JP6781450B2 - How to manufacture vehicle wheels and vehicle wheels - Google Patents
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Description
本発明は、高い空力特性を有する車両用ホイール及び車両用ホイールの製造方法に関する。 The present invention relates to a vehicle wheel having high aerodynamic characteristics and a method for manufacturing the vehicle wheel.
従来、車両用ホイールにおける空力性能の向上を図るための技術として、主には車両用ホイールに取り付けたホイールカバーに関するものがあった。例えば、特許文献1には、ホイール本体の通気孔を通して車外方向へ流出する空気流れを整流するための環状のガイド面を形成したホイールカバーを、車両用ホイールに装着したものが開示されている。一方、特許文献2には、リムとディスクを分割して製作した2ピースホイールにおいて、ディスクの径方向外側に環状の周縁部を形成し、該周縁部の車外周縁部の表面を平坦に形成することで、車両走行時の空気抵抗を低下させるものが開示されている。
Conventionally, as a technique for improving aerodynamic performance of a vehicle wheel, there has been mainly a wheel cover attached to the vehicle wheel. For example, Patent Document 1 discloses a wheel cover in which an annular guide surface for rectifying an air flow flowing out of a vehicle through a vent of a wheel body is attached to a vehicle wheel. On the other hand, in
特許文献1の車両用ホイールでは、ホイールカバーは、裏面に形成した係止部をリム内周に嵌め込むことにより車両用ホイールに取り付けられる。そのため、ホイールカバーが車両走行中に他物の接触等の衝撃や振動を受けると脱落するおそれがあるという問題は残されていた。また、ホイールカバーは、多くが樹脂製であり、例えば軽合金製の車両用ホイールのような意匠性の高い質感を発揮させることは困難であった。 In the vehicle wheel of Patent Document 1, the wheel cover is attached to the vehicle wheel by fitting the locking portion formed on the back surface into the inner circumference of the rim. Therefore, there remains a problem that the wheel cover may come off if it receives an impact or vibration such as contact with another object while the vehicle is running. Further, most of the wheel covers are made of resin, and it is difficult to exhibit a highly designed texture such as a vehicle wheel made of a light alloy.
一方、特許文献2の2ピースホイールでは、ディスクの周縁部の裏面に第1突起部と第2突起部とを形成してこれら第1、第2の突起部をリムの車外側端部に接合することでディスクがリムに接合されている。そのため、第1、第2突起部を形成することや、第1、第2突起部の2か所で円周上に接合を施すことが必要な構造であり、製造の工数が増え、製造コストが高くなり、大量生産には向かないものであった。
On the other hand, in the two-piece wheel of
本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、ホイールカバーのような脱落のおそれや意匠性を損なうことなく空力性能の向上を図る構造を備える車両用ホイールを提供することを目的とする。また、このような構造の車両用ホイールを効率よく製造することが可能な製造方法を提供することも目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a vehicle wheel having a structure for improving aerodynamic performance without a risk of falling off or impairing design such as a wheel cover. To do. Another object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of efficiently manufacturing a vehicle wheel having such a structure.
本発明に係る車両用ホイールは、
リムとディスクを備えるホイール本体と、車両走行時のホイール表面側に流れる空気流を整流するための整流板とを備え、
前記整流板は、前記ディスクのデザイン面側のディスク外径領域を覆うリング板状に形成され、前記リムの車両外側部位のアウター側リムフランジに該整流板の外縁部が周方向に摩擦攪拌接合により接合され、該摩擦攪拌接合の始点又は終点の位置には摩擦攪拌接合の回転工具によるピン穴が存在し、このピン穴部分を該整流板を貫通して水抜き穴とするか、もしくは該ピン穴は封止して該整流板に別途水抜き穴が設けられ、
前記整流板は、さらに、空気充填用バルブ、エアセンサ類等の付属部品をリム又はディスクに外部から装着できるようにするための窓部が該整流板の一部を切り欠いて形成され、
前記窓部は、前記水抜き穴の形成位置とは別の前記摩擦攪拌接合の始点又は終点の位置に形成されているものである。
The vehicle wheel according to the present invention is
It has a wheel body with a rim and a disc, and a rectifying plate for rectifying the air flow on the wheel surface side when the vehicle is running.
The straightening vane is formed in a ring plate shape that covers the disc outer diameter region on the design surface side of the disc, and the outer edge portion of the straightening vane is friction stir welded to the outer rim flange of the vehicle outer portion of the rim in the circumferential direction. There is a pin hole by the rotary tool of the friction stir welding at the position of the start point or the end point of the friction stir welding, and this pin hole portion penetrates the straightening plate to be a drain hole, or the The pin hole is sealed and a separate drain hole is provided in the straightening vane .
The straightening vane is further formed with a window portion cut out from a part of the straightening vane so that accessories such as an air filling valve and air sensors can be attached to the rim or a disk from the outside.
The window portion is formed at a position of a start point or an end point of the friction stir welding, which is different from the position where the drain hole is formed.
