KR102389740B1 - 복합재 부형 장치 및 복합재 부형 방법 - Google Patents

복합재 부형 장치 및 복합재 부형 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 T자형 또는 I자형 등의 횡단면을 갖는 프리프레그(prepreg)의 적층체에 생기는 공극을 메우기 위한 누들 필러의 부형과 같이, 막대형의 프리프레그를 소재로 하는 부형을 보다 간편하게 행할 수 있도록 하는 것을 과제로 한다.
실시형태에 따른 복합재 부형 장치는, 막대형으로 적층된 프리프레그의 적층체에, 서로 다른 각도로 압력을 부하하는 3개의 롤러를 구비한다. 또한, 실시형태에 따른 복합재 부형 방법은, 막대형으로 적층된 프리프레그의 적층체에, 3개의 롤러를 이용하여 서로 다른 각도로 압력을 부하하는 것이다.

Description

복합재 부형 장치 및 복합재 부형 방법{COMPOSITE SHAPING APPARATUS AND COMPOSITE SHAPING METHOD}
본 발명의 실시형태는, 복합재 부형(賦形) 장치 및 복합재 부형 방법에 관한 것이다.
유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP : Glass fiber reinforced plastics)이나 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP : Carbon Fiber Reinforced Plastics) 등의 복합재는, 시트형의 프리프레그(prepreg)를 적층하여 가열 경화함으로써 성형된다. 항공기 부품인 종통재(stringer), 날개 보(spar) 및 소골격(rib) 등의 부품에는, 횡단면의 형상이 T자형 또는 I자형인 부품이 존재한다. 이 경우, 평면형으로 적층한 프리프레그의 적층체, 횡단면이 L자형 또는 C자형이 되도록 적층한 프리프레그의 적층체 및 횡단면이 L자형 또는 C자형에 선대칭의 형상이 되도록 적층한 프리프레그의 적층체가 경화 전에 조합된다.
직각으로 절곡된 프리프레그의 적층체의 각은 R 면취된 형상이 된다. 따라서, 평면형의 프리프레그의 적층체 위에, 직각으로 절곡된 프리프레그의 적층체를 대칭으로 배치하여 맞대면, 프리프레그의 적층체 사이에는 횡단면이 대략 삼각형인 공극이 생긴다. 보다 구체적으로는, 대칭하는 R 면취에 대응하는 2개의 대칭하는 원호와 직선으로 둘러싸인 형상을 횡단면 형상으로 하는 공극이, 3개의 프리프레그의 적층체 사이에 생긴다.
여기서, 3개의 프리프레그의 적층체 사이에 생기는 공극이 필러(충전재)에 의해 충전된다. 통상은, 필러도 프리프레그의 적층체로서 준비되고, 다른 프리프레그의 적층체와 함께 가열 경화된다. 2개의 대칭하는 원호와 직선으로 둘러싸인 형상을 횡단면 형상으로 하는 막대형의 필러는 누들 필러라고 불린다. 누들 필러는, 프리프레그를 소용돌이형으로 적층한 둥근 막대형의 소재를 성형함으로써 제작된다.
또한, 일반적으로 가열 경화 전에 있어서의 프리프레그의 적층체에 대한 성형은, 가열 경화에 의한 복합재의 성형과 구별하기 위해 부형이라고 불린다. 따라서, 이하에서는, 프리프레그의 적층체에 대한 성형을 부형으로 칭한다.
종래의 프리프레그의 적층체에 대한 부형 방법으로는, 부형용의 성형형(부형(賦型))을 이용하는 방법이 일반적이다. 예컨대, 부형(賦型)에 프리프레그의 적층체를 설치하여 진공압으로 부형하는 방법, 압출 성형기의 구금(다이)을 부형 후의 형상에 맞춘 부형(賦型)으로서 프리프레그의 적층체를 압출 성형함으로써 부형하는 방법 또는 롤러를 프리프레그의 적층체에 압박하여 부형하는 방법 등이 알려져 있다.
