WO2015141951A1 - 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩장치 - Google Patents

스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩장치 Download PDF

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WO2015141951A1
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resin
mandrel
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fiber
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PCT/KR2015/001681
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윤성호
오진오
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금오공과대학교 산학협력단
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    • B65H75/26—Arrangements for preventing slipping of winding
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    • B65H2701/31—Textiles threads or artificial strands of filaments
    • B65H2701/314—Carbon fibres

Definitions

  • the present invention relates to a device for winding a carbon fiber impregnated with a resin in order to produce strand specimens, and more particularly, to automate the process for producing strand specimens having a uniform cross section, and to strands made of carbon fiber impregnated with resin.
  • the present invention relates to an automatic winding apparatus for producing strand specimens, which can minimize test errors on the specimens and more easily perform the production of resin-impregnated strand specimens.
  • carbon fiber is a material widely used as a reinforcing material in composite materials because of its excellent specific strength and inelasticity.
  • Carbon fibers-reinforced composites obtained by dispersing such carbon fibers in matrix resins are excellent in light weight, mechanical properties, dimensional stability, and conductivity. It is used in a wide range of fields such as optical instruments, precision instruments, entertainment and toys, home and office products, and building materials, and the demand is increasing year by year.
  • a fiber strand impregnated with resin was prepared by passing a bundle of carbon fibers into a resin container containing a liquid thermosetting resin temperature-controlled by a general method of impregnating resin in carbon fibers.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-108211 rotates a resin impregnation roll immersing the lower part in a resin stored in the resin impregnation apparatus in order to maintain a constant amount of impregnation resin on the fiber substrate without depending on the moving speed of the fiber substrate
  • a resin impregnation apparatus is disclosed in which a resin is picked up on the surface of a resin impregnation roll and the resin is coated and impregnated with a fibrous substrate after adjusting the amount of resin by a film thickness adjusting plate of the resin.
  • JIS R7601 carbon fiber test method
  • the present invention is to solve the problems as described above, the purpose is to automate the process of manufacturing strand specimens having a uniform cross-section, and to minimize the test error for strand specimens made of carbon fiber impregnated with resin
  • the base An unwinding portion having an unwinding shaft having one end rotatably assembled to the first support fixed to the base, and having a fiber winding body wound around the unwinding fiber in a predetermined length on the unwinding shaft.
  • An impregnation portion for impregnating the resin in the fiber material by filling a predetermined amount of liquid resin in a region through which the fiber material unwinding from the fiber winding body passes, and having a container with an inner space open to the base;
  • a mandrel connected to one end of the fiber material impregnated with resin of the container and impregnated with a resin, and a first motor configured to rotate and drive in one direction a rotation shaft connected to any one of a pair of connection shafts provided at both ends of the mandrel.
  • a winding unit for winding a resin material impregnated with a mandrel; And a first rail on which the first slider provided on the second support rotatably supporting the rotation shaft is slidably assembled on the upper surface of the base, and the second slider connected to the first slider is capable of sliding.
  • the fiber winding is released from the fiber winding body comprising a redirection portion for redirecting to the impregnated portion
  • the redirection portion is a pair of bar fixing bar assembled on one side of the base, the pair of bar fixing Both ends are assembled at the lower end of the lower horizontal bar for turning the fiber material released from the fiber winding in the vertical direction, and both ends are assembled at the top of the pair of bar fixing rods and the fiber material is turned in the vertical direction. It includes an upper horizontal bar for turning in the horizontal direction to proceed to the impregnation side.
  • the first support includes a tension adjusting portion for adjusting the fibrous fiber material released from the fiber winding body on the outside, the tension adjusting portion is provided with one end of the unwinding shaft to rotate together with the unwinding shaft And a pair of elastic screws having one end contacting the second friction plate corresponding to the first friction plate and a contact plate contacting the other end of the elastic member, and a pair extending a predetermined length from the first support. It is mounted to the extension of the adjustment screw is provided with a fixing plate formed through the female screw hole is screwed.
  • the container includes an immersion guide portion for guiding the fiber material to be immersed in the resin, the immersion guide portion is fixed to the upper portion of the container and the entrance hole through which the fiber material is entered, the fiber impregnated with the resin material
  • an entrance direction conversion guide bar and an exit direction conversion guide bar which are assembled at both ends of the rectangular frame so as to redirect the fiber material impregnated with the resin while being wound on the immersion bar to exit to the exit hole side.
  • the upper and lower support rods having upper and lower blades in contact with the ends of the fiber material so as to control the impregnation amount of the resin impregnated in the fiber material in the square frame. do.
  • the upper support rod is supported at both ends by a fixing bracket formed by recessing the upper groove corresponding to the lower groove formed in the upper end of the rectangular frame in the lower surface.
  • the mandrel has a pair of left and right disks having a plurality of support bars extending in the circumferential direction, and both ends are assembled between the support bars facing each other, and a plurality of alignments in which the resin-impregnated fiber material is disposed in the impregnation part. It includes a plurality of horizontal bars formed in the groove at a predetermined interval.
  • the rotating shaft rotates together with the mandrel is provided with a disc having a first sensing slit cut out at one end thereof, and receives the light of the light emitting portion exposed through the first sensing slit and the disk and In addition, it includes a first optical sensor for detecting the rotation of the rotating mandrel.
  • the second slider includes a sensing plate formed by cutting a plurality of first sensing slits at an outer end thereof, and receives the light of the light emitting part exposed through the plurality of second sensing slits to receive the second slider.
  • the second optical sensor for sensing the horizontal movement amount and the detection position of the mandrel to be horizontally moved as in the same.
  • a hardened portion for thermosetting the resin of the fiber material wound on the mandrel
  • the hardened portion has a pair of left and right support shafts having assembly jaws assembled with connecting shafts provided on both sides of the mandrel
  • the support shaft is provided on the inner surface, and includes a heating furnace for providing a heat source for thermally curing the resin of the fiber material in the inner space in which the mandrel is disposed.
  • the heating furnace includes power means for rotating the mandrel in one direction by rotating one of the left and right pairs of support shafts.
  • the fiber material can be wound while controlling the tension and temperature of the fiber material. Strand specimens with uniform properties can be produced in large quantities without product defects.
  • FIG. 1 is an overall perspective view showing an automatic winding device for producing strand specimens according to a preferred embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is an overall perspective view of the automatic winding device for producing strand specimens according to an embodiment of the present invention from a different angle.
  • Figure 3 is a perspective view showing a tension control unit employed in the automatic winding device for producing strand specimens according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a perspective view of the impregnation portion employed in the automatic winding device for producing strand specimens according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view illustrating an impregnation part employed in an automatic winding apparatus for manufacturing strand specimens according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating main parts of an impregnation part used in an automatic winding apparatus for manufacturing a strand specimen according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a resin impregnated state of the fiber material in the impregnation portion employed in the automatic winding device for producing strand specimens according to the preferred embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a block diagram showing a mandrel employed in the automatic winding device for producing strand specimens according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a mandrel transfer unit employed in an automatic winding device for manufacturing strand specimens according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view of a mandrel conveying unit employed in an automatic winding device for manufacturing strand specimens according to an exemplary embodiment of the present invention, viewed from another angle.
  • FIG. 11 is a perspective view illustrating a state in which a fiber material is wound around a mandrel used in an automatic winding device for manufacturing strand specimens according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view illustrating a hardening unit employed in the automatic winding apparatus for producing strand specimens according to the preferred embodiment of the present invention.
