(57)【要約】【課題】本発明の目的は、安価で軽量なアルミホイールを製造可能とすることにある。特に、鋳造したアルミホイールのリム部の組織が粗く強度が弱くなる問題をなくし、繰り返しの荷重が負荷するスポーク部の強度の向上を図ることにより、各部を薄肉化することができる製造方法を提供することにある。【解決手段】ホイール素材１を回転させ、圧延ロール３を素材リム外周１ｂに押し付け加圧した状態で、フランジ１ｈ側からインナーリム１ｃ側に向けて移動させる圧延加工を、複数回繰り返す工程（フローフォーム処理）を有するアルミホイールの製造方法とする。また、ホイール素材１を回転させながらスポーク表面１ｊ、スポーク内面１ｋ、リム外面１ｍ及びリム内面１ｇにローラ４を押し付け、局部的に変形させながら移動させ、各面を加圧する工程（ローラーバニッシュ処理）を有するアルミホイールの製造方法とする。【選択図】              図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミホイールの製造方法であって鋳造工程の後に、
鋳造したアルミホイールの半製品（以下単に「ホイール素材」という。）をマンドレルにあてがった状態で、圧延ロールを素材リム外周に押し付け、前記圧延ロールにより前記素材リム外周を前記マンドレルに向けて加圧した状態で、
前記圧延ロールをフランジ側からインナーリム側に向けて移動させる圧延加工を複数回繰り返す工程（以下単に「フローフォーム処理」という。）を有することを特徴とするアルミホイールの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載したアルミホイールの製造方法であって、フローフォーム処理を行うときに、ホイール素材の温度を１００〜４００度Ｃに加熱して行うことを特徴とするアルミホイールの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載したいずれかのアルミホイールの製造方法であって、マンドレルとホイール素材を車軸を中心に回転させつつ、回転自由に保持した圧延ロールを使用してフローフォーム処理を行うことを特徴とするアルミホイールの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３に記載したいずれかのアルミホイールの製造方法であって、外周の断面を円弧にした円盤形状の圧延ロールを使用し、圧延ロールの前記外周を素材リム外周に押し付けて、フローフォーム処理を行うことを特徴とするアルミホイールの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載したアルミホイールの製造方法であって、車軸に対する圧延ロールの円盤の角度Ａ（図１参照）を５０〜８０度として、フローフォーム処理を行うことを特徴とするアルミホイールの製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載したフローフォーム処理の後に、
回転可能に保持したローラをスポーク表面及びスポーク内面に押し付け、押し付けた部分を局部的に歪ませながら前記ローラを移動させ、それぞれの面を加圧する工程（以下単に「ローラーバニッシュ処理」という。）を有することを特徴とするアルミホイールの製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載したフローフォーム処理の後に、スポーク表面、スポーク内面、リム外面及びリム内面に対し、ローラーバニッシュ処理を行うことを特徴とするアルミホイールの製造方法。
【請求項８】
請求項６又は請求項７のいずれかに記載したアルミホイールの製造方法において、ホイール素材を車軸まわりに回転させながら、ローラーバニッシュ処理を行うことを特徴とするアルミホイールの製造方法。
【請求項９】
請求項６乃至請求項８のいずれかに記載したアルミホイールの製造方法において、ローラを押し付けることによりホイール素材の表面を局部的に０．３〜０．７ｍｍ変形させながら、ローラーバニッシュ処理をおこなうことを特徴とするアルミホイールの製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載した製造方法により製造したアルミホイール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車の車輪を構成するアルミホイールに係り、特にフローフォーム処理とローラーバニッシュ処理を行うことにより、安価で軽量なアルミホイールを提供すること及びそのようなアルミホイールの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミホイールの重量が大きいと材料のコストが高くなるだけでなく、自動車の加速性能と制動性能に悪い影響を及ぼす問題を有している。同じエンジンとブレーキを取り付けた自動車でも、重量が重いと加速性能や制動性能が劣るからである。
