JPS5967104A - デイスクホイ−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】 この発明は各種自動車におけるタイヤを保持覆るための
ディスクホイールに凹するものである。

一般にディスクホイールは、第１図に示すようにタイヤ
を保持するリム部１と、図示しないハブに取付けられる
ディスク部２どを溶接等により接合もしくは一体成形し
た構成とされている。前記ディスク部２は、中央のハブ
取付部３とその周囲に略放側状に延出されるスポーク部
４とに８分される。ところで自動車の走行時、特にコー
ナーリング時においては前記スポーク部４に大きな繰返
し荷重が加わるから、スポーク部４はその強度が低い場
合に疲労によって割れ等が生じ易く、したがってスポー
ク部は強度が大きいことが要求される。

ところで最近では自動車の車体ｌｆｉ軽減等を目的とし
て、ディスクホイールにアルミニウ１８合金やマグネシ
ウム合金等の軽合金材料を使用することが多くなってい
る。この種の軽合金材料は、従来からディスクホイール
に多用されていた鋼材料と比較して強度が低く、そのた
め軽合金材料をディスクホイールに使用する場合には、
そのスポーク部の厚みを鋼製ディスクホイールの場合よ
りも格段に厚肉化せざるを得なかった。しかしながらス
ポーク部を厚肉化した場合ディスクホイールの重石が大
きくなり、またその回転モーメントが大きくなって、軽
合金材料を用いる本来の目的である軽量化にそぐわなく
なり、またスポーク部のデザインにも厚肉化による制約
を受けざるをｉワない等の問題がある。

この発明は以上の事情に鑑みてなされたもので、軽合金
材料の有する軽量性を生がしつつ、しがもスポーク部の
強度を向上させたディスクホイールを提供Ｊることを目
的とするものである。

すなわちこの発明のディスクホイールは、基本的にはデ
ィスク部における少なくともスポーク部を、軽合金材Ｆ
ｌと４１ｉｆｌとを複合一体化した複合材で構成して、
スポーク部の強度向上と薄肉化を図ったものである。

以下この発明のディスクホイールをさらに訂惰に説明す
る。

この発明のディスクホイール（こおいＵＬよ、前述のよ
うにハブ取付部おにびスポーク部からなるディスク部の
うち、少なくともスポーク部を軽合金＃＆維複合材料で
形成したものである。したがって例えば第２図に示すよ
うにディスク部２０うも、スポーク部３のみに繊維５を
複合して、スポーク部３のみを複合材料で椙成し、他の
部分すなわちハブ取イ４部４は軽合金材ｔｌのみによっ
て）ｊ；成しても良く、あるいはまた第３図に示づ゛よ
うにディスク部２の全体に繊維５を複合して、その全体
を複合材料で構成しても良い。前述のようにスポーク部
３の強度向上および薄肉化のみを目的どする場合にはス
ポーク部３のみを複合材１１で構成すれば充分であるが
、後述する如くハブボルト穴周囲のへたりや摩耗の問題
をも併せて解決覆るためにＩ；【。

スポーク部３のみならずハブ取付は部４も複合材料で構
成することが望ましい。なおここではリム部１について
は特に説明しないが、リム部１をも複合材料で構成して
も良く、またリム部１とディスク部２とを一体に成形し
ても、あるいは別体に成形して溶接等により接合一体化
しても良い。

前記複合材料中の構成としては、長Ｖ＆維、短繊維もし
くはボイス力のいずれも使用可能である。

長繊維どしては、高強度炭素ｌ１ｌｉ雑、ボロン繊維、
高弾性炭素繊郭、アルミづ（八Ｑ２０３　）長繊維、あ
るいは炭化ケ・ｆ素（ＳｉＣ）長繊維等、また知識＃１
＃もしくはボイス力としては、Ｓｉ、Ｃホイスカ、窒化
ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）小イス力、アルミナ！Ｎｌ１Ｈ、
ヂタン酸カリ（Ｋ２　Ｔ１６０＋ｑ　）ホイスカ等を使
用することがスポーク部の強度向上の観点から望ましく
、またこのほかステンレス鋼等の高強度金属の短Ｉｌｌ
やボイス力を使用することもできる。なおこれら各種ｍ
雑のうち、スポーク部強度向上に最も有効なものは、長
繊維の場合炭素系ｍ雑もしくはボロンｖＡＨであり、ま
た短［［もしくはボイス力の場合、ＳｉＣホイスカまた
はＳｉ３Ｎ４ボイス力である。

