JP2006347476A - 車両用ホイール - Google Patents

Abstract

【課題】 ホイールの重量を増加させることなく、ディスク部の固有振動周波数を高めて、車内騒音の原因となるロードノイズを低減することのできる構成の車両用ホイールを提供する。
【解決手段】 車両用ホイール１０を、タイヤのビード部が着座するリム部１１と、車軸を取付けるハブ部１３及びハブ部１３と上記リム部１１とを連結するディスク部１４とから成るホイールディスク１２とから構成するとともに、上記ディスク部１４の厚みを、径方向については、上記ハブ部１３から離れるにつれて薄くするとともに、周方向については一様な厚さとした。
【選択図】 図１

Description

本発明は車両用ホイールに関するもので、特に、ホイールの軽量化とホイールの固有振動に起因するロードノイズの低減とを実現するための車両用ホイールの構造に関する。

近年、自動車の燃費低減のため、車両の軽量化が図られており、ホイールの素材についても軽量なアルミニウムやアルミニウム合金が使用されている。しかし、このようなホイールの軽量化は、一方で、ロードノイズを悪化させる原因の一つとなっている。上記ロードノイズは、自動車が荒れた路面を走行する際に、路面の微小な凹凸によって加振されたタイヤの弾性振動がホイールからサスペンションを伝わって車体の床や天井を振動させ、周波数領域が約１００〜５００Ｈｚの車内騒音となるもので、ホイールを軽量化すると、ホイールは動き易くなるため、上記のような車内騒音は増大する。ホイールは一般に３００〜６００Ｈｚ付近に共振ピークを持つことから、上記車内騒音の原因の一つが上記ホイールの固有共振モードによるものであることが知られている。
このようなロードノイズを低減する方法としては、タイヤ側では、タイヤのベルト剛性を上げたり、トレッドゴム厚を厚くするなどの対策が行われており、車体側では、サスペンションにゴムブッシュや吸音板などの制振材を取付ける方法などは行なわれているが、これらの対策では、ホイールの共振に起因する振動については十分に低減することはできなかった。

そこで、上記ホイールの共振モードの固有振動周波数を高めることにより、上記固有振動数よりも低周波の帯域での振動レベルを低減して車内騒音を低減させる方法が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
図６（ａ），（ｂ）は、上記従来のホイールの一構成例を示す図で、このホイール５０は、タイヤのビード部が着座するリム部５１と、その中央部に車軸を取付けるためのハブ孔５２ａを有するホイールセンター部（以下、ハブ部という）５２とを複数のスポーク５３により連結したもので、上記ハブ孔５２ａの周囲に穿孔されたハブボルト孔５２ｂの両側に一対のスポーク部５３Ａ，５３Ｂを配設するとともに、これらのスポーク部５３Ａ，５３Ｂに補強部５３Ｍを肉付けすることにより、同図の破線で示す従来のスポーク厚さに対して、上記スポーク部５３Ａ，５３Ｂの厚さが、ハブ部５２に近い程厚くなるようにしている。これにより、上記スポーク部５３Ａ，５３Ｂではハブ部５２側の断面二次モーメントが最大になるので、上記スポーク部５３Ａ，５３Ｂの面倒れ振動に４００Ｈｚ以上の剛性を持たせることができる。したがって、ホイール５０の共振モードの固有振動周波数を高めることができ、車内騒音を低減させることができる。

また、図７（ａ），（ｂ）は、従来のホイールの他の構成例を示す図で、このホイール６０は、リム部６１とハブ部６２とを複数のスポーク６３により連結するとともに、隣接するスポーク６３，６３同士を薄肉プレート６４により連結したもので、上記ハブ部６２と複数のスポーク６３と薄肉プレート６４とによりディスク部６５を構成する。上記ホイール６０では、ホイール重量をＭ、リム呼び幅をＷ、リム呼び径をＤとしたとき、以下の式（１）に用いられる軽量化の度合を示す指標Ｋを、０．３５〜０．５５に制限するとともに、上記薄肉プレート６４と上記リム部６１との間に設けられたディスク空隙部６５Ｓの面積を、上記ディスク空隙部６５Ｓがない場合の仮想円の面積の２５％以下に規制することにより、ホイール６０の共振周波数を高めるようにしたものである。
Ｍ＝Ｋ×（Ｗ＋Ｄ−１０）‥‥（１）
すなわち、ディスク部６５のディスク空隙部６５Ｓを有する部分では剛性が相対的に低く捩れ変形し易いが、上記構成のホイール６０においては、上記薄肉プレート６４により各スポーク６３の動きを拘束するとともに、上記ディスク空隙部６５Ｓの面積を２５％以下とすることにより、ホイール６０全体の共振周波数を高めることができるようにしたので、上記ホイール６０の共振に起因する車内騒音を低減することができる。
特開２００２−２９３１０１号公報 特開２００２−２７４１０３号公報

