KR101534091B1

KR101534091B1 - 복합재 휠용 장착 배열

Info

Publication number: KR101534091B1
Application number: KR1020147001716A
Authority: KR
Inventors: 매튜 에드워드 딩글; 도날드 브레트 가스; 애슐리 제임스 덴미드
Original assignee: 카본 레볼루션 피티와이 엘티디
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2015-07-07
Also published as: JP2014523829A; EP2726301A1; JP6068458B2; AU2012261644A1; WO2013000009A1; US20140175863A1; CN103764406B; EP2726301B1; US9321301B2; KR20140030308A; AU2012261644B2; CN103764406A; HK1192519A1; AU2012261644C1; EP2726301A4

Abstract

본 발명은 장형 패스너 요소 및 장형 패스너 요소에 체결될 수 있는 패스닝 너트를 이용하여 적어도 하나의 복합재 휠을 마운트에 부착하는 데 이용되는 장착 배열을 제공한다. 상기 장착 배열은 장형 패스너 요소가 삽입되는 적어도 하나의 부착 어퍼츄어를 포함하는 복합재 휠과 함께 이용된다. 장착 배열은 장형 패스너 요소가 사용 시에 삽입될 수 있는 패스닝 어퍼츄어를 가지는 패스닝 와셔를 포함한다. 패스닝 어퍼츄어는 방사상 중심의 패스닝 축을 포함한다. 패스닝 와셔는 또한 부착 어퍼츄어 주위의 복합재 휠의 면에 대면하도록 구성되는 베이스를 가진다. 게다가, 패스닝 와셔는 부착 어퍼츄어로부터 실질적으로 축방향으로 외향하여 대면하는 패스닝 측을 가진다. 패스닝 측은 패스닝 너트가 장형 패스너 요소 상에 조립될 때 패스닝 너트의 상보적 부분과 동작 가능하게 맞물리도록 구성되는 적어도 하나의 맞물림 면을 포함한다. 패스닝 장치는 또한 패스닝 축에 대한 축방향으로 패스닝 어퍼츄어 주위의 베이스로부터 외부로 연장되는 슬리브를 포함한다. 슬리브는 복합재 휠의 부착 어퍼츄어 내로 연장되도록 구성된다. 슬리브는 또한 마운트 내에 또는 마운트와 인접하여 위치되는 요소 내에 위치되는 상보하는 형상의 슬리브 어퍼츄어에 수용되도록 구성되는 말단을 포함한다.

Description

복합재 휠용 장착 배열{ATTACHMENT ARRANGEMENT FOR COMPOSITE WHEELS}

본 발명은 일반적으로 하나 이상의 복합재 휠(wheel)들을 마운트(mount)들에 부착하기 위한 배열에 관한 것이다. 본 발명은 특히 탄소 섬유 휠들을 위한 장착 배열들에 적용 가능하고, 이후에 본 발명의 상기 예시적인 실시예들과 관련하여 본 발명을 개시하는 것이 편리할 것이다.

본 발명의 배경부의 다음의 논의는 본 발명의 이해를 용이하게 하도록 의도된다. 그러나, 본 논의가 언급되는 자료 중 어떤 부분도 본 출원의 우선일에 있어서 공개되었거나, 공지되었거나, 공통적인 일반 지식의 일부로 되어 있음에 대한 인정 또는 시인이 아닌 것이 인정되어야 한다.

복합재 구조들을 다른 콤포넌트들 또는 구조들에 부착하는 것은 난제일 수 있다. 탄소 섬유 콤포넌트들과 같은 복합재 구조들은 일반적으로 섬유 방향(fiber direction)으로는 극도로 단단하나, 섬유 방향과 수직으로는 강도가 더 약할 수 있다. 볼트 접합 연결을 위한 부착 홀(attachment hole)들은 일반적으로 섬유 방향에 수직으로 형성된다. 그와 같은 부착 홀들을 통하여 형성되는 접합을 통한 압축 하중들은 그러므로 섬유들과 정렬되기 보다는 오히려 상기 섬유들에 수직일 수 있다. 섬유들에 수직인 재료의 강성은 상당히 낮다. 결과적으로, 손상을 방지하기 위해 볼트/와셔(washer)의 헤드 및 상기 헤드가 연결되어야만 하는 마운트(mount) 사이에는 낮은 클램핑 압력이 요구된다. 높은 클램핑 압력들은 수행되는 부착 홀에 있거나 상기 부착 홀 바로 옆에 있는 복합 재료에 손상을 가하여, 상기 부착 홀에 또는 상기 부착 홀 바로 옆의 엣지에 박리(delamination)를 일으킬 수 있다. 이는 종래의 부착 및 패스닝(fastening) 장치들과의 견고한 접합을 달성하는 것을 어렵게 만든다.

와셔는 하중을 더 큰 면적에 걸쳐 분배하는데 이용될 수 있다. 그러나, 종래의 편평한 와셔들은 부착 어퍼츄어(aperture) 주위에 불균형한 하중 분배를 제공한다. 대부분의 경우들에서, 하중은 볼트의 헤드에 더 가까운 영역에서 더 크므로, 부착 홀의 엣지에 가까이에 원치않는 고 압력 존(zone)을 발생시킨다.

그러므로 복합재 구조들을 위해 특수한 패스너(fastener) 결합들이 사용될 수 있다. 그러나, 대부분의 종래의 볼트-너트 결합들은 자신들이 사용되는 부착 홀에 또는 바로 인접하게 복합재 구조들의 추가 부담을 일으키는 기하 구조를 포함하고, 그러므로 이 면적에서는 상기 결합들이 복합 재료의 약화, 파손 또는 파괴를 일으키게 된다.

