车辆用车轮及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及车辆用车轮。
背景技术
由铝合金等轻合金构成的车辆用车轮，广泛采用的有：通过铸造而形成一个整体的单件式轮、由轮圈件和轮盘件分开构成的2件式轮、以及由内轮圈件和外轮圈件以及轮盘件分开构成的3件式轮。
在2件式和3件式轮中，用铸造或锻造法来制作轮盘件，用易加性和光亮性良好的轧制材料来构成轮圈件的车轮已经实用化。制作轮圈件所采用的方法是：把板状的轧制材料卷成圆筒状，将其两端焊接起来，利用旋压加工法将其制成所需要的形状，或者把圆板状的轧制材料形成为有底的圆筒状，将其底部切除，制成筒状成形品，利用旋压加工法对其进行成形研磨、表面处理，制成所需的形状。
但是，虽然单件式车轮，生产效率高，但模具体积大，而且复杂，对各种不同尺寸的车轮需要不同的模具，车轮制造成本高。所以在少量生产的情况下，最好是采用2件式或3件式组合结构，仅对轮盘件采用铸造或锻造方法制作。并且，2件或3件式车轮，因为能利用组织致密的轧制材料来构成外轮圈，所以能利用有光泽的表面来构成外轮圈部的外观设计面，能提高车轮的外观设计方便性。
但是，存在的问题是：在3件式车轮中零件数量多，其制造成本相应地提高，虽然在2件式车轮中零件数量少，但由于要把轮盘件安装到轮圈件地内侧，所以，对两者直接进行熔焊时，被焊接部分产生热老化，造成车轮机械强度降低。
因此，提出了新的提案，即如日本专利实开昭58-54303号公报所述的车辆用铝轮那样，采用组合式结构，其中包括：构成外轮圈部的外轮圈件、以及构成内轮圈部分和轮盘部分的一体化成形所构成的车轮结构件，在外轮圈件的安装面侧的端部上形成向内侧延伸的环状固定部，在车轮结构件的设计面侧的外周部上，形成轴心垂直方向的组装面，把外轮圈件的固定部重叠到车轮结构件的组装面上，利用在周边方向上按一定间隔布置的许多螺栓和螺母来把两者连接成一个整体。
在该车轮中，外轮圈件能利用轧制材料等来制作，工艺简单，成本低，并且构成内轮圈部和轮盘部的车轮结构件利用铸造或锻造法制作，与像2件和3件式车轮那样仅对轮盘件用铸造或锻造法制作时相比较，需要采用大型模具，但是与对整个车轮用铸造法制作的单件式车轮相比较，制作时所用的模具较小而且价格低，并且，与3件式车轮相比较零件数量少，所以制造成本比3件式车轮低。再者，利用组织致密的轧制材料来构成内轮圈件，和构成内轮圈部和轮盘部的车轮结构件一样，在外轮圈部的设计面侧能形成有光泽的外观设计性能良好的装饰面。
但是，在上述汽车用车轮中，因为利用在周边方向上按一定间隔布置的许多螺栓和螺母来把外轮圈件和车轮结构件连结起来，所以，存在的问题是：零件数量多，制造成本高，同时，为紧固螺栓所需要的时间长，使生产效率相应降低。
【发明内容】
本发明的目的在于提供外观设计良好、制造成本低，并能充分保证机械强度且生产效率高的车辆用车轮。
涉及本发明的第1车辆用车轮，由以下两种零件分开构成，一种是构成外轮圈部的外轮圈件，另一种是构成内轮圈部和盘部的一体化成形件所构成的车轮结构件；上述外轮圈件的安装面侧的端部形成为能从外部嵌入到车轮结构件内，在上述车轮结构件中的与外轮圈件相嵌合的面上形成环状槽，把上述外轮圈件的安装面侧的端部压入嵌合在环状槽内，把外轮圈件与车轮结构件一体固定。
