JP2000506802A - 軽金属リムリング及びその構成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 車輌の車輪用のアルミニウム合金で製造された軽金属リムリングである。この軽金属リムリングは少なくとも１個の多空洞中空プロファイル（１）から主に成り、ホイールディスク（３）、又はスポークの取付けのための補強部、特に密実部（２）を具える。このリムリングを構成する方法において、多空洞中空プロファイルをまず押出し加工で造り、次にその端部を相互に固着する。このような中空プロファイルを使用することによって、一層軽いリムリングを構成することができる。壁の厚さが薄くとも、壁の厚さの差が大きくとも実施することができる拡散はんだ付け法、又は電子ビーム溶接法、又はレーザビーム溶接法によって、これ等端部を相互に連結するのが好適である。

Description

【発明の詳細な説明】 軽金属リムリング及びその構成方法 本発明は車輌の車輪、また特に自動車、トラック、オートバイ等のような自動 車の車輪、又はそれ等のトレーラ用の車輪のためのアルミニウム合金で製造され た軽金属リムリングに関するものである。 この形式のリムリングはホイールディスクにより、又はスポークにより車輪ボ スに固着されるように設けられる。 実際上、これ等のリムリングは、もちろん、必要な強度を維持しながら、でき るだけ軽量になるように意図される。一層強力なアルミニウム合金を使用するこ とによって、例えば自動車用に、僅か3.6mmの壁の厚さを有するリムリングを構 成することが既に可能になってきた。これに反し強度が低い合金であると、実際 上、例えば5.0mmまでの厚さが必要である。 そこで、本発明の目的は同一のアルミニウム合金を使用しながら、一層軽量で あり、強度に関する同一の要件をも満たす新規な車輌の車輪用軽金属リムリング を得るにある。 この目的のため、本発明軽金属リムリングは、少なくとも１個の多空洞中空プ ロファイルから主に成り、ホイールディスク、又はスポークの取付けのための補 強部、特に密実部を具えることを特徴とする。 既知の密実リムリングは既に非常に薄くなっているにも拘らず、本発明によれ ば、多空洞中空プロファイルからリムリングを構成することによって、なお重量 の一層の節約を実現し得ることがわかった。 多空洞中空プロファイルを使用することは自転車のリムについてそれ自身既に 知られている。通常、これ等既知のプロファイルはこのプロファイルの両方の端 部を連結ピンによって相互に固着するため、２個のいわゆるピン孔を具えている 。しかし、車輌のリムに課される厳密なバランスの要件に鑑み、自転車のリムに 適用される技術、特にピン連結は車輌のリムに適用することはできず、更に、車 輌のリムでは強度に関する非常に高い要件がこの連結部に課されるため自転車の リ ムの技術は適用することができない。また、自転車のリムに時々適用されている 火花突合せ溶接法は本発明のリムに適用するのが非常に困難である。これは、プ ロファイルの中空部と、補強部、特に密実部との間の壁の厚さの差が大きいため である。その結果、ホイールディスク、又はスポークを取り付けるための補強部 を有する自動車車輌のリムリングは実際上、常に鋳造、又は鍛造によって造られ 、そのため、中空プロファイルを使用することができなかった。 本発明のリムリングの特定の実施例においては、多空洞中空プロファイルの壁 の厚さはプロファイルの横断面において、大部分にわたり1.5mmより薄く、特に この壁の厚さが0.8〜1.4mmである。 このような壁の厚さの場合、3.6mmという既知のリムリングとは異なり、リム リングを構成している多空洞中空プロファイルが例えば空洞の内側高さ対その幅 の比が約0.4、又はそれより小さい空洞を具えている時、重量の節約を実際上達 成し得ることがわかった。 内側高さ対幅の比を一層大きくしても或る程度は重量を節約することはできる が、本発明の他の実施例ではこの比を0.4より一層小さくする。 この比を一層小さくすれば重量の節約は一層大きくなる。