JPS5967103A - デイスクホイ−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は各種車両においてタイＶを保持するためのデ
ィスクホイールに関するものである。

一般にディスクホイールは第１図に示（゛如くタイヤ１
が嵌め込まれるリム部２と図示しないハブに取付けられ
るディスク部３とを溶接等により接合もしくは一体成形
した構成とされている。このようなディスクホイールに
おいては、タイヤ１のビード部４の先端部が接するビー
ド部５からビード部４の側面が接する耳部６にかけての
部分に、タイヤビード部４によるかじりやゴミの侵入等
による摩耗が生じ易く、またその部分にはコーナーリン
グ時の９イドフオースやタイヤの縁石当りによって大き
な繰返し荷重が加わるため、疲労によるクラックが生じ
易いから、これらの部分には耐摩耗性が大きいことおよ
び強度が大きいことが要求される。

ところで最近では自動車の車体重ａｎ串化等を目的とし
て、ディスクホイールにアルミニウム合金やマグネシウ
ム合金等の軽合金材料を使用することが多くなっている
。この種の軽合金材料は、従来ディスクホイールに多く
使用されていた鋼材料と比較して一般に耐摩耗性や強度
が低い。そこで軽合金材料をディスクホイールに使用す
る場合には、従来はリム部等を厚肉化してその強度を高
めたり、またリム部表面に塗装を施したりあるいはショ
ットピーニング等の表面処理を施して耐摩耗性を向上さ
せたりする手段がとられていた。しかしながら厚肉化し
た場合にはディスクホイールの重量が大きくなり、また
その回転モーメントが大きくなって、軽合金材料を用い
た本来の目的である軽量化にそぐわなくなる問題があり
、また耐摩耗性向上のために塗装や表面処理を流しても
その効果はさほど大きくなく、充分な耐摩耗性が得られ
ないばかりでなく、ディスクホイール製造工程も複雑化
してコスト高となる問題があった。

この発明は以上の事情に鑑みてなされたもので、軽合金
材料の持つ軽量性を生かしつつ、しかもリム部のビード
シート部から耳部にかけての耐摩耗性や強度を向上させ
たディスクホイールを提供することを目的とするもので
ある。

すなわちこの発明のディスクホイールは、基本的にはリ
ム部における少なくともビードシー１・部から耳部にか
けての部分を、軽合金材料とｌｌ雑とを複合一体化した
複合材料で構成することによって、前記部分の耐摩耗性
向上や強度向上を図ったものである。

以下この発明のディスクホイールについてさらに詳細に
説明する。

この発明のディスクホイールにおいては、前述のように
要はリム部の少なくともビードシート部から耳部にかけ
ての部分が軽合金材料と繊維とを複合一体化した複合材
料で構成されていれば良い。

例えば第２図に示ずようにリム部２の全体形状を軽合金
材料で作り、かつそのビードシート部５　ｈ）ら耳部６
にかけての部分に繊Ｎ８を複合化した構成、換言すれば
ビードシート部５からの４部６にかけての部分のみを複
合材料とし、リム部２の工の他の部分は複合化けずに軽
合金材料の方によって１１っだ構成としても良い。また
もちろんリム部２の全体を複合材料Ｃ構成１ノでも良い
し、あるいはリム部２のウェル底部１０を除いた部分を
複合材料とｊノ、ウェル底部″１０を軽ｉ′￥金材料の
力で構成しても良い。なお、第２図の例ではリム部２と
ディスク部３とを別体に成形して、両者を溶接等により
接合した構成となっているが、もちろんりｌ＼部２ど１
４７９部３どを一体に成形しても良い。

またディスク部３の材料は任意であり、リム部２と同様
に複合材ｌ’ｌで構成しても、また軽合金材料のみによ
って構成しても良い。

前記複合材ｌｐＩに使用される繊維の望ましい種類や望
ましい配向等は、前述の目的のうち、耐摩耗性向上を主
体とするか、あるいは強度向上を主体とするかによって
若干異なる。そこでこれらの目的別に１！雑の種類や配
向を説明する。

先ず、主として耐摩耗性を向上させる場合について説明
すると、この場合には繊維としてセラミック系を主体と
する短繊維もしくはボイス力を用いることが望ましい。

そして各種の短繊維もしくはボイス力のうちでも、アル
ミナ（八Ｑ２０ａ）ＷＧ織繊維シリカ−アルミナ（Ｓｉ
　０２　−八ｉ！２０３　）短ｍ維、炭化ケイ素（Ｓｉ
　Ｃ）小イス力、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）ボイス力、
！Ａ素知繊帷等を使用ずろことが望ましく、これらのう
メうでも特にアルミナ繊維が耐摩耗性向」二に最も有効
であり、その他の短ｍ帷もしくはホイスカは、上記のダ
ｊ挙順に耐摩耗性向上効果が小さくなる。また耐摩耗性
を向上させるためには、繊維の配向が＠要であり、第３
図の矢印△、Ｂ、Ｃで示づ−ようにり１１部２の板面に
鉛直な方向にｌｌｉ維８を配向させることがリム部２の
板面に加わる摩耗作用に対し最も有効である。

