KR100740592B1

KR100740592B1 - 하이브리드 샤프트 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100740592B1
Application number: KR1020040112214A
Authority: KR
Inventors: 이대길; 김학성; 박상욱; 박동창; 황희윤
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2007-07-19
Also published as: KR20060073803A

Abstract

본 발명은 금속의 중공샤프트와 섬유강화 복합재료의 튜브를 상온경화에 의하여 접합하여 제조한 하이브리드 샤프트 및 그 제조방법을 개시한다. 본 발명은 금속의 중공샤프트와, 중공샤프트의 내면에 접착제의 접착에 의하여 접합되어 있는 섬유강화 복합재료의 튜브와, 튜브의 내면에 부착되어 있는 원통형 보호필름과, 중공샤프트의 양단에 결합되어 있는 스핀들로 구성된다. 또한, 본 발명은 중공샤프트의 내면에 접착제의 접착에 의하여 접합되어 있는 섬유강화 복합재료의 튜브와, 중공샤프트의 내측에 장착되어 있으며 튜브가 외면에 압밀·경화되어 있는 맨드릴과, 중공샤프트의 양단에 결합되어 있는 스핀들로 구성된다. 본 발명에 의하면, 금속의 중공샤프트와 섬유강화 복합재료의 튜브를 상온경화에 의하여 접합시킴으로써, 휨변형이 방지되어 진직도를 향상시킬 수 있으며, 튜브의 박리가 방지되어 수명을 보장할 수 있고, 제조공정이 단순화되어 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

하이브리드 샤프트 및 그 제조방법{HYBRID SHAFT AND METHOD MANUFACTURING THE SAME}

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 샤프트의 제1 실시예의 구성을 부분적으로 절제하여 나타낸 사시도,

도 2는 제1 실시예의 하이브리드 샤프트의 구성을 나타낸 단면도,

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도,

도 4는 제1 실시예의 하이브리드 샤프트의 제조방법을 설명하기 위하여 맨드릴과 일방향 프리프레그들의 구성을 나타낸 사시도,

도 5는 제1 실시예의 하이브리드 샤프트의 제조방법을 설명하기 위하여 맨드릴의 외면에 튜브프리폼이 형성되어 있는 구성을 나타낸 사시도,

도 6은 제1 실시예의 하이브리드 샤프트의 제조방법을 설명하기 위하여 맨드릴과 튜브가 분리되어 있는 구성을 나타낸 사시도,

도 7은 제1 실시예의 하이브리드 샤프트의 제조방법에 사용되는 맨드릴의 변형예를 나타낸 단면도,

도 8은 제1 실시예의 하이브리드 샤프트의 제조방법에 사용되는 맨드릴의 다른 변형예를 나타낸 단면도,

도 9는 제1 실시예의 하이브리드 샤프트의 제조방법을 설명하기 위하여 중공 샤프트, 튜브와 스핀들과 브이블록들의 구성을 나타낸 사시도,

도 10은 제1 실시예의 하이브리드 샤프트의 제조방법을 설명하기 위하여 중공샤프트, 튜브와 스핀들과 브이블록들의 구성을 나타낸 단면도,

도 11은 제1 실시예의 하이브리드 샤프트의 제조방법을 설명하기 위하여 나타낸 흐름도,

도 12는 본 발명에 따른 하이브리드 샤프트의 제2 실시예의 구성을 나타낸 단면도,

도 13은 도 12의 ⅠⅢ-ⅠⅢ선 단면도,

도 14는 제2 실시예의 하이브리드 샤프트의 제조방법을 설명하기 위하여 맨드릴과 일방향 프리프레그들의 구성을 나타낸 사시도,

도 15는 제2 실시예의 하이브리드 샤프트의 제조방법을 설명하기 위하여 맨드릴의 외면에 튜브가 형성되어 있는 구성을 나타낸 사시도,

도 16은 제2 실시예의 하이브리드 샤프트의 제조방법을 설명하기 위하여 나타낸 흐름도이다.

♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10, 110: 하이브리드 샤프트 20, 120: 중공샤프트

30, 130: 튜브 32, 132: 일방향 프리프레그

32a, 132a: 보강섬유 32b, 132b: 매트릭스

32c, 132c: 최내측 일방향 프리프레그 34, 134: 튜브프리폼

40, 140: 접착제층 50: 보호필름

60, 62, 160, 162: 스핀들 70: 맨드릴

72: 중공맨드릴 76: 중실맨드릴

170: 중공맨드릴 172: 리브

본 발명은 하이브리드 샤프트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속의 중공샤프트와 섬유강화 복합재료의 튜브를 상온경화에 의하여 접합하여 제조한 하이브리드 샤프트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

TFT-LCD(Thin film transistor-liquid crystal display), PDP(Plasma display panel), EL(Electro luminescent) 등 평면디스플레이장치의 제조분야에서는 박막형 유리기판(Glass substrate)을 사용하고 있다. 평면디스플레이의 대형화와 생산성의 향상을 위하여 최근 제조되고 있는 유리기판은 가로 및 세로의 크기가 1,870×2,200mm에 달하고 있으며, 향후 유리기판의 크기는 더 크게 제조될 것으로 예상된다.

평면디스플레이의 제조라인에서 유리기판의 이송은 샤프트의 구름접촉에 의하여 실시하고 있으며, 유리기판의 세척은 샤프트의 외면에 장착되어 있는 브러시에 의하여 실시하고 있다. 유리기판의 이송용 샤프트와 브러시용 샤프트는 스테인리스스틸, 알루미늄 등과 같은 금속로 제조하고 있다. 그런데 금속의 샤프트는 그 길이가 유리기판의 크기에 맞추어 2m 이상으로 제조됨에 따라 자중 및 외부 하중에 의하여 정적 처짐이 크게 발생되고, 굽힘방향의 고유진동수가 낮아 진동특성이 저하되는 단점이 있다.

한편, 섬유강화 복합재료(Fiber reinforced composite)는 금속에 비하여 비강성 및 비강도가 우수하기 때문에 샤프트의 정적 처짐을 방지할 수 있고, 굽힘방향의 고유진동수가 증가되어 진동특성이 향상되는 장점을 보유한다. 그런데 샤프트의 제조에 가격이 비싼 섬유강화 복합재료만을 사용할 경우 제조비가 상승되게 된다. 또한, 유리기판의 세척에 사용되는 화학약품에 의하여 부식이 발생될 우려가 높고, 수분의 흡수에 의하여 물성의 저하가 발생되는 문제가 있다.

이와 같은 금속의 특성과 섬유강화 복합재료의 특성을 고려하여 금속 중공샤프트(Hollow shaft)의 내면에 섬유강화 복합재료의 튜브(Tube) 또는 슬리브 (Sleeve)를 일체형으로 접합시킨 하이브리드 샤프트가 개발되었다. 하이브리드 샤프트는 중공샤프트의 내면에 튜브를 장착시킨 상태에서 열융착공정에 의하여 중공샤프트의 내면에 경화되는 튜브를 접합시켜 제조하고 있다.

그러나 종래기술의 하이브리드 샤프트에 있어서는 금속과 섬유강화 복합재료의 열팽창계수의 차이로 인하여 샤프트의 휨변형이 크게 발생되는 문제가 있다. 샤프트의 휨변형은 진직도를 저하시켜 회전시 진동을 유발시키며, 중공샤프트의 내면으로부터 튜브가 박리되는 원인이 되고 있다. 또한, 유리기판의 세척공정에 하이브리드 샤프트를 사용할 경우, 섬유강화 복합재료가 화학약품과 수분에 노출되어 발생되는 문제가 상존하고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 금속의 중공샤프트와 섬유강화 복합재료의 튜브를 상온경화에 의하여 접합시킴으로써, 휨변형이 방지되어 진직도를 향상시킬 수 있으며, 튜브의 박리가 방지되어 수명을 보장할 수 있는 하이브리드 샤프트 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 섬유강화 복합재료에 화학약품과 수분의 침투를 효과적으로 방지하여 수명을 보장하고, 신뢰성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 샤프트 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 섬유강화 복합재료의 튜브를 제조하기 위한 금속의 맨드릴을 튜브프리폼으로부터 간편하게 분리할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 샤프트 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 금속의 맨드릴과 섬유강화 복합재료의 튜브를 접합시킨 상태로 금속의 중공샤프트의 내측에 삽입하여 상온경화에 의하여 접합시킴으로써, 강성 및 강도를 증대시킬 수 있으며, 제조공정이 단순화되어 생산성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 샤프트 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 금속의 중공샤프트와; 중공샤프트의 내면에 접착제의 접착에 의하여 접합되어 있는 섬유강화 복합재료의 튜브와; 튜브의 내면에 부착되어 있는 원통형 보호필름과; 중공샤프트의 양단에 결합되어 있는 스핀들로 이루어지고, 섬유강화 복합재료는 다수의 일방향 프리프레그들의 적층·압밀·경화에 의하여 구성되며, 일방향 프리프레그들은 일방향으로 배열되어 있는 다수의 보강섬유들이 매트릭스에 의하여 고정되어 있는 하이브리드 샤프트에 있다.

