KR101943735B1 - 자전거 프레임의 제조장치 및 이에 의해 제조된 자전거 프레임 - Google Patents

자전거 프레임의 제조장치 및 이에 의해 제조된 자전거 프레임 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금형에 수지를 주입하고 WIT(Water Injection Technology) 공법을 이용하여 수지 내부의 중공부를 형성하는 WIT 공법을 이용한 자전거 프레임의 제조장치 및 이에 의해 제조된 자전거 프레임을 제공하는 것이다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 제품의 형상으로 캐비티가 형성된 금형부, 상기 캐비티 일측에서 상기 캐비티 내부에 액상의 수지를 주입하는 사출부, 상기 캐비티 타측에서 상기 캐비티 내부에 물을 주입하여 상기 캐비티 내부에 주입된 수지의 내부에 중공부를 형성하는 인젝터 및 상기 캐비티에 물이 주입되면서 상기 캐비티에서 오버플로우되는 수지를 배출시키는 보조 캐비티를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거 프레임의 제조장치 및 이에 의해 제조된 자전거 프레임을 개시한다.

Description

자전거 프레임의 제조장치 및 이에 의해 제조된 자전거 프레임{manufacturing device of bicycle frame and bicycle frame using the same}
본 발명은 자전거 프레임의 제조장치 및 이에 의해 제조된 자전거 프레임에 관한 것이다. 보다 상세하게는 금형에 수지를 주입하고 WIT 공법을 이용하여 수지 내부의 중공부를 형성하는 WIT 공법을 이용한 자전거 프레임의 제조장치 및 이에 의해 제조된 자전거 프레임에 관한 것이다.
육상 운송 수단 중 하나인 자전거는 운전자의 구동력을 기반으로 동작할 수 있음에 따라 환경오염방지 및 에너지절약 등의 차원에서 매우 유용하다. 그뿐 아니라 자전거는 운전자의 체력을 증강해줄 수 있고, 레저 활동의 도구로도 이용될 수 있는 측면에서도 인기가 많다. 즉, 자전거는 운송수단뿐 아니라 스포츠 또는 레저 도구로도 많이 이용된다. 이에 자전거는 용도, 구조, 재질, 구동원리 등에 따라서 다양하게 구분될 수 있다.
사용자의 용도 관점에서 자전거는 일반용, 경기용, 산악용, 레저용 등으로 구분될 수 있다. 특히, 일반용 자전거의 경우는 운전자만 탑승할 수 있는 1인용, 2인 이상이 탑승할 수 있는 다인승용, 탑승자의 후방에 화물을 실을 수 있는 화물용 등이 있다.
하지만, 종래의 자전거 프레임은 여러 조각의 스틸을 용접 등의 접합방식을 이용하여 일체가 되게 성형되어 사용되며, 이러한 스틸 프레임은 그 무게가 상당하므로 최근에는 카본 등의 섬유시트를 이용하여 프레임의 무게를 줄이면서도 강성이 우수한 프레임을 생산하고 있다. 최근 사용되는 상기한 프레임은 등록특허 제938175호 및 등록 특허 제1116641호에서와 같이 각 프레임을 분리 제작한 다음 접착 등의 접합방식을 이용하여 일체로 제작하고 있다. 하지만, 이러한 공정으로 제작된 자전거 프레임은 대량생산은 유리하나 접합부분이 약하여 파열우려가 발생된다. 특히 자체의 수지물성과 본드의 수지물성이 다르므로 그 부분에 변화가 생겨 상호간에 분리되는 단점이 있었다.
