JP2019167063A - Vehicle wheel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両用ホイールに関する。特に、炭素繊維で強化された樹脂によって一部が構成された車両用ホイールに関する。 The present invention relates to a vehicle wheel. In particular, the present invention relates to a vehicle wheel partially composed of a resin reinforced with carbon fiber.
炭素繊維強化樹脂(CFRP)は、炭素繊維をエポキシ樹脂等で固めた材料であり、金属材料に比べて高強度かつ高剛性である上に、金属材料の4分の1程度の重さしかないため、炭素繊維強化樹脂を用いた軽量化の試みが様々な分野で行われている。車両用ホイールでは、部分的に炭素繊維強化樹脂で置き換えられた軽量化ホイールが開発・市販されており、例えば、炭素繊維強化樹脂からなるリム部と、アルミニウム合金製のスポーク部とから構成されたホイールでは、従来のホイールに比べ20%から60%程度の軽量化が可能である。ここで、炭素繊維強化樹脂からなるリム部とアルミニウム合金製のスポークとは、接着剤もしくはボルト等により接合され、軽量化した車両用ホイールとされる。 Carbon fiber reinforced resin (CFRP) is a material in which carbon fiber is hardened with epoxy resin or the like. It is higher in strength and rigidity than metal material, and has only about one-fourth the weight of metal material. For this reason, attempts to reduce weight using carbon fiber reinforced resin have been made in various fields. For vehicle wheels, lightweight wheels that have been partially replaced with carbon fiber reinforced resin have been developed and marketed. For example, the vehicle wheel is composed of a rim portion made of carbon fiber reinforced resin and a spoke portion made of aluminum alloy. The wheel can be reduced in weight by about 20% to 60% compared to the conventional wheel. Here, the rim portion made of carbon fiber reinforced resin and the spoke made of aluminum alloy are joined to each other by an adhesive, a bolt, or the like, so that the vehicle wheel is lightened.
従来の繊維強化樹脂を用いたホイールとして、特許文献1には、図6に示すように、繊維強化合成樹脂のモールド成形によるリム1に内向きリブfを一体に設けたことと、鋳造、鍛造等により製造された例えばアルミニウム合金等の軽合金材料からなるディスク2の外周に、上記内向きリブfの内周と緊密適合するはめ合い面と内向きリブfの側面と広く接する突合わせ面とを設け、ディスク2の突合わせ面にて、そのはめ合い面での同心保持の下に接着剤層6等を介して強固に固着一体化したことを特徴とする自動車タイヤ用組合わせ式ホイールが開示されている。なお、本発明におけるスポーク部は、上記特許文献1におけるディスクの一部に相当する。ディスクは、通常、中央のハブ部とハブ部外周から放射状に伸びるスポーク部とから構成される。
As a conventional wheel using fiber reinforced resin, as shown in FIG. 6, in Patent Document 1, an inward rib f is integrally provided on a rim 1 formed by molding a fiber reinforced synthetic resin, and casting and forging are performed. A fitting surface that closely fits with the inner periphery of the inward rib f, and a butt surface that is in wide contact with the side surface of the inward rib f, on the outer periphery of the
上記特許文献1記載のホイールでは、繊維強化合成樹脂がCFRPである場合、はめ合い面において内向きリブとディスクとが直接接触し、緊密適合しているので、リブとディスクとの間で電食が発生する可能性がある。また、内向きリブの側面と接する突合わせ面における接着剤層を介した接合では、強度が低く、リブに衝撃的な応力が付加されると接着剤層が破損する虞があった。 In the wheel described in Patent Document 1, when the fiber reinforced synthetic resin is CFRP, the inward rib and the disk are in direct contact with each other on the mating surface and are closely fitted. May occur. Further, in the joining via the adhesive layer on the abutting surface in contact with the side surface of the inward rib, the strength is low, and there is a possibility that the adhesive layer may be damaged when shock stress is applied to the rib.
