KR101813630B1 - 스파이럴 튜브의 성형 장치 및 스파이럴 튜브의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

각종 열 교환기에 유체 이송용으로 사용하는 도관들이 관 둘레에서 열 교환 효과를 극대화하기 위하여 나선성형을 하며 냉매 또는 액체 등의 유체를 열 교환과 동시 유체의 이송을 원활하게 함으로서 열 교환기의 성능을 향상시키는 스파이럴 튜브의 성형 장치 및 스파이럴 튜브의 제조 방법에 관한 것으로, 작업 소재를 공급하는 공급 부재, 상기 작업 소재를 유지 및 회전시키는 회전 구동 부재, 상기 공급 부재에서 공급된 작업 소재의 내경에 삽입되어 상기 작업 소재를 상기 회전 구동 부재까지 이동시키는 맨드릴(mandrel) 부재, 상기 작업 소재 내에 맨드릴이 삽입된 상태에서 상기 작업 소재의 외주연에 나선을 성형하는 나선 형성 부재, 상기 나선 형성 부재를 이동시키는 볼 스크루(ball screw) 부재, 상기 나선 형성 부재의 이동 상태를 감지하는 감지 부재, 상기 나선 형성 부재에 의해 성형된 작업 소재를 상기 회전 구동 부재에서 분리시키는 소재 분리 부재, 상기 감지 부재에서 감지된 감지 신호에 따라 상기 나선 형성 부재의 작동 상태를 제어하는 제어 수단을 포함하는 구성을 마련하여, 나선의 고저를 종래의 기술에 비해 2배 이상 형성할 수 있어 나선형성 피치 면이 매끄럽고 깊어 도관 내 유체의 와류현상을 더욱 강화시켜 나선형성 도관의 열 교환 능력을 향상시킬 수 있다.

Description

스파이럴 튜브의 성형 장치 및 스파이럴 튜브의 제조 방법{Apparatus for Forming Spiral Tube and Manufacture Method of Spiral Tube}

본 발명은 열 교환을 발생시키기 위한 유체이송용으로 사용되는 나선형성 도관을 제조하는 스파이럴 튜브(Spiral Tube)의 성형 장치 및 스파이럴 튜브의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 각종 열 교환기에 유체 이송용으로 사용하는 도관들이 관 둘레에서 열 교환 효과를 극대화하기 위하여 나선성형을 하며 냉매 또는 액체 등의 유체를 열 교환과 동시 유체의 이송을 원활하게 함으로서 열 교환기의 성능을 향상시키는 스파이럴 튜브의 성형 장치 및 스파이럴 튜브의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 냉동설비, 에어컨(air conditioner), 자동차, 난방설비 등에서 열 교환목적으로 사용되는 열 교환 장치에 냉매 또는 유체를 도관 내부에 이송과 동시 와류현상을 유발시켜 열 교환 현상의 상승효과를 보고자 나선형상을 갖추고 있다.

이러한 나선성형 도관의 소재로 열 교환 장치에 적합한 알루미늄, 동, 스테인리스 등이 사용되고 있다.

즉 스파이럴 튜브 또는 주름 관은 콜-게이트 튜브 또는 내부 열 교환 튜브(Internal Heat exchanger)라고 불리는 튜브로 이중 관 구조로 형성된 관으로서, 예를 들어 스파이럴 튜브는 환경 문제로 인한 냉매 변경에 따른 냉방 능력 저하에 대한 대안으로 에어컨 시스템의 효율 및 성능 향상을 위하여 사용될 수 있다. 주름 관은 응축기와 증발기 사이의 액체 라인과 증발기와 압축기 사이의 흡입 라인이 결합된 형태로 만들어질 수 있고 외부의 흡입 라인의 냉기로 내부의 고온 액체 라인의 온도를 낮추고 이로 인하여 증발기로 흐르는 냉매의 온도가 낮아지도록 하기 위하여 사용될 수 있다.

이러한 스파이럴 튜브는 외부와 내부에 서로 다른 종류의 유체가 흐르면서 열 교환 가능하도록 하기 위하여 사용되거나 또는 내부와 외부에 서로 다른 물리적 또는 화학적 성질을 가진 유체가 흐르도록 하기 위하여 사용될 수 있다. 주름 관의 다른 형태는 관 자체의 길이 변화 또는 신축성을 위하여 주름 부분이 형성되도록 하는 것이다.

상술한 바와 같은 나선형상을 지닌 파이프를 제조하는 방법은 선택된 파이프를 회전시키지 않는 상태로 일정 속도로 성형유닛으로 공급하고, 파이프가 성형유닛으로 공급되면 성형유닛 내에 장치된 링 형태의 성형 다이스를 파이프와 편심되게 강제로 누르며 회전시킴으로써 파이프 외면에 나선형상을 만들고, 지정된 길이로 절단하는 방법이 있다.

그러나 파이프가 내측으로 무한히 공급되어야 하는 링 형태의 성형 다이스와 성형 다이스를 회전시키는 성형부를 구성하는 데는 비교적 큰 기계장치가 요구되며 작동에도 많은 동력이 소요된다. 또 파이프의 전진속도와 성형 다이스의 회전속도에 미세한 차이가 발생할 경우 나선형상의 골의 위치의 불일치가 누적 및 변동되어 제작의 실패를 유발할 수 있을 뿐만 아니라 나선형 관의 제작속도가 늦고 성형이 완료된 후 일정길이로 파이프를 절단해야 하는 등의 문제점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 기술의 일 예가 하기 문헌 1 내지 3 등에 개시되어 있다.

예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 가공이 되어야 할 튜브를 공급하는 공급 모듈, 상기 튜브의 다른 한쪽 끝을 고정하는 스핀들 모듈, 공급이 된 상기 튜브의 한쪽 끝을 고정하는 코어 푸시 모듈 및 고정된 상기 튜브의 표면에 스파이럴을 형성하는 헤드 모듈을 포함하고, 상기 스핀들 모듈은 선형 가이드를 따라 이동 가능한 스파이럴 튜브의 성형 장치에 대해 개시되어 있다.

