JP6708624B2

JP6708624B2 - 車両用ホイール

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Publication number: JP6708624B2
Application number: JP2017506609A
Authority: JP
Inventors: 正樹河合; 滋朗矢沢
Original assignee: Topy Industries Ltd
Current assignee: Topy Industries Ltd
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2016-03-17
Publication date: 2020-06-10
Anticipated expiration: 2036-03-17
Also published as: CN107405946A; WO2016148239A1; JPWO2016148239A1; US20180037055A1; US10525767B2; DE112016001285T5; CN107405946B

Description

本発明は、車両に用いられるホイールに関する。

空気中を物体が移動する時に、物体の表面近傍に気流の渦が発生する。その渦が大きいほど空気抵抗は大きくなる。空気抵抗は、物体が移動する速度の２乗に比例して増加することが知られている。

上記原理に基づき、車両用ホイールに加わる空気抵抗について説明する。ホイールは、ディスクとリムとを備えている。ディスクは、リムにおけるホイール軸方向外側の端（車体の反対側の端）に配置されている。リムの外周にはタイヤが装着される。

車両走行時にホイール周りでは、前方からの気流が、回転するタイヤ前端に当たりホイールの両側（ホイールの軸方向外側と内側）を経て後方に抜ける。ホイールの軸方向外側に沿って流れる気流は側面流と称され、車体下側においてホイールの軸方向内側（車体側）に沿って流れる気流は床下流と称されている。

上記側面流はタイヤの一方の側面およびディスクの意匠面に沿って比較的円滑に流れる。しかし、床下流は、タイヤの他方の側面を過ぎ、ホイールの大きな開口部に達した時に、一部が剥離して開口部内に巻き込まれ、渦が発生する。しかも、この渦を含む気流は、次の渦に押し出され、ホイールの内部空間を経てディスクの飾り穴から吹き出し、上記側面流に合流する。そのため、側面流を乱し、渦を発生させる。
上述したように、ホイールには渦に起因した空気抵抗が生じる。また、床下流がホイール後部においてリム内壁面に衝突することによっても、空気抵抗が生じる。

上記渦発生を抑制する手段の一つとして、ディスクの飾り穴の開口面積を減じ、床下流の一部が側面流に合流するのを制限することが考えられる。しかし、この手段では、ディスクのデザイン性を損なう。また、ホイール内部空間を流れる空気の流量が減るのでホイールに内蔵されたブレーキ装置の冷却が不十分になる。

特許文献１は、渦発生を抑制し、空気抵抗を少なくした車両用ホイールを開示している。詳述すると、リムの車体側の端（ディスクの反対側の端）に、環状の整流部材が取り付けられている。この整流部材は、ビードシート部から径方向内側に突出し、ホイールの車体側の開口部の一部（開口部の周縁近傍部）を覆っている。整流部材は、車体側において、ホイールの中心軸線と直交する環状の平坦面を有している。

特許文献１のホイールでは、床下流が上記整流部材の平坦面に沿って整流され、開口部での床下流の剥離が抑制されるため、渦の発生を少なくでき、ひいては床下流の一部が側面流に向かって吹き出すことによって生じる渦の発生も抑えることができる。これにより、ホイールでの空気抵抗を減じることができる。

特開２００９−５１２４８号公報

特許文献１では、ホイールでの空気抵抗が減少するものの、ホイールの内部空間への流入空気量が減少するため、ホイールに内蔵されたブレーキ装置の冷却性能が低下する欠点があった。

特許文献１には、整流部材に空気取り入れ孔を形成し、ホイール内部空間へ空気を取り入れてブレーキ装置の冷却を図る実施形態も開示されている。しかし、この空気取り入れ孔は、ホイールの中心軸線と直交する平坦面に開口しているため、床下流の一部が空気取り入れ孔を経てホイール内部空間へ流入する量は少なく、ブレーキ装置を十分に冷却することは期待できなかった。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、ディスクとリムを備え、ブレーキ装置を内蔵した車両用ホイールにおいて、
上記リムにおける上記ディスクの反対側の端に、環状の整流部が設けられ、
上記整流部は、上記リムのビードシート部から上記ホイールの径方向内側に突出する環状の突出部を有し、この突出部は、上記ディスクの反対側において、上記ホイールの中心軸線に向かうにしたがって上記ディスクに近づくように傾斜した環状の傾斜面を有していることを特徴とする。

上記構成によれば、整流部の突出部の傾斜面により、床下流の剥離による渦発生を抑制し、空気抵抗を減じることができる。しかも、整流部の傾斜面によりブレーキ装置を冷却するのに十分な量の空気をホイール内部空間に導くことができる。

