KR101063366B1

KR101063366B1 - 전중후 3단 스파인 구조를 가지는 화살대

Info

Publication number: KR101063366B1
Application number: KR1020100072936A
Authority: KR
Inventors: 송점식
Original assignee: 주식회사 신광레포츠
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2010-07-28
Publication date: 2011-09-07

Abstract

본 발명은 화살대에 관한 것으로서, 구체적으로는 화살의 비행시 필연적으로 발생하는 파라독스 현상에 의한 화살대 무게 중심부의 변형이나 파손을 방지하고, 화살대의 슈팅 정확도를 높이며, 잦은 슈팅에 의한 화살대의 부분적 파손이나 변형을 방지할 수 있도록 화살대의 길이방향으로 스파인 세기를 차별화한 구조를 가지는 화살대에 관한 것이다.
본 발명에서는, 길이방향으로 화살촉이 결합하는 전방부, 화살대의 무게 중심이 위치하는 중간부, 오늬가 결합하는 후방부로 분리하여 정의되는 중공관 형상의 화살대로서, 카본 파이버가 일 방향으로 나란하게 배열되어 상기 전방부, 중간부, 후방부 전체를 커버하는 제1시트층과, 상기 제1시트층에 연결되는 것으로서 카본 파이버가 타 방향으로 나란하게 배열되어 상기 전방부, 중간부, 후방부 전체를 커버하는 제2시트층과, 상기 제2시트층에 연결되는 것으로서 상기 전방부, 중간부, 후방부에 각각 대응하며 탄성 강도가 서로 다른 전방시트, 중간시트 및 후방시트를 연결하여 형성한 제3시트층으로 이루어지는 화살대 형성시트를 권회함으로써 화살대의 전방부, 중간부 및 후방부의 스파인 강도가 각각 다르게 차별화되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전중후 3단 스파인 구조를 가지는 화살대가 제공된다.

Description

전중후 3단 스파인 구조를 가지는 화살대{An arrow body having three different spine structure according to it's front, middle and back part}

본 발명은 화살대에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 화살의 비행시 필연적으로 발생하는 파라독스 현상에 의한 화살대 무게 중심부의 변형이나 파손을 방지하고, 화살대의 슈팅 정확도를 높이며, 잦은 슈팅에 의한 화살대의 부분적 파손이나 변형을 방지할 수 있도록 화살대의 길이방향으로 스파인 세기를 차별화한 구조를 가지는 화살대에 관한 것이다.

도1은 종래의 일반적인 화살의 개략적인 외관도이고, 도2는 화살의 파라독스 현상을 설명하기 위한 개념도이다.

화살은 일반적으로 중공 원통체인 화살대 본체(11), 본체(11)의 전단부에 장착되는 화살촉(12), 본체(11)의 후단부에 장착되는 오늬(13) 및 본체의 후방 외주면에 부착되는 깃(14)으로 이루어진다.

일반적으로 활 시위를 떠난 화살은 시위가 화살의 후단부를 미는 힘인 추력을 받게 되는데, 이러한 추력이 화살의 전방으로 전달되며 비행하게 된다.

이와 같은 화살은 활 시위를 떠나 과녘을 향해 비행할 때 파라독스 현상을 겪는다. 파라독스는 화살이 활을 떠난 직후, 비행 초기 단계에서 주로 좌우로 휘어지면서 날아가는 현상을 말한다.

화살의 발사시 정지된 화살과 같이 현이 비껴나가면서 순간적으로 화살에 운동에너지가 전달되기 때문에 이 힘을 견디지 못하고 화살은 프레셔 포인트를 기점으로 휘게 되고 다시 탄성체인 샤프트의 복원력에 의해 원상태로 펴지다가 관성에너지에 의해 반대로 휘게 된다. 화살은 이러한 동작을 계속 반복하면서 관성에너지가 소멸될 때까지 비행하게 된다.

그런데, 양궁용 화살의 경우 하루에도 수십번 내지 수백번 화살을 발사하게 되므로 이러한 파라독스(paradox) 현상이 화살대에 미치는 영향은 생각보다 심각하다. 즉, 도2에 도시한 바와 같이 화살대는 비행 중에 프레셔 포인트(무게 중심,G)를 중심으로 수없이 방향을 바꿔가며 활처럼 휘게 되는데, 이러한 현상을 지속적으로 겪게 되면, 화살대 중 무게 중심(G)이 위치하는 중간부에서 변형이나 파손이 일어나게 된다.

이러한 문제를 극복하기 위하여 중공의 알루미늄관을 코어로 하여 내부에 위치시키고 상기 알루미늄관의 외부에 카본 파이버 시트를 적층하여 이중으로 형성한 후, 카본 파이버 시트층의 전방부와 후방부를 연마기로 갈아냄으로써 화살대의 중간부를 도톰하게 한 제품이 제안된 바 있다.

