JP2004268167A

JP2004268167A - 軽合金ホイール用のマシニング装置

Info

Publication number: JP2004268167A
Application number: JP2003059412A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Hatakeyama; 三寛畠山
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】スポーク間の狭い軽合金ホイールでも外観不良を出すことがない、バルブ穴を正確に加工するための軽合金ホイール用のマシニング装置を提供する。
【解決手段】バルブ穴を加工するための切削機能および軽合金ホイールを固定するための固定機能を具備した軽合金ホイール用のマシニング装置であって、前記マシニング装置には固定した軽合金ホイールの回転角度を検出するための検出機能が備えられ、かつ前記固定機能には軽合金ホイールを把持するための把持手段と、把持した前記軽合金ホイールを軸回転させる手段を具備することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィンタイプやメッシュタイプ等のスポーク数の多い軽合金ホイールを製造するのに特に有用である、バルブ穴の加工をするためのマシニング装置に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のロードホイールには種々の材質、構造のものがあるが、自動車の軽量化及び外観や意匠性の向上を目的として、アルミホイールに代表される軽合金のホイールを装着する比率が増大している。この軽合金ホイールは、低圧鋳造法やグラビティ鋳造法で製造されることが多い。これらの鋳造法では、溶湯が金型キャビティ内に低速で充填されるので、ガスの巻込み及び酸化物の発生が他の鋳造法に比べて極力抑制されて安全性が高いこと、また意匠性に優れた形状が得られるためである。
【０００３】
一般に軽合金製ホイール３０は、図４に示すようにボルトとナットにより車軸に取付けられる厚肉のハブ部３１と厚肉部と薄肉部が混在してデザインとなるスポーク３３からなるディスク部３２と、タイヤが取着される薄肉のリム部３４から構成されている。リム部の端部はタイヤが当接するアウターフランジ３５とインナーフランジ３６が形成される。またタイヤの内圧を調整するためのバルブ穴３９がディスク面の周囲からリム外周面に貫通するように形成されている。
【０００４】
上記ホイールを鋳造法で製造・加工する場合、例えば以下の工程から製造される。まず鋳造によりホイール素材が鋳造される。その後、このホイール素材にＴ６処理などの熱処理を施す。熱処理された車両用ホイール素材は、図５（ａ）に示すように、第１にアウターフランジをクランプにより保持・固定され、このアウターフランジ部のホイール素材形状を加工基準として旋盤によりバイトを矢印のように動かしてインナーフランジ側の内周面と外周面を切削加工する。この旋盤加工機にホイールを固定する際に注意されるのは当然ながらホイールの中心軸と旋盤加工の回転軸を一致させることである。
【０００５】
次にこの車両用ホイールが搬送手段によりマシニング装置に運ばれる。マシニング装置は図５（ａ）のような旋盤加工と異なり、ホイールの中心軸と旋盤加工の回転軸を一致させるよりもバルブ穴を常に一定の場所に形成するため、周方向の回転角度が重要視される。例えば回転角度を検出する手段は、コンベア上でディスク部の形状を画像処理装置などで読み込んで検出する手段などがある。また、別の手段として車両用ホイール素材のアウターフランジ部の所定位置に凹部や凸部を形成し、その部分を赤外線センサや画像処理などで検出して取り込む手段がある。これにより回転角度を検出された車両用ホイールはロボットアーム等により一定の回転角度で図５（ｂ）に示すようなマシニング装置に固定され、ハブ穴、ボルト穴、バルブ穴が加工される。
その後、図５（ｃ）に示すように最終形状となったインナーフランジ側をクランプにより保持・固定し、アウターフランジ側のホイール素材を旋盤加工する。この際、必要によりスポーク部表面やハブ部のディスク面が加工される。
【０００６】
例えば特開平９−６６４０７号公報や他公知文献においてもホイールに旋盤加工を行うためのホイールのチャック装置が記載されており、リムの寸法精度をよくするための検討はよく行われている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−６６４０７号公報（第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のようなリムに関する寸法精度の検討は従来からされているが、ホイールのバルブ穴の寸法精度向上については全くされていないのが実状である。前記したようなホイールの搬送ラインに回転角度を検出する手段を用いても、結局はボルト穴のマシニング装置にいかに正確にホイールを取りつけるかで性度が決まってしまう。ロボットアームなどでマシニング装置に固定しようとしても若干のズレは抑制できない。スポークタイプやディッシュタイプ等のスポーク間隔の広い車両用ホイールではバルブ穴の位置が多少ずれても視覚的に認識できず意匠性に問題はない。しかし極端にスポーク間隔が狭く、大口径の車両用ホイールではホイールのマシニング取付角度が０．