(57)【要約】【課題】２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクについて、顧客の希望する形状で安全を確保できるものを生産する工程を示す。【解決手段】２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクの生産において、コンピュータ制御の下、顧客の求める形状の２次元図面より３次元ＣＡＤデータに変換し、そのＣＡＤデータから機械的特性を把握し、これまでに作成した安全基準と比較し、安全基準を満たす場合には、これをＣＡＤデータとし、安全基準を満たさない場合には、安全基準を満たすような形状適正化を行い、これをＣＡＤデータとして、２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクを生産する方式である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクの生産において、コンピュータ制御の下、顧客の求める形状の２次元図面より３次元ＣＡＤデータに変換し、そのＣＡＤデータから機械的特性を把握し、これまでに作成した安全基準と比較し、安全基準を満たす場合には、これをＣＡＤデータとし、安全基準を満たさない場合には、安全基準を満たすような形状適正化を行い、これをＣＡＤデータとして、２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクを生産する方式。
【請求項２】
請求項１において、コンピュータ制御の下、顧客の求める形状の２次元図面より３次元ＣＡＤデータに変換し、そのＣＡＤデータから機械的特性を把握し、これまでに作成した安全基準と比較し、安全基準を満たした場合であっても、形状適正化を行い、これをＣＡＤデータとして２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクを生産する方式。
【請求項３】
ＮＣマシンを使用して請求項１又は請求項２のいずれかの２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクを生産する方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクの安全を確保する加工方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽量性や美的外観のため、車両用ホイールとしてアルミホイールが用いられている。このアルミホイールは車両のハブに取り付けるディスクと、タイヤが取り付けられるリムが一体に成形された１ピース型と、ディスクとリムが別体となった２ピース型と、さらには、リムをアウタリムとインナリムに分割した３ピース型がある。
【０００３】
この中で、３ピース型アルミホイールでは、様々にデザインされたディスクに市販のアウタリムやインナリムが取り付けられる。４輪車での３ピース型アルミホイールでは、ディスクと外部から見えるアウタリム及び車体内側のインナリムとにより構成されている。２輪車では、左右両面ともに外部から見えるため、ディスクの両面ともに装飾面あるいはＡ面と称され、どちらもアウタリムとなっている。
【０００４】
３ピース型アルミホイールでは、アフター商品である、２輪車用のアウタリム、４輪車用のアウタリムとインナリムは、いずれも市販されており、使用者は、好みに応じて任意にリムを選択することができる。しかし、これを使用するには、３ピース型アルミホイールのディスクの形状がアウタリムやインナリムの接合面やボルト径・位置等に適合していることが必要である。また、使用者によっては、ホイール幅、換言すればタイヤ幅を増減したい場合がある。このようなときに、市販のリムに適合した形状の３ピース型アルミホイールのディスクを手軽に入手できることが望まれる。
【０００５】
アルミホイールのディスクの製造方法には、大別すると、溶融したアルミ素材を金型で固める鋳造法と、素材を高圧でプレスする鍛造方法がある。前者には、低圧鋳造法やダイカスト法が含まれ、後者には、熱間鍛造法や溶融鍛造法が含まれる。上記いずれのアルミホイールのディスク製造方法では、多大なエネルギーを消費し、鋳型や金型を必要とし、製造コストも高くなり、当然ながら設計変更はかなり困難である。そのため、かかる方法では、目的にかなう３ピース型アルミホイールのディスクを安価に、自由に入手することが難しくなっている。
【０００６】
そこで、既存のリムに適合させ、あるいはホイール幅を変えるなど、多品種・少量のディスクに対応できる製造方法が必要となってくる。アルミ部材等の研磨に従事してきた本発明者は、この多品種・少量のディスクの需要に対応できる製造方法として、アルミ合金板をリムの形状に適合させて切削加工することにより可能であると思いついた。特に、２輪車の３ピース型アルミホイールでは、エアーバルブの箇所を除き、左右のリムは、ディスクのボルトの挿通孔や形状は対称的であり、そのリムに適合したディスクを切削加工により製造することは、製造工程を低減でき、より安価にできるものと考えられた。こうして、本発明者は、市販のリムに適合する２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクを切削加工により製造することを内容とする特許権(特許第４５２３０６８号)を得た。
