KR20170143199A - 대칭형 레이어 구조를 포함하는 복합재 림 및 이를 포함하는 차량용 로드휠 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 대칭형 레이어 구조를 포함하는 복합재 림은, 복수의 복합재가 적층되며, 내주부를 형성하는 제1레이어군 및 상기 제1레이어군의 외측에 구비되어 외주부를 형성하며, 상기 제1레이어군과의 계면을 기준으로 상기 제1레이어군과 대칭되는 형태로 복수의 복합재가 적층된 제2레이어군을 포함한다.

Description

대칭형 레이어 구조를 포함하는 복합재 림 및 이를 포함하는 차량용 로드휠{Composite Rim Having Symmetric Layer Structure and Roadwheel for Vehicle}
본 발명은 복합재 림 및 이를 포함하는 차량용 로드휠에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대칭형 레이어 구조에 의해 강도를 향상시키고, 무게를 경량화시킨 복합재 림 및 이를 포함하는 차량용 로드휠에 관한 것이다.
최근에는 금속뿐 아니라 다양한 복합재를 이용하여 차량의 휠을 제조하고 있다. 대표적인 복합재로서는 탄소섬유, 즉 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)가 있으며, 이와 같은 복합재를 이용하여 차량용 휠을 제조하게 된다.
상기 CFRP는 일반적으로 탄소 섬유(CF)를 강화재로 하는 플라스틱계 복합재를 말하며, 이는 경량 구조용 재료로서 뛰어난 특성을 갖고 있으며, 비강도는 철강의 6배, 비탄성률은 철강의 3배로 되어 있다. 또 정적 강도뿐만 아니라 뛰어난 피로특성을 갖고 있으며, 내마찰(耐摩擦), 내마모성이 뛰어나다. 그리고 기능적으로 열팽창 계수가 작기 때문에 치수 안정성이 뛰어나고, 전기 전도성, 내식성, 진동 감쇠성, X선 투과성 등이 뛰어난 성능을 갖고 있다.
그리고 차량용 휠의 제조를 위해서는 CFRP를 서로 직조하고, 수지를 함침시켜 섬유직물체를 형성한 뒤 이를 적층하여 고온에서 가열 및 가압하는 과정을 거치게 된다.
이상과 같이 CFRP를 이용하여 제조된 차량용 휠은 종래 일반적인 방법에 의해 제조된 휠에 비해 강도를 비롯한 다양한 특성이 우수하며, 또한 이와 동시에 중량이 크게 감소되어 그 품질을 인정받고 있다.
다만, 종래에는 상기와 같은 탄소섬유를 비롯한 복합재의 적층 과정에 주름이 쉽게 발생하게 되는 문제가 있다. 그리고 이와 같이 복합재의 적층 과정에서 주름이 발생하게 될 경우, 림의 둘레 방향으로 두께가 불균일하게 형성되어 오차가 발생하는 것은 물론 강도 및 내구성 등 전체적인 품질이 저하되는 문제가 있다.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
한국공개특허 제10-2010-0073714호
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 복합재를 이용한 림의 제조 과정에서 상기 복합재의 적층 시 주름이 발생하는 현상을 방지하기 위한 목적을 가진다.
또한 이를 통해 강도 및 내구도가 우수한 림 및 이를 포함하는 휠을 제공하기 위한 목적을 가진다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대칭형 레이어 구조를 포함하는 복합재 림은, 복수의 복합재가 적층되며, 내주부를 형성하는 제1레이어군 및 상기 제1레이어군의 외측에 구비되어 외주부를 형성하며, 상기 제1레이어군과의 계면을 기준으로 상기 제1레이어군과 대칭되는 형태로 복수의 복합재가 적층된 제2레이어군을 포함한다.
그리고 상기 제1레이어군 및 상기 제2레이어군은, 상기 제1레이어군 및 상기 제2레이어군의 계면을 기준으로 적어도 최외곽에 구비되는 다축직조형섬유체와, 상기 다축직조형섬유체 내측에 구비되는 단방향직조형섬유체를 포함할 수 있다.
또한 상기 다축직조형 섬유체는, 경사 및 위사가 림의 폭 방향에 대해 경사지게 적층될 수 있다.
