KR20220064386A - 복합 재료의 장치를 형성하는 방법, 패턴, 장치 - Google Patents

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다니엘 휘슬러
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어덜티멈 아게
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Abstract

본 발명은 복합 재료의 장치를 형성하는 방법, 복합재 장치를 위한 패턴, 및 상기 방법 동안 인서트 및/또는 기능적 구성 요소가 상기 패턴 및/또는 상기 장치에 본질적으로 매설되는 복합 재료의 장치에 관한 것이다.

Description

복합 재료의 장치를 형성하는 방법, 패턴, 장치
본 발명은 복합 재료의 장치를 형성하는 방법, 복합재 장치를 위한 패턴, 및 상기 방법 동안 인서트 및/또는 기능적 구성 요소가 상기 패턴 및/또는 상기 장치 내에 본질적으로 매설되는 복합 재료의 장치에 관한 것이다.
복합 재료(composite material)는 차량 패널, 장치 하우징 등과 같은 금속 장치를 대체하기 위해 경량이고 고강도를 갖는 복합체로서 또한 알려진 장치를 형성하는 데 종종 사용된다.
복합체(composites)는 이들이 패널, 프레임, 내부 구성 요소, 하우징 등을 형성하는 데 사용되는 차량, 스포츠 장비, 전자 응용 제품, 로봇 공학, 복합 설치, 도구 등과 같이 경량이고 안정적인 부품을 형성하는 데 추가로 사용된다.
이러한 장치의 형성 동안 기능적 구성 요소, 특히 엄격한 공차(tolerance)를 갖는 기능적 구성 요소 또는 서로에 대해 정렬되는 구성 요소를 제조 동안 장치에 매설하는 것은 매우 어렵다. 이는 예를 들어 차량 패널, 로봇용 구성 요소, 도구 및 전자 응용 제품의 제조 동안 특히 관련이 있을 수 있다.
이러한 이유로, 본 발명의 목적은 내부에 매설된 기능적 구성 요소를 갖는 장치 및 장치를 제조하는 방법을 가능하게 하는 것이다. 본 발명의 추가적인 목적은 내부에 매설된 기능적 구성 요소가 서로에 대해 정렬되는 장치를 가능하게 하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 그러한 구성 요소의 비교적 저비용의 제조 방법을 가능하게 하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 복합 재료의 장치를 형성하는 방법에 의해 충족된다.
이러한 방법은:
내부 표면을 갖는 캐비티(cavity)를 형성하는 내부 공간을 갖는 몰드(mold)를 제공하는 단계로서, 상기 캐비티는 형성될 장치의 내부 형상에 대응하는 형상을 갖는, 몰드를 제공하는 단계;
상기 내부 표면을 따라 하나 이상의 미리 정해진 위치에 인서트(insert)를 배치하는 단계;
상기 하나 이상의 위치에 상기 인서트를 유지하는 단계;
제거 가능한 재료가 고체 형태일 때 인서트가 내부에 고정된 패턴을 형성하기 위해 상기 몰드의 상기 캐비티 내로 제거 가능한 재료를 도입하는 단계; 및
인서트가 내부에 고정된 상기 패턴을 상기 몰드로부터 제거하는 단계를 포함한다.
명확하게 정해진 내부 구조를 가진 복합체를 제조하기 위해 복합재의 몰드의 일부를 형성하기 위한 패턴의 사용은 잘 알려져 있다. 본 발명의 기초가 되는 개념은 미리 정해진 위치에서 제거 가능한 패턴에 직접적으로 기능적 구성 요소 또는 기능적 구성 요소를 위한 지지체를 형성하는 인서트를 매설하여, 이들이 상기 미리 정해진 위치에서 복합재 장치(composite device)에 매설될 수 있다는 것이다. 이러한 방식으로 복잡한 하우징 구조도 형성될 수 있다. 그것에 의해 패턴의 사용은 복합체의 비용 효율적인 제조를 가능하게 한다.
이와 관련하여 기능적 구성 요소를 위한 지지체는 기능적 구성 요소의 네거티브(negative) 형상일 수 있고 기능적 구성 요소를 복합재에 연결하는 데 사용되는 언더컷, 리세스 등을 포함할 수 있다.
상기 유지 단계는 진공의 적용, 슬라이더의 사용, 기능적 요소 및/또는 자석의 사용을 통해 인서트를 유지하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로 인서트는 간단하고 재현성이 높은 방식으로 유지될 수 있다.
상기 인서트는 자성 재료 및 금속 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 인서트는 패턴을 위한 몰드 내에 편리한(expedient) 방식으로 유지될 수 있다.
상기 인서트는 기능적 구성 요소를 형성하도록 형상화될 수 있거나 또는 상기 장치의 기능적 구성 요소에 의해 형성될 수 있으며, 즉 기능적 구성 요소이다. 이러한 방식으로 기능적 구성 요소 또는 기능적 구성 요소를 위한 지지체는 상기 패턴에 직접 매설될 수 있고 나중에 직접적으로 또는 인서트에 의해 형성된 지지체에서 상기 장치에 포함될 수 있다.
제거 가능한 재료의 상기 패턴은 사출 성형 공정 또는 왁스 주조 공정에서 생성될 수 있다. 이러한 공정은 패턴의 신속하고 비용 효율적인 제조를 가능하게 한다.
상기 제거 가능한 재료는 액체 형태로 상기 캐비티 내로 도입된다. 이러한 방식으로 금형의 전체 내부 표면이 제거 가능한 재료로 덮여 패턴의 원하는 외부 형상을 생성하는 것을 보장할 수 있다.
상기 제거 가능한 재료를 상기 몰드에 도입하는 상기 단계는 액체 형태의 제거 가능한 재료로 상기 캐비티의 40 내지 99 ％를 채우는 것을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로 패턴의 외부 표면에서 수축 효과가 최소화될 수 있다.
상기 방법은 상기 몰드에 존재하는 상기 제거 가능한 재료에 가스를 도입하고 0.02 내지 20 bar의 범위에서 선택되는, 상기 형성된 패턴의 외부와 상기 패턴 내의 중공 공간 사이의 압력 차로 상기 몰드에 존재하는 상기 제거 가능한 재료를 가압하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 방식으로 패턴의 외부 표면에서의 수축 효과는 더욱 최소화될 수 있다.
상기 방법은 상기 캐비티로의 제거 가능한 재료의 도입 전에 상기 캐비티에 0.02 내지 0.95 bar, 특히 0.05 내지 0.5 bar 범위에서 선택된 압력을 적용하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 방식으로 적어도 실질적으로 결함이 없는 외부 표면을 갖는 패턴이 편리하게 형성될 수 있다.
방법은 액체 형태의 상기 제거 가능한 재료로 몰드의 내부 표면을 완전히 코팅하기 위해 상기 몰드를 이동시키는 단계; 및 상기 몰드에서 제거 가능한 재료를 응고시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 제거 가능한 재료에 작용하는 원심력 또는 중력 때문에 패턴의 표면에서 수축 효과를 추가로 방지할 수 있으며 그에 의해 인서트가 장치의 내부 표면에서 미리 정해진 위치에 기능적 구성 요소를 형성하기 위한 패턴의 외부 표면에서 미리 정해진 위치에 신뢰성 있게 배치된 패턴을 얻을 수 있다.
방법은 섬유 재료의 웨브의 하나 이상의 층으로 인서트를 갖는 상기 패턴을 덮는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 섬유 재료의 웨브의 하나 이상의 층으로 패턴을 덮음으로써 패턴의 외부 형상에 대응하는 내부 형상을 갖는 복합재 장치가 형성될 수 있다.
이와 관련하여 패턴은 소위 수지 전사 성형(RTM) 공정을 위한 몰드의 일부로서 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이 경우, 몰드는 로빙(roving)으로 덮일 수 있으며, 그 다음 수지 추가 및 열 처리를 위해 추가적인 몰드에 삽입되어 그 자체로 알려진 방식으로 복합 재료의 최종 장치를 형성할 수 있다.
이와 관련하여, 섬유 재료의 각각의 웨브는 서로에 대해 직각으로 2개 이상의 섬유의 토우(tow)를 인터레이스하여 제조된 직조 섬유로 제조된 직물 층일 수 있다는 점에 유의해야 한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 섬유 재료의 웨브는 섬유의 토우에 의해 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 섬유의 토우는 얀(yarn)과 같은 섬유의 다발이다.
