KR102305269B1

KR102305269B1 - 다중 섬유 필라멘트 권선장치 및 이를 이용한 다중 섬유 필라멘트 권선방법

Info

Publication number: KR102305269B1
Application number: KR1020200036646A
Authority: KR
Inventors: 김무선; 류준형; 전홍규
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2021-09-28

Abstract

다중 섬유 필라멘트 권선장치 및 이를 이용한 다중 섬유 필라멘트 권선방법에서, 상기 필라멘트 권선장치는 분배부, 위치 설정 프레임, 복수의 가이드 유닛들 및 맨드릴부를 포함한다. 상기 분배부는 공급되는 섬유 토우들을 한 가닥씩 분리하여 분배한다. 상기 위치 설정 프레임은 상기 한 가닥의 섬유 토우가 서로 다른 복수의 위치들로 동시에 공급되도록, 각각의 섬유 토우의 위치를 설정한다. 상기 복수의 가이드 유닛들은 상기 위치 설정 프레임으로부터 연장되고, 상기 섬유 토우의 권선 위치를 독립적으로 제어한다. 상기 맨드릴부는 상기 가이드유닛들의 중앙에 위치하며 회전 구동되어, 상기 섬유 토우들이 외주면을 따라 외주면을 따라 독립적으로 권선되는 맨드릴을 포함한다.

Description

다중 섬유 필라멘트 권선장치 및 이를 이용한 다중 섬유 필라멘트 권선방법{MULTI FIBER FILAMENT WINDING APPARATUS AND METHOD FOR WINDING MULTI FIBER FILAMENT USING THE SAME}

본 발명은 다중 섬유 필라멘트 권선장치 및 이를 이용한 다중 섬유 필라멘트 권선방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 섬유 필라멘트들을 맨드릴에 권선함으로써, 권선의 공정 속도를 향상시킬 수 있으며, 권선 패턴을 다양하게 형성할 수 있는 다중 섬유 필라멘트 권선장치 및 이를 이용한 다중 섬유 필라멘트 권선방법에 관한 것이다.

유리섬유나 탄소섬유 등과 같은 다양한 종류의 강화섬유를 이용하여 구조물을 제작하는 공정은 다양하게 개발되고 있는데, 그 중 필라멘트 와인딩(filament winding) 방법은 실린더 형태의 중공 구조물을 제작하는 경우 주로 사용되는 방법이며, 중앙에 위치하는 구조체의 외주면에 강화섬유를 와인딩, 즉 권선함으로써 제작이 가능하게 된다.

대표적인 필라멘트 와인딩 방법으로 한 가닥의 섬유 토우(tow)를 권선시켜 중공 구조물을 제작하는 기술이 있으며, 이는 대한민국 등록특허 제10-1581976호를 통해서도 개시되고 있다. 즉, 중앙에 맨드릴(Mandrel)을 위치시켜 회전시키면서 맨드릴의 외주면을 따라 한 가닥의 섬유 토우를 권선시키는 기술을 개시하고 있다.

다만, 상기와 같은 종래의 경우, 중앙에 위치하는 구조체의 외주면에 한 가닥의 섬유 토우를 권선시키는 공정이 적용되는 것으로, 이에 따라, 상기 중공 구조물의 공정 시간이나 공정 비용이 증가하는 문제가 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-1581976호

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 복수의 섬유 필라멘트들을 맨드릴에 권선함으로써, 권선의 공정 속도를 향상시킬 수 있으며, 권선 패턴을 다양하게 형성할 수 있는 다중 섬유 필라멘트 권선장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 권선장치를 이용한 다중 섬유 필라멘트 권선방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 필라멘트 권선장치는 분배부, 위치 설정 프레임, 복수의 가이드 유닛들 및 맨드릴부를 포함한다. 상기 분배부는 공급되는 섬유 토우들을 한 가닥씩 분리하여 분배한다. 상기 위치 설정 프레임은 상기 한 가닥의 섬유 토우가 서로 다른 복수의 위치들로 동시에 공급되도록, 각각의 섬유 토우의 위치를 설정한다. 상기 복수의 가이드 유닛들은 상기 위치 설정 프레임으로부터 연장되고, 상기 섬유 토우의 권선 위치를 독립적으로 제어한다. 상기 맨드릴부는 상기 가이드유닛들의 중앙에 위치하며 회전 구동되어, 상기 섬유 토우들이 외주면을 따라 외주면을 따라 독립적으로 권선되는 맨드릴을 포함한다.

