(57)【要約】【課題】リム部、特にインナーフランジ側の耐変形性の高い車両用ホイールを提供する。また、打ち込みウェイトの誤使用による劣化を予防する車両用ホイールを提供する。【解決手段】筒状のリム部４０を有する車両用ホイール１００であって、リム部４０の円形の両端のうち、少なくとも一端に、ホイール４０の外周側に向けて連接する環状のフランジ１２を有し、フランジ端部の内周面２４は、リム部４０の内周面４４に沿って、リム部４０の内周面４４と同一面上に形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のリム部を有する車両用ホイールであって、
前記リム部の円形の両端のうち、少なくとも一端に、前記ホイールの外周側に向けて連接する環状のフランジを有し、
前記フランジ端部の内周面は、前記リム部の内周面に沿って、前記リム部の内周面と同一面上に形成されている、車両用ホイール。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用ホイールにおいて、
前記ホイールは、一体に成形された、車両用ホイール。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか１項に記載の車両用ホイールにおいて、
前記ホイールは、軽合金を材料として成形された、車両用ホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用ホイール、特に耐変形性の高い車両用ホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用ホイールには、一般に耐衝撃性や耐疲労性に優れたものであることが要求され、従来、鉄、スチールをはじめとする金属製のホイールが汎用されている。
【０００３】
近年、車両用ホイール、例えば、自動車用ホイールにおいて、車両の操縦安定性や燃費向上の観点から軽量化が求められ、例えばアルミニウム合金や、マグネシウム合金等の、軽合金製の軽量ホイールを使用するといった、ホイール軽量化が図られている。更に近年では、耐久性や外観等、消費者の新たな嗜好性の観点から、チタン合金や、カーボンファイバーを使用したホイールも利用されている。
【０００４】
ここで、一般的な自動車用ホイールについて説明する。図１は、自動車用ホイール２００を、ホイールの回転軸を含む面で切断した断面図である。図１に示すように、ホイール２００は、図示しないタイヤをはめ込む、筒状のリム部４０と、リム部４０の両側端にあり、タイヤの脱落を防止するフランジ１０と、ホイールの補強やホイールデザインを構成し、車体に搭載した際に、車体外側に位置するディスク部３０からなる。フランジ１０には、車体搭載時に車体内側に位置するインナーフランジ１２と、車体外側に位置し、またディスク部３０の周囲に位置するアウターフランジ１４があり、ディスク部３０は、ディスク３２と、スポーク３４からなる。また、インナーフランジ１２の外周面１６の形状は、リム部４０の外周面４２に対して凸であり、インナーフランジ１２の内周面１８の形状は、リム部４０の内周面４４に対して凹、つまり、インナーフランジ端部２０の内周面側を切り欠いた形状となっている。
【０００５】
ところで、自動車用ホイール２００は走行中の不注意により障害物、縁石や輪止め等により衝撃を受けるばかりでなく、未舗装道路の走行等によっても、タイヤを通じて衝撃が伝わり、変形する可能性がある。ホイール２００のうち、アウターフランジ側については、スポーク３４等、ディスク部３０の形状により、多少の衝撃であれば緩和され、変形を免れるが、一方インナーフランジ側においては、アウターフランジ側のような補強の役目を果たす構造は設けられておらず、変形の危険のおそれがある。特にインナーフランジ１２は、車両内側の目に付きにくい場所に位置するため、仮にインナーフランジ１２が変形した場合でもインナーフランジ１２の変形は発見されにくく、その結果、ホイール２００の破損や、タイヤのエアー漏れ等の不具合が生じる前に使用者が認識するのは困難であった。
【０００６】
そこで、特にインナーフランジ１２及びリム部４０と連接する付近の強度を上げた自動車用ホイールが考案されてきた。
【０００７】
現在、自動車用ホイールの成形方法としては、鍛造法または鋳造法を採用することが一般的である。鍛造法を採用した場合には、従来のホイール形状を保ったままインナーフランジ側の強度を高めることは可能であるが、生産コストが増大し、また、ホイール形状にも機械的な制限が加わるため、あまり望ましくない。
【０００８】
