본 발명은 돌출무늬를 갖는 암수 형태 금속패널 기와의 성형방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 신축건물의 지붕이나 기존 건물의 지붕 개량시 설치되는 금속지붕재의 일종으로 다수의 돌출무늬를 갖는 암수 형태 금속패널 기와에 대한 성형방법 및 장치를 제공하는 것이다.

일반적으로 건축물의 지붕재로 사용되는 기와는 각각의 나라별로 그 형상에 차별화된 특징이 있는 것으로, 동양에서 한국과 중국의 기와는 암키와 및 수키와로 이루어진 기와형태를 갖으며, 일본의 기와는 암키와로만 이루어진 기와형태를 갖는다. 또한, 상기에서 암키와 및 수키와로 이루어진 한국과 중국의 기와형태는 골에만 단턱이 형성되는 것이 특징이고, 암키와로만 이루어진 일본의 기와형태는 산과 골에 모두 단턱이 연결되어 형성되는 것이 특징이다.

현재 사용되고 있는 기와형태의 금속지붕재는 대부분 암키와로만 이루어진 일본식 기와형태가 적용되는 것으로 그 형상은 도 1에 도시한 바와 같다.

이와 같은 종래의 금속패널 기와의 성형과정은, 먼저 롤포밍머신을 이용하여 금속패널의 횡방향으로 수개의 산(11)과 골(12)이 형성되도록 절곡 성형하는 과정과, 프레스포밍머신를 이용하여 금속패널의 종방향으로 소정의 간격을 두고 산과 골 전체를 같은 깊이의 단차가 연결되도록 절곡 성형하는 과정과, 후에 필요한 길이만큼 절단하는 과정으로 이루어진다.

그러나, 상기와 같은 방법으로 생산된 종래의 암키와형 금속패널 기와는 일본식 기와형태를 적용한 것으로 한국 고유의 기와에서 느낄 수 있는 특유의 미려함을 느낄 수가 없었으며, 또한, 얇은 금속패널을 이용해 가공된 종래의 금속패널 기와는 그 강도가 약하여 변형과 파손이 쉽다는 문제점도 있었다.

뿐만 아니라, 한국 고유의 기와는 암키와 및 수키와를 갖으며 골에만 깊은 단턱이 형성되는 것이나, 종래기술에 의해서는 골에만 깊은 단턱을 형성하는 기술이 부족하여 이러한 한국 고유의 암수 형태 금속패널 기와를 성형할 수 없었다.

본 발명의 출원인은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 암키와 및 수키와가 구분된 형상으로 한국 고유의 미려함을 갖으며, 강도를 향상시키고, 생산과정 중 불량발생이 없는 암수 형태 금속패널 기와의 성형방법을 국내특허출원 제10-2007-0102973호를 통해 출원한 바 있다.

본 발명의 출원인에 의해 선출원된 제10-2007-0102973호에 의하면, 금속패널 기와의 산과 골에 다수의 돌출무늬를 형성하여 내부 응력에 따른 강도를 향상시켰으며, 골 부위에만 단턱을 형성함으로 암키와 및 수키와가 구분된 한국 고유의 기와형상을 제공하였다. 또한, 금속패널 기와에 다수의 돌출무늬 및 단턱을 형성함에 있어서 금속패널의 파손을 방지하고자 가성형과정 및 확정성형과정을 통한 점차적 성형방법을 통해 금속패널의 변형력을 향상시켰으며, 성형과정 중 불량품이 발생하지 않도록 하였다.

그러나, 선출원된 제10-2007-0102973호에 의한 가성형과정은 금속패널의 변형력을 향상시키기 위해 1차적으로 금속패널 기와의 산과 골에 주름형태를 갖는 다수의 잔골을 형성한 후 2차로 확정성형을 하는 것이나, 금속패널 기와의 확정성형 후에도 골 부위의 잔골이 완전히 펴지지 않고 남아있는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 얇은 두께의 금속패널을 소재로 암수 형태 금속패널 기와를 성형시 금속패널의 강도를 향상시키고자 함에 본 발명의 목적이 있다.

