KR101009376B1 - 탄소섬유 입체직조기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소섬유 입체직조기에 관한 것으로서, 그 주요 구성은 기부를 이루는 베이스 프레임; 상기 베이스 프레임 위에 장착되어, 다수의 탄소섬유사 가닥이 직립 상태로 배열되어 있는 탄소섬유사 직립다발을 상기 탄소섬유사 가닥의 축방향으로 단속적으로 이송하는 축방향 이송부; 및 복수의 탄소섬유사 가닥이 종으로 열을 지어 배열된 탄소섬유사 씨실다발과 복수의 탄소섬유사 가닥이 횡으로 열을 지어 배열된 탄소섬유사 날실다발을 상기 탄소섬유사 직립다발 사이에 교대로 끼워 포개지도록 하는 한 쌍의 적층 엇걸기부;로 이루어져 있는 것을 특징으로 하며, 위와 같은 구성에 따르면, 탄소섬유사 씨실 및 날실다발이 탄소섬유사 직립다발 사이로 한 층 씩 번갈아 포개지므로 인접한 탄소섬유사들 사이에 발생하는 공극의 크기가 작아져 종래에 비해 탄소섬유사 가닥 간의 알력을 높이고, 따라서 탄소섬유사층 간의 고착력을 증대시킬 수 있게 됨으로써 탄소섬유 반제품의 강도 및 가공성 등 기계적인 성능을 일층 향상시킬 수 있게 된다.

탄소섬유사, 입체, 직조, 탄소섬유, 반제품, 공극

Description

탄소섬유 입체직조기{3-dimensional carbon fiber loom}

본 발명은 탄소섬유 입체직조기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소섬유로 이루어진 탄소섬유사를 x축, y축, z축 방향으로 직조하여 3차원의 입체적인 탄소섬유 반제품(preform)을 제조하고자 하는 탄소섬유 입체직조기에 관한 것이다.

탄소섬유는 최근 거의 모든 산업분야에서 철이나 알루미늄을 대체할 수 있는 범용소재로서 주목을 받고 있는 바, 소재로 사용할 수 있는 탄소섬유 반제품을 제작하는 데 사용하기 위한 다양한 장치가 개발되고 있다.

그 하나의 예로서, 미국특허 제4,038,440호에 개시된 3차원 직물제를 직조하는 데 사용되는 직조장치를 들 수 있다.

이 직조장치는 도 1에 도면부호 101로 도시된 바와 같이, 전후좌우로 개방된 프레임체(103) 내부에 다수의 탄소섬유사 가닥으로 이루어진 탄소섬유사 직립다발(111)을 z축 방향으로 세워 두고, 탄소섬유사 씨실 및 날실다발(113,115)이 삽입되어 있는 복수의 중공바늘(105,106)을 탄소섬유사 직립다발(111)에 x축 및 y축 방향으로 교대로 끼워 넣어, 도 1의 탄소섬유사 직립다발(111) 하단과 같이 3차원의 탄소섬유 반제품을 직조하도록 되어 있다.

그런데, 이와 같이 종래의 직조장치(101)에 의해 직조된 탄소섬유 반제품은 도 2에 상세 도시된 바와 같이, 탄소섬유사 직립다발(111)의 각각의 탄소섬유사 가닥(110) 사이로 끼워지는 탄소섬유사 씨실 및 날실다발(113,115)의 각각의 탄소섬유사 가닥(112)이 중공바늘(105,106)의 반대쪽에 배열되어 있는 걸이핀(125,126)에 번갈아 감겨 돌아가면서 y축 방향으로 적층됨으로써 3차원의 입면체로 제작되는 바, 도 3에 도시된 것처럼 점선으로 표시된 단위 체적당 발생하는 공극(g)의 높이(h)가 탄소섬유사 가닥(112)의 직경(d)의 2배로 되기 때문에, 탄소섬유사층 간의 고착력이 떨어지고, 탄소섬유사 가닥(112) 간의 알력이 약하므로, 강도가 낮아지고, 가공성이 저하되며, 따라서 기계적인 성능이 전반적으로 약화되는 문제점을 가지고 있었다.

