(57)【要約】【課題】アルミニウム、鉄など異なる金属材料でハブ及びリムを製作し、軽量化及び高機械強度を兼備えたホイール構造を提供する。【解決手段】ホイール構造は、ハブ１及びリム２を備える。前記ハブ１及び前記リム２は、それぞれ異なる金属材料からなる。前記リム２の中央部には、リング孔が形成される。前記ハブ１は、前記リム２の前記リング孔中に位置するとともに、前記リム２の前記リング孔に対応して接合される。前記ハブ１と前記リム２とが接触される箇所が摩擦攪拌接合で連結固定され、その結合箇所には摩擦攪拌接合の溶接痕４が形成される。【選択図】図２
0003216675.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
ハブ及びリムを備えたホイール構造であって、
前記ハブ及び前記リムは、それぞれ異なる金属材料からなり、
前記リムの中央部には、リング孔が形成され、
前記ハブは、前記リムの前記リング孔中に位置するとともに、前記リムの前記リング孔に対応して接合され、
前記ハブと前記リムとが接触される箇所が摩擦攪拌接合で連結固定され、その結合箇所には摩擦攪拌接合の溶接痕が形成されることを特徴とする、
ホイール構造。
【請求項２】
前記ハブは、前記リムの前記リング孔中に位置し、前記ハブの周縁と前記リムの前記リング孔の孔壁とが接触され、前記ハブの周縁と、前記リムの前記リング孔の前記孔壁とが接触する箇所は、摩擦攪拌接合により連結固定されることを特徴とする、請求項１に記載のホイール構造。
【請求項３】
前記ハブは、前記リムの前記リング孔の一端に位置し、前記ハブは、前記リムに隣り合う一端が、前記リムの前記リング孔の一端と対応して接合され、前記ハブは、前記リムに隣り合う一端が、前記リムの前記リング孔の一端に対応して接合され、摩擦攪拌接合で連結固定されることを特徴とする、請求項１に記載のホイール構造。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、ホイール構造に関し、特に、アルミニウム、鉄など様々な金属材料からなるハブ及びリムで構成され、軽量化及び高機械強度を兼備えたホイール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＴＶ（Ａｌｌ−Ｔｅｒｒａｉｎ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）、自動車、トラック、自動二輪車などの車両用のホイール構造は、中央のハブ及び外周のリムを含む。従来のホイールは、鉄金属を機械加工したハブ及びリムにより構成されることが一般的であった。鉄製ホイールは機械強度が高く、耐振動性及び耐衝撃性が高かったが、重量が大きいため、燃費が低く、現代のエネルギーの節減及び二酸化炭素の排出量の削減のトレンドに合致しなかった。
【０００３】
また、一部のメーカは、アルミニウム金属を機械加工してホイールを製作していた。アルミニウム製ホイールは、鉄製ホイールより軽く、車両が走行するときに消費する燃料を大幅に減らすことができたが、アルミニウム製ホイールは材料が軟らかく、機械強度が低いため、凹凸がある路面を車両が走行する際、大きめの振動・衝撃を受けると変形し易いなどの状況が発生し易く、走行の安定性、安全性に悪影響を与える虞があった。
【０００４】
従来の全鉄又は全アルミニウムからなる機械加工のホイールには、依然として上述したような欠点があり、本考案者は、従来のホイール構造の欠点に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、本考案を完成させたものである。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
本考案の主な目的は、アルミニウム、鉄など異なる金属材料でハブ及びリムを製作し、軽量化及び高機械強度を兼備えたホイール構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本考案の第１の形態によれば、ハブ及びリムを備えたホイール構造であって、前記ハブ及び前記リムは、それぞれ異なる金属材料からなり、前記リムの中央部には、リング孔が形成され、前記ハブは、前記リムの前記リング孔中に位置するとともに、前記リムの前記リング孔に対応して接合され、前記ハブと前記リムとが接触される箇所が摩擦攪拌接合で連結固定され、その結合箇所には摩擦攪拌接合の溶接痕が形成されることを特徴とする、ホイール構造を提供する。
