JP2017100603A - スチール製車両用ホイールおよびその表面仕上げ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 平滑な金属切削面に虹色を発現できるスチール製の車両用ホイールを提供する。
【解決手段】
スチール製車両用ホイールをその中心軸線を中心にして回転させた状態で、切削工具のチップの先端ノーズ６２ａをホイールの意匠面に当てながら、切削工具をホイールの径方向に移動させることにより、意匠面を切削して環状の化粧面領域２２ｘ（１３ｘ）を得る。化粧面領域には多数の切削溝面１０１が形成される。先端ノーズ６２ａが凸曲線を描くので、切削溝面１０１は、ホイール径方向断面の輪郭が凹曲線をなしている。ホイール径方向に隣接する切削溝面１０１の交差部には突条１０２が形成される。これら切削溝面１０１と突条１０２により、反射型回折格子１００が構成される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、スチール製車両用ホイールの意匠面の改良およびこの意匠面の表面仕上げ方法に関する。

一般にスチール製の車両用ホイールは、リムとディスクの２ピースにより構成されている。リムは、スチール製の帯板を丸めてその両端を溶接して円筒体を得た後、この円筒体をロール成形することにより得られ、ディスクはスチール製の平板を絞り成形することにより得られる。ディスクの円筒形状のフランジ部をリムに差し込んで溶接することにより、車両用ホイールが得られる。スチール製の車両用ホイールは意匠面を表面仕上げすることなく、腐食防止用の透明な樹脂からなるクリアコートを、意匠面を含む全面に施してから出荷される。

特許文献１には、アルミ製の車両用ホイールの意匠面にダイヤモンドカッターやレーザー光により多数の溝を形成し、これら多数の溝からなる反射型回折格子により虹色を発現させる技術が開示されている。

特開平４−３５３００１号公報

一般的なスチール製の車両用ホイールは意匠面にスチールの地肌が露出して見えるだけで意匠性に乏しかった。
特許文献１のアルミ製の車両用ホイールは、虹色を発現するため意匠性に富んでいるが、溝は非常に細く、１ｍｍあたり６００〜３０００本形成されている。そのため、高精度に溝を形成するための特殊な装置が必要であり、加工時間も長く、表面仕上げのコストが嵩んでしまう。また、この特許文献１の技術をそのままスチール製の車両用ホイールに適用することはできない。スチールはアルミに比べて硬いからである。

本発明は上記課題を解決したもので、スチール製車両用ホイールにおいて、意匠面の少なくとも一部が環状の化粧面領域として提供され、上記化粧面領域には、ホイールの中心軸線を中心とする多数の切削溝面が形成され、これら切削溝面のホイール径方向に沿う断面の輪郭が凹曲線を描き、径方向に隣接する上記切削溝面の交差部に、突条が形成されており、上記切削溝面と上記突条により、反射型回折格子が構成されていることを特徴とする。
この構成によれば、反射型回折格子により虹色を発現できる。また、切削溝面の断面輪郭が凹曲線を描くために、金属切削面の光沢を残すことができる。

好ましくは、上記切削溝面の底部から上記突条の頂部までの高低差が、４μｍ以上であり、上記切削溝面の径方向ピッチが０．２５ｍｍ以下である。
この構成によれば、高低差とピッチの条件を設定することにより、虹色を確実に発現できる。

好ましくは、上記切削溝面の径方向ピッチが０．１５ｍｍ〜０．２５ｍｍである。
この構成によれば、ピッチを０．２５ｍｍ以下に狭めることにより、虹色を良好に発現させることができる。また、ピッチを０．１５ｍｍ以上とすることにより、通常の切削工具のチップを用いて切削することにより、上記高低差４μｍ以上を確保することができる。

好ましくは、上記切削溝面の底部から上記突条の頂部までの高低差が４μｍ〜１０μｍである。
この構成によれば、高低差を１０μｍ以下にしたことにより、化粧面領域に突条による筋が目立たなくなり金属切削面の平滑性が得られる。

本発明の他の態様は、スチール製車両用ホイールの表面仕上げ方法において、スチール製車両用ホイールをその中心軸線を中心にして回転させた状態で、その意匠面に切削工具の凸曲線を描く先端ノーズを当てながら、この切削工具を上記ホイールの径方向に移動させることにより、上記意匠面を切削して環状の化粧面領域を得、この切削面領域に、ホイール径方向断面の輪郭が凹曲線をなす多数の切削溝面と、ホイール径方向に隣接する上記切削溝面の交差部に形成された突条により、反射型回折格子を提供することを特徴とする。