또, 상기 3차원 직물제 직조장치(101)는 x축 또는 y축으로 왕복이동하는 중공바늘(105,106)의 삽입 동작을 가능하게 하기 위해 충분히 넓은 설치면적을 확보하여야 하는 등 설비와 운영의 효율성이 좋지 못한 문제점도 가지고 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 탄소섬유를 이용한 3차원 직조장치가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 탄소섬유사로 탄소섬유 반제품을 직조할 때 탄소섬유사 씨실 가닥과 날실 가닥 사이에 발생하는 공극의 크기를 줄임으로써, 탄소섬유사 가닥 간의 알력을 높여 탄소섬유사층 간의 고착력을 증대시키고, 더 나아가 탄소섬유 반제품의 강도 및 가공성 등 기계적인 성능이 일층 향상될 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위해, 기부를 이루는 베이스 프레임; 상기 베이스 프레임 위에 장착되어, 다수의 탄소섬유사 가닥이 직립 상태로 배열되어 있는 탄소섬유사 직립다발을 상기 탄소섬유사 가닥의 축방향으로 단속적으로 이송하는 축방향 이송부; 및 복수의 탄소섬유사 가닥이 종으로 열을 지어 배열된 탄소섬유사 씨실다발과 복수의 탄소섬유사 가닥이 횡으로 열을 지어 배열된 탄소섬유사 날실다발을 상기 탄소섬유사 직립다발 사이에 교대로 끼워 포개지도록 하는 한 쌍의 적층 엇걸기부;로 이루어지고, 상기 축방향 이송부는, 상기 베이스 프레임 상에 고정되어 상기 축방향 이송부의 외체를 이루며, 내부에 상기 탄소섬유사 직립다발이 배치될 공간을 확보하면서 상기 탄소섬유사 직립다발을 안내하도록 일단에 고정안내판이 장착되어 있는 지지프레임체; 상기 지지프레임체를 따라 이동 가능하게 장착되어 상기 공간을 사이에 두고 상기 고정안내판 대향측에 위치하는 안착판에 의해 상기 탄소섬유사 직립다발의 일단을 끼워 지지하도록 되어 있는 이송프레임체; 및 상기 이송프레임체의 일측에 장착되어 상기 적층 엇걸기부의 동작과 연계하여 상기 이송프레임체를 단속적으로 가압함으로써 상기 안착판에 끼워져 지지된 상기 탄소섬유사 직립다발이 상기 고정안내판을 통과하여 상기 공간 밖으로 단속적으로 돌출되도록 하는 가압수단;으로 이루어져 있는 탄소섬유 입체직조기를 제공한다.

이와 같이, 본 발명의 탄소섬유 입체직조기에 의하면, 탄소섬유사 직립다발 위로 적층되는 탄소섬유사 씨실 및 날실다발이 한 층씩 교대로 포개지도록 하여 탄소섬유 반제품을 제작함으로써, 종래의 탄소섬유 반제품에 대해 탄소섬유사의 부피분율 즉, 단위 체적당 충진율은 동일하면서도 단위 체적당 발생하는 공극(g)의 크기는 절반으로 줄여, 탄소섬유사 가닥 간의 알력을 높이고, 탄소섬유사층 간의 고착력을 증대시킬 수 있게 되며, 따라서, 탄소섬유 반제품의 강도 및 가공성 등 기계적인 성능을 일층 향상시킬 수 있게 될 뿐 아니라, 직조기의 구조를 전체적으로 컴팩트화시킴으로써 장치의 설비나 운영과 관련된 효율성을 향상시킬 수 있게 되는 등 탄소섬유 반제품의 생산성 및 품질을 대폭적으로 증진시킬 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소섬유 입체직조기를 첨부도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명의 탄소섬유 직조기는 도 4 및 도 5에 도면부호 1로 도시된 바와 같이, 크게 베이스 프레임(3), 축방향 이송부(5), 및 적층 엇걸기부(7)로 이루어져 있다.

여기에서, 상기 베이스 프레임(3)은 탄소섬유 직조기(1) 전체를 지지하는 기부로서, 높낮이 조절이 가능하고, 수평 유지가 용이한 지지다리(9)에 의해 바닥면 위에 설치된다.

상기 축방향 이송부(5)는 다수의 탄소섬유사 가닥(10)이 직립 상태로 배열되어 있는 탄소섬유사 직립다발(11)을 탄소섬유사 가닥(10)의 축방향으로 단속적으로 이송하도록 되어 있으며, 베이스 프레임(3) 위에 장착되는 바, 다시 지지프레임체(21), 이송프레임체(23), 및 가압수단(25)으로 구성된다.

여기에서, 상기 지지프레임체(21)는 축방향 이송부(5)의 외체를 이루는 부분으로서 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼, 베이스 프레임(3) 위에 장착되어 내부에 탄소섬유사 직립다발(11)이 배치될 공간(27)을 확보하고 있으며, 기부를 이루도록 하단에 배치된 기판(67), 이 기판(67)의 네 모서리에 설치된 4개의 기둥(69), 그리고 이 기둥(69) 상단에 장착된 상판(71), 이 상판(71) 위 네 모서리에 장착된 4개의 지지대(73), 그리고 이 4개의 지지대(73) 상단에 탄소섬유사 직립다발(11)을 안내하기 위해 장착된 고정안내판(29)으로 이루어져 있는데, 상판(71)은 지지대(73)와 인접한 네 모서리 부분에 이송프레임체(23)의 밀대(77)가 통과하는 구멍이 관통되 어 있으며, 고정안내판(29)에는 도 7에 도시된 바와 같이, 탄소섬유사 직립다발(11)을 이루는 다수의 탄소섬유사 가닥(10)이 통과하는 다수의 안내공이 관통되어 있다.

