스파이럴스프링 제조방법 및 장치

스파이럴스프링 제조방법 및 장치{manufacturing method and device for spiral spring}

본 발명은 스프링제조방법 및 장치에 관한 것으로 특히 스파이럴스프링(spiral spring)을 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

스프링은 용수철이라고도 하며, 그 용도로는 용수철저울 ·소파에 들어 있는 스프링, 안전밸브의 밸브스프링, 자동차 바퀴를 받쳐 주는 판(板)스프링 등은 금속의 탄성을 이용한 것이다.

스프링의 재료는 적당히 열처리한 강철을 사용할 때가 가장 많고, 이 밖에 인청동(燐靑銅) ·니켈합금 등의 금속재료가 사용된다. 또, 고무나 공기 등도 스프링으로서 사용될 때가 있다.

금속재 스프링의 모양에는 코일(헬리컬) 스프링, 링스프링, 접시형 스프링 등이 있다. 코일 스프링은 환강(丸鋼) ·각강(角鋼) 등 봉상(棒狀)의 금속재료를 원통형 나사선 모양으로 감은 것인데, 인장(引張)이나 압축에도 사용할 수 있으며, 압축코일 스프링은 2겹 또는 3겹으로 만들 수도 있다. 판스프링은 1장인 것도 있으나 여러 장을 포개어서 사용하는 경우가 많다. 큰 외력(外力)을 받는 곳에는 사다리꼴 또는 삼각형으로 겹친 겹판스프링을 사용하며, 자동차 ·철도차량 등에 가장 많이 사용된다.

스파이럴 또는 나사선형 스프링은 태엽이라고도 하며, 띠강[帶鋼]을 감아서 만들며, 시계 등에 사용된다. 스프링의 기계적인 성질로는 탄성한도 ·피로한도 ·경도(硬度) 등과 열처리에 의한 성질 개선도 중요하다.

본 발명은 이러한 스프링 중 특히 도 1A에 도시한 스파이럴스프링의 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다.

종래의 스파이럴스프링을 제조하는 방법은 이송되는 선재 또는 판재인 스프링재(이하 "스프링재"로 칭함)가 끝단에 홀이 형성된 스핀들의 홀에 끼워지게 되고, 스핀들이 일차 회전하여 홀에 끼워진 스프링재는 벤딩되어 도 스파이럴스프링의 중앙부의 벤딩부(2)를 형성하고, 이후 스핀들이 회전함에 따라 스프링재는 스핀들의 외주를 따라 감기게 된다. 이를 권선 또는 코일링(coiling) 작업이라한다. 이 코일링단계에서 강제로 스프링재는 스핀들쪽으로 이송되게된다. 한편, 스핀들 끝단에서 홀이 형성되어 스프링재를 감는 부위를 내경가이드라 칭한다.

이후 후크(4)를 형성하기 위하여 스핀들 뒤쪽에서 이송되는 스프링재를 후크모양을 한 슬라이드가 눌러주면서 절단하게 된다. 이후 이 스프링은 제조장치의 하부로 떨어지도록 즉 자유낙하시키는데 이를 위하여 스핀들이 역회전을 하여야 한다. 역회전을 하지 않으면 감겨진 스프링이 스핀들로부터 분리되기 어렵기 때문이다.

그런데 이러한 종래의 스파이럴스프링을 제조하는 방법은 스프링재를 조밀하게 감았다가 일부 역회전하여 풀고 이후 자유낙하에 의해 스핀들로부터 분리되면서 피치가 정해지는 바, 이 과정에서 피치(6)가 균일하게 제어되지 못하고 자체 탄성에 의존하므로 간격조절 역시 불리한 측면이 있어 원하는 하중을 균일하게 얻을 수 없는 문제점이 있다. 스프링의 생명은 균일한 하중보장이라고 할 수 있는 바, 균일한 하중이 보장되지 못하는 스프링은 그 품질을 제대로 인정받기 곤란하다.

