JP2007512520A - 車両用合金ホイール製造のための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

車両の合金ホイール（１）を製造する方法に関する。この方法において、各ホイール（１）はハブ（３）とリム（５）を備え、切削工作機械による仕上げ作業、ホイール（１）のアンバランスの測定、制御ユニット（３５）によるアンバランスが所定の許容可能値内であるかのチェック、およびアンバランスの許容可能性に関する信号（Ａ）の発信が図られている。
【選択図】 図６

Description

本発明は、合金ホイールの製造方法に関する。

自動車業界では、乗用車および小型から中型の商用車に搭載する合金ホイールの利用が増えており、これらは、車両の特に魅力的な外観を与えるだけでなく、軽量や剛性など、従来の方法で製造したホイールに関して決定的に優れている機械的特性を持つため、特に高く評価されている。

合金ホイールはアクスル（軸）を持つものであり、アクスルを中心として同心に設置されたハブおよびリムと、ハブをリムに接続する機能を有し、非常に多数のモデルが製造され各ホイールを特徴付けている中間部分とからなる。一般に、前述の中間部分のモデルは、ハブとリムが複数のスポークによって接続される第１のファミリーと、ハブとリムを穿孔板によって接続する第２のファミリーとに分類できる。さらに、合金ホイールは、シングルピース、すなわち、ハブとリムと中間部分とを鋳造または鍛造によって得たシングルピースから形成するものと、数個のピース、一般には２個のピース、すなわちハブとリムおよび中間部分の一部を鋳造または鍛造によって得た第１のピースで作る一方、リムのさらなる部分を別にやはり鋳造または鍛造によって第２のピースで作り、後に第１のピースと組立されるもの、との両方で作られる。複数のピースから形成した合金ホイールは通常、コンパウンドタイプと定義される。

いずれの場合も、合金ホイールの製造では、アルミニウムまたはマグネシウムの合金を鋳造し、未処理のホイールまたはホイールを構成するピースを作ることと、熱処理と、旋盤による第１および第２の機械加工が施される。鋳造の代替として、ホイールは鍛造され、後で熱処理される。機械加工は、リムに沿って高度な公差を持つ仕上げ面を実現し、タイヤとの完全な連結を保証し、ハブにおいては車両のアクスルまたはセミアクスルの端部との連結領域を保証する機能を有する。この加工はまた、バリを除去し、その前の作業から生じた不正確さを正す機能を有する。言い換えると、未処理のホイールには偏心質量があるため、使用時、仕上げホイールがそれ自体の軸線まわりの回転において出来る限りバランスがとれ、車両に振動を伝達しないように、この偏心質量を除去しなければならない。

前述の結果は、自動車業界ではかつて満足いくものとされていたが、自動車メーカーは環境的理由からホイールのバランスに用いる鉛のウェイトを削減する義務を負う一方で、高いレベルの快適さを提供しなければならないため、自動車メーカーは現在、より高度にバランスの取れた合金ホイールを決定的に求めるようになっている。

本発明の目的は、実質的に生産コストを増加することなく、周知の方法で得られるものより決定的に優れたバランスレベルを達成することのできる合金ホイールの製造方法を提供することである。

本発明によると、請求項１に記載の合金ホイール製造の方法が供給される。

本発明は、車両用の合金ホイールの製造システムに関する。

本発明によると、請求項１５に記載の車両用合金ホイール製造のシステムが実現される。

本発明をよりよく理解するため、添付の図面を参照しながら好適な実施形態を、限定しない単なる例として、以下に説明する。

図１および図２を参照すると、参照番号１は、実質的に仕上がったホイールを全体として示し、これは金属合金の鋳造または鍛造による周知工程により得たもので、その後、熱処理および加工を行う。ホイール１は、アクスル２と、その周囲に延びる、中央孔４を持つハブ３と、添付の図面には図示しないタイヤを収納するのに適したリム５と、図示の例ではアクスル２の周囲に均一に分布し、ハブ３をリム５に接続する７本のスポーク７により画定される中間部６、を備える。添付図面で図示した例では、７本のスポーク７によって画定された中間部６を持つ、単一部品で作られたホイール１が示されているが、本発明は、単一部品またはコンパウンドのあらゆるタイプのホイール、およびあらゆるタイプの中間部に適用可能であることは言うまでもない。

