(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管環状のリム部を有する外側リム(1)を備えた軽合金製ホイールの設計方法であって、
該管環状リム部は、ビードシート(B)、ハンプ部(H)、スロープ部(S)及び意匠形成面(D)のみから構成され、空洞部(5)がこれら４面(B, H, S, D)に囲まれてなり、
前記意匠形成面(D)は、外側リム(1)におけるタイヤ装着側の裏側にて、ビードシート部(B)の延長線とリム外形線の交点と、スロープ部(S)の延長線とリム外形線の交点とを結ぶように配置され、
前記軽合金製ホイールがETRTO規格またはJATMA規格に規定された４輪自動車用のホイールであり、
前記ビードシート(B)、前記ハンプ部(H)及び前記スロープ部(S)のみからなる鋳造法による無垢のリム部を想定し、この無垢のリム部が、タイヤの仕様との関連で、ホイールリム強度を保証するために、角度、高さ及び長さ並びに肉厚が定められた標準的な形状を有するものであるとした場合に、
（ａ）前記管環状リム部の断面積が前記無垢のリムの断面積の１００％以下であり、
（ｂ）前記管環状リム部、及び前記無垢のリム部について、断面図の各図心上にホイール回転軸に平行な軸とこれに直交する軸を設定し、これら２軸のそれぞれに対する断面２次モーメントの数値を算出したならば、前記管環状リム部の数値が前記無垢のリム部の数値以上であり、
前記管環状リム部の４面(B, H, S, D)の肉厚(Bt, Ht, St, Dt)がいずれも2〜3.7mmであり、
空洞部(5)が実質上平行四辺形であり、
前記管環状リム部の総断面積が371.5mm2の８０％以下であり、
前記管環状リム部の図心上に設定されたホイール回転軸に直交する軸(X軸)に対する、前記管環状リム部の断面2次モーメントが44,472.3mm4以上であり、
前記管環状リム部の図心上に設定されたホイール回転軸に平行な軸(y軸)に対する、前記管環状リム部の断面2次モーメントが15,117.2mm4以上であることを特徴とする軽合金製ホイールの設計方法。
【請求項２】
管環状のリム部を有する外側リム(1)を備えた軽合金製ホイールの設計方法であって、
該管環状リム部は、ビードシート(B)、ハンプ部(H)、スロープ部(S)及び意匠形成面(D)のみから構成され、空洞部(5)がこれら４面(B, H, S, D)に囲まれてなり、
前記意匠形成面(D)は、外側リム(1)におけるタイヤ装着側の裏側にて、ビードシート部(B)の延長線とリム外形線の交点と、スロープ部(S)の延長線とリム外形線の交点とを結ぶように配置され、
前記軽合金製ホイールがETRTO規格またはJATMA規格に規定された４輪自動車用のホイールであり、
前記ビードシート(B)、前記ハンプ部(H)及び前記スロープ部(S)のみからなる鋳造法による無垢のリム部を想定し、この無垢のリム部が、タイヤの仕様との関連で、ホイールリム強度を保証するために、角度、高さ及び長さ並びに肉厚が定められた標準的な形状を有するものであるとした場合に、
（ａ）前記管環状リム部の断面積が前記無垢のリムの断面積の１００％以下であり、
（ｂ）前記管環状リム部、及び前記無垢のリム部について、断面図の各図心上にホイール回転軸に平行な軸とこれに直交する軸を設定し、これら２軸のそれぞれに対する断面２次モーメントの数値を算出したならば、前記管環状リム部の数値が前記無垢のリム部の数値以上であり、
前記管環状リム部の４面(B, H, S, D)の肉厚(Bt, Ht, St, Dt)がいずれも3〜4mmであり、
空洞部(5)が実質上平行四辺形であり、
前記管環状リム部の総断面積が339.5mm2以下であり、
前記管環状リム部の図心上に設定されたホイール回転軸に直交する軸(X軸)に対する、前記管環状リム部の断面2次モーメントが49,112.3mm4以上であり、
前記管環状リム部の図心上に設定されたホイール回転軸に平行な軸(y軸)に対する、前記管環状リム部の断面2次モーメントが16,890.7mm4以上であることを特徴とする軽合金製ホイールの設計方法。
【請求項３】
前記管環状リム部のみを変形し、意匠形成面(D)、ビードシート(B)、ハンプ部(H)、及びスロープ部(S)のいずれかについて、部分的に前記肉厚(Bt, Ht, St, Dt)を変化させ、かつ、曲面及び／又は平面で構成することで、断面２次モーメント特性を向上させたことを特徴とする請求項１または２に記載の軽合金製ホイールの設計方法。
【請求項４】
前記管環状リム部には、中空スポークとの接続部分に開口部を設け、前記中空スポークの中空部と前記管環状リム部の空洞部が連通するようにした請求項１または２に記載の軽合金製ホイールの設計方法。
【請求項５】