好ましくは、上記整流部は、上記リムのリムフランジ部に沿う環状の壁部を有し、この壁部における上記ディスクの反対側の側面が、上記ホイールの中心軸線と直交する平坦面をなし、上記傾斜面に連なっている。
この構成によれば、ホイールの中心軸線と直交する平坦な側面が傾斜面に連なっているので、空気抵抗のさらなる低減を図ることができる。

好ましくは、上記傾斜面は、上記ホイールの中心軸線と直交する平面に対して、５〜１５°傾斜している。
この構成によれば、空気抵抗の低減効果とブレーキ装置の冷却効果をバランス良く実現できる。５°未満であるとブレーキ装置を冷却するのに必要な流量を確保できず、１５°を超えるとブレーキ装置を冷却するのに必要な流量を確保できるものの、空気抵抗が増大して整流部の効果が減じられるからである。

好ましくは、上記整流部の突出部は、環状のつば形状をなしている。
この構成によれば、ホイール重量の増大を抑制できる。

好ましくは、上記突出部の上記傾斜面が第１の傾斜面として提供され、さらに上記突出部は上記ディスク側を向く環状の第２の傾斜面を有し、この第２の傾斜面は、上記ホイールの中心軸線に向かうにしたがって上記ディスクから遠ざかるように傾斜し、上記第１及び第２の傾斜面の交差により、環状をなす頂部が形成されている。
この構成によれば、ホイール前部での床下流の剥離による渦発生を抑制できるだけでなく、ホイール後部のリム内壁面に床下流が衝突する際に、整流部の頂部で分流して第１、第２の傾斜面に沿って円滑に流すことができるので、さらに空気抵抗を低減できる。

本発明の一態様では、上記整流部が上記リムと一体をなしている。
本発明の他の態様では、上記整流部が上記リムと別体をなし、上記リムに取り付けられている。

好ましくは、上記整流部は上記リムと別体をなす環状部材により構成され、この環状部材は、上記突出部と、上記壁部と、上記突出部と上記壁部の境からホイール軸方向に突出する取付部とを一体に有し、この取付部が上記ビードシート部の内周に嵌め込まれる。
この構成によれば、リムと別体をなす環状部材を比較的容易にリムに取り付けることができる。

本発明の車両用ホイールは、ブレーキ装置冷却のためにホイール内に流れる空気の流量を確保しつつ、空気抵抗を小さくすることができる。

本発明の第１実施形態に係る車両用ホイールの平断面図である。同車両用ホイールの要部である整流部の拡大断面図である。本発明の第２実施形態に係る車両用ホイールの整流部の拡大断面図である。本発明の第３実施形態に係る車両用ホイールの平断面図である。本発明の第４実施形態に係る車両用ホイールの整流部の拡大断面図である。本発明の第５実施形態に係る車両用ホイールの整流部の拡大断面図である。本発明の第６実施形態に係る車両用ホイールの整流部の拡大断面図である。

以下、本発明の第１実施形態に係る車両用ホイールについて図１、図２を参照しながら説明する。
図１に示す車両用ホイール１は、例えばアルミ合金（軽金属）の鋳造品からなり、ほぼ円盤形状のディスク１０と、このディスク１０の周縁に連なるほぼ円筒形状のリム２０とを一体に備えている。リム２０の外周にはタイヤＴが装着される。

ディスク１０は、中央の円板形状のハブ取付部１１と、環状の周縁部１２と、これらハブ取付部１１と周縁部１２とを連ねるようにして放射状に延びるスポーク部１４とを有している。
上記ハブ取付部１１には、ハブ穴１１ａと複数のボルト穴１１ｂが形成されている。スポーク部１４間には飾り穴１５が形成されている。

上記リム２０は、一般的なホイールのリムと同様に、リムドロップ部２１と、その両端部に連なる一対のビードシート部２２と、一対のリムフランジ部２３とを有している。

ディスク１０はリム２０のホイール軸方向外側（車体の反対側）の端に配置されており、これらディスク１０とリム２０によりホイール１の内部空間２が形成されている。リム２０のホイール軸方向内側（車体側）には、開口部３が形成されている。
上記開口部３から上記内部空間２に車両のハブ（図示しない）が入り込み、このハブに上記ディスク１０のハブ取付部１１が固定されている。この内部空間２にはブレーキ装置３０が収容されている。

