鍛造ビレット、軽金属製ホイール及びそれらの製造方法
【課題】機械的強度が優れ、しかも、機械的強度が均一な鍛造製品（軽合金製ホイール等）を製造することができる鍛造ビレット、該鍛造ビレットから得られる軽合金製ホイール及びその軽合金製ホイールの製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、軽金属合金を鋳造して鋳造ビレット４とし、該鋳造ビレット４を加圧圧縮して得られる鍛造ビレット１０であって、ＪＩＳ−Ｚ２２４２に準拠したシャルピー衝撃試験に基づくシャルピー衝撃値が１５Ｊ／ｃｍ２以上である鍛造ビレット１０である。かかる鍛造ビレット１０は、諸産業用部材に好適に用いられる。
【解決手段】本発明は、軽金属合金を鋳造して鋳造ビレット４とし、該鋳造ビレット４を加圧圧縮して得られる鍛造ビレット１０であって、ＪＩＳ−Ｚ２２４２に準拠したシャルピー衝撃試験に基づくシャルピー衝撃値が１５Ｊ／ｃｍ２以上である鍛造ビレット１０である。かかる鍛造ビレット１０は、諸産業用部材に好適に用いられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍛造ビレット、軽金属製ホイール及びそれらの製造方法に関し、更に詳しくは、機械的強度が優れ、しかも、機械的強度が均一な鍛造製品（ホイール等）を製造することができる鍛造ビレット、該鍛造ビレットの製造方法、鍛造ビレットから得られる軽合金製ホイール及び該軽合金製ホイールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用ホイールはタイヤを装着している。自動車が走行する路面は必ずしも平坦とは限らない。ホイールは、凹凸の激しい路面若しくは縁石などに乗り上げると、ホイールは、局部に衝撃的な応力を受ける場合がある。
このような応力は、一般的には弾性体であるタイヤが吸収しホイールには直接及ばない。ところが、ホイールのリムのフランジ部分はタイヤから露出しているので、走行中に直接障害物に接触する確率が高くなる。
【０００３】
近年のホイールにおいては、口径が大きくなり、タイヤの扁平化に伴いリム幅が増大している。このため、円筒状のリムは撓みやすい構造となっている。この円筒状の構造を維持するために、リムフランジの引張り強さ、耐力、伸び等の剛性の向上が求められている。しかも、軽量でなければならない。
【０００４】
これに対し、析出硬化型Ａｌ合金を用いてホイールディスク部及びリム部の引張強さ、耐力、及び伸びの機械特性を改善すると共に耐衝撃性に優れたホイール（例えば特許文献１参照）、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（例えば、特許文献２参照）、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（例えば、特許文献３参照）、ホイールリムフランジの内径部にリム径中心方向へ張出し部分を形成した車両用ホイール（例えば、特許文献４参照）等が知られている。
【０００５】
特許文献１〜４に記載のホイールは、いずれも鋳造されたビレット（以下「鋳造ビレット」という。）から鍛造成形することによって、得られるものである。なお、特許文献１記載のホイールは、Ｓｉ成分比率を大きくすると共に共晶組織の平均面積を小さくすることで組織の微細化を図り、溶体加熱処理後急冷し次いで時効処理を行って機械特性を向上させている。特許文献２及び３に記載のホイールは、スピニング加工による再結晶を防止するための熱処理工程を改善している。特許文献４記載のホイールは、インナーリムフランジの剛性を高めるために、リムフランジの半径中心方向へ突出部を形成しているものである。
これらの特許文献には鋳造ビレットを鍛造して金属組織の微細化を図る思想は開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−６０８７９号公報
【特許文献２】特開２００７−２１００１７号公報
【特許文献３】特開２００７−３０８７８０号公報
【特許文献４】特開２００８−１３７５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１〜４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、衝撃性や靭性（以下「機械的強度」という。）が弱い部分が偏在することになる。すなわち、得られるホイールは、機械的強度が不均一となる。
【０００８】
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、従来のホイールの金属結晶粒子の結晶粒径は、ハブ部分が特に大きくなる。
【０００９】
一方、一体型のホイールにおいては、リムを成型するためにスピニング加工を施すと、部分的に再結晶化し、結晶粒径の粗大化が生じて、機械的強度が低下する場合がある。なお、スピニング加工は素材を延展するだけであり殆ど鍛造効果は得られない。
【００１０】
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鍛造製品（ホイール等）を製造することができる鍛造ビレット、該鍛造ビレットから得られる軽合金製ホイール及びその軽合金製ホイールの製造方法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】
【００１１】
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鍛造成形するのではなく、一旦、鋳造ビレットを所定の大きさに加圧圧縮し、シャルピー衝撃値を１５Ｊ／ｃｍ２以上とすることにより、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。ちなみに、下記式に示すホール・ペッチの関係を鑑みると、結晶粒径を微細化することにより材料の強度及び耐衝撃性（シャルピー衝撃値）が大きくなる。
σ＝σ０＋ｋｄ−１／２
式中、σは、降伏応力又は変形応力を示し、ｄは、平均結晶粒径を示し、σ０及びｋは、材料によって決まる定数を示す。
【００１２】
すなわち、本発明は、（１）軽金属合金を鋳造して鋳造ビレットとし、該鋳造ビレットを加圧圧縮して得られる鍛造ビレットであって、シャルピー衝撃値が１５Ｊ／ｃｍ２以上である鍛造ビレットに存する。
【００１３】
本発明は、（２）下記式を満たす上記（１）記載の鍛造ビレットに存する。
Ｈ１／Ｈ２≧４．０
（式中、Ｈ１は、鋳造ビレットの加圧圧縮される方向の長さを示し、Ｈ２は、鍛造ビレットの加圧圧縮された方向の長さを示す。）
【００１４】
本発明は、（３）軽金属合金を鋳造して鋳造ビレットとし、該鋳造ビレットを加圧圧縮して得られ、下記式を満たす鍛造ビレットの製造方法に存する。
Ｈ１／Ｈ２≧４．０
（式中、Ｈ１は、鋳造ビレットの加圧圧縮される方向の長さを示し、Ｈ２は、鍛造ビレットの加圧圧縮された方向の長さを示す。）
【００１５】
本発明は、（４）加圧圧縮が、閉塞鍛造、揺動鍛造、ハンマー鍛造又はセクション鍛造により施される上記（３）記載の鍛造ビレットの製造方法に存する。
【００１６】
本発明は、（５）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得られる上記（３）又は（４）に記載の鍛造ビレットの製造方法に存する。
【００１７】
本発明は、（６）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円錐台状とし、更に、外側部分のみを変形させるために加圧圧縮する上記（３）又は（４）に記載の鍛造ビレットの製造方法に存する。
【００１８】
本発明は、（７）飛翔体部品用、運送用機器部品用、産業用機器部品用、建築資材用、光学用機器部品用又はこれら用途の部材製造用である上記（３）〜（６）のいずれか一つに記載の鍛造ビレットの製造方法に存する。
【００１９】
本発明は、（８）上記（３）〜（６）のいずれか一つに記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを用いて鍛造成形された軽合金製ホイールであって、ディスク部、スポーク部、アウターフランジ部、インナーリム部及びインナーフランジ部のシャルピー衝撃値が１５Ｊ／ｃｍ２以上である軽合金製ホイールに存する。
【００２０】
本発明は、（９）上記（３）〜（６）のいずれか一つに記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを用いて鍛造成形された軽合金製ホイールであって、スポーク部、アウターフランジ部、インナーリム部及びインナーフランジ部の伸び率が１６％以上である軽合金製ホイールに存する。
【００２１】
本発明は、（１０）上記（３）〜（６）のいずれか一つに記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを用いて鍛造成形された軽合金製ホイールであって、インナーリム部及びインナーフランジ部からなる群より選ばれる少なくとも一つの部分のＪＩＳ−Ｈ０５４２に準拠した切断法に基づく金属結晶粒子の平均粒径が５〜２０μｍである軽合金製ホイールに存する。
【００２２】
本発明は、（１１）ＪＩＳ−Ｈ０５４２に準拠した切断法に基づくインナーリム部の金属結晶粒子の再結晶部分を除く平均粒径が２０μｍ以下である上記（８）〜（１０）のいずれか一つに記載の軽合金製ホイールに存する。
【００２３】
本発明は、（１２）上記（３）〜（６）のいずれか一つに記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを用いて鍛造成形された軽合金製ホイールの製造方法であって、押出し方式によって、アウターリム部及びインナーリム部を成形する軽合金製ホイールの製造方法に存する。
【００２４】
本発明は、（１３）上記（３）〜（６）のいずれか一つに記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを用いてプレホイールを鍛造成形し、旋盤又はマシニングセンターを含むフライス盤によるディスク部模様の削りだし機械加工を施す軽合金製ホイールの製造方法に存する。
【００２５】
本発明は、（１４）上記（３）〜（６）のいずれか一つに記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを金型で鍛造成形してプレリム部を形成し、該プレリム部をスピニング加工してインナーリム部を成形する軽合金製ホイールの製造方法であって、スピニング加工が、プレリム部と金型との間に空隙を設けた状態で、斜方向から圧延ローラーで押圧し、インナーリム部を成形する軽合金製ホイールの製造方法に存する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の鍛造ビレットは、鋳造ビレットを加圧圧縮して得られ、シャルピー衝撃値を１５Ｊ／ｃｍ２以上とすることにより、結果として、結晶粒径が微細な鍛造製品（軽合金製ホイール等）が得られる。すなわち、鋳造ビレットを加圧圧縮して鍛造ビレットとすることにより、鍛造成形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、鍛造ビレットの金属組織の金属結晶粒子が既に微細化されているので、得られる鍛造製品は、金属結晶粒子の結晶粒径が微細なものとなる。
よって、上記鍛造ビレットによれば、機械的強度が優れ、機械的強度が均一な鍛造製品を製造することができる。なお、鍛造ビレットの金属結晶粒子のＪＩＳ−Ｈ０５４２の切断法に基づく平均粒径を３０μｍ以下であることが好ましい。
【００２７】
また、本発明の鍛造ビレットを用いた軽合金製ホイールは、靱性がきわめて高いことから、車両走行時に何らかの理由で軽合金製ホイールのリム又はディスク部に亀裂が生じた場合であっても、亀裂が一気に大きくならない。この場合、タイヤ空気圧が徐々に減少して操縦者が異常に気付くことになるので大きな事故にはつながらない。したがって、かかる軽合金製ホイールを用いることにより、安全性を担保できる。
【００２８】
上記鍛造ビレットは、鍛錬比（Ｈ１／Ｈ２）が４以上であることが好ましい。かかる鍛錬比とすることにより、急激に鍛造ビレットの結晶粒径を微粒子化できる。
【００２９】
本発明の鍛造ビレットの製造方法においては、鋳造ビレットを閉塞鍛造、揺動鍛造、ハンマー鍛造又はセクション鍛造により、加圧圧縮して得られるものであると、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。
【００３０】
上記鍛造ビレットの製造方法においては、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、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なるものである場合、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鍛造製品を製造することができる。
【００３１】
また、更に、外側部分のみを変形させるために加圧圧縮することにより、鍛造ビレットの外側部分の素材流動を積極的に行うことができる。これにより、得られる鍛造ビレットは、中央部分の金属結晶粒子の粒径とその他の部分の金属結晶粒子の粒径とが同程度となり、均質な微細化が可能となる。
【００３２】
その結果、投入した鋳造ビレットのほぼ全域を鍛造ビレットとする場合の材料歩留まりを大きく向上させることができると共に、プレ鍛造ビレットを経由した鍛造製品は、全体が均質な機械強度を示し耐衝撃性の高いものとなる。
【００３３】
本発明の軽合金製ホイールは、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。
また、ディスク部、スポーク部、アウターフランジ部、インナーリム部及びインナーフランジ部のシャルピー衝撃値が１５Ｊ／ｃｍ２以上であること、スポーク部、アウターフランジ部、インナーリム部及びインナーフランジ部の伸び率が１６％以上であること、ディスク部、スポーク部、アウターフランジ部及びインナーフランジ部からなる群より選ばれる少なくとも一つの部分のＪＩＳ−Ｈ０５４２に準拠した切断法に基づく金属結晶粒子の平均粒径が５〜２０μｍであることが好ましい。これらの場合、軽合金製ホイールは、車両走行時に不測の事態が発生し、リムに衝撃的な応力が負荷されたときに損傷が生じ難い。なお、ＪＩＳ−Ｈ０５４２に準拠した切断法に基づくインナーリム部の金属結晶粒子の再結晶部分を除く平均粒径が２０μｍ以下であることがより好ましい。
【００３４】
本発明の軽合金製ホイールの製造方法においては、押出し方式によって、アウターリム部及びインナーリム部を成形したものである場合、ハンプ部からウエル部及びインナーリムフランジに至る間に再結晶の生成が無くほぼ均等な結晶粒径を形成することができる。なお、このときのインナーリムフランジ部のシャルピー衝撃値は、２９Ｊ／ｃｍ２を越えており、伸びは１６％以上である。
【００３５】
本発明の軽合金製ホイールの製造方法には、上述した鍛造ビレットを金型で鍛造成形し、旋盤又はマシニングセンターを含むフライス盤によるディスク部模様の削りだし機械加工を施す方法や、上述した鍛造ビレットを金型で鍛造成形し、プレリム部をスピニング加工してインナーリム部を成形する方法がある。
【００３６】
これらの中でも、スピニング加工を施す場合、プレリム部と金型との間に空隙を設けた状態で、斜方向から圧延ローラーで押圧し、インナーリム部を成形することが好ましい。結晶粒径を微細化した鍛造ビレットを用いて、スピニング加工を施す場合、機械的強度が高くなっている鍛造ビレットを用いると圧延ローラーの加圧力が高くなり再結晶が生じやすくなる欠点があるのに対し、上述した場合においては、空隙を設けて斜方向から圧延ローラーで押圧するので、インナーリム部の再結晶化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】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】図２は、第１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】図３の（ａ）及び（ｂ）は、加圧圧縮前における鋳造ビレットを閉塞鍛造により第１実施形態に係る鍛造ビレットとしたときの状態を示す断面図である。
【図４】図４の（ａ）〜（ｄ）は、鋳造ビレットを複数回加圧圧縮し本発明に係る鍛造ビレットとする例を示す断面図である。
【図５】図５の（ａ）は、本実施形態に係る軽合金製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６】図６は、第１実施形態に係る鍛造ビレットから軽合金製ホイールへの製造過程を示す概略図である。
【図７】図７の（ａ）は、本実施形態に係る軽合金製ホイールの製造方法における第１スピニング処理を示す断面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は第２スピニング処理を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明に係る鍛造ビレットの第２実施形態を示す斜視図である。
【図９】図９の（ａ）〜（ｄ）は、第２実施形態に係る鍛造ビレットの製造過程を示す上面図及び側面図である。
【図１０】図１０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１１】図１１の（ａ）〜（ｆ）は、第３実施形態に係る鍛造ビレットの製造過程を示す上面図及び側面図である。
【図１２】図１２の（ａ）及び（ｂ）は、他の実施形態に係る軽合金製ホイールの製造方法における前方押出し加工を示す断面図である。
【図１３】図１３の（ａ）及び（ｂ）は、他の実施形態に係る軽合金製ホイールの製造方法における後方押出し加工を示す断面図である。
【図１４】図１４の（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係るホイールの製造方法におけるフレアリング工程を示す断面図である。
【図１５】図１５は、実施例における引張強さ評価の結果を示すグラフである。
【図１６】図１６は、実施例における耐力評価の結果を示すグラフである。
【図１７】図１７は、実施例における伸び評価の結果を示すグラフである。
【図１８】図１８は、実施例におけるブリネル硬度評価の結果を示すグラフである。
【図１９】図１９は、実施例におけるシャルピー衝撃値の結果を示すグラフである。
【図２０】図２０の（ａ）は、実施例１で得られた鍛造ビレットの断面のマクロ写真であり、（ｂ）は、その顕微鏡写真である。
【図２１】図２１の（ａ）は、実施例２で得られた鍛造ビレットの断面のマクロ写真であり、（ｂ）は、その顕微鏡写真である。
【図２２】図２２の（ａ）は、実施例３で得られた鍛造ビレットの断面のマクロ写真であり、（ｂ）は、その顕微鏡写真である。
