KR102465428B1 - 니들펀칭기를 이용한 평판형 프리폼 제조장치 - Google Patents
니들펀칭기를 이용한 평판형 프리폼 제조장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 니들펀칭기를 이용한 평판형 프리폼 제조장치를 개시한다. 구체적으로 테이블 형상의 수평지지대와, 상기 수평지지대의 중간에 수직으로 설치되는 수직지지대를 포함하는 지지프레임; 상기 수직지지대의 상단에 구비되는 구동모터와 상기 구동모터에 의해 회전 구동되는 크랭크축을 포함하는 구동수단; 상기 구동수단에 연동되어 회전하는 한 쌍의 공급롤러를 통해 탄소섬유시트를 시트이송부에 연속적으로 공급하는 시트공급부; 상기 수평지지대의 상부면에 수평으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 구동수단에 연동되어 상기 시트공급부에서 공급되어 적층된 탄소섬유시트를 간헐적으로 전진 이송시키며, 다시 후진 이송시키는 시트이송부; 상기 구동수단에 연동되어 승강하면서 상기 시트이송부가 정지할 때 상기 시트이송부에 거치된 탄소섬유시트를 다수개의 니들로 펀칭하는 니들펀칭기; 상기 수평지지대를 지지대를 지지하면서 상기 시트이송부에 적층되는 탄소섬유시트의 높이에 따라 상기 수평지지대의 높이를 조절하는 시트높이조절부;를 포함하여 이루어져, 일정 길이만큼 편칭이 완료되면 상기 시트공급부에 의해 탄소섬유시트를 절단하고, 상기 시트이송부가 후진하며, 상기 시트이송부가 탄소섬유시트를 전진 이송시키면서 펀칭을 수행하여 복수겹의 탄소섬유시트가 일체화된 평판형 프리폼을 제조하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 탄소섬유시트를 여러 겹 적층하고 니들로 펀칭하여 상호 접착시킴으로써 일정한 두께를 가지는 평판현 프리폼을 제조할 수 있는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 프리폼(preform)은 시트(sheet) 형태의 탄소섬유직물이나 탄소섬유웹을 설정된 두께로 적층한 다음 적층된 시트들을 적층된 방향으로 니들펀칭(needle punching)하여 제조된다.
시트 형태의 탄소섬유직물은 탄소섬유들이 일방향으로 형성된 형태일 수 있고, 탄소섬유들이 서로 직교하게 짜여진 형태가 될 수 있다.
시트 형태의 탄소섬유웹은 7 ~ 8㎝ 정도 길이의 탄소섬유들을 부직포 형태로 제작한 것이다. 적층된 시트들은 시트 형태의 탄소섬유직물들을 다수개 적층하거나 시트 형태의 탄소섬유직물들과 시트 형태의 탄소섬유웹들을 함께 적층할 수 있다.
니들펀칭공정은 시트들이 적층된 시트 적층체의 상하방향(적층방향)으로 니들펀치가 왕복 운동하면서 니들펀치에 구비된 니들(needle)들이 시트 상에 위치한 섬유들을 적층방향으로 배열시키게 된다. 시트 상에 위치한 섬유들이 적층방향으로 배열되면서 시트와 시트 사이를 서로 얽히게 하여 적층방향으로 결속시키게 되므로 적층된 시트들이 적층방향으로 결합력이 증대된다.
아래 선행기술들 중 대한민국 등록특허 10-1539969(2015.7.22.)에 공개된 '프리폼 고속 니들펀칭방법 및 장치'는, "베이스 프레임; 상기 베이스 프레임에 구비되며, 프리폼을 형성하는 시트들이 적층된 시트 적층체를 이송시키는 컨베이어 어셈블리; 상기 베이스 프레임에 구비되며, 상하 구동력을 발생시키는 상하구동유닛; 상기 상하구동유닛에 연결되며, 상기 상하구동유닛의 상하 구동력을 전달받아 상하로 움직이면서 컨베이어 어셈블리를 따라 이송된 시트 적층체를 니들 펀칭하는 니들펀칭부재;를 포함하며, 상기 컨베이어 어셈블리는 컨베이어 프레임과, 서로 거리를 두고 컨베이어 프레임에 각각 회전 가능하게 결합되는 두 개의 롤러들과, 상기 두 개의 롤러들에 연결되어 롤러들의 회전에 따라 움직이는 컨베이어벨트와, 상기 한 개의 롤러에 연결되어 롤러를 회전시키는 제1 모터와, 상기 다른 한 개의 롤러에 연결되어 롤러를 회전시키는 제2 모터"를 포함하여 구성된다.
그러나 상기 선행기술을 포함하여 대부분의 종래 니들펀칭방법과 장치는 탄소섬유시트 적층체를 니들펀칭하는 구조와 방법만 제시되었을 뿐 탄소섬유시트를 공급, 절단, 적층, 펀칭하는 모든 연속적인 공정을 자동으로 수행할 수 있는 장치가 제시되지 못했다.
이에 본 발명자는 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 탄소섬유시트를 공급, 절단, 적층, 펀칭하는 모든 연속적인 공정을 자동으로 수행하여 필요한 두께를 가지는 평판형 프리폼을 제조할 수 있는 니들펀칭기를 이용한 평판형 프리폼 제조장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 니들펀칭기를 이용한 평판형 프리폼 제조장치는, 테이블 형상의 수평지지대와, 상기 수평지지대의 중간에 수직으로 설치되는 수직지지대를 포함하는 지지프레임; 상기 수직지지대의 상단에 구비되는 구동모터와 상기 구동모터에 의해 회전 구동되는 크랭크축을 포함하는 구동수단; 상기 구동수단에 연동되어 회전하는 한 쌍의 공급롤러를 통해 탄소섬유시트를 시트이송부에 연속적으로 공급하는 시트공급부; 상기 수평지지대의 상부면에 수평으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 구동수단에 연동되어 상기 시트공급부에서 공급되어 적층된 탄소섬유시트를 간헐적으로 전진 이송시키며, 다시 후진 이송시키는 시트이송부; 상기 구동수단에 연동되어 승강하면서 상기 시트이송부가 정지할 때 상기 시트이송부에 거치된 탄소섬유시트를 다수개의 니들로 펀칭하는 니들펀칭기; 상기 수평지지대를 지지대를 지지하면서 상기 시트이송부에 적층되는 탄소섬유시트의 높이에 따라 상기 수평지지대의 높이를 조절하는 시트높이조절부;를 포함하여 이루어져, 일정 길이만큼 펀칭이 완료되면 상기 시트공급부에 의해 탄소섬유시트를 절단하고, 상기 시트이송부가 후진하며, 상기 시트이송부가 탄소섬유시트를 전진 이송시키면서 펀칭을 수행하여 복수겹의 탄소섬유시트가 일체화된 평판형 프리폼을 제조할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 의하면, 아래와 같은 효과가 있다.
