JP4056493B2

JP4056493B2 - ホイール

Info

Publication number: JP4056493B2
Application number: JP2004130049A
Authority: JP
Inventors: 茂正高木; 豊高木
Original assignee: Fuji Shoji Co Ltd
Current assignee: Fuji Shoji Co Ltd
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2004-04-26
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2024-04-26
Also published as: JP2005306334A

Description

この発明は、自動車用のディスクタイプのホイールに関するものである。

タイヤを装着保持するリムと、リムとハブとを連結するディスクとから構成されている自動車用のホイールは、ハブを介して伝達される車軸の駆動力をタイヤに伝達し、また地面からタイヤに伝わる摩擦力や走行反力をハブに伝達する機能を要求される。従って、自動車用ディスクホイールは、極めて優れた強度が必要であるとともに、軽量であることも必須の要件であり、さらに制動熱やタイヤ摩擦熱の良好な放散性や、あるいはデザイン性、ファッション性なども要求される。

そして、ホイールにはタイヤ装着による荷重やタイヤに対する充填空気圧による荷重、自動車の重量に加えて、乗員や積載物の重量などによる水平面あるいは路面に対する垂直方向の荷重、発進、加速並びに制動による捩りモーメント、走行旋回による曲げモーメント、路面の突起物等との衝突による衝撃力など、様々な外力がそれぞれ単独の応力として作用するだけでなく、重複して付加されるのが一般的であり、このことがホイールに極めて優れた強度が必要とされる所以である。

一方、軽量化及びデザイン性などを目的とした軽合金ホイールが１９５０年代に主としてスポーツユーティリティーの面からレーサー用として採用され、１９７２年頃には日本でも入手できるようになった。軽量化は、燃費改善に直結するため、昨今の環境重視の時代背景ゆえか、一般自動車用ホイールとして急速に普及し、現在では新車の標準装備でもすでに８０％超となっているにも関わらず、そのシェア拡大が、なおも進行中である。

必要強度を満足に保証する軽合金ディスクホイールとしては、その肉厚として、少なくともディスク部は１０ｍｍ以上が必要で、そのこともあって、ディスク全体を単一部品で構成した全体一体型ディスクの温間鍛造に用いる鍛造機械設備は、全体一体型鉄系ホイールの製造設備と同様に、あるいはそれ以上に極めて大掛かりであり、その設備費用も一般的には２０億円以上とも言われている。また、全体一体型ディスクでは、その機能面においても、例えば旋回の場合、特に旋回方向内側（例えば左折の場合、前輪左側車輪）が剛直すぎて操舵感覚の面で不安が残る心配がなしとは言えない。

さらにまた、品質面ではその周方向及び半径方向の任意の地点におけるそれぞれの板厚のバラツキが１０％を超えていることも珍しいことではない。強い遠心力が働く回転体において、不規則な板厚のバラツキは前述の操舵感覚の面からも積極的に排除されることが望ましい。

さらに、特許文献１（特開昭５５−１６４５０２号公報）においては、一体型ディスクでは前記の諸々の応力負荷はハブ取り付け面に近づくほど大きくなることが解析されており、これの解決のためにディスクのハブへの取り付け部においては、一体型ではなく個々それぞれ独立分離した状態で結合したことにより、ディスクの受け持つ応力の分布が分散されたことが開示されてはいるが、これは、全体一体型のディスクに関することなので、前述した剛直性や板厚のバラツキ等に起因した操舵感覚の問題を解決できるかどうかは疑わしい。

上記の背景に鑑みて、分割ディスクの車軸ハブへの取り付け部において、分割ディスクを別体の全周一体の椀体に溶接して、全周一体化したディスクを用いたホイールも考えられるが、ホイールが軽合金材の場合、この溶接は必ずしも容易ではない。
特開昭５５−１６４５０２号公報