그러나, 이러한 제품은 카본 파이버 시트층을 그라인딩하여 갈아내어 화살대의 직경을 조절하므로 치수 관리가 어렵고, 그라인딩시 시트층 내부 조직에 가공 결함이 생기기 쉬우며, 정확한 치수 관리에 실패하여 화살대에 편심이 생기기 쉽다는 문제가 있다. 또한, 이종 소재인 알루미늄 코어와 카본 파이버 시트층 간의 접합이 어려우며, 알루미늄관을 내부에 포함하므로 화살대의 중량이 증가하는 치명적 문제가 있다.

또한, 화살대의 전후방 외주면을 필요한 직경이 되도록 그라인딩 하므로 재료의 낭비가 심하며, 가공에 소요되는 공정시간이 길어 생산성이 떨어진다.

특히, 화살대에 미치는 충격이나 이종 소재간의 열팽창율 차이 등으로 인하여 카본 파이버 시트층이 알루미늄 관으로부터 박리되거나 벗겨지는 현상이 발생한다는 단점이 있다.

전술한 바와 같이 화살은 활로부터 발사되어진 순간 아처스 파라독스 현상이 발생한다. 이때 활의 세기에 대해 샤프트의 강도, 무게, 길이 등이 적절하지 않으면 화살은 곧바로 날아가지 않는다.

일반적으로 허리힘이 강하다고 하는 것은 활의 세기에 비해 화살의 강도, 즉 화살의 허리힘이 강하다는 것을 말하고 허리힘이 약하다는 것은 활의 세기에 비해 화살의 강도가 약하다는 것을 말한다.

그래서 샤프트의 강도를 재기 위해 샤프트의 중심에 무게를 달고 휘어지는 양을 측정하여 활의 세기에 적절한 샤프트를 선정하게 된다. 이 휘어지는 정도를 스파인이라고 한다.

화살대의 스파인을 크게 하면 화살의 비행 직진성이나 잦은 파라독스 현상에 의한 재료의 변형이 적다는 장점이 있으나, 화살의 스파인은 활의 세기를 고려하여 결정되어야 하므로 무조건 높게 하는 것이 반드시 유리하지만은 않으며, 또한 화살의 스파인을 높게 하면 재료비와 제작비가 비싸진다는 문제가 있다.

한편, 화살대는 그 길이방향으로의 각 위치에 따라 겪게 되는 외력이 상이해진다. 즉, 화살대의 중간부분은 전술한 바와 같은 파라독스 현상에 의하여 잦은 휨력을 받으므로 오랜 사용에 의하여 취약해지기 쉬우며, 화살촉이 결합하는 화살대의 전방부는 잦은 슈팅시 과녘에 부딪히는 충격을 가장 많이 받는 부분이다. 이에 반하여 오늬가 결합하는 화살대의 후방부는 활 시위가 때리는 충격을 가장 많이 받는 부분이다.

이렇듯 화살대는 그 길이방향으로의 각 위치에 따라 필요한 탄성, 강도나 기타 물성이 달라지도록 할 필요가 있다. 따라서, 화살대의 제조 역시 각 위치에 따라 서로 다른 물성을 가지도록 할 필요가 있으나 종래의 화살대는 단일의 시트 재료로만 화살대를 형성하고 있어, 이러한 욕구를 충족시키지 못하고 있다는 문제가 있다.

등록특허 제0396590호 "화살대 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 화살대" 등록특허 제0655934호 "화살대" 등록특허 제0655951호 "화살대"

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 화살대의 길이방향 위치에 따라 화살대에 요구되는 각 물성이 서로 상이함을 고려하여 화살대를 그 길이방향을 따라 몇 개의 부분으로 분할하여 구획한 후 각 부분에 서로 다른 물성을 가지는 시트를 적층·권회하여 구성함으로써 화살대의 내구성을 향상시키고, 비행 안정성 및 직진성과 같은 화살대의 성능을 최적화하는 것이다.

특히, 본 발명에서는 화살대를 그 길이방향을 따라 크게 전방부, 중간부 및 후방부로 구획하여 정의한 후 각 부분에 적합한 재료를 사용하여 각 부분 사이에 강도나 스파인을 차별화 및 상대화함으로써 추가적인 비용의 증가 없이도 화살대의 재료적 특성을 최적화하고자 한다.

