JP6947614B2 - ホイール用レゾネータ - Google Patents

Description

本発明は、容積室と連通管を有するレゾネータ（共鳴器）に関する。特に、車両用ホイールに取り付けられて使用されるホイール用レゾネータに関する。

自動車などの車両において、粗い路面等を走行するといわゆるロードノイズが発生する。ロードノイズの発生原因の一つが、タイヤ内部に生ずる気柱共鳴に起因することが知られている。近年、車両全体の静音化技術が進歩して、室内騒音レベルが下がるに従い、逆に、タイヤ内部の気柱共鳴に起因するロードノイズが目立つようになってきた。そこで、タイヤ内部に共鳴器（レゾネータ）を設けて、タイヤ内部の気柱共鳴を抑制し、ロードノイズの低減を図る技術が開発されている。

例えば、特許文献１には、長手方向に湾曲した円弧状の気室部と、気室部の内外を連通する連通孔部を備えるヘルムホルツ型レゾネータを、車両用ホイールに装着して用いる技術が開示されている。特許文献１に開示されるヘルムホルツ型レゾネータは、ブロー成形法により製造される。特許文献１の技術によれば、高精度な縁部の精度を有するレゾネータを低コストで製造でき、タイヤ内部の気柱共鳴を抑制できる。

特開２０１４−８４０１４号公報

特許文献１の技術は、ブロー成形によりレゾネータを製造する技術であるが、より生産性を高めるためには、例えば、複数の半割れ体を成形し、それら半割れ体を溶着してレゾネータを製造することが考えられる。

一方で、レゾネータは、消音対象であるタイヤ内部の気柱共鳴に対応した周波数で共鳴させる必要があり、特定の目標共鳴周波数に極力近い周波数で共鳴するように製造される必要がある。しかしながら、生産性を高めながら、ホイール用レゾネータの共鳴周波数を正確にコントロールすることは難しかった。

本発明の目的は、製造の生産性を高め、共鳴周波数が目標からずれにくいホイール用レゾネータを提供することにある。

発明者らは、複数の半割れ体を成形し、それら半割れ体を溶着してレゾネータを製造する検討を行った。しかしながら、半割れ体を溶着する技術においては、溶着高さを精密にコントロールすることが難しく、完成したレゾネータの共鳴周波数がばらつき、正確に共鳴周波数をコントロールすることが難しいことが判明した。

発明者らは、さらに鋭意検討を行い、特定の円筒状の割り面（溶着面）でレゾネータを半割れ状に分割して成形し、容積室と連通管とが共通する溶着面で半割にされるようにすると、製造の生産性を高めつつ、共鳴周波数が目標からずれにくくなることを知見し、本発明を完成させた。

本発明は、容積室と連通管を有し、車両用ホイールに取り付けられて使用されるホイール用レゾネータであって、前記容積室はホイールの外周面に沿って延在する偏平な形状に形成され、径方向外側に位置する合成樹脂製のアッパー部材と径方向内側に位置する合成樹脂製のロワー部材とが、所定の溶着面で溶着されることにより前記ホイール用レゾネータが構成されており、前記溶着面はホイールの周方向及び幅方向に延在する円筒面状であり、前記連通管は、前記溶着面に沿って延在するように設けられ、アッパー部材及びロワー部材には、それぞれ、前記容積室を前記溶着面でホイールの径方向に半割れ状に分割した容積部と、前記連通管を前記溶着面でホイールの径方向に半割れ状に分割した連通部とが一体に設けられている、ホイール用レゾネータである（第１発明）。

第１発明では、さらに、容積室の容積をＶとし、連通管の断面積をＳとし、溶着高さの単位長さの誤差により、容積室に生ずる容積変化を△Ｖとし、溶着高さの単位長さの誤差により、連通管の開口断面に生ずる断面積変化を△Ｓとして、△Ｓ／△Ｖが、Ｓ／Ｖの０．５倍〜１．５倍となっている。