図３により分かりやすく示すように、リム５は、２個の環状エッジ９および１０で横方向に区切られる実質的に円筒形の壁９を有し、環状エッジは壁８と共に、添付の図面に図示しないタイヤを収納するのに適したチャネル１１を画定する。壁８は、外側を向く面１２を有し、これに沿ってホイール１のバランシングの介入が実行される。さらに（図１および図２）、壁８は孔１３により横切られ、孔は添付の図面に図示しないタイヤのバルブの収納に適している。簡単には、本発明による方法は、アンバランスを測定する段階と、アンバランスの許容可能性を確認する段階により、ホイール１のアンバランスを決定するものである。アンバランスが許容可能とされるパラメータ内に当てはまらない場合、本方法は取り去るべき質量の座標を計算し、加工によってその質量を除去する。

図５を参照すると、取得ブロック１４において、アンバランスの特性信号が取得され、計算ブロック１５では、アンバランスの質量Ｍおよび相（ｐｈａｓｅ）Ｆが計算される。質量Ｍは、ホイールをバランスさせるため除去すべき質量を表し、相Ｆは、ホイール１の決定された基準点に対し、質量Ｍをここから除去しなければならない角度基準である。ブロック１６において、（ホイール１に設置する）バルブの質量ＭＶと、決定点に対するバルブの相ＦＶを、図示しないメモリから抽出する。ブロック１７では、ホイール１にバルブを取り付けたとしてホイール１の動作条件でアンバランスをシミュレーションし、シミュレートされた除去すべき質量ＭＳと相対シミュレーション相ＦＳを計算する。ブロック１８では、最大許容可能アンバランスの値Ｍ_ｍａｘをメモリから取り出し、ブロック１９では、質量ＭＳが値Ｍ_ｍａｘより小さいか否かをチェックする。この条件が検出された場合、ブロック２０において、ホイール１の許容可能性Ａの信号を与える。反対に、ブロック１９の条件が検出されない場合、ホイール１から質量ＭＳを除去する必要がある。このために、次のデータをブロック２１でメモリから抜き出す。すなわち、ホイール１の材料の単位体積重量ＰＲと、ホイール１の幾何形状ＧＲと、許される除去ゾーンＺＬと、質量ＭＳを除去するために選択した加工のタイプＬＴである。

ブロック２２において、除去する質量ＭＳの幾何形状Ｇを計算する一方、ブロック２３において、基準点に対する幾何形状Ｇの座標Ｃを計算する。

ホイール１の望ましくない加工を避けるため、図１、およびホイール１から除去する質量ＭＳの幾何形状Ｇの一例を表す図４、に示すように、質量ＭＳの幾何形状Ｇは、比較的大きい角度αに沿って分散される。座標Ｃは、ホイール１から質量Ｍを除去する数値コントローラ付き切削工作機械に転送される。

ここで説明する方法は、様々な実施の可能性を考慮している。第１は、切削工作機械上での仕上げ作業の実行と、アンバランスのチェックと、必要な場合は、アンバランスを測定する機械上でアンバランスを補正するための除去すべき質量ＭＳの座標Ｃを計算することと、切削工作機械上でのアンバランスの補正から構成される。第２の考えられる実施方法は、仕上げ作業、チェック、および場合によっては座標Ｃの計算が同一の切削工作機械上で実行される一方、アンバランスの補正は別の切削工作機械上で実行される。最後に、第３の可能な実施方法は、仕上げ、アンバランスの決定およびアンバランスの補正をすべて単一の切削工作機械上で実行し、確実に最も有利なものである。

