KR102023683B1

KR102023683B1 - 철도 차량용 대차의 전극 부착 판스프링의 제조 방법

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Publication number: KR102023683B1
Application number: KR1020187009814A
Authority: KR
Inventors: 타케히로 니시무라; 유스케 츠무라; 마사유키 미츠이; 테루히사 나카오카; 후미히데 이나무라; 카츠유키 카와시마; 아키라 토도로키; 유스케 니시오
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2016-09-07
Publication date: 2019-09-23
Also published as: JP6510938B2; US20180257680A1; EP3348448B1; CN107921974A; EP3348448A4; TW201716279A; WO2017043079A1; JP2017052415A; SG11201801868YA; TWI603876B; CN107921974B; KR20180050722A; US10703394B2; EP3348448A1

Abstract

철도 차량용 대차의 전극 부착 판스프링의 제조 방법은, 도전성 섬유를 수지에 함유시킨 섬유 강화 수지를 가지는 판스프링의 상기 섬유 강화 수지의 표면에 부분적으로 레이저 광을 조사하여 상기 수지의 일부를 제거하여 상기 도전성 섬유 일부를 노출시키는 수지 제거 공정과, 상기 섬유 강화 수지에서 상기 도전성 섬유의 일부를 노출시킨 노출 영역에 전극을 설치하는 전극 형성 공정을 포함한다.

Description

철도 차량용 대차의 전극 부착 판스프링의 제조 방법

본 발명은 철도 차량용 대차의 전극 부착 판스프링의 제조 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로 판스프링의 상태 모니터링을 가능하게 하기 위한 전극이 부착된 판스프링의 제조 방법에 관한 것이다.

철도 차량용 대차에서, 전후의 축상(軸箱; axle box)에 판스프링을 가설하고, 판스프링의 길이 방향의 중앙부에 가로 빔(橫梁)을 지지시킴으로써 측면 빔(側梁)을 생략하는 것이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). 즉, 이러한 대차에서는, 판스프링이 서스펜션의 기능과 함께 기존의 측면 빔의 기능도 수행하게 된다. 그리고, 판스프링은 대차의 경량화를 위해 섬유 강화 수지를 사용하여 형성된다.

그런데, 판스프링에는 대차 주행시 반복 하중이 가해지므로, 장기간 사용된 판스프링에는 피로에 의한 강도 저하에 대한 주의가 필요하여, 판스프링 자체의 상태를 간편하게 검사(모니터링)할 수 있으면, 대차의 유지 보수의 효율에 도움이 된다. 예를 들어, 특허문헌 2에는 CFRP로 된 복합 재료의 한쪽 면에 복수의 전극을 소정의 간격을 두고 배치하고, 전극 사이에 흐르는 전류를 기초로 측정된 전기 저항의 변화로부터 복합 재료의 이상을 검출하는 방법이 개시되어 있다.

일본특허 제5438796호 일본특허공개 특개2001-318070호

그러나, CFRP의 표면에 전극을 설치할 때, CFRP의 표면의 수지를 제거하고 도전성을 갖는 탄소 섬유를 노출시킨 후 전극을 붙여 넣는 경우, 수지를 연마하고 깎는 작업이 불충분하면, 여분의 수지가 잔존하여 전극과 탄소 섬유 사이의 통전이 불완전해진다. 한편, 수지를 깎는 과정에서도 탄소 섬유가 절단되어 전극과 탄소 섬유 사이의 접촉 상태에 변화가 생기기 쉬워서, 측정값에 차이가 생긴다.

따라서, 본 발명은 철도 차량용 대차에 사용하는 섬유 강화 수지제의 판스프링에 전극을 설치함에 있어서, 전극을 도전성 섬유에 안정적으로 접촉 통전시켜 안정된 품질을 유지하도록 하는 것을 목적으로 한다 .

본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량용 대차의 전극 부착 판스프링의 제조 방법은 도전성 섬유를 수지에 함유시켜 이루어지는 섬유 강화 수지를 가지는 판스프링의 상기 섬유 강화 수지의 표면에 부분적으로 레이저 광을 조사하여 상기 수지의 일부를 제거하여 상기 도전성 섬유의 일부를 노출시키는 수지 제거 공정과, 상기 섬유 강화 수지에서 상기 도전성 섬유의 일부를 노출시킨 노출 영역에 전극을 설치하는 전극 형성 공정을 포함한다.

