KR102036538B1 - 봉재 절단 장치 - Google Patents

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Abstract

원형 횡단면을 갖는 봉재를 그 길이 방향에 교차하는 방향으로 절단하는 봉재 절단 장치가 개시된다. 개시된 봉재 절단 장치는, 봉재의 직경보다 작은 간격으로 이격되고 서로 평행하게 연장된 한 쌍의 롤러로서, 한 쌍의 롤러 사이에 봉재를 받쳐 지지하며 서로 같은 방향 및 같은 속도로 회전하여 봉재를 마찰 회전시키는 한 쌍의 받침롤러, 한 쌍의 받침롤러에 지지된 봉재가 회전은 가능하지만 그 길이 방향으로는 이동하지 않도록 봉재의 양 단을 가압 지지하는 한 쌍의 척킹부(chucking portion), 및 한 쌍의 받침롤러 위에 배치되어 하강하면서 한 쌍의 받침롤러에 지지된 봉재를 절단하는 커터블레이드(cutter blade)를 구비한다. 커터블레이드가 하강하여 봉재의 측면으로 커터블레이드의 엣지(edge)가 파고 들어간 후에 한 쌍의 척킹부가 봉재의 양 단에서 이격되고, 커터블레이드는 계속 하강하여 봉재를 절단한다.

Description

봉재 절단 장치{Apparatus for cutting round bar}
본 발명은 단면이 원형인 봉재를 복수의 조각으로 절단하는 봉재 절단 장치에 관한 것이다.
일반적으로 봉재(棒材)를 절단하는 작업은 원반형의 절단 공구를 고속으로 회전시켜 봉재를 그 길이 방향과 직교하는 방향으로 절단하는 방법이 적용된다. 봉재를 여러 조각으로 절단하기 위해서는 상기 절단 공구를 이용하여 상기 봉재를 길이 방향을 따라 전진시키면서 상기 절단 공구를 이용하여 반복적으로 절단하는 방법이 적용된다. 이러한 방법은 하나의 절단 공구를 이용하여 봉재를 절단하는 과정을 반복적으로 수행하여야 하므로 작업 생산성이 낮다. 또한, 고속 회전하는 절단 공구가 쉽게 파손될 수 있고, 날카롭게 파손된 절단 공구의 조각이 작업자에게 튀어 안전 사고를 유발할 수도 있다.
한편, 등록특허 공보 제10-110564호에 개시된 봉재 절단 장치는 복수 개의 원반형 절단 공구를 봉재의 길이 방향으로 이격되게 배치하여 긴 봉재를 복수의 짧은 조각으로 절단하는 작업의 생산성을 높인 것이다. 그러나, 상기 봉재 절단 장치도 긴 봉재를 고정하고 복수 개의 절단 공구를 고속 회전시켜 봉재를 절단하는 것으로서, 절단 공구가 쉽게 파손될 수 있다는 문제점과, 파손된 절단 공구의 조각으로 인한 안전 사고가 발생할 수 있다는 문제점은 여전히 남아 있다. 절단 공구의 파손을 억제하기 위하여, 봉재의 직경보다 5배 이상 큰 직경을 가지며 봉재의 강도보다 강도가 매우 큰 소재로 이루어진 원반형 절단 공구를 사용하는 경우도 있으나, 봉재 절단 장치의 원가가 높아지고 절단면도 매끄럽지 않아 절단면의 연마 작업이 추가적으로 요구될 수도 있다.
등록특허공보 제10-1067711호
본 발명은, 봉재 절단용 블레이드(blade)의 파손 및 이로 인한 안전 사고가 예방되고, 절단된 봉재가 매끄러운 절단면을 가지는 봉재 절단 장치를 제공한다.
본 발명은 봉재 절단용 블레이드가 동력 공급에 의해 고속 회전하지 않고 봉재가 회전하며 절단되는 봉재 절단 장치를 제공한다.
본 발명은, 원형 횡단면을 갖는 봉재를 그 길이 방향에 교차하는 방향으로 절단하는 장치로서, 상기 봉재의 직경보다 작은 간격으로 이격되고 서로 평행하게 연장된 한 쌍의 롤러로서, 상기 한 쌍의 롤러 사이에 상기 봉재를 받쳐 지지하며 서로 같은 방향 및 같은 속도로 회전하여 상기 봉재를 마찰 회전시키는 한 쌍의 받침롤러, 상기 한 쌍의 받침롤러에 지지된 봉재가 회전은 가능하지만 그 길이 방향으로는 이동하지 않도록 상기 봉재의 양 단을 가압 지지하는 한 쌍의 척킹부(chucking portion), 및 상기 한 쌍의 받침롤러 위에 배치되어 하강하면서 상기 한 쌍의 받침롤러에 지지된 봉재를 절단하는 커터블레이드(cutter blade)를 구비하고, 상기 커터블레이드가 하강하여 상기 봉재의 외주면으로 상기 커터블레이드의 엣지(edge)가 파고 들어간 후에 상기 한 쌍의 척킹부가 상기 봉재의 양 단에서 이격되고, 상기 커터블레이드는 계속 하강하여 상기 봉재를 절단하는 봉재 절단 장치를 제공한다.
상기 커터블레이드는 원반(disk) 형상이고, 상기 봉재가 회전함에 따라 상기 봉재와의 마찰에 의해 상기 한 쌍의 받침롤러의 길이 방향과 평행한 회전 축선을 중심으로 자유 회전할 수 있다.
