KR20200023168A - 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, 주름을 발생시키지 않고 필러 등을 가열 경화하기 전에 복합재의 부형(賦形)을 행할 수 있도록 하는 것을 과제로 한다
실시형태에 관한 복합재 부형 장치는, 프리프레그에 압력을 부하하는 적어도 하나의 제1 롤러와, 상기 프리프레그에 압력을 부하하는 적어도 하나의 제2 롤러와, 상기 제1 롤러 및 상기 제2 롤러 중의 적어도 한쪽을 회전시키는 적어도 하나의 모터를 구비하고, 적어도 하나의 상기 제1 롤러 및 적어도 하나의 상기 제2 롤러 사이에서, 회전 속도, 롤러 직경 및 회전 동력의 유무 중의 적어도 하나를 바꿔 상기 제1 롤러 및 상기 제2 롤러를 회전시키도록 한 것이다.

Description

복합재 부형 장치 및 복합재 부형 방법{COMPOSITE MATERIAL FORMING DEVICE AND COMPOSITE MATERIAL FORMING METHOD}
본 발명의 실시형태는, 복합재 부형 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 프리프레그를 적층하여 가열 경화함으로써 성형된다. 항공기 부품인, 종통재(스트링거), 날개보(스파) 및 늑재(리브) 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 C자형으로 선대칭의 형상이 되도록 적층한 프리프레그의 적층체가, 경화 전에 조합된다.
직각으로 절곡된 프리프레그의 적층체의 모서리는, R 면취된 형상이 된다. 따라서, 평면형의 프리프레그의 적층체 위에, 직각으로 절곡된 프리프레그의 적층체를 대칭으로 배치하여 맞붙이면, 프리프레그의 적층체 사이에는 횡단면이 대략 삼각형인 공극이 생긴다. 보다 구체적으로는, 대칭인 R 면취에 대응하는 2개의 대칭인 원호와 직선으로 둘러싸인 형상을 횡단면 형상으로 하는 공극이, 3개의 프리프레그의 적층체 사이에 생긴다.
따라서, 3개의 프리프레그의 적층체 사이에 생기는 공극이 필러(충전재)에 의해 충전된다. 통상은, 필러도 프리프레그의 적층체로서 준비되고, 다른 프리프레그의 적층체와 함께 가열 경화된다. 2개의 대칭인 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 전의 프리프레그의 적층체에 대한 성형은, 가열 경화에 의한 복합재의 성형과 구별하기 위해, 부형(賦形)이라고 불린다. 따라서, 이후에서는, 프리프레그의 적층체에 대한 성형을 부형으로 칭한다.
종래의 프리프레그의 적층체에 대한 부형 방법으로는, 부형용의 성형틀(부형틀)을 이용하는 방법이 일반적이다. 예컨대, 부형틀에 프리프레그의 적층체를 설치하여 진공압으로 부형하는 방법, 압출 성형기의 구금(다이)을 부형 후의 형상에 맞춘 부형틀로 하여 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. 구체적으로, 진공압으로 부형하는 방법은, 부형 시간으로서 수 시간 내지 하루 정도를 필요로 한다. 덧붙여, 누들 필러와 같은 막대형의 필러를 부형하는 경우에는, 필러 전체의 부형이 가능한 부형틀을 준비하는 것이 필요해진다. 또한, 압출 성형기를 이용하여 부형하는 경우에는, 부형의 저항이 크기 때문에 프리프레그의 적층체를 빼내기 위한 대규모의 장치가 필요해진다.
한편, 누들 필러의 부형 장치로서, 평행하게 나열한 2개의 롤러로 막대형의 소재를 압박하는 장치도 제안되어 있다(예컨대 특허문헌 1 참조). 이 장치에 의하면, 원기둥형의 롤러와, 누들 필러의 형상에 맞춘 오목부를 갖는 롤러 사이에 막대형의 소재를 끼워서 송출함으로써, 누들 필러의 부형을 행할 수 있다.
또한, 3개의 롤러로 막대형의 소재를 압박하는 장치도 제안되어 있다(예컨대 특허문헌 2 및 특허문헌 3 참조). 3개의 롤러를 이용한 필러의 부형 장치에 의하면, 3방향으로부터 보다 균일하게 압력을 부여할 수 있기 때문에 충분한 품질로 필러를 부형할 수 있다.
롤러를 이용하여 필러의 부형을 행하는 경우에는, 압출 성형기를 이용하여 필러의 부형을 행하는 경우에 비교하여, 부형 장치의 대폭적인 소형화가 가능한 반면, 필러의 표면과 롤러 사이에 어긋남이 생기는 것에 의해, 필러의 표면에 주름이 생기는 경우가 있다는 문제가 있다.
한편, 중공의 복합재를 성형하는 경우에 있어서, 복수의 롤을 배치하여 프리프레그의 시트를 가열 및 가압하면서 겹쳐 감는 것에 의해, 주름의 발생을 방지하는 복합재 중공 형상체의 성형 방법도 제안되어 있다(예컨대 특허문헌 4 참조).
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 평4-299110호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2016-175242호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허 공개 제2017-148985호 공보 특허문헌 4 : 일본 특허 공개 평7-80951호 공보
그러나, 가열 경화 전의 필러의 부형 시에 있어서, 필러에 주름이 생기지 않도록 하기 위한 수법은 고안되어 있지 않다.
따라서 본 발명은, 주름을 발생시키지 않고 필러 등의 가열 경화 전의 복합재의 부형을 행할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시형태에 관한 복합재 부형 장치는, 프리프레그에 압력을 부하하는 적어도 하나의 제1 롤러와, 상기 프리프레그에 압력을 부하하는 적어도 하나의 제2 롤러와, 상기 제1 롤러 및 상기 제2 롤러 중의 적어도 한쪽을 회전시키는 적어도 하나의 모터를 구비하고, 적어도 하나의 상기 제1 롤러 및 적어도 하나의 상기 제2 롤러 사이에서, 회전 속도, 롤러 직경 및 회전 동력의 유무 중의 적어도 하나를 바꿔 상기 제1 롤러 및 상기 제2 롤러를 회전시키도록 한 것이다.
또한, 본 발명의 실시형태에 관한 복합재 부형 방법은, 적어도 하나의 제1 롤러 및 적어도 하나의 제2 롤러 중의 적어도 한쪽을 모터로 회전시켜, 상기 제1 롤러 및 상기 제2 롤러로 프리프레그에 피드를 부여하면서 압력을 부하함으로써, 부형 후의 상기 프리프레그를 제작하는 단계와, 적어도 하나의 상기 제1 롤러 및 적어도 하나의 상기 제2 롤러 사이에서, 회전 속도, 롤러 직경 및 회전 동력의 유무 중의 적어도 하나를 바꿔 상기 제1 롤러 및 상기 제2 롤러를 회전시킴으로써, 상기 프리프레그에 발생할 수 있는 주름을 저감하는 단계를 갖는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 복합재 부형 장치의 구성도.
도 2는 필러의 구조예를 나타내는 사시도.
도 3은 필러의 소재가 되는 프리프레그의 적층체의 구조예를 나타내는 사시도.
도 4는, 복합재 부형 장치를 이용하여 3방향으로부터 프리프레그의 적층체에 압력을 부하함으로써 부형된, 필러의 횡단면의 구조를 나타내는 모식도.
도 5는 도 1에 나타내는 제2축 및 제3축의 제1축에 대한 경사 각도를 결정하는 방법을 설명하는 도면.
도 6은, 도 1에 나타내는 제2 롤러, 제2 모터 및, 제2 모터의 동력을 제2 롤러에 전달하기 위한, 동력 전달 기구를, A 방향에서 본 도면.
도 7은 도 1에 나타내는 제1, 제2 및 제3 롤러에 회전 속도차를 부여하는 것에 의한 효과를 설명하는 도면.
도 8은 도 7에 나타내는 제1 및 제2 롤러의 우측면도.
도 9는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 복합재 부형 장치의 구성도.
도 10은 본 발명의 제3 실시형태에 관한 복합재 부형 장치의 구성도.
도 11은 도 10에 나타내는 제1 롤러 유닛의 좌측면도.
도 12는 도 10에 나타내는 제2 롤러 유닛의 좌측면도.
도 13은 본 발명의 제4 실시형태에 관한 복합재 부형 장치의 구성도.
도 14는 본 발명의 제5 실시형태에 관한 복합재 부형 장치의 구성도.
도 15는 본 발명의 제6 실시형태에 관한 복합재 부형 장치의 구성도.
도 16은 본 발명의 제7 실시형태에 관한 복합재 부형 장치의 구성도.
본 발명의 실시형태에 관한 복합재 부형 장치 및 복합재 부형 방법에 관해 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
(제1 실시형태)
(구성 및 기능)
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 복합재 부형 장치의 구성도이다.
복합재 부형 장치(1)는, 복수의 롤러(2)를 이용하여 프리프레그(P)의 적층체를 부형하기 위한 장치이다. 프리프레그(P)는, 시트형 섬유 다발에 미경화의 열경화성 수지를 함침시킨 것이다. 바꾸어 말하면, 프리프레그(P)는, 시트형의 열경화성 수지를 시트형 섬유 다발로 강화한 것이다. 부형 후의 프리프레그(P)의 적층체를 오븐이나 오토클레이브 장치로 가열함으로써 복합재를 성형할 수 있다. 따라서, 부형 후의 프리프레그(P)의 적층체는 가열 경화 전의 복합재에 상당한다.
도 1은, 복합재 부형 장치(1)가, 3개의 롤러(2A, 2B, 2C)를 이용하여 필러(F)의 부형을 행하는 장치인 경우의 예를 나타내고 있다. 필러(F)는, 다른 복합재 부품의 사이에 형성되는 간극을 충전하기 위한 부품이다.
도 2는 필러(F)의 구조예를 나타내는 사시도이다.
전형적인 필러(F)는, 도 2에 예시된 바와 같이 2개의 대칭인 원호와 직선으로 둘러싸인 형상을 횡단면 형상으로 하는 막대형의 구조를 갖는다. 구체적으로는, 필러(F)는, 폭이 W이고 길이가 L인 직사각형의 평면, 횡단면이 원호인 제1 곡면, 제1 곡면에 대칭인 제2 곡면으로 둘러싸인 형상을 갖는다. 이 때문에, 필러(F)의 높이 H는, 제1 곡면과 제2 곡면의 교선과 직사각형의 평면 사이의 거리가 된다.
