(57)【要約】【課題】  設備の小型化及び費用の削減を実現し、高強度なホイールを経済的に提供すること。【解決手段】  ホイール１はアルミニウム合金製のリムと、同じくアルミニウム合金製のディスクとから構成されている。ディスクは、同一形状寸度の５個の分割ディスク４と、全周一体の椀体３とを備えている。分割ディスク４は、椀体３及びリムに溶接されている。各分割ディスク４の内径側角部４１ｒと角部４１ｌとがそれぞれ互いに対向接触した状態であり、各分割ディスク４の縁部４２ｒと縁部４２ｌとがそれぞれ対向接触した状態にある。椀体３の内径側の環部分３ｔをカーリングすることにより、その環部分３ｔを各分割ディスク４の内径側の端部にかしめている。また、全周一体の椀体３と分割ディスク４とに共通の通し孔５を設ける。【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てリムを保持するディスクとからなる溶接構造のホイールであって、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、少なくとも分割ディスクの車軸ハブへの取り付け部は、分割ディスクそれぞれの両幅端部を互いに対向接触させた状態で、別体の全周一体の椀体に溶接され、かつ椀体の内径側で溶接凹部が椀体によりかしめられて一体化され、分割ディスクそれぞれと椀体に共通の車軸ハブへの取り付け孔が透設されていることを特徴とするホイール。
【請求項２】
タイヤを装着保持するリムと、車軸ハブに取り付けてリムを保持するディスクとからなる溶接構造のホイールであって、そのディスクは相互に近似または同一の形状・寸度を有する複数個の分割ディスクの集合体であり、各分割ディスクの車軸ハブへの取り付け部の表面側は、各分割ディスクそれぞれの両幅端部を互いに対向させた状態で、別体の全周一体の椀体に重合溶接されて一体化され、分割ディスクそれぞれと全周一体の椀体に共通の車軸ハブへの取り付け孔が穿孔されていることを特徴とするホイール。
【請求項３】
前記椀体の裏面には、その径方向に延びる凸条が形成され、この凸条が各分割ディスクの内径側の両幅端部と溶接されていることを特徴とする請求項２に記載のホイール。
【請求項４】
軽合金材で製造さ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】
鉄系材で製造さ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車用ディスク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ディスクホイールは、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車輪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、軽量であることも必須の要件であり、さらには制動熱やタイヤ摩擦熱の良好な放散性やファッション性なども要求される。
【０００３】
そして、ホイールには、タイヤ装着や充填空気圧による荷重、自動車の自重に加えて乗員や積載物などによる水平面あるいは路面に対する垂直方向の荷重、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、突起物などとの衝突による衝撃力など、様々な外力がそれぞれ単独の応力として作用するだけでなく、重複して付加されるのが一般的であり、このことがホイールとして極めて優れた強度が必要とされる所以である。
【０００４】
ホイールを鋼鉄材製にして、かつ肉厚を厚くすれば強度面では確かに満足を得ることができるものを実現できるが、製造に大規模設備が必要であるばかりでなく、燃費の経済性や排ガス量など地球規模で環境問題が提唱される近代では、ディスクホイールの重量が重くなることの方が寧ろ問題となっている。
【０００５】
一方、軽量化及びデザイン性などを目的とした軽合金ホイールは１９５０年代にスポーツユーティリティーの面から主としてレーサー用として採用され、１９７２年頃には日本でも入手できるようになったが、現在では新車の標準装備でも既に８０％超と、そのシェア拡大が進行中である。
【０００６】
必要強度を満足に保証する軽合金ディスクホイールの肉厚として、少なくともディスク部は１０ｍｍ以上が必要で、そのこともあって全体を単一部品で構成された全体一体型ディスクの温間鍛造に用いる鍛造機械設備は極めて大掛かりであり、その費用も一般に２０億円以上とも言われている。また、全体一体型ディスクでは、その機能面においても、例えば旋回の場合、特に内側（例えば左折の場合、前輪左側）が剛直すぎて、操舵感覚の面で不安が残る心配がなしとは言えない。さらにまた、一体型ディスクでは、その周方向及び半径方向の任意の地点におけるそれぞれの板厚のバラツキが１０％を超えていることも珍しいことではない。高い遠心力が働く回転体において、不規則な板厚のバラツキは前述した操舵感覚の面で積極的に排除されることが望ましい。
