JP3497792B2 - ディスクホイール及びその製造方法 - Google Patents

ディスクホイール及びその製造方法

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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02T10/86Optimisation of rolling resistance, e.g. weight reduction 

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  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等に用いら
れるディスクホイールの軽量化を図るディスクホイール
及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ディスクホイールの軽量化の一環として
特開平1−104423号公報に開示されているよう
に、ディスクのハット部における応力の集中しやすい部
分にディスクの成形工程で寄せ肉して剛性を上げること
により、ディスクを全体的に薄肉化して軽量化を行うも
のがある。
【0003】また、特開平1−106701号公報に開
示されているように、ディスクのハット部の形状を応力
の分散性に優れた形状とすることにより、ディスクを全
体的に薄肉化して軽量化を行うものもある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術は、デ
ィスクのハット部における径方向の内側斜面の上方に、
裏側に向けて湾曲した湾曲部が何れも形成されている。
この湾曲部の形成は、図8に示す成形手順で行われてい
るが、湾曲部の裏側に付与される残留応力の推移を見る
と次の通りである。
【0005】図8において、(A)の段階でディスク素
材Wに湾曲部が形成される斜面W1には、(B)に移る
段階で湾曲部W2が形成されるが、この湾曲部W2には
圧縮の残留応力が付与されている。(C)に移る段階で
も湾曲部W2には圧縮の残留応力が付与されており変化
はない。
【0006】しかし、(D)に移る段階では、裏側から
の絞り加工により、湾曲部W2は引張りの残留応力が付
与される状態に変化し、最後の(E)に移る段階では裏
側からの絞り加工の追加により、湾曲部W2は引張りの
残留応力が増加した状態となり、更にディスク素材Wの
外周部のバーリング加工がされるため、ディスクの裏面
全体に亘り引張りの残留応力が付与される。
【0007】以上のように、ディスクのハット部におけ
る内側斜面の上方に形成された従来技術の湾曲部の裏側
には、引張りの残留応力が生じているため、ディスクの
剛性が低くなるという問題がある。
【0008】本発明の目的は、ディスクのハット部の径
方向の内側斜面に形成される湾曲部を改良してディスク
の剛性を高めることにより、ディスクを薄肉化してディ
スクホイールの軽量化を図ることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、次の手段を用いるものである。
【0010】請求項1記載の発明は、ディスクのハット
部における径方向の内側斜面の中腹部に裏側に向けて湾
曲して形成された湾曲部を有し、該湾曲部の裏側におけ
る応力集中部には少なくとも100MPa以上の圧縮の
残留応力が付与されていることを特徴とするディスクホ
イールである。
【0011】請求項2の発明は、請求項1の発明の湾曲
部を得るために、ディスクのハット部における径方向の
内側斜面の中腹部を裏側方向に加圧して湾曲部を成形し
てから、該湾曲部の形状を維持した状態で湾曲部の裏側
方向に再加圧して形成することを特徴とするディスクホ
イールの製造方法である。
【0012】
【作用】請求項1の発明によれば、ディスクのハット部
における径方向の内側斜面の中腹部に形成された逆反り
の湾曲部に対して、この湾曲部の裏側における応力集中
部には、大きな圧縮の残留応力が付与されているため、
上記の湾曲部の表側には、スプリング作用により大きな
引張りの残留応力が付与された状態となっている。
【0013】この場合、湾曲部の裏側に大きな圧縮の残
留応力が付与されている状態では、ディスクは撓み難く
なり且つディスクの面外捩り剛性値が大きくなる。更
に、湾曲部の表側に大きな引張りの残留応力が付与され
ていると、上記の裏側における大きな圧縮の残留応力と
の相乗作用により、ディスクの面外捩り剛性値が大幅に
大きくなる。
【0014】従って、ディスクの面外捩り剛性の大幅な
向上に伴い、ディスクの板厚の薄肉化が可能となる。
【0015】請求項2の発明によれば、ディスクのハッ