【０００７】
前記ハブは、前記リムの前記リング孔中に位置し、前記ハブの周縁と前記リムの前記リング孔の孔壁とが接触され、前記ハブの周縁と、前記リムの前記リング孔の前記孔壁とが接触する箇所は、摩擦攪拌接合により連結固定されることが好ましい。
【０００８】
前記ハブは、前記リムの前記リング孔の一端に位置し、前記ハブは、前記リムに隣り合う一端が、前記リムの前記リング孔の一端と対応して接合され、前記ハブは、前記リムに隣り合う一端が、前記リムの前記リング孔の一端に対応して接合され、摩擦攪拌接合で連結固定されることが好ましい。
【考案の効果】
【０００９】
本考案のホイール構造は、鉄製ハブとアルミニウム製ホイールリムとの組み合わせによりホイールを製作し、アルミニウム製リムによる軽量化と、鉄製ハブによる高機械強度との性能を得て、車両が走行する際の消費燃料を減らすことができる上、凹凸がある路面を走行するときに発生する振動及び衝撃を和らげ、ホイールが変形するなどして損壊することを防ぎ、走行の安定性及び安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本考案の一実施形態に係るホイール構造を示す分解斜視図である。
【図２】本考案の一実施形態に係るホイール構造の摩擦攪拌接合のスポット溶接を示す斜視図である。
【図３】本考案の一実施形態に係るホイール構造の摩擦攪拌接合のスポット溶接を示す断面図である。
【図４】本考案の一実施形態に係るホイール構造の摩擦攪拌接合の全周溶接を示す斜視図である。
【図５】本考案の一実施形態に係るホイール構造の摩擦攪拌接合の全周溶接を示す断面図である。
【図６】本考案の一実施形態に係るホイール構造の摩擦攪拌接合の局所溶接を示す斜視図である。
【図７】本考案の一実施形態に係るホイール構造の摩擦攪拌接合の突合せ溶接を示す斜視図である。
【図８】本考案の一実施形態に係るホイール構造の摩擦攪拌接合の突合せ溶接を示す断面図である。
【図９】本考案の他の実施形態に係るホイール構造を示す分解斜視図である。
【図１０】本考案の他の実施形態に係るホイール構造を示す斜視図である。
【図１１】本考案の他の実施形態に係るホイール構造を示す別の角度からの斜視図である。
【図１２】本考案の一実施形態に係るホイール構造の摩擦攪拌接合の突合せ溶接を示す断面図である。
【図１３】本考案の一実施形態に係るホイール構造の摩擦攪拌接合の突合せ溶接を示す断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１１】
本考案の技術手段及びそれにより達成可能な効果を、より完全かつ明白に開示するために、開示した添付の図面及び符号と併せて本考案を以下詳説する。
【００１２】
まず、図１〜図３を参照する。図１〜図３に示すように、本考案の一実施形態に係るホイール構造は、少なくとも鉄製ハブ１及びアルミニウム製リム２から構成されてなる。
リム２の中央部には、リング孔２１が形成される。ハブ１は、リム２のリング孔２１中に配設され、ハブ１の周縁とリム２のリング孔２１の孔壁とが接触され、ハブ１とリム２とが接触された箇所は、摩擦攪拌接合で連結固定され、その結合箇所には摩擦攪拌接合の溶接痕４が形成される。
【００１３】
本実施形態に係るホイール構造を実際に製作する際、圧延鍛造処理した鉄板を円形状に切り出してから、ハブ１の形状にプレス成形し、圧延鍛造処理したアルミニウム板を環状枠体にスピニング成形する。これとともに、環状枠体の両端の組み合わせ箇所を摩擦攪拌接合で連結固定し、リム２の形状を形成し、ハブ１をリム２のリング孔２１中に設置し、ハブ１の周縁とリム２のリング孔２１の孔壁とを接触させ、摩擦攪拌接合（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｓｔｉｒ  Ｗｅｌｄｉｎｇ：ＦＳＷ）によりハブ１とリム２との接合箇所を連結固定し、本考案のホイールを構成する。
