KR0152652B1 - 차량용 휠 - Google Patents

Abstract

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Description

차량용 휠

제1도는 차량용 휠의 측면도.

제2도는 차량용 휠의 단부도.

제3도는 제1도의 선 3-3을 따라 취한 단면도.

제4도는 제1도의 선 4-4을 따라 취한 단면도.

제5도는 제1도의 선 5-5를 따라 취한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 휠 12 : 원형 부재

14 : 림 16 : 허브

18,20,22 : 스포크

본 발명은 차량용 휠, 특히 표준 규격의 자전거 프레임에 사용하기 위한 섬유 강화 멀티-스포크형 자전거 휠(wheel)에 관한 것이다.

최근, 자전거 경주 경기는 매우 많아졌다. 이러한 자전거 경기의 빈번함으로 인해서 경기에서의 장점에 대한 욕구가 증대되었다. 경주자들은 더 빨리 달리는 새로운 방법을 계속적으로 찾아왔다.

1983년 Francesco Moser는 2개의 디스크형 휠을 갖춘 자전거를 사용하여 자전거 경주 세계 신기록을 세웠다. 디스크형 휠은 종래의 스포크형 휠보다 바람에 대한 저항이 더 낮다. 그러나, 디스크형 휠, 특히 전륜에 사용된 디스크형 휠은 횡풍의 영향을 받거나 차량 통과시 돌풍에 노출될 때에는 자전거를 조정하는데 문제가 생긴다. 물론, 이는 스포크형 휠을 사용하므로서 경감시킬 수 있지만, 종래의 스포크형 휠은 저항 인자를 가지므로 경주 중에 만족스러운 기능수행을 어렵게 한다.

휭풍의 영향에 따른 문제점을 극복하고 공지된 스포크형 휠을 사용함에 따른 저항력을 감소시키기 위해, 원형 부재와, 허브와, 상기 원형 부재와 허브 사이에 연결된 다수의 긴 스포크를 포함하는 휠이 개발되었다. 각각의 스포크는 공기역학적 형상을 가지며 3.0보다 큰(바람직하게는 약 3.8) 폭/두께 종횡비를 갖는다. 림으로 씌워진 원형 부재는 허브에 면하는 공기역학적 형상의 전연부(leading edge)를 갖고 있고, 두께에 대한 폭의 종횡비가 2.6보다 크다.(바람직하게는, 약 2.9). 동일한 모양과 치수를 갖고 120° 간격으로 이격된 바람직하게는 3개인 스포크는 허브로부터 방사상으로 퍼져 있으며, 그 일단은 스포크의 폭과 대략 동일한 반경을 갖는 반경 섹션에 의해 허브에 이어져 있다. 스포크들의 타단은 이의 폭의 약 절반 정도인 반경을 갖는 반경 섹션에 의해 원형 부재에 이어져 있다.

휠은 16rms 미만의 표면 완성도를 갖는 섬유 강화 수지로 코팅된 포움 코어를 갖는 것이 바람직하다. 적합한 수지로는 열경화성 수지 또는 열가소성 수지가 있다. 강화 섬유는 탄소, 유리, 아라미드, 폴리에틸렌, 연쇄 폴리에틸렌 또는 이들의 여러 혼합물일 수 있다.

도면에서, 도시 목적으로 선택된 휠(10)은 림(14)으로 씌워진 원형 부재(12)와, 허브(16)와, 이 허브를 상기 원형 부재(12)에 연결하는 3개의 방사상 스포크(18,20,22)를 포함한다. 각각의 스포크는 개개의 스포크 요소의 번호에 a 또는 b를 부기하여 나타낸 전연부와 후연부를 갖고 있다. 예를 들어, 스포크(18)는 전연부(18a)와 후연부(18b)를 갖고 있다. 각각의 스포크는 제5도에 가장 잘 도시된 것처럼 공기역학적 형상을 취하며, 동일한 길이(ℓ)에 걸쳐 폭(w) 대 최대 두께(t)의 비가 3.0보다 큰 종횡비를 갖도록 형성되어 있다. 원형 부재(12)는 공기역학적 형상의 전연부(12a)를 가지며, 폭(w') 대 최대 두께(t')(제4도)의 비가 약 2.6보다 큰 종횡비를 갖는다. 스포크들은 이의 폭(w)의 약 절반인 반경을 각각 갖는 반경 섹션(30,32,34,36,38,40)에 의해 원형 부재(12)에 이어져 있다. 동일한 방식으로 스포크들은 이의 폭(w)과 대략 동일한 반경을 각각 갖는 반경 섹션(24,26,28)에 의해 허브(16)에 이어져 있다.

