JP6894529B2 - ホイールリム、スポーク及びスチール製ホイールの製造方法、ならびに該方法により成形されたスチール製ホイール - Google Patents

Description

本発明は、ホイール及びその製造方法に関し、特に熱間プレス成形されたスチール製ホイール及びその製造方法に関する。

スチール製ホイールの従来の製造方法には、寸法が安定せず、耐久性が早期に低下し、他の金属合金（例えば、アルミニウム）で製造されたホイールより重いなどの問題が存在する。しかしながら、アルミニウム合金製ホイールは、重量がより軽いが、製造コストがスチール製ホイールよりも高い。スチール製ホイールの従来の製造方法は、様々な金属成形プロセスを含み、成形過程において材料に力を与えるため、金属を硬化させる。従来の方法は、スチール製ホイールの局所領域を加熱する接続プロセスをさらに含むが、不良な機械的特性をもたらす可能性がある。不良な機械的特性は、スチール製ホイールが早期故障することをもたらす可能性がある。上記問題を解決するために、従来の方法で製造されたスチール製ホイール又は部品を熱処理して不良な特性を解消することができる。従来のスチール製ホイールの製造方法に関連する既知の熱処理方法は、時間がかかるだけでなく、高価な方法である。したがって、製品寸法が安定するスチール製ホイールを製造できる製造方法を必要とし、この方法で製造されたスチール製ホイールは、重量が従来の方法で製造されたスチール製ホイールより軽いだけでなく、製品の寸法安定性及び耐久性を保証することができる。さらに、従来の方法に比べて、より効果的で、コストがより低いスチール製ホイールの製造方法を必要とする。

本発明は、重量が従来の方法で製造されたスチール製ホイールより軽いだけでなく、製品の寸法安定性及び耐久性を保証することができ、より効果的で、コストがより低い熱間プレス成形ホイール及び製造方法を提供し、従来技術に存在する熱処理方法が時間がかかり、高価で、製造されたホイールが故障しやすいという技術的問題を解決する。

本発明の上記技術的問題は、以下の技術手段により解決される。本発明では、スチール製ホイールのホイールリムの製造方法は、以下のステップを含む。加熱炉内で円管状物を加熱し、加熱された円管状物をホットプレス機に移す。ホットプレス機に移された円管状物の温度は、所望の温度以上に維持する必要がある。必要な温度は、少なくとも９５０℃以上であり、その後、内輪郭を利用して円管状物を成形させて、ホイールリムを製造する目的を達成する。上記方法で製造されたホイールリムをホイールスポークと組み合わせて、本発明に係るホイールを製造することができる。

本発明では、加熱炉内で加熱された円管状物を加熱炉からホットプレス機に移す時間を１２秒以内に制御すべきである。

本発明では、ホイールリムをホットプレス機に入れた後、複数本のノズルを有し、水又は冷却剤を交差噴射できる装置を使用して、成形されたホイールリムのタイヤ装着面の表面に水又は他の冷却剤を均一に噴射する。前記ホイールリムを有機酸の酸洗いタンクに入れてホイールリム上の汚染物を除去することをさらに含む。

本発明では、スチール製ホイールのスポークの製造方法は、以下のことを含む。可変断面厚さのスポークブランクを準備し、加熱炉内でこのブランクを加熱する。加熱されたスポークブランクを加熱炉からホットプレス機に１２秒以内に移す。ホットプレス機に移されたスポークブランクの温度は、スポークに必要な少なくとも９５０℃の温度より高い温度にする。ホットプレス機の冷却機能を有するモールドを用いてスポークブランクを冷却し成形して、ホイールスポークを形成する。前記スポークを有機酸の酸洗いタンクに入れてスポーク上の汚染物を除去することをさらに含む。ホイールスポークをホイールリムと接続することによりホイールを製造することができる。

好ましくは、可変断面厚さのスポークブランクを準備するステップは、以下のことを含む。補強リングをスポーク基材の上方に同心に位置決めし、補強リングの外側縁部をスポーク基材に溶接する。補強リングの外側縁部をスポーク基材に溶接して、溶接により生成された継ぎ目の深さが１２〜１５ｍｍである。硬質ロール型モールドを用いてスポーク基材をスピニングして、スポーク基材の外側縁部領域の厚さを薄くすることをさらに含む。

補強リングをスポーク基材に溶接することにより、可変厚さのスポークブランクを製造する。可変厚さのスポークブランクは、ブランクの中間領域が厚い部分で、外側周辺が薄い部分である。

したがって、本発明の熱間プレス成形ホイール及び製造方法は以下の利点を含む。

本発明の製造方法及び構造のスチール製ホイールは、耐久性を高め、耐用年数を延長する。本発明におけるスチール製ホイールの重量は、さらに、従来の方法で製造されたスチール製ホイールより著しく軽い。また、本発明の製造方法は、従来の方法に比べて、コストがより低く、より効率的である。

本願の一部となる図面は、本発明をさらに理解するために提供され、本発明の例示的な実施例及びそれらの説明は、本発明を解釈するために用いられるが、本発明を不当に限定するものを構成しない。図面において、

