KR950012531B1

KR950012531B1 - 생사 권취 장치

Info

Publication number: KR950012531B1
Application number: KR1019890014436A
Authority: KR
Inventors: 미찌오 오노; 가쯔미 하세가와; 히로미쯔 가나모리
Original assignee: 도레이 가부시끼가이샤; 오까다 모리오
Priority date: 1988-10-07
Filing date: 1989-10-07
Publication date: 1995-10-18
Also published as: DE68913121T2; EP0363227B1; US4993651A; KR900006581A; JPH02100968A; JPH0679958B2; DE68913121D1; EP0363227A1

Abstract

내용 없음.

Description

생사 권취 장치

제1도는 본 발명의 생사 권취 장치의 한 실시예의 횡단면도.

제2도는 본 발명의 생사 권취 장치의 스핀들의 회전수와 진동 사이의 관계를 도시한 그래프.

제3도는 종래 기술의 생사 권취 장치의 스핀들의 회전수와 진동 사이의 관계를 도시한 그래프.

제4도 및 제5도는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 횡단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

3 : 원통형 몸체 5, 10 : 복합층

6, 7, 11 : 지지부재 8 : 보스

12 : 구동축 31, 32 : 지지부재(단부)

본 발명은 생사 권취 장치 특히, 스핀들의 진동을 방지하면서 작은 직경을 가진 긴 스핀들이 고속으로 생사를 권취가능한 생사 권취 장치에 관한 것이다.

근래, 생사 권취 장치는 생사 제조 공정에서 생산성을 개선하기 위하여 예를 들면, 5000m/분 이상의 고속으로 스핀들의 고속화가 도모되었다.

또한, 복수의 보빈을 가진 스핀들이 사용되어져 왔다. 다시말하면, 복수의 생사 패키지를 일회의 권취작업으로 이룰 수 있기 때문에 생산성을 더욱 개선하기 위하여 비교적 긴 길이의 스핀들의 사용을 시도하고 있다.

복수의 보빈을 가진 긴 스핀들을 보유한 생사 권취 장치로는 예를 들면, 유럽특허 제233,844호에 공지된 것이 있다.

복수의 보빈을 가진 스핀들의 사용은, 보빈의 소비량이 다수 보빈의 일회 생사 권취 작업으로 스핀들에 장착되기 때문에 현저하게 증가될 것이다.

현재, 보빈은 재사용을 위하여 회수되지 않고 한번 사용된 후에는 폐품으로 처리된다.

이는 보빈을 회수하고 관리하는데 소요되는 장비 및 인원에 필요한 경비가 상당히 크기 때문이다.

일반적으로, 보빈 제조의 주요 비용은 재료비가 지배적이다.

작은 직경의 보빈이 큰 직경의 보빈보다 당연히 값이 싸다.

또한, 직경이 감소되면, 일회의 권취작업에서 보빈에 권취된 생사의 중량이 증가되어 대형 패키지화에도 기여하게 된다.

이들 관점으로부터, 작은 직경의 보빈의 사용 필요성, 환언하면, 작은 직경의 스핀들이 필요하며, 이는 생사의 권취를 위한 스핀들의 고속화와 생사 권취 장치내의 스핀들의 장척화가 요구된다.

종래의 기술에 있어서, 스핀들의 고속화가 장척화와 소경화를 동시에 해결한 종래 기술의 생사 권취 장치로서 실용적인 것이 나타나 있지 않다.

종래 기술의 생사 권취 장치의 최대 생사 권취 최대 속도는 6000m/분이였고 스핀들은 금속으로 제조되었고 보빈의 내경은 120mm이였고 스핀들상에 장착되어 있는 보빈의 총 길이는 1200mm이었다.

섬유 강화 복합재료를 회전체의 재질로서 사용한 것이 원심분리기의 분야에서 볼 수 있다.

섬유 강화 복합재료로 제조된 스핀들과 매트릭스 성분은 금속으로 만들어진 스핀들보다 표면 경도, 내충격성, 내마모성과 같은 기계적 강도가 낮고, 그래서 마모와 변형 작용이 생사 권취 장치의 빈번한 사용에 따라 원통형 몸체 즉, 보빈 홀더, 보빈 보존 장치 사이에 미끄럼 부분과, 원통형 몸체와 보스 사이의 연결 부분과, 보스와 보빈 홀더의 구동축 사이의 연결 부분과, 구동축을 지지하기 위한 베어링 부분에서 발생한다.

이러한 마모와 변형 작용은 심각한 진동을 발생하여 신뢰도와 내구성을 상당히 감소시킨다.

그러므로, 섬유 강화 복합재료로 만들어진 스핀들과 매트릭스는 실제적으로 사용되지 않는다.

한편, 섬유 강화로 복합재료로 만들어진 고속 회전 원통형 몸체와 매트릭스 성분은 심사가 되지 않은 일본국 특허출원 제56-147916호에 공지된 생사 권취 장치에 사용되었다.

그러나, 종래 기술에 있어서, 고속 생사 권취를 위하여 비교적 작은 직경을 가진 다수의 보빈을 가진 긴스핀들의 사용에 관한 정보가 없다.

섬유 강화 복합재료로 형성된 스핀들과 매트릭스 성분이 생사 권취 장치에 사용될때, 공정의 정확, 표면경도, 미끄럼 부분, 연결 부분, 베어링 부분은 고속 스핀들 성능을 달성할 수 있도록 고속으로될 필요성이 있다.

