KR20090092792A - 원환형 구조물 가공시의 척과 그 사용법 - Google Patents

원환형 구조물 가공시의 척과 그 사용법

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KR20090092792A
KR20090092792A KR1020097011708A KR20097011708A KR20090092792A KR 20090092792 A KR20090092792 A KR 20090092792A KR 1020097011708 A KR1020097011708 A KR 1020097011708A KR 20097011708 A KR20097011708 A KR 20097011708A KR 20090092792 A KR20090092792 A KR 20090092792A
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아미르 서다레빅
존 카이저
윌리엄 루테스
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브리지스톤 /파이어스톤 노스 어메리칸 타이어, 엘엘씨
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Abstract

본 발명은, 타이어 카카스와 같은 원환형 구조물을 가공하기 위한 방법과, 척과, 척 시스템에 관한 것이다. 카카스는 내측 원주와 테이퍼된 단부들을 포함한다. 척 시스템은 복수의 척을 포함하고, 여기서 각각의 척은 원주방향 또는 실질적으로 원주방향인 외부 표면과, 외부 표면에 위치한 복수의 마찰 감소 부재를 포함한다. 마찰 감소 부재는 타이어와 같은 원환형 구조물의 내부 원주와 맞물리도록 위치한다. 타이어 카카스를 가공하는 방법은 외부 표면 상에 마찰 감소 부재들을 갖는 고정된 직경의 척 상에 타이어 카카스를 배치하는 단계를 포함한다.

Description

원환형 구조물 가공시의 척과 그 사용법{CHUCKS AND USE IN PROCESSING TOROIDAL STRUCTURES}
본원은, 원환형 구조물(toroidal structure)의 가공에 사용될 수 있는 척(chuck)에 관한 것이다. 다른 실시예에서, 본원은 그린 타이어(green tire) 형성에 사용될 수 있는 향상된 척에 관한 것이고, 여기서 척은 척 상에 타이어 카카스(tire carcass)를 배치하고 척으로부터 제조된 그린 타이어를 제거하는 것을 용이하게 한다.
타이어 업계는 세계의 선도 산업 중 하나이다. 그렇기 때문에, 타이어 제조 공정이 대부분의 조립 단계가 자동화된 매우 정교한 공정일 수 있다는 이유로 곤란을 겪고 있다. 몇 가지 종래 기술은 타이어들의 제조를 개선하고 개개의 단계들 및 그에 관련한 공정들의 개선하고자 하는 시도가 이루어졌다.
일반적으로, 타이어 제조 공정은 카카스(carcass)의 형성을 수반하고, 이는 케이싱(casing)으로도 불릴 수 있고, 이는 완성된 타이어의 트레드, 벨트들, 비드, 및 측벽들의 기초이다. 카카스가 가공되고 그린 타이어의 형성이 완료될 때까지 이러한 다른 물품들이 추가된다. 그 다음에 그린 타이어가 가황 처리되거나, 또는 경화되어, 고체화되고 타이어의 다양한 구성요소들을 접합하여 완성된 타이어 제품이 된다.
본원에서 중요한 단계는 카카스 단계에서 그린 타이어(green tire) 단계로의 전환이다. 이는 카카스를 척 상에서 회전시키고 트레드와 같은 다양한 재료들을 카카스에 적용하는 것을 포함할 수 있다. 이 과정 중에, 통상적으로 카카스의 내부 부분이 가압되어 카카스에 트레드, 비드, 벨트 및 다른 특징부들을 적용 중에 카카스의 일반적으로 원통형인 형상을 유지한다. 부가적으로, 카카스는 척 둘레에 끼워 맞춤(snug fit) 될 수 있다. 그러므로, 종래 기술의 척을 사용하면 척상에 카카스를 배치하고 척으로부터 카카스를 제거하는데 어느 정도의 곤란함이 있을 수 있다.
