JPWO2017159830A1 - 車両用ホイール - Google Patents

Abstract

副気室部材（１０）は、ウェル部（１１ｃ）の外周面（１１ｄ）側に配置される下面部（２５ｂ）と、下面部（２５ｂ）よりも径方向外側に配置される上面部（２５ａ）と、上面部（２５ａ）と下面部（２５ｂ）との間に形成される副気室ＳＣと、幅方向両側のそれぞれで下面部（２５ｂ）と上面部（２５ａ）とを連結すると共に、ウェル部（１１ｃ）に係合する一対の縁部（１４ａ、１４ｂ）と、ホイール幅方向Ｙに沿った一方の縁部（１４ａ）と他方の縁部（１４ｂ）との間で、上面部（２５ａ）及び下面部（２５ｂ）から副気室ＳＣの内部に窪むことで、上面部（２５ａ）と下面部（２５ｂ）とを部分的に結合する複数の結合部（３３）とを備え、各結合部（３３）の結合点（Ｃ１、Ｃ２）は、軸直断面における副気室部材（１０）の断面主軸の強軸（ＰＡ１）上に配置される。

Description

本発明は、車両用ホイールに関する。

従来、タイヤ空気室内での気柱共鳴に起因するロードノイズを低減するホイールとしては、タイヤ空気室と連通孔を介して連通する副気室を有するヘルムホルツレゾネータ（副気室部材）が設けられたものが種々提案されている。

副気室部材は、内側に副気室を有し、ホイールの周方向に沿って長く形成される本体部を備えている（例えば、特許文献１参照）。この本体部の上面側には、下面側に向かって窪んだ複数の上側凸部が形成されている。本体部の下面側には、上側凸部に対応する位置に配置され上側に向かって窪んだ複数の下側凸部が形成されている。対応する各上側凸部と各下側凸部とは、底部同士が互いに接合されている。複数の上側凸部及び下側凸部は、ホイールの周方向に沿って２列配置されている。

特開２０１５−１７４４９５号公報

ところで、ホイールの回転運動によって副気室部材に対して遠心力が作用する際、上側凸部及び下側凸部の結合部位に最大応力が発生すると共に、この結合部位に応力が集中し易いという問題がある。

本発明の一般的な目的は、副気室部材の結合部に対する応力集中を好適に回避することが可能な車両用ホイールを提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、ヘルムホルツレゾネータとしての副気室部材をウェル部の外周面に取り付けた車両用ホイールであって、前記副気室部材は、前記ウェル部の前記外周面側に配置される下面部と、前記下面部よりも径方向外側に配置される上面部と、前記上面部と前記下面部との間に形成される副気室と、幅方向両側のそれぞれで前記下面部と前記上面部とを連結すると共に、前記ウェル部に係合する第１の縁部及び第２の縁部と、ホイール幅方向に沿った前記第１の縁部と前記第２の縁部との間で、前記上面部及び前記下面部から前記副気室の内部に窪むことで、前記上面部と前記下面部とを部分的に結合する複数の結合部と、を備え、前記各結合部の結合点（Ｃ１、Ｃ２）は、軸直断面における前記副気室部材の断面主軸の強軸（ＰＡ１）上に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、各結合部の結合点（Ｃ１、Ｃ２）を、軸直断面における副気室部材の断面主軸の強軸（ＰＡ１）上に配置して副気室内部の応力集中を排除することで、最大遠心力に対する強度耐久性を向上させることができる。さらに、上面部の面剛性が向上するため、消音性能を向上させることができる。このように、本発明では、耐久性能と消音性能とを両立させて調和を図りつつ、両性能を向上させることができる。

