KR20200122842A - 다중스파 일체형 토션박스 제작방법 및 상기 제작방법에 의한 토션박스 - Google Patents

다중스파 일체형 토션박스 제작방법 및 상기 제작방법에 의한 토션박스 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 토션박스 제작 시 오토클레이브 프리프레그 성형 방식을 탈피하여 보다 생산성, 품질 및 경제성을 향상할 수 있도록 하는, 다중스파 일체형 토션박스 제작방법 및 상기 제작방법에 의한 토션박스를 제공함에 있다. 보다 상세하게는, 드라이파이버를 직조하는 브레이딩 공정을 이용하여 토션박스를 구성하는 각 요소의 형상을 형성하고, 일체형의 치구에 여러 요소들을 넣고 수지재를 주입하는 RTM 공정을 이용하여 완전 일체형으로 토션박스를 제작해 내는, 다중스파 일체형 토션박스 제작방법 및 상기 제작방법에 의한 토션박스를 제공함에 있다.

Description

다중스파 일체형 토션박스 제작방법 및 상기 제작방법에 의한 토션박스 {Method for making torsion box having assembled multi-spars and the torsion box made by the method}
본 발명은 다중스파 일체형 토션박스 제작방법 및 상기 제작방법에 의한 토션박스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 항공기 날개에 삽입되어 비틀림 회전력을 전달하는 상자형 구조물인 토션박스의 생산성, 품질 및 경제성을 보다 개선할 수 있도록 하는 제작 기술에 관한 것이다.
토션박스(torsion box)란 비틀림 회전력을 전달하는 폐단면의 상자형으로 된 구조물을 말하는 것으로, 일반적으로 항공기 날개 등에 삽입된다. 비틀림 회전력을 전달하기 위한 구조물로서 토션빔, 토션바 등도 있다. 항공기 날개에 토션빔을 적용할 경우 1줄의 빔으로는 응력에 대응하기 어렵기 때문에 복수 개의 토션빔이 필요하다. 그러나 복수 개의 토션빔을 삽입하게 되면 빔 사이의 외피 및 리브에 응력이 집중되는 문제가 있다. 이에 복수 개의 토션빔을 포함하되 외피 부분을 강하게 하여 박스 형태의 구조물로 만든 것이 바로 토션박스이다. 즉 일반적으로 토션박스는 스킨(skin), 스파(spar), 립(lib)으로 구성된다. 도 1은 종래의 토션박스의 일실시예를 도시한 것으로, 종래의 토션박스(10)는 도시된 바와 같이 전방 및 후방에 길게 연장되는 한 쌍의 스파(1)가 이격 배치되고, 스파(1)의 연장방향에 대하여 수직한 방향으로(즉 스파(1)를 가로지르며 연장되는 방향으로) 복수 개의 립(2)들이 배열되는 구조로 이루어진다. 또한, 이와 같이 스파(1) 및 립(2)으로 이루어지는 구조물의 상면 및 하면에는 스킨(3)이 배치되어 응력을 적절히 분산시켜 준다. 도 1은 스파(1) 및 립(2)의 배치 구조를 잘 보이게 하기 위하여 상면의 스킨(3)이 생략된 형태로 도시되었다.
이처럼 종래의 토션박스는 스파(1) 및 립(2)이 복잡하게 얽혀 있는 형상으로 이루어져 있음으로써, 조립 공정 등에 상당한 시간, 인력, 비용 등의 자원이 낭비되는 경향이 있었다. 이에 토션박스의 형상적 복잡성을 높이는 요소인 립을 제거한 형태가 고려되고 있는데, 립은 토션박스의 주요 역할인 토션을 지지하는 역할을 하는 것인바 강성이 저하될 우려가 있다. 따라서 토션박스를 립을 제거한 형상으로 제작할 경우, 종래의 토션박스에 포함되는 스파에 비하여 보다 강성이 높고, 또한 생산 시 안정적으로 균일한 품질 유지가 가능한 스파를 제작할 수 있는 기술이 도입될 필요가 있다.
