JP2010100078A - 車両用ホイール - Google Patents

Abstract

【課題】騒音を低減する効果が長期にわたり維持されるメンテナンスフリーな車両用ホイールを提供することを課題とする。
【解決手段】タイヤ空気室(MC)内で副気室(SC)を形成する副気室部材(13)をウェル部(11c)の外周面上に固定した車両用ホイールであって、ホイール径方向に沿った断面視において、副気室部材(13)に設けられ副気室(SC)及びタイヤ空気室(MC)を連通する連通孔(13b)の先端部分の回転半径Ｄ２は、副気室(SC)の頂点部分の回転半径Ｄ１と等しいかこれよりも大きく構成（Ｄ１≦Ｄ２）されることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、タイヤ空気室内の気柱共鳴（空洞共鳴）に伴う騒音を低減する車両用ホイールに関するものである。

一般に、タイヤの空気室（以下、「タイヤ空気室」という。）内で生じる気柱共鳴が、自動車のロードノイズの要因となることが知られている。気柱共鳴とは、路面からタイヤに伝わるランダムな振動がタイヤ空気室内の空気を振動させ、その結果、タイヤ空気室の気柱共鳴周波数付近で共鳴現象が起こり、共鳴音が発生する現象である。

従来、この気柱共鳴に伴う騒音を低減するため、特許文献１に記載された車両用ホイールが知られている。この車両用ホイールは、リムの周方向に沿って複数の副気室を有している。更に詳しく説明すると、この車両用ホイールでは、ホイール周方向に延びるようにウェル部に立設された環状の縦壁と、ビードシート部側に向かうウェル部の立ち上り側壁との間に形成される環状の空間部分が蓋部材で塞がれている。そして、蓋部材とウェル部と縦壁とで区画されることとなるこの空間部分がホイール周方向に所定の間隔をあけて配置された複数の隔壁で仕切られることで各副気室が形成されている。また、タイヤ空気室と各副気室とは、蓋部材に形成された連通孔で連通している。この車両用ホイールによれば、連通孔と副気室とがヘルムホルツ・レゾネータを構成し、タイヤ空気室内の気柱共鳴音を低減することができる。

そして、特許文献１の発明で問題となる量産性を改善するために、本願出願人は、車両用ホイールとは別体で製造される副気室部材を、ウェル部の外周面上に配置する車両用ホイールを提案している（特願２００８−１０１７１８未公開）。
特許第３９９２５６６号明細書

ところで、タイヤ空気室には、空気の充填や経年変化によって水分が浸入してくるものである。そして、車両走行中は、温度上昇によりタイヤ空気室の水分は水蒸気になり、車両停止後は、冷却されて副気室に結露する。そして、これが繰り返されて副気室部材の内部には水分が蓄積し、副気室の容量が変化することに起因して、ヘルムホルツ・レゾネータの共鳴周波数がずれて、気柱共鳴音の低減効果が劣化する問題があった。このような場合は、副気室に溜まった水分を抜く作業が必要となる。

そこで、本発明は、メンテナンスフリーで騒音を低減する効果が長期にわたり維持される車両用ホイールを提供することを課題とする。

前記課題を解決するために本発明は、タイヤ空気室内で副気室を形成する副気室部材をウェル部の外周面上に固定した車両用ホイールであって、前記外周面からホイール径方向の外側に立ち上がるとともにホイール周方向に延びるように形成され、前記副気室部材の一方の縁部を係止する第１の縦壁面と、前記第１の縦壁面と対向するように前記ウェル部に形成され前記副気室部材の他方の縁部を係止する第２の縦壁面と、を備え、ホイール径方向に沿った断面視において、前記副気室及び前記タイヤ空気室を連通する連通孔の先端部分の回転半径Ｄ２は、前記副気室の頂点部分の回転半径Ｄ１と等しいかこれよりも大きく構成（Ｄ１≦Ｄ２）されることを特徴とする。

このように発明が構成されることにより、車両が走行して、車両用ホイールが回転すると、副気室に蓄積した水分に遠心力が付与される。この遠心力は、車両用ホイールの回転半径に比例するものであるので、副気室に蓄積した水分に付与される遠心力は、連通孔の先端部分において最大となる。また車両が、発進・停止を繰り返すたびに、副気室に蓄積した水分には、ホイール周方向の双方向に向かう慣性力が交互に付与することになる。これにより、副気室に蓄積した水分は、車両の走行中、往復移動を繰り返すうちに連通孔から外部に排出されることになる。

