JP2010137257A - 鍛造ビレット及びホイール - Google Patents

Abstract

【課題】機械的強度が優れ、しかも、機械的強度が均一なホイールを製造することができる鍛造ビレット及びそれから得られるホイールを提供する。
【解決手段】軽金属合金を溶融鋳造して鋳造ビレット４とし、該鋳造ビレット４を一方向又は多方向に加圧圧縮してなる鍛造ビレット１０であって、鍛流線を有し、且つ下記式を満たす鍛造ビレット１０である。Ｈ１／Ｈ２>２（式中、Ｈ１は、鋳造ビレットの加圧される方向の長さを示し、Ｈ２は、鍛造ビレットの加圧された方向の長さを示す。）
【選択図】図２

Description

本発明は、鍛造ビレット及びホイールに関する。

一般に、自動車用タイヤには、支持体としての金属性のホイールが備わっている。
近年、かかるホイールにおいては、極力、軽量でデザイン性の高いものが望まれている。

このようなホイールに関しては、例えば、鋳造で製造したアルミニウム合金製の丸棒を切断して得たビレットに対して、金型で鍛造プレスすることによりホイールを製造する方法が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
また、鋳造したマグネシウム合金を歪加工し、再結晶化したマグネシウム合金からなる車両用ホイールが知られている（例えば、特許文献２参照）。
これらのホイールは、いずれも鋳造されたビレット（以下「鋳造ビレット」という。）から成形鍛造することによって、得られるものである。
特開２００７−２１００１７公報 特開２００７−３０８７８０公報

しかしながら、上記特許文献１及び２に記載のホイールは、いずれも、鋳造ビレットが鍛造により複雑な形状に成形されるので、全体的にではなく、部分的にしか引き延ばされない結果、金属組織的にみて、機械的強度が弱い部分が生じることになる。すなわち、得られるホイールの機械的強度が不均一となる傾向にある。

具体的には、従来のホイールにおいて、円柱状の鋳造ビレットを、鍛造用のプレス機に設置し、一対の金型で軸方向に押圧すると、鋳造ビレットの片方側の面は、半径方向へ延展することになる。このとき、ハブ部分を成形する原材料は、大きな変位を示さないので、従来のホイールの金属組成の結晶粒径は、ハブ部分が特に大きくなる傾向にある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、機械的強度が優れ、しかも、機械的強度が均一なホイールを製造することができる鍛造ビレット及びそれから得られるホイールを提供することを目的とする。

本発明者等は、上記課題を解決するため鋭意検討したところ、従来の鋳造ビレットを成形鍛造するのではなく、一旦、鋳造ビレットを所定の大きさに加圧圧縮し、積極的に鍛流線を生じさせることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明は、（１）軽金属合金を溶融鋳造して鋳造ビレットとし、該鋳造ビレットを一方向又は多方向に加圧圧縮してなる鍛造ビレットであって、鍛流線を有し、且つ下記式を満たす鍛造ビレットに存する。
Ａ／Ｂ>２
（式中、Ａは、鋳造ビレットの加圧圧縮される方向の長さを示し、Ｂは、鍛造ビレットの加圧圧縮された方向の長さを示す。）

本発明は、（２）金属結晶粒子の平均粒子径が３０μｍ以下である上記（１）記載の鍛造ビレットに存する。

本発明は、（３）円柱状の本体部と、該本体部の一方の面に連続する凹凸部とを備える上記（１）記載の鍛造ビレットに存する。

本発明は、（４）加圧圧縮が、閉塞鍛造によるものである上記（１）記載の鍛造ビレットに存する。

本発明は、（５）加圧圧縮が３００〜５５０℃の温度、９．８×１０^３ｋＮ〜８８．２×１０^３ｋＮの圧力条件下で施される上記（１）記載の鍛造ビレットに存する。

本発明は、（６）車両のホイール製造用である上記（１）記載の鍛造ビレットに存する。

本発明は、（７）上記（１）〜（６）のいずれか一つに記載の鍛造ビレットを金型で成形鍛造して得られるホイールに存する。

本発明は、（８）上記（１）〜（６）のいずれか一つに記載の鍛造ビレットを金型で成形鍛造した後、切削加工を施して得られるホイール。

本発明は、（９）ディスク部と、外リム部と、内リム部と、を備えるマルチピースのホイールにおいて、ディスク部、外リム部及び内リム部から選ばれる少なくとも１つの部分が、上記（１）〜（６）のいずれか一つに記載の鍛造ビレットから製造されたものであるホイールに存する。

