(57)【要約】【課題】走行中に空気の粘性によってホイールリム内側表面に生じる空気抵抗を減らすとともに、走行中高速回転するホイールの動きを利用してホイール外側から内側方向へ空気の流れを作り出し車体の側面と床下を通過する空気の流れを制御する。【解決手段】走行中に空気の粘性によって生じるホイールリム内側表面に接する空気の流れをリムの回転方向である円周方向からホイールリムの内側斜めに方向を変え流速を増すことによってホイールリム内側に接する面に沿って周囲より静圧の低い空気の層を形成させることを目的とする整流板をホイールリム内側に回転方向に対して斜めに等間隔に取り付ける。【選択図】図１
2017171267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホイールリム内側に回転方向に対して等間隔に斜めに取り付けることによりホイールリム内側表面に接する空気の流れをリムの回転方向である円周方向からホイールの内側斜め方向に変え流速を増すことによってホイールリム内側に接する面に沿って周囲より静圧の低い空気の層を形成させることを目的とするホイールリム用整流板
【請求項２】
既存のホイールリムの内側に等間隔に同じ角度に斜めに張り付けられるようにするために、請求項１の整流板、両面テープとアルミテープまたはその同等品及び位置決め用テンプレートをセットにした請求項１の整流板取付けキット
【請求項３】
ホイールリム内側表面に接する空気の流れをリムの回転方向である円周方向からホイールの内側斜めに方向を変え流速を増すことによってホイールリム内側に接する面に沿って周囲より静圧の低い空気の層を形成させることを目的とする請求項１に示すホイールリム用整流板または連続した凹凸またはディンプルのデザインをホイールリム内側に付加した形状を特徴とするホイール
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、走行中にタイヤを装着するホイールリム内側表面に接する空気の流れの方向を変え流速を速めることを目的とする整流板及びその整流板を取り付けたホイールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】走行中、タイヤとホイールは一体となって高速回転している。高速回転するホイールリム内側の表面は凹凸のない平らな面にした方がよいと考えられてきた。ホイールが高速回転するとリムの内側に接している空気はリム内側表面の動きに引きずられるように同じ速度で移動しようとするが、空気には粘性があるため遅れが生じる。この遅れはタイヤの回転を阻害する抵抗となる。この遅れが生じる空気の層を境界層と呼んでいる。【０００３】現在の乗用車はディスクブレーキが主流になってきており、要求される制動力の増大に伴いブレーキディスクとキャリパーは大型化されてきている。ブレーキディスクとキャリパーの大型化に伴いキャリパーとホイールリム内側表面との隙間も狭くなってきており、その隙間を空気が通過する際に生じる抵抗は想像以上に大きい。【０００４】高速回転するボールの空気抵抗を減らす技術として知られているものにゴルフボールのディンプル加工がある。ゴルフボールは表面をディンプル加工することによって生じる小さな渦流によってゴルフボール表面に接する空気の流れを制御し空気抵抗を減らしている。回転物の表面は凹凸のない平らな面よりも小さな凹凸を設けた方が空気抵抗を減らせることはゴルフボールのディンプル加工によって証明されている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】走行中に空気の粘性によってホイールリム内側表面に生じる空気抵抗を減らすとともに、走行中高速回転するホイールの動きを利用してホイール外側から内側方向の空気の流れを作り出し車体の側面と床下を通過する空気の流れを制御する。
【０００６】走行中タイヤとホイールは一体となって高速回転しているが、ホイール内側の空気の流れについては重要視されてこなかった。しかしホイールリム内側には年々大型化されるブレーキディスクとキャリパーが装備され走行中高速回転しているホイールリムと固定されたキャリパーとの隙間はとても狭くなってきている。またホイールハブに結合されるサスペンション関連部品は空気抵抗を減らすような形状にはなっておらず、ホイールディスクのデザインも空気抵抗を減らすことより強度の確保と見た目の良さを優先したデザインとなっている。これらの部品によって高速回転するホイールリム内側の空気は流れが阻害され、空気の流れが阻害されることによってホイールの回転を妨げる大きな抵抗が生じている。
【０００７】また、車体床下の空気の流れについてはＦ１などのレーシングカーと一般の乗用車では考え方が大きく異なっている。Ｆ１やインディのレーシングカーではウィングカーと呼ばれる車体の下に積極的に大量の空気を流すデザインの方が大きなダウンフォースを得られることが知られており、積極的に車体の下側に空気を取り込もうという考えが主流になっているが、一般の乗用車ではいまだに空気の力で車体を上から押さえつけるという考えが主流である。車体の床下を通過する空気の流れをスムーズにして車体後部でディフーザーによって拡散するという考えは取り入れられているものの空気を車体の床下に積極的に送り込もうとするような工夫は見られない。
