KR100891474B1 - 3ｄ 직교직조물의 연속직조방법 및 연속직조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세단위구조(unit cell) 크기를 갖는 3Ｄ 직교직조물의 연속직조방법 및 연속직조장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 3Ｄ 직교직조물의 연속직조장치는, Ｘ축-Ｙ축 직교평면에 대해 수직인 Ｚ축 방향으로, 복수 개의 Ｚ축 로드가 Ｘ축-Ｙ축 직교평면상에 등간격으로 배치되는 3Ｄ 직조장치에 있어서, 복수 개의 Ｚ축 로드(10) 사이마다 하나씩 삽입되어, Ｘ축-Ｙ축 직교평면의 어느 한 축(軸)을 따라 왕복이동하는 복수 개의 직선형 레피어(20); 및 직선형 레피어(20)에 대해 수직인 방향으로, 복수 개의 Ｚ축 로드(10) 사이마다 하나씩 삽입되어, Ｘ축-Ｙ축 직교평면의 다른 한 축(軸)을 따라 왕복이동하는 복수 개의 ㄷ형 레피어(30); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

3Ｄ 직교직조물, 레피어, 연속직조, 품질향상, 속도향상

Description

3Ｄ 직교직조물의 연속직조방법 및 연속직조장치 {The method and apparatus for continuously weaving 3-directional orthogonal preform by using ㄷ shaped rapier}

본 발명은 미세단위구조(unit cell) 크기를 갖는 3Ｄ 직교직조물의 연속직조방법 및 연속직조장치에 관한 것이다.

더욱 구체적으로는, 미세단위구조의 수량만큼 복수 개의 종래 직선형 레피어와, 본 발명에 의한 ㄷ형 레피어를 서로 수직관계에 있도록 연속직조장치(또는 연속직조장치의 직조기구)에 조합·설치함으로써, 이들 복수 개의 레피어가 직조장치의 Ｚ축 로드 사이에서 완전히 빠져나오는 일없이 연속적으로 왕복이동할 수 있게 하여, 직선형(‘ㅡ’형) 레피어를 하나만 사용하던 종래 직조장치에 의한 것보다 더 촘촘하게 짜인 직교직조물을 얻을 수 있음과 아울러, 더 빠른 속도로 3Ｄ 직교직조물을 직조할 수 있도록 한 개량된 직조기술에 관한 것이다.

1개의 직선형 레피어(rapier)만을 사용하는 종래 직조방법은, 어느 하나의 미세단위구조로부터 바로 그 옆의 미세단위구조로 직선형 레피어가 위치이동하면서 직조하는 방식이기 때문에, 직선형 레피어가 어느 한 미세단위구조로부터 완전히 빠져나온 뒤 바로 옆 자리에 있는 다른 미세단위구조 안으로 삽입될 때, 이 직선형 레피어에 의해 Ｚ축 로드가 마찰손상을 입거나, 또는 이 직선형 레피어가 잘못된 위치로 삽입되어 직교직조물에 결함이 발생하는 단점이 있었다. 이와 같은 단점으로 인해, 종래 구성의 3Ｄ 직교직조물 직조장치에서는 직조속도를 높이기가 어려웠으며, 직조물의 짜임새 또한 그리 조밀하지는 않았다.

한편, 종래 직선형 레피어로 제작할 수 없을 정도로 세밀한, 미세단위구조 크기의 3Ｄ 직교직조물에 대한 직조의 필요성이 이전까지는 크게 대두하지 않았지만, 산업이 점점 발달함에 따라, 우주 구조재료 등과 같은 최첨단·고성능의 복합재료에 대한 수요가 점차 확대되고 있는 추세이다.

그러나, 아직까지는 앞서 언급한 종래 직선형 레피어의 단점을 보완하기 위한 노력이나 기술적인 검토가 전무한 상태이다.

