JP2015110232A - 自動車用ホイールリムの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リムの形状および強度に悪影響を及ぼすことなく、リムの厚さを部分的に薄くすること【解決手段】円筒状のリム素材１０の一部を縮径または拡径して変径部１８を形成した後、変径部１８を平らに成形して、該リム素材の一部を減肉する。【選択図】図５

Description

本発明は、自動車用ホイールリムの製造方法に関する。

図１に示すように、自動車用ホイール１は、リム１ａとディスク１ｂとで構成される。リム１ａは、ドロップ２、ウエル３ａ，３ｂ、レッジ４、ビードシート５ａ，５ｂ、フランジ６ａ，６ｂなどで構成されている。

自動車用ホイールリムの製造方法は、一般に、平板から円筒状リム素材を得る工程、円筒状リム素材両端の開口縁を拡口するフレア工程、リム形状を形成する複数のロール工程およびリム径を整えるエキスパンダー工程を備える。ロール工程は、図２に示すように、円筒状リム素材１０を周方向に所定の凹凸を形成したロール対１１ａ，１１ｂ、１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂで挟みつつ圧延して、リム形状に成形する工程である。ロール工程は、例えば、図２（ａ）に示すドロップ成形工程、図２（ｂ）に示すフランジ成形工程、図２（ｃ）に示す仕上成形工程に大別される。

ここで、自動車用ホイールのリムには、軽量であるとともに、十分な強度を有することが求められる。リムに発生する応力は、部位により、また、使用状況により様々である。例えば、定常走行時は、ドロップの応力が高くなり、縁石衝突時は、フランジの応力が高くなる。このため、これらの部位は、高い強度が求められ、厚さを薄くすることができないが、高い強度を有しなくても良い部位もある。そのような部位については、ある程度の強度を確保できれば、厚さを薄くすることができ、その結果、リムの軽量化が可能となる。

従来、リムの厚さを部分的に薄くする方法が種々開示されている。特許文献１〜３には、厚さを部分的に薄くした板（ブランク）から円筒状リム素材を作製する方法が開示されている。特許文献４〜１０には、ロール工程前またはロール工程中に円筒状リム素材にしごき加工（スピニング）を行い、リムの厚さを部分的に薄くする方法が開示されている。

特許文献１１には、リブの幅方向の移動を規制しながら、ロール工程時に転圧加工を行い、リムの厚さを部分的に薄くする方法が開示されている。また、特許文献１２には、ロール成形工程において、ドロップからビードシートの領域をストレート面形状に成形した後、ストレート面領域を屈曲延伸して、ドロップ、ウエルおよびレッジを形成して、リムの厚さを部分的に薄くする方法が開示されている。

特開平１０−１８０３８７号公報 特開２０００−１６７６７３号公報 特開２００４−３３０８３４号公報 特開平４−５５０２９号公報 特開２０００−２８８６６９号公報 国際公開第２００２−３８３０３号 国際公開第２０１１−１０２３５７号 特開２０１１−２４０３６０号公報 特開２０１２−２４５５１号公報 特開２０１３−５２４４２号公報 特開２０００−２５４７４６号公報 特開２００３−２７５８３７号公報

特許文献１〜３の方法では、厚さが異なる板同士を溶接するための設備、圧延設備などを別途用意する必要があり、製造効率を劣化させる。また、特殊な溶接設備、圧延設備などの導入には多大なコストを要する。さらに、これらの方法は、幅方向に剛性分布の異なる板材から曲げ成形によって円筒状リム素材を得る必要があるが、そのような曲げ成形の制御は困難であり、寸法精度の良い円筒状リム素材を得るためには製造工程が複雑になるという問題がある。

特許文献４、５、６および９の方法では、スピニング設備などを別途用意する必要があるがスピニング設備によってリムの厚さを部分的に薄くする場合、ロール工程の３倍程度の時間を要するので、製造効率を劣化させる。また、スピニング設備の導入には多大なコストを要する。また、特許文献７、８および１０の方法では、しごき加工後の形状が概略リム素材ままであり、その後に、ロール加工を施すと、局所的な負荷がかかり易くなり、リムにしわ、ひけ、座屈が発生することがある。

特許文献１１の方法では、転圧加工によって局部的に強い押圧力を与える必要があり、ロール成形設備への負荷が高いという問題がある。また、この方法では転圧時に円筒状リム素材の幅方向の移動を規制しているため、局所的に強い押圧を与えた時にリム円周方向に増肉変形または延伸変形が作用する。このようなリム円周方向の増肉および延伸は、その後のロール工程において改善することは困難であり、リムの円周方向の偏肉および延伸が残存することがある。

