KR20080036653A

KR20080036653A - 일체로 성형된 복합 스티어링 휠

Info

Publication number: KR20080036653A
Application number: KR1020087006609A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 스톨
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2006-08-07
Publication date: 2008-04-28
Also published as: US7597028B2; EP1922239A1; ATE538015T1; JP4779016B2; CN101296834A; WO2007024454A1; AU2006283818A1; EP1922239B1; KR101016735B1; US20070068334A1; CN101291838A; JP2009505885A

Abstract

본 발명은 스티어링 칼럼을 구비하는 자동차용 복합 스티어링 휠(10)에 관한 것이다. 예시적인 실시예에서, 복합 스티어링 휠(10)은 림(14)과, 중앙 허브(16), 그리고 림을 중앙 허브(16)에 연결하는 복수 개의 스포크(18)를 포함한다. 림(14)과, 중앙 허브(16), 그리고 복수 개의 스포크(18)는 변형 가능한 열가소성 재료로 형성된다. 또한, 복합 스티어링 휠은 중앙 허브에 매설되는 부착 부재를 포함한다. 부착 부재는 스티어링 칼럼에 연결되는 크기로 형성된다.

Description

일체로 성형된 복합 스티어링 휠{INTEGRALLY MOLDED COMPOSITE STEERING WHEEL}

본 발명은 자동차용 스티어링 휠에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 변형 가능한 열가소성 재료를 포함하는 일체로 성형된 복합 스티어링 휠에 관한 것이다.

공지의 스티어링 휠은 스티어링 휠의 스포크, 림 및 허브를 형성하는 금속 골조(armature)를 포함한다. 이 금속 골조는 대개 단일 부재로서 제조되거나, 또는 용접되거나 패스너를 이용해 결합되는 개개의 부품으로 형성된다. 이 금속 골조는 목재, 폴리우레탄 재료 등의 엘라스토머 재료, 또는 이들 재료의 조합 등과 같은 적절한 피복 재료에 의해 둘러싸인다.

공지의 금속 골조의 단점은, 비교적 무거운 중량을 갖고 비교적 큰 질량 관성 모멘트를 갖는다는 것이다. 또한, 폴리우레탄 재료를 사용하면 작업 장소의 환경 문제뿐만 아니라 작업자의 안전 문제가 발생할 수 있다. 또한, 자동차의 연료 절약을 증대시킬 필요가 있기 때문에, 중량 감소는 자동차 설계에 있어서 중요한 측면이다. 이러한 이유로, 공지의 금속 골조의 비교적 무거운 중량을 극복할 필요가 있다.

한 가지 양태에서는, 스티어링 칼럼을 구비하는 자동차용 복합 스티어링 휠이 제공된다. 복합 스티어링 휠은 림과, 중앙 허브, 그리고 림을 중앙 허브에 연결하는 복수 개의 스포크를 포함한다. 림과, 중앙 허브, 그리고 복수 개의 스포크는 변형 가능한 열가소성 재료로 형성된다. 또한, 복합 스티어링 휠은 중앙 허브에 매설되는 부착 부재를 포함한다. 부착 부재는 스티어링 칼럼에 연결되는 크기로 형성된다.

다른 양태에서는, 스티어링 칼럼을 구비하는 자동차용 복합 스티어링 휠을 형성하는 방법이 제공된다. 이 방법은 스티어링 칼럼에 연결되는 크기로 형성된 부착 부재를 마련하는 단계와, 부착 부재를 주형 내에 배치하는 단계, 그리고 림을 형성하고, 부착 부재가 내부에 매설되는 중앙 허브를 형성하며, 림을 중앙 허브에 연결하는 복수 개의 스포크를 형성하기 위해, 변형 가능한 열가소성 재료를 주형 내에 주입하는 단계를 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 스티어링 휠에 대한 개략적인 사시도.

