JP2809017B2 - 差圧鋳造方法及びアルミニウム合金製ホイール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は差圧鋳造方法に関し、
特に鋳造品の品質の向上を図ることができる差圧鋳造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウムなどの酸化されやすい材料
から低圧鋳造法などによって鋳造品を鋳造するときに
は、ストーク内のアルミニウム溶湯の酸化を防止し、あ
るいはストーク内のアルミニウム酸化物を除去する必要
がある。アルミニウムの低圧鋳造において従来より一般
に行われていたのは、下型の湯口に金網を配置してアル
ミニウムの酸化物を除去する方法であった。上記従来の
方法では大きな酸化物を除去することはできるものの、
細かい酸化物は金網を通過してキャビティー内に至り、
またキャビティー内において空気と接触して新たに酸化
してしまう。更にこの方法では一回の鋳造毎に金網を交
換する必要が生じ、また製品の湯口部分より切除された
スクラップ材に金網が付着しているから、スクラップ材
の有効利用を図ることができないという問題点があっ
た。

【０００３】溶湯の酸化を解消する手段として、例えば
特開昭４８−４９６２５号、特開平３−７１９６４号等
には、キャビティーへの注湯前にキャビティー内に不活
性ガスを供給する差圧鋳造方法が提案されている。この
方法によれば、下型の湯口に金網を配置することなく、
溶湯の酸化を防止することができる。また特開平１−１
０４４５７号公報には、上端を金型の湯口に接続し下端
を保持炉内の溶湯の湯面よりも高く保った内筒と、上端
を内筒の外面との間で密閉し下端を溶湯に浸漬した外筒
とを有し、内外筒の間に形成される環状領域と外部とを
連通する孔を設けた差圧鋳造用ストークを用い、空気よ
りも重い不活性ガスを前記孔から供給して溶湯表面およ
びキャビティー内の空気を不活性ガスで置換した後に、
差圧によって溶湯をキャビティー内に導入する方法が開
示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近時省エネ
ルギーの観点から自動車部品の軽量化が推進され、自動
車のディスクホイールも従来のスティールホイールに変
わってアルミホイールが使用されるようになった。しか
るに、軽量化の要望は一層きびしくなり、アルミホイー
ルを軽量化するために薄肉化の検討が必要になってき
た。ここで、アルミホイールを単に薄肉化しただけでは
機械的強度が不足することとなるため、薄肉化のために
は機械的強度向上が必須の要件となる。前記特開昭４８
−４９６２５号、特開平３−７１９６４号等で提案され
ている注湯前にキャビティー内に不活性ガスを供給する
差圧鋳造方法によれば、鋳造品中の酸化物量が低減する
から、鋳造品の機械的強度を向上することができる。し
かしより一層の薄肉化に対応するためには、これだけで
は不十分である。

【０００５】また特開平１−１０４４５７号公報の技術
では、不活性ガスを供給する以前には溶湯表面に空気が
存在しているから、なおも溶湯の酸化を免れないという
問題点がある。すなわちこの公報には、溶湯とキャビテ
ィーとの間の差圧を解除すると、未凝固の溶湯は下降し
て保持炉内に戻る旨開示されており、そのとき溶湯の表
面は真空ではあり得ないから空気が存在するほかはな
い。したがってこの時点で、すみやかに空気よりも重い
不活性ガスを供給して溶湯表面の空気を不活性ガスで置
換しても、比重の差による置換には一定の時間を必要と
し、その間は溶湯表面は空気にさらされるから一定程度
の溶湯の酸化を免れることはできない。また溶湯とキャ
ビティーとの間の差圧を解除しても、湯口部上部に完全
には凝固していない溶湯が存在し、これが湯口部をシー
ルするために、未凝固の溶湯はすぐには下降しない。し
たがって溶湯が下降しない間、湯口部近傍の鋳造物の冷
却が遅れ、生産効率を阻害するばかりか、金属組織の微
細化をもさまたげる。

【０００６】したがって本発明の目的は、アルミホイー
ル、その他の鋳造品の軽量化に対応して機械的強度を向
上することができる差圧鋳造方法を提供することであ
る。本発明の他の目的は、溶湯表面の空気を不活性ガス
で置換して溶湯表面を常に不活性ガスで覆い、もって溶
湯の酸化を防止するための、効率的な差圧鋳造方法を提
供することである。更に本発明の他の目的は、機械的強
度の高いアルミニウム合金製ホイールを提供することで
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、キャビティ
ーへの注湯前にキャビティー内に不活性ガスを供給する
差圧鋳造方法について種々検討した結果、特定の鋳造方
法を用いればキャビティー内における湯流れ性を向上す
ることができることを知見するに至った。第１の発明は
この湯流れ性向上に着目してなされたものであり、開閉
可能な金型によってキャビティーを形成し、該キャビテ
ィーに連通する湯口を前記金型の下部に開口し、該湯口
にストークの上端を接続し、該ストークの下端を保持炉
内の活性金属又は活性金属合金の溶湯に浸漬し、該溶湯
を加圧し又は前記キャビティーを減圧して前記溶湯を前
記キャビティー内に導入し、キャビティー内の溶湯を凝
固させて鋳造品に鋳造する差圧鋳造方法において、溶湯
注湯前に前記ストークとキャビティー内とを不活性ガス
雰囲気に保ち、前記キャビティー内に溶湯を導入すると
きの差圧印加速度を０．００１〜０．００６Ｋｇｆ／ｃ
ｍ²／ｓにして鋳造することを特徴とする差圧鋳造方法
である。