本発明に係るホイールの実施例の概略図である。 本発明に係るホイールを製造する例示的な過程の概略図である。 本発明に係る円管を製造する例示的な過程の概略図である。 本発明に係るホイールリム基材の実施例の概略図である。 本発明に係る円形部材の概略図である。 本発明に係る扁平部分付きの円形部材の実施例の概略図である。 本発明に係る閉じた円形部材の実施例の概略図である。 本発明に係る円管状物の実施例の概略図である。 本発明に係る円管状物を成形する例示的な過程の概略図である。 本発明に係る外向き張出縁付きの円管状物の実施例の概略図である。 本発明に係るホイールリムの実施例の概略図である。 本発明に係るホイールリムの別の実施例の概略図である。 本発明に係るスポークブランクの実施例の概略図である。 図１３ａの側面図である。 本発明に係るスポークブランクの別の実施例の概略図である。 本発明に係るスポークの実施例の概略図である。 本発明に係るスポークの別の実施例の概略図である。 本発明に係るホイールの実施例の概略図である。 本発明に係るホイールを組み合わせて溶接する実施例の概略図である。 本発明に係るスポークブランクの別の実施例の概略図である。 本発明に係るスポークの別の実施例の概略図である。

以下、実施例に基づいて、図面を参照しながら、本発明の技術手段をさらに詳細に説明する。
（実施例）

図１は、本発明に係る方法で製造されたホイールである。ホイール１００の組立体は、ホイールリム１０２及びスポーク１０４を含む。ホイール１００は、取り付け孔１０６をさらに含み、取り付け孔１０６により車両に取り付けられて使用される。ホイール１００は、１つ以上の風孔１０８をさらに含んでもよい。前述のように、スポーク１０４は、異なる厚さを有し、取り付け孔１０６に近づくホイール１００の中央部分が厚いが、スポーク１０４の外側周辺部分が相対的に薄い。材料、構造及び熱間プレス成形方法により、一定の耐久性を有するだけでなく、重量を著しく軽減するスチール製ホイールが得られる。例えば、本発明の実施例では、製品仕様が２２．５×８．２５ｃｍのスチール製ホイールの重量は、約２１．５ｋｇだけである。従来の製造方法で製造された同様の仕様のスチール製ホイールの重量は、約３１ｋｇである。鍛造アルミニウム合金で製造されたホイールの重量は、本発明における方法で製造されたスチール製ホイールの重量とほぼ同じであるが、鍛造アルミニウム合金のホイールのコストは、著しく高くなる。

以下、ホイール及び関連する製造方法について説明する。本発明に係るホイールの製造方法に関連するステップは、ホイールリムの製造、スポークの製造、及びスポークとホイールリムとの接続を含む。ホイールリムの製造は、複数の製造段階をさらに含む。図１は、ホイールの製造方法の例である。

本明細書で説明された製造方法は、スチール製ホイールの製造に適している。ホイールリム１０２及びスポーク１０４の製造用の材料は、ボロン鋼が望ましい。ボロン鋼は、その機械的特性により、特に成形時の焼入れ性を満たすため、特に本発明に係るホイールに適している。実施例において使用可能なボロン鋼の化学成分を表１に示し、材料性能を表２に示す。

図２に示す方法のように、ホイールリムの製造プロセスは、円管状物を製造すること２１０と、円管状物を初期成形ホイールリムに加工すること２１２と、最後にホイールリムの加工を完了すること２１４とを含む。図３は、円管状物を製造する（２１０）例示的な過程である。図に示すように、例示的な過程は、ホイールリム基材を準備するステップ３０２と、ホイールリム基材を切欠き付きの円形に加工するステップ３０４と、円形の切欠きに扁平な領域を加工するステップ３０６と、切欠きを閉鎖するステップ３０８と、溶接スラグを除去するステップ３１０と、円管状物に加工するステップ３１２とを含む。以上に述べたステップによって、ホイールリム基材を円管状物に加工し、さらに、本発明に係るホイールに加工することができる。

円管状物を製造する例示的な過程を図３に示し、ステップ３０２でホイールリム基材を準備することから始まる。ホイールリム基材４０２は、１枚の矩形鋼板又はホイール及び加工に好適に用いられる他の合金である。この矩形のブランクは、従来製造に用いるホイールリムのブランクと異なり、このブランクの長さが他の状況より約０．４％〜０．５％短い。このようなやや短いブランクを用いることは、熱間成形過程において鋼材がマルテンサイトに変態する場合に密度が０．４％〜０．５％低下することに適応するためである。ホイールリムの拡張は、ホイールリムに小さな塑性変形を与えて、ホイールリムが丸くなり、最終寸法を得る。偶然にも、拡張率が約０．５％であるため、変態の前にブランクの長さを短くする調整を行わなければ、ホイールリムは、正確な最終寸法がない。ステップ３０２では、ホイールリム基材４０２を酸洗液に浸漬するか、又は油に保持して、その特性を保持することにより、後続の成形及び接続プロセス（さらに説明する）の質量が最適になり、丈夫で耐久性に優れるホイールを製造する。

