KR20230118452A - 금속판재 이중곡 성형장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중곡 성형이 진행되는 금속판재를 이송함에 있어서, 금속판재의 곡률에 대응하여 이송롤러의 회전속도가 가변되도록 함으로써 곡률과 무관하게 금속판재를 균일한 속도로 이송시킬 수 있는 금속판재 이중곡 성형장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 금속판재 이중곡 성형장치는 금속판재에 대한 이중곡 성형을 진행하는 상부롤셋과 하부롤셋; 및 금속판재를 고정함과 함께 금속판재의 위치를 조정하는 금속판재 그립장치; 및 다양한 곡률의 금속판재를 균일한 속도로 이송시키는 판재이송장치;를 포함하여 이루어지며, 상기 판재이송장치는, 하부이송롤러와 상부이송롤러 사이에 금속판재를 개재시켜 이송하며, 금속판재의 곡률에 대응하여 하부이송롤러의 회전속도를 가변시켜 금속판재의 이송속도를 균일하게 유지시키는 것을 특징으로 한다.

Description

금속판재 이중곡 성형장치{Apparatus for forming double-curvature plate}

본 발명은 금속판재 이중곡 성형장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이중곡 성형이 진행되는 금속판재를 이송함에 있어서, 금속판재의 곡률에 대응하여 이송롤러의 회전속도가 가변되도록 함으로써 곡률과 무관하게 금속판재를 균일한 속도로 이송시킬 수 있는 금속판재 이중곡 성형장치에 관한 것이다.

일반적으로, 조선, 항공기, 자동차 분야 등에서는 금속 평판 뿐 아니라 이중 곡률을 갖는 금속 곡판도 이용되고 있다. 특히, 선박의 자재로 이용되는 금속 곡판은 두꺼운 후판으로 되는 경우가 많은데, 두꺼운 금속 판재를 곡판으로 성형하기 위해, 여러 종류의 곡판 성형 장치가 종래에 제안된 바 있다.

한국등록특허 제319450호는 2쌍의 받침 펀치와 1개의 중심 펀치로 이루어지는 성형공구를 제시하고 있으며, 판재의 굽힘 변형(bending deformation)원리를 이용한 점진적 성형공정(incremental forming process)을 통해 판재를 성형하는 방식이다. 그러나, 한국등록특허 제319450호에 개시된 기술은 판재 전체를 성형하기 위해서, 중심 펀치로 판재를 눌러 주어 굽힘변형을 발생시킨 후, 중심 펀치를 판재와 이격시켜 위치를 조절한 다음, 다시 판재를 눌러 주어 굽힘변형을 발생시키는 반복적인 작업을 수행해야 함에 따라 성형기간이 길어지는 문제점이 있다.

한국등록특허 제668068호는 상부롤셋과 하부롤셋 사이에 금속 판재를 위치시키고 상부롤과 하부롤을 통해 금속 판재를 가압하는 방식으로 이중곡을 구현하는 기술을 제시하고 있다. 그러나, 한국등록특허 제668068호에 개시된 기술의 경우, 금속 판재의 위치가 롤의 수직 및 직선 이동, 롤받침대의 직선이동 등에 의해 조정되는 등 롤셋의 위치조정에 의해 금속 판재의 위치가 조정되는 방식임에 따라, 이중곡 성형이 진행되는 과정에서 금속 판재가 정해진 위치에서 이탈되는 문제점이 발생된다.

한편, 롤셋을 이용하여 판재의 이중곡 성형을 진행함에 있어서, 이중곡 성형이 진행되는 판재는 롤러에 의해 진행 방향을 따라 이송되어야 하는데, 이중곡 성형과정에 의해 판재에 곡률이 부여되어 있음에 따라, 평판의 판재에 대비하여 곡률이 부여된 판재를 균일한 속도로 이송시킴에 난관이 있다.

이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 평판의 판재를 롤러를 통해 이송함에 있어서 균일한 속도 예를 들어, 등속으로 이송시키기 위해서는 롤러를 동일한 속도로 회전시키면 된다. 반면, 곡률을 갖는 판재의 경우, 동일한 속도로 회전하는 롤러를 이용하여 판재를 이송시키게 되면 곡이 형성된 부위를 통과시키는 과정에서 판재의 이송속도가 저하된다. 이와 이송속도 저하 현상은 곡이 형성된 부위의 판재 길이가 직선상의 판재 길이보다 길기 때문에 발생된다.

나아가, 곡률의 크기가 커질수록 상술한 바와 같은 판재의 이송속도 저하는 더 커지게 된다. 이러한 이송속도 저하 현상과 함께 곡이 형성된 부위를 롤러를 통해 이송함에 있어서 판재와 롤러의 접촉 불량으로 인해 롤러의 회전구동력이 판재에 전달되지 않는 문제점과 판재가 롤러로부터 이탈되는 현상 또한 발생될 수 있다.

