KR100246097B1 - 복합재료축을 채용한 공기정압 스핀들, 롤러 및 베어링롤러 - Google Patents

복합재료축을 채용한 공기정압 스핀들, 롤러 및 베어링롤러 Download PDF

Info

Publication number
KR100246097B1
KR100246097B1 KR1019960061957A KR19960061957A KR100246097B1 KR 100246097 B1 KR100246097 B1 KR 100246097B1 KR 1019960061957 A KR1019960061957 A KR 1019960061957A KR 19960061957 A KR19960061957 A KR 19960061957A KR 100246097 B1 KR100246097 B1 KR 100246097B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
composite
roller
air static
shaft
metal parts
Prior art date
Application number
KR1019960061957A
Other languages
English (en)
Other versions
KR19980043966A (ko
Inventor
이대길
김현석
김영구
최진경
전성식
조덕현
Original Assignee
윤덕용
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 윤덕용, 한국과학기술원 filed Critical 윤덕용
Priority to KR1019960061957A priority Critical patent/KR100246097B1/ko
Priority to US08/986,456 priority patent/US6126770A/en
Publication of KR19980043966A publication Critical patent/KR19980043966A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100246097B1 publication Critical patent/KR100246097B1/ko

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/02—Shafts; Axles
    • F16C3/026—Shafts made of fibre reinforced resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q5/00—Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
    • B23Q5/02—Driving main working members
    • B23Q5/04—Driving main working members rotary shafts, e.g. working-spindles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/68—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
    • B29C70/86—Incorporated in coherent impregnated reinforcing layers, e.g. by winding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/68—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
    • B29C70/86—Incorporated in coherent impregnated reinforcing layers, e.g. by winding
    • B29C70/865—Incorporated in coherent impregnated reinforcing layers, e.g. by winding completely encapsulated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H75/00—Storing webs, tapes, or filamentary material, e.g. on reels
    • B65H75/02—Cores, formers, supports, or holders for coiled, wound, or folded material, e.g. reels, spindles, bobbins, cop tubes, cans, mandrels or chucks
    • B65H75/04—Kinds or types
    • B65H75/08—Kinds or types of circular or polygonal cross-section
    • B65H75/10—Kinds or types of circular or polygonal cross-section without flanges, e.g. cop tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H75/00—Storing webs, tapes, or filamentary material, e.g. on reels
    • B65H75/50—Methods of making reels, bobbins, cop tubes, or the like by working an unspecified material, or several materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C63/00—Lining or sheathing, i.e. applying preformed layers or sheathings of plastics; Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/32—Wheels, pinions, pulleys, castors or rollers, Rims
    • B29L2031/324—Rollers or cylinders having an axial length of several times the diameter, e.g. embossing, pressing or printing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S464/00—Rotary shafts, gudgeons, housings, and flexible couplings for rotary shafts
    • Y10S464/902—Particular material
    • Y10S464/903—Nonmetal

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)

Abstract

본 발명은 복합재료로 제작한 회전축을 공기정압 스핀들 및 공기정압 롤러 기타 볼베어링 롤러의 회전축으로서 이용하여 제작한 스핀들과 롤러에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 종래의 공기정압 스핀들 및 공기정압 롤러, 볼베어링 롤러의 강철재 회전축을 복합재료로 대체하여 가볍고 회전관성이 작은 복합재료의 장점을 충분히 활용할 수 있다. 이를 위해 본 발명은, 복합재료로써 성형한 회전축의 전단부와 후단부에 각각 금속부품을 삽입하여 공기정압 스핀들, 공기정압 롤러 및 볼베어링 롤러를 완성하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 초정밀 연삭기나 고정도 공작기계 등에 사용되는 공기정압 스핀들이나 공기정압 롤러, 기타 볼베어링 롤러에 적용할 수 있다.

