(57)【要約】【課題】  製造歩留まりが高く、軽量化が可能なホイール用ディスク及び車両用ホイールを提供する。【解決手段】複数の金属板４０をクラッド接合してなり、ハブ取付け部６と、ハブ取付け部からディスク１０の外周縁へ向かって放射状に延びる複数のスポーク部２と、スポーク部の外端に接続される環状のディスク外周部４とを有し、ハブ取付け部、スポーク部及びディスク外周部は、金属板同士の接合界面で膨張した一体の中空部９ａ、９ｂを備え、かつ中空部はディスク外周部の外周縁４ｆとハブ取付け部とで閉じている。【選択図】図２
2010095011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の金属板をクラッド接合してなるホイール用ディスクであって、ハブ取付け部と、該ハブ取付け部から前記ディスクの外周縁へ向かって放射状に延びる複数のスポーク部と、前記スポーク部の外端に接続される環状のディスク外周部とを有し、
前記ハブ取付け部、前記スポーク部及び前記ディスク外周部は、前記金属板同士の接合界面で膨張した一体の中空部を備え、かつ前記中空部は前記ディスク外周部の外周縁と前記ハブ取付け部とで閉じているスチールホイール用ディスク。
【請求項２】
前記中空部は、前記金属板同士をクラッド接合する際、圧着防止剤が塗布された接合面に高圧流体を導入して形成されている請求項１に記載のホイール用ディスク。
【請求項３】
請求項１又は２記載のホイール用ディスクと、リムとを溶接してなる車両用スチールホイール。
【請求項４】
請求項１又は２記載のホイール用ディスクとリムとが一体に形成されている車両用スチールホイールであって、
前記リムは、前記ディスク外周部の外周縁につながる前記金属板を軸方向に沿ってスピニング加工して形成されている車両用スチールホイール。
【請求項５】
ディスクとなる複数の金属板の対向面のうち、前記ディスクのハブ取付け部に該当する領域と、前記ハブ取付け部から前記ディスクの外周縁へ向かって放射状に延びる複数のスポーク部に該当する領域と、前記スポーク部の外端に接続される環状のディスク外周部に該当する領域とに圧着防止剤を塗布する塗布工程と、
前記圧着防止剤を塗布した前記金属板同士を積層してクラッド接合するクラッド接合工程と、
前記クラッド接合された前記金属板の前記塗布領域に高圧流体を導入して膨張させ、前記ハブ取付け部、前記スポーク部及び前記ディスク外周部の中空部を一体に形成する中空部形成工程と
を有するホイール用ディスクの製造方法。
【請求項６】
請求項５記載のホイール用ディスクの製造方法によって製造されたディスクにリムを溶接する車両用スチールホイールの製造方法。
【請求項７】
請求項５記載のホイール用ディスクの製造方法によって製造されたディスクとリムとを一体に形成する車両用スチールホイールの製造方法であって、
前記塗布工程において、前記金属板の対向面のうち、前記環状のディスク外周部に該当する領域より外周側に前記圧着防止剤を塗布しない外周無塗布領域を設け、
前記ホイール用ディスクを製造した後、前記外周無塗布領域に介在する前記金属板同士をスピニング加工し、前記ホイール用ディスクと一体のリムを形成するリム形成工程と
を有する車両用スチールホイールの製造方法。
【請求項８】
請求項５記載のホイール用ディスクの製造方法によって製造されたディスクとリムとを一体に形成する車両用スチールホイールの製造方法であって、
前記塗布工程において、前記金属板の対向面のうち、前記環状のディスク外周部に該当する領域より外周側に前記圧着防止剤を塗布しない外周無塗布領域を設けると共に、前記外周無塗布領域より外周側に前記金属板の外周縁に繋がって前記圧着防止剤を塗布して最外周塗布領域を設け、
前記ホイール用ディスクを製造した後、前記最外周塗布領域に介在する前記金属板同士の隙間を広げ、個々の前記金属板をスピニング加工し、前記ホイール用ディスクと一体のリムを形成するリム形成工程と
を有する車両用スチールホイールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車、農耕用車両、産業用車両等の車両用のスチールホイールに用いられるディスク、車両用スチールホイール、並びにホイール用ディスク及び車両用スチールホイールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アルミニウムの原材料やガソリン価格の高騰、さらには地球温暖化防止のため、自動車用のアルミホイールの軽量化がより一層要求されている。
従来、アルミホイールは鋳造によって製造されるため製品歩留まりが低く、又、鋳造後の荒れた表面を研削することによる材料の無駄も生じる。
一方、アルミホイールのスポーク部分に金属発泡体を内蔵させて中空部を形成し、スポークの肉厚を薄くした鋳造ホイールが知られている（特許文献１参照）。
又、アルミニウム等の円板から円板状のディスクと、円筒状のリム相当部を形成した後、スピニング加工によってリム部に成形する技術が知られている（特許文献２参照）。
