KR102394598B1 - 섬유 와인딩 장치 - Google Patents

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KR102394598B1
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최익현
이주희
이종원
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한국항공우주연구원
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Abstract

일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치는 나선형 와이어의 주위에 원주 방향으로 복수개의 보빈들이 마련되어 스풀 면을 형성하는 스풀 어셈블리; 상기 스풀 어셈블리의 중앙 전방부에 스풀 면과 사선 방향으로 마련된 가이드 링; 및 상기 나선형 와이어가 상기 가이드 링을 통과하도록 이송시키는, 와이어 이송 유닛;을 포함하고, 상기 가이드 링의 중심을 직각으로 관통하도록 와이어가 배치되고, 상기 스풀 어셈블리가 와이어에 사선 방향으로 배치되고, 상기 가이드 링을 따라 상기 나선형 와이어에 상기 복수 개의 보빈들로부터 섬유가 감기는 섬유 와인딩 장치로서, 또한 복수개의 상기 섬유 와인딩 장치를 상기 나선형 와이어를 따라 차례로 배열함으로써 하나의 나선형 와이어에 순차적으로 연속해서 여러 층의 섬유가 감길 수 있다.

Description

섬유 와인딩 장치{FIBER WINDING APPARATUS}
본 발명은 섬유 와인딩 장치에 대해 개시한다.
부품의 경량화 및 최적화에 관한 연구가 점차 중요해지면서 기존에 많이 사용되어 왔던 철강 소재의 부품을 경량, 신소재로 대체하기 위한 연구가 여러 산업분야에서 활발히 진행되고 있다.
일반적으로, 소형 항공기 착륙장치나 자동차 현가장치에 강철로 제작된 나선형 코일 스프링이 사용된다. 이 강철 스프링의 경량화를 위하여 탄소섬유 또는 유리섬유 복합재료를 사용하여 코일 스프링 복합재 구조물을 제작하는 기술이 지속적으로 개발되고 있다.
이와 같이 경량재료로 대체하여 복합재 구조물을 제작하는 경우에 있어서, 섬유 다발을 실린더 형태의 틀에 감거나 몰드에 삽입하는 과정 등에서 구조적 성능을 보다 효과적으로 그리고 안정적으로 증가시킬 필요가 있다.
이와 관련하여, 한국공개특허공보 제 2021-0030330호는 섬유 웹, 피브릴상 섬유 집합체 또는 부직포를 제조하기 위한 장치 및 방법, 및 그에 의하여 제조된 섬유 웹, 피브릴상 섬유 집합체 또는 부직포에 대해 개시한다.
전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시예에 따른 목적은 나선형 와이어에 복합재 섬유를 감기 위한 섬유 와인딩 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 스프링 복합재 구조물의 강성/강도의 구조적 성능을 증가시키는 섬유 와인딩 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 나선형 와이어에 사선방향으로 배치되어 공간의 제약을 덜 받는 섬유 와인딩 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치는 나선형 와이어의 주위에 원주 방향으로 복수개의 보빈들이 마련되어 스풀 면을 형성하는 스풀 어셈블리; 상기 스풀 어셈블리의 중앙에 마련된 가이드 링; 및 상기 나선형 와이어를 상기 가이드 링을 통과하도록 이송시키는, 와이어 이송 유닛;을 포함하고, 상기 가이드 링의 중심을 직각으로 관통하도록 와이어가 배치되고, 상기 스풀 어셈블리의 스풀 면이 와이어에 사선 방향으로 배치되고, 상기 가이드 링을 따라 상기 나선형 와이어에 상기 복수개의 보빈들로부터 섬유가 감길 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 복수개의 스풀들은, 모두가 일 방향으로 움직여 일방향으로의 섬유를 감거나, 일부 스풀들이 서로 반대 방향으로 움직여 직조 형태로 섬유를 감을 수 있다.
