JP2001198663A - 車両用ホイールの低圧鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高強度でかつ軽量化した車両用ホイールを鋳
造欠陥なく得ることができる低圧鋳造法を提供する。 【解決手段】 リム部並びにハブ部及びデザイン部を含
むディスク部とを有する車両用ホイールに対応する形状
を有する金型内で車両用ホイールを低圧鋳造する方法に
おいて、ディスク部を形成するキャビティの中心部にセ
ンターゲートを、リム部を形成するキャビティの両端部
の間にサイドゲートを設け、かつ前記サイドゲートのキ
ャビティ開口部をセンターゲートのキャビティ開口部よ
りも上方位置に具備し、各ゲートから溶湯を注入して当
該キャビティに充填することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軽合金製の車両用
ホイールを金型キャビティ内で低圧鋳造する方法に関す
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、自動車の軽量化及び外観や意
匠性の向上を目的として、アルミホイールに代表される
軽合金製ホイールを装着する比率が増大している。この
軽合金製ホイールは、通常低圧鋳造法で製造されること
が多い。即ち、低圧鋳造法では、溶湯が金型キャビティ
内に低速で充填されるので、ガスの巻込み及び酸化物の
発生が他の鋳造法に比べて極力抑制される。

【０００３】一般に軽合金製ホイール３０は、図６に示
すようにボルトとナットにより車軸に取付けられる厚肉
のハブ部３１と厚肉部と薄肉部が混在するデザイン部３
２からなるディスク部３３と、タイヤが取着される薄肉
のリム部３４から構成されている。図６（ａ）におい
て、３５はフロントフランジ部、３６はリアフランジ
部、３７はリム部とディスク部が交差するクロス部、３
８はリム中央部である。なお、デザイン部３２は図６
（ｂ）に示すように、スポーク部３９と意匠穴３９´か
らなる。車両の燃費向上の点から、ホイールの形状変更
による軽量化が検討されている。この場合、ハブ部及び
リム部は車体やタイヤとの取回しの点から大幅な形状変
更はできないので、デザイン部の形状変更（例えば意匠
穴の面積を大きくすることあるいはスポーク部を薄肉化
すること）による軽量化が行われているが、大幅な軽量
化は極めて困難である。

【０００４】上記ホイールを低圧鋳造で製造する場合、
ハブ部３１にゲートを設け、そこから溶湯を注入し、デ
ザイン部３２及びリム部３４と溶湯をこの順に注入する
方法（センターゲート法）あるいはリム部の端部（クロ
ス部３７）に複数（通常は２個）のゲートを設け、そこ
から溶湯を注入する方法（サイドゲート法）が採用され
ている。センターゲート法では、溶湯充填後の凝固形態
として、ゲートの押し湯効果を十分に発揮させるため
に、リム部、デザイン部、ハブ部の順に指向性凝固を行
わせている。しかしこの鋳造方法では、デザイン部は厚
肉部と薄肉部が混在した複雑形状を有するので、リム部
からディスク部に向かう指向性凝固を達成することが困
難である。一方、サイドゲート法では、デザイン部自体
が、凝固し易いハブ部への溶湯補給通路として機能する
ので、デザイン部での良好な湯流れを確保するために、
デザイン部は厚肉となり、この鋳造方法でもホイール全
体の大幅な軽量化は困難である。

【０００５】上述した従来法の欠点を解消すべく、ディ
スク中心部（ハブ部）とリム端にそれぞれゲートを設
け、これらのゲートから金型内に注湯することが提案さ
れている（例えば特開平５−２６９５６３号、同６−２
６９９２３号参照）。この鋳造方法（３ゲート法）によ
れば、デザイン部の厚さを薄くしてもリム部からディス
ク部に向かう指向性凝固を達成できるので、ホイールの
大幅な軽量化が可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した３ゲート法に
より、軽量化ホイールは得られるが、実用上からいくつ
かの問題点がある。すなわち前記公報では、本来強度の
点から十分に組織の微細化がなされていなければならな
い部位（クロス部及びフロントフランジ部）にサイドゲ
ートが設けられているので、機械的強度が不十分とな
り、強度不足を補うために意図している肉厚よりも厚く
する必要がある。またリム部からディスク部に向う指向
性凝固を達成するために、デザイン部に冷却手段を設け
ることが行われるが、これのみでは必ずしも良好な指向
性凝固が行われるとは限らず、鋳造欠陥が発生し易い。

【０００７】さらに前記公報では、センターゲートの高
さとサイドゲートの高さとの間に差がないので、溶湯の
充填時期に差がなく、溶湯がデザイン部で合流すること
になる。したがって下型冷却を行い、下型表面温度が３
５０℃程度の低い温度になる場合には、デザイン面に湯
境不良が発生する。下型表面温度が高く湯境不良が発生
しない場合でも、溶湯がデザイン面で合流するので、溶
湯中に酸化物やガスが巻き込まれるおそれがある。デザ
イン面が切削仕様であると、この酸化物のために外観不
良が発生することがある。

