JP6514767B2 - 車両用ホイール - Google Patents

Description

本発明は、車両用ホイールに関する。より具体的には、走行中に発生する騒音及び振動を減らし、剛性を確保することができる車両用ホイールに関するものである。

従来、車両用ホイールは、スチールやアルミニウムなどの材質を含んで成り立つ。これらの車両用ホイールは、ブレーキドラムまたはブレーキディスクからなる車両のホイールハブに固定される。

車両用ホイールは、車両の燃費向上のために、軽量材質のアルミニウムなどを適用したり、厚さを減らすなどの設計変更を適用している。

従来、車両用ホイールの設計の際には、所定の強度（Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）の条件を満足するようにハブ装着部及びスポーク部などの構造を設計した後、軽量化のためにハブ装着部及びスポーク部の内側部などに減量を適用する。

車両用ホイールの重量が節減されることによって、剛性（Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）が不足して車両の走行時に車両用ホイール自体から振動及び騒音の起きる問題点が発生し、これらの振動及び騒音を防止するために、ハブ装着部及びスポーク部の内側部などを補強し、さらに車両用ホイールの全体の形状を厚くする場合、再度重量が増加する問題点がある。

韓国公開特許公報第１０−２００６−００４４６５３号（以下‘先行文献１’という）には、リムに中空チャンバーを形成して重量を減少させ、騒音を遮断する技術を開示している。

リムとスポークに中空を形成する技術は、先行文献１以外にも、韓国公開特許公報第１０−２００７−００５３３８６号、韓国公開特許公報第１０−１９９９−００６２９７３号などに開示されているが、中空チャンバーを形成する方法は、重量減少及び吸音には効果があるが、耐久性が脆弱になる問題点がある。

また、韓国公開特許公報第１０−２００７−００５３３８６号（以下‘先行文献２’という）では、リムに中空チャンバーを形成し、これにアルミニウム発泡コアを充填して騒音及び振動を吸収する技術を開示している。リムとスポークにも中空を形成し、これに発泡コアを充填する技術は、先行文献１に比べて吸音効果は高いが、重量減少の効果を制限する問題点がある。

このような従来の車両用ホイールは、図１及び２に図示されるように、ディスク部材２の外周面から一方向に延長形成されるリム部３を含み、このようなリム部３の外周面には、図２に示すようにタイヤ１を装着する。

すなわち、タイヤ１の両端部のビード１ａ、１ｂの中の一端部の外側ビード１ａは、ディスク部材２の外側面を成すリム部３の外側ビードシート３ａに安着し、他端部の内側ビード１ｂは、リム部３の自由端部に形成される内側ビードシート３ｂに安着する。

一方、リム部３は、ディスク部材２から突出されるウェル部３１と内側ビードシート３ｂの厚さが互いに異なるように形成され、ウェル部３１は、外側ビードシート３ａから延長形成される外側ウェル部３１ａと、内側ビードシート３ｂから延長形成されて外側ウェル部３１ａと連結される内側ウェル部３１ｂを含み、内側ウェル部３１ｂは、外側ウェル部３１ａから外側に折り曲げられて傾斜するように形成される。

このように形成されるウェル部３１と内側ビードシート３ｂの厚さは、タイヤ１の内側ビード１ｂを備える内側ビードシート３ｂを一番厚い厚さで形成し、外側ビードシート３ａから延長されて突出する外側ウェル部３１ａをその次に厚い厚さで形成し、外側ウェル部３１ａと内側ビードシート３ｂとの間の内側ウェル部３１ｂを一番薄い厚さで形成する。

このように形成された車両用ホイールは、走行時の車両の重量に対応した荷重を路面を介して受けることになり、ホイールに伝達される荷重Ｆ１、Ｆ２は、図２に示すようにタイヤ１の両ビード１ａ、１ｂを介して伝達を受けることになる。

しかし、図２に示すように、タイヤ１を介して伝達される荷重Ｆ１、Ｆ２は、タイヤ１の外側ビード１ａを介してリム部３の外側ビードシート３ａに作用し、タイヤ１の内側ビード１ｂを介してリム部３の内側ビードシート３ｂにそれぞれ作用するが、リム部３の外側ビードシート３ａと内側ビードシート３ｂではこれに対する反力Ｒ１、Ｒ２がそれぞれ作用することになる。

特に、リム部３の内側ビードシート３ｂで作用する荷重Ｆ２に対する反力Ｒ２は、外側ビードシート３ａにその一端部が連結される外側ウェル部３１ａに移転された反力Ｒ２’として作用する。

したがって、外側ビードシート３ａに作用する荷重Ｆ１に対しては、荷重Ｆ１と一直線上の反対方向に反力Ｒ１が作用して作用/反作用の役割をするが、内側ビードシート３ｂに作用する荷重Ｆ２に対しては、荷重Ｆ２に対する反力Ｒ２が外側ウェル部３１ａの反力Ｒ２’に移転されて作用する。

したがって、内側ビードシート３ｂ側では、変形量ε_１が発生し、この変形量ε_１は、外側ウェル部３１ａの厚さが内側ビードシート３ｂの厚さよりも相対的に薄くて固定端部としての支持面が小さいため、外側ウェル部３１ａの固定端部から変形が発生して全般的な変形量ε_１が大きくなり、この変形量ε_１に対応した振動は、車両用ホイールのスポーク部２２を介して車両のハブ（図示せず）側に伝達されて車両の振動及び騒音としてそのまま発生する問題があった。したがって、これを改善する必要性が要請される。

