JPS63215328A - 自動車用ホイ−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は自動車（二輪車を含む）に使用する車輪のホ
イールに係り、ディスク素材に異形断面鋼板を用いるこ
とにより、ホイールの強度および耐久性の向上と軽量化
をはかった自動車用ホイールに関する。

技術的背景 自動車用ホイールは自動車の安全走行上重要な部品であ
り、構造上十分な強度を有する必要があるが、その伯に
も以下に示すような役割、機能を必要とする。

■　耐久性 ホイールは車体重量や積載重量を常に支持する必要があ
るが、これらがホイールの回転に伴って繰返し荷重とし
て働くため、ホイールには半径方向に作用する荷重に対
する耐久性が必要でおること、またコーナーリング時に
車体に働く遠心力はホイールには曲げモーメントとして
働くので、回転曲げ下の耐久性も要求される。

■　軽量性 自動車の悪路走行時の乗心地はバネ下＠量と関連してお
り、ホイールの軽量化は乗心地性の向上に役立つ。また
、燃料費を向上させるためにも必要とされる。

■　冷却機能 自動車のホイール取付は部に配されているブレーキは連
続的な制動により大量の摩擦熱を発生するため、例えば
ディスクブレーキの場合ロータが高温になるとブレーキ
性能を著しく低下させ、非常に危険である。従って、ホ
イールに風穴を設けたり、フィンを付けたりして冷却機
能を持たしている。また、ホイールはこのようなブレー
キ用の部品を収容するスペース（例えばディスクブレー
キのロータ径を十分確保できるスペース）を有する必要
がある。

■　意匠性 ホイールは車体の外側に取付けられる関係上、一般の目
に触れる機会が多いため、デザイン性に優れたものが市
場で好まれる傾向が強い。従って、ホイールの形状は勿
論のこと、風穴の形状および個数等にも意匠性が考慮さ
れている。

■　耐食性 自動車は塩分の多い環境下で使用されたり、また屋外に
駐車されることが多いため、ホイールは耐食性を有する
必要がある。

これらの条件を満足すべく最近の動向としては、ハイテ
ン鋼、アルミ合金、マグネシウム合金ＦＲＰ等の新しい
素材を用いたホイールが製造されているが、強度、耐久
性、）ｄ接性、コスト等に問題があり、広く普及するま
でに至っていない状況である。

従来技術 ところで、スティール製ホイールの一般的な構造として
は、第６図に示すごとく、リム（１）とディスク（２）
とから構成されており、両名はアーク溶接、スポット溶
接、リベット等によって一体に接合されている。

リム（１）にはリムフランジ部（１−１）、ビードシー
ト部（１−２）およびウェル部（１−３）、バルブ孔（
１−４）が形成され、ディスク（２）にはセンター穴（
２−１）、ボルト孔（２−２）、風穴（２−３）の他に
、軸方向に張出したハツト部（２−４）が形成されてい
る。

このハツト部はディスクの座屈を防止し、ｆＳ造的に強
度を増加させるための機能を果している。

また、ディスク（２）の内側の当り面とリム中心線との
間にはオフセットの距離が設けられている。

これは、内側にブレーキ関係の部品を納めるための空間
を確保するのと、悪路走行時等の接地力の衝撃の伝播を
弱める働きをしている。

ディスクはこのような非対称な形状をしている薄板で作
られていることから、ホイールにかかるほとんどの荷重
下で曲げの変形、応力状態となる。

発明が解決しようとする問題点 上記のごとく、ホイールディスクのハツト部には応力が
集中し、ホイールの回転に伴ってこの応力が変動し、疲
労強度が問題となる。実際には回転的げの耐久試験にお
いてハツト部に数多くの疲労亀裂が生じる。かかる対策
としては、例えばハツト部や風穴およびセンター穴の周
囲等応力が集中する箇所の肉厚を厚くし発生応力を低く
して耐久性を高めることにより対処できる。一方、応力
の低いところは肉厚を薄くすることにより軽量化できる
。

その−例として、例えばディスクのプロフィルを特定し
、ディスク肉厚の変動が少なくとも２０％得られるよう
に肉厚の変化を数値限定したちのく特開昭５５−８９９
３）　、ディスクに車輪の回転軸線に対して同心円的に
円形の剛性連続要素すなわち別部材を固着することによ
り強度を持たせたちのく特開昭５４−１４０３０１）、
ディスク中央部の等肉厚部の外側に溝を設け、その外周
部を圧延ロールでテーパ加工する方法（特開昭５６−５
０７４２）等が知られている。

これらのうち、ハツト部の疲労強度向上対策としては、
ディスクの肉厚を変化させることによって、ハツト部等
にかかる応力を低くして耐久性の向上をはかるのが最も
有効であると考えられるが、この方法を適用した従来の
ディスクは、最終的に成形されるディスクの形状を考慮
して素材の肉厚を変化させていないため、厚肉のものを
切削したり、圧延ロールでテーパ加工を施して、はじめ
て肉厚に変化を付けるので、そのような工程により製造
コストが高くなるという欠点がおる。

