KR20090029859A

KR20090029859A - 타이어 제조용 성형드럼 구동장치

Info

Publication number: KR20090029859A
Application number: KR1020070095003A
Authority: KR
Inventors: 문성현; 강정구; 박광용
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2007-09-19
Filing date: 2007-09-19
Publication date: 2009-03-24
Also published as: KR100893664B1

Abstract

본 발명은 타이어 내면 형상을 갖는 성형드럼에 압출기에서 공급되는 스트립 형상의 고무 부재를 효율적으로 부착 및 와인딩작업할 수 있도록 로봇의 팔에 연결된 성형드럼 구동장치에 관한 것으로, 성형드럼의 회전운동과 작업 단계의 이동시에 성형드럼의 탈부착이 자동으로 이루어지도록 로봇팔에 연결됨으로써 생산능력을 증대시킬 뿐만 아니라 타이어의 성능과 품질을 향상시킬 수 있는 장치이다.

타이어, 성형드럼, 와인딩, 그리퍼,

Description

타이어 제조용 성형드럼 구동장치 {A BUILDING DRUM DRIVING DEVICE FOR PRODUCING TIRE}

본 발명은 타이어 제조용 성형드럼 구동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압출기를 통하여 공급된 고무 스트립(strip)이나 기타 반제품들을 타이어 내면 형상을 갖는 성형드럼 상에 타이어 구조에 따라서 단계별로 적층하면서 그린타이어를 제조함에 있어서, 성형드럼을 로봇팔에 장착하여 작업 단계별로 이동하면서 탈부착 및 회전구동이 가능하게 하는 성형드럼 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로, 타이어를 제조하는 과정은 인너라이너, 카카스, 벨트, 트레드고무 등의 반제품들을 압출기에서 각각 생산하여, 성형드럼 상에서 여러 가지 반제품을 타이어의 구조에 맞게 조립함으로써, 그린타이어를 생산하고 트래드 패턴 형성과 가류공정 등을 거쳐 완제품 타이어를 생산하는 방식으로 작업이 이루어진다.

종래기술에 의한 타이어 제조는, 시트(sheet) 형태의 고무 반제품들에 대하여 각각 다른 성형드럼 상에서 각 반제품들을 순서대로 조립하는 방식으로 행하였 다. 이러한 종래의 방식은 압출기 및 반제품 제조 설비가 설치 공간을 많이 차지하고, 생산된 고무 부재들의 운반 및 저장 과정에서 설비가 대형화되고 많은 노동력이 필요한 문제점이 있었다.

또한, 기존의 밴드 드럼 방식은 반제품별 고무성형체를 형성할 때 접합 부분에 불규칙한 오버랩(overlap)이 발생하고 블래더(bladder)를 포함하는 가류기를 이용하여 타이어를 가황시키기 때문에 타이어 성능과 유니포미티(uniformity)를 떨어뜨리는 요인이 되고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 압출기를 통하여 공급된 고무 스트립이나 기타 반제품들을 타이어 내면 형상을 갖는 성형드럼 상에 타이어 구조에 따라서 단계별로 적층하면서 그린타이어를 제조함에 있어서, 성형드럼을 로봇팔에 장착하여 작업 단계별로 이동하면서 탈부착 및 회전구동이 가능하게 하는 성형드럼 구동장치를 제공함으로써 타이어 성능 및 유니포미티를 향상하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명에 따른 타이어 제조용 성형드럼 구동장치는,

로봇의 팔에 연결되고, 압출기에서 공급되는 스트립 형상의 고무 부재를 부착하여 와인딩작업할 수 있도록 타이어 내면 형상을 가진 성형드럼;

상기 성형드럼을 회전시키는 구동장치를 지지하는 프레임(frame);

상기 프레임의 내부에 장착된 중공형의 구동축과 타이밍벨트로 연결되어 성형드럼의 회전축을 회전시키는 서보모터(servomotor);

상기 프레임의 성형드럼 반대측에 고정되는 공압실린더;

상기 프레임의 중공형 구동축 내부에 동심으로 장착되어 상기 공압실린더에 의해 푸싱(pushing)되는 푸셔로드(pusher rod);

상기 중공형의 구동축 내부에 구비되어 상기 푸셔로드의 축방향 이동에 의해 상기 성형드럼의 회전축의 일측 단부를 착탈가능하게 그립(grip)하는 그리퍼(gripper);

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 성형드럼의 회전축의 일측 단부에는, 상기 그리퍼에 의해 그립되는 장착부가 구비되어 있고,