Description

복합재료축을 채용한 공기정압 스핀들·롤러 및 베어링롤러
본 발명은 복합재료축을 채용한 스핀들과 롤러에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 복합재료로 제작한 회전축을 공기정압 스핀들 및 공기정압 롤러 기타 볼베어링 롤러의 회전축으로서 이용하여 제작한 스핀들과 롤러에 관한 것이다.
종래에, 초정밀 연삭기나 고정도 공작기계 등에 사용되는 공기정압 스핀들이나 공기정압 롤러, 기타 볼베어링 롤러의 회전축은 강철소재로 제작되었다. 그러나 강철재료는, 그 강도는 크지만 무겁기 때문에 회전시의 관성이 커서 밸런스싱이 어려운 단점이 있었다. 그래서 강철재료 대신에 가벼운 알루미늄을 사용하게 되었으나, 알루미늄은 강철보다 강성이 약한 문제점이 있다.
상술한 단점을 갖는 알루미늄이나 강철을 대체하기 위하여 탄소섬유 에폭시 복합재료나 유리섬유 에폭시 복합재료 등과 같은, 일명 복합재료가 개발되었다. 복합재료는 비강성이 강철이나 알루미늄보다 크기 때문에 동일한 강성의 강철이나 알루미늄보다 가볍고, 회전관성이 작기 때문에 빠른 시발과 정지가 가능하여 타기계요소와의 접촉시 미끄러짐을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 복합재료는 또한, 일반적으로 비감쇠능 (damping factor)이 약 1％로서 강철의 0.001∼0.1％에 비해 훨씬 높은 값을 가지므로 진동억제 특성이 강철이나 알루미늄보다 우수하다. 이러한 복합재료 제작방법을 이용하여 드라이브 샤프트(구동축)를 제조하는 방법은 본 출원인의 특허 제135775호(명칭 : 복합재료 드라이브 샤프트의 제조방법 및 제조장치)에 개시되어 있다. 상기 특허명세서에는 일반기술로서의 복합재료축 제작방법과 이렇게 제작된 복합재료축으로써 드라이브 샤프트를 제조하는 방법이 상세하게 설명되어 있다,
그런데, 복합재료만으로 기계요소를 제작할 때에, 토크 전달능력과 고유진동수 조건을 모두 만족시키기 위해서는 많은 양의 복합재료를 사용해야만 한다. 따라서, 복합재료만을 사용하여 제작하는 것보다는 가볍고 토크전달능력이 우수한 금속재료(예 : 강철 또는 고강도 알루미늄)와 복합재료를 함께 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 금속재료와 복합재료를 함께 써서 기계요소를 제작하는 방법으로는 볼트·리벳 등을 이용한 기계적 접합방법, 접착제를 이용하여 접합하는 방법, 금속재료 위에서 복합재료를 경화할 때 생기는 잉여 수지를 이용하는 동시경화법 등이 있다. 이들 중 기계적 접합방법의 경우에는 복합재료에 손상이 생기며, 특히 스핀들이나 롤러 등의 축과 같이 밸런싱이 중요한 기계요소에는 사용하기가 어렵다. 따라서, 접착제 접합방법이나 동시경화법이 널리 쓰이고 있다.
상술한 복합재료를 이용하여 기계요소를 제조하는 몇가지 방법이 개시되어 있다. 대한민국 특허출원공개 제91-14621호에는 파이버로써 양단부를 보강한 플라스틱제 구동축이 개시되어 있고, 동 제92-20095호에는 섬유강화 플라스틱으로 만든 구동축과 파이프를 연결하는 방법이 개시되어 있고, 동 제95-26664호에는 보강층구조의 우레탄롤과 그 제조방법이 개시되어 있다.
또한, 금속과 관형(管形) 복합재료축의 접합부에서의 복합재료축의 비틀림강도에 대한 해석과 실험에 대한 논문도 발표되어 있다[참조 : jin-Ho Choi and Dae-Gil Lee, Journal of Adhesion, 44 : 197-212(1994); Won-Tae Kim and Dae-Gil Lee, Composite Structures, 30 : 229-240(1995); Su-Jeong Lee and Dae-Gil Lee, Journal of Adhesion, 50 : 165-180(1995)].
이상에서와 같이, 종래에는 공기정압 스핀들, 공기정압 롤러 및 볼베어링 롤러의 회전축을 강철소재로 제작하였지만, 강철재료는 무겁기 때문에 회전시의 관성이 커서 밸런싱이 어려운 단점이 있었고, 그래서 강철재료 대신에 가벼운 알루미늄을 사용하게 되었으나, 알루미늄은 강철보다 강성이 약한 문제점이 있었다.