상기 방법에 따르면, 레이저 광에 의해 수지를 부분적으로 제거하여 도전성 섬유의 일부를 노출시키기 때문에, 레이저 광 출력 등을 관리함으로써 섬유 강화 수지의 노출 영역을 안정적이고 정확하게 형성할 수 있고, 개체마다의 편차를 억제할 수 있다. 그리고, 그 섬유 강화 수지의 노출 영역에 전극을 부착하여 전극을 도전성 섬유에 안정적으로 접촉 통전시킬 수 있어, 측정 값의 편차를 억제할 수 있다. 따라서, 섬유 강화 수지제의 전극 부착 판스프링의 품질을 안정시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 철도 차량용 대차에 사용하는 섬유 강화 수지제의 판스프링에 전극을 설치함에 있어서, 전극을 도전성 섬유에 안정적으로 접촉 통전시켜 안정된 품질을 유지할 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 전극 부착 판스프링을 구비한 철도 차량용 대차의 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 판스프링의 길이 방향에서 바라본 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 판스프링의 상태 감시의 원리를 설명하는 개념도이다.
도 4는 판스프링에 레이저 광을 조사하는 레이저 장치의 블록도이다.
도 5(A) 내지 도 5(C)는 판스프링에 전극을 설치하는 단계를 설명하는 도면이다.
도 6은 판스프링에 전극을 설치하는 단계를 설명하는 순서도이다.

이하, 도면을 참조하여 실시예를 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는 철도 차량이 주행하는 방향이고 차체가 연장된 방향을 차량 길이 방향으로, 그에 직교하는 가로 방향을 차폭 방향으로 정의한다. 차량 길이 방향은 전후 방향이라고도 칭하고, 차폭 방향은 좌우 방향이라고도 칭한다. 즉, 철도 차량은 차량 길이 방향의 양방향으로 주행 가능하지만 한쪽 방향으로 주행하는 경우를 가정했을 때, 진행 방향의 앞쪽을 전방이라고 하고, 진행 방향의 뒤쪽을 후방이라고 한다.

도 1은 일 실시예에 따른 전극 부착 판스프링(10)을 구비한 철도 차량용 대차(1)의 측면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 대차(1)는 2차 서스펜션인 공기 스프링(2)을 통해 차체(20)를 지지하는 대차 프레임(3)을 구비한다. 대차 프레임(3)은 차폭 방향으로 연장된 가로 빔(3a)을 구비하지만, 가로 빔(3a)의 차폭방향의 양단부에서 차량 길이방향으로 연장되는 측면 빔은 구비하고 있지 않다. 공기 스프링(2)은 가로 빔(3a)의 상면에 설치된다. 가로 빔(3a)의 차량 길이 방향의 양쪽에는 차폭 방향을 따라 차축(4, 5)이 배치되고, 차축(4, 5)의 차폭 방향의 양쪽에 차륜(6, 7)이 고정된다.

차축(4, 5)의 차폭 방향의 양단부에는, 차륜(6, 7)보다 차폭 방향의 외측에서 차축(4, 5)을 회전 가능하게 지지하는 베어링(8, 9)이 설치되고, 베어링(8, 9)은 축상(11, 12)에 수용된다. 가로 빔(3a)의 차폭 방향의 양단부는 축 암식(軸梁式; axle arm type)의 연결 기구(13, 14)에 의해 축상(11, 12)에 연결된다. 가로 빔(3a) 및 축상(11, 12) 사이에는 차량 길이 방향으로 연장된 전극 부착 판스프링(10)이 설치되고, 판스프링(10)의 길이 방향의 중앙부(10a)가 가로 빔(3a)의 차폭 방향의 양단부를 아래쪽에서 탄성적으로 지지하고, 판스프링(10)의 길이 방향의 일 단부(10b)가 축상(11)에 지지되고, 판 스프링(10)의 길이 방향의 타 단부(10c)가 축상(12)에 지지된다. 즉, 판스프링(10)이 1차 서스펜션의 기능과 전통적인 측면 빔의 기능을 겸한다.

