JP5883521B1 - 非鉄金属部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ショットピーニング時の粉塵の飛散を防止する非鉄金属部材の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の実施形態に係る非鉄金属部材の製造方法は、非鉄金属の所定形状のベース部材１１を形成する工程と、ベース部材１１の表面に密着膜２１を形成する工程と、密着膜２１が形成されたベース部材１１にショットピーニングを行って非鉄金属部材１０を得る工程とを含む。【選択図】図２

Description

本発明は、非鉄金属部材の製造方法およびその製造方法によって製造された非鉄金属部材に関する。

自動二輪車等の車両の部材の材料として、金属材料が広く用いられている。近年、車両の軽量化を図るために、それらの金属材料として、マグネシウム合金やアルミニウム合金のような軽量の非鉄金属材料が採用されつつある。例えば、特許文献１は、アルミニウム合金製の自動車用アルミホイールを開示している。

特許第３１１８２６７号公報

車両の部材の材料として上記のような非鉄金属材料を採用する場合、肉厚を薄くすることによって更に軽量化を図った上で、非鉄金属部材の強度を高める処理を行うことが考えられる。非鉄金属部材の強度を高める方法として、例えばショットピーニングがある。ショットピーニングは、被加工部材である金属部材表面に、多数の小さな金属球を高速で衝突させ、金属部材に対して表面の加工硬化および圧縮残留応力の付与を行う処理である。衝突させる小さな金属球は、ショットあるいは投射材と呼ばれる。

図１４は、ショットピーニングを説明する図である。被加工部材である金属部材２００の表面に、ショット（金属球）２０１が高速で衝突すると、金属部材２００の表面が凹まされ、表面に丸いくぼみが形成される。このように、金属部材２００の表面が凹まされて変形することにより、表面の硬さが増すとともに圧縮残留応力が付与される。

上記のようなショットピーニングを行うことにより、金属部材２００の強度を高めることができる。しかしながら、金属部材２００の表面にショット２０１が衝突したときに、金属部材２００の表面から微少な金属片が分離する。そして、この微少な金属片が粉塵２０２となって金属部材２００の周囲の環境に飛散するという課題がある。特に、マグネシウムやアルミニウムのような粉塵爆発が発生しやすい材料を含む金属部材にショットピーニングを行うときには、粉塵爆発を防止するために、集塵装置が設置された環境でショットピーニングを行う必要があり、製造工程が複雑化するとともに高コスト化していた。

本発明は、ショットピーニング時の粉塵の飛散を防止する非鉄金属部材の製造方法、およびその製造方法によって製造された非鉄金属部材を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る非鉄金属部材の製造方法は、非鉄金属の所定形状のベース部材を形成する工程と、前記ベース部材の表面に密着膜を形成する工程と、前記密着膜が形成された前記ベース部材にショットピーニングを行って非鉄金属部材を得る工程とを含む。

ある実施形態によれば、前記密着膜は、前記ベース部材の前記ショットピーニングが行われる部分において連続して形成されていてもよい。

ある実施形態によれば、前記密着膜を形成する工程は、前記ベース部材に塗装を行う工程を含み、前記塗装の後に、前記ベース部材にショットピーニングを行ってもよい。

ある実施形態によれば、前記ベース部材に塗装を行う工程は、前記ベース部材を加熱する工程を含んでもよい。

ある実施形態によれば、前記ベース部材に塗装を行う工程は、複数種類の塗膜を積層する工程を含み、前記複数種類の塗膜を積層した後に、前記ベース部材にショットピーニングを行ってもよい。

ある実施形態によれば、前記密着膜は有機塗料を含む塗膜であってもよい。

ある実施形態によれば、前記密着膜は金属膜であってもよい。

ある実施形態によれば、前記非鉄金属は、マグネシウム合金またはアルミニウム合金であってもよい。

ある実施形態によれば、前記非鉄金属部材は前記ベース部材の表面に凹凸を有してもよい。

ある実施形態によれば、前記非鉄金属部材はホイールであってもよい。

本発明の実施形態に係る非鉄金属部材は、上記の何れかに記載の非鉄金属部材の製造方法を用いて製造される。

本発明の実施形態に係る車両は、上記の何れかに記載の非鉄金属部材の製造方法を用いて製造された非鉄金属部材を有する。

本発明の実施形態に係る非鉄金属部材は、非鉄金属で形成されたベース部材と、前記ベース部材の表面に形成された密着膜とを有し、前記ベース部材の少なくとも一部には、複数のくぼみが形成されており、前記密着膜は、前記複数のくぼみに応じて変形しており、前記ベース部材の前記複数のくぼみが形成されている部分の圧縮残留応力は、前記複数のくぼみが形成されない場合の圧縮残留応力よりも大きい。