従来から、アルミホイールの製造方法として鍛造法と鋳造法とがあった。鍛造法は大型の設備を必要とし、設備の価格も高価なため、広いスペースを必要とする欠点と、アルミホイールの製造コストが高くなる欠点を有していた。
一方、鋳造法によるアルミホイールは、鍛造法に比べ材料特性において全体的に組織が粗く強度が弱いため、肉厚を厚くして必要な強度を確保しなければならない問題を有していた。
特に、最後に凝固する部分の組織が粗くなる傾向があり、押し湯や湯口を設けた付近は最後に凝固する部分となりがちである。鋳造後に適切な熱処理を行い材料の組織の均一化を図ってはいるが、鋳造時の影響が大きく組織の十分な細密化が図れない問題を有していた。
通常、鋳造方案の要請からインナーリム部に湯口を取り付ける場合が多いが、このような場合はリム部の組織が粗くなり、必要な強度を確保するためリム部の肉厚を厚くする必要があった。
また、スポーク部については繰り返しの加重が負荷するが、材料は比較的低い応力においても疲労破壊する。疲労破壊を防ぐためにはスポーク部に発生する応力を所定の値以下に小さくしなければならず、スポーク部の肉厚を厚くする必要があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来技術の欠点を除くためなされたもので、安価で軽量なアルミホイールを製造可能とすることにより、自動車の加速性能と制動性能に良い影響を及ぼすアルミホイールを提供することにある。
また他の目的は、鍛造法の有する大型の設備を必要とし、設備の価格も高価となる問題をなくし、狭いスペースにおいて安い設備を使用して製造可能なアルミホイールの製造方法を提供することにある。
また、鋳造法によるアルミホイールが有する、材料特性において全体的に組織が粗く強度が弱くなる問題をなくし、肉厚を薄くしても必要な強度を確保できるアルミホイールの製造方法を提供することにある。
特に、インナーリム部に湯口を取り付けた場合に生じるリム部の組織が粗くなる問題について、これを細密化することにより必要な強度を確保して、リム部の肉厚を薄くすることを可能にすることにある。
さらに軽量化のため、繰り返しの荷重が負荷するスポーク部について、材料特性としての疲労強度の向上を図り、スポーク部の肉厚を薄くすることを可能とすることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、アルミホイールの製造方法であって鋳造工程の後に、
鋳造したアルミホイールの半製品であるホイール素材をマンドレルにあてがった状態で、圧延ロールを素材リム外周に押し付け、前記圧延ロールにより前記素材リム外周を前記マンドレルに向けて加圧した状態で、
前記圧延ロールをフランジ側からインナーリム側に向けて移動させる圧延加工を複数回繰り返す工程（フローフォーム処理）を有することを特徴とするアルミホイールの製造方法とする。リム部を圧延して組織の細密化を図りつつ所定の形状に形成するためである。
請求項２の発明は、請求項１に記載したアルミホイールの製造方法であって、フローフォーム処理を行うときに、ホイール素材の温度を１００〜４００度Ｃに加熱して行うことを特徴とするアルミホイールの製造方法とする。
アルミホイールの温度を１００〜４００度Ｃにすると圧延加工しやすく、特に３５０〜４００度Ｃに加熱して行うと圧延性が良好で好ましい。
ホイール素材の温度を圧延加工に適した温度にするためである。ホイール素材の温度を維持するため高温室でフローフォーム処理を行うことも好ましいが、バーナー等で局部的に加熱しながらフローフォーム処理を行うことも好ましい。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載したいずれかのアルミホイールの製造方法であって、マンドレルとホイール素材を車軸を中心に回転させつつ、回転自由に保持した圧延ロールを使用してフローフォーム処理を行うことを特徴とするアルミホイールの製造方法とする。
ホイール素材を回転させずロールを公転させる方法も考えたが、ホイール素材を回転させる方法の方が容易である。
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３に記載したいずれかのアルミホイールの製造方法であって、外周の断面を円弧にした円盤形状の圧延ロールを使用し、圧延ロールの前記外周を素材リム外周に押し付けて、フローフォーム処理を行うことを特徴とするアルミホイールの製造方法とする。このような形状の圧延ロールを使用すると圧延加工が容易となるからである。
