KR100811455B1 - 이종파이프의 접합방법 - Google Patents

이종파이프의 접합방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 서로 다른 재질의 스테인레스스틸관(Stainless steel Pipe)과 탄소섬유강화플라스틱(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastic)를 접하는 이종파이프의 접합방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 가열패드를 이용하여 가열파이프를 가열한 다음 외부파이프를 가열파이프 내부에 삽입하면 외부파이프는 가열파이프의 열에 의하여 가열되고, 가열된 외부파이프에 내부파이프를 삽입하면 내부파이프도 가열되며, 외부파이프와 내부파이프는 팽창력과 인장력이 증가하게 되고, 이 상태에서 가열파이프와 일체로 구성된 다이에서 외부파이프를 인발하면 외부파이프와 내부파이프에 마찰열과 응력이 발생하게 되며 그 후 냉각시에 마찰열과 응력이 풀리면서 외부파이프의 직경이 줄어들게 되어 내부파이프를 조여주면서 접합하는 방법을 제공하는데 그 특징이 있다.
이종파이프, 접합, 인발, 열박음, 가열패드

Description

이종파이프의 접합방법{Junction method of various pipe}
도 1은 종래일반적인 반도체 이송용 샤프트의 개념도
도 2는 종래 이송장치용 샤프트의 단면도 및 플로우챠트
도 3은 본 발명 이종파이프 접합공정의 플로우챠트
도 4는 본 발명 이종파이프의 접합과정에 대한 단면도
도 5는 본 발명 이종파이프의 접합 된 단면도
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
210. 제1공정 220. 제2공정
230. 제3공정 240. 제4공정
250. 제5공정
300. 이종파이프 310. 외부파이프
320. 내부파이프 330. 가열파이프
340. 가열패드 350. 다이(Die)
본 발명은 서로 다른 재질의 스테인레스스틸관(Stainless steel Pipe)과 탄소섬유강화플라스틱(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastic)를 접하는 이종파이프의 접합방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 탄소섬유강화플라스틱을 스테인레스스틸관 내에 틈새를 주어 삽입한 후 인발을 하면 마찰력과 응력에 의하여 틈새가 없어지고 마찰력과 응력이 풀리면서 스테인레스스틸관의 내경이 줄어들게 되어 탄소섬유강화플라스틱을 조여주면서 접합하는 방법에 관한 것이다.
종래일반적인 이종파이프는 도 1에서 도시한 바와 같이 이송장치에 사용되는 샤프트가 있는데 유리 기판을 지지 및 이송시키기 위한 다수의 반송 샤프트를 포함하고 있으며, 이들 반송 샤프트는 동력 전달수단에 의해 설정된 위치에서 회전이 이루어지고, 원활한 회전을 위해 양측 끝단에 베어링이 설치되고, 이송물체의 크기나 사용 목적에 따라 폭과 길이가 설정된다.
상기와 같은 이송용 샤프트는 이송하고자 하는 이송물체의 크기에 따라 그 길이가 설정되므로 반송 샤프트의 길이가 짧을 경우에는 별다른 무리 없이 원활한 이송이 이루어지지만, LCD기판과 같이 비교적 폭이 넓고 떨림이나 충격에 대한 주의가 요구되는 반도체 부품을 이송하기 위한 이송장치에서는 길이가 긴 장축의 반송 샤프트가 사용되고 있다.
그러나, 상기한 이송용 샤프트(10)는 스테인레스스틸 소재로 가늘고 긴 형태와 기판의 무게로 가해지는 하중, 유리 기판(s) 상부에 공급되는 분사 유체의 힘 및 유체의 하중 등으로 인하여, 소정의 길이(D)만큼 처짐이 발생되어서, 상부에 놓여지는 기판(s)이 평형을 유지하기 어렵고 기판표면으로 도포되는 현상액(20)이 불균일하게 도포되는 등의 공정 불균형이 발생되는 문제점이 있었다.
상기의 이송용 샤프를 개선한 것이 도 2의 특허공개 10-2005-0107330호인데 구성을 간단히 설명하면, 지지봉(100)은 상기 스테인레스 재질의 외부파이프(112) 내에 탄소섬유강화플라스틱 재질의 내부파이프(114)를 삽입하여 압입과정을 거쳐 이송용 샤프트를 제조하는 방법이다.
좀 더 상세하게 설명하자면, 외부파이프를 준비하는 단계; 상기 외부파이프의 내부에 끼워질 내부파이프를 준비하는 단계; 상기 외부파이프 속에 상기 내부파이프를 압입하여 결합시키는 단계 ; 상기 내부파이프의 양단에 지지봉을 삽입하여 결합시키는 단계; 상기 지지봉과 상기 외부파이프의 접합부분을 용접하는 단계; 및 상기 용접부분을 연마하는 단계를 포함할 수 있다.