위와 같은 목적을 달성하고자 본 발명에서는, 길이방향으로 화살촉이 결합하는 전방부, 화살대의 무게 중심이 위치하는 중간부, 오늬가 결합하는 후방부로 분리하여 정의되는 중공관 형상의 화살대로서, 카본 파이버가 일 방향으로 나란하게 배열되어 상기 전방부, 중간부, 후방부 전체를 커버하는 제1시트층과, 상기 제1시트층에 연결되는 것으로서 카본 파이버가 타 방향으로 나란하게 배열되어 상기 전방부, 중간부, 후방부 전체를 커버하는 제2시트층과, 상기 제2시트층에 연결되는 것으로서 상기 전방부, 중간부, 후방부에 각각 대응하며 탄성 강도가 서로 다른 전방시트, 중간시트 및 후방시트를 연결하여 형성한 제3시트층으로 이루어지는 화살대 형성시트를 권회함으로써 화살대의 전방부, 중간부 및 후방부의 스파인 강도가 각각 다르게 차별화되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전중후 3단 스파인 구조를 가지는 화살대가 제안된다.
한편, 상기 제3시트층 상에는 상기 화살대의 전방부, 중간부, 후방부에 각각 대응하며 단위면적당 배열된 카본 파이버의 수가 서로 다른 전방시트, 중간시트 및 후방시트로 이루어지는 제4시트층이 더 형성될 수 있다.
이때, 스파인 강도는 화살대의 중간부가 가장 크고, 그 다음으로 후방부와 전방부의 순서로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전방시트, 중간시트 및 후방시트 중에서 선택되는 적어도 하나에는 카본 직물이 선택될 수 있다.
그리고, 상기 전방시트, 중간시트 및 후방시트 중에서 선택되는 적어도 하나에는 위장무늬가 전사 또는 나염처리된 섬유시트가 선택될 수 있다.

삭제

본 발명에 의하면 화살대의 길이방향의 위치에 따라 각 부분에 필요한 강도나 스파인을 차별화하고 해당 부분에 적합한 재질의 시트를 사용하여 화살대를 제조하게 되므로 화살대의 내구성, 비행 안정성 및 직진성이 향상되는 효과가 있다.

특히, 본 발명에서는 화살대의 내구성이나 비행 안정성을 향상시키기 위하여 화살대에 별도의 특별한 처리를 하는 것이 아니라 형성시트만을 다양하게 구성한 후 이를 맨드릴에 적층·권회하는 방법으로 화살대를 제조하므로 제조비용의 추가적인 상승 없이 강도와 내구성이 최적화된 화살대를 제조할 수 있게 되는 효과가 있다.

도1은 종래의 일반적인 화살대의 개략적인 외관도.
도2는 화살의 파라독스 현상을 설명하기 위한 개념도.
도3은 본 발명에 의한 화살대의 개략적인 외관도.
도4는 본 발명의 제1실시예에 의한 화살대 형성시트의 전개도.
도5는 본 발명의 제2실시예에 의한 화살대 형성시트의 전개도.
도6은 본 발명의 제3실시예에 의한 화살대 형성시트의 전개도.
도7은 본 발명의 제4실시예에 의한 화살대 형성시트의 전개도.
도8은 본 발명의 제5실시예에 의한 화살대 형성시트의 전개도.
도9는 본 발명의 제6실시예에 의한 화살대 형성시트의 전개도.
도10은 본 발명의 제7실시예에 의한 화살대 형성시트의 전개도.
도11은 본 발명의 제8실시예에 의한 화살대 형성시트의 전개도.
도12는 본 발명의 경계커버필름이 부착된 화살의 외관도.

본 발명은 화살대를 그 길이방향으로 크게 3분하여 구획한 후 각 부분에 적합한 재료의 시트층을 적층·권회하여 화살대를 제조함으로써 화살대의 재료적 성능과 물성을 개선하여 화살의 비행 안정성, 직진성을 향상시키고 내구성이 크게 강화된 화살대에 관한 것이다.

본 발명에서는 특히 화살의 비행시 반복되는 파라독스 현상에 의하여 강도가 취약해지지 쉬운 화살대의 중간부를 강화하여 중간부의 파손이나 변형을 방지하고, 활 시위가 때리는 충격을 반복하여 받게 되는 화살대의 후방부의 강도와 탄성을 최적화하며, 화살촉이 결합하여 과녘에 명중할 때 받는 충격을 흡수하기 위한 전방부의 강도와 탄성을 최적할 수 있도록 하고자 한다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 관하여 상술한다.

도3은 본 발명에 의한 화살의 개략적인 외관도이다. 본 발명의 화살(100)은 중공관 형상의 화살대(101)로 이루어지는데, 상기 화살대(101)는 도시한 바와 같이 화살촉(102)이 결합하는 전단에서부터 오늬(103)가 결합하는 후단부까지 세 부분으로 분리 구획하여 정의된다. 즉, 화살대(101)의 전단에서 후단으로 그 길이방향을 따라 전방부(I), 중간부(II) 및 후방부(III)로 구획된다. 도면에서 미설명부호 104는 화살의 깃을 나타낸다.

도4는 본 발명의 제1실시예에 의한 화살대 형성시트의 전개도이다. 화살대는 도시한 바와 같은 화살대 형성시트(110)를 이용하여 형성되는데, 상기 형성시트의 재단 -> 적층·권회공정 -> 테이핑 공정 -> 열처리/냉각공정 -> 탈심공정 -> 연마공정의 순서를 거쳐 제작된다.