図４及び図５に示すように、ステップ３０４では、ホイールリム基材４０２を円形５０２に成形加工する。通常、円形５０２は、形状では、径方向寸法がホイール１００の最終寸法よりもはるかに小さい円形である。ホイールリム基材４０２をベンダーに送り込むか、又は他の適切な加工方法で矩形のホイールリム基材４０２を円形５０２に巻くことができる。図５に示すように、円形５０２は、本質的には、切欠き５０４付きの円形であり、切欠きが円形５０２の第１の末端５０６及び第２の末端５０８にある。切欠き５０４は、円形５０２が切欠き５０４を閉じることにより、第１の末端５０６と第２の末端５０８が互いに当接し、ステップ３０８で接合されるような寸法を有する。

切欠き５０４を閉じる前、後続のプロセスをより簡単にし、品質を高めるために、ステップ３０６で円形５０２の一部の領域を平坦化する。図６に示すように、平坦化部分６０２付きの円形５０２は、平坦化モールドによって適切な圧力で製造される。平坦化部分６０２は、第１の末端５０６の上方及び第２の末端５０８の下方へ一定の距離を延伸する。

ステップ３０８では、切欠き５０４を閉じる。望ましい実施例では、切欠き５０４を溶接により閉じる。この実施例では、円形５０２の平坦化部分６０２を機器又は他の装置内に入れ、第１の末端５０６を第２の末端５０８の近くに保持することにより、切欠き５０４を閉じる。第１の末端５０６及び第２の末端５０８は、例えば、ミグ（MIG）溶接、レーザー溶接、ガスメタルアーク溶接などに限られない適切な溶接方式により接合される。図７は、閉じた円形５０２を示し、継ぎ目７０２は、その幅の方向に沿って拡張する。分かるように、溶接過程において、溶接スラグは、継ぎ目７０２に沿って、又は縁部に堆積されることがある。ステップ３０８では、第１の末端５０６と第２の末端５０８とを溶接した後、円形５０２は、円管７０８（図８参照）に加工され、通常、円柱状であるが、さらなる加工処理を行って、生成された溶接スラグを除去し、平坦化部分６０２を除去する必要がある。

ステップ３０８の別の例では、切欠き５０４は、抵抗突合せ溶接により閉じられる。このような方法で、第１の末端５０６と第２の末端５０８とを突き合わせ、電流で必要な温度に加熱する。該プロセスを行う前及び該プロセスを行う過程中、第１の末端５０６及び第２の末端５０８に圧力を加えることにより、円形５０２が塑性状態になると、加えられた圧力により第１の末端５０６を第２の末端５０８に接合する。溶接継手における溶接スラグ又は局部変形のため、後続のプロセス３１０が必要となる。

ステップ３１０では、溶接スラグを円管７０８から除去する。任意の適切な加工方法で溶接スラグを除去し、後続のプロセスに用いられる円管７０８を製造する。ステップ３１０では、様々な加工処理技術、例えば、研磨、サンディング、艶出し研磨、トリミングなどを使用する。円管７０８の継ぎ目に沿う溶接スラグと縁部７０４及び７０６上の溶接スラグを除去する。円管７０８は、円管７０８の継ぎ目７１０の表面が滑らかで、まくれ又は隆起という欠陥がなくなるまで必要な加工処理を行わなければならない。

ステップ３１０では、円管７０８は、成形により平坦化部分６０２を除去する。円管７０８が連続した完全な形状に接続されたら、その円柱状を回復しなければならない。適切なロール成形機又は他の加工方法を使用して、平坦化部分６０２を除去することができる。図８に示すように、ステップ３１０の最後に、円管７０８の形状は、円柱状である。このステップの後、円管７０８の外径は、ホイールリム１０２の最終径より小さい必要がある。説明されるように、円管７０８は、最終的に、ホイールリム１０２の理想的な最終寸法に拡張され、成形される。

円管を上述したステップで製造した後、円管７０８は、ホイールとして使用される輪郭に成形される。図９は、円管７０８を成形する例示的な方法である。円管７０８を成形する例示的な方法は、口広げ加工を行うステップ９０２と、バルブ穴平面を成形するステップ９０４と、成形された円管を加熱するステップ９０６と、ホイールリムを成形するステップ９０８とを含む。当業者に知られているように、他の追加のステップを行う可能性があるか、あるいは、上述した各ステップが複数のステップにさらに分割されるか又は分けられる。

ステップ９０２では、円管７０８の縁部を口広げ加工する。図１０に示すように、円管７０８が口広げ加工されて、その縁部１００２、１００４の直径が円管７０８の中間部分より大きくなる。任意の適切な口広げ加工プロセスは、いずれもステップ９０２に用いられることができる。最適な方法は、プレス機及び対応するモールドにより口広げ加工縁１００２及び１００４を製造することである。この例示的な方法では、円管７０８をモールドに入れて、口広げ加工縁１００２及び１００４を同時に製造する。他の方法では、ロール成形機又は口広げ加工機を使用することができる。他の例では、口広げ加工縁１００２及び１００４は、２つのステップで製造する。

ステップ９０４では、バルブ穴平面１２０２を形成する。図１１に示すように、内輪郭１１０２は、後でバルブ穴を加工するための断面を含む。ホイール１００を使用し、タイヤをホイール１００に装着すると、バルブ穴は、バルブを取り付けるものである。後続の過程において、該穴を製造するために、バルブ穴平面１２０２は、内輪郭１１０２の断面に沿って成形される。バルブ穴平面１２０２は、内輪郭１１０２の１つの断面であり、通常、局所領域では平面であるが、円管７０８の軸線に対する斜角にある。

