(57)【要約】【課題】ホイールに起因する騒音およびホイールを伝搬する振動を低減できる自動車用制振ホイールを提供する。【解決手段】自動車用制振ホイールＷは、タイヤ１０が装着されるリム２２と、リム２２の中心に配置され、車軸（図示せず）と結合されるハブ２４と、ハブ２２の周囲に放射状に複数設けられ、リム２２とハブ２４とを結合するスポーク２６と、圧電素子１２とを有する。スポーク２６には、スポーク２６の振動により歪み、この振動による歪エネルギを電圧（電気エネルギ）に変換することにより、スポーク２６の振動を消散して、スポーク２６の振動を制振する圧電素子１２が設けられている。このように、圧電素子１２を設けることにより、スポーク２６の振動が制振され、ホイールに起因する騒音およびホイールを伝搬する振動を低減できる。【選択図】図１
2004203207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤが装着されるリム、車軸が取り付けられるハブ、および前記リムと前記ハブとを連結する結合部材を有するホイール体と、
前記ホイール体に一体的に設けられ、前記ホイール体を制振する圧電素子とを有することを特徴とする自動車用制振ホイール。
【請求項２】
前記圧電素子は、前記結合部材に一体的に設けられている請求項１に記載の自動車用制振ホイール。
【請求項３】
さらに、前記ホイール体の振動を前記圧電素子が制振していることを示す表示素子を有する請求項１または２に記載の自動車用制振ホイール。
【請求項４】
さらに、前記ホイール体の振動により前記圧電素子に生じる電気エネルギを歪エネルギに変換する変換素子を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自動車用制振ホイール。
【請求項５】
さらに、前記ホイール体の歪みを検出する変位センサと、前記変位センサの測定信号に基づいて前記ホイール体の歪みを相殺するように前記圧電素子を変位させる信号を生成する制御回路とを有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自動車用制振ホイール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子が一体的に設けられた自動車用制振ホイールに関し、特に、ホイールに起因する騒音を低減する自動車用制振ホイールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、自動車用のホイールについて、その振動を効果的に制振する自動車用制振ホイールが種々提案されている（特許文献１参照）。
特許文献１に開示された自動車用制振ホイールは、ゴムなどの緩衝体からなる制振部材が車軸側と接するディスクの当接面に設けられている。この自動車用制振ホイールは、この制振部材により、タイヤ側から車体（車軸）側に伝達される振動が抑制されるので、車外騒音および車室内騒音特性が向上する。
【０００３】
また、近時、インテリジェント材料およびスマートストラクチャの実用化研究が盛んに行われている（例えば、特許文献２参照）。
特許文献２は、スポーツ用具に電子作動歪み素子を含む電子作動アセンブリを設け、この電子作動アセンブリを受動部品または能動部品として用いることにより、スポーツ用具を制振するものである。
【０００４】
先ず、電子作動アセンブリを受動部品として使用する場合について説明する。この場合、スポーツ用具には、スポーツ用具の歪エネルギを電気エネルギに変換する電子作動アセンブリに、さらにこの電気エネルギを消散させる分路を設ける。これにより、最終的に歪エネルギを消散することができるので、スポーツ用具の振動を効果的に制振することができる。
【０００５】
また、特許文献２において、電子作動アセンブリを能動部品として使用する場合について説明する。この場合、スポーツ用具は、スポーツ用具の歪みを測定するセンサと、このセンサの測定結果に基づく出力信号を出力するドライバと、このドライバの出力信号に基づいてスポーツ用具の振動を制振するアクチュエータと、を有する。センサにより、スポーツ用具の振動に伴う歪みが測定され、この測定結果に基づいて、アクチュエータを駆動して、スポーツ用具の歪エネルギを追加または消散させることにより、スポーツ用具の振動を効果的に制振することができる。
上述の特許文献２に開示されている技術を用いて、スポーツ用具としては、一部スキー板およびテニスラケットが製品化されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１７８７１１号公報
【特許文献２】
特表２００１−５２３９７９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１は、制振部材を車軸側と当接するように配置しているので、車軸側に伝達する振動を低減するだけであり、必ずしも、ホイールの共振振動自体を制振しているのではない。このため、ホイールの振動を効率良く制振することができないという問題点がある。また、制振部材を配置する位置が限定されてしまうので、ホイールのリム、またはディスクが共振した場合、この共振しているリム、またはディスクの各部材を制振することができず、ホイールの振動モードに応じた制振ができないという問題点もある。