【０００７】
さらに、特許文献１（特開昭５５−１６４５０２号公報）によれば、一体型ディスクでは前記の諸々の応力負荷はハブ取り付け面に近づくほど大きくなることが解析されており、これの解決の為にディスクのハブへの取り付け部においては、一体型ではなく個々それぞれ独立分離した状態で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。
【０００８】
そして、特許文献１では、一体型ディスク形成の後、軸受孔に連通する通し孔及びスリットを設けてハブへの結合部分を個々それぞれ独立分離状態にしたもので、鍛造成形に用いる鍛造機械設備が大掛かりであることや、必要費用は従来の一体型ディスク製造と同等であり、かつ通し孔及びスリットの加工もあり経済性の改善は必ずしも期待し難い。なお、この開示技術では独立分離状態のディスクのそれぞれとハブとの固定においては、隣接するディスク同士はスリットを介在させて互いに全く干渉力が働かない機構であり、前記の諸々の応力負荷への対応はいささか疑問である。
【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】
【０００９】
この発明は、ホイールの製造、特に一体型ディスクを製造するための温間鍛造機械設備の大掛かりさや、莫大な費用消費を改めて、設備の小型化及び費用の削減を実現するために分割ディスクを採用する。分割ディスク形式故に、軽合金板材、押し出し材及びダイカスト材の採用をも可能とし、均一な板厚を保証したディスクで構成されたホイールを、必要に応じて自動車の組み立てラインのサブラインのおいてでも極めて経済的に製造可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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てリムを保持するディスクとからなる溶接構造のホイールであって、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、少なくとも分割ディスクの車軸ハブへの取り付け部は、分割ディスクそれぞれの両幅端部を互いに対向接触させた状態で、別体の全周一体の椀体に溶接され、かつ椀体の内径側で溶接凹部が椀体によりかしめられて一体化され、分割ディスクそれぞれと椀体に共通の車軸ハブへの取り付け孔が透設されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２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てリムを保持するディスクとからなる溶接構造のホイールであって、そのディスクは相互に近似または同一の形状・寸度を有する複数個の分割ディスクの集合体であり、各分割ディスクの車軸ハブへの取り付け部の表面側は、各分割ディスクそれぞれの両幅端部を互いに対向させた状態で、別体の全周一体の椀体に重合溶接されて一体化され、分割ディスクそれぞれと全周一体の椀体に共通の車軸ハブへの取り付け孔が穿孔されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明においては、請求項２に記載の発明において、前記椀体の裏面には、その径方向に延びる凸条が形成され、この凸条が各分割ディスクの内径側の両幅端部と溶接されていることを特徴とする。
【００１３】
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、軽合金材で製造されていることを特徴とする。
請求項５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、鉄系材で製造されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