ブレーキ装置３０は、図示しないハブに固定されたブレーキロータ３１と、ブレーキキャリパ３２とを備えている。ブレーキキャリパ３２は、油圧シリンダによって動作する一対のブレーキパッド（図示しない）を有し、これらブレーキパッドをブレーキロータ３１に押しつけることにより、摩擦による制動を可能にしている。
上記飾り穴１５は、意匠性を高める役割とともに上記ブレーキ装置３０で発生する熱を外部に逃がす役割を有している。

次に、本発明の特徴部について説明する。図１、図２に示すように、リム２０における車体側（ディスク１０の反対側）の端には環状の整流部４０がリム２０と一体をなして設けられている。この整流部４０は、ビードシート部２２からホイール１の径方向内側に突出する環状のつば部４１（つば形状の突出部）と、上記リムフランジ部２３に沿いリムフランジ部２３と一体をなす環状の壁部４２とを有している。

上記つば部４１の車体側の側面は、中心軸線Ｌに向かうにしたがってディスク１０に近づく傾斜面４１a（テーパ面；円錐面）となっている。上記壁部４２の車体側の側面はホイール１の中心軸線Ｌと直交する環状の平坦面４２aとなっており、上記傾斜面４１aに連なっている。

整流部４０のホイール径方向の幅a及び傾斜面４１aの角度ｂは、床下流の一部剥離（開口部３からの回り込み）を抑制しつつホイール１内にブレーキ装置３０の冷却に必要な空気の流量を確保するように設定される。幅ａは５０ｍｍ〜８０ｍｍが好ましく、傾斜面４１aの傾斜角度ｂは５〜１５°が好ましい。５°未満であるとブレーキ装置３０への冷却空気の流量を確保しにくくなるからである。１５°を超えると、冷却空気の流量を確保できるものの、空気抵抗が増大して整流部４０の効果が減じられるからである。

本実施形態では、ホイール１と整流部４０とが一体に構成されており、ホイール１の鋳造後にフローフォーミングおよび機械加工を施すことにより、ホイール１に整流部４０が成形される。

以下に、上記ホイール１の作用を説明する。
図１で矢印Ａで示すように、車両走行中に床下流は、ホイール１の前部において壁部４２の平坦面４２ａ及びこれに連なるつば部４１の傾斜面４１ａにより整流されるため、剥離が抑制され、ひいては渦の発生が抑制されるので、空気抵抗が減じられる。また、床下流Ａが整流されて、後方に流れるので、ホイール１の後方のリム２０の内壁面に衝突することが抑制され、この衝突に起因した空気抵抗も低減される。

床下流Ａの一部は、傾斜面４１ａによりホイール１の内部に導かれてブレーキ装置３０を冷却し、ディスク１０の飾り穴１５からホイール１の外に出て、ホイール１の外側を流れる側面流Ｂに合流する。

上記整流部４０はリム２０の車体側に配置され、外部から見えにくい。また、空気抵抗を減じるためにディスク１０の飾り穴１５の開口面積を小さくする等の変更をせずに済む。そのため、ホイールの意匠性は損なわれない。

以下、本発明の他の実施形態について図面を参照しながら説明する。これら実施形態において、先行する実施形態に対応する構成部には同番号を付してその詳細な説明を省略する。

図３に示す第２実施形態では、整流部４０Ａが、リム２０と別体をなす環状部材４９により構成されている。この環状部材４９は、傾斜面４１ａを有するつば部４１と、平坦面４２ａを有する壁部４２と、つば部４１と壁部４２の境部近傍からホイール軸方向外側に突出する取付部４３とを有している。この取付部４３は周方向に間隔をおいて複数形成されている。取付部４３の先端部のホイール径方向外側には突起４３ａが形成されている。上記環状部材４９をリム２０に押し込むと、上記取付部４３が弾性変形し、突起４３ａがビードシート部２２を乗り越える。さらに環状部材４９を押し込むと、上記突起４３ａがビードシート部２２に隣接してリム２０の内周面に形成された環状のノッチ２４に嵌り、取付部４３が弾性復帰する。

上記環状部材４９の取付状態において、上記つば部４１はビードシート部２２からホイール径方向内側に突出し、壁部４２はリムフランジ部２３の車体側の側面に接し、その平坦面４２ａは、リムフランジ部２３の外周縁の車体側の側面２３ａと面一をなしている。
車両走行中における整流部４０Ａの作用は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

図４に示す第３実施形態では、リム２０の車体側の端に環状の整流部５０が形成されている。この整流部５０は、断面三角形をなしてビードシート部２２からホイール１の径方向内側に突出する環状の突出部５１と、リムフランジ部２３の車体側に配置されてリムフランジ部２３と一体をなす壁部５２とを有している。