２°ずれただけでバルブ穴の加工位置が１ｍｍ以上ずれてしまう。特に図２に示すようなスポークの外周側端部３８がバルブ穴位置３９よりも外まで伸びているものは、バルブ穴の位置が周方向に１ｍｍ、厳しいものは０．３ｍｍのずれがあるだけで外観不良と成り、歩留まりが悪化していた。よって、本発明の課題はスポーク間の狭い軽合金ホイールでも外観不良を出すことがない、バルブ穴を正確に加工するための軽合金ホイール用のマシニング装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等はこの周方向にバルブ穴がずれることを改善するため、マシニング装置自体に車両用ホイールの回転角度を検出する手段と、車両用ホイールを軸回転させる手段を設け、近年の大口径化・高意匠品の要求にも適用可能なマシニング装置を提供するものである。つまり本発明は、バルブ穴を加工するための切削工具を備えた切削機能および軽合金ホイールを固定する固定機能を具備する軽合金ホイール用のマシニング装置であって、前記マシニング装置には固定した軽合金ホイールの回転角度を検出するための検出機能が備えられ、かつ前記固定機能には軽合金ホイールを把持するための把持手段と、把持した前記軽合金ホイールを軸回転させる回転機能を具備することを特徴とするものである。
【００１０】
回転機能は０．２°以内で制御可能なもの、さらには０．１°以内で制御可能にすることが好ましい。この範囲内であれば大口径（１６インチ以上）の車両用ホイールでも１ｍｍ以内、さらには０．５ｍｍ以内のずれ以下で抑えることができる。軸回転させるための詳細な駆動機構および制御機構は実施例にて記載する。
【００１１】
検出機能は軽合金ホイールに形成されたディスク面のスポークを基準に検出することが好ましい。基準部は例えばスポーク部の側面端部とし光センサなどにより位置検出すればよい。その検出位置の出力データをＮＣ回転テーブル等の回転機能にフィードバックし、０．２度以内、好ましくは０．１度以内の誤差範囲で所定角度回転させ、バルブ穴を加工する手法を採用できる。おおよその回転角度は前記したようにロボットアーム等でマシニング装置に取りつける前に検出して角度制御できる。よって１０°以上程度の角度制御はマシニング装置に取り付ける前に別途管理し、それ以上の詳細な角度制御は車両用ホイールをマシニング装置に取りつけた後に回転機能により制御することが好ましい。
【００１２】
従来の技術において加工の工程を示したが、特に工程順に限定されるものでは無い。ただしスポークの側面などをセンサで位置検出し、角度制御する場合はスポーク側面を加工した後に本発明のマシニング装置を適用することが好ましい。例えば図４（Ａ）に示されるような意匠面の裏側を加工しないと、鋳造によるバリがスポーク側面に残留しているために詳細な位置検出が行い難い。他の部分を位置検出の基準とするにしてもその基準とする部分は鋳造後に１度加工を施した加工部分とすることが好適である。
【００１３】
バルブ穴だけでなく、ボルト穴においても本発明の効果は同様に得ることが可能である。また他にもスポークの意匠面部分を加工して所定の形状にするものや意匠性のあるマークを彫るものなどの用途でも本技術を活用可能である。
【００１４】
車両用ホイールは軽合金製のものに適用することが有用である。一般的にはＡＣ４ＣＨ等を用いたアルミ合金が主流であるが、Ｍｇ合金による鋳造ホイールや鍛造ホイール、さらにはＡＤＣ３，ＡＤＣ５，ＡＤＣ１２等を用いたダイカスト鋳造によるアルミホイール等でも適用できるのは勿論である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
始めに本発明の一形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の主要部である車両用ホイールの固定機能の斜視図である。この固定機能は基板に固定するための支持台６とこの支持台６に固定された支持柱７が構成されている。この支持柱７から回転軸５が水平方向に備えられており、この回転軸５には回転台２が設置されている。さらに回転台２には位置検出用の光を入射するための窓４と車両用ホイールを回転台２に固定するための把持手段３ａ、３ｂ、３ｃが備えられている。８は切削油の供給口である。
【００１６】
回転台２はＮＣ制御されたＮＣ円テーブルのテーブル部分である。ＮＣ円テーブルの本体（図示せず）は支持柱７に固定されている。このＮＣ円テーブルの本体はこのテーブルを回転させるためのサーボモータが内設され、また回動を制御する位置検出用のエンコーダが備えられている。さらにテーブル側には車両用ホイールを把持するための把持手段３ａ，３ｂ，３ｃが備えられ、インナーフランジをテーブルに押しつけて固定することが可能である。
【００１７】
図３を用いてホイールの位置制御の方法を示す。まず第１にベルトコンベアによって前工程から流れてきた車両用ホイール素材に対して、画像処理装置がディスク面のスポーク形状を読み取り、車両用ホイール素材がどの向きで流れてきたのかを判別する。その判定結果に基いてライン上の回転駆動装置（図示せず）により車両用ホイール素材が必要角度回転され、ラインの流れる方向に対して一定方向に並べられつつ搬送される。その後この車両用ホイールをロボットアームで搬送ラインより取りだし、バルブ穴の形成部分が下側になるように車両用ホイール素材のインナーフランジを前記回転台２に押しつけられる。その状態で把持手段３ａ，ｂ，ｃが稼働し、車両用ホイール素材がマシニング装置に固定される。この作業によりバルブ穴の形成される部位が最適な位置（ドリル切削工具により穴あけされる位置）軸からの角度に対して約１０°以内の誤差で取りつけられる。
