JP4459224B2 - 凹形または凸形の当接面を有する自動車の車輪用バランスウェートおよびその製造方法 - Google Patents

凹形または凸形の当接面を有する自動車の車輪用バランスウェートおよびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、自動車の車輪用リムの凸面または凹面部分、特にリムフランジに当接する、凹面または凸面を有する本体をもつバランスウェートに関する。また、本発明は、このバランスウェートの製造方法にも関する。
車輪のリムに取付ける鉛製のバランスウェートは、すでに公知となっている。リムは、ローラ部分を別として、種々の材料(アルミニウムやスチール製等)から形成され、かつ自動車メーカーによって設計が異なり、直径も様々なもの(33〜55cm(13〜22インチ))があるが、鉛は軟質、かつ比較的軽量で、塑性変形が可能であるため、リム(特にリムフランジ)の直径に合わせて、形状を調整することができる。
このため、バランスウェートの製造業者は、このような鉛製バランスウェートの大きさを決めるときには、中間的な値をもつリムの直径を想定する。鉛製のバランスウェートならば、中間的な値から外れた直径を有するリムであっても、形状を調整して取り付けることができる。
しかし、今日では、環境保全等の理由により、バランスウェートの材料として、鉛に替わるものが求められている。
バランスウェートの代替材料として、スチールや亜鉛も考えられる(例えば特許文献1参照)。しかし、スチールや亜鉛は、鉛よりも硬質であるため、種々の直径を有するリムに合わせて変形させることはできない。
この問題に対処するため、最大限可能な長さまたは重量を有するバランスウェートを製造することが考えられる。バランスウェートの最大限可能な長さは60〜70mmである。他方、バランスウェートの最大限可能な重量は、約40gであるが、長さが60〜70mmのバランスウェートであれば、最大限可能な重量の範囲内に収まり、あらゆる車輪用リムに、支障なく取り付けることができる。
しかし、実際には、40gを超えるバランスウェートが必要になることもある(今日では、バランスウェート全体の重量として、60gが標準となりつつある)。このような場合には、2つ以上のバランスウェートを取り付けなければならないため、取付けに時間がかかるとともに、バランスウェートに費やされる費用も大きくなる。
この問題に対処する方策の1つは、商取引される様々な直径を有するリムに対応して、特別仕様でバランスウェートを裁断することであるが、在庫管理が複雑になり、かつ裁断工程を含む製造費用が大きくなるという短所がある。
結局、上記の問題に対処するには、種々のリムに嵌め込むことができ、かつリムの一部(リムの内側面)と密接するように、当接面の曲率半径ができる限り小さいバランスウェートを製造するしかない。
このようなバランスウェートは、今日一般に使用されているリムに用いることができると考えられる。しかし、リムの直径が大きい場合は、バランスウェートの端部がリムから離間し、狭い面積でしか当接しないために、車輪の重心がずれるおそれがある。
ドイツ国特許公開第10102321号明細書
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、種々の直径をもつ車輪用リムに取り付ける場合に、塑性変形をさせる必要のないバランスウェート、すなわち、ユニバーサルバランスウェートを提供することを目的としている。
本発明は、上記の目的を達成するため、請求項1に記載したバランスウェートと、請求項19に記載したその製造方法を提供する。本発明の好ましい態様は、請求項1と19を引用する各請求項に記載してある。
本発明に係るバランスウェートにおいては、少なくとも1つ、好ましくはすべての分割当接面の曲率を一定にすれば、すなわち分割当接面を円弧状にすれば、製造が容易になる。
本発明の好ましい態様においては、少なくとも2つの曲率半径を採用する。当接面は、例えば3つの分割当接面から構成することができる。この場合、中央の分割当接面の曲率半径を最大とし、両端部の各分割当接面の曲率半径を、これよりも小さく、かつ互いに同一の値とする。これにより、両端部の2つの分割当接面は、バランスウェート本体の中心軸に関して、互いに対称となる。