また、本発明に係る車両用ホイールの製造方法は、
リムとディスクを備えるホイール本体と、車両走行時のホイール表面側に流れる空気流を整流するための整流板とを備え、
前記リムの車両外側部位のアウター側リムフランジに、別途形成されたリング板状の前記整流板を設けるにあたり、以下の工程を前記ディスクのデザイン面側から実施する方法であり、
前記整流板を前記ディスクのデザイン面側のディスク外径領域を覆うように前記アウター側リムフランジに嵌め合わせる工程と、
該嵌め合わせ部分に対して先端にピンを設けた回転工具を該整流板表面側から押し当てて該整流板の外縁部に沿って周方向に相対移動させて摩擦攪拌接合を施すことにより該整流板を前記アウター側リムフランジに接合する工程と、
該摩擦攪拌接合の始点又は終点の回転工具によるピン穴位置を穴加工するか、もしくは該ピン穴を封止して該整流板の所定の位置に別途穴加工して、該整流板を貫通する水抜き穴を形成する工程とを有し、
前記アウター側リムフランジと対面となるインナー側リムフランジにおいて、車両用ホイールのインナー側での整流効果を高めるとともに前記インナー側リムフランジの剛性向上を図るためのものであって前記リムの車両内側に配置されるブレーキ等の構造物と干渉しない大きさの内径穴を有するリング板状の整流板を配置し、回転工具を該整流板表面側から押し当て該整流板の外縁部に沿って周方向に相対移動させて摩擦攪拌接合を施すことにより該整流板の外縁部の全周を前記インナー側リムフランジに接合する工程を更に有するものである。
Further, the method for manufacturing a vehicle wheel according to the present invention is as follows.
It has a wheel body with a rim and a disc, and a rectifying plate for rectifying the air flow on the wheel surface side when the vehicle is running.
In providing the separately formed ring plate-shaped straightening vane on the outer rim flange of the vehicle outer portion of the rim, the following steps are carried out from the design surface side of the disc.
A step of fitting the straightening vane to the outer rim flange so as to cover the disc outer diameter region on the design surface side of the disc.
The rectification is performed by pressing a rotary tool having a pin at the tip against the mating portion from the surface side of the rectifying plate and relatively moving it in the circumferential direction along the outer edge of the rectifying plate to perform friction stir welding. The process of joining the plate to the outer rim flange,
The pin hole position by the rotary tool at the start point or the end point of the friction stir welding is drilled, or the pin hole is sealed and separately drilled at a predetermined position of the straightening vane to penetrate the straightening vane. possess and forming a drain hole,
In the inner rim flange facing the outer rim flange, the purpose is to enhance the rectifying effect on the inner side of the vehicle wheel and to improve the rigidity of the inner rim flange, and to the inside of the vehicle of the rim. A ring plate-shaped rectifying plate having an inner diameter hole having a size that does not interfere with the arranged structure such as a brake is arranged, and a rotary tool is pressed from the surface side of the rectifying plate in the circumferential direction along the outer edge of the rectifying plate. Further, it has a step of joining the entire circumference of the outer edge portion of the rectifying plate to the inner rim flange by performing friction stir welding by moving the rim flange relative to the inner side.
本発明に係る車両用ホイールによれば、アウター側リムフランジに整流板を設けることにより、ホイールカバーのような脱落のおそれや意匠性を損なうことなく空力性能の向上を図ることができる。また、本発明に係る車両用ホイールの製造方法によれば、このような車両用ホイールを効率よく製造することができる。 According to the vehicle wheel according to the present invention, by providing the rectifying plate on the outer rim flange, it is possible to improve the aerodynamic performance without the risk of falling off or impairing the design like the wheel cover. Further, according to the method for manufacturing a vehicle wheel according to the present invention, such a vehicle wheel can be efficiently manufactured.