이에, 본 발명자들은 종래 기술이 갖고 있는 문제점을 해결하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 종래의 공기정압 스핀들 및 공기정압 롤러, 볼베어링 롤러의 강철재 회전축을 복합재료로 대체하면, 가볍고 회전관성이 작은 복합재료의 장점을 충분히 활용할 수 있음에 착안하여, 복합재료만으로 제작한 회전축과 다른 재질의 튜브에 복합재료를 보강한 회전축을 공기정압 스핀들 및 공기정압 롤러 기타 볼베어링 롤러에 각각 채용하여, 본 발명을 완성하게 되었다.
결국, 본 발명의 목적은 복합재료로써 제작된 복합재료축을 채용한 공기정압 스핀들 및 공기정압 롤러 기타 볼베어링 롤러를 제공하는 것이다.
제1도는 본 발명에 따른 공기정압 스핀들의 두 형태의 종단면도이다.
제2도는 본 발명의 공기정압 스핀들의 회전축의 부품도이다.
제3도는 제2도에 나타낸 부품들의 조립도이다.
제4도는 본 발명의 공기정압 스핀들의 다른 형태의 회전축의 부품도이다.
제5도는 제4도에 나타낸 부품들의 조립도이다.
제6도는 본 발명에 따른 공기정압 롤러의 두 가지 형태의 종단면도이다.
제7도는 본 발명에 따른 볼베어링 롤러의 두 가지 형태의 종단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
101 : 보강형 복합재료축을 채용한 공기정압 스핀들
102 : 순수 복합재료축을 채용한 공기정압 스핀들
103, 204 : 복합재료
104, 205 : 튜브
105, 603 : 공기정압 베어링
201, 401, 707 : 회전축 전단금속부품
202, 402, 708 : 회전축 후단금속부품
203 : 보강형 복합재료축
301 : 보강형 복합재료축과 금속부품의 결합체
403 : 순수 복합재료축
501 : 순수 복합재료축과 금속부품의 결합체
506 : 접착제
601 : 보강형 복합재료축을 채용한 공기정압 롤러
602 : 순수 복합재료축을 채용한 공기정압 롤러
604, 704 : 코팅재
701 : 보강형 복합재료축을 채용한 볼베어링 롤러
702 : 순수 복합재료축을 채용한 볼베어링 롤러
703 : 볼베어링
본 발명에 따른 공기정압 롤러는 고속회전을 목적으로 하는 초정밀 공작기계의 스핀들이나 고분자 필름제조공정에서 사용되는 고강성 롤러로서, 접합력을 높히기 위하여 표면의 평균 거칠기를 1-2㎛정도로 유지한 금속튜브(강철, 알루미늄, 구리 등)에 전위차에 의한 부식(Galvanic corrosion)을 방지하기 위하여 유리섬유 복합재료를 한 겹 감은 후, 레진의 경화정도가 B등급으로 유지되어 약간 끈적이는 상태인 고강성 복합재료 프리프레그(prepreg)를, 금속튜브의 축에 대하여 약 5∼30°로 그 위에 적층하여, 동시경화법(복합재료의 경화와 경화시 발생하는 잉여 레진을 사용하여 금속튜브와의 접합을 동시에 이루는 방법)으로 복합재료 회전축을 제작하고, 이 복합재료 회전축과 다른 기계요소(구동모터와 연결된 기어등)와 결합하기 위하여 전단금속부품과 후단금속부품의 외경을 복합재료 회전축의 내경보다 수십 ㎛정도 크게 하여 열박음 혹은 억지끼워맞춤으로 결합되어 제작된다.
이때에, 금속튜브와 복합재료의 동시경화법에 의한 접합시 두 재료의 열팽창계수 차이에 의해 발생하는 축방향 잔류열응력을 제거하기 위하여 복합재료의 경화전에 금속튜브에 압축하중을 가하는 것이 바람직하다. 이러한 잔류열응력 제거방법은 출원인의 특허 제135775호에 개시되어 있다.
또한, 고분자 필름 제조시 사용되는 공기정압 롤러나 볼베어링 롤러의 표면에는, 필름이 미끄러져 잘 감기지 않는 현상을 방지하기 위하여 마찰계수가 큰 고무나 합성수지등이 코팅되는 것이 바람직하다.
상기 방법은 금속튜브에 복합재료를 적층하는 보강형 복합재료축을 제조하는 방법이지만, 다음과 같이 복합재료만으로써 순수 복합재료축을 제조할 수도 있다. 즉, 고속회전을 목적으로 하는 초정밀 공작기계의 스핀들이나 고분자 필름 제조공정에서 사용되는 고강성 롤러로서, 복합재료 경화시 발생하는 레진에 의한 접합을 막기 위해 테프론 코팅 혹은 테프론 필름으로 감은 금속 맨드럴(mandrel)위에, 레진의 경화정도가 B 등급으로 유지되어 약간 끈적이는 상태인 고강성 복합재료 프리프레그를 금속 맨드럴의 축에 대해 약 5∼30°로 적층하여, 오토클레이브(autoclave) 내에서 복합재료를 경화하고 금속 맨드럴을 뽑아내어 제작한 복합재료 회전축에, 복합재료 회전축과 다른 기계요소(구동모터와 연결된 기어 등)와 결합하기 위하여 전단금속부품과 후단금속부품의 외경을 내경보다 0.1∼1.0㎜ 정도 작게 가공하여 접착제를 통해 결합되어 제작된다.
