JP4476843B2 - ホイール - Google Patents

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共に、燃費や排ガス量の面から軽量であることもまた必須の要件であり、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。

また、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、さまざまな外力がそれぞれ単独の負荷として作用するだけでなく、重複して作用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。

他方、軽量化については地球規模で排ガス量削減が叫ばれ、比重の軽さから軽合金材が多く採用されるようになってきたが、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１０ｍ／ｍ以上必要であり、しかも、一般的には全体一体型ディスクが採用されており、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。

全体一体型ディスクを用いたホイールの品質面では、その周方向及び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。強い遠心力が働く高速回転体において、不規則な板厚のばらつきは操舵感覚の安定からも積極的に排除されることが望ましい。また全体一体型ディスクでは、例えば旋回の場合、特に旋回方向内側の車輪（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を覚える心配がないとはいえない。

さらにまた、特許文献１（特開昭５５−１６４５０２号公報）において、一体型ディスクでは前述の諸々の応力負荷はハブ取り付け面に近づく程大きくなることが解析されており、これの解消改善のためにディスクのハブ取り付け部においては、スリットなどによる空隙を設けてスポーク片として分割形成してハブに取り付け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いる。しかし、この特許文献１の発明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ばらつき等に起因する操舵感覚の面での不安を解決できるかどうかは疑義が残るところである。
特開昭５５−１６４５０２号公報

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共に、均質な、特に均一な板厚が保証されたディスクで構成された軽量で低コストのホイールを全溶接構造に頼ることなく、重合緊締も採用して熱劣化を排除すると共に、操舵感覚を向上させ、しかも高強度・長寿命の優れたホイールを提供する事を目的とする。

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、タイヤを装着・保持するリムと、車軸ハブに取り付けられて前記リムを保持するディスクとを有するホイールであって、そのディスク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の集合体であり、各分割ディスクはそれぞれの幅端同士の間に、間隔を空けて配設された状態で、全周一体の盤体に重合状態で緊締されることにより盤体と一体化され、各分割ディスクの幅端は隣接する他のディスクの幅端と平行をなしており、前記盤体には、車軸ハブへの取り付けガイド孔が透設されており、分割ディスクには窓が透設され、その窓の縁辺は板厚方向裏面側への塑性曲げによる補強リブを有し、前記窓のホイール回転方向前方側の縁辺の曲率半径が回転方向後方側の縁辺の曲率半径より小さいことを特徴とする。

請求項２に記載の発明においては、請求項１に記載の発明において、分割ディスクの両幅端は、その全長に亘って、板厚方向裏面側への塑性曲げによる補強リブを有していることを特徴とする。

請求項３に記載の発明においては、請求項１または２に記載の発明において、前記盤体には、ハブへの取り付けのための取り付けガイド孔の周囲における裏面側にハブに密接されるフラット面を形成するとともに、その反対面側において各取り付けガイド孔の周囲に任意の模様のバルジが付与されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明においては、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の発明において、分割ディスクの外周端を所要の幅に折り曲げて、その折り曲げ部がリムの内周面に面接触状態で溶接一体化されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明においては、請求項１〜４のうちのいずれか一項に発明において、軽合金材製であることを特徴とする。
請求項６に記載の発明においては、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の発明において、鉄系材製であ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、全周一体型のホイール構造を採用しないので、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１／１０に削減できた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数だけ製造調達するシステムへ移行する可能性を示唆している。加えて、分割ディスクゆえに、その分割ディスクが軽合金材製であっても、鉄系材製であっても、簡単な冷間プレスで製造可能であって、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及び窓の縁辺における板厚方向裏面側への塑性曲げ加工による補強リブも前記の簡単な冷間プレス加工で可能である。

分割ディスクの両幅端部や窓の縁辺等に、補強リブを付与すれば、分割ディスクの板厚も、より薄い板厚の採用が可能となり、軽量なホイールの提供が実現できた。さらには、全周一体型ではない分割ディスクゆえに板厚にばらつきはほとんどなく、ＪＩＳ（日本工業規格）に定められた圧延材の公差を保証することが可能であり、従って、板厚のばらつき分を考慮した余分な板厚を確保する必要がないため、軽量化が実現できた。