また、本発明は、車両用ホイールにおいて、前記副気室部材は、ホイール周方向に沿った断面視において、前記タイヤ空気室側を形成する上板の曲率半径Ｒ１は、この上板に対向し前記ウェル部の外周面側を形成する底板の曲率半径Ｒ２よりも小さく構成（Ｒ１＜Ｒ２）されることを特徴とする。

このように発明が構成されることにより、車両用ホイールが等速回転をしている場合、副気室部材に蓄積した水分には、ホイール周方向における両端から中心に向かう力が作用する。これにより、副気室部材に蓄積した水分は、その両端において滞留することがない。

本発明により、騒音を低減する効果が長期にわたり維持されるメンテナンスフリーな車両用ホイールが提供される。

以下に、本発明の実施形態について図を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態に係る車両用ホイールは、ウェル部に副気室部材（ヘルムホルツ・レゾネータ）を嵌め込んで固定したことを主な特徴としている。ここでは、先ず車両用ホイールの全体構成について説明した後に、副気室部材の構成について説明する。

《車両用ホイールの全体構成》
ここで参照する図面において、図１は、本実施形態に係る車両用ホイールの斜視図である。図２は、図１の車両用ホイールにタイヤを装着した車輪のホイール径方向に沿った断面図である。図３は、図２中に示したウェル部を部分的に拡大した図である。

図１に示すように、本実施形態に係る車両用ホイール１０は、リム１１と、このリム１１を図示しないハブに連結するためのディスク１２と、リム１１のウェル部１１ｃの外周面に固定され内部に副気室ＳＣ（図２参照）を有する副気室部材１３とで主に構成されている。

図２に示すように、リム１１は、ホイール幅方向Ｙの両端部に形成されるビードシート部１１ａ，１１ａと、このビードシート部１１ａ，１１ａからホイール径方向Ｚの外側（図２の紙面上側、以下同じ）に向かってＬ字状に屈曲したリムフランジ部１１ｂ，１１ｂと、ビードシート部１１ａ，１１ａ同士の間の部分がホイール径方向Ｚの内側（図２の紙面下側、以下同じ）に向かって凹んだウェル部１１ｃとを有する。

ビードシート部１１ａには、タイヤ２０のビード部２１ａが装着される。これにより、リム１１の外周面１１ｄとタイヤ２０の内周面との間に環状の密閉空間からなるタイヤ空気室ＭＣが形成される。

ウェル部１１ｃは、タイヤ２０をリム１１に組み付けるリム組時に、タイヤ２０のビード部２１ａ，２１ａを落とし込むために設けられている。
ディスク１２は、ウェル部１１ｃのホイール幅方向Ｙの外側（図２の紙面左側）からホイール径方向Ｚの内側に連続して形成されている。リム１１とディスク１２とは、例えば、アルミニウム合金、マグネシウム合金等の軽量高強度材料等から製造される。なお、これらの材料は限定されるものではなく、スチール（鋼）等から形成されるものであっても良い。また、車両用ホイール１０は、スポークホイールであっても良い。
またディスク１２とリム１１が一体のワンピース型のホイールを図示しているが、このディスク１２とリム１１が溶接されたツーピース型のホイールでもよい。

ウェル部１１ｃの外周面１１ｄには、図３に示すように、ホイール周方向Ｘに延びるように環状の縦壁１４が立設されている（適宜図５参照）。
この縦壁１４は、ウェル部１１ｃの外周面１１ｄからホイール径方向Ｚの外側（図３の紙面上側、以下同じ）に立ち上がる第１の縦壁面１５を形成するように外周面１１ｄに立設されている。
また、ウェル部１１ｃのホイール幅方向Ｙの内側（図３（ａ）の紙面右側、以下同じ）に形成される側面部１１ｅには、第１の縦壁面１５と対向するように第２の縦壁面１６が設けられている。なお、本実施形態での縦壁１４は、リム１１を鋳造する際にウェル部１１ｃと一体に成形される。

そして、これらの第１の縦壁面１５及び第２の縦壁面１６には、それぞれ溝部１７が形成されている。これらの溝部１７，１７は、ウェル部１１ｃのホイール周方向Ｘに沿って形成されて環状の溝となっている。これらの溝部１７，１７には、副気室部材１３の縁部１３ｅの先端部が嵌め込まれている。なお、本実施形態での溝部１７，１７は、縦壁１４及び側面部１１ｅのそれぞれに機械加工を施して形成される。