ある実施形態によれば、前記ベース部材の前記複数のくぼみが形成されている部分の圧縮残留応力は、前記ベース部材の前記複数のくぼみが形成されていない部分の圧縮残留応力よりも大きくてもよい。

ある実施形態によれば、前記非鉄金属部材はホイールであり、前記ホイールのリムの外周部に前記複数のくぼみが形成されていてもよい。

本発明の実施形態に係る車両は、上記の何れかに記載の非鉄金属部材を有する。

以下、本発明の作用・効果を説明する。

本発明の実施形態に係る非鉄金属部材の製造方法によれば、非鉄金属のベース部材の表面に密着膜を形成し、その密着膜が形成されたベース部材にショットピーニングを行って非鉄金属部材を得る。ショットピーニングにおいてショットがベース部材に衝突しても、密着膜があるため粉塵が飛散しない。ベース部材表面の密着膜が粉塵の飛散を防止するため、粉塵爆発を防止するための集塵装置が不要となり、製造工程を単純にすることができるとともに製造コストを低下させることができる。

ある実施形態によれば、密着膜は、ベース部材のショットピーニングが行われる部分において連続して形成されていてもよい。ベース部材表面に連続して形成された密着膜により粉塵の飛散を防止することができる。

ある実施形態によれば、密着膜を形成する工程はベース部材に塗装を行う工程を含み、塗装の後に、ベース部材にショットピーニングを行ってもよい。ベース部材表面に密着性を有する塗膜を形成することにより、粉塵の飛散を防止することができる。

ある実施形態によれば、ベース部材に塗装を行う工程は、ベース部材を加熱する工程を含んでもよい。実施形態に係る製造方法では、塗装後にショットピーニングを行うため、ショットピーニングによりベース部材に付与された圧縮残留応力は、塗装時の加熱により減少することはない。

ある実施形態によれば、ベース部材に塗装を行う工程は複数種類の塗膜を積層する工程を含み、複数種類の塗膜を積層した後に、ベース部材にショットピーニングを行ってもよい。実施形態に係る製造方法では、塗装後にショットピーニングを行うため、ショットピーニングによりベース部材に付与された圧縮残留応力は、塗装時の加熱により減少することはない。

ある実施形態によれば、密着膜は有機塗料を含む塗膜であってもよい。ベース部材表面に密着性を有する塗膜を形成することにより、粉塵の飛散を防止することができる。

ある実施形態によれば、密着膜は金属膜であってもよい。ベース部材表面に密着性を有する金属膜を形成することにより、粉塵の飛散を防止することができる。

ある実施形態によれば、非鉄金属は、マグネシウム合金またはアルミニウム合金であってもよい。粉塵爆発が発生しやすい材料を含むベース部材を用いる場合でも、ベース部材表面の密着膜が粉塵の飛散を防止するため、粉塵爆発を防止するための集塵装置が不要となり、製造工程を単純にすることができるとともに製造コストを低下させることができる。

ある実施形態によれば、非鉄金属部材はベース部材の表面に凹凸を有してもよい。ベース部材の表面が凹凸を有している場合でも、密着膜がその凹凸形状に対して密着を維持するため、粉塵の飛散を防止することができる。

ある実施形態によれば、非鉄金属部材はホイールであってもよい。実施形態に係る製造方法により、ホイールの強度をより高めることができる。

本発明の実施形態に係る非鉄金属部材は、上記の何れかに記載の非鉄金属部材の製造方法を用いて製造される。これにより、強度をより高めた非鉄金属部材を得ることができる。

本発明の実施形態に係る車両は、上記の何れかに記載の非鉄金属部材の製造方法を用いて製造された非鉄金属部材を有する。これにより、強度をより高めた車両を得ることができる。

本発明の実施形態に係る非鉄金属部材によれば、密着膜はベース部材の複数のくぼみに応じて変形しており、ベース部材の複数のくぼみが形成されている部分の圧縮残留応力は、複数のくぼみが形成されない場合の圧縮残留応力よりも大きい。これにより、強度をより高めた非鉄金属部材を得ることができる。

