KR20130105873A

KR20130105873A - 성형형

Info

Publication number: KR20130105873A
Application number: KR20137014841A
Authority: KR
Inventors: 토시카즈 사나
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2013-09-26
Also published as: JP5698526B2; KR101498406B1; EP2660028A1; EP2660028B1; US20180133933A1; US9969106B2; JP2012135967A; US20130344315A1; WO2012090469A1; EP2660028A4; US10118316B2

Abstract

본 발명에 따른 성형형(100)은 프리프레그를 적층한 원통 형상의 적층체(30)를 경화시킬 때에 사용하는 성형형이며, 적층체(30)의 내측에 위치하는 심형(10)과, 적층체(30)의 외측에 위치하고, 복수의 부분 표면형(21~27)으로 이루어지는 표면형(20)을 구비하고 있다. 각 부분 표면형(21~27)은 적층체(30)의 원주 방향으로 나란히 외주면 전체를 덮음과 동시에 원주 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양과 축 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양이 다른 섬유 강화 수지로 형성되어 있고, 각 부분 표면형(21~27)은, 축 방향에 비하여 원주 방향에 있어서의 열팽창율이 심형(10)의 열팽창율에 가까워지도록 구성되어 있다.

Description

성형형{MOLDING DIE}

본 발명은, 복합 재료 성형품을 제조할 때에 사용하는 성형형(molding die)에 관한 것이다.

항공기 동체의 외측은, 스킨 패널이라고 불리는 얇은 부재로 형성되어 있다(예를 들면, 특허문헌1 참조). 최근에, 섬유 강화 수지 복합 재료(이하, 간단히 「복합 재료」라고 칭한다)를 사용하여 이 스킨 패널을 종래에 비하여 훨씬 넓은 범위에서 일체로 성형하는 기술이 개발되어 있다. 예를 들면, 대형 항공기 동체의 중앙 부근에서는 스킨 패널은 원통 형상을 하고 있지만, 이 원통 형상의 스킨 패널을 이음매 없이 일체로 형성하는 것이다.

위에서 언급한 원통 형상의 스킨 패널을 제조하려면, 원통 형상의 심형(일반적으로 「맨드릴(mandrel)」이라고 불리고 있다)의 외부 표면에 프리프레그(prepreg)를 적층하고, 적층된 프리프레그(이하, 「적층체」라고 칭한다) 전체를 원통 형상으로 만든다. 또한, 「프리프레그」란, 탄소 섬유 등의 직물 혹은 일방향재에 반경화의 열경화성 수지(에폭시 수지 등)를 함침시킨 시트 모양의 재료이다. 그 후에, 이 적층체에 압력과 열을 가하여 경화한다. 이러한 경화시, 적층체의 표면에 매끄러운 표면을 가진 판 모양의 표면형(일반적으로 「칼 플레이트」라고 불리고 있다)을 밀착시켜 표면형의 매끄러운 면을 전사함으로써 스핀 패널의 표면을 매끄럽게 성형한다. 이와 같이 표면을 매끄럽게 성형하는 것은, 스킨 패널의 외부 표면은 기류에 접하는 면이며, 높은 평활도가 요구되고 있기 때문이다.

다만, 대형 항공기의 스킨 패널은 직경이 5~10m로 매우 크기 때문에 한 개의 표면형으로 성형을 하는 것은 실질적으로 불가능하고, 현실적으로는 단면이 원호 형상(부분 원 형상)인 내부 표면을 가진 부분 표면형을 복수 조합하여 성형형을 구성하고 있다. 그런데, 성형형을 복수의 부분 표면형으로 구성하는 경우에는, 적층체를 경화시킬 때의 열로 인하여 열경화성 수지가 한때 점도 저하를 일으키기 때문에, 부분 표면형의 단연(端緣)이 압력에 의해 눌려서 적층체에 깊이 가라앉는 문제가 발생한다.

