KR101362050B1

KR101362050B1 - 자전거의 카본 프레임 수리장치 및 수리방법

Info

Publication number: KR101362050B1
Application number: KR1020130105245A
Authority: KR
Inventors: 이창호; 박동원
Original assignee: 윈엔윈(주)
Priority date: 2013-09-03
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2014-02-12

Abstract

본 발명에 따른 자전거의 카본 프레임 수리장치는 카본 프레임(F)을 구비하는 자전거에 있어서 파손된 부위를 수리하기 위한 카본 시트가 부착된 상기 카본 프레임(F)을 삽입할 수 있도록 카본 프레임과 대응되는 형틀이 내부에 형성되고, 상기 형틀에 삽입된 카본 프레임에 열을 가하기 위해 열선이 내장되는 수리통체와, 상기 카본 프레임이 삽입된 상기 수리통체의 형틀 내부를 진공 형성하기 위한 진공펌프를 포함하여 이루어져서 상기 진공펌프에 의해 형틀 내부가 진공상태에서 수리를 위해 부착된 상기 카본 시트를 열선에 의해 상기 카본 프레임에 열융착시켜 수리하는 것을 특징으로 한다.

Description

자전거의 카본 프레임 수리장치 및 수리방법{Repairing device of carbon frame in a bicycle and repairing method using the same}

본 발명은 자전거의 카본 프레임 수리장치 및 수리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 카본 프레임을 가지는 자전거에 있어서 카본 프레임이 파손되었을 경우 카본 프레임의 파손된 부분을 수리하는 장치 및 이를 이용한 수리방법에 관한 것이다.

현재 자전거 프레임 제작에 주로 사용되는 재료로는 강철, 알루미늄, 티타늄, 카본 등이 있고 이 중 카본 프레임이 무게가 가볍고 강도가 강한 장점으로 인해 최근에는 카본 프레임으로 제조되는 자전거가 많이 애용되고 있다.

그런데, 카본 자전거의 경우 카본 프레임에 균열 등의 파손이 발생되었을 경우 재질의 특성상 강철이나 알루미늄 프레임처럼 용접으로 간단히 수리할 수는 없고 별도의 수리과정을 통해 수리되고 있다. 현재 도1에서와 같은 카본 자전거의 카본 프레임(F)이 파손되었을 경우 수리과정을 살펴보면 파손된 부분을 사포질로 연마한 후 카본 시트를 부착하고 열융착시킨 다음 비닐을 씌우고 비닐을 카본 시트에 밀착시켜 수리하게 된다.

그런데, 모든 과정이 수작업으로 진행되는 이와 같은 수리방법으로는 부착한 카본 시트가 원래의 카본 프레임에 완전히 결합되기가 어렵고 본래의 강도보다 약해지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 간편하면서도 보강된 부분과 기존 카본 프레임의 결합력이 향상되는 자전거의 카본 프레임 수리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 카본 프레임의 파손된 부분의 강도를 보강할 수 있고 보강된 부분과 기존 카본 프레임의 결합력이 향상되는 자전거의 카본 프레임 수리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 자전거의 카본 프레임 수리장치는 카본 프레임(F)을 구비하는 자전거에 있어서 파손된 부위를 수리하기 위한 카본 시트가 부착된 상기 카본 프레임(F)을 삽입할 수 있도록 카본 프레임과 대응되는 형틀이 내부에 형성되고, 상기 형틀에 삽입된 카본 프레임에 열을 가하기 위한 열선이 내장되는 수리통체와, 상기 카본 프레임이 삽입된 상기 수리통체의 형틀 내부를 진공 형성하기 위한 진공펌프를 포함하여 이루어져서 상기 진공펌프에 의해 형틀 내부가 진공상태에서 수리를 위해 부착된 상기 카본 시트를 열선에 의해 상기 카본 프레임에 열융착시켜 수리하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 형틀은 하부 형틀과 상부 형틀로 이루어지고, 상기 수리통체는 하부 형틀이 형성되는 몸체부와, 상부 형틀이 형성되어 상기 몸체부를 덮는 덮개부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 다른 실시예로서 수리통체는 형틀이 형성되는 몸체부와 몸체부를 덮는 덮개부로 이루어진다.

