JP5517449B2 - ホイール用ディスクの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車、農耕用車両、産業用車両等のホイール用ディスクの製造方法に関する。

自動車用ホイール、特にバス・トラック等の大、中型の自動車用ホイールのコスト削減と軽量化が求められている。
図９に示すように、大、中型の自動車用ホイールのディスク１０１は、ハブ取り付け部１０２と、ハブ取り付け部１０２に連なり、半径方向外側および軸方向内側に延び、ハブ取り付け部１０２よりも薄くなる断面形状をもつ立ち上がり部１０３とから構成されている。立ち上がり部１０３は、ハブ取り付け部１０２に連なり半径方向外側と軸方向内側に斜めに延びる傾斜部１０３ａと、先端部で軸方向に延びる鉛直部１０３ｂとにより構成されている。なお、「軸方向内側」とは、ホイールを車両に取付けた際、ホイールの軸方向から見て、車両側となる部分をいう。（ホイールを一輪あたりに二重に取り付ける、いわゆるダブル取り付けの場合は、車両側ホイールをいう。）
この形状のディスクは以下のように製造される。まず、正方形（又は、矩形）の板材を打ち抜いて円盤状のワークを作成する。次にコールドスピニングやプレスによる絞り成形加工により、必要な板厚分布を有する立ち上がり部１０３を形成し、ディスク１の断面形状を作成する。そして、ハブ穴１０４、ボルト穴１０５、飾り穴１０６等の開口などを行い、ディスク１０１の完成品を作成する。しかし、この従来方法では正方形（又は、矩形）の板材からブランク材を作成する際の材料の無駄や、ブランク材中央に大径のハブ穴１０４を形成する際の材料の無駄が多く、経済的ではなかった。

このようなことから、出願人は、材料歩留りを抜本的に改善した、矩形材からの車両ホイール用ディスクの成形加工方法を開発した（特許文献１、２参照）。この方法は矩形材を丸め、端末を溶接することによって円筒材を作成し、この円筒材を上型、下型いずれかが回動揺動する上型、下型間で加工し、ディスクに近似した円環材を形成する方法である。

特開平５ー３３７５８１号公報 特開平１１ー３４７６６８号公報

しかしながら、特許文献１、２記載の技術の場合、遥動成形機を必要とし、設備の初期投資負担が大きいという問題があった。
従って本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、材料歩留まりが高いと共に、設備コストを低くすることができ、さらに軽量化を図ることができるホイール用ディスクの製造方法の提供を目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のホイール用ディスクの製造方法は、帯板状の素材を、その幅方向が径方向となるよう円環状に巻回する巻回工程と、巻回した前記素材の突合せ部分を溶接し、円環材を作成する円環材作成工程と、該円環材の外円側を加工し、前記円環材の内円側の平面部に対して角度を持った立ち上がり部を形成する立ち上がり部形成工程とを有し、前記素材は、（１）幅方向に前記外円側の厚みが薄いか、（２）幅方向に前記内円側の厚みが薄いか、又は（３）幅方向の内側部分に比べて前記内円側及び前記外円側の厚みがそれぞれ薄い。
このようにすると、ディスクのワークとして円環材を用いるため、材料の無駄が無く、製造コストを低減できる。又、素材をその幅方向が径方向となるよう円環状に巻回すると、内円側と外円側では半径が異なるため、内円側では、素材が円環の周方向に圧縮されて厚みが厚く、外円側では素材が円環の周方向に引き伸ばされて厚みが薄くなる。
さらに、円環材を形成するために曲げ成形を行い、又、立ち上がり部を形成するための加工を行うが、これらの成形や加工用の装置は従来のホイール製造装置を用いることができ、製造装置が安価で済むので設備コストを低減することができる。また、巻回工程で外円側の厚みが薄くできるため、ディスクの軽量化が容易である。
又、前記素材のうち板厚の薄い側を円環材の外円側とすれば、外円側の厚みがさらに薄くなるので、ディスクの軽量化がさらに容易となる。又、前記素材のうち板厚の薄い側を円環材の内円側とすれば、内円側でハブ取り付け部の厚みが均一になるので、取り付け面部の平面加工が容易となる。

