KR200403964Y1 - 단조 또는 스피닝법으로 제조된 알루미늄휠의 장식방법과이에 의해 제조되는 자동차용 알루미늄 휠 - Google Patents

Abstract

본 고안은 단조법에 의해 제조된 자동차용 알루미늄휠의 디스크를 니켈도금과 크롬도금을 하여 장식도금을 하여 내식성 및 장식성을 확보하며, 이와 같이 제조되어 타이어를 장착 유지시켜 주는 부분인 림을 단조 또는 스피닝으로 제조하여 림의 표면에 광택성이 우수한 스테인레스 스틸로 제작된 림커버를 접착제를 사용하여 일체형으로 하는 자동차용 알루미늄 휠의 장식방법 및 이에 의해 제조되는 자동차용 알루미늄 휠을 제공한다.

본 고안은 단조법으로 제조된 자동차용 알루미늄 휠의 디스크 표면을 깨끗하게 처리하는 전처리공정; 상기 전처리된 자동차용 디스크를 반광택 니켈 도금과 광택 니켈 도금의 이중 니켈 도금으로 하지 도금을 행하는 하지도금공정; 상기 하지도금된 자동차용 휠 디스크를 크롬도금의 장식 도금을 행하는 장식도금공정으로 자동차용 알루미늄 휠의 디스크를 장식도금하고, 이와 같이 하여 제조된 휠 디스크를 림과 용접하거나 볼트로 체결하여 사용한다.

또한 단조 또는 스피닝으로 제조된 자동차용 알루미늄 휠의 림을 표면을 깨끗하게 처리하는 전처리공정; 상기 전처리된 림에 광택성이 좋아 장식성이 우수한 스테인레스 스틸로 제작된 림커버를 자동차용 알루미늄 휠의 림에 접착제를 사용하여 일체화한다.

Description

단조 또는 스피닝법으로 제조된 알루미늄휠의 장식방법과 이에 의해 제조되는 자동차용 알루미늄 휠{A DECORATIVE METHOD ON THE AUTOMOBILE ALUMINIUM WHEEL AND THE AUTOMOBILE ALUMINUM WHEEL MADE BY FORGE OR SPINNING}

본 고안은 단조 또는 스피닝법으로 제조된 자동차용 알루미늄 휠 디스크와 림의 장식방법 및 이에 의해 제조되는 자동차용 알루미늄 휠에 관한 것으로, 특히 디스크를 이중니켈도금과 크롬도금을 이용하여 장식도금을 하여 내식성 및 장식성을 증대시키고, 광택성이 뛰어나 장식성이 우수한 스테인레스 스틸로 제작된 림커버를 단조 또는 스피닝법으로 제조된 알루미늄 휠의 림에 접착제를 사용하여 일체형으로 하는 자동차용 알루미늄 휠의 장식방법 및 이에 의해 제조되는 자동차용 알루미늄 휠에 관한 것이다.

자동차용 알루미늄 휠의 제조방법은 주조법과 단조법이 있다. 주조법은 금속을 녹여서 일정한 모양의 금형에 부어 넣어 제조하는 방법으로 흔히들 말하는 알루미늄 알로이 휠로써 시중에 많이 사용되고 있다.

단조법은 금속판을 두들겨서 휠 모양을 만드는 것인데 1피스(Piece) ,2피스(Piece), 3피스(Piece)가 있는데 이는 그 휠을 만든 판이 1개짜린지, 아니면 2개나 3개를 만들어 용접시킨 것인지의 차이이다.

1피스(Piece)는 휠 자체가 하나로 이루어져 있는 것을 말한다. 2피스(Piece)는 타이어를 장착 유지시켜주는 림(Rim)과 중앙의 디스크(Disc), 즉 두 부분으로 나누어 제작 후 용접 또는 볼트로 체결하여 조립을 하는 것이다. 3피스(Piece)는 차량의 바깥부분의 림인 아우터림(Outer Rim), 차량의 안쪽부분의 림인 이너림(Inner Rim), 디스크(Disc) 이렇게 세부분으로 나누어 제작 후, 용접 또는 볼트로 체결하여 조립을 하는 것이다.