이와 관련하여 완성된 장치의 인서트를 보강하기 위해 인서트의 위치에 섬유의 토우가 적용될 수 있으며, 반면에 직물은 장치의 내부 및/또는 외부 표면을 나타내는 영역에 도입될 수 있다는 것에 유의해야 한다.
섬유 재료의 하나 이상의 층은 탄소 섬유, 유리 섬유, 현무암 섬유, 천연 섬유, 예컨대 목질 섬유 및 대마 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에스테르 섬유를 건조 상태에서 또는 프리프레그로서 포함할 수 있다. 이러한 섬유는 복합재 장치의 형성에 유리하게 사용될 수 있다. 이와 관련하여 프리프레그는 접착제를 포함하는 섬유의 층이라는 점에 유의해야만 한다.
방법은 인서트를 갖고 상기 하나 이상의 섬유 재료 층으로 덮인 상기 패턴을 추가적인 몰드 내에 배치하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 방식으로 섬유 재료의 웨브의 하나 이상의 층이 패턴과 추가적인 몰드의 내부 표면 사이에서 추가적인 몰드에 유지되어 섬유 재료의 하나 이상의 층에 의해 장치의 미리 정해진 내부 및 외부 형상을 형성할 수 있다.
방법은 제1, 제2 및/또는 제3 온도 범위의 제1, 제2 및/또는 제3 온도로 추가적인 몰드를 가열하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 적절한 가열 단계를 선택함으로써, 수지는 몰드 내의 원하는 위치로 이송될 수 있고, 수지는 섬유 재료의 하나 이상의 층 주위에서 몰드 내에서 경화될 수 있고 제거 가능한 재료는 상기 몰드에서 제거될 수 있다.
제1, 제2 및 제3 온도는 수지의 몰드 내로의 도입을 돕기 위해 몰드를 가열하는 것, 형성될 상기 장치의 재료를 경화시키기 위해 상기 몰드를 가열하는 것, 및 왁스와 같은 패턴의 제거 가능한 재료의 제거 중 적어도 하나를 위해 사용될 수 있다.
또한, 제1 온도 범위는 바람직하게는 원하는 제1 온도를 중심으로 ± 3°의 온도 범위인 점에 유의해야 한다. 제1 온도는 바람직하게는 30 내지 85 ℃, 특히 50 내지 80 ℃에서 선택된다.
또한, 제2 온도 범위는 바람직하게는 원하는 제2 온도를 중심으로 ± 3°의 온도 범위인 점에 유의해야 한다. 제2 온도는 바람직하게는 60 내지 105 ℃, 바람직하게는 70 내지 95 ℃에서 선택된다. 이와 관련하여 단계적 방식으로 전체 온도 범위에 걸쳐 점진적으로 온도를 조정할 수도 있다는 점에 유의해야 한다.
또한 제3 온도 범위는 바람직하게는 원하는 제3 온도를 중심으로 ± 3°의 온도 범위인 점에 유의해야 한다. 제3 온도는 바람직하게는 80 내지 130 ℃, 바람직하게는 95 내지 120 ℃에서 선택된다.
방법은 상기 제1 온도로의 상기 몰드의 가열의 상기 단계 이전 및/또는 동안 상기 추가적인 몰드 내로 수지를 도입하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 선택적으로 진공이 상기 수지를 경화시키는 상기 단계 동안 적용된다. 온도 및/또는 진공을 적용함으로써 수지는 실온에서보다 더 묽은 농도을 가질 수 있고 그에 의해 패턴과 캐비티의 내부 표면 사이에 배열된 섬유 재료의 하나 이상의 층들 사이의 공극(void) 내로 더 양호하게 유동한다. 상기 추가적인 몰드에 수지를 도입하여 추가적인 몰드의 내부 표면과 패턴의 외부 표면 사이의 공간에 섬유 재료의 웨브의 하나 이상의 층을 코팅함으로써, 패턴에 존재하는 인서트의 위치에서 장치의 벽에 본질적으로(inherently) 형성된 기능적 구성 요소를 갖는 원하는 내부 및 외부 형상을 갖는 복합재 장치를 형성할 수 있다.
상기 방법은 상기 장치를 형성하기 위해 상기 추가적인 몰드에서 상기 수지를 경화시키는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 상기 경화 단계는 열 및 UV 광의 적용 중 적어도 하나를 포함한다. 이러한 방법 단계에 의해 제거 가능한 재료는 유리하게 경화될 수 있다.
열의 적용 단계는 상기 추가적인 몰드를 상기 제2 온도로 가열하는 것을 포함할 수 있다. 이것은 섬유 재료의 웨브의 하나 이상의 층에서 수지를 경화시키는 빠르고 효율적인 방법이다.
수지는 제2 온도, 예컨대 상기 수지의 상기 추가적인 몰드 내로의 도입 시에 상기 수지의 경화 온도 미만으로 가열될 수 있다. 이러한 방식으로 수지는 기포의 위치에서 하우징의 품질을 저하시킬 수 있는 기포의 포함을 피하기 위해 추가적인 몰드에 존재하는 섬유 재료의 웨브의 하나 이상의 층 주위에서 보다 효율적으로 이송될 수 있다.
수지는 1성분 수지, 경화제를 포함하는 2성분 수지, 및 하나 또는 여러 개의 경화제를 포함하는 다성분 수지 중 하나일 수 있다. 수지는 에폭시 기반 수지, 폴리우레탄 기반 수지, 시아네이트 에스테르 기반 수지 또는 사출 또는 주입에 적합한 다른 것 기반 수지(resin on a cyanate ester or another basis suitable for injection or infusion)를 포함할 수 있다. 이러한 수지는 복합재 장치의 형성에 유리하게 사용될 수 있다.
상기 방법은 상기 장치로부터 상기 제거 가능한 재료를 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 방식으로 복합재 장치를 파괴하지 않고 패턴을 제거할 수 있다. 방법은 상기 추가적인 몰드를 제3 온도로 가열하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 제거 가능한 재료를 제거 가능한 재료의 융점보다 높은 온도로 가열함으로써 제거 가능한 재료의 신속한 제거를 허용한다.
이와 관련하여 제3 온도 단계는 오븐 또는 용광로와 같은 추가적인 장치에서 수행될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
추가적인 측면에 따르면, 본 발명은 본 명세서에 기재된 방법에 의해 선택적으로 얻을 수 있는 제거 가능한 재료의 패턴에 관한 것이며, 패턴은 상기 패턴의 외부 표면을 따라 하나 이상의 미리 정해진 위치에 배치된 하나 이상의 인서트를 포함한다. 이러한 패턴은 복합재 장치의 제조 동안 유리하게 사용될 수 있다.
제거 가능한 재료의 상기 패턴은 80 내지 130 ℃의 온도 범위, 바람직하게는 95 내지 120 ℃의 범위에서 선택된 융점을 가질 수 있다. 제거 가능한 재료의 상기 패턴은 60 내지 100 ℃의 범위, 바람직하게는 70 내지 95 ℃의 범위에서 선택된 온도에 대해 형상이 안정하게 유지될 수 있다. 제거 가능한 재료의 상기 패턴은 상기 제거 가능한 재료의 융점 미만의 온도에서 형상이 안정하게 유지될 수 있다. 패턴의 이러한 특성은 이를 복합재 장치의 저비용이지만 고정밀도의 생산에 특히 적합하게 한다.
추가적인 측면에 따르면, 본 발명은 본 명세서에 기재된 방법에 의해 선택적으로 얻을 수 있는 복합 재료의 장치에 관한 것이며, 상기 패턴의 내부 표면을 따라 하나 이상의 미리 정해진 위치에 배치된 하나 이상의 기능적 구성 요소를 포함하며, 상기 기능적 구성 요소는 상기 장치와 일편으로 일체적으로 형성되거나, 상기 장치와 일편으로 일체적으로 형성된 구조 내에 매설된다.