도 2에 나타낸 바와 같은 구조를 갖는 필러(F)는, 주로 R 면취가 형성되도록 직각으로 절곡된 2개의 프리프레그의 적층체를 대칭으로 배치하여 맞붙인 상태로 평판형 또는 약간 만곡된 판형으로 적층된 프리프레그의 적층체의 위에 설치한 경우에 생기는 공극을 매립하기 위해 이용된다.
도 3은 필러의 소재가 되는 프리프레그(P)의 적층체의 구조예를 나타내는 사시도이다.
복합재 부형 장치(1)를 이용하여 도 2에 예시된 바와 같은 구조를 갖는 가열 경화 전의 필러(F)의 부형을 행하는 경우에는, 도 3에 나타낸 바와 같이 막대형의 프리프레그(P)의 적층체를 소재로 하여 필러(F)를 제작할 수 있다. 막대형의 프리프레그(P)의 적층체는, 예컨대, 1장의 시트형의 프리프레그(P)를 소용돌이형으로 라운딩함으로써 제작할 수 있다. 이 때문에, 이상적으로는 도 3에 나타낸 바와 같이 횡단면의 형상이 대략 원형인 둥근 막대형의 프리프레그(P)의 적층체가 필러(F)의 소재가 되지만, 미경화의 수지는 용이하게 변형되기 때문에, 실제로는 횡단면의 형상이 정확한 원형은 되지 않는 경우가 많다.
도 2에 예시된 바와 같은 구조를 갖는 필러(F)를 복합재 부형 장치(1)로 부형하는 경우에는, 복합재 부형 장치(1)를 이용한 필러(F)의 부형은, 대략 둥근 막대형의 소재에, 폭이 W이고 길이가 L인 평면, 횡단면이 원호인 제1 곡면 및 제1 곡면에 대칭인 제2 곡면을 형성하는 성형 가공이 된다.
도 4는, 복합재 부형 장치(1)를 이용하여 3방향으로부터 프리프레그(P)의 적층체에 압력을 부하함으로써 부형된 필러(F)의 횡단면의 구조를 나타내는 모식도이다.
소용돌이형으로 라운딩한 막대형의 프리프레그(P)의 적층체를 끼워 넣는 위치에 3개의 롤러(2A, 2B, 2C)를 배치하고, 3개의 롤러(2A, 2B, 2C)로 막대형의 프리프레그(P)의 적층체에 압력을 부하함으로써 필러(F)의 부형을 행하면, 도 4에 나타낸 바와 같이 필러(F)의 횡단면도 소용돌이형이 된다. 이 때문에, 프리프레그(P)의 적층 방향은, 필러(F)의 길이 방향에 수직인 방향이 된다.
도 4에 예시된 바와 같은 구조를 갖는 필러(F)를 부형하기 위해, 복합재 부형 장치(1)는, 막대형으로 적층된 프리프레그(P)의 적층체에, 서로 다른 각도로 압력을 부하하는 3개의 롤러(2A, 2B, 2C)와, 3개의 롤러(2A, 2B, 2C)를 회전시키는 회전 기구(3)로 구성할 수 있다. 3개의 롤러(2A, 2B, 2C)는, 각각 필러(F)의 하나의 평면과 2개의 곡면을 부형하기 위한 롤러이다. 따라서, 3개의 롤러(2A, 2B, 2C)는, 각각 서로 평행하지 않은 3개의 축(AX1, AX2, AX3)을 중심으로 회전한다. 즉, 2개의 선대칭인 원호와 1개의 직선으로 둘러싸인 필러(F)의 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 제1축(AX1)을 중심으로 회전한다. 제2 롤러(2B)는, 제1축(AX1)에 대하여 경사진 제2축(AX2)을 중심으로 회전한다. 제3 롤러(2C)는, 제1축(AX1)에 대하여 경사지고, 또한 제1축(AX1)에 수직인 면에 관해 제2축(AX2)에 대칭이 되는 제3축(AX3)을 중심으로 회전한다.
제1 롤러(2A)는, 폭이 W이고 길이가 L인 평면을 부형하기 위한 롤러이다. 따라서, 제1 롤러(2A)를 수평 방향의 제1축(AX1)을 중심으로 회전하는 원기둥형 또는 원통형의 롤러로 할 수 있다. 제2 롤러(2B)는, 필러(F)의 한쪽 R 면취에 대응하는 곡면을 부형하기 위한 롤러이다. 따라서, 제2 롤러(2B)를, 원주 부분의 반경을 필러(F)의 R 면취의 반경으로 한 원반형의 롤러로 할 수 있다. 제3 롤러(2C)는, 필러(F)의 다른쪽 R 면취에 대응하는 곡면을 부형하기 위한 롤러이다. 따라서, 제3 롤러(2C)도 제2 롤러(2B)와 마찬가지로, 원주 부분의 반경을 필러(F)의 R 면취의 반경으로 한 원반형의 롤러로 할 수 있다.
단, 필러(F)의 R 면취는 면대칭이 되기 때문에, 전술한 바와 같이, 제2 롤러(2B)의 제2축(AX2)과 제3 롤러(2C)의 제3축(AX3)은, 제1축(AX1)에 수직인 면에 관해 서로 대칭이 된다. 제2축(AX2) 및 제3축(AX3)의 제1축(AX1)에 대한 경사 각도는, 필러(F)의 부형에 적합한 각도로 결정하는 것이 중요하다. 필러(F)의 부형에 적합한 제2축(AX2) 및 제3축(AX3)의 각도는, 여러 가지 관점에서 결정할 수 있다.
도 5는, 도 1에 나타내는 제2축(AX2) 및 제3축(AX3)의 제1축(AX1)에 대한 경사 각도를 결정하는 방법을 설명하는 도면이다.
제2축(AX2) 및 제3축(AX3)의 각도를 바꿔 부형 시험을 행한 결과, 제1축(AX1)에 대한 제2축(AX2) 및 제3축(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, θ2)를 30도 이상 45도 이하로 하는 것이, 소재의 3개의 면에 균일하게 압축력을 부하하는 관점에서 바람직한 것이 확인되었다.
특히, 제1축(AX1)에 대한 제2축(AX2) 및 제3축(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, θ2)를 ±36.87도로 하면, 도 5에 나타낸 바와 같이 둥근 막대형의 소재의 3개의 면이 압축되는 최대 거리가 동등해지기 때문에 바람직한 것이 확인되었다.
한편, 필러(F)의 하면의 평탄도를 향상시키는 관점에서는, 제1축(AX1)에 대한 제2축(AX2) 및 제3축(AX3)의 경사 각도가 10도 이상 40도 이하가 되도록 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)를 배치하는 것이 바람직한 것이 확인되었다. 즉, 필러(F)의 하면의 평탄도를 향상시키기 위해서는, 제2 롤러(2B) 및 제3 롤러(2C)를 누르는 각도(θ1, θ2)를, 50도 이상 90도 이하로 하는 것이 바람직하다.
따라서, 필러(F)의 내부에서의 층의 균일성 및 필러(F)의 하면에서의 평탄도의 어느 것을 중시하는지에 따라, 제1축(AX1)에 대한 제2축(AX2) 및 제3축(AX3)의 경사 각도의 바람직한 범위가 변하게 된다.
제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)의 구체적인 형상 및 사이즈는, 필러(F)의 사이즈에 따라서 결정할 수 있다. 예컨대, 제2 롤러(2B) 및 제3 롤러(2C)의 단부에서의 반경은, 각각 필러(F)의 R 면취 부분에서의 반경으로 하면 된다. 또한, 제1 롤러(2A)의 길이는, 적어도 필러(F)의 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 피드량을 길게 할 수 있기 때문에, 소재의 피드 속도를 증가시킬 수 있다.
제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)는, 필러(F)의 소재가 되는 프리프레그(P)의 적층체에 대하여 이형성을 갖는 것이 바람직하다. 실제로, 프리프레그(P)에 대한 비점착성과 내구성을 부여하기 위한 세라믹 코팅을 한 알루미늄, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이나 사불화에틸렌ㆍ육불화프로필렌 공중합체(FEP) 등의 불소 수지를 코팅한 알루미늄, 폴리우레탄, PTFE 및 나일론 6, 6(분자 구조가 {CO-(CH2)4-CO-NH-(CH2)6-NH}n으로 표시되는 폴리아미드)을 소재로 하여, 이형성을 확인했다. 그 결과, 비점착성과 내구성을 부여하기 위한 세라믹 코팅을 한 알루미늄이, 내구성과 이형성에서 모두 양호한 것이 확인되었다.
따라서, 프리프레그(P)와의 이형성 및 내구성의 확보의 관점에서는, 세라믹 코팅을 한 금속이 롤러(2A, 2B, 2C)의 소재로서 바람직하다. 이 때문에, 3개의 롤러(2A, 2B, 2C)의 적어도 하나를, 비점착성과 내구성을 갖는 세라믹 코팅을 한 금속으로 구성하는 것이 바람직하다.
회전 기구(3)는, 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)를 회전시키기 위한 장치이다. 따라서, 회전 기구(3)는, 제1 롤러(2A)의 제1 회전 샤프트(4A)를 받치기 위한 제1 베어링(5A), 제2 롤러(2B)의 제2 회전 샤프트(4B)를 받치기 위한 제2 베어링(5B) 및 제3 롤러(2C)의 제3 회전 샤프트(4C)를 받치기 위한 제3 베어링(5C)을 스탠드(6)에 설치하여 구성할 수 있다.
제1 베어링(5A)은, 원통형 또는 원기둥형의 제1 롤러(2A)로부터 양측으로 돌출되는 제1 회전 샤프트(4A)를, 제1 롤러(2A)의 양측의 2개소에서 받치는 구조를 갖는다. 제2 베어링(5B) 및 제3 베어링(5C)은, 각각 원반형의 제2 롤러(2B) 및 제3 롤러(2C)의 제2 회전 샤프트(4B) 및 제3 회전 샤프트(4C)를 소정의 경사 각도로 받치는 구조를 갖는다.
제1 베어링(5A), 제2 베어링(5B) 및 제3 베어링(5C)에는, 밀폐 타입의 앵귤러 볼베어링을 이용하는 것이 바람직하다. 즉, 3개의 롤러(2A, 2B, 2C)는, 각각 밀폐 타입의 앵귤러 볼베어링을 베어링으로서 회전하도록 구성되는 것이 바람직하다. 앵귤러 볼베어링은, 레이디얼 방향과 액셜 방향의 하중에 견디는 것이 가능한 베어링이다. 이 때문에, 앵귤러 볼베어링을 이용하면, 롤러(2A, 2B, 2C)로부터 비스듬히 부하되는 하중에 견딜 수 있다. 또한, 앵귤러 볼베어링을 밀폐 타입으로 함으로써 윤활유의 누설을 방지할 수 있다.