【０００８】走行中タイヤとホイールは高速回転しているのでホイールリムの内側表面に整流板を斜めに取り付ければホイールを吸引機として機能させホイールの外側から内側に向かって空気を吸い込むことができる。ホイールによって外側から内側に空気を吸い込めば車体側面から剥離しようとする空気の流れを車体側に引き寄せることができる。
【０００９】ホイールリム内側表面に整流板を取り付けることによってホイールの回転を阻害する空気抵抗を減らすと同時に、ホイールの外側から内側に空気を吸い込むことによって車体床下と側面の空気の流れを制御し車体に沿って空気が流れやすいようにする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】走行中に空気の粘性によって生じるホイールリム内側表面に接する空気の流れをリムの回転方向である円周方向からホイールリムの内側斜めに方向を変え流速を増すことによってホイールリム内側に接する面に沿って周囲より静圧の低い空気の層を形成させることを目的とする整流板をホイールリム内側に回転方向に対して斜めに等間隔に取り付ける。
ホイールリムの内側に沿って内側斜め方向に流れの向きを変える整流板を取り付けることにより空気の流れは整流板に沿って斜めに方向を変えられ流速が増す。流速が増すと動圧は大きくなるがその分静圧は小さくなる。静圧が小さくなると周囲の空気が静圧の小さい空気の部分に流れ込んで周囲の空気の圧力と同じに戻そうとする空気の流れができるが、整流板をホイールディスクのデザインに合わせて等間隔に配置することで静圧が小さくなる動きが連続的に静圧の小さい空気の部分に流れ込んで周囲の空気の圧力と同じに戻そうとする空気の流れに先行している場合は整流板が通過する背面部分は周囲より静圧が小さい状態に維持される。整流板はホイール内側表面に沿って移動するためホイール内側表面に沿って周囲より流速が速く静圧が小さい円柱状の薄い層を形成される。整流板が移動することによって形成される空気の層は整流板を取り付けていないホイールリムの内側表面に生じていた境界層の位置と常にほぼ一致する。境界層が生じていた空気の層の静圧が小さくなればホイールリム内側表面に接する空気の密度も下がるので空気の粘性によって生じる抵抗も下がり、ホイールの回転を阻害していた抵抗力は小さくなる。
【００１１】整流板は断面形状をエ型、コ型、Ｚ型、Ｌ型、Ｔ型、Ｉ型または三角形型のいずれかを基本系とする細長いトリム材のような部材をホイールリム内側に等間隔にホイールの回転方向に対し内側斜め方向に風が流れるように、両面テープやアルミテープ等を利用して取り付ける。ホイールの外側から内側に向けて風が流れるようにするにはホイールの回転方向に対して整流板の外側が前方になるように斜めに取り付ける。取り付け方は細長い整流板を斜めに一直線に取り付ける手段、円弧を描くように取り付ける手段、または短く分割して直線的、並列または円弧を描くように並べて取り付ける手段がある。ホールリム内側に沿った円周方向の空気の流れを斜め方向に変えられる取付け方であればその手段は限定されるものではない。
【００１２】両面テープまたはアルミテープによってホイールリムの内側に整流板を取り付ける手段は既に車に装着されている殆どのホイールに対して施工することが可能である。既に車に装着されているホイールに施工する場合はタイヤを車から取り外し、ホイール内側を清掃すれば簡単に装着できる。ホイール製造会社においては整流板をホイールリム内側の形状に組み込み一体化させることも可能である。整流板の断面形状のデザインを組み込んで一体化させるか粘着テープで整流板を後付けするかは自由に選択できる。両面テープの代わりに接着剤を利用して取り付けてもよい。
【００１３】整流板の高さはブレーキキャリパーとホイールリム内側の隙間を考慮し、数ミリから１センチメートル程度とする。整流板の長さはホイールが回転した時に内側に装備される部品に干渉しない範囲でできるだけ長い整流板を取り付けたほうが大きな効果が得られる。内側に装備される部品に干渉して十分な長さを確保できない場合は整流板を分割して円周状に均等に振り分け連続的に並べるようにして取り付けてもよい。整流板の高さ、長さ、取付け箇所は取り付けられるホイールリム内側の形状とブレーキ関連部品との隙間の状態によって制限されてしまうため整流板は形状、サイズや取付け位置を一律に設定することはできない。本発明ではこれらの状況に合わせて最適な手段を組み合わせることによってホイールリム内側表面に接する空気の流れの向きと流速を変えるという目標を達成する。
【００１４】整流板の断面形状はエ型がもっとも大きな効果が得られる。次にＺ型とコ型、その次はＬ型、Ｔ型、Ｉ型または三角形となる。リム内側に取り付ける整流板はリム内側に接する限られた範囲の空気の流れを変え周囲の空気とは流れの方向や速度が異なる空気の層を形成させることを目的としているので、整流板によって空気を切り裂くようにして流れの向きと流速を変えると同時に、整流板の背面に圧力の低い空間を確保しやすい形状が適している。そして整流板背面発生する渦流はできるだけホイールリム内側表面に沿って流れるようにする形状がよい。これらのことを考慮し実車で装着実験した結果一番効果が得られた断面形状はエ型であった。
