JP2018020591A - 車両用ホイール及び車両用ホイールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ホイールカバーのような脱落のおそれや意匠性を損なうことなく空力性能の向上を図る構造を備える車両用ホイール及びその製造方法を提供する。【解決手段】車両用ホイール１は、リム２とディスク３を備えるホイール本体１０と、車両走行時のホイール表面側に流れる空気流Ａを整流するための整流板５とを備える。整流板５は、ディスク３のデザイン面側のディスク外径領域を覆うリング板状に形成され、リム２の車両外側部位のアウター側リムフランジ２１に整流板５の外縁部が周方向に摩擦攪拌接合により接合され、摩擦攪拌接合の始点又は終点の位置には整流板５を貫通する水抜き穴１２が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、高い空力特性を有する車両用ホイール及び車両用ホイールの製造方法に関する。

従来、車両用ホイールにおける空力性能の向上を図るための技術として、主には車両用ホイールに取り付けたホイールカバーに関するものがあった。例えば、特許文献１には、ホイール本体の通気孔を通して車外方向へ流出する空気流れを整流するための環状のガイド面を形成したホイールカバーを、車両用ホイールに装着したものが開示されている。一方、特許文献２には、リムとディスクを分割して製作した２ピースホイールにおいて、ディスクの径方向外側に環状の周縁部を形成し、該周縁部の車外周縁部の表面を平坦に形成することで、車両走行時の空気抵抗を低下させるものが開示されている。

特許第４８９２７９７号公報 特開２０１３−１６９８４２号公報

特許文献１の車両用ホイールでは、ホイールカバーは、裏面に形成した係止部をリム内周に嵌め込むことにより車両用ホイールに取り付けられる。そのため、ホイールカバーが車両走行中に他物の接触等の衝撃や振動を受けると脱落するおそれがあるという問題は残されていた。また、ホイールカバーは、多くが樹脂製であり、例えば軽合金製の車両用ホイールのような意匠性の高い質感を発揮させることは困難であった。

一方、特許文献２の２ピースホイールでは、ディスクの周縁部の裏面に第１突起部と第２突起部とを形成してこれら第１、第２の突起部をリムの車外側端部に接合することでディスクがリムに接合されている。そのため、第１、第２突起部を形成することや、第１、第２突起部の２か所で円周上に接合を施すことが必要な構造であり、製造の工数が増え、製造コストが高くなり、大量生産には向かないものであった。

本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、ホイールカバーのような脱落のおそれや意匠性を損なうことなく空力性能の向上を図る構造を備える車両用ホイールを提供することを目的とする。また、このような構造の車両用ホイールを効率よく製造することが可能な製造方法を提供することも目的とする。

本発明に係る車両用ホイールは、
リムとディスクを備えるホイール本体と、車両走行時のホイール表面側に流れる空気流を整流するための整流板とを備え、
前記整流板は、前記ディスクのデザイン面側のディスク外径領域を覆うリング板状に形成され、前記リムの車両外側部位のアウター側リムフランジに該整流板の外縁部が周方向に摩擦攪拌接合により接合され、該摩擦攪拌接合の始点又は終点の位置には摩擦攪拌接合の回転工具によるピン穴が存在し、このピン穴部分を該整流板を貫通して水抜き穴とするか、もしくは該ピン穴は封止して該整流板に別途水抜き穴が設けられている。

また、本発明に係る車両用ホイールの製造方法は、
リムとディスクを備えるホイール本体と、車両走行時のホイール表面側に流れる空気流を整流するための整流板とを備え、
前記リムの車両外側部位のアウター側リムフランジに、別途形成されたリング板状の前記整流板を設けるにあたり、以下の工程を前記ディスクのデザイン面側から実施する方法であり、
前記整流板を前記ディスクのデザイン面側のディスク外径領域を覆うように前記アウター側リムフランジに嵌め合わせる工程と、
該嵌め合わせ部分に対して先端にピンを設けた回転工具を該整流板表面側から押し当てて該整流板の外縁部に沿って周方向に相対移動させて摩擦攪拌接合を施すことにより該整流板を前記アウター側リムフランジに接合する工程と、
該摩擦攪拌接合の始点又は終点の回転工具によるピン穴位置を穴加工するか、もしくは該ピン穴を封止して該整流板の所定の位置に別途穴加工して、該整流板を貫通する水抜き穴を形成する工程とを有する。