本発明によれば、スチール製車両用ホイールの意匠面における環状の化粧面領域で、金属切削面の光沢と虹色を呈することができ、意匠性を向上させることができる。

（Ａ）は本発明の一実施形態をなすスチール製車両用ホイールの縦断面図であり、（Ｂ）は同スチール製車両用ホイールを意匠面側から見た正面図である。 上記スチール製車両用ホイールに虹色発現のための表面仕上げを施す装置を示す概略図である。 表面仕上げ工程で用いられる切削工具のチップの先端ノーズと、切削により得られる化粧面領域の断面形状を示す拡大図である。 上記化粧面領域の断面形状を拡大して示す写真である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、２ピース型のスチール製車両用ホイール１（以下、単にホイールという）を示している。図１の符号Ｌａはホイール１の中心軸線を示す。以下の説明において、ホイール１を車両に装着した状態で車両を向く側（図１（Ａ）における左側）を軸線方向内側と称し、車両と反対方向を向く側（図１（Ａ）における右側）を軸線方向外側と称する。

ホイール１は、略円筒形状のリム１０と略円盤形状のディスク２０とを備えている。
上記リム１０は、スチール製の帯板を丸めてその両端を溶接して円筒体を得た後、この円筒体をロール成形することにより得られるものであり、ウエル部１１と、このウエル部１１から軸線方向外側に向かって順に形成されたビードシート部１２およびリムフランジ部１３と、このウエル部１１から軸線方向内側に向かって順に形成されたビードシート部１４およびフランジ部１５と、を有している。

上記ウエル部１１はリム１０において最も小径をなし、タイヤ装着の過程で、タイヤ（図示しない）のビード部が一時的に入り込む凹所を提供する。
上記一対のビードシート部１２，１４はタイヤのビード部を載せ、一対のリムフランジ部１３，１５はこれらビード部を保持する。

上記ディスク２０はスチール製の平板を絞り成形することにより得られ、ハブ取付部２１と、このハブ取付部２１を囲む環状部２２と、この環状部２２の外周縁から軸線方向内側に延びる略円筒状のフランジ部２５とを有している。
ハブ取付部２１は、ハブ穴２１ａとその周囲の複数のボルト穴２１ｂを有している。環状部２２は、ハット部２２ａとその径方向外側の飾穴２２ｂを有している。

上記ディスク２０のフランジ部２５が上記リム１０のウエル部１１に嵌め込まれ、その周縁がウエル部１１に溶接されることにより、ホイール１が得られる。
上記ホイール１は、ハブ取付部２１において車軸のハブに固定されるが、この点は周知であるのでその詳細な説明を省略する。

上記ホイール１の軸方向外側を向く面が意匠面となる。この意匠面において、上記ディスク２０の環状部２２に対応する面領域と、上記リム１０のリムフランジ部１３に対応する面領域は、後述の切削による表面仕上げにより、環状の化粧面領域２２ｘ、１３ｘとして提供される。

図２は、切削による表面仕上げを実行するための装置を、ホイール１とともに示す。符号５１はマンドレルを示す。このマンドレル５１に、ホイール１が固定される。詳述すると、マンドレル５１の先端面にはねじ穴が形成されており、ホイール１のハブ取付部２１のボルト穴２１ｂに挿入されたテーパ付きねじ部材５２を、マンドレル５１のねじ穴にねじ込んで締め付けることにより、ホイール１のハブ取付部２１がマンドレル５１の先端面に固定される。このホイール１の固定状態で、ホイール１の中心軸線Ｌａはマンドレル５１の中心軸線（回転軸線）と一致している。

装置はさらに、ホイール１の切削時の微細振動（いわゆるビビり）を抑制ないしは防止するための振動抑制手段５５，５６を備えている。
第１の振動抑制手段５５は、ディスク２０の内部空間に充填される発泡樹脂製のクッション材５５ａと、このクッション材５５ａを押さえる木製の押さえ板５５ｂとを有している。（これらは、ビビリ防止のためのものであり、固定される目的が達成されれば、他の固定具でも代用することが可能である。）
第２の振動抑制手段５６は、リム１０の軸方向内側のフランジ部１５に当たる発泡樹脂製のクッション材５６ａと、上記マンドレル５１に固定されるとともにクッション材５６ａを支持する円盤形状のサポート５６ｂとを有している。

装置はさらに、ホイール１の軸方向および径方向に移動可能な切削工具６０を備えている。この切削工具６０は、移動機構に支持されたホルダ６１と、このホルダ６１に取り付けられたチップ６２とを有している。チップ６２は、円弧（凸曲線）を描く先端ノーズ６２ａを有している。

