KR101511657B1 - 분기부 부착 파이프의 제조 방법 - Google Patents

분기부 부착 파이프의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

종래의 플로팅 코어에 의한 파이프 성형법을 이용하여, 그 이점을 살리면서 각종 분기부 부착 파이프를 합성 수지로 효율적으로 일체 성형할 수 있도록 한다. 일단에 플로팅 코어(1)를 구비한 가압 포트(2)를 갖고, 타단에 제1 배출구(3)를 갖는 주(主) 캐비티(4) 내와, 주 캐비티(4)에 연통하고, 단부에 개폐 가능한 제2 배출구(6)를 갖는 분기부 캐비티(5) 내에 용융 수지를 사출한 후, 가압 포트(2)로부터 가압 유체를 압입하여, 플로팅 코어(1)를 제1 배출구(3)측으로 이동시킴과 함께 제1 배출구(3)로부터 용융 수지를 압출(押出)시켜 주 파이프 중공부(中空部)를 형성시키는 공정과, 주 파이프 중공부가 분기부 캐비티(5)와 주 캐비티(4)의 연통 부분에 도달한 후에, 제2 배출구(6)를 개방하여, 제2 배출구(6)로부터 용융 수지를 가압 유체로 압출시켜 분기 파이프 중공부를 형성시키는 공정을 갖는 분기부 부착 파이프의 제조 방법.

Description

분기부 부착 파이프의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING PIPE WITH BRANCH}
본 발명은 합성 수지로 일체 사출(射出) 성형된 파이프, 특히 중공(中空)의 분기부를 갖는 파이프의 제조법에 관한 것이다.
종래, 합성 수지로 파이프를 일체 성형할 수 있는 방법 및 장치로서는, 캐비티(cavity)의 일단(一端)에는 파이프의 내경(內徑)에 상당하는 지름을 갖는 플로팅 코어(floating core)와, 가압 유체를 압입하기 위한 가압 포트(pressurizing port)가 설치되어 있는 동시에, 캐비티의 타단(他端)에는 배출구가 설치되어 있는 금형을 이용하여, 캐비티 내를 용융 수지로 채운 후, 가압 포트로부터 가압 유체를 압입하여, 플로팅 코어를 배출구측으로 이동시켜, 주(主) 캐비티 내의 수지 중에 중공부를 형성함과 동시에 배출구로부터 잉여의 수지를 압출(押出)함으로써 중공의 파이프를 일체 성형하는 방법 및 장치가 알려져 있다(특허문헌 1, 2).
그러나, 특허문헌 1, 2의 방법 및 장치는, 파이프의 중공 부분을 소위 플로팅 코어의 이동 궤적으로서 형성하는 것이다. 그리고, 플로팅 코어의 이동은 일방향으로만 한정되므로, 분기부를 갖는 파이프의 제조를 할 수 없는 문제가 있다. 플로팅 코어를 복수 설치하여, 각각을 다른 방향으로 이동시킴으로써 분기부 부착의 파이프를 일체 성형할 수 있도록 생각할 수도 있지만, 복수의 플로팅 코어를 별개의 방향으로 이동할 수 있도록 하는 것은 금형 구조상 매우 곤란하다.
특허문헌 3에는, 플로팅 코어를 이용한 성형법으로 분기부 부착 파이프를 제조하는 방법이 개시되어 있다.
