KR101941790B1 - 복합재료 스티칭 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 복합재료 스티칭 장치는, 섬유를 일단으로 공급받아 타단으로 토출하도록 내부에 중공이 형성되어 복합재료를 스티칭 하는 바늘을 포함하는 바늘 조립체; 상기 바늘 조립체와 연결되며, 상기 바늘이 복합재료를 스티칭 할 수 있도록 상기 바늘 조립체를 상하 왕복 운동시키는 스티칭 조작부; 상기 섬유와 접촉하여 마찰력에 의해 상기 섬유를 상기 바늘 조립체의 상하 왕복 운동과 연동하여 단속적으로 상기 바늘에 공급하는 섬유 공급부; 상기 바늘 조립체 내부에 공압을 제공하여, 상기 섬유 공급부에 의해 상기 바늘로 공급되는 상기 섬유를 상기 바늘의 중공으로 유도하는 공압 공급부; 및 상기 바늘 조립체의 상하 왕복 운동과 연동하여 상기 바늘로부터 토출된 섬유를 절단하는 섬유 절단부;를 포함할 수 있다.

Description

복합재료 스티칭 장치 {STITCHING MACHINE FOR COMPOSITE MATERIALS}

이하의 설명은 복합재료 스티칭 장치에 관한 것이다.

탄소 섬유와 같은 고강도의 복합재료는 일반적으로 복수개의 프리프레그를 적층하고 가압하여 경화시키는 방법에 의해 제조된다. 그러나 이러한 방식으로 제조된 복합재료는 외부에서 가해지는 작용에 의하여 층간이 분리되는 현상이 일어난다.

이러한 층간분리를 억제하기 위하여, 종래에는 복합재료의 두께 방향(또는 z-방향)으로 섬유를 보강하여 3차원적인 섬유 배열구조를 형성하였다. 이와 같이 두께 방향으로 보강하는 3차원 직조에 관한 기술에는 브레이딩(braiding), 위빙(weaving), Z-pinning 또는 스티칭(stitching) 등이 있다.

브레이딩 또는 위빙 공정은 복합재료를 제조할 수 있는 크기가 제한되어 있고 제조시간도 매우 길기 때문에 특수한 제품 이외에는 잘 사용되지 않는 편이다.

또한, Z-pinning 공정은 금속이나 경화된 복합재로 이루어진 핀을 복합재료 적층 구조에 삽입하여 두께 방향의 보강을 실현하는 방법으로 복합재료의 z-방향 강도가 다소 증가하나, 상기 핀을 복합재료 적층 구조에 삽입하는 데에는 많은 시간과 노력이 요구된다.

한편, 스티칭 공정은 바늘로 복합재료 적층 구조를 관통하여 z-방향으로 결속시키는 방법이다. 이 공정은 제품의 크기에 크게 제한 받지 않으며 생산성이 매우 높다는 장점이 있다. 반면에 스티칭 공정은 복합재료의 z-방향 보강을 위해 고강도의 섬유를 사용하는데, 그러한 섬유는 재봉틀과 같은 일반적인 스티칭 장치에 사용되는 바늘의 구멍에 통과시키기 어려우며, 통상적인 스티칭 방식은 섬유를 180도에 가깝게 휘어지도록 하여 그에 따라 섬유가 손상될 수 있다는 문제점이 있었다.

따라서, 스티칭 공정의 높은 생산성이라는 장점을 살리면서도 상기한 문제점을 해결하기 위해 새로운 형식의 복합재료 스티칭 장치를 개발할 필요가 있다.

일본공개특허공보 특개2013-000946호(2013.01.07. 공개)

본 발명은 상기한 스티칭 공정의 문제점을 해결하기 위하여, 중공이 형성된 바늘을 통해 복합재료를 스티칭 하여 스티칭에 사용되는 섬유의 손상을 방지하는 복합재료 스티칭 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 개시의 일 실시예에 따른 복합재료 스티칭 장치는, 섬유를 일단으로 공급받아 타단으로 토출하도록 내부에 중공이 형성되어 복합재료를 스티칭 하는 바늘을 포함하는 바늘 조립체; 상기 바늘 조립체와 연결되며, 상기 바늘이 복합재료를 스티칭 할 수 있도록 상기 바늘 조립체를 상하 왕복 운동시키는 스티칭 조작부; 상기 섬유와 접촉하여 마찰력에 의해 상기 섬유를 상기 바늘 조립체의 상하 왕복 운동과 연동하여 단속적으로 상기 바늘에 공급하는 섬유 공급부; 상기 바늘 조립체 내부에 공압을 제공하여, 상기 섬유 공급부에 의해 상기 바늘로 공급되는 상기 섬유를 상기 바늘의 중공으로 유도하는 공압 공급부; 및 상기 바늘 조립체의 상하 왕복 운동과 연동하여 상기 바늘로부터 토출된 섬유를 절단하는 섬유 절단부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 바늘 조립체는, 상기 섬유 공급부가 내설되는 공간을 형성하는 바디부; 및 상기 바디부의 공간과 상기 바늘의 중공을 연통하도록 상기 바디부에 연결되어 상기 바늘을 고정하는 바늘 고정부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 섬유 공급부는, 상기 섬유에 접촉하여 회전함으로써 상기 섬유를 상기 바늘로 공급하는 롤러; 상기 롤러를 구동하기 위한 동력을 제공하는 섬유 공급 모터; 상기 바늘 조립체의 상하 왕복 운동에 따른 위치를 감지하는 센서; 및 상기 센서에서 감지된 위치에 기초하여 상기 섬유 공급 모터를 작동시켜 상기 롤러를 구동하는 제어부; 를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 롤러의 구동 시 설정된 시간만큼만 상기 섬유 공급 모터를 작동시켜 상기 섬유가 상기 바늘로부터 소정의 길이만큼 토출되도록 할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 섬유 절단부가 섬유를 절단한 이후에, 상기 바늘로부터 토출된 섬유가 상기 바늘의 중공 내부로 이동하도록 상기 섬유 공급 모터를 작동시킬 수 있다.

또한, 상기 바늘의 중공은, 상기 섬유가 유입되는 입구 측이 플레어 되어(flared) 단면적이 넓게 형성될 수 있다.

또한, 상기 바늘 및 상기 바늘 고정부 중 어느 하나의 중공에는 탄성변형 가능한 신축부가 설치되며, 상기 신축부를 가압함으로써, 상기 신축부가 설치된 중공의 단면적을 감소시켜 상기 섬유 및 상기 섬유와 복합재료 사이의 결합력을 높이는 결합제 중 어느 하나 이상이 상기 바늘의 중공 외부로 토출되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 바늘 조립체 및 상기 공압 공급부와 연결되어 상기 공압 공급부의 공압을 상기 신축부에 제공하는 공압밸브를 더 포함하고, 상기 공압밸브는 상기 바늘 조립체에 형성된 관통공을 통해 상기 신축부로 공압을 제공하며, 상기 공압밸브가 상기 바늘의 신축부로 제공하는 공압은 상기 공압 공급부가 상기 바늘의 중공으로 제공하는 공압보다 압력이 높을 수 있다.

또한, 상기 섬유 절단부는, 상기 바늘 조립체의 상하 왕복 운동에 따른 위치를 감지하는 센서; 상기 센서에서 감지된 위치에 기초하여 전원에 의해 자기장을 생성할 수 있는 전자석; 및 상기 전자석과 연결되어 상기 전자석이 생성한 자기장에 의해 왕복 이동하며, 이동 중에 상기 바늘로부터 토출된 섬유를 절단하는 날이 형성되어 있는 슬라이드판; 을 포함하여 상기 바늘 조립체의 하방에 설치될 수 있다.

또한, 상기 바늘이 복합재료를 스티칭 하기 전에 복합재료의 스티칭 위치에 상기 바늘이 통과할 수 있는 스티칭 구멍을 형성하도록 상하 왕복 운동하는 관통부재를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 관통부재는, 상기 바늘의 이동 경로 상에 위치하는 경계면의 하방에 설치되며, 상기 바늘 조립체와 함께 상하 왕복 운동할 수 있다.