[종래 기술의 문헌정보]

[문헌 1] 실용신안 등록번호 20-0085731

[문헌 2] 실용신안 출원번호 1994-0003044

[문헌 3] 특허 출원번호 1995-0005032

[문헌 4] 특허 등록번호 10-0491512

[문헌 5] 실용신안 등록번호 20-0025865

본 발명은 3Ｄ 직교직조물을 직조하는 방법 및 장치에 있어서, 종래 직선형 레피어에 의해 발생할 수 있는 직조결함을 제거함은 물론, 더 세밀한 미세단위구조 크기의 3Ｄ 직교직조물을 직조할 수 있고, 직조속도 또한 종래 방법에 비해 월등히 향상시킬 수 있는, 3Ｄ 직교직조물의 연속직조방법 및 연속직조장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, Ｘ축-Ｙ축 직교평면에 대해 수직인 Ｚ축 방향으로, 복수 개의 Ｚ축 로드가 상기 Ｘ축-Ｙ축 직교평면상에 등간격으로 배치되는 3Ｄ 직조장치에 있어서, 복수 개의 Ｚ축 로드 사이마다 하나씩 삽입되어, 상기 Ｘ축-Ｙ축 직교평면의 어느 한 축(軸)을 따라 왕복이동하는 복수 개의 직선형 레피어 와; 상기 직선형 레피어에 대해 수직인 방향으로, 상기 복수 개의 Ｚ축 로드 사이마다 하나씩 삽입되어, 상기 Ｘ축-Ｙ축 직교평면의 다른 한 축(軸)을 따라 왕복이동하는 복수 개의 ㄷ형 레피어 ; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 아래 실시예를 통해, 그 구조가 더욱 명확히 이해되겠지만, 상기 직선형 레피어는, 길이방향의 양(兩) 단부에 각각 형성되는 걸이홈과, 길이방향의 중앙 지점에 형성되는 섬유인출홈을 포함한다. 이에 대해, 상기 ㄷ형 레피어는, 일단측 (一端側)에 걸이홈이 형성되는 측판부와, 상기 측판부의 타단측(他端側)의 상측으로부터 제1 설정길이만큼 수평방향으로 뻗되 상기 걸이홈에 대응되는 걸이홈이 자유단부(free end)에 형성되는 상판부와, 상기 타단측의 하측으로부터 상기 제1 설정길이의 50% 길이에 해당하는 제2 설정길이만큼 수평방향으로 뻗되 섬유인출홈이 자유단부에 형성된 하판부를 포함한다.

또한, 본 발명에 의한 3Ｄ 직교직조물의 연속직조장치는, 복수 개의 ㄷ형 레피어를 복수 개의 Ｚ축 로드 사이마다 하나씩 한꺼번에 삽입하기 위한 레피어 보유프레임을 더 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 레피어 보유프레임은, 상기 ㄷ형 레피어가 제 위치에 삽입될 수 있도록 상기 Ｚ축 로드가 삽입되는 하부슬릿과, 상기 ㄷ형 레피어의 일부분이 삽입되는 상부슬릿을 구비하고 있는 형태인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 의한 3Ｄ 직교직조물의 연속직조방법은, 상술한 구성의 3Ｄ 직교직조물의 연속직조장치를 사용한 3Ｄ 직교직조물의 직조방법으로서, Ｚ축 로드 사이마다 하나씩 삽입된 직선형 레피어와 ㄷ형 레피어가 상기 Ｚ축 로드 사이에서 완전히 빠지는 일없이, 같은 자리에서 연속적으로 왕복이동을 하여, 3Ｄ 직교직조물이 직조되는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 직교평면의 Ｘ축 또는 Ｙ축을 따라 배치된 복수 개의 레피어는 3Ｄ 직교직조물이 직조되는 직조공간으로부터 완전히 벗어남이 없이 같은 자리에서 왕복이동을 하게 된다. 따라서 레피어가 어느 한 미세단위구조로부터 완전히 빠져 나온 뒤, 위치이동을 하여, 바로 옆에 위치한 다른 미세단위구조에 삽입됨으로써 발생하던 종래의 문제점, 즉 직교직조물의 결함발생이나 Ｚ축 로드(혹은 Ｚ축 섬유)의 마찰손상 문제를 예방할 수 있다. 그 결과, 3Ｄ 직교직조물의 품질이 향상된다.