前記管環状リム部の空洞部分と前記中空スポークとの接続部では、意匠形成面(D)、ビードシート(B)、ハンプ部(H)、及びスロープ部(S)のいずれかについて、部分的に前記肉厚(Bt, Ht, St, Dt)を変化させ、かつ、曲面及び／又は平面で構成することで、断面２次モーメント特性を向上させることを特徴とする請求項４に記載の軽合金製ホイールの設計方法。
【請求項６】
前記管環状リム部、及び前記無垢のリム部について、断面図の各図心上にホイール回転軸に平行な軸とこれに直交する軸を設定し、これら２軸のそれぞれに対する断面２次モーメントの数値を算出したならば、前記管環状リム部の数値が前記無垢のリムの数値以上である請求項１または２に記載の軽合金製ホイールの設計方法。
【請求項７】
意匠形成面Ｄの少なくとも一部が空洞部より外方へ膨出した形状に設定された請求項１または２に記載の軽合金製ホイールの設計方法。
【請求項８】
前記管環状リム部と、中空スポークとが結合される部分の近傍では、前記管環状リム部の空洞部、及び、前記中空スポークの中空部の少なくとも一方の内側面に、増肉厚部及び減肉厚部の少なくとも一方が付加されたことを特徴とする請求項１〜２及び４〜５のいずれか１項に記載の軽合金製ホイールの設計方法。
【請求項９】
請求項１に記載の空洞部を含む管環状リム部を内側リムに形成した軽合金製ホイールの設計方法。
【請求項１０】
管環状のリム部を有する外側リム(1)を備えた軽合金製ホイールの設計方法であって、
該管環状リム部は、ビードシート(B)、ハンプ部(H)、スロープ部(S)及び意匠形成面(D)のみから構成され、空洞部(5)がこれら４面(B, H, S, D)に囲まれてなり、
前記意匠形成面(D)は、外側リム(1)におけるタイヤ装着側の裏側にて、ビードシート部(B)の延長線とリム外形線の交点と、スロープ部(S)の延長線とリム外形線の交点とを結ぶように配置され、
前記軽合金製ホイールがETRTO規格またはJATMA規格に規定された４輪自動車用のホイールであり、
前記ビードシート(B)、前記ハンプ部(H)及び前記スロープ部(S)のみからなる鋳造法による無垢のリム部を想定し、この無垢のリム部が、タイヤの仕様との関連で、ホイールリム強度を保証するために、角度、高さ及び長さ並びに肉厚が定められた標準的な形状を有するものであるとした場合に、
（ａ）前記管環状リム部の断面積が前記無垢のリムの断面積の９８％以下であり、
（ｂ）前記管環状リム部、及び前記無垢のリム部について、断面図の各図心上にホイール回転軸に平行な軸とこれに直交する軸を設定し、これら２軸のそれぞれに対する断面２次モーメントの数値を算出したならば、前記管環状リム部の数値が前記無垢のリム部の数値以上であり、
前記管環状リム部の４面(B, H, S, D)の肉厚(Bt, Ht, St, Dt)がいずれも3〜4mmであり、
空洞部(5)が実質上平行四辺形であり、
前記管環状リム部の図心上に設定されたホイール回転軸に直交する軸(X軸)に対する、前記管環状リム部の断面2次モーメントが、前記無垢のリム部についての対応する断面2次モーメントの136%以上であり、
前記管環状リム部の図心上に設定されたホイール回転軸に平行な軸(y軸)に対する、前記管環状リム部の断面2次モーメントが、前記無垢のリム部についての対応する断面2次モーメントの125%以上であることを特徴とする軽合金製ホイールの設計方法。
【請求項１１】
前記管環状リム部の総断面積が364.6mm2以下または371.5mm2以下であり、
前記管環状リム部の図心上に設定されたホイール回転軸に直交する軸(X軸)に対する、前記管環状リム部の断面2次モーメントが52,124.1mm4以上であり、
前記管環状リム部の図心上に設定されたホイール回転軸に平行な軸(y軸)に対する、前記管環状リム部の断面2次モーメントが17,528.8mm4以上であることを特徴とする請求項１０に記載の軽合金製ホイールの設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２輪車、オートバイ及び少なくとも４輪を装着した自動車において、車輪の外リム部の意匠に近年のファッションであるソフトリム等広く自由度を付与するために、外側リム部を広くし、これによる重量増を避けるため、リム部に空洞部を設けて剛性を高めた軽合金製ホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