그러나, 진공압으로 부형하는 방법은 부형 시간이 길다고 하는 문제가 있다. 구체적으로는, 진공압으로 부형하는 방법은 부형 시간으로서 수시간 내지 하루 정도가 필요하다. 게다가, 누들 필러와 같은 막대형의 필러를 부형하는 경우에는, 필러 전체의 부형이 가능한 부형(賦型)을 준비하는 것이 필요해진다. 또한, 압출 성형기를 이용하여 부형하는 경우에는, 부형의 저항이 크기 때문에 프리프레그의 적층체를 빼내기 위한 대규모 장치가 필요해진다.
한편, 누들 필러의 부형 장치로서, 평행하게 나열된 2개의 롤러로 막대형의 소재를 압박하는 장치도 제안되어 있다(예컨대 특허문헌 1 참조). 이 장치에 의하면, 원기둥형의 롤러와, 누들 필러의 형상에 맞춘 오목부를 갖는 롤러의 사이에 막대형의 소재를 끼워서 송출함으로써, 누들 필러의 부형을 행할 수 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 평4-299110호 공보
그러나, 롤러를 이용하여 누들 필러의 부형을 행하는 경우에는, 압출 성형기를 이용하여 부형하는 경우에 비하여 부형의 저항이 작아지지만, 양호한 품질로 부형하는 것이 어렵다고 하는 문제가 있다. 이 때문에, 롤러를 이용하여 누들 필러의 부형을 행한 후에, 부형(賦型)에 소재를 설치하여 진공압으로 부형함으로써, 부형 품질을 향상시키는 것이 필요해지는 경우가 있다.
따라서, 본 발명은, T자형 또는 I자형 등의 횡단면을 갖는 프리프레그의 적층체에 생기는 공극을 메우기 위한 누들 필러의 부형과 같이, 막대형의 프리프레그를 소재로 하는 부형을 보다 간편하게 행할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시형태에 따른 복합재 부형 장치는, 막대형으로 적층된 프리프레그의 적층체에, 서로 다른 각도로 압력을 부하하는 3개의 롤러를 구비한다.
또한, 본 발명의 실시형태에 따른 복합재 부형 방법은, 막대형으로 적층된 프리프레그의 적층체에, 3개의 롤러를 이용하여 서로 다른 각도로 압력을 부하하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 복합재 부형 장치의 정면도.
도 2는 도 1에 나타내는 복합재 부형 장치의 사시도.
도 3은 도 1에 나타내는 복합재 부형 장치에 의한 부형 대상이 되는 누들 필러의 형상을 나타내는 사시도.
도 4는 도 1에 나타내는 제2 축 및 제3 축의 제1 축에 대한 경사 각도를 결정하는 방법을 설명하는 도면.
도 5는 도 4에 나타내는 각도로 제1, 제2 및 제3 롤러를 압박함으로써 부형되는 누들 필러의 횡단면도.
도 6은 제2 롤러 및 제3 롤러의 경사 각도를 바꾼 제1 예를 나타내는 도면.
도 7은 제2 롤러 및 제3 롤러의 경사 각도를 바꾼 제2 예를 나타내는 도면.
본 발명의 실시형태에 따른 복합재 부형 장치 및 복합재 부형 방법에 관해 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
(구성 및 기능)
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 복합재 부형 장치의 정면도, 도 2는 도 1에 나타내는 복합재 부형 장치의 사시도, 도 3은 도 1에 나타내는 복합재 부형 장치에 의한 부형 대상이 되는 누들 필러의 형상을 나타내는 사시도이다.
복합재 부형 장치(1)는, 막대형으로 적층된 프리프레그의 적층체를 소재로 하여 누들 필러의 부형을 행하는 장치이다. 누들 필러는, 직각으로 절곡된 2개의 프리프레그의 적층체를 대칭으로 배치하여 맞댄 상태로 평판형 또는 약간 만곡된 판형으로 적층된 프리프레그의 적층체 위에 설치한 경우에 생기는 공극을 메우기 위한 필러이다.
따라서, 누들 필러는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 2개의 대칭하는 원호와 직선으로 둘러싸인 형상을 횡단면 형상으로 하는 막대형의 필러가 된다. 구체적으로는, 누들 필러는, 폭이 W이고 길이가 L인 직사각형의 평면, 횡단면이 원호인 제1 곡면, 제1 곡면에 대칭하는 제2 곡면으로 둘러싸인 형상을 갖는다. 이 때문에, 누들 필러의 높이 H는, 제1 곡면과 제2 곡면의 교선과 직사각형의 평면 사이의 거리가 된다.
