KR101804584B1 - 열 조절 시스템을 갖는 연성 압축 롤러를 포함하는 섬유 적용 장치 - Google Patents

열 조절 시스템을 갖는 연성 압축 롤러를 포함하는 섬유 적용 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 섬유를 적용하는 장치에 관한 것으로서, 합성 물질을 만들기 위한 것이고, 적용 표면 상에 수지가 사전-함침된(pre-impregnated) 적어도 하나의 평면형 섬유로 구성되는 밴드를 적용하는 압축 롤러(2) 및 상기 밴드를 향해 복사열을 방출할 수 있는 가열 시스템을 포함한다. 압축 롤러는 방사 방향 구멍(41)을 구비하는 강성 중심 튜브(4) 및 탄성 적으로 변형 가능한 연성 물질로 만들어지는 실린더(3)를 포함하며, 상기 실린더(3)는 상기 중심 튜브 상에 배치되며, 유체 교환 수단(32, 34, 35)을 갖되, 상기 유체 교환 수단(32, 34, 35)은 상기 방사 방향 구멍이 상기 실린더의 외부면(33)과 유체를 교환하게 한다. 상기 장치는 중심 튜브의 내부 통로(42)에 열 조절 유체를 주입할 수 있는 열 조절 수단을 포함한다.

Description

열 조절 시스템을 갖는 연성 압축 롤러를 포함하는 섬유 적용 장치{MACHINE FOR APPLYING FIBERS, INCLUDING A FLEXIBLE COMPACTING ROLLER WITH A HEAT ADJUSTMENT SYSTEM}
본 발명은 합성 물질로 제조되는 부품을 생산하기 위한 섬유 적용 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 섬유 가열 시스템 및 열저항 압축 롤러를 포함하는 섬유 적용 장치에 관한 것이다.
수 몰드(male mold) 또는 암 몰드(female mold)의 적용 표면 상에 적어도 리본 타입의 수지가 사전-함침된(pre-impregnated) 평평한 섬유, 구체적으로 열가소성 또는 열경화성 수지가 사전-함침된 탄소섬유로 형성되는 넓은 밴드를 적용하는 섬유 적용 장치, 및 구체적으로 복수의 수지가 함침된 섬유로 형성되는 넓은 밴드를 적용하는 소위 섬유 배치 장치가 알려져 있다.
특허문헌 WO2006/092514에 서술된 바와 같은 이러한 섬유 배치 장치는 일반적으로 섬유 배치 헤드 및 상기 섬유 적용 헤드를 이동시키는 시스템을 포함한다. 일반적으로, 상기 섬유 배치 헤드는, 사전-함침된 섬유 밴드를 적용하는 압축 롤러, 압축 롤러 위에 밴드를 형성하는 섬유를 안내하는 안내 수단 및 사전-함침된 섬유를 가열하는 가열 시스템을 포함한다.
압축 롤러는 부착되기 전, 몰드 적용 표면, 또는 섬유 밴드 또는 밴드들에 대해 섬유 밴드를 프레싱하여, 서로 부착되는 밴드들의 접착을 용이하게 하고, 부착된 밴드들 사이에 포획된 공기를 계속적으로 방출시킨다.
가열 시스템은 밴드의 압축 바로 전에, 사전-함침된 섬유 밴드 및/또는 몰드, 또는 압축 롤러의 상부에 미리 적용된 밴드들을 가열하여, 수지를 적어도 연화시켜, 밴드들 간의 접착을 강화시킨다. 일반적으로, 밴드 가열 시스템은 밴드의 압축하기 바로 전에 적어도 밴드를 가열한다.
밴드의 전체 폭에 걸쳐 실질적으로 균일한 압축을 보장하기 위해, 바람직하게 섬유 배치 헤드는 적용 표면에 적응할 수 있는 압축 롤러, 바람직하게는 연성 물질로 만들어지는 압축 롤러를 포함하고, 상기 연성 물질은 일반적으로 탄성적으로 변형 가능한 탄성 중합체 물질이다.
열경화성 수지의 경우, 사전-함침된 섬유는 단지 일반적으로 약 40 ℃의 온도에서 연화되도록 가열된다. 이러한 온도에서, 바람직하게는 탄성 중합체 물질의 연성 롤러가 사용될 수 있다. 다수의 층의 겹쳐진 밴드들을 적용한 후, 결과적인 부품은, 퍼니스(furnace), 일반적으로 고압 멸균 퍼니스 내에 그러한 부품을 통과시킴으로써, 중합 반응을 통해 진공 경화된다(vacuum hardening).