기능적 구성 요소는 언더컷을 갖는 태핏(tappet), 언더컷을 갖는 포켓, 내부 시트(원통형), 선택적으로 써클립(circlip)을 위한 삽입 지점을 갖는 베어링 시트, t자형 홈(외향 형상 및 내향 형상), 외부 나사산(outer threads)을 갖는 볼트 또는 스터드와 같은 외부 나사산, 내부 나사산(inner threads)을 갖는 슬리브 또는 너트와 같은 내부 나사산, 베이어넷 연결부(bayonet connection), 개방형 웨지 소켓, 아일릿(eyelet), 볼 스터드, 모두 선택적으로 써클립을 위한 삽입 지점을 갖는 다웰 및 다웰 핀, 후크, 스프링 요소, 베어링 블록, 클램핑을 갖는 베어링 블록, 보어를 갖거나 갖지 않는 톱니 핀/커플링, 슬리브, 개구(aperture), 전술한 것 중 하나 이상을 위한 지지체 및 전술한 것의 조합으로 구성된 부재의 그룹으로부터 선택될 수 있다.
상기 장치는 1 내지 4 ㎜의 범위에서 선택된 벽 두께에 대해, 특히 1 내지 5 ㎝의 범위에서 상기 장치(10)로부터 절단된 상기 장치(10)의 재료의 길이에 대해 그리고 0.5 내지 2.5 ㎝의 범위에서 선택된 폭에서, ± 0.5 ㎜, 특히 ± 0.1 ㎜, 특별히 ± 0.05 ㎜의 범위에 있는 벽 두께의 공차(tolerance)를 갖는 미리 규정 가능한 벽 두께를 가질 수 있다. 종래 기술의 몰드을 사용하면 이러한 공차는 중공 장치에 대해 가능하지 않다.
상기 장치는 1 내지 4 ㎜의 범위에서 선택된 벽 두께에 대해 ± 0.3 ㎜, 특히 ± 0.2 ㎜, 매우 바람직하게는 0.05 ㎜ 미만의 범위에 있는 벽 두께의 공차를 가질 수 있다.
상기 장치는 ± 0.1 ㎜의 표면 프로파일의 공차를 가질 수 있다. 이러한 방식으로 특히 매끄러운 표면을 갖는 장치가 본 교시에 의해 달성될 수 있다.
이와 관련하여 표면 프로파일의 공차는 물체의 표면 품질을 정의하는 데 사용되는 표준 측정 기술이라는 점에 유의해야 한다. 표면이 균일할수록 공차가 낮아진다. 표면 프로파일은 표면의 요소가 내부에 있어야 하는 표면 주위의 균일한 경계에 의해 한정된다. 표면 프로파일은 특징부의 형태, 크기, 배향 및 때때로 위치를 동시에 제어하는 복잡한 공차이다. 표면 프로파일은 공차가 규정되는 도면 뷰(drawing view)에 관계없이 모든 방향으로 적용되는 3차원 공차이다. 그것은 일반적으로 복잡한 외부 형상과 압출과 같은 일정한 단면을 가진 부품에 사용된다.
표면 프로파일의 공차를 측정하기 위해 공차 프로파일이 측정될 표면 주위에 두 개의 평면이 배치되고 공차는 표면 주위에 배치된 평면들 사이의 간격으로 정의된다.
상기 장치는 제2 인서트를 형성하는 기능적 구성 요소의 위치에서 ± 0.05 ㎜, 특히 ± 0.03 ㎜, 특히 ± 0.01 ㎜의 표면 프로파일의 공차를 가질 수 있다. 이러한 장치는 특히 매끄러운 표면을 갖는다.
2개 이상의 인서트가 제공될 수 있고 상기 장치에서 2개의 인서트 사이의 위치 설정(positioning)의 각도 공차는 0.3° 미만, 바람직하게는 0.2° 미만일 수 있고, 만일 2개 이상의 인서트가 패턴 내에서 서로에 대해 고정된다면 2개의 인서트 사이의 각도 공차는 0.1° 미만, 바람직하게는 0.05° 미만일 수 있다. 2개 이상의 인서트가 제공될 수 있고 상기 장치에서 인서트들 사이의 위치 설정의 축방향 공차는 0.2 ㎜ 미만, 바람직하게는 0.1 ㎜ 미만일 수 있고, 만일 2개 이상의 인서트가 제공되고 패턴 내에서 서로에 대해 고정된다면 2개의 인서트 사이의 축방향 공차는 0.1 ㎜ 미만, 바람직하게는 0.05 ㎜ 미만일 수 있다. 2개 이상의 인서트가 제공될 수 있고 상기 장치의 인서트들 사이의 간격에서 인서트들 사이의 위치 설정 공차는 0.1 ㎜ + 1 ㎜/m 미만, 바람직하게는 0.05 ㎜ + 0.5 ㎜/m 미만일 수 있고, 만일 2개 이상의 인서트가 패턴 내에서 서로에 대해 고정된다면 2개의 인서트 사이의 위치 설정 공차는 0.05 ㎜ + 0.5 ㎜/m 미만, 바람직하게는 0.05 ㎜ + 0.2 ㎜/m 미만일 수 있다.
장치는 골프 클럽의 헤드일 수 있고 하나 이상의 기능적 구성 요소는 골프 클럽에 통합된 웨이트, 골프 클럽의 샤프트에 대한 커넥터를 형성하는 샤프트 커넥터 인서트, 및 골프 클럽의 면으로 작용하는 표면 중 적어도 하나로서 선택될 수 있다. 위에서 설명된 방법을 사용하면 매우 유리한 중량 분포를 갖는 골프 클럽이 제조될 수 있다.
헤드의 하나 이상의 웨이트로서 작용하는 하나 이상의 기능적 구성 요소가 제공될 수 있고, 샤프트 커넥터 인서트로서 작용하는 하나의 기능적 구성 요소가 제공될 수 있고, 골프 클럼의 헤드의 면으로서 작용하는 하나의 기능적 구성 요소가 제공될 수 있다. 이러한 방식으로 하나 이상의 웨이트가 면으로부터 분리되어 형성될 수 있고, 이로써 하나는 골프 클럽의 헤드 내에서 특히 유리한 중량 분포를 생성한다. 이와 관련하여, 특히 본 명세서에서 설명된 방법을 사용하여 이러한 방식으로 아이언 및 우드 둘 모두를 위한 헤드가 형성될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 샤프트 커넥터 인서트를 매설함으로써 샤프트 위치에 대한 면의 각도 정밀도가 종래 기술의 골프 클럽에 비해 증가될 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시예는 본 명세서에 첨부된 도면 및 종속 청구항의 후속하는 설명에 기재되어 있다. 본 발명은 실시예에 의해 그리고 도면을 참조하여 다음에서 상세히 설명될 것이다.
도 1은 장치의 내부 표면을 따라 하나 이상의 미리 정해진 위치에 배치된 기능적 구성 요소의 사시도이다.
도 2는 다양한 인서트를 도시하는 장치용 패턴을 형성하기 위한 몰드의 개략적인 부분 측단면도이다.
도 3은 몰드에 존재하는 인서트를 도시하는 장치를 위한 패턴을 형성하기 위한 몰드의 개략적인 부분 측단면도이다.
도 4는 상기 인서트 주위의 장치에 제거 가능한 재료가 채워진 장치용 패턴을 형성하기 위한 몰드의 개략적인 부분 측단면도이다.
도 5는 도 4와 유사한 단면도로서, 인서트가 내부에 매설된 패턴은 상기 몰드로부터 제거되어 있다.
도 6은 도 5와 유사한 단면도로서, 패턴은 섬유 재료의 층으로 덮혀 있다.
도 7은 도 6과 유사한 단면도로서, 덮인 패턴은 추가적인 몰드에 배치되어 있다.
도 8은 도 7과 유사한 단면도로서, 패턴과 추가적인 몰드의 내부 표면 사이의 섬유의 층 주위의 공간은 수지로 채워져 있다.
도 9는 도 8과 유사한 단면도로서, 장치는 추가적인 몰드로부터 제거되어 있다.
도 10은 도 9와 유사한 단면도로서, 패턴은 상기 장치로부터 제거되어 있다.
도 11은 도 10과 유사한 단면도로서, 인서트는 상기 장치로부터 제거되어 있다.
도 12는 도 10과 유사한 단면도로서, 추가적인 유형의 기능적 구성 요소가 상기 장치의 내부 표면에 본질적으로 존재한다.
