(57)【要約】【課題】  軽合金ホイールを低コストで強化する方法を提供する。【解決手段】  軽合金ホイールにおいて、ディスク部の飾り穴間に形成された架橋部１４の裏面（車両側の面）にはホイールの径方向に直線的に延びる溝１４ａが形成されている。この溝１４ａの両側の領域３１を改質強化する。すなわち、回転工具８０を回転させながら、架橋部１４の裏面に当て、溝１４ａに沿って移動させる。【選択図】  図５
2005272931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスク部の周方向に間隔をおいて複数の飾り穴が形成されている車両用軽合金ホイールを強化する方法において、
回転工具を回転させながらその先端部をディスク部の面に当てた状態で、回転工具を、各飾り穴の周縁の少なくとも一部に沿って移動させることにより、この移動軌跡上の領域を摩擦熱にて軟化させるとともに固相状態のまま流動させ、これにより、上記移動軌跡上の領域の改質を行なうことを特徴とする車両用軽合金ホイールの強化方法。
【請求項２】
ディスク部の周方向に間隔をおいて複数の飾り穴が形成され、これら飾り穴間に架橋部が配置されている車両用軽合金ホイールを強化する方法において、
回転工具を回転させながらその先端部を上記架橋部の面に当てた状態で、回転工具を、ホイールの径方向に移動させることにより、この移動軌跡上の領域を摩擦熱にて軟化させるとともに固相状態のまま流動させ、これにより、上記架橋部の改質を行なうことを特徴とする車両用軽合金ホイールの強化方法。
【請求項３】
上記架橋部には、ホイールの径方向に延びる直線状の溝が形成され、上記移動軌跡がこの溝の両側に沿って設定されることを特徴とする請求項２に記載の車両用軽合金ホイールの強化方法。
【請求項４】
ディスク部とリム部を備え、このリム部にはディスク部側ビードシート部とリムドロップ部との間の境に環状の肉厚急変部が形成されている車両用軽合金ホイールの強化方法において、
回転工具を回転させながらその先端部を上記リムドロップ部における肉厚急変部の近傍に当てた状態で、回転工具を肉厚急変部の全周にわたって移動させることにより、上記肉厚急変部の近傍を摩擦熱にて軟化させるとともに固相状態のまま撹拌し、これにより、上記肉厚急変部近傍の環状領域の改質を行なうことを特徴とする車両用軽合金ホイールの強化方法。
【請求項５】
ディスク部の周方向に間隔をおいてハブボルト挿入用の複数のボルト穴が形成され、このボルト穴の一端に連なるようにして、ハブボルトに螺合されるナットを受けるためのナット座が形成されている車両用軽合金ホイールを強化する方法において、
上記ナット座に対応する面形状の加工部を有する回転工具を回転させながら、上記加工部を上記ナット座に当てることにより、ナット座を摩擦熱にて軟化させるとともに固相状態のまま流動させ、これによりナット座の改質を行なうことを特徴とする車両用軽合金ホイールの強化方法。
【請求項６】
ディスク部の周方向に間隔をおいてハブボルト挿入用の複数のボルト穴が形成されている車両用軽合金ホイールを強化する方法において、
回転工具を回転させながら、その先端部をディスク部の面に当てた状態で、回転工具を各ボルト穴を囲う当該ボルト穴と同心の環状の領域に沿って移動させることにより、この環状の領域を摩擦熱にて軟化させるとともに固相状態のまま流動させ、これにより上記環状の領域の改質を行なうことを特徴とする車両用軽合金ホイールの強化方法。
【請求項７】
ディスク部の周方向に間隔をおいてハブボルト挿入用の複数のボルト穴が形成され、このボルト穴の一端に連なるようにして、ハブボルトに螺合されるナットを受けるためのナット座が形成されている車両用軽合金ホイールを強化する方法において、
回転工具を回転させながら上記ナット座に当てることにより、ナット座を摩擦熱にて軟化させるとともに固相状態のまま流動させ、これによりナット座の改質を行ない、かつ
回転工具を回転させながら、その先端部を上記ディスク部における上記ナット座の反対側の面に当てた状態で、回転工具を各ボルト穴を囲う当該ボルト穴と同心の環状の領域に沿って移動させることにより、この環状の領域を摩擦熱にて軟化させるとともに固相状態のまま流動させ、これにより上記環状の領域の改質を行なうことを特徴とする車両用軽合金ホイールの強化方法。
【請求項８】
ディスク部の周方向に間隔をおいてハブボルト挿入用の複数のボルト穴が形成されている車両用軽合金ホイールを強化する方法において、
