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技術 軽金属鋳物の表面処理方法と同方法で表面処理された車両用アルミホイール

出願人 宇部興産株式会社
発明者 松井光次吉田淳
出願日 2000年1月18日 (20年11ヶ月経過) 出願番号 2000-594600
公開日 2002年5月14日 (18年7ヶ月経過) 公開番号 WO2000-043153
状態 特許登録済
技術分野 車両ホイール リム;ハブ、車輪取付、車軸 チル鋳造・ダイキャスト 鋳造後の仕上げ処理 物理蒸着
主要キーワード テスト部材 表面処理構造 樹脂塗装膜 軽金属鋳物 厚肉部位 アルミ素材 ホイールボス アンダコート
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課題・解決手段

アルミホイール鋳造体(26)などの軽金属鋳造体に乾式メッキ層をコーティングする際の下地樹脂厚みを大幅に薄くし、しかも意匠性に優れた金属光沢を実現すべく、金型キャビティー(14)に充填した溶湯を、射出プランジャ(16)で所定の高圧力下で加圧し、かつ所望に応じて、金型(12)に設置した加圧ピン(22)により、当該溶湯の凝固過程で、その溶湯の所定部位を加圧する高圧鋳造法軽金属材料鋳造し、鋳造品鋳肌面におけるピンホールの大きさと数とを充分に低減させて鋳造、形成した軽金属材料の鋳造体の鋳肌表面をバレル研磨した後、当該研磨面に樹脂塗装を施し、当該樹脂塗装面に乾式メッキで金属または金属化合物の層を形成して光輝性富む意匠面を有したアルミホイール等の軽金属鋳造製品を得るようにした。

概要

背景

概要

アルミホイール鋳造体(26)などの軽金属鋳造体に乾式メッキ層をコーティングする際の下地樹脂厚みを大幅に薄くし、しかも意匠性に優れた金属光沢を実現すべく、金型キャビティー(14)に充填した溶湯を、射出プランジャ(16)で所定の高圧力下で加圧し、かつ所望に応じて、金型(12)に設置した加圧ピン(22)により、当該溶湯の凝固過程で、その溶湯の所定部位を加圧する高圧鋳造法軽金属材料鋳造し、鋳造品鋳肌面におけるピンホールの大きさと数とを充分に低減させて鋳造、形成した軽金属材料の鋳造体の鋳肌表面をバレル研磨した後、当該研磨面に樹脂塗装を施し、当該樹脂塗装面に乾式メッキで金属または金属化合物の層を形成して光輝性富む意匠面を有したアルミホイール等の軽金属鋳造製品を得るようにした。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

金型注入した軽金属材料溶湯射出プランジャから約50メガパスカル超の鋳造圧を付与して鋳肌面における発生ピンホール所定条件まで抑止された鋳物成形する鋳造工程と、前記鋳肌面に研磨処理をほどこした研磨面の表面粗さが所定の値以下になるようにする研磨工程と、前記研磨後の研磨面に第一の樹脂塗装層を形成する塗装工程と、前記樹脂塗装層の表面に乾式メッキで金属または金属化合物の層を形成するメッキ工程と、を包含してなることを特徴とする軽金属鋳物表面処理方法

請求項2

前記研磨面における発生ピンホールの所定条件は、該研磨面の所定面積内に発生したピンホールの数と最大口径の大きさとが所定の値以下となる条件である請求項1に記載の軽金属鋳物の表面処理方法。

請求項3

前記研磨面の100cm2に付いて前記ピンホールの数は1〜15個の範囲内に有り、前記最大口径の大きさが2.0mm以下であることを特徴とする請求項2に記載の軽金属鋳物の表面処理方法。

請求項4

前記研磨面の100cm2に付いて前記ピンホールの数は1〜10個の範囲内に有り、前記最大口径の大きさが2.0mm以下であり、かつ該最大口径が1.0mm〜2.0mmのピンホールは1個または0個であることを特徴とする請求項3に記載の軽金属鋳物の表面処理方法。

請求項5

前記研磨工程によって得られた前記研磨面の表面粗さが、Rmaxで6.3μmであることを特徴とする請求項1〜4項のいずれか1項に記載の軽金属鋳物の表面処理方法。

請求項6

前記第一の樹脂塗装層の厚みが10μm以上、40μm以下であることを特徴とする請求項1〜5に記載の軽金属鋳物の表面処理方法。

請求項7

前記金属または金属化合物の層の上に透明な第二の樹脂塗装層(トップコート層)を形成することを特徴とする請求項1〜6に記載の軽金属鋳物の表面処理方法。

請求項8

前記第一および第二の樹脂塗装層の各々は、プライマー塗装層を含んでいる請求項7に記載の軽金属鋳物の表面処理方法。

請求項9

前記透明な第二の樹脂塗装層(トップコート層)の厚みは、20μm以上、50μm以下である請求項7に記載の軽金属鋳物の表面処理方法。

請求項10

前記研磨工程はバレル研磨工程である請求項1に記載の軽金属鋳物の表面処理方法。

請求項11

前記乾式メッキで金属または金属化合物の層を形成するメッキ工程はスパッタリング工程である請求項1に記載の軽金属鋳物の表面処理方法。

請求項12

前記鋳物工程は、金型キャビティー充填した前記軽金属材料の溶湯に、加圧ピンにより該溶湯の高圧下での凝固過程に更に、加圧力を該溶湯の所定部位に付与する加圧工程を包含している請求項1に記載の軽金属鋳物の表面処理方法。

