WO2015152452A1

WO2015152452A1 - 코일스프링 제작방법

Info

Publication number: WO2015152452A1
Application number: PCT/KR2014/003154
Authority: WO
Inventors: 김형우; 김균환
Original assignee: 김형우; 김균환
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2015-10-08
Also published as: KR20150115677A

Abstract

본 발명은, 압축 코일스프링 또는 인장 코일스프링과 같은 코일스프링의 제작방법에 관한 것으로, 스프링강 재료의 봉재를 준비하는 단계, 상기 봉재의 중심을 길이방향으로 천공하는 단계, 및 상기 봉재 중심의 천공부까지 외면을 나선형으로 절삭가공하여 코일부를 형성하는 단계를 포함하는 코일스프링 제작방법을 제공한다. 본 발명에 의하면, 코일스프링의 규격에 비해 상대적으로 매우 큰 고강성과 내구성을 갖는 초미세 코일스프링을 제작할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명에 의하면 코일부가 봉재의 중앙에 형성되고, 코일부의 양단은 원통형의 직선부를 형성하는 구조를 갖춤으로써 코일스프링의 몸체 중, 부분적으로 코일부를 형성하고, 나머지 부분은 코일부를 형성하지 않는 특수 형태의 코일스프링을 제작할 수 있게 된다. 또한 본 발명은 그 외주면에 오목 구조 또는 볼록 구조를 형성하여 그 외경의 직경이 다른 만곡부를 형성하고, 상기 만곡부에 코일부가 형성된 특수 형태의 코일스프링도 제작할 수 있게 된다.

Description

코일스프링 제작방법

본 발명은 압축 코일스프링 또는 인장 코일스프링과 같은 코일스프링의 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 기존의 방법으로는 제작이 불가능한 선재의 직경에 비해 내경이 현저히 적은 금속 코일 스프링 제작방법으로 스프링 강재를 절삭가공하여 적어도 코일부의 스프링 선재 직경이 코일스프링의 내경보다 크고, 기존 코일스프링의 규격에 비해 같은 직경의 선재로 매우 큰 탄성력과 강성과 내구성을 갖는 코일스프링을 제작하거나 봉이나 관의 중간부위에 코일스프링을 형성시킬 수 있는 코일스프링 제작방법에 관한 것이다.

일반적으로 코일스프링은 단면이 원형이나 각형의 선재(線材)를 코일 상태로 감아 만든 스프링으로서, 하중을 가하는 방향에 의해서 인장 코일스프링과 압축 코일스프링이 있다.

이와 같은 일반적인 코일스프링은 직선기에 스프링 강재로 이루어진 선재(線材)를 통과시켜서 직선화한 후, 서보모터 또는 캠에 의해 위치결정되는 포밍 툴을 이용하여 미리 설정된 벤딩각도로 포밍하면서 원하는 턴수로 제조된다.

이와 같이 코일스프링의 제조에 사용되는 선재는 그 단면형태가 원형 또는 사각형으로 된 것을 주로 사용하게 되는데, 특히 사각의 선재는 단일의 성형롤러에 의해 한번에 압축성형되기 때문에 단면의 급격한 변화로 응력이 발생되어 이를 코일스프링에 이용하는 경우 프레스 금형이나 자동차의 현가장치, 엔진의 흡배기 밸브와 같이 중하중이 빈번하게 작용되는 사용조건하에서는 잔류응력으로 인하여 균열이 발생되면서 수명이 짧아지게 되는 문제점이 있었다.

도 1a에는 이와 같은 종래의 일반적인 코일스프링(1)이 기재되어 있다.

이와 같이 종래의 롤러 성형 방법으로 제조된 코일스프링(1)은 잔류 응력에 의한 크랙을 제거시키기 위하여 열처리를 하는 기술도 제안되어 있다.

예를 들면, 대한민국 공개특허공보 특2002-0019737호의 "코일스프링 및 그 제작방법"에 의하면, 도 1a에 도시된 바와 같은 기존의 코일스프링에 대해 잔류응력과 취성을 제거하고, 코일스프링의 내구성을 향상시킬 수 있는 기술을 제안하고 있다.