本発明は、（１０）ディスク部、外リム部及び内リム部から選ばれる少なくとも１つの部分の金属結晶粒子の粒径が５〜１５μｍである上記（９）記載のホイールに存する。

本発明は、（１１）ディスク部、外リム部及び内リム部が、一体となっている上記（９）記載のホイールに存する。

なお、本発明の目的に添ったものであれば、上記（１）〜（１１）を適宜組み合わせた構成も採用可能である。

本発明の鍛造ビレットは、金属組織上の鍛流線を有する。このため、かかる鍛造ビレットに公知の方法に基づいて成形鍛造が施されても、得られるホイールは鍛流線を有するものとなる。これにより、ホイールは、機械的強度が均一なものとなる。すなわち、複雑な形状を有するホイールの製造においては、ビレットを成形鍛造するに際し、強く圧縮鍛錬する部分と、圧縮鍛錬しない部分とが存在する。このため、ビレットが従来の鋳造ビレットであると、圧縮鍛錬されない部分は、鍛流線を有さないものとなり、機械的強度が不十分となる。一方、上述したように、鍛流線を有する鍛造ビレットを用いると、成形鍛造において圧縮鍛錬されない部分であっても、鍛流線を有することになるので、機械的強度がより一層向上することになる。

また、上記鍛造ビレットは、鋳造ビレットの一方向又は多方向に圧縮して得られるので、鍛造ビレットの段階で、金属組織の金属結晶粒径が微細化される。このため、金属組成の金属結晶粒径が微細なホイールが得られる。例えば、上記鍛造ビレットを、成形鍛造用のプレス機に設置し、一対の金型で押圧する場合、大きな変位を示さない部分であっても、金属組成の結晶粒径が微細なものが得られることになる。なお、上記鍛造ビレットは、金属結晶粒子の平均粒子径が３０μｍ以下であることが好ましい。

よって、上記鍛造ビレットによれば、機械的強度が優れ、しかも、機械的強度が均一なホイールを製造することができる。

上記鍛造ビレットは、鋳造ビレットを加圧圧縮したものであるので、従来の鋳造ビレットよりもサイズが小さくなる。このため、例えば、口径の大きいホイールを製造する場合、従来の鋳造ビレットの成形鍛造においては、大型のプレス機が必要であったが、上記鍛造ビレットの成形鍛造においては、小型のプレス機であっても、十分に口径の大きいホイールを製造することが可能となる。

上記鍛造ビレットは、円柱状の本体部と、該本体部の一方の面に連続する凹凸部とを備えるものであることにより、鍛造ビレットが成形鍛造により複雑な形状のホイールに成形される場合、鍛造ビレットの引き延ばされる予定の部分に凹凸部を設けることにより、金属組織の金属結晶粒子の粒径がより均一なホイールが得られる。

上記鍛造ビレットは、鋳造ビレットを一方向又は多方向に閉塞鍛造によって加圧圧縮して得られるものであると、中腹部で膨らんだ太鼓形状になるのを確実に抑制できる。なお、加圧圧縮は、３００〜５５０℃の温度、９．８×１０^３ｋＮ〜８８．２×１０^３ｋＮの圧力条件下で施されることが好ましい。

本発明のホイールは、上述した鍛造ビレットを用いるので、機械的強度が優れ、且つ機械的強度が均一なものとなる。特に、ディスク部、外リム部及び内リム部から選ばれる少なくとも１つの部分の金属結晶粒子の粒径がいずれも５〜１５μｍであることが好ましい。
また、作業性の観点から、ディスク部、外リム部及び内リム部が、一体となっていることが好ましい。

以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。

［第１実施形態］
図１は、本発明に係る鍛造ビレットの第１実施形態を示す斜視図である。
図１に示す本実施形態に係る鍛造ビレット１０は、円柱状の本体部１からなる。

上記鍛造ビレット１０は、鍛流線を有する。
ここで、鍛流線とは、金属組織において鍛造製品に生じる金属粒子の流れの線を意味する。なお、かかる鍛流線は、鍛造において、必ず生じるものではなく、所定の圧力で圧縮した場合に生じるものである。
上記鍛造ビレット１０においては、円柱の中心部から放射状に鍛流線が延びていることが好ましい。

このため、上記鍛造ビレット１０は、公知の方法に基づいて成形鍛造が施されても、得られるホイールは鍛流線を有するものとなる。これにより、ホイールは、機械的強度が均一なものとなる。なお、上記鍛造ビレット１０は、圧縮鍛錬されない部分であっても、鍛流線を有することになるので、機械的強度が確実に向上する。

