JPH09272957A - 光沢性に優れたダイカスト鋳造アルミニウム製自動車用ホイールの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光沢度の高いデザイン面をもつ自動車用ホイ
ールを得る。 【構成】 Ｓｉ：７〜１２％，Ｍｇ：０．１〜０．４
％，Ｆｅ：０．３〜０．６％及びＭｎ：０．２〜０．５
％を含むアルミニウム合金溶湯を脱ガス，脱滓処理した
後、ダイカスト鋳造し、Ｔ６処理後の寸法精度を確保す
るために機械加工し、ホイールデザイン面の表面チル層
をバフ研磨加工し、チル層に光沢性を付与してデザイン
装飾面とし、更にその表面に透明のクリア塗装を施す。
Ｔ６処理後のデザイン面のチル層を、共晶Ｓｉの平均粒
径６μｍ以下，マトリックスに対する共晶Ｓｉの平均面
積率１８％以上の組織にすることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ホイールのリム部及び
ディスク部をダイカスト鋳造で一体成形したアルミニウ
ム製自動車用ホイールの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用アルミニウム製ホイールは、強
度を要する保安部品であるばかりでなく、装飾部品とし
ての特性も要求されている。装飾用には、たとえば外観
にデザインを施し且つクロムめっき等を施して光沢性を
上げている。他方では、製造コストを低減することも要
求されている。この種のアルミニウム製ホイールのデザ
イン面に関する外観上の特徴を発揮させたものとして、
たとえば特開平６−１０６９０１号公報では、デザイン
面の表面粗さを中心線平均粗さで３μｍ以下にすること
により、光沢性を向上させている。当該公報では、デザ
イン面の表面部における二次デンドライトアームスペー
シングの平均値を５０μｍ以下にすることも光沢性の改
善に有効であるとしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特開平６−１０６９０
１号公報では、デンドライト層を表面に出してデザイン
面とし、二次デンドライトアームスペーシングを５０μ
ｍ以下，好ましくは４０μｍ以下にすることによって光
沢性を確保している。しかし、デンドライト層には比較
的大きな樹枝状晶が発達しているため、硬質の晶出相に
起因した凹凸が研磨後の表面に残ることが避けられな
い。その結果、デザイン面の平滑化にも限度があり、よ
り高い光沢度が求められるような用途に対応できない。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたもの
であり、デンドライトが発達していないチル層をバフ研
磨してデザイン面とすることにより、光沢度が非常に高
く、意匠性に優れた自動車用ホイールを提供することを
目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明のアルミニウム製
自動車用ホイール製造方法は、その目的を達成するた
め、Ｓｉ：７〜１２重量％，Ｍｇ：０．１〜０．４重量
％，Ｆｅ：０．３〜０．６重量％及びＭｎ：０．２〜
０．５重量％を含むアルミニウム合金溶湯を脱ガス，脱
滓処理した後、ダイカスト鋳造し、Ｔ６処理後，寸法精
度を確保するための機械加工を行い、ホイールデザイン
面の表面チル層をバフ研磨加工し、チル層に光沢性を付
与してデザイン装飾面とし、更にその表面に透明のクリ
ア塗装を施すことを特徴とする。Ｔ６処理後のデザイン
面のチル層を、球状化した共晶Ｓｉの平均粒径６μｍ以
下，マトリックスに対する共晶Ｓｉの平均面積率１８％
以上の組織にすることが好ましい。

【０００５】

【作用】本発明者等は、クロムめっきを施すことなくア
ルミニウム合金の表面処理のみで光沢性を改善する方法
を調査・研究した結果、アルミニウム合金表面の光沢度
がＴ６処理後の球状化した共晶Ｓｉのサイズ及び分布に
大きく依存しているとの知見を得た。光沢度に及ぼす共
晶Ｓｉのサイズ及び分布の影響をホイールデザイン面に
適用する場合、共晶Ｓｉが細かく且つ高面積率で分散し
たチル層を光沢表面とすることが有効である。そのた
め、本発明では、ダイカスト鋳造により共晶Ｓｉを細か
く且つ高面積率で表面チル層に発生させ、Ｔ６処理後，
ダイカスト時の表面酸化に由来する鋳造品表面の黒皮を
バフ研磨により除去する。これにより、光沢度の高い表
面チル層をデザイン面として使用でき、高光沢度のアル
ミニウム製自動車用ホイールが得られる。