더욱이, 이러한 고등급의 정확성은 스핀들의 회전에 의한 진동 패키지 중량, 연결 부분상에 발생되는 결속력에 따른 외력 또는 외부 응력 등에 의해 시간에 따른 어떤 변동도 없이 일정한 레벨로 유지되어야만 한다.

작은 직경을 가진 금속제의 긴 스핀들로 고속으로 생사를 권취할 수 있는 생사권취 장치를 얻으려면, 증가된 스핀들의 길이는 필연적으로 스핀들의 강성과 약한 지지구조를 가져야만 한다.

그런데, 다른 진동이 스핀들의 강도 부족에 따라 새롭게 발생하여 이에 의해 고속의 생사 권취를 방해한다.

일반적으로, 회전체 특히 고속 스핀들은 생사 권취의 개시로부터 종료까지의 회전수 영역에 있어서 심한 굽힘 진동을 야기하는 임계 속도가 없는 영역에서 사용하는 것이 안정된 권취를 위한 필수 조건으로 된다.

작은 직경 예를 들면, 94mm의 내경과 1200mm의 전체 길이를 가진 금속제의 긴 스핀들을 사용하여 고속으로 생사 권취가 달성될때, 임계 속도는 대체적으로 6000m/분이다.

환언하면, 임계 속도는, 임계 속도가 그전에 발생하지 않는 생사 권취 속도 범위 밑으로 낮게 떨어지지 않는다.

진동이 약 6000m/분의 속도의 생사의 권취에서 일어난다면, 이는 계속적으로 안정된 생사 권취가 곤란하고 생사 권취 장치에 기계적인 손상을 주게 된다.

그러므로, 이런 종류의 생사 권취 장치는 실제적으로 사용될 수 없다.

본 발명의 목적은 종래의 생사 권취 장치의 결점을 제거하고 심각한 스핀들의 진동이 없는 길고 작은 직경의 스핀들을 가지고 높은 신뢰도와 내구성을 가지는 고속 생사 권취 장치를 제공하는데 있다.

이것은 임계 속도를 상당히 증가시키기 위하여 사용된 재료와 스핀들 구조의 최적 조건을 도입하여 달성된다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 원통형 몸체로 제조된 스핀들과 스핀들의 외부 외주 표면상에 착탈가능하게 장착된 보빈과 원통형 몸체에 연결된 구동축과 원통형 몸체에 구비된 보빈 고정 및 탈착 수단과 스핀들을 회전 구동시키기 위한 구동 수단을 포함하는 생사 권취 장치가 제공되어 있다.

적어도 하나의 상기 원통형 몸체의 적어도 한 부분과 상기 구동축은 섬유 강화 복합재료로된 복합층과 매트릭스 성분과 복합층의 내부 표면 및 외부 표면중의 한쪽 또는 양쪽에 연결된 금속으로 제조된 지지부재이다. 본 발명이 적용되는 부가적인 범위가 이하에 보다 상세하게 기술되어 있는데, 본 발명의 양호한 실시예를 나타내는 상세한 설명과 특정예는 단지 설명을 위해 기술되어 있는 것이며 본 발명의 범위내에서의 다양한 변화 및 변경이 본원의 상세한 설명으로부터 본 분야의 통상의 기술인에게는 가능한 것일 것이다.

설명만의 용도로 기술되었으며 본 발명을 한정하지 않는, 본 발명의 다른 목적과 잇점은 본 발명의 양호한 실시예를 도시하는 도면을 참조하여 하기 설명을 읽으면 더 명백해질 것이다.

본 발명에 사용된 보빈은 원통형 몸체의 외부 표면상에 생사를 권취하기 위한 원통형 몸체이다.

보빈은 어떤 종류의 다른 공지된 보빈도 사용할 수 있는 것이다.

본 발명에 사용된 스핀들은 또한 원통형 몸체를 포함하며, 이것의 외부 외주 표면상에 보빈이 신속 착탈 가능하게 장착되어 있고, 구동축은 원통형 몸체에 연결되어 있다.

원통형 몸체와 구동축의 하나 또는 모두는 섬유 강화재로된 복합층과 금속으로 제조된 지지부재와 매트릭스 성분으로 만들어져 있다.

오직 한 경우에 있어서, 나머지 원통형 몸체 또는 구동축은 예를 들면, 유럽 특허 제234,844호, 미합중국 특허 제3,917,182호, 제3,553,978호, 제4,089,190호, 영국특허 제1,356,393호 또는 일본국의 미심사된 실용신안등록출원 제53-61925호에 설명된 공지의 원통형 몸체 또는 축일 수도 있다.

본 발명의 스핀들은 예를 들면, 유럽특허 제234,844호에 설명된 공지된 보빈 결합및 탈착 수단에 제공된다.

복합층은 비유기물 섬유, 유기물 섬유와 금속 섬유에서 선택된 섬유로 제조되고 매트릭스 성분은 적당한 수지와 금속물질에서 선택되어 제조된다.

특히, 섬유 강화 복합재료로서는 아크릴로니트릴 섬유 또는 고온에서 셀룰로스 피치를 고온에서 열경화 처리하여 획득되는 고탄성 탄소 섬유나, 고신뢰 유기물 섬유는 방향성 폴리아미드를 주성분으로 하는 예를 들면, "KEVLAR"(듀퐁사의 등록상표)의 고탄성 유기 섬유 혹은 유리 섬유 등의 강화 섬유에 대해 매트릭스 수지로서 예를 들면 에폭시 수지, 불포화 폴리에스텔 수지, 페놀수지 및 폴리아미드 수지 등의 열경화성 수지, 폴리설포닉 수지 등의 열가소성 수지를 사용한 것이 좋다.