일 실시예에서, 상기 분배부의 중심, 상기 위치 설정 프레임의 중심 및 상기 맨드릴의 회전 중심축은 서로 일치할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 위치 설정프레임은, 원형 프레임 형상을 가지며, 상기 한 가닥의 섬유 토우가 서로 다른 복수의 위치에 위치할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 섬유 토우들 각각은, 상기 분배부와 상기 위치 설정프레임 사이의 분배 공간에서 서로 교차하지 않도록 분배될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 가이드 유닛들 각각은, 상기 위치 설정프레임 상에 연결되어, 상기 한 가닥의 섬유 토우의 연장 방향을 전환하는 스크류 구동부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 가이드 유닛들 각각은, 일 끝단은 상기 스크류 구동부에 고정되고, 상기 맨드릴의 연장방향을 따라 평행하게 연장되는 스크류부, 및 상기 스크류부 상에서 이동하며 상기 한 가닥의 섬유 토우가 권선되는 위치를 설정하는 가이드부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 한 가닥의 섬유 토우는 상기 가이드부에서 연장 방향이 전환되어 상기 맨드릴로 제공될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 가이드부는, 상기 섬유 토우의 제공 방향에 따라 회전가능하며, 상기 섬유 토우가 지지되며 통과하는 고리부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 가이드 유닛들 각각은, 상기 스크류부와 평행하게 연장되며, 상기 가이드부의 이동을 가이드하는 가이드 샤프트를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 가이드부는, 상기 스크류부가 스크류 결합되며 통과하는 제1 홀, 및 상기 제1 홀과 소정 거리 이격되며 상기 가이드 샤프트가 통과하는 제2 홀이 형성된 몸체부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 위치 설정프레임 상에 위치하는 상기 스크류 구동부의 위치를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부에서 상기 스크류 구동부의 위치를 변화시킴에 따라, 상기 위치가 변화되는 스크류 구동부를 포함하는 가이드 유닛의 위치도 상기 맨드릴의 외주 상에서 변화할 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 필라멘트 권선방법에서, 공급부를 통해 섬유 토우들이 공급된다. 분배부를 통해 상기 공급되는 섬유 토우들을 서로 다른 복수의 위치들로 분배한다. 맨드릴을 따라 서로 다른 위치에서 연장되는 복수의 가이드 유닛들 각각으로 상기 섬유 토우들 각각이 제공된다. 상기 맨드릴이 회전 구동되어, 상기 섬유 토우들 각각이 상기 맨드릴의 외주면을 따라 독립적으로 권선된다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 공급되는 섬유 토우들을 복수의 위치로 한 가닥씩 분배하고, 한 가닥씩 맨드릴 상에 권선함으로써, 한 번에 복수의 가닥을 동시에 권선할 수 있어, 종래 한 가닥씩 권선이 수행되는 공정보다, 공정 효율을 향상시킬 수 있으며, 이에 따른 제작비용의 절감이 가능하다.

이 경우, 맨드릴이 실린더 형상인 것을 고려하여, 섬유 토우들의 위치를 설정하는 위치 설정 프레임을 원형 프레임 형상을 가지도록 함으로써, 분배부와 위치 설정 프레임 사이에 분배 공간을 형성하는 것은 물론, 실린더 형상의 맨드릴 상에 서로 다른 위치에서의 동시 권선이 가능하게 된다.

