JP2011012775A

JP2011012775A - バランスウエイト

Info

Publication number: JP2011012775A
Application number: JP2009158267A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Yamaguchi; 裕山口; Yasuhiro Imaeda; 康裕今枝
Original assignee: Toho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Toho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2011-01-20

Abstract

【課題】鉄製ウエイトと取付け金具とが強固に結合されたバランスウエイトを提供する。
【解決手段】本発明は、鉄製ウエイト（１）の係合突起（１３）に取付け金具（２）の係合孔（２３）を嵌通させた状態で、その係合突起の頭部をかしめることにより結合されるバランスウエイトであって、その係合孔はかしめ側の開口が反対面側の開口よりも拡張している。これにより係合突起と係合孔との係合がより強固になり、鉄製ウエイトと取付け金具とが強固に結合したバランスウエイトが得られた。
【選択図】図２

Description

本発明は、タイヤを装着したホイールなどの回転体に取付けられるバランスウエイトおよびその製造方法に関する。

自動車や二輪車の車輪のように高速回転する回転体は、振動などの原因となるアンバランスを解消するために、回転体の周縁部（ホイールのリムなど）にバランスウエイトが取付けられる。

従来のバランスウエイトは、比重が比較的大きくてホイールの湾曲面などにもなじみ易い鉛（鉛合金を含む）製のウエイト部分を備えるものが主流であった。しかし、鉛製のバランスウエイトは、取付け金具を鋳込んで製造されるためコスト高であり、自然環境への負荷もあった。そこで最近では、下記の特許文献１または特許文献２に示すような鉄製（鉄合金製を含む）ウエイトからなるバランスウエイトが使用されている。

特許第３５０３００７号公報特開２０００−１２０７９３号公報

もっとも鉄製ウエイトを用いる場合、ホイールリム等への取り付けに必要な取付け金具と鉄製ウエイトとの結合を、溶接、リベット止めまたはかしめなどにより行うことが必要となる。このうち、溶接やリベット止めによる結合は、作業工数や部品点数が増加しコスト高であった。そこで上記の特許文献２にあるように、鉄製ウエイトの一部をかしめることにより、鉄製ウエイトと取付け金具とを結合する方法が採用されつつある。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、鉄製ウエイトと取付け金具とを従来よりも簡易かつ強固にかしめ結合したバランスウエイトと、その製造方法を提供することを目的とする。

本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、かしめられる鉄製ウエイトの突起が嵌通する取付け金具の孔の開口形状を工夫することにより、鉄製ウエイトと取付け金具とを簡易かつ強固に結合できることを新たに見出した。この成果を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。
《バランスウエイト》

（１）本発明のバランスウエイトは、鉄製ウエイトと、該鉄製ウエイトの略中央にある被結合部に結合される結合部と回転体の周縁部に係止される係止部とを有する取付け金具と、からなるバランスウエイトであって、
前記取付け金具の結合部は、前記鉄製ウエイトに対向する対向面の開口よりも該対向面に背向する背向面の開口が大きい係合孔を有し、前記鉄製ウエイトは、該係合孔に嵌通し得る係合突起を有し、該取付け金具の係合孔へ該鉄製ウエイトの係合突起を嵌通させた状態で、該取付け金具の背向面から突出した該係合突起の頭部をかしめることにより、該取付け金具を該鉄製ウエイトに固定してなることを特徴とする。

（２）本発明のバランスウエイトの場合、鉄製ウエイトとかしめ結合される取付け金具の結合部に設けた係合孔は、鉄製ウエイトに対向する対向面の開口よりも対向面に背向する背向面の開口が大きくなっている。この係合孔に鉄製ウエイトから突出した係合突起を嵌通させて、取付け金具の背向面側（鉄製ウエイトの反対側）から突出した係合突起の頭部をかしめると、取付け金具が鉄製ウエイトに強固に固定される。

