JP2003290903A

JP2003290903A - 軽合金ホイール低圧鋳造用金型および軽合金ホイールの製造方法

Info

Publication number: JP2003290903A
Application number: JP2002102644A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Kawamura; 正義河村
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2002-04-04
Filing date: 2002-04-04
Publication date: 2003-10-14

Abstract

(57)【要約】【課題】ホイール素材を加工後に、デザイン部とリム
部の交差部に引け巣が残ることを無くして、ホイールと
して必要な強度を確保でき、しかも、デザイン部とリム
部の交差部を薄肉にして軽量化が図れる、軽合金ホイー
ル低圧鋳造用金型および軽合金ホイールの製造方法を得
る。【解決手段】金型は、ディスク部、デザイン部、およ
びリム部を形成するキャビティを有し、ディスク部から
軽合金溶湯を注入してキャビティに充填する金型であっ
て、デザイン部およびリム部の交差部におけるリム部外
側に冷却手段を設けると共に、交差部におけるリム部内
側に保温手段を設ける。ホイールの製造方法は、金型を
用いて軽合金ホイールを鋳造後、ホイールの交差部のリ
ム部内側を部分的に深追い加工を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軽合金ホイール低
圧鋳造用金型および軽合金ホイールの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車のロードホイールには、種々の材
質、構造のものがあるが、燃費向上のための軽量化、お
よび意匠性の向上を目的として、アルミホイールに代表
される軽合金ホイール（以下、単に「ホイール」とい
う）の装着が多くなってきている。図２はスポークタイ
プのホイールの一例であり、（ａ）はホイール素材２０
ａの断面図、（ｂ）は加工後のホイール２０の断面図、
（ｃ）は（ｂ）でのデザイン部２２を外側から見た正面
図を示す。図２（ｂ）（ｃ）で、ホイール２０は、車軸
にボルトおよびナットで装着されるディスク部２１、ス
ポークタイプなど意匠となるデザイン部２２、また、タ
イヤが装着されるリム部２３、このリム部２３の一部で
あるアウターフランジ部２４およびインナーフランジ部
２５などからなる。なお、デザイン部２２には、スポー
クタイプのほかに、メッシュタイプ、フィンタイプ、デ
ィッシュタイプ、ツインスポークタイプなど種々の意匠
を持つものがある。

【０００３】図２（ｂ）（ｃ）に示すホイール２０は、
低圧鋳造法によりセンターゲート方式で鋳造して図２
（ａ）に示す素材２０ａとし、その後、素材２０ａを加
工して製造することが多い。すなわち、図２（ａ）のホ
イール素材２０ａとするために、金型でのディスク部２
１ａとなる部位の直下に湯口（図示せず）を設け、保持
炉内の溶湯をストークから湯口、ディスク部２１ａ、デ
ザイン部２２、リム部２３ａ、アウターフランジ部２４
ａ、およびインナーフランジ部２５ａを持つキャビティ
１１に充填している。

【０００４】ところで、溶湯をディスク部２１ａから末
端のインナーフランジ部２５ａまで充填するためには、
キャビティを形成する金型の表面温度をある程度高く維
持する必要がある。しかし一方では、金型の表面温度が
高いと、溶湯注入後、素材２０ａの凝固完了までに時間
がかかり、これによって素材２０ａの取り出しまでの時
間もかかる。そこで、キャビティに溶湯を充填した後、
空気、水などで金型を積極的に冷却して凝固を促進する
ことが行われている。また、デザイン部２２およびリム
部２３ａの交差部２６の厚肉となった部位の凝固が最終
近くになると、凝固収縮により交差部２６に引け巣が発
生しやすいので、この交差部２６付近を冷却して凝固を
促進させることも行われている。

【０００５】一方では、過度に冷却しても指向性凝固が
図れないので、特開平１１−２２６７１６号公報には、
図２（ａ）での交差部２６付近のリム部２３ａ外側にイ
ンサート型を備えた金型において、主型とインサート型
との当接面に溝を形成し、主型とインサート型の間の接
触面積を減少して過度な熱移動を抑え、引け巣などの鋳
造欠陥を防止しようとする記載がある。