한편 상술한 바와 같이 토션박스는 항공기 날개 등에 삽입되는 것으로서, 중량을 가볍게 하면서 강도를 증대시키기 위하여 일반적으로 복합재(composite materials)로 만들어진다. 복합재란 유리섬유, 탄소섬유 등과 같은 고강도의 섬유재료를 레진에 적셔 굳힌 재료를 말하는 것이다. 복합재로 원하는 형상을 제작하기 위해서, 일반적으로 프리프레그(prepreg)를 원하는 형상으로 성형하고 오토클레이브를 이용하여 가열 및 가압함으로써 수지를 경화시키는 방식을 사용한다. 여기에서 또한 프리프레그란, 섬유재에 수지재를 함침시켜 겔화시킨 것으로, 이를 중합하여 가열하면 연화 융착됨으로써 적층 성형품이 만들어진다. 유럽특허등록 제2153949호("MULTISPAR TORSION BOX MADE FROM COMPOSITE MATERIAL", 2016.10.19., 이하 '선행문헌')에는 이처럼 오토클레이브를 이용한 프리프레그 성형을 통해 토션박스 구조물을 제조하는 기술이 개시되어 있다. 선행문헌에서는, 토션박스를 구성하는 여러 요소들을 제작하기 위해 프리프레그를 여러 층 적층하여 스택을 만들고, 이 스택에 만곡을 주는 등의 작업을 통해 각 요소의 형태를 잡은 후, 형태가 잡힌 스택들을 적정한 치구에 고정하고 오토클레이브를 이용하여 한꺼번에 성형함으로써 일체성형(co-curing)을 실현하는 기술을 개시하고 있다.
그런데, 이처럼 오토클레이브 프리프레그 성형 방식을 사용하는 경우 다음과 같은 여러 문제점들이 있다. 먼저 프리프레그 자체가 상당히 비싼 재질이기 때문에, 프리프레그를 사용하여 구조물을 제작할 경우 원가가 매우 높아진다. 또한 선행문헌에 개시된 바와 같이 토션박스를 구성하는 여러 요소들을 따로따로 만든 다음 이를 합쳐서 일체로 성형하게 되는데, 이 때 여러 요소들을 치구에 배치하는 과정을 자동화하기 어렵기 때문에 수작업이 필요하게 되며, 이는 생산되는 제품 품질의 불균일성 및 불량률 상승의 요인이 된다.
1. 유럽특허등록 제2153949호("MULTISPAR TORSION BOX MADE FROM COMPOSITE MATERIAL", 2016.10.19.)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 토션박스 제작 시 오토클레이브 프리프레그 성형 방식을 탈피하여 보다 생산성, 품질 및 경제성을 향상할 수 있도록 하는, 다중스파 일체형 토션박스 제작방법 및 상기 제작방법에 의한 토션박스를 제공함에 있다. 보다 상세하게는, 드라이파이버를 직조하는 브레이딩 공정을 이용하여 토션박스를 구성하는 각 요소의 형상을 형성하고, 일체형의 치구에 여러 요소들을 넣고 수지재를 주입하는 RTM 공정을 이용하여 완전 일체형으로 토션박스를 제작해 내는, 다중스파 일체형 토션박스 제작방법 및 상기 제작방법에 의한 토션박스를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다중스파 일체형 토션박스 제작방법은, 복수 개의 스파(110) 및 상기 스파(110)들의 배열체 상하면에 구비되는 한 쌍의 스킨(120)을 포함하는 토션박스(100)의 제작방법에 있어서, 브레이딩(braiding) 공정에 의해 드라이파이버가 직조되어 원재(150)가 제조되는 브레이딩단계; 성형몰드에 상기 원재(150)가 수용되어 가열 및 가압됨으로써 상기 토션박스(100) 형상으로 된 프리폼(155)이 성형되는 프리폼성형단계; 양생몰드에 상기 프리폼(155)이 수용되고 레진이 주입 및 양생(curing)되어 상기 토션박스(100)가 제작되는 RTM(Resin Transfer Molding)단계; 를 포함할 수 있다.
