Vehicle wheel

本発明は、リムを備える車両ホイールに関し、そのリムに、旋回軸周りで旋回可能に配置されたプレート形状の複数のカバー部材が、割り当てられたリム側面の開口部の一時的な閉鎖のために設けられている車両ホイールであって、各カバー部材は、戻し部材の力に反する遠心力によって旋回軸に沿って並進可能であり、かつ並進を強制的に案内する連結部材によりリムと連結されて、カバー部材が径方向内側の開放位置と径方向外側の閉鎖位置との間で旋回可能なようになっている車両ホイールに関するものである。

近年のリム設計においては、様々な、一部は互いに相反する要求事項が課されている。 製造を容易にするためにリム外形を単純なものとするほか、必要に応じてブレーキディスクを適切に空気流によって冷却することができるよう、できるだけリムの通気性を高くすることが重要な要求である。 さらに、ブレーキディスクの残留熱に関して、停止状態で空気流が無くとも熱が運び去られ得るようにしなければならない。 こうしたことから、できるだけ「開放的な」リム構造となるようにされる。

しかしながら、空気力学的な観点からは、リム開口部によって生じる乱気流をできるだけ防止するために、リムはなるべく閉じていなければならない。 通常の走行状態においては、車両の底面エリアには超過圧が保たれており、この超過圧は空気がリムの隙間空間を通って押圧されるように働く。 リムが閉じたディスクとなっている場合には、車両の空気抵抗の計算に要因として組み入れられるＣｗ値は改善され得る。

一方では熱的な観点、他方では空気力学的な観点により事実上互いに矛盾する要求事項を満たすために、従来では、旋回可能に配置された可動式プレート状カバー部材によって、リム側面の開口部を必要に応じて開いたり閉じたりすることが知られている。 こうした構成においては、プレート形状のカバー部材は多くの場合旋回可能に配置され、旋回軸に沿って車輪径方向に動くことができるようになっている。 リムに対して、カバー部材はさらにそれぞれ強制的な案内を行う連結部材を介して接続されている。 ホイール回転数が増大するにつれて、カバー部材に作用する遠心力はますます強くなり、そのためカバー部材は、カバー部材にそれぞれ割り当てられた開口部が開いている径方向内側の位置から径方向外側へ向かい、この遠心力に基づく径方向運動が、連結部材を介した強制案内により、カバー部材を開放状態から閉鎖状態へと旋回させる。 この径方向の動きは、戻し部材（通常はバネ）の力に反して行われ、このバネは各カバー部材をそれぞれ径方向内側へ押しつけるが、高い遠心力のために押し負かされる。 ホイール回転数が低下すると、動きが逆になってカバー部材が開く。 これは、遠心力の低下に伴ってカバー部材がその内側位置に移動する際に、強制的な案内を行う連結部材を介して戻し部材が径方向内側への作動を発生させることによって、自動的に行われるものである。

上述の形式の車両ホイールは、例えば特許文献１から知られている。 上述のホイールにおいては、温度で制御される調節部材が設けられており、走行速度が高速になってもなお径方向外側に向けて閉じているカバー部材を、ホイール内側つまりブレーキ付近の温度が冷却必須となるほど十分高くなったときに、能動的に開放することができるようになっている。 こうした温度で制御される調整部材の例としては、形状記憶合金またはバイメタル部材が挙げられ、これは十分に高い調節温度に達すると変形し、この変形によって、当該カバー部材に対して力が加えられ、高い遠心力または向心力に押し勝って、強制的な案内を行う連結部材を介してカバー部材が押し戻される。 ここで、熱によって制御される各調節部材には、相応に高い作動能力を備えていることが求められる。

これに関して改良された車両ホイールが特許文献２から知られている。 ここで、強制的な案内を行う連結部材は、リム側に取り付けられた弾性機構、および／またはカバー部材側に一体化された弾性機構であり、カバー部材が閉鎖位置から開放位置へ動くのに必要な力が限定されるようになっている。 これにより、カバー部材が開放状態になるための力がかなり低く抑えられ、一体化して備えられた、または軸受け側に設けられた弾性機構を介して必要となる力が限定されるようになる。 こうした弾力機構は、例えば、コイルバネや、ゴム製軸受けリングによって実現される。

