JP2010095104A - 車両用ホイール - Google Patents

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Yoichi Kamiyama
洋一 神山
Katsushi Ishii
克史 石井
Hisamitsu Takagi
久光 高木
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Abstract

【課題】量産性を向上させることが可能な車両用ホイールを提供すること。
【解決手段】鉄製材料で形成されたホイール本体17のウェル部14cの外周面21には、周方向に沿って延在する第1縦壁22aと、前記第1縦壁22aと対向しリム14と一体的に形成された第2縦壁22bとが設けられ、副気室部材18は、樹脂製材料からなり、内部に副気室40を有すると共に、前記第1縦壁22aと前記第2縦壁22bとの間に嵌り込んで両端縁が前記第1縦壁22aと前記第2縦壁22bとの間で係止され、前記第1縦壁22aは、ホイール本体17と別体で形成されたフランジ部材からなり、前記ウェル部14cの外周面21に溶着して固定される。
【選択図】図3

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。
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。この気柱共鳴とは、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をいう。
例えば、特許文献1には、この気柱共鳴に伴う騒音を低減するための車両用ホイールが開示されている。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。さらに詳細に説明すると、この車両用ホイールでは、リムの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閉塞されている。そして、前記蓋部材とウェル部と縦壁とで区画される空間部分が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、前記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としている。
特許第3992566号公報
しかしながら、前記特許文献1に開示された従来技術に係る車両用ホイールは、現実的な構造とはいえない。すなわち、ウェル部から立ち上がるように縦壁を形成したホイールに、複数の隔壁と蓋部材とを、気密性を保持しつつ、溶接、接着、嵌め込み、締結により高精度で結合させる必要があり、気密性の確保、製造工数や製造コストの増大を考慮すると、量産化に不適であるという問題がある。
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、量産性を向上させることが可能な車両用ホイールを提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明は、タイヤ空気室内で副気室部材をウェル部の外周面上に固定する車両用ホイールであって、鉄製材料で形成されたホイール本体と、前記ホイール本体のウェル部の外周面から径方向外側に立ち上がり、前記外周面の周方向に沿って延在する第1縦壁と、前記第1縦壁と対向するように前記ホイール本体のウェル部に設けられる第2縦壁とを備え、前記副気室部材は、樹脂製材料からなり、内部に形成される副気室と、前記副気室と前記タイヤ空気室とを連通させる連通孔とを有すると共に、前記第1縦壁と前記第2縦壁との間に嵌り込んで両端部が前記第1縦壁と前記第2縦壁との間で係止され、前記第1縦壁又は前記第2縦壁の少なくともいずれか一方は、前記ウェル部の外周面に溶接で固定されることを特徴とする。
本発明によれば、従来の車両用ホイール(例えば、特許文献1参照)のようにリムに複数の隔壁や蓋部材を順次組み付けて気密性を考慮しながら高精度にこれらを結合させて副気室を形成していくものと異なって、予め副気室を有する副気室部材をリムの外周面に対して弾性を利用して嵌め込むだけで製造される。従って、本発明では、従来の車両用ホイール(例えば、特許文献1参照)と比較して、製造工数や製造コストを削減することができ、量産性を向上させることができる。
また、本発明によれば、ホイール本体を鉄製材料で形成し、前記ホイール本体と別体で形成された金属製の部材からなる第1縦壁又は第2縦壁の少なくともいずれか一方を、ウェル部の外周面に、例えば、スポット溶接等で溶接することにより、前記金属製の部材を容易に且つ強固に溶着(固着)することができ、より一層量産性を向上させることができる。