이 때에도, 고분자 필름 제조시 사용되는 공기정압 롤러나 볼베어링 롤러의 표면에는, 필름이 미끄러져 잘 감기지 않는 현상을 방지하기 위하여 마찰계수가 큰 고무나 합성수지 등이 코팅되는 것이 바람직하다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 공기정압 스핀들 및 공기정압 롤러, 볼베어링 롤러에 대해 설명한다. 제1∼5도는 공기정압 스핀들에 대한 것이고, 제6도와 제7도는 각각 공기정압 롤러와 볼베어링 롤러에 대한 것이다.
제1도는 본 발명에 따른 2 종류의 공기정압 스핀들의 종단면도인데, 하나(101)는 고강도재질(알루미늄, 강철, 유리섬유 복합재료, 합성수지 등)의 튜브에 복합재료를 보강한 회전축(이하, "보강형 복합재료축"이라 함)을 채용한 것을 나타내고, 다른 하나(102)는 복합재료만으로 만든 회전축(이하. "순수 복합재료축"이라 함)을 채용한 것을 나타낸다. 제2도와 제3도는 각각 위 보강형 복합재료축의 부품도와 이 부품들의 조립도를 나타내고, 제4도와 제5도는 각각 위 순수 복합재료축의 부품도와 이 부품들의 조립도를 나타낸다.
제1∼5도를 보면, 본 발명에 따른 공기정압 스핀들 제작방법은, 복합재료로써 성형한 회전축(203 또는 403)의 전단부와 후단부에 각각 전단금속부품(201 또는 401)과 후단금속부품(202 또는 402)을 삽입하여 공기정압 스핀들(101 또는 102)을 완성하는 것을 특징으로 한다.
복합재료축은 앞에서 설명한 것과 같이, 보강형 복합재료축(203)과 순수 복합재료축(403)으로 성형된다. 보강형 복합재료축(203)은 알루미늄, 강철, 유리섬유 복합재료, 합성수지 등으로 만든 튜브에 복합재료를 여러겹 적층하는 동시 경화법으로 제작할 수 있다. 그런데, 금속튜브에 복합재료를 적층할 때에는 복합재료와 금속튜브간의 열팽창계수 차이로 인하여 양자의 계면에 높은 잔류열응력이 발생한다. 이 잔류열응력을 최소화하기 위하여, 복합재료를 감는 금속튜브의 축방향으로, 계산된 양만큼의 압축하증을 주어 금속튜브에 예압을 가하는 것이 바람직하다. 이러한 복합재료축을 제조하는 장치는 상술한 특허 제135775호에 개시되어 있다.
복합재료를 튜브에 적층할 때에는 튜브의 직각 횡단방향에 대해 5∼30° 어긋나게 적층하는 것이 바람직하다. 이로써 복합재료와 금속부품의 접합시에 접착제에 작용하는 응력의 크기를 감소시킬 수 있다.
또한, 튜브의 표면에 유리섬유 에폭시 복합재료를 한두 겹 감은 후 탄소섬유 에폭시 복합재료를 적층하면, 완성된 공기정압 스핀들을 사용할 때 튜브와 탄소섬유 에폭시 복합재료간의 전위차에 의한 계면의 부식을 방지할 수 있다.
다음에, 위와 같이 성형된 복합재료축(203 또는 403)의 전단부와 후단부에는 제2도와 제4도에 나타낸 금속부품(201,401 또는 202,402)이 삽입된다. 순수복합재료축(403)일 경우에 금속부품(401,402)은 접착제에 의해 접합된다. 제5도 아래쪽의 상세도를 보면 복합재료축의 내면과 금속부품과의 사이에 접착제(506)가 도포되어 있음을 알 수 있다. 여기서 접착제(506)의 두께는 0.1∼1.0㎜인 것이 바람직하고, 또한 접착력을 증대시키기 위하여 접합면을 30∼200mesh의 사포로 처리한 후 접합하는 것이 바람직하다. 반면에, 금속튜브를 사용한 보강형 복합재료축의 경우에는 금속부품(20 1,202)과 복합재료축(203)의 튜브가 모두 금속이므로, 접착제 이외에도 열받음이나 억지끼워마춤으로 양자를 접합할 수 있다.
마지막으로, 이와 같이 조립된 복합재료축(301 또는 501)을 회전축으로 이용, 공기정압 스핀들(101,102)을 완성하여 본 발명에 따른 제작방법이 완료되는데, 이는 통상의 공기정압 스핀들 제작방법과 동일하다.