【０００６】本発明者も、特開２０００−６１６１０号
公報として、図２（ａ）を用いて説明すると、リム部２
３ａとデザイン部２２を形成するキャビティを備えた金
型で、リム部２３ａ外側を形成する金型に、指向性凝固
を進行させる方向に沿って複数の温度センサを設置し、
かつリム部２３ａ外側を形成する金型に複数の冷却手段
（図示せず）を設置し、各温度センサにより検出した値
を相互に比較し、その比較結果に基づいて冷却手段を選
択的に作動させ、温度センサの検出温度をディスク部２
１ａから遠ざかる程低くなるようにフィードバック制御
することで指向性凝固を確実に行う、金型の冷却方法を
提案している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平１１−２２６７１６号公報に記載の、主型とこの主
型に挿入するインサート型との当接面に溝を形成して冷
却しても、ホイール素材２０ａでのデザイン部２２とリ
ム部２３ａの交差部２６の中央付近に引け巣２９が発生
する場合があり、ホイール素材２０ａを加工してホイー
ル２０とした後にこの引け巣２９が残ると、ホイール２
０の強度低下が懸念される。

【０００８】一方、本発明者が提案した特開２０００−
６１６１０号公報によれば、リム部２３ａの指向性凝固
が行えるが、交差部２６の中央付近に引け巣２９が万一
発生すると、素材２０ａを加工してホイール２０とした
後に引け巣２９が残り、ホイール２０の強度低下が懸念
される。

【０００９】さて、自動車のさらなる燃費向上のため、
ホイールについても形状変更による軽量化が引き続き求
められている。この軽量化においては、図２（ｂ）
（ｃ）でのディスク部２１、リム部２３、およびリム部
２３の一部であるアウターフランジ部２４、インナーフ
ランジ部２５は、車軸への取り付けやタイヤ装着の点か
ら大幅な形状変更はできないので、デザイン部２２の開
口部２８の面積を大きく、あるいはデザイン部２２を薄
肉にするなど、デザイン部２２の形状変更による軽量化
が行われている。しかし、これによっても大幅な軽量化
は極めて難しい。そこで、デザイン部２２とリム部２３
の交差部２６が比較的厚肉であるので、強度を確保しつ
つ交差部２６を薄肉にして、ホイールの軽量化を図るこ
とが考えられる。

【００１０】したがって、本発明の課題は、ホイール素
材を加工後に、デザイン部とリム部の交差部に引け巣が
残ることを無くして、ホイールとして必要な強度を確保
でき、しかも、デザイン部とリム部の交差部を薄肉にし
て軽量化が図れる、金型およびホイールの製造方法を得
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の金型は、ディス
ク部、デザイン部、およびリム部を形成するキャビティ
を有し、前記ディスク部から軽合金溶湯を注入して前記
キャビティに充填するホイール低圧鋳造用金型であっ
て、前記デザイン部およびリム部の交差部におけるリム
部外側に冷却手段を設けると共に、前記交差部における
リム部内側に保温手段を設けることを特徴とする。この
構成により、デザイン部とリム部の交差部の厚肉となる
部位に凝固収縮に伴って引け巣が生成した場合でも、リ
ム部外側にある冷却手段でリム部外側から凝固を進行さ
せ、引け巣を次第にリム部内側の保温手段のある方に押
しやる。そして、引け巣を交差部の中央付近に残ること
を無くし、後述する交差部のリム部内側を部分的に定常
以上の深追い加工を施すことで軽合金ホイールの強度が
確保される。

【００１２】本発明の金型においては、前記冷却手段お
よび保温手段の少なくとも１つに通気性金属を用いるこ
とが好ましい。通気性金属は、微細な空孔を有し、この
微細な空孔による断熱作用で冷却および保温の効果を増
大させる。また、通気性金属内部の微細な空孔から鋳造
時に発生したガスを逃がし、素材へのガス欠陥を少なく
する。さらに、微小なガスが素材に残った場合でも、微
小なガスを通気性金属側に近づかせる。そして、微小な
ガスを交差部の中央付近に残ることを無くし、後述す
る、交差部のリム部内側を部分的に定常以上の深追い加
工を施すことで、ホイールの強度が確保される。なお、
通気性金属としては、新東工業製のポーセラックス２
［品種ＰＭ２０〜ＰＭ４０、平均空孔径３〜７μｍ、空
孔率約２５％、熱伝導率（室温０．０７〜０．０８Ｗ／
（ｍ・Ｋ））］などを用いる。

【００１３】また、本発明の金型においては、前記通気
性金属の背面に、通気性金属を覆う断熱材を設けること
が好ましい。通気性金属のみでは熱容量が小さくて断熱
効果が不足する場合に、通気性金属を覆う断熱材で保温
効果を大きくする。また、ホイールのサイズや種類に応
じて、断熱材の大きさを変えて保温効果を維持する。な
お、断熱材としては、カオウールなどを用いる。