【０００８】第２の発明もまた湯流れ性向上に着目して
なされたものであり、溶湯注湯前に前記ストークとキャ
ビティー内とを不活性ガス雰囲気に保ち、過熱度を５０
〜８０℃とした溶湯を注湯し、あるいはアルミニウム又
はアルミニウム合金を対象とする場合に、溶湯注湯前に
前記ストークとキャビティー内とを不活性ガス雰囲気に
保ち、金型の温度を３５０〜４３０℃に保って鋳造する
ことを特徴とする差圧鋳造方法である。

【０００９】第３の発明は、開閉可能な金型によってキ
ャビティーを形成し、該キャビティーに連通する湯口を
前記金型の下部に開口し、該湯口にストークの上端を接
続し、該ストークの下端を保持炉内の溶湯に浸漬し、該
溶湯の圧力を前記キャビティーの圧力よりも上昇（溶湯
を加圧する場合とキャビティーを減圧する場合とを問わ
ない）させて前記溶湯を前記キャビティー内に導入し、
キャビティー内の溶湯を凝固させて鋳造品に鋳造し、前
記金型を開いて鋳造品を取出す差圧鋳造方法において、
前記ストーク内に不活性ガスを供給することによって前
記鋳造品と前記溶湯とを分離し、鋳造品から分離された
ストーク内の溶湯の湯面高さを保持炉内の湯面高さより
も高く保って鋳造品の冷却・取出しを行うことを特徴と
している。

【００１０】第４の発明は、上記差圧鋳造方法によって
得られたアルミニウム合金製ホイールにおいて、 （１）次の条件（ａ）、（ｂ）を満足する機械的強度を
有すると共に、（ａ）リアフランジ部の引張り強さ（σ
_B-R）、フロントフランジ部の引張り強さ（σ_B-F）およ
びスポーク部の引張り強さ（σ_B-S）がいずれも２４Ｋ
ｇ／ｍｍ²以上であり、かつ、σ_B-R＞σ_B-F＞σ_B-Sであ
り、（ｂ）リアフランジ部の伸び（ε_R）、フロントフ
ランジ部の伸び（ε_F）およびスポーク部の伸び（ε_S）
が３％以上であり、かつ、ε_F＞ε_R＞ε_Sであり、 （２）二次アームスペーシングが２ｍｍ以下である、こ
とによって、上記目的を達成した。ここで二次アームス
ペーシングは０．８ｍｍ以下であることが望ましい。

【００１１】

【作用】ところで周知のように、金属材料はその組織を
微細化すると機械的強度が向上する。また溶湯を注湯す
る速度を低下させると、指向性凝固が顕著に生じ、組織
の微細化を図ることができる。しかるに本発明者の検討
によると、大気中で鋳造を行った場合、キャビティーに
侵入する溶湯の先端部に酸化被膜が形成され、この酸化
被膜による表面張力の作用によって湯流れ性が阻害され
ているものと考えられる。キャビティーが薄い部分は他
の部分に比べ酸化被膜による湯流れ性劣化が顕著とな
り、この場合には湯流れ性を確保し得る溶湯速度で鋳造
する必要がある。すなわち大気中における鋳造では、湯
流れ性が低いために溶湯速度を十分に低下させることが
できなかった。これに対して第１の発明は、湯流れ性向
上効果を利用して、従来に比べ溶湯速度を低下させ、す
なわちキャビテイー内に溶湯を導入するときの差圧の上
昇速度を低下させた点に特徴を有する。すなわち鋳造雰
囲気を不活性ガスとすることにより溶湯先端部の酸化被
膜発生を抑制して湯流れ性向上を図っているので、溶湯
速度を従来に比べ低下させることを可能とした。したが
って鋳造品の組織微細化が図られ、機械的強度も向上す
る。第１の発明において差圧印加速度を０．００１〜
０．００６Ｋｇｆ／ｃｍ²／ｓとするのは、０．００６
Ｋｇｆ／ｃｍ²／ｓを越えると組織微細化による十分な
強度向上が得られないためであり、一方０．００１Ｋｇ
ｆ／ｃｍ²／ｓ未満となると本質的な湯流れ性低下によ
り湯廻り不良が発生する虞があるからである。

