(57)【要約】【課題】疲労強度に優れた高疲労強度ホイールディスク、成形用金型、加工方法および取り付け方法を提供する。【解決手段】車両ハブ４との接触面３が円周状に複数個存在する乗用車用ホイールディスク１であって、引張強さ５９０ＭＰａ以上の鋼板から成り、各接触面３の中央に、深さ５０μｍ未満、平面形状の短径が２〜１０ｍｍ、長径が３〜２０ｍｍで長径／短径の比が１〜８の凹部２を少なくとも１箇所有する乗用車用ホイールディスク。車両ハブ４との接触面３を形成する面に、高さ１００μｍ以下、平面形状の短径が２〜１０ｍｍ、長径が３〜２０ｍｍで長径／短径の比が１〜８の凸部を少なくとも一つ有することを特徴とする疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクのプレス成形用金型。【選択図】図３
2009113786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両ハブとの接触面が円周状に複数個存在する乗用車用ホイールディスクであって、引張強さ５９０ＭＰａ以上の鋼板から成り、各接触面の中央部に、深さ５０μｍ未満、平面形状の短径が２〜１０ｍｍ、長径が３〜２０ｍｍで長径／短径の比が１〜８の凹部を少なくとも１箇所有することを特徴とする疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスク。
【請求項２】
請求項１に記載の乗用車用ホイールディスクのプレス成形用金型であって、前記車両ハブとの接触面を形成する面に、高さ１００μｍ以下、平面形状の短径が２〜１０ｍｍ、長径が３〜２０ｍｍで長径／短径の比が１〜８の凸部を少なくとも一つ有することを特徴とする疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクのプレス成形用金型。
【請求項３】
車両ハブとの接触面が円周状に複数個存在する乗用車用ホイールディスクであって、引張強さ５９０ＭＰａ以上の鋼板から成り、前記各接触面に深さ５０〜５００μｍ、幅１ｍｍ以下の溝を少なくとも１本有することを特徴とする疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスク。
【請求項４】
請求項３に記載の乗用車用ホイールディスクのプレス成形用金型であって、前記車両ハブとの接触面を形成する面に、高さ１００〜５００μｍ、幅１ｍｍ以下の線状凸部を少なくとも一つ有することを特徴とする疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクのプレス成形用金型。
【請求項５】
請求項２または４に記載のプレス成形用金型を用いて、引張強さ５９０ＭＰａ以上の鋼板をプレス成形することを特徴とする疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクの加工方法。
【請求項６】
請求項１に記載の乗用車用ホイールディスクの車両ハブへの取り付け方法であって、前記凹部が押し広げられて前記凹部の内面全体が前記車両ハブと接触するようにボルト締めすることを特徴とする疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクの取り付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は乗用車用ホイールディスク、その成形用金型、加工方法、および取り付け方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車用ホイールディスクは、ディスクの部分に穴が開けられており、その穴に、自動車の車両ハブに取り付けられているボルトを通し、外からナットを締めることで取り付けられる。この時、ホイールディスクには車両ハブと接触する部分が生じ、走行時にホイールに力が作用すると、車両ハブとの接触部分はフレッティング疲労と呼ばれる低応力下で疲労破壊する現象が起きやすい。乗用車用ホイールディスクの場合、フレッティング疲労亀裂が発生する位置１２は、図１および図２に示すように、ボルト穴１０よりも外周側（リム側）でボルト穴１０の両側に存在する車両ハブ４との接触面３である。また、接触面３は、ホイールのタイプにも依るが、図１に示すように、通常８〜１２箇所、円周状に存在している。この部分のフレッティング疲労強度を向上させることが、ホイールディスクの軽量化に必要になっており、フレッティング疲労寿命の向上方法が切望されている。
【０００３】
このホイールディスクのフレッティング疲労問題に対しては、いくつかの対策が検討されており、例えばホイールディスクと車両ハブとの接触面に５０〜５００μｍの大きさの凹凸を形成する方法が特許文献１に、ホイールディスクにおける車両ハブ外周端縁と接触する部分に、ハブの外周端縁をまたぐ環状の溝を形成し、溝部を中心とした付近を焼き入れて硬化層を形成させた自動車用ホイールが特許文献２に、さらにディスク外側の環状平坦面におけるボルト穴の周辺に、放射外方にのみ開放する凹部を形成するホイールが特許文献３に、それぞれ開示されている。
【０００４】