これらのことから、特許文献１においては、リムまたはディスクの振動に起因する空気伝搬による騒音を抑制することができない。
【０００８】
また、上述の特許文献２は、スポーツ用具の振動を効果的に制振するものであり、ホイールのような回転する回転体の振動を抑制するものではない。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、ホイールに起因する騒音およびホイールを伝搬する振動を低減できる自動車用制振ホイールを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、タイヤが装着されるリム、車軸が取り付けられるハブ、および前記リムと前記ハブとを連結する結合部材を有するホイール体と、前記ホイール体に一体的に設けられ、前記ホイール体を制振する圧電素子とを有することを特徴とする自動車用制振ホイールを提供するものである。
【００１１】
本発明においては、前記圧電素子は、前記結合部材に一体的に設けられていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明においては、さらに、前記ホイール体の振動を前記圧電素子が制振していることを示す表示素子を有することが好ましい。また、さらに、前記ホイール体の振動により前記圧電素子に生じる電気エネルギを歪エネルギに変換する変換素子を有することが好ましい。
【００１３】
また、本発明においては、さらに前記ホイール体の歪みを検出する変位センサと、前記変位センサの測定信号に基づいて前記ホイール体の歪みを相殺するように前記圧電素子を変位させる信号を生成する制御回路とを有することが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る自動車用制振ホイールについて、添付の図面を基に詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る自動車用制振ホイールを示す模式図である。
図１に示すように、自動車用制振ホイール（以下、ホイールともいう）Ｗは、リム２２と、ハブ２４と、スポーク２６と、圧電素子１２とを有する。
【００１５】
リム２２は、タイヤ１０が装着されるものであり、略円筒状を呈している。
ハブ２４は、車両の車軸（図示せず）と結合されるものであり、リム２２の中心に配置されている。また、ハブ２４は、その中心を車軸（図示せず）の位置と一致させるように、車軸側に設けられたフランジ（図示せず）に固定される。すなわち、このフランジから突出するボルトを挿通させる貫通孔２４ａが、例えば、９０°間隔で４個形成され、このボルトをナットで締め付けるように構成されている。
【００１６】
スポーク２６は、リム２２とハブ２４とを結合する結合部材であり、ハブ２２の周囲に放射状に複数設けられている。これにより、リム２２およびハブ２４が一体となり、これらのリム２２、ハブ２４およびスポーク２６でホイール体２０が構成される。
なお、自動車用制振ホイールＷは、スポーク２６によってリム２２とハブ２４とが結合するスポークタイプのホイールであるが、この他、ディスクタイプ、およびフィンタイプなどであってもよい。
【００１７】
圧電素子１２は、例えば、スポーク２６などの制振する部材に一体的に設けられるものである。ここで、一体的に設けるとは、制振する部材の振動が一体的に圧電素子１２に伝達されるように設けることであり、例えば、圧電素子１２は、スポーク２６などの制振する部材に、溶接または接着剤による接着などにより接合されることである。この圧電素子１２は、スポーク２６の振動が歪として伝達されると、伝達した振動による歪エネルギを電圧（電気エネルギ）に変換することにより、スポーク２６の振動を消散し、スポーク２６を制振するものである。本実施形態においては、圧電素子１２は受動素子として用いられる。
本実施形態において、圧電素子１２を設ける位置は、特に限定されるものではなく、圧電素子１２は、後述するように、ホイール体２０の任意の場所に一体的に設けられていれば、上述の如く、圧電素子１２が設けられた場所における振動を消散し、これにより、ホイール体２０を制振することができる。
【００１８】
なお、本発明においては、圧電素子１２をその起電力（変形量）が一番大きくなるように、ホイール体２０の振動モードにおいて最も振幅の大きい場所に一体的に設けることにより、最も効果的にホイール体２０を制振することができる。
図２（ａ）はホイール体の振動モードの一例を示す斜視図、（ｂ）はホイール体の変形状態を平面的に示す模式図である。例えば、ホイール体２０が振動した場合、図２（ａ）に示すような振動モードが得られ、図２（ｂ）に示すように、スポーク２６の領域Ｐが一番大きく変形していることがわかる。このスポーク２６の領域Ｐに圧電素子１２を一体的に設けることにより、最も効果的にホイール体２０を制振することができることは明らかである。
【００１９】
圧電素子１２としては、例えば、ＢａＴｉＯ3 、チタン酸鉛、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、およびＰＺＬＴなどを用いたものが挙げられる。