図６を参照すると、切削工作機械２４が示されるが、これは、仕上げ、アンバランスのチェック、および最終的にアンバランスの補正を単一の機械で行うように説明した方法での作業に適している。

工作機械２４は、モータ駆動でアクスル２７を中心に回転する部品保持チャック２６を支持するベース２５と、フレーム２８に対して水平軸Ｘ１に沿って移動するスライド２９を支持するフレーム２８と、スライド２９に対して縦軸Ｚ１に沿って移動するスライド３０と、スライド３０に対して水平軸Ｘ２に沿って移動する第３のスライド３１を備える。スライド３１は、水平軸３３まわりを回転するモータ駆動チャック３２を支持し、ツール３４を支持するのに適する。実質的に、工作機械２４は、フライス加工および旋削加工または両加工を同時に実行することができる。工作機械２４はまた、制御ユニット３５と、静的アンバランスを検出するためのセンサ３６（加速度計または速度計）と、チャック２６の角度位置を検出するためのセンサ３７（エンコーダ）と、数値コントローラ３８とからなる。制御ユニット２５は、図面のブロック図に記載する全ての動作を実行し、座標Ｃを数値コントローラ３８に転送し、装置はホイール１の角度シフトに従ってツール３４のシフトを制御する。

図７を参照すると、工作機械２４はさらに、動的アンバランス、すなわち質量Ｍによってチャック２６にかかるトルクＴの検出に適したセンサ３９（圧電センサ、ロードセル、加速度計）を備える。図８のブロック図は、図７の変形例の動作方法に関する。この方法は、エッジ９およびエッジ１０（図７）近くでホイール１にそれぞれ交差する２個の水平面Ｐ１およびＰ２上でのホイール１からの材料の除去を含むという点で、前記のものとは異なる。

図８を参照すると、ブロック４０は、センサ３６と、３７と、３９とによって信号を取得するもので、ブロック４１は、値Ｍ、ＴおよびＦを計算するもので、面Ｐ１（図７）の質量Ｍ１と相Ｆ１、および面Ｐ２（図７）の質量Ｍ２と相Ｆ２とを計算した後、ブロック４３で、弁の質量ＭＶと、弁の相ＦＶの値を取り出し、ブロック４４で、バルブ存在下のシミュレーションから結果される、質量ＭＳとそれぞれの相ＦＳ１および質量ＭＳ２ならびにそれぞれの相ＦＳ２を計算する。ブロック４５において、メモリから許容可能値Ｍ１_ｍａｘおよびＭ２_ｍａｘを取り出し、ブロック４６、５０および５１においてＭＳ１およびＭＳ２の値とそれぞれ比較する。質量ＭＳ１およびＭＳ２がいずれもＭ１_ｍａｘおよびＭ２_ｍａｘより小さい場合（ブロック４６および５１参照）、ブロック５０はアンバランス許容信号Ａを与える。質量ＭＳ１およびＭＳ２がそれぞれＭ１_ｍａｘおよびＭ２_ｍａｘより小さくない場合、図５でブロック２１〜２３で説明したのと同様の方法で、質量ＭＳ１の幾何形状Ｇ１と座標Ｃ１を計算し（ブロック４７、４８および４９）、質量ＭＳ２の幾何形状Ｇ２と座標Ｃ２を計算する（ブロック５２、５３および５４）。ブロック４７および５２は、図５のブロック２１に相当する。この条件の内の１つだけが発生しない場合は、座標Ｃ１または座標Ｃ２だけが計算される。こうして計算した座標は、工作機械２４の数値コントローラ３８（図６）に送られ、工作機械２４がホイール１のバランスをとるための加工を実行する。

軽量合金ホイールの縮尺した正面図である。 II−II線に沿っての図１のホイールの断面図である。 図２のホイールの細部の拡大図である。 図１のホイールから除去される質量を幾何学的に表した略図である。 本発明が言及する方法の段階をまとめたブロック図である。 本発明により実現される、図１のホイールを加工するための切削工作機械の側面の略図である。 本発明の変形例による図６の機械の細部の拡大図である。 図５のブロック図の変形例である。