그리고 상기 제2레이어군의 외측을 감싸도록 구비되는 혼방섬유체를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 제1레이어군 및 상기 제2레이어군 사이에 구비되는 내장코어를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 내장코어는 단방향섬유체를 포함할 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 대칭형 레이어 구조를 포함하는 복합재 림 및 이를 포함하는 차량용 로드휠은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 림 제조 시 복합재의 적층 과정에서 주름이 발생하는 것을 방지할 수 있으므로, 림의 둘레 방향에 따른 두께를 균일하게 형성할 수 있어 품질을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
둘째, 제1레이어군과 제2레이어군이 계면을 중심으로 대칭되는 형태로 형성되므로, 구조적인 강도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
셋째, 제조설비의 자동화가 용이하여 양산성을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합재 림의 모습을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 복합재 림의 A-A'단면을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합재 림의 B-B'단면으로서, 도 2의 C영역을 확대한 모습을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 복합재 림의 구조를 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 복합재 림의 구조를 나타낸 도면;
도 6은 본 발명에 따른 복합재 림의 제1레이어군 및 제2레이어군 사이에 내장코어가 삽입된 모습을 나타낸 도면;
도 7은 본 발명에 따른 복합재 림에 있어서, 다축직조형섬유체의 직조 형태를 나타낸 도면; 및
도 8은 본 발명에 따른 복합재 림에 있어서, 다축직조형섬유체의 또 다른 직조 형태를 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합재 림(1)의 모습을 나타낸 도면이며, 도 2는 도 1에 도시된 복합재 림(1)의 A-A'단면을 나타낸 것이고, 도 3은 도 1에 도시된 복합재 림(1)의 B-B'단면으로서, 도 2의 C영역을 확대한 모습을 나타낸 것이다.
먼저 도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 복합재 림(1)은 복수의 복합재가 적층된 다중 레이어를 포함하는 것을 확인할 수 있다.
이때 상기 복합재로는, 탄소섬유, 아라미드 섬유, 나일론 섬유, 고강도 탄소섬유(탄소나노튜브 복합화) 등 다양한 섬유가 사용될 수 있으며, 이중 어느 하나 이상이 직물체 형태로 직조되어 사용될 수 있다.
그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 복합재 림(1)은 제1레이어군(L1)과, 제2레이어군(L2)을 포함한다.
상기 제1레이어군(L1) 및 상기 제2레이어군(L2)은 각각 복수의 복합재가 적층된 형태를 가지며, 특히 상기 상기 제1레이어군(L1)은 복합재 림(1)의 내주부를, 상기 제2레이어군(L2)은 상기 제1레이어군(L1)의 외측에 구비되어 복합재 림(1)의 외주부를 형성한다.
그리고 상기 제1레이어군(L1) 및 상기 제2레이어군(L2)은, 서로 접하는 계면을 기준으로 하여 서로 대칭되는 형태로 형성된다. 즉 상기 제1레이어군(L1)을 형성하는 복수의 복합재와 상기 제2레이어군(L2)을 형성하는 복수의 복합재는, 상기 제1레이어군(L1) 및 상기 제2레이어군(L2)의 계면을 기준으로 하여 서로 대칭되는 형태로 적층된다.
구체적으로 상기 제1레이어군(L1) 및 상기 제2레이어군(L2)은, 상기 제1레이어군(L1) 및 상기 제2레이어군(L2)의 계면을 기준으로 적어도 최외곽에 구비되는 다축직조형섬유체(10a)와, 상기 다축직조형섬유체(10a) 내측에 구비되는 단방향직조형섬유체(10b)를 포함할 수 있다.
상기 다축직조형섬유체(10a)는 경사 및 위사가 서로 교차되는 형태로 박음질된 직물체이며, 상기 단방향직조형섬유체(10b)는 섬유가 단일 방향으로 배열된 형태로 박음질된 직물체이다. 상기 다축직조형섬유체(10a) 및 상기 단방향직조형섬유체(10b)는 NCF(Non Crimp Fiber)형으로 형성될 수 있다.
특히 본 실시예의 경우, 상기 제1레이어군(L1)은 단방향직조형섬유체(10b)가 2개 층으로 적층되며, 이와 같은 2개 층의 단방향직조형섬유체(10b)의 양방향으로 각각 2개 층의 다축직조형섬유체(10a)가 적층된 형태를 가진다. 즉 상기 제1레이어군(L1)은 총 4층의 다축직조형섬유체(10a)와, 상기 다축직조형섬유체(10a) 사이에 구비되는 2층의 단방향직조형섬유체(10b)를 포함한다.