本発明の一態様においては、複数の分割当接面の1つ、複数、またはすべての曲率半径を無限大にする(すなわち、分割当接面を平面にする)。この場合には、とりわけ、直径の大きいリムにも十分に当接しうるように、中央の分割当接面を平面とするのが好ましい。
反対に、直径が小さいリムに対しては、バランスウェート本体の両端部領域における分割当接面の曲率半径は、リムの内側面によく密接するよう、小さい方が好ましい。この場合、中央領域においては、バランスウェートの当接面と、これに対向するリムの内側面との間に、若干のクリアランスが生じることもあるが、このようなクリアランスは、リムとバランスウェートとを、保持スプリングを介して締め付けることによって、過負荷を与えることなく、解消することができる。
当接面を複数の分割当接面から構成し、端部領域の分割当接面から中央領域の分割当接面にかけて、曲率半径を漸次増大させると、取付けや保持に支障を生ずることなく、概ねすべての直径のリムに適用しうるユニバーサルバランスウェートを得ることができる。
本発明においては、分割当接面の形状は、円形または直線形状(すなわち、曲率または曲率半径が一定の形状)に限定されるものではない。放物線、双曲線、または楕円のように、曲率が一定でない分割当接面とすることも可能である。
各分割当接面の曲率半径は、最小の基準値よりも大きく、かつ最大の基準値よりも小さい、いくつかの値をとるのが好ましい。この場合、各分割当接面の曲率半径の比は、次のケースAとケースBにおいて示す条件に従うのが好ましい。以下において、nは、分割当接面の個数である。また、R1は、最も左側(または右側)の分割当接面の曲率半径であり、Rnは、最も右側(または左側)の分割当接面の曲率半径である。
ケースA:nは4以上の偶数(n=4,6,8,…)であり、
130mm<R1<330mm
R2>R1
R3≧R2
R4≧R3
R5≧R4

R(n/2)≧R(n/2−1)
R(n/2+1)≦R(n/2)
R(n/2+2)≦R(n/2+1)

R(n−1)≦R(n−2)
R(n)≦R(n−1)
130mm<Rn<330mm。
ケースB:nは3以上の奇数(n=3,5,7,…)であり、
130mm<R1<330mm
R2>R1
R3≧R2
R4≧R3
R5≧R4

R((n+1)/2)≧R((n+1)/2−1)
R((n+1)/2+1)≦R((n+1)/2)
R((n+1)/2+2)≦R((n+1)/2+1)

R(n−1)≦R(n−2)
R(n)≦R(n−1)
130mm<Rn<330mm。
本発明のバランスウェートをトラックや他の輸送車両に適用する場合、上記曲率半径Rnの最大の基準値は、600mmとすることができる。他方、本発明のバランスウェートを小型車両のリムに適用する場合、上記曲率半径R1の最小の基準値は、100〜120mmとすることができる。
本発明によれば、従来のバランスウェートに用いられていた、環境に有害な鉛を、亜鉛、スチール、または特許請求の範囲に掲げた他の材料によって代替することができ、かつ、さほど塑性変形をさせなくても、種々の直径のリムに密接させうるバランスウェートが提供される。
上記以外の本発明の特徴および効果は、以下の添付図面を参照して行う本発明の好ましい実施形態についての説明から、明らかになると思う。
図1と図2は、自動車(乗用車、トラック、バス、オートバイ等)の車輪用リム5のフランジ4における凹形の内側面3(図には一部のみを示す)、およびこの内側面3に固定された凸形の当接面2(後面)を有する耐衝撃バランスウェート1を示す。バランスウェート1の本体7には、固定手段として、高強度スチール製スプリング付きのクランプ6が、融着等により一体化されている。
クランプ6と合わせたバランスウェート1の形状は、製造業者の定めるところによる。市場には、非常に多くの種類のリムが供給されているが、在庫管理や製造原価を考慮に入れた上で、これに適したバランスウェートを製造する必要がある。したがって、バランスウェート1の形状は、広範な種類のリムに取り付けうるものとする。
バランスウェート1は、例えば、リム5に打ち付けることによって、リム5に取り付けることができる。この場合には、バランスウェート1の本体7から突出し、かつ湾曲したクランプ6の端部を、工具を用いて、リムフランジ4に嵌め付ける。