軽合金製ホイールは、アルミニウムやマグネシウムを素材原料とし、軽量であり加工性が良いことから意匠性に優れたホイールが提供され、車輌の製造ラインで装着されるほどその装着率は高まっている。しかしながら、外側リムの外観形状はタイヤが装着される面のビードシート、ハンプ、ハンプからリムウエルに至るスロープ及びリムフランジ内面などの形状が原則としてＥＴＲＴＯ規格（Europian Tire and Rim Technical Organization)、あるいはＪＡＴＭＡ規格（日本自動車タイヤ協会）により定められており、多少の形状差はあるもののそれ等の制約によって、リムの外側面をゆるやかな曲面で形成する、いわゆるソフトリムなどを採用するためには、リムの外周部分を広くする必要がある。このためには外側リム断面積を大きくせねばならず、ホイールの重量増加というハンディキャップが生じる。【０００３】
前出のハンプからリムウエルに至るスロープの角度は４輪を装着する自動車用として、ＥＴＲＴＯ規格では、回転軸に直交する垂直な面に対して２０度以上の傾斜面を、ＪＡＴＭＡ規格では、２０度±５度を規定しており、スロープの長さについてはビードシートとリムウエル間の高さを、前者は１７．３ｍｍ以上、後者は１７．０ｍｍ以上と規定している。従って角度２０度以上を設定する場合、スロープの長さは長くなる傾向になるが、このことはオフセット寸法が小さいホイールを形成する。外観的にはディスク面が奥まったホイールとなり独特のファッション性を示すが、リムの強度は低下することになり、補強するために肉厚を厚くするのでホイール重量は増加する。【０００４】
このようなホイールはアフターマーケットでは好ましく取り上げられるが、車輌メーカーでは採用されていない。理由としては、ホイールの剛性の低下とブレーキ構造が大型化し、オフセット寸法を大きくとり、ディスクを外側リムフランジに近接した位置に設定せざるを得ない事情がある。また前記スロープの角度は、リムの剛性に大きく影響を及ぼすので、角度はこれらに配慮して設定するのが好ましい。【０００５】
２輪車用のホイールも上記規格にて規定されており、リムウエルからハンプに至るスロープの傾斜角は２２度で−５度の公差を有し、ハンプの高さは１２．５〜１３ｍｍ、ビードシートの傾斜角は５度±１度となっており、４輪車用のホイールリムとほぼ相似形状であるが、外側リムと内側リムの区別はなく同じ形状である。【０００６】
一方、車輌の高速走行化に伴い、ホイールの剛性と軽量化が求められ、リム部とスポーク部に中空部を設ける製造法が提案されている。先行技術としては特許文献１、特許文献２が挙げられる。これらの技術はスポーク部とリム部の中空部が連通することを主体にしているために、リムの形状はスポーク部に中空部を形成しやすくすることが優先され、軽合金製ホイール装着の主目的の１つであるであるファッション性、就中、リム形状の意匠性には触れていない。本願発明はこの点に鑑み提案するものである。
【特許文献１】特開平５−２７８４０１号公報
【特許文献２】特表２００３−５２７２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
通常外側リムあるいは内側リムが無垢で形成される場合、タイヤ装着側の形状がＥＴＲＴＯ規格あるいはＪＡＴＭＡ規格などが広く用いられるので多少の差異があるものの、２輪車及び４輪車用とも原則として形状が定まっているため、例えば軽合金製板材を塑性変形させた場合、リムの外部形状はタイヤ装着側の形状と相似形になる。これを鋳造もしくは鍛造、さらにはダイキャストで成形する場合多少の肉厚部と薄肉部が形成されたとしても、大略同じ形状になってしまうことから、ホイールの外観は画一的に成らざるを得ないものである。従って、特に外側リムの外観面を自由に意匠付けした場合、可成りの断面積が必要となって厚肉に成るところが生じ、ホイールの重量を重くしてしまう。【０００８】
本発明は、厚肉になる箇所に空洞を設けて、タイヤ装着側のリム形状と関連性を絶ち、意匠性が高くモノコック構造として剛性を高め意匠性の高いホイールを提供する。特に２輪車用はリム断面形状は対称でありリム形状の意匠性向上には有用な手段であり、解決しようとする課題は、ホイールのリム部に空洞部を設けて可及的自由にデザイン可能になるよう、外側リム部を広くすることによりリムの外観意匠を自在に行うとともに、リムの剛性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、主としてタイヤの仕様との関連で予め角度及び寸法など形状が定められた外側リムを構成するビードシートＢ、ハンプ部Ｈ、スロープ部Ｓの各面を構成して成る所定の厚みを有する無垢のリムに対して、更に意匠形成面Ｄを加えたこれら４面で囲まれた部分に空洞部を設けて管環状体を成すリムを構成し、前記無垢のリムの断面積及び断面２次モーメントをそれぞれ１００％とした場合、
（ａ）管環状体を成すリム部の断面積が１００％以下であり、
（ｂ）管環状体を成すリム部の断面２次モーメントが１００％以上であり、