한편, 상기 이송프레임체(23)는 지지프레임체(21)를 따라 상하로 이동하면서 지지프레임체(21) 상부의 공간(27)에 배치된 탄소섬유사 직립다발(11)을 위쪽으로 밀어 올리는 부분으로서, 하단의 밀판(75), 이 밀판(75) 위에서 기둥(69)의 안쪽에 각각 인접 배열된 4개의 밀대(77), 이 밀대(77)의 상단에 장착된 안착판(31), 이 안착판(31) 위에 탄소섬유사 직립다발(11)의 길이방향으로 일정 간격을 두고 적층 배열된 복수의 가동안내판(33), 이들 가동안내판(33)의 네 모서리 부분에 관통되도록 안착판(31)의 네 모서리 부분에 장착된 안내봉(35), 및 가동안내판(33) 사이에 배치되도록 안내봉(35)의 둘레면에 감겨 있는 압축스프링과 같은 복수의 반동부재(37)로 이루어져 있다.

여기에서, 밀판(75)은 저면에 직접 연결된 가압수단(25)에 의해 상하로 이동하면서 탄소섬유사 직립다발(11)이 끼워져 있는 안착판(31)을 위쪽으로 밀어 올리도록 되어 있으며, 전후좌우 4변의 중앙에 적층 엇걸기부(7)가 각각 장착되어 있다. 또, 밀대(77)는 밀판(75) 위에 안착판(31)을 지지하여 직접적으로 안착판(31)을 가압하는 부분으로서, 안착판(31) 위에 끼워져 있는 탄소섬유사 직립다발(11)이 밑부분까지 고정안내판(29)을 통과하여 밖으로 노출될 수 있도록 하는 길이를 확보하고 있다. 또, 안착판(31)은 도 7에 도시된 것처럼, 공간(27)을 사이에 두고 고정안내판(29) 대향측에 위치하며, 상면에 탄소섬유사 직립다발(11)의 하단을 끼워 지 지하기 위한 다수의 안착공(30)이 오목하게 형성되어 있다. 또, 복수의 가동안내판(33)은 안착판(31) 상에 끼워 지지된 탄소섬유사 직립다발(11)의 직립을 유지하도록 안내하는 수단으로서, 탄소섬유사 직립다발(11)의 각 가닥(10)이 모두 통과할 수 있도록 다수의 구멍이 관통되어 있으며, 이들 복수의 가동안내판(33) 네 모서리 부분을 각각 관통하고 있는 안내봉(35)은 안착판(31)과 고정안내판(29) 사이에 장착되되, 안착판(31)이 상승함에 따라 탄소섬유사 직립다발(11)과 함께 상승하여 고정안내판(29) 위로 길게 연장되도록 고정안내판(29)에 관통 삽입되어 있다.

상기 가압수단(25)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 밀판(75)의 하단에 장착되어 이송프레임체(23) 전체를 밀판(75)에 장착된 적층 엇걸기부(7)의 동작과 연계시켜 단속적으로 승강시키는 부분으로, 안착판(31)에 끼워져 지지된 탄소섬유사 직립다발(11)이 고정안내판(29)을 통과하여 공간(27) 밖으로 단속적으로 돌출되도록 하며, 이를 위해 다양한 작동기구가 채용될 수 있는데, 본 실시예에서는 도시된 것처럼 전동모터(79)에 의해서 푸시로드(81)를 승강시키는 웜과 웜기어 구조가 사용되고 있는 바, 푸시로드(81)의 상단은 밀판(75)의 중앙에 고정되어 있고, 전동모터(79)의 회전축(83)에 장착된 웜(84)이 푸시로드(81) 하단의 웜기어(미도시)를 회전시킴으로써 푸시로드(81)를 밀어 올리도록 되어 있다.

한편, 상기 적층 엇걸기부(7)는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 탄소섬유사 씨실다발(13)과 탄소섬유사 날실다발(15)을 탄소섬유사 직립다발(11) 사이에 교대로 끼워 포개지도록 하는 기구로서, 탄소섬유사 씨실 및 날실다발(13,15)이 감겨 있는 도 8의 언와인더(41,42)를 축방향 이송부(5) 위에서 주고받으면서 도 7에 도시된 것처럼 탄소섬유사 씨실 및 날실다발(13,15)을 교대로 적층시킬 수 있는 것이면, 어떤 형태로도 변형이 가능하나, 특히 본 실시예에서는 도시된 것처럼 절곡암 기구를 채용하고 있으며, 여기에서 탄소섬유사 씨실다발(13)은 복수의 탄소섬유사 가닥(12)이 종으로 열을 지어 배열된 것을, 탄소섬유사 날실다발(15)은 복수의 탄소섬유사 가닥(12)이 횡으로 열을 지어 배열된 것을 각각 의미한다.