본 발명에 있어서, 어떤 경우에는 알루미늄, 마그네슘 또는 구리와 같은 금속이 매트릭스 성분으로 사용될 수 있다.

즉, 금속 섬유가 강화 섬유로 사용될 수도 있다.

상기 설명된 섬유 강화 복합재료중 강화 섬유로서 고탄성 섬유를 사용하고 매트릭스 수지로서 에폭시 수지를 사용한 것이 바람직하다.

스핀들을 형성하기 위하여 필요한 인장강도, 층간 전단 강도와 같은 기계적 강도를 증가시키기 위하여 강화 섬유의 매트릭스 수지에 대한 혼합체 비율(V_f)은 40 내지 75%가 양호하고 50 내지 70%가 더 양호하다.

강화 섬유의 스핀들 축에 대한 권취각도(θ)는 이론적으로는 0도에 가까운 편이 보빈 홀더의 굽힘 진동에 대한 영율(E)이 높아지므로 가장 효과적이나, 반면에 비틀림에 대한 강도가 저하하므로, 이러한 권취각도(θ)는 E/ρ의 값 즉, 영율(E) 대 밀도(ρ)의 비율로 보빈에 전달되는 토오크에 따라 적당한 각도가 되도록 설계하는 것이 좋다.

본 발명에 있어서, E/ρ의 값을 스핀들의 특성을 개선하기 위하여 가능한 크게 설정하는 것이 매우 중요하다.

일반적으로, 상기 각도는 3도 내지 45도가 양호하고 3도 내지 30도가 더 양호하다.

본 발명에 사용된 복합층은 섬유로 제조된 시트형 재료를 분비하여 한 방향으로 서로 평행하게 배열하고 중첩된 적당한 원통형 몸체상에 시트형 재료를 십자형 또는 나선으로 권취된 시트형 재료의 생사 방향으로 가능한한 많이 적층하고 매트릭스 수지에 침지하고 열로 세팅 작업을 하여 형성될 수도 있다.

또한, 복합층은 편직 섬유 또는 상기에 설명된 강화 섬유에 의해 구성된 편물 섬유로 형성될 수도 있다.

복합층 획득방법은 예를 들면, 미합중국 특허 제1,356,393호에 설명된 방법대로이다.

지지부재는 복합층의 외부 표면과 내부 표면의 하나 또는 양 표면에 구비되어 있고 탄소강, 공구강, 스텐레스강과 일반 기계 부품용의 압연강재와 같은 공지된 금속 재료로 충분하다.

스핀들의 제조에 대하여, 강화 섬유와 매트릭스 성분과 금속층으로 제조된 지지부재로 제조된 복합층의 다수의 결합방법이 있다.

기본적으로, 적어도 하나의 원통형 몸체의 적어도 한 부분과 구동축은 복합층, 복합층의 내부 표면 및 외부 표면의 하나 또는 양 표면과, 금속층을 구비한다.

원통형 몸체는 복합층과 지지부재로 제조된다.

복합층은 원통형 몸체의 내부 표면의 적어도 한 부분에 구비되는 것이 양호하다.

금속층은 복합층의 내부 표면과 외부 표면 양 표면의 적어도 한 부분을 구비한다.

구동축은 복합층과 금속층으로 제조될 수도 있다.

복합층은 구동축의 외부 표면의 적어도 한 부분에 구비되는 것이 양호하다.

구동축은 금속층과 그것의 종방향을 따라 교번적으로 배열된 복합층과 금속층을 주로 한다.

이 경우에 있어서, 복합층과 금속층은 그들의 접촉부분에서 중첩되어 있다.

하기 방법은 섬유 보강 복합재와 한 유니트에 금속재를 결합하기 위하여 사용된다.

두가지 재료가 분리 원통형 몸체에 첫번째로 제조된다(하나는 복합층으로 제조되고 다른 하나는 금속층으로 제조됨).

두개의 원통형 몸체는 수축 결합, 가압결합, 냉각 결합등에 의해 유니트로 결합된다.

이는 또한 적당한 접착제로 결합 가능하기도 하다.

강화 섬유와 매트릭스 성분과 금속재료로 제조된 복합재료에 의해 구동축 및/또는 원통형 몸체의 제조는 탄소강 또는 알루미늄과 같이 종래에 사용된 재료보다 굽힘 진동에 관하여 E/ρ값을 증가시키는데 기여한다.

금속으로 만들어진 금속층이 강화 섬유와 매트릭스 성분으로 제조된 복합층의 외부 표면이나 내부 표면의 양쪽 또는 한쪽에 제공되는 이유는, 기계적 강도, 마모 및 마찰저항 또는 이와 유사한 것들이 요구되는 베어링부 또는 미끄럼부와 같은 부분을 위하여는 섬유로 보강된 복합 물질보다는 이것이 더욱 바람직하기 때문이다.

금속물질이 외부 표면이나 내부 표면에 제공되는 것은 스핀들 지지 구조물에 기초하여 결정될 수 있다.

상술된 바로부터 명백하듯이, 본 발명에 사용되는 원통형 몸체는 복수개의 보빈이 신속하게 분리되는 방식으로 장착된 보빈 홀더이다.

본 발명에 사용되는 보빈은 종이, 플라스틱과 같은 것으로 제조될 수도 있다.

따라서 재료는 제한적이지 않다.

