(57)【要約】【課題】炭素繊維強化樹脂と金属との組み合わせであっても接合部分における電食が抑制された車両用ホイールを提供することを目的とする。また、接着剤による接合であっても接着剤層の強度が高められた車両用ホイールを提供することを目的とする。【解決手段】略円筒形状のリム部１０と、リム部１０に接合される複数のスポーク部２０とを有し、リム部１０及びスポーク部２０のうち、一方が炭素繊維強化樹脂から構成され、他方が金属から構成される車両用ホイールであって、リム部１０は、スポーク部２０の一端面２０１が接合される接合面１０３を有するとともにリム部１０の内面１０１から突起する接合部１０２を備え、接合面１０３は、リム部１０の中心軸に相対するように形成され、スポーク部２０の一端面２０１と接合面１０３とは接着剤層Ｓを介して接合されていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒形状のリム部と、前記リム部に接合される複数のスポーク部とを有し、前記リム部及び前記スポーク部のうち、一方が炭素繊維強化樹脂から構成され、他方が金属から構成される車両用ホイールであって、
前記リム部は、前記スポーク部の一端面が接合される接合面を有するとともに前記リム部の内面から突起する接合部を備え、
前記接合面は、前記リム部の中心軸に相対するように形成され、
前記スポーク部の一端面と前記接合面とは接着剤層を介して接合されている、前記車両用ホイール。
【請求項２】
前記接合面は、前記リム部の中心軸に対し傾斜している面である、請求項１に記載の車両用ホイール。
【請求項３】
前記接合面と前記リム部の中心軸との交差角度が、１０〜４０°である、請求項２に記載の車両用ホイール。
【請求項４】
前記リム部の中心軸に沿う方向において、前記接合面の端部が、前記リム部の内面と同一高さである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用ホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用ホイールに関する。特に、炭素繊維で強化された樹脂によって一部が構成された車両用ホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）は、炭素繊維をエポキシ樹脂等で固めた材料であり、金属材料に比べて高強度かつ高剛性である上に、金属材料の４分の１程度の重さしかないため、炭素繊維強化樹脂を用いた軽量化の試みが様々な分野で行われている。車両用ホイールでは、部分的に炭素繊維強化樹脂で置き換えられた軽量化ホイールが開発・市販されており、例えば、炭素繊維強化樹脂からなるリム部と、アルミニウム合金製のスポーク部とから構成されたホイールでは、従来のホイールに比べ２０％から６０％程度の軽量化が可能である。ここで、炭素繊維強化樹脂からなるリム部とアルミニウム合金製のスポークとは、接着剤もしくはボルト等により接合され、軽量化した車両用ホイールとされる。
【０００３】
従来の繊維強化樹脂を用いたホイールとして、特許文献１には、図６に示すように、繊維強化合成樹脂のモールド成形によるリム１に内向きリブｆを一体に設けたことと、鋳造、鍛造等により製造された例えばアルミニウム合金等の軽合金材料からなるディスク２の外周に、上記内向きリブｆの内周と緊密適合するはめ合い面と内向きリブｆの側面と広く接する突合わせ面とを設け、ディスク２の突合わせ面にて、そのはめ合い面での同心保持の下に接着剤層６等を介して強固に固着一体化したことを特徴とする自動車タイヤ用組合わせ式ホイールが開示されている。なお、本発明におけるスポーク部は、上記特許文献１におけるディスクの一部に相当する。ディスクは、通常、中央のハブ部とハブ部外周から放射状に伸びるスポーク部とから構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実公昭５８−２６８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１記載のホイールでは、繊維強化合成樹脂がＣＦＲＰである場合、はめ合い面において内向きリブとディスクとが直接接触し、緊密適合しているので、リブとディスクとの間で電食が発生する可能性がある。また、内向きリブの側面と接する突合わせ面における接着剤層を介した接合では、強度が低く、リブに衝撃的な応力が付加されると接着剤層が破損する虞があった。
