(57)【要約】【課題】  軽量で低コストのホイールを熱的溶融接合を回避して常温雰囲気中で機械的に重合結合一体化して熱劣化を一切排除すると共に、操舵感覚を向上させること。【解決手段】  ホイール１は、リム２と、ディスクとが結合一体化されて形成されている。車軸ハブへの取り付けガイド孔３１が設けられている椀状板体３０の複数の孔２７と、分割ディスクの複数の孔２６とが共通孔として活用されて、ボルト２１が挿通されナット２２で螺子締めされ結合一体化されている。リム２の挿通ガイド孔２５，２５と共通となる共通孔２４を分割ディスクに設け、それぞれの挿通ガイド孔２５，２５及び共通孔２４にボルト２１を挿通し、ナット２２で螺子締めされ結合一体化されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤを装着・保持するリムと、車軸ハブに取り付けられて前記リムを保持するディスクとを結合一体化したホイールであって、そのディスクは相互に同一または近似の形状・寸度を有する複数個の分割ディスクの集合体であり、各分割ディスクはそれぞれの幅端同士の間に、間隔を空けて配設された状態で、内径側においては、ハブへの取り付けガイド孔を有する別体の全周一体の椀状板体に共通孔を介して重合結合一体化されており、外径側においては、リムと共通孔を介して重合結合一体化され、さらに、前記リムとディスクとの結合一体化として、常温雰囲気中で機械的に結合する手段を用いたことを特徴とするホイール。
【請求項２】
前記機械的に結合する手段は、螺子締めまたは鋲かしめであることを特徴とする請求項１に記載のホイール。
【請求項３】
分割ディスクの両幅端は、その全長に亘って板厚方向裏面側への塑性曲げによる補強リブを有していることを特徴とする請求項１または２に記載のホイール。
【請求項４】
分割ディスクの央部には窓が透設されており、この窓の縁辺に板厚方向の裏面側に向かって補強リブが設けられていることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のホイール。
【請求項５】
前記椀状板体には、ハブへの取り付けのための取り付けガイド孔の周囲における裏面側にハブに密接されるフラット面を形成するとともに、その反対面側において各取り付けガイド孔の周囲に任意の模様のバルジが付与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。
【請求項６】
軽合金材製であることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載のホイール。
【請求項７】
鉄系材製であることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載のホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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車用のホイールは、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と共に、燃費や排ガス量の面から軽量であることもまた必須の要件であり、さらに制動熱やタイヤ摩擦熱の良好な放散性や、あるいはデザイン性、ファッション性なども要求される。
【０００３】
また、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、あるいは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、さらには発進・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。
【０００４】
他方、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、そのための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。
【０００５】
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が１０％を超えていることも珍しいことではない。強い遠心力が働く高速回転体において、不規則な板厚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。また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。
【０００６】
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り付け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り付け部においては、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り付け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。しかし、この特許文献１の発明は全体一体型のディスクに関することなので、前述した剛直性や板厚のばらつき等に起因する操舵感覚の面での不安を解決できるかどうかは疑義が残るところである。
【特許文献１】特開昭５５−１６４５０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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設備を小型化し、設備投資のイニシャルコストを低減すると共に、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のホイールを熱的溶融接合を回避して常温雰囲気中で機械的に重合結合一体化して熱劣化を一切排除すると共に、操舵感覚を向上させた高強度・長寿命の優れたホイールを提供することを本発明は目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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・保持するリムと、車軸ハブに取り付けられて前記リムを保持するディスクとを結合一体化したホイールであって、そのディスクは相互に同一または近似の形状・寸度を有する複数個の分割ディスクの集合体であり、各分割ディスクはそれぞれの幅端同士の間に、間隔を空けて配設された状態で、内径側においては、ハブへの取り付けガイド孔を有する別体の全周一体の椀状板体に共通孔を介して重合結合一体化されており、外径側においては、リムと共通孔を介して重合結合一体化され、さらに、前記リムとディスクとの結合一体化として、常温雰囲気中で機械的に結合する手段を用いたことを特徴とする。
【０００９】
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、前記機械的に結合する手段は、螺子締めまたは鋲かしめ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または２に記載の発明において、分割ディスクの両幅端は、その全長に亘って板厚方向裏面側への塑性曲げによる補強リブを有していることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明においては、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の発明において、分割ディスクの央部には窓が透設されており、この窓の縁辺に板厚方向の裏面側に向かって補強リブが設けられていることを特徴とする。