この場合、複合材料中における実質的に全ての繊紐がリ
ム部２の板面に鉛畔となるように一方向に配向させるこ
とが最も望ましいが、リム部２の板面に鉛直な方向の繊
維が含まれるように、リム部２の板面の鉛直な任意の而
（例えばリム部の半１￥方向に平行でかつ板面に平行な
面、あるいはリム部の円周方向に沿いかつ板面に平行な
面等）方向の２次元ランダムに配向させても相当（こ優
れた耐摩耗性が１ａられる。このほか、第４図に示（よ
うにリム部２の板面と平行な面方向に２次元ランダムに
配向させても相当程度の耐摩耗性向上効果が得られ、特
にこの場合には後述するように強度も相当程度に優れる
ことから、耐摩耗性と強度の両者を向上させたい場合に
最適である。前述のように短繊維もしくはボイス力を用
いて主として耐摩耗性を向上させる場合、複合材料中に
占める繊維の割合は体積比で３〜４０％程度とすること
が望ましい。３％程度未満では充分な耐摩耗性向上効果
を彎ることが困難であり、逆に４０％を越えれば著しく
機械加工性が変化するため、実際上の使用が困難となる
。

次に主として強度向上を目的とする場合について説明す
ると、この場合は複合材料中の繊維としては、長４１Ｎ
（連続１１ｆｔ）、短繊維、ボイス力のいずれも使用可
能である。これらのうち、短Ｐｌｉｕもしくはボイス力
とＬノでは、具体的にはＳｉＣホイスカ、Ｓｉ３Ｎ４ホ
イスカ、アルミナ長繊維等を使用１°ることが望ましく
、まにこＩｔらの知粘帷、ボイス力のうちでも特にＳｉ
　ＣホイスカやＳｉ３Ｎ４ホイス）ｙが強度向上に最も
有効であり、このほかの短楳訂ｆもしくはボイス力は、
上記の列苧順に強度向上効果が小さくなる。まｔ−この
（Ｊか、ステンレスｍ等の金属短繊維もしくはボイス力
も強度向」−に有効である。一方長繊維としては、具体
的には高強度炭素繊維、ボロン（Ｂ）長繊維１、高弾性
炭素ｍ緒、アルミナ長繊維、Ｓｉ　Ｃｖ！玲に雑等を使
用覆ることが望ましく、これらのうちでも炭素系長繊維
、ボロン繊維が強度向上に最も有効である。

ディスクホイール使用時におけるコーナーリングフォー
ス等によりリム部２に加わる力は、第１図矢印Ｆで示す
ように耳部６をビードシー１〜部４から折曲げる方向の
繰返しｌ心力であって、そのため４部６とビードシート
部４との間の位＠■・１近に円周方向に沿って割れが発
生しやづいという事実に基いて１強度向上を主目的とづ
る場合の繊維の配向方向が決定される。１Ｊなわらリム
部２の車軸方向に（′ｒＪなわち軸線に向う方向に）８
紺が配向されている場合に上述のような割れの発生が最
も有効に防止され、リム部強度向上の最も有効となる。

しかしながら、同時にリム円周方向の剛性向上も有効で
ある。具体的には、短りａ雑もしくは小イス力を用いる
場合には、リム部２の車軸方向に一方向に配向させるこ
とが強度向上に最も有効であり、また少なくとも車軸方
向に配向した繊維を含むように、車軸方向翰を含む任意
の面（例えば板面ど平行な面）方向の２次元ランク１１
に配向させても、相当強度の強度向上効果が（ｑられる
。また長１ｔ［ｔを使用づる場合に、第５図に示づにう
にリム部２の半径方向に一方向に配向させるか、あるい
は円周方向にて対称となるように長繊維を交差積層しで
も良い。また前述のように強度向上を主目的とづる場合
、複合材料中に占める繊維の割合は、体積比で１５・〜
７０％程度とジることが望ましい。１５％程度１メ下で
は強度向上が不充分でｄ５す、一方７０％を越えるよう
に復合化ｑ−ることは工業的に困難となる。

