JP7342132B2 - 車両用ホイールディスクの製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は概して、製造技術の分野に関する。詳細には、ただし排他的ではなく、本開示は、車両用のホイールディスクの製造に関する。本開示のさらなる実施形態は、製造ステップの数が削減された、ホイールディスクの製造方法を開示している。
自動車は、そのシステム全てが求められている通りに作動している場合にのみ適切に機能すると言われる。エンジンは動力を生成し、クラッチを介してそれを動力伝達装置に与える。この動力を動力伝達装置からホイールに伝達し、サスペンションアームを通して車体のメインフレームとホイールとを連結する駆動機構の部分は、ホイールアセンブリとして知られている。概して、ホイールアセンブリはリムとホイールディスクからなる。ホイールはアルミニウム合金または鋼製であり得る。リムは、タイヤの座面として役立ち、ホイールディスクはリムをホイールハブと連結する。リムおよびホイールディスクには異なる製造方法が存在する。通常、従来のホイール製造方法においては、リムとディスクは別個に製造され、熱により接合される。
自動車のホイールは、総重量を支持し、旋回中に創出される歪みに耐え、推進のために駆動トルクをそして自動車を停止させるために制動トルクを伝達する。ホイールは、特に高速走行のためにバランスの良い構造を有していなければならない。バランスを失したホイールアセンブリは、過度の振動をひき起こす。したがって、加速および制動はホイールを通して発生することから、ホイールは自動車の制御において重大な役目を果たす。ホイールは、あらゆる動作条件下でその形状を保持するのに充分な剛性を有していなければならない。異常な衝撃を受けた場合、ホイールは、好ましくは座屈しなければならず、圧壊してはならない。ホイールの寸法的許容誤差は、ホイールのアライメントおよびバランスを実施するのに充分正確でなければならない。さらに、ホイールは、ばね下重量を削減できるように、軽量でなければならない。軽量のホイールおよびタイヤは同様に、路面の輪郭をより正確にたどり、そのためホイールの弾みが最小限に抑えられ結果として路面接触が改善されタイヤの摩耗が削減されることになる。
ディスクを製造する最も一般的な方法は、矩形のプレートから円形プランクを切取るスタンピングプロセスである。求められる形状までプレス加工した後、材料の中心部分は、車両上へのホイールの組付けを容易にするため、穿孔される。このディスク製造プロセスにおいては、既定のサイズのストリップを使用することを理由として、実質的な部分が設計/工学的廃棄物として取り去られる。このような従来のホイールディスク製造方法の1つが図1に示されている。従来、ホイールディスクを製造するために合計6つのステップが存在する可能性があり、そのうち最初の4つのステップは形成ステップであり、最後の2つのステップは穿孔ステップである。第1に、所望の直径の円形ブランクが作製され得、その後、ブランクは、ドーム(カップ)形のプロファイルへと引抜き加工され得る。その後、ドーム形のプロファイルの深絞りを実施して、ホイールディスクの中間形状を得ることができる。さらに、トリミングにより中心孔を画定することができ、ディスクの所望の形状を達成するために形状補正を行なうことができる。従来の方法には、ホイールディスクの最終的形状を与える、ホイールディスクのボルト孔座面およびビード(bolt hole seats and beads)ならびに中央および外側フランジの形成ステップが含まれる。さらに、ボルト孔をボルト孔座面上に穿孔することができ、ホイールディスクの外周上に通気孔を穿孔することができる。
しかしながら、上述のような従来のホイールディスク製造方法には多大な工具兼機械設備費ならびにリードタイムが関与している。
本開示は、従来の技術に付随する上述の1つ以上の限界または他のあらゆる限界を克服するように意図されたものである。
従来の技術の1つ以上の欠点は、開示されている方法および装置によって克服され、本開示中で説明される方法を通して、開示された利点および追加の利点が提供される。追加の特徴および利点は、本開示の技術を通して実現される。本開示の他の実施形態および態様が、本明細書中で詳述されており、請求対象の開示の一部とみなされる。
