JP6209502B2

JP6209502B2 - 車両用ホイール

Info

Publication number: JP6209502B2
Application number: JP2014217909A
Authority: JP
Inventors: 晋祐下田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2014-10-27
Filing date: 2014-10-27
Publication date: 2017-10-04
Anticipated expiration: 2034-10-27
Also published as: JP2016084016A

Description

この発明は、スポークの剛性を強化した車両用ホイールに関する。

特許文献１には、車両用ホイールのスポークに、リムからハブに向かって対向して延びる２つの外側リブと、２つの外側リブの間で、互いに交差してリムからハブに向かって延びる２つの内側リブとが配置される構成が開示されている。

米国特許第５８７９０５９号明細書（図１）

車両用ホイールにおいては、車輪に発生する横力や、縁石等を乗り越える際に加わる外力に対する剛性・強度を確保するためにスポーク形状に工夫が必要であった。

特許文献１の構成では、外側リブと内側リブを設けることで、１つのスポークにおいては高い剛性が得られるが、スポーク間で連携して剛性を強化する構造についての開示はなかった。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、スポーク間で連携して剛性を強化する構造を備える車両用ホイールを提供することを目的とする。

本発明は、円筒状のリムと、前記リムの内周面からハブに向かって延びる複数のスポークとを備える車両用ホイールであって、前記各スポークは、前記リムからハブに向かって互いに対向して延びる少なくとも２つの第１リブと、２つの前記第１リブの間で、互いに交差して延びる少なくとも２つの第２リブとを有し、前記ハブを挟んで互いに反対側に配置されるスポーク間で、一方のスポークの前記第１リブと、他方のスポークの少なくとも１つの前記第２リブとが互いに平行となるように前記各スポークが配置されることを特徴とする。

本発明では、ハブを挟んで互いに反対側に配置されるスポーク間で、一方のスポークの第１リブと、他方のスポークの少なくとも１つの第２リブとが互いに平行となるように構成される。本発明によれば、車輪に横力等の力が発生した場合に、一方のスポークには引張荷重が加わるが、その際に、両脇のスポークの第２リブが横力等のねじれの力に対して剛性部材として寄与する。このとき、一方のスポークの第１リブと平行となるように配置された他方のスポークの第２リブも横力等の力に対する剛性部材として寄与する。このように、車両走行時に発生する横力等の力に対して全てのスポークに役割を持たせることによって、車両用ホイールの軽量化を図りながら剛性を向上させることができ、また、局所応力を低減できる。このため、車両用ホイールの耐久性を向上させることができる。

また、本発明において、前記第２リブは、前記第２リブが互いに交差する交差箇所から前記リム側に向けて、前記第１リブの延びる方向と交差して外側に延び、前記各スポークは、前記リム側の付け根で最も幅広になるように設けられていてもよい。

車輪に横力等の力が発生した場合に、ハブの上方に位置するスポークには引張荷重が加わり、そのスポークの両側に隣接する各スポークにはねじり荷重が加わる。本発明によれば、スポークがリム側の付け根で最も幅広になるように第２リブが設けられるため、ねじり荷重に対する車両用ホイールの剛性を高めることができる。ゆえに、車両走行時に発生する横力に対する車両用ホイールの剛性をさらに向上させることができるため、車輪の耐久性を向上させることができる。

また、本発明において、前記各スポークは、樹脂により形成され、前記スポークの内部に、前記第１リブ及び前記第２リブに沿って配置された骨格部が埋没されていてもよい。

スポークを樹脂で形成した場合に、樹脂の流れ込む方向や繊維方向によって、スポーク各部で剛性が異なる場合がある。本発明によれば、第１リブ及び第２リブに骨格部が埋没されるため、第１リブ及び第２リブの剛性をスポークの母材となる樹脂の強度に寄らずに向上させることができる。ゆえに、引張方向及びねじり方向に対するスポークの剛性・強度を、骨格部のない物よりも向上させることができる。

また、本発明において、前記骨格部は、線状のＵＤ材により形成され、前記線状のＵＤ材は、前記第１リブ及び前記第２リブの延びる方向に沿って積層して設けられていてもよい。

