(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のルーフ上に１個または複数の横部材が車幅方向に装着された車両のルーフキャリアにおいて、
前記横部材は、気流方向に対して直角方向に配置される前縁および後縁を有し４角部に丸みを有する四角形の断面形状に形成され、横部材の長手方向に一様の断面形状を備えて構成され、前記四角形の幅をＬ、高さをＨ、前記丸みの半径をＲとすると、次の（１）式及び（２）式のように設定することによって、４０ｋｍ／ｈ以上の常用速度において前記横部材に向けて流れる気流が該横部材の後縁側表面と微小な間隙を形成した状態で後方へと流れることにより、該横部材の上下面を流れる気流同士が互いに干渉することなく横部材の後方へと流れるように構成されたことを特徴とする車両のルーフキャリア構造。
Ｌ／Ｈ＝１．９ないし２．１          （１）
Ｒ／Ｈ＝０．０５ないし０．１５      （２）
【請求項２】
車両のルーフ上に１個または複数の横部材が車幅方向に装着された車両のルーフキャリアにおいて、
前記横部材は、気流方向に対して直角方向に配置される前縁および後縁を有し角部に丸みを有する小判形の断面形状に形成され、横部材の長手方向に一様の断面形状を備えて構成され、前記小判形の幅をＬ、高さをＨ、前記丸みの半径をＲとすると、次の（３）式及び（４）式のように設定することによって、４０ｋｍ／ｈ以上の常用速度において前記横部材の前縁に当たった気流は該横部材の上面および下面に再付着した後該横部材の後縁から離れるような高周波渦と、前記気流が上面および下面に再付着しないような規模の大きい渦からなる低周波渦との２つのモードを非定常に発生させて後方へと流れるように構成されたことを特徴とする車両のルーフキャリア構造。
Ｌ／Ｈ＝１．１ないし１．４          （３）
Ｒ／Ｈ＝０．４ないし０．５          （４）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両において、ルーフ上に１個または複数の横部材が車幅方向に装着されたルーフキャリアの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０に示されるような、ルーフ４上に、荷物を積載するためのルーフキャリア１００を装着した車両（自動車）においては、該ルーフキャリア１００上に荷物が積載されていない状態で走行している際に、約４０ｋｍ／ｈ以上の常用速度において該ルーフキャリア１００を構成している車幅方向の横部材１に気流が作用することによる風切り音が発生し、車両の乗り心地を損ねるという不具合の発生をみることが多々ある。
かかる風切り音は、図９に示されるように、ルーフキャリア１００の横部材１に車両の走行気流１０が当たることによって、該横部材１の下流側に上下交互にカルマン渦１１と呼ばれる規則的な渦が形成されることにより発生するものとされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
かかるルーフキャリア１００において、前記のようなカルマン渦１１による風切り音を抑制する手段として、図９に示されるように、横部材１の下流側に、水平方向のスプリッタプレート１５を該横部材１の全幅に亘って取り付ける手段が提供されている。
かかる手段によれば、横部材１の上側と下側とに交互に発生するカルマン渦１１が該横部材１に装着されたスプリッタプレート１５により、上下での干渉が阻止され、ランダムな流れとなって規則流が形成されるのが回避される。
【０００４】
しかしながら、前記スプリッタプレート１５を用いる手段にあっては、荷物を固定するためのアタッチメントの構造が複雑となり、また横部材１ごとに該スプリッタプレート１５を溶接することを要するため、ルーフキャリア１００の製造工数が増大するとともに部品点数も多くなり、該ルーフキャリア１００がコスト高となる。
