KR101982515B1

KR101982515B1 - 샤프트 제작장치 및 이를 이용한 샤프트 제작방법

Info

Publication number: KR101982515B1
Application number: KR1020180011750A
Authority: KR
Inventors: 조호선; 이필웅; 이윤호
Original assignee: 서한산업(주); 한국프랜지공업 주식회사
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2019-08-28

Abstract

본 발명은 서로 마주보도록 구비된 제1지지부 제2지지부; 양단이 상기 제1지지부 및 상기 제2지지부에 각각 착탈 가능하게 결합하며, 관통홀에 삽입되어 파이프를 지지 가능한 제1맨드릴; 상기 제1맨드릴보다 작은 직경을 가지도록 구비되어 상기 제1지지부에 착탈 가능하게 결합하며, 상기 관통홀에 삽입되어 상기 파이프의 일단을 지지 가능한 제2맨드릴; 상기 제1맨드릴보다 작은 직경을 가지도록 구비되어 상기 제2지지부에 착탈 가능하게 결합하며, 상기 관통홀에 삽입되어 상기 파이프의 타단을 지지 가능한 제3맨드릴; 상기 파이프가 상기 제1맨드릴에 의해 지지된 상태에 있을 때, 상기 파이프의 원주면을 상기 제1맨드릴이 위치된 방향을 향해 가압하는 미드 롤러; 상기 파이프가 상기 제2맨드릴과 상기 제3맨드릴에 의해 지지된 상태에 있을 때, 상기 파이프 일단의 원주면을 상기 제2맨드릴이 위치된 방향을 향해 가압하는 제1스터브 롤러; 및 상기 파이프가 상기 제2맨드릴과 상기 제3맨드릴에 의해 지지된 상태에 있을 때, 상기 파이프 타단의 원주면을 상기 제3맨드릴이 위치된 방향을 향해 가압하는 제2스터브 롤러;를 포함하는 샤프트 제작장치에 관한 것이다.

Description

샤프트 제작장치 및 이를 이용한 샤프트 제작방법 {Manufacturing Apparatus and Manufacturing Method for Monoblock Tubular Shaft}

본 발명은 적어도 두 개의 서로 다른 직경을 가진 일체형 튜브 샤프트(Monoblock Tubular Shaft)를 제작하는 샤프트 제작장치 및 이를 이용한 샤프트 제작방법에 관한 것이다.

등속조인트(Constant Velocity Joint)용 중공형 드라이브 샤프트와 같이 중앙부의 직경과 양단부의 직경이 다른 샤프트는 직경이 서로 다른 두 개의 샤프트를 마찰용접, 스웨이징 공법, 인발 공법 등을 통해 서로 접합함으로써 제작되었다.

마찰용접은 직경이 서로 다른 두 샤프트를 마찰 접합이나 열처리 등의 방법으로 서로 결합시키는 방식이기 때문에, 원가가 상승하는 단점, 및 접합면의 잔류응력 때문에 접합부위가 파단되는 문제가 발생할 수 있다.

한편, 스웨이징 공법은 마찰용접 없이 일정한 형상을 가지는 일체형 튜브 샤프트를 생산할 수 있지만, 장비에 투입되는 비용이 높아 제품의 원가가 상승할 수 있다.

또한, 인발 공법을 이용한 일체형 튜브 샤프트 제작은 샤프트의 양단을 한꺼번에 인발시킬 수 없어 제작 시간이 증가하는 단점, 및 양 단을 따로 인발하다 보니 중앙부 강도가 균일하지 못한 단점이 있었다.

본 발명은 적어도 두 개 이상의 서로 다른 직경을 가진 일체형 파이프(Monoblock tubular shaft)를 제작하는 샤프트 제작장치 및 샤프트 제작방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 본 발명은 롤 포밍 공법(Roll Forming)을 통해 일체형 파이프를 제작하는 샤프트 제작장치 및 샤프트 제작방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 본 발명은 롤 포밍 공법(Roll Forming)을 통해 파이프의 강도 향상, 파이프의 균일한 강도유지, 파이프의 제작 시간의 단축, 파이프의 원가 절감이 가능한 샤프트 제작장치 및 샤프트 제작방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

중앙에 위치된 제1직경의 관통홀과 제1두께를 가지는 파이프를 적어도 두 개 이상의 서로 다른 직경을 가진 일체형 튜브 샤프트(Monoblock Tubular Shaft)로 성형하는 샤프트 제작방법에 있어서, 본 발명은 상기 관통홀에 제1맨드릴을 삽입하는 제1맨드릴 삽입단계; 상기 제1맨드릴의 양단을 서로 마주보도록 구비된 제1지지부와 제2지지부에 결합하여, 상기 파이프를 상기 제1지지부와 상기 제2지지부에 고정하는 제1맨드릴 결합단계; 미드 롤러로 상기 파이프의 원주면을 상기 제1맨드릴이 위치된 방향을 향해 가압하여 상기 파이프에 상기 제1두께보다 작은 제2두께를 가진 압축부를 형성하는 제1가압단계; 상기 제1맨드릴을 상기 제1지지부와 상기 제2지지부에서 분리시키는 분리단계; 상기 파이프의 일단에 상기 제1맨드릴보다 작은 직경을 가지는 제2맨드릴을 삽입한 뒤, 상기 제2맨드릴을 상기 제1지지부에 고정하는 제2맨드릴 결합단계; 상기 파이프의 타단에 상기 제1맨드릴보다 작은 직경을 가진 제3맨드릴을 삽입한 뒤, 상기 제3맨드릴을 상기 제2지지부에 고정하는 제3맨드릴 결합단계; 상기 미드 롤러의 일측에 위치된 제1스터브 롤러로 상기 파이프 일측의 원주면을 상기 제2맨드릴이 위치된 방향으로 가압하여 상기 파이프에 상기 제1직경보다 작은 직경을 가지는 제1축경부를 형성하는 제2가압단계; 및 상기 미드 롤러의 타측에 위치된 제2스터브 롤러로 상기 파이프 타측의 원주면을 상기 제3맨드릴이 위치된 방향으로 가압하여 상기 파이프에 상기 제1직경보다 작은 직경을 가지는 제2축경부를 형성하는 제3가압단계;를 포함하는 샤프트 제작방법을 제공한다.

