KR102132818B1 - 복합재 롤러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속튜브와, 복합재코어와, 접합부를 포함하여 이루어지며, 특히 상기 접합부는 섬유에 접착제를 충전하여 형성되며, 상기 금속튜브와 복합재코어 및 상기 섬유를 세운 상태로 하부금형과 상부금형 사이에 설치한 후 상기 하부금형을 통해 접착제를 주입함과 동시에 상부금형을 통해 진공력을 제공하는 방식인 저부에서부터 접착제를 채워나가는 방식으로 성형함으로써 기포의 발생을 방지하고, 이를 통해 복합재코어의 박리 현상을 방지할 수 있도록 한 것이다.

Description

복합재 롤러{composite roller}

본 발명은 복합재로 이루어지는 롤러에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 롤러의 무게를 줄이고, 롤러의 진원도, 동심도에 관한 정밀도를 높임과 더불어 외부 금속튜브와 내부 복합재코어간의 분리나 이격현상을 없애고 발란싱을 정밀하게 유지할 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 복합재 롤러 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 롤러는 구름 가능하게 설치되는 샤프트로써, 각종 제품의 구름을 지지, 각종 동력의 전달, 성형시 가압력의 제공, 윤전기용 등 다양한 분야에서 다양한 용도로 사용되고 있다.

이러한 롤러는 높은 강성의 제공을 위해 주로 금속 재질로 형성되지만, 이와 같은 금속 재질의 롤러는 물성은 우수한 반면, 무게가 무겁기 때문에 이 무게의 부하로 인해 그 구동시에는 높은 구동력의 제공이 필요시되었다.

이에 최근에는 롤러의 무게를 줄이기 위한 다양한 노력이 이루어지고 있는데, 통상적으로는 롤러의 외형은 금속 재질로 형성하면서도 롤러의 내부는 복합재로 형성하여 전체적인 무게를 줄이고자 하고 있으며, 이에 대하여는 등록특허 제10-0430553호, 등록특허 제10-1509103호, 등록특허 제10-1387124호, 등록특허 제10-0737243호 등에 제시되고 있는 바와 같다.

한편, 전술된 종래 기술들과 같은 복합재 롤러의 경우 외측 부위를 이루는 금속재의 금속튜브와 내측 부위를 이루는 복합재코어 사이의 접착에 대한 문제를 안고 있다.

즉, 길이가 짧은 롤러의 경우 열박음으로 밀착하는 방안이 이용되고 있지만, 각 소재의 열변형에 따른 스트레스로 인하여 크랙이 발생하거나 이격이 발생하기 쉽고, 또한 두 재료를 접착제를 이용하여 접합할 경우 두 소재 사이에 기포가 없는 완벽한 접합의 어려움으로 접착제를 이용한 롤러의 제작은 이루어지지 않고 있다.

특히, 종래에는 복합재를 외부의 금속튜브 안에 넣고 가열하여 경화시키는 동시성형 방법도 제시 되었지만 금속튜브와의 부착면에 기포가 남아있어 박리현상이 발생하였고, 동시성형 공정상 롤러 내륜의 정밀도 확보가 어렵고 원주 발란싱에 대한 문제점이 있었다.

등록특허 제10-0430553호 등록특허 제10-1509103호 등록특허 제10-1387124호 등록특허 제10-0737243호

본 발명은 전술된 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 롤러의 무게를 줄이고, 롤러의 진원도, 동심도에 관한 정밀도를 높임과 더불어 외부 금속튜브와 내부 복합재코어간의 분리나 이격현상을 없애고 발란싱을 정밀하게 유지할 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 복합재 롤러 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복합재 롤러에 따르면 금속 재질의 원통형의 금속튜브; 내측 부위를 형성하면서 섬유 복합재로 이루어진 원통형의 복합재코어; 상기 금속튜브와 복합재코어 사이에 구비되면서 서로를 일체화하는 접합부;를 포함하고, 상기 접합부는 섬유에 접착제를 충전하여 형성되며, 상기 접합부는 상기 금속튜브와 복합재코어 및 상기 섬유를 세운 상태로 상부금형과 하부금형 사이에 설치한 후 상기 하부금형을 통해 접착제를 주입함과 동시에 상부금형을 통해 진공력을 제공하면서 성형하여 형성됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 금속튜브의 내주면 양 끝단측에는 나선형의 수용홈이 각각 요입 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 금속튜브의 내주면 양 끝단측에 각각 형성되는 두 수용홈은 서로 반대의 나선을 이루도록 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 복합재코어는 두 섬유부재 및 이 두 섬유부재 사이에 구비되는 완충제를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