本発明は、前記のような問題点を改善するために案出されたもので、リム部を成す外側ウェル部、内側ウェル部及び第２ビードシートの厚さを異なるように構成して車両に伝達される振動及び騒音を低減させることができる車両用ホイールを提供するのにその目的がある。

また、本発明の他の目的には、外側ウェル部から延長される内側ウェル部を多段に傾斜するように形成してリム部の変形量を最小化することができる車両用ホイールを提供する。

本実施例による車両用ホイールは、車軸が連結されるディスク部材と、前記ディスク部材に連結され、タイヤを装着するリム部と、を含み、前記リム部は、前記ディスク部材に連結され、前記タイヤの外側ビードが接する第１ビードシートを含む第１タイヤ装着部と、前記第１タイヤ装着部と離隔されるように位置し、前記タイヤの内側ビードが接する第２ビードシートを含む第２タイヤ装着部と、前記第１タイヤ装着部から延長される外側ウェル部及び前記外側ウェル部と前記第２タイヤ装着部を連結する内側ウェル部を備えるウェル部と、を含み、前記外側ウェル部、前記第２ビードシート、前記内側ウェル部の順に進むにつれて厚さが薄くなる。

本発明において、前記第１タイヤ装着部は、前記第１ビードシートから突出し、前記外側ビードに接して、前記外側ビードの移動を制限する第１移動制限部と、前記第１ビードシートまたは前記第１移動制限部から延長されて、前記外側ウェル部と連結されるウェル壁部と、をさらに含む。

本発明において、前記第１移動制限部は、前記第１ビードシートから突出し、前記外側ビードの外側に接して、前記外側ビードの外側移動を制限する第１リムフランジと、前記第１ビードシートから突出し、前記外側ビードの内側に接して、前記外側ビードの内側移動を制限する第１ハンプと、を含む。

本発明において、前記第２タイヤ装着部は、前記第２ビードシートから突出し、前記内側ビードに接して前記内側ビードの移動を制限する第２移動制限部をさらに含む。

本発明において、前記第２移動制限部は、前記第２ビードシートから突出し、前記内側ビードの外側に接して、前記内側ビードの外側移動を制限する第２リムフランジと、前記第２ビードシートから突出し、前記内側ビードの内側に接して、前記内側ビードの内側移動を制限する第２ハンプと、を含む。

本発明において、前記外側ウェル部の厚さは、前記第２ビードシートの厚さの１．２〜１．８倍である。

本発明において、前記外側ウェル部の厚さは、前記内側ウェル部の厚さの１．２〜２．５倍である。

本発明において、前記外側ウェル部と、前記内側ウェル部と、前記第２ビードシートの厚さは、それぞれ６．０〜９．１ ｍｍ 、３．３〜５．５ ｍｍ 、４．０〜７．５ ｍｍ である。

本発明において、前記内側ウェル部の厚さは、前記外側ウェル部と前記第２ビードシートの厚さの差よりも大きい。

本発明において、前記内側ウェル部は、前記ディスク部材の回転中心を基準に、前記外側ウェル部の外側に傾斜するように形成される。

本発明において、前記内側ウェル部は、多段に傾斜するように形成される。

本発明において、前記内側ウェル部は、前記外側ウェル部から前記第２ビードシート側に傾斜するように形成される１次傾斜部と、前記第２ビードシートから前記１次傾斜部側に傾斜するように形成されて、前記１次傾斜部に連結される２次傾斜部と、を含む。

本発明において、前記１次傾斜部の勾配角は、５〜２５°である。

本発明において、前記２次傾斜部の勾配角は、５〜１５°である。

本発明による車両用ホイールは、外側ウェル部、内側ウェル部及び第２ビードシートの厚さを異にして構成する一方、外側ウェル部から延長される内側ウェル部を多段に傾斜するように形成して、リム部の変形量を最小化し、車体に伝達される振動及び騒音を低減させて乗り心地を向上させることができる。

また、本発明は、リム部の剛性を向上させながら、同時に重量を節減することができる効果がある。

従来の車両用ホイールのリム部を示す拡大図である。 従来の車両用ホイールのリム部に作用する力の関係を示す図面である。 本発明による車両用ホイールのリム部を示す拡大図である。 本発明による車両用ホイールのリム部に作用する力の関係を示す図面である。 本発明による車両用ホイールのリム部の周波数（振動）応答解析の実験のための測定センサーの設置状態図である。 図５の実験結果による共振周波数と反共振周波数を示すグラフである。 図５の実験結果及び解析からリム部の厚さ及び重量の上限値についての臨界点を分析した結果のグラフであって、車両用ホイールの外側ウェル部の厚さの最小臨界点分析グラフである。 図５の実験結果及び解析からリム部の厚さ及び重量の上限値についての臨界点を分析した結果のグラフであって、車両用ホイールの外側ウェル部の厚さの重量変動による最大臨界点の分析グラフである。 図５の実験結果及び解析からリム部の厚さ及び重量の上限値についての臨界点を分析した結果のグラフであって、車両用ホイールの外側ウェル部の厚さと重量、剛性との相関関係を示すグラフである。 本発明による車両用ホイールの１次勾配角と２次勾配角の相関関係を示すグラフである。 本発明による車両用ホイールの１次勾配角と重量及び剛性の相関関係を示すグラフである。 従来の車両用ホイールと本発明による車両用ホイールを車両に装着して振動試験測定をした分析データであって、運転席のハンドルでの振動周波数を示すグラフである。 従来の車両用ホイールと本発明による車両用ホイールを車両に装着して振動試験測定をした分析データであって、運転席の床部での振動周波数を示すグラフである。 従来の車両用ホイールと本発明による車両用ホイールを車両に装着して振動試験測定をした分析データであって、車両用ホイールのナックル部での振動周波数を示すグラフである。