스핀들의 원통형 몸체가 구동축에 연결되는 방식은 제한적이지 않으나, 원통형 몸체는 보빈 홀더의 적어도 한 단부상이나, 원통형 몸체의 중앙 내부 부분 주변에 일체식으로 제공된 보스를 통해 구동축에 직접 연결되는 것이 좋다.

본 발명에 있어서, 원통형 몸체는 상기 보스를 사용하지 않고 원통형 몸체의 일부를 통해 구동축에 직접연결될 수도 있다.

구동축은 상기 원통형 몸체를 회전시킬 수 있는 형태이면 어떠해도 무방하다.

양호하게 이것은, 원통형 몸체와 동일하고 복합층과 지지부재를 구비한다.

가장 양호한 구동축은 섬유 강화재와 매트릭스 성분으로 제조되어 내부 부분에 제공된 복합층과 복합층의 외부 표면상에 제공된 지지부재를 갖는다.

더우기, 구동축은 주요 내부에 형성된 중공 튜브를 갖거나 또는 갖지 않고 구조될 수 있다.

지지부재가 구동축의 외부 표면상에 제공될때, 이것은 복합층의 전체 표면에 형성될 필요는 없으나 베어링부, 미끄럼부, 또는 모터 등을 갖는 연결부 등과 같은 어떤 제한된 부분상에 제공될 수도 있다.

종래의 모터, 예를 들어 직류 모터, 유도 모터, 또는 동기 모터가 스핀들 구동 수단으로서 사용될 수도 있다.

또한, 종래의 구동력 전달 수단, 즉 커플링 장치, 벨트 또는 기어가 사용될 수도 있다.

스핀들의 구동축이 모터에 직접 연결되고, 모터의 회전자가 구동축상에 고정 장착되고 회전자가 스핀들의 콤팩트화를 위해 모터의 프레임상에 고정 장착되는 것이 양호하다.

원통형 몸체의 길이는 제한적이지 않으나, 직물 재료로 사용되는 생사(250D 이하의 생사 데니르)를 권취하도록 제공된 보통 94mm이상의 내부 직경을 갖는 보빈이 사용될때는 1000mm 이상이 양호하며, 73mm 이상의 내부 직경을 갖는 보빈이 산업 제품으로 사용된 생사를 권취하기 위해서 사용되면, 진동을 감소하기 위해서 600mm 이상이 양호하다.

회전 토크가 구동 수단에 의해 구동축을 통하여 원통형 몸체로 전달되면, 전체 스핀들의 밀도가 감소되고 동시에 영율(E)이 증가되기 때문에 E/ρ의 값이 상당히 증가하게 된다.

따라서, 본 발명의 원통형 몸체의 임계 속도가 금속으로만 제조된 원통형 몸체의 임계 속도로 부터 증가되게 된다.

더우기, 본 발명에 있어서는, 금속층이 복합층의 내부 또는 외부 표면중 적어도 한곳에 제공되기 때문에 표면 강도 또는 미끄럼 성능과 같은 기계적 강도가 섬유로 보강된 복합 물질로만 제조된 스핀들보다 월등히 우수하다.

본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

[실시예 1]

제1도는 4개의 보빈이 한 스핀들상에 장착되어 있는 생사 권취 장치의 제1실시예의 단면도이다.

제1도에 있어서, 4개의 보빈(1a 내지 1d)은 일렬로 원통형 몸체(3)상에 삽입되어 각각의 4개의 생사(Y)를 권취하기 위한 보빈으로 있다.

탄성링(2a 내지 2h)은 보빈을 고정하기 위하여 보빈의 내부 표면과 스핀들의 외부 표면 사이에 제공되어 이로부터 스핀들을 풀어주게 된다.

이 탄성링은 스페이서(4a,4b)와 함께 스핀들의 표면상에 배열된다.

제1도에는 2개의 탄성링이 각 보빈을 위하여 제공되었다.

원통형 몸체(3)는 섬유 강화 복합재료제의 복합층(5)과 이 복합층의 2개의 표면상에 제공된 금속물질로 제조된 2개의 지지부재(6,7)를 구성한다.

이들 3개의 층들은 적층, 성형되어 3개의 층 구조를 형성하게 된다.

원통형 몸체(3)의 중앙에는 보스(8)가 용접 설치되었다.

25mm의 외부 직경을 갖는 구동축(12)이 보스(8)안으로 삽입되어 구동축(12)의 단부에서 너트(13)로 고정된다.

구동축은 섬유 강화제로된 복합층의 만들어진 복합층(10)과, 금속물질로 제조된 지지부재와 함께 내부직경이 4mm, 그리고 통과구(9)와 함께 외부직경이 21mm, 두께가 2mm로서 복합층(10)의 외부 표면상에 일체식으로 제공된 매트릭스 성분으로 구성된 원통형 몸체로 형성된다.

따라서, 본 발명의 스핀들은 원통형 몸체(3), 보스(8), 그리고 구동축(12)으로 구성된다.

구동축(12)은 베어링(16a 내지 16c)에서 회전이 자유롭게 지지되고, 베어링(16a,16c) 사이의 거리를 1000mm로 하여 모터(20)의 프레임(14)상에 일체식으로 장착된 지지 원통형 부분(15)에 제공된다.

반면에, 모터(20)의 회전자(18)는 베어링(16b,16c)상에 설치된 구동축의 부분상에 고정 제공되어 있고, 이들 베어링 사이의 거리는 450mm이다.

모터(20)의 고정자(19)는 프레임(14) 내부에 고정 제공되어 있다.

