(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホイールセンタ部とリム部とが複数の放射状スポーク部によって接続された車両用ホイールにおいて、前記ホイールセンタ部に穿設された各ハブボルト孔の両側に一対のスポーク部を配設するとともに、これらのスポーク部をホイールセンタ部側程太く、かつ、スポーク部の固有振動数が４００ＨＺ以上となるように構成したことを特徴とする車両用ホイール。
【請求項２】
前記スポーク部を略方形断面に形成したことを特徴とする請求項１に記載の車両用ホイール。
【請求項３】
前記スポーク部を略台形断面に形成して鋳造の抜け勾配が構成されたことを特徴とする請求項１に記載の車両用ホイール。
【請求項４】
前記スポーク部におけるホイールセンタ部側の断面二次モーメントＩ＝ｂｈ3 ／１２（ｂ：スポーク幅、ｈ：スポーク厚み）が最大となるように構成されたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の車両用ホイール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホイールセンタ部とリム部とが複数の放射状スポーク部によって接続された車両用ホイールに係り、低騒音、最軽量を実現した車両用ホイールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等車両の走行中に発生する車内騒音はロードノイズと呼ばれ、タイヤにて拾った路面からの振動がホイールを介して車軸、サスペンション等を経て車体に伝達されて発生する。一般に、ロードノイズの低減のために車体に対して種々の対策が採られている。例えばフロアパネルへの制振メルシートの施工、吸音・遮音マットの付設等の、発生した振動、騒音に対して対処療法的な対策が採用されている。しかしながら、これらの対策は発生した振動、騒音に対するものであるため、所定の周波数領域では振動、騒音が低減しない場合があった。通常、図７のホイールの共振周波数特性（例）に示すように、周波数が２００〜３００Ｈｚの帯域では応答加速度すなわちホイール自身の固有振動数との共振によって発生する振動伝達が大きく、車内騒音が悪化することが分かっている。
【０００３】
周波数が２００〜３００Ｈｚの帯域で発生するホイールの前記共振モードでは、図８に示すように、ホイール２１におけるホイールセンタ部２４とリム部２２とを接続する複数の放射状スポーク部２３にねじれや褶曲による面倒れ現象が生じ、該「面倒れモード」によって車内騒音の悪化が引き起こされることが解析されている。特に、「面倒れモード」が３００Ｈｚ以下で生じると、タイヤの空洞共鳴（１６インチタイヤな場合、約２５０Ｈｚで発生）による伝達が大きくなって、車内騒音が倍加される虞れがあった。一方、「面倒れモード」を４００Ｈｚ以上の高い周波数に設定することによって、共振の発生を防いでタイヤからの振動伝達を低減することはできるものの、ホイールの高い剛性確保のために質量も増加し、重量増加の割には振動、騒音低減の効果は少ないものであった。
【０００４】
そのようなことから、図９の特開２０００−１５８９０２号公報に開示されたような、ホイールの表面に曲率付与部１５０、１５２、１５４、１５６を形成することにより、ホイールの剛性を増大させ、それによりホイールの１次固有振動数を、そのホイールに振動を伝達するタイヤ等の１次固有振動数より増加させることによって、ホイールの振動を抑制して路面凹凸に起因した車内騒音を低減させるように構成したタイヤ用ホイールが提案された。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来のタイヤ用ホイールでは、タイヤが装着された状態でタイヤと共同してホイールの振動特性が改善されることとなったものの、ホイールのリム部やディスク部の表面に曲率付与部１５０、１５２、１５４、１５６を形成せねばならず、設計形状が複雑でコスト高を招いた。しかも、装着されたタイヤの固有振動数とホイールの固有振動数をずらせることを主眼点としていることもあって、装着されるタイヤとの相性によっては依然としてホイールの「面倒れモード」が発生する虞れがあった。
【０００６】
そこで本発明は、このような従来の車両用ホイールにおける課題を解決して、スポーク部の僅かな構造の改変および配置のみによって、ホイールの「面倒れモード」による車内振動および騒音の発生を防止できる最軽量の車両用ホイールを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、ホイールセンタ部とリム部とが複数の放射状スポーク部によって接続された車両用ホイールにおいて、前記ホイールセンタ部に穿設された各ハブボルト孔の両側に一対のスポーク部を配設するとともに、これらのスポーク部をホイールセンタ部側程太く、かつ、スポーク部の固有振動数が４００ＨＺ以上となるように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記スポーク部を略方形断面に形成したことを特徴とする。また本発明は、前記スポーク部を略台形断面に形成して鋳造の抜け勾配が構成されたことを特徴とする。また本発明は、前記スポーク部におけるホイールセンタ部側の断面二次モーメントＩ＝ｂｈ3 ／１２（ｂ：スポーク幅、ｈ：スポーク厚み）が最大となるように構成されたことを特徴とするもので、スポーク部の僅かな構造の改変および配置のみの特定により、路面に接するタイヤに隣接して加振部となるリム部側より支持基部となるホイールセンタ部程高い剛性を保持させて面倒れを効果的に防止するとともに、一対のスポーク部が互いに補強し合って支持基部となるハブボルトに歪みエネルギーを効率よく伝達して各スポーク部の面倒れを防止できるので、最軽量のホイールのままで、低コストにて車内振動および騒音の発生を防止できる。