그러므로 상기 한계들 중 하나 이상을 극복하는 복합재 휠을 위한 장착 배열를 제공하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명은 장형의 패스너(fastener) 요소 및 장형의 패스너 요소에 체결될 수 있는 패스닝 너트(fastening nut)를 이용하여 적어도 하나의 복합재 휠을 마운트에 부착하는데 이용되는 장착 배열을 제공한다. 장착 배열은 장형 패스너 요소가 삽입되는 적어도 하나의 부착 어퍼츄어(aperture)를 포함하는 복합재 휠과 함께 사용될 수 있음이 고찰된다. 장착 배열은 장형 패스너 요소가 사용 중일 때 삽입될 수 있는 패스닝 어퍼츄어를 가지는 패스닝 와셔(washer)를 포함한다. 패스닝 어퍼츄어는 방사상 중심의 패스닝 축(fastening axis)을 포함한다. 패스닝 와셔는 또한 부착 어퍼츄어 주위의 복합재 휠의 면과 대면하도록 구성되는 베이스를 가질 수 있다. 게다가, 패스닝 와셔는 부착 어퍼츄어로부터 실질적으로 축방향으로 외부로 향하는 패스닝 측(fastening side)을 가진다. 패스닝 측은 패스닝 너트가 장형 패스너 요소 상에 조립될 때 패스닝 너트의 상보적 부분을 동작 가능하게 맞물리도록 구성되는 적어도 하나의 맞물림 면을 포함한다. 상기 패스닝 배열은 또한 패스닝 축과 관련하여 축방향으로 패스닝 어퍼츄어 주위의 베이스로부터 외부로 연장되는 슬리브(sleeve)를 포함한다. 슬리브는 복합재 휠의 부착 어퍼츄어 내로 연장되도록 구성된다. 슬리브는 또한 마운트 내에 위치되는 상보적 형상 슬리브 어퍼츄어 내에 또는 마운트에 인접하게 위치되는 요소 내에 수용되도록 구성되는 말단을 포함한다.

본 발명의 장착 배열은 복합재 휠을 손상시키지 않고 복합재 휠이 패스닝 너트와 관련되는 마운트에 극도로 단단하게 고정되도록 한다. 이는 장착 배열의 임의의 외부 하중 상태들과 연관되는 체결 토크(fastening torque)의 손실을 감소시키거나 실질적으로 제거할 수 있다. 체결 토크의 점진적인 손실은 볼트식 접합이 느슨해지고 패스너가 회전하는 결과를 초래하여 추가 토크 손실이 발생하고 접합 클램핑 하중의 감소가 일어난다.

마운트는 어떤 물체가 내부에 또는 위에 장착되거나 고정되는 또는 그러할 수 있는 지지대(support), 배킹(backing), 세팅(setting) 등일 수 있음이 이해되어야만 한다. 바람직한 실시예들에서, 마운트는 복합재 휠에 대한 휠 마운트(또는 휠 허브)일 것이다.

슬리브는 바람직하게는 장착 배열에 높은 하중들이 가해질 때 와셔가 내부로 무너지지 않도록 설계된다. 슬리브는 하중을 패스닝 어퍼츄어의 중심으로부터 떨어져 분배하는 기능을 행한다. 그러므로 슬리브는 복합재 휠의 부착 어퍼츄어 내로 그리고 이 어퍼츄어를 통하여 연장되고 마운트 내에 또는 마운트에 인접하게 위치되는 요소 내에 위치되는 상보적 형상의 슬리브 어퍼츄어 내에 수용되도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 슬리브 어퍼츄어는 마운트 내에 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 장착 배열은 배킹 요소(backing elemnet)들, 정치 요소(locating element), 배킹 와셔 등과 같이, 슬리브 어퍼츄어를 포함하는 추가 구성요소를 포함할 수 있다.

슬리브 어퍼츄어 및 슬리브의 말단은 마운트에 대한 슬리브의 패스닝 축에 대한 축 회전을 실질적으로 방지하는 어떤 형태들로의 상보적 구성(complementary configuration)을 가질 수 있다. 상보적 구성은 슬리브 및 슬리브 어퍼츄어 사이에 락킹형 핏(locked fit)을 제공하고 다각형상, 불규칙 형상, 스플라인(spline), 평면, 리세스(recess), 숄더(shoulder), 프로젝션(projection), 스피곳(spigot), 키(key), 캐비티(cavity), 그루브(groove) 또는 핑거(finger) 중 적어도 하나를 포함하는(이로 제한되지 않는다) 임의의 피처(feature)를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 슬리브의 슬리브 어퍼츄어 및 말단은 상보하는 육각형 형상을 가진다.