以下、添付された図面を参照して本発明による車両用ホイールの一実施例を説明する。この過程で図面に示された線の太さや構成要素の大きさなどは、説明の明瞭性と便宜上誇張されている場合がある。

また、後述される用語は、本発明においての機能を考慮して定義された用語であって、これは使用者、運用者の意図または慣例によって変わり得る。したがって、これらの用語についての定義は、本明細書全般にわたる内容に基づいてなされるべきである。

図３は、本発明による車両用ホイールのリム部を示す拡大図であり、図４は、本発明による車両用ホイールのリム部に作用する力の関係を示す図面であり、図５は、本発明による車両用ホイールのリム部の周波数（振動）応答解析の実験のための測定センサーの設置状態図である。

図６は、図５の実験結果による共振周波数と反共振周波数を示すグラフであり、図７ないし図９は、図５の実験結果及び解析からリムの厚さ及び重量の上限値についての臨界点を分析した結果のグラフであって、図７は、車両用ホイールの外側ウェル部の厚さの最小臨界点分析グラフであり、図８は、車両用ホイールの外側ウェル部の厚さの重量変動による最大臨界点分析グラフであり、図９は、車両用ホイールの外側ウェル部の厚さと重量、剛性との相関関係を示すグラフである。

図１０は、本発明による車両用ホイールの１次勾配角と２次勾配角の相関関係を示すグラフであり、図１１は、本発明による車両用ホイールの１次勾配角と重量及び剛性の相関関係を示すグラフである。

図１２〜１４は、従来の車両用ホイールと本発明による車両用ホイールを車両に装着して振動試験測定をした分析データであって、図１２は、運転席のハンドルでの振動周波数を示すグラフであり、図１３は、運転席の床部での振動周波数を示すグラフであり、図１４は、車両用ホイールのナックル部での振動周波数を示すグラフである。

図３及び図４を参照すると、本発明による車両用ホイールは、車軸ハブ（図示せず）が連結されて備えられるディスク部材１００と、ディスク部材１００の外周面に突出するように形成される一方、タイヤ２００を装着するリム部１６０を含む。

ディスク部材１００は、車軸ハブが連結される円盤型のハブ装着部１１０と、ハブ装着部１１０の外側からリム部１６０側に放射状に延長形成されるスポーク部（Ｓｐｏｋｅ Ｐｏｒｔｉｏｎ）１５０を含む。

特に、ハブ装着部１１０は、図３及び図４に示すように、車軸ハブとのボルト結合のためのボルト孔１３０と空洞部１４０を除いた部分の中が詰った中実型に形成されている。

これは、車両用ホイールが車軸ハブと連結された部分の支持段として、車両自体の重量及び衝撃荷重に耐えることができる程度の強度（Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を有するようにするためである。

このようなハブ装着部１１０には、その中央部に車軸ハブが挿入されるハブ孔１２０を形成し、ハブ孔１２０と離隔されたハブ装着部１１０の外側部には、多数のボルト孔１３０が一定の間隔で離隔されて円周方向に沿って配列される。

このようなボルト孔１３０は、ディスク部材１００の外側面から内側面に行くほどその直径が徐々に狭くなるように形成し、ディスク部材１００の外側面からナットやキャップナットが挿入されるように形成され、ディスク部材１００の内側面からボルト孔１３０を貫通する車軸ハブのボルトがボルト孔１３０内に挿入されたナットまたはキャップナットと締結されて固定される。

空洞部１４０は、ボルト孔１３０との間に備えられるもので、その内部には、ゴム材質を含んで成り立つダンパー（図示せず）を挿入することができる。

このような空洞部１４０は、ボルト孔１３０の反対側のディスク部材１００、すなわち、ディスク部材１００の内側面に形成され、ディスク部材１００の内側面から中心部側に行くほど直径が徐々に小さくなるように形成する。

これは、車両の走行時の車両用ホイール自体から発生する振動及び騒音を、ディスク部材１００の内側端部に行くほどその直径が徐々に大きくなる空洞部１４０とダンパーに分散、減衰させるためのものである。

また、ボルト孔１３０と空洞部１４０は、反対側に形成することにより、ディスク部材１００の剛性を相互補完することができるようになる。すなわち、ディスク部材１００の外側面で、ハブ孔１２０とボルト孔１３０との間の間隔は狭い一方、空洞部１４０が形成されていない中実のハブ装着部１１０を適用して剛性を確保することができる。さらに、ディスク部材１００の内側面で、ハブ孔１２０と空洞部１４０との間の間隔は狭い一方、ハブ孔１２０とボルト孔１３０との間を広くして剛性を確保することができることになる。

車両用ホイールのリム部１６０にタイヤ２００を装着すると、リム部１６０とタイヤ２００との間に密閉された環状の空間が形成される。

本実施例において、リム部１６０は、図３及び図４に示すように、第１タイヤ装着部１６１、１６２、１６４、１６５と、第２タイヤ装着部１６１ａ、１６２ａ、１６５ａ及びウェル部１６３を含み、外側ウェル部１６３ａ、第２ビードシート１６２ａ及び内側ウェル部１６３ｂの順に進むにつれて、厚さが薄くなるように形成する。

第１タイヤ装着部１６１、１６２、１６４、１６５は、ディスク部材１００に 連結され、タイヤ２００の外側ビード２０１が接する第１ビードシート１６２を含む。本実施例において、第１タイヤ装着部１６１、１６２、１６４、１６５は、第１移動制限部１６１、１６５及びウェル壁部１６４を含む。