본 발명의 다른 특징은, 금속의 중공샤프트와; 중공샤프트의 내면에 접착제의 접착에 의하여 접합되어 있는 섬유강화 복합재료의 튜브와; 중공샤프트의 내측에 장착되어 있으며, 튜브가 외면에 압밀·경화되어 있는 맨드릴과; 중공샤프트의 양단에 결합되어 있는 스핀들로 이루어지는 하이브리드 샤프트에 있다.

본 발명의 또 다른 특징은, 맨드릴의 외면에 보호필름을 감는 단계와; 보호필름의 외면에 일방향 프리프레그들을 적층되도록 감아 튜브프리폼을 제조하는 단계와; 튜브프리폼을 압밀·경화시켜 튜브로 제조하는 단계와; 맨드릴로부터 보호필름이 부착되어 있는 상태로 튜브를 분리하는 단계와; 튜브의 외면에 접착제를 도포하여 접착제층을 형성하는 단계와; 중공샤프트의 내면에 튜브를 삽입하여 중공샤프트와 튜브를 접착제층에 의하여 접합하는 단계와; 중공샤프트의 양단에 스핀들을 결합하는 단계로 이루어지는 하이브리드 샤프트의 제조방법에 있다.

본 발명의 또 다른 특징은, 맨드릴의 외면에 일방향 프리프레그들을 적층되도록 감아 튜브프리폼을 제조하는 단계와; 튜브프리폼을 압밀·경화시켜 튜브로 제조하는 단계와; 튜브의 외면에 접착제를 도포하여 접착제층을 형성하는 단계와; 맨드릴의 외면에 압밀·경화되어 있는 튜브를 중공샤프트의 내면에 일체로 삽입하여 중공샤프트와 튜브를 접착제층에 의하여 접합하는 단계와; 중공샤프트의 양단에 스핀들을 결합하는 단계로 이루어지는 하이브리드 샤프트의 제조방법에 있다.

이하, 본 발명에 따른 하이브리드 샤프트 및 그 제조방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 3에는 본 발명에 따른 하이브리드 샤프트의 제1 실시예가 도시 되어 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 실시예의 하이브리드 샤프트(10)는 금속의 중공샤프트(20), 섬유강화 복합재료의 튜브(30), 접착제층(40), 원통형 보호필름(50)과 스핀들(Spindle: 60, 62)로 구성되어 있다.

중공샤프트(20)의 길이는 예를 들어 평면디스플레이용 유리기판의 이송과 세척에 사용할 수 있도록 유리기판의 크기에 맞추어 설계된다. 본 실시예에 있어서 중공샤프트(20)의 길이는 2m 이상으로 제조되어 있다. 금속은 스테인리스스틸, 알루미늄합금 등을 사용할 수 있다.

도 1, 도 2, 도 4와 도 5를 참조하면, 섬유강화 복합재료의 튜브(30)는 중공샤프트(20)의 내면에 접합되어 있으며, 중공샤프트(20)와 튜브(30)는 접착제층(40)의 접착에 의하여 견고하게 접합되어 있다. 섬유강화 복합재료의 튜브(30)는 다수의 일방향 프리프레그(Uni-directional prepreg: 32)들을 적층하여 구성한다.

도 4에 명확히 도시되어 있는 바와 같이, 일방향 프리프레그(32)는 다수의 보강섬유(32a)들이 서로 간격을 두고 일방향으로 평행하게 배열되어 있으며, 보강섬유(32a)들은 매트릭스(Matrix: 32b)의 고정에 의하여 층(Laminate) 또는 시트(Sheet)로 형성된다. 보강섬유(32a)들은 탄소섬유 또는 흑연섬유를 사용할 수 있으며, 매트릭스(32b)는 에폭시수지(Epoxy resin), 페놀수지(Phenolic resin)와 같은 폴리머수지(Polymer resin)를 사용할 수 있다. 바람직하기로 일방향 프리프레그(32)들은 탄소섬유와 에폭시수지로 제조한 것을 사용한다.