【０００７】
一方、軽合金等ホイールについては、その安全性確保のため、強度評価試験が国土交通省の技術基準で定められており、基本的な試験方法には、「回転曲げ疲労試験」、「半径方向負荷耐久試験」、「衝撃試験」（以下技術基準強度試験とする。）がある。そして、コンピュータの性能向上と低価格化やＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ等のアプリケーションソフトの性能向上により各製造会社では、デジタル化による効率化が進んでいる。アルミホイール製造各社は、こうしたＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ等の手法を用い、これらの技術基準強度試験結果より、アルミホイールデザインによる強度検討が実施されている（非特許文献１）。こうして、アルミホイール製造各社は、それぞれ自社内にて、国土交通省の技術基準を上回る安全基準（以下社内安全基準とする。）を作成し実施している。
【０００８】
さて、上述のごとく、切削加工により、市販のリムに適合する２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクを製造することはできる。しかし、アルミホイールは強度部品であって重要保安部品の位置づけとなっているため、顧客の求める形状等に従い、これを自由に製造することは、安全の確保上できない。
【０００９】
そこで、顧客の求める２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクの形状の安全性を確認し、もしその形状について不安があれば、その形状を修正し安全を確保する必要がある。ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ等の技術を利用し、顧客の求める２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクの２次元図面から３次元ＣＡＤデータに変換することは可能であり、この３次元ＣＡＤデータから、一連のシステム内でその強度等の機械的特性を把握することもできる。この機械的特性と、これまでの技術基準強度試験より得られた社内安全基準と比較し、その社内安全基準を満たさない場合には、これを満たすように、２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクの形状を修正する必要がある。この修正をし、安全を確保した形状のＣＡＤデータを基に、ＮＣマシンにて製造すれば、安全を確保し、顧客の希望に沿った２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクを少量でも安価に製造することができる。なお、ＮＣ（Numerical Control）マシンとは、ＣＡＤで制作した３次元データから、数値プログラムを制作し、そのプログラムを利用して、切削用の工作機械で座標位置を制御しながら３次元的に立体物を製造する機械である。  
【００１０】
本発明者は、こうした一連のＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ等の手法を用いることにより、アルミ合金板の切削加工により安全が確保される２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクが提供できることを思いついた。
【００１１】
構造物の形状からその強度等を解析し、部品交換等のリプレースや最適形状とする形状設計システムに関する先行技術としては、構造物を３次元測定し、その３次元データを作成しこれを用いて形状による強度解析を行い、部品交換等のリプレースに活用する形状等に基づく形状解析システム方法（特許文献１）、適用される製造プロセスまたは設備に適応するように客先仕様に基づき基本設計を行い、３次元ＣＡＤを用いて機械・構造用部品のモデリングを行い、当該モデリングの結果生成される形状モデルに対し、解析のために少なくとも、機械強度、剛性、重量計算を行い、計算結果が所定の値になるまで３次元ＣＡＤによるモデリングを繰り返し、機械・構造物用部品を最適形状とする機械・構造物用部品の形状設計システム（特許文献２）等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７-５８５０８
【特許文献２】特開２００３−２２８５９３
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】日立金属技報Vol.17(２００１)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、かかるＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ等の手法を活用し、２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクについて、顧客の希望する形状にて製造し、かつ、安全を確保する加工方式を示すものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
