ｂ………冷却経路
１９ｃ………冷却経路
１９ｄ………冷却経路
１９ｅ………冷却経路
１９ｆ………冷却出口
２０………キャビティ
２１………リム部キャビティ
２１ａ………リム素材部キャビティ
２１ｂ………アウターフランジキャビティ
２１ｃ、２１ｄ………交差部キャビティ
２１ｅ………交差部間リム部キャビティ
２２………ディスク部キャビティ
２２ａ………ハブ部キャビティ
２２ｂ………スポーク部キャビティ
３０………横型
３０ａ………横型Ａ
３０ｂ………横型Ｂ
３０ｃ………上部横型Ａ
３０ｄ………下部横型Ａ
３０ｅ………上部横型Ｂ
３０ｆ………下部横型Ｂ
３１………断熱層
３２………穴埋め部
３４………横型
３４ａ………横型Ａ
３４ｂ………横型Ｂ
３４ｃ………横型Ａ本体
３４ｄ、３４ｅ………横型Ａ回路部
３４ｆ………横型Ｂ本体
３４ｇ、３４ｈ………横型Ｂ回路部
８０、９０………ホイール部材
８１………リム部
８１ａ、９１ａ………リム素材部
８１ｂ………アウターフランジ部
８１ｃ………交差部
８２………ディスク部
８２ａ………ハブ部
８２ｂ………スポーク部
８２ｃ………締結ボルト座面

Claims (4)

1. 車軸が固定されるハブ部と、前記ハブ部の外周面から放射状に伸びる複数のスポーク部と、複数の前記スポーク部の一端が固定される略円筒形状のリム部とを有し、前記リム部は、前記スポーク部との交差部を複数備える車両用ホイール部材を鋳造するための金型であって、
   上型と、前記上型に相対するように配置される下型と、前記上型および下型の側方に配置される２以上に分割された横型と、を有し、
   前記上型、前記下型および前記横型が型合わせされることにより形成される前記リム部を象るキャビティのうち、少なくとも前記交差部を象るキャビティの外周に配置された冷却回路を前記横型の内部に有し、
   前記冷却回路は、前記交差部を象るキャビティとの近接部位を備え、
   前記リム部を象るキャビティの中心軸に直交する断面において、前記交差部を象るキャビティと前記冷却回路の近接部位とが最も近接した位置における前記交差部を象るキャビティと前記冷却回路の近接部位との径方向の距離をｔａとし、前記リム部を象るキャビティのうち前記交差部を象るキャビティを除くキャビティと前記冷却回路の径方向の距離をｔｂとしたとき、ｔａ＜ｔｂであることを特徴とする車両用ホイール部材用金型。
2. 互いに周方向の幅ｗの異なる複数の前記スポーク部を象るキャビティが形成されており、前記交差部を象るキャビティの外周に前記冷却回路の近接部位が配置されており、
   幅ｗが略同一である前記スポーク部を象るキャビティの一端側に配置された前記交差部を象るキャビティまでの距離ｔａは、互いに略同一であり、
   幅ｗが広い前記スポーク部を象るキャビティの一端側に配置された前記交差部を象るキャビティまでの距離ｔａは、幅ｗが狭い前記スポーク部を象るキャビティの一端側に配置された前記交差部を象るキャビティまでの距離ｔａに対して、小さく設定されることを特徴とする請求項１記載の車両用ホイール部材用金型。
3. 前記リム部を象るキャビティの中心軸に直交するとともに前記交差部を象るキャビティを含む断面において、前記横型は、前記リム部を象るキャビティのうち前記交差部を象るキャビティを除く部分と前記冷却回路との間に、断熱層を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用ホイール部材用金型。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の車両用ホイール部材用金型を用い、
   前記上型、前記下型および前記横型を型合わせして形成された前記リム部を象るキャビティに金属溶湯を注入し、
   前記冷却回路に冷却水を流して前記金属溶湯を凝固させることを特徴とする車両用ホイール部材の製造方法。