JP3933143B2

JP3933143B2 - ホイールの製造方法。

Info

Publication number: JP3933143B2
Application number: JP2004133968A
Authority: JP
Inventors: 毅田中
Original assignee: 株式会社ワーク
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2024-04-28
Also published as: JP2005313769A; US7363709B2; US20050241740A1

Description

本発明は、ホイールの製造方法に関するものである。

アルミニウム合金などの軽合金からなら車両用ホイールとして、鋳造により一体成形した１ピースタイプのホイールと、リムとディスクの２つに分割構成した２ピースタイプのホイールと、インナリムとアウタリムとディスクの３つに分割構成した３ピースタイプのホイールが広く採用されている。

２ピースタイプ及び３ピースタイプのホイールにおいては、ディスクを鋳造又は鍛造により製作し、リムを圧延金属板で構成したものが実用化されている。リムとしては、帯状の圧延金属板を筒状に丸めてその両端を溶接し、スピニング加工により所望の形状に成形したものや、円盤状の圧延金属板を有底円筒状にプレス成形し、その底部を切除して、筒状の成形品を製作し、これをスピニング加工により所望の形状に成形したものが採用されている。

また、前記車両用ホイールにおいては、タイヤの内周縁部を係止するため、リムの両端近傍部には外方へ突出するハンプ部が周設され、リムの両端部には半径方向外方側へ斜めに延びるリムフランジ部が形成されている（例えば、特許文献１参照）。また、少なくともデザイン面側のリムフランジ部を厚肉に構成したり、折り返したり、筒状にカールしたりして、その強度、剛性を高めるように構成したものも実用化されている（例えば、特許文献１、２参照）。

一方、ホイールのデザインに対する利用者の要求も年々多様化しており、最近では、量産性に優れた１ピースタイプのホイールよりも、多品種少量の生産性に優れた２ピースタイプ又は３ピースタイプが広く普及しつつある。

特開２００３−２３６６３８号公報特開２００３−２３６６３６号公報

ところで、１ピースタイプのホイールでは、鋳造時にハンプ部を厚肉に構成することで、ハンプ部に対応する位置におけるリム内周面を平坦な周面に構成しつつ、ハンプ部を周方向外方側へ突出形成できるが、２ピースタイプ及び３ピースタイプのホイールでは、スピニング加工によりハンプ部を形成する関係上、ハンプ部に対応する位置においてリム内周面にハンプ部に沿った窪みが形成され、これがホイールのデザイン面側に露出して、ホイールの意匠性が低下するという問題がある。

また、１ピースタイプのホイールでは、鋳造時にリムフランジ部を厚肉に構成してその強度を向上できるが、２ピースタイプ及び３ピースタイプのホイールでは、リム端部を折り返したり、筒状にカールしたりして、リムフランジ部の強度を向上することから、ホイールをメッキしたときに、メッキ液が折り返しやカールの内側に残留し、リムフランジ部における腐食の発生の原因となっている。

本発明の目的は、２ピースタイプ又は３ピースタイプのホイールでありながら、ハンプ部に対応する位置におけるリム内周面を平坦な周面に構成でき、しかもリムフランジ部を肉寄せにより厚肉に構成することで、リムフランジ部の耐腐食性を向上し得るホイールの製造方法を提供することである。

本発明に係るホイールの製造方法は、圧延金属板からなる素材板をダイスとポンチを用いてプレス成形して、端部に外方側へ延びるフランジ部を有する有底円筒状の一次成形品を製作するプレス工程と、一次成形品の底部を切除して円筒状の二次成形品を製作する切除工程と、二次成形品をローラにてリム形状に成形するスピニング工程とを備え、前記プレス工程において、円板状の素材板の外周部をダイス上に設置して、素材板の中央部をポンチでダイス内へ突き出して一次成形品を製作するにあたり、素材板の外周部が縮径するように、ポンチ挿入側端部の角部における曲率半径を設定したダイスを用い、プレス成形時における素材板外周部の縮径による周方向への肉寄せにより、一次成形品のフランジ部及びその付近を、素材板の板厚よりも１５〜３０％だけ増厚形成し、前記スピニング工程において、少なくともデザイン面側のハンプ部に対応する外周面を平坦な周面に形成したマンドレルを用い、フランジ部がデザイン面側になるように二次加工品をマンドレルに外装させて、ハンプ成形用ローラを二次成形品の増厚部分に圧接させて該ハンプ部を成形するものである。

