JP4593995B2

JP4593995B2 - 弾性ホイール

Info

Publication number: JP4593995B2
Application number: JP2004217592A
Authority: JP
Inventors: 正貴白石
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd; Topy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd; Topy Industries Ltd
Priority date: 2004-07-26
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2024-07-26
Also published as: JP2006035987A

Description

本発明は、操縦安定性の著しい悪化を招くことなく走行時の振動や騒音レベルを低減しうる弾性ホイールに関する。

図１２に示されるように、タイヤが装着されるリムａと、車軸に固定されるディスクｂとの間に、振動吸収用のダンパーｃを介在させた弾性ホイールが提案されている（下記特許文献１参照。）。このような弾性ホイールは、路面からタイヤに入力される振動をダンパーｃで吸収し、車軸への伝達を抑制する。これにより車両の振動騒音レベルを低減させる。このため、弾性ホイールは、通常の金属ホイールに比べると鉛直方向の剛性である縦剛性が小さい。

ところで、車両がコーナリングするときには、ダンパーｃの接地面の直上に位置する部分には、タイヤからの横力を受ける。従来の弾性ホイールでは、ダンパーｃがゴムからなるため、その回転軸方向の剛性である横剛性も小さなものとなり、横力を車軸へ充分に伝達できない。このため、旋回時の操縦安定性が悪化するという問題がある。

特開２００３−１０４００１号公報

本発明は、以上のような問題点に鑑み案出なされたもので、縦剛性を小さくしつつも横剛性を大きく確保することにより、操縦安定性の著しい悪化を招くことなく走行時の振動や騒音レベルを低減しうる弾性ホイールを提供することを目的としている。

本発明のうち請求項１記載の発明は、タイヤが装着されるリムと、車軸に固定されるディスクとが振動吸収用のダンパーを有する連結手段を介して弾性的に連結された弾性ホイールであって、前記ダンパーは、ゴムとコードとを含んだ複合材料からなり、前記連結手段は、前記リムの内周面から半径方向内方に突出して円周方向にのびしかもリム巾中心線の両側に距離を隔て設けられた一対の内向きフランジ片と、前記ディスクの外周縁に設けられかつ前記一対の内向きフランジ片間に配され該内向きフランジ片とリムの回転軸方向で向き合うとともに前記リムの内周面から離間して位置する少なくとも一つの外向きフランジ片とを含み、かつ前記ダンパーは、前記各内向きフランジ片と前記外向きフランジ片との間を連結し円周方向にのびるリング状をなすとともに、前記内向きフランジ片の少なくとも一方は、前記リムの内周面に固定されかつ小高さで半径方向内側に突出しかつ円周方向にのびる根元部と、この根元部に固定具を用いて取り外し自在に設けられたリング本体とから構成されることにより、半径方向内側への突出高さを変えうる分割可能な分割式内向きフランジ片からなることを特徴としている。

また請求項２記載の発明は、前記ダンパーは、円周方向にのびるコードを含むことを特徴とする請求項１記載の弾性ホイールである。

また請求項３記載の発明は、前記ダンパーは、軸方向にのびるコードを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の弾性ホイールである。

また請求項４記載の発明は、前記ダンパーは、半径方向にのびるコードを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の弾性ホイールである。

また請求項５記載の発明は、前記コードは、有機繊維コード又はスチールコードである請求項１乃至４のいずれかに記載の弾性ホイールである。

本発明の弾性ホイールは、タイヤが装着されるリムと、車軸に固定されるディスクとが振動吸収用のダンパーを有する連結手段を介して弾性的に連結される。従って、リムからディスクへと伝わる振動をダンパーで吸収し、車両の乗り心地の向上や騒音低減を図ることができる。またダンパーは、ゴムとコードとを含んだ複合材料からなることにより、その剛性を容易に調節でき、縦剛性を低下させつつ横剛性を容易に高めることができる。従って、例えばこのような弾性ホイールを乗用車のような車両に採用することにより、操縦安定性の著しい低下なしに乗り心地及び騒音性能などが改善される。また、一方の内向きフランジ片を分割式としているため、そのリング本体を根本部から取り外すことで、外向きフランジ片の挿入や、ダンパーのメンテナンス等を容易化でき、作業性が大幅に向上する。