また、特許文献４には、ホイールディスクのフレッティングによる摩耗を判別するため、取り付け面の車両ハブとの接触部に深さ０．５ｍｍ以下の凹部を少なくとも１箇所設けたバス・トラック用ホイールが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１−１５６１０１号公報
【特許文献２】特開２００１−２６０６０２号公報
【特許文献３】特開２００６−２５６５２５号公報
【特許文献４】特開平８−９１００１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記開示技術のうち、特許文献１では、ディスクと車両ハブとの接触面に形成した凹みの深さについての記述が無く、また大きさが小さ過ぎるために乗用車用ホイールディスクのフレッティング疲労強度を十分に向上させることが出来ないという問題がある。さらに、接触面が凹部または線状の溝ではなく、微細な凹凸から形成されているため、乗用車用ホイールディスクのフレッティング疲労強度を十分に向上させることが出来ないという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２では、ホイールディスクにおける車両ハブとの接触面の中央に略楕円形の凹部が形成されていないので、同様に乗用車用ホイールディスクのフレッティング疲労強度を十分に向上させることが出来ないという問題がある。
【０００８】
さらに、特許文献３では、車両ハブとの接触面の中央に凹部または線状の溝は形成されていないので、同様に乗用車用ホイールディスクのフレッティング疲労強度を十分に向上させることが出来ないという問題がある。
【０００９】
特許文献４では、車両ハブとの各接触面の中央に略楕円形の凹部または線状の溝は形成されていないので、乗用車用ホイールディスクのフレッティング疲労強度を十分に向上させることが出来ないという問題がある。さらに凹部は磨耗の識別を目的として、ホイールディスクが使用中に磨耗して減厚するまでは凹部は車両ハブ面と接触しないため、乗用車用ホイールディスクのフレッティング疲労強度を十分に向上させることが出来ないという問題がある。
【００１０】
本発明は、フレッティング疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスク、成形用金型、加工方法およびその加工方法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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、車両ハブとの接触面が円周状に複数個所存在する乗用車用ホイールディスクであって、引張強さ５９０ＭＰａ以上の鋼板から成り、各接触面の中央部に、深さ５０μｍ未満、平面形状の短径が２〜１０ｍｍ、長径が３〜２０ｍｍで長径／短径の比が１〜８の凹部を少なくとも１箇所有することを特徴とする疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクを提供する。
【００１２】
また、本発明によれば、請求項１に記載の乗用車用ホイールディスクのプレス成形用金型であって、車両ハブとの接触面を形成する面に、高さ１００μｍ以下、平面形状の短径が２〜１０ｍｍ、長径が３〜２０ｍｍで長径／短径の比が１〜８の凸部を少なくとも一つ有することを特徴とする疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクのプレス成形用金型が提供される。
【００１３】
さらに、本発明によれば、車両ハブとの接触面が円周状に複数個存在する乗用車用ホイールディスクであって、引張強さ５９０ＭＰａ以上の鋼板から成り、前記各接触面に深さ５０〜５００μｍ、幅１ｍｍ以下の溝を少なくとも１本有することを特徴とする疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクが提供される。
【００１４】
さらにまた、本発明によれば、請求項３に記載の乗用車用ホイールディスクのプレス成形用金型であって、車両ハブとの接触面を形成する面に、高さ１００〜５００μｍ、幅１ｍｍ以下の線状凸部を少なくとも一つ有することを特徴とする疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクのプレス成形用金型が提供される。
【００１５】
さらにまた、本発明によれば、請求項２または４に記載のプレス成形用金型を用いて、引張強さ５９０ＭＰａ以上の鋼板をプレス成形することを特徴とする疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクの加工方法が提供される。
【００１６】
さらにまた、本発明によれば、請求項１に記載の乗用車用ホイールディスクの車両ハブへの取り付け方法であって、前記凹部が押し広げられて前記凹部の内面全体が前記車両ハブと接触するようにボルト締めすることを特徴とする疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクの取り付け方法が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、車両ハブへの取り付け時に、フレッティング疲労亀裂の発生起点である車両ハブとの接触面の面圧を低下させることができるので、フレッティング疲労強度の向上が著しく、高い疲労強度を得ることが可能であり、その工業的意味は大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１９】