즉, 도 1a에 기재된 일반적인 코일스프링(1)은 코일부(10)의 스프링 강재 직경(D2)이 코일스프링(1)의 내경(D1)보다 대부분이 작은 일반적인 규격이다.

그 이유는 이와 같은 코일스프링(1)은 롤러 성형 방식으로 제작되기 때문에, 스프링 강재가 휘어져서 소성변형되고, 파단되지 않기 위한 최대 곡률내에서 성형이 이루어져야 하기 때문에 스프링 강재 직경(D2)이 코일스프링의 내경(D1)보다 대부분이 작은 것이다(D1>>D2).

이러한 코일스프링(1)에 대해서, 상기와 같은 선행 기술은 스프링 강재의 선재를 코일링하기 전에 응력을 제거하는 뜨임처리를 하도록 구성되어 코일링 과정에서 크랙발생을 최소화하여 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 얻어진다.

그러나, 이와 같은 종래의 기술은 인체에 삽입가능한 초미세 의료기구나, 최첨단 마이크로 기술에서 사용가능한 초미세 크기의 고강도 코일스프링(30)의 제작에는 적합하지 않고, 그러한 초미세 코일스프링을 제작할 수가 없는 기술적인 한계를 갖는 것이다. 또한 초미세 크기의 코일스프링이 아니더라도 일정 직경의 선재를 가지고 기존의 방식으로 만드는 코일스프링은 내경의 크기를 줄일 수 있는데는 한계가 있었으며 이로인해 일정 직경의 선재로 탄성력이나 강성을 크게하는데는 한계가 있었다.

인체에 삽입가능한 초미세 의료기구나, 최첨단 마이크로 기술에서 사용가능한 코일 스프링 내경 크기가 선재의 두께에 비해 현저히 적은 고강도 코일스프링(30)은, 일반적인 코일스프링(1)과는 다르게, 도 1b에 도시된 바와 같이, 예를 들면 스프링 직경이 1mm 이내이고, 내경이 0.1mm 또는 그 이내의 매우 작은 초소형 크기를 갖는 것이다.

따라서, 코일부(40)의 스프링 강재 직경(D2)이 코일스프링의 내경(D1)보다 큰 초미세 코일스프링(30)의 경우(D2>>D1), 기존의 롤러 성형 방법으로는 전혀 제작이 불가능한 문제점이 있었다.

즉, 이와 같은 초미세 코일스프링(30)의 탄성력이나 강성, 또는 내구성을 크게 하기 위해서는 코일부(40)의 스프링 강재의 직경(D2)을 코일스프링의 내경(D1)보다 상대적으로 크게 형성하는 것이 유리한데, 기존의 롤러 성형 제작방식으로는 원하는 고강성과 내구성을 갖는 코일스프링을 제작하기가 어려운 문제점도 있었다.

뿐만 아니라, 종래의 롤러 성형방식으로 제작된 코일스프링(1)은 전체적으로 선재의 스프링 강재를 감아서 제작되기 때문에, 코일스프링(1) 전체가 코일부(10)를 형성하는 구조이다.

따라서, 코일스프링(1)의 몸체 중, 부분적으로 코일부(10)를 형성하고, 나머지 부분은 코일부를 형성하지 않고, 봉형상이나 원통형 형상의 몸체를 갖는 특수 형태의 코일스프링을 제작할 수는 없는 기술적인 한계를 갖는 것이었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소시키기 위한 것으로서, 적어도 코일스프링의 코일부 스프링 강재 직경이 코일스프링의 내경보다 크고, 기존 코일 스프링 제작방법에 의해 제작된 코일 스프링에 비해 상대적으로 매우 큰 고강성과 내구성을 갖는 코일스프링을 제작할 수 있는 코일스프링 제작방법을 제공함에 있다.