【００１２】既述のごとく金属材料はその組織を微細化
すれば機械的強度が向上するが、組織の微細化は溶湯の
凝固速度を速くすることによっても達成される。しかる
に大気中で鋳造を行った場合には、上述したようにキャ
ビティーに侵入する溶湯の先端部に酸化被膜が形成され
るので湯流れ性が低く、この結果溶湯温度または金型温
度を十分に低下させることができなかった。具体的に
は、溶湯の過熱度は１００〜１５０℃、アルミニウム又
はアルミニウム合金の場合の金型温度は４８０〜５００
℃に設定されていた。これに対して第２の発明は、湯流
れ性向上効果を利用して従来に比べ過熱度、または金型
温度を低下させた点に特徴を有する。すなわち鋳造雰囲
気を不活性ガスとすることにより溶湯先端部の酸化被膜
発生を抑制して湯流れ性向上を図っているので、溶湯温
度または金型温度を従来に比べ低下させることを可能と
した。したがって、鋳造品の組織微細化が図られ、機械
的強度も向上する。第２の発明において過熱度を５０〜
８０℃とするのは、８０℃を越えると組織微細化による
十分な強度向上が得られないためであり、一方５０℃未
満となると本質的な湯流れ性低下により湯廻り不良が発
生する虞があるからである。なお過熱度とは、溶湯温度
と当該金属又は合金の融点との差をいう。また第２の発
明においてアルミニウム又はアルミニウム合金を対象と
する場合には、上記と同様の理由により金型温度を３５
０〜４３０℃とするものである。

【００１３】第３の発明の鋳造方法によれば、キャビテ
ィー内に溶湯導入後適時にストーク内に不活性ガスを供
給するため、この不活性ガスは凝固部分と未凝固部分の
境界に進入して両者を分離する。したがって、後に金型
を開いても溶湯表面は不活性ガスで覆われて溶湯の酸化
は防止される。また、溶湯を迅速に降下させることがで
き、湯口部近傍の冷却も促進されるから鋳造サイクルの
短縮を図ることができる。また不活性ガスで分離された
溶湯は、保持炉内の湯面より高い位置までしか降下させ
ない、つまり溶湯の昇降幅を少なくしているため、保持
炉内の撹拌が抑制され、溶湯酸化が防止されるとともに
鋳造サイクルの短縮が図られる。鋳造品から分離された
ストーク内の湯面高さを保持炉内の湯面高さよりも高く
保つには、保持炉内の溶湯に所定の圧力を付与すればよ
い。なおこの圧力を付与すると溶湯の凝固部分と未凝固
部分とは分離されにくくなるから、不活性ガスを侵入さ
せて分離させる必要性は極めて大きい。また鋳造品と溶
湯とを分離するためのストーク内への不活性ガス供給
を、キャビティーへ溶湯を導入後溶湯の圧力を低下させ
た後に行えば、低い圧力でガス供給を行うことができ
る。

【００１４】本発明の鋳造方法によれば、機械的強度が
高くかつ組織が微細化したアルミホイールが得られる
が、特に第４の発明の如く、各部の引張り強さが２４Ｋ
ｇ／ｍｍ²以上と極めて高く、又伸びも大きく、そして
二次アームスペーシングが２ｍｍ以下といった極めて微
細な組織を有する高強度の一体アルミホイールが得られ
る。このアルミホイールは、保安基準を満足するのみな
らず、高性能かつ安全性の高いものである。

【００１５】

【実施例１】本発明を図面によって説明する。図１は本
発明方法を適用した低圧鋳造機の一例を示し、鋳造すべ
き鋳造品の形状に適合したキャビティー１が金型２によ
って形成されている。金型２は上型２ａと下型２ｂと横
型２ｃによって形成されており、下型２ｂにはキャビテ
ィー１に連通する湯口５が開口している。ストーク１０
は内筒１１と外筒１２とを有し、内筒１１の上端は金型
の湯口５に接続しており、下端は保持炉６内の溶湯７の
湯面８よりも高く保たれている。外筒１２の上端は内筒
１１の外面との間で密閉されており、下端は溶湯７に浸
漬しており、こうして内外筒１１，１２の間に下方に向
けて開放した環状領域１３が形成されている。外筒１２
には、環状領域１３の上部と外筒の外面とを連通する孔
１４が穿設されており、孔１４には遮断弁２１及び逆止
め弁２２を介してアルゴンガスボンベ２０が接続されて
いる。

