(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルト穴を有する樹脂製のボルト締結部に金属製のインサート材が埋設されたディスクホイールであって、
前記インサート材は、前記ボルト締結部の樹脂材に対向する対向面と、前記対向面のうち前記ボルト締結部の樹脂材に接着された接着領域と、前記対向面のうち前記ボルト締結部の樹脂材に接着されることなく所定隙間を隔てて対向するように前記接着領域から延出し且つ当該樹脂材の変形時の荷重を当該樹脂材に当接して受ける非接着領域と、を含む、ディスクホイール。
【請求項３】
請求項１に記載のディスクホイールであって、
前記ボルト穴の複数がディスクホイール周方向に環状配置され、各ボルト穴に対応する前記ボルト締結部の樹脂材に前記インサート材が個別に割り当てられている、ディスクホイール。
【請求項４】
請求項３に記載のディスクホイールであって、
円筒状のリムと、前記リムに接合された円盤状のディスクと、前記ディスクのうち車軸ハブに対向し前記ボルト穴を有するハブ部と、を備え、当該ボルト穴に前記車軸ハブに設けられた締結用ボルトが挿通される、ディスクホイール。
【請求項５】
請求項４に記載のディスクホイールであって、
前記ディスクは、前記ハブ部から放射状に延出する複数のスポーク部を備え、
各ボルト穴に割当てられた前記インサート材は、前記ハブ部の中空部分から前記スポーク部の中空部分にわたって配置されるとともに、当該ボルト穴の一部を構成するように前記ハブ部の中空部分における配置領域に貫通形成された貫通穴を備える、ディスクホイール。
【請求項６】
請求項１又は３に記載のディスクホイールであって、
円筒状のリムと、前記リムと別体に構成された円盤状のディスクと、前記ディスクのうち前記ボルト穴を有する縁部と、を備え、当該ボルト穴に前記リムと前記ディスクを互いに締結するための締結用ボルトが挿通される、ディスクホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤが装着されるディスクホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１２−３５５６８号公報、特開２００２−２９３１０４号公報及び特開昭６０−８２４０２号公報にはいずれも繊維強化プラスチックなどの樹脂材からなるディスクホイールが開示されている。このディスクホイールでは、樹脂材を用いることによって軽量化を図る一方で、ボルト穴を有する樹脂製のボルト締結部に金属製のインサート材を埋設することによって当該ボルト締結部の強度を確保しようとしている。
【発明の概要】
【０００３】
この種のディスクホイールでは、その成形時に樹脂材とインサート材を接着するのが一般的であるが、この場合、樹脂材とインサート材との熱膨張係数の相違によって、ディスクホイール成形後に樹脂材に過大な残留応力（熱歪応力）が生じる。従って、この残留応力の影響を小さくするために樹脂材とインサート材との接着領域の大きさを抑える必要がある。一方で、樹脂材とインサート材との接着領域の大きさを抑えると、車両走行時に受ける過大な荷重によってボルト締結部が変形し易くなるため、ボルト締結部の強度を確保するのが難しくなるという問題が生じる。特に、インホイールモータを搭載する車輪のように大型の車軸ハブを有する車輪に対しては、ディスクホイールのボルト締結部が大径化するため上記の問題がより顕著になる。
【０００４】
そこで、本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、ボルト穴を有する樹脂製のボルト締結部に金属製のインサート材が埋設されたディスクホイールにおいて、ボルト締結部の樹脂材の成形後の残留応力の影響を抑え、且つボルト締結部における必要強度を確保するのに有効な技術を提供することである。