この製造方法では、プレス工程において、ポンチとダイスを用いて略円板状の圧延金属板を、フランジ部を有する有底円筒状の一次成形品に深絞り成形することになるが、このとき圧延金属板は中央部が突き出されることで全体的に縮径し、この縮径に伴なって圧延金属板の外周部の肉が周方向に寄せられて、一次成形品のフランジ部が他の部分と比較して厚肉になる。また、一次成形品のフランジ部付近、即ちフランジ部と筒部間の湾曲部及び筒部のフランジ部側基部の板厚は、ダイスのポンチ挿入側端部の角部における曲率半径を大きくするにしたがって、プレス成形時における肉寄せにより厚肉になるので、該角部における曲率半径を適正に設定することによって、一次成形品のフランジ部付近の板厚を素材板の板厚よりも１５〜３０％厚肉になるように設定することになる。こうしてプレス工程において、フランジ部及びその付近を増厚してから、次のスピニング工程において、少なくともデザイン面側のハンプ部に対応する外周面を平坦な周面に形成したマンドレルに二次成形品を外装させて、ハンプ成形用ローラを二次加工品に圧接し、リム内周面側を平坦な周面に形成したハンプ部を成形することになる。また、このようにして製造したホイールは、リムを圧延金属板で構成した２ピースタイプ又は３ピースタイプのホイールなので、ホイール全体を鋳造品で構成した１ピースタイプのホイールと比較して、消費者の多様なニーズに対応した多品種少量生産が可能となり、しかもリムの組織が緻密になるので、光沢のある意匠性に優れた表面仕上げが可能となる。また、デザイン面側のハンプ部に対応するリム内周面が平坦な周面になるので、ハンプ部に対応するリム内周面に窪みが形成されることを確実に防止して、該窪みがデザイン面側に露出することによるホイールの意匠性低下を防止できる。

ここで、前記ポンチ挿入側端部の角部における曲率半径を角部の外周側へ行くにしたがって段階的或いは連続的に大きく設定すること、前記スピニング工程において、フランジ成形用ローラをフランジ部の端部に外方側から圧接させてリムフランジ部を成形すること、などが好ましい実施例である。

本発明に係るホイールの製造方法によれば、プレス工程において、ポンチ挿入側端部の角部における曲率半径を適正に設定したダイスを用いてプレスするという簡単な方法で、一次成形品のフランジ部及びその付近を肉寄せにより、素材板の板厚よりも１５〜３０％厚肉に設定できるので、スピニング工程において、リム内周面側に窪みが形成されないようにハンプ部を突出状に形成することができ、デザイン面側のハンプ部に対応するリム内周面に、ハンプ部に沿って窪みが形成されることによるホイールの意匠性低下を防止できる。また、このようにして製造したホイールによれば、多品種少量生産が可能な２ピースタイプ又は３ピースタイプのホイールでありながら、デザイン面側のハンプ部に対応するリム内周面を平坦な周面に構成しているので、ハンプ部に対応するリム内周面に窪みが形成されることによるホイールの意匠性低下を防止できる。

ここで、前記ポンチ挿入側端部の角部における曲率半径を角部の外周側へ行くにしたがって段階的或いは連続的に大きく設定すると、フランジ部付近をハンプを形成可能な板厚まで容易に増厚することができる。

また、前述のように、フランジ部は肉寄せにより厚肉に構成されているので、スピニング工程において、この厚肉部分にそのままフランジ成形用ローラを外方側から圧接させてリムフランジ部を成形することで、リムフランジ部を厚肉に構成してホイールの強度剛性を高めつつ、ホイールに対してメッキを施すときに、リムフランジ部内にメッキ液が残留することを防止して、メッキ液の残留によるリムフランジ部の腐食を確実に防止することができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１、図２に示すように、車両用ホイール１は、２ピースタイプのホイールで、略筒状のリム２と、リム２の内側に配置され、外端部をリム２の内周面に溶接固定したディスク３とを備えている。

ディスク３は、アルミニウム合金等の軽量な金属材料を用いて、鋳造やプレス成形や鍛造等により一体成形したもので、車体側に備えられる車輪支持部材（図示略）への取付用の取付部１０と、取付部１０を取り囲むように設けた環状のリング部１１と、取付部１０とリング部１１とを連結するスポーク部１２とを備え、リング部１１をリム２の内周面に溶接固定して、リム２の内側に組付けられている。