또한, 윤활유의 사용을 회피할 수 있는 관점에서 무급유 부시를 베어링으로서 사용하여 부형 시험을 행한 결과, 롤러(2A, 2B, 2C)의 하중에 의해 베어링이 고착되어 버리는 것이 판명되었다. 또한, 레이디얼 방향의 하중을 받치는 레이디얼 볼베어링을 사용한 경우에는, 비스듬히 부하되는 하중을 충분히 받칠 수 없는 것이 판명되었다. 따라서, 윤활유의 누설을 방지하고, 또한 비스듬히 가해지는 하중에 견디는 것이 가능한, 밀폐 타입의 앵귤러 베어링이, 제1 베어링(5A), 제2 베어링(5B) 및 제3 베어링(5C)에 적합하다고 생각된다.
또한, 회전 기구(3)에는, 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)의 각 회전 샤프트(4A, 4B, 4C)에 각각 회전 동력을 부여하기 위한 모터(7A, 7B, 7C)가 설치된다. 이 때문에, 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)는 작업자의 수작업에 의하지 않고 자동적으로 회전하고, 소재인 둥근 막대형의 프리프레그(P)의 적층체는, 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)와의 사이에서의 마찰력에 의해 송출된다.
모터(7A, 7B, 7C)의 출력축은, 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)의 각 회전 샤프트(4A, 4B, 4C)와 동축 상이 되도록 설치해도 좋고, 동축 상이 되지 않도록 설치해도 좋다. 롤러(2)의 회전 샤프트(4)와 모터(7)의 출력축이 동축 상이 되지 않도록, 롤러(2) 및 모터(7)가 배치되는 경우에는, 모터(7)의 출력축으로부터 출력되는 회전 동력을, 롤러(2)의 회전 샤프트(4)에 전달하기 위한 동력 전달 기구가 설치된다.
도 1에 나타내는 예에서는, 원통형 또는 원기둥형의 제1 롤러(2A)의 회전 샤프트(4A)에 제1 모터(7A)의 출력축이 직접 연결되어 있다. 즉, 제1 롤러(2A)의 회전 샤프트(4A)와, 제1 모터(7A)의 출력축이 동일 직선 상이 되도록 배치되어 있다. 이 때문에, 제1 모터(7A)의 출력축으로부터 제1 롤러(2A)의 회전 샤프트(4A)에 직접 동력을 전달함으로써, 제1 롤러(2A)를 자동적으로 회전시킬 수 있다.
한편, 원반형의 제2 롤러(2B)의 회전 샤프트(4B)에 회전 동력을 부여하기 위한 제2 모터(7B) 및 원반형의 제3 롤러(2C)의 회전 샤프트(4C)에 회전 동력을 부여하기 위한 제3 모터(7C)는, 각각 출력축이 제2 롤러(2B)의 회전 샤프트(4B) 및 제3 롤러(2C)의 회전 샤프트(4C)와 평행하지만, 동일 직선 상이 되지 않는 위치에 배치되어 있다.
도 6은 도 1에 나타내는 제2 롤러(2B), 제2 모터(7B) 및, 제2 모터(7B)의 동력을 제2 롤러(2B)에 전달하기 위한, 동력 전달 기구를, A 방향에서 본 도면이다.
도 6에 나타낸 바와 같이 제2 모터(7B)의 출력축(10)과, 제2 롤러(2B)의 회전 샤프트(4B)가 동일 직선 상에 놓이지 않는 경우에는, 제2 모터(7B)의 회전 동력을 제2 롤러(2B)의 회전 샤프트(4B)에 전달하기 위한 동력 전달 기구(11)를, 풀리(11A, 11B)와 동력 전달 벨트(11C)에 의해 구성할 수 있다.
구체적으로는, 제2 모터(7B)의 출력축(10)에 제1 풀리(11A)를 설치하는 한편, 제2 롤러(2B)의 회전 샤프트(4B)에 제2 풀리(11B)를 설치할 수 있다. 그리고, 제2 모터(7B)의 출력축(10)에 설치된 제1 풀리(11A)와, 제2 롤러(2B)의 회전 샤프트(4B)에 설치된 제2 풀리(11B)를 동력 전달 벨트(11C)로 연결함으로써, 제2 모터(7B)의 회전 동력을 제2 롤러(2B)의 회전 샤프트(4B)에 전달할 수 있다.
물론, 풀리(11A, 11B)와 동력 전달 벨트(11C)에 한정되지 않고, 기어나 체인에 맞물리는 스프로켓 등의 원하는 구성 요소로 동력 전달 기구(11)를 구성할 수 있다. 또한, 제3 모터(7C)의 회전 동력을 제3 롤러(2C)의 회전 샤프트(4C)에 전달하기 위한 동력 전달 기구에 관해서도, 제2 모터(7B)의 회전 동력을 제2 롤러(2B)의 회전 샤프트(4B)에 전달하기 위한 동력 전달 기구(11)와 동일하게 구성할 수 있다.
제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)의 각 회전 샤프트(4A, 4B, 4C)에는, 각각 제1, 제2 및 제3 모터(7A, 7B, 7C)로부터 회전 동력이 전달된다. 따라서, 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)는, 제1, 제2 및 제3 모터(7A, 7B, 7C)의 회전 동력에 의해 회전한다.
단, 필러(F)의 평면을 부형하기 위한 제1 롤러(2A)의 회전 속도(회전수)와, 필러(F)의 곡면을 부형하기 위한 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 회전 속도가, 상이한 회전 속도가 되도록 제1, 제2 및 제3 모터(7A, 7B, 7C)가 제어된다. 즉, 제1 롤러(2A)와 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 사이에 의도적으로 차동이 부여된다. 이 경우, 제1 모터(7A)는, 제1 롤러(2A)의 회전 샤프트(4A)를 제1 회전 속도로 회전시키도록 제어되는 한편, 제2 및 제3 모터(7B, 7C)는, 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 회전 샤프트(4B, 4C)를, 각각 제1 회전 속도와 상이한 제2 회전 속도로 회전시키도록 제어되게 된다.
이 때문에, 도 1에 예시된 바와 같이, 필요에 따라서 제1, 제2 및 제3 모터(7A, 7B, 7C)를 통합적으로 제어하기 위한 제어 장치(20)를 설치하도록 해도 좋다. 제어 장치(20)는, 제1, 제2 및 제3 모터(7A, 7B, 7C)에, 각각 출력축의 회전 속도의 제어치를 출력함으로써, 제1, 제2 및 제3 모터(7A, 7B, 7C)의 회전 속도를 제어하는 장치이다. 제어 장치(20)는, 입력 장치(20A), 기억 장치(20B) 및 연산 장치(20C)를 구비한 컴퓨터 등의 전자 회로나 A/D(analog-to-digital) 변환기(20D) 등의 회로류로 구성할 수 있다.
물론, 제어 장치(20)를 설치하지 않고, 작업자가 제1, 제2 및 제3 모터(7A, 7B, 7C)의 출력을 조절하도록 해도 좋다. 제1, 제2 및 제3 모터(7A, 7B, 7C)의 출력축의 회전 속도는, 작업자 또는 제어 장치(20)에 의해 조절되기 때문에, 제1, 제2 및 제3 모터(7A, 7B, 7C)에는 출력 가변식의 모터가 이용된다.
다음으로, 제1 롤러(2A)의 제1 회전 속도와, 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 제2 회전 속도의 결정 방법에 관해 설명한다.
도 7은 도 1에 나타내는 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)에 회전 속도차를 부여하는 것에 의한 효과를 설명하는 도면이고, 도 8은 도 7에 나타내는 제1 및 제2 롤러(2A, 2B)의 우측면도이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 필러(F)의 평면을 부형하기 위한 제1 롤러(2A)의 구조는, 단순한 원통 구조 또는 원기둥 구조이다. 따라서, 제1 롤러(2A)의 반경(r1)은 일정하다. 이 때문에, 도 8에 나타낸 바와 같이, 제1 롤러(2A)를 일정한 각속도로 회전시켜 필러(F)의 평면을 부형하고 있을 때, 제1 롤러(2A)의 외표면의 속도(v1)는, 제1축(AX1) 방향에서의 위치에 상관없이 일정하다. 즉, 제1 롤러(2A)는, 프리프레그(P)의 적층체 및 필러(F)에 일정한 속도(v1)로 접촉한다.
한편, 필러(F)의 R 면취를 부형하기 위한 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 구조는 원반형이며, 외주의 형상은 R 면취에 대응하는 곡면으로 되어 있다. 구체적으로는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 종단면의 형상은, 필러(F)의 R 면취에 대응하는 원호의 일부로 되어 있다.
이 때문에, 제2 롤러(2B)의 반경(r2)은, 제2축(AX2) 방향에서의 위치에 의존하여 변화한다. 따라서, 도 8에 나타낸 바와 같이 제2 롤러(2B)의 외표면의 속도(v2)는 일정하지 않다. 구체적으로는, 제2 롤러(2B)의 외표면의 속도(v2)는, 제2 롤러(2B)의 반경(r2)에 비례하는 속도가 되기 때문에, 제2 롤러(2B)의 반경(r2)이 최대치(r2_max)가 되는 위치에서 외표면의 속도(v2)는 최대치(v2_max)가 되고, 최소치(r2_min)가 되는 위치에서 외표면의 속도(v2)는 최소치(v2_min)가 된다. 이 때문에, 제2 롤러(2B)는, 필러(F)에 분포를 갖는 속도(v2)로 접촉하게 된다. 이것은, 제3 롤러(2C)에 관해서도 동일하다.
이와 같이 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)가 필러(F)에 접촉하는 표면의 속도가 일정하지 않은 것에 더하여, 프리프레그(P)의 적층체의 변형량이 제1 롤러(2A)와 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 사이에서 상이한 것, 및, 제1 롤러(2A)와 프리프레그(P)의 적층체 사이에서의 슬라이딩량이 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)와 프리프레그(P)의 적층체 사이에서의 슬라이딩량과는 상이한 것 등에 기인하여, 부형 후의 필러(F)에 주름이 발생하는 경우가 있다.