すなわち、第１発明は、２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクの生産において、コンピュータ制御の下、顧客の求める形状の２次元図面より、３次元ＣＡＤデータに変換し、そのＣＡＤデータから機械的特性を把握し、これまでに作成した安全基準と比較し、安全基準を満たす場合には、これをＣＡＤデータとし、安全基準を満たさない場合には、安全基準を満たすような形状適正化を行い、これをＣＡＤデータとして、２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクを生産する方式である。
【００１６】
顧客の求める形状とは、顧客が選択した市販のリムの大きさ、リム用ボルト孔、ハブ孔用ボルト孔等に合わせ、さらにはホイール幅を増減する等、顧客が希望する２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクの形状をいう。
顧客の求める形状は、２次元図面として表現できるものであり、２次元図面は、簡易ＣＡＤにより、顧客が作成することも可能である。この２次元図面を３次元ＣＡＤデータに変換する。この３次元ＣＡＤデータより機械的特性を作成し、これまでに作成した社内安全基準と比較し、この安全基準を満たす場合には、この形状にて製造する。満たさない場合には、この安全基準を満たすように形状を変形させ、適正化された形状にて、２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクを生産する方式である。なお、安全基準は、各アルミホイール製会社が作成したものであり、以下、社内安全基準とする場合もある。
【００１７】
社内安全基準の記憶手段、２次元図面より３次元ＣＡＤデータに変換する３次元ＣＡＤ変換手段、ＣＡＤデータから機械的特性を作成する構造解析手段、機械的特性とこれまでに作成した社内安全基準とを比較する合否判定手段、顧客の求める形状に沿って、安全基準を満たすように形状を最適化する形状最適化手段、及び最適化された３次元ＣＡＤデータの記憶手段等がコンピュータにより制御されている。これをまとめて２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクの形状設計システムとする。
【００１８】
社内安全基準は、国土交通省の技術基準で定められた「回転曲げ疲労試験」、「半径方向負荷耐久試験」、「衝撃試験」等の結果と、その試験に供したアルミホイールの形状、機械的特性等から、アルミホイール製造各社が作成した基準であり、国土交通省の基準により試験したアルミホイールの過去の実験結果と、そのアルミホイールの形状を有限要素法等に基づく計算結果との相違を把握し、これを反映させて、アルミホイールを設計するときの社内安全基準が設けられ、国の基準を上回るように設定されている。
社内安全基準を満たすように形状を最適化する形状最適化手段は、過去に生産されたアルミホイールの形状と、この形状についての社内安全基準を満たした機械的特性等が記憶され、顧客の求める形状に近似するアルミホイールのデータを参照して最適形状にするものである。顧客の求める形状が安全基準を満たす場合には、その形状が最適形状となる。
【００１９】
続いて、第２発明は、第１発明において、コンピュータ制御の下、顧客の求める形状の２次元図面より３次元ＣＡＤデータに変換し、そのＣＡＤデータから機械的特性を把握し、これまでに作成した社内安全基準と比較し、その安全基準を満たした場合であっても、形状適正化を行い、これをＣＡＤデータとして２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクを生産する方式である。
【００２０】
例え顧客の求める形状のままで、社内安全基準を満たしている場合であっても、重量が重くなったり、切削加工が困難になっている形状もある。そこで、顧客が求める形状が社内安全基準を満たしている場合であっても、形状最適化手段により最適形状のＣＡＤデータを作成し、これをＣＡＤデータとして２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクを生産する方式である。
【００２１】
続いて、第３発明は、ＮＣマシンを使用して、第１発明又は第２発明のいずれかの２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクを生産する方式である。
【００２２】
ＮＣマシンは、前述のようにＣＡＤで、すなわち、２輪車用３ピース型アルミホイールのディスク形状設計システムで作成した３次元データを利用し切削用の工作機械で立体物を製造する機械であり、第１発明あるいは第２発明で作成された最適形状の３次元データを有効に利用できる。
【発明の効果】
【００２３】
第１発明では、切削加工により生産する２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクの安全を確保することができる。第２発明では、軽量化、切削加工の容易化が可能となる。第３発明では、ＣＡＤデータが利用でき、迅速に生産することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】３ピース型アルミホイール用ディスク
