KR101335287B1 - 물품 이송용 롤 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물품 이송용 롤의 제조방법 및 이에 의해 제조된 롤에 관한 것으로서, 크롬층이 형성된 FRP 또는 CFRP 재질의 롤 제조시 크롬층 전해도금을 위해 스테인레스 파이프를 조립하거나 금속층을 코팅할 필요가 없도록 함으로써, 제조원가 및 작업공수를 대폭 절감하고 강도와 유연성을 동시에 확보하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여 본 발명은, a) 금속으로 샤프트(1) 및 샤프트 조립부재(2)를 제작하는 단계와, b) 상기 샤프트(1) 및 샤프트 조립부재(2)를 섬유강화 플라스틱(FRP) 또는 탄소섬유강화 플라스틱(CFRP) 재질로 이루어진 롤 파이프(3)의 양단에 조립하는 단계와, c) 상기 롤 파이프(3)의 표면에 크롬층(6)을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 물품 이송용 롤의 제조방법에 있어서, d) 상기 c) 단계 이전에 롤 파이프(3)의 표면에 본드층(10)을 형성하는 단계와, e) 상기 본드층(10)의 표면에 도전성 플라스틱층(20)을 형성하는 단계와, f) 상기 도전성 플라스틱층(20)을 연마하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

물품 이송용 롤 및 그 제조방법{ROLL FOR TRANSFERRING GOODS AND MANUFACTURING METHOD THEROF}

본 발명은 물품 이송용 롤 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 제조공정이 간단하여 재료비 및 가공비용을 절감할 수 있고, 작업공수의 절감으로 생산성을 향상시킬 수 있으며, 롤의 외부 표면강도를 유지하면서 그 내부는 유연성을 지니도록 한 물품 이송용 롤 및 그 제조방법에 관한 것이다.

산업용 기계인 필름기계, 제지기계, 섬유기계 등은, 필름, 스트립, 시트 형태의 물품을 제조하거나 이송시키기 위하여 다수의 롤(Roll)을 구비하고 있다.

이러한 롤은 그 사용 용도에 따라 다양한 재질의 것이 사용되고 있는데, 그 일례로 섬유강화 플라스틱(FRP) 또는 탄소섬유강화 플라스틱(CFRP) 파이프로 이루어진 롤이 있다.

상기한 FRP는 섬유강화 플라스틱(Fiber Reinforced Plastic)으로서 무게가 가볍기 때문에 산업용 롤에 널리 사용되고 있다. 최근에는 CFRP 재질로 이루어진 롤의 사용이 증가하는 추세에 있다.

상기한 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)는 탄소섬유 강화 플라스틱으로서, 카본 필라멘트를 와인딩 또는 직물 모양으로 형성한 후 수지를 함침하여 경화시킨 것이다. 일반적으로는 탄소 섬유를 강화재로 하는 플라스틱계 복합재를 CFRP라 부른다.

상기한 CFRP는 고강도, 고탄성의 경량 구조재로서 비강도가 철강의 2배, 비탄성율이 철강의 3배로 알려져 있다. 또한 CFRP는 우수한 피로특성을 갖고 있으며 내마찰 및 내마모성이 우수하여 항공 우주부품, 자동차 부품 등에 널리 사용되고 있다.

상기한 FRP 또는 CFRP 재질로 된 파이프 형상의 롤은 일반적으로 롤 표면에 고경도의 고무층을 피복하여 사용하는데, 이 경우에는 롤의 수명이 아주 짧아지게 된다. 즉, 이송 물품에 잔류하는 각종 화학 약품으로 인하여 고무층의 표면이 쉽게 손상되는 문제점이 있다.

이에 따라 롤의 강성을 증대시키기 위해 롤의 표면에 크롬을 전해도금하여 사용하는 것이 일반적이다. 이렇게 크롬 도금을 한 FRP 또는 CFRP 재질의 롤은 무게가 가볍고 강성이 높다는 장점이 있다.

그런데 FRP 또는 CFRP 재질의 롤 표면에 피복된 고무층에는 직접 전해도금을 할 수 없으므로, 통상 스테인레스 스틸 파이프(이하 간단히 '스테인레스 파이프'라 한다)를 고무층의 외면에 조립한 후 이를 전해조에 담가 크롬 도금을 실시하고 있다.

도 1 및 2는 상기한 방법에 의해 크롬 도금을 한 종래의 롤을 도시한 것이다.