そこで本発明は、炭素繊維強化樹脂と金属との組み合わせであっても接合部分における電食が抑制された車両用ホイールを提供することを第一の課題とする。 Then, this invention makes it the 1st subject to provide the wheel for vehicles by which the electrolytic corrosion in the junction part was suppressed even if it was the combination of carbon fiber reinforced resin and a metal.
また、本発明は、接着剤による接合であっても接着剤層の強度が高められた車両用ホイールを提供することを第二の課題とする。 Moreover, this invention makes it a 2nd subject to provide the wheel for vehicles by which the intensity | strength of the adhesive bond layer was raised even if it was joining by an adhesive agent.
本発明者は、リム部の中心軸に相対する接合面を形成し、その接合面に対しスポーク部の一端面を接着剤により接合することで第一の課題が解決されることを見い出した。 The inventor has found that the first problem can be solved by forming a joint surface opposite to the central axis of the rim portion and joining one end surface of the spoke portion to the joint surface with an adhesive.
また、本発明者は、スポーク部の一端面を接合する接合面をリム部の内面から突起する接合部に設け、好ましくは、接合面をリム部の中心軸に対して傾斜させることにより、第二の課題が解決されることを見い出し、発明を完成した。 In addition, the present inventor has provided a joining surface for joining one end face of the spoke portion at the joining portion protruding from the inner surface of the rim portion, and preferably, by inclining the joining surface with respect to the central axis of the rim portion, We found that two problems could be solved and completed the invention.
すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
(1)略円筒形状のリム部と、前記リム部に接合される複数のスポーク部とを有し、前記リム部及び前記スポーク部のうち、一方が炭素繊維強化樹脂から構成され、他方が金属から構成される車両用ホイールであって、
前記リム部は、前記スポーク部の一端面が接合される接合面を有するとともに前記リム部の内面から突起する接合部を備え、
前記接合面は、前記リム部の中心軸に相対するように形成され、
前記スポーク部の一端面と前記接合面とは接着剤層を介して接合されている、前記車両用ホイール。
(2)前記接合面は、前記リム部の中心軸に対し傾斜している面である、前記(1)に記載の車両用ホイール。
(3)前記接合面と前記リム部の中心軸との交差角度が、10〜40°である、前記(2)に記載の車両用ホイール。
(4)前記リム部の中心軸に沿う方向において、前記接合面の端部が、前記リム部の内面と同一高さである、前記(1)〜(3)のいずれか一つに記載の車両用ホイール。
That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) It has a substantially cylindrical rim part and a plurality of spoke parts joined to the rim part, and one of the rim part and the spoke part is made of carbon fiber reinforced resin, and the other is a metal. A vehicle wheel comprising:
The rim portion includes a joining portion that has a joining surface to which one end face of the spoke portion is joined and projects from the inner surface of the rim portion,
The joint surface is formed to face the central axis of the rim portion,
The vehicle wheel, wherein one end face of the spoke part and the joint surface are joined via an adhesive layer.
(2) The vehicle wheel according to (1), wherein the joint surface is a surface that is inclined with respect to a central axis of the rim portion.
(3) The vehicle wheel according to (2), wherein an intersection angle between the joint surface and the central axis of the rim portion is 10 to 40 °.
(4) In the direction along the central axis of the rim portion, the end portion of the joint surface is the same height as the inner surface of the rim portion, according to any one of (1) to (3). Vehicle wheel.
本発明の車両用ホイールによれば、接合面を、リム部の中心軸に相対するように形成し、前記接合面に対し接着剤層を介してスポーク部の一端面を接合することにより、接合部とスポーク部が直接接触することなく、電食を抑制することができる。 According to the vehicle wheel of the present invention, the bonding surface is formed so as to be opposed to the central axis of the rim portion, and the one end surface of the spoke portion is bonded to the bonding surface via the adhesive layer. Electrocorrosion can be suppressed without direct contact between the part and the spoke part.