また、本発明は、ヘルムホルツレゾネータとしての副気室部材をウェル部の外周面に取り付けた車両用ホイールであって、前記副気室部材は、前記ウェル部の前記外周面側に配置される下面部と、前記下面部よりも径方向外側に配置される上面部と、前記上面部と前記下面部との間に形成される副気室と、幅方向両側のそれぞれで前記下面部と前記上面部とを連結すると共に、前記ウェル部に係合する第１の縁部及び第２の縁部と、ホイール幅方向に沿った前記第１の縁部と前記第２の縁部との間で、前記上面部及び前記下面部から前記副気室の内部に窪むことで、前記上面部と前記下面部とを部分的に結合する複数の結合部と、を備え、前記下面部から前記結合部の結合点までの離間距離に対し、前記結合部の結合点から軸直断面における前記副気室部材の断面主軸の強軸（ＰＡ１）までの離間距離が小さいことを特徴とする。

本発明によれば、結合部の結合点（Ｃ１、Ｃ２）が、下面部よりも断面主軸の強軸（ＰＡ１）に近接する位置に配置されることで、結合部に対する応力集中を好適に回避することができる。

さらに、本発明は、ヘルムホルツレゾネータとしての副気室部材をウェル部の外周面に取り付けた車両用ホイールであって、前記副気室部材は、前記ウェル部の前記外周面側に配置される下面部と、前記下面部よりも径方向外側に配置される上面部と、前記上面部と前記下面部との間に形成される副気室と、幅方向両側のそれぞれで前記下面部と前記上面部とを連結すると共に、前記ウェル部に係合する第１の縁部及び第２の縁部と、ホイール幅方向に沿った前記第１の縁部と前記第２の縁部との間で、前記上面部及び前記下面部から前記副気室の内部に窪むことで、前記上面部と前記下面部とを部分的に結合する複数の結合部と、を備え、軸直断面において、前記第１縁部から前記第２縁部までの前記結合部を含む前記上面部の質量にタイヤ中心から重心までの半径方向の距離を乗算した値と、軸直断面において、前記第１縁部から前記第２縁部までの前記結合部を含む前記下面部の質量にタイヤ中心から重心までの半径方向の距離を乗算した値とが略同じであることを特徴とする。

本発明によれば、結合部を含んだ上面部と下面部の遠心力に対する質量分布をそれぞれ略同じとすることで、副気室部材に遠心力が作用した際、上面部と下面部のそれぞれに生じる遠心力が略同じ大きさとなる。この結果、本発明では、発生した遠心力に対応する上面部及び下面部のそれぞれの変位量が略同等となり、結合部に発生する応力を抑制して応力集中を回避することができる。

本発明では、副気室部材の結合部に対する応力集中を好適に回避することが可能な車両用ホイールを得ることができる。

本発明の第１実施形態に係る車両用ホイールの斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った部分拡大縦断面図である。 図２の部分拡大縦断面図である。 第２実施形態に係る車両ホイールに組み込まれた副気室部材の要部拡大断面図である。 （ａ）は、第３実施形態に係る車両ホイールに組み込まれた副気室部材の要部拡大断面図、（ｂ）は、（ａ）に示される上面部と下面部とを分離した状態を示す断面模式図である。 比較例１を示す副気室部材の断面模式図である。 比較例２を示す副気室部材の断面模式図である。 本実施形態を示す断面模式図である。

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、本発明の第１実施形態に係る車両用ホイールの斜視図である。なお、各図中において、「Ｘ」は、ホイール周方向、「Ｙ」は、ホイール幅方向、「Ｚ」は、ホイール径方向、をそれぞれ示している。

図１に示されるように、本実施形態に係る車両用ホイール１は、ヘルムホルツレゾネータとしての副気室部材１０をホイール周方向Ｘに等間隔離間して複数有するものである。ちなみに、本実施形態では、車両用ホイール１のホイール周方向Ｘに沿って４つの副気室部材１０が配置されたものを想定している。なお、図１において、中心軸Ｏは、図示しないタイヤの中心を示している。