또한, 상기 바늘 조립체 및 상기 관통부재의 상하 왕복 운동을 기계적으로 결합하는 연동부를 더 포함하며, 상기 연동부는, 상기 바늘 조립체 및 상기 관통부재 중 어느 하나에 상하 왕복 운동을 위한 동력을 제공하는 구동수단과 연결되며, 상기 구동수단에 의해 회전하는 제1축; 상기 제1축에 설치되어 상기 제1축과 함께 회전하는 제1휠; 상기 바늘 조립체 및 상기 관통부재 중 다른 하나와 연결되는 제2축; 상기 제2축에 설치되며, 상기 제1휠의 회전에 의해 상기 제2축과 함께 회전하는 제2휠;을 포함하고, 상기 제2축의 회전을 통해 상기 바늘 조립체 및 상기 관통부재 중 다른 하나를 상하 왕복 운동시킬 수 있다.

또한, 상기 바늘 조립체의 상하 왕복 운동과 연동하여 상기 연동부에 의해 복합재료를 스티칭 간격만큼 횡으로 이동시키는 수평 이송부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 수평 이송부는 회전함에 따라 복합재료를 횡으로 이동시키는 이송휠을 포함하고, 상기 연동부는, 테두리의 일부에만 톱니가 형성되어 상기 제1축 및 상기 제2축 중 어느 하나에 설치되며, 1회전 할 때마다 상기 이송휠을 소정의 각도만큼 회전시키는 연동기어를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 스티칭 조작부는, 스티칭 조작 모터; 상기 스티칭 조작 모터의 회전에 의해 상기 바늘 조립체를 상하 왕복 운동시키도록 상기 스티칭 조작 모터와 상기 바늘 조립체를 연결하는 링크; 및 상기 바늘 조립체와 연결되어 상기 바늘 조립체의 수직이송을 안내하는 수직이송레일;을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 복합재료 스티칭 장치는, 보다 강화된 z-방향 강도를 가진 복합재료를 제조할 수 있다.

중공이 형성된 바늘을 통해 복합재료를 스티칭 하여 스티칭에 사용되는 섬유의 손상을 방지할 수 있다.

섬유를 바늘에 효과적으로 공급할 수 있으며, 섬유가 바늘로 이동하는 동안 기계의 진동, 섬유의 꼬임 등을 이유로 바늘의 중공에 유입되지 않는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재료 스티칭 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 스티칭 장치에서 덮개의 일부와 받침판을 생략하여 그 내부구조를 드러낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바늘 조립체와 스티칭 조작부가 결합된 모습을 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 바늘 조립체의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 공급부가 바늘 조립체의 바디부에 내설된 모습을 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 바늘 조립체 및 섬유 공급부를 위에서 바라본 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 바늘 및 바늘 고정부의 측단면도이다.
도 8은 도 1에 도시된 스티칭 장치에서 바늘 조립체, 섬유 절단부, 및 수평 이송부만을 확대하여 도시한 도면이다.
도 9는 바늘의 타단이 복합재료를 관통한 후 복합재료로부터 상방 이격되는 경우, 섬유 절단부가 작동하는 모습을 도시한 측면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 관통부재가 복합재료를 관통하고, 바늘 조립체가 복합재료로부터 상방 이격된 상태를 도시한 측면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 연동부가 바늘 조립체 및 관통부재와 연결된 모습을 도시한 측면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 연동부의 하부 구성과, 받침판이 생략된 수평 이송부의 측면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 구체적인 실시예들을 상세히 설명하도록 한다. 아울러, 관련된 공지 구성 또는 공지 기능에 대한 구체적인 설명이 상기 실시예들의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 구체적인 설명을 생략한다.

한편, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수만을 가리키는 것이 아닌 한 복수의 표현을 포함한다. 그리고 특정 부분이 특정 구성을 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 상기 특정 부분은 상기 특정 구성 외의 다른 구성을 제외하는 것이 아니라 상기 다른 구성을 더 포함할 수 있음을 의미한다.

복합재료는 두 가지 이상의 재료가 조합되어 물리적ㆍ화학적으로 서로 다른 상을 형성하면서 보다 유효한 기능을 발현하는 재료를 말한다. 복합재료는 소재에 따라 고분자복합재료, 금속복합재료, 세라믹복합재료를 포함할 수 있다. 본 발명의 설명에서 스티칭 대상이 되는 복합재료는, 탄소 섬유와 같은 고분자복합재료 프리프레그들을 적층하고 가열하여 경화시키는 방법에 의해 제조된 것으로 가정한다. 이러한 복합재료는 소정의 면적을 가진 판 형태로 형성될 수 있다. 그러나 이는 하나의 실시예에 불과하며, 복합재료의 종류 및 형태는 이에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재료 스티칭 장치(1000)의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 스티칭 장치(1000)에서 덮개(20)의 일부와 받침판(720)을 생략하여 그 내부구조를 드러낸 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바늘 조립체(100)와 스티칭 조작부(200)가 결합된 모습을 도시한 도면이고. 도 4는 도 3에 도시된 바늘 조립체(100)의 사시도이다.

도 5는 섬유 공급부(300)가 바늘 조립체(100)의 바디부(130)에 내설된 모습을 도시한 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 바늘 조립체(100) 및 섬유 공급부(300)를 위에서 바라본 평면도이다.

일 실시예에 따른 스티칭 장치(1000)는 하부에서 스티칭 장치(1000)의 하중을 지지하는 베이스(10)와, 스티칭 장치(1000)의 상면 및 측면을 덮어 내부 공간을 형성하는 덮개(20)를 포함하여 다양한 외형으로 형성될 수 있다.

또한, 복합재료 스티칭 장치(1000)는 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 바늘 조립체(100); 스티칭 조작부(200); 섬유 공급부(300); 공압 공급부(800); 및 섬유 절단부(400);를 포함하여 복합재료를 스티칭 할 수 있다.

바늘 조립체(100)는 섬유를 일단으로 공급받아 타단으로 토출하도록 내부에 중공(111)이 형성되어 복합재료를 스티칭 하는 바늘(110)을 포함할 수 있다. 이하의 설명에서, 섬유는 복합재료의 프리프레그와 유사한 고강도 소재를 의미할 수 있다. 이러한 섬유는 복합재료의 z-방향 보강을 위해 본 발명에 따른 스티칭 장치(1000)의 바늘(110)로 공급되어 스티칭 공정에 사용될 수 있다. 또한, 섬유는 실패와 같은 저장릴에 감겨 스티칭 장치(1000)의 외부 또는 내부에 설치되는 등 다양한 방식으로 제공될 수 있다.

바늘(110)에 형성된 중공(111)은 재봉틀과 같은 일반적인 스티칭 장치에 사용되는 실보다 두꺼운 섬유도 통과할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 스티칭 장치(1000)는 다양한 소재의 섬유를 이용하여 복합재료의 스티칭 공정을 용이하게 수행할 수 있다.

스티칭 조작부(200)는 바늘 조립체(100)와 연결되며, 바늘(110)이 복합재료를 스티칭 할 수 있도록 바늘 조립체(100)를 상하 왕복 운동시킬 수 있다.

바늘 조립체(100)를 상하 왕복 운동시키기 위하여, 스티칭 조작부(200)는 스티칭 조작 모터(210); 스티칭 조작 모터(210)의 회전에 의해 바늘 조립체(100)를 상하 왕복 운동시키도록 스티칭 조작 모터(210)와 바늘 조립체(100)를 연결하는 링크(220); 및 바늘 조립체(100)와 연결되어 바늘 조립체(100)의 수직이송을 안내하는 수직이송레일(230);을 포함할 수 있다.

도 3을 참조하면, 링크(220)의 일측은 축을 통해 스티칭 조작 모터(210)와 회전 가능하게 연결될 수 있으며, 링크(220)의 타측은 바늘 조립체(100)의 일면에 연결될 수 있다. 이러한 링크(220)는 스티칭 조작 모터(210)에 의해 회전하면서 바늘 조립체(100)를 상하 왕복 운동시킬 수 있다.