しかしながら、冒頭に述べた技術の車両ホイールでは、ホイール回転中に、ホイールの垂直方向の動きが原因となって、結果的にカバー部材が垂直方向に動かされるという、意図しないカバー部材の動きが発生するという問題点がある。 前述したように、向心力で動かされるカバー片は、旋回軸に沿った位置の間で移動するとともに、連結部材を介して旋回する。 ここで、車両が起伏のある道路を走行すると、ホイールは弾み上がったり下がったりを繰り返す、すなわち、リムの動きが繰り返し垂直方向の運動量成分を有するようになり、カバー部材には加速力が作用する。 カバー部材は、向心力を受けて外側へと動き切って、閉鎖状態に旋回しているものと想定する。 ここで、ホイールが急速に激しく弾むと、路面近くのカバー部材はリムの縁へ向けて加速され、その位置は、既に位置している径方向外側の閉鎖位置から変化しないものと考えられる。 しかし、反対側のカバー部材は、リム内側へ向けて加速される、すなわち、径方向外側の閉鎖位置からリム内側へ向けて移動するのに十分な大きさの加速が行われ、強制的な案内を行う連結部材を介して開放状態へ連動される。 したがって、ホイールの回転速度が十分に速く、ホイールの動きが相応に激しく、高頻度であると、向心力に加速が合わさってそれぞれ振動を引き起こし、カバー部材の意図しない動きが発生してしまう。 これは旋回軸受けおよび連結部材の軸受けに大きな構造的負荷をかけるため、構造的な観点から好ましくなく、また開いたり閉じたりを繰り返すことで騒音が発生するため、音響的にも難点がある。 そして、このような作用は視覚的にも好ましくない。

そこで本発明が主眼とする課題は、ホイールの動きによって誘発されるカバー部材の動きを減少させる、あるいは防ぐようになっている車両ホイールを提供することである。

こうした課題を解決するため、本発明によれば、冒頭に述べた技術の車両ホイールにおいて、リム外側に配置された旋回軸ロッドが、液圧式、空気式、または摩擦式の振動ダンパを介してカバー部材と接続されるようになっている。

本発明に係る車両ホイールによれば、液圧式や空気式の振動ダンパが設けられ、これがリム外側に配置された旋回軸ロッド、つまりリム外側でカバー部材の旋回軸受けとなるもの、に接続される。 この振動ダンパは、速度に対抗して力を発生する部材と考えることができる、つまり、ダンパを介して接続されている部材の速度が大きくなるにつれて、それだけ一層大きな反作用力が発生する。 振動ダンパは、従来の弾性機構、例えばバネや柔軟なゴム部材やそれに類するもので実現されるもの、に比べて、部材の変形する方向に反して発生する力に関して違いがある。 なお、摩擦ダンパ、すなわち摩擦エネルギーによって振動を打ち消し、減衰・抑制させるダンパも、振動ダンパの概念に含まれる。

本発明においては、液圧式や空気式の振動ダンパ、あるいは摩擦ダンパをカバー部材に一体化することで、前述のカバー部材の意図しない動きを大幅に、ほぼ完全にまで抑えることができる。 上述の例と同様のホイールの弾みが発生したときに、路面から離れているカバー部材も、径方向外側に動いた閉鎖位置に保たれる。 ホイールのぶれにより、リム内側へ向けてかなり大きな加速力が作用し、カバー部材がリム内側へ向かって高速に加速するが、本発明に係る一体化された振動ダンパによって同じくらい大きな反力が発生するので、加速力は中和され、カバー部材は径方向外側の位置を保つのである。 振動ダンパにかかる加速度が大きくなるほど、発生する反力も大きくなる。

振動を和らげる各自の振動ダンパにより、各カバー部材が径方向外側の旋回軸ロッドの領域に維持されるので、急速で激しいぶれ運動によるカバー部材の意図しない動きを大幅に、ほぼ完全にまで抑えることができる。 発生しうる振動は、振動ダンパにより相殺されるか、または大幅に平衡化されるので、顕著なカバー部材の動きは発生しないようにされる。