일 측에 따르면, 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치는, 섬유의 장력을 조절하는 장력 조절 유닛이 부착된 보빈 캐리어를 더 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 와이어 이송 유닛은, 나선형 와이어를 따라 복수 개가 설치될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 와이어 이송 유닛은, 나선형 와이어에 이송력을 제공하는 제1 롤러 및 나선형 와이어의 이탈을 방지하는 제2 롤러를 포함하고, 상기 제1 롤러는 나선형 와이어의 양 측면에 배치되고, 상기 제2 롤러는 나선형 와이어의 안쪽 또는 바깥쪽 중 적어도 어느 한 쪽에 배치될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 제1 롤러는 테이퍼 형상을 가지고, 상기 제1 롤러의 직경이 넓은 테이퍼 부분이 상기 나선형 와이어의 바깥쪽을 향하도록 배치될 수 있다.
일 측에 따르면, 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치는, 와이어 이송속도 측정유닛; 및 상기 와이어 이송 유닛의 롤러를 구동하는 모터의 회전속도를 조절하는 롤러 모터 회전속도 조절유닛;을 더 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치는, 와이어 이송속도 측정유닛; 및 보빈의 회전속도를 조절하는 보빈 회전속도 조절유닛;
을 더 포함할 수 있다.
전술한 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치를 통하여 복합재 구조물이 제작될 수 있다.
일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치는 나선형 와이어에 복합재 섬유를 일 방향으로 또는 직조 방향으로 감을 수 있다.
일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치는 스프링 복합재 구조물의 강성/강도의 구조적 성능을 최대한 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치는 나선형 와이어 상에 사선방향으로 배치됨으로써 인접한 와이어들로 인한 공간의 제약을 피할 수 있다.
일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치의 평면도를 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치의 정면도를 나타낸다.
도 3은 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치의 와이어 이송 유닛의 평면도를 나타낸다.
도 4는 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치의 와이어 이송 유닛의 정면도를 나타낸다.
도 5는 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치의 와이어 이송 유닛의 롤러 구성을 나타낸다.
도 6은 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치에 와이어 이송속도 측정 유닛 및 롤러 모터 회전속도 조절유닛이 추가로 설치된 실시예를 나타낸다.
도 7은 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치에 와이어 이송속도 측정 유닛 및 보빈 회전속도 조절유닛이 추가로 설치된 실시예를 나타낸다.
도 8은 복수 개의 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치가 설치된 실시예를 나타낸다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안 된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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 실시예가 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.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에서는, '보빈' 이란, 섬유가 감겨져 있는 통 모양의 실패를 의미하며, '스풀 면'이란, 보빈들이 마련된 면을 의미한다.
도 1은 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치(10)의 평면도를 나타낸다. 도 2는 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치(10)의 도 1의 A-A 방향에서 바라본 정면도를 나타낸다.
일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치(10)는, 나선형 와이어(W)의 주위에 원주 방향으로 복수개의 보빈(110)들이 마련되어 스풀 면(spool plane) (120)을 형성하는 스풀 어셈블리(100), 스풀 어셈블리(100)의 중앙에 마련된 가이드 링(guide ring) (200)을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치(10)는, 나선형 와이어(W)를 가이드 링(200)을 통과하도록 이송시키는, 와이어 이송 유닛(300)을 포함할 수 있으며, 도 3 및 도 4에 자세히 후술한다.
일반적으로, 섬유를 감는 장치 즉, 직조하는(braiding) 장치는 가이드 링이 스풀 면과 평행하게 설치되고, 섬유가 감기는 대상물, 와이어 등이 가이드 링과 스풀 면에 직각으로 배치된 상태에서 섬유가 감기는 속도에 맞추어 바깥쪽으로, 즉 직각방향으로 인출하는(잡아당기는) 것이 일반적이다.
본 발명에서는, 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치(10)의 스풀 면(120)이 가이드 링(200)을 중앙으로 두고 와이어(W)에 비스듬한 사선 방향으로 배치될 수 있다. 나선형 와이어(W) 상에 설치되면서, 와이어(W)는 가이드 링(200)의 중심을 직각으로 관통하도록 배치될 수 있다. 스풀 어셈블리(100)의 복수 개의 보빈(110)들은 가이드 링(200)의 중심으로 스풀 면(120) 상에 가이드 링(100)을 중심으로 원주 방향으로 배열될 수 있다. 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치(10)의 스풀 면(120)이 와이어(W) 상에 사선 방향으로 배치됨으로써, 인접한 와이어로 인한 공간의 제약을 피할 수 있다.