이 문제의 대책으로는, 미리 경화된 복합 재료의 연결 부재(일반적으로, 「프리큐어 스트립)」이라고 불리고 있다)를 사용하는 방법이 제안되어 있다. 요컨대, 도 3a에 나타내는 바와 같이, 부분 표면형(201)끼리의 이음매에 대응하여 부분 표면형(201)과 적층체(202)의 사이에 연결 부재(203)를 삽입하고, 압력과 열을 가하여 경화시킨다. 그러면, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 연결 부재(203)가 적층체(202)에 가라앉아서 부분 표면형(201)의 이음매에 대응하는 부분이 매끈하게 형성된다. 이때, 연결 부재(203)는 미리 경화된 것이고 딱딱하기 때문에 부분 표면형(201)이 연결 부재(203)에 가라앉는 경우도 없다.

특표 제2009-526697호 공보

표면형의 재료로는 국부 변형하기 어렵고 변형하였다고 하여도 원래의 형상으로 되돌아오기 쉬운 등의 이유로 복합 재료를 사용하는 것이 바람직한 반면에, 심형의 재료로는 메인티넌스(maintenance)가 편하고 열열화하기 어렵고 내구성이 있는 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 심형과 부분 표면형에서 다른 재료를 선정하였을 경우에는, 새로운 문제가 생긴다. 예를 들면, 도 3c를 참조하여 설명하면, 심형(204)이 열팽창이 적은 인바 합금으로 형성되고, 부분 표면형(201)이 복합 재료로 형성되어 있는 경우, 고온의 열을 가하면 양자의 열팽창율이 다르기 때문에 부분 표면형(201)은 심형(204)에 비하여 크게 팽창한다. 이 부분 표면 형(201)과 심형(204)의 열팽창량의 차이로 인하여 부분 표면형(201)이 적층체(202)의 표면을 연결 부재(203)를 향하여 원주 방향으로 잡아당김으로써 연결 부재(203)의 양측에서 주름(205)이 생겨버리는 것이다. 이 주름(205)의 깊이가 크면 스킨 패널의 강도가 떨어져 파손의 원인이 될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 프리프레그를 적층한 적층체를 경화시킬 때에 주름에 생기기 어려운 성형형을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명에 따른 성형형은, 프리프레그를 적층한 원통 형상의 적층체를 경화시킬 때에 사용하는 성형형이며, 상기 적층체의 내측에 위치하는 심형과, 상기 적층체의 외측에 위치하고, 복수의 부분 표면형으로 이루어지는 표면형을 구비하고, 상기 각 부분 표면형은, 상기 적층체의 원주 방향으로 나란히 외주면 전체를 덮음과 동시에 외주 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양과 축 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양이 다른 섬유 강화 수지로 형성되어 있고, 상기 각 부분 표면형은 축 방향에 비하여 원주 방향에 있어서의 열팽창율이 상기 심형의 열팽창율에 가까워지도록 구성되어 있다. 이러한 구성에 따르면, 각 부분 표면형의 원주 방향에 있어서의 열팽창율이 심형의 원주 방향에 있어서의 열팽창율에 가까워지기 때문에, 양자의 열팽창율의 차이로 인하여 생기는 주름의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 상기 성형형에 있어서, 상기 심형은 인바 합금으로 형성되어 있고, 상기 각 부분 표면형은 원주 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양이 축 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양보다 많도록 구성하여도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 인바 합금으로 형성됨으로써 심형의 열팽창율이 작아지지만, 부분 표면형은 원주 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양과 축 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양의 비율을 제어함에 따라 원주 방향에 있어서의 부분 표면형의 열팽창율을 심형의 열팽창율에 접근시킬 수 있다.

또한, 상기 성형형에 있어서, 상기 축 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양이 1인 반면에 상기 원주 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양이 2~5인 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면, 부분 표면형은 운용에 필요한 강도를 가지고 있으면서도 원주 방향에 있어서의 열팽창율을 줄일 수 있다. 또한, 열팽창율을 제어할 수 있다.

또한, 상기 성형형에 있어서, 상기 각 부분 표면형은 내재된 섬유의 섬유 방향이 원주 방향만의 일방향재와, 내재된 섬유의 섬유 방향이 원주 방향 및 축 방향의 직물재를 소정의 비율로 적층하여 형성하여도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 원주 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양이 축 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양보다 많은 부분 표면형을 용이하게 제조할 수 있다.