(実施形態1)
図1、図2に示すように、実施形態1の車両用ホイール1は、リム2とディスク3とが一体に形成されたホイール本体10と、ホイール本体10のリムフランジ20に摩擦攪拌接合により接合されたリング板状の整流板5とを備えている。ホイール本体10は、軽合金製であり、例えばアルミニウム合金から形成されている。このホイール本体10は、鋳造ビレットを鍛造により一体成形してスピニング加工によりリム2を形成した鍛造ホイールであるが、これに限らず、鋳造型から形成した鋳造ホイールであってもよい。リム2は、円筒状の両端部に径方向外方へ延びるリムフランジ20が形成され、円筒状部分にリムフランジ20の内径側端部から連続してビードシート部23が形成され、車両外側部位ではビードシート部23から中央側にウエル部24が形成された構造を有する。ディスク3は、車両ハブと嵌合するハブ穴31と、ハブ穴31から外周方向に放射状に設けられた複数のスポーク部32とを備えている。スポーク部32は、リム2の内周面におけるウエル部24の部分に接続されている。従って、ディスク3の表面側であるデザイン面は、アウター側リムフランジ21よりも後方へ位置してホイール表面よりも内側へ配設された構造となっている。
(Embodiment 1)
As shown in FIGS. 1 and 2, the vehicle wheel 1 of the first embodiment is joined to the
整流板5は、径方向幅D1を有するリング板状部材(図3(b)参照)からなり、リム2の車両外側部位のアウター側リムフランジ21に接合されて車両走行時のホイール表面側に流れる空気流Aを整流するために設けられている。整流板5は、車軸方向に対して直交方向に延在して形成され、整流板5の表面51は、平坦に形成されている。また、整流板5には、空気充填用バルブやエアセンサ類等の付属部品4をリム2又はディスク3に外部から装着できるようにするための窓部56が整流板5の内径部の一部をU字状に切り欠いて形成されている。整流板5は、アウター側リムフランジ21の内径と略同じ大きさの外径Dを有し、ディスク3のデザイン面側のディスク外径領域を覆う大きさの径方向幅D1を有する(図2参照)。
The straightening
そして、整流板5の径方向幅D1は、狭いと空気整流効果が発揮されず、広いとデザイン面の多くを覆い隠して意匠性を低下させることから、整流板5の外径Dの5〜15%の寸法幅とするのが好ましい。すなわち、風洞解析の結果、整流板5の径方向幅D1が外径Dの5%以上となると、車両側面に流れる空気流Aはホイール表面での剥離が抑制されて層流となって流れる空気整流効果が良好に発揮され、整流板5の径方向幅D1が外径Dの15%まではこのような空力特性(空気整流効果)が向上されるものの径方向幅D1を外径Dの15%より大きくしても空力特性の向上率が小さくなっていた。従って、整流板5の径方向幅D1を整流板5の外径Dの5〜15%とすれば、空力特性が向上されるとともに、ディスク3のデザイン面の意匠性を確保することができる。
If the radial width D1 of the straightening
また、整流板5は、型成形、プレス成形等の公知の方法によりホイール本体10とは別途形成され、リム2のアウター側リムフランジ21に対して外縁部53が周方向に摩擦攪拌接合を施すことにより接合(接合部6)されている。整流板5の材質は、ホイール本体10と同材の軽合金で形成されるが、摩擦攪拌接合によってホイール本体10と接合できるものであれば、ホイール本体10とは異材の鉄等の各種の金属製の材料を使用することができる。
Further, the rectifying
また、整流板5には、摩擦攪拌接合の始点61又は終点62の位置に整流板5を貫通する水抜き穴12が設けられている。この水抜き穴12の形成にあたり、整流板5には、周方向に水抜き穴12となる複数の穴を予め形成し、これらの穴を摩擦攪拌接合の始点61又は終点62として利用し、摩擦攪拌接合後にバリ取り等の加工を施して水抜き穴12を形成してもよいし、また、本実施形態のように、整流板5の素材には、前記穴を形成することなく摩擦攪拌接合後に摩擦攪拌接合の始点61又は終点62の位置に穴加工を施して水抜き穴12を形成するようにしてもよい。
Further, the straightening
また、整流板5には、空気充填用バルブやエアセンサ類等の付属部品4をリム2又はディスク3に外部から装着できるようにするための窓部56を整流板5の内径部の一部を切り欠いて予め形成し、この窓部56も摩擦攪拌接合の始点61又は終点62の位置に利用することができる。なお、窓部56は、整流板5の外径部の一部を切り欠いて形成してもよい。また、窓部56は、予め整流板5には形成せずに、摩擦攪拌接合後に摩擦攪拌接合の始点61又は終点62の位置の部分に切削加工等により形成してもよい。
Further, the straightening
次に、図3〜図5を参照して、整流板5をホイール本体10のリム2に設ける方法について説明する。
なお、図3に示すように、リム2とディスク3とが一体構造のホイール本体10と、ホイール本体10とは別途形成されたリング板状の整流板5とを予め用意するが、これらホイール本体10と整流板5とは、未塗装の金属素材からなるものでもよいし、また、防蝕及び基調色の塗料で予め塗装されたものでもよい。予め塗装されたホイール本体10及び整流板5を用いることにより、整流板5で覆い隠されるディスク3のデザイン面の部分や整流板5の裏面54等にも容易に塗装が形成され、車両用ホイール1の防蝕性能が良好に確保される。
Next, a method of providing the straightening
As shown in FIG. 3, a
そして、用意したホイール本体10をマシニングセンタにセットして、このホイール本体10に対してリング板状の整流板5を嵌め合わせる(嵌め合わせ工程)。具体的に、図4(a)に示すように、整流板5は、ディスク3のデザイン面側のディスク外径領域を覆うようにアウター側リムフランジ21に嵌め合わせる。整流板5の嵌め合わせに際して、整流板5の表面51がアウター側リムフランジ21の表面21aと面一に配置されるように整流板5の外周端面52をアウター側リムフランジ21の内周面21bに突き合せるようにする。
Then, the