本開示の1つの非限定的実施形態において、車両用のホイールディスクを製造する方法が開示される。該方法は、金属のブランクの実質的に中央の部分を帽子形プロファイルへと引抜き加工するステップと、帽子形プロファイルの内側平坦表面上に複数のボルト座およびビード(a plurality of bolt seats and beads)を形成するステップと、を含む。該方法はさらに、帽子形プロファイルの外側平坦表面を曲げ加工して、ホイールディスクの外側フランジを画定するステップと、帽子形プロファイルの中央部分を引抜き加工してホイールディスクの中央フランジを画定するステップと、を含む。
本開示の一実施形態において、該方法は、複数のボルト座面およびビードの各々の中に貫通孔を画定するステップを含む。該方法は同様に、ホイールディスクの外側フランジ上に通気孔を穿孔するステップを含む。
本開示の一実施形態において、ブランクは、このブランクの中心点に画定された貫通孔を伴う円形形状を有する。
本開示の一実施形態において、複数のボルト座面およびビードは、ホイールディスクの中央フランジの周りに形成されている。
本開示の一実施形態において、中央フランジは、フランジ加工プロセスによって形成される。
本開示の一実施形態において、外側平坦表面の曲げ加工は、3動作型引抜き加工プロセスを通して行なわれる。
本開示の一実施形態において、外側平坦表面の曲げ加工は、シートメタル形成プロセスを通して行なわれる。
本開示の一実施形態において、ホイールディスクの最小厚みの領域は、従来の方法によって形成されたホイールディスクと比べて約5%~6%だけ削減される。
本開示の一実施形態において、ホイールディスクを製造するための製造ステップの数は、従来の方法の製造ステップに比べて約15%~30%削減される。
本開示の一実施形態においては、上述の方法によって製造されたホイールディスクが開示されている。該ホイールディスクは、帽子形プロファイルと、帽子形プロファイルの外側平坦表面を曲げ加工することによって画定された外側フランジとを含む。該ホイールディスクはさらに、帽子形プロファイルの中央部分に画定された中央フランジと、帽子形プロファイルの内側平坦表面上に画定された複数のボルト座面およびビードと、を含む。
本開示の一実施形態において、ホイールディスクは、FE360グレードで厚み3.6mmの熱延鋼板を用いて製造される。
上述の開示の態様および実施形態は、相互の任意の組合せで使用可能である、ということを理解すべきである。態様および実施形態のいくつかを組合せて、本開示のさらなる実施形態を形成することができる。
上述の要約は、例証を目的としたものであるにすぎず、いかなる形であれ限定的であるようには意図されていない。上述の例証的態様、実施形態および特徴部に加えて、図面および以下の詳細な説明を参照することにより、さらなる態様、実施形態および特徴部が明らかになるものである。
本開示の新規の特徴部および特徴は、付属の説明中に記載されている。しかしながら、開示自体ならびに好ましい使用様式、そのさらなる目的および利点は、例証的実施形態についての以下の詳細な説明を参照し、添付図面と併せて読んだ場合に、最も良く理解できるものである。ここで、単なる一例として、同様の参照番号が同様の要素を表わしている添付図面を参照して、1つ以上の実施形態について説明する。
図1は、従来のホイールディスク製造方法の逐次的表現である。 図2は、本開示の一実施形態に係るホイールディスク製造方法の逐次的表現である。 図3は、異なる製造段階における本開示の一実施形態に係る、ホイールディスク製造中の異なる製造段階におけるホイールディスクの絵画的上面図である。 図4は、従来の方法によっておよび本開示の方法によって製造されたホイールディスクの断面に沿った厚みの比較を示すグラフ表現である。 図5は、従来の方法によっておよび本開示の方法によって製造されたホイールディスクの絵画的斜視図を示す。
図は、例証のみを目的として本開示の実施形態を描いている。当業者であれば、以下の説明から、本明細書中で例証されている方法の変形実施形態を、本明細書中に記載の開示の原理から逸脱することなく利用することができる、ということを容易に認識するものである。
本開示についての以下の詳細な説明がより良く理解されるように、本開示の特徴部および技術的利点の概要を以上で大まかに記した。本開示の記述の主題を成す本開示の追加の特徴部および利点について以下で説明する。同様に、当業者であれば、このような等価のシステムおよび方法が本開示の範囲から逸脱するものではないということを認識するはずである。動作方法に関して本開示の特徴であると考えられている新規の特徴部は、さらなる目的および利点と共に、添付図と併せて考慮した場合に以下の説明からより良く理解できるものである。しかしながら、各々の図は例証および描写を目的として提供されているにすぎず、本開示の限界の定義として意図されていないということは、明示的に理解されるべきである。
