JP2012126343A - 自動車用ホイール - Google Patents

Abstract

【課題】高い強度と優れた耐久性とを発揮し得る自動車用ホイールを提案する。
【解決手段】ハブ取付部２１の外側にハット部２４が設けられたホイールディスクを備えた構成であって、該ハット部２４のハット内側傾斜周部３５が、表側へ湾曲状に突出する内側凸周部４１と、該内側凸周部４１の内周縁４１ａに連成され且つハブ面アール部３２の外周縁に連成された裏側へ湾曲状に突出する内側下部凹周部４３とを備えた構成とした自動車用ホイールとした。本発明の自動車用ホイールは、自動車の走行中に掛かる横Ｇにより生ずるハブ面アール部３２への応力集中を緩和できることから、高い強度と優れた耐久性を発揮できるものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、車軸に連結されるホイールディスクとタイヤを装着するホイールリムとが接合されることにより一体化されてなる自動車用ホイールに関するものである。

例えば図６のように、スチール製の自動車用ホイールａとしては、略円盤状のホイールディスクｃを、略円筒状のホイールリムｂに内嵌して、両者を溶接することにより一体化してなる２ピースタイプの構成が知られている（例えば、特許文献１）。ここで、ホイールディスクｃには、車軸のハブに連結されるハブ取付部ｆと、該ハブ取付部ｆの外側に設けられた表側へ隆起するハット部ｈと、ホイールリムｂに内嵌するディスクフランジ部ｄとが同心状に周成されている。ハブ取付部ｆとハット部ｈとは、ハブ面アール部ｊを介して連成されている。ハット部ｈには、表側へ突出するハット頂周部ｐと、該ハット頂周部ｐと前記ハブ面アール部ｊとに連成するハット内側傾斜周部ｇとが周成されている。そして、このハット内側傾斜周部ｇの中腹には表側へ突出する内側凸周部ｋが周成されている。

このような自動車用ホイールａは、そのホイールディスクｃがハット部ｈにより所望の剛性を発揮できることから、自動車の走行中に作用する様々な負荷によって生ずる変形を抑制する効果が高く、総じて高い強度を発揮することができ得る。特に、自動車の走行中に横Ｇが掛かった場合には、ホイールディスクｃを表裏方向へ曲げるように比較的大きな曲げモーメントが作用する。この曲げモーメントに対して前記ハット部ｈが高い剛性を発揮して変形を抑制できることにより、高い強度を発揮できると共に、優れた走行安定性が発揮され得る。

尚、ハット部ｈのハット内側傾斜周部ｇに設けられた内側凸周部ｋは、当該自動車用ホイールａを自動車に装着した場合に、ブレーキキャリパに接触しないように、車体に取り付けられたブレーキキャリパの表側角縁に対向する径方向位置に周方向に亘って形成されている部位の一つである。

特開平１−１０６７０１号公報

ところで、近年、自動車は、その環境性能を向上することが強く求められている。これに伴い、自動車用ホイールにあっても、高い強度や優れた耐久性などを求める要求性能が厳しくなってきている。そのため、上記した従来構成（図６参照）のようにハット部を備えた構成にあっても、強度や耐久性のさらなる向上への要求が高まっている。

本発明は、高い強度と優れた耐久性とを発揮し得る自動車用ホイールを提案するものである。

本発明は、車軸のハブに連結される略円板状のハブ取付部と、該ハブ取付部の外周縁に連成され且つ裏側で凸状に湾曲するハブ面アール部と、該ハブ面アール部の外周縁に連成され且つ表側へ隆起するハット部とを備えたホイールディスクが、タイヤを装着する略円筒状のホイールリムに接合されてなる自動車用ホイールにおいて、前記ハット部は、周方向に亘って表側へ湾曲状に突出するハット頂周部と、該ハット頂周部の内周縁に連成され且つ前記ハブ面アール部の外周縁に連成されたハット内側傾斜周部とを備えてなるものであって、前記ハット内側傾斜周部は、表側へ湾曲状に突出する内側凸周部と、該内側凸周部の内周縁に連成され且つ前記ハブ面アール部の外周縁に連成された裏側へ湾曲状に突出する内側下部凹周部とを備えたものであることを特徴とする自動車用ホイールである。