一方、自動車用ホイール２００のうち、特に強度が保ちにくいインナーフランジ１２そのものを設けず、リム部４０のままの単純な筒型形状とすれば、特殊な加工工程を別途必要とせず、ホイール２００に対する耐変形性の向上を図ることが可能であると想定できる。しかしながら、自動車用ホイール２００のインナーフランジ１２の外周面側の形状１６については、例えばタイヤの保持等の観点から安全基準等による規制があるため、そもそもインナーフランジ１２を設けない形状の自動車用ホイール２００とすることは許容されず、またインナーフランジ１２の外周面側の形状１６について、既存の形状に変更を加えることもできない。
【０００９】
したがって、製造コストを増大させることなくかかる課題を解決する方法として、従来、成形方法としては鍛造法より比較的安価な鋳造法を採用し、その上で更に例えば、スピニング加工等を施し、緻密化させてフランジを含むリム部の強度を上げる成形が行われている。
【００１０】
特許文献１では、鋳造法により成形された一体型ホイールのリム部にスピニング加工を施し、ホイールの強度を上げることが開示されている。また、特許文献２では、鋳造法により得られたアルミニウムホイール素材のリム部にスピニング加工を施し、機械的強度を上げたものが開示されている。更に、特許文献３では、鋳造法により一体成形された軽合金ホイールのインナーフランジ側リム端に塑性加工を施し、緻密化させて高強度化させることが開示されている。
【００１１】
【特許文献１】特開平６−５５２３５号公報
【特許文献２】特開平１１−９２８４９号公報
【特許文献３】特開２００３−１１７６２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、かかる方法においても、例えば、鋳造成形した後にインナーフランジ１２を成形したり、一旦成形したリム部４０、特にインナーフランジ側の強度を高めるために再成形したりといった別工程が必要であるため、製造コストの削減は完全には図られていなかった。
【００１３】
一方、自動車用ホイール２００をタイヤに組み付ける際には、高速走行時の振動を防止し、安定した走行を保つために、ホイールバランスをとる必要がある。このホイールバランスをとるために、一般にバランスウェイトを使用している。
【００１４】
バランスウェイトには、使用時のホイールへの固定のさせ方の違いにより、貼り付けウェイトまたは打ち込みウェイトと呼ばれるいずれかのバランスウェイトが汎用されており、ホイールのバランスをとる際には、そのいずれか、または両方が使用される。
【００１５】
バランスウェイトのうち、打ち込みウェイトは、一般的にクリップ状、または鉤状になった保持部と、保持部より重く、質量の大半を占めるウェイト部を有しており、該保持部をインナーフランジ１２の開口端２０を挟持するように打ち込み、ホイールバランスをとるバランスウェイトである。打ち込みウェイトの材質としては、鉛や、鉄、ニッケル等の金属、またはそれらの金属表面に防錆加工を施したものが汎用されている。打ち込みウェイトを自動車用ホイール２００のインナーフランジ１２に保持させた時、ウェイト部分は、インナーフランジ１２の切り欠き部２２に保持され、ホイール２００を車体に組み付けた時に、車体の内側部分と、インナーフランジ１２との間のわずかなクリアランスに保持される。このため、インナーフランジ１２の形状によっては、車体にウェイトが当たってしまい、打ち込みウェイトの使用ができない場合がある。打ち込みウェイトの使用ができない場合には、貼り付けウェイトを使用してホイールバランスをとる。
【００１６】
貼り付けウェイトは、一般には打ち込みウェイトと同様の材質のものを板状にし、粘着テープ等でホイールに貼付するバランスウェイトである。
【００１７】
金属製ホイールに打ち込みウェイトを使用した場合、ウェイトを打ち込む際に誤ってフランジを傷つけ、腐食による劣化をもたらす可能性がある。傷つけられたホイールの金属素地がむき出しとなったまま、海岸地域あるいは融雪剤の散布された寒冷地等を走行した結果、更に腐食が進行する恐れもある。
【００１８】
特に、軽合金ホイールに使用した場合、上記塩害による腐食のみならず、表面が傷ついたホイールと、打ち込みウェイトとが直接接触することにより異種金属接触腐食、いわゆる電食を起こしてしまい、ホイールが次第に劣化する恐れがある。この現象は、アルミニウムやマグネシウムがともに鉛や鉄等に比べ標準電極電位が低いことにより引き起こされるものであるが、中でもイオン化傾向の高い、マグネシウムを材料として使用したマグネシウムホイールでより顕著に現れるおそれがある。
【００１９】