本発明に係る車両用ホイールによれば、アウター側リムフランジに整流板を設けることにより、ホイールカバーのような脱落のおそれや意匠性を損なうことなく空力性能の向上を図ることができる。また、本発明に係る車両用ホイールの製造方法によれば、このような車両用ホイールを効率よく製造することができる。

実施形態１の車両用ホイールを示す正面図である。 図１のＸＸ線における車両用ホイールの断面図である。 ホイール本体と整流板とを各々示す正面図である。 整流板を設ける方法を説明するために整流板の部分を拡大した模式図である。 摩擦攪拌接合しているときの整流板の部分を拡大した模式図である。 ホイール表面を流れる空気流の状態を示す模式図である。 ホイール表面を流れる空気流の状態を示す模式図である。 実施形態２の車両用ホイールにおいて整流板を設ける方法を説明するために整流板の部分を拡大した模式図である。 実施形態３の車両用ホイールにおいて整流板を設ける方法を説明するために整流板の嵌め込み部分を拡大した模式図である。 実施形態３の車両用ホイールにおいて整流板を設ける方法を説明するために整流板の部分を拡大した模式図である。 実施形態３の変形例として車両用ホイールに整流板を設ける構成を示す整流板の部分を拡大した模式図である。 実施形態４の車両用ホイールにおいて、インナー側リムフランジの形状を示す実施例ならびに比較例１〜３の模式図である。

（実施形態１）
図１、図２に示すように、実施形態１の車両用ホイール１は、リム２とディスク３とが一体に形成されたホイール本体１０と、ホイール本体１０のリムフランジ２０に摩擦攪拌接合により接合されたリング板状の整流板５とを備えている。ホイール本体１０は、軽合金製であり、例えばアルミニウム合金から形成されている。このホイール本体１０は、鋳造ビレットを鍛造により一体成形してスピニング加工によりリム２を形成した鍛造ホイールであるが、これに限らず、鋳造型から形成した鋳造ホイールであってもよい。リム２は、円筒状の両端部に径方向外方へ延びるリムフランジ２０が形成され、円筒状部分にリムフランジ２０の内径側端部から連続してビードシート部２３が形成され、車両外側部位ではビードシート部２３から中央側にウエル部２４が形成された構造を有する。ディスク３は、車両ハブと嵌合するハブ穴３１と、ハブ穴３１から外周方向に放射状に設けられた複数のスポーク部３２とを備えている。スポーク部３２は、リム２の内周面におけるウエル部２４の部分に接続されている。従って、ディスク３の表面側であるデザイン面は、アウター側リムフランジ２１よりも後方へ位置してホイール表面よりも内側へ配設された構造となっている。

整流板５は、径方向幅Ｄ１を有するリング板状部材（図３（ｂ）参照）からなり、リム２の車両外側部位のアウター側リムフランジ２１に接合されて車両走行時のホイール表面側に流れる空気流Ａを整流するために設けられている。整流板５は、車軸方向に対して直交方向に延在して形成され、整流板５の表面５１は、平坦に形成されている。また、整流板５には、空気充填用バルブやエアセンサ類等の付属部品４をリム２又はディスク３に外部から装着できるようにするための窓部５６が整流板５の内径部の一部をＵ字状に切り欠いて形成されている。整流板５は、アウター側リムフランジ２１の内径と略同じ大きさの外径Ｄを有し、ディスク３のデザイン面側のディスク外径領域を覆う大きさの径方向幅Ｄ１を有する（図２参照）。

そして、整流板５の径方向幅Ｄ１は、狭いと空気整流効果が発揮されず、広いとデザイン面の多くを覆い隠して意匠性を低下させることから、整流板５の外径Ｄの５〜１５％の寸法幅とするのが好ましい。すなわち、風洞解析の結果、整流板５の径方向幅Ｄ１が外径Ｄの５％以上となると、車両側面に流れる空気流Ａはホイール表面での剥離が抑制されて層流となって流れる空気整流効果が良好に発揮され、整流板５の径方向幅Ｄ１が外径Ｄの１５％まではこのような空力特性（空気整流効果）が向上されるものの径方向幅Ｄ１を外径Ｄの１５％より大きくしても空力特性の向上率が小さくなっていた。従って、整流板５の径方向幅Ｄ１を整流板５の外径Ｄの５〜１５％とすれば、空力特性が向上されるとともに、ディスク３のデザイン面の意匠性を確保することができる。

