KR101424821B1 - 블레이드, 블레이드의 구조부재 및 이 블레이드와블레이드의 구조부재를 제조하는 방법 - Google Patents

블레이드, 블레이드의 구조부재 및 이 블레이드와블레이드의 구조부재를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 적어도 블레이드(10)의 복합재 기본구조(15)가 인발성형 공정(20)에서 적어도 함침단계(12)와 경화단계(14)를 통해 섬유들(11)이 잡아당겨져 제조되고, 기본구조(15)는 적어도 하나의 마모영역을 구비하고, 상기 블레이드(10)는 기본구조(15)와 마모영역으로 형성된 블레이드 블랭크(22)로부터 분리되는, 블레이드(10)를 제조하는 방법에 관한 것이다. 블레이드(10)의 마모영역은 기본구조(15)의 에지 바깥으로 돌출하는 에지 스트립(16.1, 16.2)으로 형성된다. 그리고, 본 발명은 또한 본 발명에 따른 블레이드를 제조하기 위한 대응하는 블레이드와 부분 구성요소들에 관한 것이다.
Figure R1020087007815
블레이드, 에지, 인발, 기본구조

Description

블레이드, 블레이드의 구조부재 및 이 블레이드와 블레이드의 구조부재를 제조하는 방법{BLADE, STRUCTURAL COMPONENTS OF A BLADE, AND METHOD FOR MANUFACTURING A BLADE AND THE STRUCTURAL COMPONENTS OF A BLADE}
본 발명은 블레이드를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 적어도 블레이드의 복합재 기본구조(base structure)가 인발성형 공정에서 적어도 함침단계와 경화단계를 통해 섬유들이 잡아당겨져 제조되고, 상기 기본구조는 적어도 하나의 마모영역을 구비하고, 상기 블레이드는 기본구조와 마모영역으로 형성된 블레이드 블랭크로부터 분리되는 방법에 관한 것이다.
그리고 본 발명은 또한 상기 방법에 따라 제조된 블레이드, 이 블레이드의 구조부재 및 이들의 제조방법에 관한 것이다.
오늘날, 복합재료 블레이드가 예컨대 초지기(paper machine)의 수선 또는 마무리 작업, 즉 닥터링(doctoring)에 사용된다. 블레이드들의 기초 재료로는 열경화성 또는 열가소성의 예컨대 폴리머 재료와 같은 것을 들 수 있다. 하나 이상의 섬유 보강재들이 폴리머 구조에 추가될 수 있는데, 예컨대 탄소, 유리 및/또는 보론 섬유 및/또는 예컨대 금속 섬유와 같은 다른 연속 섬유가 추가될 수 있다. 이러한 섬유들의 방위는 기다란 블레이드에 탁월한 강도와 경도를 부여하는데 사용될 수 있다. 섬유들은 폴리머 기지(matrix)에 제한되어, 함께 판 형상의 강체 복합재료 구조를 형성한다.
복합재료 블레이드의 한가지 장점은 그 닥터링 능력을 감소시키지 않고 닥터링될 롤 표면상에서 양호한 강도와 부드러운 효과를 경량(lightness)과 결합시킨다는 것이다.
핀란드 특허 FI-101637 (국제공개 WO99/12726 A1)은 복합재료 블레이드에 관한 종래의 한 형태를 개시한다. 이 특허문헌은 인발성형(pultrusion) 방법을 사용하여 제조된 닥터 블레이드(doctor blade)를 개시하는데, 연마입자들이 섬유보강재와 결합되어 있다. 이 연마입자들은 닥터링될 물체에 클리닝 및 서비스 효과를 얻는데 사용된다. 서비스 층은 연마입자들이 그 안에 통합되는데, 탄소섬유와 접촉하게 함으로써 예컨대 매트릭스 에이전트로 탄소섬유 직물을 함침함으로써 형성될 수 있다. 연마입자들은 마모영역을 형성하는 블레이드의 적어도 한쪽 에지, 블레이드의 '작업에지'를 따라 존재할 수 있다.
종래기술의 다른 형태가 핀란드 특허출원 FI-981312 (국제공개 WO99/64674A1)에 개시되어 있다. 이 문헌에서는, 블레이드가 역시 복합재료를 예컨대 인발성형하여 제조되고, 마모영역의 표면은 세라믹으로 코팅된다. 세라믹은 고착(anchor) 구조에 의해 복합재료의 표면에 부착된다. 고착 구조는 복합재료에 부착된다. 세라믹 코팅은 예를 들어 열 스프레이 또는 다른 적절한 공정에 의해 복합재료의 표면에 제조된다. 코팅을 형성하는 공정은 기본적으로 실제의 인발성형 공정과는 별개로 일어난다. 이는 블레이드 제조를 복잡하게 한다.
복합재료 블레이드의 3번째 예가 미국특허 US4,549,933호에 개시되어 있다.
현재는, 상술한 유형의 블레이드 구조는 예컨대 인발성형 공정에서 블레이드의 기본구조로 주조되는 유리-섬유 보강재의 도움을 받아 인발성형 공정을 통해 잡아당겨진다. 순수하게 잡아당기는 것을 목적으로 보강재를 배치하면 블레이드의 제조원가가 증가한다. 그리고 블레이드의 작업공차(tolerance)가 사실상 제한되는데, 연마입자들이 블레이드의 기본구조, 즉 쉽게 마모되는 탄소-섬유 복합재에 구속되거나 또는 복합재에 고착된(anchored) 세라믹 코팅의 두께가 제한되기 때문이다.
본 발명은 복합재 블레이드를 제조하는 방법, 대응하는 방법에 따라 제조된 블레이드, 대응하는 블레이드의 구조부재, 및 이 구조부재를 제조하는 방법을 창출하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 블레이드 제조방법의 주요특징은 청구항1에 기재되어 있고, 이 방법에 따라 제조된 블레이드의 주요 특징은 청구항6에 기재되어 있고, 블레이드의 에지 스트립(edge strip)의 주요특징은 청구항6에 기재되어 있고, 블레이드의 기본구조의 제조방법의 주요특징은 청구항11에 기재되어 있고, 본발명 방법에 따라 제조된 기본구조의 주요특징은 청구항12에 기재되어 있다.
