JPS584601A - アルミニウム車輪とその製造方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアルミニウム車輪、とくに車両用車輪に関し、
更にまたこの種アルミニウム車輪の製造方法と装置に関
する。

自動車両用の車輪は、ほとんど専ら鋼板で作られている
０伝統的な鋼製車輪技術によって、踏面は帯鋼から成形
され、次いで溶接さ？　　−、Ｗこよって車輪のリムが
形成される。踏面の断面形状がリムに形成され、次いで
リムの内面にホイール。

ディスクがＳ接される。

環境保１、省エネルザ、ならびに安全性向上のために、
最近は軽量Ｓ（アル１二ウム）車輪がより多く使用され
ている。アルミニウム車輪の製造については、鋳造、鍛
造、および数枚構成金型による三方法が現在知られてい
る。これに関連して、自動車用鋼製車輪の重量はタイヤ
を除き、形式にによって８ないし１　２１ｔｉｐ１ｌ１
″あり、一方、アルミニウム鋳物で作られた車輪の重量
は一般に５ないし８Ｋｐ、板材で作られた車輪のそれは
３ないし５Ｗｆと言われている。鋳造アルミニウム車輪
のコストは鋼製車輪のそれよりも相当高く、従って後者
は主としてより高価な自動車両に用いられる。アル１ニ
ウム板で作られる車輪は鋳造されるものよりもかなり低
いコストで作られ、従って板材で作らレタ、ヨ’）軽量
す車輪ｆ）ｔＦ　　　′＃Ｔ．−”』’ーｓサレ現今で
は、主として鋳造アルミニウム車輪が使用されている。

これらは、普通は低圧の溶融金属から、時には高圧の鋳
造によって作られる。鋳造品は非破壊試験な受け、次い
で熱処理される。これが続いて機械加工され、次いで更
に試験される。

鋳造車輪は優れた美しいデデインの種々の形に作ること
ができるが、既述の如く比較的重くしかも高価である。

すぐれた機械的性質なそなえた車輪は鍛造によつて作る
ことができる。この技術による場合は、あらかじめ作ら
れた棒材をｖＪ断し、予熱し、次い０厘内で鍛造した後
、熱処理を施し、仕上がり形状は機械加工で作られる。

鍛造車輪は、成形状態が鋳造車輪より劣るが、材料の構
造的欠陥、例えばガスの混入などのないはるかに優れた
機械的性質をそなえている。鍛造車輪は非常に高価であ
り、従ってこれらは主として航空機ならびに特−な自曽
卓両に使用される。

鍛造または鋳造された軽金属で作られる車両用車輪につ
いて、ＧＰＲ特許＃！Ａ細書第２６２９５１１号および
１ｌｉ２６５５９８５号に記述されている。

臘で鍛造された単一部材０作られる車輪について、ハン
ガジー４Ｉ杵ｌ！ＩＩｊＭＡ書第１７４５７２号および
同特許出ｌＩ第νＯ−７４０号に記述されている。

二つのｆａ豪部品による伝統的な鋼製車輪の製法が軽金
属車輪の場合にも試みられたが、その際車輪の外縁は曲
げに、よって帯金で作られ、ａｉＩｔによって接合され
ていた。外縁のｊｉｌｔ面は通常、ロール作業によって
成形される。ソーエト特許明細書第７１５６４３号によ
れば、特別′に機械加工されたくさび形の成形型によっ
てｊ１１面一が成形される。

ホイール・ディスクと外縁とは同様にｍＩＩ！！によっ
て接合される。二部品の溶解についてＧＦＲ刊行物！２
８２４９７２号に説述されており、それによれば、車輪
の内外画部分をロール作業によって作った後、溶接な回
避するために、これらは例えば収縮ばめ、ねじ接合、接
着等、種々の方法で接合される。

ＧＪＦＦＬ刊行＃ＩＪ第２４３９８４０号にこの種の軽
金属車輪が説述されており、この場合はホイール・ディ
スクと踏面とはシーム溶接またはスポット溶接で接合さ
れる。

複合溶解の主な不洞点は、アル１＝ウム合金の溶接が常
に不確実なことで、これは溶接接合部付近の焼きなまさ
れた材料の強ｊｌ！特性が、直後の熱処理によってしか
回復されないからである。溶接接合部も、通常、事後の
品質管埋を必要とする。

