(57)【要約】【課題】ハット部での疲労特性を向上させることが可能な自動車ホイール用ディスクを提供する。【解決手段】ホイールディスク１は、熱延鋼板をバルジ加工してなり、ディスク中心側から順に、同心状に、ハブ取付け部２、内側湾曲部３、ハット部４、外側湾曲部５およびフランジ部６を有し、ハット部４の裏面の表面粗さは算術平均粗さＲａで０．７μｍ以上である。ハブ取付け部２は、内側湾曲部３に隣接し屈曲して内側湾曲部につながるハブ取付け外周部を有し、ハブ取付け外周部の裏面の表面粗さは算術平均粗さＲａで０．７μｍ以上である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板を塑性加工してなり、ディスク中心側から順に、同心状に、ハブ取付け部、内側湾曲部、ハット部、外側湾曲部およびフランジ部を有する自動車ホイール用ディスクであって、
前記ハット部の裏面の表面粗さが算術平均粗さＲａで０．７μｍ以上である
ことを特徴とする自動車ホイール用ディスク。
【請求項２】
前記ハブ取付け部が、前記内側湾曲部に隣接し屈曲して前記内側湾曲部につながるハブ取付け外周部を有し、
前記ハブ取付け外周部の裏面の表面粗さが算術平均粗さＲａで０．７μｍ以上である
ことを特徴とする請求項１に記載の自動車ホイール用ディスク。
【請求項３】
ディスク中心側から順に、同心状に、ハブ取付け部、内側湾曲部、ハット部、外側湾曲部およびフランジ部を有する自動車ホイール用ディスクの製造方法であって、
被加工材として２枚の熱延鋼板を準備し、いずれか一方の前記鋼板の縁部に貫通穴を形成する準備工程と、
前記鋼板を積み重ね、互いの周縁を全周にわたり溶接接合する溶接工程と、
前記鋼板を膨らませて前記ディスクに成形するバルジ加工工程と、を含み、
前記バルジ加工工程は、
前記ハブ取付け部、前記内側湾曲部および前記ハット部の表面形状が彫り込まれた彫刻部を有し、互いに対向配置された一対からなる内側成形用金型と、
この内側成形用金型の外周に隣接して互いに対向配置された一対からなり、前記外側湾曲部および前記フランジ部の表面形状が彫り込まれた彫刻部を有する外側成形用金型と、
この外側成形用金型の外周に隣接して互いに対向配置された一対からなり、前記鋼板の周縁部を摺動可能に挟持する被加工材保持用金型と、を用いる工程であって、
前記内側成形用金型および前記外側成形用金型を所定位置から退避させた状態で、前記被加工材保持用金型によって前記鋼板の周縁部を挟持する第１工程と、
この第１工程に続いて、前記鋼板の前記貫通穴から前記鋼板同士の間に液体を導入して液圧を付与し、前記鋼板を膨らませる第２工程と、
この第２工程に続いて、前記外側成形用金型を所定位置に進出させる第３工程と、
この第３工程に続いて、前記内側成形用金型を所定位置に進出させる第４工程と、
この第４工程に続いて、前記液圧を高め、前記鋼板を前記内側成形用金型の前記彫刻部および前記外側成形用金型の前記彫刻部に沿うまで膨らませる第５工程と、を含む
ことを特徴とする自動車ホイール用ディスクの製造方法。
【請求項４】
前記バルジ加工工程の前記第２工程では、前記鋼板の膨らみ部分の径方向断面での総延長が、前記ディスクの前記ハブ取付け部、前記内側湾曲部、前記ハット部、前記外側湾曲部および前記フランジ部の径方向断面での総延長の９０〜１１０％になるように、前記鋼板を膨らませる
ことを特徴とする請求項３に記載の自動車ホイール用ディスクの製造方法。
【請求項５】
ディスク中心側から順に、同心状に、ハブ取付け部、内側湾曲部、ハット部、外側湾曲部およびフランジ部を有する自動車ホイール用ディスクの製造方法であって、
被加工材として１枚の熱延鋼板を準備する準備工程と、
前記鋼板における前記外側湾曲部および前記フランジ部に対応する領域を隆起させる絞り加工を施す予備加工工程と、
前記鋼板を膨らませて前記ディスクに成形するバルジ加工工程と、を含み、
前記予備加工工程は、
互いに対向配置された一対からなり、前記鋼板における前記ハブ取付け部、前記内側湾曲部および前記ハット部に対応する領域を摺動不可能に挟持する被加工材保持用第１金型と、
この被加工材保持用第１金型の外周から前記鋼板における前記外側湾曲部および前記フランジ部に対応する領域を空けて互いに対向配置された一対からなり、前記鋼板の周縁部を摺動可能に挟持する被加工材保持用第２金型と、
前記鋼板における前記外側湾曲部および前記フランジ部に対応する領域に配置された環状のパンチと、を用いる工程であって、
前記被加工材保持用第１金型および前記被加工材保持用第２金型によって前記鋼板を挟持する第１予備加工工程と、
この第１予備加工工程に続いて、前記パンチを前記鋼板に押し込み、前記鋼板における前記外側湾曲部および前記フランジ部に対応する領域を隆起させる第２予備加工工程と、を含み、
前記バルジ加工工程は、
前記ハブ取付け部、前記内側湾曲部および前記ハット部の表面形状が彫り込まれた彫刻部を有する内側成形用金型と、
この内側成形用金型の外周に隣接して配置され、前記外側湾曲部および前記フランジ部の表面形状が彫り込まれた彫刻部を有する外側成形用金型と、
この外側成形用金型の外周に隣接して配置された押さえ型、並びにこの押さえ型、前記内側成形用金型および前記外側成形用金型に対向して配置され、前記鋼板の隆起した面とは反対の面に宛がわれる台座型からなり、前記鋼板の周縁部を摺動不可能に挟持する被加工材保持用金型と、を用いる工程であって、
前記内側成形用金型および前記外側成形用金型を所定位置から退避させた状態で、前記被加工材保持用金型によって前記鋼板の周縁部を挟持する第１工程と、
この第１工程に続いて、前記鋼板と前記台座型との間に液体を導入して液圧を付与し、前記鋼板を膨らませる第２工程と、
この第２工程に続いて、前記外側成形用金型を所定位置に進出させる第３工程と、
この第３工程に続いて、前記内側成形用金型を所定位置に進出させる第４工程と、
この第４工程に続いて、前記液圧を高め、前記鋼板を前記内側成形用金型の前記彫刻部および前記外側成形用金型の前記彫刻部に沿うまで膨らませる第５工程と、を含む
ことを特徴とする自動車ホイール用ディスクの製造方法。
【請求項６】
前記予備加工工程の前記第２予備加工工程では、前記鋼板における前記ハブ取付け部、前記内側湾曲部および前記ハット部に対応する領域の部分、並びに隆起部分の径方向断面での総延長が、前記ディスクの前記ハブ取付け部、前記内側湾曲部、前記ハット部、前記外側湾曲部および前記フランジ部の径方向断面での総延長の９０〜１１０％になるように、前記鋼板を隆起させる
ことを特徴とする請求項５に記載の自動車ホイール用ディスクの製造方法。
【請求項７】
前記ハブ取付け部が、前記内側湾曲部に隣接し屈曲して前記内側湾曲部につながるハブ取付け外周部を有し、
前記内側成形用金型が、中心側に配置される第１内側成形用金型と、前記第１内側成形用金型の外周に隣接して配置される第２内側成形用金型とを含み、
前記第１内側成形用金型の外側面、および前記第２内側成形用金型の内側面が、前記ディスクの前記ハブ取付け外周部に対応する部分に位置しており、
前記第４工程が、前記第１および第２内側成形用金型の前記ディスクの最終形状に対応する状態に対して、前記第１内側成形用金型を、前記第２内側成形用金型より、所定長さだけ下方に突出させた状態で、前記第２内側成形用金型を所定位置に進出させる工程を含み、
当該製造方法が、前記第５工程に続いて、前記鋼板に前記液圧を付与したまま、前記第１内側成形用金型を前記第２内側成形用金型に対して、前記所定長さだけ後退させる第６工程をさらに含む
ことを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の自動車ホイール用ディスクの製造方法。
【請求項８】
前記バルジ加工工程により、前記ハブ取付け外周部における前記鋼板の板厚に対するバルジ加工前後の板厚変化量の比率を平均で３．５％以上にする
