JP2012502842A - 自動車用ホイールリム - Google Patents

Abstract

【課題】経済的に製造できかつ軽量で、実際の使用中にリムに加えられる力に信頼性をもって適合できるリムを提供することにある。
【解決手段】鋼板で作られたホイールディスク３および該ホイールディスク３の周囲に配置されるリムフラップ２を備えた経済的に製造できる自動車用ホイールリムに関する。ホイールディスク３の鋼板が、着脱不可能な方法で圧延接合により互いに接合された少なくとも３つの重畳鋼層から形成され、該鋼層のうちの内側コア層６の強度が外側層４、５の強度より小さいため、重量が小さい本発明によるホイールリムは、実際の作動中に生じる力に対して安全に適合できることが保証される。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車または軽車両および商業用重車両等の動力車両用の鋼材で作られたホイールリムに関する。

この形式のリムは、通常、熱間圧延鋼または軽金属からの鋳造または鍛造で製造される。鋼製リム（スチールリム）は、ホイールリムの分野において、好ましい製造価格および優れた性能特性を有するという特徴がある。それでも、軽金属で作られたリムは、車両のばね下重量を最小にする点で軽量であるため、これまで特に好ましいと考えられていた。しかしながら、今日では、高強度を有しかつ容易に変形できる鋼板から、非常に好ましい製造価格でリムを製造できる。これは、リムの壁厚が小さいため、軽金属リムに比べてもかなり軽量だからである。

一般的な言語的用例から、スチールリムは、通常、「リムフラップ」および「ホイールディスク」と呼ばれているものからなる。使用に際し、タイヤおよびリムから形成されたホイールのタイヤはリムフラップ上に装着され、一方、ホイールディスクは、ホイールと車両のそれぞれのアクスルとの連結を確立する。

スチールリムのホイールディスクおよびリムフラップは、今日、通常６００ＭＰａの範囲内の引っ張り強度をもつ熱間圧延高強度鋼から製造される。この目的で考慮に入れられる鋼の１つの一般的な代表例として、「ＤＰ−Ｗ６００」の商標で市販されているものがある。この鋼は、標準的なもので、鉄および不可避の不純物以外に、０．１２％（重量％、以下同様）までのＣ、０．０８％までのＡｌ、１．５％までのＭｎ、０．８％までのＳｉ、全部で１．００％までのＣｒおよびＭｏ、０．０６％までのＰ、０．００５％までのＢ、０．０１％までのＳ、および全部で０．１５％までのＮｂおよびＴｉを含有している。下記特許文献１には、このような組成を有する、高強度であると同時に容易に変形できる２相鋼（Dual-phase steel、Dualphasenstahl（英、独訳））も開示されている。

スチールリムの外観および同時に耐食性を改善するため、下記特許文献２には、このようなスチールリムのホイールディスクをサンドイッチ形態に組立てられる多層平材料から形成することが提案されている。この材料の第１層は、耐食性を付与する金属コーティングが施された鋼板からなり、実際の使用時にリムに加えられる荷重を吸収する。この鋼板層上には第２層が設けられ、該第２層上には更に第３層が設けられている。第２層は、樹脂等で形成でき、かつ充填材料として、第１層と第３層との間に存在することがあるスペース内への水分の侵入を防止する機能を有している。このため、第１鋼板層には更に耐食性をもたせるべきである。既知のリムでは、車両に装着したときに見える側に、ホイールディスクの材料の第３層が塗布される。この第３層は、特に高品質に見える、例えばアルミニウム、ステンレス鋼または他の材料から製造できる。その機能は、本質的に、見る者に、リムの特に優れた視覚的印象を与えることにある。

これまで、軽量化が首尾よく達成されているが、ユーザは、依然として自動車のリムの重量を更に軽減することを望んでいる。このことは、ばね下重量の最小化の結果としてハンドリング特性の改善に寄与するだけでなく、それぞれの車両の全体的重量の軽減にも寄与する。