当然ながら、一体化された振動ダンパは、向心力の作用による通常の径方向運動を阻害しない。 車両の加速と車輪回転数の増大につれて向心力が増加し、カバー部材は外側へと動かされる。 この外側への径方向運動は、組み込まれている振動ダンパによって妨げられることはなく、振動ダンパの慣性によって若干遅延されるのがせいぜいである。 カバー部材が内側から動くことによる遅延とそれに伴う回転数の減少についても同じことが言える。 また、この際に振動ダンパが動作しても、これらの運動が妨げられはせず、若干遅延されるのがせいぜいである。

本発明の第１の構成に係る振動ダンパとして、ピストンシリンダ方式のダンパを用いることができる。 このダンパは、液圧式や空気式のものであって、ピストンとシリンダ間の相対運動によって液圧や空気圧が操作されることを原理とするものである。 シリンダ内でのピストンの動きによって、その前方にシリンダ内の液圧作動流体や空気が押し込まれ、その一方でシリンダ内の液圧作動流体や空気の後方流による反動を生じる。 そして、効果的な振動抑制が実現される。 好適な形態では旋回軸ロッドがピストンに接続される、すなわちピストンが好ましくは旋回軸ロッドの径方向延長上に直接配置される。 シリンダの方は、旋回軸ロッドが回転軸受けされながらも径方向には位置固定されるように、カバー部材に設けられ、カバー部材の位置変動が必然的にシリンダ内でのピストンの移動を引き起こすようにされる。

原理的には、旋回軸ロッドをシリンダに連結するという逆の構成も考えられ、これはつまるところピストンがカバー部材に連結される一方で、シリンダが径方向に位置固定されるということである。 この場合でも同様の効果がある。

ピストンシリンダ方式のダンパを用いるのに代えて、振動ダンパとして回転ダンパを用いてもよい。 この場合においても、運動に応じた液圧作動流体や空気の押し込みによる振動抑制が発生するが、ピストンシリンダ方式のダンパの場合のような直線運動ではなく、回転体がケース内で転動する回転運動が発生し、回転体により液圧作動流体や空気が押し込まれる。

ここで、好適には、旋回軸ロッドが回転式ダンパの回転体に接続され、カバー部材に係る旋回軸ロッドの直線運動が、それに応じた回転体の回転運動に転向される。 回転体を内包するケースは、この場合、カバー部材に配置される。 ここで、逆の配置、すなわち回転体を収容するケースが旋回軸ロッドに接続される一方で、回転体がカバー部材に連結される、という構成も、この場合でも回転体が回転できるように適切な機械的連結が行われていれば、同様に可能である。

本発明のさらなる発展形態として、摩擦式の振動ダンパを用いる場合に、リム側および／またはカバー部材側に設けられたダンパの構成要素、特に、カバー部材側に配置されたシリンダおよびリム側に配置された旋回軸ロッドに、摩擦ライニングが備えられる、という構成とすることもできる。 用いられる摩擦式ダンパは、例えばカバー部材側の中空円筒型保持具であり、この場合でもリム側に固定された旋回軸ロッドがその中に介装され、ピストンシリンダ構造が成す連結部が第２の軸受け部となる。 保持具内および／または旋回軸ロッド周りに摩擦ライニングが設けられ、相対運動をする隣接部分のそれぞれ、またはそれらの隣接部分の一方に摩擦を発生する摩擦ライニングがさらに設けられて、共に振動減衰を行う。

本発明のさらなる利点、特徴及び詳細は、以下に説明する実施形態および図面に基づき明らかにされる。

本発明に係る車両ホイールの部分図であり、ピストンシリンダユニット形式の振動ダンパにおいてカバー部材がリム内側の開放位置にある様子を示す概略図。

図１の車両ホイールにおいて、回転中にカバー部材が径方向外側の閉鎖位置に移動した様子を示す図。

本発明に係る車両ホイールの部分図であり、摩擦式振動ダンパを備えたものを示す概略図。

図１はリム２を含む車両ホイール１の一部を示しており、このリムに対応して、ここでは詳細に図示していないが、通常ブレーキポットと、ブレーキポットに対応して取り付けられるブレーキディスクが、組立て位置に取り付けられているか、または配置されている。 リム２は複数の、通気と外観のために役立つ開口部３を備え、図示例ではこの開口部にそれぞれ１つのプレート形状のカバー部材４が配置されており、図１にはそうしたカバー部材４をひとつだけ示している。 このカバー部材４は、各開口部３の面積の大部分を閉じ、必要に応じて通気のために開くよう機能する。