上記装置において、マンドレル５１の回転に伴いホイール１が回転した状態で、上記切削工具６０をホイール１の意匠面の形状に合わせて軸方向へ位置調整することにより、チップ６２の先端ノーズ６２ａをホイール１の意匠面に当てながら、切削工具６０をホイール１の径方向内側から外側に向かって送ることにより、上記環状部２２およびリムフランジ部１３の意匠面を切削し、環状の化粧面領域２２ｘ、１３ｘを得る。
この切削工程の後で、意匠面を含むホイール１の全面が透明樹脂によってクリアコートされる。

化粧面領域２２ｘ、１３ｘでは、ホイール１の１回転毎の環状（より正確には螺旋１回分）の切削溝面１０１が同心をなして、ホイール１の径方向に並んで多数形成される。
図３は、化粧面領域２２ｘ、１３ｘをホイール１の径方向で切断した時の拡大断面図である。図４は拡大写真である。これら図から理解できるように、切削溝面１０１の径方向断面の輪郭は、チップ６２の先端ノーズ６２ａの凸曲線形状にほぼ対応した凹曲線をなしている。径方向に隣接する切削面１０１同士の交差により、環状（より正確には螺旋一回分）の突条１０２が、径方向に並んで多数形成される。突条１０２の断面形状は、頂部が尖った山形をなしている。

多数の切削溝面１０１と多数の突条１０２により、反射型回折格子１００を構成することができる。この反射型回折格子１００は、切削溝面１０１のピッチ（多数の突条１０２のピッチ）と切削面１０１の底部から突条１０２の頂部までの高低差ΔＨを適宜選択することにより、視認できる虹色が発現する。
なお、ここで視認される虹色は、ＣＤのように明瞭に視認されるものではなく、淡い虹色である。

本発明では、切削溝面１０１の断面輪郭が凹曲線をなしていることから、この切削溝面１０１の反射作用により、金属切削面の光沢を呈する。したがって、化粧面領域２２ｘ、１３ｘにおいて、金属光沢の中に淡い虹色を見ることになり、意匠性を向上させることができる。

実験
先端ノーズ６２ａの曲率半径０．８ｍｍのチップ６２を用い、切削速度１００ｍ／ｍｉｎとし、切削工具６０の径方向送り量（ホイール１の１回転当たりの送り量）を種々変更してワークＮｏ．１〜Ｎｏ．６を作成した。切削工具６０の径方向送り量は、上記反射型回折格子１００の切削溝面１０１のピッチ（すなわち突条１０２のピッチ）Ｐに相当する。図３から容易に理解できるように、送り量が大きいほど高低差ΔＨが増大する。
化粧面領域２２ｘ、１３ｘでの視認可能な虹色発現の条件および化粧面領域２２ｘ、１３ｘでの金属切削面の平滑性の条件について評価した。また、色差測定機を用いてマンセル値を測定した。この実験結果を下記表１に示す。

上記表１での虹色評価に関しては、２ｍ離れた位置から、車両用ホイール１０が虹色に見えるかどうかの目視観察による評価（官能評価）を行った。具体的には、３０人のパネラーに目視での見え方の印象について下記評価基準１でＡ、Ｂいずれかの判断をつけてもらい、その集計結果について下記評価基準２で、虹色に見えるかどうかを総合評価した。
評価基準１（各パネラーの見え方の印象）
Ａ：虹色に見える
Ｂ：虹色には見えない
評価基準２（総合評価）
○：３０人のパネラー全員がＡ判定
×：１人以上のパネラーがＢ判定

送り量０．１ｍｍ、高低差２μｍのワークＮｏ．１では虹色を視認できなかった。
送り量０．１５ｍｍ、高低差４μｍのワークＮｏ．２では虹色を視認できた。
送り量０．２ｍｍ、高低差６μｍのワークＮｏ．３では虹色を視認できた。
送り量０．２５ｍｍ、高低差１０μｍのワークＮｏ．４では虹色を視認できた。
送り量０．３ｍｍ、高低差１４μｍのワークＮｏ．５では、虹色を視認できなかった。
送り量０．４ｍｍ、高低差２５μｍのワークＮｏ．６では、虹色を視認できなかった。

上記虹色は、高低差ΔＨが大きいほど、ピッチＰが狭いほど、強く発現することを前提として、上記実験結果について考察すると、人が視認できる虹色を発現するためには、高低差ΔＨを０．４μｍ以上、ピッチＰを０．２５ｍｍ以下とするのが好ましい。

上記表１での平滑性の評価に関しては、切削の痕跡が残されているかを基準に判断した。評価方法は虹色発現評価と同じである。高低差ΔＨが小さいほど、良好な平滑性が得られる。実験結果から、上記平滑性の観点では、高低差ΔＨが１０μｍ以下であるのが好ましい。

