JP2009101434A - 自動車用ホイール旋盤加工用チャック装置 - Google Patents

Abstract

【課題】寸法精度の高い自動車用ホイールを得るため、効率良く精密加工を可能とする自動車用ホイール旋盤加工用のチャック装置を得る。
【解決手段】フィンガーチャック前面中央にホイール芯出し機構を有する自動車用ホイール旋盤加工用のチャック装置であって、該ホイール芯出し機構を主軸方向に移動可能な構造とし、該フィンガーチャックから独立して移動可能なホイールプッシュ機構を該ホイール芯出し機構の対面側に備え、該ホイールプッシュ機構と該ホイール芯出し機構とで自動車用ホイールを把持又は挟持可能とすることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、軽金属製ホイール、特にアルミニウム合金製自動車用ホイールの旋削加工に使用するチャック装置に関するものである。

自動車用ホイールは、一般に耐衝撃性や耐疲労性に優れたものであることが要求され、従来から鉄、アルミニウム、マグネシウム等金属製のホイールが製造されている。近年においては、車両の操縦安定性や燃費向上の観点から軽量化が求められ、アルミニウム合金やマグネシウム合金等、軽合金製が主流である。自動車用ホイールが大口径化していることも軽量化に拍車をかける要素となっている。

自動車用ホイールは、その機能からリムの真円度が重要であり、特にタイヤが当接して内部の空気を密封する部分のビードシート部においては、厳しい寸法精度が要求される。しかしながら、特に大口径化した自動車用ホイールでは、旋盤加工後の内部応力による変形歪みも大きく、要求される寸法精度を満たすのは困難であった。

一般的な自動車用ホイールの旋盤加工の工程は以下の通りである。まず、旋盤加工第１工程として、自動車用ホイールのアウターリム側をチャック装置により把持し、アウターリム部を除くリムの外周及び内周と、ディスク部の裏面を旋盤加工する。次に、旋盤加工第２工程として、インナーリム側を把持してアウターリム部の旋盤加工を行い最終形状とする。

このような旋盤加工においては強力にリムフランジ部を把持するため、内部応力によって変形歪みを起こしてしまう。特に、ディスク部による支えが無いインナーリムは、アウターリムよりも大きく変形する傾向がある。大口径の自動車用ホイールにおいては、変形の度合いはより顕著に表れる。寸法精度を維持するため、アウターリム部の旋盤加工（旋盤加工第２工程）後、旋盤加工第３工程として、再度アウターリム側を把持し、インナーリムのビードシート部における精密加工を行う等の工夫がなされている。

しかしながら、前述した旋盤加工第３工程の微調整を行うには、旋盤加工第２工程においてインナーリム側を把持していた状態から取り外し、アウターリム側を把持するチャック装置を備えた別の旋盤加工機まで自動車用ホイールを移動させ、再度芯出ししてアウターリム側を把持するという段取りを要してしまう。こうした作業能率の悪さは生産性の悪化を引き起こしていた。また、旋盤加工第１工程と旋盤加工第３工程においては、共にアウターリム側を把持するため、同じ装置での加工が可能ではあるが、旋盤加工第１工程においては加工部分が集中していて多くの時間を費やすため、同じ装置で旋盤加工第３工程を行うには待ち時間が多く効率が悪い。生産性を悪化させないためには旋盤加工第３工程用の別の装置が必要となるが、設備費や製造ラインの複雑化を考慮すると好ましくない。

特許文献１にはフィンガー以外に第２のアームを具備したチャック装置が開示されている。フィンガーを解放させて第２のアームにてインナーリム側を把持してインナーリムのビードシート部の精密加工を行うものである。当該チャック装置にてフレの少ない車両用ホイールを製造することができるとしている。しかしながら、精密加工を行う際の第２のアームと第３のアームとによるクランプでは、チャック装置前方方向の力に対する抑止構造が無く、車両用ホイールが加工中に外れたりずれたりすることが無いか危惧される。また、車両用ホイールの径により第２のアームを揃えなければならず煩雑である。
特開２００４−１２２３２０号公報