다른 실시예들에서, 패스닝 와셔의 베이스는 마운트에 대한 슬리브의 축 회전을 실질적으로 방지하는 피처를 포함할 수 있다. 이러한 피처는 복합재 휠의 표면 내에 적어도 하나의 상보적 그루브(groove), 홀(hole), 어퍼츄어(aperture), 멈춤쇠(detent), 리세스(recess) 또는 오목부(depression)에 안착되는 프로젝션들(projections), 스피곳들(spigots), 플랜지들(flanges) 또는 양각들(embossments) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

슬리브 어퍼츄어는 바람직하게는 슬리브의 적어도 일부가 슬리브 어퍼츄어를 통해 이동하는 것이 가능하도록 크기가 형성된다. 그러므로 슬리브는 슬리브의 바닥부 및 슬리브 어퍼츄어를 둘러싸는 면 사이에 간격을 제공하도록 설계될 수 있다. 바람직하게는 장착 배열이 압축될 때 슬리브가 슬리브 어퍼츄어를 통하여 슬라이딩할 수 있도록 슬리브 및 슬리브 어퍼츄어를 포함하는 요소 사이에 작은 프레스 핏(press fit)이 존재할 수 있다. 이는 슬리브가 마운트에 컨택하여 클램핑 하중의 일부를 마운트에 또는 부착 어퍼츄어 및/또는 슬리브 어퍼츄어 내에 방사형으로 전달할 가능성을 감소시킨다. 패스너로부터의 모든 압축 하중이 복합 구조를 통하여 가는 것이 바람직하다.

슬리브는 슬리브의 말단 및 슬리브 어퍼츄어 근처의 배킹 요소의 면의 섹션 사이에 간격을 제공하는 컷아웃 섹션(cutout section)을 포함할 수 있다. 컨아웃 섹션은 요구되는 간격을 제공하도록 구성되는 임의의 오목부, 그루브 또는 캐비티를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 컷아웃 섹션은 슬리브의 말단에 스텝(step)을 포함한다.

슬리브는 임의의 적절한 단면을 가질 수 있다. 바람직한 형태들에 있어서, 슬리브는 패스닝 축에 대해 원형 또는 다각 방사 단면을 가진다. 패스닝 와셔 및 슬리브는 빌레트(billet)로부터 주조, 단조 또는 머시닝(machining)될 수 있는 금속과 같은 단일 피스의 재료로부터 통합하여 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 패스닝 와셔 및 슬리브는 본 발명의 장착 배열을 형성하기 위해 함께 접합될 수 있는 둘 이상의 별개의 요소들로부터 형성될 수 있다.

장착 배열은 마운트 및 복합재 휠 사이에 삽입되도록 구성되는 배킹 요소(backing element)를 더 포함할 수 있다. 배킹 요소는 슬리브 어퍼츄어, 바람직하게는 전체의 슬리브 어퍼츄어의 적어도 하나의 섹션을 포함할 수 있다. 바람직한 형태에서, 배킹 요소는 부착 어퍼츄어 주위의 복합재 휠의 표면에 인접하도록 구성되는 플레이트를 포함한다. 복합재 휠이 적어도 2개의 패스닝 어퍼츄어를 포함하는경우, 배킹 플레이트는 이 패스닝 어퍼츄어들의 각각을 통해 삽입되는 각각의 패스닝 와셔들로부터의 슬리브들과 협업하도록 구성되는 적어도 동일한 수의 슬리브 어퍼츄어들을 포함할 수 있다.예를 들어, 복합재 휠이 셋 이상의 휠 스터드(stud)들을 사용하여 휠 마운트에 부착되는 휠(예를 들어 탄소 섬유 휠)인 경우, 배킹 플레이트는 휠 스터드들의 수에 대한 대응하는 수의 슬리브 어퍼츄어들을 포함하는 환형 플레이트를 포함할 수 있다.

슬리브의 말단은 배킹 플레이트의 슬리브 어퍼츄어를 통한 슬리브의 후퇴를 방지하는 고정 피처(fixing feature)를 가질 수 있다. 이 고정 피처는 임의의 요소 또는 형태일 수 있다. 하나의 실시예에서, 슬리브의 말단은 슬리브 어퍼츄어를 통해 삽입되고 그 후에 상기 말단은 슬리브 어퍼츄어보다 더 큰 크기로 변형된다. 이 변형은 임의의 형상 또는 구성을 가질 수 있다. 하나의 실시예에서, 말단은 롤링(rolling)된 엣지를 형성하도록 변형된다. 이 변형은 조립 중에 압축 예압(pre-load)의 양을 접합부에 추가하는 추가 장점을 제공한다. 이 장치는 여전히 슬리브가 배킹 플레이트에 대하여 한 방향으로 슬라이딩하는 것을 가능하게 하지만 패스너 요소가 제거될 때 전체 어셈블리가 분해되는 것을 방지한다.

본 발명의 장착 배열의 패스닝 와셔 섹션은 부착 어퍼츄어를 둘러싸는 복합재 휠의 면을 가지는 증가된 클램핑 접촉 면적을 제공함으로써 상기 면적을 증가시켜서 클램핑 힘이 이 면적을 통하여 상기 면적에 가해지도록 구성된다.

패스닝 너트가 장형 패스너 요소에 체결될 때 맞물림 면은 상기 패스닝 너트와 맞물리는 패스닝의 적어도 일부로부터 연장된다. 대부분의 경우들에서, 맞물림면은 패스닝 측의 주요한 특징일 것이다. 예를 들어, 와셔가 원형 또는 원상 형상 등을 가지는 경우, 맞물림 면은 패스닝 측의 실질적으로 환형인 부분을 포함한다.

일부 실시예들에서, 맞물림 면은 패스닝 축에 대해 각을 이루거나 곡선을 이룬다. 패스닝 와셔의 맞물림 면의 각 또는 곡선 형상은 힘이 부착 어퍼츄어 주위에 위치되는 면의 엣지로부터 떨어져 분배되는 것을 가능하게 하고 복합 구조 상에 더 균일하게 분배되는 추가 특징을 제공할 수 있다.