도 2를 참조하면, 스풀 어셈블리(100)의 복수개의 보빈(110)들로부터 섬유가 권출되면서, 가이드 링(200)을 따라 나선형 와이어(W)에 섬유가 권취될 수 있도록 할 수 있다. 복수개의 보빈(110)들이, 스풀 면 상에 모두가 일 방향으로 움직여 일방향으로의 섬유를 감거나, 일부 보빈(110)들이 서로 반대 방향으로 움직여 직조 형태로 섬유를 감을 수 있다. 도 2에서는, 섬유가 감겨 있는 보빈(110)들의 수와 회전 방향 등이 간략하게 표현되었지만, 본 발명에서는 보빈(110)들의 수에 제한이 없으며, 섬유를 한 방향으로 감는(winding) 장치 또는 보빈(110)들이 서로 다른 방향으로 꼬면서 돌아감으로써 대상물에 섬유를 직조하는(braiding) 장치를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치(10)는 섬유의 장력을 조절하는 장력 조절 유닛이 부착된 보빈 캐리어(미도시)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치(10)의 스풀 어셈블리(100)에서, 스풀 면(120)과 가이드 링(200)이 평행하지 않기 때문에, 보빈(110)들이 스풀 면(120) 원주 상을 회전함에 따라 와이어까지의 거리가 주기적으로 변하게 된다. 따라서 보빈(120)들에 장력 조절 유닛이 설치될 필요가 있다. 즉, 보빈(110)들에서 섬유가 많이 풀렸다가 적게 풀려야 하는 경우에 섬유를 보빈(110) 쪽으로 당겨 일정한 장력을 유지할 수 있는 스프링 등의 탄성 장치가 설치될 필요가 있을 수 있다. 이에, 스풀 면(120) 상에 보빈(110)들의 측에 섬유의 장력을 조절하는 장력 조절 유닛이 부착된 보빈 캐리어들이 마련될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치(10)의 와이어 이송 유닛(300)의 평면도를 나타낸다. 도 4는 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치의 와이어 이송 유닛(300)의 정면도를 나타낸다.
나선형 와이어(W)를 나선형으로 이송하기 위해, 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치(10)는, 나선형 와이어(W)를 가이드 링(200)을 통과하도록 이송시키는, 와이어 이송 유닛(300)을 별도로 구비할 수 있다.
특히 와이어(W)에 섬유(F)를 한 방향으로 감는 경우, 보빈(110)으로부터 섬유(F)에 걸리는 장력으로 인하여 와이어(W)에 비틀림 모멘트가 작용하게 되고, 이를 상쇄하면서, 그리고 코일의 원형 형상의 직경을 유지하면서 와이어(W)를 나선형으로 이송하기 위해서는 도 3에서와 같이 복수 개의 와이어 이송 유닛(300)들이 필요하다.
도 4는, 4개의 와이어 이송 유닛(300)들을 사용하여 나선형 와이어(W)의 이송 기능이 구현되는 실시 예를 보여주고 있다. 나아가, 와이어에 섬유를 여러 번 반복하여 감는 경우에는 도 3에서와 같이 와이어 이송 유닛(300)들이 복수 개가 순차적으로 설치될 필요가 있다. 이 때, 도 4에서의 아래쪽 2개의 와이어 이송 유닛(300)들이 인접한 세트의 와이어 이송 유닛(300)들과 겹쳐서 활용될 수 있다.
와이어 이송 유닛(300)은 스풀 면(120) 및 섬유들의 회전 및 와이어(W)의 나선형 이동을 제한하지 않도록 공간 상의 적절한 위치에 고정될 필요가 있다.
와이어 이송 유닛(300)은 롤러(310, 320)를 구동함으로써 와이어를 이송하여야 하며, 도 5는 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치(10)의 와이어 이송 유닛(300)의 롤러 구성의 실시예들을 나타낸다.
