(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明の車両用ホイールは、ヘルムホルツレゾネータを構成する副気室がリムの内部に形成され、副気室とタイヤ空気室とを連通させる連通孔が、リムに部分的に形成された肉厚部に設けられていることを特徴としている。
ここでは、まず車両用ホイールの全体構成について説明した後に、副気室及び連通孔について説明する。なお、本実施形態に係る車両用ホイールは、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金等の軽金属製のものを想定している。
【0015】
<車両用ホイール>
図1は、本発明の実施形態に係る車両用ホイール10の斜視図であり、車両用ホイール10のリム11を連通孔14の位置でホイール幅方向Yに部分的に切欠いた切欠き断面を含む図である。
図2は、
図1におけるリム11の切欠き断面をII方向から見た断面図である。なお、
図2には、リム11に組み付けられるタイヤTを仮想線(二点鎖線)で描いている。
【0016】
図1に示すように、本実施形態に係る車両用ホイール10は、タイヤT(
図2参照)を装着するためのリム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。
図1中、符号11cは、リム11のウェル部であり、符号13は、副気室であり、符号16は、中空状空間である。副気室13は、後記するように、この中空状空間16を仕切ることで形成される。
【0017】
図2に示すように、車両用ホイール10のリム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部11a,11aと、このビードシート部11a,11aから外側に向けてL字状に屈曲したリムフランジ部11b,11bと、ビードシート部11a,11a間においてホイール径方向Zの内側(
図2の紙面下側)に凹んだウェル部11cと、を有する。
【0018】
ビードシート部11aには、タイヤTのビード部Bが装着される。これにより、リム11とタイヤTの内周面の間に環状の密閉空間からなるタイヤ空気室20が形成される。
【0019】
ウェル部11cは、タイヤTをリム11に組み付けるリム組時に、タイヤTのビード部B,Bを落とし込むために設けられている。
ウェル部11cの底面を規定するリム11の外周面11dは、ホイール幅方向Yに同径の円筒状に形成されている。
【0020】
<副気室>
車両用ホイール10は、
図2に示すように、リム11の内部に副気室13を有している。本実施形態での副気室13は、ウェル部11cのホイール径方向Zの内側に形成されている。つまり、副気室13は、リム11の外周面11dよりもホイール径方向Zの内側に形成されている。
この副気室13は、本来、リム11の中実部である部分に、ホイール周方向X(
図1参照)に沿って形成される環状の中空状空間16を設けて形成されたものである。
本実施形態での副気室13は、ホイール幅方向Yに隔壁18を介して2列に並ぶように形成されている。ちなみに、副気室13のそれぞれは、ホイール幅方向Yに沿う断面視で略矩形を呈している。これらの副気室13は、後に詳しく説明する連通孔14とともに、ヘルムホルツレゾネータを構成する。
図2中、符号15は、肉厚部である。この肉厚部15については後に詳しく説明する。
【0021】
次に参照する
図3は、本実施形態に係る車両用ホイール10の側面図であり、ホイール径方向Z(
図2参照)の外側から車両用ホイール10を見た図である。
図4(a)は、
図3のIVa−IVa断面図であり、
図4(b)は、
図3のIVb−IVb断面図である。
【0022】
副気室13は、
図3及び
図4に示すように、リム11の内部に形成された環状の中空状空間16(
図3参照)をホイール周方向X(
図4参照)に仕切り部材17(
図4参照)で仕切ることにより形成されている。
本実施形態での中空状空間16は、後記する押出し成形法によるリム11の製造時に、リム11と一体に形成されたものであり、リム11のホイール周方向Xの全周にわたって環状に形成されている。
本実施形態での中空状空間16は、
図3に示すように、ホイール幅方向Yに隔壁18を介して2つ並ぶように配置されている。
【0023】
そして、本実施形態での副気室13は、
図4(a)及び(b)に示すように、この環状の中空状空間16が複数の仕切り部材17(本実施形態では4つ)で等間隔に仕切られて、ホイール周方向Xに複数(本実施形態では4つ)形成されている。
なお、仕切り部材17の数は、本実施形態での4つに限定されるものではなく、設ける副気室13の数に応じて2つ以上とすることができる。
【0024】
また、
図3に示すホイール幅方向Yに並ぶ2つの中空状空間16同士は、