패스닝 와셔의 맞물림 면은 패스닝 축에 대해 적절한 임의의 각 또는 곡선을 가져서 패스닝 너트 및 패스닝 와셔가 서로 맞물리는 것이 가능하고 이 접합부로부터의 압축력을 패스닝 어퍼츄어와 떨어져서 전달할 수 있다. 일부 실시예들에서, 맞물림각은 패스닝 축에 대해 90도이다. 이 실시예에서의 와셔는 종래의 편평한 와셔와 유사하다. 다른 실시예들에서, 패스닝 와셔의 맞물림 면은 패스닝 축에 대해 각을 이루거나 곡선을 이룬다. 맞물림 면이 각을 이루는 경우, 맞물림 면은 패스닝 축에 대해 10도 내지 80도 사이의 각을 이룬다. 일부 바람직한 실시예들에서, 맞물림 면은 패스닝 축에 대해 30도 내지 60도의 각을 이룬다. 맞물림 면이 패스닝 축에 대하여 곡선을 이루는 경우, 곡선은 패스닝 축에 대해 오목 또는 볼록할 수 있다. 바람직한 형태들에서, 곡선은 패스닝 어퍼츄어의 반경과 동일하거나 더 적은 곡률의 반경을 가진다.

패스닝 와셔의 맞물림 면은 패스닝 측의 일부 또는 전체를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 맞물림 면은 패스닝 어퍼츄어 부근의 베이스 지점으로부터 패스닝 축에 대해 패스닝 어퍼츄어로부터 방사상으로 이격되는 장소에 있는 피크(peak) 지점까지 연장된다. 패스닝 측은 또한 후미 면을 포함할 수 있고, 이 후미 면은 피크 지점으로부터 패스닝 와셔의 방사한 말단까지 연장된다. 후미 면은 바람직하게는 패스닝 축에 대해 각을 이룬다. 그러나, 후미 면이 둥글거나, 정사각 또는 다격형 단면 형상과 같은 임의의 형상 또는 구조를 가질 수 있음이 인정되어야 한다. 패스닝 와셔는 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다. 예시적인 형태에서, 패스닝 와셔의 베이스, 맞물림 면 및 후미 면은 실질적으로 삼각 형상의 환상을 형성한다.

패스닝 와셔의 베이스는 바람직하게는 압축력을 와셔로부터 복합재 휠로 전달하도록 구성된다. 베이스는 그러므로 자신이 대면하는 복합재 휠의 면에 상보하는 구성을 가질 수 있다. 더욱 바람직하게는, 베이스는 부착 어퍼츄어 주위의 복합재 휠의 면에 대한 상보하는 경계들 및 피처들을 가진다. 예를 들어, 부착 어퍼츄어 주위의 복합재 휠의 면이 실질적으로 편평한 경우, 베이스는 실질적으로 편평한 맞물림 면을 포함할 수 있다. 이 면은 부착 어퍼츄어 주위의 복합재 휠의 면과 인접하도록 구성될 수 있다.

패스닝 와셔의 베이스는 일부 실시예들에서 복합재 휠의 인접 면에 본딩(bonding)될 수 있다. 이는 패스닝 와셔를 복합재 휠 상의 제자리에 고정시킨다. 대조적으로, 슬리브가 어떠한 방식으로도 복합재 휠에 본딩되지 않는 것이 바람직하다. 이는 슬리브가 복합 구조 내의 패스닝 어퍼츄어에 대해 슬라이딩하는 것을 가능하게 한다.

장형 패스너는 패스닝 너트와의 임의의 적절한 인터락킹(interlocking) 패스닝 장치를 포함할 수 있다. 바람직한 형태에서, 장형 패스너 요소는 외부 나사산식 면을 포함하고 패스닝 너트는 상보하는 나사산식 내부 보어(bore)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 복합재 휠은 중심 락 유형에 속하며 여기서 부착 어퍼츄어는 장형 패스너에 대한 상보적 나사산을 가진다. 장형 패스너는 통합 나사산식 헤드를 가질 수 있다.

상기 배열은 본 발명의 제 1 양태에 따른 패스닝 와셔를 더 포함할 수 있다. 상기 배열은 또한 장형 패스너 요소에 체결될 수 있는 패스닝 너트를 포함한다. 패스닝 너트는 패스닝 와셔의 맞물림 면에 실질적으로 상보하는 형상을 가지는 맞물림 부분을 가진다. 사용시, 패스닝 너트의 맞물림 부분은 복합재 휠을 패스닝 와셔 및 마운트 사이에 체결하기 위하여 패스닝 너트가 장형 패스너 상에서 조립될 때 패스닝 와셔의 맞물림 면과 맞물린다.

장착 배열을 이용하여 체결되는 복합재 휠은 압축 접합 손상이 발생할 수 있는 임의의 복합 재료, 탄소 섬유 복합 재료 또는 탄소/에폭시 복합재와 같은(이로 제한되지 않는다) 섬유 보강 복합재일 수 있다. 그러나 탄소 섬유 및 에폭시 수지 이외의 다른 유형들의 복합 재료들이 동일한 접합을 사용하는 본 발명의 복합재 휠들에서 이용될 수 있음이 이해되어야 한다. 하나의 바람직한 적용예는 휠 마운트에 복합재 휠을, 더 바람직하게는 하나 이상의 탄소 섬유 복합재 휠들을 부착하는 것이다.