본 발명에 따른 제조방법의 제1실시예에 따르면, 블레이드 블랭크가 형성될 때, 기본구조에 대하여 독립된 부품을 형성하는 에지 스트립이 블레이드의 복합재 기본구조에 부착된다. 블레이드의 길이축에 대하여 직각으로, 즉 블레이드의 횡방향으로 기본구조의 에지로부터 확실히 돌출하는 이 에지 스트립은 블레이드 블랭크로부터 분리된, 즉시 쓸 수 있는 블레이드를 형성할 수 있는데, 적어도 하나의 마모영역이 블레이드에 있다.
일 실시예에 따르면, 섬유들 또는 일반적으로 블레이드 블랭크는 에지 구조 부분이 인발성형 공정 동안 이미 기본구조에 부착되는 경우, 인발성형 공정에서 기본구조로부터 돌출하는 에지 스트립에 의해 잡아 당겨질 수 있다. 따라서 복합재 부분의 에지 바깥으로 돌출하는 에지 스트립은 양쪽에서마저 블레이드의 기본구조로 돌출 주조될 수 있다. 이에 힘힙어, 복합재로 주조될 특별한 인발 섬유들의 필요성이 없어질 것인데, 공정에서 형성된 블레이드 블랭크가 종래기술에 따라 인발성형 공정을 통해 잡아 당겨진다. 에지 스트립으로 잡아 당기면 섬유들의 방위 안정성도 개선될 것이다.
본 발명에 따라 블레이드를 제조하는 다른 방법은, 인발성형 공정에서 제작된 블레이드의 기본구조에 그 후 에지 스트립을 부착하는 것이다. 어느 경우이든, 양 제조방법으로 블레이드가 형성되는데, 에지 스트립은 기본구조로 주조되므로, 강화 플라스틱 구조를 형성한다.
기본구조에 부착된 양면 에지 스트립은 또한 블레이드를 의외로 다양하게 사용할 수 있게 한다. 동일한 블레이드가 2번 사용될 수 있다. 따라서, 한쪽 에지의 마모 허용범위가 다 사용된 경우 블레이드를 뒤집을 수 있다. 한편, 블레이드를 제조하는 동안, 블레이드 블랭크는 그 길이축 방향을 따라서 2개로 갈라질 수도 있다. 이에 의해 2개의 다른 타입의 마모 에지를 가진 2개의 블레이드가 적절한 크기를 갖는 블랭크의 단일편으로부터 주어질 것이다. 블레이드의 작업 에지 중 하나는 특별한 에지-부분 구조를 구비하고 다른 에지는 복합재 기본재료일 것이다. 따라서 한쪽 에지의 마모 허용범위가 끝나면, 같은 블레이드가 다른 닥터링 위치들에서 사용될 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 특별한 접착물(bond)들이 에지 스트립에 배치될 수 있다. 이 접착물들은 블레이드의 기본구조에 있어서, 기본구조에 주조되어 기본구조의 에지 밖으로 돌출하는 에지 스트립의 부착을 보장하는데 사용될 수 있다. 일실시예에 따르면, 접착물들은 함침제가 접착물들에 대응하는 지점들에서 에지 스트립을 통해 투과할 수 있도록 제조될 수 있다. 이런 3차원 접착물을 사용함으로써 에지 구조를 실제의 기본구조에 확실히 부착시킬 것이고 주조 효과를 개선시킬 것이다. 접착물들은 모든 방향에서 충분한 접합강도를 형성하도록 하기 위하여 그룹으로 형성될 수 있다. 이렇게 함으로써, 접착물로 이루어진 그룹에서 서로에 대한 개개의 접착물들의 특성을 좌우하는데 조력할 수 있다.
본 발명의 다른 특징들이 첨부된 청구범위로부터 자명할 것이며 본 발명에 의해 달성되는 다른 추가 장점들이 상세한 설명 부분에 언급된다.
본 발명은 후술하는 실시예에 한정되는 것은 아니며 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명된다.
도1은 본 발명에 따른 제조방법의 일실시예의 개략도이다.
도2a 및 도2b는 본 발명에 따라 제조된 블레이드를 다른 방향에서 본 응용예로서 나타낸 도면들이다.
도3은 에지 스트립의 접착물들의 다른 예를 나타낸다.
도4는 본 발명에 따른 블레이드를 제조하기 위한, 복합재 기본구조의 다른 예를 나타낸다.
도5는 본 발명에 따른 블레이드를 제조하기 위한, 복합재 기본구조의 제3예를 나타낸다.
도6a와 도6b는 에지 스트립과 기본구조의 접착물들의 배치 중 몇 가지 추가적인 예를 나타낸다.
도1은 본 발명에 따른 복합재 블레이드(10)를 제조하기 위한 방법 중 한가지 예를 나타낸다. 본 발명에 따른 블레이드(10)는 적어도 부분적으로는 인발성형 기술을 사용하여 제조되는데, 이는 다이 인발성형(die pultrusion)이라고도 알려진 공정(20)에서 사용된다. 이와 같이, 당업자들에게는 인발성형 공정(20)이 종래기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
그러나, 인발성형 공정(20)에서는, 섬유/섬유 매트(11)가 인발성형 방법의 기본적인 단계 특성을 통해 잡아 당겨져서, 블레이드 블랭크(22)가 얻어지는데, 이 블랭크는 직선이거나 릴(27)에 감겨 있을 수 있고, 이 블랭크로부터 블레이드(10)가 분리된다. 섬유들(11)은 예를 들어 탄소섬유 및/또는 유리섬유 및/또는 아라미드 섬유 및/또는 보론 섬유일 수 있고, 이는 결코 본 발명의 기본 사상에 의해 제한되지 않는다. 예를 들어 탄소섬유와 유리섬유로 이루어진 복합재를 형성하는 비율의 예로는 40/60 그리고 더 일반적으로는 35/65이다. 복합재는 임의의 섬유 방위를 가질 수 있다. 일실시예에 따르면, 유리섬유 층들은 예를 들어 블레이드(10)의 길이축방향에 평행하게 방위설정될 수 있고, 탄소섬유를 포함하는 층들 중 적어도 일부는 블레이드(10)의 길이축방향으로부터 벗어날 수 있다.
