KR20100101676A - 코어로서 2개의 동심 드럼을 갖는 소잉 와이어 스풀 - Google Patents

Abstract

미세 금속 와이어를 위한 두꺼운 금속 시트로 이루어진 스풀(20)은 코어(22)와, 코어(12)에 결합된 두 개의 플랜지(24)를 포함한다. 코어(22)는 두 개의 동심 드럼, 즉 내부 직경(d)을 갖는 내부 드럼(26) 및 외부 직경(D)을 갖는 외부 드럼(28)을 포함한다. 스풀은 플랜지 상의 측면 압력의 부하 분포를 변화시키고 변형에 대한 스풀의 구조적 강성을 또한 향상시킨다.

Description

코어로서 2개의 동심 드럼을 갖는 소잉 와이어 스풀{SAWING WIRE SPOOL WITH TWO CONCENTRIC DRUMS AS CORE}

본 발명은 미세 금속 와이어가 감겨지는 스풀에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 와이어 소오(wire saw)[이후에, "소오 와이어(saw wire)"로 칭함]를 위한 와이어 또는, 고무 호스에 감겨지는, 고무 호스를 강화시키는 와이어[이후에, "호스트 와이어(host wire)"로 칭함]와 같은, 미세 금속 와이어를 위한 두꺼운 금속 시트로 이루어진 스풀에 관한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같은, 종래의 스풀(10)은 코어(12)와 두 개의 플랜지(14)를 갖는다. 두 개의 플랜지(14)는 코어(12)의 양쪽 단부들에 용접된다. 코어(12) 및 두 개의 플랜지(14)는 기계 구조적 용도를 위한 탄소강과 같은 두꺼운 금속 시트로 이루어진다.

위에서 언급된 스풀 상에 감겨지는 미세 금속 와이어는, 예를 들어, 0.12 내지 0.16mm 또는 그 미만의 직경을 갖고 소오 와이어로서 역할을 하는 미세 금속 와이어 또는 약 0.20 내지 0.80mm의 직경을 갖고 호스 와이어로서 역할을 하는 미세 금속 와이어이다. 다른 용례는 약 0.12 내지 0.40mm의 직경을 갖고 고무 제품을 강화하도록 트위스트 강 코드용 와이어로서 역할을 하는 미세 금속 와이어이다.

위에서 언급된 미세 금속 와이어가 소정의 장력(예를 들어, 4 내지 15 뉴톤의 장력) 하에 스풀 상에 감겨지는 경우에, 권선 장력은 코어에 높은 조임 장력(tightening tension)을 야기하여서, 결과적으로 플랜지들을 멀어지는 방향으로 미는 큰 힘을 플랜지들에 인가하게 된다. 그리고, 멀어지는 방향으로 미는 이러한 힘(이후에, "측면 압력"으로서 칭함)은 양단부에서 플랜지들이 서로 분리되는 방향으로 밀려지게 한다.

전형적인 용례에서, 소오 와이어는 마이크로칩을 위한 실리콘을 절단하도록 사용된다. 재료 낭비를 없애고 높은 생산성을 유지하기 위해서, 고객들은 0.12mm의 직경과 800km의 길이를 갖는 미세 와이어가 권선된 스풀을 주문한다. 금속 와이어의 직경이 더 작게 될 때, 또는 권선 장력이 더 커질 때, 또는 와이어의 왕복 권회수가 더 커질 때, 발생된 측면 압력은 더 커진다.

이러한 측면 압력을 견디도록 충분한 강도 및 강성을 제공하기 위해서, 종래의 스풀(10)은 약 20mm 내지 50mm의 두께를 갖는 두꺼운 금속 시트를 사용한다. 따라서, 종래의 수풀은 너무 무거워서 그 작동성이 매우 좋지 않고, 이송에 고비용이 필요하다. 또한, 종래의 스풀은 재료 및 처리에 고비용이 필요하다.

