JP2018017356A - 車両用ホイール - Google Patents

Abstract

【課題】 ダイナミックダンパを利用したばね下振動抑制の実用性を高められる車両用ホイールを提供する。【解決手段】 車両用のホイール１が、ホイール本体３と、錘４０と、ホイール本体３と錘４０との間に介装されるばね要素４１とを備え、錘４０とばね要素４１とでダイナミックダンパ４を構成する。【選択図】 図２

Description

本発明は、車両用ホイールに関する。

従来、車両のばね下振動を抑制するのにダイナミックダンパを利用することがある。例えば、特許文献１に開示の車両振動低減装置では、車輪を支持するアームにダイナミックダンパが取り付けられている。ダイナミックダンパは、付加質量となる錘と、錘とアームとの間に介装されるばねとを備え、車輪とアームとを有して構成されるばね下部材が振動する際に、錘の慣性力を反力として与えてばね下部材の振動を抑制する。

特開平６−１４３９６６号公報

しかしながら、上記車両振動低減装置のように、アームにダイナミックダンパを取り付ける構造は、空間的な制約から実用性に乏しい。なぜなら、制振に必要な質量確保の観点から錘の小型化には限界があるのでダイナミックダンパ自体の小型化が難しい。加えて、錘の振動スペースを確保した上でダイナミックダンパを取り付ける必要があり、このようなダイナミックダンパの取り付けのためだけに車両の構造を変更してアームの周囲のスペースを大幅に拡大するのは現実的でないためである。

そこで、本発明は、ダイナミックダンパを利用したばね下振動抑制の実用性を高められる車両用ホイールの提供を目的とする。

上記課題を解決する請求項１に記載の車両用ホイールは、ホイール本体と、錘と、前記ホイール本体と前記錘との間に介装されるばね要素とを備える。当該構成によれば、錘とばね要素とでダイナミックダンパを構成でき、従来活用されていなかったホイール内の空間にダイナミックダンパを配置できる。

請求項２に記載の車両用ホイールは、請求項１に記載の構成を備えるとともに、前記ばね要素を前記ホイール本体に連結し、前記錘が前記ホイール本体とともに回転するのを防止する取付部材を備えている。このため、車両走行時において、ホイール本体が回転したとしても、ホイール本体の回転角度によらず錘が上下に振動し、ばね下部材の振動を抑制できる。

請求項３に記載の車両用ホイールは、請求項２に記載の構成を備えるとともに、前記ホイール本体は、外周にタイヤが装着される筒状のリム部を有している。また、前記取付部材は、前記リム部の内周に固定される環状の外輪と、前記外輪の内周に前記外輪と相対回転自在に装着される内輪とを有しており、前記内輪に前記ばね要素を介して前記錘が取り付けられている。このため、取付部材の構成を簡易にできる。また、錘の外径を大きくできるので、錘の質量を確保し易い。

請求項４に記載の車両用ホイールは、請求項３に記載の構成を備えるとともに、前記ばね要素は、前記錘が上下動可能に前記ホイール本体と前記錘との間に介装されて、静止状態での前記錘の重心が前記ホイール本体の回転中心よりも下方に位置するように設定されている。このため、ダイナミックダンパと内輪とを合わせた部材の重心の位置が下がり、当該部材がホイール本体とともに回転するのをより確実に防止できる。

請求項５に記載の車両用ホイールは、請求項１に記載の構成を備えるとともに、前記ばね要素は、前記ホイール本体に装着される中空のゴム部材を有し、前記錘は、前記ゴム部材の内部に貯留される液体である。このため、車両走行時において、ホイール本体が回転したとしても、ホイール本体の回転角度によらず液体（錘）が上下に振動し、ばね下部材の振動を抑制できる。

本発明の車両用ホイールによれば、ダイナミックダンパを利用したばね下振動抑制の実用性を高められる。

本発明の第一の実施の形態に係る車両用ホイールを備えた車両の一部を簡略化して示した背面図である。 本発明の第一の実施の形態に係る車両用ホイールの取付状態を示し、車両用ホイールを軸方向に切断したときの切断面を示した端面図である。 本発明の第一の実施の形態に係る車両用ホイールのダイナミックダンパを車両用ホイールの軸方向から見た状態を示した概念図である。 本発明の第一の実施の形態に係る車両用ホイールのダイナミックダンパの変形例を示し、当該変形例に係るダイナミックダンパを車両用ホイールの軸方向から見た状態を示した概念図である。 本発明の第一の実施の形態に係る車両用ホイールのダイナミックダンパの取付状態の変更例を示し、車両用ホイールを軸方向に切断したときの切断面を示した端面図である。 本発明の第二の実施の形態に係る車両用ホイールのダイナミックダンパを径方向に切断したときの切断面を示した断面図である。