그리고 본 발명의 다른 목적은 코일스프링의 몸체 중, 부분적으로 코일부를 형성하고, 나머지 부분은 코일부를 형성하지 않는 특수 형태의 코일스프링을 제작할 수 있는 코일스프링 제작방법을 제공함에 있다.

그리고 본 발명의 또다른 목적은 일정한 직경을 갖는 선재 뿐만 아니라 부분마다 다른 직경을 갖는 다양한 형태의 금속에도 코일스프링 구조를 형성시킬 수 있는 방법을 제공함에 있다. 그리고 본 발명의 또다른 목적은 하나의 코일스프링에 내경과 선재두께 크기가 여러 가지를 가지는 특수한 형태(미도시)의 코일 스프링 구조를 제작할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 압축 또는 인장 코일스프링의 제작방법에 있어서,

봉재의 중심 길이방향으로 천공된 스프링강 재료의 준비 단계; 및

상기 봉재 중심의 천공부까지 외면을 나선형으로 절삭가공하여 코일부를 형성하는 단계;를 포함하는 코일스프링 제작방법.을 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는, 압축 또는 인장 코일스프링의 제작방법에 있어서,

스프링강 재료의 봉재를 준비하는 단계;

상기 봉재 중심의 중심부까지 외면을 나선형으로 절삭가공하여 코일부를 형성하는 단계; 및

상기 봉재의 중심을 길이방향으로 천공하는 단계;를 포함하는 코일스프링 제작방법을 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는, 상기 코일부는 봉재의 중앙에 형성되고, 상기 코일부의 양단은 원통형의 관을 형성한 코일스프링 제작방법을 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는, 상기 봉재는 그 외경의 직경이 다른 만곡부를 형성하고, 상기 만곡부에 코일부가 형성된 코일스프링 제작방법을 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는, 상기 코일부의 스프링강의 직경은 상기 코일부의 내경보다 크게 형성되어 고강성과 내구성을 확보한 코일스프링 제작방법을 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는, 상기 봉재의 축방향 중심 천공은 슈퍼 드릴링 또는 초음파 가공 같은 천공방식을 이용하여 이루어지며, 상기 코일부의 나선형의 절삭가공은 와이어 방전 커팅가공방식으로 이루어진 코일스프링 제작방법을 제공할 수 있다.

스프링 강으로는 일반적인 스프링강이나 Ni-Ti합금과 같은 탄성을 갖는 특수합금을 사용할 수도 있다.

본 발명에 의하면, 스프링강 재료의 봉재를 준비하고, 이러한 봉재의 중심을 길이방향으로 슈퍼 드릴링 또는 초음파 가공 방식에 의해서 천공하며, 천공 후에는 봉재 중심의 천공부까지 외면을 나선형으로 와이어 방전 커팅가공방식으로 절삭가공하여 코일부를 형성한다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 예를 들면 봉재의 직경이 1mm인 경우, 코일스프링의 코일부 스프링 강재 직경이 대략 0.4-0.45mm 이상이며, 봉재의 축방향 중심 천공이 0.1-0.2mm 이하인 코일스프링을 제작할 수 있음으로써, 기존 코일스프링 제작방법에 의해 제작된 코일 스프링의 규격에 비해 상대적으로 매우 큰 탄성력 및 고강성과 내구성을 갖는 코일스프링을 제작할 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 본 발명에 의하면 코일부가 봉재의 중앙에 형성되고, 코일부의 양단은 원통형의 관부를 형성하는 구조를 갖춤으로써 코일스프링의 몸체 중, 부분적으로 코일부를 형성하고, 나머지 부분은 코일부를 형성하지 않는 특수 형태의 코일스프링을 제작할 수 있게 된다. 또한 봉재는 그 외주면에 오목 구조 또는 볼록 구조를 형성하여 그 외경의 직경이 다른 만곡부를 형성하고, 상기 만곡부에 코일부가 형성된 특수 형태의 코일스프링도 제작할 수 있게 된다.

도 1a는 종래 기술에 따른 일반적인 코일스프링의 단면도이다.

