JPH05319008A - ホイールバランス調整機能付軸受ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】バランス調整機を使用せずに、ホイールバラン
スの調整を可能とする。 【構成】第一、第二のリングギヤ２２、２３の円周方向
１個所に、それぞれ第一、第二のバランスウェイトを固
定する。ホイールバランスの狂いに基づく振動を検出す
るセンサ３０からの信号に基づいて制御器が、第一、第
二のモータ２６、２７に信号を送る。この結果、第一、
第二のバランスウェイトの周方向位置が変化し、重心と
回転中心とが一致する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明に係るホイールバランス
調整機能付軸受ユニットは、自動車に組み込んで、車輪
を懸架装置に回転自在に支持すると共に、ホイールバラ
ンスが狂っていた場合にこれを調整して、走行に伴なう
振動の発生を抑えるものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車の車輪は、金属製のホイールの周
囲にゴム製のタイヤを支持する事で構成されるが、ホイ
ールやタイヤの不可避的製造誤差により、円周方向に亙
る質量が不均一となり易い。従って、車輪の重心位置が
この車輪の回転中心と一致する事は稀である。重心が回
転中心から外れた車輪が、走行に伴なって高速回転した
場合、円周方向に亙り不均一な遠心力が作用して、車輪
が振動する。この振動は、懸架装置を介してステアリン
グホイールに伝達され、安定した走行を妨げたり（前輪
の場合）、やはり懸架装置を介して車体に伝わり、車体
を振動させて乗員に不快感を与えたり（全車輪）する。

【０００３】この為従来から、ホイール外周縁の所定位
置に、鉛等の金属により造られたバランスウェイトを固
定し、車輪の重心位置をその回転中心に一致させる事
が、一般的に行なわれている。バランスウェイトを固定
すべき位置と、固定すべきバランスウェイトの重量と
は、ガソリンスタンド、整備工場等、タイヤ交換を行な
う場所に備え付けられたバランス調整機により、車両の
懸架装置から取り外した車輪を回転させつつ求める。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明のホイールバラ
ンス調整機能付軸受ユニットは、懸架装置に車輪を組み
付けた状態のまま、ホイールバランスの調整を行なえる
様にする事により、バランス調整機を利用出来ない状況
でホイールバランスが狂った場合でも、安定した高速走
行を可能とするものである。

【０００５】ホイールバランスは、例えばパンク修理を
行なった場合にもずれる為、パンク修理後に、それ迄ホ
イールに付いていたバランスウェイトを取り外し、新た
なバランスウェイトを付け直さなければならない。とこ
ろが、走行中発生したパンクを現場で修理し、修理した
タイヤをそのまま使用する場合には、バランス調整を行
なえない為、ホイールバランスが狂った状態のまま走行
しなければならない。又、ホイールに固定したバランス
ウェイトは、稀に飛び石等によって外れる事があるが、
この様な場合にも、ホイールバランスが狂った状態のま
ま走行しなければならない。

【０００６】ホイールバランスが狂った状態のまま走行
すると、速度上昇に伴なって振動が発生する為、高速走
行を行なえない。この為、修理工場等、バランス調整機
が備え付けられている場所迄低速で運行し、そこで車輪
を取り外して、バランス調整作業を行なわなければなら
ない。

【０００７】例えばパンク修理の為に、一度取り外した
後懸架装置に組み付けた車輪を、再び取り外す事は面倒
であるだけでなく、夜間等、修理工場等が閉まっている
場合には、長時間に亙って低速走行を強いられる事にな
る。この様な事は、例えば夜間に走行する機会の多い長
距離トラック等にとっては、納期遅れ等、大きな問題と
なる。

【０００８】本発明のホイールバランス調整機能付軸受
ユニットは、上述の様な事情に鑑みて発明されたもので
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のホイールバラン
ス調整機能付軸受ユニットは、外周面に内輪軌道を設け
たシャフトと、内周面に外輪軌道を設けた外輪と、上記
内輪軌道と外輪軌道との間に設けられた複数個の転動体
と、上記外輪と上記シャフトとの内の一方の部材で、車
両の走行時に回転する回転部材に設けた車輪固定用のフ
ランジと、この回転部材に少なくとも回転方向に亙る変
位自在に支持した、少なくとも１個のバランスウェイト
と、このバランスウェイトの位置を変える為の駆動手段
とを備える。

【００１０】

【作用】上述の様に構成される本発明のホイールバラン
ス調整機能付軸受ユニットの場合、車輪の重心がその回
転中心から外れていた場合には、駆動手段によりバラン
スウェイトの位置を調整し、上記車輪及び回転部材の重
心位置を、上記回転中心に一致させる。この結果、上記
車輪の回転に伴なう振動の発生を防止出来る。