本発明によれば、線状のＵＤ材の剛性が高い方向と第１リブ及び第２リブの延びる方向とを合わせることができる。このため、車輪に入力される荷重に対して、ＵＤ材の剛性を効果的に発揮させることができる。また、線状のＵＤ材を積層することで、複雑な構成で骨格部を形成することなく、各リブに沿って補強することができる。さらに、骨格部が引張方向にヤング率が高く、強度が高いＵＤ材で形成されるため、剛性・強度を保ったまま車両用ホイール全体を軽量化することができる。

また、本発明において、前記骨格部は、１本の前記線状のＵＤ材で構成され、前記線状のＵＤ材は、１つのスポークの前記第１リブ及び前記第２リブの位置に沿って折り返し配置され、且つ、前記第２リブの前記リム側の付け根の位置から前記１つのスポークに隣接する他のスポークの該付け根の位置まで前記リムに沿って配置されていてもよい。

本発明によれば、骨格部を繊維が連続した一方向繊維で構成可能なため、自動化がしやすい点、骨格形成のための部品点数を少なくすることができる点等により低コスト化が可能となる。また、リムに沿ってＵＤ材を配置するため、リム側の剛性も向上させることができる。

本発明によれば、車輪に横力等の力が発生した場合に、一方のスポークには引張荷重が加わるが、その際に、両脇のスポークの第２リブが横力等のねじれの力に対して剛性部材として寄与する。このとき、一方のスポークの第１リブと平行となるように配置された他方のスポークの第２リブも横力等の力に対する剛性部材として寄与する。このように、車両走行時に発生する横力等の力に対して全てのスポークに役割を持たせることによって、車両用ホイールの軽量化を図りながら剛性を向上させることができ、また、局所応力を低減できる。このため、車両用ホイールの耐久性を向上させることができる。

図１は本発明の実施形態に係る車両用ホイールを示す斜視図である。図２は本発明の実施形態に係る車両用ホイールを示す平面図である。図３は第１リブ及び第２リブの骨格部を示す斜視図である。図４はＵＤ材の配置の一手順を示す説明図である。図５はＵＤ材の配置の一手順を示す説明図である。

以下、本発明に係る車両用ホイールについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

［車両用ホイール１０の構成］
図１は本発明の実施形態に係る車両用ホイール１０を示す斜視図である。図２は本発明の実施形態に係る車両用ホイール１０を示す平面図である。車両用ホイール１０は、大きくは、円筒状のリム１２と、リム１２の中心に位置するハブ１４と、リム１２の内周面１２ａからハブ１４（ハブ１４からリム１２の内周面１２ａ）に向かって延びる５つのスポーク２０、３０、４０、５０、６０とを備える。リム１２とハブ１４とスポーク２０、３０、４０、５０、６０は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）により一体成形される。

リム１２の内周面１２ａには、スポーク２０、３０、４０、５０、６０の一端である付け根２２、３２、４２、５２、６２が等間隔で配置されて結合される。ハブ１４には、各スポーク２０の他端２４、３４、４４、５４、６４が等間隔で配置されて結合される。また、ハブ１４には、５つの金属製のインサート部材１８ａ〜１８ｅがボア１４ａを囲むように等間隔に配置されて埋め込まれている。各インサート部材１８ａ〜１８ｅは、スポーク２０、３０、４０、５０、６０の延長上に位置する。金属製のインサート部材１８ａ〜１８ｅによりナットの締付に対する軸力が確保される。

ここでスポーク２０、３０、４０、５０、６０について説明する。なお、各スポーク２０、３０、４０、５０、６０の構造は同じであるため、以下ではスポーク２０の説明をし、各スポーク３０、４０、５０、６０の説明を省略する。

スポーク２０には２つの第１リブ２６ａ、２６ｂと２つの第２リブ２８ａ、２８ｂとが形成される。２つの第１リブ２６ａ、２６ｂは、リム１２からハブ１４に向かって互いに対向して延びるように形成される。２つの第２リブ２８ａ、２８ｂは、２つの第１リブ２６ａ、２６ｂの間で、互いに交差して延びるように形成される。また、第１リブ２６ａと第２リブ２８ａは交差箇所Ｃ１で交差し、第１リブ２６ｂと第２リブ２８ｂは交差箇所Ｃ２で交差する。

