KR20170104530A - 섬유 재료로 제품을 생산하는 방법, 장치 및 시스템 - Google Patents

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게오르그 ??크졸
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Abstract

섬유 재료로 제품을 생산하기 위해 장치(2)의 캐비티(26) 안에 섬유 재료를 충진한다. 상기 장치(2)는 내부에 있는 캐비티(26)를 한정하는 몰드(23)와 상기 몰드(23)를 지지하는 홀더(20)를 포함한다. 상기 홀더(20)는 상기 몰드(23)를 하나 이상의 열처리 스테이션(15)으로 이동시키기 위해 이동된다. 상기 섬유 재료(3)는 하나 이상의 열처리 스테이션(15)에 있는 몰드(23) 안에서 열처리된다.

Description

섬유 재료로 제품을 생산하는 방법, 장치 및 시스템
본 발명은 제품을 생산하는 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 섬유 재료로 탄성 특성이 있는 제품, 쿠션체(cushion body)일 수 있는 제품을, 생산하는 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다.
폴리우레탄 폼(polyurethane foam, PU)과 같은 폼(foam)은 운송 업계에서 자동차 내부 부재와 같은 시트를 위한 직물 기재로서 광범위하게 사용된다. 폼은 직물 면재의 뒤쪽에 접착된다. 이렇게 폼으로 지지되는 합성품은 접촉 면적에서 안락함과 아주 편안한 느낌을 제공할 수 있는 쿠션 효과를 가진다.
시트의 쿠션 소재로 폴리우레탄 폼을 사용하는 경우 발생하는 문제점이 있다. 예를 들어 폴리우레탄 폼으로 지지되는 부재가 자동차 또는 하우징 내부에 성에를 일으키는 휘발성 물질을 방출할 수 있고 시간이 경과함에 따라 폼 자체가 산화되어 부재의 색 변화를 발생시킬 수 있다. 재생성(recyclability) 또한 해결되어야 하는 문제다.
이러한 원인과 다른 원인들 때문에 비슷한 원가의 폼 소재와 유사한 쿠션 특성을 제공할 또 다른 소재가 지속적으로 요구된다. 이와 관련하여 주목을 받았던 소재 중 한 종류는 부직포로서 예를 들어 폴리에스테르계 부직포(polyester nonwoven)다. 이러한 소재는 여러 표면 직물에 적절한 지지(backing)를 제공할 수 있다.
섬유 재료로 쿠션체와 같은 제품을 생산하는 기술은 열처리를 포함할 수 있다. 템플릿체(template body) 또는 느슨한(loose) 섬유 재료는 장치에 공급될 수 있으며 상기 장치에서 열처리될 수 있다. 섬유 재료를 장치에 삽입하는 행위 및 열처리를 동일한 위치에서 실시하는 종래 기술에는 여러 결점이 있을 수 있다. 설명하자면, 위와 같은 종래 기술은 장치에서 열처리가 종료될 때 새로운 충진 단계를 수행할 수 있기 때문에 유연성 및 효율성이 떨어져 피해를 볼 수 있다. 장치의 열 질량으로 인해 에너지 소비량이 높을 수 있다. 더 나아가 종료된 장치의 가열 및 냉각은 프로세싱 시간을 증가시킬 수 있다.
상기 기재된 상황으로 인해, 상기 요구 사항의 일부를 해결하는 섬유 재료로 제품을 생산하는 기계, 장치, 시스템 및 방법에 대한 기술이 지속적으로 필요하다. 특히 시트 쿠션체 또는 에너지 효율성이 좋은 기타 제품을 생산하는 장치, 시스템 및 방법에 대한 기술이 필요하다.
이와 같은 요구 사항 및 기타 요구 사항은 실시예들에 따른 장치, 시스템 및 방법을 통해 해결된다. 대표적인 실시예들에 따라, 장치(tool)는 몰드(mold) 및 몰드를 받치는 홀더(holder)를 포함할 수 있다. 이와 같은 장치의 복합 구조는 홀더가 아닌 몰드만 몰드에 있는 섬유 재료를 가열하거나 냉각시키는 기류에 노출될 수 있기 때문에 에너지 효율성을 향상시킨다.
홀더는 시스템의 충진 스테이션(filling station) 또는 열처리 스테이션(thermal treatment station) 안에 몰드를 배치하기 위해 사용될 수 있다. 또한 홀더는 몰드를 포함하는 장치를 충진 스테이션에서 하나 이상의 열처리 스테이션으로 운송하거나 몰드를 포함하는 장치를 하나의 열처리 스테이션에서 또 다른 열처리 스테이션으로 운송하기 위해 사용될 수 있다.
일 실시예에 따른 제품을 생산하는 방법은 장치의 캐비티(cavity) 안에 섬유 재료를 충진하는 단계를 포함하며 장치는 내부에 있는 캐비티를 한정하는(define) 몰드와 몰드를 지지하는 홀더를 포함한다. 상기 방법은 몰드를 하나 이상의 열처리 스테이션으로 이동시키기 위해 홀더를 이동시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 하나 이상의 열처리 스테이션에서 몰드 안에 있는 섬유 재료를 열처리하는 단계를 포함한다.
섬유 재료는 느슨한 섬유 재료로서 캐비티에 공급될 수 있다.
상기 방법은 느슨한 섬유 재료를 생산하기 위해 하나 이상의 원사를 절단하는 단계를 포함할 수 있다.
몰드의 열용량은 홀더의 열용량보다 작을 수 있다. 이에 따라 몰드의 질량은 홀더의 질량보다 작을 수 있다.
장치는 몰드와 홀더 사이에 있는 열 분리 부재(thermal decoupling member)를 포함할 수 있다.
열 분리 부재는 몰드와 홀더 사이에서 연장되는 상호 연결부(interconnection)를 포함할 수 있고, 상호 연결부의 단면적은 몰드의 표면적보다 작다. 상호 연결부의 단면적은 몰드의 표면적보다 훨씬 더 작을 수 있다.
상호 연결부는 일정 간격 이격되어 있는 다수의 로드들(rod)을 포함할 수 있다.
하나 이상의 열처리 스테이션은 섬유 재료를 열처리하기 위해 몰드에 연결하도록 구성된 어댑터(adapter)를 포함할 수 있다.
어댑터는 기류를 몰드 안으로 지향시키는 배플(baffle)을 포함할 수 있다. 배플은 기류가 홀더에 충돌(impinge)하는 것을 방지할 수 있다.
하나 이상의 열처리 스테이션은 기류가 몰드 안으로 지향되기 전에 기류를 가열 또는 냉각할 수 있다.
하나 이상의 열처리 스테이션은 몰드에 연결하기 위해 구성된 가열 스테이션 어댑터(heating station adaptor)를 포함하는 가열 스테이션(heating station)과 몰드에 연결하기 위해 구성된 냉각 스테이션 어댑터(cooling station adaptor)를 포함하는 냉각 스테이션(cooling station)을 포함할 수 있다.
가열 스테이션 어댑터는 장치가 가열 스테이션에 배치될 때 몰드와 홀더 사이에서 연장되는 배플을 포함할 수 있다.
냉각 스테이션 어댑터는 장치가 냉각 스테이션에 배치될 때 몰드와 홀더 사이에서 연장되는 배플을 포함할 수 있다.
상기 방법은 몰드를 가열 스테이션에서 냉각 스테이션으로 이동시키기 위해 홀더를 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
몰드는 가열 스테이션 어댑터와 냉각 스테이션 어댑터에 차례대로 연결될 수 있다.
섬유 재료는 하나 이상의 열처리 스테이션에서 일정 간격 이격된 충진 스테이션에서 캐비티에 충진될 수 있다.
홀더는 자동 운송 메커니즘을 통해 충진 스테이션에서 하나 이상의 열처리 스테이션으로 자동으로 이동할 수 있다.
충진 스테이션은 몰드에 연결하기 위한 충진 스테이션 어댑터를 포함할 수 있다. 충진 스테이션 어댑터는 서로 비례하는 몰드의 둘 이상의 섹션들을 이동시키는 액츄에이터(actuator)를 포함할 수 있다.
충진 스테이션 어댑터는 장치가 충진 스테이션에 배치될 때 몰드와 홀더 사이에서 연장되는 배플을 포함할 수 있다.
상기 제품은 섬유 쿠션체일 수 있다.
충진 스테이션은 몰드에 삽입된 섬유를 섬유 쿠션체의 하중 방향을 따라 지향시키도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따른 제품 생산을 위한 장치는 섬유 재료를 수용하기 위한 캐비티를 한정하는 몰드를 포함한다. 장치는 몰드를 지지하고, 섬유 재료를 몰드에 충진하는 충진 스테이션에서 하나 이상의 열처리 스테이션으로 상기 몰드를 이동시키기 위한 이동 가능한 홀더를 포함한다.
