JP6312415B2 - 車両用ホイール - Google Patents

Description

本発明は、剛性が高く、薄肉化も可能なリムを備えた２ピース型のスチール製車両用ホイールに関する。

２ピース型のスチール製車両用ホイールは、略円筒形状のリムと、略円盤形状のディスクとを備えている。リムは、帯板を丸めてその両端を溶接された円筒体を、ロール成形することにより得られる。ディスクは、平板を絞り成形することにより得られる。

上記リムは、 車両から遠い軸方向外側から車両に近い軸方向内側に向かって順に、外側フランジ部と外側ビードシート部とレッジ部とドロップ部と内側ビードシート部と内側フランジ部を有しており、全体にわたってほぼ均一な厚さを有している。
上記ドロップ部は上記外側及び内側のビードシート部とレッジ部より小径をなしており、一般的には、このドロップ部の内周に上記ディスクの周縁部が溶接により固定されている。

ところで、ディスクをリムに溶接すると、この溶接によりリム形状に歪みが生じる。この歪みは真円度の低下をもたらし、高速走行時の振動の原因となる。特にディスクから遠いリムの軸方向内側の端部は最も大きく歪むため、この歪みを許容レベル内に抑えるのに必要な剛性を確保しなければならない。
また、タイヤ装着状態で車両用ホイールに径方向の荷重が付与された場合、ディスクから遠いリムの軸方向内側の端部はディスクによる荷重負担の寄与度が小さいため、最も大きく撓む。この撓みを許容レベル内に抑えるためも、リムの軸方向内側の端部の剛性を高める必要がある。

上記リムの軸方向内側の端部の剛性を高めるためにリム全体の板厚を厚くすると、リムのドロップ部、レッジ部では必要以上に過度に厚くなり、車両用ホイール全体の重量が増大してしまう。

特許文献１に開示された２ピース型のスチール製車両用ホイールでは、外側及び内側のフランジ部を２重にすることにより、リムの両端部の剛性を高め、リムの厚肉化を回避している。
特許文献２に開示された２ピース型のスチール製車両用ホイールでは、内側ビードシート部とドロップ部の間に配されたレッジ部の中間部を薄肉にして軽量化を図るとともに、この薄肉部を径方向内方向に突出させて薄肉部とレッジ部の他の部位との境に一対の小さな段差を形成し、この段差によりリムの軸方向内側の端部の剛性の向上を図っている。

特開２００１−２５９７６９号公報 特表２０１１−５１８１３５号公報

しかし、特許文献１の車両用ホイールのようにフランジ部を２重にするのは成形上困難でありコストの上昇を招く。
また、特許文献２の車両用ホイールでは、薄肉部の段差が小さく（リム板厚より小さく）、しかもこれら段差がリムの軸方向内側の端部から離れているので、軸方向内側の端部の剛性を十分に向上させることができない。

本発明は、上記課題を解決したもので、
車両から遠い軸方向外側から車両に近い軸方向内側に向かって順に、外側フランジ部と外側ビードシート部とドロップ部とレッジ部と内側ビードシート部と内側フランジ部を有し、上記ドロップ部が上記外側及び内側のビードシート部とレッジ部より小径をなすリムと、
上記リムにおいてその軸方向の中央より外側に偏った部位の内周に周縁部が固定されたディスクと、
を備えた２ピース型のスチール製車両用ホイールにおいて、
上記レッジ部の軸方向内側の端に、上記レッジ部からリムの径方向内方向に突出する環状の補強成形部が形成されており、この補強成形部の突出高さがリム板厚より大きいことを特徴とする。

