JP4589812B2

JP4589812B2 - 車両用ホイール

Info

Publication number: JP4589812B2
Application number: JP2005167792A
Authority: JP
Inventors: 洋一神山; 幹雄柏井; 久光高木; 雅裕西田; 和人中尾
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-06-08
Filing date: 2005-06-08
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2025-06-08
Also published as: JP2006341674A

Description

本発明は、自動車などの車両に装着される車両用ホイールに係り、特にロードノイズを低減することができる車両用ホイールに関する。

車両の走行時にタイヤとホイールとの間に形成されるタイヤ空気室内に、ある特定の周波数（気柱共鳴周波数という）の音が発生すると、この音によってホイールが加振されて車内にロードノイズとして伝達されることが知られている。この加振によるロードノイズを低減するために、タイヤ空気室に特定の周波数の音を消音させる特性を有する副気室を形成してホイールの振動を低減させる技術が種々提案されている。例えば、特許文献１では、ホイールのリムの外周面に、周方向に沿って複数の副気室を形成する技術が提案されている。
特開２００２−２３４３０５号公報（段落００４９，００５０、図１および図３）

しかしながら、特許文献１に記載のホイールでは、ホイールを加振させる特定の周波数の音に対して十分な消音効果を発揮させるために非常に大きな容積の副気室を確保しなければならないという問題があった。

また、ホイールの加振原因となる気柱共鳴は、例えば２２０Ｈｚ付近と２４０Ｈｚ付近の２箇所で周波数のピークが存在することが知られている。このため、副気室の消音特性を一方のピーク周波数と他方のピーク周波数との間の２３０Ｈｚ付近に設定することで双方の周波数の音を同時に消音する技術が提案されている。しかし、この場合にも副気室の容積が小さいと十分な消音効果が得られないため、副気室を大容積のものにする必要がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、副気室の容積を小さくしたとしても十分な消音効果を得ることができる車両用ホイールを提供することを目的とする。

本発明は、ディスクの外周にリムが固定されたホイールと、前記リムと当該リムの外周に取り付けられるタイヤとの間に形成されるタイヤ空気室と連通する副気室と、を備える車両用ホイールであって、前記副気室は、前記タイヤ空気室の第１の気柱共鳴周波数の音に対する消音特性を有するように共鳴周波数が設定された第１の副気室と、前記第１の気柱共鳴周波数とは異なる前記タイヤ空気室の第２の気柱共鳴周波数の音に対する消音特性を有するように共鳴周波数が設定された第２の副気室とを有し、前記第１の副気室を、前記ホイールの回転中心を挟んで対向する位置に少なくとも一対備え、かつ、前記第２の副気室を、前記ホイールの回転中心を挟んで対向する位置にさらに少なくとも一対備えることを特徴とする。

例えば、周波数が２４０Ｈｚ付近の気柱共鳴では、図１０（ａ）に示すように、タイヤ空気室内の上部と下部において、音圧の高い領域（高圧）と音圧の低い領域（低圧）とが同時に発生し、この音圧の高い領域と低い領域とが上部と下部において交互に入れ替わるという知見を得た。つまり、図１０（ａ）の左図に示す状態では、ホイールが押し下げられ、図１０（ａ）の右図に示す状態では、ホイールが押し上げられることで、ホイールが加振されることとなる。そこで、２４０Ｈｚの周波数（第１の周波数）の音に対応した消音特性を有する副気室（第１の副気室）をホイールの回転中心を挟んで対向する位置に設けることで、音圧の高い領域と低い領域とを同時に消滅させることができるので、消音効率を高めることが可能になる。なお、本発明において、「対向する」とは、必ずしも１８０度の位置に限定されるものではなく、効果が得られる範囲において角度にずれが生じてもよいことを含む趣旨である。

例えば、第２の周波数が２２０Ｈｚ付近の気柱共鳴では、図１０（ｂ）に示すように、タイヤ空気室内の前後方向において、音圧の高い領域（高圧）と音圧の低い領域（低圧）とが同時に発生し、この音圧の高い領域と低い領域とが前後において交互に入れ替わるという知見を得た。つまり、図１０（ｂ）の左図に示す状態では、ホイールが後方に押圧され、図１０（ｂ）の右図に示す状態では、ホイールが前方に押圧されることになる。そこで、２２０Ｈｚの第２の周波数の音に対応した消音特性を有する第２の副気室をホイールの回転中心を挟んで対向する位置にさらに設けることで、それぞれの周波数での音圧の高い領域と低い領域とを同時に消滅させることができるので、消音効率を一層高めることが可能になる。なお、この場合の対向も、前記と同様に、必ずしも１８０度の位置に限定されるものではなく、効果が得られる範囲において角度にずれが生じてもよいことを含む趣旨である。