請求項13

前記軽金属材料の鋳物はアルミニウムホイールである請求項1に記載の軽金属鋳物の表面処理方法。

請求項14

車両用ホイール鋳造用金型キャビティに充填したアルミ素材の溶湯を射出プランジャで加圧することと併せて金型に設置した加圧ピンにより該溶湯の凝固過程でキャビティの厚肉部位を加圧して、研磨後のアルミ鋳物の研磨面に発生するピンホールを大きさが直径で2.0mm以下、かつ、個数面積100cm2当り15個以下となるように高圧鋳造法によってアルミホイール鋳造し、該鋳肌面をバレル研磨して表面粗さがRmaxで1.6μm以下の研磨面を形成し、該研磨面に厚みが10μm以上、40μm以下の樹脂塗装層をアンダーコートとして設け、該樹脂塗装層の上に金属または金属化合物から成る乾式メッキ層を設け、該乾式メッキ層の上に透明なトップコート層を形成して意匠面を得た表面処理層具備することを特徴とする光輝性車両用アルミホイール

請求項15

前記アルミ素材は、アルミニウムである請求項14に記載の光輝性車両用アルミホイール。

請求項16

前記アルミ素材は、アルミ合金である請求項14に記載の光輝性車両用アルミホイール。

技術分野

0001

本発明は、軽金属材料を用いた鋳物製品表面処理方法に関し、殊に、アルミニウム製又はアルミ合金製車両用ホイールを含めたダイカスト鋳造による軽金属鋳造製品、それも主としてアルミニウムまたはアルミニウム合金(以下、アルミ素材という)の溶湯金型キャビティ充填し、射出プランジャで、メタル圧換算(そのプランジャ先端から溶湯の受圧面に加えられる加圧力)にして約500kgf/cm2から1100kgf/cm2(≒50メガパスカル〜110メガパスカル)程度の高い加圧力を印加して射出成形を行い、かつ所望に応じて金型に設置した加圧ピンスクイズピン)によって溶湯の凝固過程に特定の溶湯部位に押湯圧力加圧、付与する鋳造方法(以下、これを高圧鋳造方法と言う)で軽金属鋳造製品の意匠面(鋳肌面)の全面又は選定した面部分に、金属光沢意匠性に優れた光輝面を形成するために好適な高圧鋳造軽金属製品の表面処理方法および同方法に従って表面処理された軽金属製品に関する。
従来技術

0002

軽金属材料、特にアルミ素材の鋳物製品、例えば、アルミホイールは、強度の高い部品であると同時に、光沢や意匠性を要求される商品である。特に最近の傾向としては、車両用ホイールの場合、意匠面に金属光沢を有するアルミ素材を好むユーザが多くなってきている。他方、アルミ素材の鋳物造品は、一般的に上述した高圧鋳造法による加圧力よりも低い圧力領域を利用した中圧または低圧鋳造法低圧鋳造では約0.01メガパスカル〜0.050メガパスカル)により鋳造されることが多く、故にピンホールが多くあり、かつ大きなピンホールも存在し、この大きなピンホールは深い凹部を形成している。このような鋳造アルミホイールに対して表面処理を施して光輝表面を得る表面処理方法は種々検討され、現在、大きく分けて次の3つの方法が採用されている。

0003

(a)鋳造アルミホイールの意匠面を形成する鋳肌面をバフ研磨する方法、もしくはバフ研磨した後にクリア塗装する方法。

0004

(b)鋳造アルミホイールの意匠面を成す鋳肌面を研磨して、湿式ニッケルメッキ及びクロムメッキを施す方法。

0005

(c)鋳造アルミホイールの意匠面を成す鋳肌面に樹脂塗装層を形成した上に乾式メッキ層を付けて、その表面にクリア塗装する方法。

0006

上述の方法において、(a)の方法の場合、鋳肌凹部のバフ研磨が難しい点に問題がある。このため、例えば、意匠面に小さな開口部が残り、特にバフ研磨を施しづらいデザインホイールでは、期待した程十分な光輝性も得られない場合がある。

