JP5926838B1 - ホイールの製造方法及び補強構造を有するホイール構成 - Google Patents

Abstract

【課題】ホイールの製造方法及び補強構造を有するホイール構成を提供する。【解決手段】本発明によれば、ホイール本体の前成形工程で成形される収納凹部により、補強構造が収納凹部に収納された後にホイールを成形する同一の鍛造工程において、前記補強構造を挟着結合させて安定的な構造体にする。また、ホイールに微細加工を行う同一の工程において、補強構造を結合させることで他の複雑な施工が不要になり、補強構造は対応する位置の機械性能が改善される。これにより、経済的な付加価値が高い製造方法及び性能が優れたホイールを提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、ホイールの製造方法及び補強構造を有するホイール構成に関する。

リムは初期は鉄フレームであったが、今ではアルミフレームが主流になっている。アルミフレームは軽量で成形しやすいという特性があるため、製造が便利で軽量化に優れるという優位性を有する。

しかしながら、前述した従来のリム技術では、即ち、アルミ材が成形しやすいという材料的特性は、アルミ材が剛性に優れないという欠点を示すものでもある。加工技術の進歩により、加工法を改変することでアルミフレームの機械性能を若干向上させることはできるものの、構成全体のアルミ材の材質特性を大きく改善することはできない。

そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的設計で上記の課題を効果的に改善する本発明の提案に到った。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ホイールの製造方法及び補強構造を有するホイール構成を提供し、即ち、一般的なアルミ製ホイールが材料特性のために機械性能が不足するという欠点を改善させる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るホイールの製造方法は、前成形方式によりホイール本体が成形され、前記ホイール本体には、凹部開口部と、凹部底面と、前記凹部開口部及び前記凹部底面の間に連接される凹部周囲部とを有する少なくとも１つの収納凹部が成形され、前記ホイール本体はアルミ材で成形され、その工程の後には後成形工程が更に行われるホイール本体の前成形工程と、前記収納凹部の数量に対応する補強構造を提供し、且つ前記補強構造の材質及び機械性能は前記ホイール本体とは異なり、前記補強構造は表面と、対応面と、前記表面及び前記対応面の間に連接される補強構造周面とを有し、前記表面に対向して正投影されて前記表面に対応して表面の正投影面積を形成させ、前記対応面に対向して正投影されて前記対応に対応して対応面の正投影面積を形成させ、前記対応面の正投影面積は前記表面の正投影面積より大きく、前記補強構造は前記収納凹部内に収納され、且つ前記補強構造の対応面は前記凹部底面に貼着され、前記補強構造周面は前記凹部周囲部に対応し、前記補強構造の補強構造周面及び前記凹部周囲部には隙間を有する補強構造を提供する工程と、鍛造方式により凹部周囲部から補強構造周面に向けて鍛造され、前記ホイール本体の収納凹部の凹部周囲部が前記補強構造周面に密接される補強構造の鍛造結合工程とを含み、順に実行されることを特徴とする。

また、本発明に係る補強構造を有するホイール構成は、ホイール本体と、前記収納凹部の数量に対応する補強構造を含み、前記ホイール本体は凹部開口部と、凹部底面と、前記凹部開口部及び前記凹部底面の間に連接される凹部周囲部とを有する少なくとも１つの収納凹部が成形され、アルミ材で成形され、前記収納凹部の数量に対応する補強構造は、その材質は非アルミ材質であり、且つその強度及び剛性はアルミ材の強度及び剛性より高く、また、表面と、対応面と、前記表面及び前記対応面の間に連接される補強構造周面とを有し、また、前記表面に対向して正投影されて前記表面に対応して表面の正投影面積を形成させ、前記対応面に対向して正投影されて前記対応面に対応して対応面の正投影面積を形成させ、前記対応面の正投影面積は前記表面の正投影面積より大きく、前記補強構造は前記収納凹部内に収納され、且つ前記補強構造の対応面は前記凹部底面に貼着され、前記補強構造周面は前記凹部周囲部に貼着されて干渉結合状態を呈することを特徴とする。