独国特許ＤＥ １９９３６ １５１ Ａ１号公報 特開２００１−２１９７０１号公報 独国特許ＤＥ １０２００５ ００６ ６０６ Ｂ３号公報 独国特許ＤＥ １０２００５ ００６ ６０６ Ｂ１号公報

このような背景に対し、本発明の目的は、経済的に製造できかつ軽量で、実際の使用中にリムに加えられる力に信頼性をもって適合できるリムを提供することにある。

上記目的は、特許請求の範囲の請求項１に記載の特徴を有する本発明のリムにより達成される。

本発明の有利な実施形態は、特許請求の範囲の請求項１に従属する請求項に記載されており、以下に詳細に説明する。

本発明によるリムは、従来技術と同様に、鋼板で製造されるホイールディスクおよび該ホイールディスクの周囲に配置されるリムフラップを有している。本発明によれば、ホイールディスクの鋼板は、着脱不可能な方法で圧延接合により互いに接合された少なくとも３つの重畳鋼層から形成され、該鋼層のうちの内側コア層は、外側層より小さい強度を有している。同時に、本発明は、本発明により使用される少なくとも３層の平鋼材料からスチールリムのホイールディスクを製造することのみに限定されるものではない。むしろ、リムフラップを上記材料で製造することも可能である。

本発明は、実際の作動時に生じかつリムのホイールディスクの設計にとって重要である最大応力が、ホイールディスクを形成する鋼板の表面近くの層内で生じるという理解に基づいている。本発明にしたがってここに提案することは、少なくとも３層からなる鋼板が製造のために使用され、特に高強度の鋼からなる各外側層は、実際に最大荷重を受けるリムホイールディスクの層に割り当てられる。これに対し、コア層（このコア層上でホイールディスクの外側層が互いに接合される）は、本発明により、より小さい強度の鋼からなる。しかしながら、一方では、コア層は、より大きい強度の外側層よりも高い変形性を有している。

本発明にしたがって加工される平鋼製品のこの多層構造体の結果として、外側層の高強度にもかかわらず、このような平鋼材から切り出された鋼板ブランクをホイールディスクに完璧に形成でき、また適当な場合にはリムフラップにも形成できる。

同時に、本発明にしたがって加工される鋼板材料の個々の層の強度特性を、実際に生じる荷重にマッチングさせることにより、ホイールディスクの厚さ、したがって本質的に重量を大幅に軽減できる。したがって、計算および実用的な実験により、同じ負荷能力を有し、少なくともホイールディスクが３層以上の複合鋼材からなる本発明のスチールリムの重量は、慣用の単一層鋼板から形成されたリムより１０〜２０％軽量であることが証明されている。

少なくとも３層からなり好ましくは熱間圧延ストリップとして加工される鋼板（本発明により、該鋼板からホイールディスクおよび適当な場合にはリムフラップも製造される）が、鋼板の層が着脱不可能な方法で互いに永久的に接合されるようにして熱間圧延接合により製造される。

これを可能にする方法が、例えば上記特許文献３に開示されている。この方法によれば、異なる鋼材から少なくとも２つの本質的に平行六面体の板が作られる。次に、互いに対面しかつ重ねられる鋼板の表面が、材料除去表面処理を受ける。この処理の目的は、２枚の鋼板が互いに重ね合わされたときに、両表面が本質的にぴったりと接触するように、一方の鋼板の表面形状を他方の鋼板の表面形状に適合させることにある。これを達成するため、互いに関連する表面から、錆等の好ましくない異物粒子が除去され、両表面が化学的／物理的手段により活性化される。次に、両鋼板は、表面処理された表面が互いに重なり合わされ、重なり合った鋼板は互いに溶接され、シートパッケージを形成する。次に、このシートパッケージが初期熱間圧延温度に加熱されかつコイル巻回可能な圧延接合ストリップに熱間圧延される。このようにして熱間圧延接合されたストリップは、次に、コイルに巻回される。このようにして熱間圧延接合されたストリップは、加工技術に関する時間および労力を大幅に低減して経済的に製造される。