なお、予め塗装されたホイール本体10及び整流板5を用いる場合は、整流板5をホイール本体10に嵌め合わせる前に、整流板5及びアウター側リムフランジ21の嵌め合わせ部分の塗装を切削等により除去して金属素地を露出させる。これは、次の摩擦攪拌接合工程の際、接合部6に塗料成分が混入して接合強度の低下を来さないようにするためである。ただし、予め塗装されたホイール本体10及び整流板5として、塗装の際に前記嵌め合わせ部分にマスキングを施して塗装されないようにしたものを用いれば、前述のような嵌め合わせ部分の塗装除去作業は不要である。
When the
次いで、整流板5の嵌め合わせ部分に摩擦攪拌接合を施して整流板5をアウター側リムフランジ21に接合する(摩擦攪拌接合工程)。図4(a)、図5(a)(b)に示すように、摩擦攪拌接合は、先端にピンを設けた回転工具7をディスク3のデザイン面側から差し入れ、整流板5とアウター側リムフランジ21の突き合せ部分に対して回転工具7を整流板5の表面51側から押し当てて整流板5の外縁部53に沿って周方向に相対移動させて摩擦攪拌接合を行う。このとき、予め塗装されたホイール本体10及び整流板5を用いる場合、摩擦攪拌接合は、整流板5とアウター側リムフランジ21の接合部6にノズルNから水等の冷媒を噴き付けて冷却しながら行う(図5(a)参照)。これにより、摩擦攪拌接合時の摩擦熱によってホイール本体10及び整流板5の塗膜焼けを抑制して塗装の劣化を防止することができる。なお、摩擦攪拌接合時の回転工具7の操作は、整流板5の外縁部53を連続して一周させて1回の操作で整流板5の外縁部53の全周を完全に接合するようにしてもよいし、また、整流板5の外縁部53を断続的に一周させて複数回の操作で整流板5の外縁部53の全周を完全又は部分的に接合するようにしてもよい。
Next, the fitting portion of the straightening
また、回転工具7の操作において、摩擦攪拌接合の終点62の位置を接合部6の周上より少し内径側に配置させるようにする(図5(b)参照)。このとき、回転工具7の操作として、摩擦攪拌接合の始点61をオーバーラップさせてから内径側へ移動させてもよいし(図5(b)参照)、摩擦攪拌接合の始点61をオーバーラップさせないようにしてもよい。摩擦攪拌接合の始点61をオーバーラップさせるように回転工具7を操作すれば、周方向に接合部6を繋げることができる。なお、回転工具7の操作として、摩擦攪拌接合の始点61の位置も接合部6となる周上より少し内径側に配置させ、さらには、この内径側の摩擦攪拌接合の始点61の位置に摩擦攪拌接合の終点62の位置を略合致させるようにしてもよい。また、整流板5は、ホイール本体10に嵌め合わせる前に、水抜き穴12となる複数の穴を周方向の位置に予め形成したものを用い、これらの穴を摩擦攪拌接合の始点61又は終点62として利用するようにしてもよい。さらに、整流板5は、ホイール本体10に嵌め合わせる前に、空気充填用バルブ等の付属部品4をリム2又はディスク3に外部から装着できるようにするための窓部56を予め整流板5の内径部又は外径部の一部を切り欠いて形成したものを用い、この窓部56も摩擦攪拌接合の始点61又は終点62として利用するようにしてもよい。
Further, in the operation of the
そして、摩擦攪拌接合が完了すると、図4(b)、図5(b)に示すように、回転工具7の引き抜きにより摩擦攪拌接合の終点62の位置に残った回転工具7のピン穴63の部分に対して、ディスク3のデザイン面側からドリル8等の工具を差し入れて穴加工を施し整流板5を貫通する水抜き穴12を形成する(水抜き穴形成工程)。このとき、摩擦攪拌接合の終点62の位置が接合部6より少し内径側に配置されているので、水抜き穴12の穴加工の際にドリル8等の工具でリムフランジ20を傷付けないようにすることができる。なお、水抜き穴12は、摩擦攪拌接合の始点61の位置においても穴加工を施して形成するようにしてもよい。
Then, when the friction stir welding is completed, as shown in FIGS. 4 (b) and 5 (b), the
そして、水抜き穴12の形成後に、摩擦攪拌接合の接合部6や水抜き穴12における凹凸やバリ等をディスク3のデザイン面側から切削工具等を差し入れて機械加工を施し、表面を平坦に仕上げる。その後、摩擦攪拌接合部6や水抜き穴12部分等には、それら加工部分を覆うようにクリア塗装等を施すようにして耐候性を確保させる。
以上の工程により、アウター側リムフランジ21にリング板状の整流板5が一体に接合された車両用ホイール1が完成する。
Then, after the
Through the above steps, the vehicle wheel 1 in which the ring plate-shaped
以上より、本実施形態1の車両用ホイール1によれば、整流板5は、リム2の車両外側部位のアウター側リムフランジ21に接合され、車軸方向に対して直交方向に延在して形成されて表面51が平坦に形成されている。この整流板5は、ディスク3のデザイン面側のディスク外径領域を覆うように設けられ、ディスク3のデザイン面が整流板5よりも前面に突出されない位置に配置されている。これにより、図6、図7に示すように、車両走行時に車体の側面に流れる空気流Aは、整流板5によって車両ホイール表面での剥離が抑制されて層流となって流れる空気整流効果が発揮される。従って、ホイール表面における空気抵抗が低減されて空力特性に優れた車両用ホイール1が得られ、その結果、車両の燃費向上に貢献することができる。
From the above, according to the vehicle wheel 1 of the first embodiment, the straightening
整流板5は、ホイール本体10のアウター側リムフランジ21に摩擦攪拌接合によって一体に接合されているので、従来のホイールカバーのように車両走行中に脱落するおそれもない。また、整流板5は、リング板状に形成され、ディスク3のデザイン面の外径領域を覆うに過ぎないから、デザイン面の意匠性を損なうこともない。
Since the rectifying
整流板5には、外縁部53に周方向に沿って複数の水抜き穴12が設けられているので、整流板5の裏側に入り込んだ水がこれら水抜き穴12から排出されるから、走行中のホイールバランスを良好に保持することができる。しかも、これら水抜き穴12は、摩擦攪拌接合の始点61又は終点62の位置に形成されるので、摩擦攪拌接合時に形成される回転工具7のピン穴63の隠蔽処理にも利用できるという利点がある。
Since the rectifying
そして、整流板5をホイール本体10に設ける作業工程は、マシニングセンタにセットしたホイール本体10に対してディスク3のデザイン面側からすべて実施することができる。従って、ホイール本体10に整流板5を設ける作業が容易に行える。また、摩擦攪拌接合工程は、整流板5の外縁部53に沿った円周上の1か所の施工となるから、従来の2ピースホイール(特開2013−169842(特許文献2))のように第1、第2突起部の2か所の円周上に接合を施す場合に比べ、必要以上に工数を増やすことなく効率よく製造することができ、製造コストを抑えることができる。
