JP5291375B2 - 車両用ホイールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、別部品からなるディスクとリムを溶接することにより車両用ホイールを製造する方法に関する。

車両用ホイール製造方法の１つとして、車両のハブに連結されるディスクと、タイヤを装着するリムとを別々に製造し、これらディスクとリムとを溶接により一体化する方法は周知である。

上記方法において、ディスクは、円盤部と、この円盤部の周縁から円筒状にホイール軸方向に延びるフランジ部とを有している。このフランジ部をリムのリムドロップ部（円筒部）の内周に嵌め込み、フランジ部の先端縁をリムドロップ部内周に溶接している。

上記ディスクのフランジ部は絞りプレス成形の性質上、先端縁に向かって広がるような緩やかなテーパをなしている。また、このフランジ部の先端縁の外径は、この先端縁がリムドロップ部内周に確実に接して上記溶接を良好に行えるように、リムドロップ部の内径より若干大きくなっている。この寸法差を嵌合代と称する。

上記のようにフランジ部がテーパをなしているため、フランジ部をリムドロップ部に嵌め込んで溶接した状態において、フランジ部の先端縁の溶接部から軸方向に離れた箇所では、フランジ部外周とリムドロップ部の内周との間に僅かではあるが隙間が形成されてしまう。

上記のような隙間があるため、リムからディスクへの力の伝達が主に溶接部を介して行われ、この溶接部に応力が集中するとともに曲げ応力も作用する。その結果、長期にわたり繰り返されるリムからディスクへの力の伝達により、溶接部に亀裂が発生し、疲労寿命が短かくなってしまう。

そこで現状では、上記フランジ部の径を大きくすることにより、ディスクのフランジ部をリムドロップ部に嵌め込み溶接した状態で、フランジ部の外周と、リムの内周との間の隙間を減少させたり無くし、溶接部への応力集中、曲げ応力作用を緩和ないし回避している。

しかし、上記のようにフランジ部の径を大きくすると、必然的に上記嵌合代がリムとディスクの組み付けを良好に行うために要求される量より大きくなってしまい、その結果、フランジ部をリムドロップ部にはめ込む際に大きな力を必要とし、ディスクおよびリムの全体形状が歪み、ディスクのハブ取付面に対するリムの基準姿勢からのフレが大きくてなってしまう。
また、フランジ部をリムドロップ部に嵌め込む際にカジリが発生したり、ホイール軸方向におけるリムとディスクの位置ずれも生じる。
さらに、板厚や加工誤差等により、上記嵌合代にばらつきが生じ、ひいては疲労寿命にもばらつきが出てしまう。

特許文献１では、ディスクのフランジ部において先端縁の溶接予定箇所からホイール軸方向に離れた箇所に、予め、径方向、外方向に突出するとともに周方向に延びる凸部を形成している。そして、上記凸部付きのフランジ部をリムに嵌め込み、その先端縁をリム内周に溶接している。

上記凸部の外面は円筒面をなしており、上記フランジ部をリムに溶接した状態で、ちょうど凸部の外面がリムの内周面に当たるようになっている。
したがって、特許文献１の製造方法によれば、理論上ではリムからディスクへの力の伝達が溶接部のみならず凸部を介しても行われるので、溶接部での応力集中、曲げ応力作用を回避できる。
特開平６−２３９１０１号公報

しかし、特許文献１に開示されたホイール製造方法では、リムドロップ部、ディスクのフランジ部および凸部の寸法精度を高くすることが求められるが、限界がある。そのため、凸部の寸法が足らなければ溶接部での応力集中、曲げ応力発生を回避できず疲労寿命が短くなり、凸部の外径が過大であればカジリや嵌合傷等が生じることもある。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、車両用ホイールの製造方法において、（ア）リムの円筒部の内周にディスクの円筒状をなすフランジ部を嵌め込む嵌合工程と、（イ）嵌合工程より後で、上記フランジ部の先端縁と上記リムの円筒部とを溶接する溶接工程と、（ウ）上記嵌合工程より後に、上記フランジ部の内側に配置される内型と、上記リムの円筒部の外側に配置される外型を用い、上記リムの円筒部と上記フランジ部との重ね合わせ領域において、少なくとも上記フランジ部の先端縁の溶接部からホイール軸方向に離れた特定部位をプレスすることにより、この特定部位での上記円筒部と上記フランジ部との密着状態を得るプレス加工工程と、を有することを特徴とする。

