JP5936417B2 - 車両用ホイールディスクの成形方法、及び車両用ホイールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車、農耕用車両、産業用車両等の２ピースタイプの車両用ホイールにおけるホイールディスクの成形方法、及び車両用ホイールの製造方法に関する。

２ピースタイプの車両用ホイールは、タイヤを保持する円環状のリムと、車両に取り付けられるホイールディスクの２つの部材を溶接して構成されている。
図１に示すように、ホイールディスクはプレス加工により成形され、まず平板状の基材１を用意し（図１（ａ））、この基材１を絞り成形して中央に凹部２を有する中間材３を得る（図１（ｂ）の予備成形工程）。ここで、平面から見て円形をなす凹部２は、底壁２ａと周壁２ｂとを有し、凹部２よりも径方向外側部分が鍔部３ｃを形成している。次に、底壁２ａを円盤形状に成形してハブ取付部１１を成形し（図１（ｃ）のハブ取付部成形工程）、さらに周壁２ｂの外縁付近から鍔部３ｃを径方向外側へ向かって立ち下がるように成形してハット部１２を得る（図１（ｄ）：ハット部成形工程）。ここでハット部１２の成形とともにアール（R）部１５の成形も同時に行っている。その後、ハブ取付部１１の中心にハブ穴１１ａを成形するために、下穴を開口し、曲げ加工すると共に、ハット部１２より径方向外側の部分をプレスして意匠部１３及び軸方向に立ち下がるフランジ部１４を成形する（図１（ｅ）（ｆ））。最後に、ハブ取付部１１のハブ穴１１ａの外側にボルト穴１１ｂを開口すると共に、意匠部１３に飾り穴１３ａを開口してホイールディスク１０を得る（図１（ｇ））。

そして、図２、図３に示すように、得られたホイールディスク１０のフランジ部１４を、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、２ピースタイプの車両用ホイール３０を製造することができる。
ところで、ハブ取付部１１は車両のハブに固定されると、ハブの外周縁に隣接しているアール（Ｒ）部１５に大きな負荷が加わる。そして、上記した図１（ｃ）に示すハブ取付部成形工程でアール部１５の板厚が減肉するため、アール部１５に亀裂が発生してホイールディスク１０の破壊の起点となるおそれがある。
このようなことから、中間材３の凹部２の寸法や形状を規定することで、ハブ取付部を成形する際にアール部１５を増肉する技術が開発されている（特許文献１、２）。

特開２００４−７４２４８号公報 特開２００７−８３２９７号公報

しかしながら、本発明者が検討したところ、アール部１５だけでなく、ハット部１２にも高い応力が発生し、疲労破壊し易くなることが判明した。図４は、本発明者が行った車両用ホイールのホイールディスクの各部分に発生する応力のＦＥＭ（有限要素法）解析結果を示す。ハット部１２には、アール部１５と同等以上の応力が発生することがわかる。
又、図５は、図１（ｄ）の従来のハット部成形工程の詳細を示す。まず、鍔部３ｃを上型１００と下型１０２とで保持（拘束）する（図５（ａ））。ここで、上型１００の下面にはハット部の上面を形成する金型凹部１００ａが形成されている。次に、凹部２の下側に第２下型１１２を配置し、凹部２の上側から、鍔部３ｃを保持した上型１００及び下型１０２を下降させる（図５（ｂ））。ここで、第２下型１１２の上面にはハット部の下面を形成する金型凸部１１２ａが形成され、上型１００の下降により、周壁２ｂの外縁が金型凹部１００ａと金型凸部１１２ａの間で引っ張られて突状のハット部１２が成形される（図５（ｃ））。このとき、周壁２ｂの外縁付近の材料が径方向内外のＦ方向にそれぞれ流動し、ハット部１２が減肉することになる（図５（ｄ））。

そこで、本発明は、ハット部を増肉するように成形し、車両用ホイールの軽量化と強度向上とを実現した車両用ホイールディスクの成形方法、及び車両用ホイールの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の車両用ホイールディスクの成形方法は、平板状の基材を絞り成形することにより、中央に凹部を有すると共に該凹部より径方向外側に鍔部を有する中間材を得る予備成形工程と、前記鍔部を第１上型と第１下型の間で拘束して保持する保持工程と、前記鍔部を前記第１上型と前記第１下型の間で拘束した状態で、前記凹部の底壁を第２上型と第２下型の間で所定のハブ取付部に成形するハブ取付部成形工程と、前記鍔部を前記第１上型と前記第１下型の間で拘束した状態で、前記第２上型と前記第２下型の間で前記ハブ取付部を拘束するハブ取付部拘束工程と、前記鍔部を前記第１上型と前記第１下型の間で拘束し、かつ前記ハブ取付部を前記第２上型と前記第２下型の間で拘束した状態で、前記保持工程で保持した前記鍔部と前記ハブ取付部とを軸方向に相対的に近づけ、ハット部を増肉するように成形するハット部成形工程と、を備える。
このようにすると、鍔部とハブ取付部の材料が保持（拘束）された状態でハット部を成形するので、この部分で材料がハット部に向かって流れ、径方向内外に流出するのを防止するので、ハット部が増肉して車両用ホイールディスクの軽量化と強度向上とを実現する。