ことを特徴とする請求項７に記載の自動車ホイール用ディスクの製造方法。
【請求項９】
前記バルジ加工工程により、前記ハット部における前記鋼板の板厚に対するバルジ加工前後の板厚変化量の比率を平均で３．５％以上にする
ことを特徴とする請求項３から８のいずれかに記載の自動車ホイール用ディスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板を塑性加工してなる自動車ホイール用ディスク（以下、「ホイールディスク」ともいう）に関し、特に、ハイドロフォーミングとも称されるバルジ加工を活用して成形される自動車ホイール用ディスク、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車ホイールは、タイヤを装着して保持する円筒状のリムと、リムを支持して自動車のハブに取り付けられる円盤状のディスクとから構成される。これらのホイールリムとホイールディスクは、一体で成形することもできるが、別個に成形したものを溶接で接合して一体化することが多い。
【０００３】
図１は、自動車ホイール用ディスクの一例を示す断面図である。同図に示すように、ホイールディスク１は、鋼板を塑性加工してなり、ディスク中心側から順に、同心状に、ハブ取付け部２、内側湾曲部３、ハット部４、外側湾曲部５およびフランジ部６を有する。ハブ取付け部２にはその中心にハブ穴２ａが形成される。また、ハブ取付け部２には、ハブ穴２ａの周囲に、平坦なナット座２ｂが形成され、このナット座２ｂには、ハブ穴２ａを中心とする同一円周上に等間隔で複数のボルト穴２ｃが形成される。ハット部４は、ハブ取付け部２の外周から内側湾曲部３を介してディスク表面側に突き出す。フランジ部６は、ハット部４の外周から外側湾曲部５を介してディスク裏面側に延び出す。
【０００４】
ホイールディスク１は、フランジ部６がホイールリムの内側に嵌め込まれて溶接などで接合され、これにより、ホイールディスク１とホイールリムが一体化され、自動車ホイールとなる。自動車ホイールは、ハブ取付け部２のハブ穴２ａに自動車ハブのセンターボスを挿通させるとともに、ハブ取付け部２の各ボルト穴２ｃに自動車ハブからのボルトを挿通させ、各ボルトにナットを螺合させて締め付けることにより、自動車ハブに固定される。
【０００５】
自動車の走行中、自動車ホイールには、ホイールディスク１を表裏方向に曲げるように曲げモーメントが作用する。この曲げモーメントに対し、ホイールディスク１は、ハット部４によって形状的に剛性が高められ、変形の抑制が図られている。
【０００６】
一般に、ホイールディスクは、鋼板を素材とし、これをプレス加工することによって成形される（例えば、特許文献１、２参照）。このとき、ホイールディスクは形状が複雑であるため、プレス加工による成形は、多段階に分けて行われ、段階ごとに異なる幾種の金型を用いる必要がある。例えば、平板の鋼板に絞り加工を施し、さらにその逆方向からの絞り加工を施して、ハット部を突出させた大まかな形状を造形し、その後に、ホイールディスクの形状が彫り込まれた一対の金型によってプレス加工を行う。そして、実際には、トリミング、曲げ、穴抜き、コイニングなどの後工程を経て最終製品のホイールディスクが製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６４−６６０３２号公報
【特許文献２】特開２０００−２２５４３２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】桜田栄作，他２名，「疲労特性に及ぼす表面摩擦の影響／Influence of surface friction on fatigue property」，CAMP-ISIJ，Vol.22，2009，p.546
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のとおり、自動車の走行中、ホイールディスクは、ハット部によって変形が抑制される。このため、ホイールディスクには、特にハット部に繰り返し曲げ応力が作用することになり、ハット部での優れた疲労特性が要求される。
【００１０】
ところで、ホイールディスクの素材は主に熱延鋼板である。熱延鋼板は冷延鋼板に比べて表面が粗く表層の凹凸が大きい。このような熱延鋼板をプレス加工する場合、鋼板は、表裏面ともに金型が強く押し付けられて金型と擦れ合うので、表層の凹凸のうち、凸部は削られて平滑化され、これに伴って凹部は先鋭化した微小孔となる。平滑面に微小孔が存在すると、負荷を受けたときにその微小孔に応力が集中するため、プレス成形品は、素材鋼板（熱延鋼板）よりも疲労強度が低下し疲労特性が悪化する。このことは、非特許文献１に記述されている。
【００１１】
そうすると、プレス加工によって熱延鋼板をホイールディスクに成形する場合、金型との擦れ合いにより、ハット部を含めてホイールディスクの表裏面が平滑化され、その平滑面に先鋭化した微小孔が発生するため、ハット部での疲労特性の向上が望めない。
【００１２】
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、ハット部での疲労特性を向上させることが可能な自動車ホイール用ディスク、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の要旨は、下記（Ｉ）の自動車ホイール用ディスク、並びに下記（II）および（III）の自動車ホイール用ディスクの製造方法にある。
【００１４】
（Ｉ）鋼板を塑性加工してなり、ディスク中心側から順に、同心状に、ハブ取付け部、内側湾曲部、ハット部、外側湾曲部およびフランジ部を有する自動車ホイール用ディスクであって、
前記ハット部の裏面の表面粗さが算術平均粗さＲａで０．７μｍ以上である自動車ホイール用ディスクである。
【００１５】
上記（Ｉ）のホイールディスクの前記ハブ取付け部は、前記内側湾曲部に隣接し屈曲して前記内側湾曲部につながるハブ取付け外周部を有する。前記ハブ取付け外周部の裏面の表面粗さは、算術平均粗さＲａで０．７μｍ以上であることが好ましい。
【００１６】
（II）ディスク中心側から順に、同心状に、ハブ取付け部、内側湾曲部、ハット部、外側湾曲部およびフランジ部を有する自動車ホイール用ディスクの製造方法であって、
被加工材として２枚の熱延鋼板を準備し、いずれか一方の前記鋼板の縁部に貫通穴を形成する準備工程と、
前記鋼板を積み重ね、互いの周縁を全周にわたり溶接接合する溶接工程と、
前記鋼板を膨らませて前記ディスクに成形するバルジ加工工程と、を含む自動車ホイール用ディスクの製造方法である。
【００１７】
ここで、前記バルジ加工工程は、
前記ハブ取付け部、前記内側湾曲部および前記ハット部の表面形状が彫り込まれた彫刻部を有し、互いに対向配置された一対からなる内側成形用金型と、
この内側成形用金型の外周に隣接して互いに対向配置された一対からなり、前記外側湾曲部および前記フランジ部の表面形状が彫り込まれた彫刻部を有する外側成形用金型と、
この外側成形用金型の外周に隣接して互いに対向配置された一対からなり、前記鋼板の周縁部を摺動可能に挟持する被加工材保持用金型と、を用いる工程であって、
前記内側成形用金型および前記外側成形用金型を所定位置から退避させた状態で、前記被加工材保持用金型によって前記鋼板の周縁部を挟持する第１工程と、
この第１工程に続いて、前記鋼板の前記貫通穴から前記鋼板同士の間に液体を導入して液圧を付与し、前記鋼板を膨らませる第２工程と、
この第２工程に続いて、前記外側成形用金型を所定位置に進出させる第３工程と、
この第３工程に続いて、前記内側成形用金型を所定位置に進出させる第４工程と、
この第４工程に続いて、前記液圧を高め、前記鋼板を前記内側成形用金型の前記彫刻部および前記外側成形用金型の前記彫刻部に沿うまで膨らませる第５工程と、を含む。