また、整流板５は、型成形、プレス成形等の公知の方法によりホイール本体１０とは別途形成され、リム２のアウター側リムフランジ２１に対して外縁部５３が周方向に摩擦攪拌接合を施すことにより接合（接合部６）されている。整流板５の材質は、ホイール本体１０と同材の軽合金で形成されるが、摩擦攪拌接合によってホイール本体１０と接合できるものであれば、ホイール本体１０とは異材の鉄等の各種の金属製の材料を使用することができる。

また、整流板５には、摩擦攪拌接合の始点６１又は終点６２の位置に整流板５を貫通する水抜き穴１２が設けられている。この水抜き穴１２の形成にあたり、整流板５には、周方向に水抜き穴１２となる複数の穴を予め形成し、これらの穴を摩擦攪拌接合の始点６１又は終点６２として利用し、摩擦攪拌接合後にバリ取り等の加工を施して水抜き穴１２を形成してもよいし、また、本実施形態のように、整流板５の素材には、前記穴を形成することなく摩擦攪拌接合後に摩擦攪拌接合の始点６１又は終点６２の位置に穴加工を施して水抜き穴１２を形成するようにしてもよい。

また、整流板５には、空気充填用バルブやエアセンサ類等の付属部品４をリム２又はディスク３に外部から装着できるようにするための窓部５６を整流板５の内径部の一部を切り欠いて予め形成し、この窓部５６も摩擦攪拌接合の始点６１又は終点６２の位置に利用することができる。なお、窓部５６は、整流板５の外径部の一部を切り欠いて形成してもよい。また、窓部５６は、予め整流板５には形成せずに、摩擦攪拌接合後に摩擦攪拌接合の始点６１又は終点６２の位置の部分に切削加工等により形成してもよい。

次に、図３〜図５を参照して、整流板５をホイール本体１０のリム２に設ける方法について説明する。
なお、図３に示すように、リム２とディスク３とが一体構造のホイール本体１０と、ホイール本体１０とは別途形成されたリング板状の整流板５とを予め用意するが、これらホイール本体１０と整流板５とは、未塗装の金属素材からなるものでもよいし、また、防蝕及び基調色の塗料で予め塗装されたものでもよい。予め塗装されたホイール本体１０及び整流板５を用いることにより、整流板５で覆い隠されるディスク３のデザイン面の部分や整流板５の裏面５４等にも容易に塗装が形成され、車両用ホイール１の防蝕性能が良好に確保される。

そして、用意したホイール本体１０をマシニングセンタにセットして、このホイール本体１０に対してリング板状の整流板５を嵌め合わせる（嵌め合わせ工程）。具体的に、図４（ａ）に示すように、整流板５は、ディスク３のデザイン面側のディスク外径領域を覆うようにアウター側リムフランジ２１に嵌め合わせる。整流板５の嵌め合わせに際して、整流板５の表面５１がアウター側リムフランジ２１の表面２１ａと面一に配置されるように整流板５の外周端面５２をアウター側リムフランジ２１の内周面２１ｂに突き合せるようにする。

なお、予め塗装されたホイール本体１０及び整流板５を用いる場合は、整流板５をホイール本体１０に嵌め合わせる前に、整流板５及びアウター側リムフランジ２１の嵌め合わせ部分の塗装を切削等により除去して金属素地を露出させる。これは、次の摩擦攪拌接合工程の際、接合部６に塗料成分が混入して接合強度の低下を来さないようにするためである。ただし、予め塗装されたホイール本体１０及び整流板５として、塗装の際に前記嵌め合わせ部分にマスキングを施して塗装されないようにしたものを用いれば、前述のような嵌め合わせ部分の塗装除去作業は不要である。

次いで、整流板５の嵌め合わせ部分に摩擦攪拌接合を施して整流板５をアウター側リムフランジ２１に接合する（摩擦攪拌接合工程）。図４（ａ）、図５（ａ）（ｂ）に示すように、摩擦攪拌接合は、先端にピンを設けた回転工具７をディスク３のデザイン面側から差し入れ、整流板５とアウター側リムフランジ２１の突き合せ部分に対して回転工具７を整流板５の表面５１側から押し当てて整流板５の外縁部５３に沿って周方向に相対移動させて摩擦攪拌接合を行う。このとき、予め塗装されたホイール本体１０及び整流板５を用いる場合、摩擦攪拌接合は、整流板５とアウター側リムフランジ２１の接合部６にノズルＮから水等の冷媒を噴き付けて冷却しながら行う（図５（ａ）参照）。これにより、摩擦攪拌接合時の摩擦熱によってホイール本体１０及び整流板５の塗膜焼けを抑制して塗装の劣化を防止することができる。なお、摩擦攪拌接合時の回転工具７の操作は、整流板５の外縁部５３を連続して一周させて１回の操作で整流板５の外縁部５３の全周を完全に接合するようにしてもよいし、また、整流板５の外縁部５３を断続的に一周させて複数回の操作で整流板５の外縁部５３の全周を完全又は部分的に接合するようにしてもよい。