本発明のホイール用レゾネータ（第１発明）によれば、製造の生産性が高められ、溶着高さのばらつきによる連通管の断面積変化の影響と容積室の容積変化の影響とをキャンセルさせて、溶着高さのばらつきによる共鳴周波数のばらつきが小さくなって、共鳴周波数が目標からずれにくくなる。

第１実施形態のホイール用レゾネータを示す斜視図である。 第１実施形態のホイール用レゾネータを示す上面図及び側面図である。 第１実施形態のホイール用レゾネータがホイールに取り付けられた状態を示す断面図である。 第１実施形態のホイール用レゾネータの構成部材を示す斜視図である。 第１実施形態のホイール用レゾネータの容積室と連通管の形状を示す模式図である。 第２実施形態のホイール用レゾネータの構成部材及び構造を示す斜視図である。 第３実施形態のホイール用レゾネータの構成部材及び構造を示す斜視図である。

以下図面を参照しながら、自動車のホイールに取り付けられるホイール用レゾネータを例として、発明の実施形態について説明する。発明は以下に示す個別の実施形態に限定されるものではなく、その形態を変更して実施することもできる。

図１ないし図４に、第１実施形態のホイール用レゾネータ１を示す。図１、図２にホイール用レゾネータ１の外観を示し、図３には断面構造を、図４には構成部材を示す。なお、以下の説明で、周方向とはホイールの円周方向のことであり、径方向とはホイールの径方向のことであり、幅方向とはホイールの幅方向すなわち中心軸の延在方向のことである。

ホイール用レゾネータ１は、容積室１２と連通管１１を有する、ヘルムホルツ型レゾネータである。図５にヘルムホルツレゾネータとしての気室の概要を模式的に示すように、容積室１２は容積Ｖの内部空間を有するような容器である。連通管１１は、容積室１２の内部空間と外部空間を互いに連通する、管状の部分である。連通管１１は管の開口断面の断面積がＳ、管の長さがＬとなるように設けられる。

ホイール用レゾネータ１は、車両用ホイール９９に取り付けられて使用される。取付の具体的構造は特に限定されないが、例えば、図３に示すように、ホイール用レゾネータ１に一体に成形された取付け部１３，１３を利用して、ホイールに取り付けられる。図３は、ホイールの周方向に沿って見た容積室１２の部分の断面図であり、図の下側がホイールの中心軸側であり、図の上側がタイヤの内部空間側である。

取付け部１３，１３は、容積室１２の幅方向の両側縁部に沿って、板状に設けられている。また、取付け部１３，１３は、容積室１２から幅方向及び径方向に張り出すように設けられている。
ホイール９９には、ホイール用レゾネータ１が取付けられるウェル９１が、周方向に延在する溝状に形成されている。ウェル９１の幅方向の両側には、壁部９２，９２が設けられ、壁部９２，９２が取付け部１３，１３の先端に当接することにより、ホイール用レゾネータ１の幅方向取付位置が規定される。壁部９２，９２の最外周部には係止部９３，９３が形成されている。

ホイール用レゾネータ１がホイール９９に取付けられる際には、取付け部１３，１３を弾性変形させながら、容積部１２をウェル９１に向かって押し付けて、取付け部１３，１３の先端を壁部９２と係止部９３の接続部にはまり込ませる。
取付けられた状態では、容積部１２がウェル９１の外周面に接触するように配置され、取付け部１３，１３の先端部が、ホイールの係止部９３，９３と壁部９２，９２に係止して、ホイール用レゾネータ１が径方向及び幅方向に固定される。他にも係止部や突起、凹部等を設けて、ホイール用レゾネータ１が周方向にも固定されることが好ましい。

