KR102664670B1 - 브러시용 현무암 섬유 복합재 제조장치 - Google Patents
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Abstract
현무암 브러시 제조장치가 제공된다. 상기 현무암 브러시 제조장치는 베이스 수지, 연삭 입자, 및 경화제가 혼합된 수지 혼합물이 수용되는 함침조, 상기 함침조의 상기 수지 혼합물 내에 배치되고, 복수의 현무암 섬유들의 이동을 가이드하는 제1 내지 제5 함침 롤봉, 상기 함침조의 상기 수지 혼합물 외부에 배치되고, 상기 수지 혼합물에 함침된 복수의 상기 현무암 섬유들을 뭉쳐 섬유 다발로 제조하는 게더, 및 복수의 상기 섬유 다발들을 묶는 브러시 제조기를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 브러시용 현무암 섬유 복합재 제조장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 절삭부위등(홀 가공, 면 가공 등)의 후처리 공정에 사용되는 브러시용 현무암 섬유 복합재 제조장치에 관련된 것이다.
항공, 자동차 및 기계산업이 발달함에 따라 부품 정밀도가 높아지고 있으며, 그에 따라 부품의 청정도가 중요한 문제로 대두되고 있다. 특히, 절삭가공에서의 청정도라 함은 절삭부위의 후처리 및 제거를 말하며, 절삭부위의 후처리란 가공 후 모서리, 면, 홀 등의 부분에 의도치 않게 발생하는 돌출 부위를 말한다.
금속의 정밀 기계가공 시에 가공 모서리 주위에 레벨 1에 해당하는 메크로(macro) 잔해물이 발생하게 되는데, 이러한 잔해물을 제거하지 않으면 잔해물의 탈락으로 인해, 기계 부품 내부의 손상을 일으켜 수명을 단축시키거나 정상작동을 할 수 없게 하는 등 심각한 문제를 초래할 수 있으므로, 기계산업에서의 잔해물의 제거는 중요한 문제이다.
잔해물 제거를 위한 종래의 절삭부위 후처리 공정 툴에는, 지립을 갖는 나일론 브러시, 황동 브러시, 와이어 브러시, 쇼트 블라스트(shot blast), 배럴(barrel), 페이퍼 등이 이용되고 있으며, 최종 마무리 공정의 대부분은 수작업으로 수행되었다.
그러나, 지립을 갖는 나일론 브러시, 황동 브러시, 와이어 브러시, 쇼트 블라스트, 배럴, 페이퍼 등을 이용한 종래의 가공에서는, 잔해물의 제거 효율, 연마 효율, 및 가공 정밀도가 낮은 문제점이 있고, 이로 인해 잔해물 및 가공 흔적이 잔존되거나 가공 후의 제품 품질이 변동되는 문제점이 발생되었다.
이에 따라, 잔해물 제거를 위한 종래의 브러시를 대체할 수 있는 기술에 관하여 다양한 연구가 이루어지고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 종래의 금속 브러시, 나일론 브러시, 및 유리 섬유 브러시와 비교하여 내구성과 절삭부위의 후처리 성능이 향상된 브러시용 현무암 섬유 복합재 제조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 종래의 탄소 섬유 브러시와 비교하여 제조비용이 현저하게 절감된 브러시용 현무암 섬유 복합재 제조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 친환경적인 현 브러시용 현무암 섬유 복합재 제조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 경량화된 브러시용 현무암 섬유 복합재 제조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 현무암 브러시용 섬유 다발의 제조장치를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 브러시용 섬유 다발의 제조장치는 현무암 섬유를 공급하는 섬유 공급 모듈, 상기 섬유 공급 모듈로부터 복수의 상기 현무암 섬유들을 공급받아, 복수의 상기 현무암 섬유들을 정렬하는 가이드 모듈, 및 베이스 수지, 연삭 입자, 및 경화제가 혼합된 수지 혼합물이 수용된 함침조를 포함하고, 상기 수지 혼합물에 함침된 복수의 상기 현무암 섬유들을 뭉쳐 섬유 다발로 제조하는 섬유 다발 제조 모듈을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 섬유 다발 제조 모듈은, 상기 함침조의 일측에 배치되는 가이드 롤봉, 상기 함침조의 상기 수지 혼합물 내에 배치되는 제1 내지 제5 함침 롤봉, 및 상기 함침조의 타측에 배치되는 게더를 포함하되, 복수의 상기 현무암 섬유들은, 상기 가이드 롤봉 및 상기 제1 내지 제5 함침 롤봉을 순차적으로 거친 후 상기 게더로 제공되고, 상기 게더는 복수의 상기 현무암 섬유들을 뭉쳐 상기 섬유 다발로 제조하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 게더는, 제1 직경 크기를 갖는 유입구 및 상기 제1 직경 크기보다 작은 제2 직경 크기를 갖는 유출구를 포함하고, 복수의 상기 현무암 섬유들은, 상기 유입구를 통해 상기 게더의 내부로 유입된 후 상기 유출구를 통해 상기 게더의 외부로 유출되되, 상기 유입구 및 상기 유출구의 직경 차이에 의해, 복수의 상기 현무암 섬유들이 뭉쳐지는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 섬유 다발은, 서로 인접한 상기 현무암 섬유들 각각의 길이 방향이 평행하도록 뭉쳐지는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 섬유 다발은, 복수의 상기 현무암 섬유들이 뭉쳐 원형 로드 형상을 이루는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제5 함침 롤봉은 길이 방향이 서로 평행하도록 서로 이격되어 배치되고, 복수의 상기 현무암 섬유들은, 상기 제1 내지 제5 함침 롤봉에 지그-재그(zig-zag) 형태로 감기는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 