또한, 상기 성형형에 있어서, 상기 적층체는 실제의 두께 치수에서 강도상 필요하게 되는 두께 치수를 뺀 강도 마진이 원주 방향에 따라 다르고, 상기 각 부분 표면형은, 서로의 이음매가 상기 적층체 중 주변보다 상기 강도 마진이 큰 원주 방향 위치에 위치하도록 배치되어 있어도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 각 부분 표면형은 서로의 이음매가 적층체의 강도 마진이 큰 부분에 위치하고 있기 때문에, 상기 경계 부분에 대응하는 위치에서 약간의 주름이 발생하였다고 하여도 적층체의 강도 저하의 영향을 줄일 수 있다.

또한, 상기 성형형에 있어서, 상기 적층체는 실제의 두께 치수에서 강도상 필요하게 되는 두께 치수를 뺀 강도 마진이 원주 방향에 따라 다르고, 상기 각 부분 표면형은 서로의 이음매 중 하나가 상기 적층체 중 가장 강도 마진이 큰 원주 방향 위치에 위치하도록 배치되어 있어도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 적층체에 주름이 발생하였다고 하여도 그 위치의 강도 마진이 매우 크면, 적층체의 강도 저하로 인한 영향을 줄일 수 있다.

또한, 상기 성형형에 있어서, 상기 적층체는 항공기의 동체부에 형성되는 것이며, 상기 표면형은 5~8개의 부분 표면형으로 구성되어 있고, 상기 부분 표면형은 상기 동체부의 정상부에 위치하는 부분을 중심으로 좌우 대상으로 배치되어 있어도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 부분 표면형이 적절한 크기로 형성되어서 취급하기 쉽다.

또한, 본 발명에 따른 열팽창율 조정 방법은 섬유 강화 수지를 재료로 하는 부재의 열팽창율 조정 방법이며, 소정의 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양을 증감시켜 해당 소정의 방향에 있어서의 열팽창율을 조정한다. 또한, 본 발명에 따른 부재는 상기 열팽창율 조정 방법에 의해 조정된 섬유 강화 수지를 재료로 하는 부재이다.

상기와 같이, 본 발명에 따른 성형형에 따르면, 원주 방향에 있어서의 각 부분 표면형의 열팽창율이 심형의 열팽창율에 가깝기 때문에, 프리프레그를 적층한 적층체를 경화시킬 때에 주름이 생기기 어렵다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 성형형의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 성형형의 단면도이다.
도 3a는 종래의 성형형에 있어서의 부분 성형형의 경계 부분의 확대 단면도이다.
도 3b는 종래의 성형형에 있어서의 부분 성형형의 경계 부분의 확대 단면도이다.
도 3c는 종래의 성형형에 있어서의 부분 성형형의 경계 부분의 확대 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 성형형의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에서는, 모든 도면에 걸쳐 동일하거나 상응하는 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복하는 설명은 생략한다.

<성형형의 개요>

먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면서 본 실시예에 따른 성형형(100)의 개요에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시예에 따른 성형형(100)은 대형 항공기의 동체부의 스킨 패널을 형성하는 것이다. 또한, 이 스킨 패널은 직경이 약 6m이고 축 방향 길이가 약 7m인 원통 형상을 갖는 것으로 한다. 도 1은 본 실시예에 따른 성형형(100)의 사용 상태를 나타낸 사시도이다. 또한, 도 2는 본 실시예에 따른 표면형(20)을 적층체(30)에 부착한 상태의 단면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 따른 성형형(100)은 심형(10)과 표면형(20)을 구비하고 있다. 이하, 이러한 각 구성 요소에 대해서 차례로 설명한다.

심형(10)은 프리프레그를 적층한 적층체(경화 후에는 성형품인 스킨 패널)(30)의 내측에 위치하는 형(型)이다. 위에서 언급한 바와 같이, 이 심형(10)은, 일반적으로, 「맨드릴」이라고 불리고 있다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 따른 심형(10)은 원통 형상을 하고 있고, 회전 가능하게 구성되어 있다. 이 심형(10)은 열 내구성이 우수하고, 저 열팽창 특성을 가진 인바 합금으로 형성되어 있다. 여기서, 「인바 합금」이란, 철 니켈을 34~36% 합금한 것이며, 열팽창율이 매우 낮은 금속이다. 인바 합금의 열팽창율(CTE)은 2.0~2.5×10^-6/℃ 정도이다. 또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 심형(10)의 표면에는 축 방향으로 연장되는 홈(11)이 형성되어 있고, 이 홈에는 프리프레그제의 스트링거(31)가 삽입된다. 스트링거(31)는 항공기의 동체부에 있어서 축 방향의 휘 하중을 받는 막대 모양의 보강 부재이며, 스킨 패널과 일체가 되어 이른바 원피스배럴(OPB)을 구성한다.

