KR100499073B1 - 튜브형 복합재 구조의 하중 지지용 조인트 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휠의 회전축과 같은 부품을 복합재료 파이프에 연결함에 있어 조인트 전체를 금속 재질로 사용하거나 천공 등으로 상기 복합재료 파이프의 특성이 변화되는 것이 없이 상기 부품의 하중을 보다 안정적이면서 효과적으로 지지하고, 조인트된 전체적인 튜브형 복합재 구조의 고성능화, 경량화를 기할 수 있도록 한 튜브형 복합재 구조의 하중 지지용 조인트 제조방법에 관한 것으로서, 이는 몰드 내부에 다수의 금속 부시(2)를 복합재료 파이프(1)의 직경보다 작은 간격으로 정해진 위치에 고정시킨 후, 그 사이로 성형전 복합재료 파이프(1)를 강제로 끼워 상기 복합재료 파이프(1)에 금속 부시(2)의 일부가 파묻히게 하는 제1 공정과; 상기 제1 공정의 금속 부시(2) 위에 프리프렉 조각(3)을 덧붙이는 식으로 상기 금속 부시(2)를 복합재료 파이프(1)에 고정하는 제2 공정과; 상기 제2 공정의 프리프렉 조각(3) 위에 다시 프리프렉 테이프(4)로 감는 제3 공정과; 상기 제3 공정의 프리프렉 조각(3)과 프리프렉 테이프(4) 사이, 상기 프리프렉 조각(3) 및 프리프렉 테이프(4)와 복합재료 파이프(1) 사이를 채움재로 채워넣는 제4 공정과; 상기 제4 공정 후, 몰드를 조립하고 내부가압 및 가열, 경화시켜 성형하는 제5 공정으로 이루어짐으로써 기존에 천공 등에 의한 응력집중, 섬유의 연속성 단절, 층간응력 등과 같은 복합재료 파이프의 특성 변화없이 상기 부품의 하중을 보다 안정적이면서 효과적으로 지지할 수 있을 뿐만 아니라 조인트된 전체적인 튜브형 복합재 구조의 고성능화 및 경량화를 기할 수 있는 효과가 있다.

Description

튜브형 복합재 구조의 하중 지지용 조인트 제조방법{Joint manufacturing method for support load of tube type composite material}

본 발명은 휠의 회전축과 같은 부품을 복합재료 파이프에 연결함에 있어 조인트 전체를 금속 재질로 사용하거나 천공 등으로 상기 복합재료 파이프의 특성이 변화되는 것이 없이 상기 부품의 하중을 보다 안정적이면서 효과적으로 지지하고, 조인트된 전체적인 튜브형 복합재 구조의 고성능화, 경량화를 기할 수 있도록 한 튜브형 복합재 구조의 하중 지지용 조인트 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 기계구조를 구성하는 각종 기계요소는 주로 금속재료를 소재로 사용하고 형상의 제한없이 설계 및 제작하는 것이 용이했으나, 근래에는 기계구조의 고성능화, 경량화 추세에 따라 금속재료 이상의 강도를 갖는 복합재가 기계요소의 소재로 활발하게 사용되고 있는 실정에 있는 것으로서, 복합재료는 두가지 이상의 물질이 혼합되어 새로운 성질을 갖는 재료를 구성하는 것이며, 그 종류도 다양하다.

여기서 기술되는 복합재료는 기계적 성질이 가장 우수한 섬유강화플라스틱(FRP; Fiber Reinforced Plastic) 프리프렉(prepreg)을 사용하여 내부가압 성형되는 튜브형 복합재 구조에 관한 것이며, 특히 상기 튜브형 복합재 구조에 접합되는 조인트에 관한 것이다.

종래의 튜브형 복합재 구조의 조인트, 보다 상세하게는 핀 조인트 접합방법은 중공의 관체로 형성된 복합재 튜브에 직접 구멍을 뚫거나 금속 조인트를 별도 제작하여 2차 접합한 것으로서, 구멍을 뚫는 경우에는 응력집중 및 섬유의 연속성 단절로 인한 하중에 대한 지지력 저하와 층간응력과 같은 특성 변화를 가져오게 되는 문제점이 있다.

