KR101659075B1

KR101659075B1 - 튜빙롤러 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101659075B1
Application number: KR1020150045524A
Authority: KR
Inventors: 차승혁
Original assignee: (주)보령기계; 차승혁
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2016-09-22

Abstract

본 발명은 튜빙 롤러 및 그 제조방법에 관한 것으로, 탄소섬유강화플라스틱으로 이루어진 중공 형태의 CFRP 파이프, 상기 CFRP 파이프의 외측주면에 결합되는 중공 형태의 금속 파이프; 상기 CFRP 파이프의 양 단부에서 그 내측주면에 삽입되어 결합되고 상기 금속 파이프에 용접 고정되는 보스 플랜지; 상기 보스 플랜지에 대응하여 볼트 결합하는 보스 부재; 및 상기 보스 부재에 대응하여 볼트 결합하는 축단 보스 부재를 포함하고, 상기 CFRP 파이프의 외경보다 작은 직경으로 가공된 상기 금속 파이프를 가열 장치에서 원주방향으로 회전시키면서 가열하여 상기 금속 파이프의 내경을 CFRP 파이프의 외경보다 팽창시킨 상태에서 상기 CFRP 파이프를 열박음하고, 수냉처리를 거쳐서 상기 CFRP 파이프의 외측주면과 상기 금속 파이프의 내측주면이 일체로 결합된 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

튜빙롤러 및 그 제조방법{Tubing roller and manufacturing method thereof}

본 발명은 튜빙롤러 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속 파이프의 열팽창계수를 이용하여 금속 파이프를 가열함으로써 팽창된 금속 파이프 내로 금속 보스가 구비된 탄소섬유강화플라스틱 파이프를 열박음하여 고정하고 튜빙된 금속 파이프와 금속 보스를 용접하여 튜빙 롤러를 제작할 수 있도록 하는 탄소섬유강화플라스틱 부재의 튜빙 롤러 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 폴리에스테르 필름, 폴리비닐클로라이드계 필름 등의 제조 라인이나 윤전기에 사용되는 롤러는 강철로 제조된다. 이러한 강철 재료로 제조된 롤러는 강도 등의 물성은 우수하나, 비중이 높아 회전관성 모멘트가 크므로 필름의 미끄러짐이 발생하며 생산성 증대에도 한계가 있다.

그러나, 강성이 높은 금속재질의 롤은 강도나 내구성이 우수하지만, 중량이 무겁고 관성모멘트 또한 매우 크기 때문에 필름(film), 종이 등의 가공 시에 추종성이 나쁘며, 피처리물에 각종 손상이 쉽게 발생하고, 기동 및 정지 시에 장시간이 요구되는 단점이 있었다.

이와 같은 단점을 극복하고자 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)과 같은 이른바 섬유강화 복합재료가 대체재료로서 개발되었다.

산업 전반에 있어서 CFRP는 금속보다 높은 강성과 우수한 복원력, 낮은 비중으로 인하여 단순 기능에서 차츰 복합 기능으로 발전하여 진화하고 있다.

CFRP는 사용되는 목적에 따라 용도에 맞는 에폭시나 페놀수지와 같은 레진 개발로 인하여 강성이 24ton, 45ton, 90ton 등으로 구분되고 있고 사용온도 범위도 150℃에서 230℃로 그 범위가 향상되고 있다.

지금까지 CFRP에 도금, 융사, 본딩과 같은 다양한 방법으로 금속을 보강하는 방법이 나왔으나 정밀한 분야에서 제조 공정의 복잡성과 경제성, 내구성 등이 문제가 되고 수요가 한정되어 널리 보급되지 못하고 있다.

또한, CFRP에 도금 공정을 적용하면 CFRP의 우수한 물성을 살리기에는 용이하나 CFRP 특성상 도금 공정이 구리도금, 니켈도금, 크롬도금을 모두 진행하여야 하기 때문에 많은 시간과 노동을 요구하여 경제성이 떨어진다는 큰 단점이 있다.