《副気室部材の構成》
次に、副気室部材１３について説明する。ここで参照する図面において、図４は、図１の車両用ホイールのホイール周方向に沿った側面断面図である。図５（ａ）は、副気室部材を上板側から見た全体斜視図、図５（ｂ）は、副気室部材の突出部を図３のVIａ方向から見た斜視図である。

図４に示すように、本実施形態に係る車両用ホイール１０では、副気室部材１３がウェル部１１ｃのホイール周方向Ｘに沿って等間隔に４つ配置されている。つまり、ホイール中心軸Ａｘを挟んで対向する一対の副気室部材１３が２組配置されている。
なお、配置される副気室部材１３の個数や配置間隔は特に限定がなく、単数から複数にわたり任意の数を配置させることができ、図示しないタイヤバルブとの関連を含めて、ホイール周方向Ｘの質量配分が均衡するように（静バランスがとれるように）設定されることが望ましい。

副気室部材１３は、図５（ａ）に示すように、ホイール周方向Ｘに長い部材であって、本体部１３ａと、突出部１８と、縁部１３ｅとを備えている。そして、副気室部材１３は、長手方向に沿って湾曲しており、図４に示すように、ウェル部１１ｃの外周面１１ｄに沿うように配置されている。

副気室部材１３は、次の（式１）で示されるヘルムホルツ・レゾネータの共鳴周波数ｆ_０を求める式を満たすように設計されている。このために、結露や、パンクの修理液等が、副気室ＳＣ（図３参照）に蓄積すると、その容積Ｖが変動することになり、所望の消音効果が充分に発揮されない。よって、副気室ＳＣに生成した水分は、溜まらないうちに、突出部１８の先端から排出されることが望まれる。

ｆ_０＝Ｃ／２π×√（Ｓ／Ｖ（Ｌ＋α×√Ｓ））・・・（式１）
ｆ_０（Ｈｚ）：共鳴周波数
Ｃ（ｍ／ｓ）：副気室ＳＣ内部の音速（＝タイヤ空気室ＭＣ内部の音速）
Ｖ（ｍ^３）：副気室ＳＣの容積
Ｌ（ｍ）：連通孔１３ｂの長さ
Ｓ（ｍ^２）：連通孔１３ｂの開口部断面積
α：補正係数
ここで、前記共鳴周波数ｆ_０は、タイヤ空気室ＭＣの共鳴周波数に合わせられる。この際、図４に示す４つの副気室部材１３の共鳴周波数ｆ_０は、全て同じに設定してもよいし、違えてもよい。具体的には、タイヤ空気室ＭＣの共鳴周波数に２つの共鳴周波数（ｆ_１，ｆ_２）が認められる場合に、４つの副気室部材１３の共鳴周波数ｆ_０を（ｆ_１＋ｆ_２）／２に設定することができる。また、リム中心を挟んで対向する一対の副気室部材１３の共鳴周波数ｆ_０をｆ_１に設定し、他の一対の副気室部材１３の共鳴周波数ｆ_０をｆ_２に設定することもできる。更に４つの副気室部材１３の全ての共鳴周波数ｆ_０をｆ_１、ｆ_２のいずれか一方に設定しても良い。

（縁部）
縁部１３ｅは、図５（ａ）に示すように、本体部１３ａからその周囲に延出する板状体で形成されている。
縁部１３ｅは、図３に示す断面のように、底板２５ａと上板２５ｂとが結合して形成されている。そして、縁部１３ｅは、本体部１３ａからホイール幅方向Ｙに延出してその先端部が第１の縦壁面１５及び第２の縦壁面１６の溝部１７に嵌り込んで係止されている。

第１の縦壁面１５及び第２の縦壁面１６側に延出する縁部１３ｅは、図３に示すように、湾曲する底板２５ａと一体になってウェル部１１ｃの外周面１１ｄ側に凸となる湾曲面を形成している。
このような本実施形態での縁部１３ｅの厚さは、底板２５ａ及び上板２５ｂの厚さと同じ厚さに設定されている。なお、本実施形態での縁部１３ｅは、その厚さや樹脂材料を適宜に選択することでバネ弾性を有している。
このように、縁部１３ｅが、バネ弾性を有することにより、副気室部材１３は、第１の縦壁面１５と第２の縦壁面１６の間に簡単にかつ強固に固定される。
なお副気室部材１３は、その軽量化や量産性の向上、製造コストの削減、副気室ＳＣの気密性の確保等を考慮すると、軽量で高剛性のブロー成形可能な樹脂で成形されていることが望ましい。中でも、繰り返しの曲げ疲労にも強いポリプロピレンが特に望ましい。

