JP3546022B2 - 車両用アルミホイール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軽量化を図りながらロードノイズ性能を向上した車両用アルミホイールに関する。
【０００２】
【従来の技術、および発明が解決しようとする課題】
近年、軽量なアルミホイールにおいても、自動車の低燃費性等の観点から更なる軽量化が強く要請されてきている。しかしホイールの軽量化は、前記低燃費性だけでなく自動車の運動特性等にも有利である反面、ロードノイズ性能を悪化させるという問題がある。
【０００３】
なおロードノイズは、自動車が粗い路面を走行している際に発生する周波数域が約１００〜４００Ｈｚの車内騒音であり、ホイールが軽量となると、タイヤからのロードノイズ振動入力に対してホイールが動きやすくなるため、ノイズレベルが大きくなると考えられる。
【０００４】
ここで、ホイールの質量Ｍは、従来から、リムサイズ、即ちリムの呼び巾Ｗ（インチ）およびリムの呼び径Ｄ（インチ）と相関関係が強いことが知られており、市販のホイールに対して市場調査を行った結果、図７に示すように、質量Ｍは、概ね次式で示すことができる。
Ｍ＝Ｋ×（Ｗ＋Ｄ−１０）
【０００５】
このとき、式中の係数Ｋは、軽量化の度合を示す指標であって、この値が小さいほど、同じリムサイズであればより軽量、又同じ重量であればよりサイズが大きくなるなど、軽量化が進んでいることを意味している。なお従来的なホイールにおいては、前記係数Ｋは、略０．５５〜０．８５の範囲にあり、前記係数Ｋを０．５５以下に減じた軽量化の度合が大きいホイールでは、ロードノイズ性能を満足させることができなかった。
【０００６】
他方、ホイールでは、軽量化を図るため、図８に示すように、リムａとハブ部ｂとの間を継ぐディスク部ｃを、放射状にのびる複数本のスポーク状体ｃ１で形成し、隣り合うスポーク状体ｃ１、ｃ１間に空隙部分ｃ２を開口させた構造が、一般に採用されている。
【０００７】
そして本発明者が、この空隙部分ｃ２に着目して研究した結果、前記ディスク部ｃを正面視して、正面側から裏面側に透視しうる空隙部分ｃ２・・・ における正面透視面積をＡ、リムａの呼び径Ｄを直径とした仮想円面積をＳとしたとき、この面積比Ａ／Ｓを所定値以下に減じることにより、前記係数Ｋが０．５５以下のホイールにおいても、ノイズレベルを低減でき満足しうるロードノイズ性能を付与しうることを見出し得た。
【０００８】
即ち本発明は、前記面積比Ａ／Ｓを０．２５以下にすることを基本として、前記係数Ｋを０．３５〜０．５５とした軽量化の度合が大きいホイールにおいても、満足しうるロードノイズ性能を確保しうる車両用アルミホイールの提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、自動車用タイヤのビード部が着座するリムシートを有するリムと、車軸を取付けるハブ部と、前記リムとハブ部とを継いで形成されるディスク部とを有する車両用のアルミ製のホイールであって、
該ホイールの質量Ｍ（ｋｇ）は、リムの呼び巾Ｗ（インチ）と、リムの呼び径Ｄ（インチ）とにおいて、次式（１）を充足するとともに、
前記ディスク部を正面視して、正面側から裏面側に透視しうる正面透視面積Ａを、前記リムの呼び径Ｄを直径とした仮想円面積Ｓの２５％以下としたことを特徴としている。
０．３５×（Ｗ＋Ｄ−１０）≦Ｍ≦０．５５×（Ｗ＋Ｄ−１０）−−−（１）
【００１０】
又請求項１の発明では、前記ディスク部は、前記リムとハブ部とを継ぐ複数のスポーク部分と、隣合うスポーク部分の間を連絡する連絡するとともに前記スポーク部分よりも厚さが小の薄板状のプレート部分とからなるとともに、前記正面透視面積Ａは、該プレート部分の半径方向外縁とリムの内周面との間で形成しうる正面側から裏面側に透視しうる空隙部分として設定している。
【００１１】
さらに請求項１の発明では、前記スポーク部分は、その本数が５本〜１２本であり、かつ前記プレート部分は、スポーク部分の車軸側の後縁に沿ってスポーク部分間を連絡するとともに、前記プレート部分の厚さＴ２は、スポーク部分の厚さＴ１の５〜１５％とすることを特徴としている。
【００１２】
加えるに、請求項１の発明では、前記プレート部分は、前記車軸に中心を有し前記ハブ部から半径方向外にのびる円板状をなすことを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を、図示例とともに説明する。図１は、本発明の車両用アルミホイールを示す正面図、図２はそのＩ−Ｉ線断面図である。
図１、２において、車両用アルミホイール１（以下ホイール１という）は、鋳造によって一体成形したアルミ製のホイールであって、その質量Ｍ（ｋｇ）は、リムの呼び巾Ｗ（インチ）と、リムの呼び径Ｄ（インチ）とにおいて、次式（１）を充足している。
