JP2015202721A - 車両用ホイール - Google Patents

Abstract

【課題】振動や衝撃を良好に吸収可能でありながらより軽量な車両用ホイールを提供する。【解決手段】ハブ(1)と、リム(2)と、ハブ(1)とリム(2)とを連結するスポーク(3)と、を備える。リム(2)は、円弧状の複数のリムユニット(21)を、その両端部を連結部(22)としてハブ(1)の回転軸線(CLa)と平行な軸線(CLb)まわりに互いに回動自在に連結して環状に形成されている。スポーク(3)は、ハブ(1)に取り付けられた基部(32)と基部(32)から放射状に延出した複数の腕部(33)とを有する。腕部(33)は、リムユニット(21)に連結されてリムユニット(21)の径方向への移動に伴い弾性変形するよう構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用ホイールに係り、特に、車両走行時の振動や路面からの衝撃を吸収して車両の乗り心地をよくする車両用ホイールに関する。

走行時の振動や路面からの衝撃を吸収して車両の乗り心地を良好にする場合、車両とホイールとの間に専用のサスペンション装置を介装するのが一般的である。
しかしながら、部品点数の削減などのため、専用のサスペンション装置を用いることなく良好な乗り心地が得られる工夫が望まれ、各種提案されている。その提案の内、車両用ホイールに関する工夫が特許文献１にショックレス車輪として記載されている。

特開２００１−１３０２０１号公報

ところで、特許文献１に記載されたショックレス車輪は、車軸からスポークで支持した中内リムと、リムからスポークで支持した中外リムと、の間にショック吸収チューブレスタイヤを挟んで支持する構造となっている。
そのため、このショックレス車輪を用いた車両は、質量が通常のホイールに対して追加されたショック吸収用のタイヤとリムの分だけ増加する。

車両の質量が増加すると、車両がエンジンやモータで走行する自動車や自動二輪の場合には燃費性能が低下し、人力の自転車の場合には、ペダルが重くなって乗員の負担が増すという問題が生じるため、車両用ホイールはできるだけ軽量であることが望まれる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、振動や衝撃を良好に吸収可能でありながらより軽量な車両用ホイールを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は次の構成を有する。
すなわち、ハブ(1)と、リム(2)と、前記ハブ(1)と前記リム(2)とを連結するスポーク(3)と、を備え、
前記リム(2)は、円弧状の複数のリムユニット(21)を、その両端部を連結部(22)として前記ハブ(1)の回転軸線(CLa)と平行な軸線(CLb)まわりに互いに回動自在に連結して環状に形成されており、
前記スポーク(3)は、前記ハブ(1)に取り付けられた基部(32)と前記基部(32)から放射状に延出した複数の腕部(33)とを有し、前記腕部(33)は、前記リムユニット(21)に連結されて前記リムユニット(21)の径方向への移動に伴い弾性変形するよう構成されている車両用ホイール(51)である。

本発明によれば、振動や衝撃を良好に吸収可能な車両用ホイールをより軽量に得られる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態に係る車両用ホイールの実施例であるホイール５１を説明するための正面図である。 ホイール５１を説明するための図１におけるＳ１−Ｓ１位置での半断面図である。 ホイール５１における連結部２２の組み立て図である。 図１におけるＳ２−Ｓ２位置での断面図である。 図１におけるＳ３−Ｓ３位置での拡大断面図である。 ホイール５１の作用を説明するための部分模式図である。 変形例のホイールＡ５１を説明するための部分模式図である。

本発明の実施の形態に係る車両用ホイールを、好ましい実施例であるホイール５１やその変形例などにより図１〜図７を用いて説明する。

ホイール５１は自転車等の二輪車や三輪車など、軽量な車両用に好適なホイールである。まず、図１〜図５を参照してホイール５１の概略構成について説明する。図１は、ホイール５１の正面図である。図２は、図１におけるＳ１−Ｓ１位置での半断面図である。図３は、連結部２２（後述）の組み立て図である。図４は、図１におけるＳ２−Ｓ２位置での断面図である。図５は、図１におけるＳ３−Ｓ３位置での拡大断面図である。

まず、図１及び図２を参照して、ホイール５１の概略構成について説明する。
ホイール５１は、ハブ１と、リム２と、板状であってハブ１とリム２とを連結する一対のスポーク３（３ａ，３ｂ）と、を有している。ホイール５１には、タイヤ４がリム２に取り付けられている。

