KR102614130B1 - 차량용 휠의 복합재 림 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 휠의 복합재 림 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연속섬유 복합재를 적용하여 경량화시킨 차량용 휠의 복합재 림 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 휠의 림은 연속섬유에 수지가 함침되어 시트 형태로 형성된 복합재 시트가 적층되어 형성되는 차량용 휠의 림으로서, 휠의 원주방향을 따라 복합재 시트의 단부가 서로 맞대어지도록 배치되면서 다수의 층으로 적층되어 형성되고, 각 복합재 시트의 접촉영역에 휠의 축방향을 따라 형성되는 비연속계면이 서로 어긋나게 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 휠의 복합재 림 및 이의 제조방법{COMPOSITE RIM OF WHEEL FOR VEHICLEPISTON PIN AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 차량용 휠의 복합재 림 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연속섬유 복합재를 적용하여 경량화시킨 차량용 휠의 복합재 림 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 바퀴는 휠(wheel)에 타이어(tire)가 조립된 것으로 차중을 받치고, 구동력 및 제동력 등의 힘을 전달하며, 노면에서 전달되는 충격을 완화하는 역할을 수행한다.
여기서, 휠은 바퀴를 구조적으로 지탱하는 역할을 하기 때문에 기계적 물성이 좋은 스틸 또는 알루미늄 소재가 적용되어 제작되었다.
하지만, 근래에는 차량의 경량화 요구가 지속적으로 발생하면서 금속재가 적용된 휠의 경량화를 위하여 섬유강화 복합재료를 적용한 휠에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.
그래서, 휠을 구성하는 스포크(Spoke)와 림(Rim) 전체를 강화섬유 복합재로 제작하는 타입과, 스포크는 스틸 또는 알루미늄과 같은 금속재로 제작하고 림만 강화섬유 복합재로 제작하여 결합시키는 하이브리드 타입이 연구되었다.
도 1은 일반적인 하이브리드 타입의 휠을 보여주는 도면으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 하이브리드 타입의 휠(10)은 금속재로 제작되는 스포크(20)와, 강화섬유 복합재로 제작되는 림(30)을 별도로 제작한 다음, 스포크(20)와 림(30)을 볼트와 같은 체결수단을 이용하여 기계적으로 결합시켰다.
한편, 림은 탄소섬유, 유리섬유 또는 아라미드 섬유 등 고강성 고강도의 섬유로 보강된 강화섬유 복합재로 제작된다.
여기서, 림에 적용되는 강화섬유 복합재는 크게 불연속섬유 강화 복합재와 연속섬유 강화 복합재 또는 불연속섬유/연속섬유 혼합 강화 복합재로 구분할 수 있다.
불연속섬유 강화 복합재의 경우는 SMC(sheet molding compounding)를 사용하여 압축 성형 또는 열가소성 사출(injection molding) 공법으로 림을 성형할 수 있다.
연속섬유 강화 복합재의 경우는 프리프레그(prepreg)를 적층 후 압축성형 (Compression Molding) 또는 직물 적층 후 RTM(resin transfer molding) 공법으로 림을 성형할 수 있다. 또한, 연속섬유를 와인딩한 다음 수지를 함침시켜 림을 성형할 수 있다.
불연속섬유 강화 복합재의 경우는 기계적 강성 및 강도가 낮으므로 휠 요구성능을 만족하기 위해 연속섬유 보강 복합재와 비교하여 휠 경량화에 불리하다. 그래서 경량화와 기계적 강성 및 강도를 모두 만족할 수 있는 연속섬유 보강 복합재료를 적용하는 것이 추세이다.
하지만, 연속섬유 강화 복합재를 적용하여 림을 성형하는 경우 연속적인 와인딩을 할 때 주름 등의 불량 발생율이 높아지고, 비연속적인 직물을 적층하여 림을 성형하는 경우 절단면 처리 등의 문제가 여전히 발생하였다.