상기 커터블레이드의 엣지는 상기 회전 축선을 중심으로 하는 원주 경로를 따라 연장될 수 있다.
상기 한 쌍의 척킹부는 상기 커터블레이드의 엣지가 상기 봉재의 중심에 도달하기 전에 상기 봉재의 양 단에서 이격될 수 있다.
상기 커터블레이드는 복수 개 구비되고, 상기 복수의 커터블레이드는 상기 한 쌍의 받침롤러와 평행하게 서로 이격되어 일렬로 배열되며, 상기 복수의 커터블레이드가 동시에 하강하여 상기 봉재를 적어도 3개의 원통 형상 조각으로 절단할 수 있다.
본 발명의 봉재 절단 장치는, 상기 커터블레이드가 상기 봉재를 절단하는 동안 상기 봉재가 상기 한 쌍의 받침롤러에 밀착되도록 상기 봉재를 아래로 가압하는 복수의 아이들롤러(idle roller)를 더 구비하고, 상기 복수의 아이들롤러는 상기 봉재의 외주면에 밀착되어 상기 봉재가 회전함에 따라 자유 회전할 수 있다.
상기 복수의 아이들롤러는 상기 커터블레이드에 근접한 일 측 및 타 측에 각각 한 쌍씩 구비될 수 있다.
상기 봉재는 방사 방향을 따라 서로 다른 소재로 이루어진 복수의 층(layer)을 구비하고, 상기 커터블레이드의 엣지가 상기 복수의 층 중에서 가장 내측의 층으로 파고 들어간 후에 상기 한 쌍의 척킹부가 상기 봉재의 양 단에서 이격될 수 있다.
본 발명의 봉재 절단 장치는, 커터블레이드가 동력 공급에 의해 고속 회전하는 것이 아니라 봉재가 회전하는 동안 커터블레이드가 하강하여 봉재를 절단한다. 따라서, 커터블레이드의 파손 및 이로 인한 작업 중 안전 사고가 예방된다. 또한, 하나의 소재로 이루어진 봉재뿐만 아니라, 서로 다른 소재로 이루어진 복수의 층을 구비한 봉재를 절단하는 경우에도, 매끄러운 절단면을 가지며 절단된다.
본 발명의 봉재 절단 장치는, 커터블레이드의 엣지가 봉재의 외주면을 파고 들어갈 때까지는 봉재가 그 길이 방향으로 이동하거나 진동하지 않도록 봉재의 양 단부를 척킹(chucking)하고, 커터블레이드의 엣지가 봉재 외주면을 파고 들어간 이후에는 척킹을 해제한다. 따라서, 봉재의 흔들림으로 인한 오차 없이 의도한 지점이 정확하게 절단된다. 또한, 봉재가 커터브레이드에 의해 완전히 절단되기 전에 부러지는 작업 불량이나, 봉재가 절단됨과 동시에 절단된 원통 형상 조각들이 한 쌍의 받침롤러에서 튀어 나가는 안전 사고가 예방된다.
복수의 커터블레이드를 구비하는 본 발명의 실시예에 따른 봉재 절단 장치는, 봉재를 동시에 다수의 원통 형상 조각으로 절단하므로, 봉재 절단 작업의 생산성이 향상된다.
도 1a, 도 1b, 및 도 1c는 본 발명의 봉재 절단 장치에 의해 절단 가능한 봉재의 예를 도시한 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 봉재 절단 장치의 구성을 나타내는 사시도들이다.
도 5는 도 2 내지 도 4에 도시된 봉재 절단 장치에 봉재가 로딩(loading)되어 절단되고 있는 모습을 도시한 사시도이다.
도 7 및 도 8은 도 2 내지 도 4의 봉재 절단 장치를 이용하여 봉재를 절단하는 과정을 순차적으로 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 봉재(棒材) 절단 장치를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1a, 도 1b, 및 도 1c는 본 발명의 봉재 절단 장치에 의해 절단 가능한 봉재의 예를 도시한 단면도이다. 도 1a, 도 1b, 및 도 1c를 참조하면, 본 발명의 봉재 절단 장치에 의해 절단되는 봉재는 원형의 횡단면을 가진 봉재(棒材)로서, 도 1a에 도시된 바와 같이 하나의 소재로 이루어지고 내부가 중공(中孔) 없이 채워진 봉재(1)이거나, 도 1b에 도시된 바와 같이 내부에 중공(中孔)(4)이 형성된 파이프(pipe) 형상의 봉재(3)일 수도 있다. 도 1a 및 도 1b에 개시된 봉재(1, 3)의 소재는 예컨대, 금속, 플라스틱, 목재와 같이 탄성이 크지 않은 강체일 수 있다.