Claims (21)

1. 各ホイール（１）がハブ（３）とリム（５）とを備える車両用の合金ホイールの製造方法であって、切削工作機械による仕上げ作業を実現することを含む方法において、
   前記ホイール（１）のアンバランスを測定するステップと、
   前記アンバランスがアンバランス許容可能値（Ｍ_ｍａｘ；Ｍ１_ｍａｘ；Ｍ２_ｍａｘ）より小さいか否かを制御ユニット（３５）によってチェックするステップと
   を備えることを特徴とする方法。
2. 除去すべき質量（Ｍ；Ｍ１；Ｍ２）と、ホイール（１）上の決定された点に対するそれぞれの相（Ｆ；Ｆ１；Ｆ２）とを計算し、前記アンバランスが、前記質量（Ｍ；Ｍ１；Ｍ２）と、前記相（Ｆ；Ｆ１；Ｆ２）によって特定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 動作条件での前記ホイール（１）のアンバランスを補正するため該ホイール（１）から除去すべきシミュレートされた質量（ＭＳ；ＭＳ１；ＭＳ２）と、それぞれのシミュレートされた相（ＦＳ；ＦＳ１；ＦＳ２）とを計算することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記シミュレートされた質量（ＭＳ；ＭＳ１；ＭＳ２）を、アンバランス許容可能値（Ｍ_ｍａｘ；Ｍ１_ｍａｘ；Ｍ２_ｍａｘ）と比較することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記シミュレートされた質量（ＭＳ；ＭＳ１；ＭＳ２）が、アンバランス許容可能値（Ｍ_ｍａｘ；Ｍ１_ｍａｘ；Ｍ２_ｍａｘ）より小さい場合、アンバランス許容信号（Ａ）を与えることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. アンバランスが許容可能でない場合、ホイール（１）から前記シミュレートされた質量（ＭＳ；ＭＳ１；ＭＳ２）を除去し、アンバランスを補償することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
7. ホイール（１）から前記シミュレートされた質量（ＭＳ；ＭＳ１；ＭＳ２）を切削工作機械によって除去することを特徴とする、請求項３〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 仕上げ加工工程と、アンバランスのチェックと、前記シミュレートされた質量（ＭＳ；ＭＳ１；ＭＳ２）の必要に応じた除去とが単一の切削工作機械（２４）で実行されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 質量（Ｍ；Ｍ１；Ｍ２）、相（Ｆ；Ｆ１；Ｆ２）、バルブの質量（ＭＶ）およびバルブの相（ＦＶ）により、前記シミュレートされた質量（ＭＳ；ＭＳ１；ＭＳ２）を計算することを特徴とする、請求項３〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. ホイール（１）の幾何形状（ＧＲ）とホイール（１）の単位体積重量（ＰＲ）とにより、前記シミュレートされた質量（ＭＳ；ＭＳ１；ＭＳ２）の幾何形状（Ｇ；Ｇ１；Ｇ２）を計算することを特徴とする、請求項３〜８のいずれか一項に記載の方法。
