JP2006347477A

JP2006347477A - 車両用ホイール

Info

Publication number: JP2006347477A
Application number: JP2005178878A
Authority: JP
Inventors: Seiji Ishikawa; 清二石川
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2005-06-20
Publication date: 2006-12-28

Abstract

【課題】ホイールの重量を増加させることなく、スポーク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。
【解決手段】タイヤのビード部が着座するリム部１１とディスク部１２のハブ部１３とを連結する複数本のスポーク１４のディスク意匠面１２ａ側のそれぞれに、凹部１５を形成して、上記各スポーク１４の中央部の厚さを端部側の厚さよりも薄くするとともに、上記スポーク１４の幅方向中央部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た。
【選択図】図１

Description

本発明は、リム部とハブ部とを連結する複数のスポークを有するディスク部を備えた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、上記固有振動周波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１参照）。
図７（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５２ｓ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を最大になるので、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。
特開２００２−２９３１０１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、上記ホイール５０では、では、軽量化のため、スポーク５３を一対のスポーク部５３Ａ，５３Ｂから構成して、スポーク部５３Ａ，５３Ｂ間に大きな空隙部５３Ｓを設けるようにしているが、このようにスポーク５３を分離すると、スポーク５３のねじり剛性や周方向の剪断剛性が低くなるだけでなく、スポーク５３全体の断面二次モーメントも小さくなってしまうため、所定の剛性を確保するためには、上記補強部５３Ｍの体積を大きくとる必要がある。したがって、上記構成のホイール５０では、ホイール重量を増加させずに固有振動周波数を十分に高めることは困難であると考えられる。

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、スポーク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、スポークの変形には、上記スポークの面外曲げ剛性の寄与だけでなく、スポークのねじり剛性や周方向の剪断剛性の寄与も大きいことから、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よりは、スポークの幅方向の厚みについても考慮し、各剛性スポークの各剛性（面外曲げ剛性、ねじり剛性、周方向の剪断剛性）をバランスよく高め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複数のスポークを備えたディスク部とを有する車両用ホイールであって、上記スポークの幅方向における中央部の厚さを端部側の厚さよりも薄くし、かつ、上記中央部の厚さを上記ハブ部から離れるにつれて薄く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であって、上記スポークのディスク意匠面側に凹部を設けて、上記スポークの横断面における中央部の厚さを端部側の厚さよりも薄くしたものである。
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、上記スポーク幅方向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。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の車両用ホイールにおいて、上記スポークの意匠面側とは反対側の面である裏面側に薄肉部を設けるとともに、スポークの横断面における意匠面側のスポーク幅Ｗｔと意匠面側とは反対側のスポーク幅Ｗｂとの関係が、１．２≦（Ｗｂ／Ｗｆ）≦２．０となるように、上記薄肉部の幅を設定したものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の車両用ホイールにおいて、上記ホイールのディスク意匠面をリム部よりも車体外側に突出させたものである。

本発明によれば、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複数のスポークを備えたディスク部とを有する車両用ホイールにおいて、上記スポークのディスク意匠面側に凹部を設けるなどして、上記スポークの横断面における中央部の厚さを端部側の厚さよりも薄くし、かつ、上記中央部の厚さを上記ハブ部から離れるにつれて薄くすることにより、スポークの面外曲げ剛性、ねじり剛性、周方向の剪断剛性をバランスよく高めて、スポークの各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容易にかつ効果的に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は車軸を取付けるハブ部１３と複数のスポーク１４とから成るディスク部で、本例では、スポーク１４のディスク意匠面１２ａ側に凹部１５を形成して、上記各スポーク１４の中央部の厚さを端部側の厚さよりも薄くするとともに、上記スポーク１４の幅方向中央部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することにより、ホイール１０の重量を増加させることなく、スポーク１４の面外曲げ剛性、ねじり剛性、周方向の剪断剛性をバランスよく高めて、スポークの各固有振動周波数を効果的に高めることができるようにしている。
本例では、ホイール１０の重量を増加させることなく、スポーク１４の面外曲げ剛性を高めるため、図２に示すように、上記スポーク１４の幅方向中央部の厚さを、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が、このとき、スポーク１４長手方向の厚さ（詳細には、スポーク１４の幅方向中央部の厚さ）が最も厚い、ハブ部１３側の厚さをＳ１とし、厚さの最も薄い部分であるリム部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、スポーク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、ホイール１０の重量を増加させずに固有振動周波数を高めることが困難となる。