以上、主として耐摩耗性向ドを■ろ用台と、二１モとし
て強度向上を図る場合とに分ＩＪ　Ｃ説明したが、主と
して耐摩耗性向Ｆを図る場合；こおいで説明した態様に
おいてもある程度の強度向上が達成され、また逆に主と
して強度向上召図る場合の態様でもある程度の耐摩耗性
向」−が達成さねイ）こと（，１勿Ｆ８Ｃ゛ある。そし
て特に繊１１［として短線ξ「ちしり（３！ボイスカ、
例えばＳｉＣホイスカ、Ｓｉ３Ｎ４ボイス力、アルミナ
短繊維等を用い、これを２次元ランダム、特にり１１部
の板面に平行な面方向（、二２次元うンクムに配向させ
た場合に、強度と耐摩耗１゛°１の画表がともに相当程
度に優れたディスクホイールが行られる。

次にこの発明のディスクホーｆ°−ルの１ｌｉ４Ｊ　造
方法について説明すると、先ず第１の方法としては、第
６図に示づように予め所定の形状、例えばリム部の形状
に成形された繊維成形体１０を高圧鋳造用鋳型１１内の
所定位置、ｔなわち軽合金材料ど複合一体化するべき部
分に配置し１、その状態で型内にアルミニウム含金溶湯
もしくはマグネシラｊ、含金溶湯を注渇し、かつぞの溶
湯に加圧プランジャ１２により５００　ｋ！＋、’ｃｎ
ｉ’　＝−１５００にワ７・０４程度の高圧を加えて所
謂高圧鋳造を行うことにより含金溶湯を前記綴組成形隊
の各庫１紺間の窄隙に密（二充填させ、合金溶湯凝固後
に型から取外し、適宜熱処即ヤ〕什上加工を行う方法が
ある。また前記高圧鋳造の代りに型を＾速て回転さけて
遠心力により含金溶湯を繊麓間の空隙に充填させる遠心
力む方法や、そのほか加圧鋳造法も適用可能である。ま
た繊維とし゛Ｃクロスを使用づる場合も同様にそのクロ
スを詩型内の所定位置に配置して高圧鋳造法、遠心詩造
法、その他加圧紡造法を適用することができる。

なお繊維成形体を製造づる方法は枦々考えられるが、例
えば短繊維もしくはボイス力によってリム部の板面と平
行な方向に２次元ランダムな繊維成形体を（ｑるために
は、第７図に示すように容器１３中にボイス力もしくは
短繊維の懸濁液１４を収容し、リム部の表面形状に対応
する形状のメツシュ側面１５を有する有底中空状の網状
体１Ｇをその懸濁液中に浸漬し、その網状体１６内の液
を吸引することによって前記ボイス力もしくは短繊維を
網状体１６のメツシュ側面１５に吸引集積させ、その後
メツシュ側面から取外して乾燥させる方法が好適である
。

また繊維として短１１維もしくはボイス力を使用する場
合には、前述のようにｍ雑を予め所定形状に成形してお
く代りに、鋳型内面の所定位置にその短繊維もしくはホ
イスカを吹付けもしくは塗布しておき、その状態で前記
同様な高圧鋳造、遠心鋳造、その他加圧鋳造法を適用し
て軽合金材＄１１と複合一体化しても良い。

さらに前記同様に短ｍ帷もしくはボイス力を使用する場
合、その短繊維もしくはボイス力を予め軽合金溶湯に混
合させておき、その混合溶湯を遠心鋳造しても良く、こ
の場合遠心力によって比重の大きい短ｉｌｌもしくはボ
イス力が回転中心外側に位置するリム部に集り、リム部
の複合が可能となる。

また、複合材料における繊麗の割合が大きい場合には、
半溶融加工によってこの発明のディスクホイールを製造
することができる。すなわち繊維と軽合金材料を複合化
したブロックを作成しておき、これを軽合金材！′！ｌ
が溶融開始づる温度に加熱しＣその状態で所定の形状に
加圧成形し、凝固させることによって複合材からなるリ
ム部、あるいはディスクホイールを製造覆ることができ
る。

以下この発明の実施例を記す。

実施例 直径０．５νｍ、長さ１５０戸のＳｉ　Ｃボイス力を、
コロダイルシリ力溶液中に懸濁゛させ、撹拌しながら第
７図に示すような網状体１６を通じて濾過吸引すること
によって自動車用ディスクホイールのリム部形状に体積
率３０％で成形した。これを網状体から取外して１２０
℃にて３時間乾燥させた。