【００１８】
上記（II）のホイールディスクの製造方法において、
前記バルジ加工工程の前記第２工程では、前記鋼板の膨らみ部分の径方向断面での総延長が、前記ディスクの前記ハブ取付け部、前記内側湾曲部、前記ハット部、前記外側湾曲部および前記フランジ部の径方向断面での総延長の９０〜１１０％になるように、前記鋼板を膨らませることが好ましい。
【００１９】
（III）ディスク中心側から順に、同心状に、ハブ取付け部、内側湾曲部、ハット部、外側湾曲部およびフランジ部を有する自動車ホイール用ディスクの製造方法であって、
被加工材として１枚の熱延鋼板を準備する準備工程と、
前記鋼板における前記外側湾曲部および前記フランジ部に対応する領域を隆起させる絞り加工を施す予備加工工程と、
前記鋼板を膨らませて前記ディスクに成形するバルジ加工工程と、を含む自動車ホイール用ディスクの製造方法である。
【００２０】
ここで、前記予備加工工程は、
互いに対向配置された一対からなり、前記鋼板における前記ハブ取付け部、前記内側湾曲部および前記ハット部に対応する領域を摺動不可能に挟持する被加工材保持用第１金型と、
この被加工材保持用第１金型の外周から前記鋼板における前記外側湾曲部および前記フランジ部に対応する領域を空けて互いに対向配置された一対からなり、前記鋼板の周縁部を摺動可能に挟持する被加工材保持用第２金型と、
前記鋼板における前記外側湾曲部および前記フランジ部に対応する領域に配置された環状のパンチと、を用いる工程であって、
前記被加工材保持用第１金型および前記被加工材保持用第２金型によって前記鋼板を挟持する第１予備加工工程と、
この第１予備加工工程に続いて、前記パンチを前記鋼板に押し込み、前記鋼板における前記外側湾曲部および前記フランジ部に対応する領域を隆起させる第２予備加工工程と、を含む。
【００２１】
そして、前記バルジ加工工程は、
前記ハブ取付け部、前記内側湾曲部および前記ハット部の表面形状が彫り込まれた彫刻部を有する内側成形用金型と、
この内側成形用金型の外周に隣接して配置され、前記外側湾曲部および前記フランジ部の表面形状が彫り込まれた彫刻部を有する外側成形用金型と、
この外側成形用金型の外周に隣接して配置された押さえ型、並びにこの押さえ型、前記内側成形用金型および前記外側成形用金型に対向して配置され、前記鋼板の隆起した面とは反対の面に宛がわれる台座型からなり、前記鋼板の周縁部を摺動不可能に挟持する被加工材保持用金型と、を用いる工程であって、
前記内側成形用金型および前記外側成形用金型を所定位置から退避させた状態で、前記被加工材保持用金型によって前記鋼板の周縁部を挟持する第１工程と、
この第１工程に続いて、前記鋼板と前記台座型との間に液体を導入して液圧を付与し、前記鋼板を膨らませる第２工程と、
この第２工程に続いて、前記外側成形用金型を所定位置に進出させる第３工程と、
この第３工程に続いて、前記内側成形用金型を所定位置に進出させる第４工程と、
この第４工程に続いて、前記液圧を高め、前記鋼板を前記内側成形用金型の前記彫刻部および前記外側成形用金型の前記彫刻部に沿うまで膨らませる第５工程と、を含む。
【００２２】
上記（III）のホイールディスクの製造方法において、
前記予備加工工程の前記第２予備加工工程では、前記鋼板における前記ハブ取付け部、前記内側湾曲部および前記ハット部に対応する領域の部分、並びに隆起部分の径方向断面での総延長が、前記ディスクの前記ハブ取付け部、前記内側湾曲部、前記ハット部、前記外側湾曲部および前記フランジ部の径方向断面での総延長の９０〜１１０％になるように、前記鋼板を隆起させることが好ましい。
【００２３】
上記（ＩＩ）、（III）のホイールディスクの製造方法において、前記ハブ取付け部が、前記内側湾曲部に隣接し屈曲して前記内側湾曲部につながるハブ取付け外周部を有する場合、
前記内側成形用金型が、中心側に配置される第１内側成形用金型と、前記第１内側成形用金型の外周に隣接して配置される第２内側成形用金型とを含み、
前記第１内側成形用金型の外側面、および前記第２内側成形用金型の内側面が、前記ディスクの前記ハブ取付け外周部に対応する部分に位置しており、
前記第４工程が、前記第１および第２内側成形用金型の前記ディスクの最終形状に対応する状態に対して、前記第１内側成形用金型を、前記第２内側成形用金型より、所定長さだけ下方に突出させた状態で、前記第２内側成形用金型を所定位置に進出させる工程を含み、
当該製造方法が、前記第５工程に続いて、前記第１内側成形用金型を前記第２内側成形用金型に対して、前記所定長さだけ後退させる第６工程をさらに含むことが好ましい。
【００２４】
この場合、前記バルジ加工工程により、前記ハブ取付け外周部における前記鋼板の板厚に対するバルジ加工前後の板厚変化量の比率を平均で３．５％以上にすることが好ましい。
【００２５】
上記（II）、（III）のホイールディスクの製造方法において、
前記バルジ加工工程により、前記ハット部における前記鋼板の板厚に対するバルジ加工前後の板厚変化量の比率を平均で３．５％以上にすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の自動車ホイール用ディスクは、ハット部の裏面の表面粗さが素材鋼板の表面粗さと同等に維持されており、平滑化されてなく、先鋭化した微小孔も発生していないので、ハット部での疲労特性の向上が可能である。また、本発明の自動車ホイール用ディスクの製造方法は、バルジ加工を活用するため、本発明のホイールディスクを有効に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】自動車ホイール用ディスクの一例を示す断面図である。
【図２】基礎試験の工程の概略を示す断面図である。
【図３】基礎試験で得られた成形品の表裏面それぞれの外観を示す写真である。
【図４】基礎試験で得られた成形品の裏面の一部を拡大したミクロ観察写真である。
【図５】基礎試験の結果として素材鋼板、プレス成形品およびバルジ成形品の裏面の断面プロファイルの一例を示す図である。
【図６】基礎試験の結果として素材鋼板、プレス成形品およびバルジ成形品の裏面の表面粗さをまとめた図である。
【図７Ａ】自動車ホイール用ディスクのハット部の領域を拡大して示す断面図である。
【図７Ｂ】自動車ホイール用ディスクのハブ取付け部周辺を拡大して示す断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態である自動車ホイール用ディスクの製造方法を説明するための製造工程を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態である自動車ホイール用ディスクの製造方法を説明するための製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態である自動車ホイール用ディスクの製造方法を説明するための製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１１】第１実施形態における実施例の試験結果としてホイールディスクにおける板厚変化率の分布を示す図である。
【図１２】第３実施形態における実施例の試験結果としてホイールディスクにおける板厚変化率の分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
上述のとおり、従来のホイールディスクは、熱延鋼板を素材とし、この熱延鋼板をプレス加工して成形されるものであるため、プレス加工の過程で、ハット部を含めて表裏面が平滑化されるとともに、その平滑面に先鋭化した微小孔が発生する。すなわち、従来のホイールディスクは、成形前の素材鋼板（熱延鋼板）と比較し、表裏面ともに表面粗さが著しく小さくなっている。このような平滑化がハット部での疲労特性の悪化と相関がある。