取付部１０には５つのボルト挿通孔１３が、ホイール１の回転中心を中心とした円周上に周方向に一定間隔おきに形成され、このボルト挿通孔１３は、車輪支持部材に突出形成したボルト（図示略）に対応させて配置されている。スポーク部１２の先端部はホイール１の意匠性を高めるように二股状に形成され、リング部１１に連設されている。このスポーク部１２の本数や形状やレイアウトは、ホイール１のデザイン及び強度を考慮して任意に設定することが可能で、必ずしも二股形状に構成する必要はないし、本数も５本以外の本数設けることが可能である。リング部１１は断面断面略Ｌ字状に形成されて、リング部１１の取付面側には装飾板１４が取付けられている。リング部１１の断面形状は任意に設定できる。また、装飾板１４は、単にホイール１の意匠性を高めるためのもので、省略することも可能である。

リム２は、アルミニウム合金などの延伸性に優れた金属材料で構成されている。リム２のデザイン面側端部には肉寄せにより他の部分より厚肉に構成したアウタリムフランジ部２０が形成され、リム２の取付面側には略Ｕ字状に内側へ湾曲させたインナリムフランジ部２１が形成されている。

リム２の両端近傍部には半径方向の外方側へ突出するアウタハンプ部２２とインナハンプ部２３とがリム２の外周面の全周にわたって形成され、両ハンプ部２２、２３及び両リムフランジ部２０、２１がタイヤ５の内周端にそれぞれ係合することで、回転軸方向へのタイヤ５の移動が規制されるように構成されている。デザイン面側のアウタハンプ部２２は肉寄せにより肉厚を変化させて突出形成され、アウタハンプ部２２のリム２内周面側は平坦な周面に形成されている。また、取付面側のインナハンプ部２３は、肉厚を略変化させることなく突出形成されて、インナハンプ部２３のリム２内周面側にはインナハンプ部２３に対応して窪みが形成されている。

このホイール１においては、アウタハンプ部２２に対応するリム２の内周面に窪みが形成されていないので、リム２の内周面のうち外部に露出する部分全体を平坦な周面に形成することができ、圧延金属板でリム２を構成しつつホイール１の意匠性を向上できる。しかも、アウタリムフランジ部２０は肉寄せにより厚肉に構成しているので、ホイール１をメッキ処理するときに、アウタリムフランジ部２０内にメッキ液等が残留することを確実に防止して、メッキ液が残留することによるアウタリムフランジ部２０の腐食を防止できる。

次に、ホイール１の製造方法について説明する。

先ず、プレス工程において、図３（ａ）（ｂ）に示すように、アルミニウム合金などの延伸性に優れた圧延金属板３０を、ダイス４０とポンチ４１を用いてプレス成形して、筒部３１の一端部に外方側へ延びるフランジ部３２を有する有底円筒状の一次成形品３３を製作する。このとき、圧延金属板３０は中央部が突き出されることで全体的に縮径し、図４（ａ）のプレス成形初期から図４（ｂ）のプレス成形完了までの間において、圧延金属板３０の外周部は縮径に伴なって周方向に肉が寄って厚肉となり、一次成形品３３のフランジ部３２は他の部分と比較して厚肉になる。また、一次成形品３３のフランジ部３２付近、即ちフランジ部３２と筒部３１間の湾曲部３３ａ及び筒部３１のフランジ部３２側の基部３３ｂの板厚は、ダイス４０のポンチ挿入側端部の角部４２における曲率半径Ｒを大きく設定するにしたがって、プレス成形時における肉寄せにより厚肉になる。このため、角部４２における曲率半径Ｒを適正に設定するとともに、ダイス４０とポンチ４１間のクリアランスを圧延金属板３０の板厚よりもやや大きく設定したものを用いることで、湾曲部３３ａ及び基部３３ｂに関しても、プレス成形による圧延金属板３０の縮径に伴なって、圧延金属板３０の板厚よりも１５〜３０％厚肉になるようにプレスすることができる。こうして一次成形品３３の成形時における肉寄りによって、図４（ｂ）、図５(ａ)に示すように、フランジ部３２及びその付近の範囲Ｂがフランジ部３２の外周側へ行くにしたがって厚肉になるとともに、筒部３１に対するアウタハンプ部２２の成形位置（矢印Ａで示す位置。以下、成形位置Ａと称する。）がアウタハンプ部２２と同厚或いはそれ以上の厚さに成形される。

