JP7708465B1 - アルミホイールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミホイールの強度、靭性および軽量性を確保しつつ生産性を高めることが可能な鋳造方法を提供する。
【解決手段】ダイカスト鋳造工程を含んだアルミホイールの製造方法であって、鋳造工程には、金型１０にＡｌ合金溶湯を注湯後、注湯口を密閉した射出スリーブ２１から金型１０内を真空吸引する第一真空段階と、第一真空段階後、アルミホイールが成形されるキャビティ１４から金型１０内を真空吸引する第二真空段階とを含むアルミホイールの製造方法。
【選択図】図１３

Description

本願発明は、アルミホイールの製造方法に関するものである。

従来のアルミホイールの鋳造では、強度、靱性、軽量性を確保するために、重力鋳造後に熱処理を施す方法が採用されている（例えば、特許文献１参照）。重力鋳造は、注湯速度が比較的遅く、溶湯に空気が混入しにくい。このため、アルミホイールの内部品質が良く、高い靭性が確保される。また、重力鋳造後に熱処理を施すことで、アルミホイールのスポークやリムの断面を小さくしても必要な強度を維持することができるため、アルミホイール全体の軽量性を向上させることができる。

特開２００６－１０３５７７号公報

しかし、重力鋳造は鋳造に時間がかかるため、生産性が低いというデメリットがある。生産性を高めるためには、高圧かつ高速で溶湯を充填するダイカスト鋳造を採用することが考えられる。しかし、ダイカスト鋳造は溶湯に空気が混入しやすいため、重力鋳造と比較してアルミホイールの内部品質が悪くなりやすい。また、ダイカスト鋳造後に熱処理を施した場合、ブリスター（溶湯に混入した空気による欠陥）が発生してアルミホイールの靱性がさらに低下するという問題があるため、熱処理によって強度を向上させることは難しい。したがって、ダイカスト鋳造でアルミホイールの強度と靱性を確保するためには、アルミホイールのスポークやリムの断面積をある程度の大きさにする必要があり、アルミホイール全体の重量が大きくなってしまう。

以上より、アルミホイールの鋳造においては、アルミホイールの強度、靭性および軽量性を確保しつつ生産性を高めることは困難であるという問題があった。

本願発明は、上記のような現状を検討して改善を施したアルミホイールの製造方法を提供することを技術的課題としている。

本願発明は、ダイカスト鋳造工程を含んだアルミホイールの製造方法であって、鋳造工
程には、金型にＡｌ合金溶湯を注湯後、注湯口を密閉した射出スリーブから前記金型内を
真空吸引する第一真空段階と、第一真空段階後、アルミホイールが成形されるキャビティ
から前記金型内を真空吸引する第二真空段階とを含み、第二真空段階では、前記キャビティ部の中心部分から放射状に等間隔で位置した複数の真空装置接続部から同時に真空吸引するというものである。

また、本願発明のアルミホイールの製造方法において、鋳造工程後の熱処理をしないようにしてもよい。

本願発明に係るアルミホイールの製造方法に用いる鋳造用Ａｌ合金は、８．０～１０．０質量％のＳｉ、０．２５～０．４０質量％のＭｇ、０．３０～０．５０質量％のＦｅ、０．２８～０．５２質量％のＭｎ、０．０８～０．２２質量％のＣｕ、０．０４～０．１５質量％のＴｉ、および０．００７５～０．０２８質量％のＳｒを含むと共に、残部にＡｌを含んでいるものであることが好ましい。

前記Ｆｅと前記Ｍｎとの含有率の和が１．０質量％以下に制限されている。また、前記Ｓｒは、溶解工程では添加されず、前記溶解工程で得られたＡｌ合金溶湯中のＡｌ酸化物およびＨ_２ガスを除去する溶湯処理工程のときに添加されている。前記Ｍｇは、前記溶解工程では添加されず、前記溶湯処理工程のときに添加されているものであってもよい。

本願発明は生産性の高いダイカスト鋳造で、アルミホイールの強度および靭性を十分に確保することができる。また、アルミホイールのスポークやリムの断面を小さくしても必要な強度を維持することができるため、アルミホイール全体の軽量性を向上させることができる。さらに、ダイカスト鋳造後の熱処理をしないため、より生産性を向上させることができる。したがって、本願発明のアルミホイールの製造方法は、アルミホイールの強度、靭性および軽量性を確保しつつ生産性を高めることを可能とする。