本発明に係るホイールの製造方法により、前成形過程で同時に収納凹部が成形され、補強構造が収納凹部内に収納されて補強構造の鍛造結合工程の同一の鍛造工程において補強構造を挟着させて安定的な構造体とする。同一の成形工程において補強構造を結合させ、補強構造の対応する位置の機械性能を高める。機械性能とは剛性或いは弾性等であり、これにより経済的な付加価値が高い製造方法及び性能の優れたホイールを提供する。

本発明のホイールの製造方法のフローチャート。 本発明のホイールの製造方法において、ホイール本体及び補強構造を示す展開図である。 本発明のホイールの製造方法により補強構造を有するホイール構成を完成する外観斜視図である。 本発明のホイールの製造方法において、補強構造がホイール本体に組み入れ、鍛造されない状態の概念図である。 本発明のホイールの製造方法において、補強構造がホイール本体に組み入れ、鍛造された後の状態の概念図である。 本発明のホイールの製造方法により補強構造を有するホイール構成を完成する断面の概念図である。 補強構造を、本発明の補強構造を有するホイール構成の異なる位置に組み入れる概念図である。 補強構造を、本発明の補強構造を有するホイール構成の他の異なる位置に組み入れる概念図である。

以下に図面を参照して、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

＜第１実施形態＞
以下、実施形態１を図１〜８に基づいて説明する。本発明に係るホイールの製造方法は、以下の工程を含み、順に実行される。
ホイール本体の前成形工程（Ａ）では、前成形方式によりホイール本体１０が成形される。ホイール本体の前成形工程（Ａ）の方式は鍛造及び鋳造を含み、前成形されるホイール本体１０はリム１１の内周縁に連接されて成形される複数の幅部１２の一端を備え、各幅部１２の他端は中心部１３に集中して連接される。また、本工程では前記ホイール本体１０に少なくとも１つの収納凹部１４が成形され、収納凹部１４の位置及び数量は制限されない。収納凹部１４は凹部開口部１４１と、凹部底面１４２と、凹部開口部１４１及び凹部底面１４２の間に連接される凹部周囲部１４３とを有する。ホイール本体１０はアルミ材で成形され、前成形後には連続して後成形工程が行われ、ホイールの細部の構造及びサイズの精度の調整が行われる。

補強構造を提供する工程（Ｂ）では、収納凹部１４の数量に対応する補強構造２０を提供する。補強構造２０の材質及び機械性能は前記ホイール本体１０とは異なり、補強構造２０の材質は非アルミ材質であり、本実施形態に係る補強構造２０の機械性能は、強度や剛性がホイール本体１０の強度や剛性より高い。このほか、補強構造２０は表面２１と、対応面２２と、表面２１及び対応面２２の間に連接される補強構造周面２３とを有する。表面２１に対向して正投影されて表面２１に対応して表面の正投影面積を形成させ、対応面２２に対向して正投影されて対応面２２に対応して対応面の正投影面積を形成させ、対応面の正投影面積が表面の正投影面積より大きい。なお、補強構造２０は収納凹部１４内に収納され、且つ補強構造２０の対応面２２が凹部底面１４２に貼着され、補強構造周面２３が凹部周囲部１４３に対応する。本工程では、補強構造２０の補強構造周面２３及び凹部周囲部１４３には隙間を有する（図４参照）。

補強構造の鍛造結合工程（Ｃ）では、鍛造方式により凹部周囲部１４３から補強構造周面２３に向けて鍛造され、ホイール本体１０の収納凹部１４の凹部周囲部１４３が補強構造周面２３に密接される（図５参照）。また、補強構造の鍛造結合工程（Ｃ）は、冷間補強構造の鍛造結合工程（Ｃ１）及び熱間補強構造の鍛造結合工程（Ｃ２）に更に分けられる。冷間補強構造の鍛造結合工程（Ｃ１）では、常温状態で直接鍛造を行い、補強構造２０の補強構造周面２３を常温状態でホイール本体１０の凹部周囲部１４３に密接させる。熱間補強構造の鍛造結合工程（Ｃ２）では、補強構造２０が収納凹部１４に収納される前に加温工程（Ｄ）が行われる。

