KR101821332B1

KR101821332B1 - 실 제조장치

Info

Publication number: KR101821332B1
Application number: KR1020157033097A
Authority: KR
Inventors: 히로키 타카시마
Original assignee: 무라다기카이가부시끼가이샤
Priority date: 2013-07-22
Filing date: 2013-07-22
Publication date: 2018-01-23
Also published as: US20160138202A1; US10017882B2; CN105378165A; EP3026156A4; JPWO2015011755A1; KR20150144341A; JP5954496B2; EP3026156A1; TW201520390A; WO2015011755A1; CN105378165B; TWI551744B

Abstract

본 발명의 실 제조장치(1)는, CNT(탄소 나노튜브) 섬유군(F)을 주행시키면서 상기 CNT 섬유군(F)으로부터 CNT사(Y)를 제조하는 장치로서, 권취관(T)이 부착된 권취축(21)을 그 권취 중심선 둘레로 회전시킴으로써, 권취관(T)에 CNT사(Y)를 감는 권취 구동기구(20)와, CNT사(Y)를 권취관(T)으로 안내하는 가이드부(31)를 권취관(T)의 주위에 있어서 회전시킴으로써, CNT 섬유군(F) 내지 CNT사(Y)를 선회시키면서, CNT 섬유군(F)에 꼬임을 형성하여 CNT사(Y)를 제조하는 꼬임형성 구동기구(30)와, 권취관(T)에 대하여 가이드부(31)를 권취축(21)의 권취 중심선을 따라 상대적으로 왕복 이동시킴으로써, 권취관(T)에 있어서 CNT사(Y)를 트래버스(traverse)시키는 트래버스 구동기구(40)를 구비한다.

Description

실 제조장치{THREAD PRODUCTION DEVICE}

본 발명은, 섬유군(纖維群)을 주행시키면서 상기 섬유군으로부터 실을 제조하는 실 제조장치에 관한 것이다.

상술한 바와 같은 실 제조장치로서, 특허문헌 1의 도 1에는, 탄소 나노튜브 섬유군에 꼬임을 형성하여 탄소 나노튜브사를 제조하면서 상기 탄소 나노튜브사를 감는 링 타입의 방적(紡績) 장치가 기재되어 있다.

일본 특허공개공보 제2010－65339호

그러나, 탄소 나노튜브 섬유군과 같이, 내하중치(耐荷重値)가 비교적 낮고 또한 질량이 비교적 작은 섬유군이 대상이 되는 경우, 특허문헌 1의 도 1에 기재된 장치에서는, 링에 배치되는 실 안내용의 트래블러(traveler)를 적절히 회전시킬 수 없어, 그 결과, 제조된 실에 있어서 충분한 성능을 얻을 수 없을 우려가 있다.

이에, 본 발명은, 제조된 실에 있어서 충분한 성능을 얻을 수 있는 실 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실 제조장치는, 섬유군을 주행시키면서 상기 섬유군으로부터 실을 제조하는 실 제조장치로서, 권취관(卷取管, winding tube)이 부착된 권취축을 그 권취 중심선 둘레로 회전시킴으로써, 권취관에 실을 감는 권취 구동기구와, 실을 권취관으로 안내하는 가이드부를 권취관의 주위에 있어서 회전시킴으로써, 섬유군 내지 실을 선회시키면서, 섬유군에 꼬임을 형성하여 실을 제조하는 꼬임형성 구동기구(twisting drive mechanism)와, 권취관에 대하여 가이드부를 권취축의 권취 중심선을 따라 상대적으로 왕복 이동시킴으로써, 권취관에 있어서 실을 트래버스(traverse)시키는 트래버스 구동기구를 구비한다.