한편, 상기 봉재는 하나의 소재로 이루어진 봉재에 한정되는 것은 아니다. 도 1c에 도시된 바와 같이 방사 방향(radial direction)을 따라 서로 다른 소재로 이루어진 내층(7)과 외층(6)을 구비한 봉재(5)도 본 발명의 봉재 절단 장치에 의해 절단될 수 있다. 내층(7)이 외층(8)보다 강도가 클 수도 있고 작을 수도 있다. 상기 봉재가 서로 다른 소재로 이루어진 복수의 층을 구비하는 경우에 각 층의 소재는 예컨대, 금속, 플라스틱과 같이 탄성이 크지 않은 강체일 수도 있고, 섬유(fiber), 고무와 같이 탄성이 크고 플렉서블(flexible)한 소재일 수도 있다. 다만, 봉재가 복수의 층을 구비하여 이루어진 경우, 적어도 한 층의 소재는 봉재의 형상을 유지하기 위하여 강체로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 도 1a, 도 1b, 및 도 1c에 개시되지 않았으나, 예컨대, 내부에 중공이 있으며 서로 다른 소재로 이루어진 3개 이상의 층을 구비한 봉재도 본 발명의 봉재 절단 장치에 의해 절단 가능한 봉재일 수 있다. 즉, 도 1a, 도 1b, 및 도 1c에 개시된 봉재는 본 발명의 봉재 절단 장치에 의해 절단 가능한 봉재의 예에 불과하다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 봉재 절단 장치의 구성을 나타내는 사시도들이고, 도 5는 도 2 내지 도 4에 도시된 봉재 절단 장치에 봉재가 로딩(loading)되어 절단되고 있는 모습을 도시한 사시도이며, 도 6은 도 5의 한 쌍의 받침롤러에 봉재가 지지되고 있는 모습을 도시한 단면도이다. 도 2 내지 도 5를 함께 참조하면, 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 봉재 절단 장치(31)는, 지지력을 제공하는 프레임(33)과, 상기 프레임(33)의 하측부에 나란하게 배치되며 같은 방향으로 축회전 하는 한 쌍의 받침롤러(53)와, 상기 받침롤러(53)의 상부에 승강 가능하도록 배치되는 승강구조체(47)와, 상기 승강구조체(47)를 승강운동 시키는 승강구동부와, 상기 승강구조체(47)의 하부에 설치되며 승강구조체(47)와 함께 하강하여 봉재(10)를 절단하는 5개의 커팅유니트(51)와, 상기 봉재(10)의 양 단을 가압 지지하는 한 쌍의 척킹부(chucking portion)(57)를 포함한다.
상기 프레임(33)은 대략 사각틀의 형태를 취하며 작업 다이(미도시)에 수평으로 고정된다. 상기 프레임의 구조는 경우에 따라 달라질 수 있다. 상기 한 쌍의 받침롤러(53)는 두 개가 하나의 쌍을 이루며 X축과 평행하게 연장되며 서로 이격되어 있다. 한 쌍의 받침롤러(53)는 봉재(10)의 직경보다 작은 간격으로 이격된다. 한 쌍의 받침롤러(53)의 중심축부에는 롤러샤프트(53a)가 구비되는데, 상기 롤러샤프트(53a)는 길이방향으로 더욱 연장되어 양단부가 프레임(33)에 지지된다. 상기 롤러샤프트(53a)는 프레임(33)에 대해 회전 가능하게 베어링(bearing) 지지된다.
상기 프레임(33)의 측부에는 롤러구동부(55)가 구비된다. 상기 롤러구동부(55)는, 외부로부터 인가된 전력에 의해 회전력을 발생하며 구동축에 구동풀리(55b)를 갖는 모터(55a)와, 상기 각 롤러샤프트(53a)의 일단부에 고정되는 종동풀리(55c)와, 상기 구동풀리(55b)의 회전력을 종동풀리(55c)로 전달하는 벨트(55d)로 구성된다.
상기 모터(55a)의 회전력은 벨트(55d)를 통해 한 쌍의 받침롤러(53)로 전달되어, 한 쌍의 받침롤러(53)를 같은 방향 및 같은 속도로 회전시킨다. 도 5 및 도 6을 함께 참조하면, 봉재(10)를 절단하기 위하여 봉재(10)는 한 쌍의 받침롤러(53)에 얹혀지며, 이를 로딩(loading)된다고 한다. 한 쌍의 받침롤러(53)에 받쳐져 지지되는 봉재(10)는, 한 쌍의 받침롤러(53)가 회전하면 한 쌍의 받침롤러(53)와의 마찰에 의해 종동 회전한다. 예를 들어, 한 쌍의 받침롤러(53)가 도 6에서 도시된 것처럼 시계 방향으로 회전하면, 봉재(10)는 자신의 길이 방향으로 연장된 가상의 봉재 회전 축선(SR)을 중심으로 반시계 방향으로 회전한다. 다만, 도 6에 도시된 한 쌍의 받침롤러(53)와 봉재(10)의 회전 방향은 예시적인 것에 불과하다.
도 2 내지 도 5를 함께 참조하면, 한 쌍의 척킹부(57)는 한 쌍의 받침롤러(53)에 지지된 봉재(10)가 상기 봉재 회전 축선(SR)을 중심으로 회전은 가능하지만 봉재(10)의 길이 방향으로는 이동하거나 진동하지 않도록 봉재(10)의 양 단을 가압 지지한다. 한 쌍의 척킹부(57)는 각각, 프레임(33)의 내벽면에 고정되며 Z축과 평행하게 연장된 가이드레일(57a)과, 상기 가이드레일(57a)에 결합하여 가이드레일(57a)의 길이 방향으로 슬라이딩(sliding) 가능한 슬라이더(57d)와, 상기 슬라이더(57d)에 그 후단부가 고정된 푸셔엑츄에이터(pusher actuator)(57b)와, 상기 푸셔액츄에이터(57b)의 피스톤로드(piston rod)(57e) 말단에 회전 가능하게 베어링(bearing) 지지되는 푸셔(pusher)(57c)를 구비한다.