回転工具を回転させながら、その先端部をディスク部の面に当てた状態で、回転工具を上記複数のボルト穴を囲うホイールと同心の環状の領域に沿って移動させることにより、この環状の領域を摩擦熱にて軟化させるとともに固相状態のまま流動させ、これにより上記環状の領域の改質を行なうことを特徴とする車両用軽合金ホイールの強化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造アルミホイール等の車両用軽合金ホイールを強化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、アルミ（アルミニウム合金を含む。以下同じ）等の軽合金からなる車両用ホイールが開発されている。このホイールは、軽量かつ外観良く製造できる利点を有するが、自動車の燃費・環境への影響改善等の要求により更なる軽量化が求められている。特に鋳造により得たホイールの場合には鍛造品や圧延材を成形したものに比べ強度が低く、軽量化（減肉）のためには強度の問題を克服することが強く求められている。
【０００３】
上記軽合金ホイールの強度を高めるために全体的に厚肉にする必要があるが、軽量化の要求とは矛盾する。このため、強度に関わる部分のみを肉厚とし他の部分は減肉している。更に軽量化を進めるには、ディスク部（特に架橋部やハブ部）やリム部のリムドロップ部とビードシート部の間の、肉厚な部分の肉を減肉することが有効であり、この部分の強度向上が必要である。
また、ナット座の補強についても特別な配慮が要求される。詳述すると、ホイールのディスク部には、周方向に間隔をおいて複数のボルト穴が形成されている。このボルト穴の一端に連なるようにしてナット座が形成されている。ホイールを車両に取り付ける場合、ハブボルトをボルト穴に挿入し、このハブボルトにナットを螺合させてナット座に向けて締め付ける。ホイールが軽合金の場合、このナット座はナットによる締付荷重を受けてかじり等が生じ、ホイールの取付精度を低下させる要因となる。そこで、特許文献１では、ボルト穴とナット座を有する高強度のブッシュを組み込むようにしてアルミホイールをインサート成形している。
【特許文献１】特開２００２−２９３１０４号公報
【特許文献２】特開平１０−１８３３１６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、上記特許文献１に開示の方法では、ブッシュとアルミホイール母材が異種金属であるため、腐蝕の問題が生じるとともにリサイクル性が悪く、また製造コストが高かった。
なお、特許文献２には、回転工具による摩擦熱で鋳造アルミ材を軟化させ、固相状態のまま撹拌する（塑性流動させる）ことにより、組織を微細化して改質，強化する方法が開示されている。本発明は、この技術を応用してアルミホイールを強化するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その一態様では、ディスク部の周方向に間隔をおいて複数の飾り穴が形成されている車両用軽合金ホイールを強化する方法において、回転工具を回転させながらその先端部をディスク部の面に当てた状態で、回転工具を、各飾り穴の周縁の少なくとも一部に沿って移動させることにより、この移動軌跡上の領域を摩擦熱にて軟化させるとともに固相状態のまま流動させ、これにより、上記移動軌跡上の領域の改質を行なうことを特徴とする。
この方法によれば、飾り穴の周縁の少なくとも一部を低コストで改質強化でき、ディスク部の厚肉化を回避できる。
【０００６】
本発明の他の態様では、ディスク部の周方向に間隔をおいて複数の飾り穴が形成され、これら飾り穴間に架橋部が配置されている車両用軽合金ホイールを強化する方法において、回転工具を回転させながらその先端部を上記架橋部の面に当てた状態で、回転工具を、ホイールの径方向に移動させることにより、この移動軌跡上の領域を摩擦熱にて軟化させるとともに固相状態のまま流動させ、これにより、上記架橋部の改質を行なうことを特徴とする。
この方法によれば、架橋部を低コストで改質強化でき、架橋部の厚肉化を回避できる。
【０００７】
好ましくは、上記架橋部には、ホイールの径方向に延びる直線状の溝が形成され、上記移動軌跡がこの溝の両側に沿って設定される。これにより、溝が形成されている架橋部の強度を高めることができ、その厚肉化を回避できる。
【０００８】