0007

また、(b)の方法によると、大きなピンホールを有する場合には、機械研削による研磨を行っても機械加工されなかったあるいは機械加工が不十分であった表面に対してはクロームメッキの付着が弱く、これらの部分では、メッキ層剥離腐食が生じ易くなる。この点を改善すべく現在の一般的なメッキ処理例では特開平6−293974号公報や特開平6−2939993号公報のように、鋳造したアルミホイールの意匠面にクロム酸クロメート処理ショットブラスト処理を施してアルミホイールの鋳造によるピンホールを閉じることにより、クロームメッキが可能な表面を得る方法が多々取られる。しかし、この場合は、ホイールのリサイクルが困難になる。すなわち、リサイクル業者にメッキ処理したホイールのリサイクルを委託した場合、アルミ合金からクロムニッケルを分離するのに多大なコストがかかる。また、工場内でアルミホイールを再溶解する場合も、表面にメッキした多量のニッケルおよびクロムが不純物としてアルミ合金に入る。このため、メッキを施したホイール製品だけを単独で溶解することができない。そこで、インゴット(インゴットの場合、ニッケルやクロム量規格内に収まっている)と一緒に溶解することとなる。このため、一時に多量のリサイクルを行うことは不可能であるという問題が発生する。

0008

以上の理由から、(c)の方法が開発され、近年、商品化されている。(c)の方法に関する公知技術としては、まず、特公平6−73937号公報を挙げることができる。この技術では、次の要領で表面処理を施している。

0009

(1)金属材表面ショットブラストした後、表面に粉体塗装して下地処理を施す。

0010

(2)粉体塗装の上に中間層としてクリアアンダーコートを付ける。

0011

(3)アンダーコート上にクロムをスパッタリングする。

0012

(4)スパッタリング膜の上に、さらにクリアのトップコートを施す。

0013

このような方法では、上記の(a)、(b)の方法の場合に必要不可欠であった研磨工程を実施しなくても光輝表面を得ることができる点で優れている。

0014

しかし、一方で、意匠性に優れた金属光沢を有するデザイン表面を得るためには、ショットブラスト加工面の表面粗さを予め粉体塗装で平滑化しなければならない。ショットブラスト加工を施すと、少なくとも数10μmサイズの凹凸が、素材表面に形成される。このため、厚み100μm以上の粉体塗装を付けなければ、凹凸の平滑化はできない。特に、表面の光沢が重要で、粉体塗装後、表面に全く凹凸のないようにするためには、150μm以上の膜厚が必要となる。

0015

次に、特開平6−227201号公報に開示された表面処理方法では、鋳造により得られたアルミホイールの意匠面に下地塗装を施した後、その上にアルミニウムのスパッタリングを施し、さらにその表面をクリア塗装で保護するものである。このようにして乾式メッキ層を設けることによる上述した不利を解消している。

0016

然しながら、上記の特開平6−227201号公報の方法でも、ピンホールを完全に閉じることはできない。そのため、下地塗装の焼き付け塗装時にアルミホイールを150℃位に昇温する過程でピンホール内に閉じ込められたガス膨張したり塗膜破壊したりすることもあり、故に、スパッタリング層の表面にアバタができて満足できる意匠性が得られない点が問題となる。

0017

また、特開平9−290213号公報に開示された技術では、次のように構成されている。まず、金属素材表面脱脂水洗する。そして、「カラーベースコート」、「カラーもしくはクリアの樹脂」の内、少なくとも1層を塗装する。その表面に「スパッタリング膜」を付けて、さらにその上に、クリアの「トップコート」を施している。この特開平9−290213号公報の実施例では、「カラーベースコート」の厚みは、10〜30μm、その上に60〜150μmの粉体塗装層を付けている。従って、「スパッタリング膜」の下地層の厚みは70〜180μmである。

0018

ところが、乾式メッキの前に、このように、通常より厚い粉体塗装を塗着することは次の点で問題となっていた。すなわち、
・ショットブラスト加工で生ずる凹凸除去を意図してレベリングをするために、下地樹脂層を厚くすればするほど、耐チッピング特性が悪くなり、所定のテスト方法に基づいて行われる製品の合否判定で良好な結果が得られなくなる。
・粉体塗装が厚いだけコスト高となる。
・高硬度の乾式メッキをコーティングしても、樹脂層が厚くなるほど、期待した程は高い表面硬度を得ることができなくなる。これは乾式メッキの下地である樹脂層は柔らかく、それが厚くなるほど表面硬度にその影響を顕著に与えるからである。

0019

最近、車両用アルミホイールの場合には、鋳造内部の高密度化による強度向上の要請により、鋳造圧力を低、中圧領域よりむしろ高圧領域に設定してダイカストを行い、アルミ素材の鋳造品を形成することがある。このような高圧領域の加圧力で形成したアルミホイールの場合、鋳造成形後の「脱脂、水洗」では充分に金属素材表面から金型に塗布する離型剤が除去できない場合がある。すなわち、成形時に金属素材表面に離型剤が強固に付着するので、簡単には取れなくなるためである。