상기 제2가압단계와 상기 제3가압단계는 동시에 진행될 수도 있고, 순차적으로 진행될 수도 있다.

상기 제1가압단계는 상기 관통홀의 직경은 상기 제1맨드릴의 직경과 동일하게 하고, 상기 파이프의 두께는 제1두께의 절반으로 감소시키도록 구비되고, 상기 제2가압단계는 상기 관통홀의 직경은 상기 제2맨드릴의 직경과 동일하게 하고, 상기 파이프의 두께는 상기 제1두께로 유지시키도록 구비되며, 상기 제3가압단계는 상기 관통홀의 직경은 상기 제3맨드릴의 직경과 동일하게 하고, 상기 파이프의 두께는 상기 제1두께로 유지시키도록 구비될 수 있다.

상기 제2가압단계에 의해 형성되는 상기 제1축경부의 직경과 상기 제3가압단계에 의해 형성되는 상기 제2축경부의 직경은 서로 동일하게 설정될 수 있다.

상기 제2가압단계를 통해 형성된 제1축경부와 상기 제1가압단계를 통해 형성된 압축부를 연결하는 제1연결부의 두께는 상기 제2두께보다 두껍고, 상기 제1두께보다 얇게 설정되고, 상기 제3가압단계를 통해 형성된 제2축경부와 상기 제1가압단계를 통해 형성된 압축부를 연결하는 제2연결부의 두께는 상기 제2두께보다 두껍고, 상기 제1두께보다 얇게 설정될 수 있다.

본 발명은 상기 제3가압단계의 완료 후 개시되며, 상기 제2맨드릴 및 상기 제3맨드릴을 상기 제1지지부와 상기 제2지지부에서 분리시키는 제2분리단계; 상기 제1축경부의 자유단을 절단하는 제1절단단계; 및 상기 제2축경부의 자유단을 절단하는 제2절단단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 제1직경을 가진 관통홀이 구비된 파이프를 적어도 두 개 이상의 서로 다른 직경을 가진 일체형 튜브 샤프트(Monoblock Tubular Shaft)로 성형하는 샤프트 제작장치를 제공한다. 즉, 본 발명은 서로 마주보도록 구비된 제1지지부 제2지지부; 양단이 상기 제1지지부 및 상기 제2지지부에 각각 착탈 가능하게 결합하며, 상기 관통홀에 삽입되어 상기 파이프를 지지 가능한 제1맨드릴; 상기 제1맨드릴보다 작은 직경을 가지도록 구비되어 상기 제1지지부에 착탈 가능하게 결합하며, 상기 관통홀에 삽입되어 상기 파이프의 일단을 지지 가능한 제2맨드릴; 상기 제1맨드릴보다 작은 직경을 가지도록 구비되어 상기 제2지지부에 착탈 가능하게 결합하며, 상기 관통홀에 삽입되어 상기 파이프의 타단을 지지 가능한 제3맨드릴; 상기 파이프가 상기 제1맨드릴에 의해 지지된 상태에 있을 때, 상기 파이프의 원주면을 상기 제1맨드릴이 위치된 방향을 향해 가압하는 미드 롤러; 상기 파이프가 상기 제2맨드릴과 상기 제3맨드릴에 의해 지지된 상태에 있을 때, 상기 파이프 일단의 원주면을 상기 제2맨드릴이 위치된 방향을 향해 가압하는 제1스터브 롤러; 및 상기 파이프가 상기 제2맨드릴과 상기 제3맨드릴에 의해 지지된 상태에 있을 때, 상기 파이프 타단의 원주면을 상기 제3맨드릴이 위치된 방향을 향해 가압하는 제2스터브 롤러;를 포함하는 샤프트 제작장치를 제공한다.

상기 미드 롤러는 상기 파이프를 사이에 두고 서로 마주보는 제1미드 롤러 및 제2미드 롤러를 포함하고, 상기 제1스터브 롤러는 상기 파이프의 일단을 사이에 두고 서로 마주보는 제1스터브 제1롤러 및 제1스터브 제2롤러를 포함하며, 상기 제2스터브 롤러는 상기 파이프의 타단을 사이에 두고 서로 마주보는 제2스터브 제1롤러 및 제2스터브 제2롤러를 포함할 수 있다.