上記方法では、フランジ部の先端縁の溶接部から軸方向に離れた特定部位をプレスすることにより、この特定部位でディスクのフランジ部とリムの円筒部とを密着させることができるので、リムからディスクへの力の伝達を溶接部のみならずこの密着部でも担うことができ、溶接部での応力集中や曲げ応力の発生を確実に回避でき、疲労寿命を延ばすことができる。
しかも、嵌合工程より後にプレスを行うことにより、ディスク、リムの寸法誤差に影響されずに確実にフランジ部とリム円筒部の密着を得ることができる。
また、嵌合代を過大にしなくて済み、ディスクのフランジ部をリムの円筒部に嵌め込む際の力を低減できるので、カジリや嵌合傷の発生を最小限にすることができるとともに、リムに対してディスクを高精度に位置決めすることができる。

好ましくは、上記内型と外型の少なくとも一方は上記特定部位に対応する押込部を有し、上記プレス加工の際にこの押込部を上記特定部位での上記円筒部の外周面及び／又は上記フランジ部の内周面に押し込むことにより、当該周面に凹部を形成する。
これによれば、限定された面積で押し込みを行いフランジ部とリム円筒部の密着を得るので、プレス荷重は小さくて済み、プレスによるディスクやリムの変形を最小限に抑えることができる。

好ましくは、上記内型と外型が円筒面をなす成形面を有し、これら内型と外型の少なくとも一方の成形面から突出するようにして上記押込部が形成されており、上記プレス加工工程において上記内型と外型の成形面同士のプレスにより、上記円筒部と上記フランジ部は、上記特定部位のみならず、上記特定部位と上記溶接部との間の領域でも密着する。
これによれば、密着面積を広げることにより、疲労寿命を一層延ばすことができる。

好ましくは、上記外型だけが上記押込部を有し、上記プレス加工により、上記円筒部の外周面にのみ上記凹部が形成される。
これによれば、フランジ部に比べて薄いリム側だけを大きく変形させるので、プレス荷重は小さくて済み、プレスによるディスクやリムの変形を最小限に抑えることができる。

好ましくは、上記押込部が円弧状をなしてホイール周方向に延び、上記プレス加工工程において上記押込部により形成される凹部が、溝からなる。
これによれば、リムからディスクへ伝達される力が溶接部に集中することなく、力を効率良く伝達する密着部を提供できる。

好ましくは、記溶接部が上記フランジ部の先端縁に間隔をおいて複数配置され、上記溝は上記特定部位において連続し、その長さが上記溶接部の長さ以上であり、上記溝の両端が上記溶接部の両端と一致しているか、または上記溶接部の両端より周方向に突出している。
これによれば、溶接部両端と軸方向に対峙する箇所に密着部が配置されるので、この溶接部の亀裂を確実に抑制できる。

好ましくは、上記溶接部が上記フランジ部の先端縁に間隔をおいて複数配置され、上記溝は上記特定部位において間隔をおいて複数形成され、少なくとも上記溶接部の両端に対応する溝は、上記溶接部の端と周方向位置が重なる。
これによれば、溶接部両端と軸方向に対峙する箇所に密着部が配置されるので、この溶接部の亀裂を確実に抑制できる。

本発明によれば、溶接部での応力集中や曲げ応力の発生を確実に軽減でき、疲労寿命を延ばすことができる。しかも、嵌合代を過大にせずに済み、ディスクのフランジ部をリムの円筒部に嵌め込む際のカジリや嵌合傷の発生を最小限にすることができる。

以下、本発明の第１実施形態をなす車両用ホイール１の製造方法について図１〜図３を参照しながら説明する。図１（Ａ）に示すように、リム１０とディスク２０とを別部品として製造し用意する。これらリム１０、ディスク２０は公知の形状であるので、簡単に説明する。