또한, 본딩에 의하여 CFRP와 금속을 보강하는 방법은 CFRP 파이프와 금속 파이프 사이에 일정한 간극을 두고 이 사이를 접착제를 채워서 튜빙하는 방법으로서 제조가 쉬운 반면 롤러 표면에 충격을 입게 되면 접착제가 굳은 본드층이 떨어지면서 변형이 발생하게 되는 단점이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 그의 목적은 금속의 열팽창 계수를 이용하여 CFRP 파이프에 금속 파이프를 열박음 하여 튜빙 롤러를 제조하는 것으로서 CFRP 파이프를 가공하여 금속 보스를 CFRP 내경에 결합시켜서 롤러를 제작한 다음 정밀 호닝처리된 금속 파이프를 가열 장치에서 회전시키면서 가열하여 열팽창된 금속 파이프에 CFRP 파이프를 열박음하여 튜빙 롤러를 제조하는 튜빙 롤러 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 튜빙 롤러는, 탄소섬유강화플라스틱으로 이루어진 중공 형태의 CFRP 파이프; 상기 CFRP 파이프의 외측주면에 결합되는 중공 형태의 금속 파이프; 중앙에 원형 중공이 형성되어 있고 원형 중공 주변부에는 볼트 체결용 홀이 형성되어 있으며 상기 CFRP 파이프의 양 단부에서 그 내측주면에 삽입되어 결합되고 상기 금속 파이프에 용접 고정되는 보스 플랜지; 상기 보스 플랜지의 원형 중공에 삽입되며 중심 축과 연결 결합되며 상기 보스 플랜지의 볼트 체결용 홀과 대응하여 볼트 결합하는 볼트 체결용 홀이 형성된 보스 부재; 및 상기 보스 부재의 샤프트 결합부에 고정 결합되는 중심 샤프트부를 구비하며, 상기 보스 부재의 볼트 체결용 홀과 상기 보스 플랜지의 볼트 체결용 홀에 대응하여 볼트 결합하는 볼트 체결용 홀이 구비된 축단 보스 부재를 포함하고, 상기 CFRP 파이프의 외경보다 작은 직경으로 가공된 상기 금속 파이프를 가열 장치에서 원주방향으로 회전시키면서 가열하여 상기 금속 파이프의 내경을 CFRP 파이프의 외경보다 팽창시킨 상태에서 상기 CFRP 파이프를 열박음하고, 수냉처리를 거쳐서 상기 CFRP 파이프의 외측주면과 상기 금속 파이프의 내측주면이 일체로 결합된 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 튜빙 롤러에 있어서, 상기 CFRP 파이프와 상기 금속 파이프의 열박음에 의하여 일체로 결합되어 제작된 튜빙 롤러를 가열 장치에서 원주방향으로 회전시키면서 150℃로 30분 동안 가열하는 풀림 처리된 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 튜빙 롤러에 있어서, 상기 CFRP 파이프와 상기 금속 파이프의 열박음에 의한 튜빙 공정에서 상기 금속 파이프 내부로 상기 CFRP 파이프가 삽입되는 속도는 300~600mm/s인 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 튜빙 롤러에 있어서, 상기 CFRP 파이프의 양 단부에서 그 내측주면에 삽입되어 결합되고 상기 금속 파이프에 용접 고정되는 보스 플랜지 중 적어도 한쪽 단부에 결합되는 보스 플랜지는 그 외주면 끝쪽 부분에 돌출 형성된 스톱퍼를 구비하여 상기 CFRP 파이프가 상기 금속 파이프 내부로 과도한 삽입을 방지하는 것을 특징으로 하는 것이다.

한편, 또한, 본 발명에 따른 튜빙 롤러의 제조 방법은, CFRP 파이프 내주면에 보스 플랜지를 삽입 결합시키고, 상기 보스 플랜지에 보스 부재와 축단 보스를 축간 결합하고 볼트 결합하여 내부 롤러를 제작하는 단계; 상기 CFRP 외경보다 작은 내경을 가지도록 중공 형태의 금속 파이프의 내경을 가공하는 단계; 상기 금속 파이프를 가열 장치에서 원주방향으로 회전 시키면서 가열하는 단계; 상기 가열되어 열팽창된 금속 파이프 내부로 상기 CFRP 파이프를 열박음하여 튜빙 공정을 수행하는 단계; 상기 튜빙 공정이 완료된 튜빙 롤러에 물을 분사하여 급속 냉각하는 단계; 상기 금속 파이프 단부와 상기 보스 플랜지의 단부를 용접하여 고정하는 단계; 상기 CFRP 파이프와 상기 금속 파이프의 열박음에 의하여 일체로 결합되어 제작된 튜빙 롤러를 가열 장치에서 회전시키면서 가열하는 풀림 처리를 수행하는 단계; 및 상기 튜빙 롤러를 정삭 가공하고 상기 금속 파이프의 외주면을 도금한 후 표면 연마하고 광택 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은 열팽창 계수를 응용하여 금속 파이프 내부로 CFRP 파이프가 삽입 결합되고 냉각 과정 후 수축되어 일체로 결합된 것으로 압착력은 본드 등 화학 접착제에 의한 본딩보다도 결합력이 우수할 뿐만 아니라 잔열에 의하여 CFRP 파이프의 재질 중 레진에 충분히 본딩 결합되어 표면 재수리시 연마 도금 과정에서 발생되는 열을 충분히 견디어 낼 수 있어 0.4T 얇은 두께에서도 완벽한 일체형 결합을 유지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 튜빙 롤러의 완성 후에 회전시키면서 가열하는 풀림 처리를 수행함으로써 후변형이 나타나지 않는 효과를 갖게 된다.