몰드의 열용량은 홀더의 열용량보다 작을 수 있다.
장치는 몰드와 홀더 사이에 배치된 열 분리 부재를 더 포함할 수 있다.
열 분리 부재는 몰드와 홀더 사이에서 연장되는 상호 연결부를 포함할 수 있으며, 상기 상호 연결부는 몰드의 표면적보다 작은 단면적을 포함한다. 상기 상호 연결부는 몰드의 표면적보다 훨씬 더 작은 단면적을 포함할 수 있다.
상호 연결부는 서로 일정 간격 이격된 다수의 로드들을 포함할 수 있다. 다수의 로드들은 몰드와 홀더 사이에서 연장될 수 있다.
몰드는 서로에 대해 이동할 수 있는 다수의 세그먼트들을 포함할 수 있다.
다수의 세그먼트들은 가스의 이동로를 상기 몰드의 안쪽 또는 바깥 쪽으로 허용하는 하나 이상의 다공면(perforated face)을 포함할 수 있다.
상기 장치는 섬유 쿠션체를 생산하도록 구성될 수 있다.
또 다른 실시예에 따라, 제품 생산을 위한 프로세싱 스테이션이 제공된다. 상기 프로세싱 스테이션은 일 실시예에 따른 장치의 몰드에 연결하기 위해 구성된 어댑터를 포함할 수 있다.
상기 어댑터는 가스가 상기 홀더에 충돌하는 것을 방지하면서 몰더 내부 또는 외부로 가스를 유도하는 배플을 포함할 수 있다.
상기 프로세싱 스테이션은 충진 스테이션일 수 있다. 어댑터는 몰드의 여러 세그먼트들 중 하나 이상을 몰드의 여러 세그먼트들 중 또 다른 하나 이상에 대해 이동시키기 위해 구성되는 충진 스테이션 어댑터일 수 있다.
충진 스테이션은 섬유 쿠션체의 하중 방향을 따라 섬유를 배향(orient)시키도록 구성될 수 있다.
상기 프로세싱 스테이션은 열처리 스테이션일 수 있다. 열처리 스테이션은 어댑터를 통해 기류가 몰드 안으로 지향되기 전에 기류를 가열 또는 냉각시키도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따라 제품을 생산하는 시스템은 일 실시예에 따른 장치를 포함한다.
상기 시스템은 섬유 재료를 몰드의 캐비티 안에 충진하는 충진 스테이션을 포함할 수 있다. 상기 시스템은 몰드 안에 있는 섬유 재료를 열처리하는 하나 이상의 열처리 스테이션을 포함할 수 있다.
하나 이상의 열처리 스테이션은 섬유 재료를 열처리하기 위해 몰드에 연결하도록 구성된 어댑터를 포함할 수 있다.
어댑터는 기류를 몰드 안으로 지향시키고 기류가 홀더에 충돌하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.
열처리 스테이션은 기류가 몰드 안으로 지향되기 전에 기류를 가열 또는 냉각시키도록 구성될 수 있다.
충진 스테이션은 충진 스테이션 어댑터를 포함할 수 있다. 충진 스테이션 어댑터는 가스가 홀더에 충돌하는 것을 방지하면서 몰드의 내부 또는 외부로 가스를 유도하는 배플을 포함할 수 있다.
충진 스테이션 어댑터는 몰드의 여러 세그먼트들 중 하나 이상을 몰드의 여러 세그먼트들 중 또 다른 하나 이상에 대해 이동시키도록 구성될 수 있다.
상기 시스템은 홀더를 하나 이상의 열처리 스테이션으로 이동시키기 위한 운송 메커니즘(transport mechanism)을 더 포함할 수 있다.
홀더는 운송 매커니즘과 연결되는 연결 기능을 포함할 수 있다.
다양한 측면 및 실시예들에 따른 섬유로 제품을 생산하는 장치, 시스템 및 방법은 다양한 부품을 포함하는 장치를 제공함으로써, 완료된(complete) 장치를 가열하는 것과 관련된 에너지 효율 문제를 감소시킨다.
다양한 측면 및 실시예들에 따른 장치, 시스템 및 방법은 자동차, 비행기 및 기차 시트 및 사무용 또는 가정용 시트와 같이 다양한 유형의 시트를 위한 시트 쿠션체를 생산하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예는 참조된 도면과 함께 설명할 것이며 유사한 참조번호는 유사한 구성요소를 가리킨다.
도 1은 일 실시예에 따른 시스템의 개략도다.
도 2는 장치가 서로 다른 프로세싱 스테이션들 사이에서 이동했을 때 도 1의 시스템의 개략도다.
도 3은 일 실시예에 따른 장치의 사시도다.
도 4는 도 3의 장치의 또 다른 사시도다.
도 5는 일 실시예에 따른 시스템의 사시도다.
도 6은 프로세싱 스테이션의 어댑터가 몰드에 연결될 때 도 5의 시스템의 사시도다.
도 7은 프로세싱 스테이션의 어댑터가 몰드에 연결될 때 도 5의 시스템의 사시도다.
도 8은 일 실시예에 따른 시스템의 개략도다.
도 9는 일 실시예에 따른 프로세싱 스테이션과 장치를 포함하는 시스템의 개략도다.
지금부터 도면을 참조하여 본 발명의 대표 실시예를 설명할 것이다. 일부 실시예는 출원의 특정 분야와 관련하여 기재되지만 실시예는 이와 같은 출원 분야에 한정되지 않는다. 더 나아가 다양한 실시예의 특징은 특별히 기재되지 않는 한 서로 통합될 수 있다.
일부 실시예들은 섬유 시트 쿠션체인 제품과 관련하여 기재되어 있지만, 실시예들에 따른 장치, 시스템 및 방법은 섬유 재료의 기타 제품들을 구성하는 데 사용될 수도 있다.
도 1은 시트 쿠션체일 수 있는 제품을 생산하는 시스템(1)의 개략도다. 시스템(1)은 장치(2)를 포함한다. 시스템(1)은 프로세싱 스테이션을 포함할 수 있다. 설명하자면, 시스템(1)은 섬유 재료를 장치(2)의 캐비티에 공급하는 충진 스테이션(10)을 포함할 수 있다. 시스템(1)은 장치(2)의 캐비티에 수용된 섬유 재료의 열처리를 위해 하나 또는 여러 개의 열처리 스테이션(들)(15)을 포함할 수 있다.
이하 더 자세하게 설명하겠지만, 장치(2)는 홀더(20) 및 홀더(20)에 의해 지지되는 몰드(23)를 포함한다. 장치(2)가 캐비티를 한정하는 몰드(23)와 홀더(20)로 나뉘는 이와 같은 구성은 향상된 에너지 효율성을 제공한다. 특히, 가열 및/또는 냉각 동작은 섬유 재료를 가열 또는 냉각하는 가스가 몰드(23)의 하나 이상의 표면을 통과하지만 각각 홀더(20)를 심하게 가열하거나 냉각하지 않는 방식으로 실시될 수 있다.
홀더(20) 및 몰드(23)는 하나 또는 여러 개의 상호 연결부들(27)을 통해 서로 연결될 수 있다. 하나 또는 여러 개의 상호 연결부들(27)은 몰드(23)에서 홀더(20)로 열이 전달되는 것을 제한하여 홀더(20)와 몰드(23) 사이에 열적 분리를 제공할 수 있다. 이에 따라 하나 또는 여러 개의 상호 연결부들(27)은 몰드(23)의 전체 표면적보다 작고 훨씬 더 작을 수 있는 단면적을 가질 수 있다. 대안으로 또는 추가적으로, 하나 또는 여러 개의 상호 연결부들(27)은 홀더(27)의 열 전도성보다 작은 열 전도성을 가진 재료로 형성될 수 있다.
몰드(23)는 홀더(20)의 열용량보다 작은 열용량을 가질 수 있다. 이에 따라 몰드(23)는 홀더(20)의 질량보다 작은 질량을 포함하도록 형성될 수 있다. 따라서 섬유 재료를 열처리할 때 더 작은 열용량을 가진 몰드(23)만 가열되거나 냉각되어야 한다. 생산 프로세스의 에너지 효율성이 향상된다.
