(57)【要約】【課題】走行時の空気抵抗を低減する車両の空気抵抗低減部材の提供。【解決手段】車両の走行につれて回動する駆動部材５２、６０に対して取り付けられる取付部２１と、取付部２１に独立して自由回転可能に、当該取付部２１に支持され、車両１００の走行につれて不動の不動部材８０と駆動部材５２、６０との間にある流体の運動に従って駆動部材５２、６０と同軸に同一方向に従動回転する浮動回転部２２と、を有し、浮動回転部２２の一端が不動部材８０に対向する車両の空気抵抗低減部材２０。【選択図】図２
2017132350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の走行につれて回動する駆動部材に対して取り付けられる取付部と、
前記取付部に独立して自由回転可能に、当該取付部に支持され、前記車両の走行につれて不動の不動部材と前記駆動部材との間にある流体の運動に従って前記駆動部材と同軸に同一方向に従動回転する浮動回転部と、を有し、
前記浮動回転部の一端が前記不動部材に対向する車両の空気抵抗低減部材。
【請求項２】
請求項１に記載の車両の空気抵抗低減部材であって、
前記浮動回転部は、前記取付部に支持された面側に形成された開口部を有することを特徴とする車両の空気抵抗低減部材。
【請求項３】
請求項２に記載の車両の空気抵抗低減部材であって、
前記開口部の内側と外側とを連結する連結部を有し、
前記連結部は、前記車両が前進するときに回転すると、前記流体を前記車両の幅方向外側に向けて排出する方向に傾斜していることを特徴とする車両の空気抵抗低減部材。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１つに記載の車両の空気抵抗低減部材であって、
前記取付部は、前記車両の駆動軸先端に備えられたホイールと当接するハブに取り付けられることを特徴とする車両の空気抵抗低減部材。
【請求項５】
請求項１乃至３の何れか１つに記載の車両の空気抵抗低減部材であって、
前記取付部は、前記車両の駆動軸に取り付けられることを特徴とする車両の空気抵抗低減部材。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１つに記載の車両の空気抵抗低減部材であって、
前記浮動回転部を複数有することを特徴とする車両の空気抵抗低減部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の空気抵抗低減部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の走行時の空気抵抗を低減するために、車両に備えられるホイールやタイヤの形状などを変える技術が知られている。
また、流体の抵抗を抑えるために、回転軸と同軸に回転する部材を取り付けることで動力損失を抑える構成が知られている（特許文献１等参照）。
【０００３】
しかしながら、このようなホイールやタイヤの形状は、車両の外観全体に与える影響が大きく、また操作安定性やブレーキ性能にも影響するため、大きな変更には制限がある。
一方で、ホイールの内部、特に駆動軸とホイールの間には、比較的大きな空間がありつつも、これまで空気抵抗の低減に関しては用いられてこなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１６２５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は以上のような課題に基づきなされたものであり、走行時の空気抵抗を低減する車両の空気抵抗低減部材の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明にかかる車両の空気抵抗低減部材は、車両の走行につれて回動する駆動部材に対して取り付けられる取付部と、前記取付部に独立して自由回転可能に、当該取付部に支持され、前記車両の走行につれて不動の不動部材と前記駆動部材との間にある流体の運動に従って前記駆動部材と同軸に同一方向に従動回転する浮動回転部と、を有し、前記浮動回転部の一端が前記不動部材に対向することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、走行時の空気抵抗を低減する車両の空気抵抗低減部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態としての車両の全体構成図の一例である。