一方では負荷能力に関しかつ他方では少なくとも３層鋼板の変形性に関して、外側層とコア層との最適な厚さ比は、各外側層の厚さがホイールディスクの鋼板の全厚の５〜１０％、より詳しくは５〜３０％である場合に得られる。この場合、両外側層を必ずしも同じ厚さにする必要はない。むしろ、外側層の実際の厚さは、各外側層に使用される鋼材の強度、コア層の鋼材と組合せたときの外側層の変形性、および実際に予想される負荷状態に関連して選択される。

特に良い外観を有すると同時に最適な耐食性を有する、本発明の方法でリムを製造する１つの可能性は、ホイールディスクの鋼板の少なくとも一方の外側層を耐食鋼で形成することである。この場合、関連する外側層は、リムを車両に装着したときに外側に配置され、外から見えるように配置されるのが好ましい。これに対し、車両に装着されたときに車両の側を向くように配置される外側層は、例えば、適当な耐食性コーティングにより保護された特にタフな鋼材で形成される。

本発明によるホイールディスクの製造に使用される３層平鋼製品の個々の外側層に金属板材を使用する場合に、該金属板材が、特定用途の目的に充分な表面条件並びに耐食性が得られるものであるならば、製造上の観点およびコストの観点から、両外側層を同じ鋼材で形成するのが好ましい。

ホイールディスクとして好ましくは熱間圧延されかつ冷間成形され、本発明にしたがって加工される複合鋼材の外側層に適したものとして、例えば、本来的に知られているマルテンサイト鋼、２相鋼、複合相鋼（complex-phased steel、Complexphasenstaehle（英、独訳））または耐食フェライトオーステナイト鋼がある。

これらの鋼材の１つからなる外側層が、実際の作動時にホイールディスクに作用する荷重に信頼性をもって適合できるようにすると同時に、充分に良く変形できるようにするには、外側層の鋼材は、６００〜１１５０ＭＰａの降伏強度を有するべきである。

一般に、本発明にしたがって加工される多層鋼板の外側層用の鋼材は、鉄および不可避の不純物以外に次の元素（％は、重量％）、すなわち０．２４％までのＣ、３．０％、より詳しくは２．５％までのＭｎ、１．５％までのＳｉ、０．０５％までのＰ、０．０２％までのＳ、２５％、より詳しくは２４．５％までのＣｒ、１．０％、より詳しくは０．６％までのＭｏ、全部で０．２％までのＮｂおよびＴｉ、０．２５％までのＮ、２．５％、より詳しくは１．７％までのＡｌ、０．２５％までのＶ、０．０１％までのＢ、８．０％、より詳しくは６．０％までのＮｉ、４．０％、より詳しくは０．８％までのＣｕを含有している。

ここで好ましくは、慣用的に適用されている溶接方法を用いてホイールディスクとリムフラップとを連結するのに必要な冷間成形可能性および溶接特性を確保すべく、外側層の鋼材のＣ含有量は最大で０．２重量％に制限される。

硬い変態生成物の形成をもたらし、したがって冷間成形能力を低下させる虞れがある過度に強い微細偏析を回避するため、外側層の鋼材のＭｎ含有量を最大でも２．５重量％、より詳しくは２．２重量％に制限することも有利である。

少なくとも一方の外側層について本発明にしたがって使用される鋼材に存在するＳｉが最大で１．０重量％である限り、得られる鋼板の最適に円滑な表面品質を得ることができる。

外側層の鋼材のＡｌ含有量は、最大でも２．０重量％、より詳しくは１．２重量％に制限されるのが好ましい。なぜならば、コーティングされる熱間圧延ストリップの製造にともなって生じる酸化生成物が、酸洗い後に良い表面形成が達成されるからである。