以下、本発明の実施の一形態を図面に基づき説明する。
図１には、本実施形態の弾性ホイール１の断面図が示される。図２はその要部拡大図である。弾性ホイール１は、タイヤＴが装着されるリム２と、車軸に固定されるディスク３と、前記リム２と前記ディスク３とを弾性的に連結するための連結部材４とを含む。

前記リム２は、タイヤＴのビード部が着座する一対のリムシート２ａ、２ａと、各リムシート２ａのリム回転軸方向（以下、単に軸方向という。）の外端から半径方向の外側にのびるフランジ部２ｂ、２ｂと、前記リムシート２ａ、２ａの間に設けられた外径が小さいウエル２ｃとを含み、図１で示される断面形状が実質的に円周方向に連続する。本実施形態では、自動車用のリム２として前記ウエル２ｃの外径がより小さく構成されたいわゆる深底リムが示されるが、浅底リムや平底リムであっても良い。リム２は、例えば鉄、アルミ合金又はマグネシウム合金のような実質的に非伸張性の金属材料で形成されている。

前記ディスク３は、例えば四輪自動車の車軸Ｄに固定される。車軸Ｄは、軸本体Ｄ１と、その先端に設けられたハブＤ２とを含む。ハブＤ２には、ホイールを取り付けるためのハブボルトＢが車両外側に突出して設けられる。ハブボルトＢは、軸本体Ｄ１の中心から例えば予め規格化された直径（ＰＣＤ）を有する円周上に複数本が設けられる。

ディスク３は、前記ハブＤ２に取り付けられる中央部３ａと、該中央部３ａから半径方向外側にのびている外側部３ｂとを含んで構成される。ディスク３の中央部３ａには、その中心にセンターボア１２が、その周りには前記ハブボルトＢと対応するボルト穴１３がそれぞれ設けられている。中央部３ａは、ハブＤ２に組み入れられる。また、そのボルト穴１３から外側にはみ出すハブボルトＢには、ハブナット１４が締め付けられる。これにより、ディスク３は、車軸Ｄに一体に固定される。

またディスク３の外側部３ｂは、内側部３ａから半径方向外側にのびている。剛性を高めるために、外側部３ｂは適宜湾曲させることができる。軽量化するために、外側部３ｂは放射状に設けられたスポーク状や、ワイヤーが用いられたメッシュ状に加工され、適宜の空洞部が設けられる。ディスク３は、リム２と同様に、鉄、アルミ合金又はマグネシウム合金のような実質的に非伸張性の金属材料で形成される。なお符号ＢＲは、ハブＤ２と中央部３ａとの間に挟まれて装着されたブレーキロータを示す。

前記連結手段４は、本実施形態では、リム２の内周面２ｉから半径方向内方に突出してかつ円周方向にのびる一対の内向きフランジ片５と、前記ディスク３の外周縁に設けられかつ前記内向きフランジ片５と軸方向で向き合うとともに前記リム２の内周面２ｉから離間して位置する少なくとも一つの外向きフランジ片７と、内向きフランジ片７と外向きフランジ片５との間を連結する振動吸収用のダンパー８とを含むものが例示される。

前記リムの内周面２ｉは、リム２のタイヤＴが装着される側と反対側の面である。本実施形態では、リム２の内周面２ｉにおいて、リム巾中心線ＲＣの両側に距離を隔てた複数個、この例では一対の内向きフランジ片５、５が設けられている。内向きフランジ片５は、半径方向内方に所定の長さで突出し、この例では円周方向に連続してのびている。これにより、向き合う２つの内向きフランジ片５、５及びその間のリム３の内周面２ｉにより、円周方向にのびる溝状の空所Ｏが形成される。内向きフランジ片５の内端面は、内径Ｒａの円を描いている。