なお、圧電素子１２の体積は、構造物の体積の３％以上であると、顕著な制振効果が生じるので好ましい。一方、圧電素子１２の体積は、剛性を確保するためには、構造物の体積の２０％以下にすることが好ましい。圧電素子１２の体積が、構造物の体積の２０％を超えると、構造物の耐久性が低下するとともに、構造物の質量が嵩み、制振性能が低下し、また燃費も悪化する。なお、望ましくは、圧電素子１２の体積は、構造物の体積の５〜１０％である。
本発明において、構造物とは、制振する部材のことであり、本実施例においては、ホイール全体、またはホイールのスポークなどの各部材のことである。
【００２０】
例えば、車両が走行中、図１に示すように、路面Ｇからタイヤ１０を介してリム２２、スポーク２６およびハブ２４を経て車軸（図示せず）に振動が伝搬し、この振動が車室内および車外騒音の原因となる。また、路面Ｇから伝搬した振動などによりスポーク２６が共振した場合、この共振も騒音の原因となる。
本実施形態のホイールＷは、圧電素子１２を、例えば、スポーク２６に１個設けることにより、振動によるスポーク２６の歪みによって、圧電素子１２が歪んで所定の電圧が発生する。このように、スポーク２６の振動による歪エネルギが圧電素子１２により、電気エネルギに変換されて消散され、スポーク２６の振動が制振される。これにより、スポーク２６を介して伝搬される振動が制振され、車軸の振動が抑制される。このため、固体伝搬成分が強いと言われているロードノイズという車室内騒音の悪化を抑制することができる。
また、本実施形態においては、スポーク２６が共振振動した場合でも、スポーク２６の共振振動を効果的に制振することができるので、スポーク２６の振動による空気伝搬を低減でき、車外騒音および空気伝搬による車室内騒音を低減することができる。
【００２１】
このように、本実施形態においては、スポーク２６のなどのホイールＷの構成部材を制振できるので、ホイールＷに起因する振動を抑制することができる。このため、スポーク２６などのホイールＷの構成部材が振動することによって生じる騒音を低減することができる。加えて、さらにホイールＷが制振されるので、車軸に振動が伝搬することが抑制され、ロードノイズ性能も改善することができる。
【００２２】
本実施形態においては、上述の如く、予め振動モードを求めることによって得られたホイール体２０の振動が一番大きい位置に、圧電素子１２を、その振動位置にその起電力が最も大きくなるように一体的に設けることにより、最も効果的に振動を制振することができる。
例えば、スポーク２６が共振して騒音が発生することが分かっていれば、スポーク２６に圧電素子１２を設けることにより、騒音を低減することができる。
また、本実施形態においては、車軸に伝搬される振動を防ぐために、全てのスポーク２６に圧電素子１２を設けても、上述の如く、振動により生じる歪エネルギが電気エネルギに変換されて、ホイール体２０を制振することもできる。
なお、本発明においては、タイヤ１０のトレッドパターンに起因するパターンノイズであっても、ホイール体２０を伝搬する振動であれば抑制することができる。
【００２３】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係る自動車用制振ホイールの構成の一部を示すブロック図である。なお、本実施形態においては、図１に示す第１の実施形態の自動車用制振ホイールＷと同一構成物には、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
本実施形態は、第１の実施形態と比較して、圧電素子１２に、例えば、発光ダイオードなどの表示素子１４が接続されており、この表示素子１４は圧電素子１２が歪むことによって生じる電気エネルギ（電圧）により発光する点が異なり、それ以外の構成は第１の実施形態と同様なのでその詳細な説明は省略する。
【００２４】
本実施形態においては、圧電素子１２が歪むことにより表示素子１４が発光するので、ホイール体２０を制振している状態を判別できるとともに、圧電素子１２が故障しているか否かも判断できる。また、表示素子１４によって圧電素子１２の電気エネルギが速やかに消費されるので、圧電素子１２の応答性が向上して制振効果も向上する。
なお、表示素子１４は、発光ダイオードに限定されるものではなく、蛍光管、および白熱球などの光を発するものであれば適宜使用可能である。また、表示素子１４は発光することに加えて、ホイール体２０を制振している状態では、発光する色が変化するものであってもよい。更に圧電素子１２に表示素子１４を複数設けて、圧電素子１２の歪みの程度に応じて、発光する個数、または異なる色が発光するようにしてもよい。また、表示素子１４は、必ずしもスポーク２６に設ける必要はなく、発光が確認できる位置であれば、ホイール体２０の任意の場所に設けることができる。
【００２５】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図４は、本発明の第３の実施形態に係る自動車用制振ホイールの構成の一部を示すブロック図である。なお、本実施形態においては、図１に示す第１の実施形態の自動車用制振ホイールＷと同一構成物には、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