そのために、カバー部材４は旋回軸５の周りをいくらかの角度、例えば５°〜１０°旋回可能である。 図１，図２の描図は、リム２を内側から見たものである。 各カバー部材の旋回軸５周りの旋回動作により、各カバー部材４は、図１の右外側のコーナー６をリム内方へ、つまり図示の平面から読者の方へと出てくるように旋回させる。 左上のコーナー７は逆に、読者から離れて、図示の平面からリム外方へと旋回する。 このことは、図１に開放状態として示されている、すなわち、ここではカバー部材４が開いた状態で示されており、この状態では右上のコーナー６が内方へ、つまり読者の方へ旋回し、その一方で左上のコーナー７は外方へ、かつ読者から離れるよう旋回している。 これにより換気スリットが形成されている。

旋回のための支持は、２つの旋回軸ロッド８、９によって実施されており、旋回軸ロッド８は、保持具１０に収容されており、この保持具は各カバー部材の内側に組み込まれて配置されている一方、第２の、径方向外側の旋回軸ロッド９は、後述するように、液圧式や空気式の振動ダンパ１１に連結されている。 ２つの旋回軸ロッド８、９は、リム２に対しては、図示しない対応する収容具によって定位置に固定されている。

径方向外側の旋回軸ロッド９には、各カバー部材４が外周側へと移動するときの動きに対向するバネ部材１２が配置されており、このバネ部材１２は、ホイール回転時に向心力によりカバー部材４が外周側へ移動した場合に、復元力をかけるために作用する。

さらに、連結部材１３が、ここでは剛性が高いロッド１４の形で備えられ、このロッドはリム２およびカバー部材４の領域でそれぞれ玉継ぎ手１５、１６によって支持されており、したがってこのロッドは玉継ぎ手１５、１６によってリム２またはカバー部材４に対して相対移動可能に支持されている。

さらに、ここでは大まかにしか示していないが、好ましくは熱で制御される調節部材２０が設けられており、この調節部材は例えばバイメタルによるアクチュエータや、形状記憶合金によるアクチュエータや、膨縮体作動部材とすることができる。 この調節部材２０は、車両ホイール１に設けられるか、または車両ホイールと連携している。 この調節部材２０は、リムやブレーキポットに取り付けられてもよい。 この調節部材１７により、図中に示されたカバー部材の内方に、局部的に押圧がかけられる。 この押圧は、温度次第で換気が必要な場合に、カバー部材が閉鎖状態から開放状態へ移行するように、つまり旋回軸５の周りを旋回するように作用する。

上述したように、旋回軸ロッド９は、液圧式や空気式の振動ダンパ１１に連結される。 この振動ダンパ１１は、ピストンシリンダ方式のダンパ１７として構成されており、これに備えられたシリンダ１８が、図示の例ではカバー部材４の内周側に固定して配置されているとともに、ピストン１９がこのシリンダ１８内で移動するようになっている。 ピストン１９は旋回軸ロッド９へ直接的に接続されている、つまり、旋回軸ロッド９がいわばピストン棒を成している。 そのため、旋回軸ロッド９は、密封されたシリンダ１８の入口と嵌まり合うようになっている。 シリンダ１８は、ダンパの様式に応じた充填がされており、液圧式ダンパとして作動する場合には液圧作動流体が、空気式ダンパとして作動する場合には空気が充填されている。 ここで、カバー部材４を旋回可能にするために、シリンダ１８がピストンに対して相対的にねじれ可能に結合されることで、第２の軸受け部が実装されることになる。

