KR102282924B1 - 복합소재 체결부재의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
제조정밀성이 개선되도록, 본 발명은 섬유강화플라스틱 재질의 시트가 제조될 체결부재의 형상에 대응되어 반경방향 중심을 기준으로 원주방향을 따라 복수회 권취되되 섬유배열이 길이방향을 따라 연속적으로 형성된 모재가 준비되는 제1단계; 상기 모재가 내부에 나사산이 형성된 금형에 삽입되되 상기 모재의 반경방향 중심이 상기 금형의 중앙으로 정렬 배치되는 제2단계; 상기 모재가 기설정된 가소온도로 가열 압착된 후 완전 경화됨에 따라 표면에 상기 나사산의 윤곽에 대응되는 체결나사산이 형성되며 연속적인 섬유배열로 형성된 복합소재 체결부재가 제조되는 제3단계; 및 상기 복합소재 체결부재가 상기 금형으로부터 분리되는 제4단계를 포함하는 복합소재 체결부재의 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 복합소재 체결부재의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제조정밀성이 개선되는 복합소재 체결부재의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 다양한 산업현장에서 금속 소재의 볼트가 사용된다. 이러한 금속 소재의 볼트는 중량이 높고 부식성이 있으며 단열, 단전의 특성이 있다.
여기서, 금속 소재의 볼트의 특성을 보완 및 대체하기 위해 비금속 소재의 볼트가 사용되고 있다. 그리고, 비금속 소재의 볼트는 일반적으로 경량화된 플라스틱 소재로 제조되며 금속 소재의 볼트에 비해 강도가 낮으며 전단되기 쉬운 특성이 있다.
이에 따라, 금속 소재의 높은 강도와 내습성, 방청성, 경량화 특성을 동시에 만족하기 위하여 복합소재 재질로 제조되는 볼트의 연구 및 개발이 진행되고 있다. 특히, 해양산업, 항공우주산업, 전기차산업, 스포츠산업 등에서는 이러한 복합 소재의 볼트의 개발이 절실히 요구되고 있다.
그러나, 시중에 개발된 복합소재 재질의 볼트는 카본 재질로 제조되지만 제조비용이 높고 인장강도가 금속 소재의 볼트 대비 25~42% 수준에 불과하여 실질적으로 산업현장에 적용되기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 종래 복합소재 재질의 볼트는 외주를 절삭하여 나사산을 형성하는데 이때 복합소재의 섬유가 절단되어 강도가 급격히 저하되는 심각한 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위해, 내부에 나사산이 형성된 금형을 통해 프레싱 방식으로 복합소재 재질의 볼트를 제조할 수 있으나, 복합소재 재질과 경화를 위해 주입된 에폭시 수지가 상호 분리되어 볼트의 외주에 에폭시 수지에 의한 기포가 발생되므로 나사산의 형상이 정밀하게 제조되지 못하며 성형품질이 현저히 저하되는 심각한 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 제조정밀성이 개선되는 복합소재 체결부재의 제조방법을 제공하는 것을 해결과제로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 에폭시 수지가 포함된 탄소섬유강화플라스틱 재질의 시트가 제조될 체결부재의 형상에 대응되어 반경방향 중심을 기준으로 원주방향을 따라 복수회 권취되되 섬유배열이 길이방향을 따라 연속적으로 형성된 모재가 준비되는 제1단계; 상기 모재가 내부에 나사산이 형성된 금형에 삽입되되 상기 모재의 반경방향 중심이 상기 금형의 중앙으로 정렬 배치되는 제2단계; 상기 모재가 기설정된 가소온도로 가열 압착된 후 완전 경화됨에 따라 표면에 상기 나사산의 윤곽에 대응되는 체결나사산이 형성되며 연속적인 섬유배열로 형성된 복합소재 체결부재가 제조되는 제3단계; 및 상기 복합소재 체결부재가 상기 금형으로부터 분리되는 제4단계를 포함하되, 상기 제3단계에서, 상기 금형에 삽입된 상기 모재 후단부의 반경방향 중심으로부터 체결나사산 형성용 가압봉이 상기 모재의 섬유배열방향과 평행하게 길이방향으로 가압 삽입되어, 상기 모재가 상기 나사산에 밀착 가압되고, 상기 모재의 섬유배열이 상기 나사산의 윤곽에 대응되어 연속 굴곡진 형태로 경화되며, 삽입된 상기 가압봉과 상기 기설정된 가소온도로 용융된 상기 모재가 일체로 경화되되, 상기 금형에 형성된 체결홈의 하단부에 관통 형성된 배출홀을 통해 상기 모재에 포함된 에폭시 수지 성분이 상기 가압봉의 가압에 의해 밀려나며 외부로 배출되고, 상기 제4단계는, 상기 배출홀에 대응되는 부분에 형성된 체결부의 하단부에 형성된 잔여물이 제거되는 단계를 포함함을 특징으로 하는 복합소재 체결부재의 제조방법을 제공한다.