前記巻回工程において、その幅方向が径方向となるよう円環状に巻回すると共に、螺旋状に巻回し、前記円環状の部分を複数個螺旋状に連続させると共に、前記螺旋状に巻回した前記素材をホイール用ディスク１個分ずつに切断し、それぞれ分離した前記円環状部分を得る切断工程をさらに有してもよい。
このようにすると、螺旋状に巻回した素材を切断するだけで、多数の円環状部分を得ることができ、生産性が向上する。

本発明によれば、材料歩留まりが高いと共に、設備コストを低くすることができ、さらに軽量化を図ることができるホイール用ディスクを製造することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明によって製造されるディスクをリムと接合して製造したホイールは、公式な耐久強度の規定を満たすものであることが好ましい。但し、公式な耐久強度の規定を有しない産業車両用（農耕用）ホイールや応急使用ホイール（自動車用テンパーホイールを含む）等であっても本発明を適用することができる。
ここで、公式な耐久強度の例としては我国のＪＩＳ Ｄ ４１０３「自動車部品―ディスクホイール―性能及び表示」があるが、将来、規格が変わった場合は、その時点で我国の日本工業規格ＪＩＳ（及び／又は国際標準化機構ＩＳＯ）が定めるホイールの公式な耐久強度をいう。

図１は、本発明の実施形態に係るホイール用ディスクの製造方法に用いる、帯板状の素材の形状を示す斜視図である。素材２０は、長手方向Ｌに長く、幅ｗの帯板状をなし、厚みがｔで表示される。素材としては例えば、鋼を用いることができる。

図２は、本発明の実施形態に係るホイール用ディスクの製造方法の一例を示す工程図である。
まず、上記した素材２０を、その幅方向ｗが径方向となるよう円環状に巻回する（図２（ａ）：巻回工程）。ここで、素材２０を巻回する際、図２の矢印Ｄの方向に、円環状の部分が巻回の軸方向に次々と連続して重なるよう螺旋状に巻回し、所定直径の円環状の部分を複数個螺旋状に連続して形成させる。
ここで、素材２０を幅方向ｗが径方向となるように巻回する方法としては、所定の治具やローラで素材２０の所定位置を支持しながら曲げ成形機で負荷を加える方法がある。
次に、螺旋状に巻回した素材２０を切断部２２Cでホイール用ディスク１個分ずつに切断すると、螺旋状部分がそれぞれ分離し、多数の円環状部分２２を得ることができる（図２（ｂ）：切断工程）。なお、「ホイール用ディスク１個分ずつ」とは、切断部２２Cで切断した個々の円環状部分２２を加工すると、ホイール用ディスクが１個形成される分の材料の大きさをいう。ホイール用ディスク１個分の材料分だけ巻回してもよい。ただし、前記巻回工程で、材料２０の巻回はじめの始端部と、巻回おわりの終端部に不完全な形成部分を生じる場合は、不完全な形成部分を切り落とし、円環状の材料端面を付き合わせ溶接が可能な形状に揃える必要がある。したがって、円環状の部分を複数個螺旋状に連続して多数形成させる方が、ホイール用ディスク１個分の材料分だけ別個に巻回するより材料歩留まりを改善することができる。
次に、個々の円環状部分２２（巻回した素材）の突合せ部分１０ａ（切断部分２２ｃ）を溶接し、円環材１０を作成する（図２（ｃ）：円環材作成工程）。円環材１０は、中央部に円形の開口１０ｂを有している。溶接方法は特に限られないが、例としてバット溶接（突合せ溶接）がある。