スポーク部においては、走行時、特にコーナーリング時
の繰返し荷重によってディスクホイールの中心ｗ＆線に
対する同方向に沿ったクラックが生じ易い。したがって
スポーク部における複合材料中のｖａｎは、第２図に示
すようにスポーク部４の長さ方向、すなわちハブ取付部
３とリム部１とを結ぶ方向に配向させることが望ましい
。すなわち、長繊維の場合には前記方向に一方向に配向
させることが最も望ましく、また長織？ｆｆのクロスを
用い、そのクロスの一方のｍ維が前記方向に揃うように
配置しても良い。短繊維もしくは小イス力を用いる場合
にも、前記方向に一方向に配向させることが最も望まし
いが、このほかスポーク部の板面に平行に２次元ランダ
ムに配向させても良い。

スポーク部における複合材中に占めるＩｔｌｉｌの割合
は、体積比にして１５〜７０％程度とすることが望まし
い。１５％以下では充分な強度向上効果が１ｑられない
おそれがあり、逆に１０％を越えれば軽合金材料と繊維
とを複合一体化するこ５とが困難となるおそれがある。

前）本のようにこの発明のディスクホイールは要はスポ
ーク部が繊維／軽合金複合材料で構成されていれば良く
、ハブ取付部は複合化されずに軽合金材料のままであっ
ても良いが、ハブ取付部におけるハブボルト孔周囲のへ
たりや摩耗の問題を考慮すれば、スポーク部のみならず
ハブ取付部、特にハブボルト孔周囲をもｉｌｉ雑／軽合
金複合材１’ｌで構成（ることが望ましい。すなわち、
アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金等の軽合金
材料をハブ取付部に使用した場合、この種の軽合金材料
は強度的にも弱くまた耐摩耗性も低いから、ハブボルト
穴の間口端周縁部はハブポル］−に締付けられるナツト
から繰返し応力が加わってへたりや摩耗が生じ易い。こ
のようなへたりや摩耗が生じれば、ハブボルトの緩みが
発生して重大な危険を招くおそれがある。この問題を解
決するためにはハブポル１−穴の周囲部分を相対的に強
度の高い鉄で構成するべりｒ１４製インザートを鋳ぐる
んだり、プツトとの間に鉄製平型ワッシャーを介挿させ
たすする方策が採用されているが、この場合には鋼製イ
ンサートや鋼製平型ワッシャーと軽合金材料製の基体部
分との間に電位差が生じて電食が進行する問題が生じ、
特に軽合金材料としてマグネシウム合金を用いた場合に
は常食が顕著に進行する問題があり、またこのほか鋼製
インサー１へを持くるんだ場合、軽合金材料姓基体どの
結合強度が弱い欠点があり、一方鋼製平型ワッシャーを
用いた場合ハブポルＩ−の緩みが生じ易くなる等の欠点
がある。そこで前）本のように（第３図参照）ハブ取付
部３まで１１ｆｆ５を複合化することによりハブボルト
孔６の周縁部をも軽合金／れ（Ｍ複合材で形成しておけ
ば、その部分の強度および耐摩耗性を甲に軽合金材料の
みをその部分に使用した場合よりも格段に向上させるこ
とができ、したがってｗ４製インサートや鋼製平型ワッ
シャーを用いることなく、ハブボルト孔周縁部のへたり
や摩耗を有効に防止することができるのである。なおこ
の場合、第３図に示すようにハブボルト孔６の開口端に
テーパー７がある場合、すなわちテーパーナラ１〜を使
用する場合と、このようなテーパーがない場合のいずれ
にも適用可能であることは勿論である。

上述のようにハブボルト孔周縁部まで［Ｉｔにより複合
化する場合、その部分における繊維は、ハブポル１〜の
頭部が接する面に対し鉛直または鉛直に近い角度となる
ように配向さＵることがへたりや摩耗に対し最も有効で
ある。しかしながらスポーク部における繊維の配向との
関係で必ずしも上述のようにハブポル１ル孔周辺の＄８
雛を上述のように配向させ（ｑないことも多く、その場
合でもハブボルト孔周囲に１ｆｔを複合させない場合と
比較づれば格段に強度、耐摩耗ｆＩが良好となるから、
ハブボルト孔周囲のへたりや摩耗を相当稈度防市するこ
とができる。

次にこの発明のディスクホイールを製造ツる方法につい
−Ｃ説明すると、先ず第１の方法としては、予め所定の
形状に成形されたＲＩｆｆ成形体を鋳型内の所定位置、
づなわち軽合金材料と複合一体化するべき位置に配置し
、その状態で鋳型内に軽合金溶湯を注湯し、かつその溶
湯に加圧プランジャにより５００〜１５００ｋＯ／ｃｎ
ｆ程度の高圧を加えて所謂高圧鋳造を行うことにより軽
合金溶湯を前記繊維成形体の各繊維間の空隙に密に充填
させ、軽合金溶湯の凝固後に鋳型から取外し、適宜熱処
理や仕上加工を行う方法がある。また前記高圧鋳造法の
代りに、型を高速で回転させて遠心力により合金溶湯を
繊維間の空隙に充填さける所謂遠心力鋳造法やその他の
加圧鋳造法も適用可能である。