다음에, 제6도를 참조하여 본 발명에 따른 공기정압 롤러에 대해 설명한다. 본 방법은 기본적으로 앞에서 설명한 공기정압 스핀들 제조방법과 동일하기 때문에, 그 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 공기정압 롤러 제작방법은, 복합재료로써 성형한 회전축(605 또는 606)의 전단부와 후단부에 각각 전단금속부품(607 또는 607')과 후단금속부품(60 8 또는 608')을 삽입하여 공기정압 롤러(601 또는 602)를 완성하는 것을 특징으로 한다.
여기서도 복합재료축으로는 보강형 복합재료축(605)이거나 순수 복합재료축( 606)일 수 있다. 그 방법은 앞서 설명한 것과 동일하다. 다른 점은, 복합재료축(605 또는 606)에 삽입되는 금속부품(607,608 또는 607',608')의 형상이 다르다는 것인데, 이는 공기정압 스핀들과 공기정압 롤러의 기본 구조상의 차이에 기인한다. 이 공기정압 롤러(601 또는 602)의 표면에는, 필요에 따라 미끄러짐을 방지하도록 마찰계수가 큰 고무나 합성수지 등이 코팅(604)된다. 필름을 감는등과 같이 미끄러짐을 고려할 필요가 없는 때에는 물론 코팅이 필요없을 것이다.
끝으로, 제7도를 참조하여 본 발명에 따른 볼베어링 롤러에 대해 설명한다. 본 방법도 기본적으로 앞에서 설명한 공기정압 스핀들 제작방법이나 공기정압 롤러 제작방법과 동일하다.
본 발명에 따른 볼베어링 롤러 제작방법은, 복합재료를 써서 성형한 회전축(7 05 또는 706)의 전단부와 후단부에 각각 전단금속부품(707 또는 707')과 후단금속부품(708 또는 708')을 삽입하여 볼베어링 롤러(701 또는 702)를 완성하는 것을 특징으로 한다.
여기서도 복합재료축으로는 보강형 복합재료축(705)이거나 순수 복합재료축( 706)일 수 있다. 그 방법은 앞서 설명한 것과 동일하다. 복합재료축(705 또는 706)에 금속부품(707, 708 또는 707', 708')을 삽입하는 단계도, 이들 금속부품이 볼베어링이라는 것 말고는 공기정압 롤러에 대해서 설명한 것과 같다. 이 볼베어링 롤러(701 또는 702)의 표면에도 공기정압 롤러의 경우와 같이, 필요에 따라 미끄러짐을 방지하도록 마찰계수가 큰 고무나 합성수지 등이 코팅(704)될 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 공기정압 스핀들, 공기정압 롤러, 기타 볼베어링 롤러는 복합재료가 갖는 장점인 고강성, 우수한 토크전달능력과 고유진동수 조건에 따라, 가볍고 회전시의 관성이 적어 밸런싱이 용이한 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 접합력을 높히기 위하여 표면의 평균 거칠기를 1-2㎛정도로 유지한 금속튜브(강철, 알루미늄, 구리 등)에 전위차에 의한 부식(Galvanic corrosion)을 방지하기 위하여 유리섬유 복합재료를 한 겹 감는 단계와, 레진의 경화정도가 B등급으로 유지되어 약간 끈적이는 상태인 고강성 복합재료 프리프레그(prepreg)를, 금속튜브의 축에 대하여 약 5∼30°로 그 위에 적층하는 단계와, 동시경화법(복합재료의 경화와 경화시 발생하는 잉여 레진을 사용하여 금속튜브와의 접합을 동시에 이루는 방법)으로 복합재료 회전축(203,605,705)을 제작하는 단계와, 제작된 복합재료 회전축과 다른 기계요소(구동모터와 연결된 기어 등)를 결합하기 위하여 전단금속부품(201,607,707)과 후단금속부품(202,608,708)의 외경을 복합재료 회전축의 내경보다 수십 ㎛정도 크게 하여 열받음 혹은 억지끼워맞춤하는 단계에 의해 제조된 복합재료축(203,605,705)과, 상기 복합재료축(203,605,705)의 일단에 억지끼워맞춤 또는 열받음으로 결합된 전담금속부품(201,607,707)과 상기 복합재료축(203,605,705)의 타단에 억지끼워맞춤 또는 열박음으로 결합된 후단금속부품(202,608,708)으로 이루어지는, 복합재료축을 채용한 공기정압 스핀들·롤러 및 베어링롤러.