ホイールの製造方法及びホイール
【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ホイールの製造方法及びホイールを提供すること。
【解決手段】本発明は、軽金属合金を溶融し、溶融原料とする準備工程Ｓ１と、溶融原料を鋳造し、鋳造ビレットとする鋳造工程Ｓ２と、鋳造ビレット１を加圧圧縮し、鍛造ビレット２とする予備鍛造工程Ｓ３と、鍛造ビレット２を金型で加圧鍛造し、プレホイール３ａ，３ｂとする本鍛造工程Ｓ４と、該プレホイールを熱処理する熱処理工程Ｓ５と、プレホイール３ａ，３ｂに対し機械加工を施す成型工程Ｓ６と、を備えるホイールの製造方法である。
【解決手段】本発明は、軽金属合金を溶融し、溶融原料とする準備工程Ｓ１と、溶融原料を鋳造し、鋳造ビレットとする鋳造工程Ｓ２と、鋳造ビレット１を加圧圧縮し、鍛造ビレット２とする予備鍛造工程Ｓ３と、鍛造ビレット２を金型で加圧鍛造し、プレホイール３ａ，３ｂとする本鍛造工程Ｓ４と、該プレホイールを熱処理する熱処理工程Ｓ５と、プレホイール３ａ，３ｂに対し機械加工を施す成型工程Ｓ６と、を備えるホイールの製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホイールの製造方法及びホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車用タイヤには、枠体としての金属製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。
【０００３】
このようなホイールの製造方法としては、例えば、軽合金素材を用いて熱間型鍛造によりディスク面、外側リム、及び内側リムからなるホイールを一体に成形する軽合金製ホイールの製造方法が知られている（例えば、特許文献１又は２参照）。
また、車軸が装着されるハブ部と、ハブ部の周囲に位置するデザイン面を有するディスク部と、このディスク部の周縁に一体で形成されたリム部を備えたロードホイールにおいて、アルミニウム合金を鍛造して成るアルミニウム合金製鍛造ロードホイールが知られている（例えば、特許文献３参照）。
さらに、マグネシウム合金を歪加工する歪加工工程と、再結晶温度で熱処理して再結晶化する再結晶化工程と、を有するマグネシウム合金の組織制御方法が知られている（例えば、特許文献４参照）。
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。）から加圧鍛造することによって、得られるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平０３−００２５７３号公報
【特許文献２】特公平０３−００２５７４号公報
【特許文献３】特開２００７−２１００１７号公報
【特許文献４】特開２００７−３０８７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１〜４に記載のホイールの製造方法は、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。
【０００６】
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、大きな変位を受けないので、従来のホイールの製造方法では金属組成の結晶粒径は、ハブ部分が特に大きくなる。
【０００７】
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ホイールの製造方法及びホイールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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加圧鍛造するのではなく、一旦、鍛造したビレットを所定の大きさに加圧圧縮することにより、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。
【０００９】
すなわち、本発明は、（１）軽金属合金を溶融し、溶融原料とする準備工程と、該溶融原料を鋳造し、鋳造ビレットとする鋳造工程と、該鋳造ビレットを加圧圧縮し、鍛造ビレットとする予備鍛造工程と、該鍛造ビレットを金型で加圧鍛造し、プレホイールとする本鍛造工程と、該プレホイールを熱処理する熱処理工程と、該プレホイールに対し機械加工を施す成型工程と、を備えるホイールの製造方法に存する。
【００１０】
本発明は、（２）本鍛造工程が、鍛造ビレットに対して、第１加圧鍛造、第２加圧鍛造及び第３加圧鍛造の３段の加圧鍛造を施し、プレホイールとする工程である上記（１）記載のホイールの製造方法に存する。
【００１１】
本発明は、（３）本鍛造工程が、鍛造ビレットに対して、１段の加圧鍛造を施し、プレホイールとする工程である上記（１）記載のホイールの製造方法に存する。
【００１２】
本発明は、（４）鍛造ビレットが鍛流線を有する上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【００１３】
本発明は、（５）加圧圧縮が、密閉鍛造によるものである上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【００１４】
本発明は、（６）加圧鍛造が、回転鍛造、密閉鍛造又は自由鍛造によるものである上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【００１５】
本発明は、（７）予備鍛造工程において、鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮してプレ鍛造ビレットとし、該プレ鍛造ビレットを加圧圧縮した方向とは異なる方向に更に加圧圧縮して鍛造ビレットとする上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【００１６】
本発明は、（８）機械加工が、スピニング加工を含み、該スピニング加工が常温で施される上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【００１７】
本発明は、（９）軽金属合金が、アルミニウム合金であり、加圧圧縮の鍛錬比が３．５以上である上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【００１８】
本発明は、（１０）軽金属合金が、マグネシウム合金であり、加圧圧縮の鍛錬比が４．０以上である上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【００１９】
本発明は、（１１）加圧圧縮が３００〜５５０℃の温度、９．８×１０３ｋＮ〜８８．２×１０３ｋＮの圧力条件下で施される上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【００２０】
本発明は、（１２）軽金属合金が、カルシウムを４〜８質量％含む上記（１０）記載のホイールの製造方法に存する。
【００２１】
本発明は、（１３）ホイールが車両用である上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【００２２】
本発明は、（１４）ホイールが飛翔体部品用である上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【００２３】
本発明は、（１５）上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法により得られるホイールであって、ディスク部と、該ディスク部の周縁に設けられた外リム部及び内リム部と、を備えるホイールに存する。
【００２４】
本発明は、（１６）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（１５）記載のホイールに存する。
【００２５】
本発明は、（１７）ディスク部、外リム部及び内リム部の少なくとも１つの金属結晶粒子のＪＩＳ Ｈ０５４２の切断法に基づく平均粒径が３０μｍ以下である上記（１５）記載のホイールに存する。
【００２６】
本発明は、（１８）ディスク部、外リム部及び内リム部が、いずれも鍛流線を有する上記（１５）記載のホイールに存する。
【００２７】
なお、本発明の目的に添ったものであれば、上記（１）〜（１８）を適宜組み合わせた構成も採用可能である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のホイールの製造方法によれば、鋳造ビレットを加圧圧縮し、鍛造ビレットとする予備鍛造工程を備える点に主なる特徴を有するので、その後、本鍛造工程を施すことにより、たとえ複雑な形状に成形され、部分的にしか引き延ばされないとしても、鍛造ビレットの段階で、金属組織の金属結晶粒子が微細化されるので、金属結晶粒子の結晶粒径が微細なホイールが得られる。このため、十分に均一な機械的強度を有するホイールを得ることができる。なお、上記ホイールの製造方法においては、軽金属合金がアルミニウム合金である場合、加圧圧縮の鍛錬比は３．５以上であることが好ましく、軽金属合金がマグネシウム合金である場合、加圧圧縮の鍛錬比は４．０以上であることが好ましい。かかる鍛錬比の値を境にして、急激に軽金属合金の微粒子化が促進される。
【００２９】
よって、上記ホイールの製造方法によれば、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。
また、ホイールの機械的強度が優れるので、機械加工による強度低下に基づく破損事故も防止できる。
【００３０】
上記ホイールの製造方法においては、本鍛造工程が、鍛造ビレットに対して、第１加圧鍛造、第２加圧鍛造及び第３加圧鍛造の３段の加圧鍛造を施し、プレホイールとする工程であると、機械的強度がより均一なホイールを製造することができる。
また、本鍛造工程が、鍛造ビレットに対して、１段の加圧鍛造を施し、プレホイールとする工程であると、機械的強度がより均一なホイールを製造することができる。
【００３１】
上記ホイールの製造方法においては、鍛造ビレットが金属組織上の鍛流線を有する場合、得られるホイールも鍛流線を有するものとなるので、機械的強度が確実に向上する。すなわち、凹凸形状を有するホイールの製造においては、本鍛造工程の際に、強く加圧鍛造される部分と、加圧鍛造されない部分とが存在する。このため、従来の鋳造ビレットを用いると、加圧鍛造されない部分は、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、加圧鍛造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。
【００３２】
上記ホイールの製造方法においては、予備鍛造工程における加圧圧縮が、密封された密閉鍛造によるものであると、鍛造ビレットが中腹部の周囲が膨らんだ形状（いわゆる太鼓形状）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、９．８×１０３ｋＮ〜８８．２×１０３ｋＮの圧力条件下で施されることが好ましい。
【００３３】
上記ホイールの製造方法においては、加圧鍛造が、回転鍛造、密閉鍛造又は自由鍛造であると、機械的強度がより均一なホイールを製造することができる。
【００３４】
上記ホイールの製造方法においては、予備鍛造工程において、鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮してプレ鍛造ビレットとし、該プレ鍛造ビレットを加圧圧縮した方向とは異なる方向に更に加圧圧縮して鍛造ビレットとするものであると、鍛造ビレットの金属結晶粒子全体における結晶粒径の小さい組織の占める割合が大きくなる。このため、機械的強度がより優れ、しかも、機械的強度がより均一なホイールを製造することができる。
【００３５】
上記ホイールの製造方法においては、機械加工が、スピニング加工を含み、スピニング加工が常温で施されると、スピニングの際に、リム部の金属結晶粒子の再結晶が抑制される。通常、スピニング加工は高温を伴って施されるので、リム部の金属結晶粒子が一度溶融し、再結晶する傾向にある。そうすると、金属結晶粒子の結晶粒径が大きくなり、機械的強度も低下する。
したがって、この場合、リム部の金属結晶粒子の再結晶が抑制され、微細な金属結晶粒子が維持されるので、機械的強度がより優れるホイールを製造することができる。
【００３６】
上記ホイールの製造方法においては、軽金属合金が、カルシウムを４〜８質量％含むものであると、得られるホイールの耐熱性が向上する。
【００３７】
本発明のホイールは、上述した製造方法によって得られるので、機械的強度が優れ、且つ機械的強度が均一なものとすることができる。特に、ディスク部、外リム部及び内リム部の少なくとも１つの金属結晶粒子のＪＩＳ Ｈ０５４２の切断法に基づく平均粒径が３０μｍ以下であることが好ましく、ディスク部、外リム部及び内リム部が、いずれも鍛流線を有することが好ましい。
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。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、第１実施形態に係るホイールの製造方法の各工程を示すフローチャートである。
【図２】図２は、第１実施形態に係るホイールの製造方法における鋳造ビレットと鍛造ビレットとを示す断面図である。
【図３】図３は、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示すグラフである。
【図４】図４は、第１実施形態に係るホイールの製造方法において、加圧圧縮前における鋳造ビレットを密閉鍛造により鍛造ビレットとしたときの状態を示す説明図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係るホイールの製造方法における本鍛造工程を示す概略図である。
【図６】図６の（ａ）は、第１実施形態に係るホイールの製造方法により得られた第１プレホイールを示す断面図であり、（ｂ）は、それにスピニング加工を施したリム付きプレホイールの断面図であり、（ｃ）は、それに穴開け加工を施したホイールの断面図である。
【図７】図７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８】図８は、第２実施形態に係るホイールの製造方法における本鍛造工程を示す概略図である。
【図９】図９の（ａ）は、第２実施形態に係るホイールの製造方法により得られた第２プレホイールを示す断面図であり、（ｂ）は、それにスピニング加工を施したリム付きプレホイールの断面図であり、（ｃ）は、それに穴開け加工を施したホイールの断面図である。
【図１０】図１０の（ａ）〜（ｄ）は、第３実施形態に係るホイールの製造方法における予備鍛造工程の過程を示す上面図及び側面図である。
【図１１】図１１の（ａ）〜（ｅ）は、鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮した後、異なる方向に更に加圧圧縮した場合の効果を説明するための概略図である。
【図１２】図１２は、実施例１〜７の鍛錬比と金属結晶粒子の数との関係を示すグラフである。
【図１３】図１３は、実施例８〜１４の鍛錬比と金属結晶粒子の数との関係を示すグラフである。
【図１４】図１４は、実施例１６〜２３の鍛錬比と金属結晶粒子の数との関係を示すグラフである。
【図１５】図１５は、実施例１の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図１６】図１６は、実施例２の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図１７】図１７は、実施例３の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図１８】図１８は、実施例４の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図１９】図１９は、実施例５の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図２０】図２０は、実施例６の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図２１】図２１は、実施例７の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図２２】図２２は、実施例１６の鍛造ビレットの略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図２３】図２３は、実施例１７の鍛造ビレットの略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図２４】図２４は、実施例１８の鍛造ビレットの略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図２５】図２５は、実施例１９の鍛造ビレットの略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図２６】図２６は、実施例２０の鍛造ビレットの略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図２７】図２７は、実施例２１の鍛造ビレットの略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図２８】図２８は、実施例２２の鍛造ビレットの略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図２９】図２９は、実施例２３の鍛造ビレットの略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図３０】図３０は、比較例１の鋳造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図３１】図３１は、比較例２の鋳造ビレットの略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図３２】図３２は、実施例２５の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図３３】図３３は、実施例２６の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図３４】図３４は、実施例２７の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図３５】図３５は、実施例２８の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図３６】図３６は、実施例２９の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図３７】図３７は、実施例３０の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図３８】図３８は、実施例３１のハブ部の略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図３９】図３９は、実施例３１のスポーク部の略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図４０】図４０は、実施例３１の外リム部の略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図４１】図４１は、実施例３１の内リム部の略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図４２】図４２は、実施例３２のハブ部の略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図４３】図４３は、実施例３２のスポーク部の略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図４４】図４４は、実施例３２の外リム部の略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図４５】図４５は、実施例３２の内リム部の略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図４６】図４６は、比較例３のハブ部の略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図４７】図４７は、比較例３のスポーク部の略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図４８】図４８は、比較例３の外リム部の略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図４９】図４９は、比較例３の内リム部の略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図５０】図５０は、比較例４のハブ部の略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図５１】図５１は、比較例４のスポーク部の略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図５２】図５２は、比較例４の外リム部の略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図５３】図５３は、比較例４の内リム部の略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図５４】図５４は、実施例３３〜３８で得られたホイールのスポーク部に対して、２０℃、１００℃、２００℃、３００℃に加温した場合における引張り強度を測定した結果のグラフである。