도 13은 도 10과 유사한 단면도로서, 추가적인 유형의 기능적 구성 요소가 상기 장치의 내부 표면에 본질적으로 존재한다.
도 14는 도 10과 유사한 단면도로서, 추가적인 유형의 기능적 구성 요소가 상기 장치의 내부 표면에 본질적으로 존재하고, 상기 추가적인 유형의 기능적 구성 요소는 패턴 내에 미리 매설되었던 인서트이다.
도 15는 도 14와 유사한 단면도로서, 추가적인 유형의 기능적 구성 요소가 상기 장치의 내부 표면에 본질적으로 존재하고, 상기 추가적인 유형의 기능적 구성 요소는 패턴 내에 미리 매설되었던 인서트이다.
도 16은 베어링 지지체가 상기 장치와 일편으로 일체적으로 형성되는 장치의 내부 구성 요소의 개략도이다.
도 17은 골프 클럽의 헤드의 도면이다.
도 18은 골프 클럽의 헤드를 위한 패턴의 도면이다.
이하에서 동일하거나 동등한 기능을 갖는 부품에 대해 동일한 참조 번호가 사용될 것이다. 구성 요소의 방향과 관련하여 작성된 모든 설명은 도면에 표시된 위치를 기준으로 하며 실제 적용 위치에 따라 자연스럽게 달라질 수 있다.
도 1은 장치(10)의 하우징(16)의 내부 표면(14)을 따라 하나 이상의 미리 정해진 위치에 배치된 기능적 구성 요소(12, 12')의 사시도를 도시한다. 기능적 구성 요소(12)는 장치(10) 자체의 하우징(16)에 의해 형성되거나 거기에 형성될 수 있다. 대안적으로, 기능적 구성 요소(12')는 하우징(16) 내에 형성된 지지체에 의해 장치(10)의 하우징(16) 내에서 직접 지지될 수 있다.
도 1에 도시된 기능적 구성 요소(12')는 장치용 패턴(54)에 존재하였고 장치(10)의 제조 동안 장치(10) 내에 매설된 인서트에 의해 형성되는 후크(12') 및 볼트(12')이다. 도 1에 도시된 기능적 구성 요소(12)용 지지체는 언더컷을 갖는 포켓(12), 내부 시트(12)(원통형), 너트용 지지체(12), 베어링 시트(12), 내향 t자형 홈(12) 및 슬리브(12)이다.
기능적 구성 요소 또는 기능적 구성 요소를 위한 지지체는 언더컷을 갖는 태핏, 써클립(circlip)을 위한 삽입 지점을 갖는 베어링 시트, 외향 t자형 홈, 외부 나사산을 갖는 볼트 또는 스터드와 같은 외부 나사산, 내부 나사산을 갖는 슬리브 또는 너트와 같은 내부 나사산, 베이어넷 연결부, 개방형 웨지 소켓, 아일릿(eyelets), 볼 스터드, 모두 선택적으로 써클립을 위한 삽입 지점을 갖는 다웰 및 다웰 핀, 스프링 요소, 베어링 블록, 클램핑을 갖는 베어링 블록, 보어를 갖거나 갖지 않는 톱니 핀/커플링, 개구, 전술한 것 중 하나 이상을 위한 지지체 및 전술한 것의 조합으로 구성된 부재의 그룹으로부터 선택될 수 있는 후속 유형의 기능적 구성 요소(12, 12') 중 하나일 수 있다.
장치(10)를 형성하기 위해, 제거 가능한 재료(M)의 패턴(54)(도 4 참조)이 초기에 몰드(18)에 형성된다. 도 2는 장치(10)의 패턴(54)을 형성하기 위한 몰드(18)의 개략적인 부분 측단면도를 도시한다. 몰드는 내부 표면(22)을 갖는 캐비티(20)를 함께 한정하는 상부 및 하부 절반부(18', 18")를 포함한다.
외부로부터 캐비티를 밀봉하기 위해 상부 및 하부 절반부(18', 18") 사이에 밀봉부(19)가 존재한다. 이러한 밀봉부(19)는 예를 들어 O-링에 의해 형성될 수 있다.
제1 및 제2 종류의 인서트(24, 24')는 내부 표면(22)에 배열되고 유지된다. 제1 종류의 인서트(24)는 예컨대 슬라이더(26)를 통해 캐비티(20) 내로 삽입될 수 있고 따라서 장치(10)가 패턴(54)의 외부 표면(56)(도 4 참조)에 구조를 형성하도록 패턴(54)의 제조 이전에 및 제조 동안 캐비티 내로 돌출할 수 있는 구조에 의해 형성된다. 그것에 의해 구조는 장치(10)를 형성하는 재료로 채워질 수 있는 패턴(54) 내의 리세스를 형성할 수 있다.
제2 종류의 인서트(24')는 이것이 형성된 후에 패턴(54) 내에 남아 있도록 의도된 인서트이다. 이러한 제2 종류의 인서트(24')는 마찬가지로 패턴(54)의 외부 표면(56)에서 구조를 형성할 수 있다. 이들 구조는 기능적 구성 요소(12)를 위한 지지체를 형성할 수 있고, 즉 기능적 구성 요소(12')에 상보적인 형상을 가질 수 있다. 대안적으로 제2 종류의 인서트(24')는 기능적 구성 요소(12)이다(도 14 및 15 참조). 그런 다음 기능적 구성 요소(12')는 패턴(54)의 외부 표면(56)에 존재하는 구조를 거쳐서 장치(10)에 접합된다.
제2 종류의 인서트(24')는 하나 이상의 자석(28)을 거쳐서 또는 진공(V)의 적용을 통해 몰드의 캐비티(20) 내에 유지될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 제2 종류의 인서트(24')는 진공 포트(36)를 통해 몰드(18)에 연결된 진공 펌프(32)에 진공 통로(30)를 통해 연결된다.
패턴을 형성하기 위해 제거 가능한 재료(M)(예컨대, 도 4 참조)는 왁스(W)일 수 있는 제거 가능한 재료의 저장소(38)로부터 캐비티(20) 내로 도입된다. 제거 가능한 재료(M)는 포트(40) 및 라인(42)을 거쳐서 액체 형태로 캐비티(20) 내로 도입된다. 실제로, 몰드(18)의 캐비티(20)의 체적은 액체 형태의 제거 가능한 재료(M)로 40 내지 98 ％까지만 채워진다.
패턴(54)을 가압하기 위해 가스(G)가 가스 포트(46) 및 가스 라인(48)을 거쳐서 몰드(18)에 연결된 가스 공급부(44)를 거쳐서 제거 가능한 재료(M) 내로 도입될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 캐비티(20)는 그런 식으로 밀봉되거나 밀봉될 수 있어, 캐비티 내에 존재하는 가스가 제거 가능한 재료(M)의 도입 시에 압축되어 캐비티 내에 가압된 가스(G)를 형성한다.
도 4에 나타낸 바와 같이 각각의 경우에 가스(G)는 패턴(54) 내에 중공 공간(54')을 생성한다. 가스는 이 캐비티(54')를 채우고 왁스(20)가 캐비티(20)의 전체 표면을 덮도록 몰드(18)에 존재하는 제거 가능한 재료(M)를 가압할 수 있다. 상기 형성된 패턴(54)의 외부와 상기 패턴(54) 내의 중공 공간(54') 사이의 압력 차는 0.02 내지 19 bar의 범위에서 선택되고, 즉, 왁스 패턴의 중공 내부의 압력은 왁스의 응고 전, 즉 왁스가 용융 상태일 때 1.02 내지 20 bar 범위에 있도록 선택될 수 있다. 이와 관련하여, 왁스 패턴의 중공 내부의 압력은 왁스가 응고되기 전보다 왁스가 응고된 후 더 적을 수 있으며, 이는 이것이 응고될 때 왁스의 수축으로 인한 것임에 유의해야 한다.
전형적으로 왁스는 60 내지 140 ℃, 특히 70 내지 120 ℃의 범위의 더 높은 온도에서 용융된 왁스이고 30 내지 100 ℃, 특히 60 내지 90 ℃의 범위의 더 낮은 온도에서 고체이도록 선택될 수 있다. 더 높은 온도와 더 낮은 온도 사이의 온도 차이는 바람직하게는 40 ℃ 미만, 바람직하게는 30℃ 미만, 특히 20 ℃ 미만 및 특별히 10 ℃ 미만으로 선택된다.