도 1b는 종래 기술의 롤러 성형방식으로는 제작이 불가능한 코일부의 스프링강 단면 크기가 코일부의 내경보다 큰 규격의 코일스프링을 도시한 단면도이다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 코일스프링 제작방법을 단계적으로 도시한 설명도이다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 코일스프링 제작방법중 일부 공정 순서를 다르게 변경시켜서 구현하는 방식을 단계적으로 도시한 설명도이다.

도 4a는 본 발명에 따른 코일스프링 제작방법으로 제작된 인장 코일스프링을 도시한 측면도이다.

도 4b는 본 발명에 따른 코일스프링 제작방법으로 제작된 압축 코일스프링을 도시한 측면도이다.

도 5a는 본 발명에 따른 코일스프링 제작방법으로 제작된 코일스프링중 외면에 오목 구조의 만곡부를 형성하고, 코일부를 형성한 구조를 도시한 측면도이다.

도 5b는 본 발명에 따른 코일스프링 제작방법으로 제작된 코일스프링중 외면에 볼록 구조의 만곡부를 형성하고, 코일부를 형성한 구조를 도시한 측면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 코일스프링 제작방법(100)은, 중심이 천공되있는 관type의 금속재를 준비한 후 봉재 중심의 천공부 까지 외면을 나선형으로 절삭가공하여 코일부를 형성하는 방법(미 도시)이 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 먼저 스프링강 재료의 봉재(110)를 준비하는 단계(S1)가 이루어진다.

그리고 다음으로는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 봉재(110)의 중심을 길이방향으로 천공하는 단계(S2)가 이루어지는데, 이와 같은 단계(S2)는 슈퍼 드릴링 방식이나 초음파 가공방식을 이용하여 이루어진다. 이때 이미 길이 방향으로 천공되어 있는 관 타입을 준비하여 이용할 수 도 있다.

이와 같은 슈퍼 드릴링 방식은, 예를 들면 대한민국 등록특허 제10-0432098호의 "공작물을 0.1Φ로 천공하기 위한 슈퍼드릴 셋팅 방법"과 같은 방식으로 이루어질 수 있다.

즉, 스프링 강으로 이루어진 봉재(110)의 공작물을 슈퍼드릴(미 도시)을 이용해 0.1Φ로 천공하기 위한 전기적인 가공조건을 셋팅하고, 가공시 와이어의 단선을 방지하기 위해 전극의 형상길이를 80-120mm로 하며, 상기 와이어의 상,하에 0.1Φ 특수가이드를 설치하고, 방전 콘덴서의 용량을 70-80Kg/㎠ 로 설정하고, 가공속도를 1-2mm/min 로 하며, 공작기계와 서보모터에 1A의 전류를 공급하고, 전극소모량을(초경5T기준) 15mm로 공급하여 천공할 수 있다.

따라서, 상기 봉재(110)는 예를 들면 0.2mm 이하, 바람직하게는 0.1-0.2mm, 더욱 바람직하게는 0.1mm 이하의 내경(D3)을 갖도록 천공되어진다.

그리고 다음으로는, 도 2c에 도시된 바와 같이, 봉재(110) 중심의 천공부까지 외면을 나선형으로 절삭가공하여 코일부(120)를 형성하는 단계(S3)가 이루어진다.

이와 같은 나선형의 절삭가공 단계(S3)는, 예를 들면 와이어 방전 커팅가공방식을 이용하여 이루어질 수 있다.

이와 같은 와이어 방전 커팅가공방식의 예로서는, 대한민국 공개특허공보 제2002-0027597호의 "와이어 방전가공방법"과 같은 방식으로 이루어질 수 있다.

이와 같은 와이어 방전가공방법은 0.02∼0.3mm의 와이어에 마이너스 전류를 가하고 가공물에 플러스 전류를 가하면서 상기한 와이어와 가공물의 사이에서 발생되는 방전에 의해 소정 형상으로 가공을 하게 된다.