상기의 종래기술로 제작된 샤프트는 기판 반송을 위해 사용되는 반송 샤프트의 무게 하중을 가볍게 하여 자중에 의한 처짐량을 개선하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명자는 스테인레스스틸의 외부파이프 내부에 무게 하중이 가벼운 탄소섬유강화플라스틱으로 제작된 내부파이프를 삽입한 이중파이프 구조의 샤프트를 제공하였는데, 종래기술의 이송샤프트는 외부파이프에 길이가 짧도록 내부파이프를 압입한 상태에서 내부파이프가 고정되는 제1고정부와 외부파이프가 고정되는 제2고정부를 구비한 지지봉을 양단부에 결합되도록 형성하여 지지부의 단부에는 외부파이프를 결합하고 내측으로 내부파이프를 결합하도록 구성함으로써, 각기 다른 재질과 탄성도를 가지는 외부파이프와 내부파이프 및 지지봉을 단차 형태로 각각 결합되도록 형성함에 따라 이송체가 이송샤프트에 외력의 충격을 가하면 각기 다른 재질에서 진동이 발생하여 떨림이나 충격에 대한 주의가 요구되는 반도체 부품에 진동에 의한 불량이 발생되는 문제점이 있었다
그리고 또 다른 종래기술로는 융사공정을 많이 사용하는데, 융사접합방법의 단점은 융사에 많은 시간이 소요된다는 문제점과 기계가공중에 융사한 스테인레스스틸의 입자들이 떨어진다는 단점으로 인하여 기계가공이 어렵다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 좀더 상세하게는 가열패드를 이용하여 가열파이프를 가열한 다음 외부파이프를 가열파이프 내부에 삽입하면 외부파이프는 가열파이프의 열에 의하여 가열되고, 가열된 외부파이프에 내부파이프를 삽입하면 내부파이프도 가열되며, 외부파이프와 내부파이프는 팽창력과 인장력이 증가하게 되고, 이 상태에서 가열파이프와 일체로 구성된 다이에서 외부파이프를 인발하면 외부파이프와 내부파이프에 마찰열과 응력이 발생하게 되며 그 후 마찰열과 응력이 풀리면서 외부파이프의 직경이 줄어들게 되어 내부파이프를 조여주면서 접합하는 방법을 제공하여 이종파이프의 접합을 용이하게 하고, 자체하중은 줄어들면서 강도는 향상시키며, 기계가공이 용이한 이종파이프를 제공하는데에 그 목적이 있다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명 이종파이프 접합공정의 플로우챠트이고, 도 4는 본 발명 이종파이프의 접합과정에 대한 단면도이며, 도 5는 본 발명 이종파이프의 접합 된 단면도이다.
본 발명에서 설명하는 외부파이프인 스테인레스스틸관과 내부파이프인 탄소섬유강화플라스틱을 접합한 이종파이프는 각종 이송용 샤프트 등에 많이 사용된다.
본 발명은 서로 다른 재질의 스테인레스스틸관(외부파이프)과 탄소섬유강화플라스틱(내부파이프)를 접하는 이종파이프의 접합방법에 관한 것으로, 가열패드를 이용하여 가열파이프를 가열한 다음 외부파이프를 가열파이프 내부에 삽입하면 외부파이프는 가열파이프의 열에 의하여 가열되고, 가열된 외부파이프에 내부파이프를 삽입하면 내부파이프도 가열되며, 외부파이프와 내부파이프는 팽창력과 인장력이 증가하게 되고, 이 상태에서 가열파이프와 일체로 구성된 다이에서 외부파이프를 인발하면 외부파이프와 내부파이프에 마찰열과 응력이 발생하게 되며 그 후 마찰열과 응력이 풀리면서 외부파이프의 직경이 줄어들게 되어 내부파이프를 조여주면서 접합하는 방법에 관한 것이다.
도 3 및 4에서 도시한 바와 같이 먼저 외부파이프(310)의 재질인 규격품의 스테인레스스틸관이 입고되면 내부파이프(320)의 길이에 맞게 1차 인발하는 제1공 정(210)과, 상기 외부파이프(310)가 삽입되는 가열파이프(330)가 관 형태로 다이(350)와 일체로 구비되며 다수개의 가열패드(340)에 의하여 가열파이프(330)를 가열하는 제2공정(220)과, 상기에서 가열된 가열파이프(330)의 내부에 외부파이프(310)를 삽입하여 가열하는 제3공정(230)과, 상기에서 가열된 외부파이프(310) 의 내부에 내부파이프(320)를 삽입하는 제4공정(220)과, 상기의 내부파이프(320)가 삽입된 외부파이프(310)를 다이(350)와 일체로 구비된 가열파이프(330)에서 2차 인발하는 제5공정(230)을 거쳐 이종파이프의 접합이 완료되는 방법이다.
