KR900004825B1 - 코일상 테이퍼 와이어 - Google Patents

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KR900004825B1
KR900004825B1 KR1019870012100A KR870012100A KR900004825B1 KR 900004825 B1 KR900004825 B1 KR 900004825B1 KR 1019870012100 A KR1019870012100 A KR 1019870012100A KR 870012100 A KR870012100 A KR 870012100A KR 900004825 B1 KR900004825 B1 KR 900004825B1
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고조오 가쯔베
마모루 무라하시
스스무 다까다
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가부시끼가이샤 고오베 세이꼬오쇼
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Abstract

내용 없음.

Description

코일상 테이퍼 와이어
제1도는 본 발명을 실행하기 위한 예로서 와이어 권선설비 측면도.
제2도는 구속되지 않은 상태(unrestrained state)에 있는 테이퍼 와어어의 형태를 표시하는 본 발명에 따른 코일상으로 감긴 테이퍼 와이어(코일상 테이퍼 와이어)의 부분도.
제3a도는 코일스프링 성형기의 평면도.
제3b도는 제3a도의 코일스프링 성형기의 측면도.
제4도는 정상형상(normal)의 와이어 코일스프링의 측면도.
제5도는 테이퍼 와이어의 부분측면도.
제6a도는 테이퍼 와이어의 직경이 큰 부분(대경부)에 소성굽힘(plastic bends)이 형성되지 않으면서 테이퍼 와이어가 감긴 와이어 권선 드럼 단면도.
제7도는 테이퍼 와이어의 대경부에 소성굽힘이 형성되지 않으면서 테이퍼 와이어가 권선 드럼에 감긴 후에 구속되지 않은 상태의 테이퍼 와이어에 관한 설명도.
제8a도 및 제8b도는 교정 로울러(straightener rollers)의 동일한 교정배치하에서 각각 대경 와이어와 직경이 작은 (소경) 와이어를 교정하는 각각의 방식을 설명하는데 도움이 되는 약도.
제9도는 제7도에 도시된 테이퍼 와이어를 코일링하여 형성된 이상형상의 테이퍼 와이어 코일스프링의 약도.
본 발명은 단면을 연속적으로 변동시킨 테이퍼 와이어를 실질적으로 동심루우프로 코일링하여 형성된 코일스프링을 제조하기 위한 코일상(狀)테이퍼 와이어(coil of tapered wire)에 관한 것이다.
종래 코일스프링은 제3a도 및 제3b도에 도시된 것처럼 냉간가공을 통해서 일정한 직경을 갖고 있는 와이어를 코일링하여 제조되는 것이 일반적이다. 일정한 단면을 갖고 있는 와이어(25)를 실질적으로 동심루프로 코일링하여 형성된 코일(21)은 턴테이블(22)위에 놓여있다.
와이어(25)는 스프링 성형기(23)의 송급로울러(24)에 의해 교정유니트(26)를 통해서 코일(21)로부터 잡아 당겨진다. 교정유니트(26)에는 3개의 고정 교정로울러(26a)와 2개의 가동 교정로울러(26b)가 교호로 배치되어 있다. 와이어(25)는 구속되지 않은 상태의 직선상으로 연장되기 위하여 교정유니트(26)에 의해 펴진다. 교정된 와이어(25a)는 냉간코일링을 위한 코일링용 부재(27)의 코일링 작용을 받는다. 코일링용 부재(27)가 제3a도 및 제3b도에 도시된 것처럼 로울러인 것은 필수적이 아니며 고정다이일 수도 있다. 교정유니트(26)의 교정량은 고정 교정로울러(26a)에 대하여 두 가동로울러(26b)의 위치를 변동시켜서 조정된다. 교정로울러(26a,및26b)의 각각의 개수는 두 개와 세 개인 것은 필수적이 아니고 임의의 갯수이다.
근년에는 제4도에 도시된 것처럼 단면이 연속적으로 변동되어 있는 코일스피링 즉 비선형 스프링 특성을 갖고 있는 테이퍼 와이어 코일스프링(1)이 일정한 단면을 갖고 있는 코일대신에 점차 사용되어 승차감을 향상시키고 자동차와 기차의 무게를 감소시킨다.