本願発明の製造工程を示すフロー図である。 他社合金および本願合金の組成範囲と、実施例および比較例の成分組成とを示した図である。 ダイカスト鋳造法で得られた鋳造物の引張強度、降伏強度、および伸び率を測定した結果を示す図である。 ダイカスト鋳造時のＡｌ合金溶湯温度と鋳造物の引張強度および降伏強度との関係を示すグラフである。 ダイカスト鋳造時のＡｌ合金溶湯温度と鋳造物の伸び率との関係を示すグラフである。 ダイカスト鋳造時の金型温度と鋳造物の引張強度および降伏強度との関係を示すグラフである。 ダイカスト鋳造時の金型温度と鋳造物の伸び率との関係を示すグラフである。 ダイカスト鋳造時の金型真空度と鋳造物の引張強度および降伏強度との関係を示すグラフである。 ダイカスト鋳造時の金型真空度と鋳造物の伸び率との関係を示すグラフである。 低圧鋳造法で熱処理レスの鋳造物とＴ６処理済の鋳造物との成分組成とを示す図である。 低圧鋳造法で得られた熱処理レスの鋳造物とＴ６処理済の鋳造物との引張強度、降伏強度、および伸び率を測定した結果を示す図である。 本願発明の鋳造工程を示すフロー図である。 実施形態に係る鋳造装置１の断面を示す模式図であり、鋳造工程（ステップ１）を説明する図である。 実施形態に係る鋳造装置１の断面を示す模式図であり、鋳造工程（ステップ２）を説明する図である。 実施形態に係る鋳造装置１の断面を示す模式図であり、鋳造工程（ステップ３）を説明する図である。 実施形態に係る鋳造装置１の断面を示す模式図であり、鋳造工程（ステップ４）を説明する図である。 実施形態に係る鋳造装置１の断面を示す模式図であり、鋳造工程（ステップ５）を説明する図である。 実施形態に係る鋳造装置１の断面を示す模式図であり、鋳造工程（ステップ６）を説明する図である。 実施形態に係る鋳造装置１の断面を示す模式図であり、鋳造工程（ステップ７）を説明する図である。 実施形態に係る鋳造装置１の中間型１２を示す概略平面図である。 図２０の要部拡大図である。

以下に、本願発明を具体化した実施形態を図面に基づき説明する。図２に示すように、本願発明に係る鋳造用Ａｌ合金およびＡｌ合金鋳造物の組成は、質量基準で、８．０質量％以上１０．０質量％以下のＳｉ（シリコン、ケイ素）、０．２５質量％以上０．４０質量％以下のＭｇ（マグネシウム）、０．３０質量％以上０．５０質量％以下のＦｅ（鉄）、０．２８質量％以上０．５２質量％以下のＭｎ（マンガン）、０．０８質量％以上０．２２質量％以下のＣｕ（銅）、０．０４質量％以上０．１５質量％以下のＴｉ（チタン）、および０．００７５質量％以上０．０２８質量％以下のＳｒ（ストロンチウム）を含むと共に、残部にＡｌ（アルミニウム）と不可避不純物とを含んでいるものである。

Ｓｉは、鋳造性、特に湯流れ性の改善に貢献する重要な合金成分（元素）である。鋳造用Ａｌ合金全体に対するＳｉの含有率は上記のとおり、８．０質量％以上１０．０質量％以下の範囲であるのがよい。Ｓｉ含有率が少なすぎる（８．０質量％に満たない）場合は、流動性不足で湯流れ性を確保できないし、鋳造割れ等も発生しやすくなる。逆に、１０．０質量％を超える過剰なＳｉを含有していると、Ａｌ合金鋳造物の伸び率を低下させることになる。

Ｍｇは、主に鋳造用Ａｌ合金中のＡｌ母材に固溶した状態、またはＭｇ_２Ｓｉとして存在し、引張強度および降伏強度の向上に有効な合金成分である。鋳造用Ａｌ合金全体に対するＭｇの含有率は、０．２５質量％以上０．４０質量％以下であることが望ましい。上記の範囲内でＭｇを含有していれば、鋳造性やＡｌ合金鋳造物の伸び率に大きな影響を及ぼすことなく、Ａｌ合金鋳造物の引張強度および降伏強度等の機械的性質を向上できる。Ｍｇ含有率が少なすぎる（０．２５質量％に満たない）場合は、金型に対する焼き付きが生じやすくなり、Ｍｇ含有率が多すぎる（０．４０質量％を超える）場合は、Ａｌ合金鋳造物の伸び率を低下させる傾向が現れる。

Ｆｅは、鋳造時の金型に対する焼き付きを防止する作用を呈する合金成分である。鋳造用Ａｌ合金全体に対するＦｅの含有率は、０．３０質量％以上０．５０質量％以下の範囲であるのが好適である。Ｆｅ含有率が多すぎる（０．５０質量％を超える）場合は、Ａｌ－Ｓｉ－Ｆｅ系針状晶（三元化合物）が生成され、Ａｌ合金鋳造物の伸び率を著しく低下させる。Ｆｅ含有率が０．５０質量％以下であれば、針状晶の生成が抑制されて、Ａｌ合金鋳造物の伸び率に対する悪影響が抑えられる。

Ｍｎは、鋳造時の金型に対する焼き付きを防止すると共に、Ａｌ－Ｓｉ－Ｆｅからなる針状晶の生成を抑制して、Ａｌ合金鋳造物の伸び率を確保するために添加される合金成分である。鋳造用Ａｌ合金全体に対するＭｎの含有率は、０．２８質量％以上０．５２質量％以下の範囲であるのがよい。Ｍｎ含有率を０．３９質量％以下に設定すれば、金型に対する離型性が向上する。また、Ｍｎ含有率が０．５２質量％を超えると、Ａｌ結晶粒が粗大化して伸び率が低下する。したがって、０．３９質量％以下の範囲でＭｎを含有させれば、Ａｌ合金鋳造物の伸び率の低下を抑制しつつ離型性向上を図れる。

前述のとおり、Ｍｎは、Ｆｅとの関係において、Ａｌ－Ｓｉ－Ｆｅ系針状晶の生成を抑制する作用を呈する。本発明者らの調査研究によると、ＦｅとＭｎとの含有率の和が１．０（質量％）以下であれば（Ｆｅ＋Ｍｎ≦１．０）、針状晶生成の抑制効果が極めて高いことを見出した。