도 2는 진동 댐퍼를 구비하는 도 1에 도시된 복합 스티어링 휠에 대한 개략적인 분해 사시도.

도 3은 도 2에 도시된 복합 스티어링 휠의 일부분에 대한 개략적인 단면도.

이하에서는 일 실시예에서 금속 또는 플라스틱 림 요소 둘레에 오버몰딩되는 변형 가능한 열가소성 재료로 형성된 복합 스티어링 휠을 상세히 설명한다. 다른 실시예에서 복합 스티어링 휠은 림 요소를 포함하지 않는다. 복합 스티어링 휠은 스티어링 휠의 스포크 내에 위치하는 진동 댐퍼를 포함한다. 림과 중앙 허브 내의 금속 또는 플라스틱 인서트를 통해, 스티어링 휠은 탑승자 충돌 하중을 견딜 수 있게 되며, 충돌이 일어나는 동안에 스티어링 휠은 에너지를 흡수하고 탑승자를 향해 뒤로 "튀는" 것을 방지하도록 영구적으로 변형될 수 있게 된다.

도면을 참조하면, 도 1은 복합 스티어링 휠(10)의 예시적인 실시예에 대한 개략적인 사시도이다. 도 2는 진동 댐퍼(12)를 포함하는 복합 스티어링 휠(10)에 대한 개략적인 사시도이고, 도 3은 복합 스티어링 휠(10)의 일부분에 대한 개략적인 단면도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 복합 스티어링 휠(10)은 림(14)과, 중앙 허브(16), 그리고 림(14)을 중앙 허브(16)에 연결하는 복수 개(4개가 도시되어 있음)의 스포크(18)를 포함한다. 림(14)은 변형 가능한 열가소성 재료(22)로 오버몰딩되는 금속 또는 플라스틱 림 요소(20)로 형성된다. 예시적인 실시예에서, 림 요소(20)는 원형 단면을 갖는 금속 또는 플라스틱 로드이다. 다른 실시예에서, 림 요소(20)는 중공형 관 요소이다. 또한, 변형례에서, 림 요소(20)는 직사각형 또는 다각형 단면 형상을 갖는다. 강철, 알루미늄 및 마그네슘(이에 국한되는 것은 아님)을 비롯한 임의의 적절한 재료가 림 요소(20)를 형성하는데 사용될 수 있다. 또한, 예컨대 실리콘 변성 폴리카보네이트, 나일론, 폴리에스테르, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리프로필렌 및 폴리우레탄 등의 임의의 적절한 플라스틱 재료가 림 요소(20)를 형성하는데 사용될 수 있다. 특히, 림 요소(20)는 중실형 또는 중공형 의 폴리머 재료일 수 있다. 중공형 코어는 물 주입 성형, 가스 주입 성형, 회전 성형, 또는 폴리머 재료에 중공형 섹션을 이루는데 이용되는 그 밖의 방법에 의해 이루어질 수 있다. 또한, 림 요소(20)의 재료의 코어에 걸쳐 분산되는 미세한 가스 포켓을 도입하기 위해 재료에 기포를 주입할 수 있다. 기포 주입은 발열 발포제, 용융상의 처리 동안에 액체 질소 또는 질소 가스를 도입하는 것, 또는 그 밖의 유사한 방법(이에 국한되는 것은 아님)을 비롯한 다양한 방법에 의해 달성될 수 있다. 변형례에서, 림(14)은 림 요소(20) 없이 열가소성 플라스틱(22)으로 형성된다.