さらに、本発明者らは、アルミニウム板をクラッド接合する際、接合界面を膨管させたクラッド材を提案している（特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２４０３０２号公報
【特許文献２】特開平１０−２７８５０１号公報
【特許文献３】特開２００２−８８４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載のホイールは、鋳造ホイールであるために依然として歩留まりが低い。又、特許文献２記載のホイールは、アルミニウムの円板からディスクを製造するため、強度を確保するには肉厚を厚くする必要があり、十分な軽量化が図り難い。
従って本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、製造歩留まりが高く、軽量化が可能な車両用スチールホイール、並びにディスク及び車両用スチールホイールの製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明のホイール用ディスクは、複数の金属板をクラッド接合してなり、ハブ取付け部と、該ハブ取付け部から前記ディスクの外周縁へ向かって放射状に延びる複数のスポーク部と、前記スポーク部の外端に接続される環状のディスク外周部とを有し、前記ハブ取付け部、前記スポーク部及び前記ディスク外周部は、前記金属板同士の接合界面で膨張した一体の中空部を備え、かつ前記中空部は前記ディスク外周部の外周縁と前記ハブ取付け部とで閉じているスチール。
このようにすると、ハブ取付け部、スポーク部及びディスク外周部は膨張して一体の中空部を備えているため、ハブ取付け部、スポーク部及びディスク外周部が補強リブと同様に張り出して強度が向上し、金属板の肉厚を薄くしてディスクの軽量化を図ることができる。又、ハブ取付け部、スポーク部及びディスク外周部は膨張して張り出しているので、凹凸が顕著になって意匠性を向上させることができる。
又、鋳造でなく、金属板からディスクが形成されているので、製造歩留まりも向上する。
さらに、中空部がディスク外周部の外周縁とハブ取付け部とで閉じているので、中空部が完全に閉じられ、荷重によって中空部が潰れることを防止でき、強度が向上する。
【０００６】
前記中空部は、前記金属板同士をクラッド接合する際、圧着防止剤が塗布された接合面に高圧流体を導入して形成されていてもよい。
このようにすると、金属板同士の接合界面を容易に膨張させて中空部を形成することができる。
【０００７】
本発明の車両用スチールホイールは、前記ホイール用ディスクと、リムとを溶接してなる。
又、本発明の車両用スチールホイールは、前記ホイール用ディスクとリムとが一体に形成されている車両用スチールホイールであって、前記リムは、前記ディスク外周部の外周縁につながる前記金属板を軸方向に沿ってスピニング加工して形成されている。
【０００８】
本発明のホイール用ディスクの製造方法は、ディスクとなる複数の金属板の対向面のうち、前記ディスクのハブ取付け部に該当する領域と、前記ハブ取付け部から前記ディスクの外周縁へ向かって放射状に延びる複数のスポーク部に該当する領域と、前記スポーク部の外端に接続される環状のディスク外周部に該当する領域とに圧着防止剤を塗布する塗布工程と、前記圧着防止剤を塗布した前記金属板同士を積層してクラッド接合するクラッド接合工程と、前記クラッド接合された前記金属板の前記塗布領域に高圧流体を導入して膨張させ、前記ハブ取付け部、前記スポーク部及び前記ディスク外周部の中空部を一体に形成する中空部形成工程とを有する。
【０００９】
本発明の車両用スチールホイールの製造方法は、前記ホイール用ディスクの製造方法によって製造されたディスクにリムを溶接するものである。
【００１０】
又、本発明の車両用スチールホイールの製造方法は、前記ホイール用ディスクの製造方法によって製造されたディスクとリムとを一体に形成する車両用スチールホイールの製造方法であって、前記塗布工程において、前記金属板の対向面のうち、前記環状のディスク外周部に該当する領域より外周側に前記圧着防止剤を塗布しない外周無塗布領域を設け、前記ホイール用ディスクを製造した後、前記外周無塗布領域に介在する前記金属板同士をスピニング加工し、前記ホイール用ディスクと一体のリムを形成するリム形成工程とを有する。
【００１１】
