JP4548995B2 - アルミホイール取付面の強化方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輌用の軽合金製ホイールの車軸への取付面の強化方法、特にトラックやバス用のアルミホイール取付面の強化方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トラック、バス用ホイールは、一般的に鋼鈑の溶接構造である。しかし、軽量化、タイヤ及びブレーキの放熱性及び意匠性の面で鍛造もしくは鋳造のアルミホイールが採用されるようになった。
【０００３】
一方、鋼製のホイールをアルミに置き換える場合には、鋼とアルミの材料強度差のため、ホイールハブの肉厚を鋼製の場合に比べて厚くする必要がある。この時、トラック等の車幅が決められている場合、アルミホイールのハブ厚みを鋳造アルミの強度基準にあった厚みまでは厚くできないという問題があった。更に、ハブを厚くすることはホイールの軽量化の目的に反することになる。
【０００４】
上記の問題点を解決した先行技術としては特開平９−１２２８９３号公報及び特開平１０−２２５８２５号公報がある。この特開平９−１２２８９３号公報にはトラック、バス用鋳造アルミホイールの疲労強度を向上させる製造方法が記載されている。即ち、「トラック、バス用アルミホイールの鋳造品を、ボルト穴間の鍛圧加工とナット座のバニシング及び取付面のショットブラストの３種の強化加工の全てを任意の順序で施すことにより、鋳造アルミホイールの取付ボルト穴部を強化する製造方法」が記載されている。
【０００５】
また、特願平１０−２２５８２５号公報には、軽合金製ホイール全面に充分な疲労強度と剛性を付与するとともにホイール表面の光沢と光輝性を向上させる方法が記載されている。即ち、「軽合金製ホイールを比較的比重の大きいスチールやステンレス製のボール状及び／又は角に丸味を有する異形状のメディアをバレル内に入れて、強力な振動を与えホイール表面にメディアをビーティングさせることで硬化層を形成するとともに鏡面に近いなめらかな光沢肌を得る」ことが記載されている。
【０００６】
しかしながら、上述した先行技術においても以下の問題点があった。即ち、特開平９−１２２８９３号公報に記載の技術においては、３種の強化加工の全てを実施する必要があり、強化工程数が多くなり、生産効率の低下を招いていた。また、３種の強化加工後にナット座及び取付面の機械加工をせずにホイールを車軸に取付けるとともに、ナットで締付を行うような記載となっている。ショットピーニング肌の表面状態は表面粗度も粗く、この状態で取付けると、トラックやバスが走行中に締付面の突起部がへたり、取付ボルトが緩むという重大事故が発生する危険性がある。ショットピーニング肌でも取付ボルトが緩むことがないショットピーニングの技術の開示がなされていなかった。
一方、特願平１０−２２５８２５号公報に記載の技術においては、ホイール全体に光輝性を与えることについては優れたものである。その反面、バレル内で振動によるビーティングを行っているので、ホイール表面の必要箇所に充分な圧縮残留応力を与えることができないことやホイールの生産効率の面で満足ができるレベルではなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した問題点に鑑みなされたもので、トラックやバス用のアルミホイールにおいて、軽量化の目的を達成するとともに生産効率の高いアルミホイール取付面及び取付ボルト穴とナット座面の強化方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明においては上記の課題を解決するために、第１の発明においては、トラック及びバス用のアルミホイールにおいて、鋳造・熱処理工程を完了した該アルミホイールのセンター穴と該アルミホイールの車軸への取付面及び取付ボルト穴とナット座面を切削加工した後にショットピーニングを行い、その後に該センター穴基準により該アルミホイールの車軸への取付面及び取付ボルト穴とナット座面を除く必要部位を切削することとした。
