JP2012245837A

JP2012245837A - 車両用ホイール構造

Info

Publication number: JP2012245837A
Application number: JP2011117752A
Authority: JP
Inventors: Minoru Tsuchiyama; 稔土山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2012-12-13

Abstract

【課題】現在使用中のホイールに対しても容易に適用可能であり、新たな振動原因となることなく低コストで空洞共鳴音を低減できる車両用ホイール構造を提供する。
【解決手段】空気入りタイヤが装着されるべきホイールリム部１２と、車両側のハブに取り付けられるべきホイールディスク部１４と、を含み、ホイールリム部１２は、当該ホイールリム部１２タイヤの内壁面で囲まれる空洞部に望む表面に、その周方向に軽量軟質材料で形成された突起部材２０を複数個間隔をおいて装着する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用ホイール構造、特にタイヤ内で生じる空洞共鳴音を低減する技術に関する。

従来、車両が凹凸のある路面を走行したり、路面の継ぎ目を乗り越えると、車室内においてロードノイズによる騒音が検出される。このロードノイズは、路面の凹凸がタイヤへの入力となってタイヤが振動し、この振動が車軸、サスペンション、車体へと順次伝播して、最終的に車室内で騒音となって搭乗者に不快感を与える。顕著な例としては、例えば、高速道路等における路面の継ぎ目を通過するときに発生する。この騒音は、タイヤの中の空気の環が共鳴する音、すなわち空洞共鳴音の発生が原因の一つであり、この空洞共鳴音は、２００Ｈｚ〜２５０Ｈｚの純音である。このような空洞共鳴音を低減できれば、ロードノイズも低減できることが知られており、例えば特許文献１には、空洞共鳴音を低減する技術が開示されている。

特開２００６−１０３５４６号公報

上述した特許文献１に開示された自動車用ホイールは、ホイールリムの表面に高さの変化する一対の凸部を設け、周方向でタイヤの中の空気の環の断面積を変化させて、空気の共振を乱すことで空洞共鳴音によるロードノイズを低減させている。つまり、ホイールそのもの形状を特殊な形状にすることにより、空洞共鳴音を低減させている。その結果、ロードノイズ対策専用のホイールを設計する必要があり、コストが増大する。また、現在使用中のホイールには適用できないという問題もある。また、ホイールリムの一部に凸部を設けるので、質量分布の偏りや剛性分布の偏りが生じやすい。その結果、ホイールバランスが変化し、新たな振動の原因を招くおそれがあり、その対策も必要になる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、現在使用中のホイールに対しても容易に適用可能であり、新たな振動原因となることなく低コストで空洞共鳴音を低減できる車両用ホイール構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、空気入りタイヤが装着されるべきホイールリム部と、車両側のハブに取り付けられるべきホイールディスク部と、を含む車両用ホイール構造であって、前記ホイールリム部は、当該ホイールリム部と前記タイヤの内壁面で囲まれる空洞部に望む表面に、その周方向に軽量軟質材料で形成された突起部材を複数個間隔をおいて装着していることを特徴とする。

この態様によると、ホイールリム部の表面に突起部材が間隔をおいて装着されるので、周方向でタイヤの中の空気の環の断面積を変化させ空気の共振を乱すことができる。その結果、空洞共鳴のピーク値を低減させて、空洞共鳴音によるロードノイズが低減できる。このとき、突起部材は軽量軟質部材で構成されているので、ホイール構造の元々の剛性や重量バランスを変化させる可能性は低く、新たな共振の原因になったり剛性のアンバランスの原因になることが回避できる。また、突起部材はホイールリム部の表面に後付けで装着されるので現在使用中のホイール構造の改造も可能で、低コストで空洞共鳴音を低減できる車両用ホイール構造が提供できる。

本発明によれば、現在使用中のホイールに対しても容易に適用可能であり、突起部材が新たな振動原因となることなく、低コストで空洞共鳴音を低減できる車両用ホイール構造が提供できる。

実施の形態に係る車両用ホイール構造の斜視図である。実施の形態に係る車両用ホイール構造にタイヤを装着した状態の部分断面図である。実施の形態に係る車両用ホイール構造を適用した場合と非適用の場合の空洞共鳴のピーク周波数を比較する説明図である。実施の形態に係る車両用ホイール構造の変形例を説明する部分断面図である。図４の変形例における隔壁部材の形成例を説明する説明図である。実施の形態に係る車両用ホイール構造の突起部材の装着例を説明する説明図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態（以下、実施形態という）にかかる車両用ホイール構造１０（以下、単にホイール構造１０という）の斜視図である。ホイール構造１０は、タイヤを保持するホイールリム部１２と車両のハブに取り付けるホイールディスク部１４とを含んで構成されている。図２は、ホイール構造１０のホイールリム部１２にタイヤ１６を装着した状態の部分断面図である。タイヤ１６はホイール構造１０に組み付けられ、空気を入れてはじめてその機能を発揮するものであり、タイヤ１６に作用する力は全てホイール構造１０を通じて車両に伝えられる。ホイール構造１０は、軽量で剛性の高いアルミニウムやマグネシウムなどの軽金属合金で形成される場合が多い。ホイールリム部１２とホイールディスク部１４が一体になったものをワンピースホイールという。また、ホイールリム部１２とホイールディスク部１４が別体で組み合わせたものをツーピースホイール、さらにホイールディスク部１４を２分割したものをスリーピースホイールと呼ぶ場合もある。以下に説明する本実施形態の突起部材に関する構造は、ワンピースホイール、ツーピースホイール、スリーピースホイールいずれにも適用可能であり、同様の効果を得ることができる。

