JP2004522636A - 最適プロファイルを有する鋼板ホイールリム - Google Patents

Abstract

【解決手段】内側から外側にかけて順に、内側フック（４）と、内側シート（５）と、連結ゾーン（７）と、装着溝（９）と、ハンプ（１１）と、外側シート（５）と、外側フック（１３）とを有し、装着溝（９）の下でホイールディスク（２）に結合されることを意図した車両用鋼板ホイールリム（３０、５０）において、前記装着溝（９）が所与の厚さＥを有し、連結ゾーン（７）が、下記関係すなわち、
Ｅ／３＋０．５ｍｍ≧Ｅ１≧Ｅ／３ｍｍ、および
Ｅ１≧０．７ｍｍ
を満たす厚さＥ１のゾーン（Ｚ５、Ｚ’４）を有することを特徴とする車両用鋼板ホイールリム（３０、５０）。
【選択図】図７

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスクと装着溝を備えたリムとを有しかつディスクおよびリムが装着溝の下で結合された構成の鋼板ホイールに関し、より詳しくは、これらのホイールのリムの断面プロファイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のホイールは、走行中に反復応力を受ける。ホイールの疲労強度を測定するのに、ホイールは、車両に装着されまたは試験機に装着されて耐久試験を受ける。試験機は、実際の使用時のホイールの応力を、簡単化されかつ加速された態様で再現する。ホイールが受ける応力は、主として、該ホイールが使用される車両の荷重に基いて定められる。
標準の鋼板ホイールのリムは、一定厚さのフープを成形する一連の作業により製造される。かくして、これらのリムは実質的に一定の厚さを有している。これらのホイールの疲労劣化は、通常、結合溶接部およびバルブ孔が存在する溝底部の半径位置に生じる（図１参照）。
かくして、これらのリムを製造するための元の金属板素材（ブランク）の厚さは、使用時にホイールが受ける応力に関連して定められる。
【０００３】
米国特許（下記特許文献１参照）には、厚さが変化しており従ってリムの重量を軽減できるリムプロファイルを得るため、１回以上の反転円筒状フロー・ターニング作業（reverse cylindrical flow-turning operations)を含むホイールリム製造方法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第５，５７９，５７８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、高度の軽量性を有すると同時に許容可能な疲労強度を保持すべく最適化されるリムの断面を定めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第一態様によれば、本発明は、内側から外側にかけて順に、内側フックと、内側シートと、連結ゾーンと、装着溝と、ハンプと、外側シートと、外側フックとを有し、装着溝の下でホイールディスクに結合されることを意図した車両用鋼板ホイールリムに関する。本発明のこのリムは、前記装着溝が所与の厚さＥを有し、連結ゾーンが、下記関係すなわち、
Ｅ／３＋０．５ｍｍ≧Ｅ１≧Ｅ／３ｍｍ、および
Ｅ１≧０．７ｍｍ
を満たす厚さＥ１のゾーン（Ｚ５、Ｚ’４）を有することを特徴とする。
【０００７】
連結ゾーンの実質的に円筒状および／または截頭円錐状のゾーンの全体は、厚さＥ１にすることができる。
これらの関係は、連結ゾーンの全部または一部において、リムの厚さを装着溝の厚さの実質的に１／３まで低減できることを示している。この非常に大きい厚さ低減により、このようにして最適化されたリムの装着溝の厚さが類似の単一厚さリムの厚さより非常に大きい場合であっても、リムを非常に大幅に軽減できる。
【０００８】
有利なことは、前記外側シートに隣接するハンプの厚さＥ２が、
Ｅ２≧Ｅ−０．６ｍｍ、および
Ｅ２≧１．４ｍｍ
の関係を満たすゾーンを有することである。
ハンプの全体をこの厚さＥ２にすることができる。
【０００９】
バルブ孔が設けられる装着溝フランクの外側に隣接するこのハンプゾーンの厚さが、装着溝ゾーンの応力の大きさに与える効果は極く僅かであることが判明している。しかしながら、バルブ孔ゾーンに近接した部分は平行度の狂いが小さく、バルブが嵌合された後のバルブの優れた耐漏性を維持できる。最小厚さは１．４ｍｍ程度でなくてはならない。