누들 필러의 소재로는, 전형적으로는, 프리프레그를 소용돌이형으로 둥글게 함으로써 제작되는 대략 둥근 막대형의 프리프레그의 적층체가 이용된다. 누들 필러의 부형은, 대략 둥근 막대형의 소재에, 폭이 W이고 길이가 L인 평면, 횡단면이 원호인 제1 곡면 및 제1 곡면에 대칭하는 제2 곡면을 형성하는 성형 가공이 된다.
복합재 부형 장치(1)는, 막대형으로 적층된 프리프레그의 적층체에, 서로 다른 각도로 압력을 부하하는 3개의 롤러(2A, 2B, 2C)와, 3개의 롤러(2A, 2B, 2C)를 회전시키는 회전 기구(3)를 구비한다. 3개의 롤러(2A, 2B, 2C)는, 각각 누들 필러의 1개의 평면과 2개의 곡면을 부형하기 위한 롤러이다. 따라서, 3개의 롤러(2A, 2B, 2C)는, 서로 평행하지 않은 3개의 축(AX1, AX2, AX3)을 중심으로 회전한다. 즉, 2개의 선대칭의 원호와 1개의 직선으로 둘러싸인 누들 필러의 횡단면 형상에 대응하는 공극이 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)의 사이에 형성되도록 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)가 배치된다.
보다 구체적으로는, 제1 롤러(2A)는 제1 축(AX1)을 중심으로 회전한다. 제2 롤러(2B)는, 제1 축(AX1)에 대하여 경사진 제2 축(AX2)을 중심으로 회전한다. 제3 롤러(2C)는, 제1 축(AX1)에 대하여 경사지고, 또한 제1 축(AX1)에 수직인 면에 관해 제2 축(AX2)에 대칭이 되는 제3 축(AX3)을 중심으로 회전한다.
제1 롤러(2A)는, 폭이 W이고 길이가 L인 평면을 부형하기 위한 롤러이다. 따라서, 제1 롤러(2A)를 수평 방향의 제1 축(AX1)을 중심으로 회전하는 원통형의 롤러로 할 수 있다. 제2 롤러(2B)는, 누들 필러의 한쪽의 R 면취에 대응하는 곡면을 부형하기 위한 롤러이다. 따라서, 제2 롤러(2B)를, 원주 부분의 반경을 누들 필러의 R 면취의 반경으로 한 원반형의 롤러로 할 수 있다. 제3 롤러(2C)는, 누들 필러의 다른 쪽의 R 면취에 대응하는 곡면을 부형하기 위한 롤러이다. 따라서, 제3 롤러(2C)도 제2 롤러(2B)와 마찬가지로, 원주 부분의 반경을 누들 필러의 R 면취의 반경으로 한 원반형의 롤러로 할 수 있다.
단, 누들 필러의 R 면취는 면대칭이 되기 때문에, 전술한 바와 같이, 제2 롤러(2B)의 제2 축(AX2)과 제3 롤러(2C)의 제3 축(AX3)은, 제1 축(AX1)에 수직인 면에 관해 서로 대칭이 된다. 제2 축(AX2) 및 제3 축(AX3)의 제1 축(AX1)에 대한 경사 각도는, 누들 필러의 부형에 적합한 각도로 결정하는 것이 중요하다. 누들 필러의 부형에 적합한 제2 축(AX2) 및 제3 축(AX3)의 각도는, 여러가지 관점에서 결정할 수 있다.
제2 축(AX2) 및 제3 축(AX3)의 각 경사 각도의 제1 결정 방법으로서, 둥근 막대형의 소재의 3개의 면에 가능한 한 균일하게 압력이 부하되도록 각 각도를 결정한다고 하는 방법을 들 수 있다. 이 경우, 누들 필러의 횡단면 형상을 직각이등변 삼각형과 근사하게 하면, 직각을 낀 2변의 저변에 대한 경사 각도가 ±45도가 되기 때문에 제2 축(AX2) 및 제3 축(AX3)도 제1 축(AX1)에 대하여 ±45도 경사지게 한다고 하는 각도의 결정 방법이 고려된다.