게다가, 측면 압력이 과도하게 크기 때문에, 심지어 이러한 기계적으로 강한 스풀도 플랜지 및 드럼의 소성 변형을 회피할 수 없다. 여러 번의 반복된 사용 이후에, 스풀의 변형이 진행되거나, 스풀은 사용할 수 없게 되도록 부서진다. 즉, 종래의 스풀은 고비용에 적합한 내구성을 보장하지 못하는 단점을 갖는다.

그러므로, 본 발명의 목적은 충분한 기계적 강도 및 반복적인 사용성을 가지면서, 무게 및 비용에서의 감소를 달성하는, 초 미세 금속 와이어를 위한 스풀 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 미세 금속 와이어를 위한 두꺼운 금속 시트로 이루어진 스풀에 관한 것이다. 스풀은 코어와, 드럼에 결합된 두 개의 플랜지를 포함한다. 코어는 두 개의 동심 드럼, 즉 내부 직경(d)을 갖는 내부 드럼과, 외부 직경(D)을 갖는 외부 드럼을 또한 포함한다. 본 발명은 측면 압력의 부하 분포를 변화시키고 변형에 대한 스풀의 구조적 강성을 또한 향상시킨다.

본 발명은 여기서 수반하는 도면을 참조하여 더욱 상세하게 이제 기술될 것이다.
도 1은 종래의 스풀의 단면도이다.
도 2는 본 발명이 적용된 스풀의 A-A 단면도이다.
도 3은 종래의 스풀에 있어서의 플랜지 상의 측면 압력의 부하 분포를 도시하는 개략도이다.
도 4는 본 발명이 적용된 스풀에 있어서의 플랜지 상의 측면 압력의 부하 분포를 도시하는 개략도이다.
도 5는 본 발명이 적용된 스풀의 측면도이다.
도 6은 내부 드럼의 외부 주연부와 플랜지 상의 중앙 구멍의 내부 주연부 사이의 용접부의 상세도이다.
도 7은 외부 드럼의 내부 주연부와 플랜지 상의 균일하게 분포된 슬롯들 사이의 용접부의 상세도이다.
도 8은 외부 드럼의 외부 주연부와 플랜지의 표면 사이의 용접부의 상세도이다.
참조번호 10은 종래 스풀이다.
참조번호 12는 종래 스풀의 코어이다.
참조번호 14는 종래 스풀의 플랜지이다.
참조번호 20은 본 발명이 적용된 스풀이다.
참조번호 22는 본 발명이 적용된 스풀의 코어이다.
참조번호 24는 본 발명이 적용된 스풀의 플랜지이다.
참조번호 26은 본 발명이 적용된 스풀의 내부 드럼이다.
참조번호 28은 본 발명이 적용된 스풀의 외부 드럼이다.
참조번호 30은 본 발명이 적용된 스풀의 플랜지 상의 중앙 구멍이다.
참조번호 32는 본 발명이 적용된 스풀의 플랜지 상의 균일하게 분포된 슬롯이다.
d는 내부 드럼(26)의 내부 직경이다.
D는 외부 드럼(28)의 외부 직경이다.
φ는 플랜지(24)의 외부 직경이다.
H는 외부 드럼(28)의 높이이다.
F2는 플랜지(14) 상의 측면 압력이다.
F4는 플랜지(24) 상의 측면 압력이다.

도 1에서, 종래의 스풀의 단면도가 도시되어 있다. 스풀(10)은 코어(12)와, 드럼(12)에 결합된 두 개의 플랜지(14)를 갖는다.

도 2에서, 본 발명이 적용된 스풀의 A-A 단면도가 도시되어 있다. 스풀(20)은 코어(22)와, 코어(22)에 결합된 두 개의 플랜지(24)를 가지면서, 코어(22)는 두 개의 동심 드럼, 즉 내부 직경(d)을 갖는 내부 드럼(26)과 외부 직경(D)을 갖는 외부 드럼(28)을 포함한다.