또한, 본 발명에 의하면 본딩 및 도금에 비하여 후충격에 들뜸 공간이 발생되지 않게 되어 표면 재수리가 용이하게 할 수 있게 된다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 튜빙 롤러의 종단면도이다.
도2는 본 발명에 따른 튜빙 롤러를 제작하기 위한 가열 장치의 사시도이다.
도3은 본 발명에 따른 튜빙 롤러를 제작하기 위한 급이송장치의 일실시예이다.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 튜빙 롤러의 제조방법을 도시한 공정도이다.
도5a 내지 도5f는 본 발명의 일실시예에 따른 튜빙 롤러의 공정 과정을 나타내는 실시예이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 튜빙 롤러 및 튜빙 롤러의 제조 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 튜빙 롤러의 종단면도이다.

도1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 튜빙 롤러는, 중심 회전축과 결합되는 보스와 샤프트를 구비하는 CFRP 파이프(10)에 구성된 중심 롤러와, 상기 CFRP 파이프(10) 외경에 열박음되어 설치된 금속 파이프(20)로 구성되고, 상기 금속 파이프(20) 외부 표면은 정밀 연마 가공후 도금 처리된다.

상기 CFRP 파이프(10)는 탄소섬유강화플라스틱으로 이루어진 중공 형태의 원통 모양으로 구성된다.

상기 CFRP 파이프(10)는 여러 겹의 탄소섬유강화플라스틱을 적층한 후 고압, 고온으로 성형하여 이루어진다.

상기 CFRP 파이프(10)의 외측주면에 결합되는 중공 형태의 금속 파이프(20)는 예를 들면 SUS 파이프로 구비되는 것이나, 이에 한정되지 아니하고 용도나 재질에 따라서 스테인레스, 알루미늄합금과 같이 다양한 강성을 가지는 금속 재질로 이루어질 수 있다.

상기 CFRP 파이프(10)는 상기 금속 파이프(20)에 열박음하기 전에 미리 중심 롤러를 제작하게 된다.

상기 중심 롤러를 구성하기 위해서는 상기 CFRP 파이프(10)의 양단부에서 보스 플랜지(12)와 상기 보스 플랜지(12)에 밀착 결합하는 보스 부재(14), 상기 보스 부재(14)와 축이음 결합되는 축단 보스 부재(16)가 결합된다.

상기 보스 플랜지(12)는 중앙에 원형 중공이 형성되어 있고 원형 중공 주변부에는 볼트 체결용 홀(121)이 형성되어 있으며 상기 CFRP 파이프(10)의 양 단부에서 그 내측주면에 삽입되어 결합되고 상기 금속 파이프(20)에 용접 고정된다.

상기 보스 부재(14)는 상기 보스 플랜지(12)의 원형 중공에 삽입되어 중심축과 연결 결합되며 상기 보스 플랜지(12)의 볼트 체결용 홀(121)과 대응하여 볼트 결합하는 볼트 체결용 홀(141)이 형성되어 있다.

또한, 상기 보스 부재(14)에는 중심 회전축에 해당하는 샤프트와 결합하기 위해서 샤프트 결합부에서 축연결이 고정 결합된다.

한편, 상기 축단 보스 부재(16)는 상기 보스 부재(12)의 샤프트 결합부에 대응하여 고정 결합되는 중심 샤프트부를 구비하며, 상기 보스 부재(12)의 볼트 체결용 홀(121)과 상기 보스 플랜지(14)의 볼트 체결용 홀(141)에 대응하여 볼트 결합하는 볼트 체결용 홀(161)이 구비되어 있다.