本明細書中、「例示的な(exemplary)」なる用語は、「例、事例または例証として役立つ」ことを意味するために用いられている。本明細書中で「例示的な」ものとして説明されている本主題のあらゆる実施形態または実装は、必ずしも他の実施形態に比べて好ましいまたは有利なものとみなされるべきものであるとは限らない。
本開示はさまざまな修正および代替的形態の対象となり得るものの、その具体的実施形態が図中に一例として示されており、かつ以下で詳述される。しかしながら、本開示を開示された特定の形態に限定することは意図されておらず、反対に、本開示は、本開示の精神および範囲内に入る全ての修正、等価物および代替物を網羅するべきものである。
「comprises(含む)」、「comprising(~を含む)」またはその任意の他の変形形態は、非排他的包含を網羅するように意図されており、したがって、一連の行為を含む方法は、これらの行為のみを含むのではなく、明示的に列挙されていないまたはこのような方法に固有である他の行為を含み得る。換言すると、「comprises…a」の表現に先行する方法の中の1つ以上の行為は、さらなる制約無く、この方法内の他の行為または追加の行為を除外するものではない。
本開示の実施形態は、ホイールディスクを製造する方法に関する。本開示の方法によって製造されるホイールディスクは、ホイールディスクを製造する従来の方法に比較してステップ数が削減されている。ホイールディスクの製造は、典型的には、一定数の形成ステップと一定数の穿孔ステップを含み得る。一実施形態において、形成ステップの数は、ホイールディスクの従来の製造方法に比べて削減され得る。
ホイールディスクは、打抜き加工プロセスに由来する円形ブランクから形成され得る。一実施形態において、円形ブランクは金属材料製である。本開示の方法は、第1に、円形ブランクの実質的に中央の部分を帽子形プロファイルに引抜き加工することのできる引抜き加工プロセスを含む。このようにして得られた帽子形プロファイルは、内側平坦表面と外側平坦表面を含み得る。該方法はさらに、内側平坦表面上に複数のボルト座面およびビードを画定するステップを含む。その後、帽子形プロファイルの外側表面を曲げ加工プロセスに付すことができ、ここで、外側平坦表面は曲げ加工されて、ホイールディスクの外側フランジを形成する。該方法はさらに、フランジ加工プロセス(flange down process)を含む。このプロセスにおいて、帽子形プロファイルの中央部分は引抜き加工されて、ホイールディスクの中央フランジを画定することができる。このステップは、ホイールディスクの製造に関与する形成プロセスを補完する。
該方法は同様に、ホイールディスク内に貫通孔を形成するための穿孔ステップを含む。一実施形態において、貫通孔は、複数のボルト座面およびビードの各々の中に画定され得る。さらに、該方法は、ホイールディスクの外側フランジ上に通気孔を穿孔するステップを含む。したがって、本開示は、ホイールディスクの最終的形状に影響を及ぼすことなく、ステップ数が削減されたホイールディスクの製造を開示している。一実施形態において、ホイールディスクを製造するための製造ステップの数は、従来の方法の製造ステップに比べて約15~30%だけ削減され得る。
以下の詳細な説明において、本開示の実施形態は、本開示を実践し得る具体的実施形態を例証として示した、本明細書の一部を成す添付図を参照して説明される。これらの実施形態は、当業者が本開示を実践できるようにするために充分である程度に詳細に説明されており、他の実施形態を利用することも可能であること、そして本開示の範囲から逸脱することなく変更を加えることができることを理解すべきである。したがって、以下の説明は、限定的な意味合いで取り上げるべきものではない。
図2は、ホイールディスク(100)の製造方法を示す。該方法には、一連の作業または段階が関与する。一実施形態においては、図2に示されているように、ホイールディスク(100)の製造方法には1から5までの5つの段階が関与する。ホイールディスク(100)の製造は、大まかに言って、形成プロセスと穿孔プロセスを含み得る。段階1~3が形成プロセスを意味し、一方段階4および5は穿孔プロセスを意味する。本明細書中では、実施し得る通りの製造ステップが、段階的に説明される。