【００１１】
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、前記椀状板体には、ハブへの取り付けのための取り付けガイド孔の周囲における裏面側にハブに密接されるフラット面を形成するとともに、その反対面側において各取り付けガイド孔の周囲に任意の模様のバルジが付与されていることを特徴とする。
【００１２】
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、軽合金材製であることを特徴とする。
請求項７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、鉄系材製であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
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、簡単な冷間プレスで製造可能であって、温間鍛造が必ずしも必要ではなく、分割ディスクの両幅端部における板厚方向裏面側への塑性曲げ加工による補強リブも前記の簡単な冷間プレス加工で可能である。
【００１４】
分割ディスクの両幅端部や窓の縁辺に、補強リブを付与すれば、分割ディスクの板厚も、より薄い板厚を選択することが可能となり、より軽量なホイールの提供が実現できた。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はバラツキはほとんどなく、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、従って板厚のバラツキ分を考慮して決められていた従来の板厚のホイールとは比較にならない軽量化が可能となった。
【００１５】
リムと分割ディスクの接合一体化、分割ディスクと椀状板体との接合一体化については、両者とも溶接接合などの熱的溶融接合を一切避けて、常温雰囲気中で螺子締め・鋲かしめなどの機械的接合手段を用いたので、シールドガスを用いるとか、真空中とかの特別の雰囲気形成の必要もなく、また温度差あるいは溶融・原子結合・冷却の過程での不可避の品質の不均一などの心配は皆無である。このことはホイール設計の初手から小さい安全率の採用が可能で経済的に優位である。また、溶接接合を用いない結合なので、リム・分割ディスク及び椀状板体の材質選択の自由度が広い。
【００１６】
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。
【００１７】
分割ディスクと椀状板体との結合一体化も、分割ディスクそれぞれが相互に間隔を空けて椀状板体に重合固定されているので、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、かつ溶接構造ではないため、分割ディスク及び椀状板体の熱応力による劣化も皆無である。さらに椀状板体にバルジ補強をすれば、ハブへの取り付け孔が設けられていても椀状板体の強度低下を補完することができる。
【００１８】
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たホイールの提供が実現できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明のホイールを具体化した実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、この第１実施形態の全体が軽合金材（例えば、アルミニウムやアルミニウム合金、あるいはチタン合金）又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）に取り付けるためのディスク１０とが、共通孔２４及び挿通ガイド孔２５に挿通されたボルト２１にナット２２で螺子締めすることにより、結合一体化されて形成されている。
【００２０】
ディスク１０は相互に同一又は近似の形状・寸度の５個（個数は特に限定するものではないが、３〜１２個程度が適切）の分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５がそれらの径方向の全長Ｌに亘って所望の間隔Ｄを空けて配設された集合体である。図１及び図２の分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５それぞれは、両幅端部において、その全長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１１を設けている。補強リブ１１の高さｈ１は特に限定はしないが、板厚ｔに対してｈ１＞ｔの関係が望ましい。
【００２１】
また、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が所望の面積で透設されており、窓１２の縁辺にも前記と同様に板厚方向の裏面側に塑性曲げによる補強リブ１３が設けられている。図２に示すように、補強リブ１３は段差形状であり、かつ窓１２の開口面に対して所望角度傾斜している。なお、図示は省略するが、窓１２の近傍に意匠的に好ましい模様の刻設を施すことも商品価値を高める上で有効である。
【００２２】
分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５の内径側、即ち車軸ハブへの取り付け側の構成について以下に説明する。車軸ハブへの取り付けガイド孔３１が設けられている一体構造の椀状板体３０の外周側の複数の孔２７と、分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５それぞれの内径側の複数の孔２６とが共通孔として活用されて、ボルト２１が挿通されナット２２で螺子締めされ、分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５と椀状板体３０とが結合一体化されている。このとき、複数の孔２７と複数の孔２６との位置決め手段として、椀状板体３０と分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５それぞれに互いに係合する凹凸を設けることが好ましい。ボルト２１及びナット２２の螺子機構に代えて、分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５と椀状板体３０とは鋲かしめで緊締されてもよい。
【００２３】
分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５が椀状板体３０と重合する部分においては図２から明らかなように分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５に段差１５を設けている。段差１５は重合したときに両者分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５と椀状板体３０の均一面（表面側、つまり図２の左側面側）を確保する為のものである。
【００２４】
椀状板体３０は内径側に車軸ガイド孔３５を筒部３４を設けて形成している。
ハブへの取り付けガイド孔３１の外周側において分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５の裏面側の所望面積に亘ってハブに密接するフラット面Ａを確保し、その残余の部分（外周側の部分）に、前記の複数の孔２７が設けられているツバ部分の内径近傍に向けて任意の模様のバルジ３２を設けている。