이와같은 테이퍼 와이어 코일스프링(1)은 제5도에서 도시된 것처럼 두꺼운 부분(thick section, 이하 대경부(大徑部)라 함)(4), 얇은 끝부분(thin end section, 이하 소경부(小徑部)라 함)(5 및 5'), 그리고 소경부(5 및 5')를 대경부(4)의 양단에 각각 연결하는 테이퍼부(6)가 있는 테이퍼 와이어를 코일링하여 형성된다. 소경부(5)의 직경(d2)과 소경부(5')의 직경(d3)은 d2=d3또는 d2≠d3모두 가능하다. 후술하는 설명에 있어서 소경부(5 및 5')는 부재번호 5로 함께 표시될 것이다.
테이퍼 와이어(3)는 고속단조작업이 가능한 스웨이징 머신 또는 고속절삭작업이 가능한 피일링 머신을 사용하여 제조되는 것이 일반적이다. 본 발명자는 일본 특허공개번호 제60-56416호와 제60-56417호에 생산성이 높은 테이퍼 와이어의 제조방법을 이미 제안하였다.
이 테이퍼 와이어 제조공정에서, 금속재료는 연화되기 위해서 가열로내로 일정한 송급속도로 송급속도로 송급된 다음, 연화된 금속 와이어는 냉각되고 이 냉각된 금속 와이어는 규칙적으로 변동하는 인발속도로 인발되어서 연화 및 냉각된 금속 와이어의 단면적은 연속적으로 변동되므로 테이퍼 와이어(3)가 형성된다. 테이퍼 와이어(3)는 스프링 성형기(23)에 공급되기 전에 코일상으로 잠긴다.
그러나 테이퍼 와이어(3)를 코일상으로 감는 데에서 문제점이 발생한다. 소경부(5)는 단면적이 대경부(4)보다 작기 때문에, 소경부는 소성 변형을 받게 되어 그 결과 테이퍼 와이어(3)가 코일상으로 잠길 때 소경부(5)는 제6a도 및 제6b도에 도시된 것처럼 뾰족하게 굽혀지기 쉽다. 그러므로, 이렇게 코일상으로 감긴 테이퍼 와이어(3)는 구속되지 않는 상태로 두면 제7도에 도시된 것과 같은 테이퍼 와이어(3a)로 된다. 즉 구속되지 않는 테이퍼 와이어(3a)는 대경부(4)보다 소성굽힘이 더 큰 소경부(5)를 갖고 있다. 즉 R1>R2이다. 여기에서 R1은 대경부(4)의 곡률반경이고 R2는 소경부(5)의 곡률반경이다. 균일한 단면적을 갖고 있는 코일링된 와이어는 구속되지 않은 상태에 있어서의 소성굽힘은 균일하다. 소성굽힘의 정도는 와이어상에서의 위치에 관계없이 와이어의 탄성한 및 직경, 권선 드럼의 직경 및 백텐션의 크기에 종속한다.
제7도에 도시된 것처럼 소성굽힘을 갖고 있는 코일상 테이퍼 와이어(3a)의 코일을 성형하기 위하여, 테이퍼 와이어(3a)는 코일링되기 전에 제3a도 및 제3b도에 관련하여 설명된 것과 같은 방식으로 교정유니트(26)에 의해서 교정될 필요가 있다. 그러나 고정 교정로울러(26a)와 가동 교정로울러(26b)사이에서 제3a도의 지면에 수직한 방향에서의 거리 즉 수평거리는 고정되는 것은 피할 수 없으므로, 대경부(4)에 대한 교정유니트(26)의 교정작업이 소경부(5)에 대한 것보다 강력하다. 그러므로 소경부(5)는 만족스럽게 교정될 수 없다.
