JP6700287B2 - 船舶用複合材パネル及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は船舶用複合材パネル及びその製造方法に関する。

一般的に船舶が航行する場合、船舶は水、波による抵抗とともに、空気や風による抵抗を受ける。実際に空気抵抗は、船舶の燃費を悪化させ、船舶の最高速度を低下させることができ、船舶の操縦性能を低下させる要因として作用している。

特に、超大型コンテナ船舶、貨物運搬船などのように、水面上の主船体及び貨物の積載形状が直方体に近く、水面上から高い位置に露出し、風圧面積が大きい船舶の場合には、空気、風、船舶が水面とぶつかりながら船首側に越えて来るグリーンウォーター（ｇｒｅｅｎ ｗａｔｅｒ）による抵抗が非常に大きいため、船首側に加重される抵抗を多く受ける。このような船首にエアスポイラー、エアデフレクターのような抵抗低減装置を設置すれば、空気力学的設計効果で燃費向上をもたらすことができる。

このような抵抗低減装置は、強い風圧とグリーンウォーターに耐えなければならないので、強度が高くなければならない。高い強度を確保するために、従来技術では、金属加工及び溶接による抵抗低減装置の製作が行われることがある。しかし、この場合、抵抗低減装置の製作が容易であるが、大型化されるほど、設置作業の効率性が劣り、重量が増加し、重心が異常に位置するようになって輸送の効率性が低下することがある。

このような問題点を解決するために、相対的に軽量の材料からなる単位パネルを互いに連結することで、抵抗低減装置を形成することができる。例えば、繊維強化複合材料からなる単位パネルを用いることができる。しかし、複合材からなる単位パネルの場合、材料の特性上、溶接による相互連結が難しい。また、接着剤を用いて接着して連結する方式を用いるとしても、接着面の表面処理が難しく、異物による接着力の低下の恐れがあるため、連結の信頼性は高くない。

また、繊維強化複合材料パネルは厚み方向の強度が低いという短所を有する。特に、サンドイッチ構造で形成されたパネルの場合、厚み方向に対しては抵抗低減装置を構成するための必要な強度を十分に発揮できないこともある。

本発明の実施例は、船舶用の抵抗低減装置を構成できる複合材単位パネルにおいて、フレーム構造物に容易且つ安定的に締結できるだけではなく、設置及び運搬が容易であり高い荷重に耐えることのできる船舶用複合材パネル及びその製造方法を提供する。

本発明の一態様によれば、船舶のデック上に設置されたフレームに複数個が結合されて抵抗低減装置の形状を成す船舶用複合材パネルにおいて、板状のコアと、繊維強化複合材からなり前記コアの外面に接合される板材とを含む胴体と；前記胴体の周囲に沿って前記コアの外側に形成され、前記板材が複数個積層されてなる締結部と；前記胴体と前記締結部との間に形成され、前記胴体の外面と前記締結部の外面とを連結する傾斜面を含むランプ部と；前記胴体に厚み方向に挿入される１つ以上のピンと；を含む船舶用複合材パネルが提供される。

本発明の他の側面によれば、縁部分が傾斜面に形成され、少なくとも一面に樹脂注入溝及び樹脂注入口が形成されたコアがモールド上に配置されるステップと；前記コアの外面に、含浸された樹脂が硬化されて板材を形成する強化繊維シートが積層されるステップと；前記積層された強化繊維シートとコアに１つ以上のピンが厚み方向に挿入されるステップと；前記積層された強化繊維シートとコアに前記樹脂が注入され、前記注入された樹脂が前記樹脂注入溝及び前記樹脂注入口を流れて前記強化繊維シートと前記コアに含浸されるステップと；前記樹脂が熱硬化されるステップと；前記板材の前記コアの外側部分に１つ以上の締結孔が形成されるステップと；を含む船舶用複合材パネルの製造方法が提供される。

本発明の実施例は、フレーム構造物に容易かつ安定的に締結されることができ、設置及び運搬が容易である。また、高い荷重に耐えることができ、品質安定性を確保できる船舶用複合材パネル及びその製造方法を提供することができる。本実施例によって提供される船舶用複合材パネルを用いる場合、船舶の抵抗低減装置の設置及びメンテナンスが容易になり、このような抵抗低減装置はグリーンウォーターからデック及び船首部を保護すると共に、燃費を効率的に向上させることができる。

本発明に一実施例による船舶用複合材パネルを含む船舶の抵抗低減装置が船舶に適用された状態を示す図である。 図１に示された抵抗低減装置のフレーム及び船舶用複合材パネルを示す図である。 本発明の一実施例による船舶用複合材パネルを示す斜視図である。 図３の船舶用複合材パネルをＡ−Ａ’線に沿って切断した断面図である。 図３のピンを拡大した図である。 図４のコアを示す斜視図である。 図６のコアをＢ−Ｂ’線に沿って切断した断面図である。 図３の締結部とフレームとの結合形態を示す断面図である。 本実施例の船舶用複合材パネルとフレームとの結合形態を示す分解斜視図である。 本発明の他の実施例による船舶用複合材パネルの締結部とランプ部を拡大して示す断面図である。

