KR20230032474A - 탄소섬유 재질로 이루어지는 자전거 림의 손상부위 수리방법 - Google Patents

탄소섬유 재질로 이루어지는 자전거 림의 손상부위 수리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 림(1)의 외주면 형상으로 이루어지는 제1탄성가압체(10)를 준비하는 단계; 제1탄성가압체(10)의 외면부위에 림(1)의 손상부위(D) 형상에 대응하도록 탄소섬유사(20)를 일정두께로 적층하여 복구층(R1)을 형성하는 단계; 일정두께로 적층된 복구층(R1)의 외면부위가 림(1)의 손상부위(D)와 밀착되도록 제1탄성가압체(10)를 림(1)에 강제로 끼움 결합하는 단계; 제1탄성가압체(10)와 림(1)을 함께 랩핑하여 구속한 다음 일정온도로 제1차 성형하는 단계; 탄소섬유직물(30)로 이루어지는 커버층(R2)의 내면부위를 림(1)의 손상부위(D)에 일체화된 복구층(R1)의 외면부위에 결합시키는 단계; 커버층(R2)의 내면부위가 복구층(R1)의 외면부위와 밀착되도록 제2탄성가압체(40)를 림(1)에 강제로 끼움 결합하는 단계; 제2탄성가압체(40)와 림(1)을 함께 랩핑하여 구속한 다음 일정온도로 제2차 성형하는 단계;를 포함하는 탄소섬유 재질로 이루어지는 자전거 림의 손상부위 수리방법을 제공한다.

Description

탄소섬유 재질로 이루어지는 자전거 림의 손상부위 수리방법{Method of repairing damage portion in bicycle rim made of carbon fibers}
본 발명은 탄소섬유 재질로 이루어지는 자전거 림의 손상부위 수리방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 림의 손상된 부위를 탄소섬유사로서 1차 복구하고, 복구된 부위를 탄소섬유직물의 커버층으로 2차 보호함으로써 복구된 부위가 장시간 동안 매우 안정적인 결합 상태를 유지할 수 있는 자전거 림의 손상부위 수리방법에 관한 것이다.
근자 운동을 겸한 여가생활의 일환으로 자전거를 이용하는 인구가 급속하게 증가하고 있으며, 이에 맞추어 다양한 재질로 이루어지는 자전거가 속속 등장하고 있다. 이 중에서 탄소섬유는 그 무게가 가벼울 뿐 아니라 상당한 내구성을 담보할 수 있다는 점에서 자전거의 프레임은 물론 림 재질로 널리 애용되고 있다.
탄소섬유로 제작되는 자전거 프레임의 경우 특정 부위가 균열 등으로 손상이 발생하면, 손상부위를 탄소섬유 실로 테이핑하거나 또는 탄소섬유 직물로 감싸 손상부위를 메운 다음 열경화시키는 방식으로 수리하게 된다. 그런데, 탄소섬유로 제작되는 림에 손상이 발생하면, 프레임의 수리에 적용되는 이러한 방식으로는 수리가 불가능하다.
왜냐하면, 일반적인 관 형상으로 이루어져 축 대칭을 이루는 프레임과 달리 림은 상, 하부 각각이 서로 다른 단면 구조를 가지고 있어 테이핑 등과 같은 방법으로는 손상부위를 메우는 것이 매우 힘들기 때문이다. 만일, 손상부위를 억지로 메워 수리한다 할지라도, 수리 이후에 작은 충격이 가해지면 메워진 부위가 다시 떨어져 나가는 등 자전거 림의 손상에 대해서는 적절한 수리 방법이 없었다.
대한민국 등록특허 제1362045호 대한민국 등록특허 제1595069호
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 탄소섬유로 이루어지는 자전거 림에 손상이 발생하는 경우 이를 완벽하게 수리할 수 있는 방법을 제공함에 있다.