在该第1车辆用车轮中，外轮圈件利用轧制材料等制成，能使加工容易而且成本降低，并且，构成内轮圈部和轮盘部的车轮结构件利用铸造或锻造法来制作，与2件和3件式车轮那样的仅对轮盘件用铸造或锻造法来制作的情况相比较，虽然需要使用大型模具，但与铸造法来制作整个车轮的单件式车轮相比较，能利用小型而且廉价的模具来制作，而且，与3件式车轮相比较，零件数量较少，所以，与3件式车轮相比，制造成本低。
并且，利用组织致密的轧制材料来制作外轮圈件，和2件和3件式车轮一样，在外轮圈部的设计面上能形成有光泽的外观设计优良的装饰面。
再者，在该车轮中，因为，把外轮圈件的安装面侧的端部从外部嵌入到车轮结构件内，利用旋压加工等方法来把外轮圈件嵌入固定到车轮结构件上，所以，能防止如用熔焊法进行连接时那样，因热老化而造成车轮机械强度降低的故障，同时，与利用许多螺栓和螺母来进行固定的情况相比，能减少构成车轮的零件数量，能降低制造成本，因不需要紧固螺栓的作业，所以，能提高生产效率。
在此，在上述车轮结构件中的环状槽的安装面侧，希望形成一种增强被覆部，以便对压入嵌合在环状槽内的外轮圈件的端部进行覆盖。若采用这种结构，则因为能进一步提高车轮结构件和外轮圈件的连接强度，所以效果良好。
也可以利用摩擦搅拌接合(FSW：Friction Stir Welding)把上述外轮圈件的端部接合到车轮结构件上。因为摩擦搅拌接合与通常的熔焊相比，能抑制接合时的温度上升，所以，利用摩擦搅拌接合来对外轮圈件和车轮结构件进行接合，能防止因热老化而造成车轮的机械强度下降，能进一步提高两者的连接强度。
涉及本发明的第2车辆用车轮，其特征在于：由以下两种零件分开构成，一种是构成外轮圈部的外轮圈件，另一种是由构成内轮圈部和盘部的一体化成形品而构成的车轮结构件；利用摩擦搅拌接合使上述外轮圈件的端部接合到车轮结构件上，把外轮圈件一体固定到车轮结构件上。
该第2车辆用车轮，基本上能起到与第1方面车辆用车轮相同的作用，外轮圈件用轧制材料制成，能使加工容易，成本降低。并且，与2件和3件式车轮相比较，虽然需要使用大型模具，但与铸造法来制作整个车轮的单件式车轮相比较，能利用小型而且廉价的模具来制作，再者，与3件式车轮相比较，零件数量较少，所以，与3件式车轮相比，制造成本低。并且，利用组织致密的轧制材料来制作外轮圈件，和2件和3件式车轮一样，在外轮圈部的设计面上能形成有光泽的外观设计优良的装饰面。
再者，在该车轮中，因为，利用摩擦搅拌接合把外轮圈件的端部接合到车轮结构件内，把外轮圈件固定到车轮结构件上使其形成一个整体，所以，与用熔焊法进行连接时那样的通常的熔焊相比，能抑制接合时的温度上升，能防止因热老化而造成车轮机械强度降低的故障，能充分保证车轮结构件与外轮圈件的连接强度，而且与利用许多螺栓和螺母来进行固定的情况相比，能减少构成车轮的零件数量，能降低制造成本，因不需要紧固螺栓的作业，所以，能提高生产效率。
涉及本发明的第1车辆用车轮的制造方法，其特征在于：利用轧制材料板来制作构成外轮圈部的大体上呈圆筒状的外轮圈件，同时利用铸造或锻造法来制作由内轮圈部和盘部构成的车轮结构件，形成能把外轮圈件的安装面侧的端部从外面嵌入到车轮结构件上，同时，在车轮结构件中与外轮圈件相嵌合的面上形成环形槽，对外轮圈件的安装面侧的端部进行加压使其变形，并嵌合到环状槽内，把外轮圈件一体固定在车轮结构件上。在此情况下，能达到与第1车辆用车轮相同的作用。
