KR101147827B1 - 금속제 벨로우즈 튜브 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

금속제 벨로우즈 튜브 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 금속제 벨로우즈 튜브는 금속성 소재로 이루어지며, 일방향으로 긴 중공 형상으로 형성되며, 외주면을 둘러가면서 상기 일방향을 따라 배치되는 복수의 산부와, 일방향을 따라 배치되며 중심축으로부터 산부보다 가까운 거리에 배치되는 복수의 골부와, 산부의 양단부 및 서로 인접한 한 쌍의 골부의 단부를 각각 연결하며 그 사이 거리가 중심축에 접근할수록 증가하는 제1연결부 및 제2연결부를 구비하며, 각 산부는 곡면 형상의 제1곡면부와, 제1곡면부의 양단부와 각각 연결되며 내측면이 서로 접촉하는 한 쌍의 제1평판부를 포함하며, 각 골부는 상기 제1곡면부와 반대방향으로 구부러진 곡면 형상의 제2곡면부와, 제2곡면부의 양단부와 각각 연결되며 외측면이 서로 접촉하는 한 쌍의 제2평판부를 포함한다.

Description

금속제 벨로우즈 튜브 및 그 제조방법{Metal bellows and method for manufacturing the bellows}

본 발명은 금속제 벨로우즈 튜브 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 길이방향으로 신축 가능하여 기밀용도로서 각종 산업에서 널리 사용되는 금속제 벨로우즈 튜브 및 그 제조방법에 관한 것이다.

금속제 벨로우즈 튜브는 우주항공산업, 반도체 제조, 원자력 설비 등의 다양한 산업분야에서 고진공, 신축성, 복원성, 진동흡수가 요구되는 정밀기기 등에 사용되고 있다. 특히 금속제 벨로우즈 튜브는 두 결합요소 간의 결합부위에 이물질의 침투를 방지하며, 진동이나 충격을 완충하거나 흡수하는 목적으로 사용되고 있다.