몰드(23)는 그 안의 캐비티(26)를 한정할 수 있다. 몰드(23)는 다수의 세그먼트들(24, 25)을 포함할 수 있다. 하나 또는 여러 개의 다수의 세그먼트들(24, 25)은 충진 스테이션(10) 내부에서 가스의 통과를 허용하는 통로 및/또는 하나 이상의 열처리 스테이션(15)을 포함할 수 있다. 다수의 세그먼트들(24, 25)은 서로에 대해 이동할 수 있다. 설명하자면 가스 통로를 포함하는 일 세그먼트(24)는 추가 가스 통로를 포함하는 또 다른 세그먼트(25)에 대해 이동할 수 있다. 세그먼트들(24, 25)의 이동은 몰드(23)에 통합되어 있을 수 있거나 충진 스테이션(10) 또는 또 다른 프로세싱 스테이션(15)의 어댑터에 통합될 수 있는 액츄에이터에 의해 영향을 받을 수 있다.
홀더(20)는 시스템(1)의 운송 메커니즘(4)과 연결하기 위한 연결 섹션(engagement section)(21)을 포함할 수 있다. 운송 메커니즘(4)은 장치(2)를 일 프로세싱 스테이션에서 또 다른 프로세싱 스테이션으로 자동으로 옮기기 위해 구성될 수 있다. 설명하자면, 운송 메커니즘(4)은 홀더(20)의 연결 섹션(21) 위에서 작동하여 장치(2)를 옮기도록 구성될 수 있다. 운송 메커니즘(4)은 장치(2)를 운송할 때 몰드(23)에 직접적으로 접촉하지 않도록 구성될 수 있다.
운송 메커니즘(4)은 장치(2)의 이동을 유도하는 가이드 부재(guide member)(6)를 포함할 수 있다. 가이드 부재(2)는 가이드 로드, 컨베이어 벨트, 하나 이상의 체인 또는 시스템(1)의 프로세싱 스테이션들 사이에서 연장되는 또 다른 부품을 포함할 수 있다.
운송 메커니즘(4)은 장치(2)를 하나의 프로세싱 스테이션에서 하나 이상의 다른 프로세싱 스테이션으로 이동시키는 데 영향을 주는 엑츄에이터(5)를 포함할 수 있다. 설명하자면, 엑츄에이터(5)는 장치(2)를 충진 스테이션(10)에서 하나 이상의 열처리 스테이션(15)으로 이동시키는 컨베이어 벨트, 체인 또는 기타 구동 가능한 부품을 구동할 수 있다.
충진 스테이션(10)은 몰드(23)에 연결하는 충진 스테이션 어댑터(11)를 포함할 수 있다. 충진 스테이션 어댑터(11)는 몰드(23)와 하나 이상의 가스 덕트(gas duct) 사이로 기류를 지향시키도록 구성될 수 있다. 충진 스테이션 어댑터(11)는 기류가 홀더(20)에 충돌하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 충진 스테이션 어댑터(11)는 장치(2)가 충진 스테이션(10) 안에 배치될 때 홀더(20)와 몰드(23) 사이에서 연장되는 배플을 포함할 수 있고 충진 스테이션 어댑터(11)는 몰드(23)를 연결한다.
충진 스테이션(10)은 섬유 공급 장치(12)를 포함할 수 있다. 섬유 공급 장치(12)는 풀린 섬유 또는 섬유 플록(flocks of fibers) 형태의 섬유 재료를 몰드(23)에 공급하도록 구성될 수 있다. 일부 실시들에서, 섬유 공급 장치(12)는 섬유 재료(3)를 형성하기 위해 하나 이상의 원사를 세그먼트로 절단하는 절단 장치를 포함할 수 있다.
섬유 재료(3)는 바인딩 섬유(binding fiber) 및 매트릭스 섬유(matrix fiber)를 포함할 수 있다. 몰드(23) 안에서, 적어도 바인딩 섬유는 장치(2)가 열처리 스테이션(15) 안에 배치될 때 열적으로 활성화될 수 있다. 예를 들면 섬유 쿠션체와 같은 제품은 가교 섬유(cross-linked fibers)의 일체형으로 형성될 수 있다. 가교는 바인딩 섬유의 열 활성화를 통해 확보할 수 있다. 시트 쿠션체는 시트 쿠션체의 일 부분 이상에 있는 섬유가 대부분 시트 쿠션체의 주요 하중 방향을 따라 배향되도록 형성될 수 있다.
제품의 섬유를 배향(orient)하기 위해, 충진 스테이션(10)은 기류 조절부(gas flow control)(13)를 포함할 수 있다. 기류 조절부(13)는 제품의 일 부분 이상에서 섬유가 주요 하중 방향을 따라 대부분 배향되도록 몰드(23)를 통과하고 몰드(23) 내 섬유를 배향시키는 기류를 발생시킬 수 있다.
시트 쿠션체를 형성하는 섬유 재료는 재활용 재료에서 확보할 수 있는 섬유 및/또는 효율적인 방법으로 재활용될 수 있는 섬유를 포함할 수 있다. 바인딩 섬유는 이성분(bi-component, BiCo) 섬유일 수 있다. 바인딩 섬유는 충진 섬유의 용융 온도보다 낮은 열 활성화 온도를 가질 수 있다.
대표 실시예들에 따라, 바인딩 섬유는 폴리에스터(polyester) 또는 폴리아미드(polyamide)의 코어(core)를 포함하고, 폴리아미드 또는 개질(modified) 폴리에스터의 코팅(coating)을 포함하는 BiCo 섬유일 수 있다. BiCo 섬유는 단면이 삼면 형태(trilobal shape)일 수 있다. 충진 섬유는 폴리에스터 또는 폴리아미드로 형성될 수 있고 적어도 바인딩 섬유의 코팅의 용융 온도보다 높은 용융 온도를 가질 수 있다. 충진 섬유는 10 내지 100dtex의 선형 질량 밀도(linear mass density)를 가질 수 있다. 바인딩 섬유는 7 내지 40dtex의 선형 질량 밀도를 가질 수 있다. 시트 쿠션체를 형성하는 섬유 재료는 충진 섬유의 하나 이상의 유형 및/또는 바인딩 섬유의 하나 이상의 유형을 포함할 수 있다.
섬유 재료를 수용하고 있는 몰드(23)는 충진 스테이션(10)에서 바인딩 섬유의 열 활성화를 위해 옮겨질 수 있다. 시스템(1)은 충진 스테이션 어댑터(11)를 몰드(23)에서 분리시킬 수 있다. 충진 스테이션 어댑터(11)는 몰드(23)에 수용된 섬유 재료를 가진 장치(2)를 충진 스테이션(10)에서 하나 이상의 열처리 스테이션으로 이동시키도록 몰드(23)에서 제거될 수 있다.
시스템의 제어 장치(control device)는 장치를 충진 스테이션(10)에서 열처리 스테이션(15)으로 이동시키기 위해 운송 메커니즘(4)을 제어할 수 있다. 열처리 스테이션(15)은 그 안에 장치(2)를 수용하는 리셉터클(receptacle)(19)을 나타낸다.
열처리 스테이션(15)은 몰드(23)에 연결하는 열처리 어댑터(16)를 포함할 수 있다. 열처리 어댑터(16)는 몰드(23)와 하나 이상의 가스 덕트 사이로 기류를 유도하도록 구성될 수 있다. 열처리 어댑터(16)는 기류가 홀더(20)에 충돌하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 열처리 어댑터(16)는 장치(2)가 열처리 스테이션(15) 안에 배치될 때 홀더(20)와 몰드(23) 사이에서 연장되는 배플을 포함할 수 있고 열처리 어댑터(16)는 몰드(23)를 연결한다.
열처리 스테이션(15)은 몰드 안에 기류가 공급되기 전에 기류를 가열하도록 구성된 가열 장치(heating device)(18) 또는 몰드 안에 기류가 공급되기 전에 기류를 냉각하도록 구성된 냉각 장치(cooling device)(18)를 포함할 수 있다. 냉각 장치는 예를 들어 몰드 내 섬유 재료를 냉각시키기 위해 주위 온도를 사용하는 경우에는 제외될 수 있다.
열처리 스테이션(15)은 기류 조절 장치(18)를 포함할 수 있다. 기류 조절 장치(18)는 예를 들면 바인딩 섬유를 열로 활성화시키기 위해 열이 공급되는 경우 및/또는 가교 섬유로 제조된 제품이 주위 공기를 공급하여 냉각되는 경우 몰드(23)를 통과하는 기류를 조절한다.
도 2는 충진 스테이션(10)에서 열처리 스테이션(15)으로 이동한 장치(2)가 있는 시스템(1)을 도시한다. 예를 들어 섬유 쿠션체와 같은 제품이 장치(2)에서 제거된 후, 장치(2)를 운송 메커니즘(4)을 통해 다시 충진 스테이션(10)으로 이동시킬 수 있다.
대표 실시예들에 따른 장치(2)의 기능들은 도 3 내지 도 7을 통해 더 자세하게 설명할 것이다.
