KR20140097624A - 나선형 와이어 성형장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나선형 와이어 성형장치에 관한 것으로, 와이어가 공급되는 와이어 공급부와, 상기 와이어 공급부의 일측에 설치되어 상기 와이어 공급부로부터 공급된 와이어를 강제 이송시키는 와이어 이송부 및 상기 와이어 이송부의 일측에 설치되어 이송된 와이어를 나선형으로 성형하는 성형모듈을 포함하되, 상기 성형모듈은 상기 와이어 이송부의 일측에 설치되는 받침대와, 상기 받침대의 상부에 상기 와이어의 이송방향을 따라 교호로 병렬 설치되는 제1롤러와 제2롤러 및 상기 받침대를 상기 와이어의 이송방향을 축으로 회전시키는 구동수단을 포함하여, 상기 와이어가 상기 제1롤러와 상기 제2롤러 사이를 통과할 때 상기 받침대가 회전하여 상기 와이어가 나선형으로 성형될 수 있도록 하여 나선 반경이 작고, 피치가 큰 나선형 와이어를 대량으로 제조할 수 있다.

Description

나선형 와이어 성형장치{A Machine for Forming Helical Wires}

본 발명은 금속 와이어를 소성변형하여 나선형으로 성형하는 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 나선 반경이 작고, 피치가 큰 나선형 와이어를 대량으로 제조할 수 있는 나선형 와이어 성형장치에 관한 것이다.

일반적으로 나선형으로 성형된 금속선은 각종 스프링, 전기저항기(코일), 센서 등 여러 가지 기계 또는 전기 장치에 널리 사용되고 있다. 이러한 나선형 금속선을 제조하는 방법은 단순히 환봉에 금속선을 감아 영구변형을 일으키는 방법이 가장 일반적이며, 이에 대해서는 등록특허 제10-0503194호(발명의 명칭: 가스센서용 코일 제조장치, 이하, “종래기술 1”이라 함)에 개시되어 있다. 또한, 종래기술 1과 달리 환봉을 사용하지 않고 금속선을 다수의 롤러 사이로 강제 통과시켜 나선형으로 성형하는 방법도 가능한데, 이에 대해서는 등록특허 제10-0392099호(발명의 명칭: 나선형 와이어 제조장치, 이하, “종래기술 2”라 함)에 개시되어 있다. 참고로, 도 1에는 종래기술 2에 따라 제작된 나선형 와이어 제조장치의 사진을 도시하였으며, 이로부터 4개의 롤러를 통하여 나선형 와이어가 성형되는 모습을 확인할 수 있다.

한편, 본 발명자는 최근 나선형으로 성형한 복수의 와이어를 조립하여 3차원 공간상에서 서로 일정한 방위각을 가지며 교차되어 트러스와 유사한 구조를 갖는 여러 가지 3차원 경량 다공질 구조체와 그 제조방법을 개발한 바 있다. 예컨대, 도 2에는 등록특허 제10-0708483호 및 등록특허 제10-1029183호에서 제안한 카고메 트러스와 유사한 구조체가 도시되어 있으며, 등록특허 제10-1155267호에는 나선형 와이어로 제작이 가능하면서도 카고메 트러스와 다른 형태를 갖는 새로운 3차원 다공질 경량 구조체가 개시되어 있다. 참고적으로, 도 3 내지 도 7에는 상기 특허에 개시된 구조체를 도시하였으며, 도 8에는 도 2 내지 도 7의 다층 트러스 구조체의 단위셀을 도시하였다.

아울러, 등록특허 제10-1199606호에도 나선형 와이어를 조립하여 구성할 수 있으면서도 와이어 교차점에서 단 2개만의 와이어가 만나는 구조를 가져 보다 작은 나선반경을 갖는 나선형 와이어로 제작 가능한 새로운 3차원 격자 트러스 구조체와 그 제조방법이 개시되어 있으며, 도 9에 그 대표적인 예를 도시하였다.

이처럼 상술한 바와 같은 3차원 트러스 구조체를 제조하기 위해서는 나선형 와이어가 가능한 작은 나선반경을 가져야 한다. 왜냐하면, 나선반경이 큰 와이어로 조립된 구조체는 와이어들이 서로 밀착되지 않고, 굴곡이 심한 트러스 요소를 가져 직선형 트러스 요소로 구성된 이상적인 트러스 구조체에 비해 기계적 강도 및 강성이 열등할 수 밖에 없기 때문이다.

