JPH0195902A - Automobile wheel - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To lighten the weight of a wheel without deriving problems on durability and structure and thus reduce the unspring load by boring air holes in the inside slope of the outwardly convex hat part in a disc constituting the wheel with a rim. CONSTITUTION:A wheel used in automobiles is formed of a disc 2 and a rim 1. The disc 2 has air holes 2-3 in the outside slope 12-3 of a hat part 2-4, as well as bolt holes 2-2. In this structure, air holes 22-3 are also bored in the inside slope of the hat part 2-4. Hence, a lighter weight wheel can be obtained without deriving problems on durability and structure. Thus, the unspring load of automobile can be reduced to improve various performance of automobile such as a comfortable ride.

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、ディスクを軽量化することによってホイ
ール全体の軽量化をはかった自動車用ホイールに関する
。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a wheel for use in automobiles (including two-wheeled vehicles), and more particularly to an automobile wheel in which the weight of the entire wheel is reduced by reducing the weight of the disc.

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、その他に
も以下に示すような役割、機能を必要とする。Technical Background Automobile wheels are important parts for safe driving of automobiles, and need to have sufficient structural strength, but they also need to fulfill the following roles and functions.

Ｏ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あること、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
動くので、回転曲げ下の耐久性も要求される。ODurability Wheels must constantly support the weight of the vehicle and loaded weight, but as these act as repetitive loads as the wheel rotates, the wheels must have durability against loads that act in the radial direction. Also, since the centrifugal force that acts on the car body during cornering acts as a bending moment on the wheels, durability under rotational bending is also required.

○　軽量性 自動車の悪路走行時の乗心地はバネ下手量と関連してお
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。○ Lightweight The ride comfort of a car when driving on rough roads is related to the amount of spring tension, and reducing the weight of the wheels helps improve ride comfort. It is also needed to improve fuel costs.

Ｏ冷却機能 自動車のホイール取付は部に配設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。O Cooling function The brakes installed on the wheels of automobiles generate a large amount of frictional heat due to continuous braking. For example, in the case of disc brakes, if the rotor becomes hot, the braking performance will be significantly reduced and the brakes will become extremely hot. It is a danger. Therefore,
The wheels have air holes and fins to provide cooling. Further, the wheel needs to have a space for accommodating such brake components (for example, a space that can secure a sufficient rotor diameter for a disc brake).

Ｑ　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。Q: Design wheels are often seen by the public because they are mounted on the outside of the car body, so there is a strong tendency for the market to prefer wheels with excellent design. Therefore, design is taken into consideration not only in the shape of the wheel but also in the shape and number of air holes.

Ｏ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。O Corrosion Resistance Since automobiles are often used in salty environments or parked outdoors, the wheels need to be corrosion resistant.

ところで、ｌＡ製ホイールの一般的な４ｆ４造としては
、第５図に示すごとく、リム（１）とディスク（２）と
から構成され、両者がアーク溶接、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。By the way, as shown in Fig. 5, the general 4f4 construction of a wheel manufactured by IA is composed of a rim (1) and a disc (2), which are joined together by arc welding, spot welding, rivets, etc. ing.

リム（１）にはリム７ランジ部（１−１）、ビードシー
ト部（１−２）、ウェル部（１−３）とバルブ孔（１−
４）が形成され、ディスク（２）にはセンター穴（２−
１）、ボルト穴（２−２）、風穴（２−３）が穿δ２さ
れ、さらに軸方向に張出したハツト部（２−４）が形成
されている。The rim (1) has a rim 7 flange part (1-1), a bead seat part (1-2), a well part (1-3) and a valve hole (1-
4) is formed, and the disk (2) has a center hole (2-
1), bolt holes (2-2) and air holes (2-3) are drilled δ2, and a hat portion (2-4) extending in the axial direction is formed.

ハツト部はディスクの座屈を防止し、構造的に剛性を増
加させるための機能を果している。The hat functions to prevent the disc from buckling and to increase structural rigidity.

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。Further, an offset distance is provided between the inner contact surface of the disk (2) and the rim center line.

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
弱める動きをしている。This works to secure space for storing brake-related parts inside and to weaken the propagation of the impact of ground contact force when driving on rough roads.