실제로, 제1 롤러(2A)의 반경(r1)과, 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 각 반경(r2)의 최대치(r2_max)를 동일하게 하고, 동일한 회전 속도로 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)를 회전시켜 필러(F)의 부형을 행한 결과, 필러(F) 전체에 걸쳐 주름이 발생할 뿐만 아니라, 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)를 통과한 필러(F)가 일단 상측으로 뒤집힌 후, 자기 중량에 의해 아래로 드리워지는 경우가 있는 것이 확인되었다.
필러(F)가 상측으로 뒤집히는 원인으로는, 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)가 필러(F)에 접촉하는 속도(v2)가, 필러(F)의 2개의 곡면 사이의 경계로서 형성되는 정점에서 최소치(v2_min)가 되기 때문이라고 생각된다. 또한, 주름에 관해서도, 필러(F)에 접촉하는 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 속도(v2)가 느린 부분에서, 표면 부근의 프리프레그(P)가 후방으로 질질 끌린 결과 생긴 것이라고 생각할 수 있다.
단, 주름의 척도가 되는 표면의 프리프레그(P)의 어긋남량의 분포는, 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 반경(r2)의 분포 및 속도(v2)의 분포와는 비례하지 않는 관계가 되었다. 따라서, 프리프레그(P)의 층간에서의 어긋남에 대한 저항이나, 필러(F)와 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C) 사이에서의 불균일한 슬라이딩도 주름의 원인으로 되었다고 추고된다.
따라서, 필러(F)에 접촉하는 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 속도(v2)가 일정하지 않은 것, 필러(F)와 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C) 사이에 슬라이딩이 생기는 것, 프리프레그(P)의 적층체의 변형량이 제1 롤러(2A)와 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 사이에서 상이한 것, 등의 주름이나 변형의 발생 요인이 저감되도록, 제1 롤러(2A)의 제1 회전 속도와 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 제2 회전 속도 사이에 차를 설정할 수 있다.
제1 롤러(2A)의 제1 회전 속도와 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 제2 회전 속도 사이에서의 적절한 회전 속도차는, 필러(F)의 부형 시험에 의해 결정할 수 있다. 주름의 발생을 억제하기 위해서는, 필러(F)에 접촉하는 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 부분의 속도(v2)의 평균이, 필러(F)에 접촉하는 제1 롤러(2A)의 외표면의 속도(v1)와 비교하여 극단적으로 느려지거나, 반대로 극단적으로 빨라지지 않도록 하는 것이 중요하다. 따라서, 제1 롤러(2A)의 반경(r1)과 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 각 반경(r2)의 최대치(r2_max)가 동일한 경우에는, 특수한 조건이 없는 한, 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 제2 회전 속도는 제1 롤러(2A)의 제1 회전 속도보다 큰 값으로 결정되게 된다.
제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 외주에서의 속도(v2)의 분포는, 제1 롤러(2A)의 제1축(AX1)과 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 제2 및 제3축(AX2, AX3)이 이루는 각도에 의해 변화한다. 또한, 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)와 부형 전후의 프리프레그(P)의 적층체 사이에서의 슬라이딩량은, 프리프레그(P)의 재질, 프리프레그(P)의 적층체에 압력을 부하할 때의 온도 및 프리프레그(P)의 적층체에 압력을 부하할 때의 습도 등의 부형 조건에 의해 변화한다고 생각된다.
또한, 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)를, R 면취에 대응하는 필러(F)의 곡면을 부형하기 위한 종단면의 단부에서의 반경이 상이한 롤러와 교환하면, 굵기가 상이한 필러(F)를 부형하는 것이 가능해진다. 그 경우, 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 종단면의 단부에서의 반경에 의해서도, 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 외주에서의 속도(v2)의 분포가 변화한다.
따라서, 제1 롤러(2A)와 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 사이에서 회전 속도를 변화시키기 위한 조건을, 부형 조건마다 미리 시험에 의해 구해 놓을 수 있다. 예컨대, 프리프레그(P)의 재질, 프리프레그(P)의 적층체에 압력을 부하할 때의 온도, 프리프레그(P)의 적층체에 압력을 부하할 때의 습도, 제1 롤러(2A)의 제1축(AX1)과, 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 제2 및 제3축(AX2, AX3)이 이루는 각도, 원반형의 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 종단면의 단부에서의 반경 등의 부형 조건을 바꿔 시험을 행하여, 제1 롤러(2A)의 제1 회전 속도와 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 제2 회전 속도 사이에서의 적절한 회전 속도차를 부형 조건마다 취득할 수 있다.
그렇게 하면, 실제의 부형 조건에 따라서, 제1 롤러(2A)의 제1 회전 속도와 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 제2 회전 속도 사이에서의 적절한 회전 속도차를 결정하는 것이 가능해진다. 구체예로서, 프리프레그(P)의 재질, 프리프레그(P)의 적층체에 압력을 부하할 때의 온도, 프리프레그(P)의 적층체에 압력을 부하할 때의 습도, 제1 롤러(2A)의 제1축(AX1)과 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 제2 및 제3축(AX2, AX3)이 이루는 각도, 및 원반형의 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 종단면의 단부에서의 반경 중의 적어도 하나에 따라서, 제1 회전 속도와 제2 회전 속도 사이에서의 적절한 회전 속도차를 결정할 수 있다.
부형 조건마다의 제1 회전 속도와 제2 회전 속도 사이에서의 적절한 회전 속도차는, 기억 장치(20B)에 보존할 수 있다. 실용적인 예로서, 제1 회전 속도와 제2 회전 속도 사이에서의 적절한 회전 속도차와, 부형 조건의 관계를 나타내는 테이블을, 기억 장치(20B)에 보존해 놓을 수 있다.
그렇게 하면, 입력 장치(20A)로부터 부형 조건을 특정하기 위한 정보를 연산 장치(20C)에 입력하면, 연산 장치(20C)가 기억 장치(20B)를 참조하여, 프리셋된 제1 회전 속도와 제2 회전 속도 사이에서의 적절한 회전 속도차를 취득할 수 있도록 할 수 있다. 그리고, 기억 장치(20B)를 참조하여 취득된 회전 속도차로 제1 롤러(2A)와 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)가 회전하도록, 연산 장치(20C)로 제1, 제2 및 제3 모터(7A, 7B, 7C)의 회전 속도의 제어치를 설정하고, 설정한 회전 속도의 제어치를 나타내는 제어 신호를 연산 장치(20C)로부터 A/D 변환기(20D) 등의 회로를 통해 제1, 제2 및 제3 모터(7A, 7B, 7C)에 각각 출력할 수 있다. 즉, 제1 회전 속도와 제2 회전 속도 사이에서의 적절한 회전 속도차의 프리셋값에 기초하여, 제어 장치(20)에 의해, 제1, 제2 및 제3 모터(7A, 7B, 7C) 및 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)를 자동 제어할 수 있다.
이상과 같은 복합재 부형 장치(1) 및 복합재 부형 방법은, 프리프레그(P)의 적층체를 끼워 넣는 부형용의 제1 롤러(2A)와, 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 사이에서, 회전 속도차를 부여할 수 있도록 한 것이다.
(효과)
이 때문에, 복합재 부형 장치(1) 및 복합재 부형 방법에 의하면, 부형 후의 프리프레그(P)의 적층체인 필러(F)에 발생할 수 있는 주름이나 휘어짐을 방지 또는 저감할 수 있다. 그 결과, 필러(F)의 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 실제로 제1 롤러(2A)와 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 사이에서 적절한 회전 속도차를 부여함으로써, 주름이나 휘어짐의 발생이 억제된 필러(F)를 제작할 수 있는 것이 확인되었다.
(제2 실시형태)
도 9는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 복합재 부형 장치의 구성도이다.
도 9에 나타낸 제2 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1A)에서는, 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)를 회전시키기 위한 제2 및 제3 모터(7B, 7C)가 설치되지 않은 점이 제1 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1)와 상이하다. 제2 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1A)의 다른 구성 및 작용에 관해서는 제1 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1)와 실질적으로 상이하지 않기 때문에 동일한 구성 또는 대응하는 구성에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
복합재 부형 장치(1A)에서는, 제1 롤러(2A)의 회전 샤프트(4A)를 회전시키는 제1 모터(7A)가 구비된다. 한편, 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)에는, 회전 샤프트(4B, 4C)에 회전 동력을 전달시키는 모터(7)가 구비되지 않는다. 따라서, 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)는, 모터(7)로부터 회전 샤프트(4B, 4C)로의 회전 동력의 전달에 상관없이, 프리프레그(P)와의 사이에서의 마찰력에 의해 회전하도록 구성된다.
즉, 제2 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1A)는, 프리프레그(P)와 접촉하는 표면의 속도(v1)가 일정한 원기둥형 또는 원통형의 제1 롤러(2A)에 관해서는, 제1 모터(7A)에 의해 회전시키는 한편, 프리프레그(P)와 접촉하는 표면의 속도(v2)가 일정하지 않은 원반형의 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)에 관해서는, 프리프레그(P)와의 사이에서의 마찰력에 의해 회전시키도록 한 것이다.
이 때문에, 제2 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1A)에서도, 제1 롤러(2A)와 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 사이에 회전 속도차를 부여할 수 있다. 특히 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)를, 프리프레그(P)와의 사이에서의 마찰력에 거역하지 않고 회전시킬 수 있다. 이 때문에, 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)와 프리프레그(P)의 사이에서의 슬라이딩량을 저감할 수 있다. 그 결과, 필러(F)에 발생할 수 있는 주름이나 휘어짐을 방지 또는 저감시켜, 필러(F)의 품질을 향상시킬 수 있다.
더구나, 모터(7)가 단일한 제1 모터(7A)뿐이기 때문에, 복합재 부형 장치(1A)의 구성을 간이하게 하여, 소비 전력의 저감을 도모할 수도 있다.
또한, 제1 실시형태에서 설명한 바와 같이, 제1 롤러(2A)와 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 사이에서의 적절한 회전 속도차는, 부형 조건에 따라서 변화한다. 따라서, 제1 실시형태와 같이 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 회전 샤프트(4B, 4C)에 제2 및 제3 모터(7B, 7C)로 회전 동력을 각각 부여함으로써 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)를 회전시키는 것인지, 혹은, 제2 실시형태와 같이 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 회전 샤프트(4B, 4C)에 모터(7)의 회전 동력을 전달하지 않고 프리프레그(P)와의 사이에서의 마찰력에 의해 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)를 회전시키는 것인지를, 부형 조건에 따라서 결정할 수 있다.
