JP6561935B2

JP6561935B2 - ディスクホイール

Info

Publication number: JP6561935B2
Application number: JP2016152159A
Authority: JP
Inventors: 昭尋楢崎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-08-02
Filing date: 2016-08-02
Publication date: 2019-08-21
Anticipated expiration: 2036-08-02
Also published as: JP2018020640A

Description

本発明は、ディスクホイールに関する。

タイヤ／ホイール組立体において、車両走行時にホイールの側面に沿って走行風を流すことによって、車両の空気抵抗を低下させることが図られている。

例えば、タイヤ／ホイール組立体のうち、タイヤのサイド部にタイヤ凹部を形成すると共に、ディスクホイールのスポークにホイール凸部を設けることによって、タイヤ凹部及びホイール凸部によって形成された乱流によってタイヤ／ホイール組立体の側面を流れる空気流を側面付近に止めることを可能とするものが提案されている（特許文献１参照）。このようにタイヤ／ホイール組立体の側面を流れる空気流の剥離を抑制することによって、車両の空気抵抗を抑制することが記載されている。

特開２０１３−７１６６０号公報

ところで、ホイールの内側には、ディスクブレーキ装置が配設されている。このため、ディスクホイールのディスク部においてスポーク間に形成された開口部を介してディスクホイールの内部から外部（車幅方向外側）に流れる空気流によってディスクブレーキ装置を冷却することが図られている。

したがって、ディスクホイール周辺の空気流れを考慮する場合には、空気抵抗の抑制と共に、ディスクブレーキ装置の冷却性能の確保という点も重要になる。上記従来技術は、この点において改善の余地がある。

本発明は上記事実を考慮し、ディスクブレーキ装置に対する冷却性能を向上させると共に、空気抵抗の増加を抑制したディスクホイールを得ることを目的とする。

請求項１に記載の発明に係るディスクホイールは、外周面にタイヤが取り付けられる略円筒状のリム部と、前記リム部の軸方向一端側に位置するディスク部と、を有し、前記ディスク部は、前記ディスク部の回転中心に位置するハブ取付部と、前記ハブ取付部から前記リム部まで延在し、前記ディスク部の前記軸方向一端側と軸方向他端側とを連通する開口部を挟んで周方向に所定の間隔で形成された複数のスポークと、前記スポークの周方向の少なくとも一方側の端部に、前記スポークの前記軸方向一端側の表面から前記軸方向一端側に突出すると共に前記スポークに沿って延在し、周方向の開口部側が周方向の前記開口部側と反対側よりも高く形成された突起部と、を備えている。

請求項１に記載の発明では、ディスクホイールのリム部の軸方向一端側に位置するディスク部には、回転中心に位置するハブ取付部からリム部まで延在する複数のスポークが形成されている。また、ディスク部の周方向において隣接するスポーク間にはディスク部の軸方向一端側と軸方向他端側とを連通する開口部が形成されている。このスポークには、周方向の少なくとも一方側の端部に軸方向一端側の表面から軸方向一端側に突出形成された突起部が形成されている。また、この突起部は、周方向の開口部側が周方向の開口部側と反対側よりも高く形成されている。

なお、突起部が形成されるスポークの周方向端部とは、後述するブレーキ冷却性能を向上可能な位置であれば、スポークにおいて周方向端部から周方向に所定距離離間した位置を含むものである。

このディスクホイールの軸方向一端側を車幅方向外側に位置させると共に、車両前進時にタイヤ回転方向前方側に突起部が位置するように、ディスクホイールを車両に装着する。この場合には、車両走行（前進）時に、突起部のタイヤ回転方向後方側（周方向における開口部側と反対側）に低圧渦が発生する。これにより、ディスク部において当該スポークのタイヤ回転方向前方側に位置する開口部から車幅方向外側に流れ出る空気流（以下、「ブレーキ冷却風」という場合がある）の風速（風量）が増大される。したがって、ディスクホイールの内部に配設されているディスクブレーキ装置の冷却性能が向上する。