가로 빔(3a)의 차폭 방향의 양단부의 하부에는 원호 형상의 하면(17a)를 가지는 가압 부재(17)가 설치되고, 가압 부재(17)가 판스프링(10)의 중앙부(10a)의 상방에 적재되어 이격 가능하게 접촉한다. 즉, 가압 부재(17)는 판스프링(10)을 가압 부재(17)에 대해 상하 방향으로 고정하지 않은 상태에서 가로 빔(3a)에서의 중력에 의한 하방 하중에 의해 판스프링(10)의 상면에 접촉하여 상방으로부터 가압한다. 또한, 축상(11, 12)의 상단부에는 지지 부재(15, 16)가 설치되고, 판스프링(10)의 각 단부(10b, 10c)는 지지 부재(15, 16)를 통해 축상(11, 12)에 하방으로부터 지지된다. 지지 부재(15, 16)의 상면은 차량 길이 방향의 중앙 측을 향해 경사져 있다. 판스프링(10)의 각 단부(10b, 10c)도 지지 부재(15, 16)의 상방에 적재되어 있다.

이러한 구성에 따르면, 차체(20)에서의 하중은 가로 빔(3a)의 차폭 방향의 양단부의 하단의 가압 부재(17)를 통해 판스프링(10)의 중앙부에 전달된다. 또한, 전후의 차륜(6, 7)에 선로 불규칙 등에 의한 고저 차이가 발생할 경우에는 판스프링(10)은 가압 부재(17)에 대해 시소처럼 회전함으로써 차륜 하중의 감소를 방지한다. 이와 같이, 대차 주행에 따라 판스프링(10)에는 반복 하중이 가해진다.

판스프링(10) 중에서 중앙부(10a) 및 각각의 단부(10b, 10c) 사이의 중간 영역인 중간부(10d, 10e)는 다른 부재로부터 이격되어 공중에 자유로운 상태로 배치된다. 즉, 중간부(10d, 10e)는 변형 및 변위가 구속되지 않는다. 따라서 판스프링(10)은 중앙부(10a) 및 단부(10b, 10c)를 지점으로 하고, 중간부(10d, 10e)에서 탄성 변형한다. 판스프링(10)의 중간부(10d, 10e)는 측면에서 보았을 때 중앙부(10a)를 향해 하방으로 경사져 있고, 판스프링(10)의 중앙부(10a)는 판스프링(10)의 단부(10b, 10c)보다 하방에 위치한다. 즉, 판스프링(10)은 측면시에서 보았을 때 전체적으로 아래로 볼록한 활 모양으로 형성된다. 그리고, 판스프링(10)은 중앙부(10a)에서 단부(10b, 10c)를 향해 서서히 두께가 감소하는 형상을 가진다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 도 1의 왼쪽을 진행 방향으로 가정하고, 차륜(6)을 전륜이라고 하고 차륜(7)을 후륜이라고 한다.

판스프링(10)에는, 판스프링(10)의 길이 방향과 두께 방향에 직교하는 폭 방향의 양측의 측단면(10f)에 전극 쌍(E₀, E_1F, E_2F, E_1R, E_2R)이 설치된다. 각각의 전극 쌍(E₀, E_1F, E_2F, E_1R, E_2R)은 판스프링(10)을 폭 방향으로 끼고 있다. 전극 쌍(E₀, E_1F, E_2F)은 판스프링(10)의 중앙부(10a)에서 보았을 때 전륜(6) 측에 배치되고, 전극 쌍(E_1R, E_2R)은 판스프링(10)의 중앙부(10a)에서 보았을 때 후륜(7) 측에 배치된다. 전극 쌍(E_1F, E_2F)과 전극 쌍(E_1R, E_2R)은 판스프링(10)의 길이 방향의 중심을 기준으로 대칭으로 배치된다. 대차 프레임(3)에는, 각각의 전극 쌍(E₀, E_1F, E_2F, E_1R, E_2R)에 전선을 통해 전기적으로 접속된 감시 제어기(19)가 탑재된다. 상태 감시 장치(30)는 판 스프링(10)과 전극 쌍(E₀, E_1F, E_2F, E_1R, E_2R) 및 감시 제어기(19)를 포함한다. 여기서, 전극 쌍(E₀, E_1F, E_2F, E_1R, E_2R)의 자체의 구성 및 형성 방법은 서로 동일하므로 다음의 설명에서는 전극 쌍(E_1F)에 대해 대표적으로 설명한다.