수직이송레일(230)은 상하 방향으로 형성되어 바늘 조립체(100)의 일면에 연결될 수 있다. 바늘 조립체(100)는 다양한 방식으로 수직이송레일(230)에 이동 가능하게 연결되어 수직이송레일(230)의 길이 방향을 따라 왕복 운동 할 수 있다. 이때, 바늘 조립체(100)의 상부에는 후술할 공압 공급부(800)가 설치될 수 있으며, 링크(220) 및/또는 수직이송레일(230)은 이 공압 공급부(800)와도 연결될 수 있다.

이러한 스티칭 조작부(200)에 의해 바늘(110)은 바늘 조립체(100)와 함께 상하 왕복 운동함으로써, 복합재료를 관통할 수 있다. 이때, 바늘(110)은 중공(111)의 일단으로 공급받은 섬유를 타단으로 토출하여 복합재료의 스티칭 공정을 수행할 수 있다. 섬유는 후술할 섬유 공급부(300)를 통해 바늘(110)의 중공(111)으로 공급될 수 있다.

도 4에 의하면, 바늘 조립체(100)는 후술할 섬유 공급부(300)가 내설되는 공간을 형성하는 바디부(130); 및 바디부(130)의 공간과 바늘(110)의 중공(111)을 연통하도록 바디부(130)에 연결되어 바늘(110)을 고정하는 바늘 고정부(120);를 더 포함할 수 있다.

바디부(130)는 내부에 소정의 크기를 가진 공간을 포함하는 케이스이며, 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 바디부(130)의 하단부에는 바늘 고정부(120)를 통해 바디부(130) 내부의 공간과 바늘(110)의 중공(111)을 연통하는 개구부가 형설될 수 있다. 또한, 바디부(130)의 상단부에는 후술할 공압 공급부(800)에서 제공되는 공압이 들어올 수 있는 유입구가 형성될 수 있다.

바늘 고정부(120)는 바디부(130)의 하단부와 연결되고, 바늘(110)의 중공과 바디부(130) 내부의 공간을 연통하는 중공 형태의 통로(121)를 포함할 수 있다. 바늘 고정부(120)의 통로(121)는 후술할 도 7과 같이 형성될 수 있다. 이러한 바늘 고정부(120)는 다양한 형상으로 형성되어 바늘(110)을 고정하고, 바늘(110) 및 바디부(130)와 함께 상하 왕복 운동할 수 있다. 나머지 바늘(110)과 바늘 고정부(120)에 관한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

섬유 공급부(300)는 바늘(110)로 공급될 섬유와 접촉하여 마찰력에 의해 섬유를 바늘 조립체(100)의 상하 왕복 운동과 연동하여 단속적으로 바늘(110)에 공급할 수 있다. 이러한 섬유 공급부(300)는 바늘(110)이 복합재료를 관통한 상태에서 섬유를 바늘(110)로 공급하고 바늘의 타단(110a)으로 토출시킬 수 있다. 따라서, 복합재료 스티칭 장치(1000)는 복합재료를 z-방향으로 결합하여 스티칭 할 수 있다. 섬유 공급부(300)는 스티칭 장치(1000)의 다양한 위치에 설치되어 상기한 기능을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따른 섬유 공급부(300)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 바늘 조립체(100)의 바디부(130)에 내설될 수 있다.

도 5를 참조하면, 섬유 공급부(300)는 섬유에 접촉하여 회전함으로써 섬유를 바늘(110)로 공급하는 롤러(310); 및 롤러(310)를 구동하기 위한 동력을 제공하는 섬유 공급 모터(320);를 포함할 수 있고, 도면에 도시되지는 않았으나 바늘 조립체(100)의 상하 왕복 운동에 따른 위치를 감지하는 센서; 및 섬유 공급 모터(320)를 작동시켜 롤러(310)를 구동하는 제어부;를 포함할 수 있다. 도 5에서 바디부(130)는 롤러(310) 및 섬유 공급 모터(320)를 가시화 하기 위해 2점 쇄선으로 표현되어 있다.

롤러(310)는 회전을 통해 섬유를 이동시킬 수 있도록 표면에 고무와 같이 마찰계수가 높은 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 롤러(310)는 도 6에 도시된 바와 같이, 적어도 두 개 이상 구비되어 섬유를 사이에 두고 바디부(130)에 내설될 수 있다. 두 개의 롤러(310) 중 하나인 제1롤러(311)는 섬유 공급 모터(320)와 연결되어 섬유 공급 모터(320)에 의해 회전할 수 있다. 두 개의 롤러(310) 중 다른 하나인 제2롤러(312)는 제1롤러(311)로부터 소정의 간격, 예를 들어 섬유의 두께만큼 이격되어 배치될 수 있다. 이 경우, 제1롤러(311) 및 제2롤러(312)는 그 사이의 공간이 바늘(110)의 중공(111) 상단에 위치하도록 배치될 수 있다. 따라서, 제1롤러(311)가 회전하면 섬유는 제1롤러(311) 및 제2롤러(312)와의 마찰력에 의해 제1롤러(311) 및 제2롤러(312) 사이의 공간에서 바늘(110)의 중공(111)을 향해 이동할 수 있다. 바늘(110)의 중공(111)으로 공급된 섬유는 계속된 롤러(310)의 회전에 의해 바늘의 타단(110a)으로 토출될 수 있다.

상기한 제1롤러(311) 및 제2롤러(312)의 구성 및 배치는 일 실시예에 불과하고, 롤러(310)는 여러 쌍으로 구비되어 섬유를 바늘(110)로 공급하는 등 다양한 실시예가 가능하다.

섬유 공급부(300)는 바디부(130)에 내설되어 바늘(110)과 가까운 위치에 배치됨으로써, 섬유를 바늘(110)에 효과적으로 공급할 수 있다. 구체적으로, 바디부(130)에 내설된 섬유 공급부(300)는 스티칭 장치(1000)로 제공된 섬유가 바늘(110)로 이동하는 동안 기계의 진동, 섬유의 꼬임 등을 이유로 바늘(110)의 중공(111)에 유입되지 않는 것을 방지할 수 있다. 섬유 공급부(300)에서 바늘(110)의 중공(111)까지의 거리가 짧기 때문이다.

한편, 섬유는 전술한 바와 같이 스티칭 장치(1000)의 외부에 설치된 저장릴에 감겨 있다가 섬유 공급부(300)로 제공될 수 있다. 상기 저장릴을 스티칭 장치(1000)의 외부에 설치하는 경우, 저장릴이 스티칭 장치(1000)의 크기에 영향을 주지 않으므로 저장릴은 크기 제한 없이 대용량으로 구성될 수 있다. 아울러, 스티칭 장치(1000)의 외부에 설치된 저장릴은 스티칭 장치(1000)를 분해하지 않고도 용이하게 교체할 수 있다.

섬유 공급부(300)의 센서는 초음파, 레이저, 적외선 등 동작을 감지할 수 있는 수단을 이용하여 바늘(110), 바늘의 타단(110a), 또는 바늘 조립체(100)의 위치를 감지할 수 있다. 이러한 센서는 덮개(20)의 내측 등 다양한 위치에 설치될 수 있다. 이하에서, 섬유 공급부(300)의 센서는 바늘 조립체(100)가 왕복 운동하는 상하 방향을 기준으로 하여 바늘의 타단(110a)의 위치를 감지하는 것으로 가정한다.

섬유 공급부(300)의 제어부는 상기한 센서에서 감지된 위치에 기초하여 섬유 공급 모터(320)를 작동시켜 롤러(310)를 구동할 수 있다. 예를 들어, 바늘의 타단(110a)이 그 이동 경로 상에 위치하는 경계면(S)보다 하방에 위치하는 경우에 섬유 공급 모터(320)를 작동시켜 롤러(310)를 구동할 수 있다.