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여, 림(1)의 외주면 형상으로 이루어지는 제1탄성가압체(10)를 준비하는 단계; 제1탄성가압체(10)의 외면부위에 림(1)의 손상부위(D) 형상에 대응하도록 탄소섬유사(20)를 일정두께로 적층하여 복구층(R1)을 형성하는 단계; 일정두께로 적층된 복구층(R1)의 외면부위가 림(1)의 손상부위(D)와 밀착되도록 제1탄성가압체(10)를 림(1)에 강제로 끼움 결합하는 단계; 제1탄성가압체(10)와 림(1)을 함께 랩핑하여 구속한 다음 일정온도로 제1차 성형하는 단계; 탄소섬유직물(30)로 이루어지는 커버층(R2)의 내면부위를 림(1)의 손상부위(D)에 일체화된 복구층(R1)의 외면부위에 결합시키는 단계; 커버층(R2)의 내면부위가 복구층(R1)의 외면부위와 밀착되도록 제2탄성가압체(40)를 림(1)에 강제로 끼움 결합하는 단계; 제2탄성가압체(40)와 림(1)을 함께 랩핑하여 구속한 다음 일정온도로 제2차 성형하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 그 기술적 특징으로 한다.
상기 제2탄성가압체(40)는 림(1)의 외주면 형상으로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 제2탄성가압체(40)는 림(1)의 좌우 내면 형상으로 이루어지는 한 쌍의 제2탄성가압굴곡체(41) 및 제2탄성가압굴곡체(41) 사이에 삽입되는 제2탄성가압쇄기체(43)의 결합 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제2탄성가압체(40)는 각각이 일정두께 및 일정폭, 일정길이를 가지는 제2탄성가압스트립체(45)의 복수 개가 적층되는 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명은 탄소섬유 재질로 이루어지는 자전거의 림의 외주면에 손상이 발생하면, 손상된 부위를 탄소섬유사로서 복구한 다음, 복구된 부위의 외면을 일정넓이를 가지는 탄소섬유직물로서 커버하며 밀폐시키는 방식을 제안함으로써, 외력이 작용하더라도 복구된 부위가 림으로부터 분리되지 않고 장시간 동안 매우 안정적인 결합 상태를 유지할 수 있도록 해준다.
도 1은 탄소섬유 재질로 이루어지는 통상적인 자전거의 휠에 있어 림의 손상 상태를 보여주는 개략적인 일 구성도.
도 2a 내지 도 2g 각각은 본 발명에 따른 자전거 림의 손상부위 수리방법의 개략적인 단계도.
도 3a 및 도 3b 각각은 본 발명에 있어 제2탄성가압체의 개략적인 다른 구성도.
본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명의 실시예를 상술함에 있어 본 발명의 기술적 특징과 직접적인 관련성이 없거나, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명은 탄소섬유 재질로 이루어지는 자전거 림의 손상부위 수리방법으로서, 제1탄성가압체(10) 준비단계, 복구층(R1) 형성단계, 제1탄성가압체(10) 강제 끼움 단계, 제1차 성형단계, 커버층(R2) 결합단계, 제2탄성가압체(40) 강제 끼움 단계, 제2차 성형단계를 포함하여 이루어지는 특징이 있다.
도 1에는 탄소섬유 재질로 이루어지는 통상적인 자전거의 휠이 개시되어 있으며, 이러한 휠의 림(1) 외주면 중 도면과 같이 특정 부위에 손상(D)이 발생한 경우를 상정한 것이다. 이하에서는 이를 일례로 들어 본 발명의 각 단계를 구체적으로 살펴본다. 도면부호 3, 5 각각은 스포크 및 허브이다.