【図５５】図５５は、実施例３３〜３８で得られたホイールのスポーク部に対して、２０℃、１００℃、２００℃、３００℃に加温した場合における０．２％耐力を測定した結果のグラフである。
【図５６】図５６の（ａ）〜（ｅ）は、平均粒径の測定方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
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。
【００４０】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るホイール製造方法の各工程を示すフローチャートである。
図１に示すように、第１実施形態に係るホイールの製造方法は、軽金属合金を溶融し、溶融原料とする準備工程Ｓ１と、溶融原料を鋳造し、鋳造ビレットとする鋳造工程Ｓ２と、鋳造ビレットを軸方向に加圧圧縮し、鍛造ビレットとする予備鍛造工程Ｓ３と、鍛造ビレットを金型で加圧鍛造し、プレホイールとする本鍛造工程Ｓ４と、プレホイールを熱処理する熱処理工程Ｓ５と、プレホイールに対し機械加工を施す成型工程Ｓ６と、を備える。
【００４１】
第１実施形態に係る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。
【００４２】
以下、各工程について更に詳細に説明する。
（準備工程）
準備工程Ｓ１は、軽金属合金を溶融し、溶融原料とする工程である。
【００４３】
上記軽金属合金としては、アルミニウム（Ａｌ）又はマグネシウム（Ｍｇ）が挙げられる。また、アルミニウムからなるアルミニウム部とマグネシウムからなるマグネシウム部とからなる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、かかる軽金属合金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。
【００４４】
かかる添加金属としては、主金属がＡｌである場合、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ及びＹ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Ｍｇである場合、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｓｉ及びＹ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。なお、この場合、後述する鋳造ビレットは、軽合金となる。
【００４５】
例えば、添加金属は、カルシウム（Ｃａ）であることが好ましい。特に、カルシウムの添加量が４〜８質量％であると、得られるホイールの耐熱性が向上する。
したがって、上記軽金属合金が、カルシウムを４〜８質量％含むことが好ましいということになる。
カルシウムの含有割合が４％未満であると、含有割合が上記範囲にある場合と比較して、再結晶化が進み難く、微細な結晶が得られない傾向にあり、カルシウムの含有割合が８％を超えると、含有割合が上記範囲にある場合と比較して、均質なカルシウムの添加合金が得られない傾向にある。
【００４６】
上記軽金属合金の具体例としては、アルミニウム（１０００系）、マグネシウム、Ａｌ−Ｍｎ系（３０００系）、Ａｌ−Ｓｉ系（４０００系）、Ａｌ−Ｍｇ系（５０００系）、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系（６０００系）、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系（７０００系）、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系（２０００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。
【００４７】
上記準備工程Ｓ１においては、軽金属合金を、例えば、８００℃以上で加熱溶融し、必要に応じて、これに添加金属を添加することにより、液状の溶融原料が得られる。
【００４８】
（鋳造工程）
鋳造工程Ｓ２は、不活性ガス雰囲気下、上述した溶融原料を鋳造し、円柱状の鋳造ビレットとする工程である。
【００４９】
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、溶融原料が酸化するのが防止される。
【００５０】
上記鋳造工程Ｓ２において、鋳造法は、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、後述する予備鍛造工程Ｓ３において、金属結晶粒子の結晶粒径がより均一な鍛造ビレットが得られるようになる。
【００５１】
まず、上記鋳造工程Ｓ２においては、上記溶融原料を６５〜９０ｍｍ／ｍｉｎの速度で鋳造金型に流し込む。
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、後述する予備鍛造工程Ｓ３において、金属結晶粒子の結晶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、後述する予備鍛造工程Ｓ３において、鋳造ビレット製造時に破損する虞がある。
【００５２】
鋳造金型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。
【００５３】
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。
【００５４】
（予備鍛造工程）
予備鍛造工程Ｓ３は、鋳造ビレットを軸方向に加圧圧縮し、円柱状の鍛造ビレットとする工程である。すなわち、鋳造ビレットを上下から加圧圧縮し、円柱状の形態を留めつつ、高さを低くする工程である。
【００５５】
図２は、第１実施形態に係るホイールの製造方法における鋳造ビレットと鍛造ビレットとを示す断面図である。
上記予備鍛造工程Ｓ３においては、図２に示す鋳造ビレット１から鍛造ビレット２が製造される。なお、本発明において、鍛造ビレット２には、鍛造された押出し成形品、引抜き成形品も含まれる。
【００５６】
上記予備鍛造工程Ｓ３の加圧圧縮における鍛錬比は、軽金属合金がアルミニウム合金である場合、３．５以上であることが好ましく、４．０以上であることがより好ましい。
ここで、鍛錬比とは、図２に示す「鋳造ビレット１の高さＨ１」÷「鍛造ビレット２の高さＨ２」で表される値を意味する。
加圧圧縮による鍛錬比が３．５から大きくなるに従って、金属結晶粒子の粒径が極端に微細化される。なお、鍛造ビレット２が中間品であることから、該鍛造ビレット２を用いて鍛造製品を加圧鍛造するとき更に鍛錬比が上昇することが見込まれる。
ちなみに、軽金属合金がアルミニウム合金である場合、鍛錬比が３．４以上であると、後述する鍛流線が十分に確認できる。
【００５７】
一方、上記予備鍛造工程Ｓ３の加圧圧縮における鍛錬比は、軽金属合金がマグネシウム合金である場合、４．０以上であることが好ましく、４．５以上であることがより好ましく、５．５以上であることが特に好ましい。
加圧圧縮による鍛錬比が４．０から大きくなるに従って、金属結晶粒子の粒径が極端に微細化される。なお、鍛造ビレット２が中間品であることから、該鍛造ビレット２を用いて鍛造製品を加圧鍛造するとき更に鍛錬比が上昇することが見込まれる。
ちなみに、軽金属合金がマグネシウム合金である場合、鍛錬比が４．０以上であると、後述する鍛流線が十分に確認できる。
【００５８】
参考までに、図３にアルミニウム鋳鍛造技術便覧（軽金属協会編）から引用した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のグラフを示す。
図３中、Ｌ方向とは、スラブの長手方向、ＳＴ方向とは、スラブの厚さ方向である。なお、第１実施形態に係るホイールの製造方法の鍛造ビレット２に当てはめると、Ｌ方向が、鍛造ビレット２の長さ（軸）方向に相当し、ＳＴ方向が、鍛造ビレット２の直径方向に相当する。
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。
【００５９】
ここで、加圧圧縮する方法としては、自由鍛造、型鍛造、揺動鍛造、押出し鍛造、回転鍛造、密閉鍛造（閉塞鍛造を含む）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１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、密閉鍛造によるものであることが好ましい。
【００６０】
図４は、第１実施形態に係るホイールの製造方法において、加圧圧縮前における鋳造ビレットを密閉鍛造により鍛造ビレットとしたときの状態を示す説明図である。
図４に示すように、密閉鍛造においては、鋳造ビレット１が軸方向に加圧圧縮される際、金属組織が横方向に広がるのを抑制できる。すなわち、横方向の拘束力Ｐも加わることにより、鍛造ビレット２が中腹部で膨らんだ太鼓形状になるのを抑制し、金属結晶粒子の結晶粒径も微細化できる。
【００６１】
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。この場合、効率よく鍛造ができるという利点がある。
具体的には、上記加圧圧縮は、３００〜５５０℃の温度条件下、９．８×１０３ｋＮ〜８８．２×１０３ｋＮの圧力で行うことが好ましい。ちなみに、該加圧条件は鍛造機（プレス機）の推力規模で示すと１０００〜９０００トンに相当する。
【００６２】
こうして、鋳造ビレット１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２が得られる。なお、上記冷却は、急冷することが好ましい。
【００６３】
鍛造ビレット２は、鍛流線を有することが好ましい。
ここで、鍛流線とは、金属組織において鍛造製品に生じる、結晶粒径が少なくとも１２μｍより小さい金属結晶粒子の流れの状態を意味する。なお、かかる鍛流線は、加圧圧縮により金属結晶粒子の結晶粒径が９μｍより微細になると金属組織の流れがより明確になる。
上記鍛造ビレット２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。
【００６４】
上記鍛造ビレット２は、鍛流線を有すると、得られるホイールも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、ホイールは、鍛造ビレット２が圧縮鍛造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。
【００６５】
上記鍛造ビレット２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、１５μｍ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。
ここで、本明細書において、「平均粒径」は、ＪＩＳ Ｈ０５４２の切断法に基づいて測定した値である。具体的には、ＪＩＳ Ｈ０５４２の切断法による評価方法の規定においては、試験線の縦線、横線及び２本の対角線の線分が少なくとも５０個の結晶粒と交差するように倍率を決定するとしているが、本発明においては、顕微鏡１視野を６６０μｍ×８６０μｍと設定し、縦線及び横線の線分を４９４．２３７μｍとし、対角線の線分を７４１．３５５μｍと設定して、少なくとも５０個以上の結晶粒と交差するようにして測定した値である（図５６参照）。なお、図５６の（ａ）は、平均粒径測定例として挙げた電子顕微鏡写真であり、（ｂ）は、（ａ）の試験線と捕捉交点数の関係を示すグラフであり、（ｃ）は、１視野（６６０μｍ×８６０μｍ）の例を示す図であり、（ｄ）及び（ｅ）は、（ａ）を用いた平均粒径の測定例である。ここで、１視野の計測方法は、補足交点数による測定である（直線上にある粒界の数を手動で数え、粒界の数により、結晶粒度、平均粒径を算出する。）。
また、測定部位は、鍛造ビレット、ホイールの各部分、いずれも中央付近とする。
【００６６】
上記鍛造ビレット２の引張り強度は、２５０ＭＰａ以上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。
上記鍛造ビレット２の耐力は、１５０ＭＰａ以上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。
上記鍛造ビレット２の伸度は、８％以上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。
上記鍛造ビレット２のブリネル硬度は、６５ＨＢ以上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。
【００６７】
第１実施形態に係るホイールの製造方法においては、上述したように、鋳造ビレット１を軸方向に加圧圧縮し、円柱状の鍛造ビレット２とする予備鍛造工程Ｓ３を備えるので、その後、後述する本鍛造工程Ｓ４を施しても、十分に優れた機械的強度を有するホイールを得ることができる。
【００６８】
（本鍛造工程）
本鍛造工程Ｓ４は、鍛造ビレット２を金型で加圧鍛造し、ホイールとする工程である。すなわち、本鍛造工程Ｓ４は、鍛造ビレット２に凹凸等の具体的な形状を付与する工程である。かかる本鍛造工程Ｓ４により、円柱状の鍛造ビレット２がホイールの形状になる。
【００６９】
図５は、第１実施形態に係るホイールの製造方法における本鍛造工程を示す概略図である。
図５に示すように、本鍛造工程Ｓ４は、第１加圧鍛造１１、第２加圧鍛造１２、第３加圧鍛造１３の３段の加圧鍛造を備える。
第１加圧鍛造１１、第２加圧鍛造１２、第３加圧鍛造１３を経ることにより、鍛造ビレット２からプレホイール（以下便宜的に「第１プレホイール」という。）３ａが得られる。そして、後述する成型工程を経ることにより、第１プレホイール３ａがホイール３となる。
【００７０】
上記第１加圧鍛造１１、第２加圧鍛造１２及び第３加圧鍛造１３の具体的な方法としては、自由鍛造、型鍛造、揺動鍛造、押出し鍛造、回転鍛造、密閉鍛造（閉塞鍛造を含む）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２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加圧鍛造１１、第２加圧鍛造１２及び第３加圧鍛造１３は、いずれも回転鍛造、密閉鍛造又は自由鍛造であることが好ましく、密閉鍛造であることがより好ましい。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。
【００７１】
また、密閉鍛造の中でも、第１加圧鍛造１１を粗型成型鍛造とし、第２加圧鍛造１２を荒地成型鍛造とし、第３加圧鍛造１３を仕上成形鍛造とすることが好ましい。この場合、かぶり現象を防止できると共に、鍛流線に乱れを生じさせずに、金属結晶粒子の結晶粒径を更に小さくできるという利点がある。
ここで、粗型成型鍛造は、鍛造ビレット２の全量を後述するハブ部、スポーク部及びリムの前躯体となる予備部材、の各所要量に分配する鍛造である。これにより、スポーク部の輪郭が緩やかな曲面で凸状に成形される。また、材料の流れに抵抗が少なくプレスする面積が最小限となるので、プレス圧を軽減できる。なお、ディスク部は大略円盤状となる。
荒地成型鍛造は、スポーク部をより鮮明に隆起させる鍛造であり、ディスク部の空部となる部分の材料を押圧する鍛造である。これにより、スポークがリブとして隆起され、空部になる部分はウエブとして漸次厚みが薄くなる。
仕上成型鍛造とは、スポーク部の立ち上がり部分を押圧してスポーク部を所定の高さにする鍛造である。なお、荒地成型鍛造で一気にスポーク部を完成状態の高さにするとリブの下側にひけが生じてスポークに欠陥が生じる虞がある。
【００７２】
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。
第１加圧鍛造１１、第２加圧鍛造１２、第３加圧鍛造１３は、３００℃以上の温度、好ましくは３００〜５５０℃の温度、９．８×１０３ｋＮ〜８８．２×１０３ｋＮの圧力で施すことが好ましい。
【００７３】
上述したような鍛造を施すことにより、鍛造ビレット２が加圧鍛造され、その後、冷却されることにより、プレホイール３ａが得られる。なお、上記冷却は、急冷することが好ましい。
【００７４】
第１実施形態に係るホイールの製造方法においては、鍛造ビレット２が、本鍛造工程Ｓ４において、複雑な形状に成形され、部分的に引き延ばされた場合であっても、十分に均一な機械的強度を有するホイール３を得ることができる。
【００７５】
（熱処理工程）
熱処理工程Ｓ５は、外リム部が形成された第３プレホイール３ｃを熱処理する工程である。
【００７６】
熱処理は、軽金属合金がアルミニウム合金である場合、ＪＩＳ Ｈ０００１に基づくＴ６条件で行われる。具体的には、５００〜５８０℃で３〜５時間溶体化処理がされ、３〜７分間焼入れがされ、１５０〜２００℃で７〜９時間人工時効処理がなされる。
また、軽金属合金がマグネシウム合金である場合、ＪＩＳ Ｈ０００１に基づくＴ５条件で行われる。具体的には、３００〜３８０℃で１〜３時間人工時効処理がなされる。
【００７７】
（成型工程）
成型工程Ｓ６は、プレホイール３ａに機械加工を施す工程である。
【００７８】
上記機械加工としては、スピニング加工、穴開け加工、切削加工、ミーリング加工等が挙げられる。
第１プレホイール３ａにおいて、スピニング加工は、第１プレホイール３ａを旋盤の金型で挟持し、第１プレホイール３ａを回転させ、予備部材５に対してローラーを押し当てて予備部材５を延展することにより、第１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、第１プレホイール３ａ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。
【００７９】
図６の（ａ）は、第１実施形態に係るホイールの製造方法により得られた第１プレホイールを示す断面図であり、（ｂ）は、それにスピニング加工を施したリム付きプレホイールの断面図であり、（ｃ）は、それに穴開け加工を施したホイールの断面図である。
【００８０】
まず、図６の（ａ）に示すように、上述した本鍛造工程Ｓ４により得られる第１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。
上記スピニング加工においては、第１プレホイール３ａを旋盤の金型で挟持し、第１プレホイール３ａを回転させる。この状態で予備部材５に対してローラーを押し当てて予備部材５を延展することにより、図６の（ｂ）に示すように、第１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、第１プレホイール３ａ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。なお、仕上げしろとは、寸法を調整するために、後に削り取る部分である。