請求項５の発明は、  請求項４に記載したアルミホイールの製造方法であって、車軸に対する圧延ロールの円盤の角度Ａ（図１参照）を５０〜８０度として、フローフォーム処理を行うことを特徴とするアルミホイールの製造方法とする。この角度で圧延加工をすると材料の圧延性が良く好ましいからである。
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載したフローフォーム処理の後に、スポーク表面及びスポーク内面に対し、回転可能に保持したローラを押し付ける。
そして、ローラを押し付けた部分を局部的に歪ませながら前記ローラを移動させ、それぞれの面を加圧する工程（ローラーバニッシュ処理）を有することを特徴とするアルミホイールの製造方法とする。加圧することにより表面を硬化させて疲労強度の向上を図るためである。
請求項７の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載したフローフォーム処理の後に、スポーク表面、スポーク内面、リム外面及びリム内面に対し、ローラーバニッシュ処理を行うことを特徴とするアルミホイールの製造方法とする。
請求項８の発明は、請求項６又は請求項７のいずれかに記載したアルミホイールの製造方法において、ホイール素材を車軸回りに回転させながら、ローラーバニッシュ処理を行うことを特徴とするアルミホイールの製造方法とする。
請求項９の発明は、請求項６乃至請求項８のいずれかに記載したアルミホイールの製造方法において、ローラを押し付けることによりホイール素材の表面を局部的に０．３〜０．７ｍｍ変形させながら、ローラーバニッシュ処理をおこなうことを特徴とするアルミホイールの製造方法とする。適正に表面硬度の向上を図るため好ましいからである。
請求項１０の発明は、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載した製造方法により製造したアルミホイールとする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の１実施例を図面に示し説明する。図１にフローフォーム処理の状態を示した１部断面図を示した。図１中の１点鎖線で示した部分はフローフォーム処理前の素材リムの状態である。
本実施例では、図示しない装置によりマンドレル２を保持し、マンドレル２に対しホイール素材１をはめ込んで固定し、ホイール素材の車軸１ｎを中心として、マンドレル２とホイール素材１とを回転駆動する構成とした。
マンドレルの外周２ｂはフローフォーム処理後のリム内面１ｇと同じ形状とし、フロフォーム処理前において、ホイール素材の素材リム内面１ｅとマンドレルの外周２ｂとの間には隙間を設けた。
一方、ホイール素材のＲコーナ１ａとマンドレルの先端コーナ２ａの形状及びホイール素材のフランジ側リブ内面１ｄと当該部分に接するマンドレルの外周２ｂの形状についてはフロフォーム処理の前後共同じ形状とした。
また、圧延ロール３は外周３ａの断面を円弧に加工した円盤形状を有するものとし、軸受３２により軸３１回りに回転可能に保持し、軸３１をホルダ３４に取り付けベアリングナット３３で固定した。
また、ホイール素材の車軸１ｎに対する圧延ロール３の円盤の角度Ａを６５度として、ホルダ３４を図示しない駆動装置により駆動して圧延ロール３を移動させる構成とした。
【０００６】
フローフォーム処理を行う前にはあらかじめホイール素材１の温度を３５０〜４００度に加熱しておく。ホイール素材１の温度を維持するため、本実施例ではバーナーで局部的に加熱しながらフローフォーム処理した。
フローフォーム処理では、圧延ロール３を素材リム外周１ｂに押し付け、圧延ロール３により素材リム外周１ｂをマンドレル２に向けて加圧した状態で圧延ロール３をフランジ１ｈ側から素材インナーリム１ｃ側に向けて移動させる圧延加工を複数回繰り返す。
このとき圧延ロール３は、素材リム外周１ｂを加圧して１〜２ｍｍ変形させ、ホイール素材１の回転に伴い転がり接触しながら素材リムを圧延しつつ、フランジ部１ｈ側から素材インナーリム１ｃ側に向けて移動する。
このような工程を５回〜１５回繰り返すことにより、素材インナーリブ１ｃはインナーリブ１ｆ位置に移動しリム部は伸びる。そしてリム内面１ｇとマンドレル外周２ｂが一致して所定の形状が得られる。
圧延回数について、リムの長さを２５ｍｍ伸ばす場合は１０回程度、リムの長さを５０ｍｍ伸ばす場合は１４回程度の圧延を行うことをめどに実施することが好ましい。
本実施例において、フローフォーム処理の圧化率（１００×圧延後の肉厚／圧延前の肉厚）を４０％としたときに、材料の引張り強さ及び破断伸びは共に約２５％向上した。