스포크(18)와 중앙 허브(16)는 열가소성 재료(22)로 형성되고, 림(14)과 함께 하나의 부재로서 성형된다. 구체적으로, 금속 림 요소(20)를 주형 내에 배치하며, 열가소성 재료(22)가 스포크(18)와 허브(16)를 형성하고 금속 림 요소(20)를 오버몰딩하여 금속 림 요소(20)가 열가소성 재료(22)에 매설된 림(14)을 형성하도록, 열가소성 재료(22)를 상기 주형 내에 주입한다. 임의의 적절한 성형 기술, 예컨대 사출 성형 등이 사용될 수 있다. 적절한 열가소성 재료(22)는 충돌이 일어나는 동안에 변형될 수 있고 에너지를 흡수한다. 구체적으로, 적절한 열가소성 재료는 낮은 하중에서는 탄성 변형하고 큰 하중에서는 소성 변형하는 특성을 갖는다. 낮은 하중은 스티어링 휠의 정상 조작 동안에 겪게 되는 하중으로서 특징 지워지고, 큰 하중은 미연방 자동차 안전 법규 203에서 규정한 바에 따른 심한 오사용 또는 충돌 발생의 경우로서 특징 지워진다. 또한, ASTM D-638에 따른 인장 시험에 의해 측정되는 바에 따르면, 열가소성 재료(22)가 갖는 응력 대 파괴의 비율은 20% 이다. 적절한 열가소성 재료(22)의 예로는 실리콘 변성 폴리카보네이트, 나일론, 폴리에스테르, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리프로필렌, 이들의 혼합물, 및 이들의 발포 재료 등이 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 예시적인 실시예에서는, 제너럴 일렉트릭 캄파니에서 상표명 Lexan® EXL으로 시판한 실리콘 변성 폴리카보네이트를 사용한다.

각 스포크(18)는 중앙 허브(16)로부터 림(14)까지 연장되는 중공형 캐비티(24)를 구비한다. 캐비티(24)는 중앙 허브(16)에 인접한 접근 개구(26)를 구비한다. 캐비티(24)는 중앙 로드(28), 이 중앙 로드(28)에 활주 가능하게 연결되는 무게추(질량추)(30), 제1 스프링(32) 및 제2 스프링(34)을 구비하는 진동 댐퍼(12)를 수용하는 크기로 형성된다. 제1 스프링(32) 및 제2 스프링(34)은 무게추(30)의 양측에 배치된다. 또한, 진동 댐퍼(12)는 중앙 로드(28)의 제1 단부(38)에 부착되는 제1 단부 캡(36)을 구비하는데, 이 제1 단부 캡은 캐비티(24)의 접근 개구(26)를 폐쇄하는 크기로 형성된다. 제2 스프링이 중앙 로드(28)의 제2 단부(42)를 지나서 이동하는 것을 방지하도록, 제2 단부 캡(40)이 중앙 로드(28)의 제2 단부(42)에 부착되어 제2 스프링(34)을 정착시킨다. 중앙 로드(28)의 제2 단부(42)는 캐비티(24)를 형성하는, 림(14)에 인접한 내벽의 보어(44) 내에 배치된다.

평평한 또는 소정 형상의 금속판(50)이 중앙 허브(16)에 성형된다. 금속판(50)은 평평한 부분(52)과, 이 평평한 부분(52)으로부터 중앙 허브(16)를 관통하게 연장되는 중앙 부착 부분(54)을 구비한다. 중앙 부착 부분(54)을 통해 연장되는 부착 구멍(56)이 중앙 부착 부분(54)에 마련되는데, 이 부착 구멍은 자동차의 스티어링 칼럼(도시 생략)을 수용하여 복합 스티어링 휠(10)을 스티어링 칼럼에 부착하기 위한 크기 및 형상으로 형성된다. 또한, 평평한 부분(52)은 복수 개의 에어백 부착 개구(58)를 구비하는데, 이들 부착 개구는 에어백 유닛(60)을 스포크(18) 사이에서 중앙 허브(16)에 부착하기 위한 크기로 형성된다. 금속판(50)은 충돌 발생시 에어백이 전개되는 동안에 에어백(60)을 위한 반동판의 역할을 한다. 일 실시예에서, 평평한 부분(52)과 중앙 부착 부분(54)은 단일 부재로 형성된다. 다른 실시예에서, 중앙 부착 부분(54)은 임의의 적절한 방법에 의해, 예컨대 용접, 회전 용접, 스웨이징, 냉간 압조 등에 의해 평평한 부분(52)에 부착되는 별개의 부재이다. 변형례에서, 복합 스티어링 휠은 평판 부분을 구비하지 않는 부착 슬리브를 포함한다. 이 부착 슬리브는 열가소성 재료에 매설되고, 자동차의 스티어링 칼럼을 수용하기 위한 크기 및 형상으로 형성된다. 금속판(50)은 임의의 적절한 금속, 예컨대 강철, 알루미늄 및 마그네슘 등으로 형성될 수 있다.