打抜き作業に由来するブランク(101)を、ホイールディスク(100)を製造するために考慮することができる。ブランク(101)は、非限定的に鋼などの金属材料製であってよい。一実施形態において、ブランク(101)は、ブランク(101)の中心点に孔(101a)を伴う円形ブランクであってよい。段階1において、円形ブランク(101)の実質的に中央の部分を、引抜き加工プロセスに付すことができ、ここでこの中央部分は、帽子形プロファイル(102)へと引抜き加工され得る。製造作業の各段階が上面図と前面図を示し、ここで上面図は前面図の下方に示されている。一実施形態において、段階1で、前面図はプロファイルの形状を明確に示しており、帽子形プロファイル(102)という名称はここに由来する。このようにして得られた帽子形プロファイル(102)は、内側平坦表面(102a)と外側平坦表面(102b)を含み得る。製造作業の同じ段階において、複数のボルト座面およびビード(103)が帽子形プロファイル(102)の内側平坦表面(102a)上に形成され得る。一実施形態において、座面およびビードは交互に形成されてよい。1つの例示的実施形態において、複数の座面およびビード(103)は、押抜き作業によって画定され得る。このようにして得られたプロファイルのソリッドモデルが同様に図3中の段階1に示されている。
さらに、段階2において、帽子形プロファイル(102)の外側平坦表面(102b)を曲げ加工プロセスに付すことができる。外側平坦表面(102b)の曲げ加工によって、ホイールディスク(100)の外側フランジ(104)が画定される。一実施形態において、外側表面(102b)の曲げ加工は、3動作型引抜き加工プロセスを通して行なうことができる。3動作型引抜き加工プロセスは、3つの移動スライドを含むことができ、ここで2つのスライドは同じ方向に移動し、第3のまたは下方のスライドは、他の2つのスライドとは反対の方向に固定床を通って上向きに移動する。この動作は、外側平坦表面(102b)の曲げ加工を可能にする。一実施形態において、外側平坦表面(102b)の曲げ加工は、シートメタル形成プロセスを通して行なうことができる。この段階におけるソリッドモデルの対応するプロファイルが、図3の段階2に示されている。
段階3において、帽子形プロファイル(102)を引抜き加工プロセスに付すことができる。帽子形プロファイル(102)の中央部分を引抜き加工に付して、ホイールディスク(100)の中央フランジ(105)を画定することができる。一実施形態において、中央フランジ(105)は、フランジ加工ステップによって得ることができる。この段階におけるソリッドモデルの対応するプロファイルが、図3の段階3に示されている。段階3で、ホイールディスク(100)の形成プロセスを完結することができる。
さらに、段階4は、ホイールディスク(100)の製造の穿孔プロセスの開始を示す。段階4では、複数のボルト座面およびビード(103)の各々の中に貫通孔(106)を画定することができる。これらの貫通孔(106)は、非限定的にドリル加工、リーマ加工およびフライス加工などのプロセスによって画定され得る。貫通孔(106)は、ボルトの挿入を可能にし、こうして、ホイールディスク(100)を車両のハブに組立てることができる。
段階5において、該方法はさらに、一定数の通気孔(107)の形成を含む。通気孔(107)はホイールディスク(100)の外側フランジ(104)上に穿孔され得る。
一実施形態において、本開示に関与する製造ステップの数は、ホイールディスク(100)の従来の製造方法に関与する製造ステップの数と比べて削減される。一実施形態において、製造ステップの削減は、従来の方法に関与する製造ステップに比べて15~30%であり得る。
ここで図4を参照すると、ここには、従来の方法によっておよび本開示の方法によって製造されたホイールディスク(100)の断面に沿った厚みのグラフ表現が示されている。図4では、c1は従来の方法を表わし、ilは本開示の方法を表わす。一実施形態において、ホイールディスク(100)は、FE360製であってよく、入力された材料の厚みは3.6mmとみなすことができる。一実施形態においては、図4を見れば分かるように、本開示の方法における最小厚みは、従来の方法によって製造されたホイールディスクの最小厚みに比べて5~6%だけ削減され得る。これは、許容限度内である。さらに、他の場所での薄化も、劇的変化の影響を受けないままである。したがって、本開示の方法によって製造されたホイールディスク(100)は、従来の方法によって製造されたホイールディスクに比べた場合、同じ特徴および形状を有し得る。