Then, the work process of providing the straightening
また、軽合金製のホイール本体10は、熱処理されて金属組織が均質化されたものであるから、整流板5の接合をTIG等の一般的な溶接により行うと、ホイール本体10、特に整流板5を接合するリムフランジ20にて金属組織が変性するような高温の熱影響による強度低下や、高熱による金属表面の変色が懸念される。これに対して、本実施形態では、整流板5とアウター側リムフランジ21との接合を摩擦攪拌接合によって行うので、TIG溶接等の場合よりも低温の摩擦熱が加わる程度であるから、熱影響によってホイール本体10の金属組織が変性する心配もほとんどないし、熱によって金属表面が変色することもない。また、摩擦攪拌接合時に接合部6を冷却しながら回転工具7を押し当てることで、予め塗装されたホイール本体10及び整流板5を用いても塗膜焼けを抑制することができる。このことから、既存品の車両用ホイール1に対しても、後付けで、整流板5を設けることもできる。
Further, since the light
(実施形態2)
図8を参照して、実施形態2では、実施形態1と異なるところとして、アウター側リムフランジ21への整流板5の嵌め合わせは、整流板5における外縁部53の裏面54をアウター側リムフランジ21の表面21aに重ね合わせるようにする。次いで、この重ね合わせ部分に対して整流板5の外縁部53の表面51側に回転工具7を押し当てて摩擦攪拌接合を施して整流板5をアウター側リムフランジ21に接合するようにした構造とするものである。
以上より、実施形態2によれば、実質的に整流板5の板厚分がアウター側リムフランジ21の肉厚に加わることから、アウター側リムフランジ21の剛性強化がなされるという効果がさらに得られる。
(Embodiment 2)
With reference to FIG. 8, in the second embodiment, unlike the first embodiment, the fitting of the straightening
From the above, according to the second embodiment, since the plate thickness of the straightening
(実施形態3)
図9及び図10を参照して、実施形態3では、実施形態1と異なるところとして、ホイール本体10は、ディスク3のスポーク部32がリム2の内周面におけるリムフランジ20からビードシート部23の部分に接続する構造を有する。そして、このホイール本体10に整流板5を設けるにあたり、リム2のアウター側リムフランジ21の表面21a及びディスク3のスポーク部32を含むデザイン面に、整流板5の径方向幅D1と合致する幅で整流板5の板厚と合致する深さを有する環状の嵌合溝部11を周方向全周域にわたって切削等によって形成する(図9(a)(b)参照)。次いで、この嵌合溝部11に整流板5を嵌め合わせ(図9(b)参照)、この嵌め合わせ部分における整流板5の外縁部53の表面51側に対して回転工具7を押し当てて摩擦攪拌接合を施して整流板5をアウター側リムフランジ21に接合する(図10(a)参照)。また、この整流板5は、スポーク部32と重なり合った部分の内縁部55に対しても整流板5の表面51側から回転工具7を押し当てて摩擦攪拌接合を施してスポーク部32との間でも接合して一体化させる(図10(a)(b)参照)。なお、整流板5は、スポーク部32と重なり合った部分のスポーク部32の側縁当接部に対しても整流板5の表面51側から回転工具7を押し当てて摩擦攪拌接合を施すようにしてもよい。
(Embodiment 3)
With reference to FIGS. 9 and 10, in the third embodiment, unlike the first embodiment, the
以上より、実施形態3によれば、フルフェイスデザインの車両用ホイール1として、整流板5がアウター側リムフランジ21の内周部に配置され、この整流板5の内径部分にもスポーク部32が連接されて一体化された構造となる。すなわち、整流板5がディスク3と一体化されたデザイン面を構成し、一体感のある高い意匠性を有する車両用ホイール1が得られる。
From the above, according to the third embodiment, the straightening
また、図11に示す変形例のように、スポーク部32がリム2の内周面のウエル部24の部分に接続されたものにおいても図9及び図10に示すものと同様に整流板5をその外縁部53及び内縁部55にてアウター側リムフランジ21及びスポーク部32と摩擦攪拌接合して取り付け、スポーク部32の外周端部と整流板5との間に空洞Sが形成される構造とすることも可能である。なお、図11(a)(b)に付した符号は、図10(a)(b)と対応する。
図11(b)に示した変形例の場合、アウター側リムフランジ21が整流板5を介してスポーク部32と接続されることでアウター側リムフランジ21の剛性強化がなされるという効果がさらに得られる。また、この変形例では、図11(b)に示すように、図10(b)に示す構造と比べると、スポーク部32の外周端部には整流板5との間に空洞Sを有するので、この空洞Sの体積分の軽量化を図ることができる。
Further, as in the modified example shown in FIG. 11, even when the
In the case of the modified example shown in FIG. 11B, the effect that the rigidity of the
(実施形態4)
以上の各実施形態では、リム2のアウター側リムフランジ21において整流板5を設ける構成であるが、実施形態4は、さらにインナー側リムフランジ22にも同様にリング板状の整流板5a(図12(d)参照)を設ける構成とする。この場合、インナー側リムフランジ22に設ける整流板5aとしては、リム2の車両内側に配置されるブレーキやサスペンション等の構造物と干渉しない大きさの内径穴を有するものとし、タイヤを装着した車両用ホイール1の車軸への装着に支障を来さないようにする必要がある。
インナー側リムフランジ22への整流板5aの取り付け方法としては、アウター側リムフランジ21に整流板5を取り付ける場合と同様に、車両用ホイール1の外側より回転工具7を整流板5aの表面側から押し当て整流板5aの外縁部に沿って周方向に相対移動させて摩擦攪拌接合を施すことにより、インナー側リムフランジ22の内径部に整流板5aが設けられる。
(Embodiment 4)
In each of the above embodiments, the straightening
As a method of attaching the straightening