상기 장착부는, 상기 회전축의 일측 단부에서 연장형성된 원뿔대부; 상기 원뿔대부의 축방향 상단에서 연장형성된 소경부(小徑部); 상기 소경부의 일단에서 연장형성된 중경단부(中徑端部);를 포함하여 이루어지며,

상기 그리퍼는, 상기 푸셔로드 단부에 체결되고 복수의 볼수용공이 형성된 슬라이더; 상기 중공형의 구동축 내면상에 장착되어 상기 슬라이더의 축방향 이동을 안내하고 성형드럼측 단부 내면에 볼안내홈이 형성된 안내부; 상기 볼수용공에 수용되어 슬라이더의 이동에 따라 상기 볼안내홈으로 들어가면서 서로 벌어질 수 있는 복수의 볼; 및 상기 중공형의 구동축과 그 내부의 푸셔로드 사이에 삽입된 다수의 접시스프링;을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 장착부의 중경단부는, 소경부측 모서리와 반대측 단부 모서리에 각각 경사면이 형성된 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 타이어 제조용 성형드럼 구동장치에 의하면, 성형드럼의 축 을 상하, 좌우의 움직임 없이 확실하게 장착하여 회전운동을 시켜줌으로써 타이어 제조작업의 효율을 높여주고 제조된 타이어의 성능과 유니포미티를 크게 향상시키는데 기여할 뿐만 아니라 구동장치의 소형화를 통하여 좁은 작업공간 내에서 이웃하는 장치들간의 간섭을 최소화시켜 생산 트러블(trouble)을 감소시켜 주는 효과가 있다.

본 발명에 의한 타이어의 제조에서는 기존의 전통적인 타이어 제조방식을 개선하여 타이어 내면 형상을 갖는 성형드럼에 스트립 형태의 고무 적층 부재를 이용하여 타이어를 제조하는 기술을 포함하고 있다. 기존의 성형드럼 상에 시트 형태의 고무형성체를 적층하는 타이어 제조 방법과는 달리 스트립 방식의 타이어 제조를 위한 타이어 내면 형상을 갖는 성형드럼 방식에서는, 다음 작업 공간으로 성형드럼을 이동시키기 위해서 성형드럼의 탈부착이 용이해야 할 뿐만 아니라 고무 성형체를 성형드럼 상에 정확하게 위치시키고 회전 속도 제어를 하기 위해서는 새로운 형태의 구동장치가 필요하게 되었다.

이에 따라 본 발명에서는 구동장치 내에 그리퍼를 이용하여 성형드럼의 탈부착을 가능하게 하였으며 고속 회전과 위치 제어를 위하여 AC 서버 모터를 사용하게 되었다. 또한 타이어 제조공정 중에 이웃한 장치들의 간섭을 피하기 위해 구동장치를 소형화하는 것이 중요하다. 구동장치의 부피가 크게 되면 구동장치에 연결된 로봇팔에 큰 하중이 가중되어서 로봇의 보전성을 떨어뜨리게 될 뿐만 아니라 로봇의 회전 반경에 많은 문제가 있어 소형화가 무엇보다 필요하였다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 성형드럼 구동장치를 개략적으로 나타낸 측면도가 도시되어 있고, 도 2에는 성형드럼 구동장치의 일부를 상세히 나타낸 측단면도가 도시되어 있다.

본 발명에서 사용되는 성형드럼(10)은 타이어 내면 형상을 갖도록 형성되어 있다. 이 성형드럼(10)의 회전축(20)은 그 일단이 로봇의 팔(미도시)에 장착될 수 있고, 타단은 본 발명에 따른 구동장치의 그리퍼(60)에 장착될 수 있도록 형성된다. 타이어 제조의 자동화 작업을 위해, 성형드럼(10)의 회전축(20)은 로봇팔에 일정한 형태의 브래킷(bracket)을 통해서 연결된다. 이 브래킷의 형태는 반제품별 작업 형태의 특성에 맞춰서 제작될 수 있다. 또한 로봇팔의 이동 궤적이나 장치 등이 각 작업들 사이에 간섭을 일으키지 않도록 주의하여 설계해야 할 것이다.

