KR101780511B1 - 복합 연결 로드의 제조 방법, 및 이러한 방법에 따라 제조된 연결 로드 - Google Patents

복합 연결 로드의 제조 방법, 및 이러한 방법에 따라 제조된 연결 로드 Download PDF

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KR101780511B1
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Abstract

본원은 복합 재료의 로드 본체와 적어도 하나의 단부편을 포함하는 연결 로드의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 단부편은 제 1 원통형 중공부 (1), 원뿔형 중공부 (3) 및 제 2 원통형 중공부 (4) 를 연속적으로 포함하고, 상기 제 2 원통형 중공부 (4) 는 숄더 (6) 에 의해 한정된 외경 (5) 이 줄어든 단부에서 끝나며, 상기 방법은, 연속적으로, 적어도 a) 내부 본체 (18) 가 형성되고: b) 단부편 (5) 각각의 줄어든 외경을 가진 단부에 내부 본체 (18) 의 일 단부를 추가하고, 상기 내부 본체 (18) 의 단부는 단부편의 숄더 (6) 상에서 지지되며, c) 단부편 각각의 제 1 원통형 중공부 (1) 에는 제 2 맨드릴 (19) 의 제 1 부분 (19a) 이 삽입되고, 제 2 맨드릴 (19) 의 제 2 부분 (19b) 의 자유 단부에는 구동 죠 (20) 가 배치되며, d) 상기 미리 함침된 섬유 (16) 는 내부 본체 (18) 에 의해 형성되는 조립체의 외부면에 권취되고, 단부편(들) (1, 3, 4) 및 제 2 맨드릴(들) (19) 의 제 2 부분(들) (19b) 은 죠 (20) 를 방지하고, 그러면 상기 섬유 (16) 는 외부 본체 (21) 를 형성하며, e) 죠들 (20) 을 제거한 후, 내부 본체 (18) 및 외부 본체 (21) 는 중합되어 중합된 단일편 본체 (22) 를 형성하고, f) 제 2 맨드릴(들) (19) 은 제거되고 또한 중합된 단일편 본체 (22) 는 길이 절단된다.

Description

복합 연결 로드의 제조 방법, 및 이러한 방법에 따라 제조된 연결 로드 {METHOD FOR MANUFACTURING COMPOSITE CONNECTING RODS, AND CONNECTING RODS PRODUCED ACCORDING TO THE METHOD}
본 발명은 복합 연결 로드를 제조하는 방법에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 본 발명은 항공 및 우주 분야에서 사용될 수 있는 연결 로드를 제조하는 방법에 관한 것으로, 이에 한정되지 않는다.
본원은 또한 상기 방법에 따라 얻어지는 연결 로드 및 이러한 연결 로드를 제조하는데 사용되는 단부편 (end-pieces) 에 관한 것이다.
연결 로드는 운동을 전달하거나 보강하는 구성품인 것으로 알려져 있다. 연결 로드에 의해 전달되는 힘은 주로 로드 단부에서의 저항 토크에 기초한 인장력, 압축력, 굽힘력이다.
항공 분야에서는, 매우 많은 연결 로드를 사용한다. 비행 제어, 랜딩 기어, 도어 개방 등의 부재에 로드를 사용하는 것을 들 수 있다. 도시된 바와 같이, 도 1 에서는 단부 부분에서 고정시키는 상이한 비소모성 수단 (non-exhaustive means) 을 가진 연결 로드의 일반적인 다이어그램을 도시하고; 상기 비소모성 수단은, 부재에 운동을 전달해야하거나 또는 부재로부터 운동을 수용하도록 부재에 대한 로드의 고정을 보장해주거나 또는 이들의 고정을 보장해준다.
연결 로드는 여러 가지 기준을 충족해야 하는 구성품이다. 이러한 연결 로드는 대부분의 열 변형을 견딜 수 있어야 하고, 이러한 로드는 -55 내지 120℃ 사이의 온도 변동을 받게 된다. 또한, 가능한 한 높은 기계적 강도/중량비를 가져야 한다. 이를 위해, 연결 로드는 중공으로 구성되고, 로드 본체의 중심부에서의 벽 두께는, 후술될 (도 2 참조) 단부편이 고정되는 단부에 위치한 부분보다 얇다.
대부분의 구성에 있어서, 연결 로드는 그 적용에 따라서 알루미늄 또는 스테인리스 강으로 제조된다.
복합 재료로 된 연결 로드도 또한 상업적으로 이용가능하다.
상기 연결 로드는 도 3 에 도시된 바와 같은 유형의 단일편으로 될 수 있다. 이러한 연결 로드를 제조하는 방법은 FR 2 705 610 A1 문헌에 기재되어 있다. 상기 방법은, 로드의 형상에 대응하는 형상을 가진 추출가능한 맨드릴상에 미리 함침된 섬유를 증착시키는 것으로 구성된다. 그 후, 얻어지는 조립체는 이 조립체의 전체 외부면에 걸쳐 가해진 균일한 압력으로 중합된 후, 최종적으로, 맨드릴을 추출한 후에, 상기 로드는 필요한 치수로 가공된다. 상기 방법은 비교적 비용이 많이 들고 또한 복잡한 형상의 맨드릴을 필요로 하며 또는 이러한 맨드릴의 인출을 필요로 한다.