다른 문제로 배가 나오는 문제가 있다. 종래방법에 따를 경우 비록 역회전하여 푸는 과정이 있으나, 내경가이드로부터 최종제품이 분리되는 과정에서 내경가이드의 간섭으로 도 1B와 같이 배(8)가 나오게 된다. 이 역시 균일한 하중보장에 악영향을 미치게 됨은 물론 컴팩트한 일부제품에 사용될 경우 장착의 어려움이 있어 불량품이 되는 문제가 있다.

또한 종래 방법에 의하면, 역회전(back coiling)작업이 필요하게 되고 또한 연속이송이 아니므로 하나의 스파이럴스프링을 만드는데 약 2초가 소요되어 작업수율이 낮은 문제점이 있다.

또한 이송방향에 직각인 축을 가진 스핀들이 필요하게 되므로 전체적으로 장치의 부피가 크지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 균일한 피치와 배가 형성되지 않고 균일하중이 보장되는 스파이럴스프링을 제조하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 제조시간을 단축할 수 있는 스프링제조방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이송방향에 수직인 축을 가지는 스핀들이 필요없는 스파이럴스프링제조방법 및 장치를 제공하는 것이다.

도 1A는 스파이럴스프링의 평면도이고,

도 1B는 종래의 스파이럴스프링의 배가 형성된 것을 도시한 측면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 스파이럴스프링 제조장치의 개략평면도이고,

도 3 내지 도 6은 도 2의 장치에서 제조단계에 따른 개략평면도이고,

도 7은 도 2의 개략 부분단면 측면도이고,

도 8은 본 발명의 다른 실시예의 개략 평면도이고,

도 9는 본 발명에 따른 장치를 이용한 제조방법을 도시한 순서도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명*

10: 피더롤러 20; 스프링재

110: 인출부 120: 벤딩부(제 1 슬라이더)

130: 코일링부(제 2 슬라이더)

141, 142: 후크형성부(제 3, 4 슬라이더)

106: 에어실린더

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 지속적으로 스프링재를 이송하는 단계와; 상기 이송된 스프링재의 끝단을 벤딩하는 단계와; 상기 끝단이 벤딩된 스프링재를 강제 접촉하여 코일링하는 단계와; 상기 코일링된 스프링재를 후크를 형성함과 동시에 절단하는 단계와; 추후 이송되는 스프링재의 끝단을 벤딩하는 단계를 포함하는 스파이럴스프링 제조방법을 제공한다.

상기 스프링재의 이송은 피드롤러(feed roller)에 의해 이루어지는 것이 바람직하고, 필요에 따라 이송속도도 가변가능하다.

본 발명은 또한 스프링재를 이송하는 피더와; 상기 피더에 의해 이송된 스프링재의 끝단을 벤딩하기 위해 피드방향으로 슬라이드되는 제 1 슬라이드와; 원하는 피치를 형성하기 위해 상기 끝단이 벤딩된 상기 스프링재와 접촉하는 접촉부를 가지고 있으며 시간에 따라 슬라이드되는 거리가 짧게 조정되어 상기 접촉하는 일측과 감겨지는 스프링재의 중심과의 거리가 점점 커지게 접촉하는 제 2 슬라이더와; 상기 제 1 슬라이더에 의해 감겨진 스프링재의 후크형성과 동시에 절단하기 위해 슬라이드되어 서로 압착되는 후크모양부 및 절단부를 가진 한 쌍의 제 3 및 제 4 슬라이더를 포함하는 스파이럴스프링제조장치를 제공한다.

본 발명에서 상기 제 2 슬라이더의 상기 접촉부는 롤러형태일 수 있다.

상기 피더는 연속적으로 상기 스프링재를 이송하는 것이 바람직하다.

상기 각 슬라이더(slider)는 전,후진 및 슬라이드(slide) 거리의 조절은 슬라이드 후방의 캠의 회전에 의해 이루어질 수 있다. 이때 상기 각 슬라이더를 작동시키는 각 캠은 하나의 대기어에 맞물리는 각 소기어에 의해 회동될 수도 있다.

다른 예로서, 각 슬라이더는 개별 실린더 또는 서보모터에 의해서 구동될 수 있고, 바람직하게 각 실린더는 유압실린더이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 스파이럴스프링의 제조장치의 개략 평면도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 제조장치는 선재 또는 판재와 같은 스프링재(20)를 강제로 이송시키는 롤러피더(10)와; 상기 롤러피더에서 이송된 스프링재를 이용하여 스프링을 제조하는 스프링제조부(100)로 크게 나누어진다.

