JP2011058594A

JP2011058594A - ホイール締結部品

Info

Publication number: JP2011058594A
Application number: JP2009211217A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Kiuchi; 宏昌木内
Original assignee: BETA TITANIUM KK
Current assignee: BETA TITANIUM KK
Priority date: 2009-09-14
Filing date: 2009-09-14
Publication date: 2011-03-24

Abstract

【課題】車室内の静寂性の向上、ブレーキングやハンドリング性能の向上をもたらすことを目的とする。
【解決手段】車軸６とホイール１を締結するホイール締結部品として、ヤング率１００〜１３０ＧＰａ、引張強度７００〜１３００Ｎ／ｍｍ^２、表面硬度ＨＶ２３０〜４５０のチタン合金で形成されてなることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車軸とホイールを締結するホイール締結部品に関する。

車軸とホイールを締結する締結構造としては、一般的に、図１のような構造が知られている。図１は、自動車用ホイールの縦断面図である。

ホイール１は、ホイール１にタイヤＴを装着可能なリム２と、ホイール１を車軸ハブ４に取付け可能なディスク３とで構成されている。リム２とディスク３は鋳造や鍛造によって一体的に成型されたワンピース構造となっている。

車軸ハブ４には、あらかじめ、ホイールボルト５が取り付けられており、そのホイールボルト５が、ディスク３のボルト挿通孔３ａに挿入され、車軸６に設けた車軸ハブ４のハブボルト７がハブナット７´に締結されて、ディスク３のハブ孔３ｂに挿入される。そして、前述のように挿入されたホイールボルト５が、ホイールナット５´で締結されると、車軸６とホイール１が締結される。

このように、ホイール１を締結する際に使用されるホイールボルト５及びホイールナット５´（以下、ホイール締結部品という）としては、０．５％以上の炭素を含む特殊鋼が一般的に使用されている。

また、一方で、近年、ホイール締結部品は、コストダウンの観点から軽量化が求められており、その求めに適したアルミ製のホイール締結部品も使用され始めている。

しかしながら、上記のようなホイール締結部品を用いた自動車には以下のような欠点があった。

すなわち、自動車走行時に、車室内に微振動が生じ、その微振動によって、車室内の静寂性が向上しないという問題があった。さらには、その微振動の影響が、ブレーキングやハンドリング性能の向上に影響するという問題もあった。

また、アルミ製のホイール締結部品は、軽量ではあるが、ヤング率が低く引張強度が落ちるため、耐久性が低く、ホイール締結部品のボルトが折れてタイヤが脱落するなどの事故が発生するという問題があった。

アルミ製のホイール締結部品の問題については、その問題を解決すべく、軽量でかつ高強度のホイールナットの製造方法が提案されている（特許文献１）。このホイールナットの製造方法は、軟化焼鈍およびピーリングを施した米国材料試験協会が制定している規格番号Ｂ３４８−９７材料記号Ｇ９（ＡＳＴＭＧ９）のチタン合金棒から所定長さ寸法のブランク材を切り出し、ブランク材に対して冷間鍛造加工を施して略ホイールナット形状に成形した後、ねじ成形加工および外形成形加工を行うのに続いて仕上げ加工を行って、ビッカース硬さが２９５〜３５３ＨＶのホイールナットを製造する構成としたものである。

特開２０００−３２６０４７

しかしながら、上記ホイールナットの製造方法は、軽量でかつ高強度のホイールナットを製造することで、ホイール締結部品のボルトが折れてタイヤが脱落するなどの事故が発生するという問題は解決しえるものの、自動車走行時に、車室内に絶えず微振動が生じ、その微振動によって、車室内の静寂性が向上しないという問題、さらには、その微振動の影響が、ブレーキングやハンドリング性能の向上に影響するという問題を解決するものではなかった。

そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、車室内の静寂性の向上、ブレーキングやハンドリング性能の向上をもたらすホイール締結部品を提供することを目的としている。