상기 실 제조장치에서는, 권취관에 있어서 실을 트래버스시키기 위한 가이드부가 권취관의 주위에 있어서 회전됨으로써, 섬유군 내지 실이 선회하여, 섬유군에 꼬임이 형성되어 실이 제조된다. 이로써, 탄소 나노튜브 섬유군과 같이, 내하중치가 비교적 낮고 또한 질량이 비교적 작은 섬유군이 대상이 되는 경우라 하더라도, 상기 섬유군에 적합하게 꼬임을 형성할 수가 있다. 또, 섬유군 내지 실을 선회시켜 벌룬(balloon)(섬유군 내지 실이 원심력에 의해 풍선형상으로 부풀어 오른 상태)을 형성함으로써, 탄소 나노튜브 섬유군과 같이, 섬유군의 신축성이 비교적 적은 경우라 하더라도, 상기 섬유군에 생기는 텐션(tension) 변동을 벌룬으로 적합하게 흡수하면서, 상기 섬유군에 효율적으로 꼬임을 형성할 수가 있다. 따라서, 상기 실 제조장치에 의하면, 제조된 실에 있어서 충분한 성능을 얻을 수가 있다.

본 발명의 실 제조장치에 있어서는, 섬유군은, 탄소 나노튜브 섬유군이고, 실은, 탄소 나노튜브사이며, 꼬임형성 구동기구는, 섬유군 내지 실의 선회에 의한 벌룬을 형성하면서, 섬유군에 꼬임을 형성하여 실을 제조하여도 무방하다. 내하중치가 비교적 낮고 또한 질량이 비교적 작은 탄소 나노튜브 섬유군이 대상이 되는 경우라 하더라도, 상술한 구성에 의하면, 제조된 탄소 나노튜브사에 있어서 충분한 성능을 얻을 수가 있다.

본 발명의 실 제조장치는, 탄소 나노튜브 섬유군이 인출되는 탄소 나노튜브 형성기판을 지지하는 기판 지지부를 더 구비하여도 무방하다. 이것에 의하면, 탄소 나노튜브 섬유군을 안정적으로 공급할 수가 있다.

본 발명의 실 제조장치는, 권취 구동기구 및 트래버스 구동기구를 지지하는 프레임과, 권취축의 권취 중심선을 따라 왕복 이동 가능해지도록 프레임에 부착되고, 꼬임형성 구동기구를 지지하는 스테이지를 더 구비하며, 권취 구동기구는, 프레임에 고정된 권취 구동원과, 권취 구동원의 구동력에 의해 권취축을 그 권취 중심선 둘레로 회전시키는 권취 동력전달기구를 가지며, 꼬임형성 구동기구는, 스테이지에 고정된 꼬임형성 구동원과, 꼬임형성 구동원의 구동력에 의해 가이드부를 권취관의 주위에 있어서 회전시키는 꼬임형성 동력전달기구를 가지고, 트래버스 구동기구는, 프레임에 고정된 트래버스 구동원과, 트래버스 구동원의 구동력에 의해, 스테이지를 권취축의 권취 중심선을 따라 왕복 이동시킴으로써, 권취관에 대하여 가이드부를 권취축의 권취 중심선을 따라 상대적으로 왕복 이동시키는 트래버스 동력전달기구를 가져도 무방하다. 이것에 의하면, 권취 구동원, 꼬임형성 구동원 및 트래버스 구동원의 각각을 독립적으로 제어하여, 권취 동작, 꼬임형성 동작 및 트래버스 동작의 각각을 적합하게 실시할 수가 있다.

본 발명에 의하면, 제조된 실에 있어서 충분한 성능을 얻을 수 있는 실 제조장치를 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태의 실 제조장치의 평면도이다.
도 2는 도 1의 실 제조장치의 꼬임형성 권취장치의 일부 단면도이다.

이하, 본 발명의 적합한 실시형태에 대해, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일하거나 또는 그에 상당하는 부분에는 동일 부호를 사용하고, 중복되는 설명을 생략하기로 한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 실 제조장치(1)는, 탄소 나노튜브 섬유군(이하, 「CNT 섬유군」이라 함; F)을 주행시키면서 상기 CNT 섬유군(F)으로부터 탄소 나노튜브사(이하, 「CNT사(絲)」라 함; Y)를 제조하는 장치이다. 실 제조장치(1)는, 기판 지지부(2)와, 꼬임형성 권취장치(5)와, 제어부(10)를 구비하고 있다. 기판 지지부(2) 및 꼬임형성 권취장치(5)는, 직선의 소정 선(L)상에 배치되어 있으며, CNT 섬유군(F)은, 기판 지지부(2)로부터 꼬임형성 권취장치(5)를 향해 주행된다. 제어부(10)는, 꼬임형성 권취장치(5)의 동작을 제어한다. 또한, CNT 섬유군(F)은, 탄소 나노튜브로 이루어지는 복수의 실 가닥(絲條體)(섬유)이 집합한 것이다. CNT사(Y)는, CNT 섬유군(F)에 꼬임(실연(實撚, real twist) 또는 가연(假撚, false twist))이 형성된 것이다. 이하, CNT 섬유군(F)의 주행 방향에 있어서의 상류측을 단순히 「상류측」이라 하고, CNT 섬유군(F)의 주행 방향에 있어서의 하류측을 단순히 「하류측」이라 한다.

