JP4723318B2

JP4723318B2 - ホイール

Info

Publication number: JP4723318B2
Application number: JP2005252392A
Authority: JP
Inventors: 茂正高木
Original assignee: Fuji Shoji Co Ltd
Current assignee: Fuji Shoji Co Ltd
Priority date: 2005-06-22
Filing date: 2005-08-31
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2025-08-31
Also published as: JP2007030861A

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。

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。また、燃費や排ガス量の面から軽量であることも必要である。

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は１０％を超えていることも珍しいことではない。優れた強度が必要とされるホイールの設計において最も弱い（肉厚が薄い）地点が強度を満たす基準にされるので、結果としてホイール全体の肉厚が大になり、ホイールの軽量化に逆行している。

なお、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。
最近１０数年の傾向としては全体一体型ディスクを鉄系材製とし、デザイン性、ファッション性の面から樹脂製のホイールキャップを装着するのが流行のようであるが、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付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付部においては、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付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。

また、特許文献２（特開２００４−６６９９４号公報）のホイールキャップは、その裏面側に複数の可撓片が突出していて、この可撓片の先端に半円形の係止部が外側（径方向外方）に向かって膨出しており、この係止部がリムのタイヤ外れ防止部の裏側の溝に係止して抜け止め状態となる構成である。この構成の場合、ホイールキャップ本体から前記半円形の係止部までの突出距離が４０〜５０ｍ／ｍと長くならざるを得ず、この長さ故に前記係止部と溝との係止力が弱く、これが故に、実際には３ｍ／ｍφ程度のＳＷＣ材のコイルスプリングで係止部の内径側から係止部を溝に押し当てて実用化されている。
特開昭５５−１６４５０２号公報特開２００４−６６９９４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ともに、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、かつ応力負荷を分散した（平準化した）機構で、操舵感覚を向上させた高強度・長寿命で、しかも、ホイールキャップを強固に取付け得る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、タイヤを装着し保持するリムと、ほぼ同一形状・寸度の分割ディスク複数個と、車軸挿通孔及びハブへの取付ガイド孔が設けられている椀状板体とにより構成されているホイールであって、複数個の分割ディスクのそれぞれは、互いに間隔を空けて配列されており、その外径側はリムと重合結合されており、内径側は前記椀状板体に重合結合されて一体化されたホイールであり、前記リムの端部にはリムフランジがカーリングされてなり、該カーリングされたリムフランジによって線状環状体が内包されており、かつ線状環状体の内包部分はその周方向における複数箇所にホイールキャップを装着するための切り落とし部が設けられ、前記切り落とし部によって露出された線状環状体に前記ホイールキャップが装着されることを特徴とする。

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、分割ディスクとリム及び椀状板体とのそれぞれの重合結合は、機械的緊締であ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に記載の発明において、分割ディスクとリム及び椀状板体それぞれの重合結合は、溶接であ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記載の発明において、分割ディスクとリム及び椀状板体とのそれぞれの重合結合は、溶接と機械的緊締の併用であ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記載の発明において、前記切り落とし部は、各分割ディスク間の位置に対応して配置されてい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１〜５のうちのいずれか一項に記載の発明において、ホイールキャップ裏面側の外径側及び内径側の２箇所それぞれの複数箇所に取付脚体を設け、外径側の取付脚体は前記線状環状体を掴持固定又は線状環状体に係止固定可能な機能を付与されており、他方、内径側の取付脚体は前記椀状板体の内径部に拡張係止可能な機能が付与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、温間鍛造が必ずしも必要ではなく、簡単な冷間プレス加工で可能である。

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て決められていた従来の構成とは比較にならない軽量化が可能となった。

分割ディスクそれぞれの幅端同士が、その全長（径方向）に亘ってほぼ平行な間隔で配設されているので、走行中に付加される外部からの諸荷重による各分割ディスクの応力歪みも、隣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る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、両隣のほかの分割ディスクでは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。

リム、分割ディスク及び椀状板体の結合一体化も分割ディスクそれぞれが相互に間隔を空けてリム及び椀状板体に重合結合されているので、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、かつ溶接構造の接合は作業性が良好であり、機械的緊締の接合ではリムと分割ディスクおよび椀状板体の熱応力による劣化も皆無である。

また、近年流行の鉄系材で形成されたホイールで、かつ、電気抵抗スポット溶接等のホイールのリムフランジの切り落とし部において、線状環状体にホイールキャップの取付脚体を掴持固定すると同時に、椀状板体の内径部に拡径係止すれば、アルミニウム等の軽合金ホイールを用いなくても、意匠性を向上でき、コスト低下に積極的に貢献できる。また、線状環状体は、ホイールの最外側に位置させることができるため、ホイールキャップの取付脚体をその脚長が短いものとすることができ、従って、前記特許文献２とは異なり、コイルスプリング等を用いずとも、少ない部品点数で、ホイールキャップをホイールに対して強固に支持できる。

