JP2015524366A - 自動車用のホイール構造 - Google Patents

Abstract

スポーク要素は、ホイールリムに結合され、個別に中心部に結合することが可能であり、前記スポーク要素に、ホイールネジまたはボルト用の貫通孔が設けられ、前記中心部には、その同じホイールネジまたはボルトをネジ込むかまたは押し通すための孔が設けられる。スポーク要素の貫通孔は第１ピッチ円を形成し、中心部の孔は第２ピッチ円を形成する。スポーク要素が中心部に結合されていない状態においては、第１ピッチ円の直径が、第２ピッチ円の直径より小さく、スポーク要素が中心部にも結合された状態においては、第１ピッチ円の直径が第２ピッチ円の直径に合致する。スポーク要素を中心部に結合する間、およびその結果として、第１ピッチ円の直径が、第２ピッチ円の直径に合致するように拡大され、その場合、ホイール構造内に予備緊張が生成され、それが、特に、スポーク要素およびホイールリムの間の結合の安定性に好ましい影響を有する。【選択図】図２a

Description

本発明は、ホイールリムと、中心部と、ホイールリムおよび中心部に個別に結合可能なスポーク要素とを有する自動車用のホイール構造に関する。スポーク要素には、ホイールネジまたはボルト用の貫通孔が設けられ、中心部には、同じホイールネジまたはボルトをネジ込むかまたは押し通すための孔が設けられる。スポーク要素の貫通孔は、スポーク要素がホイールリムに結合された場合、第１ピッチ円を形成する。中心部における上記の孔は第２ピッチ円を形成する。

このようなホイール構造は欧州特許第０９３５５３６Ｂ１号明細書から知られる。この既知のホイール構造においては、形状化要素として設計されるスポーク要素がホイールリムに溶接される。中心部として、プレートが設けられるか、あるいは、プレートが省かれる場合には、ホイールハブ、すなわち、自動車の車軸構造の一部が設けられる。自動車のホイールハブが中心部を形成する限り、ホイール構造は、走行可能状態に組み立てられた時に初めて完成され、剛性化される。ホイールハブをホイール構造の中に含めることによって、かなりの重量節減が実現される。両方の場合において、スポーク要素は、それを中心部にネジ止めする際に、ある角度でホイール軸に対して押し付けられ、その結果、それらの間の中心開口がチャックの態様において狭まり、それが、ホイール構造のハブの芯出しに用いられる。一方、スポーク要素と、ホイールリムとの間の溶接結合は、この場合、走行中に生起する溶接結合の交番応力が圧縮領域にシフトするような態様において、捩り応力を受けることになり、これは、基本的に、溶接結合の安定性に対して好ましい影響を有することができる。

本発明の目的は、冒頭に述べたタイプのホイール構造を、特に、簡易な製作、および／または、その負荷能力および安定性に関して、構造的に改良することにある。この目的は、請求項１の特徴を有するホイール構造によって実現される。従って、本発明によるホイール構造は、スポーク要素が中心部にまだ結合されない場合には、第１ピッチ円の直径が第２ピッチ円の直径より小さいこと、および、スポーク要素が中心部にも結合された場合には、第１ピッチ円の直径が第２ピッチ円の直径に一致すること、を特徴とする。

この構造によって、スポーク要素は、それが中心部にも結合された場合に、ホイールリムに対して半径方向の外向きに、応力付与されるか、あるいは、それぞれ予備緊張される。これによって、スポーク要素とホイールリムとの間の結合を、構造的に簡素に構成することが可能になる。特に簡素な結合は、例えば、軸方向に向けられた締め付けネジによるネジ結合である。走行中にこのようなネジ結合に作用する交番応力は、半径方向の外向きに作用する圧縮力によって、その安定性および耐久性のために一層好ましい領域にシフトされる。従って、欧州特許第０９３５５３６Ｂ１号明細書の場合と同様に、結合の予備緊張が用いられるが、それは、交番応力、すなわち、接地時の圧縮力、反対側における引張力が基本的に半径方向に作用するので、異なる方法においてであり、より効率的に行われる。