이 때 상기 토션박스 제작방법은, 상기 양생몰드가 상기 프리폼(155) 전체를 둘러싸는 형태로 이루어짐으로써, 상기 RTM단계에 의해 상기 토션박스(100)가 일체형으로 제작될 수 있다.
또한 이 때 상기 토션박스 제작방법은, 상기 성형몰드가 상기 스파(110) 또는 상기 스킨(120) 각각에 해당하는 형태로 이루어짐으로써, 상기 프리폼성형단계에 의해 상기 스파(110) 및 상기 스킨(120)이 별도의 개체로 제작될 수 있다.
또한 상기 RTM단계는, 드라이파이버 및 레진의 혼합물에서, 드라이파이버의 비율이 55% 내지 70% 범위 내로 이루어질 수 있다.
또한 상기 토션박스 제작방법은, 상기 브레이딩단계 이전에, 드라이파이버에 바인더를 첨가하는 바인더첨가단계; 를 더 포함할 수 있다.
이 때 상기 바인더첨가단계는, 드라이파이버 및 바인더의 혼합물에서, 바인더의 비율이 1% 내지 5% 범위 내로 이루어질 수 있다.
또한 본 발명의 토션박스(100)는, 상술한 바와 같은 토션박스 제작방법에 의하여 제작되는 토션박스(100)에 있어서, 일방향으로 연장되며 서로 평행하게 배치되는 복수 개의 스파(110); 평면 형태로 형성되며 상기 스파(110)들의 배열체 상하면에 구비되는 한 쌍의 스킨(120); 을 포함할 수 있다.
이 때 상기 스파(110)는, 상기 스킨(120)이 형성하는 평면에 대하여 수직한 평면 형태로 형성되며 일방향으로 연장되는 몸체부(111) 및 상기 스킨(120)이 형성하는 평면과 나란한 평면 형태로 형성되며 상기 몸체부(111)의 상하단에 연결되는 연결부(112)를 포함하여, 상기 스파(110)의 단면이 ㄷ자 또는 工자 형태로 이루어질 수 있다.
또한 상기 토션박스(100)는, 상기 토션박스(100)의 전방 및 후방 최외측에 한 쌍의 상기 스파(110)가 배치되되, 최외측의 한 쌍의 상기 스파(110)들 사이에, 적어도 2개의 상기 스파(110)가 배치되는 형태로 이루어질 수 있다.
또한 본 발명의 토션박스 제작용 치구(500)는, 상술한 바와 같은 토션박스(100)를 RTM 공정을 통해 일체형으로 제작하기 위한 토션박스 제작용 치구(500)에 있어서, 최외측에 배치된 한 쌍의 상기 스파(110)의 전방 또는 후방 최외측면을 형성하도록, 전방 및 후방 최외측에 배치되는 한 쌍의 전후치구(510); 상하 방향으로 결합되는 내측상부치구(515a) 및 내측하부치구(515b)로 이루어지며, 최외측에 배치된 한 쌍의 상기 스파(110)의 전방 또는 후방 내측면 및 내측에 배치된 복수 개의 스파(110)들의 전방 또는 후방 측면을 형성하도록, 한 쌍의 상기 전후치구(510) 사이에 배치되는 복수 개의 내측치구(515); 상기 스킨(120)의 최외측 상면 또는 하면을 형성하도록, 상기 전후치구(510) 및 상기 내측치구(515)의 상면 또는 하면에 배치되는 한 쌍의 상하치구(520); 를 포함할 수 있다.
이 때 상기 토션박스 제작용 치구(500)는, 상기 전후치구(510) 및 상기 내측치구(515)의 전방 또는 후방 측면에 의하여 상기 스파(110)의 상기 몸체부(111)가 형성되며, 상기 전후치구(510) 및 상기 내측치구(515)의 상하전후 끝단에 형성된 홈에 의하여 상기 스파(110)의 상기 연결부(112)가 형성될 수 있다.
