KR101829221B1 - 자동차 휠 및 이의 제조 방법 - Google Patents

자동차 휠 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차축이 연결되는 디스크부재 및 타이어가 장착되는 림부재를 포함하는 자동차 휠에 있어서, 철재의 상기 림부재는, 외주면에 복수의 결합공이 형성되고, 상기 디스크부재는, 금형에 성형을 위해 주입된 알루미늄 용탕이 상기 결합공을 통해 유입되어 주조되는 것을 특징으로 하는 자동차 휠을 제공한다.

Description

자동차 휠 및 이의 제조 방법{CAR WHEEL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 자동차 휠 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 서로 다른 소재로 이루어진 자동차 휠 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
자동차 휠은 도 1에 도시한 바와 같이 대략 원통형의 형태를 가지며, 타이어가 장착된 자동차 휠은 자동차에서 발생하는 구동력과 제동을 노면에 전달하고, 타이어와 차축(axle) 사이에서 하중을 지지하며 회전하게 된다.
이러한 자동차 휠(10)은 외주에 장착되는 타이어의 형태를 유지하도록 림(rim)부재(11)와 림의 변형을 방지하도록 림부재에 연결되며 차축에 결합되는 디스크(disc)부재(12)로 이루어진다.
자동차 휠(10)은 통상 철재 또는 알루미늄으로 제조되며, 종래 자동차 휠(10)의 제조방법은 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 림부재(11)와 디스크부재(12)를 각각 성형한 후 용접 등의 방법을 이용하여 서로 접합하게 된다.
참고로, 종래 한국공개특허번호 제2016-0046959호에서는 디스크부재를 자동차 휠 림에 결합하기 위해 용접이나 볼트 따위와 같은 체결수단을 이용하는 방법을 개시하고 있다.
그러나 위와 같이 용접이나 볼트와 같은 체결수단을 통해 자동차 휠(10)을 제조하는 경우, 용접한 부위 또는 체결 부위에 부식이 발생하고, 결합 부위가 외부로 노출되기 때문에 외관상 좋지 않아 상품성이 떨어지는 문제가 있다.
따라서, 이와 같은 문제를 해결하기 위한 방안이 요구되는 실정이다.
본 발명은, 이종소재를 이용한 새로운 접합 방식을 제시하여 자동차 휠의 내식성을 향상시키고, 철재의 림부재를 이용하더라도 종래 알로이(alloy) 휠과 동일한 상품성을 보유할 수 있는 자동차 휠 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 차축이 연결되는 디스크부재 및 타이어가 장착되는 림부재를 포함하는 자동차 휠에 있어서, 철재의 상기 림부재는, 외주면에 복수의 결합공이 형성되고, 상기 디스크부재는, 금형에 성형을 위해 주입된 알루미늄 용탕이 상기 결합공을 통해 유입되어 주조되는 것을 특징으로 하는 자동차 휠을 제공한다.
일 실시예에 따라, 상기 결합공은, 상기 림부재의 원주를 따라 일정 간격으로 다수 형성될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 결합공은, 상기 림부재의 웰부로부터 바깥 방향으로 절곡되어 연장 형성된 외측 웰벽부에 형성될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 디스크부재는, 상기 타이어의 비드가 안착되어 지지 고정되는 외측 비드 시트와, 상기 외측 비드 시트와 상기 웰부가 접속하도록 형성된 디스크 웰벽부를 포함하되, 상기 디스크부재는 상기 외측 웰벽부, 및 상기 외측 웰벽부와 상기 웰부 사이의 절곡부를 감싸도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 타이어가 장착되는 철재의 림부재를 마련하는 단계, 상기 림부재를 금형에 설치하는 단계 및 상기 금형에 차축이 연결되는 디스크부재의 성형을 위해 알루미늄 용탕을 주입하는 단계를 포함하되, 상기 디스크부재는, 상기 림부재의 외주면에 형성된 복수의 결합공을 통해 상기 알루미늄 용탕이 유입되어 주조되는 것을 특징으로 하는 자동차 휠의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 이종소재 접합을 이용하여 제조된 자동차 휠은, 종래 디스크부재와 림부재 간에 용접으로 제조된 자동차 휠과 대비해 볼 때, 용접부위에 대한 부식 발생을 방지할 수 있어 향상된 내식성을 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 자동차 휠은 철재의 림부재에 알루미늄 소재의 디스크부재가 결합되기 때문에, 철재의 림부재를 이용하더라도 종래 알로이 휠(alloy wheel)이 갖는 고강성, 경량성, 높은 충격 흡수력, 높은 디자인 자유도 등을 유지하여 높은 상품성을 보유할 수 있다.