ハブ１は、シャフト１ａと、ハブ本体１ｂと、シャフト１ａとハブ本体１ｂとの間に介装され、シャフト１ａに対してハブ本体１ｂを回転軸線ＣＬａを中心として回転自在に支持するベアリング１ｄと、を有している。
ハブ本体１ｂには、所定の径位置に等角度間隔で、複数のネジスタッド１ｃが立設されている。この例では、３０°間隔で１２本のネジスタッド１ｃが設けられている。
ハブ本体１ｂは、金属や硬質樹脂を用いて形成されている。

一対のスポーク３（スポーク３ａとスポーク３ｂ）は、ハブ１の回転軸線ＣＬａ方向に離隔対向して設けられている。スポーク３ａとスポーク３ｂとは同一部材であるので、区別する必要がある場合を除き、スポーク３として説明する。

スポーク３は、薄板状に形成されている。
スポーク３は、回転軸線ＣＬａを中心としてハブに嵌合する孔３１ａ及び各ネジスタッド１ｃが挿通する複数のスタッド用の孔３１ｂを有する環状の基部３２と、回転軸線ＣＬａを中心にして基部３２から所定の角度間隔で放射状に延出する複数の腕部３３と、を有している。この例では、３０°間隔で１２本の腕部３３が設けられている。
スポーク３は、スタッド用の孔３１ｂにハブ本体１ｂのネジスタッド１ｃが挿通され、ナットＮで締結されることでハブ１と一体化されている。

基部３２は、仮想平面Ｓａに含まれる平面状に形成されている。また、各腕部３３の先端部３３ａは、仮想平面Ｓａに距離Ｄａで平行離隔した仮想平面Ｓｂに含まれる平面状に形成されている。
一対のスポーク３ａ，３ｂは、ハブ１に対し、互いの基部３２間距離よりも、腕部３３における先端部３３ａの間の距離が互いに接近して小さくなる向きに取り付けられている。

基部３２と腕部３３の先端部３３ａとを繋ぐ中間部３３ｂは、基部３２側が、このホイール５１における厚さ方向の中心平面Ｓｃ側に中心が位置する曲率半径Ｒａをもって湾曲し、ハブ１側が、中心平面Ｓｃとは反対側に中心が位置する曲率半径Ｒｂをもって湾曲して形成されている。
すなわち、中間部３３ｂは、図２に示される断面形状として緩やかなＳ字状に形成されている。
中間部３３ｂと、基部３２及び先端部３３ａと、は、急峻な屈曲とならずに滑らかに接続されるよう曲率が徐変している。

また、腕部３３は、同じ厚さで形成され先端側に向かうに従って幅（周方向の長さ）が狭くなるように形成されている。これにより、先端側ほど撓み易くなっている。

スポーク３は、例えば繊維強化樹脂で形成される。含まれる繊維の例は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維である。

スポーク３は、基部３２をハブ１に固定し、腕部３３の先端部３３ａ側を自由端としたときに、腕部３３が、少なくとも仮想平面Ｓｂに対して直交する方向（矢印ＤＲａ方向）に可撓性を有するように形成されている。

リム２は、複数の弧状のリムユニット２１を環状に連結した連結体として形成されている。
具体的には、リム２は、円弧状のリムユニット２１が、周方向に、両端部の連結部２２で回動自在に連結されて環状化されている。
ホイール５１では、リム２は等角度間隔で１２分割され、１２個のリムユニット２１が連結されている。
リムユニット２１は、金属（例えばアルミニウム）や繊維強化樹脂などで形成される。

連結部２２には、スポーク３の先端部３３ａも連結されており、詳細を、図３を参照して説明する。図３は連結部２２の斜視的組み立て図である。

まず、リムユニット２１は、一端側の幅方向の中央部に凸部２１ａを有している。また、他端側の幅方向の中央部に、凸部２１ａが進入可能な凹部２１ｂを有している。
リムユニット２１には、凸部２１ａが凹部２１ｂに進入して組み合わされた状態で、幅方向にシャフト２３を挿通可能なように貫通孔２１ｃ，２１ｄが形成されている。
凸部２１ａが凹部２１ｂに進入した状態で、両部材が幅方向に対向する面同士の間には、一対の摺動ワッシャ２４及びスポーク３が介装される。

具体的には、スポーク３ａ，３ｂの先端部３３ａ，３３ａは、それぞれ一対の摺動ワッシャ２４の間に挿入される。そして、先端部３３ａに形成された貫通孔３３ａ１にシャフト２３が挿通されることで、先端部３３ａはシャフト２３の軸線ＣＬｂまわりに滑らかに回動可能に支持される。

