JP2002096602A - Vehicle wheel - Google Patents
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
- Y02T10/86—Optimisation of rolling resistance, e.g. weight reduction
Landscapes
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明は、車両用ホイールに
おけるディスクの軽量化を図る構造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure for reducing the weight of a disk in a vehicle wheel.
【０００２】[0002]
【従来の技術】車両用ホイールは、タイヤが装着される
リムと車軸に固定されるハブとディスクから成り、原材
料としては鉄鋼製、軽合金製に大別される。製造法とし
ては溶接、鍛造、鋳造、切削など多岐に及ぶが主として
軽量で強度の高いホイールが求められ更に工数と製造コ
ストの削減に努力が払われている。一方、車両用ホイー
ルは走行性能が最優先の課題であり軽合金鍛造製ホイー
ルが最も優れた品質として評価を受けているところであ
る。更に、乗用車用ホイールにおいてはデザインの美し
さが商品価値を決定する重要な要素となっておりニーズ
に従って流行し種類は豊富である。デザインの良否を決
定する要因は、ホイールに課せられる走行性能を重視し
て強靭でありながらより軽量になるような構造が求めら
れ、それを追求した結果機能的な美しさが表現できれば
最も好ましいものであり、機能的な美しさをホイールに
表現するにはディスクが最適な部分である。軽量で機能
美を兼ね備えたホイールの標準的な形状は、図１０に示
すようなスポーク１０１を基調とするメッシュ調のホイ
ール１００が主流を成している。この形状は単にハブ部
から放射状にリムに到達するスポークが表現されている
のではなく、それぞれのスポークがクロスするように構
成されたものである。一方、スポークを基調とするホイ
ールには、強靭な印象と簡潔な機能性を重視した５〜７
本スポークホイールがあり１本のスポークが強靭に作成
されるところから幅の広いスポークが一般的である。ス
ポークが変遷したメッシュ調のホイールは多種多様であ
り、直線的なスポークを組み合わせた形状のほかには曲
線を基調とするメッシュ調のホイールも広く用いられて
いる。しかしながら、いずれもハブからリムに至る間に
は放射状に延びる部材で構成されており、デザインとし
ては類似の範囲を逸脱していないものである。ホイール
を変形させる応力の基点はハブとリムであり、これらの
間を軽量で力学的にも強靭であり機能美を表現する更な
る形状が求められている。2. Description of the Related Art Vehicle wheels are composed of a rim on which tires are mounted, a hub fixed to an axle, and a disk. Raw materials are roughly classified into steel and light alloys. The method of manufacturing includes a wide variety of methods such as welding, forging, casting, and cutting, but a lightweight and high-strength wheel is mainly required, and efforts are being made to reduce man-hours and manufacturing costs. On the other hand, running performance is a top priority for vehicle wheels, and light alloy forged wheels are being evaluated as having the highest quality. Further, in the case of wheels for passenger cars, the beauty of the design is an important factor in determining the commercial value, and it is popular according to needs and there are many types. The factor that determines the quality of the design is that a structure that emphasizes the driving performance imposed on the wheel and that is tough but lighter is required, and it is most preferable if the pursuit of it can express functional beauty The disk is the best part for expressing functional beauty on the wheel. The standard shape of a light-weight, functionally beautiful wheel is a mesh-like wheel 100 based on spokes 101 as shown in FIG. This shape is not merely a representation of the spokes that reach the rim radially from the hub, but is configured so that each spoke crosses. On the other hand, the wheels based on spokes have 5-7 focus on strong impression and simple functionality.
Wide spokes are generally used since there is a spoke wheel and one spoke is made tough. There are a wide variety of mesh-tone wheels whose spokes have changed, and in addition to shapes combining linear spokes, mesh-tone wheels based on curves are also widely used. However, each of them is constituted by a member extending radially from the hub to the rim, and the design does not depart from a similar range. The base point of the stress that deforms the wheel is the hub and the rim, and there is a need for a light-weight, mechanically tough, and further shape that expresses functional beauty between them.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、オートバイ、乗用車に用いられる車両用ホ
イールのディスクに新規なメッシュ形状を提供すること
である。The problem to be solved by the present invention is to provide a new mesh shape for a disk of a vehicle wheel used in a motorcycle or a passenger car.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明は車両用ホイール
のディスクに、建築工学に於けるドームの天井や空港施
設などの支柱を可及的省いたトラス構造をディスクに採
用し併せて航空機の機体設計に多用されている軽量で強
靭な構造を採用しフィレットを随所に配置する。大きい
容積を必要とする建造物は壁面あるいは天井部分に桁を
組み合わせたトラス構造を採用しており、構造体の重量
を軽減しても風雪や地震による応力に耐える強靭な強度
を有している。本発明者はこのことに着目してホイール
のディスクの新規な構造を提供するものである。ディス
クは通常湾曲面を構成し中心部にハブがあり周囲にリム
が設けられているから、ディスクは圧縮と引張の応力を
繰り返し受けることになり、更に駆動や制動によるトル
クから生じる応力とコーナリングに伴う回転曲げ応力に
も耐えなければならない。結果的にはこれらの応力分散
が図られるのであるが、本発明ではハブからリムに至る
間に複数の節点を設け、該節点とリム及びハブを連結す
る桁を設けてディスクを形成し、前記のハブ、リム及び
ディスクを無垢一体に成形する。本発明ではハブ、ディ
スク、リムを継ぎ目無しに一体に成形する場合と一部に
継ぎ目を構成する組立型も対象にするものである。リム
をデザインにより分割する数は適宜定められるが３から
１６分割がデザイン的にも好ましく５分割以上が特に好
ましい。桁の断面積も従来のメッシュ調スポークより小