도 3 내지 도 4는 일 실시예에 따른 장치(2)의 사시도를 도시한다.
장치(2)는 몰드(23)와 장치 홀더(20)를 포함한다. 여러 어댑터들은 몰드(23)에 연결하기 위해 구성될 수 있고 충진, 가열 및/또는 냉각 스테이션들과 같은 서로 다른 프로세싱 스테이션들에 설치될 수 있다. 어댑터들은 장치 홀더(20)와 몰드(23)가 일 스테이션에서 다음 스테이션으로 이동할 때 각각의 프로세싱 스테이션에 남아있을 수 있다.
몰드(23)는 제품의 외형을 결정하는 구성 요소를 포함하는 성형 장치(shaping device)의 역할을 할 수 있다. 몰드(23)는 제품의 외형을 결정하는 데 필요한 모든 구성 요소들을 포함할 수 있다.
몰드(23)는 몰드(23) 내 섬유 재료를 장치로 압축하는 구성 요소를 선택적으로 포함할 수 있다. 설명하자면, 몰드(23)는 서로에 대해 이동할 수 있는 다공 세그먼트들(24, 25)을 포함할 수 있다.
몰드(23)는 원하는 위치에서 서로에 대해 이동 가능한 세그먼트들(24, 25)을 고정시키는 록킹 메커니즘(locking mechanism)을 포함할 수 있다. 록킹 메커니즘은 하나 이상의 이동 가능한 세그먼트들(24, 25)이 몰드(23) 내 섬유 재료를 압축하기 위해 옮겨진 후에 이동 가능한 세그먼트들(24, 25)을 해당 위치에 고정시키도록 구성될 수 있다. 이와 같이 고정된 위치는 제품의 기하학적 구조를 제공하고 가열 및 냉각 프로세스를 통해 유지될 수 있다.
장치 홀더(20)는 생산 프로세스에서 가열되고 냉각될 필요가 있는 열 질량을 작게 유지하기 위해 몰드(23)에서 실질적으로 열로 분리되도록 제공될 수 있다. 그렇게 함으로써, 몰드(23)만 가열 스테이션에서 가열되고 다시 냉각 스테이션에서 냉각되어야 한다. 장치 홀더(20)는 열처리가 제공되는 부피 외곽에 있어서 열 손실을 추가하지 않을 것이다.
홀더(20)와 몰드(23) 사이의 열 전도성은 상호 연결부(27)를 통해 열 에너지 흐름을 감소시키면서 몰드(23)를 홀더(20)에 장치로 연결하는 상호 연결부(27)를 이용하여 감소될 수 있다. 상호 연결부(27)는 홀더(20)와 몰드(23) 사이에서 연장되는 재료의 단면적을 작게 유지하기 위해 서로 일정 간격 이격된 다수의 로드들을 포함할 수 있다. 상호 연결부(27)는 몰드(23)의 전체 표면적보다 작은 단면적을 가질 수 있다. 상호 연결부(27)는 몰드(23)의 전체 표면적보다 훨씬 더 작은 단면적을 가질 수 있다.
몰드(23)는 두 개의 마주보는 주요 표면을 가질 수 있다. 주요 표면들 위에, 기류를 통과시키는 통로가 제공될 수 있다. 몰드(23)는 몰드 안에 섬유 재료를 수용하는 추가 개구부를 포함할 수 있다. 섬유 재료를 수용하는 개구부는 몰드(23)의 상단 표면에 제공될 수 있다.
홀더(20)의 연결 섹션(21)은 운송 메커니즘(4)에 연결하기 위해 구성될 수 있다. 설명하자면, 연결 섹션(21)은 운송 메커니즘(4)과 연결하기 위한 하나 이상의 돌출부(projection) 또는 하나 이상의 리세스(recess)를 포함할 수 있다. 예를 들어 연결 섹션(21)은 운송 메커니즘(4)의 가이드 레일(guide rail) 안에 수용될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 프로세싱 스테이션 및 장치를 포함하는 시스템의 사시도다. 도 6 및 도 7은 프로세싱 스테이션의 어댑터(41)가 몰드(23)와 연결될 때 시스템의 사시도다.
프로세싱 스테이션은 섬유 재료를 몰드 안에 충진하는 충진 스테이션일 수 있다. 프로세싱 스테이션은 몰드 내에 있는 섬유 재료에 열을 공급하는 가열 스테이션일 수 있다. 프로세싱 스테이션은 몰드 내에 있는 가교 섬유 재료와 함께 제품을 냉각 시키는 냉각 스테이션일 수 있다.
프로세싱 스테이션은 하나 이상의 가스 덕트(42)를 포함한다. 프로세싱 스테이션은 두 개의 가스 덕트들(42)을 포함할 수 있다. 두 가스 덕트들을 통해 가스는 몰드(23)에서 제거될 수 있다. 대안으로, 가스는 가스 덕트들(42) 중 하나를 통해 몰드(23) 안으로 공급될 수 있고 가스 덕트들(42) 중 다른 하나를 통해 몰드에서 제거될 수 있다.
프로세싱 스테이션은 가스 덕트(42)를 몰드(23)와 연결시키기 위한 어댑터(41)를 포함할 수 있다. 어댑터(41)는 몰드를 연결하기 위해 구성될 수 있다. 프로세싱 스테이션은 또한 몰드(23)를 여러 가스 덕트들과 연결하기 위한 여러 어댑터들(41)을 포함할 수 있다.
어댑터(41)는 통로를 포함하는 몰드의 섹션(24, 25) 및 어댑터(41)를 통해 몰드(23)와 가스 덕트(42) 사이로 가스를 통과시키도록 구성될 수 있다.
어댑터(41)는 이동할 수 있다. 어댑터(41)는 선택적으로 장치(2)를 연결하고 장치(2)에서 분리하기 위해 장치(2)를 대해 이동하도록 구성될 수 있다. 어댑터(41)는 몰드(23)의 주요 표면들을 향하는 방향 및 멀어지는 방향으로 이동(45)하도록 유도될 수 있다.
어댑터(41)는 하나 이상의 배플(42, 43)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 배플(42, 43)은 몰드(23)의 측면을 연결하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 배플(42, 43)은 어댑터(41)가 몰드(23)를 연결할 때 몰드(23)와 홀더(20) 사이의 공간으로 연장되도록 구성될 수 있다. 그와 같은 구성은 어댑터(41)를 통해 기류가 또한 홀더(20)에 충돌하는 것을 방지시킨다.
어댑터(41)는 섬유 재료를 가열 및/또는 냉각하는 부피를 한정할 수 있는데, 어댑터(41)가 몰드(23)를 연결할 때 섬유 재료를 가열 및/또는 냉각하는 부피 내에 몰드(23)가 배치되고 섬유재료를 가열 및/또는 냉각하는 부피 외곽에 홀더(20)가 배치된다.
어댑터(41)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 몰드(23)와 연결되도록 이동시킬 수 있다. 그렇게 해서 어댑터(41)는 몰드 안팎으로 통과하는 기류가 홀더(20)에 충돌하는 것을 방지할 수 있다. 어댑터(41)는 어댑터와 몰드(23) 사이에 실링(sealing)을 형성할 수 있다.
다른 기능들은 어댑터(41)에 통합될 수 있다. 충진 스테이션과 열처리 스테이션에 제공되는 어댑터들(41)은 구성이 다를 수 있다.
충진 스테이션의 경우, 충진 스테이션 어댑터(41)는 가스가 몰드의 일 측면에서 몰드(23) 안으로 흐르고 적어도 몰드(23)의 다른 측면들에서 가스를 제거하도록 구성될 수 있다. 충진 스테이션 어댑터(41)는 몰드(23)의 작은(minor) 면, 예를 들면 상면에서 가스가 몰드(23) 안으로 흡입되도록 구성될 수 있다. 충진 스테이션 어댑터(41)는 몰드(23)의 반대편에 있는 주요 면들에서 가스가 몰드(23)에서 배출되도록 구성될 수 있다. 기류는 섬유 재료를 몰드(23) 안에 놓인 상태로 두고 다공 몰드 세그먼트들(24, 25)을 통과할 수 있다.
충진 스테이션 어댑터(41)는 또한 가스가 어댑터(41)를 통해 몰드(23)를 떠날 수 있는 위치를 제어하는 하나 이상의 장치를 포함할 수 있다. 설명하자면, 가스가 다공 몰드 세그먼트들(24, 25)을 통해 배출되는 위치는 몰드(23) 내부의 섬유 충진 레벨에 따라 다를 수 있다.