本実施形態は、第１の実施形態と比較して、圧電素子１２に、例えば、圧電素子などの変換素子１５が接続されており、この変換素子１５は、圧電素子１２の歪みによって生じる起電力により歪んで、圧電素子１２の電気エネルギを消費する点が異なり、それ以外の構成は第１の実施形態と同様なのでその詳細な説明は省略する。
【００２６】
本実施形態においては、変換素子１５によって圧電素子１２の電気エネルギが速やかに消費されるので、圧電素子１２の歪みに対する時間の応答性が向上し、ホイール体２０に対する制振効果が向上する。
なお、変換素子１５は、ホイール体２０の制振に悪影響を与えない位置に設ければよい。さらに、変換素子１５は、圧電素子１２のように、一体的に設ける必要もなく、振動を遮断する接着剤などによりスポーク２６に貼り付ければよい。
また、圧電素子１２を複数設けた場合、各圧電素子１２に変換素子１５を１個ずつに設けるか、または所定数の圧電素子１２に対して、変換素子１５を１個の割合で設けてもよい。
なお、本実施形態においては、変換素子１５として、圧電素子を用いたがこれに限定されるものではなく、圧電素子１２の電気エネルギを歪みなどの機械的エネルギに変換できるものであれば、特に限定されるものではない。
【００２７】
さらに、上述の第２および第３の実施形態のホイールを組み合わせてもよい。図５は、本発明の第３の実施形態の変形例を示すブロック図である。
本変形例は、圧電素子１２に表示素子１４および変換素子１５が接続されているものである。表示素子１４および変換素子１５は、第２および第３の実施形態と同様のものである。
この構成により、上述の如く、表示素子１４により、圧電素子１２の動作を確認できるとともに、歪みにより生じた圧電素子１２の電気エネルギを、変換素子１５により歪みなどの機械的エネルギに変換して消散することができる。
このように、本変形例においては、第２および第３の実施形態の効果を得ることができるとともに、表示素子１４および変換素子１５が接続されているので、電荷の消費が多くなり、より一層圧電素子１２の電気エネルギが消費される。このため、ホイール体２０の歪エネルギをより一層効率良く、消散することができる。
【００２８】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図６は、本発明の第４の実施形態に係る自動車用制振ホイールの要部を示す模式図である。なお、本実施形態においては、図１に示す第１の実施形態の自動車用制振ホイールＷと同一構成物には、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。図６において、符号Ｒは回転方向を示し、リムおよびタイヤの図示は省略している。
本実施形態は、圧電素子１２ａを能動素子として利用するものである。本実施形態においては、第１の実施形態と比較して、圧電素子１２ａの動作状態を表示する表示素子１４と、ホイール体の所定の部位の変位を測定する変位センサ１６と、圧電素子１２ａ、表示素子１４および変位センサ１６を制御する制御回路１８とを有する点が異なり、それ以外の構成は、第１の実施形態と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００２９】
本実施形態において、表示素子１４は、第２の実施形態に示すものと同様であるので、その詳細な説明は省略する。
変位センサ１６は、例えば、スポーク２６に設けられており、このスポーク２６の変位を測定するものである。この変位センサ１６の近傍に圧電素子１２ａがスポーク２６と一体的に設けられている。
制御回路１８は、変位センサ１６により得られたスポーク２６の変位に基づいて、このスポーク２６の変位の逆位相の制御信号を生成して、この制御信号を圧電素子１２ａに出力し、圧電素子１２ａをスポーク２６の変位と逆位相に変位させる（歪ませる）ものである。さらに、制御回路１８は、圧電素子１２ａに制御信号を出力する際に、例えば、表示素子１４を点灯させる信号を出力する。
なお、制御回路１８には、制御信号を増幅するアンプが設けれらている。このアンプは、例えばバッテリにより動作するものであってもよく、この場合、バッテリの交換は容易なことが好ましい。
【００３０】
本実施形態においては、制御回路１８により、変位センサ１６の測定結果に基づいて、スポーク２６とは、逆位相の変位となる制御信号を生成し、この制御信号により、圧電素子１２ａをスポーク２６と逆位相で変位させることにより、スポーク２６の振動を相殺して、スポーク２６を制振する。このため、スポーク２６の共振振動による騒音を抑制できる。さらに、タイヤからスポーク２６を介して車軸に伝搬される振動も抑制することができるので、ロードノイズ性能の劣化も低減することができる。
【００３１】
なお、予めホイール体の振動モードが分かっていれば、変位センサ１６の測定結果により、圧電素子１２ａが設けられた場所の変位状態を推測することができるので、変位センサ１６の位置は、特に限定されるものではなく、ホイール体の任意の位置に設けることもできる。
また、本実施形態においても、圧電素子１２ａを配置する位置、および個数については、第１の実施形態と同様である。なお、圧電素子１２ａは、歪み量が大きいバイモルフ型の圧電素子であることが好ましい。
【００３２】