クランプ6をリムフランジ4に嵌め付けた後は、バランスウェート1を、動かないように、リムフランジ4に密接させるのが好ましい。リムフランジ4に作用するのは、バランスウェート1の凸形に湾曲した当接面2(バランスウェート1の後面に相当する)である。したがって、当接面2の輪郭は、この当接面2に対向する凹形に湾曲したリムの内側面3と補形をなすものでなければならない。
また、バランスウェート1は、取付け箇所(バランサを用いて定めた、バランスを補償するための箇所)において、強固に固定され、最適な耐久性が得られるよう、できるだけ広い面積で、リムの内側面3と当接しなければならない。リム5とバランスウェート1の密接は、クランプ6を介して実現される。クランプ6は、融着によってバランスウェート1の本体7に固定され、バランスウェート1を、リム5を取り囲むリムフランジ4に締め付ける。
バランスウェート1の凸形の当接面2は、所定の曲率半径を有し、他方、リム5も、所定の直径を有する。以下、図4aと図4bを参照して、従来のバランスウェートの装着について説明する。
図4aに示すように、当接面2の曲率半径が比較的長く、リム5の直径が比較的短い(例えば33cm(13インチ))場合、バランスウェート1の端部領域8のみが、リム5またはリムフランジ4に当接する。この場合には、クランプ6が、リム5またはリムフランジ4に正しく装着されないおそれがある。
このおそれをなくすため、バランサを用いて、バランスウェートの本体7、とりわけその端部領域8を湾曲させる。バランサと工具を用いて、本体7の中央領域9を軽く押圧すると、バランスウェートの当接面2の曲率半径が、リム5の凹形の内側面3のそれと一致するように増大する。この後、クランプ6を、リム5またはリムフランジ4に嵌め付ける。クランプ6の本体部分を鉛製とした場合には、この部分は軟質であるため、リム5または本体7を損傷することはない。
反対に、図4bに示すように、直径が比較的大きい(46〜55cm(18〜22インチ))リムの場合には、曲率半径の小さい当接面2をもつバランスウェート1を軽く装着する。しかし、バランスウェート1の端部領域8は、リム5から離間しており、両者の間に、クリアランス10(図4aにおいて、中央領域9におけるクリアランス10に対応するもの)が生じる。図4bにおいては、バランスウェート1の当接面2は、中央領域9においてのみ、リム5と当接しているため、滑りを防止するためのリム5に対する把持力が減少している。
また、端部領域8がリム5から離間しているため、バランスウェート1は、自動洗車装置を用いて洗車する場合、この離間した箇所に入り込んだ洗車ブラシによって、位置がずれることがある。この欠点を解消するため、バランスウェートの本体7が、鉛製である場合には、取付け工具を用いて、端部領域8をリムの内側面3に軽く打ち付ける。この際、鉛は軟質であるため、リム5やバランスウェート1が損傷を受けることはない。
しかし、上述のように端部領域8をリム5に打ち付けるのは、バランスウェートが、「硬質」の材料、とりわけ、鉛に替わる材料として、バランスウェートの本体に用いられるようになっている亜鉛や鉄からなる場合には、好ましくない。
このため、本発明においては、図3に示すように、当接面2が、複数、ここでは5つの分割当接面11a,11b,11b,11d,11eからなる、あらゆる直径のリムに装着しうるユニバーサルバランスウェート1が提供される。これらの分割当接面11a,11b,11b,11d,11eは、本体7の軸方向において、緩やかな曲線12(滑らかな曲線でなくてもよい)を描くように、湾曲しつつ並んでいる。
両端部の分割当接面11a,11eの曲率半径Rは、170mmという短いものである。一方、中央領域9における分割当接面11cは、直線的(R=∞)に延びている。両端部の分割当接面11a,11eと、中央領域9における分割当接面11cとの間に位置する中間部の分割当接面11b,11dの曲率半径は、228mmに設定されている。中央領域9から端部領域8にかけて、分割当接面の曲率半径Rは、段階的に減少している。
