JP4084406B1 - ホイール - Google Patents

Abstract

【課題】高密度の流動体が封入されたリングによりアンバランスを修正するものにおいて、タイヤの着脱作業を容易に行う。
【解決手段】ホイール本体１００のリム１１とディスク１２の公差部近傍にリング状に溝１５を設ける。溝１５に高密度の流動体（例えば水銀）が封入されたリング５０を収容し、リング５０をプレート１７により固定する。これによりホイール本体１００にリング５０が一体化するため、タイヤ１の着脱の度にリング５０を取り外す必要がなく、タイヤ１の着脱作業が容易である。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転バランスの修正が可能なホイールに関する。

従来、流動性のある重金属（水銀など）を封入したリング状の管部材を用いて、タイヤのアンバランスを修正するようにした技術が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載のものは、水銀を封入した管部材をハブボルトにより車両用タイヤのハブ部に装着し、タイヤ回転時のアンバランスに応じて管部材内を水銀が移動することで、アンバランスを自動的に修正するようにしている。

米国特許第４３８８８４１号明細書

しかしながら、上記特許文献１記載のものはハブボルトにより管部材を装着するので、点検等によりタイヤを取り外す度に管部材も取り外す必要があり、タイヤの着脱作業に手間がかかった。

本発明によるホイールは、少なくとも一対の分割ホイールをフランジ面を介して軸方向に結合してなるホイール本体と、バランス修正機能を有する高密度の流動体が封入されたリング状の管部材と、分割ホイールのフランジ面にホイール本体の回転中心と同心状に形成されたリング状の溝と、管部材を溝に収容し、一対の分割ホイールで挟んで固定する固定手段とを有することを特徴とする。
また、本発明によるホイールは、少なくとも一対の分割ホイールをフランジ面を介して軸方向に結合してなるホイール本体と、分割ホイールの一方のフランジ面にホイール本体の回転中心と同心状に形成されたリング状の溝とを有し、溝はシール部材を介して他方の分割ホイールにより密封されて通路部を形成し、通路部には、バランス修正機能を有する高密度の流動体が封入されていることを特徴とする。

本発明によれば、ホイール本体に管部材を介しあるいは管部材を介さずに、バランス修正機能を有する流動体を封入するようにしたので、流動体の移動によりアンバランスを修正するものであっても、タイヤの着脱作業を容易に行うことができる。

−第１の実施の形態−
以下、図１〜６を参照して本発明によるホイールを車両用ホイールとして構成する場合の第１の実施の形態について説明する。
図１は、第１の実施の形態に係る車両用ホイールを有するタイヤの取り付け部の構成を示す斜視図である。図１のホイール１００はアルミニウム製（アルミホイール）であり、鋳造もしくは鍛造等によって一体に製造される。図１はホイール１００を車両内側から見た状態を示しており、ホイール１００は、タイヤ１を装着保持する略円環状のリム１１と、径方向に延設されたディスク１２と、ディスク１２の中心に設けられたハブ取付部１３とを有する。ハブ取付部１３にはハブボルト取付用の貫通孔１４が円周状に複数開口されている。なお、ディスク１２の形状には図示した以外に種々のものがある。

回転体であるハブ２の車幅方向外側端面には、車幅方向外側に向けてハブボルト４が突設されている。ハブボルト４は円周状に複数（図では５本）配設され、これらハブボルト４にホイール１００の貫通孔１４を挿通させ、ハブボルト４の先端にタイヤ外側からナットを螺合することで、ホイール１がハブ２に取り付けられる。ハブ２にはハブ２と一体に回転可能にブレーキディスク３が取り付けられ、ブレーキディスク３の周囲にはブレーキディスク３を挟み込むようにブレーキキャリパー５が設けられている。ブレーキ操作がなされると、ブレーキキャリパー内側のブレーキパッドがブレーキディスク３の表面を押圧し、ブレーキ力が付与される。

図２は、ホイール１００の要部構成を示す断面図である。ディスク１２の車幅方向内側（ブレーキ側）の最大外径部、つまりリム１１とディスク１２が交差する厚肉の部位には、全周にわたってリング状の溝１５が設けられている。溝１５は機械加工によりホイール１００の回転中心と同心状に形成されており、溝１５には管状の振動抑制用リング５０が収容されている。溝１５の入口周面には全周にわたって凹部１６が設けられ、凹部１６にリング固定用のプレート１７が係合されている。なお、溝１５は鋳造工程で形成した凹部を機械加工により高精度に仕上げるのが好ましいが、鍛造工程で形成した凹部をそのまま用いてもよい。