또한, 본 발명에 따른 금속패널 기와의 성형과정에서, 금속패널의 변형력을 최대화하면서 성형 중 파손을 방지하기 위해 가성형과정 및 확정성형과정을 통한 점차적 성형방법을 제공하고자 함에 본 발명의 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명에 따른 금속패널 기와의 성형에서, 금속패널 기와의 확정성형 후에도 골 부위의 잔골이 남게 되는 현상을 방지하고자 함에 본 발명의 또 다른 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로, 본 발명은 암수 형태 금속패널 기와의 성형방법에 있어서, 금속패널을 롤포밍머신의 성형롤 사이를 통과시킴으로써 금속패널의 종방향으로 다수의 산과 골을 형성하는 롤포밍과정과; 제1프레스에서 롤포밍된 금속패널의 산 부위에 다수의 잔골을 형성하는 1차 가성형과정과; 제1프레스에서 롤포밍된 금속패널의 골 부위에 완만한 형태의 단턱을 형성하는 2차 가성형과정과; 제2프레스에서 가성형된 금속패널의 산 부위에 돌출무늬를 형성하는 1차 확정성형과정과; 제2프레스에서 가성형된 금속패널의 골 부위에 2차 가성형과정에 이은 점차적 압착공정으로 단턱을 확정 성형하는 2차 확정성형과정과; 확정성형된 금속패널을 절단장치에서 필요한 길이로 절단하는 과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기의 1차 가성형과정 및 2차 가성형과정은 제1프레스 하나의 장치에서 이루어지는 것으로, 내측에 다수의 제1관통공을 갖는 가성형_제1누름틀이 하강하여 롤포밍된 금속패널의 산 부위에 잔골을 형성함과 동시에 금속패널을 고정 지지하고, 상기 가성형_제1누름틀의 제1관통공 내측으로 가성형_제2누름틀이 하강 관통하여 롤포밍된 금속패널의 골 부위에 완만한 형태의 단턱을 형성하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기의 1차 확정성형과정 및 2차 확정성형과정은 제2프레스 하나의 장치에서 이루어지는 것으로, 내측에 다수의 제2관통공을 갖는 확정성형_제1누름틀이 하강하여 가성형된 금속패널의 산 부위에 돌출무늬를 형성함과 동시에 금속패널을 고정 지지하고, 상기 확정성형_제1누름틀의 제2관통공 내측으로 확정성형_제2누름틀이 하강 관통하여 가성형된 금속패널의 골 부위에 단턱을 확정 성형하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기의 확정성형_제1누름틀이 하강하여 가성형된 금속패널의 산 부위에 돌출무늬를 형성함에 있어서, 금속패널의 산 부위는 1차 가성형과정에서 생성된 다수의 잔골이 펴지면서 돌출무늬를 형성하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기의 2차 확정성형과정에서는 가성형된 금속패널의 골 부위에 다양한 형태의 돌출무늬를 금속패널의 상측 또는 하측으로 돌출 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 돌출무늬를 갖는 암수 형태 금속패널 기와의 성형방법에 의하면, 금속패널의 가성형 및 확정성형으로 이어지는 점차적 압착공정으로 인해 다양한 돌출무늬 및 단턱을 깊게 형성할 수 있으며, 성형과정 중 금속패널이 파손될 우려를 방지한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 암수 형태 금속패널 기와의 성형방법에 의하면, 종래기술에 의해서는 제조할 수 없었던 한국 전통 기와의 미려함이 깃든 암수 형태 금속패널 기와를 성형할 수 있다.

또한, 금속패널 기와의 산에 형성된 돌출무늬와 골에 형성된 단턱 등으로 인하여 응력작용에 따른 금속패널 기와의 강도가 현저히 향상되는 효과도 있다.