첫째, 탄소섬유시트의 지속적인 공급, 펀칭, 절단, 적층의 모든 공정이 자동으로 이루어지므로 생산성이 크게 향상된다.
둘째, 캠과 이송랙 및 원웨이클러치가 내장된 이송피니언을 사용하므로 일정거리 전진과 정지를 반복하며, 니들펀칭기도 이에 동기화되기 때문에 펀칭시 이송이 정지되고, 펀칭하지 않을 때 전진 이송되도록 제어된다.
셋째, 탄소섬유시트를 이송하는 이송판의 높이를 조절할 수 있어, 적층되는 시트의 두께가 두꺼워질수록 이송판을 점진적으로 하강시켜 높이를 자동으로 조절해줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예를 따른 니들펀칭기를 이용한 평판형 프리폼 제조장치를 나타내는 평면도
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 정면도
도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 후면도
도 4는 도 2에 도시된 본 발명의 시트공급부를 나타내는 측면도
도 5는 도 1에 도시된 본 발명의 좌측면도
도 6은 도 1에 도시된 본 발명의 시트높이조절부를 나타내는 정면도
도 7은 본 발명의 작동상태도
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 정면도
도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 후면도
도 4는 도 2에 도시된 본 발명의 시트공급부를 나타내는 측면도
도 5는 도 1에 도시된 본 발명의 좌측면도
도 6은 도 1에 도시된 본 발명의 시트높이조절부를 나타내는 정면도
도 7은 본 발명의 작동상태도
이하, 본 발명에 따른 일 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
참고로, 도면을 참조한 설명은 본 발명을 더 쉽게 이해하기 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예를 따른 니들펀칭기를 이용한 평판형 프리폼 제조장치를 나타내는 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 정면도를 나타내며, 도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 후면도를 나타낸다.
본 발명은 도시된 바를 참조하면, 크게 지지프레임(100), 구동수단(200), 시트공급부(300), 시트이송부(400), 니들펀칭기(500), 시트높이조절부(600)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 상기 지지프레임(100)은 본 발명의 모든 구성들을 설치, 고정, 지지할 수 있는 프레임으로서, 복수개의 프레임들이 단부간 연결되는 골격을 이루는 구성이다.
상기 지지프레임(100)은 테이블 형상의 수평지지대(110)와, 상기 수평지지대(110)의 중간에 수직으로 결합되는 수직지지대(120)로 구성될 수 있다.
상기 수평지지대(110)는 상부면에 레일이 형성되어 상기 시트이송부(400)를 슬라이딩 가능하게 지지하고, 상기 수직지지대(120)는 상단에 상기 구동수단(200)이 설치되고 중간에 상기 시트공급부(300) 및 니들펀칭기(500)가 설치되며 측면에 상기 시트높이조절부(600)가 설치될 수 있다.
다음으로 상기 구동수단(200)은 상기 니들펀칭기(500)와 시트공급부(300) 및 시트이송부(400)를 동시에 구동한다.
상기 구동수단(200)은 구동모터(210)와 크랭크축(220)으로 구성될 수 있다.
상기 구동모터(210)는 상기 수직지지대(120)의 상단에 설치될 수 있다.
그리고 상기 구동모터(210)의 일측에 상기 구동모터(210)에 의해 회전 구동하는 크랭크축(220)이 회전 가능하게 설치된다. 본 발명에서 상기 크랭크축(220)은 회전력을 상기 시트공급부(300) 및 시트이송부(400)에 전달하고, 동시에 회전운동을 왕복운동으로 변환하여 상기 니들펀칭기(500)를 구동한다.
다음으로 시트공급부(300)에 대해 설명한다.
상기 시트공급부(300)는 롤에 권취된 상태의 탄소섬유시트(s)를 펼쳐서 상기 시트이송부(400)에 공급하는 구성으로서, 상기 수직지지대(120)의 상단 하측에 설치된다.
상기 시트공급부(300)는 상기 수직지지대(120)에 횡방향으로 회전 가능하게 설치되는 한 쌍의 공급롤러(310)와, 상기 공급롤러(310)의 전방에 횡방향으로 이동가능하게 설치되어 상기 공급롤러(310)를 통해 전방으로 공급되는 탄소섬유시트(s)를 절단하는 커터(320) 및 상기 공급롤러(310)를 회전 구동하도록 상기 구동수단(200)과 연동시키는 공급스프라켓(330)으로 구성될 수 있다.
상기 공급스프라켓(330)은 상기 공급롤러(310)의 롤러축 일단에 결합되고 상기 구동수단(200)과 연동되도록 후술하는 제1스프라켓(461)과 연동되게 할 수 있다. 후술하겠지만 상기 이송피니언(440)이 정회전하면 상기 제1스프라켓(461)이 함께 정회전하여 상기 이송판(470)을 전진 이송시킬 때만 상기 공급롤러(310)가 회전하도록 하기 위함이다.
즉, 상기 이송판(470)과 탄소섬유시트(s)의 이송은 동기화되어 동일한 길이만큼 전진해야 하므로 상기 공급롤러(310)는 상기 제1스프라켓(461)과 연동되게 한다.