ここで、上述した従来構成（特許文献１）の自動車用ホイールに、その性能試験として回転曲げ耐久試験（ＪＩＳ Ｄ４１０３）を実施すると、当該自動車用ホイールを構成するホイールディスクが変形し、そのハブ取付部の外周縁に連成されたハブ面アール部が破壊の起点となり易い。この回転曲げ耐久試験では、自動車用ホイールに表裏方向の曲げモーメント（負荷）を掛ける試験であることから、上記した自動車に横Ｇが掛かる場合に相当する。そのため、この回転曲げ耐久試験によって破壊の起点となるハブ面アール部では、横Ｇによる応力負担が大きいことを示していると言える。そして、このハブ面アール部の応力負担を低減できる構成が求められる。これについて本発明者が鋭意研鑽した結果、内側下部凹周部の内周縁の、ハブ取付部（ホイールディスクの中心軸線と直交する仮想平面）に対して表側へ折れ曲がって立ち上がる傾斜角（図３のθ参照）を小さくすることによって、回転曲げ耐久試験でハブ面アール部に作用する応力負担を軽減できることがわかった。

本発明の構成は、上述した知見に基づいて成し得たものであり、ハット内側傾斜周部にハブ面アール部と内側凸周部とを連成する内側下部凹周部を設けることによって、該内側下部凹周部の内周縁の上記傾斜角（図３のθ参照）を小さくすることができるため、自動車に掛かる横Ｇによるハブ面アール部の応力負担を軽減することができる。ここで、ハット内側傾斜周部の内側凸周部は、上述したように、ブレーキキャリパに接触しないように位置決めされる。そして、ハブ取付部は、その寸法形状が車軸のハブに従って定まる。これにより、ハブ面アール部を介して連成される内側下部凹周部の内外周縁位置が必然的に決まる。このように内側下部凹周部の内外周縁位置に制約がある構成であっても、該内側下部凹周部を裏側へ湾曲状に突出する形態とすることにより、内側下部凹周部の内周縁の上記傾斜角（図３のθ参照）を小さくすることができる。

尚、上述した従来構成（例えば、特許文献１）にあって、ハブ面アール部と内側凸周部とを連成する部位は、断面直線状の形態または表側へ湾曲状に突出する形態となっている。このような従来構成に比して、本発明の構成は、内側下部凹周部が裏側へ湾曲状に突出することにより、内側下部凹周部の内周縁の上記傾斜角（図３のθ参照）を小さくなるため、該ハブ面アール部への応力集中を緩和するという作用効果が確実かつ安定して生じ得る。

本発明の構成によれば、自動車の走行中に掛かる横Ｇにより発生するハブ面アール部への応力集中を緩和することができるため、該横Ｇにより作用する負荷（曲げモーメント）を支える耐力が向上する。総じて、本発明の自動車用ホイールは、高い強度と優れた耐久性を発揮することができる。さらに、強度の向上に基づいて、ホイールディスクを薄肉化して軽量化することも可能である。

上述した本発明の自動車用ホイールにあって、内側下部凹周部は、その曲率がハブ面アール部の曲率に比して小さくなるように形成されているものである構成が提案される。

かかる構成によれば、内側下部凹周部とハブ面アール部とをバランス良く形成でき且つ両者を滑らかに連成させることができるため、該ハブ面アール部の応力負担を軽減する効果が向上する。したがって、ハブ面アール部への応力集中を緩和するという本発明の作用効果が一層適正に発揮され得る。

また、ハブ面アール部に比して内側下部凹周部の曲率を大きくすると、該内側下部凹周部の裏側への突出が大きくなることから、ブレーキキャリパへの接触が懸念される。そのため、ハブ面アール部に比して内側下部凹周部の曲率が小さい本構成によれば、ブレーキキャリパと接触しない形態に形成し易い。

上述した本発明の自動車用ホイールにあって、内側下部凹周部と内側凸周部とハブ面アール部とが、
内側下部凹周部の曲率＜内側凸周部の曲率＜ハブ面アール部の曲率
となるように夫々形成されてなるものである構成が提案される。

かかる構成によれば、内側下部凹周部とハブ面アール部と内側凸周部とをバランス良く形成でき且つハブ面アール部から内側凸周部までを滑らかに形成できるため、該ハブ面アール部の応力負担を軽減する効果が一層向上する。これにより、ハブ面アール部に作用する応力集中を緩和するという本発明の作用効果を一層適正に生じ得る。