この発明は、大型鍛造機械を用いることなく、従って、設備の大掛かりさを排除して小型化し、設備投資のイニシャルコストを低減するとともに、均一な板厚を保証した分割ディスクの集合体よりなるディスクで構成されたホイールを必要に応じて自動車の組み立てラインのサブラインにおいてでも製造可能にし、さらには、操舵感覚等の機能面でも優れたホイールを提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために、請求項１に記載の発明においては、タイヤ（１１）を装着保持するリム（４）と、車軸ハブに取り付けられて前記リム（４）を保持するディスク（２）とからなる溶接構造のホイール（１）であって、そのディスク（２）は相互に同一または近似の形状・寸度を有する複数個の分割ディスク（２ _１、２ _２、２ _３、２ _４、２ _５）の集合体であり、各分割ディスク（２ _１、２ _２、２ _３、２ _４、２ _５）の少なくとも車軸ハブへの取り付け部は、各分割ディスク（２ _１、２ _２、２ _３、２ _４、２ _５）それぞれの両幅端部を互いに対向接触させ、また、前記分割ディスク（２ _１、２ _２、２ _３、２ _４、２ _５）とは別体の全周一体の環状をなす盤体（３）の外周には等間隔をおいて複数の個所に切り欠き（３ｃ）が形成され、前記分割ディスク（２ _１、２ _２、２ _３、２ _４、２ _５）の集合体の取り付け部は、隣り合う分割ディスク（２ _１、２ _２、２ _３、２ _４、２ _５）の両幅端部が互いに対向接触した部位と前記切り欠き（３ｃ）とを合致させた上で前記盤体（３）に重合状態で溶接されて一体化され、各分割ディスク（２ _１、２ _２、２ _３、２ _４、２ _５）それぞれと盤体（３）に共通の車軸ハブへの取り付け孔（５）が透設され、全体が鉄系材で製造されていることを特徴とする。

この発明は以上のように構成されているので、次のような効果を奏する。特にディスク部の常温及び温間鍛造という製法で比較すれば、全体一体型のホイールを取り扱う必要がないため、機械設備を大幅に小型化することが可能となった。このことは、機械設備費用というイニシャルコストを例えば１０分の１に削減できるという経済効果に留まらず、ホイールをホイール専業メーカーから自動車組み立て工場に搬送納入する現行システムから、自動車組み立てラインの傍らでホイールを必要なだけ製造調達するシステムの可能性を示唆している。加えて、分割ディスクゆえに温間鍛造が必ずしも必要ではなく、分割ディスクの両幅端部における板厚方向への塑性曲げ加工による補強リブも簡単な冷間プレス加工で可能である。分割ディスクの集合体よりなるディスクは、各分割ディスクの少なくとも車軸ハブへの取り付け部を、前記分割ディスクとは別体の全周一体の環状をなす盤体に重合状態で溶接一体化して形成した。その際、盤体の外周に等間隔をおいて複数の個所に形成された切り欠きと、前記分割ディスクの隣り合う分割ディスクの両幅端部が互いに対向接触した部位とを合致させた。そのため、分割ディスク及び盤体に共通の車軸ハブへの取り付け孔が予め透設されていない場合でも、周方向の位置決めが極めて容易にできる。また、冷延の鉄系材を用いた分割ディスクが採用されるがゆえにディスク部全体の周方向及び半径方向の任意の地点におけるそれぞれの板厚のばらつきも従来の全体一体型ディスクと比較して優に１０分の１以下にすることが保証可能となる。さらに、分割ディスクゆえにディスク部に加えられる外部からの諸荷重がディスク面全体に周方向へ向かって伝播するのを抑制制御して、各分割ディスクの主として半径方向における撓みのために、走行旋回時において旋回方向内側の分割ディスクの緩衝作用によって運転の操舵感覚が向上促進される。冷延の鉄系材を用いることができるゆえに分割ディスクと盤体との溶接も極めて容易である。また、補強リブの採用によって分割ディスクの板厚を２０％程度薄いものを用いることが可能となり（従来３．５ｍｍ程度であったものが２．８ｍｍ程度にできる）、燃費改善の面でも有効なホイールを提供することが可能となった。

以下、この発明のホイールを具体化した一つの実施形態について、図１〜図４に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）（ｂ）及び図２に示すように、この実施形態の全体が鉄系材よりなるホイール１は、タイヤ１１を装着保持する鉄系材製のリム４と、リム４の裏側（内周側）における任意の地点に溶接されて一体化され、車軸ハブ（図示しない）に取り付けられて前記リム４を保持する鉄系材製のディスク２とから構成されている。従って、ホイール１は溶接構造をなしている。