본 발명은 상기 제1미드 롤러의 마주보는 양단에 각각 구비되고, 상기 제1미드 롤러의 자유단을 향할수록 상기 파이프에서 멀어지는 방향을 향해 상향 경사지게 구비된 제1경사부 및 제2경사부; 상기 제2미드 롤러의 마주보는 양단에 각각 구비되고, 상기 제2미드 롤러의 자유단을 향할수록 상기 파이프에서 멀어지는 방향을 향해 상향 경사지게 구비된 제3경사부 및 제4경사부; 상기 제1경사부를 향하는 상기 제1스터브 제1롤러의 자유단에 구비되고, 상기 제1경사부를 향할수록 상기 파이프에서 멀어지는 방향을 향해 상향 경사진 제1스터브 제1롤러 경사부; 상기 제3경사부를 향하는 상기 제1스터브 제2롤러의 자유단에 구비되고, 상기 제3경사부를 향할수록 상기 파이프에서 멀어지는 방향을 향해 상향 경사진 제1스터브 제2롤러 경사부; 상기 제2경사부를 향하는 상기 제2스터브 제1롤러의 자유단에 구비되고, 상기 제2경사부를 향할수록 상기 파이프에서 멀어지는 방향을 향해 상향 경사진 제2스터브 제1롤러 경사부; 상기 제4경사부를 향하는 상기 제2스터브 제2롤러의 자유단에 구비되고, 상기 제4경사부를 향할수록 상기 파이프에서 멀어지는 방향을 향해 상향 경사진 제2스터브 제2롤러 경사부;를 더 포함할 수 있다.

상기 제1경사부 및 상기 제2경사부는 상기 제1미드 롤러의 자유단을 향할수록 경사면의 기울기가 증가하도록 구비되고, 상기 제3경사부 및 상기 제4경사부는 상기 제2미드 롤러의 자유단을 향할수록 경사면의 기울기가 증가하도록 구비되며, 상기 제1스터브 제1롤러 경사부는 상기 제1경사부를 향할수록 경사면의 기울기가 점진적으로 증가된 뒤 감소하는 변곡점을 포함하도록 구비되며, 상기 제1스터브 제2롤러 경사부는 상기 제3경사부를 향할수록 경사면의 기울기가 점진적으로 증가된 뒤 감소하는 변곡점을 포함하도록 구비되며, 상기 제2스터브 제1롤러 경사부는 상기 제2경사부를 향할수록 경사면의 기울기가 점진적으로 증가한 뒤 감소하는 변곡점을 포함하도록 구비되며, 상기 제2스터브 제2롤러 경사부는 상기 제4경사부를 향할수록 경사면의 기울기가 점진적으로 증가한 뒤 감소하는 변곡점을 포함하도록 구비될 수 있다.

본 발명은 적어도 두 개 이상의 서로 다른 직경을 가진 일체형 파이프를 제작하는 샤프트 제작장치 및 샤프트 제작방법을 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 롤 포밍 공법을 통해 일체형 파이프를 제작하는 샤프트 제작장치 및 샤프트 제작방법을 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 롤 포밍 공법을 통해 파이프의 강도 향상, 파이프의 균일한 강도유지, 파이프의 제작 시간의 단축, 파이프의 원가 절감이 가능한 샤프트 제작장치 및 샤프트 제작방법을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명 샤프트 제작장치의 일례를 도시한 것이다.
도 2 내지 도 5는 도 1의 샤프트 제작장치를 이용하여 샤프트를 제작하는 과정의 일례를 도시한 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고, 만약 본 명세서에 사용된 용어가 당해 용어의 일반적 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다.

한편, 이하에 기술될 장치의 구성이나 제어방법은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 한정하기 위함은 아니며, 명세서 전반에 걸쳐서 동일하게 사용된 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명 샤프트 제작장치(100) 및 제작방법은 하나의 직경을 가지는 튜브 형상의 파이프(A1)를 적어도 두 개의 서로 다른 직경을 가진 일체형 튜브 샤프트(Monoblock Tubular shaft, A)로 제작하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명 샤프트 제작장치(100)는 서로 마주보도록 구비된 제1지지부(11) 및 제2지지부(13), 상기 파이프(A1)에 삽입 가능한 형상으로 구비되어 양단이 상기 제1지지부(11) 및 제2지지부(13)에 결합하는 제1맨드릴(first mandrel, 7)를 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 파이프(A1)는 바(bar) 형상으로 구비되고, 상기 파이프(A1)에는 제1직경(L)을 가진 관통홀(A3)이 구비되는데, 상기 파이프(A1)의 두께(파이프의 원주면에서 관통홀의 내주면까지 거리)는 제1두께(t1)로 설정될 수 있다.

상기 제1맨드릴(7)이 상기 관통홀(A3)에 삽입되어 상기 파이프(A1)에 결합되도록, 상기 제1맨드릴(7)은 상기 관통홀의 제1직경(L)과 동일하거나 제1직경(L)보다 작은 길이의 직경을 가진 바(bar)로 구비될 수 있다.

상기 제1맨드릴(7)의 일단은 상기 제1지지부(11)에 착탈 가능하게 결합하고, 상기 제1맨드릴의 타단은 상기 제2지지부(13)에 착탈 가능하게 결합한다. 이를 위해, 상기 제1지지부(11)는 상기 제1맨드릴(7)의 일단을 향해 왕복 가능하게 구비되고, 상기 제2지지부(13)는 상기 제1맨드릴(7)의 타단을 향해 왕복 가능하게 구비될 수 있다.

즉, 상기 제1지지부(11)는 상기 파이프(A1)의 좌측단을 향해 이동할 수도 있고, 상기 파이프(A1)의 좌측단에서 멀어지는 방향을 향해 이동할 수도 있도록 구비된다. 마찬가지로, 상기 제2지지부(13)는 상기 파이프(A1)의 우측단을 향해 이동할 수도 있고, 상기 파이프(A1)의 우측단에서 멀어지는 방향을 향해 이동할 수도 있도록 구비된다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명 샤프트 제작장치(100)는 상기 제1맨드릴(7)이 제1지지부(11)와 제2지지부(13)에서 분리된 때 상기 제1지지부(11) 및 제2지지부(11)에 각각 착탈 가능하게 결합하는 제2맨드릴(8) 및 제3맨드릴(9)이 더 구비된다. 즉, 본 발명은 상기 제1지지부(11)에 착탈 가능하게 결합하는 제2맨드릴(8) 및 상기 제2지지부(13)에 착탈 가능하게 결합하는 제3맨드릴(9)을 더 포함한다.

