KR102412562B1 - 안전성을 강화하여 터널 내에서 주행 가능한 궤도 차량 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 안전성을 강화하여 터널 내에서 주행 가능한 궤도 차량 어셈블리는, 터널의 측벽 주변에서 터널의 길이 방향을 따라 연장된 것으로, 터널의 측벽을 향한 면의 대향 면에서 터널의 길이 방향을 따라 함입 연장된 서브 홈을 구비한 레일; 관리자가 탑승하여 상기 레일을 따라 운전 가능한 것으로서, 관리자가 탑승할 공간을 제공하는 차체와, 상기 차체의 저면에 장착된 것으로, 상기 레일의 대향 측에 위치한 제 1 전륜과 제 1 후륜 및, 상기 레일에 안착된 것으로 상기 제 1 전륜 및 제 2 후륜보다 직경이 작은 제 2 전륜 및 제 2 후륜을 포함하는 차륜 및, 브라켓을 매개로 상기 차륜 주변에 장착된 상태에서 상기 서브 홈에 삽입되어 회동 가능한 서브 휠과, 상기 차륜을 구동하여 상기 차체를 운전하는 구동부를 포함하는 궤도 차량;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 안전성을 강화하여 터널 내에서 주행 가능한 궤도 차량 어셈블리에 의하면, 레일을 중심으로 전후 주행만 가능한 궤도 차량을 제공하여 차로의 차량과 충돌하는 문제를 방지함과 동시에 이 궤도 차량과 레일이 이중 결합을 하여 레일에서 궤도 차량이 이탈되는 문제를 방지함으로써 안정성을 강화할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

안전성을 강화하여 터널 내에서 주행 가능한 궤도 차량 어셈블리{TRACKED VEHICLE ASSEMBLY CAPABLE OF DRIVING IN A TUNNEL WITH ENHANCED SAFETY}

본 발명은 안전성을 강화하여 터널 내에서 운전 가능한 궤도 차량 어셈블리로서, 더욱 상세히는 인도나 갓길이 확보되지 않거나 데드 스페이스만 존재하는 터널의 측벽 주변을 따라 터널 시설 수리 또는 사고 시 초동 대처를 위해 안정적으로 궤도 차량을 주행할 수 있는 궤도 차량 어셈블리에 관한 것이다.

터널(tunnel)은 땅속이나 산을 뚫어 도로, 철도, 수로를 형성한 통로를 의미하는 것으로서, 터널이 설치되는 장소에 따라 산악/시가/수조 터널로 구분되며 현재에는 해저 터널이나 10km 이상의 긴 터널도 시공되고 있는 상황이다.

도로가 뚫린 터널을 예시하면, 터널에는 차로를 중심으로 차로 주변에 인도나 갓길이 형성된다.

그런데, 이러한 인도나 갓길이 설치되지 않는 터널도 상당히 많은데 이러한 터널에서 예를 들어 조명이나 전기 시설을 수리하거나 터널 내 사고 시 초동 대처를 위해 관리자를 터널에 투입해야 하는 상황이 발생하는 경우 교통 방해 문제로 차를 타고 진입하기 어렵거나 아예 갓길이나 인도가 없어 도보로 진입하기 어려운 것은 물론 억지로 도보로 진입하여도 교통사고가 발생할 수 있는 위험성이 도사리고 있다.

이러한 문제를 방지하기 위하여, 관리자가 터널에 투입하지 않고 기계적 수단을 매개로 터널 내에서 특정 작업을 수행할 수 있는 장치가 개발되고 있는 상황이다.

일 예로서, 국내 특허 제 1202618호인 터널등 청소장치는, 궤도차량의 일측에 체결되어 상하좌우로 이동되는 이동부재와; 상기 이동부재에 체결되어 좌우로 이동되는 레일 부재와; 상기 레일부재의 일측에 체결되어 터널등을 청소하는 청소부재와; 상기 청소부재와 연결되어 청소에 필요한 공급품을 공급하는 공급부재와; 상기 레일부재의 일측에 체결되어 터널등과의 거리를 측정하고 감지하는 센서부재; 및 상기 이동부재와 레일부재와 청소부재의 동작을 제어하는 제어부재를 포함하며, 상기 이동부재는 상기 궤도차량의 일측에 체결되는 받침부와, 상기 받침부의 상측에 체결되어 좌우로 조절되는 제 1 좌우조절부와, 상기 제 1 좌우조절부의 끝단에 연결되어 상하로 조절되는 상하조절부와, 상기 상하조절부의 끝단에 연결되어 좌우로 조절되는 제 2 좌우조절부로 이루어져, 터널에 설치된 레일 부재를 따라 움직이는 청소장치를 통해 인력 투입 없이 안전하게 터널등을 청소할 수 있는 장점이 있다고 게시되어 있다.

그런데, 실제 터널 등을 청소할 때 청소장치만으로 청소할 경우 깨끗하게 청소되지 않는 문제가 존재하는 것은 물론 청소 이외에 터널등/전기 시설을 수리할 경우에는 어쩔 수 없이 관리자가 터널 내에 투입되어야 하며, 특히 터널 내에서 교통사고가 발생한 경우 신속한 초동 대처를 위해 기계 장치가 아닌 사람, 즉 관리자가 투입하는 것이 현실적인데 상술한 기술은 간단한 청소 이외에 위와 같은 여러 문제를 해결할 별다른 수단을 제시하지 못하는 단점이 존재한다.