シャフト２３は、一端側にフランジ２３ａを有しており、他端側にＥ型止め輪２５が嵌め込まれることで抜け止めされる。

リム２に取り付けられるタイヤ４として、例えばエアを用いない所謂ソリッドタイヤなどと称される中実タイヤが用いられる。
タイヤ４の取り付けのため、各リムユニット２１には、径方向に貫通する貫通孔２１ｅ（図３参照）が複数箇所（例えば三箇所）設けられている。

具体的には、図４に示されるように、この貫通孔２１ｅを通した雄ねじＮ２を、ソリッドタイヤ４の内周面に設けられた固定用プレート４ａに螺合させることでタイヤ４はリム２に取り付けられる。もちろん、タイヤ４として、チューブを併用する一般的なクリンチャータイプのタイヤを用いてもよい。

上述のホイール５１は、連結部２２において、リムユニット２１及びスポーク３の先端部３３ａが、ハブ１の回転軸線ＣＬａに平行な軸線ＣＬｂ（図２参照）まわりに回動可能に連結されている。
これにより、例えば路面の凹凸に応じて連結部２２が径方向に移動し、その移動に追従してスポーク３の腕部３３は弾性的に撓むようになっている。この腕部３３の撓みで生じる弾性反発力は、連結部２２の径方向位置を、もとの円周上位置に戻そうとする。

例えば、図５に示されるように、連結部２２がハブ１に接近するように移動した場合（白ヌキ矢印）、一対のスポーク３ａ，３ｂの各腕部３３は、主にその中間部３３ｂが互いに離れる方向（白ヌキ矢印）に弾性変形する。
逆に、連結部２２がハブから遠ざかるように移動した場合（黒矢印）は、一対のスポーク３ａ，３ｂの各腕部３３は、主に中間部３３ｂが互いに接近する方向（黒矢印）に弾性変形する。

この弾性変形を基づくホイール５１の実際の路面走行での挙動例を、図６を参照して説明する。
図６（ａ），（ｂ）はタイヤ４を装着したホイール５１の部分模式図であり、各リムユニット２１を円弧で示し、連結部２２を白丸で記載してある。
図６（ａ）は、ホイール５１の自由状態が示されており、リム２は円環状を呈する。図６（ｂ）は、路面ＳＦを走行中に、突起ＳＦ１に連結部２２の一つが乗り上げた状態を示した図である。図６（ａ），（ｂ）には、連結部２２の自由状態での位置に該当する円が、一点鎖線で示されている。

図６（ｂ）に示されるように、ホイール５１が矢印ＲＴ方向に回転した走行状態で突起ＳＦ１に対応した連結部２２ａは、瞬間的に回転軸線ＣＬａに向け縮径方向に持ち上げられる（白ヌキ矢印）。
連結部２２ａの縮径方向の移動を、その連結部２２ａに連結された一対のスポーク３ａ，３ｂの各腕部３３は、互いに離れる方向に弾性変形して許容する。

また、腕部３３は、その弾性変形に伴い生じる反発力により、連結部２２ａ及びハブ１を自由状態と同じ距離に保つように離隔方向に付勢する。
この反発力は、突起ＳＦ１側の連結部２２を反発支点としてハブ１を持ち上げるように作用する。
従って、突起ＳＦ１に乗り上げる衝撃やそれに伴う振動が直接ハブ１に伝達されず、腕部３３の弾性変形を経て伝達されるので、衝撃及び振動は腕部３３に吸収され、ホイール５１を装着した自転車の乗り心地が良好となる。

このとき、突起ＳＦ１に対応した連結部２２ａに隣接する連結部２２ｂ，２２ｃは、リムユニット２１が剛体であることから僅かに拡径方向に移動する（黒矢印参照）。この拡径方向の移動は一対のスポーク３ａ，３ｂの各腕部３３が、互いに接近する方向に弾性変形して許容される。

このように、ホイール５１によれば、路面の凹凸により生じる振動が抑制され、凹凸からホイール５１に付与される衝撃力はスポーク３により吸収される。
従って、ホイール５１は、専用のサスペンション装置やショック吸収用タイヤを備えることなく、極めて軽量で振動や衝撃を抑制することができる。
そのため、ホイール５１を装着した車両は、燃費性能が向上し、人力の場合には動力としての乗員の負担増加を抑制することができる。