第１リブ２６ａと第１リブ２６ｂは互いに平行する。第１リブ２６ａのうち、スポーク２０の他端２４から第２リブ２８ａとの交差箇所Ｃ１までの部分はスポーク２０の外縁に位置しており、スポーク２０の片側壁面を形成する。同様に、第１リブ２６ｂのうち、スポーク２０の他端２４から第２リブ２８ｂとの交差箇所Ｃ２までの部分はスポーク２０の外縁に位置しており、スポーク２０の片側壁面を形成する。

第２リブ２８ａと第２リブ２８ｂは、第１リブ２６ａと第１リブ２６ｂの間の交差箇所Ｃ３で互いに交差する。第２リブ２８ａは、交差箇所Ｃ３からリム１２側に向けて延び、交差箇所Ｃ１にて第１リブ２６ａと交差する。さらに第２リブ２８ａは、交差箇所Ｃ１から第１リブ２６ａの外側に延び、リム１２と結合する。第２リブ２８ａのうち、交差箇所Ｃ１からスポーク２０の付け根２２までの部分はスポーク２０の外縁に位置しており、スポーク２０の片側壁面を形成する。同様に、第２リブ２８ｂは、交差箇所Ｃ３からリム１２側に向けて延び、交差箇所Ｃ２にて第１リブ２６ｂと交差する。さらに第２リブ２８ｂは、交差箇所Ｃ２から第１リブ２６ｂの外側に延び、リム１２と結合する。第２リブ２８ｂのうち、交差箇所Ｃ２からスポーク２０の付け根２２までの部分はスポーク２０の外縁に位置しており、スポーク２０の片側壁面を形成する。

上述したように、第２リブ２８ａが交差箇所Ｃ１からリム１２に向けて第１リブ２６ａの外側に延び、また、第２リブ２８ｂが交差箇所Ｃ２からリム１２に向けて第１リブ２６ｂの外側に延びることにより、スポーク２０のうち付け根２２が最も幅広になる。このため、スポーク２０に発生するねじり荷重に対する剛性が向上する。

次に車両用ホイール１０の剛性を強化する構造について説明する。本実施形態では、ハブ１４を挟んで互いに反対側に配置されるスポーク間、例えばスポーク２０とスポーク４０、スポーク５０との間で、スポーク２０の第１リブ２６ａ、２６ｂと、スポーク４０の第２リブ４８ｂ及びスポーク５０の第２リブ５８ａとが互いに平行となるようにスポーク２０、４０、５０が配置される。

ここで、「互いに反対側に配置されるスポーク」というのは、スポーク２０、３０、４０、５０、６０のうち任意のスポークと、そのスポークとのなす角度が９０°より大きく２７０°より小さいスポークとの組み合わせのことをいう。本実施形態では、５つのスポーク２０、３０、４０、５０、６０がハブ１４の周りに７２°間隔で配置されている。このうち、スポーク２０と、このスポーク２０とのなす角度が１４４°であるスポーク４０及びスポーク２０とのなす角度が２１６°であるスポーク５０のことをいう。また、スポーク３０と、このスポーク３０とのなす角度が１４４°であるスポーク５０及びスポーク３０とのなす角度が２１６°であるスポーク６０のことをいう。また、スポーク４０と、このスポーク２０とのなす角度が１４４°であるスポーク６０及びスポーク４０とのなす角度が２１６°であるスポーク２０のことをいう。また、スポーク５０と、このスポーク５０とのなす角度が１４４°であるスポーク２０及びスポーク５０とのなす角度が２１６°であるスポーク３０のことをいう。また、スポーク６０と、このスポーク６０とのなす角度が１４４°であるスポーク３０及びスポーク６０とのなす角度が２１６°であるスポーク４０のことをいう。