Ｃｕは、Ａｌ母材に固溶してＡｌ合金鋳造物の機械的性質、特に引張強度および降伏強度の向上に有効な合金成分である。鋳造用Ａｌ合金全体に対するＣｕの含有率は、０．０８質量％以上０．２２質量％以下の範囲にするのが好適である。上記の範囲内でＣｕを含有していれば、耐食性を損なうことなく、Ａｌ合金中への固溶強化作用を有効に発揮できる。Ｃｕ含有率が多すぎる（０．２２質量％を超える）場合は、Ａｌ合金鋳造物の耐食性の低下と伸び率の低下とを招来する。

Ｔｉは、Ａｌ結晶粒を微細化させるのに有効な合金成分である。Ｔｉ含有率が少なすぎる（０．０４質量％に満たない）場合は、Ａｌ結晶粒が粗大化して伸び率、引張強度および降伏強度を低下させるのに対して、Ｔｉ含有率が多すぎる（０．１５質量％を超える）場合は、Ｓｉ結晶粒（共晶Ｓｉ）を結晶粒界に集中させすぎて欠陥部になってしまい、この場合も伸び率、引張強度および降伏強度を低下させることになる。したがって、鋳造用Ａｌ合金全体に対するＴｉの含有率は、０．０４質量％以上０．１５質量％以下の範囲にするのが望ましい。そうすれば、Ａｌ結晶粒の微細化の度合いが、Ａｌ結晶粒内にデンドライト形状が残る程度に調整され、Ｓｉ結晶粒が鋳造組織全体に細かく分散して、安定かつ均一な鋳造組織が得られることになる。

Ｓｒは、Ｓｉ結晶粒を微細化させ、鋳放し（鋳造後熱処理なし）のままでも伸び率、引張強度および降伏強度の向上に有効な合金成分である。かかる効果は、０．００７５質量％以上のＳｒ添加で顕著に発揮される。これに対して、０．０２８重量％を超える過剰のＳｒが添加されると、Ａｌ－Ｓｉ－Ｓｒ系三元化合物が生成され過改良になると共に、鋳造欠陥が生じやすくなり、伸び率、引張強度および降伏強度といった機械的性質の低下を招来する。Ｓｒの添加は、鋳放しのままで、Ｓｉ結晶粒を球状化しつつ微細化させる作用を呈する。Ｓｉ結晶粒を球状化すれば、応力集中は抑制されることになるから、鋳造用Ａｌ合金の組成にＳｒを含めると、その作用によって溶体化処理等の熱処理を省略でき、鋳放し状態の熱処理レスであるにも拘らず、伸び率、引張強度および降伏強度等の機械的性質を十分に確保したＡｌ合金鋳造物が得られることになる。したがって、鋳造用Ａｌ合金全体に対するＳｒの含有率は、０．００７５質量％以上０．０２８質量％以下の範囲にするのが好適である。

本願発明において、Ｚｎ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｃｄ等の合金成分は、不可避不純物として取り扱っている。Ｚｎについては、含有率が多すぎるとＣｕと同様に耐食性を損なわせる働きをするため、含有率を０．１５質量％以下に制限されている。Ｃａは、鋳造組織を不安定なものにし、湯流れを劣化させる有害な合金成分であるため、含有率を０．００５質量％以下に制限されている。その他の不可避不純物の含有率は、０．１質量％以下に押さえるのが望ましい。

なお、使用するＡｌ原材料の純度（品質）について特に限定はない。精製を十分に行えば良好な機械的性質を有するＡｌ合金鋳造物を得やすくなる。ただし、精製には多大なコストを要するから、その他の不可避不純物等が含まれていても差し支えない。例えば純度の高いＡｌ塊（インゴット）とリサイクル材とを適宜割合で配合したりしてもよい。

さて、本願発明の鋳造用Ａｌ合金やＡｌ合金鋳造物を製造するに際しては、まず主要合金成分であるＡｌ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｔｉ，ＳｒのうちＭｇ，Ｓｒ以外の各合金成分を含有した原材料を溶解保持炉に投入して、これら原材料を溶解させる（溶解工程、図１参照）。ここでは、脱滓用のフラックスを添加して脱滓処理が行われる。溶解工程でのＡｌ合金溶湯温度は、７３０℃±１０℃の範囲内に制御される。Ｍｇ，Ｓｒを含有した原材料は、溶解保持炉には投入されない。

次いで、溶解保持炉で溶解されたＡｌ合金溶湯は、７５０℃±５０℃の範囲内で予熱された取鍋に移され、Ｎ_２ガスを用いた回転バブリングによって、Ａｌ合金溶湯中のＡｌ酸化物およびＨ_２ガスが除去される（溶湯処理工程）。溶湯処理工程は、Ａｌ合金溶湯の量にもよるが、おおよそ１０～１５分程度実行される。そして、溶湯処理工程のときＭｇやＳｒを含有した原材料（二次合金地金）は、鋳造用Ａｌ合金の組成が前述した所定割合になるように取鍋に投入される（二次合金投入処理）。溶湯処理工程会誌から５分以降でフラックスを投入すると共に、Ｎ_２ガスでの回転バブリングをすることによって、Ａｌ合金溶湯中のＡｌ酸化物およびＨ_２ガスが除去される。