ある実施形態によれば、ベース部材の複数のくぼみが形成されている部分の圧縮残留応力は、ベース部材の複数のくぼみが形成されていない部分の圧縮残留応力よりも大きくてもよい。これにより、強度をより高めた非鉄金属部材を得ることができる。

ある実施形態によれば、非鉄金属部材はホイールであり、ホイールのリムの外周部に複数のくぼみが形成されている。これにより、強度をより高めたホイールを得ることができる。

本発明の実施形態に係る車両は、上記の何れかに記載の非鉄金属部材を有する。これにより、強度をより高めた車両を得ることができる。

本発明によれば、非鉄金属のベース部材に密着膜を形成した後、その密着膜が形成されたベース部材にショットピーニングを行う。ショットピーニングにおいてショットがベース部材に衝突しても、密着膜があるため粉塵が飛散しない。ベース部材表面の密着膜が粉塵の飛散を防止するため、粉塵爆発を防止するための集塵装置が不要となり、製造工程を単純にすることができるとともに製造コストを低下させることができる。

本発明の実施形態に係る自動二輪車のホイールを示す図である。 本発明の実施形態に係るホイールの製造方法を示すフローチャートである。 （ａ）から（ｃ）は本発明の実施形態に係る塗装工程を示す図である。 本発明の実施形態に係るショットピーニング装置を示す図である。 本発明の実施形態に係るショットピーニングが行われるベース部材の表面付近を示す図である。 本発明の実施形態に係るショットピーニング条件と塗膜の剥がれの有無との関係を示す図である。 本発明の実施形態に係るベース部材に付与された圧縮残留応力を示す図である。 比較例に係るホイールの製造方法を示すフローチャートである。 比較例に係るショットピーニング装置を示す図である。 比較例に係るベース部材に付与された圧縮残留応力を示す図である。 本発明の実施形態に係るホイールの製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るベース部材に付与された圧縮残留応力を示す図である。 本発明の実施形態に係る自動二輪車を示す図である。 ショットピーニングを説明する図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る非鉄金属部材の製造方法を説明する。以下の実施形態は例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。実施形態の説明においては、同様の構成要素には同様の参照符号を付し、重複する場合にはその説明を省略する。

本発明の実施形態に係る非鉄金属部材は、例えば自動二輪車のホイールである。図１は、本実施形態に係る自動二輪車のホイール１０を示す図である。ホイール１０は、環状のリム１２と、車軸を通すためのセンターボア部１３と、リム１２の内周部１４とセンターボア部１３とを接続するスポーク１６とを有する。本実施形態のホイール１０は、必要な強度と靭性を確保できる最小の肉厚にして軽量化を図っている。

自動二輪車の完成品において、リム１２の外周部１５にはタイヤが装着される。この例では、ホイール１０は、マグネシウム合金製のホイールである。マグネシウム合金として、例えばＭｇ−Ａｌ−Ｍｎ系合金を用いることができる。Ｍｇ−Ａｌ−Ｍｎ系合金の一例としてはＡＭ６０Ｂ（ＡＳＴＭ規格）がある。ＡＭ６０Ｂは、ＭＤＣ２Ｂ（ＪＩＳ規格）とも称される。なお、ホイール１０は、アルミニウム合金製のホイールであってもよい。アルミニウム合金として、例えばＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金を用いることができる。Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金の一例としてはＡ３５６（ＡＳＴＭ規格）がある。Ａ３５６は、ＡＣ４ＣＨ（ＪＩＳ規格）とも称される。なお、これらの材料は例であり、本発明はこれらに限定されず、別の材料が用いられてもよい。

図２は、本実施形態に係るホイール１０の製造方法を示すフローチャートである。ホイール１０は、例えば鋳造により形成される（ステップＳ１１）。この例では鋳造を行うが、鋳造の代わりに鍛造を行ってもよい。鋳造では、所定の金型にマグネシウム合金材料を注ぎ込むことにより、ホイール１０の所定形状のベース部材が得られる。

