車両ホイールの製造方法およびスピニング加工装置
【課題】 車両ホイールのリム部をスピニング加工により得る際、プリフォームの芯出し精度を向上させる。
【解決手段】 ディスク部３１と、リム原形部３２とを一体に有する車両ホイールのプリフォーム３０を鋳造する。この鋳造時に、鋳型の溶湯案内部に対応して芯出し用凹部３４が成形される。次に、プリフォーム３０のリム原形部３２をマンドレル４０の外周に被せるとともに、ディスク部３１をマンドレル４０の端面とクランプ部材５０とで挟持し、この状態で、リム原形部３２にスピニング加工を施す。マンドレル４０の端面中央には芯出し用凸部４４ｂが形成され、プリフォーム３０の芯出し用凹部３４に嵌まることにより、プリフォーム３０の芯出しが行なわれる。
【解決手段】 ディスク部３１と、リム原形部３２とを一体に有する車両ホイールのプリフォーム３０を鋳造する。この鋳造時に、鋳型の溶湯案内部に対応して芯出し用凹部３４が成形される。次に、プリフォーム３０のリム原形部３２をマンドレル４０の外周に被せるとともに、ディスク部３１をマンドレル４０の端面とクランプ部材５０とで挟持し、この状態で、リム原形部３２にスピニング加工を施す。マンドレル４０の端面中央には芯出し用凸部４４ｂが形成され、プリフォーム３０の芯出し用凹部３４に嵌まることにより、プリフォーム３０の芯出しが行なわれる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両ホイールをスピンニング加工により製造する方法およびこの方法に用いられるスピニング加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０００−７９８０１号公報に開示された車両ホイールの製造方法では、最終形状の車両ホイールではなく、ディスク部と厚肉のリム原形部を有するプリフォームを鋳造する。このプリフォームを予熱した後、リム原形部に減肉を伴うスピニング加工（フローフォーミング加工）を施すことにより最終形状または最終形状に近いリム部を得る。このスピニング加工の後、熱処理，切削加工，塗装等を行う。この方法では、スピニング加工を施すことによりリム部の強度を向上でき、リム部の薄肉軽量化を図ることができる。
【０００３】
上記スピンニング加工について詳述すると、上記プリフォームのリム原形部をマンドレルの外周に嵌め込み、プリフォームのディスク部をマンドレルの端面とクランプ部材とで挟持する。この状態で、これらマンドレルとクランプ部材とを一緒に回転させながら軸方向に移動させるとともに、押圧ローラをマンドレルの外周のプロフィールに沿ってマンドレルの径方向に移動させることにより、リム原形部がスピニング加工される。
上記スピニング加工に際して、プリフォームは、リム原形部の内周とマンドレルの外周との嵌め合いにより芯出される。
【特許文献１】特開２０００−７９８０１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の方法では、プリフォームの芯出しのために提供されるリム原形部の内周とマンドレルの外周が大径であること、およびプリフォームのリム原形部の寸法精度が低いことにより、両者の間にはガタが生じ、芯出しの精度が低い。その結果、スピニング加工により得られた車両ホイールにバランス不良が生じる不都合があった。
【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、
（ア）ディスク部と、リム原形部とを一体に有する車両ホイールのプリフォームを製造する工程と、
（イ）上記プリフォームのリム原形部をマンドレルの外周に被せるとともに、上記ディスク部を上記マンドレルの端面とクランプ部材とで挟持し、この状態で、上記リム原形部に減肉を伴うスピニング加工を施すことにより、リム部を得る工程と、
を備えた車両ホイールの製造方法において、上記マンドレルの端面中央に芯出し用凸部が形成され、上記スピニング加工工程において、上記プリフォームのディスク部中央に形成された芯出し用凹部を嵌めることにより、プリフォームの芯出しを行なうことを要旨とする。
上記方法によれば、リム原形部より小径の芯出し用凸部と芯出し用凹部の嵌め合いにより、精度良くプリフォームの芯出しを行なうことができ、スピニング加工により得られる車両ホイールにバランス不良が生じる不都合を解消できる。
【０００６】
好ましくは、上記プリフォームを鋳造により得、この鋳造により上記芯出し用凹部が成形される。これによれば、プリフォーム鋳造時に芯出し用凹部が成形されるので、製造工程を少なくすることができる。
好ましくは、上記鋳造の際に用いられる鋳型の成形用キャビティは、上記ディスク部を得るためのディスク部成形用空間と上記リム原形部を得るためのリム原形部成形用空間とを有し、上記ディスク部成形用空間を画成している一対の対峙した型面のうち、一方の型面の中央には湯道が開口し、他方の型面の中央からは湯口に向かって突出する溶湯案内部が設けられ、上記プリフォームの鋳造時に、この溶湯案内部に対応して上記芯出し用凹部が成形される。
これによれば、溶湯案内部により成形された凹部をそのまま芯出し用凹部として用いることができる。
【０００７】
好ましくは、上記鋳造工程で用いられる鋳型は、下型と、上型と、これら下型と上型との間に配置され複数に分割された横型とを有し、型締め時に上記成形用キャビティが形成されるようになっており、上記下型の中央には上記湯道が形成され、上記上型は、上型本体と、その中央に着脱可能に取り付けられた溶湯案内部材とを有し、この溶湯案内部材が上記成形用キャビティに突出し、この突出部位が上記溶湯案内部として提供される。
これによれば、溶湯案内部材を交換することで、芯出し用凹部の寸法精度を高いレベルで維持できる。
【０００８】
好ましくは、上記芯出し用凹部と芯出し用凸部が断面円形をなし、芯出し用凹部の内周と芯出し用凸部の外周は実質的に１箇所において線接触する。これにより、高精度の芯出しを確実に行なうことができる。
【０００９】
さらに本発明は、マンドレルとクランプ部材とを備え、車両ホイールのプリフォームのリム原形部を上記マンドレルの外周に装着し、プリフォームのディスク部をマンドレルの端面とクランプ部材とで挟んだ状態で、上記リム原形部をスピニング加工してリム部を得るスピニング加工装置において、