溶湯処理工程の処理時間が例えば１２分間である場合、Ａｌ合金溶湯中にＭｇやＳｒを均一に撹拌できるだけの時間を確保する必要がある。また、溶湯温度の管理が極めて重要であり、溶湯処理工程終了後のＡｌ合金溶湯温度は、６８０℃±１０℃の範囲内に制御される。ＭｇやＳｒといった合金成分はＡｌ合金溶湯の熱で焼損しやすいので、本願発明では溶解工程ではなく溶湯処理工程で投入して、ＭｇやＳｒの焼損を防止している。

二次合金地金としては、例えばＡｌＭｎ２０（Ｍｎ：２０質量％含有）や、ＡｌＳｒ１０（Ｓｒ：１０質量％含有）を用いればよい。もちろん、合金成分の調整のために、ＡｌＳｉ５０（Ｓｉ：５０質量％含有）、ＡｌＣｕ５０（Ｃｕ：５０質量％含有）、Ｍｇ９９．９％、ＡｌＴｉ５Ｂ１（Ｔｉ：５質量％、Ｂ：１質量％含有）等を取鍋に添加してもよいことは言うまでもない。なお、溶湯処理工程中に脱滓処理を行ったりしてもよい。Ｓｒ含有の原材料だけ溶湯処理工程で添加し、Ｍｇ含有の原材料は溶解工程で添加しても構わないが、両方とも、溶湯処理工程で添加するのが望ましい。

次いで、溶湯処理工程を経て精製されたＡｌ合金溶湯を取鍋から手元保持炉に移し替える（手元保持工程）。手元保持炉でのＡｌ合金溶湯温度は、６６５℃±５℃の範囲内に制御される。そして、精製されたＡｌ合金溶湯を手元保持炉から所定の金型（鋳型）にダイカストマシンまたは低圧鋳造機にて圧力をかけて鋳込んで固化させることによって、鋳造用Ａｌ合金またはＡｌ合金鋳造物が成形される（鋳造工程）。ここで、手元保持炉から金型に鋳込まれたＡｌ合金溶湯温度が６６５℃±５℃程度を維持するように、金型温度は１８０℃～２２０℃の範囲内に設定される。ダイカスト鋳造法を採用した場合、金型の真空度は５０ｍｂａｒ～１００ｍｂａｒの範囲内に設定される。

本願発明のＡｌ合金鋳造物は、従来公知のダイカスト鋳造法、低圧鋳造法、または重力鋳造法によって製造することが可能である。そこで、各実施例において本願発明を具体的に説明する。なお、本願発明は下記実施例の内容に限定されるものではなく、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。

図２には、他社の鋳造用Ａｌ合金（以下、他社合金という。）および本願発明の鋳造用Ａｌ合金（以下、本願合金という。）の組成範囲と、実施例ならびに比較例の成分組成とを示している。図３には、他社合金、実施例および比較例について、同一金型を用いたダイカスト鋳造法によって得られた大型鋳造物（ギガダイカスト）からテストピースを切り出し、確性値として引張強度、降伏強度、および伸び率を測定した結果を示している。図３の値は、それぞれ５個ずつのテストピースを用いて測定した平均値である。

また、図３には、ダイカスト鋳造時の湯流れ性、金型への焼き付き、および鋳造物の割れについて評価した結果も併せて示している。図２および図３に示す他社合金は、ＡｌＳｉ１０ＭｎＭｇに相当すると解されるアルコア社製のＣ３７０と呼ばれる鋳造用Ａｌ合金である。比較例１はＳｒ含有率を本願合金の下限付近にした場合、比較例２はＳｒ含有率を本願合金の上限付近にした場合である。他社合金、実施例および比較例はいずれも、熱処理を実行していない鋳放し状態のものである。

図３から明らかなように、本願発明の実施例１および２は、いずれも鋳放し状態で、２８０ＭＰａ前後の引張強度、１４０ＭＰａ前後の降伏強度、１４％前後の伸び率を示していて、他社合金ならびに比較例１および２の機械的性質を大きく上回った。実施例１および２の機械的性質は、例えば自動車分野の構造部品に対する要求水準を大幅に凌駕しているのであり、鋳放し状態の熱処理レスであるにも拘らず、十分に使用に耐え得ることが分かった。また、実施例１および２は、鋳造時の湯流れ性もよく、焼き付きも生じていなかった。さらに、大型鋳造物の割れも見られず、全体として極めて良好な鋳造性を示していた。なお、比較例１および２では、大型鋳造物の割れが散見される結果となった。

図４には、本願発明におけるダイカスト鋳造時のＡｌ合金溶湯温度とＡｌ合金鋳造物の引張強度および降伏強度との関係を示している。図４から分かるように、Ａｌ合金溶湯温度が６６５℃～±５℃の範囲内であれば、Ａｌ合金鋳造物は極めて高い引張強度および降伏強度を取得できる。図５には、本願発明におけるダイカスト鋳造時のＡｌ合金溶湯温度とＡｌ合金鋳造物の伸び率との関係を示している。この場合も、Ａｌ合金溶湯温度が６６０℃～６７０℃の範囲内であれば、Ａｌ合金鋳造物は極めて高い伸び率を取得できる。