그리고 상기 커터(320)는 탄소섬유시트(s)를 일정 길이마다 절단하도록 제어될 수 있다. 즉, 일정길이가지 탄소섬유시트의 펀칭이 완료되고 상기 시트이송부(400)가 후진하기 전 상기 커터(320)가 탄소섬유시트(s)를 절단할 수 있다.
다음으로 상기 시트이송부(400)에 대해 설명한다.
상기 시트이송부(400)는 상기 시트공급부(300)에서 공급되는 탄소섬유시트(s)를 적층할 수 있는 공간을 제공하고, 상기 수평지지대(110)의 레일(111)을 따라 수평으로 왕복 이동하게 설치되는데, 간헐적으로 전진 이송 또는 후진 이송이 가능한 구성이다.
구체적으로 상기 시트이송부(400)는 캠(410), 캠로드(420), 이송랙(430), 이송피니언(440), 이송스크류(450), 동력전달수단(460) 및 이송판(470)을 포함해서 구성될 수 있다.
상기 캠(410)은 디스크 형상으로 이루어지고, 상기 수직지지대(120)의 상단에 회전 가능하게 설치된다. 상기 캠(410)은 상기 크랭크축(220)의 일단과 연동되므로 상기 크랭크축(220)이 회전 구동되는 동안 함께 계속 회전하게 된다.
그리고 상기 캠로드(420)는 상기 캠(410)에 편심되게 연결되는 부재로서, 상기 캠(410)의 회전을 상하 왕복운동으로 변환한다.
또 상기 캠로드(420)의 하단에는 상기 이송랙(430)이 힌지 결합된다. 상기 이송랙(430)은 수직으로 왕복이동(승강)하도록 상기 수직지지대(120)의 측면에 설치되는 별도의 가이드부재에 의해 안내될 수 있다.
또한, 상기 이송랙(430)에는 이송피니언(440)이 치결합되어 상호 연동된다.
여기서, 상기 이송피니언(440)은 상기 수평지지대(110)의 측면에 회전 가능하게 설치되는데, 상기 이송피니언(440)은 일방향만 동력전달이 가능하도록 내부에 원웨이클러치(one-way clutch)가 설치된다.
한편, 상기 수평지지대(110)의 중앙에는 길이방향을 따라 이송스크류(450)가 회전 가능하게 구비된다.
그리고 상기 이송스크류(450)에는 이송판(470)이 장착되는데, 상기 이송판(470)의 하부면에 이송슬라이더(472)가 결합되고, 상기 이송슬라이더(472)가 상기 이송스크류(450)와 나사 결합되므로 상기 이송스크류(450)의 정회전 또는 역회전에 따라 상기 이송판(470)이 전진 또는 후진하게 된다.
또 상기 이송판(470)의 양단은 상기 수평지지대(110)의 양측에 배설된 레일(111)에 안착되어 슬라이딩 가능하게 이동한다.
여기서, 상기 이송피니언(440)의 회전 동력이 상기 이송스크류(450)로 전달되게 하는 상기 동력전달수단(460)은 제1, 2, 3, 4스프라켓과, 제1, 2타이밍풀리를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1스프라켓(461)은 상기 이송피니언(440)과 동축으로 결합되어 함께 회전한다. 그러나 상기 원웨이클러치로 인해 상기 이송피니언(440)이 정회전하는 경우에는 상기 제1스프라켓(461)이 함께 회전하지만, 상기 이송피니언(440)이 역회전하는 경우에는 상기 이송피니언(440)이 아이들상태가 되어 헛돌게 되므로 상기 제1스프라켓(461)은 회전하지 않는다. 즉, 동력전달이 이루어지지 않는다.
상기 수평지지대(110)의 측면에 상기 제1스프라켓(461)과 이격되어 제2스프라켓(462)이 회전 가능하게 설치된다. 물론, 상기 제1스프라켓(461)과 제2스프라켓(462)은 체인에 의해 연동된다.
상기 제3스프라켓(463)은 상기 제2스프라켓(462)과 동축으로 결합되어 함께 회전한다.
그리고 수평지지대(110)의 측면에 상기 제3스프라켓(463)과 이격되어 제4스프라켓(464)이 회전 가능하게 설치된다. 물론, 상기 제3스프라켓(463)과 제4스프라켓(464)도 체인에 의해 연동된다.
또 상기 수평지지대(110)의 전면 모서리 측에 제1타이밍풀리(465)가 회전 가능하게 설치되는데, 상기 제1타이밍풀리(465)와 제4스프라켓(464)은 서로 기어박스에 의해 연동될 수 있다. 상기 기어박스는 도시된 바와 같이 상기 수평지지대(110)의 전면 일측 모서리에 고정될 수 있다.
상기 이송스크류(450)의 단부에는 제2타이밍풀리(466)가 결합되고, 상기 제1타이밍풀리(465)와 타이밍벨트로 연동된다.
따라서, 상기 이송랙(430)의 승강에 의해 상기 이송피니언(440)이 회전하면 상기 이송스크류(450)는 회전 구동되는데, 상기 이송피니언(440)이 정회전하는 경우 동력은 전달되므로 상기 이송스크류(450)가 정회전하여 상기 이송판(470)은 전진하게 된다.
그러나 상기 이송피니언(440)이 역회전하는 경우 동력은 전달되지 않으므로 상기 이송스크류(450)는 회전하지 않아 상기 이송판(470)은 정지한 상태가 된다.
이와 같이 작동하는 이유는 상기 구동모터(210)에 의해 상기 크랭크축(220)은 계속 회전하고 있고, 상기 캠(410)에 의해 상기 이송랙(430)이 승강을 반복하는 동안 상기 이송피니언(440)도 정회전과 역회전을 반복한다.