振動ダンパは、運動エネルギーを熱エネルギーに変換する役割を果たし、これに作用を及ぼす運動エネルギーが大きいほど、大きな抑制力を発生する。 例えば典型的な液圧式の作動ダンパの作動原理は、シリンダに対するピストンの軸方向運動により、液圧作動流体、例えばオイルが狭い流路や弁を通じて流動することによる。 オイルの受ける抵抗が圧力差を生じ、作用面に抑制力が発生する。 これにより、減衰作用が生じる一方で、液圧作動流体の加熱が誘発される。 抑制・減衰の度合いはつまるところ液圧作動流体の粘性に依存する。 こうした空気式や液圧式の振動ダンパの機能性はよく知られているところである。 ここで、本発明においては、こうした振動ダンパの減衰特性が、好ましくない振動やカバー部材の動きを抑制するために用いられる。

図１は、静止状態または非常に低回転時の車両ホイールを示している。 カバー部材４には向心力がまったくかからないか、かかっても低度であり、カバー部材は開放状態のままである。

車両ホイールの回転数が上昇すると、つまり各ホイールが装着されている自動車が加速すると、図１にＦ _ｚで示されているように、作用する向心力が増大する。 これにより個々のカバー部材４が旋回軸５に沿って径方向に、数ミリメートルから数センチメートルだけ放射状に径方向移動するように設計されている。 剛性が高い連結部材１３によってリム２とカバー部材４の間が連結されていることにより、この放射状の径方向移動の際、径方向運動の一部に伴って旋回運動が発生し、この旋回運動が各カバー部材４を閉鎖状態となるよう強制する。 したがって、連結部材１３は、開放状態から閉鎖状態への強制移行を生じさせる。 図２を参照すると、これにより、カバー部材４が径方向において幾分か外周側になって、内周側の旋回軸ロッド８が幾分か保持具１０から突出する一方、ピストン１９はシリンダ１８内へ押し込まれる。 こうした動きの間、ピストンの動きにより、シリンダ室内の液圧作動流体や空気は、ピストンを越えた領域へ押し出される。 向心力に起因する動きは若干遅延されるだけであり、いずれにしろ比較的緩やかにかつ継続的に加速していく限り、こうした径方向の動きは比較的緩やかに、継続的に行われる。

図２に示す閉鎖状態において、右のコーナー６および左のコーナー７は、それぞれ内方へ旋回した、つまり図示の平面内に横たわった位置にあり、開口部３は閉鎖されている。 径方向運動の結果、バネ部材１２も圧縮され、これが復元力をカバー部材４に及ぼす。 ここで、車両が減速し、再び回転数が低下して、向心力Ｆ _ｚが復元力を再度下回った場合には、この復元力によって各カバー部材４は再び開くことができる。 このとき、シリンダ１８がカバー部材４と共に内周側へ移動するので、シリンダ１８内でのピストン１９の動きについて見ると、図２の押し込まれた位置から、図１に示す外方の位置へと動く。 液圧作動流体または気体がシリンダ室から別の場所へと流れていく必要があるので、この動きも若干遅延される。 求心力はもともと緩やかに減少していくばかりであるため、この遅延はここではさして問題にならない。

