KR101111965B1 - 필라멘트 와인딩 장치 - Google Patents

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KR101111965B1 KR1020100003479A KR20100003479A KR101111965B1 KR 101111965 B1 KR101111965 B1 KR 101111965B1 KR 1020100003479 A KR1020100003479 A KR 1020100003479A KR 20100003479 A KR20100003479 A KR 20100003479A KR 101111965 B1 KR101111965 B1 KR 101111965B1
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조남균
남상우
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현대라이프보트 주식회사
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    • D06B—TREATING TEXTILE MATERIALS USING LIQUIDS, GASES OR VAPOURS
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Abstract

본 발명은 다수 개의 보빈을 통해 보강섬유가 공급되는 섬유공급부재; 상기 보강섬유가 함침되도록 액상수지를 수용하고 있는 수지함침조를 포함하는 수지함침부재; 상기 액상수지에 함침된 보강섬유가 권선되는 멘드릴; 및 상기 수지함침조와 상기 멘드릴 사이에 위치되되, 상기 멘드릴과 마주보는 일측은 상기 멘드릴에 선택적으로 밀착되도록 구성되는 수지제거부를 구비하는 수지제거부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 필라멘트 와인딩 장치는 멘드릴에 권선되는 보강섬유의 수지 함침 분포를 균일하게 유지하도록 하여 어느 위치에서나 균일한 물성 및 강도를 가지는 성형물을 제조하도록 하는 효과가 있다.

Description

필라멘트 와인딩 장치{Filament Winding Apparatus}
본 발명은 필라멘트 와인딩 장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 멘드릴에 권선되는 보강섬유의 수지 함침 분포를 균일하게 유지하도록 하여 어느 위치에서나 균일한 물성 및 강도를 가지는 성형물을 제조하도록 하는 필라멘트 와인딩 장치에 관한 것이다.
근래 들어, 산업의 다각화에 따라, 고강도 및 고탄성률을 목적으로 개발된 복합재료 성형 제품은 중량이 가벼울 뿐만 아니라, 내화학성과 내부식성이 뛰어나고 인장강도가 강하여 다양한 산업분야에 활용되고 있다. 이러한 복합재료 성형제품은 일반적으로 필라멘트 와인딩(Filament Winding) 장치로 제조되고 있다.
도 1은 종래 필라멘트 와인딩 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래 필라멘트 와인딩 장치는 유리섬유, 탄소섬유 등의 보강섬유(105)가 권취된 다수개의 보빈을 통해 보강섬유(105)가 공급되는 섬유공급부재(미도시)와, 상기 섬유공급부재에서 공급되는 보강섬유(105)가 함침되도록 불포화 폴리에스테르계 또는 에폭시 수지와 같은 열경화성 액상 수지 등이 수용된 수지함침조(110)와, 액상 수지에 함침된 보강섬유(105)가 권선되는 멘드릴(Mandrel)(120)을 포함하여 구성된다. 그리고 섬유공급부재에서 공급되는 보강섬유(105)는 수지함침조(110)의 액상수지에 함침되며, 이렇게 액상수지에 함침된 보강섬유(105)는 회전하는 멘드릴(120)에 규칙적으로 권선시켜서 정해진 두께에 도달시킴으로서 성형물을 제작한다.
한편, 액상수지에 함침된 보강섬유(105)가 멘드릴(120)에 권선될 때, 액상수지의 점도 등에 따라, 보강섬유(105)에 함침되는 액상수지의 양이 서로 다르게 된다. 이처럼 액상수지의 함침되는 양이 서로 다르게 되면, 보강섬유(105)가 멘드릴(120)에 권선될 때, 일정한 두께로 권선될 수 없게 된다. 이렇게 보강섬유(105)에 함침되는 액상수지 함침 분포가 불균일하게 되면, 성형물의 외관 및 물성에 악영향을 끼치게 되는 문제점이 있다.
또한, 액상수지에 함침된 보강섬유(105)가 멘드릴(120)에 권선되면, 중력에 의하여 액상수지가 흘러내리게 되며, 이로 인하여 작업장이 지저분해지게 되는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 멘드릴에 권선되는 보강섬유의 수지 함침 분포를 균일하게 유지하도록 한 필라멘트 와인딩 장치를 제공하도록 하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다수 개의 보빈을 통해 보강섬유가 공급되는 섬유공급부재; 상기 보강섬유가 함침되도록 액상수지를 수용하고 있는 수지함침조를 포함하는 수지함침부재; 상기 액상수지에 함침된 보강섬유가 권선되는 멘드릴; 및 상기 수지함침조와 상기 멘드릴 사이에 위치되되, 상기 멘드릴과 마주보는 일측은 상기 멘드릴에 선택적으로 밀착되도록 구성되는 수지제거부를 구비하는 수지제거부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치를 제공한다.
