KR100245935B1 - 플라스틱 휠 - Google Patents

Abstract

본 원에는 플라스틱 휘일 조립체(10)가 기술되어 있다.

이 휘일(10)은 림(12)과 디스크(14)를 포함한다. 이 디스크(14)는 슬리브(20)가 삽입되는 구멍(16)을 갖는다. 이 슬리브(20)는 정상적인 사용중 플라스틱 휘일(10)의 과열을 방지할 수 있을 만한 거리까지 디스크(14)를 통해 연장된다.

Description

플라스틱 휠

제1도는 플라스틱 휠을 그것의 외측 단부쪽에서 바라본 사시도.

제2도는 플라스틱 휠을 그것의 내측 단부쪽에서 바라본 사시도.

제3도는 플라스틱 휠의 외측 단부의 평면도.

제4도는 플라스틱 휠의 내측 단부의 평면도.

제5도는 제3도의 5-5 선을 따라 절취한 플라스틱 휠의 단면도.

제6도는 제3도의 6-6 선을 따라 절취한 삽입된 슬리브를 도시한 휠의 일부를 나타내는 확대 단면도.

제7도는 제3도의 7-7 선을 따라 절취한 디스크의 내측면으로부터 연장된 돌출부를 도시한 휠의 일부를 나타내는 확대 단면도.

제8a도는 제6도에 도시한 슬리브 및 휠의 확대 단면도로서, 휠 디스크에 압입된 슬리브의 조립체를 나타내는 도면.

제8b도는 슬리브가 디스크내로 삽입 주조되는 제8a도와 유사한 확대단면도.

제9도는 다른 실시예에 따른 휠의 확대 단면도로서, 슬리브가 2개의 분리된 플랜지형 요소를 포함하고 있는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 플라스틱 휠 12 : 림

14 : 디스크 16 : 구멍

20 : 슬리브 30 : 돌출부

50 : 허브

본 발명은 특히 다용도차에 아주 적합하고, 보다 특별하게는 골프카(golf car)에 이용하기에 적합한 플라스틱 휠에 관한 것이다.

통상적인 골프카는 금속성 림을 구비한다. 림은 공기타이어의 비드와 결합하기에 적합한 한쌍의 환상 플랜지와, 이 플랜지 사이에 배치되는 림 베이스를 포함한다. 디스크는 베이스로부터 반경방향 내측으로 연장되고 골프카 허브의 스터드(stud)상에 결합되기에 적합하다.

이 디스크는 비드 플랜지 사이에서 대략 축방향의 중앙에 위치한다. 이 위치는 디스크가 차량의 하중을 최소의 편심력 또는 굽힘력으로 지지할 수 있게 한다. 디스크의 중앙 배치는 차량의 허브가 림 조립체내에 밀폐되어 있는 것을 의미한다.

골프카의 허브는 드럼형 브레이크 시스템을 구비하는 바, 허브의 내측표면은 드럼형 제동면이다. 격심한 제동을 받고 있는 상태의 허브는 400℉를 초과하는 온도에 도달할 수 있으며, 주철로 이루어진 허브는 비교적 오랜 시간동안 그 온도를 유지시킨다.

마찰을 발생시키는 이러한 고온은 금속 림에서는 문제가 되지 않으나, 열가소성 휠(thermoplastic wheel)에 대해서는 이러한 온도가 설계의 제한사항이 된다. 휠의 사용중에 그 온도는 높으므로, 대부분의 공업용 플라스틱 재료는 이러한 작동 온도에서 용해되거나 또는 물리적 성질을 잃기 때문에 이용될 수 없다.

본 발명은 차량의 허브와 관련된 고온 가열문제를 극복함과 동시에, 다소 통상의 열가소성 수지의 이용을 가능하게 한다.

본 발명은 현재 이용중인 차량의 휠 구조에 특히 적합하며 종래 기술의 금속성 휠 조립체와 완벽히 상호교환가능한 것이다.