이러한 문제들을 경감하기 위한 종래의 시도에는 팽창 및 수축 가능한 직경들을 갖는 척의 개발이 포함된다. 이러한 척은 카카스의 배치 및 제거 중에 카카스의 내부 원주 내측으로 접힐 수 있고 제조 과정 중에 카카스의 내경과 결합하게 외측으로 팽창하는 총 직경을 포함한다.
이러한 문제점들을 처리하는 다른 시도들에는 척의 표면들 둘레에 윤활을 사용하는 것이 포함되었다. 윤활은 전형적으로 척 상에 카카스의 배치 및 제거가 쉽도록 자유로운 방식으로 적용된다. 이러한 윤활을 사용하면 난잡한 가공 영역 및 가공 장비 및 가공장비 둘레의 작업 스테이션(work station)들에 발생가능한 부적절한 마모 및 균열(tear)이 일어난다.
이러한 문제점들을 처리하기 위한 다른 종래 기술은 카카스가 일단 가공 장치에 배치되면, 팽창하여 카카스와 결합하게 가공 장치상에 위치한 내측 풍선(bladder)을 갖는 척 시스템들이 포함되었다. 이는 통상적으로 복잡한 기계를 필요로 하고, 가공 장치의 부가적인 요소들로 인해 고장을 겪거나 이들의 팽창 및 수축 과정에서 풍선 자체의 발생가능한 고장을 겪을 수 있다.
필요한 것은 척 상에 원환형 구조물의 배치 및 척(들)으로부터 원환형 구조물의 제거를 쉽게 하는 타이어와 같은 원환형 구조물의 가공에 사용될 수 있는, 단일 척, 또는 둘 이상의 척을 갖는 척 시스템이다. 전형적으로, 이 시스템은 최소의 윤활 또는 윤활을 필요로 하지 않는다.
도 1은, 본 발명에 따라 만들어진 척을 포함하는 척 시스템의 사시도.
도 2는, 본 발명에 따라 만들어진 척의 배면도.
도 3은, 본 발명에 따라 만들어진 척의 정면도.
도 4는, 본 발명에 따라 만들어진 척 시스템의 측면도.
도 5는, 도 4와 유사하고 서로 유사한 척의 분리를 도시하는 측면도.
도 6은, 척이 카카스 내에서 분리되기 전에 본 발명에 따라 만들어진 척 상에 위치한 카카스의 단면도.
도 7은, 도 5와 유사하고 그 사이에 기체 밀봉을 형성하도록 척이 분리되고 카카스와 결합하는 일례를 도시하는 단면도.
내부 원주를 갖는 원환형 구조물의 가공과 같이 여러 목적에 유용한 척이 기재되어 있다. 척은 원주방향 또는 실질적으로 원주방향인 외부 표면과, 타이어 카카스와 같은 원환형 구조물의 내부 원주와 결합하는 외부 표면 둘레에 이격된 복수의 마찰 감소 부재를 포함한다.
또한, 본원에는 복수의 척을 포함하는 척 시스템이 기재되어 있고, 여기에서 각각의 척은 외부 표면상에 위치한 복수의 마찰 감소 부재를 갖는 원주방향 또는 실질적으로 원주방향인 외부 표면을 포함한다.
척 또는 척 시스템상에서 가공될 수 있는 원환형 구조물이 타이어 카카스인 경우에, 척 또는 척은 고정된 직경과, 외부 표면에 인접하게 위치한 테이퍼된 부분을 가질 수 있다. 이는 내부 원주와 테이퍼된 단부들을 갖는 타이어 카카스로 인한 것이다.
원주방향으로 테이퍼된 부분은 테이퍼된 부분의 경사진 표면이 축에 대해 실질적으로 경사진 방향으로 배치되도록 외부 표면으로부터 연장할 수 있다. 쇼울더(shoulder)는 테이퍼된 부분이 외부 표면으로부터 연장함에 따라 테이퍼된 부분의 직경이 감소하도록 외부 표면과 테이퍼된 부분 사이에 배치될 수 있다. 테이퍼된 부분은 원환형 구조물 내에 기체 밀봉(gaseous seal)을 형성하도록 원환형 구조물의 테이퍼된 단부들과 결합하도록 형성될 수 있다.