上述した本発明の自動車用ホイールにあって、内側下部凹周部は、その曲率半径を２５ｍｍ以上かつ２００ｍｍ以下としたものである構成が提案される。

かかる構成にあっては、上記範囲の曲率半径による内側下部凹周部を備えることによって、上述したハブ面アール部に作用する応力集中を緩和するという作用効果を安定して発揮することができる。さらに、ブレーキキャリパと接触しない形態に確実に形成でき得る。

ここで、内側下部凹周部が曲率半径２００ｍｍよりも大きい場合には、自動車にかかる横Ｇによってハブ面アール部に作用する応力集中を緩和する効果が小さく、上述した従来構成（ハブ面アール部と内側凸周部との連成部位が断面略直線状の構成）の場合に比して前記効果が限定的となり易い。一方、曲率半径が２５ｍｍよりも小さい場合には、ブレーキキャリパとの接触が懸念される。

本発明の自動車用ホイールは、ハット部のハット内側傾斜周部が、表側へ湾曲状に突出する内側凸周部と、該内側凸周部の内周縁に連成され且つハブ面アール部の外周縁に連成された裏側へ湾曲状に突出する内側下部凹周部とを備えた構成としたものであるから、自動車の走行中に掛かる横Ｇにより生ずるハブ面アール部の応力負担を軽減することができる。これによりハブ面アール部への応力集中を緩和できることから、本発明の自動車用ホイールは、高い強度と優れた耐久性を発揮することができる。また、強度の向上に基づいて、ホイールディスクを薄肉化して軽量化することも可能である。

上述した本発明の自動車用ホイールにあって、内側下部凹周部の曲率がハブ面アール部の曲率に比して小さくなるように形成されている構成とした場合には、内側下部凹周部とハブ面アール部とをバランス良く且つ滑らかに連成させることができるため、ハブ面アール部への応力集中を緩和することにより高い強度と優れた耐久性とを発揮するという、本発明の作用効果を一層適正に奏する。また、内側下部凹周部を、ブレーキキャリパと接触しない形態に形成し易い。

上述した本発明の自動車用ホイールにあって、「内側下部凹周部の曲率＜内側凸周部の曲率＜ハブ面アール部の曲率」となるように夫々形成されている構成とした場合には、内側下部凹周部とハブ面アール部と内側凸周部とをバランス良く形成でき且つハブ面アール部から内側凸周部までを滑らかに形成できるため、ハブ面アール部への応力集中を緩和することにより高い強度と優れた耐久性とを発揮するという、本発明の作用効果を一層適正に奏する。

上述した本発明の自動車用ホイールにあって、内側下部凹周部の曲率半径を２５ｍｍ以上かつ２００ｍｍ以下としたものである構成の場合には、上述したハブ面アール部に作用する応力集中を緩和するという作用効果を安定して発揮することができる。さらに、内側下部凹周部を、ブレーキキャリパと接触しない形態に確実に形成でき得る。

本実施例の自動車用ホイール１の縦断面図である。 図１中のＸ部を拡大した縦断面図である。 ハブ面アール部と内側下部凹周部との連成形態を説明する模式図である。 本実施例の自動車用ホイール１の回転曲げ耐久試験によってハブ面アール部に作用する応力を、シミュレーション計算した結果を示す図表である。 回転曲げ耐久試験の測定方法を示す説明図である。 （Ａ）従来構成の自動車用ホイールａの縦断面図と、（Ｂ）図６（Ａ）中のＷ部の拡大図である。

本発明にかかる実施例の自動車用ホイール１を添付図面を用いて詳述する。
図１は、本発明にかかる自動車用ホイール１の縦断面図であり、図２は、該自動車用ホイール１のハット部２４の内側部分を拡大した縦断面図である。この自動車用ホイール１は、ホイールリム２のドロップ部１３に、ホイールディスク３のディスクフランジ部２５を内嵌して、ドロップ部１３とディスクフランジ部２５とを隅肉溶接することにより、ホイールリム２とホイールディスク３とを一体化してなる、いわゆるドロップ嵌合タイプの構成である。そして、ホイールリム２とホイールディスク３とは、それぞれスチール製平板を成形加工してなるものであり、本実施例の自動車用ホイール１は、２ピースタイプのスチール製ホイールである。

尚、本実施例にあって、ホイールディスク３の意匠面側を表側とし、その背面側を裏側としている。また、ホイール径方向に沿って、自動車用ホイール１の中心軸線Ｌへ向かう方向を内方とし、逆向きを外方としている。