도 2는 도 1의 판스프링(10)의 길이 방향에서 바라본 단면도이다. 도 3은 도 1의 판스프링(10)의 상태 감시의 원리를 설명하는 개념도이다. 도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 판스프링(10)은 복수의 섬유 강화 수지층이 적층되도록, 예를 들면 오토 클레이브 성형 등 일반적인 복합 재료의 성형 방법을 이용하여 성형된다. 본 실시예서는 판스프링(10)은 제1 섬유 강화 수지층(31), 제2 섬유 강화 수지층(32), 제3 섬유 강화 수지층(33) 및 제4 섬유 강화 수지층(34)을 구비하고, 그 순서대로 위에서 아래로 나열되어 있다. 제3 섬유 강화 수지층(33)의 두께는 길이 방향의 중앙부에서 단부를 향해 서서히 두께가 작아지도록 형성되고, 제1 섬유 강화 수지층 (31), 제2 섬유 강화 수지층(32) 및 제4 섬유 강화 수지층(34)의 두께는 일정하다.

제1 섬유 강화 수지층(31), 제2 섬유 강화 수지층(32) 및 제4 섬유 강화 수지층(34)은 도전성을 가지는 섬유를 함유하고 있다. 본 실시예에서는 제1 섬유 강화 수지층(31), 제2 섬유 강화 수지층(32) 및 제4 섬유 강화 수지층(34)의 섬유 강화 수지는 광 투과성을 가지는 수지와, 광 흡수성을 가지는 도전성 섬유를 가진다. 섬유 강화 수지층(31, 32, 34)의 섬유 강화 수지에서, 수지의 열분해 온도가 도전성 섬유의 열분해 온도보다 낮다. 섬유 강화 수지층(31, 32, 34)의 섬유 강화 수지의 도전성 섬유는 불투명하고 비반사성을 가진다. 일례로 섬유 강화 수지층(31, 32, 34)의 섬유 강화 수지에서, 도전성 섬유는 검은색 탄소 섬유이고 수지는 빛을 투과시키는 에폭시 수지이다. 즉, 제1 섬유 강화 수지층(31), 제2 섬유 강화 수지층(32) 및 제4 섬유 강화 수지층(34)은 연속적인 탄소 섬유를 함유하는 CFRP에 의해 형성된다.

제1 섬유 강화 수지층(31) 및 제4 섬유 강화 수지층(34)은 판스프링(10)의 주면(상면 또는 하면)의 법선 방향에서 볼 때, 판스프링(10)의 길이 방향의 일단에서 타단까지 연속적으로 연장된 탄소 섬유를 구비하는 것이다. 즉, 제1 섬유 강화 수지층(31) 및 제4 섬유 강화 수지층(34)은 탄소 섬유가 판스프링(10)의 길이 방향의 한 방향을 향해 배향되어 있는 단방향 재료를 주요 적층 구성으로 한다. 제2 섬유 강화 수지층(32)은 판스프링(10)의 주면(상면 또는 하면)의 법선 방향에서 볼 때 폭 방향의 일단에서 타단까지 연속하는 탄소 섬유를 구비하는 것이다. 즉, 제2 섬유 강화 수지층(32)은 탄소 섬유가 판스프링(10)의 폭 방향의 한 방향을 향해 배향되어 있는 단방향 재료 또는 탄소 섬유가 종횡으로 배향된 섬유 재료 등을 주요 적층 구성으로 한다. 제3 섬유 강화 수지층(33)은 비도전성의 강화 섬유를 함유한 FRP에 의해 형성된다. 일례로 제3 섬유 강화 수지층(33)은 유리 섬유를 함유하는 GFRP에 의해 형성된다.

