(57)【要約】      （修正有）【課題】自動車用ホイールの疲労強度の向上と軽量化の実現【解決手段】リムと、リムに圧入嵌合されるディスクとを備える自動車用ホイールであって、ディスクは、ディスク取付け面と、ディスク取付け面から突出した湾曲部Ｒ３で構成され、ディスクと同心の環状をなすハットを有し、ディスク取付け面からハットを構成する湾曲部Ｒ３までの間に、ディスク外面方向に突出した中間湾曲部Ｒ２を有し、中間湾曲部Ｒ２およびハットを構成する湾曲部Ｒ３に接する直線の傾きが０．７〜１．１の範囲にある自動車用ホイール。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リムと、リムに圧入嵌合されるディスクとを備える自動車用ホイールであって、ディスクは、ディスク取付け面と、ディスク取付け面から突出した湾曲部で構成され、ディスクと同心の環状をなすハットを有し、ディスク取付け面からハットを構成する湾曲部までの間に、ディスク外面方向に突出した中間湾曲部を有し、中間湾曲部およびハットを構成する湾曲部に接する直線の傾きが０．７〜１．１の範囲にあることを特徴とする自動車用ホイール。
【請求項２】
中間湾曲部およびハットを構成する湾曲部の間に、ディスク内面方向に突出した逆湾曲部を有することを特徴とする請求項１に記載の自動車用ホイール。
【請求項３】
リムおよびディスクがともに鋼製であることを特徴とする請求項１または２に記載の自動車用ホイール。
【請求項４】
ハット表面に生じる周方向の応力と、ハット裏面に生じる径方向の応力との差が２０N/mm2以下であることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の自動車用ホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用ホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用ホイールは、例えば、スチール、アルミニウム合金等の板材をロール成形によって作製したリムに、スチール、アルミニウム合金等の板材をプレス成形によって作製したディスクを圧入嵌合して製造される。ホイールのディスク剛性を向上させれば、ディスクを薄肉化でき、自動車用ホイールの軽量化を図ることができる。
【０００３】
例えば、特許文献１では、ディスクのハットにおける径方向の内側斜面に形成された湾曲部に１００ＭＰａ以上の残留応力を付与したディスクホイールに関する発明が開示されている。特許文献２には、ディスクの中心からハットの頂部までの距離ｄＨとディスクの中心からディスクのフランジ外周までの距離ｄｍａｘの間に、０．６５≦ｄＨ／ｄｍａｘ≦０．８の関係を持つホイールに関する発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１８０２０２号公報
【特許文献２】特開２００８−１１４７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
板材をプレス成形してなるディスクにおいては、剛性を高めることが、すなわち疲労強度を向上させることとなる。その剛性に寄与し、疲労強度を左右する最大の要素は、ディスクの板厚と形状である。しかし、板厚を厚くすることは軽量化に反する。このため、板厚はできるだけ薄くし、強度の向上は、その形状によって付与することが望ましい。
【０００６】
特許文献１に記載の発明によれば、付与した残留応力によって、ディスクの剛性を付加的に向上させる効果があることは予想されるが、ディスクをどのような形状にすべきかについては一切開示されていない。特許文献２に記載の発明によれば、ホイール剛性が向上するとされているが、ディスクの剛性は、ハット高さ、ハット内側面の形状によって大きく左右されるものであり、単にハットの位置だけで決まるものではない。
【０００７】
このように、従来技術においては、ホイールの疲労強度を向上させ、ひいてはホイールの軽量化を実現できる程度にまでディスク形状について詳細に検討されていないのが実情である。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、リムと、リムに圧入嵌合されるディスクとを備える自動車用ホイールにおいて、ディスク形状を最適化することにより、ホイールの疲労強度の向上および軽量化を実現できる自動車用ホイールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、下記の自動車用ホイールを要旨とする。
