KR20020089547A - 복합재료 롤러 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 필름 제조 라인의 롤러 등으로 사용될 수 있는 롤러 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 원통형 섬유강화 복합재료 튜브; 상기 섬유강화 복합재료 튜브의 외주면에 밀착하여 삽설된 금속 튜브; 및 상기 금속 튜브의 표면에 형성된 도금층;을 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 복합재료 롤러는 종래의 강철로 된 롤러보다 가볍고 진동에 대한 감쇄특성이 양호하므로 회전속도를 높여 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 회전관성 모멘트가 작고 표면조도가 일정하므로 필름의 이송이나 권취 등에 사용시 필름 표면의 손상없이 미끄러짐 현상을 크게 줄일 수 있다.

Description

복합재료 롤러 및 그 제조방법{A composites roller and method for manufacturing the same}

본 발명은 필름 제조 라인이나 윤전기의 롤러 등으로 사용될 수 있는 복합재료 롤러 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 폴리에스테르 필름, 폴리비닐클로라이드계 필름 등의 제조 라인이나 윤전기에 사용되는 롤러는 강철로 제조된다. 이러한 강철재료로 제조된 롤러는 강도 등의 물성은 우수하나, 비중이 높아 회전관성 모멘트가 크므로 필름의 미끄러짐이 발생하며 생산성 증대에도 한계가 있다. 이와 같은 단점을 극복하고자 탄소섬유 강화 에폭시 복합재료, 유리섬유로 보강된 고분자 복합재료와 같은 이른바 섬유강화 복합재료가 대체재료로서 개발되었다.

복합재료는 비강성이 강철보다 크기 때문에 동일한 강성의 강철보다 가볍고, 회전관성이 작아 빠른 시발과 정지가 가능하여 타기계요소와의 접촉시 미끄러짐을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 또한, 복합재료는 비감쇠능(damping factor)이 약 1%정도로서 강철의 0.001 ~ 0.1%에 비해 매우 높은 값을 가지므로 진동억제특성이 강철보다 우수하다. 따라서, 복합재료로 제조된 롤러를 필름의 이송 등에 사용하면 현저히 무게가 감소되어 회전속도 증대에 의한 작업효율 향상을 기대할 수 있고, 작은 회전관성 모멘트로 인한 미끄러짐 발생율을 낮춰 마찰 및 마모현상도 줄일 수 있다.

그러나, 복합재료는 사용되는 섬유소나 수지에 따라 표면의 거칠기가 다르기는 하지만, 대체적으로 일반 도금강에 비해 표면의 거칠기가 상대적으로 높다. 따라서, 복합재료만으로 제조된 롤러를 그대로 사용할 경우 복합재료의 거친 표면으로 인하여 필름 표면에 손상이 발생할 우려가 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 복합재료로 이루어진 롤러를 제조한 후, 도금처리하여 롤러 표면을 매끄럽게 하는 방법이 제안되었다.

복합재료는 통상 전도성을 갖지 않거나 매우 높은 저항값을 나타내어 복합재료 표면에 직접 도금처리를 하기는 어려우므로, 중간처리가 필요하다. 이에 따라, 대한민국 특허공보 제10-237964호에는 복합재료의 표면에 전도성 수지를 도포하여 전도층을 형성한 후 전도층 표면에 도금층을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 전도성 수지를 도포하여 전도층을 형성하는 경우 전도층에 형성된 산화막을 제거해야 하는 번거러움이 있으며, 복합재료만으로 이루어진 롤러는 충격에 대한 내성이 부족하여 깨짐성(brittleness)이 큰 단점이 있다. 또한, 수지로 이루어진 전도층의 표면조도가 일정치 않으므로 그 표면에 형성되는 도금층의 표면조도에 영향을 주어 매끄러운 롤러 표면을 형성하기 어렵다.