한편, 본 발명은 반경방향 중심을 기준으로 원주방향을 따라 권취되어 섬유배열이 길이방향을 따라 연속적으로 형성되되 상부에 반경방향 외측으로 확장되는 헤드부가 일체로 형성되며, 상기 헤드부의 하부에 일체로 연결되되 외주에 연속 굴곡진 형태의 섬유배열을 따라 체결나사산이 형성되는 체결부가 형성되는 섬유강화플라스틱 재질의 바디부; 및 상기 헤드부의 중앙부로부터 길이방향을 따라 가압 삽입되어 구비되는 체결나사산 형성용 가압봉을 포함하는 복합소재 체결부재를 제공한다.
상기의 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 섬유배열이 길이방향을 따라 연속적으로 형성된 섬유강화플라스틱 재질의 모재가 금형에 삽입되고 체결나사산 형성용 가압봉이 모재의 섬유배열방향과 평행하게 가압 삽입되면서 체결나사산의 섬유배열을 외측으로 균일하게 밀어내줌으로써 금형의 나사산에 밀착 가압되어 연속 굴곡진 형태의 섬유배열이 정밀 형성되므로 제품의 강도가 현저히 개선될 수 있다.
둘째, 제조되는 복합소재 체결부재의 섬유배열이 길이방향을 따라 연속 굴곡지게 형성됨에 따라 체결나사산이 바디부로부터 견고하게 결합된 섬유배열 상태가 유지되므로 체결나사산의 내구도가 현저히 개선되어 파절이 예방되며 금속 체결부재 대비 80~90% 수준의 인장강도를 확보할 수 있다.
셋째, 섬유강화플라스틱 재질의 모재 후단부의 반경방향 중심으로부터 삽입된 가압봉과 기설정된 가소온도로 용융된 모재가 일체로 경화됨에 따라 제조되는 복합소재 체결부재의 강도 및 내구도가 더욱 증가될 수 있다.
넷째, 모재가 섬유강화플라스틱 재질의 시트로서 반경방향 중심을 기준으로 원주방향을 따라 복수회 권취되되 섬유배열이 길이방향을 따라 연속적으로 형성됨에 따라 제조되는 복합소재 체결부재의 헤드부 및 체결부의 섬유배열이 상호 일체로 형성되므로 종래에 비해 결합력이 현저히 증가될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 체결부재의 제조방법을 나타낸 흐름도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 체결부재의 제조방법에서 모재를 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 체결부재의 제조방법에서 모재가 금형에 삽입 및 정렬되는 과정을 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 체결부재의 제조방법에서 가압봉이 모재에 가압되는 과정을 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 체결부재의 제조방법에서 금형을 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 체결부재의 제조방법에서 가압장치를 나타낸 사시도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 체결부재를 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 체결부재에서 섬유배열을 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 체결부재의 제조방법에서 모재를 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 체결부재의 제조방법에서 모재가 금형에 삽입 및 정렬되는 과정을 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 체결부재의 제조방법에서 가압봉이 모재에 가압되는 과정을 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 체결부재의 제조방법에서 금형을 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 체결부재의 제조방법에서 가압장치를 나타낸 사시도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 체결부재를 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 체결부재에서 섬유배열을 나타낸 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합소재 체결부재 및 그의 제조방법을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 체결부재의 제조방법을 나타낸 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 체결부재의 제조방법에서 모재를 나타낸 예시도이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 체결부재의 제조방법에서 모재가 금형에 삽입 및 정렬되는 과정을 나타낸 예시도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 체결부재의 제조방법에서 가압봉이 모재에 가압되는 과정을 나타낸 예시도이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 체결부재의 제조방법에서 금형을 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 체결부재의 제조방법에서 가압장치를 나타낸 사시도이다. 그리고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 체결부재를 나타낸 사시도이며, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 체결부재에서 섬유배열을 나타낸 예시도이다.