블레이드 블랭크(22)는 강화 플라스틱 구조 형태의 몇 개의 섬유층을 가진 강체 형상-프로파일 기본구조로 이루어지고, 적어도 하나의 에지 스트립(16.1, 16.2)을 구비한다. 도1에는 블랭크(22)를 당기는 방향이 화살표로 도시되어 있다. 인발성형 공정(20)의 단계들 중에서, 이와 관련하여 적어도 함침단계(12)와 경화단계(14)를 참조할 수 있다.
섬유들(11)은 여러 개의 릴(21)의 미리 설정된 장치에 배치될 수 있다. 거기에서부터, 안내부들(미도시)이 섬유들을 먼저 함침단계(12)로 안내하는데 사용될 수 있다. 거기에서 섬유들(11)은 예컨대 폴리머 재료와 같은 과잉의 몇가지 선택된 매트릭스 에이전트(23)로 함침된다. 이들의 예로는 불소처리된 열가소성, 열경화성 또는 (에폭시) 수지를 들 수 있다. 첨가제가 추가된 수지를 참조할 수도 있는데, 수지는 예컨대 나노입자로 채워질 수 있다. 함침은 과잉으로 실행되고, 과잉 분량은 함침단계(12)에 있는 동안에 이미 흘러 나간다. 함침(12)에 이어 실제의 다이 인발성형, 즉 경화단계(14)가 이어진다.
인발성형에 있어서, 폴리머로 함침된 섬유들(11)은 선택된 종류의 다이(14')를 통해 잡아 당겨진다. 설정 온도와 압력 효과도 인발성형에 연관된다. 그 결과, 폴리머(23)는 경화되어 강도를 얻게 되고, 섬유들(11)은 다이(14')에 의해 규정된 원하는 형상으로 경화된다. 경화단계(14)는 당업자에게 알려진 바와 같이 여러 온도/압력 효과를 가진 영역에서 생성될 수 있는 종류의 화학반응으로서, 그 배열은 당업자에게 자명하다. 최종 경화공정이 후경화, 예컨대 후경화 가압용기(미도시) 내에서의 후경화로서 수행될 수도 있다.
완성된 블레이드 블랭크(22)는 예컨대 릴(27)에 감기거나 직선으로서 인발수단(19)을 사용하여 잡아 당겨진다. 인발수단(19)은, 예를 들어 적어도 2개의 롤러로 구성된 닙(nip)으로 이루어질 수 있고, 이를 통해 블레이드 블랭크(22)가 릴(27)로 이동한다. 가장 좁은 타입의 블레이드의 경우, 100-150 미터의 블레이드 블랭크(22)가 예를 들어 릴(27) 상에 감길 수 있고, 그 후 변화될 수 있다. 완성된 블레이드들(10)은 예를 들어 다음 단계에서 소비자들이 원하는 크기로 절단되거나 또는 감기는 것 대신에 블랭크(22)로부터 분리될 수 있다. 상술한 공정은 다양한 방법으로 변형될 수 있다.
본 발명에 따른 인발성형 공정(20)에 있어서, 블레이드(10)의 마모영역들 중 적어도 하나는 독립적인 에지 스트립(16.1, 16.2)으로 형성되는데, 이 부분은 이 경우 인발성형 공정(20) 동안에 이미 복합재 기본구조(base structure: 15)에 부착된다. 인발성형 공정(20)에 의해 우수한 시트-라미네이트 하이브리드 블레이드가 얻어지는데, 동일한 연속 인발성형 공정(20)에서 복합재 기본구조(15), 및 예를 들어 라미네이션에 의해 일체화되고 실제의 기본구조(15)의 에지 바깥으로 돌출하는 마모용 에지 스트립(16.1, 16.2)이 모두 동시에 형성된다. 에지 스트립(16.1, 16.2) 또는 적어도 그 마모 에지(16.1', 16.2')는 내마모 처리되거나 또는 코팅될 수 있고, 이는 예컨대 종래의 방법을 사용하여 구현될 수 있다. 본 발명의 이 놀라운 특징은 추가공정을 필요로 하지 않는데, 블레이드 블랭크(22)는 특별한 내마모 영역들을 생성하기 위하여 인발성형 공정(20)의 결과로서 얻어지지만, 대신에 이 내마모 영역들은 주조에 의해 복합재 기본구조(15)에 부착된 에지 스트립(16.1, 16.2) 그 자체에 이미 있을 수 있다. 이것이 제조기술상의 명백한 장점이다.
도1의 실시예에서, 에지 스트립(16.1, 16.2)은 인발성형 공정(20)에서 기본구조(15)의 양쪽에 부착된다. 에지 스트립(16.1, 16.2)이 코일들(16')로부터 공정흐름에 도입된다. 에지 스트립(16.1, 16.2)의 재료에 따라서, 폴리머 재료(23)로 함침될 수도 있다. 이는 복합재 스트립의 경우에 특히 적용된다. 실제의 경화단계(14) 이전에, 에지 스트립(16.1, 16.2)은 섬유들(11)에 대하여 다이(14')의 입구쪽(26)으로부터 위치되어, 섬유보강 복합재 기본구조(15)와 일체화되어 단일의 전체 블레이드 블랭크(22)를 형성하고 복합재의 횡방향으로 복합재 기본구조(15)의 에지 바깥으로 돌출하는 구조를 형성한다. 달리 말하면, 에지 스트립(16.1, 16.2)은 폴리머 재료(23)로 처리될 수 있고, 물론 폴리머 재료(23)로 함침된 섬유들(11)이 다이(14')에 공급되는데, 다이(14')에서 에지 스트립(16.1, 16.2)이 그 폭의 부분 이상으로 그리고 그 전체 길이 이상으로 예컨대 그 에지들 모두에 복합재 기본구조(15)에 주조된다. 주조는 다이(14')에서 수행되며, 다이의 공간은 에지 스트립(16.1, 16.2)에 대하여 이용가능하다.