上記鍛造ビレット１０の金属結晶粒子の平均粒径は３０μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であることがより好ましく、１０μｍ以下であることがより一層好ましい。
平均粒径が３０μｍを超えると、平均粒径が上記範囲内にある場合と比較して、機械的強度が不十分となる場合がある。

上記鍛造ビレット１０は、軽金属合金を溶融鋳造して円柱状の鋳造ビレットとし、該鋳造ビレットを軸方向（一方向）に加圧圧縮することにより得られる。

軽金属合金としては、アルミニウム合金又はマグネシウム合金が挙げられる。また、アルミニウム合金とマグネシウム合金とのハイブリット合金であってもよい。
これらの場合、軽量なホイールが得られる。また、かかる軽金属の性能を向上させるため、添加金属を添加することも可能である。

添加金属としては、主金属がアルミニウムの場合、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ及びＣｒからなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。また、主金属がマグネシウムの場合、Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ及びＣｒからなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。この場合、添加される添加金属の物性に基づいて、ホイール自体の性能を向上させることができる。

具体的には、アルミニウム、マグネシウム、Ａｌ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｉ系等が挙げられる。
これらの中でも汎用性の観点から、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系が好ましい。

上記鋳造ビレットは、軽金属を、例えば、８００℃以上で加熱溶融し、不活性ガス雰囲気下、鋳造することにより得られる。

不活性ガスとしては、窒素、アルゴン等が挙げられる。すなわち、酸素を取り除くことにより、溶融した原料（以下「溶融原料」という。）が酸化するのを防止できる。

鋳造の方法は、特に限定されないが、砂型鋳造法、石膏鋳造法、精密鋳造法、金型鋳造法、遠心鋳造法、連続鋳造法等が挙げられる。
これらの中でも、鋳造法は、連続鋳造法を用いることが好ましい。この場合、金属結晶粒子の粒径がより均一な鍛造ビレット１０が得られるようになる。

鋳造においては、溶融原料を６５〜９０ｍｍ／ｍｉｎの速度で鋳造機に流し込む。
流し込む速さが６５ｍｍ／ｍｉｎ未満であると、速さが上記範囲内にある場合と比較して、金属結晶粒子の粒径が不均一となる傾向にあり、流し込む速さが９０ｍｍ／ｍｉｎを超えると、速さが上記範囲内にある場合と比較して、鋳造ビレット製造時に破損する虞がある。

鋳造機に流し込まれた溶融原料は、例えば、５５０℃以上で６時間以上加熱されることにより、均質化される。
そして、その後、冷却されることにより、円柱状の鋳造ビレットが得られる。
ここで、上記冷却は、急冷することが好ましい。この場合、結晶粒が細かくなるメリットがある。なお、得られた円柱状の鋳造ビレットは必要に応じて、軸方向に対して垂直方向に切断してもよい。

得られる鋳造ビレットのサイズは、長さ／直径の比が２．０〜２．５であることが好ましい。この場合、円柱状の鋳造ビレットを軸方向に押圧した際に、鋳造ビレットが急に曲がるという座屈現象が生じるのを抑制できる。

図２は、本実施形態に係る鍛造ビレットと、加圧圧縮前における鋳造ビレットを示す断面図である。
図２に示すように、鍛造ビレット１０は、鋳造ビレット４を軸方向に加圧圧縮することにより得られる。なお、本発明において、鍛造ビレット１０には、鍛造された押出し材、引抜き材も含まれる。

このように、鍛造ビレット１０は、鋳造ビレット４を軸方向に圧縮して得られるので、鍛造ビレット１０の段階で、金属組織の金属結晶粒径が微細化される。このため、これを出発材料として製品となったホイールも、金属組成の金属結晶粒径が微細なものとなる。

ここで、加圧圧縮する方法としては、回転鍛造、閉塞鍛造、自由鍛造、型鍛造、半閉塞鍛造等が挙げられる。なお、型鍛造にはプレス鍛造、ハンマー鍛造が含まれる。また、鋳造ビレットを一定角度回転させ一部を加圧する操作を繰り返す部分鍛造も利用できる。
これらの中でも、加圧圧縮は、閉塞鍛造によるものであることが好ましい。この場合、鍛造ビレット１０が中腹部で膨らんだ太鼓形状になるのを確実に抑制できる。