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。Because the disc is made of thin sheets with such an asymmetrical shape, it will undergo bending deformation and stress under most loads applied to the wheel.

従来の技術 自動車用ホイールの軽量化は前記した通り乗心地性の向
上と燃費の低減に役立つ。このため従来より種々の重量
軽減対策がこうじられている。Conventional Technology Reducing the weight of automobile wheels helps improve riding comfort and reduce fuel consumption, as described above. For this reason, various weight reduction measures have been taken in the past.

一般的には、ディスクに風穴を設けたり、ディクに張出
し部（ハツト部）を形成して剛性を高め素材板厚を薄く
する方法等が広く知られている。Generally, methods are widely known in which the disk is provided with air holes or an overhang (hat) is formed on the disk to increase rigidity and reduce the thickness of the material.

その中で、ディスク形状に特徴を持たせて重量軽減をは
かった方法には、次のようなものが知られている。Among these methods, the following methods are known for reducing weight by imparting characteristics to the disk shape.

■　車輪ディスク及びその製造方法（特開昭５５−１１
４６０１）。■ Wheel disc and its manufacturing method (Unexamined Japanese Patent Publication No. 55-11
4601).

この技術は、特定曲率半径を有する外向き凸状のハツト
部に外向きの円錐形部と内向きの円錐形部を設けること
によってホイールの軽量化をはかったものである。This technology aims to reduce the weight of the wheel by providing an outward conical part and an inward conical part to an outwardly convex hat part having a specific radius of curvature.

■　ホイールディスク（特開昭５５−８９９３）。■Wheel disc (Japanese Patent Publication No. 55-8993).

このディスクは、変動厚さが少なくとも２０％のホイー
ルディスクにおいて、比較的大きい平均曲率を持つ部分
の外径と軸心方向長とを限定することによってディスク
の厚さを低減させ、軽」化をはかったものである。This disc reduces the thickness of the disc by limiting the outer diameter and axial length of the portion with a relatively large average curvature in a wheel disc with a variable thickness of at least 20%. It was measured.

■　自動車ホイール（特開昭５９−１０６３０２）。■ Automobile wheels (Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-106302).

このホイールは、ディスクと一体にリム本体の表側形状
に沿ったリム補強材を設けるとともに、リム補強材の反
対側にリム本体とディスクの表彰状に沿った表側ディス
クを設けることにより軽量化をはかったものである。The weight of this wheel was reduced by providing a rim reinforcement that follows the shape of the front side of the rim body integrally with the disc, and a front side disc that conforms to the shape of the rim body and disc on the opposite side of the rim reinforcement. It is something.

■　ディスクホイールおよびその加工法（特開昭５６−
７１６０１）。■ Disc wheel and its processing method (Japanese Patent Application Laid-open No. 1983-
71601).

これは、ディスクのハブ当接部およびリム当接立上がり
部を除いた部分を薄肉にすることによって軽量化をはか
ったものである。This is an attempt to reduce weight by making the portion of the disk other than the hub abutting portion and the rim abutting rising portion thinner.

従来技術の問題点 従来の技術は上記のごとくいずれもディスクの断面形状
、あるいは肉厚を特定したものであり、断面形状に特徴
を持たせた■■の場合は特殊な形状の金型を必要としデ
ィスク素材の加工コストが高くつく。また、肉厚のプロ
フィルを変える■の場合も薄肉部と厚肉部をつくるため
の特殊加工を必要とするため加工コストが高くつく。ま
た、■の補強方式はリム本体の薄肉化は可能であるも、
補強材を必須とするので構成部品点数が多くなりホイー
ルのコストアップにつながり好ましくない。Problems with conventional technology As mentioned above, all conventional technologies specify the cross-sectional shape or wall thickness of the disk, and in the case of ■■ where the cross-sectional shape has characteristics, a mold with a special shape is required. The cost of processing the disk material is high. In addition, in the case of (2) where the wall thickness profile is changed, special processing is required to create thin and thick sections, resulting in high processing costs. In addition, although the reinforcing method (■) allows the rim body to be made thinner,
Since the reinforcing material is required, the number of component parts increases, leading to an increase in the cost of the wheel, which is undesirable.

