JP5719396B2

JP5719396B2 - ヘルムホルツレゾネータ型消音器

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Publication number: JP5719396B2
Application number: JP2013038223A
Authority: JP
Inventors: 幸弘織本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2033-02-28
Also published as: EP2772905A1; EP2772905B1; JP2014162456A

Description

本発明は、ヘルムホルツレゾネータ型消音器に関する。

従来、ヘルムホルツレゾネータ型消音器としては、空洞部（副気室ともいう）と、この空洞部を外部に連通させる連通孔とを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このヘルムホルツレゾネータ型消音器は、振動系を構成しており、譬えれば連通孔内の空気が質量の役割をし、空洞部の空気がバネの役割をしている。そして、この振動系の固有振動数と同じ周波数の音が連通孔を介して空洞部内に入射すると、このヘルムホルツレゾネータ型消音器では共鳴を生じて連通孔内の空気が激しく振動する。ヘルムホルツレゾネータ型消音器は、振動する連通孔内の空気と連通孔の表面との間に発生する粘性抵抗により前記の共鳴を減衰させて消音を行う。

特開２０１２−５１３９７号公報

ところで、ヘルムホルツレゾネータ型消音器の消音効果を向上させるために、連通孔の断面積や連通孔の長さを大きく設定することが考えられる。しかしながら、連通孔の断面積や連通孔の長さを大きく設定すると、次式（１）からわかるようにヘルムホルツレゾネータ型消音器の共鳴振動周波数（ｆ_０）が、消音対象の音の周波数からずれる問題がある。

ｆ_０＝Ｃ／２π×√（Ｓ／Ｖ（Ｌ＋α×√Ｓ））・・・（式１）
ｆ_０（Ｈｚ）：共鳴振動周波数
Ｃ（ｍ／ｓ）：空洞部内の音速
Ｖ（ｍ^３）：空洞部の容積
Ｌ（ｍ）：連通孔の長さ
Ｓ（ｍ^２）：連通孔の断面積
α：補正係数

そこで、本発明の課題は、共鳴振動周波数が、消音対象の音の周波数からずれることなく消音効果をより一層向上させることができるヘルムホルツレゾネータ型消音器を提供することにある。

前記課題を解決した本発明は、空洞部とこの空洞部を外部に連通させる連通孔とを備え、車両用ホイールに取り付けられるヘルムホルツレゾネータ型消音器であって、前記連通孔は、管体の内側に形成され、この管体の内周面には外周面には貫通しない溝状の切り欠き部が形成されていることを特徴とする。
また、このようなヘルムホルツレゾネータ型消音器においては、前記切り欠き部は、前記連通孔の長さ方向に沿って前記連通孔の断面の輪郭の中心周りに捻れるように形成されていることが望ましい。
また、課題を解決した本発明は、空洞部とこの空洞部を外部に連通させる連通孔とを備え、車両用ホイールに取り付けられるヘルムホルツレゾネータ型消音器であって、前記連通孔は、断面の輪郭が非正円形状であり、かつ前記断面の輪郭が前記連通孔の長さ方向に沿って前記断面の輪郭の中心周りに捻れるように形成されていることを特徴とする。
以上のヘルムホルツレゾネータ型消音器は、連通孔の断面積や連通孔の長さを変更しなくても、振動する連通孔内の空気と連通孔の表面との間に発生する粘性抵抗を増大させる。

本発明のヘルムホルツレゾネータ型消音器によれば、連通孔の断面積や連通孔の長さを変更しなくても、振動する連通孔内の空気と連通孔の表面との間に発生する粘性抵抗を増大させるので、共鳴振動周波数が消音対象の音の周波数からずれることなく消音効果をより一層向上させることができる。

本発明の実施形態に係るヘルムホルツレゾネータ型消音器としての副気室部材を備える車両用ホイールの斜視図である。（ａ）は図１の副気室部材の全体斜視図であり、（ｂ）はその正面図である。図１の車両用ホイールのウェル部上に配置された副気室部材の断面図であり、図１のIII−III断面における部分拡大断面図である。図２（ａ）のIV−IV線で切り欠いた副気室部材を示す斜視図である。（ａ）は、副気室部材における連通孔が形成された管体の断面図、（ｂ）は、変形例に係る管体の断面図である。他の変形例に係る連通孔の斜視図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るヘルムホルツレゾネータ型消音器（以下、これを副気室部材１０と称する）を備える車両用ホイール１の斜視図である。この副気室部材１０は、タイヤ空気室内での気柱共鳴に起因するロードノイズを低減するものである。
本発明の実施形態に係る副気室部材１０は、振動する連通孔１８ａ内の空気と連通孔１８ａの表面（後記する管体１８（図２参照）の内表面）との間に発生する粘性抵抗を高めるように、連通孔１８ａを後記する所定の形状としたことを主な特徴とする。