이 성형드럼(10)을 그립하여 회전시키는 구동장치는, 먼저 후술하는 구동축(40) 등이 장착되어 그리퍼(60)에 그립된 성형드럼(10)을 회전시키면서 지지할 수 있도록 형성된 프레임(30)을 포함한다. 프레임의 하부에는 A/C 서보모터(70)가 설치되어 있고, 서보모터의 풀리(71)와 구동축(40)의 풀리(72) 사이에 타이밍벨트(75)가 연결되어 있다. 따라서, 서보모터(70)의 작동에 의해 프레임(30) 내에서 구동축(40)이 회전되고, 그리퍼(60)에 그립된 성형드럼(10)의 회전축(20)이 회전하게 된다. 저속부터 고속 회전까지 사용되는 서보모터(70)는 정확한 속도 제어뿐만 아니라 위치 제어도 가능하다. 또한, 프레임(30) 내에서 구동축(40)이 원활하게 회전하도록 하기 위해, 프레임(30)과 구동축(40) 사이에는 베어링(77)이 설치되어 있다.

성형드럼(10)의 회전축(20)을 구동장치에 착탈하기 위한 구성으로는, 크게 상기 프레임(30)의 성형드럼 반대측에 고정되는 공압실린더(50)와, 상기 프레임의 중공형 구동축(40) 내부에 동심으로 장착되어 상기 공압실린더에 의해 푸싱되는 푸셔로드(51)와, 상기 중공형 구동축(40) 내부에 구비되어 상기 푸셔로드(51)의 축방향 이동에 의해 상기 성형드럼의 회전축(20)의 일측 단부를 착탈가능하게 그립하는 그리퍼(60)로 대별된다. 상기 공압실린더(50)는 평소에 푸셔로드(51)의 단부와 일정간격으로 떨어져 있다가 그리퍼(60)에 그립된 성형드럼의 회전축(20)을 풀어야 할 때에 푸셔로드(51)를 소정 거리만큼 밀어준다. 이에 의해 그리퍼(60)가 열리게 되고 로봇팔이 성형드럼의 회전축(20)을 축방향으로 빼낼 수 있게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 성형드럼 구동장치의 세부 구성을 도 2 및 도 3을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 도 3은 도 2의 일부 확대도에 대응하여 회전축의 장착부가 그리퍼에서 빠져나올 수 있는 상태를 나타낸 작동상태도이다.

상기 성형드럼(10)의 회전축(20)의 일측 단부에는, 그리퍼(60)에 의해 그립되는 장착부가 일체로 구비되어 있다. 이 장착부는 그 형상을 기준으로, 회전축(20)의 일측 단부에서 연장형성된 원뿔대부(21)와, 이 원뿔대부(21)의 축방향 상단에서 연장형성된 소경부(21)와, 이 소경부(21)의 일단에서 연장형성된 중경단부(25)를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 그리퍼는, 상기 푸셔로드(51) 단부에 체결되고 복수의 볼수용공(62)이 형성된 슬라이더(61)와, 상기 중공형의 구동축(40) 내면 상에 장착되어 상기 슬라이더(61)의 축방향 이동을 안내하고 성형드럼(10)측 단부 내면에 볼안내홈(64)이 형성된 안내부(63)와, 상기 볼수용공(62)에 수용되어 슬라이더(61)의 이동에 따라 상기 볼안내홈(64)으로 들어가면서 서로 벌어질 수 있는 복수의 볼(65)과, 상기 중공형의 구동축(40)과 그 내부의 푸셔로드(51) 사이에 삽입된 다수의 접시스프링(55)을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 장착부의 중경단부(25)는, 소경부(23)측 모서리와 반대측 단부 모서리에 각각 경사면(24, 26)으로 형성되어 있다. 여기서, 소경부(23)측의 경사면(24)은 후술하는 바와 같이 볼(20)을 축방향으로 지지해야 하므로, 단순히 삽탈을 원활하게 하는 단부측 경사면(26)보다 각도가 더 크게 세워지는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 성형드럼 구동장치의 작동을 설명한다.

먼저, 회전되는 성형드럼(10) 상에서 반제품들을 조립하여 성형시에는 성형드럼(10)의 회전축(20)의 장착부가 그리퍼(60)에 그립된 상태로 작업이 이루어진다. 서보모터(70)가 타이밍벨트(75)를 통해 구동축(40)에 회전력을 전달하면, 성형드럼(10)의 회전축(20)은 그리퍼(60)에 그립된 상태로 구동축(40)과 일체로 회전한다. 아울러, 중공형의 구동축(40) 내부에 있는 안내부(63), 슬라이더(61), 푸셔로드(51), 접시스프링(55) 등도 구동축(40)과 함께 회전될 수 있다.