【００１８】
取りつけられた車両用ホイール素材に対して回転角度が検出される。光センサ（図示せず）による光ビームが図１中４の位置を紙面奥から手前に向って照射される。この光センサは光ビーム発信機、光検出器、反射ミラーから主になる。この照射された光は所定のスポークの裏側（鋳肌面）に当った場合は乱反射する。また、照射された光がスポークにあたらない場合はそのままスポークの間から光が通過して図１の紙面上手前にある反射板（図示せず）に当り、光がほぼ反射されるようになっている。
ホイールを回転台により回転すると、光が照射された位置にスポークが有る場合と無い場合で光の反射率が変わる。反射された光は受光レンズを介して一律平行な方向に整えられる。乱反射した光は振幅が弱くなり、かつ受光レンズに拡散して入るため受光レンズを介した反射光は面積が広く振幅の小さい光となる。スポークに光が当らない場合は入射光がほぼ集光したまま反射光になり、面積が小さく振幅の大きい光となる。この反射光を入射側からの光は透過するハーフミラーで拾い、光検出器で読み取る。
ホイールを回転させてこの光の照射される位置がスポークの裏から単面まで移動するとこの光検出器で読み取る値が急激に変化する。この読み取った光検出器の変化をもとに位置検出装置が回転台２に信号を送り所定の回転角度で回転を止め、ホイールを固定する。その後位置検出装置がドリル加工機に信号を送り、バルブ穴の穴あけ加工を行う。
【００１９】
図２にホイールにバルブ穴をあけた模様を示す（斜線部は空間）。図中３５はアウターフランジ、３９がバルブ穴である。このようにスポーク３３同士の中間にずれなくバルブ穴が形成されている。３３ａはスポーク側面の端部であるこの位置で光の照射による回転角度の制御を行っている。従来の回転角度制御を持たないバルブ穴の加工装置ではホイールの回転角度が０．２度ずれているだけでも１ｍｍ程度ハブ穴がずれてしまい、図２に示すようなスポークとスポークの間が５０ｍｍ以内、さらには３０ｍｍ以内のものでは０．５ｍｍのズレでも外観不良となっていた。本発明により外観不良もなくなりスポーク間の中心位置とバルブ穴の中心位置との差は最大でも０．５ｍｍ以内、平均で０．２ｍｍ以内を外れることはなくなり、歩留まりが改善されて良好な生産状態を確保できている。
【００２０】
０．２度以内の厳密な角度制御を行う場合には鋳肌であるスポークの裏を加工し、スポーク端面の寸法精度をあげている。スポーク端面は鋳造の際に上金型と下金型が付き合わさる部分であることが多く、バリ等が発生していると前記の位置制御方法を用いても正確な位置制御が行えずに０．２度の回転角度で制御は難しいものであった。また、回転角度を制御するための位置制御を行うためのホイールの測定位置はバルブ穴の位置から少なくとも３０度以内の位置で行うことが重要であることもわかっている。これはバルブ穴の加工はホイールの熱処理後に行われるため、熱処理によってディスク面全体が歪を起していることがあるからである。よってなるべくバルブ穴に近い位置を基準に位置制御をしないとセンサによる読み取りは正しくともドリルの加工位置と切削位置とが合っていないことがある。特に１６インチ以上の大口径ホイールではその傾向が顕著に出ている。
【００２１】
【発明の効果】
以上に記述の如く、本発明によれば、従来にない構造をもつ軽合金ホイール用のマシニング装置を提供することができた。これを用いることで角度ズレがほぼゼロのバルブ穴を形成可能であり、スポーク間が３０ｍｍ以内の狭いホイールであっても外観不良を起すことなく歩留まりが改善され、良好な生産状態を確立することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の軽合金ホイール用のマシニング装置の一例を示す斜視図である。
【図２】ホイールのスポークとバルブ穴の位置を示す模式図である。
【図３】角度制御を説明するための模式図である。
【図４】車両用ホイールの断面図である。
【図５】従来の車両用ホイールの加工工程を示す図である。
【符号の説明】
１マシニング装置、２回転台、３把持手段、４窓、５回転軸、６支持台、７支持柱、３０車両用ホイール、３１ハブ部、３２ディスク部、３３スポーク、３４リム部、３５アウターフランジ、３６インナーフランジ、３９バルブ穴

Claims

バルブ穴を加工するための切削機能および軽合金ホイールを固定するための固定機能を具備した軽合金ホイール用のマシニング装置であって、
前記マシニング装置には固定した軽合金ホイールの回転角度を検出するための検出機能が備えられ、
かつ前記固定機能には軽合金ホイールを把持するための把持手段と、把持した前記軽合金ホイールを軸回転させる手段を具備することを特徴とする軽合金ホイール用のマシニング装置。
前記軽合金ホイールを軸回転させる手段は０．２°以内の角度で制御可能なものである請求項１に記載の軽合金ホイール用のマシニング装置。
前記検出機能は前記軽合金ホイールに形成されたディスク面のスポークを基準に回転角度を検出するものである請求項１または２に記載の軽合金ホイール用のマシニング装置。