上記したホイールリム２は、異形断面の円筒状を成し、その表裏両側の開口端縁に図示しないタイヤのサイドウォール部を支持するリムフランジ部１１ａ，１１ｂが夫々形成されており、各リムフランジ部１１ａ，１１ｂに夫々連成されて、タイヤのビードを着座させる表裏のビードシート部１２ａ，１２ｂが夫々形成されている。さらに、表側のビードシート部１２ａと裏側のビードシート部１２ｂとの間には、内方へ突出するドロップ部１３が設けられており、タイヤ装着時にタイヤのビードを該ドロップ部１３に落とし込むことによって、その装着を容易に行い得るようにしている。

このホイールリム２は、所定寸法とした長方形状のスチール製平板を成形加工することにより得る。詳述すると、長方形状のスチール製平板を、その短辺同士を突き当てるように湾曲させ、短辺同士をアプセットバット溶接により突き合わせ接合して円筒体（図示省略）とする。その後、この円筒体を、その内外両側から所定の金型を回動しながら挟み込むロール加工を行うことにより、所望のホイールリム形状に成形する。尚、この長方形平板からホイールリム２を成形する手段は、従来から公知の方法を用いることができ、詳細については省略する。

また、上記したホイールディスク３は、略円盤状を成し、中央にハブ孔２２が開口された略円板状のハブ取付部２１が設けられており、該ハブ取付部２１の外周縁に連成されたハブ面アール部３２を介して、表側へ隆起する環状のハット部２４が設けられている。そして、このハット部２４の外周縁から裏側へ延成されるようにして、環状のディスクフランジ部２５が設けられている。ここで、ハブ取付部２１には、ハブ孔２２の周囲にナット座を備えた複数のボルト孔２３が同一円周上に等間隔で穿設されている。ハット部２４の後述するハット外側傾斜周部３７には、飾り孔２７が周方向に均等間隔で複数形成されている。尚、前記ハブ面アール部３２は、ハブ取付部２１の外周縁から表側へ湾曲状に立ち上がるように形成されており、換言すれば、表側で窪むように湾曲形成されている。

このホイールディスク３は、円形状のスチール製平板を、プレス加工することにより得る。詳述すると、略正方形状のスチール製平板を、その中央を円形凹部とする受け皿状に形成した後、絞り加工によりハブ取付部２１やハット部２４の形状を形成し、ボルト孔２３や飾り孔２７を穿設する加工を行う。さらに、リストライク加工によりディスクフランジ部２５を形成し、ホイールディスク３を成形する。このようにホイールディスク３を成形する工程にあっては、従来と同様の工程により行うことができるため、その詳細については省略する。

上記したホイールリム２とホイールディスク３とを溶接した自動車用ホイール１は、タイヤ（図示せず）を装着した後に、自動車の車軸１０１に装着される。ここで、車軸１０１には、図１のように、ホイールディスク３のハブ取付部２１の裏面に圧接されるハブ１０２と、円盤状のブレーキディスク１０３とを備えている。そして、ハブ１０２およびブレーキディスク１０３とは、車軸１０１に固定されており、該車軸１０１と共に回転する。また、前記ブレーキディスク１０３を制動するためのブレーキキャリパ１０５が自動車の車体側に配設されている。

自動車用ホイール１は、そのハブ取付部２１のボルト孔２３に、車軸１０１のハブ１０２から突出する複数のボルト（図示せず）を挿通し、各ボルトにナット（図示せず）を螺合することによって、ハブ１０２に圧接されて固定される。このように自動車用ホイール１を車軸１０１に固定した状態で、該自動車用ホイール１の内側空域に、上記したブレーキディスク１０３とブレーキキャリパ１０５とが配置される。そのため、自動車用ホイール１のホイールディスク３の形状寸法は、ブレーキキャリパ１０５に接触しないように設定される。ここで、ブレーキキャリパ１０５は、その内部に、ブレーキディスク１０３に圧接されるブレーキパッドを備えた立体形状を成す。本実施例１にあっては、略周方向に所定長さの立体形状からなるブレーキキャリパ１０５としている。そして、このブレーキキャリパ１０５は、略周方向に沿った表側角縁１０５ａ，１０５ｂを径方向内側および径方向外側にそれぞれ備える形状となっている。