本発明の実施例は、上述した構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよい。

ホイール５１は、腕部３３の先端部３３ａをリムユニット２１の連結部２２に連結させずに、リムユニット２１の中間部位（例えば中央部位）など、連結部２２から離間した位置に連結させてもよい。図７に示す変形例のホイールＡ５１は、リムユニットの中央部位に連結させた例である。

図７はホイールＡ５１を説明するための部分的模式図であって、図６（ａ）に対応した図である。すなわち、図７は、タイヤ４を装着した状態のホイールＡ５１の部分模式図であり、リムユニット２１に相当するリムユニットＡ２１を円弧で示し、リムユニットＡ２１同士が連結された連結部Ａ２２を白丸で記載してある。
また、リムユニットＡ２１の中央部位において、腕部３３に相当する腕部Ａ３３の先端部Ａ３３ａが連結部Ａ２６にて連結されている。図７において、連結部Ａ２６は黒丸で示されている。

連結部Ａ２６において、腕部Ａ３３は、リムユニットＡ２１に対し、連結部Ａ２６において、回転軸線ＣＬａに平行な連結軸線（図示せず）まわりに回動可能に支持されている。

ホイールＡ５１は、ホイール５１と同様に、リムユニットＡ２１の径方向の移動に伴い、各リムユニットＡ２１に連結部Ａ２６で連結された腕部Ａ３３が撓んでリムユニットＡ２１に対し、その移動を許容すると共に、元の位置に戻るように弾性反発力により付勢する。
これにより、例えば路面の凹凸による衝撃及び振動が直接ハブ１に伝達されず、腕部Ａ３３の弾性変形を経て伝達されるので、衝撃及び衝撃は腕部Ａ３３に吸収され、ホイールＡ５１を装着した自転車などの車両の乗り心地が良好となる。

実施例及び変形例のいずれにおいても、スポーク３の材質は限定されるものではなく、金属であってもよい。比弾性率が高い点で、炭素繊維強化樹脂やアラミド繊維強化樹脂は好ましい材質である。

スポーク３の腕部３３は、厚さが一様であるものに限らない。基部３２側よりも先端部３３ａ側の厚みを、撓み易くなるよう薄く形成してもよい。

ホイール５１，Ａ５１は、自転車用に限定されるものではなく、自転車以外の車両に適用することができるのは言うまでもない。

１ ハブ
１ａ シャフト、 １ｂ ハブ本体、 １ｃ ネジスタッド
１ｄ ベアリング
２ リム
２１，Ａ２１ リムユニット
２１ａ 凸部、 ２１ｂ 凹部、 ２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ 貫通孔
２２，２２ａ〜２２ｃ，Ａ２２，Ａ２６ 連結部
２３ シャフト
２４ 摺動ワッシャ
３，３ａ，３ｂ スポーク
３１ａ，３１ｂ 孔、 ３２ 基部、 ３３，Ａ３３ 腕部
３３ａ，Ａ３３ａ 先端部、 ３３ｂ 中間部
４ タイヤ、 ４ａ 固定用プレート
５１，Ａ５１ ホイール
ＣＬａ 回転軸線、 ＣＬｂ 軸線
Ｄａ 距離
Ｎ ナット、 Ｎ２ 雄ねじ
Ｒａ，Ｒｂ 曲率半径
Ｓａ，Ｓｂ 仮想平面、 Ｓｃ 中心平面
ＳＦ 路面、 ＳＦ１ 突起

Claims (4)

1. ハブと、リムと、前記ハブと前記リムとを連結するスポークと、を備え、
   前記リムは、円弧状の複数のリムユニットを、その両端部を連結部として前記ハブの回転軸線と平行な軸線まわりに互いに回動自在に連結して環状に形成されており、
   前記スポークは、前記ハブに取り付けられた基部と前記基部から放射状に延出した複数の腕部とを有し、前記腕部は、前記リムユニットに連結されて前記リムユニットの径方向への移動に伴い弾性変形するよう構成されている車両用ホイール。
2. 前記腕部の厚さ又は周方向の幅は、前記ハブ側よりも前記リムユニット側の方が小さいことを特徴とする請求項１記載の車両用ホイール。
3. 前記スポークは、前記回転軸線の方向に離隔して一対備えられており、
   前記一対のスポークは、前記リムユニットの縮径方向への移動に伴い互いに離れる方向に弾性変形し、拡径方向への移動に伴い互いに接近する方向に弾性変形することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両用ホイール。
4. 前記スポークは、炭素繊維強化樹脂で板状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用ホイール。

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