JP5705398B2

JP5705398B2 - 車両用ホイールおよびホイールキャップ

Info

Publication number: JP5705398B2
Application number: JP2007314709A
Authority: JP
Inventors: 公志工藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-12-05
Filing date: 2007-12-05
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2027-12-05
Also published as: JP2009137396A

Description

本発明は車両用ホイールキャップに関する。

従来から、自動車用に用いられるディスクブレーキはブレーキディスクをブレーキパッドで挟み、摩擦熱を発生させて制動力とする構造上、摩耗したブレーキパッドやブレーキディスクの粉末であるブレーキダストの発生が不可避であった。

走行中の車体を制動する際にはブレーキパッドがディスクロータに車体幅方向両側から押し付けられ、両者の間に摩擦熱を発生することで車体の運動エネルギーを熱エネルギーに変換し、熱として大気中に放出することによって車体を制動する。この際、車体を制動する度にディスクロータとブレーキパッドとは摩擦により摩耗するが、この摩耗で発生した塵埃がブレーキダストである。

通常は鉄で作られるディスクロータと、銅、スズなどの柔らかい金属粉、カーボン繊維、合成樹脂などを焼結して作られたブレーキパッドとが摩耗して生じたブレーキダストは、制動の際に発生した熱により高温となり、アルミ製ホイールなどの表層には容易に食い込むため除去が困難となる。

また、通常はブレーキの冷却のため、ハブ側からホイール外側へと風が流れる構造とされているため、ブレーキダストが風に乗ってホイール表面に付着しやすい問題がある。

このブレーキダストのアルミホイールなどの表面への付着を、ホイールあるいはホイールキャップ部分に取り付けられたフィンによって発生した風で吹き飛ばし、ホイール表面を清浄に保つ発明が提案されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。
特開平１１−３３６８０２号公報特開平０９−３９５０２号公報特開２００６−１６０１６２号公報

しかし、ブレーキダストはホイール表面に付着しやすく、また制動の際に発生した熱により高温であるため容易に酸化してホイール表面に固着する。このため前述の特許文献１、２、３に開示されているようにフィンで発生した風圧で吹き飛ばす方法ではホイール表面のブレーキダストが落ちにくいという問題がある。

本発明は上記事実を考慮し、光触媒加工により効率よく表面汚れを落とすことができる車両用ホイールキャップを提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明における車両用ホイールキャップは、ホイールの車幅方向外側の表面に被覆される車両用ホイールキャップであって、少なくとも車幅方向外側の表面に設けられた光触媒コート層と、走行中に車輪の回転によって車幅方向外側より車幅方向内側へ向かいホイールキャップの外側表面に当たりかつ外側表面に沿って流れる風を発生させる送風手段と、を備え、前記送風手段は、ホイールキャップとホイールとの間に設けられて前記ホイールへ前記ホイールキャップと共締めされると共に、前記ホイールキャップの周方向で羽根が複数配列されかつ前記羽根同士の間に車両幅方向で連通した空間が設けられることでホイールキャップの軸方向へ風を引き込みかつホイールキャップとは別体で構成されたファンであることを特徴とする。

上記構成によれば、ホイールキャップの車幅方向内側に設けられたファンで発生した風が、光触媒コート層に外部の空気及び雨水を当てることで、ホイール表面の汚れが分解され、表面汚れを落とすことができる。

また、ホイールキャップの裏側に設けられたファンで風を起こすことで、組み合わせて使用するホイールキャップのデザインに制約が少なく、デザイン自由度の高いホイールとすることができる。またホイールキャップ自体を左右専用設計とする必要がなくなり、コストダウンが可能となる。

本発明に係る車両用ホイールキャップは上記構成としたので、光触媒加工により効率よく表面汚れを落とすことができるという優れた効果が得られる。

＜構造の概要＞

本発明の参考例に係る車両用ホイールの形態を図１〜図３に従って説明する。

なお、各図において、図中矢印ＦＲは車体前部方向を、矢印ＲＥは車体後方方向を、矢印ＵＰは車体上方方向を、矢印ＩＮは内側を、矢印ＯＵＴは外側を示す。

図１には、本発明の参考例に係るホイール１２を備えた車両が示されている。車両用ホイールとしてのホイール１２にはタイヤ９が装着され、車体１０の四輪すべてに車輪として設けられている。

ホイール１２は通常の自動車用ホイールと同様、車体幅方向両端に備えられており、これによりホイール１２は水２を含んだ風４あるいは雨水としてホイール１２に付着した水２に向けた風４に晒される箇所に位置する。