【００１５】ホイールの回転方向に対して外側が前方になるように斜めにエ型の断面形状を持つ整流板を取り付けると前面側のコ型の部分で空気を切り裂くようにして空気の向きを内側斜めに変え速度を増しながらホイールの回転方向に対して内側に空気を押し出す。ホイールの回転方向に対して背面となるコ型で囲われた空間は負圧空間を形成して空気を吸い込む効果を生み出し渦流の発生ポイントを後方にずらすことができる。Ｚ型も同様の効果が得られる断面形状である。コ型は空気を切り裂くようにして空気の向きを変え流速を増して空気を内側に押し出す効果があるが背面側のコ型がないので囲われた負圧空間がなく渦流の発生ポイントがエ型に比べると前方になる。背面を負圧にして吸い込む効果がない分効果はエ型に劣る。エ型の断面形状はコ型を背中合わせに組み合わせて取り付けることでも作り出せる。
【００１６】Ｌ型、Ｔ型、Ｉ型、三角形型の効果は基本的に同じである。形状の違いは直角に立てられた薄い板とそれを支える土台との位置関係の相違だけでどれもホイールリム内側表面に対し細長い薄い板を直角に立てた状態になる。三角形型は板を斜めに立てた状態になるが回転方向に対して鋭角になるように取り付けると整流板の前面側で空気を押し出す効果が高まる。Ｌ型、Ｔ型、Ｉ型、三角形型は薄い板の面で空気の流れを遮ることによって流れる方向を変え流速を増す。しかし多くの流れは薄い板を乗り越えて背面側に流れ渦流を発生させる。薄い板は空気の流れを遮ることによって流れる方向を変え流速を増すよりも渦流を発生させるボルテックスジェネレーターとしての機能の方が大きい。Ｌ型、Ｔ型、Ｉ型、三角形型の断面形状は隙間が広い部分では主にボルテックスジェネレーターとして機能するが、ブレーキキャリパーとホイールリム内側の隙間が狭い箇所を通過する時は整流板の高さを隙間の幅に近づけることにより囲われた空間を作り出し断面形状をエ型とした整流板に近い空気の流れを作り出すことができる。
【００１７】エ型、Ｚ型、コ型の断面形状をもつ整流板を取り付けるにはブレーキキャリパーとホイールリム内側の隙間を１センチ以上確保することが望ましい。実車に装着して実験した結果では高さ４ミリのエ型のものと高さ１センチのエ型の整流板ではその効果に大きな違いが感じられた。高さ８ミリと１センチでは大きな違いは感じられなかった。ブレーキキャリパーとホイールリム内側の隙間が狭い場合は車に装着するホイールサイズをオリジナルよりワンサイズアップすることで高さ１センチのエ型の整流板を取り付けるのに十分な隙間を作り出すことができる。ホイールサイズを変更できない場合は高さの低い整流板を長くするだけでなくブレーキキャリパーの内側の狭い空間に１センチ高さのエ型の整流板を短く分割して円周方向に並べて取り付けることにより大きな効果が得られた。
【００１８】Ｌ型、Ｔ型、Ｉ型または三角形型の整流板はホイールリム内側の形状に組み込んで一体化することもできる。ブレーキキャリパーとホイールリム内側の隙間が狭い量産車ではＬ型、Ｔ型、Ｉ型または三角形型の整流板をホイールと一体化させることは有効な手段である。Ｌ型、Ｔ型、Ｉ型または三角形型の整流板を組み込んで一体化したホイールにも後付けで分割した高さ１センチ程度のエ型の整流板を円周方向に並べて取り付けることができる。連続した凹凸や連続したディンプル構造によってもホイールリム内側表面の空気の流れを変えられる可能性がある。エ型断面形状に比べればその効果は大きくないと考えられるがホイールリム内側表面の空気の流れを変え制御するという目的は整流板と同じなので本発明の整流板の機能を補足する手段として本発明に含める。エ型、Ｚ型、コ型の断面形状をもつ整流板もホイールリム内側の形状に組み込むことは可能である。しかしＬ型、Ｔ型、Ｉ型または三角形型に比べ加工技術の難しさやコストの面を考えると一体化するよりも後付けにした方が適しているが、量産車に装着する場合は加工技術の難しさやコストの面が解決できれば一体化した方がよい。断面形状は状況に応じて使い分ける。断面形状が異なる整流板を併用することも自由である。
【００１９】整流板の材質は軽量で剛性を確保できる素材であればよい。複合材料、アルミ材、プラスチックを心材としてアルミテープでカバーしたもの、ラバー素材、硬質発泡素材などの素材が利用できる。ホイールリム内側の形状は緩やかにカーブしながら内側に向けて広がっているものが多いので緩やかにカーブした形状に沿わせて取り付けることができることが求められる。ラバー素材、硬質発泡素材は柔軟性があるので形状に沿わせて簡単に貼りつけることができる。複合材料、アルミ材、プラスチックは硬いので予めホイールリム内側の形状に合わせて成形しておくか、スリットを入れることによってある程度曲げられるようにする必要がある。熱可塑性のプラスチックであれば熱を加えて柔らかくしてから装着することもできる。整流板を分割して連続的に並べて取り付けてもよい。