또한, 타이어 카카스의 가공을 위한 척 시스템이 기재되어 있다. 척 시스템은 적어도 둘 이상의 척을 포함하며, 여기서 각각의 척은 타이어 카카스의 내부 원주와 결합하는 외부 표면상에 위치한 복수의 마찰 감소 부재와 고정된 직경을 갖는 원주방향 또는 실질적으로 원주방향인 외부 표면을 포함할 수 있다. 척의 축들이 실질적으로 정렬될 수 있다. 테이퍼된 부분이 각각의 척의 외부 표면에 인접하게 배치될 수 있다. 테이퍼된 부분이 대향하는 방향으로 향해지고 타이어 카카스의 테이퍼된 단부들과 결합하고 기체 밀봉을 형성하게 성형될 수 있다.
또한, 타이어 카카스를 가공하는 방법이 기재되어 있고, 여기에서 이 방법은 외부 표면상에 복수의 마찰 감소 부재를 갖는 고정된 직경의 척 상에 타이어 카카스를 배치하고, 타이어 카카스 내에서 척을 축방향으로 연장시키고, 타이어 카카스와 척 사이에 기체 밀봉을 형성하고, 타이어 카카스 내에서 척을 축 방향으로 수축시키고, 타이어 카카스를 척으로부터 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 서로 다른 추가 목적, 특징 및 장점은 당업자가 첨부한 도면과 연계하여 하기의 내용을 읽으면 쉽게 명백해진다.
일반적으로 이제 도 1 내지 도 7을 참조하면, 척 시스템이 도시되고 일반적으로 도면부호 10으로 표기된다. 척 시스템(10)은 대부분의 제조 시설들에서 발견되는 통상적인 대기(ambient) 조건들에서 사용될 수 있고 타이어 카카스(12)의 가공에 사용되며 타이어 카카스(12)는 내부 원주(14)와 테이퍼된 단부(16, 18)를 포함한다.
척 시스템(10)은 제 1 및 제 2 척(20, 22)을 포함한다. 각각의 척(20, 22)은 축(24, 26)을 포함하고, 실질적으로 원주형인 표면(28, 30)을 포함하고 각각의 원주방향 표면(28, 30)은 각각 고정된 직경(32, 34)을 갖는다.
척(20, 22)은, 강철, 알루미늄, 플라스틱, 나일론, 및 당업계에 공지된 다른 유사한 재료와 같은 적절한 재료로 만들어질 수 있다. 척(20, 22)은 구름 요소(36; rolling device)들로 일반적으로 불리는, 마찰 감소 부재(36)들을 수용하게 기계가공될 수 있고, 여기서 이러한 요소(36)들은 외경(32, 34) 상에서 외부 표면(28, 30)들을 따라 배치되어 있다. 요소(36)들의 배치는 타이어 카카스(12)의 내부 원주(14) 또는 내면(14)에 관한 요소(36)들의 결합을 돕는다.
복수의 마찰 감소 부재(36)는 타이어 카카스(12)의 내부 원주(14)와 결합하도록 외부 표면(28, 30)들 상에 배치될 수 있다. 각각의 척(20, 22)은 각각 테이퍼된 부분(38, 40)을 추가로 포함할 수 있고, 여기서 각각의 테이퍼된 부분(38, 40)이 각각 외부 표면(28, 30)에 인접하게 배치될 수 있다. 축(24, 26)들은 바람직하게는 정렬되며 각각의 테이퍼된 부분(38, 40)은 바람직하게는 대향하는 방향으로 향하고, 타이어 카카스(12)의 테이퍼된 단부(16, 18)와 맞물리도록 형성된다. 테이퍼된 부분(38, 40)은 바람직하게는 타이어 카카스(12)의 테이퍼된 단부(16, 18)들과 맞물리도록 형성된다. 테이퍼된 부분(38, 40)은 테이퍼된 부분(38, 40)의 경사면이 축(24 또는 26)에 대해 실질적으로 비스듬한 방향으로 배치되도록 외부 표면으로부터 연장하는 것으로 설명될 수 있다.
