(57)【要約】【課題】金属母材内に発生するキャビティーが抑制された車両用ホイール及びその製造方法を提供する。【解決手段】この車両用ホイール１は、金属母材３と複数の補強材２とを備えている。金属母材３は、ハブ穴４１を有するディスク３１及びディスク３１の周囲に位置するリム３２から構成される。複数の補強材２は、金属母材３内に埋設され、ハブ穴４１の内周面４から放射状に延びており、金属母材３及び内周面４を画成するように設けられている。複数の補強材２により画成された金属母材３の体積の比率は、Ｖ２：Ｖ１：Ｖ２である。また、複数の補強材２により画成された内周面４の面積の比率は、Ａ２：Ａ１：Ａ２である。ここで、比率Ａ２：Ａ１：Ａ２は、比率Ｖ２：Ｖ１：Ｖ２と略同一となるように、複数の補強材２は設計されているので、ホイールを鋳造により製造する際に溶融金属の湯流れが均一化される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハブ穴を有するディスク及び前記ディスクの周囲に位置するリムから構成される金属母材と、前記金属母材内に埋設され前記ハブ穴の内周面から放射状に延びた複数の補強材とを備えた車両用ホイールであって、
前記複数の補強材により画成された前記内周面の面積の比率は、前記複数の補強材により画成された前記金属母材の体積の比率と略同一となることを特徴とする車両用ホイール。
【請求項２】
前記複数の補強材の縦弾性係数をＥ１、比重をρ１とし、前記金属母材の縦弾性係数をＥ２、比重をρ２とした場合、Ｅ１／ρ１はＥ２／ρ２よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の車両用ホイール。
【請求項３】
湯口から放射状に複数の補強材を配置する工程と、前記湯口から鋳型の内部空間に溶融金属を供給する工程と、前記溶融金属を固化させて金属母材を形成する工程と、を備えた車両用ホイールの製造方法であって、
前記複数の補強材により画成された前記湯口の面積の比率と、前記複数の補強材により画成された前記内部空間の体積の比率とが略同一となるように、前記複数の補強材を配置することを特徴とする車両用ホイールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用ホイール及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リムとディスクが一体化された車両用ホイールは、例えばアルミニウム合金等の軽合金から鋳造される。例えば、ディスク内に骨材が埋設された車両用ホイールが知られている（特許文献１参照）。この骨材としては、ディスクと同質の軽合金か、又は鉄やステンレス鋼、セラミック、繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ、ＧＦＲＰ）等が用いられる。また、例えば、スポークに補強材が鋳包まれた車両用ホイールが知られている（特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６３−９３４６３号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開昭５７−６８２６０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、予め鋳型内に補強材を配置した後に、溶融金属を流し込んで鋳造を行うと、湯流れが不均一となる。湯流れが不均一であると、溶融金属を固化させて形成される金属母材内にキャビティー（巣）が発生してしまう。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、金属母材内に発生するキャビティーが抑制された車両用ホイール及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明の車両用ホイールは、ハブ穴を有するディスク及びディスクの周囲に位置するリムから構成される金属母材と、金属母材内に埋設されハブ穴の内周面から放射状に延びた複数の補強材とを備えた車両用ホイールであって、複数の補強材により画成された内周面の面積の比率は、複数の補強材により画成された金属母材の体積の比率と略同一となることを特徴とする。
【０００８】
このホイールは鋳造により製造される。鋳造の際には、湯口から鋳型の内部空間に溶融金属が供給されるが、湯口はハブ穴の内周面に相当し、内部空間は金属母材に相当する。ここで、複数の補強材により画成された内周面（湯口）の面積の比率は、複数の補強材により画成された金属母材（内部空間）の体積の比率と略同一であるので、鋳造の際に溶融金属の湯流れが均一化される。湯流れが均一化されると、金属母材内に生じるキャビティーが抑制される。したがって、キャビティーが抑制された高品質のホイールが得られる。
【０００９】
また、本発明の車両用ホイールは、複数の補強材の縦弾性係数をＥ１、比重をρ１とし、金属母材の縦弾性係数をＥ２、比重をρ２とした場合、Ｅ１／ρ１はＥ２／ρ２よりも大きいことを特徴とする。