鋳造により生じた粗い組織をフローフォーム処理により細密化したため強度が上昇したものと考えられる。また、鋳造時にピンホールなどの欠陥が生じたときに、圧延により欠陥を駆除する効果や表面粗さを小さくする効果もあった。
この結果、材料の強度が増加した分リム部の肉厚を薄く（従来品より２０％薄く）することが可能となり約２００ｇの重量を軽くすることができた。
【０００７】
図２にはホイール素材のスポーク表面１ｊとスポーク内面１ｋをローラーバニッシュ処理している状態の１部断面図を示した。また、図３にはホイール素材のリム外面１ｍとリム内面１ｇをローラーバニッシュ処理している状態の１部断面図を示した。
本実施例では、図示しない装置によりホイール素材１を保持し、ホイール素材の車軸１ｎを中心としてホイール素材１を回転させる構成とした。
ローラ４は外周の角に丸みを付けたそろばん珠の形状を有するものとし、ベース４２によりローラ４を回転可能に保持し、ベース４２をホルダ４１の内筒４４に取り付けた。
ホルダ４１は内筒４４と外筒４３と外筒４３の中に取り付けた図示しないバネを有しており、外筒４３の中に出入り可能な状態で内筒４４を保持し、バネにより内筒を押し出す方向に力をかけた。
そして、ホルダ４１を図示しない駆動装置により駆動して、ローラ４をホイール素材１の各表面に押し付け、各表面を局部的に０．３〜０．７ｍｍ変形させながら、所定の面全面を移動させローラーバニッシュ処理を行う構成とした。
ローラーバニッシュ処理をしないアルミホイールが疲労破壊するまでの負荷の回数に対し、スポーク表面１ｊのみローラーバニッシュ処理したアルミホイールでは疲労破壊するまでの負荷の回数が２倍に増加し、スポーク表面１ｊとスポーク内面１ｋの両面をローラーバニッシュ処理したアルミホイールでは５倍の回数の負荷をかけても破壊しなかった。
ローラーバニッシュ処理により、処理する前の表面硬度がＨＲＢ３８〜４４であったものが、処理した後の表面硬度はＨＲＢ５７〜５８に上昇した。このため、疲労破壊強度が上昇した分スポークの肉厚を薄くすることが可能となり、これにより約２００ｇの重量を軽くすることができた。
【０００８】
【発明の効果】
本発明により、安価で軽量なアルミホイールを製造することが可能となった。これにより、自動車の加速性能と制動性能に良い影響を及ぼすアルミホイールを提供することができた。
また本発明により、狭いスペースにおいて安い設備を使用して製造可能なアルミホイールの製造方法を提供することができた。さらに本発明により、リム幅の寸法のみ異なる多種類のアルミホイールを、同一の鋳造用の金型を使用して製造することが可能となった。
また本発明により、鋳造法によるアルミホイールが有する材料特性において全体的に組織が粗く強度が弱くなる問題をなくし、肉厚を薄くしても必要な強度を確保できるアルミホイールの製造方法を提供することができた。
特に、インナーリム部に湯口を取り付けた場合に生じるリム部の組織が粗くなる問題をなくし、これを細密化することにより必要な強度を確保して、リム部の肉厚を薄くすることを可能にすることができた。
さらに本発明により、繰り返しの荷重が負荷するスポーク部について、表面硬度を上昇させて材料の疲労強度の向上を図り、スポーク部の肉厚を薄くすることを可能とすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】フローフォーム処理の状態を示した１部断面図である。
【図２】スポーク表面とスポーク内面をローラーバニッシュ処理する状態の１部断面図である。
【図３】リム外面とリム内面をローラーバニッシュ処理する状態の１部断面図である。
【符号の説明】
１  ：ホイール素材        １ａ：Ｒコーナ            １ｂ：素材リム外周
１ｃ：素材インナーリム    １ｄ：フランジ側リム内面  １ｅ：素材リム内面
１ｆ：インナーリム        １ｇ：リム内面            １ｈ：フランジ
１ｊ：スポーク表面        １ｋ：スポーク内面        １ｍ：リム外面
１ｎ：車軸                ２  ：マンドレル          ２ａ：先端コーナ
２ｂ：外周                ３  ：圧延ロール          ３ａ：外周
４  ：ローラ            ３１  ：軸                ３２  ：軸受
３３  ：ベアリングナット  ３４  ：ホルダ            ４１  ：ホルダ
４２  ：ベース            ４３  ：外筒              ４４  ：内筒
【図１】
2004223520.tif 000003
【図２】
2004223520.tif 000004
【図３】
2004223520.tif 000005