미국 등록특허 제4,483,729호 (1984. 11. 20)
본 발명은 연속섬유 강화 복합재를 적용하여 경량화와 기계적 강성 및 강도를 모두 만족하면서 절단면 처리와 같은 문제점을 해결시킨 차량용 휠의 복합재 림 및 이의 제조방법를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 휠의 림은 연속섬유에 수지가 함침되어 시트 형태로 형성된 복합재 시트가 적층되어 형성되는 차량용 휠의 림으로서, 휠의 원주방향을 따라 복합재 시트의 단부가 서로 맞대어지도록 배치되면서 다수의 층으로 적층되어 형성되고, 각 복합재 시트의 접촉영역에 휠의 축방향을 따라 형성되는 비연속계면이 서로 어긋나게 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 림은 상기 복합재 시트를 휠의 원주방향을 따라 각각의 단부가 서로 맞대어지도록 배치되어 각 복합재 시트의 접촉영역에 휠의 축방향을 따라 비연속계면이 형성되는 베이스층;상기 복합재 시트를 상기 베이스층에 적층하되, 적층되는 복합재 시트를 휠의 원주방향을 따라 각각의 단부가 서로 맞대어지도록 배치되어 각 복합재 시트의 접촉영역에 휠의 축방향을 따라 비연속계면이 형성되는 보강층을 포함하고, 상기 베이스층에 형성되는 비연속계면과 상기 보강층에 형성되는 비연속계면은 서로 어긋나게 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 보강층은 복합재 시트를 적층하여 다수의 층으로 형성되되, 동일층에 적층되는 복합재 시트는 휠의 원주방향을 따라 각각의 단부가 서로 맞대어지도록 배치되어 각 복합재 시트의 접촉영역에 휠의 축방향을 따라 비연속계면이 형성되고, 서로 다른 층에 적층되는 복합재 시트에 의해 형성되는 비연속 계면은 서로 어긋나게 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 림은 원기둥 형상의 림 본체와 상기 림 본체의 축방향 양단에서 직경이 증가되는 방향으로 절곡되어 형성되는 림 아우터 및 림 인너로 구분되고, 상기 각각의 복합재 시트는 림 본체를 형성하는 본체 영역과, 림 아우터를 형성하는 아우터 영역과, 림 인너를 형성하는 인너 영역으로 구분되고, 상기 복합재 시트의 아우터 영역 및 인너 영역에는 휠의 원주 방향을 따라 이격되면서 휠의 축방향을 따라 절개된 커팅부가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 커팅부는 림의 중심에서 각도 θ에 해당되는 원호의 길이만큼 이격되어 형성되되, 상기 각도 θ는 5°이하인 것이 바람직하다.
상기 베이스층을 형성하는 복합재 시트의 본체 영역에 함침되는 수지는 내열성 수지이고, 상기 베이스층을 형성하는 복합재 시트의 아우터 영역 및 인너 영역에 함침되는 수지는 내충격성 수지이며, 상기 보강층에 함침되는 수지는 내구성 수지인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 휠의 림 제조방법은 차량용 휠의 림 제조방법으로서, 림의 형상에 대응되는 금형을 준비하는 금형 준비 단계와; 연속섬유를 직조하여 다수의 연속섬유 직물시트를 준비하는 연속섬유 직물시트 준비단계와; 준비된 금형에 금형의 원주방향을 따라 각 연속섬유 직물시트의 단부가 서로 맞대어지도록 배치하면서 다수의 층으로 적층하되, 각 연속섬유 직물시트의 접촉영역에 금형의 축방향을 따라 형성되는 비연속계면이 서로 어긋나게 연속섬유 직물시트를 배치하여 적층하는 적층 단계와; 적층된 연속섬유 직물시트에 수지를 주입하고 경화시키는 성형 단계를 포함한다.
상기 적층 단계는, 준비된 금형에 금형의 원주방향을 따라 각 연속섬유 직물시트의 단부가 서로 맞대어지도록 배치하되, 각 연속섬유 직물시트의 접촉영역에 금형의 축방향을 따라 비연속계면이 형성되는 프리베이스층을 형성하는 프리베이스층 형성과정과; 상기 프리베이스층에 연속섬유 직물시트를 적층하되, 적층되는 연속섬유 직물시트를 금형의 원주방향을 따라 각각의 단부가 서로 맞대어지도록 배치하여 각 연속섬유 직물시트의 접촉영역에 금형의 축방향을 따라 형성되는 비연속계면이 상기 프리베이스층에 형성되는 비연속계면과 서로 어긋나게 배치하여 프리보강층을 형성하는 프리보강층 형성과정을 포함한다.
상기 프리보강층 형성과정은, 연속섬유 직물시트를 적층하여 다수의 층으로 형성하되, 동일층에 적층되는 연속섬유 직물시트는 금형의 원주방향을 따라 각각의 단부가 서로 맞대어지도록 배치되어 각 연속섬유 직물시트의 접촉영역에 금형의 축방향을 따라 비연속계면이 형성되고, 서로 다른 층에 적층되는 연속섬유 직물시트에 의해 형성되는 비연속 계면은 서로 어긋나게 배치하는 것을 특징으로 한다.
