JP5961309B1 - ハブ取付部のボルト孔間にキャビティーが形成された自動車ホイール - Google Patents

Abstract

【課題】高傾斜強度及びねじり強度だけでなく、ホイールボルトの締付トルクを維持しながら、重量を減少させる。特に、リム部及びスポーク部でないハブ取付部に、重量減少のための構造を提供することによって、従来技術に比べて作製が容易で、歩留まりが高く、振動及び騒音を減少させる。【解決手段】ハブ取付部２１のボルト孔間にキャビティー３００が形成された自動車ホイールに関し、より詳しくは、自動車のホイールハブに自動車ホイールを取り付けるために構成されたハブ取付部のボルト孔間にキャビティーを均一に形成することによって、自動車ホイールの重量及び騒音を減少させ、さらに前記キャビティーにダンパーラバー４０を挿入することにより、車両の走行中に発生する振動や騒音を減少させる。【選択図】図２

Description

本発明は、ハブ取付部のボルト孔間にキャビティーが形成された自動車ホイールに関し、より詳しくは、自動車のホイールハブに自動車ホイールを取り付けるために構成されたハブ取付部のボルト孔間にキャビティーを均一に形成することによって、自動車ホイールの重量及び騒音を減少させ、さらに前記キャビティーにダンパーラバー（ＤＡＭＰＥＲ ＲＵＢＢＥＲ）を挿入することにより、車両の走行中に発生する振動や騒音を減少させるハブ取付部のボルト孔間にキャビティーが形成された自動車ホイールに関する。

現在、自動車用ホイールは、金属物質、通常スチール又はアルミニウムから製造される。これらのホイールは、一般的にブレーキドラム又はブレーキディスクから成る自動車のホイールハブに球形のネジ又は円錐型のネジによって固定される。

自動車重量の減少による自動車の燃費向上のために、自動車ホイールもまた軽い材質のアルミニウムを採用しているだけでなく、構造的に重量を軽くするための技術開発が行われている。

通常、ホイールを設計する場合に、１次的に強度（ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を満たすように、ディスク部材２のハブ取付部２１及びスポーク部２２の厚さ及びデザインなどの構造を設計してホイールの最小要求強度条件を満たした後、２次的に軽量化（重量減少）を介して燃費を向上できるようにホイールのハブ取付部２１及びスポーク部２２の内側部などに各種重量減少をする方法が採られる。

ところが、これによりホイールの重量が軽くなるにつれて剛性（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）が弱くなり、車両の走行時にホイールそのもの振動及び騒音を起こす問題が発生する。これを防止するために、さらにホイールのハブ取付部２１及びスポーク部２２の内側部に主なスポークを与え、さらにはディスク部材２全体の形状を厚くして最小要求強度条件以上の不要な剛性を増大させることによって、さらに重量増加になり、燃費向上に制約を受けてきた。

このように、大韓民国公開特許公報第１０−２００６−００４４６５３号（以下、特許文献１と称する）には、リムに中空チャンバーを形成して重量を減らし、騒音を遮断した技術が開示されている。リムとスポークとに中空を形成する技術は、特許文献１の他にも、大韓民国公開特許公報第１９９９−００６２９７３号、大韓民国公開特許公報第１０−２０１３−００４４４６５号などに開示されている。上記のような中空チャンバーを形成する方法は、重量減少及び吸音には効果があるが、耐久性が弱い問題がある。

また、大韓民国公開特許公報第１０−２００７−００５３３８６号（以下、特許文献２と称する）には、リムに中空チャンバーを形成し、ここにアルミニウム発泡コアを充填して騒音及び振動を吸収する技術が提案されている。上記のようなリムとスポークとにも中空を形成し、ここに発泡コアを充填する技術は、特許文献１に比べて吸音効果は高いが、重量減少の効果は微々たるものであるという問題がある。

大韓民国公開特許第１０−２００６−００４４６５３号公報 大韓民国公開特許第１０−２００７−００５３３８６号公報 大韓民国公開特許第１９９９−００６２９７３号公報 大韓民国公開特許第１０−２００１−００７２４０１号公報

本発明は、上記のような問題を解決するために案出されたものであって、本発明に係るハブ取付部のボルト孔間にキャビティーを形成する自動車ホイールは、高傾斜強度及びねじり強度だけでなく、ホイールボルトの締付トルクを維持しながら、重量を減少させる構造を設計することを課題とする。