이하의 설명에서, 경계면(S)은 도 5에 도시된 바와 같이, 바늘(110)이 상하 왕복 운동하는 경로에서 바늘(110)과 수직하게 위치하는 가상의 평면을 의미할 수 있다. 이러한 경계면(S)은 바늘(110)을 포함한 바늘 조립체(100)가 상사점에 위치하는 경우, 바늘의 타단(110a)보다 하방에 위치할 수 있다. 따라서, 바늘(110)은 상하 왕복 운동하면서 경계면(S)을 위에서 아래로 관통하여 경계면(S)보다 하방에 위치할 수 있다.

경계면(S)의 위치에 복합재료를 배치하면, 바늘(110)은 상하 왕복 운동하여 복합재료를 관통할 수 있다. 이때, 섬유 공급부(300)는 섬유를 바늘(110)로부터 토출시킴으로써 복합재료를 스티칭 할 수 있다.

제어부는 롤러(310)의 구동 시 설정된 시간만큼만 섬유 공급 모터(320)를 작동시켜 섬유가 바늘(110)로부터 소정의 길이만큼 토출되도록 할 수 있다. 일 실시예에 따른 제어부는 바늘의 타단(110a)이 경계면(S)보다 하방, 예를 들어 바늘(110)의 하사점에 위치하는 경우, 설정된 시간만큼 섬유 공급 모터(320)를 작동시킬 수 있다. 이러한 제어부의 제어를 통해, 섬유는 바늘(110)로부터 단속적으로 토출될 수 있다. 이러한 방식으로, 섬유가 바늘(110)로부터 토출되는 동작은 바늘 조립체(100)의 상하 왕복 운동과 연동될 수 있다.

일 실시예에 따른 제어부는 바늘의 타단(110a)이 경계면(S)보다 하방에 위치하는 경우 섬유 공급 모터(320)를 작동시키므로, 바늘(110)이 복합재료를 관통한 것이 확실한 경우에만 섬유를 공급하여 스티칭 공정이 불완전하게 이뤄지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제어부는 설정된 시간만큼만 섬유 공급 모터(320)를 작동시키므로, 스티칭 시 복합재료를 관통하는 섬유의 길이를 적절히 조절하여 스티칭 공정에서 낭비되는 섬유를 최소화할 수 있다.

한편, 제어부는 후술할 섬유 절단부(400)가 섬유를 절단한 이후에, 바늘(110)로부터 토출된 섬유가 바늘(110)의 중공(111) 내부로 이동하도록 섬유 공급 모터(320)를 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 섬유 공급부(300)의 센서에서 바늘(110)로부터 토출된 섬유가 절단된 것이 감지되면, 제어부는 섬유 공급 모터(320)에 역회전 제어명령을 인가하여 남은 섬유를 바늘(110) 내부로 회수할 수 있다. 이러한 제어부 통해, 스티칭 장치(1000)는 섬유를 한번 절단한 후 복합재료의 다른 위치에 바늘(110)을 관통시키는 과정이 바늘(110)로부터 토출된 섬유에 의해 방해 받는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 스티칭 장치(1000)는 바늘(110)이 복합재료에 연속적인 삽입 혹은 스티칭되는 과정을 원활하게 할 수 있다.

이와 같이, 복합재료 스티칭 장치(1000)는 제어부를 통해 섬유 공급 시기, 섬유 공급 시간, 및 섬유 공급 방향을 제어함으로써, 복합재료를 보다 정확하고 효율적으로 스티칭 할 수 있다.

제어부는 회로기판, 집적회로칩, 하드웨어에 탑재된 일련의 컴퓨터 프로그램, 펌웨어, 소프트웨어 등의 다양한 모습으로 구현되어, 상기한 바와 같이 섬유 공급 모터(320)의 작동을 제어할 수 있다. 공압 공급부(800)는 바늘 조립체(100) 내부에 공압을 제공하여, 섬유 공급부(300)에 의해 바늘(110)로 공급되는 섬유를 바늘(110)의 중공(111)으로 유도할 수 있다.

공압 공급부(800)는 공기 펌프나 고압 가스용기를 포함하여 구성되거나, 스티칭 장치(1000)의 외부에 설치된 공기 펌프의 호스와 연결되는 등 다양한 형태로 구성되어 바늘 조립체(100) 내부, 예를 들어 바늘(110)의 중공(111) 혹은 바늘 고정부(120)의 통로(121)에 공압을 제공할 수 있다. 이러한 공압 공급부(800)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 바늘 조립체(100)의 상부에 설치되거나 스티칭 장치(1000)의 외부를 포함하여 다양한 위치에 구비될 수 있다.

복합재료 스티칭 장치(1000)는 공압 공급부(800)를 통해 위와 같이 공압을 제공함으로써, 섬유 공급부(300)에서 공급된 섬유가 바늘(110)의 중공(111)으로 더욱 용이하게 유입되도록 유도할 수 있다.

이하에서는 도 7을 참조하여 바늘(110) 및 바늘 고정부(120)를 설명한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 바늘(110) 및 바늘 고정부(120)의 측단면도이다.

바늘(110)의 중공(111)은 섬유가 유입되는 입구 측이 플레어 되어(flared) 단면적이 넓게 형성될 수 있다. 도 7은 참조하면, 바늘(110)의 상단부(도 7 기준)에 해당하는 중공(111)의 입구 측은 바늘(110)의 하단부(도 7 기준)에 해당하는 중공(111)의 출구 측보다 단면적이 넓게 형성될 수 있다. 도 7에서, 중공(111)의 입구 측은 깔때기 형상으로 도시되어 있으나, 이외에도 중공(111)은 입구 측이 출구 측보다 넓은 다양한 형태로 형성될 수 있다.

입구 측이 더 넓게 형성된 중공(111)은 섬유 공급부(300)를 통해 공급되는 섬유가 중공(111)의 중심을 벗어나게 공급되더라도, 섬유를 중공(111)의 중심으로 유도하고 바늘의 타단(110a)에 해당하는 중공(111)의 출구 측으로 용이하게 공급할 수 있다. 따라서, 바늘(110)은 복합재료를 관통한 상태에서 예정된 대로 섬유를 토출시켜 스티칭 공정을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따른 중공(111)은 입구 측은 단면의 직경이 줄어드는 원뿔대와 같은 형상으로 형성될 수 있다.

한편, 바늘(110) 및 바늘 고정부(120) 중 하나의 중공에는 탄성변형 가능한 신축부(112)가 설치될 수 있다. 신축부(112)는 고무나 실리콘과 같은 신축성 소재를 포함하여 가압되는 방향을 따라 형상이 탄성변형 될 수 있다. 이러한 신축부(112)는 바늘(110)의 특정 길이에 해당하는 부분, 예를 들어 바늘(110)의 중간(도 7 기준) 부분에 구성될 수 있다. 또한, 바늘(110)과 바디부(130)는 소정의 간격을 가지고 이격될 수 있는데, 다른 변형예에 따른 신축부(112)는 그러한 간격을 둘러싸는 바늘 고정부(120)의 통로(121) 일부분에 구성되는 등 다양한 방식으로 구성될 수 있다.

복합재료 스티칭 장치(1000)는 신축부(112)를 가압함으로써, 신축부(112)가 설치된 중공의 단면적을 감소시켜 섬유 및 섬유와 복합재료 사이의 결합력을 높이는 결합제 중 어느 하나 이상이 바늘(110)의 중공(111) 외부로 토출되는 것을 방지할 수 있다.

결합제는 레진과 같이 가열 또는 가압 등에 의해 경화되어 특정 물체들을 결합하는 물질로, 점성체나 액체 등 다양한 형태로 구비될 수 있다. 일 실시예에 따른 결합제는 스티칭 장치(1000) 내부에 저장되어 있다가, 복합재료에 스티칭 된 후 절단된 섬유에 바늘(110)을 통해 제공되어 해당 섬유를 복합재료와 견고하게 결합시킬 수 있다.

