JP5265110B2 - 自動車車輪用釣合錘及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は自動車用車輪及び付属部品分野に、具体的に言えば自動車車輪の釣合錘及び製造方法に関する。

自動車車輪の製造過程中では、加工工程、材質などの要因で軸と車輪ボス間が絶対的な同心にならないことがある。つまり一定の偏心距離が存在している。自動車が70〜80キロ/ｈの速度で走る場合、偏心により、自動車を激しく振動させることがあり、自動車の性能と安全性に影響を与えることがある。そのために自動車車輪を据え付ける前には必ず動的釣り合い校正を行う必要がある。動的釣り合い校正の結果によって、それぞれの車輪に1枚乃至複数枚の釣合錘を据え付ける必要がある。

現在、自動車車輪用釣合錘のほとんどが非鉄金属ダイカスト成形方法で作り、材料はたとえば亜鉛或いは鉛の合金などを採用する。ダイカスト成形する前には先にバネ掛け板を金型に嵌めて、バネ掛け板の一部は、ダイカスト後に成形した金属に包まれる。そして、直接釣合錘にあるバネ掛け板を通じて、釣合錘を自動車車輪の車輪ボスに嵌める。非鉄金属でダイカストした自動車車輪用釣合錘には、成形性能が良い、成形工程が簡単であるなどのメリットがある。しかし、亜鉛或いは鉛などの合金で作った自動車車輪用釣合錘の原材料の価格は高く、特に自動車を廃却した後に車輪に付いてある釣合錘は廃棄物になる。廃棄された釣合錘からは、露天に放置されて日時が経過すると、標準を超える鉛が溶出するおそれがある。

本発明の目的は、背景技術を基礎として、その構造、材料及び製造プロセスを調整することによって、原材料の価格が低く、且つ、安全性及び信頼性が高い自動車車輪用釣合錘を提供することにある。 本発明のもう一つの目的は、上述の自動車車輪用釣合錘の製造方法を提供することにある。

上述した本発明の第一目的を達成するために、本発明の自動車車輪用釣合錘は、釣合錘の重りとそれに繋がっているバネ掛け板とを含む。鉄材を冷間鍛造成形して釣合錘の重りの外形の縁の全てを円角或いは面取りにすることよって円滑に渡り、釣合錘の重りの外形輪郭を円滑に渡らせている。釣合錘の重りには少なくとも一箇所或いは複数箇所に突起を設け、バネ掛け板がこの突起によって釣合錘の重りと繋がれる。そして、冷間鍛造成形後に釣合錘の重りの表面のうち当該自動車車輪用釣合錘の外表面をなす部分の全てがめっきまたは塗装される。
ここで述べた突起は具体的にリベットを指す。最適なリベットの数量は2個である。リベットの押し出し長さは、金型の構造或いは成形力の大きさによって調整を行うことできる。
ここで述べた釣合錘の重りと突起が採用した材料が矩形断面鉄材である。それを製造するときに、釣合錘の重りの輪郭形状及び突起は矩形鉄材を直接に冷間鍛造することによって成形され、その両者は一体である。冷間鍛造によって成形した釣合錘の重りの外形縁をなす所はすべて円角（丸みを帯びた角）或いは面取りして円滑に連結される。それによって釣合錘の重りを塗装後、その外形縁の尖鋭な所の塗装が、車輪の高速回転時、砂利と突きあって剥落することを防止する。

突起（リベット）のある平面と反対する面は冷間鍛造により形成された平面であり、その面5には突起と対応する位置に有底孔がない。

本発明の自動車車輪用釣合錘の製造方法は、下記の工程を含む。
（1）素材カットの工程として、完成後の自動車車輪用釣合錘に応じた寸法に鉄材を切断する。
（2）表面の洗浄及び予熱の工程として、切断された材料（パーツ）の表面の洗浄及び予熱を行う。
（3）潤滑剤を被覆する工程として、予熱処理された前記鉄材を潤滑剤液に浸漬して、潤滑剤塗布を行う。
（4）冷間鍛造成形の工程として、冷間鍛造成形を行って前記潤滑剤で被覆された前記鉄材の外形の縁の全てを円角或いは面取りにすることよって円滑に渡り、前記鉄材の外形輪郭を円滑に渡らせる。
（5）バリ取りの工程として、ダイスを用いて前記鉄材に形成されたバリを取るバリ取りを行う。
（6）表面仕上げ処理の工程として、仕上げ機械を用いて前記鉄材のバリ取り及び前記潤滑剤液の除去を行う。
（7）前記鉄材である釣合錘の上表面に重量マークを付ける。
（8）バネ掛け板を釣合錘の重りにリベットで固定する。
（9）前記釣合錘の表面の全てをめっきまたは塗装する外観塗装を行う。