본 발명의 제2공정(220)을 좀 더 상세하게 설명하자면, 가열파이프(330)가 관 형태로 다이(350)와 일체로 구비되고 가열파이프(330)의 외부에는 플렉시블한 가열패드(340)를 다수 개 부착시켜 가열하게 되는데, 여기서 가열패드(340)는 관 형태의 가열파이프(330)의 외부인 원호형태에 잘 부착될 수 있는 플렉시블한 열전대 등을 이용하고 열전대 등의 가열패드(340)는 시중에 널리 사용되고 있으며, 가열파이프(330)의 재질은 외부파이프(310)와 동일한 스테인레스스틸관이다.
본 발명의 제3공정(230)을 좀 더 상세하게 설명하자면, 제2공정에서 가열된 가열파이프(330)의 내부에 외부파이프(310)를 삽입하면 가열된 가열파이프(330)의 열에 의하여 외부파이프(310)가 가열되며 팽창력과 인장력은 증가하게 되며, 일명 열박음 공정이 된다.
본 발명의 제4공정(240)을 좀 더 상세하게 설명하면, 제3공정에서 가열된 외부파이프(310) 내부에 내부파이프(320)를 삽입하게 되면 외부파이프(310)와 내부파이프(320) 사이에 마찰열이 발생함과 동시에 외부파이프(310)의 열에 의하여 내부 파이프(320)도 가열되며 이로 인하여 팽창력과 인장력이 증가하게 된다.
본 발명의 제5공정(250)을 좀 더 상세하게 설명하면, 제1공정에서부터 제4공정까지의 과정에서 가열패드(340)에 의하여 가열파이프(330)가 가열되고, 가열된 가열파이프(330)에 삽입된 외부파이프(310)가 가열되며, 가열된 외부파이프(310)의 내부에 내부파이프(320)를 삽입시키면 마찰열이 발생하며 이 상태에서 다이(350)와 일체로 구비된 가열파이프(330)에서 내부파이프(320)가 삽입된 외부파이프(310)를 2차 인발하게 되는데, 이때 외부파이프(310)와 내부파이프(320)의 사이에서 발생하는 마찰열과 제3공정에서 열박음에 의하여 증가한 팽창력 및 인장력에 의하여 용이하게 인발되게 된다.
그 후 인발된 이종파이프가 냉각하면서 외부파이프(310)에서 마찰열과 응력이 풀리면서 내부파이프(320)를 조여주게 되어 외부파이프와 내부파이프의 접합이 완료되게 되는 구성이다.
여기서 외부파이프에 단순히 내부파이프를 삽입하여 다이에서 인발하는 과정에 비하여 외부파이프를 가열파이프와 가열패드로 가열한 다음 내부파이프를 삽입하므로 마찰열이 발생하여 삽입이 용이하게 되고 냉각시에는 응력이 증가하여 외부파이프가 내부파이프를 더욱 강력하게 조여주게 된다.
또한 외부파이프와 내부파이프의 사이에 공차계산을 하여 틈새를 준 다음 내부파이프를 외부파이프에 삽입하여 인발할 필요없이 규격품인 외부파이프를 가열하면 팽창력과 인장력이 증가하기 때문에 규격품인 내부파이프를 바로 삽입하여도 별 무리없이 삽입할 수가 있으므로, 공차계산에 필요한 시간과 인력이 필요 없으며 이 로 인하여 제작기간에 짧아지는 등의 작업성도 우수해지고, 용이한 인발이 가능해진다.
도 5에서는 본 발명 이종파이프의 접합단면도인데, 외부파이프(310)의 내부에 내부파이프(320)가 삽입되어 접합 된 이종파이프(300)의 단면도를 나타낸 것이다.
상기의 구성과 같이 본 발명은 이종파이프를 인발 및 열박음을 이용한 접합방법을 제공하여 이종파이프의 접합을 용이하게 하는 효과가 있으며, 이종파이프의 자체하중의 줄이면서 강도는 향상키고, 접합 후 기계가공을 용이하게 한다는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 외부파이프(310)의 재질인 스테인레스스틸관을 내부파이프(320)의 재질인 탄소섬유강화플라스틱의 길이에 맞게 1차 인발하는 단계와, 상기 내부파이프(320)와 외부파이프(310)의 사이에 공차를 계산한 틈새를 주어 외부파이프 내부에 내부파이프를 삽입하는 단계와, 상기의 틈새를 없애주기 위하여 다이(350)를 거쳐 2차 인발하는 단계의 공정으로 서로 다른 재질인 외부파이프(310)와 내부파이프(320)를 접합하는 이종파이프(300)의 접합방법에 있어서,
    상기 외부파이프(310)가 삽입되는 가열파이프(330)는 관 형태로 다이(350)와 일체로 구비되며 다수개의 가열패드(340)에 의하여 가열파이프(330)를 가열하는 제2공정(220)과, 상기에서 가열된 가열파이프(330)의 내부에 외부파이프(310)를 삽입하여 가열하는 열박음 단계인 제3공정(230)을 특징으로 하는 이종파이프의 접합방법.
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