【０００６】
そこで本発明は、炭素繊維強化樹脂と金属との組み合わせであっても接合部分における電食が抑制された車両用ホイールを提供することを第一の課題とする。
【０００７】
また、本発明は、接着剤による接合であっても接着剤層の強度が高められた車両用ホイールを提供することを第二の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、リム部の中心軸に相対する接合面を形成し、その接合面に対しスポーク部の一端面を接着剤により接合することで第一の課題が解決されることを見い出した。
【０００９】
また、本発明者は、スポーク部の一端面を接合する接合面をリム部の内面から突起する接合部に設け、好ましくは、接合面をリム部の中心軸に対して傾斜させることにより、第二の課題が解決されることを見い出し、発明を完成した。
【００１０】
すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
（１）略円筒形状のリム部と、前記リム部に接合される複数のスポーク部とを有し、前記リム部及び前記スポーク部のうち、一方が炭素繊維強化樹脂から構成され、他方が金属から構成される車両用ホイールであって、
前記リム部は、前記スポーク部の一端面が接合される接合面を有するとともに前記リム部の内面から突起する接合部を備え、
前記接合面は、前記リム部の中心軸に相対するように形成され、
前記スポーク部の一端面と前記接合面とは接着剤層を介して接合されている、前記車両用ホイール。
（２）前記接合面は、前記リム部の中心軸に対し傾斜している面である、前記（１）に記載の車両用ホイール。
（３）前記接合面と前記リム部の中心軸との交差角度が、１０〜４０°である、前記（２）に記載の車両用ホイール。
（４）前記リム部の中心軸に沿う方向において、前記接合面の端部が、前記リム部の内面と同一高さである、前記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の車両用ホイール。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の車両用ホイールによれば、接合面を、リム部の中心軸に相対するように形成し、前記接合面に対し接着剤層を介してスポーク部の一端面を接合することにより、接合部とスポーク部が直接接触することなく、電食を抑制することができる。
【００１２】
また、リム部の内面から突起する接合部を備え、その接合部における接合面を好ましくはリム部の中心軸に対して傾斜させることにより、リム部に衝撃力を付加させた場合でも、接着剤層に作用する応力が低減され、接着剤層の破損を抑制することができる。さらに、傾斜した接合面によって、接合部の接合面と当該接合面に接合するスポーク部の一端面とがテーパー嵌合状態となり、スポーク部をリム部に組み付ける際の芯出しを容易にすることができる。なお、本発明に係る好ましい形態又は他の形態の効果については、下記の実施形態の項で、詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る車両用ホイールを示す斜視図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【図３】本発明の第二の実施形態に係る車両用ホイールを示す断面図である。
【図４】リム部の内面から突起する接合部を有しない車両用ホイールを示す斜視図である。
【図５】図４におけるＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
【図６】従来の車両用ホイールを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施の形態に基づき本発明を詳細に説明する。なお、複数の実施形態において、同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付している。