도 1은 종래의 금속패널 기와 형상을 개략적으로 도시한 사시도이며,

도 2는 본 발명에 따른 돌출무늬를 갖는 암수 형태 금속패널 기와의 성형과정에 대한 흐름도이며,

도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 돌출무늬를 갖는 암수 형태 금속패널 기와의 성형방법을 나타낸 개념도이며,

도 4는 롤포밍된 금속패널이 가성형과정의 제1프레스로 진입한 상태를 나타낸 개념도이며,

도 5는 롤포밍된 금속패널의 산 부위에 대한 가성형과정을 나타낸 개념도이며,

도 6은 롤포밍된 금속패널의 골 부위에 대한 가성형과정을 나타낸 개념도이며,

도 7은 가성형된 금속패널의 산 부위에 대한 확정성형과정을 나타낸 개념도이며,

도 8은 가성형된 금속패널의 골 부위에 대한 확정성형과정을 나타낸 개념도이며,

도 9는 본 발명의 제 2실시예에 따라 돌출무늬 형상을 다양하게 변형시킨 암수 형태 금속패널 기와의 제조공정 일부를 도시한 개념도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

120 : 금속패널 121 : 롤포밍된 금속패널

122 : 가성형된 금속패널 123 : 확정성형된 금속패널

130 : 롤포밍머신 140 : 제1프레스

141 : 가성형_제1누름틀 141a : 제1관통공

142 : 가성형_제2누름틀 150 : 제2프레스

151 : 확정성형_제1누름틀 151a : 제2관통공

152 : 확정성형_제2누름틀 160 : 절단장치

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 돌출무늬를 갖는 암수 형태 금속패널 기와의 성형과정에 대한 흐름도이며, 도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 돌출무늬를 갖는 암수 형태 금속패널 기와의 성형방법을 나타낸 개념도이다.

도 2 또는 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 암수 형태 금속패널 기와를 성형하기 위해서는 금속패널의 롤포밍과정(S10)과, 1차 가성형과정(S20) 및 2차 가성형과정(S30)과, 1차 확정성형과정(S40) 및 2차 확정성형과정(S50)과, 절단과정(S60)을 포함하여 이루어지며, 이와 같은 전체의 공정은 연속적으로 이루어짐으로써 생산성을 향상시킨 것이다.

암수 형태 금속패널 기와를 제조하기 위한 각각의 공정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

1. 금속패널의 롤포밍과정(S10)

금속패널의 롤포밍과정(S10)은 금속패널(120)이 다수의 산과 골을 형성하는 과정이다.

암수 형태 금속패널 기와를 성형하기 위한 금속패널(120)은 코일형태로 감겨져 있는 것으로, 전방부에 위치한 롤포밍머신(Roll Forming Machine)(130)의 동작에 의해 권취된 금속패널(120)이 풀리면서 롤포밍머신(130) 내측으로 공급되는 것이다.

롤포밍머신(130)으로 공급된 금속패널(120)은 롤포밍머신(130)의 성형롤 사이를 통과함으로써 금속패널(120)의 종방향으로 다수의 산과 골이 형성된다.

2. 롤포밍된 금속패널의 가성형과정(S20, S30)

롤포밍된 금속패널(121)의 가성형과정(S20, S30)은 이후에 이루어지는 확정성형(S40, S50)시 금속패널의 변형 및 파손을 방지하기 위한 것으로, 산에 형성되는 돌출무늬 및 골에 형성되는 단턱을 보다 깊고 확실하게 형성시키기 위한 준비과정으로 볼 수 있다. 즉, 롤포밍된 금속패널(121)에 대한 점차적 성형으로 변형력을 향상시키기 위한 1차 공정에 관한 것으로, 상기의 가성형과정은 롤포밍된 금속패널(121)의 산 부위에 무늬를 형성하기 위한 1차 가성형과정(S20)과, 롤포밍된 금속패널(121)의 골 부위에 단턱을 형성하기 위한 2차 가성형과정(S30)으로 구분된다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 제 1실시예에 따른 롤포밍된 금속패널의 가성형과정(S20, S30)을 나타낸 것으로, 도 4는 롤포밍된 금속패널(121)이 가성형과정의 제1프레스(140)로 진입한 상태를 나타낸 개념도이며, 도 5는 롤포밍된 금속패널(121)의 산 부위에 대한 가성형과정을 나타낸 개념도이며, 도 6은 롤포밍된 금속패널(121)의 골 부위에 대한 가성형과정을 나타낸 개념도이다.