  • the automatic winding device 100 for producing strand specimens according to the preferred embodiment of the present invention, as shown in Figures 1 to 12, the base 101 to uniformly mass produced strand specimens, which are resin-impregnated fibrous materials. , An unwinding part 110, an impregnation part 120, a winding part 130, and a horizontal transfer part 140.
  • the base 101 is an upper plate 102 of a substantially rectangular plate on which the unwinding part 110, the impregnation part 120, the winding part 130, and the horizontal conveying part 140 are placed and disposed, and up and down from the ground. It includes a frame structure 103 having a plurality of height adjustment screw member 103a to enable height adjustment.
  • the unwinding part 110 is a first support 112 so as to guide the unwinding of the fiber material (C) such as carbon fiber in one direction from the fiber winding body 111, which is a certain amount of the fiber material of the predetermined length in the form of a scroll. ) And an unwinding shaft 113.
  • the fiber material (C) such as carbon fiber in one direction from the fiber winding body 111, which is a certain amount of the fiber material of the predetermined length in the form of a scroll.
  • the first support 112 is a vertical structure of a predetermined height that is vertically fixed to one side of the upper surface of the base, one end of the release shaft 113 is the bearing member 113a at the upper end of the first support 112 It is rotatably assembled via a), the hollow shaft cylindrical bobbin (111a) is inserted into the unwinding shaft 113, the fiber material of a predetermined length is wound in a roll form to form the fiber winding body 111.
  • the bobbin (111a) is preferably inserted into an assembly assembled or inserted through the key member so as not to be idle against the outer surface of the release shaft 113.
  • the outer side of the unwinding part 110 includes a direction changing part 150 to divert the fiber material C released from the fiber winding body 111 toward the impregnating part 120.
  • the turning unit 150 is a pair of left and right bar fixing bar 151 assembled on one side of the base 101, both ends are assembled to the lower end of the pair of bar fixing bar left and right from the fiber winding body 111 Both ends are assembled at the upper end of the lower horizontal bar 152 for turning the unwinding fiber material C in the vertical direction, and the fiber material changed in the vertical direction is hung on the upper ends of the pair of bar fixing bars.
  • an upper horizontal bar 153 for turning in the horizontal direction.
  • the bar fixing stand 151 is a frame structure having a pair of horizontal stages, one end is assembled to one side of the base, and a pair of vertical lines extending in a substantially perpendicular direction from the other end of the horizontal band and is provided in a substantially 'b' cross-section.
  • the upper and lower fixing bars 152 and 153 may be formed of rod members both ends of which are assembled to a bracket detachably assembled to one side of the vertical stand.
  • the fiber material (C) released from the fiber winding body 111 rotated in the unwinding direction by the external force generated due to the one-way rotation of the mandrel 131 provided in the winding portion 130 is the above,
  • the direction is changed by the lower horizontal bars 152 and 153 to be guided in one direction toward the impregnation part disposed on the opposite side of the direction changing part 150.
  • one end of the unwinding shaft 113 on which the fiber winding body 111 is mounted is rotatably assembled on the outer side of the first support 112 of the fiber material C released from the fiber winding body 111. It includes a tension control unit 160 to properly adjust the tension.
  • the tension control unit 160 is in contact with the first friction plate 161 and the first friction plate 161 provided in the cylindrical body 161a inserted into one end of the unwinding shaft so as to rotate together with the unwinding shaft 113.
  • An elastic member 163 having one end in contact with the second friction plate 162 and a contact plate 164 in contact with the other end of the elastic member are provided at an end thereof with an adjustment screw 165 and the first support 112. It is provided with a pair of extension 166a extending in length, and the fixing screw 165 is provided with a fixing plate 166 formed through the female screw hole to be screwed.
  • the fixed plate 166 is provided with a guide hole in which a guide bar 162a of a predetermined length extending from the second friction plate 162 is assembled to be guided and moved forward and backward by a rotation operation of the adjustment screw 165. It is to guide the forward and backward reciprocating movement of the second friction plate 162.
  • the contact plate 164 By rotating the handle 165a provided at the other end of the adjustment screw 165 in the forward or reverse direction to move the contact plate 164 toward or near the second friction plate 162, the contact plate It is possible to increase or decrease the elastic restoring force of the elastic member 163 made of a coil-like spring member disposed between the second friction plate, thereby increasing the friction force between the first friction plate 161 and the second friction plate 162 Since it can be lowered, the tension of the fiber material C released from the fiber winding body 111 rotated together with the unwinding shaft 113 is properly adjusted by a simple rotational operation of the adjusting screw 165, and at the same time, the tensioned state. To maintain tension.
  • the impregnation part 120 includes a container 122 filled with a predetermined amount of resin to impregnate the liquid resin in the one-way running fiber material.
  • the container 122 is a box structure in which a certain amount of resin is filled in a predetermined amount so that a liquid resin may be impregnated while the fiber material which is released from the fiber winding body 111 is immersed and passes through the fiber winding body 111, and the inner space is opened upward. It consists of a fixed installation on the upper surface of the base (101).
  • the container 122 is shown inside and described with a container 121 filled with a predetermined amount of a liquid resin impregnated while the fiber material redirected downward is not limited thereto, but is not limited thereto.
  • the liquid can be filled to have a certain level without the need for a separate container in the space.
  • An upper part of the container 122 includes an immersion guide part 170 for guiding the fiber material C to be immersed in the resin.
  • the immersion guide portion 170 is fixedly installed in the upper portion of the container 122, through the entry hole 171 through which the fiber material (C) enters and through the exit hole 171 through which the resin-impregnated fiber material is advanced.
  • An immersion bracket 174 having a square frame 173 and an immersion bar 174a at the lower end immersed in the resin of the container 122 and assembled at both ends to the square frame 173, and the entrance hole 171.
  • the fiber material (C) entered through the direction to be wound around the immersion bar (174a), the fiber material (C) impregnated with the resin is wound around the immersion bar (174a) to the exit hole 172 side
  • the entrance hole 171 and the exit hole 172 are illustrated and described as being provided by a through hole formed in a hollow member assembled to the front and rear surfaces of the rectangular frame corresponding to the direction of progress of the fiber material, but is not limited thereto. It may be provided by a through hole formed in each of the front and rear surfaces of the rectangular frame 173.
  • the guide bar is formed in the vicinity of the exit hole 172, the notch groove 177a on the outer surface corresponding to the exit hole so that the fiber material impregnated with the resin can accurately guide the entry without interference with the inner peripheral surface of the exit hole. It is preferable to arrange 177.
  • upper and lower blades 178a and 178a having end portions in contact with the fiber material to control an impregnation amount of the resin impregnated in the fiber material C between the exit hole 172 and the immersion bracket 174.
  • the upper and lower support bars (178b, 179b) having a) is provided in the square frame (173).
  • the upper support rod 178b has an upper groove 173c corresponding to the lower groove 173a recessed in the upper end of the rectangular frame 173 so as to adjust the installation angle of the upper blade 178a in contact with the fiber material. Both ends are rotatably supported by the fixing bracket 173b recessed in the lower surface.
  • Both ends of the upper support rod 178b disposed between the upper and lower grooves 173a and 173c are difficult to move the upper blade 178a which is angled by the fixing screw 173d fastened to the fixing bracket 173b. To be fixed.