실제의 복합재 기본구조(15)에 대하여 양쪽의 에지 스트립(16.1, 16.2)을 부착하는 것은 제조기술적으로 놀라운 장점을 갖는데, 블레이드 블랭크(22) 즉 실제로 폴리머로 함침된 섬유들(11)이 기본구조(15)의 횡방향으로 기본구조의 밖으로 돌출하는 에지 스트립(16.1, 16.2)에 의해 인발성형 공정(20)을 통해 잡아 당겨질 수 있다는 장점을 갖는다. 에지 스트립(16.1, 16.2)을 사용하여 수행된 인발작업은 섬유들의 방위의 안전성을 개선시킨다. 스트립 인발작업에 의해 섬유들/스트링들을 실제로 인발할 필요성이 제거된다. 한편, 복합재 기본구조(15) 또는 에지 스트립(16.1, 16.2)과 일체화 된, 섬유들을 인발하는 작업이 원한다면 계속 사용될 수 있다. 인발하는 스트링들은 예를 들어 에지 스트립(16.1, 16.2)의 마모 에지(16.1', 16.2')에 배치될 수 있는데, 여기에 내마모 코팅/처리가 존재한다. 스트링들은 마모 에지(16.1', 16.2')를 보호하는 역할도 한다.
인발작업을 허용하기 위하여, 잇달아 몇개가 있을 수 있는 층을 이룬 롤러들의 닙으로 구성된 인발수단(19)은 기본구조(15)의 양 에지들위에 있는 에지 스트립(16.1, 16.2)으로 잡아당기는 것을 지원할 수 있도록 그 길이축방향으로 배열될 수 있다. 이 경우, 롤러들은 제조될 프로파일의 두께에 따른 영역별로 형상을 가질 수 있어서, 주된 인발압축이 에지 스트립(16.1, 16.2)에 작용한다. 기본구조(15)의 양 에지들로부터 돌출하는 스트립들(161.1, 16.2)을 위한 2개의 평행한 닙이 있는 그러한 한 세트의 인발 수단(19)인, 인발롤러도 가능하다. 인발작업을 다른 방법으로 구현할 수도 있다. 에지 스트립(16.1, 16.2)의 크기들의 예는 후술한다.
에지 스트립(16.1, 16.2)을 위한 몇 가지 가능한 그러나 결코 제한하고자 하는 것은 아닌 재료들은 밴드 형태의 플라스틱 스트립, 금속 스트립, 복합재료, 세라믹, 또는 유리이다. 복합재 스트립들의 길이방향 및 횡방향 섬유 방위들은 임의적일 수 있다. 그리고, 섬유들의 각들은 서로 벗어날 수 있다. 에지 스트립(16.1, 16.2)을 형성하는 복합재료는 (예컨대 동작온도가 200℃인) 기본구조(15)의 복합재료에 비하여 (예컨대 동작온도가 400℃인) 최대의 내열 특성을 가질 수 있다. 이는 그 가격을 기본구조(15)를 형성하는 복합재료 가격의 몇 배로 할 수 있어서, 마모영역에서 사용하는데 민감하다.
에지 스트립(16.1, 16.2)은 그 표면이 세라믹 표면, 소결처리된 표면, 다이아몬드 표면, 신규한 금속표면, 크롬표면 또는 이들의 조합이 되도록 처리될 수 있다. 다른 종류의 질소, 산소 및 탄화물 표면들이 역시 가능한데, 이들은 열처리된다. 표면처리 또는 코팅은 에지 스트립(16.1, 16.2) 전체에 적용될 수도 있고 "작업지점", 즉 닥터링되는 물체와 접촉하는 실제의 마모-허용범위 영역, 즉 마모 에지(16.1', 16.2')에만 적용될 수도 있다. 그 자체에 있어서, 에지 스트립(16.1, 16.2)의 코팅 또는 표면처리는 본 발명의 기본 사상을 제한하고자 하는 것은 아니며, 대신에 다양한 종류의 코팅 및 표면처리가 인발성형 공정 이전에 에지 스트립(16.1, 16.2)에 행해질 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 물론, 표면처리와 코팅은 인발성형 공정 이후라도 어떤 이유에서든 요구된다면 전처리 대신에 또는 이와 함께 행해질 수 있다.
도2a와 도2b는 본 발명에 따른 복합재료 블레이드(10)의 일실시예를 나타내는데, 이 블레이드는 블레이드 블랭크(22)로부터 분리함으로써 얻어진다. 도2a는 블레이드(10)의 단면을 나타내고, 도2b는 블레이드(10) 조각의 측면도이다. 블레이드(10)는 복합재료 구조로서 몇 개의 섬유층들을 포함하는 기본구조(15)로 이루어진다. 기본구조(15)는 적어도 하나의 에지 스트립(16.1, 16.2)을 구비하는데, 이는 기본구조에 라미네이팅된다. 이러한 블레이드(10)는 본 발명에 따른 인발성형 공정공정(20)에서 제조될 수 있는데, 인발성형 공정에서는 섬유들(11)이 예컨대 적어도 함침단계(12)와 경화단계(14)와 같은 공정의 단계 특성을 통해 당겨진다.
블레이드(10)의 마모영역 중 적어도 하나는 독립적인 에지 스트립(16.1, 16.2)으로 형성되며, 이 부분은 예컨대 본 발명에 따른 인발성형 공정(20) 동안 기본구조(15)에 부착된다. 에지 스트립(16.1, 16.2)은 기본구조(15)의 양 가장자리에 부착되어, 섬유들(11)이 실제의 섬유 인발이 없이도 인발성형 공정(20)을 통해 당겨지도록 한다. 본 실시예에서는, 기본구조(15)와 에지 스트립(16.1, 16.2)이 거의 시트 형상을 형성하여, 길이축방향으로 그리고 폭방향으로 편평하다. 물론, 에지 스트립(16.1, 16.2)은 복합재료 기본구조(15)에 대하여 약간 비스듬할 수 있다.
