KR101998752B1

KR101998752B1 - 탄소 발열사 제조장치 및 제조방법

Info

Publication number: KR101998752B1
Application number: KR1020180002779A
Authority: KR
Inventors: 최미근; 임유빈
Original assignee: 대환 주식회사
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2019-10-01
Also published as: KR20190084706A

Abstract

본 발명의 탄소 발열사 제조장치는 복수의 절연사들을 각각 공급하는 공급부와, 함침조 내의 탄소용액 속에서 각각 개별적으로 코팅된 복수의 절연사들을 합사하여 단일의 탄소 발열사로 인출하는 연사기와, 연사기로부터 인출된 탄소 발열사를 건조시키는 건조기와, 건조기를 통해 건조된 탄소 발열사를 인출하여 권취하는 권사기를 구비한다. 따라서 탄소용액 속에서 여러 가닥의 절연사들을 개별적으로 코팅한 후에 합사하므로 합사된 탄소 발열사는 고속으로 인출되면서도 중심까지 충분히 탄소용액이 함침되게 된다.

Description

탄소 발열사 제조장치 및 제조방법{Apparatus and Method of Manufacturing Carbon Heating Fiber }

본 발명은 탄소 발열사 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 절연사를 탄소용액 속에서 꼬아서 단일의 탄소 발열사를 형성함으로써 탄소 발열사의 선저항특성을 개선시킬 수 있는 탄소 발열사 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

탄소 발열사를 발열체로 사용하는 면상발열체가 널리 사용되고 있다. 탄소 발열사는 원적외선 방사율이 매우 우수하기 때문에 복사열에 의한 가열이 가능하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있으며 부가적으로 원적외선의 여러 가지 유용한 효과를 이용할 수 있는 장점이 있다.

탄소 발열사는 절연사에 탄소액을 딥핑하는 방법이 사용되고 있다. 탄소액 딥핑 공정 이후에는 건조공정이 수행된다. 건조공정은 절연사에 코팅된 탄소 코팅층의 형성과정에서 매우 중요하다. 탄소액에서 수분이 증발되고 남은 건조된 탄소 코팅층의 두께는 탄소 발열사의 전기적 특성, 즉 저항특성을 좌우한다.

탄소 발열사는 제조과정에서 탄소용액 딥핑공정과 건조공정이 요구되므로 이동속도를 분당 1m ~ 5m 정도로 제어한다. 그러므로 등록특허 제10-0725189호 및 등록실용신안 제20-0457918호에 개시된 바와 같이 생산량을 늘리기 위해서는 수십 가닥의 탄소 발열사를 병렬로 이동시키면서 딥핑공정과 건조공정을 수행한다. 액상탄소가 흡착된 상태의 일반 섬유사는 흡착상태가 균일하지 않고, 함유된 양도 정확하지 않기 때문에 발열특성이 균일하지 않고, 저항치가 가변적이 될 수밖에 없기 때문에 발열체로서 사용하기에는 부적합하게 된다. 따라서 함유량을 정확히 유지하고, 흡착이 균일하게 이루어지도록 제어하는 것이 가장 중요하다.

본 발명자는 탄소 발열사의 저항특성을 개선하기 위하여 등록특허 제10-1545151호에서 절연사의 내부까지 탄소용액이 잘 스며들도록 하는 이중 트리밍 기술을 소개한 바 있다.

탄소 발열사를 탄소용액 속에서 함침하는 과정에서 생산성을 높이기 위하여 사속을 고속으로 할 경우 탄소용액이 절연사 중심으로 함침되지 못하고 표면에만 코팅된다. 표면에만 코팅된 경우에는 건조 및 권사 의 후처리 공정에서 표면 코팅층이 장력이나 가이드 롤러 등에 의해 마찰되거나 눌러져서 형상이 찌그러지거나 밀리게 되면 균일한 두께 형성이 곤란하다. 탄소 코팅층의 두께가 일정하지 않을 경우 저항특성이 불균일하게 되는 주원인으로 지적되고 있다.

