JP4754460B2

JP4754460B2 - Vehicle wheel

Info

Publication number: JP4754460B2
Application number: JP2006299869A
Authority: JP
Inventors: 武洋藤岡; 喜四郎阿部; 治海老原; 賢一坂之下; 悟宮下
Original assignee: Topy Industries Ltd
Current assignee: Topy Industries Ltd
Priority date: 2006-11-06
Filing date: 2006-11-06
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2026-11-06
Also published as: JP2008114723A

Description

本発明は、自動車、農耕用車両、産業用車両等の車両用ホイールに関し、詳しくはリムのドロップ部にディスクを嵌合し溶接した車両用ホイールに関する。 The present invention relates to a vehicle wheel for automobiles, agricultural vehicles, industrial vehicles and the like, and more particularly to a vehicle wheel in which a disk is fitted and welded to a drop portion of a rim.

近年、車両用ホイールには強度、重量、コスト等に加え、操縦安定性、ＮＶＨ（騒音、振動）の向上が要求されている。操縦安定性やＮＶＨはホイール剛性に関係するといわれ、例えばホイール剛性が低いと、ステアリング操作に対する操舵輪の応答に遅れが生じて操縦安定性が低下する。又、一般にディスク面のねじり剛性が低いとねじりモードの固有振動数が低くなり、タイヤの気柱共鳴振動数と共振し、ＮＶＨに対して不利になるとされる。
ホイール剛性を向上させることで車両用ホイールの軽量化を図る技術として、ディスクのハット部における径方向の内側斜面に、裏側に向けて湾曲部を形成してホイール剛性を高めたホイールが開示されている（特許文献１参照）。また、ディスクのハット部（突起環部）を省略し、ハブ取付部より外側の環状領域からなるディスク意匠部にディンプル型の椀状曲成部を設けることにより、剛性を確保して意匠性を向上させたホイールが開示されている（特許文献２参照）。
一方、スチールホイールとして、ディスクとリムのドロップ部とを溶接接合する２ピース構造のホイールが普及している。この型のホイールは、例えば図８に示すように、スチール製ディスク１００の外縁を折返し、軸方向に沿って内側に延設してフランジ１００ａを形成し、フランジ外面をリム２０のドロップ部２０ｃ内面に嵌合し、両者の嵌合部５０の内側をアーク溶接して製造される（特許文献３参照）。 In recent years, vehicle wheels are required to improve handling stability and NVH (noise and vibration) in addition to strength, weight, cost, and the like. Steering stability and NVH are said to be related to wheel rigidity. For example, if the wheel rigidity is low, the response of the steered wheels to the steering operation is delayed and steering stability is lowered. In general, when the torsional rigidity of the disk surface is low, the natural frequency of the torsional mode is low, which resonates with the air column resonance frequency of the tire and is disadvantageous to NVH.
As a technique for reducing the weight of a vehicle wheel by improving the wheel rigidity, a wheel is disclosed in which a curved portion is formed on the inner slope in the radial direction in the hat portion of the disk so as to increase the wheel rigidity. (See Patent Document 1). Also, by omitting the disc's hat (projection ring) and providing a dimple-shaped ridge-shaped bent portion in the disc design portion consisting of an annular region outside the hub mounting portion, the rigidity is ensured and the design is improved. An improved wheel is disclosed (see Patent Document 2).
On the other hand, as a steel wheel, a wheel having a two-piece structure in which a disk and a drop portion of a rim are joined by welding is widely used. For example, as shown in FIG. 8, this type of wheel is formed by folding the outer edge of the steel disk 100 and extending inward along the axial direction to form a flange 100 a, and the flange outer surface is the inner surface of the drop portion 20 c of the rim 20. Are manufactured by arc welding the insides of the fitting portions 50 of both (see Patent Document 3).

特開２００１−１８０２０２公報JP 2001-180202 A 特開２００６−０８２７３３公報JP 2006-082333 A 特許３４６０７６４号公報Japanese Patent No. 3460764

しかしながら、上記した従来の車両用ホイールの場合、ホイール剛性が充分に確保されているとはいえず、ディスクやリムの板厚を厚くすればホイール剛性は向上するものの、ホイールの重量やコストの上昇を招くという問題が生じる。
又、特許文献２に記載の技術は、ハット部を無くしてディンプルなどで剛性を向上させたホイールであるが、特異な見栄えで好き嫌いのあることや意匠の変化が付け難い等の問題がある。 However, in the case of the conventional vehicle wheel described above, it cannot be said that the wheel rigidity is sufficiently secured, and increasing the thickness of the disk or rim increases the wheel rigidity, but increases the weight and cost of the wheel. Problem arises.
Further, the technique described in Patent Document 2 is a wheel in which the hat portion is eliminated and the rigidity is improved by dimples or the like, but there are problems such as having a peculiar appearance and likes and dislikes and changing the design.

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、リムのドロップ部の外側にディスクを嵌合溶接して成る車両用ホイールにおいて、ディスク形状を最適化することにより、ホイール剛性の向上、ホイールの軽量化を図ることができ、さらにホイール意匠面のデザイン性を向上できる車両用ホイールの提供を目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and in a vehicle wheel formed by fitting and welding a disc to the outside of a drop portion of a rim, the wheel rigidity is improved by optimizing the disc shape. An object of the present invention is to provide a vehicle wheel that can reduce the weight of the wheel and can further improve the design of the wheel design surface.