또한, 금속 조인트를 2차 접합하는 경우에는 상기 금속 조인트의 무게에 의해 경량화 도모를 위한 복합재료 사용의 목적을 달성할 수 없으며, 2차 접합시 볼트 체결하는 경우에는 그 볼트 체결을 위한 천공작업이 수반되어야만 하므로 전술한 바와같은 천공에 따른 문제점이 야기되고, 접착제를 사용하는 경우에는 부착 및 접착 강도면에서 볼트 체결하는 것보다 현저하게 떨어지는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 바와같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로, 그 목적은 휠의 회전축과 같은 부품을 복합재료 파이프에 연결함에 있어 조인트 전체를 금속 재질로 사용하거나 천공 등으로 상기 복합재료 파이프의 특성이 변화되는 것이 없이 상기 부품의 하중을 보다 안정적이면서 효과적으로 지지하고, 조인트된 전체적인 튜브형 복합재 구조의 고성능화, 경량화를 기할 수 있도록 하는데 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 몰드 내부에 다수의 금속 부시를 복합재료 파이프의 직경보다 작은 간격으로 정해진 위치에 고정시킨 후, 그 사이로 성형전 복합재료 파이프를 강제로 끼워 상기 복합재료 파이프에 금속부시의 일부가 파묻히게 하는 제1 공정과; 상기 제1 공정의 금속 부시 위에 프리프렉 조각을 덧붙이는 식으로 상기 금속 부시를 복합재료 파이프에 고정하는 제2 공정과; 상기 제2 공정의 프리프렉 조각 위에 다시 프리프렉 테이프로 감는 제3 공정과; 상기 제3 공정의 프리프렉 조각과 프리프렉 테이프 사이, 상기 프리프렉 조각 및 프리프렉 테이프와 복합재료 파이프 사이를 채움재로 채워넣는 제4 공정과; 상기 제4 공정 후, 몰드를 조립하고 내부가압 및 가열, 경화시켜 성형하는 제5 공정으로 이루어진 것을 특징으로 한 튜브형 복합재 구조의 하중 지지용 조인트 제조방법이 제공된다.

이하 본 발명에 의한 튜브형 복합재 구조의 하중 지지용 조인트 제조방법을 첨부된 도면을 참조로 하여 공정별로 상세히 설명한다.

(제1 공정)

도 1에 도시된 바와같이 4개의 금속 부시(2)가 구비되고, 이 금속 부시(2)는 몰드 내부에 정해진 위치에 고정되는 것이며, 그 간격은 복합재료 파이프(1)의 직경보다 작다.

이러한 상태에서 경화전 복합재료 파이프(1)를 도 2a에 도시된 바와같이 금속부시(2) 사이에 밀어 넣게 되는데, 이때 상기 복합재료 파이프(1)는 수작업으로 형상 변경이 가능한 것과 몰드내에서 내부가압 성형에 의해 가열 경화되는 것을 가정한다.

이에 따라 금속 부시(2)는 도 2b에 도시된 바와같이 경화전 복합재료 파이프(1)에 일부가 파묻히는 상태가 된다.

(제2 공정)

이는 제1 공정에서와 같이 복합재료 파이프(1)에 일부가 파묻힌 상태의 금속 부시(2)를 고정하는 공정으로서, 도 3a에 도시된 바와같이 상기 금속 부시(2)의 외부를 감싸는 식으로 금속 부시(2) 위에 프리프렉 조각(3)이 덧붙여지는 것이며, 상기 프리프렉 조각(3)은 도 3b에 도시된 바와같이 복합재료 파이프의 외부에서 시작되어 금속 부시를 감싸고 다시 복합재료 파이프(1)의 외부에 부착되고, 이로인해 전단력을 보다 효과적으로 복합재료 파이프에 전달할 수 있게 된다.

(제3 공정)

상기 제2 공정과 같이 금속 부시(2) 위에 프리프렉 조각(3)이 덧붙여진 상태는 전단력 지지에는 효과적이나 굽힘 하중을 거의 지지하지 못하게 되는 것으로, 이 공정은 상기한 문제점을 보강하기 위해 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와같이 그 덧붙인 프리프렉 조각(3) 위에 프리프렉 테이프(4)를 복합재료 파이프(1)의 횡방향으로 테이핑 한다.

(제4 공정)

이렇게 제3 공정과 같이 프리프렉에 의한 보강이 끝난 후, 프리프렉 조각(3)과 프리프렉 테이프(4) 사이, 프리프렉 조각(3)과 복합재료 파이프(1) 사이, 프리프렉 테이프(4)와 복합재료 파이프(1) 사이에 비엠씨(BMC ; Bulk Molding Compound) 또는 프리프렉 필러(filler)와 같은 채움재를 채워 넣는다.

(제5 공정)

이 공정은 최종 마무리 단계로서, 상기 제4 공정을 마친 후에는 몰드를 조립하고, 상기 몰드 내부의 복합재료 파이프(1) 및 프리프렉 조각(3), 프리프렉 테이프(4), 프리프렉 필러 등과 같은 채움재를 내부가압 성형법으로 가열 경화함으로써 도 5에 도시된 바와같이 몰드 형상을 따라 외관이 형성된 최종 제품의 조인트(J)를 얻게 되는 것이다.

상술한 바와같이 본 발명은 휠의 회전축과 같은 부품과 직접적으로 접촉하는 부분만 금속 부시를 사용한 후, 프리프렉 및 채움재를 이용한 내부가압 성형법으로 가열 경화시켜 조인트가 형성되게 함으로써 기존에 천공 등에 의한 응력집중, 섬유의 연속성 단절, 층간응력 등과 같은 복합재료 파이프의 특성 변화없이 상기 부품의 하중을 보다 안정적이면서 효과적으로 지지할 수 있을 뿐만 아니라 조인트된 전체적인 튜브형 복합재 구조의 고성능화 및 경량화를 기할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 성형전 상태를 보인 복합재료 파이프 및 금속 부시의 정면도.

도 2a,도 2b는 본 발명의 금속부시가 경화전 복합재료 파이프에 일부가 파묻힌 상태를 보인 것으로서,

도 2a는 정면도.

도 2b는 단면도.

도 3a,도 3b는 본 발명의 금속 부시에 프리프렉 조각을 덧붙인 상태를 보인 것으로서,

도 3a는 정면도.

도 3b는 단면도.

도 4a,도 4b는 본 발명의 프리프렉 조각을 프리프렉 테이프로 테이핑한 상태를 보인 것으로서,

도 4a는 정면도.

도 4b는 단면도.

도 5는 본 발명에 의한 조인트의 외관을 보인 사시도.

*도면의주요부분에대한부호의설명

1:복합재료 파이프 2:금속 부시

3:프리프렉 조각 4:프리프렉 테이프

Claims (1)

1. 몰드 내부에 다수의 금속 부시(2)를 복합재료 파이프(1)의 직경보다 작은 간격으로 정해진 위치에 고정시킨 후, 그 사이로 성형전 복합재료 파이프(1)를 강제로 끼워 상기 복합재료 파이프(1)에 금속 부시(2)의 일부가 파묻히게 하는 제1 공정과;

   상기 제1 공정의 금속 부시(2) 위에 프리프렉 조각(3)을 덧붙이는 식으로 상기 금속 부시(2)를 복합재료 파이프(1)에 고정하는 제2 공정과;

   상기 제2 공정의 프리프렉 조각(3) 위에 다시 프리프렉 테이프(4)로 감는 제3 공정과;

   상기 제3 공정의 프리프렉 조각(3)과 프리프렉 테이프(4) 사이, 상기 프리프렉 조각(3) 및 프리프렉 테이프(4)와 복합재료 파이프(1) 사이를 채움재로 채워넣는 제4 공정과;

   상기 제4 공정 후, 몰드를 조립하고 내부가압 및 가열, 경화시켜 성형하는 제5 공정으로 이루어진 것을 특징으로 한 튜브형 복합재 구조의 하중 지지용 조인트 제조방법.