따라서, 터널의 측벽 주변의 좁은 공간에 관리자를 투입하되 주행이 가능하면서 안정성을 담보하는 궤도 차량을 매개로 관리자를 투입하여 터널 내에서 발생한 다양한 상황에 신속하게 대처함과 아울러 교통사고 문제를 해결할 수 있는 신규하고 진보한 터널 내 궤도 차량 운행 시스템을 개발할 필요성이 대두되는 실정이다.

본 발명은 상기 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 터널의 측벽 주변에서 터널의 길이 방향을 따라 연장된 레일을 매개로 주행되는 궤도 차량에 관리자가 탑승하여 터널 내에서 다양한 작업을 수행할 수 있는 환경을 제시함과 아울러 궤도 차량과 레일의 이중 결합을 통해 궤도 이탈 문제를 방지함으로 안정성을 더욱 강화한 궤도 차량 어셈블리를 제공하는 것을 주요 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 궤도 차량이 전기자동차와 같이 배터리 및 모터를 기반으로 주행될 수 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 궤도 차량이 레일에서 이탈되는 문제를 더욱 확실하게 방지하는 수단을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가 목적은 궤도 차량에서 레일과 결합하는 또 하나의 휠인 서브 휠의 안정적인 구동 환경을 확보할 수 있는 수단을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 안전성을 강화하여 터널 내에서 주행 가능한 궤도 차량 어셈블리는, 터널의 측벽 주변에서 터널의 길이 방향을 따라 연장된 것으로, 터널의 측벽을 향한 면의 대향 면에서 터널의 길이 방향을 따라 함입 연장된 서브 홈을 구비한 레일; 관리자가 탑승하여 상기 레일을 따라 운전 가능한 것으로서, 관리자가 탑승할 공간을 제공하는 차체와, 상기 차체의 저면에 장착된 것으로, 상기 레일의 대향 측에 위치한 제 1 전륜과 제 1 후륜 및, 상기 레일에 안착된 것으로 상기 제 1 전륜 및 제 2 후륜보다 직경이 작은 제 2 전륜 및 제 2 후륜을 포함하는 차륜 및, 브라켓을 매개로 상기 차륜 주변에 장착된 상태에서 상기 서브 홈에 삽입되어 회동 가능한 서브 휠과, 상기 차륜을 구동하여 상기 차체를 운전하는 구동부를 포함하는 궤도 차량;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 궤도 레일의 상면은, 볼록하게 라운딩 처리되어 돌출된 라운딩 돌출부를 구비하고, 상기 제 1 전륜 및 제 1 후륜은, 상기 라운딩 돌출부에 결합되도록 오목하게 라운딩 처리되어 함입된 라운딩 함입부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

더불어, 상기 구동부는, 배터리와, 상기 배터리로부터 전원을 공급받아 상기 차륜에 구동력을 제공하는 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 안전성을 강화하여 터널 내에서 주행 가능한 궤도 차량 어셈블리에 의하면,

1) 레일을 중심으로 전후 주행만 가능한 궤도 차량을 제공하여 차로의 차량과 충돌하는 문제를 방지함과 동시에 이 궤도 차량과 레일이 이중 결합을 하여 레일에서 궤도 차량이 이탈되는 문제를 방지함으로써 안정성을 강화할 수 있고,

2) 레일과 차륜 및 서브 휠의 결합 구조를 개선하여 궤도 차량이 레일에서 이탈되는 문제를 더욱 확실하게 강화하며,

3) 전기 자동차 방식으로 궤도 차량을 구동시켜 친환경적인 궤도 차량 운행 환경을 보장할 수 있는 것은 물론,

4) 보강층 및 부속 구성에 의해 서브 휠이 쉽게 마모되거나 이물질로 쉽사리 회전하지 못하는 문제를 방지할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 궤도 차량이 터널의 레일을 따라 주행하는 상태를 예시한 개념도.
도 2는 관리자가 탑승한 궤도 차량을 예시한 정면도.
도 3은 궤도 차량의 차륜이 레일에 결합된 상태를 도시한 사시도.
도 4는 도 3을 다른 각도에서 도시한 사시도.
도 5는 도 3의 평면도.
도 6은 본 발명의 보강층을 제조하는 과정을 나타낸 순서도.
도 7은 서브 휠에 카본 코어를 포함한 상태를 도시한 사시도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 궤도 차량이 터널의 레일을 따라 주행하는 상태를 예시한 개념도이고, 도 2는 관리자가 탑승한 궤도 차량을 예시한 정면도이다.

우선, 본 발명의 궤도 차량 어셈블리가 적용될 수 있는 터널은 도로, 철도에 제한을 두지 않으나 하기의 실시예에서는 도로가 설치된 터널을 예시하여 설명하도록 한다.

본 발명의 궤도 차량 어셈블리는 크게 터널에 설치된 레일(10)과, 이 레일(10)을 따라 주행되는 궤도 차량(100)을 포함한다.

레일(10)은 도로의 주변 측인 터널 측벽 근처에서 터널의 길이 방향을 따라 연장 형성된 것으로, 후술할 궤도 차량(100)이 결합되어 궤도 차량(100)의 이동 궤도를 형성하는 역할을 수행한다.