第１移動制限部１６１、１６５は、第１ビードシート１６２から突出し、外側ビード２０１に接して外側ビード２０１の移動を制限する。本実施例において、第１移動制限部１６１、１６５は、第１リムフランジ１６１及び第１ハンプ１６５を含む。

第１リムフランジ１６１は、第１ビードシート１６２から突出し、外側ビード２０１の外側に接して、外側ビード２０１の外側方向の移動を制限する。

第１ハンプ１６５は、第１ビードシート１６２から突出し、外側ビード２０１の内側に接して、外側ビード２０１の内側方向の移動を制限する。

ウェル壁部１６４は、第１ビードシート１６２または第１移動制限部１６１、１６５から延長され、外側ウェル部１６３ａと連結される。

第２タイヤ装着部１６１ａ、１６２ａ、１６５ａは、第１タイヤ装着部１６１、１６２、１６４、１６５と離隔されるように位置しており、タイヤ２００の内側ビード２０２が接する第２ビードシート１６２ａを含む。本実施例において、第２タイヤ装着部１６１ａ、１６２ａ、１６５ａは、第２移動制限部１６１ａ、１６５ａをさらに含む。

第２移動制限部１６１ａ、１６５ａは、第２ビードシート１６２ａから突出し、内側ビード２０２に接して、内側ビード２０２の移動を制限する。本実施例において、第２移動制限部１６１ａ、１６５ａは、第２リムフランジ１６１ａ及び第２ハンプ１６５ａを含む。

第２リムフランジ１６１ａは、第２ビードシート１６２ａから突出し、内側ビード２０２の外側（図４基準の下側）に接して内側ビード２０２の外側方向の移動を制限する。

第２ハンプ１６５ａは、第２ビードシート１６２ａから突出し、内側ビード２０２の内側（図４基準の上側）に接して、内側ビード２０２の内側方向の移動を制限する。

ウェル部１６３は、第１タイヤ装着部１６１、１６２、１６４、１６５から下側（図４基準）に延長される外側ウェル部１６３ａと、外側ウェル部１６３ａと第２タイヤ装着部１６１ａ、１６２ａ、１６５ａを連結して、外側ウェル部１６３ａから第２ハンプ１６５ａのハンプラウンド部ｒ２の開始点まで傾斜するように連結する内側ウェル部１６３ｂを含む。

一方、本実施例において、第１、２ビードシート１６２、１６２ａに面接するタイヤ２００の内側、外側ビード２０１、２０２がそれぞれ第１、２ビードシート１６２、１６２ａの長さよりも小さい厚さで形成されていることにより、ウェル部１６３は、内側、外側ビード２０１、２０２が第１、２ハンプ１６５、１６５ａにかかるようにする。

本実施例において、車両用ホイールのリム部１６０は、外側ウェル部１６３ａ、第２ビードシート１６２ａ、内側ウェル部１６３ｂの順に進むにつれて、厚さが薄くなるように形成される。すなわち、外側ウェル部１６３ａの厚さＴ１が一番厚く、その次に第２ビードシート１６２ａの厚さＴ３が厚く、最後に内側ウェル部１６３ｂが一番薄い厚さＴ２で形成される（Ｔ１＞Ｔ３＞Ｔ２）。

ここで、外側ウェル部１６３ａの厚さＴ１は、ウェルラウンドｒ１と外側ウェル部１６３ａとの交差点での垂直方向の厚さであり、内側ウェル部１６３ｂの厚さＴ２は、内側ウェル部１６３ｂの中点での垂直方向の厚さであり、第２ビードシート１６２ａの厚さＴ３は、内側ビードシート１６２ａの中点での垂直方向の厚さに選定されることができる。

一方、外側ウェル部１６３ａ、内側ウェル部１６３ｂ及び第２ビードシート１６２ａの厚さＴ１、Ｔ２、Ｔ３の関係は、下のようになる。すなわち、第２ビードシート１６２ａの厚さＴ３に対する外側ウェル部１６３ａの厚さＴ１は、１．２＜Ｔ１/Ｔ３＜１．８で形成され、内側ウェル部１６３ｂの厚さＴ２に対する外側ウェル部１６３ａの厚さＴ１は、１．２＜Ｔ１/Ｔ２＜２．５で形成されることができる。

最も好ましくは、下記の実施例３に示すように、外側ウェル部１６３ａの厚さＴ１は、７．１ｍｍで形成され、内側ウェル部１６３ｂの厚さＴ２は、３．８ｍｍで形成され、第２ビードシート１６２ａの厚さＴ３は、５．０ｍｍで形成されて、車両用ホイールの剛性及び軽量化の両方を満足できるようになる。

また、外側ウェル部１６３ａ、内側ウェル部１６３ｂ及び第２ビードシート１６２ａの厚さＴ１、Ｔ２、Ｔ３は、６．０ 〜 ９．１ｍｍ：３．３〜５．５ｍｍ：４．０〜７．５ｍｍの比率で形成されるが、特に、一番薄い内側ウェル部１６３ｂの厚さＴ２を基準にして、外側ウェル部１６３ａと第２ビードシート１６２ａの厚さＴ１、Ｔ３を内側ウェル部１６３ｂの厚さＴ２より少なくとも１ｍｍ以上大きい厚さで形成して、車両用ホイールの固有振動数を高い周波数帯域に切り替えることができるようになる。

前記のような比率の基準となる内側ウェル部１６３ｂの厚さＴ２が３．３ｍｍ未満の場合には、車両用ホイールを軽量化することはできるが、車両用ホイールの強度を維持することは困難である。また、内側ウェル部１６３ｂの厚さＴ２が５．５ｍｍを超過する場合には、車両用ホイールの強度は維持することができるが、重量が増大する短所がある。