インナー側リムフランジ22に整流板5aを設けることで、車両フロア面ならびにフロントのエアダクト等からタイヤハウスに入り込む風の流れにも整流効果を発揮することができる。近年、低扁平タイヤ・大口径ホイールの流れは顕著であり、低扁平タイヤの場合はリムフランジ面とタイヤ側面がフラットに近く、高扁平タイヤに比べてタイヤ側面とリムフランジ面の面差異が少ない。従って、装着する車両のブレーキサイズ、サスペンション等の構造物との干渉がない範囲でインナー側リムフランジ22の内径を整流板5aを用いて小さくすることで整流効果が得られる。
By providing the rectifying
また、同時に、低扁平タイヤ・大口径ホイールになるにつれて、道路の段差等から車両用ホイールが受ける衝撃は大きくなりやすく、車両用ホイールには苛酷なことである。例えば、軽量化に重点を置いた車両用ホイールの場合、リム剛性も低くなりやすい。これを補うように、例えば、インナー側リムフランジの内径側に補強となるような突起T(図12(b)(c)参照)を施すことが考えられるが、製造上では突起の形成を考慮してホイール素材の余肉をより必要とし、さらには旋盤切削加工量も増えてしまう。これに対して、インナー側リムフランジ22の内径側に整流板5aを設けることで車両用ホイール1のインナー側での整流効果を兼ねた補強リングとしてリム剛性の向上を図ることができ、新規設計ホイールはもちろん既存設計のホイールに対しても効率的にリム剛性の向上が実現可能である。この剛性向上の効果を確かめるために以下の解析を行った。
At the same time, as the tires become lower flat and the wheels have a large diameter, the impact on the wheel of the vehicle tends to increase due to the step on the road, which is severe for the wheel of the vehicle. For example, in the case of a vehicle wheel that focuses on weight reduction, the rim rigidity tends to be low. To compensate for this, for example, it is conceivable to provide a protrusion T (see FIGS. 12 (b) and 12 (c)) to reinforce the inner diameter side of the inner rim flange, but the formation of the protrusion is considered in manufacturing. As a result, more excess wall material is required for the wheel material, and the amount of lathe cutting is also increased. On the other hand, by providing the rectifying
図12(a)から(d)に示す4種類のインナーリム形状を有する車両用ホイールの3次元形状データをそれぞれ作成の上、解析ソフトにて強度解析を行った。図12(a)が比較例1として内径側への突起を有しない形状(突起無)、図12(b)が比較例2として内径側に突出高さhが3.2mm、突起幅wが6.41mmの小さめの突起Tを形成した形状(突起小)、図12(c)が比較例3として内径側に突出高さhが4.2mm、突起幅wが9.25mmの大きめの突起Tを形成した形状(突起大)、そして図12(d)が本発明の実施例として内径側に突出長さLが18.2mm、板厚tが4mmの整流板5aを設けた形状とするものである。これら比較例1〜3及び実施例の各々の車両用ホイールは、上記インナー側リムの内径側の形状を除いて、ディスクデザインならびにアウター側リムからインナー側リムフランジまでは同一形状のホイール(リム径18インチ、リム幅13インチ)であって、アウター側リムフランジには同一形状の整流板5が設けられている。
強度解析では、車両用ホイールの回転周方向の90°範囲において、リム径方向(X方向)に加える縦荷重を10kN、リム幅方向(Z方向)に加える横荷重を15kNとする入力値とした。その結果を以下の表1に示した。なお、表1中のキャンバー剛性は、上記の縦荷重及び横荷重によって、車両用ホイールの回転軸方向が水平方向と一致したニュートラル位置からホイール上端がアウター側に傾くポジティブキャンバーの場合のキャンバー角を示したものである。
Three-dimensional shape data of a vehicle wheel having four types of inner rim shapes shown in FIGS. 12 (a) to 12 (d) were created, and strength analysis was performed using analysis software. FIG. 12A shows a shape having no protrusion on the inner diameter side as Comparative Example 1 (no protrusion), and FIG. 12B shows Comparative Example 2 having a protrusion height h of 3.2 mm and a protrusion width w on the inner diameter side. A shape in which a small protrusion T of 6.41 mm is formed (small protrusion), FIG. 12 (c) shows a large protrusion with a protrusion height h of 4.2 mm and a protrusion width w of 9.25 mm on the inner diameter side as Comparative Example 3. The shape in which T is formed (large protrusion), and FIG. 12 (d) is a shape in which a