상기 화살대 형성시트(110)는 카본 파이버 시트나 글라스 파이버 시트와 같은 탄성시트로 이루어지거나 위장무늬가 나염 또는 전사처리된 섬유시트와 같은 비탄성 시트가 조합되어 이루어진다.

본 실시예의 화살대 형성시트(110)는 크게 최하층의 제1시트층(111), 중간층인 제2시트층(112) 및 최상층의 제3시트층(113)으로 이루어진다. 상기 제1시트층(111)은 다수의 카본 파이버(CF)의 배열이 일 방향(도면에서는 세로방향)으로 나란하게 연속하여 배열된 것이고, 상기 제2시트층(112)은 다수의 카본 파이버(CF)의 배열이 타 방향(도면에서는 가로방향)으로 나란하게 연속하여 배열된 것이다.

상기 제3시트층(113)은 화살대의 상기 전방부(I), 중간부(II) 및 후방부(III)에 대응하는 위치에 따라 그 재질이 상이하게 구성된다. 상기 전방부(I)에 대응하는 형성시트(110) 부분인 전방시트(113a)는 상기 제2시트층(112)과 같은 카본 파이버 배열을 가지는 시트층이며, 상기 중간부(II)에 대응하는 형성시트(110) 부분인 중간시트(113b)는 카본 파이버를 서로 직교하도록 교차 직조한 카본 직물시트층이며, 상기 후방부(III)에 대응하는 형성시트(110) 부분인 후방시트(113c)는 카본 파이버의 배열 조밀도가 상기 전방시트(113a)보다 높은 시트층이다.

본 실시예에 따른 화살대의 전방부(I), 중간부(II) 및 후방부(III)는 봉형상의 금속 맨드릴에 전술한 형성시트(110)를 적층한 후 전술한 공정을 거쳐 형성된다. 상기 각 층의 시트(111,112,113)는 일 방향으로 나란하게 배열된 다수의 카본 파이버 또는 카본 파이버 직물을 프리 프레그(prepreg)처리하여 형성된다. 즉 카본 파이버를 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지 및 열가소성 수지 등의 수지에 함침시켜 제조한다.

상기 제1시트층(111), 제2시트층(112) 및 제3시트층(113) 간은 그 경계부를 서로 접착하여 연결되며, 상기 제3시트층(113)의 전방시트(113a), 중간시트(113b) 및 후방시트(113c)들도 상호 간의 경계부를 서로 접착하여 연결된다. 따라서, 본 발명의 화살대 형성시트(110)는 제1시트층(111), 제2시트층(112) 및 제3시트층(113)이 서로 연결되어 한 장의 시트를 이룬다.

화살대(101)를 제조하는 재료로는 카본 파이버 시트와 같은 탄성시트와 천연섬유 또는 합성섬유를 프리프레그 처리한 비탄성시트가 사용되는데, 탄성 시트의 일종인 카본 파이버 시트가 주로 사용된다. 카본 파이버 시트는 그 용도에 따라 종류가 다양하며 각 종류나 모델에 따라 인장강도, 탄성계수, 연신율, 중량 및 밀도가 상이하다.

아래의 표1 내지 표6은 주식회사 한국카본에서 생산하는 카본 파이버 시트의 일부 예를 그 탄성도 및 모델별로 나타낸 것이다.

일반 탄성 프리프레그(24TON)

코드명	카본파이버 중량 (gr/cm²)	수지 중량 (gr/cm²)	수지함량 (%)	포(scrim) 중량 (gr/m²)	총중량 (gr/m²)	두께(mm)
CU 0501	54	38	41±2	34	126	0.092
CU 0753	75	48	39±2	34	157	0.112
CU 1003	100	61	38±2	34	195	0.136
CU 1253	125	73	37±2	34	232	0.160
CU 1503	150	84	36±2	34	268	0.183
CU 1753	175	94	35±2	34	303	0.206
CU 2003	213	115	35±2	34	362	0.244
CU 2503	250	135	35±2	34	419	0.281

중탄성 프리프레그(30TON)

코드명	카본파이버 중량 (gr/cm²)	수지 중량 (gr/cm²)	수지함량 (%)	포(scrim) 중량 (gr/m²)	총중량 (gr/m²)	두께(mm)
MCU 0503	55	38	41±2	34	127	0.092
MCU 0753	75	46	38±2	34	155	0.110
MCU 1003	100	52	34±2	34	186	0.129
MCU 1253	125	64	34±2	34	223	0.153
MCU 1503	150	77	34±2	34	261	0.178
MCU 1753	175	90	34±2	34	299	0.202
MCU 2003	200	103	34±2	34	337	0.227
MCU 2503	250	129	34±2	34	413	0.276

고탄성 프리프레그(36TON)