上記の目的を達成するために、本発明の車両用ホイールは、外側サイドウォール部から湾曲部を経て縮径となるドロップ部を有するリムと、外縁を軸方向に沿って内側に折り返して成るフランジを有し、スチール、チタン、又はチタン合金から成るディスクとを備え、前記ドロップ部の外側内周面と前記フランジの外周面とを嵌合溶接してなり、前記ディスクの表面から外側に向かって突出し該ディスクと同心の環状をなすハット部を有し、前記ディスクの中心を通る断面から見たとき、前記ディスクの中心側から外径側へ向かう部分にある立上り面を構成する凸状曲線と、該立上り面と変曲点Ｐ _１で接続する１つの直線又は凹状曲線からなるハット部内面と、該ハット部内面と変曲点Ｐ _２で直接接続する所定曲率の凸状曲線からなる頂部と、該頂部から前記ディスクの外側に向かって落ち込むハット部外面とを有し、前記ディスクの中心から前記ハット部の頂部までの距離d_Hと、前記ディスクの中心から前記フランジの外周までの距離d_maxとの間に、0.65≦d_H/d_max≦0.80の関係があることを特徴とする。
ＦＥＭ解析の結果から、0.65≦d_H/d_max≦0.80の範囲では、それ以外（例えばd_H/ d_max=0.60程度の従来のホイール）の範囲に比べてホイール剛性が向上する。そのため、ディスクを薄肉化して軽量化を図ることができ、又、ハットがディスクの外周側へ位置するので、ホイールキャップのデザイン性が向上する。さらに、ディスクのハットの高さを低くすることによるホイール剛性の低下を補い、ホイール剛性を維持しつつハットの高さを低くすることができ、ホイールキャップの設計自由度も向上する。 In order to achieve the above object, a vehicle wheel according to the present invention includes a rim having a drop portion whose diameter decreases from an outer side wall portion through a curved portion, and a flange formed by folding an outer edge inward along the axial direction. have a steel, titanium, or a disk made of a titanium alloy, it was fitted welding the outer peripheral surface of the outer inner peripheral surface of the drop portion flange outwardly from the surface of said disk A convex curve that forms a rising surface at a portion from the center side of the disk toward the outer diameter side when viewed from a cross section passing through the center of the disk, and having a hat portion that protrudes and forms a ring concentric with the disk. a hat portion inner surface of one of the straight lines or concave curves connected by the standing up surface and the inflection point P _1, the top portion consisting of convex curve having a predetermined curvature to connect directly with the hat portion inner and inflection point P ₂ , And a hat portion outer surface drops toward the said top to the outside of the disc, the distance d of the distance d _H between the center of the disc to the top of the hat portion, from the center of the disc to the outer periphery of the flange between the _max, characterized in that there is relationship _{_{0.65 ≦ d H / d max ≦}} 0.80.
From the result of FEM analysis, in the range of 0.65 ≦ d _H / d _max ≦ 0.80, the wheel rigidity is improved as compared to the other range (for example, a conventional wheel of about d _H / d _max = 0.60). Therefore, the disk can be thinned to reduce the weight, and the hat is positioned on the outer peripheral side of the disk, so that the design of the wheel cap is improved. Furthermore, the reduction in wheel rigidity due to the reduction in the height of the disc hat can be compensated, and the height of the hat can be reduced while maintaining the wheel rigidity, and the design freedom of the wheel cap is also improved.

前記変曲点Ｐ_１の高さがハブ取付け面から20.0mm以下であり、かつ前記ハット部内面は、前記Ｐ_１及びＰ_２とをそれぞれ通る直線と、1.42x10^-2/mmで表される曲率の円弧とで挟まれる領域内に存在する滑らかな曲線であることが好ましい。
ＦＥＭ解析の結果から、このようにすると、前記領域外に存在する曲線の場合に比べてホイール剛性が向上する。 The inflection point is the height of the P ₁ is less 20.0mm from the hub mounting surface, and the hat portion inner surface, and a straight line Ru respectively through the P ₁ and P ₂ and a is represented by 1.42x10 ^-2 / mm It is preferable that the curve is a smooth curve existing in a region sandwiched between circular arcs having a certain curvature.
From the result of the FEM analysis, the wheel rigidity is improved as compared with the case of the curve existing outside the region.

本発明によれば、リムのドロップ部外側にディスクを嵌合溶接して成る車両用ホイールにおいて、ディスク形状を最適化することにより、ホイール剛性の向上、ホイールの軽量化を図ることができ、さらにホイール及びホイールキャップのデザイン性を向上することができる。 According to the present invention, in the vehicle wheel formed by fitting and welding the disc to the outer side of the drop portion of the rim, by optimizing the disc shape, it is possible to improve wheel rigidity and reduce the weight of the wheel. The design of the wheel and wheel cap can be improved.

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明ではスチールホイールを例示するが、本発明はスチールホイールの他、板材の外周を絞り加工等によって折り返してフランジを形成して、ディスクに成形できる材料（例えば、チタン、チタン合金）を対象とすることができる。
又、本発明によるホイールは、公式な耐久強度の規定を満たすものであることが好ましい。但し、公式な耐久強度の規定を有しない産業車両用（農耕用）ホイールや応急使用ホイール（自動車用テンパーホイールを含む）等であっても本発明を適用することができる。
ここで、公式な耐久強度は我国のＪＩＳＤ４１０３「自動車部品―ディスクホイール―性能及び表示」であるが、将来、規格が変わった場合は、その時点で我国の日本工業規格ＪＩＳ（及び／又は国際標準化機構ＩＳＯ）が定めるホイールの公式な耐久強度をいう。
ホイール剛性についてはＪＩＳなどの公式な規格は無いが、その重要性から自動車メーカー各社は各自に試験方法及び規格値を規定している。自動車メーカー各社の規格値を相互に換算してみるとほぼ同等の値である。本発明ではＪＩＳＤ４１０３に規定する「回転曲げ耐久試験」の試験機を用いた剛性試験方法を採用した。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In the following description, a steel wheel is exemplified, but in the present invention, in addition to the steel wheel, a material that can be formed into a disk by forming the flange by folding the outer periphery of the plate material by drawing or the like (for example, titanium, titanium alloy) Can be targeted.
Moreover, it is preferable that the wheel according to the present invention satisfies the official definition of durability. However, the present invention can be applied to an industrial vehicle (agricultural) wheel or an emergency wheel (including an automobile temper wheel) that does not have an official durability strength regulation.
Here, the official endurance strength is JIS D 4103 “Auto Parts-Disc Wheel-Performance and Display” in Japan. If the standard changes in the future, the Japanese Industrial Standard JIS (and / or Refers to the official durability of a wheel determined by the International Organization for Standardization (ISO).
There is no official standard such as JIS for wheel rigidity, but due to its importance, each automobile manufacturer defines its test method and standard value. When the standard values of car manufacturers are converted to each other, they are almost equivalent. In the present invention, a rigidity test method using a “rotary bending endurance test” specified in JIS D 4103 is employed.