In the strength analysis, the vertical load applied in the rim radial direction (X direction) was set to 10 kN, and the lateral load applied in the rim width direction (Z direction) was set to 15 kN in the 90 ° range in the rotation circumferential direction of the vehicle wheel. .. The results are shown in Table 1 below. The camber rigidity in Table 1 is the camber angle in the case of a positive camber in which the upper end of the wheel tilts toward the outer side from the neutral position where the rotation axis direction of the vehicle wheel coincides with the horizontal direction due to the above vertical load and lateral load. It is shown.
表1の結果より、ホイール重量は、当然ながら比較例1が最軽量であり、順に比較例2、比較例3、実施例と増加したが、実施例の重量増(420g増)は500g以下に抑えられた。強度面については車両装着・走行時のコーナリングにおける荷重を想定した項目であるが、キャンバー剛性、インナーリム変位のいずれの項目も突起無の比較例1を基準に比較して、比較例2、比較例3ともに変位量が減少して剛性が改善傾向にあるが、実施例での変位量の減少は格段に顕著であった。すなわち、実施例では、突起無の比較例1と比較するとキャンバー剛性ならびにX方向のインナーリム変位はほぼ半減し、Z方向のインナーリム変位は約30%減となっていることがわかる。なお、実施例でもZ方向のインナーリム変位は他の項目に比べて差が大きくないのはホイールリム幅方向(Z方向)の形状がインナー側リムフランジを除き、比較例2及び3と同一形状のためである。
本結果から同一材料の車両用ホイールであればインナーリム剛性にはフランジ形状が寄与し、インナー側リムフランジの内径側を絞るような形状ほど剛性が高く、実施例のように整流板5aを設けることで最も剛性が高くなることが判明した。インナー側リムフランジの内径側に突起Tをホイールリム一体で製作するには素材段階からの材料投入増ならびに切削における加工量が多くなるが、実施例のように別部品として整流板5aを用意すれば、インナー側リムフランジに接合する必要は生じるものの、突起無の比較例1と大差ない材料投入量及び加工工程で大幅な剛性改善を実現できる。
なお、このインナー側リムフランジ22の整流板5aにおいても、アウター側リムフランジ21の整流板5と同様に適宜、水抜き穴を設けることで水溜まりによる走行時のバランス不良を抑止できる。
以上より、インナー側リムフランジ22に整流板5aを設けることで、車両用ホイール1のインナー側での整流効果を高め空力特性を向上することができ、さらには脆弱となりがちなインナー側リムフランジ22の剛性向上を図ることができ、よって、車両走行性能を一段と安定することが可能となる。
本発明は、以上の実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で各種の変更を施すことができる。
From the results in Table 1, the wheel weight was naturally the lightest in Comparative Example 1, and increased in order from Comparative Example 2, Comparative Example 3, and Example, but the weight increase (420 g increase) in Example was 500 g or less. It was suppressed. Regarding the strength, the items assume the load in cornering when mounted on the vehicle and running, but both the camber rigidity and the inner rim displacement are compared based on Comparative Example 1 without protrusions, and Comparative Example 2 and comparison. In both Examples 3, the displacement amount decreased and the rigidity tended to improve, but the decrease in the displacement amount in the Examples was remarkably remarkable. That is, it can be seen that in the examples, the camber rigidity and the inner rim displacement in the X direction are almost halved, and the inner rim displacement in the Z direction is reduced by about 30% as compared with Comparative Example 1 without protrusions. Even in the examples, the difference in the displacement of the inner rim in the Z direction is not larger than that of other items. The shape in the wheel rim width direction (Z direction) is the same as that of Comparative Examples 2 and 3 except for the inner rim flange. Because of.
From this result, if the wheel is made of the same material for a vehicle, the flange shape contributes to the inner rim rigidity, and the shape that narrows the inner diameter side of the inner rim flange has higher rigidity, and the rectifying
As with the straightening
From the above, by providing the rectifying
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.