0020

他方、鋳造圧を高圧領域に設定した場合にも、鋳造されたアルミ鋳物の表面から完全にピンホールの発生を解消することは困難であると、一般的には認識されている。故に、このような残存ピンホールを閉じると同時に離型剤の剥離をも実現するために、比較的安価なショットブラスト加工を使って素材表面をクリーンにする方法が常用される。つまり、高圧領域におけるアルミ鋳物製品の表面処理に、特開平9−290213号公報記載の方法を施すために、ショットブラスト加工処理を行う。したがって、高圧領域における鋳造の場合でも、やはり、スパッタ膜の下地層の厚みは、100μm以上、場合によっては、150μm以上が必要となっていた。このため、既述のように、チッピング特性の低下を回避し得ず、鋳物製品の最終的な合否判定のテスト過程不合格となっていた。

発明の開示

0021

上述のような従来技術における問題点に鑑み、本発明の主たる目的は、軽金属材料、特にアルミ素材の鋳造条件を選定することにより、表面処理前のアルミ鋳物の内部強度と鋳肌面を予め所定の高品質状態に形成することによって、その後の表面処理により金属光沢と意匠性に優れた光輝面を有し、かつ良好なチッピング特性を呈することが可能な軽金属鋳物の表面処理方法および同方法によって表面処理を施されたアルミ鋳物製品を提供せんとするものである。

0022

本発明の他の目的は、アルミ素材を含む軽金属材料の高圧鋳造法によって得た軽金属鋳物製品に対して乾式メッキをコーティングして金属光沢を得る表面処理において、乾式メッキ膜の下地の樹脂厚みを10μm以上40μm以下と、従来の厚みより薄くして、しかも意匠性に優れた金属光沢を実現する軽金属鋳造製品の表面処理方法を提供することにある。

0023

本発明の更なる目的は、鋳造時に発生するピンホールを大幅に少なくするとともにピンホールサイズも小さくし得る高圧鋳造工程を経て得た軽金属鋳物の鋳肌面にショットブラスト処理やクロム酸クロメート処理を施すことなく、直接研磨工程で鋳肌面のピンホールを除去して平滑な研磨面を生成することにより、均一かつ薄膜状の樹脂塗装層をアンダコートとして塗着し、かつアルミニウム等の所望金属の乾式メッキ層を設けて光輝性、光沢性に優れ、かつ所定のテスト手順遂行されるチッピング特性の良否判定において合格し得る意匠面を有した軽金属鋳物の表面処理方法および同方法によって表面処理を施されたアルミ鋳物製品、特にアルミホイールを提供せんとするものである。

0024

上述した目的を達成すべく、本発明は、従来から実施されていたショットブラスト加工に代え、研磨、特にバレル研磨を軽金属鋳物の鋳肌面に施す方法を採用している。そして、このバレル研磨後に、乾式メッキの下地の第一の樹脂塗装を施すようにしている。このバレル研磨とは、メディアと呼ばれる粒状物研磨剤との混合物を用いて乾式研磨する方法である。バレル研磨後、当該研磨面に10μm以上40μm以下の厚みの第一樹脂塗装層を形成し、更に当該第一樹脂塗装層の表面上に乾式メッキ層を形成するようにしている。同乾式メッキはスパッタリング法により所定の金属被膜の層を施すものであり、当該乾式メッキ層が柔らかい場合、該乾式メッキ層の上に透明な第二の樹脂塗装によりトップコート層を形成するようにした。

0025

なお、研磨工程としては、バレル研磨工程の外に、バフ研磨工程や液体ホーニング工程を適用することも可能である。バフ研磨は布などの柔軟性材料により造られたバフに研磨剤を保持させ、このバフを回転させてワークに押し当てて研磨加工するものである。この場合の研磨剤はバフの外周面接着剤で固定するか、もしくは水等の媒体に混合してバフに吹き付けるようにする。また、液体ホーニングは、ノズルからワークに対して噴射される研磨液によって研磨するものである。この研磨液としては、一般的に、水にアルミナまたはホワイトアランダム等を混ぜたものを使用する。バレル研磨は、バフ研磨に比較すると研磨時間を短時間で済ませることができ、大量処理ができて研磨コストを低減させることができる点で有利である。また、液体ホーニングに比較して研磨面を鏡面にでき、研磨面の平滑化のための下地の樹脂厚みをより薄くできる点で有利となっている。

0026

低圧鋳造法や重量鋳造法などで鋳造した鋳物の場合、バレル研磨面に樹脂塗装を施すと、塗装面の一部がゴマ粒大から小豆大の大きさに膨れる。この膨れは、研磨面に多く存在するピンホール内のガスが、塗装工程熱処理で膨張することにより発生する。従来利用されていたショットブラストならば、ショット粒高圧衝突することで、多くのピンホールは潰され、上記の膨れの問題は起こり難かった。しかし、バレル研磨では、ほとんどのピンホールは潰れることなく、そのまま残ってしまうのである。