【００２９】
そこで本発明者らは、この点に着目し、成形後のホイールディスクのハット部で素材鋼板の表面粗さを極力維持することが可能ならば、疲労特性の向上を図ることができると考えた。この考えのもとで、素材鋼板をホイールディスクに成形する塑性加工の手法について鋭意検討を重ねた結果、下記（１）および（２）の知見を得た。
【００３０】
（１）塑性加工法としてバルジ加工を適用し、熱延鋼板をバルジ加工する場合、鋼板は、表裏面のうちの一方の面、例えば裏面から液圧が付与され、これにより膨らむ。そして、鋼板は、表裏面のうちの他方の面、例えば表面に対向して配置されている金型の彫刻部に押し付けられ、その彫刻部の形状に成形される。この場合、鋼板において、液圧が付与される一方の面は、金型に押し付けられることも金型と擦れ合うこともないため、平滑化されずに素材鋼板の表面粗さが維持され、先鋭化した微小孔も発生しない。
【００３１】
このことを実証するために、以下に示すように、プレス加工による場合と、バルジ加工による場合とで成形品の表面性状を調査する基礎試験を実施した。
【００３２】
図２は、基礎試験の工程の概略を示す断面図である。図３は、基礎試験で得られた成形品の表裏面それぞれの外観を示す写真であり、図４は、その成形品の裏面の一部を拡大したミクロ観察写真である。これらの図２〜図４のいずれでも、（ａ）はプレス加工による場合を、（ｂ）はバルジ加工による場合をそれぞれ示す。
【００３３】
プレス加工では、素材として、２．３ｍｍの板厚で１５０ｍｍ角サイズの４４０ＭＰａ級汎用熱延鋼板（ＳＰＨ４４０）を採用し、バルジ加工では、同じ板厚と鋼種で２５０ｍｍ角サイズの熱延鋼板を採用した。そして、図２に示すように、その素材の鋼板７に概ね半球状で高さが２５ｍｍの張り出し部を成形した。すなわち、プレス加工の場合、図２（ａ）に示すように、中央に直径が１００ｍｍの穴５１ａが形成された上型５１と、中央に先端の曲率半径が５０ｍｍのパンチ５３が収納された下型５２とによって、素材鋼板７の周縁部を摺動不可能に強固に挟持し、この状態で、パンチ５３を素材鋼板７の裏面に当てがい押し上げた。バルジ加工の場合、図２（ｂ）に示すように、中央に直径が１００ｍｍの穴４１ａが形成された上型４１と、中央に液体が充満される凹部４２ａが形成された下型４２とによって、素材鋼板７の周縁部を摺動不可能に強固に挟持し、この状態で、下型４２の凹部４２ａに液体４３を導入して素材鋼板７に裏面から液圧を付与し、鋼板７を膨らました。
【００３４】
図３（ａ）に示すように、プレス加工で得られた成形品は、パンチが接触する裏面において、特に、張り出し部の頂部から約２０ｍｍの同一円周上に白色の領域が点在しているのがわかる。この白色領域は、金型（パンチ）との擦れ合いによって表層の凸部が削られて平坦化していることを示す。その白色領域を拡大した図４（ａ）のミクロ観察写真にも白色の領域が広く認められる。このため、プレス加工によれば、金型と接触する鋼板表層で平坦化が生じていることが確認できる。
【００３５】
これに対し、図３（ｂ）、図４（ｂ）に示すように、バルジ加工で得られた成形品は、液圧が付与される裏面において、特異に白色がかった領域は認められない。このため、バルジ加工によれば、液圧が付与される鋼板表層で平坦化が生じていないことが確認できる。
【００３６】
また、上記の基礎試験に先立ち、素材鋼板の断面プロファイルを接触式表面粗さ計によって測定した。そして、その素材鋼板をプレス加工して得られたプレス成形品、およびバルジ加工して得られたバルジ成形品について、それぞれの裏面（プレス成形品の場合はパンチと接触する面、バルジ成形品の場合は液圧が付与される面）の断面プロファイルを接触式表面粗さ計により測定した。さらに、各々の測定結果から、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に準拠し、素材鋼板、プレス成形品およびバルジ成形品それぞれの表面粗さとして算術平均粗さＲａを求めた。
【００３７】
図５は、基礎試験の結果として素材鋼板、プレス成形品およびバルジ成形品の裏面の断面プロファイルの一例を示す図であり、同図（ａ）は素材鋼板の場合を、同図（ｂ）はプレス成形品の場合を、同図（ｃ）はバルジ成形品の場合をそれぞれ示す。図６は、その素材鋼板、プレス成形品およびバルジ成形品の裏面の表面粗さをまとめた図である。なお、図６に示す表面粗さＲａは、各対象材について、張り出し部の頂部から約２０ｍｍの位置において周方向に４箇所、半径方向に４箇所の合計８箇所でプロファイル測定を行い、その結果から求めた表面粗さＲａの平均値である。
【００３８】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、プレス成形品の場合、素材鋼板と比較し、表層の凹凸のうちの凸部が削られて平滑化されていることがわかる。これに対し、図５（ａ）、（ｃ）に示すように、バルジ成形品の場合は、表層の凹凸が素材鋼板と同等でほとんど変わらないことがわかる。
【００３９】
また、図６に示すように、表面粗さＲａは、素材鋼板の場合に０．９μｍ程度である。ところが、プレス成形品の場合は素材鋼板よりも著しく小さい０．５μｍ程度であり、０．７μｍをはるかに下回る。バルジ成形品の表面粗さＲａは、素材鋼板よりも僅かに小さい０．８μｍ程度であり、０．７μｍを超える。
【００４０】
これらの試験結果より、熱延鋼板からホイールディスクを成形するのにバルジ加工を活用すれば、特にハット部の表裏面のうちの裏面は、平滑化されずに素材鋼板の表面粗さが維持されて、その表面粗さが算術平均粗さＲａで０．７μｍ以上に確保されることから、ハット部での疲労特性の向上が期待できる。
【００４１】
また、後述するように、ハブ取付け部において、内側湾曲部に隣接し屈曲して内側湾曲部につながる部分（ハブ取付け外周部）も、ハット部と同様に、優れた疲労特性が要求される。熱延鋼板からホイールディスクを成形するのにバルジ加工を活用すれば、ハブ取付け外周部の裏面も、平滑化されずに素材鋼板の表面粗さが維持されて、その表面粗さが算術平均粗さＲａで０．７μｍ以上に確保されるので、ハブ取付け外周部での疲労特性の向上が期待できる。
【００４２】
（２）ホイールディスクの成形にバルジ加工を活用する場合、素材鋼板は液圧の付与によって膨らみ、摩擦力の発生がなく等二軸変形するので、歪みが均一になるという利点もある。ただし、通常のバルジ加工の手法に従い、素材鋼板を一度に膨らましてホイールディスクを成形する場合、ハブ取付け部やハット部といったような小さいコーナーＲを有する細部の形状を造形するために、過大な液圧を付与する必要がある。これに加えて、細部の板厚が過度に減少し、特にハット部での疲労特性に悪影響を及ぼすおそれもある。
【００４３】
このようなバルジ加工での不都合は、ホイールディスクの表面形状が彫り込まれた彫刻部を有する金型を、ハブ取付け部、内側湾曲部およびハット部の形状を造形するための内側成形用金型と、外側湾曲部およびフランジ部の形状を造形するための外側成形用金型と、に分割し、これらの内側成形用金型と外側成形用金型の動作を個別に制御することにより、解消することが可能である。
【００４４】
具体的には、先ず、内側成形用金型および外側成形用金型をいずれも所定位置から退避させた状態で素材鋼板に液圧を付与し、その鋼板をある程度膨らませる。その後、外側成形用金型を所定位置に進出させ、次いで内側成形用金型を所定位置に進出させて、鋼板の膨らみ部分に外側成形用金型と内側成形用金型をこの順に押し付ける。これにより、鋼板の膨らみ部分は、ハット部に対応する領域が折り曲げられて突出した形状になり、全体としてもホイールディスクの形状に概ね沿った形状が造形される。そして、鋼板に付与する液圧を高め、鋼板を内側成形用金型および外側成形用金型の彫刻部に沿うまで膨らませる。このようにすれば、過大な液圧を付与しなくても、小さいコーナーＲを有するハット部を成形することができ、ハット部の板厚が過度に減少することもない。