【０００８】
【実施の形態】
以下、本発明の車両用ホイールの実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１および図２は本発明の車両用ホイールの第１実施の形態を示し、図１（Ａ）はホイールの全体斜視図、図１（Ｂ）はそのＡ−Ａ断面斜視図、図１（Ｃ）はＡ−Ａ断面図である。本発明の車両用ホイールは、図１に示すように、ホイールセンタ部４とリム部２とが複数の放射状スポーク部３によって接続された車両用ホイール１において、前記ホイールセンタ部４に穿設された各ハブボルト孔５の両側に一対のスポーク部３Ａ、３Ｂを配設するとともに、これらのスポーク部３Ａ、３Ｂをホイールセンタ部４側程太く、かつ、スポーク部の固有振動数が４００ＨＺ以上となるように構成したことを特徴とする。
【０００９】
詳述すると、本実施の形態のものは、図１（Ａ）に示されるように、ハブボルト孔が５個設けられた比較的高出力用の車両に使用されるホイールである。ホイールセンタ部４に穿設された５つのハブボルト孔５のそれぞれに対して、それら各ハブボルト孔５の両側から放射状に径方向外側のリム部２に向けて一対のスポーク部３Ａ、３Ｂが延設される。そして、これらの各スポーク部３Ａ、３Ｂは、図１（Ａ）のＡ−Ａ断面斜視図である図１（Ｂ）、およびＡ−Ａ断面図である図１（Ｃ）の実線で示す通常のホイールのスポーク部輪郭に対して、点線輪郭のように補強部６を肉付けして構成したものである。
【００１０】
図１０はホイールの振動モードを図式化したもので、ホイールセンタ部４側を基部として支持されるスポーク部３に相当する片持ち梁Ｃの自由端に、リムおよびタイヤに相当する質量ｍが振動負荷として与えられる。前記片持ち梁Ｃはスポーク部の強度確保に最低必要なベースＢとホイールセンタ部４側の基部に行く程剛性を高くして、前記ベースＢに共振周波数を上げるための補強Ｒが付加されている。質量ｍを効果的に使用して剛性を向上させ、固有値を上げるためには片持ち梁Ｃの基部すなわちホイールセンタ部４側を強くするのが効果的であり、特に面倒れを防止する観点からは、幅よりも厚みを増大させた方が効果的であるが、実用上は、スポーク部の意匠面およびブレーキ部品との干渉による制約を受けることから無制限に厚みを増大させることはできない。
【００１１】
前記図１０のホイールの振動モードをモデル化したものは、ホイールの強度に必要なベース部Ｂと面倒れモードを４００Ｈｚ以上にするための補強Ｒとから成り立っているが、このモデル化された梁Ｃを、適用すべきホイールの規格に適応させて分割したものが理想的な実際のスポーク部となる。つまり、５つのハブボルト孔５を有するタイプのホイールの場合、好適には、１つのハブボルト孔５に対して一対のスポーク部３Ａ、３Ｂを組み合わせることから、５×２＝１０の１０本スポーク部が形成される。したがって、通常の車両のハブボルト孔は４〜６個であることや、剛性、強度、製造方法等の条件から、スポーク部の本数も８〜１２本が採用される。また、スポーク部の幅については、鋳造等の制約を受け、通常は最低７ｍｍ程度が必要とされる。
【００１２】
図２は本実施の形態のもののスポーク部３の模式図であり、略方形断面に形成されたものである。図面右側のホイールセンタ部側程太く構成され、略正方形断面から図面左側のリム側に至って縦長の小さな長方形断面に構成されている。このような断面形状を有するスポーク部の採用によって構成されたホイールを玉石路面にて実車走行試験を行った。図５は前席車内音の比較であり、２００〜３００Ｈｚでは、本発明の剛性改良の軽量ホイール（太線）が通常の軽量ホイール（細線）に比較して１〜２ｄＢほど小さく、標準ホイール（点線、ホイール１個当り１Ｋｇ程重い）に比較しても遜色がないことが分かる。図６は後席車内音の比較で、２００〜３００Ｈｚでは、本発明の剛性改良の軽量ホイール（太線）が通常の軽量ホイール（細線）に比較して３〜４ｄＢほど小さく、標準ホイール（点線）に比較しても遜色がないか低騒音にあることが分かる。
【００１３】
図３は本発明の車両用ホイールの第２実施の形態を示すスポーク部３の模式図である。本実施の形態では、スポーク部３を略台形断面に形成して鋳造の抜け勾配が構成されたことを特徴とする。図３にても理解されるように、鋳造の抜け勾配が構成されるようにスポーク部３の断面を基本的に台形に形成するに際し、スポーク部３の厚みを殆ど増大させることなくリム部側よりホイールセンタ部側の剛性を高めるため（すなわち太く構成するため）に、リム部側が痩せて急峻な台形であるのに対して、ホイールセンタ部側が幅方向に大きく緩やかな台形に形成されたものである。これら台形の斜辺の傾斜角度を適宜選定すれば、リム部側とホイールセンタ部側の剛性比率を適正に設計することができる。