표면형(20)은 프리프레그를 적층한 적층체(경화 후에는 성형품인 스킨 패널)(30)의 외측에 위치하는 형(型)이다. 위에서 언급한 바와 같이, 이 표면형(20)은 일반적으로, 「칼 플레이트」라고 불리고 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 따른 표면형(20)은 7개의 부분 표면형(21~27)로 구성되어 있고, 각 부분 표면형(21~27)이 적층체(30)의 원주 방향으로 나란히 적층체(30)의 표면 전체를 덮고 있다. 다른 말로 하면, 표면형(20)은 7개의 부분 표면형(21~27)로 분할되어 있다. 또한, 부분 표면형으로서는 일정한 형상(내주면의 단면이 원호 형상)을 갖는 강성이 높은 것을 사용하는 것이 일반적이지만, 본 실시예에서는 평판 형상에서 만곡 형상으로 탄성 변형할 수 있는 것을 사용한다. 부분 표면형(21~27)의 자세한 내용에 대해서는 후술한다.

여기서, 성형품인 스킨 패널의 성형 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 심형(10)의 표면의 홈(11)에 스트링거(31)를 매립하고, 그 상태에서 심형(10)을 회전시키면서 심형(10)의 표면에 프리프레그를 적층하여 적층체(30) 전체를 원통 형상으로 형성한다. 또한, 프리프레그를 적층하는 장수는 적층하는 위치에 따라 다르다. 예를 들어, 프리프레그가 적층되는 장수가 12장 정도인 부분도 있으면, 강도 저하가 현저한 개구부(예를 들면 도어의 설치 부분에 상응하는 부분)에서는 보강할 필요성으로부터 100장 정도의 프리프레그가 적층된다.

그 다음에, 부분 표면형(21~27)을 적층체(30)의 표면에 원주 방향으로 나란히 설치한다. 이때, 도 2에 나타내는 같이, 각 부분 표면형(21~27)끼리의 이음매에 대응하는 위치이며, 부분 표면형(21~27)과 적층체(30) 사이에 연결 부재(40)(프리큐어 스트립)(40)를 삽입한다. 그 다음에, 도 1에 있어서 이점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 띠 모양의 백 필름(41)을 각 부분 표면형(21~27)의 이음매 등에 부착함으로써 적층체(30)를 밀폐한 후에 진공 흡입한다. 그 후에, 심형(10) 및 표면형(20) 전체를 백 필름(미도시)로 더 덮고, 진공 흡입한다.

이어서, 백 필름에 의해 일체로 고정된 심형(10), 적층체(30), 및 표면형(20)(부분 표면형(21~27))을 오토클레이브(autoclave)(고온 고압 솥)에 넣고, 고온의 열과 높은 압력을 동시에 가하여 적층체를 경화시킨다. 이때 적층체(30)는 표면형(20)에 의해 눌린 상태로 변형하기 때문에 적층체(30)의 표면에 존재하고 있던 요철과 기복이 없어져 적층체(30)의 표면이 매끄럽게 성형된다. 또한, 상기 경화 공정을 거쳐 스트링거는 적층체(30)(성형품)에 접착된다. 이상이 본 발명의 실시예에 따른 성형형(100)의 개요이다.

<부분 표면형의 상세>

다음으로, 본 실시예에 따른 부분 표면형(21~27)에 대하여 더 상세하게 설명한다. 표면형(20)을 구성하는 7개의 부분 표면형(21~27)은 두께가 1.5㎜ 정도이며, 가요성을 갖고 있다. 또한, 부분 표면형(21~27)은 원주 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양이 축 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양보다 많은 탄소 섬유 강화 수지(이하, 「CFRP」이라고 칭한다)로 형성되어 있다. CFRP의 탄소 섬유는 섬유 방향으로의 변형을 억제하는 역할을 담당하고 있다. 이것은 외력을 받음으로 인한 변형의 경우뿐 아니라 열을 인가받음으로 인한 변형의 경우에도 적합하다. 요컨대, 탄소 섬유는 그 섬유 방향에 있어서의 열팽창율을 억제할 수 있고, 본 실시예에 따른 부분 표면형(21~27)은 원주 방향에 있어서의 열팽창율이 축 방향에 있어서의 열팽창율보다 작아지도록 형성되어 있다.