또한, 상기 수지함침부재는 상기 멘드릴과 수평하게 이격 설치되는 이동프레임과, 상기 이동프레임을 따라 슬라이딩 이동되는 이동부를 더 포함하고, 상기 수지함침조와 상기 수지제거부가 상기 이동부에 연결되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치를 제공한다.
또한, 상기 이동부와 상기 수지함침조를 상호 연결시키는 연결부와, 일측은 상기 연결부와 힌지 결합되고 타측은 상기 수지제거부와 결합되는 지지프레임을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치를 제공한다.
또한, 상기 지지프레임은 상기 연결부에 힌지결합되어, 상기 수지제거부를 상하 이동시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치를 제공한다.
또한, 상기 지지프레임의 길이가 선택적으로 가변되도록 구성되어, 상기 보강섬유가 권선되는 상기 멘드릴의 두께에 따라 상기 수지제거부를 좌우 이동시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치를 제공한다.
또한, 상기 멘드릴의 중력 하방에는 상기 멘드릴에서 흘러내리는 수지를 수용하도록 하는 가이딩부가 구비되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치를 제공한다.
또한, 상기 수지함침조는 상기 멘드릴보다 하측에 위치되고, 상기 가이딩부는 상기 수지함침조에서 상기 멘드릴 하방으로 형성되어, 상기 멘드릴에서 흘러내리는 액상수지가 상기 가이딩부에 가이딩되면서 상기 수지함침조로 이동되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 필라멘트 와인딩 장치는 멘드릴에 권선되는 보강섬유의 수지 함침 분포를 균일하게 유지하도록 하여 어느 위치에서나 균일한 물성 및 강도를 가지는 성형물을 제조하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 필라멘트 와인딩 장치는 작업장 바닥에 흘러내리는 액상수지가 현저하게 줄게 되어, 작업 환경이 지저분해지지 않게 되며, 흘러내리는 액상수지를 재활용할 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 종래 필라멘트 와인딩 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 필라멘트 와인딩 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 필라멘트 와인딩 장치의 수지제거부재를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 필라멘트 와인딩 장치의 가이딩부의 작용을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 필라멘트 와인딩 장치의 수지제거부의 작용을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 필라멘트 와인딩 장치를 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 필라멘트 와인딩 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 필라멘트 와인딩 장치는 섬유공급부재(10), 수지함침부재(20), 멘드릴(40) 및 수지제거부재(30)를 포함하여 구성된다.
섬유공급부재(10)는 유리섬유, 탄소섬유 등으로 구성되는 보강섬유(15)를 공급하는 통상적인 것으로, 다수 개의 보빈(12)에 권취되는 보강섬유(15)를 포함한다.
수지함침부재(20)는 보강섬유(15)에 액상수지를 함침시키기 위한 것으로, 이동프레임(22), 이동부(24), 섬유안내부(25a) 및 수지함침조(28)를 포함하여 구성된다.
이동프레임(22)은 멘드릴(40)과 수평하게 이격 설치되며 그 길이는 멘드릴(40)의 길이에 대응되도록 구성된다.
이동부(24)는 이동프레임(22)을 감싸도록 형성되어, 이동프레임(22)을 따라 슬라이딩 이동되도록 구성된다. 그리고 이동부(24)에서 이동프레임(22)과 맞닿는 위치에는 롤러(24a)가 장착되어, 이동부(24)가 이동프레임(22)에서 부드럽게 슬라이딩 되도록 구성된다. 그리고 이동프레임(22)의 길이방향을 따라 컨베이어 밸트(미도시)가 설치되고, 상기 컨베이어 벨트에 이동부(24)가 연결되어, 상기 컨베이어 벨트의 회전에 의하여 이동부(24)가 이동프레임(22)에서 이동되도록 구성될 수 있다. 이는 일 실시예에 불과한 것으로, 상기 컨베이어 벨트 이외에, 이동부(24) 자체에 구동수단이 장착되어 이동부(24)가 이동프레임(22)에서 이동되도록 구성될 수도 있다.