로드를 제조하는 방법은 또한 GB 2 008 484 A 문서에 공지되어 있고, 여기에서 섬유 보강된 플라스틱 재료는 소모성 맨드릴 및 각 단부 장착물 (고정 수단) 의 고정부를 둘러싸서, 상기 플라스틱 재료가 중합될 때, 연결 로드는 단일편으로 얻어진다. 소모성 맨드릴은 얇은 벽으로 된 금속관, 팽창 재료로 된 관, 또는 플라스틱 보강된 섬유로 된 관이고 또한 얇은 벽을 가진다. 상기 실시형태에서, 맨드릴용 상이한 재료 및 중합 층을 사용하여, 사용시에 열팽창 차이가 나타나게 된다. 이는 경계면에서 균열의 개시 및 전파를 야기한다. 상기 관을 유기 매트릭스로 된 복합 재료로 형성하면, 맨드릴 및 중합 층에 대하여 상이한 수지를 사용함으로써 오염 및 노후화 문제를 야기한다. 일반적으로, 로드 본체의 제조시 상이한 재료를 사용하면, 로드 본체의 단면에서 불연속성 및 다공이 관찰된다.
또한, 복합 로드의 본체에 접착된 추가의 금속제 단부편을 가진 연결 로드가 있을 수 있다 (도 4 참조: 로드 본체 및 단부편은 음영 유무로 각각 도시함). 이러한 조립체의 단점은 로드 본체를 약화시킨다는 것이다. 로드의 금속제 단부편에 인장력을 가하면, 접착제는 탄성적으로 작용하여 금속제 단부편과 복합 부분 사이에 간격을 유발한다 (도 5a 참조). 로드상에서 단부편이 압축되면, 접착제는 여전히 탄성적으로 작용하여 금속제 단부편과 복합 부분 사이의 베어링 지점을 설정한다 (도 5b 참조). 이러한 현상은, 피로 사이클로, 복합 로드의 본체상에 균열을 발생시킬 것이고, 그 후에 연결 로드의 수명을 저감시킬 것이다 (도 5c 참조).
본 발명은 종래 기술의 단점을 극복하기 위한 방안을 제공하는 것이다.
보다 자세하게는, 본 발명은, 전체적으로 균질한 구조물을 가지고, 어떠한 다공을 방지하며, 또한 기계 강도 및 열저항의 기준을 만족하는 연결 로드를 제조하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 접착식 조립체의 단점을 피하면서, 종래의 방법과 근접한 방법이지만 제조 비용을 낮추는 연결 로드를 제조하는 것이다.
본 발명은 복합 재료의 로드 본체와, 적어도 하나의 단부편을 포함하는 연결 로드의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 단부편은 제 1 원통형 중공부, 원뿔형 중공부 및 제 2 원통형 중공부를 연속적으로 포함하고, 상기 제 2 원통형 중공부는 숄더에 의해 한정된 외경이 줄어든 단부에서 끝나며, 상기 방법은, 연속적으로, 적어도
a) 이하의 하위단계에 의해 내부 본체가 형성되는 단계:
- 제 1 회전 맨드릴에 미리 함침된 섬유를 권취함으로써 관이 형성되고, 상기 관은 숄더의 높이와 동일한 벽 두께 및 제 2 원통형 중공부의 최대 외경과 동일한 외경을 가지며,
- 상기 관을 중합하고,
- 상기 관으로부터 제 1 맨드릴을 제거하며,
- 상기 관을 길이 절단하여 그 외부측을 거칠게 하여, 내부 본체를 형성하고,
b) 단부편 각각의 줄어든 외경을 가진 단부에 내부 본체의 일 단부를 추가하고, 상기 내부 본체의 단부는 단부편의 숄더 상에서 지지되는 단계,
c) 단부편 각각의 제 1 원통형 중공부에는 제 2 맨드릴의 제 1 부분이 삽입되고, 제 2 맨드릴의 제 2 부분의 자유 단부에는 구동 죠가 배치되는 단계,
d) 상기 미리 함침된 섬유는 내부 본체에 의해 형성되는 조립체의 외부면에 권취되고, 단부편(들) 및 제 2 맨드릴(들)의 제 2 부분(들)은 죠가 없고, 그럼으로써 상기 섬유는 외부 본체를 형성하는 단계,
e) 죠들을 제거한 후, 내부 본체 및 외부 본체는 중합되어 중합된 단일편 본체를 형성하는 단계,
f) 제 2 맨드릴(들)은 제거되고 또한 중합된 단일편 본체는 길이 절단되는 단계를 포함한다.