【０００８】従って、本発明の目的は、高強度でかつ軽
量化した車両用ホイールを鋳造欠陥なく得ることができ
る低圧鋳造法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、リム部並びにハブ部及びデザイン部を含むディスク
部とを有する車両用ホイールに対応する形状を有する金
型内で車両用ホイールを低圧鋳造する方法において、デ
ィスク部を形成するキャビティの中心部にセンターゲー
トを、リム部を形成するキャビティの両端部の間にサイ
ドゲートを設け、かつ前記サイドゲートのキャビティ開
口部よりもセンターゲートのキャビティ開口部の方が高
くなるように具備し、各ゲートから溶湯を注入して当該
キャビティに充填する、という技術的手段を採用した。

【００１０】本発明では、３ゲート法により低圧鋳造を
行うので、デザイン部の薄肉化やその組織の微細化を達
成することができる。特に本発明では、センターゲート
はサイドゲートのキャビティ開口部下端部よりも低い位
置にあるので、センターゲートから注入された溶湯とサ
イドゲートから注入された溶湯はデザイン面で合流せ
ず、もって健全なデザイン面が得られる。当然ながら前
記のように湯境が最も目立つのはデザイン面であるた
め、サイドゲートの位置はリム端やデザイン面よりも高
くすることが好ましい。デザイン面とは図６でいえばデ
ザイン部の下側にあたるホイールの表面位置である。さ
らにはデザイン部全体よりもサイドゲートが高いことが
好ましい。

【００１１】また、図４（ｂ）に示すように、サイドゲ
ートをクロス部よりも上側に設けることで、構造上サイ
ドゲートが折り取りやすくなる。折り取る際に応力が車
両用ホイールに与える影響が小さくなるので高真円度の
アルミホイールを鋳造することが可能である。クロス部
とはリム部とディスク部とが交差している部分を指す。

【００１２】例えば図４（ａ）に示す鋳造方案に於いて
図５（ａ）に示すようにリム部中央とクロス部との２辺
でＬ字型にゲートとホイールキャビティが連結してい
る。よってサイドゲートを座屈させて除去するには構造
力学的に大きな力が必要となり、ホイールに多大な曲げ
応力、せん断力がかかる。このホイールに熱処理を施す
と、前記曲げ応力等の影響でホイールの真円度が悪化す
る可能性がある。図５（ｂ）に示すようにサイドゲート
とリム部中央との略直線状である接続断面形状となる。
これによりサイドゲートを折り取る際のホイールにかか
るひずみを低減し、高真円度を保つことが可能である。
また、さらなる効果として、図５（ａ）の１１ｄのよう
なクロス部と連通するキャビティ開口部がなくキャビテ
ィ下方向の湯流れ性を抑制し溶湯の円周方向の湯回り性
を高めることができる。これによりキャビティ下方向の
湯流れ性を抑制するためデザイン面に湯境を発生しなく
なる。また円周方向で組織の偏りが小さくなり、周方向
に強度のバラツキが少ないホイールとすることが可能で
ある。

【００１３】図５（ｂ）のようにする場合、サイドゲー
トの下端部からクロス部上端部までのリム中央部厚さを
有する部分の距離が２ｍｍ以下では金型構造上強度的な
不安が残る。また、４０ｍｍ以上ではサイドゲートから
の溶湯がクロス部に回りきらず、クロス部でのひけ等に
よる鋳造欠陥が多発しやすくなる。よってサイドゲート
の下端からクロス部上端までの距離ｔは好ましくは２〜
４０ｍｍ、さらに好ましくは４〜２０ｍｍ程度とする。