또한 상기 내측치구(515)는, 자중에 의한 변형을 방지하도록, 상기 내측치구(515)의 내측에 연장방향으로 이격 배치되는 복수 개의 리브(511)가 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 종래의 오토클레이브 프리프레그 성형 방식을 적용할 경우 여러 요소들을 합쳐 일체화하는 과정에서 각 요소들을 적층하는 과정이 수작업으로 이루어졌기 때문에 생산되는 제품 품질의 불균일성 및 불량률을 상승시키는 문제가 있었던 것에 반해, 브레이딩 방식을 도입함으로써 자동화 적층이 가능하여 모든 공정을 자동화할 수 있어 공정 개수 저감 및 품질 균일성 확보 등 다양한 생산성 향상의 효과를 얻을 수 있다. 특히 본 발명에 의하면 일체형 치구를 통해 RTM 공정을 수행함으로써 단번에 토션박스 구조물을 제작해 낼 수 있어 공정 개수 저감 효과가 더욱 향상된다.
또한 본 발명에 의하면, 종래의 오토클레이브 프리프레그 성형 방식의 경우 원가가 비싼 프리프레그를 사용하였던 것과는 달리 저렴한 가격의 드라이파이버를 사용하여 각 요소를 제작할 수 있기 때문에, 종래에 비하여 원가를 훨씬 절감하여 경제성을 향상하는 효과가 있다.
더불어 본 발명에 의하면, 기존의 토션박스가 스파, 립, 스킨으로 이루어졌던 것 달리, 토션박스를 립이 제거된 다중스파 구조물로 형성하는 바, 즉 종래에 비해 보다 간단한 형상으로 토션박스를 제작할 수 있음으로써 생산성이 더욱 향상되는 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 기존에 비해 중량을 훨씬 절감할 수 있는 효과 또한 얻을 수 있다. 이 때 최적화 기법 및 구조해석을 통하여 중량을 절감하면서도 강성을 유지할 수 있음은 물론이다.
도 1은 종래의 토션박스의 일실시예.
도 2는 본 발명의 제작방법에 의하여 제작된 토션박스의 일실시예.
도 3은 본 발명의 토션박스 제작방법의 흐름도.
도 4는 브레이딩 공정으로 제작된 복합재 직조물의 일실시예.
도 5는 본 발명의 토션박스 제작방법의 단계도.
도 6은 RTM 공정에 사용되는 일체형 치구의 일실시예.
도 7은 내측치구의 상세도.
도 8은 도 6의 치구의 조립방법의 일실시예.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 다중스파 일체형 토션박스 제작방법 및 상기 제작방법에 의한 토션박스를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 제작방법에 의하여 제작된 토션박스의 일실시예를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 토션박스(100)는, 종래의 토션박스가 스파, 립, 스킨으로 이루어져 있던 것과는 달리 립이 제거된 형태로서, 즉 스파(110) 및 스킨(120)만으로 이루어진다. 보다 구체적으로 본 발명의 토션박스(100)는, 도 2(A)에 도시된 바와 같이, 일방향으로 연장되며 서로 평행하게 배치되는 복수 개의 스파(110)와, 평면 형태로 형성되며 상기 스파(110)들의 배열체 상하면에 구비되는 한 쌍의 스킨(120)을 포함한다.
이 때 상기 스파(110)는, 도 2(B)에 도시된 바와 같이, 상기 스킨(120)이 형성하는 평면에 대하여 수직한 평면 형태로 형성되며 일방향으로 연장되는 몸체부(111) 및 상기 스킨(120)이 형성하는 평면과 나란한 평면 형태로 형성되며 상기 몸체부(111)의 상하단에 연결되는 연결부(112)를 포함하여, 상기 스파(110)의 단면이 ㄷ자 또는 工자 형태로 이루어질 수 있다. 상기 연결부(112)가 상기 스킨(120)과 나란한 평면을 형성하게 함으로써, 상기 스파(110) 및 상기 스킨(120) 간의 결합력이 향상될 수 있다. 보다 구체적으로 설명하자면, 상기 스파(110)가 최외측에 배치되는 경우에는 바깥쪽으로 더 튀어나온 부분이 없도록 하는 것이 좋을 수도 있으며, 이러한 경우에는 상기 스파(110)의 단면이 ㄷ자 형태가 되게 하는 것이 바람직하다. 또는 상기 스파(110)가 내측에 배치되는 경우에는 상기 몸체부(111)의 양쪽으로 균형있게 상기 스킨(120)과 결합되는 것이 좋으므로, 이러한 경우에는 상기 스파(110)의 단면이 工자 형태가 되게 하는 것이 바람직하다.