또 하기 특허문헌 2에는 외관을 이루는 베이스 프레임, 상기 베이스 프레임의 하측 공간상에 회전 가능하게 설치되며, 서로 간의 사이로 스파이럴 튜브가 안착되는 한 쌍의 지지 롤러(support roller), 상기 베이스 프레임의 상측 공간상인 상기 한 쌍의 지지 롤러 사이의 직상방에 회전 가능하게 위치되며, 외주면을 따라 나선형의 성형 돌부가 돌출 형성된 성형 롤러, 상기 성형 롤러를 한 쌍의 지지 롤러 사이로 승강시키는 승강부를 포함하는 스파이럴 튜브 제조 장치에 대해 개시되어 있다.

또 하기 특허문헌 3에는 일정한 길이로 절단된 파이프를 순차적으로 회전체에 부착된 고정 척(chuck)에 장착시키고, 장착된 파이프는 회전하여 파이프의 방향과 수평으로 동작될 수 있도록 평행 가이드 바에 고정된 상하실린더에 나선형상에 일치되도록 일정한 각도를 지닌 성형 롤러를 장착시키고 장착된 성형 롤러로 파이프를 일정한 깊이만큼 누름으로써, 파이프에 형성되는 골의 각도와 파이프의 회전속도에 따라 이동체가 전진하며 나선형상을 성형시킨 나선 파이프 제조 장치 및 이를 이용한 나선파이프 제조 방법에 대해 개시되어 있다.

한편, 나선형상 도관을 필요한 방향으로 전환하거나 또는 도관 내의 유체를 양 방향으로 분할 또는 집결시켜 필요 개소에 접속시키는 방법으로 도관의 벤딩 작업을 하거나 도관 내 유체분할 목적용 중계부품(elbow)을 접합 조립하여 유체의 분할, 집결 및 방향전환을 하고 있다.

종래의 기술에 따른 제조품으로 도관의 벤딩 작업을 하였을 경우 도관의 나선성형 작업에서 자연 발생하는 진동과 열충격, 비틀림 등의 영향을 받아 소재의 변성이 발생 경화되어 소재별 연신율에 의한 벤딩 작업은 통상적 "r" 값보다 크게 작업하여 사용할 수밖에 없으므로 상대 접속물과의 공간적, 위치적으로보다 넓게 설정하여 접속시킬 수밖에 없었고, 또 다른 수단으로 별도의 중계부품인 엘보(elbow)를 사용하고 접합(용접) 조립하는 다수의 공정을 거쳐야 했다. 이와 같은 도관 내 유체분할 및 다양한 설치조건에 적합한 방향전환 작업은 난해하였고, 접합조립부가 많아 외관상으로도 불미스러운 문제가 있었다.

즉, 종래기술에 따른 스테인리스 도관 벤딩(bending) 작업에서는 예를 들어, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 나선형성 도관 벤딩 작업에서 이미 나선성형 작업으로 경화됨은 물론 나선의 방향성 비틀림으로 도관 연신율에 의한 벤딩은 통상적 "r"값보다 크게 작업을 할 수밖에 없었다. 또는 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 나선형성 직관을 2개 사용하고, 중계부품인 엘보(elbow) 관을 사용하므로, 2개소에서 용접을 실행하여야 하였다.

또한, 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이, 나선형성 도관 내의 유체를 분할하여 배관 접속을 하는 경우 도관 연신율에 의한 벤딩 작업은 통상적 "r" 값보다 크게 하였고 배관조립을 위한 드릴링(drilling) 작업이 곤란하고, 용접 조립면이 나선으로 굴곡져 있어 용접 작업이 난해하였으며, 용접불량 및 유체누설 사고가 발생하였다. 또 도 1의 (d)에 도시된 바와 같이, 나선형성 직관을 3개 사용하는 경우, 중계부품으로서 "Y" 관을 사용하여야 하므로, 3개소에서 용접을 실행하여야 하였다.

그리고 도 1의 (e)에 도시된 바와 같이, 나선형성 도관 내의 유체를 양 방향으로 분산 또는 집결시킬 목적으로 배관 접속을 할 경우, 나선형성 직관을 3개 사용하고 중계부품으로서 "T" 관을 사용하여야 하므로, 3개소에서 용접을 실행하여야 하였다.

대한민국 등록특허공보 제10-1512351호(2015.04.09 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-0884809호(2009.02.13 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-0847107호(2008.07.11 등록)

그러나 상술한 바와 같은 특허문헌에 개시된 기술에서는 나선성형 작업 과정에서 각 도관의 "한계 응력"을 최대 활용하지 못하여 나선형성 피치의 고점 및 저점을 깊게 형성할 수 없고, 이로 인해 도관 내에서 냉매 또는 유체의 와류현상이 미비하여 열 교환 효과가 미흡하다는 문제가 있었다.

즉 나선성형 소재의 고정과 모터 회전력이 전달된 척의 회전에 의한 소재의 회전력과 하부 2개의 지지 롤러 및 상부에서 하강하는 블레이드(blade) 협착압력에만 의존하여 나선성형을 실현하여, 블레이드의 각도 = 30°, 나선의 고, 저 = 0.4mm, 나선 피치의 폭 = 2.6mm으로 형성되므로, 유체의 와류현상이 미비하였다. 이를 해결하기 위해, 나선의 고, 저 = 0.8mm로 하였을 경우 나선 피치 면의 함몰 발생으로 제품 불량이 발생한다는 문제가 있었다.