図６には、本願発明におけるダイカスト鋳造時の金型温度とＡｌ合金鋳造物の引張強度および降伏強度との関係を示している。図６から分かるように、金型温度が１８０℃～２２０℃の範囲内であれば、Ａｌ合金鋳造物は極めて高い引張強度および降伏強度を取得できる。図７には、本願発明におけるダイカスト鋳造時の金型温度とＡｌ合金鋳造物の伸び率との関係を示している。この場合も、金型温度が１８０℃～２２０℃の範囲内であれば、Ａｌ合金鋳造物は極めて高い伸び率を取得できる。詳細は不明であるが、金型温度が１８０℃～２２０℃の範囲内にあれば、ダイカスト鋳造時のＡｌ合金溶湯温度を６６０℃～６７０℃の範囲内に維持しやすくなると考えられ、金型温度のおかげでＡｌ合金溶湯温度が低下しにくく、Ａｌ合金溶湯温度が６６０℃～６７０℃の範囲内にあることで、Ａｌ合金鋳造物は、良好な機械的性質を取得しているものと解される。

図８には、本願発明におけるダイカスト鋳造時の金型真空度とＡｌ合金鋳造物の引張強度および降伏強度との関係を示している。図８から分かるように、金型真空度が５０ｍｂａｒ～１００ｍｂａｒの範囲内であれば、Ａｌ合金鋳造物は極めて高い引張強度および降伏強度を取得できる。図９には、本願発明におけるダイカスト鋳造時の金型真空度とＡｌ合金鋳造物の伸び率との関係を示している。この場合も、金型真空度が５０ｍｂａｒ～１００ｍｂａｒの範囲内であれば、Ａｌ合金鋳造物は極めて高い伸び率を取得できる。

以上の説明から分かるように、本願発明によると、鋳放し状態（鋳造後熱処理レス）であっても、Ａｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系合金と同等の鋳造性を示すと共に、良好な機械的性質（伸び率、引張強度および降伏強度等）を示す鋳造用Ａｌ合金ひいてはＡｌ合金鋳造物が得られ、コストのかかる熱処理を省略でき、安価なコストで鋳造用Ａｌ合金およびＡｌ合金鋳造物を提供できる。

特に本願発明では、溶湯処理工程時にＭｇやＳｒを含有した原材料（二次合金地金）を、鋳造用Ａｌ合金の組成が前述した所定割合になるように添加するから、ＭｇやＳｒといった合金成分がＡｌ合金溶湯の熱で焼損するのを抑制でき、鋳造用Ａｌ合金やＡｌ合金鋳造物において、ＭｇやＳｒの添加作用を確実に発揮できる。したがって、鋳造用Ａｌ合金やＡｌ合金鋳造物の品質・歩留を向上できる。

本願発明は、鋳造後の熱処理を一切排除することを企図しているわけではない。例えばより高い機械的性質（特に引張強度および降伏強度）を要求される低圧鋳造用途では、Ｔ４処理（溶体化処理後、自然時効させること）、Ｔ５処理（高温加工から冷却後、人工時効硬化処理をすること）、Ｔ６処理（溶体化処理後、人工時効硬化処理をすること）、またはＴ７処理を施すことも可能である。

図１０には、本願合金の実施例３（熱処理レス）と実施例４（Ｔ６処理済）との成分組成とを示している。なお、実施例３および４の成分組成は全く同じである。図１１には、実施例３および４について、同一金型を用いた低圧鋳造法にて得られた熱処理レスの鋳造物（実施例３）とＴ６処理した鋳造物（実施例４）とからテストピースを切り出し、確性値として引張強度、降伏強度、および伸び率を測定した結果を示している。図１１の値は、それぞれ５個ずつのテストピースを用いて測定した平均値である。また、図１１には、ダイカスト鋳造時の湯流れ性、金型への焼き付き、および鋳造物の割れについて評価した結果も併せて示している。

図１１から明らかなように、本願発明の実施例３は、低圧鋳造時の鋳放し状態であっても、１８０ＭＰａを超える引張強度、１２０ＭＰａを超える降伏強度を得ている。ただ、伸び率だけが５％と若干低い値を示した。実施例３は、鋳造時の湯流れ性もよく、焼き付きも生じておらず、鋳造物の割れも見られなかった。実施例３は、全体として極めて良好な鋳造性を示していた。実施例３の結果は、日本工業規格ＪＩＳ Ｈ５３０２に規定されるＡＣ４Ｃの熱処理後の性能（機械的性質）とほぼ同等であることが分かった。

これに対して、大型低圧鋳造部品にＴ６処理をした実施例４では、引張強度３００ＭＰａ、降伏強度２４２ＭＰａ、伸び率８．０％と、実施例３の機械的性質を大きく上回った。実施例４の機械的性質は、ＡＣ４Ｃの熱処理後の性能（機械的性質）を遥かに超え、例えば自動車分野の構造部品に対する要求水準を大幅に凌駕しているのであり、用途によっては、熱処理を施すことで十分に使用に耐え得るものになることが分かった。なお、実施例４についても、鋳造時の湯流れ性もよく、焼き付きも生じておらず、鋳造物の割れも見られなかった。