在此，在上述车轮结构件上形成环形槽，同时，在车轮结构件中的环形槽的安装面侧沿环形槽形成凸缘部，在车轮结构件上嵌合安装外轮圈件，使外轮圈件的安装面侧的端部搭接到该凸缘部为止，然后，对外轮圈件的安装面侧的端部进行加压使其变形，以便嵌入环形槽内，然后形成增强被覆部，以便覆盖对凸缘部加压使其变形而被嵌入到环状槽内的外轮圈件的安装面侧的端部。
由于采用这种结构，所以，外轮圈件在车轮结构件上沿轴向容易进行定位，而且，利用定位所需要的凸缘部，形成增强被覆部，能进一步提高外轮圈件与车轮结构件的连接强度，效果良好。
把上述外轮圈件固定到车轮结构件上之后，也可以利用摩擦搅拌接合使外轮圈件的端部与车轮结构件相接合。因为摩擦搅拌接合与通常的熔焊相比，能抑制接合时的温度上升，所以，利用摩擦搅拌接合来对外轮圈件和车轮结构件进行接合，能防止因热老化而造成车轮的机械强度下降，能进一步提高两者的连接强度。
涉及本发明的第2车辆用车轮的制造方法，其特征在于：利用轧制材料板来制作构成外轮圈部的大体上呈圆筒状的外轮圈件，同时利用铸造或锻造法来制作由内轮圈部和盘部构成的车轮结构件，利用摩擦搅拌接合来使外轮圈件的端部与车轮结构件相接合，把外轮圈件一体固定在车轮结构件上。在此情况下，能达到与第2车辆用车轮相同的作用。
【附图说明】
图1是车轮的正面图。
图2是图1的II-II线剖面图。
图3是安装结构的说明图。
图4(a)、(b)分别是其他结构的车轮的制造方法的说明图。
图5是其他制造方法的说明图。
图6是其他结构的车轮的主要部分的纵剖面图。
图7(a)是图6的VII-VII线的剖面图；(b)是车轮的制造方法的说明图。
图8是其他结构的车轮的主要部分的纵剖面图。
图9是其他结构的车轮的主要部分的纵剖面图。
【具体实施方式】
以下参照附图，详细说明本发明的实施方式。
如图1、图2所示，车辆用车轮1由以下两种零件分开构成，一种是构成外轮圈部2的外轮圈件3，另一种是构成内轮圈部4和轮盘部5的一体化成形件所组成的车轮结构件6。
在轮盘部5的中央部设置轮毂8，该轮毂8具有5个螺栓插入孔7，以便把车轮1安装到图示以外的悬架装置的车轮支承件上，轮毂8和内轮圈部4依靠在圆周上按一定间隔而布置成放射状的5个轮辐部9而连结成一个整体，在相邻的轮辐部9之间形成装饰孔10。但是，螺栓插入孔7的个数是根据设置在车轮支承件上的螺栓数量而设定的。并且，轮辐部9的个数和形状以及布置位置均能根据车轮1的设计和强度而任意进行设定。
外轮圈件3是把铝合金或镁合金等轻合金制的板状轧制材料卷成圆筒状，对其两端进行熔焊，制成筒状件，通过旋压加工等而将其成形为所需形状，或者把铝合金或镁合金等轻质合金制的轧制材料冲切成圆盘状，同时，冲压成形为像洗脸盆那样的有底圆筒状，然后，将底面切除，制成筒状件，利用旋压加工等方法将其成形为所需形状。这种由轧制材料制成的外轮圈件3，因其组织致密，所以能将其设计面侧的装饰面11加工成有光泽的面，能提高车轮1的设计性能。但是，外轮圈件3也可以采用钢板或不锈钢板等铁系金属板来制成。
车轮结构件6是对铝合金或镁合金等轻合金进行铸造或锻造而制成。车轮结构件6能实现小型化，因其中不包括外轮圈件3，因此，制作车轮结构件6用的模具能相应地减小，使其制造成本降低，能抑制车轮1的制造成本上升。
