JP2004122320A

JP2004122320A - 車両用ホイールの加工方法およびそれに用いるチャック装置

Info

Publication number: JP2004122320A
Application number: JP2002292040A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Hatakeyama; 畠山　三寛; Hisami Yajima; 矢島　久美
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2002-10-04
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】真円度、特にインナービードシート部での真円度の高い最終形状とすることができる車両用ホイールの製造方法およびそのためのチャック装置を提供する。
【解決手段】ディスク部とリム部を有する車両用ホイールを固定するための固定手段を具備する車両用ホイールのチャック装置であって、
前記固定手段は、リム部のインナー側のビードシート部周囲に先端を突出する形状でインナーフランジと接触固定する第１のアームと、リム端外周部の最大径となる部分および／またはインナーフランジの内周面でインナーフランジと接触固定する第２の固定手段と、を具備することを特徴とする
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に軽合金製の車両用ホイールを鋳造・加工する際に、リムのひずみ、特にビードシート部のひずみ（を低減可能な加工方法、およびそれに用いるチャック装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のロードホイールには種々の材質、構造のものがあるが、自動車の軽量化及び外観や意匠性の向上を目的として、アルミホイールに代表される軽合金製ホイールを装着する比率が増大している。この軽合金製ホイールは、通常低圧鋳造法で製造されることが多い。即ち、低圧鋳造法では、溶湯が金型キャビティ内に低速で充填されるので、ガスの巻込み及び酸化物の発生が他の鋳造法に比べて極力抑制されるからである。
【０００３】
一般に軽合金製ホイール３０は、図３に示すようにボルトとナットにより車軸に取付けられる厚肉のハブ部３１と厚肉部と薄肉部が混在してデザインとなるスポーク３３からなるディスク部３２と、タイヤが取着される薄肉のリム部３４から構成されている。リム部の形状は規格により厳しく規定されている。アウターフランジ３５とインナーフランジ３６、およびアウター側のビードシート部とインナー側のビードシート部はタイヤが接触して内部の空気を密封するための形状であり特に重要な部分である。
【０００４】
上記ホイールを低圧鋳造で製造・加工する場合、以下の工程から製造される。まず低圧鋳造によりホイール素材が鋳造される。次にこのホイール素材の鋳造時の金型湯口で凝固した不用部分を削除する。その後、このホイール素材にＴ６処理などの熱処理を施す。熱処理前の車両用ホイール素材は一般にＦ材と言われる。熱処理された車両用ホイール素材は、図４（ａ）に示すように、第１にアウターフランジをクランプにより保持・固定され、このアウターフランジ部のホイール素材形状を加工基準として旋盤によりバイトを矢印のように動かしてインナーフランジ側の内周面と外周面を切削加工する。この際、ディスク面の裏側まで旋盤加工することが多い。次に図４（ｂ）に示すように車両用ホイール素材の回転位置を所定の手段により検知し、ハブ穴やボルト穴となる部分にドリルで穴加工する。回転位置を検知する手段はディスク部の形状を画像処理装置などで読み込んで決める手段などがある。また、別の手段として車両用ホイール素材のアウターフランジ部の所定位置に凹部や凸部を形成し、その部分を赤外線センサや画像処理などで検知して取り込む手段がある。この凹部や凸部は切削除去される部分で形成される。その後、図４（ｃ）に示すように最終形状となったインナーフランジ側をクランプにより保持・固定し、アウターフランジ側のホイール素材を旋盤加工する。この際、必要によりスポーク部表面やハブ部のディスク面も加工する。その後、タイヤに空気を入れるためのピン用の穴を加工（図示せず）する。これにより最終形状に加工され、塗装・焼きつけ処理などを施して最終製品となる。
【０００５】