ト部における径方向の内側斜面の中腹部に形成される逆
反りの湾曲部は、予め所要の湾曲形状に成形してから、
その形状を維持した状態で所要の圧力で再加圧すること
により、湾曲部の裏側の応力集中部に所要の圧縮の残留
応力が、逆に湾曲部の表側には所要の引張りの残留応力
が付与される。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図1乃至
図7に基いて説明する。
【0017】図1に示すように、ディスクホイール10
は、スチール又はアルミ合金より成るディスク1とリム
11より構成されており、ディスク1のハット部2を形
成する径方向の内側斜面、すなわち、軸芯X−X側の内
側斜面3と軸芯X−Xの反対側の外側斜面4のうち、内
側斜面3の中腹部には、裏側(図1において符号A側が
ホイールの表側で、B側が裏側である)に向けて湾曲し
た湾曲部(以下、逆反りR部と呼ぶ)5が形成されてい
る。なお、6は車軸のハブに取り付けられるハブ穴、7
は車軸にボルトを介してホイールを取り付けるボルト
穴、8は放熱と意匠を兼ねた飾り穴である。
【0018】以下、ディスク1の鍛造プレスによる絞り
成形の手順について説明する。
【0019】始めに、図2(a)に示すように、スチー
ル又はアルミ合金より成る金属製の円板状のディスク素
材Wは、外側斜面4に相当する部分が絞り成形される。
【0020】上記の絞り成形は、図3に示すように、下
ダイベース21に取り付けたドローダイ22と、上ダイ
ベース23の下面に取り付けたドローパンチ24及び上
ダイベース23の下面外周部の内面にスライド自在に取
り付けられ且つドローパンチ24の外周面をスライドす
るパッド25とを用い、ドローダイ22とパッド25の
間に素材Wを位置決めセットし、上ダイベース23を下
降させてドローダイ22とドローパンチ24との間で素
材Wを絞り成形することにより、外側斜面4に相当する
部分が成形される(第1絞り工程)。
【0021】次に、図2(b)に示すように、ハット部
2を形成する内側斜面3と外側斜面4と、内側斜面3の
中腹部の逆反りR部5の各部分が絞り成形される。
【0022】上記の絞り成形は、図4に示すように、下
ダイベース26に取り付けた所定の型面を有するドロー
ダイ27及び下ダイベース26の上面外周部の内面にス
ライド自在に取り付けられ且つドローダイ27の外周面
をスライドするパッド28と、上ダイベース29の下面
に取り付けた所定の型面を有するドローパンチ30を用
い、ドローダイ27の上に前記第1絞り工程(図3)で
加工された素材Wの上下面を反転させて位置決めセット
し、上ダイベース29を下降させてドローダイ27とド
ローパンチ30との間でパッド28を介して素材Wを絞
り成形することにより、内側斜面3と外側斜面4より成
るハット部2と、内側斜面3の中腹部の逆反りR部5の
各部分が成形される(第2絞り工程)。
【0023】ここで、上記の第2絞り工程が終了する
と、図5に示すように、本発明では前記のドローパンチ
30のみを新たなドローパンチ31に交換して、上ダイ
ベース29を下降させて第2絞り工程で形成された逆反
りR部5の部分を、ドローパンチ31に形成された型部
31aにより裏側方向に所要の加圧力で再加圧する(第
3絞り工程)。
【0024】最後に、図2(c)に示すように、リムと
の接合部位となる外側斜面4の外周部におけるストレー
ト部4aの部分が絞り成形される。
【0025】上記の絞り成形は、図6に示すように、下
ダイベース32に第2,第3絞り工程で用いたドローダ
イ27を取り付け、上ダイベース33の下面側にスライ
ド自在に取り付けられた上ダイ34と、上ダイベース3
3の下面の外周側に取り付けられ且つ上ダイ34の外周
面をスライドするベントパンチ35を用い、ドローダイ
27の上に前記の工程で成形された素材Wを位置決めセ
ットし、上ダイベース33を下降させてドローダイ27
と上ダイ34の間に素材Wを挟んだ状態で、ドローダイ
27とベントパンチ35の間で素材Wの外周部を折り曲
げることにより、ストレート部4aが成形される(第4
絞り工程)。
【0026】以上述べた素材Wの絞り工程において、逆
反りR部5は図4に示す第2絞り工程で成形されるが、
図5に示す第3絞り工程において、逆反りR部5の形状
を維持した状態で、ドローパンチ31を用いて逆反りR
部5が、その裏側に向けて所要の加圧力(例えば、素材
Wの材質SAPH440、板厚が3.2mm、逆反りR
部5の曲率が20mmの場合において約170トン)で
再加圧されるため、逆反りR部5の裏面の応力集中部に
は所要の圧縮の残留応力(少なくも100MPa以上)
が付与される。
【0027】なお、素材Wの外周部のバーリング加工
は、逆反りR部5の成形前の段階で行っておくことによ