また、このときの加工条件は、熱間鍛造、温間鍛造、冷間鍛造、等温鍛造のいずれであってもよい。
これらの中でも、加工条件は、熱間鍛造であることが好ましい。
具体的には、上記加圧圧縮は、３００〜５５０℃の温度、９．８×１０^３ｋＮ〜８８．２×１０^３ｋＮの圧力条件下で行うことが好ましい。

こうして、鋳造ビレット４が加圧圧縮され、その後、冷却されることにより、円柱状の鍛造ビレット１０が得られる。
ここで、上記冷却は、急冷することが好ましい。

ここで、本実施形態に係る鍛造ビレット１０は、加圧圧縮において、下記式を満たす。
Ａ／Ｂ１（Ｂ）>２
式中、Ａは、鋳造ビレットの軸方向の高さＨ１を意味し、Ｂ１（Ｂ）は、鍛造ビレットの軸方向の高さＨ２を意味する（図２参照）。

上記Ａ／Ｂ１（Ｂ）（以下「鍛錬比」という。）は、３以上であることが好ましく、４以上であることがより好ましい。
鍛錬比が２以下であると、金属結晶粒子の粒径が不均一となる場合がある。

なお、参考までに、図３にＡ２０１４系の軽合金を用いた鍛錬比と引張強さ、及び、鍛錬比と延びの関係をグラフで示す。図３中、Ｌ方向とは、鍛造ビレット１０の軸方向を意味し、ＳＴ方向とは、鍛造ビレット１０の厚さ方向を意味する。
図３に示すように、鍛錬比を大きくするほど鍛錬効果（引張り強さ、伸び）は向上し、均質で機械的性質や健全性に優れた製品が得られる。

本実施形態に係る鍛造ビレット１０は、車両のホイール製造用、航空機用車輪のホイール製造用等に好適に用いられる。

次に、本実施形態に係るホイールについて説明する。
図４の（ａ）は、本実施形態に係るホイールを示す正面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩ−Ｉ'断面図である。
本実施形態に係るホイール３は、ディスク部６と、該ディスク部６の先端に連結しディスク部６の面方向に延設された外リム部７と、ディスク部６の先端に連結しディスク部６の面とは垂直方向に立設された内リム部８と、を備える。
また、ディスク部６は、円盤状のハブ部６ａと、該ハブ部６ａから放射Ｙ字状に延びるスポーク部１１と、を備える。すなわち、上記ホイール３においては、スポーク部１１の先端に外リム部７と内リム部８とが連結されている。

ハブ部６ａは、表面が緩やかに湾曲した曲面を有する円盤状になっており、ホイール３をボルトで車軸に固定する際のボルトを挿入するためのバルブ穴６ｂが設けられている。
また、隣合うスポーク部１１同士の間は、孔９が設けられている。

鋳造ビレット４に対するホイール３の鍛錬比（以下便宜的に「全鍛錬比」という。）は３．５以上であることが好ましく、４以上であることがより好ましい。この場合、金属結晶粒子の粒径がより微粒化される。
ここで、全鍛錬比とは、上述した鋳造ビレット４に対する鍛造ビレット１０の鍛錬比に、鍛造ビレット１０に対するホイール３の鍛錬比を乗じたものである。すなわち、全鍛錬比は、「鋳造ビレット４の高さＨ１」÷「ホイール３の高さＨ３」で表される値である。なお、ホイール３の高さＨ３は、図４の（ｂ）に示す。

上記ホイール３においては、ディスク部６、外リム部７及び内リム部８から選ばれる少なくとも１つの部分の金属結晶粒子の粒径が５〜１５μｍであることがより好ましい。また、ディスク部６、外リム部７及び内リム部８の金属結晶粒子の粒径がいずれも５〜１５μｍであることがより一層好ましい。なお、本発明において、粒径とは金属結晶粒子の直径が最大のものの値をさす。

上記ホイール３の引張り強度は、３００〜４００ＭＰａであることが好ましい。なお、引張り強度は、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準じて測定した値である。
上記ホイール１００の耐力は、２８０〜３８０ＭＰａであることが好ましい。なお、耐力は、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準じて測定した値である。
上記ホイール１００の伸度は、１０〜２０％であることが好ましい。なお、伸度は、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準じて測定した値である。
上記ホイール１００のブリネル硬度は、９０〜１３０ＨＢであることが好ましい。なお、ブリネル硬度は、ＪＩＳ Ｚ ２２４３に準じて測定した値である。

本発明のホイールは、上述した鍛造ビレットを成形鍛造してディスク部６、外リム部７及び内リム部８を製造するので、機械的強度が優れ、且つ機械的強度が均一なものとなる。
また、ディスク部６、外リム部７及び内リム部８は、一体となっているので、ホイール３は、機械的強度がより優れ、且つ機械的強度がより均一なものとなる。