図２、図３には図１に示されるホイール１２の詳細構造が示されている。図２は従来より存在する、ホイール自体をファンとした構成であり、図３は別体式のファンを備えた構成である。

図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、ホイール１２はタイヤ９が装着されるリム４４と、アクスルに取り付けられるディスク４２とによって構成されている。ディスク４２の周縁部にはスリット４０が周方向に形成されており、隣り合うスリット４０の間の部分がスポーク１８とされている。ディスク４２の車体幅方向内側にはディスク４２と共に回転するファン１４が設けられている。

図２（Ｃ）に断面図で示すように、ホイール１２の表面はアルミなどのホイール表面１２Ａの上に素地保護用の無機コート層１２Ｂが形成され、さらに無機コート層１２Ｂの上に光触媒コート層１２Ｃが設けられている。

光触媒とは水の存在下で主に紫外線を含む太陽光や蛍光灯などの光が当たることにより、表面で強力な酸化力を生じ、接触する有機化合物等を分解する触媒を指す。本実施形態においては二酸化チタン（ＴｉＯ_２）が用いられる。

図３（Ａ）（Ｂ）には本発明の参考例に係るホイール１２の構造が示されている。図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、車体１０にサスペンションの一部として設けられたアクスル５０に、回転可能にディスクロータ５２が軸支されている。本実施形態に係るホイール１２はディスクロータ５２と一体的に設けられたハブ５４に固定され、ディスクロータ５２と共に回転する。

ディスク４２の車体幅方向内側には図３（Ｃ）に示すような別体式のファン１４がハブ５４との間に設けられ、これも車体１０の走行に伴いディスクロータ５２およびハブ５４と共に回転する。ファン１４は、車体１０が走行する際には図３（Ｄ）に示すようにディスク４２の車体幅方向外側からディスクロータ５２の設けられた内側へ風４を導入する。

図３（Ｅ）に示すようにディスクロータ５２を跨ぐ形で設けられたキャリパ５８は、ディスクロータ５２との間にブレーキパッド５６を備え、キャリパ５８に設けられた図示しないシリンダがブレーキパッド５６をディスクロータ５２の車体幅方向両側から押し付ける構成とされている。

＜作用効果＞

次に本実施形態の作用および効果について説明する。

図２（Ｃ）に示すように、本実施形態に係るホイール１２の表面には光触媒コート層１２Ｃが設けられており、本実施形態においては前述のように二酸化チタンが用いられる。この光触媒コート層１２Ｃの上にファン１４で発生した風４が強制的に吹き付けられ、特に雨水などの水２を含んだ風４が光触媒コート層１２Ｃの上に吹き付けられることによって、光触媒のもつ親水作用および酸化作用でホイール１２の表面に付着した上記のブレーキダストを表面から浮き上がらせ、さらに分解して除去する。

二酸化チタンは半導体であり、紫外線などの波長の短い光によって励起状態となり、光の波長が十分に短ければ価電子帯にある電子は電導帯へと移行する。二酸化チタンの場合、価電子帯と電導帯とのギャップは３．２ｅＶなので、Ｅ：エネルギー、ｈ：プランク定数、ν：振動数、ｃ：光速度とすれば、

Ｅ＝ｈν、ν＝ｃ／λ であり、プランク定数と光速度は既知であるため、

Ｅ＝ｈｃ／λ に既知の数値を代入すると波長λは約３８０ｎｍとなり、二酸化チタンの触媒作用に必要な光は近紫外線であることがわかる。

水の存在下で二酸化チタン等の光触媒に紫外線が当たると、表面から負の電荷を帯びた電子が飛び出す。電子が抜け出た穴は正孔（ホール）と呼ばれ、正の電荷を帯びる。正孔は強い酸化力をもち、水中にあるＯＨ−（水酸化物イオン）等から電子を奪う（酸化する）。このとき、電子を奪われた（酸化された）ＯＨ−は電子軌道に一個しか電子が存在しない非常に不安定な状態のＯＨラジカル（ヒドロキシラジカル）となる。

発生したＯＨラジカルは強力な酸化力を持つため、近傍の有機物等から電子を奪い（酸化し）、自分自身が還元されることで安定になる。この反応で電子を奪われた有機物は結合を切断され、最終的には二酸化炭素や水となり大気中に発散する。

これにより、光触媒コート層１２Ｃの上に付着したブレーキダスト等の汚れは水と紫外線によって二酸化炭素や水に分解されるので、ホイール１２は自ずと表面汚れを落とすセルフクリーニング効果を持つ。