この発明は従来の前記問題点を解決するためになされた
もので、より合理的な手段によってホイールの軽量化を
はかった自動車用ホイールを提案せんとするものである
。This invention was made in order to solve the above-mentioned conventional problems, and aims to propose an automobile wheel in which the weight of the wheel is reduced by more rational means.

問題点を解決するための手段 この発明はホイールの軽量化をはかる手段として、外向
き凸状のハツト部の内側斜面にも風穴を穿設し、そのく
り抜いた素材の重量分だけ軽量化したディスクを用いる
ことを要旨とするものである。Means for Solving the Problems This invention is a means of reducing the weight of the wheel by making air holes on the inner slope of the outwardly convex hat part, thereby creating a disc that is lighter by the weight of the hollowed out material. The purpose is to use the following.

作　　　用 一般的なホイールディスクは第５図に示すごとく外向き
凸状のハツト部（２−４）を有する。第３図（Ａ＞は−
膜内なホイールディスクを拡大して示す断面図、同図（
Ｂ）はこのディスクを模式的に示す図、第４図は上記断
面形状のディスクに曲げモーメントが負荷された時のデ
ィスク外面の応力分布を示し、同図（Δ）は子午線方向
の応力分布図、同図（Ｂ）は周方向応力分布図である。Function A typical wheel disc has an outwardly convex hat portion (2-4) as shown in FIG. Figure 3 (A> is -
A cross-sectional view showing an enlarged view of the wheel disc inside the membrane, the same figure (
B) is a diagram schematically showing this disc, Figure 4 shows the stress distribution on the outer surface of the disc when a bending moment is applied to the disc with the above cross-sectional shape, and (Δ) is a stress distribution diagram in the meridian direction. , the same figure (B) is a circumferential direction stress distribution diagram.

第４図において、ハツト部頂点（１２−１）を境にボル
ト孔（２−２）に近い方を内側斜面（１２−２）　、反
対側を外側斜面（１２−３）とすると、このような円板
に曲げモーメントが負荷された場合の応力は第４図に示
すごとく、内側斜面と外側斜面において応力の符号が逆
転する箇所（０点）ができることを見出した。この内面
側と外面側の０点は応力が零になる点である。またこの
ような応力分布はホイールに半径方向荷重が負荷された
場合も、ディスクは板曲げ状態となり同様な応力分布と
なることを見出した。In Fig. 4, the side closer to the bolt hole (2-2) with the hat apex (12-1) as the border is the inner slope (12-2), and the opposite side is the outer slope (12-3). It has been found that when a bending moment is applied to a circular plate, there is a point (0 point) where the sign of the stress is reversed on the inner and outer slopes, as shown in Figure 4. The zero points on the inner and outer surfaces are points where the stress becomes zero. It has also been found that when a radial load is applied to the wheel, the disk becomes bent, resulting in a similar stress distribution.

したがって、ホイールの実際の使用状態においても、第
４図に示すような応力分布となり、内側斜面（、１２−
２）と外側斜面（１２−３）において応力の符号が逆転
する点が生じる。この応力が逆転する点の近傍は応力の
絶対値が小さく、この領域に風穴を設けて応力集中を増
大させても、なお絶対値を低く抑えることができる。Therefore, even when the wheel is actually used, the stress distribution is as shown in Fig. 4, and the inner slope (, 12-
2) and the outer slope (12-3), a point occurs where the sign of the stress is reversed. The absolute value of stress is small near the point where this stress reverses, and even if an air hole is provided in this region to increase stress concentration, the absolute value can still be kept low.

従来のホイールの風穴は外側斜面（１２−３）に設けら
れているだけであるが、この発明では上記のごとく内側
斜面（１２−２）にも応力の小さくなる部分が存在し、
この内側斜面にも風穴を設けることが可能であることを
見出し、外向き凸状のハツト部の内側斜面にも風穴を設
けることによってホイールの軽量化をはかり、かつ応力
の絶対値が大ぎくならないようにしたものである。In conventional wheels, the air holes are only provided on the outer slope (12-3), but in this invention, as mentioned above, there is also a portion where the stress is reduced on the inner slope (12-2),
We discovered that it is possible to provide air holes on this inner slope as well, and by providing air holes on the inner slope of the outwardly convex hat part, we aim to reduce the weight of the wheel and prevent the absolute value of stress from becoming too large. This is how it was done.