近年の軽合金ホイールの傾向として大口径化が目立つ。これは径の小さいホイールではスチール性ホイールと比較してあまり重量差がなく、径が大きくなることに飛躍して軽量化の効果が現れ、車両に装着した際に燃費向上等の機能を発揮するからである。しかしながら、重要保安部品で有る車両用ホイールでは大口径化が要求されても、寸法は小口径のものと差がない精度を要求される。車両メーカの規格となる基準は主に（１）リムの円筒度および真円度、（２）ホイールのバランス、（３）強度、である。（３）の強度はホイールの設計事項で対処されることが多い。しかしながら（１）と（２）に関しては鋳造時の素材形状に依存せず、鋳造後の熱処理・冷却をした際の変形によるところが大きく影響する。
【０００６】
リムの円筒度および真円度に関しては、次のことが寸法精度を悪化させる要因と考えられる。リム自体の厚さは非常に薄く、車両用ホイール素材の時点でも１０ｍｍ程度である。これは小口径でも大口径でも必要とされる素材肉厚は変わらない。小口径であればさほど問題はないが、大口径化されると径に対してリムの肉厚が薄くなるため非常に変形が起きやすくなる。このリムの変形は主に熱処理時およびその後の焼入れ処理（水焼入れ）時に起こることが確認された。多量の鋳造熱処理品を一同に焼入れしようとしても、各ホイール素材のリム部に円周方向に渡って均一に冷却することは困難であり、これを起因としてリム部が歪むことが考えられる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−９４７０９号公報（第４頁、第５図）
【特許文献２】
特開平９−６６４０７号公報（第３−４頁、第１図）
【特許文献３】
特開平８−２５７８１２号公報（第３頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特にビードシート部はタイヤが当接する部分であり、要求される規格が非常に厳しい。アウター側のビードシート部はディスク部に近いため、比較的歪みがなく、加工中に塑性変形を起しずらい。しかしインナービードシート部はリムの端部に近く、歪み量が大きいため、旋盤加工してもこの規格内に入る最終形状の車両用ホイールを歩留まりよく製造することは困難であった。従って、本発明の目的は、真円度、特にインナービードシート部での真円度の高い最終形状とすることができる車両用ホイールの製造方法およびそのためのチャック装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は歪み量を低減するため、インナー側のビードシート部の旋盤加工時にはインナーフランジ側を旋盤加工機のチャック装置に固定することが望ましいことを知見した。しかしながら前記したようにインナー側のビードシートはアウター側のフランジ側を固定して加工しており、別途インナーフランジ側を固定してインナービードシート部を加工する工程を設けると設備費の増大、設置場所の確保、製造ラインの複雑化から好ましくない。また、アウターフランジを加工する工程（図４（ｂ））でこのインナー側のビードシート部を加工しようとしても、チャック装置のクランプは図４（ｂ）に示すようにインナービードシート上に延出しており、旋盤工具のバイトを入れることができない。そのため、次のような構造を持つチャック装置を用いて車両用ホイールを加工する方法に到達したものである。
【００１０】
つまり、本発明は、ディスク部とリム部を有する車両用ホイールを固定するための固定手段を具備する車両用ホイールのチャック装置であって、前記固定手段は、リム部のインナー側のビードシート部周囲に先端を突出する形状でインナーフランジと接触固定する第１のクランプと、リム端外周部の最大径となる部分および／またはインナーフランジの内周面でインナーフランジと接触固定する第２の固定手段と、を具備することを特徴とする。第２の固定手段だけであると、図４（ｂ）で示すアウターフランジの旋盤加工のチャッキング力として不足する。本発明のように、アウターフランジの旋盤加工用として、従来の（第１の）クランプを備え、かつ別途ビードシートを旋盤加工できるように第２のクランプを併設させることが構造上と生産上の流れを円滑にする点で重要である。当然、第１のクランプは第２のクランプによりホイールを固定している間はビードシート部上から離れるよう、可動することができる。
【００１１】