また、分割ディスクの窓の縁辺において、回転方向前方側の縁辺の表面の曲率半径を回転方向後方側の表面の曲率半径よりも小さくすれば、ディスクブレーキやタイヤの冷却効果を向上させる多量の風の流れをホイールの内面側（車体側）に強制的に導入できるようになった。

分割ディスクそれぞれの幅端同士が、その全長に亘って平行な間隔で配設されているので、走行中に加えられる外部からの諸荷重による各分割ディスクの応力歪も、隣接する他の分割ディスクの方へ向かって周方向に伝播することはほとんど皆無で、当該分割ディスクの主として半径方向の撓みによって、リムの周方向の広い範囲に亘って諸荷重が吸収されて、運転の操舵感覚が安定する。このとき、隣接する両隣の他の分割ディスクとの間でそれぞれリムを介して引張応力を受けて、荷重が相殺されることにより、ホイール全体として荷重分布が均一化してバランスしているものと推定される。

分割ディスクと盤体との緊締一体化も分割ディスクそれぞれが相互に間隔を空けて盤体に重合固定されているので、特定の分割ディスクに集中応力は働かず、応力は分散されるようになっており、かつ溶接構造ではないため、分割ディスクの熱応力による劣化も皆無である。さらに、盤体にバルジ補強を付与すれば、ハブへの取り付けガイド孔が設けられていても、盤体の強度低下を補完する。

以上のごとく、低コストで製造できるにも関わらず、高強度で、従って、長寿命で均質化かつ軽量化を達成でき、このため、燃費改善や排ガス量削減を可能とするホイールの提供が実現できた。

以下、この発明のホイールを具体化した１つの実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図３に示すように、この実施形態の全体が軽合金材（例えば、アルミニウムやアルミニウム合金，あるいはチタン合金）または鉄系材よりなるホイール１は、タイヤ（図示しない）を装着保持するリム２と、ホイール１を車軸ハブ（図示しない）に取り付けるための全周一体の盤体３０と、外周側がリム２の内周面に溶接一体化され、内周側は盤体３０に重合した状態で、同盤体３０に緊締により固定されたディスク１０とにより構成されている。図５に示すように、盤体３０とディスク１０とは、ボルト２１とナット２２との螺合によって緊締されても、あるいは、かしめピン２３によって緊締されてもよい。

ディスク１０は図２及び図３に示すように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が、３〜１２個程度が適切）の分割ディスク１０_１，１０_２，１０_３，１０_４及び１０_５がそれらの径方向の全長Ｌに亘って所望の間隔Ｄを空けて配設された集合体である。各間隔Ｄにおいて、分割ディスク１０_１，１０_２，１０_３，１０_４及び１０_５の隣接する端縁は平行をなし、従って、各間隔Ｄは同一幅で放射方向に延びている。

図４（ａ）に示すように、分割ディスク１０_１，１０_２，１０_３，１０_４及び１０_５それぞれは、両幅端部においてその全長Ｌに亘って、その板厚方向の裏面側に塑性曲げによる補強リブ１１を設けている。補強リブ１１の高さｈ１は、特に限定はしないが、板厚ｔに対して、ｈ１＞ｔの関係が好ましい。

また、分割ディスク１０_１，１０_２，１０_３，１０_４及び１０_５それぞれの央部にはほぼ四角形の窓１２が所望の面積で透設されており、図４（ａ）（ｂ）に示すように、窓１２の縁辺にも前記と同様に板厚方向の裏面側に塑性曲げによる補強リブ１３_１，１３_２が設けられている。補強リブ１３_１，１３_２の高さｈ２は前記補強リブ１１と同じでもよいが、窓１２の周囲あるいは窓１２を通る風の流れに対する細工のために、周方向の補強リブ１３_１，１３_２の間に形状差を設けることも有効であり、例えば、ホイール１の回転方向（矢印Ｐ方向）後方側の補強リブ１３_２の高さを、ホイール１の回転方向前方側の補強リブ１３_１の高さｈ２よりも高くして、ホイール１の裏面側に多量のエア流が導入されるようにする。