충진 스테이션 어댑터(41)는 하나 이상의 다른 세그먼트에 대해 몰드(23)의 하나 이상의 세그먼트를 이동시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 충진 스테이션 어댑터(41)는 섬유 재료를 압축하기 위해 몰드 세그먼트(24)를 다른 몰드 세그먼트(25)에 대해 이동시키는 액츄에이터를 포함할 수 있다. 그로 인해 증가된 밀도 및/또는 섬유 배향의 공간적 변화를 얻을 수 있다. 대안으로 또는 추가적으로 충진 스테이션 어댑터(41)는 섬유 재료를 압축하기 위해 몰드 세그먼트를 몰드(23)의 작은 면들 위에서 이동시키는 액츄에이터를 포함할 수 있다.
충진 스테이션 어댑터(41)는 몰드(23)의 다른 세그먼트들을 상대 위치에 고정시키는 몰드(23) 안에 통합된 록킹 메커니즘을 활성화시키도록 구성될 수 있다. 설명하자면, 요구되는 압축을 확보한 경우, 충진 스테이션 어댑터(41)는 몰드 세그먼트들(24, 25)을 상대 위치에 고정시키기 위해 몰드(23)의 록킹 메커니즘을 활성화시킬 수 있다.
가열 스테이션의 경우, 가열 스테이션 어댑터(41)는 가스가 몰드의 일 측면에서 몰드(23)로 흘러가고, 몰드(23)의 또 다른 측면에서 가스가 제거되도록 구성될 수 있다. 가열 스테이션 어댑터(41)는 가스가 몰드(23)의 주요 면에서, 예를 들어 다공 시트(24)를 통해 몰드(23) 안으로 흡입되고 몰드(23)의 반대쪽 주요 면에서 예를 들어 다공 시트(25)를 통해 몰드(23)에서 가스가 배출되도록 구성될 수 있다.
가열 스테이션 어댑터(41)는 또한 어댑터(41)를 통해 가스가 몰드(23) 안으로 들어가고 나올 수 있는 위치를 조절하는 하나 이상의 장치를 포함할 수 있다.
가열 스테이션 어댑터(41)는 몰드(23)의 하나 이상의 세그먼트가 하나 이상의 다른 세그먼트에 대해 이동하도록 구성될 수 있다. 설명하자면, 가열 스테이션 어댑터(41)는 열처리 도중 압축이 요구되는 경우 섬유 재료를 압축하기 위해 몰드 세그먼트(24)를 또 다른 몰드 세그먼트(25)에 대해 이동시키기 위한 액츄에이터를 포함할 수 있다. 그로 인해 증가된 밀도 및/또는 섬유 배향의 공간적인 변화를 얻을 수 있다. 대안으로 또는 추가적으로, 가열 스테이션 어댑터(41)는 섬유 재료를 압축하기 위해 몰드(23)의 작은 면들 위에서 몰드 세그먼트들을 이동시키기 위한 액츄에이터를 포함할 수 있다.
냉각 스테이션의 경우, 냉각 스테이션 어댑터(41)는 몰드의 일 측면에서 가스를 몰드(23) 안으로 흐르게 하고 몰드(23)의 또 다른 측면에서 가스를 제거하도록 구성될 수 있다. 냉각 스테이션 어댑터(41)는 몰드(23)의 모든 다른 측면들을 차단할 수 있다. 냉각 스테이션 어댑터(41)는 몰드(23)의 주요 면에서, 예를 들어 다공 시트(24)를 통해 가스가 몰드(23) 안으로 흡입되고, 몰드(23)의 반대쪽 주요 면에서, 예를 들어 다공 시트(25)를 통해 몰드(23)에서 가스가 배출되도록 구성될 수 있다.
냉각 스테이션 어댑터(41)는 또한 가스가 어댑터(41)를 통해 몰드(23) 안으로 들어가고 나올 수 있는 위치를 조절하는 하나 이상의 장치를 포함할 수 있다.
냉각 스테이션 어댑터(41)는 몰드(23)의 하나 이상의 세그먼트가 하나 이상의 다른 세그먼트에 대해 이동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 냉각 스테이션 어댑터(41)는 열처리 동안 압축이 필요한 경우, 섬유 재료를 압축하기 위해 몰드 세그먼트(24)를 또 다른 몰드 세그먼트(25)에 대해 이동시키기 위한 액츄에이터를 포함할 수 있다. 그렇게 해서 증가된 밀도 및/또는 섬유 배향의 공간적인 변화를 얻을 수 있다. 대안으로 또는 추가적으로, 냉각 스테이션 어댑터(41)는 섬유 재료를 압축하기 위해 몰드 세그먼트들을 몰드(23)의 작은 면들 위에서 이동시키기 위한 액츄에이터를 포함할 수 있다.
냉각 스테이션 어댑터(41)는 상대 위치에 있는 몰드(23)의 다른 세그먼트들을 고정시키기 위해 몰드(23)에 통합되어 있는 록킹 메커니즘을 해제(unlock)하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 몰드(23)에서 제품을 제거할 수 있을 때, 냉각 스테이션 어댑터(41)는 몰드(23)에서 제품의 제거를 용이하게 하기 위해 록킹 메커니즘을 해제할 수 있다.
실시예들에 따른 시스템(1)은 두 개 이상의 프로세싱 스테이션들을 포함할 수 있다. 설명하자면, 시스템(1)은 충진 스테이션(10), 바인딩 섬유를 열로 활성화시키는 가열 스테이션, 그리고 몰드(23) 안에 있는 제품을 냉각시키는 냉각 스테이션을 포함할 수 있다. 추가적인 프로세싱 스테이션들은 더 복잡한 열 순환을 실시하기 위해 제공될 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 시스템(1)을 도시한다. 시스템(1)은 장치(2)를 포함한다. 시스템(1)은 프로세싱 스테이션들을 포함할 수 있다. 설명하자면, 시스템(1)은 섬유 재료를 장치(2)의 캐비티 안에 공급하는 충진 스테이션(10)을 포함한다. 시스템(10)은 장치(2)의 캐비티에 수용된 섬유 재료의 열처리를 위해 여러 열처리 스테이션들을 포함한다. 여러 열처리 스테이션들은 가열 스테이션(50)과 냉각 스테이션(60)을 포함한다. 충진 스테이션(10)은 상기 도 1 내지 도 7에서 설명한 바와 같이 구성될 수 있다. 충진 스테이션(10)은 특히 바인딩 섬유와 충진 섬유의 혼합물을 포함하는 섬유 재료를 몰드(23)에 충진하기 위해 구성될 수 있다.
가열 스테이션(50)은 열 가교를 위해 바인딩 섬유를 열로 활성화시키도록 구성될 수 있다. 가열 스테이션(50)은 가열 스테이션 어댑터(51), 가스를 가열하는 가열 장치(52) 및 장치(2)가 가열 스테이션(50)에 배치될 때 몰드(23)를 통해 기류를 조절하는 기류 조절 장치(53)를 포함할 수 있다. 이러한 부품들은 상기 도 1 내지 도 7을 통해 설명한 바와 같이 구성될 수 있다.
가열 스테이션(50)은 바인딩 섬유의 열 활성화 도중 공기 습도를 조절하기 위한 공기 습도 조절 장치(air humidity control device)(54)를 포함할 수 있다.
냉각 스테이션(60)은 열 가교를 위한 바인딩 섬유를 열로 활성화시키도록 구성될 수 있다. 냉각 스테이션(60)은 냉각 스테이션 어댑터(61) 및 장치(2)가 냉각 스테이션(60)에 배치될 때, 몰드(23)를 통해 기류를 조절하는 기류 조절 장치(62)를 포함할 수 있다. 이러한 부품들은 상기 도 1 내지 도 7을 통해 설명한 바와 같이 구성될 수 있다. 냉각 스테이션(60)은 제품이 냉각되는 동안 공기 습도를 조절하기 위한 공기 습도 조절 장치(63)를 포함할 수 있다.
냉각 스테이션(60)은 장치(2)를 수용하기 위한 리셉터클(64)을 포함한다. 냉각 스테이션 어댑터(61)는 장치(2)와 연결되고 분리될 수 있다. 이것은 제품을 냉각시키는 냉각 부피가 냉각 스테이션 어댑터(61)에 의해 한정되는 것과 같은 방법으로 진행될 수 있다. 몰드(23)는 홀더(20)가 냉각 부피 외곽에 배치되는 동안 냉각 부피 안에 배치될 수 있다.
운송 메커니즘(4)은 장치(2)를 충진 스테이션(10), 가열 스테이션(50) 그리고 냉각 스테이션(60)에 순서대로 배치할 수 있다. 각각의 작동 사이클에서 장치(2)는 충진 스테이션(10), 가열 스테이션(50) 및 냉각 스테이션(60) 중 각 한 곳에 한 번 이상 배치될 수 있다. 장치(2)에 관한 더 복잡한 이동 패턴은 예를 들어 두 개 이상의 열처리 스테이션들 사이에서 반복 이동을 실시함으로써 실행될 수 있다.
