KR200372927Y1 - 스파이어럴 스프링 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 각종 산업기계에 사용되는 스파이어럴 스프링에 관한 것으로, 특히 새롭고도 간단한 장치의 구성으로 스파이어럴 스프링의 피치(소재가 나선형을 이룰 때 생기는 간격)가 균일하게 제조할 수 있도록 함으로써 정밀성과 품질을 일층 향상시키도록 함을 목적으로 하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 구성의 요지를 살펴보면, 소재(1')를 거치하여 풀려나가도록 하는 준비장치(10)와, 제조되는 스파이어럴 스프링(1)의 절곡부(2)(3) 형성과 절단을 용이하게 하는 고주파가열장치(20)와, 소재(1')를 권회장치(50)로 밀어주기 위한 공급장치(30)와, 절단날(41)과 상하 절곡금형(42)이 구성된 절단/절곡장치(40)와, 소재(1')를 말아 스파이어럴 스프링(1)으로 형성하는 권회장치(50)로 구성되는 스파이어럴 스프링 제조장치에 있어서,

권회장치(50)는 소재(1')의 진행방향으로 이동이 가능한 장치판체(51)에 권회축(52)과 상기 권회축(52)이 설치되는 권회용 서보모터(53)를 설치한 후, 장치판체(51)는 공지된 기계적인 이동수단에 소재의 진행방향으로 왕복 이동이 가능하도록 구성함을 특징으로 한다.

Description

스파이어럴 스프링 제조장치{Do spiral spring manufactory}

본 고안은 각종 산업기계에 사용되는 스파이어럴 스프링에 관한 것으로, 특히 신규하고 간단한 장치의 구성으로 스파이어럴 스프링의 피치(소재가 나선형을 이룰 때 생기는 간격)가 균일하게 제조할 수 있도록 함으로써 정밀성과 품질을 일층 향상시키도록 함을 목적으로 하는 것이다.

주지된 바와 같이 스파이어럴 스프링은 중앙에 나선형으로 회전하면서 소용돌이 형태를 갖는 것이고 태엽스프링이라고도 불리는 것이며, 임의의 각도를 회전하는 축 또는 그 외부의 케이스에 복귀력을 가하는 것으로, 또는 각종 산업기계나 자동차 등 많은 분야에서 사용되고 있다.

이러한 스파이어럴 스프링을 제조하거나 작동시의 문제점으로는 나선모양의 균일성과 그에 따르는 작동의 균일성에 있는데, 여기에서의 균일성이란 나선을 이루는 소재의 간격이 균일한 정도와 그에 따라 스프링의 작동이 감기거나 풀리는 범위 내에서 마찰 없이 균일한 장력을 갖게 되는 것이라 할 수 있다.

기능적으로 비교적 작은 힘을 필요로 하는 경우에는 두께가 얇은 소재를 사용하여 스파이어럴 스프링을 제조하므로 상기와 같은 균일성의 문제점은 큰 의미가 없다고 할 수 있으나, 비교적 큰 힘이 작용하도록 두께가 두꺼운 소재를 이용하여 스파이어럴 스프링을 제조할 때는 나선형을 이루는 소재의 간격이 균일하여야 작동이 균일하고 원활한 작동을 기대할 수 있는 것이다.

즉, 두께가 얇은 소재로 스파이어럴 스프링이 제조되면 기본적으로 나선을 이루는 간격이 넓게 구성되고 소재 자체가 유연성이 양호하므로 무리 없이 큰 각도의 회전이 가능하게 된다.

그러나 반대로 두께가 두꺼운 소재를 이용하여 스파이어럴 스프링이 제조되면 나선을 이루는 간격이 넓게 제조되지 못하고 제조과정에서 균일한 간격을 만드는 것이 어려워 작동시에 소재간의 마찰이 일어나고 감기는 범위 내에서 균일한 장력을 기대할 수가 없는 것이다.

따라서 종래에는 이러한 장력의 균일성과 마찰을 감안하여 필요한 크기의 범위보다 더욱 크게(많이 권회하여) 제조하여 사용하므로 불필요하게 재료를 많이 사용하는 낭비적인 측면이 많았고 그러한 이유로 스파이어럴 스프링이 사용되는 장치가 전체적으로 대형화되고 중량화되는 문제도 있었던 것이다.