図4cに示すように、リム5の直径が比較的短い(例えば33cm(13インチ))場合には、バランスウェート1が、比較的長大(重量は40〜60g)であれば、両端部領域8が、リムの内側面3に密接する。中央領域9においては、リムの内側面3とバランスウェートの当接面2の間に、比較的小さいクリアランス10が生ずるにとどまるため、リムフランジに対して過負荷や損傷を加えるおそれなく、クランプ6を装着することができる。本発明においては、隣合う5つの曲率半径R1,R2,R3,R4,R5を互いに異ならせることによって、このような効果を発揮させている。
すでに図3を参照して説明したように、バランスウェートの曲率半径は、両端部領域8から中央領域9に向かって段階的に増加している。言い換えれば、本発明に係るバランスウェートの当接面2は、両端部領域8において、中央領域9におけるよりも、強く曲げられている。
図4dは、直径が比較的長い(例えば51cm(20インチ))リム5と本発明に係るバランスウェート1を示す。リムの内側面3の曲率半径は、バランスウェート1の中央領域9における曲率半径R3よりも大きい。バランスウェート1の両端部領域8における分割当接面は、強く曲げられているため、これらの分割当接面とリムの内側面3との間には、比較的小さいクリアランス10が生じている。
バランスウェート1の当接面2は、中央領域9において、曲率が最小である(すなわち、曲率半径R3は最大の曲率半径である)ため、バランスウェート1は、比較的長い範囲(約50mm)にわたって、リムの内側面に密接することができる。この結果、バランスウェート1の滑りを防止する適切な把持力が生まれる。
本発明は、互いに曲率の異なる複数の分割当接面を有するバランスウェートに限定されるものではない。
図5に示すバランスウェートの当接面2は、すべて直線的に延びている5つの分割当接面11a,11b,11c,11d,11dからなり、これらの各分割当接面11a,11b,11c,11d,11dの間には、湾曲部12が存在する。したがって、分割当接面は、全体として、湾曲部12を介して、なだらかに湾曲している。
中央の分割当接面11cを両側に延長し、これらの延長線と、隣合う中間部の分割当接面11b,11dとがなす角を、それぞれβ,γとする。また、分割当接面11b,11dをそれぞれ端部領域に向けて延長し、これらの延長線と、隣合う分割当接面11a,11eとがなす角を、それぞれα,δとする。このとき、次の関係が成立するのが好ましい。
β<α、かつγ<δ
すなわち、図3ならびに図4cおよび図4dに示す実施形態と同様に、図5に示す実施形態においても、曲率半径Rは、中央領域9から端部領域8へ向かうにつれて減少し、曲率は、中央領域9から端部領域8へ向かうにつれて増加している。よって、この実施形態におけるバランスウェートも、あらゆる直径のリムに装着しうるユニバーサルバランスウェートである。
リムフランジに取り付けられている、本発明の一実施形態に係る耐衝撃バランスウェートの斜視図である。 図1とは異なる方向から視た、図1に示す耐衝撃バランスウェートの斜視図である。 図1に示す耐衝撃バランスウェートの正面図である。 公知のバランスウェートが取り付けられたリムの部分的な平面図である。 公知のバランスウェートが取り付けられた、図4aに示すリムよりも直径が大きいリムの部分的な平面図である。 本発明に係るバランスウェートが取り付けられたリムの部分的な平面図である。 本発明に係るバランスウェートが取り付けられた、図4cに示すリムよりも直径が大きいリムの部分的な平面図である。 本発明の他の実施形態に係る耐衝撃バランスウェートの平面図である。
符号の説明
1 耐衝撃バランスウェート
2 当接面
3 リムの内側面
4 リムフランジ
5 車輪用リム
6 クランプ
7 バランスウェートの本体
8 端部領域
9 中央領域
10 クリアランス
11a,11b,11c,11d,11e 分割当接面
12 湾曲部
R,R1,R2,R3,R4,R5 曲率半径

Claims (21)