또한, 상기 위치 설정 프레임으로부터 맨드릴에 평행한 방향으로 연장되는 스크류부 및 가이드 샤프트 상에서 가이드부가 이동이 가능하도록 제어되므로, 맨드릴의 연장 방향을 따라 필요한 위치에 권선을 수행할 수 있어, 다양한 형상의 요구되는 구조를 가지는 복합소재를 제작할 수 있다.

특히, 상기 가이드유닛들 각각은 상기 위치 설정 프레임 상에서 위치가 변경될 수 있으며, 이에 따라 맨드릴의 외주를 따라 다양한 위치에서 위치할 수 있으므로, 상기 복합소재를 보다 다양한 형상 및 구조로 제작할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 다중 섬유 필라멘트 권선장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 필라멘트 권선장치를 맨드릴부의 후단에서 관측한 모식도이다.
도 3은 도 1의 가이드부를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1의 필라멘트 권선장치를 이용한 다중 섬유 필라멘트 권선방법을 도시한 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 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 유사한 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. 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 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 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 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 다중 섬유 필라멘트 권선장치를 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 필라멘트 권선장치를 맨드릴부의 후단에서 관측한 모식도이다. 도 3은 도 1의 가이드부를 도시한 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 다중 섬유 필라멘트 권선장치(10, 이하 필라멘트 권선장치라 함)는 공급부(100), 분배부(120), 맨드릴부(200), 위치설정 프레임(300), 복수의 가이드 유닛들(400) 및 제어부(500)를 포함한다.

상기 공급부(100)는 섬유 토우들(110)을 상기 분배부(120)로 제공하는 것으로, 상기 제공되는 섬유 토우들(110)은 도시된 바와 같이, 복수의 가닥들로 서로 분리된 상태에서 상기 분배부(120)로 제공될 수 있다.

일반적으로, 섬유 필라멘트는 섬유 한 올을 의미하는 것으로, 실제 섬유 필라멘트 권선의 경우, 복수의 섬유 필라멘트들의 얽힌 섬유 토우(tow)를 권선하게 된다. 따라서, 이하에서도, 복수의 필라멘트들이 얽혀 형성되는 한 가닥의 섬유 토우를 권선하는 개념으로 설명한다.

상기 분배부(120)는 상기 공급부(100)로부터 제공받은 섬유 토우들(110)을 한 가닥씩 분리하여 각각의 한 가닥의 섬유 토우를 상기 위치설정 프레임(300)으로 제공한다.

이를 위해, 상기 분배부(120)의 내부에는, 복수의 가닥들을 서로 분리하여 한 가닥으로 분배하는 분리 이송유닛(미도시) 구비될 수 있다. 그리하여, 복수의 섬유 토우들(110)은 상기 분리 이송유닛을 통과하며 이송되어, 한 가닥의 섬유 토우로 분리되어, 상기 위치설정 프레임(300)으로 공급된다.

상기 위치설정 프레임(300)은 상기 분배부(120)와 소정 거리 이격되도록 배치되며, 원형 프레임(frame) 형상을 가질 수 있다.

이에 따라, 상기 위치설정 프레임(300)과 상기 분배부(120)의 사이에는 소정의 분배 공간(301)이 형성되며, 상기 분배 공간(301)을 통해, 상기 섬유 토우들이 한 가닥씩 분기되며 공급된다.

상기 위치설정 프레임(300)은, 도시하지는 않았으나, 별도의 고정 프레임 또는 고정 구조물에 의해 고정된 상태로 위치하게 되며, 상기 섬유 토우들의 균일한 분배를 위해, 상기 위치설정 프레임(300)의 중심은 상기 분배부(120)의 중심과 서로 일치하도록 위치할 수 있다.

상기 맨드릴부(200)는 상기 위치설정 프레임(300)과 일정 간격 이격되도록 위치하며, 맨드릴(210) 및 회전 구동부(220)를 포함한다.