제8a도 및 제8b도는 고정된 교정배치로 설치된, 즉 대경 와이어(28a)를 교정하기 위한 교정 교정로울러(26a) 및 가동 교정로울러(26b)간의 중심거리(c1)(제8a도)와 소경 와이어(28b)를 교정하기 위한 고정 교정로울러(26a) 및 가동 교정로울러(26b)간의 중심거리(c2(제8b도)가 서로 동일하게 설치된 고정교정로울러(26a)와 가동 교정로울러(26b)를 구비한 교정유니트(26)가 교정하는 상태를 도시한다.
제8a도와 제8b도로부터 명백한 것처럼, 고정 교정로울러(26a)와 가동 교정로울(26b)로 구성된 이와 같은 장치는 대경 와이어(28a)를 교정하는데 효과적이다. 그러나 이 장치는 소경 와이어(28b)를 만족스럽게 교정할 수 없다. 고정된 교정배치로 설치된 교정로울러들을 구비한 교정장치에 의해 만족스럽지 않게 교정된 테이퍼 와이어(3)가 코일스프링 성형공정을 거치게 될 때, 테이퍼 와이어(3)의 소경부의 소성굽힘은 대개 그대로 잔류하여 제9도에 도시된 것처럼 불규칙한 형태를 갖고 있는 테이퍼 와이어 코일 스프링(1')으로 된다. 테이퍼 와이어의 변화되는 직경과 테이퍼 와이어에서의 굽힘도에 따라 교정로울러의 교정배치를 자동적으로 조정하여서 이와 같은 테이퍼 와이어를 만족스럽게 교정하는 것은 가능하다 . 그러나 이와 같은 교정공정은 테이퍼 와이어의 연속적으로 변화하는 직경과 소성굽힘향을 검출하는 검출장치와 이 검출장치에 의해서 제공된 정보에 기초하여 교정로울러의 교정배치를 연속적으로 제어할 수 있는 제어장치를 포함하는 복잡한 제어시스템을 필요로 한다. 따라서 실무상 이와 같은 교정공정은 쉽게 실행될 수 없다.
또한 소경부(5)에 소성굽힘이 있는 테이퍼 와이어를 감을 때, 테이퍼 와이어 코일스프링을 반경방향으로 이동시키기 위하여 코일성형로울러를 연속적으로 제어함으로써 균일한 테이퍼 와이어 코일스프링을 성형하는 것은 가능하다. 그러나 이 공정은 앞서의 공정과 유사하게 복잡한 제어시스템을 요하므로 쉽게 실행할 수 없다.
그러므로 현 기술상태에 따르면 일정한 칫수를 갖고있는 직선상은 테이퍼 와이어(3)를 코일스프링 성형공정으로 처리한다. 이 때문에, 코일스프링은 연속적으로 성형될 수 없으므로 코일스프링 제조공정의 효율은 악화된다.
따라서, 본 발명의 목적은 교정유니트와 코일스프링 성형기의 변경을 요하지 않으면서 정상상태의 크기 및 형태로 테이퍼 와이어 코일스프링을 감을 수 있는 코일상 테이퍼 와이어를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 대경부(4), 소경부(5) 및 대경부(4)의 양단에 각각 소경부(5)를 연결하는 테이퍼부(6)로 각각 구성되어 있는 테이퍼 와이어 세그먼트(3b)의 연속적인 배열이 있는 테이퍼 와이어(3)를 실질적으로 동심루프로 감아서 성형된 코일상 테이퍼와이어에 있어서, 구속되지 않은 상태에서의 대경부(4)의 각각의 소성굽힘의 곡률반경(R1)이 구속되지 않은 상태에서의 소경부(5)의 각각의 소성굽힘이 곡률반경(R2)보다 작은 것을 특징으로 하는 코일상 테이퍼 와이어를 제공한다.
대경부(4)의 구속되지 않은 상태의 소성변형이 소경부(5)의 것보다 크므로 즉 구속되지 않은 상태에서의 대경부(4)의 곡률반경(R1)이 소경부(5)의 곡률반경(R2)보다 작으므로, 테이퍼 와이어(3)는 고정된 교정장치를 구비한 교정기에 대해 교정을 받는 경우에도 만족스럽게 교정될 수 잇다. 왜냐하면 대경부(4)에 대한 교정로울러의 교정 작용력은 소경부(5)에 대한 것보다 강력하기 때문이다.