図１は、本発明の実施形態に係る車両用ホイールの一例を示す（ホイールの軸に平行な面で切断した）断面図である。この車両用（スチール）ホイールは、スチール製のリム２とスチール製のディスク１０とをリムのドロップ部外側に嵌合し、溶接して成る。
なお、以下の説明で「外側」とは、ホイールを車両に取付けた際、ホイールの軸方向から見て外側となる部分をいい、「内側」とは内側となる部分をいう。但し、トラックのダブルタイヤのように、２個のホイールを軸方向に連結して使用する場合、内側に位置するホイールの「外側」と「内側」は上記の通りであるが、外側に位置するホイールの「外側」と「内側」は上記と逆になる。これは、ダブルタイヤの場合、外側に位置するホイールの表裏を逆にして内側ホイールと連結するためである。例えば、内側ホイールの場合、図１の上側部分が外側となるが、外側ホイールの場合は図１の下側部分が外側となる。
また、リム及びディスクの径方向については、「内周面」又は「外周面」と表記する。 FIG. 1 is a sectional view showing an example of a vehicle wheel according to an embodiment of the present invention (cut along a plane parallel to the axis of the wheel). This vehicle (steel) wheel is formed by fitting a steel rim 2 and a steel disc 10 to the outside of a drop portion of the rim and welding them.
In the following description, “outside” refers to a portion that is on the outside when the wheel is mounted on the vehicle, and “inside” refers to a portion that is on the inside. However, when two wheels are connected in the axial direction, such as a double tire on a truck, the “outer side” and “inner side” of the wheel located inside are as described above, but located outside. The “outside” and “inside” of the wheel are reversed. This is because in the case of a double tire, the front and back of the wheel located on the outside is reversed and connected to the inner wheel. For example, in the case of the inner wheel, the upper part of FIG. 1 is the outer side, but in the case of the outer wheel, the lower part of FIG. 1 is the outer side.
Further, the radial direction of the rim and the disk is expressed as “inner peripheral surface” or “outer peripheral surface”.

１）リム
リム２は略円筒状をなし、その両端に形成された外側フランジ及び内側フランジの間にタイヤを収容するようになっている。外側フランジの内側にはタイヤのビードを受ける外側ビードシートが形成されている。外側ビードシートより内側には最も小径のドロップ部２ｃが形成され、外側ビードシートとドロップ部（外側）２ｃはサイドウォール部２ａを介して滑らかに接続されている。又、ドロップ部２ｃとサイドウォール部２ａとは断面が半円状の湾曲部２ｂを介して接続されている。ドロップ部２ｃより内側にはサイドウォール部を介して内側ビードシートが形成され、内側ビードシートは内側フランジに接続されている。以下の説明では、「ドロップ部」は、ドロップ部の外側部分（外側ビードシートに接続する部分）をいう。
リム２は、例えば所定形状の圧延形鋼を円筒形に丸めて製造することができ、又は、鋼板を丸めて円筒形にした後、ロール成形等によって所定の断面形状としてもよいが、これらの方法に限られない。 1) Rim The rim 2 has a substantially cylindrical shape and accommodates a tire between an outer flange and an inner flange formed at both ends thereof. An outer bead sheet for receiving the tire bead is formed inside the outer flange. The drop part 2c having the smallest diameter is formed inside the outer bead sheet, and the outer bead sheet and the drop part (outer part) 2c are smoothly connected via the sidewall part 2a. The drop part 2c and the sidewall part 2a are connected via a curved part 2b having a semicircular cross section. An inner bead sheet is formed inside the drop part 2c via a sidewall part, and the inner bead sheet is connected to the inner flange. In the following description, the “drop portion” refers to the outer portion of the drop portion (the portion connected to the outer bead sheet).
The rim 2 can be produced, for example, by rolling a rolled shape steel having a predetermined shape into a cylindrical shape, or after rolling a steel plate into a cylindrical shape, it may have a predetermined cross-sectional shape by roll forming or the like. It is not limited to the method.

２）ディスク
ディスク１０は略円盤状をなし、中心にハブ穴１０ｄが開口され、ハブ穴より外周側にハブを取付けるためのボルト孔１０ｅが形成されている。
ディスクの外縁は軸方向に沿って内側へ折返されてフランジ１０ａを形成し、フランジ１０ａはフランジ端縁１０ｂに至っている。
ディスク１０は、鋼板を種々の形状に打ち抜いたものを絞り加工（プレス加工）して成形することができる。その打ち抜き形状は特に制限されず、一般的には例えば、１）正方形の鋼板を単純に円板状に打ち抜いたもの、２）正方形の鋼板の四隅を円形に打ち抜いたもの、３）２）を更に各辺の中央部でも円弧状に打ち抜いたもの、が挙げられる。このうち、１）はいわゆる水抜き穴が形成されない形状であり、２）、３）は水抜き穴を形成させる形状であり、どの形状のディスクを用いてもよいが、例として２）の場合を説明すると、正方形の鋼板の四隅を円形に打ち抜き、これを絞り加工（プレス加工）してディスク１０を成形することができる（特許文献３の図３参照）。この場合、鋼板の円形に打ち抜かれた部分がディスクのフランジ端縁１０ｂとなり、鋼板のそれ以外の部分は凹部１１となって水抜き穴を形成する。 2) Disc The disc 10 has a substantially disk shape, a hub hole 10d is opened at the center, and a bolt hole 10e for attaching the hub to the outer peripheral side from the hub hole is formed.
The outer edge of the disk is folded inward along the axial direction to form a flange 10a, and the flange 10a reaches the flange end edge 10b.
The disk 10 can be formed by drawing (pressing) steel plates punched into various shapes. The punching shape is not particularly limited. In general, for example, 1) a square steel plate simply punched into a disk, 2) a square steel plate with four corners punched into a circle, 3) 2) Furthermore, the thing punched in circular arc shape also at the center part of each edge | side is mentioned. Among these, 1) is a shape in which a so-called drain hole is not formed, 2) and 3) are shapes in which a drain hole is formed, and any shape disk may be used, but in the case of 2) as an example In other words, the four corners of a square steel plate can be punched into a circular shape and drawn (pressed) to form the disk 10 (see FIG. 3 of Patent Document 3). In this case, the portion of the steel plate that is punched into a circle becomes the flange edge 10b of the disk, and the other portion of the steel plate becomes the recess 11 to form a drain hole.