열가소성 수지의 경우, 사전-함침된 섬유는 적어도 수지가 녹는 온도, 즉 나일론 타입 수지에 대해 약 200 ℃, PEEK 타입 수지에 대해 약 400 ℃와 같은 더 높은 온도에서 가열된다. 부품이 퍼니스 내를 통과한 후, 바람직하게는 결과적인 부품의 압밀(consolidation) 작업으로 불리는 경화 작업이 수행된다.
밴드의 적용 중 수행되는 가열은 집중적이고 강렬한 가열을 획득하기 위해, 레이저 타입 가열 시스템을 통해 구현될 수 있다. 높은 가열 온도로 인해, 섬유 배치 헤드는 열 저항성 금속 압축 롤러와 함께 제공되며, 상기 압축 롤러는 또한 수로를 통해 내부로부터 냉각될 수 있다.
적용 표면의 프로파일에 적응하기 위해, 동일한 축 상에 나란히 장착되는 다수의 독립적인 롤러 세그먼트(segment)를 포함하는 세그먼트식 금속 압축 롤러가 제안되며, 각각의 세그먼트는 독립적으로 그리고 방사 방향으로 이동 가능하며, 적용 표면에 대해 탄성적으로 편향된다. 하지만, 그러한 세그먼트식 금속 롤러 및 그들의 구현 방식은 복잡성을 제공하였다.
열 안정화기를 포함하는 소위 고온 탄성 중합체 물질로부터 형성되는 연성 롤러 또한 테스트되었다. 하지만, 이러한 롤러는 열가소성 수지의 구현을 위해서는 미흡하였다.
작동 온도에서 열가소성 수지의 연성 롤러를 사용하는 것을 가능하게 하기 위해, 특히 특허 문헌 FR 2 878 779에서, 둘 모두의 롤러들 간에 작동하고 둘 모두의 롤러들 사이에서 밴드에 실질적으로 수직으로 복사열이 방출되는 두 개의 컴팩팅 롤러가 구비된 헤드가 제안된다. 그러한 이중 롤러 헤드는 특정 적용 표면 프로파일 상에 섬유 부착을 방지하는 더 큰 방해물이 존재한다. 더욱이, 섬유 적용 속도에 대한 제한 인자로 여겨지는 용접을 통해 새로이 적용되는 밴드와 접착되기 전에 부착된 밴드의 가열은 단지 열 전도성을 통해 구성된다.
본 발명은 전술한 단점들을 극복하기 위한 해결책을 제공하도록 도와주며, 구체적으로, 본 발명은 적용된 밴드를 실질적으로 균일하게 압축하는 것과 함께, 열경화성 수지로부터 열가소성 수지의 범위까지 다양한 수지에 대한 구현을 가능하게 하며, 설계 및 제작이 용이할 수 있다.
본 발명은 열 조절 시스템을 갖는 연성 압축 롤러를 포함하는 섬유 적용 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 위해, 본 발명은 합성 물질로 제작되는 부품을 생산하기 위한 섬유 적용 장치를 제안하며,
- 적어도 하나의 수지가 사전-함침된 평평한 섬유로 형성되는 밴드, 바람직하게는 복수의 수지가 사전-함침된 평평한 섬유로 형성되는 밴드를 적용 표면 상에 적용하고, 강성 중심 튜브 및 상기 중심 튜브와 동축 상에 조립되고 탄성적으로 변형 가능한 연성 또는 비-가성 물질로 만들어지는 실린더를 포함하고, 섬유 적용 장치의 지지 구조물 상에 회전 가능하게 장착되는 압축 롤러; 및
- 상기 압축 롤러에 의해 압축되기 전 상기 밴드를 향해 복사열을 방출할 수 있는 가열 시스템을 포함하는 섬유 적용 장치에 있어서,
상기 중심 튜브는 방사 방향 구멍을 구비하고, 상기 연성 물질 실린더는 상기 방사 방향 구멍과 상기 실린더의 외부면 사이에서 유체를 교환하게 할 수 있는 유체 교환 수단을 가지며, 상기 섬유 적용 장치는 상기 중심 튜브의 내부 통로에 열 조절 유체, 바람직하게는 기체를 주입할 수 있는 열 조절 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라, 상기 장치는 열 조절 유체의 순환에 의한 열 조절 시스템에 의해 열이 조절되는 연성 압축 롤러를 포함한다. 열 조절 시스템은,
- 예컨대, 금속이거나 그리고/또는 실린더형 단면을 갖는 중심 튜브의 관형 벽에서 단부로부터 단부까지 가로질러 만들어지는 구멍;
- 방사 방향 구멍으로부터 실린더의 외부면을 향하여 실린더를 통한 열 조절 유체의 순환을 허용하기 위해, 연성 물질 실린더에 제공되는 유체 교환 수단; 및
- 방사 방향 홀을 통과하여 연성 물질 실린더를 가로질러 실린더의 외부면에 도달하는 열 조절 유체, 바람직하게는 기체, 바람직하게는 냉각된 기체 또는 상온의 기체, 구체적으로 공기를, 중심 튜브의 하나의 단부로부터 중심 튜브의 내부 경로 내에 주입할 수 있는 열 조절 수단을 포함한다.