본 발명의 플라스틱 휠 조립체는 림과 디스크를 포함한다. 디스크는 림에 일체로 부착되고, 림으로부터 반경방향 내측으로 연장된다. 디스크는 슬리브가 삽입되는 복수개의 구멍을 갖는다. 슬리브를 갖는 상기 구멍은 차량 허브에 부착되도록 정렬되어 있다. 슬리브는 휠의 정상적인 사용중에 플라스틱 휠의 과열을 방지하기에 충분한 높이로 디스크를 통하여 연장되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 실리브는 금속, 바람직하게는 강으로 이루어 진다. 이 슬리브는 일 단부에 원추형상으로 테이퍼진 내측표면을 갖고 있으며, 플랜지를 구비할 수도 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 디스크는 축방향 내측면에 복수개의 돌출부를 갖는다. 이 돌출부는 슬리브의 연장부의 높이와 같거나 또는 그보다 작은 높이로 연장된다.

이 슬리브는 차량의 허브에 결합될 때 휠의 플라스틱 부분이 허브와 직접 접촉하지 않는 정도까지 연장된다. 디스크는 축방향 내측면에 허브로부터 이격되어 있는 대다수의 표면 영역을 갖는다. 슬리브는 디스크의 내측면의 대다수의 표면 영역을 지나서 1.0 내지 6.0mm, 바람직하게는 2.5mm의 높이(D)로 축방향으로 연장된다.

플라스틱 휠과 허브간의 간격은 공기 간극(air gap)을 형성하므로, 디스크가 허브로부터 단열되고 대류 열교환에 의해 냉각성능도 향상된다. 이 디스크는 가열된 공기를 순환공기중으로 방출시킬 수 있는 대형 중앙개구를 구비한다.

용어 정의

"축방향(axial)" 및 "축방향으로(axially)"란 용어는 휠 조립체의 회전축선과 평행한 선 또는 방향을 말한다.

"반경방향(radial)" 및 "반경방향으로(radially)"란 용어는 휠 조립체의 회전축선을 반경방향으로 향하거나 그로부터 멀어지는 방향을 말한다.

"원주방향(circumferential)"이라는 용어는 축방향과 수직인 환상 림의 외주 표면을 따라 연장되는 선 또는 방향을 의미한다.

"내측면(innerside)"이라는 용어는 차량의 섀시나 중앙선에 인접하거나 또는 가장 가까운 휠 조립체의 측면부분을 의미한다.

"외측면(outerside)"이라는 용어는 차량의 섀시나 중앙선에 대하여 외부를 향하는 휠 조립체의 측면부분을 의미한다.

제1도를 참조하면, 일반적으로 참조부호(10)로 도시되는 플라스틱 휠 조립체의 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 본 발명의 휠 조립체(10)는 환상 림(12)과 디스크(14)를 포함한다. 이 디스크(14)는 림에 일체식으로 부착되며, 휠 조립체(10)의 회전축선(R)을 향하여 반경방향의 내측으로 연장된다. 이 디스크(14)는 복수개의 구멍(16) 및 하나의 대형 중앙개구(18)를 갖는다. 각각의 구멍(16)내에는 슬리브(20)가 삽입된다. 디스크(14)에 대해서는 그것의 외측표면 또는 외측면(15)이 도시되는데, 이러한 면은 휠이 차량에 부착될 때 차량으로부터 멀리 떨어지는 디스크의 면이다.

제2도를 참조하면, 휠 조립체(10)의 내측면의 사시도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 디스크(14)는 내측면(17)을 갖는다. 슬리브(20)는 정상적인 휠 작동상태중에 플라스틱 휠 조립체가 손상되거나 파손되는 것을 방지할만한 높이로 내측면(17)을 지나서 연장된다. 도시된 실시예의 내측면(17)은 그것의 표면으로부터 축방향으로 연장되는 복수개의 돌출부(30)를 갖는다. 이 돌출부는 디스크(14)에 일체식으로 부착된다. 사시도로부터 볼 수 있는 바와 같이, 이러한 돌출부(30)는 원호형상으로서, 구멍(16)의 반경방향 거리보다 약간 더 먼 반경방향 거리에서 각각의 구멍(16) 사이에 배치된다.