상기 롤러피더(10)의 형태는 예시이며 다양한 형태의 피더가 적용될 수 있으며 이는 본 발명의 핵심사항이 아니고, 단지 연속적으로 스프링재를 이송하는 수단이면 족하고 속도가 가변될 수도 있고, 본 실시예에 따라 일정한 속도로 스프링재(20)를 이송할 수도 있다. 속도가 가변될 경우 스프링제조부(100)의 기타 구성요소도 이에 따라 연동하면 될 것이다.

스프링제조부(100)는 스프링재(20)가 인출되는 인출부(110)와; 상기 인출부(110)에서 이송되어 인출되는 스프링재(20)의 끝단을 벤딩하는 벤딩부(120)와; 상기 벤딩부에 의해 끝단이 벤딩된 스프링재(20)와 가변하는 거리를 가지고 접촉하여 감는 즉 코일링하는 코일링부(130)와; 상기 코일링부(130)에 의해 코일링된 스프링재(20)의 타끝단에 후크를 형성하고 절단하는 한 쌍의 후크형성부(141)(142)를 포함하고 있다.

상기 각 벤딩부(120), 코일링부(130), 한 쌍의 후크형성부(141)(142)는 각각 슬라이딩되므로 슬라이더라 불릴 수 있다. 상기 각 슬라이더는 캠(105)에 의해 슬라이더길이가 조정되며, 각 슬라이더와 캠과의 강제접촉을 위한 복귀스프링(107)이 각각 설치되어 있다. 복귀스프링(107)은 역시 하나의 예시이며 다른 형태로 가능함은 물론이고, 캠에 의해 밀려진 각 슬라이더가 강제로 리턴되는 수단이면 족할 것이고 도면에 예시한 위치가 아니라도 가능함은 물론이다.

이하 작동관계를 구성과 함께 자세히 설명한다.

인출부(110)는 슬라이드되는 것이 아니고 고정된 요소로서 일측에는 상기 벤딩부(120)의 끝단이 슬라이드될 수 있도록 공간을 확보하기위해 직선상(121)을 하고 있고, 이는 단지 벤딩부(120)의 공간확보를 위한 것으로 여러 가지 다른 모양으로 하는 것도 가능함은 물론이다.

도 3은 벤딩과정을 도시한 것으로, 인출부(120)를 통해 이송되는 스프링재(20)는 후술하는 바와 같이, 끝단이 이전의 제조공정에서 반정도 벤딩되어 있는 상태에서 벤딩부(120)가 캠(105)이 회전하면서 인출부(110)와 마주보는 방향에서 슬라이드되어 인출부(110)를 스쳐지나가면서 스프링재(20)의 끝단(10a)을 완전히 벤딩한다.

이후, 도 4에 도시된 바와 같이, 코일링부(130)의 캠(105)의 회전으로 코일링부(130)가 슬라이드되면서 스프링재(20)와 접촉하면서 권선작업(감는 작업)을 하게된다. 이때 캠(105)의 모양에 따라 서서히 코일링부(130)가 뒤로 밀리면서 내측권선에서 일정한 피치를 가지고 외측권선을 형성하도록 하고 있다. 여기서 피치의크기 등에 따라 캠(105)의 모양을 변경함으로써 피치의 조절이 가능하게 된다.

한편, 코일링부(130)에서 상기 스프링재(20)와 접촉하는 부위는 롤러(132)형태가 아니고 단순 접촉만으로 권선 즉 코일링은 가능하기도 하지만, 롤러(132)형태로 하여 마찰력을 줄이는 것이 바람직하다.

또한 코일링부(130)의 슬라이드방향은 스프링재(20)의 이송방향과 소정의 각도를 가지고 만나는 것이 스프링재(20)와 접촉하여 코일링하기에 바람직하다.

