JP4956245B2 - 車両用ホイールディスクおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、２ピースタイプの車両用ホイールのホイールディスクおよびその製造方法に関する。

図１に示すように、平板状のワークからホイールディスク１０とホイールリム２０を成形し、これを溶接してなる２ピースタイプの車両用ホイールは、特にスチール製のホイールにおいて周知である。

上記ホイールディスク１０は、円盤形状のハブ取付部１１と、このハブ取付部１１の外周に連なり断面がほぼ山形をなす円環状のハット部１２と、このハット部１２の外周に連なる円環状の意匠部１３と、この意匠部１３の外周に連なる円筒形状のリム取付部１４とを有している。

上記ハット部１２とハブ取付部１１の境およびその近傍の円環状の領域は断面が湾曲した部位を含んでおり、以下の説明ではアール部１５と称する。

上記ハブ取付部１１の中央にはハブ穴１１ａが形成され、ハブ穴１１ａを囲むようにして、複数のナット座１１ｘが等間隔に形成され、このナット座１１ｘにボルト穴１１ｂが形成されている。ナット座１１ｘ間には凸形状のリブ部１１ｃが形成されている。また、意匠部１３には飾り穴１３ａが形成されている。

上記ホイールディスク１０のリム取付部１４を、ホイールリム２０のドロップ部２１の内周に嵌めて溶接することにより、車両用ホイールが完成する。

上記ハブ取付部１１は車両のハブに固定される。上記アール部１５は、このハブの外周縁に隣接しているため、大きな負荷が加わる。それ故、アール部１５に亀裂が発生しやすい。そこで、ホイールディスク１０の破壊の起点とならないように、十分な疲労強度を持たせるべく、アール部１５の肉厚を設定している。

上記ホイールディスク１０は、特許文献１の図８と同様にして製造される。詳述すると、
平板形状のワークを絞り成形して、中央部に円形の凹部を得る。この凹部底壁は、凹部の中心軸線に対して直交した円盤形状をなしている。この円盤形状の凹部底壁がそのままハブ取付部１１となる。

上記凹部を絞り成形する際に、ハブ取付部１１とアール部１５がほぼ完成されるが、アール部１５では、凹部周壁の下縁部に位置するため引張り歪みを受けることになり、ワーク肉厚に対して１０％程度減肉される。これに対して、ハブ取付部１１は殆ど減肉されない。
次の成形工程でハット部１２，意匠部１３，リム取付部１４を得る。

本発明者が板厚を均一としたホイールディスクを応力解析した結果によれば、応力が集中する箇所は、ハット部１２とアール部１５である。また、経験から亀裂の発生の多くは、アール部１５にあるボルト穴の両側近傍箇所であることが知られており、アール部１５は、他の部位に比べて大きな強度を要求される。
上記製造方法では、ハット部１２は絞り成形されるため減肉することはないが、アール部１５は、大きく減肉されるため、このアール部１５の肉厚を基準にしてワーク肉厚を設定すると、ホイールディスクにおいて、要求される強度に対応する肉厚よりも大きい肉厚を有する部位が広く存在することになり、軽量化を推進する上で阻害要因となっていた。

そこで、特許文献１の図３〜図７に示す成形方法が開発されている。この成形方法でも絞り成形により、円形の凹部とこの凹部から広がる鍔部が得られ、凹部の底壁は凹部の中心軸線と直交して円盤形状をなしている。ただし、凹部底壁の径は最終的に得られるハブ取付部の径より大きい。また、凹部周壁と鍔部との境に位置するハット部の高さ（凹部底壁からの高さ）は、最終的に得られるハット部の高さ（ハブ取付部からの高さ）より、高くなっている。

次の成形工程では、上記中間材の凹部底壁の周縁部が下型の型面に当たった状態で、上記ハット部を上型で押すことにより、ハット部の内周側の山腹部を介して底壁周縁部近傍に圧縮荷重を付与する。この成形工程によりハブ取付部とこのハブ取付部の外周に隣接したアール部が得られるが、このアール部は圧縮荷重を受けるので増肉される。そのため、アール部の強度を低下させることなくホイールディスクの軽量化を図ることができる。
特開２００４−７４２４８号公報

しかし、特許文献１の図３〜図７に示す成形方法では、ハット部の内周側の山腹部を介してアール部に圧縮歪みを付与するので、ハット部の内周側の山腹部に座屈による皺が生じ易い。このハット部は外部から観察し易いので、皺があると外観を損なうことになる。