2-(1). 1차 가성형과정(S20)

롤포밍머신(130)으로부터 인출된 롤포밍된 금속패널(121)은 가성형과정의 제1프레스(140)로 진입하며, 제1프레스(140)에서는 먼저 롤포밍된 금속패널(121)의 산 측에 주름형태를 갖는 다수의 잔골을 형성하는 1차 가성형과정(S20)이 이루어진다.

보다 상세하게는, 1차 가성형과정(S20)은 제1프레스(140)로 진입된 롤포밍된 금속패널(121)을 향해 가성형_제1누름틀(141)이 하강하되 산과 골이 형성된 금속패널에서 산 부위에만 다수의 잔골을 형성하는 것이다.

이와 같은 공정은 확정성형을 위한 1차 준비공정에 관한 것으로, 산 측에 다수의 잔골을 형성함으로써 롤포밍된 금속패널(121)의 종방향 길이가 줄어듬과 동시에 프레스 압착공정시 상ㆍ하측으로 변형 가능한 유효면은 증가하는 것이다.

2-(2). 2차 가성형과정(S30)

상기의 1차 가성형과정(S20)은 롤포밍된 금속패널(121)의 산 부위에 돌출무늬 형성을 위한 준비공정인 반면, 2차 가성형과정(S30)은 롤포밍된 금속패널(121)의 골 부위에 단턱 형성을 위해 변형 가능한 유효면을 확보하는 준비공정에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 제1프레스(140)에서 롤포밍된 금속패널(121)의 산 부위에 잔골을 형성하는 가성형_제1누름틀(141)은 내측에 수직으로 관통된 제1관통공(141a)을 형성한 것으로, 골 부위를 가성형하기 위한 가성형_제2누름틀(142)이 상기의 제1관통공(141a)을 관통하여 롤포밍된 금속패널(121)의 골 부위에 완만한 형태의 단턱을 형성하는 것이다. 즉, 가성형_제1누름틀(141)이 하강하여 롤포밍된 금속패널(121)의 산 부위를 압착과 함께 고정 지지하는 상태에서, 가성형_제2누름틀(142)이 하강하여 롤포밍된 금속패널(121)의 골 부위를 압착하는 것으로, 압착공정을 마친 가성형_제1누름틀(141) 및 가성형_제2누름틀(142)은 상승하여 대기상태로 돌아간다.

3. 가성형된 금속패널의 확정성형과정(S40, S50)

가성형된 금속패널의 확정성형과정(S40, S50)은 상기의 가성형과정(S20, S30) 이후에 이어지는 점차적 성형방법 중 최후 성형공정에 관한 것으로, 가성형된 금속패널(122)의 산 부위에는 다양한 형상의 돌출무늬를 확정 성형하고, 가성형된 금속패널(122)의 골 부위에는 단턱을 보다 깊고 명확하게 성형하는 것이다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 제 1실시예에 따른 금속패널의 확정성형과정(S40, S50)을 나타낸 것으로, 도 7은 가성형된 금속패널(122)의 산 부위에 대한 확정성형과정을 나타낸 개념도이며, 도 8은 가성형된 금속패널(122)의 골 부위에 대한 확정성형과정을 나타낸 개념도이다.

3-(1). 1차 확정성형과정(S40)

가성형과정의 제1프레스(140)로부터 인출된 가성형된 금속패널(122)은 확정성형과정의 제2프레스(150)로 인입되되 먼저 가성형된 금속패널(122)의 산 부위에 돌출무늬를 형성하는 1차 확정성형과정(S40)이 이루어진다.

보다 상세하게는, 가성형된 금속패널(122)이 제2프레스(150)로 인입되면 확정성형_제1누름틀(151)이 하강하여 돌출무늬를 형성하되 가성형된 금속패널(122)의 산 부위에만 돌출무늬를 형성하는 것이다.