上記構成によれば、リムの軸方向内側の端部に近い位置に形成されリム板厚より大きく突出した補強成形部により、この軸方向内側の端部の剛性を十分に高めることができる。

好ましくは、上記内側ビードシート部の軸方向外側の端に、径方向外方向に突出する環状のハンプ部が形成されており、このハンプ部と上記補強成形部が連なっている。

本発明の他の態様では、
車両から遠い軸方向外側から車両に近い軸方向内側に向かって順に、外側フランジ部と外側ビードシート部とドロップ部と内側ビードシート部と内側フランジ部を有し、上記ドロップ部が上記外側及び内側のビードシート部より小径をなすリムと、
上記リムにおいてその軸方向の中央より外側に偏った部位の内周に周縁部が固定されたディスクと、
を備えた２ピース型のスチール製車両用ホイールにおいて、
上記内側ビードシート部には、この内側ビードシート部からリムの径方向内方向に突出する環状の補強成形部が形成され、この補強成形部の突出高さがリム板厚より大きいことを特徴とする。

上記構成によれば、補強成形部をビードシート部に設けたので、リムの軸方向内側の端部の剛性をより一層高めることができる。

好ましくは、上記補強成形部は径方向外側に開口する凹溝を画成し、この凹溝の幅が上記リム板厚以下である。
この構成によれば、内側ビードシート部とタイヤのビード部との摩擦接触面積を十分に確保することができる。

好ましくは、上記補強成形部の径方向内方向への突出高さが、上記リム板厚の３倍以上である。
この構成によれば、リムの軸方向内側の端部の剛性をより一層高くすることができる。

本発明によれば、リムの軸方向内側の端部の剛性を高めることができるため、ディスク溶接時に生じるリムの歪みを抑えて高い真円度を確保でき、高速走行時の振動発生を抑えることができる。また、リムの軸方向内側の端部の径方向荷重による撓みを抑えることができ、耐荷重性も向上させることができる。
換言すれば、従来の車両用ホイールと同程度の剛性を得るのに必要とするリム板厚を薄くすることができ、車両用ホイールの軽量化を図ることができる。

本発明の第１実施形態をなす車両用ホイールの要部縦断面図である。 本発明の第２実施形態をなす車両用ホイールの要部縦断面図である。 本発明の第３実施形態をなす車両用ホイールの要部縦断面図である。 本発明の第４実施形態をなす車両用ホイールの要部縦断面図である。

以下、本発明の第１実施形態に係わる２ピース型のスチール製車両用ホイールについて、図１を参照しながら説明する。車両用ホイール１は、略円筒形状のリム１０と略円盤形状のディスク２０とを備えている。

上記リム１０は、帯板を丸めてその両端を溶接して円筒体を得た後、この円筒体をロール成形することにより得られるものであり、軸方向外側（車両用ホイール１を車両に装着した状態で車両から遠い側）から、軸方向内側（車両用ホイール１を車両に装着した状態で車両に近い側）に向かって順に、外側フランジ部１１ａと、外側ビードシート部１２ａと、外側ハンプ部１３ａと、ドロップ部１４と、レッジ部１５と、内側ハンプ部１３ｂと、内側ビードシート部１２ｂと、内側フランジ部１１ｂを有している。
リム１０は全体にわたってほぼ均一な厚さを有している。

上記一対のビードシート部１２ａ，１２ｂはタイヤ（図示しない）のビード部を載せ、一対のフランジ部１１ａ，１１ｂはこれらビード部を保持し、一対のハンプ部１３ａ，１３ｂは、これらビード部の横ずれを防止する。
上記ドロップ部１４は、ビードシート部１２ａ，１２ｂおよびレッジ部１５より径が小さく、タイヤ装着の過程で、タイヤのビード部が一時的に入り込む凹所を提供する。

上記ディスク２０は平板を絞り成形することにより得られ、周縁にフランジ部２１を有している。このフランジ部２１（周縁部）を上記リム１０のドロップ部１４に嵌合して、その内周に溶接することにより、ディスク２０がリム１０に固定されている。ディスク２０の固定箇所はリム１０の軸方向中央（幅方向中央）より外側に偏っている。