【００１４】通常サイドゲートの開口部近傍及びクロス
部とリム部との境には湯回り性を向上するために適度
（１〜２０ｍｍ）のＲを設ける。本願で述べるサイドゲ
ート下端部およびクロス部上端部とはこのＲを含めない
サイドゲートの下端部、クロス部の上端部を示す。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図面により
説明する。図１は本発明を実施するための鋳造装置の要
部を示す断面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視図（但し、横
型と下型を上部から見た図）、図３は図２のＢ−Ｂ矢視
図である。図１において、１は金型であり、ホイールデ
ザインに対応した種々の表面形状を有する下型２と、そ
の上方に位置する上型３と、下型２及び上型３と嵌合し
てキャビティ６を形成するように左右に摺動可能な横型
４、５とを備えている。下型２は、下型プラテン７に固
定された下型ベース８上に設置されている。上型３は、
上型ベース９にボルト１０で固定されている。キャビテ
ィ６は、ディスク部キャビティ６０とリム部キャビティ
６１からからなり、ディスク部キャビティ６０はハブ部
キャビティ６２とデザイン部キャビティ６３からなり、
リム部キャビティ６１はクロス部キャビティ６４と中央
部キャビティ６５からなる。ハブ部キャビティ６２には
センターゲート１１ａが、クロス部キャビティ６４、６
４には各々サイドゲート１１ｂ及び１１ｃが形成され、
各ゲートは、湯道１２ａ、１２ｂ及び１２ｃを介してス
トーク１３ａ、１３ｂ及び１３ｃに連通している。ゲー
ト１１ｂ及び１１ｃは、図２に示すように平面からみて
センターゲート１１ａの両側に対称位置、すなわち各ゲ
ートの中心が同一直線上に位置するように配置されてい
る。これらのストークの下端部は、溶湯が収容された密
閉容器（図示せず）に挿入されている。下型２には、デ
ザイン部キャビティ６３に対応する位置に下型冷却通路
１４が設けられている。１５は型割れ面である。

【００１６】上記構成による動作を説明する。まず密閉
容器内の溶湯を加圧することにより、溶湯はストーク１
３ａ、１３ｂ及び１３ｃから湯道１２ａ、１２ｂ及び１
２ｃを経て、ゲート１１ａ、１１ｂ及び１１ｃからキャ
ビティ６内に充填される。ここでセンターゲート１１ａ
と、サイドゲート１１ｂ、１１ｃとの間には高低差があ
るので、センターゲート１１ａを通過する溶湯はデザイ
ン部キャビティ６３を充填し、サイドゲート１１ｂ、１
１ｃを通過する溶湯はリム部キャビティ６１を充填す
る。即ち溶湯はリム部キャビティ６１で合流する。所定
時間経過後、加圧を解除すると、各ストーク内の溶湯は
密閉容器内に戻り、キャビティ６内の溶湯が凝固して、
図６に示すホイールが得られる。

【００１７】上記の鋳造工程における溶湯の凝固過程を
詳述すると、次の通りである。サイドゲート１１ｂ、１
１ｃからキャビティ６内に注入された溶湯は、リム部キ
ャビティ６５の上端からその下端に向って凝固が進行す
る。一方、センターゲート１１ａからディスク部キャビ
ティ６０に注入された溶湯は、デザイン部キャビティ６
３からハブ部キャビティ６２に向って凝固が進行する。
従ってデザイン部キャビティ６３に湯流れ機能や溶湯補
給機能を持たせるまでもなく、鋳造方案上ホイールデザ
イン部の薄肉化が可能となる。またデザイン部から凝固
が始まるので、デザイン部の組織が微細となり、高強度
を維持できる。しかも本発明では、サイドゲートは、リ
ム端を避けた位置に設けられているので、フロントフラ
ンジあるいはリムの中央といった高強度を要する部位の
組織が微細になり、もって強度上からみてもデザイン部
の薄肉化が可能となる。

【００１８】サイドゲートをリム部キャビティ６１の端
部［図４（ｃ）の実線で示す位置］あるいはクロス部キ
ャビティ６４の側面［図４（ｃ）の破線で示す位置］に
設けると、デザイン面に湯境が発生する可能性がある。
本発明では、上述したようにセンターゲートとサイドゲ
ートとの間に高低差があるので、溶湯はデザイン部を避
けた位置（リム部）で合流し、もって建全なデザイン面
を得ることができる。もちろん本発明によれば、各ゲー
トからの流動長が短くなり、また凝固時間も短縮される
ので、鋳造サイクルタイムの短縮といった生産性向上の
効果もある。

【００１９】（実施例）以下、実施例及び比較例により
本発明を更に具体的に説明する。 （実施例１）図１に示す鋳造装置を使用し、Ａｌ−Ｓｉ
−Ｍｇ系合金（ＪＩＳ ＡＣ４ＣＨ）の溶湯（約４５０
℃）を金型（約４８０℃に加熱）に注入して（圧力０．
５〜０．７ｋｇ／ｃｍ^２）、図６に示す形状のアルミホ
イールを鋳造した。 （実施例２）サイドゲートを図４（ｂ）に示す位置（サ
イドゲート下端とクロス部上端との距離ｔ＝２ｍｍ）に
設けた鋳造装置を使用した以外は実施例１と同様の条件
でアルミホイールを鋳造した。 （実施例３）サイドゲートを図４（ｂ）に示す位置（サ
イドゲート下端とクロス部上端との距離ｔ＝１０ｍｍ）
に設けた鋳造装置を使用した以外は実施例１と同様の条
件でアルミホイールを鋳造した。 （実施例４）サイドゲートを図４（ｂ）に示す位置に設
け、かつサイドゲートに絞りを設けて、接続部分の幅ｗ
を実施例３の２／３（１０ｍｍ）とした鋳造装置を使用
した以外は実施例３と同様の条件でアルミホイールを鋳
造した。