ここで本発明のように係合孔の開口が係合突起をかしめる側で拡張していることにより、鉄製ウエイトと取付け金具との結合が従来よりも強固となった理由は必ずしも定かではないが、次のように考えられる。
従来のかしめ結合の場合、係合突起の頭部がかしめられて塑性変形した部分（単に「塑性変形部」という。）は、取付け金具の背向面と密着しているだけに過ぎなかった。このため鉄製ウエイトと取付け金具とは、その離脱が十分に防止されるとしても、係合突起回りの回転自由度が十分に拘束されてはいなかった。このため長期間の使用等により僅かながらガタを生じる可能性もあった。

これに対して本発明のバランスウエイトの場合、取付け金具の係合孔のかしめ側（背向面側）にある開口が、その対向面側にある開口よりも大きくなっている。このことから、自ずと、係合突起の頭部側と係合孔の背向面側の開口部との間には略環状をした隙間（単に「環状隙間」という。）が生じるようになる。この状態で係合突起の頭部をかしめた塑性変形部は、単に取付け金具の背向面（取付け金具の上表面）と密着するのみならず、その塑性流動によって、前記の環状隙間をも埋めるようになる。

そうすると、鉄製ウエイトの塑性変形部は、取付け金具の背向面と密着するのみならず、前記の環状隙間の周壁とも密着して、両者の密着面積が増大する。しかもこの塑性変形部は、環状隙間の周壁にくさび状に食い込む、いわゆるアンカー効果をも生じさせるので、鉄製ウエイトと取付け金具とは、少なくとも係合突起回りの相対移動が機械的に拘束された状態となり易い。

このように本発明のバランスウエイトでは、鉄製ウエイトの係合突起をかしめてできる塑性変形部が、取付け金具の背向面近傍領域において、平面的のみならず立体的にも十分に密着し、強固に拘束するため、鉄製ウエイトと取付け金具とは従来よりも遙かに強く固定されるようになったと考えられる。
このような鉄製ウエイトと取付け金具との結合メカニズムは兎も角としても、少なくとも本発明により、従来よりも信頼性や耐久性等が格段に向上したバランスウエイトがえられることは確かである。

《バランスウエイトの製造方法》
本発明は単にバランスウエイトとしてのみならず、その製造方法としても把握できる。
すなわち、本発明は、鉄製ウエイトと該鉄製ウエイトの略中央にある被結合部に結合される結合部と回転体の周縁部に係止される係止部とを有する取付け金具とを結合してなるバランスウエイトを得るバランスウエイトの製造方法であって、

前記鉄製ウエイトに対向する対向面の開口よりも該対向面に背向する背向面の開口が大きい係合孔を前記結合部に有する前記取付け金具と、該係合孔に嵌通し得る係合突起を前記被結合部に有する鉄製ウエイトとを、該係合孔へ該係合突起を嵌通させつつ係合させる係合工程と、該係合工程後に該取付け金具の背向面から突出した該係合突起の頭部をかしめることにより、該取付け金具を該鉄製ウエイトに固定するかしめ工程と、
からなることを特徴とするバランスウエイトの製造方法であってもよい。

《その他》
特に断らない限り、本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は、下限ｘおよび上限ｙを含む。また、本明細書に記載した下限および上限は任意に組合わせて、「ａ〜ｂ」のような範囲を構成し得る。

本発明の実施例であるホイールバランスウエイトの構成部品を示す斜視図である。そのホイールバランスウエイトを構成する取付け金具の部分断面図である。そのホイールバランスウエイトの全体斜視図である。

発明の実施形態を挙げて本発明をより詳しく説明する。なお、以下の実施形態を含め、本明細書で説明する内容は、本発明に係るバランスウエイトのみならず、その製造方法にも適宜適用される。上述した本発明の構成に、以降に示す構成中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成を付加することができる。製造方法に関する構成は、プロダクトバイプロセスとして理解すればバランスウエイトに関する構成ともなり得る。なお、いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。

《バランスウエイト》
（１）鉄製ウエイト
本発明にかかる鉄製ウエイトは、純鉄製または鉄合金製である。具体的には、ＪＩＳ規格にあるＳＣ鋼材（ＳＷＲＭ、ＳＷＲＣＨ等）、ＳＳ鋼材（ＳＳ４００等）がある。

