JPH0451362B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は自動車用のデイスクホイールに関
し、特にリムにデイスクを嵌入してアーク溶接に
より両者を一体化した軽合金等からなるデイスク
ホイールの溶接継手部に関するものである。

従来のこの種の溶接タイプのデイスクホイール
としては、第１図に示すように展伸材からなる環
状のリム１の内周面に鋳物または展伸材（鍛造材
を含む）からなるデイスク２を嵌合し、かつその
デイスク２の周縁部２ａをリム１の内周面１ａに
沿うように軸線方向と平行な方向へ折曲げた形状
とし、その重ね合わされたリム１の内周面１ａと
デイスク２の周縁部２ａの先端との間をアーク溶
接によつてすみ肉溶接したものが一般的である。
このような溶接タイプのデイスクホイールにおい
ては、第２図に示すように溶接部３のリム側止端
部４に亀裂Ａが発生し易く、耐久強度上問題とな
つていた。このような亀裂Ａは、リム側止端角
α、すなわちリム側止端部４附近においてリム内
周面１ａに対して溶着金属がなす角度αが大きい
場合にその止端部４に応力集中が生じて発生し易
くなるものであることが知られており、特に前記
リム側止端角αが40°を越えた場合に発生し易く
なることが知られている。したがつて上述のよう
な亀裂の発生を防止するためには、リム側止端角
αが40°以下となるように溶接条件を設定すれば
良いと考えられる。しかしながらリム側止端角α
に影響を及ぼす諸条件の内、溶接すべき箇所に対
する電極ワイヤのねらい位置は、特にその変動が
リム側止端角αの変動に及ぼす影響が大きいにも
かかわらず、正確な設定、管理が困難である。す
なわち例えば第３図ａに示すようにリム側止端角
αが40°以下となるように電極ワイヤ６のねらい
位置を適正に設定しておいても、溶接作業中の溶
接トーチの振れ等によつて電極ワイヤのねらい位
置がずれてしまう場合が多く、この場合例えば第
３図ｂに示すように電極ワイヤ６が適正位置から
デイスク側へ位置ずれすれば、電極ワイヤの溶融
金属がデイスクの端面近傍の内面側を覆う状態と
なつて溶融金属全体が凸面状となり、その結果リ
ム側止端角αが40°を越える状態となつてリム側
止端部４に応力集中を招くようになる。

上述のような不都合を避けるためには、若干の
電極ワイヤねらい位置の変動があつてもリム側止
端角αが40°を越さないように、諸溶接条件をリ
ム側止端角αが40°よりも充分に小さい角度とな
るべく設定することが考えられる。そのためには
第４図ａに示すように溶融金属量を少なくし、か
つデイスク２の周縁部２ａの先端の厚みを小さく
する必要がある。しかしながらある程度の溶融幅
を確保しつつしかも溶融金属を薄くするために
は、アーク入熱を分散させるなどの特殊な手段が
必要となり、技術的に相当な困難を伴う。またこ
のような技術的困難を克服して形成しても、その
溶接部はのど厚が小さいため強度が低く、そのた
め第４図ｂに示すように溶接金属自体に亀裂Ｂが
発生し易くなる。さらには、電極ワイヤのねらい
位置の変動によつて第４図ｃに示すようなリム側
のアンダカツトＣやデイスク側の融合不良Ｄが生
じ易くなる問題がある。これらの理由から、リム
側止端角αはある程度以上小さくなることは好ま
しくなく、通常は20°以上を確保するように条件
設定する必要があり、したがつてリム側止端角α
が充分小さくなるように諸条件を設定して電極位
置の変動による影響が現われないようにするにも
限界があつた。

以上のような事情から、従来はリム側止端部に
おける亀裂の発生を防止するためには、電極ワイ
ヤのねらい位置の管理を一層厳しくすることによ
つてリム側止端角αを20〜40°の範囲内に保つ以
外に途はないとされていた。しかしながら電極ね
らい位置の管理は前述のように相当な困難を伴な
い、またその管理を厳しくすることによつて作業
上の制約や設備上の制約が増す問題があり、しか
も如何に管理を厳しくしてもある程度の電極ねら
い位置の変動は避けられず、結局ある程度の率で
不良品が発生することは避け得なかつたのが実情
である。