これらのすべてが製造コストを著しく増大させる。

この技術は軽金属の特性には不適鳴であり、その本来の
ｑ１ｉ′＠性を活用することはできない。

日本で開発された技術（モダン・メタルズ（ＭＯＤＩＲ
Ｍ　ＭＩＴＡＬ１３　）　、第６５巻、１９７９年１０
月号、８２〜８３Ｎ）によれば、二つの部分から成るア
ル１ニウム阜輪が自動車両用に作られ、適当な形状の製
品が板材から深絞りにより前もって作られ、次いでその
底部が取り去られ、得られた管状の部分からＪｌｌｉｌ
ｔｉがロールされ、取り去った底部は深絞りによって仕
上げられ、最後にこの二部分カ＃祷によって接合される
。しかし、この技研的な方法とても、既述の溶接上の問
題による疑問点がある。

溶接上の問題点を除去するために、いわゆる三部分から
なる車輪が考案されたが、これＫよれば、踏面が二つの
部分で作られ、鍛造されたホ′イール・ディスクにボル
トで固定される。しかし、危険なねじ適合であるため、
これ・らの車輪は滅多に用いられない。

現在よく知られ、且つ用いられているアルき二りム車輪
の技術が、１９８０手に軽金属車輪ｆｊＩ貢会（Ｌｉｇ
ｈｔ　Ｍｅｔａｌ　Ｗｈｅｅｌ　Ｏｏｍｍｉｔｔｅｅ　
）が発行した「日本における軽合金ディスク・ホイール
の現状（Ｔｈ＠５ｔａｔｕｓ　ｏｔ　Ｌｉｇｈｔ　Ａｌ
１０７　Ｄｉｓｃ　Ｗｈｅｅｌ　１ｎＪａｐａｎ　）　
Ｊという刊行物に記述されている。

本発明の目的は、板材で作られ、従って板製車輪の軽貴
さによって得られる利点を有し、同時にアル電エクム合
金の溶接その他の問題のある接合を排除するようなアル
１＝ウム阜輪、とくに車両用車輪、を実現することに奉
る。この発明の更に目的とするところは、適切な品質な
そなえ、有利な要素を有する車輪の経誇的な生産を保証
する方法な案出することにある。

上記の問題は、本発明に従ってアルイニウム車輪のホイ
ール・ディスクと踏面とｔ単一のアル電ニクム板で形成
すること、すなわち単一の構成要素から成る本発明によ
るアルンエクム車輪、Ｋよって解決される。

本発明によるアルにクム車輪は、既知の解決法の利点な
組み合わせた、欠点のないものである。

ＩＮ接を用いないため、品質管埋が簡単で事後の脇逃場
の必要がなく、材料４を経済的に利用でき、車輪の機械
的性質が有利になり、構造□体の重量が板材で作られた
既知の車輪と同等も（くは更にそれよりも軽くなる。本
発明による車輪は、金属加工工程によって硬化したアル
ミニウム合金で作ることができるが、溶磯車輪の場合は
硬化され調質された合金しか使用できない。

アル１＝ウム車輪は本発明による方法で作られ、これに
よれば、円板が深絞りによって円筒カップに成形され、
円板は適当な導踵率と強度とをそなえる電磁成形された
アル電テクム合金で作られ。

円板の寸法は車輪の仕上り寸法に見合ったものであり、
ホイール・ディスクに合った湾曲部分がカップの底面に
プレス成形され、次いでホイール。

ディスクの車軸穴ならびに取付けその他、例えば位置決
め、のための穴が同様にプレス作業によって明けられた
後、踏面の形状に合った複合盤がカツゾ内に置かれ、電
磁場効果の応用によりカッ１９外被面で踏面が形成され
る。

本発明の他の方法によれば、深絞りされたカップが前述
のように荒抜きされ、成ａ場効釆の応用によりカップの
外被面で踏面が形成され、次いでホイール・ディスクの
形状に合った湾曲部分がカップの底面にプレス成形され
、これに次いで、またはこれと同時に、車軸穴と取付け
その他、例えば位置決め、のための穴とがプレス作業に
よって明けられる。