窓１２縁辺の分割ディスク表面は、ホイール１の回転方向前方側の曲率半径ｐ_１が後方側の曲率半径ｐ_２より小さく形成しており、ホイール１の裏面側に多量のエア流が導入されるようにしている。

さらに、分割ディスク１０_１，１０_２，１０_３，１０_４及び１０_５それぞれは、その外周側において所要幅の屈曲部１４を設けて、リム２の裏側のフラット面２ｂと面接触を可能にして、この部分においてリム２に溶接されている。

なお、図５に示す４１は、タイヤ内にエアを供給する場合に使用されるバルブステムである。
また、ホイールカバー（図示しない）併用の場合には、図６に示すように、リム２にホイールカバー止め金Ｓを設けて、その止め金Ｓによりホイールカバーをリム２の内側面２ｂ'に面接触させることも有効である。

他方、分割ディスク１０_１，１０_２，１０_３，１０_４及び１０_５の内周側においては、盤体３０の板厚相当分の段差部１５を設けて分割ディスク１０_１，１０_２，１０_３，１０_４及び１０_５を盤体３０と重合したとき分割ディスク１０_１，１０_２，１０_３，１０_４及び１０_５の表面と盤体３０の表面とがほぼ同一面を形成する事を可能にしている。その段差部１５及び盤体３０の外周部には、それらをボルト２１及びナット２２の螺合、またはかしめピン２３のかしめにより、分割ディスク１０_１，１０_２，１０_３，１０_４及び１０_５と盤体３０とが緊締一体化できるように共通孔１６，３３がそれぞれ所望数穿孔されている。

また、盤体３０には、ハブへの取り付けガイド孔３１が透設され、この取り付けガイド孔３１の部分を含む部分の盤体３０裏面側にはハブに密接されるフラット面Ａを確保して、また、フラット面Ａの反対側の面においてガイド孔３１の外径側に任意の模様のバルジ３２を設けている。盤体３０の中心部に車軸孔３５を形成する筒部３４が設けられていることは勿論である。

なお、図１及び図３においては、補強リブ１１、１３_１，１３_２の図示を省略している。
この実施形態のホイール１は、以上のように構成されているため、全周一体型の従来のホイール構造とは異なり、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り、機械設備費用というイニシャルコストを大幅に削減できた。しかも、機械設備を大幅に小型化できるため、ホイールをホイール専業メーカーより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数だけ製造調達するシステムへ移行することも可能になった。

加えて、この実施形態のホイール１の分割ディスク１０_１，１０_２，１０_３，１０_４及び１０_５は、全周一体型のディスクとは異なり、軽合金材製であっても、鉄系材製であっても簡単な冷間プレスで製造可能であって、温間鍛造が必ずしも必要ではなく、分割ディスク１０_１，１０_２，１０_３，１０_４及び１０_５の両幅端部及び窓１２の縁辺における板厚方向裏面側への塑性曲げ加工による補強リブ１１、１３_１，１３_２も前記の簡単な冷間プレス加工で可能であり、機械設備の小型化、ひいては製造コストの低減に大きく寄与できた。

また、分割ディスク１０_１，１０_２，１０_３，１０_４及び１０_５の両幅端部と窓１２の縁辺に、補強リブ１１が付与されているため、分割ディスク１０_１，１０_２，１０_３，１０_４及び１０_５として、より薄い板厚の採用が可能となり、ホイール１のいっそうの軽量化が可能になった。さらには、全周一体型ではない分割ディスク１０_１，１０_２，１０_３，１０_４及び１０_５ゆえに板厚にばらつきはほとんどなく、板厚のばらつき分を考慮した余分な板厚を確保する必要がないため、さらなる軽量化を実現できた。従って、燃費や排ガス量の削減が可能になるばかりでなく、車輪のバネ下荷重が低下して、車両の乗りごこちや操舵性も改善された。

また、分割ディスク１０_１，１０_２，１０_３，１０_４及び１０_５の窓１２の縁辺において、特に周方向前方側の縁辺の表面の曲率半径ｐ_１を回転方向後方側の表面の曲率半径ｐ_２よりも小さくすれば、ディスクブレーキやタイヤの冷却効果を向上させる風をホイールの内面側（車体側）に多量に導入できるようになった。さらに、ホイール１の回転方向（矢印Ｐ方向）前方側の補強リブ１３_１の高さを、ホイール１の回転方向後方側の補強リブ１３_２の高さよりも高くすることにより、前記と同様に多量の風の流れをホイールの内面側（車体側）に強制的に導入できるようになった。