본원의 특별한 실시형태에 따라서, 상기 방법은 이하의 특징의 적어도 하나 또는 적합한 조합을 포함한다:
- 단계 a) 및 d) 에서 권취되는 미리 함침되는 섬유는 동일하고, 즉 섬유는 동일한 수지 및 동일한 섬유를 포함하고 또한 연속적이고;
- 상기 제 1 원통형 중공부의 내경은 실질적으로 일정하며;
- 상기 제 1 원통형 중공부의 외경은 실질적으로 일정하고, 상기 원뿔형 중공부는 제 2 원통형 중공부 쪽으로 테이퍼링된 벽 두께를 가지고;
- 상기 제 1 원통형 중공부의 외경은, 그 자유 단부에서 시작하여, 먼저 일정하게 된 후, 점점 감소하며, 마지막으로 원뿔형 중공부의 외부측에 연속하여 놓이도록 다시 넓어지고, 상기 원뿔형 중공부는 제 2 원통형 중공부 쪽으로 테이퍼링된 벽 두께를 가지며;
- 상기 제 1 원통형 중공부의 외경은, 그 자유 단부에서 시작하여, 먼저 일정하게 된 후, 점점 감소하며, 마지막으로 원뿔형 중공부의 외부측에 연속하여 놓이도록 다시 넓어지고, 상기 원뿔형 중공부는 제 2 원통형 중공부 쪽으로 벌어지며 또한 원뿔형 중공부의 내경이 갑자기 증가하는 불연속부를 가지고;
- 상기 단부편은, 제 1 원통형 중공부와 일체인 인서트 및 부분적으로 불연속부까지의 원뿔형 중공부를 포함하고, 또한 나머지 원뿔형 중공부 및 제 2 원통형 중공부를 일체화한 층으로서의 상보부를 포함하며;
- 상기 방법은 상기 단부편을 제조하기 위해 적어도 4 개의 추가 단계를 포함하고, 상기 단계는, 이하의 단계, 즉 연결 로드를 제조하는 방법의 단계 b) 를 실시하기 전에 실시되며:
1) 인서트가 형성되는 단계;
2) 상기 단부편의 제 1 원통형 중공부와 형상이 일치하는 제 1 원통형부, 상기 인서트의 원뿔형 중공부와 형상이 일치하는 제 1 원뿔형부, 원뿔형 중공부의 자유 단부에서 인서트의 벽 두께와 실질적으로 동일한 높이로 된 인접부, 및 제 2 원통형부 쪽으로 벌어지는 제 2 원뿔형부를 연속적으로 포함하는 제 3 맨드릴상에 인서트를 장착하고, 상기 제 3 맨드릴의 제 1 원통형부는 단부편의 제 1 원통형 중공부에 삽입되고, 상기 인서트의 단부는 인접부에 대하여 지지하게 되는 단계,
3) 상기 미리 함침된 섬유의 일층 또는 다층은, 제 3 맨드릴의 제 2 원통형부 및 제 2 원뿔형부 주변에 또한 부분적으로 불연속부의 레벨에서 인서트 주변에 권취되는 단계,
4) 상기 미리 함침된 섬유의 층(들)은 오븐에서 중합되어 층을 형성하고, 그 후 제 3 맨드릴이 제거되는 단계를 포함하며;
- 상기 숄더는 단계 3) 및 단계 4) 사이에 클램핑 링을 배치함으로써 또는 바람직하게는 중합 단계 4) 이후에 가공함으로써 형성되고;
- 상기 인서트는 금속제이며;
- 상기 미리 함침된 섬유는 단계 a) 및 d) 를 실시하는데 사용되는 섬유와 동일하고, 상기 층은 단계 e) 에서 내부 본체 및 외부 본체와 중합되어 중합된 단일편 본체를 형성하고;
- 상기 단부편은 금속제, 고강도 플라스틱 재료 또는 탄소이며;
- 상기 섬유는 탄소 섬유이고;
- 상기 단부편의 원통형 중공부의 내부측에는 연결 로드용 고정 수단이 형성되며;
- 상기 고정 수단은 탭핑을 포함하고;
- 상기 인서트의 원뿔형 중공부의 자유 단부는 로드 본체의 내경보다 작은 외경을 가지며;
- 상기 제 2 맨드릴의 제 1 부분은 원통형이고 또한 단부편의 제 1 원통형 중공부의 내경과 실질적으로 동일한 직경을 가지며, 상기 제 2 맨드릴의 제 2 부분은 원통형이고 또한 단부편의 제 1 원통형 중공부의 외경과 실질적으로 동일한 직경을 가지고;
- 상기 중합된 단일편 본체는 단부편 각각의 자유 단부의 레벨에서 절단됨으로써 단계 f) 에서 길이 절단되며;
- 상기 단부편은 그 외부측상에 라싱 (lathing) 홈을 포함한다.
본 발명은 또한 복합 재료의 로드 본체와, 적어도 하나의 단부편을 포함하는 연결 로드에 관한 것으로서, 상기 단부편은 제 1 원통형 중공부, 원뿔형 중공부 및 제 2 원통형 중공부를 연속적으로 포함하고, 상기 제 2 원통형 중공부는 숄더에 의해 한정된 외경이 줄어든 단부에서 끝나며, 상기 로드 본체는 그 전체 외부측에 걸쳐서 단부편의 인서트 또는 단부편을 단단히 파지하는 중합된 단일편 본체를 포함한다.
본 발명은 또한 제 1 원통형 중공부, 원뿔형 중공부 및 제 2 원통형 중공부를 연속적으로 포함하는 단부편에 관한 것으로서, 상기 제 1 원통형 중공부의 내경은 실질적으로 일정하고, 상기 제 2 원통형 중공부는 숄더에 의해 한정된 외경이 줄어든 단부에서 끝난다.
본원의 특별한 실시형태에 따라서, 상기 단부편은 이하의 특징의 적어도 하나 또는 적합한 조합을 포함한다:
- 상기 제 1 원통형 중공부의 외경은 실질적으로 일정하고, 상기 원뿔형 중공부는 제 2 원통형 중공부 쪽으로 테이퍼링된 벽을 가지고;
- 상기 제 1 원통형 중공부의 외경은, 그 자유 단부에서 시작하여, 우선 일정하고, 그 후 점점 감소하며, 마지막으로 원뿔형 중공부의 외부측에 연속하여 놓이도록 다시 넓어지고, 상기 원뿔형 중공부는 제 2 원통형 중공부 쪽으로 테이퍼링된 벽 두께를 가지며;
- 상기 제 1 원통형 중공부의 외경은, 그 자유 단부에서 시작하여, 먼저 일정하게 된 후, 점점 감소하며, 마지막으로 원뿔형 중공부의 외부측에 연속하여 놓이도록 다시 넓어지고, 상기 원뿔형 중공부는 제 2 원통형 중공부 쪽으로 외부로 벌어지며 또한 원뿔형 중공부의 내경이 갑자기 증가하는 불연속부를 가지고;
- 인서트 및 층으로서의 상보부를 포함하고, 상기 인서트는, 제 1 원통형 중공부 및 부분적으로 불연속부까지의 원뿔형 중공부와 일체화되고, 상기 상보부는 나머지 원뿔형 중공부 및 제 2 원통형 중공부를 일체화한다.