車両用ホイール１は、リム１１と、このリム１１を図示しないハブに連結するためのディスク１２とを備えている。副気室部材１０は、リム１１におけるウェル部１１ｃの外周面１１ｄ上に嵌め込まれて装着されている。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った部分拡大縦断面図、図３は、図２の部分拡大縦断面図である。
図２に示されるように、リム１１は、ホイール幅方向Ｙの両端部に形成されるビードシート１１ａ、１１ｂ同士の間で、ホイール径方向Ｚの内側（回転中心側）に向かって窪んだウェル部１１ｃを有している。

ウェル部１１ｃは、タイヤ２０をリム１１に組み付ける際、タイヤ２０のビード部２１ａ、２１ｂを落とし込むために設けられている。

図２に示されるように、この副気室部材１０は、一方向に長い部材（図１参照）であって、内側に後記する副気室ＳＣを有する中空の本体部１３と、一対の縁部（第１の縁部、第２の縁部）１４ａ、１４ｂとを備えている。一対の縁部１４ａ、１４ｂは、副気室部材１０をウェル部１１ｃに係止するものである。

副気室部材１０は、その長手方向に湾曲しており、ウェル部１１ｃ（図１参照）の外周面１１ｄに取り付けられた際、ホイール周方向Ｘに沿うように構成されている。本体部１３は、その長手方向（ホイール周方向Ｘ）の端部に図示しない管体を有し、その内側には副気室ＳＣと連通する連通孔（図示せず）が形成されている。

副気室部材１０は、平面視して長い矩形体を呈している。図２及び図３に示されるように、この副気室部材１０の本体部１３は、ウェル部１１ｃの外周面１１ｄ側（図１参照）に沿うように配置された底板からなり、ホイール幅方向Ｙから断面視してホイール径方向Ｚの内側に窪む湾曲面で形成された下面部２５ｂを有する。なお、ウェル部１１ｃの外周面１１ｄは、図２に示されるように、下面部２５ｂに対応して、ホイール幅方向Ｙから断面視してホイール径方向Ｚの内側に窪む湾曲面で形成されている。

さらに、本体部１３は、この下面部２５ｂよりも径方向外側に配置され下面部２５ｂと対向する上板である上面部２５ａと、上面部２５ａと下面部２５ｂとの間に形成される副気室ＳＣとを備える。なお、本実施形態において、上面部２５ａ及び下面部２５ｂを構成する樹脂材料は、それぞれ同じ厚さとなっているが、これらの厚さは、相互に異なってもよい。

さらに、副気室部材１０の本体部１３は、幅方向両側のそれぞれで下面部２５ｂと上面部２５ａとを連結すると共に、ウェル部１１ｃに係合する一方の縁部１４ａ及び他方の縁部１４ｂと、上面部２５ａ及び下面部２５ｂからそれぞれ副気室ＳＣの内部に窪むことで、上面部２５ａ及び下面部２５ｂを部分的に結合する複数の結合部３３とを備えている。

上面部２５ａは、ウェル部１１ｃの外周面１１ｄ側に沿うように配置された下面部２５ｂの上方に位置し、膨らみをもつように湾曲することで副気室ＳＣを形成している。ちなみに、本体部１３のホイール周方向Ｘの端部に配置された図示しない管体の連通孔は、ホイール周方向Ｘの一端側で副気室ＳＣと連通し、他端側で外部に開口している。

図２及び図３に示されるように、上面部２５ａには、本体部１３を構成する部分に、ホイール幅方向Ｙに沿って一対の上側凸部３３ａ、３３ｂが形成されている。一対の上側凸部３３ａ、３３ｂは、ホイール幅方向Ｙに沿った内側の上側凸部３３ａと、ホイール幅方向Ｙに沿った外側の上側凸部３３ｂとから構成されている。この一対の上側凸部３３ａ、３３ｂは、上面部２５ａが下面部２５ｂ側に向かって窪むように形成されたものであり、平面視して円形状に形成されている。一対の上側凸部３３ａ、３３ｂは、副気室部材１０の長手方向（ホイール周方向Ｘ）に沿って本体部１３の幅方向に２列で並設されている。