【００１６】この低圧鋳造機を用いて鋳造品を鋳造する
には、先ず遮断弁２１を開いて孔１４を通じてストーク
１０内の空気をアルゴンガスで置換する。ストーク１０
内の空気をアルゴンガスで置換するまでは、溶湯の湯面
８は空気にさらされていたから湯面８近傍の溶湯７は酸
化されている。ストーク１０内の空気がアルゴンガスで
置換された後に遮断弁２１を閉じて保持炉６内を加圧す
ると、湯面８は上昇して内筒１１の下端に接し、以降は
溶湯７は二手に分かれ、図２に示すように一方はアルゴ
ンガスを排除しつつキャビティー１内に侵入し、他方は
アルゴンガス２３を圧縮しつつ環状領域１３内に侵入す
る。環状領域１３内の湯面８が孔１４の内面側開口部よ
りも高く上昇しないように、逆止め弁２２から環状領域
１３下端までの空間の体積を定めて、孔１４とこれに接
続した配管とを溶湯７から保護することが好ましい。キ
ャビティー１内に溶湯７が充満した後一定時間経過する
と、溶湯７は凝固して鋳造品となるが、最初に供給され
たのは酸化した溶湯であったから、最初の鋳造品は不良
品となる。

【００１７】最初の鋳造品が凝固した後に、遮断弁２１
を開いて環状領域１３内にアルゴンガス２３を供給する
と、図３に示すようにアルゴンガス２３は環状領域１３
内の湯面８を徐々に押し下げ、ついには環状領域１３か
ら内筒１１内に移動し、内筒１１内の溶湯中を上昇し、
鋳造品９と湯面８との間に溜って両者を分離する。すな
わち未凝固の溶湯７は、それまで溶湯であった鋳造品９
と接していた後、アルゴンガス２３によって鋳造品９か
ら分離されて自由表面を形成し、したがって湯面８が形
成されるときは常に該湯面８はアルゴンガス２３で覆わ
れることとなる。アルゴンガス２３によって鋳造品９と
湯面８とが分離され、更に保持炉６の加圧を解除した後
には、金型２を開いて最初の鋳造品、すなわち不良品を
排出し、金型２を閉じる。しかる後、遮断弁２１を閉
じ、保持炉６を加圧して２個目の鋳造品を鋳造する。２
個目の鋳造品のための溶湯７は全く空気と遮断されてい
たから、以降は良品のみを鋳造することができる。

【００１８】図４は第１の発明の鋳造方法によって鋳造
した自動車用アルミホイール（ＪＩＳ ＡＣ４Ｃ）を示
し、同図に示すようにスポーク位置Ｓ、フロントフラン
ジ位置Ｆ、リアフランジ位置Ｒより、ＡＳＴＭ，Ｂ５５
７，Ｅ８に従った試験片を採取して機械的強度を測定し
た。図５はこの測定結果を示し、金型の温度を４８０℃
に保ち、湯温を７１０℃に保ち、加圧速度、すなわちキ
ャビティー内に溶湯を導入するときの圧力の上昇率を変
更したときの機械的性質の測定結果を示す。同図より明
らかなように加圧速度が低下すると、引張強さ、伸び共
に上昇し、特に加圧速度を０．００６Ｋｇｆ／ｃｍ²／
ｓ以下とすることにより鋳造品の機械的強度を大幅に向
上できることが解った。また、スポーク位置Ｓにおける
強度向上効果が顕著であることが注目される。但し加圧
速度を０．００１Ｋｇｆ／ｃｍ²／ｓ未満とすると、湯
廻り不良を引き起こすおそれがあるから、結局加圧速度
を０．００１〜０．００６Ｋｇｆ／ｃｍ²／ｓに保つこ
とが好ましいことが解った。なお本実施例はアルミニウ
ムの鋳造について行ったが、その他Ｍｇ，Ｚｎ，Ｎｉ，
Ｔｉ，Ｃｕ等の活性化金属又はその合金についても同様
である。

【００１９】図６及び図７は上記自動車用アルミホイー
ルについて行った染色探傷検査の結果を示し、図６は加
圧速度０．００４Ｋｇｆ／ｃｍ²／ｓ、アルゴンガス雰
囲気下の鋳造による場合であり、図７は従来例の加圧速
度０．００９Ｋｇｆ／ｃｍ²／ｓ、大気雰囲気下の鋳造
による場合である。両図を比較すれば明らかなように、
従来の鋳造方法では鋳造欠陥ＡやバリＢが散見される
が、本実施例ではキャビティー１内に充満する溶湯の乱
れが低下するために鋳造欠陥が抑制され、またキャビテ
ィー１内に溶湯が充満して溶湯の動圧が静圧に変化する
ときの衝撃圧が抑制されるから、バリの発生も抑制され
ていることが解る。

【００２０】図８及び図９は、スポーク位置Ｓで採取し
た試料の顕微鏡写真であり、図８は加圧速度０．００４
Ｋｇｆ／ｃｍ²／ｓ、アルゴンガス雰囲気下の鋳造によ
る場合であり、図９は従来例の加圧速度０．００９Ｋｇ
ｆ／ｃｍ²／ｓ、大気雰囲気下の鋳造による場合であ
る。両図を比較すれば明らかなように、本実施例の鋳造
方法では指向性凝固が生じ易くなっており、この結果金
属組織の著しい緻密化が図られていることが解る。