여기서, 본 실시예에 따른 부분 표면형(21~27)의 제조 방법을 설명한다. 먼저, 섬유 크로스(cloth)재 강화 수지 프리프레그(이하, 「직물재」라고 할 때는 이 프리프레그를 의미한다) 및 원주 방향만을 섬유 방향으로 하는 섬유 일방향재 강화 수지 프리프레그(이하, 「일방향재」라고 할 때는 이 프리프레그를 의미한다)를 조합하여 총 10장 정도 적층한다. 또한, 본 실시예에서는 각 프리프레그의 섬유는 탄소 섬유로 하고, 수지는 에폭시 수지 혹은 비스말레이미드(bismaleimide) 수지로 한다. 이어서, 적층된 프리프레그를 진공 백으로 둘러싸서 진공 흡입하고, 그 상태에서 열과 압력을 가하여 경화한다. 그 다음에, 경화 후의 프리프레그(성형품)를 진공 백에서 꺼내고 소정의 치수로 재단한다. 이상에 따라, 부분 표면형(21~27)이 완성된다. 또한, 여기에서 나타낸 프리프레그의 적층 장수 등은, 어디까지나 일예이며, 이에 한정되지 않는다.

본 실시예에서는 직물재에 있어서의 축 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양을 1로 하면, 직물재에 있어서의 원주 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양은 1이며, 일방향재에 있어서의 원주 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양은 2이며, 일방향재에 있어서의 축 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양은 제로(0)이다. 그렇다면, 상기 제조 방법으로 제조된 부분 표면형(21~27)은, 전체적으로 축 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양이 1인 것에 대하여 원주 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양이 3이라는 것이 된다. 이때, 원주 방향의 열팽창율은 2.5×10^-6/℃이며, 종래의 직물재만으로 형성된 부분 표면형(종래예)의 원주 방향의 열팽창율이 5.0×10^-6/℃인 것으로부터 하면, 심형(10)의 원주 방향의 열팽창 계수인 2.0~2.5×10^-6/℃에 가까운 값이다.

또한, 축 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양이 1인 반면에 원주 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양이 7인 부분 표면형(참고예)은, 원주 방향의 열팽창율이 1.5×10^-6/℃로 낮아지지만, 축 방향의 강도가 비교적 낮기 때문에 갈라지기 쉽고, 운용 면에서는 다소의 문제가 있다. 이와 같이, 축 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양에 대한 원주 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양을 많이 하면 그만큼 원주 방향의 열팽창율이 작아지지만, 원주 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유 양의 비율을 너무 많이 사용하면, 축 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양이 적어져 운용상 바람직하지 않다. 그 때문에, 부분 표면형(21~27)에 사용하는 CFRP로는 축 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양이 1인 반면에 원주 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양이 2~5인 것이 바람직하다. 이상의 내용을 정리한 것이 아래 표이다.

상기 표 의 「적층체」란에 있어서, 단순히 「0」이라고 기재되어 있는 것은 원주 방향을 섬유 방향으로 하는 일방향재를 나타내고 있고, 「(0.90)」이라고 기재되어 있는 것은 직물재를 나타내고 있다. 또한, 「s」라고 기재되어 있는 것은 나머지 반은 지금까지의 순서 및 대상이 되는 차례로 적층한다는 의미이다. 예를 들면, 참고예의 경우에서는, 처음에 직물재를 1장 적층한 후 일방향재를 연속적으로 3장 적층한다. 그리고 나머지의 반은 일방향재를 연속적으로 3장 더 적층한 후에, 마지막으로 직물재를 1장 적층한다는 것을 나타내고 있다. 또한, 「섬유량 비율」은 원주 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양과 축 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양의 비율을 나타내고 있다.