以下では、添付の図面を参照して本発明に実施例による構成及び作用について詳しく説明する。以下の説明は特許請求可能な本発明の様々な様態（ａｓｐｅｃｔｓ）の１つであり、下記の説明は本発明に関する詳細な技術の一部を成すことができる。但し、本発明の説明にあたり、公知の構成又は機能に関する具体的な説明は、本発明を明確にするために省略する。

本発明は多様な変更を行うことができ、様々な実施例を含むことができるので、特定の実施例を図面に例示し、詳細な説明で説明する。しかし、これは本発明の特定の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解されなければならない。

そして、第１、第２等のように、序数を含む用語は多様な構成要素の説明に用いられるが、当該構成要素はこのような用語に限られるものではない。当該用語は１つの構成要素を他の構成要素と区別する目的としてのみ使われる。ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるか、「接続されて」いると述べられた場合には、その他の構成要素に直接的に連結されているか、接続されていることもあるが、その間に他の構成要素が存在し得ると理解すべきである。本出願で使われた用語は、単に特定の実施例を説明するために使われたもので、本発明を限定するものではない。単数の表現は文脈上、明らかに異なるものを意味しない限り、複数の表現を含む。

図１は本発明の一実施例による船舶用複合材パネルを含む船舶の抵抗低減装置が船舶に適用された状態を示したもので、図２は図１に示された抵抗低減装置のフレーム及び船舶用複合材パネルを示すものである。
図１及び図２を参照すれば、抵抗低減装置１０は船舶２０の船首に配置され得る。ここで、船舶２０は超大型コンテナ船舶であり得るが、これに限定されない。抵抗低減装置１０は、船舶２０の航行中に空気、水（例えば、グリーンウォーター）、風による抵抗を阻止するか減少させて、船舶２０の燃費を向上させ、船舶２０の最高速度低下を防止するか、船舶２０の操縦性能の向上させることができる。

本実施例において、船舶の抵抗低減装置１０は、フレーム２００と複数の船舶用複合材パネル１００とを含むことができる。
ここで、フレーム２００は抵抗低減装置１０の骨組を構成することができ、船舶２０の上部デック（ｕｐｐｅｒ ｄｅｃｋ）に設置されて船舶２０の船体（ｈｕｌｌ）に固定され得る。一例として、図２に示されたように、フレーム２００は格子形状の骨組を形成することができる。

船舶用複合材パネル１００は、複数個がフレーム２００に結合されて船舶の抵抗低減装置１０の形状を成すことができる。例えば、それぞれの船舶用複合材パネル１００は、単位パネル１００として機能することができ、格子形状のフレーム２００間の空間をカバーするようにフレーム２００に結合され得る。複数の船舶用複合材パネル１００が連続的にフレーム２００の間に配列及び結合されることによって、エアスポイラー、エアデフレクターなどのような作用原理を有する抵抗低減装置１０の形状を成すようになる。

このとき、船舶用複合材パネル１００の形状は、四角形、三角形等の多角形だけでなく、円形を含み、曲面の輪郭を有する形態であることができる。また、船舶用複合材パネル１００は空気、風、水などを効果的に遮断しながら、優れた軽量性及び強度を同時に有するように、複合素材を用いたサンドイッチ構造の板からなることができる。このような船舶用複合材パネル１００は、リベット、ボルト等の締結部材４００を用いてフレーム２００と機械式に連結又は結合されることができる。

以下においては、図３乃至図１０を参照して上述の船舶用複合材パネルの具体的な構成と、フレームとの締結構造について説明する。

図３は本発明の一実施例による船舶用複合材パネルを示す斜視図であって、図４は図３の船舶用複合材パネルをＡ−Ａ’線に沿って切断した断面図である。図５は図３のピンを拡大した図である。

本実施例において、船舶用複合材パネル１００はコア１１０及び前記コア１１０の外面に接合される板材１２０を含むサンドイッチ構造の板からなることができる。ここで、一対の板材１２０がコア１００両面にそれぞれ接合されることができ、前記板材１２０は繊維強化複合材からなることができる。例えば、前記板材１２０は強化繊維に樹脂が含浸されたプリプレグが熱硬化されて形成されたものであり得る。この場合、樹脂は強化繊維がコア１１０と積層された後に、強化繊維に注入されて含浸されることができ、場合によって、コア１１０にも共に含浸されることができる。前記樹脂が熱硬化されることにより、接着剤のような役割をして板材１２０がコア１１０に接合されることができる。前記樹脂がコア１１０にも共に含浸された場合、前記樹脂が熱硬化されることにより、コア１１０と板材１２０が一体の部材のように強固に接合されることができる。

図３及び図４を参照すれば、具体的に、船舶用複合材パネル１００は胴体１０１と、前記胴体１０１の周囲に形成される締結部１０３と、前記胴体１０１と前記締結部１０３とを連結するランプ部１０２とを含むことができる。
胴体１０１は板形状のコア１１０と、コア１１０の外面に接合される板材１２０を含むことができ、コア１１０と板材１２０はそれぞれ平状に形成され得る。胴体１０１では、一対の板材１２０がコア１１０の両面にそれぞれ接合されることができ、これにより、サンドイッチ構造を形成することができる。胴体１０１がサンドイッチ構造を形成することにより、板材１２０が軽量性及び高剛性を同時に確保することができる。