코드명	카본파이버 중량 (gr/cm²)	수지 중량 (gr/cm²)	수지함량 (%)	포(scrim) 중량 (gr/m²)	총중량 (gr/m²)	두께(mm)
HCU 0503	-	-	-	34	-	-
HCU 0753	75	48	39±2	34	157	0.111
HCU 1003	112	55	33±2	34	201	0.138
HCU 1253	139	68	33±2	34	241	0.164
HCU 1503	167	82	33±2	34	283	0.191
HCU 1753	195	96	33±2	34	325	0.218
HCU 2003	223	110	33±2	34	367	0.246
HCU 2503	278	137	33±2	34	449	0.299

고탄성 프리프레그(40TON)

코드명	카본파이버 중량 (gr/cm²)	수지 중량 (gr/cm²)	수지함량 (%)	포(scrin) 중량 (gr/m²)	총중량 (gr/m²)	두께(mm)
40HCU 0503	55	40	42±2	34	129	0.094
40HCU 0753	75	48	39±2	34	157	0.112
40HCU 1003	112	55	33±2	34	201	0.138
40HCU 1253	139	68	33±2	34	241	0.164
40HCU 1503	167	82	33±2	34	283	0.191
40HCU 1753	195	96	33±2	34	325	0.218
40HCU 2003	223	110	33±2	34	367	0.246
40HCU 2503	278	137	33±2	34	449	0.299

하이브리드 프리프레그(카본-글라스 파이버 시트)

코드명	카본파이버 중량 (gr/cm²)	수지 중량 (gr/cm²)	수지함량 (%)	글라스중량 (gr/m²)	총중량 (gr/m²)	두께(mm)
CG 5009	50	36	42±2	120	206	0.186
CG 5010	50	36	42±2	170	256	0.211
CG 5013	50	36	42±2	254	340	0.282
CG 7009	70	45	39±2	120	235	0.204
CG 7010	70	45	39±2	170	285	0.229
CG 7013	70	45	39±2	254	369	0.300
CG 7015	70	45	39±2	282	397	0.329
CG 1009	100	59	37±2	120	279	0.235
CG 1010	100	59	37±2	34	329	0.260

카본 직물 프리프레그

코드명	직물 중량 (gr/cm²)	수지 중량 (gr/cm²)	수지함량 (%)	총중량 (gr/m²)
CF-1114EPC	91	66	42±2	157
CF-1115EPC	117	85	42±2	202
CF-3327EPC	205	148	42±2	353
CF-6638EPC	331	194	37±2	525
CF-3118EPC	119	86	42±2	205
CF-3115EPC	111	80	42±2	191
6K-FABRIC	200	145	42±2	345
3K-FABRIC	185	134	42±2	319

위의 표들에서 카본 파이버 프리 프레그 시트의 톤수는 가로 및 세로 1mm의 크기에 실리는 중량을 의미하는데, 예를 들어 카본 파이버 시트의 톤수가 24톤이라는 것은 24TON/mm²를 나타낸다. 따라서, 카본 파이버 시트의 톤수가 높을수록 강도가 강한 고탄성 시트임을 나타낸다. 따라서 이하의 설명에서는 카본 파이버 시트의 톤수와 스파인 및 탄성 강도를 동일한 개념으로 정의하여 사용하기로 한다.

프리프레그 처리된 카본 파이버 시트(이하 간단하게 카본 파이버 시트라고 칭한다)는 위의 표들에서처럼 그 종류가 다양한데, 일반 탄성인 것에서부터 탄성이 매우 강한 고탄성 시트까지 다양한 모델들이 생산되고 있으며, 각 탄성도에 따라 인장강도, 탄성계수, 인장계수, 신장률, 단위 길이당 질량 및 밀도가 모두 상이하다.

일반적으로 카본 파이버 시트의 두께가 동일하다고 가정하였을 때, 단위면적당 배열된 카본 파이버의 수가 많거나 그 중량이 클수록 탄성 강도가 우수하다고 할 수 있다.

또한, 서로 다른 방향으로 배열되는 카본 파이버를 서로 교차시켜 직조한 카본 직물의 경우에는 일 방향으로 배열되는 카본 파이버들로만 이루어지는 시트에 비하여 탄성 강도가 뛰어나고 잘 쪼개지지 않는다는 장점이 있다.

상기 제1시트층(111)은 맨드릴에 직접 접촉하여 부착하는 최하층의 시트층으로서 상대적으로 저탄성 저강도 카본 파이버 시트로 형성된다. 상기 제2시트층(112)은 상기 제1시트층(111)과 카본 파이버의 배열이 서로 직교하도록 제1시트층(111)에 연결된다. 상기 제3시트층(113)은 화살대(101)의 길이방향을 따라 세 부분으로 구획하여 각 구획 별로 상이한 카본 파이버 시트로 형성된다. 화살대(101)의 전방부(I)에는 상기 제2시트층(112)과 동일한 탄성 강도(톤수, 스파인)의 시트를 전방시트(113a)로 선택하고, 후방부(III)에는 상기 제2시트층(112)과 전방시트(113a)보다 탄성 강도나 스파인이 더 높은 시트를 후방시트(113c)로 선택한다. 상기 중간부(II)에는 상기 후방시트(113c)보다 스파인(spine)이 더 높은 시트를 중간시트(113b)로 선택하여 적용한다. 따라서, 맨드릴의 외주면에 감기는 시트층들 중 최 외각의 시트층인 제3시트층(113)의 경우 중간부(II)가 전방부(I)와 후방부(III)보다 더 강한 스파인을 갖게 된다. 이렇게 형성된 화살대(101)의 스파인 강도를 순서대로 나열하면, 중간부(II), 후방부(III) 및 전방부(I)의 순서이다.