표면에 크롬 도금을 한 종래의 FRP 또는 CFRP 재질의 롤은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 중앙에 구비되는 샤프트(Shaft)(1)와, 상기 샤프트(1)를 롤의 양단부에 조립하기 위한 샤프트 조립부재(2)와, 중공의 롤 파이프(3)와, 상기 롤 파이프(3) 외면에 코팅되는 고무층(4)과, 상기 고무층(4)의 외면에 조립되는 스테인레스 파이프(5)와, 상기 스테인레스 파이프(6) 외면에 도금되는 크롬층(7)으로 구성된다.

상기한 샤프트(1)는 일반적으로 금속재로 구성되며 롤 파이프(3)에 삽입되어 롤을 회전시킨다.

상기 샤프트 조립부재(2)는 통상 샤프트(1)와 일체로 제조되며 중공의 롤 파이프(3) 양단에 끼워져 조립된다.

이하 종래 기술에 따라 크롬층을 형성하는 FRP 또는 CFRP 재질 롤의 제조방법을 설명한다.

먼저 샤프트(1) 및 샤프트 조립부재(2)를 제조하여 롤 파이프(3)의 양단에 조립한다.

이어서 상기 롤 파이프(3)의 외면에 고강도의 고무를 코팅하여 고무층(4)을 형성한 다음, 상기 고무층(4)의 표면을 연마하여 매끄럽게 가공한다.

그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 스테인레스 강판을 절곡하여 원통형상의 스테인레스 파이프(5)를 제작한 후 이를 롤 파이프(3)에 조립한다. 이때 스테인레스 파이프(5)의 접합면(8)은 틈새가 발생하지 않도록 가공하여야 한다.

롤 파이프(3)의 고무층(4) 외면에 스테인레스 파이프(5)를 조립하는 이유는 고무층(4)으로는 전해도금에 의해 크롬층(7)을 형성할 수 없기 때문이다.

이어서 상기 롤 파이프(3)를 전해조(도시 생략)에 담가 크롬 도금을 실시하면 표면에 크롬층(6)이 형성된 FRP 또는 CFRP 재질로 된 롤의 제조가 완료된다.

상기한 방법으로 크롬 도금을 한 FRP 또는 CFRP 재질의 롤은, 표면의 크롬층(6)에 의해 표면 강도가 높고 무게가 가볍다는 장점이 있다.

그러나 상기한 방법에 의해 크롬층을 형성하는 종래의 FRP 또는 CFRP 재질의 롤 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 스테인레스 파이프(5)의 제작 및 조립에 시간이 많이 소요된다.

롤 파이프(3)에 스테인레스 파이프(5)를 조립하는 이유는, 고무층(4)으로는 전해조에서 크롬 전해도금을 실시할 수가 없기 때문인데, 우선 이 스테인레스 파이프(5)를 제조하기가 용이하지 않다.

즉, 스테인레스 강판을 절곡하여 원통형태의 파이프로 제조하기가 쉽지 않고, 특히 직경이 작고 길이가 긴 롤일 경우에는 파이프의 제조가 더욱 어려워진다.

또한 도 3에 도시된 바와 같이, 길이가 긴 원통형의 스테인레스 파이프(5)를 롤 파이프(3)에 조립하기도 용이하지 않다.

둘째, 크롬층을 형성한 종래의 FRP 또는 CFRP 재질의 롤에서는, 스테인레스 파이프(5)의 조립면(8)에 틈새가 발생하기 쉽고, 이를 매끄럽게 가공하기 위해서는 많은 작업공수가 추가된다.

즉, 스테인레스 파이프(5)의 조립시 조립면(8) 양단에 틈새가 발생하지 않도록 가공하기가 어렵고, 이러한 틈새를 메꾸고 매끄럽게 가공하는데 시간이 많이 소요된다.

만일 스테인레스 파이프(5)의 접합면(8)이 매끄럽게 가공되지 않으면, 크롬층(6)이 불균일하게 형성되어 얇은 필름의 이송시 필름의 표면에 손상을 주게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 파이프 제조업체에서 공급되는 중공의 스테인레스 파이프를 사용하여 카본 롤에 직접 조립하는 방법이 있다.

그러나 이 경우에는 롤 파이프(3)의 외면에 코팅되는 고무층(4)의 외경과 스테인레스 파이프(5)의 내경을 정확히 일치시키기가 어렵다는 문제가 있다.

즉, 롤 파이프(3)의 외경이 정확한 치수로 가공이 되었다 하더라도, 그 외면에 코팅되는 고무층(4)의 두께로 인하여 롤 파이프(3)와 스테인레스 파이프(5)를 완벽히 밀착시키기가 어렵다.

위와 같은 문제점을 방지하기 위해서는, 코팅될 고무층(4)의 두께를 미리 감안하여 롤 파이프(3)를 제조하여야 하고, 고무층(4)의 코팅 두께를 정밀하게 제어해야 한다.