本実施形態では、上記レッジ部１５の軸方向内側の端に、上記内側ハンプ部１３ｂと連なるようにして補強成形部１７が形成されている。この補強成形部１７はレッジ部１５から径方向内方向に突出し、断面Ｕ字状をなす。この補強成形部１７は、リム１０の径方向外側から見ると凹んでおり、環状の凹溝１７ａとなっている。

上記補強成形部１７のレッジ部１５の内周からの突出高さ（レッジ部の外周からの凹溝１７ａの深さ）は、リム１０の板厚より大きく、好ましくはリム板厚の３倍以上であり、より好ましくは５倍以上である。但し、ディスクブレーキ部品とは干渉しない高さである。本実施形態ではリム１０の板厚は全体にわたって均等であるが、部位によって差異がある場合には、補強成形部１７の突出高さと比較されるべきリム板厚は平均板厚とする。
上記凹溝１７ａの幅は、特に限度はないが、上記ビードシート部１２ａ，１２ｂの幅より狭いことが望ましい。

なお、上記補強成形部１７は、円筒体をロール成形してリム１０を成形する工程で、同時に成形することができる。

上記構成によれば、径方向に突出する環状の補強成形部１７をレッジ部１５の軸方向内側の端、すなわちレッジ部１５においてディスク２０から最も遠い位置に設けたこと、およびこの補強成形部１７の突出量を大きくしたので、内側ビードシート部１２ｂおよび内側フランジ部１１ｂを含むリム１０の軸方向内側の端部の剛性を高めることができる。
換言すれば、従来構成と同程度の剛性を得るためのリム１０の板厚の薄くすることができ、車両用ホイール１の軽量化を図ることができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。各実施形態において先行する実施形態に対応する構成部には同番号を付す。
図２に示す第２実施形態では、内側ビードシート部１２ｂの軸方向内側の端に補強成形部１８が形成されている。この補強成形部１８は内側フランジ部１１ｂに連なっている。

上記補強成形部１８の突出高さは第１実施形態と同程度である。内側ビードシート部１２ｂとタイヤのビード部との摩擦接触面積を十分に確保するために、補強成形部１８の凹溝１８ａの幅をリム板厚以下にする。より好ましくは、凹溝１８ａの幅を実質的にゼロにする、すなわち補強成形部１８の両側の壁を接するようにする。

本実施形態では、凹溝１８ａの開口端において、内側ビードシート部１２ｂの端と内側フランジ部１１ｂとを全周にわたって溶接し、この溶接部Ｗにタイヤのビード部を受けるＲ面を形成しているが、この溶接部Ｗは無くてもよい。

上記補強成形部１８は次のようにして得られる。第１実施形態と同様に円筒体をロール成形してリム１０を成形する工程で、第１実施形態の補強成形部１７に似た断面Ｕ字状の原形部を成形し、この後でリム１０の両端から軸方向に圧縮荷重をかけるか、この原形部の両側から圧縮荷重をかけることにより、原形部を軸方向に潰し補強成形部１８を得る。

上記第２実施形態では、補強成形部１８が第１実施形態の補強成形部１７よりもさらにディスク１０から離れているので、リム１０の軸方向内側の端部の剛性をより一層高めることができる。

本発明者の解析によれば、上記第１、第２実施形態における補強成形部１７，１８の突出高さが増大するとリム１０の剛性がリニアに高くなる（後述する径方向荷重に対する変形量がリニアに低減される）。したがって、上記リム１０内に配置されるブレーキシステムと干渉せず成形が可能であれば、補強成形部１７，１８の突出高さは高いほど良い。

次に、従来の車両用ホイールと、これと同サイズの上記第１、第２実施形態の車両用ホイールについて、ＪＩＳ Ｄ４１０３に規定される半径方向負荷耐久試験を利用して下記の実験シミュレーション（ＦＥＭソフトウエア：ＲＡＤＩＯＳＳ，アルテアエンジニアリング製）を行った。リム板厚は表１〜表３に示す通りであり、補強成形部１７，１８の突出高さは１０ｍｍである。
リムの両フランジ部に径方向に２．０ＫＮの荷重を加え、その直径の変化（フランジ部変形量）を測った。