즉, 본 실시예에 따른 적층 엇걸기부(7)는 도 4 내지 도 6에 도시된 것처럼, 크게 씨실 및 날실 언와인더(41,42), 한 쌍의 씨실 및 날실 회동암짝(43,44)(45,46), 파지뭉치(47), 및 회동암 작동구(49)로 이루어지는 바, 먼저 상기 씨실 및 날실 언와인더(41,42)는 도 7에 도시된 바와 같이, 탄소섬유사 씨실다발(13) 또는 날실다발(15)을 감아 보관하는 실패와 같은 수단으로서, 도 8에 상세히 도시된 것처럼 탄소섬유사 씨실다발(13) 또는 날실다발(15)의 각각의 탄소섬유사 가닥(12)이 나란하게 감길 수 있도록 복수의 감김홈(50)이 원주방향으로 나란하게 형성되어 있으며, 각각의 탄소섬유사 가닥(12)에 걸리는 장력에 편차가 발생하더라도 탄소섬유사 씨실다발(13) 또는 날실다발(15)의 풀림이 원활이 이루어질 수 있도록 각각의 감김홈(50)이 독자적으로 회전할 수 있는 독립된 구조를 갖게 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 한 쌍의 씨실 및 날실 회동암짝(43,44)(45,46)은 각각 도 4 내지 도 6에 도시된 것처럼, 씨실 또는 날실 언와인더(41,42)를 축방향 이송부(5) 위에서 주고받으면서 탄소섬유사 직립다발(11) 사이로 씨실 또는 날실 언와인더(41,42)에 감겨 있는 탄소섬유사 씨실 또는 날실다발(13,15)을 교대로 포개지도록 하는 부 분으로서, 이송프레임체(23) 밀판(75)의 좌우 또는 전후에 서로 마주보도록 피벗회전 가능하게 장착되어 있다. 따라서, 밀판(75)과 함께 탄소섬유사 직립다발(11)의 길이방향으로 즉, 상하로 이동하도록 되어 있는 바, 상승 시 밀판(75)에 의해 밀려 올라가는 탄소섬유사 직립다발(11)의 상승과 연계하여 피벗 회전함으로써 탄소섬유사 직립다발(11)이 상승한 후 각 탄소섬유사 가닥(10) 사이로 탄소섬유사 씨실 또는 날실다발(13,15)의 탄소섬유사 가닥(12)이 차례로 적층되도록 한다.

이를 위해 한 쌍의 씨실 및 날실 회동암짝(43,44)(45,46)을 구성하는 각각의 회동암(43,44,45,46)은 도 4 내지 도 6에 도시된 것처럼, 상박링크(51), 하박링크(53), 및 링크 작동구(55)로 이루어지는 바, 여기에서, 상기 상박링크(51)는 도 4 내지 도 6에 도시된 것처럼, 이송프레임체(23)의 밀판(75)에 핀(85)에 의해 결합되어 상하로 피벗 회전 가능하게 되어 있으며, 상기 하박링크(53)는 상박링크(51)의 선단에 굴절 가능하도록 핀(57)에 의해 결합되되, 도 10 및 도 11에 도시된 것처럼 탄소섬유사 직립다발(11) 위에서 씨실 또는 날실 언와인더(41,42)를 주고받을 수 있도록 상반부가 안쪽으로 절곡되어 전체적으로 ㄱ자 형태를 취하고 있다. 그리고 상기 링크 작동구(55)는 상박링크(51)에 대해 하박링크(53)를 상대 회전시킬 수 있게 가압하는 수단으로서, 회동암(43,44,45,46)의 전체 길이를 조정하도록 되어 있는 바, 본 실시예에서는 일단이 상박링크(51) 상단에, 타단이 하박링크(53) 하단에 각각 연결된 유압실린더가 사용되고 있으나, 이 또한 공압실린더나 파워실린더는 물론, 동일한 기능을 하는 다양한 기계, 기구로 이루어진 작동수단에 의해 대체될 수 있다.