加温工程（Ｄ）では、前記ホイール本体１０に対して加温を行い、ホイール本体１０を加温膨脹させる。補強構造２０は常温状態で前記ホイール本体１０に納置され、補強構造２０が加温後のホイール本体１０に納置された後、ホイール本体１０が常温まで回復していない状態で熱間補強構造の鍛造結合工程（Ｃ２）を行う。
熱間補強構造の鍛造結合工程（Ｃ２）が完了した後に冷却収縮の工程（Ｅ）を行い、熱間補強構造の鍛造結合工程（Ｃ２）の後に静置して冷却させる。冷却過程では、ホイール本体１０は熱膨張及び冷却収縮現象により収縮し、同時にホイール本体１０の収納凹部１４が収縮されることで補強構造２０が挟持され、収納凹部１４及び補強構造２０の接触面がより緊密に干渉し合う。

完成したホイールに微細加工を行う工程（Ｆ）では、補強構造の鍛造結合工程（Ｃ）の後に研磨及び艶出しの加工作業により表面に微細加工を施してホイール１００を形成させる。

上述の方法で製造される補強構造を有するホイールは、ホイール本体１０がリム１１の内周縁に連接して成形される複数の幅部１２の一端を有し、各幅部１２の他端は中心部１３に集中して連接される。また、ホイール本体１０には少なくとも１つの収納凹部１４が成形される。収納凹部１４は凹部開口部１４１と、凹部底面１４２と、凹部開口部１４１及び凹部底面１４２の間に連接される凹部周囲部１４３とを有する。

収納凹部１４の数量に対応する補強構造２０の材質及び機械性能はホイール本体１０とは異なり、補強構造材質は非アルミ材質であり、補強構造２０の機械性能、例えば強度や剛性は前記ホイール本体１０の強度や剛性より高い。
また、補強構造２０は表面２１と、対応面２２と、表面２１及び対応面２２の間に連接される補強構造周面２３とを有する。表面２１に対向して正投影されて表面２１に対応して表面の正投影面積を形成させ、対応面２２に対向して正投影されて対応面２２に対応して対応面の正投影面積を形成させ、対応面の正投影面積は表面の正投影面積より大きい。補強構造２０が収納凹部１４内に収納され、且つ補強構造２０の対応面２２が凹部底面１４２に貼着され、補強構造周面２３が凹部周囲部１４３に貼着されて干渉結合状態を呈する。

以上が本発明に係る補強構造を有するホイールの構造の形態及び特徴、並びにホイールの製造方法である。製造方法の特徴としては、本発明に係るホイール本体１０は主に、先に前成形が行われ、モジュール設計により収納凹部１４を有するホイール本体１０が成形されるため、成形の自由度の高さという長所を有する。

続いて、ホイール本体の前成形工程（Ａ）及び補強構造を提供する工程（Ｂ）の後に、補強構造の鍛造結合工程（Ｃ）が行われて、ホイール本体１０と補強構造２０とが緊密に結合される。鍛造方式によりホイール本体１０の収納凹部１４の凹部周囲部１４３が圧力を受けて塑性変形して補強構造２０の外に貼り合わされるほか、ホイール本体１０全体の剛性を高める。補強構造２０がホイール本体１０の材質とは異なる弾性、強度、或いは靭性等の機械性能を有するため、剛性以外の機械性能を高める目的を達成させる。