또는, 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)에 의해 각각 압축되는 소재의 거리가 가능한 한 같아지도록, 제2 축(AX2) 및 제3 축(AX3)의 제1 축(AX1)에 대한 경사 각도를 결정한다고 하는 방법도 고려된다.
도 4는 도 1에 나타내는 제2 축(AX2) 및 제3 축(AX3)의 제1 축(AX1)에 대한 경사 각도를 결정하는 방법을 설명하는 도면이고, 도 5는 도 4에 나타내는 각도로 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)를 압박함으로써 부형되는 누들 필러의 횡단면도이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)에 접하는 내접원을 고려하면, 내접원의 중심으로부터 각 롤러(2A, 2B, 2C)와의 접점까지의 거리까지는 같아진다. 따라서, 내접원의 중심과 각 롤러(2A, 2B, 2C)와의 접점을 연결하는 각 선분의 각도로, 각 롤러(2A, 2B, 2C)를 각각 소재에 누르면, 소재의 3개의 면이 압축되는 최대 거리는 모두, 압축 전에 있어서의 소재의 반경과, 압축 후에 있어서의 소재의 반경의 차가 된다. 이 때문에, 도 5에 나타낸 바와 같이 소재의 3개의 면에 균일하게 압축력을 부하할 수 있다고 생각된다.
이 경우, 내접원의 반경을 R1로 하고, 제1 및 제2 롤러(2A, 2B)의 선단에서의 반경 및 누들 필러의 R 면취의 반경을 R2로 하면, 삼평방의 정리(定理)에서 (R1+R2)2=R22+(R2-R1)2가 되기 때문에 4R1=R2의 관계가 성립한다. 따라서, 제1 롤러(2A)의 표면과, 제2 롤러(2B)를 누르는 방향이 이루는 각도 θ1은, 식(1)에서 θ1=36.87도가 된다.
cosθ1=R2/(R1+R2)=4R1/(R1+4R1)=4/5 (1)
제1 롤러(2A)에 대하여 제2 롤러(2B)를 누르는 각도 θ1의 측정 방향을 정방향으로 하면, 마찬가지로, 제1 롤러(2A)의 표면과, 제3 롤러(2C)를 누르는 방향이 이루는 각도 θ2는, θ2=-36.87도가 된다. 즉, 제1 롤러(2A)의 제1 축(AX1)에 대한 제2 롤러(2B)의 제2 축(AX2)의 경사 각도를 -90도+36.87도=-53.13도로 하고, 제1 롤러(2A)의 제1 축(AX1)에 대한 제3 롤러(2C)의 제3 축(AX3)의 경사 각도를 +53.13도로 하면, 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)에 의해 각각 압축되는 소재의 최대 거리를 동등하게 할 수 있다.
실제로는, 제조 오차가 생기기 때문에, 제1 축(AX1)에 대한 제2 축(AX2) 및 제3 축(AX3)의 각 경사 각도를, ±53.13도에 대하여 소정의 공차 내가 되는 각도로 설계하면 되게 된다.
또한, 필러의 형상이, 횡단면이 선대칭이 되지 않는 형상이라 하더라도, 마찬가지로, 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)에 접하는 내접원의 반경과, 압축 전에 있어서의 소재의 반경의 차가, 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)에 의한 최대 압축 거리가 되도록, 제1 축(AX1)에 대한 제2 축(AX2) 및 제3 축(AX3)의 각 경사 각도를 결정할 수 있다.
누들 필러의 횡단면 형상을 직각이등변 삼각형과 근사하게 하여 제2 축(AX2) 및 제3 축(AX3)의 제1 축(AX1)에 대한 경사 각도를 ±45도로 하는 방법과, 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)에 의한 소재의 최대 압축 거리가 동등해지도록 제2 축(AX2) 및 제3 축(AX3)의 제1 축(AX1)에 대한 경사 각도를 ±53.13도로 하는 방법의 어느 것이 타당한지 조사하기 위해, 실제로 제2 축(AX2) 및 제3 축(AX3)의 제1 축(AX1)에 대한 경사 각도를 ±30도, ±45도 및 ±60도로 하여 누들 필러의 부형 시험을 행했다.
