KR101733421B1 - 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파이프의 단부를 밀폐 및 성형할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 회전하며 파이프의 단부와 마찰하여 마찰열에 의해 단부를 용융하여 밀폐하며, 탄화 규소 계열 세라믹으로 제조되는 반구형의 제1 세라믹 툴, 회전하여 파이프의 단부와 마찰하여 마찰열에 의해 밀폐된 단부를 성형하며, 탄화 규소 계열 세라믹으로 제조되는 제2 세라믹 툴, 파이프가 삽입되며, 파이프의 움직임 및 회전을 방지하는 고정대 및 파이프 내에 삽입되어 파이프를 지지하며,성형 과정에서 제2 세라믹 툴과 반대방향으로 회전하는 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치를 제공한다.

Description

세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CLOSING AND FORMING OF PIPE BY LOCAL FRICTION HEAT WITH CERAMIC TOOL}

본 발명은 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치 및 방법에 관한 것이다.

에어백용 인플레이터 하우징과 같이 종래에 원통부의 일단이 개구된 형상은 평판 부재의 딥드로잉 가공에 의해 얻어지는 경우가 많았다. 그러나 딥드로잉 가공에서는 통형 부재의 길이가 바뀐 것만으로도 별도의 금형을 마련하여야 하므로, 금형 제작에 많은 비용이 소요되었다. 이를 개선하기 위해 일본공개특허공보 특개2010-194608에서는 양단이 개구된 원통의 일단부를 여러 차례 외주 지름이 다른 금형에 압압함으로써, 단부를 서서히 조여가며 선단을 폐색하는 방법을 개시하고 있다. 그러나 이 경우, 단부를 서서히 조이기 위해 복수 개의 금형과, 여러 차례의 압압 공정이 필요하여 역시 비용이 많이 소요되고, 제조 공정이 번거롭다는 단점이 있었다.

또한, 대한민국 등록특허 10-1219881에 롤링 지그의 회전마찰에 의해 중공소재의 끝단부가 가열되면 회전되는 롤링 지그를 중공소재 측으로 더 이동시켜 중공소재의 끝단부가 중공부 내측으로 밀려들어가 열융착되어 중공소재의 끝단부를 밀폐시키는 방법이 개시되어 있다. 그러나 밀폐 후 중공 부재의 내부의 형상을 가공할 수 없어 밀폐된 단부의 두께를 균일하게 만들기 어렵다는 단점이 있었다.

일본공개특허공보 특개2010-194608 대한민국 등록특허 10-1219881

본 발명은 파이프의 단부를 밀폐 및 성형할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 회전하며 파이프의 단부와 마찰하여 마찰열에 의해 단부를 용융하여 밀폐하며, 탄화 규소 계열 세라믹으로 제조되는 반구형의 제1 세라믹 툴, 회전하여 파이프의 단부와 마찰하여 마찰열에 의해 밀폐된 단부를 성형하며, 탄화 규소 계열 세라믹으로 제조되는 제2 세라믹 툴, 파이프가 삽입되며, 파이프의 움직임 및 회전을 방지하는 고정대 및 파이프 내에 삽입되어 파이프를 지지하며,성형 과정에서 제2 세라믹 툴과 반대방향으로 회전하는 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치를 제공한다.

또한 본 발명의 다른 일 예로, 지지대는 파이프 내에 삽입되는 부분보다 지름이 큰 하단을 구비하며, 고정대는 지지대의 하단을 수용하는 것을 특징으로 하는 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치를 제공한다.

또한 본 발명의 다른 일 예로, 제1 세라믹 툴 및 제2 세라믹 툴은, 세라믹으로 제조되는 마찰부와 마찰부를 보호하기 위한 메탈 케이스를 구비하는 것을 특징으로 하는 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치를 제공한다.

또한 본 발명은 파이프를 지지대 및 고정대에 고정시키는 단계, 제1 세라믹 툴의 높이를 조정하며 파이프에 대해 회전시켜 마찰열로 파이프의 단부를 밀폐시키는 단계 및 제2 세라믹 툴 및 지지대의 높이를 조정하며 파이프에 대해 회전시켜 마찰열로 파이프의 단부를 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형 방법을 제공한다.

본 발명이 제공하는 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치 및 방법은, 세라믹 툴과 지지대의 높이를 조절할 수 있어, 밀폐되는 파이프의 단부의 두께를 조정하기 용이하다.