また、リム部の内面から突起する接合部を備え、その接合部における接合面を好ましくはリム部の中心軸に対して傾斜させることにより、リム部に衝撃力を付加させた場合でも、接着剤層に作用する応力が低減され、接着剤層の破損を抑制することができる。さらに、傾斜した接合面によって、接合部の接合面と当該接合面に接合するスポーク部の一端面とがテーパー嵌合状態となり、スポーク部をリム部に組み付ける際の芯出しを容易にすることができる。なお、本発明に係る好ましい形態又は他の形態の効果については、下記の実施形態の項で、詳細に説明する。 In addition, even when an impact force is applied to the rim portion by providing a joint portion protruding from the inner surface of the rim portion, and preferably inclining the joint surface at the joint portion with respect to the central axis of the rim portion. The stress acting on the layer is reduced, and breakage of the adhesive layer can be suppressed. Further, the inclined joint surface allows the joint surface of the joint portion and one end surface of the spoke portion joined to the joint surface to be in a taper fitting state, thereby facilitating centering when the spoke portion is assembled to the rim portion. it can. In addition, the effect of the preferable form which concerns on this invention, or another form is demonstrated in detail at the term of the following embodiment.
以下、実施の形態に基づき本発明を詳細に説明する。なお、複数の実施形態において、同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付している。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments. Note that, in a plurality of embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals.
まず、本発明に係る車両用ホイールの第一の実施形態を図1及び2に示す。図1は、車両用ホイールの斜視図であり、図2は、図1におけるA−A’線に沿った断面図である。図1の車両用ホイール1Aは、略円筒形状のリム部10と、リム部10に接合される複数のスポーク部20とから概略構成される。複数のスポーク部20は、通常、リム部10の中心軸L上に位置するハブ部21とともに一体に成形され、ハブ21からリム部10の内面に向かって複数のスポーク部20が放射線状に伸びている。
First, a first embodiment of a vehicle wheel according to the present invention is shown in FIGS. FIG. 1 is a perspective view of a vehicle wheel, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ in FIG. 1. The vehicle wheel 1 </ b> A in FIG. 1 is schematically configured from a substantially
図1及び2に示すように、本実施形態の車両用ホイールは、略円筒形状のリム部10と、リム部10に接合される複数のスポーク部20とを有し、リム部10及びスポーク部20のうち、リム部10が炭素繊維強化樹脂から構成され、スポーク部20が金属から構成されている。リム部10は、スポーク部20の一端面201が接合される接合面103を有するとともにリム部10の内面から突起する接合部102を備えている。そして、接合面103は、リム部10の中心軸Lに相対するように形成されており、スポーク部20の一端面201と接合面103とは接着剤層Sを介して接合されている。なお、本実施形態の接合面103は、リム部10の中心軸Lに対し傾斜している面となっている。以下、本実施形態の車両用ホイールについて、詳細に説明する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the vehicle wheel of the present embodiment includes a substantially
