JP4322055B2

JP4322055B2 - ホイールリムの製造方法

Info

Publication number: JP4322055B2
Application number: JP2003171828A
Authority: JP
Inventors: 謙三武田; 正後藤; 信行垣矢; 潔佐藤; 尚武丸井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2023-06-17
Also published as: JP2005007407A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤを装着するためのホイールを形成するホイールリムの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用タイヤは、ホイールに装着される。このホイールは、例えば、円盤状に形成されたディスクと、円筒状に形成されたホイールリム（以下、単にリムと表記することもある）とが溶接等によって接合されて製作されている。このようなホイールは、２ピースホイールと呼称される。
【０００３】
このうち、リムは、例えば、以下のようにして製造される。すなわち、まず、長方形状の板材の端面同士を当接させた後、該当接箇所に抵抗溶接、ＭＩＧ溶接等を施すことによって円筒体が製造される。
【０００４】
次に、該円筒体の溶接部位に対するトリミングやエッジカット等の加工が施された後、多段ロール成形加工が施され（例えば、特許文献１参照）、図１１に示すように、円筒体１の外周壁略中腹部にドロップ部２と指称される凹部が形成される。なお、図１１中の参照符号３は、溶接部位を示す。
【０００５】
そして、前記円筒体１の両端部にカール部を設けた後、該円筒体１の内周壁から外周壁側に指向し、かつ円周方向に沿って隆起したハンプ部を設けることにより、リムが得られるに至る。
【０００６】
ここで、ドロップ部２を設ける工程を行う際に、特許文献２に記載されているように、溶接部３が破断することがある。このような事態が生じると、破断した溶接部位３の修復のため等の理由により、リムの生産効率が低下してしまう。そこで、特許文献２では、溶接部３に対して熱処理を施すことで該溶接部３の硬度をその他の部位と略同等とし、これにより溶接部３に破断が生起することを回避している。
【０００７】
【特許文献１】
特開平２−７０３０４号公報（第１頁右欄第３行〜第１９行、第１図）
【特許文献２】
特開昭６３−２２４８２６号公報（第２頁右下欄第１２行〜第１７行）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２に記載された方法では、溶接部３を熱処理するための設備および工程が必要となる。このため、リムの生産設備に要する投資が高騰するとともに、リムの生産効率が低下してしまう。
【０００９】
また、ドロップ部２を設ける際には、溶接部３が硬化して延伸し難くなるために該溶接部３の周囲の肉が引き寄せられ、その結果、図１２に拡大して示すように、溶接部３を含む円周縁部が溶接方向に指向して陥没するという不具合も生じる。この場合、リムの円周縁部における寸法精度が良好でなくなるため、リムの歩留まりが低下してしまう。この不具合を回避するには、特許文献２に記載されているように熱処理を施すことのみでは困難である。
【００１０】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、熱処理設備等の新たな設備や工程を付加することなく生産効率が向上し、かつ円周縁部の寸法精度が良好なリムを製造することが可能なホイールリムの製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、ワークの端面同士を当接させて円筒体を形成する工程と、前記円筒体の外周壁から内周壁側に指向して陥没しかつ周回する凹部を形成する工程とを有するホイールリムの製造方法であって、