등록특허 10-0725189, 10-1545151 등록실용신안 20-0457918

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 복수의 절연사들을 개별적으로 탄소 코팅한 탄소 코팅된 복수의 절연사들을 탄소 용액 속에서 꼬아서 단일 꼬임사로 인출함으로써 저항특성을 개선할 수 있는 탄소 발열사 제조장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 사속을 고속으로 하면서도 탄소 발열사의 중심 까지 탄소용액이 충분히 함침될 수 있는 탄소 발열사 제조장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 제조시 생산성을 향상시킬 수 있는 탄소 발열사 제조장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 장비의 유지 보수가 용이한 탄소 발열사 제조장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 탄소 발열사 제조장치는 복수의 절연사들을 각각 공급하는 공급부와, 함침조 내의 탄소용액 속에서 각각 개별적으로 코팅된 복수의 절연사들을 합사하여 단일의 탄소 발열사로 인출하는 연사기와, 연사기로부터 인출된 탄소 발열사를 건조시키는 건조기와, 건조기를 통해 건조된 탄소 발열사를 인출하여 권취하는 권사기를 구비한다. 따라서 탄소용액 속에서 여러 가닥의 절연사들을 개별적으로 코팅한 후에 합사하므로 합사된 탄소 발열사는 고속으로 인출되면서도 중심까지 충분히 탄소용액이 함침되게 된다.

본 발명에서 연사기는 하우징과, 하우징 내에 설치되고 탄소 코팅액이 수용된 함침조와, 함침조의 탄소 코팅액 내부에 위치하여 복수의 절연사들을 단일의 탄소 발열사로 합사하는 합사부와, 함침조의 외부로 인출된 탄소 발열사의 표면에 코팅된 두께를 일정하게 제어하는 트리밍부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 합사부는 탄소용액 내에서 회전하는 회전체와, 회전체의 축상에 형성되고, 복수의 절연사들이 입사되는 입사링과, 회전체의 축상에 형성되고 합사된 단일의 상기 탄소 발열사가 출사되는 출사링과, 입사링과 출사링 사이의 회전체 바디 상에 형성되고, 회전체의 축선을 중심으로 일정 거리 이격되어 서로 마주보는 위치에 각각 형성된 제1 및 제2 가이드 봉들과, 회전체의 출사링의 외주면에 설치되어 회전력을 전달받은 피동기어를 구비한다.

따라서 입사링를 통해 입사된 복수의 절연사들이 제1가이드 봉을 거쳐서 제2가이드 봉으로 감겨진 다음에 출사링를 통해 인출되면서 단일사로 꼬아지게 된다.

본 발명에서 회전체 바디에는 탄소용액이 통과되는 통공이 형성되는 것이 바림직하다.

본 발명에서 함침조 개구부 상부에 위치하여 상하로 이동 가능하기 하우징에 형성되는 가동부를 더 구비할 수 있다. 가동부의 하단부에 헤드 프레임이 설치된다. 헤드 프레임의 저면에는 합사부가 고정되고, 헤드 프레임의 저면에서부터 상면에 걸쳐서 트리밍부가 회전 가능하게 설치되고, 헤드 프레임의 상면에는 구동모터가 설치되고, 합사부의 회전체의 피동기어는 구동모터의 회전축에 고정된 구동기어에 치합되어 회전력을 전달받는다.

본 발명에서 트리밍부는 탄소발열사가 통과하는 노즐공이 형성된 회전노즐로 구성되고, 회전노즐은 구동모터의 구동기어에 치합되는 피동기어를 가진다.

본 발명에서 회전체의 피동기어와 구동모터의 구동기어 사이에 전달기어가 포함될 수 있다. 여기서 전달기어와 피동기어의 치합구조는 베벨기어방식일 수 있다.

본 발명에서 가동부는 공압, 유압 또는 서보모터 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

본 발명에서 헤드 프레임의 저면에는 회전체의 입사링 전방에 위치하여 입사되는 절연사를 수직방향에서 수평방향으로 90도 방향전환을 가이드하기 위한 전방 가이드 봉과 회전체의 출사링 후방에 위치하여 출사되는 탄소 발열사를 수평방향에서 수직방향으로 90도 방향전환을 가이드 하기 위한 후방 가이드 봉이 각각 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 구조는 함침조에 합사부를 담그는 동작을 용이하게 한다.

본 발명에서 헤드 프레임의 상면 전방에는 전방 가이드봉의 상방에 위치하여 공급부로부터 공급되는 복수의 절연사들을 전방 가이드 봉에 안내하기 위한 상부 가이드 봉이 설치되고, 헤드 프레임의 상면 후방에는 트리밍부의 상방에 위치하여 탄소 발열사를 일정한 장력으로 인출하기 위한 인출모터가 설치될 수 있다.