한국등록특허공보 제319450호(2002. 1. 5. 공고) 한국등록특허공보 제668068호(2007. 1. 11. 공고) 한국공개특허공보 제2002-1435호(2002. 1. 9. 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 금속판재의 이중곡 성형이 진행되는 과정에서 금속판재가 이탈되는 것을 방지함과 함께 금속판재의 위치를 효과적으로 정확히 조정할 수 있는 금속판재 이중곡 성형장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 이중곡 성형이 진행되는 금속판재를 이송함에 있어서, 금속판재의 곡률에 대응하여 이송롤러의 회전속도가 가변되도록 함으로써 곡률과 무관하게 금속판재를 균일한 속도로 이송시킬 수 있는 금속판재 이중곡 성형장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 금속판재 이중곡 성형장치는 금속판재에 대한 이중곡 성형을 진행하는 상부롤셋과 하부롤셋; 및 금속판재를 고정함과 함께 금속판재의 위치를 조정하는 금속판재 그립장치; 및 다양한 곡률의 금속판재를 균일한 속도로 이송시키는 판재이송장치;를 포함하여 이루어지며, 상기 판재이송장치는, 하부이송롤러와 상부이송롤러 사이에 금속판재를 개재시켜 이송하며, 금속판재의 곡률에 대응하여 하부이송롤러의 회전속도를 가변시켜 금속판재의 이송속도를 균일하게 유지시키는 것을 특징으로 한다.

금속판재가 하부이송롤러와 상부이송롤러 사이를 통과하는 과정에서, 금속판재의 곡률에 대응하여 상부이송롤러가 일정 거리 상부로 이동되며, 상부이송롤러가 상부로 이동된 거리에 대응하여 하부이송롤러의 회전속도가 증가한다.

회전구동력을 인가하는 구동축과 하부이송롤러의 회전축이 구동체인에 의해 연결되며, 금속판재가 하부이송롤러와 상부이송롤러 사이를 통과하는 과정에서, 금속판재의 곡률에 대응하여 상부이송롤러가 일정 거리 상부로 이동되며, 상부이송롤러가 상부로 이동된 거리에 대응하여 구동축에 감겨진 구동체인의 회전반경이 증가하며, 구동체인의 회전반경이 증가함에 따라 하부이송롤러의 회전속도가 증가한다.

회전구동력을 인가하는 구동축과 하부이송롤러의 회전축이 구동체인에 의해 연결되며, 구동체인은 구동축의 구동축 기어와 회전축의 회전축 기어를 감싸는 형태로 구비되며, 구동체인이 장착되는 구동축 기어의 테이퍼축은 테이퍼 형상을 이루며, 금속판재가 하부이송롤러와 상부이송롤러 사이를 통과하는 과정에서, 금속판재의 곡률에 대응한 탄성장치의 작용에 의해 상부이송롤러가 일정 거리 상부로 이동되며, 상부이송롤러가 상부로 이동된 거리에 대응하여 구동체인이 테이퍼축 상에서 이동되어 구동축 기어에 장착된 구동체인의 회전반경이 증가되며, 구동체인의 회전반경 증가에 따라 하부이송롤러의 회전속도가 증가한다.

상기 판재이송장치는, 구동력 인가에 의해 회전되는 하부이송롤러와, 하부이송롤러로부터 수직방향 이격된 위치에 구비되는 상부이송롤러와, 구동체인을 매개로 하부이송롤러에 구동력을 인가하는 구동축과, 구동축의 구동축 기어와 회전축의 회전축 기어를 감싸는 형태로 구비되는 구동체인과, 상부이송롤러의 이동시 함께 이동되며, 구동축으로부터 연장된 형태를 이루는 피니언 지지축과, 피니언 지지축의 내경면과 나사결합되고, 상부이송롤러의 상하 이동에 따라 회전되어 피니언 지지축의 나사선을 따라 피니언 지지축의 축방향을 향해 이동되는 피니언과, 상기 피니언과 맞물려 상부이송롤러의 상하 이동시 피니언의 회전을 가이드하는 랙과, 피니언의 일단에 구비되어 피니언의 이동시 함께 이동되며, 이동시 구동축 기어의 테이퍼축 상에 장착된 구동체인을 테이퍼축의 장경 방향으로 밀어내어 구동체인의 회전반경을 증가시키는 제 1 원판과, 곡률이 부여된 금속판재의 통과시 탄성 작용을 통해 상부이송롤러를 상부로 이동시키는 탄성장치를 포함하여 구성된다.

상기 구동축 기어는, 이격되어 배치되는 제 1 원판과 제 2 원판, 제 1 원판과 제 2 원판 사이에 구비되어 구동체인의 장착 공간을 제공하는 테이퍼축을 포함하여 구성되며, 상기 테이퍼축은 제 1 원판에서 제 2 원판으로 갈수록 직경이 커지는 테이퍼 형상을 이루며, 제 1 원판의 제 2 원판으로의 이동시 구동체인이 제 2 원판 쪽으로 이동되어, 구동체인의 회전반경이 증가한다.

상기 탄성장치는, 하부이송롤러의 회전축 상에 구비되는 제 1 지지체와, 제 1 지지체로부터 연장된 봉 형상의 제 1 탄성가이드부재와, 상부이송롤러의 지지축 상에 구비되는 제 2 지지체와, 제 2 지지체로부터 연장된 봉 형상의 제 2 탄성가이드부재와 제 1 탄성가이드부재와 제 2 탄성가이드부재를 연결하는 탄성부재를 포함하여 구성되며, 제 1 탄성가이드부재가 제 2 탄성가이드부재에 삽입 가능한 형태를 이루며, 탄성부재의 탄성 작용에 의해 제 2 탄성가이드부재가 제 1 탄성가이드부재로부터 멀어지는 방향으로 이동되거나 제 2 탄성가이드부재가 제 1 탄성가이드부재와 가까워지는 방향으로 이동될 수 있다.