この発明は以上の事情に鑑みてなされたもの
で、電極ワイヤのねらい位置が変動してもリム側
止端角αの変動が小さい範囲に抑えられるように
なし、これによつてリム側止端部における亀裂発
生を有効に防止して耐久性を高めるとともに品質
を安定化し、併せて電極ねらい位置の管理に厳し
さが要求されないようにすることにより生産現場
での作業上の制約や設備上の制約を緩めることを
目的とするものである。

すなわちこの発明のデイスクホイールの溶接継
手部は、従来のデイスクホイールにおいてはデイ
スク周縁部の内側がリム内周面と平行であつたの
に対し、そのデイスクの周縁部の先端部分に、先
端に向けて肉厚が次第に薄くなる傾斜状態でかつ
その傾斜角度がリムの内面に対し30〜80°となる
傾斜部を形成するとともに、その傾斜部に続けて
デイスクの先端方向に肉厚が変化せずにデイスク
外面に平行に延出した薄肉の部分を形成し、前記
傾斜部上に溶接部のデイスク側止端部が位置する
ようにリムの内周面とデイスク周縁部の先端とを
アーク溶接したことを特徴とするものであり、こ
のように傾斜部上にデイスク側止端部を位置させ
ることにより溶接時において電極ワイヤの位置が
変動してリム側止端角αが大きく変動しないよう
にすることが可能となつたのである。

以下この発明のデイスクホイール溶接継手部に
ついて図面を参照して詳細に説明する。

第５図にはこの発明を適用したデイスクホイー
ルの全体構成の一例を示し、また第６図にはその
デイスクホイールの溶接継手部を拡大して示す。
第５図においてリム１の内周面１ａには、周縁部
２ａをリム１の内周面１ａに沿うように軸線方向
と平行な方向へ折曲げた形状のデイスク２が嵌合
されており、そのデイスク２の周縁部２ａの先端
部分とリム１の内周面１ａとの間がアーク溶接さ
れてリム１とデイスク２とが一体化され、これに
よつてデイスクホイールが形成されている。そし
て特にデイスク周縁部２ａの先端附近の内面側に
は、第６図に詳細に示すようにリム内周面１ａに
対し30〜80°の角度を傾斜部１０が形成されて
おり、この傾斜部１０よりも先端側の部分、すな
わち傾斜部１０の立上がり位置からデイスク周縁
部２ａの先端面までの部分は、傾斜部１０に続け
てデイスク外面と平行に形成した一定肉厚の薄肉
の部分（以下、仮にこの部分を段差部と称す）２
０とされている。そしてリム内周面１ａとデイス
ク周縁部２ａの先端部分との間の溶接部（溶着金
属）３のデイスク側の止端部１１が前記傾斜部１
０上に位置するように前記アーク溶接がなされて
いる。