【図２３】図２３の（ａ）は、実施例４で得られた鍛造ビレットの断面のマクロ写真であり、（ｂ）は、その顕微鏡写真である。
【図２４（ａ）】図２４（ａ）は、実施例の評価７において、鍛造ビレットの試験片の採取位置Ａ〜Ｉを示す概略断面図である。
【図２４（ｂ）】図２４（ｂ）は、実施例の評価７の結果を示す顕微鏡写真である。
【図２５】図２５の（ａ）は、実施例の評価８〜１１における試験片の採取位置を示す図であり、（ｂ）は、引張試験片の形状を示す図であり、（ｃ）は、シャルピー衝撃試験片の形状を示す図である。
【図２６】図２６は、実施例６で得られたホイールの断面のマクロ写真である。
【図２７（ａ）】図２７（ａ）は、実施例の評価１３において、前方押出し加工で得られたプレホイールの試験片の採取位置Ａ〜Ｅを示す概略断面図である。
【図２７（ｂ）】図２７（ｂ）は、実施例の評価１３において、後方押出し加工で得られたプレホイールの試験片の採取位置Ａ〜Ｅを示す概略断面図である。
【図２７（ｃ）】図２７（ｃ）は、実施例の評価１３において、フレアリング加工で得られたホイールの試験片の採取位置Ａ〜Ｅを示す概略断面図である。
【図２７（ｄ）】図２７（ｄ）は、実施例の評価１３の結果を示す顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
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。
【００３９】
［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に示す第１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。
【００４０】
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、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。なお、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。また、測定部位は、鍛造ビレット、軽合金製ホイールの各部分、いずれも中央付近とする。
【００４１】
上記鍛造ビレット１０のシャルピー衝撃値は１５Ｊ／ｃｍ２以上であり、２０Ｊ／ｃｍ２以上であることが好ましく、２２〜３１．３Ｊ／ｃｍ２であることがより好ましい。なお、シャルピー衝撃値は、ＪＩＳ−Ｚ２２４２に準じて測定した値である。また、シャルピー衝撃値は、耐衝撃性に対する優劣の判断材料の一つであり衝撃エネルギーの吸収可能性を示す。
シャルピー衝撃値を１５Ｊ／ｃｍ２以上とすることにより、結晶粒径が微細なホイールが得られることになる。すなわち、鍛造ビレットを出発材料として鍛造成形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、該鍛造ビレットの金属組織の金属結晶粒子が既に微細化されているので、得られる鍛造製品は、金属結晶粒子の結晶粒径が微細なものとなる。
【００４２】
上記鍛造ビレット１０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−Ｚ２２４１に準じて測定した値である。
上記鍛造ビレット１０の耐力は、１５０ＭＰａ以上であることが好ましい。なお、耐力は、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて測定した値である。
上記鍛造ビレット１０の伸度は、８％以上であることが好ましい。なお、伸度は、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて測定した値である。また、伸度は材料の引張試験で材料の伸びる割合であり、試験片の始めの標点距離をＬ０とし、破断後の標点距離をＬ１とすると、伸度は、下記式で示される。
δ＝［（Ｌ１−Ｌ０）／Ｌ０］×１００
これは破断するまでの伸び率を示すものであり、軽合金製ホイールの形状が維持される範囲を示している。
上記鍛造ビレット１０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−Ｚ２２４３に準じて測定した値である。
【００４３】
上記鍛造ビレット１０は、鍛流線を有していることが好ましい。
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。
【００４４】
上記鍛造ビレット１０は、鍛流線を有すると、公知の方法に基づいて鍛造成形が施されても、得られる鍛造製品は鍛流線を有するものとなる。これにより、鍛造製品は、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。
【００４５】
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。
【００４６】
添加金属は、主金属がアルミニウムの場合、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、主金属がマグネシウムの場合、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、軽合金製ホイール自体の性能を向上させることができる。
【００４７】
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、得られる軽合金製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。
【００４８】
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（６０００系）が好ましい。
【００４９】
図２は、第１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（一方向）に加圧圧縮することにより得られる。
【００５０】
上記鋳造ビレット４は、軽金属合金を、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。
【００５１】
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。
【００５２】
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、金属結晶粒子の結晶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。
【００５３】
鋳造においては、溶融原料を例えば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、鋳造ビレット製造時に破損する虞がある。
【００５４】
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４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４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。
【００５５】
得られる鋳造ビレット４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４を軸方向に押圧した際に、鋳造ビレット４が急に曲がるという座屈現象が生じるのを抑制できる。
【００５６】
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、金属結晶粒子の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軽合金製ホイールも、結晶粒径を維持し、少なくとも金属結晶粒子の結晶粒径がより微細なものとなる。
【００５７】
ここで、鋳造ビレット４を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、閉塞鍛造、セクション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、揺動鍛造、ハンマー鍛造又はセクション鍛造によるものであることが好ましい。
【００５８】
図３の（ａ）及び（ｂ）は、加圧圧縮前における鋳造ビレットを閉塞鍛造により第１実施形態に係る鍛造ビレットとしたときの状態を示す断面図である。
図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、閉塞鍛造においては、鋳造ビレット４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１０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。
【００５９】
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、９．８×１０３ｋＮ〜８８．２×１０３ｋＮの圧力条件下で行うことが好ましい。なお、９．８×１０３ｋＮ〜８８．２×１０３ｋＮの圧力は、鍛造機（プレス機）の推力規模に換算すると、１０００〜９０００トンとなる。
【００６０】
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。なお、上記冷却は、急冷することが好ましい。
【００６１】
第１実施形態に係る鍛造ビレット１０は、上記加圧圧縮において、鍛錬比が下記式を満たすことが好ましい。
Ｈ１／Ｈ２≧４．０
式中、Ｈ１は、鋳造ビレット４の加圧圧縮される方向の長さ、すなわち、鋳造ビレット４の軸方向の高さを意味し、Ｈ２は、鍛造ビレット１０の加圧圧縮された方向の長さ、すなわち、鍛造ビレット１０の軸方向の高さを意味する（図２参照）。なお、加圧圧縮を複数回施した場合、Ｈ１は、鋳造ビレット４の加圧圧縮される前の方向の長さを意味し、Ｈ２は、複数回加圧圧縮された最終の鍛造ビレット１０の最後に加圧圧縮された方向の長さを意味する。
【００６２】
軽金属合金がアルミニウム合金である場合、加圧圧縮によるＨ１／Ｈ２（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。
また、上記Ｈ１／Ｈ２（鍛錬比）は、確実に微細化されることから、４．０以上であることが好ましく、４〜１２であることがより好ましく、実用性の観点から、４〜６であることが更に好ましい。なお、鍛造ビレット１０が中間品であることから、該鍛造ビレット１０を用いて鍛造製品を鍛造成形するとき更に鍛錬比が上昇することが見込まれる。
【００６３】
ここで、高い鍛錬比の鍛造ビレットとする場合は、複数回加圧圧縮することが好ましい。１段階で高い鍛錬比の鍛造ビレットにしようとすると、座屈が生じるおそれがある。
図４の（ａ）〜（ｄ）は、鋳造ビレットを複数回加圧圧縮し本発明に係る鍛造ビレットとする例を示す断面図である。
まず、図４の（ａ）に示すように、鋳造ビレット４を閉塞鍛造する際には、鋳造ビレット４の高さの半分以上好ましくは高さ全体を覆う筒状穴５１ａを形成した金型５１を用いて閉塞鍛造を行う。次いで、図４の（ｂ）に示すように、同様にしてプレ鍛造ビレット１２ａの半分以上を覆う筒状穴５２ａを形成した金型５２を用いて閉塞鍛造を行い、図４の（ｃ）に示すように、同様にしてプレ鍛造ビレット１２ｂの半分以上を覆う筒状穴５３ａを形成した金型５３を用いて閉塞鍛造を行い、図４の（ｄ）に示すように、同様にしてプレ鍛造ビレット１２ｃの半分以上を覆う筒状穴５４ａを形成した金型５４を用いて閉塞鍛造を行う。こうして、鍛造ビレット１０が得られる。
【００６４】
かかる鍛造ビレット１０は、車両の軽合金製ホイール製造用に好適に用いられる。その他にも、飛翔体部品用、運送用機器部品用、産業用機器部品用、サッシュ類を含む建築資材用の機器又はこれら用途の部材製造用等に好適に用いられ、具体的には、航空機用車輪の軽合金製ホイール製造用、飛行機、ヘリコプター等の飛翔体、トラック等の運送用機器部品、工作機械、電化製品等の産業用機器部品等に好適に用いられる。
【００６５】
次に、本発明に係る軽合金製ホイールの実施形態について説明する。
図５の（ａ）は、本実施形態に係る軽合金製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。
本実施形態に係る軽合金製ホイール３（マルチピース）は、ディスク部６と、ディスク部の周縁に設けられるアウターリム部７及びインナーリム部８と、を備える。すなわち、軽合金製ホイール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アウターリム部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インナーリム部８と、を備える。
【００６６】
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、上記軽合金製ホイール３においては、スポーク部１１の先端にアウターリム部７とインナーリム部８とが連結されていることとなる。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。
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、軽合金製ホイール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１１同士の間は、空部９が設けられている。
インナーリム部８は、先端にインナーフランジ部８ａが形成されており、アウターリム部７は、先端にアウターフランジ部７ａが形成されている。
【００６７】
鋳造ビレット４に対する軽合金製ホイール３の鍛錬比（以下便宜的に「全鍛錬比」という。）は、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に対する軽合金製ホイール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」÷「軽合金製ホイール３の高さＨ３」で表される値である。なお、軽合金製ホイール３の高さＨ３は、図５の（ｂ）に示す。なお、軽合金製ホイールの高さＨ３は、鍛造成形された方向の軽合金製ホイールの各部の高さの平均で算出される。
【００６８】
上記軽合金製ホイール３においては、出発材料が上述した鍛造ビレット１０であるので、鍛造ビレット１０の金属結晶粒子の平均粒径が３０以下μｍである場合、インナーリム部８及びインナーフランジ部８ａからなる群より選ばれる少なくとも一つの部分のＪＩＳ−Ｈ０５４２に準拠した切断法に基づく金属結晶粒子の平均粒径が３０以下μｍとなる。なお、かかる平均粒径は、５〜２０μｍとすることがより好ましく、５〜１５μｍとすることが更に好ましい。
また、ＪＩＳ−Ｈ０５４２に準拠した切断法に基づくインナーリム部８の金属結晶粒子の再結晶部分を除く平均粒径が２０μｍ以下であることが好ましい。
これらの場合、軽合金製ホイール３は、車両走行時に不測の事態が発生し、リムに衝撃的な応力が負荷されたときに損傷が生じ難い。
【００６９】
上記軽合金製ホイール３において、ディスク部６、スポーク部１１、アウターフランジ部７ａ、インナーリム部８及びインナーフランジ部８ａのシャルピー衝撃値は１５Ｊ／ｃｍ２以上であることが好ましい。
また、スポーク部１１、アウターフランジ部７ａ、インナーリム部８及びインナーフランジ部８ａの伸び率は、１６％以上であることが好ましい。
【００７０】
上記軽合金製ホイール３は、上述した鍛造ビレット１０を出発材料として鍛造成形して製造するので、機械的強度が優れ、且つ機械的強度が均一なものとなる。なお、ディスク部６、アウターリム部７及びインナーリム部８は、一体となっている（ワンピース）ので、軽合金製ホイール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。
【００７１】
次に、軽合金製ホイール３の製造方法の例について説明する。
図６は、第１実施形態に係る鍛造ビレットから軽合金製ホイールへの製造過程を示す概略図である。
図６に示すように、鍛造ビレットから軽合金製ホイールへの製造過程においては、鍛造成形工程と、熱処理工程と、仕上工程とを備える。
【００７２】
鍛造成形工程は、第１鍛造成形２１、第２鍛造成形２２、第３鍛造成形２３を備える。すなわち、第１鍛造成形２１、第２鍛造成形２２、第３鍛造成形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が軽合金製ホイール３となる。
【００７３】
第１鍛造成形２１、第２鍛造成形２２及び第３鍛造成形２３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、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鍛造成形２１、第２鍛造成形２２及び第３鍛造成形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軽合金製ホイール３を製造することが可能となる。
【００７４】
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。これらの鍛造成形は、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。
【００７５】
上述したような鍛造を施すことにより、鍛造ビレット１０が鍛造成形され、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。
【００７６】
上記熱処理工程は、プレホイール３ａを熱処理する工程である。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】
本実施形態に係る軽合金製ホイールの製造方法においては、図６に示すように、上述した鍛造成形工程によりプレホイール３ａ（軽合金製ホイール）が得られる。かかるプレホイール３ａは、周縁に立設されたプレリム部５を備えており、後述する仕上工程が施される。
ここで、仕上工程としては、スピニング加工、穴開け加工、切削加工、ミーリング加工等の機械加工が挙げられる。すなわち、プレホイール３ａに対して、旋盤又はマシニングセンターを含むフライス盤によるディスク部模様の削りだし機械加工が施される。
スピニング加工は、プレホイール３ａのプレリム部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、マシニングセンターで、プレホイール３ａに穴を開け、スポーク部１１や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３ａの周囲を削り、リム部を形成する加工であり、ミーリング加工は、軽合金製ホイールの略全体を削り出して成型を行う加工である。
【００７８】