又、本発明の車両用スチールホイールの製造方法は、前記ホイール用ディスクの製造方法によって製造されたディスクとリムとを一体に形成する車両用スチールホイールの製造方法であって、前記塗布工程において、前記金属板の対向面のうち、前記環状のディスク外周部に該当する領域より外周側に前記圧着防止剤を塗布しない外周無塗布領域を設けると共に、前記外周無塗布領域より外周側に前記金属板の外周縁に繋がって前記圧着防止剤を塗布して最外周塗布領域を設け、前記ホイール用ディスクを製造した後、前記最外周塗布領域に介在する前記金属板同士の隙間を広げ、個々の前記金属板をスピニング加工し、前記ホイール用ディスクと一体のリムを形成するリム形成工程とを有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、製造歩留まりが高く、軽量化が可能なホイール用ディスク及び車両用スチールホイールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る車両用ホイールを示す斜視図である。車両用ホイール３０は、それぞれアルミニウム又はアルミニウム合金製のリム２０とディスク（ホイール用ディスク、以下、簡便のため「ディスク」という）１０とを溶接して成る。リム２０は、アルミニウム展伸板を丸めて溶接したのち円管成形によって略円筒状に形成され、リムの両端に形成された外側フランジ及び内側フランジの間にタイヤを収容するようになっている。リム２０は、アルミニウム管を円管成形により略円筒状に形成してもよく、鋳造によって略円筒状に形成してもよく、又は鋳造後にフローフォーミング加工して略円筒状に形成してもよい。
なお、図１の上側（ディスク１０の面が露出している側）を「表側（面）」とし、図１の下側（リム２０側）を「裏側（面）」と称する。又、「軸方向」とは、ディスク１０の面と垂直な方向をいう。「径方向」とは、ディスク１０の面の直径方向（中心から外周に向かう方向）をいう。
【００１４】
ディスク１０は２枚のアルミニウム板をクラッド接合してなり、略円盤状のハブ取付け部６と、ハブ取付け部６からディスク１０の外周縁へ向かって放射状に延びる１０個の長片状スポーク部２と、スポーク部２の外端２ｅに一体に接続される環状のディスク外周部４とを有している。ハブ取付け部６の中心にはハブ穴６ａが開口され、ハブ穴６ａより外周側にハブを取付けるための複数（５個）のボルト孔６ｂが同心円上に形成されている。
又、隣接する２つのスポーク部２，２と、ハブ取付け部６の外周端と、ディスク外周部４の内周端との間に略三角形の飾り穴８が１０個形成されている。飾り穴８は通常、軽量化及び放熱のために形成される。
なお、ボルト孔６ｂ及び飾り穴８が形成される数は、要求される仕様により変更できる。
【００１５】
ディスクの形成に用いられる金属板の材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、鋼、ステンレススチール、チタン、チタン合金等が挙げられるが、後述する膨張がし易いことから、アルミニウム又はアルミニウム合金が好ましい（以下、アルミニウム又はアルミニウム合金を、特に区別せず「アルミニウム」という）。アルミニウムとしては、展伸材ではＪＩＳＨ４０００：６０６１、５４５４又は５０５２等が適当である。 
【００１６】
一方、スポーク部２、ディスク外周部４、及びハブ取付け部６（ボルト孔６ｂ近傍を除く）は、ディスクの表裏に湾曲した形状をなしている。
なお、この実施形態では、ディスク外周部４の外周縁４ｆが、リム２０の外側フランジを兼ねるように構成され、ディスクを一体に見せてデザイン性を高めているが、勿論、ディスク外周部にリムフランジが形成されず、ディスク外周部をリムの外側フランジの内面に嵌合するようにしてもよい。
【００１７】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う（ディスクの軸方向に平行な面で切断した）ディスク１０の断面図である。スポーク部２の表面は、ディスク外周部４からハブ取付け部６へ向かって立ち下がるように湾曲し、スポーク部２の中央部付近で平坦となり、さらにハブ取付け部６に向かって立ち下がるように湾曲している。
一方、ハブ取付け部６の表面は、外周側からハブ穴６ａの側壁に向ってディスク１０の裏面側へ立ち下がるように湾曲している。又、ハブ取付け部６の表面のうち、ボルト孔６ｂ近傍にはハブ取付け部６の裏面へ向かって筒状部６ｈが形成され、筒状部６ｈはボルト孔６ｂを囲むようにしてディスク１０の裏面に接している。そして、ディスク１０を固定するボルトが筒状部６ｈを挿通可能になっている。なお、ハブ取付け部６の裏面は平面をなしている。
【００１８】
ディスク外周部４はディスク１０のうち最も表面側に位置している。又、ディスク外周部４の裏面には外周縁から中心側へ向かって平坦な外側リムフランジ（外周縁）４ｆが形成され、外側リムフランジ４ｆの内側端から軸方向に平行に、かつディスク１０の裏面側へ立ち下がる外側ビードシート４ｂが形成され、さらにビードシート４ｂから中心側へ向かう外側サイドウォール４ｓへ滑らかに接続されている。そして、外側サイドウォール４ｓの終端から軸方向に平行に突起４ｔが形成されている。
一方、リム２０は、最も小径のドロップ部２０ｄが形成され、ドロップ部２０ｄから径方向外側に内側サイドウォール２０ｓが延びている。さらに、内側サイドウォール２０ｓから軸方向に平行に内側ビードシート２０ｂが接続され、内側ビードシート２０ｂから径方向外側に内側リムフランジ２０ｆが形成されている。
そして、ほぼ同径の突起４ｔとドロップ部２０ｄ先端とを突合せ、溶接することにより、車両用ホイール３０が組立てられている。
【００１９】