次に、ホイール３の製造方法について説明する。
ホイール３は、上述した鍛造ビレット１０を公知の方法に基づいて、金型で成形鍛造して得られる。

図５は、本実施形態に係る鍛造ビレットからホイールへの製造過程を示す概略図である。
図５に示すように、鍛造ビレットからホイールへの製造過程においては、成形鍛造工程と、仕上工程とを備える。
また、成形鍛造工程は、第１成形鍛造２１、第２成形鍛造２２、第３成形鍛造２３を備える。すなわち、第１成形鍛造２１、第２成形鍛造２２、第３成形鍛造２３及び図示しない仕上工程を経ることにより、鍛造ビレット１０がホイール３となる。

第１成形鍛造２１、第２成形鍛造２２及び第３成形鍛造２３の具体的な方法としては、回転鍛造、閉塞鍛造、自由鍛造、型鍛造、半閉塞鍛造が挙げられる。なお、型鍛造にはプレス鍛造、ハンマー鍛造が含まれる。また、鍛造ビレット１０を一定角度回転させ一部を加圧する操作を繰り返す部分鍛造も利用できる。
これらの中でも、第１成形鍛造２１、第２成形鍛造２２及び第３成形鍛造２３は、いずれも閉塞鍛造であることが好ましい。この場合、機械的強度がより均一なホイール３を製造することが可能となる。

また、このときの加工条件は、熱間鍛造、温間鍛造、冷間鍛造、等温鍛造のいずれであってもよい。
これらの成形鍛造は、３００℃以上の温度、好ましくは３００〜５５０℃の温度、９．８×１０^３ｋＮ〜８８．２×１０^３ｋＮの圧力で施すことが好ましい。

上述したような鍛造を施すことにより、鍛造ビレット１０が成形鍛造され、その後、冷却されることにより、ホイール３が得られる。
ここで、上記冷却は、ファン等で急冷することが好ましい。

上記仕上工程としては、スピニング加工、孔開け加工、切削加工等の機械加工が挙げられる。
ここで、スピニング加工は、プレホイール１００ａの予備部材５を絞り込むことによって、リム部の成形する加工であり、穴開け加工は、マジニングセンターで、プレホイール１００ａに穴を開け、模様を形成する加工であり、切削加工は、旋盤で、プレホイール１００ａの周囲を削り、リム部を形成する加工である。

図５に示すように、上述した成形鍛造工程によりプレホイール３ａ（ホイール）が得られる。かかるプレホイール３ａは、周縁に立設された予備部材５を備える。
スピニング加工においては、予備部材５に対して、スピンさせながら、一部を絞り込むことにより、プレホイール３ａの面方向に延設された外リム部（アウターリム）７と、プレホイール１００ａの周縁に垂直方向に立設された内リム部（インナーリム）８と、が形成される。このとき、仕上げしろを同時に形成してもよい。

そして、外リム部７と内リム部８とが形成されたプレホイール１００ａに対して、穴開け加工又は切削加工が施され、穴９が形成されたホイール１００が得られる。このため、ホイール１００の軽量化が可能となり、また、凹凸や穴等を形成することにより、デザイン性に優れるホイール１００となる。なお、必要に応じて、塗装等を施してもよい。
こうして、本実施形態に係るホイール１００が得られる。

ホイール３は、例えば、車両用、航空機用車輪等の用途に好適に用いられる。特に、車両用に用いると、自動車を軽量化できるので、ガソリン等による環境負荷を低減でき、低コスト化も可能である。

［第２実施形態］
図６の（ａ）は、本発明に係る鍛造ビレットの第２実施形態を示す断面図である。
図６の（ａ）に示すように、本実施形態に係る鍛造ビレット１０ａは、円柱状の本体部１と、該本体部１の一方の面に連続する逆円錐台状の凹凸部２ａとを備える。すなわち、本実施形態に係る鍛造ビレット１０ａは、凹凸部２ａを備える点で第１実施形態に係る鍛造ビレット１０と相違する。

鍛造ビレット１０ａは、鋳造ビレットを製造する際に、凹凸部２ａが形成されるような型を作り、その後、加圧圧縮することにより製造されてもよく、上述した鍛造ビレット１０の下部を切削加工して凹凸部２ａを形成することにより製造されてもよい。なお、かかる加圧圧縮の条件は、上述した第１実施形態に係る鍛造ビレット１０を製造する際の加圧圧縮の条件と同様である。