特に、リム部及びスポーク部でないハブ取付部に重量減少のための構造を提供することによって、従来技術に比べて作製が容易で、歩留まりが高く振動及び騒音減少効果を奏することを課題とする。

上記目的を達成するために、本発明は車軸が連結されるディスク部材２とタイヤが取付られるリム部材３とを含む自動車ホイールにおいて、前記ディスク部材２は、車軸が連結される円盤状のハブ取付部２１と、前記ハブ取付部２１の外周エッジから放射状に設けられた複数のスポーク部（ｓｐｏｋｅ ｐｏｒｔｉｏｎ、２２）とを有し、前記ハブ取付部２１は、中央にハブ孔２１０が形成され、前記ハブ孔２１０の外側に放射状に均等な間隔で位置する複数のボルト孔２２０とボルト孔間に均等な間隔で位置する複数のキャビティー３００とを有し、前記キャビティー３００は、入口３１０が裏面側に形成されることを特徴とする。

また、前記キャビティーは、断面が円形、楕円形又は多角形のうちいずれか一つであり、前記キャビティー３００には、ダンパーラバー４０が挿入されることを特徴とする。

また、前記ダンパーラバーは、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム（ＦＰＭ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、又はスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）のうちいずれか一つであることを特徴とする。

また、前記キャビティー３００は、内部に拡張部３２０が形成されることを特徴とする。
また、前記ダンパーラバー４０は、一側が前記キャビティーと当接するダンパーラバー接触面４１と、前記接触面で内径が大きくなるようにテーパーが付けられた傾斜部４２と、前記傾斜部４２で内径を小さくする軸頸部４３と、前記軸頸部で垂直に形成された垂直部４４と、を有することを特徴とする。

また、前記ハブ取付部の裏面側には、前記キャビティー３００を囲む排水孔２３０が裏面側ハブ取付部平面から陥没するように形成され、前記排水孔に車軸の中心に向かって放射状に排水スリット２４０が形成されることを特徴とする。

上記のような特徴を持つ本発明に係るハブ取付部のボルト孔間にキャビティーが形成された自動車ホイールは、ハブ取付部のボルト孔間にキャビティーを形成し、これにダンパーラバーを挿入することによって、同一の強度を維持しながら重量を約１０〜１５％減少させる効果を奏する。

また、前記ダンパーラバーを介して自動車走行中に発生する振動を大幅に減少させる効果を奏する。

また、前記ダンパーラバーに傾斜部を形成することによって、ダンパーラバーがキャビティー内に挿入された状態でも密閉空間を形成するので、その空間を介して自動車走行中に発生する騒音を大幅に減少させる効果を奏する。

また、キャビティー内に支持部及びダンパーラバーに軸頸部を形成することによって、キャビティー内に挿入されたダンパーラバーが高速走行中にも脱落しない効果を奏する。

従来の自動車ホイールの断面図である。 本発明に係る全体斜視図である。 本発明に係る切断斜視図である。 本発明に係る要部の拡大斜視図である。 本発明に係る断面図である。 本発明に係る切断要部の拡大斜視図である。 本発明に係る他の実施形態の要部の拡大斜視図である。

以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。
本発明で用いられる用語は、現在広く用いられる一般的な用語を選択したが、特定の場合は、出願人が任意に選定した用語もあり、この場合には、単なる用語の名称ではなく発明を実施するための具体的な内容に記載され、かつ、用いられる意味を考慮してそれを把握しなければならない。

本実施形態の説明において、車両に取付けられた場合に、目視できる側の面をデザイン面と言い、デザイン面側を表面側、デザイン面の反対側を裏面側と言う。また、自動車ホイールの中心軸線Ｌに向かう方向を内側と言い、逆方向を外側と言い、上下の方向は裏面側が地面に向かう姿勢、つまり表面側が空に向かう姿勢を基準にする。

以下、添付した図面に示された好ましい実施形態を参照して、本発明の技術的構成を詳細に説明する。

図１は、通常の自動車ホイールを示す図であり、ハブ取付部２１はボルト孔２２０を除いた部分の中が中実状に形成されている。

これは、自動車ホイールが車軸（図示せず）と連結された部分が支持端であって片持ち梁の荷重を受けているので、支持端で車両自体の重量及び衝撃荷重に耐える程度の強度を持つためである。