ディスク２は、その中心を中心とした放射方向線に沿って分割した形状で、同一または近似の形状寸度の５個（個数は特に限定するものではない。）の分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５の集合体と、全周一体の環状をなす盤体３とを備えている。

分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５それぞれの形状は、内径側の弧の長さｌ_１より外径側の弧の長さｌ_３の方がかなり長く形成されて、組み付け状態において各分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５間に間隔２ａが形成されているが、前記長さｌ_１と長さｌ_３との間に比率の規定は特にない。内径側の弧の長さｌ_１は、盤体３の車軸孔用筒部３ｐ（以下、単に筒部３ｐという）の外周長π・Ｄの１／５に正確に保証されている。また、図１（ｂ），図２〜図４には、各分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５の表面側の中央部に凹部２ｂが比較的深く抉れた状態で形成されているように記載されているが、これは、形状の理解を容易にするためで、実際には、この凹部２ｂは図１（ｂ）に示す如く、浅く形成されるものである。

また、盤体３には、等間隔をおいて５箇所に切欠き３ｃが分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５の内径側から半径方向への所定長さｌ_４の長さに等しく形成されている。盤体３の内周縁部には筒部３ｐが表側（ブレーキ収容側とは反対側）に向かって突出形成され、その筒部３ｐの高さは、その突端面が分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５の内径側の弧状部ｌ_１部の板厚を越えて、分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５の表側面よりやや高いところに位置するように設計されている。

分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５の内径側から前記長さｌ_４離れた地点を起点（弧の長さｌ_２の位置）として外径側の地点までの分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５の半径方向の全長さに亘って、分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５の両幅端帯には裏側への板厚方向に塑性曲げされた補強リブ２ｒが設けられている。補強リブ２ｒの高さｈは、特に限定しないが少なくともｈ＞ｔ（ただし、ｔ＝分割ディスクの板厚）が好ましい。

以上に述べた点以外の点、例えば分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５の半径方向のカーブの曲率半径（板厚方向の膨らみ具合）とか、分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５央部の凹部２ｂ等の模様はデザイン面から自由に選択することが望ましい。

次に、分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５と盤体３及びリム４との組み付け一体化について次に説明する。
図４（ａ）〜（ｃ）から明らかなように、盤体３を、その筒部３ｐを上側にして配置し、５箇所の切欠き３ｃの間に、分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５を、その表側を上にして配置する。分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５及び盤体３に共通の車軸ハブへの取り付け孔５があらかじめ透設されているときは、図示しない５本のボルトが突設された治具を利用して位置決めできるが、取り付け孔５がない場合でも、分割ディスクの内径側の弧のｌ_１長さ部分を盤体３の筒部３ｐに密接させて径方向の位置決めをし、切欠き３ｃに分割ディスクのｌ_４部を合致させることによって周方向の位置決めも極めて容易である。図４（ｃ）の状態での分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５と盤体３との溶接後、共通の車軸ハブへの取り付け孔５を透設し（あらかじめ取り付け孔５が形成されていない場合）、分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５の表面よりやや高い位置にある盤体３の筒部３ｐの突端部を分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５の内径端部を包み込むように拡径挟持して（図５参照）ディスク２を完成する。前記の分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５と盤体３との溶接及び分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５とリム４との溶接及びその後の研磨処理等については、公知の方法を用いれば良いので、特に説明は省略する。当然分割ディク２_１，２_２，２_３，２_４及び２同士は、必要に応じて互いに溶接される。このようにして完成したホイール１は図５のタイプである。

図６のタイプのホイール１は、盤体３が分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５の表側に配置されている点が図１〜図５の構成と異なっている。
図７のタイプのホイール１は盤体３が分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５の裏側及び表側の両側に分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５をサンドイッチ状に挟んで配置されており、分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５の表側に配置される盤体３は筒部３ｐが省略されており、分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５の裏側に配置される盤体３の筒部３ｐは表側配置の盤体３の厚み相当分を含むように高く設計されており、溶接後、分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５はもちろんのこと、表側の盤体３をも含めて包み込むように拡径挟持してディスクを完成している点が図６の構成とは異なる。さらに、分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５の枚数、言い換えればディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５の分割数もまたデザインや設計要求に応じて適宜に選択される。