図１は、本発明にかかるホイールディスク全体の外観図であり、（Ａ）は側面から見た図、（Ｂ）は正面から見た図である。また、図２は、ホイールディスク１の車両ハブ４への取り付け部とその一部を拡大した図である。図２に示すように、車両ハブ４に取り付けられているボルト７を、ホイールディスク１のボルト穴１０に通し、外側からハブナット６を締めることにより、ホイールディスク１が取り付けられ、このとき、ホイールディスク１と車両ハブ４とが、接触面３で接触する。この接触面３は、図１に示すように、ボルト穴１０の両側に、円周状に複数箇所存在する。
【００２０】
本発明者は、乗用車用ホイールディスクが、使用時に受ける繰り返し荷重によって、車両ハブとの接触面にフレッティング疲労亀裂が生じやすい問題に対応するため、まず、締め付け時の車両ハブとの接触面の状況を詳細に検討した。その結果、乗用車用ホイールディスクの車両ハブとの接触面は平坦になることを目標にプレス成形されているが、図１３に示すように、実際には鋼板のスプリングバックにより、わずかに凸状になっていること、接触面３の中央部は凸状の頂点付近にあり、車両ハブ４にナットで締め付けると、接触面３の中央部で接触面圧５が最も大きくこと、さらに図２に示すように、接触面３の中央がフレッティング疲労亀裂の発生位置１２であることを見出した。また、締め付け力が強くなったり接触面積が小さくなったりすると接触面圧が大きくなり、フレッティング疲労亀裂が発生しやすいことも見出した。またさらに、フレッティング疲労亀裂は、一般に５９０ＭＰａ級以上の鋼板を用いたホイールディスクに頻発しやすいことも知見した。
【００２１】
このホイールディスクのフレッティング疲労強度の向上手段を検討した結果、フレッティング疲労亀裂の発生位置である車両ハブ４との接触面３の中央部分の面圧を小さくすること、そのためには、接触面３の中央に平面形状が略楕円形の凹部２を形成することを発明するに至った。図３および図４は、それぞれホイールディスク１の側面および正面から見た凹部２の形状を示す。車両ハブ４との接触面３の中央に、平面形状が略楕円形の凹部２を形成すると、図３に示すように、ホイールディスク１がハブナット６（図２）により締め付けられる時に、凹部２が押し広げられながら車両ハブ４に接触するため、凹部２が形成されていない接触面に比べて接触面圧５を小さくできることを見出した。接触面圧を小さくすることでフレッティング疲労亀裂の発生を抑制することが出来、フレッティング疲労強度を大きく向上させることが出来る。
【００２２】
また、凹部２が押し広げられながら車両ハブ４に接触するため、車両ハブ４との密着度が増し、曲げモーメントが負荷されてもずれにくく、この点からもフレッティング疲労亀裂の発生を抑制する効果のあることが明らかになった。凹部２は、接触面３の中央で、深さＤは５０μｍ未満、楕円形の短径ｄ１は２〜１０ｍｍ、長径ｄ２は３〜２０ｍｍで長径ｄ２／短径ｄ１を１〜８とすると、接触面圧を十分小さくすることが出来ることを見出した。凹部２の深さＤを５０μｍ以上にすると、取り付け時に凹部２内面の車両ハブ４と接触しない部分が大きくなり、実質的に接触している面積が減少するため、接触面３の面圧が増加してフレッティング疲労強度の低下を招く。凹部２の深さＤの下限は特に規定しないが、あまり浅いと凹部２の効果がなくなるため、２０μｍ以上が好ましいことも判明した。また、凹部２の平面形状の短径ｄ１および長径ｄ２がそれぞれ２ｍｍおよび３ｍｍより小さくなると、接触面３の中央における面圧はかなり大きくなり、フレッティング疲労強度は凹部２が無い場合とほとんど変わらず、強度の向上が図れない。
【００２３】
またさらに、凹部２の短径ｄ１および長径ｄ２がそれぞれ１０ｍｍおよび２０ｍｍより大きくなると、ハブナット６の締め付け時に、凹部２内面の車両ハブ４と接触しない部分が大きくなり、接触面積が減少するため接触面３の面圧が増加してフレッティング疲労強度を低下させる。長径／短径の比を１以上とすると接触面圧を小さくすることが出来るが、８を超えると極端に細長い凹部２となり、凹部２の先端部の応力集中が大きくなり、フレッティング疲労強度を低下させるので、長径／短径の比は１〜８の範囲に規定する。
【００２４】
凹部２の平面形状は、三角形や四角形などの多角形の場合、角部に近い接触面の面圧が大きくなり、フレッティング疲労強度を低下させるため、滑らかな形状である必要がある。また、凹部２の平面形状が外側に向かって凹の部分が存在すると、くぼんだ部分の接触面圧が大きくなるため、外側に凸である楕円形が効果的である。
【００２５】
またさらに、従来のホイールディスクでは、車両ハブとの接触面の中央の面圧が高く、図２に示すように、中央からフレッティング疲労亀裂が発生するため、凹部２は接触面３の中央を含むように形成される必要がある。この凹部２は、ホイールディスク１にある複数のそれぞれの接触面３について中央部に少なくとも一つあれば、フレッティング疲労強度を向上させることが出来ることを見出した。なお、本発明でいう接触面３の中央とは、図５に示すように、接触面３のホイールディスク１の半径方向における最大幅寸法Ｗを有する部分の中心Ｃとする。