【０００６】以下、本発明で使用するアルミニウム合金
の成分，含有量等を説明する。 Ｓｉ：７〜１２重量％ 強度，鋳造性の改善に有効な合金成分であり、細かく均
一に分散した共晶Ｓｉは、光沢度を向上させる作用も呈
する。しかし、１２重量％を超えるＳｉ含有量では、初
晶Ｓｉが発生し、光沢度を劣化させる。多量のＳｉ含有
は、伸び，衝撃値にも悪影響を与える。他方、７重量％
に達しないＳｉ含有量では、材料としての強度が確保で
きないばかりでなく、光沢度の向上に有効な共晶Ｓｉも
不足する。また、湯流れも悪くなり、金型への溶着が発
生し易くなる。 Ｍｇ：０．１〜０．４重量％ Ｔ６処理時の時効処理でＭｇ₂ Ｓｉとなって析出し、材
料強度を向上させる。このような作用は、０．１重量％
以上のＭｇ含有量で顕著になる。逆に０．４重量％を超
えると、伸び及び靭性が劣化する。

【０００７】Ｆｅ：０．３〜０．６重量％ 金型への溶着を防ぐ重要な元素であり、０．３重量％未
満であると金型への溶着が発生し易い。しかし、０．６
重量％を超えるＦｅ含有量では、巨大なＡｌ−Ｆｅ−Ｓ
ｉ系の針状晶出物が生成し易く、伸び及び衝撃値が低下
する。 Ｍｎ：０．２〜０．５重量％ Ｆｅの悪影響を和らげる合金成分であり、Ａｌ−Ｆｅ−
Ｓｉ−Ｍｎ系の小さな塊状晶出物となることにより、巨
大な針状Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物の発生を防ぎ、伸び
及び衝撃靭性を向上させる。Ｍｎの作用は、０．２重量
％以上の含有量で顕著になる。しかし、０．５重量％を
超えるＭｎ含有量では、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ系の金
属間化合物が巨大な塊状に晶出するため、却って伸び及
び衝撃値が低下する。

【０００８】本発明で使用するアルミニウム合金は、不
純物として混入してくる元素を次のように規制すること
が好ましい。 Ｃｕ≦０．０８重量％ Ｔｉ≦０．１重量％ Ｎｉ≦０．０３重量％ Ｚｎ≦０．０８重量％ Ｓｎ≦０．０３重量％ Ｃａ≦０．０３重量％ Ｓｂ≦０．０１重量％ Ｐｂ≦０．０３重量％ Ｃｒ≦０．０３重量％ Ｓｒ≦０．０００５重量％ Ｂ≦０．０１重量％ Ｎａ≦０．０２重量％ Ｐ≦０．００２重量％ 以上のように成分調整されたアルミニウム合金溶湯は、
常法に従って脱ガス，脱滓された後、ダイカスト鋳造さ
れる。

【０００９】ダイカスト鋳造 ダイカスト鋳造は、共晶Ｓｉを細かく多量に表面に分布
させるために必要な鋳造法である。鋳物の厚さによって
も溶湯の冷却速度は異なるが、一般には１００℃／秒以
上の冷却速度であり、表面のチル層は５００℃／秒以上
の冷却を受けるものと推定される。このような鋳造法
は、溶湯鍛造法（高圧鋳造法）でも達成できる。溶湯が
急速に凝固されるため、アルミニウムのα相は、デンド
ライトの二次アームが成長せず、いわゆる主幹のみのセ
ル組織になっている。チル層は、このセル組織が非常に
細かい。このことも、共晶Ｓｉが細かく均一に分散する
要因である。 Ｔ６処理 ホイールの機械的性質を向上させるために行われる処理
であり、溶体化によりＭｇの固溶化及び針状に晶出した
共晶Ｓｉの球状化が図られ、時効処理でＭｇ₂Ｓｉによ
る析出硬化が図られる。一般的には、５１０〜５３０℃
×１０分〜１０時間→水焼入れ→１５０〜１７０℃×３
〜１２時間のヒートサイクルが採用される。アルミニウ
ム合金の機械的性質は、Ｔ６処理により次のように改善
される。