도 1 내지 도 8에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 체결부재 및 그의 제조방법은 모재 준비(s10), 모재가 금형에 삽입 및 정렬(s20), 모재가 가열 압착된 후 경화되어 복합소재 체결부재 제조(s30), 및 복합소재 체결부재가 금형으로부터 분리(s40)의 일련의 단계를 포함한다.
한편, 본 발명의 일실시예에서 복합소재 체결부재가 볼트로서 제조되는 경우를 예로써 도시 및 설명하나, 체결부재는 너트로서 제조될 수도 있으며 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 일실시예에서 금형 및 가압장치가 볼트를 제조하기 위한 형상으로 구비되는 경우를 예로써 도시 및 설명한다.
먼저, 도 2를 참조하면, 섬유강화플라스틱 재질의 시트가 제조될 복합소재 체결부재(100)의 형상에 대응되어 반경방향 중심을 기준으로 원주방향을 따라 복수회 권취되되 섬유배열이 길이방향을 따라 연속적으로 형성된 모재(100a)가 준비된다(s10). 이때, 상기 모재(100a)는 섬유강화플라스틱 재질과 에폭시 수지 성분을 포함하는 시트가 권취됨에 따라 제조되며, 상호 실질적으로 동일한 형상으로 복수개 제조되어 준비될 수 있다.
여기서, 섬유강화플라스틱은 탄소섬유강화플라스틱(carbon fiber reinforced plastic, C-FRP)과 유리섬유강화플라스틱(glass fiber reinforced plastic, G-FRP)을 포함한다. 이때, 본 발명의 일실시예에서 상기 시트가 탄소섬유강화플라스틱 재질로 구비되는 경우를 예로써 도시 및 설명한다.
그리고, 상기 모재(100a)는 제조될 상기 복합소재 체결부재(100)의 형상에 대응되어 제조됨이 바람직하다. 예컨대, 상기 모재(100a)는 상기 복합소재 체결부재(100)의 헤드부(10) 및 체결부(20)의 직경 및 길이에 대응되어 섬유강화플라스틱 재질의 시트가 복수회 권취되어 제조될 수 있다.
예컨대, 상기 모재(100a)에서 상기 헤드부(10)에 대응되는 영역(m1)이 상기 헤드부(10)의 직경 및 길이에 대응되어 1차 권취되고, 상기 헤드부(10) 및 상기 체결부(20) 전체를 포괄하는 영역(m1,m2)이 동시에 2차 권취되어 상기 모재(100a)가 준비될 수 있다. 이때, 2차 권취시 상기 체결부(20)에 대응되는 영역(m2)이 상기 체결부(20)의 직경 및 길이에 대응되어 권취됨이 바람직하다.
그리고, 상기 모재(100a)는 상기 모재(100a)의 길이방향을 따라 섬유배열이 연속적으로 형성됨이 바람직하다. 즉, 상기 모재(100a)의 섬유배열이 상기 모재(100a)의 반경방향 중심을 기준으로 원주방향을 따라 복수회 권취되어 복수개의 단층이 형성되되 길이방향으로는 섬유배열이 연속적으로 형성된 형태로 형성된다.