前記円筒体における接合箇所の端部近傍に、接合方向に指向して延在する突出部を設け、次いで、前記円筒体の外周壁を押圧することにより前記凹部を設けることを特徴とする。
【００１２】
接合部の結晶粒は、接合されていない部位（非接合部）に比して粒径が大きくなるので、接合部では非接合部に比して延性が小さくなる。したがって、凹部を設けるために円筒体の外周壁を押圧した際、円筒体の軸方向の両端部を押圧部に指向して引き寄せる力が作用すると、接合部では、両端部が比較的大きく引き寄せられる。
【００１３】
本発明においては、突出部を設けることにより、接合部の軸方向を非接合部に比して長くするようにしている。このため、接合部の両端部が引き寄せられる際、前記突出部も引き寄せられるので、接合部の軸方向の寸法と、肉が容易に延伸するので両端部が押圧部に指向して引き寄せられることはさほどない非接合部の軸方向の寸法とが略一致する。換言すれば、突出部を設けることによって、凹部を設けた後の円筒体の円周縁部を面一とすることができる。したがって、円筒体の高さ方向の寸法が補償されるので、円周縁部の寸法精度が良好なホイールリムを得ることができる。
【００１４】
また、本発明によれば、寸法精度を向上させるために熱処理等を施す必要がない。このため、リムの生産効率が向上する。しかも、熱処理設備を付設する必要もないので、熱処理を施す場合に比して設備投資が低廉となる。
【００１５】
突出部は、例えば、ワークの各隅角部に凸部を設け、前記凸部同士を接合することによって設けることができる。
【００１６】
または、円筒体に対し円周方向に沿って切削加工を施すことによって突出部を設けるようにしてもよい。
【００１７】
ここで、本発明では、ワークの端面同士を接合する手法として摩擦撹拌接合を採用する。摩擦撹拌接合においては、接合前後における結晶粒の粒径の変化が他の接合方法に比して小さいので、接合部における延性が、非接合部における延性に近くなる。このため、突出部の体積を小さくすることができ、結局、突出部の重量を小さくすることができる。したがって、凹部を設けるときに円筒体を回転動作させる際、該円筒体が偏心することを抑制することができ、円周方向に沿う深さが同等の凹部を形成することができる。
【００１８】
また、摩擦撹拌接合によれば、接合部の硬度が上昇する度合いが他の接合方法に比して著しく小さいので、摩擦撹拌接合によって設けられた接合部の延性が、他の接合方法によって設けられた接合部に比して大きい。このため、摩擦撹拌接合によってワークの端面同士を接合することで得られたホイールリムでは、凹部形成時に接合部から割れが生じることを回避することもできる。
【００１９】
なお、凹部を設ける好適な方法としては、スピニング成形またはロールフォーミング成形を挙げることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るホイールリムの製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
まず、図１に示すように、ホイールリムを製作するためのワークＷ１は、略長方形状の板材であり、５０００系（ＪＩＳ記号）のアルミニウム合金からなる。該ワークＷ１における四方の隅角部には、図１における矢印Ａ方向に指向して突出した第１凸部１０ａ〜第４凸部１０ｄが設けられている。後述するように、この矢印Ａ方向は接合方向である。換言すれば、第１凸部１０ａ〜第４凸部１０ｄは、接合方向に沿って突出形成されている。
【００２２】
本実施の形態に係る製造方法においては、ワークＷ１を図１の矢印Ｂ方向に沿って湾曲させ、最終的に、図２に示すように、該ワークＷ１の端面同士を当接させることによって、矢印Ａ方向に延在する第１突出部１２、第２突出部１４を有する円筒体Ｗ２を形成する。なお、第１突出部１２は、第１凸部１０ａと第３凸部１０ｃの端面同士が互いに当接することによって形成され、一方、第２突出部１４は、第２凸部１０ｂと第４凸部１０ｄの端面同士が互いに当接することによって形成される。