【００１０】

【００１１】機械加工 ボルト孔，フランジ部等に関し、ホイールの寸法精度を
必要とする部分を切削加工する。ただし、デザイン面の
バフ研磨面に対しては、機械加工を施さない。 バフ研磨加工 ホイールのデザイン面を中心に光沢度を必要とする部分
について、鋳造黒皮の表面からバフ研磨加工する。バフ
研磨には、通常の方法が採用される。研磨により、最大
でも表面から約２００μｍの厚みまで磨き取られ、黒皮
が除去される。その結果、光沢度に優れたチル層が露出
する。Ｔ６処理後のアルミニウム合金では、図１に示す
ように黒皮が表面に形成されている。黒皮の内側には厚
みが約３００〜１５００μｍのチル層があり、チル層内
の共晶ＳｉはＴ６処理によって球状化されている。チル
層の共晶Ｓｉは、平均粒径が６μｍ以下と微細球状にな
っている。本発明に従ったアルミニウム合金では、球状
化した共晶Ｓｉの平均面積率が１８％以上である。すな
わち、Ｔ６処理後のチル層部は、平均面積率１８％以上
で平均粒径が６μｍ以下の共晶Ｓｉが球状化状態で細か
く分散し、光沢性の向上に有効な組織となっている。他
方、共晶Ｓｉの面積率が小さいことは、一つの粒子が塊
状となって大きく成長していることを意味し、平面で切
ったときにマトリックスの面積が増大し、光沢度を落と
す結果となる。このように共晶Ｓｉの平均面積率を１８
％以上，平均粒径を６μｍ以下にしたとき、細かい共晶
Ｓｉが細かいα相のセル組織と共に多量に分散している
ので、高光沢度が得られるものと推察される。

【００１２】チル層には、図１に示すように細かいセル
組織があり、チル層の内側にはチル層部から発達したセ
ル組織がある。ダイカスト鋳造ではチル層が生成した
後、凝固収縮によって鋳型からチル層が離れる瞬間に徐
冷状態になり、セル組織の発達が開始される。しかし、
急速凝固のため、二次のアームを成長させる、いわゆる
デンドライト組織までには成長しない。一般の重力鋳造
では、デンドライト組織部で二次デンドライトアームス
ペーシングの測定が可能である。しかし、本発明では、
主幹が生成したセル組織のため、二次デンドライトアー
ムスペーシングの測定は困難である。また、内部のセル
サイズは、チル層よりも大きく発達しており、それに伴
って共晶Ｓｉのサイズもチル層部より大きくなってい
る。本発明では、研磨後の表面がチル層内にあるように
バフ研磨を設定している。したがって、研磨深さは最大
でも約２００μｍに調整される。このように研磨後の表
面をチル層内に止めることにより、光沢度が高い表面が
得られる。 クリア塗装 バフ研磨後の光沢面を保護するため、透明のクリア塗装
が施される。クリア塗装は、一般にアクリル系塗料を使
用し、約４０μｍの厚みに焼付け塗装される。このよう
にして、光沢度の高い表面をもつ自動車用ホイールが得
られる。

【００１３】

【実施例】図２に示す形状のホイールをダイカスト鋳造
した。得られた鋳造品の分析結果は、次の通りであっ
た。 ダイカスト鋳造品の成分分析（重量％） Ｓｉ：９．２ Ｍｇ：０．２６ Ｆｅ：０．５０ Ｍｎ：０．３２ Ｃｕ：０．０５ Ｎｉ：０．０１ Ｚｎ：０．０３ Ｃｒ：０．０１ Ｓｎ＜０．０１ Ｐｂ：０．０２ Ｔｉ：０．０２ Ｓｒ＜０．０００５ Ｓｂ＜０．００５ Ｂ＜０．００１ Ｎａ＜０．０００５ Ｃａ：０．００１７ Ｐ：０．０００８

【００１４】鋳造品から堰等を除去した後、５２０℃×
２０分の溶体化処理を施し、水焼入れした後、１６０℃
×３．５時間の時効処理を施した。その後、フランジ
部，ボルト部等を機械加工し、ホイールとしての寸法精
度を確保した。このホイールの図２に示す位置１〜４か
ら各種測定用のサンプルを採取し、表面粗さ及び光沢度
を調査した。表面粗さに関しては、黒皮の上からバフ研
磨して約２００μｍ研削して得た表面、及び機械切削に
より表面層を２．５ｍｍ除去した後でバフ研磨した表面
の平均粗さＲ_a 及び最大粗さＲ_max を測定した。光沢度
については、ＪＩＳ Ｚ８７４１−１９８３の鏡面光沢
度測定方法に準拠し、方法３の「６０度鏡面光沢」で測
定した。なお、測定器としては、スガ試験機株式会社製
デジタル変角光沢計ＵＧＶ−５ＤＰ型を使用した。