内向きフランジ片５は、例えばリム２とは別に成形された後、該リム２に溶接やネジ止め等によって固着されても良いし、またリム２とともに一体成形されても良い。また内向きフランジ片５は、円周方向に完全に連続する態様に限定されるものではなく、円弧状でも良い。この場合、内向きフランジ片５は、リム２の内周面２ｉに間欠的に設けられるのが望ましい。

内向きフランジ片５の少なくとも一方は、例えば半径方向内側への突出高さを変えうるように、分割可能な分割式内向きフランジ片６として構成される。本実施形態の分割式内向きフランジ片６は、リム２の内周面２ｉに固定された小高さで半径方向内側に突出しかつ円周方向にのびる根元部５ａと、この根元部５ａに固定具５ｃを用いて取り外し自在に設けられたリング本体５ｂとから構成される。固定具５ｃとしては、例えばボルト等が好適である。根本部５ａの最大内径Ｒｃは、内向きフランジ片５の前記内径Ｒａよりも大きく、かつ、ディスク３の外向きフランジ片７の最大外径Ｒｂとほぼ同じかそれよりもさらに大きいことが望ましい。

前記外向きフランジ片７は、ディスク３の外側部３ｂの外周縁に一体に設けられる。この例では、ディスク３の外周縁が外向きフランジ片７を兼ねている。また本実施形態の外向きフランジ片７は、タイヤ半径方向と実質的に平行であり、円周方向に連続してのびている。好ましくは、外向きフランジ片７の端面は滑らかに面取りされたものが望ましい。外向きフランジ片７の外径Ｒｂは、前記内向きフランジ片５の内径Ｒａよりも大きく形成される。しかし、前記外径Ｒｂは、内向きフランジ片５、５間の空所Ｏにおけるリムの内周面２ｉの内径Ｒｒよりも小である。また、外向きフランジ片７の軸方向の巾Ｗａは、前記空所Ｏの巾Ｗよりも小さい。このため、図２に示されるように、リム２及びディスク３の各軸中心を揃えた状態において、外向きフランジ片７は、前記空所Ｏの中で抜け止めされつつ軸方向及び半径方向に移動可能な遊びを持って位置することができる。この遊びは、タイヤへの負荷荷重やダンパー８の剛性などに基づいて、適宜設定される。

前記ダンパー８は、リムの軸方向で向き合っている内向きフランジ片５と外向きフランジ片７との間を接続し、かつ、円周方向にのびている。図２に示されるように、本実施形態では、外向きフランジ片７の両側にそれぞれダンパー８が設けられている。またダンパー８は、例えば軸方向長い偏平な矩形断面を持っており、図３に示されるように円周方向に連続したリング状で構成される。ダンパー８の両側面は、各フランジ片５ないし７と、例えば加硫接着、ネジ止め及び／又は接着剤などを用いて強固に固着される。この例では、ダンパー８の半径方向の外面８Ａ及び内面８Ｂは、外部から拘束を受けない非拘束面として設けられる。

図４には、ダンパー８の断面図が示される。ダンパー８は、ゴム８ａと複数本のコード８ｂとを含んだ複合材料で構成される。この実施形態のダンパー８は、コード８ｂの長手方向がリム２の円周方向に沿って配されたものが例示される。このようなダンパー８は、コードプライ９を複数重ねたプライ積層体１０を加硫成形して作ることができる。コードプライ９は、平行に配列された複数のコード８ｂと、これを被覆する未加硫のゴム８ａとで構成されたシート状である。またプライ積層体１０は、図５（Ａ）に示されるように、コードプライ９を連続して渦巻き状に巻き重ねたものや、図５（Ｂ）に示されるように、リング状のコードプライ９を重ねることでも良い。さらには、図５（Ａ）及び（Ｂ）の方法を組み合わせたものでも良い。