またＩ帷としてクロスを使用する場合においても、前記
同様にクロスを鋳型内の所定位置に配置して高圧鋳造法
、遠心鋳造法、その仙の加圧鋳造法を適用することによ
りこの発明のディスクホイールを得ることができる。

なおＩｌｉ雑成形成形体る方法は種々考えられるが、繊
維として長１１１ｆｔを用いかつその長繊維を各スポー
ク部の長さ方向に配向させるためには、例えば第４図に
示すようにステンレス鋼等の金属線材からなる略環状の
金枠８を用意し、この金枠の内側に長繊維束９を各スポ
ーク部４に対応覆るように張り巡らせる、所謂フイラメ
ン１〜ワインディング法を好適に採用することができる
。なおこの場合金枠８はリム部１に叩込まれることにな
る。

ざらにｍ１ｆｔとして短繊維もしくはボイス力を使用す
る場合には、その短１１ｉ１１ｔもしくはボイス力を鋳
型内面の所定位冒に吹付けもしくは塗布しておき、その
状態で前記同様に高圧鋳造法、遠心鋳造法、その他の加
圧鋳造法を適用して軽合金材料を複合一体化しても良い
。

以下この発明の実施例を示す。

実施例 第４図に示す如＜５ＵＳ３０４製の金枠に炭素ｔｆｉｌ
（商品名トレカＭ４０；東し社製）の束をフイラメン１
へワインディングしてｍＨ成形体を１りだ。

これを８００℃に予熱してから高圧鋳造用鋳型内に納め
ΔＱ−４ｗｔ％■の組成のアルミニウム合金溶湯を注湯
した後、加圧プランジャによりディスク中央部を１５０
０ｋＯ／ｃ／の加圧力にて加圧し、凝固まで保持した。

このＪ、うにしてｉｑられたディスクホイール、づなわ
ちディスク部を炭素繊組にて強化した繊維／軽合金材１
’ｌ　￥ｌＪディスクボーｒ−ルは、従来のアルミニウ
ム合金製のディスクホイールよりもディスク部を格段に
薄肉化して、そのディスク部の重量を従来のアルミニウ
ム合金製ディスクホイールのディスク部重量の１／２と
することにより全体として約２ｋａ軽量化したちのであ
るが、そのディスクホイールをＪＡＳＯ規定による耐久
試験に供したところ、基準を越える充分な疲労強度を有
することが確認された。

以上の説明で明らかなようにこの発明のディスクホイー
ルは、スポーク部の強度が従来の軽合金材料製ディスク
ホイールと比較して格段に大きく、したがってスポーク
部を従来の軽合金材料製ディスクホイールよりも格段に
薄肉化して、ディスクホイールの軽量化を図ることがで
き、またスポーク部の薄肉化が可能どなるため、スポー
ク部のデザイン上の制約も少なくなる等の効果が１９ら
れる。

また特にスポーク部のみならずハブ取付部まで繊維によ
り複合化した実施態様にあ−）では、ハブボルト孔周縁
部のへたりや摩耗をも防止し１７る効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のディスクホイールの一例を示す正面図、
第２図はこの発明のディスクホイールの一例を示す正面
図、第３図この発明ディスクホイールの他の例を示す要
部拡大縦断側面図、第４図はこの発明のディスクホイー
ルの製造に使用される繊維成形体の一例を示づ正面図で
ある。 １・・・リム部、　２・・・ディスク部、　３・・・ハ
ブ取付部、　４・・・スポーク部、　５・・・繊維、　
９・・・長繊維束。 出願人　　トヨタ自動車株式会社 代理人　　弁理士　曲　１）武　久 くほか１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｒｌ＞タイヤが庶め込まれるり広部とその内側のディッ
   ク部どを備え、かつディスク部がハブ取付部とスポーク
   部とからなるディスクホ、イールにおいて、 前記ディスク部の少なくともスポーク部が、軽合金材！
   Ｐｌと摂紐とを複合一体化してなる複合材料で形成され
   Ｃいることを特徴とするディスクホイール。 Ｃ２＞前記ディノ／７部の全体が前記複合材１１で形成
   きれ′（いる特訂開求の範１用第１Ｊ口に！　％’Ｊの
   うｒイスクホ−イール。 （３）前記デ（２７７部（二ｄ月−量るスポーク部のみ
   かが）Ｆ、１！複合材籾で形成され、ハブ取ト１部が軽
   合金相別のみ番、二よって形成されでいる特許請求の範
   囲第１項記載のディスクホイール。 （４）前記スポーク部における複合材料中の繊維が、内
   側のハブ取付部と外側のリム部とを結ぶ方向に配向され
   ている特許請求の範囲第１項記載のディスクホイール。