【００２３】
この円筒体Ｗ２は、図示しない治具で支持される。これにより、当接した端面同士が離間すること、換言すれば、円筒体Ｗ２が開いて平板材のワークＷ１に戻ることが阻止されている。
【００２４】
この状態で、円筒体Ｗ２の当接した端面同士、すなわち、要部を拡大した図３に示す直線状の当接箇所が摩擦撹拌接合用工具２０の作用下に一体化される。
【００２５】
この摩擦撹拌接合用工具２０は、図示しない摩擦撹拌接合装置のスピンドルに固定された円柱状の回転体２２と、この回転体２２の先端部に設けられて前記当接箇所に埋没されるプローブ２４とを有し、このうちのプローブ２４が、第１突出部１２と第２突出部１４との当接箇所の直上に当接される。
【００２６】
そして、前記スピンドルを回転付勢することに伴って回転体２２と一体的にプローブ２４を回転動作させると、第１突出部１２または第２突出部１４における当接箇所にプローブ２４が摺接して、該当接箇所とその近傍に摩擦熱が発生し、その領域の肉が軟化する。この軟化により、プローブ２４の先端部が当接箇所に埋没する。
【００２７】
この状態で、図３に示すように、プローブ２４を当接箇所に沿って矢印Ａ方向に向けて変位させると、軟化した肉がプローブ２４で撹拌されることに伴って塑性流動する。この間、プローブ２４が円筒体Ｗ２の撹拌箇所から離間すると、軟化していた肉が硬化する。このような現象が連続されることにより、当接した端面同士が一体的に固相接合され、その結果、接合部２６が形成される。
【００２８】
なお、プローブ２４による摩擦撹拌接合の場合、形成された接合部２６における結晶粒の粒径が、接合前に比して著しく粗大化することはない。また、摩擦撹拌接合においては、接合部２６の硬度が接合前に比して過度に大きく上昇することはない。
【００２９】
このようにして形成された接合部２６につき検査を行い、未接合部や空洞部等の欠陥が存在しないことを確認した後、切削加工によって第１突出部１２および第２突出部１４を切断する。この際、第１突出部１２および第２突出部１４を、それぞれ、円筒体Ｗ２における第１突出部１２および第２突出部１４が存在しない部位の長手方向の寸法のおよそ０．２％となるように残留させる。例えば、図４に示すように、円筒体Ｗ２において、第１突出部１２および第２突出部１４が存在しない部位の長手方向の寸法が２５０ｍｍである場合、第１突出部１２および第２突出部１４を、円筒体Ｗ２の長手方向に沿う寸法が約０．５ｍｍ程度となるように残留させればよい。
【００３０】
次に、この円筒体Ｗ２の側周壁にドロップ部を形成する。具体的には、図５に示すように、金型装置３０と、成形ディスク３２とを用いるスピニング加工を施す。なお、これら金型装置３０および成形ディスク３２は、図示しない回転機構の作用下に回転動作させることが可能である。
【００３１】
金型装置３０は、概略円柱体形状の第１分割金型３４および第２分割金型３６を有する。このうち、第１分割金型３４の図５における下端部近傍には、挟持用フランジ部３８が設けられている。また、この第１分割金型３４には、大径部４０および小径部４２が挟持用フランジ部３８側からこの順序で連設されている。なお、大径部４０と小径部４２との間には、テーパ部４４が介在されている。そして、小径部４２には、挿入用穴部４６が設けられている。
【００３２】
一方、第２分割金型３６は、前記挿入用穴部４６に挿入された円柱状凸部４８と、挟持用フランジ部５０と、円柱状凸部４８と挟持用フランジ部５０との間に介在された段部５２とを有し、段部５２と円柱状凸部４８との間には、前記テーパ部４４に対応する形状のテーパ部５４が設けられている。
【００３３】