本実施形態の弾性ホイール１は、先ず分割式内向きフランジ片６のリング本体５ｂを取り外し、そこから、前記空所Ｏに、外向きフランジ片７の両側に予めダンパー８を仮固着したディスク３が組み入れられる。しかる後、前記リング本体５ｂが、固定具５ｃを用いて根元部５ａに取り付けられる。このように、一方の内向きフランジ片５を分割式とした場合、リング本体５ｂを根本部５ａから取り外すことで、前記溝状の空所Ｏへの外向きフランジ片７の挿入や、ダンパー８のメンテナンス等を容易化でき、作業性が大幅に向上する。なお、組立体は例えば加硫されることにより、ダンパー８が各フランジ片５ないし７と一体化される。

図６（Ａ）には直進状態の車両に装着されている弾性ホイール１の断面模式図が示され、同図（Ｂ）はそのＸ部拡大図である。路面からの反力により、リム２はディスク３に対して相対的に上昇する。これにより、ダンパー８は、内向きフランジ片５と外向きフランジ片７との間でせん断力を受けせん断変形する。路面からの反力に応じたダンパー８のせん断変形により、車体に伝えられる衝撃、振動が吸収される。この作用は、乗り心地を向上させ、かつ、走行時の騒音を低減させる。また、前記せん断変形は実質的にダンパー８の体積変化を生じない変形である。このため、ダンパー８のゴム８ａの部分は、コード８ｂの影響を受けずに前記せん断変形をなす。従って、弾性ホイール１の鉛直方向の荷重に対する剛性（即ち縦剛性）は、ゴム８ａの弾性に依存した小さな値になる。

また前記鉛直荷重が大きくなった場合、外向きフランジ片７がリム２の内周面２ｉと接触し、両者の相対的な変位が規制される。この場合、例えば、外向きフランジ片７の外端部及び／又は前記内周面２ｉの少なくも一方に、前記接触時の衝撃を緩和しうる緩衝材（図示省略）を設けることが望ましい。

他方、図７（Ａ）には旋回状態の車両に装着されている弾性ホイール１の断面模式図が示され、同図（Ｂ）はそのＸ部拡大図である。路面からの横力Ｆが大きくなると、リム２はディスク３に対して軸方向に相対的に移動する。その移動量は、接地面の上方の位置において最も大きくなる。前記位置において、内向きフランジ片５と外向きフランジ片７との間では、旋回内側のダンパー８ｉは引張力を、旋回外側のダンパー８ｏは圧縮力をそれぞれ受けて変形する。前記圧縮力及び引張力は、ダンパー８の体積変化を生じさせる力である。しかし、ゴム８ａは、本来体積変化を起こさないため、拘束されていない非拘束面８Ａ、８Ｂで膨れたり又は縮もうとする。このとき、ゴム８ａの中に存在するコード８ｂは、ゴム８ａの動きを抑えるため、ダンパー８の見かけの剛性が大きくなる。以上より、旋回時にはダンパー８の横剛性が相対的に高められる。

このように、本発明の弾性ホイール１は、縦剛性を小さくしつつ横剛性を大きく確保することにより、操縦安定性の著しい悪化を招くことなく走行時の振動や騒音レベルを低減することができる。

前記ダンパー８のゴム８ａとしては、特に限定されないが、例えばニトリルゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）等のジエン系ゴム、又はブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）等の非ジエン系ゴムの１種又は２種以上が挙げられる。とりわけ、振動の吸収効果の観点より、複素弾性率Ｅ＊が０．５〜５．０ＭＰａ、より好ましくは１．０〜２．０ＭＰａのゴム組成物が好ましい。また前記ゴム組成物は耐久性の観点より、その損失正接tan δが好ましくは０．０５〜０．２、より好ましくは０．０５〜０．１であるのが望ましい。なお複素弾性率Ｅ及び損失正接tan δは、粘弾性スペクトロメータにて温度７０℃、初期伸張１０％、動歪み±１．０％、周波数１０Ｈｚの条件下で測定した値とする。