ステップ９０６では、成形された円管１０００を高温に加熱する。適切な温度は、成形された円管１０００の構成によって異なる。しかしながら、望ましい温度は、少なくとも成形された円管１０００の合金のＡｃ３温度に達する。ボロン鋼を使用する実施例では、Ａｃ３温度は９５０℃である。Ａｃ３温度より高い高温で、成形された円管１０００の鋼組織は、オーステナイトに変態し、組織がより均一な金属部品となるとともに、前の加工過程において発生した加工硬化又は他の望ましくないミクロ組織を除去する。成形された円管１０００の高温は、後続のホイールリム成形ステップ９０８において維持される必要がある。ステップ９０８において必要な温度を維持するために、成形された円管１０００は、好ましくは、それを加熱する加熱炉からホットプレス機に１２秒内で移される。成形された円管１０００が成形及び冷却（後で説明する）時に高温に維持されれば、他の時間又は移す方法で行うことができる。

ステップ９０８では、円管７０８の内輪郭をホットプレス機で形成する。図１１は、ホイール１００の内輪郭１１０２の実例を示す。分かるように、ステップ９０４では、ホイール１００の寸法規格及び構造要求に基づいて、様々な内輪郭を成形する。ステップ９０８では、円管７０８の内輪郭を形成し、円管７０８の外径をホイールリム１０２の最終的な所望の直径に拡張する。ステップ９０８の成形プロセスは、円管の成形に必要な冷却を提供し、理想的なミクロ組織を与えて、優れた機械的特性を提供する。ステップ９０８では、拡張モールドを使用するとき、一例として、水又は他の冷却剤を使用して適切な冷却を提供する。他の例では、成形されたホイールリムが円管７０８の直径を拡張する拡張モールドに保持された場合、ノズルアレイは、水又は他の冷却剤をホイールリム７０２のタイヤ装着側表面１１０４に噴射する。該例では、ノズルアレイは、水又は他の冷却剤をタイヤ装着側表面１１０４に交差して重ねて噴射することができる（図１２参照）。冷却剤を重ねて使用することは、冷却期間に発生した相変化が均一であることを保証する。不均一な冷却又は冷却剤の不均一な使用により、ホイールリム１０２の寸法変形を引き起こすか、又は局所領域の不良な機械的特性をもたらして、ホイール１００は、使用過程において早期故障するおそれがある。拡張モールド及び噴水によりホイールリム１０２を約２００℃に迅速に冷却し、モールドから取り出す。２００℃の取り出し温度により、金属内の水素ガスが放出することに役立つ。ホイールリム１０２は、選択的に、４００℃で焼き戻し、焼き戻し時間が２０〜６０分間に制御される。適切に冷却して得られたホイールリムは、約５２ＨＲＣの硬度及び約１３００〜１５００Ｍｐａの引張強度を有する。これらの機械的特性により、ホイールリム１０２が従来のスチール製ホイールリムに比べてより薄い鋼材を使用することができ、ホイール１００の重量が著しく軽くなる。

例示的な方法のステップ２１４では、ホイールリム１０２の加工を続け、成形されたホイールリムを仕上げ加工する。この段階では、さらなる加工及び他のプロセス過程によりホイールリム１０２の最終形状を完了し、他の構造的特徴を追加し、例えば、バルブ穴を追加する。バルブ穴は、レーザー切断、打ち抜き、穿孔又は他の適切な加工方式を用いて加工されることができるが、レーザー切断が望ましい加工方式である。

ホイールリム１０２の製造の他、スポークの製造２１８がある。スポーク１０４を製造する例示的な方法は、スポークブランクを準備するステップ２２０と、スポークブランクを成形するステップ２２２と、スポークを仕上げ加工するステップ２２４とを含む。その後にホイールリム１０２と接続するスポーク１０４を準備するために、これらのステップは、より多くのサブステップ及びプロセスをさらに含む。

ステップ２２０では、加工用のスポークブランクを準備する。該ステップでは、可変断面厚さのスポークブランクを製造する。可変断面厚さのスポークブランクは、ホイール１００のスポークの中心の車両に取り付けられる領域がより厚さ又はより強い材料を用いることを許可する。ホイール１００の使用過程において、その中心領域は、高い応力を受け、不適切な厚さを用いるか又は材料性能が足りないと、ホイールは、所望の耐用年数の前に故障しやすい。スポーク１０４の中心領域において断面厚さがより厚いホイールを製造することは、前述の設計上の欠点を解消するとともに、ホイール１００の重量を著しく増加させることがない。図１３に示すように、スポークブランク１３０２は、中心領域の厚さがＴ１であり、中間孔１３０６から径方向外向きに延出した周辺部分の厚さがＴ２である。この例では、Ｔ１がＴ２より大きい。スポークブランク１３０２は、構造上で、可変断面厚さの特徴を有し、すなわち、最終的に成形されたスポーク１０４の中心領域がより厚くなり、取り付け時に該領域が車両に接続され、スポーク１０４の外側周辺領域、すなわちホイールリム１０２と接続される領域が相対的に薄い。一例では、スポークブランク１３０２の厚さＴ１が約８ｍｍであり、厚さＴ２が約４．５ｍｍである。他の例では、スポークブランク１３０２は、他の厚さを有する可能性があり、これは、スポーク１０４の最終的な所望の寸法及び材料性能によって決められる。