따라서, 구동 수단 즉, 구동축을 구동시키기 위한 모터(20)는 구동축상에 장착된 회전자(18)의 프레임(14)상에 장착된 고정자(19)로 구성된다.

보빈(1a 내지 1d)의 내경, 외경 및 세로 길이는 94mm, 110mm, 그리고 300mm이다(전체 보빈 길이 1200mm).

내경과 외경이 각각 61mm, 66mm인 원통형 형태인 지지부재(7)는 스텐레스강(일본 공업 규격으로 정의되는 강철의 특정성 그레이드인, SUS304, JIS G3459)과 같은 금속물질로 제조된다.

원통형 몸체와 동일함 금속물질로 제조된 보스(8)는 용접으로 지지부재(7)의 내부에 일체식으로 제공되어 있다.

따라서, 탄소 섬유(도레이 인더스트리스 인코포레이티드 제품인 "도레이카" M-50)가 30도의 권취 각도(θ)로 지지부재(7)의 표면에 감겨진다.

탄소 섬유는 에폭시 수지에 침지되고, 복합층(V_f)의 전체 중량에 대한 탄소 섬유의 중량비는 60%로 정해진다.

그후 조립체는 130℃의 온도인 건조로에서 가열되어 에폭시 수지를 경화한다.

이로써 복합층(5)이 얻어지고 외부 직경을 78mm로 감소시키도록 연마한다.

표면에 에폭시계 접착제를 도포하고 그후 1mm의 두께를 갖는 원통형 지지부재(6)가 복합층(5)의 표면상에 삽입 접착되어 내경 61mm, 외경 80mm, 그리고 보빈 스포터부 5mm를 포함하여 전체 세로 길이가 1170mm인 3개의 층을 갖는 구리인 원통형 몸체를 형성하게 된다.

구동축(12)은 지지부재(11)의 재질을 탄소강(일본공업 규격으로 정의되는 강철의 특정성 그레이드인, S55C, JIS G4051)으로 한 이외에는 원통형 몸체의 것과 동일한 제조방법으로 제조된다.

제1도에서, 도면 번호(21)은 원통형 몸체(3)에 신속하게 보빈을 끼우고 그리고 탈착시키는 수단을 나타낸다.

이것은 피스톤(22), 스프링(23), 스프링 와셔(24) 그리고 O링(25)으로 구성되어 있다.

피스톤(22)은 O링으로 원통형 몸체(3) 내부 둘레면에서 기밀이 보존된 상태에서 미끄럼 운동이 가능하게 되어 있다.

따라서, 생사 권취 상태에서, 보빈(1a 내지 1d)은 원통형 몸체(3)의 내표면상에 일체식으로 유지한다. 즉, 피스톤(22)이 스프링(2)의 탄성력에 의하여 제1도에 도시된 바와 같이 우측 방향으로 움직이게 된다.

스프링(23)의 대향 단부는 돌출부(26)에 고정되었고, 이로써 탄성링(2a 내지 2h)이 거의 동시에 원통형 몸체의 축방향으로 수축되어 외부 직경을 증가시키게 된다.

따라서, 보빈은 탄성링에 의해 원통형 몸체에 단단하게 고정된다.

생사 권취 작업이 종결되면, 보빈은 제1도에 도시된 바와 같이 구동축(12)의 복합층(10)에 제공된 통과구(9)의 우측끝에서 가압 유체를 보낸다.

따라서, 피스톤이 스프링(23)의 탄성력에 대항하여 도면의 좌측 방향으로 이동시켜 이에따라, 탄성링(2a 내지 2h)의 외경을 원래의 상태로 복원시키므로 원통형 몸체(3)로부터 보빈을 떼어낼 수가 있다.

제2도는 스핀들의 속도와 보빈(1a)의 좌측 단부에서 증폭된 진동 사이의 관계를 도시하고 있다.

본 실시예의 생사 권취 장치에서의 스핀들 회전수와 그 진폭과의 관계를 시험하기 위해, 2.1데니르의 36개의 섬유로 구성된 4개의 다중 섬유 폴리에스터 생사를 권취속도 6000m/분에서 4개의 종이 보빈에 권취하였다.

스핀들의 속도는, 생사 권취 속도 6000m/분로 생사를 권취하여 제로에서 예정된 17,362rpm까지 가속하였다.

제2도로부터 명백하듯이, 주 임계 속도와 제2임계 속도는 각각 1800rpm과 2440rpm정도를 나타내나, 제3임계 속도가 17,362rpm까지에도 나타나지 않았기 때문에, 스핀들이 소직경의 긴길이 이면서 진동이 없는 상태에서 권취속도 6000m/분이나 연속 고속 생사 권취 작업이 완수될때까지 약 7시간동안에 달성할 수가 있었다.

따라서, 본 실시예의 생사 권취 장치는 장시간에 걸친 권취 작업에서도 어떠한 변화도 없으므로 신뢰성 및 내구성이 우수한 고속 권취 장치임이 확증되었다.

동일한 관계가, 섬유 강화 복합재료를 사용하지 않는 탄소강(일본 공업 규격으로 정의되는 강철의 특정성 그레이드인, S55C, JIS G4051)만으로 구성하고, 다른 조건은 상기 실시예와 같이 하여 스핀들 회전수와 그 진폭과의 관계를 조사한 바, 제3도의 결과가 얻어졌다.

제3도로 명백하둣이, 제3임계 속도는 본 발명의 주목적인 고속 생사 권취를 불가능하게 하는 4320m/분의 생사 권취 속도와 함께 12500rpm의 스핀들 속도를 나타낸다.