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も達成でき、このため燃費改善や排ガス量削減を可能にし、加えて低コストで意匠性が高く、ホイールキャップの組み付け強度に優れた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〜図３に示すように、この実施形態の全体が軽合金材（たとえば、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）に取付けるための全周一体で、かつ他の部品とは別体の椀状板体３０と、外周側がリム２に、内径側が椀状板体３０にそれぞれ重合結合されているディスク１０とにより構成されている。

リム２は、そのリムフランジに特徴を有している。即ち車体に取付けて少なくとも表側に位置する側のリムフランジ２ｆは、線状環状体２ｗを内包してカーリングされている。図１に示す如く、リムフランジ２ｆには、周方向の複数箇所において切り落とし部２ｃが設けられ、線状環状体２ｗが露出している。切り落とし部２ｃの数は例えば後述する分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５の数と同じでよい。切り落とし部２ｃの大きさは、内包する線状環状体２ｗの太さのπ・ｄの２／３乃至３／４程度であり、目視できるので好ましい。また、切り落とし部２ｃは、分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５間の位置と対応している。

椀状板体３０は、車軸ガイド孔３５を筒部３４により形成し、ハブへの取付ガイド孔３１を有するフラット面Ａを底面とするもので、外面側にツバ状部分３２が設けられており、このツバ状部分３２はディスク１０の内径側と重合しており、同ディスク１０との機械的緊締のための共通孔となる孔３３が複数個穿孔されている。なお、図示はしないが、ハブへの取付ガイド孔３１の近傍外周側からツバ状部分３２に亘って所望のバルジを設けることも椀状板体３０全体の強度補強、ひいては板厚を薄くして軽量化を実現するのに有効な手段である。

ディスク１０は、分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５の集合体で、それら１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５は、相互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４〜１０個程度が適切）よりなる。図１に示す如く、分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５はそれらの径方向の全長Ｌに亘って所望の相互間隔Ｄを空けて配置されている。分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５それぞれの央部には楕円形状の窓１２及びその窓１２の周囲の補強傾斜部１３が設けられている。図示はしないが分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５の両幅端部の全長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を設けることも、ディスク１０全体の強度補強、ひいては板厚を薄くして軽量化を実現するのに有効な手段である。分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５それぞれの外径側には、リム２の裏側のフラット面２ｂと面接触を可能にするための屈曲部１４が設けられており、この面接触しているフラット面２ｂと屈曲部１４とが重合溶接されている。従って、フラット面２ｂと屈曲部１４とは分子と分子との結合を介して固着されている。面接触するフラット面２ｂと屈曲部１４との位置決めの方法は、例えば凹凸部による係合とか、あるいはフラット面２ｂに凸部を設けて屈曲部１４の先端を押し当てるとか、公知の方法で充分達成できる。

分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５の内径側と椀状板体３０との接合のために、ツバ状部分３２の孔３３と共通孔となる複数の孔１６が分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５それぞれに穿孔されている。そして、共通孔３３，１６に鋲かしめ５０を施して分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５と椀状板体３０とが重合状態で接合固定されている。この場合、図２及び図３に示す如く、分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５と椀状板体３０とのどちらが外側に位置するかは、任意である。鋲かしめ５０に代えて、孔３３，１６にボルトを通し、ナットでねじ締めして、分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５と椀状板体３０とを接合固定してもよい。なお、椀状板体３０のツバ状部分３２の外径端１５をディスク１０の裏面に溶接した上で、前記鋲かしめ５０等により機械的緊締をすれば、分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５と椀状板体３０とをより強固に重合一体化できる。

図示は省略するが、分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５にディスク全体として環状をなす段差を設けて、椀状板体３０との位置決めを容易にするとともに、分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５と椀状板体３０のツバ状部分３２との重合面が面一（一直線状）になるように設計することも意匠面から有用である。

次に、図４に基づいてホイールキャップ装着構成について詳細に説明する。ホイールキャップ４０は、その裏面側の外径側の位置、即ちリムフランジ２ｆに内包されている線状環状体２ｗが目視できる切り落とし部２ｃの位置に合致する複数箇所に、板バネ材によりほぼＣ形状をなす取付脚体としての掴持部品４１が固定されている。掴持部品４１に代えて、図示は省略するが、切り落とし部２ｃにおいて線状環状体２ｗの内径側の外周面に係止できる形状の板バネでもよい。内周部位、即ち椀状板体３０の筒部内径部３６に拡径作用で係止可能な取付脚体としての弾性部材４２がホイールキャップ４０の内径側の位置に固定されている。ホイールキャップ４０の周方向における弾性部材４２の設置位置は前記掴持部品４１と同じ放射方向でもよいし、特に規制する必要はない。図示を省略しているが、筒部内径部３６に前記掴持部品４１と係合する係止突起を設けることはホイールキャップ４０を固定するという面において大変有効である。