더불어, 본 발명의 토션박스(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 토션박스(100)의 전방 및 후방 최외측에 한 쌍의 상기 스파(110)가 배치되되, 최외측의 한 쌍의 상기 스파(110)들 사이에, 적어도 2개의 상기 스파(110)가 배치되는 형태로 이루어질 수 있다. 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 토션박스의 전후방 최외측에 한 쌍의 스파가 배치되며, 스파를 가로지르는 방향으로 복수 개의 립들이 배치되는 형태로 이루어졌다. 그러나 본 발명에서는 구조의 복잡성을 완화하고 중량을 줄이기 위하여 립을 제거하였는데, 단지 립을 제거하기만 할 경우 립이 담당하던 토션을 지지하는 강성이 저하될 우려가 있다. 이에 강성 보강을 위하여 전후방 스파들 사이에 내측 스파를 배치하는데, 이 때 내측 스파가 적어도 2개 이상의 복수 개가 배치되도록 함으로써 중량을 줄이면서도 강성을 충분히 보강할 수 있다.
이하에서는 상술한 바와 같은 본 발명의 토션박스를 제작하는 방법을 단계적으로 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 토션박스 제작방법의 흐름도이며, 도 4는 브레이딩 공정으로 제작된 복합재 직조물의 일실시예이고, 도 5는 본 발명의 토션박스 제작방법의 단계도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 토션박스 제작방법은 기본적으로 브레이딩단계, 프리폼성형단계, RTM단계를 포함하며, 브레이딩단계 이전에 바인더첨가단계가 더 수행될 수 있다.
상기 브레이딩단계에서는, 브레이딩(braiding) 공정에 의해 드라이파이버가 직조되어 원재(150)가 제조된다. 브레이딩이란 복합재 섬유를 직조하는 여러 방식 중 하나로, 목적하는 형상에 따라 2차원과 3차원으로 구분된다. 3차원 브레이딩은 복수의 브레이딩 레이어 구현이 가능하며, 구간별로 각도변화, 두께변화, 곡률 및 직경 변화가 가능한 공정이다. 브레이딩 공정은 자동화가 용이하고 생산성이 높으며 재현성이 높아 복합재의 프리폼(155) 제작을 위한 원재(150)를 제작하기에 적합하다. 도 4는 브레이딩 공정으로 제작된 복합재 직조물의 일실시예를 도시한 것으로, 도시된 바와 같이 상기 원재(150)는 복합재를 이루는 탄소섬유 등과 같은 섬유들이 직조되어 직물 형태로 형성되고 있음을 잘 보여주고 있다.
다만 상기 브레이딩단계를 통해 제작된 상기 원재(150)는 드라이파이버의 직조물 형태로 이루어져 있기 때문에, 예를 들어 몰드면이 수평으로 형성되는 경우라면 상기 원재(150)가 몰드면에 잘 지지되어 수평면을 형성할 수 있겠으나, 몰드면이 수직으로 형성되는 경우 상기 원재(150)가 몰드면에 부착되지 못하고 흘러내리거나 구김이 발생하게 될 우려가 있다. 이러한 문제를 해소하기 위하여, 상기 브레이딩단계 이전에, 드라이파이버에 바인더를 첨가하는 바인더첨가단계가 더 수행되도록 하는 것이 바람직하다. 바인더란 점착성을 가지는 수지재로서 상술한 바와 같이 상기 원재(150)로 만들어진 상기 프리폼(155)이 형태가 흐트러지지 않도록 몰드면에 잘 점착되게 하기 위해 첨가되는 것이다. 다만 바인더로 인하여 브레이딩 공정에 원치 않는 영향이 발생하는 것을 피하기 위해, 드라이파이버 및 바인더의 혼합물에서 바인더의 비율은 5% 이하인 것이 바람직하다. 한편 바인더가 너무 조금 포함될 경우 충분한 점착력을 얻을 수 없으므로, 드라이파이버 및 바인더의 혼합물에서 바인더의 비율이 1% 이상은 되는 것이 바람직하다. 즉 종합하면, 상기 바인더첨가단계에서의 드라이파이버 및 바인더의 혼합물에서, 바인더의 비율이 1% 내지 5% 범위 내가 되는 것이 바람직하다.