한편, 도 3 및 도 5를 참조하면, 상기 모재(100a)가 내부에 나사산(203)이 형성된 금형(200)의 금형홈(201,202)에 삽입되되 상기 모재(100a)의 반경방향 중심이 상기 금형(200)의 금형홈(201,202) 반경방향 중앙으로 정렬 배치된다(s20).
여기서, 상기 금형(200)에는 상기 모재(100a)가 삽입되는 금형홈(201,202)이 복수개소 함몰 형성됨이 바람직하다. 이때, 상기 금형홈(201,202)에는 외측에 헤드홈(201)이 형성됨과 더불어 내측에 체결홈(202)이 상호 단차지게 형성됨이 바람직하다. 또한, 상기 헤드홈(201)의 내경은 상기 체결홈(202)의 내경을 초과하도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 헤드홈(201)의 내경은 제조될 복합소재 체결부재(100)의 헤드부(10) 외경에 대응되도록 구비됨이 바람직하다. 더불어, 상기 체결홈(202)의 내경은 제조될 복합소재 체결부재(100)의 체결부(20) 외경에 대응되도록 구비됨이 바람직하다. 예컨대, 상기 헤드홈(201)의 내주 단면 형상이 원형 또는 다각형 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 체결홈(202)의 내주 단면 형상이 원형으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 모재(100a)에서 상기 헤드부(10)에 대응되는 영역(m1)이 상기 헤드홈(201)에 배치되며, 상기 모재(100a)에서 상기 체결부(20)에 대응되는 영역(m2)이 상기 체결홈(202)에 배치됨이 바람직하다.
그리고, 상기 체결홈(202)의 내주에는 제조될 체결나사산(21)의 형상에 대응되어 나사산(203)이 함몰 형성됨이 바람직하다.
또한, 상기 금형(200)에는 상기 체결홈(202)의 하단부와 상기 금형(200) 몸체 하부 사이에 배출홀(204)이 관통 형성될 수 있다. 즉, 상기 금형홈(201,202)과 상기 배출홀(204)이 상호 연통되어 상기 금형(200)의 상하부로 관통 형성된 형상으로 구비될 수 있다.
여기서, 상기 금형(200)은 상기 금형홈(201,202) 및 상기 배출홀(204)의 반경방향 중앙을 기준으로 상호 분할되도록 복수개의 금형이 세트화되어 구비됨이 바람직하다. 이때, 세트화된 복수개의 상기 금형홈(201,202) 및 상기 배출홀(204)이 각 상기 금형(200)의 일면 및 타면에 상호간 기설정된 간격을 두고 복수개소 형성될 수 있다.
또한, 상기 금형(200)에는 일면 및 타면에 상호 분할된 복수개의 금형(200)이 상호 억지 끼움 결합되도록 상호 대향되는 위치에 복수개의 끼움홈(205) 및 끼움돌기가 교번 형성됨이 바람직하다.
그리고, 상기 금형(200)에는 상기 모재(100a)의 가열을 위한 히팅카트리지(미도시)가 삽입되도록 상기 금형홈(201,202) 및 상기 배출홀(204)과 상호 구획된 위치에 복수개의 카트리지삽입홀이 관통 형성됨이 바람직하다.
이에 따라, 복수개의 상기 모재(100a)가 복수개의 상기 금형홈(201,202)에 동시에 삽입되어 각 상기 모재(100a)의 반경방향 중심이 상기 금형홈(201,202) 반경방향 중앙으로 각각 정렬 배치될 수 있다.
한편, 도 4 및 도 6을 참조하면, 상기 모재(100a)가 기설정된 가소온도로 가열 압착된 후 완전 경화됨에 따라 표면에 상기 나사산(203)의 윤곽에 대응되는 체결나사산(21)이 형성되며 연속적인 섬유배열로 형성된 복합소재 체결부재(100)가 제조된다(s30).
여기서, 상기 기설정된 가소온도는 상기 히팅카트리지(미도시)의 열전도에 의해 가열되어 상기 모재(100a)가 부분 용융되는 온도를 의미하며, 110~130℃로 설정될 수 있으며 가장 바람직하게는 120℃로 설정될 수 있다.