1 車両用ホイール
2 リム
3 ディスク
5,5a 整流板
6 接合部
7 回転工具
8 ドリル
10 ホイール本体
11 嵌合溝部
12 水抜き穴
20 リムフランジ
21 アウター側リムフランジ
22 インナー側リムフランジ
23 ビードシート部
24 ウエル部
31 ハブ穴
32 スポーク部
56 窓部
61 始点
62 終点
63 ピン穴
A 空気流
N ノズル
1 Wheel for
Claims (2)
前記整流板は、前記ディスクのデザイン面側のディスク外径領域を覆うリング板状に形成され、前記リムの車両外側部位のアウター側リムフランジに該整流板の外縁部が周方向に摩擦攪拌接合により接合され、該摩擦攪拌接合の始点又は終点の位置には摩擦攪拌接合の回転工具によるピン穴が存在し、このピン穴部分を該整流板を貫通して水抜き穴とするか、もしくは該ピン穴は封止して該整流板に別途水抜き穴が設けられ、
前記整流板は、さらに、空気充填用バルブ、エアセンサ類等の付属部品をリム又はディスクに外部から装着できるようにするための窓部が該整流板の一部を切り欠いて形成され、
前記窓部は、前記水抜き穴の形成位置とは別の前記摩擦攪拌接合の始点又は終点の位置に形成されている車両用ホイール。 It has a wheel body with a rim and a disc, and a rectifying plate for rectifying the air flow on the wheel surface side when the vehicle is running.
The straightening vane is formed in a ring plate shape that covers the disc outer diameter region on the design surface side of the disc, and the outer edge portion of the straightening vane is friction stir welded to the outer rim flange of the vehicle outer portion of the rim in the circumferential direction. There is a pin hole by the rotary tool of the friction stir welding at the position of the start point or the end point of the friction stir welding, and this pin hole portion penetrates the straightening plate to be a drain hole, or the The pin hole is sealed and a separate drain hole is provided in the straightening vane .
The straightening vane is further formed with a window portion cut out from a part of the straightening vane so that accessories such as an air filling valve and air sensors can be attached to the rim or a disk from the outside.
The window portion is a wheel for a vehicle formed at a position of a start point or an end point of the friction stir welding different from the position where the drain hole is formed.
前記リムの車両外側部位のアウター側リムフランジに、別途形成されたリング板状の前記整流板を設けるにあたり、以下の工程を前記ディスクのデザイン面側から実施する方法であり、
前記整流板を前記ディスクのデザイン面側のディスク外径領域を覆うように前記アウター側リムフランジに嵌め合わせる工程と、
該嵌め合わせ部分に対して先端にピンを設けた回転工具を該整流板表面側から押し当てて該整流板の外縁部に沿って周方向に相対移動させて摩擦攪拌接合を施すことにより該整流板を前記アウター側リムフランジに接合する工程と、
該摩擦攪拌接合の始点又は終点の回転工具によるピン穴位置を穴加工するか、もしくは該ピン穴を封止して該整流板の所定の位置に別途穴加工して、該整流板を貫通する水抜き穴を形成する工程とを有し、
前記アウター側リムフランジと対面となるインナー側リムフランジにおいて、車両用ホイールのインナー側での整流効果を高めるとともに前記インナー側リムフランジの剛性向上を図るためのものであって前記リムの車両内側に配置されるブレーキ等の構造物と干渉しない大きさの内径穴を有するリング板状の整流板を配置し、回転工具を該整流板表面側から押し当て該整流板の外縁部に沿って周方向に相対移動させて摩擦攪拌接合を施すことにより該整流板の外縁部の全周を前記インナー側リムフランジに接合する工程を更に有する車両用ホイールの製造方法。
It has a wheel body with a rim and a disc, and a rectifying plate for rectifying the air flow on the wheel surface side when the vehicle is running.
In providing the separately formed ring plate-shaped straightening vane on the outer rim flange of the vehicle outer portion of the rim, the following steps are carried out from the design surface side of the disc.
A step of fitting the straightening vane to the outer rim flange so as to cover the disc outer diameter region on the design surface side of the disc.
The rectification is performed by pressing a rotary tool having a pin at the tip against the mating portion from the surface side of the rectifying plate and relatively moving it in the circumferential direction along the outer edge of the rectifying plate to perform friction stir welding. The process of joining the plate to the outer rim flange,
The pin hole position by the rotary tool at the start point or the end point of the friction stir welding is drilled, or the pin hole is sealed and separately drilled at a predetermined position of the straightening vane to penetrate the straightening vane. possess and forming a drain hole,
In the inner rim flange facing the outer rim flange, the purpose is to enhance the rectifying effect on the inner side of the vehicle wheel and to improve the rigidity of the inner rim flange, and to the inside of the vehicle of the rim. A ring plate-shaped rectifying plate having an inner diameter hole having a size that does not interfere with the arranged structure such as a brake is arranged, and a rotary tool is pressed from the surface side of the rectifying plate in the circumferential direction along the outer edge of the rectifying plate. A method for manufacturing a wheel for a vehicle, further comprising a step of joining the entire circumference of the outer edge portion of the rectifying plate to the inner rim flange by relatively moving the wheel to the rim flange.
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