상기 맨드릴(210)은 일단은 상기 분배공간(301)을 향하도록 위치하고, 타단은 상기 회전 구동부(220)에 연결되어, 상기 회전 구동부(220)로부터 회전 구동력을 제공받는다.

이 경우, 상기 맨드릴(210)은 일 방향으로 연장되는 실린더 형상을 가지며, 상기 맨드릴(210)의 길이나 반경은 최종적으로 구현되는 복합소재의 구조나 형상을 고려하여 다양하게 설계될 수 있다.

다만, 상기 위치설정 프레임(300)의 내경은 상기 맨드릴(210)의 반경보다는 크게 형성되는 것이 필요하므로, 상기 맨드릴(210)의 반경에 따라 상기 위치설정 프레임(300)의 내경이 설계될 수 있다.

상기 맨드릴(210)은, 외주면을 따라, 상기 복수의 섬유 토우 가닥들이 권선되는 것으로, 상기 회전 구동부(220)의 구동에 따라, 상기 맨드릴(210)의 회전 속도가 제어됨으로써 상기 섬유 토우 가닥들의 권선 속도가 제어될 수 있고, 이를 통해 최종적으로 제작되는 복합소재의 구조나 형상이 결정될 수 있다.

상기 복수의 가이드 유닛들(400)은 상기 위치설정 프레임(300)으로부터 각각의 섬유 토우를 제공받아, 상기 맨드릴(210)의 외주면 상에 상기 섬유 토우를 권선한다.

보다 구체적으로, 상기 가이드 유닛들(400)은, 도면을 통해 예시된 바와 같이, 서로 균일한 간격으로 이격되는 제1 내지 제4 가이드 유닛들(410, 420, 430, 440)을 포함할 수 있으며, 이 경우, 상기 가이드 유닛들(400)의 개수는 2개 이상으로 다양하게 설계될 수 있다.

이와 같이, 상기 가이드 유닛들(400)이 4개로 구성되는 경우, 상기 분배부(120)를 통해 분배되는 섬유 토우들은 4개의 가닥으로 분리되며, 이러한 4개의 서로 분리된 섬유 토우는 상기 위치설정 프레임(300)을 통해 각각의 가이드 유닛들(410, 420, 430, 440)로 제공된다.

한편, 상기 제1 내지 제4 가이드 유닛들(410, 420, 430, 440) 각각은 상기 위치설정 프레임(300)의 서로 다른 위치에 연결되며, 이에 따라 상기 맨드릴(210)을 따라 서로 다른 위치로 연장되는 것을 제외하고, 각각의 구성은 동일하므로, 이하에서는 제1 가이드 유닛(410)을 중심으로 그 구조 및 형상을 상세히 설명한다.

상기 제1 가이드 유닛(410)은, 제1 스크류 구동부(411), 제1 가이드부(412), 제1 스크류부(413) 및 제1 가이드 샤프트(414)를 포함한다.

상기 제1 스크류 구동부(411)는 상기 위치설정 프레임(300)의 소정의 위치에 연결되며, 상기 위치설정 프레임(300)이 형성하는 원형의 평면에 수직인 방향을 향하도록 상기 위치설정 프레임(300)에 연결된다.

상기 제1 스크류부(413)는 일 끝단은 상기 제1 스크류 구동부(411)에 연결되며, 상기 맨드릴(210)의 연장 방향과 평행한 방향으로 연장된다.

이 경우, 상기 제1 스크류부(413)는 상기 맨드릴(210)의 외면과 소정 간격 이격된 상태로 연장되며, 상기 제1 스크류부(413)의 타 끝단은 도시하지는 않았으나, 별도의 고정 프레임이나 고정 블록 등을 통해 고정될 수 있다.

상기 제1 가이드 샤프트(414) 역시, 상기 맨드릴(210)의 외면과 소정 간격 이격된 상태로 연장되며, 이에 따라 상기 제1 스크류부(413)와 평행하게 연장된다.