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、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１０分の１に削減できる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だけ製造調達するシステムの可能性を示唆している。そして、分割ディスクゆえに常温及び温間鍛造が必ずしも必要ではなく、常温加工を採用すれば素材の選択肢において押し出し材、ダイカスト材など、他種類採用可能となった。このことによりディスク部の肉厚面の精度が格段に向上し、そのバラツキは従来のディスクと比較して優に１０分の１以下になることを保証可能である。さらに分割ディスクゆえにディスク部に加えられる外部からの諸荷重がディスク面全体に周方向へ向かって伝播するのを抑制制御して、各分割ディスクの半径方向におけるたわみのために、走行旋回時において内側の分割ディスクの緩衝作用によって、運転の操舵感覚が向上促進される。また、ダイカスト材で構成された分割ディスクに補強リブを採用すればホール全体として２０％程度の軽量化も可能であり、コスト削減は勿論のこと、軽量化による慣性質量の減少に大きく貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
以下、この発明のホイールを具体化した第１の実施形態について図１〜図３に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１（ａ）（ｂ）に示すように、第１の実施形態の軽合金材よりなるホイール１はタイヤ１０を装着保持するアルミニウム合金製のリム２と、リム２のウェル２ｗ形成部外壁の半径方向壁の任意の地点Ｏ点でミグ溶接されて一体化された同じくアルミニウム合金製のディスク４０とから構成された溶接構造をなしている。
【００１７】
ディスク４０は、同一また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。）の分割ディスク４の集合体と、全周一体の椀体３とを備えている。分割ディスク４それぞれの形状は、図２に示す（ホイールとしてみた場合）内径側の弧ｒｌよりやや外径側の弧ｒｌ１の長さが、全周一体の椀体３との溶接地点ｍ点及びｎ点（図３参照）それぞれの周長の５分の１に規定されており、外形側の弧ＲＬの長さはリム２との溶接地点Ｏ点（図１参照）の周長の５分の１に規定されている。内径側及び外径側の前記の規定以外の中間部分の形状寸度はデザインの都合で自由に選択可能である。
【００１８】
全周一体の椀体３と各分割ディスク４との溶接地点ｍ点及びｎ点における周方向の位置関係は、各分割ディスク４の内径側角部４１ｒと角部４１ｌとがそれぞれ互いに対向接触した状態であり、各分割ディスク４の縁部４２ｒと縁部４２ｌとがそれぞれ対向接触した状態であり、各分割ディスク４の幅端部は、隣接する分割ディスク４の幅端部と対向接触している。
【００１９】
溶接地点ｍ点における溶接凹部を覆い包むように全周一体の椀体３の内径側の環部分３ｔをカーリングすることにより、その環部分３ｔを各分割ディスク４の内径側の端部にかしめて、全周一体の椀体３と各分割ディスク４との一体化を更に強固にしている。
【００２０】
また、全周一体の椀体３と分割ディスク４とに共通の通し孔５を設ける。
リム２と各分割ディスク４との溶接地点Ｏ点における位置関係は、外径側の角部４１Ｒと角部４１Ｌとがそれぞれ互いに対向接触した状態で溶接されて軽合金ホイール１が完成されている。
【００２１】
リム２の構成は公知のとおりで、ここでの説明は省略する。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について、前記第１の実施形態と異なる部分について図４及び図５に基づいて説明する。
【００２２】
同一の形状寸度の５個の各分割ディスク４それぞれの形状が、前記第１の実施形態とは異なる。すなわち、各分割ディスク４の外径側の弧ＲＬの長さはリム２との溶接地点Ｏ点の周長の１／５よりも相当短く規定されている。ここで、「相当短く」の意味は、ホイールの希望デザインに従って外径側の弧ＲＬの長さが第１の実施形態よりも短くなるように適宜自由に選択決定することを許容している意味である。そして、分割ディスク４とリム２との溶接地点Ｏ点の溶接は治具（図示しない）により正確に位置決めして軽合金ホイール１を完成している。なお、図示はされていないが、この第２の実施形態においても、全周一体の椀体３の内径側の環部分３ｔをカーリングすることにより、その環部分３ｔを各分割ディスク４の内径側の端部にかしめて、全周一体の椀体３と各分割ディスク４との一体化を強固にしている。
【００２３】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態を第１の実施形態及び第２の実施形態と異なる部分について図６〜図８に基づいて説明する。
【００２４】
この第３の実施形態においては、リム２、椀体３と分割ディスク４とリング６とよりなるディスク４０が鉄系材により形成されている。前記リング６はリム２に溶接固定されるとともに、このリング６に分割ディスク４が溶接固定されている。
【００２５】