走行中に加えられる外部からの諸荷重による応力歪も、分割ディスク１０_１，１０_２，１０_３，１０_４及び１０_５それぞれの平行な幅端同士間に、その全長Ｌに亘って間隔Ｄが配設されているので、特定の分割ディスク１０_１，１０_２，１０_３，１０_４及び１０_５の応力歪みが隣接する他の分割ディスク１０_１，１０_２，１０_３，１０_４及び１０_５の方へ伝播することはほとんど皆無で、諸荷重は、当該分割ディスク１０_１，１０_２，１０_３，１０_４及び１０_５の主として半径方向の撓みによって吸収され、結果として、リム２の周方向の広い範囲に亘って諸荷重が有効に吸収されて、運転の操舵感覚が安定した。

分割ディスク１０_１，１０_２，１０_３，１０_４及び１０_５と盤体３０との緊締一体化も分割ディスク１０_１，１０_２，１０_３，１０_４及び１０_５それぞれが等しく相互に間隔Ｄを空けて盤体３０に重合固定されているので、特定の分割ディスク１０_１，１０_２，１０_３，１０_４及び１０_５に集中応力はほとんど働かず、応力は分散されるようになっていて、集中応力が働かず、しかも溶接構造ではないため、分割ディスク１０_１，１０_２，１０_３，１０_４及び１０_５の劣化も皆無である。さらに、盤体３０にバルジ３２による補強を付与しているため、盤体３０に取り付けガイド孔３１が設けられていても、同盤体３０の強度低下を補完することができた。

この発明を具体化したホイールの斜視図。 同じく正面図。 同じく分解斜視図。 （ａ）は、図３のａ−ａ線断面図、（ｂ）は、図３のｂ−ｂ線断面図。 図２のＸ−Ｘ線断面図。 図５に対応する変更例を示す断面図。

符号の説明

１…ホイール、２…リム、１０…ディスク、１０_１，１０_２，１０_３，１０_４、１０_５…分割ディスク、１１…補強リブ、１２…窓、１３_１…補強リブ、１３_２…補強リブ、１６…共通孔、２１…ボルト、２２…ナット、２３…ピン、３０…盤体、３１…取り付けガイド孔、３２…バルジ、３３…共通孔、Ａ…フラット面、Ｄ…間隔、ｈ１…高さ、ｈ２…高さ、ｐ_１…曲率半径、ｐ_２…曲率半径。

Claims (6)

1. タイヤを装着・保持するリムと、車軸ハブに取り付けられて前記リムを保持するディスクとを有するホイールであって、そのディスク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の集合体であり、各分割ディスクはそれぞれの幅端同士の間に、間隔を空けて配設された状態で、全周一体の盤体に重合状態で緊締されることにより盤体と一体化され、各分割ディスクの幅端は隣接する他のディスクの幅端と平行をなしており、前記盤体には、車軸ハブへの取り付けガイド孔が透設されており、分割ディスクには窓が透設され、その窓の縁辺は板厚方向裏面側への塑性曲げによる補強リブを有し、前記窓のホイール回転方向前方側の縁辺の曲率半径が回転方向後方側の縁辺の曲率半径より小さいことを特徴とするホイール。
2. 分割ディスクの両幅端は、その全長に亘って、板厚方向裏面側への塑性曲げによる補強リブを有していることを特徴とする請求項１に記載のホイール。
3. 前記盤体には、ハブへの取り付けのための取り付けガイド孔の周囲における裏面側にハブに密接されるフラット面を形成するとともに、その反対面側において各取り付けガイド孔の周囲に任意の模様のバルジが付与されていることを特徴とする請求項１または２に記載のホイール。
4. 分割ディスクの外周端を所要の幅に折り曲げて、その折り曲げ部がリムの内周面に面接触状態で溶接一体化されていることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のホイール。
5. 軽合金材製であることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載のホイール。
6. 鉄系材製であることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載のホイール。

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