【００８１】
第１実施形態に係るホイールの製造方法において、上記スピニング加工は、常温（約２５℃）で施される。
特に、外リム部７及び内リム部８へのスピニングを常温で施すと、スピニングの際に、外リム部７及び内リム部８の金属結晶粒子の再結晶化を抑制できる。なお、金属結晶粒子の再結晶化が起こると、結晶粒径が大きくなり、機械的強度が低下する。
【００８２】
次に、穴開け加工においては、外リム部７と内リム部８とが形成されたリム付きプレホイール３ａ’に対して、マシニングセンターで、穴を開け、スポーク部や模様を形成する。
そして、切削加工により、旋盤で、リム付きプレホイール３ａ’の周囲を削り、リム部を形成し、ミーリング加工により、ホイールの略全体を削り出して成型を行うことにより、図６の（ｃ）に示すように、空部９が形成されたホイール３が得られる。
【００８３】
ホイール３は、軽量化されており、また、凹凸や空部等を形成することにより、デザイン性にも優れる。なお、必要に応じて、化学的表面処理、鍍金、ショット、塗装等を施してもよい。
【００８４】
ここで、上記穴開け加工においては、多軸旋盤等を用い、ディスク部６に対して、後述するハブ部が形成される。このとき、ディスク部６を緩やかに湾曲した円盤状とすると、鍛造による押圧力を軽減できる。
また、ディスク部６を緩やかに湾曲した円盤状に加圧鍛造した場合、プレス圧が大幅に削減できるので、２２インチ径のディスクでも６０００トン級のプレス機で加圧鍛造できる。なお、必要に応じて、塗装等を施してもよい。
【００８５】
こうして得られるホイール３は、例えば、車両用、航空機等の飛翔体部品用等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。
【００８６】
次に、本発明に係るホイール３について説明する。
図７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７の（ａ）に示すように、本実施形態に係るホイール３（マルチピース）は、ディスク部６と、ディスク部６の周縁に設けられる外リム部７及び内リム部８と、を備える。すなわち、上記ホイール３は、ディスク部６と、該ディスク部６の周縁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の周縁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字状に伸びるスポーク部１０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１０の先端に外リム部７と内リム部８とが連結されている。なお、ハブ部６ａは、緩やかに湾曲した曲面となっていることが好ましい。この場合、押圧時の原材料の流れが一様となるので、鍛錬比がより均等化される。
【００８７】
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ボルト挿通穴６ｂが設けられている。
また、隣合うスポーク部１０同士の間は、空部９が設けられている。
【００８８】
鋳造ビレット２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、軽金属合金がアルミニウム合金である場合、４．０以上であることが好ましく、軽金属合金がマグネシウム合金である場合、５．５以上であることが好ましい。
ここで、全鍛錬比とは、上述した鋳造ビレット１に対する鍛造ビレット２の鍛錬比に、鍛造ビレット２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１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７の（ｂ）に示す。なお、ホイールの高さＨ３は、加圧鍛造された方向のホイールの高さの平均で算出される。
【００８９】
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平均粒径が３０以下μｍ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、１５μｍ以下であることが更に好ましい。また、ディスク部６、外リム部７及び内リム部８の金属結晶粒子の平均粒径がいずれも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、１５μｍ以下であることが更に好ましい。
【００９０】
ディスク部６、外リム部７及び内リム部８は、いずれも鍛流線を有することが好ましい。この場合、機械的強度がより一層向上する。なお、上述したように、鍛造ビレット２が鍛流線を有するものである場合、ディスク部６、外リム部７及び内リム部８も鍛流線を有するものとなる。
【００９１】
本実施形態に係るホイール３は、上述した鍛造ビレット２を加圧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（ワンピース）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。
【００９２】
［第２実施形態］
第２実施形態に係るホイールの製造方法は、本鍛造工程Ｓ４で得られるプレホイールの形状及び成型工程Ｓ６における成型方法が異なること意外は、第１実施形態に係るホイールの製造方法と同じである。
【００９３】
以下、本実施形態に係る本鍛造工程及び成型工程について更に詳細に説明する。なお、熱処理工程については、第１実施形態に係るホイールの製造方法における熱処理工程と同様である。
（本鍛造工程）
本鍛造工程は、鍛造ビレット２を金型で１段の加圧鍛造を行い、プレホイールとする工程である。すなわち、本鍛造工程は、鍛造ビレット２に１段で凹凸等の具体的な形状を付与する工程である。
【００９４】
図８の（ａ）は、第２実施形態に係るホイールの製造方法における本鍛造工程を示す概略図であり、（ｂ）は（ａ）の工程により得られるプレホイールを示す断面図である。
図８に示すように、本鍛造工程は、第１加圧鍛造１１’を備える。すなわち、第１加圧鍛造１１’のみを経て、プレホイール（以下便宜的に「第２プレホイール」という。）３ｂが得られる。そして、後述する成型工程を経ることにより、第２プレホイール３ｂがホイール３となる。
【００９５】
上記第１加圧鍛造１１’の具体的な方法としては、自由鍛造、型鍛造、揺動鍛造、押出し鍛造、回転鍛造、密閉鍛造（閉塞鍛造を含む）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２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加圧鍛造１１’は、密閉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。
【００９６】
また、密閉鍛造の中でも、第１加圧鍛造１１’を粗型成型鍛造とする。ここで、粗型成型鍛造は、鍛造ビレット２の全量を後述するハブ部、スポーク部及びリムの前躯体となる予備部材５、の各所要量に分配する鍛造である。
【００９７】
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。
これらの加圧鍛造は、３００℃以上の温度、好ましくは３００〜５５０℃の温度、９．８×１０３ｋＮ〜８８．２×１０３ｋＮの圧力で施すことが好ましい。
【００９８】
上述したような鍛造を施すことにより、鍛造ビレット２が加圧鍛造され、その後、冷却されることにより、ホイール３が得られる。なお、上記冷却は、ファン等で急冷することが好ましい。
【００９９】
（成型工程）
成型工程は、第２プレホイール３ｂに機械加工を施す工程である。
【０１００】
上記機械加工としては、スピニング加工、穴開け加工、切削加工、ミーリング加工等が挙げられる。
第２プレホイール３ｂにおいて、スピニング加工は、第２プレホイール３ｂを旋盤の金型で挟持し、第２プレホイール３ｂを回転させ、予備部材５に対してローラーを押し当てて予備部材５を延展することにより、第２プレホイール３ｂの面方向に延設された外リム部（アウターリム）７と、第２プレホイール３ｂ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。
【０１０１】
図９の（ａ）は、第２実施形態に係るホイールの製造方法により得られた第２プレホイールを示す断面図であり、（ｂ）は、それにスピニング加工を施したリム付きプレホイールの断面図であり、（ｃ）は、それに穴開け加工を施したホイールの断面図である。
図９の（ａ）に示すように、上述した本鍛造工程により第２プレホイール３ｂ（ホイール）が得られる。かかる第２プレホイール３ｂは、周縁に立設された予備部材５を備える。
【０１０２】
スピニング加工においては、第２プレホイール３ｂを旋盤の金型で挟持し、第２プレホイール３ｂを回転させ、予備部材５に対してローラーを押し当てて予備部材５を延展することにより、図９の（ｂ）に示すように、第２プレホイール３ｂの面方向に延設された外リム部（アウターリム）７と、第２プレホイール３ｂ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。なお、仕上げしろとは、寸法を調整するために、後に削り取る部分である。
【０１０３】
第１実施形態に係るホイールの製造方法において、上記スピニング加工は、常温（約２５℃）で施される。
このため、スピニングの際に、外リム部７及び内リム部８の金属結晶粒子の再結晶化を抑制できる。
【０１０４】
次に、外リム部７と内リム部８とが形成されたリム付きプレホイール３ｂ’に対して、穴開け加工により、外リム部７と内リム部８とが形成されたリム付きプレホイール３ｂ’に対して、マシニングセンターで、穴を開け、模様を形成する。
そして、切削加工により、旋盤で、リム付きプレホイール３ｂ’の周囲及びディスク部裏面側を切削し、スポーク部やリム部を形成し、ミーリング加工により、ホイールの略全体を削り出して成型を行うことにより、図９の（ｃ）に示すように、空部９が形成されたホイール３が得られる。なお、ホイール３は、上述した第１実施形態に係るホイールの製造方法により得られたホイール３と同じである。
【０１０５】
［第３実施形態］
第３実施形態に係るホイールの製造方法は、予備鍛造工程が異なること意外は、第１実施形態に係るホイールの製造方法と同じである。
【０１０６】
以下、本実施形態に係る本鍛造工程及び成型工程について更に詳細に説明する。
（予備鍛造工程）
予備鍛造工程は、鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮してプレ鍛造ビレットとし、プレ鍛造ビレットを加圧圧縮した方向とは異なる方向に更に加圧圧縮して鍛造ビレットとする工程である。
【０１０７】
図１０の（ａ）〜（ｄ）は、第３実施形態に係るホイールの製造方法における予備鍛造工程の過程を示す上面図及び側面図である。
図１０の（ａ）に示すように、鍛造ビレット２ａは、軽金属合金を鋳造して円柱状の鋳造ビレット１とし、この鋳造ビレット１を六角柱の型を用いた密閉鍛造により、軸方向Ｐ１に加圧圧縮して図１０の（ｂ）に示すプレ鍛造ビレット２ｂとする。
次いで、図１０の（ｃ）に示すように、得られたプレ鍛造ビレット２ｂを、側面を下にして立てる。そして、再びプレ鍛造ビレット２ｂを六角柱の型を用いた密閉鍛造により、軸とは異なる方向Ｐ２、すなわち垂直方向から加圧圧縮して図１０の（ｄ）に示す鍛造ビレット２ａとする。なお、このときプレ鍛造ビレット２ｂは、多角柱状であるので、プレ鍛造ビレット２ｂの側面を下にして位置決めし易い。すなわち、加圧圧縮した方向とは異なる方向に加圧圧縮しやすい。
【０１０８】
このように、鍛造ビレット２ａが、鋳造ビレット１を一方向に加圧圧縮してプレ鍛造ビレット２ｂとし、該プレ鍛造ビレット２ｂを加圧圧縮した方向とは異なる方向に更に加圧圧縮する履歴で得られるものであると、鍛造ビレット２ａの金属結晶粒子全体における結晶粒径の小さい組織の占める割合が大きくなる。すなわち、鋳造ビレットに対して加圧圧縮を施して得た鍛造ビレットは、金属組織が流れることにより、結晶粒径が小さくなる。これに加え、上記鍛造ビレット２ａにおいては、異なる方向に複数回加圧圧縮するので、金属組織が異なる方向にも動くことになり、結晶粒径がより小さくなる。このため、機械的強度がより優れ、しかも、機械的強度がより均一なホイールを製造することができる。
【０１０９】
また、一方向に加圧圧縮した場合、中腹部分（いわゆる中央部分）の金属結晶粒子が微細化された領域（以下「微細領域」という。）と、上下両端部は金属結晶粒子の微粒子化がされにくい領域（以下「ＮＧ領域」という。）とが生じる。なお、中腹部分の微粒子化された領域には、鍛流線が生じる。
これに対し、上述したように、プレ鍛造ビレットを加圧圧縮した方向とは異なる方向に更に加圧圧縮することにより、ＮＧ領域の一部が更に微細化されるので、全体としてＮＧ領域を減らすことができる。
【０１１０】
図１１の（ａ）〜（ｅ）は、鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮した後、異なる方向に更に加圧圧縮した場合の効果を説明するための概略図である。
まず、図１１の（ａ）に示すように、鋳造ビレット１を加圧圧縮すると、中腹部分（いわゆる中央部分）が結晶粒子の微細領域Ａとなり、上下両端部がＮＧ領域Ｂとなる。
そして、これの側面を下にして立てた状態で位置決めすると、再び上方から加圧圧縮すると、図１１の（ｂ）に示すように、中腹部分が微細領域Ａとなり、図１１の（ａ）の微細領域Ａは残る。すなわち、四方向の角の部分がＮＧ領域Ｂとなる。
更に、これの側面を下にして立てて、再び上方から加圧圧縮すると、図１１の（ｃ）に示すように、中腹部分が微細領域Ａとなり、図１１の（ａ）及び図１１の（ｂ）の微細領域Ａは残る。すなわち、八方向の角の部分がＮＧ領域Ｂとなる。
更に、これの側面を下にして立てて、再び上方から加圧圧縮すると、図１１の（ｄ）に示すようになり、また更に、これの側面を下にして立てて、再び上方から加圧圧縮すると、図１１の（ｅ）に示すようになる。
すなわち、異なる方向からの加圧圧縮を繰り返すことにより、段階的にＮＧ領域Ｂを段階的に少なくすることができる。
このように、鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮した後、異なる方向に加圧圧縮すると、微細領域Ａの占める割合が増加し、これを繰り返すことにより段階的に微細領域Ａの占める割合が増えていく。この現象を利用して鍛造ビレットの有効利用領域を増やし、材料の歩留まりを大きく向上させることができる。実際では、少なくとも５回の加圧圧縮で９５％が微細領域Ａとなり、５％がＮＧ領域となる。
【０１１１】
上記密閉鍛造の加工条件は、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、９．８×１０３ｋＮ〜８８．２×１０３ｋＮの圧力条件下で行うことが好ましい。
【０１１２】
鍛造ビレット２ａにおいて、鍛流線は、鋳造ビレット１からプレ鍛造ビレット２ｂとする加圧圧縮、又は、プレ鍛造ビレット２ｂから鍛造ビレット２ａとする加圧圧縮、のいずれかで生じていることが好ましい。なお、一度生じた鍛流線が消えることはない。
【０１１３】
鍛造ビレット２ａにおいては、鋳造ビレット１からプレ鍛造ビレット２ｂとする加圧圧縮におけるＨ１／Ｈ２（鍛錬比）と、プレ鍛造ビレット２ｂから鍛造ビレット２ａとする加圧圧縮におけるＨ１／Ｈ２（鍛錬比）とがある。
このうち、いずれかのＨ１／Ｈ２（鍛錬比）が、上述した第１実施形態に係る鍛造ビレット２ａと同じ範囲であることが好ましい。なお、加圧圧縮により金属結晶粒子が微粒子化された場合、後の加圧圧縮の鍛錬比が小さい場合であっても、金属結晶粒子が大きくなることはない。
【０１１４】
鍛造ビレット２ａは、上述した第１実施形態に係るホイールの製造方法と同様に、本鍛造工程と成型工程とを経ることによりホイールが得られる。
【０１１５】
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。
【０１１６】
例えば、第１実施形態に係るホイールの製造方法においては、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、Ｈ１／Ｈ２（鍛錬比）は、Ｈ１が鋳造ビレットの加圧される方向（横方向）の長さを示し、Ｈ２が鍛造ビレットの加圧された方向（横方向）の長さを示すことになる。
【０１１７】
第３実施形態に係るホイールの製造方法においては、鋳造ビレットを加圧圧縮して、六角柱状のプレ鍛造ビレットとした後、横方向から加圧圧縮して、六角柱状の鍛造ビレットとしているが、鋳造ビレットを加圧圧縮して、六角柱状にしたものを鍛造ビレットとして用いてもよい。
【０１１８】
また、鍛造ビレット及びプレ鍛造ビレットは、六角柱状、八角柱状、十二角柱状等の角の多い多角柱状としてもよい。
【０１１９】
第３実施形態に係るホイールの製造方法において、鋳造ビレットを加圧圧縮してプレ鍛造ビレットとし、該プレ鍛造ビレットを加圧圧縮した方向とは異なる垂直方向に更に加圧圧縮しているが、加圧圧縮の回数は、２回に限定されず、３回以上行ってもよい。
【０１２０】
本発明に係るホイールの実施形態において、スポーク部１０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。
【０１２１】
上記ホイールの製造方法において、本鍛造工程Ｓ４は、第１加圧鍛造１１、第２加圧鍛造１２及び第３加圧鍛造１３の３段を備えているが、加圧鍛造の回数は、２段でもよく、３段より多く備えていてもよい。
【０１２２】
上記ホイールの製造方法においては、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、ディスク部６と予備部材５とが一体化したものを用いているが、１ピースホイール以外の２ピース、３ピースホイールではリムを別途制作し、ディスク部に周縁部に取着座を設けて該取着部に外リム及び／又は内リムを螺着、摩擦圧接、リベットなどによるかしめ手段で装着してもよい。
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、この場合は、ディスク部のみかディスク部と外リム部を加圧鍛造するから鍛造後の平均高さが小さくなる。このため、鍛錬比を大きくできるという利点もある。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【実施例】
【０１２５】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【０１２６】
（実施例１）
軽金属合金として重さ１９．８ｋｇのアルミニウム合金を準備した。これを溶融して溶融原料とした。
【０１２７】
アルゴンガス雰囲気下、連続鋳造法により、鋳造機に流し込み、加熱し、その後、冷却して、直径２５４ｍｍ、高さ１４５ｍｍの円柱状の鋳造ビレット（規格番号：Ａ６０８２）とした。
【０１２８】
上記鋳造ビレットに対して、密閉鍛造により加圧圧縮を施した。すなわち、プレス機に鋳造ビレットを載置し、３５０〜４００℃の温度条件下、６３７００ｋＮの圧力で熱間鍛造を施した。
そして、ファンで冷却することにより、高さ７２．５ｍｍの円柱状の鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は２．０である。
【０１２９】
（実施例２）
鋳造ビレットを、加圧圧縮し、高さ５８．０ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例１と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は２．５である。
【０１３０】
（実施例３）
鋳造ビレットを、加圧圧縮し、高さ４８．３ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例１と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は３．０である。
【０１３１】
（実施例４）
鋳造ビレットを、加圧圧縮し、高さ４１．４ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例１と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は３．５である。