한편 종래에 상기한 문제점을 해결하기 위하여 스프링을 권회하는 중에 일정한 두께를 가진 박판을 동시에 권회하여 필요간 간격을 형성하고 권회를 완료한 후에 박판을 제거하는 방법이 사용되기는 하였지만, 이러한 방법은 당연히 장치가 복잡하고 생산에 시간이 많이 소요되며 박판의 제조에 따르는 별도의 비용이 소요되는 등의 문제가 있었다.

본 고안은 상기한 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 스파이어럴 스프링 제조장치에 있어서 소재를 나선형으로 권회하기 위한 권회장치가 소재의 끝단을 고정한 상태에서 권회하는 것과 동시에 소재가 공급되는 반대 방향으로 이동하면서 권회가 이루어지도록 하며, 또한 권회장치에는 스파이어럴 스프링의 외형을 권회하는 정도에 따라 제한하여 주는 가이드장치를 구성함으로써 균일한 권회가 가능하도록 함을 목적으로 하는 것이다.

도 1은 본 고안에 의한 스프링 제조장치의 전체 개략도

도 2는 본 고안에 의한 스프링 제조과정을 도시한 공정 순서도

도 3은 본 고안에 의해 제조되는 스프링의 예시도

도 4는 본 고안에 의한 스프링 제조장치의 요부구성 예시 정면도

도 5는 도 4의 A-A선 확대 단면도

***도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명***

1: 스파이어럴 스프링 1': 소재

2, 3: 절곡부 10: 준비장치

20: 고주파가열장치 30: 공급장치

31: 공급롤러 40: 절단/절곡장치

41: 절단날 42: 절곡금형

50: 권회장치 51: 장치판체

53: 권회용 서보모터 54: 이동용 서보모터

55: 나사축 56: 나사관

60: 가이드장치 61: 가이드바

62: 나사축 63: 나사관

64: 가이드 서보모터

본 고안은 일측으로부터 롤 형태의 소재를 준비하여 공급되게 하고 고주파가열장치를 통과시킨 후 피딩롤러에 의해 권회장치로 소재를 공급하며, 소재가 절단/절곡장치를 통과하여 권회장치에 의해 권회된 후 절단 및 절곡하도록 된 스파이어럴 스프링 제조공정에 있어서, 권회장치를 소재가 공급되는 방향으로 이동 가능하도록 구성한 후 절단/절곡장치로부터 이격된 위치에서 절단/절곡장치 방향으로 이동하면서 권회하도록 하며, 이러한 권회장치에 스프링의 외형을 제한하는 가이드를 일체로 구성함을 특징으로 하는 것으로, 이하 첨부된 도면에 의거 본 고안의 상세한 제조장치를 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 본 고안에 의한 스프링 제조장치의 전체 개략도, 도 2는 본 고안에 의한 스프링 제조과정을 도시한 공정 순서도, 도 3은 본 고안에 의해 제조되는 스프링의 예시도, 도 4는 본 고안에 의한 스프링 제조장치의 요부구성 예시 정면도, 도 5는 도 4의 A-A선 확대 단면도이다.

우선 본 고안에 의한 제조장치의 작동에 관하여 방법적인 측면을 먼저 살펴보면, 소재가 공급장치에 의해 진입하면 소재의 선단을 잡고 회전하면서 나선형으로 감아주는 권회장치를 소재가 공급되는 방향으로 이동이 가능하도록 구성한 후,소재가 권회축의 절개홈에 삽입되면 소재의 이송이 계속되는 것과 동시에 권회장치 또한 소재가 진행하는 방향으로 같이 이동을 하여 정해진 위치에서 정지한다.

상기 이동하는 거리는 소재가 스파이어럴 스프링이 되기 위한 길이를 감안하여 미리 정하여 둔다.

상기의 이동 길이만큼 소재와 권회장치가 이동을 한 후 권회장치의 권회축을 회전시켜 소재가 권회축에 감기도록 한다.

이때 권회축에 감기는 반대쪽의 소재 끝단을 고정시켜 주어야 하는데, 공급장치의 공급롤러가 소재를 물고 있는 상태를 유지시켜 소재가 권회장치 방향으로 끌려들어가지 못하도록 할 수도 있고, 또는 절단절곡을 실시함과 동시에 절단절곡장치를 복귀시키지 않음으로써 고정이 되게 하는 수도 있을 것이다.

이러한 소재의 끝단 고정은 권회장치가 권회를 완료할 때까지 유지되도록 한다.