한편, 상기 파지뭉치(47)는 언와인더(41,42)를 파지하도록 각각의 회동암(43,44,45,46) 선단에 장착된 기구로서, 좌측 또는 전방 회동암짝(43,45)이 우측 또는 후방 회동암짝(44,46)과 언와인더(41,42)를 서로 주고받을 때 현재 언와인더(41,42)를 파지하고 있는 일측 회동암짝(44,46)에서는 언와인더(41,42)를 방출하는 동시에, 이 방출된 언와인더(41,42)를 언와인더(41,42)가 물려 있지 않은 타측 회동암짝(43,45)에 의해 파지되도록 함으로써 좌우 한 쌍의 씨실 회동암짝(43,44) 또는 전후 한 쌍의 날실 회동암짝(45,46) 간에 언와인더(41,42)의 수수가 이루어지도록 한다.

이를 위해 각각의 파지뭉치(47)는 도 9에 보다 상세히 도시된 바와 같이, 크게, 파지레버(61)와 파지작동구(63)로 이루어지는 바, 상기 파지레버(61)는 각각의 회동암(43,44,45,46) 선단부분(59)에 힌지핀(87)에 의해 피벗 회전 가능하게 장착되어, 파지동작 시 도 8 및 도 9에 보다 상세히 도시된 것처럼 그 선단이 아래쪽으로 피벗 회전하여 회동암 선단부분(59)에 대해 또는 더욱 바람직하게 선단부분(59)에 형성된 오목홈(60) 안에 언와인더(41,42)의 회전축(52)을 압박하도록 되어 있으며, 반대로 방출동작 시에는 도 9에 일점쇄선으로 도시된 것처럼 그 선단이 위쪽으로 피벗 회전함으로써 언와인더(41,42)의 회전축(52)을 방출하도록 되어 있다. 또, 상기 파지작동구(63)는 도 8 및 도 9에 상세히 도시된 것처럼, 파지레버(61)의 후단에 핀(65) 결합되어 파지레버(61)를 피벗 회전시키는 부분으로서, 본 실시예에서는 도시된 것처럼 유압실린더를 사용하고 있으나, 마찬가지로 공압실린더나 파워실린더는 물론, 다양한 형태의 기계, 기구로 이루어진 작동수단이 사용될 수 있다. 따라서, 파지작동구(63)인 유압실린더의 신축에 따라 파지레버(61)를 피벗 회전시킴으로써 선단부분(59)에 파지된 언와인더(41,42)의 회전축(52)을 파지 또는 방출하게 된다.

끝으로, 상기 회동암 작동구(49)는 각각의 회동암(43,44,45,46)을 피벗 회전시키는 기구로서, 본 실시예에서는 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼, 유압실린더를 사용하고 있는 바, 유압실린더 외에도 공압실린더, 파워실린더는 물론, 다양한 형태의 기계, 기구로 이루어진 작동수단이 사용될 수 있으며, 이송프레임체(23)의 밀판(75) 저면에 장착되어 안착판(31) 및 탄소섬유사 직립다발(11)과 동시에 상승하는 각각의 회동암(43,44,45,46)을 탄소섬유사 직립다발(11)의 상승 이동과 연계하여 즉, 상승 이동과 번갈아 서로 마주보는 방향으로 피벗 회전시키도록 되어 있다.

이제, 위와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소섬유 입체직조기의 작용을 설명한다.

본 발명의 탄소섬유 직조기(1)에 의해 탄소섬유사를 입체적으로 직조하기 위해서는 먼저, 정지상태에서 하사점에 위치하는 축방향 이송부(5)의 이송프레임체(23) 상단에 즉, 안착판(31) 위 다수의 안착공(30) 안에 도 4, 도 5 및 도 7에 도시된 것처럼 탄소섬유사 직립다발(11)을 이루는 다수의 탄소섬유사 가닥(10)을 각각 끼워 넣는다.

또한, 탄소섬유사 씨실다발(13)로 사용될 탄소섬유사가 감겨 있는 씨실 언와인더(41)와 탄소섬유사 날실다발(15)로 사용될 탄소섬유사가 감겨 있는 날실 언와인더(42)를, 한 쌍의 씨실 회동암짝(43,44) 중 도 4 및 도 6에 도시된 것처럼 우측 씨실 회동암짝(44)과 한 쌍의 날실 회동암짝(45,46) 중 도 5 및 도 6에 도시된 것처럼 후방 날실 회동암짝(46)에 각각 파지시킨다. 이때, 언와인더(41,42)는 도 9에 도시된 것처럼, 회전축(52)이 회동암(44,45) 선단부분(59)의 오목홈(60)에 삽입되어 파지레버(61)에 의해 하향 가압됨으로써 파지가 이루어진다.