도 3에서 도시된 바와 같이, 플랜지(14)는 미세 금속 와이어의 인장으로부터 발생된 측면 압력(F2) 하에 있다. 플랜지(14)의 슬라이스 상의 부하 분포는 균일하게 분포된 측면 압력(F2)을 갖는 일 단부에서 지지된 비임으로서 단순화될 수 있다. 반면에, 도 4에 도시된 바와 같이, 플랜지(24)는 미세 금속 와이어의 인장으로부터 발생된 측면 압력(F4) 하에 있다. 플랜지(24)의 슬라이스 상의 부하 분포는 균일하게 분포된 측면 압력(F4)을 갖는 중간부 및 일단부 양쪽에서 지지된 비임으로서 단순화될 수 있다. 이러한 이중 지지된 비임은 일단부에서 지지된 비임보다 더 강한 구조이다.

또한, 본 출원인은:

1. 코어 상에 감겨진 미세 금속 와이어의 층이 많으면 많을수록, 더 많은 금속 와이어가 코어 상에 장력을 가하기 때문에, 코어 상의 압력은 더 높아진다는 것과,

2. 코어 상에 감겨진 미세 금속 와이어의 층이 많으면 많을수록, 더 많은 금속 와이어가 플랜지 상에 장력을 가하기 때문에, 플랜지 상의 측면 압력이 더 높아진다는 것을 발견하였다.

그러므로, 외부 드럼의 외부 직경(D)을 증가시키는 것은 드럼 상에 감겨진 미세 금속 와이어의 층을 감소시키는데 도움을 주고, 또한 코어 상의 압력 및 플랜지 상의 측면 압력을 감소시키는데 도움을 준다. 추가로, φ 및 D가 증가하는 경우에, 감기 및 풀기 공정 동안 스풀의 회전 속도는 감소하고, 이것은 플랜지들 근처의 와이어의 위치설정이 더욱 많이 제어될 수 있게 하여서, 문제를 적게 한다. 하지만, 스풀이 소오 기계 상의 공간에 맞춰져야 하기 때문에, 외부 드럼의 외부 직경 및 플랜지의 외부 직경의 확장에 대한 제한이 항상 존재한다. 그래서, 외부 직경(D)은 내부 직경(d)의 1.3배와 2.1배 사이인 반면에, 플랜지의 외부 직경(φ)은 내부 직경(d)의 2.2배와 2.8배 사이에 있다.

추가 개선사항은 드럼 상의 미세 금속 와이어의 층을 더 감소시키도록 스풀의 높이(H)를 연장하는 것이다. 스풀이 소오 기계 상의 공간에 맞춰져야 하기 때문에, 스풀의 높이(H)의 확장에 대한 제한이 존재한다. 그러므로, 스풀의 높이(H), 즉 외부 드럼의 높이(H)는 내부 직경(d)의 2.0배와 3.0배 사이이다.

종래 스풀인 스풀 0과 본 발명이 적용된 스풀인 스풀 1 및 스풀 2 사이의 이하의 비교는, 개선사항 및 장점을 또한 예시한다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 종래의 스풀은 다음의 세부사항을 갖는다.

d = 150mm,

φ = 315mm,

H = 315mm,

반면에, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용된 스풀은 다음의 세부사항을 갖는다.

	d	D	φ	H
스풀 1	150mm	230mm	355mm	326mm
스풀 2	150mm	300mm	400mm	420mm

만약 스풀들, 즉 종래의 스풀인 스풀 0과 본 발명을 통합하는 두 개의 스풀들인 스풀 1 및 스풀 2에 동일한 용적의 미세 금속 와이어가 감겨진다면, 코어 상의 압력과, 본 발명이 적용된 스풀들의 플랜지 상의 측면 압력은 종래의 스풀에 비해 극적으로 감소하는 반면에, 구조적 강성은 종래 스풀의 강성과 비교하여 극적으로 증가한다.

코어 및 플랜지 상의 부하 분포에 대한 개선과 스풀의 구조적 강성에 대한 개선때문에, 본 발명은 종래의 두께에 비해 2.5mm와 7.0mm 사이의 두께, 양호하게 3.0mm와 5.0mm 사이의 두께를 갖는 더 얇은 금속 시트를 스풀 제조에 사용할 수 있다.