그러나 종래의 나선형 와이어 제조방법들은 기본적으로 와이어 직경에 비해 나선반경이 큰 형태만을 대상으로 하기 때문에 상술한 바와 같이 가능한 작은 나선반경을 갖는 나선형 와이어를 사용해야 하는 3차원 트러스 구조체에는 적용할 수 없는 문제점이 있다.

구체적으로, 도 10에는 탄성에너지의 저장, 전자기 부품 및 센서 등의 용도로 사용되는 일반적인 코일 형상의 나선형 와이어(도 10의 (a))와, 3차원 트러스 구조체를 구성하는 나선형 와이어(도 10의 (b))가 비교 도시되어 있다. 참고로, 도 10에서 d는 와이어 직경을, p는 피치를, Rh는 나선반경을 의미한다. 도 10으로부터 알 수 있는 바와 같이 코일 형상의 나선형 와이어는 피치 대비 나선반경(Rh/p)과, 와이어 직경 대비 나선반경(Rh/d)이 큰 반면 3차원 트러스 구조체를 구성하는 나선형 와이어는 피치 대비 나선반경(Rh/p)과, 와이어 직경 대비 나선반경(Rh/d)이 작다. 참고적으로, 도 11에는 도 7, 도 2 및 도 9의 3차원 트러스 구조체에서 와이어의 교차 형상과, 교차부에서 와이어의 단면 형상을 각각 나타내었다.

이에, 종래에는 3차원 트러스 구조체를 구성하는 나선형 와이어를 제조하기 위해 도 12에 도시된 바와 같이 복수의 금속선을 함께 꼬아 소성변형시킨 후 복수의 금속선을 분리하는 방법을 사용하였다. 보다 상세하게는, 복수의 와이어를 함께 양쪽의 척 사이에 고정하고, 전기모터를 이용하여 일정한 횟수로 회전시켜 와이어들을 비틀어 꼰 후 이를 척에서 이탈시켜 각각의 와이어를 분리함으로써 나선형 와이어를 얻게 된다.

그러나 상술한 바와 같은 나선형 와이어의 제조방법은 복수의 와이어들을 비틀어 꼰 후 다시 이를 풀어내는 등 연속공정이 아니기 때문에 대량 생산에 불리할 뿐 아니라 꼬아진 형상이 불균일한 경우가 대부분이어서 일정한 피치를 구현하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 3차원 트러스 구조체의 제조에 적용할 수 있도록 피치 대비 나선반경과, 와이어 직경 대비 나선반경이 작고, 균일한 피치를 갖는 나선형 와이어를 대량으로 생산할 수 있는 나선형 와이어 성형장치를 제공하는 데 목적이 있다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서,

본 발명은, 와이어가 공급되는 와이어 공급부와; 상기 와이어 공급부의 일측에 설치되어 상기 와이어 공급부로부터 공급된 와이어를 강제 이송시키는 와이어 이송부; 및 상기 와이어 이송부의 일측에 설치되어 이송된 와이어를 나선형으로 성형하는 성형모듈;을 포함하되, 상기 성형모듈은 상기 와이어 이송부의 일측에 설치되는 받침대와, 상기 받침대의 상부에 상기 와이어의 이송방향을 따라 교호로 병렬 설치되는 제1롤러와 제2롤러 및 상기 받침대를 상기 와이어의 이송방향을 축으로 회전시키는 구동수단을 포함하여, 상기 와이어가 상기 제1롤러와 상기 제2롤러 사이를 통과할 때 상기 받침대가 회전하여 상기 와이어가 나선형으로 성형될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 나선형 와이어 성형장치를 제공한다.

이 경우, 상기 제1롤러와 상기 제2롤러의 외주면에는 가이드홈이 형성될 수 있다.

이 경우, 상기 와이어의 나선반경은 상기 제1롤러와 상기 제2롤러 사이의 편위량에 의해 조절되고, 상기 와이어의 피치는 상기 와이어의 이송방향에 따른 동종 롤러 사이의 간격 또는 상기 와이어의 공급 속도에 의해 조절될 수 있다.

이 경우, 상기 와이어 공급부는 프레임과, 상기 프레임의 일면에 상기 와이어의 공급방향을 따라 교호로 병렬 설치되는 제1회전체와 제2회전체 및 상기 제1회전체와 상기 제2회전체를 회전시키는 이송모터를 포함하여, 상기 와이어가 상기 제1회전체와 상기 제2회전체 사이를 통과하면서 펼쳐질 수 있다.