본 발명에 따른 블레이드(10)의 전체 폭의 일예는 60-350 mm이고 예를 들어 150-250 mm이다. 이 경우에, 에지 스트립(16.1, 16.2)의 폭은 2-100 mm일 수 있고 예를 들어 5-60 mm일 수 있다. 블레이드(10)의 기본구조(15) 재료의 두께는 예컨대 1-5 mm와 같이 0.5-10 mm일 수 있다. 이 경우, 에지 스트립(16.1, 16.2)의 재료의 두께는 예컨대 0.2-4 mm와 같이 0.1-6 mm일 수 있다. 기본구조(15)에 대한 에지 스트립(16.1, 16.2)의 침투는 예컨대 기본구조(15)의 폭의 1-90%일 수 있다. 이 침투영역으로부터, 에지 스트립(16.1, 16.2)이 적어도 한쪽(비대칭 접합)에서, 또는 양쪽에서 기본구조(15)의 섬유층들에 의해 둘러싸이고, 다른 영역으로부터는 기본구조(15)의 에지로부터 돌출하고, 실제의 기본구조(15) 그 자체로부터 명백히 분리된다. 닥터링할 때, 마찰에 따른 열이 예컨대 금속 에지 스트립(16.1, 16.2)으로부터 섬유 복합재 기본구조(15)로 효과적으로 전송되는데, 이에 의해 블레이드(10)의 마모 에지(16.1', 16.2')로부터 블레이드(10)의 다른 곳으로 효과적으로 열이 전도된다.
일 실시예에 따르면, 접착물(17.1-17.8) 또는 적어도 몇 개의 고착 형태가 본 발명에 따른 블레이드의 에지 스트립(16.1, 16.2)에 배치될 수 있다. 이들은 에지 스트립(16.1, 16.2)과 기본구조(15) 사이의 캐스트 접합을 보장하기 위한 것이다. 도2b의 작은 삽입도(inset)는 접착물(17.1-17.8)을 배치하는 방식 중 제1예를 나타낸다.
접착물(17.1-17.8)은 제조시에 예컨대 코일(16') 위로 에지 스트립이 감기는 것과 관련하여 배치되거나 에지 스트립(16.1, 16.2)이 인발성형 공정(20)에 공급될 때 한번만 배치될 수 있다. 에지 스트립(16.1, 162)의 접착물(17.1-17.8)의 크기/형상/배열이 예컨대 동시에 행해지는 블레이드 블랭크(22)에 기초하여 변하는 경우, 그 크기와 성질상 허용된다면 여러 타입의 블레이드 제조에 있어서 설정된 크기를 갖는 에지 스트립(16.1, 16.2)을 사용할 수 있다. 고착하여 고정하는 역할을 하는 접착물(17.1-17.8) 자체는, 에지 스트립(16.1, 16.2)이 인발성형 공정(20)에 공급되기 전 수행될 수 있는데, 이 경우 에지-스트립 블랭크(16')는 이미 최종 형태에 있을 수 있다. 연속적이고 방해받지 않는 인발성형 공정을 창출하기 위해서는, 이미 최종 형태로 미리 제조된 에지 스트립(16.1, 16.2), 즉 접착물(17.1-17.8)을 구비한 것이 가장 유리한 구현 형태로 보인다. 본 발명은 접착물(17.1-17.8)을 구비한 에지-스트립 블랭크(16')에 관한 것이기도 하며, 접착물에 의해 에지 스트립(16.1, 16.2)이 예컨대 연속 인발성형 공정(20)으로 안내되어 본 발명에 따른 블레이드(10)가 제조될 수 있다는 점을 주목하여야 한다.
접착물(17.1-17.8)이 에지 스트립(16.1, 16.2)과 기본구조(15) 사이의 접합을 보장하는 것에 추가하여, 함침제(23)를 위한 3차원 공간을 형성하기도 하는데, 함침제(23)가 그 공정에 공급되는 에지 스트립(16.1, 16.2)이 복합재(11, 23)와 함께 인발 다이(14')로 안내되기 전에 함침될 수도 있다.
접착물(17.1-17.8)를 창출하는 일 예로는 스탬핑을 들 수 있다. 거칠기 처리(roughening) 역시 그 밖에 접착물을 생성하는데 또는 스탬핑 대신에 논의될 수 있지만, 에지 스트립(16.1, 16.2)과 기본구조(15) 사이의 캐스트 접합을 보장하기 위하여 실제의 기계적인 고착을 동시에 형성하는 동안, 스탬핑에 의해 에지 스트립(16.1, 16.2)에 주어지는 명확한 3D 형성은 에지 스트립(16.1, 16.2)에 함침제(23)가 더 잘 침투/보유하게 할 것이다. 거칠기 처리만을 사용하면 함침제/섬유들을 위한 충분한 고착/침투 공간을 달성하지 못할 수 있는데, 이는 복합재 기본구조(15)의 열팽창이 예컨대 금속 에지 스트립(16.1, 16.2)의 열팽창과 충분히 다르기 때문이다. 따라서 열팽창에 의해 접합에서 강도가 약해질 수 있고, 이는 예컨대 사용중에 블레이드가 깨지는 결과를 초래할 수 있다. 에지 스트립(16.1, 16.2)이 인발성형 공정(20)으로 안내되기 전에 스탬핑이 즉시 수행된다면, 스탬핑 수단(미도시)은 인발성형 공정(20)의 부분을 형성하기도 할 것이다.
에지 스트립(16.1, 16.2)이 복합재라면, 예를 들어 폴리머 재료(23)로 함침시킬 수 있다. 에지 스트립(16.1, 16.2)이 단계(12)에서 함침제(23)에 담궈진다면, 그 표면은 원하는 영역에 함침될 것이다. 함침된 영역은 예를 들어 경화단계(14)에서 복합재 기본구조(15)와 함께 주조되는 바로 그 영역일 수 있다. 흡수와 관련하여, 많은 양의 함침제(23)가 접착물(17.1-17.8)에도 부착될 것인데, 특히 접착물(17.1-17.8)의 유리한 형상과 표면장력에 의해 계속 부착되어 있을 것이다.
접착물(17.1-17.8)은 서로 거리를 두고 대칭적인 그룹(18.1)을 형성할 수 있다. 그룹 사이의 거리의 일예로는 3-1000 mm, 예컨대 5-300 mm 등을 들 수 있다. 일 실시예에 따르면, 그룹(18.1)을 이루는 접착물(17.1-17.8)은 에지 스트립(16.1, 16.2)의 한쪽으로부터 조사될 때 비대칭 배치를 형성할 수 있는데, 카운터 접착물들의 쌍(예컨대 17.1, 17.5)들은 에지 스트립(16.1)의 반대쪽에 있다. 이러한 배치는 에지 스트립(16.1, 16.2)과 기본구조(15) 사이의 접합의 강도를 증가시키는데 사용될 수 있다. 서로 설정된 거리를 두고 접착물(17.1-17.8)의 그룹을 형성하기 위하여, 스탬핑 기계는 이들을 따로따로 제조하도록 프로그램되어 있는데, 스탬핑 기계/인발성형에서 에지 스트립(16.1, 16.2)의 이동속도를 고려한다.