이러한 레일(10)은 도로에서 이동되는 일반 차량과 떨어진 터널 내 구석진 가장자리에 형성되어 관리자의 안정성을 담보하는 것이 중요한데, 만일 터널에 인도나 갓길이 설치된 경우라면 레일(10)은 인도/갓길의 일부 영역(예를 들어 인도/갓길의 우측 영역)을 따라 연장 형성될 수 있다. 도 1,2에서는 터널에 인도와 같은 좁은 길이 형성된 상태에서 이 길에 레일(10)이 연장 형성된 것을 예시하였다.

또한, 터널에 인도나 갓길이 없는 경우에는 터널 측벽에 근접한 터널의 바닥면에 레일(10)이 설치되는 것이 바람직한데, 이 위치가 터널(10) 내에서 도로에 방해되지 않는 최외각 가장자리인 것은 물론 아치 형상으로 형성된 터널의 기본적 형상의 특성상 터널 측벽이 바깥 방향으로 아치형으로 휘어져 있어 이 공간(즉, 데드 스페이스)에는 도로가 형성될 수 없고 궤도 차량(100)만 지날 수 있는 공간을 확보할 수 있어 궤도 차량(100)의 주행 시 안정성을 담보할 수 있기 때문이다.

특히, 레일(10)은 도 2 및 하기에서 설명할 도 3과 같은 도면을 보아 알 수 있듯이 터널 측벽을 바라보는 면의 반대 면, 즉 대향 면에 홈이 함입 형성되어 레일(10)의 연장 방향을 따라 연장된 것을 알 수 있는데, 본 발명에서는 이를 서브 홈(11)이라 한다. 이 서브 홈(11)은 후술할 서브 휠(130)이 결합되는 공간을 제공한다.

이러한 레일(10)은 후술할 궤도 차량(100)이 기본적으로 전륜 2개와 후륜 2개로 이루어진 좌우 1쌍의 총 4개의 바퀴, 즉 차륜(120)을 구비하였음에도 2개로 연장되지 않고 1개만 연장 형성되어 있는데, 후술하겠지만 궤도 차량(10)의 차륜 중 좌우 측 중 어느 한 측에 형성된 차륜(120)만 레일(10)과 결합하기 때문이다.

정리하면, 본 발명의 레일(10)은 터널 내 가장자리 부근에 연장 형성되되 공지의 레일과 달리 일 측면에 서브 홈(11)을 추가로 구비한 특징을 가진다.

도 3은 궤도 차량의 차륜이 레일에 결합된 상태를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3을 다른 각도에서 도시한 사시도이며, 도 5는 도 3의 평면도이다.

본 발명의 궤도 차량(100)은 무인 차량이 아니라 사람, 즉 관리자가 탑승하여 관리자의 운전으로 주행되는 것을 기본으로 하는바, 이러한 궤도 차량(100)은 일반적으로 차량이 복잡한 구조로 이루어져 있어 이에 맞게 세부 구조로 구분하여 자세히 설명할 수 있으나, 대개 공지의 차량과 유사한 구조를 가지기 때문에 본 발명에서는 크게 차체(110), 차륜(120), 서브 휠(130) 및 구동부로 구분하여 설명한다.

차체(110)는 관리자가 탑승할 공간을 제공하는 것으로, 특히 궤도 차량(100)이 터널의 가장자리 좁은 공간에서 위치하는 특성을 가지기 때문에 1인 또는 2인의 관리자만 탑승하는 것을 기본으로 하며 대략 50 내지 80cm의 전폭과 1500 내지 2300cm의 차폭이라는 전체적으로 슬림한 구조를 취한다. 이 경우, 2인의 관리자가 탑승할 때 전폭이 차폭보다 길기 때문에 앞뒤 2열로 공간을 만들어 관리자를 배치할 수 있다.

이러한 차체(110)는 좌석을 구비하여 관리자가 앉을 수 있거나 아니면 좌석 없이 입석으로 관리자를 수용할 수 있다.

또한, 차체(110)를 덮는 천장과 측벽이 형성될 수 있는데, 도 1과 같이 차체가 밀폐형 구조로 이루어지거나 아니면 탄광 갱도에서 움직이는 궤도차와 같이 상부가 개방된 구조를 취하는 것도 가능하다. 다만, 관리자의 안정성을 위해 본 발명의 차체(110)는 도 1과 같은 밀폐형 구조로 이루어지는 것이 바람직하고, 이때 전후면을 비롯한 측면에는 투명창이 형성되어 관리자의 시야를 확보할 수 있다.

더불어, 도 3 내지 도 5를 참조하면 차체(110)의 저면에는 후술할 차륜(120) 및 서브 휠(130)과 안정적으로 연결하기 위한 프레임(111)이 형성된 것을 알 수 있다.

이러한 차체(110)는 개폐 가능한 도어를 구비하여 관리자의 승하차를 보조할 수 있음과 동시에 전조등이나 후미등이 설치되어 어두운 터널 내에서 시인성을 확보할 수 있음은 물론이다.

도 3을 보아 알 수 있듯이, 차체(110)의 저면, 보다 구체적으로 프레임(111)에는 차륜(120)이 형성되어 있다. 특히, 본 발명의 궤도 차량(100)은 4개의 차륜(120)을 구비하여 주행 시 안정성을 확보하는 것을 기본으로 한다.

구체적으로 차륜(120)은 1쌍의 앞바퀴, 즉 전륜(121,122)과 1쌍의 뒷바퀴, 즉 후륜(124,125)으로 이루어져 있고 각각의 1쌍의 전륜(121,122)과 후륜(124,125)은 좌우 측에 위치하여 각각의 전륜축(123)과 후륜축(126)을 매개로 연결되어 있다.