도 1 은 로드용 상이한 고정 수단으로 된 종래 기술에 따른 금속제 연결 로드의 일반적인 다이어그램을 나타내는 도면,
도 2 는 벽의 두께 변화를 나타내는 종래 기술에 따른 연결 로드의 종방향 절단도,
도 3 은 종래 기술에 따른 단일편 유형의 연결 로드의 종방향 절단도,
도 4 는 종래 기술에 따른 추가의 접착식 단부편을 가진 로드 본체의 부분적인 종방향 단면도,
도 5 는 종래 기술에 따른 추가의 접착식 단부편을 가진 로드 본체에 가해진 인장 요건 (도 5a), 압축 요건 (도 5b), 및 그 결과 손상 (도 5c) 을 나타내는 도면,
도 6 은 본원에 따른 연결 로드를 제조할 때 사용되는 제 1 실시형태에 따른 단부편의 종방향 절단도,
도 7 은 본원에 따른 연결 로드를 제조할 때 사용되는 제 2 실시형태에 따른 단부편의 종방향 절단도,
도 8 은 본원에 따른 연결 로드를 제조할 때 사용되는 제 3 실시형태에 따른 단부편의 종방향 절단도,
도 9 는 라싱 홈을 가진 본원에 따른 단부편의 종방향 부분 단면도.
도 10 은 제 3 실시형태에 따른 단부편을 제조할 때 단계 1) 에서 제조되는 인서트의 종방향 절단도,
도 11 은 제 3 실시형태에 따른 단부편을 제조할 때 단계 2) 에서 맨드릴 상에 인서트를 장착하는 종방향 절단도,
도 12 는 제 3 실시형태에 따른 단부편을 제조할 때 필라멘트 권취시키는 단계 3) 에서의 종방향 절단도,
도 13 은 본원에 따른 필라멘트 권취에 의해 연결 로드의 내부 본체를 형성한 측면도 (단계 a),
도 14 는 단계 a) 에서 얻어지는 로드의 내부 본체의 종방향 절단도,
도 15 는 로드의 내부 본체와 단부편을 조립한 종방향 절단도,
도 16 은 로드 제조의 단계 c) 에서 맨드릴을 장착한 종방향 절단도,
도 17 은 로드 제조의 단계 c) 에서 구동 죠 (driving jaws) 를 장착한 종방향 절단도,
도 18 은 로드 제조의 단계 d) 에서 필라멘트 권취에 의해 외부 본체를 형성한 종방향 절단도,
도 19 는 로드 제조의 단계 e) 에서 중합 전 a), 후 b) 의 조립체의 종방향 절단도,
도 20 은 맨드릴을 제거하고 절단 작업을 한 후 (단계 f) 완성된 부분 (연결 로드) 의 종방향 절단도로서, 단부편은 제 1 실시형태에 따라서 얻어지는 도면,
도 21 은 맨드릴을 제거하고 절단 작업을 한 후 (단계 f) 완성된 부분 (연결 로드) 의 종방향 절단도로서, 단부편은 제 3 실시형태에 따라서 얻어지는 도면,
도 22 는 제 1 실시형태에 따른 단부편을 가진 본원에 따라 얻어지는 로드상에 가해지는 압축 요건 (a) 및 인장 요건 (b) 을 나타내는 도면,
도 23 은 제 2 실시형태에 따른 단부편을 가진 본원에 따라 얻어지는 로드상에 가해지는 압축 요건 (a) 및 인장 요건 (b) 을 나타내는 도면.
본원에 따른 연결 로드의 구성은, 단일편의 로드와 추가의 접착식 금속 단부편을 가진 로드 사이의 중간이다.
본 발명에서, 연결 로드는 복합 로드 본체 및 적어도 하나의 단부편을 포함한다. 상기 연결 로드는 단부 각각에서 단부편을 포함할 수 있거나 또는 일 단부에만 있는 단부편과 타단부에 있는 로드에 바로 삽입되는 베어링을 포함할 수도 있다. 이하, 도면에서는 양단부가 단부편을 포함하는 경우에 대하여 로드를 제조하는 방법을 도시하고, 이에 한정되지 않는다.
우선, 단부편 및 이 단부편의 제조 방법을 설명한다. 그 후에, 단부편(들) 및 로드 본체에 의해 형성되는 연결 로드의 제조 방법을 설명한다.
단부편 및 이 단부편의 제조 방법에 대한 상세한 설명
본원에 따른 단부편은 3 개의 상이한 실시형태를 갖는 것이 바람직하다. 하지만, 단부편은 후술하는 로드 등을 제조하는 방법을 실시하는데 유용한 어떠한 다른 형태를 가질 수도 있다.
3 개의 실시형태에 따른 단부편은, 도 6 ~ 도 8 에 각각 도시된 바와 같이, 3 개의 주요부로 형성된다는 공통의 특징을 가진다. 단부편 각각은 제 1 원통형 중공부 (1) 및 제 2 원통형 중공부 (4) 쪽으로 벌어지는 그 뒤의 원뿔형 중공부 (3) 를 포함한다. 여기서, "단부편의 원통형 중공부" 라는 것은, 단부편이 원통형 형상의 보어를 포함한다는 것을 의미한다. "내부" 라는 용어는, 원통형 보어에 대면하는 측을 나타내는데 사용되고 또한 다른 측을 나타내는 "외부" 라는 용어의 반대어이다.
제 1 원통형 중공부 (1) 는 로드 본체와 조립된 후에 단부편의 자유 단부를 형성하고, 제 2 원통형 중공부 (4) 는 로드 본체에 조립되게 된다. 제 1 원통형 중공부 (1) 는 그 내측에 로드용 고정 수단이 형성된다. 도 6 ~ 도 8 에 도시된 실시예에서, 그 후에 로드 고정 요소를 수용하도록 탭핑되어 있다 (탭핑 (2)). 이러한 고정 요소는 또한 단부편의 일체부일 수도 있고; 단부편은, 예를 들어 포크 형상 (비도시) 일 수 있다.