下面部２５ｂには、一対の上側凸部３３ａ、３３ｂと対応する位置に、一対の下側凸部３４ａ、３４ｂが形成されている。上側凸部３３ａ、３３ｂと下側凸部３４ａ、３４ｂとの間には、上側凸部３３ａ、３３ｂと下側凸部３４ａ、３４ｂとをそれぞれ繋ぐ結合部３３が位置している。これらの下側凸部３４ａ、３４ｂは、下面部２５ｂが上面部２５ａ側に向かって窪むように形成されたものであり、底面視して円形状に形成されている。これらの下側凸部３４ａ、３４ｂは、その先端部が、上面部２５ａの上側凸部３３ａ、３３ｂの先端部と一体となって、上面部２５ａ及び下面部２５ｂとを部分的に結合している。

換言すると、上面部２５ａと下面部２５ｂとは、互いに底部同士で接合された上側凸部３３ａ、３３ｂ及び下側凸部３４ａ、３４ｂを介して、一体的且つ部分的に結合されている。また、上側凸部３３ａ、３３ｂと下側凸部３４ａ、３４ｂとの結合部位には、各結合部３３の結合点Ｃ１、Ｃ２が設けられている。

なお、ホイール幅方向Ｙにおいて、内側に配置される上側凸部３３ａ及び下側凸部３４ａは、外側に配置される上側凸部３３ｂ及び下側凸部３４ｂと比較して、ホイール径方向Ｚの高さが高くなっている。

ちなみに、副気室ＳＣ内で相互に結合された上側凸部３３ａ、３３ｂと下側凸部３４ａ、３４ｂとは、副気室部材１０の機械的強度を向上させると共に、副気室ＳＣの容積の変動を抑制して消音機能を発揮させるものである。

本体部１３の下面部側（ホイール径方向Ｚの内側）には、下面部２５ｂが上面部２５ａ側に向かって部分的に窪んでホイール幅方向Ｙに沿って延在する図示しないビード（いわゆる横ビード）が形成されている。このビードが内側の下側凸部３３ｂと外側の下側凸部３４ｂとをそれぞれ繋ぐ方向に複数形成されることで、下面部２５ｂの面剛性が高められている。

各結合部３３を構成する上側凸部３３ａ、３３ｂと下側凸部３４ａ、３４ｂとの結合点Ｃ１、Ｃ２は、断面主軸上に配置されている。「断面主軸」とは、断面の図心（重心）Ｇを通る直交する二つの軸のうち、その軸に対する断面２次モーメントが最大・最小となる１組の軸をいう。この１組の軸は、図心Ｇと直交する断面（軸直角断面）における断面２次モーメントが最大になる強軸ＰＡ１と、断面２次モーメントが最小となる弱軸ＰＡ２とからなる。本実施形態において、上側凸部３３ａ、３３ｂと下側凸部３４ａ、３４ｂとの結合点Ｃ１、Ｃ２は、断面主軸の強軸ＰＡ１上に配置されている。

本発明の第１実施形態に係る車両用ホイール１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。

本実施形態では、上側凸部３３ａ、３３ｂと下側凸部３４ａ、３４ｂとの結合点Ｃ１、Ｃ２が、断面主軸の強軸ＰＡ１上に配置されることで、結合点Ｃ１、Ｃ２における応力が小さくなり、結合点Ｃ１、Ｃ２を含む結合部３３に対する応力集中を好適に回避することができる。

また、本実施形態では、副気室ＳＣ内部の応力集中を排除することで、最大遠心力に対する強度耐久性を向上させることができる。さらに、上面部２５ａの面剛性が向上するため、消音性能を向上させることができる。このように、本実施形態では、耐久性能と消音性能とを両立させて調和を図りつつ、両性能を向上させることができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る車両用ホイール１０ａについて説明する。
図４は、第２実施形態に係る車両ホイールに組み込まれた副気室部材の要部拡大断面図である。なお、第２実施形態以降において、第１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。