しかしながら、上記従来のホイール５０では、補強部５３Ｍの付加による質量増加のため、ホイール重量が増加してしまうだけでなく、スポーク５３のねじり剛性や周方向の剪断剛性について考慮されていないことから、ホイール５０の共振に起因する振動を十分に低減することができないといった問題点があった。
また、上記薄肉プレート６４を設けた従来のホイール６０では、薄肉プレート６４の厚さが２ｍｍと、上記スポーク６３の約（１／１０）程度の厚さであるので、上記スポーク６３の動きを効果的に拘束することは困難である。したがって、ホイール６０全体の共振周波数を高めるためには上記薄肉プレート６４を更に厚くする必要があり、そのため、ホイール重量が増加してしまうといった問題点があった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、ホイールの重量を増加させることなく、ディスク部の固有振動周波数を高めて、車内騒音の原因となるロードノイズを低減することのできる構成の車両用ホイールを提供することを目的とする。

本発明者らは、ホイールの固有振動モードにおけるスポークの変形について鋭意検討した結果、ホイールの固有振動周波数を効果的に高めるためには、単にスポークのハブ部側断面二次モーメントを大きくして面外曲げ剛性を大きくするだけでなく、スポークの動きを十分に拘束する必要があり、このためには、単にスポーク同士を薄肉プレートで連結するのではなく、リム部とハブ部とをディスクのみで連結して、ホイールの周方向位置での厚みを均一にする必要があることを見出し本発明に至ったものである。
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、自動車用タイヤのビード部が着座するリム部と、車軸を取付けるハブ部と、上記リム部とハブ部とを連結するディスク部とを有する車両用ホイールであって、上記ディスク部の厚みを、径方向については、上記ハブ部から離れるにつれて薄くするとともに、周方向については、一定の厚さ、あるいは、表面または裏面側に上記ディスクの厚みの１／３以下の凹凸を有するほぼ一様な厚さとしたことを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両用ホイールにおいて、上記ディスク部の厚みの最も厚い部分の厚さをＳ１とし、最も薄い部分の厚さをＳ２としたときに、上記Ｓ１とＳ２との比率を０．１≦（Ｓ２／Ｓ１）≦０．３の範囲としたものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の車両用ホイールにおいて、上記ディスク部に空隙部を設けるとともに、上記ディスク部を車軸方向に平行な方向から見たときの、上記ディスク部の空隙部の面積を、上記ディスク部に空隙部がない場合のディスク部の面積の１０％以下としたものである。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の車両用ホイールにおいて、上記空隙部を、ディスク部のリム部との接合部側に設けたものである。

本発明によれば、車両用ホイールを、リム部とハブ部と、上記リム部とハブ部とを連結するディスク部とから構成するとともに、上記ディスク部の厚みを、径方向については、上記ハブ部から離れるにつれて薄くするとともに、周方向についてはほぼ一様な厚さとして、ホイールの固有振動周波数を効果的に高めるようにしたので、ホイールの重量を増加させることなく、車内騒音の原因となるロードノイズを低減することができる。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１（ａ），（ｂ）は、本最良の形態に係る車両用ホイール１０を示す図で、各図において、１１はタイヤのビード部が着座するリム部、１２は車軸を取付けるためのハブ孔１３ａ及び上記ハブ孔１３ａの周囲に設けられたハブボルト孔１３ｂを有するハブ部１３と、このハブ部１３と上記リム部１１とを連結するディスク部１４とから成るホイールディスク、１５は上記ディスク部１４の上記リム部１１との接合部側に設けられた空隙部で、本例では、上記ディスク部１４の厚さを、径方向については、上記ハブ部１３から離れるにつれて薄くなるように設定し、周方向については一定の厚さに設定するとともに、上記ディスク部１４を車軸方向に平行な方向から見たときの上記空隙部１５の面積、すなわち、図１（ａ）における空隙部１５の総面積を、上記ディスク部１４に空隙部がない場合のディスク部１４の面積の１０％以下となるようにしている。
すなわち、本発明のホイール１０では、円盤状のディスク部１４の断面二次モーメントを大きくしてディスク部１４の面外曲げ剛性を高めるため、上記ディスク部１４のハブ部１３側の厚さを厚くしているが、ホイール１０の重量を増加させないため、その厚さを、上記ハブ部１３から離れるにつれて薄くなるようにしている。
このとき、厚さが最も厚い、ハブ部１１側の厚さをＳ１とし、厚さの最も薄いリム部１１側の厚さをＳ２としたとき、上記Ｓ１と上記Ｓ２との比率である厚さ比率を０．１≦（Ｓ２／Ｓ１）≦０．３の範囲になるようにすることが肝要である。これは、上記厚さ比率（Ｓ２／Ｓ１）が０．１未満であると、ディスク部１４のリム部１１側の厚さが薄過ぎてホイール１０の強度が低下してしまうからである。逆に、上記厚さ比率（Ｓ２／Ｓ１）が０．３を超えると、ディスク部１４の肉厚変化が少なくなるため、ディスク部１４全体の重量、すなわち、ホイール１０の重量を増加させることなく固有振動周波数を高めることが困難となる。

