JP2012126344A - 自動車用ホイール - Google Patents

Abstract

【課題】ホイールディスクの剛性を向上することにより、優れた走行安定性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自動車用ホイールであって、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、裏側へ突出する内側下部凹周部４３とを備えてなり、該内側下部凹周部４３が、互いに異なる傾斜角を成す複数の環状斜面部４７，４８，４９を内側凸周部４１とハブ面アール部３２との間で同心状に連成してなるものとした構成である。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５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、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。ハット部ｈは、ハブ取付部ｆの外側に、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、強度や耐久性などに対す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５参照）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、該ハット頂周部と前記ハブ面アール部と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、周方向に亘って表側へ湾曲状に突出する内側凸周部と、該内側凸周部と前記ハブ面アール部との間で、裏側へ突出するように、前記ホイールディスクの中心軸線に対する傾斜角が互いに異なる複数の環状斜面部を、前記中心軸線を基準として同心状に連成してな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、ハブ面アール部の外周縁と連成するハット内側傾斜周部（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折曲角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が、複数の環状斜面部により裏側へ突出するように形成されていることから、ハブ面アール部の外周縁と連成する該内側下部凹周部の内周縁（最も径方向内側に配設された環状斜面部）の上記折曲角を小さくすることができる。これにより、自動車の走行中に掛かる横Ｇによって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折曲角を小さくできる。

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突出することにより、内側下部凹周部の内周縁（最内側の環状斜面部）の上記折曲角を小さくすることができるため、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。

本発明の構成にあって、内側下部凹周部を構成する複数の環状斜面部としては、該内側下部凹周部が裏側へ突出する形態となるように、且つ内側下部凹周部がハブ面アール部および内側凸周部に夫々連成するように、それぞれの傾斜角が設定されて形成されているものとする。そして、環状斜面部の配設数および夫々の傾斜角としては、ホイールサイズや寸法形状に応じて適宜設定することができる。尚、環状斜面部は、その配設数が多くなるに従って金型の製造費用等が増加する傾向にある。一方、前記配設数が少なくなるに従って、隣り合う環状斜面部同士の傾斜角度差が大きくなる傾向にあり、例えば二個の場合には両方の環状斜面部によって内側下部凹周部が裏側へ向かって急傾斜する形状となり易い。この場合には、内側下部凹周部が表側で比較的深い谷形状となってしまうことから、製造工程が繁雑化することが懸念される。以上の二点を考慮すると、三個〜五個の環状斜面部により内側下部凹周部を構成するようにしたものが好適である。

上述した本発明の自動車用ホイールにあって、ハット部のハット内側傾斜周部に設けられた内側下部凹周部は、互いに隣り合う環状斜面部同士の傾斜角度差が０度より大きく且つ６０度未満となるように設けられているものである構成が提案される。

ここで、隣り合う環状斜面部同士の傾斜角度差が０度の場合には、一つの環状斜面部を構成することから、本発明の趣旨に該当しない。一方、隣り合う環状斜面部同士の傾斜角度差が大きくなるに従って、裏側への突出が大きくなる傾向にあり、ブレーキキャリパとの接触が懸念される。そして、前記傾斜角度差が６０度より大きくなることによって、ブレーキキャリパとの接触が顕著に生じ易くなる傾向にある。

そして、上記傾斜角度差を０度より大きく且つ６０度より小さくすることにより、ハブ面アール部への応力集中を緩和して強度と耐久性とを向上するという、上述した本発明の作用効果が一層安定して生じ得る。尚、この傾斜角度差としては、１０度以上かつ４５以下とする構成が好適であり、前記した本発明の作用効果をさらに安定して生じ得る。

上述した本発明の自動車用ホイールにあって、ハット部のハット内側傾斜周部に設けられた内側下部凹周部は、裏側へ突出する曲率半径２５ｍｍ以上かつ２００ｍｍ以下の仮想湾曲周面に外接するように、複数の環状斜面部が連成されてなるものである構成が提案される。

かかる構成にあっては、内側下部凹周部が上記範囲の曲率半径による仮想湾曲周面に外接するように形成されていることにより、内側下部凹周部の内周縁（最内側の環状斜面部）の上記折曲角を安定かつ確実に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作用効果が一層安定して向上する。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、仮想湾曲周面が曲率半径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、裏側へ突出する内側下部凹周部とを備えてなり、該内側下部凹周部が、互いに異なる傾斜角を成す複数の環状斜面部を内側凸周部とハブ面アール部との間で同心状に連成してなるものとした構成であるから、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、内側下部凹周部は、互いに隣り合う環状斜面部同士の傾斜角度差が０度より大きく且つ６０度未満となるように設けられているものであるとした場合には、ハブ面アール部への応力集中を緩和して強度と耐久性とを向上するという、上述した本発明の作用効果が一層安定して生じ得る。

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、裏側へ突出する曲率半径２５ｍｍ以上かつ２００ｍｍ以下の仮想湾曲周面に外接するように、複数の環状斜面部が連成されてなるものである構成とした場合には、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が一層安定して向上する。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。