단조법으로 제조된 알루미늄 휠은 구조가 치밀하고 단단하고, 가벼우며, 휠에서 열을 받더라도 열전도가 높아 빨리 식는 특징이 있다. 따라서 타이어에 발생하는 페이드(FADE)현상이 적으며, 디자인 표현이 자유롭고, 발열성이 우수하여 타이어 및 브레이크 라이닝의 수명이 연장되며, 발란스가 양호하여 조정안정성이 향상되는 등 많은 장점을 가지고 있다.

이처럼 알루미늄을 사용하여 휠을 가볍게 하려는 이유는 자동차의 가속성, 연비, 승차감 등 종합적인 성능 향상에 스프링 하중량(upsprung weight)의 경량화가 제일 효과적이기 때문이다. 스프링 하부 중량은 타이어, 휠, 액슬, 브레이크 부품 및 스프링 길이의 절반이하도 하부중량에 포함된다. 스프링 하부 중량이 가벼운 차가 운동성이 좋은 것은 간단히 모래주머니를 허리에 차고 뛰는 것과 발에 차고 뛸 때의 차이와 마찬가지이다. 그래서 스프링 하부 중량이 크면 도로의 요철에 늦게 반응하고 차량이 요란스럽게 움직이게 된다. 일반적으로 스프링 하부의 경량화는 상대적으로 스프링 위쪽의 상중량(sprung weight)을 가볍게 하는 역할을 한다. 스프링 상중량은 차체(body), 프레임, 엔진, 트렌스미션 등 스프링이 받치고 있는 부품들을 말한다. 스프링 상중량이 크면 차량의 안정성이 높아지게 되는데, 이는 고속도로 주행시 차량에 사람이 많이 타고 있을 때와 운전자 혼자 탔을 때의 주행성을 생각하면 된다. 대략 휠에서의 1kg의 차이는 자동차가 달릴 때의 무게차이와 15~20kg의 격차가 있는데, 4개의 휠에서 얻게 되는 무게감소 효과는 최소 160~180kg에 이른다. 이처럼 스프링 하부 중량이 가벼워지면 서스펜션의 응답성도 자연히 높아져서 스포티한 주행을 할 수 있고, 더불어 중량이 가벼워지므로 연비 향상을 꾀할 수 있다.

따라서 기존의 주조법으로 제조된 알루미늄 휠보다 단조법으로 알루미늄 휠을 제조하여 사용하면 각각의 피스는 강도는 높이고 무게는 줄이게 되어 가볍고, 2피스 또는 3피스로 다양한 모양으로 제조가 가능하며, 파손시 파손된 부위만 따로 수리할 수 있다는 장점이 있으며, 주행성과 승차감이 향상된다.

또한 기존의 주조법으로 제조된 장식용 알루미늄 휠의 제조방법은 알루미늄 휠 자체에 전처리를 거친 후, 니켈 도금을 행하고, 최종적으로는 크롬도금을 행한다. 이렇게 제조된 제품은 큰 부피로 인한 생산성의 저하, 소재의 불안정으로 인한 대량불량발생, 내식성의 저하 등으로 인해 제조비용이 상승되는 큰 문제점을 안고 있었다.

따라서 본 고안에서는 자동차용 알루미늄 휠의 림과 디스크를 단조법을 이용하여 각각 분리가 제조하였으며, 림과 디스크를 각각 장식기능을 부여 후 최종 조립하였다. 이때 림은 필요한 경우 스피닝법에 의해 제조하기도 한다. 스피닝법이란 박판성형가공법의 한 종류로서 판제금속이나 주조 혹은 단조에 의해서 만들어진 예비형상으로부터 축대칭형의 제품을 만드는데 이용되는 공법으로 회전하는 맨드릴과 강체의 공구 또는 롤러를 사용하여 축대칭제품을 성형하여 가공하는 방법이다.

디스크는 이중니켈도금과 크롬도금을 하여 장식성을 부여하였으며, 림은 304, 304L, 316, 430 등의 스테인레스 스틸을 기계연마 또는 전해연마하여 제작한 광택성이 우수한 림커버를 접착제를 사용하여 아우터림과 림커버를 일체화하여 장식성을 부여하였다. 최종적으로는 각각 별도로 장식성을 부여한 림과 디스크를 용접 또는 볼트를 이용하여 체결함으로써 단조법으로 제조된 알루미늄 휠에 장식성을 부여하였다.