신축부(112)를 중공(111)의 중심 방향으로 가압하면, 신축부(112)가 설치된 중공(111) 또는 통로(121)의 단면적이 좁아져 섬유 및/또는 결합제는 바늘(110)에서 토출되는 방향으로 이동할 수 없게 된다. 이를 통해, 스티칭 장치(1000)는 섬유 및/또는 결합제가 부적절한 시기에 바늘(110)에서 토출되어 스티칭 공정이 불완전하게 이뤄지는 것을 방지할 수 있다. 여기서 부적절한 시기란, 예를 들어 바늘의 타단(110a)이 경계면(S) 위에서 하방 이동하는 경우일 수 있다. 이 시기는 바늘(110)이 아직 복합재료를 관통하기 전이므로, 섬유 및/또는 결합제가 먼저 토출되면 스티칭 공정상 불량이 발생할 수 있기 때문이다.

스티칭 장치(1000)는 바늘 조립체(100) 내부에서 왕복 운동하면서 신축부(112)와 접촉할 수 있는 조절나사와 같은 가압부재를 통해 신축부(112)를 가압할 수 있다.

다른 실시예로서, 스티칭 장치(1000)는 바늘 조립체(100) 및 공압 공급부(800)와 연결되며 공압 공급부(800)의 공압을 바늘(110)의 신축부(112)에 제공하는 공압밸브(미도시)를 더 포함하고, 공압밸브는 바늘 조립체(100)에 형성된 관통공(122)을 통해 신축부(112)로 공압을 제공할 수 있다. 관통공(122)은 바늘 고정부(120)의 통로(121)에서 바늘(110)의 신축부(112)와 인접한 부분으로부터 외부를 향해 연장되게 형성될 수 있다. 다만, 관통공(122)은 이와 같은 위치 및 형상에 한정되지 않고 다양한 방식으로 형성될 수 있다.

공압밸브는 공압 공급부(800)와, 신축부(112)에 인접한 바늘 고정부(120)의 통로(121)를 연통하여 공압 공급부(800)가 제공하는 공압의 일부를 신축부(112)로 제공할 수 있다. 이때, 공압밸브의 일단은 바늘 고정부(120)의 관통공(122)에 삽입되어 상기한 기능을 수행할 수 있다.

공압밸브가 도 7에 도시된 바와 같은 관통공(122)을 통해 바늘(110)의 신축부(112)를 가압하는 경우, 공압밸브가 바늘(110)의 신축부(112)로 제공하는 공압 P2는 공압 공급부(800)가 바늘(110)의 중공(111)으로 제공되는 공압 P1보다 압력이 높을 수 있다. 따라서, 공압 P2에 의해 신축부(112)는 중공(111)의 중심 방향으로 탄성변형 될 수 있다. 따라서 복합재료 스티칭 장치(1000)는 공압 공급부(800)와 공압밸브를 통해 신축부(112)를 가압함으로써, 공압의 조절만으로 섬유 및/또는 결합제가 바늘(110)에서 토출되는 방향으로 이동하는 것을 용이하게 방지할 수 있다.

섬유 절단부(400)는 바늘 조립체(100)의 상하 왕복 운동과 연동하여 바늘(110)로부터 토출된 섬유를 절단하는 섬유 절단부(400)를 더 포함할 수 있다. 이하에서는 도 8 및 도 9를 참조하여 섬유 절단부(400)에 관해 설명한다.

도 8은 도 1에 도시된 스티칭 장치(1000)에서 바늘 조립체(100), 섬유 절단부(400), 및 후술할 수평 이송부(700)만을 확대하여 도시한 도면이다. 또한, 도 9는 바늘의 타단(110a)이 복합재료(C)를 관통한 후 복합재료(C)로부터 상방 이격되는 경우, 섬유 절단부(400)가 작동하는 모습을 도시한 측면도이다. 도 9에서, 섬유 공급부(300)에 의해 바늘(110)로부터 토출된 섬유(F)는 복합재료(C)를 관통한 상태이다. 복합재료(C)는 후술할 수평 이송부(700)의 받침판(720) 위에 올려질 수 있다.

일 실시예에 따른 섬유 절단부(400)는 바늘 조립체(100)의 상하 왕복 운동과 연동하면서, 섬유가 바늘(110)에서 토출되어 복합재료를 관통하고 바늘은 복합재료에서 이격된 경우에 그 섬유를 절단할 수 있다. 이러한 섬유 절단부(400)는 섬유가 종래의 스티칭 공정과 같이 180도와 가깝게 휘어지는 것을 방지할 수 있다. 따라서 섬유는 본 실시예에 다른 복합재료 스티칭 장치(1000)에 의한 스티칭 공정에서 손상되지 않을 수 있다.

일 실시예에 따른 섬유 절단부(400)는 센서; 전자석(410); 및 슬라이드판(420);을 포함하여 바늘 조립체(100)의 하방에 설치될 수 있다. 일 실시예에 따른 섬유 절단부(400)는 그 하면이 받침판(720)과 접하도록 설치될 수 있다.

섬유 절단부(400)의 센서는 바늘 조립체(100)의 상하 왕복 운동에 따른 위치를 감지할 수 있다. 이러한 센서는 초음파, 레이저, 적외선 등 동작을 감지할 수 있는 수단을 이용하여 바늘(110), 바늘의 타단(110a), 또는 바늘 조립체(100)의 위치를 감지할 수 있다. 또한 센서는 덮개(20)의 내측이나 후술할 지지판(440) 등 다양한 위치에 설치될 수 있다. 이하에서, 섬유 절단부(400)의 센서는 바늘 조립체(100)가 왕복 운동하는 상하 방향을 기준으로 하여 바늘의 타단(110a)의 위치를 감지하는 것으로 가정한다.

전자석(410)은 상기한 센서에서 감지된 위치에 기초하여 전원에 의해 자기장을 생성할 수 있다. 예를 들어, 전자석(410)은 전류가 인가되면 인근에 자기장을 생성할 수 있는 솔레노이드 등으로 구성될 수 있다. 전자석(410)은 자기장을 생성함으로써, 후술할 슬라이드판(420)과 같은 절단을 위해 섬유와 접촉하는 수단을 움직이게 할 수 있다.

일 실시예에 따른 전자석(410)은 바늘의 타단(110a)이 그 이동 경로 상에 위치하는 경계면(S)을 관통한 후 경계면(S)으로부터 상방 이격되는 경우, 자기장을 생성할 수 있다. 여기서 경계면(S)의 위치는 도 9에 도시된 바와 같이, 지지판(440)의 상단부와 동일한 위치일 수 있다. 한편, 섬유 절단부(400)의 센서에서 감지된 위치에 기초한 전자석(410)의 작동은 섬유 공급부(300)의 제어부와 같은 구성에 의해 수행될 수 있다.

슬라이드판(420)은 전자석(410)과 연결되어 전자석(410)이 생성한 자기장에 의해 왕복 이동하며, 이동 중에 바늘(110)로부터 토출된 섬유를 절단하는 날이 형성될 수 있다.

일 실시예에 따른 슬라이드판(420)은 다양한 모양의 판 형태로 형성될 수 있으며, 일측에 관통구멍인 섬유 절단공(421)을 포함할 수 있다. 섬유 절단공(421)은 측면의 적어도 일부에 날카로운 날이 형성될 수 있다. 섬유 절단공(421)에 형성된 날을 통해, 슬라이드판(420)은 도 9에 도시된 바와 같이 바늘(110)에서 토출된 섬유(F)가 상기한 섬유 절단공(421) 및 복합재료(C)를 통과해 있는 상태에서 우측(R)으로 이동하여 상기 섬유(F)를 절단할 수 있다. 이때, 슬라이드판(420)은 연결부재(430)에 의해 전자석(410)과 연결되어 전자석(410)이 생성한 자기장에 의해 이동할 수 있다.

연결부재(430)는 전자석(410)이 생성하는 자기장에 의해 특정 방향을 따라 왕복 운동할 수 있다. 또한, 연결부재(430)는 슬라이드판(420)과 연결되어 전자석(410)에 의해 슬라이드판(420)과 함께 왕복 운동할 수 있다.