이와 같은 와이어 방전가공방법은, 특히 고정밀도 방전가공작업에 사용하는데 매우 적합한 것으로서, 대한민국 실용신안등록번호 제20-0284494호의 "와이어컷 방전 가공기용 와이어 커팅 장치"에 기재되어 있는 바와 같은 와이어컷 방전 가공기를 사용할 수 있음도 물론이다.

이와 같은 나선형의 절삭가공 단계(S3)를 거치게 되면, 본 발명에 따른 코일스프링 제작방법(100)에 의해서 제작된 코일스프링은 그 코일부(120)의 스프링강 직경(D4) 크기가, 코일부(120)의 내경(D3)보다 현저하게 크게 형성된다(D4>>D3).

한편, 본 발명에 따른 코일스프링 제작방법(100)은, 상기와는 다른 순서로 이루어질 수도 있다.

즉, 도 3a에 도시된 바와 같이, 먼저 스프링강 재료의 봉재(110)를 준비하는 단계(S1)가 이루어진다.

그리고 다음으로는 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 봉재(110) 중심의 중심부까지 외면을 나선형으로 절삭가공하여 코일부(120)를 형성하는 단계(S3)가 이루어질 수 있다.

이와 같은 나선형의 절삭가공 단계(S3)에서는 상기에서 설명한 바와 같은, 와이어 방전 커팅가공방식을 이용하여 이루어질 수 있다.

그리고 다음으로는 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 봉재(110)의 중심을 길이방향으로 천공하는 단계(S2)가 이루어진다.

이와 같은 봉재(110)의 중심을 길이방향으로 천공하는 단계(S2)는, 상기에서 설명한 바와 같은, 슈퍼 드릴링 방식 이나 초음파 가공방식을 이용하여 이루어진다.

상기와 같은 단계(S1,S2,S3)들을 통하여 제작된 본 발명의 코일스프링(140)은, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 코일부(120)는 봉재(110)의 중앙에 구멍(142)이 형성되고, 상기 코일부(120)의 양단은 원통형의 직선부(130)를 형성한 구조일 수 있다.

도 4a에 도시된 구조에서는, 코일부(120)의 피치 간격(L)이 좁은 구조로 제작되어 인장 코일스프링으로서 사용되는 구조가 도시되어 있다.

반면에 도 4b에 도시된 구조에서는, 코일부(120)의 피치 간격(L)이 상대적으로 크게 형성되어 압축 코일스프링으로서 사용되는 구조가 도시되어 있다.

이와 같이 본 발명에 의하면 코일부(120)가 봉재(110)의 중앙에 형성되고, 코일부(120)의 양단은 원통형의 직선부(130)를 형성하는 구조를 갖춤으로써 코일스프링의 몸체 중, 부분적으로 코일부(120)를 형성하고, 나머지 부분은 코일부(120)를 형성하지 않는 관(pipe)부 형태의 특수 형태의 코일스프링을 제작할 수 있게 된다.

또한 본 발명은 바람직하게는, 상기 봉재(110)는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 그 외경(D5)의 직경이 다른 만곡부(150)를 형성하고, 상기 만곡부(150)에 코일부(120)가 형성된 구조로 형성될 수 있다.

즉, 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 봉재(110)는 그 외주면에 오목 구조를 형성하여 그 외경의 직경이 다른 만곡부(150)를 형성하고, 상기 만곡부(150)에 코일부(120)가 형성된 특수 형태의 코일스프링로 제작될 수 있다.

뿐만 아니라, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 봉재(110)는 그 외주면에 볼록 구조를 형성하여 그 외경의 직경이 다른 만곡부(150)를 형성하고, 상기 만곡부(150)에 코일부(120)가 형성된 구조로도 제작될 수 있는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 코일스프링 제작방법(100)에 의해서 제작된 코일스프링(140)은 코일부(120)의 스프링강의 직경(D4)이 상기 코일부(120)의 내경(D3), 즉 구멍(142)의 내경(D3)보다 크게 형성되어 고강성과 내구성을 우수하게 확보할 수 있다.