前記予備成形工程にて、前記凹部の底壁が周縁部から中央に向かって傾斜するように前記中間材を成形するとよい。
このようにすると、ハブ取付部を成形する際、底壁が下型によって円錐形状から円盤形状に成形される際、底壁の広がりが周壁により規制される。これにより、底壁と周壁の間のアール部に圧縮荷重が付与されてアール部が増肉する。そのため、より一層の車両用ホイールの軽量化と強度向上とを実現することができる。

本発明の車両用ホイールの製造方法は、前記車両用ホイールディスクの成形方法によって成形された車両用ホイールディスクに、リムを接続する。
この車両用ホイールの製造方法によれば、アール部及びハット部が増肉して車両用ホイールディスク、ひいては車両用ホイールの軽量化と強度向上とを実現する。なお、車両用ホイールディスクのうち、リムと嵌合するディスクフランジ部は縮みフランジとして製造され、特段の加工を加えなければ肉太りになるため、車両用ホイールディスクの「フランジ部を除く」その他の部位の板厚と規定した。

この発明によれば、ハット部を増肉するように成形し、車両用ホイールディスク、及び車両用ホイールの軽量化と強度向上とを実現することができる。

車両用ホイールディスクの成形方法を示す工程図である。 車両用ホイールディスクの斜視図である。 車両用ホイールディスクの軸方向に沿う断面図である。 ホイールディスクの各部分に発生する応力のＦＥＭ（有限要素法）解析結果を示す図である。 従来のハット部成形工程の詳細を示す工程図である。 本発明の実施形態に係る車両用ホイールディスクの成形方法を示す工程図である。 本発明の別の実施形態に係る車両用ホイールディスクの成形方法を示す工程図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明によって成形（製造）されるホイールディスクが適用される車両としては自動車、バス、トラック等が例示される。又、このホイールディスクをリムと接合してなる車両用ホイールは、ハット部を有し、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」 であるが、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。
又、本発明で用いるホイールディスクの材料としては、プレス成形が可能な鋼板、チタン板等が挙げられる。
なお、以下の説明において、ホイールの軸方向を「軸方向」と称し、ホイールの径方向を「径方向」と称する。
又、本発明の車両用ホイールディスクの成形方法は、ハット部成形工程に特徴があり、それ以外の工程は従来の成形方法と同様とすることができる。従って、ハット部成形工程以外の工程、及び得られた車両用ホイールディスク及び車両用ホイールの構成は、上記した図１〜図３と同様であるので説明を適宜省略する。

本発明の実施形態に係る車両用ホイールディスクの成形方法は、図１と同様に、まず平板状の基材１を用意し（図１（ａ））、この基材１を絞り成形して中央に凹部２を有する中間材３を得る（図１（ｂ）の予備成形工程）。ここで、基材１は、正方形の板材の四隅を円弧状にカットすることにより得られる。又、平面から見て円形をなす凹部２は、軸方向に垂直な平面状の底壁２ａと、底壁２ａから立ち上がる周壁２ｂとを有し、凹部２よりも径方向外側部分が軸方向に垂直な平面状の鍔部３ｃを形成する。
次に、図６に示すように、鍔部３ｃを第１上型１０１と第１下型１０２とで保持（拘束）する（図６（ａ）：保持工程）。ここで、第１上型１０１の下面にはハット部の上面を形成する金型凹部１０１ａが形成されている。次いで、凹部２の下側に第２下型１１２を配置し、凹部２の上側から第２上型１１１を下降させ、第２上型１１１及び第２下型１１２の間で凹部２の底壁２ａをプレス加工して略円盤形状の所定の形状のハブ取付部１１を成形するとともにこのハブ取付部１１を拘束（保持）する（図６（ｂ）：ハブ取付部成形工程、ハブ取付部拘束工程）。ここで、第２下型１１２の上面にはハット部の下面を形成する凸部１１２ａが形成されている。

