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KR101872694B1 - 마모방지 구조체 및 이를 포함하는 차량 - Google Patents

마모방지 구조체 및 이를 포함하는 차량 Download PDF

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KR101872694B1
KR101872694B1 KR1020160179123A KR20160179123A KR101872694B1 KR 101872694 B1 KR101872694 B1 KR 101872694B1 KR 1020160179123 A KR1020160179123 A KR 1020160179123A KR 20160179123 A KR20160179123 A KR 20160179123A KR 101872694 B1 KR101872694 B1 KR 101872694B1
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Inventor
김호영
정소현
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서울대학교산학협력단
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자가 충돌되는 표면; 및 표면으로부터 기 결정된 각도로 형성되는 하나 이상의 홈부;를 포함하고, 기 결정된 각도는 표면에 입자가 충돌되는 방향에 의해 형성되는 직각 또는 예각인 기준충돌각에 따라 결정되는, 마모방지 구조체가 제공된다.

Description

마모방지 구조체 및 이를 포함하는 차량{STURCTURE FOR PREVENTING ABRASION AND VEHICLE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 마모방지 구조체 및 이를 포함하는 차량에 관한 것이다.
일반적으로, 마모는 기계적 작용에 의한 재료의 손상 및 전기화학적 작용에 의한 재료의 변질로 구분할 수 있다. 여기서 기계적 작용에 의한 마모는 마찰 또는 충격에 의해 외표면이 손상되면서 시작될 수 있다. 종래에는 전기화학적 작용 및 기계적 장용에 의한 마모를 방지하기 위해 재료를 외부에서 완충 및 내부식성을 지닌 소재로 코팅하는 방법이 주로 사용되어 왔다. 이는 코팅된 재료의 일부라도 손상되어 코팅막이 벗겨지거나 외부충격으로 재료가 외측으로 노출되면 재료의 부식이 가속화되는 경향이 있었다. 그리고, 코팅막을 코팅하는 공정이 추가되면서 절차적 번거로움과 코팅막 원료의 비용증가에 따라 코팅과정을 거친 재료의 원가는 증대되고 생산시간은 지연될 수 있다. 또한, 코팅막을 형성하는 과정에서 크롬 등의 중금속의 누출로 환경오염의 우려가 있다. 따라서, 이러한 재료가 다양한 외부환경에 노출되는 차량에 포함될 경우 부식의 가능성은 증대될 수 있다. 특히, 국내와 같이 바다가 주변에 있어, 염분을 포함한 바람에 노출되는 경우가 빈번하고, 겨울철 노면에 방사된 염화칼슘이 모래 등의 이물과 함께 차량의 바닥에 튀어 점착될 경우 그 마모는 더욱 가속화 될 수 있다. 즉, 코팅막만을 이용한 마모방지수단 외에 구조변경 등을 통한 마모의 방지 또는 지연을 시킬 수 있는 구조체가 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2006-0036762호 (2006.05.02)
본 발명의 일 실시예는, 구조체에 입자가 충돌하는 충돌각에 대응하는 표면에 의해 충돌하는 입자로부터 마모율을 저하시키는 마모방지 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예는, 입자와의 충돌이 발생하는 구조체에 형성되는 홈이, 구조체의 표면으로부터 기 결정된 각도의 경사로 형성되는 마모방지 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 입자와의 충돌이 발생하는 구조체에 형성되는 홈이, 구조체의 표면으로부터 기 결정된 깊이로 형성되는 마모방지 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
입자가 충돌되는 표면; 및 표면으로부터 기 결정된 각도로 형성되는 하나 이상의 홈부;를 포함하고, 기 결정된 각도는 표면에 입자가 충돌되는 방향에 의해 형성되는 직각 또는 예각인 기준충돌각에 따라 결정되는, 마모방지 구조체가 제공된다.
그리고, 기준충돌각이 클수록 상기 기 결정된 각도는 점점 작게 결정될 수 있다.
또한, 기준충돌각과 기 결정된 각도의 합은 100도 이하일 수 있다.