  • the lower support bar (179b) is preferably fixed to both ends of the rectangular frame 173 so that the rotation operation is difficult.
  • the fiber material C which is released from the fiber winding body 111 of the unwinding part and enters the entrance hole 171, has an entrance direction conversion guide bar 175 and an exit direction conversion guide bar 176 disposed thereon.
  • the resin is impregnated while being disposed at a position relatively lower than) and wound around the immersion bar 174a contained in the resin of the container 122.
  • the fiber material C which is diverted to exit and exit the exit hole 172 is in contact with the ends of the upper and lower blades 178a and 179a which are inclined at a predetermined angle, and the impregnation amount of the resin is controlled and impregnated.
  • the amount of the fiber material is controlled to exit to the winding through the notch groove 177a and the exit hole 172 corresponding to.
  • the resin filled in the container 122 is preferably heated or warmed by a heating source such as a separate heating rod so as to maintain a constant temperature of the resin impregnated in the fiber material (C).
  • the winding unit 130 passes through the impregnating unit 120 while the mandrel 131 to wind the fiber material impregnated with the resin, and the first motor 132 to provide a driving force to rotate the winding in the winding direction It includes.
  • the mandrel 131 has both ends between a pair of left and right disk bodies 133 having a plurality of support bars 133a extending in the circumferential direction, and support bars 133a facing each other.
  • the horizontal bar 134 is assembled and formed by recessing the plurality of alignment grooves 134a in which the fiber material C impregnated with resin in the impregnation part 120 is disposed at a predetermined interval.
  • the mandrel 131 has a connecting shaft 135 that is detachably assembled by a fastening member so that attachment and detachment are easy, and the connecting shaft 135 is provided in the sliding groove 133b provided in the disc body 133. It is preferable to have a moving bracket (135b) to be assembled to slide.
  • the first motor 132 is a motor member for rotationally driving in one direction the rotation shaft 136 connected to the connecting shaft 135 provided on any one of the left and right sides of the mandrel 131 when the power is applied.
  • the mandrel 131 is provided between the rotating shaft and the first motor to be driven by the power transmission means 137 for transmitting power.
  • the power transmission means 137 is a drive shaft of the first motor 132. It includes a drive pulley (137a) provided in, a driven pulley (137b) provided in the rotary shaft 136, and a belt member 137c wound therebetween.
  • the belt member 137c is preferably provided with a timing belt so as to maintain a constant rotational speed of the mandrel 131.
  • the rotating shaft 136 rotated together with the mandrel 131 is a disk in which the first sensing slit 139a is formed on the outer end to control the rotation speed of the mandrel 131 winding the fiber material.
  • the mandrel 131 is rotated at a constant speed in the winding direction about the connection axis when the first motor 132 is rotated, while winding the fiber material (C) impregnated with resin in the impregnation part.
  • Fiber material (C) one end of which is connected to any one of the plurality of horizontal bars of the mandrel 131, the plurality of alignment grooves recessed in the horizontal bar 134 as the mandrel is moved horizontally by the mandrel transfer unit It is sequentially aligned at 134a and wound so as not to contact each other.
  • the horizontal transfer part 140 is a first and second sliders 143 and 144 slidably assembled to the first and second rails 141 and 142 so as to horizontally move the mandrel rotated to wind the resin material impregnated in one direction. ), And a second motor 145.
  • the first slider 143 is provided at the lower end of the second support 149 rotatably supporting the rotary shaft 136 connected to the mandrel 131 at the upper end 102 of the base 101 It is assembled to slide along the first rail 141 is fixed to).
  • the second slider 144 is connected to the first slider 143 and the connection bar 143a through a second rail 142 fixed to the side plate 104 installed on one side of the base 101. It is assembled so as to slide along.
  • the second motor 145 rotates the male threaded part having a predetermined length screwed with the female threaded hole of the second slider 144 in a forward or reverse direction, so that the second slider 143 and the first slider 143 connected thereto.
  • the second slider 144 in order to measure the horizontal reciprocating amount of the mandrel, together with the first and second sliders 143 and 144 that slide along the first and second rails by the rotational driving force of the second motor 145, the second slider 144 includes a sensing plate 146 formed by cutting a plurality of first sensing slits 146a at an outer end thereof, and receives light from the light emitting part exposed through the plurality of second sensing slits 146a. And a plurality of second optical sensors 147 which detect the horizontal movement amount and the movement position of the second slider 144 and transmit the detected horizontal movement amount and the detection position to the control unit.
  • the second optical sensor 147 is fixed to the second motor 145 so as to detect the light passing through the cut-off two-slit slit 147a formed at a predetermined interval on the detection plate 146.
  • the second motor 145 is provided with a plurality of side plates 104 at a predetermined interval and terminates the horizontal movement of the mandrel 131 rotated in the winding direction when a detection signal is generated by the second optical sensor provided at the outermost end. At the same time, the power of the first motor 132 is cut off so that the rotation of the mandrel is stopped. .
  • the mandrel rotated in the winding direction by the first motor to wind the fiber material is a second slider screwed with the male screw portion 145a rotated in the forward or reverse direction when the second motor is rotated. Since 144 is horizontally moved, it is horizontally moved together with the first slider 143 connected thereto.
  • the horizontal movement speed of the mandrel 131 is the second light so that the fiber material (C) is sequentially wound without overlapping each other in the alignment groove 134a formed in the horizontal bar 134 of the mandrel 131.
  • the control unit Based on the detection signal transmitted from the sensor 147, the control unit appropriately controls the rotational drive of the second motor 145.
  • the mandrel (C) the fiber material is wound in each of the alignment grooves on the horizontal bar is separated from the rotating shaft is put into the curing unit 180 to perform a process of thermosetting the resin impregnated in the fiber material (C).
  • the curing unit 180 thermosetting the resin impregnated in the fiber material C is assembled with a pair of left and right connecting shafts 135 provided on both sides of the mandrel 131.
  • the thermosetting resin of the fiber material in the left and right pair of support shaft 181 having an assembled jaw (181a) and the inner space in which the mandrel 131 is disposed so that the connecting shaft is supported by the left and right pair of support shafts 181.
  • the heating furnace 182 is provided with power means for rotating the mandrel 131 in one direction by rotating one of the left and right pair of support shafts 181 so as to uniformly cure the resin impregnated in the fiber material.
  • it has a door 183 for opening and closing the inner space in which the mandrel is disposed.
  • assembly jaw (181a) is preferably provided with a fastening member 184 is fastened to the connecting shaft of the connecting shaft of the mandrel rotated for curing the resin in the heating furnace to prevent separation.
  • thermosetting of the resin impregnated in the fiber material in the heating furnace is terminated and the fiber material released from the mandrel 131 drawn out to the outside is cut to a certain length, and then the performance test is performed in a tensile tester for performance evaluation. It can be done.