또한, 보호필름(50)은 튜브(30)의 내면에 부착되어 있다. 보호필름(50)은 비접착성 재료, 예를 들어 폴리에틸렌(Polyethylene; PE), 폴리테트라플루오르에틸렌 (Polytetrafluorethylene; PTFE)이 종이에 코팅되어 있는 일방향 프리프레그(32)의 백업필름(Back up film) 또는 이형필름(Release film)을 사용할 수 있다. 백업필름은 상온에서 반경화되어 접착력을 갖는 매트릭스(32b)의 접착을 방지하기 위하여 일방향 프리프레그(32)의 양면에 부착하며, 일방향 프리프레그(32)의 적층시 백업필름은 일방향 프리프레그(32)로부터 박리한다. 튜브(30)의 내면을 이루는 최내측 일방향 프리프레그(32c)에 부착되어 있는 백업필름은 박리하지 않고 보호필름(50)으로 사용한다. 이러한 보호필름(50)은 화학약품 및 수분의 침투를 방지하며, 하이브리드 샤프트(10)의 진동을 감쇠시키는 진동감쇠능을 보유한다. 보호필름(50)은 폴리에틸렌 필름, 폴리테트라플루오르에틸렌 필름 이외에도 종이를 사용할 수 있다.

도 1 내지 도 3을 다시 참조하면, 스핀들(60, 62)은 중공샤프트(20)의 양단에 결합되어 있으며, 스핀들(60, 62)의 외면에는 중공샤프트(20)의 양단에 밀착되는 칼라(Collar: 60a, 62a)가 형성되어 있다. 스핀들(60, 62)은 통상적인 베어링에 의하여 지지되며, 하이브리드 샤프트(10)는 베어링의 지지에 의하여 자유롭게 회전할 수 있도록 설치된다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 맨드릴(Mandrel: 70)은 보호필름(50)과 일방향 프리프레그(32)들을 순차적으로 적층되도록 감아 튜브프리폼(Tube perform: 34)을 형성하는데 사용된다. 도 7에는 맨드릴의 변형예가 도시되어 있다. 변형예의 중공맨드릴(Hollow mandrel: 72)은 좌우로 분할되는 제1 맨드릴세그먼트(Mandrel segment: 74a)와 제2 맨드릴세그먼트(74b)로 구성되어 있다. 제1 맨드릴세그먼트 (74a)의 일단에는 나사구멍(74c)이 형성되어 있고, 제2 맨드릴세그먼트(74b)의 일단에는 제1 맨드릴세그먼트(74a)의 나사구멍(74c)에 체결되는 나사(74d)가 형성되어 있다. 그리고 제1 및 제2 맨드릴세그먼트(74a, 74b) 각각의 외면에는 외측단에서 내측단, 즉 중공맨드릴(72)의 중심을 향하는 테이퍼(Taper: 74e, 74f)가 형성되어 있다. 본 실시예에 있어서 제1 및 제2 맨드릴세그먼트(74a, 74b) 각각의 테이퍼(74e, 74f)는 길이 1m 정도에 대하여 그 종단과 시단의 직경 차이를 0.6mm 정도로 설계한다.

도 8에는 맨드릴의 다른 변형예가 도시되어 있다. 다른 변형예의 중실맨드릴(Solid mandrel: 76)은 중공맨드릴(72)과 마찬가지로 좌우로 분할되는 제1 맨드릴세그먼트(78a)와 제2 맨드릴세그먼트(78b)로 구성되어 있다. 제1 맨드릴세그먼트(78a)의 일단에는 나사구멍(78c)이 형성되어 있고, 제2 맨드릴세그먼트(78b)의 일단에는 제1 맨드릴세그먼트(78a)의 나사구멍(78c)에 체결되는 나사(78d)가 형성되어 있다. 그리고 제1 및 제2 맨드릴세그먼트(78a, 78b) 각각의 외면은 외측단에서 내측단, 즉 중실맨드릴(76)의 중앙을 향하는 테이퍼(78e, 78f)가 형성되어 있다.

지금부터는, 도 11을 참조하여 제1 실시예의 하이브리드 샤프트 제조방법을 설명한다.