상세히, 상기 히팅카트리지(미도시)가 제어부(미도시)에 의해 가열 제어되어 상기 금형(200)이 가열됨이 바람직하다. 이와 동시에, 체결나사산 형성용 가압봉(30)을 가압하도록 구비되는 가압장치(210)에 의해 상기 가압봉(30)이 상기 금형(200)의 금형홈(201,202)에 삽입된 상기 모재(100a)에 가압 삽입됨이 바람직하다.
여기서, 상기 가압장치(210)는 복수개로 구비되어 별도의 프레싱장치(미도시)에 각각 연결되되, 상기 금형홈(201,202)의 배치간격에 대응되는 간격으로 각각 배치됨이 바람직하다.
이때, 상기 가압장치(210)에는 후단부에 상기 프레싱장치(미도시)에 연결되도록 연결부(211)가 형성됨이 바람직하다. 또한, 상기 가압장치(210)에는 전단부가 상기 헤드홈(201)에 삽입되도록 상기 헤드홈(201)의 내경에 대응되는 외경의 가압몸체(212)가 형성됨이 바람직하다.
그리고, 상기 가압장치(210)에는 전단부에 상기 가압몸체(212)로부터 일체로 전향 연장 돌설되는 가압돌설부(213)가 형성될 수 있다. 이때, 상기 가압돌설부(213)의 단면은 제조될 복합소재 체결부재(100)의 상면에 함몰 형성되는 함몰홈(11)의 내면 윤곽에 대응되는 외면 윤곽으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 가압돌설부(213)의 전단면 중앙에는 상기 가압봉(30)의 단부가 삽입되어 지지되도록 가압홈(214)이 함몰 형성됨이 바람직하다. 이때, 상기 가압홈(214)의 내경은 상기 가압봉(30)의 외경에 대응되어 형성됨이 바람직하다.
여기서, 상기 금형(200)에 삽입된 상기 모재(100a) 후단부의 반경방향 중심으로부터 체결나사산 형성용 가압봉(30)이 상기 가압장치(210)에 의해 상기 모재(100a)의 섬유배열방향과 평행하게 길이방향으로 가압 삽입됨이 바람직하다. 이에 따라, 상기 모재(100a)가 상기 나사산(203)에 밀착 가압됨이 바람직하다.
이때, 상기 가압봉(30)은 섬유강화플라스틱 재질로 구성된 상기 모재(100a) 보다 높은 경도(硬度)를 갖는 카본(carbon) 재질로 형성된 기설정된 외경의 원통형 부재로서 구비될 수 있다. 이에 따라, 상기 가압봉(30)이 카본 재질로서 구비되어 카본섬유강화플라스틱으로 구비될 수 있는 상기 모재(100a)와의 용융 결합시 상호접합면의 결속력이 더욱 증가될 수 있다. 또한, 상기 가압봉(30)의 길이는 상기 모재(100a)의 길이 이하로 구비됨이 바람직하다.
그리고, 상기 가압봉(30)이 상기 모재(100a)로 가압 삽입됨에 따라 상기 기설정된 가소온도로 부분 용융된 상기 모재(100a)가 상기 나사산(203)에 밀착 가압됨이 바람직하다.
즉, 상기 가압봉(30)이 상기 모재(100a)에서 상기 헤드부(10)에 대응되는 영역(m1)으로부터 상기 모재(100a)에서 상기 체결부(20)에 대응되는 영역(m2)으로 가압 삽입된다.
이에 따라, 상기 모재(100a)가 상기 나사산(203)측으로 대향되는 상기 가압봉(30)의 외측방향으로 가압됨에 따라 상기 체결부(20)에 대응되는 영역의 상기 모재(100a) 표면이 상기 나사산(203)에 밀착 가압되어 체결나사산(21)으로 형성된다. 여기서, 상기 체결나사산(21)의 섬유배열이 상기 나사산(203)의 윤곽에 대응되어 연속 굴곡진 형태로 형성됨이 바람직하다.
