JP3514185B2 - ホイールの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スピニング裂開装
置を用いたホイールの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両用ホイールの製造方法として、特公
平３−７１２０９号公報には、展伸性に優れた金属製の
円板状の素材板を用い、この素材板の中央部をマンドレ
ル間に挟持してマンドレルとともに回転させながら、裂
開刃により素材板の外周部を厚さ方向の途中部において
半径方向に二股状に裂開させて１対の裂開片を形成し、
更にこれら１対の裂開片に対してローラによりスピニン
グ加工を施してリム部を成形するように構成したものが
提案されている。通常、前記裂開刃としては、図１１に
示す裂開刃１００のように、両側面１０１，１０２のな
す角度θを一定に設定したものが採用されている。ま
た、図１２に示す裂開刃１１０のように、裂開刃１１０
の回転中心に直交する基準面Ａに対する一方の側面１１
１のなす角度θ１と、他方の側面１１２のなす角度θ２
とが異なる角度になるように構成したものも提案されて
いるが（特開平１−８７０２０号公報参照）、この裂開
刃１００においても、両側面１１１，１１２のなす角度
θ１＋θ２は一定に設定されている。

【０００３】また、ホイールの他の製造方法として、円
板状の素材板をスピニング加工して有底な洗面器状に成
形し、この成形品の底面を打ち抜いてリム部を形成し、
このリム部に別途成形したディスク部を結合してホイー
ルを得るように構成した製造方法も広く採用されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記のように円板状の
素材板を裂開してホイールを製作する場合には、裂開後
にスピニング加工を施す関係上、裂開により成形される
1対の裂開片のなす角度はある程度大きく設定する必要
があるが、裂開片のなす角度を大きく設定するため、裂
開刃の両側面のなす角度を大きく設定すると、素材板に
対する裂開刃の食い込みが悪くなるとともに大きな加圧
力が必要になり、裂開時における素材板の変形等が懸念
される。このため前記製造方法では、鋭角状の裂開刃を
用いて裂開した後、ローラ状の裂開刃を用いて、裂開片
を再度押し広げるという作業を行っているが、この場合
には裂開のための作業工程数が増加し、加工コストが高
くなるとともに、複数のスピニング裂開装置を用意する
必要があり、設備経済的に問題があった。

【０００５】本発明の目的は、１つの裂開刃により効率
的に素材板を裂開可能なスピニング裂開装置を用いたホ
イールの製造方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段及びその作用】請求項１に
係るホイールの製造方法は、裂開刃として両側面のなす
角度を刃先側へ行くにしたがって連続的或いは段階的、
もしくは両者の組み合わせにより小さく設定した裂開刃
を用い、円板状の素材板を回転させながら、厚さ方向の
途中部を裂開刃で二股状に切り裂いて、素材板の外周部
に１対の裂開片を形成するに際し、裂開初期における素
材板の回転速度をそれ以降における素材板の回転速度よ
りも低速に設定しながら１対の裂開片を形成し、次に、
前記裂開片をスピニング加工によりリム形状に加工する
ものである。この製造方法では、裂開刃として両側面の
なす角度が刃先側へ行くにしたがって小さくなるよう
に、つまり刃先側ほど尖鋭になるように構成したものを
用いているので、素材板に対する裂開刃の食い込みをよ
くし、効率的に素材板を裂開することが可能となる。ま
た、反対に刃元側ほど裂開刃の両側面のなす角度が大き
くなるので、切り込みにより形成された裂開片が外側へ
押し広げられることになり、形成される１対の裂開片の
なす角度を大きく設定することが可能となる。また、裂
開刃の刃元側の両側面により1対の裂開片が開脚側へ押
圧されるので、裂開刃の先端部を素材板の裂開先端部に
効果的に食い込ますことが可能となり、素材板を効率的
に裂開できる。しかも、１回の裂開処理により素材板を
必要分量だけ裂開することが可能となり、ホイールの製
造工程数を少なくして、加工コストを低減できるととも
に、ホイールの製造ラインに複数台の裂開装置を設ける
必要がないので、設備経済的に有利になる。更に、裂開
初期における素材板の回転速度をそれ以降における素材
板の回転速度よりも低速に設定したものである。裂開初
期においては、裂開する部分の表面性等により素材板と
裂開刃との位置関係が変動し易いので、素材板がある程
度切り込まれて素材板と裂開刃との位置関係が安定する
までの裂開初期における素材板の回転速度を低く抑える
ことで、素材板を精度良く裂開することが可能となる。
また、裂開初期以降は、加工速度を高めて生産性をあげ
るため、素材板の回転速度を高く設定することになる。