시스템(1)은 추가적인 스테이션들을 포함할 수 있다. 설명하자면, 하나 또는 여러 개의 향후(post) 처리 스테이션들은 냉각된 제품을 수정하기 위해 제공될 수 있다. 대안으로 또는 추가적으로 두 개 이상의 열처리 스테이션들이 제공될 수 있다.
충진 스테이션(10)은 다양한 구성들 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시에서, 충진 스테이션(10)은 섬유 재료 플록을 원료로 사용할 수 있으며 섬유를 몰드에 충진하기 위해 섬유 플록을 필라멘트로 분리할 수 있다. 다른 실시에서는, 충진 스테이션(10)은 하나 또는 여러 원사를 원료로 사용할 수 있으며 도 9에 도시된 바와 같이 섬유 재료를 몰드에 공급하기 위해 원사를 세그먼트들로 절단할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 절단 장치 및 장치(2)를 포함하는 충진 스테이션(10)을 포함하는 시스템을 도시한다.
충진 스테이션(10)은 원사를 원료로 사용하고, 바인딩 섬유와 매트릭스 섬유를 생산하기 위해 원사를 세그먼트들로 절단하며 바인딩 섬유와 매트릭스 섬유를 장치(2)의 몰드(23)로 운송한다. 몰드(23)에서 적어도 바인딩 섬유는 열로 활성화될 수 있다. 그렇게 해서 시트 쿠션체 또는 기타 제품이 가교 섬유의 일체형으로 형성될 수 있다. 가교는 바인딩 섬유의 열 활성화를 통해 확보할 수 있다. 제품은 시트 쿠션체의 일 부분 이상에 있는 섬유가 주로 쿠션체의 하중 방향을 따라 배향되도록 형성될 수 있다.
충진 스테이션(10)은 시트 쿠션체를 형성하는 섬유 재료를 생산하기 위해 하나 이상의 원사를 절단하도록 구성된 절단 시스템(80)을 포함한다. 충진 스테이션(10)은 섬유를 절단 시스템(80)의 절단 블레이드(cutting blade)에서 몰드(23)로 운송하도록 구성된 운송 메커니즘(30)을 포함한다.
충진 스테이션(10)은 하나 이상의 원사(8)를 절단 시스템(80)에 공급하기 위해 구성된 원사 공급 장치(70)를 포함할 수 있다. 원사 공급 장치(70)는 원사의 하나 이상의 스풀들(spool)(71, 72)을 포함할 수 있다. 스풀들(71, 72)은 동일한 원사 또는 다른 원사로 형성될 수 있다. 각각의 스풀(71, 72)은 스풀들(71, 72)로부터 원사를 재생(play out)하는 구동장치(power drive)(73)를 통해 구동될 수 있는 회전 가능한 지지대 위에 장착될 수 있다.
원사 공급 장치(70)는 원사의 스풀(71, 72)이 수용되는 인클로저(enclosure)(77)를 포함할 수 있다. 인클로저(77) 내에 저장될 때 원사의 환경 파라미터는 원사 공급 장치(70)의 대기 조절 장치(76)를 통해 조절될 수 있다. 인클로저(77)는 그 내부의 대기를 포함한다. 대기 조절 장치(76)는 인클로저(77) 내의 공기 습도 및/또는 대기 온도를 조절하도록 구성될 수 있다.
대기 조절 장치(76)는 원사가 저장되는 인클로저(77) 내 공기 습도 및 온도를 조절하기 위해 구성될 수 있어서 원사 공급 장치(70)에 의해 공급되는 원사는 적어도 2.5%의 재료 습도를 포함한다. 이것은 원사가 섬유 재료를 생산하기 위해 절단될 때 적절한 편안함을 제공하는 시트 쿠션체가 생산된다는 것을 증명했다.
원사 공급 장치(70)는 절단 시스템(20) 쪽으로 연장되는 하나 이상의 채널(74, 75)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 채널(74, 75)은 원사 공급 장치(70)의 인클로저 내에 유지되는 대기와 유체 소통할 수 있다. 하나 이상의 채널(74, 75)은 인클로저(77)에서 연장되는 튜브로 구성될 수 있다. 원사(8)는 채널(74, 75)을 통해 원사 공급 장치에서 절단 시스템으로 전달될 수 있어서 그러한 방식으로 원사(8)는 절단 시스템의 절단 블레이드로 이동하는 최대한으로 짧은 거리만큼 주변 대기에 노출된다.
원사(8)는 각각 다수의 필라멘트들로 구성될 수 있다. 필라멘트들은 짧은(staple) 섬유 또는 긴(endless) 필라멘트일 수 있다. 단면적, 소재 및/또는 직경이 다른 필레멘트들이 원사(8)에 포함될 수 있다.
도 9에는 두 개의 원사(71, 72)와 원사의 두 개의 스풀(71, 72)이 도시되지만 사용되는 원사의 수가 다를 수 있다. 설명하자면, 네 개 이상의 원사가 원사 공급 장치(70)에서 절단 시스템(80)으로 공급될 수 있다. 원사 공급 장치(70)는 네 개 이상의 원사를 절단 시스템(80)에 산출하도록 구성될 수 있다. 원사 공급 장치(70)는 네 개 내지 열 여섯 개의 원사를 절단 시스템(80)에 산출하도록 구성될 수 있다.
절단 시스템(80)은 공급받은 원사를 세그먼트들로 절단하기 위해 구성된다. 시트 쿠션체를 형성하는 바인딩 섬유와 매트릭스 섬유 모두 원사를 세그먼트들로 절단하여 생산될 수 있다. 원사의 일부 이상은 서로 다른 소재의 혼합으로 구성될 수 있어서 제1필라멘트의 세그먼트는 매트릭스 섬유 역할을 할 수 있고 제2필라멘트의 세그먼트는 매트릭스 섬유 역할을 할 수 있다.
절단 시스템(80)은 원사를 세그먼트들로 절단하기 위한 하나 이상의 절단 블레이드(83, 84)를 포함한다. 설명하자면, 회전하는 절단 블레이드(83, 84)는 원사(8)를 절단하기 위해 제공될 수 있다. 회전하는 절단 블레이드(83, 84)를 포함하는 절단 헤드(cutting head)는 고정 또는 역회전하는 절단 엣지(cutting edge)를 포함할 수 있고 회전하는 절단 블레이드(83, 84)와 절단 엣지 사이에서 원사(8)가 세그먼트들로 절단된다. 절단 블레이드(83, 84)에서 활동하는 힘 및/또는 토크를 측정하기 위해 센서가 사용될 수 있고 절단 헤드의 동작은 측정된 힘 및/또는 토크에 따라 조절될 수 있다.
각각의 절단 헤드는 원사를 유도하기 위한 채널을 포함할 수 있다. 채널이 구성되어 원사가 가스 스트림에 의해 각각의 절단 블레이드(83, 84)를 향해 갈 수 있다. 가스 스트림은 각각의 절단 블레이드(83, 84)의 회전을 통해 발생할 수 있으며 채널의 출구와 채널의 입구 사이의 압력차를 일으킨다. 압력차는 가스 스트림을 만들고 가스 스트림은 원사를 절단 헤드로 이동시킨다.
구동부(85)는 절단 시스템(80)의 절단 블레이드(83, 84)를 회전식으로 구동하기 위해 구성된다. 구동부(85)는 조절 장치(86)에 의해 조절될 수 있다. 조절 장치(86)는 협력 방식으로 절단 블레이드(83, 84)의 동작과 절단 구역의 급사 장치(yarn feeder)(81)의 동작을 조절할 수 있다. 조절 장치(86)는 또한 선택적으로 원사 공급 장치(70)의 구동장치(73)를 조절할 수 있다.
절단 시스템(80)은 원사 공급기(81)를 포함할 수 있다. 원사 공급기(81)는 운송 벨트(transport belt) 또는 원사 공급 장치(70)의 출구에서 회전하는 절단 블레이드(83, 84)를 포함하는 절단 스테이션(82)까지 원사(8)를 옮기는 기타 운송 시스템을 포함할 수 있다. 원사 공급기(81)는 튜브(74, 75)의 배출 개구부에서 원사(8)를 수령하고 절단 스테이션(82)까지 원사(8)를 전달하기 위해 구성될 수 있다. 원사 공급기(81)는 하나 또는 여러 개의 컨베이어 벨트, 원사(8)를 잡거나 이동시키는 그리퍼(gripper) 또는 기타 전달 장치를 포함할 수 있다.