また、前記のような内側ウェル部１６３ｂの厚さＴ２は、外側ウェル部１６３ａと第２ビードシート１６２ａの厚さの差（Ｔ１−Ｔ３）よりも大きい厚さで形成されることが好ましい（Ｔ１−Ｔ３＜Ｔ２）。これは、外側ウェル部１６３ａと第２ビードシート１６２ａに比べて相対的に弱い強度を有する内側ウェル部１６３ｂの最小の厚さを確保して内側ウェル部１６３ｂの強度を維持することにより、リム部１６０の全体の強度を設定範囲の以上に維持するためである。

したがって、前記のような内側ウェル部１６３ｂの厚さＴ２とそれによる比率を勘案して外側ウェル部１６３ａと第２ビードシート１６２ａの厚さＴ１、Ｔ３が最適の範囲に設定されたものであり、これについての説明は、後述される実施例で詳しく説明する。

一方、本実施例で内側ウェル部１６３ｂが傾斜するように形成されるが、このような内側ウェル部１６３ｂは、外側ウェル部１６３ａから第２ビードシート１６２ａ側に上向きに傾斜するように形成される１次傾斜部１６３ｂ−１と、第２ビードシート１６２ａから１次傾斜部１６３ｂ−１側に下向きに傾斜するように形成されて１次傾斜部１６３ｂ−１に連接される２次傾斜部１６３ｂ−２を含む。

このように内側ウェル部１６３ｂを１、２次傾斜部１６３ｂ−１、１６３ｂ−２で傾斜するように形成する理由は、内側ウェル部１６３ｂの厚さを厚くすると剛性は向上するが、車両用ホイールの全体の重量が増大されるためである。したがって、これを改善するために内側ウェル部１６３ｂを２段ステップで傾斜するように形成すると、剛性と軽量化の両方を満足できるようになる。

このような内側ウェル部１６３ｂの１次傾斜部１６３ｂ−１と２次傾斜部１６３ｂ−２は、それぞれ外側ウェル部１６３ａと第２ビードシート１６２ａの厚さＴ１、Ｔ２を最小重量にして、内側ウェル部１６３ｂと連結するための勾配角θ１、θ２で、内側ウェル部１６３ｂの１次傾斜部１６３ｂ−１の勾配角θ１と２次傾斜部１６３ｂ−２の勾配角θ２は、５〜２５゜：１５〜５゜の比率で形成される。

ここで、１次傾斜部１６３ｂ−１の勾配角θ１は、外側ウェル部１６３ａの底面から車両用ホイールの回転中心線Ｏと平行な延長線と内側ウェル部１６３ｂ（１次傾斜部１６３ｂ−１）との間の傾斜角度である。

また、２次傾斜部１６３ｂ−２の勾配角θ２は、第２ビードシート１６２ａ（内側ビードシート１６２ａ)の底面からホイールの回転中心線Ｏと平行な延長線と内側ウェル部１６３ｂ（２次傾斜部１６３ｂ−２）との間の傾斜角度である。

一方、このような２次傾斜部１６３ｂ−２の勾配角θ２は、１次傾斜部１６３ｂ−１からホイールの回転中心線Ｏと平行な延長線と２次傾斜部１６３ｂ−２との間の勾配角と錯角に互いに同じになるよう形成される。

このような１、２次傾斜部１６３ｂ−１、１６３ｂ−２の勾配角θ１、θ２の比率は、１次傾斜部１６３ｂ−１の勾配角θ１を基準にして、２次傾斜部１６３ｂ−２の勾配角θ２を設定する方式で決められる。

すなわち、１次傾斜部１６３ｂ−１の勾配角θ１が２５度の場合には、２次傾斜部１６３ｂ−２の勾配角θ２は５度になり、１次傾斜部１６３ｂ−１の勾配角θ１が５度の場合には、２次傾斜部１６３ｂ−２の勾配角θ２が１５度に該当する。最適の勾配角の比率は、１次傾斜部１６３ｂ−１の勾配角θ１が２０度であり、２次傾斜部１６３ｂ−２の勾配角θ２が１０．６度の場合になる。

特に、１次傾斜部１６３ｂ−１の勾配角θ１は、最小勾配角を基準にして最大勾配角が５倍の範囲で形成されるが、最大勾配角が最小勾配角の５倍を超えると内側ウェル部１６３ｂが急激に折れる現象が発生して耐久性が脆弱になる短所がある。

１次傾斜部１６３ｂ−１の勾配角θ１によって決まる２次傾斜部１６３ｂ−２の勾配角θ２は下記の表１のとおりである。

上記の表１に示すように、２次傾斜部１６３ｂ−２の勾配角θ２は、１次傾斜部１６３ｂ−１の勾配角θ１によって第２ビードシート１６２ａの厚さＴ３を最小重量にして、内側ウェル部１６３ｂに連結するための最適の勾配角に該当する。

このような比率で、１次傾斜部１６３ｂ−１と２次傾斜部１６３ｂ−２の勾配角θ１、θ２を形成すると、リム部１６０に作用する荷重が分散してリム部１６０の急激な変形を防止することができる。

すなわち、図４に示すように、内側ビードシート１６２ａに作用する荷重Ｆ２について、１、２次傾斜部１６３ｂ−１、１６３ｂ−２の各勾配角θ１、θ２で互いに異なる力の反力Ｒ２−１、Ｒ２−２が作用することになる。