소재의 끝단이 상기와 같이 고정된 상태에서 권회작용이 시작되는데, 권회장치는 권회축의 절개홈이 소재의 끝단을 잡은 상태에서 회전을 함과 동시에 소재가 진입하는 반대방향으로 이동을 시작한다.

이동을 하는 속도와 회전을 하는 속도는 제조하고자 하는 스파이어럴 스프링의 특성에 따라 미리 계산된 수치로 지정하여 둘 수 있는데, 이동하는 속도에 대한 회전하는 속도의 비율이 높을수록 간격이 좁고 권회 수가 많은 스파이어럴 스프링이 권회될 것이고, 그 반대로 이동하는 속도에 대한 회전하는 속도의 비율이 낮으면 간격이 넓고 권회 수가 작은 스파이어럴 스프링을 권회할 수 있을 것이다.

이러한 방법을 가능하게 하기 위해서는 권회장치가 이동하는 수단으로 이동속도의 제어가 정밀하게 가능한 공지의 기계적인 이동수단에 의하여 이동되게 하여야 한다.

이러한 이동수단의 구체적인 한가지 예로는 서보모터에 의해 회전하는 나사축에 의해 이동하도록 설치되어야 하고, 권회축을 회전시키기 위한 모터 역시 속도제어가 가능한 서보모터이어야 할 것이다.

그리고 권회장치가 이동을 하면서 소재가 권회되는 과정에서 탄성 등과 같은 소재 재질의 특성에 의하여 권회가 시작되는 처음부터 완료되는 시점까지 원하는 피치 또는 치수가 유지되면서 권회되기에는 부족한 면이 있을 수 있다.

따라서 형태가 더욱 균일성을 갖도록 하기 위하여 스파이어럴 스프링의 외형을 좀더 균일하고 정확하게 형성할 수 있는 장치가 추가될 수 있는데, 권회장치에 일체로 구성되어 권회장치와 함께 이동작용을 하면서 권회축 방향으로 전후진토록 하여 권회가 시작될 때는 권회축에 근접하여 있다가 이동 및 권회가 이루어지면서 권회축으로부터 이격되도록 하여 권회되는 중의 소재 외면을 눌러주는 것이다.

이러한 장치 역시 서보모터에 의해 속도의 제어가 가능하면서 권회축 방향으로 전후진하는 것으로, 선단이 권회되는 중의 소재의 외형이 원하는 형태가 되도록 소재를 눌러주는 작용을 하고 권회가 진행될 수록 점차 후진을 하면서 점차 커지는 직경을 정확하게 만들어주는 역할을 한다.

권회장치가 후진을 완료하여 권회가 끝나면 소재를 물고 있던 공급장치의 공급롤러를 이격시킨 후 절단 절곡을 실시거나 또는 소재를 물고 있던 절단/절곡장치를 복귀시켜 제조된 스파이어럴 스프링이 낙하되게 하는 것이며, 이후 2차적인 열처리 등의 공지된 공정을 통하여 제조가 완료되는 것이다.

이러한 본 고안의 바람직하고 구체적인 구성의 실시예를 상세히 살펴보면 다음과 같다

본 고안의 제조장치는 공지된 제조장치와 같이 기본적으로 코일형으로 제조되는 소재(1')를 거치하여 풀려나가도록 하는 준비장치(10)가 구성되고 그 다음으로는 제조되는 스파이어럴 스프링(1)의 중앙 단부와 외부 끝단부에 각각 절곡부(2)(3)를 형성하면서 절단을 용이하게 하는 고주파가열장치(20)를 구성하여 소재(1')가 통과되도록 하였으며, 그 다음에는 소재(1')를 권회장치(50)로 밀어주기 위해 공급롤러(31)가 설치된 공급장치(30)가 구성되고 절단날(41)과 상하 절곡금형(42)이 구성된 절단/절곡장치(40)가 구성된 다음 마지막에 소재(1')를 말아 스파이어럴 스프링(1)으로 형성하는 권회장치(50)가 구성된다.

본 고안에서의 권회장치(50)는 소재(1')의 진행방향으로 이동이 가능한 장치판체(51)에 권회축(52)과 상기 권회축(52)이 설치되는 권회용 서보모터(53)를 설치하는데, 장치판체(51)는 공지된 기계적인 이동수단에 의해 이동 가능하도록 구성하였는데, 그 예로는 이동용 서보모터(54)에 연결된 나사축(55)을 장치판체(51)에 근접하도록 설치한 후 나사축(55)에 외삽되어 나사축(55)의 회전에 의해 이동하는 나사관(56)을 장치판체(51)에 고정함으로써 나사축(55)이 회전을 하면 장치판체(51)가 이동이 되도록 하는 것이며, 당연히 나사축(55)의 회전속도가 이동용 서보모터(54)에 의해 자유자재로 제어될 수 있다.