만일 상기 롤 파이프(3)의 고무층(4)과 스테인레스 파이프(5)가 완전히 밀착되지 않으면 롤의 진원도에 문제가 발생하게 되고, 이는 롤의 수명단축과 이송 물품의 품질 저하를 초래하게 된다.

셋째, 크롬층을 형성한 종래의 FRP 또는 CFRP 재질의 롤은, 스테인레스 파이프(5) 추가로 조립되므로 롤의 전체 중량이 증가된다는 문제점이 있다.

즉, 종래의 FRP 또는 CFRP 재질의 롤은, 롤 파이프(3)의 고무층(4) 외면에 금속재의 스테인레스 파이프(5)가 삽입되는 구조로 되어있다.

FRP 또는 CFRP 재질의 롤을 사용하는 주 목적이 롤의 중량을 감소시키기 위한 것인데, 상기 스테인레스 파이프(5)를 추가하게 되면 롤의 중량이 대폭 증가하게 되어 바람직하지 않다.

또한 롤의 전체 중량이 증가하게 되면, 중앙부에서의 처짐 현상이 심화되어 얇은 필름의 이송에 적합하지 않다.

넷째, 그롬층을 형성한 종래의 FRP 또는 CFRP 재질의 롤은 강도는 향상되나 유연성이 저하되는 문제점이 있다.

즉, 종래의 FRP 또는 CFRP 재질의 롤은 고강도의 크롬층(6) 내면에 금속재의 스테인레스 파이프(5)가 삽입되므로, 강도는 향상되지만 유연성이 저하된다는 문제점이 있다.

이에 따라 종래의 FRP 또는 CFRP 재질의 롤은, 필름과 같이 얇고 유연한 물품을 이송하는데 적합하지 않다는 결점이 지적되고 있다.

이를 방지하기 위하여, 롤 파이프(3)에 스테인레스 파이프(5) 및 크롬층(6)을 형성하지 않고 고무층(4)만을 형성하여 사용할 수도 있으나, 이 경우에는 롤의 수명이 대폭 단축된다는 심각한 문제점이 있다.

한편, 상기한 스테인레스 파이프를 삽입하는 대신 크롬 전해도금을 위해 동(銅), 니켈 등의 금속층을 형성하는 경우도 있으나, 이 경우에는 제조비용이 대폭 상승된다는 문제점이 있다.

또한, FRP 또는 CFRP 재질의 롤에 금속층을 형성하는 작업이 용이하지 않고, 금속층의 형성에 의해 유연성이 저하되므로 얇은 필름의 이송에는 부적합하다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 표면에 크롬층이 형성된 FRP 또는 CFRP 재질의 롤 제조시, 크롬 전해도금 실시를 위해 스테인레스 파이프를 가공하여 조립하거나, 동(銅), 니켈 등의 금속층을 형성할 필요가 없도록 함으로써, 재료비 및 인건비를 절감하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, FRP 또는 CFRP 재질의 롤 표면에 크롬 전해 도금을 위해 시행하는 전처리 공정을 대폭 축소하여 생산성을 향상시키는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, FRP 또는 CFRP 재질로 된 롤의 외면은 높은 강도를 유지하면서 그 내부는 유연성을 갖도록 하여 얇은 필름의 이송에 적합한 롤을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, FRP 또는 CFRP 재질로 된 롤의 수명을 연장시키고 얇은 필름의 이송시 표면에 손상을 주지 않도록 하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 물품 이송용 롤의 제조방법은, a) 금속으로 샤프트 및 샤프트 조립부재를 제작하는 단계와, b) 상기 샤프트 및 샤프트 조립부재를 섬유강화 플라스틱(FRP) 또는 탄소섬유강화 플라스틱(CFRP) 재질로 이루어진 롤 파이프의 양단에 조립하는 단계와, c) 상기 롤 파이프의 표면에 크롬층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 물품 이송용 롤의 제조방법에 있어서, d) 상기 c) 단계 이전에 롤 파이프의 표면에 본드층을 형성하는 단계와, e) 상기 본드층의 표면에 도전성 플라스틱층을 형성하는 단계와, f) 상기 도전성 플라스틱층을 연마하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 도전성 플라스틱층을 형성하는 단계는, 상기 롤 파이프를 회전시키면서 용융된 도전성 플라스틱을 코팅하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 도전성 플라스틱층을 형성하는 단계는, 상기 롤 파이프의 양단을 선반에서 지지하여 회전시키고, 용융된 도전성 플라스틱 공급부재를 축방향을 따라 자동으로 이송시키면서 코팅하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 크롬층을 형성하는 단계는, 크롬 전해조에서 전해 도금에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 물품 이송용 롤의 제조방법에 의하면, 크롬 전해 도금을 위해 스테인레스 파이프를 제조하여 조립하거나, 롤의 표면에 동, 니켈 등의 도전성 금속층을 추가로 형성할 필요가 없으므로, 제조비용을 대폭 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 스테인레스 파이프를 FRP 또는 CFRP 재질의 롤 파이프에 조립한 후 조립면을 가공할 필요가 없으므로 작업공수를 절감하여 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 크롬 전해 도금을 위해 스테인레스 파이프를 사용할 필요가 없으므로 FRP 또는 CFRP 재질의 롤 중량을 대폭 감소시킴으로써 롤의 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.