【００１１】

【実施例】図１〜２は本発明の第一実施例を示してい
る。次述する車輪取り付け用のフランジ１と共にハブ２
を構成する、シャフト３の中間部外周面には、第一の内
輪軌道４を形成している。又、このシャフト３の内端部
（内とは、車両への組み付け時に車両の中央寄りとなる
側を言い、図１の右）に形成した小径部７には、外周面
に第二の内輪軌道５を有する内輪６を外嵌している。そ
して、上記シャフト３の内端で、この内輪６から突出し
た部分に形成した雄螺子部にナット８を螺合緊締する事
により、上記内輪６の抜け止めを図っている。尚、シャ
フト３の外周面に第一、第二の内輪軌道を設けるのに、
シャフト３の外周面に直接形成するか、或は外周面に内
輪軌道を形成した内輪をシャフト３に外嵌するかは、設
計的配慮により定める。

【００１２】又、上記シャフト３の外端部（外とは、車
両への組み付け時に車両の外側となる側を言い、図１の
左）には、上記ハブ２に車輪を固定する為のフランジ１
を、シャフト３と一体に形成している。このフランジ１
の外側面には複数本のスタッド９を植設し、このスタッ
ド９により車輪のホイール（図示せず）を、上記フラン
ジ１に固定自在としている。

【００１３】上記シャフト３の周囲には、円筒状の外輪
１０を設けている。この外輪１０の内周面には、それぞ
れ上記第一、第二の内輪軌道４、５と対向する、複列の
外輪軌道１１、１１を形成している。又、この外輪１０
の内端部外周面には、この外輪１０を懸架装置（図示せ
ず）に支持する為の、第二のフランジ１２を形成してい
る。

【００１４】上記第一、第二の内輪軌道４、５と複列の
外輪軌道１１、１１との間に、各列毎に複数個ずつの転
動体１３、１３を設けて、上記外輪１０の内側でのシャ
フト３の回転を自在としている。尚、上記転動体１３、
１３を設けた空間１４の内端開口は、上記外輪１０の内
端開口部に嵌着したカバー１５により、同じく空間１４
の外端開口は、上記外輪１０の外端開口部に装着し、そ
の内周縁を上記シャフト３の表面に摺接させたシール材
１６により、それぞれ塞いでいる。従って、上記空間１
４内に雨水や塵芥が進入する事はない。

【００１５】車両の走行に伴なって回転する回転部材で
ある、ハブ２のフランジ１の外周縁には、金属板を絞り
成形する事により、断面がフランジ１から離れるに従っ
て直径が小さくなる階段状で、全体が円輪状の、第二の
カバー１７の外周端部を外嵌固定している。この第二の
カバー１７の内周縁部に支持された第二のシール材１８
の内周縁は、前記外輪１０の外周面に摺接させている。

【００１６】上記第二のカバー１７の中間部に形成され
た段部１９と上記フランジ１の内側面との間には、円環
状の間座２０を挟持固定している。この間座２０は、好
ましくはナイロン、ＰＴＦＥ等の滑り易い材料により造
る。更に、この間座２０と上記第二のカバー１７の内壁
２１との間には、内周縁に歯を形成した第一、第二のリ
ングギヤ２２、２３を、互いに独立した回転を自在とし
て、挟持している。

【００１７】それぞれが合成樹脂等の滑り易く且つ軽量
な材料により造られた、各リングギヤ２２、２３の円周
方向１個所には、それぞれ鉛等の重い材料により造られ
た、第一、第二のバランスウェイト２４、２５を固定
し、各バランスウェイト２４、２５が第一、第二のリン
グギヤ２２、２３と共に回転する様にしている。

【００１８】又、上記フランジ１内側面の互いに直径方
向反対となる位置で、上記第二のカバー１７に覆われる
部分には、第一、第二のモータ２６、２７を支持固定し
ている。ＤＣモータ、或は超音波モータ等である各モー
タ２６、２７の内、第一のモータ２６の出力軸に固定し
た第一の駆動ギヤ２８は、上記第一のリングギヤ２２に
噛合させ、第二のモータ２７の出力軸に固定した第二の
駆動ギヤ２９は、上記第二のリングギヤ２３に噛合させ
て、各リングギヤ２２、２３に固定された第一、第二の
バランスウェイト２４、２５の位置を変える為の駆動手
段を構成している。

【００１９】前記外輪１０の中間部には、この外輪１０
を介して車輪の振動を検出する為のセンサ３０と、上記
第一、第二のモータ２６、２７に制御信号を、駆動用電
力と共に送る為の発信器３１とを設けている。上記セン
サ３０の検出信号は、図示しないエンコーダが検出する
ハブ２の回転位置を示す信号と共に、やはり図示しない
制御器に送られる。そしてこの制御器が、上記検出信号
に基づいて、車輪並びにこの車輪と共に回転するハブ２
の重心位置の回転中心に対するずれの大きさ及び方向を
求める。