ここでは、まず車両用ホイール１の全体構成について説明する。
図１に示すように、車両用ホイール１は、副気室部材１０をホイール周方向Ｘに等間隔に複数有するものである。ちなみに、本実施形態では、４つの副気室部材１０を有するものを想定しているが、本発明は２つ若しくは３つ又は５つ以上の副気室部材１０を有するものであってもよい。

本実施形態での車両用ホイール１は、リム１１と、このリム１１をハブ（図示省略）に連結するためのディスク１２とを備えている。図１中、符号１１ｄは、ウェル部１１ｃの外周面であり、副気室部材１０は、後に詳しく説明するように、このウェル部１１ｃに嵌め込まれる。また、符号１５は、リム１１の周方向に延びるようにウェル部１１ｃの外周面１１ｄに立設された環状の縦壁である。ちなみに、副気室部材１０は、後記するように、この縦壁１５に係止される。符号１８は、その内側に連通孔１８ａが形成された管体である。
この管体１８は、副気室部材１０が縦壁１５に係止される際に縦壁１５の切欠き部１５ａに嵌め込まれて、ホイール周方向Ｘに副気室部材１０がずれないようにする回止め部材としても機能する。

図２（ａ）は、副気室部材１０の全体斜視図であり、図２（ｂ）は副気室部材１０の正面図である。
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、副気室部材１０は、一方向（ホイール周方向Ｘ）に長い部材であって、本体部１３と、管体１８と、縁部１４ａ，１４ｂと、延出部１４ｃ，１４ｄと、を備えている。

本体部１３は、外周面１１ｄ（図１参照）の周方向の曲率に合わせて湾曲するように長手に形成され、後に詳しく説明するように、その内側に副気室ＳＣ（図３参照）を有している。なお、この副気室ＳＣは、特許請求の範囲にいう「空洞部」に相当する。
管体１８は、副気室部材１０の長手方向の中央部でホイール幅方向Ｙに本体部１３から突出するように設けられている。
管体１８の内側には、管体１８の長さに応じた連通孔１８ａが形成されている。この連通孔１８ａは、本体部１３の内側の副気室ＳＣ（図３参照）と、タイヤ空気室ＭＣ（図３参照）とを連通させるものである。
連通孔１８ａの形状については、後に詳しく説明する。

縁部１４ａ及び縁部１４ｂは、本体部１３のホイール幅方向Ｙの両側部のそれぞれに沿うように形成されホイール周方向Ｘに延在している。これらの縁部１４ａ，１４ｂは、後に詳しく説明するように、ウェル部１１ｃ（図１参照）に立設した環状の縦壁１５に形成される第１の縦壁面１６ａ（図３参照）、及び第１の縦壁面１６ａとホイール幅方向Ｙで対向するようにウェル部１１ｃに形成される第２の縦壁面１６ｂ（図３参照）のそれぞれの溝部１７ａ，１７ｂ（図３参照）に係止されて本体部１３をウェル部１１ｃに固定する。

延出部１４ｃ及び延出部１４ｄは、ホイール周方向Ｘの本体部１３における後記する底板２５ｂ（図３参照）の端部からホイール周方向Ｘに延出する板状体部分と、ホイール周方向Ｘの縁部１４ａ，１４ｂの端部からホイール周方向Ｘに延出する板状体部分とが一体化して形成されている。ちなみに、延出部１４ｃ，１４ｄは、縁部１４ａ，１４ｂのホイール周方向Ｘの延長上にあって外周面１１ｄ（図１参照）の周方向の曲率に合わせて湾曲している。
符号３３ａは、後記する上側結合部である（図３参照）。

次に参照する図３は、ウェル部１１ｃ上に配置された副気室部材１０の断面図であり、図１のIII−III断面における部分拡大断面図である。
図３に示すように、副気室部材１０の本体部１３は、底板２５ｂと、この底板２５ｂとの間に副気室ＳＣを形成する上板２５ａとを備えている。なお、本実施形態での上板２５ａ及び底板２５ｂのそれぞれは、同じ厚さとなっているが、これらの厚さは相互に異なっていてもよい。