リム１０は環状をなし、リムドロップ１１（円筒部）と、このリムドロップ１１の両側に順をなして連なる立ち上がり部１２、ビードシート部１３、リムフランジ部１４とを有している。
上記立ち上がり部１２はリムドロップ部１１から径方向外側に突出しており、両者の境はＲ部１５（断面が円弧状に湾曲した部位）をなしている。

上記ディスク２０は、円盤部２１と、円盤部２１の周縁から軸方向に延びる円筒状のフランジ部２２とを有している。円盤部２１は中央にハブ穴２１ａを有し、その周囲にハブ取付面２１ｂを有している。

上記フランジ部２２は先端に向かって広がるような緩やかなテーパをなしている。図３（Ａ）ではこのテーパを誇張して示す。
上記フランジ部２２の先端縁は、真円上に等間隔をなして配置された複数例えば４つの縁部２２ａと、これら縁部２２ａから凹んだ縁部とを有している。各縁部２２ａにおいて所定長さにわたる部位が溶接箇所Ｘとして提供される。

以下に、本実施形態のホイール製造方法を工程順に詳しく説明する。
第１の工程で、図１（Ａ），図３（Ａ）に示すように、ディスク２０のフランジ部２２をリム１０のリムドロップ部１１の内周に嵌め込む。図１の例では、この嵌め込み状態でフランジ部２２の縁部２２ａはリムドロップ部１１の幅方向の略中央に達しているが、中央部に達しなくてもよいし、中央部を超えてもよい。

本実施形態では、フランジ部２２の縁部２２ａの外径はリムドロップ部１１の内径より僅かに大きいものの、その差すなわち嵌合代は、縁部２２ａがリムドロップ部１１に確実に接し、リム１０とディスク２０の組付けを良好に行えるのに足る量であり、過度に大きくないので、フランジ部２２をリム１０に嵌め込む際にカジリや嵌合傷が生じず、フランジ部２２をリム１０に対して軸方向に高精度に位置決めすることができる。

上記フランジ部２２がテーパをなしているので、上記フランジ部２２のリムドロップ部１１への嵌め込み状態において、フランジ部２２とリムドロップ１１との間には隙間Ｄ（図３（Ａ）参照）が形成されている。

次の第２工程では、図１（Ｂ）、図３（Ａ）に示すように、上記フランジ部２２の縁部２２ａの溶接個所Ｘを、リムドロップ１１の内周に溶接する。この溶接部５０を図１、図３において符号５０で示す。

次の第３の工程では、上記リムドロップ部１１とフランジ部２２の重ね合わせ領域を部分的にプレス加工する。
このプレス加工に用いられる金型は、図２に示すように円柱形状をなすバックアップ型としての内型４１と、その周りに等間隔をなして配置された複数例えば４つの押圧型としての外型４２とを有している。これら外型４２の角度位置（周方向位置）は上記フランジ部２２の縁部２２ａに対応している。

上記内型４１と外型４２の成形面４１ａ，４２ａは、フランジ部２２、リムドロップ部１１に沿う円筒面をなしている。
外型４２の成形面４２ａには周方向に延びる押込部４２ｘが形成されている。この押込部４２ｘは、断面形状が凸曲線例えば円弧を描くようにして、上記成形面４２ａから突出している。
上記押込部４２ｘは成形面４２ａの幅方向中央よりリム１０のＲ部１５寄り、換言すれば縁部２２ａから遠ざかった位置に形成されている。
図２において、上記押込部４２ｘの周方向長さは、成形面４２ａと等しく、上述した縁部２２ａにおける溶接部５０より長いが、上記押込部４２ｘの周方向長さが、成形面４２ａより短くても良い。また、上記押込部４２ｘの周方向長さが、上記溶接部５０の長さと等しくても良い。

上記第３の工程では、上記内型４１に上記リム１０のリムドロップ部１１と上記ディスク２０の上記フランジ部２２との嵌合部を嵌めた状態で、外型４２を内型４１に向かって移動する。この過程で、外型４２の突起４２ｘがリムドロップ部１１の外周に当たって押し込んで、このリムドロップ部１１を局所的に塑性変形させ、さらに外型４２の成形面４２ａ全域でリムドロップ部１１をプレスする。図３（Ｂ）〜図３（Ｄ）参照。成形面４２ａ全域でリムドロップ部１１をプレスする工程は無くとも良いが、この工程を実施することにより、押し込み量が安定するとともに、より広い範囲にリム１０とディスク２０との嵌合部を密着させることができ、より耐久性が向上する。