【００１０】
この複数の補強材を用いると、ホイールの単位質量当たりの剛性を向上できる。この為、意匠性を損なうことなくホイールを軽量化できる。
【００１１】
また、本発明の車両用ホイールの製造方法は、湯口から放射状に複数の補強材を配置する工程と、湯口から鋳型の内部空間に溶融金属を供給する工程と、溶融金属を固化させて金属母材を形成する工程と、を備えた車両用ホイールの製造方法であって、複数の補強材により画成された湯口の面積の比率と、複数の補強材により画成された内部空間の体積の比率とが略同一となるように、複数の補強材を配置することを特徴とする。
【００１２】
この方法を用いると、湯口から鋳型の内部空間に供給される溶融金属の湯流れは均一化される。湯流れが均一化されると、金属母材内に生じるキャビティーが抑制されるので、ホイール製造時の不良率を低減できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係る車両用ホイールについて説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００１４】
図１は、実施の形態に係る車両用ホイール１の一部を示す斜視図である。図２は、図１のＩＩ矢印方向から見た車両用ホイール１の斜視図である。この車両用ホイール１は、金属母材３と、金属母材３内に埋設された複数の補強材（骨材）２とを備えている。
【００１５】
金属母材３は、ディスク３１及びディスク３１の周囲に位置するリム３２から構成されており、ディスク３１とリム３２は一体化されている。ディスク３１は、中央にハブ穴（開口）４１を有しており、ハブ穴４１からリム３２に向けて放射状に延びるスポーク３５を有している。本例においては、スポーク３５の本数は６本である。なお、金属母材３は、アルミニウム合金等の軽金属合金から成る。
【００１６】
複数の補強材２は、ハブ穴４１の内周面４からリム３２に向けて放射状に延びており、金属母材３及び内周面４を画成している。この複数の補強材２は、金属母材３外に一部露出していてもよく、また、完全に埋没していてもよい。なお、補強材２は、モリブデン、クロム、マグネシウム、鉄、チタン等を含む合金から成る。
【００１７】
図１においては、車両用ホイール１のうち、１本のスポーク３５部分に着目して、当該部分に配置された複数の補強材２を示している。このスポーク３５内には、２本の補強材２が内周面４からリム端まで延びている。さらに、ディスク３１のスポーク３５幅方向両隣には、スポーク３５を規定する空隙ＶＣが位置している。空隙ＶＣのディスク周方向幅は、ディスク中心に向けて狭くなっており、空隙ＶＣを規定するディスク３１内側表面は、ハブ穴４１の周縁部においては当該周縁部の外周面４’を構成する。
【００１８】
ハブ穴４１周縁部には、スポーク３５の幅方向両隣における位置においてハブ穴内周面４から外周面４’に向けて延びた内側補強材２’が埋設されており、また、ディスク３１周縁部からリム３２をリム幅方向に横断する外側補強材２”が埋設されている。それぞれの内側補強材２’は、これらに対応する外側補強材２”に対して同一平面内に位置する。この平面は、ハブ穴４１を通り且つリム幅を含む平面である。また、残りのスポーク３５に関しても同様に複数の補強材２が設けられている。
【００１９】
かかる複数の補強材２（２’，２”）により画成された金属母材３の体積の比率は、図１に示すように例えばＶ２：Ｖ１：Ｖ２である。また、複数の補強材２により画成された内周面４の面積の比率は、図２に示すように例えばＡ２：Ａ１：Ａ２である。ここで、比率Ａ２：Ａ１：Ａ２が比率Ｖ２：Ｖ１：Ｖ２と略同一となるように、複数の補強材２は設計されている。そのためには、例えば補強材２を終端部において曲折することにより補強材２の位置を変更し、内周面４の面積の比率を調整することができる。また、複数の補強材２の個数、又は形状等によっても内周面４の面積の比率及び金属母材３の体積の比率を調整することができる。
【００２０】
なお、「略同一」とは、以下の式（１）において、ｋの値が０．９５〜１．０５の範囲となる場合を意味する。
（１）Ａ２／Ｖ２＝ｋ・Ａ１／Ｖ１
【００２１】
続いて、内周面４の面積及び金属母材３の体積の規定方法について詳説する。
【００２２】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、ハブ穴４１の内周面４の一部を示す図である。内周面４は、複数の補強材２の端面を含んでおり、複数の補強材２によって画成されている。
【００２３】
図３（ａ）は、複数の補強材２が平板の場合におけるハブ穴４１の内周面４の一部を示す図である。この場合、複数の補強材２の端面形状は、例えば長方形である。図３（ｂ）は、複数の補強材２の端面形状がＨ字型（Ｉ字型）の場合におけるハブ穴４１の内周面４の一部を示す図である。補強材２の端面形状がＨ字型であると断面２次モーメントの比による補強効果が増大し、複数の補強材２の材料を選択できる範囲が拡大する。
【００２４】