また、成形ディスク３２は、小径部５６ａ、５６ｂと、該小径部５６ａ、５６ｂの間に設けられた大径部５８とを有する。そして、小径部５６ａと大径部５８との間にはテーパ部６０ａが設けられており、その一方で、大径部５８と小径部５６ｂとの間にはテーパ部６０ｂが設けられている。これらテーパ部６０ａ、６０ｂの形状は、前記テーパ部４４、５４の形状に対応する。
【００３４】
以上のような構成において、円筒体Ｗ２の残留した第１突出部１２が第１分割金型３４の挟持用フランジ部３８の図５における上端面に載置されると、次に、第２分割金型３６が下降動作される。最終的に、円筒体Ｗ２の残留した第２突出部１４が第２分割金型３６の挟持用フランジ部５０に当接し、これにより、円筒体Ｗ２が挟持用フランジ部３８、５０によって挟持される。なお、図５から諒解されるように、この時点では、円筒体Ｗ２の端面は、第１突出部１２および第２突出部１４を除いて第１分割金型３４または第２分割金型３６に当接しない。
【００３５】
次に、第１分割金型３４および第２分割金型３６と成形ディスク３２とが、円筒体Ｗ２を間に挟んで互いに逆方向に回転動作される。この際、円筒体Ｗ２には第１突出部１２および第２突出部１４の一部が残留しているが、その残留量は僅かであるため、接合部２６近傍の重量は、他の部位（非接合部）に比して若干大きい程度である。このため、円筒体Ｗ２が回転動作する際に、該円筒体Ｗ２が偏心することはほとんどない。
【００３６】
そして、図６に示すように、第２分割金型３６を第１分割金型３４側に指向して変位させるとともに、仮想線で表す位置において成形ディスク３２を円筒体Ｗ２に接近させ、大径部５８で円筒体Ｗ２の外周壁を押圧する。大径部５８は、最終的に、円筒体Ｗ２を介して第１分割金型３４の小径部４２およびテーパ部５４で形成される陥没部近傍に到達し、これに伴って円筒体Ｗ２の外周壁が内周壁側に指向して陥没することにより凹部が形成される。なお、この際、大径部５８に連設されたテーパ部６２ｂは、円筒体Ｗ２を介してテーパ部５４に着座する。これにより、前記凹部に連設するテーパ部７１ｂが設けられる。
【００３７】
次に、成形ディスク３２は、回転軸に沿って図６における下方に変位される。この変位に伴って前記凹部が連続的に設けられることによって、ドロップ部７０が形成される。成形ディスク３２の変位は、最終的に、成形ディスク３２のテーパ部６２ａが円筒体Ｗ２を介してテーパ部４４に着座するまで続行される。そして、この着座により、ドロップ部７０に連設するテーパ部７１ａが設けられる。
【００３８】
上記したように、接合部２６の結晶粒は、接合されていない部位（非接合部）に比して粒径が著しく粗大化することはない。このため、接合部２６は、非接合部に比して延性がやや小さく、したがって、ドロップ部７０を形成する際に円筒体Ｗ２の外周壁を押圧した際、該円筒体Ｗ２の軸方向の両端部をドロップ部７０に指向して引き寄せる力が作用すると、非接合部では肉が容易に延伸するので両端部が押圧部に指向して引き寄せられることはさほどないのに対し、接合部２６では、両端部が引き寄せられてしまう。
【００３９】
しかしながら、本実施の形態においては、第１突出部１２および第２突出部１４の一部を残留させるようにしている。このため、ドロップ部７０を形成する際に接合部２６が引き寄せられると、この残留部も引き寄せられる。結果として、図７に示すように、接合部２６と非接合部との軸方向の寸法が略一致して、円周縁部が略面一な円筒体Ｗ２が得られる。すなわち、ドロップ部７０を形成することに伴い、円筒体Ｗ２の各端面全体が第１分割金型３４または第２分割金型３６に当接する（図６参照）。
【００４０】
このように、本実施の形態によれば、第１突出部１２および第２突出部１４の一部を残留させてドロップ部７０を形成するようにしている。このため、比較的延伸し難い接合部２６では、残留部が引き寄せられることによって、円筒体Ｗ２の軸方向の寸法が補償される。これにより、寸法精度に優れたリムを得ることができる。
【００４１】