일 실시예에 따른 연결부재(430)는 막대 형태로 형성되어 일단부가 전자석(410)에 삽입되도록 설치될 수 있다. 또한, 연결부재(430)는 그 외주면의 일부가 스프링(431)으로 둘러싸일 수 있고, 스프링(431)은 연결부재(430)의 외주면 일측에 형성된 돌출부(432)와 전자석(410) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 연결부재(430)는 도 9에 도시된 바와 같이, 전자석(410)이 자기장을 생성하면 우측(R)으로 이동할 수 있다. 이때, 전자석(410)이 더 이상 자기장을 생성하지 않으면, 압축되어 있던 스프링(431)의 탄성복원력에 의해 연결부재(430)는 원래 위치로 돌아갈 수 있다. 슬라이드판(420)은 이러한 연결부재(430)와 연결되어 상기한 원리에 의해 왕복 운동하여 섬유(F)를 절단할 수 있다.

상기한 전자석(410) 및 슬라이드판(420)은 받침판(720) 위에 배치되어 스티칭 장치(1000)의 덮개(20)에 고정되는 지지판(440)에 의해 지지될 수 있다. 슬라이드판(420)은 지지판(440)에 대하여 이동할 수 있으며, 지지판(440)에는 슬라이드판(420)의 왕복 운동을 가이드하는 가이드레일이 형성될 수 있다.

복합재료 스티칭 장치(1000)는 도 10에 도시된 바와 같이, 바늘(110)이 복합재료(C)를 스티칭 하기 전에 복합재료(C)의 스티칭 위치(P)에 바늘(110)이 통과할 수 있는 스티칭 구멍(H)을 형성하도록 상하 왕복 운동하는 관통부재(500)를 더 포함할 수 있다. 여기서 스티칭 위치(P)는 복합재료(C) 상의 특정 지점으로, 복합재료(C)의 스티칭 공정을 위해 바늘(110)로 관통되는 하나 이상의 위치이다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 관통부재(500)가 복합재료(C)를 관통하고, 바늘 조립체(100)가 복합재료(C)로부터 상방 이격된 상태를 도시한 측면도이다.

관통부재(500)는 일단부에 송곳과 같이 첨예하고 견고한 구성을 포함하여 상하 왕복 운동하면서 복합재료(C)의 스티칭 위치(P)에 스티칭 구멍(H)을 형성할 수 있다. 이러한 스티칭 구멍(H)에는 스티칭 조작부(200)에 의해 상하 왕복 운동하는 바늘(110)이 통과할 수 있고, 전술한 섬유 공급부(300)의 작동으로 섬유는 스티칭 구멍(H)을 관통할 수 있다. 이러한 관통부재(500)는 경계면(S) 또는 받침판(720)을 기준으로 하방에 설치될 수 있으며, 이외에도 경계면(S)의 상방 등 다양한 위치에 설치될 수 있다.

관통부재(500)는 바늘(110)이 복합재료(C)를 스티칭 하기 전에, 다시 말해 바늘(110)이 복합재료(C)의 일 스티칭 위치(P)를 관통하기 전에 스티칭 구멍(H)을 형성하므로, 바늘(110)이 복합재료(C)를 관통하면서 받을 수 있는 응력을 줄일 수 있다. 이를 통해 복합재료 스티칭 장치(1000)는 스티칭 공정 중에 바늘(110)이 복합재료(C)를 관통하면서 마모되거나 손상되는 것을 방지할 수 있다.

일 실시예에 따른 관통부재(500)는 도 2 및 후술할 도 11에 도시된 바와 같이, 관통 조작부(900)에 의해 상하 왕복 운동시킬 수 있다. 관통 조작부(900)는 스티칭 조작부(200)의 스티칭 조작 모터(210), 링크(220), 및 수직이송레일(230)과 동일한 구성을 포함하여 관통부재(500)에 연결될 수 있다. 관통 조작부(900)가 관통부재(500)를 상하 왕복 운동시키는 원리는 스티칭 조작부(200)에서 설명한 것과 동일하므로 생략한다.

한편, 관통부재(500)는 바늘(110)의 이동 경로 상에 위치하는 경계면(S) 의 하방에 설치되며, 바늘 조립체(100)와 함께 상하 왕복 운동할 수 있다. 예를 들어, 관통부재(500)는 바늘 조립체(100)와 동일한 주기와 위상을 가지고 함께 상하 왕복 운동할 수 있다. 즉, 관통부재(500)는 동일한 시간에 바늘 조립체(100)의 이동 방향과 동일하게 이동할 수 있다. 이러한 관통부재(500)는 바늘(110)과 충돌할 염려 없이 복합재료(C)에 스티칭 구멍(H)을 형성할 수 있다.

본 실시예에 따른 스티칭 장치(1000)는 관통부재(500)가 복합재료(C) 상에 스티칭 구멍(H)을 형성하고 바늘(110)이 스티칭 구멍(H)을 통과하는 과정을 자동화하여 복합재료(C)의 스티칭 공정 속도를 향상시킬 수 있다. 다만, 다른 변형예에서 관통부재(500)는 다양한 방식을 통해 바늘(110)과 순차적으로 복합재료(C)를 관통하도록 상하 왕복 운동할 수 있다.

바늘(110)과 관통부재(500)의 순차적인 복합재료(C) 관통 동작을 원활하게 수행시키기 위해, 복합재료 스티칭 장치(1000)는 바늘 조립체(100) 및 관통부재(500)의 상하 왕복 운동을 기계적으로 결합하는 연동부(600)를 더 포함할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 연동부(600)가 바늘 조립체(100) 및 관통부재(500)와 연결된 모습을 도시한 측면도이다.

연동부(600)는 바늘 조립체(100) 및 관통부재(500) 중 어느 하나에 상하 왕복 운동을 위한 동력을 제공하는 구동수단과 연결되며, 상기 구동수단에 의해 회전하는 제1축(610); 제1축(610)에 설치되어 제1축(610)과 함께 회전하는 제1휠(611); 바늘 조립체(100) 및 관통부재(500) 중 다른 하나와 연결되는 제2축(620); 제2축(620)에 설치되며, 제1휠(611)의 회전에 의해 제2축(620)과 함께 회전하는 제2휠(621);을 포함할 수 있다. 이러한 연동부(600)는 제2축(620)의 회전을 통해 바늘 조립체(100) 및 관통부재(500) 중 다른 하나를 상하 왕복 운동시킬 수 있다.

이하의 설명에서 제1축(610)에 연결되는 구동수단은 스티칭 조작부(200)의 스티칭 조작 모터(210)이고, 제1축(610)은 바늘 조립체(100)와, 제2축(620)은 관통부재(500)와 연결되는 것으로 가정한다. 다만 연동부(600)의 결합관계가 이에 한정되는 것은 아니다.

도 11을 참조하면, 제1축(610)은 스티칭 조작 모터(210) 및 링크(220)와 연결되어 회전하면서 1회전 할 때마다 바늘 조립체(100)를 1회 상하 왕복 운동시킬 수 있다. 제2축(620)은 관통부재(500)의 하방에 설치된 관통 조작부(900)와 연결되어 회전하며, 1회전 할 때마다 관통 조작부(900)를 통해 관통부재(500)를 1회상하 왕복 운동시킬 수 있다.

제1휠(611)은 제1축(610)의 우측(도 11 기준)에, 제2휠(621)은 제2축(620)의 우측(도 11 기준)에 설치될 수 있다. 제1휠(611)은 제1축(610)에 고정되어 제1축(610)과 함께 회전할 수 있고, 제2휠(621)은 제2축(620)에 고정되어 제2축(620)과 함께 회전할 수 있다. 제1휠(611)은 제2휠(621)과 연동벨트(640)를 통해 연결되어 제1휠(611)의 회전력을 제2휠(621)에 전달할 수 있다. 연동벨트(640)는 제1휠(611) 및 제2휠(621)이 서로 이격되어 위치하는 경우에도 이들을 연결하여 제1휠(611)의 회전력을 제2휠(621)에 전달할 수 있다. 다만, 제1휠(611)과 제2휠(621)은 테두리에 톱니가 형성되어 다른 기어를 사이에 두고 연결되는 등 다양한 방식으로 연결될 수 있다.