본 발명을 여러 특정 실시예를 통해 설명하였지만, 당업자라면 청구범위의 정신 및 범위 내에 있는 변형이 본 발명에 실시될 수 있다는 점을 인지할 것이다.

Claims

스티어링 칼럼을 구비하는 자동차용 복합 스티어링 휠로서,

림과,

중앙 허브와,

상기 림을 상기 중앙 허브에 연결하는 복수 개의 스포크, 그리고

상기 중앙 허브에 매설되고, 스티어링 칼럼에 연결되는 크기로 형성되는 부착 부재

를 포함하고, 상기 림과, 상기 중앙 허브, 그리고 상기 복수 개의 스포크는 변형 가능한 열가소성 재료로 형성되는 것인 복합 스티어링 휠.
제1항에 있어서, 상기 변형 가능한 열가소성 재료는 발포 열가소성 재료인 것인 복합 스티어링 휠.
제1항에 있어서, 상기 림은 림 요소를 포함하고, 상기 변형 가능한 열가소성 재료는 상기 림 요소 둘레에 오버몰딩되는 것인 복합 스티어링 휠.
제3항에 있어서, 상기 림 요소는 금속 재료 또는 플라스틱 재료를 포함하고, 상기 금속 재료는 강철, 알루미늄 및 마그네슘 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 플라스틱 재료는 실리콘 변성 폴리카보네이트, 나일론, 폴리에스테르, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리프로필렌 및 폴리우레탄 중 적어도 하나를 포함하는 것인 복합 스티어링 휠.
제3항에 있어서, 상기 림 요소는 중실형 또는 관형의 것이며, 원형, 직사각형, 또는 다각형 단면 형상을 갖는 것인 복합 스티어링 휠.
제1항에 있어서, 상기 변형 가능한 열가소성 재료는 실리콘 변성 폴리카보네이트, 나일론, 폴리에스테르, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리프로필렌 및 이들의 발포 열가소성 재료 중 적어도 하나를 포함하는 것인 복합 스티어링 휠.
제1항에 있어서, 상기 변형 가능한 열가소성 재료는 복수 개의 보강 섬유를 더 포함하는 것인 복합 스티어링 휠.
제1항에 있어서, ASTM D638에 의해 측정한 상기 열가소성 재료가 갖는 응력 대 파괴의 비율은 20%인 것인 복합 스티어링 휠.
제1항에 있어서, 하나 이상의 상기 스포크는 상기 허브로부터 적어도 부분적으로 상기 림까지 연장되는 중공형 챔버를 포함하는 것인 복합 스티어링 휠.
제9항에 있어서, 각각 상기 중공형 챔버 내에 배치되는 진동 댐퍼 조립체를 더 포함하는 것인 복합 스티어링 휠.
제10항에 있어서, 상기 진동 댐퍼 조립체는,