결국, 복합재료를 사용하여 가볍고 진동억제특성이 우수하면서도, 내충격성이 높고 표면조도가 균일하여 매끄러운 표면을 지닌 롤러의 개발이 절실하다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여 가볍고 진동억제특성이 양호하여 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 회전관성 모멘트가 작고 표면조도가 일정하여 필름의 이송이나 권취 등에 사용시 필름 표면의 손상없이 미끄러짐 현상을 크게 줄일 수 있는 복합재료 롤러를 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 복합재료 롤러의 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복합재료 롤러의 개략적인 종단면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 복합재료 롤러의 제조공정을 개략적으로 나타낸 블록도이고,

도 3은 본 발명의 복합재료 롤러의 제조공정에 있어서 제1 진공백 및 제2 진공백이 설치된 상태도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10... 롤러11... 섬유강화 복합재료 튜브

12... 금속 튜브13... 도금층

14... 금속 샤프트31... 제1 진공백

32... 제2 진공백

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 원통형 섬유강화 복합재료 튜브; 상기 섬유강화 복합재료 튜브의 외주면에 밀착하여 삽설된 금속 튜브; 및 상기 금속 튜브의 표면에 형성된 도금층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 복합재료 롤러를 제공한다.

본 발명에 따른 복합재료 롤러에 있어서, 섬유강화 복합재료로는 탄소섬유 강화 에폭시 복합재료를 사용하는 것이 바람직하며, 금속 튜브로는 두께가 0.5 ~ 5mm인 알루미늄 튜브를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 복합재료 롤러에 있어서, 도금층은 크롬으로 이루어진 것이 바람직하다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 (a) 소정 지름을 갖는 원통형 금속 튜브를 준비하는 단계; (b) 상기 금속 튜브의 내주면에 밀착되도록 소정 지름을 갖는 섬유강화 복합재료 튜브를 삽설하는 단계; (c) 상기 금속 튜브에 삽설된 섬유강화 복합재료 튜브의 중공부를 관통하도록 원통형 제1 진공백을 삽입하는 단계; (d) 상기 금속 튜브의 외주면을 감싸며, 일측면에 진공 밸브가 부설된 원통형 제2 진공백을 설치하는 단계; (e) 상기 제1 진공백 말단과 상기 제2 진공백 말단을 접합하여 밀봉하는 단계; (f) 상기 제2 진공백에 부설된 진공 밸브를 통하여 공기를 배출하며 가열 및 가압하는 단계; (g) 상기 제1 진공백 및 제2 진공백을 제거하는 단계; 및 (h) 금속 튜브의 표면에 도금층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료 롤러의 제조방법을 제공한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하고자 하나, 본발명의 범위가 이에 한정되지 않음은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 복합재료 롤러의 구성을 개략적으로 도시한 종단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 복합재료 롤러(10)에는 소정 지름의 원통형 섬유강화 복합재료 튜브(11)의 외주면에 밀착하여 금속 튜브(12)가 삽설된다.

섬유강화 복합재료 튜브(11)는 탄소섬유로 이루어진 쉬트를 알루미늄, 강철, 유리섬유 복합재료, 합성수지 등으로 이루어진 튜브에 여러 겹 적층하는 등의 통상적인 방법으로 제조될 수 있는데, 쉬트에는 에폭시 수지 등과 같은 접착력을 가진 수지가 함유되어 있어 적층되는 각각의 쉬트 사이를 접합시켜 튜브 형태를 유지한다. 이러한 섬유강화 복합재료 튜브(11)는 요구되는 롤러의 물성에 따라 적층되는 쉬트의 수를 조절하여 튜브의 두께를 변화시킬 수 있다. 섬유강화 복합재료 튜브(11)를 구비하는 본 발명의 롤러는 강철보다 가볍고 진동감쇠특성이 우수할 뿐만 아니라 회전관성이 작으므로, 회전속도 증대에 의한 작업효율 향상을 기대할 수 있으며 미끄러짐 발생율도 낮출 수 있다.

금속 튜브(12)는 섬유강화 복합재료 튜브(11)의 외주면에 밀착하여 삽설되는데, 금속 튜브(12) 내주면의 지름이 섬유강화 복합재료 튜브(11)의 외주면의 지름보다 약간 크도록 설계된다. 이러한 금속 튜브(12)는 롤러에 내충격성을 부여할 뿐만 아니라, 후술하는 도금층(13)이 용이하게 형성될 수 있도록 한다. 금속 튜브(12)는 도금층이 균일한 표면조도를 갖도록 표면가공을 하는 것이 바람직하다. 금속 튜브(12)는 롤러 전체의 무게를 줄이기 위하여 비교적 가벼운 금속인 알루미늄으로 제조하는 것이 바람직하며, 그 두께는 롤러의 용도와 크기에 따라 조절할 수 있으나 0.5 내지 5mm인 것이 바람직하다. 금속 튜브(12)의 두께가 0.5mm 미만이면 내충격성 부여 및 표면 평탄화 작업에 어려움이 있을 수 있고, 5mm를 초과하면 롤러 전체의 무게가 증가하여 롤러의 경량화 효과가 저하될 수 있다.