次に、ハブ取付部１１を保持（拘束）した状態で第２上型１１１及び第２下型１１２をＢ方向（図６（ｃ））へ上昇させる。一方、鍔部３ｃを保持した第１上型１０１及び第１下型１０２をＡ方向（図６（ｃ））へ下降させる。これによりハブ取付部１１（底壁２ａ）と鍔部３ｃとを軸方向に相対的に近づけ、周壁２ｂの外縁付近を金型凹部１０１ａと金型凸部１１２ａの間で圧縮しながら突状のハット部１２を成形する（図６（ｃ）：ハット部成形工程）。このとき、周壁２ｂの径方向内側及び鍔部３ｃの径方向外側の材料が各型１０１〜１１２によって拘束されているので、拘束されていない周壁２ｂの径方向外側および鍔部３ｃの径方向内側の部分の材料がＦ方向に流れてハット部１２に向かい、径方向内外に流出するのを防止するので、ハット部１２が増肉することになる（図６（ｄ））。なお、成形されたハット部１２は、基材１に比べて５〜１０％程度増肉されることが判明した。
このようにしてハット部１２を成形した後は、図１（ｅ）〜図１（ｇ）と同様にしてホイールディスク１０を得る。
なお、ハブ取付部成形工程（図６（ｂ））は、保持工程（図６（ａ））の後に限らず、保持工程の前又は保持工程と同時に行ってもよい。又、ハット部成形工程（図６（ｃ））においては、ハブ取付部１１と鍔部３ｃとを軸方向に相対的に近づければよく、第１上型１０１及び第１下型１０２を移動させずに第２上型１１１及び第２下型１１２のみをＢ方向へ上昇させてもよく、第２上型１１１及び第２下型１１２を移動させずに第１上型１０１及び第１下型１０２のみをＡ方向へ下降させてもよい。

図７は、予備成形工程（図１（ｂ））にて、凹部２ｘの底壁２ａｘが周縁部２ｂから中央に向かって傾斜するように中間材３ｘを成形した例を示す（図７（ａ））。底壁２ａｘ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、凹部２ｘの下側に第２下型１１２を配置し、凹部２ｘの上側から第２上型１１１を下降させ、第２上型１１１及び第２下型１１２の間で凹部２ｘの底壁２ａｘをプレス加工して円盤形状に成形し、ハブ取付部１１を成形する（図７（ｂ）：ハブ取付部成形工程）。ここで、ハブ取付部１１を成形する際、底壁２ａｘは円錐形状をなしているため、底壁２ａｘが第２下型１１２に当たり円錐形状から円盤形状に成形される際に、底壁２ａｘの広がりが周壁２ｂにより規制される。これにより、底壁２ａｘを介してアール部１５に圧縮荷重が付与されることになる。アール部１５では凹部２ｘの他の部位に比べて大きな曲げ歪みが生じた状態で圧縮荷重を受けるため、増肉が集中する。その結果、成形されたアール部１５は、基材１に比べて１０％程度増肉される。これに対して、底壁２ａｘからハブ取付部１１を成形する過程では、ハブ取付部１１の増肉は殆どないか、僅かしかない。ハブ取付部１１はアール部１５に比べて要求される疲労強度のレベルが低いので、薄肉になっても支障はない。

図７（ｂ）以降の工程は、図６（ｃ）以降と同様であるので説明を省略する。又、図７（ｂ）のハブ取付部成形工程で中間材３ｘを成形する際には、アール部１５に圧縮荷重を付与するため、鍔部３ｃを保持しておく必要がある。つまり、保持工程の後、又は保持工程と同時に、ハブ取付部成形工程を行う必要がある。
なお、円錐形状をなす底壁２ａｘを有する中間材３ｘを用いてハブ取付部１１を成形する方法は、上記特許文献２に記載されている。

本発明は上記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。

１ 基材
２ 凹部
２ａ、２ａｘ 底壁
２ｂ 周壁
３、３ｘ 中間材
３ｃ 鍔部
１０ 車両用ホイールディスク
１１ ハブ取付部
１２ ハット部
１５ アール部

Claims (3)

1. 平板状の基材を絞り成形することにより、中央に凹部を有すると共に該凹部より径方向外側に鍔部を有する中間材を得る予備成形工程と、
   前記鍔部を第１上型と第１下型の間で拘束して保持する保持工程と、
   前記鍔部を前記第１上型と前記第１下型の間で拘束した状態で、前記凹部の底壁を第２上型と第２下型の間で所定のハブ取付部に成形するハブ取付部成形工程と、
   前記鍔部を前記第１上型と前記第１下型の間で拘束した状態で、前記第２上型と前記第２下型の間で前記ハブ取付部を拘束するハブ取付部拘束工程と、
   前記鍔部を前記第１上型と前記第１下型の間で拘束し、かつ前記ハブ取付部を前記第２上型と前記第２下型の間で拘束した状態で、前記保持工程で保持した前記鍔部と前記ハブ取付部とを軸方向に相対的に近づけ、ハット部を増肉するように成形するハット部成形工程と、
   を備える車両用ホイールディスクの成形方法。
2. 前記予備成形工程にて、前記凹部の底壁が周縁部から中央に向かって傾斜するように前記中間材を成形する請求項１に記載の車両用ホイールディスクの成形方法。
3. 請求項１又は２に記載の車両用ホイールディスクの成形方法によって成形された車両用ホイールディスクに、リムを接続する車両用ホイールの製造方法。