KR20110005419U - 판재 구조의 ｃｆｒｐ 빔 - Google Patents

Abstract

본 고안은 판재 구조의 탄소 섬유 강화 수지(Carbon Fiber Reinforced Plastic, 이하, "CFRP" 라고 약칭한다) 빔에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건축 자재, 구축물, 자동차, 선박 등에 사용되는 구조 재료인 판재 구조의 CFRP 빔에 관한 것이다.

본 고안에 따른 판재 구조의 CFRP 빔은 CFRP 판재와; 상기 CFRP 판재가 휘어지는 것을 방지하기 위한 복수의 휨 방지 부재와; 상기 휨 방지 부재가 장착되는 알루미늄 판재 및; 상기 알루미늄 판재를 지지하기 위한 복수의 지지 블럭;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 고안에 따른 판재 구조의 CFRP 빔은 판재 조립형 구조로 제작 기간이 단축되어 제작 비용을 절감할 수 있으며, CFRP 판재로서 제작이 수월하며, 형틀 제작이 손쉽고 형틀 제작시 일반적인 소재도 사용가능하며, 길이 방향 사이즈 외에도 넓이 방향 사이즈도 변경이 자유로우며, 형틀을 보강함으로써 외부 부하 조건에 따른 대응이 가능하며, CFRP 판재의 가공면의 최소화로 가공비용이 절감될 수 있다.

CFRP, 판재 구조, 휨 방지 부재, 지지 블럭, 형틀

Description

판재 구조의 ＣＦＲＰ 빔{CFRP BEAM OF PLATE STRUCTURE}

본 고안은 판재 구조의 탄소 섬유 강화 수지(Carbon Fiber Reinforced Plastic, 이하, "CFRP" 라고 약칭한다) 빔에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건축 자재, 구축물, 자동차, 선박 등에 사용되는 구조 재료인 판재 구조의 CFRP 빔에 관한 것이다.

일반적으로, 토목, 건축물 및 자동차, 선박 등의 구조재로서 CFRP 빔이 사용되어 왔다.

그런데, 종래의 CFRP 빔으로는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 사각 파이프 형태의 CFRP 빔이 주로 사용되어 왔다.

여기서, CFRP는 전술한 바와 같이, 탄소 섬유 강화 수지로, 여러가지 탄소 섬유와 여러가지 열경화 수지의 복합재료이다.

이러한 CFRP는 다음과 같은 특징을 갖고 있다.

첫째, 높은 비강도를 가져, 가볍고 강하다. 탄소 섬유는 섬유 방향에 대해, 고 장력 강철과 동일한 정도의 인장도를 가졌으며, 티타늄보다 높은 탄성률을 가지고 있으며, 비중은 알루미늄의 60%로 초 경량체이다.

둘째, 열 수축 및 열 팽창이 거의 없고, 치수 정밀도가 지극히 높다. CFRP는 섬유 방향의 열 팽창 계수가 거의 0과 동일하고, 고온에서는 소폭 수축한다. 따라서 적층방식에 의해 적층되면, 열 팽창 계수 0의 CFRP를 얻을 수 있다.

셋째, 진동 흡수성이 좋고, 제진 효가가 높다. CFRP는 수지와 섬유의 상호작용에 의해 금속에 비해 진동 흡수가 크고, 감쇠율이 크다.

따라서, 이러한 특징을 CFRP가 구조재로서 사용된다.

도 1은 종래의 사각 파이프 형태의 CFRP 빔의 사시도이며, 도 2는 도 1의 일부분의 확대도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 사각 파이프 형태의 CFRP 빔(10)은 CFRP 판재(11)와, 사각 내부 형틀(12) 및 형틀 지지부재(13)로 구성된다.

그런데, 이러한 종래의 사각 파이프 형태의 CFRP 빔은 사이즈를 변경하려면, 내부 형틀을 새로 제작하여야 하기에, 사이즈 변경이 어려우며, 제작 기간도 장기간이 소요되며, 고가의 제작비용이 소용된다는 문제점이 있었다.

또한, 이러한 종래의 사각 파이프 형태의 CFRP 빔은 가중되는 외부 부하 조건에 따른 대응이 불가능하다는 문제점이 있었다.