상기 프리폼성형단계에서는, 도 5(A)에 도시된 바와 같이 성형몰드에 상기 원재(150)가 수용되어, 도 5(B)에 도시된 바와 같이 가열 및 가압됨으로써, 상기 토션박스(100) 형상으로 된 프리폼(155)이 성형된다. 이 때 상기 성형몰드가 상기 스파(110) 또는 상기 스킨(120) 각각에 해당하는 형태로 이루어짐으로써, 상기 프리폼성형단계에 의해 상기 스파(110) 및 상기 스킨(120)이 별도의 개체로 제작되는 것이 바람직하다. 즉 상기 프리폼성형단계에서 완전한 상기 토션박스(100) 형상이 만들어지는 것은 아니되, 상기 토션박스(100)를 형성하는 요소들, 즉 상기 스파(110) 및 상기 스킨(120)이 별도의 개체로 만들어지게 된다. 이렇게 만들어진 상기 프리폼(155)은, 도 5(C)에 도시된 바와 같이 성형몰드에서 꺼내져서 다음 단계를 위해 도 5(D)에 도시된 바와 같이 양생몰드에 수용된다.
상기 RTM(Resin Transfer Molding)단계에서는, 양생몰드에 상기 프리폼(155)이 수용된 후, 도 5(E) 및 도 5(F)에 도시된 바와 같이 레진이 주입 및 양생(curing)됨으로써, 상기 토션박스(100)의 제작이 완료되게 된다. 이 때 본 발명에서는, 상기 양생몰드가 상기 프리폼(155) 전체를 둘러싸는 형태로 이루어짐으로써, 상기 RTM단계에 의해 상기 토션박스(100)가 일체형으로 제작되게 한다. 즉 상기 프리폼성형단계에서는 상기 스파(110) 및 상기 스킨(120)이 서로 결합되어 있지 않고 떨어져 있는 별도의 개체 형태로 만들어지되, 상기 RTM단계에서 상기 스파(110) 및 상기 스킨(120)들이 결합체를 이룬 형태로서 양생됨으로써, 상기 RTM단계를 통해 상기 토션박스(100)가 일체형으로 제작될 수 있는 것이다.
한편, 앞서 본 발명의 토션박스(100)는 종래의 토션박스에서 립이 제거된 형태이기 때문에, 상기 스파(110)를 내측에 여러 개 배치하여 토션을 지지하는 강성을 보완한다고 설명하였다. 그러나 형상적인 구조만으로는 토션 지지 강성의 완전한 보완이 어려우며, 따라서 종래의 토션박스 제조 시에 비해 파이버의 비율이 보다 높게 형성되는 것이 바람직하다. 한편 드라이파이버의 비율이 너무 높을 경우 레진의 비율이 낮아짐으로써 드라이파이버 간에 접착력이 약해질 수 있으므로, 레진의 비율도 어느 적정선 이상을 유지하여야 한다. 이러한 여러 사항들을 고려할 때, 상기 RTM단계에서의 드라이파이버 및 레진의 혼합물에서, 드라이파이버의 비율이 55% 내지 70% 범위 내로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 6은 RTM 공정에 사용되는 일체형 치구의 일실시예를 도시하고 있으며, 도 6을 참조하면 서로 평행 이격 배치되는 4개의 스파(110) 및 상기 스파(110)들의 배열체 상하면에 배치되는 한 쌍의 스킨(120)들로 이루어지는 결합체의 모든 외면을 치구가 완전히 둘러싸는 형태로 이루어짐을 알 수 있다. 이러한 상태에서 레진이 주입 및 양생됨으로써 상기 토션박스(100)가 원활하게 일체형으로 제작되어 나올 수 있게 된다.