본 발명의 상기 및 기타목적, 특징 및 잇점들은 첨부도면과 관련한 다음 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예로서의 코일상 테이퍼 와이어는 테이퍼 와이어를 이와같은 코일상 테이퍼 와이어로 감기 위한 와이어 권선장치와 관련하여 후술될 것이다.
제1도에서 와이어 권선장치는 권선드럼(11)과 이 권선드럼(11)앞에 배치된 중간가공유니트(preforming unit)(12)를 구비하고 있다. 이 중간가공유니트는 두 고정로울러(12a)와 이 두 고정 로울러(12a)에 대하여 이동가능한 가동로울러(12b)로 구성되어 있다. 중간가공유니트(12)의 중간가공도는 고정로울러(12a)와 가동로울러(12b)의 간격에 종속한다. 중간가공유니트의 로울러수는 3개로 제한될 필요는 없고 적절한 구성의 어떠한 중간가공유니트로 사용될 수 있다.
앞서 인용된 일본 특허공개공보 제60-56416호 또는 제60-56417호에 개시된 공정에 의해 제조된 테이퍼와이어를 연속적으로 템퍼링(tempering)하기 위한 템퍼링로는 13으로 표시되고, 냉각노즐을 14로, 송급로울러는 15로 표시된다. 이 일본 특허공개공보 제60-56416호 또는 제60-56417호의 제조공정에 의해 제조된 테이퍼 와이어는 켄칭되기 때문에, 테이퍼 와이어는 템퍼링로(13)에 의해 템퍼링되어 조질된 테이퍼 와이어가 제공된다. 스웨이징 머신 또는 피일링 머신에 의해 제조된 비조절 상태의 테이퍼 와이어가 제1도의 와이어 권선장치에 의해 코일상으로 감길 수 있을지라도, 감기전에 테이퍼 와이어를 켄칭 경화 및 템퍼링 열처리(quench-harden and temper)하는 것이 테이퍼 와이어를 테이퍼 와이어 코일스프링으로 성형한 후에 켄칭경화 및 템퍼링 열처리하는 것보다 제조의 견지에서 유리하다. 즉 테이퍼 와이어 코일스프링이 경화 및 템퍼링 열처리공정으로 처리되면, 테이퍼 와이어 코일스프링이 뒤틀리게 되어 변형되기 쉬우므로, 이 변형을 교정하기 위해서 많은 수고를 요하게 된다.
템퍼링로(13)로부터의 테이퍼 와이어(3)는 냉각된 후에 중간가공유니트(12)로 송급된다. 그 다음에, 테이퍼 와이어(23)는 고정로울러(12a) 및 가동로울러(12b)사이에 형성된 굴곡로를 따라 이동한다. 이어서 이 테이퍼 와이어는 권선드럼(11)에 의해 인장되어 이 드럼상에 감긴다. 중간가공유니트(12)의 고정로울러(12a) 및 가동로울러(12b)는 테이퍼 와이어(3)의 각 대경부에 일정한 곡률반경의 소성굽힘(소성변형)을 형성하기 위하여 배열되어 있다. 직경에 있어서의 대경부(4)와 소경부(5)간의 관계에도 종속하지만, 일반적으로 대경부(4)에서 소성굽힘의 바람직한 곡률반경은 소경부(5)에 제6a도 및 제6b도에 도시된 소성굽힘을 형성시키지 않으면서 테이퍼 와이어(3)를 감기 위해서는 권선드럼(11)의 반경(R)이 1배 내지 15배 범위이다. 제8a도 및 제8b도에 관련하여 설명된 이유 때문에, 소경부(5)의 소성변형량은 대경부(4)의 것보다 작다.