이때, 상기 이송피니언(440)이 정회전하는 시간 동안에는 상기 이송스크류(450)가 정회전하여 상기 이송판(470)을 일정 거리만큼 전진 이송한다. 이 상태에서 상기 니들펀칭기(500)는 상승한 상태이다.
그러나 상기 이송피니언(440)이 역회전하는 시간 동안에는 상기 이송판(470)이 정지하게 되고 이 시간 동안에는 후술하는 상기 니들펀칭기(500)가 하강하여 탄소섬유시트(s)를 펀칭하게 되는 것이다.
한편, 상기 이송판(470)이 최대로 전진 이송하여 탄소섬유시트(s)에 필요한 길이만큼 펀칭이 완료되면, 새로운 탄소섬유시트(s)를 적층하기 위해서 후진 이송되어야 한다.
이를 위해 상기 이송스크류(450)를 역회전시킬 필요가 있다.
상기 이송스크류(450)를 역회전시키기 위해 상기 수평지지대(110)의 전면 타측 모서리에 설치되는 후진모터(481)를 설치하고, 상기 후진모터(481)의 축에는 후진구동기어(482)가 결합된다.
그리고 상기 후진구동기어(482)에 후진종동기어(483)가 치결합되어 연동되고, 상기 후진종동기어(483)는 제4타이밍풀리(485)와 동축으로 결합되어 함께 회전한다.
또 상기 제4타이밍풀리(485)는 제3타이밍풀리(484)와 타이밍벨트로 연동되며, 상기 제3타이밍풀리(484)는 상기 제2타이밍풀리(466)와 동축으로 결합된다.
따라서, 상기 후진모터(481)의 구동에 의해 상기 이송스크류(450)는 역회전시킬 수 있으며 이로 인해 상기 이송판(470)은 후진하게 된다.
상기 후진모터(481)의 하측에는 상기 후진모터(481)를 승강시키는 후진실린더(486)가 설치되는 것이 바람직하다. 상기 후진모터(481)가 상승하면 상기 후진구동기어(482)가 후진종동기어(483)에 연동되고, 하강하면 비연동되게 할 수 있다.
즉, 상기 이송스크류(450)가 정회전하여 상기 이송판(470)이 전진 이송되는 공정 중에는 상기 후진모터(481)를 하강시켜 상기 후진구동기어(482)와 후진종동기어(483)가 연동되지 않도록 할 수 있고, 상기 이송판(470)을 후진시킬 때 상기 후진실린더(486)가 작동하게 하여 상기 후진구동기어(482)와 후진종동기어(483)가 연동되게 한다.
그런데, 상기 이송스크류(450)가 역회전하는 동안, 그 역회전력은 상기 동력전달수단(460)에 의해 상기 이송피니언(440)까지 전달된다. 이것은 상기 이송랙(430)의 승강에 따른 정회전과 역회전을 반복하는 이송피니언(440)과 충돌하게 된다.
이를 방지하고자, 상기 이송스크류(450)가 역회전하게 되면 상기 제2스프라켓(462)과 제3스프라켓(463)이 서로 연동되지 않도록 단절시켜 상기 이송피니언(440)으로 동력이 역전파되지 않도록 할 수 있는 수단을 더 마련할 수 있다.
이를 위해, 상기 제2스프라켓(462)과 제3스프라켓(463)은 마주하는 면에 치형이 형성되어 서로 치결합되면 연결되고 이격되면 연결이 해제되는 단속클러치(463a)가 형성되게 할 수 있다. 그리고 단속실린더(463b)가 더 구비되어 상기 제3스프라켓(463)을 전후진시킴으로써 상기 제3스프라켓(463)을 상기 제2스프라켓(462)과 단속시킬 수 있다.
바람직한 것은 상기 이송판(470)의 상부면에는 다수개의 와이어브러쉬(471)가 돌출형성되는 것이 좋다.
상기 와이어브러쉬(471)는 솔과 같이 다수개가 촘촘하게 상기 이송판(470)의 상부면에 형성되고 일정 높이를 가진다.
따라서, 탄소섬유시트(s)는 상기 와이어브러쉬(471)에 놓이게 되어, 상기 이송판(470)으로부터 부양된 상태가 된다. 이로 인해, 후술하는 니들(540)이 탄소섬유시트(s)를 펀칭할 때 니들(540)의 끝이 상기 이송판(470)과 직접 충돌하는 것을 방지한다.
다시 말해서, 상기 와이어브러쉬(471)에 의해 탄소섬유시트(s)와 이송판(470) 사이에 간격이 형성되므로 상기 니들(540)이 탄소섬유시트(s)를 관통하더라도 상기 이송판에 충돌하지 않게 된다.
추가로, 상기 수평지지대(110)의 전방 측면에는 상기 이송판(470)이 전진하다가 터치하면 상기 이송판(470)의 전진을 정지시키는 포워드리밋스위치(490a)가 구비된다.
상기 이송판(470)이 포워드리밋스위치(490a)를 건드리면 상기 후진실린더(486)의 작동으로 상기 후진구동기어(482)와 후진종동기어(483)가 연동되고, 상기 이송스크류(450)가 역회전하게 되어 상기 이송판(470)이 후진한다.
후진의 경우 전진과 달리 간헐적으로 후진 이송되는 것이 아니라 상기 수평지지대(110)의 후방까지 계속 이동한다.
반대로 상기 수평지지대(110)의 후방 측면에는 상기 이송판(470)이 후진하다가 터치하면 상기 이송판(470)의 후진을 정지시키는 백워드리밋스위치(490b)가 구비된다.
상기 이송판(470)이 백워드리밋스위치(490b)를 건드리면 상기 후진실린더(486)에 의해 상기 후진구동기어(482)와 후진종동기어(483)는 비연동되고, 상기 제2, 3스프라켓이 서로 연결되므로 상기 이송스크류(450)가 다시 정회전을 시작하게 되어 상기 이송판(470)은 간헐적인 전진 이송을 수행하게 된다.