さらに、円環材１０の外円側を加工（例えば工具３００を当ててスピニング加工）し、円環材１０の平面部２ｘ（後述するハブ取り付け部となる）に対して角度を持った立ち上がり部３ａ、３ｂを形成する（図２（ｄ）：立ち上がり部形成工程）。立ち上がり部３は、平面部２ｘに連なり半径方向外側と軸方向内側に斜めに延びる傾斜部３ａと、先端部で軸方向に延びる鉛直部３ｂとにより構成されている。
なお、「軸方向内側」とは、ホイールを車両に取付けた際、ホイールの軸方向から見て車両側となる部分をいう。但し、トラックなどのダブルタイヤのように、２個のホイールを軸方向に連結して使用する場合、車両内側に位置するホイールの「内側」は上記の通りであるが、車両外側に位置するホイールの「車両内側」は上記と逆になる。これは、ダブルタイヤの場合、車両外側に位置するホイールの表裏を逆にして車両内側ホイールと連結するためである。次に、平面部２ｘにバイト３１０等を当て切削加工（図２（e））を行う。円環材１０は、内円側がテーパー状に厚くなるため、車両に取付けて使用する場合に不都合が生じる。そのため平面部２ｘの増肉により変化した厚みを切削加工などによって一定にするとよく、この工程は、図２（ｃ）工程より後の工程で行うのがよい。このように平面部２ｘの厚みを一定にする加工を切削加工で行う場合、ホイール用ディスクの後加工（図４（ｄ））の平面矯正工程を行わず、切削加工で平面矯正を兼ねることも可能である。又、平面部２ｘの厚みを一定にする方法としては、スピニング加工、プレス加工が挙げられる。

又、この実施形態においては、傾斜部３ａ及び鉛直部３ｂからなる立ち上がり部３の板厚が平面部２ｘの板厚よりも薄くなっている。このように板厚が薄く、かつ変化することで、ディスクの軽量化を図ることができる。

図３は、円環材１０の中心を通る軸方向に平行で、かつこの軸を含む面で円環材１０を切断した断面図である。素材２０を幅方向ｗが径方向となるよう円環状に巻回すると、内円側（開口１０ｂ側）と外円側では半径が異なるために、外円側では素材２０が周方向に引き伸ばされ、厚み方向に肉引けが生じて、厚みｔ１が元の素材２０の厚みｔより薄くなる。一方、内円側では素材２０が周方向に圧縮されて厚み方向に材料が流動し、厚みｔ２が元の素材２０の厚みｔより厚くなる。
つまり、厚みが均一な素材を用いても、円環材１０の厚みは外円側が薄く、内円側が厚くなる。通常のホイール用ディスクの製造法では、ブランクの板厚が均一なため、立ち上がり部形成工程での加工（スピニング加工等）を十分に行うことで、傾斜部３ａ及び鉛直部３ｂの板厚を薄くしている。これに対し、上記した円環材を用いると、立ち上がり部形成工程での加工（スピニング加工等）を行う前に既に外円側の板厚が薄くなっているため、立ち上がり部形成工程での加工（スピニング加工等）の程度（加工時間、加工度）を従来より少なくしても、傾斜部３ａ及び鉛直部３ｂの板厚を十分薄くすることが可能であり、立ち上がり部形成工程での加工（スピニング加工等）の時間を従来より短縮できる等の利点がある。

なお、スピニング加工に代え、円環材１０の外円側をプレス加工して立ち上がり部（傾斜部３ａ及び鉛直部３ｂ）を形成してもよい。プレス加工の場合も、加工前に既に外円側の板厚が薄くなっているので、傾斜部３ａ及び鉛直部３ｂの板厚が薄くなる。これは、従来のプレス加工では立ち上がり部の板厚を薄くすることができないことに比べ、大幅な利点となる。
但し、スピニング加工を行うと、円環材１０の板厚をさらに薄くすることができるのに対し、プレス加工では板厚の低減がほとんど無いので、ディスクの軽量化の観点からは、スピニング加工がより好ましい。

又、本発明においては、円環材を形成するために曲げ成形を行い、又、立ち上がり部を形成するため加工（スピニング加工、プレス加工等）を行うが、これらの成形や加工用の装置は汎用装置や従来のホイール製造装置をほぼ改造せずに用いることができ、装置が安価で済むので設備コストを低減することができる。