本実施形態の副気室部材１０ａは、副気室部材１０の軸直断面において、下面部２５ｂから結合部３３の結合点Ｃ１、Ｃ２までの離間距離Ｓ２に対し、結合部３３の結合点Ｃ１、Ｃ２から断面主軸の強軸ＰＡ１までの離間距離Ｓ１が小さくなっている点に特徴がある（Ｓ１＜Ｓ２）。

すなわち、本実施形態では、第１実施形態と異なって結合部３３の各結合点Ｃ１、Ｃ２が断面主軸の強軸ＰＡ１上に位置していないが、結合部３３の結合点Ｃ１、Ｃ２から断面主軸の強軸ＰＡ１までの離間距離Ｓ１が、下面部２５ｂから結合部３３の結合点Ｃ１、Ｃ２までの離間距離Ｓ２よりも小さくなっている（Ｓ１＜Ｓ２）。換言すると、結合部３３の各結合点Ｃ１、Ｃ２は、下面部２５ｂよりも断面主軸の強軸ＰＡ１に近接する位置に配置されている。

これにより、本実施形態では、結合点Ｃ１、Ｃ２を含む結合部３３に対する応力集中を好適に回避することができる。

次に、本発明の第３実施形態に係る車両用ホイールについて説明する。
図５（ａ）は、第３実施形態に係る車両ホイールに組み込まれた副気室部材の要部拡大断面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示される上面部と下面部とを分離した状態を示す断面模式図である。

本実施形態の副気室部材１０ｂは、軸直断面において、上面部２５ａの質量に半径方向の距離を乗算した値と、下面部２５ｂの質量に半径方向の距離を乗算した値とが、略同じとなっている点に特徴がある。すなわち、副気室部材１０ｂは、軸直断面において、一方の縁部１４ａから他方の縁部１４ｂまでの結合部３３を含む上面部２５ａの質量にタイヤ中心Ｏ（図１参照）から重心Ｇまでの半径方向の距離を乗算した値と、一方の縁部１４ａから他方の縁部１４ｂまでの結合部３３を含む下面部２５ｂの質量にタイヤ中心Ｏ（図１参照）から重心Ｇまでの半径方向の距離を乗算した値とが、略同じとなっている。

本実施形態では、結合部３３を含んだ上面部２５ａと下面部２５ｂとの遠心力に対する質量分布をそれぞれ略同じとすることで、副気室部材１０ｂに遠心力が作用した際、上面部２５ａと下面部２５ｂのそれぞれに生じる遠心力が略同じ大きさとなる。この結果、本実施形態では、発生した遠心力に対応する上面部２５ａ及び下面部２５ｂのそれぞれの変位量が略同等となり、結合点Ｃ１、Ｃ２を含む結合部３３に発生する応力を抑制して応力集中を回避することができる。

なお、本実施形態では、結合部３３の結合点Ｃ１、Ｃ２を基準として、断面を上半分と下半分で分離させたときの上半分と下半分の質量差を最小にしているが、これに限定されるものではない。例えば、結合部３３の結合点Ｃ１、Ｃ２が断面主軸の強軸ＰＡ１上に位置しない場合、断面主軸の強軸ＰＡ１を基準として、断面を上半分と下半分で分離させたときの上半分と下半分の質量差を最小とするようにしてもよい。

図６は、比較例１を示す副気室部材の断面模式図、図７は、比較例２を示す副気室部材の断面模式図、図８は、本実施形態を示す断面模式図である。
例えば、図６に示される比較例１では、結合部の側壁４０と下面部４２と結合部位の交差角度θ２が鋭角（θ２＜９０°）となっている。このため、比較例１では、結合部位に対して応力が集中し易くなっている。これに対して、本実施形態では、図８に示されるように、副気室ＳＣに臨む上側凸部３３ａと下側凸部３４ａとの結合部位の交差角度θ１を鈍角（θ１＞９０°）とすることで、結合部３３に対する応力集中を緩和することができる。