さくしてディスクの自重を軽減する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention employs a disk for a vehicle wheel and a truss structure in which a column such as a dome ceiling or an airport facility in architectural engineering is reduced as much as possible. Adopt a lightweight and strong structure that is often used in fuselage design, and place fillets everywhere. Buildings that require a large volume adopt a truss structure that combines a girder on the wall or ceiling, and has a strong strength to withstand the stress caused by wind and snow and earthquake even if the weight of the structure is reduced . The present inventor pays attention to this fact and provides a novel structure of the disk of the wheel. Since the disk usually has a curved surface, a hub at the center and a rim around the center, the disk is repeatedly subjected to compressive and tensile stresses, and further to the stress generated by the torque caused by driving and braking and cornering. It must withstand the accompanying rotational bending stress. As a result, these stress distributions are achieved, but in the present invention, a plurality of nodes are provided from the hub to the rim, and a spar is provided between the nodes and the rim and the hub to form a disk. The hub, rim and disk are molded in one piece. The present invention covers the case where the hub, the disk, and the rim are integrally formed without a seam and the case where the hub, the disc, and the rim are integrally formed without a seam. The number of divisions of the rim is appropriately determined depending on the design, but 3 to 16 divisions are also preferable in terms of design and 5 divisions or more are particularly preferable. The cross-sectional area of the girder is also made smaller than conventional mesh-like spokes to reduce the weight of the disk.
【０００５】トラス構造を採用したことから桁の配置に
は多様性があり、ハブからリムに至る間に応力を分岐さ
せる節点を設けて応力分岐点とし、前記節点を直接連結
する桁を配設する。このような節点を直接連結する桁は
ディスクの半径方向に直交もしくは交差する方向に配置
されるが交差する角度は約７５度〜１０５度の範囲であ
る。節点の位置はディスクの同一半径上に設定するのが
自然であるが、異なる半径上にも設定してトラスを複数
段に設定することもできる。但しデザインの観点からリ
ム内面に接する位置の他に一つの半径上に配置すること
が好ましい。Since the truss structure is employed, there is a variety of arrangements of the girders. Nodes for branching the stress from the hub to the rim are provided to serve as stress bifurcations, and girders for directly connecting the nodes are provided. I do. The girders directly connecting such nodes are arranged in a direction perpendicular or intersecting with the radial direction of the disk, but the intersecting angle is in a range of about 75 degrees to 105 degrees. It is natural that the positions of the nodes are set on the same radius of the disk, but it is also possible to set them on different radii and set the truss in multiple stages. However, from a design point of view, it is preferable to arrange on one radius in addition to the position in contact with the inner surface of the rim.
【０００６】しかしながら、節点を直接連結する桁はデ
ィスクの半径方向に直交もしくは交差する位置に存在す
ることから回転曲げ試験に於ける応力の集中を生起しや
すい部材である。その理由は後述するが応力の集中箇所
は桁の中央部であるために、桁の中央部に補強するため
の張出し部を設けて補強するか、当該桁の全体の高さを
を高く設定して強度の高い桁を設定する。なお張出し部
はディスクの表面側もしくは裏面側方向に桁の幅を広く
せずに張り出すようにするがデザインの見地から裏面側
に張り出すのが好ましい。However, since the spar directly connecting the nodes exists at a position orthogonal or intersecting in the radial direction of the disk, it is a member that tends to cause stress concentration in a rotary bending test. The reason for this will be described later, but since the stress concentration point is at the center of the girder, either provide an overhang for reinforcement at the center of the girder and reinforce it, or set the overall height of the girder higher. Set a digit with high strength. In addition, the overhanging portion is made to protrude without increasing the width of the beam in the direction of the front surface or the back surface of the disk, but it is preferable to protrude to the back surface from the viewpoint of design.
【０００７】上述したように節点を直接連結する桁には
応力の集中が生起しやすいので桁とハブの間に補強のた
めの補助桁を設けてもよい。他の手段としては、桁の長
さを短くするためにリムのデザインによる分割数を増し
て５角形から６角形にするなどして節点の数を増加させ
るか、桁の断面形状をＩ型にするなど種々の方法が用い
られる。As described above, an auxiliary girder for reinforcement may be provided between the girder and the hub since stress concentration tends to occur in the girder directly connecting the nodes. As another means, to reduce the length of the spar, increase the number of nodes by increasing the number of divisions according to the design of the rim to change from a pentagon to a hexagon, or to change the cross-sectional shape of the spar to an I-shape. Various methods are used.