본 발명에 따른 금속판재 이중곡 성형장치는 다음과 같은 효과가 있다.

롤러의 회전을 통해 금속판재를 이송시킴에 있어서, 금속판재의 곡률에 대응하여 롤러의 회전속도가 가변되도록 함으로써 곡률과 무관하게 다양한 곡률의 금속판재를 일정 속도로 이송시킬 수 있다.

또한, 금속판재 그립장치를 통해 금속판재를 고정시킨 상태에서 금속판재에 대한 직접적인 위치조정이 가능함에 따라, 이중곡 성형시 금속판재를 안정적으로 고정시킴과 함께 다양한 벤딩라인 설정이 가능하게 된다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속판재 이중곡 성형장치의 사시도.
도 3a은 판재이송장치의 사시도.
도 3b은 판재이송장치의 측면도.
도 4a 및 도 4b는 연결부재, 피니언 지지축, 피니언 및 구동축 기어의 조합 구조에 대한 사시도.
도 5a 및 도 5b는 평판의 금속판재 이송시 판재이송장치의 동작을 설명하기 위한 참고도.
도 6a 및 도 6b는 곡률이 부여된 금속판재 이송시 판재이송장치의 동작을 설명하기 위한 참고도.
도 7은 후방그립장치의 동작을 설명하기 위한 참고도.

본 발명은 금속판재의 이중곡 성형을 진행함에 있어서, 금속판재의 이탈을 방지함과 함께 금속판재의 위치를 정확히 조정할 수 있는 기술을 제시한다.

또한, 본 발명은 이중곡 성형이 진행되는 금속판재를 이송함에 있어서, 금속판재의 곡률에 대응하여 이송롤러의 회전속도가 가변되도록 함으로써 곡률과 무관하게 금속판재를 균일한 속도로 이송시킬 수 있는 금속판재 이중곡 성형장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명은 금속판재의 위치조정방식으로 금속판재 그립장치를 이용한다. 본 발명에 따른 금속판재 그립장치는 금속판재를 고정함과 함께 금속판재의 위치를 선택적으로 조정할 수 있는 장치이다. 한국등록특허 제668068호가 롤셋을 이용하여 금속판재의 위치를 간접 조정하는 방식임에 반해, 본 발명은 금속판재 그립장치를 통해 금속판재를 직접적으로 제어하여 금속판재의 위치를 조정하는 방식이라 할 수 있다. 또한, 본 발명은 금속판재 그립장치가 6개의 동작이 가능하도록 하여 금속판재를 다양한 위치로 조정할 수 있으며, 이를 통해 다양한 형태의 벤딩라인(bending line)을 설정할 수 있다.

또한, 본 발명은 판재이송장치를 통해 곡률과 무관하게 금속판재를 균일한 속도로 이송시키는 기술을 제시한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 금속판재 이중곡 성형장치를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속판재 이중곡 성형장치는 롤셋장치(10)(20), 금속판재 그립장치(40) 및 판재이송장치(30)를 포함하여 이루어진다.

상기 롤셋장치는 상부롤셋(10)과 하부롤셋(20)을 구비한다. 상부롤셋(10)과 하부롤셋(20)은 각각 하나 이상의 롤로 구성되며, 상부롤셋(10)과 하부롤셋(20) 사이에 금속판재(M)가 위치한 상태에서 상부롤셋(10)과 하부롤셋(20)의 가압에 의해 금속판재(M)의 이중곡 성형이 진행된다.

상부롤셋(10)은 상부롤 가이드프레임(11), 상부롤 가이드부재(12) 및 상부롤(13)로 구성되며, 하부롤셋(20)은 하부롤 받침대(21), 하부롤 거치부재(22) 및 복수의 하부롤(23)로 구성된다.

상부롤셋(10)은 상부롤 가이드프레임(11)의 Z축 이동, 상부롤 가이드부재(12)의 상부롤 가이드프레임(11) 상에서의 Y축 이동, 상부롤(13)의 Z축 기준 회전, 상부롤(13)의 자체 회전이 가능한 형태로 설계된다. 또한, 하부롤셋(20)은 하부롤 받침대(21)의 Z축 기준 회전, 하부롤 거치부재(22)의 하부롤 받침대(21) 상에서의 X축 이동, 하부롤(23)의 Z축 이동, 하부롤(23)의 독립적인 Z축 기준 회전, 하부롤(23)의 자체 회전이 가능하도록 설계된다.

한편, 상부롤셋(10)과 하부롤셋(20)을 통해 금속판재(M)에 대한 이중곡 성형을 진행함에 있어서, 특정 벤딩라인(bending line)의 이중곡 성형을 위해서는 금속판재(M)의 고정 및 위치조정이 요구되는데, 상기 금속판재 그립장치(30)는 이러한 금속판재(M)의 고정 및 금속판재(M)의 위치조정을 가능하게 한다. 금속판재 그립장치(40)의 상세 구성에 대해서는 후술하기로 한다.

상기 판재이송장치(30)는 상부롤셋(10)과 하부롤셋(20)의 가압에 의해 이중곡 성형이 진행되는 금속판재(M)를 이송하는 역할을 하며, 금속판재(M)에 형성된 곡률에 무관하게 금속판재(M)을 균일한 속도로 이송시킨다.