り、逆反りR部5の裏面において第3絞り工程で付与さ
れた圧縮の残留応力が抜けたり、又は引張りの残留応力
に変化することはない。
【0028】次に、上記の各絞り工程を経て成形された
逆反りR部5を有するディスク(本発明品)と、逆反り
R部5のない通常の平面状のディスク(比較品)とにつ
いて、中腹部の裏側と表側における残留応力をX線解析
装置(AST社製、XSTRESS3000)によって
調べた結果を図7に示す。但し、図中の横軸の数値は、
ハット部の下面(ハブ面)を0とし、ハット部の頂上を
45として、その間を45等分したものであり、数値3
0は応力集中部の亀裂位置を表す。
【0029】なお、本発明品と比較品のディスクは、素
材の材質がSAPH440、板厚が3.2mmのものを
用い、本発明品の場合、逆反りR部5の曲率が20m
m、押し込み量が5mmのものを用いて行った。
【0030】図7に示すように、応力集中部の亀裂位置
(数値30の位置)では、本発明品の場合、裏側におけ
る圧縮の残留応力(●印)が約160MPaと極めて大
きく、表側における引張りの残留応力(黒三角印)が約
120MPaと極めて大きい。これに対し比較品の場
合、裏側(×印)では約20MPaの引張りの残留応力
であり、表側(◆印)では約5MPaの引張りの残留応
力である。この違いが後述のように、ディスクの面外捩
り剛性値の大きな差となって表れて来る。
【0031】上記の本発明品と比較品について、ディス
クの撓み量とディスクの面外捩り剛性値を調べた結果を
表1に示す。
【0032】
【表1】 以上のように、本発明品は比較品に対して撓み量が約5
%減少し、面外捩り剛性値が約31%と大幅に向上して
いる。そのため、本例ではディスクが撓み難くなるとと
もに、ディスクの面外捩り剛性値の大幅な向上により、
ディスクの板厚を約15%程度減少することができ、そ
れに伴い各種寸法のディスクホイールの重量を約7%〜
約16%の範囲で低減することができた。
【0033】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように、ディス
クのハット部における内側斜面の中腹部に形成される逆
反りR部の湾曲部に対して、その裏側に大きな圧縮の残
留応力を付与しているため、ディスクの剛性値が大幅に
向上し、それによってディスクの板厚の薄肉化とそれに
伴うディスクホイールの軽量化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のディスクホイールの断面図である。
【図2】(a)(b)及び(c)は本発明のディスクの
絞り成形手順を示す要部断面図である。
【図3】第1絞り工程に用いる成形装置の断面図であ
る。
【図4】第2絞り工程に用いる成形装置の断面図であ
る。
【図5】第3絞り工程に用いる成形装置の断面図であ
る。
【図6】第4絞り工程に用いる成形装置の断面図であ
る。
【図7】ディスクのハット部内側斜面における残留応力
を比較して示すグラフである。
【図8】(A)〜(E)は従来のディスクの絞り成形手
順を示す要部断面図である。
【符号の説明】
1 ディスク 2 ハット部 3 内側斜面 5 湾曲部(逆反りR部) 10 ディスクホイール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−104423(JP,A) 特開 平1−106701(JP,A) 特開 平6−79540(JP,A) 特開 平5−58105(JP,A) 特開 昭63−290637(JP,A) 特開 平5−228840(JP,A) 特開 平9−123702(JP,A) 特開 平9−76037(JP,A) 特開2000−85304(JP,A) 実開 昭59−31501(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B60B 3/00 B21D 53/26

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ディスクのハット部における径方向の内
    側斜面の中腹部に裏側に向けて湾曲して形成された湾曲
    部を有し、該湾曲部の裏側における応力集中部には少な
    くとも100MPa以上の圧縮の残留応力が付与されて
    いることを特徴とするディスクホイール。
  2. 【請求項2】 ディスクのハット部における径方向の内
    側斜面の中腹部を裏側方向に加圧して湾曲部を成形して
    から、該湾曲部の形状を維持した状態で湾曲部の裏側方
    向に再加圧して形成することを特徴とするディスクホイ
    ールの製造方法。
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