つまり、通常の自動車ホイールは、アルミニウム合金を鋳造することによって一体に成形されたものであり、車軸が連結されるディスク部材と、タイヤが取付けられるリム部材３と、を有する。

また、自動車ホイールにタイヤ１が取付けられると、リム部材３と前記タイヤとによって密閉された環状のタイヤ気室が形成される。

前記ディスク部材２は、略円盤状のハブ取付部２１と、前記ハブ取付部２１の外周エッジから放射状に設けられた複数のスポーク部２２とを有する。ここで、ハブ取付部２１には、その中央にハブ孔２１０が形成され、前記ハブ孔２１０の外側に周方向（ホイールの周方向）に放射状に互いに均等な間隔で位置した複数のボルト孔２２０が形成されている。また、隣接するスポーク部２２の間に取付孔２３がそれぞれ形成されている。
また、前記スポーク部２２と前記取付孔２３から延びてリム部材と連結されるスポーク拡張部２２ａとが円形に形成されている。

前記リム部材３は、その表面側及び裏面側の両端にタイヤ１のビード（１１ａ、１１ｂ）を側方で保持する表面側フランジ３１ａ及び裏面側フランジ３１ｂが形成されている。また、これらの表面側及び裏面側フランジ（３１ａ、３１ｂ）にカップリングされるように、タイヤのビード（１１ａ、１１ｂ）を着座させて支持固定する表面側ビードシート３２ａ及び裏面側ビードシート３２ｂが形成されている。

また、表面側ビードシート３２ａと裏面側ビードシート３２ｂとの間には、タイヤ取付時にタイヤのビードが抜けるようにするために、表面側ビードシートよりも径の小さいウェル部（ｗｅｌｌ ｐｏｉｎｔ）３３が形成されている。また、それぞれ径の異なる表面側ビードシート３２ａとウェル部３３とを連結するようにウェル壁部３４が形成されている。

本発明に係るハブ取付部のボルト孔間にキャビティーが形成された自動車ホイールは、ハブ取付部２１に改善事項を含んでいるので、これを中心に説明する。

前記ハブ取付部２１は、図２及び図３を参照すると、その中央にハブ孔２１０が形成され、前記ハブ孔２１０の外側に放射状に均等な間隔で位置する複数のボルト孔２２０とボルト孔間に均等な間隔で位置する複数のキャビティー３００とを有する。

前記ハブ孔２１０を介して車軸（図示せず）が連結され、前記ボルト孔２２０を介してホイールハブ（図示せず）とボルト（図示せず）とに固定される。このため、図示していないがボルト孔２２０には、ねじ山が形成されている。

前記キャビティー３００は、断面が円形、楕円形又は多角形など、狭い入口を通過した騒音が広く形成されたキャビティー内で相殺できる構造であれば特に限定しない。
これにより、自動車の走行中に発生する騒音が前記キャビティー内に進入した後、キャビティー内で互いの干渉を介して空洞で相殺されることによって走行に伴う安楽な乗り心地を提供する。

なお、キャビティーを形成することにより、同一の強度を維持しながら重量を約１０〜１５％減少させる効果を奏する。

ここで、前記キャビティーは、内部に拡張部３２０が形成されるが、前記拡張部の内径ｄ１は、入口３１０よりも大きく、ボルト孔２２０よりも大きい。
本実施形態に係る図２ないし図５を参照すると、前記拡張部の内径ｄ１を入口３１０よりも大きく形成することによって、キャビティーは五つのヘルムホルツ共鳴吸音器としての機能を果たす。

各キャビティーが、車両走行中に発生するロードノイズを低減させる効果を奏するように、キャビティーの容積、入口３１０の開口径及び長さなどに応じて、減衰可能な音波の周波数が決められる。従って、ロードノイズで共鳴現象を起こす特定の周波数帯（例えば、１８０Ｈｚ〜２７０Ｈｚ）の音波を減衰できるように、キャビティーの容積と入口の開口径及び長さとを設定してある。