상기와 같이 제1 섬유 강화 수지층(31), 제2 섬유 강화 수지층(32) 및 제4 섬유 강화 수지층(34)은 도전성 섬유를 함유하고, 제3 섬유 강화 수지층(33)은 도전성 섬유를 함유하지 않고 비도전성 섬유를 함유하고 있다. 즉, 도전성 섬유를 함유하는 층 사이의 경계는 제1 섬유 강화 수지층(31)과 제2 섬유 강화 수지층(32) 사이의 경계이다. 전극 쌍(E_1F)은 제1 섬유 강화 수지층(31)의 폭 방향의 양쪽 측단면에 직접 장착된다. 구체적으로는 제1 섬유 강화 수지층(31)의 폭 방향의 양쪽 측단면의 소정 부위의 수지를 제거하고 탄소 섬유의 일부를 노출시킨 후 해당 부위에 전극 쌍(E_1F)을 설치한다. 본 실시예에서는, 전극 쌍(E_1F)은 제2 섬유 강화 수지층(32)으로부터 이격되어 있다.

전극 쌍(E_1F)을 흐르는 전류의 도전로에는, 도 2에서 모식적으로 두꺼운 화살표로 표시한 바와 같이, 제1 섬유 강화 수지층(31)의 탄소 섬유만으로 형성되는 제1 도전로(P1)와 제1 섬유 강화 수지층(31) 및 제2 섬유 강화 수지층(32)의 양방의 탄소 섬유를 따라 형성되는 제2 도전로(P2)가 존재한다. 제1 섬유 강화 수지층(31)은 단방향 재료이고, 그 폭 방향의 일단에서 타단까지 연속해서 연장된 연속 섬유를 거의 가지지 않기 때문에 제1 도전로(P1)는 제1 섬유 강화 수지층(31)의 다수의 탄소 섬유가 인접하여 서로 접촉하여 형성된다. 따라서, 제1 도전로(P1)는 판스프링(10)의 길이 방향 및 폭 방향으로 불규칙한 경로를 따른다.

제2 도전로(P2)는 제1 섬유 강화 수지층(31)의 폭 방향의 일단부와, 제2 섬유 강화 수지층(32)과, 제1 섬유 강화 수지층(31)의 폭 방향 타단부의 각 탄소 섬유에 의해 형성된다. 즉, 제2 도전로(P2)는 제1 섬유 강화 수지층(31)의 탄소 섬유와 제2 섬유 강화 수지층(32)의 탄소 섬유의 접촉에 의해 제1 섬유 강화 수지층(31)과 제2 섬유 강화 수지층(32) 사이의 경계를 통과한다. 제2 섬유 강화 수지층(32)의 탄소 섬유는 판스프링(10)의 폭 방향의 일단에서 타단까지 연속해서 연장된 연속 섬유를 가지기 때문에 제2 섬유 강화 수지층(32)에 형성되는 도전로는 제1 섬유 강화 수지층(31)에 형성되는 도전로에 비해 짧은 거리에서 판스프링(10)의 폭 방향으로 통전되어 있다. 따라서, 제2 섬유 강화 수지층(32)의 폭 방향으로 흐르는 전류에 대한 저항은 제1 섬유 강화 수지층(31)의 폭 방향으로 흐르는 전류에 대한 저항보다 작다. 따라서, 전극 쌍(E_1F)을 흐르는 전류는 제1 도전로(P1)보다 제2 도전로(P2)에 많이 흐른다.

이와 같이, 많은 전류가 흐르는 제2 도전로(P2)가 제1 섬유 강화 수지층(31)과 제2 섬유 강화 수지층(32) 사이의 경계를 통과하기 때문에, 제1 섬유 강화 수지층(31)과 제2 섬유 강화 수지층(32) 사이에 박리가 발생한 경우에는 제2 도전로(P2)의 단면적이 감소하여 제2 도전로(P2)의 전기 저항에 현저한 변화가 생긴다. 따라서, 전극 쌍(E_1F)에 전류를 흘려 구해지는 판스프링(10)의 저항 값이 크게 증가할 때, 해당 박리가 발생하였다고 판단할 수 있다. 또한, 제1 도전로(P1)에도 제1 섬유 강화 수지층(31)의 내부에서 서로 접촉하고 있던 인접 섬유끼리 떨어지는 박리가 발생한 경우에는, 제1 도전로(P1)의 단면적이 감소하는 것으로 제1 도전로(P1)의 전기 저항에 변화가 생긴다. 따라서, 전극 쌍(E_1F)에 전류를 흘려 구해지는 판스프링(10)의 저항 값의 증가를 감시하는 것으로, 해당 박리도 검출할 수 있다.