本発明では、可変断面厚さのスポークブランクを製造する２つの実例プロセスを開示する。一実例方法は、補強リング１３０４をスポーク基材１３０８に同心に位置決めした後、スポーク基材１３０８に溶接することにより製造される継ぎ合わせブランクを製造することを含む。補強リング１３０４をスポーク基材１３０８に溶接するような実例では、補強リング１３０４の外側縁部１３１０及び内側縁部１３１２に沿って溶接することを含む。補強リング１３０４をスポーク基材１３０８に溶接する過程において、最も重要なことは、外側縁部１３１０の溶接深さである。この例示的な方法では、外側縁部の溶接深さが１２〜１５ｍｍの範囲内であることを保証することが望ましい。外側縁部１３１０の溶接深さが該要求値に達すると、ホイール１００の耐久性が大幅に高められ、溶接深さが足りないと、溶接箇所が疲労亀裂を特に生成しやすい。外側縁部１３１０の溶接厚さが前述のとおりであれば、溶接箇所は、ホイールを車両に接続するナットの縁部又はガスケットの下に位置することになる。以上の方式に応じて、溶接加工により弱められた材料がナットフランジ又はナットガスケットの下に押し付けられるため、完成品としてのホイール１００の疲労寿命は大幅に増大する。

可変断面厚さのスポークブランクは、円錐形の可変断面厚さのスポークブランクを製造することにより得られる。該例では、厚さが一定で不変である、中間孔付きのスポークブランクが硬質ロール型モールドによってロール成形されて、スポークブランクの径方向外側の周辺の厚さを薄くする。実施例では、厚さが約８〜１０ｍｍのスポーク基材が硬質ロール型モールドによってスピニング成形されて、スポークブランクの外径を増加させ、ブランクの径方向外側の周辺の厚さを薄くする。例として説明された円錐形の可変断面厚さのスポークブランク１４０２を図１４に示す。理解されるように、円錐形の可変断面厚さのスポークブランクにより、スポーク１０４は、中心領域が厚く、径方向外側の周辺領域が薄い利点を有する。これらの利点は、耐久性の向上及び重量の低下を含む。円錐形の可変断面厚さのスポークブランク１４０２に対して、スポークブランク１３０２に対する説明に類似する後続の加工プロセスを行うことができる。

ホイール１００の別の実施例を図１９に示し、スポークブランク１８０２は、エアスプリングキャビティ１８０４を含んでよい。スプリングシートを製造するために、スポーク基材１８０６に図２０に示す溝１９０２を加工する必要がある。本実例では、８つの溝１９０２は、スポーク基材１８０６の中間孔１９０４に沿って均一な間隔をおいて配置される。溝１９０２は、スポーク基材１８０６に凹設された部分である。補強リング１８０８がスポーク基材１８０６の溝１９０２に溶接又は固定されると、エアスプリングキャビティ１８０４が形成される。エアスプリングキャビティ１８０４を設ける作用は、ホイールを車両に取り付けて使用する場合に発生した振動を解消することである。層状のエアスプリングキャビティは、完成品構造に可変なモジュラスを提供して、ホイールから車両のブレーキ及び車軸へ伝達し得る任意の音声を破壊及び／又は歪むことができる。図２０に示す本実例は、８つの楕円形の溝１９０２を示す。他の形状又は数の溝１９０２を使用して１つ以上のエアスプリングキャビティ１８０４を加工することもできる。

可変断面厚さのスポークブランクの加工を完了した後、スポークブランク１３０２をさらに加工する必要がある。スポークブランク１３０２は、一定の高温に加熱される。正確な温度は、スポークブランク１３０２の構成によって決められる。しかしながら、望ましい温度は、少なくともスポークブランク１３０２の合金のＡｃ３温度である。Ａｃ３温度より高い高温で、スポークブランク１３０２のミクロ組織がオーステナイトに変態するとともに、ミクロ組織がより均一で可変断面厚さのあるスポークブランクを生成する。スポークブランク１３０２を後続のスポークブランク加工ステップ２２２に移す過程において、スポークブランク１３０２の高温を維持する必要がある。ステップ２２２の期間において必要な温度を維持するために、スポークブランク１３０２を加熱する加熱炉からホットプレス機に移す時間が好ましくは１２秒より小さい。他の時間又は移す方法は、いずれも使用でき、上述した成形及び冷却においてスポークブランク１３０２の高温を維持すればよい。