例えば、図示しない金型を用い鋳造成形又は鍛造成形によってホイール本体と一体的に第1縦壁又は第2縦壁のいずれか一方を形成した場合と比較して、本発明では、縦壁を成形することが不要となって金型のキャビティ形状が簡素化されるため、ホイール本体を簡便に製造することができる。
さらに、本発明によれば、第1縦壁及び第2縦壁に、それぞれ、周方向に沿って延在する溝部を形成し、副気室部材の両端部を、それぞれ、前記各溝部に嵌り込んで係止するように設けるとよい。または、副気室部材が副気室を有する本体部と、前記本体部から周囲に延出する板状の縁部とを備え、前記縁部を第1縦壁及び第2縦壁にそれぞれ形成された溝部に嵌り込んで係止されるように設けるとよい。
このように、樹脂製材料からなる副気室部材が、第1縦壁及び第2縦壁にそれぞれに設けられた溝部に嵌め込むことで固定され、前記副気室部材が、ばね弾性を有しているため、第1縦壁と第2縦壁の間に簡便に且つ強固に固定される。
本発明によれば、第1縦壁又は第2縦壁の少なくともいずれか一方を、ウェル部の外周面に溶接で固定することにより、製造コストを高騰させることがなく量産性を向上させることが可能な車両用ホイールを得ることができる。
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態に係る車両用ホイールの斜視図、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要部拡大縦断面図、図3(a)は、ウェル部の外周面に装着された副気室部材の拡大縦断面図、図3(b)は、前記ウェル部の外周面に溶着された第1縦壁を含む車両用ホイールの一部破断斜視図である。
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。図1に示されるように、本発明の実施形態に係る車両用ホイール10は、タイヤ12(図2参照)を装着するためのリム14と前記リム14を図示しないハブに連結するためのディスク16とを有し鉄製材料で形成されたホイール本体17と、弾性変形して前記リム14の外周面に装着される副気室部材18とから構成される。
図2に示されるように、前記リム14は、幅方向の両端部に形成されるビードシート部14aと、前記ビードシート部14aから外側に向けて屈曲して形成されるリムフランジ部14bと、前記ビードシート14a、14a間において径方向内側に窪んで形成されるウェル部14cとを有する。
前記ビードシート部14aには、タイヤ12のビード部12aが装着される。これにより、リム14とタイヤ12の内周面の間に環状の密封空間からなるタイヤ空気室20が形成される。
前記ウェル部14cは、タイヤ12をリム14に組み付ける際、タイヤ12のビード部12aを落とし込むために設けられるものである。このウェル部14cの外周面21には、第1縦壁22a及び第2縦壁22bがそれぞれ設けられる。
第1縦壁22aは、図3に示されるように、ウェル部14cの外周面21から径方向外側に立ち上がる第1の縦壁面24aを有し、ホイール本体17と別体で構成された金属製のフランジ部材によって形成される。前記フランジ部材は、前記ウェル部14cの外周面21に、例えば、スポット溶接、シーム溶接等で溶着して固定されている。そして、前記第1縦壁22aは、外周面21の周方向に沿って所定間隔離間して略環状に配置されている(図4参照)。
第1縦壁22aを構成するフランジ部材は、縦断面略L字状からなり、ウェル部14cの外周面21に沿って湾曲して形成されている。この場合、前記フランジ部材は、図3(a)に示されるように、図示しないナゲットが形成されてウェル部14cの外周面21に溶着(固着)される平板な帯状の底部26aと、前記底部26aから径方向外側に略直交して立ち上がる側部26bと、前記側部26bの上端からウェル部14cの幅方向に沿って第2縦壁22b側に向かって略水平方向に僅かに突出する係止部26cとから構成される。
また、ウェル部14cの幅方向内側には、ホイール本体17(リム14)と一体に形成された第2縦壁22bが設けられ、前記第2縦壁22bには、第1の縦壁面24aと対向する第2の縦壁面24bが設けられる。
そして、これらの第1の縦壁面24a(第1縦壁22a)及び第2の縦壁面24b(第2縦壁22b)には、それぞれ溝部28が形成されている。第1縦壁22aの溝部28は、前記係止部26cによってフランジ部材の長手方向に沿って形成され、一方、第2縦壁22bの溝部28は、ウェル部14cの外周面21の周方向に沿った環状溝で形成されている。これらの溝部28には、後記する副気室部材18の縁部30が嵌め込まれる。
また、前記第1縦壁22aの周方向に沿った略中央部には、図3(b)に示されるように、切り欠き部32が形成されている。この切り欠き部32は、後記する副気室部材18の突出部34(管部材)が嵌め込まれて、前記突出部34を係止することにより、副気室部材18の周方向に対する回り止め機能を営むものである。前記切り欠き部32は、ホイール全体において、図4に示されるように、周方向に沿って約90度離間した4箇所に設けられる。なお、前記切り欠き部32は、図示しない切削加工装置によって、前記第1縦壁22aを構成するフランジ部材に予め切削加工により形成されている。