그리고 장치판체(51)는 과정에서 소재(1')의 외면을 압박하여 외형이 요구되는 치수가 되도록 가이드하여 주는 1개 이상의 가이드장치(60)를 장치판체(51)에 설치한다.

상기 가이드장치(60)는 권회축(52)을 향하는 방향으로 가이드바(61)를 설치하는데, 가이드바(61)는 권회장치(50) 전체가 움직이는 것과 마찬가지로 공지된 이동수단을 필요로 하는데, 그 예로서 도면과 같이 가이드 서보모터(64)에 의해 회전하는 나사축(62)과 나사축(62)에 의해 이동하는 나사관(63)을 가이드바(61)에 결합하여 가이드 서보모터(64)의 회전으로 가이드바(61)가 권회축(52)의 중심을 향한 방향으로 전후진이 가능하도록 한 것이다.

도면중 미 설명된 부호 11은 소재를 안내하기 위한 롤러, 57은 장치판체(51)의 이동을 가이드하는 가이드봉, 58은 동력전달용 체인, 65는 가이드바(61)의 이동을 가이드하는 가이드블럭이다.

이러한 구성으로 된 본 고안의 제조장치에 대한 작용을 상세히 설명한다.

먼저 본 고안의 준비장치(10)에 롤 형태로 공급되는 소재(1')를 거치한 후 소재(1')의 선단을 인출하여 고주파가열장치(20)와 공급장치(30)를 거쳐 절단/절곡장치(40)에 다다르도록 한 후 작용을 시작한다.

공급장치(30)의 공급롤러(31)가 소재(1')를 밀어 권회축(52)의 절개홈(52')에 삽입됨과 동시에 소재도 계속 진입을 하고 권회장치(50) 전체도 소재(1')가 진행하는 방향으로 이동을 하는데, 이동하는 거리는 제조할 스파이어럴 스프링(1)의 크기 및 권회수를 감안하여 계산된 것이며, 이동 수단 즉, 나사축(55)이 이동용 서보모터(54)의 회전에 의해 회전을 하면 나사관(56)이 고정된 장치판체(51) 전체가 이동을 하는 것이다.

이러한 권회하기 전의 권회장치(50)의 이동은 소재(1')의 진입속도와 동일하도록 이동용 서보모터(54)의 회전속도를 조절시키면 된다.

이동을 완료한 후에는 권회가 시작하되, 공급장치(30)의 공급롤러(31) 또는 절단/절곡장치(40)의 절단날(41)이 소재(1')를 절단함과 동시에 절곡금형(42)이 소재(1')의 끝단을 고정하게 된다.

권회작용은 권회축(52)과 연결된 권회용 서보모터(53)가 회전을 하고 이와 동시에 이동용 서보모터(54) 또한 회전을 하여 권회축(52)에 소재(1')가 권회됨과 동시에 권회장치(50)가 처음의 위치로 이동을 하는 것이다.

이때 권회용 서보모터(53)의 회전속도와 이동용 서보모터(54)의 회전속도는 권회할 스파이어럴 스프링(1)의 규격을 감안하여 계산되어진 속도를 갖게 되며, 대체로 권회용 서보모터(53)의 권회능력에 의해 영향을 받는데, 권회용 서보모터(53)의 회전속도가 빠르면 그만큼 이동용 서보모터의 속도도 빨라진다고 할 수 있다.

또한 권회가 이루어질수록 제조되는 스파이어럴 스프링의 외경이 점차 커지게 되므로 권회용 서보모터(53)의 속도를 점차 늦추거나 이동용 서보모터(54)의 속도를 그 만큼 점차 빠르게 하여야 할 것이다.

권회장치(50)가 처음의 위치로 이동이 완료되면 스파이어럴 스프링(1)의 권회가 완료되고, 공급롤러(31)가 이격된후 절단/절곡장치(40)가 작동하거나 또는 절곡금형(42)이 이격되어 제조된 스파이어럴 스프링(1)은 낙하를 하고 다음의 권회동작이 연속되는 것이다.