【００１４】
図４は本発明の車両用ホイールの第３実施の形態を示すスポーク部３の模式図である。本実施の形態では、スポーク部におけるホイールセンタ部側の断面二次モーメント  Ｉ＝ｂｈ3 ／１２（ｂ：スポーク幅、ｈ：スポーク厚み）が最大となるように構成されたことを特徴とする。つまり、前記図２の第１実施の形態のものにおけるホイールセンタ部側の方形形状として、限られた条件（意匠面およびブレーキ部品との干渉による制約）下でその断面二次モーメント  Ｉ＝ｂｈ3 ／１２を最大値となるように、幅ｂと厚み（高さ）ｈを選定するものである。これによって、ホイールセンタ部側のスポーク部が限られた寸法の範囲内で厚み方向に最も高い剛性を発揮して面倒れが有効に防止される。
【００１５】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明の趣旨の範囲内で、ホイールの形状、形式（チューブレスはもとよりチューブ装着型や中実タイヤ装着型ホイールにも適用可能）および材質、ホイールセンタ部の形状、ハブボルト孔の数、スポーク部の本数およびその断面形状、剛性向上のための補強部の補強形態（ホイールセンタ部側への幅の漸増や厚みの漸増の他、補強部材の添設、リム部側への厚みや幅が漸減するような溝や欠除部を形成してもよい）等については適宜選定できる。
【００１６】
【発明の効果】
以上詳細に述べてきたように、本発明によれば、ホイールセンタ部とリム部とが複数の放射状スポーク部によって接続された車両用ホイールにおいて、前記ホイールセンタ部に穿設された各ハブボルト孔の両側に一対のスポーク部を配設するとともに、これらのスポーク部をホイールセンタ部側程太く、かつ、スポーク部の固有振動数が４００ＨＺ以上となるように構成したことにより、路面に接するタイヤに隣接して加振部となるリム部側より支持基部となるホイールセンタ部程高い剛性を保持させて面倒れを効果的に防止するとともに、一対のスポーク部が互いに補強し合って支持基部となるハブボルトに歪みエネルギーを効率よく伝達して各スポーク部の面倒れを防止できるので、最軽量のホイールのままで、低コストにて車内振動および騒音の発生を防止できる。しかも、車内騒音の主因である「面倒れモード」やタイヤの空洞共鳴が生じる３００Ｈｚ近傍での共振の発生が防止されて、ホイールからの車体への振動伝達を低減することができる。
【００１７】
また、前記スポーク部を略方形断面に形成した場合は、意匠面およびブレーキ部品との干渉による制約に対応させてスポーク部の面倒れを有効に防止することが可能となる。
さらに、前記スポーク部を略台形断面に形成して鋳造の抜け勾配が構成された場合は、鋳造後の型抜きが容易となる上、スポーク部の厚みを殆ど増大させることなくリム部側よりホイールセンタ部側の剛性を高めることが可能となる他、台形の斜辺の傾斜角度を適宜選定すれば、リム部側とホイールセンタ部側の剛性比率を適正に設計することができる。
さらにまた、前記スポーク部におけるホイールセンタ部側の断面二次モーメント  Ｉ＝ｂｈ3 ／１２（ｂ：スポーク幅、ｈ：スポーク厚み）が最大となるように構成された場合は、ホイールセンタ部側のスポーク部が限られた寸法の範囲内で厚み方向に最も高い剛性を発揮させて面倒れを有効に防止できる。
【００１８】
このように、本発明によれば、スポーク部の僅かな構造の改変および配置のみによって、ホイールの「面倒れモード」による車内振動および騒音の発生を防止できる最軽量の車両用ホイールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用ホイールの第１実施の形態を示し、図１（Ａ）はホイールの全体斜視図、図１（Ｂ）はそのＡ−Ａ断面斜視図、図１（Ｃ）はＡ−Ａ断面図である。
【図２】同、スポーク部３の模式図である。
【図３】本発明の車両用ホイールの第２実施の形態を示すスポーク部の模式図である。
【図４】本発明の車両用ホイールの第３実施の形態を示すスポーク部の模式図である。
【図５】ホイールの路上試験の前席車内音の比較図である。
【図６】同、後席車内音の比較図である。
【図７】ホイールの共振周波数特性（例）図である。
【図８】従来のホイールの面倒れ現象を示す図である。
【図９】従来のホイールの断面図である。
【図１０】ホイールの振動モードを図式化した図である。
【符号の説明】
１      ホイール
２      リム部
３      スポーク部
４      ホイールセンタ部
５      ハブボルト孔
６      補強部
Ｂ      ベース
Ｃ      梁
ｍ      質量
Ｒ      補強
【図１】
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【図２】
0004672167.tif 000003
【図３】
0004672167.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004672167.tif 000006
【図６】
0004672167.tif 000007
【図７】
0004672167.tif 000008
【図８】
0004672167.tif 000009
【図９】
0004672167.tif 000010
【図１０】
0004672167.tif 000011