  1. 凸形または凹形に湾曲した車輪のリム(3)(5)またはリムフランジ(4)に当接する凹形または凸形に湾曲した当接面(2)を有し、かつ把持手段(6)が 一体化されているか、または保持スプリングが付設されている本体(7)をもつ車輪用バランスウェート(1)において、前記当接面(2)は、湾曲部(12) を挟んで連続して配置された、少なくとも3つの分割当接面(11a)(11b)(11c)(11d)(11e)からなり、該分割当接面(11a)(11b)(11c)(11d)(11e)は、少なくとも2つの曲率半径(R1)(R2)(R3)(R4)(R5)を有し、かつそのうち中央の分割当接面(11c)は、前記曲率半径(R1)(R2)(R3)(R4)(R5)のうちで最も大きい曲率半径(R3)を有することを特徴とする車輪用バランスウェート。
  2. 前記本体(7)は、亜鉛、スチール、銅、黄銅、タングステン、金、銀、もしくはこれらの金属の1種もしくは複数種を含む合金、またはガラスを含む、鉛よりも硬質の他の材料、もしくは合金から形成されていることを特徴とする請求項1記載の車輪用バランスウェート。
  3. 前記分割当接面(11a)(11b)(11c)(11d)(11e)の少なくとも1つは、一定の曲率を有することを特徴とする請求項1または2記載の車輪用バランスウェート。
  4. 前記分割当接面(11a)(11b)(11c)(11d)(11e)のうち少なくとも1つの曲率半径は、無限大であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の車輪用バランスウェート。
  5. 前記当接面(2)のうち、分割当接面(11a)(11b)(11c)(11d)(11e)を除く部分は、無限大よりも小さい曲率半径を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の車輪用バランスウェート。
  6. 前記分割当接面(11a)(11b)(11c)(11d)(11e)のうち、当接面(2)の端部領域(8)を形成する、外側の2つの分割当接面(11a) (11e)の曲率半径(R1)(R5)は、前記曲率半径(R1)(R2)(R3)(R4)(R5)のうちで最も小さいことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の車輪用バランスウェート。
  7. 前記分割当接面(11a)(11b)(11c)(11d)(11e)の曲率半径として、前記曲率半径(R1)(R2)(R3)(R4)(R5)のうち、少 なくとも3つが用いられ、当接面(2)の中央の分割当接面(11c)の曲率半径(R3)が最大で、両端部の分割当接面(11a)(11e)の曲率半径 (R1)(R5)が最小であることを特徴とする請求項記載の車輪用バランスウェート。
  8. 前記分割当接面(11a)(11b)(11c)(11d)(11e)の曲率半径(R1)(R2)(R3)(R4)(R5)は、互いにすべてが異なるか、または少なくとも3つが互いに異なり、当接面(2)の中央の分割当接面(11c)と、両端部の分割当接面(11a)(11e)との間に位置する分割当接面 (11b)(11d)は、最大の曲率半径(R3)よりも小さく、かつ最小の曲率半径(R1)(R5)よりも大きい曲率半径(R2)(R4)を有することを特徴とする請求項記載の車輪用バランスウェート。
  9. 前記分割当接面(11a)(11b)(11c)(11d)(11e)の曲率半径として、互いに異なる少なくとも3つの曲率半径(R1)(R2)(R3)(R4)(R5)が用いられていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の車輪用バランスウェート。
  10. 前記各分割当接面(11a)(11b)(11c)(11d)(11e)の曲率半径は、無限大であり、当接面全体として、角張った外観を呈することを特徴とする請求項1記載の車輪用バランスウェート。
  11. 前記分割当接面(11a)(11b)(11c)(11d)(11e)のそれぞれの延長線と、隣合う分割当接面とが、角度(α)(β)(γ)(δ)をなすことを特徴とする請求項10記載の車輪用バランスウェート。
  12. 前記角度(α)(β)(γ)(δ)は、バランスウェートの中央領域(9)から遠ざかるにつれて増大し、両端部領域(8)における分割当接面(11a)(11e)において最大となっていることを特徴とする請求項10または11記載の車輪用バランスウェート。