또 상기와 같은 종래의 기술에서는 나선성형 작업에서 도관 내의 유체분할, 집결 및 도관의 방향전환에서 용접 개소가 증가하여 작업량이 증가할 뿐만 아니라 외관상 불미스럽고, 불량 발생률이 증가한다는 문제도 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 나선형성 피치(pitch) 면이 매끄럽고 깊어 도관 내 유체의 와류현상을 더욱 강화시켜 나선형성 도관의 열 교환 능력을 향상시킨 스파이럴 튜브의 성형 장치 및 스파이럴 튜브의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 나선형성 도관 벤딩 작업에서 벤딩 구간 설정에 의한 성형작업으로 소재의 변질, 경화, 비틀림 등의 결함을 해소할 수 있는 스파이럴 튜브의 성형 장치 및 스파이럴 튜브의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 성형 소재의 "한계 응력"을 최대 이용하여 나선성형을 강화할 수 있는 스파이럴 튜브의 성형 장치 및 스파이럴 튜브의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 배관접속 조립을 위한 드릴링(drilling) 작업을 원활하게 할 수 있고, 용접공정을 감소시킬 수 있는 스파이럴 튜브의 성형 장치 및 스파이럴 튜브의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 오른 나선 방향성 성형 및 왼 나선 방향성 성형을 하나의 기기로 실행할 수 있는 스파이럴 튜브의 성형 장치 및 스파이럴 튜브의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 하나의 동력원으로 복수의 나선성형 작업을 실행할 수 있는 스파이럴 튜브의 성형 장치 및 스파이럴 튜브의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치는 베이스 상에서 일정한 길이로 절단된 나선성형용 작업 소재에 나선형상을 성형시키는 스파이럴 튜브(spiral tube)의 성형 장치로서, 상기 작업 소재를 공급하는 공급 부재, 상기 작업 소재를 유지 및 회전시키는 회전 구동 부재, 상기 공급 부재에서 공급된 작업 소재의 내경에 삽입되어 상기 작업 소재를 상기 회전 구동 부재까지 이동시키는 맨드릴(mandrel) 부재, 상기 작업 소재 내에 맨드릴이 삽입된 상태에서 상기 작업 소재의 외주연에 나선을 성형하는 나선 형성 부재, 상기 나선 형성 부재를 이동시키는 볼 스크루(ball screw) 부재, 상기 나선 형성 부재의 이동 상태를 감지하는 감지 부재, 상기 나선 형성 부재에 의해 성형된 작업 소재를 상기 회전 구동 부재에서 분리시키는 소재 분리 부재, 상기 감지 부재에서 감지된 감지 신호에 따라 상기 나선 형성 부재의 작동 상태를 제어하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치에서, 상기 맨드릴 부재는 그 일단이 상기 작업 소재의 내경에 삽입되는 맨드릴, 상기 맨드릴이 장착되는 맨드릴 테이블, 상기 맨드릴의 수평 상태를 유지하기 위해 상기 맨드릴 테이블에 고정되고 상기 맨드릴의 타단을 고정시키는 맨드릴 수평 고정부, 상기 맨드릴 테이블을 이동시키는 로드레스 실린더(roadless cylinder)를 포함하고, 상기 맨드릴의 헤드부에는 V자 또는 U자 형상으로 이루어진 원형 홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치에서, 상기 나선 형성 부재는 상기 볼 스크루 부재에 결합된 본체, 상기 본체에 장착되어 상기 작업 소재를 유지시키는 한 쌍의 지지 롤러, 상기 작업 소재의 외주연에 나선을 성형하는 블레이드(blade), 상기 본체에 장착되고 상기 블레이드에 결합하여 상기 블레이드를 상하로 이동시키는 블레이드 제어 모듈을 포함하고, 상기 본체는 상기 베이스에 마련된 레일을 따라 선형 이동하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치에서, 상기 감지 부재는 상기 베이스 상에 장착되어 상기 레일을 따라 이동하는 본체의 위치를 감지하는 제1 감지 센서 및 제2 감지 센서를 포함하고, 상기 제1 감지 센서 및 제2 감지 센서는 각각 적외선 센서 또는 초음파 센서로 이루어지고, 상기 제1 감지 센서 및 제2 감지 센서의 배치 간격은 상기 작업 소재의 외주연에 나선이 형성되지 않는 구간에 대응하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치에서, 상기 볼 스크루 부재는 볼 스크루 축, 상기 볼 스크루 축의 일 단에 마련된 모터 브래킷, 상기 볼 스크루 축의 타 단에 마련되어 상기 볼 스크루 축을 지지하는 엔드 브래킷, 상기 본체에 결합되고 상기 볼 스크루 축에 나사 결합된 너트 브래킷, 모터로부터의 회전력을 상기 모터 브래킷으로 전달하는 볼 스크루 타이밍 벨트 풀리(pulley)를 포함하고, 상기 모터 브래킷 및 엔드 브래킷은 상기 볼 스크루 축의 선택 교환을 용이하게 실행하기 위한 체인 커플링(chain coupling)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치에서, 상기 볼 스크루 부재와 회전 구동 부재를 구동시키는 서버 모터를 더 포함하고, 상기 회전 구동 부재는 상기 작업 소재를 유지 및 분리시키는 유니버설 척, 유니버설 척을 회전 가능하게 유지하는 회전체, 상기 회전체를 회전시키기 위한 유니버설 척 타이밍 벨트 풀리 및 연동용 풀리, 상기 소재 분리 부재를 유지시키는 원형의 걸림 턱을 포함하고, 상기 소재 분리 부재는 상기 걸림 턱에 걸어 맞추어진 가동부, 상기 회전체의 내부에 마련된 관통 구멍에 삽입된 샤프트를 지지하는 지지부 및 상기 회전 구동 부재의 측면에 마련되고 상기 가동부를 좌우로 이동시키는 왕복이동 실린더를 포함하고, 상기 서버 모터의 회전력은 상기 서버 모터에 결합된 주동력 타이밍 벨트 풀리를 통해 상기 유니버설 척 타이밍 벨트 풀리와 볼 스크루 타이밍 벨트 풀리로 전달되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치에서, 상기 맨드릴, 나선 형성 부재, 소재 분리 부재는 한 쌍으로 마련되고, 상기 볼 스크루 부재의 장착 위치를 변경하는 것에 의해 상기 작업 소재에 형성된 나선의 형태는 오른 나사 방향 또는 왼 나사 방향으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 하는 달성하기 위해 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 제조 방법은 베이스 상에서 일정한 길이로 절단된 나선성형용 작업 소재에 나선형상을 성형시키는 스파이럴 튜브의 제조 방법으로서, (a) 일정한 길이로 절단된 작업 소재를 공급 부재의 배출구로 공급하는 단계, (b) 상기 단계 (a)에서 공급된 작업 소재의 일단의 내경에 맨드릴을 삽입하는 단계, (c) 상기 작업 소재와 상기 단계 (b)에서 작업 소재의 일단의 내경에 삽입된 맨드릴을 유니버설 척으로 이동시키는 단계, (d) 상기 단계 (c)에서 이동된 상기 작업 소재의 타단을 유니버설 척에 삽입하여 고정하는 단계, (e) 상기 작업 소재에 나선을 성형하기 위해 상기 맨드릴과 블레이드의 위치를 설정하고 상기 블레이드를 상기 맨드릴이 삽입된 작업 소재의 외주연에 밀착시켜 압력을 인가하는 단계, (f) 상기 유니버설 척과 상기 블레이드를 회전시킴과 동시에 상기 맨드릴과 블레이드를 이동시켜 상기 작업 소재의 외주연에 나선을 성형하는 단계, (g) 상기 단계 (f)에서 나선이 형성된 소재를 분리하고, 상기 단계 (a) 내지 단계 (f)를 반복 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 제조 방법에서, 상기 단계 (f)는 (f1) 상기 작업 소재의 일단에서 제1지점까지 상기 작업 소재의 외주연에 나선을 성형하는 단계, (f2) 상기 작업 소재의 제1지점에서 제2지점까지 상기 작업 소재의 외주연에 나선이 형성되지 않도록 상기 블레이드를 상기 작업 소재에서 분리시키는 단계, (f3) 상기 작업 소재의 제2지점에서 타단까지 상기 작업 소재의 외주연에 나선을 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 제조 방법에서, 상기 단계 (f)에서 상기 맨드릴의 이동과 블레이드의 이동은 동일 방향 및 동일 속도로 실행되고, 상기 유니버설 척의 회전과 상기 블레이드의 이동은 하나의 동력원에 의해 실행되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치 및 스파이럴 튜브의 제조 방법에 의하면, 알루미늄, 동 또는 스테인리스 등으로 이루어진 파이프(도관)에서 제1지점부터 제2지점까지 나선을 형성하지 않은 벤딩 구간을 마련하는 것에 의해 소재별 연신율에 의한 통상적 "r" 값으로 원활한 벤딩 작업을 할 수 있고, 중계 부품을 생략할 수 있으며, 용접 공정도 단축할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치 및 스파이럴 튜브의 제조 방법에 의하면, 맨드릴의 헤드부에 나선성형을 V자 또는 U자 형상으로 이루어진 원형 홈을 마련하고, 맨드릴의 헤드부가 작업 소재에 삽입된 상태에서 나선 형성을 실행하므로, 나선의 고저를 종래의 기술에 비해 2배 이상 형성할 수 있어 나선형성 피치 면이 매끄럽고 깊어 도관 내 유체의 와류현상을 더욱 강화시켜 나선형성 도관의 열 교환 능력을 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치 및 스파이럴 튜브의 제조 방법에 의하면, 볼 스크루 부재에 체인 커플링을 마련되어 축 간 결합하는 구조를 채용하는 것에 의해 작업 소재에 오른(右) 나선 방향성 성형 및 왼(左) 나선 방향성 성형을 하나의 스파이럴 튜브의 성형 장치에서 실현할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치 및 스파이럴 튜브의 제조 방법에 의하면, 서버 모터에서 공급된 하나의 동력원으로 같은 동작이 요구되는 원거리의 필요 개소에 동력과 동작을 전달하여 복수의 나선성형 작업이 가능하게 하여 생산을 증대시킬 수 있다.