ホイール用レゾネータ１はホイール９９に取付けられ、タイヤ（図示せず）の内部空間に配置されて使用される。ホイール用レゾネータ１は、容積室１２の容積Ｖや、連通管１１の断面積Ｓ，長さＬ等により決定される共鳴周波数ｆ0（例えば２００Ｈｚ）で共鳴し、タイヤの内部で発生する気柱共鳴等の騒音の発生を抑制する。

ホイール用レゾネータ１の構造についてより詳細に説明する。
容積室１２はホイール９９の外周面に沿って延在する偏平な形状に形成されている。すなわち、容積室１２は、周方向及び幅方向の大きさに比べ、径方向の大きさ（高さ）が小さい偏平形状をしている。これは、タイヤ組み換え等の作業性を考慮して、径方向寸法を抑えながら、容積室の容積を確保するためである。容積室１２は、周方向に沿って円弧状に湾曲した中空形状に形成されている。この円弧は、ホイールのウェル９１の形状に対応している。

図４に示すように、ホイール用レゾネータ１は、径方向外側に位置するアッパー部材２１と径方向内側に位置するロワー部材２２とが、所定の溶着面ＷＳで溶着されることにより構成されている。図１ないし図３では、溶着された部分を溶着部１４として示している。アッパー部材２１とロワー部材２２は、互いに溶着可能な合成樹脂により成形された部材である。これら部材は典型的には射出成形により製造される。

溶着面ＷＳは、図２、図３に示すように、ホイールの周方向及び幅方向に延在する円筒面状である。溶着面ＷＳは、幅方向や周方向にわたって傾斜していてもよい。溶着面ＷＳの部分でアッパー部材２１の端部とロワー部材２２の端部とが突きあわせられて溶着される。溶着は、熱盤溶着やレーザ溶着でもよいが、振動溶着であることが好ましい。溶着強度を高めるため、溶着部１４には、適宜、突条や溝、スカート、把持部などを形成してもよい。

連通管１１は、溶着面ＷＳに沿って延在するように設けられる。本実施形態においては、連通管１１はホイールの周方向に沿って管路が延在するように設けられている。さらに、溶着面ＷＳによって、連通管１１が管路に沿って半割りされる位置に、連通管１１は設けられている。

従って、ホイール用レゾネータ１の構成部材であるアッパー部材２１には、容積室１２を溶着面ＷＳでホイールの径方向に半割れ状に分割した容積部１２ａと、連通管１１を溶着面ＷＳでホイールの径方向に半割れ状に分割した連通部１１ａとが一体に設けられている。同様に、ホイール用レゾネータ１の構成部材であるロワー部材２２には、容積室１２を溶着面ＷＳでホイールの径方向に半割れ状に分割した容積部１２ｂと、連通管１１を溶着面ＷＳでホイールの径方向に半割れ状に分割した連通部１１ｂとが一体に設けられている。また、本実施形態では、ロワー部材２２に、取付け部１３，１３が設けられている。

溶着面ＷＳにより容積室１２や連通管１１を半割れ状にする具体的形態は特に限定されず、本実施形態のように、半割りにしたものの両方が器状、樋状となるように分割してもよいし、あるいは、半割りにしたものの一方が器状、樋状で、他方は板状となるように分割してもよい。

ホイール用レゾネータ１の製造方法の例について説明する。
まず、アッパー部材２１及びロワー部材２２を、熱可塑性樹脂の射出成形により成形する。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン樹脂やポリアミド樹脂などが好ましく使用される。

次いで、アッパー部材２１とロワー部材２２を所定の溶着面ＷＳで溶着して、ホイール用レゾネータ１を完成させる。溶着は振動溶着により行うことが好ましい。

上記実施形態のホイール用レゾネータ１の作用及び効果について説明する。
上記実施形態のホイール用レゾネータ１によれば、溶着高さがばらついても、ホイール用レゾネータ１の共鳴周波数がばらつくことが抑制される。

なお、周知のように、溶着高さのばらつきとは、溶着される部材同士が、溶着方向にどの程度近づいた／離れた状態で溶着が完了したかという、両部材の近接度合いのばらつきのことである。