【００４５】
本発明は、上記の知見に基づき完成させたものである。以下に、本発明のホイールディスクおよびその製造方法について、その好ましい態様を説明する。
【００４６】
１．ホイールディスク
本発明のホイールディスクは、前記図１に示すホイールディスク１と同様に、ディスク中心側から順に、同心状に、ハブ取付け部２、内側湾曲部３、ハット部４、外側湾曲部５およびフランジ部６を有する。特に、本発明のホイールディスク１は、熱延鋼板を素材とし、この熱延鋼板を塑性加工して成形されるものであり、ハット部４の裏面の表面粗さが算術平均粗さＲａで０．７μｍ以上である。すなわち、ハット部４の裏面は、その表面粗さが素材鋼板（熱延鋼板）の表面粗さと同等に維持されており、平滑化されていない。このため、本発明のホイールディスク１は、ハット部４での疲労特性の向上が可能である。
【００４７】
ハット部４の裏面の表面粗さＲａが０．７μｍ未満であると、ハット部４の裏面が平滑化し、その平滑面に先鋭化した微小孔が存在するといえるので、疲労特性の向上が望めない。このため、ハット部４の裏面の表面粗さＲａは、上記のとおり、０．７μｍ以上とする。より好ましくは、０．８μｍ以上とする。なお、素材鋼板に適用される熱延鋼板の表面粗さＲａが最大でも３．０μｍ程度であることから、ハット部４の裏面の表面粗さＲａの上限は、現実的には、３．０μｍ以下である。
【００４８】
ここで、ハット部４の領域の具体的な範囲について、その一例を、下記図７Ａを参照して説明する。
【００４９】
図７Ａは、自動車ホイール用ディスクのハット部の領域を拡大して示す断面図である。同図に示すように、ホイールディスクの径方向断面において、ハット部４は、ディスク表面側に突き出した領域である。具体的には、ハブ取付け部２のナット座２ｂを基準にし、このナット座２ｂに垂直な方向で表面側に最も突き出した部分をハット頂部４ａとする。このハット頂部４ａを中心にナット座２ｂと平行な方向で６ｍｍの範囲のコーナーＲ部分における平均曲率半径がＲaveであるとき、ハット頂部４ａを中心にナット座２ｂと平行な方向で２Ｒaveの範囲の領域をハット部４と規定することができる。
【００５０】
このようにハット部４の領域を規定する理由は、この領域で疲労亀裂が発生し易いからである。すなわち、ハット部４の疲労亀裂は、ハット部４の曲率が増減するような曲げが負荷されることによって発生するわけであるが、これは、ハット頂部４ａ近傍の曲率半径と密接な関係性を有しており、おおよそハット頂部４ａを中心に２Ｒaveの範囲の領域で疲労亀裂が発生し易いからである。
【００５１】
図７Ｂは、図１のハブ取付け部２周辺を拡大して示す断面図である。ハブ取付け部２は、平坦部２ｄを含む。ナット座２ｂは、傾斜部２ｅを介して平坦部２ｄに接続されており、平坦部２ｄからディスク表面側に突き出す。ナット座２ｂ、および傾斜部２ｅは、大略的に円錐台の形状を有し、ホイールディスク１の中心軸周りに、複数個形成されている。図７Ｂの断面では、平坦部２ｄは、ナット座２ｂに対して、ハブ穴２ａ側と、内側湾曲部３側とに存在するが、ナット座２ｂ、および傾斜部２ｅが形成されていない部分の断面では、連続した領域に存在する。ハブ穴２ａは、ハブ取付け部２において、平坦部２ｄから、ディスク表面側に突き出した部分に形成される。
【００５２】
平坦部２ｄ、傾斜部２ｅ、ナット座２ｂ、および内側湾曲部３において、隣接する部分には、コーナーＲ部分（丸みを帯びた屈曲部）が形成されている。このうち、平坦部２ｄと内側湾曲部３との間、すなわち、ハブ取付け部２において、内側湾曲部３との隣接部のコーナーＲ部分であるハブ取付け外周部２ｈには、ハット部４と同様に、大きな曲げ応力が繰り返し作用し、疲労亀裂が発生し易い。これは、ホイールディスク１において、ハブ取付け外周部２ｈより中心側の部分は、車軸に密接して固定され、変形がほとんど生じないのに対して、ハブ取付け外周部２ｈ、およびそれより中心から遠い部分は、他の部材に固定されておらず、変形しやすいことによる。ハブ取付け外周部２ｈは、他の部材に固定されている部分に隣接しているため、大きな曲げ応力が生じ得る。
【００５３】
ハブ取付け外周部の範囲は、ハブ取付け外周部２ｈに隣接する平坦部２ｄから内側湾曲部３に向けて断面プロファイルを測定した際の１つ目の変曲点から２つ目の変曲点までの間の領域と規定することができる。ハブ取付け外周部２ｈの裏面の表面粗さは、算術平均粗さＲａで０．７μｍ以上である。すなわち、ハブ取付け外周部２ｈの裏面は、その表面粗さが素材鋼板（熱延鋼板）の表面粗さと同等に維持されており、平滑化されていない。このため、このホイールディスク１は、ハブ取付け外周部２ｈにおいても、疲労特性の向上が可能である。
【００５４】
本発明のホイールディスク１は、例えば、以下に示すように、バルジ加工を活用した塑性加工法によって成形することができる。
【００５５】
２．ホイールディスクの製造方法
＜第１実施形態＞
図８は、本発明の第１実施形態である自動車ホイール用ディスクの製造方法を説明するための製造工程を模式的に示す断面図である。本第１実施形態の製造方法は、図８（ａ）に示すように、被加工材（素材）として２枚の熱延鋼板７を準備する準備工程と、両鋼板７を互いに溶接接合する溶接工程とを含む。さらに、図８（ｂ）〜（ｆ）に示すように、両鋼板７を同時に膨らませて各々をホイールディスク１に成形するバルジ加工工程を含む。
【００５６】
準備工程では、図８（ａ）に示すように、２枚の熱延鋼板７を準備し、いずれか一方の鋼板７の縁部７ａに貫通穴７ｂを形成する。この貫通穴７ｂは、バルジ加工工程で両鋼板７に液圧を付与するための液体の導入口となる。鋼板７は、矩形でも円形でも構わない。さらに、溶接工程では、図８（ａ）に示すように、両鋼板７を積み重ね、互いの周縁を全周にわたり溶接接合する。この溶接部８は、バルジ加工工程で両鋼板７に液圧を付与する際に液体の漏出を防止する役割を担う。
【００５７】
次に、バルジ加工工程では、図８（ｂ）〜（ｆ）に示すように、内側成形用金型１１と、外側成形用金型１２と、被加工材保持用金型１３と、から構成される分割金型を用いる。本第１実施形態の内側成形用金型１１は、互いに上下に対向配置された一対からなる。内側成形用金型１１は、ホイールディスク１のハブ取付け部２、内側湾曲部３およびハット部４の表面形状が彫り込まれた彫刻部１１ａを有する。
【００５８】
外側成形用金型１２は、内側成形用金型１１の外周に隣接して互いに上下に対向配置された一対からなる。外側成形用金型１２は、ホイールディスク１の外側湾曲部５およびフランジ部６の表面形状が彫り込まれた彫刻部１２ａを有する。
【００５９】
被加工材保持用金型１３は、外側成形用金型１２の外周に隣接して互いに上下に対向配置された一対からなる。被加工材保持用金型１３は、鋼板７の周縁部７ａを摺動可能に挟持する役割を担う。
【００６０】
これらの分割金型を用いたバルジ加工工程は、以下に示す第１工程〜第５工程を順に経る。先ず、第１工程において、図８（ｂ）に示すように、内側成形用金型１１および外側成形用金型１２をいずれも所定位置から退避させた状態にし、この状態で、被加工材保持用金型１３によって鋼板７の周縁部７ａを挟持する。これにより、内側成形用金型１１および外側成形用金型１２と鋼板７との間に、大きく広がった空間が形成される。鋼板７の周縁部７ａは、被加工材保持用金型１３によって比較的緩い圧力で挟み込まれており、被加工材保持用金型１３に対し摺動することが許容されている。
【００６１】