【図２】図１に示した空気抵抗低減部材の構成の一例を示す断面図である。
【図３】図２に示した空気抵抗低減部材の側面図である。
【図４】図１に示した空気抵抗低減部材の動作の一例を示す模式図である。
【図５】本発明の第２の実施形態にかかる空気抵抗低減部材の構成の一例を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態にかかる空気抵抗低減部材の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の第１の実施形態として、図１に示された空気抵抗低減部材を有する車両１００について説明する。なお、図１において、車両１００の車幅方向をＹ方向、前後方向をＸ方向として、Ｘ方向とＹ方向に垂直な上下方向をＺ方向とする。
車両１００は、駆動源としてのエンジン３００と、車両１００の下部に配置されて車両１００を支持する４つのタイヤ５０と、タイヤ５０を内側から支持するホイール５１と、エンジン３００からの動力をタイヤ５０に伝えるための車軸６０と、を有している。
車両１００は、タイヤ５０又は車軸６０に摩擦を与えて摩擦制動力を生じさせる摩擦制動力発生装置たる油圧ブレーキ１０と、エンジン３００で生じた駆動力を車軸６０に伝えるためのトランスミッション４９と、を有している。
車両１００は、油圧ブレーキ１０よりも車軸６０の先端側に配置され、ホイール５１と車軸６０とを連結するハブ５２と、車軸６０の周辺に取り付けられて車両１００の振動を緩和するサスペンション８０と、を有している。
【００１０】
ここで車軸６０と、ホイール５１と、ハブ５２と、はそれぞれ車両１００の走行につれて回転駆動される駆動部材であり、サスペンション８０等は、車両１００の走行につれて不動の不動部材であるとする。
車両１００は、図２に示すように、ホイール５１の内側に取り付けられて、タイヤ５０などの駆動部材とサスペンション８０などの不動部材との間で生じる空気抵抗を低減するための空気抵抗低減部材たる抵抗低減部２０を有している。
【００１１】
エンジン３００は、燃料の燃焼エネルギーを回転の運動エネルギーとして取り出す内燃機関であり、トランスミッション４９を介して車軸６０へ動力を伝達する。
【００１２】
車軸６０は、車両１００の前後方向たるＸ方向に２つ並んで設置され、車両１００の車幅方向であるY方向に伸びた駆動軸であり、車両１００の走行につれてエンジン３００の動作によってＡ方向への回転運動を行う駆動部材である。
【００１３】
タイヤ５０は、中空のゴム製タイヤである。タイヤ５０の内部には、所定の圧力の空気が充填されている。タイヤ５０は、タイヤ５０の内周側に当接したホイール５１によって支持されている。
タイヤ５０は、タイヤ５０そのものが空気を保持することで気圧を一定に保つチューブレスタイヤであり、内周側をホイール５１が当接して塞ぐことでタイヤ５０内の空気を外部に漏らさないように形成されている。
なお、タイヤ５０は、例えば中空のチューブに空気を充填させて、タイヤ５０内に保持する所謂チューブ式タイヤであっても良い。
【００１４】
油圧ブレーキ１０は、円板状のブレーキディスク１１と、ブレーキディスク１１の少なくとも一部を囲繞するように形成されたブレーキキャリパ１２と、を有している。
油圧ブレーキ１０は、ハブ５２と一体に回転するブレーキディスク１１に対して、不動のブレーキキャリパ１２からブレーキパッドが押圧されることで、摩擦力による制動を行う制動装置である。
【００１５】