기판 지지부(2)는, CNT 섬유군(F)이 인출되는 탄소 나노튜브 형성기판(이하, 「CNT 형성기판」이라 함; S)을 유지한 상태로 지지한다. CNT 형성기판(S)은, 탄소 나노튜브 포레스트(carbon nanotube forest), 혹은, 탄소 나노튜브의 수직 배향 구조체 등이라 칭해지는 것이며, 화학 기상(氣相) 성장법 등에 의해 기판상에 고밀도 및 고배향(高配向)으로 탄소 나노튜브(예컨대, 단층(單層) 탄소 나노튜브, 2층 탄소 나노튜브, 다층 탄소 나노튜브 등)가 형성된 것이다. 기판으로서는, 예컨대, 유리 기판, 실리콘 기판, 금속 기판 등이 이용된다. 또한, CNT사(Y)의 제조 개시시, CNT 형성기판(S)의 교환시 등에는, 마이크로 드릴(micro-drills)이라 칭해지는 지그(jig, 治具)를 이용하여, CNT 형성기판(S)으로부터 CNT 섬유군(F)을 인출할 수 있다. 또, 마이크로 드릴 대신에, 흡인 장치, 점착 테이프 등을 이용하여, CNT 형성기판(S)으로부터 CNT 섬유군(F)을 인출할 수가 있다.

꼬임형성 권취장치(5)는, CNT 형성기판(S)으로부터 인출된 CNT 섬유군(F)에 꼬임을 형성하면서, 제조된 CNT사(Y)를 권취관에 감는다. 보다 구체적으로는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 꼬임형성 권취장치(5)는, 권취관(T)에 CNT사(Y)를 감는 권취 구동기구(20)와, CNT 섬유군(F) 내지 CNT사(Y)를 선회시키면서, CNT 섬유군(F)에 꼬임을 형성하여 CNT사(Y)를 제조하는 꼬임형성 구동기구(30)와, 권취관(T)에 있어서 CNT사(Y)를 트래버스(traverse)시키는 트래버스 구동기구(40)를 구비하고 있다. 또한, 꼬임형성 권취장치(5)는, 권취 구동기구(20) 및 트래버스 구동기구(40)를 지지하는 프레임(5a)과, 꼬임형성 구동기구(30)를 지지하는 스테이지(34)를 구비하고 있다.

권취 구동기구(20)는, 소정 선(L)을 권취 중심선으로 하는 권취축(21)과, 권취축(21)을 회전시키는 권취 구동 모터(권취 구동원; 22)를 가지고 있다. 권취관(T)은, 권취축(21)의 상류측 단부인 선단부(21a)에 부착되어 있으며, 권취축(21)에 대해 탈부착 가능하게 되어 있다. 권취축(21)의 하류측 단부인 기단부(21b)는, 축 커플링(shaft coupling; 23)을 통해 권취 구동 모터(22)의 구동축(22a)과 연결되어 있다. 권취축(21)은, 베어링(24)을 통해 꼬임형성 권취장치(5)의 프레임(5a)에 축지지되어 있다. 권취 구동 모터(22)는, 프레임(5a)에 고정되어 있다.