本発明が解決しようとする課題は、寸法精度の高い自動車用ホイールを得るため、効率良く精密加工を可能とする自動車用ホイール旋盤加工用のチャック装置を得ることである。

本発明者らは、特許文献１で開示された発明とは異なるアプローチにて変形歪みを低減し、上記した課題を解決するチャック装置を発明した。本発明のチャック装置は、インナーリム及びアウターリムを把持力から解放し、ハブ部のみの把持によって自動車用ホイール全体をフリーの状態で、インナーリム及び／又はアウターリム、特にビードシート部の精密加工を行うためのものである。寸法精度を高めるための精密加工においては、フィンガーによるリムへの強力な把持力を必要とせず、ハブ部のみを把持することで十分に加工できる。こうして自動車用ホイール全体をフリーにして精密加工した自動車用ホイールは、把持力により発生する変形歪みが無く真円度が高いものとなる。

また、本発明のチャック装置は、インナーリム側を把持しての旋盤加工から、ハブ部を把持してインナーリム側の把持を解放し、ハブ部のみの把持による精密加工を行うまでの工程を１台のチャック装置で行うことができる。当該一連の工程を１台のチャック装置で自動化することにより、当該チャック装置における加工時間を、加工部分が集中する旋盤加工第１工程の加工時間内におさめることができ、生産性を落とすことなく精密加工まで施した寸法精度の高い自動車用ホイールを製造することができる。

このような作用を実現するために、本発明の自動車用ホイール旋盤加工用チャック装置は、フィンガーチャック前面中央にホイール芯出し機構を有する自動車用ホイール旋盤加工用のチャック装置であって、該ホイール芯出し機構を主軸方向に移動可能な構造とし、該フィンガーチャックから独立して移動可能なホイールプッシュ機構を該ホイール芯出し機構の対面側に備え、該ホイールプッシュ機構と該ホイール芯出し機構とで自動車用ホイールを把持又は挟持可能とすることを特徴とする。

リム部をアンクランプ状態で加工すると、共振が発生する場合があり、リム部特にインナーリム側でその振れ幅は大きくなる。そこで、リム末端部に共振防止部材を接触させて共振を抑制させる。共振防止部材は、過剰な力でリム末端部に接触させると内部応力が強まってしまうので好ましくない。共振防止部材は、それ自体弾性部材か、若しくは弾性部材を介して備えられると共振抑制に効果的である。また、共振防止部材は、リム末端部に対し主軸方向に接触するように備えるとより好ましい。

本発明のチャック装置によると、ホイール把持による外部応力をフリーにして精密加工を行えるので、加工終了後の変形歪みが少なく寸法精度の高い自動車用ホイールを製造することができる。また、本発明のチャック装置によると、生産性を落とすことなく精密加工を施すことができる。

本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１は前述の旋盤加工第２工程を示し、鍛造法により成型されたアルミニウム合金製自動車用ホイール３０が、旋盤加工第２工程において本発明のチャック装置にて把持されている断面図である。本発明のチャック装置は、フィンガーチャック１前面中央にホイール芯出し機構２を有しており、ホイール芯出し機構２は主軸方向に移動可能となっている。また、フィンガーチャック１から独立してホイールプッシュ機構３（図２に示す）を対面側に備えている。ホイール芯出し機構２の先端に設けられたコレットチャック１０は、自動車用ホイール３０のハブ穴を把持して自動車用ホイールの芯出しを行っている。更に、自動車用ホイール３０は、インナーリムフランジがフィンガー４とパーツレスト５とで挟持されており、この強力な把持力のもと、アウターリム周辺及びディスク表面への旋盤加工が施される。

インナーリム側を把持してのアウターリム周辺及びディスク表面への旋盤加工第２工程が終了すると、図２のように、ホイールプッシュ機構３がハブ部前面中央まで移動し、自動車用ホイール３０をホイール芯出し機構２側に押しつける。ホイールプッシュ機構３は、図示しない刃物台に取り付けられていて３次元での移動が可能である。ホイールプッシュ機構３の緩衝部１１はコイルスプリング１２の作用によりスライドしてホイールプッシュ機構３を主軸方向に伸縮させる働きを持つ。図２の自動車用ホイール３０を押しつけた状態では、緩衝部１１は相対的に図２中右方向にスライドしてコイルスプリング１２を圧縮し、ホイールプッシュ機構３が若干縮んだ状態となっている。また、ホイールプッシュ機構３の頭部１３前面は、フィンガー４の先端部と同様に、自動車用ホイール３０を傷つけないような素材で構成している。

図３は、自動車用ホイール３０がホイールプッシュ機構３とホイール芯出し機構２とで挟持された後、フィンガー４をインナーリムフランジの把持から解放した状態を示している。フィンガー４のアンクランプ時の可動角度は従来のものよりも大きくなるように設計し、後のインナーリム側の精密加工時にバイト（図示しない）と干渉しないようにしておく。