도 5(a)에서, 와이어 이송 유닛(300)은, 나선형 와이어(W)에 이송력을 제공하는 제1 롤러(310) 및 나선형 와이어(W)의 이탈을 방지하는 제2 롤러(320)를 포함할 수 있다. 제1 롤러(310)들은 코일 형상 와이어(W)의 둥근 형태를 고려하여 코일 형상 반경의 바깥쪽으로 직경이 더 크게 제작된 테이퍼 형상을 구비할 수 있다. 즉, 제1 롤러(310)의 직경이 넓은 테이퍼 부분이 나선형 와이어(W)의 바깥쪽을 향하도록 배치될 수 있다. 제1 롤러(310)들은 나선형 와이어(W)의 양 측면에 서로 회전축이 평행하도록 배치될 수 있다. 제2 롤러(320)는 코일 형상의 나선형 와이어(W)의 안쪽에 배치될 수 있다.
도 5(b)에서, 와이어 이송 유닛(300)의 롤러 구성의 다른 예를 보여주는 개념도이다. 이 예에서는, 제2 롤러(310)가 코일 형상의 나선형 와이어(W)의 바깥쪽에 배치될 수 있으며, 제1 롤러(310)들이 나선형 와이어(W)의 양 측면에 와이어(W) 반경 바깥쪽으로 서로 벌어지는 방향으로 배치될 수 있다. 도 5(a)와 달리, 양 측면의 제1 롤러(310)들의 회전축이 서로 평행하지 않아서 제작이 좀 더 복잡할 수 있지만, 코일 형상 반경의 안쪽에의 설치 공간의 협소함을 피할 수 있는 장점이 있다.
일 실시예에 따른 섬유 와인징 장치(10)는, 롤러를 구동하는 모터를 추가로 구비할 수 있으며, 롤러를 구동하는 구동 모터들이 측면의 제1 롤러(310) 또는 제2 롤러(320)의 측에 마련될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치(10)에, 와이어 이송속도 측정유닛(400), 및 와이어 이송 유닛(300)의 롤러(310, 320)를 구동하는 모터의 회전속도를 조절하는 롤러 모터 회전속도 조절유닛(500)이 추가로 설치된 실시예를 나타낸다.
와이어 이송 유닛(300)은, 롤러(310, 320)와 와이어(W) 사이의 마찰력에 의하여 와이어(W)를 이송시키기 때문에, 기어나 체인 등에 의한 이송과는 달리, 마찰력의 증감에 따라 와이어(W)의 이송속도에 오차가 발생할 수 있다. 따라서 와이어(W)의 이송속도를 정확하게 유지하기 위해, 와이어 이송속도 측정 유닛(400)이 별도로 구비될 필요가 있다. 이 와이어 이송속도 측정유닛(400)의 측정 값을 바탕으로, 롤러(310, 320)의 회전속도를 증감하는 롤러 모터 회전속도 조절유닛(500)이 별도로 구비될 수 있다.
와이어 이송속도 측정유닛(400) 및 롤러 모터 회전속도 조절유닛(500)을 통하여, 와이어(W)에 섬유를 정확한 각도 방향으로 감기 위해서는, 보빈(310)의 회전 속도와 와이어(W)의 이송 속도 사이에 정확한 비례 관계가 유지되어야 할 필요가 있다. 보빈(310)들의 회전속도가 일정하게 유지되는 경우에, 보빈(310)의 회전 속도로부터 산출된 값으로 와이어(W)의 이송속도를 제어함으로써 와이어(W)에 섬유를 정확한 각도 방향으로 감을 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치에, 와이어 이송속도 측정유닛(400), 및 보빈(110)의 회전속도를 조절하는 보빈 회전속도 조절유닛(600)이 추가로 설치된 실시예를 나타낸다.
도 7은, 와이어(W)에 섬유를 정확한 각도 방향으로 감기 위한 다른 방법을 도시한다. 와이어(W)의 이송속도를 측정하고 이 속도에 맞추어 보빈(110)의 회전속도를 조절하는 방법에 대해 도시한다. 와이어(W)의 이송속도가 원하는 값에 비하여 오차가 발생하더라도, 와이어 이송속도 측정유닛(400)에 의해 측정된 와이어(W)의 이송속도 값에 맞추어, 보빈 회전속도 조절유닛(600)을 통해, 보빈(110)의 회전속도를 조절하면 와이어(W)에 섬유를 정확한 각도 방향으로 감을 수 있다.