본 발명에 따르면, 성형모듈을 구성하는 롤러 사이의 편위량과 동종 롤러 사이의 간격 또는 와이어의 공급 속도를 조절함으로써 와이어의 나선반경과 피치를 조절할 수 있으며, 이를 통해 3차원 트러스 구조체에 요구되는 피치 대비 나선반경과, 와이어 직경 대비 나선반경이 작고, 균일한 피치를 갖는 나선형 와이어를 제조할 수 있다.

또한, 일측에서 타측으로 와이어가 공급되는 선형 일관공정을 통해 연속적으로 나선형 와이어를 제조할 수 있어 대량생산에 유리하고, 와이어 자체에 최소한의 소성변형을 가해 나선형으로 성형하기 때문에 과도한 소성변형에 의해 발생할 수 있는 다양한 결함을 억제할 수 있다.

뿐만 아니라, 나선 성형을 위해 와이어 자체를 회전시키는 것이 아니라 와이어에 변형력을 인가하는 롤러를 소형의 받침대에 장착하고, 이러한 받침대를 회전시키기 때문에 협소한 공간에도 설치 가능하고, 에너지 소모도 최소화할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따라 제작된 나선형 와이어 제조장치를 도시한 사진,
도 2는 나선형 와이어를 이용하여 제조되는 유사 카고메 트러스 구조체를 도시한 도면,
도 3 내지 도 7은 나선형 와이어를 이용하여 제조되는 3차원 다공질 경량 구조체를 도시한 도면,
도 8은 도 2 내지 도 7의 다층 트러스 구조체의 단위셀을 도시한 도면,
도 9는 나선형 와이어를 이용하여 제조되는 3차원 격자 트러스 구조체를 도시한 도면,
도 10은 일반적인 코일 형상의 나선형 와이어와 3차원 트러스 구조체를 구성하는 나선형 와이어를 비교 도시한 도면,
도 11은 도 7, 도 2 및 도 9의 3차원 트러스 구조체의 와이어 교차 형상과 그 단면 구조를 도시한 도면,
도 12는 종래기술에 따른 나선형 와이어 제조장치를 도시한 사진,
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나선형 와이어 성형장치의 사진,
도 14는 도 13에 도시된 나선형 와이어 성형장치의 성형모듈을 도시한 사시도,
도 15는 도 14에 도시된 성형모듈의 롤러 사이로 와이어가 통과하는 모습을 도시한 사시도, 평면도, 정면도.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명한다.

도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나선형 와이어 성형장치의 사진이다.

도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나선형 와이어 성형장치(100)는 와이어 공급부(110)와, 와이어 이송부(120) 및 성형모듈(130)을 포함할 수 있다.

와이어 공급부(110)는 권취롤(도면 미도시)에 와인딩된 와이어(10)를 펼쳐 와이어 이송부(120)로 공급하기 위한 것으로 프레임(111)과, 제1회전체(112)와, 제2회전체(113) 및 이송모터(114)로 구성된다.

구체적으로, 와이어 공급부(110)는 지면에 수직하게 설치된 프레임(111)의 전면에 제1회전체(112)와 제2회전체(113)가 회전 가능하게 장착되고, 프레임(111)의 후면에는 이송모터(114)가 설치되어 제1회전체(112) 및 제2회전체(113)의 회전축과 결합된 구조를 갖는다.

이 경우, 제1회전체(112)와 제2회전체(113)는 와이어(10)의 공급방향(도면에서 좌측방향)을 따라 교호로 병렬 설치되어 제1회전체(112)가 제2회전체(113)와 인접하는 제2회전체(113') 사이에 위치하게 된다. 참고로, 여기서는 설명의 편의를 위해 2개의 제1회전체(112)와 3개의 제2회전체(113)가 병렬 설치된 형태만을 예시하였으나, 회전체의 개수가 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 적절히 가감될 수 있다.

또한, 제1회전체(112)와 제2회전체(113)의 회전축은 제1회전체(112)와 제2회전체(113)가 서로 반대방향으로 회전할 수 있도록 프레임(111)의 후면에서 팬벨트(115)를 이용하여 이송모터(114)의 회전축과 결합된다.

따라서 제1회전체(112)와 제2회전체(113) 사이에 와이어(10)를 삽입한 후 이송모터(114)를 가동시키면 팬벨트(115)에 의해 제1회전체(112)와 제2회전체(113)가 각각 시계방향과 반시계방향으로 회전하게 되고, 이에 따라 와이어(10)가 좌측으로 공급될 수 있다.