11. 選択した加工の種類（ＬＴ）により前記シミュレートされた質量（ＭＳ；ＭＳ１；ＭＳ２）の幾何形状（Ｇ；Ｇ１；Ｇ２）を計算することを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. ホイール（１）の基準点に対する前記幾何形状（Ｇ；Ｇ１；Ｇ２）の座標（Ｃ；Ｃ１；Ｃ２）を決定することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 切削工作機械（２４）の数値コントローラ（３８）に座標（Ｃ；Ｃ１；Ｃ２）を転送することを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. ホイール（１）のアクスル（２）に沿って互いから離間する、除去すべき第１質量と第２質量（Ｍ１、Ｍ２）およびそれぞれの第１と第２相（Ｆ１、Ｆ２）、を計算することを特徴とする請求項２〜１３のいずれか一項に記載の方法であって、ホイール（１）の動作条件における第１と第２のシミュレートされた質量（ＭＳ１、ＭＳ２）およびそれぞれの第１と第２相（ＦＳ１、ＦＳ２）を計算し、第１のシミュレートされた質量（ＭＳ１）が第１のアンバランス許容可能値（Ｍ１_ｍａｘ）より小さくない場合は第１のシミュレートされた質量（ＭＳ１）を除去し、第２のシミュレートされた質量（ＭＳ２）が第２のアンバランス許容可能値（Ｍ２_ｍａｘ）より小さくない場合は第２のシミュレートされた質量（ＭＳ２）を除去することを特徴とする、方法。
15. 各ホイール（１）がハブ（３）とリム（５）とを備える車両用の合金ホイールの製造システムであって、仕上げ作業を実行するための切削工作機械を備えるシステムにおいて、
    前記ホイール（１）のアンバランスを検出する手段（１４；４０）と、
    前記アンバランスがアンバランス許容可能値（Ｍ_ｍａｘ；Ｍ１_ｍａｘ；Ｍ２_ｍａｘ）内であるか否かをチェックする手段（１９；４６；５０；５１）と
    を備えることを特徴とする、システム。
16. アンバランスを生じさせる除去すべき質量（Ｍ；Ｍ１；Ｍ２）と、ホイール（１）上の決定点に対するそれぞれの相（Ｆ；Ｆ１；Ｆ２）とを計算（１５；４１；４２）するための手段を備えることを特徴とする、請求項１５に記載のシステム。
17. 動作条件でのホイール（１）のアンバランスを補正するためホイール（１）から除去すべきシミュレートされた質量（ＭＳ；ＭＳ１；ＭＳ２）と、それぞれのシミュレートされた相（ＦＳ；ＦＳ１；ＦＳ２）とを計算する手段（１７；４４）を備えることを特徴とする、請求項１５または１６に記載のシステム。
18. アンバランス許容可能値（Ｍ_ｍａｘ；Ｍ１_ｍａｘ；Ｍ２_ｍａｘ）に対して、アンバランス許容可能性のある前記シミュレーションされた質量（ＭＳ；ＭＳ１；ＭＳ２）をチェックする手段（１９；４６；５０；５１）を備えることを特徴とする、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記シミュレートされた質量（ＭＳ；ＭＳ１；ＭＳ２）が、アンバランス許容可能値（Ｍ_ｍａｘ；Ｍ１_ｍａｘ；Ｍ２_ｍａｘ）より小さい場合、アンバランス許容信号（Ａ）を与える手段（２０；５５）を備えることを特徴とする、請求項１８に記載のシステム。
20. 質量（ＭＳ；ＭＳ１；ＭＳ２）が、アンバランス許容可能値（Ｍ_ｍａｘ；Ｍ１_ｍａｘ；Ｍ２_ｍａｘ）より小さくない場合、アンバランスを補償するため前記ホイール（１）から前記シミュレートされた質量（ＭＳ；ＭＳ１；ＭＳ２）を除去するための切削工作機械を備えることを特徴とする、請求項１５〜１９のいずれか一項に記載のシステム。
21. アンバランスを検出するためのセンサ（３６，３７；３６，３７，３９）と、前記シミュレートされた質量（ＭＳ；ＭＳ１；ＭＳ２）とそれぞれの相（ＦＳ；ＦＳ１；ＦＳ２）と前記シミュレートされた質量（ＭＳ；ＭＳ１；ＭＳ２）の座標（Ｃ；Ｃ１；Ｃ２）とを計算するための制御手段（３５）と、前記座標を得るために適した数値コントローラ（３８）とを備える切削工作機械（２４）であって、切削加工仕上げ作業を実行し、アンバランスをチェックし、最終的にはシミュレートされた質量（ＭＳ；ＭＳ１；ＭＳ２）を除去するのに適している前記切削工作機械（２４）を備えることを特徴とする、請求項２０に記載のシステム。