「互いに反対側に配置されるスポーク」について、以下ではスポーク２０とスポーク４０及びスポーク５０との関係を説明し、他のスポーク間の関係の説明を省略する。スポーク２０の第１リブ２６ａ、２６ｂと、スポーク４０の第２リブ４８ｂと、スポーク５０の第２リブ５８ａは互いに平行である。このため、横力のように、スポーク２０に引張荷重を加えるような曲げ力が車両用ホイール１０に発生した場合に、スポーク２０の第１リブ２６ａ、２６ｂがこの曲げ力に抗する。このとき、スポーク４０の第２リブ４８ｂとスポーク５０の第２リブ５８ａもこの曲げ力に抗する。このように複数のスポーク２０、４０、５０が連携して曲げ力に抗するため、車両用ホイール１０の剛性が向上する。

スポーク３０とスポーク５０及びスポーク６０、スポーク４０とスポーク６０及びスポーク２０、スポーク５０とスポーク２０及びスポーク３０、スポーク６０とスポーク３０及びスポーク４０も、スポーク２０とスポーク４０及びスポーク５０のように機能する。

［骨格部１２０、２００、３００、４００、５００、６００］
次に車両用ホイール１０の剛性をさらに強化する構造について、以下ではスポーク２０の説明をし、他のスポーク３０、４０、５０、６０の説明を省略する。図３は第１リブ２６ａ、２６ｂ及び第２リブ２８ａ、２８ｂの骨格部２００を示す斜視図である。本実施形態では、スポーク２０に形成される第１リブ２６ａ、２６ｂ（図２参照）及び第２リブ２８ａ、２８ｂ（図２参照）に骨格部２００が埋設されている。骨格部２００は、線状のＵＤ（Uni-Directional）材１００により形成される。線状のＵＤ材１００は、第１リブ２６ａ、２６ｂ（図２参照）及び第２リブ２８ａ、２８ｂ（図２参照）の延びる方向に沿って積層して設けられる。

また、本実施形態では、図２に示す車両用ホイール１０のリム１２にも骨格部１２０（図４参照）が埋設されている。リム１２の骨格部１２０も線状のＵＤ材１００により形成される。ＵＤ材１００はリム１２の周方向に沿って積層される。

ここで、ＵＤ材１００の配置について説明をする。図４及び図５はＵＤ材１００の配置の一手順を示す説明図である。各スポーク２０、３０、４０、５０、６０の骨格部２００、３００、４００、５００、６００及びリム１２の骨格部１２０は１本の線状のＵＤ材１００で構成される。この場合、ＵＤ材１００が複数回周回されることにより骨格部１２０、２００、３００、４００、５００、６００が形成される。

図４に示されるように、複数回の周回の１周目で、ＵＤ材１００は、リム１２からインサート部材１８ａに向けて、スポーク２０の第２リブ２８ａに沿って配置され、インサート部材１８ａにて折り返し配置され、リム１２に向けて第１リブ２６ａに沿って配置される。続いて、ＵＤ材１００は、スポーク２０近傍からスポーク３０近傍に向けて、リム１２に沿って配置される。同様にして、ＵＤ材１００は、スポーク３０、リム１２、スポーク４０、リム１２、スポーク５０、リム１２、スポーク６０の順に配置され、リム１２を１周する。

複数回の周回の２周目で、ＵＤ材１００は、リム１２からインサート部材１８ａに向けて、スポーク２０の第１リブ２６ｂに沿って配置され、インサート部材１８ａにて折り返し配置され、リム１２に向けて第２リブ２８ｂに沿って配置される。続いて、ＵＤ材１００は、スポーク２０近傍からスポーク３０近傍に向けて、リム１２に沿って配置される。同様にして、ＵＤ材１００は、スポーク３０、リム１２、スポーク４０、リム１２、スポーク５０、リム１２、スポーク６０の順に配置され、リム１２を１周する。

以上のようにして、ＵＤ材１００がリム１２の形状に沿って２周周回されることによって、図５に示されるように、１層の骨格部１２０、２００、３００、４００、５００、６００が形成される。つまり、１本の線状のＵＤ材１００からなるｎ層の骨格部１２０、２００、３００、４００、５００、６００は、ＵＤ材１００が２ｎ周周回されて形成される。