技術的に可能なこの 比の最低限は中空プロファイルの壁の厚さ、このプロファイルの全高さ、及びも ちろんこのプロファイルが湾曲する曲率半径による。このようにして、通常、プ ロファイルの内側高さ対幅の比を0.2と0.4との間に設定し、例えばトラック、又 はバス用の一層大きなリムリングについてはこの比を恐らくなお一層小さくする ことができる。この内側高さ対幅の比は例えば経験的に当業者によって決定する ことができる。 また、本発明は軽金属リムリングを構成する方法に関するもので、本発明方法 はホイールディスク、又はスポークを取り付けるための補強部、特に密実部を有 する少なくとも１個の多空洞中空プロファイルを押出し加工で造り、この中空プ ロファイルからリムリングを形成し、次にこのプロファイルの端部を相互に軸線 方向に固着することを特徴とする。 本発明方法の重要な態様によれば、上記軽金属プロファイルの端部を拡散はん だ付け法、又はエレクトロンビーム溶接法、又はレーザビーム溶接法によって互 いに溶接する。 自転車のリム用に既知の火花突合せ溶接法と異なり、上述の溶接法は壁の厚さ の差に影響を受けない利点があり、更にプロファイルの残りの部分とほぼ同一の 強度を有する溶接部を実現し得る利点があり、このことはもちろん車輌用車輪に とって最も重要な点である。更に、これ等の溶接法（拡散はんだ付け法、電子ビ ーム溶接法、レーザビーム溶接法）は最小壁厚さとして1.5mmを必要とする火花 突合せ溶接法に比較し、例えば0.8〜1.4mmの一層薄い壁の厚さを溶接することが できる。 本発明の特徴、及び利点は本発明リムリング、及びその構成方法の若干の特定 の実施例の次の記載から一層明らかになるであろう。この実施例の記載は単なる 例として示すもので、本発明を限定するものでない。添付図面中、同一部分には 同一の符号を付して示す。 図１はホイールディスクに固着する部分に沿う断面とする本発明リムリングの 横断面図である。 図２、及び図３はそれぞれホイールディスクの取付けボルトと、弁とを示す図 １のリムリングの一部の拡大横断面を示す。 図４は拡散はんだ付け法を実施する装置を線図的に示す。 図１に示すリムリングは自動車の車輪用に特に設計されたものであるが、特に 壁厚、従って使用されるプロファイルの強度に課される特別な要件を考慮して、 当業者がトラック、オートバイ等の他の車輌に設計を適合させ得ることは明らか である。 本発明軽金属リムリングの基本的な要旨は、少なくとも１個の多空洞中空プロ ファイル１から主に構成され、これ等空洞の端部を軸線方向に相互に固着してい る。このようなプロファイルの２個、又はそれ以上をリムリングの構造に使用す る時でも、これ等空洞の端部は隣接するプロファイルの対応する端部に軸線方向 に固着しなければならないことはもちろんである。自転車のリムと異なり、この プロファイルはホイールディスク３、又はスポーク（図示せず）を取り付けるた め、補強部、特に密実部２を有する。強度の観点から密実部が好ましいが、この 意図した補強部を中空にすることもでき、その場合、この補強部を例えば一層厚 い壁を有するようにする。図２に示すように、ホイールディスク３を取り付ける ため、ボルト１０をこの補強部に螺着することができる。図３から明らかなよう に、弁１１を取り付けるため、この密実部を使用することもできる。しかし、恐 らくはホイールディスク３を補強部２に溶接し、又はプレス嵌着することもでき る。 図面に示すリムリングは断面で見て、左フランジ部４、右フランジ部５、左タ イヤ座６、右タイヤ座７、ベース８、及び補強部、図示の実施例では密実部２を 具える。図示のリムリングにおいては、密実部２を除く全ての部分は中空である 。場合により、例えば、タイヤを取り外す時、又は舗装の縁石に対して駆動する 時のように局部的に大きな力が作用する時があることを考慮して、フランジ部４ 、５のような中空部の若干を密実にしてもよい。これに関連して、図示の実施例 のフランジ部４、５の壁は特に約2mmに一層厚く造られている。他の壁について は、1.3mmの厚さで十分であり、隔壁９については僅かに1.0mmの厚さでもよい。 