ディスク16は、図2に示されるように、リム14の車両外側の端部から径方向内側に連続して形成される。ホイール本体17を構成する前記リム14及びディスク16は、例えば、ステンレス鋼等の鉄製材料によって製造される。
次に、副気室部材18について説明する。図4は、図2のIV−IV線に沿った車両用ホイールの径方向の縦断面図、図5は、前記副気室部材の斜視図、図6(a)は、第1縦壁の切り欠き部に係止される副気室部材の突出部を示す一部破断斜視図、図6(b)は、図5のVI−VI線に沿った副気室部材の縦断面図である。
副気室部材18は、図4及び図5に示されるように、ウェル部14cの周方向に沿って配置される部材であって、ウェル部14cの周面に沿って略等間隔に4つ配置されている。すなわち、本実施形態に係る車両用ホイール10は、リム14の中心(以下、リム中心という)を挟んで対向する1対の副気室部材18を2組備えている。なお、副気室部材18の個数は、4つが好ましいが、3つ又は2つであってもよい。
副気室部材18の長手方向に沿った内部には、副気室40が形成される。この副気室40は、図3(a)に示されるように、副気室部材18の長手方向と直交する縦断面において、前記副気室部材18の長手方向と直交する幅方向に沿って徐々に薄くなる略矩形状に形成されている。
副気室部材18は、ウェル部14c(リム14)の外周面に沿うように延在し、且つ長手方向に沿って湾曲するように形成されている。副気室部材18は、図3(a)及び図5に示されるように、それぞれ、内部に副気室40が形成された本体部42と、前記本体部42からその周囲に延出する板状の縁部30とを備えている。この縁部30の肉厚は、本体部42の肉厚と同一又は略同一の厚さを有する。なお、本実施形態での縁部30は、前記肉厚や後記する材料を適宜に決定することで、ばね性を有している。
図3(a)に示されるように、副気室部材18は、相互に対向する第1の縦壁面24aと第2の縦壁面24bとの間に嵌り込んでウェル部14cの外周面21上に固定されている。さらに詳細に説明すると、縁部30は、第1の縦壁面24a側と第2の縦壁面24b側に延出して各溝部28に嵌り込むと共に、本体部42からウェル部14cの外周面21に沿うように周方向に延出している。この場合、副気室部材18は、本体部42から第1の縦壁面24a側と第2の縦壁面24b側にそれぞれ延出する縁部30の両端縁30aが各溝部28に嵌り込むことで第1縦壁22aと第2縦壁22bとの間で係止されている。
図3(a)に示されるように、副気室部材18は、両端縁30aの間でウェル部14cの外周面21側に凸となるように湾曲している。つまり、本体部42の外周面21側を構成する底板と、この底板から延出する縁部30とは一体的に形成される。ちなみに、副気室部材18は、樹脂製材料によって形成され、ホイールの回転による遠心力が作用した際、湾曲部が逆に凸となる方向に反転しようとして第1の縦壁面24aと第2の縦壁面24bとに対する両端縁30aの押圧力を増大させるように設けられている。
また、副気室部材18の一側部には、図4に示されるように、ホイール(ホイール本体17)の回転方向と交差する方向(本実施形態では直交する方向)に本体部42から所定長だけ突出する突出部34を有する。前記突出部34は、副気室部材18の周方向に沿った略中央部に設けられる。
この突出部34は、図6(a)に示されるように、第1縦壁22a側に延びて、第1縦壁22aの周方向に沿った略中央に形成された切り欠き部32に嵌り込んで係止されることにより、副気室部材18がウェル部14cの周方向に沿って変位することを防止する回り止め機能を有する。前記突出部34は、断面楕円形状からなる管部材で形成されており、この管部材の内側には、図6(b)に示されるように、本体部42内の副気室40とタイヤ空気室20とを連通させる連通孔44が形成されている。
なお、副気室部材18の各突出部34は、図4に示されるように、リム中心Oから周方向に沿って約90度の中心角度(離間角度)を持って配置されることにより、良好な消音効率を得ることができる。
前記副気室部材18に形成される副気室40の形状は、特に限定されるものではないが、断面視して扁平形状が好ましい。また、各副気室40の容積は、例えば、50〜250cc程度が好ましい。副気室40の容積をこの範囲内に設定することで、副気室部材18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の軽量化を達成することができる。また、周方向に沿った副気室部材18の長さは、リム14の周長と同じ長さを最大とし、車両用ホイール10の重量の調整やウェル部14cに対する組み付け性を考慮して適宜に設定される。