도 4와 도 5를 참조하면, 금속의 맨드릴(Mandrel: 70)의 외면에 보호필름(50)을 감고(S10), 보호필름(50)의 외면에 일방향 프리프레그(32)들을 순차적으로 적층되도록 감아 튜브프리폼(Tube preform: 34)을 제조한다(S12). 일방향 프리프레그(32)들의 매트릭스(32b)는 상온에서 반경화되어 접착력을 보유한다. 보호필름 (50)은 일방향 프리프레그(32)들 중 튜브(30)의 내면을 이루는 최내측 일방향 프리프레그(32c)가 맨드릴(70)의 외면에 접합되지 않게 하며, 또한 튜브프리폼(34)이 튜브(32)로 경화되었을 때 맨드릴(70)로부터 튜브(30)를 쉽게 분리할 수 있게 작용한다. 보호필름(50)은 필요에 따라 삭제할 수 있으며, 이 경우 맨드릴(70)의 외면에는 튜브(30)의 분리를 위하여 이형제를 코팅한다. 그리고 일방향 프리프레그(32)들은 적층한 후 맨드릴(70)의 외면에 감을 수도 있다.

한편, 일방향 프리프레그(32)들은 보강섬유(32a)들의 배열방향으로 강성과 강도가 우수하고 열팽창계수가 적은 이방성(Amisotropy)을 갖는다. 튜브프리폼(34)의 제조시 일방향 프리프레그(32)들 중 최내측 일방향 프리프레그(32c)는 그 보강섬유(32a)들이 맨드릴(70)의 원주방향을 따라 배열되도록 감는다. 최내측 일방향 프리프레그(32c)의 보강섬유(32a)들을 맨드릴(70)의 외면에 원주방향을 따라 감는 것에 의하여 튜브프리폼(34)을 튜브(30)로 경화시킬 때 최내측 일방향 프리프레그(32c)와 맨드릴(70) 사이의 열팽창계수 차이가 감소되며, 열팽창계수 차이의 감소로 인하여 맨드릴(70)의 외면에 튜브(30)가 밀착되는 것을 방지할 수 있다. 그리고 최내측 일방향 프리프레그(32c)의 외면에 순차적으로 감겨져 적층되는 일방향 프리프레그(32)들의 보강섬유(32a)들은 맨드릴(70)의 길이방향을 따라 배열함으로써, 튜브(30)의 강성 및 강도를 증가시킬 수 있다.

다음으로, 맨드릴(70)의 외면에 일방향 프리프레그(32)들을 적층되도록 감아 튜브프리폼(34)을 제조한 후, 튜브프리폼(34)을 압축, 용융 및 냉각에 의하여 압밀·경화시켜 튜브(30)로 제조한다(S14). 튜브프리폼(34)의 압밀·경화는 다양한 방 법으로 실시할 수 있다. 첫 번째로, 튜브프리폼(34)의 외면에 통상적인 압착용 테이프를 감아 압력을 부여하고, 히터(Heater)나 열풍에 의하여 열을 부여한다. 이때, 열은 매트릭스(32b)의 녹는점(Melting point)으로 부여한다. 압력과 열의 부여에 의하여 융융되는 매트릭스(32b)는 보강섬유(32a)들의 고정력을 증대시키며, 연화(Softening)되는 일방향 프리프레그(32)들은 압밀된다. 이 후, 튜브프리폼(34)을 냉각하면 튜브(30)로 경화된다. 두 번째로, 튜브프리폼(34)은 진공백성형(Vacuum bag molding)에 의하여 압력과 열을 부여한 후 냉각하면 튜브(30)로 압밀·경화된다. 그리고 튜브프리폼(34)의 압밀·경화는 진공백성형과 유사한 오토클레이브법(Autoclave molding)에 의하여 실시할 수도 있다.

한편, 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 중공맨드릴(72)의 경우 튜브프리폼(34)의 냉각은 중공맨드릴(72)의 내측에 예를 들어 질소가스, 드라이아이스(Dry ice) 등의 냉매를 공급하여 실시한다. 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 중실맨드릴(76)의 경우 튜브프리폼(34)의 냉각은 튜브프리폼(34)과 중실맨드릴(76)을 함께 통상적인 냉각장치의 냉각실에 투입하여 실시한다. 이와 같은 튜브(34)의 냉각에 의해서는 튜브프리폼(34)과 맨드릴(60)의 열팽창계수 차이에 의하여 경화되는 튜브(30)와 맨드릴(60) 사이에 간극이 발생되며, 이 간극에 의하여 맨드릴(60)로부터 튜브(30)를 쉽게 분리할 수 있는 상태가 된다.