그 결과, 제2 축(AX2) 및 제3 축(AX3)의 제1 축(AX1)에 대한 경사 각도를 ±60도로 한 경우에 가장 작은 동력으로 누들 필러의 부형이 가능하고, 또한 가장 균일하게 누들 필러를 부형할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 제2 축(AX2) 및 제3 축(AX3)의 제1 축(AX1)에 대한 경사 각도를 ±45도로 한 경우에 있어서도, 종래의 진공압으로 부형하는 방법과 동등한 품질로 누들 필러를 부형할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
이상의 부형 시험의 결과로부터, 제1 축(AX1)에 대한 제2 축(AX2) 및 제3 축(AX3)의 경사 각도가 45도 이상 60도 이하가 되도록 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)를 배치하는 것, 바꾸어 말하면, 제2 롤러(2B) 및 제3 롤러(2C)를 압박하는 방향의 제1 롤러(2A)의 표면에 대한 각도 θ1, θ2의 절대치를 30도 이상 45도 이하로 하는 것이, 소재의 3개의 면에 균일하게 압축력을 부하하는 관점에서 바람직하다. 특히, 제1 축(AX1)에 대한 제2 축(AX2) 및 제3 축(AX3)의 각 경사 각도를, ±53.13도에 대하여 소정의 공차 내가 되는 각도로 하는 것, 즉 제2 롤러(2B) 및 제3 롤러(2C)를 압박하는 방향의 제1 롤러(2A)의 표면에 대한 각도 θ1, θ2를 ±36.87도로 하는 것이 보다 바람직하다고 생각된다.
한편, 부형 시험의 결과, 제1 롤러(2A)에 의해 부형되는 누들 필러의 평탄한 하면의 평탄도는, 제1 축(AX1)에 대한 제2 축(AX2) 및 제3 축(AX3)의 경사 각도가 작을수록 양호해지는 것이 확인되었다. 즉, 제2 롤러(2B) 및 제3 롤러(2C)를 누르는 각도 θ1, θ2를 수직 방향에 가깝게 할수록, 누들 필러의 하면의 평탄도를 향상시킬 수 있다. 단, 제2 롤러(2B) 및 제3 롤러(2C)를 누르는 각도 θ1, θ2를 극단적으로 수직 방향으로 가깝게 하면, 누들 필러의 내부에서의 층의 균일성은 저하된다.
따라서, 제2 축(AX2) 및 제3 축(AX3)의 각 경사 각도의 제2 결정 방법으로서, 누들 필러의 하면의 평탄도를 향상시키는 관점에서, 제1 축(AX1)에 대한 제2 축(AX2) 및 제3 축(AX3)의 경사 각도가 10도 이상 40도 이하가 되도록 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)를 배치하는 방법을 들 수 있다. 즉, 누들 필러의 하면의 평탄도를 향상시키기 위해서는, 제2 롤러(2B) 및 제3 롤러(2C)를 누르는 각도 θ1, θ2의 절대치를, 50도 이상 90도 이하로 하는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 누들 필러의 내부에서의 층의 균일성 및 누들 필러의 하면에서의 평탄도 중 어느 것을 중시할지에 따라서, 제1 축(AX1)에 대한 제2 축(AX2) 및 제3 축(AX3)의 경사 각도의 바람직한 범위가 변하게 된다.
제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)의 구체적인 형상 및 사이즈는, 누들 필러의 사이즈에 따라서 결정할 수 있다. 예컨대, 제2 롤러(2B) 및 제3 롤러(2C)의 단부에서의 반경은, 각각 누들 필러의 R 면취 부분에서의 반경으로 하면 된다. 또한, 제1 롤러(2A)의 길이는, 적어도 누들 필러의 하면을 커버할 수 있는 길이가 된다.