그리고 상기 제2레이어군(L2)은 상기 제1레이어군(L1)과의 계면을 중심으로 하여 대칭되는 형태를 가지므로, 본 실시예에서 상기 제2레이어군(L2) 역시 상기 제1레이어군(L1)과 마찬가지로 단방향직조형섬유체(10b)가 2개 층으로 적층되며, 이와 같은 2개 층의 단방향직조형섬유체(10b)의 양방향으로 각각 2개 층의 다축직조형섬유체(10a)가 적층된 형태를 가진다. 즉 상기 제2레이어군(L2) 역시 상기 제1레이어군(L1)과 동일하게 총 4층의 다축직조형섬유체(10a)와, 상기 다축직조형섬유체(10a) 사이에 구비되는 2층의 단방향직조형섬유체(10b)를 포함한다.
한편 본 실시예의 경우, 상기 제2레이어군(L2)의 외측을 감싸도록 구비되는 혼방섬유체(10c)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에서 상기 혼방섬유체(10c)는 T/W(Tetoron/Wool) 혼방섬유로 형성되는 것으로 하였으며, 이는 내측의 상기 제1레이어군(L1) 및 상기 제2레이어군(L2)을 이루는 각 복합재의 원단, 광택, 강도 등의 섬유 손상을 보호하는 역할을 수행한다.
이상과 같이 본 발명은 상기 제1레이어군(L1) 및 상기 제2레이어군(L2)이 그 계면을 중심으로 대칭되는 형태로 형성되므로, 구조적인 강도를 향상시킬 수 있는 것은 물론, 그 형태에 의해 제조설비의 자동화가 용이하여 양산성을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
이와 같은 복합재의 종류, 적층 순서 및 적층 개수는 하나의 실시예로서 나타낸 것이며, 본 실시예에 의해 제한되지 않는다. 즉 상기 복합재의 종류, 적층 순서 및 적층 개수는 본 실시예와 얼마든지 다르게 형성될 수 있음은 물론이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 복합재 림의 구조를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 복합재 림의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 제2실시예의 경우, 상기 제1레이어군(L1) 및 상기 제2레이어군(L2)은 상기 다축직조형섬유체(10a)와 상기 단방향직조형섬유체(10b)가 서로 번갈아 적층된 형태로 형성된다.
또한 도 5에 도시된 제3실시예의 경우, 상기 제1레이어군(L1) 및 상기 제2레이어군(L2)은 상기 다축직조형섬유체(10a)가 상기 제1레이어군(L1) 및 상기 제2레이어군(L2)의 계면을 기준으로 최외곽에 2층이 구비되며, 이후 상기 단방향직조형섬유체(10b)가 1층, 상기 다축직조형섬유체(10a)가 2층, 상기 단방향직조형섬유체(10b)가 다시 1층이 적층된 형태를 가진다.
즉 본 실시예의 경우 상기 제1레이어군(L1) 및 상기 제2레이어군(L2)의 계면에, 상기 제1레이어군(L1) 및 상기 제2레이어군(L2)의 단방향직조형섬유체(10b)가 서로 접하는 형태로 형성된다.
이상과 같이, 본 발명은 상기 제1레이어군(L1) 및 상기 제2레이어군(L2)의 계면을 기준으로 적어도 최외곽에 다축직조형섬유체(10a)가 구비된 상태에서, 상기 최외곽에 다축직조형섬유체(10a)와 상기 제1레이어군(L1) 및 상기 제2레이어군(L2)의 계면 사이의 적층 구조는 제한 없이 다양한 형태로 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 복합재 림(1)의 제1레이어군(L1) 및 제2레이어군(L2) 사이에 내장코어가 삽입된 모습을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 경우 상기 제1레이어군(L1) 및 상기 제2레이어군(L2)의 적층 과정에서, 상기 제1레이어군(L1) 및 상기 제2레이어군(L2) 사이에 내장코어(20)를 더 적층할 수 있다.
상기 내장코어(20)는 림(1)의 외주부를 형성하는 상기 제2레이어군(L2)과, 림(1)의 내주부를 형성하는 상기 제1레이어군(L1)의 전체 계면 중 일부 영역에 구비되며, 상기 제2레이어군(L2)의 내측에서 상기 제2레이어군(L2)의 형태를 잡아 림(1)의 둘레 굴곡을 형성하는 역할을 수행한다.