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Abstract

스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치를 제공한다. 본 발명은 베이스; 상기 베이스에 고정설치되는 제1지지대에 일단이 회전가능하게 조립되는 풀림축을 갖추고, 상기 풀림축에 일정길이의 섬유재가 두루마리 형태로 일정 권선된 섬유 권선체를 갖추어 섬유재를 일방향으로 풀림안내하는 풀림부; 상기 섬유 권선체로부터 풀려져 일방향 진행되는 섬유재가 통과하는 영역에 액상의 수지가 일정량 채워지고, 내부공간이 상부로 개방된 콘테이너를 베이스에 갖추어 상기 섬유재에 수지를 함침시키는 함침부; 상기 콘테이너의 수지에 침지되어 수지가 함침된 섬유재의 일단이 연결된 맨드릴을 갖추고, 상기 맨드릴의 양단에 구비되는 한쌍의 연결축 중 어느 하나와 연결되는 회전축을 일방향으로 회전구동시키는 제1모터를 갖추어 상기 맨드릴에 수지가 함침된 섬유재를 권선하는 와인딩부; 및 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 제2지지대에 구비된 제1슬라이더가 활주이동가능하게 조립되는 제1레일을 상기 베이스의 상부면에 갖추고, 상기 제1슬라이더와 연결된 제2슬라이더가 활주이동가능하게 조립되는 제2레일을 상기 베이스의 일측면에 갖추며, 상기 제2슬라이더와 나사결합된 일정길이의 수나사부를 정방향 또는 역방향으로 회전구동시키는 제2모터를 갖추어 상기 맨드릴을 수평왕복이동시키는 맨드릴수평이송부를 포함한다.

Description

스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩장치
본 발명은 스트랜드 시편을 제조하기 위해서 수지가 함침된 탄소섬유를 와인딩하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세히는 균일한 단면을 갖는 스트랜드 시편을 제조하는 공정을 자동화하고, 수지가 함침된 탄소섬유로 이루어지는 스트랜드 시편에 대한 시험오차를 최소화할 수 있는 한편, 수지가 함침된 스트랜드 시편을 제조하는 작업을 보다 간편하게 수행할 수 있는 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩장치에 관한 것이다.
일반적으로 탄소섬유(Carbon Fiber)는 비강도나 비탄성률이 우수하기 때문에 복합 재료에 있어서 보강재로서 많이 사용되는 소재이다
이러한 탄소섬유를 매트릭스 수지(Matrix Resin) 중에 분산시킨 탄소섬유 강화복합재료(carbon fibers-reinforced composites)는 경량성, 역학특성, 치수안정성, 도전성 등이 우수한 점에서, 자동차, 항공기, 전기ㆍ전자기기 광학기기, 정밀기기, 오락ㆍ완구, 가정ㆍ사무제품, 건축재료 등의 폭넓은 분야에서 활용되고 있으며, 그 수요도 해마다 증가하고 있다.
한편, 탄소섬유에 수지를 함침시키는 일반적인 방법으로 온도 제어되는 액체상의 열경화성 수지가 담겨진 수지용기에 탄소섬유 다발을 통과시키는 것에 의해 수지가 함침된 섬유 스트랜드를 제조하였다.
일본 특허공개 2000-108211호에는 섬유 기재의 이동속도에 의존하지 않고 섬유 기재에 대한 함침 수지량을 일정히 하기 위해 수지 함침 장치에 저장되는 수지에 하부를 침지하고 있는 수지 함침롤(roll)을 회전시키고, 수지 함침롤 표면에 픽업(pickup)되는 수지를 수지의 막두께 조정판에 의하여 수지량을 조정한 뒤 수지를 섬유 기재에 도포 함침하는 수지 함침 장치가 개시되어 있다.
또한, 일본 특허공개 2000-235821호에는 수지를 함침시킨 스트랜드의 제작방법과 인장 강도를 구하는 구체적인 방법으로 JIS R7601(탄소섬유시험 방법)을 언급하고 있다.
그러나, 이러한 종래기술에 공지된 와인딩 방법은 와인딩되는 스트랜드가 수작업을 통해 와인딩되기 때문에 많은 시편이 만들어져도 균일한 단면을 가지는 시편의 개수가 적은 효율성 문제점을 가지고 있었다.
뿐만 아니라, 작업자에 따라 다른 조건의 시편이 만들어져 시험오차를 발생 시키는 단점도 가지고 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 균일한 단면을 갖는 스트랜드 시편을 제조하는 공정을 자동화하고, 수지가 함침된 탄소섬유로 이루어지는 스트랜드 시편에 대한 시험오차를 최소화할 수 있는 한편, 수지가 함침된 스트랜드 시편을 제조하는 작업을 보다 간편하게 수행할 수 있는 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치를 제공하고자 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 베이스 ; 상기 베이스에 고정설치되는 제1지지대에 일단이 회전가능하게 조립되는 풀림축을 갖추고, 상기 풀림축에 일정길이의 섬유재가 두루마리 형태로 권선된 섬유 권선체를 갖추어 섬유재를 일방향으로 풀림안내하는 풀림부 ; 상기 섬유 권선체로부터 풀려져 일방향 진행되는 섬유재가 통과하는 영역에 액상의 수지가 일정량 채워지고, 내부공간이 상부로 개방된 콘테이너를 베이스에 갖추어 상기 섬유재에 수지를 함침시키는 함침부 ; 상기 콘테이너의 수지에 침지되어 수지가 함침된 섬유재의 일단이 연결된 맨드릴을 갖추고, 상기 맨드릴의 양단에 구비되는 한쌍의 연결축 중 어느 하나와 연결되는 회전축을 일방향으로 회전구동시키는 제1모터를 갖추어 상기 맨드릴에 수지가 함침된 섬유재를 권선하는 와인딩부 ; 및 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 제2지지대에 구비된 제1슬라이더가 활주이동가능하게 조립되는 제1레일을 상기 베이스의 상부면에 갖추고, 상기 제1슬라이더와 연결된 제2슬라이더가 활주이동가능하게 조립되는 제2레일을 상기 베이스의 일측면에 갖추며, 상기 제2슬라이더와 나사결합된 일정길이의 수나사부를 정방향 또는 역방향으로 회전구동시키는 제2모터를 갖추어 상기 맨드릴을 수평왕복이동시키는 맨드릴수평이송부를 포함하는 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치를 제공한다.
바람직하게, 상기 섬유 권선체로부터 풀려지는 섬유재를 상기 함침부측으로 방향전환시키는 방향전환부를 포함하고, 상기 방향전환부는 상기 베이스의 일측면에 조립되는 한쌍의 바고정대와, 상기 한쌍의 바고정대의 하단에 양단이 조립되어 상기 섬유권선체로부터 풀려져 걸쳐지는 섬유재를 수직방향으로 방향전환시키는 하부수평바 및 상기 한쌍의 바고정대의 상단에 양단이 조립되어 수직방향으로 방향전환되어 걸쳐지는 섬유재를 상기 함침부측으로 진행하도록 수평방향으로 방향전환시키는 상부수평바를 포함한다.
바람직하게, 상기 제1지지대는 외측에 상기 섬유 권선체로부터 풀려지는 섬유재섬유재 조절하는 장력조절부를 포함하고, 상기 장력조절부는 상기 풀림축과 더불어 회전되도록 풀림축의 일단부에 구비되는 제1마찰판과, 상기 제1마찰판과 대응하여 면접촉하는 제2마찰판에 일단이 접하는 탄성부재와, 상기 탄성부재의 타단과 접하는 접촉판을 선단에 구비하는 조절나사 및 상기 제1지지대로부터 일정길이 연장된 한쌍의 연장대에 장착되고, 상기 조절나사가 나사결합되는 암나사공을 관통형성한 고정판을 구비한다.