참고로 상기 포워드리밋스위치와 백워드리밋스위치는 상기 수평지지대의 측면을 따라 이동 및 고정이 가능한 것이 바람직하다.
다음으로 상기 니들펀칭기(500)에 대해 설명한다.
상기 니들펀칭기(500)는 승강하면서 하측에 이송되는 탄소섬유시트(s)를 펀칭하는 구성으로서, 크랭크암(510), 승강부재(520), 가이드부재(530), 니들(540), 타공판(550)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 크랭크암(510)은 상기 구동수단(200)의 크랭크축(220)에 결합되어 상기 크랭크축(220)의 회전운동을 직선왕복운동으로 변환한다.
상기 크랭크암(510)의 하단에는 승강부재(520)가 수평으로 구비되고, 서로 힌지 결합된다.
그리고 상기 승강부재(520)의 상부면과 상기 수직지지대(120)의 상단 사이에는 가이드부재(530)가 구비되어 상기 승강부재(520)의 직선왕복 승강운동을 안내한다.
또 상기 승강부재(520)의 하부면에는 다수개의 니들(needle)이 일정 간격과 패턴으로 고정, 배열된다. 다만, 상기 니들(540)은 종래 프리폼제조에 사용되는 어떤 구조나 형상도 가능할 것이다.
상기 니들(540)의 하측에는 타공판(550)이 수평으로 설치된다.
상기 타공판(550)에는 다수개의 홀(551)이 형성되는데, 각 홀(551)은 상기 니들(540)과 대응되는 위치에 형성되어 상기 니들(540)이 상기 홀(551)을 각각 관통하여 탄소섬유시트를 펀칭한다.
상기 타공판(550)의 양측에 별도의 가압실린더(560)가 구비되어 상기 니들(540)이 하강하면서 펀칭을 수행할 때 상기 타공판(550)을 하강시켜 탄소섬유시트(s)를 탄성적으로 눌러주게 된다.
그리고 상기 니들(540)이 상승할 때 상기 타공판(550)이 탄소섬유시트(s)를 누르고 있는 상태이므로 상기 니들(540)이 시트로부터 쉽게 빠진다.
다음으로 상기 시트높이조절부(600)에 대해 설명한다.
상기 시트높이조절부(600)는 상기 이송판(470)에 적층되는 프리폼의 두께가 증가함에 따라 상기 이송판(470)의 높이를 점진적으로 낮춰주거나 높이는 구성으로서, 크게 승강모터(610), 승강구동축(620), 승강구동스크류(630), 승강보조스크류(640)를 포함하여 구성된다.
상기 승강모터(610)는 상기 수평지지대(110)의 중앙에 길이방향을 향하도록 설치된다.
그리고 상기 승강모터(610)의 축에는 길이방향을 따라 승강구동축(620)이 결합되어 정회전 또는 역회전 구동된다. 이때 상기 승강구동축(620)의 단부에는 승강웜(621)이 형성된다.
또 상기 수평지지대(110)의 하부에 결합된 수평지지판(112)의 하부면에 수직으로 승강구동스크류(630)가 회전 가능하게 설치된다. 상기 승강구동스크류(630)의 하단은 지면이나 바닥에 별도 구비된 승강지지대(632)에 나사 결합된다.
이때, 상기 승강구동스크류(630)의 상단에는 승강웜기어(631)가 결합되어 상기 승강웜(621)과 연동된다. 따라서, 상기 승강구동축(620)의 회전으로 인해 상기 승강구동스크류(630)가 정회전 또는 역회전할 수 있다.
또한, 상기 수평지지판(112)의 하부면에는 상기 승강구동스크류(630)와 이격되어 하나 이상의 승강보조스크류(640)가 수직으로 회전 가능하게 설치된다.
여기서, 상기 승강보조스크류(640)와 승강구동스크류(630)는 서로 체인 등에 의해 연동되어 동일한 방향으로 정회전 또는 역회전할 수 있다. 상기 승강보조스크류(640)도 상기 승강지지대(632)에 나사 결합된 상태이다.
따라서, 상기 승강모터(610)의 구동으로 상기 승강구동스크류(630) 및 승강보조스크류(640)가 정회전 또는 역회전하면서 상승 또는 하강하게 되므로 상기 수평지지판(112), 수평지지대(110), 이송판(470) 전체는 승강할 수 있게 되므로 상기 이송판(470)의 높이가 조절된다.
한편, 상기 이송판(470)의 높이조절을 위해 상기 이송판(470)의 상승과 하강을 감지하여 정지시키고, 상승 및 하강의 높이를 조절할 수 있도록 조절스크류(650), 조절웜기어(660a), 조절웜(660b), 조절모터(670), 조절슬라이더(680), 상부리밋스위치(690a) 및 하부리밋스위치(690b)가 더 포함될 수 있다.
상기 조절스크류(650)는 수직지지대(120)의 타측에 수직으로 회전 가능하게 설치된다.
그리고 상기 조절스크류(650)의 상단에는 조절웜기어(660a)가 결합된다.
또 상기 조절웜기어(660a)에는 조절웜(660b)이 연동되도록 설치된다.
또한, 상기 조절웜(660b)을 회전시키는 조절모터(670)가 상기 수직지지대(120)의 측면 또는 상단에 설치될 수 있다. 상기 조절웜(660b)과 조절모터(670)는 벨트 등에 의해 연결되어 동력 전달할 수 있다.
이때, 상기 조절스크류(650)에 조절슬라이더(680)가 나사 결합되고, 상기 조절슬라이더(680)의 내측 상부와 하부에 각각 상부리밋스위치(690a)와 하부리밋스위치(690b)가 설치된다.
상기 상부리밋스위치(690a)와 하부리밋스위치(690b)는 서로 일정 간격 이격되고, 그 사이에 상기 수평지지대(110)의 수평지지판(112)이 인입된 상태로 설치된다.