테이퍼된 부분(38, 40)과 테이퍼된 부분(16, 18)의 맞물림은 일정 부피의 기체가 타이어 카카스(12)의 내부에 공급될 수 있도록 기체 밀봉을 형성한다. 기체 밀봉은 유체 밀봉으로도 설명될 수 있고, 이는 당업계에 공지된 바와 같이 타이어 카카스(12)의 가공 중에 타이어 카카스(12)의 원주 형상을 돕는다.
통 형상 롤러(barrel shaped roller), 이송 볼, 옴니 스타일 롤러(omni style roller), 볼 베어링, 스프링 장착 볼, 및 당업계에 공지된 다른 마찰 감소 부재일 수 있는, 마찰 감소 부재(26)는 축(24, 26)에 실질적으로 평행한 방향으로 외부 표면(28, 30)을 타이어 카카스(12)가 횡단할 수 있도록 위치한다. 이러한 마찰 감소 부재(36)는 타이어 카카스(12)의 척(20 또는 22) 상에서의 슬라이딩과 같은 움직임을 돕는다. 또한, 마찰 감소 부재(36)들을 사용하면 척 시스템(10)에 사용될 수 있는 윤활제의 양을 감소시키는 것을 용이하게 한다.
예를 들어, 제 1 실시예에서, 제 1 및 제 2 척(20, 22)은 감소된 윤활제를 포함한다. 제 2 실시예에서, 제 1 및 제 2 척(20, 22)은 마찰 감소 부재(36) 상에 또는 그 안에 윤활제를 포함한다. 제 3 실시예에서, 제 1 및 제 2 척(20, 22)은 윤활제를 포함하지 않고, 윤활되지 않은 방식으로 간주된다. 당업자에게 명백하듯이, 이러한 비윤활은 당업계에 공지된 바와 같이, 그리고 관습적으로 사용되는 바와 같이, 척(20, 22)이 그 위에 놓이고/놓이거나 회전하는 지지부 또는 축과 척 사이의 윤활을 반드시 배제하지 않는다. 고려된 윤활 감소는 종래 기술의 척에 관해 타이어 카카스의 배치를 위해 사용되는 척과 타이어 카카스의 내면 사이의 마찰 감소를 위해 척에 종래 도포된 윤활제의 감소일 수 있다.
일 실시예에서, 외부 표면(28, 30)은 축(24, 26)으로부터 고정된 거리이다. 외부 표면(28, 30)은 타이어 카카스(12)의 내부 원주(14) 형상과 일치하도록 성형될 수 있다.
각각의 테이퍼된 부분(38, 40)은 제 2 직경(42)과 제 3 직경(44)을 더 포함할 수 있다. 제 2 직경(42)은 외부 표면(28, 30)에 인접하게 위치할 수 있고, 제 3 직경(44)은 외부 표면(28, 30)으로부터 멀리 있을 수 있다. 이러한 실시예에서, 제 2 직경(42)은 테이퍼된 부분(38, 40)의 전체 테이퍼된 형상을 돕기 위해 제 3 직경(44)보다 크다. 또한, 외부 표면의 직경(32, 34)은 제 2 직경(42)보다 클 수 있다. 이는 테이퍼된 부분(38, 40) 각각과 외부 표면(28, 30) 사이에 쇼울더(46)가 존재하는 것을 용이하게 한다.
각각의 척(20, 22)은 테이퍼된 부분(38 또는 40) 맞은편에 위치한 제 1 환형 개구(48; aperture)와, 축(24 또는 26)과 제 1 환형 개구(48) 사이에 위치한 제 2 환형 개구(50)를 더 포함할 수 있다. 제 3 환형 개구(52)는 축(24 또는 26)과 테이퍼된 부분(38, 40) 사이에 위치할 수 있다. 이러한 환형 개구는, 척 시스템이 접힌 위치(collapsed position)에 있을 때 척 사이에서 더 근접하게 하여 척 시스템의 작동을 돕는다. 이러한 근접성은 척 상에서 카카스의 배치와 제거를 돕는다. 또한, 환형 개구들은 척의 형성에 사용되는 재료의 양을 감소시켜, 척 시스템의 생산 비용을 감소시킨다.