以下に本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。いくつかの図面を通して付された同じ符号は、同じ部品か対応する部品を示す。

＜第一の実施の形態＞
図２に示す本発明の第一の実施の形態に係るホイール１は、乗用車、トラック等の車両に利用される車両用ホイールである。当該ホイール１は如何なる車両に利用されるとしてもよい。車両の構成は、公知であるので詳細な図示を省略するが、車両は、車体と、車体前部の左右に配置される一対の前輪と、車体後部の左右に配置される一対の後輪と、走行のための動力源とを備える。当該動力源は、エンジン、電気モータ、又はエンジンと電気モータの両方であってもよい。

前輪及び後輪は、それぞれ懸架装置により車体に連結される。図１に示す懸架装置Ｓは、左側の後輪Ｗを車体Ｂに連結する懸架装置の一例である。当該懸架装置Ｓは、車幅方向に延びて右端が車体Ｂに回転可能に連結されるとともに左端が上下に揺動するアームＡと、アームＡと車体Ｂとの間に介装される懸架ばねＳＳ及びダンパＤとを備える。アームＡの左端には、図２に示すハブ６等により、左側の後輪Ｗが車軸１０の軸Ｘ回りに回転自在に取り付けられている。

ダンパＤは、アームＡに連結されるアウターシェルｄ１と、車体Ｂに連結されてアウターシェルｄ１に出入りするロッドｄ２とを備え、アウターシェルｄ１とロッドｄ２の軸方向の相対移動を抑制する減衰力を発揮する。懸架ばねＳＳはコイルばねであり、ダンパＤの外周に配置されて、図１中上端がロッドｄ２で支持されるとともに、下端がアウターシェルｄ１で支持される。このように、懸架ばねＳＳはロッドｄ２とアウターシェルｄ１との間に介装される。

上記構成によれば、車体Ｂに対して左側の後輪Ｗが上下に動き、アームＡが上下に揺動すると、アウターシェルｄ１にロッドｄ２が出入りしてダンパＤが伸縮し、減衰力を発揮する。また、前述のようにアームＡが上下に揺動すると、懸架ばねＳＳが伸縮して圧縮量に見合った弾性力を発揮する。当該懸架ばねＳＳの弾性力は、車体Ｂを図１中上側へ押し上げる方向に作用するので、懸架ばねＳＳで車体Ｂを弾性支持できる。車両において、懸架ばねＳＳで支持される車体Ｂ等を含む部材がばね上部材Ｕであり、懸架ばねＳＳにぶら下がる後輪Ｗ、アームＡ等を含む部材がばね下部材Ｌである。ダンパＤの減衰力は、アームＡの揺動を抑制するように作用するので、ダンパＤでばね上部材Ｕとばね下部材Ｌの上下の相対移動を抑制できる。

右側の後輪を車体に連結する懸架装置も左側の懸架装置Ｓと同様の構成を備え、当該懸架装置Ｓと左右対称に配置される。なお、後輪用の懸架装置Ｓの構成は図示する限りではなく、如何なるサスペンション様式を採用するとしてもよい。また、当該サスペンション様式等に応じてダンパＤと懸架ばねＳＳの配置及び構成も適宜変更できる。

例えば、ダンパＤと懸架ばねＳＳが横並びに配置されるとしてもよい。また、ダンパＤをアクチュエータに代えて、アームＡを積極的に駆動してもよく、この場合には、懸架装置Ｓをアクティブサスペンションにできる。また、懸架ばねＳＳは、コイルばねであるが、エアばねでもよい。また、前輪用の懸架装置も如何なるサスペンション様式を採用するとしてもよい。

つづいて、前輪と後輪は、全て共通の構成を備えている。図２は、左側の後輪Ｗの切断部端面を示しており、代表として左側の後輪Ｗについて説明する。左側の後輪Ｗは、ホイール１と、ホイール１の外周に装着されるゴム製のタイヤ２とを有して構成される。ホイール１は、アルミニウム合金、マグネシウム合金、又はスチール等の金属材料で形成されるホイール本体３と、ダイナミックダンパ４と、ダイナミックダンパ４をホイール本体３に取り付けるための取付部材５とを備える。