열 조절 유체의 온도가 예컨대 15 내지 30°를 포함하는 상온 또는 15°보다 낮은 온도로 냉각된 온도인 경우, 압축 롤러 내의 열 조절 수단의 순환은 압축 롤러를 표면뿐만 아니라 연성 물질 실린더의 두께에 걸쳐 냉각시키는 것을 가능하게 하여, 수지, 구체적으로 열가소성 수지가 사전-함침된 섬유의 적용을 위해 사용될 수 있는 안정적인 연성 물질 압축 롤러를 사용하는 것을 가능하게 만든다. 본 발명에 따른 장치는 간단한 설계의 압축 롤러를 포함하고, 다양한 합성 또는 천연 섬유, 복합 또는 비복합 섬유, 구체적으로 유리섬유, 탄소섬유, 석용 섬유 아라미드(aramid) 섬유와 같은 합성 분야에서 일반적으로 사용되는 섬유와 조합하여, 다양한 열경화성 또는 열가소성 수지를 사용하는 것을 가능하게 만든다.
일 특징에 따라, 유체 교환 수단은 실린더의 외부면과 압축 롤러의 측면 간에 유체를 교환하게 할 수 있어서, 장치의 작동 중 적어도 측 방향을 향해 열 조절 유체를 밖으로 배출한다.
일 실시예에 따라, 상기 유체 교환 수단은 방사 방향 채널을 포함하고, 각각의 방사 방향 채널은 중심 튜브의 방사 방향 구멍 및 실린더 외부면 상에서 개방된다. 방사 방향 구멍은 중심 튜브의 실린더형 벽에 걸쳐 분포된다. 예컨대, 중심 튜브는 압축 롤러의 축을 따라 길이 방향으로 오프셋(offset) 되는 다수의 구멍들의 세트를 가지며, 각각의 세트는 규칙적인 각의 간격에 만들어지는 복수의 구멍을 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 유체 교환 수단은 실린더 측면 상에서 개방되는 길이 방향 그루브를 포함하고, 방사 방향 채널은 상기 길이 방향 그루브 상에서 개방된다. 외부면 상에서 열 조절 유체 흐름의 더 나은 분배를 달성하기 위해, 바람직하게는 상기 유체 교환 수단은 상기 방사 방향 채널이 개방되는 원형 그루브를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 유체 교환 수단은 실린더를 구성하는 물질이 다공성으로 형성되고, 그리하여 유체 교환 수단은 오픈-셀(open-cell) 탄성적으로 변형 가능한 다공성 연성 물질, 예컨대 탄성 중합체 및/또는 열가소성 셀룰러 폼, 또는 부직포로 만들어진 물질, 예컨대 합성 섬유, 유리 섬유 또는 금속 섬유, 바람직하게는 오픈-셀 타입 탄성 중합체 폼으로 만들어진 실린더를 포함한다. 이 경우, 열 조절 유체의 방출은 실린더의 측면을 통해 발생된다.