제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)의 직경에 관해서는 임의의 길이로 할 수 있다. 단, 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)의 직경을 길게 할수록, 각 롤러(2A, 2B, 2C)의 1회전당 소재의 이송량을 길게 할 수 있기 때문에, 소재의 이송 속도를 증가시킬 수 있다.
제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)는, 누들 필러의 소재가 되는 프리프레그의 적층체에 대하여 이형성을 갖는 것이 바람직하다. 실제로, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 나일론 6,6을 소재로 하여 이형성을 확인한 결과, 폴리우레탄은 이형성이 낮고, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 나일론 6,6은 이형성이 양호한 것이 확인되었다. 특히, 폴리테트라플루오로에틸렌의 이형성이 가장 양호한 것이 확인되었다.
따라서, 프리프레그와의 이형성 확보의 관점에서는, 나일론 6,6 또는 폴리테트라플루오로에틸렌이 롤러(2A, 2B, 2C)의 소재로서 바람직하다. 이 때문에, 3개의 롤러(2A, 2B, 2C)의 적어도 하나의 표면층을, 나일론 6,6 또는 폴리테트라플루오로에틸렌을 소재로 하여 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 롤러(2A, 2B, 2C) 전체를 이형성을 갖는 소재로 구성하지 않고, 롤러(2A, 2B, 2C)의 표면을 이형성을 갖는 나일론 6,6 또는 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 필름이나 테이프로 덮도록 해도 좋다. 나일론은, 지방족 골격을 포함하는 폴리아미드의 총칭이며, 나일론 6,6은, 분자 구조가 {CO-(CH2)4-CO-NH-(CH2)6-NH}n으로 표시되는 나일론이다.
회전 기구(3)는, 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)를 회전시키기 위한 장치이다. 따라서, 회전 기구(3)는, 스탠드(4)에, 제1 롤러(2A)의 제1 축(AX1)을 받치기 위한 제1 베어링(5A), 제2 롤러(2B)의 제2 축(AX2)을 받치기 위한 제2 베어링(5B) 및 제3 롤러(2C)의 제3 축(AX3)을 받치기 위한 제3 베어링(5C)을 설치하여 구성할 수 있다.
제1 베어링(5A)은, 원통형의 제1 롤러(2A)로부터 양측으로 돌출된 제1 축(AX1)을, 제1 롤러(2A)의 양측의 2개소에서 받치는 구조를 갖고 있다. 제2 베어링(5B) 및 제3 베어링(5C)은, 각각 원판형의 제2 롤러(2B) 및 제3 롤러(2C)의 제2 축(AX2) 및 제3 축(AX3)을 소정의 경사 각도로 받치는 구조를 갖고 있다.
제1 베어링(5A), 제2 베어링(5B) 및 제3 베어링(5C)에는, 베어링보다 무급유 부시를 이용하는 것이 바람직하다. 즉, 3개의 롤러(2A, 2B, 2C)는, 각각 무급유 부시를 베어링으로 하여 회전하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이것은, 무급유 부시를 베어링으로서 사용하면, 프리프레그의 부형을 위해, 사용이 바람직하지 않은 오일의 사용을 회피할 수 있기 때문이다. 게다가, 무급유 부시를 사용하면, 급유 작업도 불필요해진다.
또한, 회전 기구(3)에는, 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)의 적어도 하나에 회전동력을 부여하기 위한 핸들(6)이 설치되어 있다. 도시된 예에서는, 제1 롤러(2A)의 회전축이 되는 수평 방향의 제1 축(AX1)에 핸들(6)이 연결되어 있다. 따라서, 핸들(6)을 회전시키면 제1 축(AX1)을 중심으로 제1 롤러(2A)가 회전한다.
제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)의 사이의 공극에 소재가 끼워져 있는 상태에서는, 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)와 소재의 사이에 있어서의 마찰력에 의해, 제1 롤러(2A)가 회전하면 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)도 회전한다. 따라서, 핸들(6)을 회전시키면, 소재를 압출하면서 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)를 회전시킬 수 있다. 이에 따라, 막대형으로 적층된 프리프레그의 적층체에, 3개의 롤러(2A, 2B, 2C)를 이용하여 서로 다른 각도로 압력을 부하할 수 있다. 그 결과, 막대형으로 적층된 프리프레그의 적층체를 도 5에 나타낸 바와 같이 부형할 수 있다. 즉, 누들 필러의 부형을 행할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제2 롤러(2B) 및 제3 롤러(2C)의 바람직한 경사 각도는, 누들 필러의 균일성을 중시할지 또는 누들 필러의 하면에서의 평탄도를 중시할지에 따라 다르다.