また、突起部は、周方向の開口部側が開口部と反対側よりも突出量が高く形成されているため、低圧渦がスポークの車幅方向外側表面に一層近く形成される。したがって、低圧渦によって開口部から車幅方向外側に引き出されたブレーキ冷却風がスポークの車幅方向外側表面に沿って車両後方に流れ、ディスク部（スポーク）に沿って流れる走行風との衝突が抑制される。すなわち、ブレーキ冷却性能の増加による車両の空気抵抗の増加が抑制される。

このディスクホイールの軸方向一端側を車幅方向外側に位置させると共に、車車両前進時にタイヤ回転方向後方側に突起部が位置するように、ディスクホイールを車両に装着することも考えられる。この場合には、車両走行（前進）時に、スポークの車幅方向外側表面に沿って流れる走行風が突起部と衝突して、車幅方向外側に向きを変更される。これにより、ディスク部において当該スポークのタイヤ回転方向後方側に位置する開口部から車幅方向内側に走行風が流れ込むことを抑制され、タイヤ回転後方側の開口部から車幅方向外側に流れ出るブレーキ冷却風との衝突が抑制される。これにより、車両の空気抵抗の増加が抑制される。

特に、突起部は、周方向の開口部側が開口部と反対側よりも突出量が高く形成されているため、走行風と突起部との衝突角度が小さくなり、走行風と突起部との衝突による車両の空気抵抗の増加が一層抑制される。

また、ブレーキ冷却風と走行風との衝突が抑制されることにより、タイヤ回転方向後方側の開口部から車幅方向外側に流れ出るブレーキ冷却風の風速（風量）が増大される。したがって、ディスクホイールの内部に配設されているディスクブレーキ装置の冷却性能が向上する。

このように、タイヤ回転方向の前方側又は後方側のいずれかに突起部が形成されている場合でも、ブレーキ冷却性能を向上させると共に、車両の空気抵抗の増加が抑制される。

以上説明したように、本発明に係るディスクホイールでは、ブレーキの冷却性能を向上させる共に、空気抵抗の増加を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係るディスクホイールを示す斜視図である。本発明の第１実施形態に係る突起部を示す斜視図である。本発明の第１実施形態に係るディスクホイールにタイヤが装着されて車両に取り付けられた状態を示す車両側面図である。図３のＡ−Ａ線断面図である。比較例に係るディスクホイールにタイヤが装着されて車両に取り付けられた状態を示す車両側面図である。図５のＢ−Ｂ線断面図である。本発明の第２実施形態に係るディスクホイールを示す斜視図である。本発明の第３実施形態に係るディスクホイールを示す斜視図である。

＜第１実施形態＞
以下、図１〜図４に基づいて本発明の第１実施形態に係るディスクホイール１０について説明する。なお、各図に適宜記す矢印ＦＲ、矢印ＵＰ、矢印ＯＵＴは、それぞれ車両前方、車両上方向、車幅方向外側を示している。

（構成）
図１に示されるように、ディスクホイール１０は、空気入りタイヤが取り付けられる略円筒状のリム部１２と、リム部１２の軸方向一端部に設けられたディスク部１４とを備えている。

ディスク部１４は、回転中心に設けられたハブ取付部１６と、ハブ取付部１６からリム部１２に向かって径方向に延在するスポーク１８と、を備えている。

スポーク１８は、軸方向（車両側面）視で、周方向に一定間隔をおいて複数形成されている。すなわち、スポーク１８は、ディスク部１４の回転中心軸に対して軸対称に形成されている。また、周方向で隣接するスポーク１８間には、ディスク部１４の軸方向一端側と他端側とを連通する略扇形の開口部２０が複数形成されている。例えば、図１に示されるように、５本のスポーク１８と５個の開口部２０がそれぞれ周方向に等間隔で形成されている。