鍛造ビレット１０ａは、鍛流線を有し、上述したことと同様に、加圧圧縮において、下記式を満たす。
Ａ／Ｂ２（Ｂ）>２
式中、Ａは、鋳造ビレットの軸方向の高さＨ１を意味し、Ｂ２（Ｂ）は、鍛造ビレット１０ａの軸方向の高さＨ４を意味する。

上記Ａ／Ｂ２（Ｂ）（鍛錬比）は、３以上であることが好ましく、４以上であることがより好ましい。
鍛錬比が２以下であると、金属結晶粒子の粒径が不均一となる場合がある。

鍛造ビレット１０ａは、成形鍛造されることによりホイールが得られる。
図７の（ａ）は、本実施形態に係る鍛造ビレットが成形鍛造される状態を模式的に示す断面図である。
図７の（ａ）に示すように、鍛造ビレット１０ａは、下金型５１により、成形鍛造される場合、凹凸部２ａは、下金型５１に当接した後、鍛造ビレット１０ａの面方向に放射状に延転することになる。このため、延転された部分（例えば、ハブ部）は、金属組織が微細化されることになり、得られるホイールの機械的強度が向上すると共に、金属組織の金属結晶粒子の粒径が均一化される。

したがって、本実施形態に係る鍛造ビレット１０ａによれば、引き延ばされる予定の部分に凹凸部２ａを設けることにより、機械的強度がより優れ、金属組織の金属結晶粒子の粒径がより均一なホイールが得られる。

［第３実施形態］
図６の（ｂ）は、本発明に係る鍛造ビレットの第３実施形態を示す断面図である。
図６の（ｂ）に示すように、本実施形態に係る鍛造ビレット１０ｂは、円柱状の本体部１と、該本体部１の一方の面に連続する内壁がテーパー状になったリング状の凹凸部２ｂとを備える。すなわち、本実施形態に係る鍛造ビレット１０ｂは、凹凸部２ｂを備える点で第１実施形態に係る鍛造ビレット１０と相違する。

鍛造ビレット１０ｂは、鋳造ビレットを製造する際に、凹凸部２ｂが形成されるような型を作り、その後、加圧圧縮することにより製造されてもよく、上述した鍛造ビレット１０の下部を切削加工して凹凸部２ｂを形成することにより製造されてもよい。なお、かかる加圧圧縮の条件は、上述した第１実施形態に係る鍛造ビレット１０を製造する際の加圧圧縮の条件と同様である。

鍛造ビレット１０ｂは、鍛流線を有し、上述したことと同様に、加圧圧縮において、下記式を満たす。
Ａ／Ｂ３（Ｂ）>２
式中、Ａは、鋳造ビレットの軸方向の高さＨ１を意味し、Ｂ３（Ｂ）は、鍛造ビレット１０ｂの軸方向の高さＨ５を意味する。

上記Ａ／Ｂ３（Ｂ）（鍛錬比）は、３以上であることが好ましく、４以上であることがより好ましい。
鍛錬比が２以下であると、金属結晶粒子の粒径が不均一となる場合がある。

鍛造ビレット１０ｂは、成形鍛造されることによりホイールが得られる。
図７の（ｂ）は、本実施形態に係る鍛造ビレットが成形鍛造される状態を模式的に示す断面図である。
図７の（ｂ）に示すように、鍛造ビレット１０ｂは、下金型５１により、成形鍛造される場合、凹凸部２ｂは、下金型５１に当接した後、鍛造ビレット１０ｂの面方向の内側に向かって延転することになる。このため、延転された部分（例えば、ハブ部）は、金属組織が微細化されることになり、得られるホイールの機械的強度が向上すると共に、金属組織の金属結晶粒子の粒径が均一化される。

したがって、本実施形態に係る鍛造ビレット１０ｂによれば、引き延ばされる予定の部分に凹凸部２ｂを設けることにより、機械的強度がより優れ、金属組織の金属結晶粒子の粒径がより均一なホイールが得られる。

［第４実施形態］
図６の（ｃ）は、本発明に係る鍛造ビレットの第４実施形態を示す断面図である。
図６の（ｃ）に示すように、本実施形態に係る鍛造ビレット１０ｃは、円柱状の本体部１と、該本体部１の一方の面に連続する内壁がテーパー状になり、外側が段差になったリング状の凹凸部２ｃとを備える。すなわち、本実施形態に係る鍛造ビレット１０ｃは、凹凸部２ｃを備える点で第１実施形態に係る鍛造ビレット１０と相違する。