上板２５ａは、ウェル部１１ｃの外周面１１ｄ側に沿うように配置された底板２５ｂの上方で膨らみをもつように湾曲することで、副気室ＳＣを形成している。
上板２５ａには、本体部１３を構成する部分に、上側結合部３３ａが形成されている。この上側結合部３３ａは、上板２５ａが部分的に副気室ＳＣ側に向かって窪むように形成されたものであり、平面視で円形を呈している。この上側結合部３３ａは、図２（ａ）に示すように、副気室部材１０の長手方向（ホイール周方向Ｘ）に沿って本体部１３の中央線上で１列に並ぶように１０個形成されている。

再び図３に戻って、底板２５ｂには、上側結合部３３ａと対応する位置に、底側結合部３３ｂが形成されている。
これらの底側結合部３３ｂは、底板２５ｂが部分的に副気室ＳＣ側に向かって窪むように形成されたものであり、平面視で円形を呈している。これらの底側結合部３３ｂは、その先端部が、上板２５ａの上側結合部３３ａの先端部と一体になって、上板２５ａと底板２５ｂとを結合している。
なお、本発明においては、このような上側結合部３３ａ及び底側結合部３３ｂを有しない構造とすることもできる。

縁部１４ａ及び縁部１４ｂは、底板２５ｂと上板２５ａとを結合している。
そして、縁部１４ａ及び縁部１４ｂの先端は、第１の縦壁面１６ａの溝部１７ａ及び第２の縦壁面１６ｂの溝部１７ｂに嵌り込んでいる。
第１の縦壁面１６ａ及び第２の縦壁面１６ｂの溝部１７ａ，１７ｂに嵌り込むことで係止される縁部１４ａ，１４ｂは、前記したように、湾曲する底板２５ｂと一体になってウェル部１１ｃの外周面１１ｄ側に凸となる湾曲面を形成している。また、これらの縁部１４ａ，１４ｂ及び底板２５ｂのホイール周方向Ｘの延長上に形成される延出部１４ｃ，１４ｄ（図２参照）も、図示しないがウェル部１１ｃの外周面１１ｄ側に凸となる湾曲面を形成している。

このような本実施形態での縁部１４ａ，１４ｂ、及び延出部１４ｃ，１４ｄ（図２参照）の厚さは、底板２５ｂ及び上板２５ａの厚さと略同じ厚さに設定されている。そして、これらの縁部１４ａ，１４ｂ、及び延出部１４ｃ，１４ｄは、その厚さや材料を適宜に選択することでバネ弾性を有している。

以上のような本実施形態に係る副気室部材１０は、樹脂成形品を想定しているがこれに限定されるものではなく金属等の他の材料で形成することもできる。なお、樹脂製の場合は、その軽量化や量産性の向上、製造コストの削減、副気室ＳＣの気密性の確保等を考慮すると、軽量で高剛性のブロー成形可能な樹脂が望ましい。中でも、繰り返しの曲げ疲労にも強いポリプロピレンが特に望ましい。

次に、副気室部材１０が取り付けられるリム１１について説明する。
リム１１は、図１に示すホイール幅方向Ｙの両端部に形成されるタイヤのビードシート部（図示省略）同士の間で、ホイール径方向の内側（回転中心側）に向かって凹んだウェル部１１ｃを有している。
ウェル部１１ｃは、図示しないタイヤをリム１１に組み付けるリム組み時に、タイヤのビード部（図示省略）を落とし込むために設けられている。ちなみに、本実施形態でのウェル部１１ｃは、ホイール幅方向Ｙに亘って略同径となる円筒形状に形成されている。
このウェル部１１ｃの外周面１１ｄには、リム１１の周方向に延びるように環状の縦壁１５が立設されている。

再び図３に戻って、縦壁１５は、ウェル部１１ｃの外周面１１ｄからホイール径方向の外側（図３の紙面上側、以下同じ）に立ち上がる第１の縦壁面１６ａを形成するように外周面１１ｄに立設されている。
また、ウェル部１１ｃのホイール幅方向Ｙの内側（図３の紙面左側）に形成される側面部１１ｅには、第１の縦壁面１６ａと略向き合うように第２の縦壁面１６ｂが設けられている。なお、本実施形態での縦壁１５は、リム１１を鋳造する際にウェル部１１ｃと一体に成形される。

そして、これらの第１の縦壁面１６ａ及び第２の縦壁面１６ｂには、それぞれ溝部１７ａ及び溝部１７ｂが形成されている。これらの溝部１７ａ，１７ｂは、ウェル部１１ｃの外周面１１ｄの周方向に沿って形成されて環状の周溝を形成している。これらの溝部１７ａ，１７ｂには、副気室部材１０の縁部１４ａ及び縁部１４ｂが嵌め込まれることとなる。なお、本実施形態での溝部１７ａ，１７ｂは、縦壁１５及び側面部１１ｅのそれぞれに機械加工を施して形成される。