従来の車両用ホイールの実験シミュレーション結果は下記の通りである。

第１実施形態の車両用ホイールの実験シミュレーション結果は下記の通りである。

第２実施形態の車両用ホイールの実験シミュレーション結果は下記の通りである。

上記表１〜３から次のことが明らかである。
第１実施形態の車両用ホイールでは、リム板厚が同じ（２．３ｍｍ）であれば、第１実施形態の方が従来よりリム変形量を小さくすることができ（剛性を高めることができ）、第２実施形態ではより一層リム変形量を小さくすることできる。
また、従来と同程度の剛性を得るために、第１実施形態ではリム板厚を２．３ｍｍから１．８ｍｍまで減じることができ、ディスクを含めた車両用ホイール全体の軽量化率を１１％にすることができる。第２実施形態ではリム板厚を２．３ｍｍから１．２ｍｍまで減じることができ、ディスクを含めた車両用ホイール全体の軽量化率を２５％にすることができる。

図３に示す第３実施形態では、第１実施形態の補強成形部１７と第２実施形態の補強成形部１８の両方を有している。
図４に示す第４実施形態では、補強成形部１８が内側ビードシート部１２ｂの中間部に形成されている。この補強成形部１８は、想像線で示すように、内側ビードシート部１２ｂの軸方向外側の端（内側ハンプ部１３ｂ側の端）に形成してもよい。

本発明は、上記実施形態に制約されず、種々の態様を採用することができる。上記実施形態のリムにおいて、レッジ部を省いてもよい。同様に、ハンプ部を省いてもよい。
上記実施形態ではディスクはドロップ部に固定したが、外側ビードシート部に固定してもよい。
補強成形部を内側ビードシート部のみならず外側ビードシート部にも形成してもよい。

本発明は、２ピース型のスチール製車両用ホイールのリム構造に適用することができる。

１０ リム
１１ａ 外側フランジ部
１１ｂ 内側フランジ部
１２ａ 外側ビードシート部
１２ｂ 内側ビードシート部
１３ａ 外側ハンプ部
１３ｂ 内側ハンプ部
１４ ドロップ部
１５ レッジ部
１７，１８ 補強成形部
１７ａ，１８ａ 凹溝
２０ ディスク

Claims (4)

1. 車両から遠い軸方向外側から車両に近い軸方向内側に向かって順に、外側フランジ部と外側ビードシート部とドロップ部と内側ビードシート部と内側フランジ部を有し、上記ドロップ部が上記外側及び内側のビードシート部より小径をなすリムと、
   上記リムにおいてその軸方向の中央より外側に偏った部位の内周に周縁部が固定されたディスクと、
   を備えた２ピース型のスチール製車両用ホイールにおいて、
   上記内側ビードシート部には、この内側ビードシート部からリムの径方向内方向に突出する断面Ｕ字形で環状をなす補強成形部が形成され、この補強成形部の突出高さがリム板厚より大きく、
   上記補強成形部は径方向外側に開口する凹溝を画成し、この凹溝の幅が上記リム板厚以下であることを特徴とする車両用ホイール。
2. 上記リムは、上記ドロップ部と上記内側ビードシート部との間にレッジ部を有し、
   上記レッジ部の軸方向内側の端に、上記レッジ部から上記リムの径方向内方向に突出する断面Ｕ字形で環状をなす他の補強成形部が形成されており、当該他の補強成形部の突出高さがリム板厚より大きいことを特徴とする請求項１に記載の車両用ホイール。
3. 上記内側ビードシート部の軸方向外側の端に、径方向外方向に突出する環状のハンプ部が形成されており、このハンプ部と上記他の補強成形部が連なっていることを特徴とする請求項２に記載の車両用ホイール。
4. 上記補強成形部の径方向内方向への突出高さが、上記リム板厚の３倍以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用ホイール。

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