왁스는 85 ℃미만의 온도에 대해 2000 mPas 초과의 점도 및 105 ℃초과의 온도에 대해 800 mPas 미만의 점도를 가질 수 있다. 이러한 왁스는 융점까지 형상이 특히 안정한 것으로 밝혀졌으며 액체 상태와 고체 상태 사이의 전이는 비교적 작은 온도 범위에 걸쳐서 발생하여 상기 왁스를 사용 시에 보다 비용 효율적이 되게 한다.
왁스 패턴(54)을 형성할 때 몰드(18)는 왁스의 응고 온도 미만의 온도, 특히 왁스의 응고 온도 아래 1 내지 40 ℃, 특히 5 내지 25 ℃의 범위에서 선택된 온도로 가열될 수 있다. 이러한 방식으로 왁스는 보다 제어된 방식으로 응고될 수 있고 왁스가 몰드 캐비티의 표면과 접촉할 때 자동으로 응고되지 않기 때문에 왁스 패턴의 표면에서의 수축 효과는 감소될 수 있다.
몰드 캐비티는 0.02 내지 0.95 bar의 범위에서 선택된 압력, 특히 0.05 내지 0.5 bar의 범위에서 선택된 압력으로 배기될 수 있다.
이에 따라 몰드는 하나 이상의 회전 축에 대해 회전될 수 있다. 제1 가능한 축은 수직 축(36)에 대해 표시되며, 이 경우 몰드(18)는 수직 축(36)에 대해 표시된 화살표 방향으로 또는 그 반대 방향으로 회전될 수 있다. 제2 가능한 회전 축은 수평 축(H)에 대해서이고, 이 경우 몰드(18)는 수평 축(H)에 대해 표시된 화살표 방향으로 또는 그 반대 방향으로 회전될 수 있다. 이러한 방식으로 몰드(18)를 이동시킴으로써 원심력 또는 중력은 가압된 제거 가능한 재료를 몰드(18)의 내부 표면(22)을 향해 가압하여, 이것은 제거 가능한 재료로 완전히 코팅되고 결과적인 패턴은 본질적으로 수축 및 다른 형태의 결함이 없는 외부 표면(56)(도 4 참조)을 갖는다. 몰드(18)의 회전 동안 이것은 예컨대 몰드(18)에서 제거 가능한 재료(M)의 응고를 일으키는 수냉을 사용하여 냉각될 수 있다.
하나 이상의 미리 정해진 위치에 배치된 기능적 구성 요소(12, 12')를 갖는 패턴(54)을 형성하기 위해 진공 펌프를 사용하여 상기 몰드(18)에 진공이 적용될 수 있다. 예컨대 0.3 bar의 원하는 진공이 몰드(18)에서 달성되면, 밸브는 캐비티 내의 압력을 유지하기 위해 폐쇄될 수 있다. 그런 후, 액체 형태의 제거 가능한 재료(M)가 몰드(18) 내로 도입될 수 있다. 예를 들어 몰드(18)의 체적의 80 ％는 액체 형태의 재료(M), 예컨대 왁스(W)로 채워질 수 있다. 이에 의해 몰드 내의 잔류 공기는 몰드의 압력이 초기 진공 압력 및 추가된 왁스의 양에 따라 이제 1.02 내지 4 bar의 범위가 될 수 있는 방식으로 왁스(W)의 첨가를 통해 압축된다.
그 다음, 몰드(18)는 몰드가 냉각되는 동안 회전 축을 중심으로 회전될 수 있으며, 몰드 내의 가압된 가스 및 몰드의 회전으로 인해, 초기 액체 왁스는 몰드의 내부 형상과 유사한 외부 형상을 갖는 왁스 패턴이 형성될 수 있도록 몰드의 전체 표면을 덮고, 왁스 패턴은 중공 내부를 갖는다.
특히 복잡한 외부 형상을 갖는 패턴이 형성되어야 하는 경우, 액체 형태의 제거 가능한 재료(M)의 첨가 이전, 도중 및/또는 이후에 추가적인 기체가 몰드에 첨가될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 캐비티(20)의 체적의 80 ％ 이상이 제거 가능한 재료(M)로 채워질 수 있다. 몰드 내의 이러한 추가적인 압력은 실질적으로 결함이 없는 외부 표면을 갖는 패턴이 형성될 수 있도록 보장하기 위해 몰드의 복잡한 네거티브 기하학적 구조 내로 액체 형태의 제거 가능한 재료를 안내할 수 있다.
도 3은 캐비티(20) 내로 이동될 수 있는 이동 가능한 인서트(12)를 사용하기 보다는 몰드(18)의 내부 표면(22)이 기능적 구성 요소(12')를 위한 지지 구조를 형성하기 위해 인서트(12)의 기능을 떠맞는 내부 표면에서 돌출부(52)를 포함하는 몰드의 개략적인 부분 측단면도를 도시한다. 제2 종류의 인서트(24')가 몰드(18)에 삽입된다. 좌측 인서트(24')는 자석을 통해 내부 표면(22)에 유지된다. 우측 인서트(24)는 몰드(18)와 인서트(24') 사이를 밀봉하는 O-링 밀봉부의 형태인 밀봉부(50)에서 진공(V)을 통해 제자리에 유지된다.
도 4는 제거 가능한 재료(M)가 도입된 도 3의 몰드의 개략적인 부분 측단면도를 도시한다. 중공 공간(54')도 또한 볼 수 있다.
도 5는 도 4와 유사한 단면도를 도시하고, 제거 가능한 재료는 응고되고 패턴(54)은 몰드(18)로부터 제거되어 있다. 인서트(24')는 외부 표면(56)에서 패턴(54) 내의 미리 정해진 위치에 유지된다. 패턴(54)은 외부 표면(56)에 리세스(58)를 추가로 포함한다.
패턴(54)은 외부 표면(56)을 따라 하나 이상의 미리 정해진 위치에 배치된 2개의 인서트(24, 24')를 포함한다. 제거 가능한 재료(M)의 패턴(54)은 80 내지 130 ℃의 온도 범위, 바람직하게는 95 내지 120 ℃의 범위에서 선택된 융점을 가질 수 있다. 패턴(54)은 60 내지 100 ℃의 범위, 바람직하게는 70 내지 95 ℃의 범위에서 선택된 온도에 대해 형상이 안정하게 유지될 수 있다. 일반적으로 말해서 제거 가능한 재료(M)의 패턴(54)은 상기 제거 가능한 재료(M)의 융점 미만의 온도에서 형상이 안정적으로 유지될 수 있다.
도 6은 도 5와 유사한 단면도를 도시하고, 패턴(54)은 섬유 재료의 층(60, 62)으로 덮혀 있다. 섬유 재료의 직조 층(60)은 외부 표면(56)에 직접 배치되는 반면, 섬유의 토우(62)는 패턴(54)의 외부 표면(56)에서 접근할 수 있는 인서트의 리세스와 자유 공간 내에 삽입되어 있다.
섬유 재료의 하나 이상의 층(60, 62)은 탄소 섬유, 유리 섬유, 현무암 섬유, 목질 섬유, 대마 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에스테르 섬유를 건조 상태로 또는 프리프레그로서 포함할 수 있다.
따라서, 제거 가능한 재료(M)의 패턴(54)은 그 자체로 공지된 방식으로 복합재 장치를 형성하기 위해 수지 전사 성형(RTM) 공정에서 몰드로서 사용될 수 있다.
도 7은 도 6과 유사한 단면도를 도시하고, 덮인 패턴(54)은 추가적인 몰드(64)에 배치되어 있다. 추가적인 몰드(64)는 내부 표면(64')을 갖는다. 따라서, 섬유 재료의 층(60, 62)은 추가적인 몰드(64)의 내부 표면(64')과 패턴(54)의 외부 표면(56) 사이에 배치된다.
도 8은 도 7과 유사한 단면도를 도시하고, 패턴(54)과 추가적인 몰드(64)의 내부 표면(64') 사이의 섬유의 층(60, 62) 주위의 공간은 수지(R)로 채워져 있다. 수지(R)는 공급 라인(68)을 통해 저장소(66)로부터 도입된다.