섬유안내부(25a)는 섬유공급부재(10)에서 공급되는 보강섬유(15)를 수지함침조(28)로 안내하는 것으로, 이동부(24)의 상단에서 섬유공급부재(10)와 대면되는 위치에 돌출 형성되는 돌출부(25b)에 장착된다. 그리고 섬유안내부(25a)의 길이방향을 따라 일정 간격으로 다수 개의 공간(미도시)이 형성되며, 각각의 상기 공간에 각각의 보강섬유(15)가 안내되어 다수 가닥으로 구성되는 보강섬유(15)가 일정한 간격으로 수지함침조(28) 방향으로 유도된다.
수지함침조(28)는 내부에 액상 수지를 수용하고 있으며, 이동부(24)와 마주보는 상부는 개방되도록 구성된다. 수지함침조(28)에 수용되는 액상수지는 일반적인 함침용 수지들을 사용하는데, 대표적인 예로는 에폭시계, 비닐에스테르계, 불포화 폴리에스테르계 등의 함침용 수지를 사용할 수 있다.
그리고 이동부(24)에서 하방으로 돌출되는 연결부에 수지함침조(28)가 연결되어, 수지함침조(28)가 이동부(24)를 따라 이동되도록 구성된다. 상기 연결부는 멘드릴(40)과 대향되는 이동부(24)의 일측에서 수지함침조(28)와 연결되는 제 1 연결부(26)와, 섬유안내부(25a)와 대향되는 이동부(24)의 타측에서 수지함침조(28)와 연결되는 제 2 연결부(26')로 구성된다.
그리고 섬유안내부(25a)에서 공급되는 보강섬유(15)가 수지함침조(28)의 액상 수지에 함침되며, 이를 위하여 수지함침조(28) 내부에는 제 1 가이드바(29a: 도 4 도시)와 제 2 가이드바(29b: 도 4 도시)가 구비된다. 제 1 가이드바(29a)와 제 2 가이드바(29b)는 보강섬유(15)가 수지함침조(28)의 액상 수지에 함침되도록 가이드하는 것으로, 먼저, 제 1 가이드바(29a)는 수지함침조(28) 내부에서 섬유안내부(25a)의 수직 하방에 장착되되, 섬유안내부(25a)와 수평하게 위치된다. 그리고 제 2 가이드바(29b)는 수지함침조(28) 내부에서 멘드릴(40) 방향에 위치되되, 제 1 가이드바(29a)와 수평하게 위치된다. 그리고 제 1 가이드바(29a)와 제 2 가이드바(29b)의 길이는 섬유안내부(25a)의 길이와 대응되도록 형성되고, 섬유안내부(25a)에서 공급되는 보강섬유(15)의 간격을 일정하게 유지하도록 제 1 가이드바(29a)와 제 2 가이드바(29b)의 길이방향을 따라 다수 개의 간격조절돌기(미도시)가 형성된다. 그리고 각각의 상기 간격조절돌기에 각각의 보강섬유(15)가 삽입되어, 전체 보강섬유(15)의 간격이 조절되도록 구성된다.
멘드릴(40)은 수지함침조(28)를 지나면서 적절하게 액상수지가 함침된 보강섬유(15)가 권선되는 것으로, 별도의 구동 수단(미도시)에 의해 회전하도록 구비되며, 멘드릴(40)에 보강섬유(15)가 권선되어 성형되는 성형물은 통상의 경화 과정을 거쳐서 수지를 경화시키고, 통상의 탈형방법을 통하여 멘드릴(40)에서 성형물을 분리하여, 파이프를 제작하게 된다.
수지제거부재(30)는 멘드릴(40)에 권선되는 보강섬유(15)에 함침된 액상수지를 일부 제거시켜서 멘드릴(40)에 권선된 보강섬유(15)가 균일한 두께를 형성하도록 하는 것으로,하기 도면을 통하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 필라멘트 와인딩 장치의 수지제거부재를 설명하기 위하여 도시한 도면이다. 도면을 참조하면, 수지제거부재(30)는 수지제거부(32), 지지프레임(34), 유압실린더(36) 및 가이딩부(38)를 포함하여 구성된다.
수지제거부(32)는 판형으로 형성되며, 수지함침조(28)와 멘드릴(40) 사이에 위치된다. 그리고 수지제거부(32)에서 멘드릴(40)과 마주하는 일측은 후술하는 지지프레임(34)의 힌지운동에 의하여 멘드릴(40)에 선택적으로 밀착되도록 구성된다.