이하의 표는 본 발명이 적용된 스풀의 개선 및 장점을 예시한다.

	강도: 한번 완전히 감은 후의 플랜지들 사이의 거리	반복 사용성
		한번 사용 후의 플랜지들 사이의 거리	5번 사용 후의 플랜지들 사이의 거리
스풀 0	323.6mm	318.3mm	324.1mm
스풀 1	328.0mm	326.5mm	328.0mm
스풀 2	422.0mm	420.5mm	422.0mm

위의 비교 시험은 비율(φ/D)이 이러한 이중 드럼 스풀에 대해 또한 중요하다는 것을 보여준다. 비율(φ/D)이 작으면 작을수록, 사용 후의 스풀의 변형은 더욱 작게 되고, 그러므로 더 많은 횟수로 스풀을 재사용할 수 있다. 하지만, 비율(φ/D)에 대한 몇몇 제한이 존재해야 한다. 한편으로, 스풀을 작업가능하게 하도록 플랜지의 외부 직경(φ)이 외부 드럼의 외부 직경(D)보다 더 커야하기 때문에, 비율(φ/D)의 하한은 1.0보다 더 커야 한다. 다른 한편으로, 외부 드럼을 초과하는 플랜지가 더 높으면 높을수록 사용 후의 스풀의 변형은 더 커지기 때문에, 비율(φ/D)의 상한은 2.0보다 많지 않아야 한다. 그러므로, 비율(φ/D)은 1.0과 2.0 사이이고 그리고 더욱 양호하게는 1.3과 1.6 사이이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 플랜지(24)는 하나의 중앙 구멍(30)과 중앙 구멍 둘레에 균일하게 분포된 슬롯(32)들을 갖는다. 도 6에 도시된 바와 같이, 플랜지(24) 상의 중앙 구멍(32)의 내부 주연과 내부 드럼(26)의 외부 주연 사이에는 용접부가 존재한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 외부 드럼(28)의 내부 주연과 플랜지(24) 상의 균일하게 분포된 슬롯(32) 사이에는 용접부가 존재한다. 위의 배치는 이하의 장점들을 갖는다.

1. 내부 드럼과 플랜지 사이의 연결을 향상시킨다.

2. 외부 드럼과 플랜지 사이의 연결을 향상시킨다.

3. 내부 드럼과 외부 드럼 사이의 동심을 보장한다.

4. 외부 드럼과 플랜지 사이의 제한된 용접부 때문에 플랜지의 변형을 제한한다.

5. 단순화된 구조 때문에 제조가 용이하다.

도 8에 도시된 바와 같이, 외부 드럼(28)의 외부 주연과 플랜지(24)의 표면 사이에는 용접부가 있다. 이 용접부는 외부 드럼과 플랜지 사이의 연결을 더 향상시키고, 스풀의 구조적 강성을 향상시킨다.

본 발명이 적용된 스풀을 제조하는 방법은 이하의 사항을 포함한다:

1. 플랜지(24)는 두꺼운 금속 시트의 프레스 작업에 의해 제조되고, 플랜지(24)의 외부 주연은 절첩 공정에 의해 일반적으로 강화된다. 중앙 구멍(30)과 균일하게 분포된 슬롯(32)들은 프레스 작업에 의해 제조된다.

2. 내부 드럼(26) 및 외부 드럼(28)은 원통형 형상으로 금속 시트를 굴곡시킴으로써 형성된다.

3. 내부 드럼(26)의 외부 주연은 플랜지(24) 상의 중앙 구멍(30)의 내부 주연에 용접된다.

4. 외부 드럼(28)의 내부 주연은 플랜지(24) 상의 균일하게 분포된 슬롯(32)들에 용접된다.

5. 외부 드럼(28)의 외부 주연은 플랜지(24)의 표면에 용접된다.

6. 내부 드럼(26)의 양쪽 단부들은 스풀을 기계 상에 용이하게 장착하도록 챔퍼(chamfer)를 구비할 수 있다.