본 발명에서 권사기는 건조기를 통과한 건조된 탄소 발열사를 타래식으로 느슨하게 권취하는 것이 좋다. 이러한 방식은 탄소 발열사의 표면에 코팅된 탄소층이 권사과정에서 장력에 의해 형태가 일그러지는 것을 방지할 수 있다. 따라서 탄소 발열사의 표면 코팅 두께를 균일하게 유지하는 데 도움을 준다.

본 발명의 다른 실시예인 탄소 발열사 제조장치는 복수의 절연사들을 각각 공급하는 공급부와, 탄소용액을 수용하는 함침조와, 함침조 상부에 설치되어 상하로 이동되고 하부종단에 설치된 합사부가 함침조 내의 탄소용액 속에서 담겨진 상태에서 개별적으로 코팅된 복수의 절연사들을 합사하여 단일의 탄소 발열사로 인출하는 연사기와, 연사기로부터 인출된 탄소 발열사를 건조시키는 건조기와, 건조기를 통해 건조된 탄소 발열사를 인출하여 타래식으로 권취하는 권사기를 구비할 수 있다.

본 발명의 복수의 절연사들을 합사하여 단일의 탄소 발열사를 제조하는 탄소 발열사 제조방법은 복수의 절연사들을 연사기, 건조기 및 권사기에 세팅하는 단계; 연사기의 합사부를 하강시켜서 함침조의 탄소용액 속으로 담구는 단계; 구동모터를 구동시켜서 탄소용액 속에 위치한 합사부의 회전체를 회전시켜서 복수의 절연사들 단일의 탄소 발열사로 합사하는 단계; 인출모터를 구동시켜서 상기 합사된 탄소 발열사를 인출하는 단계; 함침조로부터 인출된 탄소 발열사의 표면에 코팅된 탄소용액을 일정한 두께로 트리밍하는 단계; 트리밍된 탄소 발열사를 건조하는 단계; 및 건조된 탄소 발열사를 권취하는 단계를 구비한다. 여기서 권취단계는 건조기를 통과한 건조된 탄소 발열사를 타래식으로 느슨하게 권취하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의하면 개별적으로 탄소 코팅된 복수의 절연사들을 탄소 용액 속에서 꼬아서 단일사로 형성함으로써 고속으로 인출되면서도 탄소 발열사의 중심까지 충분히 코팅이 이루어질 뿐만 아니라 탄소용액의 코팅 두께를 균일하게 유지할 수 있으므로 발열사의 저항특성 및 생산성을 개선시킬 수 있다. 또한 절연사를 꼬임사 형성기에 세팅할 때 작업성이 편리하고 유지보수가 용이하다.

다만, 본 발명의 효과는 상기에서 언급된 효과로 제한되는 것은 아니며, 상기에서 언급되지 않은 다른 효과들은 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 탄소 발열사 제조장치의 바람직한 일실시예의 개략도.
도 2는 도 1의 연사기의 헤드부를 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 2의 합사부를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 의한 탄소 발열사의 제조방법을 설명하기 위한 공정 흐름도.
도 5는 종래의 탄소 발열사의 단면 구조를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명에 의한 탄소 발열사의 단면 구조를 설명하기 위한 도면.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시(說示)된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 의한 탄소 발열사 제조장치의 바람직한 일실시예의 개략도이고, 도 2는 도 1의 연사기의 헤드부를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 2의 합사부를 설명하기 위한 도면이다.

도면을 참조하면 본 발명의 탄소 발열사 제조장치(10)는 크게 공급부(100), 연사기(200), 건조기(300) 및 권사기(400)를 포함한다.

공급부(100)는 복수의 절연사들(20)(22, 24, 26)을 각각 공급하기 위한 복수의 절연사 보빈들이 설치된다. 각각의 절연사(22, 24, 26)는 단일 필라멘트 사인 단사로 구성되거나 여러 가닥의 필라멘트사들을 꼬아서 만든 합사일 수 있다. 절연사(22, 24, 26)는 탄소 발열사의 고강도를 유지할 수 있는 섬유사로 제한없이 사용될 수 있으며, 예로서는 면이나 마 등의 천연 섬유사, 나일론, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 등의 합성 섬유사, 레이온, 아세테이트 등의 재생섬유나 반합성 섬유사, 유리섬유나 바잘트 섬유 등의 광물질 섬유사 등을 사용할 수 있다. 특히 절연사(20)는 내열 및 난연성이고 인장강도가 좋은 합성섬유, 예컨대 아라미드 섬유사를 사용하는 것이 좋다.