이렇게 장식성을 부여하면 주조법으로 제조되어 알루미늄 휠 전체를 도금하는 것보다 휠의 부식억제효과, 불량발생의 감소, 생산성 향상, 제조 인원 감소로 인한 경비절감을 할 수 있다. 특히 불량률의 경우 주조로 된 알루미늄 휠 자체를 도금하는 경우 20-30%의 불량을 나타내지만 본 고안의 방법을 사용하면 5%이하로 불량률을 감소시킨다.

이를 위해 본 고안은, 단조법으로 제조된 알루미늄 휠의 디스크의 표면처리시 반광택 니켈 도금과 광택 니켈 도금의 이중 니켈 도금을 행한 후, 크롬도금으로 장식도금을 행하였으며, 단조 또는 스피닝법으로 제조된 림의 표면에 장식성과 내식성이 우수한 스테인레스 스틸로 제작된 림커버를 접착제를 이용하여 부착하였다. 최종적으로는 각각 장식성과 내식성을 부여한 디스크와 림을 용접 또는 볼트로 체결하여 조립함으로써 내식성과 장식성 문제를 해소할 수 있도록 한 자동차용 알루미늄 휠의 장식방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 고안의 다른 목적은 알루미늄 휠 디스크를 하도, 중도, 상도의 도장을 함으로써 림 커버로 장식된 림과 조립시 또 다른 장식방법을 제공함에 있다.

본 고안의 다른 목적은 알루미늄 휠 디스크를 스퍼터링, 이온플레이팅 등의 건식도금을 함으로써 림 커버로 장식된 림과 조립시 또 다양한 칼라의 다른 장식방법을 제공함에 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 림커버의 표면 처리시 304, 304L, 316, 430 등의 스테인레스 스틸로 제작된 림 커버를 연마포를 사용하여 광택연마하거나, 전기도금방식을 이용한 전해연마를 통하여 우수한 광택성과 내식성을 부여한다. 이처럼 거울과 같은 경면처리된 림커버를 접착제를 사용하여 림에 일체형으로 결합함으로써 림 표면에서 연마가공을 줄일 수 있어 림의 구조를 보다 단순화함은 물론 그 제조비용을 절감할 수 있도록 한 자동차용 알루미늄 휠을 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 단조법으로 제조된 자동차용 알루미늄 휠 디스크의 장식도금방법은,

자동차용 알루미늄 휠 디스크의 표면을 깨끗하게 처리하는 전처리공정;

상기 전처리된 자동차용 알루미늄 휠 디스크를 반광택 니켈 도금과 광택 니켈 도금의 이중 니켈 도금으로 하지 도금을 행하는 하지도금공정;

상기 하지도금된 자동차용 알루미늄 휠 디스크를 크롬도금 등의 장식 도금을 행하는 장식도금공정;으로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 고안에 따른 단조 또는 스피닝법으로 제조된 자동차용 알루미늄 휠의 림의 장식방법은,

304, 304L, 316, 430 등의 스테인레스 스틸로 제작된 림 커버를 연마포를 사용하여 광택연마하거나, 전기도금방식을 이용한 전해연마를 통하여 경면을 만들고, 그 표면에 접착제가 도포된 자동차용 알루미늄 휠의 림에 압착 결합된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안을 보다 상세히 설명한다.

본 고안은 알루미늄 및 알루미늄합금으로 단조법에 의해 제조된 자동차용 알루미늄 휠 디스크 제품을 장식도금을 하기 위한 것으로, 휠 디스크 소재를 전처리한 후, 전처리된 제품을 반광택 니켈도금과 광택 니켈 도금의 이중 니켈 도금으로 하지 도금을 행한 후, 최종적으로 하지 도금된 제품을 크롬도금 등의 장식 도금을 하는 공정으로 이루어진다.

전처리는 알칼리탈지, 에칭, 1차 징케이트, 박리, 2차 징케이트로 이루어진다. 상기 하지도금공정은 전처리 공정이 완료된 제품을 이중 니켈 도금하는 공정으로 청화동도금, 반광택 니켈 도금, 광택 니켈 도금의 순으로 행한다.

상기 장식도금공정은 이중니켈도금을 하여 하지도금이 처리된 제품에 전기적인 방법으로 크롬도금 등의 장식도금을 실시하는 것으로, 두께는 0.5㎛ 이하로 한다.

알칼리 탈지는 표면에 부착된 유지성분을 제거한다. 처리조건은 Al-47을 30-50g/l의 농도로 하여 30-50℃에서 5-10분간 침적하여 세척한다.