일본국 특허 제1988870호 공보 일본국 특허 제3462290호 공보 일본국 특허 제3771295호 공보
그러나 특허문헌 3의 방법은 분기부를 성형하기 위해 슬라이드 코어를 이용하고 있어 직관(直管)의 분기부밖에 성형할 수 없고, 성형 직후에는 주 파이프부와 분기부가 얇은 수지막으로 결합해 있어 그것을 완전히 제거하기 위해서는 기계 가공이 필요하다는 등의 점에서 용도 범위가 한정되어 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 종래의 플로팅 코어에 의한 파이프 성형법을 이용하여, 그 이점을 살리면서 각종 분기부 부착 파이프를 합성 수지로 효율적으로 일체 성형할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명의 분기부 부착 파이프의 제조 방법은,
일단에 플로팅 코어를 구비한 가압 포트를 갖고, 타단에 제1 배출구를 갖는 주 캐비티 내와, 당해 주 캐비티에 연통하고, 단부(端部)에 개폐 가능한 제2 배출구를 갖는 분기부 캐비티 내에 용융 수지를 사출한 후,
상기 가압 포트로부터 가압 유체를 압입하여, 상기 플로팅 코어를 제1 배출구측으로 이동시킴과 동시에 당해 제1 배출구로부터 상기 용융 수지를 압출시켜 주 파이프 중공부를 형성시키는 공정과,
상기 제2 배출구로부터 상기 용융 수지를 가압 유체로 압출시켜 분기 파이프 중공부를 형성시키는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 주 파이프부, 분기 파이프부 모두가 곡관(曲管)이어도 일체 성형할 수 있다. 또한, 사출 성형법에 의해 성형하기 때문에, 치수 정밀도가 높고, 외관도 양호한 분기부 부착 파이프를 비용적으로 유리하게 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의해 제조되는 분기부 부착 파이프의 일례를 나타내는 단면도.
도 2는 도 1의 분기부 부착 파이프의 제조에 이용되는 금형을 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 제조 방법의 설명도.
도 4는 본 발명의 제조 방법의 설명도.
도 5는 본 발명의 제조 방법의 설명도.
도 6은 본 발명의 제조 방법의 설명도.
도 7은 도 2의 금형으로부터 꺼내지는 성형품의 단면도.
도 1은 본 발명에 의해 제조되는 분기부 부착 파이프의 일례를 나타내는 단면도이다. 본 발명에 의해 제조되는 분기부 부착 파이프는, 주 파이프부(9), 분기 파이프부(10), 필요에 따라 설치되는 플랜지부(16) 등으로 이루어지고, 주 파이프부(9), 분기 파이프부(10) 내에는 각각 주 파이프 중공부(7), 분기 파이프 중공부(7')가 형성되어 있다.
도 2는 도 1의 분기부 부착 파이프의 제조에 사용하는 금형의 단면도이다. 도 2 중, 4는 도 1에 나타나는 주 파이프부(9)를 성형하는 주 캐비티이다. 도 2에서 게이트(11)를 주 캐비티(4)에 개구시키고 있지만, 후술하는 분기부 캐비티(5) 등 임의의 위치에 설치할 수 있다. 또한 도 2에서의 주 파이프부(9), 분기 파이프부(10)는 만곡(灣曲)한 것으로 되어 있지만, 직선 형상으로 할 수도 있다.
주 캐비티(4)의 일단에는, 주 파이프부(9)의 내경에 상당하는 지름을 갖는 플로팅 코어(1)가 설치되어 있는 동시에, 이 플로팅 코어(1)를 주 캐비티(4)의 타단 측에 압력을 가해 이동시키는 가압 유체를 압입하기 위한 가압 포트(2)가 설치되어 있다.
플로팅 코어(1)는 가압 포트(2)로부터 압입되는 가압 유체로 압력을 가할 수 있도록, 가압 포트(2)를 등지고 주 캐비티(4) 내에 설치되어 있는 것으로, 예를 들면 구리, 황동, 스테인리스 강, 철, 알루미늄 등의 금속제로 하는 외에, 성형시에 크게 용융 변형하지 않는 것이면 합성 수지제로 할 수도 있다. 특히 합성 수지제로 하면 가벼우므로 가압 유체의 압력을 그다지 높게 하지 않아도 용이하게 압력을 가해 이동시킬 수 있는 동시에, 금속제의 경우에 비하여, 사출되어 플로팅 코어(1)에 접촉한 수지가 급속한 냉각을 받기 어려우므로 주 파이프부(9)의 가압 포트(2)측 내표면 상태가 향상하는 이점이 있다. 플로팅 코어(1)의 형상은, 도시되는 구형(球形) 외에 최대 지름이 주 파이프부(9)의 내경에 상당하는 것이면, 예를 들면 원추형, 포탄형, 반구형으로 할 수도 있다.
가압 포트(2)는 가압 유체를 압입·배출하기 위한 가압 유체계(도시되어 있지 않음)에 접속되어 있다.
주 캐비티(4)의 다른 단부에는 제1 배출구(3)가 설치되어 있고, 이 제1 배출구(3)는 제1 잉여 수지 수용 캐비티(12)에 접속되어 있다. 또한, 제1 배출구(3)는 제1 개폐 수단(13)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다.