0027

さらに、前記塗装面に乾式メッキする際にも問題が起こる。すなわち、乾式メッキのために、鋳物をチャンバーに入れて真空引きしても、ピンホール内のガスが樹脂塗装膜を通して出てきて、容易に真空度が上がらないのである。本発明のように、樹脂塗装を薄くしよとすると、ガスはさらに樹脂塗装膜を通り易くなるので、より真空度が上がるのに時間が掛かる。

0028

したがって、低圧鋳造法などで鋳造したアルミホイールの場合、「バレル研磨した後、樹脂塗装を施し、そして、その上に乾式メッキすること」で意匠性に優れた金属光沢を得ることは難しいことが容易に判断できる。

0029

本発明者は、高圧鋳造法ならば鋳肌表面の発生ピンホール数とピンホールの口径の大きさ(ピンホールサイズ)とが充分に減少し、上記の表面処理が旨くできる可能性があることを考察した。そこで、既述のような高圧鋳造法で鋳造した鋳物に、上記の表面処理を施したところ、意匠性に優れた金属光沢を有する鋳物表面を得ることも可能であることが判った。ただし、例えば、「ゲート断面積が小さい」といったような、圧力が伝わり難い条件の場合には、射出プランジャの圧力がゲートから遠い鋳肌面まで充分に伝播せず、ピンホールがまだ表面に残る。このため、充分に意匠性に優れた金属光沢面を得られなかった。

0030

そこで、本発明者等は、「加圧ピンを金型のゲートに相対する位置に設置し、凝固収縮に合わせて加圧するアルミホイールの金型条件」で鋳造テストを実施した。その結果、加圧力が鋳造品の意匠表面まで充分に伝播して、上記表面処理で意匠性に優れた金属光沢を有する表面を得られるとの知見を得て、上述した課題を解決したものである。

0031

本発明は、金型に注入した軽金属材料の溶湯に射出プランジャから約50メガパスカル超の鋳造圧を付与して鋳肌面における発生ピンホールを所定条件まで抑止された鋳物を成形する鋳造工程と、

0032

前記鋳肌面に研磨処理をほどこした研磨面の表面粗さが所定の値以下になるようにする研磨工程と、

0033

前記研磨面に第一の樹脂塗装層を形成する塗装工程と、

0034

前記樹脂塗装層の表面に乾式メッキで金属または金属化合物の層を形成するメッキ工程と、

0035

包含してなることを特徴とする軽金属鋳物の表面処理方法が提供される。

0036

好ましくは、前記研磨面における発生ピンホールの所定条件は、該研磨面の所定面積内に発生したピンホールの数と最大口径の大きさとが所定の値以下となる条件であり、殊に、前記研磨面の100cm2に付いて上記ピンホールの数は1〜15個の範囲内に有り、前記最大口径の大きさが2mm以下であることが好ましい。より好ましくは、前記研磨面の100cm2に付いて上記ピンホールの数は1〜10個の範囲内に有り、ピンホールの上記最大口径の大きさが2mm以下であり、かつ該最大口径が1.0mm〜2.0mmのピンホールは1個または0個である。

0037

また、好ましくは、前記研磨工程によって得られた前記研磨面の表面粗さがRmaxで6.3μmである。

0038

好ましくは、上記第一の樹脂塗装層の厚みが10μm以上、40μm以下であり、上記金属または金属化合物の乾式メッキ層の上に透明な第二の樹脂塗装層をトップコート層として形成する。

0039

好ましくは、上記鋳造工程は、金型キャビティーに充填した上記軽金属材料の溶湯に加圧ピンにより該溶湯の高圧下での凝固過程に更に、スクイズ圧力を該溶湯の所定部位に付与する加圧工程を包含している。

0040

本発明によると、車両用ホイール鋳造用金型キャビティに充填したアルミ素材の溶湯を射出プランジャで加圧することと併せて金型に設置した加圧ピンにより該溶湯の凝固過程で、その溶湯のホイールボス形成部位を加圧してアルミ鋳物の鋳肌面に発生するピンホールを大きさが直径で1.0mm以下、数で面積100cm2当り10個以下となるように高圧鋳造法によってアルミホイールを鋳造し、該鋳肌面を表面粗さがRmaxで、1.6μm以下となるようにバレル研磨面を設け、該バレル研磨面に厚みが10μm以上、40μm以下の樹脂塗装層をアンダーコートとして設け、該樹脂塗装層の上に金属または金属化合物から成る乾式メッキ層を設け、該乾式メッキ層の上に透明なトップコート層を形成して意匠面を得た構造を有する光輝性車両用ホイールが提供される。