一方、図２に示す状態において、カバー部材に外周側へ高い向心力が作用しているとき、車両ホイール１が急速に激しく弾むと、振動ダンパ１１が作動する。 ここでは図示のカバー部材がホイールの垂直上方に配置されているもの、つまり旋回軸５が路面に対して垂直であると仮定する。 よってホイールが急激に弾むと、路面方面の加速力、すなわちカバー部材４をリム内周方向へ押圧する力が発生する。 強烈な弾みの結果として生じるこの加速力は非常に大きい、すなわちカバー部材の加速は相当なものとなる。 ここで、この力あるいは加速は、シリンダ１８をカバー部材４ともどもリム内側へと「引っ張る」ので、シリンダ１８がピストン１９から引き離される。 こうした急激な動きに追従し得るためには、液圧作動流体または気体も、シリンダ室内から他の場所へと非常に急速に流れなければならない。 しかし、実際にはそうではなく、振動ダンパの機能に応じて、流体または気体の動きはむしろ非常にゆっくりであり、これにより減衰特性がもたらされる。 すなわち、液圧作動流体または気体は急速に後方へと流れることができないため、部分的には極度に高い力や強い加速がリム内側に向けて一時的に与えられたとしても、機構はそれに追従することができない。 加速またはそれによって生じる運動エネルギーは、流体や気体を加熱する熱エネルギーに変換される。 そのため、カバー部材４の大きな動きは阻止される。 加速がカバー部材４に作用するのも非常に短時間に過ぎず、本発明に係る一体化された振動ダンパ１１が減衰または阻止をするため、結果的にカバー部材の動きは引き起こされない。 ただし、振動ダンパを一体化してあっても、上記で説明したような、純粋に回転に起因する内周側または外周側への緩やかな動きをすることはできる、だが、例えば起伏のある路面、道路の窪み、砂利道、およびこれらに類するところを走行することで発生する、ホイールの急激な垂直方向の弾みによる加速度の急騰については抑制がなされ、各カバー部材４はその位置を維持する。

図３は、図１，図２から理解される車両ホイールよりさらに発展した本発明に係る車両ホイール１の構造を示しており、これは開口部３を有するリム２と、その開口部を覆う、ここでも１つのみ示されているカバー部材４と、を備えている。 これにおいても（他と同様に、図示はしないが）、旋回軸５周りの旋回運動は旋回軸ロッド８，９を旋回軸受けすることで実現されている。 ここでも、旋回軸ロッド８はカバー部材側の保持具１０に介装されている。 そしてここでも、振動ダンパ１１により第２の軸受け部が実装されている、ただし、この振動ダンパとしては摩擦式のダンパが用いられており、以下に説明する構造と機能を備えている。 ここでのカバー部材の機能と動きは、基本的には上記の説明と同様である。

振動ダンパは、カバー部材に固定された中空円筒状の保持具２１と、その中に介装された旋回軸ロッド９を備えている。 リムやリム側に固定された旋回軸ロッド９に対するカバー部材４の相対運動により、旋回軸ロッド９自体は保持具２１の内方へも外方へも動く。 保持具２１の内側には、摩擦ライニング２２が備えられている。 あるいは旋回軸ロッド９の外側面上に備えてもよい。 ここで、旋回軸ロッド９がこの摩擦ライニング上を動く相対運動により、摩擦およびエネルギー変換が発生する。 これにより、振動の減衰が行われる。 図示のような、旋回軸ロッドと協働する摩擦式ダンパを備えた構成に代えて、連結部材１３に振動ダンパを接続してもよい。

図示のピストンシリンダ方式のダンパの代わりとして、例えば回転式の振動ダンパを用いてもよい。 この場合、押し込みの原理についても、軸方向運動ではなく、回転運動に起因するものとなる。 ただし、その働きは同様である。

本発明に係る一体型振動ダンパを用いることは、路面状態によりホイールやカバー部材に大きな加速が生じる場合に有用というだけではない。 例えば向心力によりカバー部材がぎりぎり径方向外側の閉鎖位置に移動するとき、つまり向心力がぎりぎりバネ部材１２に押し勝る程度の場合にも有用である。 このとき、振動ダンパ１７も、「作動」する前に、場合によってはいくらか遅延されながらも移動をする。 カバー部材４は、向心力が非常に大きくないと安定した状態にならない。 それどころか、わずかにでも走行速度が変化すると、向心力がまたいくらか低下してしまい、圧縮されたバネ部材がカバー部材を内周側へ再び押し戻しかねない。 しかしここでは、一体型振動ダンパによってこの戻し動作が阻止され、そうでなくとも大幅に遅延される。 すなわち、向心力が一時的に低下しても直ちにはいわば不安定な瞬間とはならず、振動ダンパが反抗動作してカバー部材４を閉鎖位置に動かす。 向心力の一時的な変化は、こうして振動ダンパによって平衡化され、カバー部材はその外周側の位置を保つ。 向心力が長めに低いままで、バネ部材がこれに押し勝れるようになって初めて、カバー部材４が緩やかに内側へと移動していく。