また、円筒体Ｗ２の当接箇所を接合する際に摩擦撹拌接合を行うので、接合部２６の硬度が上昇する度合いが、他の接合方法を採用した場合に比して著しく小さい。換言すれば、接合部２６は、他の接合方法によって設けられた接合部に比して容易に延伸する。このため、凹部形成時に接合部２６から割れが生じることが回避される。
【００４２】
このようにしてドロップ部７０が設けられた円筒体Ｗ２に対し、図８において（ａ）〜（ｃ）として示すように、両端部を折り曲げてカール部７２ａ、７２ｂを形成した後、ドロップ部７０とカール部７２ａ、７２ｂとの間に円周方向に沿って隆起したハンプ部７４ａ、７４ｂを設け、最後に、カール部７２ａ、７２ｂとドロップ部７０に複数個の貫通孔７６を設けることにより、リムＲが得られるに至る。
【００４３】
以上から諒解されるように、本実施の形態によれば、割れがなくかつ寸法精度が良好なリムを、熱処理を施すことなく製作することができる。このため、熱処理工程を行う必要はなく、必然的に、熱処理設備を付設する必要もない。したがって、熱処理を施す場合に比して設備投資が低廉となり、また、リムの生産効率が向上する。
【００４４】
なお、上記した実施の形態においては、ワークＷ１としてアルミニウム合金製のものを使用したが、特にこれに限定されるものではなく、鋼製またはマグネシウム合金製のものを使用するようにしてもよい。
【００４６】
そして、第１突出部１２および第２突出部１４の残留量は、ワークＷ１の材質や溶接方法に応じて設定すればよい。例えば、延伸し難い材質を使用してリムを製造する場合や、結晶粒が粗大化することで接合部が延伸し難くなった場合、第１突出部１２および第２突出部１４の残留量を多くすればよい。
【００４７】
いずれの場合においても、ワークに第１凸部１０ａ〜第４凸部１０ｄを予め設けることに代え、真長方形ないし真正方形のワークを湾曲させて円筒体を設け、該円筒体の端部を切削加工することによって突出部を突出形成するようにしてもよい。
【００４８】
さらに、ドロップ部７０を設ける成形方法として、スピニング成形に代替してロールフォーミング成形を採用するようにしてもよい。この成形法においては、図９および図１０に示すように、成形ロール８０を有する金型装置８２が使用される。この場合、成形ロール８０は、円柱体の胴部８４と、該胴部８４の略中腹部から直径方向に指向して突出した膨出部８６とを有する。そして、この膨出部８６と胴部８４とは、テーパ部６０ａ、６０ｂを介して連設されている。この場合においても、上記金型装置３０と同様に、テーパ部６０ａ、６０ｂの形状は、前記テーパ部４４、５４の形状に対応する。また、膨出部８６の長さは、第１分割金型３４の小径部４２の長さに対応する。
【００４９】
金型装置８２においては、第１分割金型３４および第２分割金型３６と成形ロール８０とが、円筒体Ｗ２を間に挟んで互いに逆方向に回転動作される（図９参照）。そして、図１０に示すように、第２分割金型３６を第１分割金型３４側に指向して変位させるとともに、成形ロール８０を円筒体Ｗ２に接近させ、膨出部８６で円筒体Ｗ２の外周壁を押圧する。
【００５０】
膨出部８６は、最終的に、円筒体Ｗ２を介して第１分割金型３４の小径部４２およびテーパ部４４、５４で形成される陥没部近傍に到達し、これに伴って円筒体Ｗ２の外周壁が内周壁側に指向して陥没して、ドロップ部７０が形成される。この際、膨出部８６に連設されたテーパ部６０ａ、６０ｂが円筒体Ｗ２を介してテーパ部４４、５４に着座し、これにより、ドロップ部７０に連設するテーパ部７１ａ、７１ｂが設けられる。
【００５１】
勿論、この場合においても、端面の寸法精度に優れる円筒体Ｗ２、ひいてはリムＲを得ることができる。
【００５２】