また、図３は、上記スポーク１４の断面図で、（ａ）図はリム部１１側の断面図（図１のＡ−Ａ断面図）、（ｂ）図はハブ部１３側の断面図（図１のＢ−Ｂ断面図）である。本例では、上記スポーク１４の幅方向端部側の厚さを厚くして、ねじり剛性及び周方向の剪断剛性を高めるとともに、ホイール１０の重量を増加させないようにするため、スポーク１４のディスク意匠面１２ａ側に、例えば、（ａ）図に示すような、断面形状が多角形（ここでは、三角形）の凹部１５ａや、ディスク意匠面１２ａ側に中心を持つ球の一部を形成する凹部１５ｂなどを設けるとともに、上記各スポーク１４の裏面１２ｂ側（上記ディスク意匠面１２ａとは反対側）に、薄肉部１６を設けて、上記各スポーク１４の動きを規制することにより、ねじり剛性及び周方向の剪断剛性を更に高めるようにしている。これにより、ホイール１０の重量を増加させることなく、スポーク１４の面外曲げ剛性、ねじり剛性、周方向の剪断剛性をバランスよく高めて、スポーク１４の各固有振動周波数を効果的に高めることができる。
このとき、上記薄肉部１６の厚さｔは１〜３ｍｍの範囲とすることが好ましく、上記厚さｔが１ｍｍ未満ではスポーク１４の動きを十分に規制することができず、一方、３ｍｍを超えると、重量増化が大きくなるので、１〜３ｍｍの範囲とするのがよい。

また、スポーク１４の横断面におけるディスク意匠面１２ａ側のスポーク幅をＷｆ、上記意匠面１２ａ側とは反対側のスポーク幅Ｗｂとしたとき、幅比（Ｗｂ／Ｗｆ）を、１．２≦（Ｗｂ／Ｗｆ）≦２．０となるよう設定することが好ましい。これは、幅比（Ｗｂ／Ｗｂ）が１．２未満であると上記薄肉部１６はスポーク１４とほぼ一体で動くので、上記スポーク１４の動きを十分に規制することができない。逆に、上記幅比（Ｗｂ／Ｗｆ）が２．０を超えると、薄肉部１６の変形が大きくなってスポーク１４の固有振動周波数が低下してしまうので、上記幅比（Ｗｂ／Ｗｂ）を１．２〜２．０とすることが好ましい。
更に、本例では、上記ディスク部１２をリム部１１からはみ出させるようにすることで、同じホイール重量に対して、効果的に固有振動周波数を高めることができる。なお、上記は見出し量Ｈは、０．５〜５ｍｍとすることが好ましく、０．５ｍｍ未満では固有振動周波数の増加が少ないので効果が小さく、また、５ｍｍを超えると、上記のような、凹部１５（凹部１５ａ，１５ｂ）の形成などのホイール１０の作製工程が複雑となる。

このように、本最良の形態によれば、タイヤのビード部が着座するリム部１１とディスク部１２のハブ部１３とを連結する複数本のスポーク１４のディスク意匠面１２ａ側のそれぞれに、凹部１５を形成して、上記各スポーク１４の中央部の厚さを端部側の厚さよりも薄くするとともに、上記スポーク１４の幅方向中央部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たので、ホイール１０の重量を増加させることなく、スポーク１４の面外曲げ剛性、ねじり剛性、周方向の剪断剛性をバランスよく高めて、スポーク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、スポーク１４のハブ部１３側の厚さをＳ１としリム部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の範囲になるようすれば、固有振動周波数を更に効果的に高めることできる。
更に、上記スポーク１４の裏面１２ｂ側に薄肉部１６を設けたり、上記ディスク部１２をリム部１１からはみ出させるようにすれば、ホイールの固有振動周波数を更に増加させることができる。