关于外轮圈件3在车轮结构件6上的安装结构12，如图1～图3所示，在内轮圈部4的设计面侧的端部上形成大体上呈圆筒状的嵌合面13，在嵌合面13的安装面侧上形成向半径方向外侧开口的环状槽14，外轮圈件3的安装面侧的端部近旁从外部嵌合到嵌合面13上，在外轮圈件3的安装面侧的端部上，形成收缩部15，该收缩部15如下所述，借助于旋压加工等而受压变形，被压入嵌合在环形槽14内，在环状槽14的安装面侧，形成增强被覆部16，该增强被覆部16如下所述借助于旋压加工等而受压变形，把收缩部15覆盖住。
而且，车轮结构件6和外轮圈件3的连接，最好不进行熔焊，但在不能确保足够的安装强度的情况下，也可以在增强被覆部16和外轮圈件3的端部之间进行熔焊，进一步提高车轮结构件6和外轮圈件3的连接强度。
以下说明上述车轮1的制造方法。
首先，制作图4(a)所示的剖面形状的外轮圈件3A和车轮结构件6A。
外轮圈件3A是把铝合金或镁合金等轻合金制的板状轧制材料卷成圆筒状，对其两端进行熔焊，制成筒状件，通过旋压加工等而将其成形为所需形状，或者把铝合金或镁合金等轻质合金制的轧制材料冲切成圆盘状，同时，冲压成形为像洗脸盆那样的有底圆筒状，然后，将底面切除，制成筒状件，利用旋压加工等方法将其制作成在设计面侧的端部上具有凸缘部17的大体上呈圆筒状的外轮圈件3A。
车轮结构件6A是利用铝合金或镁合金等轻质合金进行铸造或锻造而制成的。并且，在车轮结构件6A的内轮圈部4的设计面侧的端部上，形成嵌合在外轮圈件3A的安装面侧的端部上的大体上呈筒状的嵌合面14，在嵌合面13的安装面侧，形成向半径方向外侧开口的环状槽14，在环状槽14的安装面侧，形成凸缘部16A。也可以用铸造或锻造法使嵌合面13和环形槽14以及凸缘部16A形成一体化，也可以用后加工法来形成。
以下如图4(a)所示，在车轮结构件6A的环状槽14内布置由软质橡胶等构成的密封材料18，在此状态下把外轮圈件3A的安装面侧的端部从外部嵌入到车轮结构件6A的嵌合面13上，直到外轮圈件3A的安装面侧的前端部与凸缘部16A相搭接为止。
以下，如图4(b)所示，一边使车轮结构件6A和外轮圈件3A旋转，一边把滚轮19压接到外轮圈件3A的安装面侧的端部上，使其端部向车轮结构件6A的旋转中心侧受压变形，形成被压入嵌合到环状槽14内的收缩部15，在收缩部15内，把外轮圈件3固定到车轮结构件6A内。但是，收缩部15如果是对外轮圈件3A的安装面侧的端部进行加压使其变形而形成，那么，也可以利用压勺(ヘラ)旋压加来形成，以取代上述利用滚轮19的旋压加工法，也可以利用旋压加工以外的方法，例如冲压成形等方法进行成形。
以下一边使外轮圈件3和车轮结构件6A进行旋转，一边利用图示外的的滚轮使凸缘部16A受压变形，形成增强被覆部16，以便覆盖外轮圈件3的收缩部15，制成把外轮圈件3嵌合固定在车轮结构件6上的车轮1。但是，对增强被覆部16也可以和上述收缩部15一样利用滚轮的旋压加工以外的方法来成形。
该车轮1的制造方法，因为基本上是把外轮圈件3A的安装面侧的端部压入嵌合到车轮结构件6A的环状槽14内，即可使两者连接在一起，所以，与用熔焊法进行接合时相比较，能防止由于熔焊热量而造成车轮结构件6和外轮圈件3热老化。并且，因为通过设置凸缘部16A即可设定外轮圈件3A在车轮结构件6A内的插入量，所以，能提高外轮圈件3A在车轮结构件6A上的组装性，同时，在外轮圈件3A的收缩部15上外装对凸缘部16A加压使其变形而构成的增强被覆部16，因此，能进一步提高外轮圈件3在车轮结构件6上的安装强度。但是，在外轮圈件3在车轮结构件6上的安装强度达不到足够的程度的情况下，也可以在形成增强被覆部16之后，对外轮圈件3的端部和增强被覆部16进行熔焊，或者用摩擦搅拌接合(FSW：Friction StirWelding)进行接合。