마찰 감소 부재(36)는, 일 실시예에서, 축(24 또는 26)에 실질적으로 수직인 방향에서 외부 표면(28 또는 30)으로부터 연장한다. 각각의 마찰 감소 부재(36)는 마찰 감소 부재(36)가 다른 마찰 감소 부재(36)로부터 실질적으로 같은 거리가 되도록 외부 표면(28 또는 30) 상의 일정 위치에서 이격될 수 있다.
마찰 감소 부재(36)를 갖는 현재 척 시스템(10)과 척(20, 22)은 여러 이점들을 달성한다. 예를 들어, 재료 비용의 감소와, 윤활제 사용 감소 또는 제거와, 타이어 제조 공정에서 여러 종래 단계를 감소 또는 제거하여 생산성을 개선시킨다.
타이어 카카스의 가공 방법 또한 교시된다. 이 방법은, 그 표면상에 복수의 마찰 감소 부재를 갖는 고정된 직경의 척 상에 타이어 카카스를 배치하고, 타이어 카카스 내에서 척을 축 방향으로 분리하며, 척과 타이어 카카스 사이에 기체 밀봉을 형성하고, 타이어 카카스 내에서 척을 축 방향으로 후퇴시키고, 타이어 카카스를 척으로부터 제거하는 것을 포함한다. 이 방법은, 타이어 제조 공정에서 종래의 여러 단계를 제거 또는 감소시키고, 생산성을 개선하여, 타이어 제조 공정에서 제조 시간과 비용을 감소시킨다.
본 발명은, 여러 특정하고 예시적인 실시예와 기술을 참조하여 설명되었다. 그러나, 당업자는 본 발명의 진의 및 범위 내에서 많은 변형과 수정이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 원환형 구조물(toroidal structure)의 가공에 사용될 수 있는 척(chuck)을 제공하는데 사용된다.

Claims (28)

  1. 척(chuck)으로서,
    원주방향 또는 실질적으로 원주방향인 외부 표면과;
    외부 표면 둘레에 이격되어 있는 복수의 마찰 감소 부재를
    포함하는, 척.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 척의 축에 대해 실질적으로 경사진 방향으로 외부 표면으로부터 연장하는 원주방향으로 테이퍼된 부분(tapered section)을 더 포함하는, 척.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 테이퍼된 부분과 상기 외부 표면 사이에 쇼울더(shoulder)를 더 포함하는, 척.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 테이퍼된 부분은, 상기 테이퍼된 부분이 상기 외부 표면으로부터 연장함에 따라 직경이 감소하는, 척.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 테이퍼된 부분은, 원환형 구조물 내에서 기체 밀봉을 형성하도록 원환형 구조물의 테이퍼된 단부들과 맞물리도록 형성된, 척.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 척은 윤활처리되지 않은, 척.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 마찰 감소 부재 상에 위치한 윤활제를 더 포함하는, 척.
  8. 제 1항에 있어서, 각각의 마찰 감소 부재는 다른 마찰 감소 부재들로부터 같은 거리만큼 상기 외부 표면에 이격되어 있는, 척.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 마찰 감소 부재는, 상기 원환형 구조물이 상기 축에 실질적으로 평행한 방향으로 상기 외부 표면을 횡단하도록 위치한, 척.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 마찰 감소 부재는 상기 축에 대해 실질적으로 수직인 상기 외부 표면으로부터 연장하는, 척.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 마찰 감소 부재는, 통 형상의 롤러(barrel shaped roller), 이송 볼, 옴니 스타일 롤러, 볼 베어링, 스프링 장착 볼, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 척.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 척이 사용되는 임의의 장치에 장착하기 위한 수단을 더 포함하는, 척.