절단 시스템(80)은 원사(8)에서 절단되는 섬유 재료를 생산한다. 원사(8)에서 절단되는 원사 세그먼트들은 적어도 부분적으로 절단 시스템(80)의 절단 행위에 의해 필라멘트의 세그먼트들로 펼쳐질 수 있다. 절단 시스템은 각각의 필라멘트 세그먼트를 생산하기 위해 원사 세그먼트를 필라멘트 세그먼트로 펼쳐내는 개방 메커니즘(opening mechanism)을 포함할 수 있다.
절단 시스템(80)은 세그먼트의 길이가 조절될 수 있고 그렇게 하여 다른 길이의 섬유를 가진 섬유 재료를 생산할 수 있도록 구성될 수 있다. 섬유의 길이는 몰드(23) 내 섬유 재료의 충진 레벨에 따라 조절되는 방법으로 조절될 수 있다.
충진 스테이션(10)은 섬유 재료를 절단 시스템(80)의 아웃풋에서 몰드(23)로 운송하는 공급 메커니즘(90)을 포함한다. 공급 메커니즘(90)은 다양한 구성들 중에 어느 하나를 포함할 수 있다. 설명하자면, 기계적으로 이동하는 전달 구성 요소들이 사용될 수 있다. 공급 메커니즘(90)은 충진 스테이션의 어댑터를 통해 절단 시스템(80)의 아웃풋에서 장치(2)의 몰드(23)로 섬유 재료를 운송하기 위해 기류, 특히 공기 흐름을 발생시키도록 구성될 수 있다. 공급 메커니즘(90)은 절단 시스템(80)에서 몰드(23)까지 공기 흐름을 발생시키도록 작동되는 하나 또는 여려 개의 기류 조절 장치들(13)을 포함할 수 있다. 각각의 기류 조절 장치들(13)은 기류를 발생시키도록 작동되는 환풍기 또는 또 다른 액츄에이터를 포함할 수 있다.
공급 메커니즘(90)은 가이드 채널(91) 내에 층류(laminar) 공기 흐름(93)을 발생시키도록 구성될 수 있다. 상기 공기 흐름(93)은 섬유 재료를 절단 시스템에서 이동시키며 장치(2)의 몰드(23) 안으로 연장된다. 상기 공기 흐름은 홀더(20)에 충돌하지 않도록 유도될 수 있다. 몰드(23)에서 상기 공기흐름은 몰드(23)의 개구부를 통해 몰드를 빠져나가도록 전향될 수 있다. 섬유는 이와 같은 공기 흐름 패턴에 의해 몰드(23) 안으로 배향될 수 있다.
공급 메커니즘(90)은 절단된 원사 세그먼트들을 그 구성 필라멘트들로 분리하는 것을 지원하도록 구성될 수 있다. 공급 메커니즘(90)은 절단된 원사 세그먼트들을 그 구성 필라멘트들의 세그먼트들로 분리하는 것을 지원하는 흐름 패턴(flow pattern)(92)을 발생시킬 수 있다. 공급 메커니즘(90)은 원사 세그먼트들의 필라멘트 세그먼트들을 서로 분리하는 것을 지원하는 난류장(turbulent flow filed) 또는 층류장(92)을 발생시키도록 구성될 수 있다. 공급 메커니즘(90)은 절단된 원사 세그먼트들을 구성 필라멘트의 세그먼트들로 분리하는 것을 지원하기 위한 섬유 재료의 운송로에 배치된 하나 또는 여러 개의 기계적 구성 요소들을 포함할 수 있다.
충진 스테이션(10)은 중앙 제어 유닛(central control unit)(9)을 포함할 수 있다. 중앙 제어 유닛(9)은 절단 시스템(80)의 제어 장치(86)와 연결될 수 있다. 중앙 제어 유닛(9)은 원사 공급 장치(70) 및/또는 공급 메커니즘(90)과 연결될 수 있다. 중앙 제어 유닛(9)은 원사 공급 장치(70) 및 절단 시스템(80)의 작동을 통합 방식으로 제어할 수 있다. 중앙 제어 유닛(9)은 또한 운송 메커니즘(4)의 작동 및/또는 하나 이상의 열처리 스테이션의 작동을 제어할 수 있다. 중앙 제어 유닛(9)은 원사 공급 장치(70), 절단 시스템(80) 및 공급 메커니즘(90)의 작동을 통합 방식으로 제어할 수 있다.
중앙 제어 유닛(9)은 제외되거나 시스템(1)의 하나 또는 여러 개의 기능 유닛들에 통합될 수 있다.
장치(2)의 몰드(23)는 서로에 대해 이동 가능한 다수의 몰드 세그먼트들(24, 25)를 포함할 수 있다. 몰드(23)는 사이에 있는 캐비티(26)를 한정하는 제1 하프 몰드(a first half mold)(24)와 제2 하프 몰드(a second half mold)(25)를 포함할 수 있다. 제1 하프 몰드(24)와 제2 하프 몰드(25)는 몰드(23) 안에 배치되는 섬유 재료(3)가 섬유 재료의 적어도 바인딩 섬유를 열에 의해 활성화 시켜서 시트 쿠션체로 형성되기 전에 서로에 대해 이동하도록 형성될 수 있다.
충진 스테이션(10)의 충진 스테이션 어댑터(11)는 하나 이상의 반 몰드(24, 25)를 이동시키기는 액츄에이터(96)를 포함할 수 있다. 그러므로 섬유 재료의 밀도는 다를 수 있다. 대안으로 또는 추가적으로 섬유 배향의 로컬 편차(local variations)가 발생할 수 있다.
제1 하프 몰드(24) 및 제2 하프 몰드(25)는 하나 이상의 반 몰드들(24, 25)이 다른 반 모드에 대해 이동한 후에 해당 위치에 고정되도록 구성될 수 있다. 록킹 메커니즘은 몰드(23)에 통합될 수 있다. 충진 스테이션 어댑터(11)의 액츄에이터(96)는 상대 위치에 있는 제1 하프 몰드(24) 및 제2 하프 몰드(25)를 확보하기 위해 몰드(23)의 록킹 메커니즘을 작동할 수 있다.
몰드(23) 내 섬유 재료의 열적 가열은 열처리 스테이션에서 실행될 수 있다. 몰드(23)는 바인딩 섬유의 열 활성화를 위해 시스템(1)의 운송 메커니즘(4)을 통해 이동될 수 있다.
충진 스테이션(10)은 원사(8)를 절단하여 생산된 섬유 재료를 절단 시스템(70)에서 몰드(23)로 이동하는 중에 쌓이거나 저장되지 않고 몰드(23)로 운송되도록 구성될 수 있다. 몰드(23)를 충진하고 필요에 따라 섬유 재료를 몰드(23)에 충진하기 위해 섬유 재료는 현장에서 생산될 수 있다.
충진 스테이션(10)은 섬유 재료를 다발로 생산하도록 구성될 수 있다. 절단 시스템(70)은 한 배치의 생산이 각각 종료된 후에 섬유 재료의 생산을 중단할 수 있다.
실시예들에 따른 방법, 장치 및 시스템은 다양한 제품을 생산하는 데 사용될 수 있다. 특히, 탄성 섹션을 가진 제품들이 생산될 수 있다. 실시예들에 따른 방법, 장치 및 시스템은 섬유 재료로 제작되는 제품인 시트 쿠션체를 생산하는 데 사용될 수 있다.
실시예들에 따른 방법, 장치 및 시스템을 이용하여 제작된 시트 쿠션체는 열 가교 섬유를 통해 일체형으로 제작된 단일체다. 시트 쿠션체를 형성하는 섬유 재료에는 둘 이상의 서로 다른 유형의 섬유들, 즉, 바인딩 섬유 및 매트릭스 섬유가 포함된다.
시트 쿠션체는 다수의 다른 부분들을 포함할 수 있다. 상기 부분들은 특유의 섬유 배향 및/또는 쿠션체의 밀도 및/ 또는 평균 섬유 길이에 따라 서로 구분될 수 있다. 시트 쿠션체는 서로 다른 부분들 사이에 분명한 경계가 없도록 형성될 수 있다. 오히려, 실시예들에 따른 방법, 장치 및 시스템을 통해 생산되는 시트 쿠션체는 섬유 배향 및/또는 서로 다른 부분들 간의 시트 쿠션체 밀도의 점진적인 변화를 나타낼 수 있다.