（ｃ）空洞部を設けた時のビードシート部の厚さＢｔ、スロープ部の厚さＳｔ、前記意匠形成断面Ｄの形状とこれを構成する部分の平均厚さＤｔが、上記要件（ａ）が可及的小さく、（ｂ）が可及的大きくなるように設定されたことを特徴としており、前記空洞部を構成するビードシート部Ｂ、ハンプ部Ｈ、スロープ部Ｓの各面、及び前記意匠形成断面Ｄの各部分の形状及び厚さを可及的にホイールの剛性を高めて、ホイール外周部分にファッション性を自在に付与できるようにしている。【００１０】
意匠形成面Ｄの断面形状は、少なくとも一つ以上の角度を有する面及び曲面又はその少なくともいずれか一方を用いて形成され、曲面は自由曲面も使用される。また、部分的に厚い箇所と薄い箇所がなだらかに連なる場合があり平均厚さと記載している。ホイールデザインに従って前記意匠形成面の形状が決定されるが、リムを構成する各部の厚さを検討すると共に、空洞部を設けることでホイールリム部の剛性が向上し軽量化も図ることができる。この場合、断面２次モーメント値を向上させるために、リム空洞部壁面（前記Ｂ、Ｈ、Ｓ、Ｄの内側面）に凹凸や角度及び曲率を適宜設定することも本発明に含まれる。【００１１】
断面２次モーメントは本発明ではホイールを変形させる外力に抵抗する力を示すが、その概略を説明する。図１２（ａ）図は前記環状体の一例として断面３５をハッチングで示している。図心Ｏは図の中心であり、重心に相当する位置にある。断面を無数の微少断面ｄＡに分け、一つの軸ｘからの距離をｙとするとき、微少断面積と距離の２乗との積を断面全部について加え合わせたものであり、断面２次モーメントをＩとしてＩ＝Σｙ２  ｄＡで計算される。その概念を具体的に示したのが図１２（ｂ）及び（ｃ）図であり、斜視図で示している。（ｂ）図は断面３５をｘ軸の回りに破線で示す曲面に曲げようとする外力のかかる様子を示し、（ｃ）図は断面３５をｙ軸の回りに破線で示す曲面に曲げようとする外力のかかる様子を示す。実施例では、Ｉｘ−ｘ及びＩｙ−ｙとして算出した結果を図に示している。算出された数値が大きいほど断面が曲がりにくいことを意味しており、抵抗する力が大きいことになる。【００１２】
ビードシート部Ｂ、ハンプ部Ｈ、スロープ部Ｓ等を前出の規格に従って一定にした場合、意匠形成面Ｄに基本的な形状を設定して断面２次モーメントを算出し、リムが変形しにくい傾向を探ると共に、軽量化の指針とした。実際にはスポークがリムに接合される場合、より正確には３次元解析が求められるが、断面２次モーメントのｘ軸及びｙ軸の数値が優れたものは４５度方向のベクトル値も良好な結果を示し、スポークが接合されても優位性は変わらない。空洞部を設けた形状に関する詳細は実施例の中で明らかにする。【００１３】
請求項２の発明は、前記の空洞部を設けたリムに中空部を設けたスポークが結合される部分に於いて、結合部の空洞部及び中空部、又はそのいずれか一方を形成する肉厚に増肉厚部及び減肉厚部の少なくとも一方が付加されたことを特徴としており、肉厚が異なる結合部の応力集中を防止する。例えば前記空洞部と中空部の面が交わる内面部分に角面が生じるので、この突出する肉厚を除去して減肉厚部を形成し曲面を構成する。一方、リム及びスポークの交わる箇所の外側面は、当然のことながら曲面を形成しているので管環状体側の肉厚も厚肉になるが、環状体の壁面を厚くする長さはさほど大きくない。また曲面の曲率半径を大きくすると外観形状に影響するため、管環状体の内面側に増肉厚部を設けて緩やかに肉厚を変化させ応力集中を防止する。【００１４】
中空部を有するスポークについては、先行技術として前記特許文献１および特許文献２が挙げられ、そのデザイン性については述べられていないが、スポークの形状は軽合金製ホイールのファッション性において特に重要であり、多種のデザインが存在するが、車輌の右側又は左側に装着したとき、デザインによっては応力の懸かる方向に対処しなければならない場合がある。中空スポークにおいては、ファッション性を高めつつ、リムとの接合点をはじめ、スポークの断面２次モーメントの向上と軽量化を図ることが望まれる。これらに鑑み、上記中空スポークの内側面については、断面２次モーメントや剛性を向上させた断面形状が採択されることも本発明に含まれる。【００１５】