（本体部）
本体部１３ａは、図３に示すように、底板２５ａと、この底板２５ａ上に配置される上板２５ｂとを備え、その間に副気室ＳＣを形成している。
副気室ＳＣの容積は、５０〜２５０ｃｃ程度が好ましい。副気室ＳＣの容積をこの範囲内に設定することで、副気室部材１３は、消音効果を充分に発揮しつつ、その重量の増大を抑制して車両用ホイール１０の軽量化を図ることができる。また、ホイール周方向Ｘの副気室部材１３の長さは、リム１１の周長と同じ長さを最大として、車両用ホイール１０の重量の調整やウェル部１１ｃに対する組付け容易性を考慮して適宜に設定することができる。

底板２５ａは、図４に示されるホイール周方向Ｘに沿った断面視において、ウェル部１１ｃの外周面１１ｄの曲率半径Ｒ２に一致する湾曲面を有し、ウェル部１１ｃの外周面１１ｄに沿う形状を有している。
一方、上板２５ｂは、図４に示されるホイール周方向Ｘに沿った断面視において、その曲率半径Ｒ１は、底板２５ａの曲率半径Ｒ２よりも小さく構成（Ｒ１＜Ｒ２）されている。これにより、副気室ＳＣに蓄積されている水分に遠心力がかかると、この水分は、上板２５ｂに押し付けられるとともに、頂点の位置（ホイール中心軸Ａｘからの最大距離Ｒ３の位置）の方向に向かう分力が付加する。
これにより、車両用ホイール１０が等速回転すると、副気室部材１３のホイール周方向Ｘの両端に溜まっている水分は、その頂点の位置に集合することとなる。

上板２５ｂの頂点の位置からは、図５（ａ）に示されるように、突出部１８が、ホイール周方向Ｘの直交方向に突出するように設けられている。この突出部１８は、図５（ｂ）に示されるように、上板２５ｂを部分的に平坦に形成した根元部１８ａを基端として、連通孔１３ｂが、副気室ＳＣ及びタイヤ空気室ＭＣを連通するようにして設けられている（適宜図３参照）。
さらに、この突出部１８は、縦壁１４に設けられている切欠部１４ａに係合し、副気室部材１３がホイール周方向Ｘにずれるのを防止している。

この連通孔１３ｂの先端部分は、図２に示されるように、副気室部材１３が車両用ホイール１０に装着されている状態において、ホイール中心軸Ａｘ（図４参照）を中心とした回転半径Ｄ２が、副気室ＳＣの頂点部分の回転半径Ｄ１よりも大きくなるように構成されている。
これにより、車両用ホイール１０が回転すると、副気室ＳＣに蓄積した水分にホイール径方向Ｚの外側に向かう遠心力が付与される。この遠心力は、車両用ホイール１０の回転半径に比例するものであるので、副気室ＳＣに蓄積した水分に付与される遠心力は、連通孔１３ｂの先端部分において最大となる。
つまり、連通孔１３ｂの先端部分からタイヤ空気室ＭＣに向かう水分の流れができれば、副気室ＳＣの内壁を伝って水分は少しずつ連続的に放出されることになる。
このため、回転半径Ｄ２は、前記副気室の頂点部分の回転半径Ｄ１と等しく構成されていても同様に水分の放出効果が見出されることがわかっている（Ｄ１≦Ｄ２）。
これにより、車両の走行中において、副気室ＳＣに蓄積した水分は、連通孔１３ｂからタイヤ空気室ＭＣの内部に排出されることになる。

また、副気室ＳＣは、前記したＤ１≦Ｄ２の関係（図２参照）を有している限りは、実施形態（図４参照）と相違して、ホイール周方向Ｘの曲率半径Ｒ１が、Ｒ１＝Ｒ２又は部分的にＲ１＞Ｒ２の関係を有していたとしても、水分の排出効果は失われない。つまり、走行中の車両が、発進・停止を繰り返すたびに、副気室ＳＣに蓄積した水分には、ホイール周方向Ｘの双方向に向かう慣性力が交互に付与することになる。これにより、副気室ＳＣに蓄積した水分は、連通孔１３ｂの基端にたどりつくことができ先端から外部に排出されることになる。また水分は、副気室ＳＣの内壁に対する這い上がり効果等により、外部に排出されることもある。