本発明のさらに他の態様では、ディスク部とリム部を備え、このリム部にはディスク部側ビードシート部とリムドロップ部との間の境に環状の肉厚急変部が形成されている車両用軽合金ホイールの強化方法において、回転工具を回転させながらその先端部を上記リムドロップ部における肉厚急変部の近傍に当てた状態で、回転工具を肉厚急変部の全周にわたって移動させることにより、上記肉厚急変部の近傍を摩擦熱にて軟化させるとともに固相状態のまま撹拌し、これにより、上記肉厚急変部近傍の環状領域の改質を行なうことを特徴とする。
この方法によれば、応力が集中する肉厚急変部の近傍を低コストで改質強化することができ、その厚肉化を回避できる。
【０００９】
本発明のさらに他の態様では、ディスク部の周方向に間隔をおいてハブボルト挿入用の複数のボルト穴が形成され、このボルト穴の一端に連なるようにして、ハブボルトに螺合されるナットを受けるためのナット座が形成されている車両用軽合金ホイールを強化する方法において、上記ナット座に対応する面形状の加工部を有する回転工具を回転させながら、上記加工部を上記ナット座に当てることにより、ナット座を摩擦熱にて軟化させるとともに固相状態のまま流動させ、これによりナット座の改質を行なうことを特徴とする。
この方法によれば、ナット座を改質し強化することにより、ホイールの取付精度を確保できる。しかも異種金属を用いることなくナット座を低コストで改質し強化することができる。
【００１０】
本発明のさらに他の態様では、ディスク部の周方向に間隔をおいてハブボルト挿入用の複数のボルト穴が形成されている車両用軽合金ホイールを強化する方法において、回転工具を回転させながら、その先端部をディスク部の面に当てた状態で、回転工具を各ボルト穴を囲う当該ボルト穴と同心の環状の領域に沿って移動させることにより、この環状の領域を摩擦熱にて軟化させるとともに固相状態のまま流動させ、これにより上記環状の領域の改質を行なうことを特徴とする。
この方法によれば、大きな荷重を受けるボルト穴の周縁部を低コストで改質し強化することができ、ディスク部の厚肉化を回避することができる。
【００１１】
本発明のさらに他の態様では、ディスク部の周方向に間隔をおいてハブボルト挿入用の複数のボルト穴が形成され、このボルト穴の一端に連なるようにして、ハブボルトに螺合されるナットを受けるためのナット座が形成されている車両用軽合金ホイールを強化する方法において、回転工具を回転させながら上記ナット座に当てることにより、ナット座を摩擦熱にて軟化させるとともに固相状態のまま流動させ、これによりナット座の改質を行ない、かつ回転工具を回転させながら、その先端部を上記ディスク部における上記ナット座の反対側の面に当てた状態で、回転工具を各ボルト穴を囲う当該ボルト穴と同心の環状の領域に沿って移動させることにより、この環状の領域を摩擦熱にて軟化させるとともに固相状態のまま流動させ、これにより上記環状の領域の改質を行なうことを特徴とする。
この方法によれば、ナット座を改質し強化することにより、ホイールの取付精度を確保できる。しかも異種金属を用いることなくナット座を低コストで改質し強化することができる。また、ディスク部の両面において、ボルト穴の周囲を改質強化するので、荷重負担の大きなボルト穴の周囲をより一層強化することができ、ディスク部の厚肉化を回避できる。
【００１２】
本発明のさらに他の態様では、ディスク部の周方向に間隔をおいてハブボルト挿入用の複数のボルト穴が形成されている車両用軽合金ホイールを強化する方法において、回転工具を回転させながら、その先端部をディスク部の面に当てた状態で、回転工具を上記複数のボルト穴を囲うホイールと同心の環状の領域に沿って移動させることにより、この環状の領域を摩擦熱にて軟化させるとともに固相状態のまま流動させ、これにより上記環状の領域の改質を行なうことを特徴とする。
この方法によれば、複数のボルト穴を囲む環状領域を低コストで改質強化でき、ディスク部の厚肉化を回避できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、軽合金ホイールにおいて、荷重負担の大きい箇所，応力が集中する箇所を選択的に低コストで改質強化することができ、厚肉化を回避できる。また、ナット座の改質強化によりホイールの取付精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について図１〜図５を参照しながら説明する。図１〜図３に示すように、車両用の鋳造アルミホイールＡ（軽合金ホイール）は、ディスク部１０と、このディスク部１０の外周縁に連なり車両側に向かって延びる略円筒形状のリム部２０とを備えている。
【００１５】