도 1은 자동차 휠 조립체의 사시도이다.
도 2는 종래 자동차 휠의 제조과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 림부재의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 휠의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 휠을 측방향에서 바라본 종단면도의 일부이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 휠의 제조 방법에 대한 단계별 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성 요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 림부재의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 휠의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3 내지 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 휠(100)은 타이어가 장착되는 림부재(110) 및 차축(axle)이 연결되는 디스크부재(120)를 포함한다.
림부재(110)는 도 3에 도시한 바와 같이, 주로 철재로 이루어져 외주면에 타이어를 장착할 수 있도록 대략 원통형으로 형성되되, 외주면에는 결합공(116)이 형성된다.
디스크부재(120)는 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 림부재(110)의 개방된 일 측에 결합되며, 디스크부재(120)의 중심에 차축이 연결될 수 있도록 차축 결합공이 형성된다.
후술하는 바와 같이, 철재의 림부재(110)에 고착되는 디스크부재(120)는 주로 알루미늄(규소, 마그네슘, 타이타늄 따위가 혼합될 수 있다)으로 이루어기 때문에, 립부재(110)가 철재로 이루어지더라도 종래 알로이 휠이 갖는 고강성, 경량성, 높은 충격 흡수력, 높은 디자인 자유도 등을 유지하여 높은 상품성을 보유할 수 있다.
이러한 디스크부재(120)는, 디스크부재(120) 주조를 위한 금형에 기 성형된 림부재(110)가 설치된 상태에서 금형 내부의 공간에 알루미늄 용탕(molten metal)이 주입됨으로써 형성될 수 있다.
금형은 디스크부재(120)를 주조하기 위한 것으로서, 금형 내부에 기 성형된 철재의 림부재(110)의 적어도 일부가 삽입 설치 가능한 것이어야 한다.
이때, 금형 내부에 삽입되는 림부재(110)의 일부는 적어도 결합공(116)이 형성된 외측 웰벽부(114b) 내지 절곡부(C)가 포함되는 것이 바람직하다.
구체적으로, 금형에 삽입 설치되는 림부재(110)는 도 5에 도시한 바와 같이, 내외측 모두에 플랜지가 형성된 원통형의 림부재(110)를 종방향으로 절단한 것일 수 있으며, 그 절단 위치는 외측 웰벽부(114b)의 단부에 해당하는 지점일 수 있다. 여기서, 설명하는 내측 및 외측은 자동차 휠(100)이 설치된 차량을 기준으로 한 방향을 가리키며, 이에 따라 내측은 도 5를 기준으로 우측방향을 가리키고 외측은 그 반대인 좌측방향을 가리킨다.
이에 따라, 금형 캐비티(cavity)에 주입된 알루미늄 용탕은 상기 림부재(110)에 형성된 결합공(116)에 유입되고, 이러한 알루미늄 용탕은 냉각됨으로써 디스크부재(120)가 성형됨과 동시에 상기 디스크부재(120)가 림부재(110)에 고착되어 디스크부재(120)와 림부재(110)는 상호 견고하게 결합된다.