分割ディスク４の外径側の弧ＲＬの長さはリム２との溶接地点Ｏ点に溶接されるリング６に等間隔をおいて形成された５箇所のガイド７により規定されている。すなわち、分割ディスク４それぞれとリング６との溶接は、分割ディスク４それぞれの弧ＲＬがリング６に設けられた５箇所のガイド７に嵌入されて溶接される。そして、分割ディスク４がガイド７に溶接されたリング６が溶接地点Ｏ点においてリム２と溶接されて鉄系ホイール１を完成している。分割ディスク４の正面のデザインの一例として図７（ｂ）に図示しているが、図８に拡大して示すように、分割ディスク４の両側縁にリブ４Ｒを設けることも有効である。
【００２６】
以上、第１及び第２の実施形態では、軽合金製のホイールを説明し、第３の実施形態では鉄系材のホイールとして説明したが、これらの材質の選択は自由である。例えば、チタン合金やマグネシウム合金が挙げられる。
【００２７】
（第４の実施形態）
以下、この発明を具体化した第４の実施形態を図９〜図１２に基づいて説明する。図９及び図１１に示すように、この第４の実施形態の軽合金材よりなるホイール５１は、タイヤ１０を装着保持するアルミニウム合金製のリム５２と、リム５２のウェル５２ｗ形成部外壁における半径方向壁の任意の地点Ｏ点において、リム５２にミグ溶接されて一体化された、同じくアルミニウム合金製のディスク４０とから構成された溶接構造をなしている。
【００２８】
ディスク４０は、図９に示すように、同一または近似の形状・寸度の５個の分割ディスク４４〜４４（分割個数は特に限定するものではない）の集合体と、全周一体の椀体４３（以下、単に椀体４３という）とを備えている。
【００２９】
椀体４３は、図１２（ａ）（ｂ）から明らかなように、車軸（図示しない）に挿通する孔部４３ｓを中心部に有し、外筒となる４３ｐの一方の端部から外径方向に円球板４３ｃを形成している。円球板４３ｃの裏面側には、等間隔毎に幅ｗで所望体積の凸条（凸条の長さ及び高さは自由に選択できるの意）４３ｊが５箇所に設けられている。車軸ハブへの取り付け孔４３ｈが、前記の５箇所の凸条４３ｊ間の中間の所望地点５箇所に穿孔されている。
【００３０】
図９に示すように、各分割ディスク４４〜４４は、その内径側端部４４１の弧の長さｌ１がそれぞれ等しく、ｌ１＋ｌ１＋ｌ１＋ｌ１＋ｌ１は、椀体４３の外筒４３ｐの外周長とイコールに形成される。その上で、このｌ１の両幅端部から前記凸条４３ｊの幅ｗの２分の１宛減幅する。すなわち、隣接する分割ディスク４４〜４４の側端部同士の間に幅ｗの隙間が設けられている結果となる。ただし、この減幅部のディスク裏面側にはテーパ部４３ｔが形成されて、開口幅が広くなっている。椀体４３の円球板４３ｃの外径に相当する分割ディスク４４〜４４の位置４４２における弧の長さｌ２が、５個の分割ディスクのそれぞれのｌ２の合計即ち、ｌ２＋ｌ２＋ｌ２＋ｌ２＋ｌ２は、前記の円球板４３ｃの外周長とイコールに形成されている。
【００３１】
椀体４３と５個の分割ディスク４４〜４４との重合組み付けは、椀体４３の円球板４３ｃの裏面側の５箇所の凸条４３ｊの幅ｗにそれぞれの分割ディスクの両幅端部を沿わせて外筒４３ｐの外径に接触するまで前進させることにより、極めて容易に、かつ正確に組みつけが完了できる。組み付け完了の状態では、分割ディスク４４〜４４の内径側端部４４１〜４４１及び４４１の弧の長さ（ｌ１−ｗ）＋（ｌ１−ｗ）＋（ｌ１−ｗ）＋（ｌ１−ｗ）＋（ｌ１−ｗ）と、分割ディスク４４〜４４間に介在している５箇所の凸条４３ｊの幅ｗ＋ｗ＋ｗ＋ｗ＋ｗとの和は、椀体４３の外筒４３ｐの外周長にイコールで、両者は隙間なく密接状態である。同時に、この状態のとき、椀体４３の円球板４３ｃの外径に相当する分割ディスクそれぞれの位置４４２〜４４２の弧の長さの合計ｌ２＋ｌ２＋ｌ２＋ｌ２＋ｌ２は、円球板４３ｃの外周長にイコールであって、分割ディスク４４〜４４それぞれの半径方向の対接線が椀体４３の円球板４３ｃの外周の外径側では、視認されることがないデザインである。
【００３２】
以上のように組み付けが完了した状態で、即ち、各分割ディスク４４〜４４の両幅端部が対向した状態で、分割ディスク４４〜４４間の隙間ｗ〜ｗに溶接治具を挿通し、椀体４３の凸条４３ｊと分割ディスク４４〜４４の両幅端部とを溶接し、引き続き、隙間ｗ〜ｗを肉盛り溶接で埋め尽くし、さらに外筒４３ｐの外周端と、分割ディスク４４〜４４の裏面側内径端部とをｍ点で溶接し、肉盛りして、分割ディスク４４〜４４と椀体４３との重合溶接による一体化を完了する。この状態が図１０に示されている。なお、この図１０においては、凸条４３ｊの部分が幅広に描かれているが、これは溶接の結果この部分が幅広になったものである。つづいて椀体４３の５箇所に穿孔されているハブへの取り付け孔４３ｈに倣って分割ディスク４４〜４４それぞれに孔４４ｈを穿孔してディスク４０を完成している。車軸ハブへの取り付け孔４３ｈ及び４４ｈは図面に示すように、予め設けておいても或いは最後に両者に通しで穿孔しても、その順序は特に限定はしない。要は、取り付け孔４３ｈ及び４４ｈは共通の通し孔を構成すればよい。