【０１３２】
（実施例５）
鋳造ビレットを、加圧圧縮し、高さ３６．２ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例１と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は４．０である。
【０１３３】
（実施例６）
鋳造ビレットを、加圧圧縮し、高さ３２．２ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例１と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は４．５である。
【０１３４】
（実施例７）
鋳造ビレットを、加圧圧縮し、高さ２９．０ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例１と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は５．０である。
【０１３５】
（実施例８〜１４）
規格番号Ａ６０８２の鋳造ビレットの代わりに、規格番号Ａ６１５１の鋳造ビレットを用いたこと以外は、実施例１〜７と同様にして、鍛造ビレットを得た。
【０１３６】
（実施例１５）
軽金属合金として重さ１３．２ｋｇの純マグネシウム合金を準備した。これを溶融して溶融原料とした。
【０１３７】
アルゴンガス雰囲気下、連続鋳造法により、鋳造機に流し込み、加熱し、その後、冷却して、直径２５４ｍｍ、高さ１４４．７ｍｍの円柱状の鋳造ビレット（規格番号：ＡＺ８０）とした。
【０１３８】
上記鋳造ビレットに対して、密閉鍛造により加圧圧縮を施した。すなわち、プレス機に鋳造ビレットを載置し、３３０〜３８０℃の温度条件下、７８４０ｋＮ〜６３７００ｋＮの圧力で熱間鍛造を施した。
そして、ファンで冷却することにより、高さ７２．３ｍｍの円柱状の鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は２．０である。
【０１３９】
（実施例１６）
鋳造ビレットを、高さ５８．０ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例８と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は２．５である。
【０１４０】
（実施例１７）
鋳造ビレットを、高さ４８．３ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例８と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は３．０である。
【０１４１】
（実施例１８）
鋳造ビレットを、高さ４１．４ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例８と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は３．５である。
【０１４２】
（実施例１９）
鋳造ビレットを、高さ３６．２ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例５と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は４．０である。
【０１４３】
（実施例２０）
鋳造ビレットを、高さ３２．２ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例５と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は４．５である。
【０１４４】
（実施例２１）
鋳造ビレットを、高さ２８．９ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例５と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は５．０である。
【０１４５】
（実施例２２）
鋳造ビレットを、高さ２６．３ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例５と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は５．５である。
【０１４６】
（実施例２３）
鋳造ビレットを、高さ２４．１ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例５と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は６．０である。
【０１４７】
（実施例２４）
軽金属合金として重さ１９．８ｋｇの純アルミニウムを準備した。これを溶融して溶融原料とした。
【０１４８】
アルゴンガス雰囲気下、連続鋳造法により、鋳造機に流し込み、加熱し、その後、冷却して、直径１７６ｍｍ、高さ４７６ｍｍの円柱状の鋳造ビレット（規格番号：Ａ６０８２）とした。
【０１４９】
上記鋳造ビレットに対して、密閉鍛造により加圧圧縮を施した。すなわち、プレス機に鋳造ビレットを載置し、熱間鍛造を施し、ファンで冷却することにより、長さ３２７ｍｍ高さ１１９ｍｍの六角柱状のプレ鍛造ビレットを得た。
次いで、かかるプレ鍛造ビレットを側面が下になるように９０度起こして垂直に立て、密閉鍛造により加圧圧縮を施した。
そして、ファンで冷却することにより、高さ１１７ｍｍの六角柱の鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの金属結晶粒子の平均粒径は１３．５μｍであり、鍛錬比は４．１である。
【０１５０】
（比較例１及び２）
アルミニウム合金からなる鋳造ビレット（規格番号：Ａ６０８２）を比較例１とし、マグネシウム合金からなる鋳造ビレット（規格番号：ＡＺ８０）を比較例２とした。
【０１５１】
［評価１］
実施例１〜１４,１６〜２４及び比較例１,２で得られた鍛造ビレット及び鋳造ビレットをＪＩＳ Ｈ０５４２の切断法に準じて観察し、金属結晶粒子の数及び金属結晶粒子の平均粒径を測定した。なお、金属結晶粒子の数は、１．７５ｍｍ×１．３ｍｍ（２．２７５ｍｍ２）辺りの数を測定した。得られた結果を表１に示す。
また、実施例１〜７の鍛錬比と金属結晶粒子の数との関係を示すグラフを図１２に、実施例８〜１４の鍛錬比と金属結晶粒子の数との関係を示すグラフを図１３に、及び実施例１５〜２２の鍛錬比と金属結晶粒子の数との関係を示すグラフを図１４にそれぞれ示す。
さらに、実施例１〜２２の鍛造ビレットの略中心部分を拡大した顕微鏡写真を図１５〜図３６に、比較例1及び２の鋳造ビレットの略中心部分を拡大した顕微鏡写真を図３７及び図３８にそれぞれ示す。なお、表中「−」は、未測定を意味する。
【０１５２】
〔表１〕
【０１５３】
表１の結果より、実施例に示す鍛造ビレットは、比較例に示す鋳造ビレットと比較して、金属結晶粒子の数が明らかに多くなった。このことは、実施例に示す鍛造ビレットを用いたホイールが、十分に微細化されていることを示している。
また、軽金属がアルミニウム合金の場合、鍛錬比が３．５から結晶粒径が急激に細かくなり始め、４．５で安定化することがわかった。一方、軽金属がマグネシウム合金の場合、鍛錬比が４．０から結晶粒径が急激に細かくなり始め、５．５で安定化することがわかった。
さらに、実施例２３における鍛造ビレットは、実施例５の鍛造ビレットの結晶粒子数、平均粒径、共に同等であったが、微粒子化された領域が大きくなっていた。
【０１５４】
［評価２］
実施例１〜２３で得られた鍛造ビレットに対して、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準じて引張り強度を測定した。得られた結果を表２に示す。
【０１５５】
［評価３］
実施例１〜２３で得られた鍛造ビレットに対して、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準じて耐力を測定した。得られた結果を表２に示す。
【０１５６】
［評価４］
実施例１〜２３で得られた鍛造ビレットに対して、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準じて伸度を測定した。得られた結果を表２に示す。
【０１５７】
［評価５］
実施例１〜２３で得られた鍛造ビレットに対して、ＪＩＳ Ｚ ２２４３に準じてブリネル硬度を測定した。得られた結果を表２に示す。
【０１５８】
〔表２〕
【０１５９】
表２の結果より、実施例に示す鍛造ビレットは、引張り強度、耐力、伸度、ブリネル硬度のいずれにおいても、優れていることが確認された。
【０１６０】
（実施例２５〜３０）
実施例１の方法に準じて、表３に示すように、鍛錬比の異なる鍛造ビレットを作成した。
【０１６１】
〔表３〕
【０１６２】
［評価６］
実施例２５〜３０で得られた鍛造ビレットの略中央部分を拡大した顕微鏡写真を図３２〜図３７に、それぞれ示す。
【０１６３】
図３２〜図３７の電子顕微鏡写真より、鍛錬比が３．４以上であると、金属結晶粒子がつぶれ、鍛流線が生じることが確認された。なお、マグネシウム合金を用いた鍛造ビレットにおいても、同様試験を行ったところ、鍛錬比が４．０以上であると、金属結晶粒子がつぶれ、鍛流線が生じることが確認された。
【０１６４】
（実施例３１）
実施例５で得られた鍛造ビレットに対して、図５に示すように、第１加圧鍛造、第２加圧鍛造、第３加圧鍛造を施した（いずれも密閉鍛造）。なお、第１加圧鍛造の加工条件は、３５０〜４００℃の温度、６８６００ｋＮの圧力の熱間鍛造とし、第２及び第３加圧鍛造の加工条件は、３５０〜４００℃の温度、８０３６０ｋＮの圧力の熱間鍛造とした。
そして、ファンで冷却することにより、スポーク部を凸状に形成しプレホイールを得た。
【０１６５】
次に、得られたプレホイールに対し、熱処理を施し、次いで、スピニング加工を施して、外リム部と内リム部とを形成し、外リム部、内リム部及びディスク部裏面を切削加工し空部を形成することにより、図７の（ａ）及び（ｂ）に示すようなリム幅８．５インチ、リム径が１９インチのホイールを得た。
【０１６６】
（実施例３２）
実施例１９で得られた鍛造ビレットに対して、図５に示すように、第１加圧鍛造、第２加圧鍛造、第３加圧鍛造を施した（いずれも密閉鍛造）。なお、第１加圧鍛造の加工条件は、３４０〜３９０℃の温度、２９４００ｋＮの圧力の熱間鍛造とし、第２加圧鍛造の加工条件は、４４１００ｋＮ、第３加圧鍛造の加工条件は、３９２００ｋＮの圧力の熱間鍛造とした。
そして、ファンで冷却することにより、スポーク部を凸状に形成しプレホイールを得た。
【０１６７】
次に、得られたプレホイールに対し、熱処理を施し、次いで、スピニング加工を施して、外リム部と内リム部とを形成し、外リム部、内リム部及びディスク部裏面を切削加工し空部を形成することにより、図７の（ａ）及び（ｂ）に示すようなリム幅８．５インチ、リム径が１９インチのホイールを得た。
【０１６８】
（比較例３）
実施例５で得られた鍛造ビレットの代わりに、比較例１の鋳造ビレットを用いたこと以外は、実施例３１と同様にして、ホイールを得た。
【０１６９】
（比較例４）
実施例１９で得られた鍛造ビレットの代わりに、比較例２の鋳造ビレットを用いたこと以外は、実施例３２と同様にして、ホイールを得た。
【０１７０】
［評価７］
実施例３１,３２及び比較例３及び４で得られたホイールの各部分の結晶粒径（μｍ）を測定した。得られた結果を表４に示す。また、表５に示すように、各部分の略中央を拡大した顕微鏡写真を図３８〜図５３に、それぞれ示す。
【０１７１】
〔表４〕
【０１７２】
〔表５〕
【０１７３】
実施例３１と比較例３、及び、実施例３２と比較例４、とを比較すれば明らかなように、本発明によるホイールは、結晶粒径が比較的均一で且つ微小であり、鍛流線も生じていることがわかった。
【０１７４】
（実施例３３）
軽金属合金として重さ１３．２ｋｇの純マグネシウム合金を準備した。これを溶融して溶融原料とした。
【０１７５】
アルゴンガス雰囲気下、連続鋳造法により、鋳造機に流し込み、加熱し、その後、冷却して、直径２５４ｍｍ、高さ１４４．７ｍｍの円柱状の鋳造ビレット（規格番号：ＡＺ８０）とした。
【０１７６】
上記鋳造ビレットに対して、密閉鍛造により加圧圧縮を施した。すなわち、プレス機に鋳造ビレットを載置し、３３０〜３８０℃の温度条件下、７８４０ｋＮ〜６３７００ｋＮの圧力で熱間鍛造を施した。
そして、ファンで冷却することにより、高さ３２．２ｍｍの円柱状の鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は４．５である。
得られた鍛造ビレットを用いたこと以外は、実施例３２と同様にして、ホイールを得た。
【０１７７】
（実施例３４）
純マグネシウム合金の代わりに、軽金属合金としてカルシウム２質量％を含むマグネシウム合金を用いたこと以外は、実施例３３と同様にして、ホイールを得た。
【０１７８】
（実施例３５）
純マグネシウム合金の代わりに、軽金属合金としてカルシウム４質量％を含むマグネシウム合金を用いたこと以外は、実施例３３と同様にして、ホイールを得た。
【０１７９】
（実施例３６）
純マグネシウム合金の代わりに、軽金属合金としてカルシウム８質量％を含むマグネシウム合金を用いたこと以外は、実施例３３と同様にして、ホイールを得た。
【０１８０】
（実施例３７）
純マグネシウム合金の代わりに、軽金属合金としてカルシウム１５質量％を含むマグネシウム合金を用いたこと以外は、実施例３３と同様にして、ホイールを得た。
【０１８１】
（実施例３８）
純マグネシウム合金の代わりに、軽金属合金としてイットリウムを含むマグネシウム合金（商品名：ＷＥ４３）を用いたこと以外は、実施例３３と同様にして、ホイールを得た。
【０１８２】
［評価８］
実施例３３〜３８で得られたホイールのスポーク部に対して、２０℃、１００℃、２００℃、３００℃に加温した場合におけるＪＩＳ Ｚ ２２４１に準じた引張り強度を測定した。得られた結果を表６及び図５４に示す。
【０１８３】
〔表６〕
【０１８４】
［評価９］
実施例３３〜３８で得られたホイールのスポーク部に対して、２０℃、１００℃、２００℃、３００℃に加温した場合におけるＪＩＳ Ｚ ２２４１に準じた０．２％耐力を測定した。得られた結果を表７及び図５５に示す。なお、表７中「−」は、延びが少なく測定できなかったものである。
【０１８５】
〔表７〕
【０１８６】
［評価１０］
実施例３３〜３８で得られたホイールのスポーク部に対して、２０℃、１００℃、２００℃、３００℃に加温した場合におけるＪＩＳ Ｚ ２２４１に準じた伸度を測定した。得られた結果を表８に示す。なお、表８中「−」は、延びが少なく測定できなかったものである。
【０１８７】
〔表８〕
【０１８８】
［評価１１］
実施例３３〜３８で得られたホイールのスポーク部に対して、ＪＩＳ Ｚ ２２４３に準じてブリネル硬度、及び、シャルピー衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）を測定した。得られた結果を表９に示す。
【０１８９】
〔表９〕
【０１９０】
表６〜９の結果より、実施例に示すホイールは、イットリウム又はカルシウムを加えると、高温時における引張り強度、耐力、伸度が優れていることがわかった。なお、イットリウムは高価であることから、安価なカルシウムを用いたホイールが、Ｆ１等のホイールが高温になる用途に好適であるといえる。
【産業上の利用可能性】
【０１９１】
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。
得られるホイールは、車両用、航空機用車輪等の用途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。
【符号の説明】
【０１９２】
１・・・鋳造ビレット
２，２ａ・・・鍛造ビレット
２ｂ・・・プレ鍛造ビレット
３・・・ホイール
３ａ・・・第１プレホイール（プレホイール）
３ｂ・・・第２プレホイール（プレホイール）
３ａ’，３ｂ’・・・リム付きプレホイール
５・・・予備部材
６・・・ディスク部
６ａ・・・ハブ部
６ｂ・・・ボルト挿通穴
７・・・外リム部
８・・・内リム部
９・・・空部
１０・・・スポーク部
１１，１１’・・・第１加圧鍛造
１２・・・第２加圧鍛造
１３・・・第３加圧鍛造
Ａ・・・微細領域
Ｂ・・・ＮＧ領域
Ｈ１，Ｈ２・・・高さ
Ｐ１，Ｐ２・・・方向
Ｓ１・・・準備工程
Ｓ２・・・鋳造工程
Ｓ３・・・予備鍛造工程
Ｓ４・・・本鍛造工程
Ｓ５・・・熱処理工程
Ｓ６・・・成型工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホイールの製造方法及びホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車用タイヤには、枠体としての金属製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。
【０００３】
このようなホイールの製造方法としては、例えば、軽合金素材を用いて熱間型鍛造によりディスク面、外側リム、及び内側リムからなるホイールを一体に成形する軽合金製ホイールの製造方法が知られている（例えば、特許文献１又は２参照）。
また、車軸が装着されるハブ部と、ハブ部の周囲に位置するデザイン面を有するディスク部と、このディスク部の周縁に一体で形成されたリム部を備えたロードホイールにおいて、アルミニウム合金を鍛造して成るアルミニウム合金製鍛造ロードホイールが知られている（例えば、特許文献３参照）。
さらに、マグネシウム合金を歪加工する歪加工工程と、再結晶温度で熱処理して再結晶化する再結晶化工程と、を有するマグネシウム合金の組織制御方法が知られている（例えば、特許文献４参照）。
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。）から加圧鍛造することによって、得られるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平０３−００２５７３号公報
【特許文献２】特公平０３−００２５７４号公報
【特許文献３】特開２００７−２１００１７号公報
【特許文献４】特開２００７−３０８７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１〜４に記載のホイールの製造方法は、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。
【０００６】
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、大きな変位を受けないので、従来のホイールの製造方法では金属組成の結晶粒径は、ハブ部分が特に大きくなる。
【０００７】
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ホイールの製造方法及びホイールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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加圧鍛造するのではなく、一旦、鍛造したビレットを所定の大きさに加圧圧縮することにより、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。
【０００９】
すなわち、本発明は、（１）軽金属合金を溶融し、溶融原料とする準備工程と、該溶融原料を鋳造し、鋳造ビレットとする鋳造工程と、該鋳造ビレットを加圧圧縮し、鍛造ビレットとする予備鍛造工程と、該鍛造ビレットを金型で加圧鍛造し、プレホイールとする本鍛造工程と、該プレホイールを熱処理する熱処理工程と、該プレホイールに対し機械加工を施す成型工程と、を備えるホイールの製造方法に存する。
【００１０】
本発明は、（２）本鍛造工程が、鍛造ビレットに対して、第１加圧鍛造、第２加圧鍛造及び第３加圧鍛造の３段の加圧鍛造を施し、プレホイールとする工程である上記（１）記載のホイールの製造方法に存する。
【００１１】
本発明は、（３）本鍛造工程が、鍛造ビレットに対して、１段の加圧鍛造を施し、プレホイールとする工程である上記（１）記載のホイールの製造方法に存する。
【００１２】
本発明は、（４）鍛造ビレットが鍛流線を有する上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【００１３】