먼저, 도 2a와 같은 제1탄성가압체(10)를 준비한다. 제1탄성가압체(10)는 도 1에 일례로 개시된 것과 같이 손상(D)이 발생한 림(1)의 외주면 부위 형상으로 이루어지는 것이 바람직하며, 손상(D)이 발생한 부위를 충분한 커버할 정도의 면적 및 크기로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 제1탄성가압체(10)는 EVA, 실리콘 등과 같이 성형이 용이하며, 입구에비해 내부공간이 넓은 부위에 강제 끼움 작업이 용이하고, 일정온도의 가열이 수반되는 성형단계에서 용융되지 않는 특성을 가지는 합성수지 재질 중의 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
제1탄성가압체(10)가 준비되면, 도 2a와 같이 제1탄성가압체(10)의 외면부위에 복구층(R1)을 형성한다. 도면에 개시된 것과 같이, 복구층(R1)은 림(1)의 외주면 중 손상부위(D)와 대향하는 위치에 형성되는 것이 바람직하며, 림(1)의 손상부위(D) 형상에 대응하도록 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 복구층(R1)은 탄소섬유사(20)를 일정두께로 적층하는 방식으로 이루어질 수 있다. 여기에서 탄소섬유사(20)는 수천 가닥의 필라멘트로 이루어지는 통상적인 탄소섬유사를 의미하며, 적층 작업은 필요한 만큼 탄소섬유사(20)를 절단한 다음 에폭시 등과 같은 접착제를 사용하여 결합하는 방식으로 이루어질 수 있다.
제1탄성가압체(10)의 외면부위에 탄소섬유사(20)로 이루어지는 복구층(R1)이 형성되면, 도 2b와 같이 복구층(R1)의 외면부위가 림(1)의 손상부위(D)와 밀착되도록 제1탄성가압체(10)를 림(1)에 강제로 끼움 결합한다. 이에 따라, 제1탄성가압체(10)는 림(1)에 있어 손상부위(D)를 포함하는 주변부위를 가압하며 밀착된다.
이 상태에서, 도 2c와 같이, 제1탄성가압체(10)와 림(1)을 함께 랩핑하여 구속한다. 랩핑 작업은 도면과 같이 테입(T)을 이용하여 이루어질 수 있으며, 테입(T)은 일정 정도의 탄성을 가지는 것 중의 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
도면에는 제1탄성가압체(10)의 상측부위가 림(1)의 외주면 외측으로 돌출되는 구성이 개시되어 있는데, 본 발명은 제1탄성가압체(10)가 림(1)에 강제 끼움될 때 도면과 달리 제1탄성가압체(10)의 상측부위가 림(1)의 외주면 외측으로 돌출되지 않도록 구성되는 경우도 배제하지 않는다. 이럴 경우, 랩핑 작업이후 제1탄성가압체(10)는 림(1)의 외주면에 더욱 긴밀하게 밀착될 수 있다.
랩핑 작업에 의해 제1탄성가압체(10)와 림(1)이 구속되면, 일정온도로 가열하며 제1차 성형한다. 가열은 통상적인 히터로 이루어질 수 있으며, 가열 온도는 80℃ ~ 120℃ 범위 내에서 대략 1시간 정도 소요될 수 있다. 다만, 구체적인 가열 온도 및 시간은 손상의 정도에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.
이러한 1차 성형작업이 완료되면, 도 2d와 같이 림(1)의 손상부위(D)는 탄소섬유사(20)로 이루어지는 복구층(R1)에 의해 메워진다. 림(1)의 손상부위(D)가 복구층(R1)에 의해 메워지면, 도 2e에 개시된 것과 같이 복구층(R1)이 메워진 림(1)의 손상부위(D)에 커버층(R2)을 결합한다.
이때, 커버층(R2)은 도면과 같이 복구층(R1)을 포함하여 그 주변부위를 폭 넓게 커버하는 방식으로 결합되는 것이 바람직하며, 탄소섬유사(20)로 이루어지는 복구층(R1)과 달리 복구층(R1) 외면에 결합되는 커버층(R2)은 탄소섬유직물(30)로 이루어지는 것이 바람직하다.
탄소섬유직물(30)은 탄소섬유사를 직조한 것으로서, 관련업계에서 널리 사용되고 있는 통상적인 평직물과 능직물 중의 어느 하나로 이루어질 수 있다. 도면에는 이 중에서 평직물로 이루어지는 커버층(R2)의 일례가 개시되어 있다.