일 실시예에 따라, 상기 유체 교환 수단은 실린더의 외부면을 덮는 시스(sheath)를 포함하고, 상기 시스는 다공성 물질로 만등러져서, 상기 시스의 측면에 의해 열 조절 유체의 방출을 가능하게 한다. 상기 다공성 물질은, 예컨대 오픈-셀 타입 열가소성 및/또는 탄성 중합체 폼, 또는 부직포 섬유 물질로 만들어진다. 시스의 다공성 물질은 탄성적으로 변형 가능하여 섬유 적용 중 실린더 변형에 적응하지만, 열 조절 유체의 방출을 허용하도록 실린더를 구성하는 연성, 그리고 가능하다면 다공성인 물질의 탄성보다 낮은 탄성을 갖는다.
일 실시예에 따라, 상기 압축 롤러는 차폐 시스를 포함하며, 상기 차폐 시스는 실린더를 덮고 가열 시스템에 의해 방출되는 복사열을 차폐하며, 상기 차폐 시스는 예컨대 유리 섬유 패브릭으로 형성된다.
이러한 차폐 시스는 압축 롤러를 향해 유도되는 가열 시스템의 복사열로 인해 압축 롤러의 전체 두께에 걸쳐 압축 롤러가 더 가열되는 것을 방지하게 할 수 있다. 이러한 차폐 시스는 열 복사를 흡수 및/또는 반사하고, 그리하여 열 조절 유체는 전도에 의해 실린더가 더 가열되는 것을 방지하기 위해 이러한 차폐 시스를 위해 냉각을 제공한다.
섬유 배치의 경우, 장치는 일반적으로 언제든 밴드 적용을 정지 및 다시 시작할뿐만 아니라, 적용된 밴드의 폭을 변경하기 위해, 압축 롤러의 상부에서 섬유를 개별적으로 절단할 수 있는 절단 수단 및 압축 롤러를 향해 절단되는 각각의 섬유를 재배치하기(rerouting) 위해 절단 수단의 상부에 배치되는 재배치 수단을 포함한다. 적용된 밴드의 폭이 감소하는 경우(예컨대 16 또는 32 섬유 타입 배치 헤드에 대해 단지 섬유가 10인 경우), 롤러는 가열원과 롤러 사이에 배치되는 섬유가 없어, 직접적으로 복사열을 받는다. 차폐 시스는 이러한 직접적인 복사열로 인해 롤러가 고온으로 가열되는 것을 방지한다.
일 실시예에 따라, 대안적인 차폐 시스 또는 그들의 조합으로서, 상기 실린더는 본 출원인에 의해 본 출원과 동일한 날에 출원된 프랑스 특허출원, 발명의 명칭 "Fiber application machine with compacting roller transparent to the radiation of the heating system"에 서술된 바와 같이 상기 복사열에 실질적으로 투과성인 물질로 만들어진다. 본 발명에서, "실질적으로 복사열에 투과성인" 물질은 복사열의 파장 또는 파장들에 대한 낮은 흡수율을 갖는 물질을 의미한다. 일 실시예에 따라, 연성 물질은 탄성 중합체 물질이다. 바람직하게는, 연성 물질은 실리콘 또는 폴리실록산(polysiloxane) 또는 폴리우레탄, 바람직하게는 실리콘이다. 일 특징에 따라, 상기 가열 시스템은 780 내지 1500 nm를 포함하는 파장 또는 파장들의 적외선을 방출하고, 그에 따라 탄성적으로 변형 가능한 물질은 적어도 780 내지 1500nm를 포함하는 파장 범위에서 낮은 흡수율을 갖는다. 바람직하게는, 상기 가열 시스템은 850 내지 1100 nm를 포함하는 파장 또는 파장들의 적외선을 방출한다.
일 실시예에 따라, 상기 압축 롤러는
상기 연성 물질 실린더를 포함하는 접착 방지 외부층을 포함
상기 압축 롤러가 다공성 물질로 만들어진 차폐 및/또는 상기 실린더와 접착 방지 외부층 사이에 배치되는 차폐 시스를 포함하는 경우, 바람직하게는, 상기 접착 방지 외부층은, 일반적으로 예컨대 실린더 상에서 열적으로 수축되는 테플론 필름이라 불리는 PTEE(폴리테트라플루오로에틸렌) 필름과 같은 접착 방지 필름으로 형성된다. 또한 이 경우, 열 조절 유체는 상기 접착 방지 외부층의 온도를 조절한다.