上記プレス加工の結果、リムドロップ部１１とフランジ部２２とが重なり合う領域において、外型４２の押込部４２ｘに対応する部位（特定部位）で、この押込部４２ｘによる押し込みにより、リムドロップ部１１とフランジ部２２が殆ど一体化される程度に密着される。また、この押込部４２ｘの押し込みにより、上記特定部位においてリムドロップ部１１の外周に溝１１ｘが形成される。図１（Ｃ）、図３（Ｄ）参照。

上記溝１１ｘ（リムドロップ部１１とフランジ部２２が密着された特定部位）は、フランジ部２２の縁部２２ａと平行をなして周方向に延びており、この縁部２２ａの溶接部５０からホイール軸方向に離間し、Ｒ部１５の近傍に位置している。

図１（Ｃ）に示すように、各溶接部５０に対応する上記溝１１ｘは連続した線を描き、その主要部は溶接部５０とホイール軸方向に対峙し、周方向位置を等しくする。
上記溝１１ｘの周方向長さＬは、フランジ部２２の溶接部５０より長く、その両端は溶接部５０の両端から周方向に突出している。ただし、溶接部５０の全長がカバーされておれば、上記溝１１ｘの周方向の長さが、溶接部５０の周方向長さと等しくても良い。

上記押込部４２ｘの押し込み深さ（換言すれば溝１１ｘの深さ）はリムドロップ部１１の板厚の０．２〜２倍が好ましい。さらに好ましくは、上記押込部４２ｘの押込み深さは、リムドロップ部１１の板厚の０．３〜１倍が好ましい。また、上記押込部４２ｘの押込み幅（換言すれば溝１１ｘの幅）は、リムドロップ部１１の板厚の０．２〜３倍が好ましい。例えばリムドロップ部１１の板厚が２．１ｍｍの場合に、押し込み幅および深さを各１．５ｍｍとする。
上記範囲の下限より押し込み深さが少ないとリムドロップ部１１からフランジ部２２への膨らみが少なく、密着が不十分となり、溶接部の耐久性を向上させる効果がない。また、上記範囲の下限より押し込み幅が狭いとリムドロップ部１１からフランジ部２２への膨らみが少なく、密着が不十分となるとともに、応力集中等による割れも生じやすくなる。また、上記範囲の上限より押し込み幅が広いと、リムドロップ部を広範囲に変形させてしまい、リム形状の歪みが生じたり、密着性が低下したりすることもある。

上記押込部４２ｘの面積は狭いので、比較的低いプレス荷重でリムドロップ部１１を塑性変形させることができ、リムドロップ部１１とフランジ部２２とを密着させることができる。

上記押込部４２ｘの押し込みにより、リムドロップ部１１の材料の移動が生じ、しかも外型４２の成形面４２ａでもプレスするので、溝１１ｘからフランジ部２２の縁部２２ａまでの領域Ｍでも、リムドロップ部１１とフランジ部２２との密着がほぼ得られる。

上記第１〜第３工程を経て製造されたホイールでは、溝１１ｘ形成部位（特定部位）および領域Ｍにおいてフランジ部２２とリムドロップ部１１とが密着しているので、リム１０からディスク２０への力の伝達は、溶接部５０のみならず、これら溝１１ｘ形成部位および領域Ｍを介しても行われる。その結果、溶接部５０への応力集中を避けることができるとともに、溶接部５０に曲げ応力が働かないので、長期にわたり繰り返されるリムからディスクへの力の伝達によって溶接部５０に亀裂が発生するのを防止でき、疲労寿命を長くすることができる。