【００１４】
図２及び図３を参照する。図２及び図３に示すように、本考案の一実施形態に係るホイール構造は、ハブ１とリム２との摩擦攪拌接合にスポット溶接方式が採用される。攪拌ツール３の端頭３１をリム２に径方向で位置決めさせ、リム２の周壁がリム２のリング孔２１内に攪拌されて入れられ、ハブ１とリム２のリング孔２１の孔壁とが接合された周縁にリム２が攪拌されて入れられ、リム２とハブ１との攪拌箇所の材料が混融されて一体化されて密着される。
この工程において、攪拌ツール３の端頭３１がリム２の周壁に間隔をおいて複数回スポット溶接を行うと、リム２の周壁に複数のスポット状の摩擦攪拌接合の溶接痕４が間隔をあけて形成される。
【００１５】
図４及び図５を参照する。図４及び図５に示すように、本考案の一実施形態に係るホイール構造は、ハブ１及びリム２の摩擦攪拌接合に全周溶接方式が採用される。攪拌ツール３の端頭３１がリム２の径方向に位置決めされ、リム２の周壁がリム２のリング孔２１内に攪拌されて入れられ、ハブ１とリム２のリング孔２１の孔壁とが接合されて周縁にリム２が攪拌されて入れられる。攪拌ツール３の端頭３１がリム２の周壁に沿って周回し、攪拌ツール３の端頭３１が周回してハブ１とリム２とが接合された箇所の材料を攪拌混融して一体化させ、ハブ１とリム２とを連結固定し、リム２の周壁には線状の摩擦攪拌結合の溶接痕４が形成される。
【００１６】
図６を併せて参照する。図６に示すように、本考案の一実施形態に係るホイール構造は、ハブ１とリム２との摩擦攪拌接合に局所溶接が採用される。攪拌ツール３の端頭３１がリム２の径方向に位置決めされ、リム２の周壁がリム２のリング孔２１内に攪拌されて入れられ、ハブ１とリム２のリング孔２１の孔壁とが接合されて周縁にリム２が攪拌されて入れられる。攪拌ツール３の端頭３１がリム２の周壁に沿って所定の距離進み、攪拌ツール３の端頭３１が周回してハブ１とリム２とが接合された箇所の材料を攪拌混融して一体化させ、１度に局所溶接を完了させる。
ここで上述した動作を繰り返し、攪拌ツール３の端頭３１がリム２の周壁に沿って複数回の局所溶接を間隔をあけて行い、リム２の周壁には、複数の線状の摩擦攪拌接合の溶接痕４が間隔をあけて形成される。
【００１７】
図７及び図８を参照する。図７及び図８に示すように、本考案の一実施形態に係るホイール構造は、ハブ１とリム２との摩擦攪拌接合に突合せ溶接方式が採用される。攪拌ツール３の端頭３１は、リム２の軸方向に位置し、鉄製ハブ１の周縁とリム２のリング孔２１の孔壁との接合箇所の周りで周回する。攪拌ツール３の端頭３１により、ハブ１とリム２との接合箇所の材料を攪拌混融して一体化させ、ハブ１とリム２とを連結固定し、ハブ１の周縁とリム２のリング孔２１の孔壁との間に、ハブ１の周縁の周りに成形された線状の摩擦攪拌接合の溶接痕４が形成される。
【００１８】
図９〜図１２を参照する。図９〜図１２に示すように、本考案の一実施形態に係るホイール構造は、ハブ１とリム２との摩擦攪拌接合に突合せ溶接方式が採用される。ハブ１とリム２との隣り合う一端の周りに段差縁１１が形成され、リム２のリング孔２１の一端には、ハブ１の一端に設けられた段差縁１１が対応するように突合せ接合される。攪拌ツール３の端頭３１がリム２に軸方向で位置決めされ、リム２及びハブ１の突合せ位置に対応し、攪拌ツール３の端頭３１がリム２とハブ１との突合せ箇所の周りに沿って、ハブ１とリム２との接合箇所の周りで周回し、攪拌して混溶して一体化させ、ハブ１とリム２とを連結固定し、ハブ１とリム２との突合せ接合の箇所に、線状の摩擦攪拌接合の溶接痕４が形成される。
【００１９】
図１３を参照する。図１３に示すように、本考案の一実施形態に係るホイール構造は、ハブ１及びリム２の摩擦攪拌接合のもう一つの突合せ接合方式により、ハブ１がリム２のリング孔２１の一端に位置し、ハブ１のリム２に隣り合う一端が、リム２のリング孔２１の一端に対応して接合される。攪拌ツール３の端頭３１がリム２に径方向で位置決めされ、ハブ１及びリム２の端部の接合箇所の位置が対応し、攪拌ツール３の端頭３１がリム２とハブ１との端部が突合せされた箇所の周りで周回し、ハブ１とリム２とが接合された箇所の材料を攪拌して混融して一体化させ、ハブ１とリム２とを連結固定し、ハブ１とリム２の端部との接合箇所に、線状の摩擦攪拌接合の溶接痕４が形成される。