한 쌍의 푸셔(57c)는 각각, 피스톤로드(57e)의 말단에 지지된 상태로, 푸셔액츄에이터(57b)의 동작에 의해 봉재(10)의 X축과 평행한 방향으로 이동하여, 봉재(10)의 양 단에 접근하거나 봉재(10)의 양 단에서 멀어진다. 한 쌍의 푸셔(57c)는 봉재(10)의 절단 작업시 봉재(10)의 양 단을 가압하여 봉재(10)의 X축과 평행한 방향으로의 진동을 방지한다. 푸셔액츄에이터(57b)가 Z축과 평행하게 위치 조정 가능 하므로, 봉재(10)의 직경에 관계없이 한 쌍의 푸셔(57c)가 봉재 회전 축선(SR) 상의 봉재(10) 양 단의 중심을 가압할 수 있다(도 7 참조). 한 쌍의 푸셔(57c)는 피스톤로드(57e)에 대해 자유 회전 가능하므로, 한 쌍의 푸셔(57c)가 봉재(10) 양 단을 밀착 가압하더라도 봉재(10)의 회전 축선(SR)을 중심으로 하는 회전이 방해되지 않는다.
승강구조체(47)는 하부에 5개의 커팅유니트(cutting unit)(51)를 지지하며 승강구동부의 작동에 의해 승강하는 것으로서, 직사각판 형태의 연결플레이트(47a)와, 상기 연결플레이트(47a)의 연직 하부에 배치되는 지지플레이트(47d)와, 상기 연결플레이트(47a)와 지지플레이트(47d)를 연결하는 측판(47c)을 구비한다.
상기 지지플레이트(47d)는 일정 두께를 갖는 플레이트형 부재로서 그 양 단부에 사이드 액츄에이터(side actuator)(49a)가 탑재된다. 사이드 액츄에이터(49a)는 지지플레이트(47d)에 고정된 상태로 가압판(49b)을 당겨 커터블레이드(51d)의 간격을 유지시킨다. 지지플레이트(47d)의 저면 중앙에는 센터블록(47f)이 고정되어 있다. 센터블록(47f)은 다섯 개의 커팅유니트(51)의 중심을 잡는 역할을 한다. 지지플레이트(47d)의 저면에는 복수의 수평레일(47e)이 구비되어 있다. 복수의 수평레일(47e)은 센터블록(47f)을 사이에 두고 대칭되게 배치되며 X축과 평행하게 연장된 것으로, 레일홀더(rail holder)(51b)를 슬라이딩(sliding) 이동 가능하게 지지한다.
연결플레이트(47a)의 양 단부에는 암나사 홀더(holder)(47b)가 마련된다. 암나사 홀더(47b)의 내부에는 암나사산이 형성되어 있으며, Z축과 평행하게 연장된 볼스크류(ball screw)(43)가 암나사 홀더(47b)에 관통하며 상기 암나사 홀더(47b)의 암나사산에 치합되어 있다. 따라서, 상기 볼스크류(43)가 축회전함에 따라 승강구조체(47)가 승강 운동한다.
상기 연결플레이트(47a)에는 복수의 수직로드(45)가 고정되어 있다. 수직로드(45)는 하단부가 연결플레이트(47a)에 고정된 환봉형 부재로서 프레임(33)에 마련된 승강 가이더(guider)(33a)를 관통하여 상향 연장된다. 승강 가이더(33a)는, Z축과 직교하는 방향으로의 수직로드(45)의 흔들림을 방지한다. 즉, 승강구조체(47)의 측방향 움직임을 차단한다.
상기 승강구동부는, 프레임(33)의 상부에 고정되며 구동 풀리(37)를 회전시키는 모터(35)와, 상기 각 볼스크류(43)의 상단부에 고정되는 종동 풀리(pulley)(41)와, 상기 구동 풀리(37)와 종동 풀리(41)를 연결하며 모터(35)의 회전력을 볼스크류(43)로 전달하는 전동 벨트(belt)(39)로 구성된다. 상기 모터(35)의 회전력이 전동 벨트(39)와 종동 풀리(41)를 통해 한 쌍의 볼스크류(43)로 전달되어 한 쌍의 볼스크류(43)가 축회전하면, 상술한 바와 같이 승강구조체(47)가 승강한다. 결국, 상기 모터(35)를 구동시켜 승강구조체(47)의 수직 높이를 조절할 수 있는 것이다.
본 발명의 실시예에서 5개의 커팅유니트(51)는 상기 연결플레이트(47a)의 하부에 배치되며 승강구조체(47)와 함께 하강하여 봉재(10)를 절단한다. 5개의 커팅유니트(51)는 등간격으로 이격되게 배치되어, 봉재(10)를 6개의 원통 형상 조각(13, 16)(도 8 참조)으로 절단한다. 상기 6개의 원통 형상 조각 중에서 봉재(10) 양 단부의 한 쌍의 원통 형상 조각(16)은 봉재(10) 절단 작업의 목적이 아닌 웨이스트 조각(waste piece)이고, 상기 웨이스트 조각(16)을 제외한 중간의 4개의 원통 형상 조각(13)이 봉재(10) 절단 작업의 목적이 되는 원통형 부재이다.
5개의 커팅유니트(51)는 각각, 커터블레이드(cutter blade)(51d)와, 커터써포터(cutter supporter)(51c)와, 복수의 아이들 롤러(idle roller)(51e)와, 액츄에이터(actuator)(51k)를 구비한다. 커터블레이드(51d)는 한 쌍의 받침롤러(53) 위에 배치되어 하강하면서 상기 한 쌍의 받침롤러(53)에 지지된 봉재(10)를 절단한다.