각각의 돌출부(30)는 도면부호(32)로 도시된 바와 같은 복수개의 융기부를 구비할 수도 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 융기부(32)는 돌출부로부터 축방향으로 연장된다. 조합되어 있는 돌출부와 융기부는 디스크(14)의 내측면(17)을 지나서 슬리브(20)의 연장부와 동일한 높이로 연장된다. 이 융기부(32)는 휠에 대한 슬리브(20)의 조립을 돕기 위한 것으로서, 다른 목적이 있는 것은 아니다.

제3도 및 제4도는 휠 조립체의 외측과 내측에서 각기 바라 본 평면도이다.

제3도에 도시된 바와 같이, 슬리브(20)는 플랜지(22)를 구비할 수도 있다. 더욱이, 이 슬리브(20)는 이것의 내경에 원추형상으로 테이퍼진 표면(24)을 구비할 수도 있다.

제4도부터는 슬리브(20)가 모따기된 외측표면(26)을 가질 수도 있다는 것을 인지할 수 있을 것이다. 이 모따기된 표면은 디스크(14)의 구멍(16)내로 슬리브(20)를 삽입하는 것을 돕는다.

제5도는 차량의 허브(50)에 부착되는 플라스틱 휠 조립체(10)의 바람직한 실시예에 대한 단면도로서, 허브(50)는 2점 쇄선으로 도시되어 있다. 차량의 허브(50)는 차축(56)으로부터 연장되어 있다. 휠 조립체(10)는 허브로부터 연장된 복수개의 나사형 스터드(52) 및 원추형상으로 테이퍼진 너트(54)에 의해서 허브에 고정된다. 이 스터드(52)는 슬리브(20)를 통하여 연장된다. 슬리브의 개구는 스터드(52)보다 큰 것이 좋을 것이다. 너트(54)에 토오크를 가하여 조이면, 이 너트(54)의 원추형상 테이퍼부가 슬리브의 원추형상으로 테이퍼진 표면과 함께 스터드를 중심으로 배치하되, 통상적으로 스터드가 슬리브(20)의 내경을 따라 슬리브와 직접 접촉하지 않도록 한다.

너트(54)를 조이면, 슬리브(20)는 허브면(57)에 대하여 확고히 가압된다.

허브면(57)을 지지하는 슬리브의 말단은 허브(50)와 접촉상태에 있는 실질적으로 유일한 표면이다. 이것의 유일한 예외는 정상적인 사용시 용융될 수 있는 선택적인 조립체의 융기부(32)이다.

제5도로부터 알 수 있는 바와 같이, 디스크(14)의 내측면(17)을 지나는 슬리브(20)의 연장부는 디스크(14)의 대부분의 표면 영역을 허브(50)로부터 특정한 높이(D)로 이격시킨다. 이러한 간극의 높이는 1.0 내지 6.0mm 인 것이 바람직하다. 보다 큰 치수에 관한 제한요소는 너트(54)와 스터드(52)간에 유용한 나사 결합의 양이다. 바람직한 실시예에서, 이 높이는 2.5mm이다.

돌출부(30)는 정상적인 차량 작동중에 발생될 수 있는 측방향 기울어짐의 정도를 제한하기 위해서 휠의 구조에 추가되었다 돌출부를 이용하면 디스크(14)의 단면두께를 최소화시킬 수 있다. 이 돌출부(30)는 슬리브(20)의 총연장부로부터 0.25mm의 높이(E) 이내의 지점까지 연장되는 것이 바람직하다. 기울어짐을 제한하는 돌출부의 능력은 허브(50)에의 접근 정도에 따라 결정된다. 돌출부(30)가 허브(50)에 너무 근접하게 배치된다면 돌출부가 열손상을 받을 수 있게 되지만, 돌출부가 허브(50)로부터 너무 멀리 배치된다면 기울어짐의 장도가 허용불가능한 정도로 커져서 슬리브 부착부 근방의 디스크(14)냉 균열이 발생될 수도 있다. 기울어짐을 제한하기 위하여 돌출부(30)를 이용하는 거이 선택사양이다. 변형예로서, 디스크의 두께를 증가시키거나 또는 보강 리브를 설치함으로써 디스크의 측방향 강도를 증가시킬 수도 있다.