롤러를 이용하여 판재를 이송시키는 방식이고 롤러의 회전속도가 일정하다고 가정하면, 평판의 판재는 균일한 속도로 이송되지만 곡률이 부여된 판재는 곡률로 인해 이송속도가 불규칙하게 된다. 곡률이 부여된 판재의 이송속도가 불규칙하게 변화되는 이유는 곡률이 형성된 부위가 평판의 판재에 대비하여 그 길이가 길기 때문이다.

본 발명에 따른 판재이송장치(30)는 곡률이 부여된 판재를 이송함에 있어서, 곡률에 따라 롤러의 회전속도를 가변시키는 방식을 통해 곡률이 부여된 판재를 균일한 속도로 이송시킨다. 예를 들어, 곡률이 큰 부위를 통과시킬 때에는 롤러의 회전속도를 빠르게 하고, 곡률이 작은 부위를 통과시킬 때에는 롤러의 회전속도를 상대적으로 느리게 함으로써 금속판재(M)의 이송속도를 균일하게 유지시킨다.

상기 판재이송장치(30)는 이중곡 성형이 진행되는 금속판재(M)의 양측부에 각각 구비되어 금속판재(M)를 X축 방향으로 이송시키며, 세부적으로 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이 하부이송롤러(110), 상부이송롤러(120), 구동축(130), 랙-피니언 장치 및 탄성장치를 포함하여 구성된다.

금속판재(M)는 하부이송롤러(110)와 상부이송롤러(120) 사이에 개재되어 하부이송롤러(110)와 상부이송롤러(120)의 회전에 의해 이송된다. 일 실시예로, 상부이송롤러(120)는 X축 방향을 따라 이격된 2개의 상부이송롤러(120)로 구성되고, 하부이송롤러(110)는 수직방향으로는 상부이송롤러(120)의 하부에 구비되고 수평방향으로는 2개의 상부이송롤러(120) 사이의 영역에 배치될 수 있다. 또한, 하부이송롤러(110)는 고정된 위치를 유지하며, 2개의 상부이송롤러(120) 각각은 상기 탄성장치의 동작에 따라 그 위치가 가변된다. 탄성장치의 동작에 대해서는 후술하기로 한다.

하부이송롤러(110)는 회전축(111) 상에 구비되어, 회전축(111)의 회전에 따라 함께 회전되며, 회전축(111)에 대한 구동력은 구동체인(140)에 의해 전달된다. 구동체인(140)의 회전에 의해 하부이송롤러(110)의 회전축(111)에 구동력이 전달되는데, 구동체인(140)은 회전축(111)에 구비된 회전축 기어(112)와 구동축(130)에 구비된 구동축 기어(131)를 감싸는 형태로 구비된다. 따라서, 구동축(130)이 회전하면 구동체인(140)이 함께 회전하고, 구동체인(140)의 회전에 의해 하부이송롤러(110)의 회전축(111) 역시 회전하게 된다. 구동축(130)의 일측에는 구동축(130)에 회전구동력을 인가하는 동력수단 예를 들어, 모터(도시하지 않음)가 구비된다. 한편, 하부이송롤러(110)와는 달리 상부이송롤러(120)에는 구동력이 인가되지 않는다.

여기서, 상기 구동축 기어(131)는 이격되어 배치되는 제 1 원판(131a)과 제 2 원판(131b), 제 1 원판(131a)과 제 2 원판(131b) 사이에 구비되어 구동체인(140)의 장착 공간을 제공함과 함께 구동축(130)의 회전구동력을 구동체인(140)에 전달하는 테이퍼축(131c)으로 구성되는데, 상기 제 1 원판(131a), 제 2 원판(131b) 및 테이퍼축(131c)에 대해서는 후술하여 상세히 설명하기로 한다.

이와 같은 구조 하에, 하부이송롤러(110)와 상부이송롤러(120) 사이에 금속판재(M)가 위치된 상태에서 하부이송롤러(110)에 회전구동력이 인가되면 금속판재(M)는 하부이송롤러(110)와 상부이송롤러(120)의 회전에 의해 X축 방향을 따라 이송된다. 또한, 이러한 구조 하에 하부이송롤러(110)와 상부이송롤러(120)를 이용하여 금속판재(M)를 이송함에 있어서, 하부이송롤러(110)가 일정 속도로 회전하는 상태에서 금속판재(M)에 곡률이 부여되어 있다면, 곡률이 부여된 부위가 통과할 때 금속판재(M)의 이송속도가 변하게 되며, 이러한 이송속도 변화는 전술한 바와 같이 곡률이 부여된 부위의 길이가 평판 부위의 길이보다 길기 때문에 발생된다.

곡률로 인한 이송속도 변화 현상을 방지하기 위해 본 발명에서는 탄성장치, 랙-피니언 장치 및 테이퍼 형상의 구동축 기어(131)가 적용된다.

상기 탄성장치는 하부이송롤러(110)의 회전축(111) 상에 구비되는 제 1 지지체(151), 제 1 지지체(151)로부터 연장된 봉 형상의 제 1 탄성가이드부재(152), 상부이송롤러(120)의 지지축(121) 상에 구비되는 제 2 지지체(153), 제 2 지지체(153)로부터 연장된 봉 형상의 제 2 탄성가이드부재(154) 그리고 제 1 탄성가이드부재(152)와 제 2 탄성가이드부재(154)를 연결하는 탄성부재로 구성된다.