커터블레이드(51d)는 일정한 직경을 갖는 원반(disk) 형상이고, 커터블레이드(51d)의 중심은 커터써포터(51c)에 회전 가능하게 지지된다. 커터블레이드(51d)는 커터써포터(51c)에 베어링(bearing) 지지되어 가상의 커터블레이드 회전 축선(SD)을 중심으로 자유 회전 가능하다. 한 쌍의 받침롤러(51)에 지지된 봉재(10)가 회전하므로, 상기 커터블레이드(51d)가 하강하면서 커터블레이드(51d)는 봉재(10)와의 마찰에 의해 상기 커터블레이드 회전 축선(SD)을 중심으로 자유 회전하면서 봉재(10)를 절단한다.
상기 커터블레이드 회전 축선(SD)은 한 쌍의 받침롤러(51)의 길이 방향과 평행하게, 즉 X축과 평행하게 연장되고, 5개의 커터블레이드(51d)는 상기 커터블레이드 회전 축선(SD) 상에 등간격 이격되어 일렬로 배열된다. 따라서, 승강구조체(47)가 하강하면 5개의 커터블레이드(51d)가 동시에 하강하여 봉재(10)를 상기한 6개의 원통 형상 조각(13, 16)(도 8 참조)으로 절단한다.
커터블레이드(51d) 말단의 엣지(edge)(51edge)(도 7 및 도 8 참조)는 커터블레이드 회전 축선(SD)을 중심으로 하는 원주(圓周) 경로를 따라 연장된다. 이와 달리 만약 커터블레이드(51d)의 엣지가 톱니 형상이나 물결(wave) 형상으로 연장되는 경우에는, 회전하는 봉재(10)에 커터블레이드(51d)가 걸려 커터블레이드(51d)가 파손되거나 봉재 절단 장치(31)의 작동이 정지될 수 있다. 한편, 본 발명의 봉재 절단 장치는, 도 2 내지 도 8에 도시된 원반 형상이며 자유 회전하는 커터블레이드를 구비하는 실시예에 한정되지 않으며, 예를 들어 초승달처럼 휘어지고, 자유 회전하지 않고 승강 운동만 가능한 커터블레이드를 구비할 수도 있다.
복수의 아이들롤러(51e)는 커터블레이드(51d)가 봉재(10)를 절단하는 동안 봉재(10)가 한 쌍의 받침롤러(53)에 밀착되도록 봉재(10)를 아래로 가압한다. 액츄에이터(51k)는 복수의 아이들롤러(51e)를 승강 구동한다. 복수의 아이들롤러(51e)는 커터블레이드(51d)를 사이에 두고 커터블레이드(51d)에 근접한 일 측 및 타 측에 각각 한 쌍씩 구비된다. 즉 하나의 커터블레이드(51d)에 대해 두 쌍의 아이들롤러(51e)가 배치되며, 총 10쌍, 즉 20개의 아이들롤러(51e)가 구비된다.
복수의 아이들롤러(51e)는 봉재(10) 절단 작업시에 봉재(10)의 외주면에 밀착되어 봉재(10)가 회전함에 따라 자유 회전한다. 부연하면, 아이들롤러(51e)는 Y축과 평행한 방향으로 연장된 아암(51f)에 회전 가능하게 지지된다. 하나의 아암(51f)에 아이들롤러(51e) 한 쌍씩 지지된다. 아암(51f)의 일 측 단부에는 수직승강체(51h)가 고정된다.
커터써포터(51c)는 직사각 블록 형상이다. 5개의 커터써포터(51c) 중에서 중앙에 위치한 커터써포터(51c)는 상기 센터블록(47f)의 하부에 고정 결합되고, 나머지 커터써포터(51c)는 슬라이딩 플레이트(sliding plate)(51a)의 저면에 고정 결합된다. 센터블록(47f)에 고정 결합된 커터써포터(51c), 소위 중앙 커터써포터(51c)는 X축과 평행하게 이동하지 않고 그 위치에 고정된다. 상기 중앙 커터써포터(51c)에 지지된 커터블레이드(51d)는 한 쌍의 받침롤러(53)에 지지된 봉재(10)의 길이 방향 중앙 지점과 정렬된다.
슬라이딩 플레이트(51a)는 사각판 형상의 부재로서, 상기 레일 홀더(51b)의 하부에 결합된 상태로 중앙 커터써포터(51c) 이외의 나머지 커터써포터(51c)를 지지한다. 결과적으로, 상기 나머지 커터써포터(51c)는 슬라이딩 플레이트(51a)에 결합 지지되어 수평레일(47e)의 길이 방향을 따라 왕복 이동 가능하며, 이로써 5개의 커터써포터(51c) 사이 및 5개의 커터블레이드(51d) 사이의 간격이 조정 가능하다.
센터블록(47f) 및 복수의 슬라이딩 플레이트(51a)에는 액츄에이터(51k)가 각각 결합된다. 상기 액츄에이터(51k)는 센터블록(47f) 및 슬라이딩 플레이트(51a)에 결합된 상태로 상기 아암(51f)의 승강 운동을 구동한다. 상기 액츄에이터(51k)의 일 측에는 수직레일(51g)이 마련된다. 상기 수직레일(51g)은 수직승강체(51h)를 지지하며, 수직승강체(51h)의 승강 운동을 가이드(guide) 한다. 결과적으로, 복수의 아이들롤러(51e)는 액츄에이터(51k)의 작동에 의해 적절한 높이로 조절되며 봉재(10) 절단 작업시 봉재(10)가 한 쌍의 받침롤러(53)에서 이탈하지 않도록 봉재(10)을 밀착 가압한다.