締結部１０３は胴体１０１の周囲に沿ってコア１１０の外側に形成されることができ、フレーム２００と直接的に締結されることができる。締結部１０３は胴体１０１の周囲の少なくとも一部のみに沿って形成されることができる。例えば、締結部１０３は胴体１０１の周囲の一部のみに形成されることができ、又は胴体１０１の全周に亘って形成されることができる。

ここで、締結部１０３は、胴体１０１とは違って、複数の板材１２０がコア１１０無しで積層されて相互接合されたラミネート構造からなり得る。例えば、板材１２０が強化繊維に樹脂が含浸されたプリプレグからなる場合、締結部１０３は前記プリプレグが複数の層に積層された後、樹脂が熱硬化されて相互接合されることで、形成されることができる。締結部１０３はラミネート構造に形成されることにより、高い機械的な強度を有することができ、フレーム２００と機械的な締結に必要な機械的な強度を確保することができる。

フレーム２００との機械式締結のために、締結部１０３には締結部１０３を厚み方向に貫通する１つ以上の締結孔１４０が形成されることができる。複数の締結孔１４０が形成される場合、締結孔１４０はその中心が同一線上に位置するように一列に配置されることができる。または、締結孔１４０は複数の列に配置されることができる。図３には、複数の締結孔１４０が一列に配置された例が示されている。また、締結孔１４０は締結部１０３の全周に亘って均一な間隔で離隔されて形成されることができる。締結部１０３が胴体１０１の全周に亘って形成された場合、図３に示されたように、締結孔１４０も胴体１０１の全周に沿って所定間隔で離隔されて形成されることができる。

締結部１０３の締結孔１４０は船舶用複合材パネル１００とフレーム２００との機械式締結に用いられ得る。例えば、ボルト、リベットのような機械式締結部材４００が締結孔１４０を通過した状態でフレーム２００と締結されることで、船舶用複合材パネル１００がフレーム２００に固定され得る。締結孔１４０はラミネート構造の締結部１３０に形成されるので、締結孔１４０の周辺は機械式締結を保持するのに十分な強度を有することができる。締結孔１４０の直径や隣接した２つの締結孔１４０間の距離は、適用される機械式締結部材４００の種類、機械式締結によりかかる荷重等に応じて決定され得る。一例として、締結孔１４０の直径は３０ｍｍで、隣接した２つの締結孔１４０の中心間の距離ｄは１７５ｍｍであり得る。

ランプ部１０２は、胴体１０１と締結部１０３とを連結する部分であって、胴体１０１の表面と締結部１０３の表面とを連結する傾斜面Ｓを含むことができる。締結部１０３がコア１１０無しで板材１２０だけが積層されたラミネート構造を有する一方、胴体１０１は所定の厚さのコア１１０を含むサンドイッチ構造を有するので、ランプ部１０２の傾斜面Ｓは胴体１０１から締結部１０３に向けて低くなる形状に形成されることができる。

ランプ部１０２の傾斜面Ｓは、胴体１０１から延長されて締結部１０３まで繋がる板材１２０によって形成され得る。つまり、一つの板材１２０の中心部、端部、そしてその間の部分が、それぞれ胴体１０１、締結部１０３及びランプ部１０２に含まれ得る。ランプ部１０２はコア１１０を更に含むことができる。ランプ部１０２においては、コア１１０の少なくとも一面が傾斜面Ｓに対応する角度で傾くように形成されることができ、コア１１０の傾斜した部分が傾斜面Ｓを形成する板材１２０と接合されることができる。一例によると、１つのコア１１０の中心部が胴体１０１を成し、その端部が面取り（ｃｈａｍｆｅｒｅｄ）されてランプ部１０２を成すことができる。他の方法では、傾斜面Ｓが形成された別途のコア１１０が胴体１０１のコア１１０の側面に配置されることで、ランプ部１０２を成すことができる。

上述のように、ランプ部１０２も胴体１０１と同様に、サンドイッチ構造に形成されることができる。このとき、ランプ部１０２の傾斜したコア１１０と板材１２０がラミネート構造の締結部１０３と胴体１０１を連続的に連結するので、パネル１００がフレーム２００に締結されるとき、締結部１０３に作用する応力がランプ部１０２を通じて胴体１０１に効果的に伝達されることができる。これにより、荷重がかかったとき、締結部１０３と胴体１０１との継ぎ目に作用する応力集中が最小化し、パネル１００の破損や損傷の危険が減少することができる。

本実施例において、コア１１０はポリウレタンフォーム、ポリ塩化ビニルフォーム、ポリエステルフォーム、ビニルエステルフォーム、フェノールフォーム、またはこれらの混合物からなる発泡性フォームやアルミハニカム、ノーメックスハニカムなどのハニカム構造を有する部材からなることができる。
板材１２０は、上述のように、強化繊維に樹脂が含浸されたプリプレグからなり得るが、これに限られるものではない。例えば、板材１２０は多軸カーボン織物、多軸ガラス繊維織物、カーボン一方向プリプレグ、ガラス繊維一方向プリプレグ、カーボン織物プリプレグ、ガラス繊維織物プリプレグ、又はこれらの混合物等からなり得る。