【０００７】請求項２記載のホイールの製造方法は、前
記裂開刃として、刃先における両側面のなす角度α１を
４０°以下に設定し、刃元における両側面のなす角度α
２をα２＞α１に設定したものを用いたものである。こ
のように刃先における両側面のなす角度α１を４０°以
下に設定することで、素材板に対する裂開刃の食い込み
性を十分に確保することが可能となり、裂開性能の向上
が図れる。

【０００８】請求項３記載のホイールの製造方法は、刃
元における両側面のなす角度α２を６０°〜７０°に設
定したものである。このように、刃元における両側面の
なす角度α２を６０°〜７０°に設定することで、１つ
の裂開刃で形成可能な1対の裂開片のなす角度を十分に
大きく設定することが可能となる。

【０００９】裂開時における素材板の具体的な回転速度
は、請求項４記載のように、裂開初期における素材板の
回転速度を１５０ｒｐｍ±１０％に設定し、回転初期以
降における素材板の回転速度を２５０〜４００ｒｐｍに
設定できる。また、裂開刃の送り量は、請求項５記載の
ように、裂開初期の送り量を毎分１０±５ｍｍに設定
し、裂開初期以降の送り量を毎分３０〜３５ｍｍに設定
できる。

【００１０】

【００１１】請求項６記載のホイールの製造方法は、前
記素材板として、他のホイール製作時に打ち抜きにより
発生する中抜材を用いたものである。製造方法によって
はホイールの製造過程において、円板状の中抜材が発生
することがある。従来、このような中抜材は、廃材とし
て処理していたが、本発明では、このような中抜材を有
効活用してホイールを製作できるので、ホイールの製作
コストを格段に低減できる。また、中抜材を溶融等して
再利用する場合よりも、再利用のためのエネルギーロス
が少なく、地球環境に優しい製品となる。請求項７記載
のホイールの製造方法は、素材板の裂開部分に焼鈍処理
を施したものである。このような焼鈍処理を施すと、裂
開部分の加工硬化を元の硬さに戻すことができるととも
に、素材板の金属組織を均質にすることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。本実施例は、車両用ホ
イールを製作するときに用いるスピニング裂開装置に本
発明を適用した場合の実施例であり、以下、ホイールの
製造方法について説明しながらスピニング装置について
説明する。先ず、図１に示すように、金属板を打ち抜い
て円板状の素材板１を製作する。素材板１を構成する金
属材料としては、展伸性に富むものであれば任意の金属
材料を採用できるが、車両の走行性能を高めるため軽量
なアルミニウム合金を用いることが好ましい。また、こ
の素材板１を用いてオートバイ等の比較的小型なホイー
ルを製作する場合には、例えば自動車用ホイールを製作
するときに発生する円板状の中抜材を素材板として利用
することも可能であり、このように構成すると、廃棄処
分されていた中抜材を有効活用してホイールを製作でき
るので、ホイールの製作コストを格段に低減できる。ま
た、中抜材を溶融等して再利用する場合よりも、再利用
のためのエネルギーロスが少なく、地球環境に優しい製
品となる。

【００１３】次に、図２に示すように、素材板１のうち
のディスク部２（図１０参照）に対応する部分を所定の
断面形状にプレス成形するとともに、軽減孔３と軸孔４
とボルト取付孔５とを打ち抜きにより形成して素材板１
Ａを製作する。尚、軽減孔３の個数や形状は任意に設定
可能である。また、ボルト取付孔５の個数は、適用する
車両に応じた個数に適宜設定するものとする。但し、こ
のプレス成形の処理は、金属板から素材板１を製作する
ときに同時に行っても良い。

【００１４】次に、図３に示すように、軽減孔３と軸孔
４とボルト取付孔５とを形成した素材板１Ａを１組のマ
ンドレル１０，１１間に相対回転不能に挟持し、素材板
１Ａをマンドレル１０，１１とともに回転させながら、
素材板１Ａの外周部の厚さ方向の途中部に裂開刃２０の
先端部を圧接させ、図４、図５に示すように、素材板１
Ａの外周部を二股状に切り裂いて、リム部６，７（図１
０参照）に対応する１対の裂開片６Ａ，７Ａを有する素
材板１Ｂを製作する。本実施例では、素材板１Ａの略中
央部を裂開したが、両裂開片６Ａ，７Ａの肉厚が異なる
ように、素材板１Ａの厚さ方向の一方に偏った位置を裂
開してもよい。また、素材板１Ａの半径方向の途中部を
折曲させ、この折曲部分から裂開することも可能であ
る。更に、素材板１の外周部を裂開刃２０により裂開し
た後、その中央部に対してプレス成形を施して、素材板
１Ｂを製作しても良い。この場合には、裂開する素材板
１の平面度が出しやすく、裂開精度を向上できる。