또한, 도시하지는 않았으나, 상기 제1 가이드 샤프트(414)의 양 끝단 역시, 별도의 고정 프레임이나 고정 블록 등을 통해 고정될 수 있다.

나아가, 상기 제1 가이드 샤프트(414)와 상기 제1 스크류부(413)는 소정 간격 이격되도록 배치되는데, 상기 이격되는 간격의 크기는 상기 제1 가이드부(412)의 반경 또는 너비를 고려하여 설정될 수 있다.

즉, 상기 제1 가이드부(412)가 상기 제1 스크류부(413)를 따라 이송되되, 일 측이 상기 제1 가이드 샤프트(414)에 의해 가이드되며 이송되므로, 상기 제1 가이드 샤프트(414)와 상기 제1 스크류부(413) 사이의 간격은 상기 제1 가이드부(412)의 반경 또는 너비를 고려하여 설정될 수 있다.

상기 제1 스크류 구동부(411)는 상기 제1 스크류부(413)를 구동시키며, 이를 통해 상기 제1 스크류부(413) 상에서 상기 제1 가이드부(412)의 위치를 변경시킬 수 있다.

즉, 상기 제1 가이드부(412)는 상기 제1 스크류부(413)와 스크류 결합을 한 상태로, 일 측이 상기 제1 가이드 샤프트(414)에 의해 가이드되므로, 상기 제1 스크류부(413) 상에서 안정적으로 이동될 수 있다.

보다 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 가이드부(412)는 몸체부(610), 고리부(620) 및 연결부(630)를 포함하도록 구성될 수 있다.

이 경우, 상기 몸체부(610)는 소정의 블록(block) 형상을 가지며, 상기 몸체부(610) 상에는 서로 분리되는 제1 홀(611) 및 제2 홀(613)이 형성될 수 있다.

그리하여, 상기 제1 스크류부(413)는 상기 제1 홀(611)을 관통하여 상기 제1 가이드부(412) 상에 연결되고, 상기 제1 가이드 샤프트(414)는 상기 제2 홀(613)을 통해 상기 제1 가이드부(412) 상에 연결된다.

이 경우, 상기 제1 홀(611) 상에는 스크류(612)가 형성되며, 상기 제1 스크류부(413)가 상기 제1 가이드부(412)에 스크류 결합된다. 그리하여, 상기 제1 가이드부(412)는 상기 스크류 결합을 통해 상기 제1 스크류부(413) 상에서 안정적으로 이동된다.

또한, 상기 제2 홀(613)을 통해 상기 제1 가이드 샤프트(414)가 상기 제1 가이드부(412)와 연결되므로, 상기 제1 가이드부(412)는 상기 제1 가이드 샤프트(414)에 의해 안정적인 가이드가 수행된다.

한편, 상기 고리부(620)는 상기 연결부(630)를 통해 상기 몸체부(610)의 측부 방향으로 연결된다.

이 경우, 상기 연결부(630)는 예를 들어, 베어링 등과 같은 연결 부재인 것으로, 이에 따라, 상기 고리부(620)는 상기 몸체부(610)에 대하여 화살표로 도시된 바와 같은 방향으로 자유롭게 회전이 가능하게 된다.

한편, 상기 고리부(620)는 고리(ring)의 형태로 중앙에 제3 홀(621)이 형성되며, 상기 고리부(620)를 통해 후술되는 제1 섬유 토우(111)가 방향이 전환되며 제공된다.

또한, 상기 제1 섬유 토우(111)가 상기 고리부(620)에 의해 지지되며 통과되는 것으로, 상기 제1 섬유 토우(111)와 상기 고리부(620)와의 마찰력이 최소화되는 것이 상기 제1 섬유 토우(111)의 원활한 공급을 위해 필요하므로, 상기 고리부(620)의 외면은, 예를 들어 테프론 등의 소재로 코팅될 수 있다.