이렇게 해서, 직조 준비가 완료되면, 일차로 도 7 및 도 12에 도시된 화살표(A) 방향으로 씨실 언와인더(41)를 이동시키도록 한 쌍의 씨실 회동암짝(43,44)에 연결된 회동암 작동구(49)를 동작시켜 한 쌍의 씨실 회동암짝(43,44)을 서로 마주보는 방향으로 피벗 회전시킨다. 이때, 회동암짝(43)은 도 9에 일점쇄선으로 도시된 것처럼 파지레버(61)를 개방하여 오목홈(60) 안으로 언와인더(41)의 회전축(52)을 끼울 수 있도록 한다. 곧이어, 한 쌍의 씨실 회동암짝(43,44)이 도 10에 도시된 것처럼 씨실 언와인더(41)와 동시에 만나게 되는 순간, 좌측 씨실 회동암짝(43)의 파지레버(61)는 도 9에 실선으로 도시된 것처럼 오목홈(60)을 닫아 언와인더 회전축(52)을 파지하는 동시에, 우측 씨실 회동암짝(44)의 파지레버(61)는 도 9에 일점쇄선으로 도시된 것처럼 오목홈(60)을 열어 언와인더 회전축(52)을 방출하게 된다. 이에 따라 씨실 언와인더(41)가 좌측 씨실 회동암짝(43)으로 옮겨 파지되면, 한 쌍의 씨실 회동암짝(43,44)이 서로 멀어지는 방향으로 피벗 회전하여 좌측 씨실 회동암짝(43)으로 옮겨진 씨실 언와인더(41)를 계속해서 화살표(A) 방향으로 이동시킨다. 이 과정에서 씨실 언와인더(41)에 감겨 있던 탄소섬유사 씨실다발(13)이 풀려 탄소섬유사 직립다발(11) 사이로 끼워짐으로써 도 7에 도시된 것처럼 첫 번째 탄소섬유사층(L1)을 이루게 된다.

그 다음, 한 쌍의 씨실 회동암짝(43,44)과 마찬가지로, 한 쌍의 날실 회동암짝(45,46)을 피벗 회전시켜 후방 날실 회동암짝(46)에 파지되어 있던 날실 언와인더(42)를 전방 날실 회동암짝(45)으로 옮기면서 도 7 및 도 12의 화살표(B) 방향으로 이동시킴으로써, 날실 언와인더(42)에 감겨 있던 탄소섬유사 날실다발(15)을 풀어 이미 탄소섬유사 씨실다발(13)이 끼워져 있는 탄소섬유사 직립다발(11) 사이로 탄소섬유사 씨실다발(13)과 직각을 이루며 끼워져 포개지도록 하여 두 번째 탄소섬유사층(L2)을 이루게 된다.

뒤 이어, 한 쌍의 씨실 회동암짝(43,44)을 재차 피벗 회전시켜 좌측 씨실 회동암짝(43)에 파지되어 있던 씨실 언와인더(41)를 우측 씨실 회동암짝(44)으로 옮기면서 도 7 및 도 12의 화살표(C) 방향으로 이동시킴으로써, 탄소섬유사 날실다발(15)로 이루어진 두 번째 탄소섬유사층(L2) 위에 탄소섬유사 씨실다발(13)로 이루어진 세 번째 탄소섬유사층(L3)을 적층시킨다.

그리고 나서, 한 쌍의 날실 회동암짝(45,46)을 재차 피벗 회전시켜 전방 날실 회동암짝(45)에 파지되어 있던 날실 언와인더(42)를 후방 날실 회동암짝(46)으로 옮기면서 도 7 및 도 12의 화살표(D) 방향으로 이동시킴으로써, 탄소섬유사 씨실다발(13)로 이루어진 세 번째 탄소섬유사층(L3) 위에 탄소섬유사 날실다발(15)로 이루어진 네 번째 탄소섬유사층(L4)을 적층시킴으로써 한 싸이클의 탄소섬유사 적층 동작이 완료된다.

이와 같이, 한 싸이클 이상 한 쌍의 씨실 및 날실 회동암짝(43,44)(45,46)을 교대로 피벗 회전시켜 도 12에 도시된 것처럼 탄소섬유사 직립다발(11)의 탄소섬유 사 가닥(10) 사이로 탄소섬유사 씨실 및 날실다발(13,15)의 탄소섬유사 가닥(12)이 1회 또는 복수회 교대로 끼워져 포개지도록 한 다음, 적층된 탄소섬유사 씨실 및 날실다발(13,15) 위로 탄소섬유사 직립다발(11)이 길게 뻗어 노출될 수 있도록 축방향 이송부(5)의 가압수단(25)을 동작시켜 밀판(75)을 밀어올림으로써 안착판(31) 위에 세워져 있는 탄소섬유사 직립다발(11)을 도 7 및 도 12의 화살표(E) 방향으로 밀어 올리게 된다.