또, 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치 및 스파이럴 튜브의 제조 방법에 의하면, 타이밍 벨트, 풀리 동력전달 및 비율제어 방식으로 마련하므로, 공정의 정밀도를 향상시키며, 설비의 소형화로 생산 작업 소음 등의 공해요인을 제거할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 스테인리스 도관 벤딩(bending) 작업의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치를 상부 측에서 본 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치를 하부 측에서 본 사시도,
도 4는 회전 구동 부재, 맨드릴(mandrel) 부재와 나선 형성 부재의 결합 관계를 설명하기 위한 사시도,
도 5는 본 발명에 적용되는 맨드릴의 헤드부의 사시도,
도 6은 본 발명에 적용되는 나선 형성 부재의 구성을 나타내는 사시도,
도 7은 블레이드와 맨드릴의 결합 상태를 설명하기 위한 단면도,
도 8은 본 발명에 적용되는 볼 스크루 부재의 사시도,
도 9는 본 발명에 적용되는 감지 부재의 장착 상태를 나타내는 도면,
도 10은 본 발명에 따라 작업 소재에 나선형상이 완료된 상태를 나타내는 도면,
도 11은 소재 분리 부재의 구성을 나타내기 위한 단면도,
도 12는 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치에서 동력전달 과정을 설명하기 위한 도면,
도 13은 본 발명에 따라 스파이럴 튜브의 제조 과정을 설명하기 위한 공정도,
도 14는 블레이드와 맨드릴에 의해 작업 소재에 나선을 형성하는 상태를 설명하기 위한 도면,
도 15는 본 발명에 따라 작업 소재에 나선을 형성하는 과정을 나타내는 도면,
도 16은 본 발명에 따른 스테인리스 도관의 벤딩 작업의 일 예를 나타내는 도면.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치에 적용되는 "작업 소재"는 알루미늄, 동 또는 스테인리스 등으로 이루어진 파이프(도관) 형상으로서, 냉동설비, 에어컨(air conditioner), 자동차, 난방설비 등에서 열 교환목적으로 사용되는 열 교환 장치에 냉매 또는 유체를 도관 내부에 이송과 동시 와류현상을 유발시켜 열 교환 현상의 상승효과를 갖도록 외주연에 나선형상을 형성하기 위한 소재를 의미한다. 또 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치에서는 각각의 구성 요소가 한 쌍으로 마련되어, 작업 소재에 형성된 나선의 형태를 오른 나사 방향 또는 왼 나사 방향으로 형성할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예를 도면에 따라서 설명한다.

또 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치에서는 작업 소재(100)에 형성된 나선의 형태를 오른 나사 방향으로 제작하는 경우 또는 왼 나사 방향으로 제작하는 경우에 따라 각각의 구성 요소가 한 쌍으로 마련되어 있지만, 설명의 편의상 오른 나사 방향으로 제작하는 경우를 예시하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치를 상부 측에서 본 사시도 이고, 도 3은 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치를 하부 측에서 본 사시도 이며, 도 4는 회전 구동 부재, 맨드릴(mandrel) 부재와 나선 형성 부재의 결합 관계를 설명하기 위한 사시도 이다.