또한, 본 발명의 3Ｄ 연속직조장치는 레피어가 삽입되는 미세단위구조를 종래보다 더 작은 크기로 제작할 수 있다. 따라서, Ｚ축 로드 사이로 레피어를 삽입하기 어려운 제품일수록 본 발명의 효용가치가 높다.

또한, 본 발명에 의하면, 종래 직조방법에 비해 직조속도가 월등히 빠르므로, 3Ｄ 직교직조물의 대량생산을 통해, 생산단가를 낮출 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 종래 직조방법으로 제작가능한 직조물보다 더 세밀한 구조의 3Ｄ 직교직조물을 얻을 수 있고, 크기 또한 더 크게 직조할 수 있으므로 항공우주용 구조재료나 초정밀, 고강도 기계부품용 복합소재의 개발을 가능하게 한다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 3Ｄ 연속직조장치는, 예를 들면, 직교평면의 Ｘ축을 따라 일정 간격으로 배치된 Ｚ축 로드(10)의 개수보다 1개 적은 개수만큼 직선형 레피어(20)를 구비함과 아울러, 상기 직교평면의 Ｙ축을 따라 일정 간격으로 배치된 Ｚ축 로드(10)의 개수보다 1개 적은 개수만큼 ㄷ형 레피어(30)를 구비한 형태로 구성되어 있다.

도 2는 상기 직선형 레피어(20)의 정면도로서, 도 1의 Ｘ축 방향으로 삽입되는 이 직선형 레피어(20)의 양 단부에는 각각 걸이홈(21)이 형성되어 있고, 이 직선형 레피어(20)의 대략 중간 지점에는 섬유인출홈(22)이 형성되어 있다. 섬유인출홈(22)은, Ｘ축을 따라 등간격으로 배치된 Ｚ축 로드(10) 사이로, 다시 말해, Ｘ축방향의 미세단위구조 사이로 직선형 레피어(20)가 장섬유를 끌고 들어갈 수 있도록 하는 구성요소로서, 섬유인출홈(22)에 걸어 둔 장섬유가 직선형 레피어(20)의 이동 중에 빠져 버리는 일이 없도록, 이 섬유인출홈(22)은 입구 쪽을 향해 점차 협소해지는 형태로 되어 있다. 상기 걸이홈(21)은, Ｘ축 방향으로 장섬유를 끌고 나온 직선형 레피어(20)가 다음번 작업을 수행할 수 있을 때까지, 도시하지 않은 금속봉에 끼워져, 해당 직선형 레피어(20)가 임시로 고정되도록 하는 구성요소이다.

도 3은 본 실시예에 의한 ㄷ형 레피어(30)의 정면도로서, 도 1의 Ｙ축 방향으로 삽입되는 구성요소이다. 이 ㄷ형 레피어(30)는, 일단측(一端側)에 걸이홈(31)이 형성된 측판부(35)와, 측판부(35)의 타단측(他端側) 상측으로부터 제1 설정길이(L1)만큼 수평방향으로 뻗어 있으면서 그 자유단부(free end)에는 걸이홈(31a)이 형성된 상판부(33)와, 상기 측판부(35)의 타단측 하측으로부터 상기 제1 설정길 이(L1)의 50% 길이에 해당하는 제2 설정길이(L2)만큼 수평방향으로 뻗어 있으면서 그 자유단부에는 섬유인출홈(32)이 형성된 하판부(34)로 구성되어 있다. ㄷ형 레피어(30)에 형성된 걸이홈(31, 31a)과 섬유인출홈(32)은, 형상 및 작용 측면에서, 상술한 직선형 레피어(20)의 걸이홈(21) 및 섬유인출홈(22)과 동일하다.