【００１０】
有利なことは、本発明によるホイールリムが厚さＥ３の内側シートを有し、該内側シートが、下記の関係すなわち、
Ｅ３≧Ｅ／３＋０．４５ｍｍ、および
Ｅ３≧１．２ｍｍ
の関係を満たすゾーンを有することである。
厚さＥ３のゾーンは、このシートに隣接するハンプまで、内側シートの全体に亘って延長することができる。
これらの関係は、このゾーンの厚さが、装着溝ゾーンの厚さに対して４０〜５０％まで非常に大きく低減できることを示している。しかしながら、この厚さは、例えばホイールをクランピングする装着機械のクランプのフックに関連する応力により、疲労に有害な損傷が引起こされる危険が生じないようにするため、１．２ｍｍ以下に低減させないことが好ましい。
Ｅ３は、Ｅ３≧Ｅ／３＋０．９ｍｍが好ましい。これは、リムの軽量化に寄与する。
【００１１】
有利なことは、ホイールリムの内側フックは、下記関係すなわち、
Ｅ４≧Ｅ／３＋０．７５ｍｍ
を満たす厚さＥ４をもつゾーンを有することである。
また、Ｅ４≧Ｅ／３＋１．２ｍｍであるのが好ましい。
厚さＥ４のゾーンには、ホイールの回転軸線に対して垂直な方向をもつフックのゾーンを設けることができる。
かくして、このゾーンの厚さ低減は、装着溝ゾーンの厚さに対して約４０〜２７％に達する。重要なことは、ホイールの装着溝の疲労試験における挙動を損なわないように特定される下限を維持することである。これは、このゾーンの厚さがリムフックの剛性を決定することによる。
【００１２】
最後に、ホイールの外側シートには、下記関係すなわち、
Ｅ５≧Ｅ／３＋０．５ｍｍ
を満たす厚さＥ５のゾーンを設けることができる。
リムの軽量化のためには、
Ｅ５≧Ｅ／３＋０．９ｍｍ
であることが好ましい。
厚さＥ５のこのゾーンは、外側シートの実質的に全体に亘って設けることができる。
好ましくは、装着溝の厚さＥは１．９〜２．７５ｍｍの間にある。これらの厚さは、通常、乗用車の鋼板ホイールリムに使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の非制限的例示である特定実施形態について説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、鋼板で作られた普通のホイールを示す部分断面図である。このホイール１は、ディスク２およびリム３を有している。
リム３は、一定厚さのフープをローリングする１組の作業により製造されるリムである。このリム３は、実質的に一定の厚さを有している。このリム３は、内側フック４と、内側シート５と、内側ハンプ６と、遷移ゾーン７と、内側フランク８および外側フランク１０を備えた装着溝９と、外側ハンプ１１と、外側シート１２と、外側フック１３とを有している。ディスク２は、装着溝９の下のフィッティングによりリム３に結合されている。一部が折返された状態を示すこの図面にはまた、装着溝９の外側フランク１０を通るバルブ孔１４が示されている。
本発明によるホイールリムの同様な部分には、同じ参照番号が使用されている。
【００１５】
図２には、本発明によるホイールリムの製造方法が示されている。最初に、鋼、アルミニウムまたは合金からなる金属板（図示せず）の素材を曲げて、２つの自由縁部をもつほぼ円筒状のフープ形状２１にする。次に、フープ２１は、フラッシュ溶接、抵抗溶接または他の溶接方法により溶接される。このフープ２１は一定厚さを有している（図３）。次にフープ２１は、図４に概略的に示す較正工具の補助により伸びを較正するのが好ましい。セクタ２３（該セクタの周囲にフープ２１が嵌合される）を分離するカム２２を変位させることにより拡大が行なわれる。図５には、本発明によるリムに求められる平プロファイルを、円筒状フロー・ターニングにより得ることからなる次の工程が示されている。使用されるフロー・ターニング方法は反転フロー・ターニングである。フープ２１はマンドレル２４上に装着され、システム２５の壁に当接してロックされる。次にマンドレル２４が回転され、少なくとも1つのつのロール２６が、厚さを減少させるべきゾーンのフープ２１の半径方向外面上でローリングされる。ロール２６はマンドレル２４に対してＸ軸線方向に変位され、この間に半径方向／接線方向の力が加えられるため、材料はＹ方向に流れる。この材料の流れは、ロール２６の変位方向とは逆方向に生じる。図５は、得られるフーププロファイルの一例を概略的に示すものである。このプロファイルは、一定厚さの５つのゾーンと、厚さが変化する３つの遷移ゾーンとを有している。