본 실시예에서 전방부(I), 중간부(II) 및 후방부(III)의 각 길이는 화살대(101)의 전체 길이를 100으로 하였을 때, 전방부(I)는 전체 길이의 30%, 중간부(II)는 전체 길이의 40%, 후방부(III)는 전체 길이의 30% 가 되게 하는 것이 좋다.

지금까지 설명한 것과 같이 화살대(101)를 구성하게 되면, 화살대의 허리 부분 스파인을 보강할 수 있게 되어 반복되는 충격과 파라독스 현상에 의한 화살대의 파손과 변형을 방지할 수 있게 되며, 화살의 잦은 슈팅으로 인하여 화살대(101)의 전방부(I)와 후방부(III)가 변형되거나 파손되는 것을 방지할 수 있게 된다.

아울러, 화살대(101)의 길이방향을 따라 각 위치별로 필요한 탄성이나 스파인 강도를 차별화하여 부여하게 되므로 화살의 비행 안정성이나 직진성이 개선된다.

전술한 화살대 형성시트(110)를 사용하여 화살대를 제조하는 과정을 설명하는 다음과 같다.

먼저 맨들릴(미도시)의 외주면 전체에 탈형이 용이하도록 이형체를 도포한 다음, 그 위에 접착제를 도포한다. 소정 길이로 적당히 재단된 프리 프레그 처리된 화살대 형성시트(110)를 맨드릴의 외주면에 감아 접착한다. 구체적으로는 화살대 형성시트(110)의 끝 부분인 제1시트층(111)을 맨드릴의 표면에 접착한 다음 롤링장치(미도시)에 의하여 카본 파이버 시트를 맨드릴에 적층·권회한다. 이를 롤링 공정라 한다.

상기 롤링 공정을 마친 맨드릴 적층체의 최외면에 테이핑 장치(미도시)를 이용하여 필름을 감는다. 이를 테이핑 공정이라 하며, 상기 필름으로는 PET 필름이나 OPP 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 이 테이핑 공정은 롤링 공정을 거친 제품을 성형하기 전에 수행하는 것으로서 각 시트층 사이에 잔존하는 공기를 외부로 배출하고 제품의 내부 적층도를 높이기 위한 것이다.

이후, 테이핑 된 맨드릴과 시트 적층체를 일정시간 동안 단계적으로 온도를 가변시킴으로써 성형시킨 후 맨드릴을 탈형하게 된다. 이때 바람직한 성형 온도는 약 80~150 ℃ 범위이고, 가열시간은 약 1~4 시간 정도가 적당하다.

마지막으로 탈형된 화살대 본체의 양단부를 필요한 길이, 예를 들면 약 825mmm 정도가 되도록 절단하고, 필름을 탈피한 후, 화살대 본체의 외주면을 센타레스 연마공정으로 연마한다.

이와 같은 공정을 모두 마치면, 화살대(101)의 길이방향으로 스파인 강도가 3분된 본 실시예의 화살대(101)가 제조된다.

이와 같은 화살대의 제조공정은 이하의 다른 실시예들에서도 모두 공통되게 적용되므로 이에 관하여 중복되는 설명은 생략한다.

도5는 본 발명의 제2실시예에 의한 화살대 형성시트의 전개도이다. 본 실시예는 전술한 제1실시예와 비교하여 제3시트층의 구성이 상이하며, 나머지 구성은 제1실시예의 그것과 동일하다. 즉, 본 실시예의 제1시트층(121), 제2시트층(122), 전방시트(123a) 및 중간시트(123b)는 제1실시예의 그것과 동일하다. 다만 본 실시예에서는 후방시트(123c)의 구성이 제1실시예와 상이하다. 상기 후방시트(123c)는 비탄성 시트인 섬유시트로 구성된다. 상기 섬유시트 역시 프리 프레그 처리된 것으로서 천연 또는 합성섬유로서 나뭇잎, 나뭇결 무늬와 같은 위장 무늬나 상표, 로고, 캐릭터 도안 등이 나염처리 또는 전사처리된 것을 사용한다.

본 실시예와는 달리 전방시트(123a)에 섬유시트를 적용하거나, 전방시트(123a)와 후방시트(123c)에 모두 섬유시트를 적용하여 위장무늬를 구현하는 것도 가능하다.