이때, 본 발명에서는 좌우 측 중 일 측에 위치한 전륜과 후륜을 제 1 전륜(121), 제 1 후륜(124)이라 하고, 타 측에 위치한 전륜과 후륜을 제 2 전륜(122) 및 제 2 후륜(125)이라 한다.

도 1 및 도 2는 물론 도 3 내지 5를 참조하면, 레일(10)의 반대 측, 즉 왼쪽 전륜과 후륜을 제 1 전륜(121), 제 1 후륜(124)이라 하고, 그 반대 측인 레일(100) 측인 오른쪽 전륜과 후륜을 제 2 전륜(122) 및 제 2 후륜(125)이라 명명한 것을 알 수 있다.

도 1, 도 3과 같은 도면을 보아 알 수 있듯이, 제 2 전륜(122)과 제 2 후륜(125)이 상술한 레일(10)에 결합하고 제 1 전륜(121)과 제 1 후륜(124)은 레일(10)의 외측 부위인 터널 바닥에 안착되어 있다. 이러한 구조로 인해, 레일(10)의 기립된 높이만큼 제 2 전륜(122)과 제 2 후륜(125)은 제 1 전륜(121) 및 제 1 후륜(124)보다 작은 직경을 가진다.

즉, 본 발명의 궤도 차량(100)은 1개 라인으로 연장된 레일(10)에 도면을 기준으로 오른쪽 전륜 및 후륜, 즉 제 2 전륜(122)과 제 2 후륜(125)만이 결합하여 이동하는 구조이다.

이때, 제 2 전륜(122)과 제 2 후륜(125)은 레일(10)의 상면에 안착하거나 레일(10)의 상면에 별도로 마련된 결합 홈에 삽입된 상태에서 후술할 구동부의 동력으로 회전될 수 있고 이로 인해 궤도 차량(100)이 레일(10)을 따라 주행될 수 있다.

도 2 및 도 3 등의 도면을 참조하면, 차체(110)의 저면에 설치된 프레임(111)의 일 측에 브라켓(131)을 매개로 서브 휠(130)이 결합된 것을 알 수 있는데, 이 서브 휠(130)은 앞서 설명한 레일(10)의 서브 홈(11)에 결합되어 회전될 수 있다.

즉, 서브 휠(130)은 궤도 차량(100)의 일 측에 위치한 전륜과 후륜만 레일(10)에 결합되는 특성으로 궤도 차량(100)의 주행 중에 일 측 쏠림 현상이 발생되거나 레일(10)에서 이탈되는 문제를 방지하기 위해 레일(10)의 측면에 결합된 보조적인 휠이라 할 수 있다.

이때, 서브 홈(11) 주변에는 단턱이 형성되어 이에 결합된 서브 휠(130)이 쉽사리 외부로 이탈되는 문제를 방지할 수 있는바, 다시 말해 서브 홈(11) 및 서브 휠(130)의 다양한 결합 구조에 의해 양자의 견고한 결합 관계를 보장하면서 서브 휠(130)의 회전성 역시 원활하게 확보하는 것이 가능하다.

도면에 도시되어 있지는 않으나, 구동부는 관리자의 조작으로 궤도 차량(100)을 구동시키는 기능을 제공하는 것으로서, 이러한 구동부는 수동식 구조와 전동식 구조로 이루어지는 것이 모두 가능하다.

우선, 궤도 차량(100)은 레일(10)을 따라서만 이동되기 때문에 차체(110) 내에 운전대를 설치할 수는 있으나 운전대를 회전시켜 주행 방향을 변경하는 별도의 조향 장치를 갖추지 않는다.

구동부가 수동식 구조로 이루어진 예를 들면, 차체(110) 내에 페달을 구비하고 이 페달의 회전으로 발생한 구동력을 전륜축(123)이나 후륜축(126) 중 적어도 어느 하나로 전달하여 이를 회전시키는 방식으로 차륜(120)을 회전시킬 수 있다. 이러한 수동식 구조는 공지의 자전거의 페달 기반 구동 구조 등을 참조하면 되므로 구체적인 설명은 생략한다.

구동부가 전동식 구조로 이루어진 예 역시 다양하게 설정될 수 있으나, 본 발명에서는 전기자동차와 같은 전동 구조를 예시한다.

구체적으로, 전동 기반의 구동부는 배터리와, 이 배터리로부터 전원을 공급받아 차륜에 구동력을 제공하는 모터로 이루어질 수 있다.

모터는 전륜축(123)이나 후륜축(126) 중 적어도 어느 하나에 기어와 링크와 같은 동력 전달 수단을 통해 모터에 장착된 샤프트의 회전력을 전달하여 전륜축(123) 내지 후륜축(126)을 회전시킬 수 있고 이로써 궤도 차량(100)을 주행시킬 수 있다.

이러한 전동 기반의 구동부에 의하면, 관리자가 힘들게 수동으로 조작하여 궤도 차량(100)을 움직이는 번거로움을 줄임과 동시에 전기식 구동 기반에 의해 매연을 발생시키지 않아 환경친화적인 장점을 제공할 수 있다.

물론 전동 기반의 구동부는 배터리와 모터 이외에 다양한 기계적 수단을 구비하는데, 이 역시 공지의 수단이므로 본 발명에서는 전기자동차 방식으로 이루어질 수 있다는 상술한 개략 설명으로 구체적인 설명을 대신한다.