特許文献１２の方法では、ロール成形工程において、ドロップからビードシートの領域に形成されるストレート面は、リムのドロップ、ウエルおよびレッジの形状に依存するので、それによって減肉される部位および量は限定的となる。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、リムの形状および強度に悪影響を及ぼすことなく、リムの厚さを部分的に薄くすることが可能な自動車用ホイールリムの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、下記の（１）〜（８）に示す自動車用ホイールリムの製造方法を要旨とする。

（１）円筒状のリム素材を複数のロール工程によってリム形状に成形する自動車用ホイールリムの製造方法であって、該リム素材の一部を縮径または拡径して変径部を形成した後、該変径部を平らに成形して、該リム素材の一部を減肉する工程を含む、自動車用ホイールリムの製造方法。

（２）前記リム素材がその軸方向に移動可能な状態で前記変径部を平らに成形する、
上記（１）の自動車用ホイールリムの製造方法。

（３）前記変径部を複数形成する、上記（１）または（２）の自動車用ホイールリムの製造方法。

（４）前記変径部の幅Ｗが１０〜２０ｍｍであり、前記変径部の深さＴと該幅Ｗとの比Ｔ／Ｗが０．５〜５．５であり、前記変径部先端の曲率半径Ｒが３以上である、上記（１）〜（３）のいずれかの自動車用ホイールリムの製造方法。

（５）前記変径部が、自動車用ホイールリムのレッジに対応する位置に形成される、上記（１）〜（４）のいずれかの自動車用ホイールリムの製造方法。

（６）前記ロール工程の少なくとも一対以上のロール対が、大径部を有する第一ロールと、該大径部に対向する小径部を有する第二ロールとを備え、該ロール対による成形時に前記変径部が形成される、上記（１）〜（５）のいずれかの自動車用ホイールリムの製造方法。

（７）前記ロール工程が、ドロップ成形工程、フランジ成形工程および仕上成形工程を備え、該ドロップ形成工程において前記変径部が形成される、上記（１）〜（６）のいずれかの自動車用ホイールリムの製造方法。

（８）前記ロール工程が、ドロップ成形工程、フランジ成形工程および仕上成形工程を備え、該仕上成形工程において前記変径部が平らに成形される、上記（１）〜（７）のいずれかの自動車用ホイールリムの製造方法。

本発明に係る自動車用ホイールリムの製造方法は、安価かつ高効率で、しかもリムの形状に悪影響を及ぼすことなく、リムの厚さを部分的に薄くすることができるので、十分な強度を有し、かつ軽量な自動車用ホイールリムを得ることが可能である。

ホイールの構成例を示す断面図 リムの製造方法の例を示す図 変径部を形成する工程におけるリム素材の変形状態を例示した図 本発明における変径部を形成する工程を例示した図 変径部を平らに成形する工程におけるリム素材の変形状態を例示した図 本発明における変径部を平らに成形する工程を例示した図 実施例１および比較例１におけるシミュレーション結果を示す図 実施例１および比較例１におけるリム形状を示す図(a) 実施例１のリム形状、(b) 比較例１のリム形状 縁石衝突試験装置を示す図

本発明に係る自動車用ホイールリムの製造方法において、まず、平板から円筒状リム素材を得る必要があるが、その方法については一般的な方法を採用すればよい。例えば、コイル化された平板を所定の寸法に切断し、これを曲げてフープ状にし、突合溶接し、溶接時のバリなどを除去した後、フレアリングしてリム素材を得ることができる。本発明では、このようにして得られたリム素材の一部を縮径または拡径して変径部を形成した後、該変径部を平らに成形して、該リム素材の一部を減肉する。

ここで、変径部とは、円筒状のリム素材の軸方向の一部を全周にわたって膨出させるか、絞ることにより、局所的に縮径または拡径させた部分である。この局所的な縮径または拡径の過程において当該部分が減肉する。この部分的な減肉は、変径部を平らに戻した後も残るため、リムの厚さを部分的に薄くすることができる。変径部は、ドロップ、フランジなどの高い強度が求められる部分以外の部分、例えば、レッジに対応する位置に形成することが好ましい。当該部分であれば、リムに求められる強度を維持しつつ、軽量化に寄与するからである。

変径部を複数形成することが好ましい。変径部の数が増えるほどに減肉量を容易に増加させることができるからである。ただし、変径部の数は、高い強度が求められる部位およびそれ以外の部位の位置関係によって適切に設定することが重要である。