図３（ａ）及び図３（ｂ）において、複数の隣接する補強材２により画成された内周面４の面積の比率Ａ１：Ａ２は、境界線Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３によって規定される。具体的には、境界線Ｂ１と境界線Ｂ２によって仕切られた内周面の面積はＡ１、境界線Ｂ２と境界線Ｂ３によって仕切られた内周面の面積はＡ２となる。境界線Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、ホイール軸方向に平行であって、且つ複数の補強材２の端面を左右対称に分割する直線である。
【００２５】
また、複数の隣接する補強材２により画成された金属母材３の体積の比率Ｖ１：Ｖ２は、境界線Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３から複数の補強材２に沿って放射状に延びる平面によって分割された金属母材３の体積の比率である。
【００２６】
上述の車両用ホイール１は、鋳造により製造される。以下、図４を参照しながら車両用ホイール１の製造方法について説明する。この製造方法では、工程（ａ）〜工程（ｃ）が順次実行される。図４は、実施の形態に係る車両用ホイール１を製造する鋳型２６及び車両用ホイール１に埋め込まれる複数の補強材２の断面図である。
【００２７】
補強材配置工程（ａ）
まず、下型２２に設けられた複数の支持台７１上に、複数の補強材２を湯口２０から放射状に配置する。続いて下型２５の中央に中子２５を配置し、横型２３及び上型２４を用いて鋳型２６を組み立てる。その結果、鋳型２６によって内部空間２１が形成される。また、上型２４と下型２２によって溶融金属を流し込むための湯口２０が形成される。
【００２８】
また、複数の補強材２は内部空間２１及び湯口２０を画成している。このとき、複数の補強材２により画成された湯口２０の面積の比率と、複数の補強材２により画成された内部空間２１の体積の比率とが略同一となるように、複数の補強材２を配置する。具体的な配置については、再び図１〜図３に示す車両ホイール１を参照して説明する。
【００２９】
湯口２０は内周面４に対応し、内部空間２１は金属母材３に対応している。したがって、複数の補強材２により画成された内部空間２１の体積の比率は、図１を参照すると、例えばＶ２：Ｖ１：Ｖ２となる。また、複数の補強材２により画成された湯口２０の面積の比率は、図２を参照すると、例えばＡ２：Ａ１：Ａ２となる。ここで、比率Ａ２：Ａ１：Ａ２が比率Ｖ２：Ｖ１：Ｖ２と略同一となるように、複数の補強材２は配置されている。なお、「略同一」とは、前述の式（１）においてｋの値が０．９５〜１．０５の範囲となる場合である。
【００３０】
溶融金属供給工程（ｂ）
次に、湯口２０から鋳型２６の内部空間２１に溶融金属を供給する。このとき、複数の補強材２の温度を、予め鋳型２６の温度と同程度まで加熱しておくと好適である。溶融金属の湯流れは、複数の補強材２が工程（ａ）に示された所定の位置に配置されているため、均一化される。溶融金属は、内部空間２１が充填されるまで供給する。
【００３１】
金属母材形成工程（ｃ）
さらに、溶融金属を冷却し、固化させて金属母材３を形成する。工程（ｂ）において湯流れが均一化されていたので、金属母材３内に生じるキャビティーは抑制されている。したがって、ホイール製造時の不良率を低減でき、且つ高品質の車両用ホイールが得られる。
【００３２】
この方法により製造されたホイールは、前述の車両用ホイール１に対応する。すなわち、車両用ホイール１は鋳造により製造される。鋳造の際には、湯口２０から鋳型２６の内部空間２１に溶融金属が供給されるが、湯口２０はハブ穴４１の内周面４に相当し、内部空間２１は金属母材３に相当する。ここで、複数の補強材２により画成された内周面４（湯口２０）の面積の比率は、複数の補強材２により画成された金属母材３（内部空間２１）の体積の比率と略同一であるので、鋳造の際に溶融金属の湯流れが均一化される。湯流れが均一化されると、金属母材３内に生じるキャビティーが抑制される。したがって、車両用ホイール１は、高品質である。
【００３３】
また、車両用ホイール１において、複数の補強材２の縦弾性係数をＥ１、比重をρ１とし、金属母材３の縦弾性係数をＥ２、比重をρ２とした場合、Ｅ１／ρ１はＥ２／ρ２よりも大きい。これにより、車両用ホイール１の単位質量当たりの曲げ剛性を向上でき、意匠性を損なうことなく車両用ホイール１を軽量化できる。さらに、複数の補強材２として共通形状の補強材を流用することができ、補強材を無垢で使用するよりも、はるかに安価にできる。
【００３４】
補強材２の材料としては、例えば、金属Ｙ（モリブデン（Ｍｏ）化合物）を用いることができる。また、金属母材３の材料としては、例えば、アルミニウム合金から成るアルミ母材を用いることができる。金属Ｙの縦弾性係数をＥＹ、比重をρＹとし、アルミ母材３の縦弾性係数をＥＡ、比重をρＡとした場合、ＥＹ／ρＹはＥＡ／ρＡよりも大きい。一方、金属Ｘ（鉄（Ｆｅ）化合物）の縦弾性係数をＥＸ、比重をρＸとし、アルミ母材３の縦弾性係数をＥＡ、比重をρＡとした場合、ＥＸ／ρＸはＥＡ／ρＡと略同じ値である。以下、金属Ｘ及び金属Ｙを補強材２の材料として用いた場合の剛性について、図５及び図６を参照しながら比較詳説する。