板材１２０とコア１１０とに含浸される樹脂は、熱硬化性エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、又はこれらの混合物等を用いることができる。このような樹脂は優れた機械的物性を有し、成形時間の制御が容易である。また、樹脂の含量範囲は３５％〜４５％の範囲内に調節されることができる。樹脂の含量範囲は後述するコア１１０の樹脂注入溝１１１〜１１４の大きさ、樹脂注入口１１５の大きさ等によって変更されることができ、船舶用複合材パネル１００が適用される抵抗低減装置の使用条件や荷重条件に応じて最適化された値に選択されることができる。但し、樹脂の含量は前記記載の範囲内に限られるものではなく、必要に応じて前記範囲外の数値を有することもできる。

一方、胴体１０１には、厚み方向に１つ以上のピン１３０が挿入されることができる。例えば、図４に示されたように、複数のピン１３０が胴体１０１の全周に亘って均一な間隔で挿入されることができる。ピン１３０は胴体１０１の何れの面からも挿入されることができ、コア１１０の外面に板材１２０が積層された状態で挿入されることができる。挿入されたピン１３０は、コア１１０と板材とを同時に固定するように、コア１１０と板材１２０とに同時にかけていることができる。

図５を参照すれば、ピン１３０は一方向に延長された円筒状のロード５０と、ロード５０の外周面に側方に突出形成された複数の突起５１とが含むことができる。図５に示されたように、ロード５０の一端はその端部が面取りされることで、相対的に尖った形状に形成され、前記一端を先端として胴体１０１に挿入されることができる。複数の突起５１はロードの全周に亘って所定間隔で互いに離隔されて配置されることができ、長さ方向でも均一な間隔で離隔されるように形成されることができる。ここで、突起５１はピン１３０の挿入を円滑にする一方、ピン１３０の脱落を防止できるように、ピン１３０の先端側から高くなるように傾斜した形状を有することができる。

ピン１３０を構成する材料、ピン１３０の大きさ、ピン１３０の個数、ピン１３０間の間隔、複数のピン１３０の配置形態等は、船舶用複合材パネル１００に用いられるコア１１０と板材１２０の種類と物性に応じて決定されることができる。例えば、ピン１３０のロード５０は０．２ｍｍの直径を有し、隣接した２つのピン１３０断面の中心間の距離は４０ｍｍであり得る。ここで、複数のピン１３０は、胴体１０１の平面の横方向及び縦方向に前記間隔で互いに離隔されて配置されることができる。ピン１３０の長さは、胴体１０１の厚さと同一であるか、それよりも小さいことがある。ここで、胴体１０１の厚さはコア１１０の厚さと、一対の板材１２０の厚さとを合わせた長さであり得る。一例として、胴体１０１の厚さが３３．３６ｍｍである場合、ピン１３０の長さは３３．３０ｍｍであり得る。また、ピン１３０はスチール、繊維強化複合材料、又は高分子機資材からなり得る。

胴体１０１に１つ以上のピン１３０を挿入することで、サンドイッチ構造におけるコア１１０と板材１２０との層間分離が減少できる。特に、ピン１３０が挿入された以降に、樹脂が含浸されて熱硬化される場合、コア１１０と板材１２０との接合が極大化されることができる。これにより、胴体１０１の厚み方向の強度が面内方向の強度だけ向上できるので、船舶用複合材パネル１００がより効果的に荷重を支持することができる。

本実施例によると、船舶用複合材パネル１００は、基本的にサンドイッチ構造で形成されることで、軽量性を確保し、ラミネート構造の締結部１０３を通じて機械式締結のための十分な強度を確保することができる。また、樹脂が板材１２０は勿論、コア１１０にも含浸された後、熱硬化されることで、板材１２０とコア１１０とがまるで１つの部材のように形成されるだけではなく、胴体１０１には厚み方向にピン１３０が挿入されて板材１２０とコア１１０との層間分離を防止するので、サンドイッチ構造であるにも拘らず、厚み方向に十分な強度を有することができる。さらに、締結部１０３が形成された締結部１０３を用いてフレーム２００との機械式締結を容易に具現することができる。結果的に、船舶の抵抗低減装置の組立及び設置が容易になり、コストを削減することができる。

図６は図４のコアを示した斜視図で、図７は図６のコアをＢ−Ｂ’線に沿って切断した断面図である。

図６及び図７を参照すれば、船舶用複合材パネル１００に含まれるコア１１０には、樹脂注入の際に用いられる第１樹脂注入溝１１１と、第２樹脂注入溝１１２と、第３樹脂注入溝１１３と、第４樹脂注入溝１１４とが形成されることができる。また、第１及び第２樹脂注入溝１１２の交差地点には、コア１１０を貫通する樹脂注入口１１５が形成されることができる。

第１〜第４樹脂注入溝１１１〜１１４は、コア１１０の上面と下面のうち、少なくとも１つに形成されることができる。ここで、コア１１０の上面は傾斜面Ｓによって当該平面の広さが相対的に小さい面を指すことができる。第１樹脂注入溝１１１は、コア１１０の一側方向に延長することができ、第２樹脂注入溝１１２は第１樹脂注入溝１１１と垂直に延長することができる。コア１１０には、一連の第１樹脂注入溝１１１と、一連の第２樹脂注入溝１１２とが形成されることができ、これらはコア１１０の一面に格子形状の溝を形成することができる。