【００２０】
本考案は、鉄製ハブ１とアルミニウム製ホイールリム２との異なる材料を摩擦攪拌接合により結合させ、軽量化かつ高機械強度の特性を有するホイールを製作し、ＡＴＶ、自動車、自動二輪車などの車両に取り付けて使用し、軽量のアルミニウム製ホイールリム２によりホイール全体の重量を減らし、車両が走行する際に消費する燃料を減らすことができる。このため、現代のエネルギーの節減及び二酸化炭素の排出量の削減のトレンドに合致し、凹凸がある路面を車両が走行する際、本考案のホイールの鉄製ハブ１の高い機械強度により、凹凸がある路面を走行するときに発生する振動及び衝撃を和らげ、ホイールが変形するなどして損壊してしまうことを防ぎ、走行の安定性及び安全性を高めることができる。
【００２１】
上述した実施形態又は図面は、本考案のホイール構造を何ら限定するものではなく、例えば、アルミニウムによりリム２を製作してもよいし、銅、チタンなどの金属材料によりハブ１を製作してもよいし、アルミニウム材料によりハブ１を製作してもよいし、銅、チタン、鉄などの金属材料によりリム２を製作してもよいし、ハブ１及びリム２をそれぞれ異なる金属材料により製作してもよく、摩擦攪拌接合により製作したホイール構造も本考案の範囲に含まれる。
【００２２】
上述したことから分かるように、本考案のホイール構造は、以下（１）〜（６）の長所を有する。
（１）鉄製ハブとアルミニウム製リムとの異なる材料を摩擦攪拌接合により結合させてホイールを製作することで、アルミニウム製リムにより軽量化し、鉄製ハブにより機械強度を高め、車両が走行する際に消費する燃料を減らすとともに、ホイールが振動及び衝撃を受けて変形するなどして損壊することを防ぎ、走行の安定性及び安全性を高めることができる。
（２）鉄製ハブとアルミニウム製リムとを摩擦攪拌接合により結合させてホイールを製作し、摩擦攪拌接合によりリムとハブとの材料を攪拌混融して密着させることができる。さらに、製造工程で溶接材料及びシールドガスを使用しなくともよいため、ホイールの製造コストを減らすことができる上、シールドガスによる空気汚染を防ぐこともできる。
（３）鉄製ハブとアルミニウム製リムとを摩擦攪拌接合により結合させてホイールを製作し、攪拌結合の過程で高温が発生しないため、鉄製ハブとアルミニウム製リムとが結合される箇所に脆化、変質などが生じることを防ぐことができる。
（４）鉄製ハブとアルミニウム製リムとを摩擦攪拌接合により結合させてホイールを製作し、摩擦攪拌接合の溶接過程で眼を傷めることがない上、有毒ガスの発生もないため、作業する者の健康を守ることができる。
（５）鉄製ハブとアルミニウム製リムとを摩擦攪拌接合により結合させてホイールを製作するため、溶接箇所の見た目が良く、溶接時間が短く、ホイールの製造工程及び品質を高めることができる。
（６）鉄製ハブ及びアルミニウム製リムを圧延鍛造処理した鉄板及びアルミニウム板によりホイール構造を製作するので、従来の機械加工方式と比べ、ハブ及びリムの機械強度を高めることができる。
【符号の説明】
【００２３】
１    ハブ
２    リム
３    攪拌ツール
４    溶接痕
１１  段差縁
２１  リング孔
３１  端頭
【図１】
0003216675.tif 000003
【図２】
0003216675.tif 000004
【図３】
0003216675.tif 000005
【図４】
0003216675.tif 000006
【図５】
0003216675.tif 000007
【図６】
0003216675.tif 000008
【図７】
0003216675.tif 000009
【図８】
0003216675.tif 000010
【図９】
0003216675.tif 000011
【図１０】
0003216675.tif 000012
【図１１】
0003216675.tif 000013
【図１２】
0003216675.tif 000014
【図１３】
0003216675.tif 000015