전극 쌍(E_1F)은 전압 측정을 위한 중앙 전극부재 쌍(41)과, 판스프링(10)의 길이 방향에서 중앙 전극부재 쌍(41)의 양측에 이격되어 배치된 전기 공급용의 양측 전극부재 쌍(42, 43)으로 이루어진다. 각각의 전극부재 쌍(41 ~ 43)은 각각 제1 섬유 강화 수지층(31)의 두께 방향으로 연장되는 형상으로 형성된다. 양측 전극부재 쌍(42, 43)은 서로 단락되어, 전원(45) 및 전류 센서(46)를 구비하는 회로에 연결된다. 양측 전극부재 쌍(42, 43)에는 전원(45)으로부터 정전류(I)가 공급된다. 중앙 전극부재 쌍(41)은 전압 센서(47)를 구비한 회로에 연결된다. 즉, 전압 센서(47)를 통해 중앙 전극부재 쌍(41)의 전압이 검출된다. 상태 감시 장치(30)는 양측 전극부재 쌍(42, 43)에 정전류를 공급하는 전원(45)과, 중앙 전극부재 쌍(41)의 전압을 검출하는 전압 센서(47)를 포함한다. 양측 전극부재 쌍(42, 43)에 공급된 전류의 분포(도 3의 점선)는, 판스프링(10)의 길이 방향으로 어느 정도의 확산을 가지기 때문에, 판스프링(10)의 중앙 전극부재 쌍(41)으로 끼워진 부분에 전류가 집중한다. 따라서, 전압 센서(47)를 통해 중앙 전극부재 쌍(41)의 전압의 변화가 안정적으로 검출된다.

도 4는 판 스프링(10)에 레이저 광을 조사하는 레이저 장치(50)의 블록도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 장치(50)는 레이저 발진기(51)와, 거울(52)과, 모터(53)와, 레이저 제어기(54)를 구비하고, 판스프링(10)을 향해 레이저 광을 조사한다. 레이저 발진기(51)는 레이저 광을 생성하여 출력한다. 거울(52)(예를 들면, 갈바노 미러)은 레이저 발진기(51)로부터 출력된 레이저 광을 판스프링(10)의 목표 위치를 향해 반사한다. 모터(53)는 거울(52)를 구동하여 거울(52)의 각도를 조정하여 레이저 광의 반사 방향을 조정한다. 레이저 제어기(54)는 레이저 발진기(51)를 제어함으로써 레이저 광의 강도를 제어한다(출력 제어). 또한, 레이저 제어기(54)는 모터(53)를 제어함으로써 레이저 광의 주사 방향 및 주사 속도를 제어한다(주사 제어).

도 5(A) 내지 도 5(C)는 판스프링(10)에 전극 쌍(E_1F)을 설치하는 순서를 설명하는 도면이다. 도 6은 판스프링(10)에 전극 쌍(E_1F)을 설치하는 절차를 설명하는 순서도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 먼저 판스프링(10)을 지그(미도시)에 고정하고, 레이저 장치(50)에 대해 판스프링(10)을 위치 결정한다(단계 S1: 판스프링 고정 공정). 이어서, 도 5(A) 및 도 6에 도시된 바와 같이, 판스프링(10)의 제1 섬유 강화 수지층(31)의 측단면의 대상 부위에 레이저 광(L1)을 조사해 해당 부위의 표면의 수지를 제거하여 탄소 섬유의 일부를 노출시키는 노출 영역(X)을 형성한다 (단계 S2 : 수지 제거 공정). 본 실시예에서는 노출 영역(X)은 제1 섬유 강화 수지층(31)의 측단면에만 형성된다. 또한, 노출 영역(X)은 예를 들어, 판스프링(10)의 측면에서 보았을 때 사각형 모양으로 형성된다. 레이저 광(L1)으로 노출 영역(X)를 형성함에 따라서, 레이저 장치(50)의 레이저 광(L1)의 출력 및 스캔 속도를 레이저 제어기(54)에서 관리할 수 있어 섬유 강화 수지의 노출 영역(X)를 안정적이고 정확하게 형성할 수 있고, 개체마다의 차이가 억제된다.