연사기(200)는 함침조 내의 탄소용액 속에서 각각 개별적으로 코팅된 복수의 절연사들(22, 24, 26)을 합사하여 단일의 탄소 발열사(30)로 고속으로 인출한다. 연사기의 구체적인 설명은 후술한다.

건조기(300)는 탄소용액 속에서 합사된 탄소 발열사를 소정 건조조건에서 건조한다. 건조조건은 인출 사속에 따라 적합한 조건으로 세팅될 것이다. 건조기는 수직 또는 수평 건조로를 포함할 수 있다.

권사기(400)는 건조기(300)를 통해 건조된 탄소 발열사(30)를 인출하여 권취한다. 권사방식은 타래방식으로 하는 것이 바람직하다. 타래방식은 0자형 또는 8자형으로 느슨하게 쌓는 방식으로 한다. 이러한 타래 방식의 권사는 탄소 발열사가 권취되는 과정에서 장력에 의해 표면의 탄소코팅층이 찌그러지거나 손상되는 것을 방지할 수 있다.

연사기(200)는 하우징(210)과 하우징(210) 내에 설치되고 탄소 코팅액이 수용된 함침조(220)와, 함침조(220)의 탄소 코팅액 내부에 위치하여 복수의 절연사들(22, 24, 26)을 단일의 탄소 발열사(30)로 합사하는 합사부(230)와 함침조(220)의 외부로 인출된 탄소 발열사(30)의 표면에 코팅된 두께를 일정하게 제어하는 트리밍부(240)를 포함한다.

하우징(210)은 기대(212, 214)) 사이에 설치된 상부 가로대(216)로부터 하방으로 연장된 가동부(218)를 포함한다. 가동부(218)의 하단에 헤드부(219)가 설치된다. 따라서 헤드부(219)는 가동부(218)에 의해 상하로 이동된다. 헤드부(219)는 가동부(218)에 의해 하강되어 함침조(220) 내의 탄소용액 속으로 담가지거나 상승되어 탄소용액 밖으로 들어 올려지게 된다. 가동부(218)는 공압실린더, 유압실린더 또는 서보모터 등으로 구성될 수 있다.

그러므로 함침조(220) 외부에서 실이 세팅된 후에 헤드부(219)가 함침조(220) 내의 탄소용액 속으로 담가지게 된다.

본 발명의 실시예에서 헤드부가 이동하고 함침조가 고정된 구성을 설명하였으나 이에 국한되는 것은 아니다. 예컨대 통상의 기술자라면 반대로 헤드부가 고정되고 함침조가 상하로 이동하는 방식으로 용이하게 설계변경 가능할 것이다.

함침조(220)는 탄소 용액을 수용한 탱크로 구성된다. 함침조(220) 내부에는 탄소 용액을 분산시키는 임펠러가 다수 설치되고, 함침조(220)의 외부 양측에는 탱크와 연통되어 탄소 용액을 순환시키는 순환관이 설치될 수 있다. 탄소 용액이 순환관을 통해 순환할 수 있도록 순환관의 일측에 유압모터가 더 구비되며, 탱크의 내부에는 에어를 분출하는 에어 노즐과 에어를 공급하는 공기 압축기 등이 설치될 수 있다.