また、第２の発明においては、、第１の発明におけるショットピーニングを粒径が０．３〜０．６ｍｍの鋼球で行うこととした。
【０００９】
従来のアルミホイールの製造方法においては、鋳造と熱処理を完了したアルミホイール全体にショットピーニングを行っていた。このショットピーニングの目的は、ホイールの窓部等鋳肌部が最終製品で残る部位の強化と外観上の表面肌を良くするためのものであった。
【００１０】
即ち、今回問題となっているホイールの車軸への取付面及び取付ボルト穴とナット座面については、ショットピーニング工程の後で、機械加工により面粗度（算術平均粗さ表示で）１．６μｍ程度に仕上げていた。このため、前記取付面及び取付ボルト穴とナット座面の表面に形成された圧縮残留応力層は機械加工により除去されるので、疲労強度の向上は期待できなかった。
ショット肌を機械加工により除去する理由としては、ショット肌の面粗度が良くないことにある。即ち、ショット肌の面粗度（算術平均粗さ表示で）は１２μｍ程度であり、取付面や座面の面粗度としては粗すぎると考えられていた。取付面や座面の面粗度が粗いと、車両が走行中に種々の変動荷重を受けて突起部（面粗度の粗い部分）がへたって、ボルトが緩む心配があったからである。
本発明は、従来より実施しているショットピーニング工程の実施タイミングを変えることによって、特殊な（余分な）加工工程を設けることなく、トラックやバス用アルミホイールの取付面及び取付ボルト穴とナット座面の強度アップを行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態によるトラックやバス用アルミホイールの製造工程について説明する。図１は本発明の実施例に係るトラック用アルミホイールの断面図、図２は図１におけるＡ方向から見た側面図、図３は図１におけるＢ方向から見た側面図、図４は図１における取付ボルト穴の拡大断面図、図５は図３におけるＰ部の拡大図である。
鋳造及び熱処理を完了したアルミホイールを、最初にホイール１００のセンター穴７と取付ボルト穴３とナツト座面４及びホイールの車軸への取付面２の両者もしくはその片方を製品完成状態（正仕上げ状態）に機械加工した後に、ホイール全体にショットピーニングを実施する。ショットピーニング完了後に、リム部、バルブ穴等を切削加工する。これにより、取付ボルト穴３とナット座面４、取付面２、センター穴７、鋳肌部がショット肌のままであり、その他の部位は切削肌になる。
【００１２】
ここで、重要なポイントはショットピーニング肌の面粗度である。即ち、本発明の本質は、ショットピーニング工程の実施時期を変更しただけでなく、取付面及び取付ボルト穴とナット座面がショットピーニング肌の状態で（機械加工しないで）、車両に実装できることにある。従って、これが可能となるショットピーニングのやり方を特定しておく必要がある。
このショットピーニングに用いる鋼球はステンレス製もしくはスチール製であり、鋼球の直径は０．３〜１．０ｍｍで行うのが一般的であり、より好ましくは０．３〜０．６ｍｍの範囲のもので、面粗度が８．０μｍ（算術平均粗さ）程度とする。鋼球の直径が０．３ｍｍより小さいと、鋼球自体の質量が小さくなるので、必要箇所に充分な圧縮残留応力を与えることができない。また、０．６ｍｍより大きくなると、ショットピーニング肌の面粗度が粗くなるので好ましくない。参考用として補足説明すると、従来のショットピーニングにおいては直径が０．８ｍｍの鋼球を使用しており、この時の面粗度は１２μｍ（算術平均粗さ）程度であった。
鋼球の形状としては球状のものや円筒状（カットワイヤ状）のものがあるが、面粗度を良好に保つためには球状のものが適している。
【００１３】
次に、トラックやバス用のアルミホイールの疲労試験で発生しているクラックについて説明する。クラックの発生場所は図２及び図５に示すように、ホイール取付面７の車軸側との当り面境界線（車軸側外周ライン）５付近とナット座面４付近とに多く見られる。ホイール取付面２の当り面境界線５から外側に向かってヘアクラック８が発生し、更に疲労試験を継続するとこのヘアクラック８が進展していく。また、図５に示したナット座面４に発生するヘアクラック１も疲労試験を継続すると進展していく。