マンセル値の測定評価に関しては、色差測定機の先端をワークの切削面に直角に当てた状態で光を照射し、その反射光を測定した。表１のＨは色相、Ｖは明度、Ｃは彩度を表す。虹色が発現されたワークのＨ値は、４．５ＲＰから８．３ＲＰであり、赤色に近い紫色であった。

上記虹色発現、平滑性の条件を満足すると、化粧面領域２２ｘ、１３ｘの全域が金属切削による光沢を呈する平滑面として視認されるとともに、淡い虹色が視認され、意匠性を高めることができる。

上記ピッチＰと高低差ΔＨの関係は、先端ノーズ径（曲率半径）、先端ノーズの傾き等によって変化する。先端ノーズ径が大きいほど、傾きが大きいほど、同一ピッチＰに対する高低差ΔＨが小さくなる。反対に、先端ノーズ径が小さいほど、傾きが小さいほど（切削面に対して垂直に近いほど）、同一ピッチＰに対して高低差ΔＨが大きくなる。
先端ノーズ径が大きくなると、人が視認できる程度の虹色を発現するための上記高低差ΔＨと上記ピッチＰの条件を満足するのが難しくなる。
先端ノーズ径を小さくすれば虹色を発現し易いが、高低差が大きくなり平滑性を得るのが難しくなる。
先端ノーズ径は、好ましくは０．４〜１．２ｍｍ、より好ましくは０．６〜１．０ｍｍである。そのため、市販のチップを用いることができる。

上記反射型回折格子１００を形成するための切削工程の前に、荒仕上げするのが好ましい。この荒仕上げでは、例えば先端ノーズ径が２ｍｍのチップを用い、切削速度１００ｍｍ／ｍｉｎ、切削時の切り込み量０．４ｍｍ、送り量０．３ｍｍ／ｒｐｍとする。これによりディスク２０の意匠面の歪みを無くすことができる。そのため、反射型回折格子１００を形成するための切削工程では、切り込み量Ｓ（図３）を０．３ｍｍと小さくしても、連続した切削溝面１０１と連続した突条１０２を得ることができる。

上記反射型回折格子１００を形成するための切削工程において、飾穴２２ｂ近傍では切削溝面１０１および突条１０２の軌跡が乱れる傾向にある。そこで、上記反射型回折格子１００を形成するための切削工程の後で、この飾穴２２ｂが形成されている環状の領域を切削することにより、切削溝面１０１と突条１０２を無くして平滑にしてもよい。

本発明は、上記実施形態に制約されず、種々の態様を採用することができる。例えば、リムフランジ部には切削を施さなくてもよい。

本発明は、スチール製の車両用ホイールに適用することができる。

１ スチール製車両用ホイール
１０ リム
１３ｘ 化粧面領域
２０ ディスク
２２ｘ 化粧面領域
６０ 切削工具
６２ チップ
６２ａ 先端ノーズ
１００ 反射型回折格子
１０１ 切削溝面
１０２ 突条
Ｐ 切削溝面のピッチ（突条のピッチ）
ΔＨ 高低差

Claims (6)

1. 意匠面の少なくとも一部が環状の化粧面領域として提供され、
   上記化粧面領域には、ホイールの中心軸線を中心とする多数の切削溝面が形成され、これら切削溝面のホイール径方向に沿う断面の輪郭が凹曲線を描き、径方向に隣接する上記切削溝面の交差部に、突条が形成されており、
   上記切削溝面と上記突条により、反射型回折格子が構成されていることを特徴とするスチール製車両用ホイール。
2. 上記切削溝面の底部から上記突条の頂部までの高低差が、４μｍ以上であり、上記切削溝面の径方向ピッチが０．２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のスチール製車両用ホイール。
3. 上記切削溝面の径方向ピッチが０．１５ｍｍ〜０．２５ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載のスチール製車両用ホイール。
4. 上記切削溝面の底部から上記突条の頂部までの高低差が４μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項２または３に記載のスチール製車両用ホイール。
5. 上記化粧面領域では、マンセル値のＨ値が４．５ＲＰ〜８．３ＲＰであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスチール製車両用ホイール。
6. スチール製車両用ホイールをその中心軸線を中心にして回転させた状態で、その意匠面に切削工具の凸曲線を描く先端ノーズを当てながら、この切削工具を上記ホイールの径方向に移動させることにより、上記意匠面を切削して環状の化粧面領域を得、この切削面領域に、ホイール径方向断面の輪郭が凹曲線をなす多数の切削溝面と、ホイール径方向に隣接する上記切削溝面の交差部に形成された突条により、反射型回折格子を提供することを特徴とするスチール製車両用ホイールの表面仕上げ方法。