  13. 前記各分割当接面(11a)(11b)(11c)(11d)(11e)は、一定の曲率をもたず、放物線、双曲線、または楕円を描くようになっていることを特徴とする請求項1記載の車輪用バランスウェート。
  14. 前記分割当接面(11a)および(11e)、ならびに分割当接面(11b)および(11d)は、それぞれ互いに対をなして、対称な直線を描くようになっていることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の車輪用バランスウェート。
  15. 前記クランプ手段(6)は、ばね鋼から鋳造されたものであることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の車輪用バランスウェート。
  16. 前記複数の湾曲部(12)は、それぞれ異なる間隔を開けて配置されていることを特徴とする請求項1〜15のいずれか1項に記載の車輪用バランスウェート。
  17. 凸形または凹形に湾曲した車輪のリム(3)(5)またはリムフランジ(4)に当接する凹形または凸形に湾曲した当接面(2)を有する本体(7)をもつ車輪用バランスウェート(1)において、前記当接面(2)を、湾曲部(12)によって区画され、かつそれぞれ異なる曲率半径(R1)(R2)(R3)(R4)(R5)を有する少なくとも3つの分割当接面(11a)(11b)(11c)(11d)(11e)からなり、該分割当接面(11a)(11b)(11c)(11d)(11e)は、少なくとも2つの曲率半径(R1)(R2)(R3)(R4)(R5)を有し、かつそのうち中央の分割当接面(11c)は、前記曲率半径(R1)(R2)(R3)(R4)(R5)のうちで最も大きい曲率半径(R3)を有することを特徴とする車輪用バランスウェートの製造方法。
  18. 前記曲率半径(R1)(R2)(R3)(R4)(R5)を含む曲率半径(R1)(R2)・・・(Rn)は、それぞれ一定の値を有し、ならびにa)第1番目の曲率半径(R1)は、最も左側または右側の分割当接面の曲率半径であり、かつ第n番目の曲率 半径(Rn)は、最も右側または左側の分割当接面の曲率半径であり、b)曲率半径(R1)と曲率半径(Rn)は、曲率半径の基準値の最小値(u)よりも大 きく、かつ曲率半径の基準値の最大値(o)よりも小さい値を有し、およびc)nは4以上の偶数であり、
    u<R1<o
    R2>R1
    R3≧R2
    R4≧R3
    R5≧R4
    ・・・
    R(n/2)≧R(n/2−1)
    R(n/2+1)≦R(n/2)
    R(n/2+2)≦R(n/2+1)
    ・・・
    R(n−1)≦R(n−2)
    R(n)≦R(n−1)
    u<Rn<oであるか、またはnは3以上の奇数であり、
    u<R1<o
    R2>R1
    R3≧R2
    R4≧R3
    R5≧R4
    ・・・
    R((n+1)/2)≧R((n+1)/2−1)
    R((n+1)/2+1)≦R((n+1)/2)
    R((n+1)/2+2)≦R((n+1)/2+1)
    ・・・
    R(n−1)≦R(n−2)
    R(n)≦R(n−1)
    u<Rn<oのいずれかであることを特徴とする請求項17記載の車輪用バランスウェートの製造方法。
  19. 前記曲率半径の基準値の最小値(u)は120mmであり、前記曲率半径の基準値の最大値(o)は600mmであることを特徴とする請求項18記載の車輪用バランスウェートの製造方法。
  20. 前記曲率半径(R1)(R2)(R3)(R4)(R5)のうち、中央の分割当接面の曲率半径(R3)を含む少なくとも1つは、無限大であることを特徴とする請求項17〜19のいずれか1項に記載の車輪用バランスウェートの製造方法。
  21. 前記分割当接面(11a)(11b)(11c)(11d)(11e)のうち、中央の分割当接面(11c)を含む少なくとも1つは、円弧状または直線状であり、長さが40〜60mmであることを特徴とする請求項17〜20のいずれか1項に記載の車輪用バランスウェートの製造方法。
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