上記マンドレルの端面中央に芯出し用凸部が設けられ、上記プリフォームのリム原形部を外周に被せてセットする際に、上記プリフォームの中央に形成された芯出し用凹部に上記芯出し用凸部が嵌まることを要旨とする。
上記構成によれば、リム原形部より小径の芯出し用凸部と芯出し用凹部の嵌め合いにより、精度良くプリフォームの芯出しを行なうことができ、スピニング加工の精度を向上させることができる。
【００１０】
好ましくは、上記マンドレルは端盤を有し、この端盤の中央に芯出し用ピンが取り付けられており、芯出し用ピンのヘッド部が端盤の端面から突出し上記芯出し用凸部として提供される。
これによれば、別体をなす芯出し用ピンを用いることにより、芯出し用凸部の寸法を高精度にすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように本発明方法および装置によれば、車両ホイールのプリフォームの芯出しを精度良く行なうことができ、スピニング加工により得られる車両ホイールのバランス不良を解消できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の第１実施形態をなすアルミ合金製（軽合金製）の車両ホイールの製造方法について図面を参照しながら説明する。まず、プリフォーム鋳造工程で用いられる鋳型について説明する。図１に示すように、この鋳型１０は、図示しない水平板形状のベースと、このベース上に固定された下型１１と、この下型１１に対して昇降する上型１２と、半割りされた横型１３とを有している。半割された横型１３は、左右に対峙し、同方向に移動して接合，離反するようになっている。
【００１３】
鋳型１０の型締め時には、一対の横型１３同士が所定の荷重をもって当たり、上型１２が下降してこれら横型１３の上面に当たることにより、下型１１と上型１２とで一対の横型１３を所定の荷重をもって挟むようになっている。この型締め状態において、下型１１と上型１２と一対の横型１３により、成形用キャビティ１５が形成される。
【００１４】
上記成形用キャビティ１５は、下型１１と上型１２の対向型面間に形成されたディスク部成形用空間１６と、下型１１と上型１２の外周面と一対の横型１３の内周面間に形成された略筒状のリム原形部成形用空間１７とを有している。ディスク部成形用空間１６は、最終形状の車両ホイールのディスク部とほぼ同形状をなしている。リム原形部成形用空間１７は、下側の第１部分１７ａと上側の第２部分１７ｂとを有している。上記第１部分１７ａは、最終形状の車両用ホイールのリム部の対応箇所に近い形状をなしている。第２部分１７ｂは上端に向かって広がる円錐形状をなし、最終形状の車両用ホイールのリム部の対応箇所と異なる形状であるとともに、それより厚くなっている。
【００１５】
上記下型１１は、下型本体１１ａと、その中央を貫通して取り付けられた筒状の湯道構成部材１１ｂとを有している。湯道構成部材１１ｂの内部空間が湯道１８として提供されている。この湯道１８は、断面円形をなし上部１８ａが下部１８ｂより小径をなしている。湯道１８の上部１８ａは、下型１１の型面中央に開口し、上記ディスク部成形用空間１６の中央に連なっている。
【００１６】
上記湯道１８の下端には、前述したベースを貫通する垂直導管（図示しない）の上端部が連なっている。上記ベースの下方にはアルミ合金（軽合金）の溶湯を蓄えたタンク（図示しない）が配置され、上記導管の下端部はこの溶湯に入り込んでいる。
【００１７】
他方、上記上型１２は、上型本体１２ａと、その中央を貫通して取り付けられた溶湯案内部材１２ｂとを有している。溶湯案内部材１２ｂは、上型本体１２ａにボルト等により着脱可能に取り付けられており、鋳造が所定回数に達したら交換し、その寸法精度を所定レベルに維持している（許容差を所定範囲に維持している）。溶湯案内部材１２ｂは、ディスク部成形用空間１６の中央において、上記湯口１８に向かって下方に突出している。この溶湯案内部材１２ｂの突出部は溶湯案内部として提供され、上部が円柱形状をなし下方に向かって漸次小径となり、その下端は上記湯口１８の上部１８ａの中央に位置している。
【００１８】
上記鋳型１０を用いた車両ホイールのプリフォームの低圧鋳造工程について説明する。上記タンクの内部空間にガス圧を供給することにより、タンク内の溶湯面を押し下げる。これにより、タンク内の溶湯は、導管を経、さらに湯道１８を経て、ディスク部成形用空間１６の中央に達する。湯口１８から出た溶湯は、溶湯案内部材１２ｂにより案内され全方向に向かって円滑に流れ、ディスク部成形用空間１６に充填され、さらにリム原形部成形用空間１７に充填される。
【００１９】
上記溶湯の凝固は、湯道１８から最も遠い部位、すなわちリム原形部成形用空間１７の先端で始まり、ディスク部成形用空間１６の中央部へと凝固が進む。この凝固が湯道１８の上部１８ａまで進んだ時点（図１において破線Ａで示す位置まで進んだ時点）で，タンクのガスを抜くと、湯道１８の下部１８ｂおよびそれより下方の溶湯は導管を流れ落ちてタンクに戻る。
【００２０】
上記鋳造により、図２に示す車両ホイールのプリフォーム３０が得られる。このプリフォーム３０は、ディスク部成形用空間１６に対応したディスク部３１と、リム原形部成形用空間１７に対応したリム原形部３２とを有している。ディスク部３１には飾り穴３１ａが形成されている。リム原形部３２は、リム原形部成形用空間１７の第１部分１７ａに対応した第１部分３２ａと、第２部分１７ｂに対応した第２部分３２ｂを有している。
【００２１】
さらに上記プリフォーム３０は、湯道１８の上部１８ａに対応して成形された湯道成形部３３と、溶湯案内部材１２ｂの突出部に対応して成形された凹部３４とを有している。湯道成形部３３はディスク部３１の中央においてリム原形部３２の第２部分３２ｂの反対側に突出している。上記凹部３４は後述する芯出し用凹部として提供され、湯道成形部３３の裏側に位置している。
上記プリフォーム３０は上記鋳造後にバリ取りをしてから、上下を逆にして図２に示すスピニング加工装置により、スピニング加工される。
【００２２】