【００２６】
このように、引張強さ５９０ＭＰａ以上の鋼板から成り、接触面３の中央に深さ５０μｍ未満、平面形状が短径２〜１０ｍｍ、長径３〜２０ｍｍで長径／短径の比が１〜８の凹部を少なくとも１箇所有する乗用車用ホイールディスクが、疲労強度に優れていることが判明した。
【００２７】
次に、本発明の凹部を有するホイールディスクを成形するためのプレス成形用金型について説明する。
【００２８】
本発明者は、疲労強度を向上させる凹部を有する乗用車用ホイールディスクのプレス成形金型について検討を行った。フレッティング疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクは、上述のように車両ハブ４との接触面３の中央に、深さ５０μｍ未満、平面形状が短径２〜１０ｍｍ、長径３〜２０ｍｍで長径／短径の比が１〜８の凹部を少なくとも１箇所有することが効果的であるが、この凹部２を形成するためのプレス成形用金型を検討したところ、車両ハブ４との接触面３を形成する面に、高さ１００μｍ以下、平面形状が短径２〜１０ｍｍ、長径３〜２０ｍｍで長径／短径の比が１〜８の凸部を少なくとも一つ有する金型が効果的であることを見出した。
【００２９】
車両ハブ４との接触面３を形成する金型の面に有する略楕円形の凸部は、高さが１００μｍを超えると、車両ハブ４との接触面３に形成される凹部２の深さが５０μｍ以上となるため、１００μｍ以下が効果的であることが判明した。凸部の高さの下限は特に規定しないが、あまり低過ぎると凹部２を形成することが出来ないため、５０μｍ以上が好ましいことも判明した。また凸部の平面形状の短径および長径はそれぞれ２ｍｍおよび３ｍｍより小さいと、車両ハブ４との接触面３に形成される凹部２が２ｍｍおよび３ｍｍより小さくなり、フレッティング疲労強度を向上させることが出来ない。また同様に凸部の短径および長径がそれぞれ１０ｍｍおよび２０ｍｍより大きいと、車両ハブ４との接触面３に形成される凹部２の平面形状が１０ｍｍおよび２０ｍｍより大きくなるため、フレッティング疲労強度を向上させることが出来ないことが判明した。なお、長径／短径の比を１以上とすると接触面圧を小さくすることが出来るが、８を超えると車両ハブ４との接触面３に形成される凹部２が極端に細長くなり、凹部２の細長い先端の部分での応力集中が大きくなってフレッティング疲労強度を低下させるので、凸部の長径／短径の比は１〜８の範囲に規定する。
【００３０】
また凸部の平面形状は、三角形や四角形などの多角形であると、車両ハブ４との接触面３に形成される凹部２の平面形状も多角形となり、角部に近い接触部の面圧が大きくなり、フレッティング疲労強度を低下させるため、滑らかな形状である必要がある。凸部の形状が外側に向かって凹の部分があると、くぼんだ部分の接触面３の面圧が高くなることから、全て凸である楕円形が効果的である。また、凸部が車両ハブ４との接触面３の中央に無い場合には、車両ハブ４との接触面３の中央の面圧が高く、中央からフレッティング疲労亀裂が発生する。
【００３１】
このようなことから、車両ハブ４との接触面３を形成する面に、高さ１００μｍ以下、平面形状が短径２〜１０ｍｍ、長径３〜２０ｍｍで長径／短径の比が１〜８の凸部を少なくとも一つ有するプレス成形用金型が、疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクの成形に効果的であることが判明した。
【００３２】
さらに、本発明者は車両ハブとの接触面積の中央部分の面圧を小さくする別の手段を検討した結果、接触面３に溝１７を形成することを発明するに至った。すなわち、車両ハブ４との接触面３に溝１７を形成すると、図７に示すように、ホイールディスク１がハブナット６により締め付けられる時に、線状の溝１７は車両ハブ４に接触しないため、接触面３が溝１７で分断され、その結果、接触面圧５を小さくできるとともに、ホイールディスク１と車両ハブ４の両方に発生するせん断応力２０も小さくすることができ、フレッティング疲労強度を大きく向上させることが出来ることを見出した。
【００３３】
溝１７は、深さａを５０〜５００μｍ、幅ｂを１ｍｍ以下とすると、接触面圧を小さくしてフレッティング疲労強度を大きくすることが出来ることを見出した。溝１７の深さａを５００μｍ超とすると、ホイールディスク１の溝の部分の肉厚が小さくなり、溝１７の底が切り欠きとなって疲労亀裂が発生しやすくなる。また溝１７の深さａを５０μｍより小さくすると、締め付け時に溝の底が接触する場合が生じ、せん断応力の低減効果が無くなるため、５０μｍ以上とする必要がある。さらに溝１７の幅ｂが１ｍｍ超になると、溝１７による開口面積が大きくなって非接触部の面積が増え、接触面３の面圧が大きくなり、フレッティング疲労強度を向上させることが出来ない。幅ｂの下限は特に規定しないが、狭過ぎると溝としての効果が無くなるため、５０μｍ以上が好ましい。
【００３４】