請求項３の発明は、請求項１に記載の空洞部を含む管環状体を内側リムに形成したことを特徴としており、ビードシート部、ハンプ部、スロープ部が外側リムフランジとほぼ同様に内側リムフランジ部に形成され、意匠形成面Ｄはリムウエルで置き換えるものである。またスロープ部は外側リム部と同じ形状にする必要性はないが、ホイール装着時に障害にならない範囲に留められる。断面２次モーメントに基づいた空洞部を含む管環状体は、リムフランジ部の近傍に構成する以外にリムの中央いずれの箇所にも設けることができ、リムの剛性を高めることができる。近年リム幅は広くなる傾向にあり、円筒部分に前記管環状体を設けて円筒部分が撓みにくい性質を付与する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＥＴＲＴＯ規格やＪＡＴＭＡ規格などに基づいたホイール形状や寸法により、多かれ少なかれ制約を受けている外側リムのタイヤ装着側面の形状に対して、空洞部を介在させることで、外側リムの意匠形成面の形状を上記タイヤ装着側の都合に制約を受けることなく単独に設計することができるので、多種のデザインをリム外観面に施し、自動車車体のデザインにマッチしたホイールデザインの選択肢を拡げた軽合金製ホイールを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
軽合金製ホイールのリム部を構成するビードシート部、ハンプ部、スロープ部に新規なリムを一体に構成して空洞部を形成し、これらが形成する形状を詳細に検討して、最適な形状と各部の厚さを定めて重量を軽減し且つ剛性の高いホイールを実現した。
【実施例１】
【００１８】
本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図１（ａ）は従来の鍛造法により作成された外側リム１を示す断面図であり、ビードシート部Ｂとハンプ部Ｈとスロープ部Ｓで構成されるリム１ａ（ハッチング部で示す）とフランジ部Ｆで構成される。これらのタイヤ装着側の面をそれぞれＢ面、Ｈ面及びＳ面とする。２は外側リムフランジであり、厚みは軸方向の強度に耐える形状が要求されるが、デザインの主体を成すには小さい面積を占めており、寧ろ意匠形成断面Ｄに追随する外側面を形成している。【００１９】
３はリムウエルであり内側リム部に連なるが、タイヤ装着の際のタイヤ落とし込みに必要な凹部を形成するため、リムウエルから立ち上がるビードシートの高さが定められているので、リムウエルはブレーキ装置に接触しないような直径で構成される。これらの面は鍛造、鋳造、ダイキャストなど製造方法によりそれぞれの厚さが異なるが大略３〜８ｍｍである。【００２０】
従って外側リム１の外面、即ち外観を具現する意匠形成面Ｄは、前記Ｂ面、Ｈ面、Ｓ面の形状に相似することになる。ここで意匠形成面Ｄとしてフランジ部からウエル部に至る新規なリム４を一体に形成しこれの外側面をＤとし、面Ｄを種々に変形させて意匠形成面Ｄとするものである。【００２１】
図１（ｂ）図は上述したホイールと同じホイール口径の鋳造法により作成された外側リム１’の断面形状を示しており、素材強度の差からハッチングで示すリム１ｂは肉厚である。この場合も新規なリム４ｂを一体に設けてその外側面を意匠形成面Ｄとしている。新規なリム４、４ｂを設けたことにより、それぞれに空洞部５、５ｂが形成される。【００２２】
図１（ａ）に示すリム４の厚みは種々設定されるが、リム部を形成する素材の断面積がリム４の分だけ増大するので過度に厚くするのは得策でない。寧ろリム１ａとリム４が空洞部５を形成することで一種の管環状体を構成し、ホイールを変形させる外力に抵抗する力を増大させるようにする。このような外力に抵抗する力は断面２次モーメントとして計算されるが本発明では単に剛性と記載している場合がある。【００２３】
前記リム１ａとリム４及び空洞部５で構成される管環状体において、リム４の形状を変化させて、断面２次モーメント及び断面積を計算した結果を図２に表で示す。表中、鍛造法による従来形状を（１）とし、本発明による種々の変形例を（２）〜（７）に示し、寸法は各部の厚みを示す。【００２４】
図２中（２）の管環状体の断面形状は略三角形状であり、リム４が一体に形成されている。また断面２次モーメントを計算する座標軸ｘはホイールの直径方向、ｙはリム幅方向を表すものとする。（３）以下は、リム４の面Ｄに少なくとも一つ以上の角度を有する面と曲面の少なくともいずれか一方で形成し、この面が意匠を形成するためこれを意匠形成面Ｄとした。％表示は（１）を基準としこれを１００％として増加率を表示している。【００２５】
この中で注目すべきところは、（４）に示されるように、断面積が増大したにも拘わらず、ｘ軸の断面２次モーメントが減少している点である。このことからリム４は外側へ膨らむ形状が好ましいことが判る。【００２６】
一般的に、ホイールの剛性を高めるためにはリムの重量増加は避けられないが１．５〜３倍の剛性を得ることができることから、意匠形成断面Ｄは上記の結果を参照して行われることが好ましい。表中（３）と（５）は意匠形成断面Ｄとしても好ましく、ｘ軸とｙ軸の断面２次モーメントをバランス良く調整するには、ｙ軸の要素を加味した（５）が有利である。【００２７】