連通管の断面積がＳ，長さがＬであり、容積室の容積がＶであるヘルムホルツ型レゾネータの共鳴周波数ｆ0は、一般に以下の式１により計算される。

（式１）

半割れ体の溶着によりレゾネータを構成する場合、溶着時の種々の条件の変動等により、アッパー部材とロワー部材が溶着部で互いに近づきあう距離に変動が出るため、いわゆる溶着高さに変動が生ずることを完全に防止することは難しい。溶着高さがばらつくと、容積室の容積にばらつきが生ずることになる。

ここで、ホイール用レゾネータが、ホイールの外周面に沿って偏平形状に設けられていると、容積室のホイール径方向の寸法精度が容積室の容量Ｖの変動に及ぼす影響が大きくなる。例えば、径方向の高さが１０ｍｍであるような容積室をホイールの周方向と幅方向に伸びる円筒状の溶着面ＷＳで溶着する場合を考えると、溶着高さのばらつきにより容積室に径方向に１ｍｍの高さ変動が生ずるだけで、容積室の容量Ｖが１０％も変動してしまうことになる。

式１によれば、容積室の容積Ｖが１０％程度増減すると、共鳴周波数は５％近く変化することになる。共鳴周波数のずれ幅が大きくなると、消音効果が損なわれるため、従来技術においては、容積室の容量Ｖの変動、例えば、溶着高さのばらつきを、厳格な製造管理等により極力抑えなければならなかった。これは製造効率や製造コストの面で不利である。

上記実施形態のホイール用レゾネータ１では、容積室１２だけでなく、連通管１１も、共通する溶着面ＷＳにより半割れに分割された部材が溶着されて完成されるため、溶着高さが変動すると、容積室の容量Ｖだけでなく、連通管の開口断面の断面積Ｓも一緒に変動することになる。そのため、溶着高さのばらつきによる容積室１２の容量Ｖの変動の影響と、溶着高さのばらつきによる連通管１１の断面積Ｓの変動の影響とを互いにキャンセルさせて、溶着高さのばらつきが共鳴周波数に及ぼす影響を小さくできる。

上記実施形態のホイール用レゾネータ１において、溶着高さに単位長さ（例えば１ｍｍ）の誤差が生じたとする。この時の、溶着高さの単位長さの誤差により容積室１２に生ずる容積変化を△Ｖとする。△Ｖは、典型的には溶着方向に沿って見た際の容積室の投影面積に比例する量となる。また、溶着高さの単位長さの誤差により連通管１１に生ずる断面積変化を△Ｓとする。△Ｓは、典型的には溶着方向に沿って見た際の連通管の開口断面の幅Ｗに比例する量となる。

容積変化△Ｖと断面積変化△Ｓが生じた際の共鳴周波数は、式２であらわされる。
（式２）

上記実施形態のホイール用レゾネータ１によれば、溶着高さの変動により、容積室の容積（Ｖ＋△Ｖ）が増えるのに伴い、連通管の断面積（Ｓ＋△Ｓ）も増えるので、式２における平方根の中の値の変化が少なくなる。したがって、上記実施形態のホイール用レゾネータ１によれば、溶着高さがばらついても、ホイール用レゾネータ１の共鳴周波数がばらつくことが抑制されることが理解される。

以下、上記効果をより具体的に示す。
溶着高さの単位長さの誤差により生ずる容積変化を△Ｖ、連通管の断面積変化を△Ｓとして、△Ｓ／△Ｖが、Ｓ／Ｖのα倍になっている（式３）として検討する。図５に示したように、連通管１１及び容積室１２の周方向に沿って見た断面が矩形状で、連通管の径方向高さをＨＣ、容積室の径方向高さがＨＶである場合には、ＨＣがＨＶのα倍とすることで、自動的に式３が満たされる。