０．３５×（Ｗ＋Ｄ−１０）≦Ｍ≦０．５５×（Ｗ＋Ｄ−１０）−−−（１）
即ち、軽量化の指標となる前記係数Ｋ（＝Ｍ／（Ｗ＋Ｄ−１０））を０．３５〜０．５５とした軽量化の度合が大きいホイールとして形成している。
【００１４】
又前記ホイール１は、タイヤ２０を装着して保持するリム２と、車軸３を取付けるハブ部４と、前記リム２とハブ部４とを互いに連結するディスク部５とを具えている。なお本明細書では、前記ハブ部４とディスク部５とからなる部位をディスク１０という場合がある。
【００１５】
前記リム２は、従来的な構造を有し、タイヤ２０の各ビード部２１が着座する一対のリムシート６と、各リムシート６のタイヤ軸方向外端から半径方向外方に立上がるフランジ部７と、前記リムシート６の内端間に設けられかつ半径方向内方に凹むウエル部９とを一体に形成している。
【００１６】
又前記ハブ部４は、車軸３を交換自在に固定する略円板状の部位であり、中央には、ハブ孔１１が貫通するとともに、その周囲には複数のボルト挿通孔１２が貫通する。なおハブ孔１１には、車軸３の前端部３Ａが挿入するとともに、ボルト挿通孔１２には、前記車軸３に設けるフランジ３Ｂ（例えばアクスルハブなど）に植設されるボルト部が挿通し、ホイール１が車軸３に同芯かつ強固にナット止めされる。
【００１７】
又前記ディスク部５は、前記リム２とハブ部４とを継ぐ複数本のリブ状のスポーク部分１５と、隣合うスポーク部分１５、１５の間を、図２の断面図に明示するように、該スポーク部分１５の前記車軸３側の後縁に沿って連絡する薄板状のプレート部分１６とから形成される。このプレート部分１６は、前記車軸３に中心を有して前記ハブ部４から半径方向外にのびる円板状をなす。そして、その円弧状の半径方向外縁１６ｅが、前記リム２の内周面２ｓと間隔を有して終端することにより、この外縁１６ｅと内周面２ｓとの間にタイヤ軸方向の内外に貫通する円弧帯状の空隙部分１７を形成している。
【００１８】
そして本実施形態では、ロードノイズ性能を向上させるために、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、前記ディスク部５を正面視して、正面側から裏面側に透視しうる前記空隙部分１７の正面透視面積をＡ、前記リム２の呼び径Ｄを直径とした仮想円面積をＳとしたとき、面積比Ａ／Ｓを０．２５倍以下に減じている。
なお、当然ではあるが、正面透視面積Ａには、ハブ部４における前記ハブ孔１１およびボルト挿通孔１２の面積は含まれない。
【００１９】
ここで、ロードノイズに影響するホイールの変形として、図４に略示する如く、ディスク部５の捻れ変形がある。この捻れ変形は、その共振周波数ｆが約３００〜７００Ｈｚの範囲であり、この共振周波数ｆが高いほど、ロードノイズの周波数１００〜４００Ｈｚから外れることとなり、ノイズレベルの低減に効果がある。
【００２０】
しかしながら、前記軽量化の促進に伴う前記空隙部分１７の増加は、前記捻れ変形の共振周波数ｆを低くさせる方向に作用する。これは図５に概念的に示すように、空隙部分１７を有する部分では剛性が相対的に低く捻れ変形しやすくなる結果、捻れ変形の波長Ｌが空隙部分１７の割合（即ち正面透視面積Ａの割合）に応じて長くなり、共振周波数ｆを低くさせるものと推測される。又軽量化に伴う肉厚の低下も、ディスク部５全体が捻れ変形し易くさせるため、共振周波数ｆを低くする。
【００２１】
そこで、本実施形態では、前記面積比Ａ／Ｓを０．２５以下に規制し、空隙部分１７の占める割合を減じることによって、前記共振周波数ｆを高い側に移行させているのである。
【００２２】
なお図６に、本発明者が実験によって得た、面積比Ａ／Ｓと、係数Ｋと、ロードノイズとの関係を示す。面積比Ａ／Ｓの減少とともにノイズレベルが低下するのが確認できる。又係数Ｋを０．５５以下とした軽量のホイールでも、面積比Ａ／Ｓを０．２５以下に減じることにより、係数Ｋが０．７近くの通常のホイールと略同レベルのロードノイズ性能を確保できることも確認できる。なお面積比Ａ／Ｓは、前記ロードノイズ性能等の観点から、０．２０以下、さらには０．１０以下が好ましく、又その下限値は０以上である。
【００２３】
次に、本例のプレート部分１６は、特に前記空隙部分１７を減少させるだけでなく、スポーク部分１５間の動きを効果的に拘束できるため、共振周波数ｆの高周波数化を確実なものとし、しかもディスク部５の捻れ変形自体の発生を抑えることができるため、ロードノイズ性能の向上により有効となる。さらにこのプレート部分１６とスポーク部分１５との組み合わせは、ディスク部５全体の剛性増加にも大きく貢献するため、操縦安定性の向上にも役立つ。