上記成形方法ではさらにアール部１５の強化、ホイールディスクの薄肉化に関して、さらなる改良の余地があった。すなわち、アール部１５ではボルト穴の両側近傍箇所で亀裂が発生する傾向があるが、ホイールディスクを薄肉にするとボルト穴の両側近傍箇所の亀裂は、更に発生しやすくなる。上記特許文献１の成形方法では、このような現象に基づく改良がなされていなかった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、車両用ホイールディスクの製造方法において、平板状のワークを成形することにより、中央部と、この中央部の外周に連なり中央部から下方に突出する円環状の主凸部と、この主凸部の外周に連なり上方に突出する円環状のハット部を得るとともに、上記主凸部の底部において周方向に離間して複数対形成され上方に突出する副凸部を得る第１の成形工程と、上記中央部および主凸部の内周壁を潰すことにより、円盤形状のハブ取付部を得るとともに、上記ハブ取付部と上記ハット部の境およびその近傍に位置する円環状部位を増肉し、かつ上記副凸部を潰すことにより、この円環状部位において周方向に離れた複数対の局所増肉部を得る第２の成形工程と、上記ハブ取付部において、その中央にハブ穴を形成するとともに、その周囲に、ハブ穴の中心を通り上記対をなす局所増肉部の間を通る基準線上に、ボルト穴を形成する穴明け工程と、を備えたことを要旨とする。

本発明方法によれば、ハブ取付部とハット部との境近傍の円環状部位（アール部）を増肉することにより強度を増大させることができる。しかも、ボルト穴の両側近傍箇所で局所的に増肉するので、ホイールディスクの強度を確保しながらより一層の軽量化を図ることができる。ここでアール部の増肉とは、ワーク肉厚に比べて増肉する場合のみならず、ワーク肉厚より薄くても従来の一般的な方法に比べて増肉する場合をも含む。

さらに本発明方法によれば、中央部を潰すことによりアール部に圧縮荷重を付与するので、ハット部には圧縮荷重が付与されないか軽微であるため、ハット部に皺が発生するのを防止できる。

さらに本発明は、ハブ取付部と、このハブ取付部の外周に連なりハブ取付部から突出する円環状のハット部とを備え、このハブ取付部には、その中央部にハブ穴が形成され、このハブ穴の周囲に複数のボルト穴が形成された車両用ホイールディスクにおいて、上記ハブ取付部と上記ハット部の境およびその近傍に位置する円環状部位において、上記ハブ穴の中心と各ボルト穴の中心とを結ぶ基準線の両側の近傍に、局所増肉部を形成してなることを要旨とする。

以上説明したように本発明では、ホイールディスクの強度を確保しながらより一層の軽量化を図ることができる。また、ハット部の外観を損ねることがない。

以下、本発明の一実施形態をなすホイールディスクの製造方法について図２を参照しながら説明する。本実施形態で最終的に得られるホイールディスク１０は図２（Ｇ）に示されるが、既に図１を参照して説明した通りであるので、各部位の説明を省略する。

図２（Ａ）に示すように、平板形状のワーク１を用意する。このワーク１は、正方形のスチール板材の四隅を円形にカットすることにより得られる。

最初に、図２（Ｂ）に示すように、ワーク１を絞り成形することにより、凹部２を形成する。この凹部２の平面形状は円形をなしており、底壁２ａと周壁２ｂとを有している。凹部２の外側は平板形状の鍔部３として残される。底壁２ａ、周壁２ｂは円錐形状をなしており、中心軸線に向かって徐々に深くなっている。

次に、図２（Ｃ）に示すように、さらに絞り成形することにより、凹部２の径を小さくする。

次に、図２（Ｄ）に示すように、プレス成形することにより、中央部の平板状の円盤部４と、この円盤部４の外周に連なる円環状の主凸部５と、この主凸部５の外周に連なるとともに上記鍔部３の内周に連なる円環状のハット部１２とを得る。

上記主凸部５は円盤部４から下方に突出し、ハット部１２は上方に突出している、主凸部５の底壁とハット部１２の内周側の裾部の境およびその近傍は、上記アール部１５として提供される。

上記プレス成形により、図３に示すように、上記主凸部５の底部には、ワーク１の中心から放射状に延びるとともに周方向に等しい間隔離れた４つ（複数）の基準線Ｌ毎に、一対の副凸部５ａも得られる。この副凸部５ａは、主凸部５の他の底部の他の領域５ｂに対して、上方に突出している。

上記基準線Ｌは、中央のハブ穴形成予定部の中心とボルト穴形成予定部の中心を通る。上記対をなす副凸部５ａは、上記基準線Ｌの両側の近傍に位置するとともに、互いに主凸部５の周方向に離れている。換言すれば、対をなす副凸部５ａ間の真中を上記基準線Ｌが通っている。

上記円盤部４、主凸部５、副凸部５ａ，ハット部１２の内周部は、主に下型の当たりにより成形され，ハット部１２の頂部およびその近傍は上型と下型の当たりにより成形される。
上述した図２（Ｂ）〜図２（Ｄ）の工程が、本発明の第１の成形工程となる。

次に、図２（Ｅ）に示すように、上型を上記円盤部４に当てて、主にこの円盤部４と主凸部５の内周壁を潰すようにプレスすることにより、円盤形状のハブ取付部１１を得る。この際、ハット部１２は下型の型面で拘束されているので、主凸部５の底部とハット部１２の内周側裾部との境およびその近傍部（上記アール部１５）に大きな圧縮荷重が付与され、増肉される。この増肉領域を図２おいて符号Ａで示す。