【００２１】

【実施例２】第２の発明の鋳造方法によって鋳造した自
動車用アルミホイール（ＪＩＳ ＡＣ４Ｃ）について
も、図４に示すスポーク位置Ｓ、フロントフランジ位置
Ｆ、リアフランジ位置Ｒより、ＡＳＴＭ，Ｂ５５７，Ｅ
８に従った試験片を採取して機械的強度を測定した。図
１０及び図１１はこの測定結果を示し、先ず図１０は金
型の温度を４８０℃に保ち、加圧速度を０．００９Ｋｇ
ｆ／ｃｍ²／ｓとし、溶湯の過熱度を変更したときの機
械的性質の測定結果を示す。同図より明らかなように過
熱度が低下すると、引張強さ、伸び共に上昇し、特に過
熱度を８０℃以下とすることにより鋳造品の機械的強度
を大幅に向上できることが解った。また、スポーク位置
Ｓにおける強度向上効果が顕著であることが注目され
る。但し溶湯の過熱度を５０℃未満とすると、湯廻り不
良を引き起こすおそれがあるから、結局溶湯の過熱度を
５０〜８０℃に保つことが好ましいことが解った。なお
本実施例はアルミニウム合金の鋳造について行ったが、
その他Ｍｇ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｕ等の活性化金属又
はその合金についても同様の効果を得ることができる。

【００２２】次に図１１は湯温を７１０℃に保ち、加圧
速度を０．００９Ｋｇｆ／ｃｍ²／ｓとし、型温を変更
したときの機械的性質の測定結果を示す。同図より明ら
かなように型温が低下すると、引張強さ、伸び共に上昇
し、特に型温を４３０℃以下とすることにより鋳造品の
機械的強度を大幅に向上できることが解った。但し型温
を３５０℃未満とすると、湯廻り不良を引き起こすおそ
れがあるから、結局型温を３５０〜４３０℃に保つこと
が好ましいことが解った。

【００２３】図１２及び図１３は、スポーク位置Ｓで採
取した試料の顕微鏡写真であり、図１２は型温３７０
℃、アルゴンガス雰囲気下の鋳造による場合であり、図
１３は従来例の型温４８０℃、大気雰囲気下の鋳造によ
る場合である。両図を比較すれば明らかなように、本実
施例の鋳造方法によって金属組織の著しい緻密化が図ら
れていることが解る。

【００２４】

【実施例３】第３の発明の詳細を図面によって説明す
る。図１において先ず遮断弁２１を開いてストーク１０
内およびキャビティー１内の空気をアルゴンガス２３で
置換し、更に保持炉６を加圧して、ストーク内の湯面高
さｈ の当初の値ｈ₀を保持炉６内の湯面高さよりも高く
且つ内筒１１の下端の高さｈ₁よりも若干低い位置に保
つ。ストーク内のアルゴンガスの圧力Ｐ₁の当初の値Ｐ
₁₀は、キャビティーを通過するアルゴンガス流の圧力損
失ΔＰ_Cだけ大気圧Ｐ₀よりも高く、 Ｐ₁₀＝Ｐ₀＋ΔＰ_C となっている。またアルゴンガスボンベ２０の圧力Ｐ_Ar
は、アルゴンガスボンベ２０からストーク１０にまで流
れるアルゴンガス流の圧力損失ΔＰ_ArだけＰ₁₀よりも高
く、 Ｐ_Ar＝Ｐ₁₀＋ΔＰ_Ar となっている。但し差圧ΔＰ_C，ΔＰ_Arは共に小さい。
また保持炉の圧力Ｐ₂の当初の値Ｐ₂₀は、高さｈ₀の溶湯
の重量分だけＰ₁₀よりも高く、 Ｐ₂₀＝Ｐ₁₀＋ρｇｈ₀（ρはアルミニウムの密度、ｇは
重力加速度） となっている。他方ストーク１０内の空気をアルゴンガ
ス２３で置換するまでは、ストーク内の溶湯の湯面８は
空気にさらされていたから、湯面８近傍の溶湯７は酸化
されている。