도 5는 후크형상을 형성하는 과정을 도시한 것으로 한 쌍의 후크부(141)(142)는 도 2에도 도시한 바와 같이, 후크형상부(143a)(143b)와 절단부를 가지고 있다. 후크형상부(143a)(143b)는 도 1a에 도시한 바와 같은 후크(4)를 형성하기 위한 모양을 각각 음양으로 가지고 있으며, 절단부는 일측(142)에는 슬릿형상의 홈(145)형상이고, 타측(141)에는 상기 홈(145)에 끼워질 수 있는 돌출부(147)형상이다.

상기 한 쌍의 후크부(141)(142)는 이송방향에 대략 직각방향에서 슬라이드되는 것이 바람직하다.

한편, 제 1 후크부(141)(제 3 슬라이더)와 제 2 후크부(142)(제 4 슬라이더)를 구동하는 캠의 형상은 서로 상이한 바, 도 6에 도시한 바와 같이, 제 2 후크부(142)는 절단 및 후크 형성후 도면의 우측으로 리턴되는 반면에 제 1 후크부(141)는 다시 우측으로 더 전진하여 새로 이송되는 스프링재(20)의 끝단을 우측으로 밀어 반쯤 벤딩시키게된다. 이는 각 캠의 형상을 고려하면 이해될 수 있을 것이고, 특히 제 1 후크부(141)를 구동하는 캠은 대지름이 두 군데(d1)(d2)인것을 알 수 있고 d1 보다 d2가 길다.

도 7은 캠(105)의 구동관계를 예시한 설명한 도면으로 캠(105)은 소기어(112)에 의해 회전하는 바, 각 소기어(112)는 하나의 대기어(114)에 의해 치합되어 연동하거나 또는 별개로 작동될 수도 있음은 물론이다. 도 2 내지 도 6의 각 캠(105)의 방향은 대략적으로 도시한 것으로, 별개로 작동될 수 있으므로 정확히 도시한 것은 아니고 예시이다.

대기어(114)를 사용하는 경우 모터(M)에 의해 구동되고 여러 가지 형태나 구성의 기어트레인(116)에 의해 동력을 전달받을 수가 있고, 이 기어트레인(116)의 형태 내지 구성은 모터(M)와 대기어(114) 및 회전수 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있을 것이다.

도 8은 본 발명의 다른 예로서, 도 2와 유사하지만, 각 슬라이더(120)(130)(141)(142)가 캠을 사용하지 아니하고 미도시된 제어부에 의해 작동되는 개별 실린더(106)에 의해 구동될 수도 있음을 도시하고 있다.

이 실린더(106)는 유압실린더인 것이 바람직하고, 아울러 본 발명의 각 슬라이더는 서보모타에 의해 작동될 수도 있음은 물론이다.

도 9는 상기 설명한 본 발명에 따른 장치에서 작동관계를 흐름에 따라 표시한 개략 순서도이다.

먼저, 이전단계에서 반쯤 벤딩된 스프링재(20)의 끝단(20a)을 벤딩부(120)(제 1 슬라이더)에 의해 완전벤딩하는 단계(S1)와; 이후 코일링부(130)(제 2 슬라이더)와 스프링재(20)의 접촉에 의해 권선하는 단계(S2)와; 한 쌍의후크부(141)(142)(제 3, 4 슬라이더)를 통해 권선된 스프링재(20)의 후크를 형성함과 동시에 절단하는 단계와; 연속적으로 상기 제 3 슬라이더가 인출부(110)을 통해 이송되는 스프링재의 끝단을 반쯤 벤딩시키는 단계로 이루어져 있다. 한편 절단된 완성품은 자동낙하에 의해 수집된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 스핀들없이 스파이럴스프링을 제조하는 것이 가능하므로, 장치의 크기 및 설비비용을 크게 줄일 수 있는 이점이 있다.

아울러 스파이럴스프링의 피치를 균일하게 조정할 수 있으므로 완성된 스프링의 균일한 하중이 담보될 수 있는 이점이 있다.

또한 분리시 스핀들의 역회전 등이 필요없으므로 간섭이 일어나지 않아 배가 나오는 문제점이 사라지게 된다.

또한 종래의 방법과 달리 본 발명의 방법을 사용할 경우 하나의 제조시간이 약 0.7 내지 0.8초 가량으로 대폭 줄어들어 작업수율을 향상시키는 이점이 있다.