第１図はこの発明に係るホイールの一例を中心より片側
半分を省略して示す縦断側面図で、ハツト部の内側斜面
（１２−２）にも風穴（２２−３）を設けている。すな
わち、この風孔（２２−３）はハツト部の内側斜面に等
間隔に穿設している。この風穴（２２−３）の形状、穴
径、個数はホイールの大きさ、°ディスク断面形状、素
材肉厚等に応じて適宜窓める。FIG. 1 is a longitudinal sectional side view showing an example of a wheel according to the present invention with one half omitted from the center, and an air hole (22-3) is also provided on the inner slope (12-2) of the hat portion. That is, the air holes (22-3) are bored at equal intervals on the inner slope of the hat. The shape, diameter, and number of the air holes (22-3) are determined as appropriate depending on the size of the wheel, the cross-sectional shape of the disc, the thickness of the material, etc.

実　　施　　例 ６０ｋｓｆＪ級の高張力鋼板の素材より、１４インチ径
でリム幅５．５インチ、第３図に示す形状のハツト部を
有するディスク（ディスク素材板厚３．７ｍｍ）からな
るホイールを製作した。その際、ハツト部の外側斜面に
長袖３０ｍｍ、短軸２０ｍ＋ｎの楕円形の風穴を１４個
、内側斜面に１５ｍｍφ〜３０ｎ＋ｍφの円孔を１２個
設けた。Example 6 A wheel consisting of a disc (3.7 mm thick disc material) with a diameter of 14 inches, a rim width of 5.5 inches, and a hat shaped as shown in Figure 3 was manufactured from a 0ksfJ class high-tensile steel plate material. did. At that time, 14 oval air holes with a long sleeve of 30 mm and a short axis of 20 m+n were provided on the outer slope of the hat, and 12 circular holes with a diameter of 15 mmφ to 30 n+mφ were provided on the inner slope.

各ディスクの重量を、ハツト部の外側斜面のみ風穴を有
し、内側斜面に風穴を有しない従来のディスクと比較し
て第１表に示す。The weight of each disk is shown in Table 1 in comparison with a conventional disk that has air holes only on the outer slope of the hat portion and does not have air holes on the inner slope.

第１表より明らかなごとく、ハツト部の内側斜面に風穴
を設けることにより、ディスクの型組は約１．５〜６．
５％軽減され、ホイール重量は約６０〜２５００ｔＦ’
ｉ量化された。As is clear from Table 1, by providing air holes on the inner slope of the hat, the disc shape can be approximately 1.5 to 6.
5% reduction, wheel weight approximately 60-2500tF'
i quantified.

次に発生応力を調べるため、試験陽５．６のホイール（
風穴径２５ｍｍφ）のボルト穴を固定し、リムフランジ
に１００−・ｍの曲げモーメントを加えた時のディスク
外面の発生応力の分布を、風穴無しのものと比較して第
２図に示す。第２図（Ａ＞は子午線方向応力分布、同図
（Ｂ）は周方向応力分布、同図（Ｃ）は図（Ａ）（Ｂ）
に対応するホイールの一部をそれぞれ示す。Next, in order to investigate the generated stress, the test positive 5.6 wheel (
Figure 2 shows the distribution of stress generated on the outer surface of the disk when a bolt hole with an air hole diameter of 25 mm is fixed and a bending moment of 100 m is applied to the rim flange, in comparison with that without an air hole. Figure 2 (A> is the stress distribution in the meridian direction, (B) is the stress distribution in the circumferential direction, and (C) is the diagram (A) (B)
A portion of the corresponding wheel is shown respectively.

第２図より、ハツト部の内側斜面に風穴を設けても、風
穴無しの場合のハツト頂上部付近のピーク応力値よりも
大きな応力は発生しないことが判明した。したがって、
本発明のホイールの最大発生応力は風穴無しの場合の最
大発生応力とほとんど同じであり、従来のホイールと同
等の強度が期、侍できる。From FIG. 2, it has been found that even if air holes are provided on the inner slope of the hat portion, a stress greater than the peak stress value near the top of the hat in the case without air holes is not generated. therefore,
The maximum stress generated by the wheel of the present invention is almost the same as the maximum stress generated without air holes, and the same strength as the conventional wheel can be achieved.