また一般に、この多空洞中空プロファイルは特に、自動車、又はオートバイの リムの場合、大部分のプロファイルの断面にわたり1.5mmより薄い壁の厚さを有 し、特に0.8〜1.4mmの壁の厚さを有する。中空プロファイルの空洞の内側の高さ （Ｈ）対幅（Ｂ）の比は、なお重量を節約するため、もちろん余りにも大きくし ない。この目的のため、この比を例えば0.4より小さくし、自動車用リムとして 、この比を例えば0.2と0.4との間、特に約0.25と0.3との間にする。この比の下 限値はプロファイルの壁の厚さ、このプロファイルの全高さ、及びこのプロファ イルを曲げるべき曲率半径に従って、経験的にその都度決定することができる。 図示の実施例では、ベース８の空洞は例えば16.9mmの幅Ｂ、及び4.4mmの内側 高さＨを有する。このベース８の上下の壁の壁厚さＤ１が1.3mmで、隔壁の壁厚 さＤ２が1.0mmである場合、厚さ3.6mmを有する密実部に対して、このベース８の 中空部に約２０％の重量の節約を実現することができる。図示のリムリングの全 断面にわたる全体の重量の節約は、厚さ3.6mmを有する既知の密実リムに対して 約２２％になる。 上述の条件の結果として、本発明リムリングの中空プロファイル１は断面にお いて数個の中空空洞、特に少なくとも４個の、好適には少なくとも８個の、また 特に１２個から２０個の中空空洞を有する。図示の実施例では、中空プロファイ ル１は例えば１６個の中空空洞を有するが、実際上、例えばトラック、又はバス 用のような一層広いリムリングについては一層多い数の空洞を設けることが可能 であり、２０個より多い数の空洞も可能である。 本発明リムリングを構成するため、多空洞中空プロファイル１をまず押出し加 工する。次に、このプロファイルを例えば転造、又は引張り曲げ加工により、希 望する曲率に曲げる。１個のプロファイル、又はそれ以上の数のプロファイルに よって、オープンリムリングを形成し、その後、このプロファイル、又は複数個 のプロファイルの端部を互いに溶接し、閉じたリムリングを形成する。端部を互 いに溶接する代わりに、十分強力な金属接合剤によってこれ等プロファイルを相 互に接合することもできる。しかし、本発明によれば、種々の端部を互いに溶接 するのが好適である。 これ等の端部を互いに溶接するため、例えば火花突合せ溶接法、又はその他の 既知の溶接法を使用することができる。しかし、火花突合せ溶接法、又はその他 の既知の溶接法に比較し、拡散はんだ付け法、電子ビーム溶接法、又はレーザビ ーム溶接法は重要な利点を提供する。即ち、空洞の壁の厚さが1.5mmより薄くて もよく、プロファイルの断面にわたり、壁の厚さの差があっても、いかなる問題 をも生ぜしめず、溶接後の仕上げが最少で済む。 更に、拡散はんだ付け法、電子ビーム溶接法、又はレーザビーム溶接法の重要 な利点は溶接部が他の部分とほぼ見分けにくいこと、更にベース材と同一の強度 の溶接を達成し得る可能性があることである。 拡散はんだ付け法においては、多空洞プロファイル１の端部を７０℃の５０ｇ ／リットルのＮａＯＨ溶液に、例えば５分間浸漬することによって、この端部の 上の酸化物をまず除去し、次に、脱イオン水ですすぐ。これ等の酸化物を除去す ることは溶接部に最適な強度を得るために重要である。次に、これ等端部に金属 の保護層を加える。この保護層は次の性質を有することが必要である。 ・酸化物の安定性が低いこと。 ・アルミニウム内での拡散係数が高いこと。 ・アルミニウム内での溶解性が良好なこと。 ・アルミニウムに対して熱膨張係数の差が小さいこと。 ・加えるのが容易なこと。 この保護層の金属としては、例えば銀、銅、亜鉛又はこれ等の組合せがあるが 、銀が好適である。これ等の金属は例えば0.1モル濃度の硝酸塩溶液のような塩 溶液の形の溶液に約５秒浸漬することにより、プロファイルの端部にこれ等の金 属を容易に加えることができる。 図４に示すように、次に１個の部片、又はそれ以上の部片から成るオープンリ ムリングの処理された端部を鋼モールド１２内にクランプし、閉じられたエンク ロージャ１３をその周りに、又は少なくともモールド１２の周りに加える。