ステップ２２２では、スポークブランク１３０２を図１５に示す凹形にほぼ加工する。大きい厚さＴ１を有するスポークブランク１３０２の中心領域は、本プロセスの後にも平面の構造を保持するが、スポークブランク１３０２の径方向外側の周辺領域は、図１５に示す凹形横断面に加工される。凹形横断面の他に、ガセットプレート、補強リブ、隆起した縁部、又は最終的に組み立てられたホイール１００の強度、剛性及び耐久性を向上させる他の形状を含む異なる輪郭及び構造にスポークブランク１３０２を加工することができる。例えば、本発明に記載の軽量化スチール製ホイールは、従来のスチール製ホイールよりも断面剛性が低いため、補強リブ及びガセットプレートにより剛性を高める必要がある。図１６は、ガセットプレート１６０２及び隆起した縁部１６０４付きの成形されたスポークブランクの実例構造である。図１６に示す実例では、各風孔の間にガセットプレート１６０２を増設し、各風孔の位置に隆起した縁部１６０４を加工する。隆起した縁部１６０４は、ホイール１００の耐用年数を延長する重要な特徴である。製造時に、風孔１６０６の縁部に微細なクラックが生じるおそれがある。隆起した縁部１６０４により、完成品のホイールの高応力領域は、風孔１６０６の縁部に位置しないことになる。その分、ホイール１００の耐用年数及び耐久性を改善する。このような方式で、風孔１６０６の数量及び寸法を増加させてホイール１００が取り付けられる車両のブレーキの通風効果を向上させることができる。大きな風孔により、さらにホイール１００の重量を減少させることができる。他の形状及び構造もスポークブランク１３０２に適用でき、これは、ホイール１００の最終的な所望の特性及び応用によって決められる。

前述のように、スポークブランクを成形するステップ２２２は、高温の状況で、ホットプレス機内で行われる。加熱後に、加熱されたスポークブランク１３０２をロボットによって加熱炉からホットプレス機に移す。移す期間で、加熱されたスポークブランク１３０２をホットプレス機のモールドに入れる前又は同時に、加熱されたスポークブランク１３０２の温度を赤外線モニターによって監視する。高温で加工することは、スポーク１０４が所望のミクロ組織を得るためである。ホットプレス機に発生した成形プロセスにより、スポーク１０４は、適切な冷却を必要とし、所望のミクロ組織を得るようにし、約２００℃の時に取り出されて水素脆化の量が抑制される。この目標を達成するために、ホットプレス機中のモールドは、モールドの適切な温度を維持するための冷却機能を提供し、ホットプレス機のモールドの冷却速度を制御可能にすることにより、所望のミクロ組織構造を実現する。この結果を得る別の方法は、モールドのユニット圧力に対する調整である。高いユニット圧力により、冷却速度がより速くなる。モールドを分割するか又はプレス機に局所に異なる圧力を提供する能力を備えさせることにより、ユニット圧力を制御可能にし、加工期間に適切で有利な冷却量を提供する。該過程に役立つために、モールドに温度監視アセンブリが備えられることにより、モールドは、成形されたスポークブランク１３０２が適切な温度に冷却されるまで、閉じ状態が保持される。本実例では、型開き温度が２００℃である。スポークブランクが成形した後、ステップ２２４では、成形されたスポークブランクがスポーク１０４に仕上げ加工される。

ステップ２２４では、成形されたスポークブランク１５０２に図１６に示す様々な開口及び孔をさらに加工する必要がある。前述のように、スポーク１０４は、風孔１６０６及びボルト孔１６０８を含む可能性がある。ステップ２２４では、中心貫通孔１６１０を再加工して最終寸法を得る。様々な孔は、様々な適切な方法で加工され得るが、レーザー切断が望ましい方法である。風孔、ネジ孔及び中間孔１６１０のレーザー切断は、ホイール１００の耐久性を高め、疲労寿命を延長し、他の方法、例えば、スタンピングで加工された様々な孔は、微細なクラックが発生し、微細なクラックが拡張してホイールの早期故障を引き起こすおそれがある。

ホイールリム１０２及びスポーク１０４の製造が完了した後、ホイールリム１０２及びスポーク１０４は、ステップ２２８で組み立てられる。ステップ２２８では、図１７に示すように、ホイールリムをスポーク１０４の径方向外壁１７０２に位置決めする。径方向外壁１７０２は、ホイールリム１０２の内側溶接面１７０４に近づいて位置する。好ましい実施例では、スポーク１０４の外径は、内側溶接面１７０４の直径よりわずか大きく、このように、スポーク１０４とホイールリム１０２との間に締り嵌めがある。径方向外壁１７０２の外径と内側溶接面１７０４との間の締めしろが好ましくは０．５ｍｍと２．５ｍｍとの間であり、これは、接続部材に高品質の溶接を提供する。締めしろが大きすぎると、スポーク１０４の寸法変形を引き起こすか、又はスポーク１０４をホイールリム１０２に装着する加工が困難になる。一方では、締めしろが小さすぎると、欠陥のある溶接を引き起こし、さらにホイールの早期故障を引き起こす。

スポーク１０４をホイールリム１０２の内側に位置決めした後、溶接により２つの部材を接続する。レーザー溶接は、好ましい溶接方式であり、このような溶接方式により、基材の加熱による悪影響を低減することができるからである。他の溶接プロセス、例えば、ＭＩＧ溶接（ミグ溶接）も使用できる。しかしながら、ＭＩＧ溶接は、加熱のため、材料の熱影響領域で不良特性が生じる。不必要な加熱は、寸法精度に悪影響を及ぼし、さらに、ホイール１００の早期故障を引き起こす。好ましい実例では、図１８に示すように、スポーク１０４の突起側の溝１７０６内にレーザー溶接を使用し、その溶接領域が約１ｍｍ〜２ｍｍである。