권선드럼(11)은 제6a도 및 제6b도에 도시된 종래 권선드럼과 같은 구조이다 : 권선드럼(11)은 테이퍼 실린더(11b)와 테이퍼 실린더(11b)의 한 단부에 형성된 플랜지(11a)로 구성되어 있다. 그것의 대경부(4)에 큰 소성굽힘이 제공된 테이퍼 와이어(3)는 플랜지(11b)부근의 한 위치로부터 테이퍼 실린더(11b)의 자유 단부쪽으로 테이퍼 실린더(11b)둘레에 감겨진다. 그 결과 테이퍼 와이어(3)의 루프는 테이퍼 실린더(11b)의 테이퍼가 진 자유단부쪽으로 연속적으로 이동된다. 테이퍼 실린더(11b)가 테이퍼 와이어(3)로 완전히 감겨졌을 때에, 테이퍼 와이어(3)의 루프는 코일상 테이퍼 와이어로 절속되고, 이 코일상 테이퍼 와이어는 테이퍼 실린더(11b)의 자유단부를 통해서 권선드럼(11)으로부터 취출된다. 통상적으로, 10 내지 15mm직경 범위의 대경부(4)가 있는 테이퍼 와이어(3)를 감기 위한 권선드럼(11)의 직경은 1.5내지 2.0mm 범위이다. 권선드럼은 코일상 테이퍼 와이어가 수평방향으로 권선드럼(11)으로부터 취출되는 수평형인 것이 필수적이 아니고, 코일상 테이퍼 와이어가 수직방향 즉 위쪽 또는 아래쪽 모두로 권선드럼으로부터 취출되는 수직형일 수도 있다.
테이퍼 와이어가(3)가 본 발명의 코일상 테이퍼 와이어로부터 풀려서 구속되지 않은 상태에 있을 때, 제2도에 도시된 것처럼 테이퍼 와이어(3)는 소경부(5)에 있는 소성굽힘부의 곡률반경(R2)보다 작은 곡률반경(R1)의 소성굽힘부를 각각 가지고 있는 대경부(4)가 있는 구속되지 않은 테이퍼 와이어(3b)의 형태를 갖는다. 이 테이퍼 와이어(3)가 코일스프링 성형기의 교정유니트(26)에 의해 교정될 때, 테이퍼 와이어(3)는 대경부(4)에 있는 소성굽힘만이 교정됨으로써 실질적으로 직선형태로 교정된다. 왜나하면 대경부(4)에 관한 교정유니트(26)의 교정작용이 소경부(5)에 대한 것보다 강력하고, 통상적으로 작은 소성굽힘이 소경부(5)에 형성되어 있기 때문이다.
기본적으로는 R1>R2일지라도, R1이 과도하게 작을 때에는 테이퍼 와이어(3)는 권선드럼(11)상에 원형루프로 감길 수 없다. 그러므로 상기한 것처럼, R1값은 권선드럼(11)의 반경의 1내지 15배 범위인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 코일상 테이퍼 와이어로 감긴 테이퍼 와이어는 코일스프링 성형기(23)의 전단계에 설치된 교정유니트(26)에 의해 실질적으로 곧은 테이퍼 와이어로 교정될 수 있고, 이에 의해서 테이퍼 와이어는 만족스러운 치수와 형상을 갖고 있는 테이퍼 와이어 스프링으로 쉽게 코일링될수 있다.
[실시예]
코일상 테이퍼 와이어의 상세한 실시예를 아래에 기술한다.
(1) 시료 테이퍼 와이어(제5도) :
재질 : SAE9254(C : 0.55wt%, Si : 1.43wt%, Cr : 0.66%)
인장강도(TS) : 180kg/mm2
치수 : d1=14mm, d2=d3=11mm, 11=1000mm, 12=200mm, 13=600mm
오일-템퍼링된(oil-tempered)시료 테이퍼 와이어를 중간가공유니트(12)를 통과시켜 직경이 0.5m인 권선드럼상에 감았다. 교정로울러(12a)와 가동로울러의 배치를 테이퍼 와이어에 있는 소성굽힘향이 서로 다른 몇몇 코일상 테이퍼 와이어 시료를 제공하기 위하여 변동시켰다.