추가적인 몰드(64)는 가열 및/또는 냉각 장치(96)를 통해 제1, 제2 및/또는 제3 온도 범위의 제1, 제2 및/또는 제3 온도로 가열될 수 있다.
이와 관련하여, 추가적인 몰드(64)가 제1, 제2 및 제3 온도 중 하나로 가열될 때, 가열 단계는 단계적 방식으로 점진적으로 또는 연속적으로 수행될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
특히 RTM 공정 동안, 형성될 장치가 부드러워져 변형된 외부 및/또는 내부 표면을 갖는 장치를 얻는 것을 방지하기 위하여 섬유와 수지의 복합재는 전형적으로 수지의 유리 전이 온도 이하로 단계적으로 가열된다는 점에 유의해야 한다.
이와 관련하여 몰드(18)의 상부 절반부(18'), 몰드(18)의 하부 절반부(18") 및 추가적인 몰드(64)는 각각 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 열 전도성 및 비자성 재료로부터 형성된다는 점에 유의해야 한다.
수지(R)는 상기 추가적인 몰드(64)를 상기 제1 온도로 가열하는 상기 단계 동안 상기 추가적인 몰드(64) 내로 도입된다. 수지(R)는 상기 수지(R)의 상기 추가적인 몰드(64) 내로의 도입 시에 상기 수지(R)의 경화 온도 미만으로 가열된다. 묽은 농도의 수지(R)의 흐름을 향상시키기 위해 진공(V)이 포트(76)를 통해 진공 라인(78)에 연결된 진공 펌프(74)를 통해 동시에 적용될 수 있다.
수지(R)는 추가적인 몰드(64)에서 경화되어 장치(10)를 형성한다. 경화 단계는 추가적인 몰드(64)를 상기 제2 온도로 가열하는 것을 포함한다. 제2 온도는 제1 온도보다 높다.
수지(R)는 1성분 수지, 경화제를 포함하는 2성분 수지(R), 및 하나 또는 여러 개의 경화제를 포함하는 다성분 수지(R) 중 하나일 수 있다. 수지(R)는 에폭시 기반 수지, 폴리우레탄 기반 수지, 시아네이트 에스테르 기반 수지 또는 사출 또는 주입에 적합한 다른 것 기반 수지를 포함한다.
따라서, 앞에서 설명된 RTM 공정에서 적어도 하나의 로빙 층이 섬유 재료의 제1 층(60)으로서 제공되고, 선택적으로 또한 섬유 재료의 제2 층(62) 또는 여러 개의 층이 제공된다. 섬유 재료의 제1 층(60) 및 선택적으로 또한 섬유 재료의 제2 층(62)으로 덮인 패턴(54)은 그 다음 추가적인 몰드(64)에 배치된다. 그런 다음 추가적인 몰드(64)가 배기되어 추가적인 몰드(64)에 진공을 생성한다. 그런 다음 수지(R)는 실온보다 높지만 가능하게는 압력 하에서 수지(R)의 이상적인 경화 온도보다 낮은 온도에서 추가적인 몰드(64)에 주입된다. 상승된 온도에서 가압 가능한 수지(R)는 실온에서 가압되지 않은 수지(R)보다 더욱 유동적이고 따라서 최종 장치의 복합 재료에서 에어 포켓이 형성되지 않는 것을, 만일 가능하다면, 보장하기 위해 로빙 및 추가적인 몰드(64)를 통해 더욱 용이하게 유동할 수 있다.
그런 다음 수지(R)는 왁스 패턴(54)의 용융 온도 미만으로 선택된 온도에서 응고, 즉 경화되도록 허용되며, 바람직하게는 제2 온도 범위의 경계 사이의 몰드 온도를 낮은 온도에서 높은 온도로, 예컨대 90 ℃로부터 100 ℃로 점진적으로 증가시킨다. 필요한 경우, 경화된 복합재 장치에 구멍 및/또는 개구가 적용될 수 있다. 그런 후, 왁스 패턴(54)을 녹이기 위해 추가적인 몰드(64)의 온도는 예를 들어 100 ℃에서 120 ℃로 점진적으로 증가된다. 왁스 패턴(54)의 융해는 선택적으로 또한 몰드(64) 외부에서, 예를 들어 오븐에서 수행될 수 있다.
RTM 공정의 숙련자에게 알려진 바와 같이, 수지의 유리 전이 온도는 장치를 형성하기 위해 왁스의 융점보다 높게 온도의 단계적 점진적 증가 동안 몰드에서 일시적으로 증가될 수 있다. 그런 다음, 액체 왁스는 장치(10)에 적용된 구멍 및/또는 개구를 통해 제거될 수 있다.
또한 지지체가 형성되었던 위치에 기능적 구성 요소의 배치를 가능하게 하기 위하여 인서트(24')는 액체 왁스의 제거 후에 제거될 수 있다. 예를 들어, 도 16에서 인서트(24')가 베어링를 위한 지지체를 형성하고 베어링(84)은 그런 다음 장치(10)에 고유하게 형성된 베어링 지지체(12)에 배치된다.
도 9는 도 8과 유사한 단면도를 도시하고, 장치(10)는 추가적인 몰드(64)로부터 제거되어 있다. 패턴(54)의 제거 가능한 재료(M)는 여전히 장치(10) 내에 존재한다.
도 10은 도 9와 유사한 단면도를 도시하고, 추가적인 몰드(64)를 제3 온도로 가열함으로써 제거 가능한 재료(M)를 융점 이상으로 가열하는 가열 단계의 적용으로 인해 패턴(54)은 장치(10)로부터 제거된다.
도 11은 도 10과 유사한 단면도를 도시하고, 인서트(24')는 장치(10)로부터 제거되었다. 도 10의 좌측 인서트는 장치(10)의 하우징(16)에 개구(80)를 형성하는 데 사용되었다. 우측 인서트는 베어링을 위한 지지체를 형성하는 데 사용되었고, 즉 베어링 레이스는 도 11의 우측에 도시된 기능적 구성 요소(12)에 조립될 수 있다. 좌측 기능적 구성 요소(12)는 베어링 시트와 협동할 수 있는 구성 요소를 위한 내부 시트이다.
따라서, 복합 재료의 장치(10)는 장치(10)의 내부 표면(14)을 따라 2개의 미리 정해진 위치에 배치된 2개의 기능적 구성 요소(12)를 포함한다. 기능적 구성 요소(12)는 상기 장치(10)와 일편으로 일체적으로 형성된다.
장치(10)는 1 내지 4 ㎜의 범위에서 선택된 벽 두께에 대해, 특히 1 내지 5 ㎝의 범위에서 상기 장치(10)로부터 절단된 상기 장치(10)의 재료 길이에 대해 그리고 0.5 내지 2.5 ㎝의 범위에서 선택된 폭에서, ± 0.5 ㎜의 범위에 있는 벽 두께의 공차를 갖는 미리 규정 가능한 벽 두께를 가질 수 있다.
도 12는 도 10의 것과 유사한 단면도를 도시하고, 너트용 시트(12), 즉 내부 나사산을 갖는 구성 요소가 장치(10)의 내부 표면(14)에 본질적으로 존재한다.
도 13은 도 10의 것과 유사한 단면도를 도시하고, T자형 홈이 장치(10)의 내부 표면(14)에 본질적으로 존재하는 기능적 구성 요소(12)로서 제공된다.
도 14는 도 10의 것과 유사한 단면도를 도시하고, 나사산 볼트 형태의 기능적 구성 요소(12')가 장치(10)의 내부 표면(14)에서 장치(10)의 재료 내에 매설되어 있다. 나사산 볼트는 패턴 내에서 볼트(12')를 제자리에 유지하고 장치(10)를 형성하기 위해 수지(R)를 경화하는 단계 동안 볼트(12')와 장치(10) 사이에 영구적인 접합이 형성될 수 있게 하는 상기 볼트(12')를 둘러싸는 인서트의 제공에 의해 제자리에 접합되었다. 이러한 방식으로 볼트(12')는 장치(10)와 일편으로 일체적으로 매설된다.