仕上工程としては、まず、スピニング加工が施される。すなわち、スピニング加工においては、プレリム部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アウターリム部７及びアウターフランジ部７ａと、プレホイール３ａの周縁に垂直方向に立設されたインナーリム部８及びインナーフランジ部８ａ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。
【００７９】
図７の（ａ）は、本実施形態に係る軽合金製ホイールの製造方法における第１スピニング処理を示す断面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は第２スピニング処理を示す断面図である。
図７の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、本実施形態に係る軽合金製ホイールの製造方法においては、スピニング加工が第１スピニング処理と第２スピニング処理とを備える。
プレホイール３ａは、鍛錬比の高い鍛造ビレットを用いており、引張強さ、シャルピー衝撃値、伸び等が格段に向上しているため靱性が高い。このため、本実施形態に係る軽合金製ホイールの製造方法においては、スピニング加工による塑性変形により圧延ローラーにかなりの負担を強いることを避けるため、第１スピニング処理と第２スピニング処理とを備えている。
【００８０】
図７の（ａ）に示すように、第１スピニング処理において、第１スピニング装置３１は、プレホイール３ａを挟持可能な内側金型３１ａ及び外側金型３１ｂと、プレリム部５を絞り込む複数の圧延ローラー３５とを備える。
かかる第１スピニング処理においては、プレホイール３ａが内側金型３１ａ及び外側金型３１ｂに挟持されることにより、確実に固定され、これらが一体となって回転する。このとき、複数の圧延ローラー３５をプレリム部５に押し付けることにより、プレリム部５が圧延され、大まかなインナーリム部８の形状となる。
【００８１】
図７の（ｂ）に示すように、第２スピニング処理において、第２スピニング装置３２は、プレホイール３ａを支持可能な内側金型３２ａ及び外側金型３２ｂと、プレリム部５を更に絞り込む複数の圧延ローラー（図示しない）とを備える。
かかる第２スピニング処理においては、プレホイール３ａが外側金型３２ｂに取り付けられ、プレホイール３ａのプレリム部５の先端が内側金型３２ａに支持された状態となっている。すなわち、プレホイール３ａと内側金型３２ａとの間には空隙３８ａが設けられ、プレリム部５と内側金型３２ａとの間には空隙３８ｂが設けられている。なお、第２スピニング処理において、内側金型３２ａは、組み立て型の金型を用いている。
【００８２】
そして、図７の（ｂ）の状態で、図７の（ｃ）に示すように、斜方向（例えば、４５°の方向）から圧延ローラー３５でプレリム部５を押圧してインナーフランジ部８ａを成形する。このとき、空隙３８ａ、３８ｂは維持されていることが好ましい。
【００８３】
軽合金製ホイール３の製造方法においては、空隙３８ａ，３８ｂが設けられているので、圧延ローラーで押圧されても下方から突き上げる応力がかからない利点がある。これに加えて、上述したように、斜方向から圧延ローラー３５で押圧するので、インナーリム部８の再結晶化を確実に抑制することができる。すなわち、結晶粒径を微細化した鍛造ビレット１０を用いて、スピニング加工を施す場合、機械的強度が高くなっている鍛造ビレット１０を用いると圧延ローラー３５の加圧力が高くなり再結晶が生じやすくなる欠点があるが、空隙を設けて斜方向から圧延ローラー３５で押圧することにより、インナーリム部８の再結晶化を抑制することができる。なお、圧延ローラー３５の数は、特に限定されない。また、複数ある場合は、そのうちの一つが斜方向から押圧するものであればよい。
【００８４】
次に、アウターリム部７とインナーリム部８とが形成されたプレホイール３ａに対して、穴開け加工によりディスク部６の模様を形成し、切削加工によりプレホイール３ａの周囲を削ることにより、軽合金製ホイール３が得られる。
本実施形態に係る軽合金製ホイール３の製造方法によれば、凹凸や空部等を形成することにより、デザイン性に優れる軽量化された軽合金製ホイール３となる。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。
【００８５】
軽合金製ホイール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。
【００８６】
［第２実施形態］
図８は、本発明に係る鍛造ビレットの第２実施形態を示す斜視図である。
図８に示す第２実施形態に係る鍛造ビレット１０ａは、多角柱、すなわち、ここでは六角柱状の本体部１からなる点で第１実施形態に係る鍛造ビレット１０と相違する。なお、軽合金製ホイール及び軽合金製ホイールの製造方法等は上述したことと同様である。
【００８７】
鍛造ビレット１０ａは、六角柱状であると、鍛造ビレットを加工する際に、的確に位置決めをすることができるので、金属結晶粒子の流れを一定にすることができる。
【００８８】
図９の（ａ）〜（ｄ）は、第２実施形態に係る鍛造ビレットの製造過程を示す上面図及び側面図である。
図９の（ａ）に示すように、上記鍛造ビレット１０ａは、まず、軽金属合金を鋳造して円柱状の鋳造ビレット４とし、この鋳造ビレット４を六角柱の型を用いた閉塞鍛造により、軸方向Ｐ１に加圧圧縮して図９の（ｂ）に示すプレ鍛造ビレット１２とする。
次いで、図９の（ｃ）に示すように、得られたプレ鍛造ビレット１２を、側面を下にして立てる。そして、再びプレ鍛造ビレット１２を六角柱の型を用いた閉塞鍛造により、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９の（ｄ）に示す鍛造ビレット１０ａとする。なお、このときプレ鍛造ビレット１２は、六角柱状であるので、プレ鍛造ビレット１２の一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。
【００８９】
このように、第２実施形態に係る鍛造ビレット１０ａの製造においては、出発材料である鍛造ビレット１０ａが、鋳造ビレット４を一方向に加圧圧縮してプレ鍛造ビレット１２とし、該プレ鍛造ビレット１２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ので、鍛造ビレット１０ａ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１０ａ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軽合金製ホイールを製造することができる。
【００９０】
ここで、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。
【００９１】
図１０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１０の（ａ）に示すように、鋳造ビレット４を加圧圧縮すると、中腹部分が微細領域Ａとなり、上下両端がＮＧ領域Ｂとなる。
そして、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１０の（ｂ）に示すように、中腹部分が微細領域Ａとなり、図１０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１０の（ｃ）に示すように、中腹部分が微細領域Ａとなり、図１０の（ａ）及び図１０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１０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１０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、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Ｂとなる。
【００９２】
［第３実施形態］
図１１の（ａ）〜（ｆ）は、第３実施形態に係る鍛造ビレットの製造過程を示す上面図及び側面図である。
第３実施形態に係る鍛造ビレット１０ｂは、プレ鍛造ビレットが六角錐台状や円錐台状となっている点で第２実施形態に係る鍛造ビレット１０ａと相違する。なお、軽合金製ホイール及び軽合金製ホイールの製造方法等は上述したことと同様である。
【００９３】
図１１の（ａ）に示すように、上記鍛造ビレット１０ｂは、まず、円柱状の鋳造ビレット４を平押しの閉塞鍛造により、軸方向に加圧圧縮して円柱状のプレ鍛造ビレット１３ａとする。
【００９４】
次に、図１１の（ｂ）に示すように、プレ鍛造ビレット１３ａを六角柱レンズ状の型を用いた閉塞鍛造により、軸方向に加圧圧縮してプレ鍛造ビレット１３ｂとする。かかるプレ鍛造ビレット１３ｂは、六角柱の上底及び下底が凸状であり、且つ中央がやや平坦となった六角柱レンズ状となっている。すなわち、六角柱の中心軸に直交する端面が、中央がやや平坦となった膨出曲面で形成されている。プレ鍛造ビレット１３ｃを六角柱レンズ状とすることにより、座屈による鍛造欠陥を防止でき、その結果、歩留まりを向上させることができる。また、プレ鍛造ビレット１３ｃの角に丸みを付与することにより、鍛造での皺（しわ）傷の発生を抑制できる。膨出面と六角柱側面の交わる稜線部分にも小さなＲ付けを行うことが好ましい。さらに、六角柱部分の側面の厚さが角の部分では薄く、角と角の間では徐々に厚くなっている。これにより、曲面の曲率半径を一定にして六角面に被せた場合、角の部分が接触したとき角と角との間に隙間が生じることを防止できる。
【００９５】
次に、図１１の（ｃ）に示すように、得られたプレ鍛造ビレット１３ｂを、側面を下にして立てる。そして、再びプレ鍛造ビレット１３ｂを六角柱レンズ状の型を用いた閉塞鍛造により、軸とは異なる方向、すなわち垂直方向から加圧圧縮してプレ鍛造ビレット１３ｃとする。なお、このときプレ鍛造ビレット１３ｂは、六角柱レンズ状であるので、プレ鍛造ビレット１３ｂの一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。
【００９６】
次に、図１１の（ｄ）に示すように、得られたプレ鍛造ビレット１３ｃを、側面を下にして立てる。そして、プレ鍛造ビレット１３ｃを円錐台状の型を用いた閉塞鍛造により、軸とは異なる方向、すなわち垂直方向から加圧圧縮してプレ鍛造ビレット１３ｄとする。かかるプレ鍛造ビレット１３ｄは、周囲面（側面）がテーパー状となった円錐台状となる。
【００９７】
次に、図１１の（ｅ）に示すように、得られたプレ鍛造ビレット１３ｄを、面積が広いほうの底面が下になるように反転させて下金型２０に配置する。このとき、プレ鍛造ビレット１３ｄは、下金型２０の内周面中腹に係止される。すなわち、底面の下方に空隙が生じる。そして、円錐台状の型を用いた閉塞鍛造により、軸と同じ方向から加圧圧縮してプレ鍛造ビレット１３ｅとする。かかるプレ鍛造ビレット１３ｅは、周囲面（側面）がテーパー状となった円錐台状となっている。なお、テーパー面の角をなくすことにより、鍛造時の皺の発生が抑制される。
【００９８】
次に、図１１の（ｆ）に示すように、得られたプレ鍛造ビレット１３ｅを平押しの閉塞鍛造により、軸方向に加圧圧縮して円柱状の鍛造ビレット１０ｂとする。なお、円柱状の鍛造ビレット１０ｂとせずに、プレ鍛造ビレット１３ｅをそのまま鍛造ビレットとして用いてもよい。
【００９９】
このように、第３実施形態に係る鍛造ビレット１０ｂの製造においては、上述したことと同様に、異なる方向に順次加圧圧縮する履歴で得られるので、鍛造ビレット１０ｂ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（図１０の原理を参照）。
また、プレ鍛造ビレット１３ｄが円錐台状となるように加圧圧縮し、その後、反転させて再び加圧圧縮することにより、プレ鍛造ビレット１３ｄの外側部分Ｑのみが変形する。すなわち、外側部分Ｑの素材流動を積極的に行うことができる。これにより、得られる鍛造ビレット１０ｂは、中央部分の結晶粒径とその他の部分の結晶粒径とが同程度となり、全体的に均質な結晶粒径微細化が可能となる。なお、プレ鍛造ビレットを経由した鍛造ビレットの疲労強度試験を行い、繰り返し引張圧縮を試験周波数２０Ｈｚで行ったところ１×１０７サイクルで破断に至らなかった。
【０１００】
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。
【０１０１】
例えば、第１実施形態に係る鍛造ビレットにおいては、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。
【０１０２】
第２実施形態に係る鍛造ビレットにおいては、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、最終の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最終の鍛造ビレットとして用いてもよい。
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。
【０１０３】
第２実施形態に係る鍛造ビレットにおいて、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。
同様に、第３実施形態に係る鍛造ビレットにおいて、平押し鍛造したプレ鍛造ビレットを異なる垂直方向から２回加圧圧縮しているが、３回以上行ってもよく、六角錐台状のプレ鍛造ビレットを反転させて加圧圧縮することも複数回行ってもよい。
また、六角柱レンズ状のプレ鍛造ビレットは、円柱レンズ状を含む多角柱レンズ状であってもよく、六角錐台状のプレ鍛造ビレットは、円錐台状を含む多角錐台状であってもよい。
【０１０４】
本発明に係る軽合金製ホイールの実施形態において、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。
【０１０５】
上記軽合金製ホイールにおいて、該軽合金製ホイールを製造する際の鍛造成形は、第１鍛造成形２１、第２鍛造成形２２及び第３鍛造成形２３の３回を備えているが、鍛造成形の回数は、１回であってもよく、複数回であってもよい。
また、鍛造ビレット１０を金型で鍛造成形し、旋盤又はマシニングセンターを含むフライス盤によるディスク部模様の削りだし機械加工を施して軽合金製ホイールを製造してもよい。
【０１０６】
上記軽合金製ホイールにおいて、該軽合金製ホイールを製造する際の鍛造成形は、前方押出し方式と後方押出し方式で行ってもよい。なお、インナーリム８の最終調整はフレアリング方式で行うことが好ましい。
図１２の（ａ）及び（ｂ）は、他の実施形態に係る軽合金製ホイールの製造方法における前方押出し加工を示す断面図である。かかる前方押出し加工は、鍛造ビレット１０に対し、前方押出し加工を施し、プレホイール３ｂを形成する加工である。
図１２の（ａ）に示すように、前方押出し加工においては、まず、鍛造ビレット１０を上金型１６と、ノックアウト部１７ａが設けられた下金型１７との間に載置する。ここで、ノックアウト部１７ａは、前方押出し加工後のプレホイール３ｂを押し上げて取り出すためのものである。
【０１０７】
図１２の（ｂ）に示すように、上金型１６を降下させ、ノックアウト部１７ａ及び下金型１７の空隙に、鍛造ビレット１０の一部を押し込む。これにより、アウターリム前駆体７ｂとインナーリム前駆体８ｂ及びディスク部前駆体１３が形成される。
そして、ノックアウト部１７ａを上昇させることにより、プレホイール３ｂが得られる。
【０１０８】
図１３の（ａ）及び（ｂ）は、他の実施形態に係る軽合金製ホイールの製造方法における後方押出し加工を示す断面図である。かかる後方押出し加工は、プレホイール３ｂに対し、後方押出し加工を施し、インナーリム部８を形成する加工である。
図１３の（ａ）に示すように、後方押出し加工においては、まず、プレホイール３ｂを上金型１８と、ノックアウト部１９ａが設けられた下金型１９との間に載置する。ここで、ノックアウト部１９ａは、後方押出し加工後のプレホイール３ｃを押し上げて取り出すためのものである。
【０１０９】
図１３の（ｂ）に示すように、上金型１８を降下させ、上金型１８及び下金型１９の空隙に、プレホイール３ｂの一部を押し込む。これにより、スポーク等の凹凸を含むデザイン面等を有するディスク部１３ａが形成されると共に、同時に、インナーリム部８が形成される。なお、インナーリム部８は、ディスク部前駆体１３の余剰の素材が押出されて延展形成される。
そして、ノックアウト部１９ａを上昇させることにより、プレホイール３ｃが得られる。
【０１１０】
ここで、後方押出しにおいては、上金型１８の進行方向とインナーリム部８の延展する方向が逆方向となるため摩擦による抵抗が大きい。このため、更なる加圧力を要するからインナーリム８は所定の傾斜角度で直線的に延展させることが好ましい。そうすると、一部の再結晶化を防止できる。
【０１１１】
図１４の（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係るホイールの製造方法におけるフレアリング工程を示す断面図である。かかるフレアリング工程は、アウターリム前駆体７ｂをフレアリングして、アウターリム部７を形成する工程である。
【０１１２】
図１４の（ａ）に示すように、フレアリング工程においては、まず、プレホイール３ｃを上金型２５と、ノックアウト部２６ａが設けられた下金型２６との間に載置する。ここで、ノックアウト部２６ａは、フレアリング工程後のプレホイール３ｄを押し上げて取り出すためのものである。
【０１１３】
図１４の（ｂ）に示すように、上金型２５を降下させ、プレホイール３ｃのアウターリム前駆体７ｂを押圧し、外方へフレアリング（拡開）させ、アウターリム部７とする。このとき、インナーリム部８はインナーフランジ部８ａ周辺が拡開されて最終形状が形成される。
これにより、プレホイール３ｄが得られる。なお、加工後、熱処理と時効処理を経て旋削機械加工を施すことにより、軽合金製ホイールが得られる。
【０１１４】
上記軽合金製ホイールにおいては、軽合金製ホイール３の周縁に立設されたプレリム部５を設け、これをアウターリム部７、インナーリム部８に加工している。すなわち、上記軽合金製ホイールにおいては、ディスク部６とプレリム部５とが一体化したものを用いているが、１ピース軽合金製ホイール以外の２ピース、３ピース軽合金製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アウターリム及び／又はインナーリムを螺着、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。