変径部の幅は広いほど、広範囲を薄肉化できる。しかし、後段で詳しく説明するように、変径部を形成する工程および変径部を平らに成形する工程を他の成形工程と同時に行う場合にはリムのフラットな幅の制約がある。よって、リム素材の一部に形成する変径部の形状としては、変径部の幅（リム素材の軸を含む断面における凹部の内寸幅）Ｗが１０〜２０ｍｍであることが好ましい。幅Ｗが１０ｍｍ未満では減肉される範囲が小さく、軽量化効果が小さい。幅Ｗが２０ｍｍを超えると例えば、ウエルのようなフラットな形状でない部分に変径が生じ、平らに成形する工程で所望のリム形状が得られないことがある。幅Ｗの下限は１５ｍｍとするのが好ましい。また、幅Ｗの上限は２０ｍｍとするのが好ましい。

板厚減少率は、変径部形成前後における線長変化率と正の相関関係があり、線長変化率は、変径部の深さ（リム素材の軸を含む断面における凹部の深さ）Ｔと幅Ｗとの比Ｔ／Ｗと相関がある。この比Ｔ／Ｗが小さすぎると、減肉量が不十分となる。また、比Ｔ／Ｗが大きすぎると、リム素材が成形中に破断する。このため、比Ｔ／Ｗは０．５〜５．５であることが好ましい。比Ｔ／Ｗの下限は１．００とするのが好ましい。また、比Ｔ／Ｗの上限は1．７３とするのが好ましい。

変径部先端の曲率半径（リム素材の軸を含む断面における凹部内面の曲率半径）Ｒが小さすぎると、局所的な曲げ変径によりリム素材が成形中に破断する。このため曲率半径Ｒは３mm以上であることが好ましい。曲率半径Ｒは５ｍｍ以上とするのがより好ましい。

変径部を形成する工程および変径部を平らに成形する工程は、いずれもロール工程において行われる。以下、それぞれの工程について詳しく説明する。

図３および図４に示すように、例えば、大径部１５を有する第一ロール１４ａと、大径部１５に対向する位置に小径部１６を有する第二ロール１４ｂとを備えるロール対を用い、第一ロール１４ａおよび第二ロール１４ｂでリム素材１０を挟みつつ圧延することにより、変径部を形成することができる。このとき、リム素材は、大径部１５に押し込まれ、周方向への変形がほとんどない状態で、軸方向にのみ塑性変形するので、その一部には変径部が形成される。変径部の形成は、他の成形工程とは独立したロール対で行ってもよい。ただし、この場合、別途のロールを用意する必要があり、また、工程数が増え、製造コストの上昇および製造効率の悪化を招く。このため、他の成形工程、例えば、ドロップ成形工程とともに行うことが好ましい。特に、図３および図４に示す例のように、ドロップ成形用ロール対の一方のロール１４ａに大径部１５を、他方のロール１４ｂに小径部１６を設けることが好ましい。

なお、図３および図４に示す例では、リム素材１０の外側に配置したロール１４ａに大径部１５を、リム素材１０の内側に配置したロール１４ｂに小径部１６を設けた構成例を示しているが、内側ロール１４ｂに大径部を、外側ロール１４ａに小径部を設ける構成としてもよい。また、大径部１５によるリム素材１０の押し込み時には、リム素材は小径部１６の最深部に接触しないことが好ましい。大径部１５と小径部１６との間で転圧する構成であると、ロールへの負荷が大きくなるからである。このとき、大径部１５によるリム素材の押し込みに際しては、リム素材１０の軸方向において大径部１５の両側に押さえとして機能する部位（図３中のＡで示す部位）を有することが好ましい。押さえとして機能する部位とは、大径部１５によるリム素材１０の押し込み力よりも強い力でリム素材１０を挟みこむ部位のことを意味する。

図５および図６に示すように、変径部１８が形成されたリム素材１０は、その後のロール工程のロール対１７ａ，１７ｂによって圧延され、変径部１８が拡径または縮径されて平らに成形される。このとき、縮径によって形成された変径部１８は拡径され、拡径によって形成された変径部１８は縮径されることになる。この工程は、リム素材１０がその軸方向に移動可能（図５に示す例では、図中左方向に移動可能）な状態、すなわち、変径部１８からリム素材１０のいずれか一方の開口縁１９への間（図５中のＢで示す部分）において移動可能な状態で行うことが好ましい。このような構成であれば、変径部１８が平らにされることによるリム素材１０の幅の増加を妨げないので、変径部１８を形成した際の厚さを維持することが可能である。

なお、変径部を平らに成形する工程は、図５および図６に示す例のように、他の成形工程とは独立したロール対で行ってもよい。ただし、この場合、別途のロールを用意する必要があり、また、工程数が増え、製造コストの上昇および製造効率の悪化を招く。このため、他の成形工程、例えば、仕上成形工程とともに行うことが好ましい。