등록특허 제938175호
본 발명은 금형에 수지를 주입하고 WIT(Water Injection Technology) 공법을 이용하여 수지 내부의 중공부를 형성하는 WIT 공법을 이용한 자전거 프레임의 제조장치 및 이에 의해 제조된 자전거 프레임을 제공하는 것이다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자전거 프레임의 제조장치는 제품의 형상으로 캐비티가 형성된 금형부, 상기 캐비티 일측에서 상기 캐비티 내부에 액상의 수지를 주입하는 사출부, 상기 캐비티 타측에서 상기 캐비티 내부에 물을 주입하여 상기 캐비티 내부에 주입된 수지의 내부에 중공부를 형성하는 인젝터 및 상기 캐비티에 물이 주입되면서 상기 캐비티에서 오버플로우되는 수지를 배출시키는 보조 캐비티를 포함한다.
또한, 상기 인젝터의 단부에는 발사체가 구비되며, 상기 인젝터에서 물이 주입되면 상기 발사체는 상기 캐비티 타측에서 일측으로 이동되어, 상기 캐비티 내부에 주입된 수지의 내부에 중공부를 형성할 수 있다.
또한, 상기 캐비티에 물이 주입되면서 상기 캐비티에서 오버플로우되는 수지 중 일부는 상기 사출부로 재 유입될 수 있다.
또한, 상기 발사체는 상기 캐비티 일측에 이동 후 고정되어, 상기 사출부로 물이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 보조 캐비티의 개폐를 담당하는 개폐부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 보조 캐비티는 상기 캐비티 내부에 물이 주입될 시 개방되어, 상기 캐비티에서 오버플로우되는 수지를 배출시킬 수 있다.
또한, 상기 인젝터는 공급되는 물의 압력을 조절하기 위한 유압 실린더를 구비할 수 있다.
또한, 상기 인젝터에 물을 공급하는 물탱크를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 캐비티 내부에 주입된 수지의 중공부에 공기를 공급하는 공기 공급부 및 상기 캐비티 내부에 주입된 수지의 중공부의 공기와 물을 배출하기 위한 흡입부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자전거 프레임은 상술한 자전거 프레임의 제조장치에 의해 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 자전거 프레임의 제조장치 및 이에 의해 제조된 자전거 프레임은 금형에 수지를 주입한 후 그 내부에 물의 경로를 이용하여 중공부를 형성함으로써, 일정한 두께를 가지면서 얇고 균일한 성형품을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자전거 프레임의 제조장치 및 이에 의해 제조된 자전거 프레임은 물을 사용하여 성형품을 직접 냉각시키는 방식을 사용하기 때문에 냉각 공정 시간을 단축할 수 있어 제조 기간을 감소할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자전거 프레임의 제조장치 및 이에 의해 제조된 자전거 프레임은 성형품의 내부에 중공부를 조성하여 우수한 강성을 갖출 수 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거 프레임의 제조장치를 이용한 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거 프레임의 제조장치를 나타내는 개략도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거 프레임의 제조장치를 통해 자전거 프레임을 제조하는 과정을 단계별로 나타내는 부분 단면도이다.
도 7은 도 6의 7을 확대한 확대도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거 프레임의 제조장치에 의해 제조된 자전거 프레임을 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 구성은 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
<자전거 프레임 제조방법>
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거 프레임의 제조장치를 이용한 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거 프레임의 제조방법은 수지 주입 단계(S100), 물 주입 단계(S200), 수증기 변환 및 흡입 단계(S300) 및 취출 단계(S400)를 포함한다.
상기 수지 주입 단계(S100)에서는 금형에 형성된 캐비티의 일측에 구비된 사출부를 통해 캐비티 내부에 수지를 주입하여 캐비티 내부를 채운다.
여기서, 주입되는 수지는 폴리프로필렌(PP: Polypropylene), ABS, PA6, PBT, PA66, PEEK 또는 LCP 수지 등을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 물 주입 단계(S200)에서는 캐비티 타측에 구비된 인젝터를 통해 캐비티 내부에 주입된 수지의 내부로 물을 점진적으로 주입하여 중공부를 형성한다.
여기서, 물이 주입되면서 차가운 물과 뜨거운 수지의 온도차를 이용하여 캐비티 내부에 주입된 수지를 빠른 시간 내에 냉각시킬 수 있다. 이때, 주입되는 물의 압력은 80bar 내지 210bar의 압력으로 주입될 수 있다.