図5は、「C」として標示された従来の方法によって得られたホイールディスク(100)および「I」として標示された本開示の方法によって得られたホイールディスク(100)を示す。図5から、本開示により製造されたホイールディスク(100)の形状が、ホイールディスク(100)を製造する間に関与するステップの数の削減というメリットを得ながらも、ほとんど影響を受けないままであることが分かる。同様に、ホイールディスク(100)の疲労寿命および他の特性も、影響を受けないままである。製造ステップの数の削減と共に、製造および工具のコスト削減も結果としてもたらされる。
等価物
本明細書中の実質的に全ての複数および/または単数の用語の使用に関して、当業者は、文脈および/または利用分野に適切であるように、複数から単数および/または単数から複数に置き換えることができる。本明細書においては、明確さを期して、さまざまな単数/複数置換が明示的に記載され得る。
当業者であれば、概して本明細書中そして特に添付のクレーム(例えば添付クレームの主文)中で使用される用語が、全体として「オープン」用語として意図されている(例えば、「including(~を含む)」なる用語は、「including but not limited to(非限定的に~を含む)」として解釈されるべきであり、「having(~を有する)」なる用語は「having at least(少なくとも~を有する)」として解釈されるべきであり、「includes(含む)」なる用語は「includes but is not limited to(非限定的に~を含む)」として解釈されるべきである、等々)ことを理解するものである。さらに当業者であれば、導入されたクレームの記載に具体的数が意図されている場合、このような意図はクレーム中に明示的に記載されるものとし、このような記載が無い場合には、このような意図は存在しない。例えば、理解を助けるものとして、後続する添付のクレームは、クレームの記載を導入するために「少なくとも1つの」および「1つ以上の」なる導入語句の使用を含む可能性がある。しかしながら、このような語句の使用は、不定詞「a」または「an」によるクレーム記載の導入によって、たとえ同じクレーム内に導入語句「1つ以上の」または「少なくとも1つの」および「a」または「an」などの不定冠詞が含まれる場合であっても、このような導入されたクレームの記載を含むあらゆる特定のクレームがこのような記載を1つだけ含む発明に限定されることを暗示するものとしてみなされてはならない(例えば「a」および/または「an」は典型的には、「少なくとも1つの」または「1つ以上の」を意味するものとして解釈されるべきである);同じことは、クレームの記載を導入するために使用される定冠詞の使用についても言えることである。さらに、たとえ導入されたクレーム記載の具体的数が明示的に記載されているとしても、当業者であれば、このような記載が典型的には、少なくともその記載された数を意味するものと解釈されるべきであるということを認識するものである(例えば、他の修飾語句の無い「2つの記載」という単なる記載は典型的に、少なくとも2つの記載または2つ以上の記載を意味する)。さらに、「at least one of A,B and C etc.(A、BおよびCなどのうちの少なくとも1つ)」と類似の慣例が使用される事例においては、概して、このような構造は、当業者がその慣例を理解すると考えられる意味合いで意図されている(例えば「a system having at least one of A,B and C(A、BおよびCのうちの少なくとも1つを有するシステム)」は、A単独を、B単独を、C単独を、AとBを合わせて、AとCを合わせて、BとCを合わせて、および/またはA、BおよびCを合わせて有するシステムを非限定的に含むと考えられる)。「at least one of A,B and C etc.(A、BおよびCなどのうちの少なくとも1つ)」と類似の慣例が使用される事例においては、概して、このような構造は、当業者がその慣例を理解すると考えられる意味合いで意図されている(例えば「a system having at least one of A,B and C(A、BおよびCのうちの少なくとも1つを有するシステム)」は、A単独を、B単独を、C単独を、AとBを合わせて、AとCを合わせて、BとCを合わせて、および/またはA、BおよびCを合わせて有するシステムを非限定的に含むと考えられる)。さらに、当業者であれば、明細書、クレームまたは図面のいずれの中にあるにせよ2つ以上の代替的用語を提示する事実上どの離接語および/または離接句も、該用語の1つ、該用語のいずれかまたは両方の用語を含む可能性を企図すると理解されなければならない、ということを理解するものである。例えば「AまたはB」なる語句は、「A」または「B」または「AおよびB」の可能性を含むものとして理解されるものとする。