즉, 상기 위치설정 프레임(300)으로 제공되는 한 가닥의 제1 섬유 토우(111)는 상기 제1 스크류 구동부(411)의 외면(이와 달리, 도시하지는 않았으나 상기 제1 스크류 구동부(411)를 관통할 수 있음)을 따라 방향이 전환되어 상기 맨드릴(210)의 연장방향으로 연장된다.

또한, 상기 제1 섬유 토우(111)는, 상기 맨드릴(210)의 연장방향을 따라 상기 제1 가이드부(412)까지 연장된 후, 상기 제1 가이드부(412)의 상기 고정부(620)를 관통하며 방향이 전환되어 상기 맨드릴(210)의 외주면을 향하도록 연장된다.

이렇게 상기 맨드릴(210)의 외주면을 향한 제1 섬유 토우(111)는, 상기 맨드릴(210)이 회전함에 따라, 상기 맨드릴(210)의 외주면을 따라 권선된다.

이 경우, 상기 고정부(620)는 앞서 설명한 바와 같이, 상기 몸체부(610)에 대하여 자유롭게 회전이 가능하므로, 상기 제1 섬유 토우(111)는 상기 맨드릴(210)의 외주면을 향해 다양한 방향으로의 제공이 가능하게 된다.

이상과 같이, 상기 제1 가이드부(412)의 위치가 상기 제1 스크류부(413) 상에서 가변되며, 상기 제1 섬유 토우(111)가 위치 역시 상기 맨드릴(210)의 외주면에 대하여 가변하게 되며, 결국, 상기 맨드릴(210) 상에 권선되는 상기 제1 섬유 토우(111)의 위치는 다양한 방향, 즉 사용자가 원하는 방향으로 변화가 가능하게 된다.

이상과 같이, 상기 제1 가이드유닛(410)을 통해, 상기 제1 섬유 토우(111)가 상기 맨드릴(210) 상의 임의의 위치에서 권선이 시작되는 구동 메커니즘 등에 대하여 설명하였다.

이와 동일하게, 상기 위치설정 프레임(300)의 서로 다른 위치들로 공급된 제2 내지 제4 섬유 토우들(112, 113, 114) 각각은 상기 제2 내지 제4 가이드유닛들(420, 430, 440)을 통해 상기 맨드릴(210) 상의 임의의 위치에서 권선될 수 있다.

상기 제어부(500)는 상기 제1 내지 제4 스크류 구동부들(411, 421, 431, 441)의 구동을 개별적으로 제어한다.

즉, 상기 제어부(500)는 상기 제1 내지 제4 스크류 구동부들(411, 421, 431, 441)의 구동을 제어함으로써, 상기 제1 내지 제4 스크류 구동부들(411, 421, 431, 441)을 통해 구동되는 상기 제1 내지 제4 가이드부들(412, 422, 432, 442)의 위치를 제어하게 된다.

따라서, 상기 제1 내지 제4 가이드부들(412, 422, 432, 442)은 상기 제어부(500)의 구동에 따라, 서로 독립적으로 상기 제1 내지 제4 스크류부들(413, 423, 433, 443) 상에서 위치하게 된다.

이 경우, 도시하지는 않았으나, 별도의 거리 측정 센서가 상기 제1 내지 제4 스크류 구동부들(411, 421, 431, 441) 상에 구비될 수 있으며, 상기 거리 측정 센서를 통해 상기 제1 내지 제4 가이드부들(412, 422, 432, 442)의 위치를 센싱하며, 이렇게 센싱된 정보를 바탕으로 상기 제어부(500)가 상기 제1 내지 제4 가이드부들(412, 422, 432, 442)의 위치를 제어할 수 있다.

이와 같이, 상기 제1 내지 제4 가이드부들(412, 422, 432, 442)의 위치가 서로 독립적으로 제어됨에 따라, 상기 제1 내지 제4 섬유 토우들(111, 112, 113, 114)의 상기 맨드릴(210) 상으로의 권선 위치가 독립적으로 제어될 수 있으며, 이를 통해 보다 다양한 형태나 구조의 권선이 가능하여, 다양한 복합소재를 제작할 수 있다.