また、ディスクに別の部品を付ける方法は、応力が集中
する部分に別部品を固着して補強することはできるが、
その別部品を新たに用意する必要があるとともに、その
部品をディスクに固着する工程を必要とするため工程増
となり、製造コストが高くつくこと、さらにディスクの
重量が増しホイールの重量増につながり好ましくないと
いう欠点が必る。

問題点を解決するための手段 この発明は、従来の前記問題点、すなわちホイールディ
スクのハツト部に応力が集中し、ホイールの回転に伴っ
て疲労強度が大きくなる結果、ハツト部に疲労亀裂が多
く発生するという問題、およびこの問題を解決する手段
として採用されているディスク肉厚を変化させる方法の
応力軽減効果が十分に得られないこと、製造コストが高
くつくこと、重量増等の問題を解決する手段として、デ
ィスク用素材の圧延工程において、板幅方向、圧延方向
共に肉厚差を有する薄板が成形される凹凸の溝付きロー
ルを用い圧延製造した鋼板をディスク用素材として用い
、該素材を穿孔およびプレス成形して得た不均等肉厚の
ディスクと、円筒体をロール成形して得たリムとを圧入
組み付けし、溶接して一体化したことを特徴とするもの
である。

すなわち、この発明はホイールのディスクに熱間圧延で
製造する異形断面鋼板を用いたものであって、ディスク
の最終形状を考慮した凹凸を付した型付きロールにより
圧延することによって得た異形断面鋼板をディスク素材
として用いるもので、圧延ロールに付す凹凸型を変える
ことによって、ディスクの応力集中が生じるところの肉
厚を厚く、その他の部分を薄くというように、肉厚をよ
り的確に変化させることができる結果、ディスクに作用
する応力の平均化と軽減がはかられ、より耐久性が向上
するとともに、軽量化がはかられるという効果を得たも
のである。

発明の図面に基づく開示 第１図はこの発明で用いるディスク素材の製造方法を例
示したもので、（１１）はディスク用素材を製造するた
めの圧延ロールを示し、（１１−１）はロール表面にデ
ィスクの最終形状を考慮した凹凸の型（１２）を付した
凹凸型付き′ロール、（１１−２）はストレートロール
、（１３）は前記圧延ロール（１１）で圧延された型付
き異形断面のディスク用薄鋼板である。

圧延ロール（１１）に付ける型は必要とする肉厚の変化
や位置に応じて深さ形状を変えることができる。熱間圧
延素材に転写される型は、例えば図示のごとくディスク
の軸心を中心とする同心円上の肉厚変化のみでもよく、
さらに風穴、ボルト穴周囲等を含んでもよい。

また、ロールに付ける型は上下ロールの片方だけでなく
、両方に付けてもよい。また、ロールのスタンド数に制
限はないが、複数のスタンドの場合、熱間圧延素材に転
写される型が一致するようにロールの回転の位相を同期
させる必要がある。

さらに、複数のスタンドの場合、各スタンドごとにロー
ルの型を変えてメタルフローが起り易くするようにして
最終的に目標とする肉厚分布に成形してもよい。

第１図に示す凹凸型付き圧延ロール（１１−１＞とスト
レートロール（１１−２）で圧延した′ａ鋼板（１３）
は、ディスクの軸心を中心とする同心円上の肉厚が変化
する凹凸型（１２）を付した圧延ロール（１１−１＞に
より圧延されて、片面に異形断面部（１４）を形成した
もので、この鋼板からディスク素材を作る場合は、各円
形の異形断面部（１４）ご′とに矩形に切断する。切断
して形成したディスク素材は穿孔、プレス工程を経てデ
ィスク製品となる。

第２図はこの発明の自動車用ホイールの製造工程を例示
したもので、ディスクの方は熱間圧延工程で第１図に示
すような凹凸型付き圧延ロールにて圧延して製造した幅
および圧延方向に肉厚の異なる異形断面部付き薄鋼板コ
イル（２１）を切断工程で所定の大きさに切断してディ
スク用素材（２２）を作り、この素材に対し穿孔工程で
センタ一孔（２３）　、ボルト孔（２４）　、風穴（２
５）を形成した後、プレス成形工程においてハツト部、
パッド部およびスポークフランジ部を有するディスク（
２６）を製造する。

一方、リムは熱延コイル（３１）を切断工程において一
定長さに切断して短冊状の素材（３２）を形成し、この
素材をコイリング工程において円筒形に成形した後、バ
ット溶接工程において円筒形の突合せ部を溶接して円筒
体（３３）となし、トリミング工程で溶接部のパリを切
削もしくは研摩等の方法で除去した債、ロール成形工程
において所要のリムフランジ部、ビードシート部および
ウェル部を有するリム形状に成形し、さらにバルブ孔抜
き工程においてパルプ孔を打ち抜いてリム（３４）を製
造する。