カップをいわゆるしごき深絞りによって作ることは非常
に有利であるが、それは、この方法によれば、＃Ｉｌ造
上の必要に応じてカップ外被部の厚さをカップ底面より
も薄くすることができ、これが電磁成形工程に有利なた
めである一０ 本特１Ｉ４Ｆ明細書に使用される［アル電ニウム（ａｌ
ｕｍｔｎｉｕｍ　）　Ｊなる語はアルミニウム合金と解
釈するものとする。本発＃１ｔ−通用し得る場合には、
引張り強さ１５０ないし６００　Ｎ／農２のアルきエラ
Ａ合金が望ましい。合金の導１率は電磁成形に必要な値
に相当するものでなければならない。

電磁成形は、２０ないし５００　ＫＷｌ−の＠磁界強度
で適切に行われる。

深絞りおよび／またはプレスおよび／または電磁成形、
各作業は、これらを数段階にわけて行うことにより、有
利な結果が得られる。

異なった成形作業中に車輪の表面構成要素の位置が互い
に変るような場合には、一連の作業の終りにプレス作業
による矯正作業が必要となる。

深絞り、プレス、特定の場合には矯正などの一オたは数
作業が互いに組み合わされた場合には更に利益が得られ
る。

本発明による方法で作られた車輪には、一連の作業完了
後に、当然在来の最終成形および表面仕上げ作業が行わ
れなければならない。

電磁成形は本発明による方法に＃ける最も重要な作業で
ある。この目的のために、本発明に従って、車輪の踏面
の形状に見合う複合された下部、上部、中間、各中子諷
を有し、臘がテンション・コーンに配設され、成形され
るべき被加工吻がリング・クラン！で締め付ゆられ、臘
が電気絶縁体内に填め込まれた成形用コイルに囲まれて
いるような装置が用いられる。

下部および／または中間中子型に単数または複数の空気
出口孔が形成されればより効果的であり得る。

本発Ｗｔ図面について例示しながら説明する。

ｔ４１図に示す車両用車輪１の踏１１２の断面形状は在
来の踏面形状と同じなので、この詳細説明は省く。ホイ
ール・ディスク３は第２ｂ図に示す深絞りされたカップ
の底面から成形され、従ってこれは必ず踏面２よりも厚
い。カップ８がしごき深絞り技術によって作られれば、
板厚を広い範囲で選択することができる。踏面２とホイ
ール・ディスク３との接合部に形成されたコーナ部分は
、これによって急旋回時に縁石との衝突時に生じる打撃
あるいは衝撃を吸収できるので非常に有利であり、今ま
でに用いられた開放形の車輪よりも更に好都合である。

軸箱のための車軸穴４はホイール・ディスク３の中央部
に配設される。メルト穴５および位置決め穴６は伝統的
な車輪構造に従って配設される。

ｊ１２ａｄは深絞り作業のために用意された円板７に示
し、これが絞られて！２ｂ図に示すカップ８が形成され
る。このカップは後続の作業のためにあらかじめ作られ
る要素として用いられる。

Ｊ１１３図は、本発明による方法の中の電磁成形に用い
られる装置を示す。これは、平面と曲面とによって空間
的な数方向に分離され、組み立てられた場合にその外表
面が、成形されるべき車輪の踏面に合致する複合された
下部、上部、中間、各中子瀘から成る分割構造である。

減部分１０　、１１゜１２ｔ−テンション・コーン１５
上に置き、第３図左側に示すようにカップ８なはめ、次
いでこれをリング・クランｆ１６で固定する。型の各部
分と、あらかじめ作られた部品とが、機械、空気圧、あ
るいは油圧のいずれから構成される装置（図示せず）で
互いに固定される。この装置の他の主要部分はａｔｔ囲
む成形用コイル１３で、これは成形作業中に生じる電気
的ならびに機械的応力によって大きさが定められ、作業
条件に応じて冷却できるものである。

成形用コイル１３の導線は電気絶縁体１４−繊ｍｇＩＩ
化合成材料が２ｊｉＩ当−内に麺め込まれ、金属外被１
Ｔで覆われ、電気的なしゃへいと機械的な固着とが保証
される。電磁成形後、締付は部材をゆるめて成形された
製品の内部から層部分１０゜１１．１２を取り去り、次
いでこれらを次の成形作業のために組み立て直すことが
できる。パルス発生器（図示せず）に連結された成形用
コイル１３に鰐部される電磁界強度によって、原の各部
分１Ｇ、１１．１２に対応して、カッｆ８の外被面から
、踏面２が成形される。