図２に続き、ホイール用ディスクに主な後加工を施す工程を図４に示す。なお、図４の工程は、従来のディスクでも行われている公知の加工である。
まず、円環材１０の開口１０ｂの縁をプレス抜きし、ディスクの中心にハブ穴４を開口する（図４（ａ））。次に、ハブ穴４より外周側の平面部（ハブ取り付け部）に、ハブを取付けるための複数のボルト孔５を同心円上にプレス抜きして開口する（図４（ｂ））。
さらに、傾斜部３ａに１個以上の飾り穴６をプレス抜きして開口する（図４（ｃ））。飾り穴６は通常、タイヤへのエアサービスや、軽量化及びブレーキの放熱のために形成される。そして、ハブ取り付け部の寸法精度を向上させるため、平面部２ｘの平面矯正を行い（図４（ｄ））、ハブ取り付け部２を形成した後（図４（ｅ））、ディスクの最終製品とする。なお、ハブ取付け部２は、ハブ穴４とボルト孔５が形成された略円盤状の平面部分である。

以上のようにして、図５に示すディスク１を得る。図５は、ディスクの軸方向に平行で、かつこの軸を含む面でディスク１を切断した断面図である。
ディスク１は、上記したように、ハブ取り付け部２と、ハブ取り付け部２に連なり、半径方向外側と軸方向内側に延び、先端にいくにしたがってハブ取り付け部２よりも薄くなる断面形状をもつ立ち上がり部３とから構成されている。立ち上がり部３は、ハブ取り付け部２に連なり半径方向外側と軸方向内側に斜めに延びる傾斜部３ａと、先端部で軸方向に延びる鉛直部３ｂとにより構成される。
そして、ディスク１とリムとを溶接して車両用ホイールを製造する。リムは略円筒状をなし、その両端に形成された外側フランジ及び内側フランジの間にタイヤを収容するようになっているが、リムの形状や構造は公知であるので説明を省略する。

なお、本発明は、特にバス・トラック等の大、中型の自動車用ホイールに用いるディスクに有効に適用することができる。これは、大、中型の自動車用ホイール用のディスクは意匠性があまり要求されず、又、上記したダブルタイヤとして用いる場合もあるため、ディスク面に凹凸が少なく、通常は、平面状のハブ取り付け部の周縁から直接、軸方向内側に立ち上がり部が延びている。そのため、円環材の外縁を加工するだけで容易にディスクを製造できる。又、ディスクが大径であるため、円環材を用いることで材料の無駄の削減効果が大きい。

図６に示すように、素材２０ｘとして、一方の長辺２０Ｌ１側の厚みｔ１ｘが薄く、他の長辺２０Ｌ２側の厚みｔ２ｘが厚いものを用いてもよい。このように厚みが異なる素材２０ｘを用い、厚みが薄い長辺２０Ｌ１が環の外側を向くように巻回すると、長辺２０Ｌ１が外円側となって引き伸ばされてさらに薄くなるので、上記した立ち上がり部（傾斜部３ａ、鉛直部３ｂ）を先端に向ってさらに薄くすることができる。
なお、図６の例では、長辺２０Ｌ２側から幅方向内部に向かって厚みｔ２ｘが一定であり、さらに長辺２０Ｌ１側に向かってテーパー状に厚みｔ１ｘが薄くなっていて、厚みｔ２ｘが一定の領域がハブ取り付け部（となる平面部）に対応している。

図７に示すように、素材２０ｙとして、図６と反対に一方の長辺２０Ｌ１側の厚みｔ１ｙが厚く、他の長辺２０Ｌ２側の厚みｔ２ｙが薄いものを用いてもよい。このとき、厚みが厚い長辺２０Ｌ１側が環の外側を向くように巻回すると、長辺２０Ｌ１が外円側となって引き伸ばされて薄くなり、ハブ取り付け部となる内側の厚みが厚くなるので、平面部２ｘの厚みを一定にしやすい。つまり、素材を円環に巻くだけで、内円側でハブ取り付け部の厚みが一定になるので、取り付け面部となる平面部２ｘ内の厚さを一定にする加工工程が容易となる。