한편, 상기 제어부(500) 또는 도시하지는 않았으나 별도의 제어유닛 등을 통해, 상기 위치설정 프레임(300) 상에 위치하는 상기 제1 내지 제4 스크류 구동부들(411, 421, 431, 441)의 위치도 가변되도록 제어할 수 있다.

이 경우, 상기 제1 내지 제4 스크류 구동부들(411, 421, 431, 441)의 위치가 가변됨에 따라, 상기 제1 내지 제4 가이드 유닛들(410, 420, 430, 440)의 상기 맨드릴(210) 상에서의 위치도 가변되게 된다.

이와 같이, 상기 제1 내지 제4 가이드 유닛들(410, 420, 430, 440) 사이의 이격 위치가 다양하게 제어될 수 있으며, 이를 통해, 보다 다양하게 상기 제1 내지 제4 섬유 토우들(111, 112, 113, 114)의 상기 맨드릴(210) 상으로의 권선 위치를 변화시킬 수 있어, 보다 다양한 복합소재를 제작할 수 있다.

이하에서는, 도 3을 참조하여, 도 1의 필라멘트 권선장치를 이용한 필라멘트 권선방법에 대하여 설명한다.

도 3은 도 1의 필라멘트 권선장치를 이용한 다중 섬유 필라멘트 권선방법을 도시한 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 상기 다중 섬유 필라멘트 권선방법에서는, 우선, 상기 공급부(100)를 통해 상기 섬유 토우들(110)을 상기 분배부(120)로 공급한다(단계 S120).

이렇게 상기 분배부(120)로 공급된 상기 섬유 토우들(110)은, 상기 분배부(12)에서 하나의 가닥들로 분리하여, 각각의 가닥의 섬유 토우를 서로 다른 위치로 분배하여 제공한다(단계 S20).

이렇게 분배된 각각의 섬유 토우들(111, 112, 113, 114)은 상기 위치설정 프레임(300)을 통해, 서로 다른 복수의 가이드유닛들(410, 420, 430, 440)로 제공된다(단계 S30).

또한, 상기 가이드유닛들(410, 420, 430, 440) 각각은 상기 제어부(500)에 의해 위치가 상기 위치설정 프레임(300) 상에서의 위치가 제어될 수 있으며, 나아가 상기 제1 내지 제4 가이드부들(412, 422, 432, 442)의 상기 맨드릴(210) 상에서의 위치 역시 독립적으로 제어될 수 있다.

그리하여, 상기 제1 내지 제4 가이드부들(412, 422, 432, 44)의 상기 맨드릴(210) 상에서의 최종 위치에 대한 설정과 함께, 상기 맨드릴(210)이 상기 회전 구동부(220)에 의해 회전 구동되면, 상기 제1 내지 제4 섬유 토우들(111, 112, 113, 114)은 서로 독립적으로 한 가닥씩 상기 맨드릴(210)의 외주면을 따라 권선된다(단계 S40).

나아가, 이러한 권선이 연속적으로 수행됨에 따라, 상기 맨드릴(210)의 외주면 상에는 상기 섬유 토우들이 적층되게 되며, 이러한 섬유 토우들의 적층이 종료되어, 상기 맨드릴(210)을 외부로 제거하면, 중공 구조의 복합소재를 제작할 수 있게 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 필라멘트 권선장치 100 : 공급부
110 : 섬유 토우 120 : 분배부
200 : 맨드릴부 210 : 맨드릴
300 : 위치 설정 프레임 400 : 가이드 유닛
410 : 제1 가이드 유닛 411 : 제1 스크류 구동부
412 : 제1 가이드부 413 : 제1 스크류부
414 : 제1 가이드 샤프트 500 : 제어부