溝１７の平面形状は、なめらかな線状であれば、直線に限定するものではなく、図８に示すように曲線であっても差し支え無い。また、溝１７は、一つの接触面３に１本であっても、図９に示すように複数本配置されていても、フレッティング疲労を向上させることが出来る。またさらに、溝１７の位置も特に規定しないが、図１０に示すように接触面３の中央Ｃ付近に配置されることが好ましい。接触面３の中央Ｃは、前述のように、ホイールディスク１の半径方向における接触面３の最大幅寸法Ｗを有する部分の中心Ｃとする。また、溝１７の配置方向についても特に規定しないが、図１１に示すように、溝１７の長手方向がホイールディスク１の半径方向に配置されることが好ましい。
【００３５】
このように、引張強さ５９０ＭＰａ以上の鋼板から成り、接触面に深さ５０〜１００μｍ、幅１ｍｍ以下の溝を少なくとも１本有する乗用車用ホイールディスクが疲労強度に優れていることが判明した。
【００３６】
次に、本発明の溝を有するホイールディスクを成形するためのプレス成形用金型について説明する。
【００３７】
フレッティング疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクとするには、上述のように車両ハブ４との接触面３に深さ５０〜５００μｍ、幅１ｍｍ以下の溝１７を少なくとも１本有することが効果的であるが、この溝１７を形成するためのプレス成形用金型を検討したところ、車両ハブ４との接触面３を形成する面に、高さ１００〜５００μｍ、幅１ｍｍ以下の線状凸部を少なくとも一つ有する金型が効果的であることを見出した。
【００３８】
車両ハブ４との接触面３を形成する金型の面に有する線状凸部は、高さが５００μｍを超えると、車両ハブ４との接触面３に形成される溝１７の深さが５００μｍ超となるため、５００μｍ以下が効果的であることが判明した。また線状凸部の高さが１００μｍより小さくなると、５０μｍ以上の深さの溝を形成することが出来ないため、１００μｍ以上が好ましいことも判明した。また線状凸部の幅は１ｍｍ超となると、車両ハブ４との接触面３に形成される溝１７の幅が１ｍｍより大きくなるため、フレッティング疲労強度を向上させることが出来ないことが判明した。線状凸部の幅の下限は特に規定しないが、あまり狭過ぎると溝を形成することが出来ないため、１００μｍ以上が好ましいことも判明した。
【００３９】
また線状凸部の形状は、なめらかな線状であれば、直線、曲線を問わず有効である。また、金型の一つの接触面３に１本であっても、複数本配置されていてもフレッティング疲労を向上させることが出来る。また、線状凸部の位置は特に規定しないが、接触面３の中央Ｃ付近に配置されることが好ましい。また、線状凸部の方向についても特に規定しないが、ホイールディスク２の半径方向に配置されることが好ましい。
【００４０】
以上のことから、車両ハブ４との接触面３を形成する面に、高さ１００〜５００μｍ、幅１ｍｍ以下の線状凸部を少なくとも一つ有するプレス成形用金型が、疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクの成形に効果的であることが判明した。
【００４１】
次に、本発明のホイールディスクの加工方法について説明する。
【００４２】
本発明者は、上記の凹部２または溝１７を鋼製ホイールディスク１の車両ハブ４との接触面３に形成する方法として、上記の金型を用いて引張強さ５９０ＭＰａ以上の鋼板をプレス成形することが有効であることを見出した。すなわち、鋼製のホイールディスクは通常、プレス成形工程で成形されるが、このプレス成形工程の中に凹部２または溝１７を形成する工程を組み込むことで、車両ハブ４の接触面３における凹部２または溝１７の境界が滑らかになり、ハブナット６によって締め付ける際にホイール中心に対して外側の接触面３から凹部２または溝１７にかけて連続的に接触を始めることができ、接触面圧の分布を滑らかにすることができ、フレッティング疲労強度を向上させることができる。
【００４３】
フレッティング疲労は引張強さが５９０ＭＰａ以上の鋼板において顕著であるため、鋼板の引張強さは５９０ＭＰａ以上の範囲に規定する。
【００４４】
凹部２または溝１７の形成をプレス成形以外の他の方法、例えば、ドリルやバイトなどを用いた機械加工によって形成する場合でもフレッティング疲労強度は向上するが、車両ハブ４の接触面３と凹部２または溝１７との境界が鋭くなると、ハブナット６で締め付ける際に、凹部２または溝１７の境界で不連続な接触が生じ、凹部２または溝１７の境界に近い接触面３で面圧が高くなる結果、フレッティング疲労強度を十分に向上させることが出来ないので、好ましくない。
【００４５】
このように、上記の金型を用いて引張強さ５９０ＭＰａ以上の鋼板をプレス成形することが、疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクの加工方法として有効であることが判明した。
【００４６】
次に、本発明のホイールディスクの取り付け方法について説明する。
【００４７】
本発明者は、乗用車用ホイールディスクの車両ハブへの取り付け方法について検討した。その結果、車両ハブ４との接触面３に上述の凹部２を有するホイールディスク１を車両ハブ４に取り付ける場合、図３に示すように凹部２が全て車両ハブ４と接触するようにボルト締めする（ハブナット６を締め付ける）と、乗用車用ホイールディスク１の疲労強度向上に特に有効であることを見出した。すなわち、広げられた凹部２の内面が全て車両ハブ４と接触することにより、接触面積を大きくするとともに接触する部分の面圧５を小さくすることが出来、フレッティング疲労強度を向上させることが出来る。図６は凹部２の異なる形状例を示し、このように、車両ハブ４との接触面３に形成する凹部２に車両ハブ４と接触しない部分が存在しても、フレッティング疲労強度は向上するが、接触しない部分の面積が大きくなり過ぎると、面圧の平均値が大きくなってフレッティング疲労強度を十分に向上させることが出来ない。