【００２０】そしてこの制御器は、上記ずれの大きさ及
び方向に基づいて、上記重心位置を回転中心に一致させ
る為に必要な、前記第一、第二の各バランスウェイト２
４、２５の位置を求め、更にこの求められた位置に第
一、第二のバランスウェイト２４、２５を移動させる為
に必要な、第一、第二のリングギヤ２２、２３の回転角
度を求める。そして、この様にして求められた回転角度
だけ上記第一、第二のリングギヤ２２、２３を回転させ
るべく、上記発信器３１とハブ２に固定した受信器３５
とを通じて第一、第二のモータ２６、２７に信号を送
る。尚、外輪１０とハブ２との間に、電気信号伝達用の
ブラシを設け、上記発信器３１と受信器３５とを省略す
る事も出来る。

【００２１】上述の様に構成される本発明のホイールバ
ランス調整機能付軸受ユニットの場合、車輪及びこの車
輪と共に回転するハブ２（このハブ２に支持されている
部品を含む）の重心が、その回転中心から外れていた場
合には、上記第一、第二のモータ２６、２７により第
一、第二のバランスウェイト２４、２５の位置を変え、
上記車輪及びハブ２の重心位置を、上記回転中心に一致
させる。この結果、上記車輪の回転に伴なう振動の発生
を防止出来る。

【００２２】例えば、上記重心が回転中心から外れてい
た場合、この重心のずれによるアンバランスは、図３に
示す様に、回転中心ｏから距離ｒだけ離れた位置に質量
ｍが存在する事に置き換えて考える事が出来る。この質
量ｍによるアンバランスを解消する（ホイールバランス
を調整する）為には、上記回転中心ｏとは直径方向反対
位置で、この回転中心ｏからｒだけ離れた位置に、質量
ｍと同じ慣性質量を有する質量ｍ´を存在させれば良
い。

【００２３】そこで、上記回転中心ｏと質量ｍとを通る
直線ａと、回転中心ｏに於いてこの直線ａと直交する直
線ｂとを考える。又、第一、第二のバランスウェイト２
４、２５の有効質量（各リングギヤ２２、２３の質量を
相殺し、ホイールバランスを調整する為に利用出来る質
量）を何れもＭとする。上記質量ｍによるアンバランス
を解消する為には、各バランスウェイト２４、２５が、
上記直線ｂに関し質量ｍとは反対側で、上記直線ａに関
し線対称位置にある事が必要な事は明らかである。

【００２４】そして、各バランスウェイト２４、２５の
重心と上記回転中心ｏとを結ぶ直線ｃ、ｃと上記直線ｂ
とのなす角度をθとした場合に、θ＝sin^-1mr/2Mr₁とな
る位置（2Mr₁・sinθ＝ｍr となる位置）に上記各バラン
スウェイト２４、２５を移動させれば、回転中心ｏとは
直径方向反対位置で、この回転中心ｏからｒだけ離れた
位置に、質量ｍと同じ慣性質量を有する質量ｍ´が存在
したのと同様の効果を得られ、車輪の回転と共に振動が
発生する事の防止を図れる。

【００２５】即ち、上述の様に、回転中心ｏに関して直
径方向反対位置に、互いに同じ慣性質量を有する質量
ｍ、ｍ´を存在させるべく、第一、第二のバランスウェ
イト２４、２５を移動させた場合には、図４に示す様
に、車輪の回転に伴なって上記質量ｍと各バランスウェ
イト２４、２５部分に作用する遠心力同士が釣り合っ
て、振動が発生しなくなる。車輪の回転に伴なって各部
に作用する遠心力の方向と大きさとを表わした図４に於
いて、矢印Ｘは質量ｍにより生じる遠心力で、ｍ・ｒ・
ω² （ωは回転角速度）の大きさを有する。又、矢印Ｙ
は第一のバランスウェイト２４により生じる遠心力、矢
印Ｚは第二のバランスウェイト２５により生じる遠心力
で、それぞれＭ・ｒ₁ ・ω² の大きさを有する。

【００２６】各バランスウェイト２４、２５の重心と上
記回転中心ｏとを結ぶ直線ｃ、ｃと上記直線ｂとのなす
角度θを上述の様に規制した状態で、上記３本の矢印
Ｘ、Ｙ、Ｚは、矢印Ｘを底辺とし、頂角が２θである二
等辺三角形を構成する。即ち、遠心力に基づくベクトル
の和が零となって、遠心力に基づいて車輪を含む回転部
分に振動に結び付く様な力が加わる事がなくなる。