또한, 형틀 주위에는 형틀 내부를 밀폐하기 위한 패킹 부재가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수리통체에 내장되는 열선은 다수의 구간으로 나뉘어져 구간별로 전류를 통할 수 있도록 형성되고 카본 프레임(F)에 부착된 카본 시트가 위치하는 구간의 열선에 의해 열을 가하여 수리하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열선을 따라 다수의 전원공급 단자가 형성되고, 카본 프레임(F)에 부착된 카본 시트가 위치하는 구간의 양 단자에 전원공급선의 (+)단자와 (-)단자가 각각 접속되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자전거의 카본 프레임 수리방법은 카본 프레임을 구비하는 자전거에 있어서 카본 프레임의 파손된 부분의 내부공간에 폼(foam) 형성제를 주입하여 발포 성형물을 형성시키고, 상기 카본 프레임의 파손된 부분에 카본 섬유층에 수지를 미리 함침시켜 제조되는 카본 시트를 부착한 다음 수리통체 내에 카본 프레임과 대응되도록 형성되는 형틀에 카본 시트가 부착된 상기 카본 프레임(F)을 삽입하고 진공펌프에 의해 상기 수리통체의 형틀 내부가 진공상태에서 수리통체에 내장되는 열선에 의해 열을 가하여 카본 시트를 카본 프레임에 일체로 결합시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 카본 시트를 카본 프레임의 파손된 부분에 부착하기 전에 상기 카본 프레임의 파손된 부분을 샌딩처리하는 단계를 더 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따르면 사용하기 간편하면서도 보강재와 기존 카본 프레임(F)의 결합력이 우수하고, 파손된 부분 이외의 부분은 원형 그대로 유지하면서도 저렴하게 수리할 수 있는 자전거의 카본 프레임 수리장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면 자전거의 카본 프레임에서 파손된 부위의 충격강도와 휨강도가 향상되고 보강되는 부분에서 기존 카본 프레임과의 결합력이 우수한 자전거의 카본 프레임 수리방법이 제공된다.

도1은 자전거의 카본프레임이 파손된 예를 보여주는 도면이고,
도2 내지 도5는 본 발명에 따른 자전거의 카본 프레임(F)의 수리방법을 순차적으로 보여주는 도면으로서 도2는 카본 프레임(F)의 파손된 부분의 내부공간에 발포 성형물을 충진한 상태를 보여주는 도면이고,
도3은 자전거의 카본 프레임의 파손된 부분을 샌딩처리한 상태를 보여주는 도면이며,
도4는 카본 프레임(F)의 파손된 부분에 카본시트를 부착한 상태를 보여주는 도면이고,
도5는 본 발명에 따른 자전거의 카본 프레임 수리장치를 보여주는 도면이며,
도6은 도5의 평면도이다.

이하, 본 발명에 따른 자전거의 카본 프레임 수리장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도5는 본 발명에 따른 자전거의 카본 프레임 수리장치를 도시한 도면이고, 도6은 도5의 평면도이다.

도5 및 도6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 자전거의 카본 프레임 수리장치는 카본 프레임(F)을 구비하는 자전거에 있어서 파손된 부위를 수리하기 위한 카본 시트가 부착된 상기 카본 프레임(F)을 삽입할 수 있도록 카본 프레임(F)과 대응되는 형틀(111, 121)이 내부에 형성되고 형틀(111, 121)에는 그 내부에 삽입된 카본 프레임(F)에 열을 가하기 위한 열선(130)이 구비되는 수리통체(100)와, 카본 프레임(F)이 삽입된 상기 수리통체(100)의 형틀(111, 121) 내부를 진공 형성하기 위한 진공펌프를 포함하여 이루어진다. 본 발명에서 도면에 도시된 카본 프레임(F)은 전체 자전거에서 안장, 핸들, 바퀴 등의 부속품을 제거하고 남는 뼈대를 말하는 것으로 카본으로 제조된 프레임이다.