次に第６図に示される例において、アーク溶接
のための電極ワイヤが実線６で示す位置から鎖線
６′で示す位置へ変動した場合について説明する。
先ず電極ワイヤが実線６で示す位置、すなわち電
極ワイヤのねらい位置がデイスク周縁部２ａの先
端とリム内周面１ａとの境界位置Ｐ附近となつて
いる場合に、第６図の実線で示すように溶接部３
のリム側止端部４附近における溶着金属の表面が
リム内周面１ａに対してなす角度すなわちリム側
止端角がαとなつており、また溶接部３のデイス
ク側止端部１１が傾斜部１０の比較的リム内周面
１ａ寄りの部分に位置しているものとする。なお
この状態で溶接部３のデイスク側の脚長はｌとな
つている。この状態から電極ワイヤが第６図の
６′で示す位置へ移動すれば、その電極ワイヤ
６′によつて形成される溶接部（溶着金属）は第
６図の鎖線３′で示す位置へ移動する。すなわち
リム側止端部４は４′の位置に移動し、デイスク
側止端部１１が傾斜部１０に沿つて１１′の位置
へ移動して、溶接部のデイスク側脚長がｌから
l′へ拡大する。したがつて溶接部３′における溶
融金属はその前の状態と比較して傾斜部１０の傾
斜方向へ全体的に移動したことになり、そのため
溶融金属が従来の場合（第３図ｂ）のごとく表面
凸状となることが防止され、リム側止端角α′は、
その前の状態の止端角αと比較して大きく変化し
ないことになる。すなわち、溶接部のデイスク側
止端部１１，１１′が傾斜部１０の上に位置して
いる限りは、電極ワイヤ６，６′の位置が移動し
てもリム側止端角α（α′）は大きく変化せず、し
たがつてリム側止端角α（α′）を20〜40°の適正な
範囲内に保つことができ、そのためリム側止端部
４，４′に応力が集中して亀裂の発生に至ること
を有効かつ安定に防止することができる。

ここで、上述のような作用・効果は、単にデイ
スク側溶接止端部１１を傾斜部１０上に位置させ
るのみならず、その傾斜部１０よりもデイスク先
端側の部分に厚みが変化しないようデイスク外面
と平行な段差部２０が形成されていることによつ
て、一層確実かつ有効に発揮される。すなわち、
段差部２０が電極ワイヤのねらい位置の目印とな
ることによつてデイスク側溶接止端部１１を傾斜
部１０上に位置させることができるうえに、溶接
時に段差部２０の大部分が溶融することによつて
溶融金属量の不足やリム側が過剰に溶融すること
などになる溶接止端角αの減少を防止できる。換
言すれば、傾斜部１０は、溶接時に溶融金属量が
増大する方向への溶接ワイヤの位置のずれがあつ
た場合、溶融金属をその傾斜面に沿つて流すこと
により溶接止端角αが増大することを防止するよ
う作用する。しかしながら傾斜部１０のみを形成
して前記段差部２０を形成していない場合には、
溶接ワイヤが傾斜部１０の先端方向すなわち傾斜
部１０の溶融量が減少する方向への溶接ワイヤの
位置ずれがあると、リムの溶融が増大して所謂ア
ンダカツトが生じ、これが溶接止端角αを減少さ
せる原因となり、そこで前記段差部２０を設けて
あれば、段差部２０がリムの溶融に替えて溶ける
から、溶融金属量の不足を補うとともにアンダカ
ツトによる溶接止端角αの減少を防止することが
できる。このように溶接止端部１１が傾斜部１０
上に位置することにより溶接止端角αの安定化
と、段差部２０が溶融することによる溶接止端角
αの減少防止との相互作用でリム側溶接止端角α
の変動を著しく小さくすることが可能となつたの
である。