【００２７】尚、上述の説明から明らかな通り、バラン
スウェイトを、円周方向だけでなく直径方向にも移動自
在とすれば、１個のバランスウェイトのみで、ホイール
バランスの調整が自在となる。又、ホイールバランスを
調整する際に車輪を回転させるには、車体をジャッキア
ップし、車輪を浮かせた状態で手で車輪を回しても良い
が、車両を走行させた状態で自動的にホイールバランス
調整作業を行なわせる事も出来る。この場合に於いて、
運転席に設けたスイッチのＯＮ時にのみ、調整作業が行
なわれる様にも構成出来る。

【００２８】又、ホイールバランスを調整した後、この
ホイールバランスが狂う事を防止する為には、前記第
一、第二の駆動ギヤ２８、２９をウォームギヤとし、こ
れら両ギヤ２８、２９と第一、第二のリングギヤ２２、
２３とを不可逆的に噛合させる事も出来る。但し、第
一、第二のモータ２６、２７として、静止トルクの大き
な超音波モータを使用すれば、この様な配慮は不要であ
る。

【００２９】次に、図５は本発明の第二実施例を示して
いる。本実施例の場合、第二のカバー１７ａを円輪状の
平板とし、この第二のカバー１７ａと間座２０ａとをフ
ランジ１の内側面外周寄り部分に、ボルト３２により固
定している。その他の構成及び作用は、前述の第一実施
例と同様である。

【００３０】次に、図６は本発明の第三実施例を示して
いる。本実施例の場合、第二のカバー１７ｂを断面略コ
字形に形成する事で、この第二のカバー１７ｂの端縁に
支持した第二のシール材１８ａの端縁を、フランジ１の
内側面に摺接させている。その他の構成及び作用は、前
述の第一実施例と同様である。

【００３１】尚、ホイールバランスを調整する為に振動
を検出するセンサ３０の装着位置は、図１、５、６に示
す様な外輪１０の中間部に限定されず、車輪の振動を検
出出来る場所ならば、他の場所でも良い。例えば図７
は、操舵輪を支持する懸架装置のナックル３３にセンサ
３０を装着した例を、図８は、非操舵輪を支持する懸架
装置のナックル３４にセンサ３０を装着した例を、それ
ぞれ示している。

【００３２】更に、センサ３０や制御器等を省略して、
走行しながら、試行錯誤により振動が発生しない様にす
れば、調整作業に時間を要するにしても、一応のバラン
ス調整作業は可能である。

【００３３】

【発明の効果】本発明のホイールバランス調整機能付軸
受ユニットは、以上に述べた通り構成され作用する為、
修理工場等に備えられたバランス調整機を使用する事な
く、タイヤのホイールバランスを調整出来る為、パンク
修理等により、路上で不意にホイールバランスが狂った
場合にもこれを修正して、引き続き所望速度での走行を
可能に出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例を示す断面図。

【図２】バランスウェイト駆動部分を示しており、
（Ａ）は図１と同じ方向から見た図、（Ｂ）は（Ａ）の
右方から見た図。

【図３】バランス調整の状態を説明する為の略図。

【図４】バランス調整後に生じる遠心力を示すベクトル
線図。

【図５】本発明の第二実施例を示す断面図。

【図６】本発明の第三実施例を示す断面図。

【図７】振動検出用のセンサ取付位置の第２例を示す断
面図。

【図８】同第３例を示す断面図。

【符号の説明】

１ フランジ ２ ハブ ３ シャフト ４ 第一の内輪軌道 ５ 第二の内輪軌道 ６ 内輪 ７ 小径部 ８ ナット ９ スタッド １０ 外輪 １１ 外輪軌道 １２ 第二のフランジ １３ 転動体 １４ 空間 １５ カバー １６ シール材 １７、１７ａ、１７ｂ 第二のカバー １８、１８ａ 第二のシール材 １９ 段部 ２０、２０ａ 間座 ２１ 内壁 ２２ 第一のリングギヤ ２３ 第二のリングギヤ ２４ 第一のバランスウェイト ２５ 第二のバランスウェイト ２６ 第一のモータ ２７ 第二のモータ ２８ 第一の駆動ギヤ ２９ 第二の駆動ギヤ ３０ センサ ３１ 発信器 ３２ ボルト ３３、３４ ナックル ３５ 受信器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周面に内輪軌道を設けたシャフトと、
   内周面に外輪軌道を設けた外輪と、上記内輪軌道と外輪
   軌道との間に設けられた複数個の転動体と、上記外輪と
   上記シャフトとの内の一方の部材で、車両の走行時に回
   転する回転部材に設けた車輪固定用のフランジと、この
   回転部材に少なくとも回転方向に亙る変位自在に支持し
   た、少なくとも１個のバランスウェイトと、このバラン
   スウェイトの位置を変える為の駆動手段とを備えたホイ
   ールバランス調整機能付軸受ユニット。