補強構造の鍛造結合工程（Ｃ）の後に、ホイール本体１０の収納凹部１４の凹部周囲部１４３は塑性変形により補強構造２０に貼り合わされ、本発明に係る補強構造２０の構造体の配置と合わせて対応面の正投影面積が表面の正投影面積より大きい態様になる。収納凹部１４の凹部周囲部１４３が塑性変形により補強構造２０の補強構造周面２３に緊密に貼り合わされると、ホイール本体１０の収納凹部１４の凹部開口部１４１が補強構造２０の表面２１に対応して収縮し、且つホイール本体１０が補強構造２０に緊結されて安定的な結合態様になる。
本工程を経た後、補強構造２０の対応面の正投影面積が表面の正投影面積より大きくなり、且つホイール本体１０の凹部開口部１４１の箇所が表面２１に対応して密接されるため、補強構造２０の対応面の正投影面積も凹部開口部１４１の正投影面積より大きくなり、補強構造２０が凹部開口部１４１に向けて脱出する移動能力も限定され、補強構造２０が収納凹部１４から脱出しないように確保される。

上述から分かるように、本発明は補強構造の鍛造結合工程（Ｃ）中で同時に前記ホイール本体１０の機械性能を改善させ、且つ補強構造２０を緊密に結合させ、補強構造２０の構造配置により最も安定的な組み合わせの態様になる。
また、他の結合媒体が全く不要であり、製造効率が高いほか、結合媒体の劣化による構造の不安定化も回避でき、構造全体の安定性を高める。さらに重要な点は、本発明に係る補強構造２０の剛性がホイール本体１０自体の材質より高く製造されるため、ホイール本体１０の補強構造２０が設置される箇所の構造的剛性が顕著に高まり、当然、ホイール１００全体の剛性も高まる。

異なる位置に配置される補強構造２０により特定の「位置」の機械性能を改変させるほか（図７及び図８参照）、当然ながら補強構造２０の材質を改変させて、ホイール本体１０全体の「機械性能」を補強し、同じホイール本体１０の異なる位置に配置される異なる材質の補強構造により、前記ホイール本体１０の異なる部位に異なる機械性能を与えて各種の車両の設計時に求められる値を達成させる。

このほか、本発明に係る収納凹部１４はホイール本体の前成形工程（Ａ）で成形され、これにより収納凹部１４の成形位置はホイールの需要に応じて設置され、配置の自由度が高く、結合時に同様に補強構造の鍛造結合工程（Ｃ）で一回で結合される。よって、極めて高い製造の自由度を有し、製品の需要に応じてモジュールの設計を変更して最適な製品を提供することで、極めて高い付加価値を獲得する。

また、表（１）は補強構造２０のホイール本体１０が未設置の場合、ホイール本体１０にチタン材質の補強構造２０が設置される場合、及びホイール本体１０に鋼鉄材質の補強構造２０が設置される場合の模擬分析数値である。
表（１）から分かるように、ホイール本体１０に補強構造２０が設置された後には、表の各測定物の機械性能が明確に変化しており、変形量は曲げ荷重３４７３．６Ｎｍが掛けられた際の変形量である。

本明細書に開示された実施形態は、本発明を限定するものではなく、説明するためのものであり、このような実施形態によって本発明の思想と範囲が限定されるものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲により解釈すべきであり、それと同等の範囲内にある全ての技術は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈すべきである。

１００ ホイール
１０ ホイール本体
１１ リム
１２ 幅部
１３ 中心部
１４ 収納凹部
１４１ 凹部開口部
１４２ 凹部底面
１４３ 凹部周囲部
２０ 補強構造
２１ 表面
２２ 対応面
２３ 補強構造周面
（Ａ） ホイール本体の前成形工程
（Ｂ） 補強構造を提供する工程
（Ｃ） 補強構造の鍛造結合工程
（Ｃ１）冷間補強構造の鍛造結合工程
（Ｃ２）熱間補強構造の鍛造結合工程
（Ｄ） 加温工程
（Ｅ） 冷却収縮の工程
（Ｆ） 完成したホイールに微細加工を行う工程

Claims (7)