図4(a)及び(b)にそれぞれ示すように、ホイール中心軸Axに対して同じ位相で仕切り部材17によって仕切られている。つまり、
図3のIVa−IVa断面図である
図4(a)に示す仕切り部材17と、
図3のIVb−IVb断面図である
図4(b)に示す仕切り部材17とは、ホイール幅方向Yに横並びに配置されることとなる。これにより、副気室13は、前記のとおり、ホイール幅方向Yに隔壁18を介して2列に並ぶように形成される(
図2参照)。ちなみに、本実施形態での仕切り部材17が配置される位相間隔は、90度となっている。
【0025】
仕切り部材17としては、中空状空間16内で所定容積の副気室13を気密に仕切る(区画する)ことができれば、その形状、材質等に特に制限はない。
ちなみに、本実施形態での仕切り部材17としては、例えば中空状空間16に充填可能な樹脂製ブロック体、及びホイール母体と同じ材質の金属(例えば、アルミニウム合金、マグネシウム合金等)からなるブロック体等を想定している。
なお、
図3及び
図4中、符号14は、連通孔である。
【0026】
<連通孔>
連通孔14は、
図2に示すように、タイヤ空気室20と副気室13とを隔てる隔壁19、つまりウェル部11cの底面となる外周面11dを規定するリム11部分に穿たれて形成される。
この連通孔14は、前記したように副気室13とともにヘルムホルツレゾネータを構成している。
【0027】
連通孔14は、リム11の隔壁19に部分的に形成された肉厚部15に設けられる。この肉厚部15は、タイヤ空気室20と副気室13とを隔てる隔壁19に設けることができれば、その形状は特に限定されない。
【0028】
本実施形態での肉厚部15は、板状の隔壁19から副気室13内に向けて突出するように形成されている。つまり、肉厚部15は、これ以外の隔壁19部分よりも肉盛りされて形成された肉盛り部で構成され、肉厚部15以外の隔壁19部分よりも厚さが増大している。
本実施形態での肉厚部15は、ホイール幅方向Yの各副気室13の中央で(
図2参照)、ホイール周方向Xに沿って延在している(
図4(a)及び(b)参照)。つまり、本実施形態での肉厚部15は、ホイール周方向Xの全長にわたって形成されるレール形状を呈している。
【0029】
このような肉厚部15を貫通する連通孔14は、
図4(a)及び(b)に示すように、各副気室13のホイール周方向Xの中央部に形成されている。つまり、
図1に示すように、ホイール幅方向Yに並ぶ2つの副気室13のそれぞれに形成される連通孔14は、
図4(a)及び(b)に示すように、ホイール中心軸Axに対して同じ位相で形成されることとなる。ちなみに、本実施形態での連通孔14が形成される位相間隔は、90度となっている。
【0030】
<車両用ホイールの製造方法>
次に、本実施形態に係る車両用ホイール10(
図1参照)の製造方法について説明する。
図5(a)から(c)、及び
図6(a)から(c)は、本実施形態に係る車両用ホイール10の製造工程説明図である。
なお、
図5(a)は、押出し成形法により製造されるリム材料21の斜視図、
図5(b)は、
図5(a)のリム材料21における端部の部分拡大斜視図、
図5(c)は、肉厚部15に連通孔14を形成したリム材料21の斜視図である。
図6(a)は、リム材料21の端部から中空状空間16内に仕切り部材17を圧入して充填する様子を示す部分拡大斜視図、
図6(b)は、リム材料21をホイール周方向X(
図1参照)のリム11(
図1参照)の長さに合わせて切り詰める様子を模式的に示す断面図であり、肉厚部15に沿う断面を表す図、
図6(c)は、ロール加工を施して環状に形成したリム材料21の断面図であり、肉厚部15に沿う断面を表す図である。
なお、
図6(b)においては、リム材料21の中程の記載を作図の便宜上省略している。
【0031】
本実施形態に係る車両用ホイール10(
図1参照)は、押出し成形法を使用して製造することができる。
この製造方法では、ホイール母材を構成する前記軽金属のビレットを所定のダイス(金型)から押出して、
図5(a)に示すリム材料21を形成する。このリム材料21は、連通孔14(
図5(c)参照)が形成されていないほかは、
図1に示す切欠き断面と同じ断面を有する長尺部材である。つまり、
図5(b)に示すように、このリム材料21には、隔壁18を介して並ぶように形成される2つの中空状空間16と、各中空状空間16に沿ってそれぞれ延在するように形成される2つの肉厚部15とが形成されている。
【0032】
次に、この製造方法では、
図5(c)に示すように、各連通孔14は、リム材料21の肉厚部15の延在方向に沿って、
図4(a)及び(b)に示す連通孔14同士のホイール周方向Xの距離に合わせた間隔で貫通孔が穿たれて形成される。具体的には(