また、二酸化チタンは超親水作用をもち、光触媒コート層１２Ｃとブレーキダストとの間に容易に水が入り込むため、ブレーキダスト等の汚れが浮き上がり、雨水や洗車時の水で簡単に洗い落とすことができる。

さらに、光触媒はその酸化力を以てホイール表面１２Ａに形成されたトップクリアコート（ウレタン塗料）をも酸化・分解してしまうため、ホイール表面１２Ａの上に素地保護用の無機コート層１２Ｂを形成する。この上に光触媒コート層１２Ｃを形成することで、ホイール１２の表面を保護しながら同時にホイール１２の表面に付着した汚れを落とすことができる。

前述のように光触媒によるセルフクリーニング効果は水の存在下で生じるため、本実施形態のファン１４の回転によってホイール１２の表面に水２を含む風４を当てることで、特に雨天走行時には効果的に表面汚れを落とすことができる。あるいは洗車時に吹き付けた水が残っていれば、洗車終了後の走行時に風４をホイール１２の表面に当てることで同様に表面汚れを落とすことができる。

＜第２参考例＞

次に、図４を用いて、本発明の第２参考例について説明する。なお、前述した参考例と同一構成部分については同一番号を付して、その説明を省略する。

図４に示すように本参考例に係るホイール２２ではフィン２４とスポーク１８を含むディスク４２がリム４４を支持する構造とされている点に特徴がある。すなわち、ディスク４２の回転中心から放射状に延設された複数のスポーク１８によりリム４４を支持する構造であって、スポーク１８の一部または全部をフィン２４と置き換えることによって、スポーク１８とフィン２４とでリム４４を支持するディスク４２が形成されている。ディスク４２の車体幅方向内側は通常のホイールと同様、ハブ５４に結合される。またホイール２２の表面には第１参考例と同様、光触媒コート層が設けられている。

＜作用効果＞

上記構成においても前述した第１実施形態と同様、走行中にホイール２２の回転でフィン２４が風を発生し、ホイール２２の表面に風を当てる。本実施形態においては、第１実施形態が備えるファン１４を設ける代わりに、前述のようにスポーク１８の一部もしくは全部をフィン２４としたことで、走行中は図４（Ｂ）に示すように車体幅方向外側から内側へ風を導入することができる。

ホイール２２の表面にも第１実施形態と同様、光触媒コート層が設けられ、水と紫外線の存在下では、付着したブレーキダスト等の汚れは水と紫外線によって二酸化炭素や水に分解されるので、ホイール２２は自ずと表面汚れを落とすセルフクリーニング効果を持つ。

前述のように光触媒によるセルフクリーニング効果は水の存在下で生じるため、第１実施形態と同様、本実施形態においてもフィン２４の回転によってホイール２２の表面に水を含む風４を当てることで、特に雨天走行時には効果的に表面の汚れを落とすことができる。

また、本参考例に係るホイール２２の場合は、スポーク１８の一部または全部をフィン２４とすることで、別にファン１４を設ける必要がなく、より少ない部品点数で第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜第３参考例＞

次に、図５を用いて、本発明の実施形態の第３参考例について説明する。なお、前述した第１実施形態と同一構成部分については同一番号を付して、その説明を省略する。

図５に示すように本発明の実施形態の第３参考例に係るホイールキャップ３２はスポーク部３３とフィン３４を含む形状となっている。すなわち、ホイールキャップ３２の回転中心から放射状に延設された複数のスポーク部３３によりリング部３５を支持する構造であって、スポーク部３３の一部または全部をフィン３４と置き換えることによって、スポーク部３３とフィン３４とでリング部３５を支持するディスク形状のホイールキャップ３２が形成されている。

ホイールキャップ３２は通常のホイール３０の車体幅方向外側に固定される。ホイールキャップ３２とホイール３０は同意匠であってもよい。またホイールキャップ３２の表面には第１参考例と同様、光触媒コート層が設けられている。

＜作用効果＞

上記構成においても前述した第１参考例と同様、走行中にホイールキャップ３２の回転でフィン３４が風を発生し、ホイールキャップ３２の表面に風を当てる。本実施形態においては、第１実施形態が備えるファン１４および第２実施形態が備えるフィン２４をホイール自体に設ける代わりに、ホイールキャップ３２にフィン３４を設け、走行中は車体幅方向外側から内側へ風を導入することができる。

ホイールキャップ３２の表面にも第１参考例と同様、光触媒コート層が設けられ、水と紫外線の存在下では、付着したブレーキダスト等の汚れは水と紫外線によって二酸化炭素や水に分解されるので、ホイールキャップ３２は自ずと表面汚れを落とすセルフクリーニング効果を持つ。