また、前記横部材１に片持ち状態にて取り付けられているスプリッタプレート１５自体に自励振動が生起され、かかる自励振動による騒音が発生することがある。
等の問題点を有している。
【０００５】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ルーフ上に１個または複数の横部材が車幅方向に装着されたルーフキャリアにおいて、格別の部材を付設することなくかつ製造工数を増加することなく、低コストの手段でもってカルマン渦による風切り音を確実に抑制しうるルーフキャリアの構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、車両のルーフ上に１個または複数の横部材が車幅方向に装着された車両のルーフキャリアにおいて、
前記横部材は、気流方向に対して直角方向に配置される前縁および後縁を有し４角部に丸みを有する四角形の断面形状に形成され、横部材の長手方向に一様の断面形状を備えて構成され、前記四角形の幅をＬ、高さをＨ、前記丸みの半径をＲとすると、次の（１）式及び（２）式のように設定することによって、４０ｋｍ／ｈ以上の常用速度において前記横部材に向けて流れる気流が該横部材の後縁側表面と微小な間隙を形成した状態で後方へと流れることにより、該横部材の上下面を流れる気流同士が互いに干渉することなく横部材の後方へと流れるように構成されたことを特徴とする車両のルーフキャリア構造。
Ｌ／Ｈ＝１．９ないし２．１          （１）
Ｒ／Ｈ＝０．０５ないし０．１５      （２）
を提案する。
【０００７】
かかる発明によれば、前記横部材の四角形断面の幅Ｌ及び高さＨを前記（１）式及び（２）式の範囲内とすることにより、横部材に向けて流れる気流は、該横部材の前縁に当たると、該前縁の丸みによって横部材の上下面から上方及び下方にやや剥離して流れ、さらに横部材の後縁の表面と微小な間隙が形成されるようにして後方へと流れる。
従って、該横部材の上面側を流れる気流と下面側を流れる気流とは互いに干渉することなく横部材の後方へと流れることとなり、安定した周期性を持った渦、つまり前記カルマン渦の形成が回避され、これによる風切り音の発生が防止される。
【０００８】
すなわち、かかる発明によれば、前記横部材の断面四角形状の幅Ｌ及び高さＨを前記（１）式及び（２）式の範囲内とすることにより、横部材に向けて流れる気流が該横部材の後縁側表面と微小な間隙を形成した状態で後方へと流れることにより、該横部材の上下面を流れる気流同士が互いに干渉することなく横部材の後方へと流れ、これによって、安定した周期性を持った渦つまりカルマン渦の形成が回避され該カルマン渦による風切り音の発生が防止される。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、車両のルーフ上に１個または複数の横部材が車幅方向に装着された車両のルーフキャリアにおいて、
前記横部材は、気流方向に対して直角方向に配置される前縁および後縁を有し角部に丸みを有する小判形の断面形状に形成され、横部材の長手方向に一様の断面形状を備えて構成され、前記小判形の幅をＬ、高さをＨ、前記丸みの半径をＲとすると、次の（３）式及び（４）式のように設定することによって、４０ｋｍ／ｈ以上の常用速度において前記横部材の前縁に当たった気流は該横部材の上面および下面に再付着した後該横部材の後縁から離れるような高周波渦と、前記気流が上面および下面に再付着しないような規模の大きい渦からなる低周波渦との２つのモードを非定常に発生させて後方へと流れるように構成されたことを特徴とする車両のルーフキャリア構造。
Ｌ／Ｈ＝１．１ないし１．４          （３）
Ｒ／Ｈ＝０．４ないし０．５          （４）