상기 금형 준비 단계에서, 금형은 원기둥 형상의 림 본체와 상기 림 본체의 축방향 양단에서 직경이 증가되는 방향으로 절곡되어 형성되는 림 아우터 및 림 인너로 구분되는 림의 형상에 대응되는 금형을 준비하고, 상기 연속섬유 직물시트 준비단계에서, 각각의 연속섬유 직물시트는 림 본체를 형성하는 본체 영역과, 림 아우터를 형성하는 아우터 영역과, 림 인너를 형성하는 인너 영역으로 구분하고, 상기 연속섬유 직물시트의 아우터 영역 및 인너 영역에는 금형의 원주 방향을 따라 이격되면서 금형의 축방향을 따라 절개되는 커팅부를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 연속섬유 직물시트 준비단계에서 형성되는 커팅부는 림의 중심에서 각도 θ에 해당되는 원호의 길이만큼 이격되어 형성되되, 상기 각도 θ는 5°이하인 것이 바람직하다.
상기 성형 단계는, 적층된 연속섬유 직물시트에 RTM(Resin Transfer Molding)방식으로 수지를 주입하고 경화시키는 것을 특징으로 한다.
수지를 필름 형태로 성형하여 다수의 수지필름을 준비하는 수지필름 준비 단계를 더 포함하고, 상기 적층 단계에서는 연속섬유 직물시트와 상기 수지필름을 교대로 적층하며, 상기 성형 단계는 상기 직물시트와 수지필름을 열간 압축성형하는 것을 특징으로 한다.
상기 연속섬유 직물시트 준비단계에서, 각각의 연속섬유 직물시트는 림 본체를 형성하는 본체 영역과, 림 아우터를 형성하는 아우터 영역과, 림 인너를 형성하는 인너 영역으로 구분하고, 상기 연속섬유 직물시트의 아우터 영역 및 인너 영역에는 금형의 원주 방향을 따라 이격되면서 금형의 축방향을 따라 절개되는 커팅부를 형성하고, 상기 적층 단계에서, 프리베이스층에 함침되도록 배치되는 수지필름 중 연속섬유 직물시트의 본체 영역에 배치되는 수지필름은 내열성 수지필름이고, 연속섬유 직물시트의 아우터 영역 및 인너 영역에 배치되는 수지필름은 내충격성 수지필름이며, 상기 프리보강층에 함침되도록 배치되는 수지필름은 내구성 수지필름인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 연속섬유를 사용하여 비연속적인 직물을 형성하고, 이를 휠의 원주방향을 따라 서로 맞대어지도록 배치되면서 다수의 층으로 적층함으로써, 연속섬유에 적용에 의해 경량화와 기계적 강성 및 강도를 모두 만족할 수 있는 차량용 휠의 림을 제작할 수 있는 효과를 기대할 있다.
또한, 비연속적인 직물을 서로 맞대어지도록 배치하면서 비연속계면이 서로 어긋나도록 배치함으로써, 종래에 비연속적인 직물의 단부가 서로 포개지도록 적층하면서 림을 제작하므로서 림이 영역별로 기계적 강성 및 강도가 균일하게 발현되지 않는 문제점을 해결할 수 있다.
그리고, 브레이크 디스크에서 발생되는 열이 전달되는 림의 최내측 표면에 내열성이 좋은 수지를 적용하여 브레이크 디스크에 가까운 림 부위이 기계적 물성이 저하되는 것을 억제할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 일반적인 하이브리드 타입의 휠을 보여주는 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 휠의 복합재 림을 제작하는 방법을 보여주는 도면이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 휠의 복합재 림에 적용되는 복합재 시트를 보여주는 도면이고,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 휠의 복합재 림의 제작시에 복합재 시트의 적층 예를 보여주는 도면이며,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 휠의 림 제조방법을 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 일반적인 하이브리드 타입의 휠을 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 휠의 복합재 림을 제작하는 방법을 보여주는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 휠의 복합재 림에 적용되는 복합재 시트를 보여주는 도면이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 휠의 복합재 림의 제작시에 복합재 시트의 적층 예를 보여주는 도면이며, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 휠의 림 제조방법을 보여주는 도면이다.
본 발명에 따른 차량용 휠의 림은 도 1에 도시된 바와 같이 스포크(Spoke, 20)는 스틸, 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금과 같은 금속재로 제작하고, 림(Rim, 30)은 탄소섬유, 유리섬유 또는 아라미드 섬유 등 고강성 및 고강도의 연속섬유로 보강된 강화섬유 복합재로 제작되는 하이브리드 타입의 휠(10)에 적용되는 림에 적용된다.