이 경우, 와이어(10)는 통상 권취롤에 와인딩되어 라운드진 상태로 제공되나, 상술한 바와 같이 제1회전체(112)와 제2회전체(113) 사이를 통과하는 과정에서 펼쳐지기 때문에 와이어 이송부(120)에는 직선형의 와이어가 공급될 수 있다.

와이어 이송부(120)는 와이어 공급부(110)로부터 공급된 와이어(10)를 마찰력에 의해 성형모듈(130)로 강제 이송시키기 위한 것으로 와이어 공급부(110)의 일측에 연속하여 설치된다. 이 경우, 와이어 이송부(120)의 구성은 와이어(10)를 마찰력에 의해 강제 이송시킬 수만 있다면 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 수직하게 설치된 지지대(121)의 전면에 제3회전체(122) 및 제4회전체(123)를 장착하고, 제3회전체(122) 및 제4회전체(123)의 상부에 가이드부재(124)(125)를 각각 장착한 후 팬벨트(115)와 이송모터(114)를 이용하여 제3회전체(122) 및 제4회전체(123)를 회전시키면 마찰력에 의해 와이어(10)가 좌측방향으로 강제 이송될 수 있다.

성형모듈(130)은 와이어 이송부(120)에 의해 강제 이송된 와이어(10)를 나선형으로 성형하기 위한 것으로 와이어 이송부(120)의 일측에 연속하여 설치된다. 이하, 성형모듈(130)에 대해 도면을 참고하여 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 14는 도 13에 도시된 나선형 와이어 성형장치의 성형모듈을 도시한 사시도, 도 15의 (a), (b), (c)는 각각 도 14에 도시된 성형모듈의 롤러 사이로 와이어가 통과하는 모습을 도시한 사시도, 평면도, 정면도이다.

도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 성형모듈(130)은 받침대(131)와, 제1롤러(132)와, 제2롤러(133) 및 구동수단으로 구성된다.

구체적으로, 받침대(131)의 상부에 제1롤러(132) 및 제2롤러(133)가 회전 가능하게 설치되고, 받침대(131)의 일측에는 구동수단이 설치된다. 이 경우, 제1롤러(132) 및 제2롤러(133)는 와이어(10)의 이송방향을 따라 교호로 병렬 설치되어 제1롤러(132)가 제2롤러(133)와 인접하는 제2롤러(133') 사이에 위치하게 된다. 참고로, 여기서는 설명의 편의를 위해 3개의 제1롤러(132)와 2개의 제2롤러(133)가 병렬 설치된 형태만을 예시하였으나, 롤러의 개수가 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 적절히 조절될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이 제1롤러(132)와 제2롤러(133)의 외주면에는 가이드홈(132a)(133a)이 각각 형성되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상술한 바와 같이 구성하면 와이어(10)가 제1롤러(132)와 제2롤러(133) 사이를 통과하는 과정에서 가이드홈(132a)(133a)에 의해 가이드되어 외측으로 이탈되지 않기 때문에 나선 성형 공정이 중단 없이 연속적으로 이루어질 수 있다.

성형모듈(130)의 구동수단은 받침대(131)의 일측에 폭방향으로 설치되는 풀리(135)와, 받침대(131)의 후방에 설치되는 전기모터(136) 및 전기모터(136)의 회전축과 풀리(135)를 연결하는 팬벨트(137)를 포함하여 구성된다. 따라서 와이어(10)가 제1롤러(132)와 제2롤러(133) 사이를 통과할 때 전기모터(136)를 가동시키면 팬벨트(137)에 의해 풀리(135)가 회전하게 되고, 이로 인해 받침대(131)가 회전하여 와이어(10)가 나선형으로 성형될 수 있다.

이처럼 본 발명의 성형모듈(130)은 와이어(10) 자체를 회전시키는 것이 아니라, 와이어(10)가 계속적으로 이송되는 상태에서 소형의 받침대(131)만 회전시키기 때문에 협소한 공간에도 용이하게 적용할 수 있고, 에너지 효율도 향상시킬 수 있다.

즉, 본 발명과 달리 와이어 자체를 회전시켜 나선형으로 성형하기 위해서는 와이어가 와인딩된 권취롤을 전체적으로 회전시켜야 하는데, 이 경우 긴 나선형 와이어를 연속적으로 성형하기 위해서는 와이어를 포함한 권취롤의 무게 및 부피가 커질 수 밖에 없고, 이로 인해 회전에 소요되는 에너지의 양도 증가하게 된다.