にある。
【００１０】
かかる発明によれば、前記のように形成された横部材の前縁に当たった気流が該横部材の上面及び下面に再付着した後、これの後縁から離れるような高周波渦と、前記前縁に当たった気流が前記上面及び下面に再付着しないような、横部材の幅に対して規模の大きい低周波渦とが非定常に発生する。
そして、前記気流が前記高周波渦と低周波渦との２つのモードの間を遷移し続けて不安定な状態となり、安定した周期性を持ったカルマン渦の形成がなされなくなり、音圧レベルが小さいピークが２つ現れ、これによって該音圧レベルのピークが本発明の範囲外の音圧レベルに比べて小さくなり、これにより風切り音の発生が防止される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１２】
図１は本発明の第１実施例に係る車両用ルーフキャリアの横部材の断面図、図２は前記第１実施例に係るルーフキャリアの作用説明図、図３は従来のルーフキャリアの作用説明図（その１）、図４は従来のルーフキャリアの作用説明図（その２）、図５は第２実施例に係る車両用ルーフキャリアの横部材の断面図、図６は前記第２実施例に係るルーフキャリアの作用説明図、図７は第１実施例に係る車両用ルーフキャリアの音圧レベル比較図、図８は第２実施例に係る車両用ルーフキャリアの音圧レベル比較図、図９は従来技術に係るルーフキャリアの横部材の断面図、図１０は本発明が適用される自動車の外観略図である。
【００１３】
本発明が適用されるルーフキャリア付き自動車の概略を示す図１０において、３は車体、４は該車体３のルーフ、１００は該ルーフ４上に取り付けられたルーフキャリアである。該ルーフキャリア１００は、車体３の長手方向に延びる縦部材２を複数個（この例では２個）を車幅方向に並べて該ルーフ４上に固定し、該縦部材２の上側に車幅方向に延びる複数（この例では２個）の横部材１を固定している。Ｖは車両の車速である。
【００１４】
前記ルーフキャリア１００の第１実施例を示す図１において、１は前記横部材であり、この実施例においては、該横部材１の形状を次のように構成している。
即ち、前記横部材１は断面形状を４隅に丸み３０を有する四角形状に形成され、該四角形の幅（つまり車体長手方向の寸法）をＬ、高さをＨ、前記丸みの半径をＲとすると、次の（１）式及び（２）式のように設定される。
Ｌ／Ｈ＝１．９ないし２．１          （１）
Ｒ／Ｈ＝０．０５ないし０．１５      （２）
【００１５】
次に、図２ないし図４に基づき第１実施例の作用を説明する。
前記のように、荷物を積載するためのルーフキャリア１００を装着した車両においては、該ルーフキャリア１００上に荷物が積載されていない状態で走行している際に、約４０ｋｍ／ｈ以上の常用速度において該ルーフキャリア１００を構成している車幅方向の横部材１に気流が作用することによる風切り音が発生する。
この風切り音は、気流の中に柱状の横部材１が配置されているとき、該横部材１の下流側に、安定した周期性を持ったカルマン渦１１と呼ばれる渦が発生し、この渦による空気の圧力変動により一定周波数の音が発生する。この風切り音の周波数は車速に比例して大きくなる。
【００１６】
そこで、本発明においては、横部材１に向けて流れる気流１０が、図２（Ａ）に示されるように、該横部材１の前縁に当たり、該横部材１の上下面１ａ、１ｂから上方及び下方へと剥離するときの剥離の程度は該前縁の丸みの半径Ｒによって決まり、また前記剥離後に該横部材１の後縁に再度当たるか否かは前記四角形の幅Ｌによって決まり、さらに前記気流１０該横部材１の後縁の表面との間に微小な間隙を形成すれば、該横部材１の上面１ａ側及び下面１ｂ側を流れる気流１０同士が互いに干渉することなく該横部材１の後方へと流れることを実験によって知見し、実験の結果、前記横部材１の幅Ｌ及び丸み半径Ｒと高さＨを前記（１）式及び（２）式の範囲に設定している。