上記ディスク部１０は、中央に形成されたハブ穴１１と、ハブ穴１１の周囲に周方向に等間隔をおいて形成された複数（本実施形態の場合、４つ）のボルト穴１２と、このボルト穴１２の外側（ホイールＡの径方向外側）において周方向に等間隔をおいて形成された複数（本実施形態の場合、８つ）の飾り穴１３とを有している。飾り穴１３間がホイールＡの径方向に直線的に延びる架橋部１４となっている。図２に示すように、架橋部１４の裏側（車両側）の面には、架橋部１４の長手方向（ホイールの径方向）に延びる肉盗みのための直線状の溝１４ａが形成されている。
【００１６】
図４に示すように、ボルト穴１２の表側（車両の反対側）の端には、円錐形状のナット座１６が形成されている。車軸のハブが、上記ディスク部１０のハブ穴１１に挿入される。また、図４に示すように複数のハブボルト５１（ハブの外周から径方向に張り出す取付鍔部５０に設けられて車軸方向に突出するボルト）が、ディスク部１０のボルト穴１２に遊びをもって挿入され、このボルト５１の端部に螺合された複数のナット５５がナット座１６に締め付けられる。これにより、ホイールＡが車軸に固定されるようになっている。上記ナット５５はナット座１６と等しい傾斜角度の円錐面５５ａを有しており、この円錐面５５ａがナット座１６に強い力で当たることにより、ホイールＡは強固に固定される。
【００１７】
図３に示すように、上記リム部２０は、ディスク部１０側のフランジ部２１，ビードシート部２２，リムドロップ部２３，ディスク部１０の反対側（車両側）のビードシート部２４，フランジ部２５とを一連に有している。上記ビードシート２２に対してリムドロップ２３は、薄肉かつ小径となっており、その境が肉厚急変部２９となっている。
【００１８】
上記構成をなすホイールＡにおいて、ディスク部１０の裏側（車両側）の面には、各架橋部１４の溝１４ａの両側に位置する直線状の領域３１（飾り穴１３の周縁の一部）、各ボルト穴１２を囲むボルト穴１２と同心の円形の環状領域３２、複数のボルト穴１２を囲むホイールＡと同心の環状領域３３に、組織を微細化，緻密化する改質処理が施されている。また、リムドロップ部２３において上記肉厚急変部２９の近傍の環状領域３４にも改質処理が施されている。さらに、ディスク部１０において、上記ナット座１６にも組織を微細化，緻密化する改質処理が施されている。
【００１９】
次に、本発明による個々の領域の改質処理について詳述する。架橋部１４の溝１４ａの両側の領域３１の改質処理には、図５に示す回転工具８０を用いる。この回転工具８０は、下端面（先端面）が平坦な円柱部８１と、この円柱部８１の下端面の中央に形成された突起８２とを有している。ディスク部１０の裏側の面（車両側の面）を上にしてホイールＡを位置決めし、回転工具８０を回転させるとともに、その突起８２を架橋部１４の裏側の面に押し当てることにより、摩擦熱により材料を軟化させて突起８２を架橋部１４内に１〜２ｍｍ程度入り込ませ、円柱部８１の下端面を架橋部１４の面に押し当てる。この状態で回転工具８０をホイールＡの径方向に移動させることにより、領域３１を摩擦熱で軟化させて固相状態で流動させ、大気中で急冷させる。その結果、領域３１において結晶粒の微細化，組織の緻密化，気孔等の鋳造欠陥の解消がなされ、高強度となる。
【００２０】
飾り穴１３を有するホイールＡの場合、その間に位置する架橋部１４に荷重が集中するが、上記領域３１の改質処理により、架橋部１４の強度を高めることができる。また、溝１４ａが架橋部１４に形成されているにも拘わらず、架橋部１４の強度を確保できる。
【００２１】
上記の回転工具８０または同様の回転工具を用いて、環状領域３２，３３の改質を行なう。すなわち、回転工具８０を回転させつつディスク部１０の裏側の面に押し付けながらボルト穴１２を円形を描くように１周することにより、環状領域３２の改質を行ない、また、複数のボルト穴１２の回りを円形を描くように１周することにより、環状領域３３の改質を行なう。
【００２２】
また、ホイールＡをマンドレル（図示しない）の外周に装着し、リム部２０のリムドロップ部２３における肉厚急変部２９の近傍に上記回転工具または同様の回転工具の先端部を押し当てた状態で、回転工具８０を回転（自転）させつつ、マンドレルを回転することにより、肉厚急変部２９の近傍の環状領域３４を改質強化することができる。この環状領域２４は応力が集中する箇所であるが、強度を高めることにより、厚肉にしなくても応力集中に耐えることができる。
【００２３】