본 발명에 따른 롤러에 있어서, 금속 튜브(12)의 표면에는 도금층(13)이 형성된다. 도금층으로는 통상적으로 사용되는 도금층 예를 들어, 크롬이나 니켈 도금층이 형성될 수 있다. 본 발명의 롤러 표면에 형성된 도금층(13)은 표면조도가 균일하고 매끄러우므로 롤러 표면에 접촉하는 필름에 거의 손상을 주지 않는다.

이와 같은 구성 요소로 이루어진 본 발명의 롤러 양 끝단에는 금속 샤프트(14)가 삽입되어 필름 제조 라인에 연결된다.

이하에서는 본 발명에 따른 롤러의 제조방법을 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 복합재료 롤러의 제조공정을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

먼저, 전술한 바와 같이 소정 지름을 갖는 금속 튜브를 준비하고(21), 그 내주면에 밀착되도록 원통형 섬유강화 복합재료 튜브를 삽설한다(22). 전술한 바와 같이, 섬유강화 복합재료 튜브는 탄소섬유로 이루어진 쉬트를 여러 겹 적층하여 제조되는데, 각 쉬트에는 에폭시 수지 등과 같은 접착력을 가진 수지가 함유되어 있다.

이어서, 금속 튜브에 튜빙된 섬유강화 복합재료 튜브의 중공부를 관통하도록 원통형 제1 진공백을 삽설한다(23). 그런 다음, 일측면에 진공 밸브가 부설된 원통형 제2 진공백을 금속 튜브의 외주면을 감싸도록 설치한다(24). 도 3은 제1 진공백과 제2 진공백이 설치된 개략적인 상태도를 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 제1 진공백(31)은 공기가 통하지 않는 비닐 쉬트를 한겹 이상 적층하여 제조되는데, 쉬트의 양말단을 접착하여 원통형으로 만든 후 금속 튜브에 삽설된 섬유강화 복합재료 튜브(11)의 중공부를 관통하도록 삽입한다. 또한, 제2 진공백(32) 역시 공기가 통하지 않는 비닐 쉬트를 한겹 이상 적층하여 제조되는데, 쉬트의 양말단을 접착하여 원통형으로 만든 후 금속 튜브(12)의 외주면을 감싸도록 끼우거나, 또는 비닐 쉬트로 금속 튜브(12)의 외주면을 감싼 후 쉬트 양말단을 접착하여 설치한다. 제2 진공백(32)의 일측면에는 진공백을 구성하는 비닐 쉬트를 관통하여 진공 밸브(33)가 설치되어 있다.

이어서, 제1 진공백 말단과 제2 진공백 말단을 접합하여 계 내부를 밀봉한다(25). 밀봉을 보다 완벽하게 하기 위하여 제1 진공백(31)의 외표면과 제2 진공백(32)의 내표면을 접착하여 밀봉하는 것이 바람직하다. 이와 같은 밀봉방법에 의하여 섬유강화 복합재료 튜브가 삽설된 금속 튜브는 제1 진공백 및 제2 진공백에 의하여 계 외부와 완전히 차단된다.

그런 다음, 오토 클레이브 등을 이용하여 제2 진공백(32)에 부설된 진공 밸브(33)를 통하여 계 내부의 공기를 배출하면서 가열 및 가압한다(26). 이 때 압력은 6Pa, 온도는 125℃정도가 적당하며, 약 4시간 정도 처리하는 것이 좋다. 이 공정에서 섬유강화 복합재료 튜브는 금속 튜브와 밀착되며, 섬유강화 복합재료 튜브와 금속 튜브 사이에 존재할 수 있는 소정의 틈도 복합재료에 함유된 에폭시 수지등의 접착제에 의해 메꾸어지고, 기타 다른 이물질도 제거될 수 있다.