이러한 연동부(600)를 통해 복합재료 스티칭 장치(1000)는 한 개의 구동수단으로 바늘 조립체(100)와 관통부재(500)를 상하 왕복 운동시킬 수 있다. 또한, 연동부(600)는 바늘 조립체(100) 및 관통부재(500)의 상하 왕복 운동을 기계적으로 결합하므로, 바늘(110)과 관통부재(500)가 복합재료를 순차적으로 관통하는 과정에서 순서가 어긋나는 등의 오류가 발생할 가능성을 줄일 수 있다.

한편, 복합재료 스티칭 장치(1000)는 바늘 조립체(100)의 상하 왕복 운동과 연동하여 연동부(600)에 의해 복합재료를 스티칭 간격만큼 횡으로 이동시키는 수평 이송부(700)를 더 포함할 수 있다. 여기서 스티칭 간격은 복합재료 상에서 바늘(110)이 관통할 복수개의 위치, 예를 들어 스티칭 위치(P) 간의 간격을 의미할 수 있다. 또한, 복합재료가 횡으로 이동한다는 것은 바늘 조립체(100) 및 관통부재(500)의 상하 왕복 운동 방향과는 다른 방향, 예를 들어 수직한 방향으로 이동함을 의미할 수 있다.

일 실시예에 따른 수평 이송부(700)는 회전함에 따라 복합재료를 이동시키는 이송휠(710); 바늘 조립체(100)의 하방에 설치되어 스티칭 공정 중에 복합재료가 놓일 수 있는 받침판(720); 바늘 조립체(100)로부터 하방 이격된 위치에서 받침판(720)을 고정하는 고정판(730)을 포함할 수 있다.

도 1 및 도 8을 참조하면, 이송휠(710)은 복수개로 구비되어 고정판(730)의 상단에 회전 가능하게 연결될 수 있고, 받침판(720)에는 이송휠(710)의 상단부가 관통할 수 있는 개구부가 형성될 수 있다. 이와 같이 구성된 수평 이송부(700)에 올려진 복합재료는 이송휠(710)과 접촉하여 이송휠(710)의 회전에 의해 횡으로 이동할 수 있다. 또한, 이송휠(710)은 복수개로 구비될 수 있고, 복수개의 이송휠(710) 중 적어도 일부와 접촉하여 함께 회전하는 이송벨트(711)를 포함할 수 있다. 다만, 이송휠(710), 받침판(720), 및 고정판(730)의 형상 및 배치는 이에 한정되지 않는다.

일 실시예에 따른 수평 이송부(700)는 바늘 조립체(100) 및/또는 관통부재(500)가 복합재료를 관통하지 않은 상태에서 관통부재(500)가 상방 이동하는 경우, 복합재료를 횡으로 이동시킬 수 있다. 따라서, 관통부재(500)는 1회 왕복 운동할 때마다 복합재료의 다른 스티칭 위치(P)를 관통하여 또 하나의 스티칭 구멍(H)을 형성할 수 있다. 또한, 수평 이송부(700) 바늘 조립체(100) 및/또는 관통부재(500)에 의해 복합재료의 이동이 방해 받지 않을 수 있다.

한편, 연동부(600)는 바늘 조립체(100) 및 관통부재(500)의 상하 왕복 운동과 수평 이송부(700)의 작동을 기계적으로 결합할 수 있다. 이를 위해 연동부(600)는 테두리의 일부에만 톱니가 형성되어 제1축(610) 및 제2축(620) 중 어느 하나에 설치되며, 1회전 할 때마다 이송휠(710)을 소정의 각도만큼 회전시키는 연동기어(622)를 더 포함할 수 있다.

연동기어(622)는 제1축(610) 또는 제2축(620)에 고정되도록 설치되어 제1축(610) 또는 제2축(620)과 함께 회전할 수 있다. 도 11에서, 연동기어(622)는 제2휠(621)의 우측(도 11 기준)에서 제2축(620)에 고정된 것으로 도시되어 있다.

또한, 연동기어(622)는 회전함에 따라 이송휠(710)을 회전시킬 수 있도록 이송휠(710)과 기계적으로 연결될 수 있다. 연동기어(622)가 모든 테두리에 톱니가 형성된 일반적인 기어를 통해 이송휠(710)과 연결되는 경우, 연동기어(622)는 1회전 할 때마다 이송휠(710)을 360도 이하의 소정 각도만큼 회전시킬 수 있다. 이를 통해 연동기어(622)는 수평 이송부(700)가 특정 시기에만 복합재료를 횡으로 이동시키도록 할 수 있다.

이를 위해, 일 실시예에 따른 연동부(600)는 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 회전함에 따라 이송휠(710)을 회전시키는 제3축(630); 및 제3축(630)에 설치되며, 연동기어(622)의 회전에 의해 제3축(630)과 함께 회전하는 제3휠(631)을 더 포함할 수 있다. 도 12는 도 11에 도시된 연동부(600)의 하부 구성과, 받침판(720)이 생략된 수평 이송부(700)를 우측에서 바라본 측면도이다.

제3축(630)은 제2축(620)보다 하방에 설치되어 이송휠(710)과 회전 가능하게 연결될 수 있다. 일 실시예에 따른 제3축(630)은 이송휠(710)과 벨트(B)를 통해 연결되어, 제3축(630)의 회전력을 이송휠(710)에 전달할 수 있다.

일 실시예에 따른 제3휠(631)은 모든 테두리에 톱니가 형성된 기어의 형태를 가지고 제3축(630)의 우측(도 11 기준)에 설치될 수 있다. 이때, 제3휠(631)은 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 제3휠(631)의 톱니가 연동기어(622)의 톱니와 맞물릴 수 있는 위치에 설치될 수 있다. 따라서, 제3휠(631)은 연동기어(622)가 제2축(620)과 함께 1회전 할 때마다 연동기어(622)의 톱니에 의해 소정의 각도만큼 회전할 수 있다. 제3휠(631)이 회전하면, 제3축(630)은 해당 각도만큼 회전하게 되고, 제3축(630)과 연결된 이송휠(710)도 그와 상응하는 각도로 회전할 수 있다. 결국, 이러한 이송휠(710)의 회전에 의해 복합재료는 소정의 거리만큼, 예를 들어 스티칭 간격만큼 이동할 수 있다.

연동부(600)는 전술한 바와 같이 바늘 조립체(100) 및 관통부재(500)의 상하 왕복 운동과 수평 이송부(700)의 작동 과정에서 순서가 어긋나는 등의 오류가 발생할 가능성을 줄일 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 스티칭 장치(1000)는 연동기어(622)의 톱니가 제3휠(631)과 맞물리는 시기를 조절하여, 이송휠(710)이 회전하는 시기를 적절하게 설정할 수 있다. 예를 들어, 이송휠(710)은 연동부(600)에 의해 바늘 조립체(100) 및/또는 관통부재(500)가 복합재료를 관통하지 않은 시기에 회전하여 복합재료를 횡으로 이동시킬 수 있다. 연동기어(622)의 톱니와 제3휠(631)이 맞물리는 시기는 연동기어(622)를 제2축(620)에 고정하는 과정에서 톱니가 형성된 부분을 조정함으로써 조절할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 스티칭 장치(1000)는 벨트(B), 연동벨트(640), 및 이송벨트(711) 중 적어도 어느 하나와 인접한 위치에 텐셔너(tensioner)를 구비하여 각 벨트의 장력을 유지할 수 있다.

이와 같이, 복합재료 스티칭 장치(1000)는 복합재료의 z-방향으로 바늘(110) 및 섬유를 관통시켜 스티칭하므로, 복합재료는 보다 강화된 z-방향 강도를 가질 수 있다.