에칭은 NaOH를 40-50g/l로 용해된 용액에서 알루미늄 표면에 형성된 산화피막을 제거하는 공정이다.

1차 징케이트는 ZnO 70-90g/l, NaOH 90-110g/l의 용액에 침적하면 알루미늄 표면에 아연이 치환이 되어 균일한 아연피막층을 형성시키는 과정이다.

박리는 50g/l의 질산용액에 1차 형성된 징케이트를 집어 넣어 형성된 아연피막층을 제거한다. 이렇게 하는 이유는 보다 균일한 아연피막을 형성하기 위해서이다.

2차 징케이트는 1차 징케이트 형성 후 박리시킨 제품을 다시 ZnO 70-90g/l, NaOH 90-110g/l의 용액에 침적시키는 과정이다. 이 과정은 박리시 표면에 형성된 미세한 아연입자를 중심으로 하여 2차 핵생성을 시키면 1차 징케이트를 처리하여 형성된 아연피막보다 미세하면서 균일한 아연피막을 형성하여 밀착력을 향상시키기 때문이다.

청화동도금은 밀착력 향상과 표면조도 균일화를 위하여 실시한다. CuCN 20-30g/l, NaCN 10-20g/l, pH는 11-13, 온도는 45-60℃에서 도금을 행한다.

반광택 니켈 도금은 황산니켈의 농도는 220 - 370g/l, 염화니켈의 농도는 30 - 60g/l, 붕산의 농도는 30 - 60g/l와 반광택용 광택제(Duplalux SB-A)를 사용하여 도금을 행한다.

광택 니켈 도금은 pH가 3.6 - 4.5, 황산니켈의 농도는 220 - 370g/l, 염화니켈의 농도는 30 - 60g/l, 붕산의 농도는 30 - 60g/l 그리고 제1광택제(MAKROLUX NF Brightener)와 제2광택제(MAKROLUX NF Leveler)를 사용하여 도금을 한다.

크롬도금은 온도는 30 - 55℃, 무수크롬산 농도는 150 - 400g/l, 황산은 0.5 - 5g/l로 배합된 도금조에서 행한다.

본 고안의 또 다른 점은 단조 또는 스피닝법으로 제조된 자동차용 알루미늄 휠의 림의 장식방법이다. 304, 304L, 316, 430 등의 스테인레스 스틸로 제작된 림커버를 연마포를 이용하여 광택연마하거나, 전기도금방식을 이용한 전해연마를 통하여 경면을 만들고, 그 표면에 접착제가 도포된 자동차용 알루미늄 휠의 림에 압착 결합된 것을 특징으로 한다.

거울과 같은 경면을 만들기 위해서는 두가지 방법이 사용된다.

첫째는 기계연마에 의한 방법이다. 연마포를 사용하는 방법으로 거친입도를 가진 연마포로부터 아주 미세한 입도를 가진 연마포로 바꾸어 가면서 연마를 하여 거울면을 만드는 방법이다. 연마포의 입도는 #600, #800, #1000, #1200의 순서로 사용하며, 마지막으로 마이크로포를 사용하여 거울면을 만든다. 이렇게 형성된 면은 우수한 광택과 형성된 산화피막에 의한 내식성을 가진다. 하지만 간접적인 표면오염이 유발되며 연마도구나 연마매체로부터 발생된 금속입자들이 표면에 박혀있거나 붙어있게 되고, 일정한 영역이 가공경화층을 형성하게 되어 오염물을 발생하는 단점이 있다.

둘째는 전해연마에 의한 방법이다. 전해연마(Electro-Polishing)를 행하면 가공에서 생긴 산화물 및 비금속 개재물과 같은 오염물이 제거되어 스테인레스 스틸 자체의 성질을 회복과 더불어 크롬산화막(부동태층)을 형성시키므로서 부식 저항성이 크게 향상되며 미려한 표면상태와 균일한 조도를 가진다.

전해연마된 림커버를 제작하기 위해서는 먼저 304, 304L, 316, 430 등의 스테인레스 스틸로 기계가공한 림커버를 제작한다.

제작된 림커버를 85% 인산 550-650ml/l, 98% 황산 250-350ml/l, 첨가제인 EP-2를 30-80ml/l를 함유한 80-90℃의 온도를 유지하는 수용액 중에서 40-60A/d㎡의 전류밀도를 가하면서 2-4분간 전해시키면 우수한 광택성과 내식성을 가진 전해연마된 림커버가 제작된다.