상기 제2맨드릴(8)과 상기 제3맨드릴(9)은 제1맨드릴(7)보다 작은 직경을 가진 바(bar)로 구비될 수 있는데, 상기 제2맨드릴(8)의 직경과 제3맨드릴(9)의 직경은 서로 동일하게 설정될 수도 있고, 서로 다르게 설정될 수도 있다. 도 3은 상기 제2맨드릴(8)의 직경과 제3맨드릴(9)의 직경은 서로 동일하게 설정된 경우를 일례로 도시한 것이다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명 샤프트 제작장치(100)에는 상기 제1맨드릴(7)에 지지된 상태에 있는 상기 파이프(A)의 중앙부 원주면을 상기 제1맨드릴(7)의 원주면 방향으로 가압하는 미드 롤러(2, mid roller), 상기 미드 롤러(2)의 양측면에 각각 구비되는 제1스터브 롤러(4, first stub roller) 및 제2스터브 롤러(5, second stub roller)를 포함한다.

상기 제1스터브 롤러(4)는 상기 파이프(A1)가 상기 제2맨드릴(8)과 제3맨드릴(9)에 의해 지지된 상태에 있을 때, 상기 파이프(A1) 일단의 원주면(좌측단의 원주면)을 상기 제2맨드릴(8)이 위치된 방향을 향해 가압하도록 구비된다. 상기 제2스터브 롤러(5)는 상기 파이프(A1)가 상기 제2맨드릴(8)과 제3맨드릴(9)에 의해 지지된 상태에 있을 때, 상기 파이프(A1) 타단의 원주면(우측단의 원주면)을 상기 제3맨드릴(9)이 위치된 방향을 향해 가압하도록 구비된다.

한편, 상기 파이프(A1)의 성형이 용이하도록, 상기 미드 롤러(2)는 상기 파이프(A1)를 사이에 두고 서로 마주보는 제1미드 롤러(21) 및 제2미드 롤러(22)로 구비되고, 상기 제1스터브 롤러(4)는 상기 파이프(A1)의 일단을 사이에 두고 서로 마주보는 제1스터브 제1롤러(41) 및 제1스터브 제2롤러(43)를 포함하도록 구비되며, 상기 제2스터브 롤러(5)는 상기 파이프(A1)의 타단을 사이에 두고 서로 마주보는 제2스터브 제1롤러(51) 및 제2스터브 제2롤러(53)를 포함하도록 구비될 수 있다.

상기 제1미드 롤러(21)는 제1미드 롤러 이송부(미도시)를 통해 상기 파이프(A1)의 원주면을 향해 왕복 가능하고, 상기 제2미드 롤러(22)는 제2미드 롤러 이송부(미도시)를 통해 상기 파이프(A1)의 원주면을 향해 왕복 가능하다.

즉, 상기 제1미드 롤러(21)와 제2미드 롤러(22)는 제1미드 롤러 이송부 및 제2미드 롤러 이송부를 통해 상기 파이프(A1)의 원주면을 향해 이동할 수도 있고, 상기 파이프(A1)의 원주면에서 멀어지는 방향을 향해 이동할 수도 있다.

상기 제1미드 롤러(21)의 마주보는 양단에는 제1경사부(211) 및 제2경사부(213)가 각각 구비되고, 상기 제2미드 롤러(22)의 마주보는 양단에는 제3경사부(221) 및 제4경사부(223)가 각각 구비될 수 있다.

상기 제1경사부(211)와 제2경사부(213)는 상기 제1미드 롤러(21)의 자유단을 향할수록 상기 파이프(A1)에서 멀어지는 방향을 향해 상향 경사지게 구비되고, 상기 제3경사부(221)와 제4경사부(223)는 상기 제2미드 롤러(22)의 자유단을 향할수록 상기 파이프(A1)에서 멀어지는 방향을 향해 상향 경사지게 구비된다.

상기 제1경사부(211), 제2경사부(213), 제3경사부(221), 및 제4경사부(223)는 상기 파이프의 두께를 제1두께(t1)에서 제1두께보다 작은 제2두께(t2)로 변형시키는 수단이다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1경사부(211) 및 제2경사부(213)는 상기 제1미드 롤러(21)의 자유단을 향할수록 경사면의 기울기가 점점 증가하도록 구비되고, 상기 제3경사부(221) 및 제4경사부(223)는 상기 제2미드 롤러(22)의 자유단을 향할수록 경사면의 기울기가 점점 증가하도록 구비된다.

한편, 상기 제1스터브 제1롤러(41)는 제1스터브 제1롤러 이송부(미도시)를 통해 상기 파이프(A1)의 원주면을 향해 왕복 가능하고, 상기 제1스터브 제2롤러(43)는 제1스터브 제2롤러 이송부(미도시)를 통해 상기 파이프(A1)의 원주면을 향해 왕복 가능하다.

마찬가지로, 상기 제2스터브 제1롤러(51)는 제2스터브 제1롤러 이송부(미도시)를 통해 상기 파이프(A1)의 원주면을 향해 왕복 가능하고, 상기 제2스터브 제2롤러(53)는 제2스터브 제2롤러 이송부(미도시)를 통해 상기 파이프(A1)의 원주면을 향해 왕복 가능하다.