抵抗低減部２０は各タイヤ５０について２つずつ設けられ、それぞれ、ハブ５２に取り付けられる取付部たるベアリング２１と、ベアリング２１に取り付けられて、ハブ５２に対して自由に回動するように支持される浮動回転部２２と、を有している。
それぞれの抵抗低減部２０は、互いに独立して回転可能となっている。
各浮動回転部２２は、ベアリング２１が取り付けられ、Ｘ方向に平行な取付面２２ａと、取付面２２ａから立ち上がってＹ方向に平行に形成された抵抗抑制面２２ｂと、抵抗抑制面２２ｂの取付面２２ａと反対側の端部にＸ方向に平行に延びた鉤部２２ｃと、を有している。
抵抗低減部２０は、図３に示すように、取付面２２ａに形成された開口部２３と、開口部２３の外径方向の内側と外側とを連結する連結部２４と、を有している。
【００１６】
連結部２４は、車両１００がＸ方向に走行するときに回転するＡ方向に回転すると、ホイール５１内の空気を車幅方向の内側から外側へと排出する方向に、すなわち図３における−Ｙ方向へと排出する方向に傾斜している。
すなわち連結部２４が、後述するようにハブ５２に対して従動回転すると、ホイール５１内部の空気が、開口部２３を通して車両１００の外側へと排出されるから、空気抵抗を低減しながらも、油圧ブレーキ１０の冷却効果が損なわれない。また、図３に示すように、開口部２３を取付面２２ａの外径方向の内側に形成することで、より一層、車両の空気抵抗の低減と油圧ブレーキ１０の冷却効果の向上に寄与することができる。
【００１７】
本実施形態では、車両１００がかかる抵抗低減部２０を２つ備えているが、構成は同様であるため説明を省略する。なお、２つの抵抗低減部２０を区別する必要があるときには、車軸６０から外径方向に向かって離れた側を特に外側抵抗低減部２０ａ、回転中心に近い側を特に内側抵抗低減部２０ｂとする。
抵抗低減部２０は、重量を軽減する目的で、厚さ２ｍｍ〜３ｍｍ程度の高張力鋼材（ハイテン材）やアルミ合金などの金属材料や、ＰＰやＡＢＳ等の樹脂材料で形成されることが望ましい。
また、タイヤ５０に近い側の、外側抵抗低減部２０ａは、回転速度が大きいので剛性の高い金属材料が好ましく、内側抵抗低減部２０ｂは、外側抵抗低減部２０ａよりも回転速度が小さいので重量軽減のために樹脂材料が好ましい。
【００１８】
各浮動回転部２２は、ベアリング２１によって支持されるから、車両１００の走行によってホイール５１やハブ５２や車軸６０等の駆動部材が回転するときにも、直接的には回転が切り離される。
しかしながら、かかる駆動部材の回転によって、ホイール５１内部には、車両１００の走行方向がＸ方向のときB方向に流体たる空気の運動すなわち気流が生じることが知られている。かかる気流にしたがって、浮動回転部２２にも、ホイール５１やハブ５２や車軸６０等の駆動部材の回転と同軸かつ同一方向の回転運動が誘起される。
言い換えると、浮動回転部２２は、駆動部材と不動部材との間に生じる気流にしたがって、駆動部材と同軸かつ同一方向に従動回転する。
後述するように浮動回転部２２がハブ５２と同軸かつ同一方向に従動回転することで、車両１００の空気抵抗を低減する。
【００１９】
なお、本実施形態では、抵抗抑制面２２ｂはＹ方向に平行な面に形成されている。
しかしながらかかる構成に限定されるものではなく、後述する空気抵抗低減効果を高めるためには、抵抗抑制面２２ｂは、ホイール５１の内壁面に対して平行になるように形成されることが望ましい。
【００２０】
かかる抵抗低減部２０の空気抵抗の低減効果について詳しく述べる。
ホイール５１の回転時には、任意の角速度ωで回転運動するホイール５１やハブ５２、車軸６０などの駆動部材と、回転していない（すなわちω＝０の）ブレーキキャリパ１２やサスペンション８０などの不動部材との間で空気抵抗が生じる。
かかる空気抵抗は、流れる空気の流速差の２乗に比例して大きくなることが知られている。
【００２１】
このような空気抵抗は、−Ｂ方向すなわちホイール５１の回転を妨げる方向にはたらくから、車両１００の走行に対する走行抵抗となってしまう。