본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 베이스(10) 상에서 일정한 길이로 절단된 나선성형용 작업 소재에 나선형상을 성형시키는 스파이럴 튜브(spiral tube)의 성형 장치로서, 상기 작업 소재(100)를 공급하는 공급 부재(20), 상기 작업 소재(100)를 유지 및 회전시키는 회전 구동 부재(30), 상기 공급 부재(20)에서 공급된 작업 소재(100)의 내경에 삽입되어 상기 작업 소재(100)를 상기 회전 구동 부재(30)까지 이동시키는 맨드릴(mandrel) 부재(40), 상기 작업 소재(100) 내에 맨드릴이 삽입된 상태에서 상기 작업 소재(100)의 외주연에 나선을 성형하는 나선 형성 부재(50), 상기 나선 형성 부재(50)를 이동시키는 볼 스크루(ball screw) 부재(60), 상기 나선 형성 부재(50)의 이동 상태를 감지하는 감지 부재(70), 상기 나선 형성 부재(50)에 의해 성형된 작업 소재(100)를 상기 회전 구동 부재(30)에서 분리시키는 소재 분리 부재(80), 상기 감지 부재(70)에서 감지된 감지 신호에 따라 상기 나선 형성 부재(50)의 작동 상태를 제어하는 제어 수단(90)을 포함한다.

상기 베이스(10)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 4개의 레그(11)에 의해 유지되며, 철재 등으로 마련된 책상 형상으로서, 이 베이스(10)에는 상술한 바와 같은 각각의 부재가 동작 가능하게 탑재된다. 또 베이스(10) 상에는 나선 형성 부재(50)의 이동을 안정적으로 유지하기 위한 레일(12)이 마련되고, 이 레일(12)과 인접한 부분에 나선 형성 부재(50)와 볼 스크루 부재(60)를 결합하기 위한 슬롯(13)이 형성되어 있다. 상기 레일(12)과 슬롯(13)은 나선 형성 부재(50)의 이동에 따라 동일 길이 방향으로 마련된다.

상기 공급 부재(20)에는 일정한 길이로 절단된 파이프 형상의 작업 소재(100)를 일정량 적재하기 위한 적재 박스(21)를 구비하고, 이 적재 박스(21)는 베이스(10) 상에서 내부가 경사지게 형성되고 배출구(22)를 통해 작업 소재(100)가 순차적으로 배출되도록 구성된다. 또 상기 공급 부재(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 한 쌍으로 마련되며, 예를 들어 작업 소재(100)에 형성된 나선의 형태를 오른 나사 방향으로 제작하는 경우, 도 2에서 하부의 공급 부재를 적용하고, 왼 나사 방향으로 제작하는 경우, 도 2에서 상부의 공급 부재를 적용할 수 있다.

상기 회전 구동 부재(30)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 작업 소재(100)를 고정하는 유니버설 척(31), 유니버설 척(31)을 회전 가능하게 유지하는 회전체(37)를 내장한 하우징(32), 이 회전체(37)를 회전시키기 위한 유니버설 척 타이밍 벨트 풀리(33), 상기 회전체(37)의 내부에 마련된 관통 구멍을 관통하여 유니버설 척(31)을 유지 및 개방시키도록 가이드 하는 샤프트(34), 상기 회전체(37)가 좌우로 이동 가능하게 상기 소재 분리 부재(80)를 유지시키는 대략 원형의 걸림 턱(35), 한 쌍의 회전 구동 부재를 연동시키기 위한 연동용 풀리(36)를 포함한다. 따라서, 유니버설 척(31)은 작업 소재(100)를 유지한 상태에서 유니버설 척 타이밍 벨트 풀리(33) 및 연동용 풀리(36)에 인가되는 회전력에 의해 회전 가능하게 된다. 또 유니버설 척(31)에 유지된 작업 소재(100)는 나선의 형성 완료 후, 상기 소재 분리 부재(80)가 걸림 턱(35)의 부분을 도 4에 도시된 상태에서 왼쪽으로 이동시키는 것에 의해 회전체(37)가 샤프트(34)를 따라 왼쪽으로 이동되므로, 유니버설 척(31)에 유지된 작업 소재(100)는 회전 구동 부재(30)에서 분리하게 된다.

상기 맨드릴 부재(40)에 대해서는 도 2 및 도 4, 도 5에 따라 설명한다. 도 5는 본 발명에 적용되는 맨드릴의 헤드부의 사시도 이다.

상기 맨드릴 부재(40)는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 그 일단이 상기 작업 소재(100)의 내경에 삽입되는 맨드릴(41), 상기 맨드릴(41)이 장착되는 맨드릴 테이블(42), 상기 맨드릴(41)의 수평 상태를 유지하기 위해 상기 맨드릴 테이블(42)에 고정되고 상기 맨드릴(41)의 타단을 고정시키는 맨드릴 수평 고정부(43), 상기 맨드릴 테이블(42)을 이동시키는 로드레스 실린더(roadless cylinder, 44)를 포함한다.

상기 맨드릴(41)은 도 4에 도시된 바와 같이, 한 쌍으로 마련되며, 작업 소재(100)에 형성된 나선의 형태를 오른 나사 방향으로 제작하는 경우, 도 2에서 하부의 공급 부재의 배출구(22)를 통해 공급된 작업 소재(100)의 내경에 삽입되도록 적용하고, 왼 나사 방향으로 제작하는 경우, 도 2에서 상부의 공급 부재의 배출구를 통해 공급된 작업 소재에 적용할 수 있으며, 이 맨드릴(41)의 헤드부(411)에는 나선성형을 위해 도 5에 도시된 바와 같이, V자 또는 U자 형상으로 이루어진 원형 홈이 형성된다. 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치에서는 상기 맨드릴(41)의 헤드부(411)가 작업 소재(100)의 내경에 삽입된 상태에서 작업 소재(100)의 외주연에 나선을 형성하게 된다.

상기 맨드릴 수평 고정부(43)는 나선성형 작업 소재(100)의 길이에 따른 맨드릴(41)의 작업 길이 조정부와 작업 소재(100)의 회전으로 발생하는 요동 충격을 흡수하는 쇼크 업소버(shock absorber)로 이루어지고, 도 4에 도시된 바와 같은 상태로 한 쌍의 맨드릴을 유지시킨다. 상기 맨드릴 테이블(42)에는 맨드릴 수평 고정부(43)가 유지되며, 이 맨드릴 테이블(42)은 로드레스 실린더(44)에 의해 도 4에 도시된 상태에서 좌우로 이동 가능하게 로드레스 실린더(44) 상에 장착된다. 상기 로드레스 실린더(44)는 도 2에 도시된 바와 같이, 베이스(10) 상에 장착되며, 제어 수단(90)에 의한 제어에 따라 동작한다.