나아가, 상기 제1스터브 제1롤러(41)의 자유단(제1스터브 제1롤러 이송부가 결합되지 않는 부분, 제1미드 롤러의 제1경사부를 향하는 부분)에는 제1스터브 제1롤러 경사부(411)가 구비되고, 상기 제1스터브 제2롤러(43)의 자유단(제1스터브 제2롤러 이송부가 결합되지 않는 부분, 제2미드 롤러의 제3경사부를 향하는 부분)에는 제1스터브 제2롤러 경사부(431)가 구비된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1스터브 제1롤러 경사부(411)는 상기 제1미드 롤러(21)의 제1경사부(211)를 향할수록 상기 파이프(A1)의 원주면에서 멀어지는 방향을 향해 상향 경사지게 구비되고, 상기 제1스터브 제2롤러 경사부(431)는 상기 제2미드 롤러(22)의 제3경사부(221)를 향할수록 상기 파이프(A1)의 원주면에서 멀어지는 방향을 향해 상향 경사지게 구비된다.

마찬가지로, 상기 제2스터브 제1롤러(51)의 자유단(제2스터브 제1롤러 이송부가 결합되지 않는 부분, 제1미드 롤러의 제2경사부를 향하는 부분)에는 제2스터브 제1롤러 경사부(511)가 구비되고, 상기 제2스터브 제2롤러(53)의 자유단(제2스터브 제2롤러 이송부가 결합되지 않는 부분, 제2미드 롤러의 제4경사부를 향하는 부분)에는 제2스터브 제2롤러 경사부(531)가 구비된다.

상기 제2스터브 제1롤러 경사부(511)는 상기 제1미드 롤러(21)의 제2경사부(213)를 향할수록 상기 파이프(A1)의 원주면에서 멀어지는 방향을 향해 상향 경사지게 구비되고, 상기 제2스터브 제2롤러 경사부(531)는 상기 제2미드 롤러(22)의 제4경사부(223)를 향할수록 상기 파이프(A1)의 원주면에서 멀어지는 방향을 향해 상향 경사지게 구비된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1스터브 제1롤러 경사부(411)는 상기 제1경사부(211)를 향할수록 경사면의 기울기가 점진적으로 증가된 뒤 감소하는 변곡점(413)을 포함하도록 구비될 수 있다.

도면에 도시되지는 않았지만, 상기 제1스터브 제2롤러 경사부(431)는 상기 제3경사부(221)를 향할수록 경사면의 기울기가 점진적으로 증가된 뒤 감소하는 변곡점을 포함하도록 구비되고, 상기 제2스터브 제1롤러 경사부(511)는 상기 제2경사부(213)를 향할수록 경사면의 기울기가 점진적으로 증가한 뒤 감소하는 변곡점을 포함하도록 구비되며, 상기 제2스터브 제2롤러 경사부(531)는 상기 제4경사부(223)를 향할수록 경사면의 기울기가 점진적으로 증가한 뒤 감소하는 변곡점을 포함하도록 구비된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상술한 구조를 가진 샤프트 제작장치(100)는 상기 파이프(A1)를 미드 롤러(2)에 의해 형성되는 압축부(A11), 상기 제1스터브 롤러에 의해 형성되는 제1압축부(A13), 상기 제2스터브 롤러(5)에 의해 형성되는 제2압축부(A15), 상기 압축부와 제1축경부를 연결하는 제1연결부(A17), 및 상기 압축부와 제2축경부를 연결하는 제2연결부(A19)로 구성된 일체형 튜브 샤프트(A)로 성형할 수 있다.

이하에서는 상술한 샤프트 제작장치(100)를 이용하여 압축부(A11), 제1축경부(A13), 제2축경부(A15), 제1연결부(A17) 및 제2연결부(A19)로 구성된 일체형 튜브 샤프트(A, Monoblock Tubular Shaft)를 제작하는 방법에 대해 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명 샤프트 제작방법은 파이프(A1)에 구비된 관통홀(A3)에 상기 제1맨드릴(7)을 삽입하는 제1맨드릴 삽입단계, 상기 제1맨드릴(7)의 양단을 상기 제1지지부(11)와 제2지지부(13)에 결합하는 제1맨드릴 결합단계를 포함한다.

도 2의 확대 도면에 표시된 바와 같이, 상기 제1맨드릴 삽입단계 및 제1맨드릴 결합단계가 완료되면, 본 발명 샤프트 제작방법은 상기 미드 롤러(2)로 상기 파이프(A1)의 원주면을 상기 제1맨드릴(7)이 위치된 방향을 향해 가압하는 제1가압단계를 진행한다.

상기 제1가압단계는 상기 파이프(A1)의 두께를 감소시켜 파이스(A1)에 압축부(A11)를 형성시키는 과정으로, 상기 제1가압단계에서 파이프(A1)의 두께는 제1두께(t1)에서 상기 제1두께보다 작은 제2두께(t2)로 감소하게 되고, 상기 압축부(A11)에 위치된 관통홀(A3)의 직경은 상기 제1맨드릴(7)의 직경과 동일해진다.

상기 미드 롤러가 제1미드 롤러(21) 및 제2미드 롤러(22)로 구비될 경우, 상기 제1가압단계는 제어부(미도시)가 제1미드 롤러 이송부 및 제2미드 롤러 이송부를 제어하여 각 미드 롤러(21, 22)가 상기 파이프(A1)의 원주면을 제1맨드릴(7) 원주면 방향으로 가압하게 될 것이다.