다시 도 1로 돌아가, Ｘ축 방향으로 배치되는 복수 개의 직선형 레피어(20)와, Ｙ축 방향으로 배치되는 복수 개의 ㄷ형 레피어(30)는, 각각 그들의 섬유인출홈(22, 32)에 장섬유(긴 섬유가닥)를 걸 수 있도록, 상기 섬유인출홈(22, 32)이 Ｚ축 로드(10)의 배치영역으로 벗어나는 위치에 놓이도록 설치된다.

이렇게 해서 직선형 레피어(20)와 ㄷ형 레피어(30)의 설치가 완료되면, 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 직선형 레피어(20)는 이미 직조된 3Ｄ 직교직조물의 윗면과 ㄷ형 레피어(30)의 하판부(34) 사이에 위치하게 된다.

이상과 같이 구성되는 본 실시예의 3Ｄ 연속직조장치를 사용하여 3Ｄ 직교직조물을 제조하는 과정은 다음과 같다. 이 설명에는, 예컨대 도 1 및 도 7이 각각 참조된다. 또한, 아래에서 설명되는 레피어의 이동(인출)은 수동 또는 자동으로 이루어질 수 있다.

Ｘ축 방향으로의 장섬유 인출작업이 먼저 수행된다는 가정 하에, 우선, 직조용 장섬유를 직선형 레피어(20)의 걸이홈(21)에 걸어, 직선형 레피어(20)를 하나씩 한쪽으로 끌어당긴다. 이렇게 해서, 모든 직선형 레피어(20)가 장섬유를 끌고 나왔다고 한다면, 각각의 직선형 레피어(20)는, 예컨대 도 7에 도시된 것처럼, Ｘ축 인 출섬유(71)를 가지고 있는 형태가 된다. 이후, 각각의 직선형 레피어(20)에 의하여 Ｘ축 방향의 미세단위구조 사이로 끌려 나온 Ｘ축 인출섬유(71)의 고리 부분에 다른 섬유를 걸어 위치를 고정한다. 계속해서, 섬유를 치환한 직선형 레피어(20)는 상기 ㄷ형 레피어(30)의 상판부(33)와 하판부(34) 사이에 놓이도록 위로 끌어 올려져, 도시하지 않은 금속봉에 걸이홈(21)을 끼워 고정된다.

이와 동일한 방식으로, Ｙ축 인출섬유(72)도 ㄷ형 레피어(30)에 의해, Ｙ축 방향의 미세단위구조 사이로 끌려 나온다. 이후, 섬유를 치환한 ㄷ형 레피어(30)는 걸이홈(31) 또는 걸이홈(31a)을 금속봉에 끼워 고정함과 아울러, 도 6에 도시한 레피어 보유프레임(60)의 상부슬릿(62)에 ㄷ형 레피어(30)의 일부분을 끼워 고정한다.

한편, Ｘ축 방향으로의 섬유 치환이 완수된 후 Ｙ축 방향으로의 섬유 치환이 이루어지기 전에, ㄷ형 레피어(30)를 모두 반대편으로 밀어 보내, 다음번 섬유 치환을 준비한다. 이때, 레피어 보유프레임(60)의 하부슬릿(61)에는 Ｚ축 로드(10)가 각각 끼워져, ㄷ형 레피어(30)가 제 위치로 잘 삽입되도록 유도한다.

이상에서 설명한 Ｘ축 및 Ｙ축 방향으로의 섬유 인출 작업을 반복함으로써, 예컨대 도 7에 도시한 2Ｄ 직교직조물(70)의 적층높이가 설정높이에 도달하면, Ｚ축 로드(10)를 섬유로 치환시켜, 3Ｄ 직교직조물을 완성한다.

도 1은 본 발명에 의한 3Ｄ 연속직조장치의 직조기구에, 복수 개의 Ｘ축 레피어와 Ｙ축 레피어가 각각 조립된 경우를 간략하게 도시한 조립상태도.

도 2는 도 1의 직조기구에 도시된 종래 직선형 레피어의 정면도.

도 3은 본 발명에 의한 ㄷ형 레피어의 정면도.

도 4는 도 1의 직조기구를 직선형 레피어의 이동방향에 대해 수직인 방향에서 본 정면도.