したがって、ディスク部材１００に連接された外側ウェル部１６３ａが内側ウェル部１６３ｂ及び第２ビードシート１６２ａよりも厚く形成される一方、内側ウェル部１６３ｂが１、２次傾斜部１６３ｂ−１、１６３ｂ−２として２段傾斜するように形成されることにより、図４に示すように走行時のリム部１６０に作用する荷重Ｆ１、Ｆ２についてのリム部１６０の変形量ε_２が従来の車両用ホイールの変形量ε_１より小くなって車両に伝達される振動及び騒音を低減させることができる（ε_１＞ε_２）。

すなわち、本実施例においては、ディスク部材１００に連接される外側ウェル部１６３ａの厚さＴ１を従来よりも厚く形成する一方、内側ウェル部１６３ｂを１、２次傾斜部１６３ｂ−１、１６３ｂ−２として２段傾斜するように形成して内側ビードシート１６２ａ側に作用する荷重Ｆ２に対する反力Ｒ２を１、２次傾斜地点でそれぞれ作用する反力Ｒ２−１、Ｒ２−２に分散させることにより、内側ビードシート１６２ａに作用する荷重Ｆ２によるモーメントを低減させることで変形量ε_２を低減させることができるようにしたものである。

まず、本実施例においては、本発明と従来（量産例）のリム部１６０の外側ウェル部１６３ａと、内側ウェル部１６３ｂ、第２ビードシート１６２ａの厚さの変化による車両用ホイールの重量と剛性を比較して下記の表２に示す。

ホイール剛性試験は、従来の１３．２６ｋｇ重量の車両用ホイールと本発明による実施例３の１２．２３ｋｇ重量（１．０３ｋｇの重量減少）の車両用ホイール単品の剛性試験と、タイヤ２００を装着した状態で車両に組立てて振動試験を行い、試験結果は上記の表２のとおりである。

１．表２の車両用ホイール単独剛性（Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）測定及びデータ分析

１）実験説明
試験名は、ＥＭＡ（Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｍｏｄａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ：実験的モーダル解析）という。

ＥＭＡは、刺激によって構造物の動的応答を解析する分野であるが、刺激についての応答は、データ収集装備を介して発生する。これはＦＥＡ（Ｆｉｎｉｔｅ−Ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ：有限要素解析法）の結果の検証だけでなく、構造のモーダルパラメータを決めるのに有用である。

ＥＭＡは、モーダルパラメータを抽出する４段階のプロセスであり、これに対する過程は、以下のとおりである。
[加速度計(Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｏｒ)(Ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ)]

構造の振動応答を記録するために加速度計と呼ばれる振動センサーを図５に示すように車両用ホイールのディスク部材１００の内側面に付着して備える。

加速度計は、振動を発生させるためにインパルスハンマーを用いて特定テストに必要な周波数範囲、動的範囲などを用いる。
[データ収集装備（Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）]

加速度計とインパルスハンマーを介して発生する振動信号を測定するためのデータ収集装備を備える。
[ＦＲＦ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）解析]

周波数応答関数解析は、振幅の定められた様々な周波数の入力信号があるシステムに入力されたとき、どのような応答を出すのか測定するもので、これはあるシステムに入力された広域周波数信号についての出力応答の尺度を示す分析方式である。

周波数応答関数は、構造の伝達関数を計算して刺激についての反応と比較し、ＦＲＦの結果は、定義された周波数範囲で構造の大きさ及び位相についての応答を示す。

ＦＲＦのテスト結果は、図６のグラフのように現れ、これについての説明は、以下のとおりである。

図６は、図５の実験結果によって車両用ホイールに現れる共振周波数と反共振周波数のグラフであって、図５に示すように車両用ホイールの内側面にＭ１、Ｍ２の測定センサーを付着する。

この状態で、Ｍ１に加振（衝撃）を与えてＭ１で測定したものをＨ１１とし、Ｍ２に加振（衝撃）を与えてＭ１で測定したものをＨ１２とし、Ｍ１に加振（衝撃）を与えてＭ２で測定したものをＨ２１とし、Ｍ２に加振（衝撃）を与えてＭ２で測定したものをＨ２２と定義すると、Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ２１、Ｈ２２のそれぞれのＦＲＦ（共振周波数、反共振周波数）グラフが図６のように表示される。

したがって、ｆ１は、４つ（Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ２１、Ｈ２２）の測定値の平均共振周波数（Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の値であり、ｆ２は、４つ（Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ２１、Ｈ２２）の測定値の平均反共振周波数（Ａｎｔｉ−Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の値である。

ω１=２×π×ｆ１[Ｈｚ]、
ω２=２×π×ｆ２[Ｈｚ]、
Ｍａｓｓ=Ｗｈｅｅｌ ｗｅｉｇｈｔ（ｋｇ）とすると、

横方向剛性（Ｌａｔｅｒａｌ Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）のＦＲＦグラフの測定後に、以下の式１を用いると、Ｋｗｈｅｅｌ（Ｌａｔｅｒａｌ Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）の値を得ることができる。

[モーダルパラメータ抽出]

モーダルパラメータ抽出アルゴリズムは、ＦＲＦデータからモーダルパラメータを識別するために使用されるもので、これらのアルゴリズムは、Ｐｅａｋを検出し、周波数領域の多項式の計算及びＦＲＦ××合成に使用される。

２）実験条件及び剛性（Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）値
車両用ホイール剛性試験は、従来の１３．３ｋｇ重量の車両用ホイールと本発明による実施例３の１２．２ｋｇ重量（１．１ｋｇ重量減少）の車両用ホイール単品の剛性試験と、タイヤ２００を装着した状態で車両に組立てて振動試験を行った。

