KR20070008734A - 복합재료를 이용한 하이브리드형 롤러 샤프트 - Google Patents

복합재료를 이용한 하이브리드형 롤러 샤프트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대형 LCD 패널을 이송시키는 롤러 샤프트로서, 금속재질로 이루어진 원통형의 샤프트, 상기 샤프트의 양 끝에 각각 결합되고 일 단에 상기 샤프트의 단부와 대응되는 단턱이 형성된 지지축, 상기 샤프트의 외주면에 일정간격으로 결합되어 상기 샤프트의 회전에 따라 상기 LCD 패널을 일 방향으로 이송시키는 롤러, 및 상기 샤프트가 자중에 의해 휘어지는 것을 방지할 수 있도록 상기 샤프트의 내측에 결합되는 복합재료로 이루어진 맨드릴을 포함한다. 이 롤러 샤프트는 길이방향에 대한 처짐이 거의 발생되지 않으므로 대형 LCD 패널을 안정적으로 이송시킬 수 있다.

Description

복합재료를 이용한 하이브리드형 롤러 샤프트{HYBRID ROLLER SHAFT USING COMPOSITE MATERIAL}
도 1은 본 발명 복합재료를 이용한 하이브리드형 롤러 샤프트의 분리 사시도를 나타낸 것이고,
도 2는 도 1에 도시된 롤러 샤프트의 결합 단면을 나타낸 것이고,
도 3은 도 2에 도시된 A부분의 단면을 나타낸 것이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 B-B 단면을 나타낸 것이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 샤프트 20 : 지지축
30 : 롤러 40 : 맨드릴
본 발명은 LCD 패널을 이송시키는 롤러 샤프트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 길이방향에 대한 처짐을 최소화할 수 있는 복합재료를 이용한 하이브리드형 롤러 샤프트에 관한 것이다.
LCD는 기존의 브라운관에 비해 열이 덜 발생되며 부피가 작다는 장점이 있 다. 때문에, 근래에 들어서는 LCD가 브라운관을 대신하여 여러 분야에서 디스플레이 매체로 사용되고 있다.
종래 LCD 생산공장은 1000×1200 크기의 제 5세대 LCD를 생산라인이 주를 이루고 있었다. 그러나, 생활수준의 향상되고 대형화 제품을 찾는 소비자의 욕구가 높아짐에 따라 최근에는 LCD 생산공장의 생산라인이 1850×2100 크기의 제 7세대 LCD를 생산할 수 있는 설비로 바뀌고 있다.
LCD 생산공정은 세정, 막 증착, 포토 등과 같이 LCD 패널의 표면을 가공하는 여러 단계로 이루어져 있다. 따라서, LCD의 불량률을 줄이기 위해서는 각 단계 사이에서 LCD 패널을 수평상태로 이송시키는 롤러 샤프트의 역할이 매우 중요하다.
그러나, 종래 롤러 샤프트는 금속재질의 샤프트에 2 ~ 3개의 롤러가 결합된 단순한 형태여서, 제 7세대 이상의 대형 LCD 패널을 이송하기 위해 샤프트의 길이가 길어지고 결합되는 롤러의 수가 증가하게 되면 샤프트가 크게 휘어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 대형화된 제7세대 이상의 LCD 패널을 안정적으로 이송시킬 수 있는 복합재료를 이용한 하이브리드형 롤러 샤프트를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면 대형 LCD 패널을 이송시키는 롤러 샤프트로서, 금속재질로 이루어진 원통형의 샤프트, 상기 샤프트의 양 끝에 각각 결합되고 일 단에 상기 샤프트의 단부와 대응되는 단턱이 형성된 지지축, 상기 샤프트의 외주면에 일정간격으로 결합되어 상기 샤프트의 회전에 따라 상기 LCD 패널을 일 방향으로 이송시키는 롤러, 및 상기 샤프트가 자중에 의해 휘어지는 것을 방지할 수 있도록 상기 샤프트의 내측에 결합되는 복합재료로 이루어진 맨드릴을 포함하는 복합재료를 이용한 하이브리드형 롤러 샤프트가 제공된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명 복합재료를 이용한 하이브리드형 롤러 샤프트의 분리 사시도를 나타낸 것이고, 도 2는 도 1에 도시된 롤러 샤프트의 결합단면을 나타낸 것이고, 도 3은 도 2에 도시된 A부분의 단면을 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 롤러 샤프트는 샤프트(10), 지지축(20), 롤러(30), 및 맨드릴(40)로 구성되어 있으며, 결합되면 도 2에 도시된 형태가 된다.