【図２】３ピース型アルミホイール用ディスクの試作品
【図３】３ピース型アルミホイールの既存のリムとディスク
【図４】第１及び第２発明の２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクの生産方式
【図５】社内安全基準の作成例
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明の実施例を示す。
【実施例１】
【００２６】
図１は、２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクの概略図である。ディスク１の中央部にハブ孔１２があり、ディスク１はハブ用ボルト孔１３でボルトにより図示しないがハブに接合される。ディスク１の周縁部１８には、リム用ボルト孔１４がつけられ、リム２とディスク１がボルトで接合される。ディスク１の両面は、装飾面１１（Ａ面）となる。
【００２７】
図２に試作品ディスク１の平面図(Ａ)と斜視図(B)を示す。リムは図３に示す既存の２輪車用３ピース型アルミホイールに付属していたものを使用し、ディスクの素材は、リムとの接合も考慮して、直径２５０ｍｍの円柱状のアルミ合金地金を厚さ３２ｍｍに切断したものを使用した。ディスクの軽量化と美観のため、スポーク部１６は８本とし、外周面の溝１７を２４ｍｍの深さで形成し、ハブ孔１２、ハブ孔用ボルト孔１３、ディスク用ボルト孔１４、装飾面開口部１９を設けるものである。この形状の２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクを２輪車用３ピース型アルミホイールのディスク形状設計システムによりＣＡＤデータを作成し、このＣＡＤデータよりＮＣマシンにて、２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクを生産した。
【００２８】
図３に試作品のディスク１と既存のリム２を示す。（Ａ）は両方の斜視図であり、（Ｂ）は平面図である。ディスクのボルトを通す挿通孔はリムの形状にあわせ作られている。
【実施例２】
【００２９】
図４は、第１発明の生産方式を示したものである。２次元図面で作成された求める２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクの形状を３次元ＣＡＤ変換手段により、３次元ＣＡＤデータに変換し、構造解析手段により、機械的特性の数値化を行う。この数値が既に記憶されている社内安全基準と合否判定手段により比較され、合否が決められる。不合格の場合には形状化適正手段により最適形状が作成され、３次元ＣＡＤ変換手段に戻され、３次元データの作成、機械的特性の数値化、合否判定され、合格するまでこの作業が継続される。
【００３０】
また、合格した場合でも、顧客の求める形状では、重量が重すぎたり、切削加工が難しい場合には、形状化適正手段により最適形状が作成され、同様の作業が行われる。第２発明の場合である。なお、形状化適正手段により最適形状の３次元データと機械的特性の数値化がされる場合があり、この場合を図４の破線で示した。
【００３１】
図５は、社内安全基準の作成例である。アルミホイール製造各社は、国土交通省の技術基準である強度試験を行っている。さらには社内でも同様の試験を行い、アルミホイールの仕様とその試験の合否判定の結果を有している。また、各アルミホイールの仕様についての機械的特性の数値を把握しており、この試験結果と機械的特性を比較検討し、社内での安全基準を作成することができる。図５では、合格品の仕様から作成される機械的特性値に安全率を乗じて、この技術基準を上回る社内安全基準を作成している。なお、社内安全基準の作成は、この方法に限られるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
アフター商品である２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクは多品種少量生産であり、これに対応するため切削加工による製造方法を発明した。しかし、その安全性については、未解決であった。本発明により、安全を確保した２輪車用３ピース型アルミホイールのディスクを生産することができ、この発明の利用が期待される。  
【符号の説明】
【００３３】
１  （３ピース型アルミホイールの）ディスク    １１  装飾面（Ａ面）  
１２  ハブ孔  １３  ハブ孔用ボルト孔  １４  ディスク用ボルト孔  １５  外周面  
１６  スポーク部  １７  外周面の溝  １８  周縁部  １９  装飾面開口部
２  リム  ２１  リムのボルト挿通孔  
【図４】
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【図５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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