본 발명에 따른 림(30)은 연속섬유에 수지가 함침되어 시트 형태로 형성된 복합재 시트(100)가 적층되어 형성되는 차량용 휠의 림으로서, 휠의 원주방향(D3)을 따라 복합재 시트(100)의 단부가 서로 맞대어지도록 배치되면서 다수의 층으로 적층되어 형성되고, 각 복합재 시트(100)의 접촉영역에 휠의 축방향(D1)을 따라 형성되는 비연속계면이 서로 어긋나게 배치된다. 이렇게 비연속계면을 서로 어긋나게 배치함으로써 상호간의 결합면에서 국부적으로 발생할 수 있는 두께의 차이와 기계적 물성의 차이를 방지할 수 있다. 여기서, 복합재 시트(100)란 연속섬유를 직조하여 제조되는 연속섬유 직물시트(100)에 수지를 함침시켜서 시트 형태로 제작시킨 것을 의미한다. 물론 후술되지만 연속섬유 직물시트(100)에 수지를 함침시키는 방법은 다양하게 적용될 수 있다. 여기서, '접촉영역'은 휠의 원주방향(D3)을 따라 복합재 시트(100)의 단부가 서로 맞대어지도록 배치되면서 서루의 단부가 맞대어지는 영역을 지칭하는 것이고, '비연속계면'은 휠의 원주방향(D3)을 따라 복합재 시트(100)의 단부가 서로 맞대어져서 상호간에 휠의 축방향(D1)을 따라 발생되는 계면을 지칭하는 것입니다. 따라서 접촉영역과 비연속계면은 동일한 지점을 의미합니다.
림(30)의 구조에 대하여 부연하자면, 림(30)은 복합재 시트(100)를 휠의 원주방향(D3)을 따라 각각의 단부가 서로 맞대어지도록 배치되어 각 복합재 시트(100)의 접촉영역에 휠의 축방향(D1)을 따라 비연속계면이 형성되는 베이스층(310); 복합재 시트(100)를 베이스층(310)에 적층하되, 적층되는 복합재 시트(100)를 휠의 원주방향(D3)을 따라 각각의 단부가 서로 맞대어지도록 배치되어 각 복합재 시트(100)의 접촉영역에 휠의 축방향(D1)을 따라 비연속계면이 형성되는 보강층(320)을 포함한다. 이때 베이스층(310)에 형성되는 비연속계면과 보강층(320)에 형성되는 비연속계면은 서로 어긋나게 배치되는 것이 중요하다.
또한, 보강층(320)은 하나의 층으로 형성될 수도 있지만, 바람직하게는 복합재 시트(100)를 적층하여 다수의 층으로 형성하는 것이 바람직하다. 이때 동일층에 적층되는 복합재 시트(100)는 휠의 원주방향(D3)을 따라 각각의 단부가 서로 맞대어지도록 배치되어 각 복합재 시트(100)의 접촉영역에 휠의 축방향(D1)을 따라 비연속계면이 형성되고, 서로 다른 층에 적층되는 복합재 시트(100)에 의해 형성되는 비연속 계면은 서로 어긋나게 배치되는 것이 중요하다.
그래서, 비연속 계면에 의해 해당 부위에서 림(30)의 두께에 오차가 발생하거나 기계적 강성 및 강도가 저하되거나 집중되어 전체적으로 균일한 두께 및 균일한 기계적 강성과 강도가 발현될 수 있도록 한다.
한편, 림(30)은 도 1에 도시된 바와 같이 원기둥 형상의 림 본체(31)와 상기 림 본체(31)의 축방향 양단에서 직경이 증가되는 방향으로 절곡되어 형성되는 림 아우터(32) 및 림 인너(33)로 구분된다.
이렇게 림(30)은 영역별로 직경이 다르기 때문에 림(30)의 제작을 위하여 적층되는 복합재 시트(100)의 형상을 개선하였다.