以下说明对上述车轮1的结构进行局部更改的其他实施方式。而且，对于和上述实施方式相同的部分标注相同的符号，其详细说明从略。
(1)如图5的车轮30所示，也可以在车轮结构件31中，形成直径比凸缘部16A稍小的凸缘部32，以取代凸缘部16A，省略了增强被覆部16，在凸缘部32和收缩部15的接合部内充填密封材料，进行铝熔焊，或者进行钎焊或锡焊等，形成密封部33，提高外轮圈件3和车轮结构件31之间的密封性。
(2)如图6的车轮40所示，也可以在车轮结构件41内，在嵌合面13的横向的中途部分上形成环状槽42，以取代环状槽14，形成外周面在外轮圈件3的外面上平滑连接的凸缘部43，以取代凸缘部16A，也可以在外轮圈件3的安装面侧的端部上设置用旋压加工法形成的收缩部44，利用该收缩部44来使车轮结构件41和外轮圈件3实现一体化。而且，也可以利用摩擦搅拌接合等把外轮圈件3的安装面侧的端部接合到车轮结构件41的凸缘部43上，形成接合部45，利用该接合部45来提高车轮结构件41和外轮圈件3的连接强度。
再者，如图7(a)所示，也可以在环状槽42的里端面上，沿周边方向按一定间隔来形成连接槽46，在外轮圈件3上形成与连接槽46相连接的嵌合部47，以便进一步有效地防止车轮结构件41和外轮圈件3的相对转动。而且，嵌合部47的间距和长度可以根据轮圈的直径等来任意设定。并且，对于上述车轮1、30也同样能形成这种嵌合部47。
并且，在装配该车轮40时，如图7(b)所示，把外轮圈件3A嵌合安装到嵌合面13上使外轮圈件3A的安装面侧的端部与凸缘部43相搭接为止，然后，一边把外周部上沿周边方向按一定间隔形成了凸起50的圆板状按压工具51压接到外轮圈件3A中的与环形槽42相对应的位置上，一边使按压工具51和车轮结构件41以及外轮圈件3A同步地向互相相反的方向转动，对外轮圈件3加压使其在环形槽42内变形，形成收缩部44，同时利用凸起50来对外轮圈件3加压使其在连接槽46内变形，形成被压入嵌合到连接槽46内的嵌合部47。
(3)如图8的车轮60所示，车轮结构件61省略了环形槽14，同时省略凸缘部16A，形成了与嵌合面13相连向安装面侧延伸成剖面大致成“ヘ”状的嵌合面62，在嵌合面62的安装面侧的端部上形成了接受面63，为取代外轮圈件3，在安装面的端部上设置了外轮圈件65，其中具有收缩部64，该收缩部64是利用旋压加工等方法进行拉伸加工，使其剖面大致成“ヘ”状，也可以利用该收缩部64来使车轮结构件61和外轮圈件65实现一体化。而且，在该车轮60中，也和上述实施方式一样，利用摩擦搅拌接合使外轮圈件65的安装面侧的端部与车轮结构件61的接受面63相接合，形成接合部67。利用该接合部67来提高车轮结构件61和外轮圈件65的连接强度，效果良好。并且，和上述车轮40一样，为了限制车轮结构件61和外轮圈件65的相对转动，也可以在两者的嵌合部分的中途部在圆周方向上互相间留出间隔，形成许多嵌合部68。
(4)外轮圈件和车轮结构件也可以利用摩擦搅拌接合来进行接合。