工程（1）〜工程（2）の間に35ｇ以上の釣合錘の重りに対して行われる曲げ工程を更に含んでいてもよく、この工程では、切断した鉄材に釣合錘の重りの曲率半径によって彎曲成形を行う。
本発明の釣合錘の重りは普通の鉄材を原材料として、冷間型鍛造によって成形される。釣合錘の重りを成形してから、バネ掛け板を釣合錘の錘から押し出したリベットによって固定する。取り付けする場合、リベットによって固定されたバネ掛け板を自動車車輪の車輪ボスに嵌めるだけでよい。その取り付け寸法は今までの非鉄金属からダイキャストで作った自動車車輪用釣合錘と全く一緒である。鉄製釣合錘のメリットは、原材料の価格が低いこと、人体と環境に危害がないことである。しかし、鉄製釣合錘の重りの成形プロセスは複雑であり、バネ掛け板との連結にはインレイ方式を採用することができない。インレイ方式に代えて、釣合錘の重りの成形時にリベットとして突起を一体に形成させて、突出したリベットとバネ掛け板をリベット締めするのは、低価格で信頼性の高い固定方法である。

本発明の特徴は、鉄製の釣合錘の重りを冷間鍛造成形するときに押し出した二つのリベットであり、成形後に有底孔を打ち抜きしてリベットを押し出すことではなく、且つ、釣合錘の外形輪郭は冷間鍛造で直接成形して、釣合錘の縁にはすべて円角或いは面取りがあって、非鉄金属でダイキャスト成形した釣合錘と同じように外形が円滑に渡ることにある。また、打ち抜きプロセスと比べると、原材料を5〜10％節約することができる。

以下で具体的な実施例により本発明に対して更に詳しく説明する。しかし、本発明はこれだけに限定されるものではない。
図1と図2で示した自動車車輪用釣合錘は、釣合錘の重り2を含む。釣合錘の重り2の表面には冷間鍛造により押し出した突起が二つある。この二つの突起がリベット3として使用され、バネ掛け板1は、2個のリベット3により釣合錘の重り2とリベット締めて繋がれる。リベット3の長さは、金型の構造或いは成形力の大きさによって調整を行うことできる。
突起が形成された面4とは反対の釣合錘の重り2の面（反対面）5は平面とする。反対面5には突起と対応する位置に有底孔がなく、面5は冷間鍛造するときに自然に形成されたものである。

釣合錘の重り2及び突起は、矩形鉄材を直接に冷間鍛造することによって成形され、両者は一体である。冷間鍛造によって成形した釣合錘の重りの外形縁をなす所はすべて円角（丸みを帯びた角）或いは面取りして円滑に連結される。それによって釣合錘の重りを塗装後、その外形縁の尖鋭な所の塗装が、車輪の高速回転時、砂利と突きあって剥落することを防止する。突起（リベット）のある平面4と反対する面5は冷間鍛造により形成された平面である。

上述した釣合錘用重り2の製造技術のポイントは下記の通りである。
(1)材料切断：指定した鉄製自動車車輪用釣合錘によって素材の重量、寸法を計算し、相応寸法の矩形断面の鉄材素材を選ぶ。カット型を付けてあるクランクプレスで材料を切断する。
(2)素材の曲げ：工程（1）〜工程（2）の間に35ｇ以上の釣合錘の重りに対して行われる曲げ工程を更に含んでいてもよく、切断した素材に対し車輪用釣合錘の重りの曲率半径によって、曲げ用型内で彎曲成形を行い、それによって順調に成形用ダイスに入れることができる。曲率半径が大きく、35ｇ以下の釣合錘の重りに対して、曲げ工程を行う必要はない。
(3)素材の表面洗浄及び予熱：曲げた素材を洗浄してから、箱に入れて、それから予熱炉に入れて予熱を行い、200℃まで加熱後、予熱炉から取り出す。