上述した図２（Ｅ）のプレス成形工程において、上記副凸部５ａも上型により潰される。この際、副凸部５ａには、ワーク１における副凸部５ａの周囲部の抵抗によりプレス方向と直交する方向の圧縮荷重が付与され、その結果、アール部１５には、副凸部５ａに対応した局所増肉部１５ａ（図１にのみ示す）が得られる。

上記図２（Ｅ）の工程では、上記ボルト穴形成予定部にナット座１１ｘが成形されるとともに、リブ部１１ｃが成形される。
上記図２（Ｅ）の工程が本発明の第２の成形工程となる。

次に、図２（Ｆ）に示すように、残された鍔部３をプレス成形することにより内周部と外周部に分けると共に、内周部をプレス成形することにより意匠部１３を得る。
次に、図２（Ｇ）に示すように、鍔部３の外周部を成形してリム取付部１４を得る。

最後に、穴明け工程を実行し、ハブ穴１１ａを形成するとともに，ボルト穴１１ｂ，飾り穴１３ａ（図１にのみ示す）を形成する。

図１に示すように、上記ボルト穴１１ｂは、上記基準線Ｌ上に位置している。上記局所増肉部１５ａは、上記ボルト穴１１ｂの近傍で基準線Ｌの両側に位置しており、ボルト穴１１ｂより径方向外側に偏倚している。

上記のように、他の領域よりも高い疲労強度を要求されているアール部１５を増肉し、他の領域に比べて厚くすることができる。また、ボルト穴１１ｂの両側近傍で径方向外側に位置する箇所は、亀裂が集中し、最も高い疲労強度を要求される箇所であるが、この箇所が局所増肉部１５ｂとなっているので、ワーク１を薄くしてもホイールディスク１０の強度を確保でき、軽量化を図ることができる。
なお、図２においては肉厚を誇張して記載しているが、肉厚の変化は示していない。

本発明は上記実施形態に制約されず、種々の形態を採用可能である。例えば、成形過程で、最終形状の各部位に対応する名称および番号を付して説明したが、これら部位は、最終形状と必ずしも同形状ではない。
上記実施例では、ボルト穴は４穴であるが、５穴、６穴などにも適用できる。
上記実施例では、平板形状のワーク１は正方形のスチール板材の四隅を円形にカットした形状であるが、正方形の各辺を円弧で切り欠いた形状、四隅をカットしない形状などのホイールディスクにも適用できる。
また、上記実施例は、ホイールディスクをリムのドロップ部の内周に嵌合しているが、リムのビードシート部の内周に嵌合するホイールディスクにも適用できる。

従来および本発明に係わる２ピース車両用ホイールを示すもので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は背面図である。 本発明の車両用ホイールディスクの製造方法の一実施形態において、（Ａ）はワークを示し，（Ｂ）〜（Ｇ）は順に実行される成形工程で得られるワークの断面形状を示す。 （Ａ）は図２（Ｄ）の工程で得られるワークの要部平面図であり、（Ｂ）は図３（Ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図３（Ａ）におけるＣ−Ｃ線に沿う断面図、（Ｄ）は図３（Ａ）におけるＤ−Ｄ線に沿う断面図である。

符号の説明

１ ワーク
４ 円盤部（中央部）
５ 主凸部
５ａ 副凸部
１０ ホイールディスク
１１ ハブ取付部
１１ａ ハブ穴
１１ｂ ボルト穴
１２ ハット部
１３ 意匠部
１４ リム取付部
１５ アール部（円環状部位）
１５ａ 局所増肉部
Ｌ 基準線

Claims (2)

1. 平板状のワークを成形することにより、中央部と、この中央部の外周に連なり中央部から下方に突出する円環状の主凸部と、この主凸部の外周に連なり上方に突出する円環状のハット部を得るとともに、上記主凸部の底部において周方向に離間して複数対形成され上方に突出する副凸部を得る第１の成形工程と、
   上記中央部および主凸部の内周壁を潰すことにより、円盤形状のハブ取付部を得るとともに、上記ハブ取付部と上記ハット部の境およびその近傍に位置する円環状部位を増肉し、かつ上記副凸部を潰すことにより、この円環状部位において周方向に離れた複数対の局所増肉部を得る第２の成形工程と、
   上記ハブ取付部において、その中央にハブ穴を形成するとともに、その周囲に、ハブ穴の中心を通り上記対をなす局所増肉部の間を通る基準線上に、ボルト穴を形成する穴明け工程と、
   を備えたことを特徴とする車両用ホイールディスクの製造方法。
2. ハブ取付部と、このハブ取付部の外周に連なりハブ取付部から突出する円環状のハット部とを備え、このハブ取付部には、その中央部にハブ穴が形成され、このハブ穴の周囲に複数のボルト穴が形成された車両用ホイールディスクにおいて、
   上記ハブ取付部と上記ハット部の境およびその近傍に位置するとともに上記ボルト穴より径方向外方向に位置する円環状部位において、上記ハブ穴の中心と各ボルト穴の中心とを結ぶ基準線の両側の近傍に、互いに周方向に離間した一対の局所増肉部を形成してなることを特徴とする車両用ホイールディスク。

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