일 실시예에 따라, 상기 가열 시스템은 레이저 타입 시스템, 구체적으로, 레이저 다이오드 타입, YAG 레이저 타입 또는 섬유 레이터저 타입이다. 대안적으로, 가열 시스템은 하나 이상의 적외선 램프를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 장치는 압축 롤러의 온도를 조절하기 위해, 구체적으로 상기 압축 롤러를 외부로부터 냉각시키기 위해, 열 조절 유체 흐름을 방출시킬 수 있는 열 조절 수단을 더 포함한다. 이 경우, 롤러의 열 조절은, 바람직하게는 열 조절 유체, 바람직하게는 공기를 사용하여, 압축 롤러의 내부로부터 롤러의 외부로부터 수행된다.
일 실시예에 따라, 상기 열 조절 수단은 압축 롤러를 냉각시키기 위해, 상온, 바람직하게는 15 내지 30 ℃ 사이의 온도의 열 조절 유체, 또는 15 ℃보다 낮은 온도로 냉각된 열 조절 유체, 바람직하게는 냉각되거나 상온의 기체, 바람직하게는 상온의 기체를 주입시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 바와 같이 섬유 적용 장치를 위해, 강성 중심 튜브를 포함하며, 탄성적으로 변형 가능한 연성 또는 비-강성 물질로 만들어지고, 상기 중심 튜브 상에 조립되는 압축 롤러가 제공되며, 상기 중심 튜브는 방사 방향 구멍을 구비하고, 상기 연성 물질 실린더는 상기 구멍이 실린더의 외부면과 유체를 교환하게 할 수 있는 유체 교환 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.
첨부된 개략적인 도면 및 본 발명의 바람직한 특정 실시예의 상세한 설명을 참고하여, 본 발명은 보다 잘 이해될 수 있고, 다른 세부사항, 특징 및 장점은 보다 명백해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따라, 압축 롤러 및 가열 시스템을 포함하는 섬유 적용 헤드의 개략적인 측면도이다.
도 2는 도 1의 장치의 압축 롤러의 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 압축 롤러의 가로 방향 및 길이 방향으로 절단된 부분 단면도이다.
도 4는 제 2 실시예에 따른 장치의 압축 롤러의 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4의 압축 롤러의 가로 방향 및 길이 방향으로 절단된 부분 단면도이다.
도 6은 제 3 실시예에 따른 장치의 압축 롤러의 사시도이다.
도 7은 도 6의 압축 롤러의 길이 방향으로 절단된 부분 단면도이다.
도 8은 제 4 실시예에 따른 장치의 압축 롤러의 사시도이다.
도 9는 도 8의 압축 롤러의 길이 방향으로 절단된 부분 단면도이다.
도 1을 참조하면, 섬유 적용 장치는 수지가 사전-함침된(pre-impregnated) 섬유 밴드(8)를 적용하는 적용 헤드(1)를 포함하고, 상기 헤드는 상기 헤드의 지지 구조물(미도시) 상에서 축 A에 대해 회전 가능하게 장착되는 압축 롤러(2)를 포함하며, 이동 시스템, 예컨대 로봇 손목-조인트의 단부에서 상기 지지 구조물에 의해 장착된다.
또한, 상기 헤드는, 적용 표면(S) 상에 섬유 밴드(8)를 적용하는 동안 상기 적용 헤드의 진행 방향(D)에 대해 롤러의 상부에 장착되는 가열 시스템(9)을 포함한다. 에컨대, 가열 장치는 압축 전에 복사가 밴드뿐만 아니라, 사전에 부착된 밴드 또는 밴드들을 향해, 직접적으로 유도되는 레이저 타입 가열 시스템이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 따라서 복사는 롤러에 의해 압축되기 전, 롤러 상에 배치되는 밴드 섹션을 가열하도록 롤러를 향해 비스듬히 지향된다.
섬유 배치 장치의 경우, 헤드는, 수지가 사전-함침된 섬유의 밴드를 형성하는 압축 롤러(2)를 향해 헤드로 유입되는 섬유를 안내하는 안내 수단을 포함하고, 상기 밴드의 섬유는 실질적으로 맞대기 이음(butt joint) 방식으로 나란히 배치된다. 로봇을 통해 헤드를 이동시킴으로써, 압축 롤러는 밴드를 적용하는 몰드의 적용 표면(S)과 접촉된다.