続いて、第２工程において、図８（ｃ）に示すように、鋼板７同士の間に液体１４を導入して液圧を付与する。この液体１４の導入は、被加工材保持用金型１３に設けられている液体供給路１５から鋼板７の貫通穴７ｂを通じて行われる。これにより、鋼板７は、退避状態の内側成形用金型１１および外側成形用金型１２との間の広い空間内に、ある程度膨らむ。このとき、鋼板７の周縁部７ａは、被加工材保持用金型１３によって挟持されつつ、その一部が退避状態の外側成形用金型１２との間の空間内に引き込まれる。このため、鋼板７の膨らみ部分で板厚の減少が抑制される。
【００６２】
なお、図８（ｃ）〜（ｆ）では、上下で対になる鋼板７、並びに内側成形用金型１１、外側成形用金型１２および被加工材保持用金型１３のうち、下側に配置されたものの図示を省略している。それらの挙動は上下で対象だからである。
【００６３】
続いて、第３工程において、図８（ｄ）に示すように、外側成形用金型１２のみを所定位置に進出させる。これにより、鋼板７の膨らみ部分のうちの外側部分に、外側成形用金型１２の彫刻部１２ａが押し付けられ、外側湾曲部５およびフランジ部６の形状に概ね沿った形状が造形される。これと同時に、ハット部４に対応する領域の外側湾曲部５側が急峻に立ち上がった形状になる。その際、鋼板７の膨らみ部分の裏面には、液体１４による液圧が付与され続けている。
【００６４】
続いて、第４工程において、図８（ｅ）に示すように、内側成形用金型１１を所定位置に進出させる。これにより、鋼板７の膨らみ部分のうちの残りの内側部分に、内側成形用金型１１の彫刻部１１ａが押し付けられ、ハブ取付け部２、内側湾曲部３およびハット部４の形状に概ね沿った形状が造形される。これと同時に、ハット部４に対応する領域が折り曲げられて突出した形状になる。その際、鋼板７の膨らみ部分の裏面には、液体１４による液圧が付与され続けている。
【００６５】
続いて、第５工程において、図８（ｆ）に示すように、さらに液体１４を導入して液圧を高める。これにより、鋼板７の膨らみ部分は、内側成形用金型１１の彫刻部１１ａおよび外側成形用金型１２の彫刻部１２ａに沿うまで膨らむ。これでバルジ加工工程が終了する。
【００６６】
このようにして、図８（ｇ）に示すホイールディスク１を成形することができる。そして、トリミング、曲げ、穴抜き、コイニングなどの後工程を経て最終製品のホイールディスク１が製造される。
【００６７】
第１実施形態の製造方法によれば、バルジ加工工程において、上記のとおりに内側成形用金型と外側成形用金型の動作を個別に制御することにより、過大な液圧を付与しなくても、ハット部を成形することができる。しかも、ハット部の裏面は、成形中に液圧が付与されるのみであるため、平滑化されずに素材鋼板の表面粗さが維持され、先鋭化した微小孔も発生しない。さらに、ハット部は、バルジ加工工程において、板厚の減少を抑制しつつ鋼板を一旦膨らませ、この膨らみ部分を折り曲げることにより成形されるので、ハット部の板厚が過度に減少することはない。
【００６８】
また、第１実施形態の製造方法によれば、従来のプレス加工による場合と比較して、金型の数を削減できる。
【００６９】
これらに加えて、第１実施形態の製造方法では、同時に２枚のホイールディスクを成形できるという利点もある。
【００７０】
ところで、第１実施形態の製造方法の場合、バルジ加工工程の第２工程において、鋼板の膨らみ部分の径方向断面での総延長（以下、「鋼板膨らみ部分の総延長」という）が、ホイールディスクのハブ取付け部、内側湾曲部、ハット部、外側湾曲部およびフランジ部の径方向断面での総延長（以下、「ホイールディスクの総延長」という）の９０〜１１０％になるように、鋼板を膨らませることが好ましい。その理由は次のとおりである。
【００７１】
鋼板膨らみ部分の総延長があまりに短いと、バルジ加工工程の第２工程に続く第３工程、第４工程において、鋼板の膨らみ部分と内側成形用金型および外側成形用金型との間の隙間が広くなる。このため、それに続く第５工程において、鋼板が膨らむことに伴って板厚が減少し、その結果としてハット部の板厚が過度に減少するおそれがある。一方、鋼板膨らみ部分の総延長があまりに長いと、バルジ加工工程の第２工程に続く第３工程〜第５工程において、鋼板の膨らみ部分が余剰になり、かぶり疵といった品質不具合が生じるおそれがある。したがって、鋼板膨らみ部分の総延長は、ホイールディスクの総延長の９０〜１１０％の範囲とするのが好ましい。
【００７２】
ここで、素材鋼板の板厚をｔ0とし、成形後のホイールディスクの板厚をｔ1としたとき、下記（１）式で表される、素材鋼板の板厚に対するバルジ加工前後の板厚変化量の比率（以下、「板厚変化率」という）Ｔ（％）を考える。
Ｔ＝（ｔ1−ｔ0）／ｔ0×１００  ・・・（１）
【００７３】
板厚変化率Ｔが＋（プラス）であるときは素材鋼板に対して板厚が増加していることを意味し、逆に−（マイナス）であるときは素材鋼板に対して板厚が減少していることを意味する。ハット部の板厚が素材鋼板の板厚に対して増加すると、ハット部での疲労特性がより向上する。このため、ハット部における平均の板厚変化率Ｔが３．５％以上であることが好ましい。これにより、ハット部に発生する最大主応力が低減し疲労亀裂の発生を抑制することが可能となる。
【００７４】
ハット部における平均の板厚変化率Ｔを３．５％以上に確保するには、鋼板膨らみ部分の総延長をホイールディスクの総延長の１００％以上にすればよい。
【００７５】
＜第２実施形態＞
図９は、本発明の第２実施形態である自動車ホイール用ディスクの製造方法を説明するための製造工程を模式的に示す断面図である。本第２実施形態の製造方法は、図９（ａ）に示すように、被加工材（素材）として１枚の熱延鋼板７を準備する準備工程と、図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、その鋼板７に絞り加工を施す予備加工工程とを含む。さらに、図９（ｄ）〜（ｈ）に示すように、予備加工後の鋼板７を膨らませてホイールディスク１に成形するバルジ加工工程を含む。
【００７６】
準備工程では、図９（ａ）に示すように、１枚の単なる熱延鋼板７を準備する。
【００７７】
次に、予備加工工程では、図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、被加工材保持用第１金型２１と、被加工材保持用第２金型２２と、環状のパンチ２３とを用いる。被加工材保持用第１金型２１は、互いに上下に対向配置された一対からなる。被加工材保持用第１金型２１は、鋼板７におけるハブ取付け部、内側湾曲部およびハット部に対応する領域を摺動不可能に挟持する役割を担う。
【００７８】
被加工材保持用第２金型２２は、被加工材保持用第１金型２１の外周から鋼板７における外側湾曲部およびフランジ部に対応する領域を空けて互いに上下に対向配置された一対からなる。被加工材保持用第２金型２２は、鋼板７の周縁部７ａを摺動可能に挟持する役割を担う。
【００７９】
パンチ２３は、鋼板７における外側湾曲部およびフランジ部に対応する領域、すなわち下側の被加工材保持用第１金型２１と被加工材保持用第２金型２２との間に同心状に配置される。
【００８０】
これらの金型を用いた予備加工工程は、以下に示す第１予備加工工程および第２予備加工工程を順に経る。先ず、第１予備加工工程において、図９（ｂ）に示すように、被加工材保持用第１金型２１および被加工材保持用第２金型２２によって鋼板７を挟持する。このとき、鋼板７の内側の領域は、被加工材保持用第１金型２１によって強い圧力で挟み込まれており、被加工材保持用第１金型２１に対しての摺動が阻止されている。一方、鋼板７の周縁部７ａは、被加工材保持用第２金型２２によって比較的緩い圧力で挟み込まれており、被加工材保持用第２金型２２に対し摺動することが許容されている。
【００８１】
続いて、第２予備加工工程において、図９（ｃ）に示すように、パンチ２３を突き上げる。これにより、鋼板７にパンチ２３が押し込まれ、鋼板７は、外側湾曲部およびフランジ部に対応する領域が隆起する。このとき、鋼板７の周縁部７ａは、被加工材保持用第２金型２２によって挟持されつつ、その一部が被加工材保持用第１金型２１と被加工材保持用第２金型２２との間の空間内に引き込まれる。このため、鋼板７の隆起部分で板厚の減少が抑制される。