5개의 커터블레이드(51d) 사이의 간격을 일정하게 유지시키기 위하여 간격유지지그(49c)가 더 구비된다. 상기 간격유지지그(49c)는 동일한 사이즈를 갖는 평판형 부재로서, 상기 센터블록(47f)과 슬라이딩 플레이트(51a)의 사이 및 이웃하는 한 쌍의 슬라이딩 플레이트(51a) 사이에 배치된다. 센터블록(47f)과 슬라이딩 플레이트(51a)의 사이에 위치한 간격유지지그(49c)는 센터블록(47f)에 그 일단부가 고정된다. 이웃하는 한 쌍의 슬라이딩 플레이트(51a)의 사이에 위치하는 간격유지지그(49c)는 상기 한 쌍 중 하나의 슬라이딩 플레이트(51a)에 일단부가 고정된다.
복수의 간격유지지그(49c)의 사이즈는 동일하므로, 가령, 최외곽 슬라이딩 플레이트(51a)를 센터블록(47f) 측으로 이동시킬 때, 상기 슬라이딩 플레이트(51a)는 간격유지지그(49c)에 걸려 더 이상 이동하지 못하고, 인접한 슬라이딩 플레이트(51a)와 간격유지지그(49c)의 수평 길이에 해당하는 간격으로 이격된 상태를 유지한다. 상기 간격유지지그(49c)가 인접한 한 쌍의 슬라이딩 플레이트(51a) 사이에 끼여 있어, 5개의 커터블레이드(51d)를 용이하게 같은 간격으로 설정할 수 있다.
한편, 최외곽 슬라이딩 플레이트(51a)를 센터블록(47f) 측으로 가압하기 위한 가압수단으로서 사이드 액츄에이터(49a)와 가압판(49b)이 적용된다. 사이드 액츄에이터(49a)는 지지플레이트(47d)의 양단부에 고정된 상태로 상기 가압판(49b)을 당겨, 가압판(49b)이 최외곽 슬라이딩 플레이트(51a)를 센터블록(47f)측으로 가압 지지하게 한다. 즉 커터블레이드(51d)의 간격을 유지시킨다.
도 7 및 도 8은 도 2 내지 도 4의 봉재 절단 장치를 이용하여 봉재를 절단하는 과정을 순차적으로 나타낸 단면도다. 도 5 내지 도 7을 함께 참조하면, 봉재(10)를 한 쌍의 받침롤러(53) 사이에 올려 지지한다. 즉 봉재(10)를 한 쌍의 받침롤러(53)에 로딩(loading)한다. 상기 봉재(10)는 예컨대, 도 1a, 도 1b, 도 1c에 도시된 봉재(1, 3, 5) 중의 하나와 동일한 종류의 봉재일 수 있다.
다음으로, 한 쌍의 척킹부(57)의 푸셔(57c)를 봉재(10)의 양 단으로 향하는 방향으로 이동시켜 한 쌍의 척킹부(57)로 봉재(10)의 양 단을 가압 지지한다. 다음으로, 액츄에이터(51k)를 구동하여 복수의 아이들롤러(51e)로 봉재(10)의 외주면 상부를 아래로 가압함으로써 봉재(10)를 한 상의 받침롤러(53)에 밀착시킨다. 경우에 따라서, 커터블레이드(51d)가 절단을 시작할 때 상기 복수의 아이들롤러(51e)를 하강시킬 수도 있다.
이 상태에서 롤러구동부(55)를 작동시켜 한 쌍의 받침롤러(53)를 축회전시킨다. 한 쌍의 받침롤러(53)가 축회전함에 따라서 도 6에 도시된 것처럼 봉재(10)가 봉재 회전 축선(SR)을 중심으로 종동 회전한다. 다음으로, 봉재(10)가 회전하는 동안에 모터(35)를 구동하여 승강구조체(47)를 하강시키면, 커터블레이드 회전 축선(SD)을 따라 일렬로 배열된 5개의 커터블레이드(51d)가 동시에 봉재(10)를 향해 하강한다.
도 5 및 도 8을 함께 참조하면, 5개의 커터블레이드(51d)가 같은 속도로 하강하면서 5개의 커터블레이드(51d)의 엣지(51edge)가 봉재(10)의 외주면을 파고 들어가고, 5개의 커터블레이드(51d)가 계속 하강하면서 봉재(10)가 절단되기 시작한다. 이때 5개의 커터블레이드(51d)는 봉재(10)와의 마찰에 의해 커터블레이드 회전 축선(SD)을 중심으로 자유 회전하므로, 상기 엣지(51edge)가 봉재(10) 내부에서 미끄러지면서 원활한 절삭이 촉진되고, 커터블레이드(51d)의 파손이 억제된다. 봉재(10)가 봉재 회전 축선(SR)을 중심으로 계속 회전하고 있으므로 봉재(10)의 외주면에 커터블레이드(51d)가 파고 들어가 벌어진 환형(環形)의 슬롯(slot)(11)이 형성되고, 상기 환형 슬롯(11)은 커터블레이드(51d)가 하강함에 따라 봉재(10)의 중심, 즉 봉재 회전 축선(SR)에 가깝게 확장된다.