本願発明によると、例えばギガダイカスト（大型ダイカスト鋳造物）や大型低圧鋳造部品を鋳放し状態（鋳造後熱処理レス）にしても、良好な鋳造性および機械的性質（伸び率、引張強度および降伏強度等）を示す鋳造用Ａｌ合金ひいてはＡｌ合金鋳造物が得られ、コストのかかる熱処理を省略でき、安価なコストで鋳造用Ａｌ合金およびＡｌ合金鋳造物を提供できる。特に本願発明では、Ｓｒは、溶解工程では添加されず、溶解工程で得られたＡｌ合金溶湯中のＡｌ酸化物およびＨ_２ガスを除去する溶湯処理工程のときに添加されるから、ＳｒがＡｌ合金溶湯の熱で焼損するのを抑制でき、鋳造用Ａｌ合金やＡｌ合金鋳造物において、Ｓｒの添加作用を確実に発揮できる。したがって、鋳造用Ａｌ合金やＡｌ合金鋳造物の品質・歩留を向上できる。

さらに、Ｍｇも、溶解工程では添加されず、溶解工程で得られたＡｌ合金溶湯中のＡｌ酸化物およびＨ_２ガスを除去する溶湯処理工程のときに添加すれば、ＭｇがＡｌ合金溶湯の熱で焼損するのを抑制でき、鋳造用Ａｌ合金やＡｌ合金鋳造物において、Ｍｇの添加作用を確実に発揮できる。したがって、鋳造用Ａｌ合金やＡｌ合金鋳造物の品質・歩留を向上できる。なお、本願発明は、鋳造後の熱処理を一切排除するものではない。より高い機械的性質を要求される用途では、例えば大型低圧鋳造後の部品を熱処理しても差し支えなく性能が高くなる。

実施形態に係るアルミホイールの鋳造装置１について説明する。以下、上下左右方向の記載については、図１３～図１９に示す鋳造装置１の設置状態を基準とする。図１３は、鋳造装置１の断面を示す模式図である。鋳造装置１は、鋳造に用いられる金型１０と、金型１０内に溶湯を射出する射出装置２０と、金型１０内を真空状態にする第一真空装置３０および第二真空装置４０と、固まった余分な溶湯（ビスケット）５１を切り落とすためのランナー切断スライド５０とを備える。

図１３は、金型１０（固定型１１、中間型１２，可動型１３）を型締めした状態を示す図である。金型１０は、固定型１１と、固定型１１と対向して配置された可動型１３と、固定型１１と可動型１３の中間に配置された中間型１２とで構成されている。金型１０（固定型１１、中間型１２，可動型１３）を型締めすると、鋳造物（アルミホイール）の形状に対応したキャビティ（雌型）１４が、中間型１２と可動型１３との間に形成される。

中間型１２および可動型１３は、左右型開き方向（図１３における左右方向）に進退移動する。中間型１２のうち、キャビティ１４の側面を形成する上下スライド型１２ａ，１２ｂは、上下型開き方向（図１３における上下方向）にスライド移動する。

鋳造装置１の金型１０（固定型１１，中間型１２，可動型１３）は、二段階で型開きを行う。第一型開きは、固定型１１から中間型１２が分離し、固定型１１と中間型１２との間が拡開する。すなわち、中間型１２の型分割面（型合わせ面）が、対向する固定型１１の型分割面（型合わせ面）から離れる。可動型１３は、中間型１２と連動して可動する。

第二型開きでは、中間型１２から可動型１３が分離し、中間型１２と可動型１３との間が拡開する。すなわち、可動型１３の型分割面（型合わせ面）が、対向する中間型１２の型分割面（型合わせ面）から離れる。あわせて、鋳造物の側面を挟む上下スライド型１２ａ，１２ｂが上下にスライドして開く。

固定型１１には、キャビティ１４内に溶湯を射出するための射出装置２０が設けられている。射出装置２０は、溶湯が流れる筒状の射出スリーブ２１と、射出スリーブ２１内の溶湯をキャビティ１４内へと押し出すプランジャー２２から構成される。

射出スリーブ２１は、固定型１１から中間型１２に向かって長手方向に設けられた筒状部材である。射出スリーブ２１の一端部（中間型１２側）は固定型１１に内嵌して固定されており、他端部は固定型１１から突出している。射出スリーブ２１は、固定型１１の下部に設けられている。射出スリーブ２１の他端部（固定型１１から突出している部分）には、溶湯の注湯口２１ａが開口している。

プランジャー２２は、射出スリーブ２１の他端側（固定型１１から突出している側）から挿入されており、射出スリーブ２１内を長手方向に進退移動可能である。プランジャー２２の初期（待機）位置は、注湯口２１ａよりも他端側（図１における右側）であって、溶湯を注湯口２１ａから射出スリーブ２１内へ注湯可能な位置であればよい。プランジャー２２の外径は、射出スリーブ２１の内径と整合する。これにより、プランジャー２２は、射出スリーブ２１内の溶湯をキャビティ１４へ圧送することが可能である。

固定型１１と対向する中間型１２の型分割面の中心部には、キャビティ１４内へ溶湯を射出するためのゲート（開口部）１２ｃが設けられている。いわゆるセンターゲート方式を採用している。中間型１２と対向する固定型１１の型分割面には、固定型１１に内嵌した射出スリーブ２１とゲート１２ｃを連結するランナー（通路部）１１ａが設けられている。

金型１０（固定型１１，中間型１２，可動型１３）を型締めした際、射出スリーブ２１、ランナー１１ａ、ゲート１２ｃおよびキャビティ１４が連通した状態となる。これにより、注湯口２１ａから注湯された溶湯が送出路（射出スリーブ２１，ランナー１１ａ，ゲート１２ｃ）を通ってキャビティ１４内へと射出される。