次に、得られたベース部材に対して仕上げ加工を行う（ステップＳ１２）。仕上げ加工では、鋳物表面の研磨および／または化学エッチング等を行うことにより、鋳物表面の酸化物や不純物を除去し、表面の状態を整える。次に、ホイール１０のベース部材に対して化成処理を行い（ステップＳ１３）、ベース部材表面の耐食性や塗膜の密着性を向上させる。この例では、化成処理として燐酸塩系皮膜処理を行った。

次に、ホイール１０のベース部材に密着膜を形成する（ステップＳ１４）。密着膜は、例えば有機塗料を含む塗膜であり、ホイール１０のベース部材に対して塗装を行うことで、塗膜が形成される。図３は、ホイール１０のベース部材に対する塗装工程を示す断面図である。図３（ａ）は、ホイール１０のベース部材１１の断面の一部を示している。図３（ｂ）に示すように、ベース部材１１のリムの外周部１５に塗膜２１を形成する。リムの外周部１５はタイヤに覆われて外部から視認できないが、塗膜２１を形成することでマグネシウム合金の耐食性が向上しており、また商品性が向上している。

塗装においては、ベース部材１１のリムの外周部１５に、例えばエポキシ樹脂系の塗料を塗布し、温度約１２０〜１４０℃で約１５分程度の焼き付けを行うことで、外周部１５に塗膜２１を形成する。塗膜２１として、アクリル系、メラミン系あるいはウレタン系の塗料を用いてもよい。また、リムの外周部１５の焼き付けは、下記のリムの内周部１４の焼き付けと同時に行ってもよい。

図３（ｃ）に示すように、ベース部材１１のリムの内周部１４には、プライマ層２４、ベースコート層２６、トップコート層２８の３層の塗膜を積層する。リムの内周部１４は、自動二輪車の完成品において外部に露出する部分であるため、複数種類の塗膜を積層することにより外観を向上させている。

リムの内周部１４のプライマ層２４は、例えばポリエステル樹脂系あるいはアクリル樹脂系などの厚膜溶剤塗料をベース部材１１のリムの内周部１４に塗布し、温度約１２０〜１４０℃で約１５分程度の焼き付けを行うことで形成する。次に、アクリル樹脂系などの有色溶剤塗料をプライマ層２４上に塗布し、温度約１２０〜１４０℃で約１５分程度の焼き付けを行うことでベースコート層２６を形成する。次に、クリアー溶剤塗料をベースコート層２６上に塗布し、温度約１４０℃で約２０分程度の焼き付けを行うことでトップコート層２８を形成し、３層の塗膜が得られる。

ベース部材１１に塗装を行った後、塗膜が形成されたベース部材１１にショットピーニングを行い（図２のステップＳ１５）、強度が高められたホイール１０（図１）が得られる。本実施形態のホイール１０は、必要強度と靭性を確保できる最小の肉厚にして軽量化を図っているが、ショットピーニングによって更に強度を向上させることができる。

図４は、本実施形態に係るショットピーニング装置３０を示す図である。図５は、ショットピーニングが行われるベース部材１１の表面付近を示す断面図である。図４に示すショットピーニング装置３０は、圧縮気体を出力するコンプレッサー３１と、ショット（投射材）４１を格納するタンク３２と、ショット４１を投射するノズル３３とを備える。被加工部材であるホイールのベース部材１１は、支持装置５０に支持される。コンプレッサー３１から出力された圧縮気体は、ホース３５を介してノズル３３に送り込まれ、タンク３２内のショット４１は、ホース３６を介してノズル３３に送り込まれる。ノズル３３内でショット４１は圧縮気体によって加速され、ノズル３３の先端から投射される。投射されたショット４１をベース部材１１に衝突させることで、ベース部材１１の表面が凹まされて変形し、ベース部材１１に圧縮残留応力が付与される。支持装置５０がホイールのベース部材１１を回転させる等、ベース部材１１の位置や方向を変化せることにより、リムの外周部１５の全周にわたってショットピーニングを行うことができる。なお、ノズル３３の位置を移動させることにより、リムの外周部１５の全周にわたってショットピーニングを行ってもよい。また、部分的にショットピーニングを行ってもよい。