プレリム部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アウターリム部を鍛造成形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。
【０１１５】
具体的には、以下の製造方法が挙げられる。
（ａ）鍛造ビレットを用いてディスク部を単体で作り、更にアウターリム部とインナー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）鍛造ビレットを用いてディスク部を単体で作り、アウターリム部とインナーリム部を別々に作り上記と同じ要領で一体化する。
（ｃ）鍛造ビレットを用いてディスク部を作るときアウターリム部を一体に成形し、別途作成されたインナーリム部を複数のボルトとナットで結合する。
（ｄ）鍛造ビレットを用いてディスク部を作るときインナーリム部を一体に成形し、別途作成されたアウターリム部を複数のボルトとナットで結合する。
（ｅ）鍛造ビレットを用いてディスク部を作るときアウターリム部とインナーリム部をプレリム部として一体に成形する。
【０１１６】
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】
【０１１７】
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。
【０１１８】
（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。
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：Ａ６１５１２）とした。
【０１１９】
上記鋳造ビレットに対して、閉塞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３６．２ｍｍ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である。
【０１２０】
（実施例２）
鋳造ビレットを、加圧圧縮し、高さ２４．２ｍｍ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６である。
【０１２１】
（実施例３）
鋳造ビレットを、加圧圧縮し、高さ１２．１ｍｍ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１２である。
【０１２２】
（実施例４）
鋳造ビレットを、加圧圧縮し、高さ７．３ｍｍ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２０である。
【０１２３】
（実施例５）
軽金属合金として重さ５４ｋｇ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。
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２０４ｍｍ、高さ６１２ｍｍの円柱状の鋳造ビレット（規格番号：Ａ６１５１２）とした。
【０１２４】
図１１に示す方法に基づき、上記鋳造ビレットに対して、プレス圧力１００トン、ビレット温度４８０℃で平押し鍛造を施し、膨らんだ外側部分を旋削して円柱状のプレ鍛造ビレットとした。
次に、閉塞鍛造により加圧圧縮を施した。すなわち、プレス機にプレ鍛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、六角柱レンズ状のプレ鍛造ビレットとした。
次に、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、加圧力５０００トン、ワーク温度４８０℃で、再び密閉鍛造により加圧圧縮を施し、高さ１４５．５ｍｍの六角柱レンズ状のプレ鍛造ビレットとした。なお、この段階で鍛錬比は４．２である。
【０１２５】
そして、これを側面が下になるように９０度起こして垂直に立て、再び、同じ条件下で密閉鍛造により加圧圧縮を施し、六角錐台状のプレ鍛造ビレットとした。
次に、これを反転させ、再び、同じ条件下で密閉鍛造により加圧圧縮を施し、直径４７４ｍｍ、高さ１４２ｍｍ、重量５０ｋｇの六角錐台状の鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は４．３である。
【０１２６】
（比較例１）
アルミニウム合金からなる鋳造ビレット（規格番号：Ａ６１５１）を比較例１とした。鍛錬比：０が鋳造ビレットの値である。
【０１２７】
［評価１］
実施例１〜４で得られた鍛造ビレット及び比較例１の鋳造ビレットに対して、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて引張り強度を測定した。得られた値を表１に示し、グラフを図１５に示す。
【０１２８】
［評価２］
実施例１〜４で得られた鍛造ビレット及び比較例１の鋳造ビレットに対して、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて０．２％耐力を測定した。得られた値を表１に示し、グラフを図１６に示す。
【０１２９】
［評価３］
実施例１〜４で得られた鍛造ビレット及び比較例１の鋳造ビレットに対して、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて伸度を測定した。得られた値を表１に示し、グラフを図１７に示す。
【０１３０】
［評価４］
実施例１〜４で得られた鍛造ビレット及び比較例１の鋳造ビレットに対して、ＪＩＳ−Ｚ２２４３に準じてブリネル硬度を測定した。得られた値を表１に示し、グラフを図１８に示す。
【０１３１】
［評価５］
実施例１〜４で得られた鍛造ビレット及び比較例１の鋳造ビレットに対して、ＪＩＳ−Ｚ２２４２に準じてシャルピー衝撃値を測定した。得られた値を表１に示し、グラフを図１９に示す。
【０１３２】
〔表１〕
【０１３３】
［評価６］
実施例１〜４で得られた鍛造ビレットに対して、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。得られた結果を表２に示す。なお、表中「−」は、結晶粒子が細かすぎて、測定不能だったことを意味する。
また、実施例１で得られた鍛造ビレットの断面のマクロ写真を図２０の（ａ）に、その顕微鏡写真を図２０の（ｂ）に示し、実施例２で得られた鍛造ビレットの断面のマクロ写真を図２１の（ａ）に、その顕微鏡写真を図２１の（ｂ）に示し、実施例３で得られた鍛造ビレットの断面のマクロ写真を図２２の（ａ）に、その顕微鏡写真を図２２の（ｂ）に示し、実施例４で得られた鍛造ビレットの断面のマクロ写真を図２３の（ａ）に、その顕微鏡写真を図２３の（ｂ）にそれぞれ示す。
【０１３４】
〔表２〕
【０１３５】
表１の結果より、実施例１〜４で得られた鍛造ビレットは、比較例に示す鋳造ビレットと比較して、シャルピー衝撃値が優れており、特に伸びにおいて顕著な効果があることがわかった。
また、表２の結果より、実施例１〜４で得られた鍛造ビレットは、金属結晶粒子の粒径が細かくなった。このことは、実施例１〜４で得られた鍛造ビレットを用いた軽合金製ホイールが、十分に微細化されることを示している。
【０１３６】
［評価７］
実施例５で得られた鍛造ビレットの試験片の採取位置Ａ〜Ｉ〔図２４（ａ）参照〕に対して、ＪＩＳ−Ｈ０５４２の切断法に準じて観察し、金属結晶粒子の平均粒径を測定した。鍛造ビレットの断面における試験片の採取位置Ａ〜Ｉを図２４（ａ）に示し、得られた平均粒子径及び顕微鏡写真を図２４（ｂ）に示す。
【０１３７】
図２４（ｂ）に示す結果から、鍛造ビレットの一部に平均粒径２８μｍが認められたものの、全体的に平均粒径が１１〜１７μｍの範囲に入っていた。このことから、実施例５の鍛造ビレットは、機械的強度が優れ、しかも、機械的強度が均一となることがわかった。
【０１３８】
（実施例６）
実施例１で得られた鍛造ビレットに対し、図１２に示す方法に基づき、３５０℃〜５００℃の温度条件下、７８．４×１０３ｋＮの圧力で前方押出し加工を施し、更に、図１３に示す方法に基づき、３５０℃〜５００℃の温度条件下、７８．４×１０３ｋＮの圧力で後方押出し加工を施して、プレホイールとした。
次に、このプレホイールに対し、図１４に示す方法に基づき、３５０℃〜５００℃の温度条件下、４．９×１０３ｋＮの圧力でフレアリング加工を施して、図５の（ａ）に示す形状のホイールを得た。
【０１３９】
（比較例２）
比較例１の鋳造ビレットに対し、上述した鍛造成形工程と、熱処理工程と、仕上工程とを施して、実施例６と同形状のホイールを得た。
【０１４０】
［評価８］
実施例６及び比較例２で得られたそれぞれのホイールのスポーク部、アウターフランジ部及びインナーフランジ部に対して、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて引張り強度を測定した。得られた値を表３に示す。なお、試験片の採取位置を図２５の（ａ）に示し、（ｂ）に引張試験片の形状を示す。図２５の（ｂ）に示すように、標点外破断を改善するため並行部の寸法を規格値（３１．３ｍｍ〜３５．６ｍｍ）より小さい２７ｍｍとしている。
【０１４１】
［評価９］
実施例６及び比較例２で得られたそれぞれのホイールのスポーク部、アウターフランジ部及びインナーフランジ部に対して、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて０．２％耐力を測定した。得られた値を表３に示す。なお、試験片の採取位置を図２５の（ａ）に示す。
【０１４２】
［評価１０］
実施例６及び比較例２で得られたそれぞれのホイールのスポーク部、アウターフランジ部及びインナーフランジ部に対して、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて伸度を測定した。得られた値を表３に示す。なお、試験片の採取位置を図２５の（ａ）に示す。
【０１４３】
［評価１１］
実施例６及び比較例２で得られたそれぞれのホイールのスポーク部、アウターフランジ部及びインナーフランジ部に対して、ＪＩＳ−Ｚ２２４２に準じてシャルピー衝撃値を測定した。得られた値を表３に示す。なお、試験片の採取位置を図２５の（ａ）に示し、（ｃ）にシャルピー衝撃試験片の形状を示す。シャルピー衝撃試験は主に鋼材に適用されるため、試験片は１０ｍｍ角で５５ｍｍ長さが求められる。これに対し、ホイールのインナーフランジ部、アウターフランジ部及びスポーク部の衝撃値を測定するためには採取位置における容積の都合で別途規定を設定する必要があるので、図２５の（ｃ）に示すように、試験片はリムフランジ及びスポーク各部から採取可能な形状として断面が４ｍｍ×１０ｍｍ、長さ５５ｍｍとし、中央部にＵ字型ノッチを深さ２ｍｍに設定した。また、シャルピー衝撃試験器は非鉄・樹脂用を使用して読み取り目盛りの精度を向上させている。
【０１４４】
〔表３〕
【０１４５】
［評価１２］
実施例６で得られたホイールの断面を観察した。ホイールの断面のマクロ写真を図２６に示す。
【０１４６】
図２６に示す結果から、ホイールのハンプ部からウエル部、インナーリムフランジ部に至る間に再結晶は見られず均質な組織が確認できた。
【０１４７】
［評価１３］
実施例６において、前方押出し加工で得られたプレホイール、後方押出し加工で得られたプレホイール及びフレアリング加工で得られたホイールそれぞれの試験片の採取位置Ａ〜Ｅ〔図２７（ａ）から図２７（ｃ）参照〕に対して、ＪＩＳ−Ｈ０５４２の切断法に準じて観察し、金属結晶粒子の平均粒径を測定した。前方押出し加工で得られたプレホイールの断面の概略と測定した部位Ａ〜Ｅとを図２７（ａ）に示し、後方押出し加工で得られたプレホイールの断面の概略と測定した部位Ａ〜Ｅとを図２７（ｂ）に示し、フレアリング加工で得られたホイールの断面の概略と測定した部位Ａ〜Ｅとを図２７（ｃ）に示し、それらの得られた平均粒子径及び顕微鏡写真を図２７（ｄ）に示す。
【０１４８】
図２７（ｄ）に示す結果から、得られたホイールは、全体的に１０〜２４μｍの範囲に入っていた。このことから、実施例６のホイールは、機械的強度が優れ、しかも、機械的強度が均一となることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【０１４９】
本発明の鍛造ビレットによれば、機械的強度が優れ、且つ機械的強度が均一な軽合金製ホイールを製造することができる。得られる軽合金製ホイールは、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。更に重要なことは、車両等においては走行時に何らかの理由でリム或いはディスク部に亀裂が生じたときに、本発明の鍛造ビレットを用いた鍛造軽合金製ホイールはシャルピー衝撃値及び伸びがきわめて高いことから、亀裂が一気に大きくならず、例えばタイヤ空気圧が徐々に減少して操縦者が異常に気づくから大きな事故につながらないなどより安全な軽合金製ホイールを提供できる。
【符号の説明】
【０１５０】
１・・・本体部
３・・・軽合金製ホイール
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ・・・プレホイール
４・・・鋳造ビレット
５・・・プレリム部
６，１３ａ・・・ディスク部
６ａ・・・ハブ部
６ｂ・・・ボルト挿通穴
７・・・アウターリム部
７ａ・・・アウターフランジ部
７ｂ・・・アウターリム前駆体
８・・・インナーリム部
８ａ・・・インナーフランジ部
８ｂ・・・インナーリム前駆体
９・・・空部
１０，１０ａ，１０ｂ・・・鍛造ビレット
１１・・・スポーク部
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ・・・プレ鍛造ビレット
１３・・・ディスク部前駆体
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ・・・プレ鍛造ビレット
１６，１８，２５・・・上金型
１７，１９，２０，２６・・・下金型
１７ａ，１９ａ，２６ａ・・・ノックアウト部
２１・・・第１鍛造成形
２２・・・第２鍛造成形
２３・・・第３鍛造成形
３１・・・第１スピニング装置
３１ａ・・・内側金型
３１ｂ・・・外側金型
３５・・・圧延ローラー
３２・・・第２スピニング装置
３２ａ・・・内側金型
３２ｂ・・・外側金型
３８ａ，３８ｂ・・・空隙
５１，５２，５３，５４・・・金型
５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａ・・・筒状穴
Ａ・・・微細領域
Ｂ・・・ＮＧ領域
Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３・・・高さ
Ｐ・・・拘束力
Ｐ１，Ｐ２・・・方向
Ｑ・・・外側部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍛造ビレット、軽金属製ホイール及びそれらの製造方法に関し、更に詳しくは、機械的強度が優れ、しかも、機械的強度が均一な鍛造製品（ホイール等）を製造することができる鍛造ビレット、該鍛造ビレットの製造方法、鍛造ビレットから得られる軽合金製ホイール及び該軽合金製ホイールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用ホイールはタイヤを装着している。自動車が走行する路面は必ずしも平坦とは限らない。ホイールは、凹凸の激しい路面若しくは縁石などに乗り上げると、ホイールは、局部に衝撃的な応力を受ける場合がある。
このような応力は、一般的には弾性体であるタイヤが吸収しホイールには直接及ばない。ところが、ホイールのリムのフランジ部分はタイヤから露出しているので、走行中に直接障害物に接触する確率が高くなる。
【０００３】
近年のホイールにおいては、口径が大きくなり、タイヤの扁平化に伴いリム幅が増大している。このため、円筒状のリムは撓みやすい構造となっている。この円筒状の構造を維持するために、リムフランジの引張り強さ、耐力、伸び等の剛性の向上が求められている。しかも、軽量でなければならない。
【０００４】
これに対し、析出硬化型Ａｌ合金を用いてホイールディスク部及びリム部の引張強さ、耐力、及び伸びの機械特性を改善すると共に耐衝撃性に優れたホイール（例えば特許文献１参照）、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（例えば、特許文献２参照）、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（例えば、特許文献３参照）、ホイールリムフランジの内径部にリム径中心方向へ張出し部分を形成した車両用ホイール（例えば、特許文献４参照）等が知られている。
【０００５】
特許文献１〜４に記載のホイールは、いずれも鋳造されたビレット（以下「鋳造ビレット」という。）から鍛造成形することによって、得られるものである。なお、特許文献１記載のホイールは、Ｓｉ成分比率を大きくすると共に共晶組織の平均面積を小さくすることで組織の微細化を図り、溶体加熱処理後急冷し次いで時効処理を行って機械特性を向上させている。特許文献２及び３に記載のホイールは、スピニング加工による再結晶を防止するための熱処理工程を改善している。特許文献４記載のホイールは、インナーリムフランジの剛性を高めるために、リムフランジの半径中心方向へ突出部を形成しているものである。
これらの特許文献には鋳造ビレットを鍛造して金属組織の微細化を図る思想は開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−６０８７９号公報
【特許文献２】特開２００７−２１００１７号公報
【特許文献３】特開２００７−３０８７８０号公報
【特許文献４】特開２００８−１３７５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１〜４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、衝撃性や靭性（以下「機械的強度」という。）が弱い部分が偏在することになる。すなわち、得られるホイールは、機械的強度が不均一となる。
【０００８】
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、従来のホイールの金属結晶粒子の結晶粒径は、ハブ部分が特に大きくなる。
【０００９】
一方、一体型のホイールにおいては、リムを成型するためにスピニング加工を施すと、部分的に再結晶化し、結晶粒径の粗大化が生じて、機械的強度が低下する場合がある。なお、スピニング加工は素材を延展するだけであり殆ど鍛造効果は得られない。
【００１０】
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鍛造製品（ホイール等）を製造することができる鍛造ビレット、該鍛造ビレットから得られる軽合金製ホイール及びその軽合金製ホイールの製造方法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】