다음으로, 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 압밀·경화되어 있는 튜브(30)는 보호필름(50)이 부착되어 있는 상태로 맨드릴(70)로부터 분리하고(S16), 튜브(30)의 외면에 접착제를 균일하게 도포하여 접착제층(40)을 형성한다(S18). 도 7을 참조하면, 튜브(30)를 중공맨드릴(72)에 의하여 제조한 경우, 제1 맨드릴세그먼트(74a)의 나사구멍(74c)에 체결되어 있는 제2 맨드릴세그먼트(74b)의 나사(74d)를 풀어 분리시키면, 튜브(30)를 중공맨드릴(72)로부터 쉽게 분리할 수 있다. 도 8을 참조하면, 튜브(30)를 중실맨드릴(76)에 의하여 제조한 경우, 제1 맨드릴세그먼트(78a)의 나사구멍(78c)에 체결되어 있는 제2 맨드릴세그먼트(78b)의 나사(78d)를 풀어 분리시키면, 튜브(30)를 중공맨드릴(78)로부터 쉽게 분리할 수 있다. 중공맨드릴(72)의 테이퍼(74e, 74f)와 중실맨드릴(76)의 테이퍼(78e, 78f)에 의해서는 중공맨드릴(72)과 중실맨드릴(76) 각각으로부터 튜브(30)를 쉽게 분리할 수 있다.

마지막으로, 도 1, 도 2와 도 6을 참조하면, 튜브(30)의 외면에 접착제(40a)를 균일하게 도포하여 접착제층(40)을 형성한 후, 중공샤프트(20)의 내면에 튜브(30)를 삽입하여 중공샤프트(20)와 튜브(30)를 접착제층(40)에 의하여 접합하고(S20), 중공샤프트(20)의 양단에 스핀들(60, 62)을 결합한다(S22). 도 9와 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 중공샤프트(20)와 스핀들(60, 62)의 결합은 중공샤프트(20)와 스핀들(60, 62)은 동축선상에 정렬되어 있는 다수의 브이블록(V-block: 80)들에 의하여 지지시킨 상태에서 실시한다. 브이블록(80)들의 지지에 의하여 중공샤프트(20)의 휨변형을 방지할 수 있다. 그리고 중공샤프트(20)와 스핀들(60, 62)은 압입, 접착제에 의한 압입 접합, 열간압입, 용접 등 다양한 방법으로 결합할 수 있다.

이와 같은 중공샤프트(20)와 스핀들(60, 62)의 결합에 의하여 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 금속의 중공샤프트(20), 섬유강화 복합재료의 튜브(30), 접착 제층(40), 보호필름(50)과 스핀들(60, 62)로 구성되는 제1 실시예의 하이브리드 샤프트(10)를 완성할 수 있다. 한편, 금속의 중공샤프트(20)와 섬유강화 복합재료의 튜브(30)를 접착제의 상온경화에 의하여 접합시킴으로써, 하이브리드 샤프트(10)의 휨변형이 방지되어 진직도를 향상시킬 수 있으며, 튜브(30)의 박리가 방지되어 수명을 보장할 수 있다.

도 12와 도 13에는 본 발명에 따른 하이브리드 샤프트의 제2 실시예가 도시되어 있다. 도 12와 도 13을 참조하면, 제2 실시예의 하이브리드 샤프트(110)는 금속의 중공샤프트(120), 섬유강화 복합재료의 튜브(130), 접착제층(140), 스핀들(160, 162)로 구성되어 있다. 제2 실시예의 하이브리드 샤프트(110)의 중공샤프트(120), 튜브(130), 접착제층(140)은 제1 실시예의 하이브리드 샤프트(10)의 중공샤프트(20), 튜브(30), 접착제층(40)과 동일하게 구성되어 있다. 그리고 섬유강화 복합재료의 튜브(130)는 맨드릴(170)의 외면에 압밀·경화되어 있으며, 맨드릴(170)은 중공샤프트(120)의 내측에 장착되어 있다.

도 12, 도 14와 도 15를 참조하면, 제2 실시예의 하이브리드 샤프트(110)는 금속의 중공맨드릴(170)을 더 구비하며, 중공맨드릴(170)의 양단은 중공샤프트(120)의 양단에 결합되는 스핀들(160, 162)에 의하여 지지되어 있다. 중공맨드릴(170)의 외면에는 튜브(130)가 동시경화에 의하여 일체로 접합되어 있으며, 중공맨드릴(170)의 내면에는 강도의 보강을 위한 "+"자형 리브(172)가 형성되어 있다. 그리고 중공맨드릴(170)은 일방향 프리프레그(132)들을 순차적으로 감아 튜브프리폼(134)으로 성형하기 위하여 사용한다. 중공맨드릴(170)은 중실맨드릴로 대신할 수 도 있다.