なお、曲率半径が大きい、例えば重量は35ｇ以下の釣合錘に対しては、直接曲げない素材を採用して表面洗浄と予熱を行うことできる。
(4)予熱した素材の水性グラファイト潤滑剤への浸漬：予熱した後の素材を1：1の希釈水性グラファイト潤滑剤液に浸漬して、撹拌する。それから潤滑剤で被覆された素材を吊り上げて残液を滴下乾燥させてから、乾燥した木の板において乾燥させてから冷間鍛造する。
(5)冷間鍛造成形：潤滑剤で被覆して乾燥した後の素材を冷間鍛造型のダイスに入れて、油圧機により開放式冷間鍛造成形を行う。自動車車輪用釣合錘の重りの外形輪郭、縁の面取りと二つの円形リベットを同時的に冷間鍛造成形にさせることになる（図5を参照）。釣合錘の重りには型締面にバリを残した。
(6)バリ取り：冷間鍛造成形をした釣合錘の重りをダイスに入れてバリ取りを行う。
(7)表面仕上げ処理：ショットブラスト或いはバレルなどの仕上げ機械を利用して釣合錘の重りを仕上げてバリ取り及び表面の潤滑剤を取る処理を行う。
(8)釣合錘の重りの上表面に重量表示を刻印：仕上げした釣合錘の重りに刻印型でパーツの重量などの仕様表示を刻印する。
(9)バネ掛け板とリベット締めで固定する：鉄製自動車車輪用釣合錘の重りのリベットをバネ掛け板の穴内に嵌めいれてから、プレスによってリベット締めを行って固定する。
(10)外観塗装：アセンブリを終わった釣合錘にめっきまたは塗装などのさび防止処理を行う。

上記製造プロセスのメリットは下記の通りである。
(1)亜鉛と鉛などの非鉄金属のダイキャストによって作られた自動車車輪用釣合錘と比べて、原材料コストが低く、人体と環境に危害がないという優れた点がある。
(2)現有のプレスプロセスで成形した鉄製自動車車輪用釣合錘と比べると、少なくても二から三台の成形用金型を削減することができる。このため、成形工程が少なく、成形したものの品質が安定するなどのメリットがある。
(3)従来の打ち抜きプロセスで成形された鉄製自動車車輪用釣合錘と比べると、その釣合錘の重りにあるリベットが釣合錘の重りの鍛造と同時に押し出したものである。また、従来のプレスプロセスで成形された釣合錘の重りにあるリベットは、重りをプレス成形してから別に有底孔を打ち抜くことにより押し出された。有底孔の深さはリベットの直径より大きいので、この有底孔の打ち抜き用パンチの寿命は長くない。
(4)本発明は冷間開放式鍛造成形プロセスを採用するために、成形をする場合には釣合錘の重りの上平面と下平面の縁に同時的に円滑連結の円角或いは面取りを形成することができる。

釣合錘の重りの縁に円角或いは面取りがあれば部品の外形は円滑になり、塗装後、車輪の高速回転中、砂利とあたって被覆層が剥離することを有効に防止できる。しかも非鉄金属をダイカストで成形した釣合錘と同じ外観効果を達成することができる。
冷間押し出し鍛造成形プロセスで形成した鉄製釣合錘の重りは、冷間押し出しプロセスの特性によって上下面の縁ともに円角或いは面取りを形成することが不可能である。また、冷間押し出しの後、釣合錘の重りの一端にアキシアルバリ（軸方向バリ）が形成されることがある。このようなバリは後工程で除去し難い。且つ、塗装後その鋭角な所の塗装は剥離しやすい。
（5）冷間鍛造されたから、釣合錘の重りの素材は強い三方向の圧縮応力状態におかれ、そのために部品の強度と可塑性なども顕著に向上した。測定によると、冷間鍛造により成形された釣合錘の重りの引っ張り強度は、打ち抜き成形の釣合錘の重りより三倍も高く、リベット締め強度も一倍以上高い。

本業界の技術者は、以下のことを了解すべきである。本発明は上記実施例に制限されず、上述の実施例と明細書に述べたことはただ本発明の原理を説明するものであり、本発明の趣旨と範囲を抜けないことを前提として本発明はまた色々な変化と改善を行う可能性があるので、これらの変化と改善は本発明の保護要求の範囲に入る。本発明の保護要求範囲は、添付した特許請求の範囲及び特許請求の範囲と等しいもので範囲を決める。