도 15는 도 14의 것과 유사한 단면도를 도시하고, 내부 나사산을 갖는 슬리브(12')가 장치(10)의 내부 표면(14)에 본질적으로 존재한다. 도 14 의 볼트(12')와 마찬가지로, 슬리브(12')는 장치(10)의 하우징(16)을 형성하는 데 사용된 수지(R)를 경화하는 단계 동안 장치에 접합되었다.
도 16은 장치(10)의 내부 구성 요소의 개략도를 도시한다. 장치(10)는 상기 장치(10)의 수평 축을 따라 연장되는 샤프트(82)를 포함한다. 여기서 볼 베어링(84)은 장치(10)와 일편으로 일체적으로 형성된 베어링 지지체(12')에서 장치에 고정된다. 샤프트(82)는 슬리브(86) 및 슬리브(88)에서 장치(10)에 저널링되어 있다. 샤프트(82)는 전동 장치(92) 및 구동 샤프트(90)를 통해 전기 모터(94)에 연결된다.
도 16에서 슬리브(86)와 볼 베어링(84) 사이의 각도 공차는, 왁스 패턴(45)을 형성할 때 두 구성 요소에 사용된 인서트(12)가 서로에 대해 고정되었기 때문에, 0.1° 미만이다. 0.05° 미만의 각도 공차가 본 교시를 통해 달성될 수 있다. 더욱이, 슬리브(86)와 볼 베어링(84)의 인서트(12) 사이의 위치 설정의 축방향 공차는 0.1 ㎜ 미만, 바람직하게는 0.05 ㎜ 미만이다. 유사하게는, 슬리브(86)와 볼 베어링(84)의 인서트(12) 사이의 위치 설정의 공차는 0.05 ㎜ + 0.5㎜/m 미만, 바람직하게는 0.05 ㎜ + 0.2 ㎜/m 미만이다.
도 17은 골프 클럽(96)의 헤드가 되는 장치(10)를 도시한다. 헤드(96)는 전방 면(98) 및 본체(100)를 포함한다. 헤드는 그 자체로 알려진 방식으로 샤프트 커넥터(102)를 통해 샤프트(도시되지 않음)에 연결될 수 있다.
도 17에 도시되지 않았지만, 도 18에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 텅스텐 인서트에 의해 형성된 2개의 웨이트(104)가 왁스 패턴(54)에 인서트(12')로서 제공될 수 있다.
또한 도 18에 나타낸 바와 같이 추가적인 인서트(12')가 왁스 패턴(54) 내에 매설된다. 이 추가적인 인서트(12')는 골프 클럽(10')의 전방 면 및 베이스(108)에 대한 미리 정해진 각도에서 샤프트의 정확한 연결을 허용하는 샤프트 커넥터 인서트(106)이다. 이러한 방식으로 골프 클럽의 샤프트와 전방 면 사이의 각도는 종래 기술에 비해 개선된 정렬 품질로 신뢰성 있게 형성될 수 있다.
참조 번호 목록:
10, 10' 장치, 골프 클럽
12, 12' 기능적 구성 요소, 인서트에 의해 형성된 12
14 내부 표면
16 하우징
18, 18', 18" 패턴을 위한 몰드, 18의 상부 절반부, 18의 하부 절반부
19 밀봉부
20 캐비티
22 내부 표면
24, 24' 제1 종류의 인서트, 제2 종류의 인서트
26 슬라이더
28 자석
30 진공 통로
32 진공 펌프
34 진공 포트
36 수직 축
38 W의 저장소
40 수지 포트
42 수지 라인
44 가스 공급부
46 가스 포트
48 가스 라인
50 밀봉부
52 22에 있는 돌출부
54, 54' 패턴, 중공 부분
56 54의 외부 표면
58 56의 리세스
60 섬유 재료의 제1 층
62 섬유 재료의 제2 층
64 추가적인 몰드
66 R의 저장소
68 R의 라인
70 가열 및 냉각 장치
72 70의 64에의 커플링
74 추가적인 진공 펌프
76 진공 포트
78 진공 라인
80 개구
82 샤프트
84 볼 베어링
86 슬리브
88 슬리브
90 구동 샤프트
92 전동 장치
94 전기 모터
96 골프 클럽의 헤드
98 전방 면
100 본체
102 샤프트 커넥터
104 웨이트
106 샤프트 커넥터 인서트
108 베이스
G 가스
H 수평 축
M 제거 가능한 재료
R 수지
V 진공
W 왁스

Claims (37)

  1. 복합 재료의 장치(10)를 형성하는 방법으로서,
    내부 표면(22)을 갖는 캐비티(20)를 형성하는 내부 공간을 갖는 몰드(18)를 제공하는 단계로서, 상기 캐비티(20)는 형성될 장치(10)의 내부 형상에 대응하는 형상을 갖는, 몰드(18)를 제공하는 단계;
    상기 내부 표면(22)을 따라 하나 이상의 미리 정해진 위치에 인서트(24, 24')를 배치하는 단계;
    상기 하나 이상의 위치에서 상기 인서트(24, 24')를 유지하는 단계;
    제거 가능한 재료(M)가 고체 형태일 때 인서트(24, 24')가 내부에 고정된 패턴(54)을 형성하기 위해 상기 제거 가능한 재료(M)를 상기 몰드(18)의 상기 캐비티(20) 내로 도입하는 단계; 및
    인서트(24, 24')가 내부에 고정된 상기 패턴(54)을 상기 몰드(18)로부터 제거하는 단계를 포함하는,
    복합 재료의 장치(10)를 형성하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유지하는 단계는 진공(V)의 적용, 슬라이더(26)의 사용, 기능적 요소, 및/또는 자석(28)의 사용을 통해 인서트(24, 24')를 유지하는 것을 포함하는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 인서트(24, 24')는 자성 재료 및 금속 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인서트(24, 24')는 기능적 구성 요소(12)를 형성하도록 형상화되거나 또는 상기 장치(10)의 기능적 구성 요소(12')인, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    제거 가능한 재료(M)의 상기 패턴(54)은 사출 성형 공정 또는 왁스 주조 공정에서 생성되는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제거 가능한 재료(M)는 액체 형태로 상기 캐비티(20) 내로 도입되는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제거 가능한 재료(M)를 상기 몰드(18) 내로 도입하는 단계는 상기 캐비티(20)의 40 내지 99 ％를 액체 형태의 제거 가능한 재료(M)로 채우는 것을 포함하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 몰드(18)에 존재하는 상기 제거 가능한 재료(M) 내로 가스(G)를 도입하고 0.02 내지 20 bar의 범위에서 선택되는, 상기 형성된 패턴(54)의 외부와 상기 패턴(54) 내의 중공 공간(54') 사이의 압력 차로 상기 몰드(18)에 존재하는 상기 제거 가능한 재료(M)를 가압하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 캐비티 내로의 상기 제거 가능한 재료(M)의 도입 전에 상기 캐비티(20)에 0.02 내지 0.95 bar, 특히 0.05 내지 0.5 bar의 범위에서 선택된 압력을 적용하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몰드(18)를 이동시켜 상기 몰드(18)의 내부 표면(22)을 액체 형태의 상기 제거 가능한 재료(M)로 완전히 코팅하는 단계; 및
    상기 몰드(18)에서 상기 제거 가능한 재료(M)를 응고시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인서트(24, 24')를 갖는 상기 패턴(54)을 하나 이상의 종류의 섬유 재료의 하나 이상의 층(60, 62)으로 덮는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 인서트(24, 24')를 갖고 상기 하나 이상의 섬유 재료 층(60, 62)으로 덮인 상기 패턴(54)을 추가적인 몰드(64) 내에 배치하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 추가적인 몰드(64)를 제1, 제2 및/또는 제3 온도 범위의 제1, 제2 및/또는 제3 온도로 가열하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 추가적인 몰드(64)를 상기 제1 온도로 가열하는 단계 이전 및/또는 가열하는 단계 동안에 상기 추가적인 몰드(64) 내로 수지(R)를 도입하는 단계를 추가로 포함하고, 선택적으로 상기 수지(R)를 경화하는 단계 동안 진공(V)이 적용되는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 추가적인 몰드(64)에서 상기 수지(R)를 경화하여 상기 장치(10)를 형성하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 경화 단계는 열 및 UV 광의 적용 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열의 적용 단계는 상기 추가적인 몰드(64)를 상기 제2 온도로 가열하는 것을 포함하는, 방법.