또한 본 발명이 제공하는 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치 및 방법은, 파이프의 내부에서 파이프를 지지하는 지지대와, 파이프의 외부에서 파이프를 고정하는 고정대를 모두 포함하여, 성형부 이외에서의 원치 않는 형상 변형을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

또한 본 발명이 제공하는 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치 및 방법은 성형 단계에서, 세라믹 툴뿐만 아니라 지지대의 회전을 통해 파이프의 내면도 매끈하게 가공할 수 있으며, 별도의 후가공이 아니라 외면의 성형 단계에서 함께 이루어진다는 장점이 있다.

또한 본 발명이 제공하는 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치 및 방법은 외면과 내면을 함께 가공하기 때문에, 밀폐된 면의 두께를 균일하게 할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 모재인 파이프를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치를 이용한 파이프의 밀폐 방법을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치를 이용한 파이프의 성형 방법을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치를 이용한 파이프의 밀폐 방법을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치를 이용한 파이프의 성형 방법을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형 방법을 나타낸 플로우차트.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 모재인 파이프를 도시한 도면이다. 모재는 일반적인 파이프(A)로, 양단이 개방된 형태이며, 본 발명의 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치 및 방법을 통해 일단이 밀폐되고, 성형된다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치를 이용한 파이프의 밀폐 방법을 도시한 도면이다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치는, 모재인 파이프(A)가 관통하는 관통홀이 형성되며, 파이프(A)를 고정하는 고정대(100), 파이프(A) 내에 삽입하여, 파이프(A)가 밀려나지 않도록 지지해주는 지지대(200), 파이프(A)의 일단과 접촉한 상태로 회전하며, 마찰열에 의해 파이프(A)의 일단을 밀폐하는 제1 세라믹 툴(310)을 포함한다.

먼저, 파이프(A) 내에 지지대(200)를 삽입하고, 고정대(100)를 관통시켜 파이프(A)를 고정한다.(S1). 지지대(200)는 파이프(A) 내로 삽입되는 부분보다 지름이 큰 하단(210)을 구비한다. 하단(210)은 파이프(A) 내로 삽입되지 않기 때문에, 파이프(A)의 하단을 지지해주며, 제1 세라믹 툴(310)이 파이프(A)를 가압하며 회전하여도, 지지대(200)의 하단(210)에 의해 파이프(A)는 후퇴하지 않고 위치가 유지된다. 고정대(100)는 지지대(200)의 하단(210)을 수용할 수 있는 수용부(110)를 구비한다. 따라서 파이프(A)는 밀폐되는 일단을 제외한 전체에서 내, 외면이 모두 지지되기 때문에, 밀폐되는 일단 이외의 부분에서는 원치 않는 변형이 일어나지 않는다. 원치 않는 변형이란, 예를 들어 모재인 파이프(A)의 굽힘, 주름 등을 말한다.

제1 세라믹 툴(310)은 탄화 규소 계열의 세라믹으로 제조되며, 세라믹 소재는 열 전도도가 낮고, 강도가 높아 파이프(A)의 마찰열을 파이프(A)에 집중시킬 수 있어 파이프(A)를 용융시켜 밀폐할 수 있다.(S2) 제1 세라믹 툴(310)은 파이프(A)를 서서히 변형시켜 밀폐할 수 있도록, 파이프(A)와 접하는 부분이 오목한 반구형으로 형성된다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치를 이용한 파이프의 성형 방법을 도시한 도면이다. 밀폐 단계(S2)가 종료되면, 제1 세라믹 툴(310)을 제2 세라믹 툴(320)로 교체하여, 밀폐된 파이프(A)의 일단을 성형한다(S3). 예를 들어, 본 발명의 제1 실시예에선, 밀폐 단계(S1)에서 반구형으로 형성된 파이프(A)의 일단을 편평한 면을 가진 원통형으로 성형한다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 장치가 구비하는 제2 세라믹 툴(320)은 이를 위해, 원통형 홈을 가진다.

한편, 파이프(A)의 밀폐 과정에서, 밀폐된 일단의 내면은 불균일한 두께를 가지는 불규칙한 형상일 수 있다. 아무리 외면의 형상이 편평하게 성형된다 하더라도, 내면이 불규칙할 경우, 결국 밀폐된 단부의 두께가 불균일하게된다. 두께가 불균일할 경우, 응력이 두께가 얇은 곳에 집중되고, 열에 의해 팽창되는 정도에서 차이가 발생하여, 완제품인 파이프(A)의 파손이나 불량의 위험이 높다. 따라서 밀폐된 일단의 내면 역시 편평하게 성형되는 것이 바람직하다.