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明に係るディスクホイールでは、ボルト穴を有する樹脂製のボルト締結部に金属製のインサート材が埋設されており、インサート材は、対向面、接着領域及び非接着領域を含む。対向面は、ボルト締結部の樹脂材に対向する。接着領域は、ボルト締結部の樹脂材に接着されている。非接着領域は、ボルト締結部の樹脂材に接着されることなく接着領域から延出して当該樹脂材の変形時の荷重を受ける機能を果たす。この場合、インサート材は、対向面の全体がボルト締結部の樹脂材には接着されないため、ディスクホイール成形後の樹脂材の残留応力の影響を抑えることができる。一方で、非接着領域が変形時の樹脂材を支持することができるため、接着領域の大きさが減少することによって生じる強度低下をこの非接着領域の支持構造によって補うことができる。その結果、ボルト締結部の樹脂材とインサート材との接着領域を減らしても、ボルト締結部における必要強度を確保することができる。
【０００６】
本発明に係るディスクホイールの更なる形態では、インサート材の非接着領域は、ボルト締結部の樹脂材に所定隙間を隔てて対向し、樹脂材の変形時に当該樹脂材に当接するのが好ましい。これにより、ボルト締結部の樹脂材の変形量に応じて当該樹脂材を支持するタイミングを調整することができ、樹脂材の変形を許容しつつ必要なときにのみ当該樹脂材の荷重を受ける構造を実現できる。
【０００７】
本発明に係るディスクホイールの更なる形態では、ボルト穴の複数がディスクホイール周方向に環状配置され、各ボルト穴に対応するボルト締結部の樹脂材にインサート材が個別に割り当てられているのが好ましい。これにより、複数のボルト穴に共通の１つのボルト締結部の樹脂材に１つのインサート材を割り当てる場合に比べて、樹脂材とインサート材との接着領域の大きさを減少させることができ、ディスクホイール成形後の樹脂材の残留応力の影響を抑えることができる。
【０００８】
本発明の更なる形態のディスクホイールは、円筒状のリムと、リムに接合された円盤状のディスクと、ディスクのうち車軸ハブに対向しボルト穴を有するハブ部と、を備え、当該ボルト穴に車軸ハブに設けられた締結用ボルトが挿通されるのが好ましい。これにより、ディスクホイールのディスクのうち特にハブ部に設けられたボルト締結部について、ディスクホイール成形後の樹脂材の残留応力の影響を抑え、且つ必要強度を確保することができる。
【０００９】
本発明の更なる形態のディスクホイールでは、ディスクは、ハブ部から放射状に延出する複数のスポーク部を備えるのが好ましい。各ボルト穴に割当てられたインサート材（「分割インサート材」ともいう）は、ハブ部の中空部分から各スポーク部の中空部分にわたって配置されるとともに、当該ボルト穴の一部を構成するようにハブ部における配置領域に貫通形成された貫通穴を備えるのが好ましい。この場合、車軸ハブに設けられた締結用ボルトは、各ボルト穴に挿入されるときに各インサート材（分割インサート材）の貫通穴に挿入される。その結果、締結用ボルトとナットとの締結を利用して、各インサート材をボルト締結部に固定することができる。
【００１０】
本発明の更なる形態のディスクホイールは、円筒状のリムと、リムと別体に構成された円盤状のディスクと、ディスクのうちボルト穴を有する縁部と、を備え、当該ボルト穴にリムとディスクを互いに締結するための締結用ボルトが挿通されるのが好ましい。これにより、ディスクホイールのディスクのうち特に縁部に設けられたボルト締結部について、ディスクホイール成形後の樹脂材の残留応力の影響を抑え、且つ必要強度を確保することができる。
【００１１】
以上のように、本発明によれば、ボルト穴を有する樹脂製のボルト締結部に金属製のインサート材が埋設されたディスクホイールにおいて、ボルト締結部の樹脂材の成形後の残留応力の影響を抑え、且つボルト締結部における必要強度を確保することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態のディスクホイール１０１の平面図である。
【図２】図１中のディスクホイール１０１のボルト締結部１１０のＡ−Ａ線に関する断面構造を示す図である。
【図３】図２中のディスクホイール１０１のボルト締結部１１０において樹脂材１１１の変形状態を模式的に示す図である。