상기 나선 형성 부재(50)에 대해서는 도 2, 도 6 및 도 7에 따라 설명한다. 도 6은 본 발명에 적용되는 나선 형성 부재(50)의 구성을 나타내는 사시도 이고, 도 7은 블레이드와 맨드릴의 결합 상태를 설명하기 위한 단면도 이다.

상기 나선 형성 부재(50)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 볼 스크루 부재(60)에 결합된 본체(51), 상기 본체(51)에 장착되어 상기 작업 소재(100)를 유지시키는 한 쌍의 지지 롤러(52), 상기 작업 소재(100)의 외주연에 나선을 성형하는 블레이드(blade, 53), 상기 본체(51)에 장착되고 상기 블레이드(53)에 결합하여 블레이드(53)를 상하로 이동시키는 블레이드 제어 모듈(54)을 포함한다.

상기 본체(51)는 볼 스크루 부재(60)의 작동에 따라 도 2에 도시된 상태에서 슬롯(13)을 따라 좌우로 이동 가능하며, 본체(51)의 하부는 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 베이스(10)에 마련된 슬롯(13)을 통해 볼 스크루 부재(60)의 너트 브래킷에 결합되고, 하부의 양단은 상기 베이스(10)에 마련된 레일(12)을 따라 선형 이동하는 가이드 부(511)가 마련되고, 본체(51)의 상부에는 한 쌍의 지지 롤러(52)와 블레이드 제어 모듈(54)이 장착된다.

상기 한 쌍의 지지 롤러(52)는 작업 소재(100)의 회전에 연동하여 회전하면서 작업 소재(100)를 지지하기 위해 회전 가능하게 마련된다. 상기 블레이드(52)는 작업 소재(100)에 연속적인 나선 형상을 형성하기 위해 약 30° 정도 어긋난 각도로 블레이드 제어 모듈(54)에 장착된다.

상기 블레이드 제어 모듈(54)은 공압 또는 유압 실린더를 구비하고 이 실린더와 블레이드(53)를 결합시켜 실린더의 작동에 따라 블레이드(53)를 상승 또는 하강시키며, 제어 수단(90)에 의한 제어에 따라 동작한다. 상기 블레이드 제어 모듈(54)은 예를 들어 작업 초기에 작업 소재(100)를 유니버설 척(31)에 삽입시키는 과정에서는 블레이드(53)를 상승시켜 한 쌍의 지지 롤러(52) 상에 작업 소재(100)가 안착되어 이동 가능하게 하며, 작업 소재(100)에 나선 형상을 형성하는 과정에서는 도 7에 도시된 바와 같이, 블레이드(53)가 맨드릴(41)의 헤드부(411)에 마련된 원형 홈의 위치에 오도록 하강시킨다. 즉, 이동 가능한 맨드릴 헤드부(411)의 중심선에 항상 블레이드(53)의 끝이 위치한 상태에서 나선 형성을 실행한다. 또 블레이드(53)의 하강접촉 압력을 받은 작업 소재(100)의 압력은 한 쌍의 지지 롤러(52)가 떠받치게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 맨드릴 부재(40)와 나선 형성 부재(50)를 적용하는 것에 의해 성형을 위한 작업 소재(100)의 "한계 응력"을 최대 이용하여 나선성형을 강화할 수 있다. 즉, 블레이드(53)의 각도를 30°로 하고, 나선의 고, 저는 0.8㎜로 종래의 기술에 비해 약 2배로 형성할 수 있으며, 나선 피치(pitch)의 폭은 2.6㎜로 나선성형 작업이 원활하였고, 나선형성 피치 면이 매끄럽고 깊어 도관 내 유체의 와류현상을 더욱 강화시켜 나선형성 도관의 열 교환 능력을 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 나선 형성 부재(50)는 한 쌍의 지지 롤러(52), 블레이드(53) 및 블레이드 제어 모듈(54)로 이루어진 하나의 세트를 포함하고, 상기 본체(51) 상에는 도 6에 도시된 바와 같이 한 쌍으로 마련된 맨드릴(41)에 대응하여 2개의 세트가 장착되며, 이 2개의 세트는 연동한다.

상기 볼 스크루 부재(60)에 대해서는 도 3 및 도 8에 따라 설명한다. 도 8은 본 발명에 적용되는 볼 스크루 부재의 사시도 이며, 도 8의 (a)는 작업 소재(100)에 오른 나선방향을 성형하기 위한 구조이고, 도 8의 (b)는 볼 스크루 교환 방식에 의해 작업 소재(100)에 왼 나선방향을 성형하기 위한 구조를 나타낸다.

상기 볼 스크루 부재(60)는 나선성형용 작업 소재(100)에 나선형상을 성형하기 위한 나선 형성 부재(50)를 이동시키기 위해 마련된 구성으로서, 베이스(10)의 하부에 장착되며, 도 3 및 도 8에 도시된 바와 같이, 모터에 의해 작동되는 볼 스크루 축(61), 상기 베이스(10)의 하부에 고정되고 볼 스크루 축(61)의 일 단에 마련된 모터 브래킷(62), 상기 베이스(10)의 하부에 고정되고 볼 스크루 축(61)의 타 단에 마련되어 상기 볼 스크루 축(61)을 지지하는 엔드 브래킷(63), 슬롯(13)을 통해 상기 본체(51)에 결합되고 상기 볼 스크루 축(61)에 나사 결합된 너트 브래킷(64), 모터로부터의 회전력을 상기 모터 브래킷(62)으로 전달하는 볼 스크루 타이밍 벨트 풀리(65)를 포함한다.

상기 본체(51)와 너트 브래킷(64)과의 결합은 분리 가능한 볼트 등의 체결 수단을 사용할 수 있다. 따라서 볼 스크루 축(61)의 회전에 따라 너트 브래킷(64)이 좌우로 이동 가능하며, 이 너트 브래킷(64)에 체결된 본체(51)도 연동하여 이동하는 것에 의해 작업 소재(100)에 연속적으로 나선형상을 형성할 수 있다.