本発明は、（５）加圧圧縮が、密閉鍛造によるものである上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【００１４】
本発明は、（６）加圧鍛造が、回転鍛造、密閉鍛造又は自由鍛造によるものである上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【００１５】
本発明は、（７）予備鍛造工程において、鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮してプレ鍛造ビレットとし、該プレ鍛造ビレットを加圧圧縮した方向とは異なる方向に更に加圧圧縮して鍛造ビレットとする上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【００１６】
本発明は、（８）機械加工が、スピニング加工を含み、該スピニング加工が常温で施される上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【００１７】
本発明は、（９）軽金属合金が、アルミニウム合金であり、加圧圧縮の鍛錬比が３．５以上である上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【００１８】
本発明は、（１０）軽金属合金が、マグネシウム合金であり、加圧圧縮の鍛錬比が４．０以上である上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【００１９】
本発明は、（１１）加圧圧縮が３００〜５５０℃の温度、９．８×１０３ｋＮ〜８８．２×１０３ｋＮの圧力条件下で施される上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【００２０】
本発明は、（１２）軽金属合金が、カルシウムを４〜８質量％含む上記（１０）記載のホイールの製造方法に存する。
【００２１】
本発明は、（１３）ホイールが車両用である上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【００２２】
本発明は、（１４）ホイールが飛翔体部品用である上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法に存する。
【００２３】
本発明は、（１５）上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のホイールの製造方法により得られるホイールであって、ディスク部と、該ディスク部の周縁に設けられた外リム部及び内リム部と、を備えるホイールに存する。
【００２４】
本発明は、（１６）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（１５）記載のホイールに存する。
【００２５】
本発明は、（１７）ディスク部、外リム部及び内リム部の少なくとも１つの金属結晶粒子のＪＩＳ Ｈ０５４２の切断法に基づく平均粒径が３０μｍ以下である上記（１５）記載のホイールに存する。
【００２６】
本発明は、（１８）ディスク部、外リム部及び内リム部が、いずれも鍛流線を有する上記（１５）記載のホイールに存する。
【００２７】
なお、本発明の目的に添ったものであれば、上記（１）〜（１８）を適宜組み合わせた構成も採用可能である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のホイールの製造方法によれば、鋳造ビレットを加圧圧縮し、鍛造ビレットとする予備鍛造工程を備える点に主なる特徴を有するので、その後、本鍛造工程を施すことにより、たとえ複雑な形状に成形され、部分的にしか引き延ばされないとしても、鍛造ビレットの段階で、金属組織の金属結晶粒子が微細化されるので、金属結晶粒子の結晶粒径が微細なホイールが得られる。このため、十分に均一な機械的強度を有するホイールを得ることができる。なお、上記ホイールの製造方法においては、軽金属合金がアルミニウム合金である場合、加圧圧縮の鍛錬比は３．５以上であることが好ましく、軽金属合金がマグネシウム合金である場合、加圧圧縮の鍛錬比は４．０以上であることが好ましい。かかる鍛錬比の値を境にして、急激に軽金属合金の微粒子化が促進される。
【００２９】
よって、上記ホイールの製造方法によれば、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。
また、ホイールの機械的強度が優れるので、機械加工による強度低下に基づく破損事故も防止できる。
【００３０】
上記ホイールの製造方法においては、本鍛造工程が、鍛造ビレットに対して、第１加圧鍛造、第２加圧鍛造及び第３加圧鍛造の３段の加圧鍛造を施し、プレホイールとする工程であると、機械的強度がより均一なホイールを製造することができる。
また、本鍛造工程が、鍛造ビレットに対して、１段の加圧鍛造を施し、プレホイールとする工程であると、機械的強度がより均一なホイールを製造することができる。
【００３１】
上記ホイールの製造方法においては、鍛造ビレットが金属組織上の鍛流線を有する場合、得られるホイールも鍛流線を有するものとなるので、機械的強度が確実に向上する。すなわち、凹凸形状を有するホイールの製造においては、本鍛造工程の際に、強く加圧鍛造される部分と、加圧鍛造されない部分とが存在する。このため、従来の鋳造ビレットを用いると、加圧鍛造されない部分は、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、加圧鍛造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。
【００３２】
上記ホイールの製造方法においては、予備鍛造工程における加圧圧縮が、密封された密閉鍛造によるものであると、鍛造ビレットが中腹部の周囲が膨らんだ形状（いわゆる太鼓形状）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、９．８×１０３ｋＮ〜８８．２×１０３ｋＮの圧力条件下で施されることが好ましい。
【００３３】
上記ホイールの製造方法においては、加圧鍛造が、回転鍛造、密閉鍛造又は自由鍛造であると、機械的強度がより均一なホイールを製造することができる。
【００３４】
上記ホイールの製造方法においては、予備鍛造工程において、鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮してプレ鍛造ビレットとし、該プレ鍛造ビレットを加圧圧縮した方向とは異なる方向に更に加圧圧縮して鍛造ビレットとするものであると、鍛造ビレットの金属結晶粒子全体における結晶粒径の小さい組織の占める割合が大きくなる。このため、機械的強度がより優れ、しかも、機械的強度がより均一なホイールを製造することができる。
【００３５】
上記ホイールの製造方法においては、機械加工が、スピニング加工を含み、スピニング加工が常温で施されると、スピニングの際に、リム部の金属結晶粒子の再結晶が抑制される。通常、スピニング加工は高温を伴って施されるので、リム部の金属結晶粒子が一度溶融し、再結晶する傾向にある。そうすると、金属結晶粒子の結晶粒径が大きくなり、機械的強度も低下する。
したがって、この場合、リム部の金属結晶粒子の再結晶が抑制され、微細な金属結晶粒子が維持されるので、機械的強度がより優れるホイールを製造することができる。
【００３６】
上記ホイールの製造方法においては、軽金属合金が、カルシウムを４〜８質量％含むものであると、得られるホイールの耐熱性が向上する。
【００３７】
本発明のホイールは、上述した製造方法によって得られるので、機械的強度が優れ、且つ機械的強度が均一なものとすることができる。特に、ディスク部、外リム部及び内リム部の少なくとも１つの金属結晶粒子のＪＩＳ Ｈ０５４２の切断法に基づく平均粒径が３０μｍ以下であることが好ましく、ディスク部、外リム部及び内リム部が、いずれも鍛流線を有することが好ましい。
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。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、第１実施形態に係るホイールの製造方法の各工程を示すフローチャートである。
【図２】図２は、第１実施形態に係るホイールの製造方法における鋳造ビレットと鍛造ビレットとを示す断面図である。
【図３】図３は、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示すグラフである。
【図４】図４は、第１実施形態に係るホイールの製造方法において、加圧圧縮前における鋳造ビレットを密閉鍛造により鍛造ビレットとしたときの状態を示す説明図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係るホイールの製造方法における本鍛造工程を示す概略図である。
【図６】図６の（ａ）は、第１実施形態に係るホイールの製造方法により得られた第１プレホイールを示す断面図であり、（ｂ）は、それにスピニング加工を施したリム付きプレホイールの断面図であり、（ｃ）は、それに穴開け加工を施したホイールの断面図である。
【図７】図７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８】図８は、第２実施形態に係るホイールの製造方法における本鍛造工程を示す概略図である。
【図９】図９の（ａ）は、第２実施形態に係るホイールの製造方法により得られた第２プレホイールを示す断面図であり、（ｂ）は、それにスピニング加工を施したリム付きプレホイールの断面図であり、（ｃ）は、それに穴開け加工を施したホイールの断面図である。
【図１０】図１０の（ａ）〜（ｄ）は、第３実施形態に係るホイールの製造方法における予備鍛造工程の過程を示す上面図及び側面図である。
【図１１】図１１の（ａ）〜（ｅ）は、鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮した後、異なる方向に更に加圧圧縮した場合の効果を説明するための概略図である。
【図１２】図１２は、実施例１〜７の鍛錬比と金属結晶粒子の数との関係を示すグラフである。
【図１３】図１３は、実施例８〜１４の鍛錬比と金属結晶粒子の数との関係を示すグラフである。
【図１４】図１４は、実施例１６〜２３の鍛錬比と金属結晶粒子の数との関係を示すグラフである。
【図１５】図１５は、実施例１の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図１６】図１６は、実施例２の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図１７】図１７は、実施例３の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図１８】図１８は、実施例４の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図１９】図１９は、実施例５の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図２０】図２０は、実施例６の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図２１】図２１は、実施例７の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図２２】図２２は、実施例１６の鍛造ビレットの略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図２３】図２３は、実施例１７の鍛造ビレットの略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図２４】図２４は、実施例１８の鍛造ビレットの略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図２５】図２５は、実施例１９の鍛造ビレットの略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図２６】図２６は、実施例２０の鍛造ビレットの略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図２７】図２７は、実施例２１の鍛造ビレットの略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図２８】図２８は、実施例２２の鍛造ビレットの略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図２９】図２９は、実施例２３の鍛造ビレットの略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図３０】図３０は、比較例１の鋳造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図３１】図３１は、比較例２の鋳造ビレットの略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図３２】図３２は、実施例２５の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図３３】図３３は、実施例２６の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図３４】図３４は、実施例２７の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図３５】図３５は、実施例２８の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図３６】図３６は、実施例２９の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図３７】図３７は、実施例３０の鍛造ビレットの略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図３８】図３８は、実施例３１のハブ部の略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図３９】図３９は、実施例３１のスポーク部の略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図４０】図４０は、実施例３１の外リム部の略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図４１】図４１は、実施例３１の内リム部の略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図４２】図４２は、実施例３２のハブ部の略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図４３】図４３は、実施例３２のスポーク部の略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図４４】図４４は、実施例３２の外リム部の略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図４５】図４５は、実施例３２の内リム部の略中心部分を２０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図４６】図４６は、比較例３のハブ部の略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図４７】図４７は、比較例３のスポーク部の略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図４８】図４８は、比較例３の外リム部の略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図４９】図４９は、比較例３の内リム部の略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図５０】図５０は、比較例４のハブ部の略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図５１】図５１は、比較例４のスポーク部の略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図５２】図５２は、比較例４の外リム部の略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図５３】図５３は、比較例４の内リム部の略中心部分を１０倍に拡大した電子顕微鏡写真である。
【図５４】図５４は、実施例３３〜３８で得られたホイールのスポーク部に対して、２０℃、１００℃、２００℃、３００℃に加温した場合における引張り強度を測定した結果のグラフである。
【図５５】図５５は、実施例３３〜３８で得られたホイールのスポーク部に対して、２０℃、１００℃、２００℃、３００℃に加温した場合における０．２％耐力を測定した結果のグラフである。
【図５６】図５６の（ａ）〜（ｅ）は、平均粒径の測定方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
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。
【００４０】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るホイール製造方法の各工程を示すフローチャートである。
図１に示すように、第１実施形態に係るホイールの製造方法は、軽金属合金を溶融し、溶融原料とする準備工程Ｓ１と、溶融原料を鋳造し、鋳造ビレットとする鋳造工程Ｓ２と、鋳造ビレットを軸方向に加圧圧縮し、鍛造ビレットとする予備鍛造工程Ｓ３と、鍛造ビレットを金型で加圧鍛造し、プレホイールとする本鍛造工程Ｓ４と、プレホイールを熱処理する熱処理工程Ｓ５と、プレホイールに対し機械加工を施す成型工程Ｓ６と、を備える。
【００４１】
第１実施形態に係る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。
【００４２】
以下、各工程について更に詳細に説明する。
（準備工程）
準備工程Ｓ１は、軽金属合金を溶融し、溶融原料とする工程である。
【００４３】
上記軽金属合金としては、アルミニウム（Ａｌ）又はマグネシウム（Ｍｇ）が挙げられる。また、アルミニウムからなるアルミニウム部とマグネシウムからなるマグネシウム部とからなる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、かかる軽金属合金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。
【００４４】
かかる添加金属としては、主金属がＡｌである場合、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ及びＹ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Ｍｇである場合、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｓｉ及びＹ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。なお、この場合、後述する鋳造ビレットは、軽合金となる。
【００４５】
例えば、添加金属は、カルシウム（Ｃａ）であることが好ましい。特に、カルシウムの添加量が４〜８質量％であると、得られるホイールの耐熱性が向上する。
したがって、上記軽金属合金が、カルシウムを４〜８質量％含むことが好ましいということになる。
カルシウムの含有割合が４％未満であると、含有割合が上記範囲にある場合と比較して、再結晶化が進み難く、微細な結晶が得られない傾向にあり、カルシウムの含有割合が８％を超えると、含有割合が上記範囲にある場合と比較して、均質なカルシウムの添加合金が得られない傾向にある。
【００４６】