前述した特許文献２のホイールキャップは、その組み付け強度に難があるのに比較して、本実施形態の構成では、ホイールキャップ４０の外周部位に設けられている線状環状体２ｗの掴持部品４１はホイールキャップ４０から大きく突出することはなく、また内周部位に設けられている弾性部材４２もホイールキャップ本体からせいぜい１５ｍ／ｍ止まりと短く、従って特許文献２とは異なり、撓み後退の心配もなく、ホイールキャップ４０のホイール１への固定は確実で、ホイールキャップ４０のリム外れなど心配が無用であるばかりでなく、ホイールキャップ４０の重量の大幅な軽量化も実現できた。

なお、前記実施形態では、分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５とリム２との固着は溶接、分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５と椀状板体３０との固着は鋲かしめ５０等により機械的緊締をそれぞれ採用したが、分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５と椀状板体３０との固着を溶接にしたり、機械的緊締と溶接とを併用したりする等、変更してもよいのは勿論である。溶接は、溶融溶接、ろう接等、溶融圧接等を採用できる。

この実施形態は、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。
（１）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り、機械設備費用を大幅に削減できるばかりでなく、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がある。

（２）分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５を用いたがゆえに、その分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５が軽合金材製であっても、鉄系材製であっても、温間鍛造が必ずしも必要ではなく、簡単な冷間プレス加工で可能である。

（３）全周一体型ではない分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５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て、余分な板厚を確保していた従来の構成と比較して大幅な軽量化が可能となった。

（４）分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５それぞれの幅端同士が、その全長（径方向）に亘ってほぼ平行な間隔で配設されているので、走行中に付加される外部からの諸荷重による各分割ディスクの応力歪みも、隣の分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５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１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５の主として半径方向の撓みによって、リム２の周方向の広い範囲に亘る諸荷重が吸収されて運転の操舵感覚が安定する。

（５）分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５とリム２及び椀状板体３０との結合一体化において、分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５それぞれが相互に間隔を空けているので、特定の分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５に集中応力は働かず、強度の向上に寄与できる。

（６）分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５それぞれが相互に間隔を空けているので、分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５と他の部品との溶接の作業性が良好である。

（７）鉄系材で形成された分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５や、リム２、椀状板体３０を用いれば、軽合金製のものと比較して飛躍的なコスト低下を実現でき、しかもホイールキャップ４０を用いることにより、自在な意匠を得て、意匠性を向上した商品価値の高いものとすることができる。

（８）線状環状体２ｗは、ホイール１の最外側に位置させることができるため、ホイールキャップ４０の取付脚体としての掴持部品４１をその脚長が短いものとすることができ、ホイールキャップ４０をホイール１に対して強固に支持できる。

以上のごとく、この実施形態においては、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も達成でき、このため燃費改善や排ガス量削減を可能にし、しかも、低コストにもかかわらず商品価値の高いホイールの提供が実現できた。

実施形態のホイールを示す正面図。同じく断面図。同じく断面図。ホイールキャップが取付けられた状態を示す断面図。

符号の説明

１…ホイール、２…リム、２ｃ…切り落とし部、２ｆ…リムフランジ、２ｗ…線状環状体、１０…ディスク、３０…椀状板体、３１…取付ガイド孔、４０…ホイールキャップ、４１…掴持部品、４２…弾性部材、１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５…分割ディスク。

Claims

タイヤを装着し保持するリムと、ほぼ同一形状・寸度の分割ディスク複数個と、車軸挿通孔及びハブへの取付ガイド孔が設けられている椀状板体とにより構成されているホイールであって、複数個の分割ディスクのそれぞれは、互いに間隔を空けて配列されており、その外径側はリムと重合結合されており、内径側は前記椀状板体に重合結合されて一体化されたホイールであり、前記リムの端部にはリムフランジがカーリングされてなり、該カーリングされたリムフランジによって線状環状体が内包されており、かつ線状環状体の内包部分はその周方向における複数箇所にホイールキャップを装着するための切り落とし部が設けられ、前記切り落とし部によって露出された線状環状体に前記ホイールキャップが装着されることを特徴とするホイール。
分割ディスクとリム及び椀状板体とのそれぞれの重合結合は、機械的緊締であることを特徴とする請求項１に記載のホイール。
分割ディスクとリム及び椀状板体それぞれの重合結合は、溶接であることを特徴とする請求項１に記載のホイール。
分割ディスクとリム及び椀状板体とのそれぞれの重合結合は、溶接と機械的緊締の併用であることを特徴とする請求項１記載のホイール。
前記切り落とし部は、各分割ディスク間の位置に対応して配置されてい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。
ホイールキャップ裏面側の外径側及び内径側の２箇所それぞれの複数箇所に取付脚体を設け、外径側の取付脚体は前記線状環状体を掴持固定又は線状環状体に係止固定可能な機能を付与されており、他方、内径側の取付脚体は前記椀状板体の内径部に拡張係止可能な機能が付与されていることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一項に記載のホイール。