도 6에 도시된 바와 같은 본 발명의 토션박스(100)를 RTM 공정을 통해 일체형으로 제작하기 위한 토션박스 제작용 치구(500)의 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 상기 토션박스 제작용 치구(500)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 전방 및 후방 최외측에 배치되는 한 쌍의 전후치구(510), 한 쌍의 상기 전후치구(510) 사이에 배치되는 복수 개의 내측치구(515), 상기 전후치구(510) 및 상기 내측치구(515)의 상면 또는 하면에 배치되는 한 쌍의 상하치구(520)를 포함한다. 이 때 상기 내측치구(515)는 상하 방향으로 결합되는 내측상부치구(515a) 및 내측하부치구(515b)로 이루어진다.
이와 같이 이루어지는 상기 토션박스 제작용 치구(500)는, 한 쌍의 상기 전후치구에 의하여 최외측에 배치된 한 쌍의 상기 스파(110)의 전방 또는 후방 최외측면이 형성되고, 복수 개의 상기 내측치구(515)에 의하여 최외측에 배치된 한 쌍의 상기 스파(110)의 전방 또는 후방 내측면 및 내측에 배치된 복수 개의 스파(110)들의 전방 또는 후방 측면이 형성된다. 보다 구체적으로는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 전후치구(510) 및 상기 내측치구(515)의 전방 또는 후방 측면에 의하여 상기 스파(110)의 상기 몸체부(111)가 형성되며, 상기 전후치구(510) 및 상기 내측치구(515)의 상하전후 끝단에 형성된 홈에 의하여 상기 스파(110)의 상기 연결부(112)가 형성된다. 또한 한 쌍의 상기 상하치구(520)에 의하여 상기 스킨(120)의 최외측 상면 또는 하면이 형성된다.
도 7은 내측치구의 상세도를, 도 8은 도 6의 치구의 조립방법의 일실시예를 각각 도시하고 있다. 상기 내측치구(515)는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 내측상부치구(515a) 및 상기 내측하부치구(515b)가 결합되어 이루어지는데, 상기 내측치구(515)의 내측에는 도 7에 도시된 바와 같이 연장방향으로 이격 배치되는 복수 개의 리브(511)가 형성된다. 상기 내측치구(515)가 이와 같이 형성됨으로써, 길이가 긴 형상의 치구가 자중에 의해 발생하는 변형이 효과적으로 방지될 수 있다. 또한 상기 내측치구(515)를 상기 내측상부치구(515a) 및 상기 내측하부치구(515b)로 분리 형성함으로써, 상기 리브(511)의 형상을 제작하기가 훨씬 용이해지게 된다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100: 토션박스
110: 스파 120: 스킨
150: 원재 155: 프리폼
500: 토션박스 제작용 치구
510: 전후치구 515: 내측치구
515a: 내측상부치구 515b: 내측하부치구
511: 리브 520: 상하치구

Claims (12)

  1. 복수 개의 스파(110) 및 상기 스파(110)들의 배열체 상하면에 구비되는 한 쌍의 스킨(120)을 포함하는 토션박스(100)의 제작방법에 있어서,
    브레이딩(braiding) 공정에 의해 드라이파이버가 직조되어 원재(150)가 제조되는 브레이딩단계;
    성형몰드에 상기 원재(150)가 수용되어 가열 및 가압됨으로써 상기 토션박스(100) 형상으로 된 프리폼(155)이 성형되는 프리폼성형단계;
    양생몰드에 상기 프리폼(155)이 수용되고 레진이 주입 및 양생(curing)되어 상기 토션박스(100)가 제작되는 RTM(Resin Transfer Molding)단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 토션박스 제작방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 토션박스 제작방법은,
    상기 양생몰드가 상기 프리폼(155) 전체를 둘러싸는 형태로 이루어짐으로써,
    상기 RTM단계에 의해 상기 토션박스(100)가 일체형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 토션박스 제작방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 토션박스 제작방법은,
    상기 성형몰드가 상기 스파(110) 또는 상기 스킨(120) 각각에 해당하는 형태로 이루어짐으로써,
    상기 프리폼성형단계에 의해 상기 스파(110) 및 상기 스킨(120)이 별도의 개체로 제작되는 것을 특징으로 하는 토션박스 제작방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 RTM단계는,
    드라이파이버 및 레진의 혼합물에서, 드라이파이버의 비율이 55% 내지 70% 범위 내로 이루어지는 것을 특징으로 하는 토션박스 제작방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 토션박스 제작방법은,
    상기 브레이딩단계 이전에, 드라이파이버에 바인더를 첨가하는 바인더첨가단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토션박스 제작방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 바인더첨가단계는,
    드라이파이버 및 바인더의 혼합물에서, 바인더의 비율이 1% 내지 5% 범위 내로 이루어지는 것을 특징으로 하는 토션박스 제작방법.