フィンガー４をアンクランプにした後、ホイール芯出し機構２をフィンガーチャック１前面方向（図３中矢印方向）に移動させ、同時にホイールプッシュ機構３の緩衝部１１が図３中右方向にスライドしてコイルスプリング１２を圧縮し、図４にて示すようにインナーリムフランジをパーツレスト５から乖離させる。ホイールプッシュ機構３の頭部１３は回転可能な構成としていて、フィンガーチャック１の回転に伴って回転するので、自動車用ホイール３０の旋盤加工が可能となる。自動車用ホイール３０は、図４で示すように、リムが外部ストレスフリー状態で精密加工されることになる。

ここにおいて、共振防止部材６は、精密加工時におけるリムの共振を抑制するため、図５に示すように、インナーリムフランジ部に接触した状態となっている。ボタン型の形状をした共振防止部材６は、図５で示すように、フィンガーチャック１にコイルスプリング１４を介して取り付けられていてリムに過剰な力を与えることなく共振を抑制する機能を持っている。

共振防止部材６には、着座確認機能も持たせている。図５（ａ）は、自動車用ホイールがチャック装置に把持されていない状態での共振防止部材６を示している。図５（ｂ）は図１〜３の状態での共振防止部材６、図５（ｃ）は図４の状態での共振防止部材６をそれぞれ示している。共振防止部材６には、空気穴１２が設けられており、共振防止部材６の内部に空気を通してその圧力を計測することにより自動車用ホイール３０の着座を確認できる。図５（ａ）に示す状態では空気が外部に放出されるので、空気圧は低くなり、これをもって着座されていない事として、確認することができる。図５（ｂ）及び（ｃ）に示す状態では空気が外部に漏れず空気圧が高くなり、これをもって着座されている事として、確認することができる。

本発明のチャック装置により、精密加工まで行ったアルミニウム合金製自動車用ホイールの寸法精度を測定した。フレ測定器の回転軸に自動車用ホイールのハブ穴を固定し、インナーリム及びアウターリムのビードシート部外周面に測定針を接触させ、自動車用ホイールを回転させてフレを測定した。その平均値は、インナーリム側で０．１０ｍｍ、アウターリム側で０．０５ｍｍとなった。精密加工を行わない自動車用ホイールのフレの平均値は、インナーリム側で０．２５ｍｍ、アウターリム側で０．０６ｍｍであるので、本発明のチャック装置による精密加工により寸法精度が向上したことが分かる。また、本発明のチャック装置による精密加工を含む旋盤加工第２工程の加工時間は、精密加工を行わない場合の旋盤加工第２工程の加工時間と比較して３０秒弱長くかかるのみである。しかし、前述のように、旋盤加工第１工程の加工時間は多くの時間を費やし、通常は旋盤加工第２工程より２倍以上長いので、ホイール全体の加工サイクルタイムがこの精密加工により長くなることはない。また、ホイールプッシュ機構の作用により、加工時における自動車用ホイールの外れやズレといった心配も無い。

アウターリム部周辺加工時のクランプ状態を示す本発明のチャック装置の要部断面図である。 ホイールプッシュ機構が作用した状態を示す本発明のチャック装置の要部断面図である。 フィンガーアンクランプ時の状態を示す本発明のチャック装置の要部断面図である。 精密加工時のクランプ状態を示す本発明のチャック装置の要部断面図である。 共振防止部材の着座確認機能を示す要部断面図である。

符号の説明

１ フィンガーチャック
２ ホイール芯出し機構
３ ホイールプッシュ機構
４ フィンガー
５ パーツレスト
６ 共振防止部材
１０ コレットチャック
１１ 緩衝部
１２ コイルスプリング
１３ 頭部
１４ コイルスプリング
１２ 空気穴
３０ 自動車用ホイール

Claims (2)

1. フィンガーチャック前面中央にホイール芯出し機構を有する自動車用ホイール旋盤加工用のチャック装置であって、
   該ホイール芯出し機構を主軸方向に移動可能な構造とし、
   該フィンガーチャックから独立して移動可能なホイールプッシュ機構を該ホイール芯出し機構の対面側に備え、
   該ホイールプッシュ機構と該ホイール芯出し機構とで自動車用ホイールを把持又は挟持可能とすることを特徴とする自動車用ホイール旋盤加工用チャック装置。
2. 加工時に自動車用ホイールのリム末端部に接触する共振防止部材をフィンガーチャックに備えることを特徴とする請求項１に記載の自動車用ホイール旋盤加工用のチャック装置。

Images