本明細書ではさまざまな態様および実施形態が開示されてきたが、当業者には、他の態様および実施形態も明白である。本明細書中で開示されたさまざまな態様および実施形態は、例証を目的としたものであって、限定的であるように意図されておらず、真の範囲および精神は以下のクレームによって標示されている。
Figure 0007342132000001

Claims (13)

  1. 車両用のホイールディスク(100)を製造する方法において、
    金属のブランク(101)の実質的に中央の部分を帽子形プロファイル(102)へと引抜き加工するステップであって、該引抜き加工するステップは、前記帽子形プロファイル(102)の内側平坦表面(102a)上に複数のボルト座面およびビード(103)を形成することを含む、引抜き加工するステップと;
    前記帽子形プロファイル(102)の外側平坦表面(102b)を曲げ加工して、前記ホイールディスク(100)の外側フランジ(104)を画定するステップと;
    前記帽子形プロファイル(102)の中央部分を引抜き加工して前記ホイールディスク(100)の中央フランジ(105)を画定するステップと;
    を含む方法。
  2. 前記複数のボルト座面およびビード(103)の各々の中に貫通孔(106)を画定するステップを含む請求項1に記載の方法。
  3. 前記ホイールディスク(100)の前記外側フランジ(104)上に通気孔(107)を穿孔するステップを含む、請求項1に記載の方法。
  4. 前記ブランク(101)が、このブランク(101)の中心点に画定された貫通孔(101a)を伴う円形形状を有する、請求項1に記載の方法。
  5. 前記複数のボルト座面およびビード(103)が前記ホイールディスク(100)の前記中央フランジ(105)の周りに形成されている、請求項1に記載の方法。
  6. 前記中央フランジ(105)がフランジ加工プロセスによって形成される、請求項1に記載の方法。
  7. 前記外側平坦表面(102b)の前記曲げ加工が、3動作型引抜き加工プロセスを通して行なわれる、請求項1に記載の方法。
  8. 前記外側平坦表面(102b)の前記曲げ加工が、シートメタル形成プロセスを通して行なわれる、請求項1に記載の方法。
  9. 前記ホイールディスク(100)が、
    帽子形プロファイル(102)であって、前記帽子形プロファイル(102)は、前記帽子形プロファイル(102)の内側平坦表面(102a)上に形成された複数のボルト座面およびビード(103)を含み、前記帽子形プロファイル(102)は、金属のブランク(101)の実質的に中央の部分を引抜き加工することによって形成された、帽子形プロファイル(102)と;
    前記帽子形プロファイル(102)の外側平坦表面(102b)を曲げ加工することによって画定された外側フランジ(104)と;
    前記帽子形プロファイル(102)の中央部分に画定された中央フランジ(105)とを含む、請求項1に記載の方法によって製造されたホイールディスク(100)。
  10. 前記複数のボルト座面およびビード(103)の各々の中に画定された貫通孔(106)を含む、請求項9に記載のホイールディスク(100)。
  11. 前記ホイールディスク(100)の前記外側フランジ(104)上に画定された通気孔(107)を含む、請求項9に記載のホイールディスク(100)。
  12. 前記複数のボルト座面およびビード(103)が前記中央フランジ(105)の周りに形成される、請求項9に記載のホイールディスク(100)。
  13. 前記ホイールディスク(100)が、FE360グレードで厚み3.6mmの熱延鋼板を用いて製造される、請求項9に記載のホイールディスク(100)。
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