【００１７】
即ち、本発明においては、前記カルマン渦１１による風切り音を抑制するため、前記横部材１の断面形状を４隅に丸み３０を有する四角形状とし、該四角形の形状寸法を第１実施例では、前記（１）、（２）式に示すように設定している。
前記横部材１の断面形状をこのように形成すると、図２に示すように、横部材１に向けて流れる気流１０は、該横部材１の前縁に当たると、該前縁の丸み３０によって該横部材１の上下面１ａ、１ｂから上方及び下方にやや剥離するとともに、該上下面１ａ、１ｂに近接した小さな渦１２を形成しつつ後方に流れ、さらに該横部材１の後縁側に形成された丸み３０の表面と微小な間隙即ち限界空間１３が形成されるようにして後方へと流れる。
【００１８】
従って、該横部材１の上面１ａ側を流れる気流１０と下面１ｂ側を流れる気流１０とは互いに干渉することなく該横部材１の後方へと流れることとなり、安定した周期性を持った渦、つまり前記カルマン渦１１の形成が回避され、これによる風切り音の発生が防止される。
【００１９】
次に前記横部材１の断面形状寸法を前記（１）、（２）式に示すように設定した根拠につき説明する。
図３（Ａ）は前記横部材１の断面四角形状の丸みの半径Ｒを、前記（２）式（Ｒ／Ｈ＝０．０５ないし０．１５）よりも大きく形成したときの気流１０の流動状況を示している。同図に示されるように、前記丸みの半径Ｒが大きくなると、気流１０は前記横部材１の上下面１ａ、１ｂに付着するようにして該上下面１ａ、１ｂに沿って流れるため、該横部材１の後縁を離れる際に上下の気流が干渉し、カルマン渦１１が形成される。
【００２０】
また、前記横部材１の断面四角形状の幅Ｌ及び高さＨを、（１）式（Ｌ／Ｈ＝１．９ないし２．１）よりも大きくすると、気流１０は前記横部材１の上下面１ａ、１ｂから上方及び下方にやや剥離して流れる。そして、前記幅Ｌが高さＨに比べて大きいため、該気流１０は、横部材１の後縁を離れる前に上下面１ａ、１ｂに当たり、該上下面１ａ、１ｂに沿って流れた後、横部材１の後縁を離れる際に上下の気流が干渉しカルマン渦１１が形成される。
前記のような、Ｒ／Ｈ及びＬ／Ｈが大きく、横部材１の後縁を離れる際に上下の気流が干渉してカルマン渦１１が形成される場合におけるルーフキャリア１００の音圧レベルの計測結果を図３（Ｂ）に示す。図に示すように、かかる場合には周波数ｆ３にてピークの高い音圧Ｓ３が発生する。
【００２１】
一方、図４（Ａ）は前記横部材１の断面四角形状の丸み半径Ｒを、前記（２）式（Ｒ／Ｈ＝０．０５ないし０．１５）よりも小さく形成し、あるいは該丸み半径Ｒ＝０としたときの気流１０の流動状況を示している。同図に示されるように、前記丸みの半径Ｒが小さく、あるいは該丸み半径Ｒ＝０になると、気流１０は前記横部材１の前縁に当たると大きく剥離して規模の大きな渦が形成される。この渦は横部材１の幅Ｌに対して規模の大きな渦であるため、横部材１の後縁を離れた後に上側の渦と下側の渦とが干渉して、安定した周期性を持った渦つまりカルマン渦１１となる。
【００２２】
また、前記横部材１の断面四角形状の幅Ｌ及び高さＨを、（１）式（Ｌ／Ｈ＝１．９ないし２．１）よりも小さくした場合においては、気流１０は前記横部材１の前縁に当たると剥離して渦が形成されるが、この渦は横部材１の幅Ｌが小さいため、該幅Ｌに対して規模の大きな渦となるため、前記と同様に、横部材１の後縁を離れた後に上側の渦と下側の渦とが干渉して、安定した周期性を持った渦つまりカルマン渦１１となる。
前記のような、Ｒ／Ｈ及びＬ／Ｈが小さく、横部材１の後縁を離れる際に上側の渦と下側の渦とが干渉してカルマン渦１１が形成される場合におけるルーフキャリア１００の音圧レベルの計測結果を図４（Ｂ）に示す。図に示すように、かかる場合には図２の場合よりも低い周波数ｆ２にてピークの高い音圧Ｓ２が発生する。