上記スピニング加工装置は、マンドレル４０と、カウンタープレート５０（クランプ部材）と、押圧ローラ６０（しごき部材）と、カウンタープレート５０をマンドレル４０に対して昇降させる押圧機構（図示しない）と、マンドレル４０とカウンタープレート５０を一緒に回転させる回転駆動機構（図示しない）と、マンドレル４０とカウンタープレート５０を一緒にマンドレル４０の軸方向に移動させる軸方向移動機構（図示しない）と、上記押圧ローラ６０をマンドレル４０の軸方向及び径方向に移動させるローラ移動機構（図示しない）とを備えている。マンドレル４０は、回転軸となる中心軸が垂直に延びており、成形筒４１と、この成形筒４１の上端から離れる方向に移動可能な機構（図示しない）に支持され、成形筒４１の上端部のテーパー面により位置決めされた端盤４２と、端盤４２の中央部に挿入固定されて端盤４２の一部となる受筒４３と、受筒４３の中央に挿入固定された芯出し用ピン４４とを有している。端盤４２と受筒４３は、図示しないボルトにより固定されている。
【００２３】
上記芯出し用ピン４４は、受筒４３を挿通するピン部４４ａと、このピン部４４ａの上端に設けられた大径のヘッド部４４ｂ（位置決め用凸部）とを有している。ヘッド部４４ｂは、受筒４３のフランジ４３ａの上面（マンドレル４０の端面）から上方に突出しており、横断面円形をなすとともに、外周面が凸曲面をなしている。
【００２４】
上記カウンタープレート５０は、円盤形状の本体５１と、小径の円盤形状をなす支持部材５２と、リング形状の当接部材５３とを有している。本体５１の中央には穴５１ａが形成され、この中央穴５１ａの上端拡径部に上記支持部材５２が嵌められ、下端拡径部に上記当接部材５３が嵌められている。これら支持部材５２と当接部材５３は、当接部材５３と本体５１を貫通するボルト５４を支持部材５２にねじ込むことにより、本体５１に固定されている。
【００２５】
上記カウンタープレート５０の中央には、後述する作用を発揮する離脱機構７０が設けられている。この離脱機構７０は、本体５１の中央穴５１ａに上下スライド可能に収容された小径円盤形状の押圧部材７１と、押圧部材７１の上面の凹部７１ａに収容された圧縮コイルバネ７２とを有している。この圧縮コイルバネ７２により、押圧部材７１は下方にすなわち支持部材５２から離れる方向に付勢されている。
【００２６】
上記押圧部材７１には凹部７１ａの周りに等間隔をなして複数の案内ロッド７３の下端が固定されている。この案内ロッド７３は垂直に上方に延びており、支持部材５２を上下スライド可能に貫通している。上記押圧部材７１の下方への移動は、この案内ロッド７３の上端ヘッド部が支持部材５２の上面に当たることにより、規制されている。
【００２７】
スピニング加工に際して、プリフォーム３０が搬送ロボットによりマンドレル４０にセットされる。すなわち、リム原形部３２がマンドレル４０の成形筒４１の外周面にはまり、ディスク部３１の中央部（芯出し用凹部３４を囲む環状部分）がマンドレル４０の受筒４３のフランジ４３ａに載せられる。
【００２８】
上記プリフォーム３０のセット状態において、芯出し用凹部３４に芯出し用ピン４４のヘッド部４４ｂが嵌る。上述したように、溶湯案内部材１２ｂは高い寸法精度に維持されているので、芯出し用凹部３４の寸法精度が高く、しかも小径であり熱変形の影響も少ないので、上記ヘッド部４４ｂに高精度で実質的にガタがゼロの状態で嵌合される。また、図３に示すように、芯出し用凹部３４の開口端部の内周面は凸に湾曲しており、芯出し用ピン４４のヘッド部４４ｂの外周面も凸に湾曲しており、両者は、１箇所（図３において符号Ｂで示す）において、円を描くようにして線接触している。その結果、プリフォーム３０の芯出しを高精度で行なうことができる。
なお、プリフォーム３０のリム原形部３２の内周とマンドレル４０の外周とは芯出しの役割を担わず、若干のガタがあっても芯出しの精度に影響を与えない。
【００２９】
上記プリフォーム３０をマンドレル４０にセットした後、押圧機構を作動させてカウンタープレート５０を下降させ、このカウンタープレート５０とマンドレル４０とでプリフォーム３０を挟持する。この際、カウンタープレート５０の当接部材５３がプリフォーム３０のディスク部３１の中央部（湯道成形部３３を囲む環状部）を押し、本体５１の周縁部がリム原形部３２の第１部分３２ａを押す。このプリフォーム３０が受ける押圧荷重は、マンドレル４０の受筒４３のフランジ４３ａで受ける。
【００３０】
上記挟持状態で、押圧部材７１がプリフォーム３０の湯道成形部３３に当たり、本体５１に対して相対的に上昇し、支持部材５２に近づくか当たる。押圧部材７１は圧縮コイルバネ７２の力で湯道成形部３３を押している。
【００３１】
上記プリフォーム３０の挟持状態で、マンドレル４０とカウンタープレート５０を回転駆動機構により一緒に回転させる。これと同時にローラ移動機構により、押圧ローラ６０をプリフォーム３０のリム原形部３２の第２部分３２ｂに押し付けながら、マンドレル４０の外周のプロフィールに対応してマンドレル４０の軸方向および径方向に移動させる。マンドレル４０の外周は、車両ホイールの最終形状に近いプロフィールを有しているので、第２部分３２ｂは減肉を伴いしごかれる。その結果、図２の想像線で示すように最終形状に近い形状のリム部３９となる。
【００３２】
上記スピニング加工は、リム原形部３２の材料の大きな流動（広義には材料の塑性変形）を伴い、巣の圧着，組織の微細化（動的再結晶），組織の異方性（圧延組織），加工硬化を実現できる。
また、上述したようにプリフォーム３０の芯出しを高精度で行なうので、スピニング加工により得られた車両ホイールの良好なバランスを確保できる。
【００３３】
上記スピニング加工が終了したら、押圧機構を作動させて上記カウンタープレート５０を上方へ移動させ、車両ホイールから離す。それから車両ホイールを搬送ロボットでマンドレルから外す。上記カウンタープレート５０が上昇する際に、離脱機構７０が働き、圧縮コイルスプリング７２の力で押圧部材７１が湯道成形部３３を押すので、車両ホイールがカウンタープレート５０から確実に離脱され、マンドレル４０に残される。
【００３４】