상기 림부재(110)의 결합공(116)의 개수는 특별히 한정하지 않으나, 림부재(110)의 외주면 즉 원주를 따라 일정 간격으로 다수 형성될 수 있다. 상기 결합공(116)의 형상은 원형, 다각형 또는 타원형일 수 있고, 결합공(116)의 양측 방향에 개구된 구멍은 결합공(116)을 통과하는 알루미늄 용탕의 흐름을 방해하지 않도록 서로 동일한 형태나 크기를 갖는 것이 바람직하다. 일 예로, 상기 결합공(116)은 도 3에 도시한 바와 같이, 모서리가 둥근 사격형의 형태를 가질 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 휠을 측방향에서 바라보았을 때 종방향으로 자른 단면도의 일부를 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 5는 전후 방향으로 굴릴 수 있도록 세워진 자동차 휠을 횡축을 기준으로 종방향으로 자른 단면의 상부를 나타낸 도면이다. 따라서, 자동차 휠(100)에 타이어가 장착되면 림부재(110)와 디스크부재(120)의 상부 외곽면과 상기 장착된 타이어 사이에는 타이어 기실이 형성되게 된다.
본 발명에 따른 림부재(110)는 그 종류를 특별히 한정하지 않으나, 이하에서는 비대칭의 드롭-센터 림(drop center rim)을 기준으로 설명하기로 한다.
도 5를 참조하여 림부재(110) 및 이에 결합된 디스크부재(120)에 대해 자세히 살펴보면, 림부재(110)는 타이어의 비드(bead)를 측방향으로부터 유지하는 내측 플랜지(111)와, 내측 플랜지(111)에 결합되어 타이어의 비드가 안착되어 지지 고정되는 내측 비드 시트(112)를 형성할 수 있다.
또한, 림부재(110)는 타이어 장착시 타이어의 비드가 빠지도록 하기 위해 비드 시트보다 직경이 작은 웰(well)부(115)와, 상기 웰부(115)와 비드 시트(112)가 단차를 이룬채 접속되도록 내측 웰벽부(114a)를 형성할 수 있으며, 상기 내측 웰벽부(114a)와 상기 비드 시트(112) 사이에는 타이어에 작용하는 횡력에 의해 타이어의 비드부분이 웰부(115)로 미끄러지는 것을 방지하기 위한 험프(113)를 형성할 수 있다.
이때, 상기 림부재(110)는 도 5를 기준으로, 우측의 내측 방향에 대응하는 좌측의 외측 방향에 상기 내측 플랜지(111), 내측 비드 시트(112), 험프(113) 및 내측 웰벽부(114a) 각각에 대응하는 구성을 더 포함할 수 있으나, 상기 웰부(115)를 중심으로 상기 내측 웰벽부(114a)에 대응하는 외측 웰벽부(114b)만 더 형성하고, 상기 외측 웰벽부(114b)에 상기 결합공(116)이 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 결합공(116)은 웰부(115)로부터 바깥 방향으로 절곡되어 연장 형성된 외측 웰벽부(114b)에 형성되고, 디스크부재(120)의 금형에 상기 외측 웰벽부(114b), 및 이와 웰부(115) 간에 절곡된 절곡부(C)가 삽입 설치됨으로써, 알루미늄 용탕의 유입으로 형성되는 디스크부재(120)는 상기 외측 웰벽부(114b) 및 상기 절곡부(C)를 감싸도록 형성되게 된다.
이에 따라, 도 5에 도시한 바와 같이 디스크부재(120)에 림부재(110)의 절곡부(C)가 합입된 단면을 가짐으로써, 디스크부재(120)가 림부재(110)로부터 이탈되지 않도록 견고한 결합력을 가질 수 있게 된다.