주 캐비티(4)의 임의의 위치에는 주 캐비티(4)에 연통하여 분기부 캐비티(5)가 설치되어 있다. 이 분기부 캐비티(5)는 분기 파이프부(10)를 성형하는 것이다. 이 분기부 캐비티(5)의 단부에는 제2 배출구(6)가 설치되어 있고, 이 제2 배출구(6)는 제2 잉여 수지 수용 캐비티(15)에 접속되어 있다. 또한, 제2 배출구(6)는 제2 개폐 수단(14)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다.
또한, 도 2에서는 분기부 캐비티(5)를 주 캐비티(4)에 대하여 수직 방향으로 설치하고 있지만, 기울기를 갖게할 수도 있어, 임의의 각도로 설치하는 것이 가능하다.
후술하는 바와 같이, 주 파이프 중공부(7)는 플로팅 코어(1)의 이동에 의해 형성되고, 분기 파이프 중공부(7')는 가압 포트(2)로부터 압입되는 가압 유체에 의해 형성된다.
다음으로, 도 3∼도 7에 의거하여 본 발명에 따른 제조 방법을 설명한다.
우선 도 3에 나타나는 바와 같이 제1 배출구(3), 제2 배출구(6)를 닫은 상태에서 용융 수지를 게이트(11)로부터 사출하여, 주 캐비티(4) 및 분기부 캐비티(5)를 용융 수지로 채운다. 또한, 용융 수지의 사출은, 주 캐비티(4) 및 분기부 캐비티(5) 내가 거의 채워지는 양을 사출하는 것이어도 된다. 이 경우, 주 캐비티(4) 혹은 분기부 캐비티(5) 등에 미충전부가 남겨져 있어도, 후술하는 가압 유체의 압입시에 채울 수 있고, 또한, 제2 배출구를 개방할 때에 보압(保壓) 상태를 유지할 수 있는 것이면, 제1 개폐 수단(13)을 갖지 않는 금형(8)에 의한 성형이 가능해진다.
수지로서는 일반적인 사출 성형, 압출 성형에 사용되는 열가소성 수지를 널리 사용할 수 있는 외에, 필요에 따라 열경화성 수지를 사용할 수도 있다. 또한, 이들 수지에는 필요에 따라 유리 섬유, 카본 섬유, 금속 섬유 등의 강화 섬유나 각종 충전재, 첨가제, 착색제 등을 첨가할 수 있다.
용융 수지의 사출은, 통상의 사출 성형과 마찬가지로 사출기에 의해 행해진다. 사출압은 통상의 사출 성형과 마찬가지로 사용 수지의 종류나 강화 섬유 첨가의 유무 및 그 첨가량 등에 따라서도 상위하지만, 일반적으로는 4.90∼19.61㎫(50∼200㎏/㎠) 정도이다.
용융 수지의 사출은, 플로팅 코어(1)를 가압 포트(2)측에 위치시킨 상태를 유지하면서 행해진다. 이것은, 예를 들면 게이트(11)(도 2 참조)를 플로팅 코어(1)로부터 제1 배출구(3)측에 설치해 둠으로써 행할 수 있다.
계속하여, 도 4에 나타나는 바와 같이, 제1 배출구(3)를 개방함과 함께, 개방과 동시에 또는 소정 시간 경과 후에, 가압 포트(2)로부터 가압 유체를 압입한다.
가압 유체로서는, 사출 성형의 온도 및 압력 하에서 사용 수지와 반응 또는 상용(相溶)하지 않는 기체 또는 액체가 사용된다. 구체적으로는, 예를 들면 질소 가스, 탄산 가스, 공기, 글리세린, 유동 파라핀 등을 사용할 수 있지만, 질소 가스를 시작으로 하는 불활성 가스가 바람직하다.
가압 유체의 압입은, 예를 들면 질소 가스 등의 기체를 이용할 경우, 미리 압축기로 축압 탱크 내에 승압하여 비축한 질소 가스 등의 가압 가스를 배관을 통하여 가압 포트(2)에 유도하거나, 압축기로 직접 가압 포트(2)에 가압 가스를 보내어 축차(逐次) 승압시켜 감으로써 행할 수 있다. 전자의 경우, 가압 포트(2)에 공급하는 가압 가스의 압력은, 사용 수지의 종류 등에 따라서도 상위하지만, 통상 4.90∼29.42㎫(50∼300㎏/㎠G) 정도이다.