【００２０】プラスチックを心材としアルミテープでカバーする手段は市販のプラスチック製トリム材を利用して整流板の形に加工した後に耐候性を確保するためにアルミテープで表面をカバーする簡易的な方法である。この手段は最も手軽でコストがかからない手段であり、既に装着済みのホイールに合わせて整流板を取り付けるのに適した手段である。薄いプラスチックのトリム材は加工しやすいため隙間に合わせて整流板の高さを合わせることが容易であり、ホイールリム内側の湾曲に合わせてスリットを入れることも容易である。薄いプラスチック製のトリム材はそれだけでは強度が弱く耐候性も十分でないため薄いアルミテープで表面を覆うことにより風圧に負けない強度と雨風に耐えられる耐候性を確保することができる。実車による走行試験時はこの手段を使って整流板をホイールリム内側に装着した。
【００２１】ホイールリム内側に整流板を装着する場合は重量バランスと空気の流れや抵抗などの空力的なバランスを崩さないようにする必要がある。そのためには整流板は同じ形状、同じサイズの同じ重さのものを同じ角度で均等に配置して取り付ける必要がある。またホイールのデザインを損なわないようホイールディスクと調和がとれるように配置することが望まれる。ホイールディスクのデザインは重量バランスが取れるように均等な形状の組み合わせになっているので、ホイールディスクに対して同じ位置関係を保つようにホイールリム内側に整流板を装着すれば重量バランスと空力的なバランスは保たれホイールディスクのデザインも維持される。装着済のホイールに取り付けることができる汎用型として整流板を提供する場合は、整流板、取付け用粘着テープ及び位置決め用テンプレートをセットにした取付けキットにすることにより重量バランスと空力的なバランスを損なわない取り付が容易になる。テンプレートはＡ４サイズの紙で作成できる。ホイールリムの内側の端部に対して直角な位置にホイールディスクを合わせその位置基準に整流板の取付け角度と位置がわかるものであればよい。四角い紙の端をホイールリムの内側の端部に対して直角な位置にホイールディスクを合わせ、取付け角度と位置に合わせて紙を折り曲げられるよう一箇所スリットを入れるだけの簡易的なもので十分である。紙には基準に対する角度と距離を示す線をプリントしておけばその線に合わせて折り曲げ、折り曲げた線に合わせて整流板を装着する。このことをホイールディスクに合わせて繰り返せば容易に装着できる。位置関係取付け前にホイール内側をクリーニングする必要があるので洗浄剤もキットに含めてもよい。
【００２２】整流板を取り付ける角度はホイールの外側から内側に空気が流れるように取り付けることを基本とする。整流板を取り付ける角度をホイールの外側から内側に空気が流れるように取り付けることを基本とする最大の理由はホイールの断面形状である。現在市販されているホイールの多くがアルミ製ホイールだがアルミ製ホイールはホイールリムが内側の径が外側の径より大きく内側に向かって広がるような構造になっており、高速回転するホイールリム表面の空気は内側に向かって流れやすい形状になっている。また、ホイールの外側の空気を吸い込むことで車体の外側を流れる空気の剥離を押さえる効果が期待できること、車体の床下を通り車体後方に排出される空気の量を増やす効果が期待できることなども理由の一つである。
【００２３】ホイールの外側から内側に空気が流れるように取り付けることを基本とするが、後輪のホイールだけ内側から外側に流れるようにしてハンドル操作した時に車体の向きが変わりやすいようにしたいという要求がある場合や車体の床下を通過する空気を車体後方で左右に広がるように排出したいという要求がある場合はこれを否定するものではない。
【００２４】ホイールは車体に対して左右向かい合わせに装着されているのでホイールリム内側に取り付ける整流板は左右対称になるよう取り付けられることになる。ホイールに対して外側から内側に風が流れるようにするかその逆方向に風が流れるようにするかはホイールの回転方向と整流板の位置関係によって決まってくる。左右どちらにホイール取付けるかによって整流板に対する回転方向が変わってくるのでホイールの外側から内側に向かって空気が流れるようにするには回転方向に対して整流板の外側が前方になるようホイールを装着することが重要である。
【００２５】左右のタイヤを入れ替えて車に装着すると整流板の傾きに対するホイールの回転方向が逆になるためホイールに対する内外方向の流れも逆転する。タイヤに回転方向の指定がなければどちらにセットすることも可能である。断面形状がコ型の場合は開放される方向が逆転してしまうが断面形状をエ型にすれば左右入れ替えても整流板としての機能に差は生じない。この点でもコ型よりエ型の方が優れている。
【００２６】取付け角度については斜め４５度を基準とするが、ホイール内側とブレーキキャリパーとの隙間、ホイールリムの幅、高さや長さ及び取付け箇所などによって整流板の効果が大きく異なってくることとホイールの外側から内側に流したい空気の量を多くしたいか少なくしたいかによっても取付け角度は変わってくるので本発明では取付け角度を限定しない。整流板は風向きをスムーズに変えられるように弧を描くように取り付けるのが理想だが、整流板を直線的に取り付けても機能的に問題になることはない。重量バランスや空力バランスを崩さないように取り付けるには直線的に取り付けるほうが同じ位置に均等に装着しやすい。
【発明を実施するための形態】
【００２７】本発明の実施形態を図面に示して説明する。