일 실시예에 따르면, 접착물(17.1-17.8)로 이루어진 그룹(18.1)은 별 패턴(pattern)을 형성할 수 있다. 다른 패턴이 고려될 수도 있다. 이러한 별 패턴의 그룹(18.1)에 있어서, 나침반의 4개의 기본방위에 대응하는 4개의 접착물(17.2, 17.4, 17.6, 17.8) 사이에, 나침반의 4우점(intercardinal point)에 대응하는 스탬핑된 접착물(17.1, 17.3, 17.5, 17.7)도 있다. 스탬핑은 양면이어서, 에지 스트립(16.1, 16.2)의 양 플레이트 쪽에서 교대로 실행될 수 있다. 이 결과, 하나 걸러 하나씩 스탬프가 에지 스트립(16.1, 16.2)의 측면에 오목한 컵을 형성할 수 있고 하나 걸러 하나씩 스탬프가 볼록한 캡 형상을 형성할 수 있다. 컵/캡의 크기의 예로는 1-15 mm이고, 예컨대 2-10 mm이다. 스탬핑에서 에지 구조는 컵과 캡의 에지의 부분을 천공하기 때문에, 이는 함침제(23)를 위한 좀 더 나은 부착/침투 구멍을 제공한다.
천공의 결과로서, 에지 스트립(16.1, 16.2)의 한 쪽에 오게 된 함침제(23)는 천공된 지점을 통해 에지 스트립(16.1, 16.2)의 다른 쪽에 오게 된 함침제(23)와 접촉하게 된다. 이렇게 하여 접합이 더 강화되는데, 이는 펀칭에 의해 관통되는 지점으로부터 함침제(23)가 에지 스트립(16.1, 16.2)을 통해 '스파이크'를 형성하기 때문이다. 단계(12)에서 실제의 접착물(17.1-17.8)에 이미 부착된 함침제(23)를 경화시키면 그 자리에 에지 스트립(16.1, 16.2)을 유지하는 돌기(bump)를 형성한다는 사실에 의해 에지 스트립(16.1, 16.2)과 복합재 기본구조(15) 사이의 접합의 추가 강화가 또한 제공된다.
도3은 접착물(25)의 제2 구현예를 나타낸다. 도3에는, 축상 이미지로서 관측할 때의 에지 스트립(16.1)이 도시된다. 접착물은 복합재 기본구조(15)로 주조될 에지 스트립(16.1)의 에지에 구비된 접착물(bend; 25)로 형성된다.
접착물(25)들은 에지 스트립(16.1)의 길이축방향으로 서로 거리를 두고 있을 수 있고 에지 스트립(16.1)의 양쪽을 교대로 가리킬 수 있다. 에지 스트립(16.1)의 길이축방향으로 접착물(25)들의 길이는 예를 들어 10-100 mm일 수 있고 벤드들 사이의 거리가 10-100 mm일 수 있다. 접착물(25)들은 서로 바로 접하여 뒤따를 수 있고, 또는 도3에 도시된 경우에서처럼, 접착물들 사이에 구부러지지 않는 보호영역이 있을 수 있다.
에지 스트립(16.1)의 평판 기본 특성에 대한 접착물(25)의 각도는 90도이상일 수 있다. 이 경우에, 벤드는 예리한 접어올리기를 사용하여 형성될 수 있고, 이 때 복합재 기본구조(15)에 에지 스트립(16.1)을 견고하게 유지하는 고리 형상의 '걸쇠'를 형성할 것이다.
또한 여러 파형들[예를 들면 정현파, 톱니형상파, 구형파(square shaped wave)]이 몇 가지 접착물의 예일 수 있다. 일반적으로, 에지 스트립(16.1, 16.2)의 평판 형상의 기본 특성으로부터 벗어나게 하는, 구성들을 참조할 수 있다.
복합재 기본구조(15)에 에지 스트립(16.1, 16.2)을 위치결정하는 접착물 배치를 사용하여 모든 방향에서 극히 높은 강도가 얻어지고, 그래서 에지 스트립(16.1, 16.2)은 복합재 기본구조(15)에 확실하게 유지된다. 이는 도2a와 도2b에 도시된 실시예를 특히 허용한다. 이는 블레이드(10)들의 내구력 면에서 중요한데, 왜냐하면 길이축방향으로 구부러지는 블레이드들은 취급시에 매우 길고 그 사용 지점에서 로딩되기 때문이다. 따라서 응력이 블레이드(10)의 모든 방향에서 나타난다. 블레이드에 부착된 복합재 기본구조(15)와 에지 스트립(16.1, 16.2)에 의해, 그 길이축방향으로 매우 유연한 블레이드(10)가 얻어지는데, 물론 블레이드의 폭방향으로 요구되는 경도(stiffness)도 달성되며, 이 둘은 닥터링되는 롤의 전체 길이에 걸쳐 닥터(doctor) 접촉을 유지하는데 중요하다.
도4는 본 발명에 따른 블레이드(10)를 제조하기 위한 제2 실시예를 나타낸다. 이 경우에, 에지 스트립(16.1, 16.2)은 연속적인 인발성형 공정(20)과 관련하여 기본구조(15)에 부착되지 않고, 대신에 후작업에서 일어난다. 인발성형 공정(20)에서, 연속적인 복합재 형상-프로파일 기본구조(15)만이 제조되는데, 본 발명은 블레이드(10)의 기본구조 및 방법에 관한 것이기도 하다. 다이(14')에는 형틀이 있는데, 이에 의해 오목부(24) 또는 더 일반적으로 에지 스트립(16.1, 16.2)을 위한 공간이 그 양쪽 에지에서 기본구조(15)로 형성된다. 에지 스트립(16.1, 16.2)은 인발성형 공정(20) 이후 이 오목부(24)에 부착될 수 있다.