연삭 입자는, 실리콘 카바이드(SiC) 및 알루미나(α-Al2O3) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 수지는, 에폭시(epoxy) 수지, 비닐 에스터(vinyl ester) 수지, 폴리프로필렌(polypropylene) 수지 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 브러시용 섬유 다발의 제조장치는 상기 섬유 다발을 열처리하여, 상기 현무암 섬유에 제공된 상기 수지 혼합물을 경화시키는 히팅 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 현무암 브러시 제조장치를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 브러시 제조장치는 베이스 수지, 연삭 입자, 및 경화제가 혼합된 수지 혼합물이 수용되는 함침조, 상기 함침조의 상기 수지 혼합물 내에 배치되고, 복수의 현무암 섬유들의 이동을 가이드하는 제1 내지 제5 함침 롤봉, 상기 함침조의 상기 수지 혼합물 외부에 배치되고, 상기 수지 혼합물에 함침된 복수의 상기 현무암 섬유들을 뭉쳐 섬유 다발로 제조하는 게더, 및 복수의 상기 섬유 다발들을 묶는 브러시 제조기를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 브러시 제조장치는 상기 현무암 섬유를 공급하는 보빈(bobbin), 복수의 상기 현무암 섬유들을 공급받아 정렬하고, 정렬된 복수의 상기 현무암 섬유들을 상기 함침조로 제공하는 가이드 모듈, 및 상기 게더로부터 제조된 상기 섬유 다발을 열처리하여, 상기 현무암 섬유에 코팅된 상기 수지 혼합물을 경화시키는 히터를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 실시 예에 따른 현무암 브러시 제조장치를 통해 제조된 현무암 브러시는 절삭 가공된 부위의 잔해물 제거에 사용되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 현무암 브러시 제조장치는, 현무암 섬유를 공급하는 섬유 공급 모듈, 상기 섬유 공급 모듈로부터 복수의 상기 현무암 섬유들을 공급받아, 복수의 상기 현무암 섬유들을 정렬하는 가이드 모듈, 베이스 수지(예를 들어, 에폭시 수지), 연삭 입자(예를 들어, 실리콘 카바이드), 및 경화제가 혼합된 수지 혼합물이 수용된 함침조를 포함하고, 상기 수지 혼합물에 함침된 복수의 상기 현무암 섬유들을 뭉쳐 섬유 다발로 제조하는 섬유 다발 제조 모듈, 및 복수의 상기 섬유 다발들을 묶는 브러시 제조기를 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 현무암 브러시 제조장치를 통해 제조된 상기 현무암 브러시는, 복수의 상기 섬유 다발들이 묶여 일정 형상을 이루되, 상기 섬유 다발은, 상기 베이스 수지(예를 들어, 에폭시 수지)와 연삭 입자(예를 들어, 실리콘 카바이드)가 혼합된 상기 수지 혼합물이 코팅된 복수의 상기 현무암 섬유들이, 서로 인접한 상기 현무암 섬유들 각각의 연장 방향이 평행하도록 뭉쳐진 것을 포함할 수 있다.
특히, 상기 실시 예에 따른 현무암 브러시는, 현무암 섬유가 브러시를 구성하는 메인 섬유로 사용됨에 따라, 종래의 금속 브러시, 나일론 브러시, 및 유리 섬유 브러시와 비교하여 내구성 및 절삭부위의 후처리 성능이 향상될 수 있다. 또한, 종래의 탄소 섬유 브러시와 비교하여 제조비용이 현저하게 절감될 수 있어, 경제적인 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 브러시 제조장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 브러시 제조장치 중 섬유 다발 제조 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 브러시 제조장치 중 섬유 다발 제조 모듈의 게더를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 브러시 제조장치가 포함하는 히팅 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 브러시 제조장치를 통해 제조된 현무암 브러시를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 브러시 제조장치를 통해 제조된 현무암 브러시의 다양한 형태들을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제1 변형 예에 따른 현무암 브러시를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 변형 예에 따른 현무암 브러시를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 브러시 제조장치 중 섬유 다발 제조 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 브러시 제조장치 중 섬유 다발 제조 모듈의 게더를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 브러시 제조장치가 포함하는 히팅 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 브러시 제조장치를 통해 제조된 현무암 브러시를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 브러시 제조장치를 통해 제조된 현무암 브러시의 다양한 형태들을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제1 변형 예에 따른 현무암 브러시를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 변형 예에 따른 현무암 브러시를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다.