また、回転工具７の操作において、摩擦攪拌接合の終点６２の位置を接合部６の周上より少し内径側に配置させるようにする（図５（ｂ）参照）。このとき、回転工具７の操作として、摩擦攪拌接合の始点６１をオーバーラップさせてから内径側へ移動させてもよいし（図５（ｂ）参照）、摩擦攪拌接合の始点６１をオーバーラップさせないようにしてもよい。摩擦攪拌接合の始点６１をオーバーラップさせるように回転工具７を操作すれば、周方向に接合部６を繋げることができる。なお、回転工具７の操作として、摩擦攪拌接合の始点６１の位置も接合部６となる周上より少し内径側に配置させ、さらには、この内径側の摩擦攪拌接合の始点６１の位置に摩擦攪拌接合の終点６２の位置を略合致させるようにしてもよい。また、整流板５は、ホイール本体１０に嵌め合わせる前に、水抜き穴１２となる複数の穴を周方向の位置に予め形成したものを用い、これらの穴を摩擦攪拌接合の始点６１又は終点６２として利用するようにしてもよい。さらに、整流板５は、ホイール本体１０に嵌め合わせる前に、空気充填用バルブ等の付属部品４をリム２又はディスク３に外部から装着できるようにするための窓部５６を予め整流板５の内径部又は外径部の一部を切り欠いて形成したものを用い、この窓部５６も摩擦攪拌接合の始点６１又は終点６２として利用するようにしてもよい。

そして、摩擦攪拌接合が完了すると、図４（ｂ）、図５（ｂ）に示すように、回転工具７の引き抜きにより摩擦攪拌接合の終点６２の位置に残った回転工具７のピン穴６３の部分に対して、ディスク３のデザイン面側からドリル８等の工具を差し入れて穴加工を施し整流板５を貫通する水抜き穴１２を形成する（水抜き穴形成工程）。このとき、摩擦攪拌接合の終点６２の位置が接合部６より少し内径側に配置されているので、水抜き穴１２の穴加工の際にドリル８等の工具でリムフランジ２０を傷付けないようにすることができる。なお、水抜き穴１２は、摩擦攪拌接合の始点６１の位置においても穴加工を施して形成するようにしてもよい。

そして、水抜き穴１２の形成後に、摩擦攪拌接合の接合部６や水抜き穴１２における凹凸やバリ等をディスク３のデザイン面側から切削工具等を差し入れて機械加工を施し、表面を平坦に仕上げる。その後、摩擦攪拌接合部６や水抜き穴１２部分等には、それら加工部分を覆うようにクリア塗装等を施すようにして耐候性を確保させる。
以上の工程により、アウター側リムフランジ２１にリング板状の整流板５が一体に接合された車両用ホイール１が完成する。

以上より、本実施形態１の車両用ホイール１によれば、整流板５は、リム２の車両外側部位のアウター側リムフランジ２１に接合され、車軸方向に対して直交方向に延在して形成されて表面５１が平坦に形成されている。この整流板５は、ディスク３のデザイン面側のディスク外径領域を覆うように設けられ、ディスク３のデザイン面が整流板５よりも前面に突出されない位置に配置されている。これにより、図６、図７に示すように、車両走行時に車体の側面に流れる空気流Ａは、整流板５によって車両ホイール表面での剥離が抑制されて層流となって流れる空気整流効果が発揮される。従って、ホイール表面における空気抵抗が低減されて空力特性に優れた車両用ホイール１が得られ、その結果、車両の燃費向上に貢献することができる。

整流板５は、ホイール本体１０のアウター側リムフランジ２１に摩擦攪拌接合によって一体に接合されているので、従来のホイールカバーのように車両走行中に脱落するおそれもない。また、整流板５は、リング板状に形成され、ディスク３のデザイン面の外径領域を覆うに過ぎないから、デザイン面の意匠性を損なうこともない。