도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명에 따른 압축 롤러는 연성 물질로 만들어지는 실린더형 몸체 또는 실린더(3)를 포함하고, 상기 실린더는 압축에 의해 탄성적으로 변형 가능하다. 실린더는, 실린더형 강성 중심 튜브, 예컨대 알루미늄과 같은 금속성 튜브로 형성되는 지지 중심부 상에 조립되기 위한 실린더형 중심 통로(31)를 보여준다. 실린더(3) 및 중심 튜브(4)는 서로 동축 상에 있고, 서로 일체적으로 회전한다. 예컨대, 실린더는 실리콘, 폴리실리콘 또는 폴리우레탄과 같은 비팽창형 탄성 중합체 물질로 구성된다.
연성 물질 실린더는 압축 롤러가 적용 표면 곡률 변형에 적응하게 하고, 그에 따라 전체 부착된 밴드 상에 실질적으로 균일한 압력을 적용하게 한다. 강성 튜브는 지지 구조물 상에 롤러를 회전 가능하게 장착할 수 있게 한다.
중심 튜브는 단부로부터 단부까지 중심 튜브의 실린더형 벽을 가로지르는 실린더형 구멍과 같은 방사 방향 구멍(41)이 구비된다. 따라서, 방사 방향 구멍은 중심 튜브 내부 통로(42) 및 실린더 상에서 개방된다. 실린더는 방사 방향 채널(32)이 구비되며, 상기 방사 방향 채널(32)은 상기 방사 방향 구멍과 함께 정렬되고, 상기 방사 방향 구멍과 실질적으로 직경이 동일하다. 도시된 예에서, 중심 튜브는 롤러의 축(A)을 따라 길이 방향에서 오프셋(offset)된 방사 방향 구멍(41)의 여섯 개의 세트를 포함하고, 각각의 세트는 규칙적인 각도 간격으로 배치되는 복수의 방사 방향 구멍, 예컨대 서로 45 °만큼 이격된 여덟 개의 방사 방향 구멍을 포함한다.
각각의 방사 방향 채널(32)은 실린더(3)의 실린더형 외부면(33) 상의, 길이 방향 그루브(34) 및 원형 그루브(35)의 교차점에서 개방된다. 길이 방향 그루브(34)가 여덟 개 있는 경우, 길이 방향 그루브(34)는 실린더의 하나의 측면(36)으로부터 다른 측면까지의 전체 길이에 걸쳐 연장된다.
외부적으로, 실린더는 접착 방지 외부 층(5)으로 고킹되며, 상기 접착 방지 외부 층(5)은 여기에서 실린더의 외부면 상에서 열적으로 수축된 테플론 필름으로 형성된다. 테플론 필름은 그에 따라 실린더 외부면 상에 만들어진 길이 방향 그루브 및 원형 그루브를 덮는다. 롤러가 밴드에 접촉함에 따라, 테플론 필름은 섬유에 롤러의 접착을 방지할뿐만 아니라, 롤러의 오염을 방지한다.
압축 롤러는, 예컨대 헤드 지지 구조물의 두 개의 플랜지들 사이에서, 압축 롤러의 중심 튜브의 개구 단부(43)에 의해 장착된다. 장치는 열 조절 수단(미도시)을 포함하며, 상기 열 조절 수단은 중심 튜브의 하나의 개구 단부(43)로부터, 15 내지 30°를 포함하는 상온의 기체(구체적으로, 공기) 또는 15°보다 낮은 온도로 냉각된 기체(구체적으로, 공기)의 주입을 허용한다. 이러한 공기 주입은 그 자체로 공지된 스윙 조인트 시스템을 사용하여 수행된다. 바람직하게는, 중심 튜브는 스윙 조인트 시스템을 장착하기 위한 스폿 페이싱(spot facing)(44)을 갖는다. 작동시, 중심 튜브의 적어도 하나의 개구 단부(43)로부터 주입된 공기는 방사 방향 구멍(42)을 통과한 후 실린더 방사 방향 채널(32)을 통과하여, 원형 그루브(35) 및 길이 방향 그루브(34)로 분배되고, 길이 방향 그루브가 개방된 실린더의 측면(36)으로부터 유출된다. 바람직하게는, 열 조절 유체는 냉각된 공기 또는 상온의 공기이고, 바람직하게는 상온의 공기이어서, 압축 롤러를 냉각시키고, 약 30°의 온도로 유지시킨다.