그래서 상기 수평지지판(112)이 하강하다가 상기 하부리밋스위치(690b)에 도달하면 하강을 멈추고 상승하도록 상기 승강모터(610)를 제어하고, 상승하다가 상기 상부리밋스위치(690a)에 도달하면 상승을 멈추고 정지하도록 상기 승강모터(610)를 제어한다.
따라서, 상기 조절슬라이더(680)의 높이에 따라 상기 상부리밋스위치(690a)와 하부리밋스위치(690b)의 높이가 달라지므로 상승하다 상기 상부리밋스위치(690a)에 걸려 정지하는 상기 수평지지판(112)의 높이도 조절될 수 있다. 즉, 상기 이송판(470)의 높이가 조절될 수 있는 것이다.
이하에서는 상술한 각 구성들에 의해 탄성섬유탄소섬유시트(s)를 적층, 펀칭하여 평판형 프리폼을 제조하는 과정을 설명한다.
먼저, 상기 시트공급부(300)를 통해 탄소섬유시트(s)를 전방으로 공급한다.
이를 위해, 상기 구동모터(210)는 정지하지 않고 계속 상기 크랭크축(220)을 회전 구동한다.
상기 크랭크축(220)의 회전에 의해 상기 캠(410)이 회전하고 상기 캠(410)과 캠로드(420)의 동작으로 상기 이송랙(430)이 상승과 하강을 반복하게 되며, 이에 연동된 상기 이송피니언(440)이 정회전과 역회전을 반복한다.
이때, 상기 원웨이클러치로 인해 상기 제1스프라켓(461)은 상기 이송피니언(440)이 정회전할 때만 회전하여 상기 동력전달수단(460)을 통해 상기 이송스크류(450)를 회전시키고, 역회전시 상기 제1스프라켓(461)은 회전하지 않아 상기 이송스크류(450)는 정지한다.
따라서, 상기 이송판(470)이 일정 거리 전진이송되고, 정지하는 동작을 반복하게 된다.
여기서, 상기 공급롤러(310)는 상기 제1스프라켓(461)과 연동되므로 상기 제1스프라켓(461)의 회전시 상기 공급롤러(310)가 회전하고, 인입된 탄소섬유시트(s)가 전방으로 공급된다. 그리고 상기 제1스프라켓(461)이 정지하면 탄소섬유시트(s)의 공급도 정지된다.
상기 공급롤러(310)를 통해 공급되는 탄소섬유시트(s)는 상기 이송판(470)의 상부면, 다시 말해서, 상기 와이어브러쉬(471) 위에 펼쳐져 거치된다.
따라서, 상기 이송판(470)이 거치된 탄소섬유시트(s)를 일정 거리 전진 이송시키고, 정지하는 과정을 반복한다.
이러한 작동과 동시에 상기 니들펀칭기(500)도 상승과 하강을 반복하면서, 펀칭을 수행한다.
다시 말해서, 상기 이송판(470)이 전진 이송되는 동안 상기 크랭크암(510)은 상승하여 상사점에 이르고, 상기 이송판(470)이 정지하면 상기 크랭크암(510)은 하강하여 하사점에 이르면서 상기 니들(540)이 상기 타공판(550)을 관통하여 적층된 탄소섬유시트(s)를 펀칭한다.
그리고 다시 상기 크랭크암(510)은 상승하면서 상기 니들(540)이 시트로부터 빠지는데 이때, 상기 타공판(550)이 적층된 탄소섬유시트(s)를 탄성적으로 가압했다가 상승하게 된다.
이러한 방식으로 상기 이송판(470)이 필요한 거리(제조하고자 하는 탄성섬유시트의 길이)만큼 전진하면, 상기 포워드리밋스위치(490a)를 건드리게 된다.
상기 포워드리밋스위치(490a)의 작동으로 상기 이송스크류(450)의 정회전은 중단된다.
즉, 상기 단속실린더(463b)가 작동하여 상기 단속클러치(463a)가 분리되면서 상기 제2스프라켓(462)과 제3스프라켓(463)이 서로 단절된다. 따라서, 상기 이송피니언(440)으로부터 상기 이송스크류(450)로의 동력전달이 중단된다.
그리고 동시에 상기 후진실린더(486)가 상기 후진모터(481)를 상승시켜 상기 후진구동기어(482)가 후진종동기어(483)에 물리면서 상기 이송스크류(450)가 역회전하게 된다.
따라서, 상기 이송판(470)은 후진하여 상기 수평지지대(110)의 후방으로 시작하는 지점에 도달한다.
그러나 후진하기 전에 상기 커터(320)가 횡방향으로 이동하면서 탄소섬유시트(s)를 절단하는 과정이 수행되어야 한다.
절단이 수행된 후 상기 이송판(470)이 후진하다가 상기 백워드리밋스위치(490b)를 건드리면 상기 이송스크류(450)의 역회전은 중단되고, 상기 후진실린더(486)가 상기 후진모터(481)를 하강시켜 상기 후진구동기어(482)와 후진종동기어(483)가 서로 해제된다.
그리고 상기 단속실린더(463b)가 작동하여 상기 단속클러치(463a)가 다시 연결되어 동력전달이 가능한 상태가 되므로 상기 이송피니언(440)의 동력이 상기 이송스크류(450)로 전달되어 상기 이송스크류(450)는 정회전을 시작하게 된다.
따라서, 상기 이송판(470)은 다시 전진 이송을 시작하고, 상기 시트공급부(300)는 새로운 탄소섬유시트(s)를 다시 공급하여 기존 펀칭된 탄소섬유시트(s)의 상부면에 적층시키며, 펀칭을 수행하여 일정 두께의 프리폼을 제조하게 된다.
그런데 이러한 작동이 반복적으로 수행되면 시트가 계속 적층되기 때문에 프리폼의 두께가 두꺼워진다.
즉, 프리폼의 두께가 증가함에 따라 상기 이송판(470)의 높이는 점진적으로 낮출 필요가 있다.