また、後記する図６のように、前記一対の第１の副気室および前記一対の第２の副気室のいずれか一方が他方より異なる組数備える構成にしてもよい。このような構成とすることにより、第１の周波数と第２の周波数との強度比に応じて効率的な消音特性を得ることが可能になる。

本発明によれば、消音効率を高めることができるので、副気室の容積を小さく設定することが可能になる。

図１は本実施形態に係る車両用ホイールを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図２は副気室の長さ比と補正係数との関係を示すグラフ、図３は本実施形態の車両用ホイールにおける周波数とロードノイズとの関係を示すグラフである。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態の車両用ホイール１０は、円盤状のディスク１２の外周にリム１１が固定されたホイールＷに、一対の副気室１５Ａ，１５Ａと一対の副気室１５Ｂ，１５Ｂとを設けて構成したものである。また、この車両用ホイール１０には、その外周にタイヤ２０が装着されて車輪１が構成されている。なお、タイヤ２０に関して、符号２１はタイヤ本体、符号２２はインナライナ、符号２２Ａはビード部をそれぞれ示す。また、符号ＭＣは、タイヤ２０とリム１１との間に形成されるタイヤ空気室を示す。また、リム１１とディスク１２とが一体に形成されたホイールＷであってもよい。

図１（ｂ）に示すように、前記ホイールＷのリム１１は、断面視したリム１１の両端近傍にタイヤ２０のビード部２２Ａが位置するビードシート部１１Ｂと、リム１１の両端にリムフランジ１１Ａとを有する。また、リム１１は、凹形状をしたウエル部１１Ｃを有する。

前記副気室１５Ａ，１５Ａは、２４０Ｈｚ付近の共鳴周波数の音に対する消音特性を有するものであり、ホイールＷの回転中心Ｏを挟んで対向する位置に配置されている。また、前記副気室１５Ｂ，１５Ｂは、前記よりも低い２２０Ｈｚ付近の共鳴周波数の音に対する消音特性を有するものであり、ホイールＷの回転中心Ｏを挟んで対向する位置に配置されている。また、副気室１５Ａ，１５Ａと副気室１５Ｂ，１５Ｂとは、互いに直交するように配置されている。

前記車両用ホイール１０には、副気室１５Ａが一方（図１（ｂ）の右側）のリムフランジ１１Ａと、ウエル部１１Ｃとの間において気密性を有するようにリム１１と一体に形成されている。また、この副気室１５Ａは、周方向に沿って細長く形成されている（図１（ａ）参照）。また、副気室１５Ａには、タイヤ空気室ＭＣと連通する連通孔ｔが形成されている（図１（ｂ）参照）。なお、図示していないが、もう一方の副気室１５Ｂについても、副気室１５Ａと同様にして形成されている。

それぞれの副気室１５Ａ，１５Ｂに必要な容積は、以下の式１により求めることができる。なお、共鳴周波数ｆ１は、副気室１５Ａに対応するもので、例えば２４０Ｈｚであり、共鳴周波数ｆ２は、副気室１５Ｂに対応するもので、例えば２２０Ｈｚである。また、式１における補正係数αは、図２のグラフに基づいて決定される。図２のグラフの横軸における副気室の長さ比とは、ホイールＷの全周に対する、図１（ａ）において符号Ｌ１で示す副気室１５Ａの周方向の長さの割合である。つまり、長さＬ１が長く設定されることで、補正係数αが大きくなる。なお、副気室１５Ｂの場合も、同様にして図２に基づいて補正係数αが決定される。

ｆ１（またはｆ２）＝Ｃ／２π×√（Ｓ／（Ｖ（Ｌ＋α×√Ｓ）））・・・（式１）
ｆ１，ｆ２；共鳴周波数・・・Ｈｚ
Ｃ；副気室１５Ａ，１５Ｂ内部の音速（＝タイヤ空気室ＭＣ内部の音速）
Ｓ；連通孔ｔの開口面積・・・平方ｍ
Ｖ；副気室１５Ａ，１５Ｂの容積・・・立方ｍ
Ｌ；連通孔ｔの首長さ・・・ｍ
α；補正係数

図３に示すように、副気室１５Ａ，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｂを設けない（副気室なしの）場合は、気柱共鳴による大きな振動レベルのピークＰ１，Ｐ２が共鳴周波数ｆ１である２４０Ｈｚ付近、ｆ２である２２０Ｈｚ付近で発生しているが、副気室１５Ａ，１５Ａおよび副気室１５Ｂ，１５Ｂを、それぞれホイールＷの回転中心Ｏを挟んで対向して設けることにより、図１０で説明した原理により気柱共鳴によるピークＰ１，Ｐ２が消滅して、図３中の判断基準となるレベルＱ程度まで低減されることが確認された。これによって、ロードノイズを十分に低減することが可能になる。