여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 브러시 제조장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 브러시 제조장치 중 섬유 다발 제조 모듈을 설명하기 위한 도면이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 브러시 제조장치 중 섬유 다발 제조 모듈의 게더를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 브러시 제조장치가 포함하는 히팅 모듈을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 브러시 제조장치를 통해 제조된 현무암 브러시를 설명하기 위한 도면이고, 도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 브러시 제조장치를 통해 제조된 현무암 브러시의 다양한 형태들을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 브러시 제조장치는 섬유 공급 모듈(100), 가이드 모듈(200), 섬유 다발 제조 모듈(300), 히팅 모듈(400), 및 브러시 제조기(미도시)를 포함할 수 있다. 이하, 각 구성에 대해 설명된다.
섬유 공급 모듈(100)
상기 섬유 공급 모듈(100)은, 현무암 섬유(BF)를 공급할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 섬유 공급 모듈(100)은, 상기 현무암 섬유(BF)가 감긴 복수의 보빈(bobbin, BN)으로부터, 상기 현무암 섬유(BF)들을 풀어내는 방법으로 상기 현무암 섬유(BF)들을 공급할 수 있다. 예를 들어, 상기 섬유 공급 모듈(100)은 200tex의 현무암 섬유를 공급할 수 있다. 상기 현무암 섬유(BF)들은 상기 섬유 공급 모듈(100)로부터 상기 가이드 모듈(200)로 제공될 수 있다.
가이드 모듈(200)
일 실시 예에 따르면, 상기 가이드 모듈(200)은 제1 가이드 모듈(210) 및 제2 가이드 모듈(220)을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 가이드 모듈(210, 220)은 복수의 상기 보빈(BN)들로부터 제공된 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들을 제공받아, 옆으로 나란히(laterally) 펼칠 수 있다. 이에 따라, 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들이 상기 제1 및 제2 가이드 모듈(210, 220)에 의해 정렬될 수 있다.
상기 제1 가이드 모듈(210) 및 상기 제2 가이드 모듈(220)은 모터 회전속도 및 마찰 회전속도가 서로 다를 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 가이드 모듈(220)의 모터 회전속도 및 마찰 회전속도는 상기 제1 가이드 모듈(210)의 모터 회전속도 및 마찰 회전속도보다 빠를 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 가이드 모듈(210)의 모터 회전속도는 90 rpm이고 마찰 회전속도는 70 rpm일 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 가이드 모듈(220)의 모터 회전속도는 110 rpm이고 마찰 회전속도는 90 rpm일 수 있다.
이 경우, 복수의 상기 보빈(BN)들로부터 제공된 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들은, 상기 제1 가이드 모듈(210)을 통해 1차 정렬된 후 상기 제2 가이드 모듈(220)을 통해 2차 정렬될 수 있다. 즉, 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들은, 상대적으로 느린 모터 회전속도(예를 들어, 90 rpm) 및 마찰 회전속도(예를 들어, 70 rpm)를 통해 1차적으로 정렬된 후 상대적으로 빠른 모터 회전속도(예를 들어, 110 rpm) 및 마찰 회전속도(예를 들어, 90 rpm)를 통해 2차적으로 정렬될 수 있다.
이에 따라, 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들의 정렬성이 향상될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 가이드 모듈(210) 또는 상기 제2 가이드 모듈(220)을 통해 1차 정렬만이 수행되는 경우, 옆으로 나란히 배치된 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들이 불규칙적으로 배열되어, 정렬성이 감소될 수 있다. 하지만, 상술된 바와 같이, 상기 제1 가이드 모듈(210)을 통해 1차 정렬을 수행한 후 상기 제2 가이드 모듈(220)을 통해 2차 정렬을 수행하는 경우, 옆으로 나란히 배치된 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들이 평행하도록 규칙적으로 배열되어, 정렬성이 향상될 수 있다. 상기 가이드 모듈(200)을 통해 정렬된 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들은 상기 섬유 다발 제조 모듈(300)의 함침조(310)로 제공될 수 있다. 구체적인 설명은 후술된다.