이를 위해, 수회 반복 적층 후 또는 매번 적층할 때마다 상기 이송판(470)의 높이를 조금씩 하강시킨다. 즉, 상기 승강모터(610)를 구동하여 상기 승강구동스크류(630)과 승강보조스크류(640)를 회전시키면, 상기 수평지지판(112) 및 이송판(470)이 하강한다.
이때, 하강하던 수평지지판(112)의 측단부가 상기 하부리밋스위치(690b)를 건드리면 상기 승강모터(610)가 상기 승강구동스크류(630)와 승강보조스크류(640)를 반대로 회전시켜 상기 수평지지판(112)이 상승하게 된다.
상승하는 상기 수평지지판(112)의 측단부가 상기 상부리밋스위치(690a)를 건드리면 상기 승강모터(610)는 구동을 중단하게 되어 상기 수평지지판(112)의 높이가 고정되는 방식으로 높이를 조절한다.
여기서, 상기 조절모터(670)가 상기 조절스크류(650)를 회전시켜 상기 조절슬라이더(680)의 높이를 조절하면, 상기 상부리밋스위치(690a)의 높이가 조절되므로 그에 맞추어 상기 수평지지판(112)의 상승이 중단되므로 상기 조절슬라이더(680)를 점진적으로 낮춤으로써 상기 수평지지판(112)의 높이를 점진적으로 낮출 수 있다.
일정 두께의 프리폼 제조가 완성되어 취출하고 나면, 상기 조절슬라이더(680)는 원래의 높이로 상승하고, 상기 수평지지판(112)도 상승하여 처음부터 모든 공정이 반복될 수 있다.
이상에서 도면을 참조하여 본 발명의 대표적인 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 지지프레임
110 : 수평지지대 111 : 레일
112 : 수평지지판 120 : 수직지지대
200 : 구동수단
210 : 구동모터 220 : 크랭크축
300 : 시트공급부 310 : 공급롤러
320 : 커터 330 : 공급스프라켓
400 : 시트이송부
410 : 캠 420 : 캠로드
430 : 이송랙 440 : 이송피니언
450 : 이송스크류 460 : 동력전달수단
461 : 제1스프라켓 462 : 제2스프라켓
463 : 제3스프라켓 463a : 단속클러치
463b : 단속실린더 464 : 제4스프라켓
465 : 제1타이밍풀리 466 : 제2타이밍풀리
470 : 이송판 471 : 와이어브러쉬
472 : 이송슬라이더
481 : 후진모터 482 : 후진구동기어
483 : 후진종동기어 484 : 제3타이밍풀리
485 : 제4타이밍풀리 486 : 후진실린더
490a : 포워드리밋스위치 490b : 백워드리밋스위치
500 : 니들펀칭기 510 : 크랭크암
520 : 승강부재 530 : 가이드부재
540 : 니들 550 : 타공판
551 : 홀 560 : 가압실린더
600 : 시트높이조절부 610 : 승강모터
620 : 승강구동축 621 : 승강웜
630 : 승강구동스크류 631 : 승강웜기어
632 : 승강지지대
640 : 승강보조스크류 650 : 조절스크류
660a : 조절웜기어 660b : 조절웜
670 : 조절모터 680 : 조절슬라이더
690a : 상부리밋스위치 690b : 하부리밋스위치
s : 탄소섬유시트
110 : 수평지지대 111 : 레일
112 : 수평지지판 120 : 수직지지대
200 : 구동수단
210 : 구동모터 220 : 크랭크축
300 : 시트공급부 310 : 공급롤러
320 : 커터 330 : 공급스프라켓
400 : 시트이송부
410 : 캠 420 : 캠로드
430 : 이송랙 440 : 이송피니언
450 : 이송스크류 460 : 동력전달수단
461 : 제1스프라켓 462 : 제2스프라켓
463 : 제3스프라켓 463a : 단속클러치
463b : 단속실린더 464 : 제4스프라켓
465 : 제1타이밍풀리 466 : 제2타이밍풀리
470 : 이송판 471 : 와이어브러쉬
472 : 이송슬라이더
481 : 후진모터 482 : 후진구동기어
483 : 후진종동기어 484 : 제3타이밍풀리
485 : 제4타이밍풀리 486 : 후진실린더
490a : 포워드리밋스위치 490b : 백워드리밋스위치
500 : 니들펀칭기 510 : 크랭크암
520 : 승강부재 530 : 가이드부재
540 : 니들 550 : 타공판
551 : 홀 560 : 가압실린더
600 : 시트높이조절부 610 : 승강모터
620 : 승강구동축 621 : 승강웜
630 : 승강구동스크류 631 : 승강웜기어
632 : 승강지지대
640 : 승강보조스크류 650 : 조절스크류
660a : 조절웜기어 660b : 조절웜
670 : 조절모터 680 : 조절슬라이더
690a : 상부리밋스위치 690b : 하부리밋스위치
s : 탄소섬유시트
Claims (10)
- 테이블 형상의 수평지지대와, 상기 수평지지대의 중간에 수직으로 설치되는 수직지지대를 포함하는 지지프레임;
상기 수직지지대의 상단에 구비되는 구동모터와 상기 구동모터에 의해 회전 구동되는 크랭크축을 포함하는 구동수단;
상기 구동수단에 연동되어 회전하는 한 쌍의 공급롤러를 통해 탄소섬유시트를 시트이송부에 연속적으로 공급하는 시트공급부;
상기 수평지지대의 상부면에 수평으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 구동수단에 연동되어 상기 시트공급부에서 공급되어 적층된 탄소섬유시트를 간헐적으로 전진 이송시키며, 다시 후진 이송시키는 시트이송부;
상기 구동수단에 연동되어 승강하면서 상기 시트이송부가 정지할 때 상기 시트이송부에 거치된 탄소섬유시트를 다수개의 니들로 펀칭하는 니들펀칭기;
상기 수평지지대를 지지대를 지지하면서 상기 시트이송부에 적층되는 탄소섬유시트의 높이에 따라 상기 수평지지대의 높이를 조절하는 시트높이조절부;를 포함하여 이루어져,
일정 길이만큼 펀칭이 완료되면 상기 시트공급부에 의해 탄소섬유시트를 절단하고, 상기 시트이송부가 후진하며, 상기 시트이송부가 탄소섬유시트를 전진 이송시키면서 펀칭을 수행하여 복수겹의 탄소섬유시트가 일체화된 평판형 프리폼을 제조하는 것을 특징으로 하는 니들펀칭기를 이용한 평판형 프리폼 제조장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 시트공급부는,