위에서 언급한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 부분 표면형(21~27)의 원주 방향에 있어서의 열팽창율을 심형(10)의 원주 방향에 있어서의 열팽창율에 접근시킬 수 있다. 그 때문에, 적층체(30)를 경화시킬 때에 있어서, 심형(10)과 부분 표면형(21~27)의 원주 방향에 있어서의 열팽창량의 차이(위치 편차)를 줄일 수 있다. 이에 따라, 연결 부재(40)의 주변에 주름이 발생하는 것을 억제하거나, 주름이 발생하였다고 하여도 그 크기를 줄일 수 있다. 또한, 섬유 강화 수지에 관해서는, 소정 방향의 「강도」를 높이기 위하여 그 방향의 섬유량을 늘린다고 하는 방법은 종래부터 알려져 있지만, 본 실시예에서는 이와 달리 원주 방향의 「열팽창율」을 작게 하기 위하여 원주 방향의 섬유량을 늘린다고 하는 방법을 채용하고 있다. 이와 같은 방법이 가능한 것은, 본 실시예의 부분 표면형(21~27)에서는 원주 방향에 비하여 축 방향에 있어서의 열팽창의 허용 범위가 크기 때문이다. 즉, 위에서 언급한 주름 문제는 각 부분 표면형(21~27)끼리의 이음매의 근방에서 발생하지만 축 방향으로는 이 이음매가 존재하기 않기 때문에 주름 문제는 생길 수 없고, 축 방향에 있어서의 열팽창은 어느 정도 허용되는 것이다. 또한, 심형(10)에 적층체(30)를 적층할 때에, 완전히 밀착시키지 못하고 약간 뚱뚱해짐 상태로 적층되는 것도 주름 발생의 요인이 되기 쉽지만, 상기 부분 표면형을 사용하면, 뚱뚱해짐 양을 끌고 가는 것이 없기 때문에 분산하는 것도 가능해진다.

<부분 표면형의 배치>

다음으로, 본 실시예에 따른 부분 표면형(21~27)의 배치에 대하여 설명한다. 여기서, 먼저, 적층체(30)를 경화하여 얻어지는 본 실시예에 따른 성형품(스킨 패널)에 대하여 설명한다. 본 실시예에 따른 성형품은 두께 치수가 원주 전체에 있어서 균일하지 않고 원주 방향 위치에 따라서 다르다. 각 원주 방향 위치에 있어서의 두께 치수는 그 위치에 있어서 필요하게 되는 강도를 고려하여 결정된다. 예를 들면, 요구되는 강도가 비교적 낮은 부분에서는 두께 치수가 2㎜ 정도인 반면에, 높은 강도가 요구되는 도아의 설치 부분 등은 두께 치수가 20㎜ 정도이다. 성형품은 항공기의 일부이기 때문에 중량을 줄이기 위하여 필요 이상으로 두께 치수가 커지지 않도록 형성된다. 다만, 그와 같은 성형품이어도 강도상 필요하게 되는 두께 치수와 실제의 두께 치수의 차이가 다른 부분에 비하여 큰 부분은 존재한다. 예를 들면, 어느 위치에 있어서 강도상 20㎜의 두께 치수가 필요하고, 이것에 인접한 위치에서는 강도상 10㎜의 두께 치수가 필요한 것으로 한다. 이 경우, 양위치의 경계는 계단 모양으로 형성되는 것이 아니라 슬로프 모양으로 매끄럽게 형성된다. 그러면, 이 슬로프 모양으로 형성된 부분은 강도상 필요하게 되는 두께 치수에 비하여 실제의 두께 치수가 비교적 큰 부분이라고 할 수 있다.

본 실시예에서는, 실제의 두께 치수에서 강도상 필요하게 되는 두께 치수를 뺀 값을 「강도 마진」이라고 정의하고, 각 부분 표면형(21~27)을 서로의 이음매가 적층체(30) 중 강도 마진이 큰 부분에 위치하도록 배치하고 있다. 또한, 최적의 부분 표면형(21~27)의 배치는 성형품에 따라 다르고, 본 실시예에서 나타내는 부분 표면형(21~27)의 치수나 배치는 어디까지나 일예에 불과하다.