図5(c)では)、レール状の2つの肉厚部15のそれぞれに、連通孔14a、連通孔14b、連通孔14c、及び連通孔14dの4つが形成される。
【0033】
この製造方法では、
図6(a)に示すように、リム材料21の各中空状空間16に仕切り部材17が充填される。本実施形態での仕切り部材17は、樹脂製ブロック体で形成され、リム材料21の端部開口から中空状空間16内に圧入される。
本実施形態での仕切り部材17としては、中空状空間16の断面形状と略同じ断面形状を有し、中空状空間16の断面よりもやや大きめの断面を有するものを使用することができる。ちなみに、本実施形態での仕切り部材17には、レール状の肉厚部15の外形に対応する形状の溝17aが仕切り部材17の圧入方向Dに沿うように形成されている。
【0034】
本実施形態の製造方法における仕切り部材17の充填位置は、一つの中空状空間16について、
図5(c)に示す連通孔14aと連通孔14bとの間、連通孔14bと連通孔14cとの間、及び連通孔14cと連通孔14dとの間の3箇所、2つの中空状空間16では合計6箇所となっている。
【0035】
次に、この製造方法では、
図6(b)に示すように、リム材料21は、車両用ホイール10(
図1参照)のリム11(
図1参照)の全周の長さに応じた長さMに切り詰められる。
図6(b)中、符号Cは、リム材料21の切断箇所であり、符号14aは、
図5(c)に示す連通孔14aに対応する連通孔であり、符号14dは、
図5(c)に示す連通孔14dに対応する連通孔であり、符号17は、仕切り部材である。
【0036】
次に、リム材料21には、ロール加工が施されて
図1に示す車両用ホイール10と同じ曲率で環状に曲げられる。そして、リム材料21は、
図6(c)に示すように環状に曲げられる際に、リム材料21の端部同士の合わせ目Nにおける中空状空間16に仕切り部材17が充填される。この合わせ目Nに配置される仕切り部材17としては、ホイール母体と同じ材質の金属からなるブロック体が望ましい。
【0037】
そして、
図6(c)に示す切断箇所C同士の合わせ目が、例えばTIG溶接法等により溶接されて、
図1に示すリム11が完成する。そして、このリム11にディスク12(
図1参照)が取り付けられて、本実施形態に係る車両用ホイール10(
図1参照)の一連の製造工程は終了する。
【0038】
次に、本実施形態に係る車両用ホイール10の奏する作用効果について説明する。
この車両用ホイール10の副気室13と連通孔14とは、前記のようにヘルムホルツレゾネータを構成する。したがって、このヘルムホルツレゾネータの共鳴振動周波数f
0は、タイヤ空気室20(
図2参照)の共鳴振動周波数に合わせて設定されるとともに、前記したように式(1)で表される。
【0039】
f
0=C/2π×√(S/V(L+α×√S))・・・式(1)
【0040】
C(m/s):副気室13(
図2参照)の内部の音速(=タイヤ空気室20の内部の音速)
V(m
3):副気室13の容積
L(m):連通孔14(
図2参照)の長さ
S(m
2):連通孔14の断面積
α:補正係数
【0041】
つまり、従来の車両用ホイールのヘルムホルツレゾネータ(例えば、特許文献1参照)においては、前記のとおり連通孔が貫通する隔壁の厚さに「連通孔の長さL」が制限されて、「連通孔の断面積S」を十分に大きく確保することができない課題があった。
これに対して、本実施形態に係る車両用ホイール10の連通孔14は、リム11に部分的に形成された肉厚部15に設けられるので、前記式(1)中の「連通孔14の長さL」が長くなる。これにより前記式(1)中の「連通孔14の断面積S」を大きく設定することができる。そして、タイヤ空気室20内で気柱共鳴が生じた際の音圧変化は、この大きな断面積の連通孔14を介してタイヤ空気室20から副気室13へと伝達される。つまり、本実施形態に係る車両用ホイール10によれば、タイヤ空気室20と副気室13との間での空気の出入りがスムーズになって、従来よりも安定した消音性能を発揮することができる。
【0042】
また、この車両用ホイール10によれば、中空状空間16がホイール周方向Xの全長にわたって形成されるので、大きな容積の副気室13を確保することができる。
【0043】
また、この車両用ホイール10によれば、肉厚部15がホイール周方向Xの全長にわたって形成されるので、ホイール周方向Xの全長にわたってリム11の剛性が高まる。これにより車両用ホイール10は副気室13の変形が抑えられて安定した消音性能を発揮することができる。
【0044】
また、このような中空状空間16及び肉厚部15を有するリム11の構造は、押出し成形法で形成することができる。
そして、押出し成形法で形成されたリム11を有する車両用ホイール10によれば、鋳造で得られる従来の車両用ホイール(例えば、特許文献1参照)と異なって副気室13を形成するための中子を必要としないので簡単な工程で製造することができる。