전해연마되어 경면을 나타내는 림커버를 접착제를 사용하여 림에 일체형으로 결합함으로써 림의 장식성을 부여한다.

상기와 같은 과정을 거쳐 단조법에 의해 제조된 알루미늄 휠의 디스크와 림의 장식방법이 완료되면 도 1 및 도 2와 같이, 휠 림(2)의 외측 표면에 접착제(실러)(1)를 도포한 다음 이의 외측 표면에 림(2)과 림 커버(3)를 결합시킨다.

즉, 자동차용 알루미늄휠 림(2)의 표면에 접착제(1)를 도포한 후, 상기와 같이 장식도금된 림커버(3)를 압착하여 부착함으로써 알루미늄 휠 림(2)와 림커버(3)를 일체형으로 한다. 이와 같이 접착제(1)에 의해 휠의 림(2)과 장식도금된 림커버(3)를 일체화하면 외부의 물리적인 힘에 의한 자동차용 알루미늄 휠의 림(2)과 림커버(3)의 분리가 불가능하게 된다.

이렇게 장식성이 부여된 림(2)은 디스크(4)의 외측에 용접 또는 볼트로 인한 체결에 의해 림(2)과 디스크(4)가 일체가 되어 알루미늄 휠이 완성이 된다.볼트로 체결하는 경우에, 상기 림(2)에는 복수개의 볼트 체결공(2-1)이 형성되고, 디스크(4)에도 마찬가지로 복수개의 볼트 체결공(4-1)이 형성되어 볼트(6)에 의해 상호 체결되는 것이다.이때, 통상적으로 알루미늄 휠의 디스크(4)는 원판 형태로 되어 내측 림(5)의 바깥쪽에 체결되어 있으며, 이러한 디스크의 외측에 장식성을 부여하기 위하여 상기에서 설명한 림(2)과 림 커버(3)를 더 부여하는 것이다.

본 고안은 상기에 기술된 실시 예에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 고안의 취지와 범위에 포함된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안은 다음과 같은 효과를 갖게 된다.

첫째,주조법에 의한 알루미늄 휠의 경우 장식도금을 하기 위해서는 휠 자체를 도금해야 하지만 단조법에 의해 제조된 알루미늄 휠의 경우 2피스 또는 3피스로 나누어 도금을 할 수가 있어 생산성의 향상, 제조비용의 절감, 불량발생 감소 등의 이루어 원가를 절감할 수 있게 된다.

둘째, 스테인레스 스틸을 전해연마하여 림커버를 제작함으로써 기존의 도장처리의 불균일을 해소하여 균일한 피막형성과 우수한 내식성을 제공함으로써 림커버의 미려한 외관 및 안정감을 제공하게 된다.

셋째, 림과 림커버를 접착제를 이용하여 결합함으로써 기존의 휠 디자인은 디자인이 바뀔 때마다 매번 금형을 제조하여 사용하지만 본 고안은 하나의 림 디자인 금형에 여러 개의 림커버를 적용할 수가 있어 금형 비용을 절감하면서 여러 개의 휠 디자인의 사용이 가능한 장점이 있다.

넷째, 휠 디자인에서 시판되는 제품의 크기는 휠의 외경과 거의 일치하여 대부분이 원모양이지만 단조법으로 제조되는 디스크의 경우 원 이외에 타원형, 삼각형, 사각형 등 여러 가지 모양으로 변형을 가져갈 수 있는 장점이 있다.

도 1 은 본 고안의 제조 공정을 보인 도.

도 2 는 이에 의해 제조된 자동차용 휠

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 접착제 2 : 자동차용 휠 림

3 : 림 커버 4 : 자동차용 휠 디스크 5 : 내부 림 6 : 볼트

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11. 외측 표면에 접착제가 도포된 자동차용 휠의 외부 림에, 기계연마 또는 전해연마에 의해 장식 도금이 행해진 자동차용 림 커버가 외부 림의 외측에 접착되어 결합되며, 상기 림 커버가 부착된 외부 림이 알루미늄 휠 디스크의 외측에 용접 또는 볼트로 체결되어 일체화된 것을 특징으로 하는 자동차용 알루미늄 휠.