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。 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５（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、その背面側を裏方向としている。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。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、裏側で凸状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。ハット頂周部３６、ディスクフランジ部２５、ハブ面アール部３２、ハブ取付部２１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と同様に、中心軸線Ｌを中心とする同心状に設けられている。

ここで、上記した内側下部凹周部４３は、中心軸線Ｌに対する傾斜角が互いに異なる三個の環状斜面部４７，４８，４９によって構成されており、各環状斜面部４７，４８，４９が中心軸線Ｌを中心（基準）とする同心状に設けられている。径方向内側から順に環状斜面部４７、環状斜面部４８、環状斜面部４９が連成されており、最も内側の環状斜面部４７がハブ面アール部３２の外周縁３２ａに連成され、最も外側の環状斜面部４９が内側凸周部４１の内周縁４１ａに連成されている。

三個の環状斜面部４７，４８，４９としては、それぞれが断面直線状の斜面形状を成し、環状斜面部４７が中心軸線Ｌに対する傾斜角αにより、環状斜面部４８が傾斜角βにより、環状斜面部４９が傾斜角γにより夫々に形成されている。本実施例にあっては、傾斜角α，β，γは全て鋭角であり、傾斜角αに比して傾斜角βが小さく且つ傾斜角βに比して傾斜角γが小さくなっている。ここで、各傾斜角α，β，γは、傾斜角αと傾斜角βとの傾斜角度差（＝｜α−β｜）、および傾斜角βと傾斜角γとの傾斜角度差（＝｜β−γ｜）が、０度より大きく且つ６０度未満となるように設定されている。さらに、三個の環状斜面部４７，４８，４９は、内側下部凹周部４３が裏側へ突出する仮想湾曲周面Ｚに外接するように、夫々の傾斜角α，β，γおよび径方向長さ等が設定されている。この仮想湾曲周面Ｚの曲率半径Ｒは、２５ｍｍ以上かつ２００ｍｍ以下とする。

尚、上記のよう内側下部凹周部４３が仮想湾曲周面Ｚに外接するように、各環状斜面部４７，４８，４９が配設されていることから、ハブ面アール部３２の外周縁３２ａと連成する最も内側の環状斜面部４７の傾斜角αが大きくなる。この環状斜面部４７の傾斜角αが大きくなることにより、該環状斜面部４７の、中心軸線Ｌと直交する仮想平面Ｙに対する折曲角θが小さくなる。

また、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。

このようにハブ面アール部の内周縁位置と内側凸周部の内周縁位置とが定まることにより、例えば、上述した従来構成のように、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（図５参照）には、該内側下部斜面部ｉの傾斜角λも決まってしまう。

これに対して、本実施例の構成にあっては、上述したように、内側下部凹周部４３が裏側へ突出することから、ハブ面アール部３２に連成する環状斜面部４７の傾斜角αが、上記した従来構成の内側下部斜面部ｉの傾斜角λよりも大きくなっている。すなわち、本実施例にあっては、ハブ面アール部３２の外周縁３２ａと連成する環状斜面部４７の折曲角θが、従来構成の内側下部斜面部ｉの折曲角θ’よりも小さい。

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り易い。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、ハブ面アール部３２と連成する環状斜面部４７の折曲角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３参照）。本実施例の構成によれば、内側下部凹周部４３の環状斜面部４７の折曲角θが従来構成の折曲角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。

特に、本実施例にあっては、隣り合う環状斜面部４７の傾斜角αと環状斜面部４８の傾斜角βとの傾斜角度差、および隣り合う環状斜面部４８の傾斜角βと環状斜面部４９の傾斜角γとの傾斜角度差が、０度より大きく且つ６０度未満となるように、各傾斜角α，β，γが夫々に設定されている。これにより、環状斜面部４７，４８，４９により構成される内側下部凹周部４３が適度に裏側へ突出する形態を成し、ハブ面アール部３２に連成する環状斜面部４７の傾斜角αを大きくできるため、該ハブ面アール部３２への応力負担を軽減でき得る。また、内側下部凹周部４３の裏側へ突出する大きさを制限することができるため、ブレーキキャリパ１０５と接触しない形態となる。

さらに、内側下部凹周部４３が、曲率半径Ｒ＝２５ｍｍ〜２００ｍｍの仮想湾曲周面Ｚに外接するように形成されていることから、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高い。ここで、仮想湾曲周面Ｚの曲率半径Ｒが小さくなるに従って、ハブ面アール部３２と連成する環状斜面部４７の傾斜角αが大きくなることから、該環状斜面部４７の折曲角θが小さくなる。そのため、曲率半径Ｒを小さくすることにより、ハブ面アール部３２の応力負担を軽減する作用に有利となる。尚、仮想湾曲周面Ｚの曲率半径Ｒが２００ｍｍより大きい場合には、ハブ面アール部３２の応力負担を軽減する作用が小さく、上述した従来構成（図５参照）に比して、横Ｇに対する強度と耐久性との向上効果が限定的となり易い。一方、仮想湾曲周面Ｚの曲率半径Ｒが２５ｍｍより小さい場合には、裏側へ大きく突出することから、ブレーキキャリパ１０５との接触が懸念される。以上のことから、曲率半径Ｒ＝２５ｍｍ〜２００ｍｍの仮想湾曲周面Ｚに外接するように内側下部凹周部４３を形成している。