整流板５には、外縁部５３に周方向に沿って複数の水抜き穴１２が設けられているので、整流板５の裏側に入り込んだ水がこれら水抜き穴１２から排出されるから、走行中のホイールバランスを良好に保持することができる。しかも、これら水抜き穴１２は、摩擦攪拌接合の始点６１又は終点６２の位置に形成されるので、摩擦攪拌接合時に形成される回転工具７のピン穴６３の隠蔽処理にも利用できるという利点がある。

そして、整流板５をホイール本体１０に設ける作業工程は、マシニングセンタにセットしたホイール本体１０に対してディスク３のデザイン面側からすべて実施することができる。従って、ホイール本体１０に整流板５を設ける作業が容易に行える。また、摩擦攪拌接合工程は、整流板５の外縁部５３に沿った円周上の１か所の施工となるから、従来の２ピースホイール（特開２０１３−１６９８４２（特許文献２））のように第１、第２突起部の２か所の円周上に接合を施す場合に比べ、必要以上に工数を増やすことなく効率よく製造することができ、製造コストを抑えることができる。

また、軽合金製のホイール本体１０は、熱処理されて金属組織が均質化されたものであるから、整流板５の接合をＴＩＧ等の一般的な溶接により行うと、ホイール本体１０、特に整流板５を接合するリムフランジ２０にて金属組織が変性するような高温の熱影響による強度低下や、高熱による金属表面の変色が懸念される。これに対して、本実施形態では、整流板５とアウター側リムフランジ２１との接合を摩擦攪拌接合によって行うので、ＴＩＧ溶接等の場合よりも低温の摩擦熱が加わる程度であるから、熱影響によってホイール本体１０の金属組織が変性する心配もほとんどないし、熱によって金属表面が変色することもない。また、摩擦攪拌接合時に接合部６を冷却しながら回転工具７を押し当てることで、予め塗装されたホイール本体１０及び整流板５を用いても塗膜焼けを抑制することができる。このことから、既存品の車両用ホイール１に対しても、後付けで、整流板５を設けることもできる。

（実施形態２）
図８を参照して、実施形態２では、実施形態１と異なるところとして、アウター側リムフランジ２１への整流板５の嵌め合わせは、整流板５における外縁部５３の裏面５４をアウター側リムフランジ２１の表面２１ａに重ね合わせるようにする。次いで、この重ね合わせ部分に対して整流板５の外縁部５３の表面５１側に回転工具７を押し当てて摩擦攪拌接合を施して整流板５をアウター側リムフランジ２１に接合するようにした構造とするものである。
以上より、実施形態２によれば、実質的に整流板５の板厚分がアウター側リムフランジ２１の肉厚に加わることから、アウター側リムフランジ２１の剛性強化がなされるという効果がさらに得られる。

（実施形態３）
図９及び図１０を参照して、実施形態３では、実施形態１と異なるところとして、ホイール本体１０は、ディスク３のスポーク部３２がリム２の内周面におけるリムフランジ２０からビードシート部２３の部分に接続する構造を有する。そして、このホイール本体１０に整流板５を設けるにあたり、リム２のアウター側リムフランジ２１の表面２１ａ及びディスク３のスポーク部３２を含むデザイン面に、整流板５の径方向幅Ｄ１と合致する幅で整流板５の板厚と合致する深さを有する環状の嵌合溝部１１を周方向全周域にわたって切削等によって形成する（図９（ａ）（ｂ）参照）。次いで、この嵌合溝部１１に整流板５を嵌め合わせ（図９（ｂ）参照）、この嵌め合わせ部分における整流板５の外縁部５３の表面５１側に対して回転工具７を押し当てて摩擦攪拌接合を施して整流板５をアウター側リムフランジ２１に接合する（図１０（ａ）参照）。また、この整流板５は、スポーク部３２と重なり合った部分の内縁部５５に対しても整流板５の表面５１側から回転工具７を押し当てて摩擦攪拌接合を施してスポーク部３２との間でも接合して一体化させる（図１０（ａ）（ｂ）参照）。なお、整流板５は、スポーク部３２と重なり合った部分のスポーク部３２の側縁当接部に対しても整流板５の表面５１側から回転工具７を押し当てて摩擦攪拌接合を施すようにしてもよい。