이때, 상기 배출홀(204)을 통해 상기 모재(100a)에 포함된 에폭시 수지 성분이 상기 가압봉(30)의 가압에 의해 밀려나며 외부로 배출될 수 있다. 이를 통해, 상기 체결나사산(21)의 표면에 에폭시 수지 성분에 의한 불필요한 기포 및 잔여물이 형성되지 않고, 상기 배출홀(204)을 통해 가압 배출되므로 상기 체결나사산(21)의 제조정밀성이 현저히 개선될 수 있다.
여기서, 기설정된 시간이 경과됨에 따라 상기 모재(100a)의 섬유배열이 상기 나사산(203)의 윤곽에 대응되어 연속 굴곡진 형태로 경화됨이 바람직하다. 이때, 상기 기설정된 시간은 3~7분으로 설정될 수 있다. 이와 동시에, 삽입된 상기 가압봉(30)과 상기 기설정된 가소온도로 용융된 상기 모재(100a)가 일체로 경화됨이 바람직하다.
한편, 상기 복합소재 체결부재(100)가 상기 금형(200)으로부터 분리된다(s40). 이때, 세트화된 상기 금형(200)이 상기 금형홈(201,202) 및 상기 배출홀(204)의 반경방향 중앙을 기준으로 상호 분할됨에 따라 상기 복합소재 체결부재(100)가 상기 금형(200)으로부터 용이하게 분리될 수 있다.
그리고, 상기 복합소재 체결부재(100)가 상기 금형(200)으로부터 분리되면, 상기 가압봉(30)에서 상기 모재(100a)의 외부로 노출된 부분이 절삭 제거되는 단계가 수행될 수 있다. 즉, 상기 복합소재 체결부재(100)의 헤드부(10) 상측으로 노출된 상기 가압봉(30)이 절삭됨에 따라 최종적인 제품 생산 공정이 완료된다. 이와 동시에, 상기 배출홀(204)에 대응되는 부분에 형성된 위치에 대응되는 상기 체결부(20)의 하단부에 형성된 잔여물이 제거되는 단계가 수행될 수 있다.
한편, 도 7을 참조하면, 상기 복합소재 체결부재(100)는 상기 헤드부(10) 및 상기 체결부(20)를 포함하는 바디부와, 상기 가압봉(30)을 포함하여 구비된다. 이때, 본 발명의 일실시예에서 상기 복합소재 체결부재(100)가 볼트인 경우를 예로써 도시 및 설명하나, 너트로서 구비될 수도 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.
상세히, 상기 바디부에는 반경방향 중심을 기준으로 원주방향을 따라 권취되어 섬유배열이 길이방향을 따라 연속적으로 형성되되 상부에 반경방향 외측으로 확장되는 상기 헤드부(10)가 일체로 형성됨이 바람직하다.
여기서, 상기 헤드부(10)는 외주 단면 형상이 상기 헤드홈(201)의 내주 형상에 대응되어 원형 또는 다각형 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 헤드부(10)에는 상면으로부터 상기 함몰홈(11)이 하향 함몰 형성될 수 있다. 이때, 상기 함몰홈(11)은 상기 가압돌설부(213)의 형상에 대응되는 내면 윤곽으로 형성될 수 있다. 더욱이, 상기 함몰홈(11)의 반경방향 중앙부에는 상기 가압봉(30)의 후단부가 노출된 상태로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 체결부(20)는 헤드부(10)의 하부에 일체로 연결되되 외주에 연속 굴곡진 형태의 섬유배열을 따라 상기 체결나사산(21)이 형성됨이 바람직하다. 이때, 상기 체결부(20)의 외주 단면 형상이 상기 체결홈(202)에 대응되어 원형으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 복합소재 체결부재(100)는 상기 헤드부(10)의 반경방향 중앙부상단으로부터 길이방향을 따라 가압 삽입되어 구비되는 체결나사산 형성용 가압봉(30)을 포함함이 바람직하다. 여기서, 상기 가압봉(30)은 상기 바디부의 반경방향 중심에 섬유배열방향과 평행하게 길이방향으로 가압 삽입되어 일체로 경화됨이 바람직하다. 또한, 상기 체결나사산(21)은 상기 체결부(20)의 표면에 연속적인 섬유배열로 형성됨이 바람직하다.