【００１５】裂開刃２０は、外周部を尖鋭に構成した略
円板状の部材で、図４に示すように、刃先部２０ａの両
側面２１及び刃元部２０ｂの両側面２２はそれぞれ部分
円錐面状の断面直線状の傾斜面で構成され、刃先部２０
ａの両側面２１のなす角度α１と刃元部２０ｂの両側面
２２のなす角度α２とがα１＜α２になるように構成さ
れている。角度α１は、素材板１Ａに対する食い込み性
を確保するためには４０°以下に設定することが好まし
く、また角度α１が１５°未満になると刃先が破損し易
くなるので、２０°±５°以内に設定することが好まし
い。角度α２は、角度α１よりも大きな角度で有れば任
意に設定可能であるが、６０°よりも小さいと、裂開片
６Ａ，７Ａの外周端が裂開刃２０の回転軸２３に干渉し
易くなり、７０°よりも大きいと、裂開片６Ａ，７Ａの
外周端が裂開刃２０の角度α２の両側面２２に突き当た
って、裂開片６Ａ，７Ａの外周端を裂開刃２０の両側へ
スムーズに案内できなくなるので、６０°〜７０°に設
定することが好ましい。

【００１６】刃先の半径Ｒは、素材板１Ａの素材や板
厚、裂開刃２０の送り量やマンドレル１０，１１の回転
速度などの裂開条件に応じて設定することになる。例え
ば板厚が６〜８ｍｍのアルミニウム合金製の素材板を裂
開する場合には、半径Ｒが０．８〜１．５ｍｍの裂開刃
を使用することになる。また、刃先部２０ａの幅Ｔ１
は、素材板１Ａの外周部の裂開幅Ｔ（図３参照）が大き
くなるにしたがって大きく設定されている。但し、刃先
部２０ａの幅Ｔ１が２０ｍｍ未満の場合には、裂開片６
Ａ，７Ａが開脚し難いことから、裂開片６Ａ，７Ａの外
周端が両側面２２に当接したときにおける抵抗の変動が
大きくなり、歪みや振れ等の原因になるとともに、裂開
片６Ａ，７Ａが無理に開脚されて裂開先端部が裂けてし
まうので、最低でも２０ｍｍ以上に設定することにな
る。

【００１７】マンドレル１０，１１の回転速度は、裂開
初期とそれ以降の２段階に設定され、裂開初期の回転速
度は１５０ｒｐｍ±１０％に設定され、裂開初期以降は
２５０〜４００ｒｐｍに設定されている。また、裂開刃
２０の送り量も、裂開初期とそれ以降の２段階に設定さ
れ、裂開初期の送り量は毎分１０±５ｍｍに設定され、
裂開初期以降は毎分３０〜３５ｍｍに設定されている。
つまり、裂開初期においては、素材板１Ａと裂開刃２０
との位置関係が変動し易いので、素材板１Ａが、例えば
１０〜１５ｍｍ程度切り込まれて素材板１Ａと裂開刃２
０との位置関係が安定するまでの裂開初期における、素
材板１Ａの回転速度を低く抑えるとともに裂開刃２０の
送り量を少なくすることで、素材板１Ａを精度良く裂開
することが可能となる。また、裂開初期以降は、加工速
度を高めて生産性をあげるため、素材板１Ａの回転速度
を高く設定するとともに、裂開刃２０の送り量を大きく
設定することになる。素材板１Ａの厚さ方向に対する裂
開刃２０の芯ズレは、例えば板厚が６〜８ｍｍの素材板
を用いる場合には±０．５ｍｍ以内に設定する必要があ
る。このような芯ズレは、裂開前における素材板１Ａの
外周部の平面度の低下により大きくなるので、素材板１
Ａのプレス成形後に素材板１Ａの外周部の平面度を調整
する工程を設けることが好ましい。また、裂開装置の側
方に素材板１Ａの外周部を外部よりサポートする手段を
設け、素材板１Ａを裂開するときにおける素材板１Ａの
振動を規制して、素材板１Ａに対する裂開刃２０の芯ズ
レを防止してもよい。