7. 외부 드럼(28)의 외부 주연과 플랜지(24)의 표면 사이의 용접부는 매끄러운 권선 및 재권선 공정을 촉진하도록 절단되어 둥글게 될 수 있다.

본 발명의 다른 개선사항은, 도 9에 도시된 바와 같이, 내부 드럼(26)의 외부 주연과 외부 드럼(28)의 내부 주연 사이에서 몇몇 지지 플레이트(34)를 용접하는 것이다. 지지 플레이트(34)는 변형에 대하여 외부 드럼(28)의 강도를 향상시키고, 내부 드럼(26)과 외부 드럼(28)이 동심을 이루도록 보장한다.

본 발명에 대한 추가 개선사항은, 도 10에 도시된 바와 같이, 플랜지(24) 상의 중앙 구멍(30) 둘레에 챔퍼 각을 만드는 것이고, 플랜지(24)의 표면에 외부 드럼(28)의 단부들을 용접하는 것이다. 그러므로, 스풀에 미세 와이어가 탑재되는 경우에, 내부 드럼(28)의 단부들이 플랜지(24)의 표면에 대해 압력 하에 있기 때문에, 내부 드럼(26)의 단부들과 플랜지(24)의 표면 사이를 용접할 필요가 없다.

Claims (13)

1. 코어와, 상기 코어에 결합된 두 개의 플랜지들을 포함하는 미세 금속 와이어를 위한 두꺼운 금속 시트로 이루어진 스풀에 있어서,
   상기 코어는 두 개의 동심 드럼들인, 내부 직경(d)을 갖는 내부 드럼과 외부 직경(D)을 갖는 외부 드럼을 포함하는 것을 특징으로 하는
   스풀.
2. 제1항에 있어서,
   금속 시트의 두께는 2.5mm와 7.0mm 사이인 것을 특징으로 하는
   스풀.
3. 제2항에 있어서,
   금속 시트의 두께는 3.0mm와 5.0mm 사이인 것을 특징으로 하는
   스풀.
4. 제3항에 있어서,
   상기 외부 드럼의 상기 외부 직경(D)은 상기 내부 드럼의 상기 내부 직경(d)의 1.3배와 2.1배 사이인 것을 특징으로 하는
   스풀.
5. 제4항에 있어서,
   상기 플랜지들의 직경(φ)은 상기 내부 드럼의 상기 내부 직경(d)의 2.2배와 2.8배 사이인 것을 특징으로 하는
   스풀.
6. 제5항에 있어서,
   비율(φ/D)은 1.0과 2.0 사이인 것을 특징으로 하는
   스풀.
7. 제6항에 있어서,
   비율(φ/D)은 1.3과 1.6 사이인 것을 특징으로 하는
   스풀.
8. 제7항에 있어서,
   상기 외부 드럼의 높이(H)는 상기 내부 드럼의 상기 내부 직경(d)의 2.0배와 3.0배 사이인 것을 특징으로 하는
   스풀.
9. 제8항에 있어서,
   상기 플랜지들은 하나의 중앙 구멍과 상기 중앙 구멍 둘레에 균일하게 분포된 슬롯들을 갖는 것을 특징으로 하는
   스풀.
10. 제9항에 있어서,
    상기 내부 드럼의 외부 주연은 상기 내부 드럼의 양쪽 단부들에서 상기 플랜지들 상의 중앙 구멍의 내부 주연에 용접되는 것을 특징으로 하는
    스풀.
11. 제10항에 있어서,
    상기 외부 드럼의 내부 주연은 상기 외부 드럼의 양쪽 단부들에서 상기 플랜지들 상의 상기 균일하게 분포된 슬롯들에 용접되는 것을 특징으로 하는
    스풀.
12. 제11항에 있어서,
    상기 외부 드럼의 외부 주연은 상기 외부 드럼의 양쪽 단부들에서 상기 플랜지들의 표면에 용접되는 것을 특징으로 하는
    스풀.
13. 제9항에 있어서,
    지지 플레이들이 상기 내부 드럼의 외부 주연과 상기 외부 드럼의 내부 주연 사이에서 용접되는 것을 특징으로 하는
    스풀.

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