本願発明に係るアルミホイールの製造方法においては、二段階で真空吸引を行う。第一真空装置３０は、真空バブル（図示せず）から吸引された空気やガスを運ぶ真空通路３１と、真空通路３１から運ばれてきた空気やガスを一時的に貯める真空タンク３２と、真空タンク３２に貯められた空気やガスを排出する真空ポンプ３３から構成される。

第一真空装置３０は、射出スリーブ２１の固定型１１から突出した部分であって、固定型１１と注湯口２１ａの間（注湯口２１ａよりも固定型１１側）に接続している。すなわち、第一真空装置３０は、射出スリーブ２１に設けられた真空装置接続部３０ａに接続されている。第一真空段階では、第一真空装置接続部３０ａに接続された第一真空装置３０が作動し、金型１０内（特に射出スリーブ２１内）を真空吸引する。

第二真空装置４０は、真空プレートまたは真空バブル（図示せず）から吸引された空気やガスを運ぶ真空通路４１と、真空通路４１から運ばれてきた空気やガスを一時的に貯める真空タンク４２と、真空タンク４２に貯められた空気やガスを排出する真空ポンプ４３から構成される。

図２０および図２１で示すように、第二真空装置４０は、キャビティ１４の中心部分から放射状に等間隔で配置された４つのチルベント４４を介してキャビティ１４内と接続している。すなわち、第二真空装置４０は、キャビティ１４（各チルベント４４）に設けられた真空装置接続部４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに接続されている。第二真空段階では、真空装置接続部４０ａ～４０ｄに接続された第二真空装置４０が作動し、金型１０内（特にキャビティ１４内）を真空吸引する。キャビティ１４の先端に取り付けられた各チルベント４４は、金型（キャビティ１４）内の空気やガスを抜くための冷却装置である。

ランナー切断スライド５０は、固定型１１と対向する中間型１２の型分割面側に設置されており、中間型１２の型分割面に沿って、上下方向に可動する。ランナー切断スライド５０の初期（待機）位置は、ランナー切断スライド５０の先端がゲート１２ｃよりも上側であって、ランナー切断スライド５０がゲート１２ｃを塞がない位置であればよい。

鋳造装置１を用いた本願発明のアルミホイールの製造方法（鋳造工程）について図１２～図２１を用いて説明する。本願発明のアルミホイールの製造方法（鋳造工程）は、従来の真空ダイガスト法または減圧ダイガスト法と呼ばれる方法、すなわち、金型内を真空または減圧して鋳造物を製造する方法を基に改良したものである。

[ステップ１]
まず、金型１０（固定型１１，中間型１２，可動型１３）を型締めする(図１３参照)。これにより、中間型１２と可動型１３の間に、アルミホイールの形状に対応したキャビティ１４が形成される。また、注湯口２１ａから注湯された溶湯がキャビティ１４内に射出されるための送出路（射出スリーブ２１，ランナー１１ａ，ゲート１２ｃ）も形成される。プランジャー２２およびランナー切断スライド５０は、初期位置で待機状態にある。

[ステップ２]
注湯口２１ａから射出スリーブ２１内へ溶湯を注湯する（図１４参照）。例えば上記鋳造用Ａｌ合金を溶湯に用いた場合、注湯口２１ａから金型１０内へ注湯された溶湯の温度が６６５℃±５℃程度を維持するように設定することが好ましい。また、金型１０の温度は１８０℃～２２０℃の範囲内に設定することが好ましい。

[ステップ３]
注湯完了後、射出スリーブ２１の他端側で待機していたプランジャー２２が可動し、射出スリーブ２１内の溶湯をランナー１１ａへと圧送する（図１５参照）。プランジャー２２が注湯口２１ａを完全に塞ぐ位置まで到達したら（注湯口２１ａを密閉後）、射出スリーブ２１に接続された第一真空装置３０が作動し、金型１０内（特に射出スリーブ２１内）を真空吸引する。すなわち、射出スリーブ２１に設けられた真空装置接続部３０ａから第一真空装置３０によって真空吸引される（第一真空段階）。例えば上記鋳造用Ａｌ合金を溶湯に用いた場合、真空時間は０．１～１．０秒の範囲内に設定することが好ましい。また、真空度は５０ｍｂａｒ～１００ｍｂａｒの範囲内に設定することが好ましい。

[ステップ４]
プランジャー２２がランナー１１ａに到達したら、キャビティ１４の中心部分から放射状で等間隔に配置された４つのチルベント４４を介して接続された第二真空装置４０が作動し、金型１０内（特にキャビティ１４内）を真空吸引する（図１６参照）。すなわち、キャビティ１４の中心部から等間隔で放射状に設けられた真空装置接続部４０ａ～４０ｄ（四カ所）から同時に第二真空装置４０によって真空吸引される（第二真空段階）。例えば上記鋳造用Ａｌ合金溶湯を用いた場合、真空時間は０．１～１．６秒の範囲内に設定することが好ましい。また、真空度は５０ｍｂａｒ～１００ｍｂａｒの範囲内に設定することが好ましい。キャビティ１４の先端に取り付けられた各チルベント４４によって、さらに鋳造物（アルミホイール）から空気やガスを抜く。