上記軽金属合金の具体例としては、アルミニウム（１０００系）、マグネシウム、Ａｌ−Ｍｎ系（３０００系）、Ａｌ−Ｓｉ系（４０００系）、Ａｌ−Ｍｇ系（５０００系）、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系（６０００系）、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系（７０００系）、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系（２０００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。
【００４７】
上記準備工程Ｓ１においては、軽金属合金を、例えば、８００℃以上で加熱溶融し、必要に応じて、これに添加金属を添加することにより、液状の溶融原料が得られる。
【００４８】
（鋳造工程）
鋳造工程Ｓ２は、不活性ガス雰囲気下、上述した溶融原料を鋳造し、円柱状の鋳造ビレットとする工程である。
【００４９】
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、溶融原料が酸化するのが防止される。
【００５０】
上記鋳造工程Ｓ２において、鋳造法は、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、後述する予備鍛造工程Ｓ３において、金属結晶粒子の結晶粒径がより均一な鍛造ビレットが得られるようになる。
【００５１】
まず、上記鋳造工程Ｓ２においては、上記溶融原料を６５〜９０ｍｍ／ｍｉｎの速度で鋳造金型に流し込む。
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、後述する予備鍛造工程Ｓ３において、金属結晶粒子の結晶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、後述する予備鍛造工程Ｓ３において、鋳造ビレット製造時に破損する虞がある。
【００５２】
鋳造金型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。
【００５３】
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。
【００５４】
（予備鍛造工程）
予備鍛造工程Ｓ３は、鋳造ビレットを軸方向に加圧圧縮し、円柱状の鍛造ビレットとする工程である。すなわち、鋳造ビレットを上下から加圧圧縮し、円柱状の形態を留めつつ、高さを低くする工程である。
【００５５】
図２は、第１実施形態に係るホイールの製造方法における鋳造ビレットと鍛造ビレットとを示す断面図である。
上記予備鍛造工程Ｓ３においては、図２に示す鋳造ビレット１から鍛造ビレット２が製造される。なお、本発明において、鍛造ビレット２には、鍛造された押出し成形品、引抜き成形品も含まれる。
【００５６】
上記予備鍛造工程Ｓ３の加圧圧縮における鍛錬比は、軽金属合金がアルミニウム合金である場合、３．５以上であることが好ましく、４．０以上であることがより好ましい。
ここで、鍛錬比とは、図２に示す「鋳造ビレット１の高さＨ１」÷「鍛造ビレット２の高さＨ２」で表される値を意味する。
加圧圧縮による鍛錬比が３．５から大きくなるに従って、金属結晶粒子の粒径が極端に微細化される。なお、鍛造ビレット２が中間品であることから、該鍛造ビレット２を用いて鍛造製品を加圧鍛造するとき更に鍛錬比が上昇することが見込まれる。
ちなみに、軽金属合金がアルミニウム合金である場合、鍛錬比が３．４以上であると、後述する鍛流線が十分に確認できる。
【００５７】
一方、上記予備鍛造工程Ｓ３の加圧圧縮における鍛錬比は、軽金属合金がマグネシウム合金である場合、４．０以上であることが好ましく、４．５以上であることがより好ましく、５．５以上であることが特に好ましい。
加圧圧縮による鍛錬比が４．０から大きくなるに従って、金属結晶粒子の粒径が極端に微細化される。なお、鍛造ビレット２が中間品であることから、該鍛造ビレット２を用いて鍛造製品を加圧鍛造するとき更に鍛錬比が上昇することが見込まれる。
ちなみに、軽金属合金がマグネシウム合金である場合、鍛錬比が４．０以上であると、後述する鍛流線が十分に確認できる。
【００５８】
参考までに、図３にアルミニウム鋳鍛造技術便覧（軽金属協会編）から引用した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のグラフを示す。
図３中、Ｌ方向とは、スラブの長手方向、ＳＴ方向とは、スラブの厚さ方向である。なお、第１実施形態に係るホイールの製造方法の鍛造ビレット２に当てはめると、Ｌ方向が、鍛造ビレット２の長さ（軸）方向に相当し、ＳＴ方向が、鍛造ビレット２の直径方向に相当する。
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。
【００５９】
ここで、加圧圧縮する方法としては、自由鍛造、型鍛造、揺動鍛造、押出し鍛造、回転鍛造、密閉鍛造（閉塞鍛造を含む）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１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、密閉鍛造によるものであることが好ましい。
【００６０】
図４は、第１実施形態に係るホイールの製造方法において、加圧圧縮前における鋳造ビレットを密閉鍛造により鍛造ビレットとしたときの状態を示す説明図である。
図４に示すように、密閉鍛造においては、鋳造ビレット１が軸方向に加圧圧縮される際、金属組織が横方向に広がるのを抑制できる。すなわち、横方向の拘束力Ｐも加わることにより、鍛造ビレット２が中腹部で膨らんだ太鼓形状になるのを抑制し、金属結晶粒子の結晶粒径も微細化できる。
【００６１】
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。この場合、効率よく鍛造ができるという利点がある。
具体的には、上記加圧圧縮は、３００〜５５０℃の温度条件下、９．８×１０３ｋＮ〜８８．２×１０３ｋＮの圧力で行うことが好ましい。ちなみに、該加圧条件は鍛造機（プレス機）の推力規模で示すと１０００〜９０００トンに相当する。
【００６２】
こうして、鋳造ビレット１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２が得られる。なお、上記冷却は、急冷することが好ましい。
【００６３】
鍛造ビレット２は、鍛流線を有することが好ましい。
ここで、鍛流線とは、金属組織において鍛造製品に生じる、結晶粒径が少なくとも１２μｍより小さい金属結晶粒子の流れの状態を意味する。なお、かかる鍛流線は、加圧圧縮により金属結晶粒子の結晶粒径が９μｍより微細になると金属組織の流れがより明確になる。
上記鍛造ビレット２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。
【００６４】
上記鍛造ビレット２は、鍛流線を有すると、得られるホイールも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、ホイールは、鍛造ビレット２が圧縮鍛造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。
【００６５】
上記鍛造ビレット２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、１５μｍ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。
ここで、本明細書において、「平均粒径」は、ＪＩＳ Ｈ０５４２の切断法に基づいて測定した値である。具体的には、ＪＩＳ Ｈ０５４２の切断法による評価方法の規定においては、試験線の縦線、横線及び２本の対角線の線分が少なくとも５０個の結晶粒と交差するように倍率を決定するとしているが、本発明においては、顕微鏡１視野を６６０μｍ×８６０μｍと設定し、縦線及び横線の線分を４９４．２３７μｍとし、対角線の線分を７４１．３５５μｍと設定して、少なくとも５０個以上の結晶粒と交差するようにして測定した値である（図５６参照）。なお、図５６の（ａ）は、平均粒径測定例として挙げた電子顕微鏡写真であり、（ｂ）は、（ａ）の試験線と捕捉交点数の関係を示すグラフであり、（ｃ）は、１視野（６６０μｍ×８６０μｍ）の例を示す図であり、（ｄ）及び（ｅ）は、（ａ）を用いた平均粒径の測定例である。ここで、１視野の計測方法は、補足交点数による測定である（直線上にある粒界の数を手動で数え、粒界の数により、結晶粒度、平均粒径を算出する。）。
また、測定部位は、鍛造ビレット、ホイールの各部分、いずれも中央付近とする。
【００６６】
上記鍛造ビレット２の引張り強度は、２５０ＭＰａ以上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。
上記鍛造ビレット２の耐力は、１５０ＭＰａ以上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。
上記鍛造ビレット２の伸度は、８％以上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。
上記鍛造ビレット２のブリネル硬度は、６５ＨＢ以上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。
【００６７】
第１実施形態に係るホイールの製造方法においては、上述したように、鋳造ビレット１を軸方向に加圧圧縮し、円柱状の鍛造ビレット２とする予備鍛造工程Ｓ３を備えるので、その後、後述する本鍛造工程Ｓ４を施しても、十分に優れた機械的強度を有するホイールを得ることができる。
【００６８】
（本鍛造工程）
本鍛造工程Ｓ４は、鍛造ビレット２を金型で加圧鍛造し、ホイールとする工程である。すなわち、本鍛造工程Ｓ４は、鍛造ビレット２に凹凸等の具体的な形状を付与する工程である。かかる本鍛造工程Ｓ４により、円柱状の鍛造ビレット２がホイールの形状になる。
【００６９】
図５は、第１実施形態に係るホイールの製造方法における本鍛造工程を示す概略図である。
図５に示すように、本鍛造工程Ｓ４は、第１加圧鍛造１１、第２加圧鍛造１２、第３加圧鍛造１３の３段の加圧鍛造を備える。
第１加圧鍛造１１、第２加圧鍛造１２、第３加圧鍛造１３を経ることにより、鍛造ビレット２からプレホイール（以下便宜的に「第１プレホイール」という。）３ａが得られる。そして、後述する成型工程を経ることにより、第１プレホイール３ａがホイール３となる。
【００７０】
上記第１加圧鍛造１１、第２加圧鍛造１２及び第３加圧鍛造１３の具体的な方法としては、自由鍛造、型鍛造、揺動鍛造、押出し鍛造、回転鍛造、密閉鍛造（閉塞鍛造を含む）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２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加圧鍛造１１、第２加圧鍛造１２及び第３加圧鍛造１３は、いずれも回転鍛造、密閉鍛造又は自由鍛造であることが好ましく、密閉鍛造であることがより好ましい。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。
【００７１】
また、密閉鍛造の中でも、第１加圧鍛造１１を粗型成型鍛造とし、第２加圧鍛造１２を荒地成型鍛造とし、第３加圧鍛造１３を仕上成形鍛造とすることが好ましい。この場合、かぶり現象を防止できると共に、鍛流線に乱れを生じさせずに、金属結晶粒子の結晶粒径を更に小さくできるという利点がある。
ここで、粗型成型鍛造は、鍛造ビレット２の全量を後述するハブ部、スポーク部及びリムの前躯体となる予備部材、の各所要量に分配する鍛造である。これにより、スポーク部の輪郭が緩やかな曲面で凸状に成形される。また、材料の流れに抵抗が少なくプレスする面積が最小限となるので、プレス圧を軽減できる。なお、ディスク部は大略円盤状となる。
荒地成型鍛造は、スポーク部をより鮮明に隆起させる鍛造であり、ディスク部の空部となる部分の材料を押圧する鍛造である。これにより、スポークがリブとして隆起され、空部になる部分はウエブとして漸次厚みが薄くなる。
仕上成型鍛造とは、スポーク部の立ち上がり部分を押圧してスポーク部を所定の高さにする鍛造である。なお、荒地成型鍛造で一気にスポーク部を完成状態の高さにするとリブの下側にひけが生じてスポークに欠陥が生じる虞がある。
【００７２】
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。
第１加圧鍛造１１、第２加圧鍛造１２、第３加圧鍛造１３は、３００℃以上の温度、好ましくは３００〜５５０℃の温度、９．８×１０３ｋＮ〜８８．２×１０３ｋＮの圧力で施すことが好ましい。
【００７３】
上述したような鍛造を施すことにより、鍛造ビレット２が加圧鍛造され、その後、冷却されることにより、プレホイール３ａが得られる。なお、上記冷却は、急冷することが好ましい。
【００７４】
第１実施形態に係るホイールの製造方法においては、鍛造ビレット２が、本鍛造工程Ｓ４において、複雑な形状に成形され、部分的に引き延ばされた場合であっても、十分に均一な機械的強度を有するホイール３を得ることができる。
【００７５】
（熱処理工程）
熱処理工程Ｓ５は、外リム部が形成された第３プレホイール３ｃを熱処理する工程である。
【００７６】
熱処理は、軽金属合金がアルミニウム合金である場合、ＪＩＳ Ｈ０００１に基づくＴ６条件で行われる。具体的には、５００〜５８０℃で３〜５時間溶体化処理がされ、３〜７分間焼入れがされ、１５０〜２００℃で７〜９時間人工時効処理がなされる。
また、軽金属合金がマグネシウム合金である場合、ＪＩＳ Ｈ０００１に基づくＴ５条件で行われる。具体的には、３００〜３８０℃で１〜３時間人工時効処理がなされる。
【００７７】
（成型工程）
成型工程Ｓ６は、プレホイール３ａに機械加工を施す工程である。
【００７８】
上記機械加工としては、スピニング加工、穴開け加工、切削加工、ミーリング加工等が挙げられる。
第１プレホイール３ａにおいて、スピニング加工は、第１プレホイール３ａを旋盤の金型で挟持し、第１プレホイール３ａを回転させ、予備部材５に対してローラーを押し当てて予備部材５を延展することにより、第１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、第１プレホイール３ａ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。
【００７９】
図６の（ａ）は、第１実施形態に係るホイールの製造方法により得られた第１プレホイールを示す断面図であり、（ｂ）は、それにスピニング加工を施したリム付きプレホイールの断面図であり、（ｃ）は、それに穴開け加工を施したホイールの断面図である。
【００８０】
まず、図６の（ａ）に示すように、上述した本鍛造工程Ｓ４により得られる第１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。
上記スピニング加工においては、第１プレホイール３ａを旋盤の金型で挟持し、第１プレホイール３ａを回転させる。この状態で予備部材５に対してローラーを押し当てて予備部材５を延展することにより、図６の（ｂ）に示すように、第１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、第１プレホイール３ａ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。なお、仕上げしろとは、寸法を調整するために、後に削り取る部分である。
【００８１】
第１実施形態に係るホイールの製造方法において、上記スピニング加工は、常温（約２５℃）で施される。
特に、外リム部７及び内リム部８へのスピニングを常温で施すと、スピニングの際に、外リム部７及び内リム部８の金属結晶粒子の再結晶化を抑制できる。なお、金属結晶粒子の再結晶化が起こると、結晶粒径が大きくなり、機械的強度が低下する。
【００８２】
次に、穴開け加工においては、外リム部７と内リム部８とが形成されたリム付きプレホイール３ａ’に対して、マシニングセンターで、穴を開け、スポーク部や模様を形成する。
そして、切削加工により、旋盤で、リム付きプレホイール３ａ’の周囲を削り、リム部を形成し、ミーリング加工により、ホイールの略全体を削り出して成型を行うことにより、図６の（ｃ）に示すように、空部９が形成されたホイール３が得られる。
【００８３】
ホイール３は、軽量化されており、また、凹凸や空部等を形成することにより、デザイン性にも優れる。なお、必要に応じて、化学的表面処理、鍍金、ショット、塗装等を施してもよい。
【００８４】
ここで、上記穴開け加工においては、多軸旋盤等を用い、ディスク部６に対して、後述するハブ部が形成される。このとき、ディスク部６を緩やかに湾曲した円盤状とすると、鍛造による押圧力を軽減できる。
また、ディスク部６を緩やかに湾曲した円盤状に加圧鍛造した場合、プレス圧が大幅に削減できるので、２２インチ径のディスクでも６０００トン級のプレス機で加圧鍛造できる。なお、必要に応じて、塗装等を施してもよい。
【００８５】
こうして得られるホイール３は、例えば、車両用、航空機等の飛翔体部品用等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。
【００８６】
次に、本発明に係るホイール３について説明する。
図７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７の（ａ）に示すように、本実施形態に係るホイール３（マルチピース）は、ディスク部６と、ディスク部６の周縁に設けられる外リム部７及び内リム部８と、を備える。すなわち、上記ホイール３は、ディスク部６と、該ディスク部６の周縁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の周縁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字状に伸びるスポーク部１０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１０の先端に外リム部７と内リム部８とが連結されている。なお、ハブ部６ａは、緩やかに湾曲した曲面となっていることが好ましい。この場合、押圧時の原材料の流れが一様となるので、鍛錬比がより均等化される。
【００８７】
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ボルト挿通穴６ｂが設けられている。
また、隣合うスポーク部１０同士の間は、空部９が設けられている。
【００８８】
鋳造ビレット２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、軽金属合金がアルミニウム合金である場合、４．０以上であることが好ましく、軽金属合金がマグネシウム合金である場合、５．５以上であることが好ましい。
ここで、全鍛錬比とは、上述した鋳造ビレット１に対する鍛造ビレット２の鍛錬比に、鍛造ビレット２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１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７の（ｂ）に示す。なお、ホイールの高さＨ３は、加圧鍛造された方向のホイールの高さの平均で算出される。
【００８９】
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平均粒径が３０以下μｍ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、１５μｍ以下であることが更に好ましい。また、ディスク部６、外リム部７及び内リム部８の金属結晶粒子の平均粒径がいずれも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、１５μｍ以下であることが更に好ましい。
【００９０】
ディスク部６、外リム部７及び内リム部８は、いずれも鍛流線を有することが好ましい。この場合、機械的強度がより一層向上する。なお、上述したように、鍛造ビレット２が鍛流線を有するものである場合、ディスク部６、外リム部７及び内リム部８も鍛流線を有するものとなる。
【００９１】