한편, 상기 제어부는 상기 제1가압단계를 통해 형성되는 상기 압축부(A11)의 두께(t2)가 제1두께(t1)의 절반이 되도록 상기 제1미드 롤러 이송부 및 제2미드 롤러 이송부를 제어할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1가압단계가 완료되면, 본 발명 샤프트 제작방법은 상기 제1맨드릴(7)을 상기 제1지지부(11)와 제2지지부(13)에서 분리시키는 분리단계, 상기 파이프(A1)의 일단(좌측단)에 상기 제2맨드릴(8)을 삽입한 뒤 상기 제2맨드릴(8)을 제1지지부(11)에 고정하는 제2맨드릴 결합단계, 및 상기 파이프(A1)의 타단(우측단)에 상기 제3맨드릴(9)을 삽입한 뒤 상기 제3맨드릴(9)을 제2지지부(13)에 고정하는 제3맨드릴 결합단계를 포함한다.

이후 본 발명 샤프트 제어방법은 상기 제1스터브 롤러(4)로 상기 파이프(A1) 일측의 원주면(파이프의 좌측단 원주면)을 상기 제2맨드릴(8)이 위치된 방향으로 가압하는 제2가압단계, 상기 제2스터브 롤러(5)로 상기 파이프(A1) 타측의 원주면(파이프의 우측단 원주면)을 상기 제3맨드릴(9)이 위치된 방향으로 가압하는 제3가압단계를 진행한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2가압단계와 상기 제3가압단계는 상기 파이프(A1)의 양단에 상기 관통홀의 직경(L, 제1직경)보다 작은 직경을 가지는 제1축경부(A13) 및 제2축경부(A15)를 각각 형성시키는 과정으로, 상기 제2가압단계와 상기 제3가압단계는 동시에 진행될 수도 있고, 순차적으로 진행될 수도 있다. 상기 제2가압단계와 상기 제3가압단계는 동시에 진행되면, 일체형 튜브 샤프트(A)의 제작시간을 최소화 가능하다.

상기 제1스터브 롤러(4)가 제1스터브 제1롤러(41) 및 제1스터브 제2롤러(43)로 구비될 경우, 상기 제2가압단계는 제어부(미도시)가 제1스터브 제1롤러 이송부 및 제1스터브 제2롤러 이송부를 제어하여 제1스터브 롤러(41, 43)들이 상기 파이프(A1)의 원주면을 제2맨드릴(8) 원주면 방향으로 가압하게 될 것이다.

마찬가지로, 상기 제2스터브 롤러(5)가 제2스터브 제1롤러(51) 및 제2스터브 제2롤러(53)로 구비될 경우, 상기 제3가압단계는 제어부(미도시)가 제2스터브 제1롤러 이송부 및 제2스터브 제2롤러 이송부를 제어하여 제2스터브 롤러(51, 53)들이 상기 파이프(A1)의 원주면을 제3맨드릴(9) 원주면 방향으로 가압하게 될 것이다.

상기 제2가압단계에 의해 형성되는 제1축경부(A13)의 직경은 상기 제2맨드릴(8)의 직경과 동일하지만, 상기 제1축경부(A13)의 두께(제1축경부를 형성하는 파이프의 두께)는 파이프의 원래 두께인 제1두께(t1)를 유지한다.

또한, 상기 제3가압단계에 의해 형성되는 상기 제2축경부(A15)의 직경은 상기 제3맨드릴(9)의 직경과 동일하지만, 상기 제2축경부(A15)두께는 제1두께(t1)를 유지한다.

상기 제2맨드릴(8)의 직경과 상기 제3맨드릴(9)의 직경은 동일하게 설정될 수 있는데, 이 경우 상기 제2가압단계를 통해 형성되는 제1축경부(A13)의 직경과 상기 제3가압단계를 통해 형성되는 제2축경부(A15)의 직경은 서로 동일해질 것이다.

한편, 앞서 설명한 바와 같이, 각 스터브 롤러(41, 43, 51, 53)들에는 제1스터브 제1롤러 경사부(411), 제1스터브 제2롤러 경사부(431), 제2스터브 제1롤러 경사부(511), 및 제2스터브 제2롤러 경사부(531)가 구비되고, 각 경사부(411, 431, 511, 531)들은 경사면의 기울기(경사각)가 점진적으로 증가하다가 변곡점(413)을 거치면서 감소하도록 설정된다.

따라서, 도 4의 확대 도면에 표시된 바와 같이, 상기 압축부(A11)와 제1축경부(A13)를 연결하는 제1연결부(A17)의 두께(t3, 제3두께)는 상기 제1두께(t1, 파이프의 원래 두께)보다는 얇고, 상기 제2두께(t2, 압축부의 두께)보다는 두껍게 될 것이다. 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 압축부(A11)와 제2축경부(A15)를 연결하는 제2연결부(A19)의 두께(t3, 제3두께) 역시 상기 제1두께(t1)보다는 얇고, 상기 제2두께(t2)보다는 두껍게 될 것이다.

예를 들어, 상기 제1두께(t1)가 6mm로 설정된 경우, 상기 제2두께(t2)는 3mm로 설정되고, 상기 제3두께(t3)는 4.5mm로 설정될 수 있다.

상술한 구조의 제1축경부(A13)와 제2축경부(A15)가 형성되면, 본 발명 샤프트 제작방법은 상기 제2맨드릴(8)은 제1지지부(11)에서 분리하고, 상기 제3맨드릴(9)은 상기 제2지지부(13)에서 분리하여 파이프(A1)를 샤프트 제작장치(100)에서 분리하는 제2분리단계를 진행한다.

상기 파이프(A1)가 샤프트 제작장치(100)에서 분리되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명 샤프트 제작방법은 상기 제1축경부(A13)의 자유단을 절단하는 제1절단단계, 및 상기 제2축경부(A15)의 자유단을 절단하는 제2절단단계를 진행한다.