次に、ナット座１６の改質処理について説明する。この改質処理には図６，図７に示す回転工具６０（第１の回転工具）が用いられる。この回転工具６０は、垂直に配置され、円柱形状の基部６１と、この基部６１の先端（下端）に連なる加工部６２と、この加工部６２の先端に連なる挿入部６３とを有している。この加工部６２の外周面が上述したナット座１６の等しい傾斜角度の円錐面形状の加工面をなしている。
【００２４】
図７に示すように、上記ホイールＡを例えばナット座１６を上にしてチャック台７０にセットする。この状態で、上方から回転工具６０を下降させ、ボルト穴１２，ナット座１６と同軸の姿勢を維持した状態で回転させながら加工部６２をナット座１６に押し当てる。これにより、ナット座１６を摩擦熱で軟化させ、固相状態で塑性流動させる。そして回転工具６０を上昇させることにより、ナット座１６を大気中で急冷させる。その結果、ナット座１６において結晶粒の微細化，組織の緻密化，気孔等の鋳造欠陥の解消がなされ、高強度となる。なお、本実施形態では回転工具６０の挿入部６３がボルト穴１２にぴったりと嵌り、バリの発生を抑えている。
【００２５】
上記のようにしてナット座１６の強度を高めることができるため、ホイールＡの固定の際にナット５５を強い力で締め付けてもこじり等が生じず、ホイールＡを高精度で取り付けることができる。
なお、複数のナット座１６の改質処理は、複数の回転工具６０により一度に行なってもよいし、１つの回転工具６０により順々に行なってもよい。
上記改質処理においてバリが生じナット座１６が改質処理前より後退する場合には、その後退代分だけ厚くしておけばよい。
上記回転工具６０の挿入部６３を、外径がボルト穴１２の内径より若干大きい円筒面形状にし、上記ナット座１６の改質処理と同時に、この挿入部６３でボルト穴１２の内周面を改質処理してもよい。
なお、ボルト穴１２の改質処理を、ナット座１６の改質処理とは別工程で行なってもよい。この場合、ボルト穴１２より若干大径の円筒面を有する回転工具が用いられ、回転しながらボルト穴１２に挿入される。
【００２６】
なお、上記各領域での改質の深さは肉厚の２割以上にするのが好ましい。耐衝撃性が大幅に向上するからである。
【００２７】
本発明は上記実施形態に制約されず、種々の態様を採用可能である。
ディスク部１０において飾り穴１３の周縁のほぼ全長に沿うＵ字形の領域を改質処理してもよい。
ナット座１６を改質処理する回転工具と、他の領域を改質処理する回転工具を共通化してもよい。
ナット座１６を改質処理する際に、図８に示す回転工具６０’を用いてもよい。この回転工具６０’は前述した回転工具６０とほぼ同様であり、対応する構成部には同番号を付すが、加工部６２の外周面に環状突起６２ａが形成されている。この環状突起６２ａは、加工部６２の外周面がナット座１６に当たるときに、ナット座１６に入り込み撹拌効果を高める。
ナット座が円錐形状ではなく、ボルト穴と直交する環状の平坦面の場合には、回転工具の加工面を環状の平坦面にする。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明方法を適用するアルミホイールの上半分を表側から見た図である。
【図２】同アルミホイールの上半分を裏側から見た図である。
【図３】同アルミホイールのリム部の断面図である。
【図４】同アルミホイールをハブに固定した状態を示す要部拡大断面図である。
【図５】同アルミホイールの架橋部を改質処理している状態を示す断面図である。
【図６】同アルミホイールのナット座の改質処理に用いられる回転工具の斜視図である。
【図７】同回転工具を用いてナット座を改質処理している状態を示す要部拡大断面図である。
【図８】ナット座の改質処理に用いられる回転工具の他の態様を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
Ａ  アルミホイール（軽合金ホイール）
１０  ディスク部
１２  ボルト穴
１３  飾り穴
１４  架橋部
１４ａ  溝
１６  ナット座
２０  リム部
２２  ビードシート部
２３  リムドロップ部
２９  肉厚急変部
３１〜３４  改質された領域
６０，６０’  回転工具
６２  加工部
８０  回転工具
【図１】
2005272931.tif 000003
【図２】
2005272931.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005272931.tif 000008
【図７】
2005272931.tif 000009
【図８】
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