前述のように光触媒によるセルフクリーニング効果は水の存在下で生じるため、第１参考例と同様、本実施形態においてもフィン３４の回転によってホイールキャップ３２の表面に水を含む風を当てることで、特に雨天走行時には効果的に表面汚れを落とすことができる。

さらに、本実施形態に係るホイールキャップ３２の場合は、組み合わされるホイール３０自体は従来の構造をした通常のホイールでよく、既にアルミホイールなどを装着した車両にホイールキャップ３２を追加装備することで前述のセルフクリーニング効果を得ることができる。すなわち従来のホイールと組み合わせて使用できるのでホイールを専用品に交換する必要がなく、組み合わせるホイール自体を左右専用設計とする必要もなくなり、コストダウンが可能となる。

また、ホイールキャップ３２自体が損傷しても交換が容易であるためサービス性に優れている。ユーザー自身による交換も可能であり、またホイール自体に比較すればホイールキャップ３２の部品コストは低いので更なるコストダウンが可能となる。

＜第４参考例＞

次に、図６〜８を用いて、本発明の実施形態の第４参考例について説明する。なお、前述した第１実施形態と同一構成部分については同一番号を付して、その説明を省略する。

図６（Ａ）に示すように本発明の実施形態の第４参考例に係るホイール６０はスポーク１７またはスポーク１９を含むディスク４２がリム４４を支持する構造となっており、ディスク４２の車体幅方向内側は従来のホイールと同様、ハブ５４に結合される。

ここで、スポーク１７およびスポーク１９は本参考例においてＡ−Ａ断面が図７、図８に示すような翼形状の断面をもつ構造とされている。すなわち、スポーク１７は図７に示すように車体幅方向内側には別途設けられた翼形状部品１７Ｂが固定され、翼形状部品１７Ｂの車体幅方向内側は翼形状の面１７Ａとされている。

またスポーク１９は図８に示すように車体幅方向内側の面１９Ａが翼形状とされるように形成されている。あるいは、スポーク１９の車体幅方向内側が樹脂等で整形され、翼形状の面１９Ａとされている。またホイール６０の表面には第１参考例と同様、光触媒コート層が設けられている。

＜作用効果＞

従来のホイールにおいてスポーク１８は図６（Ｂ）に示すような断面をしているが、本参考例においてスポーク１７およびスポーク１９は図７、図８に示すように車体幅方向内側の面１７Ａおよび面１９Ａを翼状の形状とすることで、走行時にスポーク１７またはスポーク１９の回転により図６（Ａ）に示すように風４を車体幅方向外側から内側に導入する。

これにより、上記構成においても前述した第１参考例と同様、走行中にホイール６０の回転でスポーク１７またはスポーク１９にて発生した風がホイール６０の表面に吹き付けられる。本参考例においては、第１参考例が備えるファン１４を設ける代わりに、スポーク１７または１９の車体幅方向内側面を翼形状とすることで、走行中は車体幅方向外側から内側へ風を導入することができる。

ホイール６０の表面にも第１参考例と同様、光触媒コート層が設けられ、水と紫外線の存在下では、付着したブレーキダスト等の汚れは水と紫外線によって二酸化炭素や水に分解されるので、ホイール６０は自ずと表面汚れを落とすセルフクリーニング効果を持つ。

前述のように光触媒によるセルフクリーニング効果は水の存在下で生じるため、第１実施形態と同様、本実施形態においてもスポーク１７または１９の回転によってホイール６０の表面に水を含む風を当てることで、特に雨天走行時には効果的に表面の汚れを落とすことができる。

さらに、本参考例に係るホイール６０の場合は、スポーク１７または１９の車幅方向内側を翼形状の面１７Ａ、１９Ａとすることで、別にファン１４を設ける必要がなく、少ない部品点数で第１実施形態と同様の効果を得ることができる。加えて翼形状の面１７Ａ、１９Ａは外側から見えないため、スポーク１７または１９の車幅方向外側は意匠の制約が少なく、デザイン上の自由度の高いホイールとすることができる。

あるいは、スポーク１７または１９の車幅方向内側を翼形状の面とする代わりに、ディスク４２自体を所謂ディッシュタイプの形状とし、車幅方向内側の一箇所または複数箇所を翼形状とすることで走行時に風を発生させる構造としてもよい。このときディスク４２には翼形状箇所の近傍にスリット４０を備えていれば、スムーズに風を導入することができる。

＜第１実施形態＞

次に、図９を用いて、本発明に係る車両用ホイールキャップの第１実施形態について説明する。なお、前述した参考例と同一構成部分については同一番号を付して、その説明を省略する。