リム部に空洞を設けるには、鍛造法によることも勿論可能であるが、コスト面、工程面から考えると鋳造法が有利である。鍛造法の場合、外側リムの構造は軽量性を追求した形状を基準にして、これに空洞部を設けるため新規なリム４を付加してリム部の管環状体を検討した結果であり、リム部の断面積が増加するので剛性は増加するが重量的には軽量化できない。【００２８】
そこで鋳造法による車輌メーカー採用の標準的なホイールのリム形状に対して、上記のリム形状に対する断面積と断面２次モーメントの増加率を算出し、図３に表記した。鋳造法では軽合金素材の圧縮・引っ張り強度で鍛造品より劣り、気泡や結晶構造などの欠陥が完全に除去できないので、車輌メーカー側の要求もあり、リム部の形状は分厚いものになっている。従って断面積が大きく重量も１．５倍程度になっている。【００２９】
図３の表中、（２）は断面形状を検討する上で新規なリム４ｂ（図１（ｂ）参照）を一体に設けて空洞部５ｂを形成したものであり、リム４ｂの形状を変化させ特徴的な形状を（３）以下に示している。なおリム４ｂの形状が変化するとき、その外側面を意匠形成面Ｄとしている。【００３０】
（３）と（５）は断面積が従来形状（１）に対して１００％以下であり、断面２次モーメントはｘ軸、ｙ軸ともバランスがよい。（４）は（２）に比べて軽量ではあるが断面２次モーメントの値が低い。従ってリム４ｂは外側へ膨らむ形状が好ましい。【００３１】
表中の（５）は、同（３）の曲面に平面部を加味したものであるので、変化させる要素が大きいことから、最もバランスのよい（５）の形状に対して更に検討を加えることとした。【００３２】
空洞部を設けた管環状体を構成するビードシート部Ｂ、ハンプ部Ｈ、スロープ部Ｓ及びリム４ｂを変形させそれぞれの厚さを同じｔとして、これを変化させた場合の断面２次モーメントを計算し、その結果を図４と図５に表記した。結果は当然のことではあるが、厚さｔが増加するほど断面積及び断面２次モーメントは増加する。管環状体の外側形状を変えずに厚さを変化させたので空洞部の断面積は変化する。【００３３】
図４中（５）のｔ＝４の時断面積が１０５％であり、これを１００％にした場合を（５’）に示した。ホイールの実用面を考えると厚さｔが１ｍｍでは鋳造の溶融金属の流れが均一性を欠き、小石や物が衝突したときに凹みが生じやすく、ｘ軸の断面２次モーメントも減少している。また厚さｔが６ｍｍ以上では重さが１．５倍になりこれでは実用的とは云えない。断面２次モーメントを断面積で割った数値を図６に表記した。厚さが大きくなると単位断面積当たりの断面２次モーメントの値が減少する。【００３４】
上記結果を考察して、更に断面積がリム基本鋳造形状に対して７０〜１００％の範囲にある形状をビードシートＢ、スロープＳ及び意匠形成面を構成するリム４ｂの厚みを変えて断面積と断面２次モーメントを計算した結果を図７に表記した。【００３５】
鋳造の容易性を考慮すると（４）と（５）が好ましい。また（２）〜（５）はｘ軸及びｙ軸ともに断面２次モーメント値のバランスがよい。このことからスロープ部の厚さＳｔ、ビードシート部の厚さＢｔ、意匠形成面Ｄの厚さＤｔに関して、種々の厚さを選択しうることが判る。しかしながら走行条件、タイヤ側の仕様の推移、車重の配分、四輪駆動の場合の前後駆動力の配分、サスペンション性能の推移等により、Ｓｔ、Ｂｔ、Ｄｔから成る空洞側を曲面を含む厚さに適宜形成することも本発明に含まれ、一例を図１０に示している。【００３６】
厚さｔの最適値を求めるために、図４、図５、図６に示した結果をグラフにして図８に示す。ｘ軸及びｙ軸の断面積当たりの断面２次モーメントは、板厚（ｔ）が厚くなると減少する傾向を示し、断面２次モーメントのみの値は、板厚（ｔ）が厚くなると増加する傾向にある。【００３７】
先ず従来形状に対して断面２次モーメントの増加率が１００％の位置で横線１０を描く。更に横線１０とｘ軸の断面２次モーメント曲線１１の交点Ｐに縦線１２を描く。次に断面積が従来形状の１００％以内を上限と考え、断面積が１００％となった板厚３．７５ｍｍのところに縦線１３を描く。ｙ軸の断面２次モーメント曲線１４、ｘ軸の単位面積当たりの断面２次モーメント曲線１５、ｙ軸の単位面積当たりの断面２次モーメント曲線１６として、これら４曲線と縦線１２及び１３で囲まれる範囲（図中ハッチング域）が適性範囲である。従ってリム形状の厚さｔの適正値は２．３〜４ｍｍの範囲であり、加工と実用の双方を勘案すると、３〜４ｍｍが最も好ましい板厚であるといえる。【００３８】
ビードシート部厚さＢｔ、スロープ部厚さＳｔ及び意匠形成面Ｄの厚さＤｔを好ましいと思われる厚さに設定し、断面積と断面２次モーメント及びこれらの比を図７に表記したが、その結果を図９にグラフとして示した。断面積が基本形状に対して１００％以下であり、断面２次モーメントが１００％以上である域をハッチングで示しており、形状的にはかなり限定された条件になっていることが判る。