上記スピニング加工の後で、熱処理し、さらにディスク部３１の中央にハブ穴を形成し、その周囲にボルト穴を形成し、さらにリム部３９に減肉を伴う切削加工を施し、塗装を施すことにより、車両ホイールが完成する。ハブ穴を形成する際に、上記湯道成形部３３は取り除かれる。上述したように、車両ホイールのバランスが良好であるので、上記切削加工の際に削り残しや削り過ぎ等がなく、最終製品である車両ホイールの良好なバランスを確保することができる。
【００３５】
上記第１実施形態では、下型１１の中央に湯道１８を有する鋳型１０すなわちセンターゲート型の鋳型を用いたが、横型に湯道を有するサイドゲート型の鋳型を用いてもよい。図４には、このサイドゲート型の鋳型を用いて鋳造したプリフォーム３０’が示されている。このプリフォーム３０’も、第１実施形態と同様に、ディスク部３１’と、リム原形部３２’とを有している。このリム原形部３２’の外周に湯道成形部が成形されるが、これは鋳造後，スピニング加工前に除去される。本実施形態では、上型の型面中央に凸部が形成され、下型の型面中央に凹部が形成されている。そのため鋳造時に、上型の凸部に対応してディスク部３１’の中央に芯出し用凹部３４´が成形されるとともに、その反対側に下型の凹部に対応して凸部３３’が成形される。凸部３３’は第１実施形態と同様に離脱機構７０の力を受ける。なお、上型の型面中央の凸部は、上型本体に着脱可能に取り付けられた部材により構成してもよい。
【００３６】
本発明は、さらに他の形態を採用可能である。例えば、プリフォーム３０のディスク部３１を切削加工や鍛造により、減肉して最終形状にしてもよい。
鋳造の仕方に特に限定はない。例えば、鋳型の内、横型１３は、複数個の分割が可能であり、特に四分割や三分割は適当である。
上記実施形態ではプリフォームを低圧鋳造により得たが、重力鋳造や傾斜鋳造、高圧鋳造で得てもよい。また、プリフォームは鍛造により得てもよい。
スピニング加工の際にマンドレルの中心軸（回転軸）を水平にしてもよい。
カウンタープレートはマンドレルに対して相対的に軸方向移動されるが、カウンタープレートの代わりにマンドレルが移動してプリフォームを挟持してもよい。
また、ローラはマンドレルに対して相対的に軸方向移動されるが、ローラの代わりにマンドレルおよびカウンタープレートが軸方向に移動してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態において車両ホイールのプリフォームを鋳造する工程および鋳型を示す縦断面図である。
【図２】鋳造されたプリフォームをスピニング加工する工程および装置を示す縦断面図である。
【図３】上記スピニング加工装置における芯出し構造の拡大断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態において鋳造されるプリフォームの縦断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０ 鋳型
１１ 下型
１２ 上型
１３ 横型
１２ｂ 溶湯案内部材
１５ 成形用キャビティ
１６ ディスク部成形用空間
１７ リム原形部成形用空間
１８ 湯道
３０，３０’ プリフォーム
３１，３１’ ディスク部
３２，３２’ リム原形部
３４，３４’ 芯出し用凹部
３９ リム部
４０ マンドレル
４４ 芯出し用ピン
４４ｂ ヘッド部（芯出し用凸部）
５０ カウンタープレート（クランプ部材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両ホイールをスピンニング加工により製造する方法およびこの方法に用いられるスピニング加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０００−７９８０１号公報に開示された車両ホイールの製造方法では、最終形状の車両ホイールではなく、ディスク部と厚肉のリム原形部を有するプリフォームを鋳造する。このプリフォームを予熱した後、リム原形部に減肉を伴うスピニング加工（フローフォーミング加工）を施すことにより最終形状または最終形状に近いリム部を得る。このスピニング加工の後、熱処理，切削加工，塗装等を行う。この方法では、スピニング加工を施すことによりリム部の強度を向上でき、リム部の薄肉軽量化を図ることができる。
【０００３】
上記スピンニング加工について詳述すると、上記プリフォームのリム原形部をマンドレルの外周に嵌め込み、プリフォームのディスク部をマンドレルの端面とクランプ部材とで挟持する。この状態で、これらマンドレルとクランプ部材とを一緒に回転させながら軸方向に移動させるとともに、押圧ローラをマンドレルの外周のプロフィールに沿ってマンドレルの径方向に移動させることにより、リム原形部がスピニング加工される。
上記スピニング加工に際して、プリフォームは、リム原形部の内周とマンドレルの外周との嵌め合いにより芯出される。
【特許文献１】特開２０００−７９８０１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の方法では、プリフォームの芯出しのために提供されるリム原形部の内周とマンドレルの外周が大径であること、およびプリフォームのリム原形部の寸法精度が低いことにより、両者の間にはガタが生じ、芯出しの精度が低い。その結果、スピニング加工により得られた車両ホイールにバランス不良が生じる不都合があった。
【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、
（ア）ディスク部と、リム原形部とを一体に有する車両ホイールのプリフォームを製造する工程と、
（イ）上記プリフォームのリム原形部をマンドレルの外周に被せるとともに、上記ディスク部を上記マンドレルの端面とクランプ部材とで挟持し、この状態で、上記リム原形部に減肉を伴うスピニング加工を施すことにより、リム部を得る工程と、
を備えた車両ホイールの製造方法において、上記マンドレルの端面中央に芯出し用凸部が形成され、上記スピニング加工工程において、上記プリフォームのディスク部中央に形成された芯出し用凹部を嵌めることにより、プリフォームの芯出しを行なうことを要旨とする。
上記方法によれば、リム原形部より小径の芯出し用凸部と芯出し用凹部の嵌め合いにより、精度良くプリフォームの芯出しを行なうことができ、スピニング加工により得られる車両ホイールにバランス不良が生じる不都合を解消できる。