【００４８】
以上のように、ホイールディスク１における車両ハブ４との接触面３にある凹部２が全て車両ハブ４と接触するように、ホイールディスク１をボルト７およびハブナット６で車両ハブ４に締め付けると、乗用車用ホイールディスクの疲労強度が向上することが判明した。
【００４９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【実施例１】
【００５０】
供試鋼として、４００ＭＰａ級、４４０ＭＰａ級、５９０ＭＰａ級および７８０ＭＰａ級の３．２ｍｍ厚熱延鋼板を用いて、プレス成形により、図１に示すような形状で外径１４インチの乗用車用ホイールディスク（車両ハブへの取り付け用ボルト穴１０が５つのもの）を製作した。その際、車両ハブ４との接触面３に種々の寸法の凹部２または溝１７を形成したホイールディスクを製作した。凹部２または溝１７の形成方法としては、機械加工およびプレス成形を用いた。また比較のため、凹部および溝を設けないホイールディスクも製作した。これらのホイールディスクに、図１２に示すように、幅５インチのリム１６（タイプＪ）を溶接で取り付け、ホイールライフ疲労試験を実施した。この試験では、ホイールライフ試験機のアーム１４の先端に取り付けられたウェイト１５が回転することにより、車両ハブ４を通して曲げモーメントが負荷される。ここでは曲げモーメントは１５０ｋｇｆ・ｍとした。試験中に１０００回ごとに停止して車両ハブ４から取り外し、ホイールディスク１における車両ハブ４との接触面３のフレッティング疲労亀裂の有無を調べた。フレッティング疲労亀裂が板厚を貫通したときをフレッティング疲労寿命と定義して比較した。
【００５１】
まず、車両ハブとの接触面に凹部を設けたホイールディスクのホイールライフ疲労試験結果を表１〜４に示す。
【００５２】
【表１】
2009113786.tif 000003
【００５３】
【表２】
2009113786.tif 000004
【００５４】
【表３】
2009113786.tif 000005
【００５５】
【表４】
2009113786.tif 000006
【００５６】
まず、表１に示す試験結果について説明する。Ｎｏ．１〜３は供試鋼材が４００ＭＰａ級鋼板および４４０ＭＰａ級鋼板のホイールディスクであり、車両ハブとの接触面にはフレッティング疲労亀裂は発生せず、他の部位からの疲労亀裂が大きくなって破壊に至った。
【００５７】
Ｎｏ．１２〜１６は５９０ＭＰａ級鋼板を用いたホイールディスクで、機械加工により車両ハブとの接触面に凹部を形成したホイールディスクの実施例を示す。これらは本発明の請求項１に係る発明であり、同じ鋼板で凹部を加工しないＮｏ．４、および本発明の範囲外の深さ・短径・長径・長径／短径・位置の凹部を形成した比較例であるＮｏ．５〜１１よりも、飛躍的にフレッティング疲労寿命が向上している。具体的には、Ｎｏ．４に比べて３倍、Ｎｏ．５〜１１に比べて２倍以上の寿命向上が確認された。また、Ｎｏ．１２、１３、１５は本発明の請求項６に係る発明であり、締め付け時の凹部が全面接触しない実施例であるＮｏ．１４およびＮｏ．１６に比べて１００,０００回以上の寿命向上が認められた。なお、表１において、アンダーライン表示された数値または条件は、本発明の範囲外であることを示す。
【００５８】
このように、表１に示す結果より、本発明の凹部を有するホイールディスクおよびホイールディスクの取り付け方法は、フレッティング疲労強度の向上に有効であることが判明した。
【００５９】
次に、表２に示す試験結果について説明する。Ｎｏ．２４〜２８は５９０ＭＰａ級鋼板を用いたホイールディスクで、プレス成形により車両ハブとの接触面に凹部を形成したホイールディスクの実施例を示す。これらは本発明の請求項２、請求項５に係る発明であり、同じ鋼板で凹部を加工しないＮｏ．４（表１）、および同じプレス成形で本発明の範囲外の高さ・短径・長径・長径／短径・位置の凸部をもつ金型により成形された凹部を形成した比較例であるＮｏ．１７〜２３よりも、飛躍的にフレッティング疲労寿命が向上している。具体的には、Ｎｏ．４に比べて４倍以上、Ｎｏ．１７〜２３に比べて３倍以上の寿命向上が確認された。また、凹部の深さ・短径・長径・長径／短径・位置は本発明の範囲であるが、機械加工により凹部を製作したホイールディスクであるＮｏ．１２〜１６（表１）に比べると、少なくとも５０,０００回以上の寿命向上が認められた。さらに、Ｎｏ．２４、２５、２７は本発明の請求項６に係る発明であり、締め付け時に凹部が全面接触しない他の実施例であるＮｏ．２６およびＮｏ．２８に比べて少なくとも１００,０００回以上の寿命向上が認められた。なお、表２において、アンダーライン表示された数値または条件は、本発明の範囲外であることを示す。
【００６０】