【００１１】
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鍛造成形するのではなく、一旦、鋳造ビレットを所定の大きさに加圧圧縮し、シャルピー衝撃値を１５Ｊ／ｃｍ２以上とすることにより、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。ちなみに、下記式に示すホール・ペッチの関係を鑑みると、結晶粒径を微細化することにより材料の強度及び耐衝撃性（シャルピー衝撃値）が大きくなる。
σ＝σ０＋ｋｄ−１／２
式中、σは、降伏応力又は変形応力を示し、ｄは、平均結晶粒径を示し、σ０及びｋは、材料によって決まる定数を示す。
【００１２】
すなわち、本発明は、（１）軽金属合金を鋳造して鋳造ビレットとし、該鋳造ビレットを加圧圧縮して得られる鍛造ビレットであって、シャルピー衝撃値が１５Ｊ／ｃｍ２以上である鍛造ビレットに存する。
【００１３】
本発明は、（２）下記式を満たす上記（１）記載の鍛造ビレットに存する。
Ｈ１／Ｈ２≧４．０
（式中、Ｈ１は、鋳造ビレットの加圧圧縮される方向の長さを示し、Ｈ２は、鍛造ビレットの加圧圧縮された方向の長さを示す。）
【００１４】
本発明は、（３）軽金属合金を鋳造して鋳造ビレットとし、該鋳造ビレットを加圧圧縮して得られ、下記式を満たす鍛造ビレットの製造方法に存する。
Ｈ１／Ｈ２≧４．０
（式中、Ｈ１は、鋳造ビレットの加圧圧縮される方向の長さを示し、Ｈ２は、鍛造ビレットの加圧圧縮された方向の長さを示す。）
【００１５】
本発明は、（４）加圧圧縮が、閉塞鍛造、揺動鍛造、ハンマー鍛造又はセクション鍛造により施される上記（３）記載の鍛造ビレットの製造方法に存する。
【００１６】
本発明は、（５）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得られる上記（３）又は（４）に記載の鍛造ビレットの製造方法に存する。
【００１７】
本発明は、（６）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円錐台状とし、更に、外側部分のみを変形させるために加圧圧縮する上記（３）又は（４）に記載の鍛造ビレットの製造方法に存する。
【００１８】
本発明は、（７）飛翔体部品用、運送用機器部品用、産業用機器部品用、建築資材用、光学用機器部品用又はこれら用途の部材製造用である上記（３）〜（６）のいずれか一つに記載の鍛造ビレットの製造方法に存する。
【００１９】
本発明は、（８）上記（３）〜（６）のいずれか一つに記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを用いて鍛造成形された軽合金製ホイールであって、ディスク部、スポーク部、アウターフランジ部、インナーリム部及びインナーフランジ部のシャルピー衝撃値が１５Ｊ／ｃｍ２以上である軽合金製ホイールに存する。
【００２０】
本発明は、（９）上記（３）〜（６）のいずれか一つに記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを用いて鍛造成形された軽合金製ホイールであって、スポーク部、アウターフランジ部、インナーリム部及びインナーフランジ部の伸び率が１６％以上である軽合金製ホイールに存する。
【００２１】
本発明は、（１０）上記（３）〜（６）のいずれか一つに記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを用いて鍛造成形された軽合金製ホイールであって、インナーリム部及びインナーフランジ部からなる群より選ばれる少なくとも一つの部分のＪＩＳ−Ｈ０５４２に準拠した切断法に基づく金属結晶粒子の平均粒径が５〜２０μｍである軽合金製ホイールに存する。
【００２２】
本発明は、（１１）ＪＩＳ−Ｈ０５４２に準拠した切断法に基づくインナーリム部の金属結晶粒子の再結晶部分を除く平均粒径が２０μｍ以下である上記（８）〜（１０）のいずれか一つに記載の軽合金製ホイールに存する。
【００２３】
本発明は、（１２）上記（３）〜（６）のいずれか一つに記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを用いて鍛造成形された軽合金製ホイールの製造方法であって、押出し方式によって、アウターリム部及びインナーリム部を成形する軽合金製ホイールの製造方法に存する。
【００２４】
本発明は、（１３）上記（３）〜（６）のいずれか一つに記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを用いてプレホイールを鍛造成形し、旋盤又はマシニングセンターを含むフライス盤によるディスク部模様の削りだし機械加工を施す軽合金製ホイールの製造方法に存する。
【００２５】
本発明は、（１４）上記（３）〜（６）のいずれか一つに記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを金型で鍛造成形してプレリム部を形成し、該プレリム部をスピニング加工してインナーリム部を成形する軽合金製ホイールの製造方法であって、スピニング加工が、プレリム部と金型との間に空隙を設けた状態で、斜方向から圧延ローラーで押圧し、インナーリム部を成形する軽合金製ホイールの製造方法に存する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の鍛造ビレットは、鋳造ビレットを加圧圧縮して得られ、シャルピー衝撃値を１５Ｊ／ｃｍ２以上とすることにより、結果として、結晶粒径が微細な鍛造製品（軽合金製ホイール等）が得られる。すなわち、鋳造ビレットを加圧圧縮して鍛造ビレットとすることにより、鍛造成形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、鍛造ビレットの金属組織の金属結晶粒子が既に微細化されているので、得られる鍛造製品は、金属結晶粒子の結晶粒径が微細なものとなる。
よって、上記鍛造ビレットによれば、機械的強度が優れ、機械的強度が均一な鍛造製品を製造することができる。なお、鍛造ビレットの金属結晶粒子のＪＩＳ−Ｈ０５４２の切断法に基づく平均粒径を３０μｍ以下であることが好ましい。
【００２７】
また、本発明の鍛造ビレットを用いた軽合金製ホイールは、靱性がきわめて高いことから、車両走行時に何らかの理由で軽合金製ホイールのリム又はディスク部に亀裂が生じた場合であっても、亀裂が一気に大きくならない。この場合、タイヤ空気圧が徐々に減少して操縦者が異常に気付くことになるので大きな事故にはつながらない。したがって、かかる軽合金製ホイールを用いることにより、安全性を担保できる。
【００２８】
上記鍛造ビレットは、鍛錬比（Ｈ１／Ｈ２）が４以上であることが好ましい。かかる鍛錬比とすることにより、急激に鍛造ビレットの結晶粒径を微粒子化できる。
【００２９】
本発明の鍛造ビレットの製造方法においては、鋳造ビレットを閉塞鍛造、揺動鍛造、ハンマー鍛造又はセクション鍛造により、加圧圧縮して得られるものであると、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。
【００３０】
上記鍛造ビレットの製造方法においては、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、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なるものである場合、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鍛造製品を製造することができる。
【００３１】
また、更に、外側部分のみを変形させるために加圧圧縮することにより、鍛造ビレットの外側部分の素材流動を積極的に行うことができる。これにより、得られる鍛造ビレットは、中央部分の金属結晶粒子の粒径とその他の部分の金属結晶粒子の粒径とが同程度となり、均質な微細化が可能となる。
【００３２】
その結果、投入した鋳造ビレットのほぼ全域を鍛造ビレットとする場合の材料歩留まりを大きく向上させることができると共に、プレ鍛造ビレットを経由した鍛造製品は、全体が均質な機械強度を示し耐衝撃性の高いものとなる。
【００３３】
本発明の軽合金製ホイールは、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。
また、ディスク部、スポーク部、アウターフランジ部、インナーリム部及びインナーフランジ部のシャルピー衝撃値が１５Ｊ／ｃｍ２以上であること、スポーク部、アウターフランジ部、インナーリム部及びインナーフランジ部の伸び率が１６％以上であること、ディスク部、スポーク部、アウターフランジ部及びインナーフランジ部からなる群より選ばれる少なくとも一つの部分のＪＩＳ−Ｈ０５４２に準拠した切断法に基づく金属結晶粒子の平均粒径が５〜２０μｍであることが好ましい。これらの場合、軽合金製ホイールは、車両走行時に不測の事態が発生し、リムに衝撃的な応力が負荷されたときに損傷が生じ難い。なお、ＪＩＳ−Ｈ０５４２に準拠した切断法に基づくインナーリム部の金属結晶粒子の再結晶部分を除く平均粒径が２０μｍ以下であることがより好ましい。
【００３４】
本発明の軽合金製ホイールの製造方法においては、押出し方式によって、アウターリム部及びインナーリム部を成形したものである場合、ハンプ部からウエル部及びインナーリムフランジに至る間に再結晶の生成が無くほぼ均等な結晶粒径を形成することができる。なお、このときのインナーリムフランジ部のシャルピー衝撃値は、２９Ｊ／ｃｍ２を越えており、伸びは１６％以上である。
【００３５】
本発明の軽合金製ホイールの製造方法には、上述した鍛造ビレットを金型で鍛造成形し、旋盤又はマシニングセンターを含むフライス盤によるディスク部模様の削りだし機械加工を施す方法や、上述した鍛造ビレットを金型で鍛造成形し、プレリム部をスピニング加工してインナーリム部を成形する方法がある。
【００３６】
これらの中でも、スピニング加工を施す場合、プレリム部と金型との間に空隙を設けた状態で、斜方向から圧延ローラーで押圧し、インナーリム部を成形することが好ましい。結晶粒径を微細化した鍛造ビレットを用いて、スピニング加工を施す場合、機械的強度が高くなっている鍛造ビレットを用いると圧延ローラーの加圧力が高くなり再結晶が生じやすくなる欠点があるのに対し、上述した場合においては、空隙を設けて斜方向から圧延ローラーで押圧するので、インナーリム部の再結晶化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】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】図２は、第１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】図３の（ａ）及び（ｂ）は、加圧圧縮前における鋳造ビレットを閉塞鍛造により第１実施形態に係る鍛造ビレットとしたときの状態を示す断面図である。
【図４】図４の（ａ）〜（ｄ）は、鋳造ビレットを複数回加圧圧縮し本発明に係る鍛造ビレットとする例を示す断面図である。
【図５】図５の（ａ）は、本実施形態に係る軽合金製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６】図６は、第１実施形態に係る鍛造ビレットから軽合金製ホイールへの製造過程を示す概略図である。
【図７】図７の（ａ）は、本実施形態に係る軽合金製ホイールの製造方法における第１スピニング処理を示す断面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は第２スピニング処理を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明に係る鍛造ビレットの第２実施形態を示す斜視図である。
【図９】図９の（ａ）〜（ｄ）は、第２実施形態に係る鍛造ビレットの製造過程を示す上面図及び側面図である。
【図１０】図１０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１１】図１１の（ａ）〜（ｆ）は、第３実施形態に係る鍛造ビレットの製造過程を示す上面図及び側面図である。
【図１２】図１２の（ａ）及び（ｂ）は、他の実施形態に係る軽合金製ホイールの製造方法における前方押出し加工を示す断面図である。
【図１３】図１３の（ａ）及び（ｂ）は、他の実施形態に係る軽合金製ホイールの製造方法における後方押出し加工を示す断面図である。
【図１４】図１４の（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係るホイールの製造方法におけるフレアリング工程を示す断面図である。
【図１５】図１５は、実施例における引張強さ評価の結果を示すグラフである。
【図１６】図１６は、実施例における耐力評価の結果を示すグラフである。
【図１７】図１７は、実施例における伸び評価の結果を示すグラフである。
【図１８】図１８は、実施例におけるブリネル硬度評価の結果を示すグラフである。
【図１９】図１９は、実施例におけるシャルピー衝撃値の結果を示すグラフである。
【図２０】図２０の（ａ）は、実施例１で得られた鍛造ビレットの断面のマクロ写真であり、（ｂ）は、その顕微鏡写真である。
【図２１】図２１の（ａ）は、実施例２で得られた鍛造ビレットの断面のマクロ写真であり、（ｂ）は、その顕微鏡写真である。
【図２２】図２２の（ａ）は、実施例３で得られた鍛造ビレットの断面のマクロ写真であり、（ｂ）は、その顕微鏡写真である。
【図２３】図２３の（ａ）は、実施例４で得られた鍛造ビレットの断面のマクロ写真であり、（ｂ）は、その顕微鏡写真である。
【図２４（ａ）】図２４（ａ）は、実施例の評価７において、鍛造ビレットの試験片の採取位置Ａ〜Ｉを示す概略断面図である。
【図２４（ｂ）】図２４（ｂ）は、実施例の評価７の結果を示す顕微鏡写真である。
【図２５】図２５の（ａ）は、実施例の評価８〜１１における試験片の採取位置を示す図であり、（ｂ）は、引張試験片の形状を示す図であり、（ｃ）は、シャルピー衝撃試験片の形状を示す図である。
【図２６】図２６は、実施例６で得られたホイールの断面のマクロ写真である。
【図２７（ａ）】図２７（ａ）は、実施例の評価１３において、前方押出し加工で得られたプレホイールの試験片の採取位置Ａ〜Ｅを示す概略断面図である。
【図２７（ｂ）】図２７（ｂ）は、実施例の評価１３において、後方押出し加工で得られたプレホイールの試験片の採取位置Ａ〜Ｅを示す概略断面図である。
【図２７（ｃ）】図２７（ｃ）は、実施例の評価１３において、フレアリング加工で得られたホイールの試験片の採取位置Ａ〜Ｅを示す概略断面図である。
【図２７（ｄ）】図２７（ｄ）は、実施例の評価１３の結果を示す顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
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。
【００３９】
［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に示す第１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。
【００４０】
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、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。なお、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。また、測定部位は、鍛造ビレット、軽合金製ホイールの各部分、いずれも中央付近とする。
【００４１】
上記鍛造ビレット１０のシャルピー衝撃値は１５Ｊ／ｃｍ２以上であり、２０Ｊ／ｃｍ２以上であることが好ましく、２２〜３１．３Ｊ／ｃｍ２であることがより好ましい。なお、シャルピー衝撃値は、ＪＩＳ−Ｚ２２４２に準じて測定した値である。また、シャルピー衝撃値は、耐衝撃性に対する優劣の判断材料の一つであり衝撃エネルギーの吸収可能性を示す。
シャルピー衝撃値を１５Ｊ／ｃｍ２以上とすることにより、結晶粒径が微細なホイールが得られることになる。すなわち、鍛造ビレットを出発材料として鍛造成形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、該鍛造ビレットの金属組織の金属結晶粒子が既に微細化されているので、得られる鍛造製品は、金属結晶粒子の結晶粒径が微細なものとなる。
【００４２】
上記鍛造ビレット１０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−Ｚ２２４１に準じて測定した値である。
上記鍛造ビレット１０の耐力は、１５０ＭＰａ以上であることが好ましい。なお、耐力は、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて測定した値である。
上記鍛造ビレット１０の伸度は、８％以上であることが好ましい。なお、伸度は、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて測定した値である。また、伸度は材料の引張試験で材料の伸びる割合であり、試験片の始めの標点距離をＬ０とし、破断後の標点距離をＬ１とすると、伸度は、下記式で示される。
δ＝［（Ｌ１−Ｌ０）／Ｌ０］×１００
これは破断するまでの伸び率を示すものであり、軽合金製ホイールの形状が維持される範囲を示している。
上記鍛造ビレット１０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−Ｚ２２４３に準じて測定した値である。
【００４３】
上記鍛造ビレット１０は、鍛流線を有していることが好ましい。
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。
【００４４】
上記鍛造ビレット１０は、鍛流線を有すると、公知の方法に基づいて鍛造成形が施されても、得られる鍛造製品は鍛流線を有するものとなる。これにより、鍛造製品は、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。
【００４５】
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。
【００４６】
添加金属は、主金属がアルミニウムの場合、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、主金属がマグネシウムの場合、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、軽合金製ホイール自体の性能を向上させることができる。