상기 보스 플랜지(12)와 보스 부재(14)와 축단 보스(16)는 상기 각각의 볼트 체결홀(121, 141, 161)을 통과하여 볼트(15)를 끼워서 일체로 결합된다.

상기 본 발명의 일실시예에 의한 튜빙 롤러는 상기 중심 롤러를 구성하는 CFRP 파이프(10) 외주면에 기계적 강성, 내구성을 보강하기 위해서 금속 파이프(20)를 열박음하게 된다.

상기 CFRP 파이프(10)의 외주면에 상기 금속 파이프(20)를 열박음 하는 것은 상기 CFRP 파이프(10)의 외경보다 작은 내경으로 가공된 상기 금속 파이프를 가열 장치에서 원주방향으로 회전시키면서 가열하여 상기 금속 파이프(20)의 내경을 CFRP 파이프(10)의 외경보다 팽창시킨 상태에서 상기 CFRP(10) 파이프를 급속으로 삽입하고, 수냉처리에 의한 냉각과정를 거쳐서 상기 CFRP 파이프(10)의 외측주면과 상기 금속 파이프(20)의 내측주면이 일체로 결합되도록 하는 것이다.

상기 금속 파이프(20)의 내경을 CFRP 파이프(10)의 외경보다 작은 내경으로 가공하는 것은 일실시예에서 금속이 SUS 파이프인 경우 CFRP 파이프와 두께 편차를 대략 0.05 내지 0.1 정도가 되도록 하는 것이 바람직하다.

이를 위해서, SUS 파이프는 그 내경을 정밀 호닝 가공을 하여 원통도 0.01. 진원도 0.01, 내경 가공에 의한 직경이 0.05mm 정도 줄어들도록 한다.

이에 반해서, CFRP 파이프의 외경은 연마를 통해서 외경 편차가 0.00, 원통도 0.01. 진원도 0.01을 유지하도록 한다.

중심의 CFRP 롤러를 제작하기 위해서 먼저 SUS 보스 플랜지(12)와 보스 부재(14)와 축단 보스(16)는 정밀가공하여 볼트 체결홀(121, 141, 161)에 볼트(15)를 끼워서 체결한다.

이때, 축단 보스(16)부는 롤러 무게를 줄이기 위해서 최소 두께만 남기게 되는데 약 10T 정도가 바람직하다.

한편, 축단 보스(16)에는 베어링을 교체하는 경우 치구 투입 공간을 확보하도록 면취하여 가공한다.

상기 CFRP 파이프(10)의 외주면에 상기 금속 파이프(20)를 열박음 하기 위해서는 금속 파이프(20)를 회전시키면서 미리 예열을 한 후 상기 금속 파이프(20)의 내경을 CFRP 파이프(10)의 외경보다 팽창시킨 상태에서 상기 CFRP(10) 파이프를 급속으로 삽입하여 냉각시켜서 튜빙 롤러를 완성시키는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 튜빙 롤러는 상기 금속 파이프(20)의 내경을 CFRP 파이프(10)의 외경보다 팽창시킨 상태에서 상기 CFRP(10) 파이프를 급속으로 삽입하여 냉각시켜서 튜빙 롤러를 완성시킨 이후에 롤러를 회전 가능한 가열 장치에서 회전 시키면서 150℃로 약 30분간 유지시킨 후 자연 냉각 시켜서 금속 파이프의 뒤틀림이나 후변형을 방지하게 한다.

여기에서, 금속의 열팽창 계수를 이용하여 충분한 온도에서 균일하게 가열하는 것이 관건이 된다.

도2는 본 발명에 따른 튜빙 롤러를 제작하기 위한 가열 장치의 사시도이다.

상기 CFRP 파이프(10)의 외주면에 상기 금속 파이프(20)를 열박음 하기 위해서는 금속 파이프(20)를 계속 회전시키면서 전체 면적을 균일하게 가열하여야 하는 것이며, 그렇지 못할 경우에는 금속의 열팽창 계수에 따라 뒤틀림이나 변형이 발생되어 열박음 공정이 불가능하게 된다.

이와 같이, 금속 파이프(20)를 계속 회전시키면서 전체 면적을 균일하게 가열하도록 하는 장치가 도2에 도시된 가열장치(200)인 것이다.

도2를 참조하면, 길이방향으로 연장된 형태의 직육면체로서 그 내부에 금속 파이프(20)를 지지하면서 회전시킬 수 있는 지지봉(210)이 유니버설 조인트(220)를 거쳐서 구동축(230)과 연결된다.