본 발명이 림(1)의 손상부위(D)에 복구층(R1)으로 메운 다음 커버층(R2)을 복구층(R1) 외면에 부가하는 이유는, 위사 및 경사 구조로 직조된 탄소섬유직물(30)을 이용하여 복수 개의 필라멘트로 이루어지는 탄소섬유사(20)로 이루어진 복구층(R1)이 길이 방향(림의 원주 방향)으로 분리되는 현상을 원천적으로 방지하기 위함이다.
즉, 림(1)의 손상부위(D)를 탄소섬유사(20)로 이루어진 복구층(R1)으로 메워 림(1)의 원주 방향으로 작용하는 외력에 대응하도록 구성하고, 탄소섬유직물(30)로 이루어진 커버층(R2)을 복구층(R1) 외면에 부가함으로써 림(1)의 방사 방향으로 작용하는 외력에 대응하도록 구성하고 있는 것이다. 복구층(R1)은 에폭시 등을 이용하여 커버층(R2)에 결합시킬 수 있다.
복구층(R1) 외면에 커버층(R2)이 결합되면, 도 2f와 같이 제2탄성가압체(40)를 림(1)에 강제로 끼움 결합하여 커버층(R2)의 내면부위를 복구층(R1)의 외면부위와 밀착시킨다. 이때, 커버층(R2)과 복구층(R1)의 긴밀한 밀착을 위해, 제2탄성가압체(40)는 제1탄성가압체(20)와 유사하게 림(1)의 외주면 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 커버층(R2)과 복구층(R1) 상호 간을 더욱 긴밀하게 밀착시키기 위하여, 제2탄성가압체(40)가 도 3a에 개시된 것과 같이 제2탄성가압굴곡체(41) 및 제2탄성가압쇄기체(43)의 결합 구조로 이루어지거나, 또는 도 3b에 개시된 것과 같이 제2탄성가압스트립체(45)의 적층 구조로 이루어지는 경우를 제안한다.
먼저, 제2탄성가압굴곡체(41) 및 제2탄성가압쇄기체(43)의 결합 구조를 살펴본다. 제2탄성가압굴곡체(41)는 림(1)의 좌우 내면 형상으로 이루어지는 한 쌍으로 이루어지고, 제2탄성가압쇄기체(43)는 외력 F에 의해 제2탄성가압굴곡체(41) 사이에 삽입되는 구조이다.
제2탄성가압스트립체(45)의 적층 구조는 일정두께 및 일정폭, 그리고 일정길이를 가지는 복수 개가 림(1)의 외주면에 강제로 끼움 결합되는 구조이다. 이때, 제2탄성가압스트립체(45)는 도면과 같이 림(1)의 외주면 형상에 따라 서로 다른 두께나 폭, 길이를 가지며 적층될 수 있다.
이럴 경우, 제2탄성가압굴곡체(41)는 제2탄성가압쇄기체(43)의 작용으로 좌우 각각으로 밀려나가면서 커버층(R2)을 복구층(R1)에 강하게 밀착시키며, 복수 개의 제2탄성가압스트립체(45) 각각이 적층된 위치에 따라 커버층(R2)을 복구층(R1)에 강하게 밀착시킬 수 있다.
제2탄성가압체(40), 제2탄성가압굴곡체(41), 제2탄성가압쇄기체(43), 제2탄성가압스트립체(45) 각각은 전술한 제1탄성가압체(20)와 대동소이한 재질로 이루어질 수 있다.
제2탄성가압체(40)를 림(1)에 강제로 끼움 결합하여 커버층(R2)의 내면부위를 복구층(R1)의 외면부위와 밀착되면, 도 2g와 같이 제2탄성가압체(40)와 림(1)을 함께 랩핑하여 구속한다. 랩핑 작업은 전술한 도 2c의 작업과 대동소이하게 이루어질 수 있다.