【００２５】
分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５の外径側、即ちリムへの取り付け側の構成について次に説明する。図２に示すようにリム２は、二つ割りリム２ＤＴの一方のリム片２Ｄ１と他方のリム片２Ｄ２との対接するフランジＦ１，Ｆ２に螺子締め用のボルト２１の挿通ガイド孔２５，２５を所望数透設し、これらの挿通ガイド孔２５，２５と共通となる共通孔２４を分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５の外径側のフラット面１４に設け、それぞれの挿通ガイド孔２５，２５及び共通孔２４にボルト２１を挿通し、ナット２２で螺子締めされ結合一体化されている。
【００２６】
また、リム片２Ｄ，２ＤＴ間から圧縮空気の漏洩については、パッキング材Ｐを用いることで十分保証可能である。
次に、図３及び図４は別の構成を示す。
【００２７】
図４に示すように、全体一体型の深底リム２ＤＣのドロップセンター２−ｃと、ビードシート２−ｂの中間の位置の窪み部２−ｆに螺子締め用ボルト２１の挿通ガイド孔４１を所望数透設し、これらの挿通ガイド孔４１と共通となる透設孔４２を分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５の外径側の折り曲げフラット面１９に設け、それぞれの共通孔にボルト２１を挿通し、ナット２２で螺子締めされて、リム２と分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５とが結合一体化されている。
【００２８】
なお、前記図１及び図２の構成、図３及び図４の構成において、リム２と分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５との結合一体化時のそれぞれの位置決めについて、図１及び図２の構成の場合、フランジＦ１，Ｆ２に折り曲げによって径方向において凹凸となるとともに、凹部及び凸部が周方向に延びる段差を設けて、その段差にフラット面１４の先端を当てるとか、あるいは図３及び図４の構成の場合には、折り曲げフラット面１９の先端部位置決めのために窪み部２−ｆに凸条を設けてストッパーにするとか適宜の手段を用いることができる。
【００２９】
また、図３及び図４の構成においても、リム２内の空気室から圧縮空気の漏洩を防ぐ手段について、パッキング材Ｐを窪み部２−ｆ内に充填するの方法で保証可能である。
この実施形態のホイール１は、以上のように構成されているため、全周一体型の従来のホイールとは異なり、製造のための機械設備を大幅に小型化することが可能となり、機械設備費用というイニシャルコストを大幅に削減できた。しかも機械設備を大幅に小型化できるため、ホイールをホイール専業メーカーより自動車組立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ことも可能になった。加えて、この実施形態のホイール１の分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５は、全周一体型のディスクとは異なり、軽合金材製であっても鉄系材製であっても、簡単な冷間プレスで製造可能であって、温間鍛造が必ずしも必要ではなく、分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５の両幅端部及び窓１２の縁辺における板厚方向裏面側への塑性曲げ加工による補強リブ１１，１３も前述の簡単な冷間プレス加工で可能であり、機械設備の小型化、ひいては製造コストの低減に大きく寄与できた。また、分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５の両幅端部と窓１２の縁辺に補強リブが付与されているため、分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５として、より薄い板厚の採用が可能となり、ホイール１は一層の軽量化が可能になった。さらには全周一体型でない分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５ゆえに板厚にバラツキは殆どなく、板厚のバラツキ分を考慮した余分な板厚を確保する必要がないため、さらなる軽量化を実現できた。従って、燃費や排ガス量の削減が可能になるばかりでなく、車両のバネＦ荷重が低下して車両の乗心地や操縦性も改善された。
【００３０】
そして、リム２と分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５との接合一体化、分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５と椀状板体３０との接合一体化について、両者とも溶接接合などの熱的溶融接合を一切避けて、常温雰囲気中で螺子締め・鋲かしめなどの機械的接合手段を用いたので、シールドガスを用いるとか、真空中とか特別の雰囲気を形成する必要もなく、また温度差あるいは溶融・原子結合・冷却の過程での不可避である品質の不均一などの心配は皆無である。このことはホイール設計の初手から小さい安全率の採用が可能で経済的に優位である。また、溶接接合を用いない結合なので、リム２、分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５及び椀状板体３０の材質選択の自由度が広いメリットも無視できない。
【００３１】
なお、図５及び図６に示すホイール１は、分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５並びに椀状板体３０ともに、板厚方向裏面側への塑性曲げ加工による補強リブに替えて、厚い肉厚の板材を用いたホイールの一例である。即ち、椀状板体３０はバルジ補強のない単純な椀状板体３０であり、分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５それぞれとリム２（２ＤＴ）との結合一体化も分割ディスク１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５それぞれの外径水平部に、リムフランジＦ１，Ｆ２の受容部１６を設け、その直角面１７，１８によって正確にリムフランジＦ１，Ｆ２を位置決め螺子締め一体化している。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明を具体化したホイールを示す正面図。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図。
【図３】この発明を具体化した別の構成のホイールを示す正面図。
【図４】図３のＹ−Ｙ線断面図。
【図５】この発明を具体化したさらに別の構成のホイールを示す正面図。
【図６】図５のＺ−Ｚ線断面図。
【符号の説明】
【００３３】
１…ホイール、２…リム、１０…ディスク、１０１，１０２，１０３，１０４，１０５…分割ディスク、１１…補強リブ、１２…窓、１３…補強リブ、１２…窓、１４…フラット面、２１…ボルト、２２…ナット、２４…共通孔、２５…挿通ガイド孔、３０…椀状板体、３１…取り付けガイド孔、３２…バルジ、Ａ…フラット面、Ｄ…間隔、Ｌ…全長、ｔ…板厚、ｈ１…高さ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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