プレート１７は、図３に示すように径方向に拡縮可能な略Ｃ型のリングプレートである。点線で示すように径を縮めた状態でプレート１７を溝１５に押し込み、プレート１７の復元力によって凹部１６にプレート１７の外周縁部を係合する。これによりリング５０はプレート１７に押さえ付けられた状態で固定され、リング内蔵のホイール１００を構成できる。なお、リング５０は一旦ホイール１００に取り付けられると、以降、取り外す必要はない。

リング５０は例えば可撓性のあるテフロン(登録商標)チューブや硬質ゴム等により構成される本体を有し、本体の内部空間は全周にわたって連通しており、この本体内に比重の大きな流動性のある流動体５１が封入されている。流動体５１としては、例えば水銀等の重金属を用いることができる。なお、流動体５１の占める体積はリング５０の内部空間の全容積よりも少なく、リング内の流動体５１の移動によりリング自体の重心位置を変更できる。流動体５１の封入量はタイヤ１やホイール１００の振動特性を考慮して設定される。

図２のリング５０は、動的バランスを修正するバランス修正リングとして機能する。すなわちタイヤ１の回転時にホイール１００やタイヤ１にアンバランスがあると、そのアンバランスに応じてリング内を流動体５１が移動する。その結果、アンバランスに抗してバランスウエイトを付加したのと同様となって、流動体５１によりアンバランスが打ち消され、タイヤ１の回転振動を低減できる。また、走行速度の上昇によりタイヤ１の振動特性が変化した場合、その変化に追従してリング内を流動体５１が移動するので、低速走行から高速走行の全域において良好に振動を低減できる。路面に凹凸がある場合にも、流動体５１の移動によりタイヤ１の回転バランスが修正されるので、車両の操舵性も向上する。

本実施の形態では、ホイール１００にバランスウエイトを付加するといったバランス取り作業の手間を省くことができ、バランス修正が容易である。しかも、バランスウエイトのようにタイヤ単体のバランス修正するのとは異なり、リング５０はハブ２やディスク３を含めた回転体全体の動的バランスを修正するので、走行時の振動を大幅に改善できる。

以上の第１の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）ホイール１００に設けた溝１５にバランス修正用のリング５０を収容固定するようにした。これによりホイール１００とリング５０とが一体となり、点検等によりタイヤ１を取り外す際にホイール１００からリング５０を分離することがないので、タイヤ１の着脱作業を容易に行うことができる。

（２）ホイール１００に予め設けた溝１５にリング５０を収容するので、リング５０を位置精度よくホイール１００に取り付けることができる。その結果、リング５０の中心とタイヤ１の回転中心の位置ずれを小さくすることができ、リング内の流動体５１の移動により精度よくホイールバランスを修正できる。これに対し、例えばハブボルト４を用いてリング５０を取り付けると、リング５０の取付部にガタがあるため、リング５０を位置精度よく取り付けることができない。そのため、リング５０の中心とタイヤ１の回転中心との位置ずれが大きくなって、アンバランスを十分に修正できないおそれがある。

（３）ホイール１００のリム１１とディスク１２が交差する部位にリング５０を設けるので、リング５０を大径化することができ、流動体５１による動釣り合い効果が向上し、振動低減の効果が大きい。これに対し、例えばハブボルト４を用いてリング５０を取り付けると、リング５０の径を大きくすることができず、振動低減の効果が十分に得られない。

（４）ホイール１００の内側面の溝１５にリング５０を収容するので、リング５０の取付スペースを小さくすることができる。このため、ディスクブレーキ３やブレーキキャリパ５等が配置されてスペース的な制約が大きいホイール１００の裏側にも、リング５０を容易に装着することができる。これに対し、例えばハブボルト４を用いてリング５０を取り付ける構成では、ディスクブレーキ３を有するホイール１００の裏側にリング５０を取り付けることが難しい。

（５）ホイール１００の裏側にリング５０を取り付けるので、リング５０の取付部が車両外側から見えず、ホイール１００の美観を損なうことがない。
（６）プレート１７を径方向に縮めて凹部１６に係合するので、リング５０の固定が容易である。

以上では、リム１１とディスク１２が一体構成のワンピースホイールとして説明したが、リム１１とディスク１２が別体の２ピースホイールや３ピースホイールとすることもできる。図４は、ホイール１００を２分割した２ピースホイールの例を示す図である。この例では、フランジ面１１ａを介してリム１１とディスク１２が軸方向（車幅方向）に対向して設けられており、リム１１のフランジ面１１ａにはリング状に溝１５が設けられ、溝１５にリング５０が収容されている。リム１１とディスク１２は、溝１５にリング５０を収容した後、溶接またはボルト等により一体化される。これによりバランス修正リング５０を内蔵した２ピースホイール１００を構成できる。図４のものは、リング取付部が外部から完全に遮蔽されているため、リング５０をより安全に保護できる。リング取付部が外部から全く見えず、デザイン的にも優れる。