【０００６】
好ましくは、上記プリフォームを鋳造により得、この鋳造により上記芯出し用凹部が成形される。これによれば、プリフォーム鋳造時に芯出し用凹部が成形されるので、製造工程を少なくすることができる。
好ましくは、上記鋳造の際に用いられる鋳型の成形用キャビティは、上記ディスク部を得るためのディスク部成形用空間と上記リム原形部を得るためのリム原形部成形用空間とを有し、上記ディスク部成形用空間を画成している一対の対峙した型面のうち、一方の型面の中央には湯道が開口し、他方の型面の中央からは湯口に向かって突出する溶湯案内部が設けられ、上記プリフォームの鋳造時に、この溶湯案内部に対応して上記芯出し用凹部が成形される。
これによれば、溶湯案内部により成形された凹部をそのまま芯出し用凹部として用いることができる。
【０００７】
好ましくは、上記鋳造工程で用いられる鋳型は、下型と、上型と、これら下型と上型との間に配置され複数に分割された横型とを有し、型締め時に上記成形用キャビティが形成されるようになっており、上記下型の中央には上記湯道が形成され、上記上型は、上型本体と、その中央に着脱可能に取り付けられた溶湯案内部材とを有し、この溶湯案内部材が上記成形用キャビティに突出し、この突出部位が上記溶湯案内部として提供される。
これによれば、溶湯案内部材を交換することで、芯出し用凹部の寸法精度を高いレベルで維持できる。
【０００８】
好ましくは、上記芯出し用凹部と芯出し用凸部が断面円形をなし、芯出し用凹部の内周と芯出し用凸部の外周は実質的に１箇所において線接触する。これにより、高精度の芯出しを確実に行なうことができる。
【０００９】
さらに本発明は、マンドレルとクランプ部材とを備え、車両ホイールのプリフォームのリム原形部を上記マンドレルの外周に装着し、プリフォームのディスク部をマンドレルの端面とクランプ部材とで挟んだ状態で、上記リム原形部をスピニング加工してリム部を得るスピニング加工装置において、
上記マンドレルの端面中央に芯出し用凸部が設けられ、上記プリフォームのリム原形部を外周に被せてセットする際に、上記プリフォームの中央に形成された芯出し用凹部に上記芯出し用凸部が嵌まることを要旨とする。
上記構成によれば、リム原形部より小径の芯出し用凸部と芯出し用凹部の嵌め合いにより、精度良くプリフォームの芯出しを行なうことができ、スピニング加工の精度を向上させることができる。
【００１０】
好ましくは、上記マンドレルは端盤を有し、この端盤の中央に芯出し用ピンが取り付けられており、芯出し用ピンのヘッド部が端盤の端面から突出し上記芯出し用凸部として提供される。
これによれば、別体をなす芯出し用ピンを用いることにより、芯出し用凸部の寸法を高精度にすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように本発明方法および装置によれば、車両ホイールのプリフォームの芯出しを精度良く行なうことができ、スピニング加工により得られる車両ホイールのバランス不良を解消できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の第１実施形態をなすアルミ合金製（軽合金製）の車両ホイールの製造方法について図面を参照しながら説明する。まず、プリフォーム鋳造工程で用いられる鋳型について説明する。図１に示すように、この鋳型１０は、図示しない水平板形状のベースと、このベース上に固定された下型１１と、この下型１１に対して昇降する上型１２と、半割りされた横型１３とを有している。半割された横型１３は、左右に対峙し、同方向に移動して接合，離反するようになっている。
【００１３】
鋳型１０の型締め時には、一対の横型１３同士が所定の荷重をもって当たり、上型１２が下降してこれら横型１３の上面に当たることにより、下型１１と上型１２とで一対の横型１３を所定の荷重をもって挟むようになっている。この型締め状態において、下型１１と上型１２と一対の横型１３により、成形用キャビティ１５が形成される。
【００１４】
上記成形用キャビティ１５は、下型１１と上型１２の対向型面間に形成されたディスク部成形用空間１６と、下型１１と上型１２の外周面と一対の横型１３の内周面間に形成された略筒状のリム原形部成形用空間１７とを有している。ディスク部成形用空間１６は、最終形状の車両ホイールのディスク部とほぼ同形状をなしている。リム原形部成形用空間１７は、下側の第１部分１７ａと上側の第２部分１７ｂとを有している。上記第１部分１７ａは、最終形状の車両用ホイールのリム部の対応箇所に近い形状をなしている。第２部分１７ｂは上端に向かって広がる円錐形状をなし、最終形状の車両用ホイールのリム部の対応箇所と異なる形状であるとともに、それより厚くなっている。
【００１５】
上記下型１１は、下型本体１１ａと、その中央を貫通して取り付けられた筒状の湯道構成部材１１ｂとを有している。湯道構成部材１１ｂの内部空間が湯道１８として提供されている。この湯道１８は、断面円形をなし上部１８ａが下部１８ｂより小径をなしている。湯道１８の上部１８ａは、下型１１の型面中央に開口し、上記ディスク部成形用空間１６の中央に連なっている。
【００１６】
上記湯道１８の下端には、前述したベースを貫通する垂直導管（図示しない）の上端部が連なっている。上記ベースの下方にはアルミ合金（軽合金）の溶湯を蓄えたタンク（図示しない）が配置され、上記導管の下端部はこの溶湯に入り込んでいる。
【００１７】
他方、上記上型１２は、上型本体１２ａと、その中央を貫通して取り付けられた溶湯案内部材１２ｂとを有している。溶湯案内部材１２ｂは、上型本体１２ａにボルト等により着脱可能に取り付けられており、鋳造が所定回数に達したら交換し、その寸法精度を所定レベルに維持している（許容差を所定範囲に維持している）。溶湯案内部材１２ｂは、ディスク部成形用空間１６の中央において、上記湯口１８に向かって下方に突出している。この溶湯案内部材１２ｂの突出部は溶湯案内部として提供され、上部が円柱形状をなし下方に向かって漸次小径となり、その下端は上記湯口１８の上部１８ａの中央に位置している。
【００１８】