さらに、本実施形態では、例えば、図示しない金型によって副気室部材１０、１０ａ、１０ｂを射出成形した場合、断面結合部の型抜き勾配βを通常の型抜き勾配α（図７参照）よりも大きくして（α＜β）、図８に示されるような扇形形状５０とすることで、上面部２５ａの面剛性を向上させることができる。

１ 車両用ホイール
１０、１０ａ、１０ｂ 副気室部材（ヘルムホルツレゾネータ）
１１ｃ ウェル部
１１ｄ 外周面
１４ａ、１４ｂ 縁部（第１の縁部、第２の縁部）
２５ａ 上面部
２５ｂ 下面部
３３ 結合部
３３ａ、３３ｂ 上側凸部
３４ａ、３４ｂ 下側凸部
ＳＣ 副気室
Ｃ１、Ｃ２ 結合点
ＰＡ１ 断面主軸の強軸
ＳＣ 副気室
Ｓ１、Ｓ２ 離間距離
Ｏ 中心軸

Claims (3)

1. ヘルムホルツレゾネータとしての副気室部材をウェル部の外周面に取り付けた車両用ホイールであって、
   前記副気室部材は、
   前記ウェル部の前記外周面側に配置される下面部と、
   前記下面部よりも径方向外側に配置される上面部と、
   前記上面部と前記下面部との間に形成される副気室と、
   幅方向両側のそれぞれで前記下面部と前記上面部とを連結すると共に、前記ウェル部に係合する第１の縁部及び第２の縁部と、
   ホイール幅方向に沿った前記第１の縁部と前記第２の縁部との間で、前記上面部及び前記下面部から前記副気室の内部に窪むことで、前記上面部と前記下面部とを部分的に結合する複数の結合部と、
   を備え、
   前記各結合部の結合点（Ｃ１、Ｃ２）は、軸直断面における前記副気室部材の断面主軸の強軸（ＰＡ１）上に配置されていることを特徴とする車両用ホイール。
2. ヘルムホルツレゾネータとしての副気室部材をウェル部の外周面に取り付けた車両用ホイールであって、
   前記副気室部材は、
   前記ウェル部の前記外周面側に配置される下面部と、
   前記下面部よりも径方向外側に配置される上面部と、
   前記上面部と前記下面部との間に形成される副気室と、
   幅方向両側のそれぞれで前記下面部と前記上面部とを連結すると共に、前記ウェル部に係合する第１の縁部及び第２の縁部と、
   ホイール幅方向に沿った前記第１の縁部と前記第２の縁部との間で、前記上面部及び前記下面部から前記副気室の内部に窪むことで、前記上面部と前記下面部とを部分的に結合する複数の結合部と、
   を備え、
   前記下面部から前記結合部の結合点までの離間距離に対し、前記結合部の結合点から軸直断面における前記副気室部材の断面主軸の強軸（ＰＡ１）までの離間距離が小さいことを特徴とする車両用ホイール。
3. ヘルムホルツレゾネータとしての副気室部材をウェル部の外周面に取り付けた車両用ホイールであって、
   前記副気室部材は、
   前記ウェル部の前記外周面側に配置される下面部と、
   前記下面部よりも径方向外側に配置される上面部と、
   前記上面部と前記下面部との間に形成される副気室と、
   幅方向両側のそれぞれで前記下面部と前記上面部とを連結すると共に、前記ウェル部に係合する第１の縁部及び第２の縁部と、
   ホイール幅方向に沿った前記第１の縁部と前記第２の縁部との間で、前記上面部及び前記下面部から前記副気室の内部に窪むことで、前記上面部と前記下面部とを部分的に結合する複数の結合部と、
   を備え、
   軸直断面において、前記第１縁部から前記第２縁部までの前記結合部を含む前記上面部の質量にタイヤ中心から重心までの半径方向の距離を乗算した値と、軸直断面において、前記第１縁部から前記第２縁部までの前記結合部を含む前記下面部の質量にタイヤ中心から重心までの半径方向の距離を乗算した値とが略同じであることを特徴とする車両用ホイール。

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