로봇팔이 회전축(20)의 장착부를 그리퍼(60)에서 빼낼 때에는, 공압실린더(50)를 작동하여 푸셔로드(51)의 단부를 성형드럼 쪽으로 소정 거리 이동하도록 밀어준다. 이렇게 푸싱되는 푸셔로드((51)는 푸셔로드를 둘러싸고 있는 다수의 접시스프링(55)을 압축하게 되고, 푸셔로드((51)의 타측 단부에 일체로 형성된 슬라이더(61)도 함께 안내부(63) 내에서 슬라이딩된다. 이에 따라 슬라이더(61)에 형성된 복수의 볼수용공(62)에 있는 복수의 볼(65)도 안내부(63)에 형성된 볼안내홈(64) 쪽으로 이동되어, 볼안내홈(64) 내로 들어갈 수 있는 상태가 된다. 이 경우 복수의 볼(65)들 중 일부는 중력에 의해 아래에 있는 볼안내홈(64)으로 들어갈 수 있지만, 모든 볼(65)들이 볼안내홈(64) 내로 들어가는 것은 아니다. 그 이후에 로봇팔이 회전축(20)을 당겨 빼게 되면 그 장착부에 형성되어 있는 경사면(24)이 볼(65)들을 볼수용공(62)을 따라 반경방향 외측으로 밀어내면서, 회전축(20)의 장착부가 빠지는 것이다. 다만, 볼(65)들이 볼안내홈(64) 내로 들어가더라도 볼수용공(62)에서 완전히 빠지지 않도록, 볼안내홈(64)의 깊이를 볼(65)의 크기에 비추어 적절하게 설계해야 한다.

이렇게 복수의 볼(65)이 반경방향으로 서로 벌어질 수 있는 상태로 만드는 것은, 회전축(20)의 장착부를 끼울 때도 마찬가지로 작동됨이 이해될 것이다. 다만, 상기 회전축(20)의 중경단부(25)가 볼(65)들을 원활하게 벌리면서 끼워질 수 있도록, 중경단부(25)의 끝단 모서리에도 경사면(26)이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 볼수용공(62)에 있는 볼(65)이 볼안내홈(64)을 따라 밀려들어갈 때 원활하게 반경방향으로 움직이도록 하기 위해, 볼안내홈(64)에서 직경이 작아지는 부 분은 단면이 원호형인 곡면으로 형성하는 것이 바람직하다. 아울러, 원뿔대부(21)와 이에 대응하는 그리퍼(60)의 내면 형상은 로봇팔이 회전축(20)을 그리퍼(60)에 삽입할 때 약간의 오차가 생기더라도 안내부 역할을 함으로써 정확하게 삽입될 수 있도록 하는 한다.

상기한 바와 같이 회전축(20)의 장착부가 그리퍼(60)에 완전히 들어간 다음에, 상기 공압실린더(50)를 후퇴시키면 다수의 접시스프링(55)의 복원력에 의해 푸셔로드(51)가 원위치로 돌아간다. 이때 푸셔로드((51)와 일체로 형성된 슬라이더(61)도 성형드럼(10) 반대쪽으로 이동하면서, 볼수용공(62)에 수용된 복수의 볼(65)도 볼안내홈(64)을 따라 이동된다. 이어서 볼안내홈(64)에서 직경이 작아지는 부분에 의해 볼(65)들이 소경부(23) 쪽으로 밀리게 되고, 결국 각 볼(65)들은 안내부(63)의 내면, 회전축(20)의 소경부(23) 및 경사면(24)에 모두 접촉될 수 있는 위치에 있게 된다. 따라서, 접시스프링(55)이 푸셔로드(51)에 우측으로 힘을 계속 가하더라도 경사면(24)에 걸린 볼(65)에 슬라이더(61)가 지지되기 때문에, 푸셔로드(51)가 공압실린더(50) 쪽으로 더 이상 빠지지 않는다.

그리고, 회전축(20)의 원뿔대부(21)의 일부는 중공형의 구동축(40)의 성형드럼(10)측 단부 내면에 원뿔대 모양의 표면이 형성되어 있어 서로 접촉부(22)를 형성한다. 이 접촉부(22)도 원뿔대 측면 모양의 곡면을 이루기 때문에, 완전히 삽입된 회전축(20)은 더 이상 들어가지 않고 지지된다. 따라서, 전체적으로 접촉부(22)에서 생기는 반력에 의해 지지되는 회전축(20)의 장착부는, 접시스프링(55)이 우측으로 복원력을 계속 가함으로써, 그리퍼(60)에 확실하게 그립될 수 있다. 여기서, 그리퍼(60)는 성형드럼(10)의 회전축(20)을 장착하여 회전시키는 동안에도 계속 지지해야 하므로, 접시스프링(55)은 스프링의 복원력 내지 스프링 상수가 큰 것이어야 하는 바, 그 삽입되는 공간과 복원력을 고려하여 다수의 접시스프링을 사용하는 것이다. 본 발명의 일실시예에서는 적절한 복원력을 제공하기 위해 약 100개의 접시스프링(55)을 겹쳐서 장착하였다.