上記鋳型１０を用いた車両ホイールのプリフォームの低圧鋳造工程について説明する。上記タンクの内部空間にガス圧を供給することにより、タンク内の溶湯面を押し下げる。これにより、タンク内の溶湯は、導管を経、さらに湯道１８を経て、ディスク部成形用空間１６の中央に達する。湯口１８から出た溶湯は、溶湯案内部材１２ｂにより案内され全方向に向かって円滑に流れ、ディスク部成形用空間１６に充填され、さらにリム原形部成形用空間１７に充填される。
【００１９】
上記溶湯の凝固は、湯道１８から最も遠い部位、すなわちリム原形部成形用空間１７の先端で始まり、ディスク部成形用空間１６の中央部へと凝固が進む。この凝固が湯道１８の上部１８ａまで進んだ時点（図１において破線Ａで示す位置まで進んだ時点）で，タンクのガスを抜くと、湯道１８の下部１８ｂおよびそれより下方の溶湯は導管を流れ落ちてタンクに戻る。
【００２０】
上記鋳造により、図２に示す車両ホイールのプリフォーム３０が得られる。このプリフォーム３０は、ディスク部成形用空間１６に対応したディスク部３１と、リム原形部成形用空間１７に対応したリム原形部３２とを有している。ディスク部３１には飾り穴３１ａが形成されている。リム原形部３２は、リム原形部成形用空間１７の第１部分１７ａに対応した第１部分３２ａと、第２部分１７ｂに対応した第２部分３２ｂを有している。
【００２１】
さらに上記プリフォーム３０は、湯道１８の上部１８ａに対応して成形された湯道成形部３３と、溶湯案内部材１２ｂの突出部に対応して成形された凹部３４とを有している。湯道成形部３３はディスク部３１の中央においてリム原形部３２の第２部分３２ｂの反対側に突出している。上記凹部３４は後述する芯出し用凹部として提供され、湯道成形部３３の裏側に位置している。
上記プリフォーム３０は上記鋳造後にバリ取りをしてから、上下を逆にして図２に示すスピニング加工装置により、スピニング加工される。
【００２２】
上記スピニング加工装置は、マンドレル４０と、カウンタープレート５０（クランプ部材）と、押圧ローラ６０（しごき部材）と、カウンタープレート５０をマンドレル４０に対して昇降させる押圧機構（図示しない）と、マンドレル４０とカウンタープレート５０を一緒に回転させる回転駆動機構（図示しない）と、マンドレル４０とカウンタープレート５０を一緒にマンドレル４０の軸方向に移動させる軸方向移動機構（図示しない）と、上記押圧ローラ６０をマンドレル４０の軸方向及び径方向に移動させるローラ移動機構（図示しない）とを備えている。マンドレル４０は、回転軸となる中心軸が垂直に延びており、成形筒４１と、この成形筒４１の上端から離れる方向に移動可能な機構（図示しない）に支持され、成形筒４１の上端部のテーパー面により位置決めされた端盤４２と、端盤４２の中央部に挿入固定されて端盤４２の一部となる受筒４３と、受筒４３の中央に挿入固定された芯出し用ピン４４とを有している。端盤４２と受筒４３は、図示しないボルトにより固定されている。
【００２３】
上記芯出し用ピン４４は、受筒４３を挿通するピン部４４ａと、このピン部４４ａの上端に設けられた大径のヘッド部４４ｂ（位置決め用凸部）とを有している。ヘッド部４４ｂは、受筒４３のフランジ４３ａの上面（マンドレル４０の端面）から上方に突出しており、横断面円形をなすとともに、外周面が凸曲面をなしている。
【００２４】
上記カウンタープレート５０は、円盤形状の本体５１と、小径の円盤形状をなす支持部材５２と、リング形状の当接部材５３とを有している。本体５１の中央には穴５１ａが形成され、この中央穴５１ａの上端拡径部に上記支持部材５２が嵌められ、下端拡径部に上記当接部材５３が嵌められている。これら支持部材５２と当接部材５３は、当接部材５３と本体５１を貫通するボルト５４を支持部材５２にねじ込むことにより、本体５１に固定されている。
【００２５】
上記カウンタープレート５０の中央には、後述する作用を発揮する離脱機構７０が設けられている。この離脱機構７０は、本体５１の中央穴５１ａに上下スライド可能に収容された小径円盤形状の押圧部材７１と、押圧部材７１の上面の凹部７１ａに収容された圧縮コイルバネ７２とを有している。この圧縮コイルバネ７２により、押圧部材７１は下方にすなわち支持部材５２から離れる方向に付勢されている。
【００２６】
上記押圧部材７１には凹部７１ａの周りに等間隔をなして複数の案内ロッド７３の下端が固定されている。この案内ロッド７３は垂直に上方に延びており、支持部材５２を上下スライド可能に貫通している。上記押圧部材７１の下方への移動は、この案内ロッド７３の上端ヘッド部が支持部材５２の上面に当たることにより、規制されている。
【００２７】
スピニング加工に際して、プリフォーム３０が搬送ロボットによりマンドレル４０にセットされる。すなわち、リム原形部３２がマンドレル４０の成形筒４１の外周面にはまり、ディスク部３１の中央部（芯出し用凹部３４を囲む環状部分）がマンドレル４０の受筒４３のフランジ４３ａに載せられる。
【００２８】
上記プリフォーム３０のセット状態において、芯出し用凹部３４に芯出し用ピン４４のヘッド部４４ｂが嵌る。上述したように、溶湯案内部材１２ｂは高い寸法精度に維持されているので、芯出し用凹部３４の寸法精度が高く、しかも小径であり熱変形の影響も少ないので、上記ヘッド部４４ｂに高精度で実質的にガタがゼロの状態で嵌合される。また、図３に示すように、芯出し用凹部３４の開口端部の内周面は凸に湾曲しており、芯出し用ピン４４のヘッド部４４ｂの外周面も凸に湾曲しており、両者は、１箇所（図３において符号Ｂで示す）において、円を描くようにして線接触している。その結果、プリフォーム３０の芯出しを高精度で行なうことができる。
なお、プリフォーム３０のリム原形部３２の内周とマンドレル４０の外周とは芯出しの役割を担わず、若干のガタがあっても芯出しの精度に影響を与えない。
【００２９】
上記プリフォーム３０をマンドレル４０にセットした後、押圧機構を作動させてカウンタープレート５０を下降させ、このカウンタープレート５０とマンドレル４０とでプリフォーム３０を挟持する。この際、カウンタープレート５０の当接部材５３がプリフォーム３０のディスク部３１の中央部（湯道成形部３３を囲む環状部）を押し、本体５１の周縁部がリム原形部３２の第１部分３２ａを押す。このプリフォーム３０が受ける押圧荷重は、マンドレル４０の受筒４３のフランジ４３ａで受ける。