【００１６】
この反転フロー・ターニング方法は、フープ全体の厚さを低減できないことに留意すべきである。実際に、フープの両側にはフロー・ターニングされないゾーンが残され、このため、ロールが係合する側ではフープが不安定になり、フープを固定する装置の側ではストップが形成され、この装置がフープの縁部をグリップしかつフロー・ターニング作業中にフープの縁部を回転駆動することを可能にするゾーンが残される。
フロー・ターニング作業の完了後に、必要ならば、フープの一方の縁部または両縁部を切断できる。次にフープをフレア加工し、かつフープ・ローリング作業を行なって、求めるリムプロファイルを得る（図７）。リムは較正されかつ適当なディスクが嵌合される。
【００１７】
図１には、ホイール１のリム３の疲労劣化が生じ得るゾーンも概略的に示されている。これらのゾーンは次の通り、すなわち、装着溝９の内側フランク８内に位置するゾーン１５、すなわちフランク８と装着溝９との連結ゾーンと、装着溝９の下に位置し、ディスク／リムの溶接シームに近接したゾーン１６と、装着溝９と該溝の外側フランクと、１０との連結部に位置するゾーン１７と、バルブ孔１４の縁部に位置するゾーン１８とである。これらの全てのゾーン において、クラックの発生が見られる。
【００１８】
図６には、本発明による断面プロファイルに一致するフロー・ターニング方法により得られるフープの一例が示されている。
このフープ２０は、厚さが変化する７つのゾーンにより分離された、８つの一定厚さゾーンを有している。
図６および図７は、これら種々の一定厚さゾーンおよび厚さが変化するゾーンを、これから得られるリム３０の幾何学的形状にリンクさせることができる。図６は、軸線方向に比べて半径方向の縮尺が拡大されて示されていることに留意されたい。
【００１９】
元の鋼板素材の厚さＥに等しい一定厚さをもつ２つのゾーンＺ１、Ｚ８は、フック１３、４のフランジの両軸線方向端部に一致する。
一定厚さＥ２のゾーンＺ２は、外側シート１２に一致する。ゾーンＺ１とゾーンＺ２との間には厚さが変化するゾーンＴ１が存在し、この厚さは、フックのフランジからフックの垂直部分にかけてＥからＥ５へと変化する。
次に、ゾーンＺ２とゾーンＺ３との間には遷移ゾーンＴ２が存在する。ゾーンＺ３は、実質的に外側ハンプ１１に一致する。遷移ゾーンＴ２は、外側シート１２とハンプ１１との間の連結部である。このゾーンの曲率半径は小さい。
ゾーンＺ４は、内側フランクゾーンおよび外側フランクゾーンの両側に小さい曲率半径で延びている装着溝に一致する。このゾーンＺ４は元の素材の厚さに等しい厚さＥを有している。このゾーンは、図１に示した劣化ゾーン１５、１６、１７のゾーンを有していることに留意すべきである。ゾーンＺ４とゾーンＺ３との間には、外側フランク１０に実質的に一致する遷移ゾーンＴ３が存在し、該遷移ゾーンＴ３は、バルブ孔１４および劣化ゾーン１８を有している。
【００２０】
ゾーンＺ５は連結ゾーン７に一致する。遷移ゾーンＴ４はゾーンＺ４とゾーンＺ５との間に位置している。この遷移ゾーンＴ４は、装着溝９の内側フランク８に実質的に一致する。
次に、内側シート５および内側ハンプ６に実質的に一致するゾーンＺ６が存在する。遷移ゾーンＴ５はゾーンＺ５とゾーンＺ６との間にある。
ゾーン７は、ほぼ、内側フック４の垂直部分（すなわち、リムの回転軸線に対して垂直な部分）内に位置している。このゾーンは、内側が遷移ゾーンＴ６に隣接し、外側が遷移ゾーンＴ７に隣接している。遷移ゾーンＴ５はフック４の垂直部分に続く内側シート５の軸線方向内端部に一致する。遷移ゾーンＴ６は内側フック４のフランジの第一部分に一致する。最後に、フック４のフランジの内縁部に一致する一定厚さのゾーンＺ８が存在する。
【００２１】
下記の表には、元の素材の最初の厚さを基準値１００としたときの図６および図７の例における種々のゾーンＺ１〜Ｚ８の相対厚さと、１．９〜２．７５ｍｍの元の素材の厚さを基準としたときの推奨値の範囲とが示されている。
【表１】

この表は、本発明による厚さが変化するホイールリムが、厚さおよび重量低減の主ゾーン、すなわち連結ゾーン７に一致するゾーンＺ５を有することを示している。この厚さ低減は、元の金属素材の厚さの６０％に達する。
【００２２】