섬유 다발 제조 모듈(300)
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 섬유 다발 제조 모듈(300)은, 함침조(310), 가이드 롤봉(320), 제1 내지 제5 함침 롤봉(331, 332, 333, 334, 335), 및 게더(340)을 포함할 수 있다.
상기 함침조(310)에는 수지 혼합물(BR)이 수용될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 수지 혼합물(BR)은 베이스 수지, 연삭 입자, 및 경화제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 베이스 수지는 후술되는 현무암 브러시의 내열성을 향상시킬 수 있는 물질로서, 에폭시(epoxy) 수지, 비닐 에스터(vinyl ester) 수지, 폴리프로필렌(polypropylene) 수지 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 연삭 입자는 후술되는 현무암 브러시의 절삭부위 후처리 성능을 향상시킬 수 있는 물질로서, 실리콘 카바이드(SiC) powder를 포함할 수 있다. 또한, 상기 연삭 입자는 0.78 μm 내지 1 μm의 크기를 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수지 혼합물(BR)은 상기 베이스 수지(예를 들어, 에폭시 수지)와 상기 연삭 입자(예를 들어, 실리콘 카바이드)를 혼합하고 교반하여 예비 수지 혼합물을 제조한 후, 상기 예비 수지 혼합물을 상기 경화제와 혼합하고 교반함으로써 제조될 수 있다.
보다 구체적으로, 에폭시 수지에 0.78 μm 내지 1 μm의 크기의 실리콘 카바이드(SiC) powder를 혼합하고 2시간 동안 450 rpm의 속도로 교반하여 상기 예비 수지 혼합물을 제조한 후, 상기 예비 수지 혼합물을 경화제와 혼합하고 15분 내지 20분의 시간 동안 450 rpm의 속도로 교반하여 상기 수지 혼합을 제조할 수 있다.
상술된 바와 달리, 상기 예비 수지 혼합물을 제조하는 단계에서, 에폭시 수지와 실리콘 카바이드(SiC)가 2시간 미만 동안 교반되거나 450 rpm 미만의 속도로 교반되는 경우, 점도의 형성이 충분하게 이루어지지 않아 후술되는 수지 혼합물 코팅 단계에서, 현무암 섬유 상에 상기 수지 혼합물이 뭉쳐 코팅 균일성이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다. 또한, 에폭시 수지와 실리콘 카바이드(SiC)가 2시간 초과 동안 교반되거나 450 rpm 초과의 속도로 교반되는 경우, 과도한 점도의 형성으로 인하여 후술되는 수지 혼합물 코팅 단계에서, 수지 혼합물이 코팅된 현무암 섬유가 끊어지는 문제점이 발생될 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 예비 수지 혼합물은, 상기 베이스 수지(예를 들어, 에폭시 수지)를 열처리하여 상기 베이스 수지(예를 들어, 에폭시 수지)의 점도를 감소시킨 후, 점도가 감소된 상기 베이스 수지(예를 들어, 에폭시 수지)와 상기 연삭 입자(예를 들어, 실리콘 카바이드)를 혼합하고 교반함으로써 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기 베이스 수지(예를 들어, 에폭시 수지)가 담긴 비이커를 멘틀에 삽입한 후, 60℃의 온도로 20분 내지 30분 동안 멘틀을 가열시키면서 450 rpm의 속도로 상기 베이스 수지(예를 들어, 에폭시 수지)를 교반함으로써, 상기 베이스 수지(예를 들어, 에폭시 수지)의 점도를 감소시킬 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 베이스 수지(예를 들어, 에폭시 수지)의 점도를 감소시킨 후 상기 연삭 입자(예를 들어, 실리콘 카바이드)를 혼합함으로써, 상기 베이스 수지(예를 들어, 에폭시 수지)와 상기 연삭 입자(예를 들어, 실리콘 카바이드)의 혼합이 용이하게 이루어질 수 있다.
상기 가이드 롤봉(320)은, 상기 함침조(310)의 일측 및 상기 수지 혼합물(BR)의 외부에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 함침조(310)의 일측은 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들이 상기 함침조(310)로 유입되는 위치일 수 있다. 상기 가이드 롤봉(320)은, 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들이 상기 함침조(310)에 수용된 상기 수지 혼합물(BF) 내에 함침 되도록 가이드 할 수 있다.