次に本発明の要部について説明する。
ホイールディスク３のハット部２４は、図１，２のように、表側に最も突出する湾曲状のハット頂周部３６と、該ハット頂周部３６と上記したハブ面アール部３２との間に設けられたハット内側傾斜周部３５と、前記ハット頂周部３６と上記ディスクフランジ部２５との間に設けられたハット外側傾斜周部３７とにより構成されている。このハット頂周部３６とディスクフランジ部２５とハブ面アール部３２とハブ取付部２１とが、中心軸線Ｌを中心とする同心状に形成されている。尚、ハブ面アール部３２は、ハブ取付部２１の外周縁２１ａに連成されている。

ハット内側傾斜周部３５は、ハブ面アール部３２の外周縁３２ａに連成され、ハット頂周部３６の内周縁３６ａに連成されており、その中腹に表側へ湾曲状に突出する内側凸周部４１が設けられている。そして、内側凸周部４１の外周縁に連成され且つハット頂周部３６の内周縁３６ａに連成された内側上部凹周部４２が、裏側へ湾曲状に突出するように周成されている。さらに、内側凸周部４１とハブ面アール部３２との間には、ハブ面アール部３２の外周縁３２ａに連成され且つ内側凸周部４１の内周縁４１ａに連成された内側下部凹周部４３が、裏側へ湾曲状に突出するように周成されている。内側凸周部４１、内側上部凹周部４２、内側下部凹周部４３は、ハブ面アール部３２およびハット頂周部３６と中心軸線Ｌを中心とする同心状に設けられている。

尚、上記のハット内側傾斜周部３５とハット外側傾斜周部３７とは、当該自動車用ホイール１を車軸１０１に連結した状態でブレーキキャリパ１０５に非接触となるように、それぞれの形状寸法を設定している。特に、ハット内側傾斜周部３５にあって、その内側凸周部４１が、前記ブレーキキャリパ１０５の表側角縁１０５ａに対向し且つ非接触となるように径方向位置および表裏方向位置を定めて、表側へ湾曲状に突出するように形成されている。また、ハブ取付部２１は、その外径寸法が車軸１０１のハブ１０２に基づいて設定され、インセットの設定に基づいて表裏方向位置が設定されている。このようにハブ取付部２１と内側凸周部４１との配設位置が夫々に定まっていることから、ハブ面アール部３２の内周縁位置（ハブ取付部２１の外周縁２１ａの位置）と、該ハブ面アール部３２を介して内側凸周部４１に連成されるハット内側下部凹周部４３の外周縁位置（内側凸周部４１の内周縁４１ａの位置）とが必然的に定まってしまう。

本実施例の構成にあっては、内側下部凹周部４３が、裏側へ湾曲状に突出する形状としていることから、ハブ面アール部３２の外周縁３２ａと連成する該内側下部凹周部４３の内周縁４３ａの、中心軸線Ｌと直交する仮想平面Ｙに対して立ち上がる傾斜角θを、小さくできる。これは、図３のように、内側下部凹周部４３が裏側へ湾曲する形状となることによって、その内周縁４３ａとハブ面アール部３２の外周縁３２ａとの接触部位（接点ｔ）が、後述する従来構成の接触部位（接点ｔ’）に比して径方向内側となることに因る。尚ここで、内側下部凹周部４３の内周縁４３ａの傾斜角θとは、図３に従って詳述すると、下記（４）の傾斜角θである。
（１）ハブ面アール部３２の曲率中心Ｏ。
（２）ハブ面アール部３２の外周縁３２ａと内側下部凹周部４３の内周縁４３ａとの接点ｔ。
（３）上記（１）の曲率中心Ｏと上記（２）の接点ｔとにより求められる法線Ｎ。
（４）上記（３）の法線Ｎとハブ取付部２１（上記仮想平面Ｙ）とがなす傾斜角θ。

例えば、図３および図６の従来構成のように、ハット内側傾斜周部ｇがハブ面アール部ｊの外周縁から内側凸周部ｋの内周縁に至る断面直線状の内側下部斜面部ｉを備えた構成の場合には、該内側下部斜面部ｉの上記傾斜角θ’は、上述したようにハブ取付部ｆと内側凸周部ｋとの位置関係によって必然的に決まってしまう。これに対して、本実施例の構成にあっては、内側下部凹周部４３が裏側へ湾曲する形状であることから、その傾斜角θを、前記従来構成の傾斜角θ’に比して小さくできる。尚ここで、内側下部斜面部ｉの上記傾斜角θ’とは、図３に従って詳述すると、下記（８）の傾斜角θ’である。
（５）ハブ面アール部ｊの曲率中心Ｏ。
（６）ハブ面アール部ｊの外周縁と内側下部斜面部ｉの内周縁との接点ｔ’。
（７）上記（５）の曲率中心Ｏと上記（６）の接点ｔ’とにより求められる法線Ｎ’。
（８）上記（７）の法線Ｎ’とハブ取付部ｆ（上記仮想平面Ｙ）とがなす傾斜角θ’。
ちなみに、図３にあっては、実施例のハブ面アール部３２の曲率中心Ｏと従来構成のハブ面アール部ｊの曲率中心Ｏとが同じであり、且つ該ハブ面アール部３２の曲率とハブ面アール部ｊの曲率とが同じであるように設定している。