한편, 회전축(20)의 장착부가 그리퍼(60)로부터 완전히 빠진 다음에도, 푸셔로드(51)는 공압실린더(50)를 후퇴시키면 접시스프링(55)의 복원력에 의해 실린더(50) 쪽으로 슬라이딩하여 이동한다. 이 경우에는 그리퍼(60)에 회전축(20)의 장착부를 그립시킨 경우와 달리, 슬라이더(61)가 볼(65)에 의해 지지되지 않는다. 다시 말해서, 상기 안내부(63)는 슬라이더(61) 뿐만 아니라 푸셔로드(51)의 일부도 둘러싸며 접촉하는 형상이고 슬라이더(61)와 푸셔로드(51)의 연결부에는 직경이 변화되어 턱이 형성되어 있기 때문에, 전체적으로 원통형인 슬라이더(61)의 측면이 이 안내부(63)의 턱에 걸려서 푸셔로드(51)가 더 이상 빠지지 않게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허 청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 성형드럼 구동장치를 개략적으로 나타낸 측면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 성형드럼 구동장치의 일부를 상세히 나타낸 측단면도이다.

도 3은 도 2의 일부 확대도에 대응하여 회전축의 장착부가 그리퍼에서 빠져나올 수 있는 상태를 나타낸 작동상태도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 성형드럼

20 : 회전축

21 : 회전축의 장착부의 원뿔대부

22 : 접촉부

23 : 소경부

24 : 경사면

25 : 중경단부

26 : 경사면

30 : 구동장치의 프레임

40 : 구동축

50 : 공압실린더

51 : 푸셔로드

55 : 접시스프링

60 : 그리퍼

61 : 슬라이더

62 : 볼수용공

63 : 안내부

64 : 볼안내홈

65 : 볼

70 : 서보모터

71 : 서보모터의 풀리

72 : 구동축의 풀리

75 : 타이밍벨트

77 : 베어링

Claims

로봇의 팔에 연결되고, 압출기에서 공급되는 스트립(strip) 형상의 고무 부재를 부착하여 와인딩작업할 수 있도록 타이어 내면 형상을 가진 성형드럼;

상기 성형드럼을 회전시키는 구동장치를 지지하는 프레임(frame);

상기 프레임의 내부에 장착된 중공형의 구동축과 타이밍벨트(timing belt)로 연결되어 성형드럼의 회전축을 회전시키는 서보모터(servomotor);

상기 프레임의 성형드럼 반대측에 고정되는 공압실린더;

상기 프레임의 중공형 구동축 내부에 동심으로 장착되어 상기 공압실린더에 의해 푸싱(pushing)되는 푸셔로드(pusher rod);

상기 중공형의 구동축 내부에 구비되어 상기 푸셔로드의 축방향 이동에 의해 상기 성형드럼의 회전축의 일측 단부를 착탈가능하게 그립(grip)하는 그리퍼(gripper);

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이어 제조용 성형드럼 구동장치.
제1항에 있어서,

상기 성형드럼의 회전축의 일측 단부에는, 상기 그리퍼에 의해 그립되는 장착부가 구비되어 있고,

상기 장착부는, 상기 회전축의 일측 단부에서 연장형성된 원뿔대부; 상기 원 뿔대부의 축방향 상단에서 연장형성된 소경부(小徑部); 상기 소경부의 일단에서 연장형성된 중경단부(中徑端部);를 포함하여 이루어지며,

상기 그리퍼는, 상기 푸셔로드 단부에 체결되고 복수의 볼수용공이 형성된 슬라이더; 상기 중공형 구동축 내면 상에 장착되어 상기 슬라이더의 축방향 이동을 안내하고 성형드럼측 단부 내면에 볼안내홈이 형성된 안내부; 상기 볼수용공에 수용되어 슬라이더의 이동에 따라 상기 볼안내홈으로 들어가면서 서로 벌어질 수 있는 복수의 볼; 및 상기 중공형의 구동축과 그 내부의 푸셔로드 사이에 삽입된 다수의 접시스프링;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이어 제조용 성형드럼 구동장치.
제2항에 있어서,

상기 장착부의 중경단부는, 소경부측 모서리와 반대측 단부 모서리에 각각 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는 타이어 제조용 성형드럼 구동장치.