【実施例２】
【００３９】
図１（ｂ）に示したリム１ｂに空洞部を設けた例を上述してきたが、意匠形成面Ｄの厚さＤｔが一定の厚さを有していない例を検討し、図７の表記中（３）の例を基準にしてリム４ｂの厚さ、即ち前記Ｄｔを変化させた結果を図１０に示した。この結果から空洞部を構成するビードシート部厚さＢｔ、ハンプ部厚さＨｔ、スロープ部厚さＳｔ、意匠形成断面Ｄ厚さＤｔの各々の厚みを部分的に変化させて断面２次モーメントの向上に資することも可能であり、このような形状も本発明に含まれるものである。また部分的に厚い箇所を上記各部に用いることができることから、鋳造時の溶融金属の流れを容易にする形状を選択する場合に有効な資料であり、基本形状に対して断面積を１００％以下に抑える有効な手だてを示している。
【実施例３】
【００４０】
図１１（ａ）図は、空洞部を設けたリム部を中空部を設けたスポークと結合したホイール２０の一部正面図である。Ａ−Ａ’及びＢ−Ｂ’断面図をそれぞれ（ｆ）及び（ｇ）図に示す。（ｆ）図のＡ−Ａ’断面図はスポーク２１の中心部縦断面図であり、スポークの中空部２２はリム部の空洞部２４と連通している。（ｇ）図のＢ−Ｂ’断面図はリム部２３の縦断面図であり、空洞部２４が設けられている。従ってリム部とスポークが結合される結合部２５ではスポークの厚肉部とリム部の薄肉部２３ａが結合されることになる。その部分は（ａ）図の破線円２９で囲まれた部分に表され、その部分の拡大断面図を（ｂ）〜（ｅ）図に示す。【００４１】
鋳造法によりスポーク部に中空部を作成するには、金型の一部にホイール中心方向に向かって設置される中子を引き抜いて成形するが、結合部２５は、（ｃ）図のようにほぼ直角に交差する断面が簡単である。しかし厚肉のスポーク２１がリム部の薄肉部２３ａと直交するように結合して角面を形成するので、応力集中が発生し亀裂が生じる。従ってハッチング２６で示す部分に肉付けして、リム２３ａの断面を徐々に厚くする増肉厚部を形成することが望ましい。【００４２】
しかしながら、スポーク２１の断面も厚くなるので破線２７で示すように、リム側へ長い曲面を設けることが必要になる。このことは（ａ）図に示す開口部３０の形状に影響し、デザインを左右する原因となって重量が増加する。この点を改良するためには、（ｂ）図に示すように、ハッチング部２８を除去するような中子を用意するか、切削により除去して減肉厚部を形成することが最も望ましい形状である。この構成によれば、スポークの厚肉部が徐々にリムの肉厚に達するので、リムと結合する箇所に応力集中が発生し難い形状であり軽量化につながることになる。【００４３】
図１１（ｄ）図は、スポーク２１がリムの直径方向に対して傾斜した形状でリムと結合される場合を示している。従って結合角度は緩やかになるが、結合部２５に於いて、スポーク２１の厚肉からリム２３ａの薄肉に至る厚みの急激な変化を避けるために、曲率の小さい曲面で角面を除去して増肉厚部３１を形成し、リム２３ａにも増肉厚部を延長してリムを補強し、増肉厚部の端部に凹面３２を形成してリムの厚みに合致させる。この部分はハッチング２６で示す断面形状になる。また同（ｅ）図は、リム空洞部とスポーク中空部が交わる部分に凸面３１を形成し、スポーク表面側の開口部３０に凹凸面３３を形成して補強している。これらの結合部は、一旦断面積の大きな部分を形成して力の掛かる方向が変化する場面で緩衝部として作用する。
【実施例４】
【００４４】
図１３に、上述した空洞部を有するリム構造を内側リムに用いた例を示す。ビードシート部Ｂ’、ハンプ部Ｈ’、スロープ部Ｓ’、リムフランジ２ａ’は、外側リム部と同様な構成でよいが、意匠形成面Ｄは、ホイールを車輌装着時には視認できないので、デザイン性を強調する必要性がないことからリムウエル３ａの延長線上に意匠形成面を構成する。しかしながら内側リム部の重量を軽減し断面２次モーメントを向上させることができるので、ホイールの剛性が増加することからリムウエル３ａの厚さを薄くしてホイール全体の軽量化を図ることができる。
【実施例５】
【００４５】
上記の実施例に於いて、空洞部２４を成形する方法には先行する技術が開示されているが、一例を図１４に示す。（ａ）図は、管環状体を形成するリムの製造工程を示す。リム３６ａは鋳造後の形状を示す。外側リムフランジ２ａとリムウエル３ａ及び管環状体の一部を成形する際にフランジ３７を同時に成形している。次ぎにスピニング機のしごきローラでしごきながら一点鎖線で示す位置に傾倒させ、フランジ３７の先端部分を管環状体の一部を形成する箇所に溶接する。（ｂ）図では傾倒させたフランジの片側面を切削加工によりスロープＳ、ハンプＨ、ビードシートＢの各面を形成し空洞部３８を形成して管環状体３９が完成されリム３６となる。