ここで、図２の中心線より左側は、ボルト孔６ｂを有するスポーク部２をその幅方向中央で切断した場合を示し、スポーク部２の内端（ハブ取付け部６側の端）２ａから外端（ディスク外周部４側の端）２ｅまで中空部９ａが形成されている。又、中空部９ａは、外端２ｅからディスク外周部４の内部に一体に連通しつつ、ディスク外周部４の外周縁４ｆで閉じている。一方、中空部９ａは、ハブ取付け部６の外周を構成する筒状部６ｈの外縁で、スポーク部２の内端２ａとして閉じている。
又、ハブ取付け部６のボルト孔６ｂ近傍は中空部を有さず、上記した筒状部６ｈが形成されている。
【００２０】
図２の中心線より右側は、ボルト孔６ｂを有さないスポーク部２をその幅方向中央で切断した場合を示し、ハブ取付け部６の内部に中空部９ｂが形成され、中空部９ｂの最内周側は、ハブ穴６ａの側壁で閉じられている。さらに、中空部９ｂはスポーク部２及びディスク外周部４の内部に一体に連通しつつ、ディスク外周部４の外周縁４ｆで閉じている。このように、中空部９ｂは、ハブ取付け部６からディスク外周部４まで一体に形成されている。
なお、図示しないが、飾り穴８を通るようにディスク１０を径方向に切断した場合、ハブ取付け部６の内部に中空部が形成され、この中空部は飾り穴８の内周側側壁で閉じられる。
【００２１】
ここで、ボルト孔６ｂ近傍のハブ取付け部６の厚みは、クラッド接合された２枚のアルミニウム板（それぞれ厚みｔ）の厚み２ｔにほぼ等しい。一方、中空部９ａが形成されたスポーク部２及びディスク外周部４の厚み、並びに中空部９ｂが形成された部分のハブ取付け部６の厚みはｔにほぼ等しい。これは、以下に述べるように、各中空部９ａ、９ｂが２枚のアルミニウム板の接合界面で膨張して形成されるためである。
【００２２】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る車両用ホイールにおける、ディスク１０の製造に用いる金属板の一例を示す図である。
まず、ディスクとなる２枚の矩形アルミニウム板４０（図では１枚のみ表示）を用意し、各アルミニウム板の対向面のうち、ハブ取付け部に該当する領域６ｘ、スポーク部に該当する領域２ｘ、ディスク外周部に該当する領域４ｘとに圧着防止剤（図の黒色部）を塗布する。又、ディスク外周部に該当する領域４ｘからアルミニウム板４０の外縁に連通し、高圧流体（ガス）を導入するための線状の導入部４２にも圧着防止剤を塗布する。
但し、ハブ取付け部に該当する領域６ｘのうち、ハブ穴周辺領域６ａｘ及びボルト孔周辺領域６ｂｘには圧着防止剤を塗布せず、飾り穴周辺領域８ｘにも圧着防止剤を塗布しない。これは、板を袋状に膨張させて中空部を形成させるため、中空部を閉じるために圧着防止剤を塗布せずに板同士が接合した部分が必要となるからである。なお、圧着防止剤の塗布は、圧着及び膨張条件に応じて、各アルミニウム板の対向面の片面のみに行ってもよく、両面に行ってもよい。
【００２３】
圧着防止剤としては、アルミニウム板４０同士の金属結合を防止するものであればよく、例えば、カーボンやモリブデン粉末のペーストや、各種固体潤滑剤を用いることができる。又、圧着防止剤は、例えばスクリーン印刷で塗布することができる。
次に、適宜、塗布部分を乾燥した後、２枚のアルミニウム板４０の対応する塗布部分が重なるようにこれらを積層し、予備加熱を行った後、積層板をクラッド圧延（接合）する。なお、圧延時の圧下率等を均一にするため、アルミニウム板４０を矩形（幅一定）のままクラッド圧延し、その後に不要な外側部分をトリミングするのが好ましい。
【００２４】
図４は、クラッド圧延後のクラッド板のうち、圧着防止剤の塗布領域を膨張させて中空部を形成する工程を示し、図２と同様に、ディスクの軸方向に平行な面で切断した断面図である。
まず、クラッド圧延したアルミニウム板から、ハブ穴素孔６ａ１、ボルト孔素孔６ｂ１、及び飾り穴素孔（図示せず）を打ち抜く（図４（ａ））。但し、この打ち抜きは、後述する中空部分を形成した後でもよい。
なお、図３に示した圧着防止剤の塗布領域は、図４（ａ）では、領域９ａｘ、９ｂｘとして表される。領域９ａｘ、９ｂｘは、それぞれ上記した領域２ｘ、４ｘ、６ｘが連通した領域であり、領域９ａｘ、９ｂｘが膨張して中空部９ａ、９ｂとなる。但し、図４（ａ）において、ディスクの表面側となる面が下面側になっている。従って、領域９ａｘは図２の中空部９ａに相当し、領域９ｂｘは図２の中空部９ｂに相当する。
又、領域９ａｘ、９ｂｘの外周縁と内周縁はそれぞれ閉じられており、これらがそれぞれ、ディスク外周部の外周縁とハブ取付け部に相当する。領域９ｂｘの内周縁はハブ穴素孔６ａ１の側壁近傍まで延び、領域９ａｘの内周縁はボルト孔素孔６ｂ１の側壁近傍まで延びている。
【００２５】
次に、このクラッド板を適宜予熱し、プレス成形する（図４（ｂ））。このプレス成形は、後述する膨張だけでは不充分な凹凸形状をディスク１０に付与し、デザイン性や強度の向上を図るものである。
ここで、プレス成形により、スポーク部２表面側の立下り部及び平坦部、並びにハブ取付け部６の表面側の形状及び筒状部６ｈを形成する。
なお、図４（ｂ）における破線Ｓは、最終的に得られたディスクの裏面の輪郭を示し、次工程では、型内で破線Ｓまで領域９ａｘ、９ｂｘを膨張させる。