가압 유체가 압입되면, 플로팅 코어(1)는 냉각 고화(固化)가 시작된 주 캐비티(4)의 바깥 둘레쪽 수지를 남기고, 냉각이 뒤처지는 중심부의 용융 수지를 제1 배출구(3)로부터 제1 잉여 수지 수용 캐비티(12)로 압출하면서 제1 배출구(3)측으로 전진한다. 그리고, 플로팅 코어(1)가 통과한 후에는, 플로팅 코어(1)의 지름과 거의 동일한 지름의 주 파이프 중공부(7)가 형성되게 된다. 따라서, 플로팅 코어(1)의 지름을 선택함으로써 주 파이프부(9)의 내경을 조정할 수 있다.
상기 주 파이프 중공부(7)가 형성된 개소의 수지는, 압입된 가압 유체의 압력에 의해 주 캐비티(4)의 주벽면(周壁面)으로 밀어붙여지고, 그 형상이 유지된다.
가압 유체의 압입을 더 진행시키면, 도 5에 나타나는 바와 같이, 플로팅 코어(1)가 제1 배출구(3)의 위치까지 도달하고, 제1 배출구(3)에 압접(壓接)하여 이를 폐쇄한다.
도 5에서는, 플로팅 코어(1)는 제1 배출구(3)에 압접되는 것으로 하고 있지만, 플로팅 코어(1)의 제1 배출구(3)에의 압접을 행하지 않는 경우도 있다. 예를 들면 플로팅 코어(1)가 제1 잉여 수지 수용 캐비티(12) 내에 들어가는 경우도 포함된다. 이 경우 플로팅 코어(1)의 지름보다 제1 배출구(3)의 지름을 크게 해 둘 필요가 있다.
계속해서 도 6에 나타내는 바와 같이, 가압 유체가 가압 포트(2)로부터 압입되어 있는 상태에서 제2 배출구(6)를 개방한다.
제2 배출구(6)가 개방되면, 가압 유체가, 냉각 고화가 시작된 분기부 캐비티(5)의 바깥 둘레쪽 수지를 남기고, 냉각이 뒤처지는 중심부의 용융 수지를 제2 배출구(6)로부터 제2 잉여 수지 수용 캐비티(15)에 압출하면서, 제2 배출구(6)측으로 전진한다. 그리고, 가압 유체가 통과한 후에는, 분기 파이프 중공부(7')가 형성되게 된다. 또한, 분기부 캐비티(5)의 지름을 플로팅 코어(1)의 최대 지름보다 작게 함으로써, 플로팅 코어(1)가 분기부 캐비티(5) 내에 침입하는 것을 막을 수 있다. 또한, 분기부 캐비티(5)의 지름을 플로팅 코어(1)의 지름보다 크게 할 필요가 있을 경우에는, 주 캐비티(4) 중의 플로팅 코어(1)의 진행 방향에 대하여, 플로팅 코어(1)가 침입하지 않는 적절한 각도로 분기부 캐비티(5)를 설치함으로써, 플로팅 코어(1)의 분기부 캐비티(5) 내로의 침입을 막을 수 있다.
상기 분기 파이프 중공부(7')가 형성된 개소의 수지는, 압입된 가압 유체의 압력에 의해 분기부 캐비티(5)의 주벽면으로 밀어붙여지고, 그 형상이 유지된다.
이 상태로 주 파이프 중공부(7), 분기 파이프 중공부(7') 내에 가압 유체압을 가한채 유지함으로써, 수지와 주 캐비티(4) 및 분기부 캐비티(5)의 주벽면을 충분히 압접시킬 수 있어, 냉각에 수반하는 수축의 발생을 방지할 수 있다.