제 1 탄성가이드부재(152)가 제 2 탄성가이드부재(154)에 삽입 가능한 형태로 제 1 탄성가이드부재(152)와 제 2 탄성가이드부재(154)를 구성할 수 있으며, 도면에 도시하지 않았지만 압축스프링과 같은 탄성부재를 매개로 제 1 탄성가이드부재(152)와 제 2 탄성가이드부재(154)가 연결되도록 할 수 있다. 따라서, 탄성부재 예를 들어, 압축스프링의 인장 또는 복원에 의해 제 2 탄성가이드부재(154)가 제 1 탄성가이드부재(152)로부터 멀어지는 방향으로 이동되거나 제 2 탄성가이드부재(154)가 제 1 탄성가이드부재(152)와 가까워지는 방향으로 이동될 수 있다.

전술한 바와 같이 하부이송롤러(110)는 고정된 위치를 유지하는 반면, 상부이송롤러(120)는 그 위치가 고정되어 있지 않다. 이와 같은 상태에서, 외부의 물리적 힘에 의해 탄성부재의 탄성이 작용하면 제 2 탄성가이드부재(154)의 이동에 의해 상부이송롤러(120)의 위치가 가변된다. 예를 들어, 금속판재(M)의 평평한 부위가 하부이송롤러(110)와 상부이송롤러(120) 사이를 통과하다가(도 5a 참조) 이어 곡률이 형성된 부위가 통과하게 되면(도 6a 참조) 곡률로 인해 상부이송롤러(120)에 물리적 힘이 작용하게 되며, 그에 따라 압축스프링이 인장되어 제 2 탄성가이드부재(154)가 상부로 이동함과 함께 상부이송롤러(120) 역시 상부로 이동하게 된다.

한편, 랙-피니언 장치는 랙(161)과 피니언(162)으로 구성된다. 랙(161)은 하부이송롤러(110)의 회전축(111) 상에 구비되고, 피니언(162)은 구동축(130)에서 연장된 형태의 피니언 지지축(170) 상에 구비된다. 여기서, 랙(161)에는 하부이송롤러(110)의 회전축(111)의 회전구동력이 전달되지 않으며, 피니언(162)에도 구동축(130)의 회전구동력이 전달되지 않는다.

또한, 2개의 상부이송롤러(120)를 일체형으로 연결시키는 연결부재(180)가 구비되고, 피니언 지지축(170)은 상기 연결부재(180)의 일측에 고정된다(도 4a 및 도 4b 참조). 상기 피니언(162)은 세부적으로, 동심원 형상으로 피니언 지지축(170)을 감싸는 형태로 구비되며, 피니언(162)의 내경면과 피니언 지지축(170)의 외경면은 나사결합된 형태를 이룬다. 따라서, 피니언(162)의 회전시, 피니언(162)은 피니언 지지축(170)의 외경면에 구비된 나사선을 따라 피니언 지지축(170)의 축방향을 따라 이동된다.

상기 피니언(162)은 피니언 지지축(170)을 따라 일정 길이만큼 연장된 형태를 이루며, 피니언(162)의 일단에는 제 1 원판(131a)이 구비된다. 이에, 피니언(162)의 회전시, 피니언(162)의 일단에 구비된 제 1 원판(131a) 역시 피니언(162)과 동일 방향으로 이동된다.

앞서, 구동축(130)의 일측에 구동축 기어(131)가 구비되고, 구동축 기어(131)에 구동체인(140)이 장착되며, 구동축 기어(131)는 제 1 원판(131a), 제 2 원판(131b) 및 테이퍼축(131c)으로 구성됨을 기술한 바 있다. 이에 대해 상세히 설명하면, 제 1 원판(131a)과 제 2 원판(131b)이 이격되어 배치되고, 제 1 원판(131a)과 제 2 원판(131b) 사이에 테이퍼축(131c)이 구비되며, 테이퍼축(131c) 상에 구동체인(140)이 장착된다. 구동축(130)의 회전시 테이퍼축(131c)이 함께 회전되어 구동체인(140)이 구동되는데, 상기 테이퍼축(131c)은 제 1 원판(131a)에서 제 2 원판(131b)으로 갈수록 직경이 커지는 테이퍼 형상을 이룬다.

이와 같은 구조 하에, 피니언(162)의 회전에 의해 피니언(162)과 함께 제 1 원판(131a)이 제 2 원판(131b) 쪽으로 이동되면, 제 1 원판(131a)과 제 2 원판(131b) 사이에 구비된 구동체인(140) 역시 제 1 원판(131a)에 의해 밀려 제 2 원판(131b) 쪽으로 일정 거리 이동하게 된다(도 5b 및 도 6b 참조). 이 때, 구동체인(140)이 감겨져 있는 테이퍼축(131c)이 제 2 원판(131b)으로 갈수록 직경이 커지는 테이퍼 형상을 이룸에 따라, 구동체인(140)이 제 2 원판(131b) 쪽으로 이동될수록 구동축 기어(131)에 감긴 구동체인(140)의 회전반경이 증가된다(r₁<r₂).