次に、本発明の他の実施形態について図面を参照しながら説明する。これら実施形態において先行する実施形態に対応する構成部には同番号を付してその詳細な説明を省略する。

図４に示す本発明の第２実施形態では、外型４２の押込部４２ｘが図２のように連続しておらず、周方向に間隔をおいて複数例えば３つに分割されている。そのため、各溶接部５０に対応する溝１１ｘ’の形成部位（特定部位）が連続しておらず、３つに分割されている。溝１１ｘ’の上記間隙を含む合計長さＬ’は、溶接部５０より長い。ただし、溶接部５０の全長がカバーされておれば、溝１１ｘ’の上記間隙を含む合計長さＬ’は、溶接部５０と同じでも良い。
周方向両端に位置する溝１１ｘ’の中間部は、溶接部５０の両端とホイール軸方向に対峙し、周方向位置が重なる。

図５に示す第３実施形態では、内型４１の成形面４１ａに，外型４２の押込部４２ｘに対応する溝４１ｙ（凹部）が形成されている。
この実施形態によれば、プレス加工によってリムドロップ部１１が押込部４２ｘに押し込まれて内型側に膨らみ、フランジ部２２を内型４１側に押し込み、フランジ部２２も溝４１ｙに向かって膨らむ。

図６に示す第４実施形態では、外型４２’は円筒面をなす成形面を有さず、押込部４２ｘだけを有している。この場合、図１に示すような領域Ｍでのフランジ部２２とリムドロップ部１１との間の密着は保証されないが、押込部４２ｘに対応する特定部位での密着は確保できる。
第４実施形態において、内型に押込部に対応する溝を形成してもよい（図５参照）。

図７〜図９は、本発明の第５実施形態を示す。この第５実施形態では、図７に示すように、ディスク２０のフランジ部２２の内周面に溝２２ｘが形成される。この溝２２ｘの位置および寸法は第１実施形態の溝１１ｘと同様であるから説明を省略する。

第５実施形態では、図８に示すように、外型４２Ａのみならず内型４１Ａも分割型となる。外型４２Ａの成形面４２ａに押込部は形成されておらず、内型４１Ａの成形面４１ａに押込部４１ｘが形成されている。バックアップ型としての外型４２Ａの成形面４２ａをリムドロップ部１１の外周面に当てた状態で、押圧型としての内型４１Ａを外型４２Ａに向かって移動させることによりプレスを行う。なお、図示しないプレス装置へのホイール１の取り込み時および、プレス装置からの払い出し時には、ホイール１と外型４２Ａが干渉しないように、外型４２Ａを半径方向外側に移動させる。

上記プレスにより、図７、図９に示すようにフランジ部２２の内周面が押込部４１ｘにより押し込まれて溝２２ｘが形成される。

上記第５実施形態において、外型４２Ａの成形面４２ａに上記押込部４１ｘに対応する溝を形成してもよいし（図５参照）、内型４１Ａが円筒面をなす成形面を有さず押込部４１ｘだけを有していてもよい（図６参照）。

図１０に示す第６実施形態では、内型４１Ｂと外型４２Ｂの両方に押込部４１ｘ、４２ｘが形成されている。他の要素は、前述した実施形態と同様であるから説明を省略する。
上記第３実施形態およびそれ以降に説明した全ての実施形態において、プレスにより形成される溝は、図１に示すように連続してもよいし、図４に示す第２実施形態のように周方向に分割されていてもよい。

本発明は上記実施形態に制約されず、さらに種々の態様を採用可能である。例えば、両型に押込部を形成せず、両型の円筒面からなる成形面により、溶接部近傍から軸方向に所定幅にわたる密着を得てもよい。
上記特定部位は溶接部とホイール軸方向に対峙した関係（周方向位置が一致した関係）に無くてもよい。特定部位は、フランジ部とリムドロップ部の重ね合わせ領域の全周にわたって配置してもよい。
上記実施形態では、ディスクフランジ部をリムに嵌合させた後、溶接を経てから、プレス加工を実行しているが、嵌合工程の後、プレス加工工程を経てから溶接を行ってもよい。特許請求の範囲における溶接部は、実際に溶接が完了した部位のみならず、溶接が予定される部位をも含む。