例如，图9的车轮70所示，车轮结构件71，也可以省略环状槽14，同时为取代凸缘部16A，设置了凸缘部72，该凸缘部72结构为使外周面与外轮圈件3的外面平滑地连接。把外轮圈件3A嵌合安装到嵌合面13上，使外轮圈件3A的安装面侧的端部与凸缘部72相搭接为止，在外轮圈件3A的安装面侧的端部和凸缘部72之间进行摩擦搅拌接合，形成接合部73。而且，在该车轮70中也和上述车轮40一样，为了限制车轮结构件71和外轮圈件3的相对转动，也可以在两者的嵌合部分的中途部上，沿圆周方向互相间留出间隔，形成许多嵌合部74。
而且，利用摩擦搅拌接合使外轮圈件和车轮结构件进行接合的上述车轮70，如果其结构是外轮圈件的端部与车轮结构件进行对接，能在两者之间放上专用工具进行摩擦搅拌接合，那么，外轮圈件和车轮结构件能采用任意结构。并且，也可以与摩擦搅拌接合相并用，在周边方向上按一定间隔设置使外轮圈件和车轮结构件进行连接的螺栓和螺母。
发明的效果
若采用涉及本发明的第1车辆用车轮及其制造方法，则和过去的2件和3件式车轮一样，能在外轮圈部的设计面侧上形成有光泽的设计优良的装饰面，而且，能使其制造成本能保持在与过去的2件式车轮大体相同，不必和过去的3件式车轮一样进行熔焊，就能装配成车轮。并且，因为利用旋压加工等方法很容易使车轮结构件和外轮圈件连接在一起，所以，与利用熔焊法进行连接时不同，能防止因热老化而使车轮机械强度降低，同时，与利用许多螺栓和螺母来进行固定时相比较，能减少构成车轮的零件数量，不需要进行螺栓拧紧作业，所以能提高生产效率。
在此，在车轮结构件中的环状槽的安装面侧形成了增强被覆部，以便覆盖被压入嵌合在环状槽内的外轮圈件的端部，并且能进一步提高车轮结构件和外轮圈件的连接强度，所以效果良好。
若用摩擦搅拌接合法把外轮圈件的端部连接到车轮结构件上，则能抑制接合时的温度上升，防止因热老化而使车轮的机械强度降低，能提高外轮圈件和车轮结构件的接合强度。
若采用涉及本发明的第2车辆用车轮及其制造方法，则和过去的2件和3件式车轮一样，在外轮圈部的设计面侧能形成有光泽的设计性能良好的装饰面，而且，能把制造成本控制在与过去的2件式车轮大致相同，不必和过去的3件式车轮一样进行熔焊，即可装配成车轮。而且，利用摩擦搅拌接合法把外轮圈件的端部连接到车轮结构件上，把外轮圈件固定在车轮结构件上使其形成一体化，所以，与通常的熔焊相比，能抑制接合时的温度上升，防止因热老化而使车轮的机械强度降低，能充分确保车轮结构件和外轮圈件的连接强度。而且，与利用许多螺栓和螺母进行固定时相比，能减少构成车轮的零件数量，能降低制造成本，因为不需要紧固螺栓的作业，所以能提高生产效率。
并且，第1车辆用车轮的制造方法，在车轮结构件上形成环状槽，同时，在车轮结构件中的环状槽安装面侧上沿环状槽形成凸缘部，把外轮圈件嵌合安装到车轮结构件上，直到外轮圈件的安装面侧的端部与其相搭接为止，在此情况下在车轮结构件中的环状槽的安装面侧沿环状槽形成凸缘部，因此，外轮圈件在车轮结构件上容易进行轴向定位，而且利用定位用的凸缘部，形成增强被覆部，能进一步提高外轮圈件在车轮结构件上的连接强度，所以效果良好。
再者，第1车辆用车轮的制造方法，在把外轮圈件固定到车轮结构件上之后，若利用摩擦搅拌接合法来使外轮圈件的端部与车轮结构件相接合，则能抑制接合时的温度上升，防止因热老化而使车轮的机械强度降低，能提高外轮圈件与车轮结构件的接合强度。