連通孔44の断面形状は、特に限定されるものではなく、例えば、円形、楕円形、多角形、トンネル形状等のいずれであってもよい。連通孔44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44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。
連通孔の長さは、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を求める式を充足するようにそれぞれ設定されるとよい。
=C/2π×√(S/V(L+α×√S))・・・(式1)
但し、
(Hz):共鳴周波数
C(m/s):副気室内部の音速(=タイヤ空気室内部の音速)
V(m):副気室の容積
L(m):連通孔の長さ
S(m):連通孔の開口部断面積
α:補正係数
とする。
なお、前記共鳴周波数f(Hz)は、タイヤ空気室20の共鳴周波数に合わせられる。その際、4個で構成される副気室部材18の共鳴周波数は、全部を同一に設定してもよいし、又はそれぞれ異なるように設定してもよい。具体的には、タイヤ空気室20の共鳴周波数に2つの共鳴周波数(f、f)が認められる場合に、全部の副気室部材18の共鳴周波数fを(f+f)/2にそれぞれ設定することができる。また、リム中心Oを挟んで対向する一方の副気室部材18の共鳴周波数fをfに設定し、他方の副気室部材18の共鳴周波数fをfに設定することもできる。
副気室部材18の材料としては、例えば、合成樹脂等の樹脂製材料が使用される。また、副気室部材18の軽量化や量産性の向上、製造コストの削減、副気室40の気密性の確保等の諸要素を考慮すると、軽量で高剛性のブロー成形可能な材料が好ましく、中でも、繰り返し曲げ疲労にも強いポリプロピレンが好ましい。
本実施形態に係る車両用ホイール10は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
本実施形態に係る車両用ホイール10は、従来の車両用ホイール(例えば、特許文献1参照)のようにリムに複数の隔壁や蓋部材を順次組み付けて気密性を考慮しながら高精度にこれらを結合させて副気室を形成していくものと異なって、予め副気室40を有する副気室部材18をリム14の外周面21に対して弾性を利用して嵌め込むだけで製造される。
なお、長手方向に沿って長尺に形成された副気室部材18を溝部28に対して嵌め込む(挿入する)際、副気室部材18の中央部から両端部に向かって順次押圧して嵌め込むようにしてもよいし、又は、副気室部材18の形状に対応する図示しない湾曲した治具を用いて、副気室部材18を前記治具で全体的に均一に押圧して嵌め込むようにしてもよい。
従って、本実施形態に係る車両用ホイール10は、従来の車両用ホイール(例えば、特許文献1参照)と比較して、製造工数や製造コストを削減することができ、量産性を向上させることができる。また、本実施形態に係る車両用ホイール10は、従来の車両用ホイールと異なって、副気室40の気密性の確保に対して特別な配慮が不要となるため、消音性能の品質の安定化を達成することができる。
また、本実施形態に係る車両用ホイール10は、ホイール本体17を鉄製材料で形成し、前記ホイール本体17と別体で形成された金属製のフランジ部材をウェル部14cの外周面21に、例えば、スポット溶接等で溶接することにより、前記フランジ部材を容易に且つ強固に溶着(固着)することができ、より一層量産性を向上させることができる。
例えば、図示しない金型を用い鋳造成形又は鍛造成形によってホイール本体17と一体的に第1縦壁22aを形成した場合と比較して、本実施形態では、前記第1縦壁22aを成形することが不要となり金型のキャビティ形状が簡素化され、ホイール本体17を簡便に製造することができる。
さらに、例えば、第1縦壁22aがホイール本体17と一体的に設けられたアルミニウム製の車両用ホイール(図示せず)に用いられる副気室部材18を、本実施形態に係る車両用ホイール10にも使用することができ、副気室部材18の共用化を図ることにより製造コストを低減することができる。
さらにまた、本実施形態に係る車両用ホイール10は、副気室部材18をリム14の外周面21に弾性を利用して嵌め込む前に、副気室部材18自体における共鳴周波数の確認及び修正が可能であるため、副気室部材18における製品の歩留まりを向上させることができる。
またさらに、本実施形態に係る車両用ホイール10は、樹脂製材料からなる副気室部材18をリム14(ウェル部14c)に固定する際、端縁30aを第1の縦壁面24aと第2の縦壁面24bのそれぞれに設けられた溝部28に嵌め込むことで固定される。その際、端縁30aは、樹脂で薄肉に形成されてばね弾性を有しているため、副気室部材18は、第1の縦壁面24aと第2の縦壁面24bの間に簡便に且つ強固に固定される。