따라서, 복합재 부형 장치(1)에는, 제1 축(AX1)에 대한 제2 축(AX2) 및 제3 축(AX3)의 경사 각도를 바꾸기 위한 경사 각도 조절 기구(7)를 설치할 수 있다. 도시된 예로서는, 치환식의 경사 각도 조절 기구(7)에 제2 베어링(5B) 및 제3 베어링(5C)이 부착되어 있다.
경사 각도 조절 기구(7)는, 레버 부착 볼트(7A)와 블록(7B)으로 구성할 수 있다. 블록(7B)은, 레버 부착 볼트(7A)로 스탠드(4)에 고정할 수 있다. 블록(7B)에는, 제2 베어링(5B) 및 제3 베어링(5C)을 셋팅하기 위한 경사면이 형성되어 있다. 블록(7B)에 형성되는 경사면의 경사 각도는, 제2 롤러(2B) 및 제3 롤러(2C)의 경사 각도로 되어 있다. 이 때문에, 경사 각도가 상이한 경사면을 형성한 복수의 블록(7B)을 준비함으로써, 제2 롤러(2B) 및 제3 롤러(2C)의 경사 각도를 바꿀 수 있다.
도 6은 제2 롤러(2B) 및 제3 롤러(2C)의 경사 각도를 바꾼 제1 예를 나타내는 도면이고, 도 7은 제2 롤러(2B) 및 제3 롤러(2C)의 경사 각도를 바꾼 제2 예를 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 경사 각도가 상이한 경사면을 형성한 블록(7B)을 스탠드(4)에 고정하고, 블록(7B)에 제2 베어링(5B) 및 제3 베어링(5C)을 셋팅할 수 있다. 이에 따라, 제2 축(AX2) 및 제3 축(AX3)을 블록(7B)의 경사면에 대하여 수직인 방향으로 셋팅할 수 있다. 즉, 제2 롤러(2B) 및 제3 롤러(2C)의 경사 각도를 소정의 각도로 셋팅할 수 있다.
또한, 도시되는 예에 한정되지 않고, 제2 롤러(2B) 및 제3 롤러(2C)의 경사 각도를 미세 조정할 수 있도록 연속적으로 가변시키는 것이 가능한 경사 각도 조절 기구를 복합재 부형 장치(1)에 설치해도 좋다. 또는, 제2 롤러(2B) 및 제3 롤러(2C)의 경사 각도를 바람직한 경사 각도로 단속적으로 가변시키는 것이 가능한 경사 각도 조절 기구를 복합재 부형 장치(1)에 설치해도 좋다.
즉, 이상과 같은 복합재 부형 장치(1) 및 복합재 부형 방법은, 소정의 각도로 3개의 롤러(2A, 2B, 2C)를 배치하고, 3개의 롤러(2A, 2B, 2C)로 상이한 3방향으로부터 소재를 압축함으로써 누들 필러 등의 프리프레그의 부형을 행하도록 한 것이다.
(효과)
이 때문에, 복합재 부형 장치(1) 및 복합재 부형 방법에 따르면, 종래보다 간편한 구성 또한 단시간에 고품질의 프리프레그의 부형을 행할 수 있다. 예컨대, 필러의 형상에 맞춘 특수한 형상을 갖는 2개의 롤러를 이용하여 수직 방향으로만 변위를 부여함으로써 필러의 부형을 행하는 종래의 방법에서는 충분한 품질을 얻을 수 없어, 진공압으로 부형할 필요가 생기는 경우가 있었다. 이에 비해, 복합재 부형 장치(1) 및 복합재 부형 방법에 의하면, 3개의 롤러(2A, 2B, 2C)를 이용하여 3방향으로부터 보다 균일하게 압력을 부여할 수 있기 때문에 충분한 품질로 필러를 부형할 수 있다. 이 때문에, 진공압에 의한 부형이 불필요해진다. 또한, 압출 성형기 등의 대규모 장치도 불필요하다.