0041

上記構成による軽金属鋳物の表面処理方法では、高圧鋳造物のアルミホイールに研磨を施すようにしたので、アルミホイール表面には、わずかな研磨傷は残るものの、鏡面に近い程度まで研磨できる。したがって、ショットブラスト加工を施した場合よりも薄い樹脂塗装層を施してアルミホイール表面の鏡面処理が可能となっている。特に、バレル研磨を施すことにより、ショットブラスト加工を施した場合よりも大幅に薄い樹脂塗装層、つまり10μm以上でせいぜい40μm以下の厚みでアルミホイール表面を鏡面にできる。
発明を実施するための最良の態様

0042

次に、具体的な実施形態について添付の図面をも参照して詳述する。

0043

本発明に係る高圧鋳造および表面処理の工程を図式化した図1フローチャートを参照すると、まず、高圧鋳造によってアルミホイールの鋳造が行われる(ステップ100)。これは図2に示している高圧鋳造装置10を用い、金型12のキャビティ14に射出プランジャ16を通じてアルミ素材の溶湯を充填し、その射出プランジャ16の前端面からキャビティ14内の溶湯に約50メガパスカル〜110メガパスカルの高圧力で加圧する。ここで、最も好ましい実施形態としては、金型12のゲート18に対向して加圧ピン20を備えている。加圧ピン20は油圧シリンダ22の作用で、金型キャビティ14に充填した溶湯が射出プランジャ16で加圧することと併せて、当該溶湯の凝固過程において、その溶湯のゲート18と対向した部位を加圧するようになっている。これにより、射出プランジャ16の圧力がゲート18から遠い鋳肌面まで充分に伝播することになる。したがって、鋳造後の鋳肌表面にピンホールが残ることを防止するとともに凝固後の高密度化をも促進することができる。加圧ピン20の作動は、切替四方弁24によって最適のタイミングから所望の圧力曲線(時間対圧力の曲線)に従って加圧力が付与されるように制御すれば良い。なお、加圧ピン20を作動させることなく、上記の高圧下で鋳造しても低圧鋳造や中圧鋳造の場合に比較して充分に鋳肌面でのピンホール発生を低減させ得るので、加圧ピン20なしの高圧鋳造装置(図3参照)で鋳造したアルミ材等の軽金属鋳物に以下に詳述する表面処理を施しても、本発明による作用、効果を得ることはできるものと理解して良い。ここで、再び図1のフローチャートを参照すると、高圧鋳造されて金型12から取り出されたアルミホイールの鋳造体は、熱処理工程(ステップ105)によって所望の熱処理を受けてから車両ホイールとしての寸法形状に応じてリムの機械加工等が施される(ステップ106)。このようにして機械加工工程を経たアルミホイールの鋳造体は、例えば、図4に参照番号26で示されており、同図4に示すように、その鋳肌面をバレル研磨する(ステップ110)。

0044

このバレル研磨工程では、アルミホイール鋳造体26は、バレル研磨装置28に装着され、まず、トウモロコシコーンまたはコルクと研磨剤を混合したメディア30をバレル槽32に投入する。そして、モータ軸に連結したディスクに固定したアルミホイール鋳造体26を、バレル槽32内の上記メディア中に挿入する。この状態でモータM1を回転すると、ディスク34を介して矢印で示す回転運動が伝達され、メディア30内でアルミホイール鋳造体26が回転して、このメディア30がアルミホイール鋳造体26の表面に衝突し、同鋳造体26の鋳肌面を微細表面状態に研磨するものである。なお、バレル研磨工程において、予めアルミホイール鋳造体26をバレル槽32内の研磨剤中に降下、位置決めする場合にモータM2が用いられる。

0045

バレル研磨工程を経たアルミホイール鋳造体26は、バレル研磨装置28のバレル槽32から取り出され、水洗等の適宜の洗浄剤による脱脂工程を経て洗浄、脱脂され(ステップ112)、更に、鋳肌面と塗装層との密着性を向上させる通常のクロメート処理が施される(ステップ114)。

0046

クロメート処理終了後のアルミホイール鋳造体26は、乾燥工程を経て乾燥され(ステップ116)、その後に樹脂塗料による下塗り塗装、すなわちアンダーコート塗装工程に付される(ステップ120)。このアンダーコート塗装工程では、好ましくはプライマー塗装溶剤系塗装とによる重ね塗装層が行われ、プライマー塗装には例えば、エポキン系樹脂塗料が用いられて耐食性の向上を図り、また、溶剤系塗装には例えば、ポリエステル系塗料メラミン溶剤塗料を用いてその後の乾式メッキの密着性を向上させる。こうして、バレル研磨後の鋳肌面上に樹脂塗装層を形成し、その後、160℃〜180℃、20minで塗装層の焼き付けがおこなわれる(ステップ130)。この樹脂塗装層の厚みは、10μm以上、40μm以下に選定される。