【００１５】
まず、本発明に係る車両用ホイールの第一の実施形態を図１及び２に示す。図１は、車両用ホイールの斜視図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ’線に沿った断面図である。図１の車両用ホイール１Ａは、略円筒形状のリム部１０と、リム部１０に接合される複数のスポーク部２０とから概略構成される。複数のスポーク部２０は、通常、リム部１０の中心軸Ｌ上に位置するハブ部２１とともに一体に成形され、ハブ２１からリム部１０の内面に向かって複数のスポーク部２０が放射線状に伸びている。
【００１６】
図１及び２に示すように、本実施形態の車両用ホイールは、略円筒形状のリム部１０と、リム部１０に接合される複数のスポーク部２０とを有し、リム部１０及びスポーク部２０のうち、リム部１０が炭素繊維強化樹脂から構成され、スポーク部２０が金属から構成されている。リム部１０は、スポーク部２０の一端面２０１が接合される接合面１０３を有するとともにリム部１０の内面から突起する接合部１０２を備えている。そして、接合面１０３は、リム部１０の中心軸Ｌに相対するように形成されており、スポーク部２０の一端面２０１と接合面１０３とは接着剤層Ｓを介して接合されている。なお、本実施形態の接合面１０３は、リム部１０の中心軸Ｌに対し傾斜している面となっている。以下、本実施形態の車両用ホイールについて、詳細に説明する。
【００１７】
本実施形態において、リム部１０及びスポーク部２０は異種材料からなり、具体的には、リム部１０が炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）から構成され、そのリム部１０に接合されるスポーク部２０は金属から構成されている。炭素繊維強化樹脂としては、従来知られた一般的な炭素繊維強化樹脂であれば適用可能であり、例えば、いわゆるプリプレグと称される、炭素繊維の織物からなる繊維層にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂やポリアミド、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂を含浸させたシート状の繊維強化樹脂素材（シート材）を複数積層したシート積層体を硬化して製造することができる。また、スポーク部２０を構成する金属としては、アルミニウム合金、マグネシウム合金、ステンレス鋼等の種々の金属を用いることができる。
【００１８】
リム部１０には、リム部１０の内面１０１から突起する接合部１０２が設けられている。この接合部１０２により、図２に示すように接合部１０２が設けられている部位におけるリム部１０及び接合部１０２の合計肉厚Ｍが大きくなり、リム部１０とスポーク部２０の接合箇所に生じる曲げを主体とする変形に対しての剛性が向上する。したがって、リム部１０に衝撃が加わった場合に接着剤層Ｓへ作用する応力を低減することができる。接合部１０２の突起する高さは、大きくするとリム部１０がより厚肉化して応力の低減効果が得られるが、極端に大きく突起させるとホイールの美観の点で好ましくないため、これらのバランスを考慮して適宜設定される。具体的には、接合部１０２がリム部１０の内面１０１から突起する高さが、最も大きい部分で、リム部１０の外面と内面１０１との距離（すなわち、接合部１０２が存在しない部分におけるリム部１０の厚み）に対して３０〜１００％程度であることが好ましいが、この範囲に限定されるものではない。
【００１９】
接合部１０２は、リム部１０の中心軸Ｌに相対するように形成された接合面１０３を有している。そして、接合面１０３に対し、スポーク部２０の一端面２０１が、接着剤層Ｓを介して接合されている。ここで、「中心軸Ｌに相対する」とは、図２において接着剤層Ｓが形成されている曲線領域の、中心軸Ｌに平行な成分Ｓ０の長さの中点を通り中心軸Ｌに直交する直線と、中心軸Ｌとの交点から見て、接合面１０３の全体が見える状態であることをいう。接着剤層Ｓは、エポキシ樹脂系接着剤やアクリル樹脂系接着剤等、炭素繊維強化樹脂と金属との接合に適用可能な電気的絶縁性を有する各種接着剤を用いて形成される。中心軸Ｌに相対するリム部１０の接合面１０３とスポーク部２０の一端面２０１とを接着剤層Ｓを介して接合することにより、炭素繊維強化樹脂からなるリム部１０と金属からなるスポーク部２０との直接的な接触が回避され、電食を抑制することができる。