휠은 허브(16)와 림(14)에 부착되고 섬유(43)로 강화된 수지 층(44)으로 코팅된 포움 코어(42)에 의해 형성되어 있다.

통상의 경주 속도로 모의 횡풍 조건에서 실시한 일련의 풍동 시험에서, 본 발명에 따라 제조된 휠은 매우 낮은 항력을 가지며, 자전거에 설치되었을 때, 안정된 조작성을 나타내는 것을 알 수 있었다.

[실시예]

제1도 내지 제5도에 도시된 양호한 실시예에서, 스포크들은 본 명세서에서 참조하게 될 I. H. Abbott 및 A. E. Von Doenhoff의 Dover Publication(312면 내지 379면)에서 날개 데이터의 개요를 포함하는 날개 섹션 이론에 개시된 형태의 날개 형상의 주요 부분에 의해 나타나는 만곡 형상을 취한다.

제1도 내지 제5도에 도시된 것과 유사한 알루미늄 림 및 알루미늄 허브를 제1도 내지 제5도에 도시된 휠을 형성할 수 있는 형상을 취하는 포움 코어 주형 내에 배치한다. 허브는 림과 동심으로 배치한다. 접착제(Adteck Company로부터 입수가능한 605)를 양호한 결합을 보장하도록 포움과 접촉하는 림 및 허브의 표면에 도포한다. Rubicon Chemical로부터 구입할 수 있는 상용 등급의 폴리우레탄 XRS-8705를 주형 안에 주입한다. 포움은 팽창되어 림과 허브에 결합되며, 15분동안 60℃(140℉)에서 경화된다. 그 다음에, 성형된 포움 휠을 주형으로부터 제거한다.

6매의 탄소 섬유 직물(North American Textile로부터 입수가능한 N342 형태의 0.170㎏/㎡(5oz/yd²)인 3K 평직))을 성형된 포움에 맞도록 절단한다. 각각의 조각은 허브 및 림과 노출된 포움의 리세스를 덮기에 충분한 크기로 한다. 직물 중 4매를 섬유들이 스포크 중 하나에서의 길이 방향에 대하여 ±45°방향을 취하는 방식으로 절단한다. 다른 2매는 경사 섬유들이 스포크의 길이 방향에 평행하게 되도록 절단한다. 그 다음에, 3개 층의 직물을 각각 포함하는 동형 적층제를 휠의 각 측면부에 대하여 하나씩 만들었다. 각 적층제에서, 포움에 인접한 직물 층을 그 섬유들이 스포크의 길이 방향으로 ±45°로 위치하도록 하는 방향을 취하게 한다. 다음번 직물 층에서, 경사 섬유를 상기 스포크에 평행한 방향을 취하게 한다.

제3층은 제1층과 같이 섬유들이 스포크에 대하여 ±45°로 배치되는 방향을 취하게 한다. 적층체를 휠에 대하여 각 측면부 상에 하나씩 위치시킨다. 탄소 섬유 덮개(0.034㎏/㎡ (1oz/yd²))는 각 스포크 주위를 감싸며, 금속 스테플은 포움 코어에 부착된 덮개 및 직물을 고정 유지하도록 사용된다. 마지막으로, 나일론 실은 직물 및 덮개를 포움 코에에 대해 견고하게 유지하도록 림 주변을 감싸고 있다.