この第２の固定手段はインナーフランジの径中心方向と外径方向に圧接することで実質的に固定する形状であるようにすれば、インナービードシートの部分を固定手段に阻害されずにバイトで旋盤加工することが可能である。また、このチャック装置はホイールのハブ穴を固定可能な第３の固定手段を具備するものであれば、さらに加工中のチャックずれがなくなりかつ軸との平行度や加工中心軸が決まり好ましい。さらに、第１の固定手段と第２の固定手段は図１に示すように互いに等間隔かつ同数具備する構造が好適である。
【００１２】
旋盤加工後にショットピーニングなどで表面荒さを少なくすることもあるが、本発明において最終形状とは旋盤やマシニングなどの加工が終了した時点での形状を示す。また、ビードシート部とはタイヤと車両用ホイールとの接触面を指すが、本発明ではフランジでの径方向での接触面を主にさし、この部分で真円度の目安となるフレの測定を行なっている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
始めに本発明の詳細を図面を用いて説明する。
図１は本発明を実施するためのチャック装置１０の断面図である。施行中の様態を示すため、破線にて車両用ホイール３０を記載している。本発明のチャック装置１０はチャック装置本体１６に従来のホイール固定手段と同様の形態である第１のアーム（クランプ）１１ａの他、従来にない構造である第２のアーム１２および／または１３を具備している。第１のアーム１１ａはホイールのインナーフランジを外側から引っ掛けるようにして固定するものである。しかしながらこの構造では第１のアームの先端はインナー側ビードシート部３８の周囲に配置されてしまう。このため、第１のアーム１１ａは固着力に優れるものの本発明の主旨であるビードシート部の精密加工を行なうに相応しくない形状である。
このため第２のアームは少なくともインナー側ビードシート部３８の周囲を覆わない形状であることが必要である。例えば図１中第２のアームである１２ａは最大径となるリム端の部分で外周側から接触させて固定する構造である。また、他の形態の第２のアーム１３ａはリムの内側側から接触させて固定する構造である。どちらかの構造を採用しても良いが高速回転する旋盤加工機のチャック装置としては併用することが望ましいであろう。また、周方向へ幅を持たせて接触させればよりチャック装置と車両用ホイールの固着力を高めることができる。この場合は第２のアームの接触部は弧形状となるが車両用ホイールの径によりこの弧形状が変わるため交換する必要が有り汎用性が落ちる。アームの個数をふやすことで改善するなど車両用ホイールの重量、形状、旋盤加工時に必要な固着力などを見極めた上で適宜選択することが重要である。
【００１４】
また、第３のアームとして車両用ホイールのデザイン面を位置固定する固定手段を設ければより固着力が高まる。センターに開くハブ穴で接触固定するのが簡便かつ効果的である。第３のアーム１５はチャック装置の固着力を高める他、加工する車両用ホイールのセンターを正確に旋盤の回転中心軸に併せる役割を担う。この図中この第３のアーム１５はボルトによりチャック装置本体１６と固定される。また、チャック装置本体１６は旋盤加工機に固定部１７を介して回転力が与えられる。
【００１５】
図２は第１のアームと第２のアームとの位置関係を模式的に示すものである。図１の車両用ホイールを固定したチャック装置を車両用側からみたものになっている。図２に示すように周方向に交互に第１のアームと第２のアームが設置され車両用ホイールを固定している。各々３つのアームを等間隔に記載しているが前記したように個数は適宜設定されるものである。
【００１６】
図１と図２を用いて実施の形態を示すが本発明はこれに限定されるものでは無い。まず図４（ａ）〜（ｃ）と同様に車両用ホイールに旋盤加工を施す。この際第１と第２のアーム両方により車両用ホイール３０を固定して行なった。図４（ｃ）の加工直後はインナーフランジを第１と第２のアームで固定している状態である。その後第１のアーム１１ａ，ｂ，ｃのみを開き、第２のアーム１２ａ，ｂ，ｃおよび１３ａ，ｂ，ｃのみで車両用ホイールを固定した。その状態で再度インナー側ビードシート部を精密加工した。併せてアウター側のビードシート部も精密加工した。図４（ａ）にて既にホイール素材を加工した部分であり切削量は少なく５０μｍ以下の切削深さで精密加工することができ、第２のアームの固着力でも十分な旋盤加工が行なえた。この車両用ホイールの回転軸に対する外径のばらつきを測定した。ハブ穴に試験用の回転軸を固定しインナー側とアウター側のビードシート部の外周側に表面粗さ計の針を設置して目標寸法に対する誤差（フレ）を測定した。測定位置は等角度に１０ヶ所（３６°おき）とした。表２に本発明のインナー側とアウター側のビードシート部のフレの平均値を示す。また、比較として従来のチャック装置を用いて５０μｍ以下の精密加工を施さない場合のインナー側とアウター側のビードシート部のフレの平均値、および従来のチャック装置を用いて精密加工を行った際のフレの平均値を表１に示す。試料数は全てｎ＝３０である。また本発明の旋盤加工に対しての比較例の施行時間を示す。