위 도시된 실시예들에 제한되지 않고, 와이어 이송속도 측정유닛(400), 롤러 모터 회전속도 조절유닛(500) 및 보빈 회전속도 조절유닛(600)이 동시에 사용될 수 있다. 이 경우에는 와이어(W)에 섬유를 정확한 각도 방향으로 감으면서 와이어(W)에 섬유를 감는 속도를 조절할 수 있다. 즉, 섬유가 감긴 각도의 정확성 등 원하는 품질을 유지하면서 섬유 감는 속도를 최대로 하고자 할 때, 와이어 이송속도 측정유닛(400), 롤러 모터 회전속도 조절유닛(500) 및 보빈 회전속도 조절유닛(600)의 3개 유닛들을 동시에 활용하여 작업의 생산성과 품질과의 관계 등을 확인하여 최고의 생산속도를 결정할 수 있다.
도 8은 복수 개의 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치가 설치된 실시예를 나타낸다. 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치(10)들이 복수 개로 설치되어, 와이어(W)에 여러 개의 섬유층을 순차적으로 연속해서 감는 실시예에 대한 평면도를 도시한다.
이하, 일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치(10)의 구성부품들에 대해 구체적으로 후술하면서, 와이어(W) 상에 섬유를 권취하여 코일 스프링 복합재 구조물을 제작하는 작동 방식을 구체적으로 후술한다.
일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치(10)는 섬유(F)가 감겨질 와이어(W) 상에 설치되어, 스풀 어셈블리(100)가 와이어(W) 상에 사선 방향으로 비스듬하게 마련될 수 있다. 이때, 스풀 어셈블리(100)의 중앙에 가이드 링(200)이 마련되어, 와이어(W)가 가이드 링(200)을 직각으로 통과할 수 있도록 배치될 수 있다.
가이드 링(200)의 주위의 스풀 면(120) 상에 원주 방향으로 배열된 복수 개의 보빈(110)들로부터 섬유가 풀려나와 가이드 링(120)을 통해 와이어(W) 상에 감겨질 수 있다. 이 때, 스풀 면(120) 상에 복수 개의 보빈(110)들이 모두 일 방향으로 움직여 일 방향으로의 섬유를 감거나, 일부 보빈(110)들이 서로 반대 방향으로 움직여 직조 형태로 섬유를 감을 수 있다.
와이어 이송 유닛(300)이 와이어(W)의 양 측면에 배치된 제1 롤러(310)를 통해 와이어(W)에 이송력을 제공할 수 있고, 와이어(W)의 안쪽 또는 바깥쪽에 배치된 제2 롤러(320)를 통해 와이어(W)의 이탈을 방지할 수 있다.
일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치(10)는 와이어 이송속도 측정유닛(400)을 통해 와이어(W)의 이송속도를 측정할 수 있고, 롤러 모터 회전속도 조절유닛(500) 또는 보빈 회전속도 조절유닛(600)을 통하여 와이어(W)에 섬유(F)를 정확한 각도 방향으로 감을 수 있다. 롤러 모터 회전속도 조절유닛(500)은 측정된 와이어(W)의 이송속도 값을 바탕으로 롤러(310, 320)를 구동하는 모터의 회전속도를 조절할 수 있고, 보빈 회전속도 조절유닛(600)은 보빈(110)의 회전속도를 조절함으로 써, 와이어(W)에 섬유를 정확한 각도 방향으로 감을 수 있다.
일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치(10)는, 와이어(W) 상에 탄소섬유, 복합섬유 등으로 권취하여 제작된 코일 스프링 복합재 구조물을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치(10)는, 스풀 면과 가이드 링(200)이 평행하지 않고 나선형 와이어(W) 상에 사선 방향으로 배치되어, 인접한 와이어로 인한 공간의 제약을 피할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치(10)는, 섬유가 감기는 대상물에 섬유가 감기는 진행속도에 맞추어 대상물을 바깥쪽으로 인출할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치(10)는, 종래의 복합재 코일 스프링 제작 방법에 의한, 꼬아진 섬유 다발을 실린더 형태의 틀에 감거나 또는 몰드에 삽입하는 과정에서 섬유의 방향이 틀어지거나 섬유가 똑바로 펴진 상태가 아닌 구부러진 상태로 성형되는 것을 방지하여, 성형 후에 복합재 구조물의 강성이나 강도 등의 구조적 성능이 설계치보다 낮게 나타날 가능성을 효과적으로 방지할 수 있다.