− 従来の車両用ホイール。サイズ１８Ｘ７Ｊ、重量１３．２６ｋｇ
− 本発明の実施例３の車両用ホイール。サイズ１８Ｘ７Ｊ、重量１２．２３ｋｇ

３）実験結果
− 従来の車両用ホイール。サイズ１８Ｘ７Ｊ、重量１３．２６ｋｇ：剛性６２．５ｋＮ/ｍｍ
− 本発明の実施例３の車両用ホイール。サイズ１８Ｘ７Ｊ、重量１２．２３ｋｇ：剛性６４．３ｋＮ/ｍｍ

４）実験結果及び解析からリム部１６０の厚さ及び重量の上限値についての臨界点を分析した結果は、図７ないし図９のとおりである。

まず、図７は、車両用ホイールの外側ウェル部の厚さの最小臨界点分析グラフであって、図７に示すように、従来の車両用ホイールの剛性は、６２．５ｋＮ/ｍｍであり、本発明の実施例４の外側ウェル部１６３ａの厚さＴ１が６．１ｍｍであるときに剛性が６２．６ｋＮ/ｍｍなので、外側ウェル部１６３ａの厚さＴ１が６．０ｍｍ以上の場合は、従来の車両用ホイールの剛性よりも高いため、外側ウェル部１６３ａの厚さＴ１は、６．０ｍｍ以上とする。

図８は、車両用ホイールの外側ウェル部の厚さの重量変動による最大臨界点分析グラフであって、図８に示すように、外側ウェル部１６３ａの厚さＴ１を６．０ｍｍ以上とするときは、剛性が従来の剛性値よりも高いが、外側ウェル部１６３ａの厚さＴ１が９．１ｍｍを超えると、ホイールの重量減少が５％未満となるので、重量減少の効果を最大化するために外側ウェル部１６３ａの最大厚さＴ１は９．１ｍｍ以下となる。

図９は、ホイールの外側ウェル部の厚さと重量、剛性との相関関係を示すグラフであって、図９に示すように、本発明によるホイールの外側ウェル部１６３ａの厚さＴ１を６．１〜９．１ｍｍとすることにより、従来の車両用ホイールの剛性値６２．５ｋＮ/ｍｍより大きく、重量は最大限に軽量化することができる。

特に、外側ウェル部１６３ａの厚さＴ１を６．１〜８．１ｍｍで形成すると、剛性は従来の剛性値と等しいか又は大きく、重量は従来よりも６〜９％程度軽量化できる最適の厚さになる。

したがって、前記のような実験結果を通じて、外側ウェル部１６３ａの厚さＴ１は７．１ｍｍで、内側ウェル部１６３ｂの厚さＴ２は３．８ｍｍで、第２ビードシート１６２ａの厚さＴ３は５．０ｍｍで形成することが、車両用ホイールの剛性及び軽量化の両方を満足できる最も適切な厚さの比率であることが分かる。

２．内側ウェル部１６３ｂの１次傾斜部１６３ｂ−１と２次傾斜部１６３ｂ−２の勾配角θ１、θ２の変化による剛性値の考察

まず、内側ウェル部１６３ｂの１次傾斜部１６３ｂ−１と２次傾斜部１６３ｂ−２の勾配角θ１、θ２についての相関関係は前述の表１で説明したので、以下では、勾配角θ１、θ２の最大、最小、最適の角図による重量と剛性値について説明する。

下記の表３及び図１０に示すように、１次傾斜部１６３ｂ−１の勾配角θ１が最大である２５度の場合には、２次傾斜部１６３ｂ−２の勾配角θ２が最小である ５度になり、１次傾斜部１６３ｂ−１の勾配角θ１が最小である５度の場合には、２次傾斜部１６３ｂ−２の勾配角θ２が最大である１５度になる。

したがって、最適の１、２次傾斜部１６３ｂ−１、１６３ｂ−２の勾配角θ１、θ２は、１次傾斜部１６３ｂ−１の勾配角θ１が２０度になり、２次傾斜部１６３ｂ−２の勾配角θ２が１０度のとき、１、２次傾斜部１６３ｂ−１、１６３ｂ−２を有する内側ウェル部１６３ｂが直線に近く形成される。

特に、１次傾斜部１６３ｂ−１の勾配角θ１が最大であり、２次傾斜部１６３ｂ−２の勾配角θ２が最小の場合は、最適の勾配角よりもホイールの外径がさらに大きくなることで、重量が増大し、１次傾斜部１６３ｂ−１の勾配角θ１が最小であり、２次傾斜部１６３ｂ−２の勾配角θ２が最大の場合は、最適の勾配角よりもホイールの外径が小さくなるにもかかわらず、重量は最適の勾配角の場合よりも重い（表４及び図１１参照）。

表４及び図１１に示すように、１、２次傾斜部１６３ｂ−１、１６３ｂ−２の勾配角θ１、θ２が最適の場合に比べて、１次傾斜部１６３ｂ−１の勾配角θ１が最大であり、２次傾斜部１６３ｂ−２の勾配角θ２が最小の場合は、最適の場合よりも剛性が小幅に増大する一方、重量が大きく上昇することが分かる。

また、１次傾斜部１６３ｂ−１の勾配角θ１が最小であり、２次傾斜部１６３ｂ−２の勾配角θ２が最大の場合は、最適の場合よりも剛性も弱いうえ重量までさらに重いことが分かる。