구동축(130)이 동일속도로 회전하는 상태에서, 구동축 기어(131)에 감긴 구동체인(140)의 회전반경이 커지면 구동체인(140)의 회전속도가 커지게 된다. 또한, 구동체인(140)의 회전속도는 하부이송롤러(110)의 회전축(111)에 전달됨에 따라, 구동체인(140)의 회전속도가 증가하면 하부이송롤러(110)의 회전속도 역시 증가된다.

이상 기술한 피니언(162)의 회전과 하부이송롤러(110)의 회전속도 간의 상관관계를 도 5a, 도 5b 및 도 6a, 도 6b를 참조하여 정리하면 다음과 같다.

일정 곡률이 부여된 금속판재(M)가 하부이송롤러(110)와 상부이송롤러(120) 사이를 통과하게 되면 탄성장치의 압축스프링이 인장되어 제 2 탄성가이드부재(154)가 이동되고 그에 따라 상부이송롤러(120)가 상부로 일정 거리 이동하게 된다(도 5a, 도 6a 참조). 이 때, 2개의 상부이송롤러(120)는 연결부재(180)에 의해 일체형으로 연결되고, 연결부재(180)의 일측에 피니언 지지축(170)이 고정되어 있으며, 피니언 지지축(170)의 둘레에는 나사결합 형태로 피니언(162)이 감싸는 형태를 이룸에 따라, 상부이송롤러(120)의 상부 이동시 피니언(162) 역시 랙(161)을 따라 상부로 이동된다. 또한, 피니언(162)이 회전하여 랙(161)을 따라 상부로 이동하는 과정에서, 피니언(162)은 피니언 지지축(170)의 나사선을 따라 피니언 지지축(170)의 축방향으로 이동되며, 피니언(162)의 일단에 구비된 제 1 원판(131a)은 제 2 원판(131b) 쪽으로 일정 거리 이동하게 된다(도 5b, 도 6b 참조). 제 1 원판(131a)의 제 2 원판(131b)으로의 이동으로 인해, 제 1 원판(131a)과 제 2 원판(131b) 사이에 구비된 구동체인(140)은 제 2 원판(131b) 쪽으로 일정 거리 이동하게 되며, 구동체인(140)이 감겨진 테이퍼축(131c)이 제 1 원판(131a)에서 제 2 원판(131b)으로 갈수록 직경이 커지는 테이퍼 형상임에 따라 제 1 원판(131a)의 이동에 의해 구동축(130) 체인에 감긴 구동체인(140)의 반경은 커지게 된다. 구동축(130)이 동일속도로 회전하는 상태에서 구동축 기어(131)에 감긴 구동체인(140)의 반경이 커지게 되면 구동체인(140)의 회전속도가 증가되며, 구동체인(140)의 회전속도가 증가됨에 따라 구동체인(140)이 감겨진 하부이송롤러(110)의 회전축(111)의 회전속도 또한 증가되며, 최종적으로 하부이송롤러(110)의 회전속도가 증가하게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 금속판재(M)의 곡률이 부여된 부위가 통과하면 상술한 원리를 통해 구동체인(140)의 회전속도를 증가시켜 하부이송롤러(110)의 회전속도를 빠르게 함으로써 금속판재(M)의 이송속도가 감소되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 곡률의 정도에 따라 상부이송롤러(120)가 상부로 이동되는 거리, 제 1 원판(131a)이 이동되는 거리, 구동체인(140)의 회전반경이 증가되는 양, 구동체인(140)의 회전속도가 증가되는 양이 결정되는 방식임에 따라, 다양한 곡률에 대응하여 하부이송롤러(110)의 회전속도가 가변되며 이를 통해 곡률과 무관하게 금속판재(M)를 균일한 속도로 이송시킬 수 있게 된다.

이상, 판재이송장치(30)에 대해 설명하였다. 다음으로, 금속판재 그립장치(40)에 대해 설명하기로 한다.

상기 금속판재 그립장치(40)는 도 7에 도시한 바와 같이, 제 2 가이드프레임(210), 가이드프레임 회전판(220), 수평가이드부재(230), 회전가이드부재(240) 및 승강부재(250)를 포함하여 구성된다. 상기 금속판재 그립장치(40)는 금속판재(M)의 4자유도 즉, 수평(XY 평면) 이동, Z축 이동, Z축 기준 회전(R1), Z축 기준 회전(R2)을 가능하게 한다.

상기 제 2 가이드프레임(210)은 수평가이드부재(230)의 수평 이동을 가이드하는 역할을 한다. 제 2 가이드프레임(210)은 직선 형태의 프레임이며, 수평가이드부재(230)는 제 2 가이드프레임(210)에 결착된 상태로 제 2 가이드프레임(210)을 따라 직선 이동이 가능하다.

상술한 제 1 가이드프레임(110)이 Y축 방향으로 배치됨에 따라 수평수직가이드부재(120)의 이동은 Y축 이동에 한정되어 있으나, 제 2 가이드프레임(210)의 경우 가이드프레임 회전판(220)에 의해 회전이 가능함으로 인해 수평가이드부재(230)의 이동은 XY평면 상에서의 직선 이동에 해당된다. 상기 가이드프레임 회전판(220)은 제 2 가이드프레임(210)의 밑면에 장착되어 제 2 가이드프레임(210)의 Z축 기준 회전을 유도한다.