더불어, 궤도 차량(100)은 관리자에 의해 조작 가능한 브레이크와 같은 별도의 제동 수단을 갖추어 궤도 차량(100)의 주행 속도를 줄이거나 멈출 수 있음은 물론이다.

정리하면, 본 발명의 궤도 차량 어셈블리는 궤도 차량(100)은 물론 궤도 차량(100)의 일 측에 위치한 차륜(120)에 결합되는 레일(10)을 제공하여 터널 내 좁은 공간에서 효율적으로 궤도 차량(100)을 주행시킬 수 있는 것은 물론, 궤도 차량(100)의 차륜(120)과 함께 서브 휠(130)이 레일(10)의 여러 위치에 결합되어 궤도 차량(100)이 탈선되는 문제를 방지하면서 안정적인 운행을 담보할 수 있는 특징을 제공한다.

추가적으로, 도 2를 보아 알 수 있듯이 레일(10)의 상면은 볼록하게 라운딩 처리되어 돌출된 라운딩 돌출부(12)가 형성되고, 이에 대응하여 제 2 전륜(122) 및 제 2 후륜(125)은 이 라운딩 결합부(12)에 결합되도록 오목하게 라운딩지게 함입된 라운딩 함입부(127)를 구비한다.

즉, 제 2 전륜(122)과 제 2 후륜(125)이 레일(10)의 평탄한 상면에 안착 결합될 경우 미끄럼 현상이 일어나거나 레일(10)에서 이탈될 우려가 크기 때문에, 상술한 라운딩 돌출부(12)와 라운딩 함입부(127) 간의 결합 구조를 제공하여 양자가 쉽사리 이탈되지 않으면서 안정적인 결합 관계를 제공할 수 있도록 한 것이다.

이로써, 궤도 차량(100)이 레일(10)에서 쉽게 미끄러지지 않고 주행될 수 있는 안정적인 환경을 제시하는 것이 가능하다.

앞서 설명한 서브 휠(130)은 제 2 전륜(122)과 제 2 후륜(125)과 달리 궤도 차량(100)에 의해 레일(10)을 누르면서 작용되는 중력의 도움을 받지 않고 중력 방향과 수직 방향으로 작용되는 힘(즉, 레일 차량의 이동으로 발생되는 보조 힘)에 의해 회전된다.

이 경우, 레일(10)의 서브 홈(11)에 끼인 이물질에 의해 마찰이 늘어나면서 서브 휠(130)이 원활하게 회전되지 못하거나, 심할 경우 서브 휠(130)이 손상될 수 있는데, 대개 터널 내에는 통기성이 상대적으로 부족하여 이물질이 많이 존재하기 때문에 서브 휠(130)의 내구성을 강화시킬 필요가 따른다.

이를 위해, 서브 휠(130)의 표면에는 카본블랙을 포함한 보강층(140)이 적층되는 것이 가능하다.

보강층(140)의 카본블랙은 흑색의 미세한 탄소분말로서 높은 내열성, 내구성, 기계적 강도의 특성을 제공함과 아울러, 서브 홈(11)에 끼인 이물질과 서브 휠 (130) 사이에 불필요한 대전 현상이 발생되어 서브 휠(130)에 이물질이 달라붙는 문제를 방지하는 것은 물론 서브 휠(130) 자체적인 내구성을 향상시킬 수 있다.

더 나아가, 보강층(140)은 카본블랙에 추가적인 조성을 포함하여 서브 휠(130)의 내구성을 더욱 향상하기 위해, 제 1 혼합물 제조 단계(S200), 제 2 혼합물 제조 단계(S210), 1차 세척 단계(S220), 제 3 혼합물 제조 단계(S230), 제 4 혼합물 제조 단계(S240), 2차 세척 단계(S250)를 거쳐 제조되는 것이 가능하다.

도 6은 본 발명의 보강층을 제조하는 과정을 나타낸 순서도이다.

먼저, 제 1 혼합물 제조 단계(S200)는 카본블랙 20 내지 40 중량부, 염화메틸렌 60 내지 80 중량부를 혼합한 후 5 내지 30분 동안 초음파 처리하여 제 1 혼합물을 제조하는 과정이다.

여기서, 카본블랙은 전술한 바 있어 별도의 설명은 생략하고, 염화메틸렌은 카본블랙의 분산매의 역할을 수행하는 것으로서 이들의 혼합 과정에서 염화메틸렌 내에 카본블랙이 잘 분산되도록 초음파 처리를 수행할 수 있다.

다음으로, 제 2 혼합물 제조 단계(S210)는 상기 제 1 혼합물 65 내지 85 중량부, 테트라프로필암모늄브로마이드(Tetrapropylammonium bromide) 0.1 내지 10 중량부, 아세트산 1 내지 20 중량부, 과망간산 포타슘 5 내지 25 중량부, 물 1 내지 20 중량부를 혼합하여 제 2 혼합물을 제조하는 과정이다.

이때, 테트라프로필암모늄브로마이드는 제 1 혼합물의 상 이동(Phase transition) 촉매로서의 역할을 하며, 아세트산은 제 1 혼합물의 카본블랙에 아세트기를 제공하기 위한 것이고, 과망간산 포타슘은 산화제로서의 역할을 수행한다.

이후, 1차 세척 단계(S220)는 제 2 혼합물을 메탄올로 1 내지 5회 세척하는 것으로서, 제 2 혼합물에 잔존하는 테트라프로필암모늄브로마이드, 아세트산, 과망간산 포타슘이 제거되도록 제 2 혼합물을 메탄올로 충분히 세척하여(바람직하게는 3 내지 5회) 아세트기로 표면이 개질된 카본블랙을 수득할 수 있게 된다.

다음으로, 제 3 혼합물 제조 단계(S230)는 상기 세척된 제 2 혼합물 1 내지 10 중량부, 톨루엔 90 내지 99 중량부를 혼합한 후 1 내지 20분 동안 초음파 처리하여 제 3 혼합물을 제조하는 것으로서, 용매인 톨루엔에 제 2 혼합물을 초음파 처리로 분산 처리함에 따라 추가적으로 카본블랙을 표면 개질할 준비를 하는 과정이다.

이후, 제 4 혼합물 제조 단계(S240)는 상기 제 3 혼합물 80 내지 95 중량부, 촉매 1 내지 10 중량부, 하이드로퀴논 0.1 내지 10 중량부를 혼합하여 100℃까지 승온시킨 후 3 내지 8시간 동안 교반하여 제 4 혼합물을 제조하는 과정이다.

이때, 촉매는 3-메르캅토프로필 트리메톡시실란 (3-Mercaptopropyl trimethoxy silane)이 될 수 있으며, 상기 촉매는 제 3 혼합물의 표면 개질 반응이 신속히 이루어지도록 한다.

또한, 하이드로퀴논은 제 3 혼합물을 안정화시키고 산화를 방지하는 역할을 수행한다. 이렇게 제조된 제 4 혼합물의 표면은 상기 톨루엔에 의해 수산화기를 가지게 된다.

마지막으로, 2차 세척 단계(S250)는 제 4 혼합물을 메탄올로 1 내지 5회 세척하는 것으로서, 세척 과정을 통해 제 4 혼합물에 잔존하는 톨루엔, 촉매, 하이드로퀴논을 제거함으로써 최종적으로 아세트기 및 수산화기로 표면 개질된 보강층(140)을 완성하는 과정이다.

이렇게 제조된 보강층(140)은 그 표면이 아세트기 및 수산화기로 개질된 탄소분말로서 수분산성이 높아짐에 따라 서브 휠(130)의 재질 특성을 타지 않고 서브 휠(130)에 안정적으로 적층되는 것을 도울 수 있으며 이에 따라 품질이 우수한 보강층(140)이 적층된 서브 휠(130)을 제조할 수 있다.

이와 같은 보강층(140)에 의해 서브 휠(130)의 탄성 및 강도를 증가시킬 수 있으며 서브 홈(11)과 결합한 상태에서 회전 시 서브 홈(11)에 끼인 이물질로 발생하는 대전 방지 현상을 효과적으로 제어하는데 도움을 줄 수 있다.

추가적으로, 보강층(140)은 상술한 카본블랙에 더하여 폴리카보네이트다이올(poly(carbonatediol))을 포함하는 보강용액을 혼합하여 경화 후 제조되는 것이 가능하다.

이때, 보강층(140)은 카본블랙 30 내지 45 중량부, 폴리카보네이트다이올(poly(carbonatediol))을 포함하는 보강용액 50 내지 70 중량부로 이루어질 수 있다.

이와 같이 제조된 보강층(140)은 서브 휠(130)과 서브 홈(11)의 이물질 사이에서 발생하는 대전 현상을 효과적으로 방지할 수 있으며, 이러한 대전 방지 효과를 통해 서브 홈(11)에서 정전기가 발생되어 서브 휠(130)의 표면에 이물질이 불필요하게 흡착되는 현상을 방지할 수 있어 이물질에 의해 서브 휠(130)이 회전되는 것을 방해하는 현상을 최소화할 수 있다.

더 나아가, 보강용액은 1차 물질 제조 단계, 2차 물질 제조 단계, 3차 물질 제조 단계, 4차 물질 제조 단계, 보강용액 완성 단계를 거쳐 제조될 수 있다.

먼저, 1차 물질 제조 단계는 메틸피롤리디논(1-methyl-2-pyrolidinone) 70 내지 85 중량부, 이소포론디이소시안산(isophorone diisocyanate) 15 내지 30 중량부, 폴리카보네이트다이올(poly(carbonatediol)) 10 내지 25 중량부, 디메틸올프로피오닉산(dimethylol propionic acid) 5 내지 15 중량부, 디부틸주석디라우레이트(DBTDL) 0.5 내지 5 중량부를 혼합한 뒤 70 내지 80℃에서 2 내지 5시간 동안 400 내지 600rpm의 속도로 교반하여 1차 물질을 제조하는 과정이다.

상술한 과정은 강도와 접착력이 우수한 디이소시아네이트와 내수성 및 기계적 물성이 뛰어난 폴리올이 반응하여 폴리우레탄을 생성하는 과정으로서, 폴리우레탄은 특유의 점착성이 있어 방수제, 도료, 접착제, 도장 등에 사용된다.

상술한 과정에서는 폴리올의 한 종류인 폴리카보네이트다이올과 지방족 계열의 디이소시아네이트인 이소포론디이소시안산이 반응하여 NCO-기의 말단을 가지는 프리폴리머가 제조되고, 디멘틸올프로피오닉산은 음이온성을 나타내며 수분산을 위해 첨가되었으며, 디부틸주석디라우레이트는 프리폴리머 생성 반응을 촉진하는 촉매로서 역할을 수행한다.

더하여, 메틸피롤리디논은 상술한 물질들을 용해할 수 있으며 프리폴리머 생성 반응을 위한 용매로서 역할을 수행한다.