또한, 물이 주입됨과 동시에 물이 주입되는 만큼 수지가 캐비티에서 오버플로우되어 보조 캐비티로 배출된다(S210).
또한, 물이 주입됨과 동시에 물이 주입되는 만큼 수지 중 일부는 사출부에 재유입될 수 있다.
여기서, 상기 보조 캐비티는 별도의 개폐부를 통해 개방 또는 폐쇄될 수 있으며, 물이 주입되는 과정에 개방되어 오버플로우되는 수지를 수용한다.
여기서, 물 주입 단계(S200)에서는 인젝터 끝단에 구비된 발사체가 주입되는 물에 의해 이동되면서, 수지의 내부에 중공부를 형성한다(S220).
또한, 상기 수증기 변환 및 흡입 단계(S300)에서는 수지가 완전히 굳은 후에 수지 내부에 주입된 물을 수증기로 변환하여 배출하기 위하여 수지 내부에 주입된 물의 압력을 감소시킨다(S310). 이때, 수지 내부의 압력은 약 1bar로 감소시키는 것이 바람직하다. 이렇게, 물의 압력을 감소시키면 물의 끓는 점이 감소하여 수지 내부에 주입된 물이 끓으면서 수증기로 변환된다. 물이 끓으면서 끓는점 포화상태에 도달하게 되면 수지 내부의 압력이 다시 상승하게 되므로, 물이 완전히 수증기로 변환될 때까지 이러한 과정을 반복한다.
다음으로, 물이 수증기로 변화하면서 수지 내부에 형성된 중공부의 물 얼룩 방지 및 중공부 내부를 건조하기 위하여 공기 압축기에서 공급되는 공기를 중공부 내부로 주입함과 동시에 흡입기를 사용하여 중공부 내부의 공기 및 수증기를 흡입한다(S320).
마지막으로, 상기 취출 단계(S400)에서는 중공부 내부의 수증기를 완전히 제거하여 완성된 합성수지 자전거 프레임의 금형을 탈형하여 자전거 프레임을 취출 함으로써 자전거 프레임의 제조를 완료한다(S400).
<자전거 프레임 제조장치>
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거 프레임의 제조장치를 나타내는 개략도이며, 도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거 프레임의 제조장치를 통해 자전거 프레임을 제조하는 과정을 단계별로 나타내는 부분 단면도이고, 도 7은 도 6의 7을 확대한 확대도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거 프레임의 제조장치에 의해 제조된 자전거 프레임을 나타내는 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자전거 프레임의 제조장치는 금형부(200), 사출부(300), 인젝터(400), 물탱크(500), 공기 공급부(600) 및 흡입부(700)를 포함한다.
상기 금형부(200)는 일정 제품, 일례로 자전거 프레임(600)의 형상으로 캐비티(210)를 형성한다. 이러한 캐비티(210)는 자전거 프레임(600)의 메인 바디 및 싯스테이 등의 형상을 고려하여 형성한다.
여기서, 자전거 프레임(600)의 싯스테이에 대응되는 캐비티(210)의 일측에는 캐비티(210)에서 오버플로우되는 수지(10)를 배출되어 수용되는 보조 캐비티(220)가 형성된다.
여기서, 상기 캐비티(210)와 상기 보조 캐비티(220)의 사이에는 보조 캐비티(220)의 개폐를 담당하는 개폐부(221)가 형성된다. 상기 개폐부(221)는 작업자에 의해 수동 또는 자동으로 동작할 수 있다.
특히, 상기 캐비티(210) 내부로 수지(10)가 주입될 경우에는 상기 개폐부(221)는 폐쇄되어 캐비티(210)에서 보조 캐비티(220)로 수지(10)가 유입되지 않도록 하며, 상기 캐비티(210) 내부로 물(20)이 유입되는 경우 자동으로 개방되어 캐비티(210)에서 오버플로우되는 수지(10)가 보조 캐비티(220)로 배출되도록 배출 경로를 제공한다.