なお、上記実施の形態では、５本のスポークを備えた車両用ホイール１０について説明したが、これに限るものではなく、本発明は、スポークの本数や、スポーク形状あるいはハブ部の形状が異なる他の車両用ホイールにも適用可能である。
また、上記例では、ディスク意匠面１２ａ側でリム部１１側に、断面が三角形状の凹部１５ａを設け、バブ部１３側にディスク意匠面１２ａ側に中心を持つ球の一部を形成する凹部１５ｂを設けるなどしたが、凹部１５の形状や大きさについては、特に限定されるものではなく、例えば、スポーク１４の長手方向に延長する断面が半円状の溝などのような単純な形態のものであってもよい。要するに、スポークに、スポークの幅方向端部側の厚さが幅方向中央部の厚さよりも厚く、かつ、ホイールの重量を増加させないような凹部が形成されていればよい。

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、スポーク形状の異なる車両用ホイールをそれぞれ試作し、これらのホイールの重量及び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った。各ホイールの諸元と測定結果とを図４の表に示す。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、スポークの厚さをハブ部から離れるにつれて薄くしたもので、スポークの厚さ比率（Ｓ２／Ｓ１）は０．３５である。
また、本発明による実施例のホイールは、重量を上記従来例と同じに保ちながら、上記厚さ比率（Ｓ２／Ｓ１）を０．２とするとともに、ｔ＝３ｍｍの薄肉部を設けたもので、上記薄肉部とホイールとの幅比は（Ｗｂ／Ｗｆ）＝１．５である。
一方、比較例のホイールは、重量を上記従来例と同じに保ちながら、上記厚さ比率（Ｓ２／Ｓ１）を０．０９と小さくして、ハブ部側の断面二次モーメントを更に大きくしたものである。
図５は各ホイールの共振特性を比較したグラフで、図６車内音の測定結果を示すグラフである。図４の表に数値で示すように、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１９Ｈｚ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１．１ｄＢ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２Ｈｚと小さく、車内騒音も０．３ｄＢしか減少しなかった。
このように、スポークの中央部の厚さを端部側の厚さよりも薄くした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、スポーク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。本最良の形態に係るホイールの縦断面図である。本最良の形態に係るスポーク部のＡ−Ａ断面図とＢ−Ｂ断面図である。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。

符号の説明

１０車両用ホイール、１１リム部、１２ディスク部、１２ａディスク意匠面、１２ｂディスク裏面、１３バブ部、１４ホイール、１５，１５ａ，１５ｂ凹部、
１６薄肉部。

Claims

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複数のスポークを備えたディスク部とを有する車両用ホイールにおいて、上記スポークの幅方向における端部側の厚さを中央部の厚さよりも厚くし、かつ、上記中央部の厚さを上記ハブ部から離れるにつれて薄くしたことを特徴とする車両用ホイール。
上記スポークのディスク意匠面側に凹部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の車両用ホイール。
上記ディスク部幅方向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または請求項２に記載の車両用ホイール。
上記スポークの意匠面側とは反対側の面である裏面側に薄肉部を設けるとともに、スポークの横断面における意匠面側のスポーク幅Ｗｔと意匠面側とは反対側のスポーク幅Ｗｂとの関係が、１．２≦（Ｗｂ／Ｗｆ）≦２．０となるように、上記薄肉部の幅を設定したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の車両用ホイール。
上記ホイールのディスク意匠面をリム部よりも車体外側に突出させたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の車両用ホイール。