【００３０】
上記挟持状態で、押圧部材７１がプリフォーム３０の湯道成形部３３に当たり、本体５１に対して相対的に上昇し、支持部材５２に近づくか当たる。押圧部材７１は圧縮コイルバネ７２の力で湯道成形部３３を押している。
【００３１】
上記プリフォーム３０の挟持状態で、マンドレル４０とカウンタープレート５０を回転駆動機構により一緒に回転させる。これと同時にローラ移動機構により、押圧ローラ６０をプリフォーム３０のリム原形部３２の第２部分３２ｂに押し付けながら、マンドレル４０の外周のプロフィールに対応してマンドレル４０の軸方向および径方向に移動させる。マンドレル４０の外周は、車両ホイールの最終形状に近いプロフィールを有しているので、第２部分３２ｂは減肉を伴いしごかれる。その結果、図２の想像線で示すように最終形状に近い形状のリム部３９となる。
【００３２】
上記スピニング加工は、リム原形部３２の材料の大きな流動（広義には材料の塑性変形）を伴い、巣の圧着，組織の微細化（動的再結晶），組織の異方性（圧延組織），加工硬化を実現できる。
また、上述したようにプリフォーム３０の芯出しを高精度で行なうので、スピニング加工により得られた車両ホイールの良好なバランスを確保できる。
【００３３】
上記スピニング加工が終了したら、押圧機構を作動させて上記カウンタープレート５０を上方へ移動させ、車両ホイールから離す。それから車両ホイールを搬送ロボットでマンドレルから外す。上記カウンタープレート５０が上昇する際に、離脱機構７０が働き、圧縮コイルスプリング７２の力で押圧部材７１が湯道成形部３３を押すので、車両ホイールがカウンタープレート５０から確実に離脱され、マンドレル４０に残される。
【００３４】
上記スピニング加工の後で、熱処理し、さらにディスク部３１の中央にハブ穴を形成し、その周囲にボルト穴を形成し、さらにリム部３９に減肉を伴う切削加工を施し、塗装を施すことにより、車両ホイールが完成する。ハブ穴を形成する際に、上記湯道成形部３３は取り除かれる。上述したように、車両ホイールのバランスが良好であるので、上記切削加工の際に削り残しや削り過ぎ等がなく、最終製品である車両ホイールの良好なバランスを確保することができる。
【００３５】
上記第１実施形態では、下型１１の中央に湯道１８を有する鋳型１０すなわちセンターゲート型の鋳型を用いたが、横型に湯道を有するサイドゲート型の鋳型を用いてもよい。図４には、このサイドゲート型の鋳型を用いて鋳造したプリフォーム３０’が示されている。このプリフォーム３０’も、第１実施形態と同様に、ディスク部３１’と、リム原形部３２’とを有している。このリム原形部３２’の外周に湯道成形部が成形されるが、これは鋳造後，スピニング加工前に除去される。本実施形態では、上型の型面中央に凸部が形成され、下型の型面中央に凹部が形成されている。そのため鋳造時に、上型の凸部に対応してディスク部３１’の中央に芯出し用凹部３４´が成形されるとともに、その反対側に下型の凹部に対応して凸部３３’が成形される。凸部３３’は第１実施形態と同様に離脱機構７０の力を受ける。なお、上型の型面中央の凸部は、上型本体に着脱可能に取り付けられた部材により構成してもよい。
【００３６】
本発明は、さらに他の形態を採用可能である。例えば、プリフォーム３０のディスク部３１を切削加工や鍛造により、減肉して最終形状にしてもよい。
鋳造の仕方に特に限定はない。例えば、鋳型の内、横型１３は、複数個の分割が可能であり、特に四分割や三分割は適当である。
上記実施形態ではプリフォームを低圧鋳造により得たが、重力鋳造や傾斜鋳造、高圧鋳造で得てもよい。また、プリフォームは鍛造により得てもよい。
スピニング加工の際にマンドレルの中心軸（回転軸）を水平にしてもよい。
カウンタープレートはマンドレルに対して相対的に軸方向移動されるが、カウンタープレートの代わりにマンドレルが移動してプリフォームを挟持してもよい。
また、ローラはマンドレルに対して相対的に軸方向移動されるが、ローラの代わりにマンドレルおよびカウンタープレートが軸方向に移動してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態において車両ホイールのプリフォームを鋳造する工程および鋳型を示す縦断面図である。
【図２】鋳造されたプリフォームをスピニング加工する工程および装置を示す縦断面図である。
【図３】上記スピニング加工装置における芯出し構造の拡大断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態において鋳造されるプリフォームの縦断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０ 鋳型
１１ 下型
１２ 上型
１３ 横型
１２ｂ 溶湯案内部材
１５ 成形用キャビティ
１６ ディスク部成形用空間
１７ リム原形部成形用空間
１８ 湯道
３０，３０’ プリフォーム
３１，３１’ ディスク部
３２，３２’ リム原形部
３４，３４’ 芯出し用凹部
３９ リム部
４０ マンドレル
４４ 芯出し用ピン
４４ｂ ヘッド部（芯出し用凸部）
５０ カウンタープレート（クランプ部材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ア）ディスク部とリム原形部とを一体に有する車両ホイールのプリフォームを製造する工程と、
（イ）上記プリフォームのリム原形部をマンドレルの外周に被せるとともに、上記ディスク部を上記マンドレルの端面とクランプ部材とで挟持し、この状態で、上記リム原形部に減肉を伴うスピニング加工を施すことにより、リム部を得る工程と、
を備えた車両ホイールの製造方法において、
上記マンドレルの端面中央に芯出し用凸部が形成され、上記スピニング加工工程において、上記プリフォームのディスク部中央に形成された芯出し用凹部を嵌めることにより、プリフォームの芯出しを行なうことを特徴とする車両ホイールの製造方法。
【請求項２】
上記プリフォームを鋳造により得、この鋳造により上記芯出し用凹部が成形されることを特徴とする請求項１に記載の車両ホイールの製造方法。
