JP2015067011A - ホイールディスク及びそれを用いた車両用ホイール - Google Patents

Abstract

【課題】ハット部とアール部の双方を増肉し、軽量化と強度向上とを実現したホイールディスク及びそれを用いた車両用ホイールを提供する。【解決手段】ハブ取付部１１と該ハブ取付部から径方向外側に繋がる側壁１９とを接続するアール部１５の板厚、及び側壁から径方向外側に立ち上がるハット部１２の板厚の少なくとも一部は、フランジ部１４を除くその他の部位の板厚より厚いホイールディスク１０である。【選択図】図２

Description

本発明は、自動車、農耕用車両、産業用車両等の２ピースタイプの車両用ホイールのホイールディスク及びそれを用いた車両用ホイールに関する。

２ピースタイプの車両用ホイールは、タイヤを保持する円環状のリムと、車両に取り付けられるホイールディスクの２つの部材を溶接して構成されている。
図１に示すように、ホイールディスクはプレス加工により成形され、まず平板状の基材１を用意し（図１（ａ））、この基材１を絞り成形して中央に凹部２を有する中間材３を得る（図１（ｂ）の予備成形工程）。ここで、平面から見て円形をなす凹部２は、底壁２ａと周壁２ｂとを有し、凹部２よりも径方向外側部分が鍔部３ｃを形成している。次に、底壁２ａを円盤形状に成形してハブ取付部１１を成形し（図１（ｃ）のハブ取付部成形工程）、さらに周壁２ｂの外縁付近から鍔部３ｃを径方向外側へ向かって立ち下がるように成形してハット部１２を得る（図１（ｄ）：ハット部成形工程）。ここでハット部１２の成形とともにアール（R）部１５の成形も同時に行っている。その後、ハブ取付部１１の中心にハブ穴１１ａを成形するために、下穴を開口し、曲げ加工すると共に、ハット部１２より径方向外側の部分をプレスして意匠部１３及び軸方向に立ち下がるフランジ部１４を成形する（図１（ｅ）（ｆ））。最後に、ハブ取付部１１のハブ穴１１ａの外側にボルト穴１１ｂを開口すると共に、意匠部１３に飾り穴１３ａを開口してホイールディスク１０を得る（図１（ｇ））。

そして、図２、図３に示すように、得られたホイールディスク１０のフランジ部１４を、リム２０のドロップ部２１の内周に嵌めて溶接することにより、２ピースタイプの車両用ホイール３０を製造することができる。
ところで、ハブ取付部１１は車両のハブに固定されると、ハブの外周縁に隣接しているアール（Ｒ）部１５に大きな負荷が加わる。そして、上記した図１（ｃ）に示すハブ取付部成形工程でアール部１５の板厚が減肉するため、アール部１５に亀裂が発生してホイールディスク１０の破壊の起点となるおそれがある。
このようなことから、中間材３の凹部２の寸法や形状を規定することで、ハブ取付部を成形する際にアール部１５を増肉する技術が開発されている（特許文献１、２）。

特開２００４−７４２４８号公報 特開２００７−８３２９７号公報

しかしながら、本発明者が検討したところ、アール部１５だけでなく、ハット部１２にも高い応力が発生し、疲労破壊し易くなることが判明した。図４は、本発明者が行った車両用ホイールのホイールディスクの各部分に発生する応力のＦＥＭ（有限要素法）解析結果を示す。ハット部１２には、アール部１５と同等以上の応力が発生することがわかる。
又、図５は、図１（ｄ）の従来のハット部成形工程の詳細を示す。まず、鍔部３ｃを上型１００と下型１０２とで保持（拘束）する（図５（ａ））。ここで、上型１００の下面にはハット部の上面を形成する金型凹部１００ａが形成されている。次に、凹部２の下側に第２下型１１２を配置し、凹部２の上側から、鍔部３ｃを保持した上型１００及び下型１０２を下降させる（図５（ｂ））。ここで、第２下型１１２の上面にはハット部の下面を形成する金型凸部１１２ａが形成され、上型１００の下降により、周壁２ｂの外縁が金型凹部１００ａと金型凸部１１２ａの間で引っ張られて突状のハット部１２が成形される（図５（ｃ））。このとき、周壁２ｂの外縁付近の材料が径方向内外のＦ方向にそれぞれ流動し、ハット部１２が減肉することになる（図５（ｄ））。