대안적으로, 실린더는 연성 물질로 만들어지며, 가열 시스템으로부터 방출되는 복사에 실질적으로 투과할 수 있다.
예컨대, 복사열에 실질적으로 투과성인 연성 물질은 실리콘 타입 탄성 중합체 물질이며, 구체적으로, 상업적인 명칭 실라스틱(Silastic) T-4 중 다우 코닝(Dow Corning)에의해 판매되는 실리콘 탄성 중합체이다.
레이저 타입 가열 시스템은 880 내지 1300 nm를 포함하는 파장의 복사를 방출하는 하나 이상의 열로 배치된 레이저 다이오드, 예컨대 약 1060 nm의 파장을 방출하는 광섬유 레이저 또는 YAG 레이저를 포함할 수 있다.
내부로부터 롤러의 열 조절을 달성하기 위해, 열 조절 시스템은 외부로부터 압축 롤러를 또한 냉각시키도록, 압축 롤러를 향해 공기 흐름을 생성할 수 있는 열 조절 수단을 더 포함한다.
도 4, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제 2 실시예를 도시하며, 압축 롤러(102)는 전술한 바와 같이, 방사 방향 구멍(141)이 구비된 강성 중심 튜브(104), 방사 방향 채널(132)이 구비되고 탄성적으로 변형 가능한 연성 물질로 만들어진 실린더(103)를 포함한다. 이러한 예에서, 실린더 표면 상에 주입되는 공기 흐름의 분배 및 실린더의 측면으로부터 공기 흐름의 유출을 강화하도록 의도된 전술한 바와 같은 원형 길이 방향 그루브는, 실린더 외부면(133)을 덮는 시스(106)로 대체되며, 상기 시스는 오픈-셀 타입 열가소성 및/또는 탄성 중합체 폼, 또는 부직포로 만들어진 물질과 같은 다공성 물질로 만들어진다. 이러한 다공성 무질은 적용 표면에 대한 롤러의 프레싱(pressing) 중 실린더 변형에 순응하도록 탄성을 나타낸다. 접착 방지 외부 시스(105)는 상기 다공성 물질 시스를 덮는다. 중심 튜브(104)의 내부 경로 및 방사 방향 구멍(141)을 통과한 후, 실린더 방사 방향 채널(132)에서, 주입된 공기는 다공성 물질 시스를 통해 통과하고, 상기 시스의 측면(151)으로부터 측 방향으로 유출된다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제 3 실시예를 도시하며, 압축 롤러(202)는 제 1 실시예에서와 같이, 방사 방향 구멍(241)이 구비된 강성 중심 튜브(204), 탄성적으로 변형 가능한 연성 물질 실린더(203) 및 실린더 외부면(233)을 덮는 접착 방지 외부 시스(205)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 실린더는 방사 방향 채널이 구비되지는 않지만 탄성적으로 변형 가능한 다공성 연성 물질로 구성된다. 중심 튜브(204)의 내부 경로(242)로부터 방사 방향 구멍(241)을 통해 배출되는 주입된 공기는 전체 다공성 실리더를 가로지르고, 실린더 측면(236)으로부터 유출된다. 연성 다공성 물질은 오픈-셀 타입 열가소성 및/또는 탄성 중합체 폼, 또는 부직포로 만들어진 물질, 예컨대 오픈-셀 타입 탄성 중합체 물질이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 제 4 실시예를 도시하며, 압축 롤러(302)는 제 3 실시예에서와 같이, 방사 방향 구멍(341)이 구비된 강성 중심 튜브(304), 탄성적으로 변형 가능한 다공성 연성 물질로 만들어진 실린더(303) 및 상기 실린더를 덮는 접착 방지 외부 시스(305)를 포함한다. 압축 롤러는 실린더 외부면(333)과 접착 방지 외부 시스 사이에 배치되는 차폐 시스(307)를 더 포함한다. 이러한 차폐 시스는 가열 시스템(9)에 의해 방출되는 복사열을 흡수하거나/흡수하고 반사하여, 복사열은 연성 물질 실린더에 도달하지 않는다. 중심 튜브(304)의 내부 경로(342)로부터 방사 방향 구멍(341)을 통해 배출되는 주입된 공기는, 전체 실린더를 가로질러서, 차폐 시스를 냉각시키고 실린더 측면(336)에 의해 유출된다.