このように、表２に示す結果より、本発明の凹部を有するホイールディスク、ホイールディスクの加工方法、プレス成形用金型、およびホイールディスクの取り付け方法は、フレッティング疲労強度の向上に有効であることが判明した。
【００６１】
さらに、表３に示す試験結果について説明する。Ｎｏ．３７〜４１は７８０ＭＰａ級鋼板を用いたホイールディスクで、機械加工により車両ハブとの接触面に凹部を形成したホイールディスクの実施例を示す。これらは本発明の請求項１に係る発明であり、同じ鋼板で凹部を加工しないＮｏ．２９、および本発明の範囲外の深さ・短径・長径・長径／短径・位置の凹部を形成した比較例であるＮｏ．３０〜３６よりも飛躍的にフレッティング疲労寿命が向上している。具体的には、Ｎｏ．２９に比べて３．３倍、Ｎｏ．３０〜３６に比べて２．６倍以上の寿命向上が確認された。また、Ｎｏ．３７、３８、４０は本発明の請求項６に係る実施例であり、締め付け時の凹部が全面接触しない他の実施例であるＮｏ．３９およびＮｏ．４１に比べて１００,０００回以上の寿命向上が認められた。なお、表３において、アンダーライン表示された数値または条件は、本発明の範囲外であることを示す。
【００６２】
このように、表３に示す結果より、本発明の凹部を有するホイールディスクおよびホイールディスクの取り付け方法は、フレッティング疲労強度の向上に有効であることが判明した。
【００６３】
次に、表４に示す試験結果について説明する。Ｎｏ．４９〜５３は７８０ＭＰａ級鋼板を用いたホイールディスクで、プレス成形により車両ハブとの接触部に凹部を形成したホイールディスクの実施例を示す。これらは本発明の請求項２、請求項５に係る発明であり、同じ鋼板で凹部を加工しないＮｏ．２９（表３）、および同じプレス成形で本発明の範囲外の高さ・短径・長径・長径／短径・位置の凸部をもつ金型により成形された凹部を形成した比較例であるＮｏ．４２〜４８よりも飛躍的にフレッティング疲労寿命が向上している。具体的には、Ｎｏ．２９に比べて５．５倍以上、Ｎｏ．４２〜４８に比べて４．２倍以上の寿命向上が確認された。また、凹部の深さ・短径・長径・長径／短径・位置は本発明の範囲であるが、機械加工により凹部を製作したホイールディスクであるＮｏ．３７〜４１（表３）に比べると少なくとも１２０,０００回以上の寿命向上が認められた。さらに、Ｎｏ．４９、５０、５２は本発明の請求項６に係る実施例であり、締め付け時の凹部が全面接触しない他の実施例であるＮｏ．５１およびＮｏ．５３に比べて、少なくとも１４０,０００回以上の寿命向上が認められた。なお、表４において、アンダーライン表示された数値または条件は、本発明の範囲外であることを示す。
【００６４】
このように、表４に示す結果より、本発明の凹部を有するホイールディスク、ホイールディスクの加工方法、プレス成形用金型、およびホイールディスクの取り付け方法は、フレッティング疲労強度の向上に有効であることが判明した。
【００６５】
次に車両ハブとの接触面に溝部を設けたホイールディスクのホイールライフ疲労試験結果を表５〜８に示す。
【００６６】
【表５】
2009113786.tif 000007
【００６７】
【表６】
2009113786.tif 000008
【００６８】
【表７】
2009113786.tif 000009
【００６９】
【表８】
2009113786.tif 000010
【００７０】
まず、表５に示す試験結果について説明する。Ｎｏ．５４〜５６は供試鋼材が４００ＭＰａ級鋼板および４４０ＭＰａ級鋼板のホイールディスクであり、車両ハブとの接触面にはフレッティング疲労亀裂は発生せず、他の部位からの疲労亀裂が大きくなって破壊に至った。
【００７１】
次に、Ｎｏ．６２〜６６は５９０ＭＰａ級鋼板を用いたホイールディスクで、機械加工により車両ハブとの接触部に溝を形成したホイールディスクの実施例を示す。これらは本発明の請求項３に係る発明であり、同じ鋼板で溝を加工しないＮｏ．５７、および本発明の範囲外の深さ・幅の溝を形成した比較例であるＮｏ．５８〜６１よりも飛躍的にフレッティング疲労寿命が向上している。具体的にはＮｏ．５７に比べて３．１倍、Ｎｏ．５８〜６１に比べて２．７倍以上の寿命向上が確認された。なお、表５において、アンダーライン表示された数値または条件は、本発明の範囲外であることを示す。
【００７２】
このように、表５に示す結果より、本発明の溝を有するホイールディスクは、フレッティング疲労強度の向上に有効であることが判明した。
【００７３】
次に、表６に示す試験結果について説明する。Ｎｏ．７０〜７４は５９０ＭＰａ級鋼板を用いたホイールディスクで、プレス成形により車両ハブとの接触部に溝を形成したホイールディスクの実施例を示す。これらは本発明の請求項３、請求項５に係る発明であり、同じ鋼板で溝を加工しないＮｏ．５７（表５）、および同じプレス成形で本発明の範囲外の高さ・幅の線状凸部をもつ金型により成形された溝を形成した比較例であるＮｏ．６７〜６９よりも飛躍的にフレッティング疲労寿命が向上している。具体的には、Ｎｏ．５７に比べて５．１倍以上、Ｎｏ．６７〜６９に比べて３．６倍以上の寿命向上が確認された。また、溝の深さ・幅は本発明の範囲であるが、機械加工により溝を製作したホイールディスクであるＮｏ．６２〜６６（表５）に比べると少なくとも６０,０００回以上の寿命向上が認められた。なお、表６において、アンダーライン表示された数値または条件は、本発明の範囲外であることを示す。