0047

樹脂塗料によるアンダーコート塗装を終えた後、そのアンダーコート塗装層の上面に乾式メッキ処理が施される(ステップ140)。乾式メッキには、スパッタリング法、真空蒸着法イオンプレーティング法の3種類がある。この内、車両用アルミホイールの意匠面のような複雑形状でも、膜の形成性の良いスパッタリング法が最適に利用される。スパッタリング膜としては、0.1μm〜1.0μm厚みのアルミニウム被膜等が形成されるが、このスパッタリング膜の上にトップコート層を設ける場合(ステップ150)、その塗料としてウレタン系またはアクリル系またはエポキシ系樹脂使い、塗装厚さは、25μm〜30μm程度に選定される。なお、トップコート層を粉体クリアーを用いて設けるようにすることも可能である。

0048

上記のようにして設けたトップコート層の塗料は、100℃〜160℃で時間20minの条件で焼き付けが行われる(ステップ160)。

0049

このような実施例によれば、乾式メッキ膜の下地の樹脂厚みを10μm以上、40μm以下と、従来の厚みより大幅に薄くして、しかも意匠性に優れた金属光沢を有する表面処理をアルミホイール製品を最終的に得ることができた。

0050

図5は、上述のような高圧鋳造法で鋳造され、表面処理工程を経て得られたアルミホイール26aを示した断面図であり、タイヤ50が装着されるホイールリム40、車軸への結合を可能にする中心ハブ孔等を有したホイールハブ42を備えている。なお、アルミホイール26aの断面形状、特に、ホイールハブ42の断面形状は、意匠性と強度とを考慮した種々の需要に応じて異なり、図示例は単なる一例であることを理解する必要がある。

0051

また、図6Aは、同アルミホイール26aのA部を取り出し図示したものであり、そのホイールハブ42の意匠面の表面処理構造を拡大図示したものである。なお、図6Bは、図6Aとの比較のために示した従来技術による低圧鋳造法(溶湯表面に0.050メガパスカル(約0.5kg/cm2)の低圧力を加圧しながら鋳型に導入したもの)で鋳造した同様のアルミホイール鋳造体に従来の表面処理法による表面処理を施した場合の断面図である。

0052

図6Aと図6Bとに示す表面処理構造の対比から明らかなように、図6Aに示す本発明においては、アルミホイールの鋳造体26aが高圧鋳造法で鋳造したために、元々鋳肌面にピンホール発生が充分低減された平滑面を有して形成されていることから、その鋳肌面にバフ研磨等を施して更に滑らかな鋳肌面とした上に表面処理によりアンダーコート層、乾式メッキ層、トップコート層を順次に形成した結果、全体的な表面処理層の厚さがいたずらに大きな厚み寸法を有することなく、特に、スパッタリング等による乾式メッキ層として設けられた金属被膜の光輝性を活かした良質な意匠面を得ることが可能となっている。図6Aの図示例では、トップコート層を好ましい典型例としてプライマー塗装+溶剤系塗装で設ける場合を示したが、粉体クリアーによってトップコート層を設けることも可能であることは理解すべきである。

0053

他方、図6Bに示す従来技術のものでは、低圧鋳造法で形成されたアルミ素材の鋳造体における鋳肌面にピンホール閉鎖のために、ショットブラスト処理を施し、その上にショットブラストによる鋳肌面の凹凸除去のために厚い下地塗装層ポリエステル系粉体塗装を施したもの)を形成し、更に、ポリエステル+メラミン系溶剤塗装層による円滑表面にアルミ素材膜を形成し、更にトップコート層としてのアクリルシリコン系溶剤塗装を施した構成は、全体的な表面処理層の厚さが嵩み、後述する耐チッピング性能劣化させる結果となるものである。

0054

図7は、アルミニウム等の軽金属材料を用いた鋳造体の鋳肌面に所要の表面処理を施した鋳造製品、特に、車両用アルミホイールにおける意匠面の品質評価テストとして従来より用いられている耐チッピング性能テストを実施するためのテスキ機構の構成を略示したものである。同図7に示すように、被テスト部材60が適宜のスクリーン70の上方またはスクリーン面に配置され、この被テスト部材60の被テスト面60Aに対して直角の方向から所定サイズの石塊を所定量、圧力空気流で所定位置から噴出し、被テスト面60Aに形成された種々のきず穴の大きさと個数とから意匠面の品質評価をおこなうものである。

0055

図7において、矢印Sから石塊の所定量がロート64内に注入され、矢印Rから所定圧力空気流を導入し、噴射管66から矢印Tのごとく噴出が行われる。この耐チッピング性能テストは、米国材料試験規格(ASTMD3170)に基づいたテスト方法であり、被テスト面60Aに形成されたきず穴を予め準備されている一定の規格サンプル面目視対比されて品質上の合否が判定される。