つぎに本発明者等が実際にこの発明を適用した
実施例について第７図および第８図を参照して説
明する。

第７図は本発明者等が実施したデイスクホイー
ル溶接継手部の具体的寸法および位置関係を示す
ものであり、デイスク周縁部２ａにおける傾斜部
１０の傾斜角度は60°、傾斜部１０の立ち上が
り部分の厚み（デイスク周縁部２ａの先端の段差
部２０の厚み）t₁は６mm、傾斜部１０の後端部分
の厚み（デイスク周縁部２ａの全体の厚み）t₂は
10mm、傾斜部１０の立ち上がり部分の幅（前記段
差部２０の部分の幅）Ｗは３mmとした。またリム
１およびデイスク２は、それらの軸線（すなわち
デイスクホイール全体としての軸線）が鉛直方向
に対し45°の角度で傾くように配置し、溶接位置
においてリム内周面１ａが重力方向Ｇに対し45°
傾くように設定して溶接した。このように傾きを
45°に設定したのは、溶接ビードの表面形状が溶
融金属の表面張力と重力とのバランスでほぼ決定
されることを考慮し、この発明の最良の効果をも
たらすビード表面形状を得るためである。上述の
ような配置において、先ず第８図ａに示すように
電極ワイヤ６がデイスク周縁部２ａの先端とリム
内周面１ａとの境界位置Ｐの垂直上方に位置して
いる状態で、溶接部３のデイスク側止端部１１が
傾斜部１０におけるリム寄りの端部附近に位置す
るように条件設定して溶接した。この場合のリム
側止端角αは30°であつた。次いで第８図ｂに示
すように電極ワイヤ６をデイスク側へ２mm移動さ
せて同じ条件で溶接したところ、デイスク側止端
部１１が傾斜部１０上を右方へ移動し、この場合
リム側止端角αは31°となり、第８図ａの場合と
比較してリム側止端角αの変動はわずか1°であつ
た。一方第８図ｃは第８図ａに示す状態から電極
ワイヤ６をリム側へわずか0.6mmだけ移動させて
同じ条件で溶接した場合を示すものであるが、こ
の場合にはデイスク側止端部１１か傾斜部１０を
離れ、リム側止端角αは20°まで減少してしまつ
た。これらの結果から電極ワイヤ６の位置変動に
よるリム側止端角αの変動を抑制するためには、
溶接部のデイスク側止端部１１が傾斜部１０上に
位置している必要があることが明らかである。

上述の例においては傾斜部１０の傾斜角度が
60°である場合について示したが、この傾斜角度
が０〜90°の範囲において変化させた場合にお
ける電極ワイヤの位置変動に伴なうリム側止端角
αの変化を第９図に示す。第９図において、角度
の値を附した実線は、それぞれの傾斜角度に
おいて溶融金属の表面張力と重力とのバランスに
基づいてシミユレートした計算結果を示し、また
＝45°の実線近傍の・印および＝60°の実線近
傍の△印、○印はそれぞれ傾斜角度における実験
によつて得られた実測値を示す。また第９図にお
いてリム側止端角αが40°を越える領域Q₁は耐久
試験によりリム側止端部で亀裂（第２図参照）が
発生するおそれがある領域、リム側止端角αが
20°未満の領域Q₂は溶接部が薄肉化して耐久試験
により溶接部に亀裂（第４図ｂ参照）が発生する
おそれがある領域、リム側への電極ワイヤの位置
ずれ距離が２mmを越える領域Q₂は溶接部のリム
側にアンダカツトが生じたりデイスク側に融合不
良が発生するおそれ（第４図ｃ参照）がある領域
をそれぞれ示す。なお第９図において○印を附し
た点Ra，Rb，Rcはそれぞれ＝60°における第
８図のａ，ｂ，ｃの実験結果に対応する。

第９図に示すように、＝45°、60°の場合の実
測値と計算結果とは良く一致していることが明ら
かである。そして特に＝60°の場合に電極ワイ
ヤの位置変動によるリム側機端角αの変動が最も
少ないことが明らかであるが、＝30°〜80°の範
囲内であれば充分にこの発明の効果が得られる。
すなわち、傾斜部が存在しない従来例に相当する
＝0°の場合にはリムとデイスクの境界位置Ｐか
らデイスク側への電極ワイヤの位置変動ｄが0.6
mmしか許容されず、それ以上変動すればリム側止
端角αが40°を越えてリム側止端部に亀裂が発生
するおそれが生じるのに対し、＝30°ではデイ
スク側への電極ワイヤ位置変動ｄが1.4mmまで許
容され、＝80°では同じくｄ＝2.0mmまで許容さ
れ、したがつて電極ワイヤの位置変動許容範囲は
いずれも従来の場合の２倍以上となることが明ら
かである。なお特に＝60°の前述の実施例の場
合、電極ワイヤの設定基準位置をリムとデイスク
の境界位置Ｐからデイスク側へｄ＝1.5mmの位置
P′に定めておけば、その位置から±1.5mmの範囲
（すなわちｄ＝０〜３mmの範囲）で電極ワイヤが
移動してもリム側止端角αはばらつきを考慮して
も5°程度しか変動せず、耐久試験においても極め
て安定した疲労寿命が得られることになる。