上記課題を解決するための手段を、図１を用いて説明する。まず、本発明者は、車室内に微振動が生じる原因は、タイヤＴのヒステリシスロスが影響していることを見出した。すなわち、自動車は走行時、路面からの小さな凹凸の振動及び衝撃をタイヤＴで吸収しているが、タイヤＴで吸収できない振動及び衝撃はホイール１に伝えられる。そして、そのホイール１でも吸収できない振動及び衝撃が、サスペンション（図示せず）に伝えられ、そのサスペンション（図示せず）で吸収されない振動及び衝撃がハンドル（図示せず）及び車室内に伝えられる。それが、車室内に微振動が生じる原因となっていることを本発明者は見出したのである。

そこで、本発明者は、タイヤＴのヒステリシスロスの軽減を図るため鋭意研究した結果、車軸６を抵抗なく回転させることができれば、タイヤＴのヒステリシスロスの軽減を図ることができることを見出した。そして、車軸６を抵抗なく回転させるためには、ホイール締結部品（ホイールボルト５及びホイールナット５´）に緩衝性をもたらせばよいことを見出した。

緩衝性をもたらす部品としては、軟性があるアルミ製の部品が考えられるが、上記説明したように、アルミ製の締結部品は、耐久性が低いという問題があった。そこで、本発明者は、軽量で強度が高く、しかも、ある程度の軟性を持つという特性があるチタン合金を採用し、鋭意研究した結果、本発明を完成させるに至ったのである。

すなわち、本発明は、請求項１に記載のように、車軸６とホイール１を締結するホイール締結部品として、ヤング率１００〜１３０ＧＰａ、引張強度７００〜１３００Ｎ／ｍｍ^２、表面硬度ＨＶ２３０〜４５０のチタン合金で形成されてなることを特徴としている。

さらに、請求項２に記載のように、上述のチタン合金で形成されてなるホイール締結部品を自動車が備えてなることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、車軸とホイールを締結するホイール締結部品が、ヤング率１００〜１３０ＧＰａ、引張強度７００〜１３００Ｎ／ｍｍ^２、表面硬度ＨＶ２３０〜４５０のチタン合金で形成されているから、車室内の微振動が軽減、すなわち、タイヤのヒステリシスロスが軽減し、車室内の静寂性の向上、ブレーキングやハンドリング性能の向上という優れた効果を発揮させることができる。

また、請求項２の発明によれば、タイヤのヒステリシスロスを軽減することが可能なホイール締結部品を自動車に採用しているから、燃費の向上という優れた効果が期待できる。

自動車用ホイールの縦断面図である。本発明実施例における車室内の振動の測定結果を示した図である。

以下に本実施形態で使用されるチタン合金のヤング率、引張強度、表面硬度の範囲を決定する理由について説明する。

図１に示すうように、本実施形態で用いられるチタン合金は、車軸６とホイール１を締結するホイールボルト５，ホイールナット５´で使用される。そして、このチタン合金は、ヤング率１００〜１３０ＧＰａ、引張強度７００〜１３００Ｎ／ｍｍ^２、表面硬度ＨＶ２３０〜４５０となる範囲で形成されるのが好適である。この範囲で形成されたチタン合金をホイールボルト５及びホイールナット５´に用いると、車室内の微振動が軽減、すなわち、タイヤＴのヒステリシスロスが軽減し、車室内の静寂性の向上、ブレーキングやハンドリング性能の向上という効果が得られるからである。

ヤング率が１００〜１３０ＧＰａの範囲とされるのは、ヤング率が１００ＧＰａ未満の場合、弾性力は高まるが、焼付きやかじりが生じ、車室内の微振動を軽減する、すなわち、タイヤのヒステリシスロスを軽減するという効果が得られないためである。また、ヤング率が１３０ＧＰａを超える場合、弾性力が低下し、車室内の微振動を軽減する、すなわち、タイヤのヒステリシスロスを軽減するという効果が得られないためである。