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。

ＪＩＳ Ｄ４１０３の回転曲げ耐久試験としては、図４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て、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。試験方法について詳述すると、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、多品種かつ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、ハット内側傾斜周部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。内側下部凹周部４３が曲率半径Ｒ＝４０ｍｍの仮想湾曲周面Ｚに外接するように形成されており、該内側下部凹周部４３を構成する環状斜面部４７の傾斜角α＝６０度、環状斜面部４８の傾斜角β＝４５度、環状斜面部４９の傾斜角γ＝３０度である。前記傾斜角α＝６０度であることにより、ハブ面アール部３２と連成する環状斜面部４７の折曲角θ＝３０度である。尚、傾斜角αと傾斜角βとの傾斜角度差、および傾斜角βと傾斜角γとの傾斜角度差が、０度より大きく且つ６０度未満の範囲内にある。

また、比較例として、図５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。ここで、内側下部斜面部ｉの傾斜角γ＝４５度であり、ハブ面アール部ｊと連成する内側下部斜面部ｉの折曲角θ’＝４５度である。尚、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、上記した実施例と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３に示す。この計算結果では、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より表している。この結果、実施例の構成では、ハブ面アール部３２に発生する歪みが、比較例のハブ面アール部ｊに発生する歪みに比して、約３３％低下している。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り、比較例に比してハブ面アール部３２と連成する環状斜面部４７の折曲角θが１５度小さくなっていることに因ると考えられる。このように、本実施例の自動車用ホイール１は、回転曲げ耐久試験でハブ面アール部３２への応力集中を緩和することができるため、比較例の従来構成に比して、高い強度と優れた耐久性とを発揮でき得る。そして、この作用効果は、環状斜面部４７，４８，４９により構成される内側下部凹周部４３が裏側へ突出するように形成されることによって、環状斜面部４７の折曲角θを小さくできるためである。

また、内側下部凹周部４３の裏側への突出が大きくなるに従って、該内側下部凹周部４３とブレーキキャリパ１０５との接触が懸念されるが、本実施例にあっては、上述したように、内側下部凹周部４３が曲率半径Ｒ＝２５ｍｍ以上の仮想湾曲周面Ｚに外接するように形成されていることから、ブレーキキャリパ１０５と接触しない。

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を、裏側へ突出する曲率半径Ｒ＝２５ｍｍ以上かつ２００ｍｍ以下の仮想湾曲周面Ｚに外接するように、三個の環状斜面部４７，４８，４９により構成したものである。これにより、ハブ面アール部３２と連成する環状斜面部４７の折曲角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。

上述した実施例の構成では、内側下部凹周部を三個の環状斜面部により構成するものとしたが、その他の構成として、二個の環状斜面部により構成するもの、四個や五個の環状斜面部により構成するものとしても良い。また、各環状斜面部の傾斜角度も、適宜設定することができる。尚、内側下部凹周部が外接する仮想湾曲周面の曲率半径が同じであれば、環状斜面部の配設個数が多くなるに従ってハブ面アール部と連成する環状斜面部の折曲角が小さくなる傾向にある。但し、環状斜面部の配設個数が多くなれば、製造工程が繁雑化し易いことから、二個〜六個の環状斜面部により内側下部凹周部を構成するものが好適である。さらには、三個〜五個の環状斜面部により内側下部凹周部を構成するものが好適である。

また、上述した実施例の構成は、仮想湾曲周面に外接する複数の環状斜面部により内側下部凹周部を構成したものである。しかし、内側下部凹周部を構成する複数の環状斜面部が、裏側へ突出していれば、仮想湾曲周面に外接しない構成としても良い。

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
４１ 内側凸周部
４３ 内側下部凹周部
４７，４８，４９ 環状斜面部
１０１ 車軸
１０２ ハブ
Ｌ 中心軸線
Ｚ 仮想湾曲周面
α，β，γ 傾斜角

Claims (3)

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、該ハット頂周部と前記ハブ面アール部と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、
   周方向に亘って表側へ湾曲状に突出する内側凸周部と、
   該内側凸周部と前記ハブ面アール部との間で、裏側へ突出するように、前記ホイールディスクの中心軸線に対する傾斜角が互いに異なる複数の環状斜面部を、前記中心軸線を基準として同心状に連成してな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. ハット部のハット内側傾斜周部に設けられた内側下部凹周部は、互いに隣り合う環状斜面部同士の傾斜角度差が０度より大きく且つ６０度未満となるように設けら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. ハット部のハット内側傾斜周部に設けられた内側下部凹周部は、裏側へ突出する曲率半径２５ｍｍ以上かつ２００ｍｍ以下の仮想湾曲周面に外接するように、複数の環状斜面部が連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。

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