【００２０】
本実施形態において、リム部１０の接合面１０３は、リム部１０の中心軸Ｌに対し傾斜している。具体的には、図２に示す実施形態では、接合面１０３とリム部１０の中心軸Ｌとの交差角度（内角）α１が３１．５°になるよう形成されている。なお、本明細書において、接合面とリム部の中心軸との交差角度とは、図２において接着剤層Ｓが形成されている曲線領域の、中心軸Ｌに平行な成分Ｓ０の長さの中点に対応する接合面１０３上の中間点Ｏ（図２の黒丸）を規定し、その中間点Ｏにおける接合面１０３の接線と中心軸Ｌとのなす内角の角度をいう。図２に示すように接合面１０３をリム部１０の中心軸Ｌに対し傾斜させることにより、リム部１０に衝撃が加わった際に接着剤層Ｓへ作用する応力をさらに低減することができる。また、接合部１０２の接合面１０３とスポーク部２０の一端面２０１とがテーパー面により接合されるため、スポーク部２０をリム部１０に組み付ける際の芯出しを容易にすることができ、形状が精密に制御された接合構造を得ることができる。
【００２１】
次に、本発明に係る車両用ホイールの第二の実施形態について図３に基づき説明する。図３は、図２と同様にリム部とスポーク部の接合部分を示す断面図である。図３の車両用ホイール１Ｂは、第一の実施形態と同様に、リム部１０が、リム部１０の内面１０１から突起する接合部１０２を備えている。そして、接合部１０２の接合面１０３に対し、スポーク部２０の一端面２０１が接着剤層Ｓを介して接合されているが、リム部１０の中心軸に沿う方向において、接合面１０３の端部（上端部）１０４が、リム部１０の内面と同一高さである点で相違している。
【００２２】
すなわち、本実施形態では、第一の実施形態と同様に、接合面１０３がリム部１０の中心軸に対し傾斜しているが、接合面１０３とリム部１０の中心軸との交差角度（内角）α２は、第一の実施形態よりも小さく、２０°程度に設定されている。接合面１０３が傾斜していることにより、接着剤層Ｓへ作用する応力が低減される。
【００２３】
そして、本実施形態では、接合面１０３の端部１０４が、リム部１０の内面１０１と同一高さになるよう形成されている。このような同一高さの部位を設けることで、突起する接合部１０２による応力低減の効果は享受しつつ、接合部１０２が設けられた部位における肉厚の過大化が防止され、デザインの観点から、突起する接合部１０２が目立たず、車両用ホイールの好ましい外観を得ることができる。第二の実施形態におけるその他の構成については、上述の第一の実施形態に準ずる。
【００２４】
以上の第一及び第二の実施形態に限定されず、接合面１０３とリム部１０の中心軸Ｌとの交差角度α１、α２は適宜変更することができる。なお、接合面１０３を傾斜した面とすることにより接着剤層Ｓへ作用する応力が低減する理由は明らかではないが、下記実施例で記載するように、接着剤層Ｓへ作用する応力は接合部１０２の肉厚Ｍのみに依存しておらず、当該応力と接合面１０３の交差角度α１、α２との間には相関性があると推察される。このため、交差角度α１、α２が小さ過ぎると接着剤層Ｓへ作用する応力低減の効果が得られなくなる。交差角度α１、α２が一定の値を超えると接着剤層Ｓへ作用する応力低減の効果が平衡化する一方で、デザイン上好ましくなく、また製造コストの増大等を招くため、これらのバランスを考慮して適宜設定される。好ましくは、リム部１０の中心軸Ｌとの交差角度（内角）α１、α２が１０〜４０°の範囲であり、より好ましくは３０〜４０°の範囲である。
【００２５】
また、第一及び第二の実施形態では、リム部１０が炭素繊維強化樹脂から構成され、スポーク部２０が金属から構成される場合について説明したが、これとは逆に、リム部が金属であり、スポーク部が炭素繊維強化樹脂から構成されていても良い。また、図２及び図３の断面図では、接合面１０３は曲線状であるが、これに限定されるものではなく、接合面１０３の断面は直線状であっても良い。さらに、ボルトなど機械的接合要素を併用し、リム部１０とスポーク部２０とを接合しても良い。