図４に示すように、突出部５１は、ディスク１０から遠い環状の第１の傾斜面５１ａ（テーパ面；円錐面）とディスク１０に近い環状の第２の傾斜面５１ｂ（テーパ面；円錐面）を有している。第１の傾斜面５１ａは、第１、第２実施形態の傾斜面４１ａと同様に、ホイール１の中心軸線Ｌに向かうにしたがってディスク１０に近づくように傾斜している。第２の傾斜面５１ｂは、ホイール１の中心軸線Ｌに向かうにしたがってディスク１０から遠ざかるように傾斜している。
第１の傾斜面５１ａと第２の傾斜面５１ｂの断面輪郭は、直線であってもよいし曲線であってもよい。
上記傾斜面５１ａ，５１ｂが交差することにより環状の頂部５１ｃが形成されている。頂部５１ｃの断面輪郭は、尖っていてもよいが、曲率半径が比較的小さな凸曲線になるのが好ましい。
上記壁部５２の車体側は、ホイール中心軸線と直交する平坦面５２ａとなっていて、上記傾斜面５１ａに連なっている。

図４に矢印Ａで示すように、床下流はホイール１の前部において平坦面５２ａ、傾斜面５１ａに整流される点、床下流の一部が傾斜面５１ａに導かれてブレーキ装置３０を冷却する点は、第１、第２実施形態と同様である。

第３実施形態では、さらに次の作用効果を発揮することができる。ホイール１の後部において、床下流Ａがリム２０の内壁面に衝突する際、突出部５１の頂部５１ｃから傾斜面５１ａと傾斜面５１ｂとに分かれて流れる。傾斜面５１ａを流れる気流は平坦面５２ａにより整流されて後方に流れる。傾斜面５１ｂを流れる気流はホイール１の内部に導かれて、ブレーキ装置３０を冷却し、ディスク１０の飾り穴１５からホイール１の外に出て、ホイール１の外側を流れる側面流に合流する。

上記のように床下流の一部が分流され傾斜面５１ａ，５１ｂに沿って円滑に流れるので、空気抵抗を低減させることができる。
第３実施形態でも、傾斜面５１ａの傾斜角度は第１、第２実施形態と同様に５〜１５°が最も好ましいが、より大きな傾斜角度であっても採用可能である。上記分流効果による空気抵抗の減少が、傾斜角度の増大に伴う空気抵抗の増加の一部を相殺するからである。

図５に示す第４実施形態では、第１の傾斜面５１ａの断面形状の輪郭が凸曲線をなしており、リムフランジ部２３の車体側の傾斜した側面２３ａに滑らかに連なっている。

図６に示す第５実施形態では、整流部５０Ａの突出部５１が、リム２０と別体をなす環状部材５５とキャップ５６により構成されている。この環状部材５５は、断面略山形をなし、環状の溝５５ａと、この溝５５ａの底面に周方向に間隔をおいて形成されたねじ挿通孔５５ｂを有している。このねじ挿通孔５５ｂに挿通されたねじ５７をリム２０のビードシート部２２の内周面に形成されたねじ孔２２ａにねじ込むことにより、環状部材５５はビードシート部２２に固定されている。

上記キャップ５６は、半割された環状をなし、横断面が折れ曲げられた形状を有している。キャップ５６を上記環状部材５５の頂部に固定することにより、上記溝５５ａが塞がれている。
上記環状部材５５とキャップ５６に、第１及び第２の傾斜面５１ａ，５１ｂが形成され、キャップ５６に頂部５１ｃが形成されている。第１の傾斜面５１ａは、リムフランジ部２３の車体側の側面２３ａに連なっている。
上記溝５５ａの代わりに、ボルト穴位置にボルト頭より径が大きい座グリ穴を設けてもよい。この場合、キャップ５６は座グリ穴ごとに設置される。

図７に示す第６実施形態では、整流部５０Ｂの突出部５１がリム２０と別体をなす環状部材５８により構成されている。この環状部材５８は、第１及び第２の傾斜面５１ａ，５１ｂと、頂部５１ｃを有している。環状部材５８の内周面には環状の浅い凹部５８ａが形成されており、この凹部５８ａに充填された接着剤５９により、環状部材５８がビードシート部２２の内周面に固定されている。
上記凹部５８ａは周方向に連続的に形成されていてもよいし、断続的に形成されていてもよい。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において各種の変形例を採用することができる。
上記第１、第２実施形態において整流部は、平坦面を有する壁部を有するが、この壁部は無くてもよい。その場合、つば部の傾斜面がリムフランジ部の側面に連なる。