단부편의 제 3 실시형태에 따라서, 제 2 원통형 중공부 (4) 는 숄더 (6) 에 의해 한정되는 외경 (5) 이 줄어든 일단부에서 끝난다.
도 6 에서는 본원의 제 1 실시형태에 따른 단부편을 형성하는 상이한 부분을 나타낸다. 상기 실시형태에 따라서, 제 1 원통형 중공부 (1) 는 단부편의 종축을 따라서 실질적으로 동일한 벽 두께를 가지고, 원뿔형 중공부 (3) 는 제 2 원통형 중공부 (4) 쪽으로 점점 줄어드는 벽 두께를 가진다.
본원의 제 2 실시형태에 따른 단부편은, 도 7 에 도시된 바와 같이, 원통형 형상의 보어를 실질적으로 일정한 직경을 유지하면서 제 1 원통형 중공부 (1) 의 벽 두께가 단부편의 종축을 따라서 변하는 특징을 가진다. 제 1 원통형 중공부 (1) 의 외경은, 점차적으로 감소하다가 최종적으로 다시 넓어지기 전에, 자유 단부에서부터 우선 일정하여, 원뿔형 중공부 (3) 의 외부측과 연속적으로 놓여 있다.
본원의 제 3 실시형태에 따른 단부편은, 도 8 에 도시된 바와 같이, 단부편의 제 2 실시형태에 실질적으로 필적가능한 제 1 원통형 중공부 (1) 와, 제 1 및 제 2 실시형태에 실질적으로 필적가능한 제 2 원통형 중공부 (4) 를 포함한다. 제 3 실시형태에 따른 단부편은, 원뿔형 중공부 (3) 의 벽이 불연속부 (7) 를 가진다는 특징을 가진다. 이러한 불연속부의 레벨에서 또한 원뿔형부의 단면이 증가하는 방향으로, 원뿔형부의 내경이 갑자기 감소한다. 이러한 불연속부는 후술되는 단부편의 제조 방법으로부터 기인한다.
상기 제 3 실시형태에 따라서, 단부편은, 제 1 원통형 중공부 (1) 와 일체인 인서트 (8) 및 부분적으로 불연속부 (7) 까지의 원뿔형 중공부 (3) 를 포함하고, 또한 나머지 원뿔형 중공부 (3) 및 제 2 원통형 중공부 (4) 를 일체화한 층으로서의 상보부를 포함한다. 본원에 따라서, 인서트 (8) 및 복합 층 (9) 은 단부편의 제조시 함께 결합된다.
제 1 및 제 2 실시형태에 따라서, 단부편은 금속제 (예를 들어, 알루미늄, 17-4 스테인리스 강 또는 티타늄) 인 것이 바람직하고 또한 종래대로 가공되며; 단부편은 그 외부측에 신속-전진 라싱 (rapid-advance lathing) 시 형성되는 라싱 홈을 가진다 (도 9 참조). 이러한 홈은 단부편과 로드의 보강 섬유 간의 파지를 가능하게 한다. 단부편은 또한 고강도 플라스틱, 탄소 또는 의도된 용도에 적합한 어떠한 다른 재료로 만들어질 수도 있다.
단부편의 제 3 실시형태에 따라서, 인서트 (8) 는 금속제인 것이 바람직하고, 복합 층 (9) 은 복합 재료인 것이 바람직하다. 이러한 단부편은 적어도 4 단계를 포함하는 혁신적인 제조 방법에 의해 도움을 받는다.
제 1 단계 1) 에서, 전술한 바와 같이 금속제일 수 있거나 또는 사용하는데 적합한 어떠한 재료로 형성될 수 있는 인서트 (8) 가 제조된다 (도 10 참조). 인서트의 원뿔형부 (3) 의 최대 외경은 추후의 연결 로드의 본체의 내경에 비하여 크기가 줄어든다.
제 2 단계 2) 에서, 도 11 에 도시된 바와 같이, 인서트 (8) 는 금속제 맨드릴 (10) 상에 장착된다. 맨드릴 (10) 은, 인서트의 제 1 원통형 중공부 (1) 에 삽입되는 제 1 원통형부 (11) 와, 인서트의 원뿔형부 (3) 와 형상이 일치하는 제 1 원뿔형부 (12) 와, 그 다음에 인서트 (8) 가 지지하게 되는 인접부 (13) 를 포함한다. 인접부 (13) 의 높이는 그 단부에서 인서트 (8) 의 벽 두께와 실질적으로 동일하다. 인접부 (13) 다음에, 맨드릴 (10) 은 형성될 단부편의 복합 층 (9) 과 형상이 일치하는 제 2 원통형부 (15) 쪽으로 벌어지는 제 2 원뿔형부 (14) 를 포함한다.
제 3 단계 3) 에서, 도 12 에 도시된 바와 같이, 미리 함침된 섬유 (16) 의 일층 또는 다층은, 맨드릴의 제 2 원통형부 (15) 와 제 2 원뿔형부 (14) 주변에 또한 부분적으로 불연속부 (7) 까지 인서트 (8) 주변에 필라멘트 권취시킴으로써 증착된다. 본 발명에 따라서, 미리 함침된 섬유 (16) 는 로드 본체의 형성시 사용되는 섬유와 동일하고, 바람직하게는 탄소 섬유이다.
제 4 단계 4) 에서, 미리 함침된 섬유 (16) 의 층(들)은 복합 층 (9) 을 형성하도록 오븐에서 중합되고; 그 후 맨드릴 (10) 이 제거된다 (비도시).