本実施形態において、リム部10及びスポーク部20は異種材料からなり、具体的には、リム部10が炭素繊維強化樹脂(CFRP)から構成され、そのリム部10に接合されるスポーク部20は金属から構成されている。炭素繊維強化樹脂としては、従来知られた一般的な炭素繊維強化樹脂であれば適用可能であり、例えば、いわゆるプリプレグと称される、炭素繊維の織物からなる繊維層にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂やポリアミド、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂を含浸させたシート状の繊維強化樹脂素材(シート材)を複数積層したシート積層体を硬化して製造することができる。また、スポーク部20を構成する金属としては、アルミニウム合金、マグネシウム合金、ステンレス鋼等の種々の金属を用いることができる。
In the present embodiment, the
リム部10には、リム部10の内面101から突起する接合部102が設けられている。この接合部102により、図2に示すように接合部102が設けられている部位におけるリム部10及び接合部102の合計肉厚Mが大きくなり、リム部10とスポーク部20の接合箇所に生じる曲げを主体とする変形に対しての剛性が向上する。したがって、リム部10に衝撃が加わった場合に接着剤層Sへ作用する応力を低減することができる。接合部102の突起する高さは、大きくするとリム部10がより厚肉化して応力の低減効果が得られるが、極端に大きく突起させるとホイールの美観の点で好ましくないため、これらのバランスを考慮して適宜設定される。具体的には、接合部102がリム部10の内面101から突起する高さが、最も大きい部分で、リム部10の外面と内面101との距離(すなわち、接合部102が存在しない部分におけるリム部10の厚み)に対して30〜100%程度であることが好ましいが、この範囲に限定されるものではない。
The
接合部102は、リム部10の中心軸Lに相対するように形成された接合面103を有している。そして、接合面103に対し、スポーク部20の一端面201が、接着剤層Sを介して接合されている。ここで、「中心軸Lに相対する」とは、図2において接着剤層Sが形成されている曲線領域の、中心軸Lに平行な成分S0の長さの中点を通り中心軸Lに直交する直線と、中心軸Lとの交点から見て、接合面103の全体が見える状態であることをいう。接着剤層Sは、エポキシ樹脂系接着剤やアクリル樹脂系接着剤等、炭素繊維強化樹脂と金属との接合に適用可能な電気的絶縁性を有する各種接着剤を用いて形成される。中心軸Lに相対するリム部10の接合面103とスポーク部20の一端面201とを接着剤層Sを介して接合することにより、炭素繊維強化樹脂からなるリム部10と金属からなるスポーク部20との直接的な接触が回避され、電食を抑制することができる。
The
本実施形態において、リム部10の接合面103は、リム部10の中心軸Lに対し傾斜している。具体的には、図2に示す実施形態では、接合面103とリム部10の中心軸Lとの交差角度(内角)α1が31.5°になるよう形成されている。なお、本明細書において、接合面とリム部の中心軸との交差角度とは、図2において接着剤層Sが形成されている曲線領域の、中心軸Lに平行な成分S0の長さの中点に対応する接合面103上の中間点O(図2の黒丸)を規定し、その中間点Oにおける接合面103の接線と中心軸Lとのなす内角の角度をいう。図2に示すように接合面103をリム部10の中心軸Lに対し傾斜させることにより、リム部10に衝撃が加わった際に接着剤層Sへ作用する応力をさらに低減することができる。また、接合部102の接合面103とスポーク部20の一端面201とがテーパー面により接合されるため、スポーク部20をリム部10に組み付ける際の芯出しを容易にすることができ、形状が精密に制御された接合構造を得ることができる。
In the present embodiment, the
次に、本発明に係る車両用ホイールの第二の実施形態について図3に基づき説明する。図3は、図2と同様にリム部とスポーク部の接合部分を示す断面図である。図3の車両用ホイール1Bは、第一の実施形態と同様に、リム部10が、リム部10の内面101から突起する接合部102を備えている。そして、接合部102の接合面103に対し、スポーク部20の一端面201が接着剤層Sを介して接合されているが、リム部10の中心軸に沿う方向において、接合面103の端部(上端部)104が、リム部10の内面と同一高さである点で相違している。
Next, a second embodiment of the vehicle wheel according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a joint portion between the rim portion and the spoke portion as in FIG. In the vehicle wheel 1 </ b> B of FIG. 3, the