尚、ダイス４０の角部４２の曲率半径Ｒは一様に設定してもよいが、角部４２の外周側へ行くにしたがって大きくなるように段階的或いは連続的に設定すると、湾曲部３３ａ及び基部３３ｂに肉が寄りやすくなって、湾曲部３３ａ及び基部３３ｂを容易に厚肉に構成することができる。即ち、角部４２の曲率半径Ｒ１を曲率半径Ｒ２よりも大きく設定することで、湾曲部３３ａ及び基部３３ｂを厚肉に構成し易くなる。

次に、切除工程において、図３（ｃ）に示すように、打ち抜き等により一次成形品３３の底部３４を除去してフランジ部３２と筒部３１Ａを有する円筒状の二次成形品３５を製作する。

次に、スピニング工程において、図３（ｄ）に示すように、アウタハンプ部２２に対応する外周面を平坦な周面に形成したマンドレル４３を用い、このマンドレル４３にフランジ部３２側がデザイン面側に位置するように二次成形品３５を外装し、マンドレル４３とともにホイール１を回転させながら、ローラ４４、４５、４６を用いて二次成形品３５に対してスピニング加工を施して、二次成形品３５をリム形状にスピニング成形する。

具体的には、先ず、図５（ａ）に示すように、二次成形品３５の取付面側の端部からアウタハンプ２２の成形位置Ａの直前までの範囲Ｃにおいて、第１ローラ４４を二次成形品３５に圧接させながら移動させるとともに、図５（ｂ）に示すように、フランジ部３２の途中部からアウタハンプ部２２の成形位置Ａの直前までの範囲において、第２ローラ４５を二次成形品３５に圧接させながら移動させる。次に、図５（ｃ）に示すように、アウタハンプ部２２の外面形状に適合するハンプ成形用ローラ４６を二次成形品３５に圧接させてアウタハンプ部２２を成形することになるが、二次成形品３５におけるアウタハンプ部２２の成形位置Ａ、つまり二次成形品３５の筒部３１Ａのフランジ部３２側部分は、前述のように一次成形品３３を製作するときにおける肉寄せにより、アウタハンプ部２２の肉厚と同厚或いは多少厚肉に構成されているので、この部分に対してハンプ成形用ローラ４６を圧接させることで、内周面側を平坦な周面に構成しつつ肉厚調整により外方側へ突出状するアウタハンプ部２２を成形できることになる。

また、このスピニング工程において、図５（ｄ）に示すように、アウタリムフランジ部２０の外面に適合するフランジ成形用ローラ４７を二次成形品３５のデザイン面側の端部に圧接させて、アウタリムフランジ部２０を成形することができる。つまり、二次成形品３５のフランジ部３２は前述したように、一次成形品３３を製作するときにおける肉寄せにより、アウタリムフランジ部２０と同厚或いは多少厚肉に構成されているので、この部分に対してフランジ成形用ローラ４７を圧接させることで、二次成形品３５のデザイン面側の端部に折り返しやカールを施すことなく、厚肉なアウタリムフランジ部２０を成形することができる。

こうしてリム２を製作し、このリム２の軸方向の途中部にディスク３を溶接固定してホイール１を得ることになる。

このように、この製造方法では、プレス工程において、ポンチ４１の挿入側端部の角部４２における曲率半径を適正に設定したダイス４０を用いるという簡単な構成で、一次成形品３３のフランジ部３２と、フランジ部３２付近の湾曲部３３ａ及び基部３３ｂにおける板厚を、圧延金属板３０の板厚の１５〜３０％厚肉に構成できる。そして、スピニング工程において、この厚肉部分に対してアウタハンプ部２２及びアウタリムフランジ部２０を成形できるので、アウタハンプ部２２に関してはその内周面側に窪みが形成されることを確実防止して、該窪みが外部に露出することによるホイール１の外観低下を防止でき、またアウタリムフランジ部２０に関しては、強度剛性を高めつつ、ホイール１のメッキ時にアウタリムフランジ部２０内にメッキ液が侵入することを確実に防止して、メッキ液によるアウタリムフランジ部２０の腐食を効果的に防止できる。