【００２５】ストーク１０内とキャビティー１内の空気
がアルゴンガス２３で置換された後に、図１４に示すよ
うに保持炉６内を当初の圧力Ｐ₂₀より更に加圧すると、
湯面８は当初の高さｈ₀より更に上昇し、保持炉の圧力
Ｐ₂₁が、 Ｐ₂₁＝Ｐ₁₀＋ρｇｈ₁ となったときに、湯面８は内筒１１の下端に接する。以
降は溶湯７は二手に分かれ、図２に示すように一方はア
ルゴンガス２３を排除しつつキャビティー１内に侵入
し、他方はアルゴンガス２３を圧縮しつつ環状領域１３
内に侵入する。後者すなわち環状領域１３内に侵入しよ
うとする溶湯７は、当初はアルゴンガスボンベ２０から
供給されるアルゴンガスによって侵入を阻止されるが、
保持炉の圧力Ｐ₂₂を一層上昇し、その結果ストーク内の
アルゴンガスの圧力Ｐ₁＝Ｐ₂₂−ρｇｈ₁が一層上昇して
Ｐ₁＝Ｐ_Arとなったとき、すなわち、 Ｐ₂₂＝Ｐ_Ar＋ρｇｈ₁ となったときに、アルゴンガスボンベ２０からストーク
１０に至るアルゴンガス２３の流れは停止し、逆止め弁
２２は閉じる。

【００２６】更に保持炉６の圧力Ｐ₂を加圧すると、逆
止め弁２２よりも環状領域１３側に閉じ込められたアル
ゴンガス２３は、その絶対圧力と容積との積が一定とな
るように圧縮され、保持炉の圧力Ｐ₂が最高圧力Ｐ₂₃と
なったときに、ストーク内のアルゴンガスの圧力Ｐ₁は
Ｐ₁＝Ｐ₂₃−ρｇｈ₂となり、すなわち環状領域１３内の
湯面高さは最高高さｈ₂となる。この最高高さｈ₂が孔１
４の内面側開口部よりも高くならないように、逆止め弁
２２から環状領域１３下端までの空間の体積が定められ
ている。他方キャビティー１内に溶湯７が充満した後一
定時間経過すると、溶湯７は凝固して鋳造品９となる
が、最初に供給されたのは酸化した溶湯であったから、
最初の鋳造品は不良品となる。

【００２７】最初の鋳造品９が凝固した後に保持炉６の
加圧を解除しても、鋳造品９と溶湯７との接触部位は密
閉されているからストーク１０内の溶湯７はすぐには落
下せず、単に溶湯７の圧力と、環状領域１３に閉じ込め
られたアルゴンガスの圧力Ｐ₁だけが低下する。この結
果環状領域に閉じ込められたアルゴンガス２３は圧縮の
ときと逆の過程で膨脹し、したがってＰ₁＝Ｐ_Arとなっ
たときにストーク内の湯面高さｈはｈ₁まで低下し、す
なわち保持炉６の圧力Ｐ₂₂が、 Ｐ₂₂＝Ｐ_Ar＋ρｇｈ₁ となったときに環状領域内の湯面は内筒１１の下端に至
る。

【００２８】更に保持炉の圧力Ｐ₂を低下させ、その結
果ストーク内のアルゴンガスの圧力Ｐ₁がＰ₁＜Ｐ_Arにな
ろうとすると、逆止め弁２２が開き、アルゴンガスボン
ベ２０からストーク１０に向ってアルゴンガス２３が流
れ、結局ストーク内のアルゴンガスの圧力Ｐ₁がＰ₁＝Ｐ
_Arに保たれつつアルゴンガス流が生じる。この結果、図
３に示すようにアルゴンガス２３は環状領域１３から内
筒１１内に移動し、内筒１１内の溶湯中を上昇し、鋳造
品９と湯面８との間に溜って両者を分離する。すなわち
未凝固の溶湯７は、それまで溶湯であった鋳造品９と接
していた後、アルゴンガス２３によって鋳造品９から分
離されて自由表面を形成し、したがって湯面８が形成さ
れるときは常に該湯面８はアルゴンガス２３で覆われる
こととなる。

【００２９】ストーク内のアルゴンガスの圧力Ｐ₁をＰ₁
＝Ｐ_Arに保つべくアルゴンガス２３がストーク内に供給
されつつも、なおも保持炉の圧力Ｐ₂を当初の圧力Ｐ₂₀
にまで低下させると、ついにはストーク内の上部はアル
ゴンガス２３で充満し、アルゴンガスボンベからストー
クに至るアルゴンガスの流れは停止し、逆止め弁２２は
閉じる。その状態でのストーク内の湯面高さｈ₃は、 Ｐ₂₀＝Ｐ_Ar＋ρｇｈ₃ で与えられる高さ、すなわち、 ｈ₃＝（Ｐ₂₀−Ｐ_Ar）／ρｇ である。なおストーク内の当初の湯面高さｈ₀＝（Ｐ₂₀
−Ｐ₁₀）／ρｇとｈ₃との差ｈ₀−ｈ₃は、 ｈ₀−ｈ₃＝ΔＰ_Ar／ρｇ であり、すなわちアルゴンガスボンベからストークに至
るアルゴンガスの流れが停止している分だけ僅かに湯面
高さｈは下がっている。