금속제 벨로우즈 튜브를 제조하는 방법은 대한민국 공개특허 제2005-57241호에 개시되어 있다. 공개특허 제2005-57241호에는 U자형 단면을 가지는 기초튜브를 형성한 후에, 기초튜브를 그 길이방향으로 압착 성형한 후에 양단부를 반대방향으로 신장함으로써 궁극적으로 V자형 단면을 가지는 금속제 벨로우즈 튜브를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 방법은 압착 성형 후에 신장 과정이 필수적으로 요구되어, 제조 과정이 번거롭다는 단점이 있다. 또한, 제조된 금속제 벨로우즈 튜브의 산부 및 골부가 곡면으로 형성되어 있음에도 불구하고, 과도한 압력이나 피로하중에 의해 산부 및 골부가 쉽게 파손되는 문제점이 있다. 특히, 공개특허 제2005-57241호에 개시된 제조방법으로는, 금속제 벨로우즈 튜브의 신축성을 원하는 수준까지 얻기가 매우 힘들다는 한계가 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 신축성 및 내구성이 우수하며 충격이나 진동을 효과적으로 완충할 수 있을 뿐만 아니라 제조비도 저렴하도록 구조가 개선된 금속제 벨로우즈 튜브 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 금속제 벨로우즈 튜브는 금속성 소재로 이루어지며, 일방향으로 긴 중공 형상으로 형성되며, 외주면을 둘러가면서 상기 일방향을 따라 배치되는 복수의 산부와, 상기 일방향을 따라 배치되며 중심축으로부터 상기 산부보다 가까운 거리에 배치되는 복수의 골부와, 상기 산부의 양단부 및 서로 인접한 한 쌍의 골부의 단부를 각각 연결하며 그 사이 거리가 상기 중심축에 접근할수록 증가하는 제1연결부 및 제2연결부를 구비하며, 상기 각 산부는 곡면 형상의 제1곡면부와, 상기 제1곡면부의 양단부와 각각 연결되며 내측면이 서로 접촉하는 한 쌍의 제1평판부를 포함하며, 상기 각 골부는 상기 제1곡면부와 반대방향으로 구부러진 곡면 형상의 제2곡면부와, 상기 제2곡면부의 양단부와 각각 연결되며 외측면이 서로 접촉하는 한 쌍의 제2평판부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 금속제 벨로우즈 튜브의 제조방법은 (a) 금속성 소재로 이루어지며, 일방향으로 긴 중공 형상으로 형성되며, 외주면을 둘러가면서 상기 일방향을 따라 배치되는 복수의 산부와, 상기 일방향을 따라 배치되며 중심축으로부터 상기 산부보다 가까운 거리에 배치되는 복수의 골부와, 상기 산부의 양단부 및 서로 인접한 한 쌍의 골부의 단부를 각각 연결하며 그 사이 거리가 상기 중심축에 접근할수록 증가하는 제1연결부 및 제2연결부를 구비하며, 상기 각 산부는 곡면 형상의 제1곡면부와, 상기 제1곡면부의 양단부와 각각 연결되며 내측면이 서로 접촉하는 한 쌍의 제1평판부를 포함하며, 상기 각 골부는 상기 제1곡면부와 반대방향으로 구부러진 곡면 형상의 제2곡면부와, 상기 제2곡면부의 양단부와 각각 연결되며 외측면이 서로 이격된 한 쌍의 제2평판부를 포함하는 기초튜브를 성형하는 단계; (b) 상기 기초튜브를 상기 기초튜브의 길이방향으로 압축하여 상기 각 산부와 연결되는 제1연결부 및 제2연결부를 서로 밀착시키되, 서로 다른 산부에 연결된 제1연결부 및 제2연결부는 상호 이격시키는 단계; (c) 상기 기초튜브를 중심축방향으로 가압함으로써, 상기 복수의 제1연결부 및 제2연결부가 상호 밀착되며 상기 각 골부에 포함된 한 쌍의 제2평판부가 상호 접촉하도록 상기 기초튜브를 성형하는 단계; 및 (d) 상기 기초튜브에 대한 가압을 해제하여 상기 복수의 제1연결부 및 제2연결부를 탄성복원력에 의해 상호 이격시키는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 산부 및 골부에 압착된 부분이 형성되어 있으며 나아가 산부 및 골부를 연결하는 제1연결부 및 제2연결부에 주름 모양이 형성되어 있으므로, 신축성 및 내구성이 우수하며 충격이나 진동을 효과적으로 완충할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 압착 성형 이후에 성형된 벨로우즈 튜브를 신장시키지 않더라도 탄성복원력에 의해 제1연결부 및 제2연결부가 서로 이격되므로, 제조공정이 단순해지며, 이에 따라 제조비를 크게 절감할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따름 금속제 벨로우즈 튜브의 개략적인 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 금속제 벨로우즈 튜브의 개략적인 일부 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 금속제 벨로우즈 튜브의 제조과정을 설명하기 위한 개략적인 공정도이다.
도 4는 도 3에 도시된 기초튜브를 제조하는 과정을 설명하기 위한 개략적인 공정도이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따름 금속제 벨로우즈 튜브의 개략적인 정면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 금속제 벨로우즈 튜브의 개략적인 일부 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 금속제 벨로우즈 튜브(100)는 금속성 소재로 이루어진다. 금속제 벨로우즈 튜브(100)는 전체적으로 일방향으로 긴 중공 형상으로 형성된다. 금속제 벨로우즈 튜브(100)의 외주면에는 외주면 전체를 둘러가면서 산부(10)와, 제1연결부(20) 및 제2연결부(30)와, 골부(40)가 순차적으로 한 몸체를 이루면서 형성되며, 이러한 산부(10), 제1연결부(20), 제2연결부(30) 및 골부(40)의 구조가 길이방향을 따라 반복적으로 형성된다. 금속제 벨로우즈 튜브(100)의 외주면은 도 2에 그 세부 단면 형상이 도시되어 있다. 도 2에는 튜브(100)의 중심축을 포함하는 평면으로 절단한 단면 형상이 도시되어 있다.

산부(10)는 튜브(100)의 중심축으로부터 가장 멀리 배치되는 부분이다. 산부(10)는 제1곡면부(11)와, 한 쌍의 제1평판부(12)를 포함한다. 제1곡면부(11)는 곡면 형상으로 형성되며, 산부(10)의 정상을 이룬다. 한 쌍의 제1평판부(12)는 제1곡면부(11)의 양단부와 각각 연결된다. 한 쌍의 제1평판부(12)는 판 형상으로 이루어지며, 한 쌍의 제1평판부(12)의 내측면은 서로 접촉하여 압착된 부분을 형성한다. 여기서, 제1평판부(12)의 내측면은 금속제 벨로우즈 튜브의 외부에서 보이지 않는 표면을 말한다.

골부(40)는 튜브(100)의 중심축으로부터 가장 근접하게 배치되는 부분이다. 골부(40)는 제2곡면부(41)와, 한 쌍의 제2평판부(42)를 포함한다. 제2곡면부(41)는 곡면 형상으로 형성되며, 골부(40)의 바닥을 이룬다. 그리고, 제2곡면부(41)의 곡면은 제1곡면부(11)와는 반대방향으로 구부지게 형성된다. 한 쌍의 제2평판부(42)는 제2곡면부(41)의 양단부와 각각 연결된다. 한 쌍의 제2평판부(42)는 판 형상으로 이루어지며, 한 쌍의 제2평판부(42)의 외측면은 서로 접촉하여 압착된 부분을 형성한다. 여기서, 제2평판부(42)의 외측면은 금속제 벨로우즈 튜브(100)의 내부에서 보이지 않는 표면을 말한다.