ホイール本体３は、筒状に形成されて外周にタイヤ２が装着されるリム部３ａと、リム部３ａの径方向内側に配置されるディスク部３ｂとを有する。ディスク部３ｂは、ハブ６に取り付けられたボルト６０にナット６１で締結される取付部３ｃと、取付部３ｃからリム部３ａへ放射状に伸びるスポーク部３ｄとを有する。そして、ホイール本体３は、リム部３ａにタイヤ２が装着された状態で、車軸１０の軸Ｘ回りに回転する。

ダイナミックダンパ４は、図２，３に示すように、錘４０と、錘４０を上下動可能に弾性支持するばね要素４１と、錘４０の上下動を抑制する減衰力を発揮する減衰要素４２とを備える。錘４０の質量は、ばね下部材Ｌの質量と、当該ばね下部材Ｌを制振するのに必要な慣性力の大きさに応じて最適に設定される。錘４０は、中心部に孔４０ａ（図３）を有して環状となっている。そして、当該孔４０ａからナット６１（図２）を着脱できるようになっている。

ばね要素４１は、例えば、コイルばね、ゴム等の弾性部材であり、弾性を有して圧縮量に応じた弾性力を発揮する。減衰要素４２は、例えば、オイルバッファ、又はゴムバッファ等である。図２，３には、ばね要素４１と減衰要素４２を個別に記載し、ばね要素４１を錘４０の上側に配置し、減衰要素４２を錘４０の下側に配置した例を記載している。しかし、錘４０を上下動可能に支えて、錘４０の質量をホイール本体３に付加できるようになっている限り、ばね要素４１と減衰要素４２の構成及び配置を適宜変更できる。

例えば、錘４０と取付部材５の後述する内輪５１との間にできる隙間を埋めるゴムを設け、当該ゴムがばね要素４１と減衰要素４２の両方の機能を担うとしてもよい。このような場合には、ダイナミックダンパ４の構成を簡易にできるとともに、錘４０が内輪５１に干渉して傷付くのを防止できる。また、錘４０と内輪５１との間に空隙が形成される場合、錘４０の傷付きを防止する上では、錘４０の外周と、内輪５１の内周の少なくとも一方に、ゴムシート等を設けるのが好ましい。

つづいて、取付部材５は、リム部３ａの内周に固定される環状の外輪５０と、この外輪５０の内周に摺動自在に装着される環状の上記内輪５１とを備え、外輪５０と内輪５１が相対回転自在となっている。この内輪５１に、ばね要素４１と減衰要素４２が連結され、これらを介して錘４０が連結されており、錘４０の質量がばね要素４１等を介してホイール本体３に付加されるようになっている。

また、前述のように、外輪５０と内輪５１が相対回転自在となっており、外輪５０がホイール本体３とともに回転しても、内輪５１が外輪５０に対して滑って外輪５０と共回りしないので、ダイナミックダンパ４がホイール本体３と一体となって回転することがない。また、錘４０が振動せずに静止している状態では、錘４０の重心Ｇがホイール１の回転中心となる軸Ｘの下方に位置するようになっている。このため、ダイナミックダンパ４と内輪５１とを合わせた部材の重心が低くなり、ダイナミックダンパ４と内輪５１が外輪５０及びホイール本体３とともに回転し難くなる。

図２，３に示す取付部材５において、外輪５０と内輪５１の対向面がそれぞれ滑り面とされており、外輪５０と内輪５１とで滑り軸受けを構成する。しかし、外輪５０と内輪５１との間に、球状又は円柱状の転動体を設け、これらで転がり軸受けを構成するとしてもよく、外輪５０と内輪５１を相対回転自在にするための構成は、適宜変更できる。

以下、本実施の形態に係るホイール１の作動について説明する。

車両走行時において、タイヤ２付きのホイール本体３が回転する場合、外輪５０はホイール本体３とともに回転するが、内輪５１と、この内輪５１に取り付けられるダイナミックダンパ４は外輪５０とともには回転せず、回転が阻止された状態に維持される。

また、車両が凹凸のある路面を走行する等してタイヤ２付きのホイール本体３が上下に振動する場合には、ダイナミックダンパ４の錘４０が同調して上下に振動する。すると、錘４０の慣性力が反力として与えられてタイヤ２付きのホイール本体３の上下の振動が抑制され、その結果、ばね下部材Ｌの振動が抑制される。

以下、本実施の形態に係るホイール１の作用効果について説明する。

本実施の形態において、ダイナミックダンパ４が減衰要素４２を備えている。このため、ばね下部材Ｌの共振周波数と、その周辺領域の周波数の振動を抑制できる。しかし、減衰要素４２を廃するとしてもよい。