一実施例の自動車車輪用釣合錘の構造を説明するための略図である。 （ａ）は図１の自動車車輪用釣合錘が組み立てられた状態を示す略図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図１の自動車車輪用釣合錘の製造工程中、カット工程の素材を示す略図である。 図１の自動車車輪用釣合錘の製造工程中、曲げ工程の曲げた素材の略図である。 図１の自動車車輪用釣合錘の製造工程中、冷間鍛造成形工程後の釣合錘の重りの構造の略図である。 図１の自動車車輪用釣合錘の製造工程中、バリ切り工程の状態を示す略図である。 図１の鉄製自動車車輪用釣合錘の製造工程中、釣合錘の重りをバネ掛板とリベットで連結する状態を示す略図である。 鉄製自動車車輪用釣合錘の製造工程中、釣合錘の重りをバネ掛板と組み合わせ連結する状態を示す略図である。

符号の説明

１ バネ掛け板
２ 釣合錘の重り
３ リベット

Claims (11)

1. 釣合錘の重り（2）とそれに繋ぐバネ掛け板（1）を含む自動車車輪用釣合錘において、
   鉄材を冷間鍛造成形して釣合錘の重り（2）の外形の縁の全てを円角或いは面取りにすることよって円滑に渡り、釣合錘の重り（2）の外形輪郭を円滑に渡らせ、
   鉄製の釣合錘の重り（2）には少なくとも1箇所の突起が設けられ、バネ掛け板（1）が突起によって釣合錘の重りと繋がれ、
   前記冷間鍛造成形後に前記釣合錘の重り（2）の表面のうち当該自動車車輪用釣合錘の外表面をなす部分の全てがめっきまたは塗装されていることを特徴とする自動車車輪用釣合錘。
2. 釣合錘の重り（2）とその突起が一体になっていることを特徴とする請求項１に記載の自動車車輪用釣合錘。
3. 釣合錘の重りとその突起は矩形断面の鉄材素材を使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車車輪用釣合錘。
4. その突起はリベットとすることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車車輪用釣合錘。
5. その突起は冷間鍛造するときに直接形成されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車車輪用釣合錘。
6. 突起のある平面（4）と反対する面（5）は縁が円角或いは面取りになった平面であり、その面には如何なる形状の有底孔が付いていないことを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車車輪用釣合錘。
7. （1）素材カットの工程として、完成後の自動車車輪用釣合錘に応じた寸法に鉄材を切断し、（2）表面の洗浄及び予熱の工程として、前記素材カットの工程で切断された前記鉄材の表面の洗浄及び予熱の処理を行い、（3）潤滑剤を被覆する工程として、予熱処理された前記鉄材を潤滑剤液に浸漬し、（4）冷間鍛造成形の工程として、開放式冷間鍛造成形を行って前記潤滑剤で被覆された前記鉄材の外形の縁の全てを円角或いは面取りにすることよって円滑に渡り、前記鉄材の外形輪郭を円滑に渡らせ、（5）バリ取りの工程として、ダイスを用いて前記鉄材に形成されたバリを取るバリ取りを行い、（6）表面仕上げ処理の工程として、仕上げ機械を用いて前記鉄材のバリ取り及び前記潤滑剤液の除去を行い、（7）前記鉄材である釣合錘の上表面に重量標示を刻印し、（8）前記釣合錘にバネ掛け板をリベット締めで固定する工程を行い、（9）前記釣合錘の表面の全てをめっきまたは塗装する
   工程を含むことを特徴とする自動車車輪用釣合錘の製造方法。
8. 工程（1）と工程（2）の間に35ｇ以上の鉄材に対して行われる曲げ工程を更に含み、この曲げ工程ではカットした鉄材に釣合錘の重りの曲率半径によって彎曲成形を行うことを特徴とする請求項７に記載の自動車車輪用釣合錘の製造方法。
9. 予熱温度を200℃とすることを特徴とする請求項７又は８に記載の自動車車輪用釣合錘の製造方法。
10. 潤滑剤を水性グラファイト潤滑剤とすることを特徴とする請求項７又は８に記載の自動車車輪用釣合錘の製造方法。
11. 上記の冷間鍛造成形は冷間開放型鍛造成形であることを特徴とする請求項７又は８に記載の自動車車輪用釣合錘の製造方法。

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