이하에서는, 기준 원주 방향 위치, 구성 개수, 및 원주 방향 치수의 관점에서 도 2를 참조하여 본 실시예에 따른 부분 표면형(21~27)의 배치에 대하여 설명한다. 설명의 편의상, 도 2에 나타내는 각 부분 표면형(21~27)을 정상부에서 시계 방향으로 차례로 제1 부분 표면형(21), 제2 부분 표면형(22), 제3 부분 표면형(23), 제4 부분 표면형(24), 제5 부분 표면형(25), 제6 부분 표면형(26), 및 제7 부분 표면형(27)이라고 부르기로 한다. 구체적으로는, 제1 부분 표면형(21)을 기준 원주 방향 위치인 적층체(30)의 정상부에 배치하고 있다. 더욱이, 도 2에 있어서의 적층체(30)의 정상부는 기체 동체의 정상부에 해당하는 것으로 한다. 이하, 「적층체의 정상부」라고 할 때는, 성형품인 스킨 패널의 정상부(기체 동체의 정상부)에 해당하는 부분을 의미하는 것으로 한다.

기준 원주 방향 위치란 각 부분 표면형(21~27)을 배치할 때에 기준이 되는 원주 방향 위치인 것이다. 본 실시예에서는, 적층체(30)의 정상부를 기준 원주 방향 위치로 하고 있다. 더욱이, 적층체(30)의 정상부를 기준으로 하고, 제2 부분 표면형(22)과 제7 부분 표면형(27), 제3 부분 표면형(23)과 제6 부분 표면형(26), 및 제4 부분 표면형(24)과 제5 부분 표면형(25)을 상대적으로 배치하고 있다. 이와 같이 적층체(30)의 정상부를 기준 원주 방향 위치로 한 것은, 성형품인 스킨 패널은 거의 좌우 대상의 형상을 하고 있고, 강도 마진도 좌우 대칭의 분포가 되어 있기 때문이다. 또한, 본 실시예에서는 기준 원주 방향 위치를 덮도록 하여 제1 부분 표면형(21)을 배치하고 있지만, 예를 들면, 제1 부분 표면형(21)과 제2 부분 표면형(22)의 이음매가 기준 원주 방향 위치에 위치하도록 배치하여도 좋다. 더욱이, 적층체(30)의 정상부를 기준 원주 방향 위치로 하지 않고, 적층체(30)의 강도 마진이 가장 높은 부분을 기준 원주 방향 위치로 하고, 예를 들면, 제1 부분 표면형(21)과 제2 부분 표면형(22)의 이음매가 상기 기준 원주 방향 위치에 위치하도록 배치하여도 좋다.

구성 개수란 표면형(20)을 구성하는 부분 표면형(21~27)의 개수이다. 본 실시예에서는 구성 개수는 7개이다. 구성 개수에 관계없이 표면형(20) 전체적으로 원주 방향에 있어서의 열팽창량은 일정하기 때문에 부분 표면형(21~27)의 개수가 증가하여 이음매가 증가하면, 이음매 1개당 열팽창량은 작아진다. 그 때문에, 구성 개수가 많으면 적층체(30)에 주름이 생기기 어려워진다. 다만, 구성 개수가 너무 많아지면 부분 표면형(21~27)을 적층체(30)에 설치하는 작업의 부담이 증가하고, 또 부분 표면형(21~27)의 원주 방향 치수가 너무 작아지는 결과, 실질적으로 적층체(30)에 설치할 수 없어지는 경우도 생긴다. 이상의 점을 고려하면 적층체(30)의 직경이 6m 정도인 경우, 5~8개의 부분 표면형으로 표면형(20)을 구성하는 것이 바람직하다.

원주 방향 치수란 각 부분 표면형(21~27)의 원주 방향 치수이다. 본 실시예에서는 원주 방향 치수는 일률적이지 않다. 구체적으로는, 제2 부분 표면 형(22)과 제7 부분 표면형(27), 제3 부분 표면형(23)과 제6 부분 표면형(26), 및 제4 부분 표면형(24)과 제5 부분 표면형(25)은 동일한 원주 방향 치수이지만, 이것들 이외는 서로 다른 원주 방향 크기를 가지고 있다. 본 실시예에서는 각 부분 표면형(21~27)의 원주 방향 치수가 일률적인 것에 구애받지 않고 각 부분 표면형(21~27)끼리의 이음매가 강도 마진이 높은 부분에 의해 정밀하게 위치할 수 있도록 각 부분 표면형(21~27)을 배치하고 있다. 다만, 각 부분 표면형(21~27)의 설치 작업의 부담을 고려하면 각 부분 표면형(21~27)의 원주 방향 치수가 동일한 정도인(소정 범위 내에 있는) 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 각 부분 표면형(21~27)의 원주 방향 치수는 2.5~3.0m이다.