또한, 판스프링(10)의 제1 섬유 강화 수지층(31)은 수지가 광 투과성을 가지고, 탄소 섬유가 광 흡수성을 가지기 때문에, 수지 제거 공정에서 수지를 투과한 레이저 광(L1)이 탄소 섬유에 흡수되어 탄소 섬유가 발열하고, 발열된 탄소 섬유 주위의 수지를 열로 제거할 수 있다. 따라서, 탄소 섬유를 회피하도록 레이저 광(L1)을 조사할 필요도 없고, 레이저 광(L1)을 조사하는 작업이 간단해지며, 생산 효율이 향상된다.

또한, 수지 제거 공정은 레이저 광(L1)의 조사 방향에서 볼 때(즉, 판스프링(10)의 측면에서 볼 때, 탄소 섬유의 연장 방향(즉, 판스프링 (10)의 길이 방향)에 레이저 광(L1)이 주사된다. 이에 따르면, 레이저 광(L1)의 주사 방향에서 볼 때, 탄소 섬유의 연장 방향에 직교하는 방향(즉, 판스프링(10)의 두께 방향)에 레이저 광을 주사하는 경우에 비해 각각의 탄소 섬유를 신속하게 가열하여 수지를 제거할 수 있는 동시에, 각각의 탄소 섬유에 반복적인 열 부하가 가해지는 것이 억제되어, 탄소 섬유의 열화(예를 들어, 섬유의 절단 등)을 방지할 수 있다.

이어서, 판스프링(10)의 제1 섬유 강화 수지층(31)의 측단면의 노출 영역(X)을 후 공정을 위해 세정액(예를 들어, 아세톤)을 이용하여 세정한다(단계 S3 : 세정 공정). 이어서, 도 5(B) 및 도 6에 도시된 바와 같이, 세정된 노출 영역(X)에 열경화성의 도전성 잉크(141, 142, 143)를 스크린 인쇄에 의해 도포한다(단계 S4 : 전극 도포 공정). 이어서, 도 5(C) 및 도 6에 도시된 바와 같이, 그 도포된 도전성 잉크(141, 142, 143)에 레이저 장치(50)에 의해 레이저 광(L2)을 조사하여 도전성 잉크(141, 142, 143)을 경화시켜 전극부재 쌍(41 ~ 43)(전극 쌍(E_1F))을 형성한다(단계 S5 : 전극 경화 공정). 즉, 본 실시예에서는 전극 형성 공정은 전극 도포 공정과 전극 경화 공정으로 구성된다. 그리고, 전극 경화 공정에 레이저 장치(50)에 의한 레이저 광(L2)를 이용하기 때문에, 오븐 등을 사용할 필요가 없고, 설비의 간소화가 가능하다. 또한, 수지 제거 공정 및 전극 경화 공정의 양 공정에서 동일한 레이저 장치(50)를 사용하기 때문에 작업 효율 향상 및 비용 절감을 도모한다.

또한, 이 때, 레이저 제어기(54)는 전극 경화 공정에서 도전성 잉크(141, 142, 143)에 조사되는 레이저 광(L2)의 단위 면적당 에너지가 수지 제거 공정에서 제1 섬유 강화 수지층(31)의 측단면에 조사되는 레이저 광(L1)의 단위 면적당 에너지보다 작도록 레이저 발진기(51) 및 모터(53)를 제어한다. 구체적으로는, 레이저 제어기(54)는 전극 경화 공정에서의 레이저 출력이 수지 제거 공정에서의 레이저 출력보다 작아지도록 레이저 발진기(51)를 제어한다. 또한, 레이저 제어기(54)는 필요에 따라 전극 경화 공정에서 레이저 주사 속도가 수지 제거 공정에서 레이저 주사 속도보다 빠르게 되도록 모터(53)를 제어한다. 예를 들어, 전극 경화 공정에서 조사되는 레이저 광(L2)의 단위 면적당 에너지는 당해 레이저 광(L2)이 탄소 섬유에 닿아 탄소 섬유가 온도 상승하여도 탄소 섬유의 열분해 온도에 도달하지는 않는 에너지가 되도록 설정된다. 따라서, 전극 경화 공정에서 레이저 광(L2)이 도전성 잉크(141, 142, 143)의 외부의 수지에 맞아도 좋아서, 전극 경화 공정의 작업을 용이하게 할 수 있다.