以上より、実施形態３によれば、フルフェイスデザインの車両用ホイール１として、整流板５がアウター側リムフランジ２１の内周部に配置され、この整流板５の内径部分にもスポーク部３２が連接されて一体化された構造となる。すなわち、整流板５がディスク３と一体化されたデザイン面を構成し、一体感のある高い意匠性を有する車両用ホイール１が得られる。

また、図１１に示す変形例のように、スポーク部３２がリム２の内周面のウエル部２４の部分に接続されたものにおいても図９及び図１０に示すものと同様に整流板５をその外縁部５３及び内縁部５５にてアウター側リムフランジ２１及びスポーク部３２と摩擦攪拌接合して取り付け、スポーク部３２の外周端部と整流板５との間に空洞Ｓが形成される構造とすることも可能である。なお、図１１（ａ）（ｂ）に付した符号は、図１０（ａ）（ｂ）と対応する。
図１１（ｂ）に示した変形例の場合、アウター側リムフランジ２１が整流板５を介してスポーク部３２と接続されることでアウター側リムフランジ２１の剛性強化がなされるという効果がさらに得られる。また、この変形例では、図１１（ｂ）に示すように、図１０（ｂ）に示す構造と比べると、スポーク部３２の外周端部には整流板５との間に空洞Ｓを有するので、この空洞Ｓの体積分の軽量化を図ることができる。

（実施形態４）
以上の各実施形態では、リム２のアウター側リムフランジ２１において整流板５を設ける構成であるが、実施形態４は、さらにインナー側リムフランジ２２にも同様にリング板状の整流板５ａ（図１２（ｄ）参照）を設ける構成とする。この場合、インナー側リムフランジ２２に設ける整流板５ａとしては、リム２の車両内側に配置されるブレーキやサスペンション等の構造物と干渉しない大きさの内径穴を有するものとし、タイヤを装着した車両用ホイール１の車軸への装着に支障を来さないようにする必要がある。
インナー側リムフランジ２２への整流板５ａの取り付け方法としては、アウター側リムフランジ２１に整流板５を取り付ける場合と同様に、車両用ホイール１の外側より回転工具７を整流板５ａの表面側から押し当て整流板５ａの外縁部に沿って周方向に相対移動させて摩擦攪拌接合を施すことにより、インナー側リムフランジ２２の内径部に整流板５ａが設けられる。

インナー側リムフランジ２２に整流板５ａを設けることで、車両フロア面ならびにフロントのエアダクト等からタイヤハウスに入り込む風の流れにも整流効果を発揮することができる。近年、低扁平タイヤ・大口径ホイールの流れは顕著であり、低扁平タイヤの場合はリムフランジ面とタイヤ側面がフラットに近く、高扁平タイヤに比べてタイヤ側面とリムフランジ面の面差異が少ない。従って、装着する車両のブレーキサイズ、サスペンション等の構造物との干渉がない範囲でインナー側リムフランジ２２の内径を整流板５ａを用いて小さくすることで整流効果が得られる。

また、同時に、低扁平タイヤ・大口径ホイールになるにつれて、道路の段差等から車両用ホイールが受ける衝撃は大きくなりやすく、車両用ホイールには苛酷なことである。例えば、軽量化に重点を置いた車両用ホイールの場合、リム剛性も低くなりやすい。これを補うように、例えば、インナー側リムフランジの内径側に補強となるような突起Ｔ（図１２（ｂ）（ｃ）参照）を施すことが考えられるが、製造上では突起の形成を考慮してホイール素材の余肉をより必要とし、さらには旋盤切削加工量も増えてしまう。これに対して、インナー側リムフランジ２２の内径側に整流板５ａを設けることで車両用ホイール１のインナー側での整流効果を兼ねた補強リングとしてリム剛性の向上を図ることができ、新規設計ホイールはもちろん既存設計のホイールに対しても効率的にリム剛性の向上が実現可能である。この剛性向上の効果を確かめるために以下の解析を行った。