본 발명은 이제 본 발명의 특정한 바람직한 실시예들을 도시하는 첨부 도면들의 도면들을 참조하여 기술될 것이다:
도 1은 본 발명의 제 1 바람직한 실시예에 따른 탄소 섬유 휠, 휠 마운트 및 휠을 휠 마운트에 연결하는 휠 장착 배열의 사시 구조도를 제공하는 도면.
도 2는 도 1에 도시된 휠 장착 배열의 일부의 확대 정면 사시 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 장착 배열의 정면 단면을 제공하는 도면.
도 4는 도 2에 도시된 휠 장착 배열의 추가 정면 단면을 상기 장치 내의 힘들의 전달을 도시하여 제공하는 도면.
도 5는 도 2에 도시된 휠 장착 배열의 패스닝 와셔의 기본도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 장착 배열의 일부에 대한 정면 단면을 제공하는 도면.

도 1은 본 발명의 제 1 바람직한 실시예에 따른 장착 배열(attachment arrangemnet)(16)을 사용하여 휠 스터드(wheel stud, 14)들을 통해 휠 마운트(또는 휠 허브(wheel hub))(12)에 부착되는 탄소 섬유 복합재 휠(10)을 도시한다.

도시되는 장착 배열(16)은 휠 스터드들(14) 상에서 조여질 수 있는 패스닝 너트들(18), 패스닝 와셔들(20) 및 배킹 플레이트(backing plate)(22)를 포함한다.

복합재 휠(10)은 원 피스 탄소 섬유 휠이다. 휠(10)의 허브 부분(23)은 휠(10)이 휠 마운트(12) 상에 장착될 때 휠 마운트(12)의 휠 스터드들(14)이 삽입되는 5개의 부착 어퍼츄어들(24)을 포함한다. 휠 스터드들(14)의 각각은 패스닝 너트들(18)의 각각의 나사산(thread)식 내부 보어(bore)(25)(도 3)에 대해 상보하는 나사산을 가지는 장형(elongate)의 외부 나사산식 핀(fin)이다.

도 2 및 도 3에 가장 양호하게 도시되는 바와 같이, 각각의 패스닝 너트(18)는 내부 보어(25)를 중심으로 환형으로 확장되는 베이스(base)(28) 및 탑(top)(26)을 포함하는 실린더형 캡(cap)이다. 내부 보어(25)는 중심 패스닝 축(X)을 포함한다(도 3). 각각의 패스닝 너트(18)는 내부 보어(25)(도 3)의 엣지로부터 패스닝 너트(18)의 외 방사 측(32)으로 연장되는 각이 진 맞물림 부분(30)를 가진다. 맞물림 부분(30)은 실질적으로 패스닝 와셔(20)의 헤드(38)의 맞물림 면(36)까지 패스닝 축 X에 대하여 여각 β (도 4)를 가진다. 다른 실시예들에서, 맞물림 부분(30) 및 맞물림 면(36)은 편평하여 패스닝 축 X에 관하여 90도의 각을 이루거나 실질적으로 상보하는 오목 또는 볼록 곡선을 가질 수 있는 것이 인정되어야 한다.

도 2 및 도 3에서 가장 양호하게 도시된 바와 같이, 패스닝 와셔(20)는 환상 형 헤드(38) 및 축방향으로 연장되는 실린더형 슬리브(sleeve)(40)를 포함한다. 헤드(38) 및 슬리브(40)는 빌릿(billet)으로부터 주조, 단조 또는 머시닝될 수 있는 금속과 같은 단일 피스의 재료로부터 통합하여 형성될 수 있다. 패스닝 어퍼츄어(42)는 패스닝 와셔(20)의 축방향 길이를 따라 연장된다. 패스닝 어퍼츄어(42)는 또한 중심 패스닝 축(X)을 포함한다. 패스팅 어퍼츄어(42)의 패스닝 축(X) 및 패스닝 너트(18)의 내부 보어(25)는 도 3에 도시되는 바와 같이, 와셔(20) 및 너트가 사용 중일 때 정렬된다. 사용 시에, 패스닝 어퍼츄어(42)는 휠 마운트(12)의 휠 스터드(14)를 수용한다(도 1).

패스닝 와셔(20)의 헤드(38)는 부착 어퍼츄어(24) 주위의 복합재 휠(10)의 표면과 대면하고 인접하도록 구성되는 실질적으로 평탄한 베이스(44)를 포함한다. 게다가, 패스닝 와셔(20)는 부착 어퍼츄어(24) 및 베이스(44)로부터 실질적으로 축방향으로 외향하여 대면하는 패스닝 측(fastening side, 46)을 가진다. 패스닝 측(46)은 헤드(38)의 환형 맞물림 면(36)을 포함한다. 상술한 바와 같이, 맞물림 면(36)은 패스닝 너트(18)의 베이스 맞물림 부분(30) 까지 패스닝 축(X)에 대하여 여각(β)을 가진다. 사용 시에, 복합재 휠(10)을 패스닝 와셔(20) 및 휠 마운트(12) 사이에 채결하기 위하여 휠 스터드(14) 상에 패스닝 너트(18)가 조립될 때 패스팅 너트(18)의 맞물림 부분(30)은 패스닝 와셔(20)의 맞물림 면(36)과 맞물린다. 패스닝 측(46)은 환형 후미 면(trailing surface)(48)을 포함하고, 이 환형 후미 면은 맞물림 면(36)의 피크 부분으로부터 패스닝 와셔(20)의 헤드(38)의 방사상 원단 엣지로 연장된다. 헤드(38)는 그러므로 실질적으로 삼각의 환상 형상을 가진다.