そこで、本発明は、ホイールディスクのアール部及びハット部の双方を周囲よりも厚肉として軽量化と強度向上とを実現したホイールディスク及びそれを用いた車両用ホイールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のホイールディスクは、ハブ取付部と該ハブ取付部から径方向外側に繋がる側壁とを接続するアール部の板厚、及び前記側壁から径方向外側に立ち上がるハット部の板厚の双方は、フランジ部を除くその他の部位の板厚より厚い。
このホイールディスクによれば、アール部及びハット部が増肉してホイールディスク、ひいてはホイールディスクを取り付けた車両用ホイールの軽量化と強度向上とを実現する。なお、ホイールディスクのうち、リムと嵌合するディスクフランジ部は縮みフランジとして製造され、特段の加工を加えなければ肉太りになるため、車両用ホイールディスクの「フランジ部を除く」その他の部位の板厚と規定した。
本発明の車両用ホイールは、前記ホイールディスクと、リムとを接続してなる。

この発明によれば、アール部及びハット部を増肉するように成形し、ホイールディスクの軽量化と強度向上とを実現することができる。

ホイールディスクの成形方法を示す工程図である。 ホイールディスクの斜視図である。 ホイールディスクの軸方向に沿う断面図である。 ホイールディスクの各部分に発生する応力のＦＥＭ（有限要素法）解析結果を示す図である。 従来のハット部成形工程の詳細を示す工程図である。 本発明の実施形態に係るホイールディスクの成形方法を示す工程図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明が適用される車両としては自動車、バス、トラック等が例示される。又、車両用ホイールは、ハット部を有し、公式な耐久強度の規定を満たすものであることが好ましい。但し、公式な耐久強度の規定を有しない産業車両用（農耕用）ホイールや応急使用ホイール（自動車用テンパーホイールを含む）等であっても本発明を適用することができる。
ここで、公式な耐久強度は我国のＪＩＳ Ｄ ４１０３「自動車部品―ディスクホイール―性能及び表示」 であるが、将来、規格が変わった場合は、その時点で我国の日本工業規格ＪＩＳ（及び／又は国際標準化機構ＩＳＯ）が定めるホイールの公式な耐久強度をいう。
又、本発明で用いるホイールディスクの材料としては、プレス成形が可能な鋼板、チタン板等が挙げられる。
なお、以下の説明において、ホイールの軸方向を「軸方向」と称し、ホイールの径方向を「径方向」と称する。

又、本発明の車両用ホイールの構成は、上記した図１〜図３とほぼ同様である。
具体的には、図１〜図３に示すように、本発明の車両用ホイール３０は、ホイールディスク１０と、リム２０とを接続してなる。ホイールディスク１０は、ハブ取付部１１の中心にハブ穴１１ａが開口しており、ハブ取付部１１からアール部１５を介して径方向外側に側壁１９が立ち上がっている。さらに側壁１９から径方向外側にハット部１２が立ち上がり、ハット部１２より径方向外側の部分が立ち下がって意匠部１３を形成する。さらに、意匠部１３から軸方向にフランジ部が立ち下がっている。ハブ取付部１１のハブ穴１１ａの外側にボルト穴１１ｂが開口され、意匠部１３に飾り穴１３ａが開口されている。
そして、ホイールディスク１０のフランジ部１４を、リム２０のドロップ部２１の内周に嵌めて溶接することにより、２ピースタイプの車両用ホイール３０が構成されている。

本発明のホイールディスク１０及び車両用ホイール３０は、アール部１５の板厚、及びハット部１２の板厚の双方が、ホイールディスク１０のフランジ部１４を除くその他の部位の板厚より厚いことが特徴である。これにより、高い応力が発生し、疲労破壊し易くなるアール部１５とハット部１２の双方を厚肉とし、さらに、その他の部位の板厚が相対的に薄くなるので、ホイールディスク、ひいてはホイールディスクを取り付けた車両用ホイールの軽量化と強度向上とを実現することができる。