また、本実施の形態において、ダイナミックダンパ４の錘４０が環状に形成されている。このため、ダイナミックダンパ４をホイール本体３に取り付けた状態であっても、錘４０に設けた孔４０ａからナット６１の着脱が可能となる。つまり、ダイナミックダンパ４をホイール本体３から取り外すことなく、ホイール１をハブ６から取り外すことができるので、ホイール１の着脱を容易にできる。また、このようなホイール１の着脱容易性を損なうことなく、錘４０の外径を大きくできるので、錘４０の質量を確保するのが容易である。

なお、錘４０が振動する際、錘４０がホイール本体３等の錘４０の周辺部品に干渉しなければ、図４に示すように錘４０を中実にしてもよい。また、錘４０に孔４０ａが形成されていて、錘４０が周辺部品に干渉しないようになっていれば、図５に示すように、ダイナミックダンパ４をディスク部３ｂの軸方向内側（車体側）に配置してもよい。この場合には、錘４０と周辺部品との干渉を防止しつつ錘４０の外径を大きくできるので、錘４０の質量を確保するのが容易である。そして、このような変更は、減衰要素４２の有無によらず可能である。

また、本実施の形態において、ホイール１は、ばね要素４１をホイール本体３に連結する取付部材５を備え、当該取付部材５がリム部３ａの内周に固定される環状の外輪５０と、この外輪５０の内周に外輪５０と相対回転自在に装着される内輪５１とを有する。そして、この内輪５１にばね要素４１を介して錘４０が取り付けられている。当該構成によれば、錘４０がホイール本体３とともに回転しないので、ホイール本体３の回転角度によらず錘４０が常に上下に振動し、ホイール１を含むばね下部材Ｌの上下の振動をダイナミックダンパ４で抑制できる。

さらに、本実施の形態のホイール１では、静止状態（振動が加わる前の状態、振動が治まった状態）での錘４０の重心Ｇがホイール本体３の回転中心（軸Ｘ）よりも下方に位置するように設定されている。このため、ダイナミックダンパ４と内輪５１とを合わせた部材の重心の位置が下がり、錘４０がホイール本体３とともに回転するのをより確実に防止できる。また、取付部材５が外輪５０と内輪５１を備えているので、錘４０がホイール本体３とともに回転するのを容易に防止できるとともに、錘４０の外径を大きくできるので、錘４０の質量を確保するのが容易である。

また、本実施の形態のホイール１では、外輪５０がリム部３ａの径方向内側に設けられ、内輪５１が外輪５０の径方向内側に設けられ、錘４０、ばね要素４１等を有して構成されるダイナミックダンパ４が内輪５１の径方向内側に取り付けられている。当該構成によれば、ダイナミックダンパ４と、ダイナミックダンパ４をホイール本体３へ取り付けるための取付部材５とを合わせた部材の図２中左右の厚みを薄くできる。よって、リム部３ａの内側等、従来のホイールにおいては利用されていなかったスペースに、ダイナミックダンパ４を設けるのが容易である。

なお、車両走行時において、錘４０がホイール本体３とともに回転するのを防止できれば、錘４０の重心Ｇの位置、及び取付部材５の構成は適宜変更できる。また、本実施の形態のホイール１では、ばね要素４１をホイール本体３へ連結するための取付部材５でダイナミックダンパ４自体の回転を防いでいるが、少なくとも錘４０が上下に振動するようになっていればよく、ダイナミックダンパ自体の構成によってこれを実現してもよい。当該ダイナミックダンパの構成は、第二の実施の形態で詳しく説明する。そして、これらの変更は、減衰要素４２の有無、ダイナミックダンパ４の取付位置、及び錘４０の形状によらず可能である。

また、本実施の形態において、ホイール（車両用ホイール）１は、ホイール本体３と、錘４０と、ホイール本体３と錘４０との間に介装されるばね要素４１とを備える。当該構成によれば、錘４０とばね要素４１とを有してダイナミックダンパ４を構成でき、ホイール１に設けたダイナミックダンパ４でばね下部材Ｌの振動を抑制できる。従来、ホイール内には利用されていなかったスペースが存在し、上記構成によれば、従来無駄になっていたスペースをダイナミックダンパ４の取り付けスペースとして利用できるので、ダイナミックダンパを利用したばね下振動抑制の実用性が高い。