また前記コード８ｂとしては、ナイロンコード以外にも、ポリエステル、レーヨン、ビニロン、芳香族ポリアミド、コットン、セルロース樹脂、結晶性ポリブタジエンなどの有機繊維を材料としたコードの他、ボロン、グラスファイバー、カーボンファイバー等の無機材料からなるコードの１種又は２種以上が用いられる。好ましくは、有機繊維コードである。コード８ｂの太さは、特に限定はされないが、小さすぎると横剛性の向上を十分に期待できない傾向があり、逆に大きすぎてもゴム８ａとの接着性が低下する傾向がある。好ましくは有機繊維コードの場合８００〜２０００dtex程度が望ましく、またスチール等の非有機繊維コードの場合には、外径が０．５〜１．０mm程度のものが望ましい。

また本実施形態のダンパー８は、円周方向に沿ってのびるコード８ｂを有するものが示されているが、例えば、図８（Ａ）に示されるように、軸方向にのびるコード８ｂ２を含むものでも良い。図８（Ａ）の態様では、円周方向に沿ってのびるコード８ｂ１と、軸方向に沿ってのびるコード８ｂ２とを含み、この例では、コード８ｂ１及び８ｂ２は、実質的に９０゜の角度で交差する。軸方向に沿ってのびるコード８ｂ２は、旋回時に生じる軸方向の圧縮力及び引張力に対して大きな抵抗性を示す。このため、ダンパー８の横剛性がさらに向上され、より一層操縦安定性を高めるのに役立つ。なお、ダンパー８の全てのコード８ｂを、軸方向に沿って配列させることも可能である。

図８（Ｂ）の実施形態では、ダンパー８が、円周方向に対して斜めに傾いたコード８ｂ３、８ｂ４を含むものが例示される。特にこの例では、ダンパー８が、円周方向に対して１０゜よりも大かつ８０゜未満の角度θ１で傾いたコード８ｂ３と、前記コード８ｂ３とは逆向きかつ円周方向に対して１０゜よりも大かつ８０゜未満の角度θ２で傾いたコード８ｂ４とが含まれている。前記コード８ｂ３及び８ｂ４は、好ましくは０よりも大かつ９０°の交差角度（θ１＋θ２）を持つ。このようなコード８ｂ３及び８ｂ４を含むダンパー８は、該ダンパー８の円周方向に高い剛性を持つ。従って、図４の態様と同様に車両の駆動ないし制動時のようにダンパー８に大きなトルク（ねじり）が作用する場合、ダンパー８のねじれ角を抑えることができる。これにより、車両の駆動及び制動時のレスポンスを向上させることができる。

また図９（Ａ）、（Ｂ）の実施形態では、ダンパー８は、半径方向（放射状又はダンパーの厚さ方向とも言える。）にのびるコード８ｂ５を含むものが例示される。このようなダンパー８は、図９（Ａ）に示されるように、円周方向Ｙに沿って配列されたコード８ｂを有するコードプライを半径方向に沿って連続して屈曲させながら折り畳むことにより、半径方向に沿ったコード８ｂ５を形成できる。また同図（Ｂ）のように、半径方向に沿ってのびるコード８ｂ５を円周方向Ｙに重ねることによっても形成できる。

また図１０に示されるように、ダンパー８は、内向きフランジ片５及び外向きフランジ片７と接着されていない非拘束面８Ａ、８Ｂに沿って複数本のコード８ｂを配列し、その間を実質的にゴム層で形成することもできる。この場合、非拘束面の変形を効果的に防止することで、少ないコードの量でダンパー８の横剛性を高めることもできる。

図１及び２に示される基本構造の弾性ホイール（リムのサイズ７ＪＪ×１６）を表１の仕様に基づいて試作し、実車走行により乗り心地、操縦安定性及び騒音性能をテストした。ダンパーは、ナイロンコードを天然ゴムを主体としたゴムでトッピングしたコードプライを用いて作られ、その断面形状は、厚さ１０mm、幅２５mmとした。コードプライは、直径０．４mmのナイロンコードがプライ幅１mm当たりに１本打ち込まれたものが使用された。また、従来例として、同サイズの通常のアルミホイールについもテストを行い性能を比較した。テストの方法は、次の通りである。