제2 배출구(6)를 개방하는 타이밍은, 플로팅 코어(1)가 제1 배출구(3)에 도달한 후로 한하지 않고, 주 파이프 중공부(7)가, 분기부 캐비티(5)가 주 캐비티(4)에 연통해 있는 부분에 도달한 후로서, 분기부 캐비티(5) 내의 중심부가 고화하기 직전까지의 사이의 임의의 시기여도 된다. 또한, 전술한 바와 같이, 분기부 캐비티(5)의 지름을 플로팅 코어(1)의 최대 지름보다 작게 할 경우에는, 분기부 캐비티(5) 내에 충전된 용융 수지가 주 캐비티(4) 내에 충전된 용융 수지보다 빨리 고화하여, 분기부 캐비티(5)에의 가압 유체의 진입 또는 분기부 캐비티(5) 내에서의 가압 유체의 전진이 곤란해질 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 주 캐비티(4) 및 분기부 캐비티(5)가 필요량의 용융 수지로 채워진 후, 주 파이프 중공부(7)가, 분기부 캐비티(5)가 주 캐비티(4)에 연통해 있는 부분에 도달하기 전에, 제2 배출구(6)를 개방해도 된다.
요컨대, 제1 배출구(3)의 개방과 제2 배출구(6)의 개방은, 주 캐비티(4) 및 분기부 캐비티(5)가 필요량의 용융 수지로 채워진 후이면, 어느 쪽이 먼저여도, 또는 동시여도 되며, 이들 개방은 타이머 등으로 컨트롤하면 된다.
금형(8) 내의 수지를 냉각한 후, 주 파이프 중공부(7), 분기 파이프 중공부(7') 내의 가압 유체를 배출하고, 도 7에 나타내는 성형품을 금형(8)으로부터 꺼낸다. 가압 유체의 배출은, 가압 유체로서 기체를 이용한 경우에는, 가압 포트(2)를 대기에 개방하는 것으로도 행할 수 있지만, 회수 탱크(도시하고 있지 않음)로 회수하여 순환 사용하는 것이 바람직하다.
꺼내진 성형품에는 잉여 수지로 이루어지는 성형체(12', 15')가 일체가 되어 있지만, 절단 라인(16, 17)의 위치에서 절단함으로써, 도 1에 나타낸 분기부 부착 파이프 성형체를 얻을 수 있다. 또한, 잉여 수지 성형체(12', 15')는, 이를 회수하여, 분쇄, 혹은 재(再)펠릿화(pelletize) 등의 공정을 필요에 따라 구분해서 사용하여, 수지의 낭비를 없앨 수 있다.
1 : 플로팅 코어
2 : 가압 포트
3 : 제1 배출구
4 : 주 캐비티
5 : 분기부 캐비티
6 : 제2 배출구
7 : 주 파이프 중공부
7' : 분기 파이프 중공부
8 : 금형
9 : 주 파이프부
10 : 분기 파이프부
11 : 게이트
12 : 제1 잉여 수지 수용 캐비티
13 : 제1 개폐 수단
14 : 제2 개폐 수단
15 : 제2 잉여 수지 수용 캐비티
16, 17 : 절단 라인

Claims (2)

  1. 일단(一端)에 플로팅 코어(floating core)를 구비한 가압 포트를 갖고, 타단(他端)에 제1 배출구를 갖는 주(主) 캐비티(cavity) 내와, 당해 주 캐비티에 연통하고, 단부(端部)에 개폐 가능한 제2 배출구를 갖는 분기부 캐비티 내에, 용융 수지를 사출(射出)한 후,
    상기 가압 포트로부터 가압 유체를 압입하여, 상기 플로팅 코어를 제1 배출구측으로 이동시킴과 함께 당해 제1 배출구로부터 상기 용융 수지를 압출(押出)시켜 주 파이프 중공부(中空部)를 형성시키는 공정과,
    상기 제2 배출구로부터 상기 용융 수지를 가압 유체로 압출시켜 분기 파이프 중공부를 형성시키는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 분기부 부착 파이프의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분기 파이프 중공부를 형성시키는 공정은, 상기 주 파이프 중공부가 상기 분기부 캐비티와 주 캐비티의 연통 부분에 도달한 후에, 제2 배출구를 개방하여, 당해 제2 배출구로부터 상기 용융 수지를 가압 유체로 압출시켜 분기 파이프 중공부를 형성시키는 공정인 것을 특징으로 하는 분기부 부착 파이프의 제조 방법.
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