尚、本発明は、デザイン面側に配置されるハンプ部に対応するリム内周面がデザイン面側に露出するホイールであって、リム製作時に圧延金属板を有底円筒状にプレス成形するように構成したホイール１であれば、任意の構成のホイール１に対して適用することができる。

例えば、３ピースタイプのホイールに本発明を適用する場合には、図６に示す車両用ホイール５０のように、前記実施例におけるリム２をアウタリム５１とインナリム５２とに分割構成し、アウタリム５１及びインナリム５２の一端部に内側へ突出する鍔状の接合部５３を形成し、接合部５３において両リム５１、５２とともにディスク５４をボルト（図示略）で一体的に結合し、アウタリム５１のデザイン面側端部に肉寄せにより他の部分より厚肉に構成したアウタリムフランジ部２０を形成するとともに、アウタリム５１のデザイン面側端部近傍に肉寄せにより肉厚を変化させて半径方向の外方側へ突出するアウタハンプ部２２を全周にわたって形成し、アウタハンプ部２２のアウタリム５１の内周面側を平坦な周面に形成することになる。

このようなホイール５０を製造する際には、前記実施例と同様に、プレス工程において圧延金属板３０をダイス４０とポンチ４１と用いて有底円筒状に成形した一次成形品を製作し、次に切除工程において、一次成形品の底部を、接合部５３を残して打ち抜いて二次成形品を製作し、次にスピニング工程において、二次成形品に対して前記実施例と同様にスピニング加工によりアウタハンプ部２２及びアウタリムフランジ部２０を成形し、次にアウタリム５１とインナリム５２との接合部５３を重ね合わせるとともに、ディスク３の外周部を接合部５３に重ね合わせて、両リム５１、５２とともにディスク５４をボルトにより一体的に結合してホイール５０を得ることになる。

２ピースタイプのホイールの正面図図１のII-II線断面図ホイールの製造方法の説明図プレス工程の説明図スピニング工程の説明図３ピースタイプのホイールの縦断面図

符号の説明

１ホイール２リム
３ディスク５タイヤ
１０取付部１１リング部
１２スポーク部１３ボルト挿通孔
１４装飾板
２０アウタリムフランジ部
２１インナリムフランジ部
２２アウタハンプ部２３インナハンプ部
３０圧延金属板３１筒部
３１Ａ筒部３２フランジ部
３３一次成形品３３ａ湾曲部
３３ｂ基部３４底部
３５二次成形品
４０ダイス４１ポンチ
４２角部４３マンドレル
４４第１ローラ４５第２ローラ
４６ハンプ成形用ローラ
４７フランジ成形用ローラ
５０ホイール５１アウタリム
５２インナリム５３接合部
５４ディスク

Claims

圧延金属板からなる素材板をダイスとポンチを用いてプレス成形して、端部に外方側へ延びるフランジ部を有する有底円筒状の一次成形品を製作するプレス工程と、一次成形品の底部を切除して円筒状の二次成形品を製作する切除工程と、二次成形品をローラにてリム形状に成形するスピニング工程とを備え、
前記プレス工程において、円板状の素材板の外周部をダイス上に設置して、素材板の中央部をポンチでダイス内へ突き出して一次成形品を製作するにあたり、素材板の外周部が縮径するように、ポンチ挿入側端部の角部における曲率半径を設定したダイスを用い、プレス成形時における素材板外周部の縮径による周方向への肉寄せにより、一次成形品のフランジ部及びその付近を、素材板の板厚よりも１５〜３０％だけ増厚形成し、
前記スピニング工程において、少なくともデザイン面側のハンプ部に対応する外周面を平坦な周面に形成したマンドレルを用い、フランジ部がデザイン面側になるように二次加工品をマンドレルに外装させて、ハンプ成形用ローラを二次成形品の増厚部分に圧接させて該ハンプ部を成形する、
ことを特徴とするホイールの製造方法。
前記ポンチ挿入側端部の角部における曲率半径を角部の外周側へ行くにしたがって段階的或いは連続的に大きく設定した請求項１記載のホイールの製造方法。
前記スピニング工程において、フランジ成形用ローラをフランジ部の端部に外方側から圧接させてリムフランジ部を成形する請求項１又は２記載のホイールの製造方法。