바람직하게, 상기 콘테이너는 상기 섬유재가 수지에 침지될 수 있도록 안내하는 침지안내부를 포함하고, 상기 침지안내부는 상기 콘테이너의 상부에 고정설치되고 섬유재가 진입되는 진입홀과, 수지가 함침된 섬유재가 진출되는 진출홀을 각각 관통형성한 사각틀과, 상기 콘테이너의 수지에 침지되는 하부단에 침지바를 갖추어 상기 사각틀에 양단이 조립되는 침지브라켓과, 상기 진입홀을 통해 진입된 섬유재를 상기 침지바에 감겨지도록 방향전환시키고, 상기 침지바에 감겨지면서 수지가 함침된 섬유재를 상기 진출홀측으로 빠져나가게 방향전환시키도록 상기 사각틀에 양단이 조립되는 진입 방향전환안내바 및 진출 방향전환안내바을 포함한다.
더욱 바람직하게, 상기 진출홀과 상기 침지브라켓사이에는 상기 섬유재에 함침된 수지의 함침량을 제어할 수 있도록 상기 섬유재에 단부가 접하는 상,하부 블레이드를 갖는 상,하부지지봉을 상기 사각틀에 구비한다.
더욱 바람직하게, 상기 상부 지지봉은 상기 사각틀의 상단에 함몰형성된 하부홈와 대응하는 상부홈을 하부면에 함몰형성한 고정브라켓에 양단이 지지된다.
바람직하게, 상기 맨드릴은 외주방향으로 연장되는 복수개의 지지바를 갖는 좌우한쌍의 원반체와, 서로 마주하는 지지바사이에 양단이 조립되고, 상기 함침부에서 수지가 함침된 섬유재가 배치되는 복수개의 정렬홈을 일정간격을 두고 함몰형성한 복수개의 수평바를 포함한다.
바람직하게, 상기 맨드릴과 더불어 회전되는 회전축은 외측단에 제1감지용 슬릿을 절개형성한 디스크를 일단부에 구비하고, 상기 제1감지용 슬릿을 통해 노출되는 발광부의 빛을 수광하여 상기 디스크와 더불어 회전하는 맨드릴의 회전을 감지하는 제1광센서를 포함한다.
바람직하게, 상기 제2슬라이더는 복수개의 제1감지용 슬릿을 외측단에 절개형성한 감지판을 구비하고, 상기 복수개의 제2감지용 슬릿을 통해 노출되는 발광부의 빛을 수광하여 상기 제2슬라이더와 동일하게 수평이동되는 맨드릴의 수평이동량 및 감지위치를 감지하는 제2광센서를 포함한다.
바람직하게, 상기 맨드릴에 권선된 섬유재의 수지를 열경화시키는 경화부를 추가 포함하고, 상기 경화부는 상기 맨드릴의 양측에 구비된 연결축과 조립되는 조립턱을 갖는 좌우한쌍의 지지축과, 상기 좌우한쌍의 지지축이 내부면에 구비되고, 맨드릴이 내부배치되는 내부공간에 섬유재의 수지를 열경화시키는 열원을 제공하는 가열로를 포함한다.
더욱 바람직하게, 상기 가열로는 좌우한쌍의 지지축중 어느 하나를 회전구동시켜 상기 맨드릴을 일방향으로 회전시키는 동력수단을 포함한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 수지가 함침된 섬유재를 와인딩부의 맨드릴에 서로 중첩되지 않도록 권선하는 맨드릴 회전 및 수평이동이 제1,2모터에 의해서 자동으로 이루어짐으로써 섬유재의 장력 및 온도를 제어하면서 권선할 수 있기 때문에 균일한 특성을 갖는 스트랜드 시편을 제품 불량없이 대량으로 제조할 수 있다.
(2) 수지가 함침된 섬유재가 권선된 맨드릴을 와인딩부로부터 분리한 다음, 가열로에 장입하여 열경화시킴으로써 섬유재에 함침된 수지를 경화시키는 작업을 일정하게 수행하여 전체길이에 걸쳐 균일한 특성을 갖는 스트랜드 시편을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치를 도시한 전체 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치를 다른 각도에서 바라본 전체 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치에 채용되는 장력조절부를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치에 채용되는 함침부를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치에 채용되는 함침부를 도시한 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치에 채용되는 함침부를 도시한 요부 사시도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치에 채용되는 함침부에서 섬유재의 수지함침 상태를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치에 채용되는 맨드릴을 도시한 구성도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치에 채용되는 맨드릴 이송부를 도시한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치에 채용되는 맨드릴 이송부를 다른 각도에서 바라본 사시도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치에 채용되는 맨드릴에 섬유재가 권선된 상태를 도시한 사시도이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치에 채용되는 경화부를 도시한 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 구조 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치(100)는 도 1 내지 도 12에 도시한 바와 같이, 수지가 함침된 섬유재인 스트랜드 시편을 균일하게 대량으로 제조할 수 있도록 베이스(101), 풀림부(110), 함침부(120), 와인딩부(130) 및 수평이송부(140)를 포함한다.
상기 베이스(101)는 상기 풀림부(110), 함침부(120), 와인딩부(130) 및 수평이송부(140)가 올려져 배치되는 대략 사각판상의 상부판(102)과, 지면으로부터 상하높이조절이 가능하도록 복수 개의 높이조절용 나사부재(103a)를 갖는 프레임구조물(103)을 포함한다.
상기 풀림부(110)는 작업대상물인 일정길이의 섬유재가 두루마리 형태로 일정량 권선된 섬유 권선체(111)로부터 탄소섬유와 같은 섬유재(C)를 일방향으로 풀림안내할 수 있도록 제1지지대(112)와 풀림축(113)을 포함한다.
상기 제1지지대(112)는 상기 베이스의 상부면 일측에 수직하게 고정설치되는 일정높이의 수직구조물이며, 이러한 제1지지대(112)의 상단에는 상기 풀림축(113)의 일단이 베어링부재(113a)를 매개로 하여 회전가능하게 조립되고, 상기 풀림축(113)에는 상기 섬유 권선체(111)를 구성하도록 일정길이의 섬유재가 두루마리형태로 권선되는 중공원통형 보빈(111a)이 삽입된다.
여기서, 상기 보빈(111a)은 상기 풀림축(113)의 외부면에 대하여 공회전되지 않도록 억지끼움식으로 삽입조립되거나 키이부재를 매개로 삽입배치되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 풀림부(110)의 외측에는 상기 섬유 권선체(111)로부터 풀려진 섬유재(C)를 상기 함침부(120)측으로 방향전환시킬 수 있도록 방향전환부(150)를 포함하는바, 이러한 방향전환부(150)는 상기 베이스(101)의 일측면에 조립되는 좌우한쌍의 바고정대(151)와, 상기 좌우한쌍의 바고정대의 하단에 양단이 조립되어 상기 섬유 권선체(111)로부터 풀려져 걸쳐지는 섬유재(C)를 수직방향으로 방향전환시키는 하부수평바(152) 및 상기 좌우한쌍의 바고정대의 상단에 양단이 조립되어 수직방향으로 방향전환된 섬유재가 걸쳐져 상기 함침부측으로 진행하도록 수평방향으로 방향전환시키는 상부수평바(153)를 포함한다.
상기 바고정대(151)는 상기 베이스의 일측면에 일단이 조립되는 한쌍의 수평대와, 상기 수평대의 타단으로부터 대략 직각방향으로 연장되는 한쌍의 수직대로 이루어져 대략 'ㄴ' 단면상으로 구비되는 프레임구조물이며, 상기 상,하부고정바(152,153)는 상기 수직대의 일측면에 착탈가능하게 조립되는 브라켓에 양단이 조립되는 봉부재로 이루어질 수 있다.