さらに、図８に示すように、素材２０ｚとして、一方の長辺２０Ｌ１側の厚みｔ１ｚ、及び他の長辺２０Ｌ２側の厚みｔ２ｚが共に、素材２０ｚの幅方向の内側部分の厚みｔ３ｚに比べて薄いものを用いてもよい。ここで、上記した内側部分は、ディスクに成形後にハブ取り付け部となる部分と立ち上がり部となる部分との境界部分の近傍に相当する。なお、図８において、幅方向内側部分の厚みｔ３ｚが所定の幅Ｗｚ一定であり、幅方向の中央に平坦な領域が形成されているが、この幅Ｗｚを０として平坦な領域を形成しなくてもよい。
このとき、長辺２０Ｌ１が環の外側を向くようにして素材２０ｚを巻回すると、長辺２０Ｌ１が外円側となって引き伸ばされてさらに薄くなり、一方で他の長辺２０Ｌ２が内円側となって圧縮されて厚くなるので、内円側を一定の厚さにしてハブ取り付け部となる内側の厚みを一定にすることが容易になる。一方、外円側に相当する立ち上がり部（傾斜部３ａ、鉛直部３ｂ）を先端に向ってさらに薄くすることができる。

本発明は上記した実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
例えば、本発明は、ハブ取り付け部となる平面部と、この平面部の周縁から軸方向内側に延びる立ち上がり部とを有するディスクに適用することができ、飾り穴の位置は上記実施形態に限定されない。又、ハブ取り付け部と立ち上がり部の間に、意匠性や強度を向上させるため、各種の凹凸やスポーク部が形成されていてもよい。

本発明の実施形態に係るホイール用ディスクの製造方法に用いる帯板状の素材の形状を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るホイール用ディスクの製造方法の一例を示す工程図である。 円環材の軸方向に垂直な面で切断した断面図である。 ホイール用ディスクに主な後加工を施す工程を示す図である。 本発明によって製造されたディスクの一例を示す断面図である。 厚みが異なる素材の形態を示す斜視図である。 厚みが異なる素材の形態を示す別の斜視図である。 厚みが異なる素材の形態を示す他の斜視図である。 従来のディスクの一例を示す断面図である。

符号の説明

１ ホイール用ディスク
２ 平面（ハブ取り付け部）
３ａ、３ｂ 立ち上がり部
１０ 円環材
１０ａ 突合せ部分
２０、２０ｘ、２０ｙ 帯板状の素材
２０Ｌ１ 素材のうち厚みの薄い長辺
ｗ 素材の幅方向

Claims (2)

1. 帯板状の素材を、その幅方向が径方向となるよう円環状に巻回する巻回工程と、巻回した前記素材の突合せ部分を溶接し、円環材を作成する円環材作成工程と、該円環材の外円側を加工し、前記円環材の内円側の平面部に対して角度を持った立ち上がり部を形成する立ち上がり部形成工程とを有するホイール用ディスクの製造方法であって、
   前記素材は、（１）幅方向に前記外円側の厚みが薄いか、（２）幅方向に前記内円側の厚みが薄いか、又は（３）幅方向の内側部分に比べて前記内円側及び前記外円側の厚みがそれぞれ薄いホイール用ディスクの製造方法。
2. 前記巻回工程において、前記素材の幅方向が径方向となるよう円環状に巻回すると共に、螺旋状に巻回し、前記円環状の部分を複数個螺旋状に連続させると共に、
   前記螺旋状に巻回した前記素材を前記ホイール用ディスク１個分ずつに切断し、それぞれ分離した前記円環状部分を得る切断工程をさらに有する請求項１に記載のホイール用ディスクの製造方法。

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