중앙 로드와,

상기 중앙 로드에 활주 가능하게 연결되는 무게추와,

상기 무게추와 상기 중앙 로드의 제1 단부 사이에서 상기 중앙 로드의 위에 배치되는 제1 스프링과,

상기 무게추와 상기 중앙 로드의 제2 단부 사이에서 상기 중앙 로드의 위에 배치되는 제2 스프링과,

상기 중앙 로드의 상기 제1 단부에 연결되는 제1 단부 캡, 그리고

상기 중앙 로드의 상기 제2 단부에 연결되는 제2 단부 캡을 포함하는 것인 복합 스티어링 휠.
제1항에 있어서, 상기 부착 부재는,

평판 부분과,

상기 평판 부분의 일측으로부터 연장되는 부착 부분, 그리고

상기 부착 부분을 통해 연장되고, 스티어링 칼럼을 수용하는 크기로 형성되는 부착 개구를 포함하는 것인 복합 스티어링 휠.
스티어링 칼럼을 구비하는 자동차용 복합 스티어링 휠을 형성하는 방법으로 서,

스티어링 칼럼에 연결되는 크기로 형성된 부착 부재를 마련하는 단계와,

부착 부재를 주형 내에 배치하는 단계, 그리고

림을 형성하고, 부착 부재가 내부에 매설되는 중앙 허브를 형성하며, 림을 중앙 허브에 연결하는 복수 개의 스포크를 형성하기 위해, 변형 가능한 열가소성 재료를 주형 내에 주입하는 단계

를 포함하는 복합 스티어링 휠 형성 방법.
제13항에 있어서, 중실형 또는 관형의 것이고, 원형, 직사각형, 또는 다각형 단면 형상을 갖는 림 요소를 마련하는 단계와,

림 요소를 주형 내에 배치하는 단계, 그리고

림을 형성하고, 부착 부재가 내부에 매설되는 중앙 허브를 형성하며, 림을 중앙 허브에 연결하는 복수 개의 스포크를 형성하도록, 변형 가능한 열가소성 재료를 주형에 주입하여 림 요소 둘레로 오버몰딩하는 단계를 더 포함하는 것인 복합 스티어링 휠 형성 방법.
제13항에 있어서, 변형 가능한 열가소성 재료는 실리콘 변성 폴리카보네이트, 나일론, 폴리에스테르, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리프로필렌 및 이들의 발포 열가소성 재료 중 적어도 하나를 포함하는 것인 복합 스티어링 휠 형성 방법.
제13항에 있어서, 변형 가능한 열가소성 재료는 복수 개의 보강 섬유를 더 포함하는 것인 복합 스티어링 휠 형성 방법.
제13항에 있어서, ASTM D638에 의해 측정한 변형 가능한 열가소성 재료가 갖는 응력 대 파괴의 비율은 20%인 것인 복합 스티어링 휠 형성 방법.
제13항에 있어서, 복수 개의 스포크 중 하나 이상의 스포크는 중앙 허브로부터 적어도 부분적으로 림까지 연장되는 중공형 챔버를 포함하는 것인 복합 스티어링 휠 형성 방법.
제18항에 있어서, 진동 댐퍼 조립체를 각각의 중공형 챔버 내에 배치하는 단계를 더 포함하는 것인 복합 스티어링 휠 형성 방법.
제19항에 있어서, 진동 댐퍼 조립체는,

중앙 로드와,

중앙 로드에 활주 가능하게 연결되는 무게추와,

무게추와 중앙 로드의 제1 단부 사이에서 중앙 로드의 위에 배치되는 제1 스프링과,

무게추와 중앙 로드의 제2 단부 사이에서 중앙 로드의 위에 배치되는 제2 스프링과,

중앙 로드의 제1 단부에 연결되는 제1 단부 캡, 그리고

중앙 로드의 제2 단부에 연결되는 제2 단부 캡을 포함하는 것인 복합 스티어링 휠 형성 방법.
제13항에 있어서, 상기 부착 부재는,

평판 부분과,

평판 부분의 일측으로부터 연장되는 부착 부분, 그리고

부착 부분을 통해 연장되고, 스티어링 칼럼을 수용하는 크기로 형성되는 부착 개구를 포함하는 것인 복합 스티어링 휠 형성 방법.