즉, 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)의 각 회전 속도뿐만 아니라, 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)의 회전 샤프트(4A, 4B, 4C)에 전달되는 회전 동력의 유무에 관해서도, 프리프레그(P)의 재질, 프리프레그(P)의 적층체에 압력을 부하할 때의 온도, 프리프레그(P)의 적층체에 압력을 부하할 때의 습도, 제1 롤러(2A)의 제1축(AX1)과 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 제2 및 제3축(AX2, AX3)이 이루는 각도 및 원반형의 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)의 종단면의 단부에서의 반경의 적어도 하나에 따라서 결정할 수 있다.
또한, 제1 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1)에서도, 제2 및 제3 모터(7B, 7C)의 전원을 OFF로 전환함으로써, 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)를 프리프레그(P)와의 사이에서의 마찰력만에 의해 회전시킬 수 있다. 따라서, 제1 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1)를 이용하면, 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)를, 제2 및 제3 모터(7B, 7C)로 회전시키는 것인지, 혹은 프리프레그(P)와의 사이에서의 마찰력에 의해 회전시키는 것인지를, 부형 조건에 따라서 전환할 수 있다.
(제3 실시형태)
도 10은 본 발명의 제3 실시형태에 관한 복합재 부형 장치의 구성도이다.
도 10에 나타낸 제3 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1B)에서는, 각각 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)로 구성되는 2조의 롤러 유닛(30A, 30B)을 구비한 점이, 제1 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1)와 상이하다. 제3 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1B)의 다른 구성 및 작용에 관해서는, 제1 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1)와 실질적으로 상이하지 않기 때문에, 롤러(2)와 모터(7)만 도시하고, 동일한 구성 또는 대응하는 구성에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
제3 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1B)에서는, 프리프레그(P)의 적층체 및 필러(F)의 이송 방향에서의 상이한 위치에, 제1 롤러 유닛(30A)과 제2 롤러 유닛(30B)이 배치된다.
제1 롤러 유닛(30A)은, 막대형의 프리프레그(P)의 적층체를 전방에서 끼워 넣는 위치에 배치되는 복수의 서브 롤러로서의 제1, 제2 및 제3 롤러(2A_1, 2B_1, 2C_1)로 구성된다. 보다 구체적으로는, 제1 롤러 유닛(30A)은, 제1축(AX1)을 중심으로 회전하는 원기둥형 또는 원통형의 제1 롤러(2A_1)와, 제1축(AX1)에 대하여 각각 경사지고, 또한 제1축(AX1)에 수직인 면에 관해 서로 대칭이 되는 제2 및 제3축(AX2, AX3)을 중심으로 각각 회전하는 원반형의 2개의 제2 및 제3 롤러(2B_1, 2C_1)에 의해 구성된다. 제1 롤러 유닛(30A)을 구성하는 제1 복수의 서브 롤러로서의 제1, 제2 및 제3 롤러(2A_1, 2B_1, 2C_1)는, 필러(F)의 횡단면 형상에 대응하는 공극이 제1, 제2 및 제3 롤러(2A_1, 2B_1, 2C_1)의 사이에 형성되도록 배치된다.
따라서, 제1 롤러 유닛(30A)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 롤러(2A_1, 2B_1, 2C_1)를 회전시키면, 프리프레그(P)의 적층체에 피드를 부여하면서, 송출 방향에서의 전방의 제1 위치에서 필러(F)의 부형을 행할 수 있다.
한편, 제2 롤러 유닛(30B)은, 막대형의 프리프레그(P)의 적층체를 후방에서 끼워 넣는 위치에 배치되는 복수의 서브 롤러로서의 제1, 제2 및 제3 롤러(2A_2, 2B_2, 2C_2)로 구성된다. 보다 구체적으로는, 제2 롤러 유닛(30B)도, 제2 복수의 서브 롤러로서의 제1축(AX1)을 중심으로 회전하는 원기둥형 또는 원통형의 제1 롤러(2A_2)와, 제1축(AX1)에 대하여 각각 경사지고, 또한 제1축(AX1)에 수직인 면에 관해 서로 대칭이 되는 제2 및 제3축(AX2, AX3)을 중심으로 각각 회전하는 원반형의 2개의 제2 및 제3 롤러(2B_2, 2C_2)에 의해 구성된다. 제2 롤러 유닛(30B)을 구성하는 제2 복수의 서브 롤러로서의 제1, 제2 및 제3 롤러(2A_2, 2B_2, 2C_2)는, 필러(F)의 횡단면 형상에 대응하는 공극이 제1, 제2 및 제3 롤러(2A_2, 2B_2, 2C_2)의 사이에 형성되도록 배치된다.
따라서, 제2 롤러 유닛(30B)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 롤러(2A_2, 2B_2, 2C_2)를 회전시키면, 프리프레그(P)의 적층체에 피드를 부여하면서, 송출 방향에서 제1 위치와 상이한 후방의 제2 위치에서 필러(F)의 부형을 행할 수 있다.
제1 롤러 유닛(30A)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 롤러(2A_1, 2B_1, 2C_1)는, 각각 제1, 제2 및 제3 모터(7A_1, 7B, 7C)로부터 전달되는 회전 동력에 의해 회전한다. 즉, 제1, 제2 및 제3 모터(7A_1, 7B, 7C)는, 제1, 제2 및 제3 롤러(2A_1, 2B_1, 2C_1)의 각 회전 샤프트(4A_1, 4B_1, 4C_1)에 각각 회전 동력을 전달하여 회전시킨다.
단, 제1 롤러(2A_1)와 제2 및 제3 롤러(2B_1, 2C_1)의 사이에는, 회전 속도차가 부여된다. 구체적으로는, 제1 모터(7A_1)는, 제1 롤러(2A_1)의 회전 샤프트(4A_1)를 제1 회전 속도(v_m)로 회전시키도록 구성된다. 한편, 제2 및 제3 모터(7B, 7C)는, 제2 및 제3 롤러(2B_1, 2C_1)의 회전 샤프트(4B_1, 4C_1)를 각각 제1 회전 속도(v_m)보다 빠른 제2 회전 속도(v_h)로 회전시키도록 구성된다.
따라서, 제1 롤러 유닛(30A)은, 제1 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1)와 동일한 구성 및 기능을 갖는다. 이 때문에, 제1 롤러 유닛(30A)에 의해 부형되는 필러(F)에 주름이나 휘어짐이 생기는 것을 억제할 수 있다.
한편, 제2 롤러 유닛(30B)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 롤러(2A_2, 2B_2, 2C_2) 중, 제2 및 제3 롤러(2B_2, 2C_2)는, 모터(7)로부터 회전 샤프트(4B_2, 4C_2)로의 회전 동력의 전달에 상관없이, 프리프레그(P)와의 사이에서의 마찰력에 의해 회전하도록 구성된다. 따라서, 제1 롤러(2A_2)에는, 제1 롤러(2A_2)의 회전 샤프트(4A_2)에 회전 동력을 전달하여 회전시키는 모터(7A_2)가 연결된다. 이것에 대하여, 제2 및 제3 롤러(2B_2, 2C_2)의 각 회전 샤프트(4B_2, 4C_2)에는 모터(7)가 연결되지 않는다.
따라서, 제2 롤러 유닛(30B)은, 제2 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1A)와 동일한 구성 및 기능을 갖는다. 이 때문에, 제2 롤러 유닛(30B)에 의해 부형되는 필러(F)에도 주름이나 휘어짐이 생기는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제1 롤러 유닛(30A)과 제2 롤러 유닛(30B)의 사이에서도 회전 속도차를 부여할 수 있다. 즉, 제1 롤러 유닛(30A)을 구성하는 제1 롤러(2A_1)의 회전 샤프트(4A_1)를, 제1 모터(7A_1)의 회전 구동에 의해 제1 회전 속도(v_m)로 회전시키는 한편, 제2 롤러 유닛(30B)을 구성하는 제1 롤러(2A_2)의 회전 샤프트(4A_2)를, 모터(7A_2)의 회전 구동에 의해 제1 회전 속도(v_m)보다 느린 제3 회전 속도(v_l)로 회전시킬 수 있다. 즉, 프리프레그(P)의 적층체의 입구측에 배치되는 제2 롤러 유닛(30B)의 회전 속도보다, 프리프레그(P)의 적층체의 출구측에 배치되는 제1 롤러 유닛(30A)의 회전 속도가 커지도록, 제1 롤러 유닛(30A) 및 제2 롤러 유닛(30B)을 제어할 수 있다.
그렇게 하면, 제1 롤러 유닛(30A)과 제2 롤러 유닛(30B) 사이에서, 필러(F)에 인장력을 부여할 수 있다. 이 때문에, 제1 롤러 유닛(30A)과 제2 롤러 유닛(30B) 사이에서 필러(F)가 이완되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 필러(F)의 변형을 억지하고, 보다 직선적으로 부형된 필러(F)를 제작하는 것이 가능해진다.
또한, 제1 롤러 유닛(30A)과 제2 롤러 유닛(30B) 사이에서, 필러(F)에 인장력을 부여할 수 있다면, 제2 롤러 유닛(30B)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 롤러(2A_2, 2B_2, 2C_2) 전부에 모터(7)로부터의 회전 동력을 부여하도록 할 수도 있다. 단, 도 10에 나타낸 바와 같이, 제2 롤러 유닛(30B)을 구성하는 제2 및 제3 롤러(2B_2, 2C_2)를 모터(7)로 회전시키지 않는 구성으로 하면, 복합재 부형 장치(1B)의 구성을 간이하게 하면서, 제1 롤러 유닛(30A)과 제2 롤러 유닛(30B) 사이에서, 필러(F)에 인장력을 부여할 수 있다.
즉, 송출측에 배치되는 제1 롤러 유닛(30A)에 충분한 동력을 부여하면, 필러(F)의 송출과, 인장력의 부여가 가능해지는 경우가 많다. 따라서, 도 10에 나타내는 구성예는, 구성의 간이화 및 모터(7)의 수가 감소하는 것에 의한 소비 전력의 저감과, 부형 후의 필러(F)의 직선성의 유지에 의한 품질 향상의 관점에서 바람직한 구성예의 하나이다.