すなわち、本実施形態では、第一の実施形態と同様に、接合面103がリム部10の中心軸に対し傾斜しているが、接合面103とリム部10の中心軸との交差角度(内角)α2は、第一の実施形態よりも小さく、20°程度に設定されている。接合面103が傾斜していることにより、接着剤層Sへ作用する応力が低減される。
That is, in the present embodiment, as in the first embodiment, the
そして、本実施形態では、接合面103の端部104が、リム部10の内面101と同一高さになるよう形成されている。このような同一高さの部位を設けることで、突起する接合部102による応力低減の効果は享受しつつ、接合部102が設けられた部位における肉厚の過大化が防止され、デザインの観点から、突起する接合部102が目立たず、車両用ホイールの好ましい外観を得ることができる。第二の実施形態におけるその他の構成については、上述の第一の実施形態に準ずる。
In this embodiment, the
以上の第一及び第二の実施形態に限定されず、接合面103とリム部10の中心軸Lとの交差角度α1、α2は適宜変更することができる。なお、接合面103を傾斜した面とすることにより接着剤層Sへ作用する応力が低減する理由は明らかではないが、下記実施例で記載するように、接着剤層Sへ作用する応力は接合部102の肉厚Mのみに依存しておらず、当該応力と接合面103の交差角度α1、α2との間には相関性があると推察される。このため、交差角度α1、α2が小さ過ぎると接着剤層Sへ作用する応力低減の効果が得られなくなる。交差角度α1、α2が一定の値を超えると接着剤層Sへ作用する応力低減の効果が平衡化する一方で、デザイン上好ましくなく、また製造コストの増大等を招くため、これらのバランスを考慮して適宜設定される。好ましくは、リム部10の中心軸Lとの交差角度(内角)α1、α2が10〜40°の範囲であり、より好ましくは30〜40°の範囲である。
Without being limited to the first and second embodiments described above, the crossing angles α 1 and α 2 between the
また、第一及び第二の実施形態では、リム部10が炭素繊維強化樹脂から構成され、スポーク部20が金属から構成される場合について説明したが、これとは逆に、リム部が金属であり、スポーク部が炭素繊維強化樹脂から構成されていても良い。また、図2及び図3の断面図では、接合面103は曲線状であるが、これに限定されるものではなく、接合面103の断面は直線状であっても良い。さらに、ボルトなど機械的接合要素を併用し、リム部10とスポーク部20とを接合しても良い。
In the first and second embodiments, the case where the
次に、実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Next, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.
リム部が炭素繊維強化樹脂からなり、スポーク部がアルミニウム合金からなる車両用ホイールを設計し、最適化解析ソフトを用いたシミュレーションにより、種々の接合構造における接合部でのミゼズ応力を算出し、比較を行った。 Designed vehicle wheel with rim part made of carbon fiber reinforced resin and spoke part made of aluminum alloy, and calculated and compared Mises stress at joints in various joint structures by simulation using optimization analysis software Went.
入力条件は、JIS D 4103で規定される13°衝撃試験を想定し、荷重は10kNとした。解析に用いた物性値を表1に示す。車両用ホイールを構成する部材それぞれに対してヤング率、ポアソン比及び比重を定義した。接着剤としては、3M社の液型エポキシ系の構造接着剤IW2460を用いた。 As for the input conditions, a 13 ° impact test defined by JIS D 4103 was assumed, and the load was 10 kN. Table 1 shows the physical property values used in the analysis. The Young's modulus, Poisson's ratio, and specific gravity were defined for each member constituting the vehicle wheel. As the adhesive, 3M liquid epoxy structural adhesive IW2460 was used.