＜乗り心地、操縦安定性＞
以下の条件にて、タイヤテストコースを走行させ、乗り心地及び操縦安定性（操舵レスポンス、旋回時安定感、レーンチェンジ収束性、駆動制動時グリップ）をドライバーの官能評価により評価した。結果は、各々従来例を６点とする１０点法であり、数値が大きいほど良好である。
タイヤ：２２５／５０Ｒ１６（空入りラジアルタイヤ）
内圧：２３０ｋＰａ
車両：国産乗用車、排気量２０００cc（全輪に供試車輪を装着）
走行路面：ドライアスファルト路面

＜騒音性能＞
ロードノイズテストコースを前記車両で速度６０ｋｍ／ｈにて走行させ、運転席右耳許位置にてオーバオールの騒音を測定し、その周波数分析が行われた。
テストの結果などを表１及び図１１に示す。

表１及び図１１に示されるように、実施例の弾性ホイールは、操縦安定性を損ねることなく乗り心地を向上しており、しかも１００Ｈｚ以上の周波数帯でロードノイズを有意に低減していることが確認できた。

本実施形態の弾性ホイールの断面図である。その部分拡大図である。ダンパーの斜視図である。ダンパーの断面図である。（Ａ）、（Ｂ）はダンパーの製法を説明する側面略図である。（Ａ）は直進走行時の弾性ホイールの作用を説明する断面図、（Ｂ）はそのＸ部拡大図であるである。（Ａ）は旋回走行時の弾性ホイールの作用を説明する断面図、（Ｂ）はそのＸ部拡大図であるである。（Ａ）、（Ｂ）はダンパーの他の実施形態を示す斜視図である。（Ａ）、（Ｂ）はダンパーの他の実施形態を示す斜視図である。ダンパーの他の実施形態を示す断面図である。走行ノイズの周波数分析結果を示すグラフである。従来の弾性ホイールを示す断面図である。

符号の説明

１弾性ホイール
２リム
３ディスク
４連結手段
５ダンパー
５ａ、５ｂリング片
６内向きフランジ片
７外向きフランジ片
８ダンパー
８ａゴム
８ｂコード
Ｔタイヤ
Ｄ車軸

Claims

タイヤが装着されるリムと、車軸に固定されるディスクとが振動吸収用のダンパーを有する連結手段を介して弾性的に連結された弾性ホイールであって、
前記ダンパーは、ゴムとコードとを含んだ複合材料からなり、
前記連結手段は、前記リムの内周面から半径方向内方に突出して円周方向にのびしかもリム巾中心線の両側に距離を隔て設けられた一対の内向きフランジ片と、
前記ディスクの外周縁に設けられかつ前記一対の内向きフランジ片間に配され該内向きフランジ片とリムの回転軸方向で向き合うとともに前記リムの内周面から離間して位置する少なくとも一つの外向きフランジ片とを含み、
かつ前記ダンパーは、前記各内向きフランジ片と前記外向きフランジ片との間を連結し円周方向にのびるリング状をなすとともに、
前記内向きフランジ片の少なくとも一方は、前記リムの内周面に固定されかつ小高さで半径方向内側に突出しかつ円周方向にのびる根元部と、この根元部に固定具を用いて取り外し自在に設けられたリング本体とから構成されることにより、半径方向内側への突出高さを変えうる分割可能な分割式内向きフランジ片からなることを特徴とする弾性ホイール。
前記ダンパーは、円周方向にのびるコードを含むことを特徴とする請求項１記載の弾性ホイール。
前記ダンパーは、軸方向にのびるコードを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の弾性ホイール。
前記ダンパーは、半径方向にのびるコードを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の弾性ホイール。
前記コードは、有機繊維コード又はスチールコードである請求項１乃至４のいずれかに記載の弾性ホイール。