次に参照する図４は、図２のIV−IV線で切り欠いた副気室部材１０の断面斜視図である。
図４に示すように、副気室ＳＣ内で相互に結合された上側結合部３３ａと底側結合部３３ｂは、副気室部材１０の機械的強度を向上させる共に、副気室ＳＣの容積の変動を抑制して後記する消音機能をより効果的に発揮させる構成となっている。

副気室ＳＣの容積は、５０〜２５０ｃｃ程度が望ましい。副気室ＳＣの容積をこの範囲内に設定することで、副気室部材１０は消音効果を充分に発揮しつつ、その重量の増大を抑制して車両用ホイール１（図１参照）の軽量化を図ることができる。また、ホイール周方向Ｘ（図２参照）の副気室部材１０の長さは、リム１１（図１参照）の周長（ウェル部１１ｃ（図１参照）の外周面１１ｄ（図１参照）の周長）の２分の１の長さを最大として、車両用ホイール１の重量の調整やウェル部１１ｃに対する組付け容易性を考慮して適宜に設定することができる。
なお、図４中、符号１３は、本体部であり、符号２５ａは、上板であり、符号２５ｂは、底板である。

次に、連通孔１８ａの形状について説明する。
本実施形態での連通孔１８ａは、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、その外形が円柱状を呈する管体１８の内側に形成されている。
次に参照する図５（ａ）は、副気室部材１０における連通孔１８ａが形成された管体１８の断面図である。
本実施形態での連通孔１８ａは、図５（ａ）に示すように、管体１８の内周面１８ｂに部分的に溝状の切り欠き部１８ｃを設けて形成されている。さらに具体的に説明すると、連通孔１８ａは、その断面の輪郭が、「内周面１８ｂを規定する円部」と、「切り欠き部１８ｃに対応する突出部」（円部の外側に突出する突出部）とが組み合わされた形状の外周で形成されている。
なお、本実施形態での内周面１８ｂは、管体１８の内側に形成される円柱状空間形状の外周面を想定しているが、内周面１８ｂは、楕円柱状空間形状の外周面とすることもできる。

本実施形態での切り欠き部１８ｃは、内周面１８ｂの周方向に沿って等間隔に複数（本実施形態では８つ）設けられているが、切り欠き部１８ｃの数は、１以上であればよい。
なお、本実施形態での切り欠き部１８ｃは、その断面形状が矩形を呈しているが、この切り欠き部１８ｃの断面形状は、矩形以外の多角形、半円形、半楕円形等の他の形状とすることもできる。

また、本実施形態での切り欠き部１８ｃは、管体１８の長さ方向に連続して延在するものを想定しているが、管体１８の長さ方向に断続的に形成されるものであってもよい。また、切り欠き部１８ｃは、管体１８の長さ方向に直線的に延びるものであっても、スパイラル状（ライフリング状）に延びるものであってもよい。

また、本実施形態での管体１８の外形は、前記したように、円柱状を呈するものを想定しているが、楕円柱状を呈するように構成することもできる。
また、管体１８の外形は、その断面視で、連通孔１８ａの断面の輪郭と相似形をなすように設定することもできる。

図５（ｂ）は、変形例に係る管体の断面図である。
図５（ｂ）に示すように、管体１８の外形は、断面視で星形状の連通孔１８ａと相似形をなしている。なお、図５（ｂ）に示す星形状は六芒星形状（ヘキサグラム）であるがこれに限定されることなく五芒星形状（ペンタグラム）等の他の星形状とすることもできる。図５（ｂ）中、符号１８ｃは、切り欠き部（突出部）であり、符号１８ｄは、前記の円部である。

連通孔１８ａの長さと断面積は、次の（式１）で示されるヘルムホルツレゾネータの共鳴振動周波数を求める式を満たすように設定される。
ｆ_０＝Ｃ／２π×√（Ｓ／Ｖ（Ｌ＋α×√Ｓ））・・・（式１）
ｆ_０（Ｈｚ）：共鳴振動周波数
Ｃ（ｍ／ｓ）：副気室ＳＣ内部の音速（＝タイヤ空気室ＭＣ内部の音速）
Ｖ（ｍ^３）：副気室ＳＣの容積
Ｌ（ｍ）：連通孔１８ａの長さ
Ｓ（ｍ^２）：連通孔１８ａの開口部断面積
α：補正係数
なお、前記共鳴振動周波数ｆ_０は、タイヤ空気室ＭＣの共鳴振動周波数に合わせられる。