【図４】別実施の形態のディスクホイール２０１の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１には、本発明に係るディスクホイール１０１が示されている。このディスクホイール１０１にタイヤＴが装着されることによって、車両に装着される車輪Ｗが構成される。ディスクホイール１０１は、タイヤＴを保持するための円筒状のリム１０２と、リム１０２に接合された円盤状のディスク１０３とを備えている。即ち、このディスクホイール１０１は、所謂「１ピース構造」を有する。ディスク１０３は、更に車軸ハブ（図示省略）に取付けられるハブ部１０４と、このハブ部１０４から放射状に延出するスポーク部１０５とを備えている。このディスク１０３は、スポーク部１０５を備えていないタイプのディスクであってもよい。ハブ部１０４には、ディスク１０３の周方向（ディスクホイール周方向）に環状に同軸配置された複数のボルト締結部１１０が設けられている。各ボルト締結部１１０には、車軸ハブに設けられた複数の締結用ボルト１０７のそれぞれが挿通されるボルト穴１０６が設けられている。このため、各ボルト締結部１１０では、締結用ボルト１０７がボルト穴１０６に挿通された状態でナットによって締結される。ここでいうボルト穴１０６及びボルト締結部１１０がそれぞれ、本発明の「ボルト穴」及び「ボルト締結部」に相当する。なお、インホイールモータの駆動力によって駆動される車輪Ｗの場合、車軸ハブの大型化によってディスクホイール１０１のボルト締結部１１０が大径化し、ハブ部１０４のＰ．Ｃ．Ｄ．（図１中のピッチ円Ｃの直径）が例えば１５０〜２５０［ｍｍ］の範囲から適宜に設定される。
【００１５】
ディスクホイール１０１は、樹脂材としての炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を主体に構成されており、ディスク１０３の複数のボルト締結部１１０のそれぞれに金属製のインサート材（「分割インサート材」ともいう）１２０が個別に割り当てられて埋設されている。このインサート材１２０が本発明の「インサート材」に相当する。各インサート材１２０は、ボルト穴１０６を有するハブ部１０４の内部（中空部分）からスポーク部１０５の内部（中空部分）にわたって配置されている。インサート材１２０は、典型的にはアルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽合金によって構成される。これにより、樹脂材によってディスクホイール１０１の軽量化を図るとともに、インサート材１２０によってボルト締結部１１０の強度を高めるのに有効である。
【００１６】
ここでいう「炭素繊維強化プラスチック」とは、炭素繊維を樹脂によって成形した材料である。この場合、「炭素繊維」の典型例として、ＰＡＮプリカーサー（ポリアクリロニトリル繊維）を炭素して得られるＰＡＮ系炭素繊維や、ピッチプリカーサー（コールタール又は石油重質分を原料として得られるピッチ繊維）を炭素化して得られるピッチ系炭素繊維が挙げられる。炭素繊維複合材を用いてディスクホイール１０１を成形する場合、典型的にはオートクレーブ成形を用いることができる。具体的には、プリプレグ（炭素繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた半硬化状態のシート状成形用中間材料）からなる樹脂層をそれぞれ貼り付けた２つの金型でインサート材１２０を挟みつつ、内包された空気や揮発物をオートクレーブ内で真空除去し、加熱・加圧して硬化させることができる。この場合、各樹脂層とインサート材１２０は、両者間に所定の接着剤を介在させることによって接着され、或いは接着剤を用いることなく成形時の加熱によって直接的に接着される。
【００１７】
上記ディスク１０３のボルト締結部１１０の断面構造については図２が参照される。なお、図２及びその他の図面において矢印Ｘ１は車輪Ｗの車両外側を示し、図中の矢印Ｘ２は車輪Ｗの車両内側を示している。また、矢印Ｙ１は車輪Ｗの径方向内側を示し、図中の矢印Ｙ２は車輪Ｗの径方向外側を示している。従って、矢印Ｘ１，Ｘ２に沿った第１方向がディスクホイール１０１のホイール幅方向になり、また矢印Ｙ１，Ｙ２に沿った第２方向がディスクホイール１０１のホイール径方向になる。