상기 수리통체(100)는 자전거의 카본 프레임(F)을 삽입하고 파손된 부위에 부착된 카본 시트를 열융착하여 수리하기 위한 것으로, 카본 프레임(F)을 삽입할 수 있도록 카본 프레임(F)과 대응되는 형틀(111, 121)이 내부에 형성되고 형틀(111, 121)에 삽입된 카본 프레임(F)에 열을 가하기 위해 열선(130)이 형틀(111, 121) 또는 그 주위에 구비된다. 보다 구체적으로 수리통체(100)는 도5에 도시된 바와 같이 몸체부(120)와 몸체부(120)에 회동가능하게 결합되어 몸체부(120)를 덮는 덮개부(110)로 이루어진다. 카본 프레임(F)이 삽입되도록 몸체부(120)에는 하부 형틀(121)이 형성되고, 덮개부(110)에는 상부 형틀(111)이 형성되며 덮개부(110)의 상면에는 도6에서와 같이 형틀(111, 121)과 동일한 모양의 형틀 표시선(112)이 형성된다. 한편, 본 실시예에서는 형틀을 몸체부(120)에 형성되는 하부 형틀(121)과 덮개부(110)에 형성되는 상부 형틀(111)로 나뉘어져 구성되었으나, 다른 실시예로서 몸체부(120)에만 형틀을 형성하여 구성할 수도 있다.

수리통체(100)의 형틀(111, 121)에 구비되는 열선(130)은 카본 시트(30)가 부착된 카본 프레임(F)의 부분에 열을 가하여 카본 프레임(F)에 일체로 결합시키기 위한 것으로 몸체부(120), 또는 몸체부(120)와 함께 덮개부(110)에 형틀(111, 121)을 따라 내장된다. 한편, 열선(130)에는 도6에서와 같이 열선(130)을 따라 다수의 전원공급 단자(131)가 형성된다. 다수의 전원공급 단자(131)는 전원공급선(미도시)의 (+)단자와 (-)단자를 접속하기 위한 것으로, 카본 프레임(F)에 부착되는 카본 시트(30)가 위치하는 구간의 열선(130)의 양 단자에 전원공급선(미도시)의 (+)단자와 (-)단자를 각각 접속한다.

따라서, 본 발명에서는 이러한 구성에 의해 열선(130)이 다수의 구간으로 나뉘어지고 카본 프레임(F)에 부착되는 카본 시트(30)가 위치하는 구간의 열선(130)에만 전류가 통하도록 함으로써 수리에 소요되는 전력소모를 줄일 수 있다.

상기 진공펌프(도면 미도시)는 카본 프레임(F)이 삽입된 수리통체(100)의 형틀(111, 121) 내부를 진공 형성하기 위한 것으로 형틀(111, 121) 내부공간과 연결되는 연결구(122)에 결합된다. 또한, 각각의 형틀(111, 121) 주위에는 형틀 내부공간이 밀폐될 수 있도록 고무 패킹부재(124)가 형성된다. 본 실시예에서 진공펌프는 수리통체(100)와 별도로 구비되나, 수리통체(100) 내부에 내장되어 구성할 수도 있다.

이하에서는 상기와 같은 구성의 수리장치를 이용한 본 발명에 따른 자전거의 카본 프레임(F) 수리방법에 대해 상세하게 설명한다. 본 발명에서는 자전거의 카본 프레임(F)이 파손된 경우로서 균열(10)이 발생한 경우를 예로 들어 설명한다.

먼저, 도1에서와 같이 자전거의 카본 프레임(F)이 파손되어 균열(10)이 발생한 경우 카본 프레임(F)에 결합되어 있는 자전거의 여러 부품인 안장, 손잡이, 휠 등의 부품을 분리시킨다. 그 다음 분리가 완료된 카본 프레임(F)에서 파손된 부위의 카본 프레임(F)의 내부공간에 폼(foam) 형성제를 주입하여 발포 성형물(20)을 형성한다(도2 참조). 파손된 카본 프레임(F)의 내부 공간에 주입하는 폼 형성제는 본 실시예에서 폴리우레탄 폼 형성제를 사용한다. 폴리우레탄 폼은 압력용기 내에 폴리올, 촉매, 발포제 등이 혼합된 수지혼합액과 이소시아네이트를 혼합하고 고압의 가스를 이용하여 노즐 밖으로 분사하고 경화시켜 카본 프레임(F)의 내부에 발포 성형물(20)을 형성, 충진시키게 된다. 폼 형성제의 주입은 카본 프레임(F)에 발생한 균열(10)을 통해서 주입하거나 또는 별도의 주입공을 카본 프레임(F)에 뚫어 주입하게 되고 프레임(F)의 균열(10)부분까지 발포체가 채워지도록 여유있게 주입한다. 파손된 카본 프레임(F)의 내부에 주입된 폼 형성제는 발포되고 소정시간 경과 후 경화되어 파손된 부분을 중심으로 프레임(F) 내부 일정공간이 발포 성형물(20)로 채워지게 된다.