【実施例】
【００２６】
次に、実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２７】
リム部が炭素繊維強化樹脂からなり、スポーク部がアルミニウム合金からなる車両用ホイールを設計し、最適化解析ソフトを用いたシミュレーションにより、種々の接合構造における接合部でのミゼズ応力を算出し、比較を行った。
【００２８】
入力条件は、ＪＩＳ  Ｄ  ４１０３で規定される１３°衝撃試験を想定し、荷重は１０ｋＮとした。解析に用いた物性値を表１に示す。車両用ホイールを構成する部材それぞれに対してヤング率、ポアソン比及び比重を定義した。接着剤としては、３Ｍ社の液型エポキシ系の構造接着剤ＩＷ２４６０を用いた。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
解析した結果を表２に示す。実施例４は、交差角度が３１．５°であり、図１及び２に示すような第一の実施形態に係る車両用ホイールに対応する。また、交差角度が２０°である実施例３は、図３に示すような第二の実施形態に係る車両用ホイールに対応する。比較例は、リム部の内面から突起する接合部を有しない車両用ホイールであり、図４及び５に示す構造を有する。この比較例の車両用ホイール４は、略円筒形状のリム部４１と、リム部４１に接合される複数のスポーク部４０を有し、リム部４１の内面４１１に対し、スポーク部４０の一端面４０１が接着剤層Ｓ（膜厚０．４ｍｍ）を介して接合されている。
【００３１】
各実施例及び比較例ともに、接合部１０２以外の形状は同一であり、リム部１０の上端部の外径Ｄを５２２ｍｍ、肉厚ｔ１（中心軸Ｌに対し垂直な方向に沿ったリム部の最大肉厚）を２５ｍｍ、接合部１０２が形成される部位におけるリム部１０の肉厚ｔ２（中間点Ｏを通り、中心軸Ｌと直交する直線に沿ったリム部の肉厚）を９ｍｍとした。また、図１に示すように、接合されるスポーク部の一端面に応じ２種の形状を有する接合部１０２のうち、接合部１０２Ａの円周方向の長さについては、上辺Ｗ２１を１２ｍｍ、下辺Ｗ２２を４９ｍｍとし、接合部１０２Ｂの円周方向の長さについては、上辺Ｗ１１を４４ｍｍ、下辺Ｗ１２を７９ｍｍとし、接合部１０２Ａ及び１０２Ｂのリム部１０の中心軸Ｌに沿う方向における成分Ｓ０の長さはいずれも４５ｍｍとした。加えて、接合面１０３の中間点Ｏにおけるリム部１０及び接合部１０２の合計肉厚Ｍ（リム部１０の中心軸Ｌに直交する直線を中間点Ｏを通るように引いた場合、当該直線がリム部１０の外周面と交わる点と中間点Ｏとの距離）は、表２に示すように、比較例が９ｍｍ（この場合、合計肉厚Ｍはリム部４１の肉厚ｔ２に一致する）、実施例１が１０ｍｍ、実施例２が１１ｍｍ、実施例３が１２ｍｍ、実施例４が１５ｍｍ、実施例５が１９ｍｍ、とした。
【００３２】
【表２】
2019167063.tif 000004
【００３３】
表２に示すとおり、交差角度を１０〜４０°の範囲で変更した結果、実施例１〜５のいずれも突起する接合部を有しない比較例の車両用ホイールと比べて接合部における応力が低減されることが確認された。特に、交差角度が３１．５°である実施例４の車両用ホイールは最も応力が小さくなることが明らかとなった。
【符号の説明】
【００３４】
１Ａ、１Ｂ  車両用ホイール
４  車両用ホイール
１０  リム部
２０  スポーク部
２１  ハブ部
４０  スポーク部
４１  リム部
１０１  内面
１０２、１０２Ａ、１０２Ｂ  接合部
１０３  接合面
１０４  接合面の端部
２０１  一端面
Ｄ  リム部の上端部の外径
Ｌ  中心軸
Ｍ、ｔ１、ｔ２  肉厚
Ｏ  中間点
Ｓ  接着剤層
Ｓ０  接着剤層が形成されている領域の中心軸に平行な成分
α１、α２  交差角度
【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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