상기 사출부(300)는 상기 캐비티(210)의 일측에 배치되며, 상기 캐비티(210)의 일측으로 액상의 수지(10)를 공급한다.
여기서, 상기 사출부(300)는 가루 또는 벌크 수지를 공급하기 위한 호퍼(310), 상기 가루 또는 벌크 수지를 용융하여 공급하기 위한 핫노즐(320), 액상의 수지(10)의 경로를 제공하는 유로(321) 및 상기 유로(321)와 상기 캐비티(210)를 연결하는 인터페이스(330)를 포함한다.
또한, 상기 유로(321) 내부에는 액상의 수지(10)의 경화를 방지하기 위한 히터(322)가 설치될 수 있다.
상기 인젝터(400)는 캐비티(210) 내부에 주입된 수지(10)의 내부에 중공부를 형성하기 위한 것으로서, 단부에는 물(20)을 투입하기 위한 물 투입 노즐이 형성되고, 물(20)을 주입하는 노즐이 캐비티(210) 타측에 연결되도록 구비된다.
이러한 인젝터(400)에서 공급되는 물(20)은 물(20)의 압력을 이용하여 물(20)의 경로에 따라 수지(10) 내부에 중공부를 형성하게 된다.
또한, 상기 인젝터(400)의 단부, 즉, 노즐의 단부에는 발사체(410)가 배치된다. 여기서, 인젝터(400)에서 캐비티(210)로 공급되는 물(20)의 압력에 의해 발사체(410)는 캐비티(210)의 타측에서 일측으로 이동하며, 이동 경로에 따라 수지(10) 내부에 중공부를 형성하게 된다.
여기서, 상기 발사체(410)의 이동에 따라 형성되는 중공부에 의해 캐비티(210) 내에서 오버플로우되는 수지(10)는 보조 캐비티(220)로 배출된다. 이는 상술한 바와 같이, 캐비티(210)와 보조 캐비티(220) 사이의 개폐부(221)가 개방되어, 오버플로우된 수지(10)의 배출 경로를 제공한다.
또한, 상기 발사체(410)의 이동에 따라 형성되는 중공부에 의해 캐비티(210) 내에서 오버플로우되는 수지(10) 중 일부는 상기 인터페이스(330) 및 유로(321)를 따라 사출부(300)로 재 유입되어 회수 될 수 있다.
여기서, 상기 발사체(410)는 캐비티(210)의 일측 영역에서 삽입되어 고정되며, 발사체(410)를 통해 상기 캐비티(210)의 일측에서 상기 인터페이스(330)의 연결 경로가 폐쇄되어 사출부(300)로 물(20)이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 인젝터(400)는 공급되는 물(20)의 압력을 조절하기 위한 유압실린더를 구비한다. 이러한 유압실린더에서 조절되는 물(20)의 압력은 80bar 내지 210bar의 압력으로 주입되는 것이 바람직하다.
상기 물탱크(500)는 인젝터(400)와 연결되어 인젝터(400)에 물(20)을 공급하기 위한 물(20)을 저장하는 장치이다. 이때, 물탱크(500)와 인젝터(400) 사이에는 인젝터(400)에 물(20)을 원활하게 공급하기 위한 펌프(550)가 더 구비되는 것이 바람직하다. 이러한 펌프(550)의 용량은 15l/분 내지 27l/분인 것이 바람직하다.
상기 공기 공급부(600)는 수지(10) 내부에 주입된 물(20)을 제거하기 위해 물(20)의 압력을 감소시켜 수증기로 변환하는 과정에서 중공부 내부 표면이 거칠어지는 것을 방지하기 위하여 공기를 주입하는 장치이다.