다음, 2차 물질 제조 단계는 1차 물질 85 내지 95 중량부, 아닐린(Aniline) 1 내지 10 중량부를 혼합한 뒤 40 내지 60℃에서 1 내지 3시간 동안 가열하여 2차 물질을 제조하는 과정이다.

여기서, 아닐린은 니트로벤젠을 금속과 염산으로 환원시켜 만든 방향족 아민으로서, 상술한 1차 물질(즉, 프리폴리머)의 잔여 NCO-말단을 방향족 구조를 취한 아닐린으로 캡핑(capping)시킬 수 있다.

이후, 3차 물질 제조 단계는 2차 물질 90 내지 99중량부, 트리에틸아민(Triethylamine) 1 내지 10 중량부를 혼합한 뒤 40 내지 60℃에서 40 내지 80분 동안 가열하여 3차 물질을 제조하는 과정이다.

여기서, 트리에틸아민은 합성하여 만들 수 있는 삼치환된 아민(trisubstituted amine, 삼차아민) 중에 가장 간단한 화학종으로서, 2차 물질을 중화시켜 염(salt)의 형태로 유도한 후 후술할 과정에서 물에 안정적으로 분산될 수 있는 형태로 전환시킬 수 있다. 따라서 이 과정을 통해 양이온성의 2차 물질이 음이온성의 트리에틸아민과 반응하여 중화되며, 이를 통해 염(salt)화 처리되어 물에 안정적으로 분산될 수 있다.

다음, 4차 물질 제조 단계는 물 80 내지 95 중량부, 3차 물질 5 내지 20 중량부를 혼합한 뒤 800 내지 1,200rpm의 속도로 10 내지 30분 동안 교반하여 4차 물질을 제조하는 과정으로서, 3차 물질을 과량의 물에 염(salt)화 처리된 3차 물질이 분산되는 과정이다. 이때, 상술한 속도로 교반함으로써 3차 물질이 물에서 수분산 될 수 있다.

마지막으로, 보강용액 완성 단계는 4차 물질 95 내지 99 중량부, 에틸렌디아민(Ethylenediamine) 1 내지 5 중량부를 혼합한 뒤 40 내지 80분 동안 교반하여 코팅용액을 완성하는 과정이다.

여기서, 에틸렌디아민은 암모니아 냄새가 나는 투명한 무색 액체로서 수분산된 4차 물질을 중합체로 유도하는 사슬연장제로서 역할을 수행한다.

이러한 과정을 통해 제조된 보강용액은 보강층(140)의 내마모성은 물론 경도를 향상시키는 역할을 제공함과 동시에 상술한 대전 방지 기능을 강화하는 역할을 제공한다.

도 7은 서브 휠에 카본 코어를 포함한 상태를 도시한 사시도이다.

앞서 언급한 바와 같이 서브 홈(11)에 이물질이 끼면 서브 휠(130)이 회전 시 불필요한 마찰이 증가하여 서브 휠(130)이 원활하게 회전되지 않는 문제가 따를 수 있다.

이때. 서브 휠(130)의 표면에 공지의 윤활제를 도포하여 마찰을 줄이는 것이 가능하나, 궤도 차량(100)이 주행될 때 서브 휠(130)에 윤활제를 도포하는 것은 현실적으로 불가능하기 때문에 평상시 서브 휠(130)에 윤활제를 함유하거나 흡착하고 있다가 서브 휠(130)이 회전되면서 이물질에 접촉할 때 이 윤활제를 토출하여 서브 휠(130)의 원활한 회전을 보장할 필요가 따른다.

이를 위하여, 서브 휠(130)에 적층된 보강층(140)을 일정 두께로 확보한 상태에서 보강층(140)에 일정 간격을 두고 복수 개로 함입된 수용공(141)을 형성한 다음, 이 수용공(141)에 윤활제는 물론 그래파이트를 함유한 카본 코어를 포함하는 것이 가능하다. 이때, 카본 코어를 포함한 윤활 보조제(142)는 수용공(140)에 압입된 상태를 유지한 상태에서 이에 윤활제를 필요에 따라 바를 수 있다.

카본 코어는 카본 나노 소재인 그래파이트(Graphite)를 포함한 것으로서, 이에 윤활제를 공급하면 카본 코어가 윤활제를 흡착하고 있다가 서브 휠(130)이 회전되면서 서브 홈(11) 또는 이에 낀 이물질과 접할 때 윤활제를 토출하여 결과적으로 윤활 보조제(142)가 고체 윤활제와 같은 역할을 수행할 수 있다. 이때, 카본 코어는 그래파이트 및 다른 종류의 카본 나노 소재 및 기타 첨가제와 함께 혼합되어 제조될 수도 있다.

이로써, 보강층(140)에 함유된 윤활제를 카본 코어가 머금고 있다가 서브 휠(130)의 회전 시에 적절하게 토출하여 서브 홈(11)이나 이물질과 불필요한 마찰을 줄여 결과적으로 서브 휠(130)의 안정적인 회전성을 보장할 수 있다.

추가적으로, 윤활 보조제(142)는 상술한 카본 코어에 더하여 산화마그네슘과 디벤조크라운에터를 포함하는 것이 가능하다.

구체적으로, 윤활 보조제(142)는 카본 코어 70 내지 90 중량부와, 산화마그네슘 5 내지 10 중량부 및, 디벤조크라운에터 1 내지 5 중량부를 포함할 수 있다.