【０００８】ディスクの断面形状は、自動車が高速化し
ブレーキの構造も大きくなりディスクに接触するのでオ
フセット寸法を大きく取ることから、ディスクは必然的
に湾曲面を構成する。トラス構造は基本的には三角形を
構成する桁の組み合わせになるから、前記の応力分岐点
となる節点では桁が同一面内に存在せず傾斜して結合す
るので、応力を効率よく分散させるためと補強を兼ね球
面体もしくは多面体で構成するとよい。結果として球体
を惑星にみたてた宇宙観を想定させる新規なデザインを
提供できる。The cross-sectional shape of the disk is inevitably constituted by a curved surface because the speed of the automobile becomes higher and the structure of the brake becomes larger and the disk comes into contact with the disk, thereby increasing the offset dimension. Since the truss structure is basically a combination of girders forming a triangle, the girder does not exist in the same plane at the node serving as the above-mentioned stress branching point and is inclined and connected, so that stress is efficiently dispersed. It is good to constitute with a spherical body or a polyhedron which also serves as reinforcement. As a result, it is possible to provide a new design that assumes a cosmic view of a sphere as a planet.
【０００９】トラスを構成する桁には均等な圧縮又は引
張り荷重が負荷されないから荷重に応じて前記の桁や節
点の少なくとも一部をリムと異なる材料で構成すること
ができる。一つにはディスクとハブを一体にしリムを別
途に製作する２ピースホイールであり、他の手法は桁の
一部を別の金属材料で構成するものである。例えば応力
が集中しやすい箇所の桁に、より高張力の金属材料を使
用し桁の断面積を大きくせずにトラスを構成する。[0009] Since a uniform compressive or tensile load is not applied to the girders constituting the truss, at least a part of the girders and the nodes can be made of a material different from the rim according to the load. One is a two-piece wheel in which a disc and a hub are integrated and a rim is separately manufactured, and the other is to form a part of a spar with another metal material. For example, a truss is formed by using a metal material having a higher tensile strength in a girder where a stress is likely to be concentrated without increasing the cross-sectional area of the girder.
【００１０】本発明では新規なデザインとして惑星を想
定させる宇宙観のあるホイールを提供するものであるか
ら、ホイールの固定ナットの頭部を球面もしくは多面体
と成し、前記の節点の形状と同様の形状に統一してデザ
インに拡がりを付与することを特徴としている。The present invention provides a wheel having a cosmic view that assumes a planet as a novel design. Therefore, the head of the fixed nut of the wheel is formed into a spherical or polyhedral shape and has the same shape as the above-mentioned node. The feature is that the design is unified and the design is expanded.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を用いて
説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００１２】[0012]
【実施例】図１（ａ）は、本発明の基本的な例を示す車
両用ホイール１の正面図であり、（ｂ）図はＡ−Ａ矢視
断面図である。（ａ）図に於いて２はリム、３はディス
クで４はハブである。ディスク３はトラス構造を形成し
桁７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅとリムの内面部８で構
成されこれらを均等に配置する。リムにはタイヤが装着
され、ハブには車軸のフランジに固定するためのボルト
穴５が設けられており、穴の個数は通常４又は５であ
る。本例ではリムの内面部８を１０等分してその分割点
に節点９を、ディスク内の同一半径上に節点６を５箇所
に設けており、５個の節点のそれぞれを結合する桁７
ａ、半径方向に桁７ｄと７ｅを結合し、半径方向に対し
て斜め方向に節点６とリムの内面部８に設けた節点９を
結合する桁７ｂと７ｃを配置する。また桁が集中する節
点６では、（ｂ）図に示すように桁７ｄと７ｅが屈折し
て結合し更に桁７ａと７ｂが結合するので節点６の形状
は最も応力が分散しやすい形状が要求される。1 (a) is a front view of a vehicle wheel 1 showing a basic example of the present invention, and FIG. 1 (b) is a sectional view taken along the line AA. (A) In the figure, 2 is a rim, 3 is a disk, and 4 is a hub. The disk 3 forms a truss structure and is composed of the girders 7a, 7b, 7c, 7d, 7e and the inner surface 8 of the rim, and these are evenly arranged. The rim is fitted with a tire, and the hub is provided with a bolt hole 5 for fixing to the flange of the axle. The number of holes is usually four or five. In this example, the inner surface portion 8 of the rim is divided into ten equal parts, and nodes 9 are provided at the division points, and five nodes 6 are provided on the same radius in the disk at five points, and a girder 7 connecting each of the five nodes is provided.
a, the beams 7d and 7e are connected in the radial direction, and the beams 7b and 7c are connected diagonally to the radial direction to connect the node 6 and the node 9 provided on the inner surface 8 of the rim. In addition, at the joint 6 where the beams are concentrated, as shown in FIG. 7B, the beams 7d and 7e are refracted and combined, and the beams 7a and 7b are combined, so that the shape of the node 6 is required to be the shape in which stress is most easily dispersed. Is done.