さらに、ホイール１がダイナミックダンパ４を備えているので、アームＡに別のダイナミックダンパを取り付ける場合には、当該別のダイナミックダンパの錘とダイナミックダンパ４の錘４０の質量の合計がばね下振動抑制に要する質量になっていればよい。よって、ダイナミックダンパの各錘の質量を小さくできて、各ダイナミックダンパの小型化が可能になり、ホイール１を利用する車両においては、アームＡにダイナミックダンパを設ける場合であっても、その実現性を高めることができる。

＜第二の実施の形態＞
本発明の第二の実施の形態に係るホイールは、ホイール本体と、ホイール本体に取り付けられるダイナミックダンパ７（図６）とを備え、第一の実施の形態のホイール１と同様に外周にタイヤが装着された状態で、乗用車、トラック等の車両に利用される。本実施の形態において、ホイール本体の構成は、第一の実施の形態のホイール１のホイール本体３と同様であるので、以下、ダイナミックダンパ７について詳細に説明する。

ダイナミックダンパ７は、図６に示すように、弾性を有するゴム等で形成されて、ホイール本体のリム部の内周に装着される環状のチューブ７０と、当該チューブ７０内に貯留される液体７１と、当該液体７１の液面に浮く浮き７２とを備える。当該構成によれば、ホイール本体とともにチューブ７０が回転しても、ホイール本体の回転角度によらず、液体７１が自重でチューブ７０内の下部に溜まり、液体７１の質量がチューブ７０を介してホイール本体に付加される。

上記構成によれば、液体７１が錘として機能するとともに、ゴム部材であるチューブ７０がばね要素、又はばね要素及び減衰要素として機能して、タイヤ付きのホイール本体が上下に移動する場合、錘である液体７１の慣性力を反力として与えてタイヤ付きのホイール本体の上下の振動を抑制し、ばね下部材の振動を抑制できる。

つまり、本実施の形態においてもホイールに設けたダイナミックダンパ７でばね下部材の振動を抑制でき、従来無駄になっていたスペースをダイナミックダンパ７の取り付けスペースとして利用できるので、ダイナミックダンパを利用したばね下振動抑制の実用性が高い。さらに、アームに別のダイナミックダンパを取り付ける場合にも、その実現性を高められる。

また、本実施の形態において、ダイナミックダンパ７が浮き７２を備えているので、振動入力時に液体７１の液面上方に封入される気体と液体７１が混ざるのを防止できる。また、内部に液体７１を貯留するゴム部材が環状のチューブ７０であるので、ダイナミックダンパ７を備えるホイールの着脱を容易にしたり、周辺部品を避けてダイナミックダンパ７を取り付けたりできる。しかし、液体を錘として利用するダイナミックダンパの構成も適宜変更できる。例えば、チューブ７０内に水と油等、分離する二種類の液体を封入し、これらを錘として利用してもよい。また、チューブ７０を中空円板状のゴム部材に代えて、その内部に液体７１を貯留するとしてもよい。

以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形、及び変更が可能である。

Ｇ・・・錘の重心、Ｘ・・・軸（ホイール本体の回転中心）、１・・・ホイール（車両用ホイール）、３・・・ホイール本体、３ａ・・・リム部、５・・・取付部材、４０・・・錘、４１・・・ばね要素、５０・・・外輪、５１・・・内輪、７０・・・チューブ（ゴム部材）、７１・・・液体

Claims (5)

1. ホイール本体と、
   錘と、
   前記ホイール本体と前記錘との間に介装されるばね要素とを備える
   ことを特徴とする車両用ホイール。
2. 前記ばね要素を前記ホイール本体に連結し、前記錘が前記ホイール本体とともに回転するのを防止する取付部材を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用ホイール。
3. 前記ホイール本体は、外周にタイヤが装着される筒状のリム部を有しており、
   前記取付部材は、前記リム部の内周に固定される環状の外輪と、
   前記外輪の内周に前記外輪と相対回転自在に装着される内輪とを有しており、
   前記内輪に前記ばね要素を介して前記錘が取り付けられている
   ことを特徴とする請求項２に記載の車両用ホイール。
4. 前記ばね要素は、前記錘が上下動可能に前記ホイール本体と前記錘との間に介装されて、
   静止状態での前記錘の重心が前記ホイール本体の回転中心よりも下方に位置するように設定されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の車両用ホイール。
5. 前記ばね要素は、前記ホイール本体に装着される中空のゴム部材を有し、
   前記錘は、前記ゴム部材の内部に貯留される液体である
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用ホイール。