欧州特許第０９３５５３６Ｂ１号明細書の場合と違って、さらに、スポーク要素間の中心開口が、スポーク要素を中心部と結合することによって、寸法縮減するのではなく拡大する。欧州特許第０９３５５３６Ｂ１号明細書の場合と同様に、ハブの芯出しは、多くの場合、装着時に役立つだけであり、実際の芯出しはホイールネジまたはボルトによって行われるので、それを省略することも可能である。

本発明による構成によって、ホイールリムの半径方向の芯出しが別の利点として具現化される。自動車用のホイールリムは、現在、ほとんど圧延またはプレス加工によって製作される。この場合、円形からの半径方向の形状の誤差および偏差は数ミリメートルの範囲内である。半径方向の予備緊張によって、ホイールは円に修正される。

欧州特許第０９３５５３６Ｂ１号明細書にもすでに提示されているように、中心部は、ホイールハブとすることが可能であり、それによって、次のような状況に限り、自動車の車軸構造の一部とすることができる。すなわち、その状況は、スポーク要素の貫通孔が、それぞれ球形または円錐形の首部表面の形態の凹部を有する場合であり、そして、その貫通孔の直径の寸法が、次のような大きさに決められる場合、すなわち、その貫通孔が、それぞれ、スポーク要素がホイールリムにのみ結合されるが、中心部にはまだ結合されない時にも、ハブにおける第１ピッチ円の対応する孔と完全に重なり合うような大きさに決められる場合である。この場合、スポーク要素のネジ結合用としては、対応する球形または円錐形の首部表面を備えた、ホイールネジ、あるいは、ホイールボルトまたはホイールボルト用のそれぞれのナットを使用するべきであることが理解されなければならない。ネジおよびナットを緊締すると、その球形または円錐形の首部表面は対応する凹部の中に引き込まれる。この場合、スポーク要素における貫通孔によって形成される第２ピッチ円の直径は、第１ピッチ円の直径に合致するように拡大され、前記の予備緊張が確立される。

一方、自動車の車軸構造のハブに装着するのに適したプレートも、中心部として設けることが可能である。この場合、このプレートは、外側テーパの形の部分を有し、スポーク要素も一緒に、対応する内側テーパを形成する。さらに、プレートは、その外側テーパがこの内側テーパの中に押し込まれ、それによって、スポーク要素の貫通孔によって形成される第２ピッチ円の直径が、第１ピッチ円の直径に合致するように拡大される。

好ましい一実施形態によれば、本発明によるホイール構造においては、スポーク要素が、軸方向に向けられた締め付けネジによって、ホイールリムにネジ止めされる。このために、簡単に製作できる半径方向の内向きに突き出るリブをホイールリムに形成できる。

さらに好ましくは、スポーク要素に、それぞれ１対のスポークであって、中心部において、１つの貫通孔が設けられるスポークヘッドに繋がるスポークが設けられる。このスポークは、クロスウェブ材によって、ホイールリム上において互いに結合できる。この場合、締め付けネジ用の貫通孔は、同様に、クロスウェブ材に設けることができる。

別の好ましい一実施形態によれば、スポーク要素が単一の部品として実現される。受けるべき力を顧慮すると、スポークが、円周方向におけるよりも軸方向において大きな広がりを有することが望ましい。

本発明によるホイール構造を製造するための、５個のスポーク要素を備えたホイールリムを含む構成の正面図。 図１のホイールリムおよびスポーク要素を含むホイール構造。この場合、スポーク要素は、ホイールネジによって中心部としてのホイールハブに結合されている。 ホイールハブ。 中心部としてのホイールハブと重なり合うスポーク要素の部分の断面（Ａ−Ａ）。ホイールネジがまだ弛められたままである。 ホイールネジを緊締した場合の重なり合う部分。 スポーク要素が中心部としてのプレートに結合された場合の、図２ａに対応するホイール構造。 中心プレート。 中心部としてのプレートと重なり合うスポーク要素の部分の、相互結合前の断面（Ｂ−Ｂ）。 結合が形成された重なり合う部分。