【００１４】次に本別発明のホイールの製造方法は、上
記の金型を用いてホイールを鋳造後、前記ホイールの交
差部のリム部内側を部分的に深追い加工を施すことを特
徴とする。デザイン部とリム部の交差部に引け巣や微小
なガス欠陥が発生した場合、ホイールの交差部のリム部
内側を、部分的に深追い加工を施すことで、引け巣や微
小なガス欠陥が除去される。そして、ホイールの交差部
のリム部内側を部分的に定常以上の深追い加工を施して
も強度が確保されるように設計しておき、軽合金ホイー
ルの強度を確保する。なお、部分的に深追い加工での、
「部分的」とは引け巣が集まりやすいリム部を言い、ま
た「深追い加工」とは、通常、リム部の素材には抜け勾
配に略直角方向に２〜３ｍｍ程度の旋削加工代を付して
いるが、この２〜３ｍｍ程度の旋削加工代より深く加工
することを言う。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。（実施の形態１）図１（ａ）は、実施の形態１での、ス
ポークタイプのホイールを低圧鋳造する金型１０の断面
図、（ｂ）は（ａ）でのＡ部拡大図である。図１（ａ）
（ｂ）において、金型１０は、主として下型１２、上型
１３、可動分割型１４により、図２（ａ）に示すホイー
ル素材２０ａのディスク部２１ａ、５本スポークのデザ
イン部２２、リム部２３ａ、およびリム部２３ａの一部
であるアウターフランジ部２４ａとインナーフランジ部
２５ａとなるキャビティ１１を形成している。また、デ
ィスク部２１ａに向く湯口１８から、アルミニウム合金
溶湯を注入し、キャビティ１１に充填するようにしてい
る。

【００１６】そして、金型１０の可動分割型１４には、
デザイン部２２およびリム部２３ａの交差部２６におけ
るリム部２３ａの外側に、冷却パイプ１５ａを装着した
冷却ブロック１５ｂをデザイン部２２である５本スポー
クの各付け根の幅と略同じにして設け、冷却パイプ１５
ａを介して冷却水を循環（矢印で示す）し、冷却ブロッ
ク１５ｂを冷却している。

【００１７】一方、金型１０の上型１３には、５本スポ
ークのデザイン部２２、およびリム部２３ａの交差部２
６の内側に、通気性金属１６ａとして、新東工業製のポ
ーセラックス２［品種ＰＭ４０、平均空孔径７μｍ、空
孔率約２５％、熱伝導率（室温０．０７Ｗ／（ｍ・
Ｋ））］を各スポークの付け根の幅と略同じにして設け
ている。また上型１３には、通気性金属１６ａの背面に
接触させて断熱材１６ｂとしてカオウールを周回してい
る。さらに、温風パイプ１６ｃから温風を噴出（矢印で
示す）させ、断熱材１６ｂを介して通気性金属１６ａを
一定の温度に保持するようにしている。また、断熱材１
６ｂで上型１３周囲をも全体に保温している。

【００１８】次に、図１（ａ）（ｂ）に示す金型１０を
用いての、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すホイール２０
の製造方法について説明する。先ず、図１（ａ）（ｂ）
での下型１２、上型１３および分割可動型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
金溶湯を、ストークを介して湯口１８に向け注入し、図
２（ａ）でのディスク部２１ａ、デザイン部２２、リム
部２３ａ、およびリム部２３ａの一部であるアウターフ
ランジ部２４ａとインナーフランジ部２５ａに充填す
る。インナーフランジ部２５ａ近くの金型１０に設けた
温度センサで金型温度を検知してキャビティ１１の末端
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、冷却パイプ１５ａから冷却水を循環
させ、さらに温風パイプ１６ｃから温風を噴出させる。
これにより、金型１０での交差部２６におけるリム部２
３ａ外側が冷却されると共に、交差部２６におけるリム
部２３ａ内側が保温される。そして、アルミニウム合金
溶湯が指向性凝固するに従って収縮が起こり、微小な引
け巣２９も発生することもあるが、図２（ａ）に示すよ
うに、引け巣２９は、交差部２６での内側に集まってく
る。次いで、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２０ａを金型から取り
出す。

【００１９】ホイール素材２０ａの交差部２６の内側に
集まった引け巣２９は、部分的に例えば３ｍｍ以上に深
追い加工２７することで、ホイール２０の破壊の起点と
なるような引け巣２９が除去される。そして、ホイール
２０を部分的に深追い加工２７しても強度が確保される
ように設計しておくことで、加工後に引け巣２９を無く
してホイール２０の強度を確保することができる。さら
に、ホイールを部分的に深追い加工２７することで、軽
量化を図ることができる。