이어서, 제1 진공백(31) 및 제2 진공백(32)을 제거한 후(27), 크롬 항온조나 니켈 항온조에 침탕시키고, 통상적으로 이용되는 전기분해법을 이용하여 금속 튜브의 표면에 도금층을 형성한다(28). 도금층 형성 전에 롤러 양 끝단에 금속 샤프트(14)를 미리 삽입하고 에폭시 수지 등을 이용하여 고정시킬 수도 있으며, 형성되는 도금층의 표면조도를 일정하게 하기 위하여 금속 파이프의 표면을 사포 등을 이용하여 연삭가공할 수도 있다.

본 발명에 따른 복합재료 롤러의 제조공정은 섬유강화 복합재료 튜브와 금속 튜브 사이에 존재할 수 있는 소정의 틈을 완전히 없애기 위한 가장 바람직한 방법이나, 에폭시 수지가 함유된 섬유강화 복합재료 튜브를 금속 튜브에 삽설하고 경화시키는 방법으로도 복합재료 롤러를 제조할 수도 있다.

이와 같은 공정으로 제조된 복합재료 롤러 양 끝단에는 금속 샤프트가 삽입되어 필름 제조 라인에 연결되는데, 롤러의 고속회전시 진동을 방지하기 위해서는 롤러의 밸런싱이 매우 중요하다. 따라서, 밸런싱 테스트 결과에 따라 금속 샤프트의 측면에 드릴 등을 이용하여 적절한 크기와 깊이로 펀칭을 해주므로써 롤러의 균형을 완벽하게 맞출 수 있다.

본 발명에 따라 제조된 복합재료 롤러는 섬유강화 복합재료를 이용하므로써 종래의 강철로 된 롤러보다 가볍고 진동에 대한 감쇄특성이 양호하다. 따라서, 롤러의 회전속도를 높여 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 회전관성 모멘트가작아 필름의 이송이나 권취 등에 사용시 필름의 미끄러짐 현상을 크게 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 롤러는 섬유강화 복합재료 튜브에 금속 튜브를 삽설하여 복합재료로 이루어진 롤러에 내충격성을 부여하고, 그 표면에 도금층을 형성하므로써 롤러의 표면조도를 일정하게 유지시키므로써 필름의 표면에 스크래치 등의 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Claims (5)

1. 원통형 섬유강화 복합재료 튜브;

   상기 섬유강화 복합재료 튜브의 외주면에 밀착하여 삽설된 금속 튜브; 및

   상기 금속 튜브의 표면에 형성된 도금층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 복합재료 롤러.
2. 제1항에 있어서, 상기 섬유강화 복합재료는 탄소섬유 강화 에폭시 복합재료인 것을 특징으로 하는 복합재료 롤러.
3. 제1항에 있어서, 상기 금속 튜브는 두께가 0.5 내지 5mm인 알루미늄 튜브인 것을 특징으로 하는 복합재료 롤러.
4. 제1항에 있어서, 상기 도금층은 크롬으로 이루어진 도금층인 것을 특징으로 하는 복합재료 롤러.
5. (a) 소정 지름을 갖는 원통형 금속 튜브를 준비하는 단계;

   (b) 상기 금속 튜브의 내주면에 밀착되도록 소정 지름을 갖는 섬유강화 복합재료 튜브를 삽설하는 단계;

   (c) 상기 금속 튜브에 삽설된 섬유강화 복합재료 튜브의 중공부를 관통하도록 원통형 제1 진공백을 삽입하는 단계;

   (d) 상기 금속 튜브의 외주면을 감싸며, 일측면에 진공 밸브가 부설된 원통형 제2 진공백을 설치하는 단계;

   (e) 상기 제1 진공백 말단과 상기 제2 진공백 말단을 접합하여 밀봉하는 단계;

   (f) 상기 제2 진공백에 부설된 진공 밸브를 통하여 공기를 배출하며 가열 및 가압하는 단계;

   (g) 상기 제1 진공백 및 제2 진공백을 제거하는 단계; 및

   (h) 금속 튜브의 표면에 도금층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료 롤러의 제조방법.