鉄製ウエイトの製造方法は問わない。例えば、鉄製ウエイトは、引抜きや転造等された鉄線材（鉄棒材を含む。）を所望の重量に調整した鉄片に切断する切断工程と、この鉄片に少なくとも上述した係合突起を成形する成形工程（または鍛造工程）とを経て得られたものであると、効率的に生産できて好適である。この係合突起は、取付け金具が取り付けられる鉄製ウエイトの被結合部の表面から突出しているとよい。

ここで切断工程前の鉄線材は、ストレート状の鉄線材でも、ホイールのリム形状に合わせて予め所定の曲率に曲げ加工されたものでもよい。ストレート状の鉄線材を用いる場合でも、上記の成形工程で各鉄製ウエイト毎に湾曲を与えることはできる。
鉄製ウエイトは、バランスウエイトの性質上、種々の重量のものが用意されなければならないが、上記の製造方法によると、鉄線材を切断する長さを替えるだけで重量調整ができるので好都合である。もっとも、鉄線材を切断して得た鉄片に対して、バリ取りや微妙な重量調整などが施されてもよい。

次に、鉄製ウエイトに設けた係合突起は、切削加工によっても形成できるが、プレス成形、鍛造等により成形されると効率的である。この成形工程は、熱間加工でも冷間加工でもよい。もっとも、成形工程は、加熱やスケール除去等が不要な冷間加工が好ましい。また、通常、鉄製ウエイト自体に高強度は要求されないので、鉄線材は軟鋼等でも足る。そこで成形工程は冷間加工であっても十分である。なお、後述の嵌装溝を設ける場合も同様である。

なお、切断工程後に成形工程を行う場合について例示したが、逆でもよい。つまり、鉄片に対して所定の単位長さ毎に係合突起などを成形した後（成形工程後）、その鉄線材を単位毎に（または所望の重量毎に）切断して鉄製ウエイトとしてもよい。

（２）取付け金具
取付け金具はその材質を問わないが、例えば、熱処理によって高強度となる合金鋼板（ＪＩＳ規格にあるＳＫ７材、ＳＫ６材、ＳＫ５材、Ｓ６０ＣＭ材、Ｓ６５ＣＭ材など）などからなる。取付け金具は、例えば、鋼板などの板材を所望形状に切断または打抜きした後、プレス成形することで得られる。必要に応じて、焼入れ・焼戻しなどの熱処理を施すことにより、加工歪みなどが除去される共に、強度や靱性などの機械的特性が改善した取付け金具が得られる。
取付け金具の結合部に設ける係合孔は、板材やそれを切断した板片に予め切削加工したものでも、プレス成形などにより形成したものでもよい。

ところで本発明の取付け金具の結合部に設けられる係合孔は、鉄製ウエイトに対向する対向面の開口よりも対向面に背向する背向面の開口が大きくなっている。この係合孔の具体的な形状を問わないが、例えば、結合部の背向面を座ぐり加工した座ぐり孔または結合部の背向面からバーリング加工したバーリング孔などが好適である。この場合、座ぐり径、座ぐり深さ、バーリング孔の開口角度（円錐孔の側面により形成される角度）などは任意である。もっとも、本発明者が鋭意研究したところ、座ぐり深さまたは円錐孔深さが取付け金具の板厚の２０〜６５％さらには２５〜３５％程度であると好ましい。背向面側の開口から対向面側の開口に向かう円錐面の開き角（頂角）は３０〜１２０°さらには３０〜９０°であると好ましい。
本発明の係合孔は、上記のようなバーリング孔や座ぐり孔の他、背向面側の開口が広いテーパー孔（ポンチ径とダイス径のクリアランスを大きくして得られる孔）等でもよい。

（３）バランスウエイト
上述したような取付け金具の係合孔へ、上述したような鉄製ウエイトの係合突起を嵌通させた状態で、取付け金具の背向面から突出した係合突起の頭部をかしめることにより、取付け金具が鉄製ウエイトに強固に結合されたバランスウエイトが得られる。

この鉄製ウエイトと取付け金具の結合をより強固にするために、嵌合する係合孔および係合突起は一対以上であると好ましい。これにより鉄製ウエイトに対する取付け金具の回転が幾何学的にも防止されることとなる。