上記一般的合金仕様内にありかつ本発明にしたがって加工される３層以上の層を有する鋼板の外側層に課される条件を特に良く満たす耐食鋼は、０．０５％（重量％、以下同じ）までのＣ、２０〜２５％、より詳しくは２１．５〜２４．５％までのＣｒ、３．０〜８．０％、より詳しくは３．０〜５．５％のＮｉ、０．０５〜１．０％、より詳しくは０．０５〜０．６％のＭｏ、０．００５〜０．２５％、より詳しくは０．０５〜０．２％のＮ、および「Ｍｎ、Ｓｉ」からなる群のうち、下記の割合で任意に選択される１つ以上の元素、すなわち０．１〜２．０％のＭｎ、０．１％までのＡｌ、１．０％までのＳｉ、および残りの鉄および不可避の不純物を含有している。

研究により、本発明にしたがって加工された少なくとも３層の鋼板のコア層に使用される鋼材は、該コア層が２００〜５００ＭＰａ、より詳しくは３００〜５００ＭＰａの降伏強度を有する場合に、荷重支持能力と変形性との最適組合せを有するということが明らかになった。このような特性プロファイルは、例えば２相鋼により得られる。

コア層に特に良く適した鋼は、鉄および不可避の不純物以外に下記元素（％は、重量％）、すなわち０．２５％までのＣ、２．０％、より詳しくは１．８％までのＡｌ、２．５％までのＭｎ、１．０％までのＳｉ、全部で１．０％までのＣｒおよびＭｏ、０．０８％までのＰ、０．０２％までのＳ、０．０１％までのＢ、０．２％までのＶ、および全部で０．２５％までのＮｂおよびＴｉを含有している。本発明の目的に特に良く適したコア層の特性の組合せは、コア層が、鉄および不可避の不純物以外に下記元素（％は、重量％）、すなわち０．０７〜０．１７％のＣ、０．９５〜２．２％のＭｎ、０．０５〜０．８％のＳｉ、０．０３〜０．０９％のＰ、０．０１５％までのＳ、全部で０．４〜１．０％のＭｏおよびＣｒ、全部で０．０１５％までのＮｂおよびＴｉ、０．０２〜２．０％のＡｌ、および０．００５％までのＢを含有している。

少なくとも一方の外側層が少なくとも２０重量％のＣｒ含有量を有する耐食鋼からなる場合には、コア層のＣ含有量が最大で０．１重量％であるのが有利である。これにより、コア層とそれぞれの外側層との間の境界層に炭化クロムが形成されることが防止される。炭化クロムは、熱処理中または熱間圧延中に形成され、外側層とコア層との接合を妨げる。

リム１を断面で示す概略図である。

例示実施形態を示す添付図面を参照して本発明を以下に詳細に説明する。

リム１は、別々に予製造されるリング状のリムフラップ２と、該リムフラップの孔内に座合され、その周面がリムフラップ２の内面と接するポット型ホイールディスク３とから、本来的に知られている態様で形成される。リムフラップ２とホイールディスク３との固定連結は、リムフラップ２の内周部に不連続的に一定間隔で分布された溶接シームにより行われる。

リムフラップ２は、シートカットから冷間成形される。シートカットは、例えば、約３３０ＭＰａの降伏強度および６６０ＭＰａの引っ張り強度を有する熱間圧延鋼ストリップから切り出される。リムフラップは、鉄および不可避の不純物以外に、０．０７〜０．０９％（重量％、以下同様）までのＣ、０．０２〜０．０４％のＡｌ、０．９５〜１．０５％のＭｎ、０．０５〜０．０８％のＳｉ、全部で０．４〜０．５５％のＭｏおよびＣｒ、０．０３〜０．４５％のＰ、０．０００５％までのＢ、０．００３％までのＳ、０．０１％までのＶ、および全部で０．０４％までのＴｉおよびＮｂを含有している。この材料以外に、リムフラップは、ＤＤ１１−１４、Ｓ３００ＭＣ−Ｓ４６０ＭＣ、Ｓ２２５−Ｓ３５５、ＨＤＴ４５０Ｘ−ＨＤＴ７００Ｘの型番で知られているグレードまたは対応する外国規格の標準グレードの材料からも形成できる。