그리고 상기 내장코어(20)는 다양한 재질로 형성될 수 있다. 예컨대 경량의 합성수지가 성형된 형태일 수도 있으며, 또 다른 섬유체가 적층된 형태일 수도 있다. 본 실시예의 경우, 상기 내장코어(20)는 전술한 단방향직조형섬유체(10b)와는 달리 직조되지 않은 단방향섬유체를 포함하는 것으로 하였다.
이에 따라 림(1)의 제조 과정은, 상기 제1레이어군(L1)을 적층한 뒤, 림(1)의 둘레 굴곡에 대응되도록 상기 단방향섬유체를 상기 제1레이어군(L1) 상에 적층하고, 이후 상기 제2레이어군(L2)을 적층하는 것으로 이루어질 수 있다.
한편 전술한 다축직조형섬유체(10a)는 다양한 형태로 직조될 수 있으며, 도 7 및 도 8에는 상기 다축직조형섬유체(10a)의 서로 다른 직조 형태가 도시된다.
먼저 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 다축직조형섬유체(10a)는 경사(11a)와 위사(11b)가 서로 매번 엇갈리도록 교차되는 형태일 수 있다. 즉 어느 하나의 경사(11a)는 각 위사(11b)의 상하를 번갈아 교차하는 형태를 가지며, 반대로 어느 하나의 위사(11b) 역시 각 경사(11a)의 상하를 번갈아 교차하는 형태를 가질 수 있다.
그리고 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 다축직조형섬유체(10a)는 경사(11a)와 위사(11b)가 일정 주기로 엇갈리도록 교차되는 형태일 수 있다. 즉 어느 하나의 경사(11a)는 일정 주기마다 각 위사(11b)의 상하로 이동하여 교차하는 형태를 가지며, 반대로 어느 하나의 위사(11b) 역시 일정 주기마다 각 경사(11a)의 상하로 이동하여 교차하는 형태를 가질 수 있다.
본 실시예의 경우, 어느 하나의 경사(11a)는 2개의 위사(11b) 마다 상하 방향을 바꾸도록 교차하는 형태이며, 어느 하나의 위사(11b) 역시 2개의 경사(11a) 마다 상하 방향을 바꾸도록 교차하는 형태를 가진다.
이와 같이 상기 다축직조형섬유체(10a)는 경사(11a)와 위사(11b)가 일정 주기로 엇갈리도록 교차하는 방법을 사용함으로써, 림(1) 제조 시 복합재의 적층 과정에서 주름을 최소화할 수 있다. 따라서 본 발명은 림(1)의 둘레 방향에 따른 두께를 균일하게 형성할 수 있어 품질을 크게 향상시킬 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
1: 복합재 림 10a: 다축직조형섬유체
10b: 단방향직조형섬유체 10c: 혼방섬유체
11a: 경사 11b: 위사
20: 내장코어 L1: 제1레이어군
L2: 제2레이어군

Claims (7)

  1. 복수의 복합재가 적층되며, 내주부를 형성하는 제1레이어군; 및
    상기 제1레이어군의 외측에 구비되어 외주부를 형성하며, 상기 제1레이어군과의 계면을 기준으로 상기 제1레이어군과 대칭되는 형태로 복수의 복합재가 적층된 제2레이어군;
    을 포함하는 복합재 림.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1레이어군 및 상기 제2레이어군은,
    상기 제1레이어군 및 상기 제2레이어군의 계면을 기준으로 적어도 최외곽에 구비되는 다축직조형섬유체와, 상기 다축직조형섬유체 내측에 구비되는 단방향직조형섬유체를 포함하는 복합재 림.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다축직조형 섬유체는,
    경사 및 위사가 림의 폭 방향에 대해 경사지게 적층되는 복합재 림.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2레이어군의 외측을 감싸도록 구비되는 혼방섬유체를 더 포함하는 복합재 림.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1레이어군 및 상기 제2레이어군 사이에 구비되는 내장코어를 더 포함하는 복합재 림.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 내장코어는 단방향섬유체를 포함하는 복합재 림.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 복합재 림을 포함하는 차량용 로드휠.
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