지지프레임(34)은 수지제거부(32)를 지지하는 것으로, 제 1 지지프레임(34a), 제 2 지지프레임(34b) 및 고정부(34c)를 포함한다. 제 1 지지프레임(34a)은 제 2 지지프레임(34b)이 관통되도록 형성되며, 제 1 연결부(26)와 힌지결합되도록 구성된다. 그리고 제 2 지지프레임(34b)은 일측은 수지제거부(32)에 고정되고 타측은 제 1 지지프레임(34a)을 관통하여 제 2 연결부(26') 방향으로 길게 형성된다. 고정부(34c)는 제 2 지지프레임(34b)과 제 1 지지프레임(34a)에 관통되도록 형성되어, 제 1 지지프레임(34a)에 관통되는 제 2 지지프레임(34b)이 제 1 지지프레임(34a)에 고정되도록 구성된다.
그리고 후술하는 유압실린더(36)에 의한 제 1 지지프레임(34a)의 힌지운동에 의하여 수지제거부(32)가 상하 이동되면서 멘드릴(40)에 선택적으로 밀착된다. 그리고 제 1 지지프레임(34a)에 삽입된 제 2 지지프레임(34b)이 제 1 지지프레임(34a)에 가이딩되면서 좌우 이동되면서, 보강섬유(15)가 권선되는 멘드릴(40)의 두께에 따라 수지제거부(32)가 좌우 이동되도록 구성된다.
유압실린더(36)는 제 1 지지프레임(34a)과 연결되어, 제 1 지지프레임(34a)을 상하 이동시키는 것으로, 일측은 제 1 연결부(26)에 힌지결합되고, 타측은 지지프레임(34)에 고정되어, 유압에 의한 실린더의 상하이동에 의하여 지지프레임(34)을 힌지운동시키도록 구성된다.
가이딩부(38)는 액상수지가 함침된 보강섬유(15)가 권선된 멘드릴(40)에서 떨어지는 액상수지를 상기 수지함침조(28)로 다시 안내하는 것으로, 수지함침조(28)에서 멘드릴(40)의 하측방향으로 연장 형성된다. 그리고 가이딩부(38)로 떨어진 액상수지는 가이딩부(38)를 타고 수지함침조(28)로 이동되어, 수지함침조(28)에 다시 수용되도록 구성된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 필라멘트 와인딩 장치의 작용에 대하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 필라멘트 와인딩 장치의 가이딩부의 작용을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 섬유공급부재(10)에서 공급되는 보강섬유(15)가 수지함침조(28)의 액상수지에 함침되고, 이어서, 액상섬유에 함침된 보강섬유(15)가 멘드릴(40)에 공급되면, 멘드릴(40)이 회전되면서, 멘드릴(40)의 일측에 보강섬유(15)가 권선되기 시작한다. 그리고 사용자가 원하는 두께로 멘드릴(40)의 일측에 보강섬유(15)가 권선되면, 이동부(24)가 이동프레임(22)을 타고 멘드릴(40)의 타측으로 이동되어, 멘드릴(40)의 일측에서 타측까지 보강섬유(15)가 일정한 두께로 권선된다. 이 과정에서 보강섬유(15)에 함침된 액상수지 중 일부가 중력에 의하여 멘드릴(40)의 하방으로 흘러내리게 되는데, 이때, 멘드릴(40)의 하방에는 가이딩부(38)가 위치되어, 멘드릴(40)에서 흘러내리는 액상수지가 수지함침조(28)로 유도된다. 이에 따라 작업장 바닥에 흘러내리는 액상수지가 현저하게 줄게 되어, 작업 환경이 지저분해지지 않게 되며, 흘러내리는 액상수지를 재활용할 수 있게 되는 장점이 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 필라멘트 와인딩 장치의 수지제거부의 작용을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 사용자가 요구하는 성형물의 강도에 맞추어, 멘드릴(40)에 보강섬유(15)를 여러 번 권선시킬 때, 멘드릴(40)의 일측부터 타측까지 보강섬유(15)를 1차 권선(1R)시킨 후, 다시 멘드릴(40)의 일측부터 타측까지 보강섬유(15)를 2차 권선(2R)시키게 된다. 이때, 보강섬유(15)가 1차 권선(1R)된 멘드릴(40)에 다시 보강섬유(15)를 2차 권선(2R)시키게 되면, 1차 권선(1R)된 보강섬유(15)에 함침된 액상수지에 의하여 멘드릴(40)의 외표면이 울퉁불퉁해지게 되어, 성형물의 외표면이 메끄럽지 못하게 될 수 있다.