[ステップ５]
冷却によって、金型１０内に充填された溶湯が固化すると、第一型開きが行われる（図１７参照）。第一型開きは、固定型１１から中間型１２が分離して後退移動し、固定型１１と中間型１２との間が拡開する。すなわち、中間型１２の型分割面が、対向する固定型１１の型分割面から離れる。可動型１３は、中間型１２と連動して可動する。

[ステップ６]
第一型開きによって、ランナー１１ａ内で凝固した溶湯（ビスケット）５１が固定型１１から抜ける。ゲート１２ｃから突出したビスケット５１を、ランナー切断スライド５０で切り落とす（図１８参照）。ランナー切断スライド５０は、中間型１２の型分割面に沿って、下方向にスライドしてビスケット５１を切断する。ゲート１２ｃにＬ字状に引っ掛かっていたビスケット５１を切断することで、中間型１２から鋳造物（アルミホイール）を取り外すことが可能となる。

[ステップ７]
ビスケット５１が切り落とされると、第二型開きが行われる（図１９参照）。第二型開きでは、中間型１２から可動型１３が分離して後退移動し、中間型１２と可動型１３との間が拡開する。すなわち、可動型１３の型分割面が、対向する中間型１２の型分割面から離れる。あわせて、鋳造物（アルミホイール）の側面を挟む上下スライド型１２ａ，１２ｂがスライドして開く（図１９における上下方向）。また、第二型開き時に、可動型１３に設けられたエジェクタピン（図示せず）がキャビティ１４内まで伸びて、鋳造物を可動型１３から押し出す。これにより、中間型１２および可動型１３から鋳造物を取り外すことが可能となる。

本願発明に係るアルミホイールの製造方法は、二段階（ステップ３とステップ４）に渡って金型１０内の真空吸引することを特徴とする。ステップ３の第一真空段階では、注湯後、注湯口２１ａを密閉した射出スリーブ２１から金型１０内（特に射出スリーブ２１内）を真空吸引することで、溶湯がキャビティ１４内に射出される際に空気やガスが巻き込まれることを防止する。ステップ４の第二真空段階では、キャビティ１４の中心部分から放射状に等間隔で位置した４つの真空装置接続部（４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ）から一気に真空吸引することで、ゲート１２ｃ（キャビティ１４の中心部分）から流入した溶湯が、キャビティ１４内に均一に充填される。

このように、所定の部分を所定のタイミングで真空吸引することによって、金型１０および溶湯内に含まれた空気やガスを効率良く効果的に抜くことができる。これにより、ダイカスト鋳造法であっても内部品質が良い鋳造物（アルミホイール）を製造することが可能である。

本願発明のアルミホイールの製造方法は、生産性の高いダイカスト鋳造で、強度および靭性を十分に備えたアルミホイールを製造することを可能とする。また、アルミホイールのスポークやリムの断面を小さくしても必要な強度を維持することができるため、アルミホイール全体の軽量性を向上させることができる。さらに、ダイカスト鋳造後の熱処理をしないため、より生産性を向上させることができる。したがって、本願発明のアルミホイールの製造方法は、アルミホイールの強度、靭性および軽量性を確保しつつ生産性を高めることを可能とする。

なお、本願発明における各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。また、本願発明に係るアルミホイールの製造方法から製造されるアルミホイール（鋳造物）の形状は、実施形態に限定されるものではない。

真空装置接続部３０ａの位置は、実施形態に限らず適宜変更可能である。射出スリーブ２１に設けられていれば、図１３～図１５で示す位置と異なる位置であってもよいし、真空装置接続部が複数あっても構わない。

真空装置接続部４０ａ～４０ｄの位置は、実施形態に限らず適宜変更可能である。キャビティ１４の中心部分から放射状に等間隔で配置されていれば、図２０および図２１に示す四カ所（４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ）と異なる位置であってもよいし、真空装置接続部が四カ所以上あっても構わない。

本願発明に係るアルミホイールの製造方法においては、上記鋳造用Ａｌ合金を用いることがより好ましい。上記鋳造用Ａｌ合金を用いることで、鋳造物（アルミホイール）の強度、靭性および軽量性をさらに向上させることができる。なお、本願発明のアルミホイールの製造方法に使用する鋳造用Ａｌ合金および溶湯を限定するものではない。

１ 鋳造装置
１０ 金型
１１ 固定型
１２ 中間型
１３ 可動型
１４ キャビティ
２０ 射出装置
２１ 射出スリーブ
２１ａ 注湯口
３０ 第一真空装置
３０ａ 真空装置接続部
３１ 真空通路
３２ 真空タンク
３３ 真空ポンプ
４０ 第二真空装置
４０ａ～４０ｄ 真空装置接続部
４１ 真空通路
４２ 真空タンク
４３ 真空ポンプ
４４ チルベント
５０ ランナー切断スライド
５１ ビスケット

Claims (2)

1. ダイカスト鋳造工程を含んだアルミホイールの製造方法であって、
   前記鋳造工程には、
   金型にＡｌ合金溶湯を注湯後、注湯口を密閉した射出スリーブから前記金型内を真空吸引する第一真空段階と、
   前記第一真空段階後、アルミホイールが成形されるキャビティから前記金型内を真空吸引する第二真空段階と、
   を含み、
   前記第二真空段階では、前記キャビティの中心部分から放射状に等間隔で位置した複数
   の真空装置接続部から同時に真空吸引する、
   アルミホイールの製造方法。
2. 前記鋳造工程後の熱処理をしない、
   請求項１に記載のアルミホイールの製造方法。