이에 따라, 상기 와이딩부(130)에 구비되는 맨드릴(131)의 일방향 회전에 기인하여 발생하는 외력에 의해서 풀림방향으로 회전되는 섬유 권선체(111)로부터 풀려진 섬유재(C)는 상기 상,하부 수평바(152,153)에 의해서 방향전환되어 상기 방향전환부(150)의 반대편에 배치된 함침부측으로 일방향 안내진행되는 것이다.
또한, 상기 섬유 권선체(111)가 장착된 풀림축(113)의 일단이 회전가능하게 조립되는 제1지지대(112)의 외측에는 상기 섬유 권선체(111)로부터 풀려지는 섬유재(C)의 장력을 적절히 조절하는 장력조절부(160)를 포함한다.
이러한 장력조절부(160)는 상기 풀림축(113)과 더불어 회전되도록 풀림축의 일단부에 삽입되는 원통체(161a)에 구비되는 제1마찰판(161)과, 상기 제1마찰판과 대응하여 면접촉하는 제2마찰판(162)에 일단이 접하는 탄성부재(163)와, 상기 탄성부재의 타단과 접하는 접촉판(164)을 선단에 구비하는 조절나사(165) 및 상기 제1지지대(112)로부터 일정길이 연장된 한쌍의 연장대(166a)에 장착되고, 상기 조절나사(165)가 나사결합되는 암나사공을 관통형성한 고정판(166)을 구비한다.
그리고, 상기 고정판(166)에는 상기 제2마찰판(162)으로부터 연장되는 일정길이의 안내바(162a)가 안내이동가능하게 조립되는 안내공을 갖추어 상기 조절나사(165)의 회전조작에 의해서 전후진되는 제2마찰판(162)의 전후진 왕복이동을 안내하게 된다.
이에 따라, 상기 조절나사(165)의 타단부에 구비된 손잡이(165a)를 정방향 또는 역방향으로 회전시켜 접촉판(164)을 제2마찰판(162)측으로 접근시키거나 멀어지도록 이동시키면, 상기 접촉판과 제2마찰판사이에 배치된 코일형 스프링부재로 이루어지는 탄성부재(163)의 탄성복원력을 높이거나 낮출수 있고, 이로 인하여 상기 제1마찰판(161)과 제2마찰판(162)간의 마찰력을 높이거나 낮출 수 있기 때문에, 상기 풀림축(113)과 더불어 회전되는 섬유 권선체(111)로부터 풀려지는 섬유재(C)의 장력을 조절나사(165)의 간편한 회전조작에 의해서 적절히 조절함과 동시에 팽팽한 상태로 장력을 유지할 수 있는 것이다.
상기 함침부(120)는 도 4 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 일방향 진행하는 섬유재에 액상의 수지를 함침시킬 수 있도록 수지가 일정량 채워지는 콘테이너(122)를 포함한다.
상기 콘테이너(122)는 상기 섬유 권선체(111)로부터 풀려져 일방향 진행되는 섬유재가 침지되어 통과하면서 액상의 수지가 함침될 수 있도록 일정량의 수지가 일정량 채워지고, 내부공간이 상부로 개방된 박스 구조물로 이루어져 상기 베이스(101)의 상부면에 고정설치된다.
이러한 콘테이너(122)의 내부에는 하부로 방향전환된 섬유재가 통과하면서 함침되는 액상의 수지가 일정량 채워지는 용기(121)가 배치되는 것으로 도시하고 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며 상기 콘테이너(122)의 내부공간에 별도 용기의 필요없이 액상의 수지가 일정수위를 갖도록 채워질 수 있다.
상기 콘테이너(122)의 상부에는 상기 섬유재(C)가 수지에 침지될 수 있도록 안내하는 침지안내부(170)를 포함한다.
이러한 침지안내부(170)는 상기 콘테이너(122)의 상부에 고정설치되고 섬유재(C)가 진입되는 진입홀(171)과 수지가 함침된 섬유재가 진출되는 진출홀(171)을 각각 관통형성한 사각틀(173)과, 상기 콘테이너(122)의 수지에 침지되는 하부단에 침지바(174a)를 갖추어 상기 사각틀(173)에 양단이 조립되는 침지브라켓(174)과, 상기 진입홀(171)을 통해 진입된 섬유재(C)를 상기 침지바(174a)에 감겨지도록 방향전환시키고, 상기 침지바(174a)에 감겨지면서 수지가 함침된 섬유재(C)를 상기 진출홀(172)측으로 빠져나가게 방향전환시키도록 상기 사각틀에 양단이 조립되는 진입방향 전환안내바(175) 및 진출방향 전환안내바(176)을 포함한다.
상기 진입홀(171)과 진출홀(172)은 상기 섬유재의 진행방향과 대응하는 사각틀의 전,후면에 각각 조립되는 중공부재에 관통형성된 관톨홀에 의해서 구비되는 것으로 도시하고 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며 상기 사각틀(173)의 전,후면에 각각 관통형성되는 관통홀에 의해서 구비될 수 있다.
또한, 상기 진출홀(172)의 근방에는 수지가 함침된 섬유재가 상기 진출홀의 내주면과의 간섭없이 정확하게 안내 진출할 수 있도록 상기 진출홀과 대응하는 외부면에 노치홈(177a)을 형성한 안내바(177)를 배치하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 진출홀(172)과 상기 침지브라켓(174)사이에는 상기 섬유재(C)에 함침된 수지의 함침량을 제어할 수 있도록 상기 섬유재에 단부가 접하는 상,하부 블레이드(178a,178a)를 갖는 상,하부지지봉(178b,179b)을 상기 사각틀(173)에 구비한다.
여기서, 상기 상부 지지봉(178b)은 상기 섬유재와 접하는 상부 블레이드(178a)의 설치각도를 조절할 수 있도록 상기 사각틀(173)의 상단에 함몰형성된 하부홈(173a)와 대응하는 상부홈(173c)을 하부면에 함몰형성한 고정브라켓(173b)에 양단이 회전가능하게 지지된다.
상기 상,하부홈(173a,173c)사이에 배치되는 상부지지봉(178b)의 양단은 상기 고정브라켓(173b)에 체결되는 고정나사(173d)에 의해서 각도 조절된 상부 블레이드(178a)의 움직임이 곤란하도록 고정지지된다.
또한, 상기 하부 지지봉(179b)은 상기 사각틀(173)의 양단에 회전조작이 곤란하도록 고정설치되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 상기 풀림부의 섬유 권선체(111)로부터 풀려져 상기 진입홀(171)로 진입된 섬유재(C)는 상측에 배치되는 진입방향 전환안내바(175) 및 진출방향 전환안내바(176)보다 상대적으로 낮은 위치에 배치되어 콘테이너(122)의 수지에 담겨진 침지바(174a)에 감겨져 진행되면서 수지가 함침되어 진행된다.
이어서, 상기 진출홀(172)측으로 진출되어 빠져나가도록 방향전환되는 섬유재(C)는 일정각도 경사지게 배치된 상,하부 블레이드(178a,179a)의 단부와 접하면서 수지의 함침량이 조절되고, 함침량이 조절된 섬유재는 상기 노치홈(177a)과 대응하는 진출홀(172)을 통해 상기 와인딩부로 빠져나가게 된다.