패스닝 와셔(20)의 헤드(38)는 증가된 클램핑 컨택 면적에 부착 어퍼츄어(24)를 둘러싸는 복합재 휠(10)의 면을 제공하도록 구성되고 이로 인해 클램핑 힘이 상기 면적에 가해지는 면적을 증가시킨다. 도 4에 도시된 바와 같이, 패스닝 와셔(20)의 맞물림 면(36)의 각(β) 및 패스닝 너트(18)의 맞물림 부분(30)의 대응하는 각은, 힘(F)이 부착 어퍼츄어(24)의 엣지로부터 이격 분배되고 복합 구조 상에 그리고 상기 구조를 통해 더 균일하게 분배되는 것을 보장한다. 각(β)은 10도 및 80도 사이에, 바람직하게는 30도 및 60도 사이에 있을 수 있다. 도시된 실시예에서, 각(β)은 45도이다.

패스닝 와셔(20)의 슬리브(40)는 장착 배열(16)에 높은 하중들이 가해질 때 패스닝 와셔(20)가 안쪽으로 무너지는 것을 방지하도록 설계된다. 슬리브(40)는 패스닝 어퍼츄어(42) 주위의 패스닝 와셔(20)의 헤드(38)의 베이스(44)로부터 축을 따라 외향하여 연장된다. 슬리브(40)는 복합재 휠(10)의 부착 어퍼츄어(24) 내로 연장되도록 구성된다. 슬리브(40)의 몸체(50)의 방사상 단면은 원형이다. 게다가, 슬리브(40)의 몸체(50)의 방사상 폭(radial width)은 부착 어퍼츄어(24)의 방사상 폭보다 더 작다. 이는 복합재 휠(10) 내에서 슬리브(40)의 몸체(50)의 외부 및 부착 어퍼츄어(24)의 내측들 사이에 방사상 갭(G)(도 4)을 형성한다. 이는 슬리브(50)가 부착 어퍼츄어(24)의 벽들에 클램핑 하중의 일부를 전달할 가능성을 감소시킨다.

도 2 및 도 5에 가장 양호하게 도시되는 바와 같이, 각각의 슬리브(40)의 말단(52)은 배킹 플레이트(22)에 형성되는 상보적 형상의 슬리브 어퍼츄어(54) 내에 수용되도록 구성된다. 도 5에 가장 양호하게 도시된 바와 같이, 슬리브(40)의 슬리브 어퍼츄어(54) 및 말단(52)은 상보하는 육각 형상을 가질 수 있다. 이 상보 형상은 휠 마운트(12)에 대한 슬리브(40)의 축 회전을 실질적으로 방지한다. 슬리브 어퍼츄어(54)는 슬리브(40)의 말단(52)의 적어도 일부가 슬리브 어퍼츄어(54)를 통하여 이동 가능하도록 크기가 형성된다. 슬리브(40)의 말단(52)은 또한 슬리브(50)의 말단(52) 및 슬리브 어퍼츄어(54) 부근의 배킹 플레이트(22)의 표면의 섹션 사이에 간격을 제공하기 위해 두께의 스텝(step) 변화를 포함한다. 이는 슬리브(50) 및 마운팅 플레이트(22) 사이에 장착 배열(16)이 압축될 때 슬리브(40)의 말단(52)이 슬리브 어퍼츄어(54)를 통하여 슬라이딩하는 것을 가능하게 하는 경량의 프레스 핏(press fit)을 만든다. 이는 슬리브(40)가 마운트(12)와 컨택하고 클램핑 하중의 일부를 마운트(12)로 또는 부착 어퍼츄어(24) 또는 슬리브 어퍼츄어(54) 내에서 방사상으로 전달할 가능성을 감소시킨다.

도 2에 가장 양호하게 도시된 바와 같이, 배킹 플레이트(22)는 휠 마운트(12) 및 복합재 휠(10) 사이에 삽입되도록 설계된다. 도시된 배킹 플레이트(22)는 환형으로 이격되어 있는 5개의 슬리브 어퍼츄어들(54)을 포함하는 편평한 환상 플레이트이다. 상술한 바와 같이, 슬리브 어퍼츄어들(54)은 패스닝 와셔(20)의 슬리브(40) 섹션의 상보적 형상의 말단(52)을 수용하고 서로 맞물려 잠금(interlock)되도록 설계되는 육각형 형상을 가진다. 배킹 플레이트(22)는 복합재 휠(10)의 각각의 부착 어퍼츄어들(24) 내에서 각각의 패스닝 와셔(20)의 축 회전을 실질적으로 방지하는 기능을 행한다.

패스닝 와셔(20)의 헤드(38)의 베이스(44)는 패스닝 와셔(20)의 헤드(38)를 복합재 휠(10) 상의 제자리에 고정하기 위해 복합재 휠(10)의 인접면에 본딩(bonding)될 수 있음이 지적되어야만 한다. 대조적으로, 패스닝 와셔(20)의 슬리브(40)는 복합재 휠(10)에 어떠한 방식으로도 본딩되지 않는 것이 바람직하다. 이는 슬리브(40)가 복합재 휠(10) 내의 부착 어퍼츄어(24)에 대하여 슬라이딩하는 것을 허용하도록 한다.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 장착 배열(116)을 도시한다. 도시된 장착 배열(116)은 도 1 내지 도 5에 도시된 장착 배열(16)과 유사하다. 따라서, 도 6에 도시된 장착 배열(116)에서의 동일한 피처(feature)들에는 도 1 내지 도 5에 도시된 장착 배열(16)에 100을 더한 것과 동일한 참조 번호가 제공되었다.