도 10에 나타낸 바와 같이 2조의 롤러 유닛(30A, 30B)을 배치하는 경우에도, 각 롤러(2) 사이에서의 회전 속도차 및 회전 동력의 유무를, 부형 조건에 따라서 결정할 수 있다. 즉, 예컨대, 프리프레그(P)의 재질, 프리프레그(P)의 적층체에 압력을 부하할 때의 온도, 프리프레그(P)의 적층체에 압력을 부하할 때의 습도, 원반형의 제2 및 제3 롤러(2B_1, 2C_1, 2B_2, 2C_2)의 경사 각도 및 원반형의 제2 및 제3 롤러(2B_1, 2C_1, 2B_2, 2C_2)의 종단면의 단부에서의 반경 중의 적어도 하나에 따라서, 각 롤러(2) 사이에서의 회전 속도차 및 회전 동력의 유무를 결정할 수 있다.
도 11은 도 10에 나타내는 제1 롤러 유닛(30A)의 좌측면도를 나타내고, 도 12는 도 10에 나타내는 제2 롤러 유닛(30B)의 좌측면도를 나타낸다.
2조의 롤러 유닛(30A, 30B)으로 필러(F)를 부형하는 경우에는, 원반형의 제2 및 제3 롤러(2B_1, 2C_1, 2B_2, 2C_2)의 경사 각도를, 롤러 유닛들(30A, 30B) 사이에서 바꿀 수도 있다. 구체예로서, 도 11에 나타낸 바와 같이 제1 롤러 유닛(30A)에서는, 원반형의 제2 및 제3 롤러(2B_1, 2C_1)를, 원기둥형 또는 원통형의 제1 롤러(2A_1)에 누르는 각도(θ1, θ2)를 60도로 설정할 수 있다. 한편, 도 12에 나타낸 바와 같이, 제2 롤러 유닛(30B)에서는, 원반형의 제2 및 제3 롤러(2B_2, 2C_2)를, 원기둥형 또는 원통형의 제1 롤러(2A_2)에 누르는 각도(θ1, θ2)를 36.87도로 설정할 수 있다.
제1 실시형태에서 설명한 바와 같이, 원반형의 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)를 제1 롤러(2A)에 누르는 각도(θ1, θ2)를 36.87도로 설정하면, 프리프레그(P)의 적층체에 균일하게 압축력을 부하할 수 있다. 한편, 원반형의 롤러(2B, 2C)를 제1 롤러(2A)에 누르는 각도(θ1, θ2)를 60도로 설정하면, 필러(F)의 하면에서의 평탄도를 향상시킬 수 있다.
따라서, 둥근 막대형의 프리프레그(P)의 적층체에 압력을 부하하는 제2 롤러 유닛(30B)에서는, 프리프레그(P)의 적층체에 균일하게 압축력을 부하할 수 있다. 그 결과, 필러(F)의 내부에서의 품질을 향상시킬 수 있다. 한편, 제2 롤러 유닛(30B)으로 일단 부형된 필러(F)를 제1 롤러 유닛(30A)으로 더 부형함으로써, 필러(F)의 하면에서의 평탄도를 향상시킬 수 있다.
이상의 제3 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1B)는, 회전 속도를 조정하는 것이 가능한 2조의 롤러 유닛(30A, 30B)을 배치하고, 프리프레그(P)의 적층체를 끼워 넣는 롤러(2) 사이뿐만 아니라, 상이한 위치에서 프리프레그(P)의 적층체를 끼워 넣는 롤러 유닛들(30A, 30B) 사이에서도 회전 속도차를 부여하도록 한 것이다. 이 때문에, 제3 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1B)에 의하면, 제1 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1)에 의해 얻어지는 효과와 동일한 효과에 더하여, 프리프레그(P)의 적층체에 장력을 발생시킴으로써, 부형 후의 필러(F)의 직선성을 한층 더 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 원반형의 제2 및 제3 롤러(2B, 2C)를 제1 롤러(2A)에 누르는 각도를, 롤러 유닛(30A, 30B) 사이에서 상이한 적절한 각도로 결정함으로써, 부형 후의 필러(F)의 품질을 한층 더 향상시킬 수 있다. 구체적으로는, 필러(F)의 내부에서의 균일성과, 필러(F)의 하면에서의 평탄도를 모두 향상시킬 수 있다.
(제4 실시형태)
도 13은 본 발명의 제4 실시형태에 관한 복합재 부형 장치의 구성도이다.
도 13에 나타낸 제4 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1C)에서는, 제1 롤러 유닛(30A)을 구성하는 제1 롤러(2A_1)와, 제2 롤러 유닛(30B)을 구성하는 제1 롤러(2A_2)의 사이에 회전 속도차를 부여하면서 공통의 제1 모터(7A)로 회전시키도록 한 점이 제3 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1B)와 상이하다. 제4 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1C)의 다른 구성 및 작용에 관해서는 제3 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1B)와 실질적으로 상이하지 않기 때문에 롤러(2)와 모터(7)만 도시하고, 동일한 구성 또는 대응하는 구성에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 13에 나타낸 바와 같이 공통의 제1 모터(7A)의 회전 동력을, 제1 롤러 유닛(30A)을 구성하는 제1 롤러(2A_1) 및 제2 롤러 유닛(30B)을 구성하는 제1 롤러(2A_2)의 쌍방에 전달하도록 할 수도 있다.
구체예로서, 제1 롤러 유닛(30A)을 구성하는 제1 롤러(2A_1)의 회전 샤프트(4A_1)의 일단에, 제1 모터(7A)를 출력축이 동축 상이 되도록 연결할 수 있다. 한편, 제1 롤러 유닛(30A)을 구성하는 제1 롤러(2A_1)의 회전 샤프트(4A_1)의 타단에 제3 풀리(40A)를 고정할 수 있다. 한편, 제2 롤러 유닛(30B)을 구성하는 제1 롤러(2A_2)의 회전 샤프트(4A_2)의, 제3 풀리(40A)가 설치된 측과 동일한 측에서의 일단에도, 제4 풀리(40B)를 고정할 수 있다.
그리고, 제1 롤러 유닛(30A)을 구성하는 제1 롤러(2A_1)의 회전 샤프트(4A_1)에 고정된 제3 풀리(40A)와, 제2 롤러 유닛(30B)을 구성하는 제1 롤러(2A_2)의 회전 샤프트(4A_2)에 고정된 제4 풀리(40B)를, 동력 전달 벨트(40C)로 연결할 수 있다. 또한, 도 13에 나타내는 예에서는, 동력 전달 벨트(40C)의 장력을 유지하기 위해 동력 전달 벨트(40C)의 외측으로부터 압박력을 부여하는 제5 풀리(40D)가 배치되어 있다.
이와 같이, 제3 풀리(40A), 제4 풀리(40B), 동력 전달 벨트(40C) 및 제5 풀리(40D)에 의해, 제1 롤러 유닛(30A)을 구성하는 제1 롤러(2A_1)의 회전 샤프트(4A_1) 및 제2 롤러 유닛(30B)을 구성하는 제1 롤러(2A_2)의 회전 샤프트(4A_2)의 쌍방에 제1 모터(7A)의 회전 동력을 전달하는 동력 전달 기구(40)를 구성할 수 있다.
또한, 제1 롤러 유닛(30A)측의 제1 롤러(2A_1)에 고정되는 제3 풀리(40A)의 직경과, 제2 롤러 유닛(30B)측의 제1 롤러(2A_2)에 고정되는 제4 풀리(40B)의 직경을, 상이한 크기로 할 수 있다. 이것에 의해, 공통의 제1 모터(7A)를 이용하여, 제1 롤러 유닛(30A)측의 제1 롤러(2A_1)와, 제2 롤러 유닛(30B)측의 제1 롤러(2A_2)를, 상이한 회전 속도(v_m, V_l)로 회전시킬 수 있다. 즉, 제1 롤러 유닛(30A)측의 제1 롤러(2A_1)와 제2 롤러 유닛(30B)측의 제1 롤러(2A_2) 사이에, 회전 속도차를 부여할 수 있다.
보다 구체적으로는, 제1 롤러 유닛(30A)측의 제1 롤러(2A_1)에 고정되는 제3 풀리(40A)의 직경보다, 제2 롤러 유닛(30B)측의 제1 롤러(2A_2)에 고정되는 제4 풀리(40B)의 직경을 크게 하면, 제2 롤러 유닛(30B)측의 제1 롤러(2A_2)의 회전 속도(v_l)을, 제1 롤러 유닛(30A)측의 제1 롤러(2A_1)의 회전 속도(v_m)보다, 느리게 할 수 있다.
이것에 의해, 제1 롤러 유닛(30A)측에서의 제1 롤러(2A_1)와, 제2 롤러 유닛(30B)측에서의 제1 롤러(2A_2)의 사이에서 필러(F)에 장력을 발생시킨 상태로, 필러(F)를 송출하는 것이 가능해진다. 그 결과, 부형 후의 필러(F)에 주름이나 휘어짐이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
2개의 제1 롤러(2A_1, 2A_2)의 회전 속도(v_m, v_l) 사이에서의 비율은, 제3 풀리(40A)와 제4 풀리(40B) 사이에서의 원주 길이의 비율이 된다. 이 때문에, 제3 풀리(40A)와 제4 풀리(40B) 사이에서의 적절한 직경의 차 또는 비를 미리 부형 시험에 의해 결정해 놓을 수 있다. 그렇게 하면, 제1 모터(7A)의 회전 속도를 변화시키더라도, 항상 회전 속도(v_m, v_l) 사이에 일정한 비율로 차이를 부여할 수 있다.
물론, 풀리(40A, 40B, 40D)와 동력 전달 벨트(40C)에 한정되지 않고, 기어나 체인에 맞물리는 스프로켓 등의 원하는 구성 요소로 동력 전달 기구(40)를 구성할 수 있다. 그 경우에도, 부형 시험에 의해 적절한 회전 속도차 또는 회전 속도비가, 2개의 제1 롤러(2A_1, 2A_2) 사이에서 생기도록, 동력 전달 기구(40)를 구성하는 것이 적절하다.
이상의 제4 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1C)는, 2조의 롤러 유닛(30A, 30B)을 구성하는 2개의 제1 롤러(2A_1, 2A_2)를 공통의 제1 모터(7A)로 회전시키도록 한 것이다. 이 때문에, 제4 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1C)에 의하면, 제3 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1B)에 의해 얻어지는 효과와 동일한 효과에 더하여, 모터(7)의 수를 한층 더 삭감하고, 또한 모터(7)의 제어가 용이해지는 효과를 얻을 수 있다.
물론, 제1 롤러들(2A_1, 2A_2)에 한정되지 않고, 임의의 복수의 롤러(2)를 공통의 모터(7)로 회전시키도록 구성할 수도 있다. 특히, 회전축이 평행한 복수의 롤러(2)에 관해서는, 벨트나 풀리 등으로 동력 전달을 행함으로써 모터(7)의 공통화를 행하는 것이 용이하다.