본 발명의 생사 권취 장치는 다음과 같은 우수한 효과가 얻어진다.

(1) 생사 권취 장치의 스핀들의 구동축과 원통형 몸체가 소직경을 갖고 연장된 직경을 갖더라도, 이들은 섬유 강화 복합재료로 구성된 원통형 몸체와, 이 원통형 몸체의 최소한의 내부 및 외부 표면의 한편에 재질이 금속재료로 구성되는 원통형 몸체로 일체로 구성되어, E/ρ의 값이 증가되어, 즉 금속물질로만 제조된 종래의 원통형 몸체의 약2.5배와, 금속물질로만 제조된 종래의 구동축의 약 4배정도 증가되어, 생사 권취 작업의 임계 속도를 보다 높은 영역으로 보상할 수 있다.

따라서, 생사 권취 속도는 임계 속도가 증가된 양만큼 감소된 직경을 갖는 보빈을 사용하여 고속화할 수 있다.

보빈 직경의 감소는 보빈의 제조 비용을 감소시키며, 감겨지는 전체 생사의 양을 증가시켜, 대형 생사 패키지도 가능하다는 등의 생산성이 향상된다.

(2) 본 발명의 원통형 몸체가 섬유 강화 복합재료를 사용하면서 미끄럼부, 고정부, 커플링부(결합나사부) 그리고 베어링부 등이 금속재료로 구성된다.

따라서, 본원의 생사 권취 장치는 섬유 강화 복합재료로만 구성된 원통형 몸체를 갖는 종래의 생사 권취 장치와 비교해볼때 신뢰성 및 내구성이 뛰어난 장치를 얻을 수 있다.

(3) 더욱이, 원통형 몸체의 중량이 금속재료로만 제조된 종래의 원통형 몸체와 비교해볼때 스핀들 중량이 감소되므로, 섬유 강화 복합재료와 금속층의 조합으로된 것을 사용하여 적은 구동 토크로 보다 고속화가 달성되고 생사 권취 작업시 진동이 감소되는 효과가 있다.

더우기, 본 발명의 원통형 몸체 내부에서 사용되는 섬유 강화 복합재료는 감쇄 효과가 크기 때문에, 생사권취 작업시에 원통형 몸체의 진동이 감소되어 생사 권취된 모양이 향상된다.

부가적으로, 이런 진동시에 발생되는 소음이 감소되고 베어링의 수명이 연장된다.

[실시예 2]

제4도는 본 발명의 제2실시예의 생사 권취 장치의 단면도이다.

제4도에서, 원통형 몸체(3)의 주요부분은 섬유 강화 복합재료로된 복합층(5)과 금속재료로된 지지부재(6)로 구성되는 두개의 층 구조로 제조된다.

구동축(12)은 금속재료로만 제조된 종래의 축이다.

원통형 몸체(3)는 80mm의 외경, 76mm의 내경 및 보빈 스토퍼부 5mm를 포함하는 1170mm의 길이를 갖는 탄소강(일본 공업 규격으로 정의되는 강철의 특정성 그레이드인, S55C, JIS. G4051)으로 제조된 지지부재를 제공하고, 지지부재(6)와 동일한 재료로 제조된 보스(8)를 지지부재(6) 내측의 중앙부에 용접 결합함으로써 얻어진다.

그 다음으로, 복합층(5)은 지지부재(6)에 삽입되며, 보스(8)가 이미 제공되어진 장소를 제외한 내측 표면과 결합된다.

또한, 금속재료로 제조된 분리 지지부재(7)는 복합층(5)에 삽입되며, 피스톤(22)의 미끄럼식 지지가 가능한 한 단부 부분에 결합된다.

복합층(5)은 하기의 방법으로 제조된다. 우선, 예를 들어 도레이 인더스트리 인코포레이티드에서 제조된 "TORAYCA" M-50과 같이 0.17mm의 두께를 갖는 탄소 섬유로 제조된 섬유 시트를 준비하여 에폭시 수지에 침지한다. 그 다음으로 탄소 섬유 시트에 침지된 에폭시 수지를 예정된 크기로 절단한다.

절단된 시트는 61mm의 외경을 가지며 이의 외부 표면에 도포된 탈형제(mold release agent)를 갖는 멘드릴의 표면상의 겹쳐지게 감는다. 시트가 한개씩 맨드릴에 감길때 탄소 섬유의 길이 방향을 멘드릴축에 평행하게 유지되며, 권취작업은 탄소 섬유 시트에 의해 형성된 원통형 몸체의 외경이 77mm에 도달할때까지 계속되는 것을 알 수 있다.

최종 제품은 테입으로 포장되고 건조로에서 에폭시 수지를 경화시키는 130℃의 온도로 열처리되며, 원통형 복합층(5)은 원통형 시트로부터 맨드릴을 제거하고 원하는 형상으로 연마함으로써 얻어진다.

구동축(12)은 종래의 금속 중공 튜브로써 커플링 수단(30)을 통해 보스(8)에 결합된다.

이 실시예에서, 생사 권취 장치의 기본 구조는 분리 베어링(16d)이 제공되고 베어링(16a)과 (16d) 사이의 거리가 500mm로 고정된 것을 제외하고는 실시예(1)에 도시된 생사 권취 장치의 구조와 동일하다.

실시예(1)에서 수행된 것과 동일한 시험에 따르면, 심지어 17362rpm의 회전속도에서도 스핀들의 진동정도가 낮아서 6000m/분의 높은 권취 속도에서의 생사 권취 작업도 감소된 직경을 갖는 보빈으로 효과적으로 수행될 수 있다.