부연하자면, 도 3에 도시된 바와 같이 복합재 시트(100)는 림 본체(31)를 형성하는 본체 영역(110)과, 림 아우터(32)를 형성하는 아우터 영역(120)과, 림 인너(33)를 형성하는 이너 영역(130)으로 구분되고, 복합재 시트(100)의 아우터 영역(120) 및 이너 영역(130)에는 휠의 원주 방향(D3)을 따라 이격되면서 휠의 축방향(D1)을 따라 절개된 커팅부(101)가 형성된다. 이렇게 커팅부(101)를 형성하는 이유는 아우터 영역(120)과 이너 영역(130)의 경우 림(30)의 림 본체(31)보다 직경이 큰 림(30)의 림 아우터(32) 및 림 인너(33)에 적용되는 부위로서 해당 부위에 복합재 시트(100)를 적층하기 위하여 복합재 시트(100)를 서로 인접하는 복합재 시트(100)끼리 중첩되도록 적층하여야 하는 문제점을 해결할 수 있기 때문이다. 다만, 복합재 시트(100)를 형성하는 연속섬유의 배열방향이 휠의 축방향(D1)을 기준으로 10°를 초과하는 경우에는 배열된 연속섬유 직물의 특성상 커팅부(101) 없이도 복합재 시트(100)을 원활하게 적층할 수 있기 때문에, 복합재 시트(100)에 커팅부(101)를 형성하는 것이 불필요하다. 이에 따라 복합재 시트(100)에 커팅부(101)를 형성하는 기준을 복합재 시트(100)를 형성하는 연속섬유의 배열방향이 휠의 축방향(D1)을 기준으로 10°이하인 경우로 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 커팅부(101)를 형성하는 간격은 도 2에 도시된 바와 같이 림(30)의 중심에서 각도 θ에 해당되는 원호의 길이만큼 이격되어 형성되는 것이 바람직하다. 이때 림 아우터(32) 및 림 인너(33)와 림 본체(31)의 직경 차이를 고려하여 각도 θ는 5°이하로 형성하는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명은 림(30)을 형성하는 복합재 시트(100)의 적층시 베이스층(310)을 형성하는 복합재 시트(100)의 본체 영역(110)에 함침되는 수지는 내열성 수지를 적용하고, 베이스층(310)을 형성하는 복합재 시트(100)의 아우터 영역(120) 및 이너 영역(130)에 함침되는 수지는 내충격성 수지를 적용하며, 보강층(320)에 함침되는 수지는 내구성 수지를 적용하는 것이 바람직하다. 그래서 림(30)을 형성하는 최내측 표면에 내열성이 좋은 수지를 적용하여 브레이크 디스크에 가까운 림 부위이 기계적 물성이 저하되는 것을 억제할 수 있고, 림 아우터(32) 및 림 인너(33)에 원하는 기계적 물성을 향상시킬 수 있다. 이때 내열성 수지는 다관능성 Glycidyl amine형 에폭시 또는 Novolac 타입 에폭시와 그 혼합 에폭시가 사용될 수 있고, 내충격성 수지 및 내구성 수지는 취성이 강한 에폭시에 고무나 폴리우레탄과 같은 소재를 첨가하여 충격성 및 내구성을 향상시킨 수지를 사용할 수 있다. 다만, 내충격성 수지 및 내구성 수지는 3관능형 이하를 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성되는 림을 제조하는 방법을 설명한다.
본 발명에 따른 차량용 휠의 림 제조방법은 먼저, 림(30)의 형상에 대응되는 금형(1, 2, 3)을 준비한다.(금형 준비 단계)
이때 금형(1, 2, 3)은 원기둥 형상의 림 본체(31)와 림 본체(31)의 축방향 양단에서 직경이 증가되는 방향으로 절곡되어 형성되는 림 아우터(32) 및 림 인너(33)로 구분되는 림(30)의 형상에 대응되는 금형(1, 2, 3)을 준비한다.
다음으로, 연속섬유를 직조하여 다수의 연속섬유 직물시트(100)를 준비한다.(연속섬유 직물시트 준비단계)
이때 연속섬유 직물시트(100)는 림(30)의 면내 등방성을 포함한 이방성 기계적 물성을 가진다. 즉, 림(30)의 원주 방향(D3)의 강성(E0)과 축 방향의 강성(E90)이 다를 수 있고, 림(30)의 면내 전단 강성(Gr)은 원주 방향(D3)의 강성과 축 방향(D1)의 강성에 독립적일 수 있다. 이를 위하여 연속섬유 직물시트(100)의 직조 및 적층 패턴은 다양하게 구현가능하다.
예를 들어 아래의 여러 실시예로 구현될 수 있다.
실시예 1: [±θ], [0/90],
실시예 2: [±θ/0/±θ], [+θ/0/-θ], [±θ/90/±θ], [+θ/90/-θ]
실시예 3: [±θ/0/90/±θ], [+θ/0/90/-θ]
상기의 실시예 1 내지 실시예 3과 같은 직조 및 적층 패턴과 같은 단위 패턴이 반복적으로 적층될 수 있다. 물론 연속섬유 직물시트(100)의 직조 및 적층 패턴은 제시된 실시예에 한정되지 않고 다양하게 변경되어 실시될 수 있을 것이다.