또한, FRP 또는 CFRP 재질의 롤 표면은 크롬도금에 의해 강도를 향상시키면서 그 내면은 유연성을 갖도록 함으로써, 얇은 필름의 이송에 적합한 롤을 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 방식에 의해 크롬층이 형성된 FRP 또는 CFRP 재질의 롤을 나타낸 절개 사시도.
도 2는 종래 방식에 의해 크롬층이 형성된 FRP 또는 CFRP 재질의 롤을 나타낸 측단면도.
도 3은 종래 방식에 의해 크롬층이 형성된 FRP 또는 CFRP 재질의 롤에서 스테인레스 파이프가 조립되는 상태를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 따라 크롬층이 형성된 FRP 또는 CFRP 재질의 롤을 나타낸 절개 사시도.
도 5는 본 발명에 따라 크롬층이 형성된 FRP 또는 CFRP 재질의 롤을 나타낸 측단면도.
도 6은 본 발명에 따라 크롬층이 형성된 FRP 또는 CFRP 재질의 롤의 제조과정을 나타낸 흐름도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 4 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다(종래 기술과 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 설명한다).

본 발명에 따른 크롬층이 형성된 물품 이송용 롤은, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 섬유강화 플라스틱(FRP) 또는 탄소섬유강화 플라스틱(CFRP) 재질로 된 롤 파이프(3)의 양단에 샤프트(1) 및 샤프트 조립부재(2)가 조립된다.

상기 FRP 또는 CFRP 재질의 롤 파이프(3)의 표면에는 본드층(10)이 형성되고 그 위에 도전성 플라스틱층(20)이 형성된다. 상기 본드층(10)은 도전성 플라스틱이 용이하게 코팅되도록 한다.

상기 도전성(導電性) 플라스틱(Conductive Plastic)은 본래 절연체인 플라스틱에 도전성을 갖게 한 것이다.

플라스틱은 도전성이 없는 전기 절연물이지만 고분자 재료에 특정한 화합물을 혼입하면 도전성이 현저하게 상승하는데, 높은 도전성을 갖는 화합물을 합성하여 플라스틱에 혼입하면 도전성 플라스틱을 제조할 수 있다.

도전성 플라스틱의 제조방법으로는, 플라스틱 중에 금속의 미립자를 분산하는 방법과 구조적으로 도전성을 갖는 플라스틱을 제작하는 방법이 알려져 있다.

상기 도전성 플라스틱층(20)의 형성이 완료되면, 그 표면을 연마한 후 전해조(도시 생략)에서 전해 도금에 의해 크롬층(6)을 형성한다.

전해조에서 통전에 의해 전해 도금하는 기술은 공지의 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

종래에는 전해 도금에 의해 크롬층을 형성하기 위해서, 스테인레스 파이프와 같은 도전성 금속 파이프를 조립하거나, 동 또는 니켈 등의 금속층을 먼저 형성하였다.

그러나 본 발명에 의하면, 상기한 도전성 플라스틱층(20)의 형성에 의해 별도의 금속층이 없어도 전해 도금에 의해 크롬층(6)을 형성할 수가 있다.

이에 따라 크롬층의 전해 도금을 위해, 종래와 같이 FRP 또는 CFRP 재질의 롤 파이프에 스테인레스 파이프를 조립할 필요가 없고, 동 또는 니켈 등의 금속층을 추가로 형성할 필요가 없다.

이하, 본 발명에 따라 FRP 또는 CFRP 재질의 롤 파이프에 크롬층을 형성하는 과정을 도 6을 참조하여 설명한다.

먼저, 샤프트(1) 및 샤프트 조립부재(2)를 제조한다(S10). 상기 샤프트 및 샤프트 조립부재(2)는 통상 금속 재질로 제조된다.