그리고, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복합재 롤러 제조 방법에 따르면 금속튜브와, 복합재코어 및 섬유를 각각 준비하는 준비단계; 상기 준비된 복합재코어에 상기 섬유를 감싸도록 형성한 후 금속튜브 내에 삽입하여 롤러 조립체를 형성하는 조립체 형성단계; 상기 형성된 롤러 조립체를 세운 상태로 주입공이 형성된 하부금형과 배출공이 형성된 상부금형 사이에 제공함과 더불어 상기 롤러 조립체의 상측 및 하측 끝단에 대한 개방 부위는 상기 각 금형에 기밀하게 폐쇄되도록 제공하는 조립체 설치단계; 상기 하부금형의 주입공을 통해 상기 롤러 조립체를 이루는 금속튜브와 복합재코어 사이의 섬유에 접착제를 주입함과 동시에 상기 상부금형의 배출공을 통해 진공력을 전달하여 상기 섬유 내의 공기를 강제 배출시키면서 접합부를 형성하는 접착제 충전단계;를 포함하여 진행됨을 특징으로 한다.

이상에서와 같이, 본 발명의 복합재 롤러 및 그 제조 방법은 금속튜브와 복합재코어를 각각 별개로 제조한 후 서로 간의 사이에 섬유를 감고 접착제를 채워 넣는 방식으로 서로 고정시킴에 따라 금속 재질의 금속튜브 내에 섬유 복합재를 일괄적으로 형성하는 방식에 비해 더욱 안정적인 고정이 이루어질 수 있고, 또한 더욱 정확한 진원도 및 동심도를 얻을 수 있게 된 효과를 가진다.

특히, 본 발명의 복합재 롤러 및 그 제조 방법은 금속튜브와 복합재코어 사이의 섬유로 저부에서부터 접착제를 주입함과 동시에 상부로는 공기를 강제 배출하면서 상기 접착제를 점차 채워나가는 방식으로 접합부가 형성되도록 함에 따라 기포의 발생이 방지될 수 있으며, 금속튜브와 복합재코어 사이의 접착제 미함침으로 인한 박리 현상을 사전에 방지할 수 있게 된 효과를 가진다.

또한, 본 발명의 복합재 롤러 및 그 제조 방법은 금속 재질로 이루어지는 금속튜브의 상측 끝단 내주면 및 하측 끝단 내주면에 서로 반대 방향의 나선을 이루는 수용홈을 형성함에 따라 그에 채워지는 접착제로 인해 복합재코어의 축 방향 이탈 및 정역 회전 방향으로의 유동이 방지되고 항상 금속튜브와 복합재코어가 동일한 회전을 수행할 수 있게 된 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복합재 롤러의 외관 구조를 설명하기 위해 나타낸 사시도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복합재 롤러의 내부 구조를 설명하기 위해 나타낸 단면도
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복합재 롤러의 제조 과정을 설명하기 위해 나타낸 상태도

이하, 본 발명의 복합재 롤러 및 그 제조 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.

첨부된 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복합재 롤러의 외관 구조를 설명하기 위해 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복합재 롤러의 내부 구조를 설명하기 위해 나타낸 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 복합재 롤러는 크게 금속튜브(100)와, 복합재코어(200)와, 접합부(300)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 제시하며, 특히 상기 접합부(300)는 섬유(310)에 접착제(320)를 충전하여 형성되며, 상기 금속튜브(100)와 복합재코어(200) 및 상기 섬유(310)를 세운 상태로 하부금형(10)과 상부금형(20) 사이에 설치한 후 상기 하부금형(10)을 통해 접착제(320)를 주입함과 동시에 상부금형(20)을 통해 진공력을 제공하는 방식인 저부에서부터 접착제(320)를 채워나가는 방식으로 접합부(300)를 성형함으로써 기포의 발생을 방지하고, 이를 통해 복합재코어(200)의 박리 현상을 방지할 수 있도록 한 것이다.

이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 금속튜브(100)는 복합재 롤러의 외측 부위를 형성하면서 상대물(예컨대, 인쇄물 혹은, 이송물 등)과 접촉되는 부위로 제공되는 구성이다.

이와 같은 금속튜브(100)는 금속 재질의 원통형 구조로 형성된다.

상기 금속튜브(100)가 윤전기의 인쇄용 롤러로 사용되는 롤러일 경우 상기 금속튜브(100)의 외표면에는 인쇄 문양이나 문자가 음각 또는, 양각되어 형성되어 이루어진다.