또한, 연속섬유 직물시트(100)는 림 폭 전체를 커버할 수 있는 넓이로 적용할 수 있고 또는 국부적 적용을 위해 폭이 좁은 스트립 형태로 적용할 수 있다. 예를 들어, 0도 UD (UniDirectional) 직물의 경우, 림(30) 축방향(D1)으로의 지름 변화에 따라 각 부위별로 다른 길이의 직물을 적용해야 하기 때문에, 폭이 좁은 스트립 형태로 적용할 수 있다.
한편, 연속섬유 직물시트(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 림 본체(31)를 형성하는 본체 영역(110)과, 림 아우터(32)를 형성하는 아우터 영역(120)과, 림 인너(33)를 형성하는 인너 영역으로 구분하고, 연속섬유 직물시트(100)의 아우터 영역(120) 및 이너 영역(130)에는 금형의 원주 방향(D3)을 따라 이격되면서 금형의 축방향(D1)을 따라 절개되는 커팅부(101)를 형성한다.
그리고, 준비된 금형에 연속섬유 직물시트(100)를 적층한다.(적층 단계)
적층 단계에는 준비된 금형에 금형의 원주방향을 따라 각 연속섬유 직물시트(100)의 단부가 서로 맞대어지도록 배치하면서 다수의 층으로 적층하되, 각 연속섬유 직물시트(100)의 접촉영역에 금형의 축방향을 따라 형성되는 비연속계면이 서로 어긋나게 연속섬유 직물시트(100)를 배치하여 적층한다.
이때 적층 단계는 준비된 금형에 금형의 원주향방(D3)을 따라 각 연속섬유 직물시트(100)의 단부가 서로 맞대어지도록 배치하되, 각 연속섬유 직물시트(100)의 접촉영역에 금형의 축방향(D1)을 따라 비연속계면이 형성되는 프리베이스층(310)을 형성하는 프리베이스층 형성과정과; 상기 프리베이스층(310)에 연속섬유 직물시트(100)를 적층하되, 적층되는 연속섬유 직물시트(100)를 금형의 원주방향을 따라 각각의 단부가 서로 맞대어지도록 배치하여 각 연속섬유 직물시트(100)의 접촉영역에 금형의 축방향을 따라 형성되는 비연속계면이 상기 프리베이스층(310)에 형성되는 비연속계면과 서로 어긋나게 배치하여 프리보강층(320)을 형성하는 프리보강층 형성과정을 포함한다.
또한, 프리보강층 형성과정은, 연속섬유 직물시트(100)를 적층하여 다수의 층으로 형성하되, 동일층에 적층되는 연속섬유 직물시트(100)는 금형의 원주향방(D3)을 따라 각각의 단부가 서로 맞대어지도록 배치되어 각 연속섬유 직물시트(100)의 접촉영역에 금형의 축방향(D1)을 따라 비연속계면이 형성되고, 서로 다른 층에 적층되는 연속섬유 직물시트(100)에 의해 형성되는 비연속 계면은 서로 어긋나게 배치한다.
연속섬유 직물시트(100)의 배치 및 적층은 비연속계면이 서로 어긋나게 구현할 수 있는 다양한 방식으로 적용될 수 있다.
예를 들어 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 프리베이스층(310) 및 프리보강층(320)의 형성시 서로 다른 층에 형성되는 비연속계면(①, ②, ③, ④, ⑤, ⑥)이 서로 어긋나게 배치된다. 이때 비연속계면(①, ②, ③, ④, ⑤, ⑥)은 도 4a와 같이 일정한 패턴으로 배치되도록 할 수 있고, 도 4b와 같이 불규칙적인 패턴으로 배치될 수 있을 것이다.
이렇게 연속섬유 직물시트(100)가 적층 되었다면, 적층된 연속섬유 직물시트(100)에 수지를 주입하고 경화시킨다.(성형 단계)
성형 단계는 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
예를 들어 적층된 연속섬유 직물시트(100)에 RTM(Resin Transfer Molding)방식으로 수지를 주입하고 경화시킬 수 있다.
또한, 도 5a 및 도 5b와 같이 먼저 수지를 필름 형태로 성형하여 다수의 수지필름(200)을 준비한 다음(수지필름 준비 단계), 적층 단계에서 연속섬유 직물시트(100)와 상기 수지필름(200)을 교대로 적층하고, 성형 단계에서 직물시트와 수지필름을 금형(2, 3)을 이용하여 열간 압축성형하여 성형품(300)을 제작할 수 있다.
이렇게 필름 형태의 수지필름(200)을 적용하는 경우 프리베이스층(310)에 함침되도록 배치되는 수지필름(200) 중 연속섬유 직물시트(100)의 본체 영역에 배치되는 수지필름(210)은 내열성 수지필름을 적용하고, 연속섬유 직물시트(100)의 아우터 영역 및 인너 영역에 배치되는 수지필름(220)은 내충격성 수지필름을 적용하며, 상기 프리보강층(320)에 함침되도록 배치되는 수지필름(230)은 내구성 수지필름을 적용할 수 있다.