【００２０】（実施の形態２）図１（ｃ）は、図１
（ａ）の金型１０でのＡ部変形拡大図である。図１
（ｃ）において、金型１０は、前述した図１（ａ）
（ｂ）と同じように形成し、また、ディスク部に向く湯
口からアルミニウム合金溶湯を注入し、キャビティ１１
に充填するようにしている。

【００２１】そして、デザイン部２２およびリム部２３
ａの交差部２６における金型１０の可動分割型１４の背
面に、通気性金属１５ｅとして、新東工業製のポーセラ
ックス２［品種ＰＭ４０、平均空孔径７μｍ、空孔率約
２５％、熱伝導率（室温０．０７Ｗ／（ｍ・Ｋ））］を
デザイン部２２である５本スポークの各付け根の幅と略
同じにして設けている。さらに冷風パイプ１５ｃから冷
風を噴出（矢印で示す）させて、通気性金属１５ｅを冷
却している。

【００２２】一方、金型１０の上型１３には、デザイン
部２２およびリム部２３ａの交差部２６の内側に、背面
を凹部にした保温ブロック１６ｄを、デザイン部２２で
あるスポークの各付け根の幅と略同じにして上型１３に
設け、また温風パイプ１６ｅの曲管の先端から温風を保
温ブロック１２ｄの凹部に向け噴出（矢印で示す）し、
保温ブロック１６ｄを保温している。

【００２３】図１（ｃ）の構成とした金型１０を用いて
ホイールを低圧鋳造法で鋳造しても、図１（ａ）（ｂ）
と同様に、交差部２６におけるリム部２３ａ外側が冷却
されると共に、交差部２６におけるリム部２３ａ内側が
保温される。そして、アルミニウム合金溶湯が指向性凝
固するに従って収縮が起こり、微小な引け巣２９も発生
することもあるが、図２（ａ）に示すように、引け巣２
９は、交差部２６での内側に集まってくる。

【００２４】この交差部２６の内側に集まった引け巣２
９は、部分的に例えば３ｍｍ以上に深追い加工２７する
ことで、ホイール２０の破壊の起点となるような引け巣
２９が除去される。そして、ホイール２０を部分的に深
追い加工２７しても強度が確保されるように設計してお
くことで、加工後に引け巣２９を無くしてホイール２０
の強度を確保することができる。さらに、ホイールを部
分的に深追い加工２７することで、軽量化を図ることが
できる。

【００２５】

【実施例】次に、実施例および比較例ついて説明する。（実施例）前述した実施の形態１の金型１０を用い、保
持炉内を５０〜７０ｋＰａに加圧し、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ
系合金（ＪＩＳＡＣ４ＣＨ相当）溶湯を約４５０℃で
キャビティ１１に充填し、図２（ｃ）に示す５本スポー
クを有し、図２（ａ）での全高さＨが約２５０ｍｍ、リ
ム部２３ａの外径Ｄが約４１０ｍｍ、肉厚ｔが約５〜１
０ｍｍで、交差部２６の肉厚Ｓが最大約３０ｍｍとして
数個鋳造し、さらに湯口などの不要部を除去して素材２
０ａとした。そして、この素材２０ａからまた数個取り
出して軸方向に切断し、交差部２６の切断面を観察し
た。観察の結果、微小な引け巣２９が発生した素材２０
ａもあったが、交差部２６での内側に集まっていた。

【００２６】次に、軸方向に切断しない素材２０ａを旋
盤に取り付け、リム部２３ａを含め旋削加工を行った。
ここで、交差部２６のリム部２３ａ内側には深追い加工
２７代を付与し、旋削加工では部分的に５ｍｍ深追い加
工２７した。深追い加工２７後、交差部２６のリム部２
３ａ内側には、引け巣２９などの鋳造欠陥は無く健全な
アルミホイール２０となっていた。さらに、５ｍｍ深追
い加工２７したことで、アルミホイール２０が軽量化さ
れていた。