【００２８】図１及び図２にブレーキキャリパー４とホイールリム１内側の隙間に余裕があり１センチ程度の高さの断面形状をエ型とする整流板２を取り付けられる場合の具体例を示す。ブレーキキャリパー４とホイールリム１の隙間６に、走行中にホイールリム１の内側に接する面に生じる空気の流れをリム１の回転方向である円周方向からホイールの内側斜めに方向に変えるとともに流速を増化させることによってホイールリム１の内側に接する面に沿って周囲より静圧の低い空気の層を形成させることを目的とする断面形状をエ型とした整流板２を、両面テープ５を利用してホイールリム１内側表面にホイールの回転方向に対して外側が前方になるように斜めに貼りつける。耐候性を向上させるため整流板２の周囲をアルミテープ等でカバーする。
【００２９】図３及び図４にブレーキキャリパー４とホイールリム１内側の隙間が狭くブレーキキャリパー４とホイールリム１内側の間に１センチ程度の高さの断面形状をエ型とする整流板２を取り付けられない場合の具体例を示す。走行中にホイールリム１の内側に接する面に生じる空気の流れをホイールリム１の回転方向である円周方向からホイールリム１の内側斜め方向に変えるとともに流速を増化させることによってホイールリム１の内側に接する面に沿って周囲より静圧の低い空気の層を形成させることを目的とする断面形状をエ型とした整流板２を、分割して両面テープ５を利用してホイールリム１内側の端部分にホイールの回転方向に対して外側が前方になるように斜めに貼りつける。
【００３０】整流板２を取り付けられる部位は狭く取り付けられる整流板２の長さが制限されてしまうため、整流板２はブレーキキャリパー４に干渉しない長さに分割して円周上に分配して重量バランスと空力バランスが崩れないように貼りつける。耐候性を向上させるため整流板２の周囲をアルミテープ等でカバーする。図３、図４では分割した整流板を２個並べたものを４か所に均等に配分して取り付けているが分割した整流板の間隔を全て均等になるように貼りつけてもよい。
【００３１】図５に断面形状をＴ型、Ｌ型、Ｉ型、三角形型とする整流板２を取り付ける場合の具体例を示す。ブレーキキャリパー４とホイールリム１の隙間６に、走行中にホイールリム１内側に接する面に生じる空気の流れをリムの回転方向である円周方向からホイールの内側斜めに方向に変えるとともに流速を増化させることによってホイールリム内側に接する面に沿って周囲より静圧の低い空気の層を形成させることを目的とする断面形状をＴ型、Ｌ型、Ｉ型、または三角形型とする整流板２を、両面テープ５を利用してホイールリム１内側表面にホイールの回転方向に対して外側が前方になるように斜めに貼りつける。
【００３２】整流板２の高さをブレーキキャリパー４とホイールリム１の隙間６の幅に近づけることにより隙間内の空気を効率よく移動させることができる。耐候性を向上させるため整流板２の周囲をアルミテープ等でカバーする。ホイール製造会社においては断面形状をＴ型、Ｌ型、Ｉ型、または三角形型とする整流板２は断面形状をホイールリム内側のデザインに組み込んでホイールと一体化させて製造ることも可能である。
【００３３】図６に、ブレーキキャリパー４とホイールリム１の隙間６が狭くブレーキキャリパー４とホイールリム１内側の間に１センチ程度の高さの断面形状をエ型とする整流板２を取り付けられなかったホイールに整流板２を装着して実車で走行試験した時の具体例を示す。実車での走行試験では図５に示すようにまずブレーキキャリパー４とホイールリム１の隙間ぎりぎり高さである３ミリに設定し１ミリ厚の両面テープ５を使ってＬ型を断面形状とする整流板２を均等に五か所取り付けて走行実験を実施した。
【００３４】結果は期待したほどの効果が感じられなかったため図６に示すようにエ型の断面形状を持つ高さ１ミリ整流板をブレーキキャリパー４に干渉しない長さに分割してホイールリム内側の端にホイールディスクのデザインに合わせて円周上に重量バランスと空力バランスが崩れないように均等に貼りつけた。そして耐候性を向上させるため整流板２の周囲をアルミテープ等でカバーした。
【００３５】図７に整流板の基本的な断面形状を示す。７の１にエ型、７の２にコ型、７の３にＺ型、７の４にＴ型、７の５にＬ型、７の６にリム内側表面に対して直角に取り付けた三角形型、７の７にＩ型、７の８にリム内側表面に対して鋭角に取り付けた三角形型を断面形状とする整流板２の基本的な形状を示す。図７に示したのは基本的な形状である。本発明ではこの形状を基本として角を丸めるか厚さや角度を変えることによって翼型に近い形状するなどの形状の違いはこれらの基本的な形状に含まれると考える。
【００３６】現在車に装着されているホイールに対して整流板を装着する場合は、車よりホイールを取り外してホイールリム内側を洗浄した後に整流板を両面テープで貼りつけ耐候性を高めるためにアルミテープでカバーする。新品のホイールに対しては洗浄の必要がないのでそのまま両面テープで貼りつけ耐候性を高めるためにアルミテープでカバーする。両面テープの代わりに接着剤を利用してもよい。両面テープまたは接着剤の耐候性が高い場合は耐候性を高めるアルミテープでカバーする必要はない。