そこで、このような空気抵抗を低減するために、ホイール５１の形状や、タイヤ５０の形状によって制御する方法も考えられるが、改良には限界がある。
また、油圧ブレーキ１０は、作動時に摩擦熱が生じるため、Ｙ方向の外側へ向かう空気の流れによる冷却効果が大きく、Ｙ方向への空気流を妨げずに流速を低減するのは困難であった。
【００２２】
そこで本実施形態では、かかる空気抵抗を低減するために、抵抗低減部２０は、ハブ５２に取り付けられて、自由に回動するように支持されている。
ホイール５１の回転によって、ホイール５１の回転方向と同一のＢ方向の流速ｖ１の気流が生じた場合について考える。
このとき、図４に上半分だけ示すように、抵抗抑制面２２ｂの−Ｘ側の面では流速ｖ１が速く、反対側の＋Ｘ側の面では流速ｖ２が遅いので、浮動回転部２２をＢ方向に回転させる力がはたらく。
すなわち、外側抵抗低減部２０ａは、Ｂ方向に回動する。外側抵抗低減部２０ａの回転速度ωａは、ホイール５１の回転速度ωより速くなることはなく、常にω＞ωａである。
【００２３】
次に、内側抵抗低減部２０ｂを考えると、先ほどと同様に、内側抵抗低減部２０ｂの抵抗抑制面２２ｂの表裏面では、−Ｘ側の面では流速ｖ２の気流が生じ、＋Ｘ側の面では流速ｖ３の気流が生じている。抵抗抑制面２２ｂの−Ｘ側の面では流速ｖ２が速く、反対側の＋Ｘ側の面では流速ｖ３が遅いので、浮動回転部２２をＢ方向に回転させる力がはたらく。
内側抵抗低減部２０ｂの回転速度ωｂは、外側抵抗低減部２０ａの回転速度ωａより速くなることはなく、常にωａ＞ωｂである。
既に述べたように、空気抵抗は、流れる空気と物体との流速差の２乗に比例して大きくなるから、このように外側抵抗低減部２０ａと内側抵抗低減部２０ｂとを設けることによって、流速差を抑えた結果、空気抵抗が低減される。
【００２４】
本実施形態では、ハブ５２に対して取り付けられるベアリング２１と、ベアリング２１に独立して自由回転可能に、ベアリング２１に支持され、空気の運動に従ってハブ５２と同軸に同一方向に従動回転する浮動回転部２２と、を有している。
かかる構成により、空気の流れによって浮動回転部２２が回転するから、空気抵抗が低減される。
【００２５】
また本実施形態では、車両１００がＸ方向に走行するときに回転するＡ方向に回転すると、ホイール５１内の空気を車幅方向の内側から外側へと排出する方向に傾斜した連結部２４を有している。
かかる構成により、連結部２４が、後述するようにハブ５２に対して従動回転すると、ホイール５１内部の空気が、開口部２３を通して車両１００の外側へと排出されるから、空気抵抗を低減しながらも、油圧ブレーキ１０の冷却効果が損なわれない。
【００２６】
本実施形態では、抵抗低減部２０は内側抵抗低減部２０ｂと、外側抵抗低減部２０ａと、を有し、外側抵抗低減部２０ａの回転速度ωａは、内側抵抗低減部２０ｂの回転速度ωｂよりも大きい。すなわち、外側抵抗低減部２０ａが内側抵抗低減部２０ｂよりも速い速度で回動する。
かかる構成により、隣り合う部材同士での流速差が抑えられるため、流速差の２乗に比例する空気抵抗が低減される。
上記の実施形態では抵抗低減部２０が外側抵抗低減部２０ａと内側抵抗低減部２０ｂとの２つを有する構成について述べたが、２つ以上の複数有していても良いし、何れか１つのみ有する構成としても良い。
【００２７】
次に、本発明の第２の実施形態として、車両１００の空気抵抗低減部材たる抵抗低減部３０について説明する。
なお、以下の実施形態の説明において、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００２８】
抵抗低減部３０は、図５に示すように車軸６０に対して油圧ブレーキ１０よりも内側すなわち＋Ｙ方向側に取り付けられた外側抵抗低減部３０ａと、外側抵抗低減部３０ａよりも＋Ｙ方向側に取り付けられた内側抵抗低減部３０ｂと、を有している。