상기 회전가이드부재(240)는 수평가이드부재(230)의 상단에 Z축 기준 회전이 가능한 형태로 구비된다. 즉, 상기 회전가이드부재(240)는 수평가이드부재(230) 상에서 Z축 기준으로 회전이 가능하다. 또한, 상기 회전가이드부재(240)는 자체적으로 Z축 기준 회전이 가능함과 함께 상기 승강부재(250)의 승강 즉, Z축 이동을 가이드하는 역할을 한다.

상기 승강부재(250)는 상기 회전가이드부재(240)의 일측에 구비되어 회전가이드부재(240)의 수직방향을 따라 이동이 가능하다. 또한, 상기 승강부재(250)의 일단측에는 금속판재(M) 고정수단이 구비되어, 금속판재(M)가 승강부재(250)에 고정될 수 있다.

이상 설명한 내용을 비추어보면, 상기 수평가이드부재(230), 회전가이드부재(240) 및 승강부재(250)는 일체형 구조를 이룸을 알 수 있다. 즉, 제 2 가이드프레임(210)에 결착된 수평가이드부재(230)의 상단에 회전가이드부재(240)가 구비되고, 회전가이드부재(240)의 일측에 승강부재(250)가 구비되는 구조이다. 따라서, 수평가이드부재(230)가 제 2 가이드프레임(210) 상에서 수평 이동을 하게 되면 회전가이드부재(240) 및 승강부재(250) 역시 수평가이드부재(230)와 함께 수평 이동을 하게 된다.

앞서 설명한 후방그립장치(20)의 4자유도 즉, 수평(XY 평면) 이동, Z축 이동, Z축 기준 회전(R1), Z축 기준 회전(R2)을 기준으로 금속판재 그립장치(40)의 동작을 정리하면 다음과 같다.

승강부재(250)에 금속판재(M)가 고정된 상태에서, 승강부재(250)가 회전가이드부재(240)의 수직 방향을 따라 이동 가능함에 따라 금속판재(M)의 Z축 이동이 가능하다. 또한, 회전가이드부재(240) 자체가 Z축 기준 회전이 가능함에 따라, 금속판재(M)의 Z축 기준 회전(R1)이 가능하다. 이와 함께, 수평가이드부재(230)는 제 2 가이드프레임(210)을 따라 직선 이동이 가능한데 제 2 가이드프레임(210)이 가이드프레임 회전판(220)에 의해 Z축 회전이 가능한 구조임으로 인해 수평가이드의 직선 이동은 XY평면 상에서의 수평 이동에 해당된다. 아울러, 가이드프레임 회전판(220)의 Z축 기준 회전에 의해 제 2 가이드프레임(210)이 Z축 기준으로 회전하게 되어 금속판재(M)의 Z축 기준 회전(R2)이 가능하게 된다.

회전가이드부재(240)의 Z축 기준 회전(R1)이 가능함에도 가이드프레임 회전판(220)에 의한 제 2 가이드프레임(210)의 Z축 기준 회전(R2)을 부여한 이유는, 금속판재(M)에 적용될 수 있는 다양한 형태의 벤딩라인(bending line)을 구현하기 위함이다. 예를 들어, 회전가이드부재(240)의 Z축 기준 회전(R1)만이 가능하거나 제 2 가이드프레임(210)의 Z축 기준 회전(R2)만이 가능한 경우 벤딩라인의 미세조정에 제약이 뒤따른다. 즉, 상대적으로 작은 반경을 갖는 회전가이드부재(240)의 Z축 기준 회전(R1)과 상대적으로 큰 반경을 갖는 제 2 가이드프레임(210)의 Z축 기준 회전(R2)을 조합함으로써 금속판재(M)의 회전 상 위치를 정확하게 조절할 수 있으며, 이를 통해 다양한 형태의 벤딩라인 설정이 가능하게 된다.

10 : 상부롤셋 11 : 상부롤 가이드프레임
12 : 상부롤 가이드부재 13 : 상부롤
20 : 하부롤셋 21 : 하부롤 받침대
22 : 하부롤 거치부재 23 : 하부롤
30 : 판재이송장치 40 : 금속판재 그립장치
110 : 하부이송롤러 111 : 하부이송롤러의 회전축
112 : 회전축 기어 120 : 상부이송롤러
121 : 상부이송롤러의 지지축 130 : 구동축
131 : 구동축 기어 131a : 제 1 원판
131b : 제 2 원판 131c : 테이퍼축
140 : 구동체인 151 : 제 1 지지체
152 : 제 1 탄성가이드부재 153 : 제 2 지지체
154 : 제 2 탄성가이드부재 161 : 랙
162 : 피니언 170 : 피니언 지지축
180 : 연결부재
210 : 제 2 가이드프레임 220 : 가이드프레임 회전판
230 : 수평가이드부재 240 : 회전가이드부재
250 : 승강부재

Claims (7)

1. 금속판재에 대한 이중곡 성형을 진행하는 상부롤셋과 하부롤셋; 및
   금속판재를 고정함과 함께 금속판재의 위치를 조정하는 금속판재 그립장치; 및
   다양한 곡률의 금속판재를 균일한 속도로 이송시키는 판재이송장치;를 포함하여 이루어지며,
   상기 판재이송장치는, 하부이송롤러와 상부이송롤러 사이에 금속판재를 개재시켜 이송하며, 금속판재의 곡률에 대응하여 하부이송롤러의 회전속도를 가변시켜 금속판재의 이송속도를 균일하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 금속판재 이중곡 성형장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 금속판재가 하부이송롤러와 상부이송롤러 사이를 통과하는 과정에서,
   금속판재의 곡률에 대응하여 상부이송롤러가 일정 거리 상부로 이동되며,
   상부이송롤러가 상부로 이동된 거리에 대응하여 하부이송롤러의 회전속도가 증가하는 것을 특징으로 하는 금속판재 이중곡 성형장치.
   