【００３７】整流板はホイールディスクのデザインに合わせて円周方向に対して等間隔に同じ位置関係を保つように貼りつける。装着済のホイールに取り付けることができる汎用型する場合は、整流板、取付け用粘着テープ及び位置決め用テンプレートをセットにした整流板取付けキットとして提供することが望ましい。テンプレートはホイールリムの内側の端部に対して直角な位置にホイールディスクを合わせその位置に合わせられる目印とホイールリム内側の端部に対する角度と距離が確認できる線を示したＡ４サイズの四角い紙でよい。
【００３８】四角い紙の一箇所にスリットを入れてホイールリム内側の端部に対する角度と距離が確認できる線を参考にして折り曲げる。折り曲げた線の位置に合わせ整流板を装着する。この作業を繰り返すことによりホイールディスクのデザインに合わせて円周状に均等に同じ位置、同じ角度で整流板を装着することができる。テンプレートを利用してホイールディスクのデザインに合わせて整流板を装着すれば装着後ホイールバランスを取り直す必要はない。取付け前にホイール内側をクリーニングする必要があるので洗浄剤を整流板取付けキットに含めてもよい。
【００３９】本発明の効果を検証するために実車に装着して走行実験を実施した。走行実験ではオリジナルホイールサイズ１６インチのものを１７インチにワンサイズアップして実施した。まずコ型の断面形状を持つ高さ１センチ、長さ６センチの整流板をコ型の解放部がホイールの回転方向に対して前方になる向きにセットし外側が前方になるように４５度の角度で５か所両面テープとアルミテープで貼りつけて走行実験を実施した。その後同じサイズのコ型の断面形状を持つ整流板を背中合わせにセットし両面テープとアルミテープで張り付け整流板の断面形状がエ型になるようにして走行実験を繰り返した。
【００４０】エ型の整流板は基本的に図１及び図２に示したものと同じ取り付け方とした。図１及び図２ではイメージしやすいように４か所装着した図を示しているが、実車ではホイールディスクのデザインに合わせて５か所装着した。結果はコ型の断面形状を持つ整流板でもはっきり体感できる効果が感じられたがコ型を背中合わせに貼りつけエ型にすることでその変化はさらに大きくなり断面形状をエ型にした後の走行感覚は装着前とは全く違うにものに変化した。Ｚ型は走行実験していないがコ型とエ型の中間的効果が得られることが予想される。
【００４１】本発明の効果を検証するためにブレーキキャリパーとホイールリム内側の隙間に余裕がある場合に加えブレーキキャリパーとホイールリム内側の隙間が狭い実車に整流板を装着して走行実験を実施した。実験に使用した車のホイールサイズは１７インチ、ブレーキキャリパーとホイールリム内側の隙間は最も狭いところで約５ミリであった。最初に図５に示すように高さ３ミリ長さ１５センチのＬ型の整流板を回転方向に対して外側が前方になるように４５度の角度で厚さ１ミリの両面テープとアルミテープで５か所貼りつけた。この状態で走行実験を実施した結果は僅かに効果が感じられる程度の期待外れのものであった。
【００４２】次に図６に示すように高さ８ミリ、長さ３センチ、断面形状がエ型の整流板をホイールリム内側の端に沿わせて回転方向に対して外側が前方になるように４５度の角度で円周上にＬ型の整流板を挟み込むように２個並べた。５か所とも同じように両面テープとアルミテープで装着した。その状態で走行実験を実施した結果、図１及び２示すようなエ型の整流板を５か所装着した時と同等の効果を感じることができた。この走行実験の結果、エ型の断面形状を持つ整流板が最も大きな効果が得られる形状であることを確認することができた。推奨する断面形状の順位はこの走行実験を基に判断した。
【００４３】本発明は走行中ホイールリム内側に生じる境界層の空気の流れを変えることを目的としており整流板は隙間の状況に応じて適切な形状の整流板を選択し取り付けるものである。
ホイールリム内側とブレーキキャリパー及びブレーキ関連部品との隙間は高さ１センチの整流板を取り付けても干渉することなく回転できる隙間を確保することが望ましい。隙間が確保できない車は可能であれば装着するタイヤとホイールのサイズをワンサイズアップすることが望ましい。装着するホイールをワンサイズアップすれば高さ１センチの整流板を取り付けられる隙間が新たに確保される。
【００４４】ホイールのサイズは１インチ単位で直径が大きくなるのでワンサイズアップすると直径が約２．５４センチ大きくなり半径にすると約１．２７センチ大きくなる。ホイールのデザインによって多少の寸法差はあると考えられるがホイールリム内側とブレーキキャリパーの隙間は少なくとも１センチ以上に拡大される。高さ１センチ以上の隙間が確保できる場合は図１及び２に示すようにエ型の断面形状を持つ整流板２をブレーキキャリパーとホイールリム内側の間に整流板２配置されるようにホイールディスクのデザインに合わせて均等の間隔に取り付けることを本発明では一番に推奨する。
【００４５】ホイールリム内側とブレーキキャリパーとの隙間が狭く高さ１センチのエ型の整流板が取り付けられない場合は走行中に干渉しない範囲でできるだけ高く長い整流板をホイールリム内側に貼りつける。整流板の高さが数ミリしか許容できない場合はエ型にしても大きな効果は得られないのでＬ型、Ｔ型、Ｉ型または三角型の断面形状を持つ整流板を取り付ける。
【００４６】ブレーキキャリパーとホイールリム内側との隙間が狭く１センチの高さの整流板が取り付けられない場合はブレーキキャリパー内側にエ型の整流板を短く分割して装着する。