第２表は本発明ホイールの曲げ耐久性試験と半径方向耐
久性試験を実施した際の結果を従来ホイールと比較して
示したものである。Table 2 shows the results of bending durability tests and radial durability tests of the wheels of the present invention in comparison with conventional wheels.

第２表より、本発明のホイールは従来のものとほぼ同等
の耐久性を示し、しかも風穴付近に亀裂の発生も認めら
れず、ハツト部内側斜面に風穴を設けても強度上の問題
は生じないことが判明した。Table 2 shows that the wheels of the present invention have almost the same durability as the conventional wheels, and no cracks were observed near the air holes, and even if air holes were provided on the inner slope of the hat, there were no problems with strength. It turns out there isn't.

以下余白 発明の効果 この発明は上記のごとく、ディスクハツト部の内側斜面
にも風穴を設けることにより、耐久性や構造上の問題が
生じることな〈従来より軽量のホイールを得ることがで
き、バネ下重量の軽減がはかられる結果乗心地性が向上
し、また燃費の低減効果も大きく、自動車の性能アップ
に大なる効果き奏するものである。Effects of the Invention As mentioned above, this invention provides air holes on the inner slope of the disc hat, which eliminates durability and structural problems. As a result of the reduction of the lower weight, ride comfort is improved, and the fuel consumption is also significantly reduced, which has a great effect on improving the performance of the automobile.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図はこの発明に係るホイールの一例を中心より片側
半分を省略して示す縦断側面図である。 第２図はこの発明の実施例におけるディスク外面の発生
応力分布を示す図で、図（Ａ＞は子午線方向応力分布図
、図（Ｂ）は周方向応力分布図、図（Ｃ）は図（Ａ＞ （Ｂ）に対応するホイールの一部を示す模式図である。 第３図（Ａ＞は−膜内なホイールディスクの断面形状を
拡大して示す概略図、図（Ｂ）は図（Ａ）ディスクを模
式的に示す図である。 第４図は第３図に示すディスク外面の応力分布を示し、
図（Ａ＞は子午線方向応力分布、図（Ｂ）は周方向応力
分布である。 第５図は従来の一般的な鋼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。 １・・・リム　　　　　　　　２・・・ディスク２−１
・・・センター穴　　　２−２・・・ボルト穴２−３．
２２−３・・・風穴　　　２−４・・・ハツト部１２−
１・・・ハツト部頂点　　１２−２・・・内側斜面１２
−３・・・外側斜面 出願人　　住友金属工業株式会社 代理人　　弁理士　押田良久１９Ｂ’ＩＨか５＋ 〇　　〇 第３図 （Ａ） 第一１図 （Ａ） （Ｂ） （Ａ） コ （Ｂ）FIG. 1 is a longitudinal sectional side view showing an example of a wheel according to the present invention with one half of one side omitted from the center. FIG. 2 is a diagram showing the stress distribution generated on the outer surface of the disk in an embodiment of the present invention. A> (B) is a schematic diagram showing a part of the wheel corresponding to the wheel disk. A) A diagram schematically showing a disk. FIG. 4 shows the stress distribution on the outer surface of the disk shown in FIG.
Figure (A> shows the stress distribution in the meridian direction, and Figure (B) shows the stress distribution in the circumferential direction. Figure 5 shows a conventional general steel wheel. (B) is a longitudinal side view. 1... Rim 2... Disc 2-1
...Center hole 2-2...Bolt hole 2-3.
22-3... Wind hole 2-4... Hat part 12-
1... Hat portion apex 12-2... Inner slope 12
-3...Outer slope applicant Sumitomo Metal Industries Co., Ltd. agent Patent attorney Yoshihisa Oshida 19B'IH or 5+ 〇 〇Figure 3 (A) Figure 11 (A) (B) (A) Ko (B)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] ディスクとリムとからなるホィールにおいて、外向き凸
状のハット部の内側斜面に風穴を穿設したディスクを用
いることを特徴とする自動車用ホイール。An automobile wheel comprising a disc and a rim, the disc having an air hole bored on the inner slope of an outwardly convex hat part.