입자가 충돌되는 표면; 및 표면으로부터 기 결정된 깊이로 형성되는 하나 이상의 홈부;를 포함하고, 기 결정된 깊이는 표면에 입자가 충돌되는 방향에 의해 형성되는 직각 또는 예각인 기준충돌각에 따라 결정되는, 마모방지 구조체가 제공된다.
그리고, 기준충돌각이 클수록 기 결정된 깊이는 점점 작게 결정될 수 있다.
또한, 홈부의 폭은 인접한 홈부 간의 거리보다 크게 형성될 수 있다.
상기의 마모방지 구조체를 포함하는, 차량.
본 발명의 일 실시예는, 구조체에 입자가 충돌하는 충돌각에 대응하는 표면에 의해 충돌하는 입자로부터 마모율을 저하시키는 마모방지 구조체를 제공할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예는, 입자와의 충돌이 발생하는 구조체에 형성되는 홈이, 구조체의 표면으로부터 기 결정된 각도의 경사로 형성되는 마모방지 구조체를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 입자와의 충돌이 발생하는 구조체에 형성되는 홈이, 구조체의 표면으로부터 기 결정된 깊이로 형성되는 마모방지 구조체를 제공할 수 있다.
도 1(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 마모방지 구조체를 나타낸 도면, 도 1(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마모방지 구조체를 나타낸 도면
도 2(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 홈부를 나타낸 단면도, 도 2(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 홈부를 나타낸 단면도
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 마모율, 입자의 충돌각 및 제1각도간의 관계를 나타낸 도면
도 4(a)는 본 발명의 실시예들에 따른 마모방지 구조체가 차륜의 주변부에 적용된 것을 나타내는 도면, 도 4(b)는 본 발명의 실시예들에 따른 마모방지 구조체가 적용된 구조체 적용부를 나타낸 도면
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
그리고, 이하에서 설명할 본 발명은 마모를 완화하거나 마모에 대해 저항력을 증가시킬 수 있는 구조로써, 상기 마모는 기계적 마모와 전기/화학적 마모 중 기계적 마모에 대한 내용을 더 중점적으로 설명하고 있으며, 전기/화학적인 부식을 포함하는 마모를 방지 및 완화하기 위한 구성을 추가로 더 포함할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 마모방지 구조체(100, 200)를 나타낸 도면으로서, 도 1(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 마모방지 구조체(100)를 나타낸 도면, 도 1(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마모방지 구조체(200)를 나타낸 도면이다.
도 1(a)를 참조하면, 마모방지 구조체(100)는 외표면(101)으로부터 형성되는 홈부(110)를 포함할 수 있다. 여기서, 마모방지 구조체(100)의 외표면(101)은 평면으로 형성된 예시를 나타내었으나 이는 곡면일 수 있으며, 몸체의 형상은 한정되지 않는다. 다만, 구조체(100)의 외표면(101)으로부터 구조체(100)의 내측으로 패인 홈부(110)가 형성되며, 홈부(110)를 형성하는 면들은 평면일 수 있다.
상기 홈부(110)는 네 개의 삼각면을 포함하는 역삼각뿔형태로 구조체(100)에 형성될 수 있고, 상기 역삼각뿔 형태의 홈부(110)는 외표면(101)으로부터 기 결정된 깊이로 형성될 수 있다. 상기 기 결정된 깊이의 홈부(110)는 인접한 다른 홈부(110)와의 소정의 거리만큼 이격되어 형성될 수 있고, 상기 소정의 거리는 홈부(110)의 표면 상의 폭의 길이 이하로 형성될 수 있다. 물론, 이러한 간격에 대한 구성은 당업자에 의해 변경실시될 수 있음은 물론이다.