또 본 발명에 따른 볼 스크루 부재(60)에서 모터 브래킷(62) 및 엔드 브래킷(63)에는 볼 스크루 축(61)의 선택 교환을 용이하게 실행하기 위해 도 8에 도시된 바와 같이, 체인 커플링(chain coupling, 66)이 마련되어 축 간 결합을 한다. 따라서, 도 8의 (a)에 도시된 오른(右) 나선 방향성 성형 및 도 8의 (b)에 도시된 왼(左) 나선 방향성 성형을 하나의 스파이럴 튜브의 성형 장치에서 실현할 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 볼 스크루 부재(60)의 상태에서 본체(51)와 너트 브래킷(64)을 분리한 후, 볼 스크루 축(61)과 너트 브래킷(64)의 방향을 180도 전환하여 모터 브래킷(62)과 엔드 브래킷(63) 사이에 볼 스크루 축(61)을 결합시키는 것에 의해 오른(右) 나선 방향성 성형을 왼(左) 나선 방향성 성형으로 용이하게 변경할 수 있다.

다음에 감지 부재(70)에 대해 도 2 및 도 9에 따라 설명한다. 도 9는 본 발명에 적용되는 감지 부재의 장착 상태를 나타내는 도면이다. 또 도 10은 본 발명에 따라 작업 소재에 나선형상이 완료된 상태를 나타내는 도면이다.

상기 감지 부재(70)는 도 2 및 도 9에 도시된 바와 같이 상기 베이스(10) 상에 장착되어 레일(12)을 따라 이동하는 본체(51)의 위치를 감지하는 제1 감지 센서(71) 및 제2 감지 센서(72)를 포함하며, 상기 제1 감지 센서(71) 및 제2 감지 센서(72)는 각각 적외선 센서 또는 초음파 센서로 이루어진다.

또 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제1 감지 센서(71) 및 제2 감지 센서(72)의 배치 간격은 도 10에 도시된 바와 같이 작업 소재(100)의 외주연에 나선이 형성되지 않는 구간(도 10에서 제1 지점(101)과 제2 지점(102) 사이)에 대응하도록 마련된다. 즉 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치에서는 나선성형 작업에서 도관 내의 유체분할, 집결 및 도관의 방향전환을 목적으로 벤딩을 해야 할 필요구간을 설정하고, 이 벤딩 구간 형성 작업을 하기 위한 벤딩 구간(도 10에서 제1 지점(101)과 제2 지점(102) 사이)에 대응하여 제1 감지 센서(71) 및 제2 감지 센서(72)를 마련한다.

또한, 제1 감지 센서(71) 및 제2 감지 센서(72)는 각각 제어 수단(90)과의 무선 통신에 의해 본체(51)의 위치 정보를 전송할 수 있도록 송신부를 구비할 수 있다. 이 송신부는 근거리 통신을 위한 지그비, RFID를 적용할 수 있고, 센서와 송신부는 하나의 모듈로 이루어질 수 있다. 따라서, 제어 수단(90)은 예를 들어 제1 감지 센서(71)에서 본체(51)의 위치를 감지하면, 블레이드 제어 모듈(54)의 실린더를 작동시켜 블레이드(53)를 상승시키고, 계속해서 제2 감지 센서(72)에서 본체(51)의 위치를 감지하면, 블레이드 제어 모듈(54)의 실린더를 작동시켜 블레이드(53)를 하강시켜 작업 소재(100)의 외주연에 나선을 형성하는 것에 의해 도 10에 도시된 바와 같이, 벤딩 구간을 제외하고 작업 소재(100)의 외주연에 나선을 형성할 수 있다.

상기 소재 분리 부재(80)에 대해서는 도 2 및 도 11에 따라 설명한다. 도 11은 소재 분리 부재의 구성을 나타내기 위한 단면도이다.

상기 소재 분리 부재(80)는 도 2 및 도 11에 도시된 바와 같이, 회전 구동 부재(30)의 걸림 턱(35)에 걸어 맞추어진 가동부(81), 한 쌍으로 이루어진 지지대가 하우징(32)의 상부에 고정되며 지지대에서 연장되어 마련되고 회전체의 내부에 마련된 관통 구멍에 삽입된 샤프트(34)를 지지하는 지지부(82) 및 하우징(32)의 측면에 마련되고 상기 가동부(81)를 좌우로 이동시키는 왕복이동 실린더(83), 상기 지지대 사이의 간격을 유지하기 위해 지지대 사이에 마련된 유지부(84)를 포함한다. 상기 왕복이동 실린더(83)의 작동은 제어 수단(90)에 의해 제어된다.

따라서, 도 10에 도시된 바와 같이 작업 소재(100)에 나선형상의 성형이 완료되면, 상기 왕복이동 실린더(83)의 작동에 의해 가동부(81)가 도 11도에 도시된 상태에서 회전체(37)를 좌측으로 이동하여 유니버설 척(31)의 유지 기능을 해제하므로, 유니버설 척(31)이 개방되고, 작업 소재(100)는 스파이럴 튜브의 성형 장치에서 분리되게 된다.

상기 제어 수단(90)은 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 조작 버튼이 마련된 조작부와 통상의 마이크로프로세서 및 메모리로 이루어진다.

상기 조작부에는 스파이럴 튜브의 성형 장치의 작동을 위한 전원 공급 및 차단용 스위치, 작업 시간을 위한 타이머 등이 마련되고, 상기 메모리에는 작업 소재(100)에 관한 재질, 길이, 나선형성 피치의 폭에 관한 정보, 작업 소재(100)의 외주연에 나선을 형성하기 위한 맨드릴(41)의 헤드부(411)와 블레이드(53)의 위치 정보, 작업 소재(100)의 외주연에 나선이 형성되지 않는 구간에 대한 제1 감지 센서(71)와 제2 감지 센서(72) 사이의 간격에 대한 정보 등이 저장되며, 상기 마이크로프로세서는 상기 메모리에 저장된 정보에 따라 도 2에 도시된 각각의 구성 요소의 작동을 제어하게 한다. 이와 같은 제어 과정에 대해서는 스파이럴 튜브의 제조 방법에 따라 설명한다.

또 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 베이스(10)의 일측에 장착되고 동력을 공급하는 서보 모터(95)가 마련된다. 이 서버 모터의 구동축에는 주동력 전달 타이밍 벨트 풀리(96)가 장착되고, 주동력 전달 타이밍 벨트 풀리(96)의 상부에는 타이밍 벨트 텐션 풀리(97)가 마련된다.

다음에 본 발명에 따른 동력의 전달 구조에 대해 도 12에 따라 설명한다.