図５を参照して、本実施形態では、ベース部材１１に塗膜２１を形成した後、その塗膜２１が形成されたベース部材１１にショットピーニングを行う。

ベース部材１１のショットピーニングが行われた部分には複数のくぼみが形成され、塗膜２１は、それらくぼみの形成に追従して変形する。この例では、ホイールのリムの外周部１５に複数のくぼみが形成され、塗膜２１はそれらくぼみの形成に追従して変形する。ショットピーニングによりくぼみが形成された部分の圧縮残留応力は、くぼみ形成前よりも大きくなる。また、くぼみが形成されている部分の圧縮残留応力は、ベース部材１１のくぼみが形成されていない部分の圧縮残留応力よりも大きくなる。

塗膜２１は、ベース部材１１のショットピーニングを行う部分において連続して形成されている。このため、ショットピーニングにおいてショット４１が高速でベース部材１１の表面に衝突しても、ベース部材１１の表面に密着した塗膜２１が僅かに削られるだけである。このように、塗膜２１によりマグネシウムの粉塵の飛散が防止されるため、粉塵爆発を防止するための集塵装置が不要となり、製造工程を単純にすることができるとともに製造コストを低下させることができる。

上述のように、ベース部材１１のショットピーニングが行われた部分には複数のくぼみが形成され、その表面は凹凸を有するようになる。ベース部材１１の表面に形成する膜は、それら凹凸に沿って変形するように密着性を有していることが望ましい。本実施形態では、密着性を有する有機系の塗膜２１を用いているため、ベース部材１１の表面の凹凸に沿って変形し、マグネシウム合金製のベース部材１１の耐食性を確保することができる。

上記の例では、密着膜として有機系の塗膜２１を用いたが、無機系の密着膜を用いてもよい。例えば、密着膜は金属膜であってもよい。この場合は、ベース部材１１のリムの外周部１５にめっきを行うことで、外周部１５に金属膜を形成する。金属膜の材料としては、延性の高い金属を用いることができ、例えば、金、銀、白金、ニッケル、銅、亜鉛、スズ等を用いることができる。

なお、塗膜２１の代わりに、ベース部材１１にフィルムを貼ることも考えられるが、例えばリム１２の外周部１５のように、ベース部材１１が凹凸を有する製品形状であるとフィルムを貼ることが困難である。また、フィルムを貼ることができたとしても、フィルムは、ショットピーニングの際にベース部材１１の表面の凹凸に追従せずに剥離し、ベース部材１１とフィルムとの間の密着を維持するのが困難である。また、ベース部材１１とフィルムとが剥離した状態でショットピーニングを行うと、フィルムが損傷したり、剥がれたフィルムにショットが衝突して圧縮残留応力が減少したりするおそれがある。上記の塗膜や金属膜は、ベース部材１１の表面の凹凸に沿って変形して密着を維持するため、塗膜や金属膜を用いることが望ましい。

密着膜として塗膜２１を用いる場合、塗膜２１にショット４１が強く衝突すると塗膜２１のはがれが発生する可能性がある。塗膜２１がはがれるとマグネシウム合金製のベース部材１１の耐食性が低下したり、商品性が低下したりする。本願発明者は、ベース部材１１に所望の圧縮残留応力を付与することができ、且つ塗膜２１がはがれないショットピーニングの方法について鋭意研究を行い、それらを両立するショットピーニング方法を見出した。

図６は、ショットピーニング条件と塗膜の剥がれの有無との関係を示している。この例では、ベース部材１１の材料はＡＭ６０Ｂ、塗膜の材料はエポキシ樹脂系塗料、塗膜の厚さは２０μｍである。

実験を行った多くのショットピーニング条件において塗膜２１のはがれが発生したが、本願発明者は試行錯誤を重ね、塗膜２１がはがれず且つ所望の圧縮残留応力を付与できるショットピーニング条件を見出した。ショットピーニング条件として、材料がＺｎで直径が０．３ｍｍのショット（投射材）を用い、投射圧０．１ＭＰａ、投射距離２００ｍｍ、投射時間６０秒のとき、塗膜２１がはがれず且つ所望の圧縮残留応力を付与できた。また、材料がＺｎで直径が０．３ｍｍのショットを用い、投射圧０．１ＭＰａ、投射距離１００ｍｍ、投射時間３０秒のとき、塗膜２１がはがれず且つ所望の圧縮残留応力を付与できた。また、材料がＺｎで直径が０．４ｍｍのショットを用い、投射圧０．１ＭＰａ、投射距離１００ｍｍ、投射時間３０秒のとき、塗膜２１がはがれず且つ所望の圧縮残留応力を付与できた。