本実施形態では、五つのキャビティーが同一な容積になるように設計してあるが、容積及び入口のサイズをそれぞれ異なるようにして、前記特定の周波数帯内で複数の周波数の音波を減衰することが可能になる。

また、前記キャビティー内部の内径ｄ１をボルト孔２２０よりも大きく形成することによって、重量減少への効果を極大化できる。

これは、車軸がハブ取付部のハブ孔２１０を介して連結され、ホイールハブがハブ取付部のボルト孔を介してボルトで固定されるので、ホイールの強度を考慮する場合、車軸とハブ取付部との強度を維持しなければならない因子は、ハブ孔の外径からキャビティー拡張部の外径までの間隔Ｄ１及びキャビティーが形成されていないハブ取付部の容積、即ち、キャビティー接触面から表面側までの距離Ｄ２となる。

一方、前記ボルト孔２２０は、図３を参照すると、表面側でボルトが挿入されてボルト頭が安着される大きい径のボルト頭安着部２２１とネジが挿入される小さい径のネジ挿入部２２２とから構成されるが、この場合、ホイールの強度に影響を与える因子は、ハブ孔の外径との間隔Ｄ３である。

従って、ハブ孔の外径からキャビティー外径までの間隔Ｄ１とボルト頭安着部２２１の外径までの間隔Ｄ３とを同一にし、キャビティーの長さｌ１をハブ取付部の厚さの略１／２に形成し、キャビティー入口３１０を裏面側に形成することが好ましい。

これにより、ハブ孔の外径からボルト頭安着部２２１の外径までの間隔Ｄ３が狭い表面側の剛性は、キャビティーが形成されていない中実のハブ取付部を介して確保でき、ハブ孔の外径からキャビティー外径までの間隔Ｄ１が狭い裏面側の剛性は、小さい径のネジ挿入部２２２を介して広い間隔Ｄ４のハブ取付部としての確保が可能になる。
従って、前記キャビティー３００の入口３１０は、裏面側に形成されることが好ましい。

これにより、前述したホイールの強度設計因子を考慮して、自動車ホイールの設計上の強度を維持しながら、自動車ホイールの重量を減少させる最適のキャビティーの容積を選定することが重要である。

一方、図４を参照すると、裏面側のハブ取付部には、前記キャビティー３００を囲む排水孔２３０が裏面側のハブ取付部平面から陥没するように形成され、前記排水孔に車軸の中心に向かって放射状に排水スリット２４０が形成される。

ここで、裏面側のハブ取付部平面は、自動車ホイールをホイールハブに組み立てた場合、ホイールハブと面接触する部分であって、前記排水孔２３０に形成された排水スリット２４０は、裏面側のハブ取付部平面から陥没するように、すなわち、排水路が形成されるにつれて自動車ホイールがホイールハブに組み立てられた場合にも、前記排水スリット２４０を介して雨水などが回転するホイールの外へ排出されることができる。

ここで、排水効率を高めるために前記キャビティー３００の入口３１０は、前記排水スリット２４０と同一な平面になるように形成することが好ましい。

一方、図５及び図６を参照すると、前記キャビティーには、ノイズ減衰だけでなく衝撃吸収及び緩衝機能のためにダンパーラバー４０がさらに挿入されることができる。

このため、前記ダンパーラバーはクロロプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム（ＦＰＭ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、又はスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）のうちいずれか一つであり得る。
ここで、前記ゴムの物性は周知されているので、詳細な説明は省略する。

前記ダンパーラバー４０は、一側が前記キャビティーに当接するダンパーラバー接触面４１と、前記接触面で内径が大きくなるようにテーパーが付けられた傾斜部４２と、前記傾斜部４２で内径が小さくなる軸頸部４３と、前記軸頸部で垂直に形成された垂直部４４と、を有する。

前記ダンパーラバー接触面４１は、前記キャビティーに、すなわちキャビティー接触面３３０と当接する部分であって、これらは互いに面接触、線接触又は点接触できる。

前記傾斜部４２は、前記接触面で内径が大きくなるようにテーパーが付けられて形成されることにより、前記キャビティー内で一定の密閉空間Ｓを形成できる。これにより、車両の走行中に発生する騒音は、前記密閉空間Ｓで減衰され、振動はキャビティー内に挿入されたダンパーラバーによって減衰される。