【００１７】
【表１】

【００１８】
精密加工を行わない従来製法（比較例１）では施行時間は短いもののインナー側、アウター側のフレが共に大きくメーカー側の厳しい寸法精度の要求に対応することが難しい。また、従来製法で精密加工したもの（比較例）はアウター側はフレが少ないもののインナー側のフレを抑制することが困難である。これは従来のチャック構造ではアウター側のリムで車両用ホイールを固定しないとインナー側のフランジを旋盤加工できないためである。リムの径方向の歪みはアウター側ではディスク面のスポークにより抑制されるがインナー側では円筒状であり非常にひずみやすい。特に加工前の工程である熱処理工程でひずみが発生している場合、楕円形のように歪んだリムを加工することになり精密加工を施してもこの歪みが原因でインナー側のフレを押さえることが難しいことが解る。さらにはインナー側とアウター側のビードシート部を加工するには図４における（ｂ）の工程でインナー側を加工し、別途（ｃ）アウター側を加工せねばならない。その都度、切削工具のバイトをホイール素材に当てたり離したりしなければならないため加工時間が余分に必要である。
【００１９】
対して本発明のチャック装置を用いればインナーフランジを固定しつつ旋盤加工ができるため、もしインナーフランジが楕円形に歪んでいてもアームに固定されることで歪みが矯正され真円に近い形状のまま旋盤加工できる。これにより本発明のチャック装置を用いて加工した車両用ホイールは安定的にフレの小さなビードシート部とすることができたことが確認できる。さらに、従来の工程における図４（ｃ）の工程で１度にインナー側とアウター側を加工できるため、従来では２回に分けてバイトを離間させていた作業を１回の作業ですむようになり、精密加工において加工時間の大幅な短縮が実現できた。
【００２０】
【発明の効果】
以上に記述の如く、本発明によれば、従来にない構造をもつチャック装置を提供することができた。これを用いることで加工時間を短縮し、かつビードシート部のフレのが非常に少ない車両用ホイールを安定的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のチャック装置を示す要部断面図である。
【図２】チャック装置のクランプと車両用ホイールの位置関係を示す模式図である。
【図３】車両用ホイールの断面図である。
【図４】従来の車両用ホイールの加工工程を示す図である。
【符号の説明】
１０　チャック装置、１１　第１のアーム、１２，１３　第２のアーム、１５第３のアーム、１６　チャック装置本体、１７　固定部、３０　車両用ホイール、３１　ハブ部、３２　ディスク部、３３　スポーク、３４　リム部、３５　アウターフランジ、３６　インナーフランジ、３７　アウター側ビードシート部、３８　インナー側のビードシート部

Claims

ディスク部とリム部を有する車両用ホイールの加工方法であって、鋳造後のホイール素材リム部のインナーフランジを複数箇所で固定してインナー側のビードシート部を旋盤加工することを特徴とする車両用ホイールの加工方法。
前記旋盤加工は、アウター側のビードシート部も加工する請求項１に記載の車両用ホイールの加工方法。
ディスク部とリム部を有する車両用ホイールを固定するための固定手段を具備する車両用ホイールのチャック装置であって、
前記固定手段は、リム部のインナー側のビードシート部周囲に先端を突出する形状でインナーフランジと接触固定する第１のクランプと、リム端外周部の最大径となる部分および／またはインナーフランジの内周面でインナーフランジと接触固定する第２の固定手段と、を具備することを特徴とする車両用ホイールのチャック装置。
前記チャック装置はホイールのハブ穴を旋盤加工機の回転軸と同軸となるよう固定可能な第３のクランプを具備する請求項３に記載の車両用ホイールのチャック装置。
前記第１のクランプと第２のクランプは互いに等間隔かつ同数具備されている請求項３または４に記載の車両用ホイールのチャック装置。