本実施形態に係るホイール３は、上述した鍛造ビレット２を加圧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（ワンピース）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。
【００９２】
［第２実施形態］
第２実施形態に係るホイールの製造方法は、本鍛造工程Ｓ４で得られるプレホイールの形状及び成型工程Ｓ６における成型方法が異なること意外は、第１実施形態に係るホイールの製造方法と同じである。
【００９３】
以下、本実施形態に係る本鍛造工程及び成型工程について更に詳細に説明する。なお、熱処理工程については、第１実施形態に係るホイールの製造方法における熱処理工程と同様である。
（本鍛造工程）
本鍛造工程は、鍛造ビレット２を金型で１段の加圧鍛造を行い、プレホイールとする工程である。すなわち、本鍛造工程は、鍛造ビレット２に１段で凹凸等の具体的な形状を付与する工程である。
【００９４】
図８の（ａ）は、第２実施形態に係るホイールの製造方法における本鍛造工程を示す概略図であり、（ｂ）は（ａ）の工程により得られるプレホイールを示す断面図である。
図８に示すように、本鍛造工程は、第１加圧鍛造１１’を備える。すなわち、第１加圧鍛造１１’のみを経て、プレホイール（以下便宜的に「第２プレホイール」という。）３ｂが得られる。そして、後述する成型工程を経ることにより、第２プレホイール３ｂがホイール３となる。
【００９５】
上記第１加圧鍛造１１’の具体的な方法としては、自由鍛造、型鍛造、揺動鍛造、押出し鍛造、回転鍛造、密閉鍛造（閉塞鍛造を含む）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２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加圧鍛造１１’は、密閉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。
【００９６】
また、密閉鍛造の中でも、第１加圧鍛造１１’を粗型成型鍛造とする。ここで、粗型成型鍛造は、鍛造ビレット２の全量を後述するハブ部、スポーク部及びリムの前躯体となる予備部材５、の各所要量に分配する鍛造である。
【００９７】
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。
これらの加圧鍛造は、３００℃以上の温度、好ましくは３００〜５５０℃の温度、９．８×１０３ｋＮ〜８８．２×１０３ｋＮの圧力で施すことが好ましい。
【００９８】
上述したような鍛造を施すことにより、鍛造ビレット２が加圧鍛造され、その後、冷却されることにより、ホイール３が得られる。なお、上記冷却は、ファン等で急冷することが好ましい。
【００９９】
（成型工程）
成型工程は、第２プレホイール３ｂに機械加工を施す工程である。
【０１００】
上記機械加工としては、スピニング加工、穴開け加工、切削加工、ミーリング加工等が挙げられる。
第２プレホイール３ｂにおいて、スピニング加工は、第２プレホイール３ｂを旋盤の金型で挟持し、第２プレホイール３ｂを回転させ、予備部材５に対してローラーを押し当てて予備部材５を延展することにより、第２プレホイール３ｂの面方向に延設された外リム部（アウターリム）７と、第２プレホイール３ｂ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。
【０１０１】
図９の（ａ）は、第２実施形態に係るホイールの製造方法により得られた第２プレホイールを示す断面図であり、（ｂ）は、それにスピニング加工を施したリム付きプレホイールの断面図であり、（ｃ）は、それに穴開け加工を施したホイールの断面図である。
図９の（ａ）に示すように、上述した本鍛造工程により第２プレホイール３ｂ（ホイール）が得られる。かかる第２プレホイール３ｂは、周縁に立設された予備部材５を備える。
【０１０２】
スピニング加工においては、第２プレホイール３ｂを旋盤の金型で挟持し、第２プレホイール３ｂを回転させ、予備部材５に対してローラーを押し当てて予備部材５を延展することにより、図９の（ｂ）に示すように、第２プレホイール３ｂの面方向に延設された外リム部（アウターリム）７と、第２プレホイール３ｂ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。なお、仕上げしろとは、寸法を調整するために、後に削り取る部分である。
【０１０３】
第１実施形態に係るホイールの製造方法において、上記スピニング加工は、常温（約２５℃）で施される。
このため、スピニングの際に、外リム部７及び内リム部８の金属結晶粒子の再結晶化を抑制できる。
【０１０４】
次に、外リム部７と内リム部８とが形成されたリム付きプレホイール３ｂ’に対して、穴開け加工により、外リム部７と内リム部８とが形成されたリム付きプレホイール３ｂ’に対して、マシニングセンターで、穴を開け、模様を形成する。
そして、切削加工により、旋盤で、リム付きプレホイール３ｂ’の周囲及びディスク部裏面側を切削し、スポーク部やリム部を形成し、ミーリング加工により、ホイールの略全体を削り出して成型を行うことにより、図９の（ｃ）に示すように、空部９が形成されたホイール３が得られる。なお、ホイール３は、上述した第１実施形態に係るホイールの製造方法により得られたホイール３と同じである。
【０１０５】
［第３実施形態］
第３実施形態に係るホイールの製造方法は、予備鍛造工程が異なること意外は、第１実施形態に係るホイールの製造方法と同じである。
【０１０６】
以下、本実施形態に係る本鍛造工程及び成型工程について更に詳細に説明する。
（予備鍛造工程）
予備鍛造工程は、鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮してプレ鍛造ビレットとし、プレ鍛造ビレットを加圧圧縮した方向とは異なる方向に更に加圧圧縮して鍛造ビレットとする工程である。
【０１０７】
図１０の（ａ）〜（ｄ）は、第３実施形態に係るホイールの製造方法における予備鍛造工程の過程を示す上面図及び側面図である。
図１０の（ａ）に示すように、鍛造ビレット２ａは、軽金属合金を鋳造して円柱状の鋳造ビレット１とし、この鋳造ビレット１を六角柱の型を用いた密閉鍛造により、軸方向Ｐ１に加圧圧縮して図１０の（ｂ）に示すプレ鍛造ビレット２ｂとする。
次いで、図１０の（ｃ）に示すように、得られたプレ鍛造ビレット２ｂを、側面を下にして立てる。そして、再びプレ鍛造ビレット２ｂを六角柱の型を用いた密閉鍛造により、軸とは異なる方向Ｐ２、すなわち垂直方向から加圧圧縮して図１０の（ｄ）に示す鍛造ビレット２ａとする。なお、このときプレ鍛造ビレット２ｂは、多角柱状であるので、プレ鍛造ビレット２ｂの側面を下にして位置決めし易い。すなわち、加圧圧縮した方向とは異なる方向に加圧圧縮しやすい。
【０１０８】
このように、鍛造ビレット２ａが、鋳造ビレット１を一方向に加圧圧縮してプレ鍛造ビレット２ｂとし、該プレ鍛造ビレット２ｂを加圧圧縮した方向とは異なる方向に更に加圧圧縮する履歴で得られるものであると、鍛造ビレット２ａの金属結晶粒子全体における結晶粒径の小さい組織の占める割合が大きくなる。すなわち、鋳造ビレットに対して加圧圧縮を施して得た鍛造ビレットは、金属組織が流れることにより、結晶粒径が小さくなる。これに加え、上記鍛造ビレット２ａにおいては、異なる方向に複数回加圧圧縮するので、金属組織が異なる方向にも動くことになり、結晶粒径がより小さくなる。このため、機械的強度がより優れ、しかも、機械的強度がより均一なホイールを製造することができる。
【０１０９】
また、一方向に加圧圧縮した場合、中腹部分（いわゆる中央部分）の金属結晶粒子が微細化された領域（以下「微細領域」という。）と、上下両端部は金属結晶粒子の微粒子化がされにくい領域（以下「ＮＧ領域」という。）とが生じる。なお、中腹部分の微粒子化された領域には、鍛流線が生じる。
これに対し、上述したように、プレ鍛造ビレットを加圧圧縮した方向とは異なる方向に更に加圧圧縮することにより、ＮＧ領域の一部が更に微細化されるので、全体としてＮＧ領域を減らすことができる。
【０１１０】
図１１の（ａ）〜（ｅ）は、鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮した後、異なる方向に更に加圧圧縮した場合の効果を説明するための概略図である。
まず、図１１の（ａ）に示すように、鋳造ビレット１を加圧圧縮すると、中腹部分（いわゆる中央部分）が結晶粒子の微細領域Ａとなり、上下両端部がＮＧ領域Ｂとなる。
そして、これの側面を下にして立てた状態で位置決めすると、再び上方から加圧圧縮すると、図１１の（ｂ）に示すように、中腹部分が微細領域Ａとなり、図１１の（ａ）の微細領域Ａは残る。すなわち、四方向の角の部分がＮＧ領域Ｂとなる。
更に、これの側面を下にして立てて、再び上方から加圧圧縮すると、図１１の（ｃ）に示すように、中腹部分が微細領域Ａとなり、図１１の（ａ）及び図１１の（ｂ）の微細領域Ａは残る。すなわち、八方向の角の部分がＮＧ領域Ｂとなる。
更に、これの側面を下にして立てて、再び上方から加圧圧縮すると、図１１の（ｄ）に示すようになり、また更に、これの側面を下にして立てて、再び上方から加圧圧縮すると、図１１の（ｅ）に示すようになる。
すなわち、異なる方向からの加圧圧縮を繰り返すことにより、段階的にＮＧ領域Ｂを段階的に少なくすることができる。
このように、鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮した後、異なる方向に加圧圧縮すると、微細領域Ａの占める割合が増加し、これを繰り返すことにより段階的に微細領域Ａの占める割合が増えていく。この現象を利用して鍛造ビレットの有効利用領域を増やし、材料の歩留まりを大きく向上させることができる。実際では、少なくとも５回の加圧圧縮で９５％が微細領域Ａとなり、５％がＮＧ領域となる。
【０１１１】
上記密閉鍛造の加工条件は、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、９．８×１０３ｋＮ〜８８．２×１０３ｋＮの圧力条件下で行うことが好ましい。
【０１１２】
鍛造ビレット２ａにおいて、鍛流線は、鋳造ビレット１からプレ鍛造ビレット２ｂとする加圧圧縮、又は、プレ鍛造ビレット２ｂから鍛造ビレット２ａとする加圧圧縮、のいずれかで生じていることが好ましい。なお、一度生じた鍛流線が消えることはない。
【０１１３】
鍛造ビレット２ａにおいては、鋳造ビレット１からプレ鍛造ビレット２ｂとする加圧圧縮におけるＨ１／Ｈ２（鍛錬比）と、プレ鍛造ビレット２ｂから鍛造ビレット２ａとする加圧圧縮におけるＨ１／Ｈ２（鍛錬比）とがある。
このうち、いずれかのＨ１／Ｈ２（鍛錬比）が、上述した第１実施形態に係る鍛造ビレット２ａと同じ範囲であることが好ましい。なお、加圧圧縮により金属結晶粒子が微粒子化された場合、後の加圧圧縮の鍛錬比が小さい場合であっても、金属結晶粒子が大きくなることはない。
【０１１４】
鍛造ビレット２ａは、上述した第１実施形態に係るホイールの製造方法と同様に、本鍛造工程と成型工程とを経ることによりホイールが得られる。
【０１１５】
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。
【０１１６】
例えば、第１実施形態に係るホイールの製造方法においては、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、Ｈ１／Ｈ２（鍛錬比）は、Ｈ１が鋳造ビレットの加圧される方向（横方向）の長さを示し、Ｈ２が鍛造ビレットの加圧された方向（横方向）の長さを示すことになる。
【０１１７】
第３実施形態に係るホイールの製造方法においては、鋳造ビレットを加圧圧縮して、六角柱状のプレ鍛造ビレットとした後、横方向から加圧圧縮して、六角柱状の鍛造ビレットとしているが、鋳造ビレットを加圧圧縮して、六角柱状にしたものを鍛造ビレットとして用いてもよい。
【０１１８】
また、鍛造ビレット及びプレ鍛造ビレットは、六角柱状、八角柱状、十二角柱状等の角の多い多角柱状としてもよい。
【０１１９】
第３実施形態に係るホイールの製造方法において、鋳造ビレットを加圧圧縮してプレ鍛造ビレットとし、該プレ鍛造ビレットを加圧圧縮した方向とは異なる垂直方向に更に加圧圧縮しているが、加圧圧縮の回数は、２回に限定されず、３回以上行ってもよい。
【０１２０】
本発明に係るホイールの実施形態において、スポーク部１０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。
【０１２１】
上記ホイールの製造方法において、本鍛造工程Ｓ４は、第１加圧鍛造１１、第２加圧鍛造１２及び第３加圧鍛造１３の３段を備えているが、加圧鍛造の回数は、２段でもよく、３段より多く備えていてもよい。
【０１２２】
上記ホイールの製造方法においては、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、ディスク部６と予備部材５とが一体化したものを用いているが、１ピースホイール以外の２ピース、３ピースホイールではリムを別途制作し、ディスク部に周縁部に取着座を設けて該取着部に外リム及び／又は内リムを螺着、摩擦圧接、リベットなどによるかしめ手段で装着してもよい。
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、この場合は、ディスク部のみかディスク部と外リム部を加圧鍛造するから鍛造後の平均高さが小さくなる。このため、鍛錬比を大きくできるという利点もある。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【実施例】
【０１２５】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【０１２６】
（実施例１）
軽金属合金として重さ１９．８ｋｇのアルミニウム合金を準備した。これを溶融して溶融原料とした。
【０１２７】
アルゴンガス雰囲気下、連続鋳造法により、鋳造機に流し込み、加熱し、その後、冷却して、直径２５４ｍｍ、高さ１４５ｍｍの円柱状の鋳造ビレット（規格番号：Ａ６０８２）とした。
【０１２８】
上記鋳造ビレットに対して、密閉鍛造により加圧圧縮を施した。すなわち、プレス機に鋳造ビレットを載置し、３５０〜４００℃の温度条件下、６３７００ｋＮの圧力で熱間鍛造を施した。
そして、ファンで冷却することにより、高さ７２．５ｍｍの円柱状の鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は２．０である。
【０１２９】
（実施例２）
鋳造ビレットを、加圧圧縮し、高さ５８．０ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例１と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は２．５である。
【０１３０】
（実施例３）
鋳造ビレットを、加圧圧縮し、高さ４８．３ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例１と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は３．０である。
【０１３１】
（実施例４）
鋳造ビレットを、加圧圧縮し、高さ４１．４ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例１と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は３．５である。
【０１３２】
（実施例５）
鋳造ビレットを、加圧圧縮し、高さ３６．２ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例１と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は４．０である。
【０１３３】
（実施例６）
鋳造ビレットを、加圧圧縮し、高さ３２．２ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例１と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は４．５である。
【０１３４】
（実施例７）
鋳造ビレットを、加圧圧縮し、高さ２９．０ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例１と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は５．０である。
【０１３５】
（実施例８〜１４）
規格番号Ａ６０８２の鋳造ビレットの代わりに、規格番号Ａ６１５１の鋳造ビレットを用いたこと以外は、実施例１〜７と同様にして、鍛造ビレットを得た。
【０１３６】
（実施例１５）
軽金属合金として重さ１３．２ｋｇの純マグネシウム合金を準備した。これを溶融して溶融原料とした。
【０１３７】
アルゴンガス雰囲気下、連続鋳造法により、鋳造機に流し込み、加熱し、その後、冷却して、直径２５４ｍｍ、高さ１４４．７ｍｍの円柱状の鋳造ビレット（規格番号：ＡＺ８０）とした。
【０１３８】
上記鋳造ビレットに対して、密閉鍛造により加圧圧縮を施した。すなわち、プレス機に鋳造ビレットを載置し、３３０〜３８０℃の温度条件下、７８４０ｋＮ〜６３７００ｋＮの圧力で熱間鍛造を施した。
そして、ファンで冷却することにより、高さ７２．３ｍｍの円柱状の鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は２．０である。
【０１３９】
（実施例１６）
鋳造ビレットを、高さ５８．０ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例８と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は２．５である。
【０１４０】
（実施例１７）
鋳造ビレットを、高さ４８．３ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例８と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は３．０である。
【０１４１】
（実施例１８）
鋳造ビレットを、高さ４１．４ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例８と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は３．５である。
【０１４２】
（実施例１９）
鋳造ビレットを、高さ３６．２ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例５と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は４．０である。
【０１４３】
（実施例２０）
鋳造ビレットを、高さ３２．２ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例５と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は４．５である。
【０１４４】
（実施例２１）
鋳造ビレットを、高さ２８．９ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例５と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は５．０である。
【０１４５】
（実施例２２）
鋳造ビレットを、高さ２６．３ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例５と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は５．５である。
【０１４６】
（実施例２３）
鋳造ビレットを、高さ２４．１ｍｍの鍛造ビレットとしたこと以外は実施例５と同様にして、鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は６．０である。
【０１４７】
（実施例２４）
軽金属合金として重さ１９．８ｋｇの純アルミニウムを準備した。これを溶融して溶融原料とした。
【０１４８】
アルゴンガス雰囲気下、連続鋳造法により、鋳造機に流し込み、加熱し、その後、冷却して、直径１７６ｍｍ、高さ４７６ｍｍの円柱状の鋳造ビレット（規格番号：Ａ６０８２）とした。