【００２６】
即ちプレス成形後のクラッド板を５００〜５５０℃に加熱して、導入部４２（図示せず）から高圧流体（ガス）を導入し、領域９ａｘ、９ｂｘを膨張させて中空部９ａ、９ｂを形成する（図４（ｃ））。なお、上記したようにクラッド板を５００〜５５０℃に加熱する場合、高圧流体として圧縮空気のようなガスを用いることができる。又、クラッド板を加熱せずに常温とする場合、高圧流体として水や油等の液体を用いることができる。
ここで、クラッド板の表裏に上型１０１と下型１０２とをそれぞれ配置し、これらの型内部で領域９ａｘ、９ｂｘを所定形状になるまで膨張させる。又、導入部４２を上下から所定荷重で加圧しつつ高圧流体（ガス、液体等）を導入することで、導入部４２における各板がわずかに広がって流路となる。
さらに中空部を形成したクラッド板の不要部分をトリミングし、ディスク１０を得る。
【００２７】
以上のようにして得られたディスク１０と、リム２０とを溶接して車両用ホイール３０が構成される。
リム２０の製造は、例えば以下のようにして行うことができる。まず、アルミニウム展伸板（ＪＩＳＨ４０００：ディスクに同じ）を丸めた後、溶接し略円筒を形成する。この略円筒の端縁をフレアリングして広げた後、ロール成形を行い、図２に示したようなドロップ部２０ｄ、サイドウォール２０ｓ、ビードシート２０ｂ、リムフランジ２０ｆ等を形成し、最後にエキスパンド整形して所定の寸法形状に整える。そして、空気漏れを検査してリム２０を製造する。
なお、リムを板材から円管成形した後の板材両端面を突合せて溶接する場合、完全溶け込み溶接が必要であり、FSW(摩擦撹拌溶接)、レーザ溶接、GMAW(カ゛スメタルアーク溶接)又はフ゜ラス゛マGMAW等の溶接法により溶接することができる。上記した溶接法はホイール径とリム材厚を考慮した溶接継ぎ手形状により適宜選択できる。さらにレーザ溶接、GMAW(カ゛スメタルアーク溶接)、又はフ゜ラス゛マGMAWを用いる場合、片面溶接又は両面溶接で溶接施工を実施する。
リムの製造方法としては、上記の他に、公知公用の方法によりリムを製造することが可能である。即ち、円筒をアルミニウム合金継目無管（ＪＩＳＨ４０８０）やアルミニウム合金溶接管（ＪＩＳＨ４０９０）から切り出し、上記のように成形して製造することも可能であり、また、アルミニウム合金鋳物（ＪＩＳＨ５２０２：ＡＣ４ＣまたはＡＣ４ＣＨなど）として鋳造により略円筒を作成し、スピニング加工によりリム形状に成形することも可能である。
【００２８】
ディスクをリムに溶接する方法として、図２のようにディスク１０がリム２０端面に乗った状態で溶接される場合、溶接継ぎ手の状態はT継ぎ手もしくは突合せ継ぎ手となり、開先形状はレ型およびI開先となり、完全溶け込み溶接継ぎ手が必要である。従って、この場合の溶接としては、溶接部の力学的要求度又は溶接性等に応じて、FSW(摩擦撹拌溶接)、レーザ溶接、GMAW(カ゛スメタルアーク溶接)又はフ゜ラス゛マGMAW等の溶接を行い、継ぎ手強度および溶接品質を確保する。
なお、図２のようにディスク１０がリム２０端面に乗った状態で溶接すると、ディスク３０の前面全体が外側に露出したホイール（いわゆる、フルフェース型ホイール）が得られ意匠性が高まる。
【００２９】
又、ディスクがリムに嵌合された状態で溶接される場合、嵌合後のディスクとリム間の重なり部の端部を重ね継ぎ手とする隅肉溶接が必要である。従って、この場合の溶接としては、レーザ溶接、GMAW(カ゛スメタルアーク溶接)又はフ゜ラス゛マGMAW等の溶接法を溶接部の力学的要求度又は溶接性等に応じて適宜選択して採用する。
【００３０】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係るホイール用ディスク（車両用ホイール）は、複数の金属板をクラッド接合してなり、ハブ取付け部、スポーク部及びディスク外周部は膨張して一体の中空部を備えている。このため、ハブ取付け部、スポーク部及びディスク外周部が補強リブと同様に張り出して強度が向上するので、金属板の肉厚を薄くしてディスクの軽量化を図ることができる。又、ハブ取付け部、スポーク部及びディスク外周部は膨張して張り出しているので、凹凸が顕著になって意匠性を向上させることができる。
又、鋳造でなく、金属板からディスクが形成されているので、製造歩留まりも向上する。
さらに、中空部がディスク外周部の外周縁とハブ取付け部とで閉じているので、中空部が完全に閉じられ、荷重によって中空部が潰れることを防止でき、強度が向上する。
【００３１】
なお、本発明者らは汎用のＦＥＭによって、市販のアルミニウム鋳造ホイール（１６インチ）と同等の強度を有するよう、本発明の第１の実施形態に係る車両用ホイールに用いるディスク用アルミニウム板の厚みを種々変え、軽量化の度合を見積もった。その結果、ディスク部は市販鋳造品に比べ、中空部を設けることで２７．８％軽量化され、さらに、鋳造でないアルミニウム圧延板（展伸材）を用いることによる強度向上及び材料欠陥の減少に伴い、市販鋳造品に比べ４２．９％軽量化された。以上を総合し、従来の鋳造ホイールに比べ、４１％程度の大幅な軽量化が期待される。