【００１８】
ボルト締結部１１０は、ディスクホイール１０１のホイール幅方向に関し炭素繊維複合材（ＣＦＲＰ）からなる層状の２つの樹脂材１１１，１１２（「アウタ側樹脂層１１１」及び「インナ側樹脂層１１２」ともいう）を有する。これら２つの樹脂材１１１，１１２は、空間部１１３を隔てて対向配置されており、この空間部１１３にインサート材１２０が介装されている。この場合、空間部１１３に発泡材等が設けられてもよいし、或いはこの空間部１１３がインサート材１２０以外の介在物を含まない中空空間であってもよい。各ボルト締結部１１０のボルト穴１０６は、２つの樹脂材１１１，１１２のそれぞれに貫通形成された貫通穴と、これらの貫通穴に連通するようにインサート材１２０に貫通形成された貫通穴とによって構成されている（図２参照）。この場合、インサート材１２０の貫通穴は、締結用ボルト１０７が挿通されるボルト穴の一部を構成している。即ち、締結用ボルト１０７のためのボルト穴が樹脂材１１１，１１２及びインサート材１２０の双方に設けられている。このため、車軸ハブに設けられた各締結用ボルト１０７は、各ボルト穴１０６に挿入されるときに各インサート材（分割インサート材）の貫通穴に挿入される。その結果、各締結用ボルト１０７とナットとの締結を利用して、各インサート材１２０を各ボルト締結部１１０に固定することができる。
【００１９】
また２つの樹脂材１１１，１１２は、それぞれがインサート材１２０に接着されている。具体的には、インサート材１２０の一方の対向面（表面）１２１には、樹脂材１１１に接着された接着領域１２１ａと、この接着領域１２１ａから樹脂材１１１に接着されることなくディスクホイール１０１のホイール径方向外側（図２中の矢印Ｙ２の方向）に延出する非接着領域１２１ｂが設けられている。即ち、インサート材１２０の一方の対向面１２１では、そのホイール径方向内側の領域は樹脂材１１１に接着される接着領域１２１ａとして構成されているのに対して、そのホイール径方向外側の領域は樹脂材１１１に接着されない非接着領域１２１ｂとして構成されている。従って、樹脂材１１１の対向領域１１１ａは、そのホイール径方向内側の領域においてインサート材１２０の接着領域１２１ａに接着されているが、そのホイール径方向外側の領域においては接着領域１２１ａから延出する非接着領域１２１ｂには接着されていない。特にインサート材１２０の非接着領域１２１ｂは、ディスクホイール１０１のホイール幅方向に関し樹脂材１１１の対向領域１１１ａに所定隙間１３０を隔てて対向している。この所定隙間１３０は、介在物が介装されていない中空空間として構成されている。同様に、インサート材１２０の他方の対向面（裏面）１２２には、樹脂材１１２に接着された接着領域１２２ａと、この接着領域１２２ａから樹脂材１１２に接着されることなくディスクホイール１０１のホイール径方向外側（図２中の矢印Ｙ２の方向）に延出する非接着領域１２２ｂが設けられている。即ち、インサート材１２０の他方の対向面１２２では、そのホイール径方向内側の領域は樹脂材１１２に接着される接着領域１２２ａとして構成されているのに対して、そのホイール径方向外側の領域は樹脂材１１２に接着されない非接着領域１２２ｂとして構成されている。従って、樹脂材１１２は、そのホイール径方向内側の領域においてインサート材１２０の接着領域１２２ａに接着されているが、そのホイール径方向外側の領域においては接着領域１２２ａから延出する非接着領域１２２ｂには接着されていない。特にインサート材１２０の非接着領域１２２ｂは、ディスクホイール１０１のホイール幅方向に関し樹脂材１１２の対向領域１１２ａに密着しつつ対向している。ここでいう対向面１２１，１２２、接着領域１２１ａ，１２２ａ及び非接着領域１２１ｂ，１２２ｂがそれぞれ、本発明の「対向面」、「接着領域」及び「非接着領域」に相当する。
【００２０】