図７は、ベース部材１１に付与された圧縮残留応力を示す図である。縦軸は圧縮残留応力を示し、横軸はベース部材１１の表面からの深さを示している。この例におけるショットピーニング条件は、ショットの材料がＺｎで直径は０．３ｍｍ、投射圧０．１ＭＰａ、投射距離１００ｍｍ、投射時間３０秒である。図７に示すように、マグネシウム合金製のベース部材１１に約８０ＭＰａの圧縮残留応力が付与できており、強度を高めることができている。

圧縮残留応力は、材料の表面に窪みができることに対する反作用の力で発生する。窪みは、材料の降伏点が低いほど形成されやすい。合金の組成にもよるが、マグネシウムの降伏点は約１２０ＭＰａと、一般的な鋼の降伏点（約４００ＭＰａ）よりも低いため、上記のような衝突エネルギーが小さい条件下でも、圧縮残留応力の付与が可能である。

また、アルミニウムの降伏点も約２００ＭＰａと低いため、比較的小さな投射圧でも圧縮残留応力の付与が可能である。このため、アルミニウム合金製の部材の製造においても、本実施形態の製造方法を適用することにより、粉塵の飛散を防止することができるとともに、圧縮残留応力の付与を行うことができる。アルミニウムは粉塵爆発が発生しやすい材料であるため、本実施形態の粉塵の飛散を防止する製造方法は有用である。

なお、上記のショットピーニング条件は例であり、本発明はそれらに限定されない。例えば、ショットの材料として、ガラス、樹脂、アルミナ等の密度の小さい材料を用いてもよい。

次に、比較例として、ショットピーニングを行った後に塗装を行うマグネシウム合金製の部材の製造方法を説明する。図８は、比較例の製造方法を示すフローチャートである。図８に示すステップＳ２１およびＳ２２の工程は、図２に示すステップＳ１１およびＳ１２の工程と同じであるので、ここでは説明を省略する。

ステップＳ２２の仕上げ加工の後、マグネシウム合金製のベース部材に対してショットピーニングを行う（ステップＳ２３）。

図９は、比較例におけるショットピーニング工程を示す図である。比較例におけるショットピーニングは、集塵装置６０が設置された環境で行う必要がある。図１４を用いて説明したように、マグネシウム合金製のベース部材の表面を直接露出させた状態で、ショットが衝突する。そうすると、衝撃でベース部材の表面から微少な金属片が分離する。マグネシウムは粉塵爆発が発生しやすい材料であるので、粉塵爆発を防止するために、集塵装置６０が設置された環境でショットピーニングを行う必要がある。マグネシウム合金製のベース部材７１の表面から分離して飛散した粉塵７２は、集塵装置６０のノズル６１から吸引され、集塵装置６０内部の容器に堆積される。このように、マグネシウムの粉塵が発生する場合は、集塵装置６０が設置された環境が必要となり、製造工程が複雑化するとともに高コスト化する。

なお、比較例では、塗装の前にショットピーニングを行うため、塗装のはがれを考慮する必要が無い。このため、投射条件が強めのショットピーニングを行って大きな圧縮残留応力を付与することは可能である。図１０は、ベース部材に付与された圧縮残留応力を示す図である。縦軸は圧縮残留応力を示し、横軸はベース部材１１の表面からの深さを示している。

図１０に示す実線８１は、上述した本実施形態の製造方法において付与された圧縮残留応力を示しており、図７に示す圧縮残留応力と同じである。図１０に示す点線８３は、比較例のショットピーニングにおいて付与された圧縮残留応力を示している。比較例におけるベース部材の材料はＡＭ６０Ｂであり、比較例におけるショットピーニング条件は、ショットの材料がＺｎで直径は０．３ｍｍ、投射圧０．３ＭＰａ、投射距離２００ｍｍ、投射時間６０秒である。このように、比較例では、塗装のはがれを考慮する必要が無いため、投射条件が強めのショットピーニングを行って大きな圧縮残留応力を付与することができる。しかし、後述するように、ショットピーニング後の工程において、圧縮残留応力は低下することになる。