3. 제 1 항에 있어서, 회전구동력을 인가하는 구동축과 하부이송롤러의 회전축이 구동체인에 의해 연결되며,
   금속판재가 하부이송롤러와 상부이송롤러 사이를 통과하는 과정에서,
   금속판재의 곡률에 대응하여 상부이송롤러가 일정 거리 상부로 이동되며,
   상부이송롤러가 상부로 이동된 거리에 대응하여 구동축에 감겨진 구동체인의 회전반경이 증가하며, 구동체인의 회전반경이 증가함에 따라 하부이송롤러의 회전속도가 증가하는 것을 특징으로 하는 금속판재 이중곡 성형장치.
   
4. 제 1 항에 있어서, 회전구동력을 인가하는 구동축과 하부이송롤러의 회전축이 구동체인에 의해 연결되며, 구동체인은 구동축의 구동축 기어와 회전축의 회전축 기어를 감싸는 형태로 구비되며, 구동체인이 장착되는 구동축 기어의 테이퍼축은 테이퍼 형상을 이루며,
   금속판재가 하부이송롤러와 상부이송롤러 사이를 통과하는 과정에서,
   금속판재의 곡률에 대응한 탄성장치의 작용에 의해 상부이송롤러가 일정 거리 상부로 이동되며, 상부이송롤러가 상부로 이동된 거리에 대응하여 구동체인이 테이퍼축 상에서 이동되어 구동축 기어에 장착된 구동체인의 회전반경이 증가되며,
   구동체인의 회전반경 증가에 따라 하부이송롤러의 회전속도가 증가하는 것을 특징으로 하는 금속판재 이중곡 성형장치.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판재이송장치는,
   구동력 인가에 의해 회전되는 하부이송롤러와,
   하부이송롤러로부터 수직방향 이격된 위치에 구비되는 상부이송롤러와,
   구동체인을 매개로 하부이송롤러에 구동력을 인가하는 구동축과,
   구동축의 구동축 기어와 회전축의 회전축 기어를 감싸는 형태로 구비되는 구동체인과,
   상부이송롤러의 이동시 함께 이동되며, 구동축으로부터 연장된 형태를 이루는 피니언 지지축과,
   피니언 지지축의 내경면과 나사결합되고, 상부이송롤러의 상하 이동에 따라 회전되어 피니언 지지축의 나사선을 따라 피니언 지지축의 축방향을 향해 이동되는 피니언과,
   상기 피니언과 맞물려 상부이송롤러의 상하 이동시 피니언의 회전을 가이드하는 랙과,
   피니언의 일단에 구비되어 피니언의 이동시 함께 이동되며, 이동시 구동축 기어의 테이퍼축 상에 장착된 구동체인을 테이퍼축의 장경 방향으로 밀어내어 구동체인의 회전반경을 증가시키는 제 1 원판과,
   곡률이 부여된 금속판재의 통과시 탄성 작용을 통해 상부이송롤러를 상부로 이동시키는 탄성장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 금속판재 이중곡 성형장치.
   
6. 제 5 항에 있어서, 상기 구동축 기어는, 이격되어 배치되는 제 1 원판과 제 2 원판, 제 1 원판과 제 2 원판 사이에 구비되어 구동체인의 장착 공간을 제공하는 테이퍼축을 포함하여 구성되며,
   상기 테이퍼축은 제 1 원판에서 제 2 원판으로 갈수록 직경이 커지는 테이퍼 형상을 이루며,
   제 1 원판의 제 2 원판으로의 이동시 구동체인이 제 2 원판 쪽으로 이동되어, 구동체인의 회전반경이 증가하는 것을 특징으로 하는 금속판재 이중곡 성형장치.
   
7. 제 5 항에 있어서, 상기 탄성장치는,
   하부이송롤러의 회전축 상에 구비되는 제 1 지지체와,
   제 1 지지체로부터 연장된 봉 형상의 제 1 탄성가이드부재와,
   상부이송롤러의 지지축 상에 구비되는 제 2 지지체와,
   제 2 지지체로부터 연장된 봉 형상의 제 2 탄성가이드부재와 제 1 탄성가이드부재와 제 2 탄성가이드부재를 연결하는 탄성부재를 포함하여 구성되며,
   제 1 탄성가이드부재가 제 2 탄성가이드부재에 삽입 가능한 형태를 이루며,
   탄성부재의 탄성 작용에 의해 제 2 탄성가이드부재가 제 1 탄성가이드부재로부터 멀어지는 방향으로 이동되거나 제 2 탄성가이드부재가 제 1 탄성가이드부재와 가까워지는 방향으로 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 금속판재 이중곡 성형장치.

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