이상에서 설명된 실시예들은 본 기술 사상의 일부 예를 설명한 것에 불과하고, 본 기술 사상의 범위는 설명된 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 이 분야의 통상의 기술자에 의하여 본 기술 사상의 범위 내에서의 다양한 변경, 변형 또는 치환이 있을 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예에서 함께 설명된 구성들 내지는 특징들은 서로 분산되어 실시될 수 있고, 서로 다른 실시예 각각에서 설명된 구성들 내지는 특징들은 서로 결합된 형태로 실시될 수 있다. 마찬가지로, 각 청구항에 기재된 구성들 내지는 특징들도 서로 분산되어 실시되거나 결합되어 실시될 수 있다. 그리고 위와 같은 실시는 모두 본 기술 사상의 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

1000: 복합재료 스티칭 장치 10: 베이스
20: 덮개 100: 바늘 조립체
110: 바늘 111: 중공
223: 신축부 120: 바늘 고정부
130: 바디부 200: 스티칭 조작부
210: 스티칭 조작 모터 220: 링크
230: 수직이송레일 300: 섬유 공급부
310: 롤러 320: 섬유 공급 모터
400: 섬유 절단부 410: 전자석
420: 슬라이드판 421: 섬유 절단공
500: 관통부재 600: 연동부
610: 제1축 611: 제1휠
620: 제2축 621: 제2휠
622: 연동기어 630: 제3축
631: 제3휠 640: 연동벨트
700: 수평 이송부 710: 이송휠
711: 이송벨트 720: 받침판
730: 고정판 800: 공압 공급부
S: 경계면 C: 복합재료
F: 섬유 P: 스티칭 위치
H: 스티칭 구멍 B: 벨트

Claims (15)

1. 섬유를 일단으로 공급받아 타단으로 토출하도록 내부에 중공이 형성되어 복합재료를 스티칭 하는 바늘을 포함하는 바늘 조립체;
   상기 바늘 조립체와 연결되며, 상기 바늘이 복합재료를 스티칭 할 수 있도록 상기 바늘 조립체를 상하 왕복 운동시키는 스티칭 조작부;
   상기 섬유와 접촉하여 마찰력에 의해 상기 섬유를 상기 바늘 조립체의 상하 왕복 운동과 연동하여 단속적으로 상기 바늘에 공급하는 섬유 공급부;
   상기 바늘 조립체 내부에 공압을 제공하여, 상기 섬유 공급부에 의해 상기 바늘로 공급되는 상기 섬유를 상기 바늘의 중공으로 유도하는 공압 공급부; 및
   상기 바늘 조립체의 상하 왕복 운동과 연동하여 상기 바늘로부터 토출된 섬유를 절단하는 섬유 절단부를 포함하고,
   상기 섬유 공급부는,
   상기 섬유에 접촉하여 회전함으로써 상기 섬유를 상기 바늘로 공급하는 롤러;
   상기 롤러를 구동하기 위한 동력을 제공하는 섬유 공급 모터;
   상기 바늘 조립체의 상하 왕복운동에 따른 위치를 감지하는 센서; 및
   상기 센서에서 감지된 위치에 기초하여 상기 섬유 공급 모터를 작동시켜 상기 롤러를 구동하는 제어부를 포함하는, 복합재료 스티칭 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 바늘 조립체는,
   상기 섬유 공급부가 내설되는 공간을 형성하는 바디부; 및
   상기 바디부의 공간과 상기 바늘의 중공을 연통하도록 상기 바디부에 연결되어 상기 바늘을 고정하는 바늘 고정부;를 더 포함하는, 복합재료 스티칭 장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 롤러의 구동 시 설정된 시간만큼만 상기 섬유 공급 모터를 작동시켜 상기 섬유가 상기 바늘로부터 소정의 길이만큼 토출되도록 하는, 복합재료 스티칭 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 섬유 절단부가 섬유를 절단한 이후에, 상기 바늘로부터 토출된 섬유가 상기 바늘의 중공 내부로 이동하도록 상기 섬유 공급 모터를 작동시키는, 복합재료 스티칭 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 바늘의 중공은,
   상기 섬유가 유입되는 입구 측이 플레어 되어(flared) 단면적이 넓게 형성되는, 복합재료 스티칭 장치.
7. 제2항에 있어서,
   상기 바늘 및 상기 바늘 고정부 중 어느 하나의 중공에는 탄성변형 가능한 신축부가 설치되며, 상기 신축부를 가압함으로써, 상기 신축부가 설치된 중공의 단면적을 감소시켜 상기 섬유 및 상기 섬유와 복합재료 사이의 결합력을 높이는 결합제 중 어느 하나 이상이 상기 바늘의 중공 외부로 토출되는 것을 방지하는, 복합재료 스티칭 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 바늘 조립체 및 상기 공압 공급부와 연결되어 상기 공압 공급부의 공압을 상기 신축부에 제공하는 공압밸브를 더 포함하고,
   상기 공압밸브는 상기 바늘 조립체에 형성된 관통공을 통해 상기 신축부로 공압을 제공하며,
   상기 공압밸브가 상기 바늘의 신축부로 제공하는 공압은 상기 공압 공급부가 상기 바늘의 중공으로 제공하는 공압보다 압력이 높은, 복합재료 스티칭 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 섬유 절단부는,
   상기 바늘 조립체의 상하 왕복 운동에 따른 위치를 감지하는 센서;
   상기 센서에서 감지된 위치에 기초하여 전원에 의해 자기장을 생성할 수 있는 전자석; 및
   상기 전자석과 연결되어 상기 전자석이 생성한 자기장에 의해 왕복 이동하며, 이동 중에 상기 바늘로부터 토출된 섬유를 절단하는 날이 형성되어 있는 슬라이드판;
   을 포함하여 상기 바늘 조립체의 하방에 설치되는, 복합재료 스티칭 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 바늘이 복합재료를 스티칭 하기 전에 복합재료의 스티칭 위치에 상기 바늘이 통과할 수 있는 스티칭 구멍을 형성하도록 상하 왕복 운동하는 관통부재를 더 포함하는, 복합재료 스티칭 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 관통부재는,
    상기 바늘의 이동 경로 상에 위치하는 경계면의 하방에 설치되며, 상기 바늘 조립체와 함께 상하 왕복 운동하는, 복합재료 스티칭 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 바늘 조립체 및 상기 관통부재의 상하 왕복 운동을 기계적으로 결합하는 연동부를 더 포함하며,
    상기 연동부는,
    상기 바늘 조립체 및 상기 관통부재 중 어느 하나에 상하 왕복 운동을 위한 동력을 제공하는 구동수단과 연결되며, 상기 구동수단에 의해 회전하는 제1축;
    상기 제1축에 설치되어 상기 제1축과 함께 회전하는 제1휠;
    상기 바늘 조립체 및 상기 관통부재 중 다른 하나와 연결되는 제2축;
    상기 제2축에 설치되며, 상기 제1휠의 회전에 의해 상기 제2축과 함께 회전하는 제2휠;을 포함하고,
    상기 제2축의 회전을 통해 상기 바늘 조립체 및 상기 관통부재 중 다른 하나를 상하 왕복 운동시키는, 복합재료 스티칭 장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 바늘 조립체의 상하 왕복 운동과 연동하여 상기 연동부에 의해 복합재료를 스티칭 간격만큼 횡으로 이동시키는 수평 이송부를 더 포함하는, 복합재료 스티칭 장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 수평 이송부는 회전함에 따라 복합재료를 횡으로 이동시키는 이송휠을 포함하고,
    상기 연동부는,
    테두리의 일부에만 톱니가 형성되어 상기 제1축 및 상기 제2축 중 어느 하나에 설치되며, 1회전 할 때마다 상기 이송휠을 소정의 각도만큼 회전시키는 연동기어를 더 포함하는, 복합재료 스티칭 장치.
15. 제1항에 있어서,
    상기 스티칭 조작부는,
    스티칭 조작 모터;
    상기 스티칭 조작 모터의 회전에 의해 상기 바늘 조립체를 상하 왕복 운동시키도록 상기 스티칭 조작 모터와 상기 바늘 조립체를 연결하는 링크; 및
    상기 바늘 조립체와 연결되어 상기 바늘 조립체의 수직이송을 안내하는 수직이송레일;
    을 포함하는, 복합재료 스티칭 장치.

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