이때, 밀판(75)에 부착되어 있는 한 쌍의 씨실 및 날실 회동암짝(43,44)(45,46)도 함께 상승하여 이미 몇 겹으로 적층된 탄소섬유사 씨실 및 날실다발(13,15) 위에서 위와 동일하게 씨실 및 날실 언와인더 수수동작을 수행할 수 있게 되며, 위와 같이 한 차례 이상 한 쌍의 씨실 및 날실 회동암짝(43,44)(45,46)에 의한 씨실 및 날실 언와인더 수수동작을 교대로 반복하여 탄소섬유사 적층동작이 한 싸이클 이상 진행된 후, 탄소섬유사 직립다발(11)을 상승시키는 동작이 한 차례 이루어지는 단속적인 동작 패턴이 반복됨으로써 도 7에 도시된 바와 같이 3차원의 입체적인 탄소섬유 반제품을 직조하게 된다.

이렇게 해서 직조된 탄소섬유 반제품은 도 13에 부분적으로 도시된 것처럼, 점선으로 표시된 탄소섬유사 단위 체적당 발생하는 공극(g')의 높이(h')가 탄소섬유사 가닥(12)의 직경(d)과 동일하고, 따라서 공극(g')의 크기가 도 3에 도시된 종래의 탄소섬유 반제품 공극(g)의 절반으로 감소하므로, 탄소섬유사의 부피분율 및 탄소섬유사 가닥간 알력이 높아지게 된다.

도 1은 종래의 3차원 직물제 직조장치를 도시한 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 직조장치에 의해 직조된 탄소섬유 반제품의 부분 상세 사시도.

도 3은 도 2의 정면도.

도 4는 본 발명의 탄소섬유 직조기를 도시한 정면도.

도 5는 도 4의 측면도.

도 6은 도 4의 상단을 도시한 사시도.

도 7은 본 발명의 탄소섬유 직조기의 동작 상태를 설명하는 개략 사시도.

도 8은 씨실 및 날실 언와인더를 도시한 정면도.

도 9는 도 4 및 도 5에 도시된 파지뭉치의 상세 정면도.

도 10은 본 발명의 탄소섬유 직조기를 도시한 정면도로, 씨실 회동암짝이 축방향 이송부 위에서 교차되어 있는 상태를 도시한 도면.

도 11은 본 발명의 탄소섬유 직조기를 도시한 측면도로, 날실 회동암짝이 축방향 이송부 위에서 교차되어 있는 상태를 도시한 도면.

도 12는 본 발명의 탄소섬유 직조기에 의해 직조된 탄소섬유 반제품의 부분 상세 사시도.

도 13은 도 12의 정면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 탄소섬유 직조기 3 : 베이스 프레임

5 : 축방향 이송부 7 : 적층 엇걸기부

10, 12 : 탄소섬유사 가닥 11 : 탄소섬유사 직립다발

13 : 탄소섬유사 씨실다발 15 : 탄소섬유사 날실다발

21 : 지지프레임체 23 : 이송프레임체

25 : 가압수단 29 : 고정안내판

31 : 안착판 33 : 가동안내판

51 : 1차건조기 61 : 에폭시 코팅기

67 : 에폭시 코팅액 71 : 2차건조기

41, 42 : 씨실 및 날실 언와인더 43, 44 : 한 쌍의 씨실 회동암짝

45, 46 : 한 쌍의 날실 회동암짝 47 : 파지뭉치

49 : 회동암 작동구 50 : 감김홈

51 : 상박링크 52 : 회전축

53 : 하박링크 55 : 링크 작동구

61 : 파지레버 63 : 파지작동구

Claims (6)

1. 삭제
2. 기부를 이루는 베이스 프레임(3);

   상기 베이스 프레임(3) 위에 장착되어, 다수의 탄소섬유사 가닥(10)이 직립 상태로 배열되어 있는 탄소섬유사 직립다발(11)을 상기 탄소섬유사 가닥(10)의 축방향으로 단속적으로 이송하는 축방향 이송부(5); 및

   복수의 탄소섬유사 가닥(12)이 종으로 열을 지어 배열된 탄소섬유사 씨실다발(13)과 복수의 탄소섬유사 가닥(12)이 횡으로 열을 지어 배열된 탄소섬유사 날실다발(15)을 상기 탄소섬유사 직립다발(11) 사이에 교대로 끼워 포개지도록 하는 한 쌍의 적층 엇걸기부(7);로 이루어지고,

   상기 축방향 이송부(5)는,

   상기 베이스 프레임(3) 상에 고정되어 상기 축방향 이송부(5)의 외체를 이루며, 내부에 상기 탄소섬유사 직립다발(11)이 배치될 공간(27)을 확보하면서 상기 탄소섬유사 직립다발(11)을 안내하도록 일단에 고정안내판(29)이 장착되어 있는 지지프레임체(21);