本発明の効果を確認するため、２．１ｍｍまたは１．９ｍｍの厚さ炭素鋼板（引張強度７８０ＭＰａ相当 ＪＩＳ表記ＰＦＨ７８０）から作製した円筒状リム素材にロール成形にてリム径１５インチ、リム幅５．５インチのホイールリムを製作するシミュレーションを実施した。比較例１および２では、図２に示すように、通常通り、ドロップ成形工程、フランジ成形工程および仕上成形工程によりリムを製造した。これに対し、実施例１および実施例２では、ドロップ成形工程において図４に示すロール対を用いてリム素材に変径部を形成し、図５および図６に示すロール対を用いて変径部を平らに成形した後、通常のフランジ成形工程および仕上成形工程によりリムを製造した。表１、図７および図８に、シミュレーション結果を示す。

なお、実施例２、比較例１および比較例２については、縁石衝突試験を想定した数値解析を行った。この数値解析は、図９に示す試験装置〔主錘重量：９１０（ｋｇ）、副錘重量：１３７（ｋｇ）、バネのバネ定数：０．３５（ｋＮ／ｍｍ）、インパクター形状：９０°三角、落下高さ：３０（ｍｍ）〕による縁石衝突試験を想定したものである。

なお、表１中、Ｗ、ＴおよびＲは、それぞれ変径部の幅、深さおよび先端の曲率半径である。

図７および図８に示すように、実施例１および実施例２のリム形状は、通常のリム成形工程で製造した比較例１とほとんど差がない。また、表１、図７および図８に示すように、実施例１および実施例２では変径部が形成され、その部分の板厚が比較例１に比べて薄くなっており、その分、リム幅が長くなっている。リム幅が長くなった部分は、リムの製造には不要な部分であるので、予め通常よりも狭い幅のリム素材を用意すれば、その分の軽量化を実現できる。

ここで、比較例２のように、平板板厚を１．９ｍｍと薄くすれば、その分、軽量を実現できるが、縁石衝突時のリム変径量が、平板板厚２．１ｍｍの比較例１に比べて大きくなり、必要な強度が得られない。一方、実施例２のように、強度への影響が小さい部分のみを局部的に減肉すれば、そのリムの変形量は、局所的な減肉を行わない比較例１と同程度となり、リムとして十分な強度を維持している。

本発明に係る自動車用ホイールリムの製造方法は、安価かつ高効率で、しかもリムの形状に悪影響を及ぼすことなく、リムの厚さを部分的に薄くすることができるので、十分な強度を有し、かつ軽量な自動車用ホイールリムを得ることが可能である。

１ 自動車用ホイール
１ａ リム
１ｂ ディスク
２ ドロップ
３ａ，３ｂ ウエル
４ レッジ
５ａ，５ｂ ビードシート
６ａ，６ｂ フランジ
１０ リム素材
１１ａ，１１ｂ ドロップ成形用ロール対
１２ａ，１２ｂ フランジ成形用ロール対
１３ａ，１３ｂ 仕上成形用ロール対
１４ａ，１４ｂ ロール対
１５ 大径部
１６ 小径部
１７ａ，１７ｂ ロール対
１８ 変径部
１９ 開口縁

Claims (8)

1. 円筒状のリム素材を複数のロール工程によってリム形状に成形する自動車用ホイールリムの製造方法であって、該リム素材の一部を縮径または拡径して変径部を形成した後、該変径部を平らに成形して、該リム素材の一部を減肉する工程を含む、自動車用ホイールリムの製造方法。
2. 前記リム素材がその軸方向に移動可能な状態で前記変径部を平らに成形する、請求項１に記載の自動車用ホイールリムの製造方法。
3. 前記変径部を複数形成する、請求項１または２に記載の自動車用ホイールリムの製造方法。
4. 前記変径部の幅Ｗが１０〜２０ｍｍであり、前記変径部の深さＴと該幅Ｗとの比Ｔ／Ｗが０．５〜５．５であり、前記変径部先端の曲率半径Ｒが３以上である、請求項１から３までのいずれかに記載の自動車用ホイールリムの製造方法。
5. 前記変径部が、自動車用ホイールリムのレッジに対応する位置に形成される、請求項１から４までのいずれかに記載の自動車用ホイールリムの製造方法。
6. 前記ロール工程の少なくとも一対以上のロール対が、大径部を有する第一ロールと、該大径部に対向する小径部を有する第二ロールとを備え、該ロール対による成形時に前記変径部が形成される、請求項１から５までのいずれかに記載の自動車用ホイールリムの製造方法。
7. 前記ロール工程が、ドロップ成形工程、フランジ成形工程および仕上成形工程を備え、該ドロップ形成工程において前記変径部が形成される、請求項１から６までのいずれかに記載の自動車用ホイールリムの製造方法。
8. 前記ロール工程が、ドロップ成形工程、フランジ成形工程および仕上成形工程を備え、該仕上成形工程において前記変径部が平らに成形される、請求項１から７までのいずれかに記載の自動車用ホイールリムの製造方法。