【００４７】
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、得られる軽合金製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。
【００４８】
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（６０００系）が好ましい。
【００４９】
図２は、第１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（一方向）に加圧圧縮することにより得られる。
【００５０】
上記鋳造ビレット４は、軽金属合金を、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。
【００５１】
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。
【００５２】
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、金属結晶粒子の結晶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。
【００５３】
鋳造においては、溶融原料を例えば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、鋳造ビレット製造時に破損する虞がある。
【００５４】
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４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４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。
【００５５】
得られる鋳造ビレット４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４を軸方向に押圧した際に、鋳造ビレット４が急に曲がるという座屈現象が生じるのを抑制できる。
【００５６】
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、金属結晶粒子の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軽合金製ホイールも、結晶粒径を維持し、少なくとも金属結晶粒子の結晶粒径がより微細なものとなる。
【００５７】
ここで、鋳造ビレット４を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、閉塞鍛造、セクション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、揺動鍛造、ハンマー鍛造又はセクション鍛造によるものであることが好ましい。
【００５８】
図３の（ａ）及び（ｂ）は、加圧圧縮前における鋳造ビレットを閉塞鍛造により第１実施形態に係る鍛造ビレットとしたときの状態を示す断面図である。
図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、閉塞鍛造においては、鋳造ビレット４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１０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。
【００５９】
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、９．８×１０３ｋＮ〜８８．２×１０３ｋＮの圧力条件下で行うことが好ましい。なお、９．８×１０３ｋＮ〜８８．２×１０３ｋＮの圧力は、鍛造機（プレス機）の推力規模に換算すると、１０００〜９０００トンとなる。
【００６０】
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。なお、上記冷却は、急冷することが好ましい。
【００６１】
第１実施形態に係る鍛造ビレット１０は、上記加圧圧縮において、鍛錬比が下記式を満たすことが好ましい。
Ｈ１／Ｈ２≧４．０
式中、Ｈ１は、鋳造ビレット４の加圧圧縮される方向の長さ、すなわち、鋳造ビレット４の軸方向の高さを意味し、Ｈ２は、鍛造ビレット１０の加圧圧縮された方向の長さ、すなわち、鍛造ビレット１０の軸方向の高さを意味する（図２参照）。なお、加圧圧縮を複数回施した場合、Ｈ１は、鋳造ビレット４の加圧圧縮される前の方向の長さを意味し、Ｈ２は、複数回加圧圧縮された最終の鍛造ビレット１０の最後に加圧圧縮された方向の長さを意味する。
【００６２】
軽金属合金がアルミニウム合金である場合、加圧圧縮によるＨ１／Ｈ２（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。
また、上記Ｈ１／Ｈ２（鍛錬比）は、確実に微細化されることから、４．０以上であることが好ましく、４〜１２であることがより好ましく、実用性の観点から、４〜６であることが更に好ましい。なお、鍛造ビレット１０が中間品であることから、該鍛造ビレット１０を用いて鍛造製品を鍛造成形するとき更に鍛錬比が上昇することが見込まれる。
【００６３】
ここで、高い鍛錬比の鍛造ビレットとする場合は、複数回加圧圧縮することが好ましい。１段階で高い鍛錬比の鍛造ビレットにしようとすると、座屈が生じるおそれがある。
図４の（ａ）〜（ｄ）は、鋳造ビレットを複数回加圧圧縮し本発明に係る鍛造ビレットとする例を示す断面図である。
まず、図４の（ａ）に示すように、鋳造ビレット４を閉塞鍛造する際には、鋳造ビレット４の高さの半分以上好ましくは高さ全体を覆う筒状穴５１ａを形成した金型５１を用いて閉塞鍛造を行う。次いで、図４の（ｂ）に示すように、同様にしてプレ鍛造ビレット１２ａの半分以上を覆う筒状穴５２ａを形成した金型５２を用いて閉塞鍛造を行い、図４の（ｃ）に示すように、同様にしてプレ鍛造ビレット１２ｂの半分以上を覆う筒状穴５３ａを形成した金型５３を用いて閉塞鍛造を行い、図４の（ｄ）に示すように、同様にしてプレ鍛造ビレット１２ｃの半分以上を覆う筒状穴５４ａを形成した金型５４を用いて閉塞鍛造を行う。こうして、鍛造ビレット１０が得られる。
【００６４】
かかる鍛造ビレット１０は、車両の軽合金製ホイール製造用に好適に用いられる。その他にも、飛翔体部品用、運送用機器部品用、産業用機器部品用、サッシュ類を含む建築資材用の機器又はこれら用途の部材製造用等に好適に用いられ、具体的には、航空機用車輪の軽合金製ホイール製造用、飛行機、ヘリコプター等の飛翔体、トラック等の運送用機器部品、工作機械、電化製品等の産業用機器部品等に好適に用いられる。
【００６５】
次に、本発明に係る軽合金製ホイールの実施形態について説明する。
図５の（ａ）は、本実施形態に係る軽合金製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。
本実施形態に係る軽合金製ホイール３（マルチピース）は、ディスク部６と、ディスク部の周縁に設けられるアウターリム部７及びインナーリム部８と、を備える。すなわち、軽合金製ホイール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アウターリム部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インナーリム部８と、を備える。
【００６６】
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、上記軽合金製ホイール３においては、スポーク部１１の先端にアウターリム部７とインナーリム部８とが連結されていることとなる。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。
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、軽合金製ホイール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１１同士の間は、空部９が設けられている。
インナーリム部８は、先端にインナーフランジ部８ａが形成されており、アウターリム部７は、先端にアウターフランジ部７ａが形成されている。
【００６７】
鋳造ビレット４に対する軽合金製ホイール３の鍛錬比（以下便宜的に「全鍛錬比」という。）は、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に対する軽合金製ホイール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」÷「軽合金製ホイール３の高さＨ３」で表される値である。なお、軽合金製ホイール３の高さＨ３は、図５の（ｂ）に示す。なお、軽合金製ホイールの高さＨ３は、鍛造成形された方向の軽合金製ホイールの各部の高さの平均で算出される。
【００６８】
上記軽合金製ホイール３においては、出発材料が上述した鍛造ビレット１０であるので、鍛造ビレット１０の金属結晶粒子の平均粒径が３０以下μｍである場合、インナーリム部８及びインナーフランジ部８ａからなる群より選ばれる少なくとも一つの部分のＪＩＳ−Ｈ０５４２に準拠した切断法に基づく金属結晶粒子の平均粒径が３０以下μｍとなる。なお、かかる平均粒径は、５〜２０μｍとすることがより好ましく、５〜１５μｍとすることが更に好ましい。
また、ＪＩＳ−Ｈ０５４２に準拠した切断法に基づくインナーリム部８の金属結晶粒子の再結晶部分を除く平均粒径が２０μｍ以下であることが好ましい。
これらの場合、軽合金製ホイール３は、車両走行時に不測の事態が発生し、リムに衝撃的な応力が負荷されたときに損傷が生じ難い。
【００６９】
上記軽合金製ホイール３において、ディスク部６、スポーク部１１、アウターフランジ部７ａ、インナーリム部８及びインナーフランジ部８ａのシャルピー衝撃値は１５Ｊ／ｃｍ２以上であることが好ましい。
また、スポーク部１１、アウターフランジ部７ａ、インナーリム部８及びインナーフランジ部８ａの伸び率は、１６％以上であることが好ましい。
【００７０】
上記軽合金製ホイール３は、上述した鍛造ビレット１０を出発材料として鍛造成形して製造するので、機械的強度が優れ、且つ機械的強度が均一なものとなる。なお、ディスク部６、アウターリム部７及びインナーリム部８は、一体となっている（ワンピース）ので、軽合金製ホイール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。
【００７１】
次に、軽合金製ホイール３の製造方法の例について説明する。
図６は、第１実施形態に係る鍛造ビレットから軽合金製ホイールへの製造過程を示す概略図である。
図６に示すように、鍛造ビレットから軽合金製ホイールへの製造過程においては、鍛造成形工程と、熱処理工程と、仕上工程とを備える。
【００７２】
鍛造成形工程は、第１鍛造成形２１、第２鍛造成形２２、第３鍛造成形２３を備える。すなわち、第１鍛造成形２１、第２鍛造成形２２、第３鍛造成形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が軽合金製ホイール３となる。
【００７３】
第１鍛造成形２１、第２鍛造成形２２及び第３鍛造成形２３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、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鍛造成形２１、第２鍛造成形２２及び第３鍛造成形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軽合金製ホイール３を製造することが可能となる。
【００７４】
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。これらの鍛造成形は、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。
【００７５】
上述したような鍛造を施すことにより、鍛造ビレット１０が鍛造成形され、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。
【００７６】
上記熱処理工程は、プレホイール３ａを熱処理する工程である。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】
本実施形態に係る軽合金製ホイールの製造方法においては、図６に示すように、上述した鍛造成形工程によりプレホイール３ａ（軽合金製ホイール）が得られる。かかるプレホイール３ａは、周縁に立設されたプレリム部５を備えており、後述する仕上工程が施される。
ここで、仕上工程としては、スピニング加工、穴開け加工、切削加工、ミーリング加工等の機械加工が挙げられる。すなわち、プレホイール３ａに対して、旋盤又はマシニングセンターを含むフライス盤によるディスク部模様の削りだし機械加工が施される。
スピニング加工は、プレホイール３ａのプレリム部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、マシニングセンターで、プレホイール３ａに穴を開け、スポーク部１１や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３ａの周囲を削り、リム部を形成する加工であり、ミーリング加工は、軽合金製ホイールの略全体を削り出して成型を行う加工である。
【００７８】
仕上工程としては、まず、スピニング加工が施される。すなわち、スピニング加工においては、プレリム部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アウターリム部７及びアウターフランジ部７ａと、プレホイール３ａの周縁に垂直方向に立設されたインナーリム部８及びインナーフランジ部８ａ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。
【００７９】
図７の（ａ）は、本実施形態に係る軽合金製ホイールの製造方法における第１スピニング処理を示す断面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は第２スピニング処理を示す断面図である。
図７の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、本実施形態に係る軽合金製ホイールの製造方法においては、スピニング加工が第１スピニング処理と第２スピニング処理とを備える。
プレホイール３ａは、鍛錬比の高い鍛造ビレットを用いており、引張強さ、シャルピー衝撃値、伸び等が格段に向上しているため靱性が高い。このため、本実施形態に係る軽合金製ホイールの製造方法においては、スピニング加工による塑性変形により圧延ローラーにかなりの負担を強いることを避けるため、第１スピニング処理と第２スピニング処理とを備えている。
【００８０】
図７の（ａ）に示すように、第１スピニング処理において、第１スピニング装置３１は、プレホイール３ａを挟持可能な内側金型３１ａ及び外側金型３１ｂと、プレリム部５を絞り込む複数の圧延ローラー３５とを備える。
かかる第１スピニング処理においては、プレホイール３ａが内側金型３１ａ及び外側金型３１ｂに挟持されることにより、確実に固定され、これらが一体となって回転する。このとき、複数の圧延ローラー３５をプレリム部５に押し付けることにより、プレリム部５が圧延され、大まかなインナーリム部８の形状となる。
【００８１】
図７の（ｂ）に示すように、第２スピニング処理において、第２スピニング装置３２は、プレホイール３ａを支持可能な内側金型３２ａ及び外側金型３２ｂと、プレリム部５を更に絞り込む複数の圧延ローラー（図示しない）とを備える。
かかる第２スピニング処理においては、プレホイール３ａが外側金型３２ｂに取り付けられ、プレホイール３ａのプレリム部５の先端が内側金型３２ａに支持された状態となっている。すなわち、プレホイール３ａと内側金型３２ａとの間には空隙３８ａが設けられ、プレリム部５と内側金型３２ａとの間には空隙３８ｂが設けられている。なお、第２スピニング処理において、内側金型３２ａは、組み立て型の金型を用いている。
【００８２】
そして、図７の（ｂ）の状態で、図７の（ｃ）に示すように、斜方向（例えば、４５°の方向）から圧延ローラー３５でプレリム部５を押圧してインナーフランジ部８ａを成形する。このとき、空隙３８ａ、３８ｂは維持されていることが好ましい。
【００８３】
軽合金製ホイール３の製造方法においては、空隙３８ａ，３８ｂが設けられているので、圧延ローラーで押圧されても下方から突き上げる応力がかからない利点がある。これに加えて、上述したように、斜方向から圧延ローラー３５で押圧するので、インナーリム部８の再結晶化を確実に抑制することができる。すなわち、結晶粒径を微細化した鍛造ビレット１０を用いて、スピニング加工を施す場合、機械的強度が高くなっている鍛造ビレット１０を用いると圧延ローラー３５の加圧力が高くなり再結晶が生じやすくなる欠点があるが、空隙を設けて斜方向から圧延ローラー３５で押圧することにより、インナーリム部８の再結晶化を抑制することができる。なお、圧延ローラー３５の数は、特に限定されない。また、複数ある場合は、そのうちの一つが斜方向から押圧するものであればよい。
【００８４】
次に、アウターリム部７とインナーリム部８とが形成されたプレホイール３ａに対して、穴開け加工によりディスク部６の模様を形成し、切削加工によりプレホイール３ａの周囲を削ることにより、軽合金製ホイール３が得られる。
本実施形態に係る軽合金製ホイール３の製造方法によれば、凹凸や空部等を形成することにより、デザイン性に優れる軽量化された軽合金製ホイール３となる。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。
【００８５】
軽合金製ホイール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。
【００８６】
［第２実施形態］
図８は、本発明に係る鍛造ビレットの第２実施形態を示す斜視図である。
図８に示す第２実施形態に係る鍛造ビレット１０ａは、多角柱、すなわち、ここでは六角柱状の本体部１からなる点で第１実施形態に係る鍛造ビレット１０と相違する。なお、軽合金製ホイール及び軽合金製ホイールの製造方法等は上述したことと同様である。
【００８７】
鍛造ビレット１０ａは、六角柱状であると、鍛造ビレットを加工する際に、的確に位置決めをすることができるので、金属結晶粒子の流れを一定にすることができる。
【００８８】
図９の（ａ）〜（ｄ）は、第２実施形態に係る鍛造ビレットの製造過程を示す上面図及び側面図である。