本実施形態において、ホイールリム部１２におけるタイヤ１６の内壁面で囲まれる空洞部１８に望む表面には、その周方向に突起部材２０が複数個、間隔をおいて装着されている。なお、図１の場合、突起部材２０は１つのみ見えているが、例えば、１８０°対向する位置に同様な突起部材２０が装着されている。

突起部材２０は、軽量軟質材料で形成されている。軽量軟質材料としては、例えば、スポンジ、発泡スチロール、ゴム膜で形成された空気袋などが例示できる。突起部材２０は、ホイールリム部１２の表面に例えば接着剤により装着することが好ましい。なお、空洞部１８内部は高圧状態であると共に走行の有無や外部環境の変化に伴い高温変化が激しい。そのため、突起部材２０を装着するための接着剤は、耐圧特性や耐温度特性を考慮して、使用環境下で接着強度の劣化が生じ難いものを選択することが望ましい。なお、突起部材２０は図２に示すように、ホイールリム部１２の外周面に元々別の目的、例えば剛性上の理由や意匠上の理由等により形成された凹部に嵌り込むような装着することが望ましい。そして、その凹部を用いることで、接着面積を増大させ、接着剤等により固定することにより、突起部材２０の接着強度の増強ができる。

突起部材２０は、ホイールリム部１２の周方向で空洞部１８（タイヤの中）の空気の環の断面積を変化させる機能を有する。空気の環の断面積を変化させることにより、走行時等の空洞部１８内の空気の共振を乱して空洞共鳴周波数が特定の周波数に集中することを防止して、ピーク値を低減させる。空洞共鳴周波数のピーク値を低減させることにより、ロードノイズの低減ができる。

突起部材２０の形状や大きさ、装着の個数等は、前述したように空気の環の断面積を変化させることができれば、実験等により適宜決定するできる。例えば、図１に示すように、突起部材２０の高さ（ホイールリム部１２の半径方向の高さ）が周方向に漸増したり漸減したりするようにしてもよい。また、漸増や漸減は滑らかに変化させてもよいし、階段状に変化させてもよい。また、突起部材２０は、空気の環の断面積を変化させる目的を達成できればよいので、１個でもよいが、突起部材２０の装着による微妙なバランスの崩れ等も排除するのであれば、偶数個を対称の位置に装着することが望ましい。例えば、１８０°隔てて２個装着したり、９０°隔てて４個装着することが望ましい。なお、空気の環の断面積を変化による空洞共鳴周波数の変化は、突起部材２０の形状や周方向の長さ、装着間隔によっても変化する。また、ホイール構造１０が装着される車両の特性等によっても変化する。したがって、突起部材２０の形状、大きさ、装着個数等は、タイヤ１６に加えられる外力（道路の凹凸等を超えたときの衝撃など）によって生じる空洞部１８内の空気の振動状態をシミュレーションして決めることが望ましい。

図３は、本実施形態の突起部材２０を装着したホイール構造１０と突起部材２０を装着していないホイール構造における空洞共鳴のピーク周波数を比較する説明図である。グラフＡが突起部材２０を装着したホイール構造１０であり、グラフＢが突起部材２０を非装着のホイール構造である。図３に示されるように、周方向の断面積に変化を持たせることにより空洞部１８に発生する空洞共鳴の周波数が分割され、走行時に発生する空洞共鳴のピーク値が低減される。例えば、グラフＢの場合、２５４．１５Ｈｚでピークを迎えているのに対し、グラフＡでは、２５２．５７Ｈｚで周波数の凹部が生じ、２５６．２６Ｈｚで周波数の凸部が生じたことにより、グラフＡにおける全体としてのピーク値が低減されている。なお、突起部材２０としてスポンジや発泡スチロール等吸音効果のある材料を用いることにより、空洞共鳴の周波数のピークレベルを減衰させる効果があり、ロードノイズをさらに低減できる。