이 실시예에서, 감소된 직경을 갖는 보빈을 사용하는 고속 생사 권취 작업은 원통형 몸체(3)의 값(E/ρ)이 금속재료로만 제조된 종래의 원통형 몸체의 값보다 3.5배 이상 증가할 수 있기 때문에 효과적으로 수행될 수 있다.

적어도 구동축(12)의 일부가 지지부재(11) 및 복합층(10)으로 구성되면, 생사 권취 작업은 더욱 개선될 수 있다.

이 실시예에서, 복합층(5)이 형성되면, 맨드릴은 복합층(5)의 내부 표면상에 지지부재(7)가 제공되지 않은 부분을 형성하는데 사용된다.

지지부재(7)가 제공된 부분에서는, 지지부재(7)가 맨드릴로써 사용된다.

그러나, 복합층(5)이 상술한 바와 같이 형성되면, 맨드릴은 복합층(5)의 냉각 작동중에 지지부재(7)를 이탈하여 원통형 몸체에서 꺼내진다.

따라서, 냉각 작동중에 발생한 복합층(5)과 지지부재(7) 사이의 선 팽창계수의 차이에 기인하여 복합층(5)안으로 크랙이 생성될 수 있는 문제가 발생한다.

이러한 문제점을 피하기 위해서, 지지부재(7) 또는 맨드릴의 축방향으로 경사진 프리프레그(prepreg)에서의 탄소 섬유의 길이 방향 경사각(β)은 복합층(5)과 지지부재(7)의 선형 팽창계수를 조화시키도록 조정된다.

이는 하기의 방법으로 수행된다.

우선, 처음의 다섯시트는 0°의 경사각(β)으로(탄소 섬유의 길이 방향이 지지부재(7)의 축방향에 평행인) 맨드릴과 지지부재(7)에 겹쳐지게 동시에 감긴다.

그다음 시트 즉, 여섯번째 시트는 30°의 경사각(β)으로 그 위에 감긴다.

그다음의 다섯 시트는 0°의 경사각(β)으로 감긴 처음의 다섯시트와 동일한 방법으로 그위에 감긴다.

마지막으로, 그 다음 시트 즉, 열두번째 시트는 -30°의 경사각(β)으로 감긴다.

이 방법을 사용함으로써, 복합층(5)의 선 팽창계수를 지지부재(7)와 거의 같게 만들수 있다.

경사각(β) 및 감긴 시트의 수는 필요한 선 팽창계수에 따라 마음대로 선택될 수 있다.

이 실시예의 복합층(5)을 제조하는 방법은 실시예(1)의 복합층(5)을 제조하는데 사용될 수 있다.

[실시예 3]

제5도는 제3실시예의 생사 권취 장치의 단면도이다.

구동축(12)은 지지부재(11) 및 복합층(10)으로 구성되는데 이들은 구동축을 따라 일체로 배열된다.

두층의 접촉부에 지지부재(11)와 복합층(10)으로 구성되는 두 층 구조를 갖는 부분이 제공된다.

원통형 몸체(3)는 61mm의 외경, 47mm의 내경 및 보빈 스토퍼부 5mm를 포함하는 670mm의 길이를 갖는 탄소강(일본 공업 규격으로 정의되는 강철의 특정성 그레이드인, S55C JIS G4051)으로 제조된 종래의 것이며, 보스(8)는 냉각 맞춤 및 용접에 의해그안에 제공된다.

구동축(12)은 금속재료로 제조된 지지부재(11)만의 구동축(12)의 두 단부(31,32)를 만들고 두 단부(31,32) 사이에 350mm의 전체 길이, 12mm의 중앙부 외경을 갖는 복합층(10)을 제공함으로써 형성되는데, 가느다란 부분의 외경 및 전체 길이는 12mm 및 50mm인 복합층(10)의 두 단부에 각각 제공된다.

또한, 복합층(10)은 3mm의 직경을 갖는 통과구(9)를 갖는다.

제5도에 도시된 바와 같이, 복합층(10)의 가느다란 부분은 일체식 몸체를 형성하도록 지지부재(11)에 제공된 공동부에 삽입된다.

원통형 몸체(3)는 원통형 몸체(3)와 모터(20)에 고정설치된 지지 원통형 부분(15) 사이에 제공된 베어링(33a,33b)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 구동축(12)의 축에 평행하게 측정된 베어링(33a) 및 (33b) 사이의 거리와 베어링(33b) 및 (16b) 사이의 거리는 각각 350mm 및 50mm이다.

이 실시예에 사용된 보빈의 치수는 내경이 73mm, 외경이 89mm이며 길이가 175mm이다.

네개의 보빈을 갖는 전체 길이는 700mm이다.

이 실시예에서의 조건은 실시예(2)에서와 동일하다.

실시예(1)에서와 동일한 시험이 시행되었다.

구동축(12)의 진동 정도는 17,883rpm의 회전 속도에서도 낮아서 5000m/분의 필요한 높은 생사 권취 속도에서의 생사 권취 작업이 감소된 직경을 갖는 보빈을 사용하여 수행될 수 있다.

상기와 동일한 치수를 갖지만 금속재료(일본 공업 규격으로 정의되는 금속재료의 특정성 그레이드인, S55C)만으로 제조된 구동축(12)을 갖는 생사 권취 장치에 동일한 시험이 수행되었다.