図９の（ａ）に示すように、上記鍛造ビレット１０ａは、まず、軽金属合金を鋳造して円柱状の鋳造ビレット４とし、この鋳造ビレット４を六角柱の型を用いた閉塞鍛造により、軸方向Ｐ１に加圧圧縮して図９の（ｂ）に示すプレ鍛造ビレット１２とする。
次いで、図９の（ｃ）に示すように、得られたプレ鍛造ビレット１２を、側面を下にして立てる。そして、再びプレ鍛造ビレット１２を六角柱の型を用いた閉塞鍛造により、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９の（ｄ）に示す鍛造ビレット１０ａとする。なお、このときプレ鍛造ビレット１２は、六角柱状であるので、プレ鍛造ビレット１２の一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。
【００８９】
このように、第２実施形態に係る鍛造ビレット１０ａの製造においては、出発材料である鍛造ビレット１０ａが、鋳造ビレット４を一方向に加圧圧縮してプレ鍛造ビレット１２とし、該プレ鍛造ビレット１２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ので、鍛造ビレット１０ａ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１０ａ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軽合金製ホイールを製造することができる。
【００９０】
ここで、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。
【００９１】
図１０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１０の（ａ）に示すように、鋳造ビレット４を加圧圧縮すると、中腹部分が微細領域Ａとなり、上下両端がＮＧ領域Ｂとなる。
そして、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１０の（ｂ）に示すように、中腹部分が微細領域Ａとなり、図１０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１０の（ｃ）に示すように、中腹部分が微細領域Ａとなり、図１０の（ａ）及び図１０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１０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１０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、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Ｂとなる。
【００９２】
［第３実施形態］
図１１の（ａ）〜（ｆ）は、第３実施形態に係る鍛造ビレットの製造過程を示す上面図及び側面図である。
第３実施形態に係る鍛造ビレット１０ｂは、プレ鍛造ビレットが六角錐台状や円錐台状となっている点で第２実施形態に係る鍛造ビレット１０ａと相違する。なお、軽合金製ホイール及び軽合金製ホイールの製造方法等は上述したことと同様である。
【００９３】
図１１の（ａ）に示すように、上記鍛造ビレット１０ｂは、まず、円柱状の鋳造ビレット４を平押しの閉塞鍛造により、軸方向に加圧圧縮して円柱状のプレ鍛造ビレット１３ａとする。
【００９４】
次に、図１１の（ｂ）に示すように、プレ鍛造ビレット１３ａを六角柱レンズ状の型を用いた閉塞鍛造により、軸方向に加圧圧縮してプレ鍛造ビレット１３ｂとする。かかるプレ鍛造ビレット１３ｂは、六角柱の上底及び下底が凸状であり、且つ中央がやや平坦となった六角柱レンズ状となっている。すなわち、六角柱の中心軸に直交する端面が、中央がやや平坦となった膨出曲面で形成されている。プレ鍛造ビレット１３ｃを六角柱レンズ状とすることにより、座屈による鍛造欠陥を防止でき、その結果、歩留まりを向上させることができる。また、プレ鍛造ビレット１３ｃの角に丸みを付与することにより、鍛造での皺（しわ）傷の発生を抑制できる。膨出面と六角柱側面の交わる稜線部分にも小さなＲ付けを行うことが好ましい。さらに、六角柱部分の側面の厚さが角の部分では薄く、角と角の間では徐々に厚くなっている。これにより、曲面の曲率半径を一定にして六角面に被せた場合、角の部分が接触したとき角と角との間に隙間が生じることを防止できる。
【００９５】
次に、図１１の（ｃ）に示すように、得られたプレ鍛造ビレット１３ｂを、側面を下にして立てる。そして、再びプレ鍛造ビレット１３ｂを六角柱レンズ状の型を用いた閉塞鍛造により、軸とは異なる方向、すなわち垂直方向から加圧圧縮してプレ鍛造ビレット１３ｃとする。なお、このときプレ鍛造ビレット１３ｂは、六角柱レンズ状であるので、プレ鍛造ビレット１３ｂの一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。
【００９６】
次に、図１１の（ｄ）に示すように、得られたプレ鍛造ビレット１３ｃを、側面を下にして立てる。そして、プレ鍛造ビレット１３ｃを円錐台状の型を用いた閉塞鍛造により、軸とは異なる方向、すなわち垂直方向から加圧圧縮してプレ鍛造ビレット１３ｄとする。かかるプレ鍛造ビレット１３ｄは、周囲面（側面）がテーパー状となった円錐台状となる。
【００９７】
次に、図１１の（ｅ）に示すように、得られたプレ鍛造ビレット１３ｄを、面積が広いほうの底面が下になるように反転させて下金型２０に配置する。このとき、プレ鍛造ビレット１３ｄは、下金型２０の内周面中腹に係止される。すなわち、底面の下方に空隙が生じる。そして、円錐台状の型を用いた閉塞鍛造により、軸と同じ方向から加圧圧縮してプレ鍛造ビレット１３ｅとする。かかるプレ鍛造ビレット１３ｅは、周囲面（側面）がテーパー状となった円錐台状となっている。なお、テーパー面の角をなくすことにより、鍛造時の皺の発生が抑制される。
【００９８】
次に、図１１の（ｆ）に示すように、得られたプレ鍛造ビレット１３ｅを平押しの閉塞鍛造により、軸方向に加圧圧縮して円柱状の鍛造ビレット１０ｂとする。なお、円柱状の鍛造ビレット１０ｂとせずに、プレ鍛造ビレット１３ｅをそのまま鍛造ビレットとして用いてもよい。
【００９９】
このように、第３実施形態に係る鍛造ビレット１０ｂの製造においては、上述したことと同様に、異なる方向に順次加圧圧縮する履歴で得られるので、鍛造ビレット１０ｂ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（図１０の原理を参照）。
また、プレ鍛造ビレット１３ｄが円錐台状となるように加圧圧縮し、その後、反転させて再び加圧圧縮することにより、プレ鍛造ビレット１３ｄの外側部分Ｑのみが変形する。すなわち、外側部分Ｑの素材流動を積極的に行うことができる。これにより、得られる鍛造ビレット１０ｂは、中央部分の結晶粒径とその他の部分の結晶粒径とが同程度となり、全体的に均質な結晶粒径微細化が可能となる。なお、プレ鍛造ビレットを経由した鍛造ビレットの疲労強度試験を行い、繰り返し引張圧縮を試験周波数２０Ｈｚで行ったところ１×１０７サイクルで破断に至らなかった。
【０１００】
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。
【０１０１】
例えば、第１実施形態に係る鍛造ビレットにおいては、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。
【０１０２】
第２実施形態に係る鍛造ビレットにおいては、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、最終の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最終の鍛造ビレットとして用いてもよい。
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。
【０１０３】
第２実施形態に係る鍛造ビレットにおいて、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。
同様に、第３実施形態に係る鍛造ビレットにおいて、平押し鍛造したプレ鍛造ビレットを異なる垂直方向から２回加圧圧縮しているが、３回以上行ってもよく、六角錐台状のプレ鍛造ビレットを反転させて加圧圧縮することも複数回行ってもよい。
また、六角柱レンズ状のプレ鍛造ビレットは、円柱レンズ状を含む多角柱レンズ状であってもよく、六角錐台状のプレ鍛造ビレットは、円錐台状を含む多角錐台状であってもよい。
【０１０４】
本発明に係る軽合金製ホイールの実施形態において、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。
【０１０５】
上記軽合金製ホイールにおいて、該軽合金製ホイールを製造する際の鍛造成形は、第１鍛造成形２１、第２鍛造成形２２及び第３鍛造成形２３の３回を備えているが、鍛造成形の回数は、１回であってもよく、複数回であってもよい。
また、鍛造ビレット１０を金型で鍛造成形し、旋盤又はマシニングセンターを含むフライス盤によるディスク部模様の削りだし機械加工を施して軽合金製ホイールを製造してもよい。
【０１０６】
上記軽合金製ホイールにおいて、該軽合金製ホイールを製造する際の鍛造成形は、前方押出し方式と後方押出し方式で行ってもよい。なお、インナーリム８の最終調整はフレアリング方式で行うことが好ましい。
図１２の（ａ）及び（ｂ）は、他の実施形態に係る軽合金製ホイールの製造方法における前方押出し加工を示す断面図である。かかる前方押出し加工は、鍛造ビレット１０に対し、前方押出し加工を施し、プレホイール３ｂを形成する加工である。
図１２の（ａ）に示すように、前方押出し加工においては、まず、鍛造ビレット１０を上金型１６と、ノックアウト部１７ａが設けられた下金型１７との間に載置する。ここで、ノックアウト部１７ａは、前方押出し加工後のプレホイール３ｂを押し上げて取り出すためのものである。
【０１０７】
図１２の（ｂ）に示すように、上金型１６を降下させ、ノックアウト部１７ａ及び下金型１７の空隙に、鍛造ビレット１０の一部を押し込む。これにより、アウターリム前駆体７ｂとインナーリム前駆体８ｂ及びディスク部前駆体１３が形成される。
そして、ノックアウト部１７ａを上昇させることにより、プレホイール３ｂが得られる。
【０１０８】
図１３の（ａ）及び（ｂ）は、他の実施形態に係る軽合金製ホイールの製造方法における後方押出し加工を示す断面図である。かかる後方押出し加工は、プレホイール３ｂに対し、後方押出し加工を施し、インナーリム部８を形成する加工である。
図１３の（ａ）に示すように、後方押出し加工においては、まず、プレホイール３ｂを上金型１８と、ノックアウト部１９ａが設けられた下金型１９との間に載置する。ここで、ノックアウト部１９ａは、後方押出し加工後のプレホイール３ｃを押し上げて取り出すためのものである。
【０１０９】
図１３の（ｂ）に示すように、上金型１８を降下させ、上金型１８及び下金型１９の空隙に、プレホイール３ｂの一部を押し込む。これにより、スポーク等の凹凸を含むデザイン面等を有するディスク部１３ａが形成されると共に、同時に、インナーリム部８が形成される。なお、インナーリム部８は、ディスク部前駆体１３の余剰の素材が押出されて延展形成される。
そして、ノックアウト部１９ａを上昇させることにより、プレホイール３ｃが得られる。
【０１１０】
ここで、後方押出しにおいては、上金型１８の進行方向とインナーリム部８の延展する方向が逆方向となるため摩擦による抵抗が大きい。このため、更なる加圧力を要するからインナーリム８は所定の傾斜角度で直線的に延展させることが好ましい。そうすると、一部の再結晶化を防止できる。
【０１１１】
図１４の（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係るホイールの製造方法におけるフレアリング工程を示す断面図である。かかるフレアリング工程は、アウターリム前駆体７ｂをフレアリングして、アウターリム部７を形成する工程である。
【０１１２】
図１４の（ａ）に示すように、フレアリング工程においては、まず、プレホイール３ｃを上金型２５と、ノックアウト部２６ａが設けられた下金型２６との間に載置する。ここで、ノックアウト部２６ａは、フレアリング工程後のプレホイール３ｄを押し上げて取り出すためのものである。
【０１１３】
図１４の（ｂ）に示すように、上金型２５を降下させ、プレホイール３ｃのアウターリム前駆体７ｂを押圧し、外方へフレアリング（拡開）させ、アウターリム部７とする。このとき、インナーリム部８はインナーフランジ部８ａ周辺が拡開されて最終形状が形成される。
これにより、プレホイール３ｄが得られる。なお、加工後、熱処理と時効処理を経て旋削機械加工を施すことにより、軽合金製ホイールが得られる。
【０１１４】
上記軽合金製ホイールにおいては、軽合金製ホイール３の周縁に立設されたプレリム部５を設け、これをアウターリム部７、インナーリム部８に加工している。すなわち、上記軽合金製ホイールにおいては、ディスク部６とプレリム部５とが一体化したものを用いているが、１ピース軽合金製ホイール以外の２ピース、３ピース軽合金製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アウターリム及び／又はインナーリムを螺着、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。
プレリム部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アウターリム部を鍛造成形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。
【０１１５】
具体的には、以下の製造方法が挙げられる。
（ａ）鍛造ビレットを用いてディスク部を単体で作り、更にアウターリム部とインナー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）鍛造ビレットを用いてディスク部を単体で作り、アウターリム部とインナーリム部を別々に作り上記と同じ要領で一体化する。
（ｃ）鍛造ビレットを用いてディスク部を作るときアウターリム部を一体に成形し、別途作成されたインナーリム部を複数のボルトとナットで結合する。
（ｄ）鍛造ビレットを用いてディスク部を作るときインナーリム部を一体に成形し、別途作成されたアウターリム部を複数のボルトとナットで結合する。
（ｅ）鍛造ビレットを用いてディスク部を作るときアウターリム部とインナーリム部をプレリム部として一体に成形する。
【０１１６】
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】
【０１１７】
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。
【０１１８】
（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。
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：Ａ６１５１２）とした。
【０１１９】
上記鋳造ビレットに対して、閉塞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３６．２ｍｍ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である。
【０１２０】
（実施例２）
鋳造ビレットを、加圧圧縮し、高さ２４．２ｍｍ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６である。
【０１２１】
（実施例３）
鋳造ビレットを、加圧圧縮し、高さ１２．１ｍｍ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１２である。
【０１２２】
（実施例４）
鋳造ビレットを、加圧圧縮し、高さ７．３ｍｍ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２０である。
【０１２３】
（実施例５）
軽金属合金として重さ５４ｋｇ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。
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２０４ｍｍ、高さ６１２ｍｍの円柱状の鋳造ビレット（規格番号：Ａ６１５１２）とした。
【０１２４】
図１１に示す方法に基づき、上記鋳造ビレットに対して、プレス圧力１００トン、ビレット温度４８０℃で平押し鍛造を施し、膨らんだ外側部分を旋削して円柱状のプレ鍛造ビレットとした。
次に、閉塞鍛造により加圧圧縮を施した。すなわち、プレス機にプレ鍛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、六角柱レンズ状のプレ鍛造ビレットとした。
次に、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、加圧力５０００トン、ワーク温度４８０℃で、再び密閉鍛造により加圧圧縮を施し、高さ１４５．５ｍｍの六角柱レンズ状のプレ鍛造ビレットとした。なお、この段階で鍛錬比は４．２である。
【０１２５】
そして、これを側面が下になるように９０度起こして垂直に立て、再び、同じ条件下で密閉鍛造により加圧圧縮を施し、六角錐台状のプレ鍛造ビレットとした。
次に、これを反転させ、再び、同じ条件下で密閉鍛造により加圧圧縮を施し、直径４７４ｍｍ、高さ１４２ｍｍ、重量５０ｋｇの六角錐台状の鍛造ビレットを得た。なお、鍛造ビレットの鍛錬比は４．３である。
【０１２６】
（比較例１）
アルミニウム合金からなる鋳造ビレット（規格番号：Ａ６１５１）を比較例１とした。鍛錬比：０が鋳造ビレットの値である。
【０１２７】
［評価１］
実施例１〜４で得られた鍛造ビレット及び比較例１の鋳造ビレットに対して、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて引張り強度を測定した。得られた値を表１に示し、グラフを図１５に示す。
【０１２８】
［評価２］
実施例１〜４で得られた鍛造ビレット及び比較例１の鋳造ビレットに対して、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて０．２％耐力を測定した。得られた値を表１に示し、グラフを図１６に示す。
【０１２９】
［評価３］
実施例１〜４で得られた鍛造ビレット及び比較例１の鋳造ビレットに対して、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて伸度を測定した。得られた値を表１に示し、グラフを図１７に示す。
【０１３０】
［評価４］