ここで、樹脂材１１１，１１２はいずれもインサート材１２０に比べて熱膨張係数（特には、線膨張係数）が大きく、この熱膨張係数の相違によって上記の成形時に加熱された後で樹脂材１１１，１１２のそれぞれに過大な残留応力（熱歪応力）が生じる。そこで、本実施の形態では、インサート材１２０の対向面１２１，１２２のうちの接着領域１２１ａ，１２２ａのみが樹脂材１１１，１１２のそれぞれに部分的に接着されるように構成している。即ち、インサート材１２０は、対向面１２１，１２２の全体が樹脂材１１１，１１２には接着されない。その結果、インサート材１２０と樹脂材１１１，１１２のそれぞれとの接着領域の大きさ（接着長さや接着面積）を抑えることができ、ディスクホイール成形後に樹脂材１１１，１１２に生じる残留応力の影響を抑えることができる。
【００２１】
一方で、インサート材１２０と樹脂材１１１，１１２のそれぞれとの接着領域の大きさが減少すると、ボルト締結部１１０の必要強度を得るのが難しい。アウタ側の樹脂材１１１では、図３が参照されるように、インサート材１２０の非接着領域１２１ｂに対向する対向領域１１１ａが車両走行時に受けるホイール幅方向の荷重によって矢印Ｘ２（白抜き矢印の方向）に撓み変形し易いため、この対向領域１１１ａの変形時の強度低下が懸念される。そこで、本実施の形態では、インサート材１２０の非接着領域１２１ｂは、アウタ側の樹脂材１１１の対向領域１１１ａの変形時の荷重を受ける（即ち、対向領域１１１ａを支持する）機能を果たす。同様に、インサート材１２０の非接着領域１２２ｂは、インナ側の樹脂材１１２の対向領域１１２ａの変形時の荷重を受ける（即ち、対向領域１１２ａを支持する）機能を果たす。この場合、樹脂材１１１，１１２とインサート材１２０との接着領域の大きさが減少することによって生じる強度低下を、この非接着領域１２１ｂ，１２２ｂによる対向領域１１１ａ，１１２ａの支持構造によって補うことができる。その結果、特にディスク１０３のうちのハブ部１０４に設けられたボルト締結部１１０について、樹脂材１１１，１１２とインサート材１２０との接着領域を減らしても、ボルト締結部１１０における必要強度を確保することが可能になる。
【００２２】
また、このインサート材１２０の非接着領域１２１ｂは特に、アウタ側の樹脂材１１１の対向領域１１１ａが矢印Ｘ２に所定量撓み変形したときにこの対向領域１１１ａに当接して、対向領域１１１ａの変形時の荷重を受ける機能を果たす。この場合、樹脂材１１１の変形量に応じて当該樹脂材１１１を支持するタイミングを調整することができ、樹脂材１１１の変形を許容しつつ必要なときにのみ当該樹脂材１１１の荷重を受ける構造を実現できる。
【００２３】
なお、インホイールモータを搭載した車輪Ｗや車軸ハブが大型の特殊な車輪では、ハブ部１０４のＰ．Ｃ．Ｄ．が通常の車輪を上回る値（例えば、１５０〜２５０［ｍｍ］の範囲から選択された値）に設定される場合があり、樹脂材１１１及びインサート材１２０の接着領域の大きさ（特には、接着領域の周方向の長さ）が拡張する。そこで、このような場合には、図１が参照されるように各ボルト穴１０６に対応するボルト締結部１１０の樹脂材１１１にインサート材１２０を個別に割り当てる構造（分割インサート構造）を採用するのが好ましい。これにより、複数のボルト穴１０６に共通の１つのボルト締結部の樹脂材に１つのインサート材１２０を割り当てる場合に比べて、樹脂材１１１とインサート材１２０との接着領域の大きさを減少させることができ、ディスクホイール成形後の樹脂材１１１の残留応力の影響を抑えることができる。一方で、この分割インサート構造を採用することで生じるボルト締結部１１０の強度低下は、インサート材１２０の非接着領域１２１ｂの前述の支持構造によって改善されるため問題ない。また、ハブ部１０４が大径化した場合には樹脂材１１１の対向領域１１１ａが車両走行時に受けるホイール幅方向の荷重が大きくなるが、インサート材１２０の非接着領域１２１ｂがこの荷重を確実に受けることによって対処することができる。
【００２４】