本発°明による方法には、単一部材で作られるアル１＝
クム阜輪の製造について千つの重要な作業が含まれる。

第１の作業は、必要な種々の肉厚な確保するためのしご
き深絞りである。例な挙げれば、アルミニウム合金で作
られる自動車用車輪の尚初の板厚は５ないし７謡であり
、深絞りの所要動力は約６３０’０１ＣＮである。

、もう一方の作業は踏面の４磁・成形である。この目的
のために、車輪用に選ばれる合金は導４率と成形強度と
が電磁成形に適したものでなければなすす、これと同時
に、成形の結果生じる材料の硬化が車輪の強さと負荷容
量の向上に効果的に役立つ。例としてさきに述べた自動
車用車輪の踏面の成形には、約１００ないし１５０に、
ｙの電磁界強度が必要である。

この方法についての数字的な具体例な次に示すＯ直径２
２０１１１）のアル１＝ウム車輪を作るものとする。材
料としてムｌ　Ｍｇ　８１１合金を選定する（　ｘｊｌ
ｌｌ−２５５ｍ／ａｄ；ａ、。、　＝　１７７　Ｍ／Ｉ
ｓ’）　ｏ円板の厚さは５鵬、直径は６５０−〇 カップを咋るための深絞りは２段階に行われ、所ｌｌ！
動力は６５０　ｔｏｎである。この作業にＱ家液圧プレ
スが用いられる。

嘩絞り作業に続いてホイール・ディスクの形状に合った
湾曲部分がプレス作業によって形成され、更にまた車軸
穴と、ボルト穴と、位置決め穴と力を作られる。

次の段階は、第３図に示す装置による゛電磁成形である
。この作業の所要動力は５　Ｑ　ｉｔｖ／　Ｉ、時間は
約５０秒である。

この段階で車輪はほとんど完成し、通常の表面処理と最
終仕上げ作業を行う必要があるだけである。注目すべき
は、電磁成形によって予期しなめ・つたような正確さが
得られたことで、これにより、本発明に従って作られる
車輪のその後の機械カロエが不要となる。

本発明の最も重要な利点は、単一の円板力・ものアルミ
ニウム車輪製作の可能性によって、今までに作られたも
のよりもはるかに簡単な板金構造の車両用車輪が作られ
る、ということである。本発明による方法は、時間の節
約になり、大規模な工業の大量生産にきわめて好適なも
のである。