【請求項３】
上記鋳造の際に用いられる鋳型の成形用キャビティは、上記ディスク部を得るためのディスク部成形用空間と上記リム原形部を得るためのリム原形部成形用空間とを有し、上記ディスク部成形用空間を画成している一対の対峙した型面のうち、一方の型面の中央には湯道が開口し、他方の型面の中央からは湯口に向かって突出する溶湯案内部が設けられ、上記プリフォームの鋳造時に、この溶湯案内部に対応して上記芯出し用凹部が成形されることを特徴とする請求項２に記載の車両ホイールの製造方法。
【請求項４】
上記鋳造工程で用いられる鋳型は、下型と、上型と、これら下型と上型との間に配置され複数に分割された横型とを有し、型締め時に上記成形用キャビティが形成されるようになっており、上記下型の中央には上記湯道が形成され、上記上型は、上型本体と、その中央に着脱可能に取り付けられた溶湯案内部材とを有し、この溶湯案内部材が上記成形用キャビティに突出し、この突出部位が上記溶湯案内部として提供されることを特徴とする請求項３に記載の車両ホイールの製造方法。
【請求項５】
上記芯出し用凹部と芯出し用凸部が断面円形をなし、芯出し用凹部の内周と芯出し用凸部の外周は実質的に１箇所において線接触することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車両ホイールの製造方法。
【請求項６】
マンドレルとクランプ部材とを備え、車両ホイールのプリフォームのリム原形部を上記マンドレルの外周に装着し、プリフォームのディスク部をマンドレルの端面とクランプ部材とで挟んだ状態で、上記リム原形部をスピニング加工してリム部を得るスピニング加工装置において、
上記マンドレルの端面中央に芯出し用凸部が設けられ、上記プリフォームのリム原形部を外周に被せてセットする際に、上記プリフォームの中央に形成された芯出し用凹部に上記芯出し用凸部が嵌まることを特徴とする車両ホイールのスピニング加工装置。
【請求項７】
上記マンドレルは端盤を有し、この端盤の中央に芯出し用ピンが取り付けられており、芯出し用ピンのヘッド部が端盤の端面から突出し上記芯出し用凸部として提供されることを特徴とする請求項６に記載の車両ホイールのスピニング加工装置。
【請求項１】
（ア）ディスク部とリム原形部とを一体に有する車両ホイールのプリフォームを製造する工程と、
（イ）上記プリフォームのリム原形部をマンドレルの外周に被せるとともに、上記ディスク部を上記マンドレルの端面とクランプ部材とで挟持し、この状態で、上記リム原形部に減肉を伴うスピニング加工を施すことにより、リム部を得る工程と、
を備えた車両ホイールの製造方法において、
上記マンドレルの端面中央に芯出し用凸部が形成され、上記スピニング加工工程において、上記プリフォームのディスク部中央に形成された芯出し用凹部を嵌めることにより、プリフォームの芯出しを行なうことを特徴とする車両ホイールの製造方法。
【請求項２】
上記プリフォームを鋳造により得、この鋳造により上記芯出し用凹部が成形されることを特徴とする請求項１に記載の車両ホイールの製造方法。
【請求項３】
上記鋳造の際に用いられる鋳型の成形用キャビティは、上記ディスク部を得るためのディスク部成形用空間と上記リム原形部を得るためのリム原形部成形用空間とを有し、上記ディスク部成形用空間を画成している一対の対峙した型面のうち、一方の型面の中央には湯道が開口し、他方の型面の中央からは湯口に向かって突出する溶湯案内部が設けられ、上記プリフォームの鋳造時に、この溶湯案内部に対応して上記芯出し用凹部が成形されることを特徴とする請求項２に記載の車両ホイールの製造方法。
【請求項４】
上記鋳造工程で用いられる鋳型は、下型と、上型と、これら下型と上型との間に配置され複数に分割された横型とを有し、型締め時に上記成形用キャビティが形成されるようになっており、上記下型の中央には上記湯道が形成され、上記上型は、上型本体と、その中央に着脱可能に取り付けられた溶湯案内部材とを有し、この溶湯案内部材が上記成形用キャビティに突出し、この突出部位が上記溶湯案内部として提供されることを特徴とする請求項３に記載の車両ホイールの製造方法。
【請求項５】
上記芯出し用凹部と芯出し用凸部が断面円形をなし、芯出し用凹部の内周と芯出し用凸部の外周は実質的に１箇所において線接触することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車両ホイールの製造方法。
【請求項６】
マンドレルとクランプ部材とを備え、車両ホイールのプリフォームのリム原形部を上記マンドレルの外周に装着し、プリフォームのディスク部をマンドレルの端面とクランプ部材とで挟んだ状態で、上記リム原形部をスピニング加工してリム部を得るスピニング加工装置において、
上記マンドレルの端面中央に芯出し用凸部が設けられ、上記プリフォームのリム原形部を外周に被せてセットする際に、上記プリフォームの中央に形成された芯出し用凹部に上記芯出し用凸部が嵌まることを特徴とする車両ホイールのスピニング加工装置。
【請求項７】
上記マンドレルは端盤を有し、この端盤の中央に芯出し用ピンが取り付けられており、芯出し用ピンのヘッド部が端盤の端面から突出し上記芯出し用凸部として提供されることを特徴とする請求項６に記載の車両ホイールのスピニング加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−１２２９４５（Ｐ２００６−１２２９４５Ａ）
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３１３７２５（Ｐ２００４−３１３７２５）
【出願日】平成１６年１０月２８日（２００４．１０．２８）
【出願人】（０００１１０２５１）トピー工業株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月２８日（２００４．１０．２８）
【出願人】（０００１１０２５１）トピー工業株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
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