また、バランスウエイトのコンパクト化や無用な突出を無くすために、鉄製ウエイトの被結合部には、取付け金具の対向面側の少なくとも一部が嵌装される嵌装溝が設けられてもよい。この嵌装溝を設けることにより、取付け金具の回転を拘束でき、取付け金具が鉄製ウエイトに対して安定的に固定されるようになる。この場合、鉄製ウエイトの係合突起は嵌装溝の底面から突出したものとなる。

《バランスウエイトの製造方法》
本発明のバランスウエイトの製造方法は、前述したように、取付け金具の係合孔へ鉄製ウエイトの係合突起を嵌通させつつ係合させる係合工程と、この係合工程後に取付け金具の背向面から突出した係合突起の頭部をかしめることにより取付け金具を鉄製ウエイトに固定するかしめ工程とを備える。かしめ工程の具体的な方法は問わない。係合突起の頭部の突き出し量などは、取付け金具の背向面にある係合孔の開口の大きさなどと調整するとよい。

なお、バランスウエイトの防錆や美観向上のために、塗装（工程）や各種の表面処理（工程）を行うと好ましい。例えば、塗装にはアクリル系樹脂を用いたアクリル塗装があり、さらにその一種としてアルミ銀粉塗装などのメタリック塗装などがある。また表面処理には、亜鉛クロメート処理、ジオメット（登録商標）処理またはマグニ処理などがある。

本発明のバランスウエイトに係る実施例の一つとして、ホイールバランスウエイトＷを例にとり、本発明をより具体的に説明する。
（１）ホイールバランスウエイトＷは、タイヤを組み込んだ自動車用ホイール（ホイールアッセンブリー）のリム周縁部に取付けられて、ホイールアッセンブリーの回転アンバランスを解消するものである。このホイールバランスウエイトＷは、図３に示すように鉄製ウエイト１と取付け金具２とからなる。

（２）鉄製ウエイト１は、図１に示すように、自動車用ホイールのリム部と同等な曲率に緩やかに湾曲した円弧状の鋼線材（または鋼棒）を切断した鉄片からなるである。この鉄片の略中央部には凹んだ嵌装溝１１（被結合部）が形成されており、その嵌装溝１１の底面からは一対の係合突起１３１、１３２（両者を併せて「係合突起１３」という。）が突出している。

ここで、鉄製ウエイト１は次のようにして製造される。
所望の断面形状をもつ鋼線材（ＪＩＳ：Ｓ１０Ｃ）をベンダー装置またはプレス装置により、自動車用ホイールのリム部分の曲率を考慮して所望の曲率に曲げ加工する（曲げ工程）。この鋼線材を所定長さで順次切断して、所望の重量の鉄片を得る（切断工程）。こうして得られた各鉄片に対して冷間でプレス加工または鍛造を施すことにより（成形工程）、上述した嵌装溝１１および係合突起１３１、１３２が同時に形成される。

（３）取付け金具２は、図１に示すように、複雑に折り曲げられた合金鋼板からなる。具体的には、鉄製ウエイト１の嵌装溝１１に嵌入されて鉄製ウエイト１と結合される波板状の結合部２１と、結合部２１から連なり自動車用ホイールのリム部に係合する弧状の係止部２２とからなる。

結合部２１は、略中央にある平坦部２１１とその両側に連なる山部２１２、２１３とからなり、平坦部２１１の略中心線上には、鉄製ウエイト１の係合突起１３１、１３２がそれぞれ嵌通する係合孔２３１、２３２（両者を併せて「係合孔２３」という。）が形成されている。また係止部２２の中央には取付穴２２３が形成されている。この取付穴２２３には、ホイールバランスウエイトＷを自動車用ホイールへ取り付ける時または取り外す時に、工具のツメが係止される。また係止部２２の端部２２１は、先端に向かうほど厚みが徐々に薄くなっている。これにより、自動車用ホイールのリムとタイヤとの間に端部２２１が食い込み易くなり、ホイールバランスウエイトＷが自動車用ホイールへ取付け易くなる。