第３樹脂注入溝１１３は第１樹脂注入溝１１１と第２樹脂注入溝１１２との交差地点を通るが、第１樹脂注入溝１１１を基準として時計回りに４５°傾いた方向に延長することができる。逆に、第４樹脂注入溝１１４は前記交差地点を通るが、第１樹脂注入溝１１１を基準として反時計回りに４５°傾いた方向に延長することができる。つまり、１つの第１及び第２樹脂注入溝１１２の交差地点において、第３樹脂注入溝１１３は第１樹脂注入溝１１１を基準として時計回りに４５°、２２５°方向に、そして第４樹脂注入溝１１４は第１樹脂注入溝１１１を基準として時計回りに１３５°、３１５°方向に形成されることができる。図６においては、第１〜第４樹脂注入溝１１１〜１１４何れもが形成された実施例が図示されているが、本発明に限られるものではなく、第１〜第４樹脂注入溝１１１〜１１４の一部のみが形成されることもある。

前記のように、コア１１０の少なくとも一面に第１〜第４樹脂注入溝１１１〜１１４を形成することで、注入された樹脂の流れ性を向上させることができる。外面に板材１２０が積層された状態で樹脂が注入された後、樹脂が前記樹脂注入溝１１１〜１１４に沿って流れることで、樹脂がコア１１０の面内方向に均一に含浸されることができる。これにより、面内方向に均一な形態の船舶用複合材パネル１００を製作することができる。

第１〜第４樹脂注入溝１１１〜１１４の幅、深さ、そして互いに隣接した樹脂注入溝間の間隔は、注入される樹脂の種類や各種物性に応じて決定されることができる。例えば、２つの隣接した第１樹脂注入溝１１１間の間隔と、２つの隣接した第２樹脂注入溝１１２間の間隔は、同一に２３ｍｍであり得る。また、各樹脂注入溝の深さは、０．２５ｍｍであり得る。

一方、第１樹脂注入溝１１１と第２樹脂注入溝１１２との交差地点には、樹脂注入口１１５が形成されることができる。例えば、図６に示されたように、複数の樹脂注入口１１５のそれぞれが、第１樹脂注入溝１１１と第２樹脂注入溝１１２との交差地点のそれぞれに形成されることができる。樹脂注入口１１５はコア１１０を厚み方向に貫通するように形成され、樹脂注入口１１５の一側を介して樹脂が注入されることができる。注入された樹脂は第１〜第４樹脂注入溝１１１〜１１４に沿ってコア１１０の面内方向に流れると共に、樹脂注入口の内部空間に沿ってコア１１０の厚み方向に流れることができる。これにより、パネルの厚み方向に対する樹脂の流れ性が向上されることができる。また、樹脂注入口１１５を介してコア１１０の上面と下面に形成された樹脂注入溝１１１〜１１４が連結されるので、コア１１０のある一面のみに樹脂を注入するとしても、樹脂がコア１１０の反対側面まで効果的に流れることができる。

本実施例において、図７に示されたように、樹脂注入口は一側の直径と、他側の直径とが異なる形状に形成されることができる。つまり、樹脂注入口は円錐の上部を切り取った形状を有することができる。例えば、樹脂注入口の上部直径（ａ）は０．２ｍｍで、下部直径（ｂ）は０．４ｍｍであり得る。このとき、樹脂は小さい直径が形成された側から樹脂注入口１１５に注入されることができる。上述の例においては、樹脂注入口１１５の直径が上部の方がより小さいので、樹脂は樹脂注入口１１５の上部を介して注入されることができる。

本実施例のように、樹脂注入口１１５を切断された円錐台形状に形成する場合、コア１１０の厚み方向に対する樹脂の流れ性が調節されることができる。つまり、樹脂が樹脂注入口１１５を通過するとき、樹脂の流れ性は樹脂注入口１１５の直径が大きくなるほど向上できるが、樹脂が注入され始まる部分と遠くなるほど、直径を大きくすることで、樹脂が注入される部分では、樹脂が相対的にゆっくり流れるようにし、反対側では樹脂が早く流れるようにすることができる。これにより、樹脂をコア１１０のある一面を介して注入するとき、コア１１０の両面での樹脂の流れ性の差を減少させることでき、結果的に、コア１１０の上部と下部で樹脂が含浸される程度を均一にすることができる。

図８は図３の締結部とフレームとの結合状態を断面図で示したもので、図９は本実施例の船舶用複合材パネルとフレームとの結合形態を分解斜視図に示したものである。

図８及び図９を参照すれば、締結部材４００は船舶用複合材パネル１００の締結部１０３に形成された締結孔１４０と、フレーム２００に形成された固定孔２１０と、を同時に通過した状態で固定されることで、船舶用複合材パネル１００をフレーム２００に機械式に締結することができる。フレーム２００に複数の固定孔２１０が形成される場合、固定孔２１０は締結部１０３の複数の締結孔１４０に対応する位置に形成されることができる。例えば、固定孔２１０は締結孔１４０と同一の間隔で離隔されて一直線上に形成されることができる。