【０１４９】
上記鋳造ビレットに対して、密閉鍛造により加圧圧縮を施した。すなわち、プレス機に鋳造ビレットを載置し、熱間鍛造を施し、ファンで冷却することにより、長さ３２７ｍｍ高さ１１９ｍｍの六角柱状のプレ鍛造ビレットを得た。
次いで、かかるプレ鍛造ビレットを側面が下になるように９０度起こして垂直に立て、密閉鍛造により加圧圧縮を施した。
そして、ファンで冷却することにより、高さ１１７ｍｍの六角柱の鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの金属結晶粒子の平均粒径は１３．５μｍであり、鍛錬比は４．１である。
【０１５０】
（比較例１及び２）
アルミニウム合金からなる鋳造ビレット（規格番号：Ａ６０８２）を比較例１とし、マグネシウム合金からなる鋳造ビレット（規格番号：ＡＺ８０）を比較例２とした。
【０１５１】
［評価１］
実施例１〜１４,１６〜２４及び比較例１,２で得られた鍛造ビレット及び鋳造ビレットをＪＩＳ Ｈ０５４２の切断法に準じて観察し、金属結晶粒子の数及び金属結晶粒子の平均粒径を測定した。なお、金属結晶粒子の数は、１．７５ｍｍ×１．３ｍｍ（２．２７５ｍｍ２）辺りの数を測定した。得られた結果を表１に示す。
また、実施例１〜７の鍛錬比と金属結晶粒子の数との関係を示すグラフを図１２に、実施例８〜１４の鍛錬比と金属結晶粒子の数との関係を示すグラフを図１３に、及び実施例１５〜２２の鍛錬比と金属結晶粒子の数との関係を示すグラフを図１４にそれぞれ示す。
さらに、実施例１〜２２の鍛造ビレットの略中心部分を拡大した顕微鏡写真を図１５〜図３６に、比較例1及び２の鋳造ビレットの略中心部分を拡大した顕微鏡写真を図３７及び図３８にそれぞれ示す。なお、表中「−」は、未測定を意味する。
【０１５２】
〔表１〕
【０１５３】
表１の結果より、実施例に示す鍛造ビレットは、比較例に示す鋳造ビレットと比較して、金属結晶粒子の数が明らかに多くなった。このことは、実施例に示す鍛造ビレットを用いたホイールが、十分に微細化されていることを示している。
また、軽金属がアルミニウム合金の場合、鍛錬比が３．５から結晶粒径が急激に細かくなり始め、４．５で安定化することがわかった。一方、軽金属がマグネシウム合金の場合、鍛錬比が４．０から結晶粒径が急激に細かくなり始め、５．５で安定化することがわかった。
さらに、実施例２３における鍛造ビレットは、実施例５の鍛造ビレットの結晶粒子数、平均粒径、共に同等であったが、微粒子化された領域が大きくなっていた。
【０１５４】
［評価２］
実施例１〜２３で得られた鍛造ビレットに対して、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準じて引張り強度を測定した。得られた結果を表２に示す。
【０１５５】
［評価３］
実施例１〜２３で得られた鍛造ビレットに対して、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準じて耐力を測定した。得られた結果を表２に示す。
【０１５６】
［評価４］
実施例１〜２３で得られた鍛造ビレットに対して、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準じて伸度を測定した。得られた結果を表２に示す。
【０１５７】
［評価５］
実施例１〜２３で得られた鍛造ビレットに対して、ＪＩＳ Ｚ ２２４３に準じてブリネル硬度を測定した。得られた結果を表２に示す。
【０１５８】
〔表２〕
【０１５９】
表２の結果より、実施例に示す鍛造ビレットは、引張り強度、耐力、伸度、ブリネル硬度のいずれにおいても、優れていることが確認された。
【０１６０】
（実施例２５〜３０）
実施例１の方法に準じて、表３に示すように、鍛錬比の異なる鍛造ビレットを作成した。
【０１６１】
〔表３〕
【０１６２】
［評価６］
実施例２５〜３０で得られた鍛造ビレットの略中央部分を拡大した顕微鏡写真を図３２〜図３７に、それぞれ示す。
【０１６３】
図３２〜図３７の電子顕微鏡写真より、鍛錬比が３．４以上であると、金属結晶粒子がつぶれ、鍛流線が生じることが確認された。なお、マグネシウム合金を用いた鍛造ビレットにおいても、同様試験を行ったところ、鍛錬比が４．０以上であると、金属結晶粒子がつぶれ、鍛流線が生じることが確認された。
【０１６４】
（実施例３１）
実施例５で得られた鍛造ビレットに対して、図５に示すように、第１加圧鍛造、第２加圧鍛造、第３加圧鍛造を施した（いずれも密閉鍛造）。なお、第１加圧鍛造の加工条件は、３５０〜４００℃の温度、６８６００ｋＮの圧力の熱間鍛造とし、第２及び第３加圧鍛造の加工条件は、３５０〜４００℃の温度、８０３６０ｋＮの圧力の熱間鍛造とした。
そして、ファンで冷却することにより、スポーク部を凸状に形成しプレホイールを得た。
【０１６５】
次に、得られたプレホイールに対し、熱処理を施し、次いで、スピニング加工を施して、外リム部と内リム部とを形成し、外リム部、内リム部及びディスク部裏面を切削加工し空部を形成することにより、図７の（ａ）及び（ｂ）に示すようなリム幅８．５インチ、リム径が１９インチのホイールを得た。
【０１６６】
（実施例３２）
実施例１９で得られた鍛造ビレットに対して、図５に示すように、第１加圧鍛造、第２加圧鍛造、第３加圧鍛造を施した（いずれも密閉鍛造）。なお、第１加圧鍛造の加工条件は、３４０〜３９０℃の温度、２９４００ｋＮの圧力の熱間鍛造とし、第２加圧鍛造の加工条件は、４４１００ｋＮ、第３加圧鍛造の加工条件は、３９２００ｋＮの圧力の熱間鍛造とした。
そして、ファンで冷却することにより、スポーク部を凸状に形成しプレホイールを得た。
【０１６７】
次に、得られたプレホイールに対し、熱処理を施し、次いで、スピニング加工を施して、外リム部と内リム部とを形成し、外リム部、内リム部及びディスク部裏面を切削加工し空部を形成することにより、図７の（ａ）及び（ｂ）に示すようなリム幅８．５インチ、リム径が１９インチのホイールを得た。
【０１６８】
（比較例３）
実施例５で得られた鍛造ビレットの代わりに、比較例１の鋳造ビレットを用いたこと以外は、実施例３１と同様にして、ホイールを得た。
【０１６９】
（比較例４）
実施例１９で得られた鍛造ビレットの代わりに、比較例２の鋳造ビレットを用いたこと以外は、実施例３２と同様にして、ホイールを得た。
【０１７０】
［評価７］
実施例３１,３２及び比較例３及び４で得られたホイールの各部分の結晶粒径（μｍ）を測定した。得られた結果を表４に示す。また、表５に示すように、各部分の略中央を拡大した顕微鏡写真を図３８〜図５３に、それぞれ示す。
【０１７１】
〔表４〕
【０１７２】
〔表５〕
【０１７３】
実施例３１と比較例３、及び、実施例３２と比較例４、とを比較すれば明らかなように、本発明によるホイールは、結晶粒径が比較的均一で且つ微小であり、鍛流線も生じていることがわかった。
【０１７４】
（実施例３３）
軽金属合金として重さ１３．２ｋｇの純マグネシウム合金を準備した。これを溶融して溶融原料とした。
【０１７５】
アルゴンガス雰囲気下、連続鋳造法により、鋳造機に流し込み、加熱し、その後、冷却して、直径２５４ｍｍ、高さ１４４．７ｍｍの円柱状の鋳造ビレット（規格番号：ＡＺ８０）とした。
【０１７６】
上記鋳造ビレットに対して、密閉鍛造により加圧圧縮を施した。すなわち、プレス機に鋳造ビレットを載置し、３３０〜３８０℃の温度条件下、７８４０ｋＮ〜６３７００ｋＮの圧力で熱間鍛造を施した。
そして、ファンで冷却することにより、高さ３２．２ｍｍの円柱状の鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は４．５である。
得られた鍛造ビレットを用いたこと以外は、実施例３２と同様にして、ホイールを得た。
【０１７７】
（実施例３４）
純マグネシウム合金の代わりに、軽金属合金としてカルシウム２質量％を含むマグネシウム合金を用いたこと以外は、実施例３３と同様にして、ホイールを得た。
【０１７８】
（実施例３５）
純マグネシウム合金の代わりに、軽金属合金としてカルシウム４質量％を含むマグネシウム合金を用いたこと以外は、実施例３３と同様にして、ホイールを得た。
【０１７９】
（実施例３６）
純マグネシウム合金の代わりに、軽金属合金としてカルシウム８質量％を含むマグネシウム合金を用いたこと以外は、実施例３３と同様にして、ホイールを得た。
【０１８０】
（実施例３７）
純マグネシウム合金の代わりに、軽金属合金としてカルシウム１５質量％を含むマグネシウム合金を用いたこと以外は、実施例３３と同様にして、ホイールを得た。
【０１８１】
（実施例３８）
純マグネシウム合金の代わりに、軽金属合金としてイットリウムを含むマグネシウム合金（商品名：ＷＥ４３）を用いたこと以外は、実施例３３と同様にして、ホイールを得た。
【０１８２】
［評価８］
実施例３３〜３８で得られたホイールのスポーク部に対して、２０℃、１００℃、２００℃、３００℃に加温した場合におけるＪＩＳ Ｚ ２２４１に準じた引張り強度を測定した。得られた結果を表６及び図５４に示す。
【０１８３】
〔表６〕
【０１８４】
［評価９］
実施例３３〜３８で得られたホイールのスポーク部に対して、２０℃、１００℃、２００℃、３００℃に加温した場合におけるＪＩＳ Ｚ ２２４１に準じた０．２％耐力を測定した。得られた結果を表７及び図５５に示す。なお、表７中「−」は、延びが少なく測定できなかったものである。
【０１８５】
〔表７〕
【０１８６】
［評価１０］
実施例３３〜３８で得られたホイールのスポーク部に対して、２０℃、１００℃、２００℃、３００℃に加温した場合におけるＪＩＳ Ｚ ２２４１に準じた伸度を測定した。得られた結果を表８に示す。なお、表８中「−」は、延びが少なく測定できなかったものである。
【０１８７】
〔表８〕
【０１８８】
［評価１１］
実施例３３〜３８で得られたホイールのスポーク部に対して、ＪＩＳ Ｚ ２２４３に準じてブリネル硬度、及び、シャルピー衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）を測定した。得られた結果を表９に示す。
【０１８９】
〔表９〕
【０１９０】
表６〜９の結果より、実施例に示すホイールは、イットリウム又はカルシウムを加えると、高温時における引張り強度、耐力、伸度が優れていることがわかった。なお、イットリウムは高価であることから、安価なカルシウムを用いたホイールが、Ｆ１等のホイールが高温になる用途に好適であるといえる。
【産業上の利用可能性】
【０１９１】
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。
得られるホイールは、車両用、航空機用車輪等の用途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。
【符号の説明】
【０１９２】
１・・・鋳造ビレット
２，２ａ・・・鍛造ビレット
２ｂ・・・プレ鍛造ビレット
３・・・ホイール
３ａ・・・第１プレホイール（プレホイール）
３ｂ・・・第２プレホイール（プレホイール）
３ａ’，３ｂ’・・・リム付きプレホイール
５・・・予備部材
６・・・ディスク部
６ａ・・・ハブ部
６ｂ・・・ボルト挿通穴
７・・・外リム部
８・・・内リム部
９・・・空部
１０・・・スポーク部
１１，１１’・・・第１加圧鍛造
１２・・・第２加圧鍛造
１３・・・第３加圧鍛造
Ａ・・・微細領域
Ｂ・・・ＮＧ領域
Ｈ１，Ｈ２・・・高さ
Ｐ１，Ｐ２・・・方向
Ｓ１・・・準備工程
Ｓ２・・・鋳造工程
Ｓ３・・・予備鍛造工程
Ｓ４・・・本鍛造工程
Ｓ５・・・熱処理工程
Ｓ６・・・成型工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽金属合金を溶融し、溶融原料とする準備工程と、
該溶融原料を鋳造し、鋳造ビレットとする鋳造工程と、
該鋳造ビレットを加圧圧縮し、鍛造ビレットとする予備鍛造工程と、
該鍛造ビレットを金型で加圧鍛造し、プレホイールとする本鍛造工程と、
該プレホイールを熱処理する熱処理工程と、
該プレホイールに対し機械加工を施す成型工程と、
を備えるホイールの製造方法。
【請求項２】
前記本鍛造工程が、前記鍛造ビレットに対して、第１加圧鍛造、第２加圧鍛造及び第３加圧鍛造の３段の加圧鍛造を施し、プレホイールとする工程である請求項１記載のホイールの製造方法。
【請求項３】
前記本鍛造工程が、前記鍛造ビレットに対して、１段の加圧鍛造を施し、プレホイールとする工程である請求項１記載のホイールの製造方法。
【請求項４】
前記鍛造ビレットが鍛流線を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項５】
前記加圧圧縮が、密閉鍛造によるものである請求項１〜３のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項６】
前記加圧鍛造が、回転鍛造、密閉鍛造又は自由鍛造によるものである請求項１〜３のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項７】
前記予備鍛造工程において、鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮してプレ鍛造ビレットとし、該プレ鍛造ビレットを加圧圧縮した方向とは異なる方向に更に加圧圧縮して鍛造ビレットとする請求項１〜３のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項８】
前記機械加工が、スピニング加工を含み、該スピニング加工が常温で施される請求項１〜３のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項９】
前記軽金属合金が、アルミニウム合金であり、
前記加圧圧縮の鍛錬比が３．５以上である請求項１〜３のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項１０】
前記軽金属合金が、マグネシウム合金であり、
前記加圧圧縮の鍛錬比が４．０以上である請求項１〜３のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項１１】
前記加圧圧縮が３００〜５５０℃の温度、９．８×１０３ｋＮ〜８８．２×１０３ｋＮの圧力条件下で施される請求項１〜３のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項１２】
前記軽金属合金が、カルシウムを４〜８質量％含む請求項１０記載のホイールの製造方法。
【請求項１３】
前記ホイールが車両用である請求項１〜３のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項１４】
前記ホイールが飛翔体部品用である請求項１〜３のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項１５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のホイールの製造方法により得られるホイールであって、
ディスク部と、該ディスク部の周縁に設けられた外リム部及び内リム部と、を備えるホイール。
【請求項１６】
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１５記載のホイール。
【請求項１７】
前記ディスク部、前記外リム部及び前記内リム部の少なくとも１つの金属結晶粒子のＪＩＳ Ｈ０５４２の切断法に基づく平均粒径が３０μｍ以下である請求項１５記載のホイール。
【請求項１８】
前記ディスク部、前記外リム部及び前記内リム部が、いずれも鍛流線を有する請求項１５記載のホイール。
【請求項１】
軽金属合金を溶融し、溶融原料とする準備工程と、
該溶融原料を鋳造し、鋳造ビレットとする鋳造工程と、
該鋳造ビレットを加圧圧縮し、鍛造ビレットとする予備鍛造工程と、
該鍛造ビレットを金型で加圧鍛造し、プレホイールとする本鍛造工程と、
該プレホイールを熱処理する熱処理工程と、
該プレホイールに対し機械加工を施す成型工程と、
を備えるホイールの製造方法。
【請求項２】
前記本鍛造工程が、前記鍛造ビレットに対して、第１加圧鍛造、第２加圧鍛造及び第３加圧鍛造の３段の加圧鍛造を施し、プレホイールとする工程である請求項１記載のホイールの製造方法。
【請求項３】
前記本鍛造工程が、前記鍛造ビレットに対して、１段の加圧鍛造を施し、プレホイールとする工程である請求項１記載のホイールの製造方法。
【請求項４】
前記鍛造ビレットが鍛流線を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項５】
前記加圧圧縮が、密閉鍛造によるものである請求項１〜３のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項６】
前記加圧鍛造が、回転鍛造、密閉鍛造又は自由鍛造によるものである請求項１〜３のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項７】
前記予備鍛造工程において、鋳造ビレットを一方向に加圧圧縮してプレ鍛造ビレットとし、該プレ鍛造ビレットを加圧圧縮した方向とは異なる方向に更に加圧圧縮して鍛造ビレットとする請求項１〜３のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項８】
前記機械加工が、スピニング加工を含み、該スピニング加工が常温で施される請求項１〜３のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項９】
前記軽金属合金が、アルミニウム合金であり、
前記加圧圧縮の鍛錬比が３．５以上である請求項１〜３のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項１０】
前記軽金属合金が、マグネシウム合金であり、
前記加圧圧縮の鍛錬比が４．０以上である請求項１〜３のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項１１】
前記加圧圧縮が３００〜５５０℃の温度、９．８×１０３ｋＮ〜８８．２×１０３ｋＮの圧力条件下で施される請求項１〜３のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項１２】
前記軽金属合金が、カルシウムを４〜８質量％含む請求項１０記載のホイールの製造方法。
【請求項１３】
前記ホイールが車両用である請求項１〜３のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項１４】
前記ホイールが飛翔体部品用である請求項１〜３のいずれか一項に記載のホイールの製造方法。
【請求項１５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のホイールの製造方法により得られるホイールであって、
ディスク部と、該ディスク部の周縁に設けられた外リム部及び内リム部と、を備えるホイール。
【請求項１６】
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１５記載のホイール。
【請求項１７】
前記ディスク部、前記外リム部及び前記内リム部の少なくとも１つの金属結晶粒子のＪＩＳ Ｈ０５４２の切断法に基づく平均粒径が３０μｍ以下である請求項１５記載のホイール。
【請求項１８】
前記ディスク部、前記外リム部及び前記内リム部が、いずれも鍛流線を有する請求項１５記載のホイール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【公開番号】特開２０１０−８３４７３（Ｐ２０１０−８３４７３Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５８３０９（Ｐ２００９−１５８３０９）
【出願日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【出願人】（０００１１６２３１）ワシ興産株式会社 (25)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【出願人】（０００１１６２３１）ワシ興産株式会社 (25)
【Ｆターム（参考）】
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