상기 제1 내지 제5 함침 롤봉(331, 332, 333, 334, 335)은, 상기 함침조(310)에 수용된 상기 수지 혼합물(BR) 내에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제5 함침 롤봉(331, 332, 333, 334, 335)은 길이 방향이 서로 평행하도록 서로 이격되어 배치되고, 상기 가이드 롤봉(320)으로부터 상기 수지 혼합물(BR) 내로 가이드된 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들은, 상기 제1 내지 제5 함침 롤봉(331, 332, 333, 334, 335)을 순차적으로 이동할 수 있다. 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들은, 상기 제1 내지 제5 함침 롤봉(331, 332, 333, 334, 335)을 지그-재그(zig-zag) 형태로 감겨 이동할 수 있다. 상기 제1 내지 제5 함침 롤봉(331, 332, 333, 334, 335)을 순차적으로 이동한 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들은, 상기 수지 혼합물(BR)의 외부로 유출될 수 있다. 이에 따라, 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들에 상기 수지 혼합물(BF)이 코팅될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들은, 3 m/min의 속도로 상기 제1 내지 제5 함침 롤봉(331, 332, 333, 334, 335)을 이동할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들이 상기 함침조(310) 내의 상기 수지 혼합물(BF) 내에 함침되기 전 건조될 수 있다. 예를 들어, 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들은 110℃의 온도에서 24시간 동안 건조될 수 있다. 이와 달리, 상기 현무암 섬유(BF)들이 건조되지 않은 상태에서 상기 수지 혼합물의 코팅이 이루어지는 경우, 상기 현무암 섬유들의 표면에 존재하는 수분으로 인하여, 상기 수지 혼합물(BR)의 코팅이 이루어지지 않는 문제점이 발생될 수 있다.
상기 게더(340)는, 상기 함침조(310)의 타측 및 상기 수지 혼합물(BR)의 외부에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 함침조(310)의 타측은 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들이 상기 함침조(310)로부터 유출되는 위치일 수 있다.
상기 게더(340)는, 상기 제1 내지 제5 함침 롤봉(331, 332, 333, 334, 335)을 거쳐 상기 수지 혼합물(BR)의 외부로 유출된 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들을 제공받아, 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들을 뭉칠 수 있다. 이에 따라, 상기 수지 혼합물(BR)이 코팅된 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들이 뭉친 상기 섬유 다발(FG)이 제조될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 게더(340)는 제1 직경 크기(d1)를 갖는 유입구(340a), 및 제2 직경 크기(d2)를 갖는 유출구(340b)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 직경 크기(d2)는 상기 제1 직경 크기(d1)보다 작을 수 있다. 또한, 상기 유입구(340a) 및 상기 유출구(340b)는 연통될 수 있다.
상기 제1 내지 제5 함침 롤봉(331, 332, 333, 334, 335)을 거쳐 상기 수지 혼합물(BR)의 외부로 유출된 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들은, 상기 게더(340)의 상기 유입구(340a)를 통해 상기 게더(340)의 내부로 유입된 후 상기 게더(340)의 상기 유출구(340b)를 통해 상기 게더(340)의 외부로 유출될 수 있다. 이 과정에서, 상기 유입구(340a) 및 상기 유출구(340b)의 직경 차이에 의해, 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들이 뭉쳐질 수 있다. 구체적으로, 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들은 서로 인접한 상기 현무암 섬유(BF)들 각각의 길이 방향이 평행하도록 뭉쳐질 수 있다.
즉, 상기 섬유 다발(FG)은, 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들이, 서로 인접한 상기 현무암 섬유(BF)들 각각의 길이 방향이 평행하도록 뭉쳐진 것일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 섬유 다발(BF)은 원형 로드 형상을 가질 수 있다. 상기 섬유 다발(BF)의 형상은 상기 게더(340)의 상기 유출구(340b)의 형상에 따라 제어될 수 있다. 즉, 상기 게더(340)의 상기 유출구(340b) 형상을 제어함으로써, 상기 섬유 다발(BF)의 형상을 다양하게 변형시킬 수 있다.
상기 섬유 다발(FG)을 이루는 상기 현무암 섬유(BF)들의 개수는, 후술되는 현무암 브러시(CB)의 용도에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 즉, 상기 섬유 다발(FG)의 굵기가 다양하게 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 섬유 다발(FG)은 0.3 mm 내지 1.2 mm의 굵기를 가지며, 0.4% 내지 0.56%의 R/C 값을 가질 수 있다.
히팅 모듈(400) 및 브러시 제조기(미도시)
상기 히팅 모듈(400)은 상기 섬유 다발(FG)을 열처리할 수 있다. 이에 따라, 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들에 코팅된 상기 수지 혼합물(BR)이 경화될 수 있다. 이로 인해, 상기 섬유 다발(FG)의 형상이 일정하게 유지될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 섬유 다발(FG)은 130℃ 내지 210℃의 온도로 열처리될 수 있으며, 3 m/min의 속도로 상기 히팅 모듈 내를 이동할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 히팅 모듈(400)은 제1 히터(410), 제2 히터(420), 및 튜브로(430)를 포함할 수 있다. 상기 제1 히터(410)는 상기 섬유 다발(FG)을 제1 온도에서 제1 시간 동안 열처리할 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 히터(420)는 상기 제1 히터(410)를 통해 열처리된 상기 섬유 다발(FG)을 제2 온도에서 제2 시간 동안 열처리할 수 있다. 상기 제2 온도는 상기 제1 온도 보다 높고, 상기 제2 시간은 상기 제1 시간 보다 짧을 수 있다.