この方法は使用する構成材料の品質に不利な影響な与え
るものではなく、従って例えば、通例の溶接作業にみら
れる軟化現象を回避することカーできる。最小量の基本
的な材料で、使用者の要求に完全に合致する品質の車輪
を生産することＶ家実現可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による車両用車輪の断面図、第２ａ図は
本方法における当初の予備加工製品としての円板を示す
図、ｇ２ｂ図は深絞りによって円板から成形されたカッ
プの斜視図、第６図は電磁成形に用いられる本発明によ
る装置の図解式断面図である。 １：（車両用）車輪　　１０；下部中子撤２：踏面　　
　　　　　１１；上部中子雇３：ホイール・ディスク１
２；中関中子臘４：車軸穴　　　　　　１３；成形用コ
イル５：ぜルト穴　　　　　１４；−電気絶縁体６：位
置決め穴　　　　　１５；テンシラン・コーン７；円板
　　　　　　　　１６：リング・クラ７ノ８；カッ！　
　　　　　１Ｔ：金属外被代理人　浅村　皓 外４名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一〇　踏面とホイール・ディスクとから成るアルミニウ
   ム車輪、とくに車両用車輪、において、踏面（２）とホ
   イール・ディスク（３）とが単一のアルミニウム板から
   成形されることを特徴とするアル２ニウム車輪。 ｔ２Ｊ　　４Ｉ許請求のｌｌＩ囲第１項に記載のアルミ
   ニウム車輪において、層ｆＪ（２）とホイール・ディス
   ク（３）とを形成するアルミニウム板が引張り強さ１５
   ０ないし６００　Ｍ／鵬２のアルン二クム合金で作られ
   ることｔ％値とするもの。 （３）　　アルミニウム車輪を適当な導鑞鵬と成形強度
   とｔそなえる鑞磁成形されたアル１＝クム合金で作９、
   車輪（１）の仕上が９寸法に見合った寸法の円板（７）
   をｌ！ＩＩ絞りによって円筒カッｆ（８）に成形し、ホ
   イール・ディスク（３）の形状に合った湾曲部分ピカッ
   ｆ（８）の底面にプレス成形し、次いでホイール・ディ
   スク（３）の車軸穴（４）と取付けその他、例えば位置
   決め、のための′Ｋ（５）、（６）とをルス作業によっ
   て明けた後、Ｊｗ面（２）の形状に合った複合成形中子
   履をカップ（８）内に置き、踵磁場効果によってカップ
   の外被面で踏面（２）を形成することを特徴とするアル
   ミニウム車輪の構造方法。 （４）　　アル１ニウム卓輪を適当な導４率と成形強度
   となそなえる′蝋磁成形されたアル電ニウム合金で作り
   、車輪（１）の仕上がり寸法に見合った円板を深絞りに
   よって円筒カッｆ（８，）ＩＩＣ’成形し、カッｆ（８
   ）に穴な荒抜きした後、形成すべき踏―（２）の寸法に
   合わせて複合成形中子ａ１？カツノ（８）内に置き、ａ
   ｍ場効果によってカップ（８）の外被面で踏面（２）な
   形成した後、ホイール・ディスク（３）の形状に合わせ
   て湾曲部分をカップ（８）のＩｉＥ面にプレス成形し、
   これに次いで、またはこれと同時に、ホイール・ディス
   ク（３）の車軸穴（４）と取付けその他、例えば位置決
   め、のための穴（５）、（６）と４１：ｆレス作業によ
   って明けることを特徴とするアル１二ウム車輸の製造方
   法。 （５）特許請求の範囲第６項または第４項に記載の方法
   において、カッｆ（８）がしごき深絞りによって作られ
   ることを特徴とするもの。 ｔ６）　　％ｊＦ’Ｆ請求の範囲第３項ないし第５項に
   記載の方法において、踏面（２）の成形に２０ないし５
   ００　ＫＷ／ａの電磁界強度を用いることを特徴とする
   もの。 （７）特許請求の範囲ｔ４３項ないし第６項のいずれに
   も記載の方法において、深絞りおよび／ｌたはプレスお
   よび／または電磁成形作業が数段階で行われることなｔ
   ｒＩ黴とするもの。 （８）　　特＃′Ｆ請求の範１第６項ないし第７項のい
   ずれにも記載の方法において、一連の作業の後に、プレ
   ス作業による修正が行われることを特徴とするもの０ （９）　　特許請求の範囲第６項ないし第８項のいずれ
   にも記載の方法において、深絞り、プレス、および−特
   定の場合には一修正各作業の一つまたは幾つかが互いに
   組み合わされていることな４Ｉ倣とするもの。 １１１　　特許請求の範囲第３項ないし第９項のいずれ
   にも記載の方法において、一連のｆ′￥業の後に、在米
   の最終成形および表面仕上げ作業が行われることを特徴
   とするもの。 ａυ　特許請求の範囲第３項ないし第１ｏ項のいずれに
   も記載の１Ｉｌｔａ成鳳装置において、この装置が、リ
   ング・クランｆ（１６）で被加工物（８）を締め付けて
   いるテンション・コーｙ（１５）に配＆された車輪踏面
   （２）の形状に見合う複合された下部、上部、中間、各
   成形中子ｍ（１０）、（１１）、（１２）を有し、更に
   前記中子麺が電気絶縁体（１４）内に瀧め込まれた成形
   用コイル（１３）にＨまれでいることを特徴とするもの
   。 ひっ、特＃！ｆ＃求の範囲第１１項または第１２項Ｋｇ
   賊の装置において、電気絶縁体が金属外被（１Ｔ）に囲
   まれていることを特徴とするもの。 Ｑ３　　’ｆｔｌｌｌｆＭ求の範囲第１１ＪＪｔたはｇ
   ｌ　２１ｉＫｔ！載の装置において、下部および／ｌた
   は中間中子雛（１０）、（１２）に単数または複数の空
   気出口孔が形成されることを特徴とするものＯａ４　　
   ＊ｆｌＦｔｌｌ求の範囲第１１項ナイし第１６項のいず
   れにも記載の装置において、成形用コイル（１３）が冷
   却可能であることｆｔ特徴とするもの０