スポーク１８は、周方向の中央部分に、径方向に延在する凹部２２が形成されている。また、スポーク１８の周方向の両端部には、径方向に延在する一対の突起部２４が形成されている。

突起部２４は、図１に示されるように、開口部２０に沿ってハブ取付部１６からリム部１２まで延在し、スポーク１８の軸方向一端側の外側表面２６から軸方向一端側に突出形成されている。突起部２４は、図２に示されるように、周方向において開口部側と反対（凹部２２）側（矢印Ｃ１方向）の中央側端部２８から開口部側（矢印Ｃ２方向）の開口部側端部３０に向かって車幅方向高さ（突出量）が増加するように形成されている。すなわち、突起部２４の上部には、周方向において開口部と反対側から開口部側に向かって車幅方向高さ（突出量）が増加する傾斜面３６が形成されている。

また、突起部２４は、図２に示されるように、スポーク１８の径方向内側（矢印Ｒ１方向）のハブ取付部１６側（径方向内側端部３２）から径方向外側（矢印Ｒ２方向）のリム部１２側（径方向外側端部３４）まで延在し、径方向内側から径方向外側に向かって高さが漸減するように形成されている。

さらに中央側端部２８と開口部側端部３０の高さの差が、径方向内側から径方向外側に向かって漸減するように形成されている。すなわち、径方向内側端部３２における開口部側端部３０の高さＨ１から中央側端部２８の高さＨ２を引いた差分（Ｈ１-Ｈ２）は、径方向外側端部３４における開口部側端部３０の高さＨ３から中央側端部２８の高さＨ４を引いた差分（Ｈ３-Ｈ４）よりも大きく設定されている。

なお、突起部２４の周方向の幅は、大きいほど後述する空気抵抗が大きくなるため、可及的に狭くすることが望ましい。また、突起部２４の軸方向高さは、後述する低圧渦によるブレーキ冷却効果が増加するため高い方が望ましいが、タイヤのサイド部よりも軸方向一端側（車軸方向外側）に突出すると空気抵抗の増加が大きくなるので、タイヤのサイド部よりも軸方向一端側に突出しない高さとすることが望ましい。

図３に示されるように、ディスクホイール１０のリム部１２に空気入りタイヤ４０を取り付け、ディスク部１４が車幅方向外側に位置するように、ディスクホイール１０を車両４２に取り付ける。

このように構成されたディスクホイール１０の作用について説明する。
先ず、比較例に係るディスクホイール１００について説明する。ディスクホイール１００が車両に取り付けられた状態を図５に示し、その作用を図６に示す。

図５に示されるように、ディスクホイール１００は、ディスクホイール１０から突起部２４を除いた構造である。なお、ディスクホイール１０と同様の構成要素には同一の参照番号に１００を足した番号を付し、その詳細な説明を省略する。

また、説明の便宜のために、図６において、スポーク１１８のタイヤ回転方向（矢印Ｒ方向）前方（車両前方）側の開口部１２０を開口部１２０Ａ、タイヤ回転方向後方（車両後方）側の開口部１２０を開口部１２０Ｂという場合がある。さらに、図６において、スポーク１１８は、見やすくするために図のハッチングを省略している。

先ず、図５に示されるように、比較例に係るディスクホイール１００が装着された車両４２を所定速度で車両前方に走行させた場合、図６に示されるように、空気入りタイヤ４０のサイド部を介してディスクホイール１００の車幅方向の外側表面１２６に沿って走行風Ｗ４が流れる。

一方、空気入りタイヤ４０（ディスクホイール１００）の回転に伴ってスポーク１１８の車両前方側の開口部１２０Ａから車幅方向外側に向かってブレーキ冷却風Ｗ５が流れる。この開口部１２０Ａから車幅方向外側に流れ出るブレーキ冷却風Ｗ５がスポーク１８の外側表面２６に沿って車両前方から車両後方に流れる走行風Ｗ４と衝突し、空気抵抗が増加するという不都合があった。