これに対し、ホイールディスク３は、３層熱間圧延ストリップとして製造された鋼板から切り出された鋼板ブランクから冷間成形される。この熱間圧延ストリップは、この場合、例えば上記特許文献４に開示の方法で製造される。

第１実施形態では、リム１のホイールディスク３が形成される３層鋼板ブランクの外側層４、５は、１２００ＭＰａの引っ張り強度Ｒｍおよび９００ＭＰａの降伏強度を有しかつ商業的に入手できるマルテンサイト鋼からなり、該マルテンサイト鋼は、０．１１〜０．１２５％（重量％、以下同様）までのＣ、１．３５〜１．５％のＭｎ、０．０５〜０．１％のＳｉ、０．０１５％までのＰ、全部で０．３５％のＣｒおよびＭｏ、０．００３％までのＳ、全部で０．０３５〜０．０５５％までのＴｉおよびＮｂ、０．０１５〜０．０３５％のＡｌ、０．０５％までのＶ、および０．００１〜０．００２％のＢを含有している。

これに対し、ホイールディスク３が製造される鋼板ブランクのコア層６は、リムフラップ２と同じ鋼からなる。

この実施形態では、外側層４、５は等しい厚さを有している。鋼板の全厚Ｄに対するこれらの外側層４、５の各々の厚さＤ４、Ｄ５の比は１０％であり、したがって、この例示実施形態でのコア層６の厚さＤ６は全厚Ｄの８０％に達する。

上記例示実施形態では、ホイールディスク３の外側層４、５が高強度鋼から形成され、一方、コア層６は良い変形性と強度との最適組合せを有する鋼からなるという事実により、ホイールディスク３は、かなり複雑な形状および高深絞り比を有するにもかかわらず、いかなる問題もなく冷間成形できる。ホイールディスク３の３層鋼板の全厚Ｄは、リムフラップ２について上記した組成を有する慣用の単一層鋼板から製造された同じ形状をもちかつ同じ負荷能力を有するホイールディスク（図示せず）の厚さより２７％小さい。この場合、３層鋼板から本発明により製造されたホイールディスク３の重量は、慣用方法で製造されたホイールディスクの重量より約１ｋｇ小さい。

第２の例示実施形態では、ホイールディスク３が冷間成形される３層熱間圧延鋼板の外側層４、５は、材料数１．４３６２として標準化された特殊鋼（Ｃ：０．０２重量％、Ｃｒ：２２重量％、Ｎｉ：３．７重量％、Ｍｏ：０．１５重量％、Ｎ：０．１５重量％、残り：鉄および不可避の不純物）からなり、一方、関連する鋼板のコア層６は、鋼１．４３６２と比較して小さい強度を有し、容易に変形できる鋼からなる。この場合のコア層６のＣ含有量は、外側層４、５およびコア層６から形成されるシートパッケージの熱間圧延前に行われる加熱中およびその後の熱間圧延中に、外側層４、５とコア層６との間の境界層にＣｒＣが形成されないようにするため０．１重量％より小さくなるように制限される。

１ ホイールリム
２ リムフラップ
３ ホイールディスク
４ ホイールディスクの第１外側層
５ ホイールディスクの第２外側層
６ ホイールディスクのコア層
Ｄ ホイールディスク３が製造される３層鋼板の全厚
Ｄ４ 外側層４の厚さ
Ｄ５ 外側層５の厚さ
Ｄ６ コア層６の厚さ

Claims (16)