ディスク１０の表面から外側に向かってハット部１２が突出している。ハット部１２はディスク１０と同心の環状をなし、図１に示す断面から見たときに畝状（山状）になっている。ハット部１２は、頂部１２ｂと、頂部１２ｂからディスク中心側に向かって裾状になだらかに落ち込むハット部内面１２ａと、頂部１２ｂからディスク外側に向かって裾状に落ち込むハット部外面１２ｃとを有している。ハット部内面１２ａは、ボルト孔１０ｅ近傍のディスク面から外側（図１の上側）に立ち上がるディスク立上り面１５と接続している。又、ハット部外面１２ｃは、フランジ１０ａと接続している。 A hat portion 12 protrudes outward from the surface of the disk 10. The hat portion 12 has an annular shape concentric with the disk 10 and has a bowl shape (mountain shape) when viewed from the cross section shown in FIG. The hat portion 12 has a top portion 12b, a hat portion inner surface 12a that gently falls in a skirt shape from the top portion 12b toward the center of the disc, and a hat portion outer surface 12c that falls in a skirt shape from the top portion 12b toward the disc outer side. ing. The hat portion inner surface 12a is connected to a disk rising surface 15 that rises outward (upper side in FIG. 1) from the disk surface in the vicinity of the bolt hole 10e. Further, the outer surface 12c of the hat portion is connected to the flange 10a.

図１の状態（つまり、ディスクの中心を通る断面から見た時）において、ハット部内面１２ａ（ディスク１０の中心側とハット部の頂部１２ｂとの接続部分）は凹状曲線Ｃ_１から構成されている。曲線Ｃ_１は、ディスクの中心側から外径側へ向かう部分にある立上り面１５を構成する凸状曲線Ｃ_３と変曲点Ｐ_１で接続している。又、曲線Ｃ_１は、頂部１２ｂを構成する凸状曲線Ｃ_２と変曲点Ｐ_２で接続している。
なお、変曲点とは、曲線が上に凸の状態と上に凹の状態とで変わる点をいい、この点で引いた接線を境界として、曲線の一方と他方とが異なる側にあるものとする。
ここで、ディスク１０の中心から頂部１２ｂまでの距離d_Hとし、ディスク１０の中心からフランジ１０ａの外周までの距離d_maxとした時、リム径が１４インチのホイールの場合、ディスク外径（d_max×2）=316mm、ハット部頂部径（d_H×2）=253.5mmであり、ディスク中心から変曲点Ｐ_１に至る直径約139mm、変曲点Ｐ_１の高さ（ディスク底面（＝ハブ取付け面）から変曲点Ｐ_１までの高さ）11.5mm、ハット高さ（ディスク底面からハット部頂部１２ｂまでの距離）h1=43mm、曲線Ｃ_２の半径7mm、曲線Ｃ_１の半径100mm（曲率1.00ｘ10^−２/mm）である。
尚、曲線Ｃ_１の半径100mmとは、上記変曲点Ｐ_１、Ｐ_２を通る半径100mmの円弧を意味する。 State of FIG. 1 (i.e., when viewed from the cross section passing through the center of the disk), the (connection portion between the top portion 12b of the center side and the hat portion of the disk 10) hat portion inner surface 12a is formed of a concave curve C ₁ Yes. Curve C ₁ is connected with convexly curved C ₃ and inflection point P ₁ which constitutes the rising surface 15 located in the portion toward the outer diameter side from the center side of the disc. The curve _{C 1} is connected with the convex curve _{C 2} and the inflection point _{P 2} constituting the apexes 12b.
An inflection point is a point where the curve changes between an upwardly convex state and an upwardly concave state. The tangent drawn at this point is the boundary and one side of the curve is on the other side. And
Here, the distance d _H between the center of the disk 10 to the top 12b, when the distance d _max from the center of the disk 10 to the outer circumference of the flange 10a, if a rim diameter is 14 inches wheel, disc outer diameter (d _max × 2) = 316 mm, hat top diameter (d _H × 2) = 253.5 mm, diameter from disk center to inflection point P ₁ is about 139 mm, height of inflection point P ₁ (disc bottom (= hub height from the mounting surface) to the inflection point P ₁₎ 11.5 mm, hat height (the distance from the disk bottom surface to the hat Buitadaki portion 12b) h1 = 43mm, radius 7mm curve C _2, radius 100mm curve C ₁ (Curvature 1.00 × 10 ⁻² / mm).
The radius 100 mm of the curve C ₁ means an arc having a radius of 100 mm passing through the inflection points P ₁ and P ₂ .

図２は、図１の車両用スチールホイールの部分正面図である。この図において、ディスク１０の外縁には、フランジ１０ａより縮径の凹部１１が形成されている。凹部１１は、ディスク外周円を４等分した位置にそれぞれ形成されている。
最奥部１０ｃが前記湾曲部のＲ中心から外側に位置する場合、ディスク１０をリム２のドロップ部２ｃ内周面に嵌合した際に、凹部１１とドロップ部２ｃ内周面との間に隙間が形成され、これが水抜き穴１４となる。 FIG. 2 is a partial front view of the vehicle steel wheel of FIG. In this figure, a recess 11 having a diameter smaller than that of the flange 10a is formed on the outer edge of the disk 10. The recesses 11 are respectively formed at positions obtained by dividing the disk outer circumference circle into four equal parts.
When the innermost portion 10c is located outside the R center of the curved portion, when the disc 10 is fitted to the inner peripheral surface of the drop portion 2c of the rim 2, the recess 10 and the inner peripheral surface of the drop portion 2c are interposed. A gap is formed, which becomes the drain hole 14.

ハット部１２はディスクと同心で環状に形成され、ハット部外面１２ｃには、円形の飾り穴１０ｆが周方向に沿って複数個開口している。飾り穴１０ｆは通常、軽量化及び放熱のために形成される。 The hat portion 12 is formed concentrically with the disk, and a plurality of circular decorative holes 10f are opened along the circumferential direction on the outer surface 12c of the hat portion. The decorative hole 10f is usually formed for weight reduction and heat dissipation.

（d_H/d_maxの範囲）
本発明において、上記d_H、d_maxは、0.65≦d_H/d_max≦0.80の関係を有する。この理由について、図３を参照して説明する。
図３は、図１に示す形状のホイールについてＦＥＭ解析を行った場合のホイール剛性を示す。ＦＥＭ解析は、ＪＩＳＤ４１０３に規定する「回転曲げ耐久試験」の試験機を用いた剛性試験をモデル化して行った。ディスクにおけるハット部の位置（d_H/d_maxの値）を種々に変化させ、ディスクの剛性を計算した。
ディスクの主応力は、上記ＪＩＳＤ４１０３で規定する試験装置（回転曲げ耐久試験機）を用いた剛性試験モデルにおいて以下のように計算する。まず、内側のリムフランジを拘束し、ディスク面に取付けた負荷アームを介してこの取付け面に曲げモーメントを与える。曲げモーメントの値を0から規定値まで増加させたとき、曲げ角度（中心軸と負荷アームの振れ角に相当）θと、モーメントＭの関係はほぼ線形となる。この直線の勾配をホイール剛性（ホイール剛性）と呼び、その単位をNm/radで表す。
この図より、d_H/d_max=0.7〜0.75でホイール剛性が最も高くなり、この範囲を外れるとホイール剛性が低下することがわかった。
以上のことから、本発明者らは安全許容度を５％と考え、ホイール剛性が最大値から９５％以内の範囲にあるd_H/d_maxを図３から求め、0.65≦d_H/d_max≦0.80をその範囲として規定した。
これより、図３によれば、0.65≦d_H/d_max≦0.80の範囲では、従来のホイール（d_H/ d_max=0.60程度）に比べて最大で10％以上のホイール剛性の向上が実現できる。
一方、d_H/d_maxが上記範囲を外れると、従来のホイールに比べて顕著なホイール剛性の向上が図れない。 (Range of d _H / d _max )
In the present invention, the d _H and d _max have a relationship of 0.65 ≦ d _H / d _max ≦ 0.80. The reason for this will be described with reference to FIG.
FIG. 3 shows the wheel rigidity when FEM analysis is performed on the wheel having the shape shown in FIG. The FEM analysis was performed by modeling a stiffness test using a “rotary bending durability test” test machine defined in JIS D 4103. The position of the hat portion (d _H / d _max value) on the disk was varied, and the rigidity of the disk was calculated.
The main stress of the disk is calculated as follows in a stiffness test model using a test apparatus (rotary bending durability tester) defined in JIS D 4103. First, the inner rim flange is restrained, and a bending moment is applied to the mounting surface via a load arm attached to the disk surface. When the value of the bending moment is increased from 0 to a specified value, the relationship between the bending angle θ (corresponding to the deflection angle of the central axis and the load arm) θ and the moment M becomes almost linear. The slope of this straight line is called wheel stiffness (wheel stiffness), and its unit is expressed in Nm / rad.
From this figure, it was found that the wheel rigidity was the highest at d _H / d _max = 0.7 to 0.75, and the wheel rigidity was reduced outside this range.
From the above, the present inventors consider that the safety tolerance is 5%, and obtain d _H / d _{max in} which the wheel rigidity is within 95% of the maximum value from FIG. 3, and 0.65 ≦ d _H / d _max ≦ 0.80 was defined as the range.
As a result, according to FIG. 3, in the range of 0.65 ≦ d _H / d _max ≦ 0.80, the wheel rigidity is improved by 10% or more in comparison with the conventional wheel (d _H / d _max = 0.60). it can.
On the other hand, if d _H / d _max is out of the above range, the wheel rigidity cannot be significantly improved as compared with the conventional wheel.

このように、本発明によればホイール剛性が向上するので、ディスクを薄肉化して軽量化を図ることができる。又、本発明の場合、従来のホイール（d_H/ d_max=0.60程度）に比べハットがディスクの外周側へ位置するので、ハット部の内側領域（半径d_Hで決まる円）も大きくなり、ホイールキャップに立体的なデザインを付加できる部分が広がってデザイン性が向上する。
さらに、通常、ディスクのハットの高さを低くするとホイール剛性が低下するが、本発明によればそのホイール剛性の低下を補うようにd_H/d_maxを調整することにより、ホイール剛性を維持しつつハットの高さを低くすることができる。ハットの高さが低くなれば、ホイールキャップの設計自由度も向上する。 As described above, according to the present invention, since the wheel rigidity is improved, the disk can be thinned to reduce the weight. In the case of the present invention, since the hat is located on the outer peripheral side of the disk as compared with the conventional wheel (d _H / d _max = 0.60), the inner area of the hat portion (circle determined by the radius d _H ) is also increased. The design can be improved by expanding the part that can add a three-dimensional design to the wheel cap.
In addition, when the height of the disc hat is lowered, the wheel rigidity is reduced. According to the present invention, the wheel rigidity is maintained by adjusting d _H / d _max so as to compensate for the reduction of the wheel rigidity. While the height of the hat can be lowered. If the height of the hat is lowered, the design freedom of the wheel cap is improved.

（ハット高さ）
図４は、図１に示したディスクにおけるハット高さを種々に変化させ、図３と同様の方法でＦＥＭ解析を行った場合のホイール剛性を示す。
図４より、図１のハット高さ（43mm）よりハット高さを低くするとホイール剛性が低下した。従って、d_H/d_maxを調整してホイール剛性を向上させることにより、ハット高さ低減によるホイール剛性の低下を相殺すれば、ホイール剛性を低下させずにハット高さを低くすることができる。例えばまずハット高さの低減量を決め、図４のグラフの傾き（ハット高さの低減によるホイール剛性の低下割合）からホイール剛性の低下量を求めた後、この低下量を相殺するよう、図３に従って（現行のディスクの剛性に対応するd_H/d_maxを基準として）d_H/d_maxを調整すればよい。 (Hat height)
FIG. 4 shows the wheel stiffness when the hat height in the disk shown in FIG. 1 is variously changed and the FEM analysis is performed by the same method as in FIG.
From FIG. 4, when the hat height was made lower than the hat height (43 mm) in FIG. 1, the wheel rigidity was lowered. Therefore, by adjusting d _H / d _max to improve the wheel rigidity, if the reduction in the wheel rigidity due to the reduction in the hat height is offset, the hat height can be lowered without reducing the wheel rigidity. For example, first, a reduction amount of the hat height is determined, and after determining the reduction amount of the wheel stiffness from the slope of the graph of FIG. 4 (the reduction rate of the wheel stiffness due to the reduction of the hat height), D _H / d _max may be adjusted according to 3 (based on d _H / d _max corresponding to the rigidity of the current disc).

（ハット部の形状）
次に、ハット部の好ましい形状について説明する。本発明において、ディスクの中心を通る断面から見た時、ハット部内面１２ａ（ディスク１０の中心側とハット部の頂部１２ｂとの接続部分）が直線又は凹状曲線Ｃ_１になっていることが好ましい。この理由について図５を参照して説明する。
図５は、図１に示したディスクにおける曲線Ｃ_１の曲率を種々に変化させ、図３と同様の方法でＦＥＭ解析を行った場合のホイール剛性を示す。なお、この図において、R100は、曲線Ｃ_１の半径が100mmで凹状（図１と同じ形状）であることを示し、R-100は曲線Ｃ_１の半径が100mmで凸状（図１と反対で上に膨らむ形状）であることを示す。
図５より、曲線Ｃ_１がR100（凹状曲線）又はR1000（ディスクの大きさと比較して実質的に直線に近い曲線）の時にホイール剛性が最大となり、Ｃ_１が凸状になるとホイール剛性が低下することが判明した。又、Ｃ_１の曲率が大きくなる（R55）場合もホイール剛性が若干低下した。 (Hat shape)
Next, a preferable shape of the hat portion will be described. In the present invention, when viewed from the cross-section through the center of the disk, it is preferable to hat portion inner surface 12a (the connecting portion between the top portion 12b of the center side and the hat portion of the disc 10) is a straight line or a concave curve C ₁ . The reason for this will be described with reference to FIG.
Figure 5 is variously changed the curvature of the curve C ₁ in the disk shown in FIG. 1, showing the wheel rigidity in the case of performing FEM analysis in the same manner as in FIG. Incidentally, in this figure, R100 is the radius of the curve C ₁ is shown to be concave in 100mm (same shape as FIG. 1), R100 is convex radius is 100mm curve C ₁ (and FIG. 1 opposite The shape swells upward.
5 that the wheel rigidity when the curve C ₁ is R100 (concave curve) or R1000 (curve substantially near a straight line with the size comparison of the disk) is maximum, decreases wheel rigidity when C ₁ is convex Turned out to be. Further, the wheel rigidity when the curvature of C ₁ is increased (R55) is lowered slightly.

さらに、図５のグラフの各点を二次曲線で近似したところ、式
ｙ＝-280630185894ｘ²+25604338000ｘ+440057370
が得られた（ｙはホイール剛性、ｘは曲線Ｃ_１の半径の逆数を表す）。
この式より、一般に要求される要求ホイール剛性値である4.00×10⁸Nmm/rad以上を確保できるための曲線Ｃ_１の曲率（曲線Ｃ_１の半径の逆数）を求めたところ以下のようになった。
まず、上記要求ホイール剛性値のばらつき（ホイール剛性値の実測値に対する解析値の誤差、及びディスクの製造によるばらつき）として５％を勘案した場合（つまり、ホイール剛性値として上記要求値より５％大きい値を見積もる場合）、曲線Ｃ_１の好ましい曲率は、-5.04x10^-3〜1.42x10^-2/mmとなった。なお、曲率のマイナス符号は、曲線Ｃ_１が凸状（図１で上に膨らむ形状）であることを示す。
同様に、ばらつきを７％とした場合、曲線Ｃ_１の好ましい曲率は、-3.42x10^-3〜1.25x10^-2/mmとなり、ばらつきを９％とした場合、曲線Ｃ_１の好ましい曲率は、-1.38x10^-3〜1.05x10^-2/mmとなった。 Furthermore, when each point of the graph of FIG. 5 is approximated by a quadratic curve, the equation y = −280630185894 × ² + 25604338000 × + 440057370
It was obtained (y wheel stiffness, x is representative of the radius of the inverse of the curve C _1).
From this equation, generally is as follows was determined curvature of the curve C ₁ for can be secured to the requested wheel is rigid value 4.00 × 10 ⁸ Nmm / rad or more requests (radius of the reciprocal of the curve C ₁₎ It was.
First, when 5% is considered as a variation in the required wheel stiffness value (an error in the analysis value with respect to an actual measurement value of the wheel stiffness value and a disc manufacturing variation) (that is, the wheel stiffness value is 5% larger than the required value). When the value is estimated), the preferable curvature of the curve C ₁ is −5.04 × 10 ^{−3 to} 1.42 × 10 ⁻² / mm. Incidentally, the minus sign of the curvature indicates that the curve C ₁ is convex (shape bulging upward in FIG. 1).
Similarly, when the variation is 7%, the preferable curvature of the curve C ₁ is −3.42 × 10 ^{−3 to} 1.25 × 10 ⁻² / mm, and when the variation is 9%, the preferable curvature of the curve C ₁ is − It became 1.38x10 ^-3 ~1.05x10 ^-2 / mm.

これらのことより、曲線Ｃ_１を上記曲率の円弧とすることが好ましい。又、曲線でなく、直線又は直線に近い形状としてもよい。ここで直線に近い形状とは、完全な直線の他、上記曲率の値が非常に小さい値である場合も含み、ホイール剛性が低下しない限りよいものとする。
さらに、曲線Ｃ_１を円弧でなく、３次関数等の高次関数で表される滑らかな曲線としてもよい。但し、この滑らかな曲線は、変曲点Ｐ_１と変曲点Ｐ_２とをそれぞれ通り-5.04x10^-3/mmで表される曲率の第１の円弧と、1.42x10^-2/mmで表される曲率の第２の円弧とで挟まれる領域内に存在する必要がある。上記滑らかな曲線が第１及び第２の円弧で挟まれる領域内に存在すれば、実質的に上記曲率の円弧と同様のホイール剛性を確保できるからである。 From these things, the curve C ₁ is preferably a circular arc of the curvature. Further, it may be a straight line or a shape close to a straight line instead of a curve. Here, the shape close to a straight line includes a complete straight line as well as a case where the value of the curvature is a very small value, and is good as long as the wheel rigidity is not lowered.
Further, the curve C _1, not a circular arc, or as a smooth curve expressed by high-order function, such as a cubic function. However, tables in the smooth curve comprises a first arc of curvature represented by the inflection point P ₁ and the inflection point P ₂ and the -5.04x10 ^-3 / mm respectively as, 1.42x10 ^-2 / mm It is necessary to exist in a region sandwiched by the second arc of the curvature to be performed. This is because, if the smooth curve exists in a region sandwiched between the first and second arcs, it is possible to substantially ensure the same wheel rigidity as that of the arc of curvature.

（変曲点Ｐ_１の高さ）
本発明においては、ハブ取付け面から変曲点Ｐ_１までの高さは、20.0mm以下であることが好ましい。この理由について図６を参照して説明する。
図６は、図１に示したディスクにおけるハブ取付け面から変曲点Ｐ_１までの高さを種々に変化させ、図３と同様の方法でＦＥＭ解析を行った場合のホイール剛性を示す。
図６より、ハブ取付け面から変曲点Ｐ_１までの高さが小さくなるほど、ホイール剛性が低下する傾向にあることが判明した。そして、図６に基づいて、一般に要求される要求ホイール剛性値である4.00×10⁸Nmm/rad以上を確保し、かつホイール剛性値のばらつきとして５％を勘案した場合、ハブ取付け面から変曲点Ｐ_１までの高さが20.0mm以下であれば上記要求ホイール剛性値を確保できるため、ハブ取付け面から変曲点Ｐ_１までの高さを20.0mm以下に規定した。 (The height of the inflection point _{P 1)}
In the present invention, the height from the hub mounting surface to the inflection point P ₁ is preferably less 20.0 mm. The reason for this will be described with reference to FIG.
Figure 6 is variously changed the height from the hub mounting surface to the inflection point P ₁ in the disc shown in FIG. 1, showing the wheel rigidity in the case of performing FEM analysis in the same manner as in FIG.
From FIG. 6, as the height from the hub mounting surface to the inflection point P ₁ decreases, the wheel stiffness was found to tend to decrease. Based on FIG. 6, when the required wheel stiffness value of 4.00 × 10 ⁸ Nmm / rad or more, which is generally required, is secured and 5% is considered as the variation in the wheel stiffness value, the inflection from the hub mounting surface the height of the point P ₁ is capable of ensuring the required wheel stiffness value equal to or smaller than 20.0 mm, defining the height from the hub mounting surface to the inflection point P ₁ below 20.0 mm.

本発明は、通常、ホイール径１２〜２２インチの２ピース構造ホイールに適用することができるが、望ましくは、ホイール径１３〜２０インチ、更に望ましくはホイール径１３〜１８インチの２ピース構造ホイールに好適に適用することができる。
また、本発明の２ピース構造ホイールにおいて、ボルト穴ピッチ円直径は、ＪＩＳＤ４２２０「自動車用ディスクホイールの取付方法及び寸法」の表２、表３に規定されるいずれの場合のものも適用できるが、望ましくは114.3ｍｍピッチ以下のものである。 The present invention can be generally applied to a two-piece structure wheel having a wheel diameter of 12 to 22 inches, preferably a wheel diameter of 13 to 20 inches, more preferably a two-piece structure wheel having a wheel diameter of 13 to 18 inches. It can be suitably applied.
Further, in the two-piece structure wheel of the present invention, the bolt hole pitch circle diameter can be applied to any of the cases defined in Tables 2 and 3 of JIS D 4220 “Mounting method and dimensions of an automotive disk wheel”. However, the pitch is preferably 114.3 mm or less.

図７は、図１と異なる形状のディスクであり、曲線Ｃ_１の半径が25mmで凹状（図１と同じ形状）であるディスクの断面形状を示す。なお、この図では、ディスクの中心から右側部分のみを記載しているが、ディスクを中心として左側部分が対称に表されるので左側部分の記載を省略する。
図７（ａ）はハット頂部１２０ｂを有し、この頂部高さが高いので乳首型と称される。図７（ｂ）はディスク面に平行な平坦部１３０ｄ、ハット頂部１３０ｂを有するので平坦型と称される。図７（ｂ）のタイプは、ボルト孔近傍のディスク面から外側（図７の上側）に立ち上がる立上り部１３０ｅと平坦部１３０ｄが接続し、平坦部１３０ｄからハット部内面１３０ａが外側に突出している。
なお、本発明において「平坦部」とは、ボルト孔近傍のディスク面から外側（図６の上側）に立ち上がる立上り部１３０ｅより外周側の領域をいい、ディスク中心からボルト孔近傍までのディスク面は除外する。つまり、ボルト孔近傍に平坦部を設けることは差し支えない。 Figure 7 is a disk with different shapes FIG. 1 shows a cross-sectional shape of the disk is concave (same shape as FIG. 1) at radius 25mm of the curve C _1. In this figure, only the right part from the center of the disk is shown, but the left part is shown symmetrically with the disk as the center, so the description of the left part is omitted.
FIG. 7 (a) has a hat top 120b, and this top height is high, so it is called a nipple shape. FIG. 7B is called a flat type because it has a flat portion 130d parallel to the disk surface and a hat top portion 130b. In the type shown in FIG. 7B, the rising portion 130e rising from the disk surface near the bolt hole to the outside (upper side in FIG. 7) and the flat portion 130d are connected, and the hat inner surface 130a protrudes outward from the flat portion 130d. .
In the present invention, the “flat portion” means a region on the outer peripheral side from the rising portion 130e rising outward (upper side in FIG. 6) from the disk surface near the bolt hole, and the disk surface from the disk center to the vicinity of the bolt hole is exclude. That is, a flat part may be provided in the vicinity of the bolt hole.

ここで、上記図７（ａ）、（ｂ）のタイプのディスク、及び図１のタイプのディスクにおいてd_H/d_maxの値が本発明の規定範囲外であるもの（発明品比較型のディスク）について、ディスク外径（１４インチ）とハット高さ（４３mm）を同一とし、図３と同様の方法でＦＥＭ解析を行った。その結果を表１に示す。 7 (a) and 7 (b) and the disk of FIG. 1 type, the d _H / d _max value is outside the specified range of the present invention (invention product comparison type disk). ), The disk outer diameter (14 inches) and the hat height (43 mm) were the same, and FEM analysis was performed in the same manner as in FIG. The results are shown in Table 1.

表１から明らかなように、本発明例（図１のタイプ）のホイール剛性は4.41x10⁸Nmm/rad、乳首型（図７（ａ））のホイール剛性は1.01x10⁸Nmm/rad、平坦型（図７（ｂ））のホイール剛性は1.37x10⁸Nmm/rad、発明品比較型のホイール剛性は3.52 x10⁸Nmm/radとなり、いずれも本発明のホイールに比べてホイール剛性が低下した。これらのことより、ホイール剛性を向上させるためには、ハット頂部の位置としてd_H/d_maxがを０．６５以上とし、さらに曲線Ｃ_１の曲率を1.42x10^−２/mm以下とするとともに、ハブ取付け面からの変曲点Ｐ_１の高さを２０．０mm以下とすることが好ましいことが判明した。 As is clear from Table 1, the wheel rigidity of the present invention example (type of FIG. 1) is 4.41 × 10 ⁸ Nmm / rad, and the nipple type (FIG. 7A) has a wheel rigidity of 1.01 × 10 ⁸ Nmm / rad, flat type. wheel stiffness (FIG. 7 (b)) 1.37x10 ⁸ Nmm / rad, wheel stiffness inventions comparison type 3.52 x10 ⁸ Nmm / rad, and the wheel stiffness than either the wheel of the present invention is lowered. From these facts, in order to improve the wheel rigidity, d _H / d _max is 0.65 or more as the position of the top of the hat, and the curvature of the curve C ₁ is 1.42 × 10 ⁻² / mm or less, the inflection point height of P ₁ from the hub mounting surface that is preferably not more than 20.0mm has been found.

本発明の実施形態に係る車両用スチールホイールの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the steel wheel for vehicles which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る車両用スチールホイールを示す正面図である。It is a front view showing the steel wheel for vehicles concerning the embodiment of the present invention. 図１に示す形状のホイールについてＦＥＭ解析を行った場合のホイール剛性を示す図である。It is a figure which shows the wheel rigidity at the time of performing FEM analysis about the wheel of the shape shown in FIG. ハット高さを種々に変化させてＦＥＭ解析を行った場合のホイール剛性を示す図である。It is a figure which shows the wheel rigidity at the time of performing FEM analysis by changing hat height variously. 曲線Ｃ_１の曲率を種々に変化させ、ＦＥＭ解析を行った場合のホイール剛性を示す図である。Variously changing the curvature of the curve C _1, a diagram illustrating a wheel rigidity in the case of performing FEM analysis. 変曲点Ｐ_１の高さを種々に変化させ、ＦＥＭ解析を行った場合のホイール剛性を示す図である。The height of the inflection point P ₁ is changed variously, a diagram showing the wheel rigidity in the case of performing FEM analysis. 図１と異なるディスクの断面形状を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional shape of the disc different from FIG. 従来の車両用スチールホイールにホイールキャップを被せた場合の態様を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the aspect at the time of putting the wheel cap on the conventional steel wheel for vehicles.

Explanation of symbols

２リム
２ａ外側サイドウォール
２ｂ湾曲部
２ｃ（外側）ドロップ部
５嵌合部の外側部分
１０ディスク
１０ａ（ディスクの）フランジ
１２ハット部
１２ａハット部内面
１２ｂハット部の頂部
１２ｃハット部外面
d_H ディスクの中心からハット部の頂部までの距離
d_max ディスクの中心からフランジの外周までの距離
Ｃ_１凹状曲線
Ｃ_２頂部曲線
Ｃ_３立上り面を構成する曲線
Ｐ_１ディスクの中心側から立ち上がる部分の変曲点
Ｐ_２ハット部の頂部近傍に位置する変曲点 2 Rim 2a Outer side wall 2b Curved part 2c (Outside) Drop part 5 Outer part of fitting part 10 Disc 10a (Disc) flange 12 Hat part 12a Hat part inner surface 12b Top part of hat part 12c Hat part outer surface
d Distance from the center of the _H disk to the top of the hat
d _max Distance from the center of the disk to the outer periphery of the flange C ₁ Concave curve C ₂ Top curve C ₃ Curve constituting the rising surface P ₁ Inflection point of the part rising from the center side of the disk P ₂ Located near the top of the hat Inflection point

Claims

Possess a rim having a drop section to be reduced in diameter from the outer side wall portion via a curved portion, a flange formed by folding inwardly along the outer edges in the axial direction, and a disk made of steel, titanium, or titanium alloy A vehicle wheel formed by fitting and welding the outer peripheral surface of the drop part and the outer peripheral surface of the flange,
A hat portion projecting outward from the surface of the disk and having a ring shape concentric with the disk;
When viewed from a cross section passing through the center of the disk, a convex curve that forms a rising surface at a portion from the center side of the disk toward the outer diameter side, and _one connecting the rising surface and the inflection point P1 . a hat portion inner surface consisting of straight or concave curve, a top consisting of a convex curve having a predetermined curvature to connect directly with the hat portion inner surface and the inflection point P _2, the hat portion outer surface from falling toward the said top to the outside of said disk And
There is a relationship of 0.65 ≦ d _H / d _max ≦ 0.80 between the distance d _H from the center of the disk to the top of the hat portion and the distance d _max from the center of the disk to the outer periphery of the flange. A vehicle wheel characterized by the following.

The height of the inflection point P ₁ is equal to or less than 20.0mm from the hub mounting surface,
And the hat portion inner surface, and a straight line wherein P ₁ and P ₂ and the Ru respectively through, that it is a smooth curve that exists sandwiched by the area in an arc of curvature represented by 1.42x10 ^-2 / mm The vehicle wheel according to claim 1.