카본 프레임(F)의 내부 공간에 발포 성형물(20)이 충진된 다음에는 파손부분인 균열(10)이 발생한 부분과 그 주변을 사포질로 연마하여 샌딩처리를 한다(도3). 사포질은 발포 성형물(20)이 채워진 균열(10) 부분을 포함하여 그 주변의 일정 영역을 도3에서와 같이 수행한다.

카본 프레임(F)의 샌딩처리단계 후에는 사포질한 부분에 도4에서와 같이 카본 시트(30)를 부착한다. 본 발명에서 카본 시트(30)는 카본 섬유층에 열경화성 수지를 미리 함침시켜 제조되는 카본 프리프레그(prepreg)형태의 카본 시트(30)를 사용한다. 일반적으로 카본 프리프레그에 사용되는 열경화성 수지의 경화는 다음의 3단계로 진행되는데, 수지와 경화재의 배합비에 따라 단순히 혼합만 된 상태로 경화반응이 전혀 일어나지 않는 상태(1단계)와, 수지와 경화재가 어느 정도 반응이 진행되어 점도가 급상승하여 용제에 의해 용해되지 않고 열에 의해 용융되어 유동을 형성하는 단계(2단계)와, 수지와 경화재의 반응이 거의 끝나거나 완료된 단계로서 솔벤트나 열에 의해 영향을 받지 않으며 소재의 경화가 이루어진 단계(3단계)로 이루어진다.

카본 프리프레그는 수지 경화단계 중 2단계로 경화시키고 저온에서 보관하여 더 이상의 반응을 지연시킨 것으로, 본 발명에서는 카본 섬유층에 에폭시 수지를 미리 함침시켜 프리프레그 형태로 된 카본 시트(30)를 사용한다. 이러한 카본 시트(30)를 카본 프레임(F)의 파손된 부분에 맞도록 절단한 후 파손된 부분에 부착한다.

이와 같이 파손된 부위에 카본 시트(30)를 부착한 카본 프레임(F)을 도5와 같이 본 발명의 수리통체(100)의 형틀(111, 121)에 삽입하고 덮개부(110)를 덮은 다음 진공펌프에 의해 형틀(111, 121) 내부 공간이 진공 상태에서 카본 시트(30)가 부착된 카본 프레임(F)의 구간에 배치되는 열선(130)의 양 단자(131)에 전원을 공급하여 열을 가하게 된다. 형틀 내부를 진공펌프에 의해 진공상태를 형성하는 것은 카본 프레임(F)과 카본 시트(30) 사이의 공기를 빼냄으로써 카본 시트(30)를 카본 프레임(F)에 보다 밀착시켜 카본 프레임(F)과의 결합력을 향상시키기 위함이다.

또한, 열선(130)의 선택은 덮개부(110)를 덮기 전에 미리 작동시킬 구간의 열선(130)을 확인하여 전원을 공급할 열선(130)의 구간을 선택하거나 덮개부(110)의 상면에 표시된 형틀 표시선(112)을 통해 선택할 수 있다. 이와 같이 카본 프레임(F)에 부착되는 카본 시트(30)가 위치하는 구간의 열선(130)에 의해 열을 가하여 카본 시트(30)를 카본 프레임(F)에 일체로 결합시키고 경화시켜 수리를 완료하게 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 자전거의 카본 프레임 수리장치는 수리통체(100) 내의 형틀에 카본 프레임(F)을 삽입하고 진공상태에서 열융착시킴으로써 사용하기 간편하면서도 보강재와 기존 카본 프레임(F)의 결합력이 향상되고, 또한 카본 시트(30)가 위치하는 구간의 열선(130)만 선택적으로 사용함으로써 파손된 부분 이외의 부분은 원형 그대로 유지하면서도 전력소모를 줄여 수리비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 자전거의 카본 프레임 수리방법에 의하면 전술한 바와 같이 파손된 카본 프레임(F)의 내부공간에 폴리우레탄 폼 발포체를 형성함으로써 오히려 기존 카본 프레임(F)보다도 충격강도와 휨강도가 향상되고 또한, 카본 프레임(F)의 내부에 충진된 발포체에 의해 부착되는 카본 시트(30)가 내부에서 지지되고 진공상태에서 카본 시트(30)를 열융착시켜 기존의 카본 프레임(F)과 결합시킴으로써 결합력이 강화되고 동시에 기존 프레임(F)의 원형에 가깝게 복원할 수 있는 장점이 있다.