この エンクロージャ１３によって包囲された空間内に真空（負圧）を発生させ、又は 不活性雰囲気、又は還元雰囲気を加える。このような状態で拡散はんだ付け法を 実施すると、このリムの端部が酸素の少ない雰囲気に運ばれる前に、多分、保護 層と共に形成されている酸化物はこれ等の状態下で再び分解する利点がある。こ の目的のため、例えば出口１４を通じてエンクロージャ１３の外にガスを汲み出 し、Ｎ₂ガス９５％、及びＣＯガス５％の混合ガスを入口１５を通じてエンクロ ージャ内に送り込む。 リムリングの端部を互いに溶接するため、圧力と熱とを組み合わせて拡散はん だ付け法を使用する。圧力はモールド１２内にリムリングの端部をクランプする ことによって達成し、次に絶縁体１９によって図示のモールド１２内にそれぞれ 包囲される加熱素子１６によって、このモールド１２を加熱する。軽金属のプロ ファイル１に比較し、鋼モールド１２の熱膨張係数が小さい結果、このプロファ イルの端部は高い圧力で、相互にプレスされる。 アルミニウム合金の共晶点より一層高い温度になるように温度を選択し、この 高温の作用を受けて保護金属が拡散しているようにする。しかし、アルミニウム 合金自体の融点より一層低い温度を選択する。例えば、このアルミニウム合金の 融点は約６２０℃であり、内部に拡散した銀を有するこのアルミニウム合金の共 晶点は例えば５６６℃である。例えば５８０℃の温度まで加熱することによって 、この場合、良好なぬれ性を達成するための融解が得られる。更に、アルミニウ ム 合金と鋼との膨張の差に起因し、約１５０メガパスカル(MPa)の圧力が発生し、 この圧力を例えば３０分間持続させる。 次に温度を例えば５００℃まで下げ、約５分間維持する。全体を冷却するため 、入口１７、及び出口１８を通じてモールド１２に冷却液体を循環させる。 閉じたリムリングをモールドから取り外した後、それ自身既知の膨張モールド （図示せず）上でこのリムリングをくせ取りする。次にこのリムリングに例えば １６０℃の温度で８時間にわたり例えば時効処理を受けさせる。 電子ビーム溶接、又はレーザビーム溶接によってリムリングを製造するために は、２個のプロファイルから製造するのが好適である。言い換えれば、２個のオ ープンリムリング半部を相互に連結するのが好適である。 レーザビーム溶接は例えば３キロワットのＹＡＧレーザ（供給者Lumonics）で 実施することができる。溶加材を使用するのが好適であり、溶接速度は毎分３ｍ と８ｍとの間に設定する。電子ビーム溶接は例えばMesser Griesheim電子ビーム 溶接機によって実施することができる。これは真空中で行うのが好適である。こ の後者の溶接法、即ち電子ビーム溶接の場合、上述の拡散はんだ付け法の場合に 行ったのと同一の熱処理を特に実施する。上記全体の３つの溶接法の場合、溶接 区域の中空空間の部分にインサートを加えることによって補強することもできる 。 以上の説明から明らかなように、本発明の範囲を逸脱することなく、図示の実 施例にあらゆる種類の変更を加えることができる。 例えば、図示の横断面は例えば、特に自動車のリムとして例示したに過ぎず、 当業者であれば、例えばオートバイ、又はトラックの車輪に課される要件、特に 強度、従ってプロファイルの壁の厚さに課される要件にこの横断面を容易に適応 させ得ることは明らかである。

【手続補正書】 【提出日】１９９８年９月２日（１９９８．９．２） 【補正内容】 1．請求の範囲を次のとおりに補正する。 「 請求の範囲 1．軸線方向の中空空洞を具える少なくとも１個のプロファイル（１）から主に 成り、車輌の車輪用のアルミニウム合金で製造された軽金属リムリングにおいて 、前記プロファイル（１）が多空洞中空プロファイル（１）であり、この多空洞 中空プロファイルが少なくとも４個の中空空洞と、ホイールディスク（３）、又 はスポークの取付けのための補強部、特に密実部（２）とを具えることを特徴と する軽金属リムリング。 2．前記多空洞中空プロファイル（１）が押出し加工によって製造されたもので あることを特徴とする請求項１に記載の軽金属リムリング。 