도6은 본 발명의 제3실시예에 의한 화살대 형성시트의 전개도이다. 본 실시예의 화살대 형성시트(130)의 경우 제1 및 제2시트층(131,132)은 전술한 실시예들의 경우와 동일하다. 제3시트층(133)의 전방시트(133a), 중간시트(133b) 및 후방시트(133c)는 카본 파이버가 모두 동일한 방향으로 배열된 카본 파이버 시트로 이루어진다. 다만, 단위 면적당 배열된 카본 파이버의 수가 중간시트(133b), 후방시트(133c) 및 전방시트(133a)의 순서로 적어진다. 즉, 화살대(101)의 스파인 강도의 순서가 중간시트(133b), 후방시트(133c) 및 전방시트(133a)의 순서이다.

도7은 본 발명의 제4실시예에 의한 화살대 형성시트의 전개도이다. 본 실시예의 화살대 형성시트(140)의 경우에도 제1시트층(141) 및 제2시트층(142)은 이전의 실시예들과 동일하다. 제3시트층(143)의 전방시트(143a)는 카본 파이버가 일 방향으로 배열된 카본 파이버 시트이고, 중간시트(143b)는 두 방향의 카본 파이버를 서로 교차하도록 직조하여 형성되는 카본 직물이고, 후방시트(143c)는 카본 파이버와 글라스 파이버를 서로 직교하도록 교차시켜 직조한 카본-글라스 파이버이다.

카본-글라스 파이버 시트는 카본 파이버와 글라스 파이버가 서로 교차하도록 직조하여 형성한 후 프리 프레그 처리한 혼성 시트이다. 이에 관하여는 본 발명에 일체화된 것으로서 종전의 등록특허 제0655934호 "화살대"와 등록특허 제0655951호 "화살대" 등에 잘 개시되어 있으므로 자세한 설명은 생략한다.

이와 같이 제3시트층(143)을 구성하는 경우 화살대(101)의 각 부위별 스파인 강도를 살펴보면, 중간시트(143b), 후방시트(143c) 및 전방시트(143a)의 순서이다.

도8은 본 발명의 제5실시예에 의한 화살대 형성시트의 전개도이다. 본 실시예의 화살대 형성시트(150)는 이전의 실시예들과는 달리 모두 4개층의 시트로 구성된다. 즉, 화살대 형성시트(150)는 최하층인 제1시트층(151), 제2시트층(152), 제3시트층(153) 및 최상층인 제4시트층(154)으로 이루어진다. 본 실시예에서는 이전의 실시예들의 제2시트층이 2개의 층으로 분리되어 구성된다고 생각할 수 있다. 상기 제2시트층(152)은 이전의 실시예들에서의 제2시트층과 동일한 시트를 사용한다.

상기 제3시트층(153)의 전방시트(153a)와 후방시트(153c)는 상기 제2시트층(152)의 카본 파이버와 동일한 방향으로 배열되는 카본 파이버로 구성되고, 상기 중간시트(153b)는 상기 전방시트(153a) 및 후방시트(153c)와 서로 직교하는 방향으로 카본 파이버가 배열된다. 또한 두께가 동일하다고 가정하였을 때, 단위 면적당 배열된 카본 파이버의 수가 중간시트(153b)가 가장 많고, 그 다음이 후방시트(153c) 및 전방시트(153a)의 순서이다.

상기 제4시트층(154)의 전방시트(154a)와 후방시트(154c)는 전기 제3시트층(153)의 전방시트(153a) 및 후방시트(153c)의 각각과 동일하다. 다만, 중간시트(154b)는 제3시트층(153)의 중간시트(153b)와 카본 파이버의 수는 같으나 그 배열이 서로 직교하는 방향이다.

카본 파이버 시트의 경우 일 방향으로 나란하게 배열되는 카본 파이버 시트층을 교대로 적층하여 구성하는 경우 그 강도가 향상된다. 따라서, 본 실시예에서도 화살대(101)의 강도는 중간부(II), 후방부(III) 및 전방부(I)의 순서로 작아진다.

도9는 본 발명의 제6실시예에 의한 화살대 형성시트의 전개도이다. 본 실시예의 화살대 형성시트(160) 역시 4개의 시트층으로 구성되는데, 제1시트층(161), 제2시트층(162), 제3시트층(163) 및 제4시트층(164)으로 이루어진다. 상기 제1시트층(161), 제2시트층(162) 및 제4시트층(164)은 전기의 제5실시예의 그것과 동일한 구성을 가진다. 다만, 본 실시예에서는 제3시트층(163)의 전방시트(163a)와 후방시트(163c)의 카본 파이버의 배열이 전기의 제5실시예의 그것들과 상이하다. 즉, 도면에서 제3시트층(163)의 전방시트(163a), 중간시트(163b) 및 후방시트(163c)의 카본 파이버의 배열은 모두 세로방향으로서 동일하다. 이 점을 제외하고 나머지 구성은 전기의 제5실시예의 그것과 동일하다.