또한, 상기 구동축(230)은 체인기어(240)를 통하여 감속 모터(250)로부터 회전력을 전달받게 되고, 상기 구동축(230)에 의하여 상기 지지봉(210)이 회전하면서 상기 지지봉(210)에 걸려 있는 금속파이프(20)가 회전되면서 가열장치 바닥에 길이 방향으로 설치된 히팅 열선에 의하여 균일하게 가열되는 것이다.

이때, 상기 지지봉(210)에 걸려 있는 금속 파이프(20)가 회전하면서 중심이 편심되어도 상기 유니버셜 조인트(220)를 통하여 연결된 구동축(230)에 의하여 무리없이 회전이 가능하게 된다.

또한, 상기 금속 파이프(20)가 SUS 파이프인 경우 가열을 시작하여 온도가 200℃까지 상승시킨 후 약 40분 정도 유지시키는 것이 바람직하다.

이때, 상기 온도설정 및 제어, 구동축을 통한 금속 파이프의 회전속도를 제어하기 위해서 콘트롤 제어판(260)이 마련되어 있다.

또한, 지지봉에 걸려 있는 금속 파이프(20)는 가열 장치 내벽에 사각형상으로 이루어진 프레임의 전후 길이방향에 걸쳐서 마련된 가변형 받침대(270)에 의하여 지지봉(210)이 회전되는 상태를 지지하게 되는데, 상기 가변형 받침대(270)는 길이방향으로 슬라이딩 가능하게 이동할 수 있도록 하여 상기 금속 파이프(20)의 길이에 따라서 위치가 가변적으로 지정될 수 있다.

한편, 상기 가열장치는 내벽(290)과 외벽(295)의 이중벽으로 벽체가 구성되고 상기 내벽과 외벽 사이에는 유리섬유가 게재되어 열손실을 방지할 수 있도록 되어 있다.

또한, 상기 가열 장치의 커버(280)는 힌지축을 두어 개폐가능하도록 되어 있고, 상기 커버(280)에는 가열 장치의 내부 공기를 통풍시키기 위한 통풍구(282)가 마련되어 있고, 상기 통풍구(282)에는 개별적인 댐퍼가 설치되어 필요시 개폐가능하도록 되어 있다.

그리고, 상기 커버(280)에는 가열 장치의 내부 상태를 외부에서 확인할 수 있도록 하는 확인창(281)이 내화 유리로 마련되어 있다.

또한, 본 발명에 따른 튜빙 롤러는 상기 CFRP 파이프(10)의 외경보다 작은 내경으로 가공된 상기 금속 파이프를 가열 장치에서 원주방향으로 회전시키면서 가열하여 상기 금속 파이프(20)의 내경을 CFRP 파이프(10)의 외경보다 팽창시킨 상태에서 상기 CFRP(10) 파이프를 금속 파이프(20) 내부로 급속으로 삽입하여야 하는데 이때 삽입 속도는 300~600mm/s인 것이 바람직하고 이에 따라 금속 파이프의 냉각에 수축에 따른 CFRP의 삽입이 곤한함을 방지할 수 있게 된다.

도3은 본 발명에 따른 튜빙 롤러를 제작하기 위한 급이송장치의 개략도이다.

도3에 도시된 급이송장치(300)는 상기 CFRP(10) 파이프를 금속 파이프(20) 내부로 급속으로 삽입하기 위하여 마련된 장치이다.

왼쪽 선반 척(310)에 금속 파이프(20)의 일단을 고정하기 위한 치구(320)를 장착하고, 금속 파이프(20)의 중심을 고정하기 위한 고정 방진구(330)를 금속 파이프(20)의 길이 방향으로 2개 고정시킨다.

한편, 상기 금속 파이프(20)의 타단에는 CFRP 파이프(10)의 중심 롤러의 축부분 일단과 중심을 맞추고 CFRP 파이프(10)의 외주면이 금속 파이프(20)의 내주면과 밀착하여 들어갈 수 있도록 정렬하게 된다.

또한, 상기 CFRP 파이프(10)의 중심 롤러의 축부분 타단은 이송 부재(340)의 푸쉬 로드(342)와 중심을 정렬하고 맞대어진 상태로 준비한다.

상기 이송 부재(340)는 바닥에 길이방향으로 구비된 랙크기어(350)에 맞물려 결합된 피니언 기어(360)의 고속 회전에 의하여 상기 푸쉬로드(342)가 전진하면서 상기 CFRP 파이프(10)를 상기 금속 파이프(20) 내로 빠르게 삽입시키게 된다.