예를 들면, 본 발명에 의해서 제작된 코일스프링(140)은, 상기 봉재(110)의 직경이 1mm 라고 가정하면, 상기 봉재(110)의 축방향 중심 천공 구멍(142)은 0.2mm, 바람직하게는 0.1-0.2mm, 더욱 바람직하게는 0.1mm 이하의 내경(D3)으로 이루어질 수 있다.

그러나, 코일부(120)의 스프링 강재 직경(D4)은 대략 0.4mm 이상으로 이루어질 수 있으며, 이는 명백하게 코일부(120)의 내경(D3)에 비하여 현저하게 큰 것이다.

상기와 같이 본 발명에 의하면, 스프링강 재료의 봉재(110)를 준비하고, 이러한 봉재(110)의 중심을 길이방향으로 슈퍼 드릴링 방식에 의해서 천공하며, 봉재(110)의 외면은 나선형으로 와이어 방전 커팅가공방식으로 절삭가공하여 코일부(120)를 형성한다.

따라서, 코일부(120)의 스프링 강재 직경(D4)이 코일부(120)의 내경(D3)보다 현저하게 큰 코일스프링(140)을 제작할 수 있음으로써, 기존 제조방법에 의해 형성된 코일 스프링에 비해 상대적으로 매우 큰 고강성과 내구성을 가질 수 있게 된다.

본 발명은 상기에서 도면을 참조하여 특정 실시 예에 관련하여 상세히 설명하였지만 본 발명은 이와 같은 특정 구조에 한정되는 것은 아니다. 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술 사상 및 권리범위를 벗어나지 않고서도 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이다. 예를 들면, 봉재(110)의 외면을 나선형으로 커팅하는 방식은 상기에서 설명된 와이어 방전 커팅가공방식이외의 디스크 방식의 절삭가공을 통해서도 가능할 수 있을 것이다. 또한, 상기에서 설명된 코일부(120)의 직경 또는 외경(D5), 코일부(120)의 스프링 강재 직경(D4), 또는 코일부(120)의 내경(D3) 크기는 그 적용 분야에 따라서 다른 크기와 규격으로 제작가능할 것이다. 그렇지만 그와 같은 단순한 설계적인 수정 또는 변형 구조들은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속하게 됨을 미리 밝혀 두고자 한다.

Claims

압축 또는 인장 코일스프링의 제작방법에 있어서,

봉재의 중심 길이방향으로 천공된 스프링강 재료의 준비 단계; 및

상기 봉재 중심의 천공부까지 외면을 나선형으로 절삭가공하여 코일부를 형성하는 단계;를 포함하는 것임을 특징으로 하는 코일스프링 제작방법.
압축 또는 인장 코일스프링의 제작방법에 있어서,

스프링강 재료의 봉재를 준비하는 단계;

상기 봉재 중심의 중심부까지 외면을 나선형으로 절삭가공하여 코일부를 형성하는 단계; 및

상기 봉재의 중심을 길이방향으로 천공하는 단계;를 포함하는 것임을 특징으로 하는 코일스프링 제작방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코일부는 봉재의 중앙에 형성되고, 상기 코일부의 양단은 원통형의 직선부를 형성한 것임을 특징으로 하는 코일스프링 제작방법.
제3항에 있어서, 상기 봉재는 그 외경의 직경이 다른 만곡부를 형성하고, 상기 만곡부에 코일부가 형성된 것임을 특징으로 하는 코일스프링 제작방법.
제3항에 있어서, 상기 코일부의 스프링강의 직경은 상기 코일부의 내경보다 크게 형성되어 고강성과 내구성을 확보한 것임을 특징으로 하는 코일스프링 제작방법.
제3항에 있어서, 상기 봉재는 직경이 1mm 이하이고, 상기 봉재의 축방향 중심 천공은 0.2mm 이하의 내경으로 슈퍼 드릴링 천공방식을 이용하여 이루어지며, 상기 코일부의 나선형의 절삭가공은 와이어 방전 커팅가공방식으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 코일스프링 제작방법.