(제5 실시형태)
도 14는 본 발명의 제5 실시형태에 관한 복합재 부형 장치의 구성도이다.
도 14에 나타낸 제5 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1D)에서는, 제2 롤러 유닛(30B)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 롤러(2A_2, 2B_2, 2C_2) 전부에, 회전 동력을 전달하기 위한 모터(7)가 설치되어 있지 않은 점이 제3 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1B)와 상이하다. 제5 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1D)의 다른 구성 및 작용에 관해서는 제3 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1B)와 실질적으로 상이하지 않기 때문에 롤러(2)와 모터(7)만 도시하고, 동일한 구성 또는 대응하는 구성에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 제2 롤러 유닛(30B)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 롤러(2A_2, 2B_2, 2C_2) 전부에 회전 동력을 전달하기 위한 모터(7)를 설치하지 않고, 프리프레그(P)와의 사이에서의 마찰력에 의해 회전시키도록 해도 좋다. 즉, 제1 롤러 유닛(30A)에는 제1, 제2 및 제3 모터(7A, 7B, 7C)에 의해 회전 동력을 부여하는 한편, 제2 롤러 유닛(30B)에는 회전 동력을 부여하지 않고, 프리프레그(P)와의 사이에서의 마찰력에 의해 회전시키도록 해도 좋다.
이 경우, 제2 롤러 유닛(30B)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 롤러(2A_2, 2B_2, 2C_2)의 회전에 대한 마찰 저항을 조절함으로써, 제1, 제2 및 제3 롤러(2A_2, 2B_2, 2C_2)의 회전 속도를 조정할 수도 있다.
이와 같이 구성된 제5 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1D)에서도, 제1 롤러 유닛(30A)과 제2 롤러 유닛(30B) 사이에서, 필러(F)에 인장력을 부여할 수 있다. 이 때문에, 제3 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1B)와 마찬가지로, 제5 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1D)에서도, 부형 후의 필러(F)의 직선성을 한층 더 향상시킬 수 있다. 또한, 제5 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1D)에서는, 제3 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1B)와 비교하여 모터(7)의 수를 삭감할 수 있다.
(제6 실시형태)
도 15는 본 발명의 제6 실시형태에 관한 복합재 부형 장치의 구성도이다.
도 15에 나타낸 제6 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1E)에서는, 롤러 직경을 바꾸는 것에 의해 롤러(2) 사이에 회전 속도차를 부여하도록 한 점이 제3 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1B)와 상이하다. 제6 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1E)의 다른 구성 및 작용에 관해서는 제3 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1B)와 실질적으로 상이하지 않기 때문에 롤러(2)와 모터(7)만 도시하고, 동일한 구성 또는 대응하는 구성에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
제3 내지 제5 실시형태에서는 제1 롤러 유닛(30A)측에서의 제1 롤러(2A_1)의 직경과, 제2 롤러 유닛(30B)측에서의 제1 롤러(2A_2)의 직경이 동일한 것을 전제로 설명했지만, 도 15에 나타낸 바와 같이, 제1 롤러 유닛(30A)측에서의 제1 롤러(2A_1)의 직경과, 제2 롤러 유닛(30B)측에서의 제1 롤러(2A_2)의 직경을 상이한 크기로 해도 좋다.
이 경우, 제1 롤러 유닛(30A)측에서의 제1 롤러(2A_1)의 회전 속도가, 제2 롤러 유닛(30B)측에서의 제1 롤러(2A_2)의 회전 속도와 동일하더라도, 프리프레그(P)와 접촉하는 제1 롤러(2A_1, 2A_2)의 표면에 속도차를 부여할 수 있다. 보다 구체적으로는, 도 15에 나타낸 바와 같이 제1 롤러 유닛(30A)측에서의 제1 롤러(2A_1)의 롤러 직경보다, 제2 롤러 유닛(30B)측에서의 제1 롤러(2A_2)의 롤러 직경을 크게 하면, 2개의 제1 롤러(2A_1, 2A_2)의 회전 속도가 동일한 회전 속도(v_m)였다 하더라도, 프리프레그(P)와 접촉하는 제2 롤러 유닛(30B)측에서의 제1 롤러(2A_2)의 표면에서의 이동 속도를, 프리프레그(P)와 접촉하는 제1 롤러 유닛(30A)측에서의 제1 롤러(2A_1)의 표면에서의 이동 속도보다 느리게 할 수 있다.
이것에 의해, 제1 롤러 유닛(30A)측에서의 제1 롤러(2A_1)와, 제2 롤러 유닛(30B)측에서의 제1 롤러(2A_2)의 사이에서 필러(F)에 장력을 발생시킨 상태로, 필러(F)를 송출하는 것이 가능해진다. 그 결과, 부형 후의 필러(F)에 주름이나 휘어짐이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
2개의 제1 롤러(2A_1, 2A_2)의 표면에서의 이동 속도 사이에서의 비율은, 제1 롤러(2A_1, 2A_2) 사이에서의 롤러 직경의 비율이 된다. 이 때문에, 제1 롤러(2A_1, 2A_2) 사이에서의 적절한 롤러 직경의 차 또는 비를 미리 부형 시험에 의해 결정해 놓을 수 있다.
필러(F)를 끼워 넣는 각 제1 롤러(2A_1, 2A_2)와, 각 제2 및 제3 롤러(2B_1, 2C_1, 2B_2, 2C_2)의 사이에 관해서도, 최대 롤러 직경의 차 또는 비를 미리 부형 시험에 의해 적절하게 결정해 놓을 수 있다.
이와 같이 구성된 제6 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1E)에서도, 제1 롤러 유닛(30A)과 제2 롤러 유닛(30B) 사이에서, 필러(F)에 인장력을 부여할 수 있다. 이 때문에, 제3 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1B)와 마찬가지로, 제6 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1E)에서도, 부형 후의 필러(F)의 직선성을 한층 더 향상시킬 수 있다.
또한, 제6 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1E)의 경우에는, 반드시 모터(7)의 제어를 행하지 않더라도 필러(F)에 인장력을 부여함으로써 필러(F)의 품질을 향상시킬 수 있다. 이 때문에, 간이한 모터(7) 및 회로 구성으로 복합재 부형 장치(1E)를 구성할 수도 있다. 반대로, 각 롤러(2)의 최대 롤러 직경의 적절한 결정에 의해, 각 롤러(2)의 표면에서의 이동 속도의 대략적인 적합화를 도모하여, 모터(7)의 제어에 의해 각 롤러(2)의 표면에서의 이동 속도의 미조정을 행하도록 할 수도 있다.
(제7 실시형태)
도 16은 본 발명의 제7 실시형태에 관한 복합재 부형 장치의 구성도이다.
도 16에 나타낸 제7 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1F)에서는, 필러(F)를 2개의 롤러(2D, 2E)로 부형하도록 한 점이 제1 내지 제6 실시형태에서의 각 복합재 부형 장치(1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E)와 상이하다. 제7 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1F)의 다른 구성 및 작용에 관해서는 제1 내지 제6 실시형태에서의 각 복합재 부형 장치(1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E)와 실질적으로 상이하지 않기 때문에 롤러(2D, 2E)만 도시하고, 동일한 구성 또는 대응하는 구성에 관해서는 설명을 생략한다.
도 16에 나타낸 바와 같이, 필러(F)의 소재가 되는 막대형의 프리프레그(P)의 적층체를 2개의 원기둥형 또는 원통형의 제1 및 제2 롤러(2D, 2E) 사이에 끼워 넣도록 하고, 2개의 원기둥형 또는 원통형의 롤러(2D, 2E)의 한쪽 표면에, 필러(F)의 횡단면 형상에 대응하는 오목부를 형성할 수도 있다. 도 16에 나타내는 예에서는, 필러(F)의 횡단면 형상에 대응하는 오목부를 형성한 상측의 제1 롤러(2D)와, 오목부가 없고 직경이 일정한 하측의 제2 롤러(2E)가, 막대형의 프리프레그(P)의 적층체를 끼워 넣는 위치에 각각 배치되어 있다.
그리고, 제1 실시형태와 동일하게, 제1 롤러(2D)와 제2 롤러(2E) 사이에 회전 속도차를 부여하거나, 제2 실시형태와 동일하게, 제2 롤러(2E)를 모터(7)로 회전시키는 한편, 제1 롤러(2D)를 프리프레그(P)와의 사이에서의 마찰력에 의해 회전시킬 수 있다. 또한, 제3 내지 제6 실시형태와 동일하게, 제1 롤러(2D)와 제2 롤러(2E) 에 의해 구성되는 롤러 유닛을 2조 배치하는 것도 가능하다. 또한, 프리프레그(P)의 적층체를 끼워 넣는 제1 롤러(2D)와, 제2 롤러(2E)의 사이에서 최대 롤러 직경을 바꿀 수도 있다.
이러한 제7 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1F)에 의하면, 제1 내지 제6 실시형태에서의 각 복합재 부형 장치(1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E)와 비교하여 롤러(2)의 수가 적기 때문에, 복합재 부형 장치(1F)의 구성 및 제어를 간이하게 할 수 있다.
(다른 실시형태)
이상, 특정한 실시형태에 관해 기재했지만, 기재된 실시형태는 일례에 불과하며 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다. 여기에 기재된 신규의 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.
예컨대, 각 실시형태에서의 복합재 부형 장치(1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F)가 갖는 특징을 서로 조합할 수 있다. 반대로, 일부의 특징을 생략할 수도 있다. 즉, 프리프레그(P)의 적층체에 압력을 부하하는 적어도 하나의 제1 롤러, 프리프레그(P)의 적층체에 압력을 부하하는 적어도 하나의 제2 롤러, 및 제1 롤러 및 제2 롤러 중의 적어도 한쪽을 회전시키는 모터를 구비하는 복합재 부형 장치를 구성할 수 있다. 또한, 복합재 부형 장치에 구비되는 적어도 하나의 제1 롤러 및 적어도 하나의 제2 롤러 중의 적어도 한쪽을 모터로 회전시켜, 제1 롤러 및 제2 롤러로 프리프레그(P)에 피드를 부여하면서 압력을 부하함으로써, 부형 후의 프리프레그(P)를 제작할 수 있다. 그리고, 제1 롤러 및 제2 롤러 사이에서, 회전에 대한 마찰 저항, 회전 속도, 롤러 직경 및 회전 동력의 유무 중의 적어도 하나를 바꿔 제1 롤러 및 제2 롤러를 회전시키도록 할 수 있다. 이것에 의해, 프리프레그(P)에 발생할 수 있는 주름이나 휘어짐을 저감할 수 있다.