図においては、それぞれ複数回表示される同じ部品の内、これらの部品のそれぞれ１つだけに参照番号が付されている。
図１の配置図において、１０はホイールリムを指し、２０は、中心Ｚの回りに同一の相対角度で分布配置される５個の同一のスポーク要素を指している。スポーク要素２０はそれぞれ１対のスポーク２１を有する。このスポーク２１は、中心Ｚに向かってスポークヘッド２２に繋がっており、クロスウェブ材２３によってホイールリム１０上において相互に結合される。スポークヘッド２２には、それぞれ、貫通孔２４が設けられる。クロスウェブ材２３は、ホイールリム１０の半径方向の内側に突き出たリブ１１に、それぞれ２つの軸方向に向けられた締め付けネジ３０によってネジ止めされている。スポーク要素２０は、ホイールリム１０とのこの結合のみを介して、相互に結合されている。この場合、スポークヘッド２２は、相互の接触なしに遊離している。スポークヘッド２２の貫通孔２４は、直径Ｄ１の第１ピッチ円を形成する。

図２ａにおいては、スポークヘッド２２が、ホイールネジ４０によって中心部５０にネジ止めされている。この場合、第１の好ましい実施形態によるこの中心部は、自動車の車軸構造のホイールハブ６０である。図２ｂは別個に表現されたホイールハブ６０を示す。ホイールハブ６０には複数のネジ孔６１が設けられ、この複数のネジ孔が、直径Ｄ２の第２ピッチ円を形成する。ホイールハブ６０とのネジ結合によって初めて、走行に適したホイール構造が、図１の構成から作出される。従って、この場合、通常自動車の車軸構造に付属しているホイールハブ６０が、同時に、ホイール構造の一部を形成する。

図３は、１つのスポーク要素２０がホイールハブ６０と重なり合う部分を、ホイールネジ４０がまだ弛められたままの状態において断面図（Ａ−Ａ）として示している。この場合、他のスポーク要素２０に関する状態は同じである。ホイールネジ４０は、ホイールハブ６０の１つのネジ孔６１の中に少しだけネジ込まれている。ホイールネジ４０のヘッドの下面には、球形の首部表面４１が設けられる。スポークヘッド２２の貫通孔２４の凹部２５は、対応する球形の首部表面を有する。貫通孔２４の軸（符号２６で示す）は、ホイールハブ６０のネジ孔６１の軸（符号６２で示す）に対して僅かにずらして（偏心量Ｖ）配置されている。これは、貫通孔２４によって形成される第１ピッチ円の直径Ｄ１が、スポーク要素２０がホイールハブ６０にまだネジ込み固定されていない状態においては、ホイールハブ６０のネジ孔６１によって形成される第２ホイール円の直径Ｄ２より若干小さいからである。２つの軸２６および６２の相互の偏心量Ｖにも拘らず、ホイールネジ４０を、ホイールハブ６０のネジ孔６１の中にネジ込むことができるように、貫通孔２４の直径は、大き目に、すなわち、少なくとも、公差を考慮した上で、貫通孔２４がそれぞれネジ孔６１と完全に重なり合うような大きさに選択される。

ホイールネジ４０を緊締すると、ホイールネジ４０の球形の首部表面４１が、スポーク要素２０を偏心量Ｖだけ外向きに変位させながら、ネジ孔２４の対応する凹部２５の中に引き込まれる。この場合、貫通孔２４によって形成される第１ピッチ円の直径Ｄ１は、ホイールハブ６０のネジ孔６１によって形成される第２ピッチ円の直径Ｄ２に合致するように拡大される。ホイールリム１０が抵抗になるので、ホイールリム１０と、中心部５０としてのホイールハブ６０との間に、緊張もしくは予備緊張が確立される。

図４は、図３と同じ表現において、スポーク要素２０がホイールハブ６０と重なり合う部分を、ホイールネジ４０がネジ込み固定された状態において示している。この場合は、ネジヘッド２２の貫通孔２４の軸２６は、ホイールハブ６０のネジ孔６１の軸６２と合致している。

生じた予備緊張は、スポーク要素２０のクロスウェブ材２３と、ホイールリム１０のリブ１１との間のネジ結合の安定性に特に好ましい影響を及ぼす。転がり運動の間にこのネジ結合自体に作用するような交番の引張応力および圧縮応力は、予備緊張によって圧縮領域にシフトされる。純粋な圧縮力の場合は、交番の引張力および圧縮力の場合より高い応力をかけることが可能である。特に、締め付けネジ３０の貫通孔の端部からクロスウェブ材２３またはリブ１１の材料に発生するクラックであって、長い一定負荷の場合に生じる可能性があるようなクラックを効果的に防止できる。