ブレーキキャリパーの外側とホイールディスクの間にも僅かに１センチの高さを確保できる隙間があるのでその隙間にエ型整流板を追加したほうが高さの低いＬ型、Ｔ型、Ｉ型または三角型の断面形状を持つ整流板を取り付けるより大きな効果が得られる。ブレーキキャリパーとホイールリム内側との隙間が狭い場合はこれらを併用することが最大限の効果を得る手段となる。併用する代わりに設置個所を増やしてもよい。
【００４７】図７に断面形状のイメージを示す。整流板の断面形状はエ型がもっとも効果が大きく次にコ型またはＺ型、その次はＬ型、Ｔ型、Ｉ型または三角形型となる。Ｌ型、Ｔ型、及び三角形型の効果はＩ型と同じと考えられる。本発明ではできるだけ１センチ以上の隙間を確保してエ型の断面をもつ整流板を装着することを推奨するが、隙間が確保できない場合はエ型の整流板を装着しても他の断面形状のものと同じような効果しか得られなくなってくるので隙間を確保できない場合はＬ型、Ｔ型、Ｉ型または三角形型の断面形状を持つ整流板を使用してよい。
【００４８】Ｌ型、Ｔ型、Ｉ型または三角形型であればホイールリム内側の一部をＬ型、Ｔ型、Ｉ型または三角形型の断面形状に盛り上げた形状にすることにより整流板とホイールを一体化させることが可能である。円周方向に対し斜め方向に連続した僅かな凹凸や連続したディンプル構造にすることによっても境界層付近の空気の流れを変える効果を得ることが可能である。このホイール内側にエ型、Ｚ型の整流板を後付けで取り付けることも可能である。エ型、Ｚ型の整流板を併用することで効果を高めることができる。エ型、Ｚ型、コ型の整流板はＬ型、Ｔ型、Ｉ型または三角形型に比べ加工技術の難しさやコストの面を考えると一体化するよりも後付けにした方が適しているが、量産車に装着する場合は加工技術の難しさやコストの面が解決できれば一体化することにより生産性を高めることができる。
【００４９】整流板の材質は軽量で剛性を確保できる素材であればよい。複合材料、アルミ材、プラスチックを心材としてアルミテープでカバーしたもの、ラバー素材、硬質発泡素材などの素材が利用できる。ラバー素材、硬質発泡素材は柔軟性があるので形状に沿わせて簡単に貼りつけることができる。複合材料、アルミ材、プラスチックは硬いので予めホイールリム内側の形状に合わせて成形しておくかスリットを入れることによってある程度曲げられるようにする。熱可塑性のプラスチックであれば熱を加えて柔らかくしてから装着する。整流板を分割して連続的に並べて取り付けてもよい。
【００５０】プラスチックを心材としアルミテープでカバーする手段は市既に装着済みのホイールに合わせて加工しながら整流板を取り付けるのに最適である。薄いプラスチックのトリム材は加工しやすいため隙間に合わせて整流板の高さを合わせることが容易であり、ホイールリム内側の湾曲に合わせてスリットを入れることも容易である。薄いプラスチック製のトリム材はそれだけでは強度が弱く耐候性も十分でないため薄いアルミテープで表面を覆う。実車による走行試験時はこの手段を使って整流板をホイールリム内側に装着した。
【００５１】ホイールディスクのデザインに合わせて同じ位置関係を保つようにホイールリム内側に整流板を装着すれば重量バランスと空力的なバランスは保たれホイールディスクのデザインも維持される。装着済のホイールに取り付けることができる汎用型として整流板を提供する場合は、整流板、取付け用粘着テープ及び位置決め用テンプレートをセットにした取付けキットとして提供する。テンプレートは取付け角度と位置に合わせて紙を折り曲げられるよう一箇所スリットを入れるだけのＡ４サイズの紙で作成した簡易的なもので十分である。四角い紙の端をホイールリムの内側の端部に合わせ直角な位置にホイールディスクを合わせその位置を基準とする、紙には基準に対する角度と距離を示す線をプリントしておきその線に合わせて斜めに折り曲げられるよう切れ目を入れておく。折り曲げた線と端からの距離に合わせて整流板を装着する。この作業を繰り返すことにより均等に同じ角度で装着する。テンプレートを使用して装着すれば装着後ホイールバランスを取り直す必要はない。
【００５２】ホイールはホイールリムが内側の径が外側の径より大きく内側に向かって広がるような構造になっており高速回転するホイールリム表面の空気は内側に向かって流れやすい形状になっているので、整流板を取り付ける角度はホイールの外側から内側に空気が流れるように取り付けることを基本とする。取付け角度については斜め４５度を基準とするが、ホイール内側とブレーキキャリパーとの隙間、ホイールリムの幅、高さや長さ及び取付け箇所などによって整流板の効果が大きく異なってくることとホイールの外側から内側に流したい空気の量を多くしたいか少なくしたいかによっても取付け角度は変わってくるので本発明では取付け角度を限定しない。
【００５３】ホイールは車体に対して左右向かい合わせに装着されているのでホイールリム内側に取り付ける整流板は左右対称になるよう取り付ける。左右どちらにホイール取付けるかによって整流板に対する回転方向が変わってくるのでホイールの外側から内側に向かって空気が流れるようにするには回転方向に対して整流板の外側が前方になるようホイールを装着する。