マグネシウムホイールは、アルミニウムホイールと比較して高価であるものの、より軽量であるため、ホイールの軽量化を図るためには最適であるが、一方、マグネシウム合金は他の軽合金と比較し、化学的に活性であるため、上記腐食の影響を特に受けやすい。更に、アルミニウムホイールとマグネシウムホイールはほぼ同じような光沢や色調を呈するため、一見しただけではマグネシウムホイールであるか否かの見分けがつきにくい。
【００２０】
こうしたことから、従来、マグネシウムホイールの使用時の注意として、打ち込みバランスウェイトの使用を禁止したり、注意書きなどで使用者への注意を喚起したりといった、劣化防止の施策を講じている。
【００２１】
一方、鉄製ホイール用の打ち込みウェイトが今なお一般的であり、マグネシウムホイールよりは比較的活性の低いアルミニウムホイールであっても、通常鉄またはスチール製の鉄製ホイール用バランスウェイトを使用することによる電食等の不具合について、一般使用者の理解は必ずしも十分でないため、誤って比較的安価、かつ入手が容易である鉄製ホイール用打ち込みバランスウェイトを使用してしまい、ホイールが劣化してしまうおそれがあった。
【００２２】
本発明は、上述したかかる課題に鑑み、従来と比較してより簡便な方法で得られる、特にインナーフランジ１２側の耐変形性の高い車両用ホイールを提供することを目的の一つとする。
【００２３】
また、本発明の他の目的は、打ち込みウェイトの使用による車両用ホイールの劣化を未然に防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するために、本発明は、筒状のリム部を有する車両用ホイールであって、リム部の円形の両端のうち、少なくとも一端に、ホイールの外周側に向けて連接する環状のフランジを有し、フランジ端部の内周面は、リム部の内周面に沿って、リム部の内周面と同一面上に形成されていることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の車両用ホイールは、一体成形されたことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の車両用ホイールは、軽合金を材料として成形されたことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。各図面において、同じ箇所については同じ符号を付した。
【００２８】
図２は従来の自動車用ホイール２００の断面の拡大図である。リム部４０の円形の両端のうち一端、つまり車両搭載時に車体側に設置される側（図２において左側）に、ホイール２００の外周側に向けて連接する環状のインナーフランジ１２を有している。インナーフランジ１２の外周面１６の形状は、自動車用ホイール２００の外周側に向けて突出していて、更に車体内側方向に屈曲し、リム部４０の外周面４２に対し、凸形状をなしている。この時、タイヤと接さない、インナーフランジ１２の内周面１８の形状も概ね外側の屈曲に伴って屈曲し、インナーフランジ１２の開口端２０の内周に沿って切り欠いた形状となっており、リム部４０の内周面４４に対し、凹形状をなしている。このため、インナーフランジ１２の厚みは、リム部４０との連接部付近から全体にわたってほぼ同じとなっている。
【００２９】
一方、図３は、本発明の自動車用ホイール１００の断面の拡大図である。本発明の自動車用ホイール１００のインナーフランジ１２の形状は、自動車用ホイール１００の外周側に向けて突出しており、ホイール全体としての外観は、インナーフランジ１２の内周面２４の形状が相違する点を除いては図２に示した従来の自動車用ホイール２００の形状とほぼ同一である。つまり、フランジ１２の内周面２４は、リム部４０の内周面４４に沿って形成されており、またリム部４０の内周面４４と同一面上に形成されている。つまり、従来のホイール２００のようにフランジ１２の開口端２０に、内周に沿った切欠き形状を有していない。したがって、本実施形態においては、インナーフランジ１２のうち、開口端２０の厚みが最も厚くなっている。このため、従来のホイール２００と比較してインナーフランジ１２全体の強度が増しており、鍛造法を採用したり、スピニング加工といった再加工工程を経たりしなくても、耐変形性に優れた自動車用ホイールが得られる。
【００３０】
また、本発明の自動車用ホイール形状１００によれば、インナーフランジ１２に切り欠き部を有しないため、そもそも打ち込みウェイトを取り付けることができない。
【００３１】
このように、本発明の自動車用ホイール１００によれば、打ち込みウェイトを使用することができないため、打ち込みウェイトを不適切に使用することにより発生するホイールの劣化の危険性を未然に防止することができる。仮に、バランスウェイトを使用する必要がある場合には、貼り付けウェイトを使用することができる。