【００１０】
（１）リムと、リムに圧入嵌合されるディスクとを備える自動車用ホイールであって、ディスクは、ディスク取付け面と、ディスク取付け面から突出した湾曲部で構成され、ディスクと同心の環状をなすハットを有し、ディスク取付け面からハットを構成する湾曲部までの間に、ディスク外面方向に突出した中間湾曲部を有し、中間湾曲部およびハットを構成する湾曲部に接する直線の傾きが０．７〜１．１の範囲にある自動車用ホイール。
【００１１】
（２）中間湾曲部およびハットを構成する湾曲部の間に、ディスク内面方向に突出した逆湾曲部を有する上記（１）の自動車用ホイール。
【００１２】
（３）リムおよびディスクがともに鋼製である上記（１）または（２）の自動車用ホイール。
【００１３】
（４）ハット表面に生じる周方向の応力と、ハット裏面に生じる径方向の応力との差が２０N/mm2以下である上記（１）から（３）までのいずれかの自動車用ホイール。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、リムと、リムに圧入嵌合されるディスクとを備える自動車用ホイールの疲労強度を向上させることができ、ひいては、ホイールの軽量化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る自動車用ホイールの例を示す断面図。
【図２】本発明に係る自動車用ホイールのディスクハット周辺の例を示す拡大図。
【図３】図２における接線の傾きと、応力値との関係を示す図。図中●はハット表面の周方向応力を、図中■はハット裏面の径方向応力をそれぞれ意味する。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に示すように、本発明に係る自動車用ホイールにおいて、例えば、ディスク２は、全体として略円盤状を有し、中心にハブ穴３が形成され、ハブ穴３の外周にハブを取付けるためのボルト穴４が形成され、さらにその外周にハット６が形成されている。ディスク２の外縁には軸方向に沿って内側に折り返されてフランジ５が形成されている。そして、リム１のウェル７にはディスク２のフランジ５が圧入され、これらを溶接することにより嵌合し、自動車用ホイールが製造される。
【００１７】
図２に示すように、ハット６は、ディスク２の取付け面８から突出し、ディスク２と同心の環状をなしており、湾曲部Ｒ３で構成されている。そして、ディスク２は、その取付け面８から立ち上がる湾曲部Ｒ１と、湾曲部Ｒ１と湾曲部Ｒ３との間にディスク外面方向に突出した中間湾曲部Ｒ２を有している。
【００１８】
本発明の自動車用ホイールにおいて、中間湾曲部Ｒ２およびハット６を構成する湾曲部Ｒ３に接する直線の傾きが０．７〜１．１の範囲にある必要がある。以下、その理由を説明する。
【００１９】
自動車用ホイールにおけるディスク２の強度は、回転曲げ耐久試験により評価される。本発明者らの研究により、試験中には、ハット表面６ａに径方向（図２中の左右方向）に生じるタテ割れと、ハット裏面６ｂに周方向（図２中の紙面に垂直な方向）にヨコ割れが生じ、表面のタテ割れはハット表面６ａの周方向の応力値が影響し、裏面のヨコ割れはハット裏面６ｂの径方向の応力値が影響しており、これらのバランスを調整することが重要であることが分かった。
【００２０】
そこで、図２に示すように、湾曲部Ｒ１の中心線とハット６頂部のディスク２の径方向の距離をＡとし、ディスク取付け面８からハット頂部までのディスク２の軸方向の距離をＨとし、さらに、湾曲部Ｒ２と湾曲部Ｒ３の接線とそれぞれの湾曲部との接点における、ディスク２の径方向（図２中の左右方向）距離をＸ、ディスク２の軸方向（図２中の上下方向）の距離をＹとする。このとき、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３の曲率は一定とし、その条件で、Ｒ４の中心点を移動させ、Ａ値を変動させることにより、湾曲部Ｒ２および湾曲部Ｒ３の接線の傾き（Ｙ／Ｘ）を調整した。接線の傾き（Ｙ／Ｘ）に対するハット表面の周方向応力と、ハット裏面の径方向応力との変化をＦＥＭ解析により解析した。その結果を図３に示す。