이상, 본 발명에 대해 바람직한 실시예를 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능함을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

F : 카본 프레임 10 : 균열
20 : 발포 성형물 30 : 카본 시트
100 : 수리통체 110 : 덮개부
111 : 상부 형틀 112 : 형틀 표시선
120 : 몸체부 121 : 하부 형틀
122 : 연결구 130 : 열선

Claims

카본 프레임(F)을 구비하는 자전거에 있어서 파손된 부위를 수리하기 위한 카본 시트(30)가 부착된 상기 카본 프레임(F)을 삽입할 수 있도록 카본 프레임(F)과 대응되는 형틀이 내부에 형성되고, 상기 형틀에 삽입된 카본 프레임(F)에 열을 가하기 위해 열선(130)이 내장되는 수리통체(100)와,
상기 카본 프레임(F)이 삽입된 상기 수리통체(100)의 형틀 내부를 진공 형성하기 위한 진공펌프를 포함하여 이루어져서 상기 진공펌프에 의해 형틀 내부가 진공으로 된 상태에서 수리를 위해 부착된 상기 카본 시트(30)를 열선(130)에 의해 상기 카본 프레임(F)에 열융착시켜 수리하는 것을 특징으로 하는 자전거의 카본 프레임 수리장치.
제1항에 있어서,
상기 형틀은 하부 형틀(121)과 상부 형틀(111)로 이루어지고,
상기 수리통체(100)는 하부 형틀(121)이 형성되는 몸체부(120)와, 상부 형틀(111)이 형성되어 상기 몸체부(120)를 덮는 덮개부(110)로 이루어지는 자전거의 카본 프레임 수리장치.
제1항에 있어서,
상기 수리통체(100)는 상기 형틀이 형성되는 몸체부(120)와 상기 몸체부(120)를 덮는 덮개부(110)로 이루어지는 자전거의 카본 프레임 수리장치.
제2항에 있어서,
상기 형틀 주위에는 형틀 내부를 밀폐하기 위한 패킹 부재(124)가 형성되는 자전거의 카본 프레임 수리장치.
제1항에 있어서,
상기 수리통체(100)에 내장되는 열선(130)은 다수의 구간으로 나뉘어져 구간별 열선(130)에 선택적으로 전류를 통할 수 있도록 형성되고 카본 프레임(F)에 부착된 카본 시트(30)가 위치하는 구간의 열선(130)에 열을 가하여 수리하는 자전거의 카본 프레임 수리장치.
제5항에 있어서,
상기 열선(130)을 따라 다수의 전원공급 단자(131)가 형성되어, 상기 다수의 전원공급 단자(131) 중 카본 프레임(F)에 부착된 카본 시트(30)가 위치하는 구간의 열선의 양 단자(131)에 전원공급선의 (+)단자와 (-)단자가 각각 접속될 수 있는 것을 특징으로 하는 자전거의 카본 프레임 수리장치.
카본 프레임(F)을 구비하는 자전거에 있어서 카본 프레임(F)의 파손된 부분의 내부공간에 폼(foam) 형성제를 주입하여 발포 성형물을 형성시키고, 상기 카본 프레임(F)의 파손된 부분에 카본 섬유층에 수지를 미리 함침시켜 제조되는 카본 시트(30)를 부착한 다음 수리통체(100) 내에 카본 프레임(F)과 대응되도록 형성되는 형틀에 카본 시트(30)가 부착된 상기 카본 프레임(F)을 삽입하고 진공펌프에 의해 상기 수리통체(100)의 형틀 내부가 진공으로 된 상태에서 형틀에 구비되는 열선(130)에 의해 열을 가하여 카본 시트를 카본 프레임(F)에 일체로 결합시키는 것을 특징으로 하는 자전거의 카본 프레임 수리방법.
제7항에 있어서,
상기 카본 시트(30)를 카본 프레임(F)의 파손된 부분에 부착하기 전에 상기 카본 프레임(F)의 파손된 부분을 샌딩처리하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 자전거의 카본 프레임 수리방법.