즉, 상기 섬유 다발(FG)은, 상대적으로 저온에서 상대적으로 긴 시간 동안 제1 열처리된 후 상대적으로 고온에서 상대적으로 짧은 시간 동안 제2 열처리될 수 있다. 이에 따라, 상기 현무암 섬유(BF)들에 코팅된 상기 수지 혼합물(BR)의 경화 시간이 단축될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 튜브로(430)는 열처리된 상기 섬유 다발(FG)의 형상을 제어할 수 있다.
상기 브러시 제조기는 복수의 상기 섬유 다발(FG)들을 일정 형상으로 묶을 수 있다. 이에 따라, 현무암 브러시(CB)가 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 복수의 상기 섬유 다발(FG)들은, 도 7에 도시된 바와 같이, 중앙부가 채워진 원형 형상으로 묶일 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 복수의 상기 섬유 다발(FG)들은, 도 8에 도시된 바와 같이, 중앙부가 비워진 원형 형상으로 묶일 수 있다. 이와 달리, 또 다른 실시 예에 따르면, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 섬유 다발(FG)이 단독으로 사용될 수도 있다. 즉, 상기 현무암 브러시(CB)의 형상은, 상기 현무암 브러시(CB)의 사용 용도에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 브러시 제조장치는, 상기 현무암 섬유(BF)를 공급하는 상기 섬유 공급 모듈(100), 상기 섬유 공급 모듈(100)로부터 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들을 공급받아, 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들을 정렬하는 상기 가이드 모듈(200), 상기 베이스 수지(예를 들어, 에폭시 수지), 연삭 입자(예를 들어, 실리콘 카바이드), 및 경화제가 혼합된 수지 혼합물이 수용된 상기 함침조(310)를 포함하고, 상기 수지 혼합물에 함침된 복수의 상기 현무암 섬유(BF)들을 뭉쳐 상기 섬유 다발(FG)로 제조하는 상기 섬유 다발 제조 모듈(300), 및 복수의 상기 섬유 다발(FG)들을 묶는 브러시 제조기(미도시)를 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 현무암 브러시 제조장치를 통해 제조된 상기 현무암 브러시(CB)는, 복수의 상기 섬유 다발(FG)들이 묶여 일정 형상을 이루되, 상기 섬유 다발(FG)은, 상기 베이스 수지(예를 들어, 에폭시 수지)와 연삭 입자(예를 들어, 실리콘 카바이드)가 혼합된 상기 수지 혼합물이 코팅된 복수의 상기 현무암 섬유들이, 서로 인접한 상기 현무암 섬유들 각각의 연장 방향이 평행하도록 뭉쳐진 것을 포함할 수 있다.
특히, 상기 실시 예에 따른 현무암 브러시(CB)는, 현무암 섬유가 브러시를 구성하는 메인 섬유로 사용됨에 따라, 종래의 금속 브러시, 나일론 브러시, 및 유리 섬유 브러시와 비교하여 내구성 및 절삭부위 후처리 성능이 향상될 수 있다. 또한, 종래의 탄소 섬유 브러시와 비교하여 제조비용이 현저하게 절감될 수 있어, 경제적인 이점이 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 브러시 제조장치가 설명되었다. 이하, 본 발명의 변형 예에 따른 현무암 브러시가 설명된다.
도 10는 본 발명의 제1 변형 예에 따른 현무암 브러시를 설명하기 위한 도면이다.
도 10를 참조하면, 상기 제1 변형 예에 따른 현무암 브러시(CB)는, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 상기 실시 예에 따른 현무암 브러시 제조장치를 통해 제조될 수 있고, 도 7을 참조하여 설명된 상기 실시 예에 따른 현무암 브러시(CB)와 같을 수 있다. 즉, 상기 제1 변형 예에 따른 현무암 브러시(CB)는, 복수의 섬유 다발(FG)들이 묶여 일정 형상을 이루되, 상기 섬유 다발(FG)은, 베이스 수지(예를 들어, 에폭시 수지)와 연삭 입자(예를 들어, 실리콘 카바이드)가 혼합된 수지 혼합물이 코팅된 복수의 현무암 섬유들이, 서로 인접한 상기 현무암 섬유들 각각의 연장 방향이 평행하도록 뭉쳐진 것을 포함할 수 있다.