(2)대경부(4), 소경부(5) 및 테이퍼부(6)로 각각 구성되어 있는 몇몇 테이퍼 와이어 세그먼트가 각각 있는 테이퍼 와이어를 시료 코일상 테이퍼 와이어로부터 샘플링하였다. 대경부(4)의 곡률반경(R1)과 소경부의 곡률반경(R2)을 구속되지 않은 상태에서 측정했다. 측정결과는 표 1에 있다.
시료 테이퍼 와이어 번호 1을 중간가공유니트(12)의 중간가공작용을 받게 하지 않으면서 권선드럼(11)상에 감았다. 시료 테이퍼 와이어 1과 2는 소경부(5)에 소성굽힘을 가지고 있다. 시료 테이퍼 와이어 3과 4는 본발명에 따른 시료 코일상 테이퍼 와이어로부터 샘플링하였다 : 이들 테이퍼 와이어는 소경부(5)에 어떠한 소성굼힙도 없었다.
[표 1]
Figure kpo00001
(3) 시료번호 1내지 5의 시료 테이퍼 와이어의 각각에 대해 10개의 시료를 코일스프링 성형기에서 코일링하여 목표 직경이 115mm이고 목표높이가 300mm인 원통형 테이퍼 와이어 코일스프링을 제작하였다. 시료 테이퍼 와이어를 적어도 대경부가 곧게 교정되도록 교정유니트(26)에 의해 곧게 교정하였다.
(4) 시료번호 1 내지 5의 시료 테이퍼 와이어로 각각 제작된 시료테이퍼 코일스프링의 각각의 높이를 측정하여 각각의 시료군의 10개의 시료 테이퍼 와이어 코일스프링의 최대높이와 최소높이간의 차이에 의해 표시되는 측정 높이의 변동 량에 근거하여서 치수정밀도를 평가하였다.
[표 2]
Figure kpo00002
(5) 표 2로부터 명백한 것처럼, 본 발명에 따른 테이퍼 와이어의 코일로부터 풀린 테이퍼 와이어로 제작된 테이퍼 와이어 코일스프링의 치수변동량은 다른 테이퍼 와이어 코일 스프링의 것보다 작다. 이것으로부터 본 발명에 따른 코일상 테이퍼 와이어로 만족스러운 품질의 테이퍼 와이어 코일스프링을 제작하는 것이 가능하다는 것이 확인되었다.
그러므로 본 발명에 따른 코일상 테이퍼 와이어는 단지 테이퍼 와이어의 대경부의 소성급힘이 곡률반경을 테이퍼 와이어의 소경부의 소성굽힘의 곡률반경보다 작게 형성시킴으로써 제조할 수 있다. 코일상 테이퍼 와이어로부터 풀린 테이퍼 와이어를 대경부만이 교정로율러의 높은 교정작용을 받는 경우라도 만족스럽게 교정할 수 있다 : 결론적으로, 본 발명에 따른 코일상 테이퍼 와이어로부터 테이퍼 와이어 코일스프링을 연속하여 고효율로 제작하는 것이 가능하다.
본 발명을 어느 정도 특이성이 있는 바람직한 형태로 기술하였지만, 본 발명의 범위와 취지로부터 벗어나지 않으면서 당분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명에서 많은 변경과 수정이 가능하다는 것을 이해할 수 있다.

Claims (2)

  1. 대경부, 두 소경부 및 대경부의 양단에 소경부들을 각각 연결하는 두 테이퍼부로 각각 구성되는 테이퍼 와이어 세그먼트의 연속적인 배열을 가지고 있는 테이퍼 와이어를 실질적으로 동심루프로 감아서 형성된 코일상 테이퍼이어에 있어서, 구속되지 않은 상태에서의 대경부에 있는 각각의 소성굽힘의 곡률 반경이 구속되지 않은 상태에서의 소경부에 있는 각각의 소성굽힘의 곡률반경보다 작은 것을 특징으로 하는 코일상 테이퍼 와이어.
  2. 제1항에 있어서, 테이퍼 와이어 세그먼트의 연속적인 배열을 가지고 있는 상기 테이퍼 와이어는 켄칭 경화 및 템퍼링열처리된 테이퍼 와이어인 것을 특징으로 하는 코일상 테이퍼 와이어.
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