このように、消音効率を高めることができるので、副気室１５Ａ，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｂの容積を小さく設定することが可能になる。よって、副気室１５Ａ，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｂを小型化できるので、車両用ホイール１０の重量を従来よりも低減することが可能になる。また、副気室１５Ａ，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｂを小型化できることで、リム１１からタイヤ空気室ＭＣ内に出っ張りが形成されることがないので、タイヤ２０の車両用ホイール１０への組み付け性が損なわれることもない。

図４は、気柱共鳴の高い周波数（２４０Ｈｚ）のみに対応した消音特性を有する副気室を備えた車両用ホイールを示し、（ａ）は副気室の配置を示す正面図、（ｂ）は周波数とロードノイズとの関係を示すグラフである。図４（ａ）に示すように、共鳴周波数２４０Ｈｚ付近での消音特性を有する副気室１５Ａ，１５ＡをホイールＷの回転中心Ｏを挟んで対向する位置に設けた場合には、図４（ｂ）に示すように、気柱共鳴によるピークＰ１が消滅し、図中のレベルＱ程度まで低減される。なお、ピークＰ２については、前記した図３に比べて消音後もピークの高さが高くなっている。

図５は、気柱共鳴の低い周波数（２２０Ｈｚ）のみに対応した消音特性を有する副気室を備えた車両用ホイールを示し、（ａ）は副気室の配置を示す正面図、（ｂ）は周波数とロードノイズとの関係を示すグラフである。図５（ａ）に示すように、共鳴周波数２２０Ｈｚ付近の消音特性を有する副気室１５Ｂ，１５ＢをホイールＷの回転中心Ｏを挟んで対向する位置に設けた場合には、図５（ｂ）に示すように、気柱共鳴によるピークＰ２が消滅し、図中のレベルＱ程度まで低減される。なお、ピークＰ１については、前記した図３に比べて消音後もピークの高さが高くなっている。

このように、一方の気柱共鳴の周波数に対応した副気室１５Ａ，１５Ａ（１５Ｂ，１５Ｂ）のみを設けて気柱共鳴の周波数の音に対する消音性を発揮させるようにしてもよい。

図６は、別の実施形態に係る車両用ホイールを示す正面図である。この車両用ホイール１０Ａは、共鳴周波数が２４０Ｈｚ（ｆ１）付近での消音特性を有する副気室１５Ａ，１５Ａが１組、２２０Ｈｚ（ｆ２）付近での消音特性を有する副気室１５Ｂ，１５Ｂが３組設けられた構成となっている。副気室１５Ａ，１５Ａは、ホイールＷの回転中心Ｏを挟んで対向する位置に設けられ、各組の副気室１５Ｂ，１５Ｂも同様にホイールＷの回転中心Ｏを挟んで対向する位置に設けられている。これによって、２２０Ｈｚ付近の消音性を高めることができ、ロードノイズを低減することができる。なお、副気室１５Ａ，１５Ａを３組、副気室１５Ｂ，１５Ｂを１組として、２４０Ｈｚ付近の消音性を高めるようにしてもよい。

図７は、本実施形態の変形例に係る車両用ホイールを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
この実施形態における車両用ホイール３０は、図７（ａ）に示すように、ホイールＷのディスク１２（図７（ｂ）参照）に設けられた４本のスポーク３１，３１，３１，３１内に、一対の副気室３５Ａ，３５Ａと一対の副気室３５Ｂ，３５Ｂとを設けて構成したものである。副気室３５Ａ，３５Ａは、前記した副気室１５Ａと同様に、２４０Ｈｚ（ｆ１）付近での消音特性を有し、副気室３５Ｂ，３５Ｂは、前記した副気室１５Ｂと同様に、２２０Ｈｚ（ｆ２）付近での消音特性を有し、それぞれホイールＷの回転中心Ｏを挟んで対向するようにして設けられている。また、車両用ホイール３０は、図７（ｂ）に示すように、連通孔ｔを介して副気室３５Ａとタイヤ空気室ＭＣとが連通するように構成されている。なお、図示していないが、副気室３５Ｂについても、副気室３５Ａと同様に構成されている。

なお、車両用ホイール３０における副気室３５Ａ，３５Ｂの容積を求める際の補正係数αは、図２に基づいて決められるが、このときの図２の横軸の副気室の長さ比は、ホイールＷの全周に対する、図７（ａ）において符号Ｌ２で示す副気室３５Ａの周方向の長さの割合である。