다만, 상기 제1 변형 예에 따른 현무암 브러시(CB)는, 중앙부에 배치된 제1 섬유 다발(FG1)과, 상기 제1 섬유 다발(FG1)을 둘러싸도록 배치된 제2 내지 제7 섬유 다발(FG2~FG7)의 조성이 다를 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 섬유 다발(FG1)은, 상대적으로 상기 연마 입자(예를 들어, 실리콘 카바이드)의 함량이 상대적으로 낮을 수 있다. 반면, 상기 제2 내지 제7 섬유 다발(FG2~FG7)은, 상대적으로 상기 연마 입자(예를 들어, 실리콘 카바이드)의 함량이 상대적으로 높을 수 있다. 즉, 외측에 배치된 섬유 다발(FG2~FG7)의 상기 연마 입자 함량이, 내측에 배치된 섬유 다발(FG1)의 상기 연마 입자의 함량보다 높을 수 있다.
이로 인해, 상기 현무암 브러시(CB)의 절삭부위 후처리 성능이 향상될 수 있을 뿐만 아니라 상기 현무암 브러시(CB)의 내구성도 향상될 수 있다. 구체적으로, 절삭 가공된 부품의 절삭부위 후처리 공정에 사용되는 상기 현무암 브러시(CB)의 경우, 브러시 외측과 부품의 접촉 빈도가 브러시 내측과 부품의 접촉 빈도 보다 높을 수 있다. 이에 따라, 접촉 빈도가 높은 브러시 외측에, 상기 연마 입자(예를 들어, 실리콘 카바이드)의 함량을 증가시킴으로써, 상기 현무암 브러시(CB)의 절삭부위 후처리 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 내구성까지 함께 향상시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 제2 변형 예에 따른 현무암 브러시를 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 상기 제2 변형 예에 따른 현무암 브러시(CB)는, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 상기 실시 예에 따른 현무암 브러시 제조장치를 통해 제조될 수 있고, 도 6을 참조하여 설명된 상기 실시 예에 따른 현무암 브러시(CB)와 같을 수 있다. 즉, 상기 제2 변형 예에 따른 현무암 브러시(CB)는, 복수의 섬유 다발(FG)들이 묶여 일정 형상을 이루되, 상기 섬유 다발(FG)은, 베이스 수지(예를 들어, 에폭시 수지)와 연삭 입자(예를 들어, 실리콘 카바이드)가 혼합된 수지 혼합물이 코팅된 복수의 현무암 섬유들이, 서로 인접한 상기 현무암 섬유들 각각의 연장 방향이 평행하도록 뭉쳐진 것을 포함할 수 있다.
다만, 상기 제2 변형 예에 따른 현무암 브러시(CB)는, 중앙부에 배치된 제1 섬유 다발(FG1)과, 상기 제1 섬유 다발(FG1)을 둘러싸도록 배치된 제2 내지 제7 섬유 다발(FG2~FG7)의 두께가 다를 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 섬유 다발(FG1)은, 상대적으로 두께가 얇을 수 있다. 반면, 상기 제2 내지 제7 섬유 다발(FG2~FG7)은, 상대적으로 두께가 두꺼울 수 있다. 즉, 외측에 배치된 섬유 다발(FG2~FG7)의 두께가, 내측에 배치된 섬유 다발(FG1)의 두께보다 두꺼울 수 있다.