このように、突起部材２０を装着することにより走行時に発生する空洞共鳴のピーク値を低減し、ロードノイズの低願ができる。また、ホイールリム部１２の表面に突起部材２０を接着剤等で装着固定するので、ホイール構造１０の製造時はもちろんのこと、既に使用されているホイール構造についても、後付けで突起部材２０の装着が容易にできる。つまり、ホイール構造１０のロードノイズ抑制のためのアップグレードが容易に実施できる。

ところで、ホイール構造１０のホイールリム部１２に対してタイヤ１６を着脱する場合、図４に示すように、バール２２等の着脱工具を用いる場合がある。この場合、突起部材２０にバール２２が接触してホイールリム部１２の表面から剥離させてしまう場合や突起部材２０を破損させて特性を変えてしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、突起部材２０とバール２２とが接触しないようにする隔壁部材２４を突起部材２０の装着位置に対応する位置に配置している。この隔壁部材２４は、突起部材２０の周方向側面を覆う形状にすること望ましく、バール２２等が接触しても突起部材２０に負荷がかからないように例えば、スチールやアルミニウム等の硬質材料で形成することが望ましい。また、隔壁部材２４を設けることにより、突起部材２０に対する接着面積を増加させることが可能になり、突起部材２０の接着強度の増大に寄与できる。

図５は、隔壁部材２４の形成例を説明する概略図である。図５（ａ）は、隔壁部材２４を別部品として作成しておき、溶接等の接合手段を用いて後付けで設ける例である。この場合、隔壁部材２４をホイールリム部１２とは別材質で形成することが可能になり、コスト調整や追加部品としての標準化が容易になる。また、現在使用中のホイール構造に対し隔壁部材２４および突起部材２０の装着が容易に可能なので、例えば、タイヤ１６の交換時やメンテナンス時にロードノイズを低減させるアップグレード処置を実施できる。図５（ｂ）は、スチールによりホイールリム部１２を形成するときに、隔壁部材２４を一体的にプレス成型する例である。この場合、ホイールリム部１２の製造時に同時に隔壁部材２４が形成できるので、製造コストの低減や製造工数低減に寄与できる。また、隔壁部材２４の形成強度も確保できる。図５（ｃ）は、ホイールリム部１２を例えばアルミ鋳造するときに隔壁部材２４を一体鋳造する例である。この場合も、ホイールリム部１２の鋳造時に同時に隔壁部材２４が形成できるので、製造コストの低減や製造工数低減に寄与できる。また、隔壁部材２４の形成強度も確保できる。

なお、隔壁部材２４は、前述したように突起部材２０の周方向側面を覆うように形成することが望ましいが、例えば、バール２２の挿入可能な位置をホイールリム部１２の表面でマーキング等で指定しておき、その挿入可能位置に対応する位置のみに隔壁部材２４を形成してもよい。この場合、隔壁部材２４の大きさを小さくできるので、ホイール構造１０全体の重量増加を抑制できる。

図６は、ホイールリム部１２の周方向における突起部材２０の装着例を説明する説明図である。図６（ａ）は、例えば、突起部材２０をスポンジで形成した場合の配置例であり、ホイールリム部１２の周方向９０°の範囲に装着する突起部材２０を１８０°隔てて対向させている例である。図６（ｂ）は、突起部材２０をゴム膜の空気袋で構成した例であり、ホイールリム部１２の周方向４５°の範囲に装着する突起部材２０を１８０°隔てて対向させている例である。図６（ｃ）は、突起部材２０を発泡スチロールで構成した例であり、ホイールリム部１２の周方向１３５°の範囲に装着する突起部材２０を１８０°隔てて対向させている例である。突起部材２０の周方向の大きさは、吸音効果の大小や空気の透過性に応じて決めてもよい。このように、突起部材２０を偶数個対向配置することによりホイール構造１０全体としてのホイールバランスを大きく変化させることが防止され、突起部材２０装着に起因して追加でホイールバランスの調整を行う必要がなくなる。

本実施形態では、突起部材２０を接着剤により装着固定する例を示した。別の例では、接着剤以外に、例えば装着用の爪をホイールリム部１２の表面に設けたり、ヒモ状のもので突起部材２０を固定してもよい。なお、ホイールリム部１２の表面に爪やヒモを固定するためにフックを設ける場合もホイールバランスを崩さないように、対称の位置に必要十分な最小限の大きさで形成することが望ましい。

以上、本発明を上述の実施形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、実施形態や変形例の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。

１０ホイール構造、１２ホイールリム部、１４ホイールディスク部、１６タイヤ、１８空洞部、２０突起部材、２４隔壁部材。

Claims

空気入りタイヤが装着されるべきホイールリム部と、
車両側のハブに取り付けられるべきホイールディスク部と、
を含む車両用ホイール構造であって、
前記ホイールリム部は、当該ホイールリム部と前記タイヤの内壁面で囲まれる空洞部に望む表面に、その周方向に軽量軟質材料で形成された突起部材を複数個間隔をおいて装着していることを特徴とする車両用ホイール構造。