샤프트(10)는 내부가 빈 원통형태로 금속재질로 이루어져 있다. 샤프트(10)의 원주면에는 일정간격으로 롤러(30)가 결합된다. 롤러(30)는 LCD 패널과 접촉하는 부재로서 샤프트(10)와 함께 회전하면서 LCD 패널을 일 방향으로 이송시킨다. 따라서, 롤러(30)의 표면은 마찰저항이 크면서 LCD 패널에 흠집을 내지 않는 고무재질로 제작되는 것이 좋다.
샤프트(10)의 양 단에는 지지축(20)이 결합된다. 지지축(20)은 샤프트(10)를 지지하는 받침대에 직접 결합되는 부재로서, 샤프트(10)와 마찬가지로 금속재질로 제작된다. 지지축(20)의 일단에는 샤프트(10)의 지름보다 작게 형성되어 베어링 및 동력전달수단이 결합되고, 타단에는 샤프트(10)가 결합된다. 이때, 샤프트(10)와 결합되는 지지축(20)은 샤프트의 외경과 실질적으로 동일한 외경을 갖는 제1 외경부(20)와 샤프트의 내경과 실질적으로 동일한 외경을 갖는 제2 외경부(21)을 구비한다. 제2 외경부(21)는 샤프트의 내경과 실질적으로 동일하기 때문에, 샤프트(10)와 지지축(20)은 쉽게 분리되지 않는다. 그러나, 두 부재간의 확실한 체결을 위해 샤프트(10)와 지지축(20)의 결합부위를 용접할 수 있다. 이때, 용접된 부분은 연삭하여 표면을 매끄럽게 하는 것이 좋다.
한편, 샤프트(10) 양측에 결합되는 2개의 지지축(20) 중 적어도 하나에는 베어링 외에 다른 동력전달수단이 결합될 수 있도록 축부(22)가 길게 형성되어 있다. 이 축부(22)에는 동력전달수단이 이탈되는 것을 방지하기 위한 볼트체결 홈(23)이 형성되어 있다.
샤프트(10)의 내측에는 맨드릴(40)이 결합된다. 맨드릴(40)은 길게 연장된 샤프트(10)가 자중 또는 외력에 의해 휘어지는 것을 방지하는 역할을 한다. 따라서, 맨드릴(40)은 샤프트(10)의 길이방향으로 강성을 갖는 재질이면 좋다. 본 실시예에서는 이와 같은 점을 감안하여 복합재료를 샤프트(10)의 길이방향으로 적층하여 맨드릴(40)을 제작하였다. 이처럼 샤프트(10)의 내측에 복합재료로 이루어진 맨드릴(40)을 결합시키면 샤프트(10)의 휨 현상을 효과적으로 줄일 수 있다.
복합재료로서는 피치(pitch)계 탄소섬유, 판(PAN; 폴리아크로니트릴)계 탄소섬유, 유리섬유 등이 사용될 수 있다. 일반적으로 판계 탄소섬유는 기계적 강도가 높다. 피치계 탄소섬유는 원료인 피치로부터 유황, 인 등의 불순물을 없앰으로 써 고강성을 갖는 것이 제조되고 있다. 한편, 이들 소재 중에서 판계 탄소섬유와 유리섬유는 연속 인발 성형 공법(pultrusion process)을 이용하여 연속적으로 동일한 단면 형상을 갖는 제품을 제조할 수 있기 때문에 제조 비용이 절감된다. 복합재료로 이루어진 제품을 제조하는 다른 방법으로서는 원통형 금형에 장섬유를 열경화성 수지에 함침시켜 일정한 속도로 감아 성형시키는 와인딩 공법이 있다. 이 공법은 원통형 제품의 성형에 매우 적합하며, 제품의 요구되는 특성에 따라 장섬유의 와인딩 각도를 다르게 할 수 있다는 이점이 있다.
맨드릴(40)은 위에서 설명한 바와 같이 샤프트(10)의 휨 현상을 방지하는 역할을 한다. 따라서, 맨드릴(40)의 길이를 샤프트(10)와 동일하게 하는 것이 좋다. 그러나, 이러한 경우에는 지지축(20)의 단턱(21)에 맨드릴(40)이 결합되는 형태가 되므로 맨드릴(40)을 지지축(20)의 단턱(21)에 맞게 가공해야 하는 번거로움이 있다. 따라서, 이와 같은 수고를 덜기 위해서는 맨드릴(40)의 길이를 지지축(20)의 단부와 겹쳐지지 않도록 샤프트(10)의 전체 길이보다 짧게 하는 것이 좋다. 한편, 맨드릴(40)은 다른 부재와 마찬가지로 원통형인 것이 좋은데, 이는 샤프트(10)에 가중되는 무게를 줄여 최대한 휨 변형이 발생하지 않도록 하기 위한 것이다.