図５は、ホイール１００を３分割した３ピースホイールの例を示す図である。この例では、リム１１が軸方向に２分割され（分割リム１１Ａ，１１Ｂ）、一方の分割リム１１Ａのフランジ面１１ａにリング状に溝１５が設けられ、この溝１５にリング５０が収容されている。分割リム１１Ａ，１１Ｂとディスク１２は、溝１５にリング５０を収容した後、溶接またはボルト等により一体化される。これによりバランス修正リング内蔵の３ピースホイールを構成できる。

ホイール１００をアルミニウム製としたが、マグネシウム製（マグネシウムホイール）や鉄製（鉄ホイール）とすることもできる。図６は、ホイール１００を鉄製ホイールとした例を示す図である。ディスク１２には曲げ加工（プレス加工）により溝１５が形成されている。溝１５にはリング５０が収容され、このディスク１２の表面に溝１５を覆うようにプレート１８が溶接されている。これにより溝１５にリング５０が固定され、バランス修正リング内蔵の鉄ホイールを構成できる。

−第２の実施の形態−
図７を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態では、ホイール１００に設けた溝５０にリング５０を収容してアンバランスを修正するようにしたが、第２の実施の形態では、リング５０を用いることなく、ホイール内に流動体５１を封入してアンバランスを修正する。

図７は、第２の実施の形態に係るホイールの要部構成を示す断面図である。なお、図５と同一の箇所には同一の符号を付し、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。図７（ａ）のホイール１００は３ピースホイールであり、分割リム１１Ａのフランジ面１１ａには周方向の全周にわたってリング状の溝１５１が設けられている。なお、図７（ａ）では溝１５１の断面形状の底部が略半円形状となっているが、図７（ｂ）に示すように略矩形状としてもよい。溝１５１の内径側および外径側にはＯリング等のシール部材１９が設けられ、シール部材１９によりフランジ面１１ａがシールされている。

溝１５１の底部には、分割リム１１Ａを貫通する貫通孔１５１ａが周方向一部に設けられている。シール材１９を介して分割リム１１Ａ，１１Ｂを一体化した後、貫通孔１５１ａを介して外部から溝１５１に流動体５１を注入する。その後、貫通孔１５１ａをキャップ２０により封止する。これにより流動体５１が溝１５１内に密封され、溝１５１に沿って流動体５１が移動可能となる。タイヤ１の回転時にはアンバランスに応じて流動体５１が移動するため、第１の実施の形態と同様、タイヤ１のアンバランスを修正することができ、走行振動を低減できる。

第２の実施の形態では、ホイール内に設けたリング状の溝１５１に流動体５１を封入したので、ハブ２にバランス修正用のリングを別途取り付ける必要がなく、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。さらに第２の実施の形態では、流動体５１を外部から直接注入するので、流動体５１の量を容易に調整することができ、車両毎に振動レベルをチューニングすることができる。なお、以上では、ホイール１００を３ピースホイールとしたが、２ピースホイールとすることもできる。溝１５は鋳造工程で形成した凹部を機械加工により高精度に仕上げるのが好ましいが、鍛造工程で形成した凹部をそのまま用いてもよい。

−第３の実施の形態−
図８を参照して本発明の第３の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態では、ホイール１００にバランス修正用のリング５０を取り付ける場合について説明したが、第３の実施の形態では、ホイールカバーにリング５０を取り付ける例を説明する。

図８は、第３の実施の形態に係るホイールカバーの要部構成を示す断面図である。なお、図２と同一の箇所には同一の符号を付し、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。図８に示したホイール１００は、バランス修正リング５０を有しない一般的構成のホイールである。ホイールカバー２００は樹脂成型により一体に成形され、その内側面には、ホイールカバー取付用の爪２１が周方向複数箇所に設けられている。爪２１はホイール１００の径方向内側に弾性変形可能であり、爪２１の弾性力によりリム１１の内周面の凹部１１ｂに爪２１が係止され、ホイールカバー２００がホイール１００に取り付けられている。