【００１３】通常トラス構造物は、トラスを構成する各
桁部材が同一平面内にあると仮定して考察されるが、本
発明に於いては各桁部材が三角形状に順次組み合わされ
更に湾曲面を構成し且つ５方向からの桁が交差するので
それぞれの分力を加味すると交点即ち節点では略３６０
度の方向から正又は負の応力が作用する。一方、図２
（ａ）に示すように所定の厚みを有する金属部材１０の
面が交差して不連続面を形成する構造物では応力が集中
することを避けるために、同図（ｂ）に示すような曲面
部１１ａ及び１１ｂを形成して応力の分散を図ってい
る。このような場合は、概ね曲面部に於ける金属部材の
厚みは変化しないように行われるが、異なる厚みの部材
の面が交差する場合の曲面部は、同図（ｃ）に示すよう
に厚みが連続的に変化するように曲面部１１ｃ及び１１
ｄを形成する。しかしながら応力の集中を排除するとし
てしても面が交差する箇所を補強しているものではない
ので補強するために当該部分の金属部材の厚みを更に厚
くすることも一つの解決方法である。同図（ｄ）は面が
交差する箇所に外側に膨らむ曲面部１１ｅと１１ｆもし
くは同図（ｅ）に示すフィレット１１ｇを設け、面と交
わるところをなだらかな曲面にしたところを示してい
る。更に交差する面が２以上に及ぶ場合は交点を貫く軸
１２を中心に曲面部１１ｅと１１ｆを回転させて曲面体
を構成する。本発明では節点６及び９にこの手法を取り
入れ、更に意匠的な効果も加味して球面体もしくは多面
体としている。薄板等では殻（曲面部）を構成すること
によりリブの効果を発揮し捻れの防止に使用される例が
ある。Normally, the truss structure is considered on the assumption that the girder members constituting the truss are in the same plane. However, in the present invention, the girder members are sequentially combined in a triangular shape and the curved surface is formed. And the girder from five directions intersect, so taking into account the respective component forces, approximately 360 at the intersection or node.
Positive or negative stress acts from the degree direction. On the other hand, FIG.
In a structure in which the surfaces of the metal member 10 having a predetermined thickness intersect to form a discontinuous surface as shown in FIG. 7A, a curved surface as shown in FIG. The portions 11a and 11b are formed to distribute the stress. In such a case, the operation is performed so that the thickness of the metal member at the curved surface portion does not substantially change. However, when the surfaces of the members having different thicknesses intersect, the curved surface portion has a thickness as shown in FIG. Of the curved surface portions 11c and 11
forming d. However, even if the concentration of stress is eliminated, a portion where the planes intersect is not reinforced. Therefore, one solution is to further increase the thickness of the metal member in the portion to reinforce the portion. FIG. 11D shows that curved surfaces 11e and 11f bulging outward at the intersection of the surfaces or the fillet 11g shown in FIG. Further, when the number of intersecting surfaces is two or more, the curved surfaces 11e and 11f are rotated about the axis 12 passing through the intersection to form a curved body. In the present invention, this method is adopted for the nodes 6 and 9, and a spherical or polyhedral body is formed in consideration of design effects. In a thin plate or the like, there is an example in which a shell (curved surface portion) is used to exhibit the effect of a rib to prevent twisting.
【００１４】図１に於けるハブ４と桁７ｅの結合部１３
は最も強い応力を受けることになるから、結合部の面積
は狭くすることができない。そこで桁７ｅの長さを短め
にして幅を広くすると共にハブの周面との間に極率半径
の大きなフィレットを形成し、且つ桁のイメージを残す
ために細い幅の凸部を形成する。車軸を回転して加速す
るときか減速するときのリムと車軸の間に発生するトル
クは節点６が介在するために支点と力点の腕の長さは桁
７ｅの長さに相当するので、デザインを犠牲にすること
なくまた太いスポークのイメージを排除するようにして
いる。そして節点６の外側に位置する桁７ｄは特に広い
幅にする必要もなく他の桁と同程度か僅か広い幅に設定
している。The connecting portion 13 between the hub 4 and the spar 7e in FIG.
Is subjected to the strongest stress, so that the area of the joint cannot be reduced. Therefore, the length of the spar 7e is shortened to increase the width, and a fillet having a large radius of curvature is formed between the spar 7e and the peripheral surface of the hub, and a narrow projection is formed to leave an image of the spar. When the axle is rotated to accelerate or decelerate, the torque generated between the rim and the axle is equivalent to the length of the fulcrum and the point of force 7e because the node 6 is interposed. Without sacrificing the image of thick spokes. The girder 7d located outside the node 6 does not need to have a particularly wide width, and is set to a width approximately equal to or slightly wider than the other girder.