물론, 적층된 연속섬유 직물시트(100)에 RTM(Resin Transfer Molding)방식으로 수지를 주입하고 경화시키는 경우에도 영역별로 내열성 수지, 내충격성 수지 및 내구성 수지를 함침시켜 영역별로 수지의 종류가 다른 림을 구현할 수도 있을 것이다.
한편, 본 발명에서는 명확한 설명을 위하여 연속섬유 직물시트(100)에 수지가 함침된 상태를 복합재 시트로 명명하여 설명하였다. 이에 따라 연속섬유 직물시트와 복합재 시트를 동일한 도면 부호인 100으로 도시하였다. 또한, 연속섬유 직물시트로 형성되는 프리베이스층과 복합재 시트로 형성되는 베이스층을 동일한 도면 부호인 310으로 도시하였고, 연속섬유 직물시트로 형성되는 프리보강층과 복합재 시트로 형성되는 보강층을 동일한 도면 부호인 320으로 도시하였다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
30: 림 100: 복합재 시트, 연속섬유 직물시트
200: 수지 310: 베이스층, 프리베이스층
320: 보강층, 프리보강층

Claims (14)

  1. 연속섬유에 수지가 함침되어 시트 형태로 형성된 복합재 시트가 적층되어 형성되는 차량용 휠의 림으로서,
    휠의 원주방향을 따라 복합재 시트의 단부가 서로 맞대어지도록 배치되면서 다수의 층으로 적층되어 형성되고,
    각 복합재 시트의 접촉영역에 휠의 축방향을 따라 형성되는 비연속계면이 서로 어긋나게 배치되며,
    상기 림은 원기둥 형상의 림 본체와 상기 림 본체의 축방향 양단에서 직경이 증가되는 방향으로 절곡되어 형성되는 림 아우터 및 림 인너로 구분되고,
    상기 각각의 복합재 시트는 림 본체를 형성하는 본체 영역과, 림 아우터를 형성하는 아우터 영역과, 림 인너를 형성하는 인너 영역으로 구분되고,
    상기 복합재 시트의 아우터 영역 및 인너 영역에는 휠의 원주 방향을 따라 이격되면서 휠의 축방향을 따라 절개된 커팅부가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 휠의 림.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 림은 상기 복합재 시트를 휠의 원주방향을 따라 각각의 단부가 서로 맞대어지도록 배치되어 각 복합재 시트의 접촉영역에 휠의 축방향을 따라 비연속계면이 형성되는 베이스층;
    상기 복합재 시트를 상기 베이스층에 적층하되, 적층되는 복합재 시트를 휠의 원주방향을 따라 각각의 단부가 서로 맞대어지도록 배치되어 각 복합재 시트의 접촉영역에 휠의 축방향을 따라 비연속계면이 형성되는 보강층을 포함하고,
    상기 베이스층에 형성되는 비연속계면과 상기 보강층에 형성되는 비연속계면은 서로 어긋나게 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 휠의 림.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 보강층은 복합재 시트를 적층하여 다수의 층으로 형성되되, 동일층에 적층되는 복합재 시트는 휠의 원주방향을 따라 각각의 단부가 서로 맞대어지도록 배치되어 각 복합재 시트의 접촉영역에 휠의 축방향을 따라 비연속계면이 형성되고, 서로 다른 층에 적층되는 복합재 시트에 의해 형성되는 비연속 계면은 서로 어긋나게 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 휠의 림.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 커팅부는 림의 중심에서 각도 θ에 해당되는 원호의 길이만큼 이격되어 형성되되, 상기 각도 θ는 5°이하인 것을 특징으로 하는 차량용 휠의 림.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 베이스층을 형성하는 복합재 시트의 본체 영역에 함침되는 수지는 내열성 수지이고,
    상기 베이스층을 형성하는 복합재 시트의 아우터 영역 및 인너 영역에 함침되는 수지는 내충격성 수지이며,
    상기 보강층에 함침되는 수지는 내구성 수지인 것을 특징으로 하는 차량용 휠의 림.