実施例１〜４で得られた鍛造ビレット及び比較例１の鋳造ビレットに対して、ＪＩＳ−Ｚ２２４３に準じてブリネル硬度を測定した。得られた値を表１に示し、グラフを図１８に示す。
【０１３１】
［評価５］
実施例１〜４で得られた鍛造ビレット及び比較例１の鋳造ビレットに対して、ＪＩＳ−Ｚ２２４２に準じてシャルピー衝撃値を測定した。得られた値を表１に示し、グラフを図１９に示す。
【０１３２】
〔表１〕
【０１３３】
［評価６］
実施例１〜４で得られた鍛造ビレットに対して、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。得られた結果を表２に示す。なお、表中「−」は、結晶粒子が細かすぎて、測定不能だったことを意味する。
また、実施例１で得られた鍛造ビレットの断面のマクロ写真を図２０の（ａ）に、その顕微鏡写真を図２０の（ｂ）に示し、実施例２で得られた鍛造ビレットの断面のマクロ写真を図２１の（ａ）に、その顕微鏡写真を図２１の（ｂ）に示し、実施例３で得られた鍛造ビレットの断面のマクロ写真を図２２の（ａ）に、その顕微鏡写真を図２２の（ｂ）に示し、実施例４で得られた鍛造ビレットの断面のマクロ写真を図２３の（ａ）に、その顕微鏡写真を図２３の（ｂ）にそれぞれ示す。
【０１３４】
〔表２〕
【０１３５】
表１の結果より、実施例１〜４で得られた鍛造ビレットは、比較例に示す鋳造ビレットと比較して、シャルピー衝撃値が優れており、特に伸びにおいて顕著な効果があることがわかった。
また、表２の結果より、実施例１〜４で得られた鍛造ビレットは、金属結晶粒子の粒径が細かくなった。このことは、実施例１〜４で得られた鍛造ビレットを用いた軽合金製ホイールが、十分に微細化されることを示している。
【０１３６】
［評価７］
実施例５で得られた鍛造ビレットの試験片の採取位置Ａ〜Ｉ〔図２４（ａ）参照〕に対して、ＪＩＳ−Ｈ０５４２の切断法に準じて観察し、金属結晶粒子の平均粒径を測定した。鍛造ビレットの断面における試験片の採取位置Ａ〜Ｉを図２４（ａ）に示し、得られた平均粒子径及び顕微鏡写真を図２４（ｂ）に示す。
【０１３７】
図２４（ｂ）に示す結果から、鍛造ビレットの一部に平均粒径２８μｍが認められたものの、全体的に平均粒径が１１〜１７μｍの範囲に入っていた。このことから、実施例５の鍛造ビレットは、機械的強度が優れ、しかも、機械的強度が均一となることがわかった。
【０１３８】
（実施例６）
実施例１で得られた鍛造ビレットに対し、図１２に示す方法に基づき、３５０℃〜５００℃の温度条件下、７８．４×１０３ｋＮの圧力で前方押出し加工を施し、更に、図１３に示す方法に基づき、３５０℃〜５００℃の温度条件下、７８．４×１０３ｋＮの圧力で後方押出し加工を施して、プレホイールとした。
次に、このプレホイールに対し、図１４に示す方法に基づき、３５０℃〜５００℃の温度条件下、４．９×１０３ｋＮの圧力でフレアリング加工を施して、図５の（ａ）に示す形状のホイールを得た。
【０１３９】
（比較例２）
比較例１の鋳造ビレットに対し、上述した鍛造成形工程と、熱処理工程と、仕上工程とを施して、実施例６と同形状のホイールを得た。
【０１４０】
［評価８］
実施例６及び比較例２で得られたそれぞれのホイールのスポーク部、アウターフランジ部及びインナーフランジ部に対して、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて引張り強度を測定した。得られた値を表３に示す。なお、試験片の採取位置を図２５の（ａ）に示し、（ｂ）に引張試験片の形状を示す。図２５の（ｂ）に示すように、標点外破断を改善するため並行部の寸法を規格値（３１．３ｍｍ〜３５．６ｍｍ）より小さい２７ｍｍとしている。
【０１４１】
［評価９］
実施例６及び比較例２で得られたそれぞれのホイールのスポーク部、アウターフランジ部及びインナーフランジ部に対して、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて０．２％耐力を測定した。得られた値を表３に示す。なお、試験片の採取位置を図２５の（ａ）に示す。
【０１４２】
［評価１０］
実施例６及び比較例２で得られたそれぞれのホイールのスポーク部、アウターフランジ部及びインナーフランジ部に対して、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて伸度を測定した。得られた値を表３に示す。なお、試験片の採取位置を図２５の（ａ）に示す。
【０１４３】
［評価１１］
実施例６及び比較例２で得られたそれぞれのホイールのスポーク部、アウターフランジ部及びインナーフランジ部に対して、ＪＩＳ−Ｚ２２４２に準じてシャルピー衝撃値を測定した。得られた値を表３に示す。なお、試験片の採取位置を図２５の（ａ）に示し、（ｃ）にシャルピー衝撃試験片の形状を示す。シャルピー衝撃試験は主に鋼材に適用されるため、試験片は１０ｍｍ角で５５ｍｍ長さが求められる。これに対し、ホイールのインナーフランジ部、アウターフランジ部及びスポーク部の衝撃値を測定するためには採取位置における容積の都合で別途規定を設定する必要があるので、図２５の（ｃ）に示すように、試験片はリムフランジ及びスポーク各部から採取可能な形状として断面が４ｍｍ×１０ｍｍ、長さ５５ｍｍとし、中央部にＵ字型ノッチを深さ２ｍｍに設定した。また、シャルピー衝撃試験器は非鉄・樹脂用を使用して読み取り目盛りの精度を向上させている。
【０１４４】
〔表３〕
【０１４５】
［評価１２］
実施例６で得られたホイールの断面を観察した。ホイールの断面のマクロ写真を図２６に示す。
【０１４６】
図２６に示す結果から、ホイールのハンプ部からウエル部、インナーリムフランジ部に至る間に再結晶は見られず均質な組織が確認できた。
【０１４７】
［評価１３］
実施例６において、前方押出し加工で得られたプレホイール、後方押出し加工で得られたプレホイール及びフレアリング加工で得られたホイールそれぞれの試験片の採取位置Ａ〜Ｅ〔図２７（ａ）から図２７（ｃ）参照〕に対して、ＪＩＳ−Ｈ０５４２の切断法に準じて観察し、金属結晶粒子の平均粒径を測定した。前方押出し加工で得られたプレホイールの断面の概略と測定した部位Ａ〜Ｅとを図２７（ａ）に示し、後方押出し加工で得られたプレホイールの断面の概略と測定した部位Ａ〜Ｅとを図２７（ｂ）に示し、フレアリング加工で得られたホイールの断面の概略と測定した部位Ａ〜Ｅとを図２７（ｃ）に示し、それらの得られた平均粒子径及び顕微鏡写真を図２７（ｄ）に示す。
【０１４８】
図２７（ｄ）に示す結果から、得られたホイールは、全体的に１０〜２４μｍの範囲に入っていた。このことから、実施例６のホイールは、機械的強度が優れ、しかも、機械的強度が均一となることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【０１４９】
本発明の鍛造ビレットによれば、機械的強度が優れ、且つ機械的強度が均一な軽合金製ホイールを製造することができる。得られる軽合金製ホイールは、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。更に重要なことは、車両等においては走行時に何らかの理由でリム或いはディスク部に亀裂が生じたときに、本発明の鍛造ビレットを用いた鍛造軽合金製ホイールはシャルピー衝撃値及び伸びがきわめて高いことから、亀裂が一気に大きくならず、例えばタイヤ空気圧が徐々に減少して操縦者が異常に気づくから大きな事故につながらないなどより安全な軽合金製ホイールを提供できる。
【符号の説明】
【０１５０】
１・・・本体部
３・・・軽合金製ホイール
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ・・・プレホイール
４・・・鋳造ビレット
５・・・プレリム部
６，１３ａ・・・ディスク部
６ａ・・・ハブ部
６ｂ・・・ボルト挿通穴
７・・・アウターリム部
７ａ・・・アウターフランジ部
７ｂ・・・アウターリム前駆体
８・・・インナーリム部
８ａ・・・インナーフランジ部
８ｂ・・・インナーリム前駆体
９・・・空部
１０，１０ａ，１０ｂ・・・鍛造ビレット
１１・・・スポーク部
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ・・・プレ鍛造ビレット
１３・・・ディスク部前駆体
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ・・・プレ鍛造ビレット
１６，１８，２５・・・上金型
１７，１９，２０，２６・・・下金型
１７ａ，１９ａ，２６ａ・・・ノックアウト部
２１・・・第１鍛造成形
２２・・・第２鍛造成形
２３・・・第３鍛造成形
３１・・・第１スピニング装置
３１ａ・・・内側金型
３１ｂ・・・外側金型
３５・・・圧延ローラー
３２・・・第２スピニング装置
３２ａ・・・内側金型
３２ｂ・・・外側金型
３８ａ，３８ｂ・・・空隙
５１，５２，５３，５４・・・金型
５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａ・・・筒状穴
Ａ・・・微細領域
Ｂ・・・ＮＧ領域
Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３・・・高さ
Ｐ・・・拘束力
Ｐ１，Ｐ２・・・方向
Ｑ・・・外側部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽金属合金を鋳造して鋳造ビレットとし、該鋳造ビレットを加圧圧縮して得られる鍛造ビレットであって、
シャルピー衝撃値が１５Ｊ／ｃｍ２以上である鍛造ビレット。
【請求項２】
下記式を満たす請求項１記載の鍛造ビレット。
Ｈ１／Ｈ２≧４．０
（式中、Ｈ１は、鋳造ビレットの加圧圧縮される方向の長さを示し、Ｈ２は、鍛造ビレットの加圧圧縮された方向の長さを示す。）
【請求項３】
軽金属合金を鋳造して鋳造ビレットとし、該鋳造ビレットを加圧圧縮して得られ、
下記式を満たす鍛造ビレットの製造方法。
Ｈ１／Ｈ２≧４．０
（式中、Ｈ１は、鋳造ビレットの加圧圧縮される方向の長さを示し、Ｈ２は、鍛造ビレットの加圧圧縮された方向の長さを示す。）
【請求項４】
前記加圧圧縮が、閉塞鍛造、揺動鍛造、ハンマー鍛造又はセクション鍛造により施される請求項３記載の鍛造ビレットの製造方法。
【請求項５】
前記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得られる請求項３又は４に記載の鍛造ビレットの製造方法。
【請求項６】
前記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円錐台状とし、更に、外側部分のみを変形させるために加圧圧縮する請求項３又は４に記載の鍛造ビレットの製造方法。
【請求項７】
飛翔体部品用、運送用機器部品用、産業用機器部品用、建築資材用、光学用機器部品用又はこれら用途の部材製造用である請求項３〜６のいずれか一項に記載の鍛造ビレットの製造方法。
【請求項８】
請求項３〜６のいずれか一項に記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを用いて鍛造成形された軽合金製ホイールであって、
ディスク部、スポーク部、アウターフランジ部、インナーリム部及びインナーフランジ部のシャルピー衝撃値が１５Ｊ／ｃｍ２以上である軽合金製ホイール。
【請求項９】
請求項３〜６のいずれか一項に記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを用いて鍛造成形された軽合金製ホイールであって、
スポーク部、アウターフランジ部、インナーリム部及びインナーフランジ部の伸び率が１６％以上である軽合金製ホイール。
【請求項１０】
請求項３〜６のいずれか一項に記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを用いて鍛造成形された軽合金製ホイールであって、
インナーリム部及びインナーフランジ部からなる群より選ばれる少なくとも一つの部分のＪＩＳ−Ｈ０５４２に準拠した切断法に基づく金属結晶粒子の平均粒径が５〜２０μｍである軽合金製ホイール。
【請求項１１】
ＪＩＳ−Ｈ０５４２に準拠した切断法に基づく前記インナーリム部の金属結晶粒子の再結晶部分を除く平均粒径が２０μｍ以下である請求項８〜１０のいずれか一項に記載の軽合金製ホイール。
【請求項１２】
請求項３〜６のいずれか一項に記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを用いて鍛造成形された軽合金製ホイールの製造方法であって、
押出し方式によって、アウターリム部及びインナーリム部を成形する軽合金製ホイールの製造方法。
【請求項１３】
請求項３〜６のいずれか一項に記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを用いてプレホイールを鍛造成形し、旋盤又はマシニングセンターを含むフライス盤によるディスク部模様の削りだし機械加工を施す軽合金製ホイールの製造方法。
【請求項１４】
請求項３〜６のいずれか一項に記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを金型で鍛造成形してプレリム部を形成し、該プレリム部をスピニング加工してインナーリム部を成形する軽合金製ホイールの製造方法であって、
前記スピニング加工が、前記プレリム部と金型との間に空隙を設けた状態で、斜方向から圧延ローラーで押圧し、前記インナーリム部を成形する軽合金製ホイールの製造方法。
【請求項１】
軽金属合金を鋳造して鋳造ビレットとし、該鋳造ビレットを加圧圧縮して得られる鍛造ビレットであって、
シャルピー衝撃値が１５Ｊ／ｃｍ２以上である鍛造ビレット。
【請求項２】
下記式を満たす請求項１記載の鍛造ビレット。
Ｈ１／Ｈ２≧４．０
（式中、Ｈ１は、鋳造ビレットの加圧圧縮される方向の長さを示し、Ｈ２は、鍛造ビレットの加圧圧縮された方向の長さを示す。）
【請求項３】
軽金属合金を鋳造して鋳造ビレットとし、該鋳造ビレットを加圧圧縮して得られ、
下記式を満たす鍛造ビレットの製造方法。
Ｈ１／Ｈ２≧４．０
（式中、Ｈ１は、鋳造ビレットの加圧圧縮される方向の長さを示し、Ｈ２は、鍛造ビレットの加圧圧縮された方向の長さを示す。）
【請求項４】
前記加圧圧縮が、閉塞鍛造、揺動鍛造、ハンマー鍛造又はセクション鍛造により施される請求項３記載の鍛造ビレットの製造方法。
【請求項５】
前記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得られる請求項３又は４に記載の鍛造ビレットの製造方法。
【請求項６】
前記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円錐台状とし、更に、外側部分のみを変形させるために加圧圧縮する請求項３又は４に記載の鍛造ビレットの製造方法。
【請求項７】
飛翔体部品用、運送用機器部品用、産業用機器部品用、建築資材用、光学用機器部品用又はこれら用途の部材製造用である請求項３〜６のいずれか一項に記載の鍛造ビレットの製造方法。
【請求項８】
請求項３〜６のいずれか一項に記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを用いて鍛造成形された軽合金製ホイールであって、
ディスク部、スポーク部、アウターフランジ部、インナーリム部及びインナーフランジ部のシャルピー衝撃値が１５Ｊ／ｃｍ２以上である軽合金製ホイール。
【請求項９】
請求項３〜６のいずれか一項に記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを用いて鍛造成形された軽合金製ホイールであって、
スポーク部、アウターフランジ部、インナーリム部及びインナーフランジ部の伸び率が１６％以上である軽合金製ホイール。
【請求項１０】
請求項３〜６のいずれか一項に記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを用いて鍛造成形された軽合金製ホイールであって、
インナーリム部及びインナーフランジ部からなる群より選ばれる少なくとも一つの部分のＪＩＳ−Ｈ０５４２に準拠した切断法に基づく金属結晶粒子の平均粒径が５〜２０μｍである軽合金製ホイール。
【請求項１１】
ＪＩＳ−Ｈ０５４２に準拠した切断法に基づく前記インナーリム部の金属結晶粒子の再結晶部分を除く平均粒径が２０μｍ以下である請求項８〜１０のいずれか一項に記載の軽合金製ホイール。
【請求項１２】
請求項３〜６のいずれか一項に記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを用いて鍛造成形された軽合金製ホイールの製造方法であって、
押出し方式によって、アウターリム部及びインナーリム部を成形する軽合金製ホイールの製造方法。
【請求項１３】
請求項３〜６のいずれか一項に記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを用いてプレホイールを鍛造成形し、旋盤又はマシニングセンターを含むフライス盤によるディスク部模様の削りだし機械加工を施す軽合金製ホイールの製造方法。
【請求項１４】
請求項３〜６のいずれか一項に記載の鍛造ビレットの製造方法により得られる鍛造ビレットを金型で鍛造成形してプレリム部を形成し、該プレリム部をスピニング加工してインナーリム部を成形する軽合金製ホイールの製造方法であって、
前記スピニング加工が、前記プレリム部と金型との間に空隙を設けた状態で、斜方向から圧延ローラーで押圧し、前記インナーリム部を成形する軽合金製ホイールの製造方法。
【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（ａ）】
【図２４（ｂ）】
【図２５】
【図２６】
【図２７（ａ）】
【図２７（ｂ）】
【図２７（ｃ）】
【図２７（ｄ）】
【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（ａ）】
【図２４（ｂ）】
【図２５】
【図２６】
【図２７（ａ）】
【図２７（ｂ）】
【図２７（ｃ）】
【図２７（ｄ）】
【公開番号】特開２０１１−１７７７８５（Ｐ２０１１−１７７７８５Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９３５９６（Ｐ２０１０−９３５９６）
【出願日】平成２２年４月１４日（２０１０．４．１４）
【出願人】（０００１１６２３１）ワシ興産株式会社 (25)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１４日（２０１０．４．１４）
【出願人】（０００１１６２３１）ワシ興産株式会社 (25)
【Ｆターム（参考）】
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