ホイール１００の製造が完了した後、ステップ２３６で後期及び他の加工処理を行う可能性がある。後期の加工は、洗浄、電気泳動、塗装及び完成品のホイールの試験／認証を含み得る。このような後期のプロセスは、完成品のホイールに耐腐食性を提供でき、その機械的特性に影響を及ぼす可能性がある。後処理の好ましい実例では、静電気又は他の方式で、下塗り塗料及び上塗り塗料を用いてホイールの表面を塗装し、用いられる下塗り塗料及び上塗り塗料を加熱炉内に硬化して十分な腐食防止性能を得る。

他の後処理の好ましい実例では、（加工後及び塗装前に）酸洗いでホイール１００を洗浄する。上述したホイール１００の金属部材を加工する多くの過程において、金属部材の表面に変色又は酸化スケールが生じることを引き起こす。ホイール１００の耐用年数を延長するか、又は金属部材の加工を改善するために、酸化スケールを除去すべきである。酸洗い過程において、酸を使用してこれらの汚染物質を除去することが多い。酸洗い過程において通常使用した酸は、塩酸である。しかしながら、このような酸は、水素脆化の現象の発生を引き起こすため、ホイールの加工過程において好ましくない。したがって、ホイール１００の製造過程において、有機酸は望ましい。有機酸、例えば、クエン酸は、ホイール１００の金属部材に存在し得る酸化物、不純物又は他の汚染物を除去することができる。一実例の方法では、ホイール１００を一定量の有機酸内に浸漬し、十分な時間の後に、不要な汚染物を除去する。

上述した酸洗い過程は、最終的な加工過程において使用できるか、又は上述した製造過程の異なる段階で使用できる。例えば、ホイールリム基材４０２、スポークブランク１３０２又は補強リング１３０４を、いずれも上述した製造方法の前に有機酸で洗浄することができる。同様に、溶接により接続された表面は、汚染物にも敏感である。一体に溶接されたホイール１００の部材、すなわちホイールリム１０２及びスポーク１０４に対してもステップ２２８の前に酸洗いを行って、溶接が故障する可能性を低減する可能性がある。

以上の記載により、従来製造されたスチール製ホイールより重量が軽く、寸法精度がより高く、さらに、十分な耐久性及び耐用年数を有するという利点を有するホイール１００を製造する。なお、本明細書に開示された好ましい例に対して様々な変更及び修正を行うことは、当業者にとって容易に明らかであろう。本開示の精神及び範囲から逸脱せず、その予期された利点を低減しない状況では、このような変更及び修正を行うことができる。したがって、これら変更及び修正は、添付の特許請求の範囲に含まれるべきである。

本発明において様々な実施例が説明されるが、当業者にとっては、本発明の範囲内のより多くの実施例及び実施形態を明らかにすることが可能である。したがって、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物の以外、本発明が限定されない。

ここで用いられる用語は、具体的な実施形態を説明するためのものに過ぎず、本出願の例示的な実施形態を限定する意図ではないことに注意すべきである。ここで用いられるように、文脈で別途の明確な説明がない限り、単数形式は複数形式も含み、また、理解すべきこととして、本明細書において用語「含有」及び／又は「含む」を用いる場合、特徴、ステップ、操作、デバイス、組立体及び／又はそれらの組み合わせが存在することを意味する。

別に具体的に説明しない限り、これらの実施例に記載された部品及びステップの相対的配置、数式及び数値は本発明の範囲を限定しない。また、説明の便宜上、図面中に示された各部分の寸法は実際の比率関係に応じて描画されるものではない。当業者に既知の技術、方法及びデバイスについて詳細に説明しない可能性があるが、適切な場合で、前記技術、方法及びデバイスは承認された明細書の一部と見なすべきである。ここで示し説明したすべての実施例では、いずれの具体的な値も例示的なものに過ぎず、限定するためのものではないと解釈すべきである。そのため、例示的な実施例の他の例は、異なる値を有することができる。類似した符号及びアルファベットは、以下の図面において類似したものを表すため、あるものが一つの図面において定義されると、後の図面においてそれについてさらに説明する必要がないことに注意すべきである。

本発明の説明において、理解すべきこととして、方位詞「前、後、上、下、左、右」、「横方向、縦方向、垂直、水平」及び「頂、底」等で表す方位又は位置関係は、一般的に図面に示した方位又は位置関係であり、本発明を説明しかつ説明を簡潔にするためのものに過ぎず、逆の説明をしない場合、これらの方位詞は、表された装置又は素子が必ず特定の方位を有するか又は特定の方位で構成し操作されることを指示又は暗示するものではないため、本発明の保護範囲を限定するものとして理解すべきではなく、方位詞「内、外」は各部品自体の輪郭に対する内、外である。

説明の便宜上、ここで「…の上」、「…の上方」、「…の上面」、「上側の」等のような空間相対用語を用いて、図面に示した一つの装置又は特徴と他の装置又は特徴との空間位置関係を説明するために用いられる。なお、空間相対用語は、図中に説明した部品の方位以外、使用又は操作中の異なる方位も含む。例えば、図面中の部品が逆転されると、「他の部品又は構造の上方」又は「他の部品又は構造の上」と説明された部品は、「他の部品又は構造の下方」又は「他の部品又は構造の下」に位置付けられる。したがって、例示的な用語「…の上方」は、「…の上方」及び「…の下方」の二種の方位を含むことができる。該部品も、他の異なる方式で位置付けられてもよく（９０度回転又は他の方位に位置する）、かつここで用いられた空間相対説明について対応する解釈を行う。