【００２１】
図３に示すように、接線の傾き（Ｙ／Ｘ）が変化しても、ハット表面の周方向応力はほとんど変化しないが、ハット裏面の径方向応力は大きく変化し、傾きが０．８４付近を底とする放物線を描く。すなわち、ハットの剛性は、ハット裏面の径方向応力を小さくすることが肝要となる。そして、図３に示すように、傾きが小さすぎるか、大きすぎる場合にはハット裏面の径方向応力がハット表面の周方向応力を上回り、特に、接線の傾きが０．７未満であるか、傾きが１．１を超えると、応力値が３２０Ｎ／ｍｍ２を超える。よって、接線の傾きは０．７〜１．１の範囲とする必要がある。特に、接線の傾きが０．７５〜０．９５の範囲とすることが好ましい。これは、接線の傾きを０．７５〜０．９５の範囲に調整することにより、最大応力値がもともと低い応力値である、ハット表面の周方向応力に依存することになるので、回転曲げ試験で亀裂が入りにくく、ハットの剛性が高いものとなる。また、疲労強度も向上する。
【００２２】
なお、中間湾曲部Ｒ２と湾曲部Ｒ３の間に湾曲部Ｒ２と湾曲部Ｒ３とは逆向き、すなわち、ディスク内面方向に突出した逆湾曲部Ｒ４を形成するか、湾曲部Ｒ２と湾曲部Ｒ３の間に直線部を形成することが好ましい。このような構成を採用すれば、中間湾曲部Ｒ２および湾曲部Ｒ３に付加される応力同士の影響を排除し、ハットにおける表面周方向応力値と裏面径方向応力値のバランスを確保しやすいからである。
【００２３】
リム及びディスクの製造方法は、通常の方法で良い。例えば、ディスクは、下記の（１）〜（５）の工程を含む工程により製造することが可能である。
（１）ディスク用鋼板を打ち抜いてブランクを得る打ち抜き工程、
（２）ブランクの四つのフランジをクランプした状態でディスク形状に加工してディスク成形体を得る絞り工程、
（３）ディスク成形体のフランジを切り落とすトリミング工程、
（４）ディスク成形体のフランジを立ち上げる平滑化工程、および
（５）ディスク成形体に穴を形成する穴抜き工程
【実施例１】
【００２４】
本発明に係る自動車用ホイールにおける疲労強度を調査するため、接線の傾きが０．６７〜１．２５の範囲にある７種類の自動車用ホイールについて、ＪＩＳ  Ｄ４１０３（１９９８）に基づき、図1の装置を用いて、回転曲げ試験を実施した。試験の結果を表１に示す。
【００２５】
なお、用意した自動車ホイールはいずれも、リム径１５インチ、リム幅６インチ、フランジ形状J、インセット５０ｍｍで、ディスクの材料は、板厚２．９ｍｍの、高張力鋼（５９０ＭＰａハイテン材）を用いたものである。また、ＪＩＳ  Ｄ４１０３に規定されている計算式で係数Ｋを１．３３としてモーメントを算出すると、モーメントＭ＝２．３０ｋＮ・ｍで規定回転数は３０，０００回転となる。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１に示すように、接線の傾き０．７〜１．１の範囲にあるＮｏ．４〜１８では、耐久回転数の平均が２５，０００回転を超えており、良好な疲労強度を有していた。特に、接線の傾き０．７５〜１．００の範囲にあるＮｏ．７〜１５では、いずれも耐久回転数が３０，０００回転を超えており、ＪＩＳ  Ｄ４１０３の規格を満足していた。一方、傾きが１．２５のＮｏ．１〜３および接線の傾きが０．６７のＮｏ．１９〜２１では、いずれも耐久回転数が２５，０００回転を下回った。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明によれば、リムと、リムに圧入嵌合されるディスクとを備える自動車用ホイールの疲労強度を向上させることができ、ひいては、ホイールの軽量化を実現することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１    リム
２    ディスク
３    ハブ穴
４    ボルト穴
５    フランジ
６    ハット
６ａ  ハット表面
６ｂ  ハット裏面
７    ウェル
８    ディスク取付け面
Ｒ１  湾曲部
Ｒ２  中間湾曲部
Ｒ３  ハットを構成する湾曲部
Ｒ４  逆湾曲部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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