이와 함께, 상기 금속튜브(100)의 내주면에는 수용홈(110)이 각각 요입 형성된다. 이와 같은 수용홈(110)은 그 내부에 위치되는 접합부(300)가 안정적으로 결합된 상태를 이루도록 한 구조이다.

본 발명의 실시예에서는 상기한 수용홈(110)이 평면의 골을 갖는 나선형으로 형성되어 이루어짐을 제시한다. 이러한 수용홈(110)의 구조는 후술될 접합부(300)가 회전됨을 방지함과 더불어 축 방향측 유동을 방지할 수 있도록 하여 박리 현상이 방지되도록 한 것이다.

특히, 상기 수용홈(110)은 상기 금속튜브(100)의 내주면 양 끝단측에 각각 형성되되고, 이러한 양 끝단측의 두 수용홈(110)은 서로 반대의 나선을 이루도록 형성됨을 제시한다. 이의 구조는 복합재코어(200)의 회전 방향에 상관없이 상기 접합부(300)와의 회전 모멘트로 인한 박리 현상을 더욱 안정적으로 방지할 수 있도록 한 것이다.

다음으로, 상기 복합재코어(200)는 복합재 롤러의 내측 부위를 형성하는 구성이다.

이와 같은 복합재코어(200)는 원통형 구조의 섬유 복합재로 형성된다.

특히, 상기 복합재코어(200)는 두 섬유부재(210,220) 및 이 두 섬유부재(210,220) 사이에 구비되는 완충제(230)를 포함하여 이루어진 섬유 복합재로 형성된다. 이때 상기 섬유부재(210,220)는 유리섬유나 카본섬유 혹은, 아라미드 섬유가 될 수 있고, 상기 완충제(230)는 상기 두 섬유부재(210,220) 사이에서 충격을 흡수하는 역할을 수행하는 부직포 혹은, 코르크(cork) 등이 될 수 있다. 즉, 상기한 섬유부재(210,220)와 완충제(230)의 제합으로 복합재 롤러에 외부 충격이 발생된다 하더라도 그 변형됨을 방지할 수 있도록 한 것이다.

다음으로, 상기 접합부(300)는 상기 금속튜브(100)와 복합재코어(200)를 서로 일체화하도록 제공되는 부위이다.

이와 같은 접합부(300)는 상기 금속튜브(100)와 복합재코어(200) 사이에 충전되면서 상기 금속튜브(100) 내에 상기 복합재코어(200)를 부착하는 접착제의 기능을 수행함과 더불어 상기 복합재코어(200)와는 별도의 섬유 복합재의 기능을 수행하는 부위로의 역할을 수행하도록 이루어진다.

특히, 상기 접합부(300)는 섬유(310)에 접착제(320)를 충전하여 형성되며, 이때 상기 접착제(320)는 기포 발생을 방지할 수 있도록 저부에서부터 채워 오르도록 주입함과 동시에 상부로는 진공력을 통해 공기의 배출이 이루어질 수 있도록 하여 형성함을 제시한다.

한편, 본 발명의 복합재 롤러는 하부금형(10)과 상부금형(20)을 갖는 금형 장치를 통해 그 성형이 이루어짐을 그 예로 한다.

여기서, 상기 하부금형(10)과 상부금형(20)은 금속튜브(100)와 복합재코어(200) 사이에 접착제(320)를 주입하도록 설계된 금형이며, 상기 하부금형(10)에는 접착제(320)가 주입되는 주입공(11)이 형성됨과 더불어 상기 상부금형(20)에는 공기가 배출되는 배출공(21)이 형성되어 이루어진다.

특히, 상기 하부금형(10)은 그 상면에 금속튜브(100)의 하측 끝단이 안착되는 하부 안착홈(12)이 요입 형성됨과 더불어 이 하부 안착홈(12)의 내측 중앙에는 상기 복합재코어(200) 하측 끝단 내주면으로 삽입되는 하부 삽입돌부(13)가 돌출 형성되어 이루어지고, 상기 상부금형(20)은 그 저면에 금속튜브(100)의 상측 끝단이 안착되는 상부 안착홈(22)이 요입 형성됨과 더불어 이 상부 안착홈(22)의 내측 중앙에는 상기 복합재코어(200) 상측 끝단 내주면으로 삽입되는 상부 삽입돌부(23)가 돌출 형성되어 이루어진다.