ここで、ハブ面アール部３２は、上述したように、自動車に横Ｇが掛かる場合に相当する回転曲げ耐久試験により破壊の起点となる傾向が強い。そのため、ハブ面アール部３２への応力集中を緩和することによって、強度と耐久性の向上効果が得られる。本実施例にあっては、内側下部凹周部４３の内周縁４３ａの傾斜角θを小さくすることができ、これに伴って、回転曲げ耐久試験により生ずるハブ面アール部３２の応力負担を軽減することができる。これは、後述するシミュレーション計算結果により明らかである（図４参照）。本実施例の構成によれば、内側下部凹周部４３の内周縁４３ａの傾斜角θが従来構成の傾斜角θ’に比して小さくなることから、自動車の走行中に発生する横Ｇによりハブ面アール部３２に生ずる応力集中を緩和できる。したがって、自動車用ホイール１は、従来構成に比して、前記横Ｇに対する強度と耐久性とが向上し得る。

また、本実施例の構成にあっては、内側下部凹周部４３の曲率が、ハブ面アール部３２の曲率に比して小さくなるように設定されている。ここで、内側下部凹周部４３の曲率半径をＲ１とし、ハブ面アール部３２の曲率半径をＲ２とすると、両者の関係がＲ２＜Ｒ１となる。これにより、内側下部凹周部４３とハブ面アール部３２との形態バランスが良く、且つ両者を滑らかに連成した構成とすることができる。そのため、上記傾斜角θが小さくなるように内側下部凹周部４３を形成する効果に優れ、上記したハブ面アール部３２の応力負担を軽減する効果が安定して発揮され得る。また、内側下部凹周部４３の裏側へ突出する大きさが制限されることから、該内側下部凹周部４３が上記したブレーキキャリパ１０５に接触しない構成となり得る。さらに、本実施例にあっては、内側凸周部４１の曲率半径をＲ３とした場合に、前記内側下部凹周部４３の曲率半径とハブ面アール部３２の曲率半径との関係をＲ２＜Ｒ３＜Ｒ１としている。すなわち、内側下部凹周部４３の曲率が、ハブ面アール部３２および内側凸周部４１の各曲率に比して小さくなるように、これらの形態を設定している。これにより、ハブ面アール部３２と内側下部凹周部４３と内側凸周部４１との形態バランスが良く、且つこれらを滑らかに連成した構成とすることができる。これによっても、内側下部凹周部４３の内周縁４３ａの傾斜角θを小さく設定し易く、かつ内側下部凹周部４３がブレーキキャリパ１０５に接触しない構成となり得る。

次に、上述した本実施例の自動車用ホイール１について、回転曲げ耐久試験（ＪＩＳ Ｄ４１０３）をＦＥＭ解析手法によるシミュレーション計算により実施した結果について説明する。
本実施例では、ＪＩＳ Ｄ４１０３に従う回転曲げ耐久試験に基づいて境界条件や負荷条件などの所定の入力条件を設定して、ＦＥＭ解析手法を用いてシミュレーション計算し、上記したハブ面アール部３２に生ずる歪みを算出する。

尚、ＪＩＳ Ｄ４１０３の回転曲げ耐久試験としては、図５のように、一定の速度で回転する自動車用ホイール１のハブ取付面２１に一定の曲げモーメントを与え、予め設定された規定の回転回数まで回転させ、異常の有無を確認する。又は、亀裂等の破壊が発生するまで回転させ、その回転回数を調べる。詳述すると、自動車用ホイール１の表側リムフランジ部１１ａを締め具５２によって回転円板５１の上面に固定する。そして、負荷アーム５４の一端に設けた取付円板部５３を、自動車用ホイール１の裏側からハブ取付部２１に連結することにより、負荷アーム５４を自動車用ホイール１に取り付ける。このように自動車用ホイール１をセットした後に、負荷アーム５４の他端に水平方向に沿って負荷を掛けて、ホイールディスク３に曲げモーメントを与えながら、回転円板５１を一定速度により回動する。そして、前記規定回数での破壊有無や破壊発生した回転回数によって、耐久性の指標とする。