またさらに、本実施形態に係る車両用ホイール10は、図6(a)に示されるように、ホイールの回転方向と交差する方向に突出した副気室部材18の突出部34が、第1縦壁22aの切り欠き部32に嵌め込まれるように設けられているため、ホイールが回転した際の副気室部材18の回り止めを確実に遂行することができる。この場合、突出部34の内部には、連通孔44が形成されているため、前記突出部34とは別個に連通孔44を形成するための部材を設けることが不要となり、車両用ホイール10の構造を簡素化して更なる軽量化を達成することができる。
なお、副気室部材18を構成する副気室部材18の本体部42の上壁(上面)の一部を切り欠いて孔部(図示せず)を形成し、又は前記上壁から上方に向かって所定長だけ突出する図示しない突出部によって連通孔44を設けるようにしてもよい。
次に、本発明の他の実施形態に係る車両用ホイール10aを図7に示す。図7(a)は、ウェル部の外周面に溶着された第1縦壁及び第2縦壁の拡大縦断面図、図7(b)は、前記第1縦壁及び第2縦壁を含む車両用ホイールの一部破断斜視図である。なお、図3に示す前記実施形態と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
この他の実施形態に係る車両用ホイール10aでは、第1縦壁22aのフランジ部材と略対称形状(ミラー形状)からなる他のフランジ部材によって第2縦壁22bを構成し、前記他のフランジ部材をウェル部14cの外周面21に溶着し固定している点で前記実施形態と異なっている。
この場合、第1縦壁22aのフランジ部材の略中央部には、副気室部材18の突出部34が嵌め込まれる切り欠き部32が形成されているのに対し、第2縦壁22bを構成する他のフランジ部材には、前記切り欠き部32が形成されていない点で異なる。
この他の実施形態に係る車両用ホイール10aでは、第1縦壁22a及び第2縦壁22bの両方をホイール本体17と別体からなるフランジ部材で構成し、両方のフランジ部材をウェル部14cの外周面21にそれぞれ溶着することにより、より一層簡便に製造することができる利点がある。
本発明の実施形態に係る車両用ホイールの斜視図である。 図1の車両用ホイールにタイヤを装着した車輪の要部拡大縦断面図である。 (a)は、ウェル部の外周面に装着された副気室部材の拡大縦断面図、(b)は、前記ウェル部の外周面に溶着された第1縦壁を含む車両用ホイールの一部破断斜視図である。 図2のIV−IV線に沿った車両用ホイールの径方向の縦断面図である。 前記副気室部材の斜視図である。 (a)は、第1縦壁の切り欠き部に係止される副気室部材の突出部を示す一部破断斜視図、(b)は、図5のVI−VI線に沿った副気室部材の縦断面図である。 (a)は、本発明の他の実施形態に係る車両用ホイールであって、ウェル部の外周面に溶着された第1縦壁及び第2縦壁の拡大縦断面図、(b)は、前記第1縦壁及び第2縦壁を含む車両用ホイールの一部破断斜視図である。
符号の説明
10、10a 車両用ホイール
14 リム
17 ホイール本体
18 副気室部材
20 タイヤ空気室
21 外周面
22a 第1縦壁
22b 第2縦壁
28 溝部
30 縁部
30a 端縁
32 切り欠き部
34 突出部
40 副気室
42 本体部
44 連通孔

Claims (3)

  1. タイヤ空気室内で副気室部材をウェル部の外周面上に固定する車両用ホイールであって、
    鉄製材料で形成されたホイール本体と、
    前記ホイール本体のウェル部の外周面から径方向外側に立ち上がり、前記外周面の周方向に沿って延在する第1縦壁と、
    前記第1縦壁と対向するように前記ホイール本体のウェル部に設けられる第2縦壁と、
    を備え、
    前記副気室部材は、樹脂製材料からなり、内部に形成される副気室と、前記副気室と前記タイヤ空気室とを連通させる連通孔とを有すると共に、前記第1縦壁と前記第2縦壁との間に嵌り込んで両端部が前記第1縦壁と前記第2縦壁との間で係止され、
    前記第1縦壁又は前記第2縦壁の少なくともいずれか一方は、前記ウェル部の外周面に溶接で固定されることを特徴とする車両用ホイール。
  2. 請求項1記載の車両用ホイールにおいて、
    前記第1縦壁及び前記第2縦壁には、それぞれ、周方向に沿って延在する溝部が形成され、
    前記副気室部材の両端部は、それぞれ、前記各溝部に嵌り込んで係止されることを特徴とする車両用ホイール。
  3. 請求項1記載の車両用ホイールにおいて、
    前記副気室部材は、
    前記副気室を有する本体部と、前記本体部から周囲に延出する板状の縁部とを備え、
    前記縁部は、前記第1縦壁及び前記第2縦壁にそれぞれ形成された溝部に嵌り込んで係止されることを特徴とする車両用ホイール。
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