또한, 압력이 보다 균일해지는 각도로, 3개의 롤러(2A, 2B, 2C)를 소재에 압박함으로써, 보다 작은 동력으로 필러의 부형을 행할 수 있다. 이것은, 롤러(2B, 2C)의 각도를 변화시킨 부형 시험에 의해서도 확인되고 있다.
이상, 특정한 실시형태에 관해 기재했지만, 기재된 실시형태는 일례에 불과하며 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 여기에 기재된 신규 방법 및 장치는, 여러가지 다른 양식으로 구현화할 수 있다. 또한, 여기에 기재된 방법 및 장치의 양식에 있어서, 발명의 요지로부터 일탈하지 않는 범위에서, 여러가지 생략, 치환 및 변경을 할 수 있다. 첨부된 청구범위 및 그 균등물은, 발명의 범위 및 요지에 포함되어 있는 것으로서, 그와 같은 여러가지 양식 및 변형예를 포함하고 있다.
1 : 복합재 부형 장치
2A, 2B, 2C : 롤러
3 : 회전 기구
4 : 스탠드
5A, 5B, 5C : 베어링
6 : 핸들
7 : 경사 각도 조절 기구
7A : 레버 부착 볼트
7B : 블록
AX1, AX2, AX3 : 축

Claims (9)

  1. 막대형으로 적층된 프리프레그의 적층체에, 서로 다른 각도로 압력을 부하하는 3개의 롤러를 구비하고,
    상기 3개의 롤러는,
    제1 축을 중심으로 회전하는 제1 롤러와,
    상기 제1 축에 대하여 경사진 제2 축을 중심으로 회전하는 제2 롤러와,
    상기 제1 축에 수직인 면에 관해 상기 제2 축에 대칭이 되는 제3 축을 중심으로 회전하는 제3 롤러로 구성되고,
    필러의 단면 형상에 대응하는 공극이 상기 제1, 제2 및 제3 롤러의 사이에 형성되도록 상기 제1, 제2 및 제3 롤러를 배치한 복합재 부형 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    2개의 선대칭의 원호와 1개의 직선으로 둘러싸인 누들 필러의 횡단면 형상에 대응하는 공극이 상기 제1, 제2 및 제3 롤러의 사이에 형성되도록 상기 제1, 제2 및 제3 롤러를 배치한 복합재 부형 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 축에 대한 상기 제2 축의 경사 각도가 45도 이상 60도 이하가 되도록 상기 제1, 제2 및 제3 롤러를 배치한 복합재 부형 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 축에 대한 상기 제2 축의 경사 각도가 10도 이상 40도 이하가 되도록 상기 제1, 제2 및 제3 롤러를 배치한 복합재 부형 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 축에 대한 상기 제2 축의 경사 각도를 바꾸기 위한 경사 각도 조절 기구를 더 구비하는 복합재 부형 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 3개의 롤러는, 각각 무급유 부시를 베어링으로 하여 회전하도록 구성되는 복합재 부형 장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 3개의 롤러의 적어도 하나의 표면층은, 나일론 6,6 또는 폴리테트라플루오로에틸렌을 소재로 하여 구성되는 복합재 부형 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 복합재 부형 장치를 이용하여 상기 적층체의 부형을 행하는 복합재 부형 방법.
  9. 막대형으로 적층된 프리프레그의 적층체에, 3개의 롤러를 이용하여 서로 다른 각도로 압력을 부하하고,
    제1 축을 중심으로 회전하는 제1 롤러와,
    상기 제1 축에 대하여 경사진 제2 축을 중심으로 회전하는 제2 롤러와,
    상기 제1 축에 수직인 면에 관해 상기 제2 축에 대칭이 되는 제3 축을 중심으로 회전하는 제3 롤러로 구성되는 상기 3개의 롤러를 필러의 횡단면 형상에 대응하는 공극이 상기 제1, 제2 및 제3 롤러의 사이에 형성되도록 배치한 복합재 부형 방법.
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