【0045】
また、本実施形態に係る車両用ホイール10によれば、中空状空間16がウェル部11cのホイール径方向Zの内側に形成されているので(
図2参照)、ウェル部11cの窪みを大きく確保することができる。これにより車両用ホイール10では、タイヤT(
図2参照)をリム組みする際に、副気室13がタイヤTのビード部Bに干渉することが回避される。つまり、この車両用ホイール10によれば、タイヤTの組付け容易性が維持される。
【0046】
以上、本実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。
図7(a)から
図7(g)は、副気室13及び連通孔14の変形例を示す、ホイール幅方向Yに沿ったリム11の部分断面図である。
図8(a)及び
図8(b)は、本発明の他の実施形態に係る車両用ホイール10を示す断面図であり、
図4(a)及び
図4(b)の断面図に対応する図である。
【0047】
前記実施形態では、ホイール幅方向Yに2列並ぶように形成された環状の中空状空間16が仕切られて副気室13が形成されているが、本発明は、
図7(a)に示すように、1つ(1列)の環状の中空状空間16が仕切られて副気室13が形成されている構成とすることもできる。
この車両用ホイール10によれば、中空状空間16が2列の前記実施形態と比較して副気室13の容積をより大きくすることができる。これにより一つの副気室13あたりの消音効率を高めることができる。また、この車両用ホイール10によれば、隔壁18(
図2参照)を省略することができるので車両用ホイール10の軽量化を図ることができる。
【0048】
また、前記実施形態では、肉厚部15が副気室13側に突出するように形成されているが(
図2参照)、
図7(b)及び
図7(c)に示すように、肉厚部15がタイヤ空気室20側に突出する構成とすることもできる。
この車両用ホイール10によれば、副気室13の内側に凸となるように肉厚部15が形成される前記実施形態と比較して、副気室13の容積を減らすことなく前記式(1)中の「連通孔の長さL」を長くすることができる。ちなみに、
図7(b)は、環状の中空状空間16が2列のものであり、
図7(c)は、環状の中空状空間16が1列のものである。
【0049】
また、肉厚部15は、
図7(d)及び
図7(e)に示すように、副気室13側とタイヤ空気室20側との両方に突出する構成とすることもできる。
この車両用ホイール10によれば、「連通孔14の長さL」をさらに長くすることができる。ちなみに、
図7(d)は、環状の中空状空間16が2列のものであり、
図7(e)は、環状の中空状空間16が1列のものである。
【0050】
また、前記実施形態では、中空状空間16は、ウェル部11cの底よりもホイール径方向Zの内側に膨らむように形成されているが(
図2参照)、
図7(f)に示すように、ウェル部11cの底よりもホイール径方向Zの外側に膨らむ構成とすることもできる。
この車両用ホイール10によれば、ウェル部11cの底よりもホイール径方向Zの内側に中空状空間16が形成されるものと比較して、中空状空間16のホイール周方向Xの全長が長くなるので、副気室13の容積をより大きくすることができる。これにより一つの副気室13あたりの消音効率を高めることができる。
【0051】
また、中空状空間は、
図7(g)に示すように、ウェル部11cの底を基準にホイール径方向Zの内側と外側の両方に膨らむように構成することもできる。
この車両用ホイール10によれば、副気室13の容積をさらに大きくすることができる。これにより一つの副気室13あたりの消音効率をさらに高めることができる。
【0052】
また、前記実施形態では、ホイール幅方向Yに2列に並ぶ中空状空間16のそれぞれにおける仕切り部材17の充填位置、及び連通孔14の位置は、同じ位相となるように構成されているが(
図4(a)及び
図4(b)参照)、
図4(a)に対応する
図8(a)、及び
図4(b)に対応する
図8(b)に示すように、2列に並ぶ中空状空間16同士(
図3参照)で、仕切り部材17の充填位置の位相、及び連通孔14の位置の位相が、ホイール回転軸Ax回りで45度ずれる構成とすることもできる。
この車両用ホイール10によれば、ヘルムホルツレゾネータ構造の多様化を図ることができる。
【0053】
また、前記実施形態では、中空状空間16は1列又は2列の構成となっているが、リム11は3列以上の中空状空間16を有する構成とすることもできる。
【0054】
また、前記実施形態では、仕切り部材17は、リム材料21の端部から挿入する構成となっているが、本発明はリム材料21に仕切り部材17の取付孔を穿設し、この取付孔に仕切り部材17を圧入する構成とすることもできる。