図１２（ａ）から（ｄ）に示す４種類のインナーリム形状を有する車両用ホイールの３次元形状データをそれぞれ作成の上、解析ソフトにて強度解析を行った。図１２（ａ）が比較例１として内径側への突起を有しない形状（突起無）、図１２（ｂ）が比較例２として内径側に突出高さｈが３．２ｍｍ、突起幅ｗが６．４１ｍｍの小さめの突起Ｔを形成した形状（突起小）、図１２（ｃ）が比較例３として内径側に突出高さｈが４．２ｍｍ、突起幅ｗが９．２５ｍｍの大きめの突起Ｔを形成した形状（突起大）、そして図１２（ｄ）が本発明の実施例として内径側に突出長さＬが１８．２ｍｍ、板厚ｔが４ｍｍの整流板５ａを設けた形状とするものである。これら比較例１〜３及び実施例の各々の車両用ホイールは、上記インナー側リムの内径側の形状を除いて、ディスクデザインならびにアウター側リムからインナー側リムフランジまでは同一形状のホイール（リム径１８インチ、リム幅１３インチ）であって、アウター側リムフランジには同一形状の整流板５が設けられている。
強度解析では、車両用ホイールの回転周方向の９０°範囲において、リム径方向（Ｘ方向）に加える縦荷重を１０ｋＮ、リム幅方向（Ｚ方向）に加える横荷重を１５ｋＮとする入力値とした。その結果を以下の表１に示した。なお、表１中のキャンバー剛性は、上記の縦荷重及び横荷重によって、車両用ホイールの回転軸方向が水平方向と一致したニュートラル位置からホイール上端がアウター側に傾くポジティブキャンバーの場合のキャンバー角を示したものである。

表１の結果より、ホイール重量は、当然ながら比較例１が最軽量であり、順に比較例２、比較例３、実施例と増加したが、実施例の重量増（４２０ｇ増）は５００ｇ以下に抑えられた。強度面については車両装着・走行時のコーナリングにおける荷重を想定した項目であるが、キャンバー剛性、インナーリム変位のいずれの項目も突起無の比較例１を基準に比較して、比較例２、比較例３ともに変位量が減少して剛性が改善傾向にあるが、実施例での変位量の減少は格段に顕著であった。すなわち、実施例では、突起無の比較例１と比較するとキャンバー剛性ならびにＸ方向のインナーリム変位はほぼ半減し、Ｚ方向のインナーリム変位は約３０％減となっていることがわかる。なお、実施例でもＺ方向のインナーリム変位は他の項目に比べて差が大きくないのはホイールリム幅方向（Ｚ方向）の形状がインナー側リムフランジを除き、比較例２及び３と同一形状のためである。
本結果から同一材料の車両用ホイールであればインナーリム剛性にはフランジ形状が寄与し、インナー側リムフランジの内径側を絞るような形状ほど剛性が高く、実施例のように整流板５ａを設けることで最も剛性が高くなることが判明した。インナー側リムフランジの内径側に突起Ｔをホイールリム一体で製作するには素材段階からの材料投入増ならびに切削における加工量が多くなるが、実施例のように別部品として整流板５ａを用意すれば、インナー側リムフランジに接合する必要は生じるものの、突起無の比較例１と大差ない材料投入量及び加工工程で大幅な剛性改善を実現できる。
なお、このインナー側リムフランジ２２の整流板５ａにおいても、アウター側リムフランジ２１の整流板５と同様に適宜、水抜き穴を設けることで水溜まりによる走行時のバランス不良を抑止できる。
以上より、インナー側リムフランジ２２に整流板５ａを設けることで、車両用ホイール１のインナー側での整流効果を高め空力特性を向上することができ、さらには脆弱となりがちなインナー側リムフランジ２２の剛性向上を図ることができ、よって、車両走行性能を一段と安定することが可能となる。
本発明は、以上の実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で各種の変更を施すことができる。

１ 車両用ホイール
２ リム
３ ディスク
５，５ａ 整流板
６ 接合部
７ 回転工具
８ ドリル
１０ ホイール本体
１１ 嵌合溝部
１２ 水抜き穴
２０ リムフランジ
２１ アウター側リムフランジ
２２ インナー側リムフランジ
２３ ビードシート部
２４ ウエル部
３１ ハブ穴
３２ スポーク部
５６ 窓部
６１ 始点
６２ 終点
６３ ピン穴
Ａ 空気流
Ｎ ノズル

Claims (10)