図５ａは別の実施形態を示す。この実施形態においては、中心部５０として、自動車のホイールハブ上に装着するのに適したプレート（符号７０で示す）がスポーク要素２０の間に押し込まれている。プレート７０によって、同様に初めて、図１の構成が走行に適したホイール構造に完成される。図２ｂは、別個に表現されるプレート７０を示す。プレート７０には、ホイールネジ用の貫通孔７１が設けられる。この貫通孔７１は、直径Ｄ２の第２ピッチ円を形成する。

図６は、１つのスポーク要素２０がプレート７０と重なり合う部分を、それらを相互結合する前の状態において断面図（Ｂ−Ｂ）として示している。この場合、他のスポーク要素２０に関する状態は同じである。プレート７０は、例えば、外側テーパ７３の形の面取りされた部分を有する。スポーク要素２０も一緒に、スポークヘッド２２上に、鏡面反転した面取りによる対応する内側テーパ２７を形成する。ネジヘッド２２の貫通孔２４の軸（符号２６で示す）は、貫通孔７１の軸（符号７２で示す）に対して僅かにずらして配置されている。同じことが、他のスポーク要素２０のスポークヘッド２２の他の貫通孔２４、並びに、プレートの他の貫通孔７１にも当てはまる。これは、貫通孔２４によって形成される第１ピッチ円の直径Ｄ１が、スポーク要素２０がプレート７０にまだ固定結合されていない状態においては、プレート７０の貫通孔７１によって形成される第２ピッチ円の直径Ｄ２より若干小さいからである。

スポーク要素２０をプレート７０に結合するために、プレート７０を、その外側テーパ７３によって、スポーク要素２０によって形成される内側テーパ２７の中に押し込む。この場合、スポーク要素２０の貫通孔２４によって形成される第１ピッチ円の直径Ｄ１は、第２ピッチ円の直径Ｄ２に合致するように拡大され、それによって同様に、予備緊張が確立される。

図７は、図６と同じ表現において、スポーク要素２０がプレート７０と重なり合う部分を、２つの部分の押し込みが完了した後の状態において示している。この場合は、ネジヘッド２２の貫通孔２４の軸２６は、プレート７０の貫通孔７１の軸７２と重なり合っている。従って、スポーク要素２０の間へのプレート７０の押し込みは、図２〜４によって説明した第１実施形態における、スポーク要素２０のホイールハブ５０へのネジ止めと同じ効果を有する。プレート７０の押し込みによって生成される予備緊張も、同様に、スポーク要素２０およびホイールリム１０の間のネジ結合に好ましい影響を及ぼす。

プレート７０をスポーク要素２０と共に押し込み操作すること、および、これによって確立される緊張は、状況によっては、これらの部分を十分に恒久的に結合するのにすでに十分である。さらに、ホイールハブ上に装着された状態においては、それらの部分は、そのために用いられるホイールネジによって追加的に固定される。しかし、必要であれば、それらの部分を、さらに、相互に溶接または接合することも可能である。

第１実施形態においては、球形の首部嵌合についてのみ言及した。円錐形の嵌合も可能であることが理解されるべきである。

以上の例においては、ホイールネジについてのみ言及した。ホイールネジの代わりに、ホイールナットと組み合わせたホイールボルトを使用できることも理解されるべきである。

別の実施形態においては、スポーク要素２０およびプレート７０の間の嵌合は、必ずしも円形のテーパである必要はない。鏡面反転した多角形も同様に可能であり、「テーパ」という用語に含まれるべきである。

例えば、スポーク要素２０のクロスウェブ材１３とホイールリム１０のリブ１１との間の前記のネジ結合に対する交番応力をシフトさせ、さらに、場合によってはホイールリムを半径方向に修正するという本発明が目指す目的のためには、従来サイズの自動車のホイールにおいて、偏心量Vが絶対値として１０分の数ｍｍであれば、一般的に十分である。