【００２７】（比較例）図１（ａ）（ｂ）の金型１０
で、デザイン部２２とリム部２３ａの交差部２６でリム
部２３ａ外側には、冷却パイプ１５ａを装着した冷却ブ
ロック１５ｂをデザイン部２２であるスポークの付け根
と略同じ幅にして設け、冷却パイプ１５ａから冷却水を
循環（矢印で示す）した。一方、交差部２６でリム部２
３ａ内側には、保温手段を設けず、従来と同様の構成と
した。そして、実施例と同じに保持炉内を５０〜７０ｋ
Ｐａに加圧し、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金（ＪＩＳＡＣ
４ＣＨ相当）溶湯を約４５０℃でキャビティ１１に充填
し、実施例と寸法を同じにして数個鋳造し、さらに湯口
などの不要部を除去して素材２０ａとした。そして、こ
の素材２０ａからまた数個取り出して軸方向に切断し、
交差部２６の切断面を観察した。観察の結果、引け巣２
９が交差部２６の中央付近に集まっているものがあっ
た。

【００２８】一方、軸方向に切断しない素材２０ａを旋
盤に取り付け、リム部２３ａを含め旋削加工を行った。
ここで、交差部２６のリム部２３ａ内側には深追い加工
２７代を付与し、旋削加工では部分的に５ｍｍ深追い加
工２７した。深追い加工２７後、交差部２６のリム部２
３ａ内側には、引け巣２９が露出しているものがあり、
まだまだ鋳造品質を改善する必要があった。

【００２９】なお、本発明は実施の形態や実施例に限定
されず、本発明の技術思想の範囲内で種々変形可能であ
る。例えば、ホイールは、アルミホールのほかにマグネ
シウムホイールでも良い。また、デザイン部はスポーク
タイプのみではなく、メッシュタイプ、フィンタイプ、
ディッシュタイプ、ツインスポークタイプなどでも良
い。また、通気性金属の配置は、デザイン部およびリム
部の交差部におけるリム部の外側または内側の何れか一
方に設けるのではなく、両方に設けても良い。

【００３０】

【発明の効果】以上、詳細に説明のとおり、本発明の金
型およびホイールの製造方法によれば、ホイール素材を
加工後に、デザイン部とリム部の交差部に引け巣が残る
ことを無くして、ホイールとして必要な強度を確保で
き、しかも、デザイン部とリム部の交差部を薄肉として
軽量化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ａ）は、実施の形態１での、スポークタイプの
ホイールを低圧鋳造する金型１０の断面図、（ｂ）は
（ａ）でのＡ部拡大図、である。（ａ）は、実施の形態
１での金型１０の断面図、（ｃ）は、（ａ）の金型１０
でのＡ部変形拡大図である。

【図２】スポークタイプのホイールの一例であり、
（ａ）はホイール素材２０ａの断面図、（ｂ）は加工後
のホイール２０の断面図、（ｃ）は（ｂ）でのデザイン
部２２を外側から見た正面図を示す。

【符号の説明】

１０：軽合金ホイール低圧鋳造用金型（金型）１１：キャビティ１２：下型１３：上型１４：可動分割型１５ａ：冷却パイプ１５ｂ：冷却ブロック１５ｃ：冷風パイプ１５ｅ、１６ａ：通気性金属１６ｂ：断熱材１６ｃ：温風パイプ１６ｄ：保温ブロック１６ｅ：温風パイプ１８：湯口２０：軽合金ホイール（アルミホイール、ホイール）２０ａ：ホイール素材２１、２１ａ：ディスク部２２：デザイン部（スポーク）２３、２３ａ：リム部２４、２４ａ：アウターフランジ部２５、２５ａ：インナーフランジ部２６：交差部２７：深追い加工２８：開口部２９：引け巣Ｄ：外径Ｈ：全高さＳ：肉厚ｔ：肉厚

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ディスク部、デザイン部およびリム部を
形成するキャビティを有し、前記ディスク部から軽合金
溶湯を注入して前記キャビティに充填する軽合金ホイー
ル低圧鋳造用金型であって、前記デザイン部およびリム
部の交差部におけるリム部外側に冷却手段を設けると共
に、前記交差部におけるリム部内側に保温手段を設ける
ことを特徴とする軽合金ホイール低圧鋳造用金型。
【請求項２】前記冷却手段および保温手段の少なくと
も１つに通気性金属を用いることを特徴とする請求項１
に記載の軽合金ホイール低圧鋳造用金型。
【請求項３】前記通気性金属の背面に、通気性金属を
覆う断熱材を設けることを特徴とする請求項２に記載の
軽合金ホイール低圧鋳造用金型。
【請求項４】請求項１乃至請求項３何れかに記載の軽
合金ホイール低圧鋳造用金型を用いて軽合金ホイールを
鋳造後、前記軽合金ホイールの交差部のリム部内側を部
分的に深追い加工を施すことを特徴とする軽合金ホイー
ルの製造方法。