本実施例にあっては、上記した回転曲げ耐久試験をＦＥＭ解析手法によりシミュレーションし、ハブ面アール部３２に生ずる歪みを算出する。ここで、本発明の発明者らは、本実施例のような２ピースタイプのスチール製ホイールについて、多数の回転曲げ耐久試験を実施してきた結果、ハブ面アール部で破壊が発生し易いという知見を得ている。さらに、回転曲げ耐久試験をＦＥＭ解析手法によるシミュレーション計算すると、ハブ面アール部で生ずる歪みが大きく、前記した試験結果に合うという知見を得ている。以上のことから、前記のシミュレーション計算によってハブ面アール部に発生する歪みを低減できれば、回転曲げ耐久試験で優れた耐久性を発揮できることがわかる。

このシミュレーション計算する本実施例の自動車用ホイール１としては、１７インチのスチール製ホイールとしている。さらに、ホイールディスク３の外径寸法を３９５．６ｍｍ、ハブ取付部２１の外径寸法を１４７ｍｍ、ハット頂周部３６の直径を２５５ｍｍ、ハット内側傾斜部３５の内側凸周部４１の直径を１８８ｍｍ、インセットを４５ｍｍとしている。そして、内側下部凹周部４３の曲率半径Ｒ１として、Ｒ１＝２５ｍｍ（実施例１）、５０ｍｍ（実施例２）、１００ｍｍ（実施例３）、２００ｍｍ（実施例４）、２５０ｍｍ（実施例５）の５種類の構成について、回転曲げ耐久試験に基づくシミュレーション計算を行い、ハブ面アール部３２に生ずる歪みを算出した。

ここで、本実施例１〜５の自動車用ホイール１では、内側下部凹周部４３の曲率半径Ｒ１が小さくなるに従って、内側下部凹周部４３の内周縁４３ａの傾斜角θが小さくなる傾向を示す（図３参照）。また、内側下部凹周部４３の曲率半径Ｒ１＝２００ｍｍの実施例４の場合には、ハブ面アール部３２の曲率半径Ｒ２＝４ｍｍであり、かつ内側凸周部４１の曲率半径Ｒ３＝１８ｍｍであり、Ｒ２＜Ｒ３＜Ｒ１となっている。同様に、上記した実施例１〜５の構成では、内側下部凹周部４３の曲率半径Ｒ１が２５ｍｍ〜２００ｍｍの範囲であることから、Ｒ２＜Ｒ３＜Ｒ１の関係が保たれる。すなわち、
内側下部凹周部４３の曲率＜内側凸周部４１の曲率＜ハブ面アール部３２の曲率
という関係が保たれ得る。

また、比較例として、図６に示す上述した従来の自動車用ホイールａについても、同様のシミュレーション計算によりハブ面アール部ｊに生ずる歪みを算出した。尚、各実施例１〜５および比較例にあっては、ハブ面アール部から内側凸周部に至る領域（内側下部凹周部または内側下部斜面部）の形状寸法が異なる以外は、同じ形状寸法としている。

上記のシミュレーション計算結果を図４に示す。この計算結果では、各実施例のハブ面アール部３２に発生する歪みを、比較例のハブ面アール部ｊに発生する歪みを基準とする比率により表している。この結果、内側下部凹周部４３の曲率半径Ｒ１が小さくなる（曲率が大きくなる）に従って、ハブ面アール部３２に生ずる歪みが低減する傾向を示した。これは、ハブ面アール部３２の応力負担を軽減できるためであると考えられる。ここで、上述したように、内側下部凹周部４３の曲率半径が小さくなるに従って、該内側下部凹周部４３の内周縁４３ａの傾斜角θが小さくなる。したがって、内側下部凹周部４３の内周縁４３ａの傾斜角θを小さくすることにより、ハブ面アール部３２への応力集中を低減することができると考えられる。