船舶用複合材パネル１００とフレーム２００との安定的な機械式締結のために、締結部１０３の一側にはワッシャーが提供されることができる。ここで、ワッシャーは環状又は板状に形成されることができる。図８及び図９には、板状ワッシャー３００が提供された実施例が図示された。ワッシャーは締結部１０３とフレーム２００との間に提供されることができ、または図８及び図９に示されたように、フレーム２００の反対側に提供されることができる。また、ワッシャーはスチール、カーボン複合材、ガラス繊維複合材、テフロン（登録商標）等で形成されることができる。

板状のワッシャー３００には、１つ以上の貫通穴３１０が形成されることができ、複数の貫通孔３１０が形成される場合、前記貫通孔３１０も締結孔１４０と対応する位置に形成されることができる。つまり、貫通孔３１０が締結孔と同一の間隔で離隔されて一直線上に形成されることができる。板状ワッシャー３００は、船舶用複合材パネル１００がフレーム２００と結合されるとき、締結部１０３と重なることができ、このとき、締結部材４００は締結部１０３の締結孔１４０と、フレーム２００の固定孔２１０と、そして板状のワッシャー３００の貫通孔３１０とを同時に通過してフレーム２００に締結されることができる。

ワッシャーは締結部材４００によって集中的に加わる締結力を分散させて船舶用複合材パネル１００やフレーム２００の損傷を防止し、パネル１００とフレーム２００との間の機械式締結をより強固にすることができる。

図１０は本発明の他の実施例による船舶用複合材パネルの締結部とランプ部の断面図を拡大して図示したものである。

本実施例によると、船舶用複合材パネル１０１は、締結部１０３の板材１２０と積層される補強材１５０を更に含むことができる。つまり、補強材１５０は締結部１０３を成す複数の板材１２０に追加的に積層されることができる。補強材１５０は締結部１０３だけではなく、ランプ部１０２の板材１２０にも積層できるように延長可能である。ランプ部１０２において、補強材１５０は板材１２０とコア１１０との間に提供されることができる。前記のように、補強材１５０が追加的に積層されることで、締結部１０３とランプ部１０２とは、ダブラーラミネート構造を形成することができる。図１０においては、補強材１５０が板材１２０と板材１２０との間、又は板材１２０とコア１１０との間に挿入された例が図示されたが、補強材１５０は最外側の板材の外面に追加的に積層されることもある。

補強材１５０は板材１２０と同一の材料からなることができ、又は異なる材料からなることもできる。異なる材料からなる場合、補強材１５０は板材１２０よりも高強度の材料からなることができる。一例として、補強材１５０には多軸織物繊維が含まれ、これに樹脂が含浸されて熱硬化されることで、板材１２０及びコア１１０と強固に接合されることができる。

本実施例のように、補強材１５０を用いて締結部１０３とランプ部１０２とをダブラーラミネート構造に形成することにより、締結部１０３とランプ部１０２とを効果的に補強することができる。これにより、締結部材４００を用いて船舶用複合材パネル１０１がフレーム２００に締結されるとき、締結部１０３の破損や損傷を防止することができる。また、ランプ部１０２が傾斜面Ｓによって荷重に脆弱な点を効果的に補完することができる。それだけではなく、締結部１０３とランプ部１０２の何れにかけて補強材１５０を積層することで、締結部１０３のみに局部的に荷重が加わることにより、締結部１０３とランプ部１０２との連結の破損を防止できる。

以下においては、上述の複合材パネル１００を製作する方法の一実施例を説明する。

先ず、モールド上に板材１２０を形成する強化繊維シートとコア１１０とを積層して位置付けることができる。前記モールドは、相互結合されて船舶用複合材パネル１００の形態等の成形品の形状の内部空間を形成する上部モールド及び外部モールドを含むことができる。具体的に、積層された板材１２０とコア１１０は下部モールド上に提供されることができる。追って硬化されたパネル１００の異型が容易になるように、モールドの内側面が異型処理されることがある。このとき、異型処理は離型紙、離型布、離型剤等を用いて行われ得る。また、追って注入される樹脂の流れ性を向上させるために、モールドは加熱され、加熱された状態で維持されることができる。

ここで、モールドに配置される強化繊維シートは、目標とするパネル１００の大きさよりも５〜１０％大きいサイズに裁断されたものであり得る。また、コア１１０には、上述のように、第１〜第４樹脂注入溝１１１〜１１４と樹脂注入口１１５とが形成されることができ、一側の端部が傾斜して形成されることができる。他の方法では、第１〜第４樹脂注入溝１１１〜１１４と樹脂注入口１１５とが形成されたコア１１０が配置された後、その側面に傾斜面Ｓを有するコア１１０が配置されることもできる。

板材１２０を形成する強化繊維シートとコア１１０とが積層された状態で、必要な場合、その縁に沿って所定の幅を有する補強材１５０を更に積層することができる。補強材１５０が積層されることで、完成されたパネル１００で締結部１０３とランプ部１０２とがダブラーラミネート構造に形成されることができる。