スポーク要素２０は単一部品として形成することが望ましい。この場合、それは、例えばブランクからの切削加工によって製作できる。スポーク２１を、周囲方向におけるよりも軸方向において大きく広げることによって、走行中にそれに作用する力に対する高い安定性が生成され、同時に、ホイール構造が自動車に装着された時に、観察者の視線の方向に合致する半径方向における優美な形態が現出する。

１０ ホイールリム
２０ スポーク要素
２１ スポーク
２２ スポークヘッド
２３ クロスウェブ材
２４ 貫通孔
２５ 貫通孔２４の凹部
２６ 貫通孔２４の軸
２７ スポーク要素２０の面取り部、内側テーパ
３０ 締め付けネジ
４０ ホイールネジ
４１ ホイールネジ４０の球形の首部表面
５０ 中心部
６０ ホイールハブ
６１ ネジ孔
６２ ネジ孔６１の軸
７０ プレート
７１ 貫通孔
７２ 貫通孔７１の軸
７３ プレート７０の面取り部分、外側テーパ
Ｄ１ 第１ピッチ円の直径
Ｄ２ 第２ピッチ円の直径
Ｖ 偏心量
Ｚ 中心

Claims (9)

1. ホイールリムを含む自動車用のホイール構造であり、
   ａ．中心部と、
   ｂ．スポーク要素と、
   を備えたホイール構造であって、
   ｃ．前記スポーク要素は、前記ホイールリムに結合され、個別に前記中心部に結合することが可能であり、
   ｄ．前記スポーク要素にホイールネジまたはボルト用の貫通孔が設けられ、前記中心部に同じホイールネジまたはボルトをネジ込むかまたは押し通すための孔が設けられ、
   ｅ．前記スポーク要素の前記貫通孔は第１ピッチ円を形成し、
   ｆ．前記中心部の前記孔は第２ピッチ円を形成する、
   ホイール構造において、
   ｇ．前記スポーク要素が前記中心部に結合されていない状態においては、前記第１ピッチ円の前記直径は前記第２ピッチ円の前記直径より小さく、
   ｈ．前記スポーク要素が前記中心部に結合された状態においては、前記第１ピッチ円の前記直径は前記第２ピッチ円の前記直径に合致する、ことを特徴とするホイール構造。
2. 請求項１に記載のホイール構造において、
   ａ．前記中心部は自動車のホイールハブであり、
   ｂ．前記スポーク要素の前記貫通孔は、それぞれ球形または円錐形の首部表面の形態の凹部を有し、
   ｃ．前記スポーク要素の前記貫通孔の前記直径の寸法は、前記スポーク要素が前記ホイールリムにのみ結合されるが前記中心部には結合されない時にも、前記貫通孔がそれぞれ前記ホイールハブにおける第１ピッチ円の対応する前記孔と完全に重なり合うような大きさに決められる、ことを特徴とするホイール構造。
3. 請求項１に記載のホイール構造において、
   ａ．前記中心部は自動車のホイールハブに装着するためのプレートであり、
   ｂ．前記プレートは外側テーパの形の部分を有し、
   ｃ．前記スポーク要素は共に、対応する内側テーパを形成し、
   ｄ．前記プレートの外側テーパが前記内側テーパの中に押し込まれ、それによって前記スポーク要素の前記貫通孔によって形成される前記第２ピッチ円の前記直径が、前記第１ピッチ円の前記直径に合致するように拡大される、ことを特徴とするホイール構造。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のホイール構造において、前記スポーク要素は軸方向に向けられた締め付けネジによって前記ホイールリムにネジ止めされる、ことを特徴とするホイール構造。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のホイール構造において、前記スポーク要素はそれぞれ１対のスポークを有し、そのスポークは前記中心部において１つの前記貫通孔が設けられるスポークヘッドに繋がっている、ことを特徴とするホイール構造。
6. 請求項５に記載のホイール構造において、前記スポークはクロスウェブ材によって前記ホイールリム上において互いに結合される、ことを特徴とするホイール構造。
7. 請求項４または６に記載のホイール構造において、前記クロスウェブ材に前記締め付けネジ用の第２の貫通孔が設けられる、ことを特徴とするホイール構造。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のホイール構造において、前記スポーク要素は単一部品として具現化される、ことを特徴とするホイール構造。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のホイール構造において、前記スポークは円周方向よりも軸方向において大きな広がりを有する、ことを特徴とするホイール構造。