本発明の第１実施形態に係るホイールキャップ７０では、ホイールキャップ７０とホイール３０との間に別体式のファン７２が設けられ、ホイール３０の回転によって車幅方向外側よりホイールキャップ７０の内側へ向けて風を発生させる構成とされている。ホイールキャップ７０は別体式ファン７２を挟んで通常のホイール３０上に固定される。ホイールキャップ７０とホイール７２は同意匠であってもよい。またホイールキャップ７０の表面には第３参考例と同様、光触媒コート層が設けられている。

＜作用効果＞

上記構成においても前述した第３参考例と同様、走行中にホイールキャップ７０の車幅方向内側に設けられたファン７２が風を発生し、ホイールキャップ７０の表面に風を当てる。ホイールキャップ７０の表面には第３実施形態と同様に光触媒コート層が設けられ、水と紫外線の存在下では、付着したブレーキダスト等の汚れは水と紫外線によって二酸化炭素や水に分解される。これによりホイールキャップ７０は自ずと表面汚れを落とすセルフクリーニング効果を持つ。

また、第３参考例と同様、ホイール３０を専用品に交換する必要がなく、組み合わせるホイール３０を左右専用設計とする必要もなくなる点に加え、ホイールキャップ７０自体もまた専用品に交換、あるいは左右専用設計とする必要もなくなるので、更なるコストダウンが可能となる。

さらに、ホイールキャップ７０自体が損傷しても交換が容易であるためサービス性に優れ、ユーザー自身による交換も可能であり、また、ホイール３０自体に比較すれば部品コストは低いので更なるコストダウンが可能となる。加えてホイールキャップ７０自体にフィン形状の部分を設ける必要がないため、ホイールキャップ７０のデザインに制約が少なく、デザイン自由度の高いホイールキャップ７０とすることができる。

以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲がこれらの実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。

すなわち、上記実施形態ではアルミホイールおよびホイールキャップを例に挙げて説明したが、これ以外にも車体外部に設けられる部材であれば、本発明を適用することが可能である。例えば任意の車体外装部分に光触媒層を設け、走行風により水と光の存在下で自己クリーニング可能な構成としてもよい。

また、ホイールキャップと組み合わせるホイールはアルミホイールに限定せずスチールホイールでも、あるいはマグネシウムホイールでもよい。

さらに、本発明では制動装置としてディスクブレーキを例に挙げたが、ドラムブレーキを使用する構成であってもよいし、また四輪車以外にも二輪車や無限軌道を用いた車両のホイールに応用してもよい。

本発明の第１参考例に係る車両用ホイールを備える車体を示す斜視図である。図１に示されるホイールを拡大して構造を示した断面図である。図１に示されるホイールを拡大して作用効果を示した断面図、斜視図および側面図である。本発明の第２参考例に係る車両用ホイールを示す側面図および断面図である。本発明の第３参考例に係る車両用ホイールキャップを示す側面図である。従来の車両用ホイールを示す側面図および断面図である。本発明の第４参考例に係る車両用ホイールを示す側面図および断面図である。本発明の第４参考例に係る車両用ホイールを示す側面図および断面図である。本発明の第１実施形態に係る車両用ホイールを示す側面図および断面図である。

符号の説明

１０車体
１２ホイール
１２Ａホイール表面
１２Ｂ無機コート層
１２Ｃ光触媒コート層
１４ファン
１７スポーク
１８スポーク
１９スポーク
２２ホイール
２４フィン
３０ホイール
３２ホイールキャップ
３３スポーク部
３４フィン
３５リング部
４０スリット
４２ディスク
４４リム
５０アクスル
５２ディスクロータ
５４ハブ
５６ブレーキパッド
５８キャリパ
６０ホイール
７０ホイールキャップ
７２ファン

Claims

ホイールの車幅方向外側の表面に被覆される車両用ホイールキャップであって、少なくとも車幅方向外側の表面に設けられた光触媒コート層と、
走行中に車輪の回転によって車幅方向外側より車幅方向内側へ向かいホイールキャップの外側表面に当たりかつ外側表面に沿って流れる風を発生させる送風手段と、を備え、
前記送風手段は、ホイールキャップとホイールとの間に設けられて前記ホイールへ前記ホイールキャップと共締めされると共に、前記ホイールキャップの周方向で羽根が複数配列されかつ前記羽根同士の間に車両幅方向で連通した空間が設けられることでホイールキャップの軸方向へ風を引き込みかつホイールキャップとは別体で構成されたファンであることを特徴とする車両用ホイールキャップ。