【００２４】
ここで、前記スポーク部分１５の厚さＴ１（図２に示す）は、ディスク部５に必要な剛性や荷重支持能力を確保するために、１７〜２２ｍｍの範囲が好ましい。又前記プレート部分１６の厚さＴ２は、スポーク部分１５の前記厚さＴ１の５〜１５％とする。５％以下ではこのプレート部分１６が強度不足となって、亀裂損傷が発生しやすくなる。又１５％を越えると、前記係数Ｋを０．５５以下とした大幅な軽量化の達成、或いは前記面積比Ａ／Ｓを０．２５以下に規制することが難しくなる。
【００２５】
なおプレート部分１６の厚さＴ２は、本例の如く実質的に均一とすることもできるが、剛性確保の観点から、厚さＴ２を前記範囲内で半径方向内方に向かって漸増させることもできる。
【００２６】
又前記プレート部分１６は、スポーク部分１５、１５の間が荷重負荷によって広がることに対して抗力を出すことでその動きを拘束しているため、このプレート部分１６の外縁１６ｅに大きな引張歪み生じて前記亀裂損傷が発生しやすくなる。そこで、前記外縁１６ｅを車軸３と略同心な円弧で形成することにより、引張歪みが緩和され亀裂損傷を抑制できる。
【００２７】
又プレート部分１６による前記効果を有効に発揮させるためには、スポーク部分１５、１５の間の中心角が９０度より小であることが好ましく、従ってスポーク部分１５の本数は５〜１２本とする。なお本数が多いと軽量化を阻害する。
【００２８】
以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。
【００２９】
【実施例】
図１、２の構造をなすリムサイズ１７×７ＪＪのホイールを表１の仕様に基づき試作するとともに、試供ホイールのロードノイズ性能を比較した。
【００３０】
（１）ロードノイズ性能：
試供ホイールに、市販の乗用車用タイヤ（タイヤサイズ２１５／４５ＺＲ１７）をリム組みし内圧（２３０ｋＰａ）の状態で、車両（２０００ｃｃ；ＦＲ車）の全輪に装着した。そして、この車両を用い、スムース路面（岡山ＴＣロードノイズ路）を速度６０ｋｍ／ｈにて走行させ、運転席左耳許の位置にてオーバーオールの騒音レベルｄＢ（Ａ）を測定した。数値が大きいほど騒音レベルが小さく良好である。
【００３１】
【表１】

【００３２】
【発明の効果】
叙上の如く本発明は、面積比Ａ／Ｓを０．２５以下に規制しているため、係数Ｋを０．３５〜０．５５とした軽量化の度合が大きいホイールにおいても、ノイズレベルを低減でき、満足しうるロードノイズ性能を確保することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のホイールの正面図である。
【図２】そのＩ−Ｉ線断面図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は、正面透視面積および仮想円面積を説明する線図である。
【図４】ホイールのディスク部の捻れ変形を説明する略図である。
【図５】本発明の効果を概念的に説明する線図である。
【図６】面積比Ａ／Ｓと、係数Ｋと、ロードノイズとの関係を示す線図である。
【図７】ホイールの質量Ｍとリムの呼び巾Ｗ（インチ）とリムの呼び径Ｄ（インチ）との関係を示す線図である。
【図８】従来のホイールを説明する正面図である。
【符号の説明】
１ ホイール
２ リム
３ 車軸
４ ハブ部
５ ディスク部
６ リムシート
１５ スポーク部分
１６ プレート部分
２０ タイヤ
２１ ビード部

Claims (1)

1. 自動車用タイヤのビード部が着座するリムシートを有するリムと、車軸を取付けるハブ部と、前記リムとハブ部とを継いで形成されるディスク部とを有する車両用のアルミ製の一体成形のホイールであって、
   該ホイールの質量Ｍ（ｋｇ）は、リムの呼び巾Ｗ（インチ）と、リムの呼び径Ｄ（インチ）とにおいて、次式（１）を充足するとともに、
   前記ディスク部は、前記リムとハブ部とを継ぐ５〜１２本のスポーク部分と、隣合うスポーク部分の間を、該スポーク部分の車軸側の後縁に沿って連絡するとともに、前記車軸に中心を有し前記ハブ部から半径方向外にのびる円板状をなす薄板状のプレート部分とからなり、
   かつ前記プレート部分の厚さＴ２は、スポーク部分の厚さＴ１の５〜１５％とし、
   しかも該プレート部分の半径方向外縁とリムの内周面との間で形成しうる正面側から裏面側に透視しうる空隙部分の正面透視面積Ａを、前記リムの呼び径Ｄを直径とした仮想円面積Ｓの２５％以下としたことを特徴とする車両用アルミホイール。
   ０．３５×（Ｗ＋Ｄ−１０）≦Ｍ≦０．５５×（Ｗ＋Ｄ−１０） （１）

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