鍛造ビレット１０ｃは、鋳造ビレットを製造する際に、凹凸部２ｃが形成されるような型を作り、その後、加圧圧縮することにより製造されてもよく、上述した鍛造ビレット１０の下部を切削加工して凹凸部２ｃを形成することにより製造されてもよい。なお、かかる加圧圧縮の条件は、上述した第１実施形態に係る鍛造ビレット１０を製造する際の加圧圧縮の条件と同様である。

鍛造ビレット１０ｃは、鍛流線を有し、上述したことと同様に、加圧圧縮において、下記式を満たす。
Ａ／Ｂ４（Ｂ）>２
式中、Ａは、鋳造ビレットの軸方向の高さＨ１を意味し、Ｂ４（Ｂ）は、鍛造ビレット１０ｃの軸方向の高さＨ６を意味する。

上記Ａ／Ｂ４（Ｂ）（鍛錬比）は、３以上であることが好ましく、４以上であることがより好ましい。
鍛錬比が２以下であると、金属結晶粒子の粒径が不均一となる場合がある。

鍛造ビレット１０ｃは、成形鍛造されることによりホイールが得られる。
図７の（ｃ）は、本実施形態に係る鍛造ビレットが成形鍛造される状態を模式的に示す断面図である。
図７の（ｃ）に示すように、鍛造ビレット１０ｃは、下金型５１により、成形鍛造される場合、凹凸部２ｃは、下金型５１に当接した後、鍛造ビレット１０ｃの面方向の内側に向かって延転することになる。このため、延転された部分（例えば、ハブ部）は、金属組織が微細化されることになり、得られるホイールの機械的強度が向上すると共に、金属組織の金属結晶粒子の粒径が均一化される。

したがって、本実施形態に係る鍛造ビレット１０ｃによれば、引き延ばされる予定の部分に凹凸部２ｃを設けることにより、機械的強度がより優れ、金属組織の金属結晶粒子の粒径がより均一なホイールが得られる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、本実施形態に係る鍛造ビレットは、円柱状の鋳造ビレット４から鍛造ビレット１０を製造しているが、単に加圧圧縮する方法に限定されない。
図８は、本発明に係る鍛造ビレットの製造方法の一例を模式的に示す断面図である。
図８に示すように、鍛造ビレット１０の製造方法においては、鋳造ビレット４を加圧圧縮により、レンズ型ビレット４ａとし、続いて、これを加圧圧縮により、逆レンズ型ビレット４ｂとした後、円柱状の鍛造ビレット１０としてもよい。この場合、機械的強度がより均一となり、機械的強度がより一層向上する。

本実施形態に係る鍛造ビレットは、鋳造ビレットを軸方向に加圧圧縮して製造しているが、加圧圧縮は、軸方向に限定されるものではない。例えば、横方向であってもよい。すなわち、Ａ／Ｂ（鍛錬比）は、Ａが鋳造ビレットの加圧される方向の長さを示し、Ｂが鍛造ビレットの加圧された方向の長さを示すことになる。なお、軸方向及び横方向に加圧圧縮した場合は、軸方向に基づく加圧圧縮の値と、横方向に基づく加圧圧縮の値との和が鍛錬比になる。

本実施形態に係るホイールにおいて、スポーク部１１の形状はＹ字状となっているが、これに限定されるものではない。扇状やＸ字状であってもよい。

上記ホイールにおいて、該ホイールを製造する際の成形鍛造は、第１成形鍛造２１、第２成形鍛造２２及び第３成形鍛造２３の３回を備えているが、成形鍛造の回数は、１回であってもよく、複数回であってもよい。

上記ホイールにおいては、ホイール３の周縁に立設された予備部材５を設け、これを外リム部７、内リム部８に加工している。すなわち、上記ホイールの製造方法においては、ホイール３と予備部材５とが一体化したものを用いているが、予備部材は別途に製造し、ホイールに装着させてもよい。
予備部材を別途製造する場合、鍛造圧を軽減することができる。また、この場合、鍛造ビレット１０の高さが低くなるから鍛錬比を大きくできるという利点もある。

具体的には、以下の製造方法が挙げられる。
（ａ）ディスク部を単体で作り、更に外リム部と内リム部を一体に形成したリム部を単体で作成してこれらのそれぞれに円環状の取着座を設けておき複数のボルトとナットで結合する。
（ｂ）ディスク部を単体で作り、外リム部と内リム部を別々に作り上記と同じ要領で一体化する。
（ｃ）ディスク部を作るとき外リム部を一体に成形し、別途作成された内リム部を複数のボルトとナットで結合する。
（ｄ）ディスク部を作るとき内リム部を一体に成形し、別途作成された外リム部を複数のボルトとナットで結合する。
（ｅ）ディスク部を作るとき外リム部と内リム部を予備部材として一体に成形する。