【００８２】
次に、バルジ加工工程では、図９（ｄ）〜（ｈ）に示すように、内側成形用金型１１と、外側成形用金型１２と、被加工材保持用金型１３と、から構成される分割金型を用いる。本第２実施形態の内側成形用金型１１は、上方にのみ配置される。内側成形用金型１１は、ホイールディスク１のハブ取付け部２、内側湾曲部３およびハット部４の表面形状が彫り込まれた彫刻部１１ａを有する。
【００８３】
外側成形用金型１２は、内側成形用金型１１の外周に隣接して配置される。外側成形用金型１２は、ホイールディスク１の外側湾曲部５およびフランジ部６の表面形状が彫り込まれた彫刻部１２ａを有する。
【００８４】
被加工材保持用金型１３は、押さえ型１６と台座型１７とからなる。押さえ型１６は、外側成形用金型１２の外周に隣接して配置される。台座型１７は、押さえ型１６、内側成形用金型１１および外側成形用金型１２に対向して下方に配置され、予備加工後の鋼板７の隆起した面（表面）とは反対の面（裏面）に宛がわれる。本第２実施形態の被加工材保持用金型１３は、鋼板７の周縁部７ａを摺動不可能に挟持する役割を担う。
【００８５】
これらの分割金型を用いたバルジ加工工程は、上記した第１実施形態とほぼ同じ、第１工程〜第５工程を順に経る。以下、第１実施形態と重複する説明は適宜省略する。
【００８６】
先ず、第１工程において、図９（ｄ）に示すように、内側成形用金型１１および外側成形用金型１２をいずれも所定位置から退避させた状態にし、この状態で、被加工材保持用金型１３によって予備加工後の鋼板７の周縁部７ａを挟持する。このとき、鋼板７の周縁部７ａは、被加工材保持用金型１３に対しての摺動が阻止されている。この摺動の阻止は、被加工材保持用金型１３を構成する押さえ型１６と台座型１７とに、互いに嵌まり合う環状の突起と溝（いわゆるロックビード）を設けておくことで行える。また、被加工材保持用金型１３による挟み込みの圧力を強くすることでもよい。
【００８７】
続いて、第２工程において、図９（ｅ）に示すように、鋼板７と台座型１７との間に液体１４を導入して液圧を付与する。この液体１４の導入は、台座型１７に設けられている液体供給路１５を通じて行われる。これにより、予備加工後の鋼板７は、退避状態の内側成形用金型１１および外側成形用金型１２との間の広い空間内に、ある程度膨らむ。このとき、鋼板７は、隆起部分よりはむしろ、その内側の窪んだ領域が主体的に膨らみ、この膨らみ部分で板厚の減少はほとんどない。
【００８８】
続いて、上記した第１実施形態と同様に、第３工程において、図９（ｆ）に示すように、外側成形用金型１２のみを所定位置に進出させ、これに続いて、第４工程において、図９（ｇ）に示すように、内側成形用金型１１を所定位置に進出させる。これにより、鋼板７の膨らみ部分は、ハット部４に対応する領域が折り曲げられて突出した形状になり、全体としてもホイールディスク１の形状に概ね沿った形状が造形される。
【００８９】
続いて、第５工程において、図９（ｈ）に示すように、さらに液体１４を導入して液圧を高める。これにより、鋼板７の膨らみ部分（隆起部分も含む）は、内側成形用金型１１の彫刻部１１ａおよび外側成形用金型１２の彫刻部１２ａに沿うまで膨らむ。これでバルジ加工工程が終了し、図９（ｉ）に示すホイールディスク１を成形することができる。そして、トリミング、曲げ、穴抜き、コイニングなどの後工程を経て最終製品のホイールディスク１が製造される。
【００９０】
第２実施形態の製造方法によっても、上記した第１実施形態と同様の効果を奏することができる。もっとも、第２実施形態の製造方法では、予備加工工程で鋼板の裏面とパンチが擦れ合うが、その擦れ合う領域は、ホイールディスクの外側湾曲部およびフランジ部に対応する領域に限定されるため、ハット部の裏面の表面性状には全く影響しない。
【００９１】
加えて、上記の第１実施形態では、同時に２枚のホイールディスクを成形できるものの、第２実施形態の製造方法は、第１実施形態のような煩雑な溶接工程が不要である点で有利である。
【００９２】
また、第２実施形態の製造方法の場合、上記の第１実施形態と同様の理由から、第２予備加工工程において、鋼板におけるハブ取付け部、内側湾曲部およびハット部に対応する領域の部分、並びに隆起部分の径方向断面での総延長（以下、「鋼板隆起部分を含む総延長」という）、すなわち上記の第１実施形態でいう「鋼板膨らみ部分の総延長」が、ホイールディスクの総延長の９０〜１１０％になるように、鋼板を隆起させることが好ましい。ハット部における平均の板厚変化率Ｔを３．５％以上に確保するには、鋼板隆起部分を含む総延長をホイールディスクの総延長の１００％以上にすればよい。
【００９３】
＜第３実施形態＞
図１０は、本発明の第３実施形態である自動車ホイール用ディスクの製造方法を説明するための製造工程を模式的に示す断面図である。第３実施形態は、図９に示す第２実施形態を変形したものであり、図１０において、図９に示す構成要素に対応する部分には、図９と同じ参照符号を付して説明を省略する。本第３実施形態の製造方法は、第２実施形態と同様に、被加工材（素材）として１枚の熱延鋼板７を準備する準備工程（図９（ａ）参照）と、その鋼板７に絞り加工を施す予備加工工程（図９（ｂ）および（ｃ）参照）とを含み、さらに、第２実施形態とは一部異なるバルジ加工工程を含む。
【００９４】
バルジ加工工程では、図１０に示すように、内側成形用金型として、中心側に配置される第１内側成形用金型１１Ａと、第１内側成形用金型１１Ａの外周に隣接して配置される第２内側成形用金型１１Ｂとを備えたものと、外側成形用金型１２と、被加工材保持用金型１３と、から構成される分割金型を用いる。
【００９５】
第１内側成形用金型１１Ａは、ホイールディスク１のハブ取付け部２の大部分の表面形状が彫り込まれた彫刻部１１Ａａを有する。第２内側成形用金型１１Ｂは、内側湾曲部３およびハット部４の表面形状が彫り込まれた彫刻部１１Ｂａを有する。第１内側成形用金型１１Ａの外側面、および第２内側成形用金型１１Ｂの内側面は、ホイールディスク１のハブ取付け外周部２ｈに対応する部分に位置している。
【００９６】
先ず、第１〜第３工程を、第２実施形態と同様に実施する。すなわち、鋼板７の周縁部を、台座型１７と被加工材保持用金型１３とで挟持し、第１および第２の内側成形用金型１１Ａ、１１Ｂ、並びに外側成形用金型１２を、所定位置から退避した状態とし（図１０（ａ）参照）、鋼板７と台座型１７との間に液体１４を導入し、鋼板７に液圧を付与して、鋼板７を膨らませる（図１０（ｂ）参照）。そして、外側成形用金型１２を所定位置まで進出させて、鋼板７の膨らみ部分の一部を、外側成形用金型１２の彫刻部１２ａに沿う形状にする（図１０（ｃ）参照）。
【００９７】
次に、第４工程において、図１０（ｄ）に示すように、第１および第２内側成形用金型１１Ａ、１１Ｂのディスクの最終形状に対応する状態に対して、第１内側成形用金型１１Ａを、第２内側成形用金型１１Ｂより、所定長さＤだけ下方に突出させた状態を維持して、第２内側成形用金型１１Ｂを所定位置に進出させる（図１０（ｅ）参照）
【００９８】
これにより、鋼板７の膨らみ部分のうち、外側成形用金型１２の彫刻部１２ａが押し付けられている部分以外の大部分に、第１内側成形用金型１１Ａの彫刻部１１Ａａ、または第２内側成形用金型１１Ｂの彫刻部１１Ｂａが押し付けられ、ハブ取付け部２、内側湾曲部３およびハット部４の形状に概ね沿った形状が造形される。これと同時に、ハット部４に対応する領域が折り曲げられて突出した形状になる。その際、鋼板７の膨らみ部分の裏面には、液体１４による液圧が付与され続けている。
【００９９】