第二ゾーンはＺ６であり、ここでの厚さ低減は５０％に達する。しかしながら、例えば、ホイールをクランプする装着機械のフックに関連する応力（この応力は疲労にとって有害な損傷をもたらす）が生じる可能性を回避するには、厚さを１．２ｍｍより大きく維持する必要がある。
寸法６．５ Ｊ １５ Ｈ２のをもつホイールの場合、所与の仕様について、普通のリムは約２．０ｍｍの厚さを有するのに対し、本発明のリムの厚さＥは２．２ｍｍにすることができる。このようなホイールでは、本発明によるリムで得られる重量の節約は０．７ｋｇ、すなわち約１５〜２０％に達する。
厚さの低減従って重量の節約は、元の素材の厚さが大きくなりかつホイールの直径が大きくなる場合には、多くの場合に比較的大きくなるであろう。
【実施例２】
【００２３】
図８には、本発明による断面のプロファイルに一致する、フロー・ターニング方法により得られるフープの第二例が示されている。
フープ４０は、厚さが変化する５つのゾーンにより分離された一定厚さの６つのゾーンを有している。
前の実施例と同様に、図８および図９は、一定厚さのゾーンおよび厚さが変化する種々のゾーンを、これから得られるリム５０の幾何学的形状にリンクさせることができる。
２つのゾーンＺ’１およびＺ’６はフープの２つの軸線方向端部に一致し、これらの２つのゾーンは元の金属板素材の厚さＥを有している。ここで、これらのゾーンは、内側シート５および外側シート１２の端部まで、内側フック４および外側フック１３の全体に一致する。
【００２４】
一定厚さＥ２のゾーンＺ’２は、外側ハンプ１１に実質的に一致する。ゾーンＺ’１とゾーンＺ’２との間には、外側シート１２に一致する遷移ゾーンＴ’１が位置している。
ゾーンＺ’３およびＺ’４は、それぞれ装着溝９および連結ゾーン７に一致し、装着溝９は、小さい曲率半径をもつ溝のフランク９、８のゾーンにより延長されている。
ゾーンＺ’２とゾーンＺ’３との間には遷移ゾーンＺ’２が存在し、該遷移ゾーンＺ’２はフランク１０のバルブ孔ゾーンに実質的に一致している。ゾーンＺ’３とゾーンＺ’４との間には遷移ゾーンＴ’３が存在し、該遷移ゾーンＴ’３は、小さい曲率半径を有しかつ連結ゾーン７の軸線方向外端部および装着溝９の内側フランク８の軸線方向内端部を備えたゾーンに実質的に一致する。
ゾーンＺ’５は、実質的に内側ハンプ６に一致し、その厚さはＥ３である。ゾーンＺ’４とＺ’５との間には、短い長さの遷移ゾーンＴ’４が位置している。
最後に、ゾーンＺ’６とＺ’５との間には、実質的に内側シート５に一致する遷移ゾーンＴ’５が位置している。
【００２５】
図８および図９の例は本発明によるリムプロファイルの簡単化した例であり、この例では、実際に、内側シート６の軸線方向外端部と外側シート１２の軸線方向内端部との間のプロファイルはリム３０のプロファイルと同一である。この簡単化は、内側および外側の両フックの一定厚さプロファイルから生じ、これが内側および外側フックを強化する。従って、このリムの元のブランクの厚さは、一定厚さの標準リムの厚さに匹敵させることができる。かくして、このプロファイルは、リムの重量の実質的に同じ軽量化を行なうことができる。
【００２６】
図６〜図９の例は、本発明の範囲の単なる非制限的な例であると考えるべきである。実際に、フロー・ターニングにより少数（例えば４〜５個）の厚さが異なるゾーンをもつプロファイルを形成することによって、フープの平プロファイルの製造を著しく容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】単一厚さのホイールの概略図であり、生じ得る疲労破壊ゾーンを示すものである。
【図２】本発明によるリムの製造方法における種々の工程を示す図面である。
【図３】図２に示した製造方法の１つの工程を概略的に示す図面である。
【図４】図２に示した製造方法の１つの工程を概略的に示す図面である。
【図５】図２に示した製造方法の１つの工程を概略的に示す図面である。
【図６】１組のフロー・ターニング作業の終結時での本発明によるリムフープを示す子午線方向断面図である。
【図７】ロール・フォーミング作業後の図６のフープに一致するリムを示す子午線方向断面図である。
【図８】１組のフロー・ターニング作業の終結時での本発明によるリムフープの第二実施形態を示す子午線方向断面図である。
【図９】ロール・フォーミング作業により成形した後の図８のフープに一致するリムを示す子午線方向断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１ ホイール