【００１５】本発明のホイールのイメージを図３（ａ）
に斜視図で示す。断面は回転軸に垂直な面を示してい
る。また符号は図１の各符号と一致している。節点６及
び９が可及的に球体を構成することで宇宙観を表したこ
とを特徴としている。桁の断面形状は桁７ａの一つを断
面で示しているがこれに限定されるものではなく、他に
楕円や円を基調とした形状も用いられる。節点の外側面
の形状が球面が好ましいことは上述の通りであるがデザ
イン上の観点から本例のように５本の桁が集中する節点
６では微細なトラスが合体したような多面体で構成して
もよく、同図（ｂ）に示す５角錐１４などが推賞でき
る。但し稜線部には不連続面を排除して面取りを施すの
が好ましい。FIG. 3A shows an image of the wheel of the present invention.
Is shown in a perspective view. The cross section shows a plane perpendicular to the rotation axis. Further, the reference numerals correspond to those in FIG. The feature is that the nodes 6 and 9 represent a view of the universe by forming a sphere as much as possible. The cross-sectional shape of the girder shows one of the girder 7a as a cross-section, but is not limited to this, and other shapes based on an ellipse or a circle may be used. As described above, it is preferable that the shape of the outer surface of the node is a spherical surface. However, from the viewpoint of design, at the node 6 where five girders are concentrated as in this example, a polyhedron in which fine trusses are united is formed. Alternatively, the pentagonal pyramid 14 shown in FIG. However, it is preferable to chamfer the ridge portion while excluding the discontinuous surface.
【００１６】上述した形状のホイールが回転曲げ試験で
どのような応力分布を示すのかをコンピュータによる解
析を行った結果を図４に示す。ＪＩＳに定められたホイ
ールの回転曲げ試験に基づき負荷を３１５ｋｇｆ・ｍと
して行なったところ、最大応力（１３．７２ｋｇｆ／ｍ
ｍ２）は桁７ａの中央部１２（図中黒く着色した箇所）
に集中していることが判明した。中央部１２が膨らんで
見えるのは変化量を５０倍にして表示しているからであ
る。応力集中の理由としては、図１に示した桁７ａの
Ｐ、Ｑ各点は、ハブ４に回転曲げ荷重が負荷されると桁
７ｅを経て節点６が順次変位し、その変位方向は紙面の
上下方向にある。これらの状況を説明するために、先ず
回転曲げ試験の概略を図５に示す。ホイールは内側リム
が固定台に固定されるとともに、負荷アームの片側がハ
ブに固定され該アームの他の側に回転負荷がかけられ
る。従ってアームは大略支点Ｏを中心に才差運動を行う
ためハブにはＦ１、Ｆ２の応力が順次回転しながら加え
られることになる。従って桁７ａと節点６の結合部は支
点Ｏを中心に矢印ｓの方向に微少であるが回動し、同図
（ｂ）に示すように桁７ａに捻れと曲げを与える応力ｆ
１とｆ２が繰り返し生じる結果、桁７ａの中央部を破断
に至らしめることを示唆している。この事態の解決策と
しては、複数の桁７ａが形成する５角形を６角形にして
桁７ａの長さを短くするか、桁の断面形状をレールのよ
うなＩ型にするか、補強のための補助桁を設けるかある
いは桁７ａの断面積を大きくするかなどが考察される。
本発明ではディスクのデザイン的な効果を重視し同図
（ｃ）及び（ｄ）に示す桁７ａの幅ｗを変更せずに元の
高さＨに高さｈ、ｈ’を加えて高さを大きくとり、桁の
側面の傾斜角度θを僅か大きくするようにして断面積を
大きくすることで解決した。（ｃ）図は高さｈの寸法が
中央部に向かって次第に大きくなる曲面ｋを設けて応力
の集中を回避して補強する手法を示しており、（ｄ）図
は全体にほぼ同じ量の高さｈ’を付加したところを示し
ている。曲面ｋの設ける側は特に限定されないが本発明
ではディスクの裏面側に設けている。球体からなる節点
と桁の結合部位での応力集中はみられなかった。FIG. 4 shows the result of a computer analysis of what kind of stress distribution the wheel having the above-mentioned shape shows in the rotary bending test. When the load was set to 315 kgf · m based on the rotational bending test of the wheel specified in JIS, the maximum stress (13.72 kgf / m)
m 2 ) is the central portion 12 of the girder 7a (the portion colored black in the figure)
It turned out to be concentrated. The central portion 12 appears to be swollen because the amount of change is displayed 50 times. The reason for the stress concentration is that the P and Q points of the girder 7a shown in FIG. 1 are sequentially displaced through the girder 7e when a rotary bending load is applied to the hub 4, and the displacement direction is It is in the vertical direction. In order to explain these situations, an outline of a rotary bending test is first shown in FIG. The wheel has an inner rim fixed to a fixed base, one side of a load arm is fixed to a hub, and a rotational load is applied to the other side of the arm. Therefore, since the arm performs the precession movement about the fulcrum O, the stress of F1 and F2 is applied to the hub while rotating sequentially. Accordingly, the joint between the beam 7a and the node 6 is slightly rotated about the fulcrum O in the direction of the arrow s, and as shown in FIG.
As a result of the repeated occurrence of 1 and f2, it is suggested that the center of the beam 7a is broken. As a solution to this situation, a pentagon formed by the plurality of girders 7a is made hexagonal to reduce the length of the girders 7a, the cross-sectional shape of the girders is made into an I-shape like a rail, It is considered whether the auxiliary girder is provided or the cross-sectional area of the girder 7a is increased.