また、説明すべきこととして、「第１」、「第２」等の用語を用いて部品を限定することは、対応する部品を区別するためのものに過ぎず、特に声明しない限り、上記用語は特殊な意味がないため、本発明の保護範囲を限定するものとして理解すべきではない。

ここで用いられる用語は、具体的な実施形態を説明するためのものに過ぎず、本出願の例示的な実施形態を限定する意図ではないことに注意すべきである。ここで用いられるように、文脈で別途の明確な説明がない限り、単数形式は複数形式も含み、また、理解すべきこととして、本明細書において用語「含有」及び／又は「含む」を用いる場合、特徴、ステップ、操作、デバイス、組立体及び／又はそれらの組み合わせが存在することを意味する。

なお、本出願の明細書、特許請求の範囲及び上記図面中の「第１」、「第２」等の用語は、類似する対象を区別するためのものに過ぎず、特定の順又は前後順を説明するものではない。このように使用される用語は、ここで説明する本出願の実施形態を図面に示すか又は説明した順以外の順で実現できるように、場合によって取り換えることができる。

以上の記載は本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明に様々な変更と変化を行うことができる。本発明の精神及び原則内で行われる任意の修正、均等置換、改良等は、いずれも本発明の保護範囲内に含まれるべきである。

Claims (18)

1. 加熱炉内で円管を加熱する第１のステップと、
   必要な温度より高く加熱された円管をホットプレス機に移す第２のステップと、
   前記円管の内輪郭を加工して前記ホイールリムを形成する第３のステップとを含み、
   前記ホイールリムが円管の直径を拡張する拡張モールドに保持された場合、水又は冷却剤が前記ホイールリムのタイヤ装着側表面に噴射され、前記ホイールリムが約２００℃に迅速に冷却され、前記拡張モールドから取り出され、前記ホイールリムは、４００℃で焼き戻し、焼き戻し時間が２０〜６０分間に制御されることを特徴とするスチール製ホイールのホイールリムの製造方法。
2. 必要な温度が少なくとも９５０℃であることが要求されることを特徴とする請求項１に記載のスチール製ホイールのホイールリムの製造方法。
3. 加熱された円管を加熱炉からホットプレス機に１２秒以内に移すことを特徴とする請求項１に記載のスチール製ホイールのホイールリムの製造方法。
4. ホットプレス機内で水噴射器を用いてホイールリムを冷却することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のスチール製ホイールのホイールリムの製造方法。
5. 前記ホイールリムを有機酸の酸洗いタンクに入れてホイールリム上の汚染物を除去することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のスチール製ホイールのホイールリムの製造方法。
6. 可変断面厚さのスポークブランクを準備する第１のステップと、
   可変断面厚さのスポークブランクを加熱し、必要な温度より高く加熱された円管をホットプレス機に移す第２のステップと、
   加熱されたスポークブランクを、外壁を含む凹形輪郭付きのスポークに成形する第３のステップとを含み、
   スポークの隣り合う二つの風孔の間にガセットプレートを増設し、各風孔の位置に隆起した縁部を加工することを特徴とするホイールスポークの製造方法。
7. スポークブランクをホットプレス機内で成形するときにスポークを冷却することをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のホイールスポークの製造方法。
8. 加熱されたスポークブランクを加熱炉からホットプレス機に１２秒以内に移すことを特徴とする請求項６に記載のホイールスポークの製造方法。
9. スポークに必要な温度が少なくとも９５０℃であることを特徴とする請求項６に記載のホイールスポークの製造方法。
10. ホットプレス機は、水冷却の機能を有し、スポークブランクを成形するためのモールドを含むことを特徴とする請求項６に記載のホイールスポークの製造方法。
11. 前記スポークを有機酸の酸洗いタンクに入れてスポーク上の汚染物を除去することをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のホイールスポークの製造方法。
12. 可変断面厚さのスポークブランクを準備するステップは、補強リングをスポーク基材の上方に同心に位置決めし、補強リングの外側縁部をスポーク基材に溶接することを含むことを特徴とする請求項６に記載のホイールスポークの製造方法。
13. 補強リングの外側縁部をスポーク基材に溶接することを含み、
    溶接により生成された継ぎ目の深さが１２〜１５ｍｍであることを特徴とする請求項１２に記載のホイールスポークの製造方法。
14. 可変断面厚さのスポークブランクを準備するステップは、硬質ロール型モールドを用いてスポーク基材をスピニングして、スポーク基材の外側縁部領域の厚さを薄くすることをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のホイールスポークの製造方法。
15. 請求項１に記載の方法で製造されたホイールリムと請求項６に記載の方法で製造されたスポークを接続することを特徴とするスチール製ホイールの製造方法。
16. 請求項１に記載の方法で製造されたホイールリムを１つ含むことを特徴とするスチール製ホイール。
17. 請求項６に記載の方法で製造されたホイールスポークを１つ含むことを特徴とするスチール製ホイール。
18. 請求項１に記載の方法で製造された１つのホイールリムと、請求項６に記載の方法で製造され、ホイールリムに接続された１つのスポークとを含むことを特徴とするスチール製ホイール。

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