따라서 본 고안의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 10G 이상의 프로젝트의 크로스 축에 적용되는 고정밀도 및 고강도의 판재 구조의 CFRP 빔을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 고안에 따른 판재 구조의 CFRP 빔은 CFRP 판재와; 상기 CFRP 판재가 휘어지는 것을 방지하기 위한 복수의 휨 방지 부재와; 상기 휨 방지 부재가 장착되는 알루미늄 판재 및; 상기 알루미늄 판재를 지지하기 위한 복수의 지지 블럭;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 휨 방지 부재는 상기 알루미늄 판재의 상면 및 하면에 서로 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 휨 방지 부재는 넓이(폭) 방향으로 연장이 가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 휨 방지 부재는 그 간격을 조밀하게 함으로써, 외부 압력 조건에 따른 대응이 가능한 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 고안에 따른 판재 구조의 CFRP 빔은 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 판재 조립형 구조로 제작 기간이 단축되며, 제작 비용을 절감할 수 있 다는 이점이 있다.

둘째, CFRP 판재로서 제작이 수월하다는 이점이 있다.

셋째, 형틀 제작이 손쉬우며, 형틀 제작시 일반적인 소재도 사용가능하다는 이점이 있다.

넷째, 길이 방향 사이즈 외에도 넓이 방향 사이즈도 변경이 자유롭다는 이점이 있다.

다섯째, 형틀을 보강함으로써, 외부 부하 조건에 따른 대응이 가능하다는 이점이 있다.

여섯째, CFRP 판재의 가공면의 최소화로 가공비용이 절감된다는 이점이 있다.

이하, 도면을 참조하면서 본 고안에 따른 판재 구조의 CFRP 빔을 보다 상세히 기술하기로 한다. 본 고안을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 고안에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 클라이언트나 운용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도면 전체에 걸쳐 같은 참조번호는 같은 구성 요소를 가리킨다.

도 3은 본 고안에 따른 판재 구조의 CFRP 빔의 사시도이며, 도 4는 본 고안에 따른 판재 구조의 CFRP 빔의 분해 사시도이며, 도 5는 본 고안에 따른 판재 구조의 CFRP 빔의 온도별 변화량 그래프이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 고안에 따른 판재 구조의 CFRP 빔(20)은 CFRP 판재(11)와, 상기 CFRP 판재(11)가 휘어지는 것을 방지하기 위한 복수의 휨 방지 부재(21)와, 상기 휨 방지 부재(21)가 장착되는 알루미늄 판재(22) 및, 상기 알루미늄 판재(22)를 지지하기 위한 복수의 지지 블럭(31)으로 구성되어 있다.

여기서, 휨 방지 부재(21)는 상기 알루미늄 판재(22)의 상면 및 하면에 서로 엇갈리게 배치됨으로써, 상기 CFRP 판재(11)에 가해지는 외부 힘에 효율적으로 대응할 수 있다.

이러한 본 고안에 따른 판재 구조의 CFRP 빔(20)의 온도 변화에 따른 변화량을 측정한 결과가 이하 표 1에 도시되었다.

(표 1) 판재 구조의 CFRP 빔의 온도 변화에 따른 변화량

(상기 표 1을 측정하기 위한 조건으로는, 초기 온도는 22℃이며, 20℃ ~ 100℃의 온도 변화에 따른 길이 변화량(20℃ 단위)을 X, Y, Z 방향에서 측정하였으며, 측정기구로는 하이트게이지 및 버니어캘리퍼스를 사용함)

표 1을 참조하면, 측정된 결과와 같이 온도 차에 의한 변화가 발생되었으며, 온도가 높을수록 오차량은 증가하는 결과를 나타내었다.

알루미늄은 평균 10℃ 당 0.02㎜의 증가량을 보였으며, CFRP는 알루미늄 대비 1/3 정도의 변화량을 나타내었다. 또한, 초기 측정온도로 설정 시, 변형량은 초기 측정온도에서 측정된 측정치를 나타내었다.

도 5는 이러한 알루미늄 대 CFRP의 온도별 변화량을 그래프로 도시한 것이다.

본 고안에 따른 판재 구조의 CFRP 빔(20)은 종래의 사각 파이프 형태의 CFRP 빔(10)에 비해 좌측면과 우측면만이 CFRP 판재(11)로 되어 있기에, 종래의 사각 파이프 형태의 CFRP 빔(10)에 비해, 그 제조 단가를 절감할 수 있고, 제작 기간도 단축할 수 있다.