なお、上述の第１乃至第４の実施形態においては、いずれもスポーク２６を有するホイールＷについて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、ハブとリムとを結合する結合部材として、１枚の円板、またはこの円板が複数枚に分割された略扇状の板とすることもできる。結合部材が円板または扇状の板であっても、第１乃至第４の実施形態に示すように制振できることはいうまでもない。
【００３３】
以上、本発明の自動車用制振ホイールについて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。
【００３４】
【実施例】
以下本発明の実施例について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明する。
【００３５】
第１実施例
先ず、第１実施例について説明する。実施例として、アルミホイールに図１に示すように圧電素子１２を一体的に設けたホイールを用い、比較例として、圧電素子１２が設けられていないアルミホイールを用いた。なお、アルミホイールには、１５×６ＪＪのサイズものを使用した。
これらの実施例および比較例について、加振試験を行い、伝達関数を求めた。図７は、本実施例の加振試験の方法を示す模式図である。
図７に示すように、スポーク２６に加速度ピックアップ３２を取り付け、スポーク２６をハンマ３０で打撃し、このときのスポーク２６の応答を加速度ピックアップ３２で測定し、ＦＦＴアナライザ（図示せず）などの測定機器により、周波数解析し、力入力に対する加速度応答を求めた。この結果を図８に示す。
図８は、縦軸にイナータンスをとり、横軸に周波数をとって、実施例および比較例の力入力の加速度応答を示すグラフである。
図８に示すように、実施例は、比較例において見られるピーク周波数近傍におけるイナータンスの値が低下した。このように、本発明によれば、ホイールを制振することができた。
【００３６】
第２実施例
次に、第２実施例について説明する。実施例として、アルミホイールに図１に示すように圧電素子１２をスポーク２６に一体的に設けたホイールを用い、比較例として、圧電素子１２が設けられていないアルミホイールを用いた。これらのホイールに、タイヤを装着し、空気圧を２２０ｋＰａとした。なお、アルミホイールには、１５×６ＪＪのサイズものを使用した。
これらの実施例または比較例のタイヤを全輪に装着した車両を用いて、実車走行にて車室内騒音の官能評価試験を行った。
なお、車両には、排気量が１．８リットルの国産のＦＦセダンを用いた。
官能評価試験は、車両速度が１００ｋｍ／時でエンジンを切り、惰性直進走行で車両が停止するまでの間、熟練ドライバーによる車室内騒音の官能評価により行った。
この結果、実施例は、比較例よりも、全速度域で若干静かであり、速度による騒音レベル変化は小さかった。
【００３７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の自動車用制振ホイールによれば、リム、ハブおよび結合部材を有するホイール体に、圧電素子を一体的に設けることにより、ホイール体の振動による歪エネルギを圧電素子により、電気エネルギに変換して振動を抑制し、ホイール体を制振できる。これにより、結合部材の共振などによる騒音を抑制することができので、ホイール体に起因する騒音を低減できるとともに、車軸への振動の伝搬を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る自動車用制振ホイールを示す模式図である。
【図２】（ａ）はホイール体の振動モードの一例を示す斜視図、（ｂ）はホイール体の変形状態を平面的に示す模式図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る自動車用制振ホイールの構成の一部を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る自動車用制振ホイールの構成の一部を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施形態の変形例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る自動車用制振ホイールの要部を示す模式図である。
【図７】本実施例の加振試験の方法を示す模式図である。
【図８】縦軸にイナータンスをとり、横軸に周波数をとって、実施例および比較例の力入力の加速度応答を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  タイヤ
１２、１２ａ  圧電素子
１４  表示素子
１５  変換素子
１６  変位センサ
１８  制御回路
２０  ホイール体
２２  リム
２４  ハブ
２６  スポーク
３０  ハンマ
３２  加速度ピックアップ
Ｗ  自動車用制振ホイール
【図１】
2004203207.tif 000003
【図２】
2004203207.tif 000004
【図３】
2004203207.tif 000005
【図４】
2004203207.tif 000006
【図５】
2004203207.tif 000007
【図６】
2004203207.tif 000008
【図７】
2004203207.tif 000009
【図８】
2004203207.tif 000010