なお、図２に示すように、副気室部材１３の連通孔１３ｂの先端部分の回転半径Ｄ２は、ビードシート部１１ａの回転半径Ｄ３よりも小さく設定されていることが望ましい（Ｄ２＜Ｄ３）。これにより、タイヤ２０の組み付け時において、副気室部材１３の突出部１８が干渉することがない。つまり、タイヤ２０のリム組時に、レバー等の工具やタイヤ２０（ビード部２１ａ等）が副気室部材１３と接触する恐れが低減される。その結果、タイヤ２０の組付け性能が向上する。
なお、図２を見る限り、タイヤ２０の組み付け時において連通孔１３ｂが邪魔になるような感覚も覚えるが、この連通孔１３ｂが存在するのは一部の領域であるために、現実に支障をきたすことはない。

また、連通孔１３ｂの断面形状は、特に制限はなく、本実施形態では楕円形（図５（ｂ）参照）となっているが、円形、多角形等のいずれであってもよい。連通孔１３ｂの直径は、断面が円形の場合には、５ｍｍ以上が好ましい。また、円形以外の断面形状の連通孔１３ｂは、その断面積で同じ断面積の円形に換算して直径５ｍｍ以上のものが好ましい。

以上説明した構成を有することにより、本実施形態での副気室部材１３は、経年変化によりその副気室ＳＣに水分が蓄積しないので、その容積の変動が効果的に抑制される。したがって、この車両用ホイール１０は、ヘルムホルツ・レゾネータとしての所望の消音性能を長期間にわたり安定して発揮することができる。

以上、本実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。つまり、前記実施形態では、図２に示されるＤ１≦Ｄ２の関係を満たすために、図３に示されるように、底板２５ａの面に対して突出部１８が、基端から先端に向って上り傾斜になるように構成されているが、これに限定されることはない。例えば、図２に示される副気室部材１３を固定するウェル部１１ｃの外周面１１ｄが、ホイール幅方向Ｙの図中左方向に上り傾斜を有することにより、Ｄ１≦Ｄ２の関係が満たされる場合もある。

本実施形態に係る車両用ホイールの斜視図である。 タイヤを装着した車両用ホイールのホイール径方向に沿った正面断面図である。 図２の副気室部材の部分を拡大して示す要部正面断面図である。 車両用ホイールのホイール周方向に沿った側面断面図である。 （ａ）は副気室部材を上板側から見た全体斜視図、（ｂ）は連通孔の部分を拡大して示す斜視図である。

符号の説明

１０ 車両用ホイール
１１ｃ ウェル部
１１ｄ 外周面
１３ 副気室部材
１３ｂ 連通孔
１３ｅ 縁部
１５ 第１の縦壁面
１６ 第２の縦壁面
１８ 突出部
２５ａ 底板
２５ｂ 上板
Ｄ１ 副気室の頂点部分の回転半径
Ｄ２ 連通孔の先端部分の回転半径
ＭＣ タイヤ空気室
Ｒ１ 上板の曲率半径
Ｒ２ 下板の曲率半径
ＳＣ 副気室
Ｘ ホイール周方向
Ｙ ホイール幅方向
Ｚ ホイール径方向

Claims (2)

1. タイヤ空気室内で副気室を形成する副気室部材をウェル部の外周面上に固定した車両用ホイールであって、
   前記外周面からホイール径方向の外側に立ち上がるとともにホイール周方向に延びるように形成され、前記副気室部材の一方の縁部を係止する第１の縦壁面と、
   前記第１の縦壁面と対向するように前記ウェル部に形成され、前記副気室部材の他方の縁部を係止する第２の縦壁面と、を備え、
   ホイール径方向に沿った断面視において、
   前記副気室及び前記タイヤ空気室を連通する連通孔の先端部分の回転半径Ｄ２は、前記副気室の頂点部分の回転半径Ｄ１と等しいかこれよりも大きく構成（Ｄ１≦Ｄ２）されることを特徴とする車両用ホイール。
2. 前記副気室部材は、
   ホイール周方向に沿った断面視において、
   前記タイヤ空気室側を形成する上板の曲率半径Ｒ１は、この上板に対向し前記ウェル部の外周面側を形成する底板の曲率半径Ｒ２よりも小さく構成（Ｒ１＜Ｒ２）されることを特徴とする請求項１に記載の車両用ホイール。

Images