解析した結果を表2に示す。実施例4は、交差角度が31.5°であり、図1及び2に示すような第一の実施形態に係る車両用ホイールに対応する。また、交差角度が20°である実施例3は、図3に示すような第二の実施形態に係る車両用ホイールに対応する。比較例は、リム部の内面から突起する接合部を有しない車両用ホイールであり、図4及び5に示す構造を有する。この比較例の車両用ホイール4は、略円筒形状のリム部41と、リム部41に接合される複数のスポーク部40を有し、リム部41の内面411に対し、スポーク部40の一端面401が接着剤層S(膜厚0.4mm)を介して接合されている。
The analysis results are shown in Table 2. Example 4 has an intersection angle of 31.5 °, and corresponds to the vehicle wheel according to the first embodiment as shown in FIGS. 1 and 2. Further, Example 3 in which the intersection angle is 20 ° corresponds to the vehicle wheel according to the second embodiment as shown in FIG. The comparative example is a vehicle wheel that does not have a joint protruding from the inner surface of the rim, and has the structure shown in FIGS. The
各実施例及び比較例ともに、接合部102以外の形状は同一であり、リム部10の上端部の外径Dを522mm、肉厚t1(中心軸Lに対し垂直な方向に沿ったリム部の最大肉厚)を25mm、接合部102が形成される部位におけるリム部10の肉厚t2(中間点Oを通り、中心軸Lと直交する直線に沿ったリム部の肉厚)を9mmとした。また、図1に示すように、接合されるスポーク部の一端面に応じ2種の形状を有する接合部102のうち、接合部102Aの円周方向の長さについては、上辺W21を12mm、下辺W22を49mmとし、接合部102Bの円周方向の長さについては、上辺W11を44mm、下辺W12を79mmとし、接合部102A及び102Bのリム部10の中心軸Lに沿う方向における成分S0の長さはいずれも45mmとした。加えて、接合面103の中間点Oにおけるリム部10及び接合部102の合計肉厚M(リム部10の中心軸Lに直交する直線を中間点Oを通るように引いた場合、当該直線がリム部10の外周面と交わる点と中間点Oとの距離)は、表2に示すように、比較例が9mm(この場合、合計肉厚Mはリム部41の肉厚t2に一致する)、実施例1が10mm、実施例2が11mm、実施例3が12mm、実施例4が15mm、実施例5が19mm、とした。
In each of the examples and comparative examples, the shape other than the
表2に示すとおり、交差角度を10〜40°の範囲で変更した結果、実施例1〜5のいずれも突起する接合部を有しない比較例の車両用ホイールと比べて接合部における応力が低減されることが確認された。特に、交差角度が31.5°である実施例4の車両用ホイールは最も応力が小さくなることが明らかとなった。 As shown in Table 2, as a result of changing the crossing angle in the range of 10 to 40 °, the stress at the joint is reduced as compared with the vehicle wheel of the comparative example in which none of Examples 1 to 5 has a projecting joint It was confirmed that In particular, the vehicle wheel of Example 4 having an intersection angle of 31.5 ° was found to have the smallest stress.
1A、1B 車両用ホイール
4 車両用ホイール
10 リム部
20 スポーク部
21 ハブ部
40 スポーク部
41 リム部
101 内面
102、102A、102B 接合部
103 接合面
104 接合面の端部
201 一端面
D リム部の上端部の外径
L 中心軸
M、t1、t2 肉厚
O 中間点
S 接着剤層
S0 接着剤層が形成されている領域の中心軸に平行な成分
α1、α2 交差角度
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記リム部は、前記スポーク部の一端面が接合される接合面を有するとともに前記リム部の内面から突起する接合部を備え、
前記接合面は、前記リム部の中心軸に相対するように形成され、
前記スポーク部の一端面と前記接合面とは接着剤層を介して接合されている、前記車両用ホイール。 It has a substantially cylindrical rim part and a plurality of spoke parts joined to the rim part, and one of the rim part and the spoke part is made of carbon fiber reinforced resin, and the other is made of metal. Vehicle wheel,
The rim portion includes a joining portion that has a joining surface to which one end face of the spoke portion is joined and projects from the inner surface of the rim portion,
The joint surface is formed to face the central axis of the rim portion,
The vehicle wheel, wherein one end face of the spoke part and the joint surface are joined via an adhesive layer.
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Cited By (1)
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CN112319126A (en) * | 2020-02-27 | 2021-02-05 | 浙江航通机械制造股份有限公司 | Corrosion-resistant weather-resistant tubeless steel wheel and manufacturing method thereof |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN112319126A (en) * | 2020-02-27 | 2021-02-05 | 浙江航通机械制造股份有限公司 | Corrosion-resistant weather-resistant tubeless steel wheel and manufacturing method thereof |
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