접착제(Adteck의 605)를 탄소 섬유 직물과 접촉하게 되는 알루미늄 허브의 표면에 도포한다. 그 다음에, 탄소 섬유 직물을 성형된 포움 휠의 각 측면부 상에 위치시키고, 수지(Dow 530 비닐 에스터 수지 시스템)를 주형 바닥에 주입하여 수지가 주형위로 가능한 한 많이 흐르게 한다. 직물이 부착된 성형된 포움으로 된 3개 스포크형 휠을 주형에 위치시키고 수지가 휠의 상부로 흐르게 한다. 주형을 폐쇄하고, 수지(실온으로 저장됨)를 0.703㎏/㎠ 내지 1.460㎏/㎠(10 내지 20psi)의 입구 압력으로 약 6분 동안 주형에 펌핑한다. 주형 온도는 약 82℃ 내지 93℃(180℉ 내지 200℉)이다. 휠은 주형 내에서 30분 동안 경화된다. 그 다음에, 휠을 주형으로부터 제거하고, 매끄러워질 때까지 제거 가공(deflashing) 및 샌드가공한다. 스포크 및 림의 종횡비는 각각 3.78 및 2.87이었다.

본 발명에 따르면, 종래의 디스크형 휠에서 일어나는 횡풍에 대한 자전거의 조정 곤란성을 해결하고 스포크형 휠에서 일어나는 저항력을 감소시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (18)

1. 원형 부재와, 이 원형 부재와 동심으로 된 허브와, 상기 원형 부재와 허브 사이에 연결된 다수의 긴 스포크를 포함하여, 상기 각각의 스포크가 전연부 및 후연부를 갖고 공기역학적 형상과 길이에 걸쳐 3.0보다 큰 종횡비를 갖는 것을 특징으로 하는 휠.
2. 제1항에 있어서, 원형 부재가 허브에 면하는 공기역학적 형상의 전연부를 갖고 2.6보다 큰 종횡비를 갖는 것을 특징으로 하는 휠.
3. 제1항에 있어서, 스포크의 종횡비가 3.8인 것을 특징으로 하는 휠.
4. 제2항에 있어서, 원형 부재의 종횡비가 2.9인 것을 특징으로 하는 휠.
5. 제2항에 있어서, 스포크가 이의 폭의 절반인 반경을 갖는 반경 섹션에 의해 부재에 이어진 것을 특징으로 하는 휠.
6. 제1항 내지 제5항 중 한 항에 있어서, 휠이 섬유 강화 수지 재료로 코팅된 포움 코어로 형성된 것을 특징으로 하는 휠.
7. 제6항에 있어서, 수지가 열경화성 수지이고, 섬유가 탄소 섬유인 것을 특징으로 하는 휠.
8. 제2항에 있어서, 스포크가 이의 폭과 같은 반경을 갖는 반경 섹션에 의해 허브에 이어진 것을 특징으로 하는 휠.
9. 제1항 내지 제5항 중 한 항에 있어서, 3개의 스포크가 마련된 것을 특징으로 하는 휠.
10. 제6항에 있어서, 섬유가 유리 섬유인 것을 특징으로 하는 휠.
11. 제6항에 있어서, 섬유가 탄소 섬유와 유리 섬유의 조합체인 것을 특징으로 하는 휠.
12. 제6항에 있어서, 섬유가 아라미드 섬유인 것을 특징으로 하는 휠.
13. 제6항에 있어서, 섬유가 탄소, 유리, 폴리에틸렌, 연쇄 폴리에틸렌 및 아라미드 섬유의 혼합물인 것을 특징으로 하는 휠.
14. 제1항에 있어서, 휠의 표면 rms 미만의 표면 완성도를 갖는 것을 특징으로 하는 휠.
15. 제6항에 있어서, 섬유가 폴리에틸렌인 것을 특징으로 하는 휠.
16. 제6항에 있어서, 섬유가 연쇄 폴리에틸렌인 것을 특징으로 하는 휠.
17. 원형 부재와, 허브와, 상기 원형 부재와 허브 사이에 연결된 다수의 스포크를 포함하며, 상기 원형 부재가 허브에 면하는 공기역학적 형상의 연부와 2.6보다 큰 종횡비를 갖는 것을 특징으로 하는 휠.
18. 휠의 림에 있어서, 휠의 내향으로 면하는 공기역학적 형상의 연부를 갖고, 2.6보다 큰 종횡비를 갖는 것을 특징으로 하는 림.

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