  7. 제 1항에 의한 토션박스 제작방법에 의하여 제작되는 토션박스(100)에 있어서,
    일방향으로 연장되며 서로 평행하게 배치되는 복수 개의 스파(110);
    평면 형태로 형성되며 상기 스파(110)들의 배열체 상하면에 구비되는 한 쌍의 스킨(120);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 토션박스.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 스파(110)는,
    상기 스킨(120)이 형성하는 평면에 대하여 수직한 평면 형태로 형성되며 일방향으로 연장되는 몸체부(111) 및
    상기 스킨(120)이 형성하는 평면과 나란한 평면 형태로 형성되며 상기 몸체부(111)의 상하단에 연결되는 연결부(112)
    를 포함하여,
    상기 스파(110)의 단면이 ㄷ자 또는 工자 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 토션박스.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 토션박스(100)는,
    상기 토션박스(100)의 전방 및 후방 최외측에 한 쌍의 상기 스파(110)가 배치되되,
    최외측의 한 쌍의 상기 스파(110)들 사이에, 적어도 2개의 상기 스파(110)가 배치되는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 토션박스.
  10. 제 9항에 의한 토션박스(100)를 RTM 공정을 통해 일체형으로 제작하기 위한 토션박스 제작용 치구(500)에 있어서,
    최외측에 배치된 한 쌍의 상기 스파(110)의 전방 또는 후방 최외측면을 형성하도록, 전방 및 후방 최외측에 배치되는 한 쌍의 전후치구(510);
    상하 방향으로 결합되는 내측상부치구(515a) 및 내측하부치구(515b)로 이루어지며, 최외측에 배치된 한 쌍의 상기 스파(110)의 전방 또는 후방 내측면 및 내측에 배치된 복수 개의 스파(110)들의 전방 또는 후방 측면을 형성하도록, 한 쌍의 상기 전후치구(510) 사이에 배치되는 복수 개의 내측치구(515);
    상기 스킨(120)의 최외측 상면 또는 하면을 형성하도록, 상기 전후치구(510) 및 상기 내측치구(515)의 상면 또는 하면에 배치되는 한 쌍의 상하치구(520);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 토션박스 제작용 치구.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 토션박스 제작용 치구(500)는,
    상기 전후치구(510) 및 상기 내측치구(515)의 전방 또는 후방 측면에 의하여 상기 스파(110)의 상기 몸체부(111)가 형성되며,
    상기 전후치구(510) 및 상기 내측치구(515)의 상하전후 끝단에 형성된 홈에 의하여 상기 스파(110)의 상기 연결부(112)가 형성되는 것을 특징으로 하는 토션박스 제작용 치구.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 내측치구(515)는,
    자중에 의한 변형을 방지하도록, 상기 내측치구(515)의 내측에 연장방향으로 이격 배치되는 복수 개의 리브(511)가 형성되는 것을 특징으로 하는 토션박스 제작용 치구.
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1. 유럽특허등록 제2153949호("MULTISPAR TORSION BOX MADE FROM COMPOSITE MATERIAL", 2016.10.19.)

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