따라서, 성형 단계(S3)에서는 지지대(200) 역시 회전하며, 모재인 파이프(A)를 마찰열로 용융하여 성형한다. 이때, 지지대(200)의 회전 방향은 제2 세라믹 툴(320)과 반대 방향으로 회전하는 것이 바람직하다. 지지대(200)와 제2 세라믹 툴(320)이 반대 방향으로 회전할 경우, 파이프(A)에 가해지는 토크가 서로 상쇄되어 파이프(A)를 고정하기 용이하기 때문이다. 또한, 최단 시간 내에 마찰열을 극대화할 수 있어, 성형 시간을 단축 시킬 수 있다는 장점이 있다.

이때, 지지대(200)가 파이프(A)와 접촉하며 파이프(A)의 내면을 성형하는 지지대의 단부(220)는 제1 세라믹 툴(310) 및 제2 세라믹 툴(320)과 같이 탄화 규소 계열의 세라믹 소재로 제조되는 것이 바람직하다.

성형 단계(S3)에서, 제2 세라믹 툴(320)의 높이를 조정하여 제2 세라믹 툴(320)과 지지대(200) 사이의 간격을 조절함으로써, 성형되는 파이프(A)의 단부의 두께를 조절할 수 있다. 즉, 제2 세라믹 툴(320)과 지지대(200) 사이의 간격이 성형되는 파이프(A)의 단부의 두께가 된다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치를 이용한 파이프의 밀폐 방법을 도시한 도면, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치를 이용한 파이프의 성형 방법을 도시한 도면이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치는 제1 세라믹 툴(310a, 310b) 및 제2 세라믹 툴(320a, 320b)을 제외한 나머지 부분은 제1 실시예와 동일하다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 장치는, 제1 세라믹 툴(310a, 310b) 및 제2 세라믹 툴(320a, 320b)이 파이프(A)와 접하여 밀폐 및 성형을 하는 세라믹 부분(310a, 320a)과, 세라믹 부분(310a, 320a)을 보호하기 위해 세라믹 부분(310a, 320b)을 덮어주는 금속 재질의 캡(310b, 320b)로 이루어진다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형 방법을 나타낸 플로우차트이다.

앞서 설명한 바와 같이, 먼저 파이프(A)를 지지대와 고정대에 고정시키고(S1), 제1 세라믹 툴의 높이를 조정하며 회전시켜 파이프의 단부를 마찰열로 밀폐한다(S2). 이때, 제1 세라믹 툴의 높이를 조정함으로써 파이프 단부의 두께를 대강 조절할 수 있다. 밀폐가 완료되면, 제1 세라믹 툴을 제2 세라믹 툴로 교체하고, 제2 세라믹 툴과 지지대를 서로 반대방향으로 회전시키며, 파이프의 단부를 성형한다(S3). 제 세라믹 툴의 높이를 조정함으로써, 파이프의 단부의 두께를 미세하게 조정할 수 있다.

A: 파이프 100: 고정대
110: 수용부 200: 지지대
210: 하단 220: 단부
310: 제1 세라믹 툴 320: 제2 세라믹 툴
310a, 320a: 세라믹 부분 310b, 320b: 캡

Claims (5)

1. 회전하며 파이프의 단부와 마찰하여 마찰열에 의해 단부를 용융하여 밀폐하며, 탄화 규소 계열 세라믹으로 제조되는 반구형의 제1 세라믹 툴;
   회전하여 파이프의 단부와 마찰하여 마찰열에 의해 밀폐된 단부를 성형하며, 탄화 규소 계열 세라믹으로 제조되는 제2 세라믹 툴;
   파이프가 삽입되며, 파이프의 움직임 및 회전을 방지하는 고정대; 및
   파이프 내에 삽입되어 파이프를 지지하며, 성형 과정에서 제2 세라믹 툴과 반대방향으로 회전하는 지지대;를 포함하며, 지지대는 파이프의 밀폐단과 접하는 부분이 세라믹으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치.
2. 제1항에 있어서,
   지지대는 파이프 내에 삽입되는 부분보다 지름이 큰 하단을 구비하며,
   고정대는 지지대의 하단을 수용하는 것을 특징으로 하는 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   제1 세라믹 툴 및 제2 세라믹 툴은, 세라믹으로 제조되는 마찰부와 마찰부를 보호하기 위한 메탈 케이스를 구비하는 것을 특징으로 하는 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형용 장치.
5. 파이프를 파이프의 밀폐단과 접하는 부분이 세라믹으로 이루어지는 지지대 및 고정대에 고정시키는 단계;
   제1 세라믹 툴의 높이를 조정하며 파이프에 대해 회전시켜 마찰열로 파이프의 단부를 밀폐시키는 단계; 및
   제2 세라믹 툴 및 지지대의 간격을 조정하며 파이프에 대해 회전시켜 마찰열로 파이프의 단부를 성형하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 툴을 사용한 국부 마찰 가열을 통한 파이프의 밀폐 및 형상 성형 방법.

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