In the present invention, the emphasis is placed on the design effect of the disk, and the heights h and h 'are added to the original height H without changing the width w of the spar 7a shown in FIGS. Was solved by increasing the cross-sectional area by slightly increasing the inclination angle θ of the side surface of the spar. (C) shows a method of reinforcing by avoiding stress concentration by providing a curved surface k in which the dimension of the height h gradually increases toward the center, and FIG. The height h 'has been added. The side on which the curved surface k is provided is not particularly limited, but is provided on the back side of the disk in the present invention. No stress concentration was observed at the joint between the sphere and the girder.
【００１７】節点６を直接結合する桁７ａは半径方向に
直交する方向に在り、上述したように曲げと捻れを生起
させる応力の影響を受けやすいから、節点６とリムを結
合するそれぞれの桁より高さを大きくして断面積を増大
させなければならない。そこで桁７ａの高さを全体にほ
ぼ同じ量を付加して高くした例を図６に示す。図１に示
すホイールと識別するために、それぞれの符号に’を付
している。桁７ａ’の中央部のみをディスクの裏面側に
突出して高さを高くするのは加工上不利であるから、本
例では図６（ｂ）に示すようにオフセット寸法ｓ’を小
さくすることでハブ４’の厚みを大きくしてこれに連な
るディスクの裏面側に厚みをもたせている。図１（ｂ）
の例ではオフセット寸法ｓを５５ｍｍに設定したのであ
るが、図６（ｂ）に示す例では同寸法を４０ｍｍに設定
した結果、桁７ａ’の高さが中心部で約１０ｍｍ高くな
っている。桁７ａ’側面の傾斜角θ（図５参照）は特に
変更しなかったが高さが高くなった分だけ傾斜面が延長
されたので正面からみた図６（ａ）図では最大幅Ｗの寸
法は広くなっている。節点を直接結合する桁７ａ’と節
点とリムを結合する桁７ｄ’の断面形状を比較するため
に同じ縮尺で同図（ｃ）に示す。断面積の差が明瞭であ
り、桁７ａ’が他の桁に比較して特に強度的に重視され
なければならないことが示されている。さて図１に示さ
れたホイール１の回転曲げ試験シミュレーションの結果
は上述したように、試験荷重が３１５ｋｇｆ・ｍにて最
大応力値が１３．７２ｋｇｆ／ｍｍ２であったが、補強
された図６のホイール１’では、試験荷重を３６１ｋｇ
ｆ・ｍと強力にしても最大応力値は７．３７ｋｇｆ／ｍ
ｍ２を示し通常行われる試験に軽く合格する結果となっ
ている。ホイールの素材がアルミニウム合金Ａ６１５１
の場合、許容応力値が１４ｋｇｆ／ｍｍ２であることか
ら、強度的に余裕のあるホイールであると認められる。
なお、上述の補強されたホイール１’はリム径が１
７″、リム幅８″であり重量は８．３ｋｇである。Since the spar 7a for directly connecting the node 6 is in a direction orthogonal to the radial direction and is easily affected by the stress that causes bending and torsion as described above, the spar 7a for connecting the node 6 and the rim is smaller than the spar for connecting the spar. The height must be increased to increase the cross-sectional area. FIG. 6 shows an example in which the height of the girder 7a is increased by adding substantially the same amount to the whole. In order to distinguish the wheels from those shown in FIG. Since it is disadvantageous in terms of processing to protrude only the center portion of the beam 7a 'toward the back side of the disk and increase the height, in this example, the offset dimension s' is reduced as shown in FIG. 6B. The thickness of the hub 4 'is increased so that the rear surface of the disk connected to the hub 4' has a thickness. FIG. 1 (b)
In the example shown in FIG. 6, the offset dimension s is set to 55 mm. In the example shown in FIG. 6B, the dimension is set to 40 mm. As a result, the height of the girder 7a 'is increased by about 10 mm at the center. The inclination angle θ (see FIG. 5) of the side surface of the spar 7a ′ was not particularly changed, but since the inclined surface was extended by the height, the dimension of the maximum width W in FIG. Is getting wider. In order to compare the cross-sectional shapes of the spar 7a 'connecting the node directly and the spar 7d' connecting the node and the rim, the same scale is shown in FIG. The difference in cross-sectional area is clear, indicating that the spar 7a 'must be given particular importance to the strength compared to the other spar. Now, as described above, the result of the rotational bending test simulation of the wheel 1 shown in FIG. 1 shows that the maximum stress value was 13.72 kgf / mm 2 at the test load of 315 kgf · m. Test load of 361kg
The maximum stress value is 7.37kgf / m even if it is strong at f · m
m 2 , indicating that the test passed a test that is usually performed. Wheel material is aluminum alloy A6151
In the case of, since the allowable stress value is 14 kgf / mm 2 , it is recognized that the wheel has sufficient strength.
The reinforced wheel 1 'has a rim diameter of 1
7 ", rim width 8" and weight 8.3kg.