（式３）

式３により式２を変形させると式４のようになる。
（式４）

式４によれば、α＝１とする場合が、共鳴周波数のばらつき抑制効果が最も高まり、この場合には、溶着高さのばらつきにより、容積変化△Ｖや断面積変化△Ｓが生じても、共鳴周波数のばらつきを生じなくすることができる。

また、式４によれば、αを０．５〜１．５の範囲にすれば、溶着高さばらつきにより容積Ｖに１０％の容積変化が生じた場合であっても、共鳴周波数のばらつきを２．３％以下にできることがわかる。従来技術においては、溶着高さのばらつきにより容積に１０％の変化があれば、５％近い共鳴周波数の変化が生じてしまっていた。
すなわち、溶着高さの単位長さの誤差により生ずる容積変化を△Ｖ、連通管の断面積変化を△Ｓとして、△Ｓ／△Ｖが、Ｓ／Ｖの０．５〜１．５倍となっていれば、共鳴周波数のばらつきを、従来技術に比べ、少なくとも半減できる。共鳴周波数のばらつきを低減する観点からは、△Ｓ／△Ｖが、Ｓ／Ｖの０．７〜１．３倍となっていることがより好ましく、△Ｓ／△Ｖが、Ｓ／Ｖの０．８〜１．２倍となっていることが特に好ましい。

また、連通管１１及び容積室１２の周方向に沿って見た断面が矩形状であれば、容積室の容積Ｖや連通管の断面積Ｓに関する関係式を、容積室の径方向高さＨＶや連通管の径方向高さＨＣに関する同様の関係式に還元できる。

従って、この場合、連通管１１の径方向高さをＨＣ、容積室１２の径方向高さをＨＶとして、ＨＣがＨＶの０．５〜１．５倍となっていれば、共鳴周波数のばらつきを、従来技術に比べ、少なくとも半減できることがわかる。共鳴周波数のばらつきを低減する観点からは、ＨＣがＨＶの０．７〜１．３倍となっていることがより好ましく、ＨＣがＨＶの０．８〜１．２倍となっていることが特に好ましい。

発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変をして実施することができる。以下に発明の他の実施形態について説明するが、以下の説明においては、上記実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様である部分についてはその詳細な説明を省略する。また、これら実施形態は、その一部を互いに組み合わせて、あるいは、その一部を置き換えて実施できる。

上記実施形態では、連通管１１及び容積室１２の周方向に沿って見た断面が矩形状である例を示して、作用及び効果について説明したが、連通管１１及び容積室１２の周方向に沿って見た断面は矩形状である必要はなく、円形や長円状、卵型など、他の形態であってもよい。また、容積室や連通管の開口断面は、周方向にわたって、径方向の高さが変化していてもよい。

この様な場合には、容積室を溶着方向に投影した投影面積ＳＰで容積室の容積Ｖを除した量Ｖ／ＳＰを、容積室の径方向の高さＨＶとして扱い、連通管の開口断面のホイール幅方向の寸法Ｗで断面積Ｓを除した量Ｓ／Ｗを、連通管の開口断面の径方向の高さＨＣとして扱えば、同様の効果が得られる。

上記実施形態のホイール用レゾネータ１をホイール９９に固定するための具体的構造は特に限定されず、他の構造、例えば、取付ボルトや取付けバンドなどを利用した取付方法であってもよい。また、上記実施形態の説明では、取付け部１３，１３がロワー部材２２に設けられている例を示したが、取付け部はアッパー部材２１に設けられていてもよく、その具体的形態は特に限定されない。

また、上記実施形態のホイール用レゾネータは、自動車用のホイールだけでなく、自動２輪車用のホイールにも使用でき、ホイールの具体的用途は特に限定されない。また、ホイール用レゾネータの目標共鳴周波数は、個々の用途等に応じて設定すればよい。