前記軸頸部４３は、傾斜部４２で内径を急激に小さくするように設計され、これにより前記キャビティー拡張部３２０の支持部３２１と接する。

ここで、前記軸頸部４３と支持部３２１とは、面接触、線接触又は点接触できるが、支持力向上のために、互いに対応する形状に面接触することが好ましい。また、図７を参照すると、水平的に形成されるだけでなく、ダンパーラバーが取外されることを阻止できるように斜めに形成できる。また、前記軸頸部４３と支持部３２１とは、波形又は凹凸構造Ｋを形成して接地力を高めることもできる。これにより、キャビティー内に挿入されたダンパーラバーは走行中には自力で取外されない。前記垂直部４４は、軸頸部で垂直に延びてキャビティーの入口３１０と外接する。

ここで、ダンパーラバーの外径ｄ２は、拡張部の内径ｄ１と同一ないしやや大きく形成し、垂直部４４の外径ｄ４は、キャビティーの入口３１０の内径ｄ３と同一ないしやや大きく形成することにより、密閉力を維持して振動減衰効果を最大化し、キャビティー内への異物の流入を防止する。

また、ダンパーラバーの長さｌ２は、キャビティーの長さｌ１と同一に形成することにより、排水スリット２３０の平面と同一に形成して排水効率を最大化し、傾斜部の長さｌ４は、拡張部の長さｌ３と同一ないしやや大きく形成することによって、密閉力を向上させる。

以上の説明は、本発明を例示的に説明したものであり、明細書に掲載されている実施形態は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく説明するためのものであるので、本発明の属する技術分野において通常の知識を持つ者であれば、本発明の技術思想を外れない範囲で様々な修正及び変形が可能である。よって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲に記載された事項によって解釈され、それと均等な範囲内にある技術的事項も本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されなければならない。

１：タイヤ
２：ディスク部材
３：リム部材
２１：ハブ取付部
２１０：ハブ孔
２２０：ボルト孔
２３０：排水孔
２４０：排水スリット
３００：キャビティー
３１０：キャビティー入口
３２０：拡張部
３３０：接触面
４０：ダンパーラバー
４１：接触面
４２：傾斜部
４３：軸頸部
４４：垂直部

Claims (5)

1. 車軸が連結されるディスク部材とタイヤが取り付けられるリム部材とを有する自動車ホイールにおいて、
   前記ディスク部材は、車軸が連結される円盤状のハブ取付部と、前記ハブ取付部の外周エッジから放射状に設けられた複数のスポーク部（ｓｐｏｋｅ ｐｏｒｔｉｏｎ）と、を有し、
   前記ハブ取付部は、中央にハブ孔が形成され、前記ハブ孔の外側に放射状に均等な間隔で位置する複数のボルト孔とボルト孔間に均等な間隔で位置する複数のキャビティーと、を有し、
   前記キャビティーは、入口が裏面側に形成され、内部に拡張部が形成され、
   前記キャビティーには、ダンパーラバー（ＤＡＭＰＥＲ ＲＵＢＢＥＲ）が挿入されることを特徴とするハブ取付部のボルト孔間にキャビティーが形成された自動車ホイール。
2. 前記キャビティーは、断面が円形、楕円形又は多角形のうちいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載のハブ取付部のボルト孔間にキャビティーが形成された自動車ホイール。
3. 前記ダンパーラバーはクロロプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム（ＦＰＭ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、又はスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）のうちいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載のハブ取付部のボルト孔間にキャビティーが形成された自動車ホイール。
4. 前記ダンパーラバーは、一側が前記キャビティーと当接するダンパーラバー接触面と、
   前記接触面で内径が大きくなるようにテーパーが付けられた傾斜部と、
   前記傾斜部で内径を小さくする軸頸部と、
   前記軸頸部で垂直に形成された垂直部と、を有することを特徴とする請求項１に記載のハブ取付部のボルト孔間にキャビティーが形成された自動車ホイール。
5. 前記ハブ取付部の裏面側には、前記キャビティーを囲む排水孔が裏面側のハブ取付部平面から陥没するように形成され、前記排水孔に車軸の中心に向かって放射状に排水スリットが形成されることを特徴とする請求項１に記載のハブ取付部のボルト孔間にキャビティーが形成された自動車ホイール。