제1연결부(20) 및 제2연결부(30)는 하나의 산부(10) 및 그 산부(10)의 아래에 인접하게 배치되는 한 쌍의 골부(40)를 상호 연결하는 부분이다. 제1연결부(20) 및 제2연결부(30)는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 산부(10)의 한 쌍의 제1평판부(12) 및 한 쌍의 인접한 골부(40)의 각 제2평판부(42)를 연결한다. 제1연결부(20) 및 제2연결부(30)에는 각각 주름이 형성된다. 즉, 제1연결부(20) 및 제2연결부(30)는 매끄럽게 형성되지 않고 물결모양처럼 주름이 형성되어 있다. 제1연결부(20) 및 제2연결부(30) 사이의 거리는 중심축으로 접근할수록 전체적으로 증가한다.

그리고, 금속제 벨로우즈 튜브(100)의 양단부에는 각각 플렌지부(50)가 형성된다.

상술한 바와 같이 구성된 금속제 벨로우즈 튜브(100)에 있어서는, 각 산부(10)에 포함된 한 쌍의 제1평판부(12) 및 각 골부(40)에 포함된 한 쌍의 제2평판부(42)가 서로 접촉하도록 구성되어 있으므로, 금속제 벨로우즈 튜브(100)의 신축성이 종래에 비해 더욱 증가하게 된다. 또한, 제1연결부(20) 및 제2연결부(30)에는 주름 모양이 부가적으로 형성되어 있으므로, 종래에 평평하게 형성된 경우에 비해 신축성이 더욱 증가하게 된다. 이와 같은 신축성의 증가로 인해 충격이나 진동을 효과적으로 완충할 수 있게 되며, 나아가 내구성도 크게 향상된다.

한편, 상술한 바와 같이 구성된 금속제 벨로우즈 튜브(100)를 제조하는 방법의 일례를 도 3 및 도 4를 참조하면서 설명하기로 한다.

먼저, 기초튜브(200)를 성형한다. 기초튜브(50)는 일방향으로 길게 형성된 중공 형상의 금속튜브(300)를 도 3의 (a)에 도시된 금형(310,320)을 이용하여 성형된다. 구체적으로 살펴보면, 주름 형상을 가지는 한 쌍의 금형(310,320)을 도 4의 (a)에 도시되어 있는 바와 같이 금속튜브(300)의 외주면에 배치하고, 수압파이프(330)를 금속튜브(300)의 내부로 삽입한 후에, 유체를 배출공(331)을 통해 분사하여 내압을 제공함으로써 금속튜브(300)의 내주면을 팽창시킨다. 이 때, 한 쌍의 금형(310,320)이 벌어지지 않도록 적절하게 가압력을 가한다. 그 후, 한 쌍의 금형(310,320)을 도 4의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이 금속튜브(300)의 외주면으로부터 이격시킨 후에 금속튜브(300)를 오른쪽으로 이동시킨 후에 동일한 과정을 통해서 금속튜브의 내주면을 팽창시긴다. 이와 같이 금속튜브(3000의 내주면이 팽창되면, 금속튜브의 외주면에는 산부(10), 제1연결부(20), 제2연결부(30) 및 골부(40a)가 연속적으로 형성되게 된다. 특히, 한 쌍의 금형(310,320) 사이의 거리가 적절하게 설정되어 있어서, 산부(10)를 구성하는 한 쌍의 제1평판부(12)는 서로 접촉하여 압착된 부분을 형성한다. 그리고, 각 금형(310,320)의 표면에 주름 모양이 형성되어 있어서, 제1연결부(20) 및 제2연결부(30)에는 주름 모양이 형성되며, 제1연결부(20) 및 제2연결부(30) 사이의 거리는 기초튜브(200)의 중심축쪽으로 갈수록 점진적으로 증가한다.

그 후, 외부 압축기를 이용하여, 기초튜브(200)를 도 3의 (c)에 도시되어 있는 바와 같이 기초튜브(200)의 길이방향으로 압축한다. 압축은 각 산부(10)와 연결되는 제1연결부(20) 및 제2연결부(30)가 서로 밀착되나 서로 다른 산부에 연결된 제1연결부 및 제2연결부는 상호 이격되도록 이루어진다. 이와 같이 압축되면, 인접한 골부(40a)는 서로 밀착된다.

이와 같이 기초튜브(200)의 인접한 골부(40a)들이 서로 밀착하도록 한 후에, 기초튜브(200)를 기초튜브의 중심축방향으로 가압하여, 기초뷰브(200)를 도 3의 (d)에 도시되어 있는 바와 같이 압착 성형한다. 압착 성형은 기초튜브의 내부에 샤프트를 삽입한 후에 유압프레스를 이용하여 가압함으로써 이루어진다. 여기서, 압착 성형은 기초튜브(200)를 중심축 방향으로 압착하여, 인접한 산부(10) 사이의 공간, 제1연결부(20) 및 제2연결부(30) 사이의 공간, 골부(40a) 내부의 공간 및 인접한 골부(40a) 사이의 공간이 실질적으로 없어질 때까지 기초튜브를 압축 성형하는 것을 말한다.