このクラック防止対策としてはショットピーニングによる取付ボルト穴とナット座面に圧縮残留応力の付与及びホイール取付面の当り面（接触面）境界線より外側に数ｍｍ程ショット肌の部分を残す（ショット肌の境界線６）ことにより解決している。なお、本発明は図４に示した球面座に限定する必要はなく、平面座の場合でも適用できる。
【００１４】
【実施例】
図１〜図３に示す１７インチトラック用のアルミホイールを堅型ダイカストマシンにてアキュラッドピンにより加圧を行いながら鋳造を行った。次に、強度と伸びの改善のため、溶体化と時効のための熱処理を行った。
次に、センター穴７と取付穴部（ボルト穴３及びナット座面４）と必要に応じて車軸への取付面の切削加工を行った。このときの面粗度は算術平均粗さ表示で１．６μｍとした。なお、機械加工精度を確保するため、最初の加工工程でセンター穴も加工しておき、２回目の機械加工時はこのセンター穴７基準で加工した。
次に、０．４ｍｍのステンレス製鋼球を使って、ショットスピードを４０〜５０ｍ／秒の条件でショットピーニングを行い、その後にセンター穴基準にてその他の必要部位の切削加工を行った。このようにして製作したアルミホイールを定められた条件で耐久テストを行い、取付面及び取付ボルト穴とナット座面が切削肌であった場合には不合格であったものがショット肌にした場合には合格となった。
【００１５】
ここで、耐久テストの内容について説明しておく。この耐久テストは各自動車メーカがそれぞれ独自の方法を定めており、共通のものはない。耐久疲労テストは回転曲げテストとドラム試験が主体であり、このドラム試験とはホイールにタイヤを装着した状態でドラムをタイヤに一定の力で押付けながらドラムを回転させる試験である。これにより、タイヤ（ホイール）は従動回転するので、走行試験に相当するものである。上述したように、本実施例においてはＭ社の試験規定に従って、従来のホイールと本発明に基づくホイールの比較試験を行ったものである。
【００１６】
【発明の効果】
トラック及びバス用のアルミホイールの車軸への取付面と同取付ボルト穴とナット座面にショットピーニングを実施して、これらの面を機械加工することなく、ショット肌のままで車軸に取付けることにより、ショット肌表面に付加された圧縮残留応力によって疲労強度が高まり、ホイール取付面及び取付ボルト穴とナット座面に発生するクラックをなくすことができる。また、ホイールの車軸への取付面及び同取付ボルト穴とナット座面の必要最小限部分のみをショット肌のままに残しており、その他の部位、即ち、外面及びリム部等は機械加工により切削光輝肌となっており、外観上アルミらしさを認識させることができる。従って、アルミホイールとしての意匠性を確保したままで、取付面と同取付ボルト穴とナット座面の疲労強度を増大させることができ、商品性の向上もはかれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施例に係るトラック用アルミホイールの断面図である。
【図２】図２は図１におけるＡ方向から見た側面図である。
【図３】図３は図１におけるＢ方向から見た側面図である。
【図４】図４は図１における取付ボルト穴の拡大断面図である。
【図５】図５は図３におけるＰ部の拡大図である。
【符号の説明】
１ ナット座面のヘアクラック
２ アルミホイールの車軸への取付面
３ 取付ボルト穴
４ ナット座面（球面座）
５ 取付面の車軸側との当り面境界線（車軸側外周ライン）
６ ショット肌の境界線
７ センター穴
８ 取付面のヘアクラック
１００ アルミホイール

Claims (1)

1. トラック及びバス用のアルミホイールにおいて、鋳造・熱処理工程を完了した該アルミホイールのセンター穴と該アルミホイールの車軸への取付面及び取付ボルト穴とナット座面を切削加工した後に、前記アルミホイール全体に粒径が０．３〜０．６ｍｍの鋼球でショットピーニングを行い、その後に該センター穴基準により該アルミホイールの車軸への取付面及び取付ボルト穴とナット座面を除く必要部位を切削することを特徴とするアルミホイール取付面の強化方法。

Images