5개의 커터블레이드(51d)의 엣지(51edge)가 상기 봉재(10)의 중심에 도달하면 봉재(10)가 6개의 원통 형상 조각(13, 16)으로 절단된다. 상술한 바와 같이 상기 6개의 원통 형상 조각(13, 16) 중에서 봉재(10) 양 단부의 한 쌍의 원통 형상 조각(16)은 웨이스트 조각(waste piece)이고, 상기 웨이스트 조각(16)을 제외한 중간의 4개의 원통 형상 조각(13)은 봉재(10) 절단 작업의 목적이 되는 원통형 부재이다. 도 8에 도시된 바와 같이 상기 원통형 부재(13)는 자신의 직경(CYD)보다 X축과 평행한 방향의 자신의 길이(CYL)가 더 크다. 이에 반해, 상기 웨이스트 조각(16)은 자신의 직경이 X축과 평행한 방향의 자신의 길이보다 더 크다.
도 8에서 점선은 상기 6개의 원통 형상 조각(13, 16)의 경계를 나타낸다. 봉재(10)가 봉재 회전 축선(SR)을 중심으로 계속 회전하고 있으므로 커터블레이드 엣지(51edge)가 봉재(10)의 상단에서 하단까지 하강하지 않고 봉재(10)의 중심까지만 하강하여도 봉재(10)가 절단될 수 있으며, 따라서 5개의 커터블레이드(51d)와 한 쌍의 받침롤러(53)의 충돌이 예방된다.
한편, 한 쌍의 척킹부(57)의 푸셔(57c)는 5개의 커터블레이드(51d)가 하강하여 각 커터블레이드(51d)의 엣지(51edge)가 봉재(10) 외주면을 파고 들어간 후에 상기 커터블레이드(51d)의 엣지(51edge)가 봉재(10)의 중심에 도달하기 전에 상기 봉재(10)의 양 단에서 멀어지는 방향으로 이동하여 이격된다. 상기 한 쌍의 푸셔(57c)가 봉재(10)의 양 단에서 이격된 후에도 5개의 커터블레이드(51d)는 계속 하강하여 봉재(10)를 6개의 원통 형상 조각(13, 16)으로 절단 분리한다.
봉재 절단 장치(31)는, 커터블레이드(51d)의 엣지(51edge)가 봉재(10)의 외주면을 파고 들어갈 때까지는 봉재(10)가 자신의 길이 방향으로 이동하거나 진동하지 않도록 봉재(10)의 양 단을 척킹부(57)에 의해 척킹(chucking)한다. 그러나, 커터블레이드(51d)의 엣지(51edge)가 봉재(10) 외주면을 파고 들어간 이후에는 봉재(10)가 완전히 절단되기 전 적절한 시점에 척킹부(57)의 척킹을 해제한다. 즉, 척킹부(57)는 상기 봉재(10)의 절단이 완료되기 전에 상기 봉재(10)의 척킹을 해제한다.
왜냐하면, 커터블레이드(51d)의 엣지(51edge)가 봉재(10)에 박힌 상태에서 Z축과 평행하게 계속 하강하기 때문에 척킹부(57)의 척킹이 해제되더라도 봉재(10)가 X축과 평행한 방향으로 진동하거나 이동하지 않으며 의도한 정확한 크기로 봉재(10) 절단이 마무리될 수 있기 때문이다. 만약, 봉재(10)가 완전히 절단될 때까지 척킹부(57)의 푸셔(57c)로 봉재(10)의 양 단을 계속 밀착 가압하면, 한 쌍의 푸셔(57c)의 밀착 압력으로 인해 봉재(10)가 커터브레이드(51d)에 의해 깨끗하게 절단되기 전에 부러지게 되는 작업 불량이 발생할 수도 있고, 봉재(10)가 절단됨과 동시에 절단된 원통 형상 조각들(13, 16)이 한 쌍의 받침롤러(53)에서 튀어 나가는 안전 사고가 발생할 수 있다.
봉재(10)가 6개의 원통 형상 조각(13, 16)으로 완전히 절단될 때까지 복수의 아이들롤러(51e)는 봉재(10)를 계속 아래로 가압하게 된다. 봉재(10)가 6개의 원통 형상 조각(13, 16)으로 완전히 절단되면, 롤러구동부(55)를 정지시키고, 승강구조체(47) 및 이에 지지된 5개의 커팅유니트(51)를 상승시킨 후, 한 쌍의 받침롤러(53) 위에서 4개의 원통형 부재(13)는 취출하고, 2개의 웨이스트 조각(16)은 별도로 모아 폐기하거나 재활용한다.