ここで、ホイールディスク１０のアール部１５及びハット部１２の板厚を厚くする方法の一例を以下に説明する。
図１と同様に、まず平板状の基材１を用意し（図１（ａ））、この基材１を絞り成形して中央に凹部２を有する中間材３を得る（図１（ｂ）の予備成形工程）。ここで、基材１は、正方形の板材の四隅を円弧状にカットすることにより得られる。但し、本実施形態では、図１（ｂ）とは異なり、凹部２の底壁２ａが周縁部２ｂから中央に向かって傾斜するように成形する（図６（ａ））。底壁２ａは円錐形状をなしており、中心軸線に向かって徐々に深くなっている。平面から見て円形をなす凹部２は、上記底壁２ａと、底壁２ａから立ち上がる周壁２ｂとを有し、凹部２よりも径方向外側部分が軸方向に垂直な平面状の鍔部３ｃを形成する。
次に、図６に示すように、鍔部３ｃを第１上型１０１と第１下型１０２とで保持（拘束）する（図６（ａ）：保持工程）。ここで、第１上型１０１の下面にはハット部の上面を形成する金型凹部１０１ａが形成されている。次いで、凹部２の下側に第２下型１１２を配置し、凹部２の上側から第２上型１１１を下降させ、第２上型１１１及び第２下型１１２の間で凹部２の底壁２ａをプレス加工して略円盤形状の所定の形状のハブ取付部１１を成形するとともにこのハブ取付部１１を拘束（保持）する（図６（ｂ）：ハブ取付部成形工程、ハブ取付部拘束工程）。ここで、ハブ取付部１１を成形する際、底壁２ａは円錐形状をなしているため、底壁２ａが第２下型１１２に当たり円錐形状から円盤形状に成形される際に、底壁２ａの広がりが周壁２ｂにより規制される。これにより、底壁２ａを介してアール部１５に圧縮荷重が付与されることになる。アール部１５では凹部２の他の部位に比べて大きな曲げ歪みが生じた状態で圧縮荷重を受けるため、増肉が集中する。その結果、成形されたアール部１５は、基材１に比べて１０％程度増肉される。これに対して、底壁２ａからハブ取付部１１を成形する過程では、ハブ取付部１１の増肉は殆どないか、僅かしかない。ハブ取付部１１はアール部１５に比べて要求される疲労強度のレベルが低いので、薄肉になっても支障はない。
又、図６（ｂ）のハブ取付部成形工程では、アール部１５に圧縮荷重を付与するため、上述のように鍔部３ｃを保持しておく必要がある。つまり、保持工程の後、又は保持工程と同時に、ハブ取付部成形工程を行う必要がある。
なお、円錐形状をなす底壁２ａを有する中間材３を用いてハブ取付部１１を成形する方法は、上記特許文献２に記載されている。

次に、ハブ取付部１１を保持（拘束）した状態で第２上型１１１及び第２下型１１２をＢ方向（図６（ｃ））へ上昇させる。一方、鍔部３ｃを保持した第１上型１０１及び第１下型１０２をＡ方向（図６（ｃ））へ下降させる。これによりハブ取付部１１（底壁２ａ）と鍔部３ｃとを軸方向に相対的に近づけ、周壁２ｂの外縁付近を金型凹部１０１ａと金型凸部１１２ａの間で圧縮しながら突状のハット部１２を成形する（図６（ｃ）：ハット部成形工程）。このとき、周壁２ｂの径方向内側及び鍔部３ｃの径方向外側の材料が各型１０１〜１１２によって拘束されているので、拘束されていない周壁２ｂの径方向外側および鍔部３ｃの径方向内側の部分の材料がＦ方向に流れてハット部１２に向かい、径方向内外に流出するのを防止するので、ハット部１２が増肉することになる（図６（ｄ））。ここで、第２下型１１２の上面にはハット部の下面を形成する凸部１１２ａが形成されている。なお、成形されたハット部１２は、基材１に比べて５〜１０％程度増肉されることが判明した。
このようにしてハット部１２を成形した後は、図１（ｅ）〜図１（ｇ）と同様にしてホイールディスク１０を得る。
なお、ハット部成形工程（図６（ｃ））においては、ハブ取付部１１と鍔部３ｃとを軸方向に相対的に近づければよく、第１上型１０１及び第１下型１０２を移動させずに第２上型１１１及び第２下型１１２のみをＢ方向へ上昇させてもよく、第２上型１１１及び第２下型１１２を移動させずに第１上型１０１及び第１下型１０２のみをＡ方向へ下降させてもよい。

本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。

１ 基材
２ 凹部
２ａ 底壁
２ｂ 周壁
３ 中間材
３ｃ 鍔部
１０ ホイールディスク
１１ ハブ取付部
１２ ハット部
１４ フランジ部
１５ アール部
２０ リム
３０ 車両用ホイール

Claims (2)

1. ハブ取付部と該ハブ取付部から径方向外側に繋がる側壁とを接続するアール部の板厚、及び前記側壁から径方向外側に立ち上がるハット部の板厚の双方は、フランジ部を除くその他の部位の板厚より厚いことを特徴とするホイールディスク。
2. 請求項１記載のホイールディスクと、リムとを接続してなる車両用ホイール。