【００３５】
図５は、金属母材３に挟まれた補強材２から成る梁のハブ穴４１からリム３２に向かう方向に垂直な断面図である。この梁の高さはｈである。梁の幅を１とした場合の補強材２の幅（補強材２の幅割合）はａである。
【００３６】
図６は、補強材２の幅割合ａに対する梁の単位質量当たりの剛性を、アルミ母材を規準にした比率（％）により示すグラフである。このグラフは、金属母材３としてアルミ母材を用い、補強材２の幅割合ａを０〜１の範囲で変化させた場合のグラフである。補強材２の材料としては、金属Ｘ及び金属Ｙを用いている。金属Ｙの場合、幅割合ａの増加に伴って単位質量当たりの剛性が向上することがグラフから認められる。一方、金属Ｘの場合、幅割合ａの増加によっても単位質量当たりの剛性はほとんど向上しないことがグラフから認められる。
【００３７】
さらに、実施の形態に係る車両用ホイール１の変形例である車両用ホイール１ａ及び車両用ホイール１ｂについて以下説明する。なお、車両用ホイール１との共通部分の説明は一部省略する。
【００３８】
図７は、ディスク３１の裏面側から見た車両用ホイール１ａの一部を示す平面図である。ディスク３１の中央に位置するハブ穴４１の周囲には、複数のボルト穴５が配置されている。また、ディスク３１の各スポーク３５にはそれぞれ２つの凹部（肉盗み）６が設けられているので、車両用ホイール１ａを軽量化することができる。
【００３９】
図８は、図７のＶＩＩＩ矢印方向から見た車両用ホイール１ａの部分断面図である。金属母材３内には、複数の補強材２が配置されており、車両用ホイール１ａを鋳造する際に複数の補強材２を支持するための複数の支持部７が設けられている。複数の支持部７は、ディスク３１及びリム３２の両方に各々設けられている。なお、支持部７は図４に示した支持台７１に対応している。
【００４０】
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、図８に示した車両用ホイール１ａのＩＸ−ＩＸ矢印断面図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）は１本のスポーク３５の断面図である。このスポーク３５内には１つの補強材２が配置されている。補強材２は、２つの凹部６の間に配置されており、車両用ホイール１ａの軽量化と共に剛性の向上を実現している。
【００４１】
図１０（ａ）は、ディスク３１の表面側から見た車両用ホイール１ｂを示す平面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示した車両用ホイール１ｂのｂ−ｂ矢印断面図である。このスポーク３５内には２つの補強材２が配置されている。これらの補強材２の間には、１つの凹部６が設けられており、車両用ホイール１ｂの軽量化と共に剛性の向上を実現している。
【００４２】
以上、車両用ホイールに関して説明してきたが、ロアアーム、アッパーアーム、ナックル、キャリア等の鋳造成型体（鋳造部品）全般に関しても本発明を適用することができる。これにより、本発明の車両用ホイールと同様の効果が得られる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の車両用ホイールによれば、金属母材内に発生するキャビティーを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る車両用ホイールの一部を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ矢印方向から見た車両用ホイールの斜視図である。
【図３】ハブ穴の内周面の一部を示す図である。
【図４】実施の形態に係る車両用ホイールを製造する鋳型及び車両用ホイールに埋め込まれる複数の補強材の断面図である。
【図５】金属母材に挟まれた補強材から成る梁のハブ穴からリムに向かう方向に垂直な断面図である。
【図６】補強材の幅割合ａに対する梁の単位質量当たりの剛性を、アルミ母材を規準にした比率（％）により示すグラフである。
【図７】ディスクの裏面側から見た車両用ホイールの一部を示す平面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ矢印方向から見た車両用ホイールの部分断面図である。
【図９】図８に示した車両用ホイールのＩＸ−ＩＸ矢印断面図である。
【図１０】ディスクの表面側から見た車両用ホイールを示す平面図及び図１０（ａ）に示した車両用ホイールのｂ−ｂ矢印断面図である。
【符号の説明】
４１…ハブ穴、３１…ディスク、３２…リム、３…金属母材、４…内周面、２，２’，２”…補強材、１…車両用ホイール、２０…湯口、２６…鋳型、２１…内部空間。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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