Claims

공급되는 섬유 토우들을 한 가닥씩 분리하여 분배하는 분배부;
상기 한 가닥의 섬유 토우가 서로 다른 복수의 위치들로 동시에 공급되도록, 각각의 섬유 토우의 위치를 설정하는 위치 설정 프레임;
상기 위치 설정 프레임으로부터 연장되고, 상기 섬유 토우의 권선 위치를 독립적으로 제어하는 복수의 가이드 유닛들; 및
상기 가이드유닛들의 중앙에 위치하며 회전 구동되어, 상기 섬유 토우들이 외주면을 따라 외주면을 따라 독립적으로 권선되는 맨드릴을 포함하는 맨드릴부를 포함하는 필라멘트 권선장치.
제1항에 있어서,
상기 분배부의 중심, 상기 위치 설정 프레임의 중심 및 상기 맨드릴의 회전 중심축은 서로 일치하는 것을 특징으로 하는 필라멘트 권선장치.
제1항에 있어서, 상기 위치 설정프레임은,
원형 프레임 형상을 가지며, 상기 한 가닥의 섬유 토우가 서로 다른 복수의 위치에 위치하는 것을 특징으로 하는 필라멘트 권선장치.
제3항에 있어서, 상기 섬유 토우들 각각은,
상기 분배부와 상기 위치 설정프레임 사이의 분배 공간에서 서로 교차하지 않도록 분배되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 권선장치.
제3항에 있어서, 상기 가이드 유닛들 각각은,
상기 위치 설정프레임 상에 연결되어, 상기 한 가닥의 섬유 토우의 연장 방향을 전환하는 스크류 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 필라멘트 권선장치.
제5항에 있어서, 상기 가이드 유닛들 각각은,
일 끝단은 상기 스크류 구동부에 고정되고, 상기 맨드릴의 연장방향을 따라 평행하게 연장되는 스크류부; 및
상기 스크류부 상에서 이동하며 상기 한 가닥의 섬유 토우가 권선되는 위치를 설정하는 가이드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필라멘트 권선장치.
제6항에 있어서,
상기 한 가닥의 섬유 토우는 상기 가이드부에서 연장 방향이 전환되어 상기 맨드릴로 제공되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 권선장치.
제7항에 있어서, 상기 가이드부는,
상기 섬유 토우의 제공 방향에 따라 회전가능하며, 상기 섬유 토우가 지지되며 통과하는 고리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 필라멘트 권선장치.
제6항에 있어서, 상기 가이드 유닛들 각각은,
상기 스크류부와 평행하게 연장되며, 상기 가이드부의 이동을 가이드하는 가이드 샤프트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필라멘트 권선장치.
제9항에 있어서, 상기 가이드부는,
상기 스크류부가 스크류 결합되며 통과하는 제1 홀, 및 상기 제1 홀과 소정 거리 이격되며 상기 가이드 샤프트가 통과하는 제2 홀이 형성된 몸체부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필라멘트 권선장치.
제5항에 있어서,
상기 위치 설정프레임 상에 위치하는 상기 스크류 구동부의 위치를 제어하는 제어부를 더 포함하는 필라멘트 권선장치.
제11항에 있어서,
상기 제어부에서 상기 스크류 구동부의 위치를 변화시킴에 따라, 상기 위치가 변화되는 스크류 구동부를 포함하는 가이드 유닛의 위치도 상기 맨드릴의 외주 상에서 변화하는 것을 특징으로 하는 필라멘트 권선장치.
공급부를 통해 섬유 토우들이 공급되는 단계;
분배부를 통해 상기 공급되는 섬유 토우들을 서로 다른 복수의 위치들로 분배하는 단계;
맨드릴을 따라 서로 다른 위치에서 연장되는 복수의 가이드 유닛들 각각으로 상기 섬유 토우들 각각이 제공되는 단계; 및
상기 맨드릴이 회전 구동되어, 상기 섬유 토우들 각각이 상기 맨드릴의 외주면을 따라 독립적으로 권선되는 단계를 포함하는 필라멘트 권선방법.