ホイールカバー２００の内表面には成型時に、カバー中心と同心状にリング状に溝２２が設けられ、溝２１にバランス修正用のリング５０が収容されている。溝２１にはリング５０を収容した状態で樹脂材２３が充填され、樹脂材２３によってリング５０がホイールカバー２００に一体に固定されている。なお、インサート成型によりリング５０と一体にホイールカバー２００を成形することもできる。溝２２の入口に突起を設け、この突起に抗して奥方までリング５０を押し込むことで、溝２２にリング５０を固定することもできる。接着剤等によりホイールカバー２００にリング５０を固定することもできる。

第３の実施の形態では、バランス修正リング５０をホイールカバー２００と一体に設けたので、ホイール１００にホイールカバー２００を取り付けた状態において、リング５０内を流動体５１が移動し、タイヤ回転時のアンバランスを修正できる。また、ホイール１００にリング５０を取り付ける場合に比べ、加工が容易であり、安価に構成できる。ホイール１００にホイールカバー２００を新たに装着するだけで、ホイール自体を交換しなくても簡単にアンバランスを修正できる。

なお、第３の実施の形態ではホイールカバー２００にリング５０を取り付けるようにしたが、ホイールカバー２００の内部に中空部を設け、この中空部に外部から流動体５１を注入するようにしてもよい。例えばホイールカバーを複数のピースにより構成し、各ピースの接合面に中空部を設けて流動体を封入するようにしてもよい。

−第４の実施の形態−
図９，１０を参照して本発明の第４の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態では、ホイール１００に溝１５を設けてリング５０を取り付けるようにしたが、第４の実施の形態では、リング自体に取付部を設けてリングをホイールに後工程で取り付ける。

図９は、第４の実施の形態に係るホイールの要部構成を示す断面図である。なお、図４と同一の箇所には同一の符号を付し、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。図９のホイール１００は２ピースホイールであり、ディスク１２の内側（ブレーキ側）のリム１１の内周面はテーパ状に形成され、このテーパ部１１ｃにバランス修正リング６０（以下、リング）が取り付けられている。

図１０は、リング６０を車両側から見た平面図（図９の矢視X図）である。図９，１０に示すように、リング６０は、リング状に形成された樹脂製管状チューブ６１（以下、リング部材）と、リング部材６１をホイール１００に固定するための取付プレート６２とを有する。取付プレート６２は、リング部材６１の端面に周方向に４カ所に設けられ、リング部材６１と取付プレート６２とは樹脂成型により一体に成形されている。リング部材６１の外周面にはリム形状に対応してテーパ面が設けられ、テーパ面に全周にわたって滑り止め６３が設けられ手いる。なお、図ではリング部材６１の外周面に凹凸を設けて滑り止め６３を形成しているが、滑り止め６３の構成はこれに限らない。

リング部材６１の内部には図示しない貫通孔を介して外部から流動体５１が注入される。貫通孔は流動体５１の注入後に封止され、リング部材６１の内部に流動体５１が密封されている。取付プレート６２は、折り曲げ部６２ａを介して図９の矢印方向に折り曲げ可能である。取付プレート６２の表面６２ｂには例えば両面テープが貼付され、接着面が形成されている。なお、予め流動体５１を封入したリング部材６０に後から取付プレート６２を一体に取り付け、バランス修正リング６０を構成することもできる。

バランス修正リング６０は以下のようにホイール１００に取り付けられる。まず、リム１１の内周面に沿ってリング６０を軸方向に押し込む。この際、リム１１の内周面はテープ状であるため、リング６０の中心位置をホイール１００の中心位置に一致させながらリング６０を容易に押し込むことができる。この場合、リング６０のテーパ部１１ｃに当接する面に滑り止め６３が設けられているので、リング６０の押し込みが一層容易である。

リング６０が所定量押し込まれると、取付プレート６２を径方向外側に折り返し、接着面６２ｂを介してリム１１のテーパ部１１ｃに取付プレート６２を接着する。これによりバランス修正リング６０をホイール１００に固定できる。ホイール１００にリング６０を固定した状態では、第１の実施の形態と同様、リング６０によりタイヤ１の動的バランスを修正できる。

第４の実施の形態では、リム１１の内周面にリング６０を取り付けるようにしたので、ホイール１００にリング取付用の溝加工等を施す必要がなく、安価に構成できる。リム１１のテーパ部１１ｃに沿ってリング６０を押し込むので、リング６０を精度よくタイヤ１の回転中心と同心上に取り付けることができる。リング６０に折り曲げ可能な取付プレート６２を設け、取付プレート６２によりリング６０を固定するので、ホイール形状が異なるものにも容易にリング６０を取り付けることができる。