압착 성형이 완료된 후 유압프레스로부터 인가되는 가압력을 해제하면, 제1연결부(20) 및 제2연결부(30) 사이의 거리가 기초튜브의 중심축으로 갈수록 점진적으로 증가하도록 형성된 구조와, 제2연결부(20) 및 제2연결부(30)에 주름이 형성된 구조로 인해서 기초튜브(200)는 도 3의 (e)에 도시되어 있는 바와 같이 탄성적으로 복원하게 되므로, 제1연결부(20) 및 제2연결부(30)는 서로 이격되어 금속제 벨로우즈 튜브(100)가 성형된다. 그리고, 골부(40a)는 그 중앙을 중심으로 변형됨으로써 납작하게 압착된 부분을 형성한다. 즉, 골부(40)는 곡면 형상의 제2곡면부(41)와 서로 접촉하여 압착되는 한 쌍의 제2평판부(42)를 포함한다.

상술한 바와 같이 본 실시예의 제조방법에 따르면, 종래 기술에서 설명한 바와 같이 압착 성형 후에 벨로우즈 튜브(100)를 신장시킬 필요가 없게 된다. 따라서, 제조공정이 줄어들어 제조비가 절감된다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

예를 들어, 본 실시예에서는 제1연결부 및 제2연결부에 주름 모양이 형성되도록 구성되어 있으나, 제1연결부 및 제2연결부 사이의 거리가 벨로우즈 튜브의 중심축으로 갈수록 증가하도록 구성된 경우라면 제1연결부 및 제2연결부에 주름 모양이 형성되지 않아도 상관없다. 이는 제1연결부 및 제2연결부 사이의 거리가 벨로우즈 튜브의 중심축으로 갈수록 증가하면, 산부, 제1연결부 및 제2연결부는 전체적으로 역 Y자 모양을 이루게 되어 압축 성형을 위한 가압력이 해제된 경우라도 탄성 복원력이 작용하기 때문이다.

10...산부 11...제1곡면부
12...제1평판부 20...제1연결부
30...제2연결부 40,40a...골부
41...제2곡면부 42...제2평판부
100...금속제 벨로우즈 튜브 200...기초튜브
300...금속튜브 310,320...금형
330...수압파이프 331...배출공

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. (a) 금속성 소재로 이루어지며, 일방향으로 긴 중공 형상으로 형성되며, 외주면을 둘러가면서 상기 일방향을 따라 배치되는 복수의 산부와, 상기 일방향을 따라 배치되며 중심축으로부터 상기 산부보다 가까운 거리에 배치되는 복수의 골부와, 상기 산부의 양단부 및 서로 인접한 한 쌍의 골부의 단부를 각각 연결하며 그 사이 거리가 상기 중심축에 접근할수록 증가하는 제1연결부 및 제2연결부를 구비하며, 상기 각 산부는 곡면 형상의 제1곡면부와, 상기 제1곡면부의 양단부와 각각 연결되며 내측면이 서로 접촉하는 한 쌍의 제1평판부를 포함하며, 상기 각 골부는 상기 제1곡면부와 반대방향으로 구부러진 곡면 형상의 제2곡면부와, 상기 제2곡면부의 양단부와 각각 연결되며 외측면이 서로 이격된 한 쌍의 제2평판부를 포함하는 기초튜브를 성형하는 단계;
   (b) 상기 기초튜브를 상기 기초튜브의 길이방향으로 압축하여 상기 각 산부와 연결되는 제1연결부 및 제2연결부를 서로 밀착시키되, 서로 다른 산부에 연결된 제1연결부 및 제2연결부는 상호 이격시키는 단계;
   (c) 상기 기초튜브를 중심축방향으로 가압함으로써, 상기 복수의 제1연결부 및 제2연결부가 상호 밀착되며 상기 각 골부에 포함된 한 쌍의 제2평판부가 상호 접촉하도록 상기 기초튜브를 성형하는 단계; 및
   (d) 상기 기초튜브에 대한 가압을 해제하여 상기 복수의 제1연결부 및 제2연결부를 탄성복원력에 의해 상호 이격시키는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 금속제 벨로우즈 튜브의 제조방법.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제1연결부 및 제2연결부에는 각각 주름이 형성되며,
   상기 제1연결부 및 제2연결부 사이의 거리는 전체적으로 상기 중심축에 접근할수록 증가하는 것을 특징으로 하는 금속제 벨로우즈 튜브의 제조방법.
   

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