【００１８】前述のような裂開刃２０を用いると、素材
板１Ａに対する裂開刃２０の食い込みを良好に維持し、
しかも裂開片６Ａ，７Ａが刃元部２０ｂの両側面２２に
より外側へ押し広げられるので、形成される１対の裂開
片６Ａ，７Ａのなす角度を大きく設定することが可能と
なり、裂開後に裂開片６Ａ，７Ａを開脚させるための工
程を設けることなく、リム部６，７を形成するための後
述するスピニング加工を円滑に行えるとともに、裂開刃
２０の先端部を素材板１Ａの裂開先端部に円滑に食い込
ますことが可能となり、素材板１Ａを効率的に裂開でき
る。

【００１９】尚、裂開刃２０としては、両側面のなす角
度が刃先側へ行くにしたがって連続的或いは段階的、も
しくは両者の組み合わせにより小さく設定されていれ
ば、任意の形状のものを採用することが可能である。例
えば、図６に示す裂開刃２０Ａのように、両側面を３段
階或いは４段階以上に角度を変更した傾斜面２５で構成
したり、図７（ａ）に示す裂開刃２０Ｂのように、両側
面を連続的に角度を変更した湾曲面２６で構成したり、
図７（ｂ）に示す裂開刃２０Ｃのように、刃先側を一定
角度の傾斜面２７で構成し、刃元側を連続的に角度を変
更した湾曲面２８で構成するとともに、傾斜面２７と湾
曲面２８とが滑らかに連なるように構成したものを採用
することが可能である。

【００２０】次に、図８に示すように、素材板１Ｂのう
ちのアウターリム部６に対応する裂開片６Ａをアウター
リム部６に応じた所定長さにカットして、素材板１Ｃを
製作する。次に、素材板１Ｃに対して焼鈍処理を施し
て、裂開部分の加工硬化を元の硬さに戻すとともに、素
材板１の金属組織を均質にする。つまり、裂開により裂
開片６Ａ，７Ａの対向面側部分においては加工硬化によ
り硬度が高くなるとともに、金属組織が乱れるので、焼
鈍処理により対向面側部分の硬度や元の状態に戻すとと
もに金属組織を均質にして、裂開片６Ａ，７Ａの延展性
を高め、次工程における展伸時に裂開片６Ａ，７Ａの対
向面側部分、特に裂開先端部分が破断しないように構成
することが好ましい。但し、この焼鈍処理は、素材板１
Ｂに対して施しても良い。次に、図９に示すように、素
材板１Ｃを１対のマンドレル１２，１３に相対回転不能
に挟持し、素材板１Ｃをマンドレル１２，１３とともに
回転させながら裂開片６Ａ，７Ａにロール１４を圧接さ
せ、ロール１４を左右方向に移動させて、裂開片６Ａ，
７Ａをマンドレル１０，１１の外周面に沿って展伸させ
てリム部６，７を形成する。次に、リム部６，７の先端
部にカーリング加工を施してカール部６ａ，７ａを形成
し、図１０に示すような形状のホイール８を得ることに
なる。

【００２１】尚、本実施例では、アウターリム部６をイ
ンナーリム部７よりも短尺に構成したホイール８の製造
方法及びそれに用いるスピニング裂開装置について説明
したが、ホイール自体の構成はリム部を裂開により形成
したものであれば、任意の構成のものを適用できる。例
えば、両リム部６，７の長さを同じに設定したホイール
を製作する場合においても、本発明を同様に適用でき
る。また、ホイール以外の各種部品、例えば動力伝達装
置におけるプーリー等を製造するときにも本発明を同様
に適用できる。

【００２２】

【発明の効果】請求項１に係るホイールの製造方法によ
れば、裂開刃として両側面のなす角度が刃先側へ行くに
したがって小さくなるように、つまり刃先側ほど尖鋭に
なるように構成したものを用いているので、素材板に対
する裂開刃の食い込みをよくし、効率的に素材板を裂開
することが可能となる。また、反対に刃元側ほど裂開刃
の両側面のなす角度が大きくなるので、切り込みにより
形成された裂開片が外側へ押し広げられることになり、
形成される１対の裂開片のなす角度を大きく設定するこ
とが可能となる。また、裂開刃の刃元側の両側面により
1対の裂開片が開脚側へ押圧されるので、裂開刃の先端
部を素材板の裂開先端部に効果的に食い込ますことが可
能となり、素材板を効率的に裂開できる。このため、１
回の裂開処理により素材板を必要分量だけ裂開すること
が可能となり、ホイールの製造工程数を少なくして、加
工コストを低減できるとともに、ホイールの製造ライン
に複数台の裂開装置を設ける必要がないので、設備経済
的に有利になる。更に、裂開初期における素材板の回転
速度をそれ以降における素材板の回転速度よりも低速に
設定しているので、素材板を裂開精度の向上と、生産性
を向上の両立を図ることが可能となる。