本発明の第１実施形態をなすホイール製造方法を工程順に示すホイールの断面図であり、（Ａ）はディスクのフランジ部をリムドロップ部に嵌め込む工程を示し、（Ｂ）はフランジ部の先端縁をリム内周に溶接する工程を示し、（Ｃ）はフランジ部とリムドロップ部をプレス加工する工程を示す。 同実施形態に用いられる型を示す正面図である。 同実施形態を工程順に示す図１中Ｘ部の要部拡大断面図であり、（Ａ）はディスクのフランジ部をリムに嵌め込む嵌合工程と溶接工程を示し、（Ｂ）〜（Ｄ）はプレス加工工程での時間の経過毎の状態を示し、（Ｅ）は要部の最終断面形状を示す。 本発明の第２実施形態を示す図１（Ｃ）相当図である。 本発明の第３実施形態でのプレス工程を示す図３（Ｃ）相当図である。 本発明の第４実施形態でのプレス工程を示す図３（Ｃ）相当図である。 本発明の第５実施形態を示す図１（Ｃ）相当図である。 同第５実施形態で用いられる型を示す正面図である。 同第５実施形態でのプレス工程を示す図３（Ｃ）相当図である。 本発明の第６実施形態でのプレス工程を示す図３（Ｃ）相当図である。

符号の説明

１ ホイール
１０ リム
１１ リムドロップ部（円筒部）
１１ｘ、１１ｘ’ 溝（凹部）
１３ ビードシート部
２０ ディスク
２２ フランジ部
２２ｘ 溝（凹部）
４１，４１Ａ、４１Ｂ 内型
４１ａ 成形面
４１ｘ 押込部
４２，４２’，４２Ａ，４２Ｂ 外型
４２ａ 成形面
４２ｘ 押込部

Claims (7)

1. （ア）リムの円筒部の内周にディスクの円筒状をなすフランジ部を嵌め込む嵌合工程と、
   （イ）嵌合工程より後で、上記フランジ部の先端縁と上記リムの円筒部とを溶接する溶接工程と、
   （ウ）上記嵌合工程より後に、上記フランジ部の内側に配置される内型と、上記リムの円筒部の外側に配置される外型を用い、上記リムの円筒部と上記フランジ部との重ね合わせ領域において、少なくとも上記フランジ部の先端縁の溶接部からホイール軸方向に離れた特定部位をプレスすることにより、この特定部位での上記円筒部と上記フランジ部との密着状態を得るプレス加工工程と、
   を有することを特徴とする車両用ホイールの製造方法。
2. 上記内型と外型の少なくとも一方は上記特定部位に対応する押込部を有し、上記プレス加工の際にこの押込部を上記特定部位での上記円筒部の外周面及び／又は上記フランジ部の内周面に押し込むことにより、当該周面に凹部を形成することを特徴とする請求項１に記載の車両用ホイールの製造方法。
3. 上記内型と外型が円筒面をなす成形面を有し、これら内型と外型の少なくとも一方の成形面から突出するようにして上記押込部が形成されており、
   上記プレス加工工程において上記内型と外型の成形面同士のプレスにより、上記円筒部と上記フランジ部は、上記特定部位のみならず、上記特定部位と上記溶接部との間の領域でも密着することを特徴とする請求項２に記載の車両用ホイールの製造方法。
4. 上記外型だけが上記押込部を有し、上記プレス加工により、上記円筒部の外周面にのみ上記凹部が形成されることを特徴とする請求項２または３に記載の車両用ホイールの製造方法。
5. 上記押込部が円弧状をなしてホイール周方向に延び、上記プレス加工工程において上記押込部により形成される凹部が、溝からなることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の車両用ホイールの製造方法。
6. 上記溶接部が上記フランジ部の先端縁に間隔をおいて複数配置され、上記溝は上記特定部位において連続し、その長さが上記溶接部の長さ以上であり、上記溝の両端が上記溶接部の両端と一致しているか、または上記溶接部の両端より周方向に突出していることを特徴とする請求項５に記載の車両用ホイールの製造方法。
7. 上記溶接部が上記フランジ部の先端縁に間隔をおいて複数配置され、上記溝は上記特定部位において間隔をおいて複数形成され、少なくとも上記溶接部の両端に対応する溝は、上記溶接部の端と周方向位置が重なることを特徴とする請求項５に記載の車両用ホイールの製造方法。

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