이를 위해서, 상기 랙크 기어(350)에 결합되어 전진하게 되는 피니언 기어(360)에는 상기 이송 부재(340)의 상부에 설치된 감속 모터(370)에 체인 기어(380)를 통하여 회전력이 전달되도록 한다.

상기 감속 모터(370)는 전기제어박스(380)의 제어에 따라 회전 속도를 제어할 수 있도록 하고 감속 모터는 20:1 정도의 회전 감속을 유도하는 것이 바람직하다.

한편, 급속하게 상기 CFRP 파이프(10)를 상기 금속 파이프(20) 내로 열박음 공정에 따라 삽입시키게 되는 경우 상기 CFRP 파이프(10)가 상기 금속 파이프(20) 내부로 함몰될 정도로 과도한 삽입을 방지하기 위해서 상기 CFRP 파이프 단부에는 스톱퍼(110)를 구비하고 있다.

즉, 상기 CFRP 파이프(10)의 양 단부에서 그 내측주면에 삽입되어 결합되고 상기 금속 파이프(20)에 용접 고정되는 보스 플랜지(12) 중 적어도 한쪽 단부에 결합되는 보스 플랜지(12)는 그 외주면 끝쪽 부분에 돌출 형성된 스톱퍼(110)를 구비하여 상기 CFRP 파이프(10)가 상기 금속 파이프(20) 내부로 과도하게 삽입되는 것을 방지하도록 한다.

또한, 상기 스톱퍼(110)는 열박음 공정에 따른 튜빙롤러의 제작이 완성된 후에는 표면 정밀 연마 과정에서 제거될 수 있다.

도4는 본 발명의 일실시예에 따른 튜빙 롤러의 제조방법을 도시한 공정도이다.

도4를 참조하면, 먼저 CFRP 파이프(20) 내주면에 보스 플랜지(12)를 삽입 결합시키고, 상기 보스 플랜지(12)에 보스 부재(14)와 축단 보스(16)를 축간 결합하고 볼트 결합하여 내부 롤러를 제작한다(S10).

상기 보스 플랜지(12)를 CFRP 파이프(20)에 삽입 결합하기 위해서는 먼저 CFRP 파이프(20) 내외경을 가공하게 된다.

CFRP 파이프(20)는 양쪽 단부에서 SUS 보스 부재(14)와 보스 플랜지(12)를 본딩하며, 편차는 내부 롤러의 직경에 따라 0.05∼0.1mm 정도를 게재하여 볼트로 체결하여 내부 롤러로서 CFRP 롤러가 완성된다.

그리고, 상기 CFRP 롤러는 외경 0.00, 진원도, 전직도 0.01mm 로 하여 표면 연마를 하게 된다.

또한, 상기 CFRP 파이프(10)의 외경보다 작은 내경을 가지도록 중공 형태의 금속 파이프(20)의 내경을 가공하게 된다(S20).

즉, 금속 파이프(20), 예를들면 SUS 파이프의 내외경을 가공하고 호닝 가공하여 내경 -0.05, 진원도, 전직도 0.01mm로 미리 가공처리 한다.

다음으로, 상기 금속 파이프(20)를 도2에 도시된 가열 장치에서 원주방향으로 회전 시키면서 가열하게 된다(S30).

상기 금속 파이프(20)가 SUS 파이프인 경우 가열을 시작하여 온도가 200℃까지 상승시킨 후 약 40분 정도 균일하게 파이프 전체로 유지시키는 것이 바람직하다.

여기에서, 상기 가열온도는 최종 완성되는 롤러의 직경과 길이에 따라서 온도와 시간을 달리하여 조정하여야 한다.

상기 가열된 금속 파이프(20)는 도3에 도시된 급가속이송장치에 년 파이프의 중심과 간극을 조정하여 셋팅한 후 상기 가열되어 열팽창된 금속 파이프(20) 내부로 상기 CFRP 파이프(10)를 열박음하여 튜빙 공정을 수행하게 된다(S40).

이때, 상기 금속 파이프(20)내로 상기 CFRP 파이프(10)가 전진하는 상기 이송속도는 300~600mm/s를 유지하여야 한다.

여기에서, 튜빙 갭은 CFRP 파이프(10)의 외경은 SUS 파이프(20) 내경보다 0.05mm 정도 더 크게 하여야 한다.