【００７４】
このように、表６に示す結果より、本発明の溝を有するホイールディスク、ホイールディスクの加工方法、プレス成形用金型は、フレッティング疲労強度の向上に有効であることが判明した。
【００７５】
さらに、表７に示す試験結果について説明する。Ｎｏ．７９〜８３は７８０ＭＰａ級鋼板を用いたホイールディスクで、機械加工により車両ハブとの接触部に溝を形成したホイールディスクの実施例を示す。これらは本発明の請求項３に係る発明であり、同じ鋼板で溝を加工しないＮｏ．７５、および本発明の範囲外の深さ・幅の溝を形成した比較例であるＮｏ．７６〜７８よりも飛躍的にフレッティング疲労寿命が向上している。具体的にはＮｏ．７５に比べて３．２倍、Ｎｏ．７６〜７８に比べて２．７倍以上の寿命向上が確認された。なお、表７において、アンダーライン表示された数値または条件は、本発明の範囲外であることを示す。
【００７６】
このように、表７に示す結果より、本発明の溝を有するホイールディスクは、フレッティング疲労強度の向上に有効であることが判明した。
【００７７】
次に表８に示す試験結果について説明する。Ｎｏ．８７〜９１は７８０ＭＰａ級鋼板を用いたホイールディスクで、プレス成形により車両ハブとの接触部に溝を形成したホイールディスクの実施例を示す。これらは本発明の請求項３、請求項５に係る発明であり、同じ鋼板で溝を加工しないＮｏ．７５（表７）、および同じプレス成形で本発明の範囲外の高さ・幅の線状凸部をもつ金型により成形された溝を形成した比較例であるＮｏ．８４〜８６よりも飛躍的にフレッティング疲労寿命が向上している。具体的には、Ｎｏ．７５に比べて７．８倍以上、Ｎｏ．８４〜８６に比べて６．８倍以上の寿命向上が確認された。また、溝の深さ・幅は本発明の範囲であるが、機械加工により溝を製作したホイールディスクであるＮｏ．７９〜８３（表７）に比べると少なくとも２００,０００回以上の寿命向上が認められた。なお、表８において、アンダーライン表示された数値または条件は、本発明の範囲外であることを示す。
【００７８】
このように、表８に示す結果より、本発明の溝を有するホイールディスク、ホイールディスクの加工方法、およびプレス成形用金型は、フレッティング疲労強度の向上に有効であることが判明した。
【００７９】
以上のように本発明の凹部または溝を有するホイールディスク、ホイールディスクの加工方法、プレス成形用金型、およびホイールディスクの取り付け方法は、フレッティング疲労強度の向上に極めて有効であることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、各種車両用ホイールディスク、その成形用金型、加工方法、および取り付け方法に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】乗用車用ホイールディスクの外観および接触面を示す図である。
【図２】乗用車用ホイールディスクの車両ハブとの接触状況およびフレッティング疲労亀裂発生位置を示す側面図である。
【図３】本発明のホイールディスクにおける接触面の凹部および車両ハブとの接触時の面圧分布を示す図である。
【図４】本発明のホイールディスクにおける接触面の凹部形状を示す平面図である。
【図５】ホイールディスクにおける接触面の中央を説明する平面図である。
【図６】本発明のホイールディスクにおける接触面の凹部の異なる例および車両ハブとの接触時の面圧分布を示す側面図である。
【図７】本発明のホイールディスクにおける接触面の溝および車両ハブとの接触時の面圧分布およびせん断応力を示す側面図である。
【図８】本発明のホイールディスクにおける接触面の溝の平面形状の例を示す平面図である。
【図９】本発明のホイールディスクにおける接触面の溝の異なる例を示す平面図である。
【図１０】本発明のホイールディスクにおける接触面の溝の配置位置の例を示す平面図である。
【図１１】本発明のホイールディスクにおける接触面の溝の配置方向の例を示す平面図である。
【図１２】本発明の実施例におけるホイールライフ試験状況を示す図である。
【図１３】従来のホイールディスクにおける接触面の凹部および車両ハブとの接触時の面圧分布およびせん断応力を示す側面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１    ホイールディスク
２    凹部
３    接触面
４    車両ハブ
５    接触面圧の分布
６    ナット  
７    ボルト
１０  ボルト穴
１２  フレッティング疲労亀裂の発生位置
１４  アーム
１５  ウェイト
１６  リム
１７  溝
２０  せん断応力
ａ    溝の深さ
ｂ    溝の幅  
Ｃ    接触面の中央
Ｄ    凹部の深さ
ｄ１  凹部の短径
ｄ２  凹部の長径
【図１】
2009113786.tif 000011
【図２】
2009113786.tif 000012
【図３】
2009113786.tif 000013
【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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