３．従来と本発明の実施例３の車両用ホイールを車両に装着して振動試験測定及びデータ分析

１）試験条件
− Ｔｅｓｔ目的及び背景：従来と本発明の実施例３の車両用ホイールの重量及びリムの厚さ変化による振動関連の影響度評価
− 評価車両：ＧＭ ＴＲＡＸ
− タイヤの空気圧：３５Ｐｓｉ（２．４６ｋｇｆ/ｃｍ^２）
− 評価路面/速度：Ｓｍｏｏｔｈ Ａｓｐｈａｌｔ/１００ＫＰＨ
− 適用タイヤ/車両用ホイール：Ｐ２１５/５５Ｒ１８/１８Ｘ７Ｊ１３ｋｇ（従来）、１８Ｘ７Ｊ１２ｋｇ（本発明）
− 評価項目：Ｓｍｏｏｔｈ Ａｓｐｈａｌｔ振動測定
− 評価位置：ナックル（Ｋｎｕｃｋｌｅ）部、車体床（Ｆｌｏｏｒ）部、操向軸（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）部

本試験は、車両に振動感知センサーを運転席のハンドル（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）部、車輪のナックル部、運転席の床部（Ｆｌｏｏｒ）に設置して、重い従来の車両用ホイールと、これより１ｋｇの重量を減少した本発明の実施例３による車両用ホイールをそれぞれ装着して車両の走行中に振動の影響を測定して評価している。

図１３ないし図１４に図示されたグラフを通じて分かるように、本発明の実施例３による車両用ホイールが従来の車両用ホイールよりも１．０３ｋｇ重量が減少したにもかかわらず、外側ウェル部１６３ａの厚さが従来よりも増強されることによって車両用ホイールのスポーク部に伝達される振動などの影響が外側ウェル部１６３ａで吸収されてタイヤの回転周波数の頂点（ＰＥＡＫ）値で振動値が減少することを確認することができる。

したがって、車両用ホイールのリム部１６０を本発明のように構成すると、車両用ホイールの軽量化による剛性値の低下及びこれによる振動及び騒音の影響を最小化できることが分かる。

以上、本発明を具体的な実施例を通じて詳しく説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのもので、本発明はこれに限定されず、本発明の技術的思想内で当分野の通常の知識を有する者によってその変形や改良が可能であることが明らかである。

本発明の単純な変形ないし変更は、すべて本発明の範疇に属するもので、本発明の具体的な保護範囲は添付した請求範囲によって明確にされる。

Claims (9)

1. 車軸が連結されるディスク部材と、
   前記ディスク部材に連結され、タイヤを装着するリム部と、を含み、
   前記リム部は、
   前記ディスク部材に連結され、前記タイヤの外側ビードが接する第１ビードシートを含む第１タイヤ装着部と、
   前記第１タイヤ装着部と離隔されるように位置し、前記タイヤの内側ビードが接する第２ビードシートを含む第２タイヤ装着部と、
   前記第１タイヤ装着部から延長される外側ウェル部及び前記外側ウェル部と前記 第２タイヤ装着部を連結する内側ウェル部を備えるウェル部と、を含み、
   前記外側ウェル部、前記第２ビードシート、前記内側ウェル部の順に進むにつれて厚さが薄くなり、
   前記外側ウェル部の厚さは、前記第２ビードシートの厚さの１．２〜１．８倍であり、前記外側ウェル部の厚さは、前記内側ウェル部の厚さの１．２〜２．５倍であり、
   前記内側ウェル部は、前記ディスク部材の回転中心を基準に前記外側ウェル部の外側に多段に傾斜するように形成され、前記外側ウェル部から前記第２ビードシート側に傾斜するように形成される１次傾斜部と、前記第２ビードシートから前記１次傾斜部側に傾斜するように形成されて前記１次傾斜部に連結される２次傾斜部とを含み、
   前記第２ビードシートの底面と前記２次傾斜部との間の傾斜角度は、前記ディスク部材の回転中心線と前記２次傾斜部との間の勾配角と同じである車両用ホイール。
2. 前記第１タイヤ装着部は、
   前記第１ビードシートから突出し、前記外側ビードに接して、前記外側ビードの移動を制限する第１移動制限部と、
   前記第１ビードシートまたは前記第１移動制限部から延長されて、前記外側ウェル部と連結されるウェル壁部と、
   をさらに含む請求項１に記載の車両用ホイール。
3. 前記第１移動制限部は、
   前記第１ビードシートから突出し、前記外側ビードの外側に接して、前記外側ビードの外側移動を制限する第１リムフランジと、
   前記第１ビードシートから突出し、前記外側ビードの内側に接して、前記外側ビードの内側移動を制限する第１ハンプと、
   を含む請求項２に記載の車両用ホイール。
4. 前記第２タイヤ装着部は、
   前記第２ビードシートから突出し、前記内側ビードに接して前記内側ビードの移動を制限する第２移動制限部
   をさらに含む請求項１に記載の車両用ホイール。
5. 前記第２移動制限部は、
   前記第２ビードシートから突出し、前記内側ビードの外側に接して、前記内側ビードの外側移動を制限する第２リムフランジと、
   前記第２ビードシートから突出し、前記内側ビードの内側に接して、前記内側ビードの内側移動を制限する第２ハンプと、
   を含む請求項４に記載の車両用ホイール。
6. 前記外側ウェル部と、前記内側ウェル部と、前記第２ビードシートの厚さは、それぞれ６．０〜９．１ｍｍ、３．３〜５．５ｍｍ、４．０〜７．５ｍｍである請求項１に記載の車両用ホイール。
7. 前記内側ウェル部の厚さは、前記外側ウェル部と前記第２ビードシートの厚さの差よりも大きい請求項１に記載の車両用ホイール。
8. 前記１次傾斜部の勾配角は、５〜２５°である請求項１に記載の車両用ホイール。
9. 前記２次傾斜部の勾配角は、５〜１５°である請求項８に記載の車両用ホイール。