시트 쿠션체는 탄성부를 포함한다. 탄성부는 시트 쿠션체의 주요 하중방향과 상응하는 섬유 배향을 포함한다. 즉, 탄성부에 있는 섬유의 바람직한 방향은 주요 하중 방향과 상응하고 시트 쿠션체의 하나 이상의 주요 면에 대해 수직적이다. 섬유 배향에서 섬유 매트릭스, 섬유 형태 및 통계적 분포 형성 때문에 모든 섬유가 탄성부에서 주요 하중방향(102)을 따라 지향되지 않을 것이다. 탄성부는 섬유의 50% 이상이 45도 미만의 각도로 각각 주요 하중방향으로 배향되는 경우 주요 하중 방향을 따르는 섬유 배향을 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 다시 말해 탄성부에서 대다수의 섬유가 주요 면의 평면에 대해 45도 이상의 각도로 배치된다.
탄성부는 바인딩 섬유를 활성화시키는 열처리를 적용하기 전에 장치(2)의 몰드(23) 내 섬유를 배향하여 형성될 수 있다.
실시예들에 따른 방법, 장치 및 시스템을 상세하게 기재하였지만 추가 실시예들에서 대안 및 수정안이 실시될 수 있다. 설명하자면, 충진 스테이션 및 하나 이상의 열처리 스테이션을 포함하는 시스템이 기재되어 있지만, 실시예들에 따른 시스템은 다른 개수 및 유형의 프로세싱 스테이션들을 포함할 수 있다.
더 설명하자면, 섬유를 몰드에 충진하고 몰드 내에 있는 섬유 재료를 열로 처리하기 위해 몰드(23)에 가스가 공급되지만 증기도 몰드에 공급될 수 있다. 설명하자면, 공기 습도를 조절하기 위해 가스에 수증기가 추가될 수 있다.
더 설명하자면, 홀더(20)가 부피 외곽에 배치되는 동안 가열 또는 냉각 가스가 공급되는 부피에는 몰드(23)만 배치되는 방식으로 하나 이상의 프로세싱 스테이션의 어댑터가 장치(2)에 연결되도록 구성되는 반면, 하나 이상의 다른 스테이션의 어댑터는 위와 같은 구성을 포함할 필요가 없다. 주변 공기를 이용하여 작동하는 냉각 스테이션의 경우, 주변 공기가 홀더(20)에 충돌하는 것을 방지할 필요가 없을 수 있다.
실시예들에 따른 방법, 장치 및 시스템은 다양한 시트에 통합될 수 있는 시트 쿠션을 생산하기 위해 사용될 수 있다. 시트 쿠션체들이 사용될 수 있는 대표 시트들에는 자동차 시트, 기차 시트, 비행기 시트, 가정용 시트 및 사무용 시트가 포함된다. 방법, 장치 및 시스템을 통해 생산되는 시트 쿠션체들은 시트의 다양한 부품에서 더 사용될 수 있다. 설명하자면, 시트 쿠션체는 사람의 허벅지를 수용하는 시트부, 사람의 등을 지지하는 백레스트(backrest)부, 또는 완충(cushioning)이 필요한 머리 받침부 또는 또 다른 부품에 사용될 수 있다.
실시예들에 따른 방법, 장치 및 시스템은 시트 쿠션체들과 같이 매우 다양한 3차원 제품들을 생산하는 데 사용될 수 있다.

Claims (22)

  1. 제품을 생산하는 방법으로서,
    섬유 재료(3)를 장치(2)의 캐비티(26) 안에 충진하되, 상기 장치(2)는 내부에 있는 상기 캐비티(26)를 한정하는 몰드(23)와 상기 몰드(23)를 지지하는 홀더(20)를 포함하는 섬유 재료(3) 충진 단계,
    상기 몰드(23)를 하나 이상의 열처리 스테이션(15, 50, 60)으로 이동시키기 위해 상기 홀더(20)를 이동시키는 단계, 및
    상기 하나 이상의 열처리 스테이션(15, 50, 60)에서 상기 몰드(23) 안의 상기 섬유 재료(3)를 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제품을 생산하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 몰드(23)의 열용량은 홀더(20)의 열용량보다 작은 것을 특징으로 하는 제품을 생산하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 장치(2)는 상기 몰드(23)와 상기 홀더(20) 사이에 배치된 열 분리 부재(27)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제품을 생산하는 방법.
  4. 이전 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열처리 스테이션(15, 50, 60)은 상기 섬유 재료(3)를 열처리하기 위해 몰드(23)에 연결하도록 구성된 어댑터를 포함하는 것을 특징으로 하는 제품을 생산하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 어댑터는 기류를 상기 몰드(23)로 지향시키고 기류가 상기 홀더(20)에 충돌하는 것을 방지하기 위해 배플(43, 44)을 포함하는 것을 특징으로 하는 제품을 생산하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기류가 몰드(23)로 지향되기 전에 가열되거나 냉각되는 것을 특징으로 하는 제품을 생산하는 방법.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열처리 스테이션(50, 60)은,
    상기 몰드(23)에 연결하도록 구성된 가열 스테이션 어댑터(51)를 포함하는 가열 스테이션(50), 및
    상기 몰드(23)에 연결하도록 구성된 냉각 스테이션 어댑터(61)를 포함하는 냉각 스테이션(60)을 포함하되,
    상기 몰드(23)를 상기 가열 스테이션(50)에서 상기 냉각 스테이션(60)으로 이동시키기 위해 상기 홀더(20)를 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제품을 생산하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 몰드(23)는 상기 가열 스테이션 어댑터(51)와 상기 냉각 스테이션 어댑터(61)에 순서대로 연결되는 것을 특징으로 하는 제품을 생산하는 방법.
  9. 이전 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유 재료(3)는 상기 하나 이상의 열처리 스테이션(15, 50, 60)에서 일정 간격 이격된 충진 스테이션(10)에서 캐비티(26)에 충진되는 것을 특징으로 하는 제품을 생산하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 홀더(20)는 상기 충진 스테이션(10)에서 상기 하나 이상의 열처리 스테이션(15, 50, 60)으로 자동 운송 메커니즘(4)을 통해 자동으로 이동되는 것을 특징으로 하는 제품을 생산하는 방법.
  11. 제품을 생산하는 장치로서,
    섬유 재료(3)를 수용하는 캐비티(26)를 규정하는 몰드(23), 및
    상기 몰드(23)를 지지하고 섬유 재료(3)를 몰드(23)에 충진하는 충진 스테이션(10)에서 하나 이상의 열처리 스테이션(15, 50, 60)으로 상기 몰드(23)를 이동시키기 위해 이동 가능한 홀더(20)를 포함하는 제품을 생산하는 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 몰드(23)의 열용량은 상기 홀더(20)의 열용량보다 작은 것을 특징으로 하는 제품을 생산하는 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 장치(2)는 상기 몰드(23)와 상기 홀더(20) 사이에 있는 열 분리 부재(27)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제품을 생산하는 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 열 분리 부재(27)는 상기 몰드(23)와 상기 홀더(20) 사이에서 연장되는 하나 이상의 로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 제품을 생산하는 장치.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 열 분리 부재(27)는 상기 몰드(23)와 상기 홀더(20) 사이에서 연장되는 다수의 로드들을 포함하되 상기 다수의 로드들은 서로 일정 간격 이격되는 것을 특징으로 하는 제품을 생산하는 장치.
  16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몰드(23)는 서로에 대해 이동 가능한 다수의 세그먼트들(24, 25)을 포함하는 것을 특징으로 하는 제품을 생산하는 장치.
  17. 제품을 생산하는 시스템으로서,
    제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 상기 장치(2),
    섬유 재료(3)를 상기 몰드(23)의 상기 캐비티(26)에 충진하는 충진 스테이션(10), 및
    상기 몰드(23) 안에 있는 상기 섬유 재료(3)를 열처리하는 하나 이상의 열처리 스테이션(15, 50, 60)을 포함하는 것을 특징으로 하는 제품을 생산하는 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열처리 스테이션(15, 50, 60)은 상기 섬유 재료(3)를 열처리하기 위해 상기 몰드(23)에 연결하도록 구성된 어댑터(16; 51, 61)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제품을 생산하는 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 어댑터(16; 51, 61)는 기류를 상기 몰드(23) 안으로 지향시키고 상기 기류가 상기 홀더(20)에 충돌하는 것을 방지하기 위해 구성된 것을 특징으로 하는 제품을 생산하는 시스템.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열처리 스테이션(15, 50, 60)은 상기 기류가 상기 몰드(23) 안으로 지향되기 전에 가열 또는 냉각하도록 구성된 것을 특징으로 하는 제품을 생산하는 시스템.
  21. 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 홀더(20)를 상기 하나 이상의 열처리 스테이션(15, 50, 60)으로 이동시키는 운송 메커니즘(4)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제품을 생산하는 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 홀더(20)는 상기 운송 메커니즘(4)과 연결하는 결합 기능(21)을 포함하는 것을 특징으로 하는 제품을 생산하는 시스템.
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