그리고 도 1(b)를 참조하면, 마모방지 구조체(200)에 형성된 홈부(210)는 상기 홈부(110)와는 다르게 길이방향으로 복수 개 형성되어 배열될 수 있다. 여기서, 마모방지 구조체(200)의 외표면(201)은 평면으로 형성된 예시를 나타내었으나 앞서 설명한 바와 같이 곡면일 수 있으며, 몸체의 형상은 한정되지 않는다. 다만, 구조체(200)의 외표면(201)으로부터 구조체(200)의 내측으로 패인 홈부(210)가 형성되며, 홈부(210)를 형성하는 면들은 평면일 수 있다.
상기 홈부(110)는 두 개의 면을 포함하는 삼각기둥의 골 형태로 구조체(200)에 형성될 수 있고, 상기 삼각기둥의 골 형태의 홈부(210)는 외표면(201)으로부터 기 결정된 깊이로 형성될 수 있다. 상기 기 결정된 깊이의 홈부(210)는 인접한 다른 홈부(210)와의 소정의 거리만큼 이격되어 형성될 수 있고, 상기 소정의 거리는 홈부(210)의 표면 상의 폭길이 이하로 형성될 수 있다. 물론, 이러한 간격에 대한 구성은 당업자에 의해 변경실시될 수 있음은 물론이다.
나아가, 도 1에 도시된 구조체(100, 200)의 실시예들은 홈부(110, 210)의 깊이에 따라 형상이 결정될 수 있지만 외표면(101, 201)으로부터 홈부(110, 210)가 내측으로 형성되는 각도에 따라 형상이 결정될 수 있다.
구체적으로, 도 1(a)를 참조하면, 상기 역삼각뿔 형태의 홈부(110)는 외표면(101)으로부터 기 결정된 각도로 형성될 수 있다. 상기 기 결정된 각도는 외표면으로부터 패인 홈부(110) 측으로 형성되는 각도이므로 당연히 예각으로 형성될 수 있다. 상기 기 결정된 각도는 예각의 범위 내에서 구조체(100)와 충돌하는 입자이동 방향에 따라 다르게 결정될 수 있으며 이는 이하에서 도 2를 참조로 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
아울러, 도 2(a)를 참조하면, 상기 삼각기둥의 골 형태의 홈부(210)는 외표면(201)으로부터 기 결정된 각도로 형성될 수 있다. 상기 기 결정된 각도는 외표면으로부터 패인 홈부(210) 측으로 형성되는 각도이므로 당연히 예각으로 형성될 수 있다. 상기 기 결정된 각도는 예각의 범위 내에서 구조체(200)와 충돌하는 입자이동 방향에 따라 다르게 결정될 수 있으며 이는 이하에서 도 2를 참조로 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예를 나타낸 부분 단면도로서, 도 2(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 홈부(110, 210)에 충돌하는 충돌입자(1)의 각도를 설명하기 위한 단면도, 도 2(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 홈부(110, 210) 간의 간격 및 홈부(110, 210)의 길이를 나타낸 단면도이다.
우선, 이하에서의 구조체는 상술한 도 1(a) 및 도 1(b)의 실시예 모두에 해당하므로 별도의 구분은 요구되지 않으나, 편의상 구조체(100)의 구성을 기준으로 기재하고 필요에 따라 별도도 도 1(b)의 실시예인 구조체(200)의 구성을 보조적으로 설명하도록 한다.
도 2(a)를 참조하면, 가상의 충돌입자(1)가 구조체(100)에 충돌할 때 충돌각도(A1, A2, A3)가 형성될 수 있다. 물론, 반대의 개념으로 구조체(100)가 이동하여 충돌입자(1)와 충돌하면서 충돌각도(A1, A2, A3)가 형성되는 경우를 포함한다. 여기서, 충돌각도(A1, A2, A3)는 기준충돌각(A1)과 충돌각(A1, A2)으로 구분할 수 있다. 구체적으로 기준충돌각(A1)은 구조체(100)의 외표면(101)을 기준으로 충돌입자(1)가 외표면(101)과 충돌하는 과정에서 형성되는 충돌각도를 의미할 수 있다. 그리고, 충돌각(A2, A3)은 홈부(110, 210)의 홈을 마련하기 위한 표면에 충돌입자(1)가 충돌하는 각도로서, 네 개의 삼각면을 포함하는 역삼각뿔의 형태일 경우 상기 네 개의 삼각면에 충돌입자(1)가 충돌할 때 상기 삼각면과 충돌입자(1) 간에 형성되는 각도가 될 수 있다. 다만, 본 발명을 설명하기 위해 지칭하는 충돌각(A2, A3)은 지각 또는 예각이 될 수 있다. 아울러, 홈부(110, 210)의 형태가 두 면을 포함한 삼각기둥의 골 형태일 경우 상기 네 개의 삼각면과 이루는 충돌각(A2, A3)은 상기 두 면과 형성될 수 있다.