ここで、上記のディスクホイール１０１を、「１ピース構造」から「２ピース構造」或いは「３ピース構造」に変更した場合について図４を参照しつつ説明する。なお、図４において図１に示す要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付している。この変更例に係るディスクホイール２０１では、リム１０２とディスク１０３が別体に構成され、これらリム１０２とディスク１０３を互いに締結するための締結用ボルト（「ピアスボルト」ともいう）１０９は、ディスク１０３の縁部１０３ａに設けられたボルト穴１０８に挿通される。縁部１０３ａには、ディスク１０３の周方向（ディスクホイール周方向）に環状に同軸配置された複数のボルト締結部２１０が設けられており、ボルト穴１０８を有する樹脂製のボルト締結部２１０に金属製のインサート材２２０が埋設されている。ここでいうボルト穴１０８、ボルト締結部２１０及びインサート材２２０がそれぞれ、本発明の「ボルト穴」、「ボルト締結部」及び「インサート材」に相当する。この場合、ボルト締結部２１０は、特に図示しないものの、図２が参照されるボルト締結部１１０と同様の断面構造を有する。これにより、ディスクホイール２０１のディスク１０３のうち特に縁部１０３ａに設けられたボルト締結部２１０について、ディスクホイール成形後の樹脂材の残留応力の影響を抑え、且つ必要強度を確保することができる。なお、図４に示すディスクホイール２０１では、ボルト締結部１１０及びボルト締結部２１０の双方の構造に本発明を適用した場合について記載しているが、ボルト締結部２１０の一方の構造のみに本発明を適用できることは勿論である。
【００２５】
本発明は、上記の典型的な実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施の形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
【００２６】
上記実施の形態のボルト締結部１１０では、各インサート材１２０がハブ部１０４の内部からスポーク部１０５の内部にわたって配置される構造について記載したが、本発明では、ボルト締結部１１０に求められる強度とディスクホイール１０１に求められる重量とを包括的に勘案して本構造を具現化することができる。例えば、ボルト締結部１１０の強度を高めたい場合には、スポーク部１０５の内部における各インサート材１２０の配置面積を増やした構造を採用することができる。一方で、ディスクホイール１０１の重量を減らしたい場合には、スポーク部１０５の内部における各インサート材１２０の配置面積を減らした構造、或いは各インサート材１２０をスポーク部１０５の内部に配置しない構造を採用することができる。
【００２７】
上記実施の形態のボルト締結部１１０では、インサート材１２０の非接着領域１２１ｂと樹脂材１１１の対向領域１１１ａとの間の隙間１３０が中空空間である場合について記載したが、本発明では、この隙間１３０に変形時の衝撃を緩和するための発泡材等が介装されてもよい。或いは、この隙間１３０を省略してインサート材１２０の非接着領域１２１ｂと樹脂材１１１の対向領域１１１ａとが予め密着するように構成することもできる。また、必要に応じては、インサート材１２０の非接着領域１２２ｂと樹脂材１１２の対向領域１１２ａとの間に、隙間１３０と同様の隙間を設けることもできる。
【００２８】
上記実施の形態のディスクホイール１０１，２０１では、複数のボルト穴１０６，１０８のそれぞれに対応するボルト締結部１１０，２１０にインサート材１２０，２２０を個別に割り当てる構造（分割インサート構造）を採用する場合について記載したが、本発明では、複数のボルト穴に共通の１つのボルト締結部に１つのインサート材を割り当てることもできる。
【００２９】
上記実施の形態では、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を主体に構成されたディスクホイール１０１，２０１について記載したが、当該ディスクホイールがその他の樹脂材を用いて構成されてもよい。例えば、ガラス繊維を樹脂によって成形したガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）を主体に構成されたディスクホイールに本発明を適用することもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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