산화마그네슘은 카본 코어에 열전도성을 부가하여 서브 휠(130)이 서브 홈(11)과 접촉하면서 발생된 마찰열을 카본 코어에 쉽게 전달되도록 보조하는 물질이다. 이같이 카본 코어에 마찰열이 전달되면 윤활제를 효율적으로 토출시킬 수 있는바, 다시 말해 마찰열이 증가할수록 이에 비례하여 윤활제를 더 많이 토출시키는 특성을 제공할 수 있다.

디벤조크라운에터는 6개의 탄소-탄소-산소(C-C-O) 그룹이 마치 왕관과 같이 둥글게 연결된 구조에 두 개의 벤젠고리가 추가된 물질로서, 양이온의 수용체인 양이온 리간드(ligand)로서 열전도 특성을 향상시키는 물질이다.

즉, 디벤조크라운에터는 상술한 산화마그네슘과 혼합되어 산화마그네슘의 마찰열 전달 특성을 강화함으로 결과적으로 카본 코어의 윤활제 토출 기능을 더욱 활성화시킬 수 있는 역할을 수행할 수 있다.

이와 같은 윤활 보조제(142)에 의하여 서브 휠(130)이 회전되면서 마찰열이 발생될 때 더욱 효율적으로 카본 코어에서 윤활제를 토출시켜 결과적으로 서브 휠(130)의 안정적인 회전성을 보장하는 특성을 제공한다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 안전성을 강화하여 터널 내에서 주행 가능한 궤도 차량 어셈블리의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

10: 레일 11: 서브 홈
12: 라운딩 돌출부 100: 궤도 차량
110: 차체 111: 프레임
120: 차륜 121: 제 1전륜
122: 제 2 전륜 123: 전륜축
124: 제 1 후륜 125: 제 2 후륜
126: 후륜축 127: 라운딩 함입부
130: 서브 휠 131: 브라켓
140: 보강층 141: 수용공
142: 윤활 보조제 S200: 제 1 혼합물 제조 단계
S210: 제 2 혼합물 제조 단계 S220: 1차 세척 단계
S230: 제 3 혼합물 제조 단계 S240: 제 4 혼합물 제조 단계
S250: 2차 세척 단계

Claims (9)

1. 터널 내에서 주행 가능한 궤도 차량 어셈블리로서,
   터널의 측벽 주변에서 터널의 길이 방향을 따라 연장된 것으로, 터널의 측벽을 향한 면의 대향 면에서 터널의 길이 방향을 따라 함입 연장된 서브 홈을 구비한 레일;
   관리자가 탑승하여 상기 레일을 따라 운전 가능한 것으로서, 관리자가 탑승할 공간을 제공하는 차체와, 상기 차체의 저면에 장착된 것으로 상기 레일의 대향 측에 위치한 제 1 전륜과 제 1 후륜 및 상기 제 1 전륜 및 제 2 후륜보다 직경이 작은 상태로 상기 레일에 결합되는 제 2 전륜 및 제 2 후륜을 포함하는 차륜 및, 브라켓을 매개로 상기 차륜 주변에 장착된 상태에서 상기 서브 홈에 삽입되어 회동 가능한 서브 휠과, 상기 서브 휠의 표면에 적층된 보강층 및, 상기 차륜을 구동하여 상기 차체를 운전하는 구동부를 포함하는 궤도 차량;을 포함하되,
   상기 보강층은,
   카본 블랙 20 내지 40 중량부, 염화메틸렌 60 내지 80 중량부를 혼합한 후 5 내지 30분 동안 초음파 처리하여 제 1 혼합물을 제조하는, 제 1 혼합물 제조 단계;
   상기 제 1 혼합물 65 내지 85 중량부, 테트라프로필암모늄브로마이드(Tetrapropylammonium bromide) 0.1 내지 10 중량부, 아세트산 1 내지 20 중량부, 과망간산 포타슘 5 내지 25 중량부, 물 1 내지 20 중량부를 혼합하여 제 2 혼합물을 제조하는, 제 2 혼합물 제조 단계;
   상기 제 2 혼합물을 메탄올로 1 내지 5회 세척하는, 1차 세척 단계;
   상기 세척된 제 2 혼합물 1 내지 10 중량부, 톨루엔 90 내지 99 중량부를 혼합한 후 1 내지 20분 동안 초음파 처리하여 제 3 혼합물을 제조하는, 제 3 혼합물 제조 단계;
   상기 제 3 혼합물 80 내지 95 중량부, 촉매 1 내지 10 중량부, 하이드로퀴논 0.1 내지 10 중량부를 혼합하여 100℃까지 승온시킨 후 3 내지 8시간 동안 교반하여 제 4 혼합물을 제조하는, 제 4 혼합물 제조 단계;
   제 4 혼합물을 메탄올로 1 내지 5회 세척하는, 2차 세척 단계;를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는, 궤도 차량 어셈블리.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 레일의 상면에는,
   볼록하게 라운딩 처리되어 돌출된 라운딩 돌출부가 형성되고,
   상기 제 2 전륜 및 제 2 후륜은,
   상기 라운딩 돌출부에 결합되도록 오목하게 라운딩 처리되어 함입된 라운딩 함입부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 궤도 차량 어셈블리.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 구동부는,
   배터리와,
   상기 배터리로부터 전원을 공급받아 상기 차륜에 구동력을 제공하는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 궤도 차량 어셈블리.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제

Images