부착작업은 예를 들어 접착물(17.1-17.8)을 구비한 에지 스트립(16.1, 16.2)이 기본구조(15)의 에지에 스트립을 위해 형성된 오목부(24)에 위치되도록 수행될 수 있는데, 이후 에지 스트립(16.1, 16.2)이 전기저항으로서 작용하도록 배치될 수 있다. 에지 스트립(16.1, 16.2)으로 흐른 전류는 매트릭스 에이전트의 작업온도까지 온도를 상승시킨다. 이에 의해 에지 스트립(16.1, 16.2)이 복합재 기본구조(15) 상에 용해되고 동시에 강한 주조접합이 그 사이에 형성되며, 접착물(17.1-17.8)들이 강화된다. 열가소성의 경우 이를 용융이라 부를 수 있고, 열경화성의 경우에는 에지 스트립(16.1, 16.2)의 형상에 수지가 침투/부착되는 것이라 할 수 있다. 어느 경우이든, 복합재의 매트릭스 에이전트(23)가 녹아서 에지 스트립(16.1, 16.2)의 가능한 접착물 형상들 중의 형상을 취한다. 전기용해가 종료되면, 매트릭스 에이전트는 경화되고 그 결과 에지 스트립(16.1, 16.2)은 실제의 기본구조(15)에 견고하게 주조된다. 이 기본구조(15)에 에지 스트립(16.1, 16.2)을 후부착함으로써 예를 들어 양자가 복합재료라면 무엇보다 기본구조(15)와 에지 스트립(16.1, 16.2) 사이의 가능한 열팽창 차이를 제거하는 장점이 생긴다. 실시예에 따르면, 적어도 하나의 마모영역을 가진 기본구조(15)의 장착이 인발성형 공정(20)에서 이미 일어날 수 있고 (온라인), 또는 그 후(오프라인)에만 일어날 수도 있다. 기본구조(15)에 에지 스트립(16.1, 16.2)을 접착할 수도 있다.
상술한 실시예에서, 블레이드(10)의 기본구조(15)는 형상 프로파일이었는데, 이는 플레이트 형상, 즉 기본적으로 모퉁이가 없는 형상이다. 본 발명의 문맥 내에 서, "형상 프로파일"이라는 용어는 매우 넓게 이해될 수 있어서, 기본구조(15)가 전체에 걸쳐 평판인 것으로부터 벗어날 수도 있다. 도5는 형상 프로파일로 이루어지는 복합재 기본구조(15)를 적용하는 제2 예를 나타낸다. 도5에서, 기본구조(15)의 에지는, 이 에지로부터의 에지 스트립(16.1, 16.2)이 기본구조(15)로부터 돌출하는데, 기본구조(15)의 평판 형상의 중앙부에 대하여 선택된 각도만큼 비스듬하다. 각도(α)는 예컨대 0-90°일 수 있다. 각도(α)는 기본구조(15)의 한쪽 에지에 있을 수 있고 또는 양쪽 에지에 있을 수도 있다. 이러한 종류의 형상 프로파일 구조를 사용함으로써 무엇보다 직물의 이동을 제어하는데 장점을 얻는다.
도6a와 도6b는 접착물들의 다른 구현예를 나타낸다. 도6a에서, 에지 스트립(16.1)과 기본구조(15) 양쪽에 발톱형상부(28.1, 28.2)가 있는데, 이에 의해 일단 에지 스트립(16.1)이 기본구조(15)의 깊은 오목부(24)로 밀려 들어가면 에지 스트립(16.1)이 기본구조(15)에 견고하게 남아 있는 것이 보장된다. 도6a에는, 기본구조(15)의 발톱형상부(28.2)가 오목부(24)를 마주 보고 있다. 도6b에는, 오목부(24)의 내부 형상(28.3)이 도시되어 있는데, 그 대응하는 외부 형상은 역시 에지 구조내에 있을 수 있다. 예들 들어 도3에 도시된 에지 구조 타입이 이 기본구조에 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 방식으로 제조된 블레이드 블랭크(22)로부터, 여러 다른 작동 위치를 위한 블레이드(10)들을 제조하는 것이 가능하다. 블레이드(10)가 초지기(paper machine) 또는 판지초지기(board machine)의 닥터링 및 클리닝 블레이드로 사용될 수 있는 것 이외에, 코팅기/장치, 펄프 제조기, 인쇄기, 티슈 제조기 또는 일반적으로 직물 성형, 제지와 관련된 분야 및 이와 밀접하게 관련된 분야와 마감처리/공정진행 포인트에도 응용할 수 있는데, 닥터링은 하나 이상의 목적을 위해 수행된다. 블레이드(10)는 가동성과 종이의 질을 유지하는 클리닝 블레이드로서 및/또는 서비스 블레이드로서 상기 기계에 추가로 사용될 수 있고, 이 기계에서 롤의 초기 상태를 유지하기 위하여 또는 이를 얻기 위하여 닥터링될 표면이 블레이드에 의해 예컨대 연마, 연삭 등으로 서비스된다. 클리닝 블레이드의 경우, 롤의 표면에 부착된 바람직하지 않은 물질들이 그 표면으로부터 제거된다. 그리고, 본 발명에 따른 에지 스트립(16.1, 16.2)을 구비한 섬유-보강된 보강 플라스틱 복합재 블레이드(10)는 종이-직물 이송 닥터로서 사용하기에도 적절하다.
예를 들어, 코팅장치에 적용하는 경우, 에지 스트립(16.1, 16.2)의 마모 에지(16.1', 16.2')를 배치하는 것이 매우 중요하다. 마모 에지(16.1', 16.2')의 작은 양의 마모라도 블레이드(10)와 닥터링될 표면 사이의 접촉각에 변화를 가져오는데, 이 작은 양의 마모조차 표면에 남아있는 코팅 양에 즉시 영향을 미친다. 표면은 코팅 방식에 따라 예를 들어 코팅 롤이거나 코팅되는 직물일 수 있다. 이는 차례로 코팅되는 종이의 질에 직접 영향을 미칠 것이다. 종래 기술에 따르면, 블레이드들은 수시간의 시간간격에서마저도 코팅 장치에서 변화된다. 따라서 에지 스트립(16.1, 16.2)의 마모영역에 영구적으로 제조된 마모표면은 블레이드(10)의 쓸모있는 작동시간을 증가시킬 것인데, 이는 이 블레이드를 사용함으로써 롤/직물상의 코팅 량이 오랫동안 가능한 한 안정적으로 남아있게 제조될 수 있기 때문이다.