このように、車両用ホイール３０のスポーク３１，３１，３１，３１に副気室３５Ａ，３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｂを設けた場合であっても、前記した車両用ホイール１０の場合と同様に消音効率を高めることができ、副気室３５Ａ，３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｂの容積の小型化を図ることができる。このように副気室３５Ａ，３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｂの小型化が可能になることで、車両用ホイール３０のスポーク３１，３１，３１，３１にも適用することができ、設計の自由度を高めることが可能になる。なお、本実施形態は、４本のスポークのタイプに限定されるものではなく、４本よりも多い６本、８本などの偶数本のスポークのタイプにも適用することもできる。

また、車両用ホイール１０の変形例である車両用ホイール１０Ｂは、図８に示すように、２４０Ｈｚ（ｆ１）付近での消音特性を有する副気室１５Ａ，１５Ａが２組設けられ、２２０Ｈｚ（ｆ２）付近での消音特性を有する副気室１５Ｂ，１５Ｂが２組設けられている。そして、対向する副気室１５Ａ，１５Ａと対向する副気室１５Ａ，１５Ａとが互いに直交する向き（９０度回転した向き）に配置され、対向する副気室１５Ｂ，１５Ｂと対向する副気室１５Ｂ，１５Ｂとが互いに直交する向きに配置されている。また、車両用ホイール１０の別の変形例である車両用ホイール１０Ｃは、図９に示すように、対向する副気室１５Ａ，１５Ａ（１５Ｂ，１５Ｂ）と対向する副気室１５Ａ，１５Ａ（１５Ｂ，１５Ｂ）とが互いに直交しないように配置されている。図８および図９に示すいずれの実施形態においても、消音効率を向上させることができ、副気室１５Ａ，１５Ｂの小型化を図ることができる。

また、本発明は、前記したようにリム内蔵やスポーク内蔵などの副気室内蔵タイプや、ヘルムホルツ型や１／４波長共鳴型などに限定されるものではなく、車両用ホイールに適用可能なあらゆる副気室を対象にすることができる。また、副気室１５Ａ，１５Ａと副気室１５Ｂ，１５Ｂとの組数、また、副気室３５Ａ，３５Ａと副気室３５Ｂ，３５Ｂとの組数は、前記した実施形態に限定されるものではない。

本実施形態に係る車両用ホイールを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。副気室の長さ比と補正係数との関係を示すグラフである。本実施形態の車両用ホイールにおける周波数とロードノイズとの関係を示すグラフである。気柱共鳴の高い周波数のみに対応した消音特性を有する副気室を備えた車両用ホイールを示し、（ａ）は副気室の配置を示す正面図、（ｂ）は周波数とロードノイズとの関係を示すグラフである。気柱共鳴の低い周波数のみに対応した消音特性を有する副気室を備えた車両用ホイールを示し、（ａ）は副気室の配置を示す正面図、（ｂ）は周波数とロードノイズとの関係を示すグラフである。別の実施形態に係る車両用ホイールを示す正面図である。本実施形態の変形例に係る車両用ホイールを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。本実施形態に係る車両用ホイールの変形例を示す正面図である。本実施形態に係る車両用ホイールの別の変形例を示す正面図である。ホイールが加振される仕組みを示す説明図であり、（ａ）は２４０Ｈｚ付近での加振状態を示す図、（ｂ）は２２０付近での加振状態を示す図である。

符号の説明

１車輪
１０，１０Ａ〜１０Ｃ，３０車両用ホイール
１５Ａ，１５Ｂ，３５Ａ，３５Ｂ副気室
２０タイヤ
Ｏ回転中心
Ｗホイール

Claims

ディスクの外周にリムが固定されたホイールと、前記リムと当該リムの外周に取り付けられるタイヤとの間に形成されるタイヤ空気室と連通する副気室と、を備える車両用ホイールであって、
前記副気室は、前記タイヤ空気室の第１の気柱共鳴周波数の音に対する消音特性を有するように共鳴周波数が設定された第１の副気室と、前記第１の気柱共鳴周波数とは異なる前記タイヤ空気室の第２の気柱共鳴周波数の音に対する消音特性を有するように共鳴周波数が設定された第２の副気室とを有し、
前記第１の副気室を、前記ホイールの回転中心を挟んで対向する位置に少なくとも一対備え、かつ、前記第２の副気室を、前記ホイールの回転中心を挟んで対向する位置にさらに少なくとも一対備えることを特徴とする車両用ホイール。
前記一対の第１の副気室および前記一対の第２の副気室のいずれか一方が他方より異なる組数備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用ホイール。