일 실시예에 따른 섬유 와인딩 장치(10)는, 복합재 코일 스프링을 제작할 때, 스프링 단면에서 볼 때, 내부의 코어에 해당하는 나선형 선재, 즉 와이어에 섬유를 직접 감은 다음에 그 상태 그대로 수지를 함침시켜 성형하는 방법을 이용함으로써. 섬유의 방향이 최초에 와이어에 감은 방향대로 성형 후에도 정확히 유지되는 효과를 제공할 수 있다. 또한, 성형 과정에서 섬유가 구부러질 가능성을 방지하여, 제작후 스프링의 강성/강도 등 구조적 성능이 설계 목표대로 나타날 효과도 제공할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
10: 섬유 와인딩 장치
100: 스풀 어셈블리
110: 보빈
120: 스풀 면
200: 가이드 링
300: 와이어 이송 유닛
310: 제1 롤러
320: 제2 롤러
400: 와이어 이송속도 측정장치
500: 롤러 모터 회전속도 조절장치
600: 보빈 회전속도 조절장치
W: 와이어
F: 섬유

Claims (10)

  1. 나선형 와이어의 주위에 원주 방향으로 복수개의 보빈들이 마련되어 스풀 면을 형성하는 스풀 어셈블리;
    상기 스풀 어셈블리의 중앙에 스풀 면과 사선 방향으로 마련된 가이드 링; 및
    상기 나선형 와이어를 상기 가이드 링을 통과하도록 이송시키는, 와이어 이송 유닛;
    을 포함하고,
    상기 가이드 링의 중심을 직각으로 관통하도록 와이어가 배치되고, 상기 스풀 어셈블리의 스풀 면이 와이어에 사선 방향으로 배치되고, 상기 가이드 링을 따라 상기 나선형 와이어에 상기 복수개의 보빈들로부터 섬유가 감기는,
    섬유 와인딩 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수개의 보빈들은, 모두가 일 방향으로 움직여 일방향으로 섬유를 감거나, 일부 보빈들이 서로 반대 방향으로 움직여 직조 형태로 섬유를 감는,
    섬유 와인딩 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    섬유의 장력을 조절하는 장력 조절 유닛이 부착된 보빈 캐리어를 더 포함하는,
    섬유 와인딩 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 와이어 이송 유닛은, 나선형 와이어를 따라 복수 개가 설치되는,
    섬유 와인딩 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 와이어 이송 유닛은, 나선형 와이어에 이송력을 제공하는 제1 롤러 및 나선형 와이어의 이탈을 방지하는 제2 롤러를 포함하고,
    상기 제1 롤러는 나선형 와이어의 양 측면에 배치되고, 상기 제2 롤러는 나선형 와이어의 안쪽 또는 바깥쪽 중 적어도 어느 한 쪽에 배치되는,
    섬유 와인딩 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 롤러는 테이퍼 형상을 가지고, 상기 제1 롤러의 직경이 넓은 테이퍼 부분이 상기 나선형 와이어의 바깥쪽을 향하도록 배치되는,
    섬유 와인딩 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    와이어 이송속도 측정유닛; 및
    상기 와이어 이송 유닛의 롤러를 구동하는 모터의 회전속도를 조절하는 롤러 모터 회전속도 조절유닛;
    을 더 포함하는,
    섬유 와인딩 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    와이어 이송속도 측정유닛; 및
    보빈의 회전속도를 조절하는 보빈 회전속도 조절유닛;
    을 더 포함하는,
    섬유 와인딩 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 섬유 와인딩 장치를 포함하고,
    상기 섬유 와인딩 장치는 복수로 구비되어, 상기 나선형 와이어를 따라 차례로 배열된,
    섬유 와인딩 시스템.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 섬유 와인딩 장치 또는 제 9항에 따른 섬유 와인딩 시스템을 사용하여 제작된 복합재 구조물.
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