그리고, 홈부(110)에는 와류(V)가 형성될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 구조체(100) 또는 충돌입자(1)의 이동에 의해 서로가 충돌할 때, 충돌입자(1) 및 유체가 홈부(110)로 이동될 수 있고 홈부(110)의 구조상, 홈부(110)에 마련된 홈에서 와류가 발생할 수 있다. 이러한 경우 와류(V)에 의해 충돌입자(1)는 홈부(110)와의 충돌속도가 저하되어 마모도를 감소시킬 수도 있다. 물론, 충돌입자(1)의 형태는 고체, 액체 및 기체 등의 상태를 포함하는 개념으로서, 특정의 상태를 한정하지 않고 구조체(100)의 마모를 유발시킬 수 있는 상태를 의미한다.
나아가, 도 2(b)를 참조하면, 구조체(100)의 외표면(101) 상에 형성되는 복수 개의 홈부(110)는 인접한 홈부(110) 간의 거리를 유지할 수 있다. 물론, 인접한 홈부(110) 간에 외표면(101)이 존재한다는 의미이나 좀 더 이를 구체화하면, 소정의 이격거리(D1)를 유지한다고 할 수 있다. 예를 들어, 상기 소정의 이격거리(D1)는 홈부(110)의 폭길이(D2)보다 작게 형성될 수 있고, 더욱 구체적으로는, 이격거리(D1)는 폭길이(D2)의 절반의 길이로 형성될 수 있다.
상술한 조건에 의해 외표면(101)인 제1충돌면(S1)과 홈부(110)를 형성하는 제2충돌면(S2) 및 제3충돌면(S3)이 위치될 수 있다. 또한, 제2충돌면(S2) 및 제3충돌면(S3)이 제1충돌면(S1)으로부터 각각 형성되는 각도인 제1각도(도 2(a)의 B1) 및 제2각도(도 2(a)의 B2)가 형성될 수 있다.
이하에서는, 기준충돌각(A1)을 기준으로 제1각도(도 2(a)의 B1) 및 제2각도(도 2(a)의 B2)가 결정되는데 있어서, 구조체(100)의 마모율에 끼치는 영향에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 마모율, 충돌입자(1)의 충돌각(A2, A3) 및 제1, 2각도(B1, B2) 간의 관계를 나타낸 도면(그래프)이다.
도 3을 참조하면, 도면(그래프)은 세로축이 마모율을 의미하고, 하측의 가로축이 기준충돌각(A1)을 의미하며, 상측의 가로축에 표시된 각도는 제1각도(B1) 및 제2각도(B2)를 의미할 수 있다. 여기서 제1각도(B1) 및 제2각도(B2)는 동일한 것으로 가정하고 제1각도(B1)를 대상으로 설명하기로 한다.
도 3에 따르면, 가장 낮은 마모율을 기록한 구조체의 제1각도(B1)는 기준충돌각(A1)이 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내고 있다. 이러한 경향을 반영하여 충돌입자(1)가 형성하는 기준충돌각(A1)에 의해 구조체(100)의 배치 또는 홈부(110)의 형성각도인 제1각도(B1)를 결정할 수 있다. 즉, 구조체(100)의 마모를 최소화하기 위한 설계의 최적화가 될 수 있다.