【実施例１】
【００３２】
前に述べた本発明の自動車用ホイール１００の外観は、従来の自動車用ホイール２００とまったく同一であり、また、インナーフランジ１２以外の形状についても同様である。このため、自動車用ホイール１００のインナーフランジ１２の開口端２０を従来よりも肉厚としたことにより、耐変形性は向上したものの、ホイール全体としての重量が増加してしまう。一方、ホイール重量の軽量化の観点から、ホイール重量の増加を極力抑えることが望まれる。そこで、本発明の自動車用ホイール１００を、耐変形性を維持した状態のまま、従来の自動車用ホイール２００とほぼ同じ重量まで軽量化を図る検討を行った。
【００３３】
表１は、従来の種々の自動車用ホイール２００について、インナーフランジ１２の形状を比較したものである。表中のａ〜ｄは、図４に示した、インナーフランジ１２の各測定位置における実測値を示している。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
表１に示すように、インナーフランジ１２の形状は、自動車用ホイール２００のサイズや全体の重量に関わらずほぼ同等であるといえる。
【００３６】
図３に示す本発明の自動車用ホイール１００を試作する際、実際にインナーフランジ１２以外の部位の厚さを適宜変化させてその強度を測定するには、時間や費用が膨大にかかってしまい、実用的でない。そこで、事前にコンピュータプログラムを利用したシミュレーションを行い、最適形状を算出した後に試作を行った。なお、試作の前に同コンピュータプログラムを利用したシミュレーションの妥当性を評価するために、予備的に従来品について変形量を試算し、実測値と同等であるか試算した。一例を表２に挙げる。
【００３７】
【表２】
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【００３８】
表２では、実測値を１とした場合の各部位の重量及びホイールの総重量と変形量を、それぞれ相対値として示している。実測値とやや誤差があるものの、事前検討としてこのシミュレーションを利用することは可能であると判断した。このシミュレーションによって算出された最適値に従って自動車用ホイールの試作を行い、その変形量を測定した。表３にその結果を示す。
【００３９】
【表３】
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【００４０】
表３は、従来の自動車用ホイール２００の総重量及び変形量をそれぞれ１として、本発明の自動車用軽量化ホイールの総重量及び変形量とをそれぞれ比較したものであり、ディスク部３０（図１参照。ここではアウターフランジ１４の重量も含む）、リム部４０、及びインナーフランジ１２の重量は、ホイール２００の総重量に対する相対値となっている。ホイール重量がほぼ同じであるにもかかわらず、変形量が大幅に低下し、優れた耐変形性を備えていることが確認された。また、インナーフランジ１２の重量が増加した分、リム部４０の重量を減少させることで、耐変形性を維持したままホイールの重量を低減させることが出来た。このリム部４０の重量を減少させるためには、リム部４０の特定の位置の厚さを薄くするのではなく、リム部４０のほぼ全体をほぼ均等に薄くすることが好適である。元のホイールの形状にもよるが詳細には従来のリム部４０の厚さより約１．０〜約１．５ｍｍ程度薄く成形することで実現される。従来のホイールであればリム部４０の厚さは約４．５〜約６．５ｍｍ程度必要であるが、本発明のホイール形状によればリム部４０の厚さを約３．５〜約５．０ｍｍ程度にすることが可能となる。
【００４１】
［比較例］
インナーフランジ１２に別工程の加工を加えることなく、耐変形性を向上させる方法としては、本発明の形状とするだけでなく、リム部４０全体を厚肉化する方法も考えられる。本発明との比較として、表４に示す。
【００４２】
【表４】
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【００４３】