このようにして製造したディスク（２６）とリム（３４
）は、圧入工程において圧へ組付けされ、溶接工程にお
いて一体化されてホイール（４０）が完成する。

実　　施　　例 ロール径２５０　ｍｍで、上ロールのみに型を付した熱
間圧延機（ロールスタンド数８）により、第３図に示す
ように同心円状に肉厚弁イｈを有する薄板（Ｗ＋　　：
　　３８５ｍｍ、　Ｗ２　　：　　３８５ｍｍ、　Ｉ’
　１：３Ｑｍｍ。

ｒ２　　：６０ｍｍ、　ｒ３　：１１０ｍｍ、　ｒａ　
：１５０ｍｍ、　ｔ　＋　　：２．５ｍｍ、　ｔ　２　
　：　４、Ｏｍｍ）を製造し、この薄板を用いて第１図
に示す製造工程にて組立てたホイールのディスク各部に
おける肉厚の測定値を、肉厚４　ｍｍ、　　３．５ｍｍ
の均一肉厚の素材から製造した従来のディスクの肉厚と
比較して第１表に示す。なお、測定位置は第４図に示す
。また第２表にはディスクの重量を従来品と比較して示
す。

第１表より、本発明のディスクの肉厚は、応力の高（な
るパッド、ハツト部では厚く、応力の低くなるスポーク
・フランジ部では薄く、強度上バランスのとれた肉厚分
布となっていることがわかる。

また、第２表からから明らかなごとく、本発明のディス
クは従来の３．５ｗ＋ｍ均一肉厚ものと同重量でおり、
従来の４ｍ＋ｒ＋厚のものより０．３ｋｑ軽く、軽量化
されている。

以下余白 第　　１　　表 第　　２　　表 次に、上記ディスクをボルトで固定し、リムフランジ部
に曲げモーメントｆＶｊ＝２４０　ｋｇ・ｍを負荷した
時のディスク各部の応力分布を従来品と比較して第５図
に示す。

第５図より、いずれも子午線方向応力および周方向応力
共にハツト部でピーク値を示すが、本発明ディスクのピ
ーク値は従来の４ｍｍ厚のディスクのピーク値とほぼ同
じ値になるのに対し、　従来の３．５ｍｎ＋厚のディス
クのピーク値は前記２者よりも高い。　このピーク値の
差は子午線方向応力で１６ｋａｆＪ、周方向応力でＢ’
ｒ、ｓｆＭあり、相当大きい。

また、本発明ディスクのスポークフランジ近辺の応力は
若干増加するが、本来応力レベルの低いところであり支
障はない。ディスク全体の応力は３．５画厚の従来のデ
ィスクに比べて平均化する傾向に必り、強度上バランス
のとれたことを示している。

また、曲げモーメントを負荷した状態でホイールを回転
し、回転量げの耐久性試験を実施し、疲労亀裂が発生す
るまでの回転量を従来のものと比較して第３表に示ず。

なお、疲労亀裂の発生位置はいずれもハツト部でおった
。

第３表より明らかなごとく、本発明ディスクの耐久性は
厚さ４　ｍｍ厚さの従来ホイールとほぼ同等であり、同
重量の３．５ｍｍ厚の従来ディスクの耐久性より相当優
れている。したがって、本発明ディスクは軽量で優れた
耐久性を示すことがわかる。

以下余白 第３表 発明の詳細 な説明したごとく、この発明のホイールは、最終的に成
形されるディスク形状を考慮して、素材の肉厚を応力の
高いところは厚く、低いところは薄く圧延できる凹凸型
付きロールにより製造したディスク素材用薄板より形成
したディスクを用いているので、ホイールの軽量化、発
生応力の平均化がはかられ、軽重にして優れた耐久性を
有し、安全性の高い高品質の車輪を低コストで製造でき
るという浸れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

゛　第１図はこの発明で用いるディスク素材の製造方法
を例示した概略図、第２図はこの発明の自動車用ホイー
ルの製造工程図、第３図はこの発明の実施例におけるデ
ィスク素材の肉厚分布を示す説明図、第４図は同上実施
例におけるディスク各部の肉厚測定位置を示す概略図、
第５図は同上実施例における曲げモーメント負荷時のデ
ィスク各部の応力分布を示す図、第６図は従来の一般的
なスティール製ホイールを示す図で、同図（ａ）は正面
図、同図（ｂ）は縦断側面図である。 １１・・・圧延ロール、　１１−１・・・凹凸型付きロ
ール１１−２・・・ストレートロール、１２・・・凹凸
型、１３・・・ディスク用薄鋼板、１４・・・異形断面
部、２１・・・薄鋼板コイル、２２・・・ディスク用素
材、２６・・・ディスク、３４・・・リム、４０・・・
ホイール。 第６図 （α）（ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 凹凸の型付きロールにて圧延製造した板幅方向および圧
   延方向に肉厚差を有する異形断面の鋼板をディスク用素
   材として用い、該素材を穿孔およびプレス成形して得た
   不均等肉厚のディスクと、円筒体をロール成形して得た
   リムとを圧入組付けし、溶接して一体化したことを特徴
   とする自動車用ホィール。