이상의 권취 구동기구(20)는, 권취 구동 모터(22)를 구동시켜, 권취관(T)이 부착된 권취축(21)을 그 권취 중심선(즉, 소정 선(L)) 둘레로 회전시킴으로써, 권취관(T)에 CNT사(Y)를 감는다. 상기 권취 구동기구(20)에 있어서는, 축 커플링(23)에 의해, 권취 동력전달기구가 구성되어 있다. 권취 동력전달기구는, 권취 구동 모터(22)의 구동력에 의해 권취축(21)을 그 권취 중심선 둘레로 회전시키는 기구이다.

꼬임형성 구동기구(30)는, CNT사(Y)를 권취관(T)으로 안내하는 가이드부(31)와, 가이드부(31)를 권취관(T)의 주위에 있어서 회전시키는 꼬임형성 구동모터(꼬임형성 구동원; 32)를 가지고 있다. 가이드부(31)는, 권취축(21)을 포위하는 통형상의 본체(31a)와, 본체(31a)로부터 상류측으로 연장되는 한 쌍의 아암(31b)을 포함하고 있다. 일방(一方)의 아암(31b)의 상류측 단부인 선단부에는, 권취관(T)으로 안내되는 CNT사(Y)가 삽입통과되는 삽입통과구멍(31c)이 형성되어 있다. 삽입통과구멍(31c)에 삽입통과되는 CNT사(Y)는, 소정 선(L)상에 배치된 가이드 링(35)을 CNT 섬유군(F) 내지 CNT사(Y)의 상태로 통과하여, 권취관(T)으로 안내된다. 가이드부(31)의 본체(31a)는, 복수의 평(平)기어(33)를 통해 꼬임형성 구동모터(32)의 구동축(32a)과 연결되어 있다. 꼬임형성 구동모터(32)는, 스테이지(34)에 고정되어 있다. 스테이지(34)는, 권취축(21)의 권취 중심선을 따라 왕복 이동할 수 있게 되도록 프레임(5a)에 부착되어 있다. 또한, 권취축(21)과 본체(31a)의 사이에, 미끄럼 베어링으로서 부시(bush)를 배치하여도 무방하다.

이상의 꼬임형성 구동기구(30)는, 꼬임형성 구동 모터(32)를 구동시켜, CNT사(Y)를 권취관(T)으로 안내하는 가이드부(31)를 권취관(T)의 주위에 있어서 회전시킴으로써, 가이드 링(35)을 지점(支点)으로 하여 CNT 섬유군(F) 내지 CNT사(Y)를 선회시켜 CNT 섬유군(F) 내지 CNT사(Y)에 의한 벌룬(B)을 형성하면서, CNT 섬유군(F)에 꼬임을 형성하여 CNT사(Y)를 제조한다. 또한, CNT 섬유군(F) 내지 CNT사(Y)란, CNT 섬유군(F)인 채인 상태, 꼬임이 형성되어 CNT사(Y)가 된 상태, 및 이들의 중간의 상태를 포함하는 의미이다. 상기 꼬임형성 구동기구(30)에 있어서는, 평기어(33)에 의해, 꼬임형성 동력전달기구가 구성되어 있다. 꼬임형성 동력전달기구는, 꼬임형성 구동모터(32)의 구동력에 의해 가이드부(31)를 권취관(T)의 주위에 있어서 회전시키는 기구이다.

트래버스 구동기구(40)는, 소정 선(L)에 평행한 선을 중심선으로 하는 볼나사 축(41)과, 볼나사 축(41)과 나사결합된 볼나사 너트(42)와, 볼나사 축(41)을 회전시키는 트래버스 구동 모터(트래버스 구동원; 43)를 가지고 있다. 볼나사 축(41)의 하류측 단부인 기단부는, 축 커플링(44)을 통해 트래버스 구동 모터(43)의 구동축(43a)과 연결되어 있다. 볼나사 너트(42)는, 꼬임형성 구동기구(30)의 스테이지(34)에 고정되어 있다. 트래버스 구동 모터(43)는, 프레임(5a)에 고정되어 있다.