又、鋳造品に比べ、本発明の第１の実施形態に係る車両用ホイールは、比較的薄肉であるのでアルミニウム使用量が約４１％減少すると共に、展伸材で表面性状が良いため鋳造後の肌荒れの研削に起因した２９％程度の材料ロスがなくなる。
さらに、鋳造に比べてヒケや空隙等の欠陥が無いため、不良率を低下できる。したがって、大径ホイールの製造が容易になると共に、製造工程を自動化することができ、生産性が向上し、人員削減も可能となる。
【００３２】
図５は、本発明の第２実施形態に係る車両用ホイールにおける、ディスク１０ｂの製造に用いる金属板の一例を示し、図３に対応する図である。
まず、ディスクとなる２枚の矩形アルミニウム板４０ｂ（図では１枚のみ表示）を用意し、図３と同様に、各アルミニウム板の対向面のうち、ハブ取付け部に該当する領域６ｘ、スポーク部に該当する領域２ｘ、ディスク外周部に該当する領域４ｘとに圧着防止剤（図の黒色部）を塗布する。又、ディスク外周部に該当する領域４ｘからアルミニウム板４０ｂの外縁に連通し、高圧流体（ガス）を導入するための線状の導入部４２ｂにも圧着防止剤を塗布する。
さらに、第２実施形態においては、領域４ｘの外周と所定幅の間隔（外周無塗布領域）Ｇを介して形成される環状領域（最外周塗布領域）１２ｘにも圧着防止剤を塗布する。この間隔Ｇには圧着防止剤が塗布されないため、クラッド圧延した際に２枚のアルミニウム板４０ｂが接合され、中空部を閉じるためのディスク外周部の外周縁を形成する。
次に、適宜、塗布部分を乾燥した後、２枚のアルミニウム板４０ｂの塗布部分が重なるようにこれらを積層し、積層板をクラッド圧延（接合）する。その後、図４（ｂ）、（ｃ）と同様にして、プレス成形、予備加熱を行った後、導入部４２ｂに高圧流体を導入して中空部を形成する。なお、この際、環状領域１２ｘの上下を型で押さえることで、環状領域１２ｘが膨らまないようにする。
【００３３】
次に、環状領域１２ｘをスピニング加工してディスク１０ｂとリム１２とを一体に形成する工程の一例について、図６を参照して説明する。
環状領域１２ｘは、ディスク外周部４ｂの外周縁につながり、圧着防止剤が塗布されているため、各アルミニウム板４０ｂがクラッド接合されていない部分である（図６（ａ））。
ここで、環状領域１２ｘは上側環状領域１２ｘ１と下側環状領域１２ｘ２からなり、これらの界面にへら等の工具１００を当て、これらの内面側にマンドレル１５０、１５１を差し入れ、上側環状領域１２ｘ１と下側環状領域１２ｘ２との隙間が広がるようにスピニング加工する（図６（ｂ））。そして、上側環状領域１２ｘ１と下側環状領域１２ｘ２をそれぞれ軸方向に沿うように、かつリムの形状となるように加工する。これにより、ディスク１０ｂと一体のリム１２が上側環状領域１２ｘ１と下側環状領域１２ｘ２とにより形成される（図６（ｃ））。
【００３４】
この実施形態では、環状領域１２ｘに圧着防止剤を塗布したため、上側環状領域１２ｘ１と下側環状領域１２ｘ２の板厚は、もとの１枚の金属板（アルミニウム板）と同一となるので、リムの薄肉化が可能となる。
但し、環状領域１２ｘに圧着防止剤を塗布せずに（つまり、間隔（外周無塗布領域）Ｇを、ディスク外周部４ｂの外周縁につながるように形成し）、ディスク１０ｂの表側又は裏側の一方向に折り曲げてスピニング加工してもよく、ディスク１０ｂの表側に折り曲げてフランジ４ｆを大きく形成する場合などに使用できる。この場合は、環状領域（間隔Ｇに相当する）１２ｘの厚みがもとの１枚の金属板（アルミニウム板）の２倍となるので、スピニング加工によってリムの減肉化を図ることが好ましい。
スピニング加工は、材料を回転させながら工具（例えば成形ローラやへら）を押し当てて塑性変形を行う回転塑性加工であれば、特に限定されず公知の加工を採用することができる。
【００３５】
図７は、環状領域１２ｘをスピニング加工してディスク１０ｂ２とリム１２とを一体に形成する工程の別の一例を示す。図６の工程では、リム１２のドロップ部にディスク１０ｂが接続された一般的なホイールを形成するが、マンドレルの上型と下型の長さの比率を変えることにより、リムとディスクの接続位置を変更することができる。
図７に示すように、マンドレル１５０ｘの長さを長くし、マンドレル１５１ｘの長さを短くして、環状領域１２ｘをスピニング加工する（図７（ａ）、（ｂ））。そして、リム１２ｂの外フランジ側をビードシート部とフランジ部とに成形し、フランジ部より先を削除すると、ディスク１０ｂ２がリム１２ｂのビードシート部に接続したホイールが得られ（いわゆる、セミフルフェース型ホイール）、意匠性を高めることができる。
【００３６】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、スポーク部や飾り穴の形状は限定されない。又、中空部の形成領域も特に限定されず、ハブ取付け部、スポーク部及びディスク外周部のそれぞれ内部空間の一部と連通していればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る車両用ホイールを示す斜視図である。