한편, 도 8의 (a)는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 상기 복합소재 체결부재(100)의 섬유배열 단면을 나타낸 예시도이다.
상세히, 도 8의 (a)를 참조하면, 상기 모재(100a)를 통해 형성된 상기 바디부의 반경방향 중심을 기준으로 원주방향을 따라 복수회 권취되어 복수개의 단층으로 형성된 섬유배열이 상기 가압봉(30)에 의해 상기 나사산(203)에 밀착 가압된다.
여기서, 상기 나사산(203)에 밀착 가압되어 상기 바디부에 상기 체결나사산(21)이 형성되되 섬유배열이 연속 굴곡지게 형성된다. 이때, 연속 굴곡지게 형성된 섬유배열에 의해 상기 복합소재 체결부재(100)의 높은 강도가 유지된다.
한편, 도 8의 (b)는 절삭 방식으로 체결나사산을 형성시의 체결부재의 섬유배열 단면을 나타낸 예시도이다.
여기서, 도 8의 (b)를 참조하면, 종래와 같이 볼트의 외주를 절삭하여 체결나사산을 형성하는 경우 섬유 배열이 절단됨에 따라 체결나사산의 섬유배열층의 강도가 저하되며, 체결나사산측 섬유표피층이 바디부의 섬유배열층으로부터 분리된다. 즉, 볼트의 체결나사산이 쉽게 파손된다.
한편, 도 8의 (c)는 가압봉이 가압되지 않고 제조되는 체결부재의 섬유배열 단면을 나타낸 예시도이다.
여기서, 도 8을 (c)를 참조하면, 상기 가압봉(30)이 가압되지 않는 경우로, 모재의 섬유배열은 연속 굴곡지게 형성되나 도 8의 (a)에 비해 굴곡도가 낮으며, 체결나사산이 형성될 위치에 에폭시 수지가 분리되어 기포층이 형성된다. 따라서, 제조된 볼트의 외주에 체결나사산이 정밀 성형되지 않는다.
이처럼, 섬유배열이 길이방향을 따라 연속적으로 형성된 섬유강화플라스틱 재질의 모재(100a)가 금형(200)에 삽입되고 체결나사산 형성용 가압봉(30)이 모재(100a)의 섬유배열방향과 평행하게 길이방향으로 가압 삽입된다. 이에 따라, 형성되는 체결나사산(21) 내부 섬유배열을 외측으로 균일하게 밀어내줌으로써 상기 나사산(203)에 밀착 가압되어 연속 굴곡진 형태의 섬유배열이 정밀하게 경화 및 형성되므로 제품의 강도가 현저히 개선될 수 있다.
즉, 제조되는 상기 복합소재 체결부재(100)의 섬유배열이 길이방향을 따라 연속 굴곡지게 형성됨에 따라 상기 체결나사산(21)이 상기 바디부로부터 견고하게 결합된 섬유배열 상태가 유지된다. 이에 따라, 상기 체결나사산(21)의 내구도가 현저히 개선되어 파절(破折)이 예방되며 금속 체결부재 대비 80~90% 수준의 인장강도를 확보할 수 있다.
또한, 섬유강화플라스틱 재질의 모재(100a) 후단부의 반경방향 중심으로부터 삽입된 상기 가압봉(30)과 기설정된 가소온도로 용융된 상기 모재(100a)가 일체로 경화됨에 따라 제조되는 복합소재 체결부재(100)의 강도 및 내구도가 더욱 증가될 수 있다.
그리고, 상기 모재(100a)는 섬유강화플라스틱 재질의 시트로서 반경방향 중심을 기준으로 원주방향을 따라 복수회 권취되되 섬유배열이 길이방향을 따라 연속적으로 형성된다. 이에 따라, 제조되는 복합소재 체결부재(100)의 헤드부(10) 및 체결부(20)의 섬유배열이 상호 일체로 연속적으로 형성되어 결합력이 현저히 증가될 수 있다.