ここでは抵抗低減部３０が外側抵抗低減部３０ａと内側抵抗低減部３０ｂとの２つを有する構成について述べるが、２つ以上の複数有していても良いし、内側抵抗低減部３０ｂのみを有する構成であっても良い。
【００２９】
内側抵抗低減部３０ｂは、車軸６０に取り付けられた取付部たるベアリング３１と、ベアリング３１に自由回転可能に支持された内側浮動回転部３２と、を有している。
内側浮動回転部３２は、ベアリング３１からＸＺ平面に平行に立ち上がった取付面３２ａと、ホイール５１の内壁面に平行でＹ方向に高さを有する円筒状の抵抗抑制面３２ｂと、抵抗抑制面３２ｂの取付面３２ａと反対側の端部にＸ方向に平行に延びた鉤部３２ｃと、を有している。
抵抗抑制面３２ｂのＹ方向の途中には、取付面３２ａが固定されている。
すなわち、内側浮動回転部３２は、取付面３２ａが抵抗抑制面３２ｂの車幅方向において最も外側の端部よりも内側に形成されている。
言い換えると、内側浮動回転部３２は、取付面３２ａから−Ｙ方向すなわち車幅方向外側に屈曲した屈曲部３２ｄを有している。
【００３０】
外側抵抗低減部３０ａは、車軸６０に取り付けられた取付部たるベアリング３１と、ベアリング３１に自由回転可能に支持された外側浮動回転部３３と、を有している。
外側浮動回転部３３は、ベアリング３１からＸＺ平面に平行に立ち上がった取付面３３ａと、取付面３３ａからホイール５１の内壁面に平行に立ち上がった第１の円筒面たる凹部壁面３３ｄと、を有している。
【００３１】
外側浮動回転部３３は、凹部壁面３３ｄからさらにＸＺ平面に平行に立ち上がった面３３ｅと、ホイール５１の内壁面に平行な第２の円筒面たる抵抗抑制面３３ｂと、を有している。
外側浮動回転部３３は、抵抗抑制面３３ｂと、抵抗抑制面３３ｂの面３３ｅと反対側の端部にＸ方向に平行に延びた鉤部３３ｃを有している。
すなわち、外側浮動回転部３３は、＋Ｙ方向側に凹んだ凹部３５を有し、油圧ブレーキ１０が凹部３５を占めるように、かつ内側浮動回転部３２の抵抗抑制面３２ｂが、外側浮動回転部３３によって内側に収められるように配置されている。
また、抵抗抑制面３２ｂと抵抗抑制面３３ｂとは、互いに平行になるように配置されている。
【００３２】
すなわち、外側浮動回転部３３は、第１の円筒面たる凹部壁面３３ｄと、第２の円筒面たる抵抗抑制面３３ｂと、を有し、抵抗抑制面３３ｂの−Ｙ方向端部と、凹部壁面３３ｄの−Ｙ方向端部とが、面３３ｅを介して連結された態様で保持される。
また、内側浮動回転部３２は、外側浮動回転部３３によって囲繞される態様で保持されている。
【００３３】
内側浮動回転部３２と、外側浮動回転部３３とは、第１の実施形態において説明したのと同様の構成を有する開口部２３と連結部２４とを有している。
【００３４】
外側浮動回転部３３と内側浮動回転部３２とは、第１の実施形態で述べたのと同様に、ホイール５１のＡ方向の回転によって従動回転する。
このとき、外側浮動回転部３３と内側浮動回転部３２との回転速度はホイール５１の回転速度よりも小さくなるから、空気の流速差の２乗に比例する空気抵抗が低減される。
【００３５】
外側浮動回転部３３は、＋Ｙ方向側に凹んだ凹部３５を有し、油圧ブレーキ１０が凹部３５を占めるように配置されているから、油圧ブレーキ１０が抵抗低減部３０よりも外側に配置されて、油圧ブレーキ１０の冷却効果が高い。
かかる構成により、油圧ブレーキ１０の冷却効果を損なうことなく、空気抵抗が低減される。
【００３６】
次に、本発明の第３の実施形態として、図６を用いて車両１００の空気抵抗低減部材たる抵抗低減部４０について説明する。
抵抗低減部４０は、図６に示すように車軸６０に対して油圧ブレーキ１０よりも内側すなわち＋Ｙ方向側に取り付けられた内側抵抗低減部４０ｂと、内側抵抗低減部４０ｂよりも＋Ｙ方向側に取り付けられた外側抵抗低減部４０ａと、を有している。
本実施形態における外側抵抗低減部４０ａは、第２の実施形態において述べた外側抵抗低減部３０ａの左右を反転させて取り付けられている。