이러한 공기 공급부(600)는 강한 압력의 공기를 공급하는 공기 압축기(620) 및 공기 압축기(620)와 인젝터(400)를 연결하도록 구비되는 공기 노즐(610)로 구성된다. 여기서, 상기 공기 압축기(620)는 발사체(410)의 이동 방향과 동일한 방향으로 캐비티(210) 내부에 공기를 주입한다.
상기 흡입부(700)는 수지(10) 내부의 수증기 및 공기를 흡입하기 위한 장치이다. 이러한 흡입부(700)는 공기 및 수증기를 흡입하기 위한 흡입기(720)와 연결되고, 흡입기(720)와 인젝터(400)를 연결하도록 구비되는 흡입 노즐(710)로 구성된다. 여기서, 상기 흡입기(720)는 발사체(410)의 이동 방향과 반대 방향으로 캐비티(210) 내부에 공기를 흡입한다.
여기서, 상기 공기 압축기(620)와 흡입기(720)는 순차적 또는 동시에 작동하여, 캐비티(210) 내의 압력을 적절한 상태로 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거 프레임의 제조장치를 통해 제조된 자전거 프레임(600)은
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 자전거 프레임의 제조장치 및 이에 의해 제조된 자전거 프레임을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
200: 금형부 300: 사출부
400: 인젝터 500: 물탱크
600: 공기 공급부 700: 흡입부

Claims (10)

  1. 제품의 형상으로 캐비티가 형성된 금형부;
    상기 캐비티 일측에서 상기 캐비티 내부에 액상의 수지를 주입하는 사출부;
    상기 캐비티 타측에서 상기 캐비티 내부에 물을 주입하여 상기 캐비티 내부에 주입된 수지의 내부에 중공부를 형성하는 인젝터; 및
    상기 캐비티에 물이 주입되면서 상기 캐비티에서 오버플로우되는 수지를 배출시키는 보조 캐비티를 포함하고,
    상기 사출부는,
    가루나 벌크 수지를 공급하기 위한 호퍼;
    상기 가루나 벌크 수지를 용융하여 공급하기 위한 핫노즐;
    액상의 수지의 경로를 제공하는 유로;
    상기 유로와 상기 캐비티를 연결하는 인터페이스;를 포함하며,
    상기 유로 내부에는 액상의 수지의 경화를 방지하기 위한 히터;가 설치되고,
    상기 인젝터의 단부에는 발사체가 구비되며,
    상기 인젝터에서 물이 주입되면 상기 발사체는 상기 캐비티 타측에서 일측으로 이동되어,
    상기 캐비티 내부에 주입된 수지의 내부에 중공부를 형성하고,
    상기 캐비티에 물이 주입되면서 상기 캐비티에서 오버플로우되는 수지 중 일부는 상기 인터페이스 및 유로를 따라 상기 사출부로 재 유입되며,
    상기 발사체는 상기 캐비티의 일측 영역에서 삽입되어 고정되며, 상기 발사체를 통해 상기 캐비티의 일측에서 상기 인터페이스의 연결 경로가 폐쇄되어 상기 사출부로 물이 유입되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 자전거 프레임의 제조장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 캐비티의 개폐를 담당하는 개폐부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거 프레임의 제조장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 보조 캐비티는 상기 캐비티 내부에 물이 주입될 시 개방되어, 상기 캐비티에서 오버플로우되는 수지를 배출시키는 것을 특징으로 하는 자전거 프레임의 제조장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 인젝터는 공급되는 물의 압력을 조절하기 위한 유압 실린더를 구비한 것을 특징으로 하는 자전거 프레임의 제조장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 인젝터에 물을 공급하는 물탱크를 더 포함한 것을 특징으로 하는 자전거 프레임의 제조장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐비티 내부에 주입된 수지의 중공부에 공기를 공급하는 공기 공급부 및
    상기 캐비티 내부에 주입된 수지의 중공부의 공기와 물을 배출하기 위한 흡입부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거 프레임의 제조장치.
  10. 삭제
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