상기와 같이 권회장치(50)가 이동을 하면서 소재(1')를 권회하는 과정에서 기본적으로 회전속도와 이동속도의 조절로 균일한 소용돌이 형태로 만들어지는 것은 자명한 일이지만, 소재 자체의 특성 즉, 재질상의 특성이나 두께, 경도 등에 따라서 원하는 소용돌이 형태에서의 간격 등 균일한 소용돌이 형태가 잘 이루어지지 않을 수도 있다.

이러한 것을 대비하고 좀더 균일한 스파이어럴 스프링을 제조하기 위하여 본 고안에서는 가이드장치(60)를 구성하였는데, 권회축(52)이 소재(1')를 권회하기 시작하는 시점에서 가이드바(61)가 권회축(52)에 근접하여 있다가 소재(1')에 압박을 가하면서 필요한 형태를 만들어 주는 것이고, 권회가 진행될수록 외경이 점차 커져야 하므로 가이드바(61)도 그러한 정도에 따라 점차 후진을 하는데, 이러한 가이드바(61)의 이동 역시 가이드 서보모터(64)의 회전에 의해 나사축(62)이 회전하고 따라서 나사관(63)이 고정된 가이드바(61)가 균일하고 정확한 이동 속도를 갖게 되는 것이다.

그리고 본 고안에 의하면 권회장치의 이동속도와 권회축의 회전속도를 자유자재로 조절할 수 있으므로 스파이어럴의 스프링의 간격이 점차 좁아지거나 점차 넓어지는 등 다양한 형태의 스파이어럴 스프링을 제조하는 것도 가능하게 된다.

이상과 같은 본 고안에 의하면, 종래에 비하여 한 층 더 정밀한 스파이어럴 스프링을 제조할 수 있게 되었는데, 이는 종래와는 달리 스파이어럴 스프링의 외부측 끝단을 고정한 상태에서 권회하는 쪽이 끝단 쪽으로 이동하며 말아가는 방식이므로 권할 때 소재에 전체적으로 균일한 장력이 작용하면서 권회되기 때문이다.

따라서 본 고안에 의해 제조되는 스파이어럴 스프링은 간격과 전체적 외형이 매우 균일하게 되는 것이고, 종래와 동일한 크기의 외형을 갖더라도 스프링의 작용시 더 많이 감기며 많은 탄성을 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한 불필요하게 긴 길이의 소재를 감아야 하는 단점을 방지하여 스파이어럴 스프링 제조에 소요되는 소재를 절감할 수 있어서 제조원가를 인하시키며, 정밀한 작용이 요구되는 각종 산업기계에 사용되어 기계의 품질을 향상시키게 되는 것이다.

Claims (3)

1. 코일형으로 제조되는 소재(1')를 거치하여 풀려나가도록 하는 준비장치(10)와, 제조되는 스파이어럴 스프링(1)의 중앙 단부와 외부 끝단부에 각각 절곡부(2)(3) 형성과 절단을 용이하게 하는 고주파가열장치(20)와, 소재(1')를 권회장치(50)로 밀어주기 위해 공급롤러(31)가 설치된 공급장치(30)와, 절단날(41)과 상하 절곡금형(42)이 구성된 절단/절곡장치(40)와, 소재(1')를 말아 스파이어럴 스프링(1)으로 형성하는 권회장치(50)로 구성되는 스파이어럴 스프링 제조장치에 있어서,

   권회장치(50)는 소재(1')의 진행방향으로 이동이 가능한 장치판체(51)에 권회축(52)과 상기 권회축(52)이 설치되는 권회용 서보모터(53)를 설치한 후, 장치판체(51)는 공지된 기계적인 이동수단에 소재의 진행방향으로 왕복 이동이 가능하도록 구성함을 특징으로 하는 스파이어럴 스프링 제조장치.
2. 제 1항에 있어서,

   장치판체의 이동은 이동용 서보모터(54)에 연결된 나사축(55)을 장치판체(51)에 근접하도록 설치한 후 나사축(55)에 외삽되어 나사축(55)의 회전에 의해 이동하는 나사관(56)을 장치판체(51)에 고정함으로써 나사축(56)이 회전을 하면 장치판체(51)가 이동이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 스파이어럴 스프링 제조장치.
3. 제 1항에 있어서,

   장치판체(51)에는 권회축(52)을 향하는 방향으로 가이드바(61)를 설치하여 가이드바(61)가 권회축(52)의 중심을 향한 방향으로 전후진이 가능하도록 구성함을 특징으로 하는 스파이어럴 스프링 제조장치.