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속튜브와 복합재료의 동시경화법에 의한 접합시 두 재료의 열팽창계수 차이에 의해 발생하는 축방향 잔류열응력을 제거하기 위하여 복합재료의 경화전에 금속튜브에 압축하중을 가하는 단계가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 복합재료축을 채용한 공기정압 스핀들·롤러 및 베어링롤러.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전단금속부품(201,607,707)과 후단금속부품(202,608,708)은 각각 공기정압 스핀들(201,202), 공기정압 롤러(607,608), 볼베어링 롤러(707,708)인 것을 특징으로 하는 복합재료축을 채용한 공기정압 스핀들·롤러 및 베어링롤러.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복합재료축 및 전·후단금속부품의 표면에 마찰계수가 큰 고무나 합성수지가 코팅(604, 704)되는 것을 특징으로 하는 복합재료축을 채용한 공기정압 스핀들·롤러 및 베어링롤러.
  5. 복합재료 경화시 발생하는 레진에 의한 접합을 막기 위해 테프론 코팅 혹은 테프론 필름으로 감은 금속 맨드럴(mandrel) 위에, 레진의 경화정도가 B 등급으로 유지되어 약간 끈적이는 상태인 고강성 복합재료 프리프레그를 금속 맨드럴의 축에 대해 약 5∼30°로 적층하는 단계와, 오토클레이브(autoclave) 내에서 복합재료를 경화하고 금속 맨드럴을 뽑아내어 복합재료 회전축(403,606,706)을 제작하는 단계와, 상기 복합재료 회전축(403,606,706)과 다른 기계요소(구동모터와 연결된 기어 등)와 결합하기 위하여 전단금속부품(401,607',707')과 후단금속부품(402,608',708',)의 외경을 복합재료 회전축의 내경보다 0.1∼1.0㎜정도 작게 가공하여 접착제를 통해 결합하는 단계에 의해 제조된 복합재료축(403,606,706)과, 상기 복합재료축(403,606,706)의 일단에 접착제에 의해 결합된 전단금속부품(401,607',707')과, 상기 복합재료축(403,606, 706)의 타단에 접착제에 의해 결합된 후단금속부품(402,608',708')으로 이루어지는, 복합재료축을 채용한 공기정압 스핀들·롤러 및 베어링롤러.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전단금속부품(401,607',707')과 후단금속부품(402, 608',708')은 각각 공기정압 스핀들(401,402), 공기정압 롤러(607',608'), 볼베어링 롤러(707',708')인 것을 특징으로 하는 복합재료축을 채용한 공기정압 스핀들·롤러 및 베어링롤러.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 복합재료축 및 전·후단금속부품의 표면에 마찰계수가 큰 고무나 합성수지가 코팅(604, 704)되는 것을 특징으로 하는 복합재료축을 채용한 공기정압 스핀들·롤러 및 베어링롤러.
  8. 제3항에 있어서, 상기 복합재료축 및 전·후단금속부품의 표면에 마찰계수가 큰 고무나 합성수지가 코팅(604, 704)되는 것을 특징으로 하는 복합재료축을 채용한 공기정압 스핀들·롤러 및 베어링롤러.
KR1019960061957A 1996-12-05 1996-12-05 복합재료축을 채용한 공기정압 스핀들, 롤러 및 베어링롤러 KR100246097B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019960061957A KR100246097B1 (ko) 1996-12-05 1996-12-05 복합재료축을 채용한 공기정압 스핀들, 롤러 및 베어링롤러
US08/986,456 US6126770A (en) 1996-12-05 1997-12-05 Method for fabricating a spindle or roller employing a composite material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019960061957A KR100246097B1 (ko) 1996-12-05 1996-12-05 복합재료축을 채용한 공기정압 스핀들, 롤러 및 베어링롤러