여기서, 상기 콘테이너(122)의 내부에 채워진 수지는 섬유재(C)에 함침되는 수지의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 별도의 가열봉과 같은 가열원에 의해서 가열되거나 보온되는 것이 바람직하다.
상기 와인딩부(130)는 상기 함침부(120)를 통과하면서 수지가 함침된 섬유재를 권선할 수 있도록 맨드릴(131)과, 이를 감김방향으로 회전구동시키는 구동력을 제공하는 제1모터(132)를 포함한다.
상기 맨드릴(131)은 도 8에 도시한 바와 같이, 외주방향으로 연장되는 복수개의 지지바(133a)를 갖는 좌우한쌍의 원반체(133)와, 서로 마주하는 지지바(133a)사이에 양단이 조립되고, 상기 함침부(120)에서 수지가 함침된 섬유재(C)가 배치되는 복수개의 정렬홈(134a)을 일정간격을 두고 함몰형성한 수평바(134)를 포함한다.
상기 맨드릴(131)은 탈부착이 용이하도록 체결부재에 의해서 착탈가능하게 조립되는 연결축(135)을 구비하며, 이러한 연결축(135)은 상기 원반체(133)에 구비되는 슬라이딩홈(133b)에 활주이동가능하게 조립되도록 이동브라켓(135b)을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 제1모터(132)는 전원인가시 상기 맨드릴(131)의 좌우양측 중 어느 일측에 구비되는 연결축(135)과 연결되는 회전축(136)을 일방향으로 회전구동시키는 모터부재이다.
상기 맨드릴(131)은 상기 회전축과 제1모터사이에 구비되어 동력을 전달하는 동력전달수단(137)에 의해서 회전구동되는바, 이러한 동력전달수단(137)은 상기 제1모터(132)의 구동축에 구비되는 구동풀리(137a)와, 상기 회전축(136)에 구비되는 피동풀리(137b)와, 이들 사이에 감겨지는 벨트부재(137c)를 포함한다.
여기서, 상기 벨트부재(137c)는 상기 맨드릴(131)의 회전속도를 일정하게 유지할 수 있도록 타이밍 벨트로 구비되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 맨드릴(131)과 더불어 회전되는 회전축(136)은 상기 섬유재를 권선하는 맨드릴(131)의 회전속도를 제어할 수 있도록 외측단에 제1감지용 슬릿(139a)을 절개형성한 디스크(139)를 구비하고, 상기 제1감지용 슬릿(139a)을 통해 노출되는 발광부의 빛을 수광하여 상기 디스크(139)의 회전수를 감지하고 감지된 회전수를 제어부측으로 전송하는 제1광센서(138)를 포함하며, 이러한 제1광센서(138)는 상기 회전축(136)을 상단에 회전가능하게 지지하는 제2지지대(149)의 외측면에 고정설치된다.
이에 따라, 상기 맨드릴(131)은 상기 제1모터(132)의 회전구동시 상기 연결축을 중심으로 하여 감김방향으로 일정속도로 회전하게 되면서 상기 함침부에서 수지가 함침된 섬유재(C)를 권선하게 되는데, 상기 맨드릴(131)의 복수개의 수평바 중 어느 하나에 일단이 연결된 섬유재(C)는 맨드릴이송부에 의해서 맨드릴이 수평이동됨에 따라 상기 수평바(134)에 함몰형성된 복수개의 정렬홈(134a)에 순차적으로 정렬되어 서로 접하지 않도록 권선된다.
상기 수평이송부(140)는 수지가 함침된 섬유재를 권선하도록 회전되는 맨드릴을 일방향으로 수평이송시킬 수 있도록 제1,2레일(141,142)에 활주이동가능하게 조립되는 제1,2슬라이더(143,144)와, 제2모터(145)를 포함한다.
상기 제1슬라이더(143)는 상기 맨드릴(131)과 연결되는 회전축(136)을 상단에 회전가능하게 지지하는 제2지지대(149)의 하부단에 구비되어 상기 베이스(101)의 상부판(102)에 고정설치되는 제1레일(141)을 따라 활주이동가능하게 조립된다.
상기 제2슬라이더(144)는 상기 제1슬라이더(143)와 연결바(143a)를 매개로 연결되어 상기 베이스(101)의 일측면에 설치되는 측면판(104)에 고정설치된 제2레일(142)을 따라 활주이동가능하게 조립된다.
그리고, 상기 제2모터(145)는 상기 제2슬라이더(144)의 암나사공과 나사결합된 일정길이의 수나사부를 정방향 또는 역방향으로 회전구동시킴으로써 상기 제2슬라이더(143)와 이에 연결된 제1슬라이더(143)를 동시에 제1,2레일(141,142)을 따라 활주이동시키는 구동력을 제공하는 모터부재이다.
여기서, 상기 제2모터(145)의 회전구동력에 의해서 상기 제1,2레일을 따라 활주이동되는 제1,2슬라이더(143,144)와 더불어 상기 맨드릴의 수평왕복이동량을 측정하기 위해서, 상기 제2슬라이더(144)는 복수개의 제1감지용 슬릿(146a)을 외측단에 절개형성한 감지판(146)을 구비하고, 상기 복수개의 제2감지용 슬릿(146a)을 통해 노출되는 발광부의 빛을 수광하여 상기 제2슬라이더(144)의 수평이동량 및 이동위치를 감지하고 감지된 수평이동량 및 감지위치를 제어부측으로 전송하는 복수개의 제2광센서(147)를 포함한다.
상기 제2광센서(147)는 상기 감지판(146)에 일정간격을 두고 절개형성된 복제2감지용 슬릿(147a)을 통과하는 빛을 감지할 수 있도록 상기 제2모터(145)가 고정설치되는 측면판(104)에 일정간격을 두고 복수개 구비되며, 최외측단에 구비되는 제2광센서에 의한 감지신호 발생시 감김방향으로 회전되는 맨드릴(131)의 수평이동을 종료하도록 상기 제2모터(145)의 전원을 차단하게 됨과 동시에 상기 맨드릴의 감김방향 회전이 중단되도록 제1모터(132)의 전원을 차단하게 된다. .
이에 따라, 상기 섬유재를 권선하도록 제1모터에 의해서 감김방향으로 회전되는 맨드릴은 상기 제2모터의 회전구동시 정방향 또는 역방향으로 수나사부(145a)가 회전되면, 이와 나사결합된 제2슬라이더(144)가 수평이동되기 때문에, 이와 연결되는 제1슬라이더(143)와 더불어 수평이동된다.
이때, 상기 맨드릴(131)의 수평이동속도는 상기 섬유재(C)가 상기 맨드릴(131)의 수평바(134)에 형성된 정렬홈(134a)에 서로 중첩되지 않고 순차적으로 감겨지도록 상기 제2광센서(147)로부터 전송되는 감지신호를 근거로 하여 제어부에서 제2모터(145)의 회전구동을 적절히 제어한다.
한편, 상기 수평바에 정렬홈마다 섬유재가 감겨진 맨드릴(C)은 상기 회전축으로부터 분리되어 경화부(180)에 투입되어 섬유재(C)에 함침된 수지를 열경화시키는 공정을 수행하게 된다.
상기 섬유재(C)에 함침된 수지를 열경화시키는 경화부(180)는 도 11과 도 12에 도시한 바와 같이, 상기 맨드릴(131)의 양측에 구비된 좌우한쌍의 연결축(135)과 조립되는 조립턱(181a)을 갖는 좌우한쌍의 지지축(181)과, 상기 좌우한쌍의 지지축(181)에 연결축이 지지되도록 맨드릴(131)이 내부배치되는 내부공간에 섬유재의 수지를 열경화시키는 열원을 제공하는 가열로(182)를 포함한다.