숄더 (6) 는, 최종부상에 도 8 에 도시된 바와 같이, 중합 이전에 (단계 3) 과 단계 4) 사이) 클램핑 링을 배치함으로써 또는 바람직하게는 중합 단계 4) 이후에 종래의 가공에 의해 얻어진다.
전술한 바와 같은 방법은, 연결 로드의 좌측 또는 우측 단부편을 제조하는데 동일하게 적용된다.
제 1 및 제 2 실시형태에서의 단부편과 유사하게, 단부편은 그 외부측에 라싱 홈을 포함한다.
연결 로드의 제조 방법에 대한 상세한 설명
본 발명에 따라서, 연결 로드는 6 단계로 제조된다. 설명의 방식으로, 로드를 제조하는 방법이 제 1 실시형태에서의 단부편과 같이 도 13 ~ 도 20 에 도시되어 있다. 제 2 및 제 3 실시형태에서와 같이 단부편에 의한 방법도 유사하다.
제 1 단계 a) 는, 종래의 필라멘트 권취 방법에 의해 내부 본체를 형성하는 것으로 구성되는데, 이러한 방법에서 미리 함침된 섬유 (16) 는 도 13 에 도시된 바와 같이 전후 운동을 사용하여 소정의 각에서 매끄러운 맨드릴 (17) 에 권취된다. 바람직하게는, 권취된 섬유는 탄소 섬유이다. 하지만, 어떠한 다른 고강도 섬유도 적합할 수 있다.
전술한 숄더 (6) 의 높이와 동일한 두께로 관을 형성한다. 이 관의 내경은 형성될 로드의 본체의 내경에 의해 또한 단부편과 관 사이의 지지 영역의 레벨, 즉 숄더의 레벨에서 관이 변형없이 견딜 수 있는 최대 압축 부하를 결정하도록 치수결정 계산에 기초로 하여 한정된다.
그런 후, 관 및 맨드릴 조립체는 오븐에 배치되어 섬유를 미리 함침시키는 수지를 중합하여 관을 강성화시킨다. 중합 후에, 맨드릴 (17) 은 제거되고, 관은 길이 절단되어 접착면을 얻도록 거칠게 된다. 그리하여 얻어지는 내부 본체 (18) 는 도 14 에 도시되어 있다.
제 2 단계 b) 는, 내부 본체의 단부 각각에 단부편을 추가하는 것으로 구성된다. 추가된 단부편은 도 6 ~ 도 8 에 각각 도시된 바와 같이 제 1, 제 2 또는 제 3 실시형태에서의 단부편 또는 적합한 형태의 어떠한 단부편이다. 내부 본체 (18) 의 단부는 줄어든 외경 (5) 으로 된 단부에 연결되고 또한 숄더 (6) 에 접하여 지지된다. 이러한 방식으로, 내부 본체 (18) 의 외부면은 단부편의 제 2 원통형부 (4) 의 외부면으로 연장한다 (도 15 참조).
제 3 단계 c) 에서, 2 개의 맨드릴 (19) 은 단부편의 각각의 자유 단부에서 장착된다 (도 16 참조). 원통형상의 맨드릴 각각은 상이한 직경으로 된 2 개의 부분을 포함한다. 맨드릴의 제 1 부분 (19a) 은 단부편 (1) 의 제 1 원통형 중공부의 내경과 실질적으로 동일한 직경의 실린더를 포함하고, 제 2 부분 (19b) 은 단부편 (1) 의 제 1 원통형 중공부의 외경과 실질적으로 동일한 직경의 실린더를 포함한다. 조립시, 맨드릴 (19) 의 제 1 부분 (19a) 은 단부편의 원통형 중공부 (1) 에 삽입된다. 그 후, 구동 죠 (20) 가 맨드릴의 제 2 부분 (19b) 의 자유 단부에 배열된다 (도 17 참조).
도 18 에 도시된 제 4 단계 d) 는, 필라멘트 권취 방법에 의해, 내부 본체 (18), 단부편, 및 맨드릴의 죠 프리 제 2 부분 (19b) 으로 형성되는 조립체의 외부면에 걸쳐 미리 함침된 섬유 (16) 를 권취하는 것으로 구성된다. 섬유는 외부 본체 (21) (도 19a 참조) 라고 하는 상기 조립체 주변에 층을 형성할 것이다. 그 후에 후술되는 바와 같이 단일편 본체를 형성하기 위해, 이 단계에서 사용된 미리 함침된 섬유는 단계 a) 에서 사용된 바와 동일 (동일한 섬유, 동일한 수지) 하다. 유사하게, 필라멘트 권취의 연속성을 보장하도록, 단계 a) 및 d) 사이에는 섬유의 중단이 없다.
제 5 단계 e) 는 구동 죠 (20) 가 제거된 후에 조립체를 중합하는 것으로 구성된다. 도 19a 및 도 19b 에서는 중합 전후의 조립체를 각각 나타낸다. 중합 후에, 내부 본체 (18) 및 외부 본체 (21) 는 연결 로드의 본체를 형성하는 중합된 단일편 본체 (22) 를 형성한다. 도 8 에 도시된 제 3 실시형태에의 단부편의 특별한 경우에 있어서, 연결 로드의 본체를 얻는데 사용되는 바와 동일한 미리 함침된 섬유 (16) 로 형성된 복합 층 (9) 은 또한 중합된 단일편 본체 (22) 의 일부이다. 상기 단계에서 죠가 분리될 때, 섬유는 릴로부터 절단되고, 절단된 섬유를 포함하는 중합된 단일편 본체부는 연결 로드가 마지막 단계 f) 에서 길이 절단될 때 제거된다.