함침조(220) 내에 수용되는 탄소 용액 또는 도전성 용액은 콜로이드 상태로 다양하게 구성될 수 있는데, 도전성을 띠는 탄소가 필수적으로 요구되고, 열전도성을 위하여 탄소 입경은 3㎛ 내지 200㎛로 분쇄되는 것이 바람직하며, 또한, 열전도성을 강화하기 위하여 금, 은, 동, 니켈과 같은 비철금속이 혼입되며, 비철 금속의 입경 역시도 탄소 입경과 마찬가지로 3㎛ 내지 200㎛로 분쇄되어 혼입되는 것이 요구된다. 탄소 용액이 합사의 표면에 침투되어 흡수될 수 있도록 접착성 수지가 일정 비율로 혼합되어야 하며, 접착성 수지로는 실리콘 폴리머나 폴리우레탄 등이 사용된다. 이때, 실리콘 폴리머나 폴리우레탄과 같은 합성수지는 비전도성을 나타내기 때문에 통전을 위하여 도전성의 질산은이나 질산은나트륨이 함유된 재료가 혼합되는 것이 바람직하다. 그 밖에 실로이드, 톨루엔, MEK, PC2000 등이나 제품의 특별한 특성을 고려한 첨가물(신축성, 나노, 향)을 더 첨가될 수 있다. 그리고 접착성과 열전도성을 모두 충족시키기 위하여 탄소 입자, 비철 금속 입자 그리고 접착성 수지의 배합비율은 3 : 2 : 5로 정하는 것이 바람직하나, 요구되는 발열사의 저항값에 따라 그 혼합비율은 변화될 수 있다. 예컨대, 일 실시예로 8~12%의 탄소, 10~20%의 흑연, 30~50%의 우레탄 계열 접착제, 8~16%의 메탄올, 5~10%의 톨루엔 유기용제, 및 5~10%의 엠이케이(MEK; MethylEthyl Ketene) 유기용제를 포함하여 구성될 수 있다.

함침조(220)내에서 액상탄소가 흡착된 상태의 절연사는 흡착상태가 균일하지 않고, 함유된 양도 정확하지 않기 때문에 발열특성이 균일하지 않고, 저항치가 가변적이 될 수밖에 없기 때문에 발열체로서 사용하기에는 부적합하게 된다. 따라서 함유량을 정확히 유지하고, 흡착이 균일하게 이루어지도록 제어하는 것이 가장 중요하다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 헤드부(219)에는 합사부(230), 트리밍부(240), 인출부(250) 및 구동부(260)가 설치된다.

합사부(230)는 헤드 프레임(219a)의 저면에 결합된다. 합사부(230)는 회전체(230a), 회전체(230a)를 회전 가능하게 지지하는 축 지지대(230b, 230c)를 포함한다. 회전체(230a)는 입사링(230d), 출사링(230e), 회전체 바디(230f), 제1가이드 봉(230g), 제2 가이드 봉(230h), 피동기어(230i)을 포함한다. 회전체 바디(230f)는 박스형상으로 통공(230j)이 형성된다. 통공(230j)을 통하여 탄소용액이 박스 내부로 유입된다. 회전체 바디(230f)의 축선을 따라 일측에 입사링(230d)이 결합되고, 타측에 출사링(230e)이 결합된다. 따라서 입사링(230d)과 출사링(230e)은 회전체(230)의 회전축으로 제공된다. 입사링(230d)은 축 지지대(230b)에 의해 회전 가능하게 지지되고 출사링(230e)은 축 지지대(230c)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 그러므로 회전체(230)는 축 지지대(230b, 230c)에 의해 헤드 프레임(219a)의 저면에 회전 가능하게 설치된다. 이와 같이 회전체 바디(230f)의 구성 때문에 탄소용액은 원심력에 의해 가이드 봉(230g, 230h) 방향으로 밀리면서 유출되는 경로를 형성한다. 따라서 절연사(20) 표면에 탄소용액이 더 잘 함침되게 유도할 수 있다.

제1 및 제2 가이드 봉(230g, 230h)은 회전체 바디(230f) 내부에는 축선을 중심으로 일정 거리 이격되어 서로 마주보는 위치에 각각 형성된다. 제1 및 제2 가이드 봉(230g, 230h)의 일단은 회전체 바디(230f)의 내측면에 결합되고 타단은 통공(230j)에 의해 오픈된 상태로 형성된다. 따라서 도시한 바와 같이 절연사(20)는 입사링(230d)을 통해 입사된 후에 제1가이드 봉(230g)에 걸어서 회전축선을 가로질러서 제2 가이드 링(230h)에 걸고 이어서 출사링(230e)을 통해 회전체(230) 외부로 출사된다. 따라서 절연사(20)는 회전체 바디 내에서 S자 형상으로 통과하게 된다.

트리밍부(240)는 원통형 노즐(242) 및 노즐의 외주면에 형성된 피동기어(244)를 포함한다. 원통형 노즐(242)은 헤드 프레임(219a)을 관통하여 수직으로 회전 가능하게 설치된다. 탄소 발열사(30)는 노즐(242)의 노즐공을 통해 통과되면서 표면의 코팅 두께를 일정 두께로 제어된다. 트리밍부(240)의 노즐 내경은 예컨대 0.7~1.2mm일 수 있다. 여기서 노즐 내경은 탄소 발열사의 저항값 설계에 따라 다양하게 조절이 가능하다.