또한, 본 고안에 따른 판재 구조의 CFRP 빔(20)은 종래의 사각 파이프 형태의 CFRP 빔(10)과 동일하게 길이 방향으로 연장이 가능하며, 내부 형틀이 필요치 않기에, 종래의 사각 파이프 형태의 CFRP 빔(10)에서는 불가능한 넓이(폭) 방향으로의 연장이 가능하다.

즉, 알루미늄 판재(22) 상에 장착된 상기 휨 방지 부재(22)의 길이만 연장하면, 판재 구조의 CFRP 빔(20)은 원하는 만큼 넓이 방향으로 연장이 가능하다.

또한, 단순히 알루미늄 판재(22) 상에 장착된 상기 휨 방지 부재(22)의 개수를 증가함으로써, 외부 압력 조건에 따른 대응이 가능하다.

여기서, CFRP 판재(11)가 휘어지는 것을 방지하기 위한 휨 방지 부재(21), 알루미늄 판재 및, 지지블럭(31)들은 예를 들어, 일반적인 강철 소재, 고 강력 강철 소재를 사용하는 것도 가능하다.

본 고안에 따른 판재 구조의 CFRP 빔은 내부 형틀이 불필요하며, 외부 고온, 고압용 형틀 제작이 간단하며, 제작 기간이 단축되고 무게가 절감되며, 길이 및 넓이 방향의 사이즈 변경 및 가공성이 손쉬우며, 대량의 적층식 운송이 가능하다.

이러한, 본 고안에 따른 판재 구조의 CFRP 빔은 종래의 사각 파이프 형태의 CFRP 빔에 비해 경량 구조이나, 강성을 더 우수하다.

또한, 기존 압출에서의 길이 제한요소를 해소함으로써, 향후 10 세대 이상의 반도체 시스템에 활용이 가능하다.

또한, 판재 구조의 설계로서, 다양한 시스템 설계에 즉각적인 대응이 가능하다.

또한, 금형이 필요 없는 판재 구조는 점점 단납기화 되어가는 시장 상황에 대응이 가능하다.

본 고안에 따른 판재 구조의 CFRP 빔은 2500mm 이상의 Stoke을 요구하는 시스템, 고속 및 높은 가속 조건을 가진 시스템, 작은 공간에서의 높은 정도를 요구 하는 시스템 및, 높은 페이 로드(Pay load) 조건을 요구하는 시스템에 적용될 수 있다.

이상과 같이 본 고안은 양호한 실시 예에 근거하여 설명하였지만, 이러한 실시 예는 본 고안을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이므로, 본 고안이 속하는 기술분야의 숙련자라면 본 고안의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능할 것이다. 그러므로, 본 고안의 보호 범위는 본 고안의 기술적 사상의 요지에 속하는 변화 예나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 종래의 CFRP제 구조 부재의 사시도.

도 2는 도 1의 일부분의 확대도.

도 3은 본 고안에 따른 판재 구조의 CFRP 빔의 사시도.

도 4는 본 고안에 따른 판재 구조의 CFRP 빔의 분해 사시도.

도 5는 본 고안에 따른 판재 구조의 CFRP 빔의 온도별 변화량 그래프.

* 도면 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10, 20: CFRP 빔 11: CFRP 판재

12: 내부 형틀 13: 형틀 지지부재

21: 휨 방지 부재 22: 알루미늄 판재

Claims (4)

1. CFRP 판재(11)와;

   상기 CFRP 판재(11)가 휘어지는 것을 방지하기 위한 복수의 휨 방지 부재(21)와;

   상기 휨 방지 부재(21)가 장착되는 알루미늄 판재(22) 및;

   상기 알루미늄 판재(22)를 지지하기 위한 복수의 지지 블럭(31);

   으로 구성되는 것을 특징으로 하는 판재 구조의 CFRP 빔.
2. 제 1항에 있어서, 상기 휨 방지 부재(21)는 상기 알루미늄 판재(22)의 상면 및 하면에 서로 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 하는 판재 구조의 CFRP 빔.
3. 제 1항에 있어서, 상기 휨 방지 부재(21)는 넓이(폭) 방향으로 연장이 가능한 것을 특징으로 하는 판재 구조의 CFRP 빔.
4. 제 1항에 있어서, 상기 휨 방지 부재(21)는 그 간격을 조밀하게 함으로써, 외부 압력 조건에 따른 대응이 가능한 것을 특징으로 하는 판재 구조의 CFRP 빔.

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