同様に、本実施形態における内側抵抗低減部４０ｂは、第２の実施形態における内側抵抗低減部３０ｂの左右を反転させて取り付けられている。
【００３７】
外側抵抗低減部４０ａは、車軸６０に取り付けられた取付部たるベアリング３１と、ベアリング３１に自由回転可能に支持された外側浮動回転部４３と、を有している。
外側浮動回転部４３は、ベアリング３１からＸＺ平面に平行に立ち上がった取付面４３ａと、ホイール５１の内壁面に平行な抵抗抑制面４３ｂと、抵抗抑制面４３ｂの取付面４３ａと反対側の端部にＸ方向に平行に延びた鉤部４３ｃと、を有している。
外側浮動回転部４３は、−Ｙ方向側に凹んだ凹部４５を有し、サスペンション８０が凹部４５を占めるように配置されている。
【００３８】
内側抵抗低減部４０ｂは、車軸６０に取り付けられたベアリング３１と、ベアリング３１に自由回転可能に支持された内側浮動回転部４２と、を有している。
内側浮動回転部４２はまた、ベアリング３１からＸＺ平面に平行に立ち上がった取付面４２ａと、ホイール５１の内壁面に平行な抵抗抑制面４２ｂと、抵抗抑制面４２ｂの取付面４２ａと反対側の端部にＸ方向に平行に延びた鉤部４２ｃと、を有している。
取付面４２ａは、抵抗抑制面４２ｂの途中に取り付けられている。
すなわち、内側浮動回転部４２は、取付面４２ａが抵抗抑制面４２ｂの車幅方向において最も外側の端部よりも内側に形成されている。
言い換えると、内側浮動回転部４２は、取付面４２ａから＋Ｙ方向すなわち車幅方向内側に屈曲した屈曲部４２ｄを有している。
【００３９】
外側浮動回転部４３と内側浮動回転部４２とは、第１の実施形態で述べたのと同様に、ホイール５１のＡ方向の回転によって従動回転する。
このとき、外側浮動回転部４３と内側浮動回転部４２との回転速度はホイール５１の回転速度よりも小さくなるから、空気の流速差の２乗に比例する空気抵抗が低減される。
【００４０】
外側浮動回転部４３は、−Ｙ方向側に凹んだ凹部４５を有し、サスペンション８０が凹部４５を占めるように配置されている。かかる構成により、サスペンション８０が抵抗低減部４０よりも内側に配置されるから、空気抵抗がより低減される。
かかる構成により、冷却効果が損なわれることなく、空気抵抗が低減される。
【００４１】
以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００４２】
例えば、第１の実施形態に示す外側抵抗低減部と、第２の実施形態に示す内側抵抗低減部とを組み合わせても良い。
あるいは、第１の実施形態に示す内側抵抗低減部と、第２の実施形態に示す内側抵抗低減部とを組み合わせても良い。
【００４３】
また、実施形態では、内燃機関を有する車両としたが、モーターのみを動力源とする電気自動車や、モーターと内燃機関とを動力源とするハイブリッド車であってもよい。
【００４４】
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４５】
１０…油圧ブレーキ、２０、３０、４０…空気抵抗低減部材（抵抗低減部）、２１、３１…取付部（ベアリング）、２２、３２、４２…浮動回転部、２２ａ、３２ａ、４２ａ…支持された面（取付面）、２３…開口部、２４…連結部、４５…凹部、５０…タイヤ、５１…駆動部材（ホイール）、５２…駆動部材（ハブ）、６０…駆動部材、駆動軸（車軸）、１００…車両、３００…エンジン、Ａ…回転方向、Ｖ…流速、Ｘ…走行方向（前後方向）、Ｙ…車幅方向
【図１】
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【図２】
2017132350.tif 000004
【図３】
2017132350.tif 000005
【図４】
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【図５】
2017132350.tif 000007
【図６】
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