산술적으로는, 기준충돌각(A1) 및 제1각도(B1)의 합이 100도 이하의 범위에서 형성되는 것이 마모율의 최소화를 유도할 수 있으며, 충돌입자(1)가 충돌하는 경우 구조체(100)의 외표면(101)이 평면에 가까운 경우보다 기준충돌각(A1)에 따라 결정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들이 차량에 적용된 경우를 나타내고 있으며, 도 4(a)는 본 발명의 실시예들에 따른 마모방지 구조체(100)가 차륜의 주변부에 적용된 것을 나타내는 도면, 도 4(b)는 본 발명의 실시예들에 따른 마모방지 구조체(100)가 적용된 구조체 적용부(P1, P2, P3)를 나타낸 도면이다.
차량에 적용된 예를 도시한 것은 입자와의 충돌이 빈번하게 일어나는 예시를 설명하기 위한 것으로 차량 이외의 입자와의 충돌이 발생하여 기계적 마모가 일어나는 구조에 적용될 수 있다.
도 4(a) 및 도 4(b)를 참조하면, 차륜에 점착되었던 먼지 등의 흡착물이 차륜의 회전에 의해 차륜과 소정의 거리 이격되어 위치된 부재로 이동하여 충돌할 수 있다. 이러한 충돌에 의해 마모가 유발될 수 있으므로, 차륜의 외표면으로부터 차륜의 회전에 의한 관성에 의해 입자가 상기 부재로 이동하는 방향, 즉, 기준충돌각(A1)을 측정할 수 있다. 여기서 상기 기준충돌각(A1)에 대응되는 제1각도(B1)가 형성되는 구조체가 부재와 대체 또는 부재 상에 위치될 수 있다.
따라서, 이를 응용적용한 도 4(b)를 참고하면, 차량의 전후측 휀다 및 하부면에 구조체적용부가 위치될 수 있다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1 : 충돌입자
100, 200 : 구조체
101, 201 : 외표면
110, 210 : 홈부
111. 211 : 내표면
A1 : 기준충돌각
A2, A3 : 충돌각
B1 : 제1각도
B2 : 제2각도
D1 : 이격거리
D2 : 폭길이
S1 : 제1충돌면
S2 : 제2충돌면
S3 : 제3충돌면
P1, P2, P3 : 구조체 적용부
V : 와류

Claims (8)

  1. 입자가 충돌되는 표면; 및
    상기 표면으로부터 형성되는 하나 이상의 홈부;를 포함하고,
    상기 하나 이상의 홈부 각각은 기 결정된 각도로 형성되며,
    상기 기 결정된 각도는 상기 표면 중 상기 하나 이상의 홈부 각각에 인접한 표면에 상기 입자가 충돌되는 방향에 의해 형성되는 직각 또는 예각인 기준충돌각에 따라 결정되는, 마모방지 구조체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기준충돌각이 클수록 상기 기 결정된 각도는 작게 결정되는, 마모방지 구조체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 기준충돌각과 상기 기 결정된 각도의 합은 100도 이하인, 마모방지 구조체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 홈부의 폭은 인접한 홈부 간의 거리보다 크게 형성되는, 마모방지 구조체.
  5. 입자가 충돌되는 표면; 및
    상기 표면으로부터 형성되는 하나 이상의 홈부;를 포함하고,
    상기 하나 이상의 홈부 각각은 기 결정된 깊이로 형성되며,
    상기 기 결정된 깊이는 상기 표면 중 상기 하나 이상의 홈부 각각에 인접한 표면에 상기 입자가 충돌되는 방향에 의해 형성되는 직각 또는 예각인 기준충돌각에 따라 결정되는, 마모방지 구조체.

  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 기준충돌각이 클수록 상기 기 결정된 깊이는 작게 결정되는, 마모방지 구조체.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 홈부의 폭은 인접한 홈부 간의 거리보다 크게 형성되는, 마모방지 구조체.
  8. 청구항 1 내지 7중 어느 한 항에 기재된 마모방지 구조체를 포함하는, 차량.
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