第１０図ａ，ｂにはこの発明の溶接継手部の形
状の他の例を示す。第１０図ａは傾斜部１０を階
段状に形成したものであり、また第１０図ｂは傾
斜部１０を角度ψ₁〜ψ₂の範囲内で湾曲する面と
したものである。これらの例でも傾斜部１０の範
囲Ｓ内にデイスク側溶接止端部を位置させること
により、前記の場合と同様な作用・効果を得るこ
とができる。

前述の説明で明らかなようにこの発明の溶接継
手部によれば、デイスク側止端部をリム内周面に
対し30〜80°の角度で傾斜する傾斜部上に位置さ
せ、かつ傾斜部より先端面側の部分を一定の厚み
の段差部としておくことによつて、電極ワイヤの
ねらい位置が変動してもリム側止端角αの変動を
小さい範囲に抑えることができ、したがつてリム
側止端角αを適正な角度（望ましくは20〜40°）
に安定して保持して、リム側止端部における応力
集中による亀裂発生を有効かつ安定に防止して耐
久性および品質の安定度を高めることができ、ま
た電極ワイヤの位置変動の許容範囲が大きくなる
ため電極ワイヤの位置制御および管理を簡単化す
ることができ、そのため溶接装置の設計や生産現
場における作業や品質管理等が容易となる効果も
得られ、さらには耐久強度が安定することから、
リムの薄肉軽量化が可能となる等、各種の効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の溶接タイプのデイスクホイール
の全体構成の一例を示す断面図、第２図は第１図
に示す従来のデイスクホイールの溶接継手部にお
ける亀裂発生状況を示す断面図、第３図ａ，ｂは
それぞれ従来のデイスクホイールにおける電極ワ
イヤの位置と溶接継手部附近の状況との関係を示
すための断面図、第４図ａ，ｂ，ｃはそれぞれ従
来のデイスクホイールにおいてリム側止端角αを
小さくした場合の溶接継手部附近の状況を示す断
面図、第５図はこの発明のデイスクホイールの全
体構成の一例を示す断面図、第６図は第５図に示
されるこの発明のデイスクホイールの溶接継手部
を拡大して示す断面図、第７図はこの発明のデイ
スクホイール溶接継手部の具体的実施例における
各部の寸法および溶接時の配置を示すための断面
図、第８図ａ，ｂ，ｃは第７図に示すデイスクホ
イール溶接継手部において溶接時の電極ワイヤの
位置を変化させた場合の溶接部形状を示すための
断面図、第９図はこの発明のデイスクホイール溶
接継手部においてその溶接時の電極ワイヤの位置
とリム側止端角との相関関係を傾斜部の各傾斜角
度に対応して示す線図、第１０図ａ，ｂはそれ
ぞれこの発明のデイスクホイール溶接継手部の他
の例を示す断面図である。 １……リム、１ａ……リムの内周面、２……デ
イスク、２ａ……デイスクの周縁部、３……溶接
部、１０……傾斜部、１１……デイスク側止端
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 環状をなすリムの内周面に、周縁部をそのリ
   ムの内周面に沿つて軸線方向と平行な方向へ折曲
   げた形状のデイスクを嵌合し、前記リムの内周面
   とデイスクの周縁部先端とをアーク溶接により溶
   融溶接してデイスクとリムとを一体化したデイス
   クホイールにおいて、 前記リムの内周面に沿うデイスクの周縁部の先
   端部分に、先端に向けて肉厚が次第に薄くなる傾
   斜状態でかつその傾斜角度がリムの内面に対し30
   〜80°となる傾斜部を形成するとともに、その傾
   斜部に続けてデイスクの先端方向に肉厚が変化せ
   ずにデイスク外面に平行に延出した薄肉の部分を
   形成し、前記傾斜部上に溶接部のデイスク側止端
   部が位置することを特徴とするデイスクホイール
   の溶接継手部。