이상 설명한 제조 방법에 따르면, 판스프링(10)의 섬유 강화 수지를 열화시키지 않고, 전극 쌍(E₀, E_1F, E_2F, E_1R, E_2R)을 불규칙하지 않게 쉽게 형성하며, 탄소 섬유 전극 쌍(E₀, E_1F, E_2F, E_1R, E_2R)을 안정적으로 접촉 통전시킬 수있다. 따라서, 철도 차량용 대차에 탑재되는 섬유 강화 수지제의 전극 부착 판스프링(10)을 안정된 품질로 제조할 수 있다.

여기서, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 그 구성을 변경, 추가 또는 삭제할 수 있다. 본 실시예에서는 전극 형성 공정은 전극 도포 공정과 전극 경화 공정으로 구성되지만, 예를 들어, 전극 형성 공정에서 도금 처리에 의해 판스프링에 전극을 형성하여도 좋다. 또한, 전극이 설치된 섬유 강화 수지의 수지로는 광 흡수성을 가지는 수지를 사용해도 좋다. 즉, 레이저 광에 의해 흡광성 수지를 열분해하여 제거함으로써 탄소 섬유를 노출시켜도 좋다. 예를 들어, 투명 수지(예를 들면, 에폭시 수지)에 착색제를 함유시킴으로써 그 수지를 불투명으로 착색시키고, 수지가 레이저 광을 흡수하여 열분해되도록 하여도 좋다.

1: 대차
10: 판스프링
50: 레이저 장치
141 ~ 143: 도전성 잉크 (도전성 재료)
E₀, E_1F, E_2F, E_1R, E_2R: 전극 쌍
X: 노출 영역

Claims

도전성 섬유를 수지에 함유시킨 섬유 강화 수지를 가지는 판스프링의 상기 섬유 강화 수지의 표면에 부분적으로 레이저 광을 조사하여, 상기 수지의 일부를 제거하여 상기 도전성 섬유 일부를 노출시키는 수지 제거 공정과,
상기 섬유 강화 수지에서 상기 도전성 섬유의 일부를 노출시킨 노출 영역에 전극을 설치하는 전극 형성 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 대차의 전극 부착 판스프링의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 수지는 광 투과성을 가지고, 상기 도전성 섬유는 광 흡수성을 가지는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 대차의 전극 부착 판스프링의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 수지는 광 흡수성을 가지는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 대차의 전극 부착 판스프링의 제조 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 수지 제거 공정에서는, 레이저 광의 조사 방향에서 볼 때, 상기 도전성 섬유의 연장 방향으로 레이저 광을 주사하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 대차의 전극 부착 판스프링의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극 형성 공정은, 열경화성의 도전성 재료를 상기 노출 영역에 도포하고, 상기 도전성 재료에 레이저 광을 조사하여 상기 도전성 재료를 경화시킴으로써, 상기 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 대차의 전극 부착 판스프링의 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 수지 제거 공정 및 상기 전극 형성 공정은, 각각 레이저 광을 조사하기 위해 동일한 레이저 장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 대차의 전극 부착 판스프링의 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 전극 형성 공정에서 상기 도전성 재료에 조사되는 레이저 광의 단위 면적당 에너지를, 상기 수지 제거 공정에서 상기 섬유 강화 수지에 조사되는 레이저 광의 단위 면적당 에너지보다 작게하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 대차의 전극 부착 판스프링의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극 형성 공정에서는, 상기 판스프링의 길이 방향의 일측에서 상기 판스프링의 양측면에 형성된 상기 노출 영역 각각에 대해, 하나의 중앙 전극부재 쌍과 상기 판스프링의 길이 방향에서 상기 중앙 전극부재 쌍의 양측에 이격되어 배치되는 2개의 양측 전극부재 쌍이 형성되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 대차의 전극 부착 판스프링의 제조 방법.