따라서 본 발명은 받침대(131)에 제1롤러(132)와 제2롤러(133)만 설치하여 무게와 부피를 최소화하고, 이의 회전을 통해 와이어(10)를 나선형으로 성형하기 때문에 협소한 공간에도 용이하게 설치 가능하고, 에너지의 소모를 최소화할 수 있을 뿐 아니라 와이어(10)의 길이가 긴 경우에도 연속 공정을 통해 나선형 와이어를 제조할 수 있다.

본 발명에 따라 제조되는 나선형 와이어의 나선반경과 피치는 제1롤러(132)와 제2롤러(133)의 배치에 따라 조절된다. 구체적으로, 도 15의 (c)에 도시된 바와 같이 나선반경(Rh)은 제1롤러(132)로 구성되는 상부열과, 제2롤러(133)로 구성되는 하부열의 편위(offset)에 의해 조절되고, 피치(p)는 동종 롤러, 예컨대, 제1롤러(132)와 인접하는 제1롤러(132') 사이의 간격 또는 와이어(10)의 공급 속도에 의해 조절될 수 있다.

이상으로 본 발명의 구성에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 작용에 대해 설명하도록 한다.

먼저, 권취롤에 와인딩된 와이어(10)를 와이어 공급부(110)의 제1회전체(112)와 제2회전체(113) 사이에 삽입하고 이송모터(114)를 가동시키면 팬벨트(115)에 의해 제1회전체(112)와 제2회전체(113)가 역방향으로 회전함으로써 와이어(10)가 공급된다. 이후, 와이어(10)는 와이어 이송부(120)에 공급되어 이송모터(114) 및 구동장치의 회전력에 의해 발생되는 마찰력에 의해 성형모듈(130)로 강제 이송된다. 마지막으로, 성형모듈(130)로 이송된 와이어(10)는 제1롤러(132)와 제2롤러(133) 사이를 통과하게 되는데, 이 때 전기모터(136)를 가동시키면 팬벨트(137)에 의해 받침대(131)가 폭방향으로 회전함으로써 와이어(10)가 나선형으로 성형된다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서 본 발명의 범위는 상술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위, 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 와이어 100 : 나선형 와이어 성형장치
110 : 와이어 공급부 111 : 프레임
112 : 제1회전체 113, 113' : 제2회전체
114 : 이송모터 115 : 팬벨트
120 : 와이어 이송부 121 : 지지대
122 : 제3회전체 123 : 제4회전체
124, 125 : 가이드부재 130 : 성형모듈
131 : 받침대 132, 132' : 제1롤러
132a : 가이드홈 133, 133' : 제2롤러
133a : 가이드홈 135 : 풀리
136 : 전기모터 137 : 팬벨트

Claims (4)

1. 와이어가 공급되는 와이어 공급부와;
   상기 와이어 공급부의 일측에 설치되어 상기 와이어 공급부로부터 공급된 와이어를 강제 이송시키는 와이어 이송부; 및
   상기 와이어 이송부의 일측에 설치되어 이송된 와이어를 나선형으로 성형하는 성형모듈;을 포함하되,
   상기 성형모듈은 상기 와이어 이송부의 일측에 설치되는 받침대와, 상기 받침대의 상부에 상기 와이어의 이송방향을 따라 교호로 병렬 설치되는 제1롤러와 제2롤러 및 상기 받침대를 상기 와이어의 이송방향을 축으로 회전시키는 구동수단을 포함하여, 상기 와이어가 상기 제1롤러와 상기 제2롤러 사이를 통과할 때 상기 받침대가 회전하여 상기 와이어가 나선형으로 성형될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 나선형 와이어 성형장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1롤러와 상기 제2롤러의 외주면에는 가이드홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 나선형 와이어 성형장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 와이어의 나선반경은 상기 제1롤러와 상기 제2롤러 사이의 편위량에 의해 조절되고, 상기 와이어의 피치는 상기 와이어의 이송방향에 따른 동종 롤러 사이의 간격 또는 상기 와이어의 공급 속도에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 나선형 와이어 성형장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 와이어 공급부는 프레임과, 상기 프레임의 일면에 상기 와이어의 공급방향을 따라 교호로 병렬 설치되는 제1회전체와 제2회전체 및 상기 제1회전체와 상기 제2회전체를 회전시키는 이송모터를 포함하여, 상기 와이어가 상기 제1회전체와 상기 제2회전체 사이를 통과하면서 펼쳐질 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 나선형 와이어 성형장치.

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