3．前記多空洞中空プロファイル（１）の壁の厚さ（Ｄ１、Ｄ２）がプロファイ ル（１）の横断面において大部分にわたり1.5mmより薄く、特にこの壁の厚さ（ Ｄ１、Ｄ２）が0.8〜1.4mmであることを特徴とする請求項１、又は２に記載の軽 金属リムリング。 4．前記多空洞中空プロファイル（１）の空洞の内側高さ（Ｈ）対その幅（Ｂ） の比が0.4より小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の軽 金属リムリング。 5．前記多空洞中空プロファイル（１）は横断面において、少なくとも８個、及 び特に１２個〜２０個の中空空洞を具えることを特徴とする請求項１〜４のいず れか１項に記載の軽金属リムリング。 6．軸線方向の中空空洞を具える少なくとも１個のプロファイル（１）を押出し 加工で造り、このプロファイル（１）からリムリングを形成し、次にこのプロフ ァイル（１）の端部を相互に軸線方向に固着して、請求項１〜５のいずれか１項 に記載の軽金属リムリングを構成する方法において、少なくとも４個の中空空洞 と、ホイールディスク（３）、又はスポークを取り付けるための補強部、特に密 実部（２）とを具える多空洞中空プロファイル（１）を前記プロファイル（１） として使用することを特徴とする軽金属リムリングの構成方法。 7．軽金属の前記プロファイル（１）の前記端部を拡散はんだ付け法、又は電子 ビーム溶接法、又はレーザビーム溶接法によって互いに溶接することを特徴とす る請求項６に記載の方法。 8．軽金属の前記プロファイル（１）の前記端部を拡散はんだ付け法によって互 いに溶着するに当たり、これ等端部から酸化物を除去し、アルミニウム合金に拡 散し得る金属の保護層を前記酸化物が除去された前記端部に加え、アルミニウム 合金より膨張係数が小さいモールド（１２）内に前記端部をクランプし、アルミ ニウム合金自体の融点より一層低い温度であって、しかも前記保護層の金属が拡 散されるアルミニウム合金の共晶点より一層高い温度まで、前記モールド（１２ ）、及びこのモールド内にクランプされた前記端部を加熱することを特徴とする 請求項７に記載の方法。 9．銀、銅、及び亜鉛、又はこれ等の組合せから成る群から選択された金属の保 護層を酸化物が除去された前記端部に加えることを特徴とする請求項８に記載の 方法。 10．酸化物が除去された前記端部に銀の保護層を加えることを特徴とする請求項 ９に記載の方法。 11．保護層の金属の塩溶液、特に硝酸塩溶液の形で前記保護層を前記プロファイ ルの酸化物が除去された前記端部に加え、真空下で、又は不活性雰囲気で、又は 還元雰囲気で拡散はんだ付け法を実施することを特徴とする請求項８〜１０のい ずれか１項に記載の方法。 12．前記プロファイル（１）の横断面においてその大部分にわたり1.5mmより薄 い壁厚さ（Ｄ１、Ｄ２）、特に0.8〜1.4mmの壁厚さを有する多空洞中空プロファ イル（１）の形に、前記プロファイルを押出し加工することを特徴とする請求項 ６〜１１のいずれか１項に記載の方法。 13．空洞の内側高さ（Ｈ）対その幅（Ｂ）の比が0.4より一層小さい多空洞中空 プロファイル（１）の形に、前記プロファイルを押出し加工することを特徴とす る請求項６〜１２のいずれか１項に記載の方法。」 （２）明細書第１頁第１７行〜第１８行の「ホイールディスク、又は〜を具える ことを特徴とする。」を「少なくとも４個の軸線方向の中空空洞と、ホイールデ ィスク、又はスポークの取付のための補強部、特に密実部とを具えることを特徴 とする。」に補正する。 （３）同第１頁第２２行の「多空洞中空プロフィル」を「しかし、４個より少な い中空空洞を有する」に補正する。 （４）同第２頁第３行の「補強部、特に密実部との間」を「特に密実である補強 部との間」に補正する。 （５）同第２頁第２４行〜２５行の「ホイールディスク、又は〜特に密実部を有 する」を「少なくとも４個の軸線方向の中空空洞と、ホイールディスク、又はス ポークの取付のための補強部、特に密実部とを有する」に補正する。 （６）同第３頁第２２行の「少なくとも１個の」を「少なくとも４個の軸線方向 の中空空洞を具える少なくとも１個の」に補正する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ６０Ｂ 21/02 Ｂ６０Ｂ 21/02 Ｑ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1．車輌の車輪用のアルミニウム合金で製造された軽金属リムリングにおいて、 少なくとも１個の多空洞中空プロファイル（１）から主に成り、ホイールディス ク（３）、又はスポークの取付けのための補強部、特に密実部（２）を具えるこ とを特徴とする軽金属リムリング。 2．前記多空洞中空プロファイル（１）が押出し加工によって製造されたもので あることを特徴とする請求項１に記載の軽金属リムリング。 3．前記多空洞中空プロファイル（１）の壁の厚さ（Ｄ１、Ｄ２）がプロファイ ル（１）の横断面において大部分にわたり1.5mmより薄く、特にこの壁の厚さ（ Ｄ１、Ｄ２）が0.8〜1.4mmであることを特徴とする請求項１、又は２に記載の軽 金属リムリング。 4．前記多空洞中空プロファイル（１）の空洞の内側高さ（Ｈ）対その幅（Ｂ） の比が0.4より小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の軽 金属リムリング。 5．前記多空洞中空プロファイル（１）は横断面において、少なくとも４個、好 ましくは少なくとも８個、及び特に１２個〜２０個の中空空洞を具えることを特 徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の軽金属リムリング。 6．請求項１〜５のいずれか１項に記載の軽金属リムリングを構成する方法にお いて、ホイールディスク（３）、又はスポークを取り付けるための補強部、特に 密実部（２）を有する少なくとも１個の多空洞中空プロファイル（１）を押出し 加工で造り、この中空プロファイル（１）からリムリングを形成し、次にこのプ ロファイル（１）の端部を相互に軸線方向に固着することを特徴とする軽金属リ ムリングの構成方法。 7．軽金属の前記プロファイル（１）の前記端部を拡散はんだ付け法、又は電子 ビーム溶接法、又はレーザビーム溶接法によって互いに溶接することを特徴とす る請求項６に記載の方法。 8．軽金属の前記プロファイル（１）の前記端部を拡散はんだ付け法によって互 いに溶着するに当たり、これ等端部から酸化物を除去し、アルミニウム合金に 拡散し得る金属の保護層を前記酸化物が除去された前記端部に加え、アルミニウ ム合金より膨張係数が小さいモールド（１２）内に前記端部をクランプし、アル ミニウム合金自体の融点より一層低い温度であって、しかも前記保護層の金属が 拡散されるアルミニウム合金の共晶点より一層高い温度まで、前記モールド（１ ２）、及びこのモールド内にクランプされた前記端部を加熱することを特徴とす る請求項７に記載の方法。 9．銀、銅、及び亜鉛、又はこれ等の組合せから成る群から選択された金属の保 護層を酸化物が除去された前記端部に加えることを特徴とする請求項８に記載の 方法。 10．酸化物が除去された前記端部に銀の保護層を加えることを特徴とする請求項 ９に記載の方法。 11．保護層の金属の塩溶液、特に硝酸塩溶液の形で前記保護層を前記プロファイ ルの酸化物が除去された前記端部に加え、真空下で、又は不活性雰囲気で、又は 還元雰囲気で拡散はんだ付け法を実施することを特徴とする請求項８〜１０のい ずれか１項に記載の方法。 12．前記プロファイル（１）の横断面においてその大部分にわたり1.5mmより薄 い壁厚さ（Ｄ１、Ｄ２）、特に0.8〜1.4mmの壁厚さを有する多空洞中空プロファ イル（１）の形に、前記プロファイルを押出し加工することを特徴とする請求項 ６〜１１のいずれか１項に記載の方法。 13．空洞の内側高さ（Ｈ）対その幅（Ｂ）の比が0.4より一層小さい多空洞中空 プロファイル（１）の形に、前記プロファイルを押出し加工することを特徴とす る請求項６〜１２のいずれか１項に記載の方法。