【００２０】（参考例１）サイドゲートを図４（ｃ）の
実線で示す位置に設けた鋳造装置を使用した以外は実施
例１と同様の条件でアルミホイールを鋳造した。 （参考例２）サイドゲートを図４（ｃ）の破線で示す位
置に設けた以外は実施例１と同様の条件で鋳造した。 （比較例１）サイドゲート［図４（ａ）に示す位置］の
みから溶湯を金型に注入した（サイドゲート鋳造法案）
以外は実施例１と同様の条件でアルミホイールを鋳造し
た。 （比較例２）サイドゲート［図４（ｂ）に示す位置］の
みから溶湯を金型に注入した（サイドゲート鋳造法案）
以外は実施例１と同様の条件でアルミホイールを鋳造し
た。上記各例のアルミホイールについて、デザイン面の
湯境の有無を目視で観察し、またフロントフランジ部及
びリム中央部から試料を切出し、衝撃テストを行った。
その結果を表１に示す。また各アルミホイールの重量、
鋳造サイクルタイム、およびサイドゲート除去の際の押
圧手段にかかる応力も測定し、それらの結果（但し、比
較例２を１とした場合の比率で示す）も同じく表１に示
す。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１から、３ゲート方式（実施例１〜４及
び比較例１、２）の低圧鋳造法によれば、サイドゲート
方式（比較例３、４）の方法よりもアルミホイールを１
０％以上軽量化することができ、また鋳造サイクルタイ
ムも大幅に短縮できることがわかる。また３ゲート方式
でしかも、サイドゲートをフロントフランジ部から離れ
かつクロス部に隣接する位置に設けた場合（実施例１）
は、デザイン面に湯境の発生がなくしかも衝撃テストの
結果も良好である。さらにサイドゲートをクロス部より
も上方に設けた場合は（実施例２〜４）、最終製品形状
にまで影響を及ぼすサイドゲート除去の際に発生するひ
ずみを極力低減することができる。対して、３ゲート方
式でも、サイドゲートをリム端（参考例１）に設けた場
合はデザイン面に湯境が発生することがあり、かつ機械
的強度が低下することがわかる。

【００２３】

【発明の効果】以上に記述の如く、本発明によれば、キ
ャビティの特定位置に複数のゲートを設けかつ指向性凝
固を促進する金型構造としたので、デザイン面が建全
で、高強度でかつ軽量化した車両用ホイールを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る鋳造装置の要部を示す
断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。

【図３】図２のＢ−Ｂ矢視図である。

【図４】サイドゲートの位置を示す概略図（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）である。

【図５】サイドゲートとホイールキャビティとの接続部
を示す概略図（ａ）、（ｂ）である。

【図６】アルミホイールの断面図（ａ）、同平面図
（ｂ）である。

【符号の説明】

１ 金型、２ 下型、３ 上型、４，５ 横型、６ キ
ャビティ １１ａ，１１ｂ，１１ｃ ゲート、３０ ホイール

フロントページの続き (72)発明者 糸井 高士 埼玉県熊谷市三ケ尻5200番地日立金属株式 会社金型研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リム部並びにハブ部及びデザイン部を含
   むディスク部とを有する車両用ホイールに対応する形状
   を有する金型内で車両用ホイールを低圧鋳造する方法に
   おいて、ディスク部を形成するキャビティの中心部にセ
   ンターゲートを、リム部を形成するキャビティの両端部
   の間にサイドゲートを設け、かつ前記サイドゲートのキ
   ャビティ開口部をセンターゲートのキャビティ開口部よ
   りも上方位置に具備し、各ゲートから溶湯を注入して当
   該キャビティに充填することを特徴とする車両用ホイー
   ルの低圧鋳造方法。
2. 【請求項２】 前記サイドゲートのキャビティ開口部の
   位置は車両用ホイールのディスク部側リム端よりも上方
   に設置する請求項１に記載の車両用ホイールの低圧鋳造
   方法。
3. 【請求項３】 前記サイドゲートのキャビティ開口部の
   位置は車両用ホイールのデザイン面よりも上方に設置す
   る請求項１に記載の車両用ホイールの低圧鋳造方法。
4. 【請求項４】 前記サイドゲートのキャビティ開口部の
   位置は車両用ホイールのデザイン部全体よりも上方に設
   置する請求項１に記載の車両用ホイールの低圧鋳造方
   法。