도 6에 도시된 장착 배열(116)은 휠 스터드들(도시되지 않음), 패스닝 와셔(120) 및 배킹 플레이트(122)에 체결될 수 있는 패스닝 너트들(도시되지 않음)을 포함한다. 패스닝 와셔(120)의 패스닝 너트(118)는 도 2 및 도 3에 도시된 각각의 패스닝 너트(18)와 동일한 구성을 가진다. 유사하게, 패스닝 와셔(120) 및 실린더형 슬리브(40)는 유사한 구조를 가진다. 이 점에 있어서, 패스닝 와셔(120)는 환상 형상의 헤드(138) 및 축방향으로 연장되는 실린더형 슬리브(140)를 포함한다. 헤드(138) 및 슬리브(40)는 통합하여 형성된다.

다시, 배킹 플레이트(122)는 휠 마운트(도시되지 않음) 및 복합재 휠(110) 사이에 삽입되도록 설계된다. 이 실시예에서, 슬리브 어퍼츄어(154)는 패스닝 와셔(120)의 슬리브(140) 섹션의 말단(152)을 수용하나 이와는 서로 맞물려 잠금(interlock)되지 않도록 설계되는 원 형상을 가진다. 이 실시예에서의 패스닝 와셔(120)의 회전은 패스닝 와셔(120)의 헤드(138)의 베이스(144)로부터 축방향으로 외부로 돌출하는 핑거(finger)(145)에 의해 방지되고, 이 핑거는 복합재 휠(110)의 면에 상보하는 리세스(recess)(147)에 수용되고 안착된다.

이 실시예에서의 슬리브(140)의 말단(152)은 슬리브 어퍼츄어(154)를 통해 삽입된 후에 상기 말단은 슬리브 어퍼츄어(154)보다 더 큰 크기를 가지도록 롤링(rolling)된 엣지를 형성하기 위해 변형된다. 롤링된 엣지는 배킹 플레이트(122)의 베이스에 제공되는 상보하는 환형 그루브(groove)(155)에 안착된다. 이 롤링된 엣지는 압축 예압(compressive pre-load)의 양이 조립 동안 장착 배열(116)에 추가될 수 있도록 한다. 상기 배열은 여전히 슬리브(140)가 슬리브 어퍼츄어(154)를 통하여 배킹 플레이트(122)에 대해 하나의 방향으로 슬라이딩하는 것을 가능하게 하지만 패스너(fastener) 요소가 제거될 때 전체 장착 배열(116)이 무너지는 것을 방지한다.

슬리브(140)는 슬리브(140)의 말단(152) 쪽의 짧은 섹션이 주 몸체보다 더 얇게 제작되는 스트레이트형 구성요소로서 제작된다. 말단(152)은 프레스 스터드(press stud) 또는 리벳(rivet)이 고정되는 것과 대체로 동일한 방식으로 엣지를 롤링오버(rolling over)하기 위해 성형 다이(forming die) 내로 들어가게 된다.

이 실시예에서 임의의 접착제들을 사용하는 것은 전형적으로 필요하지 않고 이는 또한 장착 배열(116)의 조립 프로세스를 간단하고 신속하게 만든다.

예시된 실시예들이 탄소 섬유 휠(10)에 관한 것일지라도, 예시된 장착 배열이 마운트에 체결되도록 설계되고 압축 접합 손상이 발생할 수 있는 임의의 유사한 유형의 복합 재료, 구조 또는 구성요소와 함께 사용되는데 적합할 수 있음이 인정되어야 한다.

당업자는 본원에서 기술되는 발명이 구체적으로 기술된 것과는 다른 수정들 및 변형들을 허용하는 것을 인정할 것이다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 범위 내에 해당하는 모든 그와 같은 수정들 및 변형들을 포함하는 것이 이해된다.

본 명세서에서 용어들 “comprise”, “comprises”, “comprised” 또는 “comprising”이 이용될지라도, 이들은 진술되는 특징들, 정수들, 단계들 또는 구성요소들의 존재를 지정하나 하나 이상의 다른 특징들, 정수, 단계, 구성요소 또는 이들의 그룹의 존재를 배제하지 않는 것으로 해석될 수 있다.