【００３０】アルゴンガス２３によって鋳造品９と湯面
８とが分離され、更に鋳造品９が冷却した後には、金型
２を開いて最初の鋳造品、すなわち不良品を排出する。
鋳造品９を排出するときにはストーク内の湯面の圧力は
ほぼ大気圧Ｐ₀になるから、ストーク内の湯面高さｈ
₄は、 ｈ₄＝（Ｐ₂₀−Ｐ₀）／ρｇ にまで上昇する。ｈ₄とｈ₃との差は、 ｈ₄−ｈ₃＝（ΔＰ_C＋ΔＰ_Ar）／ρｇ であるから僅かである。次いで金型２を閉じると、スト
ーク内の湯面高さｈは下降して当初の値ｈ₀に至る。ｈ₄
とｈ₀との差は、 ｈ₄−ｈ₀＝ΔＰ_C／ρｇ であるから僅かである。しかる後キャビティー１内の空
気をアルゴンガスで置換し、保持炉６を加圧して２個目
の鋳造品を鋳造する。２個目の鋳造品のための溶湯７は
全く空気と遮断されており、またキャビティー１内には
アルゴンガスが充満しているから、以降は良品のみを鋳
造することができる。

【００３１】以上のように本実施例の鋳造方法は、スト
ーク１０内にアルゴンガス２３を供給することによって
鋳造品９と溶湯７とを分離するものであるから、湯面８
は常にアルゴンガス２３で覆われ、溶湯７の酸化は完全
に防止され、また鋳造品９の冷却は溶湯７と分離した状
態で行われるから、鋳造品は早期に冷却し、鋳造サイク
ルの短縮を図ることができる。更に溶湯の昇降幅は僅か
であるから保持炉内の溶湯の撹拌を招くことがなく、こ
の点でも溶湯の酸化を招くことがなく且つ鋳造サイクル
の短縮を図ることができる。

【００３２】また図５及び図９から、本発明のアルミホ
イールは、上述した（ａ）（ｂ）の条件を満足する機械
的強度を有することがわかる。（なお通常のアルミホイ
ールの引張り強さは、スポーク部で約２１〜２２Ｋｇ／
ｍｍ²である。） 更に図８及び図１２から、本発明のアルミホイールは、
上述した条件を満足する組織を有することがわかる。
（なお通常のアルミホイールの二次アームスペーシング
は２〜３ｍｍである。） なお、以上の各実施例では加圧鋳造方法について示した
が、減圧鋳造方法にも同様に適用できる。

【００３３】

【発明の効果】

（１）第１の発明は、不活性ガス雰囲気において低差圧
印加速度のもとに鋳造する鋳造方法であるから、金属組
織の著しい緻密化を図ることができ、したがって鋳造品
の機械的強度を向上することができ、この結果鋳造品の
軽量化を図ることができ、また鋳造欠陥やバリの軽減を
図ることができる。 （２）第２の発明は、不活性ガス雰囲気において低湯温
ないしは低型温のもとに鋳造する鋳造方法であるから、
金属組織の著しい緻密化を図ることができ、したがって
鋳造品の機械的強度を向上することができ、この結果鋳
造品の軽量化を図ることができる。また金型の温度変化
の幅が減少するから伸縮量も減少し、したがって鋳造品
のバリが減少し、また金型の寿命を伸ばすことができ
る。 （３）第３の発明によればストーク内の溶湯の酸化と保
持炉内の溶湯の撹拌が防止され、したがって鋳造品の品
質の向上を図ることができ、また鋳造サイクルの短縮も
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を適用した低圧鋳造機の一例の概略
縦断面図

【図２】保持炉を加圧したときの図１に対応する図

【図３】アルゴンガスを導入して鋳造品と溶湯とを分離
したときの図１に対応する図

【図４】自動車用アルミホイールからの試験片の採取位
置を示す図

【図５】差圧印加速度に対する鋳造品の機械的性質の変
化を示す図

【図６】本発明方法による鋳造品の染色探傷検査の結果
の一例を示す左半断面右半正面概略図

【図７】従来の鋳造方法による図６に対応する図

【図８】自動車用アルミホイールからの試験片の金属組
織の写真

【図９】従来の鋳造方法による図８に対応する金属組織
の写真

【図１０】溶湯の過熱度に対する鋳造品の機械的性質の
変化を示す図

【図１１】型温に対する鋳造品の機械的性質の変化を示
す図

【図１２】自動車用アルミホイールからの試験片の金属
組織の写真

【図１３】従来の鋳造方法による図１２に対応する金属
組織の写真

【図１４】保持炉の加圧とアルゴンガスの供給・停止の
タイミングを示した図

【符号の説明】

１…キャビティー ２…金型 ２
ａ…上型 ２ｂ…下型 ２ｃ…横型 ５
…湯口 ６…保持炉 ７…溶湯 ８
…湯面 ９…鋳造品 １０…ストーク １
１…内筒 １２…外筒 １３…環状領域 １
４…孔 ２０…アルゴンガスボンベ ２１…遮断弁 ２
２…逆止め弁 ２３…アルゴンガス Ａ…鋳造欠陥 Ｂ
…バリ Ｓ…スポーク Ｆ…フロントフランジ Ｒ
…リアフランジ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−131261（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−200852（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−123851（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−96356（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−103930（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 18/04 B22D 18/06 B22D 18/08