２ ディスク
３ リム
４ 内側フック
９ 装着溝
１３ 外側フック
１４ バルブ孔
Ｔ１〜Ｔ７ 遷移ゾーン

Claims (17)

1. 内側から外側にかけて順に、内側フック（４）と、内側シート（５）と、連結ゾーン（７）と、装着溝（９）と、ハンプ（１１）と、外側シート（５）と、外側フック（１３）とを有し、装着溝（９）の下でホイールディスク（２）に結合されることを意図した車両用鋼板ホイールリム（３０、５０）において、前記装着溝（９）が所与の厚さＥを有し、連結ゾーン（７）が、下記関係すなわち、
   Ｅ／３＋０．５ｍｍ≧Ｅ１≧Ｅ／３ｍｍ、および
   Ｅ１≧０．７ｍｍ
   を満たす厚さＥ１のゾーン（Ｚ５、Ｚ’４）を有することを特徴とする車両用鋼板ホイールリム（３０、５０）。
2. 前記連結ゾーン（７）の全体が厚さＥ１を有することを特徴とする請求項１記載の車両用鋼板ホイールリム（３０、５０）。
3. 前記外側ハンプ（１１）の厚さＥ２は、下記関係すなわち、
   Ｅ２≧Ｅ−０．６ｍｍ、および
   Ｅ２≧１．４ｍｍ
   を満たすゾーン（Ｚ３、Ｚ’２）を有することを特徴とする請求項１および２記載の車両用鋼板ホイールリム（３０、５０）。
4. 前記厚さＥ２のゾーン（Ｚ３、Ｚ’２）は、実質的に外側ハンプ（１１）の全体に亘って延びていることを特徴とする請求項３記載の車両用鋼板ホイールリム（３０、５０）。
5. 前記内側シート（５）の厚さＥ３は、下記関係すなわち、
   Ｅ３≧Ｅ／３＋０．４５ｍｍ、および
   Ｅ３≧１．２ｍｍ
   を満たすゾーン（Ｚ６）を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の車両用鋼板ホイールリム（３０）。
6. Ｅ３≧Ｅ／３＋０．９ｍｍであることを特徴とする請求項５記載の車両用鋼板ホイールリム（３０）。
7. 前記内側シート（５）の全体が厚さＥ３を有することを特徴とする請求項５および６記載の車両用鋼板ホイールリム（３０）。
8. 内側ハンプ（６）を有し、厚さＥ３のゾーン（Ｚ６）はこのハンプ（６）の全体を含むことを特徴とする請求項７記載の車両用鋼板ホイールリム（３０）。
9. 前記内側フック（４）の厚さゾーン（Ｚ７）を含み、該ゾーン（Ｚ７）の厚さＥ４は下記関係すなわち、
   Ｅ４≧Ｅ／３＋０．７５ｍｍ
   を満たすことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の車両用鋼板ホイールリム（３０）。
10. Ｅ４≧Ｅ／３＋１．２ｍｍであることを特徴とする請求項９記載の車両用鋼板ホイールリム（３０）。
11. 前記厚さＥ４のフックのゾーン（Ｚ７）は、ホイールの回転軸線に対して垂直な方向をもつフックのゾーンを含むことを特徴とする請求項８および９記載の車両用鋼板ホイールリム（３０）。
12. 前記外側シート（１２）は、
    Ｅ５≧Ｅ／３＋０．５ｍｍ
    を満たす厚さＥ５のゾーン（Ｚ２）を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか1項記載の車両用鋼板ホイールリム（３０）。
13. 前記厚さＥ５は、
    Ｅ５≧Ｅ／３＋０．９ｍｍ
    であることを特徴とする請求項１２記載の車両用鋼板ホイールリム（３０）。
14. 前記厚さＥ５の外側シート（１２）のゾーン（Ｚ２）は、外側シートの実質的に全体に亘って延びていることを特徴とする請求項１２および１３記載の車両用鋼板ホイールリム（３０）。
15. 前記厚さＥ５のゾーン（Ｚ２）は、ホイールの回転軸線に対して垂直な方向をもつ外側フック（１２）のゾーンまで延びていることを特徴とする請求項１４記載の車両用鋼板ホイールリム（３０）。
16. 前記装着溝（９）の厚さＥは１．９〜２．７５ｍｍの間にあることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項記載の車両用鋼板ホイールリム（３０、５０）。
17. 前記厚さの変化は、フロー・ターニング作業により得られることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項記載の車両用鋼板ホイールリム（３０、５０）。

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