Claims

장형 패스너(fastener) 요소 및 상기 장형 패스너 요소에 체결될 수 있는 패스닝 너트(fastening nut)를 이용하여 적어도 하나의 복합재 휠을 마운트에 부착하는데 이용되며, 상기 복합재 휠은 상기 장형 패스너 요소가 관입되는 적어도 하나의 부착 어퍼츄어(aperture)를 포함하는 장착 배열에 있어서,
패스닝 와셔(washer)를 포함하되 상기 패스닝 와셔는:
상기 장형 패스너 요소가 사용 중일 때 삽입되고, 패스닝 축(fastening axis)을 포함하는 패스닝 어퍼츄어;
상기 부착 어퍼츄어 주위의 상기 복합재 휠의 면과 대면하도록 구비되는 베이스; 및
상기 패스닝 축에 관한 상기 부착 어퍼츄어로부터 실질적으로 축방향으로 외부로 향하는 패스닝 측(fastening side)을 포함하되, 상기 패스닝 측은 상기 패스닝 너트가 상기 장형 패스너 요소 상에 조립될 때 상기 패스닝 너트의 상보적 부분을 동작 가능하게 맞물리도록 구비되는 적어도 하나의 맞물림 면을 포함하며,
상기 장착 배열은 상기 패스닝 축과 관련하여 축방향으로 상기 패스닝 어퍼츄어 주위의 상기 베이스로부터 외부로 연장되는 슬리브(sleeve)를 더 포함하고, 상기 슬리브는 상기 복합재 휠의 상기 부착 어퍼츄어 내로 연장되도록 구성되며, 상기 슬리브는 상기 마운트 내에 위치하는 슬리브 어퍼츄어 내에 또는 상기 마운트에 인접하게 위치되는 요소 내에 수용되도록 구성되는 말단을 포함하는 장착 배열.
제 1 항에 있어서,
상기 슬리브 어퍼츄어 및 상기 슬리브의 말단은 상기 마운트에 대한 상기 슬리브의 상기 패스닝 축에 대한 축 회전을 실질적으로 방지하는 상보적 구성 또는 피처(feature)를 가지는 것을 특징으로 하는 장착 배열.
제 2 항에 있어서,
상기 상보적 구성 또는 피처는 다각형상, 불규칙 형상, 스플라인(spline), 평면, 리세스(recess), 숄더(shoulder), 프로젝션(projection), 스피곳(spigot), 키(key), 캐비티(cavity), 그루브(groove) 또는 핑거(finger) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장착 배열.
제 1 항에 있어서,
상기 패스닝 와셔의 상기 베이스는 상기 마운트에 대한 상기 슬리브의 축 회전을 실질적으로 방지하는 고정 피처(fixing feature)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장착 배열.
제 4 항에 있어서,
상기 고정 피처는 상기 복합재 휠의 표면 내에 적어도 하나의 상보적 그루브(groove), 홀(hole), 어퍼츄어(aperture), 멈춤쇠(detent), 리세스(recess) 또는 오목부(depression)에 안착되는 적어도 하나의 프로젝션(projection), 스피곳(spigot), 플랜지(flange) 또는 양각(embossment)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장착 배열.
제 1 항에 있어서,
상기 슬리브 어퍼츄어는 상기 슬리브의 적어도 일부분이 상기 슬리브 어퍼츄어를 통해 이동하는 것을 허용하도록 크기가 형성되는 것을 특징으로 하는 장착 배열.
제 1 항에 있어서,
상기 슬리브의 패스닝 축에 대한 방사상 폭은 상기 패스닝 어퍼츄어의 패스닝 축에 대한 방사상 폭보다 더 작은 것을 특징으로 하는 장착 배열.
제 1 항에 있어서,
상기 마운트와 상기 복합재 휠 사이에 삽입되도록 구성되는 배킹 요소(backing element)를 더 포함하되, 상기 배킹 요소는 상기 슬리브 어퍼츄어의 적어도 하나의 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 장착 배열.
제 8 항에 있어서,
상기 슬리브는 상기 슬리브의 말단과 상기 슬리브 어퍼츄어 근처의 상기 배킹 요소의 면의 섹션 사이에 간격을 제공하는 컷아웃 섹션(cutout section)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장착 배열.
제 9 항에 있어서,
상기 컷아웃 섹션은 상기 슬리브의 상기 말단에 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 장착 배열.
제 8 항에 있어서,
상기 배킹 요소는 상기 부착 어퍼츄어 주위의 상기 복합재 휠의 표면에 인접하도록 구성되는 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 장착 배열.
제 8 항에 있어서,
상기 슬리브의 말단은 상기 배킹 요소의 상기 슬리브 어퍼츄어를 통한 상기 슬리브의 후퇴를 방지하는 고정 피처를 가질 수 있는 것을 특징으로 하는 장착 배열.
제 12 항에 있어서,
상기 고정 피처는 상기 말단이 상기 슬리브 어퍼츄어보다 더 큰 크기를 가지도록, 상기 슬리브의 말단의 변형을 포함하는 것을 특징으로 하는 장착 배열.
제 8 항에 있어서,
상기 복합재 휠은 적어도 2개의 패스닝 어퍼츄어들을 포함하고, 상기 배킹 요소는 상기 적어도 2개의 패스팅 어퍼츄어들의 각각을 통해 삽입되는 각각의 패스닝 와셔들로부터의 슬리브들과 협업하도록 구성되는 적어도 2개의 슬리브 어퍼츄어들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장착 배열.
제 1 항에 있어서,
상기 패스닝 와셔의 상기 베이스는 상기 복합재 휠의 인접면에 본딩(bonding)되는 것을 특징으로 하는 장착 배열.
제 1 항에 있어서,
상기 패스닝 와셔의 상기 맞물림 면은 상기 패스닝 축에 대해 각을 이루거나 곡선을 이루는 것을 특징으로 하는 장착 배열.
제 16 항에 있어서,
상기 패스닝 와셔의 상기 맞물림 면은 상기 패스닝 측의 실질적으로 환형 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 장착 배열.
제 1 항에 있어서,
상기 패스닝 와셔의 상기 베이스는 상기 부착 어퍼츄어 주위의 상기 복합재 휠의 면에 인접하도록 구성되는 실질적으로 편평한 맞물림 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 장착 배열.
제 1 항에 있어서,
상기 복합재 휠은 탄소섬유 복합재 휠을 포함하는 것을 특징으로 하는 장착 배열.
제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장형 패스너 요소에 고정될 수 있는 패스닝 너트를 더 포함하고, 상기 패스닝 너트는 상기 패스닝 와셔의 맞물림 면에 대해 실질적으로 상보적인 형상을 가지는 맞물림 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 장착 배열.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제