또한, 카본 포징(forging) 공정을 통해 상기 모재(100a)의 경화시간이 종래에 비해 단축되며, 종래에 요구되던 진공 수지 작업 및 수작업 적층이 불필요하게 될 수 있다. 따라서, 작업량이 최소화되며 작업효율이 증가되어 생산성 및 경제성이 현저히 개선되며, 제품의 불량률이 현저히 감소될 수 있다.
한편, 도면에 도시되지 않았으나, 복합소재 체결부재가 너트로서 제조되는 경우, 금형의 금형홈의 반경방향 중앙에는 제조될 너트의 내경에 대응되는 외경을 갖는 원통부재가 구비될 수 있다. 이때, 상기 원통부재의 외주에 나사산이 형성될 수 있다. 그리고, 복합소재 체결부재가 너트로서 제조되는 경우, 가압장치의 가압몸체 전단면으로부터 제조될 너트의 외주 윤곽에 대응되는 내주 윤곽의 단면 형상을 갖도록 홈이 후향 함몰 형성될 수 있다. 또한, 가압봉이 환형봉으로서 구비될 수 있다. 즉, 가압봉의 내경이 제조될 너트의 내경을 초과하되, 가압봉의 외경이 제조될 너트의 외경 미만으로 설정될 수 있다. 이때, 너트로서 제조되는 복합소재 체결부재의 제조과정은 상술한 일실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
이때, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형 실시는 본 발명의 범위에 속한다.
10: 헤드부 11: 함몰홈
20: 체결부 21: 체결나사산
30: 가압봉 100: 복합소재 체결부재
200: 금형 201: 헤드홈
202: 체결홈 203: 나사산
204: 배출홀 210: 가압장치
211: 연결부 212: 가압몸체
213: 가압돌설부 214: 가압홈
20: 체결부 21: 체결나사산
30: 가압봉 100: 복합소재 체결부재
200: 금형 201: 헤드홈
202: 체결홈 203: 나사산
204: 배출홀 210: 가압장치
211: 연결부 212: 가압몸체
213: 가압돌설부 214: 가압홈
Claims (5)
- 에폭시 수지가 포함된 탄소섬유강화플라스틱 재질의 시트가 제조될 체결부재의 형상에 대응되어 반경방향 중심을 기준으로 원주방향을 따라 복수회 권취되되 섬유배열이 길이방향을 따라 연속적으로 형성된 모재가 준비되는 제1단계;
상기 모재가 내부에 나사산이 형성된 금형에 삽입되되 상기 모재의 반경방향 중심이 상기 금형의 중앙으로 정렬 배치되는 제2단계;
상기 모재가 기설정된 가소온도로 가열 압착된 후 완전 경화됨에 따라 표면에 상기 나사산의 윤곽에 대응되는 체결나사산이 형성되며 연속적인 섬유배열로 형성된 복합소재 체결부재가 제조되는 제3단계; 및
상기 복합소재 체결부재가 상기 금형으로부터 분리되는 제4단계를 포함하되,
상기 제3단계에서, 상기 금형에 삽입된 상기 모재 후단부의 반경방향 중심으로부터 체결나사산 형성용 가압봉이 상기 모재의 섬유배열방향과 평행하게 길이방향으로 가압 삽입되어, 상기 모재가 상기 나사산에 밀착 가압되고, 상기 모재의 섬유배열이 상기 나사산의 윤곽에 대응되어 연속 굴곡진 형태로 경화되며, 삽입된 상기 가압봉과 상기 기설정된 가소온도로 용융된 상기 모재가 일체로 경화되되, 상기 금형에 형성된 체결홈의 하단부에 관통 형성된 배출홀을 통해 상기 모재에 포함된 에폭시 수지 성분이 상기 가압봉의 가압에 의해 밀려나며 외부로 배출되고,
상기 제4단계는, 상기 배출홀에 대응되는 부분에 형성된 체결부의 하단부에 형성된 잔여물이 제거되는 단계를 포함함을 특징으로 하는 복합소재 체결부재의 제조방법. - 삭제
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