랩핑 작업에 의해 제2탄성가압체(40)와 림(1)이 구속되면, 일정온도로 가열하며 제2차 성형한다. 2차 성형은 전술한 1차 성형과 대동소이한 방법으로 이루어질 수 있다. 다만, 2차 성형은 일정면적을 가지는 탄소섬유직물(30)을 림(1)의 외부면에 결합시키는 작업이라는 점에서 가열 온도 범위 및 가열 시간이 일부 달리 적용될 수도 있다.
1차 성형작업이 완료되면, 제2탄성가압체(40)를 림(1)으로부터 분리하면 본 발명에 의한 수리가 완료된다. 이에 따라, 림(1)의 손상부위(D)는 도 2d와 같이 복구층(R1)에 의해 1차 메워진 다음 도 2e와 유사하게 그 외면부위가 일정넓이를 가지는 커버층(R2)에 의해 밀폐되며 보호된다.
림(1)의 손상부위에 따라 커버층(R2)은 림(1)의 좌우 측면부위까지 연장되는 구성으로 결합될 수 있다. 이럴 경우, 사전에 이형필름을 림(1)의 좌우 측면부위에 마련한 상태에서 커버층(R2)을 결합하고, 이후 제2탄성가압체(40)에 의한 커버층(R2)의 결합 작업이 완료되면, 림(1)의 좌우 측면부위까지 연장되어 외부로 노출되는 커버층(R2)의 외곽 테두리부위를 제거하면 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들에 한정하여 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐이며, 본 발명은 이에 한정되지 않고 여러 다양한 방법으로 변경되어 실시될 수 있으며, 나아가 개시된 기술적 사상에 기초하여 별도의 기술적 특징이 부가되어 실시될 수 있음은 자명하다 할 것이다.
10, 40 : 제1, 2탄성가압체 20 : 탄소섬유사
30 : 탄소섬유직물 41 : 제2탄성가압굴곡체
43 : 제2탄성가압쇄기체 45 : 제2탄성가압스트립체
D : 손상부위 R1 : 복구층
R2 : 커버층

Claims (4)

  1. 림(1)의 외주면 형상으로 이루어지는 제1탄성가압체(10)를 준비하는 단계;
    제1탄성가압체(10)의 외면부위에 림(1)의 손상부위(D) 형상에 대응하도록 탄소섬유사(20)를 일정두께로 적층하여 복구층(R1)을 형성하는 단계;
    일정두께로 적층된 복구층(R1)의 외면부위가 림(1)의 손상부위(D)와 밀착되도록 제1탄성가압체(10)를 림(1)에 강제로 끼움 결합하는 단계;
    제1탄성가압체(10)와 림(1)을 함께 랩핑하여 구속한 다음 일정온도로 제1차 성형하는 단계;
    탄소섬유직물(30)로 이루어지는 커버층(R2)의 내면부위를 림(1)의 손상부위(D)에 일체화된 복구층(R1)의 외면부위에 결합시키는 단계;
    커버층(R2)의 내면부위가 복구층(R1)의 외면부위와 밀착되도록 제2탄성가압체(40)를 림(1)에 강제로 끼움 결합하는 단계;
    제2탄성가압체(40)와 림(1)을 함께 랩핑하여 구속한 다음 일정온도로 제2차 성형하는 단계;를
    포함하는 탄소섬유 재질로 이루어지는 자전거 림의 손상부위 수리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2탄성가압체(40)는 림(1)의 외주면 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 재질로 이루어지는 자전거 림의 손상부위 수리방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2탄성가압체(40)는 림(1)의 좌우 내면 형상으로 이루어지는 한 쌍의 제2탄성가압굴곡체(41) 및 제2탄성가압굴곡체(41) 사이에 삽입되는 제2탄성가압쇄기체(43)의 결합 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 재질로 이루어지는 자전거 림의 손상부위 수리방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2탄성가압체(40)는 각각이 일정두께 및 일정폭, 일정길이를 가지는 제2탄성가압스트립체(45)의 복수 개가 적층되는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 재질로 이루어지는 자전거 림의 손상부위 수리방법.
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