比較例において、集塵装置６０が設置された環境でショットピーニングを行った後、化成処理を行う（ステップＳ２４）。この化成処理では、ベース部材の表面を清浄化するためにエッチング処理を行うが、このときベース部材の表面が削られるため、ベース部材の圧縮残留応力が低下する。図１０に示す点線８４は、化成処理後のベース部材の圧縮残留応力を示している。ショットピーニング直後の圧縮残留応力（点線８３）と比較して、化成処理後は圧縮残留応力が低下していることが分かる。

次に、化成処理の後、ベース部材に対して塗装を行う（ステップＳ２５）。この比較例においては、塗料としてエポキシ樹脂系塗料を用い、温度１７０℃で２０分の焼き付けを行った。図１０に示す点線８５は、塗装後のベース部材の圧縮残留応力を示している。塗装後は圧縮残留応力がわずかになっていることが分かる。

マグネシウムは、クリープ変形が顕著に表れる温度が約１００℃と低いため、ショットピーニングによりベース部材に付与された圧縮残留応力は、塗装の焼き付け工程時の加熱により大きく減少してしまうことになる。マグネシウム合金の耐食性を向上させたり、商品性を向上させたりするためには塗装を行うことが望ましいが、その塗装によって圧縮残留応力が大きく減少するという問題がある。

一方、図１から図７を用いて説明した本実施形態の製造方法では、塗装後にショットピーニングを行うため、ショットピーニングによりベース部材に付与された圧縮残留応力は、塗装の焼き付け工程時の加熱により減少することはない。このため、所望の強度の金属部材（例えばホイール１０）を得ることができる。

次に、本実施形態の製造方法の別の例を説明する。図６を参照して説明したショットピーニング条件によって、塗膜２１がはがれずに且つ所望の圧縮残留応力を付与できることを示した。以下では、そのようなショットピーニング条件よりも強いショットピーニングを塗装後のベース部材に対して行い、その後、低温塗装により塗膜の傷を修復する製造方法を説明する。

図１１は、低温塗装を含む製造方法を示すフローチャートである。図１１に示すステップＳ３１からＳ３４の工程は、図２に示すステップＳ１１からＳ１４の工程と同じであるので、ここでは説明を省略する。ステップＳ３５においてベース部材に対してショットピーニングを行う。この例におけるショットピーニング条件は、ショットの材料がＺｎで直径は０．３ｍｍ、投射圧０．３ＭＰａ、投射距離１００ｍｍ、投射時間３０秒である。この例では、やや強めのショットピーニングを塗装後のベース部材に対して行うため、塗膜には傷が発生する（この際、傷が大きいと露出したベース部材の表面にショットが衝突して微少な金属片が剥離する場合がある）。ステップＳ３６の低温塗装においてその塗膜の傷を修復する。低温塗装としては、例えば、塗料としてウレタン系塗料を用い、温度８０℃で塗装を行うことができる。低温塗装により傷を修復することができるが、低温塗装における焼付け時の応力緩和のため、圧縮残留応力は低下する。

図１２は、低温塗装後の圧縮残留応力を示す図である。縦軸は圧縮残留応力を示し、横軸はベース部材１１の表面からの深さを示している。図１２に示す一点鎖線８７は、低温塗装後の圧縮残留応力を示している。低温塗装により圧縮残留応力が低下し、上述の実施形態の製造方法により得られた圧縮残留応力（実線８１）よりも低い値になってしまう。

なお、上記の実施形態の説明では、非鉄金属部材の一例として自動二輪車のホイールを例示したが、自動二輪車の別の非鉄金属部材にも本発明は適用可能である。例えば、自動二輪車のフレームやボディにも本発明は適用可能である。

図１３は、本発明の実施形態に係る自動二輪車１００を示す側面図である。自動二輪車１００はメインフレーム１０２を備えている。メインフレーム１０２の前端上部にはヘッドパイプ１０３が設けられている。ヘッドパイプ１０３にはステアリングシャフト１０４が挿通されている。ステアリングシャフト１０４の上端部にはハンドル１０５が連結されている。

ステアリングシャフト１０４の下端部には一対の伸縮可能なフロントフォーク１０７が連結されている。これより、ハンドル１０５の回転操作によってフロントフォーク１０７が揺動する。フロントフォーク１０７の下端部には前輪１０８が回転可能に取り付けられている。フロントフォーク１０７の伸縮により前輪１０８の振動が吸収される。また、フロントフォーク１０７の下端部には前輪ブレーキ１１０が取り付けられ、ブレーキレバーの操作により前輪１０８の回転を制動する。前輪１０８の上部には、前輪カバー１１１がフロントフォーク１０７に固定されている。