이하에서는, 도 16을 참조하여 제2 실시예의 하이브리드 샤프트(110)의 제조방법을 설명하며, 제2 실시예의 하이브리드 샤프트(110)의 제조방법에 있어서 제1 실시예의 하이브리드 샤프트(10)의 제조방법과 동일한 내용은 자세한 설명을 생략한다.

도 12 내지 도 15를 참조하면, 제2 실시예의 하이브리드 샤프트(110)는 우선, 중공맨드릴(170)의 외면에 보강섬유(132a)들과 매트릭스(132b)를 재료로 제조되어 있는 다수의 일방향 프리프레그(132)들을 적층되도록 감아 튜브프리폼(134)을 제조한다(S110). 일방향 프리프레그(132)들 중 최내측 일방향 프리프레그(132c)는 그 보강섬유(132a)들이 중공맨드릴(170)의 원주방향을 따라 배열되도록 감고, 나머지 일방향 프리프레그(132)들의 보강섬유(132a)들은 중공맨드릴(170)의 길이방향을 따라 배열되도록 감는다.

다음으로, 튜브프리폼(134)을 중공맨드릴(170)에 대하여 압밀·경화시켜 튜브(130)로 제조하며(S112), 튜브(130)의 외면에 접착제(140a)를 균일하게 도포하여 접착제층(140)을 형성한다(S114). 중공맨드릴(170)에 경화되어 있는 튜브(130)를 중공샤프트(120)의 내면에 삽입하여 중공샤프트(120)와 튜브(130)를 접착제층(140)의 접착에 의하여 접합하고(S116), 중공샤프트(120)의 양단에 스핀들(160, 162)을 결합한다(S118).

이와 같은 중공샤프트(120)와 스핀들(160, 162)의 결합에 의하여 도 12에 도시되어 있는 바와 같이, 금속의 중공샤프트(120), 섬유강화 복합재료의 튜브(130), 접착제층(140), 스핀들(160, 162)과 중공맨드릴(170)로 구성되는 제2 실시예의 하이브리드 샤프트(110)를 완성할 수 있다. 한편, 제2 실시예의 하이브리드 샤프트(110)는 중공맨드릴(170)의 장착에 의하여 강성 및 강도를 증대시킬 수 있다. 또한, 하이브리드 샤프트(110)의 제조공정 중에 튜브(130)와 맨드릴(170)을 분리할 필요가 없으므로, 제조공정이 단순화되어 생산성을 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 하이브리드 샤프트는 평면디스플레이용 유리기판의 이송과 세척에 사용되는 것을 설명하였으나, 유리기판의 이송과 세척 이외에도 길이가 긴 서포트바(Support bar), 가이드바(Guide bar), 롤러 등으로 사용할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 샤프트 및 그 제조방법에 의하면, 금속의 중공샤프트와 섬유강화 복합재료의 튜브를 상온경화에 의하여 접합시킴으로써, 휨변형이 방지되어 진직도를 향상시킬 수 있으며, 튜브의 박리가 방지되어 수명을 보장할 수 있다. 또한, 유강화 복합재료에 화학약품과 수분의 침투를 효과적으로 방지하여 수명을 보장하고, 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 맨드릴을 튜브프리폼으로부터 간편하게 분리할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다. 또 한, 금속의 맨드릴과 섬유강화 복합재료의 튜브를 접합시킨 상태로 금속의 중공샤프트의 내측에 삽입하여 상온경화에 의하여 접합시킴으로써, 강성 및 강도를 증대시킬 수 있으며, 제조공정이 단순화되어 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

금속의 중공샤프트와;

상기 중공샤프트의 내면에 접착제의 접착에 의하여 접합되어 있는 섬유강화 복합재료의 튜브와;

상기 튜브의 내면에 부착되어 있는 원통형 보호필름과;

상기 중공샤프트의 양단에 결합되어 있는 스핀들로 이루어지고,

상기 섬유강화 복합재료는 다수의 일방향 프리프레그들의 적층·압밀·경화에 의하여 구성되며, 상기 일방향 프리프레그들은 일방향으로 배열되어 있는 다수의 보강섬유들이 매트릭스에 의하여 고정되어 있는 하이브리드 샤프트.
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제 1 항에 있어서, 상기 일방향 프리프레그들 중 상기 튜브의 내면을 이루는 최내측 일방향 프리프레그의 보강섬유들은 상기 중공샤프트의 원주방향을 따라 배열되어 있으며, 나머지 일방향 프리프레그들은 상기 중공샤프트의 길이방향을 따라 배열되어 있는 하이브리드 샤프트.
제 1 항에 있어서, 상기 보호필름은 폴리에틸렌 필름, 폴리테트라플루오르에 틸렌 필름, 종이 중 어느 하나로 이루어지는 하이브리드 샤프트.
금속의 중공샤프트와;