【００２３】
以上に説明したように、前記横部材１の断面四角形状の幅Ｌ及び高さＨを（１）式（Ｌ／Ｈ＝１．９ないし２．１）の範囲よりも大きくし、また丸みの半径Ｒを、前記（２）式（Ｒ／Ｈ＝０．０５ないし０．１５）の範囲よりも大きくしたときには、気流１０は横部材１の前縁に当たった後、上下面１ａ、１ｂに沿って流れるため、該横部材１の後縁を離れる際に上側の渦と下側の渦とが干渉してカルマン渦１１が形成されることとなる。
一方、前記とは逆に横部材１の断面四角形状の幅Ｌ及び高さＨを（１）式（Ｌ／Ｈ＝１．９ないし２．１）の範囲よりも小さくし、また丸みの半径Ｒを、前記（２）式（Ｒ／Ｈ＝０．０５ないし０．１５）の範囲よりも小さくしたときには、気流１０は横部材１の前縁に当たる際に形成される渦が横部材１の幅Ｌに対して規模の大きな渦となるため、横部材１の後縁を離れた後に上側の渦と下側の渦とが干渉して、安定した周期性を持った渦つまりカルマン渦１１が形成される。
【００２４】
以上のことから、前記横部材１の断面四角形状の幅Ｌ及び高さＨを、（１）式（Ｌ／Ｈ＝１．９ないし２．１）の範囲内とし、丸みの半径Ｒ及び高さＨを（２）式（Ｒ／Ｈ＝０．０５ないし０．１５）の範囲内とすれば、前記幅Ｌ及び丸み半径Ｒと高さＨとの関係が前記（１）式及び（２）式の範囲外のときに生ずる前述のような現象、即ち気流１０が横部材１の前縁に当たった後に上下面１ａ、１ｂに沿って流れることにより横部材１の後縁を離れる際に上側の渦と下側の渦とが干渉してカルマン渦１１が形成される現象、並びに気流１０が横部材１の前縁に当たる際に形成される渦が横部材１の幅Ｌに対して規模の大きな渦となることにより該横部材１の後縁を離れた後に上側の渦と下側の渦とが干渉してカルマン渦１１が形成される現象の発生を回避することができることとなる。
【００２５】
従って、前記横部材１の断面四角形状の幅Ｌ及び高さＨを前記（１）式及び（２）式の範囲内とすることにより、横部材１に向けて流れる気流１０が該横部材１の後縁側表面と微小な限界空間１３を形成した状態で後方へと流れ、該横部材１の上面１ａ側を流れる気流１０と下面１ｂ側を流れる気流１０とが互いに干渉することなく該横部材１の後方へと流れ、これによって、安定した周期性を持った渦つまりカルマン渦１１の形成が回避され該カルマン渦１１による風切り音の発生が防止される。
【００２６】
図７は、かかる第１実施例における前記横部材１の幅Ｌ及び丸みの半径Ｒと高さＨを前記（１）式及び（２）式の範囲に設定したものと、前記範囲外のものとの音圧レベルの計測結果の比較を示す。図において、Ａは本発明の設定範囲内のもの、Ｂは前記丸みの半径Ｒが過小のもの、Ｃは前記丸みの半径Ｒが過大のものを夫々示す。図から明らかなように、本発明の範囲に設定したものＡは、前記範囲外のものに比べて１０ｄｂ程度、音圧レベルを低下させることができる。
【００２７】
図５ないし図６に示される第２実施例においては、該横部材１の形状を次のように構成している。
即ち、前記横部材１は断面の基礎形状を、４隅に丸み３０を有する小判形状に形成しており、該小判形状の幅をＬ、高さをＨ、前記丸みの半径をＲとすると、次の（３）及び（４）式のように設定される。
Ｌ／Ｈ＝１．１ないし１．４          （３）
Ｒ／Ｈ＝０．４ないし０．５          （４）
【００２８】
次に、図６に基づき第２実施例の作用を説明する。
図６において、かかる実施例においては、前記横部材１の幅Ｌ及び丸みの半径Ｒと高さＨとの関係を前記（３）式のように、丸みの半径Ｒが比較的大きく幅Ｌが高さＨに近い小判形状に設定することにより、図６（Ａ）に示されるように、横部材１の丸みの半径Ｒが比較的大きい前縁に当たった気流１０が該横部材１の上面１ａ及び下面１ｂに再付着した後、該横部材１の後縁から離れるような高周波渦２０と、図６（Ｂ）に示されるように、前記前縁に当たった気流１０が前記上面１ａ及び下面１ｂに再付着しないような、横部材１の幅Ｌに対して規模の大きい低周波渦２１とが非定常に発生する。