【００１５】

【００１６】表２の調査結果にみられるように、バフ研
磨後の表面粗さが表面から２００μｍの位置と表面から
２．５ｍｍの位置でほぼ同じであっても、表面から２０
０μｍの位置での光沢度は、表面から２．５ｍｍの位置
での光沢度に比較して約４倍も高い値を示した。本発明
者等は、表面から２００μｍの位置での光沢度が高い理
由が内部組織にあるものと推察し、デザイン面の表面か
ら内部に向けて金属組織の変化状況を調査した。その結
果、表層部では共晶Ｓｉが球状化しているものの、表３
にみられるように表面から１ｍｍ付近までは平均６μｍ
以下の共晶Ｓｉが細かいセル組織内に分散したチル層が
形成されていた。共晶Ｓｉは内部にいくに従って大きく
なっており、表面から２．５ｍｍの位置では図１に示し
たセル組織がチル層より大きいセル層の領域となってい
た。マトリックスに対する共晶Ｓｉの面積率も４４μｍ
×４４μｍの測定視野で表面から内部に向かって小さく
なっており、チル層領域内では１８％以上の面積率であ
った。

【００１７】

【００１８】表３の結果から、チル層では細かく球状化
した共晶Ｓｉが内部のセル層に比較して多数存在してお
り、このためにバフ研磨後の光沢度が大きいものと考え
られる。特に表面から０．３ｍｍと１．０ｍｍとでは共
晶Ｓｉの面積率が大きく変化しており、これが光沢度に
大きく影響しているものと考えられる。他方、セルサイ
ズも内部に向かって大きくなっているが、その変化割合
は球状化した共晶Ｓｉの面積率ほどではない。なお、チ
ル層部におけるデンドライトアームスペーシングは、測
定不可能であったので、セル組織のサイズで代替した。
すなわち、ダイカスト鋳造の場合、急速凝固のため、い
わゆるデンドライトの二次アームが成長しにくいので、
主幹のみの「セル組織」となっている。そのため、その
直径の平均をもってセルサイズとした。なお、チル層の
セルは、内部のセルより小さく細かく分散している。以
上の結果から、ダイカスト鋳造された鋳造品の表層から
１ｍｍ以内にあるチル層部をバフ研磨によって露呈させ
ることにより、光沢度に優れた表面をもつアルミニウム
合金製ホイールが得られることが確認された。

【００１９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、球状化した共晶Ｓｉ及びセルが微細に分散している
チル層をデザイン面とすることにより、従来品に比較し
て格段に光沢度が高い自動車用ホイールを得ている。こ
の自動車用ホイールは、高光沢度のデザイン面をもつこ
とから、外観上の識別性を高めるばかりでなく、走行中
に側方から明確に視認でき、自動車の安全性も改善され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ダイカスト鋳造品における表面層の金属組織
を示す写真

【図２】 本発明に従って製造した自動車用ホールの光
沢度測定用サンプル採取位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 滝北 高憲 静岡県庵原郡蒲原町蒲原161番地 日本軽 金属株式会社蒲原工場内 (72)発明者 野沢 嘉弘 静岡県庵原郡蒲原町蒲原161番地 日本軽 金属株式会社蒲原工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｓｉ：７〜１２重量％，Ｍｇ：０．１〜
   ０．４重量％，Ｆｅ：０．３〜０．６重量％及びＭｎ：
   ０．２〜０．５重量％を含むアルミニウム合金溶湯を脱
   ガス，脱滓処理した後、ダイカスト鋳造し、Ｔ６処理
   後，寸法精度を確保するための機械加工を行い、ホイー
   ルデザイン面の表面チル層をバフ研磨加工し、チル層に
   光沢性を付与してデザイン装飾面とし、更にその表面に
   透明のクリア塗装を施すことを特徴とする光沢性に優れ
   たダイカスト鋳造アルミニウム製自動車用ホイールの製
   造方法。
2. 【請求項２】 Ｔ６処理後のデザイン面のチル層を、共
   晶Ｓｉの平均粒径６μｍ以下，マトリックスに対する共
   晶Ｓｉの平均面積率１８％以上の組織にする請求項１記
   載のアルミニウム製自動車用ホイールの製造方法。