また、実施例１〜４の曲率半径Ｒ１が２５ｍｍ以上かつ２００ｍｍ以下の範囲で、比較例に比して歪みが充分に小さく、高い優位性を発揮することがわかった。一方、実施例５の曲率半径Ｒ１＝２５０の場合には、比較例に比して優位性が小さい。このシミュレーション計算によれば、内側下部凹周部４３の曲率半径Ｒ１が２００ｍｍ以下である構成とすることにより、従来構成（比較例）に比して、回転曲げ耐久試験で高い耐久性（強度）を発揮できることがわかる。

一方、内側下部凹周部４３の曲率半径Ｒ１を小さくするにつれて、該内側下部凹周部４３の裏側への突出が大きくなってしまう。そして、該突出が大きくなるに従って、内側下部凹周部４３とブレーキキャリパ１０５との接触が懸念される。これを考慮すれば、内側下部凹周部４３とブレーキキャリパ１０５との非接触が保持されるように、該内側下部凹周部４３の曲率半径Ｒ１を２５ｍｍ以上とする。

以上のことから、本実施例の自動車用ホイール１は、ハブ面アール部３２の外周縁に連成された内側下部凹周部４３の曲率半径Ｒ１を２５ｍｍ以上かつ２００ｍｍ以下の範囲とするようにしている。これにより、内側下部凹周部４３の内周縁４３ａの傾斜角θを小さくできることから、回転曲げ耐久試験によるハブ面アール部３２の応力負担を軽減することができる。したがって、自動車の走行中に掛かる横Ｇにより発生するハブ面アール部３２への応力集中を緩和でき、総じて、自動車用ホイール１の強度と耐久性とを向上できる。さらに、前記内側下部凹周部４３がブレーキキャリパ１０５に接触することもなく、当該自動車用ホイール１のホイールディスク３とブレーキキャリパ１０５との非接触が保たれ得る。

上述した実施例では、１７インチの自動車用ホイール１で寸法形状を規定しているものについて、回転曲げ耐久試験のシミュレーション計算を行った結果を示したが、ホイールサイズが異なる構成や、寸法形状が異なる構成にあっても、同様の結果および傾向が得られる。したがって、他のサイズの構成にあっても、上述と同様の作用効果を奏し得る。

本発明にあっては、上述した実施例に限定されるものではなく、その他の構成についても、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更可能である。例えば、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金、繊維強化金属（ＦＲＭ）により成型した同じ構成の自動車用ホイールにあっても、同様の作用効果を発揮することができる。

１ 自動車用ホイール
２ ホイールリム
３ ホイールディスク
２１ ハブ取付部
２１ａ （ハブ取付部２１の）外周縁
２４ ハット部
３２ ハブ面アール部
３２ａ （ハブ面アール部３２の）外周縁
３５ ハット内側傾斜周部
３６ ハット頂周部
３６ａ （ハット頂周部３６の）内周縁
４１ 内側凸周部
４１ａ （内側凸周部４１の）内周縁
４３ 内側下部凹周部
１０１ 車軸
１０２ ハブ

Claims (4)

1. 車軸のハブに連結される略円板状のハブ取付部と、該ハブ取付部の外周縁に連成され且つ裏側で凸状に湾曲するハブ面アール部と、該ハブ面アール部の外周縁に連成され且つ表側へ隆起するハット部とを備えたホイールディスクが、タイヤを装着する略円筒状のホイールリムに接合されてなる自動車用ホイールにおいて、
   前記ハット部は、周方向に亘って表側へ湾曲状に突出するハット頂周部と、該ハット頂周部の内周縁に連成され且つ前記ハブ面アール部の外周縁に連成されたハット内側傾斜周部とを備えてなるものであって、
   前記ハット内側傾斜周部は、
   表側へ湾曲状に突出する内側凸周部と、
   該内側凸周部の内周縁に連成され且つ前記ハブ面アール部の外周縁に連成された裏側へ湾曲状に突出する内側下部凹周部と
   を備えたものであることを特徴とする自動車用ホイール。
2. 内側下部凹周部は、その曲率がハブ面アール部の曲率に比して小さくなるように形成されているものであることを特徴とする請求項１に記載の自動車用ホイール。
3. 内側下部凹周部と内側凸周部とハブ面アール部とが、
   内側下部凹周部の曲率＜内側凸周部の曲率＜ハブ面アール部の曲率
   となるように夫々形成されてなるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自動車用ホイール。
4. 内側下部凹周部は、その曲率半径を２５ｍｍ以上かつ２００ｍｍ以下としたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の自動車用ホイール。

Images