【００２９】
そして、前記気流１０は前記高周波渦２０と低周波渦２１との２つのモードの間を遷移し続けて、不安定な状態となり安定した周期性を持った渦つまりカルマン渦１１の形成がなされなくなり、図８のＡに示すように音圧レベルが小さいピークＳ１１及びＳ１２が２つ現れる。この音圧レベルのピークＳ１１及びＳ１２は、同図のＢに示す本発明の範囲外の音圧レベルＳ０に比べて小さくなり、これにより風切り音の発生が防止される。
【００３０】
【発明の効果】
以上記載の如く請求項１の発明によれば、ルーフキャリアを構成する横部材の断面四角形状の幅Ｌ及び高さＨを、請求項１における前記（１）式及び（２）式の範囲内とすることにより、横部材に向けて流れる気流が該横部材の後縁側表面と微小な間隙を形成した状態で後方へと流れることとなり、該横部材の上下面を流れる気流同士が互いに干渉することなく横部材の後方へと流れ、これによって、安定した周期性を持った渦つまりカルマン渦の形成が回避され該カルマン渦による風切り音の発生が防止される。
【００３１】
また、請求項２の発明によれば、小判形横部材の前縁に当たった気流が該横部材の上面及び下面に再付着した後、これの後縁から離れるような高周波渦と、前記気流が上面及び下面に再付着しないような規模の大きい渦からなる低周波渦とが非定常に発生し、前記気流が該高周波渦と低周波渦との２つのモードの間を遷移し続けて不安定な状態となり、安定した周期性を持ったカルマン渦の形成がなされなくなることにより、風切り音の発生が防止される。
【００３２】
要するに、本発明によれば、前記横部材の四角形あるいは小判形の断面形状を前記（１）、（２）式、（３）、（４）式のように設定するのみで、従来技術におけるスプリッタプレートのような格別の部材を付設することなく、かつ製造工数を増加することなく、低コストの手段でもってカルマン渦による風切り音を確実に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例に係る車両用ルーフキャリアの横部材の断面図である。
【図２】  第１実施例に係るルーフキャリアの作用説明図である。
【図３】  従来のルーフキャリアの作用説明図（その１）である。
【図４】  従来のルーフキャリアの作用説明図（その２）である。
【図５】  第２実施例に係る車両用ルーフキャリアの横部材の断面図である。
【図６】  第２実施例に係るルーフキャリアの作用説明図である。
【図７】  第１実施例に係る車両用ルーフキャリアの音圧レベル比較図である。
【図８】  第２実施例に係る車両用ルーフキャリアの音圧レベル比較図である。
【図９】  従来技術に係るルーフキャリアの横部材の断面図である。
【図１０】  本発明が適用される自動車の外観略図である。
【符号の説明】
１      横部材
１ａ    上面
１ｂ    下面
２      縦部材
３      車体
４      ルーフ
１０    気流
１１    カルマン渦
１３    限界空間
２０    高周波渦
２１    低周波渦
３０    丸み
１００  ルーフキャリア
【図１】
0003841263.tif 000002
【図２】
0003841263.tif 000003
【図３】
0003841263.tif 000004
【図４】
0003841263.tif 000005
【図５】
0003841263.tif 000006
【図６】
0003841263.tif 000007
【図７】
0003841263.tif 000008
【図８】
0003841263.tif 000009
【図９】
0003841263.tif 000010
【図１０】
0003841263.tif 000011