続いてこのｍ維成形体を８００°Ｃ【こ予ｅ　Ｌ　Ｔ、
第６図に示寸ようにＩ［ｆｔ成形体１０を高圧鋳造ｎ１
ｙ＝型１１内に収容し、７６０−にのアルミニウム含金
溶渇（ＪＩＳ　　ＡＣ４Ｇ）を注湯し１こ杼ン、ＩＩＩ
日−用ブランジャー１２によって１５００ｋ（１，、／
ｃイのＪｌｒｌ圧力で加圧し、凝固まで保持した。１ｑ
られＩこｆイスク小、ｒ−ル粗型材を１−６処狸によっ
てを♂処理した後切削加工しＣ１５，５Ｊ　Ｘ　１４の
ディスク１１入−１′−ルとした。

このようにして得られ）ごディスク４（イール、りなわ
ちリム部がその板１ｍと平行な方向（こ２　ｉ’Ｋ　ｉ
ＬクランムなＳｉ　Ｃホイスｒ〕ｔこよ−）（褐含強１
ヒさＪ″Ｌ　／：　’ｉ′ルミニウム合金製ディスクホ
イールは、その１）爪部の肉厚が４ｍｍｔ’あって、従
来のアルミニｆ″）ム合金製ホイールのリム部肉厚６’
ｈ１ｍと比較して２′、３であるにもかかわらず、従来
のアルミニウノへ合金製ディスクホイールと同等以にの
強度を有することがＪΔＳＯ基準によるドラム耐久試験
（こよって確認された。またこのディスクホイールの重
ｒｆｔｉｔ、従来のアルミニウム合金製ブイスクホーイ
ール（但し、リム部肉厚が（３ｍｍである点部外は同一
の１法、形状）よりも約１に！１軽罎化された。さらに
、ビードシート部から耳部にかけての部分、りなわらタ
イヤのビード部ど接触する部分も、はとんど摩耗が認め
られなかった。

以上の説明で明らかなようにこの発明のディスクホイー
ルは、リム部の少なくともじ一トシー１〜部から耳部へ
かけての部分を、軽合金材料ｔ３Ｊ：び繊維を複合一体
化してなる複合材で構成することによって、リム部の耐
摩耗性おにび強度を従来の軽合金製ディスクホイールよ
りも大幅に向上さＵることができたもｅあり、したがっ
て従来の軽信金材１ｊｌ￥Ｊディスクホイールと比較し
て格段に薄肉化して軽量化を図ることができ、しかし薄
肉化しても充分な強度と耐摩耗性を維持し゛（、充分な
耐久性を得ることができる顕著な効果を有ツるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第゛１図は従来のディスクホイールの一例を示す縦断側
面図、第２図はこの発明のディスクホイールの一例を示
す縦断側面図、第３図から第５図まではそれぞれこの発
明のディスクホイールのリム部におけるｉｌｔの配向の
例を示すための要部拡大断面斜視図、第６図はこの発明
のディスクホイールを高圧鋳造法により製造する場合の
例を示す鋳型の縦断側面図、第７図はこの発明のディス
クホイールの製造に用いられる懺雑成形体を製造する方
法の一例を示す切欠斜視図である。 １・・・タイヤ、　２・・・リム部、　５・・・ビード
シー１一部、　６・・・耳部、　８・・・繊維。 出願人　　トヨタ自ｉ！ｌｌ車株式会社代理人　　弁理
士　豊　１）武　久 （ほか１名） 第１図 第２゛図 第５図 第６図 ｔ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）タイヤが嵌め込まれるリム部を備えたディスクホ
   イールにおいて、前記リム部における少なくともヒート
   シート部から耳部にかけての部分が、軽合金材料と繊維
   とを複合一体化してなる複合材ｒ１によって形成されて
   いることを特徴とするディスクホイール。
2. （２）前記リム部の全体が前記複合材Ｉ＋によって構成
   されている特許請求の範囲第１項記載のディスクホイー
   ル。
3. （３）前記リム部の全体形状が軽合金材料で作られ、そ
   のリム部におけるビードシー１〜部から耳部にかけての
   部分のみにｌｌＮが複合化されている特許請求の範囲第
   １項記載のディスクホイール。
4. （４）前記＄１１が、リム部の板面に対し鉛直な方向に
   配向されている特許請求の範囲第１項記載のディスクホ
   イール。
5. （５）前記ＩＩＩとして長繊維が用いられ、かつその繊
   維がリム部の板面と平行な面内に積層されている特許請
   求の範囲第１項記載のディスクホイール。
6. （６）前記繊維として短繊維もしくはボイス力が用いら
   れ、かつその繊維がリム部の板面と平行な面内において
   ２次元ランダムに配向されている特許請求の範囲第１項
   記載のディスクホイール。