인출부(250)는 인출모터(252) 및 인출 풀리(254)를 포함한다. 인출 풀리(254)는 인출모터(252)의 구동축에 결합되어 회전된다. 트리밍부(240)의 노즐을 통과한 탄소 발열사(30)는 인출 풀리(254)에 1회 이상 감겨진 다음에 건조기(300)로 출사된다. 따라서 탄소 발열사(30)의 인출속도는 인출모터(252)의 회전속도로 제어된다.

구동부(260)는 구동모터(262), 구동기어(264), 제1전달기어(266), 제2전달기어(268) 및 제3전달기어(269)를 포함한다. 제1 내지 제3전달기어들(266, 268, 269)은 동일한 전달축에 결합되어 회전된다. 전달축은 헤드 프레임을 관통하여 수직으로 회전가능하게 설치된다. 구동모터(262)의 구동축에 구동기어(264)가 설치되고 구동기어(264)는 제1전달기어(266)에 치합된다. 제2전달기어(268)는 트리밍부(240)의 피동기어(244)에 치합되고 제3전달기어(269)는 피동기어(230i)에 치합된다.

따라서 구동모터(262)가 회전하면 구동기어(264), 제1전달기어(266), 제2전달기어(268) 및 피동기어(244)를 통해 회전력이 전달되어 트리밍부(240)의 노즐(242)이 회전하면서 노즐공을 통과하는 탄소 발열사의 표면에 코팅된 탄소용액의 두께를 일정하게 트리밍 한다. 또한 구동기어(264), 제1전달기어(266), 제3전달기어(269) 및 피동기어(230i)를 통해 회전력이 전달되어 회전체(230)가 회전하면서 절연사들(22, 24, 26)을 꼬아서 탄소 발열사(30)의 합사를 형성한다. 제3전달기어(269) 및 피동기어(230i)는 베벨기어형상을 이룬다. 따라서 하나의 모터로 회전체(230)와 트리밍부(240)를 동시에 구동할 수 있다. 여기서 회전체(230)와 트리밍부(240)의 노즐(242)의 회전방향은 동일하거나 다를 수 있다.

회전체(230)의 입사링(230d) 전방에는 전방 가이드 봉(272)이 설치된다. 전방 가이드 봉(272)은 입사되는 절연사(20)를 수직방향에서 수평방향으로 90도 방향전환을 가이드하기 위한 것으로 헤드 프레임(219a)의 저면에 설치된다. 또한 회전체(230)의 출사링(230e) 후방에는 후방 가이드 봉(274)이 설치된다. 후방 가이드 봉(274)은 출사되는 탄소 발열사(30)를 수평방향에서 수직방향으로 90도 방향전환을 가이드 하기 위한 것으로 헤드 프레임(219a)의 저면에 설치된다.

헤드 프레임(219a)의 상면에는 상부 가이드 봉(276)이 설치된다. 상부 가이드 봉(276)은 복수의 절연사들(22, 24, 26)을 공급받아 하방에 위치한 전방 가이드 봉(272)에 안내하기 위한 것이다.

따라서 상술한 바와 같이 절연사(20)의 입사경로와 탄소 발열사(30)의 출사경로가 합쳐져서 전체적으로 U형상으로 경로가 형성되도록 구성함으로써 함침조(220)에 헤드부(219)의 출입을 용이하게 할 수 있다. 함침조(220)의 탄소용액의 수면이 헤드 프레임(219a)을 오버하지 않도록 제어하고 헤드 프레임(219a)은 함침조(220)의 덮개 역할을 하게 된다. 따라서 헤드 프레임(219a)에 의해 회전체(230)의 회전에 의해 탄소용액이 상방으로 튀기는 것을 방지할 수 있다.