이어서 상기 샤프트(1) 및 샤프트 조립부재(2)를 섬유강화 플라스틱(FRP) 또는 탄소섬유강화 플라스틱(CFRP) 재질로 된 롤 파이프(3)의 양단에 조립한다(S20).

그리고, 상기 롤 파이프(3)의 표면에 본드층(10)을 형성한다(S30). 상기 본드층(10)은 용융된 도전성 플라스틱이 용이하게 코팅되도록 하기 위한 것이다.

이어서 용융된 도전성 플라스틱을 코팅하여 도전성 플라스틱층(20)을 형성한다(S40).

상기 도전성 플라스틱층(20)의 형성은, 롤 파이프(3)의 양단을 선반에서 지지하여 회전시키면서 용융된 도전성 플라스틱을 코팅하는 것이 바람직하다.

이때 용융된 도전성 플라스틱 공급부재를 롤 파이프의 축방향을 따라 자동으로 이송시키면서 코팅할 수도 있다.

이어서 상기 도전성 플라스틱층(20)의 표면을 연마한 후(S50), 전해조에서 전해도금에 의해 크롬층(20)을 형성한다(S60).

상기 크롬층(6)이 형성된 후 표면을 폴리싱 처리하면, 표면에 크롬층이 형성된 FRP 또는 CFRP 롤의 제조가 완료된다.

표면에 크롬층을 형성하는 종래의 FRP 또는 CFRP 재질의 롤 제조방법에 의하면, 롤 파이프(3)에 도전성의 스테인레스 파이프(5)를 삽입하거나, 동 또는 니켈 층과 같은 도전성의 금속층을 먼저 형성하여야만 크롬층의 전해도금이 가능하다.

그러나 본 발명에 의하면, 종래와 같이 전해도금을 위해 스테인레스 파이프(5)를 제조하여 롤 파이프(3)에 삽입하거나, 동 또는 니켈 층과 같은 도전성 금속층을 별도로 형성할 필요가 없고, 단지 도전성 플라스틱을 코팅하기만 하면 된다.

이에 따라 제조원가를 대폭 절감할 수 있고, 작업공수를 현저하게 줄여 생산성을 향상시킬 수가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 스레인레스 파이프(5)의 제조, 조립 및 가공공정이 필요없고, 별도의 도전성 금속층을 형성할 필요도 없으므로, 크롬층이 형성된 FRP 또는 CFRP 롤의 제조비를 절감하고 생산성을 향상시킬 수가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 금속재의 스테인레스 파이프(5)가 생략되므로 FRP 또는 CFRP 재질로 된 롤의 중량을 감소시켜 롤의 수명을 연장할 수가 있고, 동 또는 니켈 등의 금속층을 형성할 필요가 없게 되어 롤 내부의 유연성이 저하되는 것을 방지할 수가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 크롬층의 형성에 의해 표면은 고강도를 유지하면서도 그 내부는 도전성 플라스틱층에 의해 유연성을 갖게 되므로, 얇은 필름의 이송에 적합한 FRP 또는 CFRP 롤을 제조할 수가 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것으로서 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

1: 샤프트(Shaft) 2: 샤프트 조립부재
3: 롤 파이프(Roll Pipe) 4: 고무층
5: 스테인레스 파이프 6: 크롬층
10: 본드층 20: 도전성 플라스틱층

Claims (5)

1. a) 금속으로 샤프트(1) 및 샤프트 조립부재(2)를 제작하는 단계와,
   b) 상기 샤프트(1) 및 샤프트 조립부재(2)를 섬유강화 플라스틱(FRP) 또는 탄소섬유강화 플라스틱(CFRP) 재질로 이루어진 롤 파이프(3)의 양단에 조립하는 단계와,
   c) 상기 롤 파이프(3)의 표면에 크롬층(6)을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 물품 이송용 롤의 제조방법에 있어서,
   d) 상기 c) 단계 이전에 롤 파이프(3)의 표면에 본드층(10)을 형성하는 단계와,
   e) 상기 본드층(10)의 표면에 도전성 플라스틱층(20)을 형성하는 단계와,
   f) 상기 도전성 플라스틱층(20)을 연마하는 단계를 더 포함하고,
   상기 도전성 플라스틱층(20)을 형성하는 단계는,
   상기 롤 파이프(3)의 양단을 선반에서 지지하여 회전시키고, 용융된 도전성 플라스틱 공급부재를 축방향을 따라 자동으로 이송시킴으로써, 상기 본드층(10)의 표면에 용융된 도전성 플라스틱을 코팅하는 것을 특징으로 하는 물품 이송용 롤의 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 기재된 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 물품 이송용 롤.

Images