【図２】図１のII-II線に沿う断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る車両用ホイールにおける、ディスクの製造に用いる金属板の一例を示す図である。
【図４】クラッド圧延後のクラッド板から中空部を形成する工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る車両用ホイールにおける、ディスク１の製造に用いる金属板の一例を示す図である。
【図６】環状領域をスピニング加工してディスクとリムとを一体に形成する工程の一例を示す図である。
【図７】環状領域をスピニング加工してディスクとリムとを一体に形成する工程の一例を示す別の図である。
【符号の説明】
【００３８】
２                        スポーク部
４                        ディスク外周部
４ｆ                      ディスク外周部の外周縁（外側フランジ）
６                        ハブ取付け部
９ａ、９ｂ                中空部
１０、１０ｂ、１０ｂ２    ディスク
１２、１２ｂ、２０        リム
１２ｘ                    環状領域（最外周塗布領域）
３０                      車両用ホイール
４０，４０ｂ              金属板
Ｇ                        間隔（外周無塗布領域）
【図１】
2010095011.tif 000003
【図２】
2010095011.tif 000004
【図３】
2010095011.tif 000005
【図４】
2010095011.tif 000006
【図５】
2010095011.tif 000007
【図６】
2010095011.tif 000008
【図７】
2010095011.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成20年10月29日(2008.10.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の金属板をクラッド接合してなるホイール用ディスクであって、ハブ取付け部と、該ハブ取付け部から前記ディスクの外周縁へ向かって放射状に延びる複数のスポーク部と、前記スポーク部の外端に接続される環状のディスク外周部とを有し、
前記ハブ取付け部、前記スポーク部及び前記ディスク外周部は、前記金属板同士の接合界面で膨張した一体の中空部を備え、かつ前記中空部は前記ディスク外周部の外周縁と前記ハブ取付け部とで閉じているホイール用ディスク。
【請求項２】
前記中空部は、前記金属板同士をクラッド接合する際、圧着防止剤が塗布された接合面に高圧流体を導入して形成されている請求項１に記載のホイール用ディスク。
【請求項３】
請求項１又は２記載のホイール用ディスクと、リムとを溶接してなる車両用ホイール。
【請求項４】
請求項１又は２記載のホイール用ディスクとリムとが一体に形成されている車両用ホイールであって、
前記リムは、前記ディスク外周部の外周縁につながる前記金属板を軸方向に沿ってスピニング加工して形成されている車両用ホイール。
【請求項５】
ディスクとなる複数の金属板の対向面のうち、前記ディスクのハブ取付け部に該当する領域と、前記ハブ取付け部から前記ディスクの外周縁へ向かって放射状に延びる複数のスポーク部に該当する領域と、前記スポーク部の外端に接続される環状のディスク外周部に該当する領域とに圧着防止剤を塗布する塗布工程と、
前記圧着防止剤を塗布した前記金属板同士を積層してクラッド接合するクラッド接合工程と、
前記クラッド接合された前記金属板の前記塗布領域に高圧流体を導入して膨張させ、前記ハブ取付け部、前記スポーク部及び前記ディスク外周部の中空部を一体に形成する中空部形成工程と
を有するホイール用ディスクの製造方法。
【請求項６】
請求項５記載のホイール用ディスクの製造方法によって製造されたディスクにリムを溶接する車両用ホイールの製造方法。
【請求項７】
請求項５記載のホイール用ディスクの製造方法によって製造されたディスクとリムとを一体に形成する車両用ホイールの製造方法であって、
前記塗布工程において、前記金属板の対向面のうち、前記環状のディスク外周部に該当する領域より外周側に前記圧着防止剤を塗布しない外周無塗布領域を設け、
前記ホイール用ディスクを製造した後、前記外周無塗布領域に介在する前記金属板同士をスピニング加工し、前記ホイール用ディスクと一体のリムを形成するリム形成工程と
を有する車両用ホイールの製造方法。
【請求項８】
請求項５記載のホイール用ディスクの製造方法によって製造されたディスクとリムとを一体に形成する車両用ホイールの製造方法であって、