以上のようにして構成された各ホイール１は、分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５とリム４との小部品により構成されているため、全体一体型のホイールを取り扱う必要がなく、製造のための機械設備を大幅に小型化することが可能となった。また、分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５を採用したがゆえに温間鍛造が必要ではなく、分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５の両幅端部における板厚方向への塑性曲げ加工による補強リブ２ｒも簡単な冷間プレスで加工可能である。冷延の鉄系材を用いた分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５は、ディスク部全体の周方向及び半径方向の任意の地点におけるそれぞれの板厚のばらつきも従来の全体一体型ディスクと比較して優に１０分の１以下にすることが保証可能となる。さらに、分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５ゆえにディスク部に加えられる外部からの諸荷重がディスク面全体に周方向へ向かって伝播するのを抑制制御して、各分割ディスク２_１，２_２，２_３，２_４及び２_５の主として半径方向における撓みによる緩衝作用のために、走行旋回時において操舵感覚が向上促進される。冷延の鉄系材を用いることができるゆえに分割ディスクと盤体との溶接も極めて容易である。また、補強リブの採用によって分割ディスクの板厚として薄いものを用いることが可能となり、燃費改善の面でも有効である。

（ａ）は実施形態のホイールを示す正面図、（ｂ）はそのホイールとタイヤとを示す断面図。実施形態のホイールを示す斜視図。（ａ）は実施形態のホイールの分割ディスクの表側斜視図、（ｂ）はその分割ディスクの裏側斜視図。（ａ）（ｂ）はそれぞれ実施形態のホイールの分割ディスク及び盤体の分解斜視図、（ｄ）は組み付け状態の斜視図。実施形態のホイールの断面図。別の実施形態のホイールの断面図。さらに別の実施形態のホイールの断面図。

符号の説明

１…ホイール、２…ディスク、２_１，２_２，２_３，２_４，２_５…分割ディスク、２ｒ…補強リブ、３…盤体、３ｐ…車軸孔用筒部、３ｂ…３ｐの拡径部、３ｃ…切欠き、４…リム、５…ハブ取り付け孔、１１…タイヤ、Ｄ^φ…３ｐの外径、ｌ_１…分割ディスクの内径側弧の長さ、ｌ_２…分割ディスクの弧の長さで盤体の切欠き間の弧の長さ、ｌ_３…分割ディスクの外径側弧の長さ、ｌ_４…分割ディスクの幅端部の中、補強リブのない部位の長さ、ｈ…補強リブの高さ。

Claims

タイヤ（１１）を装着保持するリム（４）と、車軸ハブに取り付けられて前記リム（４）を保持するディスク（２）とからなる溶接構造のホイール（１）であって、
そのディスク（２）は相互に同一または近似の形状・寸度を有する複数個の分割ディスク（２ _１、２ _２、２ _３、２ _４、２ _５）の集合体であり、各分割ディスク（２ _１、２ _２、２ _３、２ _４、２ _５）の少なくとも車軸ハブへの取り付け部は、各分割ディスク（２ _１、２ _２、２ _３、２ _４、２ _５）それぞれの両幅端部を互いに対向接触させ、また、前記分割ディスク（２ _１、２ _２、２ _３、２ _４、２ _５）とは別体の全周一体の環状をなす盤体（３）の外周には等間隔をおいて複数の個所に切り欠き（３ｃ）が形成され、前記分割ディスク（２ _１、２ _２、２ _３、２ _４、２ _５）の集合体の取り付け部は、隣り合う分割ディスク（２ _１、２ _２、２ _３、２ _４、２ _５）の両幅端部が互いに対向接触した部位と前記切り欠き（３ｃ）とを合致させた上で前記盤体（３）に重合状態で溶接されて一体化され、各分割ディスク（２ _１、２ _２、２ _３、２ _４、２ _５）それぞれと盤体（３）に共通の車軸ハブへの取り付け孔（５）が透設され、全体が鉄系材で製造されていることを特徴とするホイール。