1. 鋼板で作られたホイールディスク（３）および該ホイールディスク（３）の周囲に配置されるリムフラップ（２）を備えた自動車用ホイールリムにおいて、ホイールディスク（３）の鋼板が、着脱不可能な方法で圧延接合により互いに接合された少なくとも３つの重畳鋼層から形成され、該鋼層のうちの内側コア層（６）の強度が外側層（４、５）の強度より小さいことを特徴とする自動車用ホイールリム。
2. 前記リムフラップ（２）の鋼板も、着脱不可能な方法で圧延接合により互いに接合された少なくとも３つの重畳鋼層から形成され、該鋼層のうちの内側コア層（６）の強度が外側層（４、５）の強度より小さいことを特徴とする請求項１記載の自動車用ホイールリム。
3. 前記外側層（４、５）の各々の厚さ（Ｄ４、Ｄ５）は、ホイールディスク（３）の鋼板の全厚（Ｄ）の５〜４０％であることを特徴とする請求項１または２記載の自動車用ホイールリム。
4. 前記ホイールディスク（３）の鋼板の外側層（４、５）の少なくとも一方が耐食鋼からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の自動車用ホイールリム。
5. 前記外側層（４、５）は同じ鋼材からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の自動車用ホイールリム。
6. 前記外側層（４、５）の少なくとも一方が、鉄および不可避の不純物以外に下記元素（％は、重量％）、すなわち
   ０．２４％までのＣ、
   ３．０％までのＭｎ、
   １．５％までのＳｉ、
   ０．０５％までのＰ、
   ０．０２％までのＳ、
   ２５％までのＣｒ、
   １．０％までのＭｏ、
   全部で０．２％までのＮｂおよびＴｉ、
   ０．２５％までのＮ、
   ２．５％までのＡｌ、
   ０．２５％までのＶ、
   ０．０１％までのＢ、
   ８．０％までのＮｉ、
   ４．０％までのＣｕ
   を含有する鋼から製造されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の自動車用ホイールリム。
7. 前記外側層（４、５）の鋼のＣ含有量が、最大で０．２重量％に達することを特徴とする請求項６記載の自動車用ホイールリム。
8. 前記外側層（４、５）の鋼のＭｎ含有量が、最大で２．５重量％に達することを特徴とする請求項６または７記載の自動車用ホイールリム。
9. 前記外側層（４、５）の鋼のＳｉ含有量が、最大で１．０重量％に達することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項記載の自動車用ホイールリム。
10. 前記外側層（４、５）の鋼のＡｌ含有量が、最大で２．０重量％に達することを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項記載の自動車用ホイールリム。
11. 前記外側層（４、５）の鋼が、鉄および不可避の不純物以外に下記元素（％は、重量％）、すなわち
    ０．０５％までのＣ、
    ２０〜２５％までのＣｒ、
    ３．０〜８．０％までのＮｉ、
    ０．０５〜１．０％までのＭｏ、
    ０．００５〜０．２５％までのＮ、
    および、「Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｉ」からなる群のうち、下記の割合で任意に選択される１つ以上の元素、すなわち
    ０．１〜２．０％までのＭｎ、
    ０．１％までのＡｌ、
    １．０％までのＳｉ
    を含有する鋼から製造されることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項記載の自動車用ホイールリム。
12. 前記コア層（６）が、鉄および不可避の不純物以外に下記元素（％は、重量％）、すなわち
    ０．２５％までのＣ、
    ２．０％までのＡｌ、
    ２．５％までのＭｎ、
    １．０％までのＳｉ、
    全部で１．０％までのＣｒおよびＭｏ、
    ０．０８％までのＰ、
    ０．０２％までのＳ、
    ０．０１％までのＢ、
    ０．２％までのＶ、
    全部で０．２５％までのＮｂおよびＴｉ
    を含有する鋼から製造されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項記載の自動車用ホイールリム。
13. 前記ホイールディスク（３）の鋼板は熱間圧延ストリップ鋼板であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項記載の自動車用ホイールリム。
14. 前記コア層（６）は、２００〜５５０ＭＰａの降伏強度を有する熱間圧延２層鋼板から形成されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項記載の自動車用ホイールリム。
15. 前記外側層（４、５）の少なくとも一方は、降伏強度が６００〜１１５０ＭＰａであるマルテンサイト鋼、複合相鋼または耐食フェライトオーステナイト鋼からなることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項記載の自動車用ホイールリム。
16. 前記外側層（４、５）の少なくとも一方は、少なくとも２０重量％のＣｒ含有量を有する耐食鋼からなり、コア層（６）のＣ含有量は最大で０．１重量％に達することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項記載の自動車用ホイールリム。
    
    

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