【００２３】請求項２記載のように、裂開刃として、刃
先における両側面のなす角度α１を４０°以下に設定
し、刃元における両側面のなす角度α２をα２＞α１に
設定したものを用いると、素材板に対する裂開刃の食い
込み性を十分に確保することが可能となる。

【００２４】請求項３記載のように、刃元における両側
面のなす角度α２を６０°〜７０°に設定すると、１つ
の裂開刃で形成可能な1対の裂開片のなす角度を十分に
大きく設定することが可能となる。

【００２５】

【００２６】

【００２７】請求項６記載のように、素材板として、他
のホイール製作時に打ち抜きにより発生する中抜材を用
いると、円板状の中抜材をそのまま有効利用してホイー
ルを製作できるので、従来のように中抜材を溶融等して
再利用する場合よりも、再利用のためのエネルギーの使
用量を少なくできる。請求項７記載のように、素材板の
裂開部分に焼鈍処理を施すと、裂開部分の加工硬化を元
の硬さに戻すことができるとともに、素材板の金属組織
を均質にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 素材板の斜視図

【図２】 軽減孔と軸孔とボルト取付孔を形成した素材
板の説明図

【図３】 裂開作業の説明図

【図４】 裂開時における裂開刃付近の縦断面

【図５】 裂開した素材板の縦断面図

【図６】 他の構成の裂開刃の正面図

【図７】 他の構成の裂開刃の正面図

【図８】 裂開片の一部をカットした素材板の縦断面図

【図９】 スピニング加工の説明図

【図１０】 ホイールの縦断面図

【図１１】 従来の技術に係る裂開刃の正面図

【図１２】 従来の技術に係る他の裂開刃の正面図

【符号の説明】

１ 素材板 １Ａ 素材板 １Ｂ 素材板 １Ｃ 素材板 ２ ディスク部 ３ 軽減孔 ４ 軸孔 ５ ボルト取付孔 ６ アウターリム部 ７ インナーリム部 ６ａ カール部 ７ａ カール部 ６Ａ 裂開片 ７Ａ 裂開片 ８ ホイール １０ マンドレル １１ マンドレル １２ マンドレル １３ マンドレル １４ ロール ２０ 裂開刃 ２０ａ 刃先部 ２０ｂ 刃元部 ２１ 側面 ２２ 側面 ２３ 回転軸 ２０Ａ 裂開刃 ２５ 傾斜面 ２０Ｂ 裂開刃 ２６ 湾曲面 ２０Ｃ 裂開刃 ２７ 傾斜面 ２８ 湾曲面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21D 22/14 - 22/18 B21D 53/26 - 53/34 B21K 1/32

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 裂開刃として両側面のなす角度を刃先側
   へ行くにしたがって連続的或いは段階的、もしくは両者
   の組み合わせにより小さく設定した裂開刃を用い、円板
   状の素材板を回転させながら、厚さ方向の途中部を裂開
   刃で二股状に切り裂いて、素材板の外周部に１対の裂開
   片を形成するに際し、裂開初期における素材板の回転速
   度をそれ以降における素材板の回転速度よりも低速に設
   定しながら１対の裂開片を形成し、 次に、前記裂開片をスピニング加工によりリム形状に加
   工する、 ことを特徴とするホイールの製造方法。
2. 【請求項２】 前記裂開刃として、刃先における両側面
   のなす角度α１を４０°以下に設定し、刃元における両
   側面のなす角度α２をα２＞α１に設定したものを用い
   た請求項１記載のホイールの製造方法。
3. 【請求項３】 刃元における両側面のなす角度α２を６
   ０°〜７０°に設定した請求項１又は２記載のホイール
   の製造方法。
4. 【請求項４】 裂開初期における素材板の回転速度を１
   ５０ｒｐｍ±１０％に設定し、回転初期以降における素
   材板の回転速度を２５０〜４００ｒｐｍに設定した請求
   項１〜３のいずれか 1 項記載のホイールの製造方法。
5. 【請求項５】 裂開初期の送り量を毎分１０±５ｍｍに
   設定し、裂開初期以降の送り量を毎分３０〜３５ｍｍに
   設定した請求項１〜４のいずれか１項記載のホイールの
   製造方法。
6. 【請求項６】 前記素材板として、他のホイール製作時
   に打ち抜きにより発生する中抜材を用いた請求項１〜５
   のいずれか１項記載のホイールの製造方法。
7. 【請求項７】 素材板の裂開部分に焼鈍処理を施した請
   求項１〜６のいずれか１項記載のホイールの製造方法。