また、強化繊維シートとコア１１０とが積層されると、胴体１０１に該当する領域に厚み方向にピン１３０を挿入することができる。ここで、ピン１３０はコア１１０の樹脂注入孔が形成された箇所と異なる位置に挿入されることができる。

前記のように、板材１２０を形成する強化繊維シートと、コア１１０と、補強材１５０とを積層しピン１３０を挿入する一方、２液型エポキシ樹脂を用いて主剤と硬化剤を割合に応じて配合した後、脱泡を行うことで、強化繊維シートとコア１１０に含浸させる樹脂を用意することできる。

ピン１３０を挿入した後、強化繊維シートとコア１１０との積層構造の上にバギングフィルムを覆って真空引きを行った後、樹脂を注入することができる。ここで、樹脂は複数の樹脂注入チャネルを通じて注入されることができ、前記複数のチャネルはそれぞれコア１１０の樹脂注入孔の上部に位置することができる。樹脂注入孔及び第１〜第４樹脂注入溝１１１〜１１４に沿って樹脂が流れてコア１１０の全体と強化繊維シートに十分に含浸されれば、別途形成された樹脂排出チャネルを通じて含浸されて残った樹脂が排出されることができる。

樹脂が前記樹脂排出チャネルを通じて排出され始まると、モールドを加熱して樹脂を熱硬化させることができる。硬化が完了すると、モールドから硬化されたパネル１００を離型させ、締結部１０３の端部をパネル１００を所望の大きさに合わせて切断してトリーミングを行い、締結部１０３に締結孔１４０を形成することができる。

以上では、添付の図面を参照して本発明の実施例を説明したが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者なら、本発明の技術的思想や必須的な特徴を変更せずに他の具体的な形態に実施可能であるという点を理解できるであろう。例えば、当業者は構成要素の材質、大きさ等を適用分野に応じて変更するか、実施形態を組み合わせ又は置き換え等により本発明の実施例に明確に開示されていない形態に実施することができるが、これも本発明の範囲を逸脱するものではない。したがって、以上で記述した実施例は全ての面で例示的なもので、限定的なものと理解してはならず、このような変形された実施例は本発明の特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれるものと解釈すべきである。

ここに、出願当初の特許請求の範囲の記載事項を付記する。
［１］ 船舶のデック上に設置されたフレームに複数個が結合されて抵抗低減装置の形状をなす船舶用複合材パネルにおいて、
板状のコアと、繊維強化複合材からなり前記コアの外面に接合される板材とを含む胴体と、
前記胴体の周囲に沿って前記コアの外側に形成され、前記板材が複数個積層されてなる締結部と、
前記胴体と前記締結部との間に形成され、前記胴体の外面と前記締結部の外面とを連結する傾斜面を含むランプ部と、
前記胴体に厚み方向に挿入される１つ以上のピンと、
を含むことを特徴とする船舶用複合材パネル。
［２］ 前記コアの外面には、所定の深さを有し一方向に延長される一連の第１樹脂注入溝と、前記第１樹脂注入溝と垂直な方向に延長される一連の第２樹脂注入溝とが形成されることを特徴とする［１］に記載の船舶用複合材パネル。
［３］ 前記コアの外面には、前記第１樹脂注入溝と前記第２樹脂注入溝との交差点を通りながら、前記第１樹脂注入溝に対して時計回りに４５°傾いた方向に延長される第３樹脂注入溝と、前記交差点を通りながら、前記第１樹脂注入溝に対して反時計回りに４５°傾いた方向に延長される第４樹脂注入溝とが更に形成されることを特徴とする［２］に記載の船舶用複合材パネル。
［４］ 前記第１樹脂注入溝と前記第２樹脂注入溝の深さは、それぞれ０．２５ｍｍであることを特徴とする［２］に記載の船舶用複合材パネル。
［５］ ２つの前記第１樹脂注入溝間の距離及び２つの前記第２樹脂注入溝間の距離は、それぞれ２３ｍｍであることを特徴とする［２］に記載の船舶用複合材パネル。
［６］ 前記コアには、前記第１樹脂注入溝と前記第２樹脂注入溝とが交差する位置で前記コアを貫通する樹脂注入口が形成されたことを特徴とする［２］に記載の船舶用複合材パネル。
［７］ 前記樹脂注入口の直径は、一側と他側とで異なる寸法で形成され、
小径側から樹脂が前記樹脂注入口に注入されることを特徴とする［６］に記載の船舶用複合材パネル。
［８］ 前記樹脂注入口の前記一側の直径は０．２ｍｍであり、前記他側の直径は０．４ｍｍであることを特徴とする［７］に記載の船舶用複合材パネル。
［９］ 前記ピンは、
一方向に延長されたロードと、
前記ロードの外周面に突出形成された複数の突起を含むことを特徴とする［１］に記載の船舶用複合材パネル。
［１０］ 前記１つ以上のピンは、４０ｍｍの間隔で互いに離隔されて挿入されることを特徴とする［１］に記載の船舶用複合材パネル。
［１１］ 前記締結部は厚み方向に貫通形成される１つ以上の締結孔を含み、
前記船舶用複合材パネルは、締結部材が前記締結孔を通過して前記フレームに締結されることを特徴とする［１］に記載の船舶用複合材パネル。
［１２］ 前記１つ以上の締結孔と同一の間隔で形成された１つ以上の貫通孔を含み、
締結部材が前記貫通孔と前記締結孔とを同時に通過して前記フレームに締結できるように、前記船舶用複合材パネルが前記フレームと結合されるとき、前記締結部と重なれる板状のワッシャーを更に含むことを特徴とする［１］に記載の船舶用複合材パネル。
［１３］ 前記締結部の板材と、前記ランプ部の板材に積層される補強材を更に含むことを特徴とする［１］に記載の船舶用複合材パネル。
［１４］ 前記補強材は、多軸繊維織物を含めて成すことを特徴とする［１３］に記載の船舶用複合材パネル。
［１５］ 前記コアと前記板材とは、前記板材に含浸された樹脂が前記コアに共に含浸されて硬化されることにより、相互接合されることを特徴とする［１］に記載の船舶用複合材パネル。
［１６］ 縁部分が傾斜面に形成され、少なくとも一面に樹脂注入溝及び樹脂注入口が形成されたコアをモールド上に配置させるステップと、
前記コアの外面に、含浸された樹脂が硬化されて板材を形成する強化繊維シートが積層されるステップと、
前記積層された強化繊維シートとコアに１つ以上のピンを厚み方向に挿入させるステップと、
前記積層された強化繊維シートとコアに前記樹脂を注入し、前記注入された樹脂が前記樹脂注入溝及び前記樹脂注入口を流れて前記強化繊維シートと前記コアに含浸されるステップと、
前記樹脂を熱硬化させるステップと、
前記板材の前記コアの外側部分に１つ以上の締結孔を形成させるステップと、を含む船舶用複合材パネルの製造方法。