상술한 과정을 통해 본 발명은 압축부(A11), 제1축경부(A13), 제2축경부(A15), 제1연결부(A17) 및 제2연결부(A19)가 구비되고, 상기 압축부의 지름과 양 축경부의 지름이 서로 다른 일체형 튜브 샤프트(A)를 성형할 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 압축부(A11)와 제1축경부(A13)의 연결방식, 상기 압축부(A11)와 제2축경부(A15)의 연결방식이 용접이나 별도의 체결수단을 통한 체결이 아니라 상기 롤러(2, 4, 5)를 통해 직경을 감소하는 방식이므로, 용접이나 별도의 체결장치를 통해 압축부와 양 축경부를 결합시키는 방식에 비해 일체형 튜브 샤프트(A)의 강도 향상, 제작 시간의 단축, 원가 절감 및 연결부의 강도를 균일하게 유지하는 효과를 기대할 수 있다.

본 발명은 다양한 형태로 변형되어 실시될 수 있을 것인바 상술한 실시예에 그 권리범위가 한정되지 않는다. 따라서 변형된 실시예가 본 발명 특허청구범위의 구성요소를 포함하고 있다면 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

100: 샤프트 제작장치 11: 제1지지부 13: 제2지지부
2: 미드 롤러 21: 제1미드 롤러 211: 제1경사부
213: 제2경사부 22: 제2미드 롤러 221: 제3경사부
223: 제4경사부 4: 제1스터브 롤러 41: 제1스터브 제1롤러
411: 제1스터브 제1롤러 경사부 413: 변곡점
43: 제1스터브 제2롤러 431: 제1스터브 제2롤러 경사부
5: 제2스터브 롤러 51: 제2스터브 제1롤러
511: 제2스터브 제1롤러 경사부 53: 제2스터브 제2롤러
531: 제2스터브 제2롤러 경사부 7: 제1맨드릴
8: 제2맨드릴 9: 제3맨드릴