가장 간단하게는, 블레이드(10)는 릴(27)로부터 설정된 길이만큼 잘라냄으로써 블레이드 블랭크(22)로부터 분리될 수 있다. 에지 스트립(16.1, 16.2)은 블레이드(10)의 2개의 마모 에지(16.1', 16.2')로 이루어져, 양면 블레이드로 사용할 수 있게 한다. 블레이드(10)의 한쪽 에지(16.1')가 완전히 마모되면, 블레이드(10)를 반대로 하여 다른 쪽 에지(16.2')를 사용할 수 있다. 양쪽 에지(16.1', 16.2')가 마모되면, 블레이드(10)는 그 길이축(도2a의 일점쇄선)을 따라서 중간에서 갈라질 수 있다. 이렇게 하면 여전히 2개의 동일한 블레이드를 제공할 것인데, 그 갈라진 면, 즉 블레이드(10)의 복합재 기본구조(15)는 마모되는 블레이드 부분이 되도록 의도된 작업영역을 형성한다. 이러한 블레이드는 예컨대 몇몇 "소프트" 롤 위치에서 통상적인 닥터링 블레이드로 사용될 수 있는데, 이 위치에서는 정확한 복합재 블레이드들이 대체로 유리하다.
복합재(15)의 에지 바깥으로 돌출하는 에지 스트립(16.1, 16.2)을 사용하여 차례로 복합재 기본구조(15)의 마모 감소를 달성한다. 일반적으로, 에지 스트립(16.1, 16.2)은 복합재 기본구조(15)보다 더 마모에 견딘다.
제2 실시예에 따르면, 블레이드(10)는 블레이드 블랭크(22)로부터 분리되는 것과 관련하여 도2a와 도2b에 도시된 일점쇄선을 따라서 이미 직접 갈라질 수 있다. 이 갈라지는 것은 원하는 종류의 작업지점을 형성하도록 수행될 수 있다. 따라서 즉시 본래 2개의 다른 종류의 작업영역을 구비한 2개의 동일한 블레이드가 얻어진다. 한쪽 작업영역은 스트립을 가질 것이고 다른 쪽 작업영역은 기본구조(15)일 것이다. 블레이드(10)의 사용을 위한 가능한 응용은 의외로 다양하다.
블레이드 홀더의 틈새에 남아있으며 블레이드(10)가 홀더 밖으로 떨어지는 것을 방지하는, 부재들 및/또는 형상들(미도시)을 유지하는 것은 기본구조(15)에 및/또는 에지 스트립(16.1, 16.2)에, 언제든지 블레이드(10)의 마모 에지(16.1', 16.2')의 반대쪽 에지에 알려진 방식으로 배치될 수 있다.
상술한 설명과 관련 도면들은 본 발명을 설명하고자 하는 것일 뿐임을 이해하여야 한다. 본 발명은 따라서 청구항들에 개시된 또는 기재된 실시예들 만으로 한정되는 것은 아니며, 첨부된 청구범위에 기재된 발명사상의 범위내에서 가능한 본 발명의 다양한 변형예 및 응용예가 당업자에게 자명할 것이다.

Claims (12)

  1. 적어도 블레이드(10)의 복합재 기본구조(15)가 인발성형 공정(20)에서 적어도 함침단계(12)와 경화단계(14)를 통해 섬유들(11)이 잡아당겨져 제조되고,
    상기 기본구조(15)는 적어도 하나의 마모 영역을 구비하며,
    상기 블레이드(10)는 기본구조(15)와 마모 영역으로 형성된 블레이드 블랭크(22)로부터 분리되는, 블레이드(10)를 제조하는 방법으로서,
    상기 마모영역은 기본구조(15)의 에지 바깥으로 돌출하는 에지 스트립(16.1, 16.2)으로 형성되고,
    상기 에지 스트립(16.1, 16.2)은, 인발성형 공정(20)과 연계하여 기본구조(15)에 부착되는 것을 특징으로 하는, 블레이드를 제조하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 에지 스트립(16.1, 16.2)은, 기본구조(15)의 양쪽 에지에 부착되고, 인발성형 공정(20)을 통한 섬유(11)의 잡아당김 작용은 에지 스트립(16.1, 16.2)으로부터 일어나는 것을 특징으로 하는, 블레이드를 제조하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 에지 스트립(16.1, 16.2)과 기본구조(15) 사이의 접합을 보장하기 위하여, 접착물(17.1-17.8, 25)들이 에지 스트립(16.1, 16.2)에 배치되는 것을 특징으로 하는, 블레이드를 제조하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 접착물(17.1-17.8)들로 이루어진 그룹(18.1)이 형성되고, 상기 에지 스트립(16.1, 16.2)과 기본구조(15) 사이의 접합 강도를 증가시키기 위하여 상기 그룹(18.1)에 속하는 접착물(17.1-17.8)들은 대칭 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 블레이드를 제조하는 방법.
  6. 복합재 기본구조(15)로 형성되고, 이에 적어도 하나의 마모영역이 끼워 맞춰지며, 적어도 그 기본구조(15)가 인발성형 공정(20)에서 제조되고, 인발성형 공정(20)에서는 섬유들(11)이 적어도 함침단계(12)와 경화단계(14)를 통해 잡아당겨지는, 블레이드(10)로서,
    상기 마모영역이 기본구조(15)의 에지 바깥으로 돌출하는 에지 스트립(16.1, 16.2)의 형태로 배치되고,
    상기 에지 스트립(16.1, 16.2)이 기본구조(15)의 양쪽 에지에 끼워 맞춰지는 것을 특징으로 하는, 블레이드.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서, 상기 에지 스트립(16.1, 16.2)과 기본구조(15) 사이의 접합을 보장하기 위하여, 접착물(17.1-17.8, 25)들이 에지 스트립(16.1, 16.2)에 배치되는 것을 특징으로 하는, 블레이드.
  9. 제8항에 있어서, 상기 접착물(17.1-17.8)들은 그룹(18.1)을 형성하고, 에지 스트립(16.1, 16.2)과 기본구조(15) 사이의 접합 강도를 증가시키기 위하여 상기 그룹(18.1)의 접착물(17.1-17.8)들은 대칭 패턴으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 블레이드.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
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