이상이 본 실시예에 따른 성형형(100)이다. 본 실시예에 따른 성형형(100)에 따르면, 각 부분 표면형(21~27)의 원주 방향에 있어서의 열팽창율이 심형(10)의 원주 방향에 있어서의 열팽창율에 가깝기 때문에 성형품에 주름이 발생하기 어렵다. 또한, 주름이 발생하였다고 하여도 주름이 발생하는 부분은 강도 마진이 크기 때문에 적층체의 강도 저하의 영향을 줄일 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명하였지만, 구체적인 구성은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니라 이 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 설계 변경 등이 있어도 본 발명에 포함된다. 예를 들면, 이상에서는 부분 표면형(21~27)이 가요성을 갖고 있는 경우에 대하여 설명하였지만, 부분 표면형(21~27)이 일정한 형상을 하고 있는 것이어도 본 발명에 포함된다.

본 발명에 따르면, 프리프레그를 적층한 적층체를 경화시킬 때에 주름이 생기기 어려운 성형형을 제공할 수 있기 때문에 성형형의 기술 분야에서 유익하다.

10 심형
20 표면형
21~27 부분 표면형
30 적층체
40 연결 부재
100 성형형

Claims

프리프레그를 적층한 원통 형상의 적층체를 경화시킬 때에 사용하는 성형형이며,
상기 적층체의 내측에 위치하는 심형과,
상기 적층체의 외측에 위치하고, 복수의 부분 표면형으로 이루어지는 표면형을 구비하고,
상기 각 부분 표면형은, 상기 적층체의 원주 방향으로 나란히 외주면 전체를 덮음과 동시에 외주 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양과 축 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양이 다른 섬유 강화 수지로 형성되어 있고,
상기 각 부분 표면형은, 축 방향에 비하여 원주 방향에 있어서의 열팽창율이 상기 심형의 열팽창율에 가까워지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 성형형.
제 1 항에 있어서,
상기 심형은 인바 합금으로 형성되어 있고, 상기 각 부분 표면형은 원주 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양이 축 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양보다 많은 것을 특징으로 하는 성형형.
제 2 항에 있어서,
상기 축 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양이 1인 반면에 상기 원주 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양이 2~5인 것을 특징으로 하는 성형형.
제 3 항에 있어서,
상기 각 부분 표면형은 내재된 섬유의 섬유 방향이 원주 방향만의 일방향재와, 내재된 섬유의 섬유 방향이 원주 방향 및 축 방향의 직물재를 소정의 비율로 적층하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 성형형.
제 1 항에 있어서,
상기 적층체는 실제의 두께 치수에서 강도상 필요하게 되는 두께 치수를 뺀 강도 마진이 원주 방향에 따라 다르고,
상기 각 부분 표면형은 서로의 이음매가 상기 적층체 중 주변보다 상기 강도 마진이 큰 원주 방향 위치에 위치하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 성형형.
제 1 항에 있어서,
상기 적층체는 실제의 두께 치수에서 강도상 필요하게 되는 두께 치수를 뺀 강도 마진이 원주 방향에 따라 다르고,
상기 각 부분 표면형은 서로의 이음매 중 하나가 상기 적층체 중 가장 강도 마진이 큰 원주 방향 위치에 위치하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 성형형.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 적층체는 항공기의 동체부에 형성되는 것이며,
상기 표면형은 5~8개의 부분 표면형으로 구성되어 있고,
상기 부분 표면형은 상기 동체부의 정상부에 위치하는 부분을 중심으로 좌우 대상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 성형형.
섬유 강화 수지를 재료로 하는 부재의 열팽창율 조정 방법으로서,
정해진 방향을 섬유 방향으로 하는 섬유의 양을 증감시켜 해당 정해진 방향에 있어서의 열팽창율을 조정하는 것을 특징으로 하는 열팽창율 조정 방법.
제 8 항의 열팽창율 조정 방법에 의해 조정된 섬유 강화 수지를 재료로 하는 부재.