【００３３】
上記以外の部分の形状・寸度はデザイン上の要請により自由に選択できる。なお、リム５２とディスク４０とＯ点における溶接一体化もその方法は特に限定するものではなく、公知の手段方法で溶接されて軽合金ホイール５１が完成されている。リム５２の構成も公知の通りで、ここでの説明は省略する。
【００３４】
なお、この第４の実施形態においても、前記第１〜第３の実施形態と同様に材質の選択は自由である。
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について前記第４の実施形態と異なる部分について説明する。
【００３５】
図示は省略するが、椀体が鉄系材の場合は、椀体の裏面側には５箇所の凸条は設けず、全表面を一様なフラット面とする。鉄系材の分割ディスクの内径側の幅端部の幅ｌ−ｗ（第４の実施形態のｌ−ｗと同一幅の意）は、椀体との重合の位置決めガイドではなく、専ら溶接治具を挿通する溝として、幅ｗを介在させる。椀体と分割ディスクとの重合のガイドは特に必要ではないが、椀体と分割ディスク５個それぞれに、車軸ハブへの取り付け孔を予め穿孔しておいて、それらの孔同士を両者の重合組み付けのガイドとしてもよい。
【００３６】
以上、各実施形態のように、ディスクを分割ディスクによって構成すれば、鍛造等の機械設備が大幅に小型化される。このため、自動車組み立てのメインラインの傍らでホイールを必要なだけ調達するサブラインを備えたシステムが可能となる。また、ディスクが小部品により構成されるため、採用可能な素材の選択肢も広くなった。そして、ディスクを分割ディスクによって構成し、ハブ取り付け部において全周一体の椀体を併用しているため、周方向の応力負荷の担持もまた十分に保証可能である。そして、走行使用時における旋回時において分割ディスクの緩衝性の働きによって運転の操舵感覚が向上される。分割ディスクに補強リブを採用すれば、２０％程度の軽量化もまた可能である。
【００３７】
なお、請求項に記載した技術的思想以外の技術的思想は以下の通りである。
・  各分割リムは、その内径側及び外径側の幅端部が互いに接した状態である請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載のホイール。
【００３８】
・  各分割リムは、その内径側の幅端部が互いに接した状態である請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載のホイール。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】（ａ）は、第１の実施形態のホイールを示す正面図、（ｂ）は、そのホイールの断面図。
【図２】第１の実施形態のホイールの分解斜視図。
【図３】同じく一部拡大断面図。
【図４】（ａ）は、第２の実施形態のホイールを示す正面図、（ｂ）は、そのホイールの断面図。
【図５】第２の実施形態のホイールの分解斜視図。
【図６】（ａ）は、第３の実施形態のホイールを示す正面図、（ｂ）は、そのホイールの断面図。
【図７】（ａ）は、第３の実施形態のホイールの分解斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ断面図、（ｃ）は、（ａ）のＹ−Ｙ断面図、（ｄ）は、（ａ）のＺ−Ｚ断面図。
【図８】（ａ）は、分割ディスクの斜視図、（ｂ）は、同じく断面図、（ｃ）は、（ｂ）のＳ−Ｓ断面図。
【図９】第４の実施形態のディスクを構成する椀体及び分割ディスクの分解斜視図。
【図１０】第４の実施形態のディスクの斜視図。
【図１１】第４の実施形態のホイールの半部断面図。
【図１２】（ａ）は椀体の半部正面図、（ｂ）は半部断面図。
【符号の説明】
【００４０】
１…ホイール、２…リム、３…椀体、４…分割ディスク、５…孔、１０…タイヤ、４０…ディスク、４１…ホイール、４２…リム、４３…椀体、４３ｈ…取り付け孔、４３ｊ…凸条、４４…分割ディスク、４４ｈ…孔、５１…ホイール、５２…リム。
【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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【図１１】
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【図１２】
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