なお、結合方法は、ボルトとナット以外にも、摩擦圧接、螺着、リベット締め又はカシメ部材を備えたハックボルト等が利用できる。

本発明のホイールの製造方法によれば、機械的強度が優れ、且つ機械的強度が均一なホイールを製造することができる。
得られるホイールは、車両用、航空機用車輪等の用途に好適に用いられる。特に、車両用に用いると、自動車を軽量化できるので、ガソリン等による環境負荷を低減でき、低コスト化も可能となる。

図１は、本発明に係る鍛造ビレットの第１実施形態を示す斜視図である。 図２は、本実施形態に係る鍛造ビレットと、加圧圧縮前における鋳造ビレットを示す断面図である。 図３は、Ａ２０１４系の軽合金を用いた前鍛錬比と引張強さ、及び、前鍛錬比と延びの関係を示すグラフである。 図４の（ａ）は、本実施形態に係るホイールを示す正面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩ−Ｉ'断面図である。 図５は、本実施形態に係る鍛造ビレットからホイールへの製造過程を示す概略図である。 図６の（ａ）は、本発明に係る鍛造ビレットの第２実施形態を示す断面図であり、（ｂ）は、本発明に係る鍛造ビレットの第３実施形態を示す断面図であり、（ｃ）は、本発明に係る鍛造ビレットの第４実施形態を示す断面図である。 図７の（ａ）は、本実施形態に係る鍛造ビレットが成形鍛造される状態を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る鍛造ビレットが成形鍛造される状態を模式的に示す断面図であり、（ｃ）は、本実施形態に係る鍛造ビレットが成形鍛造される状態を模式的に示す断面図である。 図８は、本発明に係る鍛造ビレットの製造方法の一例を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１・・・本体部
２ａ，２ｂ，２ｃ・・・凹凸部
３・・・ホイール
３ａ・・・プレホイール
４・・・鋳造ビレット
４ａ・・・レンズ型ビレット
４ｂ・・・逆レンズ型ビレット
５・・・予備部材
６・・・ディスク部
６ａ・・・ハブ部
６ｂ・・・バルブ穴
７・・・外リム部
８・・・内リム部
９・・・孔
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ・・・鍛造ビレット
１１・・・スポーク部
２１・・・第１成形鍛造
２２・・・第２成形鍛造
２３・・・第３成形鍛造
５１・・・下金型
Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６・・・高さ

Claims (11)

1. 軽金属合金を溶融鋳造して鋳造ビレットとし、該鋳造ビレットを一方向又は多方向に加圧圧縮してなる鍛造ビレットであって、
   鍛流線を有し、且つ下記式を満たす鍛造ビレット。
   Ａ／Ｂ>２
   （式中、Ａは、鋳造ビレットの加圧圧縮される方向の長さを示し、Ｂは、鍛造ビレットの加圧圧縮された方向の長さを示す。）
2. 金属結晶粒子の平均粒子径が３０μｍ以下である請求項１記載の鍛造ビレット。
3. 円柱状の本体部と、該本体部の一方の面に連続する凹凸部とを備える請求項１記載の鍛造ビレット。
4. 前記加圧圧縮が、閉塞鍛造によるものである請求項１記載の鍛造ビレット。
5. 前記加圧圧縮が３００〜５５０℃の温度、９．８×１０^３ｋＮ〜８８．２×１０^３ｋＮの圧力条件下で施される請求項１記載の鍛造ビレット。
6. 車両のホイール製造用である請求項１記載の鍛造ビレット。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の鍛造ビレットを金型で成形鍛造して得られるホイール。
8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の鍛造ビレットを金型で成形鍛造した後、切削加工を施して得られるホイール。
9. ディスク部と、外リム部と、内リム部と、を備えるマルチピースのホイールにおいて、
   前記ディスク部、前記外リム部及び前記内リム部から選ばれる少なくとも１つの部分が、請求項１〜６のいずれか一項に記載の鍛造ビレットから製造されたものであるホイール。
10. 前記ディスク部、前記外リム部及び前記内リム部から選ばれる少なくとも１つの部分の金属結晶粒子の粒径が５〜１５μｍである請求項９記載のホイール。
11. 前記ディスク部、前記外リム部及び前記内リム部が、一体となっている請求項９記載のホイール。

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