따라서, 본 실시예의 경우에도 화살대(101)의 탄성 강도나 스파인의 세기는 중간부(II), 후방부(III) 및 전방부(I)의 순서를 가진다.

도10은 본 발명의 제7실시예에 의한 화살대 형성시트의 전개도이다. 본 실시예의 화살대 형성시트(170)는 제4시트층(174)을 제외하면 전기의 제6실시예의 그것과 구성이 동일하다. 다만, 본 실시예에서는 제4시트층(174)의 중간시트(174b)가 카본 직물로 구성된다. 따라서, 전기의 제6실시예와 비교하여 화살대(101)의 중간부(II)의 강도 내지는 스파인이 더 보강된다.

도11은 본 발명의 제8실시예에 의한 화살대 형성시트의 전개도이다. 본 실시예의 화살대 형성시트(180)는 전기의 제7실시예의 그것과 거의 동일하나, 제4시트층(184)의 구성이 상이하다. 즉, 본 실시예에서는 제4시트층(184)의 전방시트(184a)는 카본 파이버가 일 방향으로 나란하게 배열된 시트층이고, 중간시트(184b)는 카본 파이버를 서로 직교하도록 교차시켜 직조한 카본 직물층이며, 후방시트(184c)는 위장무늬 등이 형성된 섬유시트층이다.

상기 섬유시트층은 도면과는 달리 전방시트(184a)에 배치될 수 있으며, 전방시트(184a)와 후방시트(184c) 모두에 배치하는 것도 가능하다.

도12는 본 발명의 경계커버필름이 부착된 화살의 외관도이다. 전술한 방법으로 제조된 화살대(101)의 최외주면층인 전방부(I), 중간부(II) 및 후방부(III) 간의 경계 부위에는 도시한 바와 같은 경계커버필름(105)을 형성할 수 있다. 상기 경계커버필름(105)은 수지물질이나 안료를 사용하여 코팅할 수 있으며, 박막 수지필름을 감아서 형성할 수도 있다.

본 발명은 화살대의 허리 부분이라고 할 수 있는 무게 중심을 포함하는 중간부를 강화하여 파라독스 현상에 의한 화살대의 재료적 악영향을 감소시킬 수 있도록 된 화살대에 관한 것으로서, 특히 슈팅 횟수가 대단히 많아 화살이 반복적인 피로 하중에 자주 노출되어 변형이나 파손되기 쉬운 양궁용 화살에 적용되는 경우에 유리하다고 할 것이다.

100: 화살대 101: 화살대
105: 경계커버필름 111: 제1시트층
112: 제2시트층 113: 제3시트층
113a: 전방시트 113b: 중간시트
113c: 후방시트 I: 전방부
II: 중간부 III: 후방부

Claims

길이방향으로 화살촉이 결합하는 전방부, 화살대의 무게 중심이 위치하는 중간부, 오늬가 결합하는 후방부로 분리하여 정의되는 중공관 형상의 화살대로서,
카본 파이버가 일 방향으로 나란하게 배열되어 상기 전방부, 중간부, 후방부 전체를 커버하는 제1시트층과, 상기 제1시트층에 연결되는 것으로서 카본 파이버가 타 방향으로 나란하게 배열되어 상기 전방부, 중간부, 후방부 전체를 커버하는 제2시트층과, 상기 제2시트층에 연결되는 것으로서 상기 전방부, 중간부, 후방부에 각각 대응하며 탄성 강도가 서로 다른 전방시트, 중간시트 및 후방시트를 연결하여 형성한 제3시트층으로 이루어지는 화살대 형성시트를 권회함으로써 화살대의 전방부, 중간부 및 후방부의 스파인 강도가 각각 다르게 차별화되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전중후 3단 스파인 구조를 가지는 화살대.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제3시트층 상에는 상기 화살대의 전방부, 중간부, 후방부에 각각 대응하며 단위면적당 배열된 카본 파이버의 수가 서로 다른 전방시트, 중간시트 및 후방시트로 이루어지는 제4시트층이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 전중후 3단 스파인 구조를 가지는 화살대.
제1항 또는 제3항에 있어서,
스파인 강도는 화살대의 중간부가 가장 크고, 그 다음으로 후방부와 전방부의 순서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전중후 3단 스파인 구조를 가지는 화살대.
제1항에 있어서,
상기 전방시트, 중간시트 및 후방시트 중에서 선택되는 적어도 하나에는 카본 직물이 선택되는 것을 특징으로 하는 전중후 3단 스파인 구조를 가지는 화살대.
제1항에 있어서,
상기 전방시트, 중간시트 및 후방시트 중에서 선택되는 적어도 하나에는 위장무늬가 전사 또는 나염처리된 섬유시트가 선택되는 것을 특징으로 하는 전중후 3단 스파인 구조를 가지는 화살대.