제6도, 제7도, 제8a도, 제8b도 및 제9도에는 디스크를 통하여 삽입되는 슬리브의 확대도가 도시되어 있다. 제6도, 제7도, 제8a도 및 제8b도를 각기 살펴 보면 슬리브가 환상 홈을 갖는다는 것을 알 수 있다. 홈(23)은 플랜지(22)가 슬리브와 연결되는 부분에 위치하며, 슬리브의 외측표면상에 배치되는 제2홈(25)은 디스크(14) 두께의 거의 중심에 위치한다. 플랜지(22)에 위치되는 홈(23)은 플랜지(22)가 디스크(14)의 외측면(15)에 완전히 안착될 수 있도록 제공된다. 변형예로서, 슬리브(20)상의 이러한 홈이 제거될 수 있고, 디스크(14)는 외측면(15)이 모따기되어 슬리브 플랜지의 완전한 안착을 보장할 수 있다. 디스크 단면 두께의 중앙에 배치되는 것으로 도시되는 제2홈(25)은 슬리브(20)를 디스크(14)에 고정하는 것을 돕기 위하여 제공된다. 이 슬리브(20)는 조립시에 구멍(16)내로 억지끼워맞춤된다. 접착제는 사용할 필요가 없다고 생각되나 경우에 따라서는 이용가능하다. 제2홈(25)은 휠이 과열될 경우 플라스틱이 홈내로 흘러들어가서 기계적인 잠금을 발생시킬 수 있도록 한다. 변형예로서, 제8b도에 도시된 바와 같이 슬리브가 휠내로 삽입 주조되는 경우에, 홈은 슬리브를 고정시키기 위한 기계적 수단을 제공한다.

사용중에, 슬리브(20)는 스터드(52) 및 너트(54)에 의해 고정상태로 유지된다. 슬리브를 휠에 부착 상태로 유지시켜야 할 필요성은 휠 조립체(10)가 차량에 장착되어 있지 않을 경우에만 관련된다.

제9도에 있어서는 변형예의 슬리브 구조가 도시되어 있다. 이러한 슬리브(200)는 실제로 2개의 분리된 플랜지형 요소(201, 202)이다.

제9도에 도시된 바와 같이, 다수의 변형된 슬리브 설계가 가능하다. 슬리브의 형상 및 구성은 다양하게 변화될 수 있다. 또한, 림과 디스크의 형상도 다양한 방법으로 변경될 수 있다.

플라스틱 휠(10)은 유리섬유(glass fibers)가 보강된 나일론과 같은 열가소성의 사출성형된 수지로부터 제조되는 것이 바람직하다. 본 발명자가 사용한 특정물질은 듀퐁(Dupont)의 Zytel 82G33L NC-10 나일론과 슐맨즈사(Schulman's Inc.)의 Schulamid 66GF13 Hi-IMP 유리섬유였다. 이 슬리브는 자유로이 가공된 납함유 강(leaded steel) 12 L 14 를 이용하여 제조되었다.

우수한 충돌 특정 및 저렴한 비용의 물질을 기초로 하여 휠의 주요 구성 재료로 나일론을 이용할 수 있다는 결정을 내렸다. 그러나, 다른 다양한 플라스틱 재료가 사용될 수 있을 것이다.

강은 비용 및 열전도 특성을 기초로 할 때 슬리브에 바람직한 재료이다. 플라스틱 휠의 개발중에, 톨론(Torlon), 폴리아미드(polyamide), 페놀(phenolic) 및 세라믹(ceramic) 피복강으로 이루어진 슬리브가 시험되었으나, 전체가 강으로 이루어진 슬리브가 보다 우수했다.