도 4는 본 발명에 의한 탄소 발열사의 제조방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 먼저 복수의 절연사들(22, 24, 26)을 연사기(200), 건조기(300) 및 권사기(400)에 세팅한다(S100). 절연사(20)의 세팅이 완료되면 연사기(200)의 헤드부(218)를 함침조(220)의 탄소용액 속으로 합사부(230)가 담기게 제어한다(S102). 구동모터(262)를 구동시켜서 탄소용액 속에 위치한 합사부(230)의 회전체를 회전시켜서 복수의 절연사들 탄소 발열사로 합사시킨다(S104). 합사가 이루어지면 인출모터(252)를 구동시켜서 합사된 탄소 발열사(30)를 인출한다(S106). S106단계에서 인출이 시작되면 함침조(220)로부터 인출된 탄소 발열사(30)의 표면에 코팅된 탄소용액을 트리밍부(240)을 통하여 일정한 두께로 트리밍한다(S108). 트리밍된 탄소 발열사(30)를 건조한 후(S108) 건조된 탄소 발열사(30)를 타래식으로 권취한다(S110). 건조단계에서는 열풍기에서 건조한 공기가 건조기 내로 공급되고, 열선판에서 적외선이 방사되면서, 외부와 단열재에 의하여 차단된 건조 공간의 내부 온도는 100 내지 200℃로 유지시킨다. 탄소 함침공정에서 코팅된 탄소 발열사(30)는 함침된 탄소용액이 아직 건조되기 전에 있기 때문에 아직 그 두께가 유동적이고, 노즐을 통해 최종 결정된 도포량에 변화가 올 수 있으므로 수분성분인 유기용제를 기화시켜고 남은 도전성의 고형성분이 절연사에 단단하게 흡착되도록 한다.

도 5는 종래의 탄소 발열사의 단면 구조를 설명하기 위한 도면이고 도 6은 본 발명에 의한 탄소 발열사의 단면 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 21가닥의 필라멘트사(50)들이 합사된 단일 절연사를 탄소용액(40) 속을 일정 사속으로 통과시키면 탄소용액(40)이 절연사 중심까지 깊이 함침되지 못하고 절연사의 표면에만 코팅되게 된다.

그러나 도 6을 참조하면, 본 발명의 탄소 발열사(30)는 먼저 7가닥의 필라멘트사(50)들로 각각 합사된 절연사들(22, 24, 26)이 합사되기 전에 탄소용액 속에서 1차 함침되고(도면의 42 영역) 탄소용액이 1차 함침된 절연사들(22, 24, 26)이 합사부(230)에서 꼬아지면서 중첩되는 영역(44)의 1차 함침된 탄소용액들은 합사과정에서 외부로 밀려나가면서 그 압력에 의해 각각의 절연사들(22, 24, 26)의 중심 깊이까지 침투된다. 그러므로 도시한 바와 같이 합사된 탄소 발열사(30)는 합사과정에서 탄소용액(40)이 중심까지 깊숙이 침투되므로 탄소 발열사(30)의 표면에 코팅된 부분이 건조 과정에서 밀리거나 찌그러지더라도 코아 부분의 탄소용액이 균일하게 유지되므로 그 변화정도를 현저하게 줄일 수 있게 된다. 따라서 완성된 탄소 발열사(30)의 탄소 코팅층의 두께가 균일하게 유지되므로 전체적으로 균일한 저항특성을 유지할 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 공급부
200 : 연사기
300 : 건조기
400 : 권사기