前記塗布工程において、前記金属板の対向面のうち、前記環状のディスク外周部に該当する領域より外周側に前記圧着防止剤を塗布しない外周無塗布領域を設けると共に、前記外周無塗布領域より外周側に前記金属板の外周縁に繋がって前記圧着防止剤を塗布して最外周塗布領域を設け、
前記ホイール用ディスクを製造した後、前記最外周塗布領域に介在する前記金属板同士の隙間を広げ、個々の前記金属板をスピニング加工し、前記ホイール用ディスクと一体のリムを形成するリム形成工程と
を有する車両用ホイールの製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、自動車、農耕用車両、産業用車両等の車両用のホイールに用いられるディスク、車両用ホイール、並びにホイール用ディスク及び車両用ホイールの製造方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載のホイールは、鋳造ホイールであるために依然として歩留まりが低い。又、特許文献２記載のホイールは、アルミニウムの円板からディスクを製造するため、強度を確保するには肉厚を厚くする必要があり、十分な軽量化が図り難い。
従って本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、製造歩留まりが高く、軽量化が可能な車両用ホイール、並びにディスク及び車両用ホイールの製造方法の提供を目的とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明のホイール用ディスクは、複数の金属板をクラッド接合してなり、ハブ取付け部と、該ハブ取付け部から前記ディスクの外周縁へ向かって放射状に延びる複数のスポーク部と、前記スポーク部の外端に接続される環状のディスク外周部とを有し、前記ハブ取付け部、前記スポーク部及び前記ディスク外周部は、前記金属板同士の接合界面で膨張した一体の中空部を備え、かつ前記中空部は前記ディスク外周部の外周縁と前記ハブ取付け部とで閉じている。
このようにすると、ハブ取付け部、スポーク部及びディスク外周部は膨張して一体の中空部を備えているため、ハブ取付け部、スポーク部及びディスク外周部が補強リブと同様に張り出して強度が向上し、金属板の肉厚を薄くしてディスクの軽量化を図ることができる。又、ハブ取付け部、スポーク部及びディスク外周部は膨張して張り出しているので、凹凸が顕著になって意匠性を向上させることができる。
又、鋳造でなく、金属板からディスクが形成されているので、製造歩留まりも向上する。
さらに、中空部がディスク外周部の外周縁とハブ取付け部とで閉じているので、中空部が完全に閉じられ、荷重によって中空部が潰れることを防止でき、強度が向上する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の車両用ホイールは、前記ホイール用ディスクと、リムとを溶接してなる。
又、本発明の車両用ホイールは、前記ホイール用ディスクとリムとが一体に形成されている車両用ホイールであって、前記リムは、前記ディスク外周部の外周縁につながる前記金属板を軸方向に沿ってスピニング加工して形成されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の車両用ホイールの製造方法は、前記ホイール用ディスクの製造方法によって製造されたディスクにリムを溶接するものである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
又、本発明の車両用ホイールの製造方法は、前記ホイール用ディスクの製造方法によって製造されたディスクとリムとを一体に形成する車両用ホイールの製造方法であって、前記塗布工程において、前記金属板の対向面のうち、前記環状のディスク外周部に該当する領域より外周側に前記圧着防止剤を塗布しない外周無塗布領域を設け、前記ホイール用ディスクを製造した後、前記外周無塗布領域に介在する前記金属板同士をスピニング加工し、前記ホイール用ディスクと一体のリムを形成するリム形成工程とを有する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
又、本発明の車両用ホイールの製造方法は、前記ホイール用ディスクの製造方法によって製造されたディスクとリムとを一体に形成する車両用ホイールの製造方法であって、前記塗布工程において、前記金属板の対向面のうち、前記環状のディスク外周部に該当する領域より外周側に前記圧着防止剤を塗布しない外周無塗布領域を設けると共に、前記外周無塗布領域より外周側に前記金属板の外周縁に繋がって前記圧着防止剤を塗布して最外周塗布領域を設け、前記ホイール用ディスクを製造した後、前記最外周塗布領域に介在する前記金属板同士の隙間を広げ、個々の前記金属板をスピニング加工し、前記ホイール用ディスクと一体のリムを形成するリム形成工程とを有する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明によれば、製造歩留まりが高く、軽量化が可能なホイール用ディスク及び車両用ホイールを提供することができる。