결국, 상기 성형된 디스크부재(120)는 상기 내측 플랜지(111) 및 상기 내측 비드 시트(112) 각각에 대응하는 외측 플랜지(121) 및 외측 비드 시트(122)를 형성할 수 있고, 상기 외측 비드 시트(122)와 상기 웰부(115)가 단차를 이룬채 접속되도록 디스크 웰벽부(124)를 형성할 수 있다. 이때, 상기 외측 비드 시트(122)와 상기 디스크 웰벽부(124) 사이에는 상기 험프(113)에 대응하는 플랫 험프(123)를 더 형성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 휠의 제조 방법에 대한 단계별 흐름도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 휠의 제조 방법은, 타이어가 장착되는 철재의 림부재(110)를 마련하는 단계(S10), 상기 림부재(110)를 금형에 설치하는 단계(S20), 및 상기 금형에 차축이 연결되는 디스크부재(120)의 성형을 위해 알루미늄 용탕을 주입하는 단계(S30)를 포함하되, 상기 디스크부재(120)는 상기 림부재(110)의 외주면에 형성된 복수의 결합공(116)을 통해 상기 알루미늄 용탕이 유입되어 주조될 수 있다.
이때, 림부재(110)는 결합공(116)이 형성된 외측 웰벽부(114b) 및 절곡부(C)가 금형에 삽입 설치될 수 있고, 이에 따라 성형된 디스크부재(120)는 외측 비드 시트(122), 디스크 웰벽부(124)를 포함하여 디스크부재(120)가 림부재(110)의 외측 웰벽부(114b) 및 절곡부(C)를 둘러싸도록 하는 것이 바람직하다.
각 단계에 대한 설명은 앞선 설명과 중복되므로, 그에 갈음하고 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 철재의 림부재(110)와 알루미늄 소재의 디스크 부재(120)를 용접 따위에 의하지 않고, 디스크 부재(120) 금형에 림부재(110)를 인서트(insert)하여 자동차 휠을 제조함으로써, 종래 용접부위에 대한 부식 발생을 방지하여 향상된 내식성을 가질 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10, 100: 자동차 휠 11, 110: 림부재
111: 내측 플랜지 112: 비드 시트
113: 험프 114a: 내측 웰벽부
114b: 외측 웰벽부 115: 웰부
116: 결합공 12, 120: 디스크부재
121: 외측 플랜지 122: 외측 비드 시트
123: 플랫 험프 124: 디스크 웰벽부
C: 절곡부

Claims (5)

  1. 차축이 연결되는 디스크부재; 및
    타이어가 장착되는 림부재;를 포함하는 자동차 휠에 있어서,
    철재의 상기 림부재는, 외주면에 복수의 결합공이 형성되고,
    상기 디스크부재는, 금형에 성형을 위해 주입된 알루미늄 용탕이 상기 결합공을 통해 유입되어 주조되되,
    상기 결합공은, 상기 림부재의 웰부로부터 바깥 방향으로 절곡되어 연장 형성된 외측 웰벽부에 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 휠.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합공은,
    상기 림부재의 원주를 따라 일정 간격으로 다수 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 휠.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스크부재는,
    상기 타이어의 비드가 안착되어 지지 고정되는 외측 비드 시트와, 상기 외측 비드 시트와 상기 웰부가 접속하도록 형성된 디스크 웰벽부를 포함하되,
    상기 디스크부재는 상기 외측 웰벽부, 및 상기 외측 웰벽부와 상기 웰부 사이의 절곡부를 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 휠.
  5. 타이어가 장착되는 철재의 림부재를 마련하는 단계;
    상기 림부재를 금형에 설치하는 단계; 및
    상기 금형에 차축이 연결되는 디스크부재의 성형을 위해 알루미늄 용탕을 주입하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 디스크부재는, 상기 림부재의 외주면에 형성된 복수의 결합공을 통해 상기 알루미늄 용탕이 유입되어 주조되되,
    상기 결합공은, 상기 림부재의 웰부로부터 바깥 방향으로 절곡되어 연장 형성된 외측 웰벽부에 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 휠의 제조 방법.
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