【００１８】他に、デザインの変形型として円筒を基調
にしたハブの形状を図７に示すような歯車型のハブ４ａ
にすると桁７ａを更に強調することが出来る。この場合
はハブの機械的強度が低下するのでハブの前面に段差を
設けてハブの後部に補強部材を一体に設け、ハッチング
部を穴にすることで桁７ａを強調する。As another modification of the design, the shape of a hub based on a cylinder is changed to a gear type hub 4a as shown in FIG.
, The digit 7a can be further emphasized. In this case, since the mechanical strength of the hub is reduced, a step is provided on the front surface of the hub, a reinforcing member is integrally provided on the rear portion of the hub, and the hatching portion is formed as a hole to emphasize the beam 7a.
【００１９】更に、上述した各桁を継ぎ目無しの一体構
造にせず、例えば桁７ａを異なる部材で構成することも
できる。図８に示すように、節点６の側面に突出部１５
を設けて別途に作製した桁１６を溶接、リベットあるい
はボルトで固定する。この場合の桁の素材は高強度金属
材を使用すれば桁の断面積が小さくても桁の強度を維持
することが可能であり、更に桁７ａに限らず他の桁にも
同様な組み立て構造を用いることが出来る。高強度金属
材料としては、７０００系のアルミニウム、鉄、ステン
レス、クロムバナジウム、モリブデン等が挙げられる。
塑性変形の難しい材料でも桁のような簡単な形状であれ
ば利用できる利点がある。但し電位差による腐蝕対策を
施すことが求められる。Further, instead of forming each of the above-mentioned girders into an integral structure without a seam, for example, the girders 7a may be formed of different members. As shown in FIG.
Is provided and fixed separately by welding, rivets or bolts. In this case, if the girder material is a high-strength metal material, it is possible to maintain the girder strength even if the girder has a small cross-sectional area. Can be used. Examples of the high-strength metal material include 7000 series aluminum, iron, stainless steel, chromium vanadium, molybdenum, and the like.
There is an advantage that even a material that is difficult to plastically deform can be used if it has a simple shape such as a girder. However, it is required to take measures against corrosion due to the potential difference.
【００２０】ここで桁７ａの補強方法の一つとして前出
の補助桁について述べる。図９は図１に示すホイール１
の一部を拡大して示すもので、桁７ａの中央部からハブ
に至る間に補助桁１７を設けて桁７ａの捻れに対する補
強を行ったものである。この場合には桁７ｅとハブ４の
結合部にかかるフィレットを小さくすることができ桁７
ｅの幅を狭くすることができるので他の桁に対して特別
広いという印象を軽減できる利点がある。また本発明の
ホイールはディスクに惑星を想定した球体を節点として
配置しているので、ホイールを固定するナットの頭部１
８も球体もしくは多面体形状に作製し、節点６及び９の
球面あるいは多面体形状と併せてデザインとして取り込
んだものである。Here, the above-mentioned auxiliary girder will be described as one method of reinforcing the girder 7a. FIG. 9 shows the wheel 1 shown in FIG.
The auxiliary girder 17 is provided between the center of the girder 7a and the hub to reinforce the torsion of the girder 7a. In this case, the fillet on the joint between the spar 7e and the hub 4 can be reduced, and the spar 7
Since the width of e can be narrowed, there is an advantage that the impression that it is particularly wide with respect to other digits can be reduced. Also, since the wheel of the present invention arranges a sphere assuming a planet on a disk as a node, a nut head 1 for fixing the wheel is used.
8 is also made into a spherical or polyhedral shape and incorporated as a design together with the spherical or polyhedral shape of the nodes 6 and 9.
【発明の効果】以上述べたように、ディスクにトラス構
造を採用したことにより桁を細い部材で構成してもディ
スクの強度を維持できるので軽量ホイールが提供できる
ことと節点に球体もしくは多面体を用いたので宇宙観の
ある新規なデザインを提供する。またディスクの半径方
向に直交する桁を配置したのでデザイン的に新たな要素
が加わり新規なホイールを提供することが出来る。更に
ホイールを車輌に取り付けるときに用いるナットの頭部
を球面もしくは多面体にしてディスクの節点の形状と関
連づけるとデザインに拡がりを付与することになり、こ
れら節点などを別色に着色すると色調豊かなホイールを
提供できる。As described above, by adopting the truss structure for the disk, the strength of the disk can be maintained even if the spar is formed of a thin member, so that a lightweight wheel can be provided, and a sphere or polyhedron is used for the node. So we provide a new design with a cosmic view. In addition, since the spar which is orthogonal to the radial direction of the disk is arranged, a new element is added in terms of design and a new wheel can be provided. Furthermore, if the head of the nut used when attaching the wheel to the vehicle is made to be spherical or polyhedral and associated with the shape of the node of the disk, it will add to the design, and if these nodes etc. are colored different colors, the wheel will be rich in color Can be provided.
【図１】図（ａ）は本発明のホイールの正面図であり、
（ｂ）はＡ−Ａ矢視断面図である。FIG. 1 (a) is a front view of a wheel of the present invention,
(B) is a sectional view taken along the line AA.