  13. 제 2항에 있어서, 상기 원주방향 또는 실질적으로 원주방향인 외부 표면은 고정된 직경을 갖고, 상기 테이퍼된 부분은 상기 외부 표면에 인접하게 위치하는, 척.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 테이퍼된 부분은 상기 외부 표면에 인접한 제 2 직경과 상기 외부 표면에서 먼 제 3 직경을 포함하고, 상기 제 2 직경은 상기 제 3 직경보다 큰, 척.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 외부 표면 직경은 상기 제 2 직경보다 큰, 척.
  16. 제 13항에 있어서, 상기 외부 표면은 상기 척의 축으로부터 고정된 거리에 있는, 척.
  17. 제 12항에 있어서,
    상기 테이퍼된 부분 맞은편에 위치한 제 1 환형 개구와;
    상기 제 1 환형 개구와 상기 척의 축 사이에 위치한 제 2 환형 개구와;
    축과 상기 테이퍼된 부분 사이에 위치한 제 3 환형 개구를
    더 포함하는, 척.
  18. 내부 원주를 갖는 원환형 구조물을 가공하는 방법에 있어서,
    제 1항의 척 상에 원환형 구조물을 배치하는 단계와,
    상기 원환형 구조물을 가공하는 단계와,
    제 1항의 척으로부터, 가공된 원환형 구조물을 제거하는 단계를
    포함하는, 원환형 구조물 가공 방법.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 원환형 구조물은 타이어 카카스와 타이어로부터 선택되고, 제 1항의 척은 상기 타이어와 상기 타이어 카카스의 내부 원주의 형상과 일치하도록 형성된 고정 직경을 갖는 외부 표면을 갖고, 상기 척은 상기 외부 표면에 인접하게 위치한 테이퍼된 부분을 더 포함하는, 원환형 구조물 가공 방법.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 타이어 카카스와 상기 타이어는 테이퍼된 단부를 포함하고, 상기 테이퍼된 부분은 기체 밀봉을 형성하기 위해 타이어와 상기 타이어 카카스의 상기 테이퍼된 단부와 맞물리도록 형성된, 원환형 구조물 가공 방법.
  21. 제 18항에 있어서, 상기 원환형 구조물은 타이어 카카스이고, 상기 타이어 카카스는 둘 이상의 척에 배치되고, 상기 타이어 카카스의 가공은 상기 타이어 카카스에 트레드(tread)를 추가하는 단계를 포함하는, 원환형 구조물 가공 방법.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 타이어 카카스의 가공은 상기 타이어 카카스 내에서 둘 이상의 척을 축방향으로 분리하고, 상기 척과 상기 타이어 카카스 사이에 기체 밀봉을 형성하는 단계를 더 포함하는, 원환형 구조물 가공 방법.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 타이어 카카스 내에서 상기 척을 축방향으로 후퇴시키는 단계와, 상기 척으로부터 상기 타이어 카카스를 제거하는 단계를 더 포함하는, 원환형 구조물 가공 방법.
  24. 제 1항의 두 개 이상의 척을 포함하는 척 시스템.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 척은 정렬되고, 상기 척은 서로 대향하는 방향으로 향한 테이퍼된 부분을 갖고, 상기 원환형 구조물의 테이퍼된 단부와 맞물리고 기체 밀봉을 형성하도록 성형된, 척 시스템.
  26. 제 24항에 있어서, 상기 마찰 감소 부재는, 상기 척의 축에 실질적으로 평행한 방향으로 상기 타이어 카카스가 상기 외부 표면을 횡단하도록 위치하는, 척 시스템.
  27. 제 24항에 있어서, 상기 척의 테이퍼된 부분과 상기 외부 표면은 윤활되지 않은, 척 시스템.
  28. 내부 원주를 갖는 원환형 구조물을 가공하는 방법에 있어서,
    제 24항의 척 시스템에 원환형 구조물을 배치하는 단계와,
    상기 원환형 구조물을 가공하는 단계와,
    제 24항의 척 시스템으로부터, 가공된 상기 원환형 구조물을 제거하는 단계를
    포함하는, 원환형 구조물 가공 방법.
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