한편, 봉재 절단 장치(31)에 로딩(loading)되는 봉재(10)가 중심에서 방사 방향을 따라 서로 다른 소재로 이루어진 복수의 층을 구비한 봉재일 수도 있다. 이 경우에는 한 쌍의 척킹부(57)의 푸셔(57c)로 봉재(10)의 양 단을 밀착 가압하고 커터블레이드(51d)를 하강시켜 봉재(10)를 절단하는 동안, 커터블레이드(51d)의 엣지(51edge)가 상기 복수의 층 중에서 가장 내측의 층으로 파고 들어간 후에 상기 한 쌍의 척킹부(57)의 푸셔(57c)가 봉재(10)의 양 단에서 이격되는 것이 바람직하다. 도 1c에 도시된 봉재(5)를 적용하여 예를 들면, 커터블레이드(51d)의 엣지(51edge)가 내층(7)으로 파고 들어가 박힌 이후에 한 쌍의 척킹부(57)의 푸셔(57c)가 봉재(10)의 양 단에서 이격되는 것이다. 만약, 커터블레이드(51d)의 엣지(51edge)가 내층(7)으로 파고 들어가기 전에 외층(6)에서 아래로 진행하고 있을 때 한 쌍의 척킹부(57)의 푸셔(57c)가 봉재(10)의 양 단에서 이격되면, 상기 커터블레이드(51d)의 엣지(51edge)가 내층(7)으로 파고 들어가는 순간에 슬립(slip)이 일어나 봉재(10)가 자신의 길이 방향으로 흔들릴 수도 있다. 이러한 현상은 내층(7)의 강도가 외층(6)의 강도보다 클 때 더욱 현저하게 나타날 수도 있고, 심한 경우 커터블레이드(51d)가 손상될 수도 있다.
이상에서 설명한 봉재 절단 장치(31)는, 커터블레이드(51d)가 동력 공급에 의해 고속 회전하는 것이 아니라 봉재(10)가 회전하는 동안 커터블레이드(51d)가 하강하여 봉재(10)를 절단한다. 따라서, 커터블레이드(51d)의 파손 및 이로 인한 작업 중 안전 사고가 예방된다. 또한, 하나의 소재로 이루어진 봉재뿐만 아니라, 서로 다른 소재로 이루어진 복수의 층을 구비한 봉재를 절단하는 경우에도, 매끄러운 절단면을 가지며 절단된다. 또한, 복수의 커터블레이드(51d)를 구비하여 봉재(10)를 다수의 원통 형상 조각으로 절단하므로, 봉재 절단 작업의 생산성이 향상된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
1, 3, 5, 10: 봉재 31: 봉재 절단 장치
33: 프레임 47: 승강구조체
53: 받침롤러 51d: 커터블레이드
51e: 아이들롤러 57: 척킹부

Claims (8)

  1. 원형 횡단면을 갖는 봉재를 그 길이 방향에 교차하는 방향으로 절단하는 장치로서,
    상기 봉재의 직경보다 작은 간격으로 이격되고 서로 평행하게 연장된 한 쌍의 롤러로서, 상기 봉재를 받쳐 지지하며 서로 같은 방향 및 같은 속도로 회전하여 상기 봉재를 마찰 회전시키는 한 쌍의 받침롤러; 상기 한 쌍의 받침롤러에 지지된 봉재가 회전은 가능하지만 그 길이 방향으로는 이동하지 않도록 상기 봉재의 양 단을 가압 지지하는 한 쌍의 척킹부(chucking portion); 및, 상기 한 쌍의 받침롤러 위에 배치되어 하강하면서 상기 한 쌍의 받침롤러에 지지된 봉재를 절단하는 커터블레이드(cutter blade);를 구비하고,
    상기 커터블레이드가 하강하여 상기 봉재의 외주면으로 상기 커터블레이드의 엣지(edge)가 파고 들어간 후 상기 봉재가 완전히 절단되기 전에 상기 한 쌍의 척킹부가 상기 봉재의 양 단에서 이격되고, 상기 커터블레이드는 계속 하강하여 상기 봉재를 완전히 절단하고,
    상기 커터블레이드는 적어도 3개가 구비되고, 상기 적어도 3개의 커터 블레이드는 상기 한 쌍의 받침 롤러와 평행하게 서로 이격되어 일렬로 배열되며,
    상기 적어도 3개의 커터블레이드가 동시에 하강하여, 상기 봉재를 적어도 2개의 원통형 부재를 포함하는 복수의 원통 형상 조각으로 절단하고,
    상기 원통형 부재는 자신의 직경보다 길이가 더 큰 것을 특징으로 하는 봉재 절단 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 커터블레이드는 원반(disk) 형상이고, 상기 봉재가 회전함에 따라 상기 봉재와의 마찰에 의해 상기 한 쌍의 받침롤러의 길이 방향과 평행한 회전 축선을 중심으로 자유 회전하는 것을 특징으로 하는 봉재 절단 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 커터블레이드의 엣지는 상기 회전 축선을 중심으로 하는 원주 경로를 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 봉재 절단 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 커터블레이드가 상기 봉재를 절단하는 동안 상기 봉재가 상기 한 쌍의 받침롤러에 밀착되도록 상기 봉재를 아래로 가압하는 복수의 아이들롤러(idle roller);를 더 구비하고,
    상기 복수의 아이들롤러는 상기 봉재의 외주면에 밀착되어 상기 봉재가 회전함에 따라 자유 회전하는 것을 특징으로 하는 봉재 절단 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 복수의 아이들롤러는 상기 커터블레이드에 근접한 일 측 및 타 측에 각각 한 쌍씩 구비되는 것을 특징으로 하는 봉재 절단 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 봉재는 방사 방향을 따라 서로 다른 소재로 이루어진 복수의 층(layer)을 구비하고,
    상기 커터블레이드의 엣지가 상기 복수의 층 중에서 가장 내측의 층으로 파고 들어간 후에 상기 한 쌍의 척킹부가 상기 봉재의 양 단에서 이격되는 것을 특징으로 하는 봉재 절단 장치.
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