【図２】図（ａ）〜（ｅ）は所定の厚みを有する金属部
材の面が交差する部分の曲面部の例を示す断面図であ
る。FIGS. 2A to 2E are cross-sectional views showing examples of a curved surface portion where a surface of a metal member having a predetermined thickness intersects.
【図３】図（ａ）は本発明のホイールのイメージを示す
斜視図であり、回転軸を通る垂直面を断面で示す。
（ｂ）は別の節点の形状を例示する斜視図である。FIG. 3A is a perspective view showing an image of a wheel according to the present invention, and shows a vertical plane passing through a rotation axis in a cross section.
(B) is a perspective view which illustrates the shape of another node.
【図４】回転曲げ試験による応力の分布状態をコンピュ
ータによりシュミレーションを行ったメッシュ図であ
る。FIG. 4 is a mesh diagram obtained by simulating the state of stress distribution by a rotary bending test using a computer.
【図５】図（ａ）は回転曲げ試験の様子を示す模式図で
あり、（ｂ）は桁に生じる応力の説明図であり、（ｃ）
と（ｄ）は強度補強を行った桁の一例を示す説明図であ
る。FIG. 5A is a schematic diagram showing a state of a rotary bending test, FIG. 5B is an explanatory diagram of stress generated in a girder, and FIG.
(D) is an explanatory view showing an example of a girder that has been subjected to strength reinforcement.
【図６】図（ａ）は補強を行ったホイールの正面図であ
り、（ｂ）と（ｃ）は断面図である。FIG. 6A is a front view of a reinforced wheel, and FIGS. 6B and 6C are cross-sectional views.
【図７】本発明の別のデザインを示す正面図である。FIG. 7 is a front view showing another design of the present invention.
【図８】桁の一部を異なる金属材料で組み立てる例を示
すホイールの一部正面図である。FIG. 8 is a partial front view of a wheel showing an example of assembling a part of a spar with a different metal material.
【図９】補助桁を用いたホイールの一部正面図である。FIG. 9 is a partial front view of a wheel using an auxiliary girder.
【図１０】従来の標準的なスポークタイプのホイールを
示す正面図である。FIG. 10 is a front view showing a conventional standard spoke type wheel.
１ ホイール ２ リム ３ ディスク ４ ハブ ５ ボルト穴 ６ 節点 ７ 桁 ９ 節点 11 曲面部 12 中央部 15 突出部 16 桁 17 補助桁 Reference Signs List 1 wheel 2 rim 3 disk 4 hub 5 bolt hole 6 node 7 digit 9 node 11 curved surface 12 central part 15 protrusion 16 digit 17 auxiliary girder
Claims (8)
設などの支柱を可及的省くトラス構造をディスクに採用
した車両用ホイール。1. A vehicle wheel in which a disc has a truss structure in architectural engineering, which eliminates a dome ceiling or a pillar such as an airport facility as much as possible.
節点とリム及びハブを連結する桁を設けてディスクを形
成し、前記のハブ、リム及びディスクを無垢一体に成形
したことを特徴とする請求項１に記載の車両用ホイー
ル。2. A disk is formed by providing a node between the hub and the rim, and a girder connecting the node with the rim and the hub to form a disk, and the hub, rim and the disk are formed as a solid unit. The vehicle wheel according to claim 1, wherein
のうち、節点を直接連結する桁がディスクの半径方向に
直交もしくは交差する方向に配置されていることを特徴
とする請求項１又は２に記載の車両用ホイール。3. The girder connecting the node directly to the rim and the hub, wherein the girder connecting the node directly is arranged in a direction orthogonal or intersecting with the radial direction of the disk. 3. The vehicle wheel according to 2.
ための張出し部を設けたことを特徴とする請求項１〜３
のいずれか１項に記載の車両用ホイール。4. An overhanging portion for reinforcing a girder directly connecting said nodes to each other.
A vehicle wheel according to any one of the preceding claims.
に補強のための補助桁を設けたことを特徴とする請求項
１〜３のいずれか１項に記載の車両用ホイール。5. The vehicle wheel according to claim 1, wherein an auxiliary girder for reinforcement is provided between the girder directly connecting the nodes and the hub.
成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に
記載の車両用ホイール。6. The vehicle wheel according to claim 1, wherein the node is formed of a spherical body or a polyhedron.
又はハブと異なる材料で構成して成る請求項１、３〜６
のいずれか１項に記載の車両用ホイール。7. A rim or a hub, wherein at least a part of the spar or the joint is made of a material different from that of the rim or the hub.
A vehicle wheel according to any one of the preceding claims.
くは多面体と成し前記の節点の形状と同様の形状に統一
してデザインに拡がりを付与することを特徴とする請求
項１〜７のいずれか１項に記載の車両用ホイール。8. The method according to claim 1, wherein the head of the wheel fixing nut is formed as a spherical body or a polyhedron, and the design is expanded by unifying the same shape as the shape of the node. 2. The vehicle wheel according to claim 1.
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