마지막 단계 f) 에서, 맨드릴 (19) 은 제거되고, 중합된 단일편 본체 (22) 는 단부편의 자유 단부 레벨에서 절단된다 (도 20 참조). 그리하여 얻어지는 부분은 본원에 따른 연결 로드를 형성한다. 도 21 에서는, 제 3 실시형태에 따른 단부편으로 형성된 로드를 나타내고, 여기에서 단부편의 복합 층 (9) 은 단일편 본체 (22) 에 일체화된다.
본원에 따른 방법의 장점
- 본 발명에 따라서, 단계 a) 및 d) 에서 사용되는 미리 함침된 섬유는 동일하고 (동일한 수지, 동일한 섬유), 내부 본체 및 외부 본체에 대한 필라멘트 권취부들간에는 연속적이다 (동일한 필라멘트). 하나의 동일한 수지를 사용함으로써, 단계 e) 에서 후속-경화시 단일편 본체를 형성하게 되고, 이렇게 함으로써 어떠한 편차 열팽창 문제를 방지하게 된다. 필라멘트 권취부의 연속성은 섬유의 정확한 위치결정을 보장하고 또한 100% 자동 공정을 보장하는데 중요하다. 단일편 본체의 제조 및 필라멘트 권취부의 연속성으로 인해 어떠한 불연속성 또는 다공을 방지하는 제품을 얻을 수 있게 된다.
- 제 3 실시형태에 따라서 형성되는 단부편을 가진 연결 로드를 제조함으로써, 로드의 중량을 저감시키게 된다. 이는, 한편으로는, 단부편의 부분이 복합 재료이고, 다른 한편으로는 단부편에서의 재료양이 더 적기 때문이다. 실제로, 불연속부 레벨에서, 단부편의 내경은 증가되고, 즉 재료를 제거한다는 것이다.
- 단부편이 로드 본체에 접하게 되는 종래의 접착식 조립체와는 다르게, 본 발명의 단부편은 로드 본체 내측에 삽입된다. 로드의 이러한 구성으로 압축력의 부하를 견디게 된다. 제 1 실시형태에 따라서 얻어지는 단부편을 가진 연결 로드에 대하여, 도 22a 에서 하이라이트 영역은, 첫번째로 단부편과 로드 본체 사이의 파지 효과에 의해, 두번째로 숄더의 레벨에서 탄소 섬유내의 로드 본체와 단부편 간의 직접적인 지지에 의해, 요구되는 영역이다. 매우 무거운 부하의 경우에, 숄더 레벨에 있는 지지 영역만이 단부편을 이동시키도록 파괴되어야 한다 (작은 화살표 참조). 제 2 실시형태에 따른 단부편의 형상은, 하나 대신에 2 개의 영역이 과부하인 경우에 파괴되어야 하는 장점을 가진다. 작은 화살표에 의해 도 23a 에 도시된 바와 같이, 단부편의 제 1 원통형 중공부가 좁아지는 영역 및 숄도의 레벨에는 지지 영역이 있다. 구체적으로, 즉 제 2 실시형태에 따른 단부편의 형상은 더 많은 힘 부하를 견딜 수 있게 된다. 본원에 따른 연결 로드의 구성은 또한 단부편의 형상에 무관하게 인장력의 부하를 견디도록 되어 있다. 도 22b 에 도시된 바와 같이 제 1 실시형태에 따라서 형성된 단부편을 가진 연결 로드에 대하여, 단부편은 제 1 원통형 중공부를 통하여, 원뿔형부를 통하여 및 부분적으로 제 2 원통형 중공부를 통하여 로드 본체에 인장력을 전달한다. 그리하여, 인장력은 로드의 본체에 직접 전달된다. 도 23b 에서 도시한 바와 같이 제 2 실시형태에 따라 형성되는 단부편을 가진 로드에 대하여, 단부편은 원뿔형부를 통하여 또한 부분적으로 제 2 원통형 중공부를 통하여 로드 본체에 인장력을 전달한다. 교번의 인장-압축 응력을 받는 프레임에 있어서, 단부편은, 그 형상이 어떻든지, 로드 본체 내측에서 이동할 수 없고, 그리하여 탄소 섬유 본체상의 피로 현상 및 탄소 섬유 본체의 플라스틱 변형 현상이 발생하지 않을 수 있다.
- 본원에 따른 방법은, 또한 종래의 필라멘트 권취 방법을 사용하여 복잡한 부분의 제조를 유리하게 가능하게 하여, 생산 비용이 낮게 된다. 본 발명의 실시 및 연결 로드 그 자체의 구성으로 이득을 얻을 수 있다.