이상의 트래버스 구동기구(40)는, 트래버스 구동 모터(43)를 구동시켜 볼나사 축(41)을 정회전 및 역회전시켜, 꼬임형성 구동기구(30)를 소정 선(L)을 따라 왕복 이동시킴으로써(즉, 권취관(T)에 대해 가이드부(31)를 권취축(21)의 권취 중심선을 따라 왕복 이동시킴으로써), 권취관(T)에 있어서 CNT사(Y)를 트래버스(traverse)시킨다. 또한, 권취관(T)에 있어서 CNT사(Y)를 트래버스시킬 때에는, 예컨대 가이드부(31)에 대해 권취관(T)을 권취축(21)의 권취 중심선을 따라 왕복 이동시키는 등, 권취관(T)에 대하여 가이드부(31)를 권취축(21)의 권취 중심선을 따라 상대적으로 왕복 이동시킬 수 있으면 된다. 상기 트래버스 구동기구(40)에 있어서는, 볼나사 축(41), 볼나사 너트(42) 및 축 커플링(44)에 의해, 트래버스 동력전달기구가 구성되어 있다. 트래버스 동력전달기구는, 트래버스 구동 모터(43)의 구동력에 의해, 스테이지(34)를 권취축(21)의 권취 중심선을 따라 왕복 이동시킴으로써, 권취관(T)에 대하여 가이드부(31)를 권취축(21)의 권취 중심선을 따라 상대적으로 왕복 이동시키는 기구이다.

이상 설명한 바와 같이, 실 제조장치(1)에서는, 권취관(T)에 있어서 CNT사(Y)를 트래버스시키기 위한 가이드부(31)가 권취관(T)의 주위에 있어서 회전됨으로써, CNT 섬유군(F) 내지 CNT사(Y)가 선회하여, CNT 섬유군(F)에 꼬임이 형성되어 CNT사(Y)가 제조된다. 이로써, CNT 섬유군(F)은, 내하중치가 비교적 낮고 또한 질량이 비교적 작은 섬유군이지만, 그러한 CNT 섬유군(F)에 적합하게 꼬임을 형성할 수가 있다. 또, CNT 섬유군(F) 내지 CNT사(Y)를 선회시켜 벌룬(B)을 형성하므로, CNT 섬유군(F)은, 신축성이 비교적 적은 섬유군이지만, 그러한 CNT 섬유군(F)에 생기는 텐션 변동을 벌룬(B)으로 적합하게 흡수하면서, CNT 섬유군(F)에 효율적으로 꼬임을 형성할 수가 있다. 따라서, 실 제조장치(1)에 의하면, 제조된 CNT사(Y)에 있어서 충분한 성능을 얻을 수가 있다.

또, 실 제조장치(1)에서는, 제어부(10)를 이용하여, 권취 구동 모터(22), 꼬임형성 구동모터(32) 및 트래버스 구동 모터(43)의 각각을 독립적으로 제어할 수 있기 때문에, 권취 동작, 꼬임 형성 동작 및 트래버스 동작의 각각을 적합하게 실시할 수가 있다.

또, 실 제조장치(1)에는, CNT 섬유군(F)이 인출되는 CNT 형성기판(S)을 지지하는 기판 지지부(2)가 설치되어 있다. 이로써, CNT 섬유군(F)을 안정적으로 공급할 수가 있다.

이상, 본 발명의 일 실시형태에 대해 설명하였으나, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, CNT 섬유군(F)의 공급원으로서, CNT 형성기판(S) 대신에, 탄소 나노튜브를 연속적으로 합성하여 CNT 섬유군(F)을 공급하는 장치 등을 이용하여도 무방하다. 또, 꼬임형성 권취장치(5)에 있어서 CNT 섬유군(F)에 꼬임을 형성할 수 있을 정도의 범위 내에서 CNT 섬유군(F)을 응집시키는 세관(細管) 등의 응집부를, 꼬임형성 권취장치(5)의 상류측에 배치하여도 무방하다. 또, 상기 실시형태에서는, 벌룬(B)을 형성하면서 CNT 섬유군(F)에 꼬임을 형성하여 CNT사(Y)를 제조하였으나, 벌룬(B)이 형성되지 않는 조건으로 CNT 섬유군(F)에 꼬임을 형성하여 CNT사(Y)를 제조하는 것도 가능하다. 또, 본 발명은, 탄소 나노튜브 섬유군 이외의 섬유군, 및 탄소 나노튜브사 이외의 실을 대상으로 할 수 있다.