상기 수직지지대에 설치되어 탄소섬유시트를 전방으로 공급하는 한 쌍의 공급롤러와, 상기 공급롤러 중 어느 하나의 일단에 결합되고 상기 크랭크축에 연동되는 공급스프라켓과, 상기 공급롤러의 전방에 설치되어 공급되는 탄소섬유시트를 일정길이 단위로 절단하는 커터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 니들펀칭기를 이용한 평판형 프리폼 제조장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 시트이송부는,
상기 수직지지대의 상단에 회전 가능하게 설치되고 상기 크랭크축과 연동되는 캠과, 상기 캠에 결합되는 캠로드와, 상기 캠로드의 하단에 힌지 결합되고 상기 수직지지대의 측면을 따라 수직으로 왕복 이동하는 이송랙과, 상기 수평지지대의 측면에 회전 가능하게 설치되고 상기 이송랙과 연동되며 내부에 원웨이클러치가 내장된 이송피니언과, 상기 수평지지대의 길이방향을 따라 회전 가능하게 구비되는 이송스크류와, 상기 이송피니언으로부터 상기 이송스크류로 동력을 전달하는 동력전달수단 및 상기 수평지지대의 양단에 형성되 레일에 안착되고 상기 이송스크류에 나사결합되는 이송판을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 니들펀칭기를 이용한 평판형 프리폼 제조장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 동력전달수단은,
상기 이송피니언과 동축으로 결합되는 제1스프라켓과, 상기 제1스프라켓과 이격되어 체인으로 상호 연동되는 제2스프라켓과, 상기 제2스프라켓과 동축으로 결합되어 회전하는 제3스프라켓과, 상기 제3스프라켓과 이격되어 체인으로 상호 연동되는 제4스프라켓과, 상기 수평지지대의 전면에 설치되고 상기 제4스프라켓과 기어박스에 의해 연동되는 제1타이밍풀리와, 상기 이송스크류의 단부에 결합되어 상기 제1타이밍풀리와 연동되는 제2타이밍풀리를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 니들펀칭기를 이용한 평판형 프리폼 제조장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 제2스프라켓과 제3스프라켓은 서로 단속클러치에 의해 연결되다가 상기 제3스프라켓을 전후진시키는 단속실린더에 의해 연결 해제가 될 수 있는 것을 특징으로 하는 니들펀칭기를 이용한 평판형 프리폼 제조장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 제2타이밍풀리와 동축으로 결합되는 제3타이밍풀리와, 상기 제3타이밍풀리와 이격되어 연동되는 제4타이밍풀리와, 상기 제4타이밍풀리와 동축으로 결합되는 종동기어와, 상기 종동기어에 인접하게 구비되는 구동기어와, 상기 구동기어를 구동하는 후진모터와, 상기 후진모터를 승강시켜 상기 구동기어가 종동기어에 연동 또는 비연동되게 하는 후진실린더를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 니들펀칭기를 이용한 평판형 프리폼 제조장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 이송판의 상부면에는 다수개의 와이어브러쉬가 형성되는 것을 특징으로 하는 니들펀칭기를 이용한 평판형 프리폼 제조장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 수평지지대의 전방에는 상기 이송판의 전진을 정지시키면서 상기 이송스크류가 역회전하게 하여 상기 이송판을 후진시키게 하는 포워드리밋스위치가 구비되고,
상기 수평지지대의 후방에는 상기 이송판의 후진을 정지시키면서 상기 이송스크류가 정회전하게 하여 상기 이송판을 전진시키게 하는 백워드리밋스위치가 구비되는 것을 특징으로 하는 니들펀칭기를 이용한 평판형 프리폼 제조장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 니들펀칭기는,
상기 크랭크축에 결합되는 크랭크암과, 상기 크랭크암의 하단에 힌지 결합되어 상기 크랭크축의 회전에 따라 승강하는 승강부재와, 상기 수직지지대의 상단과 승강부재 사이에 구비되어 상기 승강부재의 승강을 안내하는 가이드부재와, 상기 승강부재의 하부면에 고정, 배열되는 다수개의 니들과, 상기 니들의 하측에 수평으로 구비되고 상기 니들에 대응되는 위치에 다수개의 홀이 형성된 타공판을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 니들펀칭기를 이용한 평판형 프리폼 제조장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 시트높이조절부는,
상기 수평지지대의 중앙에 설치되는 승강모터와, 상기 승강모터에 의해 정회전 또는 역회전하고 단부에 승강웜이 형성되는 승강구동축과, 상기 수평지지대의 하부에 결합된 수평지지판의 하부면에 수직으로 회전 가능하게 설치되고 상단에 상기 승강웜와 연동되는 승강웜기어가 구비되는 승강구동스크류와, 상기 수평지지판의 하부면에 수직으로 회전 가능하게 설치되고 상기 승강구동스크류와 연동되는 하나 이상의 승강보조스크류와, 상기 수직지지대의 타측에 수직으로 회전 가능하게 설치되는 조절스크류와, 상기 조절스크류의 상단에 결합되는 조절웜기어와, 상기 조절웜기어에 연동되는 조절웜과, 상기 조절웜을 회전시키는 조절모터와, 상기 조절스크류에 나사결합되어 승강하는 조절슬라이더와, 상기 조절슬라이더의 상부와 하부에 각각 구비되어 상기 수평지지판의 측면이 인입되는 상부리미트스위치 및 하부리미트스위치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 니들펀칭기를 이용한 평판형 프리폼 제조장치.
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