メインフレーム１０２の上部には、燃料タンク１１５とシート１１６とが前後に並んで保持されている。燃料タンク１１５の下方には、エンジン１１７と変速機１１８とがメインフレーム１０２に保持されている。メインフレーム１０２には、カバー１１２が取り付けられ、ハンドル１０５周りやエンジン１１７周りを保護している。

メインフレーム１０２の下部後側にはスイングアーム１２１が揺動可能に支持されている。スイングアーム１２１の後端部には、ドリブンスプロケット１２２および後輪１２３が回転可能に支持されている。後輪１２３には、後輪ブレーキ１２６が設けられている。ドライブスプロケット１２０とドリブンスプロケット１２２との間には、チェーン１２４が懸架されており、エンジン１１７で発生した駆動力は、チェーン１２４を介して後輪１２３に伝達される。

なお、上記の実施形態の製造方法で製造されたホイール１０は、前輪１０８および後輪１２３のホイールとして用いることができる。また、本発明は、ホイール以外の非鉄金属部材にも適用可能である。例えば、メインフレーム１０２、カバー１１１および１１２等に本発明は適用可能であるが、それら以外の部材にも適用可能であることは言うまでもない。

また、上述の説明では、非鉄金属部材が搭載される乗り物は自動二輪車等の車両であったが、本発明は車両に限定されず、船舶や航空機にも適用可能である。また、乗り物は、人が乗る輸送機械に限定されず、無人で動作する輸送機械であってもよい。また、本発明はロボット等の機械、建築物等の構造物にも適用することができる。本発明は、非鉄金属部材を用いる機械および構造物に適用することができる。

上述の実施形態の説明は、本発明の例示であり、本発明を限定するものではない。また、上述の実施形態で説明した各構成要素を適宜組み合わせた実施形態も可能である。本発明は、特許請求の範囲またはその均等の範囲において、改変、置き換え、付加および省略などが可能である。

本発明は、非鉄金属部材を用いる技術分野において特に有用である。

１０ ホイール
１１、７１ ホイールのベース部材
１２ リム
１３ センターボア部
１４ リムの内周部
１５ リムの外周部
１６ スポーク
２１ 塗膜
２４ プライマ層
２６ ベースコート層
２８ トップコート層
３０ ショットピーニング装置
３１ コンプレッサー
３２ タンク
３３ ノズル
４１、２０１ ショット（投射材）
５０ 支持装置
６０ 集塵装置
６１ ノズル
７２、２０２ 粉塵
１００ 自動二輪車
２００ 金属部材

Claims (8)

1. 非鉄金属部材の製造方法であって、
   非鉄金属の所定形状のベース部材を形成する工程と、
   前記ベース部材の表面に密着膜を形成する工程と、
   前記密着膜が形成された前記ベース部材にショットピーニングを行って非鉄金属部材を得る工程と、
   を含み、
   前記密着膜を形成する工程は、前記ベース部材に塗装を行う工程を含み、
   前記塗装の後に、前記ベース部材にショットピーニングを行う、非鉄金属部材の製造方法。
2. 前記密着膜は、前記ベース部材の前記ショットピーニングが行われる部分において連続して形成されている、請求項１に記載の非鉄金属部材の製造方法。
3. 前記ベース部材に塗装を行う工程は、前記ベース部材を加熱する工程を含む、請求項１または２に記載の非鉄金属部材の製造方法。
4. 前記ベース部材に塗装を行う工程は、複数種類の塗膜を積層する工程を含み、
   前記複数種類の塗膜を積層した後に、前記ベース部材にショットピーニングを行う、請求項１から３のいずれかに記載の非鉄金属部材の製造方法。
5. 前記密着膜は有機塗料を含む塗膜である、請求項１から４のいずれかに記載の非鉄金属部材の製造方法。
6. 前記非鉄金属は、マグネシウム合金またはアルミニウム合金である、請求項１から５のいずれかに記載の非鉄金属部材の製造方法。
7. 前記非鉄金属部材は前記ベース部材の表面に凹凸を有する、請求項１から６のいずれかに記載の非鉄金属部材の製造方法。
8. 前記非鉄金属部材はホイールである、請求項１から７のいずれかに記載の非鉄金属部材の製造方法。

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