【００５４】整流板は風向きをスムーズに変えられるようにするには弧を描くように取り付けるのが理想だが、本発明はホイールリム内側の空気の流れの向きと流速を変化させ周囲より静圧の低い空気の層を作るという目的を達成するには整流板を直線的に取り付けても機能的に問題になることはないので重量バランスや空力バランスを崩さないように取り付けやすい直線的な取り付け方を優先する。重量バランスや空力バランスを崩さないように取り付けられる場合は流れの向きを徐々に変えるように弧を描くように取り付けてもよい。
【発明の効果】
【００５５】ホイールリムの内側に整流板を斜めに取り付けることによりホイールリム内側表面に接する空気の流れの方向を変え流速を増すことにより周囲の空気に比べ静圧を下げることができる。静圧を下げることにより空気密度が下がるので空気の粘性によってホイールリム内側の表面に発生する抵抗を下げることができる。空気の粘性による抵抗を下げることによりタイヤとホイールを回転しやすくなり転がり抵抗が下がる。
【００５６】多くのアルミホイールは適正なオフセットを確保するためホイールリムの外側をホイールディスクによって支える構造になっており断面形状はコの字型に近い形状になっている。この形状だとホイールリムの外側はホイールディスクによって支えられるので高い剛性を確保しやすいがホイールリム内側は片持ち構造に近い支え方となってしまうため変形しやすく剛性を確保しにくい構造になっている。整流板によってホイールリム内側表面に沿って周囲より静圧が低い空気の層が円周状に形成されると周囲の空気に押されて静圧が異なる円周状の空気の層はホイールリムとの間で支えられて円周状の空気の層は円形を保とうとする。これらの力が作用することでホイールリムは周囲より静圧が低い空気の層に沿って回転するのでホイールの回転が安定しぶれにくくなる。
【００５７】ホイールリムがホイールリム内側表面に形成される静圧の低い空気の層に沿って安定して回転するようになると、路面の凹凸を乗り越える時にもホイールリムは円形を保ったまま安定して回転しようとし続ける。ホイールは円形を維持したまま安定した回転が継続されるとホイールはタイヤをしっかり支えてくれるようになる。タイヤがホイールによってしっかり支えられるようになるとタイヤは路面の凹凸を吸収しやすくなり乗り心地が向上する。転がり抵抗の減少と乗り心地の向上は走行実験ではっきりと感じ取れる改善点である。
【００５８】整流板をホイールの回転方向に対して内側より外側が前方になるように取り付けることにより、走行中にホイールリム内側表面に接する空気の流れをホイールの回転方向に対して内側に変え走行中にホイールの外側から内側に空気が流れるようにすることができる。ホイールとタイヤ外側周辺の空気を吸い込むことにより、車体側面を流れる空気を車体に沿って空気の流れるよう引き寄せることができる。また、ホイールディスクやホイール内に装備されるブレーキ関連部品による空気の乱れがタイヤの外側に向かって広がるのを防いでくれる。また、ホイールの外側から内側に空気が流れるようにすることによりホイールディスク外側にブレーキダストの汚れが付着しにくくなると同時にブレーキの排熱効果も高まる。
【００５９】ホイールの外側の空気をホイールの内側に吸い込むことによりサスペンションリンク周辺から床下を流れる空気量を増し車体床下を通過する空気の流れを増やすことができる。ホイールに対して外側から内側に空気の流れを作り出すことによって車体床下とサスペンション周りの空気が流れる量を調整しサスペンション周辺の空気の流れを制御する手段の一つとして利用できる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】本発明の整流板は車種に限定されることなくユーザーが使用中の車に取りついている既存のホイールに対して取り付けることが可能である。製造会社においてはホイールリム内側の形状に整流板の機能を組み込み一体化した構造にすることも可能であり産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】ホイールリム内側に整流板を取り付けたイメージを示す側面図である。
【図２】ホイールリム内側に整流板を取り付けたイメージを示す断面図である。
【図３】ホイールリム内側に整流板を取り付けたイメージを示す側面図である。
【図４】ホイールリム内側に整流板を取り付けたイメージを示す断面図である。
【図５】ホイールリム内側に整流板を取り付けたイメージを示す側面図である。
【図６】ホイールリム内側に整流板を取り付けたイメージを示す側面図である。
【図７】整流板の断面形状の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６２】１．    ホイールリム
２．    整流板
３．    ホイールディスク
４．    ブレーキキャリパー
５．    両面テープ
６．    ホイールリム内側とブレーキキャリパーの隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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