   상기 지지프레임체(21)를 따라 이동 가능하게 장착되어 상기 공간(27)을 사이에 두고 상기 고정안내판(29) 대향측에 위치하는 안착판(31)에 의해 상기 탄소섬유사 직립다발(11)의 일단을 끼워 지지하도록 되어 있는 이송프레임체(23); 및

   상기 이송프레임체(23)의 일측에 장착되어 상기 적층 엇걸기부(7)의 동작과 연계하여 상기 이송프레임체(23)를 단속적으로 가압함으로써 상기 안착판(31)에 끼워져 지지된 상기 탄소섬유사 직립다발(11)이 상기 고정안내판(29)을 통과하여 상기 공간(27) 밖으로 단속적으로 돌출되도록 하는 가압수단(25);으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 입체직조기.
3. 제2 항에 있어서,

   상기 이송프레임체(23)는,

   상기 안착판(31) 상에 끼워 지지된 상기 탄소섬유사 직립다발(11)을 안내하도록 다수의 구멍이 관통되어 상기 탄소섬유사 직립다발(11)의 길이방향으로 일정 간격을 두고 적층 배열되어 있는 복수의 가동안내판(33);

   상기 가동안내판(33)의 직진 이동을 안내하기 위해 상기 복수의 가동안내판(33) 네 모서리에 관통 장착되어 상기 안착판(31)과 상기 고정안내판(29) 사이에 장착되어 있는 안내봉(35); 및

   상기 가동안내판(33) 사이에서 상기 안내봉(35) 둘레에 감겨 있는 복수의 반동부재(37);를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 입체직조기.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 적층 엇걸기부(7)는,

   상기 탄소섬유사 씨실다발(13) 또는 날실다발(15)의 각각의 탄소섬유사 가닥(12)이 나란히 감기도록 복수의 감김홈(50)이 원주방향으로 나란하게 형성되어 있는 씨실 및 날실 언와인더(41,42);

   상기 이송프레임체(23) 일측에 서로 마주보도록 피벗회전 가능하게 장착되어 상기 탄소섬유사 직립다발(11)과 동일한 방향으로 함께 이동하면서 상기 언와인더(41,42)를 상기 고정안내판(29) 위에서 교대로 주고받아 상기 탄소섬유사 씨실다발(13) 및 날실다발(15)의 탄소섬유사 가닥(12)이 상기 탄소섬유사 직립다발(11)의 탄소섬유사 가닥(10) 사이에 교대로 끼워져 포개지도록 하는 한 쌍의 씨실 및 날실 회동암짝(43,44)(45,46);

   상기 언와인더(41,42)를 파지하도록 상기 각각의 회동암(43,44,45,46) 선단에 장착되되, 상기 한 쌍의 일측 회동암짝(43,45)과 상기 한 쌍의 타측 회동암짝(44,46)이 상기 언와인더(41,42)를 서로 주고받을 때 상기 언와인더(41,42)를 상기 한 쌍의 일측 회동암짝(43,45)에서 방출함과 동시에 상기 한 쌍의 타측 회동암짝(44,46)에서 파지하도록 되어 있는 파지뭉치(47); 및

   상기 이송프레임체(23) 일측에 장착되어 상기 한 쌍의 씨실 및 날실 회동암짝(43,44)(45,46)이 상기 안착판(31)과 동기 이동하면서 상기 탄소섬유사 직립다발(11)의 이동과 연계하여 서로 마주보는 방향으로 피벗 회전하도록 하는 회동암 작동구(49);로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 입체직조기.
5. 제4 항에 있어서,

   상기 각각의 회동암(43,44,45,46)은,

   상기 이송프레임체(23)에 피벗 가능하게 연결된 상박링크(51);

   상기 상박링크(51)의 선단에 굴절 가능하도록 핀(57)에 의해 결합된 하박링크(53); 및

   상기 상박링크(51)에 대해 상기 하박링크(53)를 상대 회전하도록 가압하기 위해 일단이 상기 상박링크(51)에, 타단이 상기 하박링크(53)에 각각 연결되어 있는 링크 작동구(55);로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 입체직조기.
6. 제4 항 또는 제5 항에 있어서,

   상기 파지뭉치(47)는,

   상기 각각의 회동암(43,44,45,46) 선단부분(59)에 피벗 회전 가능하게 장착되어, 파지동작 시 그 일단이 상기 선단부분(59)에 대해 상기 언와인더(41,42)의 회전축(52)을 압박하도록 되어 있는 파지레버(61); 및

   상기 파지레버(61)의 타단에 핀(65) 결합되어 상기 파지레버(61)를 피벗 회전시킴으로써 상기 선단부분(59)에서 상기 회전축(52)이 파지 또는 방출되도록 하는 파지작동구(63);로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 입체직조기.

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