또한, 전술한 각 실시형태에서는, 원반형의 롤러의 종단면의 형상이 원호인 경우에 관해 설명했지만, 종단면의 형상이 원호가 아닌 원반형의 롤러를 이용하도록 해도 좋다. 구체예로서, 일본 특허 출원 2016-31792의 원서에 첨부된 특허청구범위, 명세서 및 도면에 기재되어 있는 바와 같은, 종단면의 단부에서의 형상이 대수나선 등의 곡률이 일정하지 않은 곡선인 원반형의 롤러를 이용하여 복합재 부형 장치를 구성할 수도 있다. 그와 같은 경우에는, 원반형의 롤러의 회전축의 경사 각도를 연속적으로 변화시키는 각도 조정 기구를 복합재 부형 장치에 설치할 수 있다.
원반형의 롤러의 회전축의 경사 각도를 필러(F)의 부형 중에 변화시키는 경우에는, 원반형의 롤러의 회전 속도에 관해서도, 필러(F)의 부형 중에 있어서 원반형의 롤러의 회전축의 경사 각도에 따라서 변화시킬 수 있다. 이 경우, 횡단면의 형상이 일정하지 않은 필러(F)를 고품질로 부형하는 것이 가능해진다. 특히, 종단면의 단부에서의 형상이 대수나선(對數螺旋)의 일부로 되어 있는 원반형의 롤러를 이용하면, 굵기가 변화하는 필러(F)를 고품질로 부형할 수 있다.
또한, 필러(F)에는, 횡단면의 형상이 선대칭이 아닌 것도 존재한다. 구체예로서, 필러(F)의 높이 방향에 대하여 수직이 아닌 면에 필러(F)가 부착되는 경우에는, 필러(F)의 횡단면의 형상이 선대칭이 되지는 않는다. 횡단면의 형상이 선대칭이 아닌 필러(F)를 부형하는 경우에는, 필러(F)의 형상에 맞춰 제1, 제2 및 제3 롤러(2A, 2B, 2C)의 형상 및 배치를 결정할 수 있다. 구체예로서, 제1 롤러(2A)의 제1축(AX1)을 필러(F)의 형상에 맞춰 수평 방향이 아닌 방향으로 할 수 있는 것 외에, 원반형의 제2 롤러(2B) 및 제3 롤러(2C)를 압박하는 방향의, 제1 롤러(2A)의 표면에 대한 각도(θ1, θ2)를 필러(F)의 형상에 맞춰 서로 다른 각도로 결정하거나, 원반형의 제2 롤러(2B) 및 제3 롤러(2C)의 원주 부분의 반경을 필러(F)의 형상에 맞춰 서로 다른 길이로 결정할 수 있다.
1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F: 복합재 부형 장치
2, 2A, 2B, 2C, 2D, 2E: 롤러 3: 회전 기구
4, 4A, 4B, 4C: 회전 샤프트 5A, 5B, 5C: 베어링
6: 스탠드 7, 7A, 7B, 7C: 모터
10: 출력축 11: 동력 전달 기구
11A, 11B: 풀리 11C: 동력 전달 벨트
20: 제어 장치 20A: 입력 장치
20B: 기억 장치 20C: 연산 장치
20D: A/D 변환기 30A: 제1 롤러 유닛
30B: 제2 롤러 유닛 40: 동력 전달 기구
40A: 제3 풀리 40B: 제4 풀리
40C: 동력 전달 벨트 40D: 제5 풀리
P: 프리프레그 F: 필러
AX1, AX2, AX3: 축

Claims (15)

  1. 복합재 부형 장치로서,
    프리프레그에 압력을 부하하는 적어도 하나의 제1 롤러와,
    상기 프리프레그에 압력을 부하하는 적어도 하나의 제2 롤러와,
    상기 제1 롤러 및 상기 제2 롤러 중의 적어도 한쪽을 회전시키는 적어도 하나의 모터
    를 구비하고,
    적어도 하나의 상기 제1 롤러 및 적어도 하나의 상기 제2 롤러 사이에서, 회전 속도, 롤러 직경 및 회전 동력의 유무 중의 적어도 하나를 바꿔 상기 제1 롤러 및 상기 제2 롤러를 회전시키도록 한 것인, 복합재 부형 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 롤러 및 상기 제2 롤러는, 상기 프리프레그를 끼워 넣는 위치에 각각 배치되는 것인, 복합재 부형 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    제1축을 중심으로 회전하는 원기둥형 또는 원통형의 상기 제1 롤러와, 상기 제1축에 대하여 각각 경사진 2개의 제2축을 중심으로 각각 회전하는 원반형의 2개의 상기 제2 롤러를, 필러의 횡단면 형상에 대응하는 공극이 상기 제1 및 제2 롤러의 사이에 형성되도록, 상기 제1 및 제2 롤러를 배치한 것인, 복합재 부형 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 롤러의 회전 샤프트를 제1 회전 속도로 회전시키는 제1 모터와,
    상기 제2 롤러의 회전 샤프트를 상기 제1 회전 속도와 상이한 제2 회전 속도로 회전시키는 제2 모터
    를 구비하는 것인, 복합재 부형 장치.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 롤러의 회전 샤프트를 회전시키는 모터를 구비하고,
    상기 제2 롤러는, 모터로부터 회전 샤프트로의 동력의 전달에 상관없이, 상기 프리프레그와의 사이에서의 마찰력에 의해 회전하도록 구성되는 것인, 복합재 부형 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 롤러는, 상기 프리프레그를 끼워 넣는 제1 복수의 서브 롤러로 구성되고,
    상기 제2 롤러는, 상기 제1 롤러와 상이한 위치에서 상기 프리프레그를 끼워 넣는 제2 복수의 서브 롤러로 구성되는 것인, 복합재 부형 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 복수의 서브 롤러로서, 제1축을 중심으로 회전하는 원기둥형 또는 원통형의 상기 제3 롤러와, 상기 제1축에 대하여 각각 경사진 2개의 제2축을 중심으로 각각 회전하는 원반형의 2개의 상기 제4 롤러를, 필러의 횡단면 형상에 대응하는 공극이 상기 제3 및 제4 롤러의 사이에 형성되도록 상기 제3 및 제4 롤러를 배치하는 한편,
    상기 제2 복수의 서브 롤러로서, 제3축을 중심으로 회전하는 원기둥형 또는 원통형의 상기 제5 롤러와, 상기 제3축에 대하여 각각 경사진 2개의 제4축을 중심으로 각각 회전하는 원반형의 2개의 상기 제6 롤러를, 상기 필러의 횡단면 형상에 대응하는 공극이 상기 제5 및 제6 롤러의 사이에 형성되도록 상기 제5 및 제6 롤러를 배치한 것인, 복합재 부형 장치.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 모터는, 상기 제1 복수의 서브 롤러의 각 회전 샤프트를 회전시키도록 구성되고,
    상기 제2 복수의 서브 롤러 중의 적어도 하나의 서브 롤러는, 모터로부터 회전 샤프트로의 동력의 전달에 상관없이, 상기 프리프레그와의 사이에서의 마찰력에 의해 회전하도록 구성되는 복합재 부형 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 모터는, 상기 제3 롤러의 회전 샤프트를 제1 회전 속도로, 상기 제4 롤러의 회전 샤프트를 상기 제1 회전 속도보다 빠른 제2 회전 속도로, 상기 제5 롤러의 회전 샤프트를 상기 제1 회전 속도보다 느린 제3 회전 속도로, 각각 회전시키도록 구성되고,
    상기 제6 롤러는, 모터로부터 회전 샤프트로의 동력의 전달에 상관없이, 상기 프리프레그와의 사이에서의 마찰력에 의해 회전하도록 구성되는 것인, 복합재 부형 장치.
  10. 제 2항 또는 제 6항에 있어서,
    막대형의 상기 프리프레그를 2개의 원기둥형 또는 원통형의 롤러 사이에 끼워 넣도록 하고, 상기 2개의 원기둥형 또는 원통형의 롤러의 한쪽의 표면에, 필러의 횡단면 형상에 대응하는 오목부를 형성한 것인, 복합재 부형 장치.
  11. 제 1항, 제 2항, 제 3항, 제 6항, 제 7항 및 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 롤러 중의 적어도 하나를, 비점착성과 내구성을 갖는 세라믹 코팅을 한 금속으로 구성한 것인, 복합재 부형 장치.
  12. 복합재 부형 방법으로서,
    제 1항, 제 2항, 제 3항, 제 6항, 제 7항 및 제 9항 중 어느 한 항에 기재된 복합재 부형 장치를 이용하여 상기 프리프레그에 압력을 부하함으로써, 부형 후의 상기 프리프레그를 제작하는 것인, 복합재 부형 방법.
  13. 복합재 부형 방법으로서,
    적어도 하나의 제1 롤러 및 적어도 하나의 제2 롤러 중의 적어도 한쪽을 모터로 회전시켜, 상기 제1 롤러 및 상기 제2 롤러로 프리프레그에 피드를 부여하면서 압력을 부하함으로써, 부형 후의 상기 프리프레그를 제작하는 단계와,
    적어도 하나의 상기 제1 롤러 및 적어도 하나의 상기 제2 롤러 사이에서, 회전 속도, 롤러 직경 및 회전 동력의 유무 중의 적어도 하나를 바꿔 상기 제1 롤러 및 상기 제2 롤러를 회전시킴으로써, 상기 프리프레그에 발생할 수 있는 주름을 저감하는 단계
    를 갖는 것인, 복합재 부형 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 복합재 부형 장치를 이용하여 막대형의 프리프레그에 압력을 부하함으로써 필러를 부형하는 것인, 복합재 부형 방법.
  15. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 회전 속도, 상기 롤러 직경 및 상기 회전 동력의 유무 중의 적어도 하나를 변화시키는 조건을, 상기 프리프레그의 재질, 상기 프리프레그에 압력을 부하할 때의 온도, 상기 프리프레그에 압력을 부하할 때의 습도, 상기 롤러 중의 적어도 2개의 롤러의 회전축이 이루는 각도, 및 상기 롤러 중의 원반형의 롤러의 종단면의 단부에서의 반경 중의 적어도 하나에 따라서 결정하는 것인, 복합재 부형 방법.
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