表４は、本発明の自動車用ホイール１００において、リム部４０を薄肉化することにより軽量化を図った場合のホイール重量（つまり、従来の自動車用ホイール２００とほぼ同等まで軽量化した重量）と、図２に示すインナーフランジ１２の形状は維持したままで、表１に記載のホイール２００において、リム部４０を厚肉化することによって耐変形性を向上させた場合の重量とを比較したものである。表４では本発明の実施例における自動車用ホイールの重量を１とした場合の相対値として、小型車、中型車、大型車の車種毎にそれぞれ平均したものを示している。表４に示すように、比較例における自動車用ホイールは、いずれも本発明の実施例における自動車用ホイール１００の重量よりも重く、本発明の実施例に例示した自動車用ホイール１００が、比較例における自動車用ホイールよりも実際の使用に適していることが分かる。また、小型車に比べ、大型車に使用する自動車用ホイールの方が、ホイール全体に対するリム部４０の重量比が相対的に大きくなるため、実施例と比較例における大型車での重量の差はより大きくなることが分かる。
【００４４】
なお、表２及び表３には、データを１つしか載せていないが、別のサイズや形状のみならず、アルミニウム、マグネシウム、及びスチールのようにホイールの種類に関わらず、ほぼ同等の結果が得られた。
【００４５】
本発明の自動車用ホイールの構成については特に制限はないが、例えばすべて一体で成形する１ピース構造や、ディスク部を別体として成形する２ピース、３ピース構造であっても構わない。好適には、製造コストの観点から１ピース構造が望ましい。
【００４６】
また、本発明の自動車用ホイールの使用する材料については特に制限はないが、例えば、従来汎用されている鉄、スチール、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金、カーボンファイバー等、ホイールに用い得るあらゆる材料が使用可能である。好適には、軽量化の観点からアルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金、カーボンファイバー等が使用される。より好適には、成形性、使用する原料及び製造コスト等の理由から、アルミニウムホイール、マグネシウムホイール、チタンホイール等の軽合金ホイールが使用される。
【００４７】
また、本発明の自動車用ホイールの製造方法については特に制限はないが、例えば、鋳造法であっても、鍛造法であっても、また別の好適な製造方法であっても構わない。使用する材料に合った、好適な製造方法によって製造される。
【００４８】
本発明の実施の形態によれば、一旦成形した後にリム部４０やインナーフランジ１２に別工程による加工を施さなくても、十分実使用し得る、耐変形性に優れた車両用ホイールを提供できるが、成形後のリム部４０やインナーフランジ１２への別工程による加工について制限するものではない。例えば、意匠上の観点等により、何らかの加工を本発明の車両用ホイールに施すことについては何ら制限されない。逆に、インナーフランジ１２やリム部４０への成形後の加工により本発明の自動車用ホイールとすることも、本発明の他の実施の形態として含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
また、本発明の実施の形態として、自動車用ホイールを例に挙げて説明したが、特に自動車用に限らず、例えば、航空機、自動二輪車、自転車、一輪車、電車等、あらゆる車両用のホイールが含まれる。したがって、本発明の実施の形態における自動車用ホイールには、図３に示すリム部４０の両端にインナーフランジ１２とアウターフランジ１４を有していたが、必ずしもアウターフランジ１４は必要でなく、筒状のリム部４０の円形の両端のうち、少なくとも一端に、フランジ１２を有していればよく、また必ずしも車両の内側に位置する必要もない。また、リム部の両端が同様の形状のフランジ１２を有していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】従来の車両用ホイールを示す断面図である。
【図２】従来の車両用ホイールにおいて、特にフランジ及びリム部を拡大した断面図である。
【図３】本発明の車両用ホイールにおいて、特にフランジ及びリム部を拡大した断面図である。
【図４】従来のリム部を示す断面図において、インナーフランジの各部位の寸法の測定位置を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０  フランジ、１２  インナーフランジ、１４  アウターフランジ、１６  インナーフランジ外周面、１８，２４  インナーフランジ内周面、２０  インナーフランジ開口端、２２  （インナーフランジ）切り欠き部、３０  ディスク部、３２  ディスク、３４  スポーク、４０  リム部、４２  リム部外周面、４４  リム部内周面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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