이를 해결하기 위하여 본 발명은 멘드릴(40)에 보강섬유(15)가 1차 권선(1R)된 후, 이어서 2차 권선(2R)될 때, 유압실린더(36)를 사용하여 수지제거부(32)를 멘드릴(40)의 하측에 밀착시킨다. 그러면 회전되는 멘드릴(40)의 외표면에 수지제거부(32)가 밀착되면서, 1차 권선(1R)된 보강섬유(15)에 의하여 울퉁불퉁하게 튀어나온 액상수지가 수지제거부(32)에 걸리게 되어, 가이딩부(38)로 떨어지게 된다. 그 결과 1차 권선(1R)된 멘드릴(40)의 외표면은 메끄러워지게 되고, 이렇게 메끄러워진 멘드릴(40)의 외표면에 보강섬유(15)가 2차 권선(2R)된다. 여기서 수지제거부(32)의 길이는 멘드릴(40)의 외표면에서 그 길이방향을 따라, 보강섬유(15)가 2차 권선(2R)되는 부분과, 보강섬유(15)가 1차 권선(1R)된 부분을 모두 포함하도록 길게 형성되므로, 멘드릴(40)에 보강섬유(15)가 2차 권선(2R)된다 하더라도, 2차 권선(2R)된 보강섬유(15)에 의하여 울퉁불퉁하게 튀어나온 액상수지가 수지제거부(32)에 걸리면서 가이딩부(38)로 떨어지게 된다. 이에 따라, 멘드릴(40)의 외표면 전체가 메끄러워지게 되고, 멘드릴(40)에 권선되는 보강섬유(15)의 수지 함침 분포가 균일하게 유지되어, 균일한 물성 및 강도를 가지는 성형물이 제조되도록 구성된다.
본 발명은 상기 실시예에서 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 섬유공급부재 12: 보빈
15: 보강섬유 20: 수지함침부재
22: 이동프레임 24: 이동부
25a: 섬유안내부 25b: 돌출부
26: 제 1 연결부 26': 제 2 연결부
28: 수지함침조 29a: 제 1 가이드바
29b: 제 2 가이드바 30: 수지제거부재
32: 수지제거부 34: 지지프레임
34a: 제 1 지지프레임 34b: 제 2 지지프레임
34c: 고정부 36: 유압실린더
38: 가이딩부 40: 멘드릴

Claims (7)

  1. 다수 개의 보빈을 통해 보강섬유가 공급되는 섬유공급부재;
    상기 보강섬유가 함침되도록 액상수지를 수용하고 있는 수지함침조를 포함하는 수지함침부재;
    상기 액상수지에 함침된 보강섬유가 권선되는 멘드릴; 및
    상기 수지함침조와 상기 멘드릴 사이에 위치되되, 상기 멘드릴과 마주보는 일측은 상기 멘드릴에 선택적으로 밀착되도록 구성되는 수지제거부를 구비하는 수지제거부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수지함침부재는 상기 멘드릴과 수평하게 이격 설치되는 이동프레임과, 상기 이동프레임을 따라 슬라이딩 이동되는 이동부를 더 포함하고,
    상기 수지함침조와 상기 수지제거부가 상기 이동부에 연결되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 이동부와 상기 수지함침조를 상호 연결시키는 연결부와,
    일측은 상기 연결부와 힌지 결합되고 타측은 상기 수지제거부와 결합되는 지지프레임을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 지지프레임은 상기 연결부에 힌지결합되어, 상기 수지제거부를 상하 이동시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 지지프레임의 길이가 선택적으로 가변되도록 구성되어,
    상기 보강섬유가 권선되는 상기 멘드릴의 두께에 따라 상기 수지제거부를 좌우 이동시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 멘드릴의 중력 하방에는 상기 멘드릴에서 흘러내리는 수지를 수용하도록 하는 가이딩부가 구비되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 수지함침조는 상기 멘드릴보다 하측에 위치되고,
    상기 가이딩부는 상기 수지함침조에서 상기 멘드릴 하방으로 형성되어,
    상기 멘드릴에서 흘러내리는 액상수지가 상기 가이딩부에 가이딩되면서 상기 수지함침조로 이동되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치.
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