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】開閉可能な金型によってキャビティーを形
   成し、該キャビティーに連通する湯口を前記金型の下部
   に開口し、該湯口にストークの上端を接続し、該ストー
   クの下端を保持炉内の活性化金属又は活性化金属合金の
   溶湯に浸漬し、該溶湯を加圧し又は前記キャビティーを
   減圧して前記溶湯を前記キャビティー内に導入し、キャ
   ビティー内の溶湯を凝固させて鋳造品に鋳造する差圧鋳
   造方法において、 前記ストーク内とキャビティー内とを不活性ガス雰囲気
   に保ち、前記キャビティー内に溶湯を導入するときの差
   圧印加速度を０．００１〜０．００６Ｋｇｆ／ｃｍ²／
   ｓにして鋳造することを特徴とする差圧鋳造方法。
2. 【請求項２】開閉可能な金型によってキャビティーを形
   成し、該キャビティーに連通する湯口を前記金型の下部
   に開口し、該湯口にストークの上端を接続し、該ストー
   クの下端を保持炉内の活性化金属又は活性化金属合金の
   溶湯に浸漬し、該溶湯を加圧し又は前記キャビティーを
   減圧して前記溶湯を前記キャビティー内に導入し、キャ
   ビティー内の溶湯を凝固させて鋳造品に鋳造する差圧鋳
   造方法において、 前記ストーク内とキャビティー内とを不活性ガス雰囲気
   に保ち、前記溶湯の過熱度を５０〜８０℃に保って鋳造
   することを特徴とする差圧鋳造方法。
3. 【請求項３】開閉可能な金型によってキャビティーを形
   成し、該キャビティーに連通する湯口を前記金型の下部
   に開口し、該湯口にストークの上端を接続し、該ストー
   クの下端を保持炉内のアルミニウム又はアルミニウム合
   金の溶湯に浸漬し、該溶湯を加圧し又は前記キャビティ
   ーを減圧して前記溶湯を前記キャビティー内に導入し、
   キャビティー内の溶湯を凝固させて鋳造品に鋳造する差
   圧鋳造方法において、 前記ストーク内とキャビティー内とを不活性ガス雰囲気
   に保ち、前記金型の温度を３５０〜４３０℃に保って鋳
   造することを特徴とする差圧鋳造方法。
4. 【請求項４】開閉可能な金型によってキャビティーを形
   成し、該キャビティーに連通する湯口を前記金型の下部
   に開口し、該湯口にストークの上端を接続し、該ストー
   クの下端を保持炉内の溶湯に浸漬し、該溶湯を加圧し又
   は前記キャビティーを減圧して前記溶湯を前記キャビテ
   ィー内に導入し、キャビティー内の溶湯を凝固させて鋳
   造品に鋳造し、前記金型を開いて鋳造品を取出す差圧鋳
   造方法において、 前記ストーク内に不活性ガスを供給することによって前
   記鋳造品と前記溶湯とを分離し、鋳造品から分離された
   ストーク内の溶湯の湯面高さを保持炉内の湯面高さより
   も高く保って鋳造品の冷却・取出しを行うことを特徴と
   する差圧鋳造方法。
5. 【請求項５】前記鋳造品と溶湯とを分離するためのスト
   ーク内への不活性ガスの供給は、溶湯の圧力を低下させ
   た後に行う請求項４に記載の差圧鋳造方法。
6. 【請求項６】請求項１から５のいずれか１項記載の差圧
   鋳造方法によって得られたアルミニウム合金製ホイール
   において、 （１）次の条件（ａ）、（ｂ）を満足する機械的強度を
   有すると共に、 （ａ）リアフランジ部の引張り強さ（σ_B-R）、フロン
   トフランジ部の引張り強さ（σ_B-F）およびスポーク部
   の引張り強さ（σ_B-S）がいずれも２４Ｋｇ／ｍｍ²以上
   であり、かつ、σ_B-R＞σ_B-F＞σ_B-Sであり、 （ｂ）リアフランジ部の伸び（ε_R）、フロントフラン
   ジ部の伸び（ε_F）およびスポーク部の伸び（ε_S）が３
   ％以上であり、かつ、ε_F＞ε_R＞ε_Sであり、 （２）二次アームスペーシングが２ｍｍ以下である、こ
   とを特徴とするアルミニウム合金製ホイール。