  7. 차량용 휠의 림 제조방법으로서,
    림의 형상에 대응되는 금형을 준비하는 금형 준비 단계와;
    연속섬유를 직조하여 다수의 연속섬유 직물시트를 준비하는 연속섬유 직물시트 준비단계와;
    준비된 금형에 금형의 원주방향을 따라 각 연속섬유 직물시트의 단부가 서로 맞대어지도록 배치하면서 다수의 층으로 적층하되, 각 연속섬유 직물시트의 접촉영역에 금형의 축방향을 따라 형성되는 비연속계면이 서로 어긋나게 연속섬유 직물시트를 배치하여 적층하는 적층 단계와;
    적층된 연속섬유 직물시트에 수지를 주입하고 경화시키는 성형 단계를 포함하고,
    상기 금형 준비 단계에서, 금형은 원기둥 형상의 림 본체와 상기 림 본체의 축방향 양단에서 직경이 증가되는 방향으로 절곡되어 형성되는 림 아우터 및 림 인너로 구분되는 림의 형상에 대응되는 금형을 준비하고,
    상기 연속섬유 직물시트 준비단계에서, 각각의 연속섬유 직물시트는 림 본체를 형성하는 본체 영역과, 림 아우터를 형성하는 아우터 영역과, 림 인너를 형성하는 인너 영역으로 구분하고, 상기 연속섬유 직물시트의 아우터 영역 및 인너 영역에는 금형의 원주 방향을 따라 이격되면서 금형의 축방향을 따라 절개되는 커팅부를 형성하는 것을 특징으로 하는 차량용 휠의 림 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 적층 단계는,
    준비된 금형에 금형의 원주방향을 따라 각 연속섬유 직물시트의 단부가 서로 맞대어지도록 배치하되, 각 연속섬유 직물시트의 접촉영역에 금형의 축방향을 따라 비연속계면이 형성되는 프리베이스층을 형성하는 프리베이스층 형성과정과;
    상기 프리베이스층에 연속섬유 직물시트를 적층하되, 적층되는 연속섬유 직물시트를 금형의 원주방향을 따라 각각의 단부가 서로 맞대어지도록 배치하여 각 연속섬유 직물시트의 접촉영역에 금형의 축방향을 따라 형성되는 비연속계면이 상기 프리베이스층에 형성되는 비연속계면과 서로 어긋나게 배치하여 프리보강층을 형성하는 프리보강층 형성과정을 포함하는 차량용 휠의 림 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 프리보강층 형성과정은,
    연속섬유 직물시트를 적층하여 다수의 층으로 형성하되, 동일층에 적층되는 연속섬유 직물시트는 금형의 원주방향을 따라 각각의 단부가 서로 맞대어지도록 배치되어 각 연속섬유 직물시트의 접촉영역에 금형의 축방향을 따라 비연속계면이 형성되고, 서로 다른 층에 적층되는 연속섬유 직물시트에 의해 형성되는 비연속 계면은 서로 어긋나게 배치하는 것을 특징으로 하는 차량용 휠의 림 제조방법.
  10. 삭제
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 연속섬유 직물시트 준비단계에서 형성되는 커팅부는 림의 중심에서 각도 θ에 해당되는 원호의 길이만큼 이격되어 형성되되, 상기 각도 θ는 5°이하인 것을 특징으로 하는 차량용 휠의 림 제조방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 성형 단계는, 적층된 연속섬유 직물시트에 RTM(Resin Transfer Molding)방식으로 수지를 주입하고 경화시키는 것을 특징으로 하는 차량용 휠의 림 제조방법.
  13. 청구항 8에 있어서,
    수지를 필름 형태로 성형하여 다수의 수지필름을 준비하는 수지필름 준비 단계를 더 포함하고,
    상기 적층 단계에서는 연속섬유 직물시트와 상기 수지필름을 교대로 적층하며,
    상기 성형 단계는 상기 직물시트와 수지필름을 열간 압축성형하는 것을 특징으로 하는 차량용 휠의 림 제조방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 연속섬유 직물시트 준비단계에서, 각각의 연속섬유 직물시트는 림 본체를 형성하는 본체 영역과, 림 아우터를 형성하는 아우터 영역과, 림 인너를 형성하는 인너 영역으로 구분하고, 상기 연속섬유 직물시트의 아우터 영역 및 인너 영역에는 금형의 원주 방향을 따라 이격되면서 금형의 축방향을 따라 절개되는 커팅부를 형성하고,
    상기 적층 단계에서, 프리베이스층에 함침되도록 배치되는 수지필름 중 연속섬유 직물시트의 본체 영역에 배치되는 수지필름은 내열성 수지필름이고, 연속섬유 직물시트의 아우터 영역 및 인너 영역에 배치되는 수지필름은 내충격성 수지필름이며, 상기 프리보강층에 함침되도록 배치되는 수지필름은 내구성 수지필름인 것을 특징으로 하는 차량용 휠의 림 제조방법.
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