次に、本実施形態に係る副気室部材１０の奏する作用効果について説明する。
一般に、ヘルムホルツレゾネータ型消音器（副気室部材１０）は、振動する連通孔１８ａ内の空気と連通孔１８ａの表面との間に発生する粘性抵抗により前記の共鳴を減衰させて消音を行う。

本実施形態の副気室部材１０では、前記のとおり、連通孔１８ａは、管体１８の内周面１８ｂに部分的に切り欠き部１８ｃを設けて形成されている。これにより、連通孔１８ａは、この連通孔１８ａの断面積と同じ円形断面の、又は楕円断面の連通孔と比較して内周側の表面積が大きい。つまり、連通孔の断面積（前記式１中のＳ、以下同じ）や連通孔の長さ（前記式１中のＬ、以下同じ）を変更しなくても、振動する連通孔１８ａ内の空気と連通孔１８ａの内周面との接触面積を増大させることができる。

したがって、本実施形態の副気室部材１０では、振動する連通孔１８ａ内の空気と連通孔１８ａの表面との間に発生する粘性抵抗が増大する。
そして、このような副気室部材１０によれば、連通孔の断面積（Ｓ）や連通孔の長さ（Ｌ）を変更しなくても、前記のように振動する連通孔内の空気と連通孔の表面との間に発生する粘性抵抗を増大させることができるので、共鳴振動周波数が消音対象の音の周波数からずれることなく消音効果をより一層向上させることができる。

以上、本実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。
本発明の副気室部材１０は、連通孔１８ａ自体が螺旋状に捻れるように形成されることでも連通孔１８ａ内の空気と連通孔１８ａの内周面との接触面積を増大させることができる。次に参照する図６は、他の変形例に係る連通孔の斜視図である。

図６に示すように、この連通孔１８ａは、連通孔１８ａの断面の輪郭の中心Ａｘ周りに捻れるように形成されている。ちなみに、本実施形態での連通孔１８ａの捻れは、連通孔１８ａの一端から他端までの間で前記中心Ａｘ周りに断面の輪郭が３０°捻れるものを示したが、本発明は３０°を超え又は３０°未満で螺旋状に捻れる連通孔１８ａを有する副気室部材１０とすることもできる。なお、この図６に示す連通孔１８ａの断面形状（断面の輪郭）は正六角形となっているが、捻れの効果がない正円を除くもの（非正円形状）であれば断面形状に特に制限はない。図６中、符号１８は、仮想線でその外形を表した管体である。

また、前記実施形態では、タイヤ空気室ＭＣ内での気柱共鳴に起因するロードノイズを低減する副気室部材１０を例にとって本発明のヘルムホルツレゾネータ型吸音器について説明したが、本発明は内燃機関、外燃機関等の熱機関の吸気管に配置されるヘルムホルツレゾネータ型吸音器として使用することができる。

１０副気室部材（ヘルムホルツレゾネータ型吸音器）
１１ｃウェル部
１１ｄウェル部の外周面
１３本体部
１４ａ縁部
１４ｂ縁部
１６ａ第１の縦壁面
１６ｂ第２の縦壁面
１８管体
１８ａ連通孔
２５ａ上板
２５ｂ底板
Ｘホイール周方向
Ｙホイール幅方向
ＳＣ副気室（空洞部）
ＭＣタイヤ空気室

Claims

空洞部とこの空洞部を外部に連通させる連通孔とを備え、車両用ホイールに取り付けられるヘルムホルツレゾネータ型消音器であって、
前記連通孔は、管体の内側に形成され、この管体の内周面には外周面に貫通しない溝状の切り欠き部が形成されていることを特徴とするヘルムホルツレゾネータ型消音器。
請求項１に記載のヘルムホルツレゾネータ型消音器において、
前記切り欠き部は、前記連通孔の長さ方向に沿って前記連通孔の断面の輪郭の中心周りに捻れるように形成されていることを特徴とするヘルムホルツレゾネータ型消音器。
空洞部とこの空洞部を外部に連通させる連通孔とを備え、車両用ホイールに取り付けられるヘルムホルツレゾネータ型消音器であって、
前記連通孔は、断面の輪郭が非正円形状であり、かつ前記断面の輪郭が前記連通孔の長さ方向に沿って前記断面の輪郭の中心周りに捻れるように形成されていることを特徴とするヘルムホルツレゾネータ型消音器。