(산업상의 이용 가능성)

1; 실 제조장치
2; 기판 지지부
5a; 프레임
20; 권취(卷取) 구동기구
21; 권취축
22; 권취 구동 모터(권취 구동원)
23; 축 커플링(권취 동력전달기구)
30; 꼬임형성 구동기구
31; 가이드부
32; 꼬임형성 구동모터(꼬임형성 구동원)
33; 평기어(꼬임형성 동력전달기구)
34; 스테이지
40; 트래버스 구동기구
41; 볼나사 축(트래버스 동력전달기구)
42; 볼나사 너트(트래버스 동력전달기구)
43; 트래버스 구동 모터(트래버스 구동원)
44; 축 커플링(트래버스 동력전달기구)

Claims

탄소 나노튜브(carbon nanotube) 섬유군(纖維群, fiber group)을 주행시키면서 상기 탄소 나노튜브 섬유군으로부터 탄소 나노튜브사를 제조하는 실 제조장치로서,
권취 구동 모터의 구동력에 의해, 권취관(卷取管, winding tube)이 부착된 권취축을 그 권취 중심선 둘레로 회전시킴으로써, 상기 권취관에 상기 탄소 나노튜브사를 감는 권취 구동기구와,
꼬임형성 구동 모터의 구동력에 의해, 상기 탄소 나노튜브사를 상기 권취관으로 안내하는 가이드부를 상기 권취관의 주위에 있어서 회전시킴으로써, 상기 탄소 나노튜브 섬유군 내지 상기 탄소 나노튜브사를 선회시키면서, 상기 탄소 나노튜브 섬유군에 꼬임을 형성하여 상기 탄소 나노튜브사를 제조하는 꼬임형성 구동기구와,
트래버스 구동 모터의 구동력에 의해, 상기 권취관에 대하여 상기 가이드부를 상기 권취축의 상기 권취 중심선을 따라 상대적으로 왕복 이동시킴으로써, 상기 권취관에 있어서 상기 탄소 나노튜브사를 트래버스(traverse)시키는 트래버스 구동기구를 구비하는, 실 제조장치.
제 1항에 있어서,
상기 꼬임형성 구동기구는, 상기 탄소 나노튜브 섬유군 내지 상기 탄소 나노튜브사의 선회(旋回)에 의한 벌룬(balloon)을 형성하면서, 상기 탄소 나노튜브 섬유군에 꼬임을 형성하여 상기 탄소 나노튜브사를 제조하는, 실 제조장치.
제 2항에 있어서,
상기 탄소 나노튜브 섬유군이 인출되는 탄소 나노튜브 형성기판을 지지하는 기판 지지부를 더 구비하는, 실 제조장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 권취 구동기구 및 트래버스 구동기구를 지지하는 프레임과,
상기 권취축의 상기 권취 중심선을 따라 왕복 이동 가능해지도록 상기 프레임에 부착되며, 상기 꼬임형성 구동기구를 지지하는 스테이지(stage)를 더 구비하며,
상기 권취 구동기구는,
상기 프레임에 고정된 상기 권취 구동 모터와,
상기 권취 구동 모터의 구동력에 의해 상기 권취축을 그 상기 권취 중심선 둘레로 회전시키는 권취 동력전달기구를 가지며,
상기 꼬임형성 구동기구는,
상기 스테이지에 고정된 상기 꼬임형성 구동 모터와,
상기 꼬임형성 구동 모터의 구동력에 의해 상기 가이드부를 상기 권취관의 주위에 있어서 회전시키는 꼬임형성 동력전달기구를 가지며,
상기 트래버스 구동기구는,
상기 프레임에 고정된 상기 트래버스 구동 모터와,
상기 트래버스 구동 모터의 구동력에 의해, 상기 스테이지를 상기 권취축의 상기 권취 중심선을 따라 왕복 이동시킴으로써, 상기 권취관에 대하여 상기 가이드부를 상기 권취축의 상기 권취 중심선을 따라 상대적으로 왕복 이동시키는 트래버스 동력전달기구를 갖는, 실 제조장치.