同様に、スポーク１８の車両後方側の開口部１２０Ｂから車幅方向外側に流れるブレーキ冷却風Ｗ６が、開口部１２０Ｂから車幅方向内側に入ろうとする走行風Ｗ４と衝突し、車両の空気抵抗が大きくなる。

また、走行風Ｗ４との干渉により、開口部１２０Ａ、１２０Ｂを流れるブレーキ冷却風Ｗ５、Ｗ６の流速が抑制され、ディスクホイール１０の内部に収容されている図示しないディスクブレーキ装置に対する冷却性能を高められない。

次に、ディスクホイール１０の作用について説明する。
なお、説明の便宜のために、図４において、スポーク１８のタイヤ回転方向（矢印Ｒ方向）前方（車両前方）側の突起部２４を突起部２４Ａ、タイヤ回転方向後方（車両後方）側の突起部２４を突起部２４Ｂという場合がある。また、スポーク１８のタイヤ回転方向前方（車両前方）側の開口部２０を開口部２０Ａ、タイヤ回転方向後方（車両後方）側の開口部２０を開口部２０Ｂという場合がある。さらに、スポーク１８及び突起部２４は、見やすくするために図のハッチングを省略している。

先ず、図３に示されるように、ディスクホイール１０が装着された車両４２を所定速度で車両前方に走行させた場合、図４に示されるように、空気入りタイヤ４０のサイド部を介してディスクホイール１０の車幅方向の外側表面２６に沿って走行風Ｗ１が流れる。

一方、空気入りタイヤ４０（ディスクホイール１０）の回転に伴ってスポーク１８の車両前方側の開口部２０Ａから車幅方向外側に向かってブレーキ冷却風Ｗ２が流れる。ここで、スポーク１８の開口部２０Ａ側の端部には、外側表面２６から車幅方向外側に突出されると共に、径方向に延在して形成された突起部２４Ａが形成されている。したがって、スポーク１８の外側表面２６において、突起部２４Ａのタイヤ回転方向後方（車両後方）側には低圧渦Ｖ１が形成され、開口部２０Ａから車幅方向外側に流れるブレーキ冷却風Ｗ２の流速（風量）が増加される。

また、突起部２４Ａは、スポーク１８の開口部側端部３０が中央側端部２８よりも高くなるように傾斜面３６が形成されている。これにより、突起部２４Ａのタイヤ回転方向後方側に形成される低圧渦Ｖ１が、スポーク１８の外側表面２６に一層近い位置に形成される。したがって、開口部２０Ａから車幅方向外側に流れ出るブレーキ冷却風Ｗ２は、スポーク１８（突起部２４Ａ）に沿って車両後方側へ回り込むように流れる。したがって、スポーク１８の外側表面２６に沿って流れる走行風Ｗ１とブレーキ冷却風Ｗ２との衝突が緩和される。この結果、車両の空気抵抗の増加を抑制することができる。

さらに、スポーク１８のタイヤ回転方向後方（車両後方）側の端部には、径方向に延在する突起部２４Ｂが形成されている。したがって、スポーク１８の外側表面２６に沿って車両後方側に流れる走行風Ｗ１は、図４に示されるように、車両後方側に位置する突起部２４の傾斜面３６によって車両後方側から車幅方向外側に傾斜する方向に曲げられる。これにより、走行風Ｗ１が開口部２０Ｂからディスクホイール１０の内部に進入することを抑制できる。この結果、スポーク１８のタイヤ回転方向後方（車両後方）側から車幅方向外側に流れ出るブレーキ冷却風Ｗ３が走行風Ｗ１で抑制されることが防止される。

この結果、車両後方側の開口部２０Ｂを流れるブレーキ冷却風Ｗ３の流速（風量）が上昇し、ディスクホイール１０の内部に収容されている図示しないディスクブレーキ装置に対する冷却性能が向上する。