Claims (12)

1. 船舶のデック上に設置されたフレームに複数個が結合されて抵抗低減装置の形状をなす船舶用複合材パネルにおいて、
   板状のコアと、繊維強化複合材からなり前記コアの外面に接合される板材とを含む胴体と、
   前記胴体の周囲に沿って前記コアの外側に形成され、前記板材が複数個積層されてなる締結部と、
   前記胴体と前記締結部との間に形成され、前記胴体の外面と前記締結部の外面とを連結する傾斜面を含むランプ部と、
   前記胴体に厚み方向に挿入される１つ以上のピンと、を含み、
   前記コアの外面には、所定の深さを有し一方向に延長される一連の第１樹脂注入溝と、前記第１樹脂注入溝と垂直な方向に延長される一連の第２樹脂注入溝とが形成され、
   前記コアには、前記第１樹脂注入溝と前記第２樹脂注入溝とが交差する位置で前記コアを貫通する樹脂注入口が形成され、
   前記樹脂注入口の直径は、一側と他側とで異なる寸法で形成され、
   小径側から樹脂が前記樹脂注入口に注入される
   船舶用複合材パネル。
2. 前記コアの外面には、前記第１樹脂注入溝と前記第２樹脂注入溝との交差点を通りながら、前記第１樹脂注入溝に対して時計回りに４５°傾いた方向に延長される第３樹脂注入溝と、前記交差点を通りながら、前記第１樹脂注入溝に対して反時計回りに４５°傾いた方向に延長される第４樹脂注入溝とが更に形成されることを特徴とする請求項１に記載の船舶用複合材パネル。
3. 前記第１樹脂注入溝と前記第２樹脂注入溝の深さは、それぞれ０．２５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の船舶用複合材パネル。
4. ２つの前記第１樹脂注入溝間の距離及び２つの前記第２樹脂注入溝間の距離は、それぞれ２３ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の船舶用複合材パネル。
5. 前記樹脂注入口の前記一側の直径は０．２ｍｍであり、前記他側の直径は０．４ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の船舶用複合材パネル。
6. 前記ピンは、
   一方向に延長されたロードと、
   前記ロードの外周面に突出形成された複数の突起を含むことを特徴とする請求項１に記載の船舶用複合材パネル。
7. 前記１つ以上のピンは、４０ｍｍの間隔で互いに離隔されて挿入されることを特徴とする請求項１に記載の船舶用複合材パネル。
8. 前記締結部は厚み方向に貫通形成される１つ以上の締結孔を含み、
   前記船舶用複合材パネルは、締結部材が前記締結孔を通過して前記フレームに締結されることを特徴とする請求項１に記載の船舶用複合材パネル。
9. 前記１つ以上の締結孔と同一の間隔で形成された１つ以上の貫通孔を含み、
   締結部材が前記貫通孔と前記締結孔とを同時に通過して前記フレームに締結できるように、前記船舶用複合材パネルが前記フレームと結合されるとき、前記締結部と重なれる板状のワッシャーを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の船舶用複合材パネル。
10. 前記締結部の板材と、前記ランプ部の板材に積層される補強材を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の船舶用複合材パネル。
11. 前記補強材は、多軸繊維織物を含めて成すことを特徴とする請求項１０に記載の船舶用複合材パネル。
12. 前記コアと前記板材とは、前記板材に含浸された樹脂が前記コアに共に含浸されて硬化されることにより、相互接合されることを特徴とする請求項１に記載の船舶用複合材パネル。

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