구동축에 의해 야기된 진동은 약 12,000rpm의 속도에서부터 현저하게 증가하였다.

따라서, 회전 토크는 스핀들에 전적으로 전달되지 않아서 생사 권취 작동은 약 12,560rpm의 속도에서 멈춰진다.

이러한 작용의 차이는 이 실시예의 스핀들의 값(E/ρ)이 비교실시예에 사용된 스핀들보다 약 4배이상 증가할 수 있는 것에 기인한다.

전술된 바와 같이 기술된 본 발명은 동일한 방식이 여러 방식으로 변환될 수 있음을 이해할 것이다. 상기 변환은 본 발명을 이탈하지 않는 정도에서 가능하며, 본원 분야의 통상적인 기술을 가진이가 청구범위에 범위내에서 본원 기술을 변경 및 변환할 수 있음이 인지될 것이다.

Claims

(가) 원통형 몸체(3)와, 그 외주 표면에 탈착가능하게 설치된 보빈(1a-1d)및 원통형 몸체(3)에 결합된 구동축(12) 구비하는 스핀들(3,1a-1d,12)과; (나) 원통형 몸체(3)에 제공된 보빈 결합 및 분리 수단(21)과: (다) 스핀들을 회전가능하게 구동하는 구동 수단(20)을 포함하는 생사 권취 장치에 있어서; (라) 적어도 하나의 상기 원통형 몸체(3) 및 구동축(12)의 적어도 일부분은, 강화 섬유, 매트릭스 성분으로 제조된 복합층(5,10)과, 상기 복합층(5,10)에 결합된 금속제 지지부재(6,7,11)를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 생사 권취 장치.
제1항에 있어서, 상기 원통형 몸체(3)는 상기 복합층(5) 및 지지부재(6,7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 생사 권취 장치.
제2항에 있어서, 적어도 한개의 지지부재(6,7)는 원통형상을 취하는 상기 복합층(5)의 내부 표면및 외부 표면의 한개위에 제공되는 것을 특징으로 하는 생사 권취 장치.
제2항에 있어서, 상기 지지부재(6)는 상기 복합층(5)의 외부 표면에 제공되는 것을 특징으로 하는 생사 권취 장치.
제2항에 있어서, 상기 지지부재(6,7)는 상기 복합층(5)의 내부 표면 및 외부 표면의 각각에 제공되는것을 특징으로 하는 생사 권취 장치.
제1항에 있어서, 상기 구동축(12)은 상기 복합층(10) 및 지지부재(11)을 구비하는 것을 특징으로 하는 생사 권취 장치.
제6항에 있어서, 상기 지지부재(11)은 상기 복합층(10)의 외부 표면에 제공되는 것을 특징으로 하는 생사 권취 장치.
제1항에 있어서, 상기 원통형 몸체(3)는 복합층(5)과 지지부재(6,7)를 포함하며, 상기 지지부재(7)는 복합층(5)의 내부 표면에 제공되며, 원통형 몸체(3)와 구동축(12)과의 결합부는 원통형 몸체(3)의 지지부재(7)의 내부 표면에 제공된 보스(8)를 포함하며, 구동축(12)은 보스(8)에 분리가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 생사 권취 장치.
제1항에 있어서, 상기 원통형 몸체(3)의 종방향 길이는 1000mm이상인 것을 특징으로 하는 생사 권취 장치.
제1항에 있어서, 상기 강화 섬유는 무기물 섬유(inorganic fibers)이며 매트릭스 성분은 수지(resin)인 것을 특징으로 하는 생사 권취 장치.
제10항에 있어서, 상기 무기물 섬유는 탄소 섬유(carbon fibers)인 것을 특징으로 하는 생사 권취 장치.
제10항에 있어서, 상기 무기물 섬유는 유리 섬유(glass fibers)인 것을 특징으로 하는 생사 권취 장치.
제10항에 있어서, 상기 수지물질은 에폭시 수지(epoxy resin)인 것을 특징으로 하는 생사 권취 장치.
제1항에 있어서, 상기 강화 섬유는 유기물 섬유이며 매트릭스 성분은 수지인 것을 특징으로 하는 생사 권취 장치.
제14항에 있어서, 상기 유기물 섬유는 아라미드 섬유(aramid fibers)인 것을 특징으로 하는 생사 권취 장치.
제1항에 있어서, 상기 강화 섬유는 금속성 섬유(metallic fibers)이며 매트릭스 성분은 금속(metal)인 것을 특징으로 하는 생사 권취 장치.
제1항에 있어서, 상기 매트릭스 성분에 대한 강화 성분의 비율은 40 내지 75%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 생사 권취 장치.
제17항에 있어서, 상기 비율은 50 내지 70%의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 생사 권취 장치.
제2항에 있어서, 상기 원통형 몸체(3)는 복합층(5)과 지지부재(6,7)를 포함하며, 상기 지지부재(6)는 복합층(5)의 외부 표면에 제공되고, 구동축(12)와 원통형 몸체(13)와의 결합부는 원통형 몸체의 지지부재 내부 표면에 제공된 보스(8)를 포함하며, 구동축(12)이 보스(8)에 분리 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 생사 권취 장치.
제2항에 있어서, 상기 구동축(12)은, 상기 지지부재(32)에 형성된 제1부분과, 복합층(10) 및 지지부재(11)에 형성된 제2부분과, 상기 복합층(10)에 형성된 제3부분과, 복합층(10) 및 지지부재(11)에 형성된 제4부분과 상기 지지부재(31)에 형성된 제5부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 생사 권취 장치.