또한, 각각의 모서리는 튜빙 공정시 삽입이 용이하도록 모서리를 R3로 가공하여 마찰을 줄이도록 한다.

다음으로, 상기 튜빙 공정이 완료된 튜빙 롤러를 회전시키면서 물을 분사하여 급속 냉각하게 된다(S50).

튜빙공정이 완료되면, 상기 금속 파이프(20) 단부와 상기 보스 플랜지(12)의 단부를 아르곤 용접하여 고정하게 된다(S60).

상기 CFRP 파이프(10)와 상기 금속 파이프(20)의 열박음에 의하여 일체로 결합되어 제작된 튜빙 롤러를 가열 장치에서 회전시키면서 가열하는 풀림 처리를 진행하게 된다(S70).

상기 풀림 처리는 공정후 열처리로서 상기 CFRP 파이프(10)와 상기 금속 파이프(20)의 열박음에 의하여 일체로 결합되어 제작된 튜빙 롤러를 회전 가능한 가열 장치에서 회전 시키면서 150℃로 약 30분간 유지시킨 후 자연 냉각 시켜서 금속 파이프의 뒤틀림이나 후변형을 방지하게 한다.

그리고, 완성된 튜빙 롤러의 축단부나 외경을 가공하고 1차 밸런싱 을 교정하는 과정이 더 추가될 수 있다.

마지막으로, 상기 튜빙 롤러를 정삭 가공하고 상기 금속 파이프의 외주면을 도금한 후 표면 연마하고 광택 처리하게 된다(S80).

상기 풀림처리가 끝난 튜빙 롤러는 정삭 가공하여, 1차 연마를 하게 난 다음 상기 금속 파이프의 외주면을 도금 처리하여 2차 연마 공정과 표면 슈퍼피닝싱 공정에 따라 표면 광택 처리를 하게 된다.

그리고, 2차 밸런싱 수정을 통하여 CFRP 파이프 7T+SUS 파이프 1T 튜빙 롤러의 최종 제품이 완성된다.

도5는 본 발명의 일실시예에 따른 튜빙 롤러의 공정 과정을 나타내는 실시예이다.

도5a는 금속 파이프로서 SUS 파이프의 내경을 호닝하여 처리한 모습이다.

도5b는 CFRP 파이프를 내부 롤러로 완성하기 위해서 CFRP 파이프의 양 단부에 결합되는 SUS 보스 부재(14)와 축단 보스(16)에 보스 플랜지(12)와 이를 체결하기 위한 볼트를 나타낸 모습이다.

도5c는 CFRP 파이프가 내부 롤러로 완성되고 금속 파이프에 열박음 하기 직전의 모습을 나타낸 것이다.

도5d는 SUS 파이프와 CFRP 롤러가 열박음되어 튜빙 공정이 완료된 모습이다.

도5e는 SUS 파이프와 상기 CFRP 롤러의 단부에 결합된 보스 플랜지의 끝부분을 알곤 용접한 모습을 나타낸 것이다.

도5f는 상기 튜빙 롤러를 정삭 가공하고 상기 금속 파이프의 외주면을 도금한 후 표면 연마하고 광택 처리한 모습으로 최종 튜빙 롤러 제품의 상태를 나타낸 것이다.

상기와 같이 완성된 튜빙 롤러 제품은 Slitting Contact 롤러나 Touch 롤러, 필름 생산과 가공에 사용되는 winding 롤러, LCD 라인의 롤러와 같이 다양한 분야에서 활용할 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10 : CFRP 파이프 12 : 보스 플랜지
14 : 보스 부재 15 : 볼트
16 : 축단보스 20 : 금속 파이프
200 : 가열장치 300 : 급이송장치