図６には、第２実施形態のホイール用レゾネータ３を示す。図６では、図４のように溶着前の状態を斜視図で示している。本実施形態のホイール用レゾネータ３は、アッパー部材３ａとロワー部材３ｂが溶着されて製造される点、及び、溶着面により、連通管３１及び容積室３２が半割にされている点、及び、連通管３１が溶着面に沿って設けられる点は、第１実施形態と同様である。

本実施形態では、連通管３１は、溶着面内で屈曲した形状に設けられている。また、連通管３１の一部は、ホイールの幅方向に延在するように設けられている。このような形態であっても、第１実施形態のホイール用レゾネータ１と同様に、共鳴周波数のばらつきを低減できる。

また、図７には第３実施形態のホイール用レゾネータ４を示し、この実施形態では、連通管４１が、容積室４２からホイールの幅方向に沿う方向に延在するように設けられている。このような形態であっても、第１実施形態のホイール用レゾネータ１と同様に、共鳴周波数のばらつきを低減できる。すなわち、連通管はホイールの幅方向に延在していてもよい。

また、上記実施形態の説明では、連通管の一部が容積室よりも外側に突出するように設けられた実施形態について説明したが、連通管を設ける形態はこれに限定されず、連通管の全体が容積室の内部に位置するように、連通管を設けてもよい。例えば、中空の容積室となる部分の内部を仕切るようにリブを設けて、このリブにより連通管を構成するようにすると、連通管の全体が容積室の内部に位置するようにできる。

また、上記実施形態の説明では、連通管の開放端部が周方向または幅方向に向けて開放している形態について説明したが、連通管を設ける形態はこれに限定されない。第１実施形態においては、連通管の開放端部は周方向に向けて開放しており、第２実施形態、第３実施形態においては、連通管の開放端部は幅方向に向けて開放している。例えば、連通管の端部は、径方向に向けて開放していてもよい。例えば、容積室を仕切るようなリブを設けて連通管を設けつつ、アッパー部材の外周面の所定の箇所に径方向に貫通する穴を設け、その穴が連通管の開放端部となるようにレゾネータを構成してもよい。連通管が開放する方向は特に限定されない。

上記実施形態の説明においては説明を省略したが、容積室には、適宜、補強用のリブやボスを設けてアッパー部材の側とロワー部材の側を接続し、容積室の剛性を高めることが好ましい。

ホイール用レゾネータは例えば車両用のホイールに使用でき、ロードノイズを低減できて産業上の利用価値が高い。

１ ホイール用レゾネータ
１１ 連通管
１２ 容積室
１３ 取付け部
１４ 溶着部
２１ アッパー部材
２２ ロワー部材
９９ ホイール
９１ ウェル
９２ 壁部
９３ 係止部

Claims (1)

1. 容積室と連通管を有し、車両用ホイールに取り付けられて使用されるホイール用レゾネータであって、
   前記容積室はホイールの外周面に沿って延在する偏平な形状に形成され、
   径方向外側に位置する合成樹脂製のアッパー部材と径方向内側に位置する合成樹脂製のロワー部材とが、所定の溶着面で溶着されることにより前記ホイール用レゾネータが構成されており、
   前記溶着面はホイールの周方向及び幅方向に延在する円筒面状であり、
   前記連通管は、前記溶着面に沿って延在するように設けられ、
   アッパー部材及びロワー部材には、それぞれ、前記容積室を前記溶着面でホイールの径方向に半割れ状に分割した容積部と、前記連通管を前記溶着面でホイールの径方向に半割れ状に分割した連通部とが一体に設けられており、かつ、
   容積室の容積をＶとし、連通管の断面積をＳとし、
   溶着高さの単位長さの誤差により、容積室に生ずる容積変化を△Ｖとし、
   溶着高さの単位長さの誤差により、連通管の開口断面に生ずる断面積変化を△Ｓとして、
   △Ｓ／△Ｖが、Ｓ／Ｖの０．５倍〜１．５倍となっている、
   ホイール用レゾネータ。

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