本発明は、空気抵抗の低減とブレーキ装置の冷却を要求される車両用ホイールに適用可能である。

Claims

ディスク（１０）とリム（２０）を備え、ブレーキ装置（３０）を内蔵した車両用ホイールにおいて、
上記リム（２０）における上記ディスク（１０）の反対側の端に、環状の整流部（４０；４０Ａ；５０）が設けられ、
上記整流部は、上記リム（２０）のビードシート部（２２）から上記ホイールの径方向内側に突出する環状の突出部（４１；５１）を有し、この突出部は、上記ディスク（１０）の反対側において、上記ホイールの中心軸線に向かうにしたがって上記ディスクに近づくように傾斜した環状の傾斜面（４１ａ；５１ａ）を有し、
上記整流部（４０；４０Ａ；５０）は、上記リム（２０）のリムフランジ部（２３）に沿う環状の壁部（４２；５２）を有し、この壁部における上記ディスク（１０）の反対側の側面（４２ａ；５２ａ）が、上記ホイールの中心軸線（Ｌ）と直交する平坦面をなし、上記傾斜面（４１ａ；５１ａ）に連なっていることを特徴とする車両用ホイール。
ディスク（１０）とリム（２０）を備え、ブレーキ装置（３０）を内蔵した車両用ホイールにおいて、
上記リム（２０）における上記ディスク（１０）の反対側の端に、環状の整流部（４０；４０Ａ；５０）が設けられ、
上記整流部は、上記リム（２０）のビードシート部（２２）から上記ホイールの径方向内側に突出する環状の突出部（４１；５１）を有し、この突出部は、上記ディスク（１０）の反対側において、上記ホイールの中心軸線に向かうにしたがって上記ディスクに近づくように傾斜した環状の傾斜面（４１ａ；５１ａ）を有し、
上記傾斜面（４１ａ；５１ａ）は、上記ホイールの中心軸線（Ｌ）と直交する平面に対して、５〜１５°傾斜していることを特徴とする車両用ホイール。
上記傾斜面（４１ａ；５１ａ）は、上記ホイールの中心軸線（Ｌ）と直交する平面に対して、５〜１５°傾斜し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。
上記整流部（４０；４０Ａ）の突出部（４１）は、環状のつば形状をなしていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用ホイール。
ディスク（１０）とリム（２０）を備え、ブレーキ装置（３０）を内蔵した車両用ホイールにおいて、
上記リム（２０）における上記ディスク（１０）の反対側の端に、環状の整流部（５０；５０Ａ；５０Ｂ）が設けられ、
上記整流部は、上記リム（２０）のビードシート部（２２）から上記ホイールの径方向内側に突出する環状の突出部（５１）を有し、この突出部は、上記ディスク（１０）の反対側において、上記ホイールの中心軸線に向かうにしたがって上記ディスクに近づくように傾斜した環状の傾斜面（５１ａ）を有し、
上記突出部（５１）の上記傾斜面（５１ａ）が第１の傾斜面として提供され、
さらに上記突出部は上記ディスク（１０）側を向く環状の第２の傾斜面（５１ｂ）を有し、この第２の傾斜面は、上記ホイールの中心軸線に向かうにしたがって上記ディスクから遠ざかるように傾斜し、
上記第１及び第２の傾斜面（５１ａ，５１ｂ）の交差により、環状をなす頂部（５１ｃ）が形成されていることを特徴とする車両用ホイール。
上記突出部（５１）の上記傾斜面（５１ａ）が第１の傾斜面として提供され、
さらに上記突出部は上記ディスク（１０）側を向く環状の第２の傾斜面（５１ｂ）を有し、この第２の傾斜面は、上記ホイールの中心軸線に向かうにしたがって上記ディスクから遠ざかるように傾斜し、
上記第１及び第２の傾斜面（５１ａ，５１ｂ）の交差により、環状をなす頂部（５１ｃ）が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用ホイール。
上記整流部（４０；５０）が上記リム（２０）と一体をなしていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の車両用ホイール。
上記整流部（４０Ａ；５０Ａ；５０Ｂ）が上記リム（２０）と別体をなし、上記リムに取り付けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の車両用ホイール。
上記整流部（４０Ａ）は上記リム（２０）と別体をなす環状部材（４９）により構成され、この環状部材（４９）は、上記突出部（４１）と、上記壁部（４２）と、上記突出部と上記壁部の境からホイール軸方向に突出する取付部（４３）とを一体に有し、この取付部が上記ビードシート部（２２）の内周に嵌め込まれることを特徴とする請求項１に記載の車両用ホイール。