상기 가열로(182)는 상기 섬유재에 함침된 수지를 균일하게 경화시킬 수 있도록 좌우한쌍의 지지축(181)중 어느 하나를 회전구동시켜 상기 맨드릴(131)을 일방향으로 회전시키는 동력수단을 구비하는 것이 바람직하며, 상기 맨드릴이 배치되는 내부공간을 개폐하는 도어(183)를 구비한다.
그리고, 상기 조립턱(181a)에는 상기 가열로의 내부에서 수지경화를 위해 회전되는 맨드릴의 연결축이 분리이탈을 방지하도록 상기 연결축에 체결되어 체결부재(184)를 구비하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 상기 가열로에서 섬유재에 함침된 수지에 대한 열경화가 종료되어 외부로 인출된 맨드릴(131)에서 풀려진 섬유재를 일정길이로 절단한 다음 성능평가를 위하여 인장시험기에서 성능시험을 수행할 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

Claims (11)

  1. 베이스 ;
    상기 베이스에 고정설치되는 제1지지대에 일단이 회전가능하게 조립되는 풀림축을 갖추고, 상기 풀림축에 일정길이의 섬유재가 두루마리 형태로 권선된 섬유 권선체를 갖추어 섬유재를 일방향으로 풀림안내하는 풀림부 ;
    상기 섬유 권선체로부터 풀려져 일방향 진행되는 섬유재가 통과하는 영역에 액상의 수지가 일정량 채워지고, 내부공간이 상부로 개방된 콘테이너를 베이스에 갖추어 상기 섬유재에 수지를 함침시키는 함침부 ;
    상기 콘테이너의 수지에 침지되어 수지가 함침된 섬유재의 일단이 연결된 맨드릴을 갖추고, 상기 맨드릴의 양단에 구비되는 한쌍의 연결축 중 어느 하나와 연결되는 회전축을 일방향으로 회전구동시키는 제1모터를 갖추어 상기 맨드릴에 수지가 함침된 섬유재를 권선하는 와인딩부 ; 및
    상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 제2지지대에 구비된 제1슬라이더가 활주이동가능하게 조립되는 제1레일을 상기 베이스의 상부면에 갖추고, 상기 제1슬라이더와 연결된 제2슬라이더가 활주이동가능하게 조립되는 제2레일을 상기 베이스의 일측면에 갖추며, 상기 제2슬라이더와 나사결합된 일정길이의 수나사부를 정방향 또는 역방향으로 회전구동시키는 제2모터를 갖추어 상기 맨드릴을 수평왕복이동시키는 맨드릴수평이송부를 포함하는 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 섬유 권선체로부터 풀려지는 섬유재를 상기 함침부측으로 방향전환시키는 방향전환부를 포함하고,
    상기 방향전환부는 상기 베이스의 일측면에 조립되는 한쌍의 바고정대와, 상기 한쌍의 바고정대의 하단에 양단이 조립되어 상기 섬유권선체로부터 풀려져 걸쳐지는 섬유재를 수직방향으로 방향전환시키는 하부수평바 및 상기 한쌍의 바고정대의 상단에 양단이 조립되어 수직방향으로 방향전환되어 걸쳐지는 섬유재를 상기 함침부측으로 진행하도록 수평방향으로 방향전환시키는 상부수평바를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1지지대는 외측에 상기 섬유 권선체로부터 풀려지는 섬유재섬유재 조절하는 장력조절부를 포함하고,
    상기 장력조절부는 상기 풀림축과 더불어 회전되도록 풀림축의 일단부에 구비되는 제1마찰판과, 상기 제1마찰판과 대응하여 면접촉하는 제2마찰판에 일단이 접하는 탄성부재와, 상기 탄성부재의 타단과 접하는 접촉판을 선단에 구비하는 조절나사 및 상기 제1지지대로부터 일정길이 연장된 한쌍의 연장대에 장착되고, 상기 조절나사가 나사결합되는 암나사공을 관통형성한 고정판을 구비하는 것을 특징으로 하는 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 콘테이너는 상기 섬유재가 수지에 침지될 수 있도록 안내하는 침지안내부를 포함하고,
    상기 침지안내부는 상기 콘테이너의 상부에 고정설치되고 섬유재가 진입되는 진입홀과, 수지가 함침된 섬유재가 진출되는 진출홀을 각각 관통형성한 사각틀과, 상기 콘테이너의 수지에 침지되는 하부단에 침지바를 갖추어 상기 사각틀에 양단이 조립되는 침지브라켓과, 상기 진입홀을 통해 진입된 섬유재를 상기 침지바에 감겨지도록 방향전환시키고, 상기 침지바에 감겨지면서 수지가 함침된 섬유재를 상기 진출홀측으로 빠져나가게 방향전환시키도록 상기 사각틀에 양단이 조립되는 진입 방향전환안내바 및 진출 방향전환안내바을 포함하는 것을 특징으로 하는 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 진출홀과 상기 침지브라켓사이에는 상기 섬유재에 함침된 수지의 함침량을 제어할 수 있도록 상기 섬유재에 단부가 접하는 상,하부 블레이드를 갖는 상,하부지지봉을 상기 사각틀에 구비하는 것을 특징으로 하는 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상부 지지봉은 상기 사각틀의 상단에 함몰형성된 하부홈와 대응하는 상부홈을 하부면에 함몰형성한 고정브라켓에 양단이 지지되는 것을 특징으로 하는 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 맨드릴은 외주방향으로 연장되는 복수개의 지지바를 갖는 좌우한쌍의 원반체와, 서로 마주하는 지지바사이에 양단이 조립되고, 상기 함침부에서 수지가 함침된 섬유재가 배치되는 복수개의 정렬홈을 일정간격을 두고 함몰형성한 복수개의 수평바를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 맨드릴과 더불어 회전되는 회전축은 외측단에 제1감지용 슬릿을 절개형성한 디스크를 일단부에 구비하고, 상기 제1감지용 슬릿을 통해 노출되는 발광부의 빛을 수광하여 상기 디스크와 더불어 회전하는 맨드릴의 회전을 감지하는 제1광센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2슬라이더는 복수개의 제1감지용 슬릿을 외측단에 절개형성한 감지판을 구비하고, 상기 복수개의 제2감지용 슬릿을 통해 노출되는 발광부의 빛을 수광하여 상기 제2슬라이더와 동일하게 수평이동되는 맨드릴의 수평이동량 및 감지위치를 감지하는 제2광센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 맨드릴에 권선된 섬유재의 수지를 열경화시키는 경화부를 추가 포함하고,
    상기 경화부는 상기 맨드릴의 양측에 구비된 연결축과 조립되는 조립턱을 갖는 좌우한쌍의 지지축과, 상기 좌우한쌍의 지지축이 내부면에 구비되고, 맨드릴이 내부배치되는 내부공간에 섬유재의 수지를 열경화시키는 열원을 제공하는 가열로를 포함한다. 것을 특징으로 하는 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가열로는 좌우한쌍의 지지축중 어느 하나를 회전구동시켜 상기 맨드릴을 일방향으로 회전시키는 동력수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 스트랜드 시편 제조용 자동 와인딩 장치.
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