Claims

탄소섬유강화플라스틱으로 이루어진 중공 형태의 CFRP 파이프;
상기 CFRP 파이프의 외측주면에 결합되는 중공 형태의 금속 파이프;
중앙에 원형 중공이 형성되어 있고 원형 중공 주변부에는 볼트 체결용 홀이 형성되어 있으며 상기 CFRP 파이프의 양 단부에서 그 내측주면에 삽입되어 결합되고 상기 금속 파이프에 용접 고정되는 보스 플랜지;
상기 보스 플랜지의 원형 중공에 삽입되어 중심축과 연결 결합되며 상기 보스 플랜지의 볼트 체결용 홀과 대응하여 볼트 결합하는 볼트 체결용 홀이 형성된 보스 부재; 및
상기 보스 부재의 샤프트 결합부에 고정 결합되는 중심 샤프트부를 구비하며, 상기 보스 부재의 볼트 체결용 홀과 상기 보스 플랜지의 볼트 체결용 홀에 대응하여 볼트 결합하는 볼트 체결용 홀이 구비되어 있고 베어링을 교체하는 경우 치구 투입 공간을 확보하도록 면취하여 가공된 축단 보스 부재를 포함하고,
상기 CFRP 파이프의 외경보다 작은 내경으로 가공된 상기 금속 파이프를 가열 장치 내부에서 원주방향으로 회전시키면서 전체 면적을 균일하게 가열하여 상기 금속 파이프의 내경을 CFRP 파이프의 외경보다 팽창시킨 상태에서 상기 CFRP 파이프를 열박음하고, 수냉처리를 거쳐서 상기 CFRP 파이프의 외측주면과 상기 금속 파이프의 내측주면이 일체로 결합된 것을 특징으로 하는 튜빙 롤러.
제 1 항에 있어서,
상기 CFRP 파이프와 상기 금속 파이프의 열박음에 의하여 일체로 결합되어 제작된 튜빙 롤러를 가열 장치 내부에서 원주방향으로 회전시키면서 150℃로 30분 동안 가열하는 풀림 처리된 것을 특징으로 하는 튜빙 롤러.
제 1 항에 있어서,
상기 CFRP 파이프와 상기 금속 파이프의 열박음에 의한 튜빙 공정에서 상기 금속 파이프 내부로 상기 CFRP 파이프가 삽입되는 속도는 300~600mm/s인 것을 특징으로 하는 튜빙 롤러.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 CFRP 파이프의 양 단부에서 그 내측주면에 삽입되어 결합되고 상기 금속 파이프에 용접 고정되는 보스 플랜지 중 적어도 한쪽 단부에 결합되는 보스 플랜지는 그 외주면 끝쪽 부분에 돌출 형성된 스톱퍼를 구비하여 상기 CFRP 파이프가 상기 금속 파이프 내부로 과도한 삽입을 방지하는 것을 특징으로 하는 튜빙 롤러.
중앙에 원형 중공이 형성되어 있고 원형 중공 주변부에 볼트 체결용 홀이 형성되어 있으며 CFRP 파이프의 양 단부에서 그 내측주면에 삽입되어 결합되고 상기 CFRP 외주면에 결합되는 금속 파이프에 용접 고정되는 보스플랜지를 상기 CFRP 파이프 내주면에 삽입 결합시키고, 상기 보스 플랜지의 원형 중공에 삽입되어 중심축과 연결 결합되며 상기 보스 플랜지의 볼트 체결용 홀과 대응하여 볼트 결합하는 볼트 체결용 홀이 형성된 보스 부재와, 상기 보스 부재의 샤프트 결합부에 고정 결합되는 중심 샤프트부를 구비하며 상기 보스 부재의 볼트 체결용 홀과 상기 보스 플랜지의 볼트 체결용 홀에 대응하여 볼트 결합하는 볼트 체결용 홀이 구비되어 있고 베어링을 교체하는 경우 치구 투입 공간을 확보하도록 면취하여 가공된 축단 보스 부재와 상기 보스플랜지를 축간 결합하고 볼트 결합하여 내부 롤러를 제작하는 단계;
상기 CFRP 파이프의 외경보다 작은 내경을 가지도록 중공 형태의 금속 파이프의 내경을 가공하는 단계;
상기 금속 파이프를 가열 장치 내부에서 원주방향으로 회전시키면서 전체 면적을 균일하게 가열하는 단계;
상기 가열되어 열팽창된 금속 파이프 내부로 상기 CFRP 파이프를 열박음하여 튜빙 공정을 수행하는 단계;
상기 튜빙 공정이 완료된 튜빙 롤러를 회전시키면서 물을 분사하여 급속 냉각시키는 단계;
상기 금속 파이프 단부와 상기 보스 플랜지의 단부를 용접하여 고정하는 단계;
상기 CFRP 파이프와 상기 금속 파이프의 열박음에 의하여 일체로 결합되어 제작된 튜빙 롤러를 가열 장치에서 회전시키면서 가열하는 풀림 처리를 수행하는 단계; 및
상기 튜빙 롤러를 정삭 가공하고 상기 금속 파이프의 외주면을 도금한 후 표면 연마하고 광택 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 튜빙 롤러의 제조 방법.