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19980043966A KR19980043966A (ko) 1998-09-05
KR100246097B1 true KR100246097B1 (ko) 2000-04-01

Family

ID=19485916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019960061957A KR100246097B1 (ko) 1996-12-05 1996-12-05 복합재료축을 채용한 공기정압 스핀들, 롤러 및 베어링롤러

Country Status (2)

Country Link
US (1) US6126770A (ko)
KR (1) KR100246097B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6336986B1 (en) * 1997-07-14 2002-01-08 Korea Advanced Institute Science Technology Method for producing hybrid driveshaft
US6863763B2 (en) * 2002-10-23 2005-03-08 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Hybrid propeller shaft made of metal and composite material and method of manufacturing the same
KR100612615B1 (ko) * 2003-05-16 2006-08-17 한국과학기술원 하이브리드 복합재료 저널베어링 구조 및 그러한 구조를갖는 저널베어링의 제조방법
US20140345897A1 (en) * 2013-05-21 2014-11-27 Gros-Ite Precision Spindle Composite materials spindle

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4171626A (en) * 1978-03-27 1979-10-23 Celanese Corporation Carbon fiber reinforced composite drive shaft
JPS55149437A (en) * 1979-05-10 1980-11-20 Ciba Geigy Ag Transmission shaft
US4248062A (en) * 1979-10-05 1981-02-03 Shakespeare Company Drive shaft assembly and method for making same
US4952195A (en) * 1985-11-04 1990-08-28 Eagle-Picher Industries, Inc. Graphite drive shaft assembly
US5261991A (en) * 1986-04-30 1993-11-16 Dana Corporation Composite tubular elements and methods of fabrication
US5127975A (en) * 1986-04-30 1992-07-07 Dana Corporation Method of fabrication of composite reinforced drive shaft having end fittings secured thereto
US4853060A (en) * 1987-07-17 1989-08-01 A. O. Smith Corporation Method of forming a composite tubular structure
DE3943535C2 (de) * 1989-06-24 1994-11-24 Gkn Automotive Ag Verbindungsanordnung

Also Published As

Publication number Publication date
US6126770A (en) 2000-10-03
KR19980043966A (ko) 1998-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4015074B2 (ja) 複合材料が内面に積層された伝動軸の製造方法
CA1068501A (en) Joint structure and method of joining
Kim et al. Design and manufacture of an automotive hybrid aluminum/composite drive shaft
CA1148484A (en) Reinforced tubular structure and method of fabrication thereof
US7731593B2 (en) Composite transmission shaft joint
US4348247A (en) Method of fabricating a reinforced tubular structure
JP3495553B2 (ja) 強化プラスチック管とそれに回転しないように縦に連結される継ぎ手連結体のついた駆動シャフト
JPS6352251B2 (ko)
GB2133499A (en) Shafts incorporating fibre-reinforced plastics
US7427237B2 (en) Load sharing composite shaft
CN107031068A (zh) 一种承载大扭矩的方程式赛车碳纤维半轴及其制备方法
KR100246097B1 (ko) 복합재료축을 채용한 공기정압 스핀들, 롤러 및 베어링롤러
JPS5950216A (ja) 繊維強化合成樹脂製駆動軸とその製造方法
KR100828806B1 (ko) 자동차용 하이브리드 드라이브샤프트의 제조방법
CN111438962B (zh) 泡沫夹芯碳纤维飞轮及其制造方法
Shinde et al. Investigation on glass-epoxy composite drive shaft for light motor vehicle
JPH05106629A (ja) 繊維強化プラスチツク製荷重伝達軸
JP2011017414A (ja) 動力伝達軸用シャフト
CN111059117B (zh) 一种复合材料筒形件与金属法兰连接结构件及其制备方法
GB2406154A (en) Composite shaft with metal sleeve
JP6312491B2 (ja) ウェブ製造用ロール
CA2035292A1 (en) Drive shaft made of fiber reinforced plastics
JP3191234B2 (ja) Ｆｒｐ製シャフトと継手との接合構造および接合方法
US10393224B2 (en) Cylindrical rotational body
JPH0742974B2 (ja) 繊維強化プラスチック製伝動軸の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20060831

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee