소음을 줄일 수 있는 자동차용 휠

소음을 줄일 수 있는 자동차용 휠{NOISE-REDUCING WHEEL FOR VEHICLE}

본 발명은 소음을 줄일 수 있는 자동차용 휠에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 타이어와 접하는 림의 바깥면 전체와, 림의 안쪽 면과 접하는 허브 부분에 각각 흡음재를 구성함으로써, 타이어를 통해 지면과 노면 상태 등에 따라 차체 측으로 전달되는 소음과 진동을 휠에서 흡수하여 승차감을 높일 수 있게 한 것이다.

일반적으로 자동차에는 엔진의 구동력을 전달받아 지면 위를 구를 수 있도록 타이어를 설치한다. 이때, 타이어는 휠(Wheel)에 장착한 상태로 구동축에 설치하여 이 구동축의 회전을 통해 전달받은 구동력으로 회전한다.

특히, 휠은 타이어와 함께 자동차의 하중을 지지할 뿐만 아니라 구동력(또는 제동력)과 횡력을 노면에 전달하는 중요한 구성 요소 중 하나이다. 특허문헌 1 내지 특허문헌 4에는 이러한 요소들을 반영한 휠과 휠의 제조 방법 등이 개시되어 있다.

특허문헌 1은 차량용 금속-복합재료 하이브리드 휠의 제조방법에 관한 것으로, 인너 림(Inner Rim)을 압축성형함과 동시에 금속재료의 아웃터 림(Outer Rim)과 상기 인너 림을 접합 연결하고, 아웃터 림과 인너 림 간의 열팽창계수의 차이로 압축성 잔류 응력을 유도하여 접합부의 접착강도 및 내구성을 증대할 수 있는 금속-복합재료 하이브리드 휠의 제조방법에 관한 것이다.

특허문헌 2는 자동차용 휠에 관한 것으로, 휠 디스크의 주연에 휠 베이스를 설치하고 휠 베이스의 외측에 휠 플랜지가 설치되어 구성되는 것에 있어서, 휠 플랜지의 내측에 비드 플랜지가 설치되고, 비드 플랜지는 휠 플랜지에 조임 나사 장치로 조임 결합하는 것을 특징으로 하며, 휠 플랜지가 타이어의 비드부를 완강히 파악할 수 있도록 하여 미끄럼을 방지하여 비드부의 사고를 방지할 수 있게 한 것이다.

특허문헌 3은 차량의 소음 저감용 휠에 관한 것으로, 주행 중 타이어가 회전할 때 상기 고무 원통체가 스포크 부재의 내부 원통 구멍 내에서 상하좌우로 움직여서 공기 흐름을 조정하는 댐퍼 역할을 수행함에 따라 가진이 커지거나 작아질 때 힘을 분산 및 완화시켜 노면에서 전달되는 소음진동을 줄이는 기능을 갖게 된다.

특허문헌 4는 자동차용 휠 제조방법 및 이에 의해 제조된 자동차용 휠에 관한 것으로, 자동차용 휠을 관재를 이용하여 림 및 디스크 부재를 일체로 제조하여 자동차용 휠의 내구성 향상 및 생산비용을 절감시키기 위한 것이다.

하지만, 기존의 휠은 다음과 같은 문제가 발생한다.

(1) 통상적으로 휠은 자동차의 하중 전체를 4개의 휠로 지지해야 하므로 소정의 강성을 갖는 재질, 예를 들어서 금속재질이나 알루미늄 합금 재질을 많이 사용한다.

(2) 이 같은 재질은 강성 확보에는 유리한 점이 있으나, 반대로 타이어를 통해 지면에서 전달되는 소음과 진동 등에는 취약한 문제가 발생한다.

(3) 즉, 자동차가 주행할 때 발생하는 소음은 대부분 주행하는 자동차 주변에서 생긴 바람 때문인데, 이외에도 타이어와 노면 사이의 접촉 면에서도 발생한다.

(4) 이에 노면과 접촉하여 생기는 소음을 줄이는 방법으로는 소음의 진원지라고 할 수 있는 타이어의 접촉 면에서 흡수하게 하는 것이 가장 효과적이라고 할 수 있으나 현실적으로는 거의 불가능하다.

(5) 이 때문에, 노면과 타이어 사이의 접촉으로 생긴 소음은 타이어를 타고 휠 그리고 구동축의 순으로 전달되어 결과적으로 자동차의 승차감을 떨어뜨리고 쾌적한 실내 환경을 조성하는 데 방해하는 한가지 요인으로 작용한다.

(6) 한편, 현재 휠을 제작하는 데 사용하는 알루미늄 합금의 경우 이처럼 소음이 발생하지만, 금속 재질로 제작한 휠의 경우 이러한 소음 이외에도 노면 위의 자갈과 같은 이물질과 부딪칠 때 소음 발생이 더 커진다.

(7) 이에, 타이어를 통해 휠로 전달되거나 바람 등이 휠을 통과하면서 생긴 소음을 차단하여 구동축을 통해 자동차 실내 측으로 전달되는 것을 최소화하여 승차감과 더불어 쾌적한 실내 공간을 확보할 수 있게 소음을 줄일 수 있는 휠의 개발이 요구되었다.

본 발명은 이러한 점을 고려하여 발명한 것으로, 타이어를 지지하여 자동차 중량을 분산 지지하는 휠의 바깥쪽 면과, 림과 접하는 허브 부분에 각각 흡음재를 구성함으로써, 노면과 접촉하여 발생한 소음과 차량 하부 측에서 발생한 소음이 휠을 통해 자동차 실내 측으로 전달되는 것을 차단하여 승차감 향상과 더불어 쾌적한 실내 공간을 만들 수 있게 한 소음을 줄일 수 있는 자동차용 휠을 제공하는 데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 흡음재로서 폴리우레탄 폼을 발포 성형하여 구성함으로써, 통상의 폴리우레탄 폼의 발포 기술을 이용하여 쉽게 제작할 수 있을 뿐만 아니라 휠을 통해 전달되는 소음 차단 효과를 얻을 수 있게 하여 승차감 향상과 더불어 쾌적한 실내 공간을 만들 수 있게 한 소음을 줄일 수 있는 자동차용 휠을 제공하는 데 다른 목적이 있다.

그리고, 본 발명은 상기 폴리우레탄 폼을 밀도가 200~300g/㎥인 것을 사용하여 3~4㎜의 두께로 발포하여 성형함으로써, 그 중량 증가와 비교하여 타이어를 통해 실내로 유입되는 소음을 차단하는 효과를 높일 수 있게 한 소음을 줄일 수 있는 자동차용 휠을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소음을 줄일 수 있는 자동차용 휠은, 타이어(T)를 지지하는 림(110)과 이 림(110) 내부에 구성하여 구동축(S)에 장착하게 하기 위한 허브(120)를 포함하는 자동차용 휠에 있어서, 상기 림(110)에는 바깥쪽 면 전체에 흡음재(111)를 갖추고, 상기 허브(120)에는 상기 림(110)과 접하는 부분에 흡음재(121)를 갖춘 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 흡음재(121)는 림(110)의 안쪽 면 전체에 대하여 형성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 흡음재(111,121)는 폴리우레탄 폼을 발포 성형한 것을 특징으로 한다.

마지막으로, 상기 폴리우레탄 폼은 밀도가 200~300g/㎥이고 두께가 3~4㎜인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 소음을 줄일 수 있는 자동차용 휠에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 타이어와 접하는 휠의 림 바깥 면과, 리브와 접하는 허브 부분에 각각 흡음재를 구성하여 타이어를 통해 구동축 등으로 전달되는 소음을 차단하면서 흡수할 수 있어 승차감과 더불어 쾌적한 자동차의 실내 환경을 조성할 수 있다.

(2) 특히, 휠의 림은 타이어와 구동축 사이에서 타이어와 가장 가깝게 밀착하게 장착하는 구성요소로서, 이 림 부분에 흡음재를 장착함에 따라 타이어를 통해 전달되는 소음과 진동을 가장 효과적으로 제거할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

(3) 그리고, 림과 구동축 사이를 연결하기 위해 림과 구동축을 연결하는 허브의 연결 부분(림과 허브의 연결 부분)에 흡음재를 장착하여 이러한 흡음 효과를 더욱 높일 수 있다.

(4) 또한, 상기 흡음재로서 폴리우레탄 폼을 발포하여 흡음재를 구성할 수 있게 함으로써, 흡음 효과가 우수한 폴리우레탄 폼으로 타이어를 통해 전달되는 소음과 진동 등을 함께 차단하는 효과와 더불어, 폴리우레탄 폼으로 이루어진 흡음재를 쉽고 신속하게 형성할 수 있다.

(5) 특히, 폴리우레탄 폼의 발포 성형은 당업자라면 누구든지 쉽게 알 수 있는 통상의 기술로서 본 발명에 따른 소음을 줄일 수 있는 휠을 쉽게 제작하여 사용할 수 있다.

(6) 그리고, 폴리우레탄 폼은 그 밀도와 두께에 따라 흡음 성능이 달라지는 데, 차종에 따라 타이어를 통해 휠에 전달되는 소음 특성에 맞는 밀도와 두께로 폴리우레탄 폼을 발포 성형함으로써, 타이어의 크기와 자동차의 중량 등에 따라 달라지는 소음 특성에 적합한 흡음재를 선택하여 시공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 휠을 통상의 자동차에 장착한 상태를 보여주기 위한 사시도.
도 2는 본 발명에 따라 휠에 흡음재를 적용한 예를 보여주기 위해 휠을 단면한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 휠을 자동차에 장착하여 정속(100㎞/h) 주행할 때 조수석에서 측정한 음압(%Al) 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 휠을 자동차에 장착하여 정속(100㎞/h) 주행할 때 뒷좌석 중앙에서 측정한 음압(%Al) 그래프.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최고의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형례가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

(구성)

본 발명에 따른 소음을 줄일 수 있는 자동차용 휠(100)은, 도 1 및 도 2와 같이, 실린더 형상으로 이루어진 림(110), 이 림(110)의 안쪽에 형성되어 휠(100)을 구동축(S)에 장착할 수 있게 연결시켜 주는 허브(120)를 포함하며, 특히 상기 림(110)에는 타이어(T)와 접하는 바깥 면과, 이 림(110)과 접하는 허브(120) 부분에 각각 흡음재(111,121)를 구성하여 타이어(T)에서 전달되는 소음과 진동을 줄일 수 있게 한 것이다.

이하, 이러한 구성에 대하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

휠(100)은, 도 1 및 도 2와 같이, 실질적으로 타이어(T)를 지지하기 위한 림(110)과, 이 림(110)에 연결되어 휠(100)을 구동축(S)에 연결하기 위한 허브(120)를 포함한다. 도면에서, 도면부호 "S"는 엔진에서 발생한 구동력을 타이어(T)에 전달하기 위한 구동축을, 미설명 부호 "B"는 구동축(S)을 선택적으로 구속하여 자동차에 제동력을 얻기 위해 차체에 장착한 통상의 브레이크 장치를 각각 나타낸다.

한편, 상기 림(110)은, 도 2와 같이, 타이어(T) 중앙의 개방된 부분, 즉 타이어(T)의 양쪽 비드(Bead)(B) 사이를 마감할 수 있도록 미리 정한 두께를 가진 실린더 형상으로 제작한다. 이때, 림(110)은 자체의 구조적 강성을 가질 수 있도록 실린더 표면을 절곡하여 형성하여, 마치 서로 다른 지름을 가진 여러 개의 실린더를 하나로 연결한 형태로 형성한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 림(110)은 이처럼 타이어(T)와 직접 접촉하는 구성요소이며, 본 발명에서는 이 림(110)의 바깥 면, 즉 타이어(T)와 접하는 바깥 면에 흡음재(111)를 구성한 것이다. 이에, 노면과 접촉하여 진동과 소음을 발생하는 타이어(T)와 림(110) 사이에 흡음재(111)를 구성함에 따라 이 타이어(T)에서 림(110)으로 전달되는 소음과 진동을 흡음재(111)에서 흡음하여 차단할 수 있게 한다.

특히, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 흡음재(111)는 자동차 업계에서 흡음 성능을 가진 재질로 이루어진 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있으나, 그 중에서 바람직하게는 폴리우레탄 폼을 이용하는 것이 바람직하다. 이는 흡음 성능이 높을 뿐만 아니라 어느 정도의 차음 성능도 가지기 때문이다. 그리고, 폴리우레탄 폼은 발포 등의 방법으로 회전체인 림(110) 내부에 형성하여 안정적으로 부착시킬 수 있고, 게다가 중량 증가와 비교하여 이러한 흡차음 성능이 우수하기 때문이다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 폴리우레탄 폼은 밀도가 200~300g/㎥이고 3~4㎜의 두께로 발포 성형하는 것이 바람직하다. 이는 폴리우레탄 폼의 중량 증가를 최소화하면서도 타이어(T)을 통해 전달되는 소음과 진동을 효과적으로 차단할 수 있게 하기 위한 것이다.

한편, 허브(120)는, 도 2와 같이, 림(110) 내부에 장착하여 휠(100)을 구동축(S)에 연결할 수 있게 하는 통상의 기술로 제작한다. 이때, 상기 허브(120)는 림(110)에 융착 등의 방법으로 접촉하게 설치한다. 이에, 본 발명에서는 이처럼 림(110)과 접하는 허브(120) 부분에 흡음재(121)를 더 형성하여 타이어(T)에서 전달되는 소음을 줄일 수 있게 한 것이다.

그리고, 본 발명에 따른 실시예에서, 상기 흡음재(121)는 림(110)과 접하는 허브(120) 부분뿐만 아니라 림(110)의 안쪽 면에 대하여 내면 전체에 형성하거나 부분적으로 형성할 수도 있다. 이는, 림(110)의 형상과 제조 방식에 따라 허브(120)의 위치 등이 달라지므로 이를 고려하여 부분적 또는 전체적으로 흡음재(121)를 형성하기 위한 것이다.

즉, 허브(120)는 구동축에 고정하여 실질적인 엔진의 회전력을 타이어(T)로 전달한다. 이때, 허브(120)는 림(110)의 폭 중심에 위치(제로 오프셋)하거나 폭 중심보다 바깥쪽에 위치(포지티브 오프셋)하게 형성하거나, 폭 중심보다 안쪽에 위치(네거티브 오프셋)하게 형성한다. 이에 양쪽 허브(120) 사이의 거리, 즉 차륜 거리가 달라지므로 같은 형상의 휠이라도 소음 발생이 달라진다.

따라서, 본 발명은 이처럼 달라지는 소음에 적절하게 대응할 수 있게 림(110)의 안쪽 면에 대하여 표면 전체 또는 부분적으로 흡음재(121)을 선택적으로 더 형성하는 것이다.

마지막으로, 본 발명에 따른 실시예에서, 상기 흡음재(111)는 림(110) 전체와 허브(120) 일부에 대해서만 형성한 것으로 설명하고 있으나, 이 림(110)과 더불어 허브(120)에도 형성할 수도 있다. 이때, 허브(120)에는 양쪽 면 모두에 형성할 수도 있으나, 한쪽 면은 항상 자동차의 외부에 노출되는 부분이므로 안쪽 면에만 형성하는 것이 바람직하다.

이처럼 이루어진 본 발명에 따른 휠은 흡음재(111)를 통해 흡음 효과를 얻을 수 있어 쾌적한 실내 환경과 승차감을 높일 수 있다.

(음압 테스트)

본 발명에 따라 타이어와 접하는 림의 바깥 면과 이 림과 접하는 허브의 일부분에 대하여 각각 폴리우레탄 폼을 발포하여 흡음재를 형성한 휠(실시예)와 흡음재를 형성하지 않은 비교예에 대하여 정속 상태에서 실시한 음압 테스트 결과는 다음과 같다.

이때, 음압 측정은 차량을 100㎞/h로 정속 주행하면서 조수석(도 3)과 뒷좌석 중앙(도 4)에서 각각 음압 그래프를 측정하였다. 그래프에서, 가로축은 주파수를, 세로축은 음압(%Al)을, 붉은 선은 실시예를, 검은 선은 비교예를 각각 나타낸다.

조수석에서의 음압은, 도 3과 같이, 붉은 선의 실시예가 검은 선의 비교예보다 전체적으로 음압이 높은 것을 알 수 있으며, 특히 그 평균값을 보면 실시예가 77.79(%Al)로 비교예의 76.59(%Al)보다 1.20(%Al) 정도 향상한 것을 알 수 있다.

또한, 뒷좌석 중앙에서의 음압은, 도 4와 같이, 붉은 선의 실시예가 검은 선의 비교예보다 전체적으로 음압이 높은 것을 알 수 있으며, 특히 그 평균값을 보면 실시예가 74.91(%Al)로 비교예의 73.82(%Al)보다 1.09(%Al) 정도 향상한 것을 알 수 있다.

100 : 휠
110 : 림
111 : 흡음재
120 : 허브