［車両用ホイール１０の製法］
上述したように、車両用ホイール１０の母材は炭素繊維強化プラスチックで形成され、骨格部１２０、２００、３００、４００、５００、６００はＵＤ材１００で形成される。ＵＤ材１００は樹脂を予め含浸させたプリプレグでもよいし、含浸させていないものでもよい。母材は短繊維を織り交ぜた樹脂の射出成形やＲＴＭ（Resin Transfer Molding）で形成してもよい。また、ＳＭＣ（Sheet Molding Compound）やＰＣＭ（Pre-preg Compression Molding）等のプレス成形でも形成してもよい。ＲＴＭで車両用ホイール１０を形成する場合は、骨格部１２０、２００、３００、４００、５００、６００をセットした金型に射出成形機から材料を注入して成形する。この際、骨格部１２０、２００、３００、４００、５００、６００の形状に成形したＵＤ材１００を金型にセットしてもよいし、金型上でＵＤ材１００を骨格部１２０、２００、３００、４００、５００、６００の形状に成形してもよい。

［本実施形態のまとめ］
本実施形態では、各スポーク、例えばスポーク２０が、リム１２からハブ１４に向かって互いに対向して延びる２つの第１リブ２６ａ、２６ｂを有する。また、２つの第１リブ２６ａ、２６ｂの間で、互いに交差して延びる２つの第２リブ２８ａ、２８ｂを有する。そして、ハブ１４を挟んで互いに反対側に配置されるスポーク間、例えばスポーク２０とスポーク４０、５０との間で、一方のスポーク２０の第１リブ２６ａ、２６ｂと、他方のスポーク４０の第２リブ４８ｂ及びスポーク５０の第２リブ５８ａとが互いに平行となるように構成される。車輪に横力等の力が発生した場合に、一方のスポーク２０には引張荷重が加わるが、その際に、両脇のスポーク３０、６０の第２リブ３８ａ、６８ｂが横力等のねじれの力に対して剛性部材として寄与する。このとき、一方のスポーク２０の第１リブ２６ａ、２６ｂと平行となるように配置された他方のスポーク４０の第２リブ４８ｂ及びスポーク５０の第２リブ５８ａも横力等の力に対する剛性部材として寄与する。このように、車両走行時に発生する横力等の力に対して全てのスポーク２０、３０、４０、５０、６０に役割を持たせることによって、車両用ホイール１０の軽量化を図りながら剛性を向上させることができ、また、局所応力を低減できる。このため、車両用ホイール１０の耐久性を向上させることができる。

車輪に横力等の力が発生した場合に、ハブ１４の上方に位置するスポーク、例えばスポーク２０には引張荷重が加わり、そのスポーク２０の両側に隣接する各スポーク３０、６０にはねじり荷重が加わる。本実施形態によれば、スポーク３０、６０がリム１２側の付け根３２、６２で最も幅広になるように第２リブ３８ａ、３８ｂ、６８ａ、６８ｂが設けられる。このため、ねじり荷重に対する車両用ホイール１０の剛性を高めることができる。ゆえに、車両走行時に発生する横力に対する車両用ホイール１０の剛性をさらに向上させることができるため、車輪の耐久性を向上させることができる。

スポーク、例えばスポーク２０を樹脂で形成した場合に、樹脂の流れ込む方向や繊維方向によって、スポーク２０各部で剛性が異なる場合がある。本実施形態によれば、例えばスポーク２０の第１リブ２６ａ、２６ｂ及び第２リブ２８ａ、２８ｂに骨格部２００が埋没される。このため、第１リブ２６ａ、２６ｂ及び第２リブ２８ａ、２８ｂの剛性をスポーク２０の母材となる樹脂の強度に寄らずに向上させることができる。ゆえに、引張方向及びねじり方向に対するスポーク２０の剛性・強度を、骨格部２００のない物よりも向上させることができる。

本実施形態によれば、線状のＵＤ材１００の剛性が高い方向と、例えばスポーク２０の第１リブ２６ａ、２６ｂ及び第２リブ２８ａ、２８ｂの延びる方向とを合わせることができる。このため、車輪に入力される荷重に対して、ＵＤ材１００の剛性を効果的に発揮させることができる。また、線状のＵＤ材１００を積層することで、複雑な構成で骨格部１２０、２００、３００、４００、５００、６００を形成することなく、各リブに沿って補強することができる。さらに、骨格部１２０、２００、３００、４００、５００、６００が引張方向にヤング率が高く、強度が高いＵＤ材１００で形成されるため、剛性・強度を保ったまま車両用ホイール１０全体を軽量化することができる。