상기 중공샤프트의 내면에 접착제의 접착에 의하여 접합되어 있는 섬유강화 복합재료의 튜브와;

상기 중공샤프트의 내측에 장착되어 있으며, 상기 튜브가 외면에 압밀·경화되어 있는 맨드릴과;

상기 중공샤프트의 양단에 결합되어 있는 스핀들로 이루어지는 하이브리드 샤프트.
제 5 항에 있어서, 상기 섬유강화 복합재료는 다수의 일방향 프리프레그들의 적층·압밀·경화에 의하여 구성되며, 상기 일방향 프리프레그들은 일방향으로 배열되어 있는 다수의 보강섬유들이 매트릭스에 의하여 고정되어 있는 하이브리드 샤프트.
제 6 항에 있어서, 상기 일방향 프리프레그들 중 상기 튜브의 내면을 이루는 최내측 일방향 프리프레그의 보강섬유들은 상기 맨드릴의 원주방향을 따라 배열되어 있으며, 나머지 일방향 프리프레그들은 상기 맨드릴의 길이방향을 따라 배열되어 있는 하이브리드 샤프트.
제 5 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 맨드릴은 내측에 보강용 리브가 형성되어 있는 중공형으로 구성되어 있는 하이브리드 샤프트.
맨드릴의 외면에 보호필름을 감는 단계와;

상기 보호필름의 외면에 일방향 프리프레그들을 적층되도록 감아 튜브프리폼을 제조하는 단계와;

상기 튜브프리폼을 압밀·경화시켜 튜브로 제조하는 단계와;

상기 맨드릴로부터 상기 보호필름이 부착되어 있는 상태로 상기 튜브를 분리하는 단계와;

상기 튜브의 외면에 접착제를 도포하여 접착제층을 형성하는 단계와;

중공샤프트의 내면에 상기 튜브를 삽입하여 상기 중공샤프트와 상기 튜브를 접착제층에 의하여 접합하는 단계와;

상기 중공샤프트의 양단에 스핀들을 결합하는 단계로 이루어지는 하이브리드 샤프트의 제조방법.
제 9 항에 있어서, 상기 맨드릴은 좌우로 분할되는 제1 맨드릴세그먼트와 제2 맨드릴세그먼트로 이루어지며, 상기 튜브를 분리하는 단계에서는 상기 맨드릴의 제1 맨드릴세그먼트와 제2 맨드릴세그먼트를 분리하여 상기 튜브로부터 분리하는 하이브리드 샤프트의 제조방법.
제 9 항에 있어서, 상기 튜브프리폼을 제조하는 단계에서는 상기 튜브의 내면을 이루는 최내측 일방향 프리프레그의 보강섬유들이 상기 맨드릴의 원주방향을 따라 배열되도록 감고, 나머지 일방향 프리프레그들은 상기 맨드릴의 길이방향을 따라 배열되도록 감는 하이브리드 샤프트의 제조방법.
제 9 항에 있어서, 상기 중공샤프트와 상기 튜브를 접착제층에 의하여 접합하는 단계에서는 상기 접착제층을 상온에서 경화시키는 하이브리드 샤프트의 제조방법.
맨드릴의 외면에 일방향 프리프레그들을 적층되도록 감아 튜브프리폼을 제조하는 단계와;

상기 튜브프리폼을 압밀·경화시켜 튜브로 제조하는 단계와;

상기 튜브의 외면에 접착제를 도포하여 접착제층을 형성하는 단계와;

상기 맨드릴의 외면에 압밀·경화되어 있는 상기 튜브를 중공샤프트의 내면에 일체로 삽입하여 상기 중공샤프트와 상기 튜브를 접착제층에 의하여 접합하는 단계와;

상기 중공샤프트의 양단에 스핀들을 결합하는 단계로 이루어지는 하이브리드 샤프트의 제조방법.
제 13 항에 있어서, 상기 튜브프리폼을 제조하는 단계에서는 상기 튜브의 내 면을 이루는 최내측 일방향 프리프레그의 보강섬유들이 상기 맨드릴의 원주방향을 따라 배열되도록 감고, 나머지 일방향 프리프레그들은 상기 맨드릴의 길이방향을 따라 배열되도록 감는 하이브리드 샤프트의 제조방법.