도 5는 도 1의 직조기구를 ㄷ형 레피어의 이동방향에 대해 수직인 방향에서 본 정면도.

도 6은 본 발명에 의한 ㄷ형 레피어의 선단이 일시적으로 지지되는 레피어 보유프레임의 입체도.

도 7은 Ｚ축 로드를 섬유로 치환하기 전의 직조상태를 나타낸 도면.

[도면 부호의 설명]

10: Ｚ축 로드

20: 직선형 레피어

21: 걸이홈

22: 섬유인출홈

30: ㄷ형 레피어

31: 걸이홈

31a: 걸이홈

32: 섬유인출홈

33: 상판부

34: 하판부

35: 측판부

60: 레피어 보유프레임

61: 하부슬릿

62: 상부슬릿

70: 2Ｄ 직교직조물

71: Ｘ축 인출섬유

72: Ｙ축 인출섬유

Claims (4)

1. Ｘ축-Ｙ축 직교평면에 대해 수직인 Ｚ축 방향으로, 복수 개의 Ｚ축 로드가 상기 Ｘ축-Ｙ축 직교평면상에 등간격으로 배치되는 3Ｄ 직조장치에 있어서,

   복수 개의 Ｚ축 로드(10) 사이마다 하나씩 삽입되어, 상기 Ｘ축-Ｙ축 직교평면의 어느 한 축(軸)을 따라 왕복이동하는 복수 개의 직선형 레피어(20); 및

   상기 직선형 레피어(20)에 대하여 수직인 방향으로, 상기 복수 개의 Ｚ축 로드(10) 사이마다 하나씩 삽입되어, 상기 Ｘ축-Ｙ축 직교평면의 다른 한 축(軸)을 따라 왕복이동하는 복수 개의 ㄷ형 레피어(30);

   를 포함하여 이루어지고,

   상기 직선형 레피어(20)는, 길이방향의 양 단부에 각각 형성되는 걸이홈(21)과, 길이방향의 중앙 지점에 형성되는 섬유인출홈(22)을 구비하고 있으며,

   상기 ㄷ형 레피어(30)는, 일단측(一端側)에 걸이홈(31)이 형성된 측판부(35)와, 상기 측판부(35)의 타단측(他端側)의 상측으로부터 제1 설정길이(L1)만큼 수평방향으로 뻗되 상기 걸이홈(31)에 대응되는 걸이홈(31a)이 자유단부(free end)에 형성된 상판부(33)와, 상기 타단측의 하측으로부터 상기 제1 설정길이(L1)의 50% 길이에 해당하는 제2 설정길이(L2)만큼 수평방향으로 뻗되 섬유인출홈(32)이 자유단부에 형성된 하판부(34)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 3Ｄ 직교직조물의 연속직조장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 3Ｄ 직교직조물의 연속직조장치는,

   복수 개의 ㄷ형 레피어(30)를 상기 복수 개의 Ｚ축 로드(10) 사이마다 하나씩, 한번에 삽입하기 위한 레피어 보유프레임(60)을 더 포함하며,

   상기 레피어 보유프레임(60)은,

   상기 ㄷ형 레피어(30)가 제 위치에 삽입될 수 있도록, 상기 Ｚ축 로드(10)가 삽입되는 하부슬릿(61) 및 상기 ㄷ형 레피어(30)의 일부분이 삽입되는 상부슬릿(62)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 3Ｄ 직교직조물의 연속직조장치.
4. 제1항에 기재된 3Ｄ 직교직조물의 연속직조장치를 사용하여 3Ｄ 직교직조물을 직조하는 방법으로서,

   Ｚ축 로드(10) 사이마다 하나씩 삽입된 직선형 레피어(20)와 ㄷ형 레피어(30)가 상기 Ｚ축 로드(10) 사이에서 완전히 빠지는 일없이, 같은 자리에서 연속적으로 왕복이동을 하여, 3Ｄ 직교직조물이 직조되는 것을 특징으로 하는 3Ｄ 직교직조물의 연속직조방법.

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