이때, 가성형된 금속패널(122)의 산 부위는 1차 가성형과정(S20)에 의해 형성된 다수의 잔골을 통해 변형 가능한 유효면이 확보된 것으로, 확정성형_제1누름틀(151)에 의한 압착공정시 다수의 잔골이 펴지면서 변형되어 돌출무늬를 형성할 수 있는 것이다.

3-(2). 2차 확정성형과정(S50)

상기의 1차 확정성형과정(S40)은 가성형된 금속패널(122)의 산 부위 돌출무늬를 확정 성형하는 반면, 2차 확정성형과정(S50)은 가성형된 금속패널(122)의 골 부위에 단턱을 확정 성형하는 것으로, 2차 가성형과정(S30)을 통해 변형 가능하도록 유효면이 확보된 완만한 형태의 단턱을 직각에 근접하며 깊고 명확하게 형성하는 것이다.

보다 상세하게는, 제2프레스(150)에서 가성형된 금속패널(122)의 산 부위에 돌출무늬를 형성하는 확정성형_제1누름틀(151)은 내측에 수직으로 관통된 제2관통공(151a)을 형성한 것으로, 골 부위를 확정성형하기 위한 확정성형_제2누름틀(152)이 상기의 제2관통공(151a)을 관통하여 가성형된 금속패널(122)의 골 부위에 단턱을 확정 성형하는 것이다. 즉, 확정성형_제1누름틀(151)이 하강하여 가성형된 금속패널(122)의 산 부위를 압착과 함께 고정 지지하는 상태에서 확정성형_제2누름틀(152)이 하강하여 가성형된 금속패널(122) 골 부위를 압착하는 것으로, 압착공정을 마친 확정성형_제1누름틀(151) 및 확정성형_제2누름틀(152)은 상승하여 대기상태로 돌아간다.

상기와 같이 본 발명의 제 1실시예 의하면 확정성형_제1누름틀(151)과 확정성형_제2누름틀(152)이 순차적으로 하강함으로써 산 부위의 돌출무늬와 골 부위의 단턱을 각각 형성하였으나, 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 확정성형_제1누름틀(151)과 확정성형_제2누름틀(152)이 동시에 하강함으로, 금속패널(122)의 산과 골 부위에 돌출무늬 및 단턱을 동시에 성형할 수도 있는 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 롤포밍된 금속패널의 가성형과정 및 확정성형으로 이어지는 점차적 성형과정을 통해 금속패널의 변형량을 향상시키고 생산과정 중 발생할 수 있는 파손을 방지한 것으로, 롤포밍된 금속패널의 산에 형성된 확정무늬 및 골에 형성된 단턱을 더 깊고 명확하게 형성할 수 있는 것이다.

바람직하게, 본 발명은 2차 확정성형과정(S50)에서 골 부위에 미끄럼방지 및 금속패널의 강도향상을 위하여 다양한 형태의 돌출무늬를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제 1실시예에 의하면, 암수 형태 금속패널 기와의 산 부위에는 아크형상의 돌출무늬가 형성되고, 골 부위에는 막대형상의 돌출무늬가 형성 되었으나 본 발명은 이에 한정하지 않고 다양한 실시예를 통해 그 형상을 변형할 수 있는 것이다. 도 9는 본 발명의 제 2실시예에 따라 돌출무늬의 형상을 다양하게 변형시킨 암수 형태 금속패널 기와의 제조공정 일부를 도시한 개념도로서, 상기의 돌출무늬는 특정 형상에 한정되지 않으며, 금속패널의 상측 또는 하측 방향으로 다양하게 돌출된 형상을 갖는 것이다.

4. 절단과정

상기의 과정(S10 ~ S50)에 의한 절곡 및 압착공정으로 그 형태를 갖춘 확정성형된 금속패널(123)은 절단장치(160)에 의해 필요한 적정 길이로 절단함으로써 완성된다(S60). 바람직하게, 상기의 절단과정은 사용자의 입력 설정에 따른 동일한 길이로 금속패널을 반복 절단할 수 있는 것으로 설정 범위는 변경이 가능하다.