맨드릴은 전술한 복합재료 중에서 1가지 종류의 소재로만 제조되거나, 2가지 이상의 소재로 제조될 수 있다. 예를 들어, 맨드릴은 판계 탄소섬유 또는 피치계 탄소섬유로 제조될 수 있다. 그러나, 맨드릴을 피치계 탄소섬유로 제조하는 경우에, 가격이 판계 판소섬유에 비하여 높다는 문제가 있다. 따라서, 상대적으로 가 격이 저렴한 유리 섬유를 소재로 하는 원통형 또는 파이프형 부재를 연속 인발 성형 공법을 이용하여 제조한 후에 그 외면에 피치계 탄소섬유로 이루어진 층을 와인딩 공법 등을 이용하여 적층하면 요구되는 강성을 갖는 맨드릴을 제조할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 B-B 단면을 도시한 것이다.
본 실시예에서는 도 4에 도시된 바와 같이 맨드릴(40) 내측에 환봉(50)을 더 결합시켰다. 환봉(50)은 샤프트(10)와 마찬가지로 금속재질로서, 샤프트(10)의 휨 현상을 보다 확실하게 차단하는 역할과 복합재료로 이루어진 맨드릴(40)이 파손되는 것을 방지하는 역할을 한다. 일반적으로 복합재료는 방향성을 가지므로 복합재료로 이루어진 맨드릴(40)이 경우에 따라 일 방향으로 쪼개질 수 있다. 또한, 대형 LCD 패널을 이송시키기 위해서는 샤프트(10)의 다수의 롤러(30)가 결합되므로 샤프트(10)의 강도를 보다 향상시킬 필요가 있다. 따라서, 본 실시예에서는 이러한 점을 감안하여 맨드릴(40) 내측에 금속재질의 환봉(50)을 결합시켜 맨드릴(40)의 파손을 억제시킨 것이다.
맨드릴의 구조적 강성을 높이기 위한 다른 방법으로서, 맨드릴의 중공부 내면으로부터 맨드릴의 중심축을 향하여 연장되는 복수개의 리브를 형성할 수도 있다. 맨드릴을 연속 인발 성형 공법을 이용하여 제조하는 경우, 이러한 형태의 리브도 동시에 연속으로 형성할 수 있다.
본 발명은 자중 및 외력에 대한 휨 변형이 매우 작으므로 다수의 롤러를 결합시켜 대형 LCD 패널을 안정적으로 이송시킬 수 있다.
이상에서 복합재료를 이용한 하이브리드형 롤러 샤프트에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (8)

  1. 대형 LCD 패널을 이송시키는 롤러 샤프트로서,
    금속 재질로 이루어지고 중공부를 구비하는 원통 형상의 샤프트,
    상기 샤프트가 자중에 의해 휘어지는 것을 방지할 수 있도록 상기 샤프트의 중공부에 배치되며 복합재료로 이루어진 중공 원통 형상의 맨드릴,
    상기 샤프트의 양 단부에 각각 연결되며, 상기 샤프트의 외경과 실질적으로 동일한 외경을 갖는 제1 외경부와 상기 샤프트의 중공부로 삽입되는 제2 외경부를 구비하는 지지축, 및
    상기 샤프트의 외주면에 배치되어 상기 샤프트의 회전에 따라 상기 LCD 패널을 이송 방향으로 이송시키는 1개 이상의 롤러
    를 포함하는 복합재료를 이용한 하이브리드형 롤러 샤프트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 맨드릴의 길이는 상기 샤프트의 길이보다 짧으며, 상기 맨드릴의 양 단부는 상기 지지축의 제2 외경부의 단부와 각각 접촉하는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 하이브리드형 롤러 샤프트.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 맨드릴은 판(PAN; 폴리아크로니트릴)계 탄소섬유를 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 하이브리드형 롤러 샤프트.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 맨드릴은 피치계 탄소섬유를 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 하이브리드형 롤러 샤프트.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 맨드릴은 유리섬유로 이루어진 내층과 탄소섬유로 이루어진 외층을 갖는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 하이브리드형 롤러 샤프트.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 맨드릴은 판계 탄소섬유로 이루어진 내층과 피치계 탄소섬유로 이루어진 외층을 갖는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 하이브리드형 롤러 샤프트.
  7. 청구항 1 내지 6 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 맨드릴의 파단을 방지하기 위하여 상기 맨드릴 내측에 배치되는 금속 재질의 환봉을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 하이브리드형 롤러 샤프트.
  8. 청구항 1 내지 6 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 맨드릴은 그 중공부의 내면으로부터 중심축을 향하여 연장되는 복수개의 구조보강용 리브를 구비하는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 하이브리드형 롤러 샤프트.
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