Claims

중앙에 위치된 제1직경의 관통홀과 제1두께를 가지는 파이프를 적어도 두 개 이상의 서로 다른 직경을 가진 일체형 튜브 샤프트(Monoblock Tubular Shaft)로 성형하는 샤프트 제작방법에 있어서,
상기 관통홀에 제1맨드릴을 삽입하는 제1맨드릴 삽입단계;
상기 제1맨드릴의 양단을 서로 마주보도록 구비된 제1지지부와 제2지지부에 결합하여, 상기 파이프를 상기 제1지지부와 상기 제2지지부에 고정하는 제1맨드릴 결합단계;
미드 롤러로 상기 파이프의 원주면을 상기 제1맨드릴이 위치된 방향을 향해 가압하여 상기 파이프에 상기 제1두께보다 작은 제2두께를 가진 압축부를 형성하는 제1가압단계;
상기 제1맨드릴을 상기 제1지지부와 상기 제2지지부에서 분리시키는 분리단계;
상기 파이프의 일단에 상기 제1맨드릴보다 작은 직경을 가지는 제2맨드릴을 삽입한 뒤, 상기 제2맨드릴을 상기 제1지지부에 고정하는 제2맨드릴 결합단계;
상기 파이프의 타단에 상기 제1맨드릴보다 작은 직경을 가진 제3맨드릴을 삽입한 뒤, 상기 제3맨드릴을 상기 제2지지부에 고정하는 제3맨드릴 결합단계;
상기 미드 롤러의 일측에 위치된 제1스터브 롤러로 상기 파이프 일측의 원주면을 상기 제2맨드릴이 위치된 방향으로 가압하여 상기 파이프에 상기 제1직경보다 작은 직경을 가지는 제1축경부를 형성하는 제2가압단계;
상기 미드 롤러의 타측에 위치된 제2스터브 롤러로 상기 파이프 타측의 원주면을 상기 제3맨드릴이 위치된 방향으로 가압하여 상기 파이프에 상기 제1직경보다 작은 직경을 가지는 제2축경부를 형성하는 제3가압단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샤프트 제작방법.
제1항에 있어서,
상기 제2가압단계와 상기 제3가압단계는 동시에 진행되는 것을 특징으로 하는 샤프트 제작방법.
제1항에 있어서,
상기 제1가압단계는 상기 관통홀의 직경은 상기 제1맨드릴의 직경과 동일하게 하고, 상기 파이프의 두께는 제1두께의 절반으로 감소시키도록 구비되고,
상기 제2가압단계는 상기 관통홀의 직경은 상기 제2맨드릴의 직경과 동일하게 하고, 상기 파이프의 두께는 상기 제1두께로 유지시키도록 구비되며,
상기 제3가압단계는 상기 관통홀의 직경은 상기 제3맨드릴의 직경과 동일하게 하고, 상기 파이프의 두께는 상기 제1두께로 유지시키도록 구비되는 것을 특징으로 하는 샤프트 제작방법.
제3항에 있어서,
상기 제2가압단계에 의해 형성되는 상기 제1축경부의 직경과 상기 제3가압단계에 의해 형성되는 상기 제2축경부의 직경은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 샤프트 제작방법.
제3항에 있어서,
상기 제2가압단계를 통해 형성된 제1축경부와 상기 제1가압단계를 통해 형성된 압축부를 연결하는 제1연결부의 두께는 상기 제2두께보다 두껍고, 상기 제1두께보다 얇게 설정되고,
상기 제3가압단계를 통해 형성된 제2축경부와 상기 제1가압단계를 통해 형성된 압축부를 연결하는 제2연결부의 두께는 상기 제2두께보다 두껍고, 상기 제1두께보다 얇게 설정되는 것을 특징으로 하는 샤프트 제작방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3가압단계의 완료 후 개시되며, 상기 제2맨드릴 및 상기 제3맨드릴을 상기 제1지지부와 상기 제2지지부에서 분리시키는 제2분리단계;
상기 제1축경부의 자유단을 절단하는 제1절단단계; 및
상기 제2축경부의 자유단을 절단하는 제2절단단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 샤프트 제작방법.
제1직경을 가진 관통홀이 구비된 파이프를 적어도 두 개 이상의 서로 다른 직경을 가진 일체형 튜브 샤프트(Monoblock Tubular Shaft)로 성형하는 샤프트 제작장치에 있어서,
서로 마주보도록 구비된 제1지지부와 제2지지부;
양단이 상기 제1지지부 및 상기 제2지지부에 각각 착탈 가능하게 결합하며, 상기 관통홀에 삽입되어 상기 파이프를 지지 가능한 제1맨드릴;
상기 제1맨드릴보다 작은 직경을 가지도록 구비되어 상기 제1지지부에 착탈 가능하게 결합하며, 상기 관통홀에 삽입되어 상기 파이프의 일단을 지지 가능한 제2맨드릴;
상기 제1맨드릴보다 작은 직경을 가지도록 구비되어 상기 제2지지부에 착탈 가능하게 결합하며, 상기 관통홀에 삽입되어 상기 파이프의 타단을 지지 가능한 제3맨드릴;
상기 파이프가 상기 제1맨드릴에 의해 지지된 상태에 있을 때, 상기 파이프의 원주면을 상기 제1맨드릴이 위치된 방향을 향해 가압하는 미드 롤러;
상기 파이프가 상기 제2맨드릴과 상기 제3맨드릴에 의해 지지된 상태에 있을 때, 상기 파이프 일단의 원주면을 상기 제2맨드릴이 위치된 방향을 향해 가압하는 제1스터브 롤러; 및
상기 파이프가 상기 제2맨드릴과 상기 제3맨드릴에 의해 지지된 상태에 있을 때, 상기 파이프 타단의 원주면을 상기 제3맨드릴이 위치된 방향을 향해 가압하는 제2스터브 롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샤프트 제작장치.
제7항에 있어서,
상기 미드 롤러는 상기 파이프를 사이에 두고 서로 마주보는 제1미드 롤러 및 제2미드 롤러를 포함하고,
상기 제1스터브 롤러는 상기 파이프의 일단을 사이에 두고 서로 마주보는 제1스터브 제1롤러 및 제1스터브 제2롤러를 포함하며,
상기 제2스터브 롤러는 상기 파이프의 타단을 사이에 두고 서로 마주보는 제2스터브 제1롤러 및 제2스터브 제2롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 샤프트 제작장치.
제8항에 있어서,
상기 제1미드 롤러의 마주보는 양단에 각각 구비되고, 상기 제1미드 롤러의 자유단을 향할수록 상기 파이프에서 멀어지는 방향을 향해 상향 경사지게 구비된 제1경사부 및 제2경사부;
상기 제2미드 롤러의 마주보는 양단에 각각 구비되고, 상기 제2미드 롤러의 자유단을 향할수록 상기 파이프에서 멀어지는 방향을 향해 상향 경사지게 구비된 제3경사부 및 제4경사부;
상기 제1경사부를 향하는 상기 제1스터브 제1롤러의 자유단에 구비되고, 상기 제1경사부를 향할수록 상기 파이프에서 멀어지는 방향을 향해 상향 경사진 제1스터브 제1롤러 경사부;
상기 제3경사부를 향하는 상기 제1스터브 제2롤러의 자유단에 구비되고, 상기 제3경사부를 향할수록 상기 파이프에서 멀어지는 방향을 향해 상향 경사진 제1스터브 제2롤러 경사부;
상기 제2경사부를 향하는 상기 제2스터브 제1롤러의 자유단에 구비되고, 상기 제2경사부를 향할수록 상기 파이프에서 멀어지는 방향을 향해 상향 경사진 제2스터브 제1롤러 경사부;
상기 제4경사부를 향하는 상기 제2스터브 제2롤러의 자유단에 구비되고, 상기 제4경사부를 향할수록 상기 파이프에서 멀어지는 방향을 향해 상향 경사진 제2스터브 제2롤러 경사부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 샤프트 제작장치.
제9항에 있어서,
상기 제1경사부 및 상기 제2경사부는 상기 제1미드 롤러의 자유단을 향할수록 경사면의 기울기가 증가하도록 구비되고,
상기 제3경사부 및 상기 제4경사부는 상기 제2미드 롤러의 자유단을 향할수록 경사면의 기울기가 증가하도록 구비되며,
상기 제1스터브 제1롤러 경사부는 상기 제1경사부를 향할수록 경사면의 기울기가 점진적으로 증가된 뒤 감소하는 변곡점을 포함하도록 구비되며,
상기 제1스터브 제2롤러 경사부는 상기 제3경사부를 향할수록 경사면의 기울기가 점진적으로 증가된 뒤 감소하는 변곡점을 포함하도록 구비되며,
상기 제2스터브 제1롤러 경사부는 상기 제2경사부를 향할수록 경사면의 기울기가 점진적으로 증가한 뒤 감소하는 변곡점을 포함하도록 구비되며,
상기 제2스터브 제2롤러 경사부는 상기 제4경사부를 향할수록 경사면의 기울기가 점진적으로 증가한 뒤 감소하는 변곡점을 포함하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 샤프트 제작장치.