また、本例では、上記ディスク部１４の周方向の厚さを一様にしている。
上記従来のホイール６０においては、図２に示すように、スポーク６３の厚みをＴ_sとし、薄肉プレート６４の厚みをＴ_pとすると、ディスク部６５のホイール中心を原点としたときの任意の位置（ｒ，θ）における厚みであるディスク部６５のゲージＴは、上記ｒを一定にしたとき、スポーク６３の存在する位置ではＴ＝Ｔ_s＋Ｔ_pと大きく、薄肉プレート部６４のみが存在する位置ではＴ＝Ｔ_pと小さくなる。これに対して、本例のホイール１０では、ディスク部のゲージＴ_D＝Ｔ（ｒ）はｒに依存し、ｒが大きい程小さくなるが、ｒが一定の箇所では一定となる。したがって、本例のホイール１０と上記従来のホイール６０との重量が同じ場合、本例のホイール１０は、上記隣接するスポーク６３，６３を薄肉プレート部６５で連結した従来のホイール６０に比較して、ディスク部のねじり剛性及び周方向の剪断剛性を極めて大きくすることができるので、ホイール１０のねじり剛性、周方向の剪断剛性を確実に高めることができ、ホイール１０の各固有振動周波数を効果的に高めることができる。

また、ディスク部１４に空隙部を設けると、ホイール１０の軽量化は図れるが、ディスク部１４全体が捻れ易くなるので、空隙部１５の面積は小さい程よい。この点においても、本例では、上記従来のホイール６０のようにスポーク部を有しておらず、かつ、ディスク部１４の厚みがリム部１１側で薄くなっているので、ディスク部１４の空隙部１５の面積を小さくしても、ホイール１０の重量はそれほど増加しない。但し、上記空隙部１５の面積としては、上記ディスク部１４に空隙部がない場合のディスク部１４の面積の１０％以下とすることが肝要で、これにより、ディスク部１４の剛性を損なうことなく、ホイール１０の軽量化を図ることができる。
なお、上記従来のホイール６０においても、ディスク空隙部６６Ｓの面積を、上記ディスク空隙部６６Ｓがない場合の仮想円の面積の２５％以下に規制するようにしているが、上記ホイール６０ではスポーク６３の重量が大きいため、ホイール６０の重量を増加させることなく、上記ディスク空隙部６６Ｓの面積の割合を小さくするには限界がある。

このように、本最良の形態によれば、車両用ホイール１０を、タイヤのビード部が着座するリム部１１と、車軸を取付けるハブ部１３及びハブ部１３と上記リム部１１とを連結するディスク部１４とから成るホイールディスク１２とから構成し、更に、上記ディスク部１４の厚みを、径方向については、上記ハブ部１３から離れるにつれて薄くするとともに、周方向については一様な厚さとしたので、ホイール１０の重量を増加させることなく、ホイール１０の固有振動周波数を効果的に高めることができ、車内騒音の原因となるロードノイズを低減することができる。
また、上記ディスク部１４の厚さの最も厚いハブ部１１側の厚さをＳ１とし、厚さの最も薄いリム部１１側の厚さをＳ２としたとき、上記Ｓ１と上記Ｓ２との比率である厚さ比率を０．１≦（Ｓ２／Ｓ１）≦０．３の範囲になるようにすれば、固有振動周波数を更に効果的に高めることができる。
更に、上記ディスク部１４に、その総面積が上記ディスク部１４に空隙部がない場合のディスク部１４の面積の１０％以下である複数の空隙部１５を設ければ、ホイール１０の剛性を損なうことなく、ホイール１０を軽量化することができる。

なお、上記実施の形態では、ディスク部１４の周方向の厚さを一定としたが、上記ディスク部１４のディスク意匠面側（表面側）に、断面が三角形状の凹部や、ディスク意匠面側に中心を持つ球の一部を形成する凹部などの、上記ディスク部１４の厚みの１／３以下の凹部を設けるなどしてもよい。これにより、ディスク部１４の断面二次モーメントをさほど減少させることなく、ホイール１０の軽量化を図ることができる。
また、上記例では、ディスク部１４のリム部１１との接合部側に５つの空隙部１５を設けたが、これに限定されるものではなく、空隙部１５の面積が上記ディスク部１４に空隙部がない場合のディスク部１４の面積の１０％以下であれば、空隙部１５の数や空隙部の数や形状、あるいは、空隙部の位置は任意である。但し、ホイール１０の固有振動周波数を効果的に高めるためには、空隙部１５は、本例のように、ディスク部１４のリム部１１との接合部側に設けることが好ましく、ホイール１０の対称性を考慮すると、数も４個以上であることが好ましい。

以下に、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記に限定されるものではない。
本発明の効果を確認するため、本発明による、周方向の厚みが一定で、径方向の厚みがハブ部から離れるにつれて薄いディスク部を有する車両用ホイール（実施例）と、スポークと薄肉プレーとを有するホイール（比較例）とをそれぞれ試作し、これらのホイールの固有振動周波数を測定するとともに、これらのホイールにタイヤを装着して、実車による車内騒音レベルの測定を行い、これを、スポークのみを有する従来のホイール（従来例）を用いた場合と比較した。図３は、各ホイールの諸元と測定結果を示す表で、図４は各ホイールの共振特性を比較したグラフ、図５は車内騒音の測定結果を示すグラフである。
なお、試験タイヤのタイヤサイズは、いずれも２１５／４５Ｒ１７である。また、車内騒音レベルの測定は、試験車両として２０００ｃｃクラスの乗用車を用い、荒れたアスファルト路面を車速６０ｋｍ／ｈで走行させ、２名乗車時における運転席左耳位置での音圧レベルを測定した。
従来例のホイールは、空隙比が３０％で、ホイール半径Ｒに対してｒ＝（２／３）Ｒの位置（以下、ｒ位置という）でのスポーク部の厚さは２５ｍｍである。
また、実施例のホイールは、重量は上記従来例と同じであり、上記空隙比が７％、ｒ位置での厚さは１５ｍｍである。
一方、比較例のホイールは、重量は上記従来例と同じであり、上記空隙比が７％、ｒ位置での厚さは、スポーク部では２０ｍｍ、薄肉プレート部では３ｍｍである。
図３の表、及び図４，図５のグラフに示すように、実施例のホイールは、従来例と同じ重量でありながら、固有振動周波数が従来例のホイールよりも１５Ｈｚ増加しており、車内騒音、特に、ホイールの共振に起因する１００〜５００Ｈｚの車内騒音が従来例に比較して０．９ｄＢ減少していることがわかる。一方、比較例では、固有振動周波数の増加は１０Ｈｚで、車内騒音の減少は０．６ｄＢであった。
このように、周方向の厚みが一定で、径方向の厚みがハブ部から離れるにつれて薄いディスク部を有するホイールを用いることにより、走行時の車内騒音を大幅に低減できることが確認された。

本発明によれば、ホイールの重量を増加させることなく、ホイールの各固有振動周波数を効果的に高めることができるので、車内騒音の原因となるロードノイズを容易にかつ効果的に低減することができ、車両の快適性を向上させることができる。

本発明の最良の形態に係る車両用ホイールを示す図である。 ホイールディスク部のゲージ分布を示す図である。 本発明のホイールと従来のホイールのスポーク形状と実車試験における車内騒音レベルを比較した表である。 本発明のホイールと従来のホイールの共振特性を比較したグラフである。 本発明のホイールと従来のホイールの実車試験における運転席での音圧レベルを比較したグラフである。 従来の車両用ホイールを示す図である。 従来の車両用ホイールを示す図である。

符号の説明

１０ 車両用ホイール、１１ リム部、１２ ホイールディスク、
１３ ハブ部、１４ ディスク部、１５ 空隙部。

Claims (4)

1. 自動車用タイヤのビード部が着座するリム部と、車軸を取付けるハブ部と、上記リム部とハブ部とを連結するディスク部とを有する車両用ホイールにおいて、上記ディスク部の厚みを、径方向については、上記ハブ部から離れるにつれて薄くするとともに、周方向については、一定の厚さ、あるいは、表面または裏面側に上記ディスクの厚みの１／３以下の凹凸を有するほぼ一様な厚さとしたことを特徴とする車両用ホイール。
2. 上記ディスク部の厚みの最も厚い部分の厚さをＳ１とし、最も薄い部分の厚さをＳ２としたときに、上記Ｓ１とＳ２との比率を０．１≦（Ｓ２／Ｓ１）≦０．３の範囲と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。
3. 上記ディスク部に空隙部を設けるとともに、上記ディスク部を車軸方向に平行な方向から見たときの、上記ディスク部の空隙部の面積を、上記ディスク部に空隙部がない場合のディスク部の面積の１０％以下としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用ホイール。
4. 上記空隙部を、ディスク部のリム部との接合部側に設けたことを特徴とする請求項３に記載の車両用ホイール。
   

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