引張強度が７００〜１３００Ｎ／ｍｍ^２の範囲とされるのは、引張強度が７００Ｎ／ｍｍ^２未満の場合、疲労強度が低くなり、ホイールボルト５又はホイールナット５´が破損しやすくなるという問題が生じ、車室内の微振動を軽減する、すなわち、タイヤのヒステリシスロスを軽減するという効果が得られないためである。また、引張強度が１３００Ｎ／ｍｍ^２を超える場合、疲労強度が高くなる一方で、弾性力が低下し、車室内の微振動を軽減する、すなわち、タイヤのヒステリシスロスを軽減するという効果が得られないためである。

表面硬度がＨＶ２３０〜４５０の範囲とされるのは、表面硬度がＨＶ２３０未満の場合及び表面硬度がＨＶ４５０を超える場合は、車室内の微振動を軽減する、すなわち、タイヤのヒステリシスロスを軽減するという効果が得られないためである。なお、表面硬度の指針としては、一般的に、引張強度の１／３を指針とすることが知られているから、本実施形態においても、前述の方法を採用し、引張強度の１／３を、表面硬度の範囲の指針としている。

以下に、本発明の実施例を具体的に説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではない。

〔振動試験〕
ホイール締結部品は、スズキ株式会社のＳＷＩＦＴ１２００ＣＶＴ車で使用されている純正のホイール締結部品（０．５％の炭素を含む特殊鋼）と、その純正のホイール締結部品と同サイズの、ヤング率１１５ＧＰａ、引張強度９００Ｎ／ｍｍ^２、表面硬度ＨＶ３００のチタン合金からなるホイール締結部品を、夫々用意した。

そして、Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ社製の加速度センサーの評価用ボード（ＲＤ３１１２ＭＭＡ７２６０ＱＥ）を用意し、その評価用ボードを２ｋｇのケース内に収納し、そのケースをスズキ株式会社のＳＷＩＦＴ１２００ＣＶＴ車の車室内の助手席床に固定配置した。なお、評価用ボードを２ｋｇのケース内に収納したのは、評価用ボードが電気基板だからである。また、評価用ボードは、実験前に、十分なキャリブレーションを行った。

前記評価用ボードをＳＷＩＦＴ１２００ＣＶＴ車の車室内の助手席床に固定配置した後、２０ｋｍ／ｈの速度で、ＳＷＩＦＴ１２００ＣＶＴ車を走行させ、純正のホイール締結部品（０．５％の炭素を含む特殊鋼）を使用した場合の車室内の振動、チタン合金（ヤング率１１５ＧＰａ、引張強度９００Ｎ／ｍｍ^２、表面硬度ＨＶ３００）からなるホイール締結部品を使用した場合の車室内の振動を夫々測定した。その測定結果を図２に示す。なお、速度に関しては、ＳＷＩＦＴ１２００ＣＶＴ車のスピードメータの表示ではなく、ガーミン社製のＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）にて確認を行った。

図２に示すグラフにおいて、縦軸は、重力加速度（Ｇ）を示しており、横軸は、秒数（Ｓ）を示している。この図２の結果から、純正のホイール締結部品（０．５％の炭素を含む特殊鋼）を用いたＳＷＩＦＴ１２００ＣＶＴ車は、時間の経過とともに、重力加速度が大きく変動していることが分かる。それに対し、チタン合金（ヤング率１１５ＧＰａ、引張強度９００Ｎ／ｍｍ^２、表面硬度ＨＶ３００）のホイール締結部品を用いたＳＷＩＦＴ１２００ＣＶＴ車は、時間が経過しても、さほど、重力加速度が変化していないことが分かる。

以上のことから、０．５％の炭素を含む特殊鋼のホイール締結部品より、本発明によるチタン合金のホイール締結部品の方が、重力加速度の変化が少ない、すなわち、車室内の振動が少ないことが分かる。

したがって、本実施例から、本発明によるチタン合金のホイール締結部品は、車室内の振動の軽減に優れた効果を発揮させていることが分かる。

１ホイール
５ホイールボルト
５´ ホイールナット
６車軸

Claims

ヤング率１００〜１３０ＧＰａ、引張強度７００〜１３００Ｎ／ｍｍ^２、表面硬度ＨＶ２３０〜４５０のチタン合金で形成されてなる車軸とホイールを締結するホイール締結部品。
請求項１に記載のホイール締結部品を備えてなる自動車。