1 : 단부편의 제 1 원통형 중공부
2 : 탭핑
3 : 단부편의 원뿔형 중공부
4 : 단부편의 제 2 원통형 중공부
5 : 외경이 줄어든 단부편의 제 2 원통형 중공부의 단부
6 : 숄더
7 : 단부편의 원뿔형 중공부에서의 불연속성
8 : 단부편의 인서트
9 : 단부편으로 된 층으로서의 상응부
10 : 단부편을 제조하는데 사용하는 제 3 맨드릴
11 : 맨드릴의 제 1 원통형부
12 : 맨드릴의 제 1 원뿔형부
13 : 맨드릴의 인접부
14 : 맨드릴의 제 2 원뿔형부
15 : 맨드릴의 제 2 원통형부
16 : 미리 함침된 섬유
17 : 내부 본체를 제조하는데 사용하는 제 1 맨드릴
18 : 내부 본체
19 : 외부 본체를 제조하는데 사용하는 제 2 맨드릴
19a : 제 2 맨드릴 (19) 의 제 1 부
19b : 제 2 맨드릴 (19) 의 제 2 부
20 : 구동 죠
21 : 외부 본체
22 : 중합된 단일편 본체

Claims (25)

  1. 연결 로드의 제조 방법으로서,
    - 제 1 맨드릴 (17) 을 제공하는 단계,
    - 이하에 의해 내부 본체 (18) 를 제조하는 단계,
    - 상기 제 1 맨드릴 (17) 에 미리 함침된 섬유들 (16) 을 권취하는 것,
    - 상기 미리 함침된 섬유들 (16) 을 중합하는 것, 및
    - 상기 제 1 맨드릴 (17) 을 제거하는 것,
    - 상기 내부 본체 (18) 의 외부면에 미리 함침된 섬유들 (16) 을 권취함으로써 외부 본체 (21) 를 제조하는 단계로서, 상기 미리 함침된 섬유들 (16) 은 상기 내부 본체 (18) 의 제조에 사용되는 미리 함침된 섬유들과 동일한, 상기 외부 본체 (21) 를 형성하는 단계,
    - 상기 내부 본체 (18) 와 상기 외부 본체 (21) 를 중합함으로써 단일편 본체 (22) 를 형성하는 단계를 포함하는, 연결 로드의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 본체 (21) 를 제조하기 전에 상기 내부 본체 (18) 의 일 단부 또는 양 단부에서 단부편을 배치하는 단계를 더 포함하고,
    상기 미리 함침된 섬유들 (16) 은 그 후 상기 외부 본체 (21) 를 제조하기 위해 상기 단부편(들) 및 상기 내부 본체 (18) 의 외부면에 권취되는, 연결 로드의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 권취는 상기 내부 본체 (18) 와 상기 외부 본체 (21) 를 제조하기 위해 연속적인, 연결 로드의 제조 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    인서트 (8) 를 부분적으로 커버링하는 복합 층 (9) 을 가지는 상기 단부편을 제조하는 이하의 단계들,
    - 상기 인서트 (8) 및 제 2 맨드릴 (10) 을 제공하는 단계,
    - 상기 제 2 맨드릴 (10) 상에 상기 인서트 (8) 를 배치하는 단계,
    - 상기 제 2 맨드릴 (10) 둘레에 부분적으로 또한 상기 인서트 (8) 둘레에 부분적으로 미리 함침된 섬유들 (16) 을 권취하는 단계로서, 상기 미리 함침된 섬유들 (16) 은 상기 내부 본체 (18) 와 상기 외부 본체 (21) 를 제조하는데 사용되는 미리 함침된 섬유들과 동일한, 상기 미리 함침된 섬유들 (16) 을 권취하는 단계,
    - 상기 미리 함침된 섬유들 (16) 을 중합화하고 상기 제 2 맨드릴 (10) 을 제거하는 단계로서, 중합화된 상기 미리 함침된 섬유들은 상기 복합 층 (9) 을 형성하는, 상기 상기 미리 함침된 섬유들 (16) 을 중합화하고 상기 제 2 맨드릴 (10) 을 제거하는 단계를 더 포함하는, 연결 로드의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복합 층 (9) 은 상기 단일편 본체 (22) 를 형성하도록 상기 내부 본체 (18) 및 상기 외부 본체 (21) 와 중합화되는, 연결 로드의 제조 방법.
  6. 제 2 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단부편을 배치하는 단계에서, 상기 단부편의 일부는 상기 내부 본체 (18) 내측에 삽입되는, 연결 로드의 제조 방법.
  7. 로드 본체와, 상기 로드 본체의 일 단부에 배치된 단부편을 포함하는 연결 로드로서,
    상기 로드 본체는 그 전체 외부측에 걸쳐서 상기 단부편을 파지하는 단일편 본체 (22) 를 포함하고, 상기 단일편 본체 (22) 는 단일 종류의 수지와 섬유들로 형성되며,
    상기 단부편은 상기 연결 로드의 자유 단부에서 시작하여, 제 1 원통형 중공부 (1), 원뿔형 중공부 (3) 및 제 2 원통형 중공부 (4) 를 연속적으로 포함하고, 상기 제 2 원통형 중공부 (4) 는 숄더 (6) 에 의해 한정된 외경 (5) 이 줄어든 단부에서 끝나는, 연결 로드.
  8. 로드 본체와, 상기 로드 본체의 일 단부에 배치된 단부편을 포함하는 연결 로드로서,
    상기 로드 본체는 그 전체 외부측에 걸쳐서 상기 단부편을 파지하는 단일편 본체 (22) 를 포함하고, 상기 단일편 본체 (22) 는 단일 종류의 수지와 섬유들로 형성되며,
    상기 단부편은 상기 단일편 본체 (22) 에 일체화된 복합 층 (9) 및 인서트 (8) 를 포함하고,
    상기 인서트 (8) 는, 상기 연결 로드의 자유 단부에서 시작하여, 제 1 원통형 중공부 (1) 와 원뿔형 중공부 (3) 를 포함하고,
    상기 제 1 원통형 중공부 (1) 는, 먼저 일정하게 된 후, 점점 감소하며, 마지막으로 상기 원뿔형 중공부 (3) 의 외부측에 연속하여 놓이도록 다시 넓어지는 외경을 가지는, 연결 로드.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 원통형 중공부 (1) 의 외경은 실질적으로 일정하고,
    상기 원뿔형 중공부 (3) 는 상기 제 2 원통형 중공부 (4) 쪽으로 줄어드는 벽 두께를 가지는, 연결 로드.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 원통형 중공부 (1) 의 외경은, 우선 일정하고, 그 후 점점 감소하며, 마지막으로 상기 원뿔형 중공부 (3) 의 외부측에 연속하여 놓이도록 다시 넓어지고, 상기 원뿔형 중공부 (3) 는 상기 제 2 원통형 중공부 (4) 쪽으로 줄어드는 벽 두께를 가지는, 연결 로드.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단부편은 금속제, 고강도 플라스틱 재료 또는 탄소인, 연결 로드.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
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  20. 삭제
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