이로 인해, 상기 현무암 브러시(CB)의 절삭부위 후처리 성능이 향상될 수 있을 뿐만 아니라 상기 현무암 브러시(CB)의 내구성도 향상될 수 있다. 구체적으로, 절삭 가공된 부품의 절삭부위 후처리 공정에 사용되는 상기 현무암 브러시(CB)의 경우, 브러시 외측과 부품의 접촉 빈도가 브러시 내측과 부품의 접촉 빈도 보다 높을 수 있다. 이에 따라, 접촉 빈도가 높은 브러시 외측의 두께를 증가시킴으로써, 상기 현무암 브러시(CB)의 절삭부위 후처리 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 내구성까지 함께 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 섬유 공급 모듈
200: 가이드 모듈
300: 섬유 다발 제조 모듈
310: 함침조
320: 가이드 롤러
331, 332, 333, 334, 335: 제1 내지 제5 함침 롤러
340: 게더
BF: 현무암 섬유
BR: 수지 혼합물
FG: 섬유 다발
CB: 현무암 브러시
200: 가이드 모듈
300: 섬유 다발 제조 모듈
310: 함침조
320: 가이드 롤러
331, 332, 333, 334, 335: 제1 내지 제5 함침 롤러
340: 게더
BF: 현무암 섬유
BR: 수지 혼합물
FG: 섬유 다발
CB: 현무암 브러시
Claims (12)
- 현무암 섬유를 공급하는 섬유 공급 모듈;
상기 섬유 공급 모듈로부터 복수의 상기 현무암 섬유들을 공급받아, 복수의 상기 현무암 섬유들을 정렬하는 가이드 모듈; 및
베이스 수지, 연삭 입자, 및 경화제가 혼합된 수지 혼합물이 수용된 함침조를 포함하고, 상기 수지 혼합물에 함침된 복수의 상기 현무암 섬유들을 뭉쳐 섬유 다발로 제조하는 섬유 다발 제조 모듈을 포함하되,
상기 섬유 다발 제조 모듈은,
상기 함침조의 일측에 배치되는 가이드 롤봉, 상기 함침조의 상기 수지 혼합물 내에 배치되는 제1 내지 제5 함침 롤봉, 및 상기 함침조의 타측에 배치되는 게더를 포함하고,
복수의 상기 현무암 섬유들은, 상기 가이드 롤봉 및 상기 제1 내지 제5 함침 롤봉을 순차적으로 거친 후 상기 게더로 제공되고, 상기 게더는 복수의 상기 현무암 섬유들을 뭉쳐 상기 섬유 다발로 제조하는 것을 포함하는 현무암 브러시용 섬유 다발의 제조장치.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 게더는, 제1 직경 크기를 갖는 유입구 및 상기 제1 직경 크기보다 작은 제2 직경 크기를 갖는 유출구를 포함하고,
복수의 상기 현무암 섬유들은, 상기 유입구를 통해 상기 게더의 내부로 유입된 후 상기 유출구를 통해 상기 게더의 외부로 유출되되,
상기 유입구 및 상기 유출구의 직경 차이에 의해, 복수의 상기 현무암 섬유들이 뭉쳐지는 것을 포함하는 현무암 브러시용 섬유 다발의 제조장치.
- 제3 항에 있어서,
상기 섬유 다발은, 서로 인접한 상기 현무암 섬유들 각각의 길이 방향이 평행하도록 뭉쳐지는 것을 포함하는 현무암 브러시용 섬유 다발의 제조장치.
- 제3 항에 있어서,
상기 섬유 다발은, 복수의 상기 현무암 섬유들이 뭉쳐 원형 로드 형상을 이루는 것을 포함하는 현무암 브러시용 섬유 다발의 제조장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 제1 내지 제5 함침 롤봉은 길이 방향이 서로 평행하도록 서로 이격되어 배치되고,
복수의 상기 현무암 섬유들은, 상기 제1 내지 제5 함침 롤봉에 지그-재그(zig-zag) 형태로 감기는 것을 포함하는 현무암 브러시용 섬유 다발의 제조장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 연삭 입자는, 실리콘 카바이드(SiC) 및 알루미나(α-Al2O3) 중 어느 하나를 포함하는 현무암 브러시용 섬유 다발의 제조장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 베이스 수지는, 에폭시(epoxy) 수지, 비닐 에스터(vinyl ester) 수지, 폴리프로필렌(polypropylene) 수지 중 어느 하나를 포함하는 현무암 브러시용 섬유 다발의 제조장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 섬유 다발을 열처리하여, 상기 현무암 섬유에 제공된 상기 수지 혼합물을 경화시키는 히팅 모듈을 더 포함하는 현무암 브러시용 섬유 다발의 제조장치.
- 베이스 수지, 연삭 입자, 및 경화제가 혼합된 수지 혼합물이 수용되는 함침조;
상기 함침조의 상기 수지 혼합물 내에 배치되고, 복수의 현무암 섬유들의 이동을 가이드하는 제1 내지 제5 함침 롤봉;
상기 함침조의 상기 수지 혼합물 외부에 배치되고, 상기 수지 혼합물에 함침된 복수의 상기 현무암 섬유들을 뭉쳐 섬유 다발로 제조하는 게더; 및
복수의 상기 섬유 다발들을 묶는 브러시 제조기를 포함하는 현무암 브러시 제조장치.
- 제10 항에 있어서,
상기 현무암 섬유를 공급하는 보빈(bobbin);
복수의 상기 현무암 섬유들을 공급받아 정렬하고, 정렬된 복수의 상기 현무암 섬유들을 상기 함침조로 제공하는 가이드 모듈; 및
상기 게더로부터 제조된 상기 섬유 다발을 열처리하여, 상기 현무암 섬유에 코팅된 상기 수지 혼합물을 경화시키는 히터를 더 포함하는 현무암 브러시 제조장치.
- 제10 항에 따른 현무암 브러시 제조장치를 통해 제조된 현무암 브러시는, 절삭 가공된 부위의 잔해물 제거에 사용되는 것을 포함하는 현무암 브러시 제조장치.
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