続いて、第５工程において、図１０（ｆ）に示すように、さらに液体１４を導入して液圧を高める。これにより、鋼板７の膨らみ部分は、第１内側成形用金型１１Ａの彫刻部１１Ａａ、第２内側成形用金型１１Ｂの彫刻部１１Ｂａ、および外側成形用金型１２の彫刻部１２ａに沿うまで膨らむ。第１内側成形用金型１１Ａと第２内側成形用金型１１Ｂとが隣接する部分では、第１内側成形用金型１１Ａが上述の態様で下方に突出していることにより、鋼板７の傾斜が大きくなっている（図１０（ｇ）参照）。
【０１００】
さらに、この第３実施形態では、鋼板７に液圧を付与したまま、第１内側成形用金型１１Ａを、第２内側成形用金型１１Ｂに対して、所定長さＤだけ後退させる。これにより、第１内側成形用金型１１Ａと、第２内側成形用金型１１Ｂとは、ディスクの最終形状に対応する状態となる。
【０１０１】
第１内側成形用金型１１Ａに接する部分の鋼板７は、第１内側成形用金型１１Ａとともに後退する（図１０（ｈ）において、後退前の鋼板７を破線で示し、後退後の鋼板７を実線で示す。）。このとき、第１内側成形用金型１１Ａと第２内側成形用金型１１Ｂとが隣接する部分近傍では、鋼板７は、その表面に沿う長さが短くなり、その結果、その部分が増肉される（図１０（ｈ）において、増肉される部分を、符号「Ｔ」で示す。）。このような加工をするためには、鋼板７の板厚は、１〜１０ｍｍであることが好ましく、また、所定長さＤは、増肉すべき部分の径方向断面での実長（表面に沿う長さ；ｍｍ）の０．５〜１．５倍であることが好ましい。これでバルジ加工工程が終了する。
【０１０２】
第３実施形態の製造方法によれば、ハット部、およびハブ取付け外周部の裏面は、成形中に液圧が付与されるのみであるため、平滑化されずに素材鋼板の表面粗さが維持され、先鋭化した微小孔も発生しない。さらに、ハブ取付け外周部は、バルジ加工工程において増肉されるので、板厚が大きいハブ取付け外周部を得ることができる。
【０１０３】
第３実施形態の製造方法の場合、第２実施形態の場合と同様に、バルジ加工工程の第２工程において、鋼板膨らみ部分の総延長が、ホイールディスクの総延長の９０〜１１０％になるように、鋼板を膨らませることが好ましい。
【０１０４】
ハブ取付け外周部での疲労特性を高くするため、ハブ取付け外周部における平均の板厚変化率Ｔ（上記（１）式参照）が３．５％以上であることが好ましい。これにより、ハブ取付け外周部に発生する最大主応力が低減し疲労亀裂の発生を抑制することが可能となる。
【０１０５】
第１の実施形態においても、内側成形用金型１１の代わりに、第１内側成形用金型１１Ａと、第２内側成形用金型１１Ｂとを含むものを用いて、これらの金型に関して、第３実施形態と同様の工程を実施することができる。この場合も、ハット部、およびハブ取付け外周部の裏面は、平滑化されずに素材鋼板の表面粗さが維持され、先鋭化した微小孔も発生しない。さらに、この場合も、ハブ取付け外周部は、バルジ加工工程において増肉されるので、板厚が大きいハブ取付け外周部を得ることができる。
【０１０６】
以上のように第１実施形態を変形した場合も、バルジ加工工程の第２工程において、鋼板膨らみ部分の総延長が、ホイールディスクの総延長の９０〜１１０％になるように、鋼板を膨らませることが好ましい。
【実施例】
【０１０７】
〈実施例１〉
本発明の効果を確認するため、前記図８に示す第１実施形態の製造方法を採用し、バルジ加工を活用してホイールディスクを成形することを想定した数値解析シミュレーションを行った。その際、バルジ加工工程の第２工程において、鋼板膨らみ部分の総延長がホイールディスクの総延長の１００％になるように、鋼板を膨らませた。また、比較のために、同形状のホイールディスクを従来のプレス加工によって成形することを想定した数値解析シミュレーションを行った。素材鋼板としては、板厚が２．３ｍｍの４４０ＭＰａ級汎用熱延鋼板（ＳＰＨ４４０）を用いた。
【０１０８】
本発明例としてバルジ加工を活用して得られたホイールディスクについて、径方向に沿って表面と裏面の断面プロファイルを抽出した。また、比較例として、プレス加工によって得られたホイールディスクについて、径方向に沿って表面と裏面の断面プロファイルを抽出した。比較例では、ディスク中心回りに４５度ずれた２方向で抽出を行った。そして、各々の結果より、ディスク中心からの径方向距離ごとに板厚を算出し、上記（１）式に従って板厚変化率Ｔを求めた。
【０１０９】
図１１は、実施例として汎用ＦＥＭソフトのＬＳ−ＤＹＮＡバージョン９７１を用いて検討したホイールディスクにおける板厚変化率の分布を示す図である。同図に示すように、本発明例では、ハット部における平均の板厚変化率Ｔが３．５％以上になり、ハット部の板厚を素材鋼板の板厚よりも大幅に増加させることができた。一方、比較例では、ハット部における平均の板厚変化率Ｔが３．５％をはるかに下回り、ハット部の板厚がむしろ素材鋼板の板厚よりも減少した。
【０１１０】
〈実施例２〉
前記図１０に示す第３実施形態の製造方法を採用し、バルジ加工を活用してホイールディスクを成形することを想定した数値解析シミュレーションを行った。その際、バルジ加工工程の第２工程において、鋼板膨らみ部分の総延長がホイールディスクの総延長の１００％になるように、鋼板を膨らませた。また、比較のために、同形状のホイールディスクを従来のプレス加工によって成形することを想定した数値解析シミュレーションを行った。素材鋼板としては、板厚が２．３ｍｍの４４０ＭＰａ級汎用熱延鋼板（ＳＰＨ４４０）を用いた。
【０１１１】
本発明例としてバルジ加工を活用して得られたホイールディスクについて、径方向に沿って表面と裏面の断面プロファイルを抽出した。また、比較例として、プレス加工によって得られたホイールディスクについて、径方向に沿って表面と裏面の断面プロファイルを抽出した。比較例では、ディスク中心回りに４５度ずれた２方向で抽出を行った。そして、各々の結果より、ディスク中心からの径方向距離ごとに板厚を算出し、上記（１）式に従って板厚変化率Ｔを求めた。
【０１１２】
図１２は、実施例として汎用ＦＥＭソフトのＬＳ−ＤＹＮＡバージョン９７１を用いて検討したホイールディスクにおける板厚変化率の分布を示す図である。同図に示すように、本発明例では、ハブ取付け外周部における平均の板厚変化率Ｔが３．５％以上になり、ハット部の板厚を素材鋼板の板厚よりも大幅に増加させることができた。一方、比較例では、ハブ取付け外周部における平均の板厚変化率Ｔが３．５％をはるかに下回り、ハブ取付け外周部の板厚がむしろ素材鋼板の板厚よりも減少した。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明は、自動車ホイール用ディスクおよびその製造に有効に利用できる。
【符号の説明】
【０１１４】
１：ホイールディスク、    ２：ハブ取付け部、    ２ａ：ハブ穴、
２ｂ：ナット座、    ２ｃ：ボルト穴、    ２ｈ：ハブ取付け外周部、
３：内側湾曲部、    ４：ハット部、    ４ａ：ハット頂部、    ５：外側湾曲部、
６：フランジ部、    ７：鋼板、    ７ａ：鋼板の周縁部、    ７ｂ：貫通穴、
８：溶接部、
１１：内側成形用金型、    １１ａ：彫刻部、    １１Ａ：第１内側成形用金型、
１１Ｂ：第２内側成形用金型、    １２：外側成形用金型、    １２ａ：彫刻部、
１３：被加工材保持用金型、    １４：液体、    １５：液体供給路、
１６：押さえ型、    １７：台座型、
２１：被加工材保持用第１金型、    ２２：被加工材保持用第２金型、
２３：環状パンチ
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図３】
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【図４】
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