1. リムとディスクを備えるホイール本体と、車両走行時のホイール表面側に流れる空気流を整流するための整流板とを備え、
   前記整流板は、前記ディスクのデザイン面側のディスク外径領域を覆うリング板状に形成され、前記リムの車両外側部位のアウター側リムフランジに該整流板の外縁部が周方向に摩擦攪拌接合により接合され、該摩擦攪拌接合の始点又は終点の位置には摩擦攪拌接合の回転工具によるピン穴が存在し、このピン穴部分を該整流板を貫通して水抜き穴とするか、もしくは該ピン穴は封止して該整流板に別途水抜き穴が設けられている車両用ホイール。
2. 請求項１に記載の車両用ホイールにおいて、
   前記リムの内周面に接続されている複数のスポーク部を有し、
   前記整流板は、内縁部がスポーク部の接触部と摩擦攪拌接合により接合されている車両用ホイール。
3. 請求項１又は２に記載の車両ホイールにおいて、
   前記整流板は、空気充填用バルブ、エアセンサ類等の付属部品をリム又はディスクに外部から装着できるようにするための窓部が該整流板の一部を切り欠いて形成され、
   前記窓部は、前記水抜き穴の形成位置とは別の前記摩擦攪拌接合の始点又は終点の位置に形成されている車両用ホイール。
4. リムとディスクを備えるホイール本体と、車両走行時のホイール表面側に流れる空気流を整流するための整流板とを備え、
   前記リムの車両外側部位のアウター側リムフランジに、別途形成されたリング板状の前記整流板を設けるにあたり、以下の工程を前記ディスクのデザイン面側から実施する方法であり、
   前記整流板を前記ディスクのデザイン面側のディスク外径領域を覆うように前記アウター側リムフランジに嵌め合わせる工程と、
   該嵌め合わせ部分に対して先端にピンを設けた回転工具を該整流板表面側から押し当てて該整流板の外縁部に沿って周方向に相対移動させて摩擦攪拌接合を施すことにより該整流板を前記アウター側リムフランジに接合する工程と、
   該摩擦攪拌接合の始点又は終点の回転工具によるピン穴位置を穴加工するか、もしくは該ピン穴を封止して該整流板の所定の位置に別途穴加工して、該整流板を貫通する水抜き穴を形成する工程とを有する車両用ホイールの製造方法。
5. 請求項４に記載の車両用ホイールの製造方法において、
   前記ホイール本体と前記整流板とは予め塗装されたものを用い、
   前記摩擦攪拌接合は、接合部分を冷却しながら行う車両用ホイールの製造方法。
6. 請求項４又は５に記載の車両用ホイールの製造方法において、
   前記整流板の嵌め合わせは、該整流板を前記ディスクのデザイン面から離れて空間を設けるとともに該整流板の表面が前記アウター側リムフランジの表面と略面一に配置されるように該整流板の外周端面を該アウター側リムフランジの内周面に突き合せるようにし、
   該突き合せ部分に対して前記摩擦攪拌接合を行うようにする車両用ホイールの製造方法。
7. 請求項４又は５に記載の車両用ホイールの製造方法において、
   前記整流板の嵌め合わせは、該整流板を前記ディスクのデザイン面から離れて空間を設けるとともに前記整流板の裏面を前記アウター側リムフランジの表面に重ね合わせるようにし、
   該重ね合わせ部分に対して前記摩擦攪拌接合を行うようにする車両用ホイールの製造方法。
8. 請求項４又は５に記載の車両用ホイールの製造方法において、
   前記ディスクは、前記リムの内周面に接続されている複数のスポーク部を有し、
   前記リムのアウター側リムフランジ表面及び前記ディスクのスポーク部を含むデザイン面に、前記整流板の径方向幅と略合致する幅で該整流板の板厚と略合致する深さを有する嵌合溝部を周方向全域に形成し、
   該嵌合溝部に前記整流板を嵌め合わせ、
   該嵌め合わせ部分における該整流板の外縁部に対して前記摩擦攪拌接合を行うようにする車両用ホイールの製造方法。
9. 請求項８に記載の車両用ホイールの製造方法において、
   前記整流板における前記スポーク部と重なり合った部分の内縁部に対しても摩擦攪拌接合を行うようにする車両用ホイールの製造方法。
10. 請求項４〜９のいずれか１項に記載の車両用ホイールの製造方法において、
    前記アウター側リムフランジと対面となるインナー側リムフランジにおいて、車両用ホイールのインナー側での整流効果を高めるとともに前記インナー側リムフランジの剛性向上を図るためのものであって前記リムの車両内側に配置されるブレーキ等の構造物と干渉しない大きさの内径穴を有するリング板状の整流板を配置し、回転工具を該整流板表面側から押し当て該整流板の外縁部に沿って周方向に相対移動させて摩擦攪拌接合を施すことにより該整流板を前記インナー側リムフランジに接合する工程を更に有する車両用ホイールの製造方法。

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