また、突起部２４Ｂは、周方向において開口部側端部３０が中央側端部２８よりも高くなるように傾斜面３６が形成されている。したがって、走行風Ｗ１の流れ方向と突起部２４Ｂの傾斜面３６とのなす角度が小さくなり、突起部２４Ｂに走行風Ｗ１が衝突することによる車両の空気抵抗の増加を抑制することができる。

さらに、突起部２４の車幅方向高さ（突出量）は、径方向内側端部３２から径方向外側端部３４に向かって漸減するように形成されている。したがって、ディスク部１４において最も回転速度の高い径方向外側における突起部２４の高さを低くすることによって、突起部２４と走行風Ｗ１との衝突を緩和して突起部２４を設けたことによる車両の空気抵抗の増加を効果的に抑制できる。

また、ディスク部１４において最も回転速度の低い径方向内側端部３２で突起部２４の高さを最も高くすることによって、空気抵抗の増加を効率的に抑制しつつ、低圧渦Ｖ１または走行風Ｗ１の湾曲によって、開口部２０Ａ、２０Ｂを通過するブレーキ冷却風Ｗ２、Ｗ３の風速を増加させることができる。

さらに、突起部２４の中央側端部２８と開口部側端部３０との高さの差は、径方向の中央部から外周部に向かって漸減するように形成されているため、回転速度が最も高くなる外周部において、突起部２４の高さの差が最も小さくなり、突起部２４によって発生する低圧渦Ｖ１が小さくなる。この結果、開口部２０における外周部側のブレーキ冷却風Ｗ２、Ｗ３の排出が抑制され、冷却風を効率的に増加させることが困難な外周部において車両の空気抵抗が増加することを抑制できる。

さらに、ディスクホイール１０では、以下のような作用効果も奏する。
車両揺動（ローリング）時に、エアダンパとして作用する車体のホイールハウスとディスクホイール間に滞留している空気が、ブレーキ冷却風Ｗ２、Ｗ３として開口部２０Ａ、２０Ｂから効率的に排出されるため、サスペンションによる車体挙動（ローリング）の制御性が向上する。また、突起部２４によってブレーキ冷却風Ｗ２、Ｗ３と走行風Ｗ１との衝突が緩和されるため、車両側面圧力（空気抵抗）の増減が抑制される。この結果、車両の直進安定性が向上する。したがって、車両の操縦安定性が向上する。

また、スポーク１８がディスク部１４の回転中心軸に対して軸対称に形成されているため、車両の前後左右のタイヤで同一のディスクホイール１０を使用することが可能である。すなわち、車両に使用される部品の種類が増加することを抑制できる。また、空気入りタイヤの摩耗状態に応じて空気入りタイヤが装着されたディスクホイール１０を、車両の前後左右にローテーション可能となる。

なお、本実施形態ではスポーク１８の周方向両端部に突起部２４を設けたものについて説明したが、スポーク１８の周方向一端部にのみ突起部２４を設けても良い。この場合でも、突起部２４がタイヤ回転方向の前方側に位置する場合には、低圧渦の形成により、ブレーキ冷却風Ｗ２の流速が増加すると共に、空気抵抗の増加が抑制される。また、突起部２４がタイヤ回転方向の後方側に位置する場合には、突起部２４の傾斜面３６によって走行風Ｗ１が車幅方向外側に湾曲して流されることによって、走行風Ｗ１とブレーキ冷却風Ｗ３との衝突が緩和されて、ブレーキ冷却風Ｗ３の流速が増加されると共に、空気抵抗の増加が抑制される。すなわち、スポーク１８の周方向一端側にのみ突起部２４が形成されていても、ディスクブレーキ装置に対する冷却性能の向上が達成されると共に、空気抵抗の増加が抑制される。

なお、スポーク１８は、ディスク部１４の回転中心軸に対して軸対称に形成されていることが望ましいが、非対称でも同様の作用効果を奏する。

＜第２実施形態＞
第２実施形態に係るディスクホイール５０について説明する。なお、第１実施形態に係るディスクホイール１０と同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図７に示されるように、ディスクホイール５０は、ディスク部１４を構成するスポーク５４の形状が、ディスクホイール１０のスポーク１８と異なる。したがって、スポーク５４についてのみ説明する。