하기에서는, 전술된 금형 장치를 이용한 본 발명의 실시예에 따른 복합재 롤러의 성형 과정에 대하여 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.

먼저, 금속튜브(100)와, 복합재코어(200) 및 섬유(310)를 각각 준비한다.

여기서, 상기 금속튜브(100)는 금속 재질의 원통형 구조로 형성됨과 더불어 상측 끝단 내주면 및 하측 끝단 내주면에는 서로 반대의 나선을 이루는 수용홈(110)이 각각 형성된 상태로 제공된다.

이와 함께, 상기 복합재코어(200)는 복합재로 이루어진 원통형 구조로 형성되어 제공된다. 특히 상기 복합재코어(200)는 두 섬유부재(예컨대, 카본섬유나 유리섬유 혹은, 아라미드 섬유등)(210,220) 사이에 완충제(예컨대, 부직포 혹은, 코르크 등)(230)를 구비한 다음 원통형으로 형성한 후 접착제로 굳혀 만든 단일의 제품으로 제공된다.

또한, 상기 섬유(310)는 유리섬유나 목재나 식물의 섬유질 등이 될 수도 있고, 면과 같은 천연 섬유 혹은, 합성접착제로 이루어진 화학 섬유가 될 수 있다.

그리고, 상기와 같이 준비된 섬유(310)를 상기 복합재코어(200)의 외면에 권취시킨다.

상기와 같이 복합재코어(200)에 권취되는 섬유(310)는 접착제(320)가 충전될 수 있을 정도의 충분한 두께를 갖도록 권취된다. 물론, 상기 섬유(310)는 복수로 제공되는 낱장들을 서로 적층함으로써 상기 복합재코어(200)를 권취하는 구조를 이루도록 할 수도 있다.

이후, 상기 섬유(310)가 권취된 복합재코어(200)를 금속튜브(100) 내에 삽입함으로써 롤러 조립체를 형성한다.

그리고, 상기와 같은 롤러 조립체의 형성이 완료되면 이렇게 형성된 롤러 조립체를 수직하게 세운 상태로 금형 장치를 이루는 하부금형(10)과 상부금형(20) 사이에 제공하여 상기 롤러 조립체의 개방된 저면 및 개방된 상면을 각각 폐쇄한다.

이때, 하부 안착홈(12)과 상부 안착홈(22)을 이루는 측벽에 씰링부재가 구비된다. 구체적으로, 상기 롤러 조립체를 이루는 금속튜브(100)의 하측 끝단 외주면과 하부 금형(10)의 하부 안착홈(12) 사이는 외부 씰링부재(31)로 씰링하고, 상기 복합재코어(200)의 하측 끝단 내주면과 하부 금형(10)에 형성된 하부 삽입돌부(13)의 외주면 사이는 내부 씰링부재(32)로 씰링한다. 이와 함께, 상부 금형(20)에 형성된 상부 안착홈(22)의 내주면과 상기 금속튜브(100)의 상측 끝단 외주면 사이는 외부 씰링부재(41)로 씰링하고, 복합재코어(200)의 상측 끝단 내주면과 상부 금형(20)에 형성된 상부 삽입돌부(23)의 외주면 사이는 내부 씰링부재(42)로 씰링한다. 이로써, 상기 금속튜브(100)와 복합재코어(200) 사이로 주입되는 접착제(320)가 외부로 누출됨이 방지됨과 더불어 상기 금속튜브(100)와 복합재코어(200) 사이에 존재하는 공기가 배출공(21)을 통해 원활히 배출될 수 있게 된다.

그리고, 상기한 롤러 조립체에 대한 설치가 완료되면 하부금형(10)의 주입공(11)을 통해 상기 롤러 조립체를 이루는 금속튜브(100)와 복합재코어(200) 사이의 섬유(310)에 접착제(320)를 주입함과 동시에 상기 상부금형(20)의 배출공(21)을 통해 진공력을 전달하여 상기 섬유(310) 내의 공기를 강제 배출시키면서 접합부(300)를 형성한다.

즉, 밑에서부터 접착제(320)를 채우면서 위로는 진공으로 공기를 배출하는 방식으로 금속튜브(100)와 복합재코어(200) 사이에 접착제(320)를 주입함으로써 여타 부위로부터 접착제(320)를 주입하거나 혹은, 여타 상태(예컨대, 롤러 조립체가 눕혀진 상태)에서 접착제(320)를 주입할 경우 야기되는 기포의 발생이 방지될 수 있도록 한 것이다.