본 발명은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 설명된 수단의 모든 기술적인 등가물뿐만 아니라, 본 발명의 범위 내에서 설명된 수단의 조합을 포함함이 이해된다. 설명된 실시예에서, 열 조절 시스템은 연성 압축 롤러를 냉각시킨다. 또한, 열 조절 수단이 연성 압축 롤러를 가열하기 위해 사용될 수 있음이 명백하다.

Claims (12)

  1. 적용 표면(S) 상에 적어도 하나의 수지가 사전-함침된 평평한 섬유로 형성되는 밴드(8)를 적용하는 압축 롤러(2, 102, 202, 302) 및 상기 밴드를 향해 유도되는 복사열을 방출시키는 가열 시스템(9)을 포함하고, 상기 압축 롤러는 강성 중심 튜브(4, 104, 204, 304) 및 실린더(3, 103, 203, 303)를 포함하며, 상기 실린더는 탄성적으로 변형 가능한 연성 물질로 만들어지고 상기 중심 튜브에 조립되는, 합성 물질로 제조되는 부품을 생산하기 위한 섬유 적용 장치에 있어서,
    상기 중심 튜브(4, 104, 204, 304)는 방사 방향 구멍(41, 141, 241, 341)을 구비하고,
    상기 실린더(3, 103, 203, 303)는, 상기 방사 방향 구멍이 실린더의 외부면(33, 133, 233, 333)과 유체를 교환하게 할 수 있는 유체 교환 수단(32, 34, 35; 132, 106; 203; 303)을 가지며,
    상기 섬유 적용 장치는, 상기 중심 튜브의 내부 경로(42, 142, 242, 342)에 기체인 열 조절 유체를 주입할 수 있는 열 조절 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 적용 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 교환 수단(34, 35; 106; 203; 303)은, 상기 실린더의 외부면(33, 133, 233, 333)이 압축 롤러의 측면(36, 161, 236, 336)과 유체를 교환하게 할 수 있는 것을 하는 것을 특징으로 하는 섬유 적용 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 교환 수단은 방사 방향 채널(32, 132)을 포함하며,
    각각의 방사 방향 채널은 상기 중심 튜브(4, 104, 204, 304)의 방사 방향 구멍(41, 141, 241, 341) 및 상기 실린더의 외부면(33, 133, 233, 333) 상에서 개방되는 것을 특징으로 하는 섬유 적용 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 유체 교환 수단은 실린더 측면(36) 상에서 개방되는 길이 방향 그루브(34)를 포함하며,
    상기 방사 방향 채널(32, 132)은 상기 길이 방향 그루브 상에서 개방되는 것을 특징으로 하는 섬유 적용 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유체 교환 수단은 상기 방사 방향 채널(32)이 개방되는 원형 그루브(35)를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 적용 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 교환 수단은 다공성의 연성 물질로 만들어지는 실린더(203, 303)를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 적용 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 교환 수단은 상기 실린더의 외부면을 덮는 시스(sheath)(4)를 포함하고,
    상기 시스는 다공성 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 섬유 적용 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축 롤러는 차폐 시스(307)를 포함하고,
    상기 차폐 시스(307)는 상기 실린더를 덮고, 상기 가열 시스템에 의해 방출되는 복사열을 차폐하는 것을 특징으로 하는 섬유 적용 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실린더(3)는 상기 복사열에 대해 투과성인 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 섬유 적용 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축 롤러(2, 102, 202, 302)는 연성 물질 실린더(2, 103, 203, 303)에 코팅되는 접착 방지 외부 층(5, 105, 205, 305)을 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 적용 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 조절 수단은 상기 압축 롤러를 향해 유도되는 열 조절 유체 흐름을 생성하여 상기 압축 롤러의 온도를 외부로부터 조절하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 섬유 적용 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 조절 수단은 15 내지 30 °의 상온의 공기로 구성되는 열 조절 유체를 주입시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 섬유 적용 장치.
KR1020127003993A 2009-07-17 2010-07-15 열 조절 시스템을 갖는 연성 압축 롤러를 포함하는 섬유 적용 장치 KR101804584B1 (ko)

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