Claims

복수의 절연사들을 각각 공급하는 공급부;
함침조 내의 탄소용액 속에서 각각 개별적으로 코팅된 복수의 절연사들을 합사하여 단일의 탄소 발열사로 인출하는 연사기;
상기 연사기로부터 인출된 탄소 발열사를 건조시키는 건조기; 및
상기 건조기를 통해 건조된 탄소 발열사를 인출하여 권취하는 권사기를 구비하고, 상기 연사기는
하우징;
상기 하우징 내에 설치되고 탄소 코팅액이 수용된 함침조;
상기 함침조의 탄소 코팅액 내부에 위치하여 상기 복수의 절연사들을 단일의 탄소 발열사로 합사하는 합사부;
상기 함침조의 외부로 인출된 탄소 발열사의 표면에 코팅된 두께를 일정하게 제어하는 트리밍부를 구비한 탄소 발열사 제조장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 합사부는 상기 탄소용액 내에서 회전하는 회전체;
상기 회전체의 축상에 형성되고, 상기 복수의 절연사들이 입사되는 입사링;
상기 회전체의 축상에 형성되고 합사된 단일의 상기 탄소 발열사가 출사되는 출사링;
상기 입사링와 출사링 사이의 상기 회전체 바디 상에 형성되고, 회전체의 축선을 중심으로 일정 거리 이격되어 서로 마주보는 위치에 각각 형성된 제1 및 제2 가이드 봉들;
상기 회전체의 출사링의 외주면에 설치되어 회전력을 전달받은 피동기어를 구비하고,
상기 입사링를 통해 입사된 복수의 절연사들이 상기 제1가이드 봉을 거쳐서 제2가이드 봉으로 감겨진 다음에 상기 출사링를 통해 인출되는 탄소 발열사 제조장치.
제3항에 있어서, 상기 회전체 바디에는 탄소용액이 통과되는 통공이 형성된 탄소 발열사 제조장치.
제1항에 있어서, 상기 함침조 개구부 상부에 위치하여 상하로 이동 가능한 상기 하우징에 형성되는 가동부를 더 구비하고,
상기 가동부의 하단부에 헤드 프레임이 설치되고,
상기 헤드 프레임의 저면에는 상기 합사부가 고정되고, 상기 헤드 프레임의 저면에서부터 상면에 걸쳐서 상기 트리밍부가 회전 가능하게 설치되고, 상기 헤드 프레임의 상면에는 구동모터가 설치되고,
상기 합사부의 회전체의 피동기어는 상기 구동모터의 회전축에 고정된 구동기어로부터 전달된 회전력으로 회전되는 탄소 발열사 제조장치.
제5항에 있어서, 상기 트리밍부는 상기 탄소발열사가 통과하는 노즐공이 형성된 회전노즐로 구성되고, 상기 회전노즐은 상기 구동모터의 구동기어로부터 전달된 회전력으로 회전되는 피동기어를 가진 탄소 발열사 제조장치.
제5항에 있어서, 상기 회전체의 피동기어와 상기 구동모터의 구동기어 사이에 전달기어가 포함된 탄소 발열사 제조장치.
제7항에 있어서, 상기 전달기어와 상기 피동기어의 치합구조는 베벨기어방식인 탄소 발열사 제조장치.
제5항에 있어서, 상기 가동부는 공압, 유압 또는 서보모터 중 어느 하나로 구성된 탄소 발열사 제조장치.
제5항에 있어서, 상기 헤드 프레임의 저면에는 상기 회전체의 입사링 전방에 위치하여 입사되는 절연사를 수직방향에서 수평방향으로 90도 방향전환을 가이드하기 위한 전방 가이드 봉과 상기 회전체의 출사링 후방에 위치하여 출사되는 탄소 발열사를 수평방향에서 수직방향으로 90도 방향전환을 가이드 하기 위한 후방 가이드 봉이 각각 설치된 탄소 발열사의 제조장치.
제10항에 있어서, 상기 헤드 프레임의 상면 전방에는 상기 전방 가이드봉의 상방에 위치하여 상기 공급부로부터 공급되는 복수의 절연사들을 상기 전방 가이드 봉에 안내하기 위한 상부 가이드 봉이 설치되고, 상기 헤드 프레임의 상면 후방에는 상기 트리밍부의 상방에 위치하여 탄소 발열사를 일정한 장력으로 인출하기 위한 인출모터가 설치된 탄소 발열사의 제조장치.
제1항에 있어서, 상기 권사기는 상기 건조기를 통과한 건조된 탄소 발열사를 타래식으로 권취하는 탄소 발열사의 제조장치.
삭제
복수의 절연사들을 합사하여 단일의 탄소발열사를 제조하는 탄소 발열사 제조방법에 있어서,
복수의 절연사들을 연사기, 건조기 및 권사기에 세팅하는 단계;
상기 연사기의 합사부를 하강시켜서 함침조의 탄소용액 속으로 담구는 단계;
구동모터를 구동시켜서 상기 탄소용액 속에 위치한 합사부의 회전체를 회전시켜서 복수의 절연사들 단일의 탄소 발열사로 합사하는 단계;
인출모터를 구동시켜서 상기 합사된 탄소 발열사를 인출하는 단계;
상기 함침조로부터 인출된 탄소 발열사의 표면에 코팅된 탄소용액을 일정한 두께로 트리밍하는 단계;
상기 트리밍된 탄소 발열사를 건조하는 단계; 및
상기 건조된 탄소 발열사를 권취하는 단계를 구비한 탄소 발열사의 제조방법.
제14항에 있어서, 상기 권취단계는 상기 건조기를 통과한 건조된 탄소 발열사를 타래식으로 권취하는 탄소 발열사의 제조방법.