그리고, 상기한 과정에 의해 접착제(320)의 주입이 완료되면 진공 상태를 유지함과 더불어 설정된 보관 온도를 유지하면서 상기 접착제(320)가 굳을 수 있도록 하며, 이로써 복합재 롤러의 성형이 완료된다.

결국, 상기와 같이 성형된 본 발명의 실시예에 따른 복합재 롤러 및 그 제조 방법은 금속튜브(100)와 복합재코어(200)를 각각 별개로 제조한 후 서로 간의 사이에 섬유(310)를 감고 접착제(320)를 채워넣는 방식으로 서로 고정시킴에 따라 금속 재질의 금속튜브(100) 내에 섬유 복합재를 일괄적으로 형성하는 방식에 비해 더욱 안정적인 고정이 이루어질 수 있고, 또한 더욱 정확한 진원도 및 동심도를 얻을 수 있게 된다.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 복합재 롤러 및 그 제조 방법은 금속튜브(100)와 복합재코어(200) 사이의 섬유(310)로 저부에서부터 접착제(320)를 주입함과 동시에 상부로는 공기를 강제 배출하면서 상기 접착제(320)를 점차 채워나가는 방식으로 접합부(300)가 형성되도록 함에 따라 기포의 발생이 방지될 수 있으며, 이로써 금속튜브와 복합재코어 사이의 접착제 미함침으로 인한 박리 현상을 방지할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 복합재 롤러 및 그 제조 방법은 금속 재질로 이루어지는 금속튜브(100)의 상측 끝단 내주면 및 하측 끝단 내주면에 서로 반대 방향의 나선을 이루는 수용홈(110)을 형성함에 따라 그에 채워지는 접착제(320)로 인해 복합재코어(200)의 축 방향 이탈 및 정역 회전 방향으로의 유동이 방지되고 항상 금속튜브(100)와 복합재코어(200)가 동일한 회전을 수행할 수 있게 된다.

10. 하부금형 11. 주입공
12. 하부 안착홈 13. 하부 삽입돌부
20. 상부금형 21. 배출공
22. 상부 안착홈 23. 상부 삽입돌부
31,41. 외부 씰링부재 32,42. 내부 씰링부재
100. 금속튜브 110. 수용홈
200. 복합재코어 210,220. 섬유부재
230. 완충제 300. 접합부
310. 섬유 320. 접착제

Claims (5)

1. 금속 재질의 원통형의 금속튜브; 두 섬유부재 및 상기 두 섬유부재 사이에 구비되는 완충제를 포함하는 섬유 복합재로 이루어져 내측 부위를 형성하는 원통형의 복합재코어; 상기 금속튜브와 복합재코어 사이에 구비되면서 섬유에 접착제를 충전하여 상기 금속튜브와 복합재코어를 일체화하는 접합부;를 포함하고,
   상기 접합부는 상기 금속튜브와 복합재코어 및 상기 섬유를 세운 상태로 상부금형과 하부금형 사이에 설치한 후 상기 하부금형을 통해 접착제를 주입함과 동시에 상부금형을 통해 진공력을 제공하면서 성형하여 형성되되,
   상기 금속튜브의 내부면 양 끝단측에는 서로 반대의 나선을 이루도록 형성된 수용홈이 각각 요입 형성되는 한편,
   상기 하부금형은 상면에 상기 금속튜브의 하측 끝단이 안착되는 하부 안착홈이 요입 형성됨과 더불어 하부 안착홈의 내측 중앙에는 상기 복합재코어 하측 끝단 내주면으로 삽입되는 하부 삽입돌부가 돌출 형성되고, 저면으로부터 상기 하부 안착홈과 연통되어 접착제가 주입되는 주입공이 형성되며,
   상기 상부금형은 저면에 상기 금속튜브의 상측 끝단이 안착되는 상부 안착홈이 요입 형성됨과 더불어 상부 안착홈의 내측 중앙에는 상기 복합재코어 상측 끝단 내주면으로 삽입되는 상부 삽입돌부가 돌출 형성되고, 상면으로부터 상기 상부 안착홈과 연통되어 공기가 배출되는 배출공이 형성되며,
   상기 하부금형 및 상부금형 각각은 하부 안착홈과 상부 안착홈을 이루는 측벽에 씰링부재가 구비되어, 상기 접착제가 외부로 누출됨이 방지되면서 상기 금속튜브와 복합재코어 사이에 존재하는 공기가 배출공을 통해 원활히 배출되며 접합부가 형성되는 것을 특징으로 하는 복합재 롤러.
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