ここで取付け金具２は次のように製造される。
先ず、一定厚さの鋼板（ＪＩＳ：ＳＫ７）を打ち抜いて所望形状の板片を得る（打抜き工程）。このときの板片の形状は、後の曲げ工程で、上述した取付け金具２の結合部２１や係止部２２が形成されるサイズである。また、この打ち抜きの際に、係合孔２３１、２３２、取付穴２２３および端部２２１も同時に形成される。
この板片を所望形状に曲成した後（曲げ工程）、応力歪み除去を兼ねた調質熱処理を施した（熱処理工程）。こうして高強度で強靱な取付け金具２が得られた。

（４）これら鉄製ウエイト１と取付け金具２とは、次のように結合されてホイールバランスウエイトＷとなる。すなわち、鉄製ウエイト１の一対の係合突起１３へ、取付け金具２の一対の係合孔２３を嵌通させ（係合工程）、係合孔２３から僅かに突き出した係合突起１３の頭部をプレス機でかしめることにより（かしめ工程）、かしめ部３３１、３３２（両者を併せて「かしめ部３３」という。）が形成され、鉄製ウエイト１と取付け金具２とが強固に結合される。
そして最後に、アクリル塗装（アルミ銀粉塗装）がなされることにより、ホイールバランスウエイトＷの美観の向上と防錆が図られる。

《係合孔》
取付け金具２に設けた一対の係合孔２３を中央で切断した断面図を図２に示した。この図から明らかなように、本実施例の係合孔２３１、２３２はいずれも結合部２１の背向面をバーリング加工したバーリング孔である。すなわち係合孔２３１、２３２は、かしめ部３３１、３３２の形成される側（背向面側）に開口径Ｄのバーリング部２３１ａ、２３２ａと孔径ｄのストレート孔２３１ｂ、２３２ｂとからなる。このバーリング部２３１ａ、２３２ａは頂角（開き角）θの円錐面により形成されている。こうして係合孔２３１、２３２の背向面側は、その反対側である対向面側よりも大きく開口している。このため、係合孔２３１、２３２の背向面側には、そこを嵌通する係合突起１３１、１３２の頭部との間に略円錐状の環状隙間が比較的大きく形成されるようになる。この状態で、延性に富んだ鉄製の係合突起１３１、１３２の頭部をかしめると、その塑性変形した部分が、その環状隙間に歪に充填される。その結果、係合突起１３１、１３２と係合孔２３１、２３２とは三次元的に複雑な接触をするようになり、鉄製ウエイト１と取付け金具２とは強固に結合されることとなる。

ちなみに本実施例では、バーリング部２３１ａ、２３２ａの一形態として、頂角θ＝６０°、開口径比（開口径Ｄ／開口径ｄ）＝１．３、深さ比（バーリング深さΔｔ／板厚ｔ０）＝０．３５とした。

１鉄製ウエイト
１３１、１３２係合突起
２取付け金具
２１結合部
２２係止部
２３１、２３２係合孔（バーリング孔）
３３１、３３２かしめ部
Ｗホイールバランスウエイト

Claims

鉄製ウエイトと、
該鉄製ウエイトの略中央にある被結合部に結合される結合部と回転体の周縁部に係止される係止部とを有する取付け金具と、
からなるバランスウエイトであって、
前記取付け金具の結合部は、前記鉄製ウエイトに対向する対向面の開口よりも該対向面に背向する背向面の開口が大きい係合孔を有し、
前記鉄製ウエイトは、該係合孔に嵌通し得る係合突起を有し、
該取付け金具の係合孔へ該鉄製ウエイトの係合突起を嵌通させた状態で、該取付け金具の背向面から突出した該係合突起の頭部をかしめることにより、該取付け金具を該鉄製ウエイトに固定してなることを特徴とするバランスウエイト。
前記係合孔は、前記結合部の背向面を座ぐり加工した座ぐり孔または該結合部の背向面からバーリング加工したバーリング孔である請求項１に記載のバランスウエイト。
前記鉄製ウエイトの係合突起は、前記被結合部の表面から突出している請求項２に記載のバランスウエイト。
前記係合孔および前記係合突起は、一対以上である請求項１〜３のいずれかに記載のバランスウエイト。