なお、スピニング成形またはロールフォーミング成形のいずれにおいても、残留させる第１突出部１２および第２突出部１４の円筒体Ｗ２の長手方向に沿う寸法は、円筒体Ｗ２における第１突出部１２および第２突出部１４が存在しない部位の長手方向の寸法に対して０．１〜０．４％とすることが好ましい。例えば、図４に示す場合、第１突出部１２および第２突出部１４における円筒体Ｗ２の長手方向に沿う寸法を０．３〜１ｍｍ程度とする。０．１％未満であると、円筒体Ｗ２の円周縁部に陥没が生じることがある。また、０．４％を超えると、ドロップ部７０を形成する際に円筒体Ｗ２の偏心が起こり易くなる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、円筒体における接合部近傍を含む端部を突出させた状態で、該円筒体に凹部を設けるようにしている。このため、非接合部に比して延伸し難い接合部が引き寄せられた際、突出部によって円筒体の軸方向の寸法が補償される。これにより、特に円周縁部の寸法精度に優れたホイールリムを得ることができる。
【００５４】
しかも、この場合、熱処理を施す必要がないのでホイールリムの生産効率が向上するとともに、設備投資を低廉化し、最終的に低価格で品質に優れたホイールリムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】各隅角部に凸部を有するホイールリム用のワークの概略全体斜視図である。
【図２】図１のワークを湾曲させるとともに凸部同士を当接させることによって形成された突出部を有する円筒体の概略全体斜視図である。
【図３】図２の円筒体において当接した端面同士を摩擦撹拌接合にて接合している状態を示す要部拡大説明図である。
【図４】当接箇所が接合された円筒体の第１突出部および第２突出部の大部分を切断除去した状態を示す概略全体斜視図である。
【図５】円筒体にドロップ部を設けるための金型装置の一部断面説明図である。
【図６】図５の金型装置にて円筒体にドロップ部を設けている状態を示す一部断面説明図である。
【図７】ドロップ部が設けられる際に第１突出部（第２突出部）が引き寄せられて面一となった円筒体の円周縁部を示す要部拡大説明図である。
【図８】円筒体に対してカール部、ハンプ部および貫通孔を順次設けた状態を示すリムの概略工程説明図である。
【図９】円筒体にドロップ部を設けるための別の金型装置の一部断面説明図である。
【図１０】図９の金型装置にて円筒体にドロップ部を設けている状態を示す一部断面説明図である。
【図１１】従来技術において、ドロップ部が設けられた円筒体の概略全体斜視図である。
【図１２】従来技術において、ドロップ部が設けられる際に端部が引き寄せられて陥没が生じた円筒体の端部を示す要部拡大説明図である。
【符号の説明】
１、Ｗ２…円筒体２、７０…ドロップ部（凹部）
１０ａ〜１０ｄ…凸部１２、１４…突出部
２０…摩擦撹拌接合用工具２４…プローブ
２６…接合部３０、８２…金型装置
３２…成形ディスク３４、３６…分割金型
３８、５０…挟持用フランジ部４０、５８…大径部
７２ａ、７２ｂ…カール部７４ａ、７４ｂ…ハンプ部
８０…成形ロール８６…膨出部
Ｒ…リムＷ１…ワーク

Claims

ワークの端面同士を当接させて円筒体を形成する工程と、当接した前記端面同士を摩擦撹拌接合によって接合する工程と、前記円筒体の外周壁から内周壁側に指向して陥没しかつ周回する凹部を形成する工程とを有するホイールリムの製造方法であって、
前記円筒体における接合箇所の端部近傍に、接合方向に指向して延在する突出部を設け、次いで、前記円筒体の外周壁を押圧することにより前記凹部を設けることを特徴とするホイールリムの製造方法。
請求項１記載の製造方法において、前記ワークの各隅角部に凸部を設け、前記凸部同士を接合することによって前記突出部を設けることを特徴とするホイールリムの製造方法。
請求項１記載の製造方法において、前記円筒体に対し円周方向に沿って切削加工を施すことによって前記突出部を設けることを特徴とするホイールリムの製造方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法において、前記凹部を、スピニング成形またはロールフォーミング成形によって設けることを特徴とするホイールリムの製造方法。