本実施形態によれば、骨格部１２０、２００、３００、４００、５００、６００を繊維が連続した一方向繊維で構成可能なため、自動化がしやすい点、骨格形成のための部品点数を少なくすることができる点等により低コスト化が可能となる。また、リム１２に沿ってＵＤ材１００を配置するため、リム１２側の剛性も向上させることができる。

［他の実施形態］
本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

例えば、リム１２と各スポーク２０、３０、４０、５０、６０とを一体成形するのではなく、それぞれ別体として形成したものを結合することも可能である。この場合には、リム１２と各スポーク２０、３０、４０、５０、６０が別部材であってもよい。例えば、リム１２が金属で各スポーク２０、３０、４０、５０、６０が樹脂であってもよい。

また、リム１２の骨格部１２０と各スポーク２０、３０、４０、５０、６０の骨格部２００、３００、４００、５００、６００とを１本のＵＤ材１００で形成するのではなく、複数のＵＤ材１００で個々に形成することも可能である。この場合には、個々の骨格部１２０、２００、３００、４００、５００、６００をそれぞれ１本のＵＤ材１００で形成してもよいし、複数のＵＤ材１００で形成してもよい。

また、ＵＤ材１００は図４、図５に示されるような手順で積層されるのではなく、他の手順で積層されてもよい。例えば、ＵＤ材１００がリム１２の形状に沿って１周周回されることによって、１層の骨格部１２０、２００、３００、４００、５００、６００が形成されてもよい。

また、いずれか又は全ての骨格部１２０、２００、３００、４００、５００、６００をＵＤ材１００で形成するのではなく、鉄やアルミ等の金属材料や、その他の樹脂材料で形成することも可能である。各リブに入力される荷重の方向に対して剛性を発揮する材料であれば、骨格部材として適宜選択可能である。

また、各スポーク２０、３０、４０、５０、６０が、３以上の第１リブを有していてもよく、また、３以上の第２リブを有していてもよい。

１０…車両用ホイール１２…リム
１４…ハブ１８ａ〜１８ｅ…インサート部材
２０、３０、４０、５０、６０…スポーク
２２、３２、４２、５２、６２…付け根
２６ａ、２６ｂ…第１リブ
２８ａ、２８ｂ、３８ａ、３８ｂ、４８ｂ、５８ａ、６８ａ、６８ｂ…第２リブ
１００…ＵＤ材
１２０、２００、３００、４００、５００、６００…骨格部

Claims

円筒状のリムと、
前記リムの内周面からハブに向かって延びる複数のスポークとを備える車両用ホイールであって、
前記各スポークは、
樹脂により形成され、また、
前記リムからハブに向かって互いに対向して延びる少なくとも２つの第１リブと、
２つの前記第１リブの間で、互いに交差して延びる少なくとも２つの第２リブとを有し、
前記ハブを挟んで互いに反対側に配置されるスポーク間で、
一方のスポークの前記第１リブと、他方のスポークの少なくとも１つの前記第２リブとが互いに平行となるように前記各スポークが配置され、
前記各スポークの内部に、前記第１リブ及び前記第２リブに沿って配置された骨格部が埋没され、
前記骨格部は、１本の線状のＵＤ材で構成され、
前記線状のＵＤ材は、前記第１リブ及び前記第２リブの延びる方向に沿って積層して設けられ、
１つのスポークの前記第１リブ及び前記第２リブの位置に沿って折り返し配置され、且つ、前記第２リブの前記リム側の付け根の位置から前記１つのスポークに隣接する他のスポークの該付け根の位置まで前記リムに沿って配置されること
を特徴とする車両用ホイール。
請求項１に記載の車両用ホイールにおいて、
前記第２リブは、前記第２リブが互いに交差する交差箇所から前記リム側に向けて、前記第１リブの延びる方向と交差して外側に延び、
前記各スポークは、前記リム側の付け根で最も幅広になるように設けられること
を特徴とする車両用ホイール。