0056

なお、代表的な車両用アルミホイールに対する耐チッピング性能のテスト条件としては、石塊として玄武岩6号(径4.8mm〜8.0mm)が使用されており、テスト使用量は同石塊を約100グラム、注入速度を50g/sec、射出圧力を4.1kg/cm2(約0.402メガパスカル)、テスト面までの距離を35cmに設定してテストを実行した。また、テストの実行に当たっては、図7作動原理を有したテスト装置の代表例であるスガ試験機(株)(大阪府吹田市)製による飛び石試験機(型式:JA400)を用いた。

0057

図8および図9は、このような耐チッピング性能テストを従来技術による低圧鋳造法および表面処理法で製作された車両用アルミホイールと、本発明による高圧鋳造法および表面処理法で製作された車両用アルミホイールの各ホイール意匠面の耐チッピング性能のテスト結果を示したもので、図8に示した従来技術に係るホイールでは、チッピングの口径が大きく、かつチッピング個数も多数に渡っていることがわかる。

0058

これに対比して図9に示す本発明に係るテスト対象であるアルミホイールの場合には、チッピングの発生数が大幅に低減しており、かつチッピングの口径も小さいことが理解できる。つまり、ホイール意匠面のチッピング性能がはるかに従来技術のものより勝っていることが分かるのである。

0059

ここで、表1を参照すると、同表1は、本発明に従って高圧鋳造+加圧ピンによる加圧付加によって鋳造した車両用アルミホイール、高圧圧鋳造のみで鋳造した車両用アルミホイールの二つのサンプル鋳造体および従来技術に従って低圧鋳造法で鋳造したアルミホイールに、図1におけるステップ110に示したバレル研磨による研磨処理をそれぞれのホイール鋳肌面に研磨深さを40〜60μm、140〜160μm、280〜300μmの三種類の場合に設定して実施したときに鋳肌面の部位B1〜B3(図5に示すアルミホイール26Aの矢印B1〜B3で示したホイール部位に相当する鋳肌部位)において100cm2当たりに残存したピンホール状態を示したものである。

0060

表1から、各部位B1、B2、B3において、本発明に基づく高圧鋳造法(高圧鋳造+加圧ピン又は高圧鋳造)を適用して鋳造された二種のサンプルアルミホイールでは従来技術の低圧鋳造法で鋳造されたサンプルアルミホイールよりも、研磨面におけるピンホール発生数が全部位で大幅に低減し、特に、ピンホール口径がφ1.0〜2.0と大きな口径域で大幅に個数が低減していることがわかる。すなわち、バレル研磨深さを増加させると、高圧鋳造に加えて加圧ピンによるスクイズ圧を付加して鋳造した場合には、確実にホイール部位の相違に関係なく100cm2当たり高々15個以下の残存ピンホール数が見られるだけであり、かつ口径の大きなピンホール残存数が極めて少ないことがわかる。従って、かかるピンホールの発生数も口径の大きなピンホール数も少ないアルミ素材の高圧鋳造体に図1のステップ105から160に示す工程による表面処理を施すことにより、図9に示すような耐チッピング性能が極めて良好なホイール意匠面を得ることが可能となったものである。

0061

他方、従来技術に基づく低圧鋳造法により製造のサンプルアルミホイールでは、バレル研磨の深さを増加させても、研磨面に残存するピンホール数が多く、かつ口径の大きなピンホールが残存することがわかる。このため、低圧鋳造法を用いたアルミホイールではショットブラストでこのピンホールを潰すのが必須条件となり、アンダーコートの厚さを増加させて金属メッキ層スパッタするアンダーコート層をレベリングしなければならない。このため、トップコート層として塗装層を金属メッキ層等の上に重ねたとき、図8に図示のごとく、意匠面の耐チッピング性能の劣化を免れ得なくなるのである。

0062

なお、アルミホイールの表面処理された意匠面の塗膜性能評価法としては、既述した耐チッピング性能の外に、耐食性テスト、耐候性テスト等の諸種のテスト法が、常用、周知であるが、本発明に係る表面処理法を適用した軽金属鋳造体の意匠面は、これらの評価法によるテストにも適合することが確認された。

0063

なお、本発明の表面処理を行う対象はアルミホイールに限らず、高圧鋳造する他の軽金属材料製の鋳造体にも適用することが可能であることは、当業者なら容易に理解できよう。

0064

以上の記載から明らかなように、本発明によれば、アルミホイール等の軽金属材料の表面に、乾式メッキの下地処理である溶剤系の樹脂塗装を施す前に、バレル研磨をアルミホイールの表面に施すもので、これまでは粉体塗装層が100μm以上、場合によって150μm以上必要であったのを、溶剤系の樹脂塗装層を10μm以上、40μm以下の厚さ範囲で付着せしめるだけで、表面は充分に平滑化され、安価で意匠性に優れ、しかも耐チッピング性能に勝った、金属光沢を有する意匠面を得ることができるという優れた効果が得られた。

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