スポーク５４は、軸方向（車両側面）視において、５枚の略扇形形状となっており、その周方向両端部が軸方向一端側に湾曲され、径方向に延在するが突起部５６とされている。

突起部５６は、ディスク部１４の周方向端部に向かって軸方向一端側に傾斜された傾斜面５８が形成されている。なお、突起部５６（傾斜面５８）の軸方向高さ（突出量）や周方向内側と周方向外側の軸方向高さの差の関係は、ディスクホイール１０の突起部２４（傾斜面３６）と同様である。

このように、スポーク５４の周方向端部を軸方向一端側に折り曲げることによって突起部５６が形成された場合でも、第１実施形態のスポーク１８と同様の作用効果を奏することができる。

また、スポーク５４の周方向端部を軸方向一端側に折り曲げるだけで突起部５６が形成されるため、周方向の幅が径方向に沿って変化する三次元的に捩れた形状に突起部５６を形成できる。すなわち、意匠性に優れたディスクホイール５０を形成することができる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態に係るディスクホイール７０について説明する。なお、第１実施形態に係るディスクホイール１０と同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図８に示されるように、ディスクホイール７０は、第１実施形態に係るディスクホイール１０と略同様であり、開口部２０の径方向外側端部に開口部２０を部分的に閉塞する閉塞部材７２を配置したものである。

これにより、突起部２４のないディスクホイール１００と比較して、開口部２０から車幅方向外側に流出するブレーキ冷却風の流速を増加させてブレーキ冷却性能を増加させる。一方、開口部２０の径方向外側端部に閉塞部材７２を設けることによって、タイヤ回転速度が最も大きくなる径方向外側端部においてブレーキ冷却風Ｗ２、Ｗ３の排出を抑制することにより、車両の空気抵抗の増大を効率的に抑制することができる。

このように開口部２０のうち、ブレーキ冷却風Ｗ２、Ｗ３と走行風Ｗ１との干渉が大きい径方向外側端部を閉塞部材７２で閉塞することにより、空気抵抗を低減させると共にブレーキ冷却性能の低下を防止できる。

なお、第１、第３実施形態においては、スポーク１８と突起部２４とが一体形成されていても良いし、別体として製造され、接合されたものであっても良い。

また、突起部２４、５６は、スポーク１８の周方向端部に形成されているが、この「周方向端部」には、突起部２４、５６のタイヤ回転方向後方に形成される低圧渦による冷却風排出効果又は突起部２４、５６の傾斜面３６、５８によるブレーキ冷却風Ｗ３と走行風Ｗ１との干渉抑制による空気抵抗の増加抑制効果を奏する範囲であれば、周方向において端部から所定距離離間したものを含む。

さらに、ディスクホイール１０、５０、７０は、リム部１２とディスク部１４が一体形成されたものとして説明したが、別体として形成され接合されたものでも良い。

１０、５０、７０ディスクホイール
１２リム部
１４ディスク部
１８、５４スポーク
２０開口部
２４、５６突起部
２６外側表面（軸方向一端側の表面）

Claims

外周面にタイヤが取り付けられる略円筒状のリム部と、
前記リム部の軸方向一端側に位置するディスク部と、
を有し、前記ディスク部は、
前記ディスク部の回転中心に位置するハブ取付部と、
前記ハブ取付部から前記リム部まで延在し、前記ディスク部の前記軸方向一端側と軸方向他端側とを連通する開口部を挟んで周方向に所定の間隔で形成された複数のスポークと、
前記スポークの周方向の少なくとも一方側の端部に、前記スポークの前記軸方向一端側の表面から前記軸方向一端側に突出すると共に前記スポークに沿って延在し、周方向の開口部側が周方向の前記開口部側と反対側よりも高く形成された突起部と、
を備えたディスクホイール。