휠(10)의 개발중에 이러한 플라스틱 휠을 허브와 단열시키고자 하는 시도가 이루어졌다. 디스크의 내측면과 허브 사이에 단열성 패드를 이용하는 것이 시도되었다. 전체적인 시험의 결과, 슬리브에 연장부에 의해 제공되는 디스크와 허브 사이의 공기 간극이 가장 우수한 단열체였다. 이러한 공기 간극은 대류형 열전달 수단을 형성하여 허브의 고온으로부터 디스크를 보호하였다.

제1도 내지 제8b도에 도시된 바와 같은 플라스틱 휠 조립체(10)의 시험이 수행되었다.

브레이크의 열적 시험에는 골프카를 5mph로 주행시키는 동안 이것에 완전한 제동 압력을 가하는 것이 포함되었다. 이 시험은 6번의 500ft 주행 및 2번의 1000ft 주행을 포함하며, 각각의 주행 사이에는 0mph의 정지 시간이 10분씩 있었다. 스터드에서 고온도계(pyrometer)로 판독한 결과 허브의 온도가 측정되었다. 이 온도는 400℉를 초과하였다. 휠 디스크의 온도도 측정되었다. 휠은 상승된 온도에서 차량의 하중을 유지하고 지지하였으므로 이 시험을 통과할 수 있었다.

게다가, 상술한 브레이크가 열적 시험 수행후에, 플라스틱 휠은 90°의 로딩 방법을 이용하여 동력학적인 코너링 피로성질을 시험하였다. 이 시험은 레크리에이션용 타이어 및 다용도 트레일러용 타이어의 휠에 대한 SAE J1204 코너링 시험과 유사했다.

플라스틱 휠에 대한 충돌시험도 수행되었다. 디스크 영역은 디스크에 균열이 발생되지 않은 채 휠의 림 부분상의 충돌을 견뎌야만 했다. 6761b의 하중의 물건을 2 인치의 높이에서 림 플랜지상으로 낙하시켰더니, 림이 13°의 각도로 구부러졌다.

또한 골프카를 36인치의 높이에서 반복 낙하시키는 차량 낙하시험도 수행되었다. 디스크 영역은 균열없이 이러한 충돌을 견디도록 요구되었다. 본 발명에 따른 플라스틱 휠은 아무런 손상도 받지 않았다.

Claims (7)

1. 림과, 상기 림에 일체로 부착되며 상기 림으로부터 반경방향 내측으로 연장되는 디스크를 포함하는 플라스틱 휠에 있어서,상기 디스크는 슬리브를 각기 갖는 복수개의 구멍을 구비하며, 상기 슬리브를 갖는 구멍은 휠을 차량의 허브에 부착시킬 수 있도록 정렬되고, 상기 복수개의 슬리브는 디스크의 표면 영역으로부터 적어도 1.0mm의 높이로 연장되는 것을 특징으로 하는플라스틱 휠.
2. 제1항에 있어서, 상기 디스크는 대다수의 표면 영역이 슬리브와 직교하는 축방향 내측면을 가지는 플라스틱 휠.
3. 제1항에 있어서, 상기 디스크의 축방향 내측면에는 이 축방향 내측면으로부터 복수개의 슬리브의 높이와 동일하거나 그보다 작은 높이로 연장되는 복수개의 돌출부가 구비되는 플라스틱 휠.
4. 제3항에 있어서,디스크의 축방향 내측면으로부터의 돌출부 높이는 축방향 내측면으로부터의 슬리브 높이의 약 90%인플라스틱 휠.
5. 제1항에 있어서, 상기 슬리브는 금속인 플라스틱 휠.
6. 제2항에 있어서, 상기 슬리브는 각각의 슬리브의 축방향 내측 연장부에 대향하는 단부에 원추형상으로 테이퍼진 내측면을 갖는플라스틱 휠.
7. 제2항에 있어서, 상기 슬리브는 각각의 슬리브의 축방향 내측 연장부에 대향하는 단부에 플랜지를 구비하는 플라스틱 휠.