【実施例６】
【００４６】
空洞部を設けて意匠形成面を自在に設計する段階で空洞部がかなり大きい面積を占める場合は空洞部４２の内側に環状にリブフランジを設けてもよい。図１５はその一例を示している。リム４０を成す管環状体４１のスポークが一体に設けられる側の空洞側にリブフランジ４３を設けて管環状体の剛性を高める。リブフランジは鋳造時に同時成形することができるが、リブの突出する方向は金型の引き抜く方向に一致させる。鋳造後に環状のリブを溶接することもできるが、この場合は空洞内のいずれの方向にも設けることが可能で断面２次モーメントの改善に役立てることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によれば、軽量且つ剛性に優れた空洞部を有するリム部を提供できるから、スポーク部に中空部を備えたホイールに用いて前記空洞部と中空部を連通させるか、スポークが中空部を形成しない無垢の場合や２ピースホイールのようにボルトなどで結合される場合に於いても、空洞部を有するリムを用いてファッション性の高いホイールが提供され、更なる品質向上に寄与することができる。【００４８】
なお本発明は、上記においては鋳造法を主体に述べているが、溶湯鍛造法やダイキャスト法など加熱によって流体化した軽金属をホイール又はホイール半製品の形状を造るために、それらの鋳型に流し入れた後冷却成形する全ての手法を用いたものに適用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の１実施形態の外側リムの要部を示す縦断面図であり、（ａ）図は鍛造法によるもの、（ｂ）図は鋳造法による縦断面図である。
【図２】図１の鍛造法によるリムの意匠形成断面形状の変形例を示し、断面積と断面２次モーメントを計算した結果を示す図表である。（実施例１）
【図３】図１の鋳造法によるリムの意匠形成断面形状の変形例を示し、断面積と断面２次モーメントを計算した結果を示す図表である。（実施例１）
【図４】図３の（５）リムの各部厚みを変更した例を示す図表である。
【図５】図４に続くリムの各部厚みを変更した例を示す図表である。
【図６】図４，５の断面２次モーメントとリムの断面積の比を示す表である。
【図７】鋳造法によるリムの各部厚さを変更した形状の断面積と断面２次モーメントを計算した結果を示す図表である。（実施例２）
【図８】鋳造法によるリムの各部厚さを均一にして板厚を段階的に変更した場合の断面積及び断面２次モーメントの関係を示すグラフである。（実施例１）
【図９】鋳造法によるリムの板厚が不均一な場合の断面積及び断面２次モーメントの関係の最適条件を示すグラフである。（実施例２）
【図１０】図７の（３）のリムの一部の厚さを変化させたときの断面積及び断面２次モーメントの関係を示す図表である。（実施例２）
【図１１】（ａ）図は中空部を設けたスポークと空洞部を設けたリムを結合したホイールの一部正面図であり、（ｂ）及び（ｃ）図はスポークとリムの結合部を示す一部拡大断面図であり、（ｄ）及び（ｅ）図は結合角度が異なる場合の結合部を示す断面図である。（ｆ）図は（ａ）図におけるＡ−Ａ’断面図であり、（ｇ）図はＢ−Ｂ’断面図である。（実施例３）
【図１２】（ａ）図は断面２次モーメントの理論説明図であり、（ｂ）及び（ｃ）図はその理論を図解した説明図である。（実施例１）
【図１３】内側リムフランジに管環状体を設けた例を示す断面図である。（実施例４）
【図１４】（ａ）図はリムに空洞部を形成する前段階のリム部形状を示す断面図であり、（ｂ）図は加工後の完成したリムの断面図である。（実施例５）
【図１５】リム空洞部内にリブフランジを形成したリムの断面図である。（実施例６）
【符号の説明】
【００５０】
１    鍛造法による外側リム
１′  鋳造法による外側リム
１ａ  リム（鍛造法の場合）
１ｂ  リム（鋳造法の場合）
２    外側リムフランジ
３    リムウエル
４    リム
５    空洞部（鍛造法の場合）
５′  空洞部（鋳造法の場合）
20    中空部を備えたホイール
21    スポーク
23    リム
25    結合部
30    開口部
31    増肉厚部
33    凹凸面
37    フランジ
38    空洞部
39    管環状体
43    リブフランジ
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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