以上では、ディスクブレーキを有する車両に適用する場合について説明したが、本発明はドラムブレーキを有する車両にも同様に適用できる。また、本発明は車両用ホイール以外にも適用可能である。図１１は、本発明を、スポーク３０１を有するアルミニウム製の自転車用ホイール３００に適用した例を示す図である。この例では、チューブレスタイヤ用リム３０２の外周面に全周にわたって溝３０３を加工し、溝３０３の外周部を同素材のブロック３０４により溶接等によって埋設することで、リム３０２の内部に通路を形成している。通路内には貫通孔３０５を介して外部から流動体５１を注入し、流動体５１の注入後に貫通孔３０５を封止する。これによりリム内に流動体５１を封入することができ、流動体５１の移動により自転車用ホイール３００のアンバランスを修正することができる。なお、リム３０２に上述のバランス修正リング５０を取り付けるようにしてもよい。オートバイ等の他の二輪車のリムにも適用可能である。

上記第１の実施の形態では、ホイール１００に溝１５を設けてリング状管部材としてのリング５０を取り付けるようにしたが、ホイール単体にホイール１００と同心状にリング５０を取り付けるのであれば取付手段の構成はいかなるものでもよい。上記実施の形態（図２，６）では、溝１５に収容したリング５０をプレート１７，１８によって固定し、上記実施の形態（図４，５）では、ホイール１００の分割面に挟み込むことでリング５０を固定したが、固定手段の構成はこれに限らない。

上記実施の形態（図７）では、分割リム１１Ａ（第１の分割ホイール）のフランジ面１１ａに溝１５１を形成するとともに、シール部材１９を介してフランジ面１１ａに分割リム１１Ｂ（第２の分割ホイール）を取り付け、流動体５１の封入される通路部を形成するようにしたが、通路部の構成はこれに限らない。貫通孔１５１ａを介して外部から流動体５１を注入するようにしたが、注入通路はいかなるものでもよい。

上記実施の形態（図８）では、樹脂材２３を介してホイールカバー２００にリング５０を取り付けるようにしたが、取付手段はこれに限らない。取付部材の構成はいかなるものでもよい。上記実施の形態（図９）では、リング部材６１に取付プレー６２トを設けてリム１１にリング６１を取り付けるようにしたが、リング部材６０をホイール単体に取り付けるための取付部材の構成はいかなるものでもよい。リング６０を車両用以外の他のホイールに取り付けるようにしてもよい。また、ホイール以外の回転体、例えば医療用器具に用いられるモータや車両用モータ、ポンプ等にも本発明を適用可能である。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態のホイールに限定されない。

第１の実施の形態に係るホイールの取付部の構成を示す斜視図。 第１の実施の形態に係るホイールの要部構成を示す断面図。 図２のプレートの構成を示す平面図。 ２ピースホイールに適用した第１の実施の形態の変形例を示す図。 ３ピースホイールに適用した第１の実施の形態の変形例を示す図。 鉄製ホイールに適用した第１の実施の形態の変形例を示す図。 第２の実施の形態に係るホイールの要部構成を示す断面図。 第３の実施の形態に係るホイールの要部構成を示す断面図。 第４の実施の形態に係るホイールの要部構成を示す断面図。 図９の矢視X図。 自転車用ホイールに適用した変形例を示す図。

符号の説明

１１ リム
１１ａ フランジ面
１１Ａ，１１Ｂ 分割リム
１２ ディスク
１３ ハブ取付部
１５ 溝
１７，１８ プレート
２２ 溝
２３ 樹脂材
５０ リング
５１ 流動体
６０ リング
６１ リング部材
６２ 取付プレート
１００ ホイール
１５１ 溝
１５１ａ 貫通孔
２００ ホイールカバー

Claims (2)

1. 少なくとも一対の分割ホイールをフランジ面を介して軸方向に結合してなるホイール本体と、
   バランス修正機能を有する高密度の流動体が封入されたリング状の管部材と、
   前記分割ホイールのフランジ面に前記ホイール本体の回転中心と同心状に形成されたリング状の溝と、
   前記管部材を前記溝に収容し、前記一対の分割ホイールで挟んで固定する固定手段とを有することを特徴とするホイール。
2. 少なくとも一対の分割ホイールをフランジ面を介して軸方向に結合してなるホイール本体と、
   前記分割ホイールの一方のフランジ面に前記ホイール本体の回転中心と同心状に形成されたリング状の溝とを有し、
   前記溝はシール部材を介して前記他方の分割ホイールにより密封されて通路部を形成し、
   前記通路部には、バランス修正機能を有する高密度の流動体が封入されていることを特徴とするホイール。

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