1. 前成形方式によりホイール本体が成形され、前記ホイール本体には、凹部開口部と、凹部底面と、前記凹部開口部及び前記凹部底面の間に連接される凹部周囲部とを有する少なくとも１つの収納凹部が成形され、前記ホイール本体はアルミ材で成形され、その工程の後には後成形工程が更に行われるホイール本体の前成形工程と、
   前記収納凹部の数量に対応する補強構造を提供し、且つ前記補強構造の材質及び機械性能は前記ホイール本体とは異なり、前記補強構造は表面と、対応面と、前記表面及び前記対応面の間に連接される補強構造周面とを有し、前記表面に対向して正投影されて前記表面に対応して表面の正投影面積を形成させ、前記対応面に対向して正投影されて前記対応に対応して対応面の正投影面積を形成させ、前記対応面の正投影面積は前記表面の正投影面積より大きく、前記補強構造は前記収納凹部内に収納され、且つ前記補強構造の対応面は前記凹部底面に貼着され、前記補強構造周面は前記凹部周囲部に対応し、前記補強構造の補強構造周面及び前記凹部周囲部には隙間を有する補強構造を提供する工程と、
   鍛造方式により凹部周囲部から補強構造周面に向けて鍛造され、前記ホイール本体の収納凹部の凹部周囲部が前記補強構造周面に密接される補強構造の鍛造結合工程とを含み、前記各工程が順に実行されることを特徴とする、
   ホイールの製造方法。
2. 前記ホイール本体の前成形工程の方式は鍛造及び鋳造であることを特徴とする、請求項１記載のホイールの製造方法。
3. 前記補強構造の材質は非アルミ材質であり、前記補強構造の強度および剛性は前記ホイール本体の強度および剛性より高いことを特徴とする、請求項１記載のホイールの製造方法。
4. 前記補強構造の鍛造結合工程は冷間補強構造の鍛造結合工程であり、且つ前記冷間補強構造の鍛造結合工程は常温状態で直接鍛造を行って前記補強構造の補強構造周面を常温状態でホイール本体の凹部周囲部に密接させることを特徴とする、請求項１記載のホイールの製造方法。
5. 前記補強構造の鍛造結合工程は熱間補強構造の鍛造結合工程であり、且つ前記補強構造が前記収納凹部内に収納される前には加温工程を更に含み、前記加温工程では前記ホイール本体に対して加温を行い、前記補強構造は常温で前記ホイール本体に納置され、前記補強構造が加温された前記ホイール本体に納置された後、前記ホイール本体が常温を回復していない状態で前記熱間補強構造の鍛造結合工程を執行し、前記熱間補強構造の鍛造結合工程が完了した後に冷却収縮の工程を行い、前記熱間補強構造の鍛造結合工程の後に静置して冷却し、冷却過程中に前記ホイール本体が熱膨張及び冷却収縮現象により収縮し、前記ホイール本体の収納凹部が収縮して前記補強構造を挟持させ、収納凹部と補強構造との接触面がより緊密に干渉し合うことを特徴とする、請求項１記載のホイールの製造方法。
6. 補強構造の鍛造結合工程の後に、完成したホイールに微細加工を行う工程を更に含み、且つ補強構造の鍛造結合工程の後に研磨及び艶出しの加工作業により表面に微細加工を施してホイールを形成させることを特徴とする、請求項１記載のホイールの製造方法。
7. ホイール本体と、前記収納凹部の数量に対応する補強構造を含み、
   前記ホイール本体は凹部開口部と、凹部底面と、前記凹部開口部及び前記凹部底面の間に連接される凹部周囲部とを有する少なくとも１つの収納凹部が成形され、アルミ材で成形され、
   前記収納凹部の数量に対応する補強構造は、その材質は非アルミ材質であり、且つその強度及び剛性はアルミ材の強度及び剛性より高く、また、表面と、対応面と、前記表面及び前記対応面の間に連接される補強構造周面とを有し、前記表面に対向して正投影されて前記表面に対応して表面の正投影面積を形成させ、前記対応面に対向して正投影されて前記対応面に対応して対応面の正投影面積を形成させ、前記対応面の正投影面積は前記表面の正投影面積より大きく、前記補強構造は前記収納凹部内に収納され、且つ前記補強構造の対応面は前記凹部底面に貼着され、前記補強構造周面は前記凹部周囲部に貼着されて干渉結合状態を呈することを特徴とする、
   補強構造設計を有するホイール構造。

Images