  17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수지(R)는 상기 수지(R)의 상기 추가적인 몰드(64)에의 도입 시에 상기 수지(R)의 경화 온도 미만으로 가열되는, 방법.
  18. 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수지(R)는 1성분 수지(R), 경화제를 포함하는 2성분 수지(R), 및 하나 또는 여러 개의 경화제를 포함하는 다성분 수지(R) 중 하나인, 방법.
  19. 제13항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수지(R)는 에폭시 기반 수지, 폴리우레탄 기반 수지, 시아네이트 에스테르 기반 수지 또는 사출 또는 주입에 적합한 다른 것에 기반한 수지를 포함하는, 방법.
  20. 제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유 재료의 하나 이상의 층(60, 62)은 탄소 섬유, 유리 섬유, 현무암 섬유, 천연 섬유, 예를 들어 목질 섬유 및 대마 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에스테르 섬유를 건조 상태로 또는 프리프레그로서 포함하는, 방법.
  21. 제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치(10)로부터 상기 제거 가능한 재료(M)를 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  22. 제13항에 직접 또는 간접적으로 종속할 때 제21 항에 있어서,
    상기 추가적인 몰드(64)를 제3 온도로 가열하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 선택적으로 얻을 수 있는 제거 가능한 재료(M)의 패턴(54)으로서, 상기 패턴(54)은 상기 패턴(54)의 외부 표면(56)을 따라 하나 이상의 미리 정해진 위치에 배치된 하나 이상의 인서트(24, 24')를 포함하는, 제거 가능한 재료(M)의 패턴(54).
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제거 가능한 재료(M)의 패턴(54)은 80 내지 140 ℃의 온도 범위, 바람직하게는 95 내지 130 ℃의 범위에서 선택된 융점을 갖는, 패턴(54).
  25. 제23 항 또는 제24 항에 있어서,
    상기 제거 가능한 재료(M)의 패턴(54)은 60 내지 100 ℃의 범위, 바람직하게는 70 내지 95 ℃의 범위에서 선택된 온도에 대해 형상이 안정하게 유지되는, 패턴(54).
  26. 제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제거 가능한 재료(M)의 패턴(54)은 상기 제거 가능한 재료(M)의 융점 미만의 온도에서 형상이 안정하게 유지되는, 패턴(54).
  27. 제23항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인서트(24, 24')는 자성 재료 및 금속 중 적어도 하나를 포함하는, 패턴(54).
  28. 제23항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 인서트(24, 24')는 하나 이상의 기능적 구성 요소(12)의 형상에 대응하는 형상을 갖거나 또는 장치(10)의 기능적 구성 요소(12')인, 패턴(54).
  29. 제1항 내지 제22항 중 적어도 한 항에 따르는 방법에 의해 선택적으로 얻을 수 있는 복합 재료의 장치(10)로서,
    상기 장치(10)는 상기 장치(10)의 내부 표면(14)을 따라 하나 이상의 미리 정해진 위치에 배치된 하나 이상의 기능적 구성 요소(12, 12')를 포함하며, 상기 기능적 구성 요소(12, 12')는 상기 장치(10)와 일편(one piece)으로 일체적으로 형성되거나, 또는 상기 장치(10)와 일편으로 일체적으로 형성된 구조 내에 매설되는, 복합 재료의 장치(10).
  30. 제29항에 있어서,
    상기 기능적 구성 요소(12, 12')는, 언더컷을 갖는 태핏(tappet), 언더컷을 갖는 포켓, 내부 시트(원통형), 선택적으로 써클립(circlip)을 위한 삽입 지점을 갖는 베어링 시트, t자형 홈(외향 형상 및 내향 형상), 외부 나사산을 갖는 볼트 또는 스터드와 같은 외부 나사산, 내부 나사산을 갖는 슬리브 또는 너트와 같은 내부 나사산, 베이어넷 연결부, 개방형 웨지 소켓, 아일릿(eyelet), 볼 스터드, 선택적으로 써클립을 위한 삽입 지점을 갖는 다웰 및 다웰 핀, 후크, 스프링 요소, 베어링 블록, 클램핑을 갖는 베어링 블록, 보어를 갖거나 갖지 않는 톱니 핀/커플링, 슬리브, 개구, 전술한 것 중 하나 이상을 위한 지지체 및 전술한 것의 조합으로 구성된 부재의 그룹으로부터 선택되는, 장치(10).
  31. 제29항 또는 제30항에 있어서,
    상기 장치(10)는 1 내지 4 ㎜의 범위에서 선택된 벽 두께에 대해, 특히 1 내지 5 ㎝의 범위에서 상기 장치(10)로부터 절단된 상기 장치(10)의 재료의 길이에 대해 그리고 0.5 내지 2.5 ㎝의 범위에서 선택된 폭에서, ± 0.5 ㎜, 특히 ± 0.1 ㎜, 특별히 ± 0.05 ㎜의 범위에 있는 벽 두께의 공차를 갖는 미리 규정 가능한 벽 두께를 갖는, 장치(10).
  32. 제29항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치(10)는 1 내지 4 ㎜ 범위에서 선택된 벽 두께에 대해 ± 0.3 ㎜, 특히 ± 0.2 ㎜의 범위에 있는 벽 두께의 공차를 갖는, 장치(10).
  33. 제29항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치(10)는 ± 0.1 ㎜의 표면 프로파일의 공차를 갖는, 장치(10).
  34. 제28항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치(10)는 제2 인서트(24')를 형성하는 기능적 구성 요소(12)의 위치에서 ± 0.05 ㎜, 특히 ± 0.03 ㎜, 특별히 ± 0.01 ㎜의 표면 프로파일의 공차를 갖는, 장치(10).
  35. 제28항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    2개 이상의 인서트가 제공되고 상기 장치(10)의 2개의 인서트(12, 12') 사이의 위치 설정의 각도 공차가 0.3° 미만, 바람직하게는 0.2° 미만이고, 만일 2개 이상의 인서트가 패턴 내에서 서로에 대해 고정된다면 2개의 인서트 사이의 각도 공차는 0.1° 미만, 바람직하게는 0.05° 미만이고; 및/또는
    2개 이상의 인서트가 제공되고 상기 장치(10)의 인서트(12, 12') 사이의 위치 설정의 축방향 공차가 0.2 ㎜ 미만, 바람직하게는 0.1 ㎜ 미만이고, 만일 2개 이상의 인서트가 제공되고 패턴 내에서 서로에 대해 고정된다면 2개의 인서트 사이의 축방향 공차는 0.1 ㎜ 미만, 바람직하게는 0.05 ㎜ 미만이고; 및/또는
    2개 이상의 인서트가 제공되고 상기 장치(10) 내의 인서트 사이의 간격에서 인서트 사이의 위치 설정의 공차가 0.1 ㎜ + 1 ㎜/m 미만, 바람직하게는 0.05 ㎜ + 0.5 ㎜/m 미만이고, 만일 2개 이상의 인서트가 패턴 내에서 서로에 대해 고정된다면 2개의 인서트 사이의 위치 설정 공차가 0.05 ㎜ + 0.5 ㎜/m 미만, 바람직하게는 0.05 ㎜ + 0.2 ㎜/m 미만인, 장치(10).
  36. 제29항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 골프 클럽(10')의 헤드(96)이고, 상기 하나 이상의 기능적 구성 요소(12, 12')는 골프 클럽에 통합된 웨이트(104), 골프 클럽(10')의 샤프트에 대한 커넥터를 형성하는 샤프트 커넥터 인서트(106), 및 골프 클럽(10')의 면(98)으로 작용하는 표면 중 적어도 하나로서 선택되는, 장치(10).
  37. 제36항에 있어서,
    상기 헤드의 하나 이상의 웨이트(104)로서 작용하는 하나 이상의 기능적 구성 요소가 제공되고, 상기 샤프트 커넥터 인서트(106)로서 작용하는 하나의 기능적 구성 요소가 제공되고 그리고 골프 클럽(10')의 헤드(96)의 면(98)으로서 작용하는 하나의 기능적 구성 요소가 제공되는, 장치(10).
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