도 12는 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치에서 동력전달 과정을 설명하기 위한 도면이다.

상기 주동력 전달 타이밍 벨트 풀리(96), 유니버설 척 타이밍 벨트 풀리(33)와 볼 스크루 타이밍 벨트 풀리(65)는 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 동일 평면 상에 마련되고, 타이밍 벨트에 의해 동력을 동시에 전달하도록 구성된다. 즉 주동력 전달 타이밍 벨트 풀리(96)는 제1의 타이밍 벨트(110)에 의해 볼 스크루 타이밍 벨트 풀리(65)와 결합되고, 제2의 타이밍 벨트(111)에 의해 한 쌍으로 마련된 유니버설 척 타이밍 벨트 풀리(33)의 어느 하나와 결합된다. 또 한 쌍의 회전 구동 부재의 각각에 마련된 연동용 풀리(36)가 연동 벨트(112)로 결합되며, 연동용 풀리(36)에서 연동 벨트(112)의 결합력을 증대시키기 위해 도 12에 도시된 바와 같이 연동 벨트 텐션 풀리(98)을 마련할 수도 있다.

상술한 바와 같은 타이밍 벨트의 결합 구조를 마련하는 것에 의해 서버 모터(95)에서 공급된 하나의 동력원으로 같은 동작이 요구되는 원거리의 필요 개소에 동력과 동작을 전달하여 복수의 나선성형 작업이 가능하게 하여 생산을 증대할 수 있다. 즉 본 발명에 다른 동력의 전달은 타이밍 벨트, 풀리 동력전달 및 비율제어 방식으로 마련하므로, 공정의 정밀도를 향상시키며, 설비의 소형화로 생산 작업 소음 등의 공해요인을 제거할 수 있다.

또 본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치에서는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 맨드릴, 나선 형성 부재, 소재 분리 부재는 한 쌍으로 마련되고, 상기 볼 스크루 부재의 장착 위치를 변경하는 것에 의해 상기 작업 소재에 형성된 나선의 형태를 오른 나사 방향 또는 왼 나사 방향으로 성형할 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이 한 쌍으로 마련된 공급 부재(20), 회전 구동 부재(30), 맨드릴 부재(40) 등을 동시에 작동시키는 것에 의해 하나의 공정으로 2개의 작업 소재를 처리할 수도 있다.

다음에 상술한 바와 같은 스파이럴 튜브의 성형 장치를 적용하여 스파이럴 튜브를 제조하는 과정에 대해 도 13 내지 도 15를 참조하여 설명한다.

도 13은 본 발명에 따라 스파이럴 튜브의 제조 과정을 설명하기 위한 공정도이고, 도 14는 블레이드와 맨드릴에 의해 작업 소재에 나선을 형성하는 상태를 설명하기 위한 도면이며, 도 15는 본 발명에 따라 작업 소재에 나선을 형성하는 과정을 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 제조는 베이스(10) 상에서 일정한 길이로 절단된 나선성형용 작업 소재에 나선형상을 성형시키는 것으로서, 먼저 작업 소재(100)로 사용될 알루미늄, 동 또는 스테인리스를 마련하고, 이 작업 소재(100)를 냉동설비, 에어컨, 자동차, 난방설비 등에서 열 교환목적으로 사용되는 열 교환 장치에 적합한 길이로 절단한다(S10).

상기 단계 S10에서 일정한 길이로 절단된 작업 소재(100)를 도 2에 도시된 바와 같은 공급 부재의 적재 박스(21)에 공급하고(S20), 제어 수단(90)에 마련된 조작부를 조작하여 전원을 공급하는 것에 의해 스파이럴 튜브의 성형 장치가 작동을 개시한다.

본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치의 작동에 따라 배출구(22)를 통해 작업 소재(100)가 배출된다(S30). 상기 단계 S30에서의 배출에 따라 맨드릴 부재(40)의 로드레스 실린더(44)가 작동하고, 맨드릴 테이블(42)이 이동하여 작업 소재(100)의 일단의 내경에 맨드릴(41)의 헤드부(411)가 삽입되게 한다(S40).

이어서, 상기 작업 소재(100)의 일단의 내경에 삽입된 맨드릴(41)을 유니버설 척(31)을 향해 이동시킨다(S50). 상기 단계 S50에서는 작업 소재(100)의 내경과 맨드릴(41)의 헤드부(411)의 외경의 차이가 크지 않으므로 끼워 맞추어진 상태로 이동 가능하다. 또 이와 같은 이동 상태에서는 블레이드 제어 모듈(54)에 의해 블레이드(53)가 상승된 상태이므로 나선 형성 부재(50)를 통과하여 이동하고, 작업 소재(100)의 타단이 유니버설 척(31)에 삽입되면, 유니버설 척(31)은 척의 기능에 따라 작업 소재가 척에 고정시킨다(S60).

유니버설 척(31)에 의해 작업 소재(100)가 고정되면, 제어 수단(90)은 로드레스 실린더(44)와 볼 스크루 부재(60)를 제어하여 도 15의 (a)에 도시된 바와 같이, 맨드릴(41)의 헤드부(411)와 블레이드(53)의 위치를 초기 나선 성형 위치로 설정하게 하고, 블레이드 제어 모듈(54)을 제어하여 블레이드(53)가 작업 소재(100)의 외주연에 밀착시켜 압력을 인가하게 한다(S70). 상기 단계 S70에서 맨드릴 위치 선정이 되면 도 7에 도시된 바와 같이, 작업 소재(100) 상부에서 하강되는 블레이드(53)와 작업 소재의 내경에 삽입된 맨드릴 헤드부(411) 사이에 소재가 협착되며 나선 성형의 시작점이 된다.

이어서 제어 수단(90)의 제어에 의해 서보 모터(95)가 작동하고, 이 모터의 회전력이 주동력 전달 타이밍 벨트 풀리(96), 유니버설 척 타이밍 벨트 풀리(33)와 볼 스크루 타이밍 벨트 풀리(65)를 통해 회전체(37)와 볼 스크루 축(61)에 전달된다. 따라서, 유니버설 척(31)에 고정된 작업 소재(100)가 일정 속도로 회전함과 동시에 너트 브래킷(64)에 체결된 본체(51)가 오른쪽으로 이동하고 본체(51)의 이동과 동기화되어 맨드릴(41)의 헤드부(411)가 작업 소재(100) 내경에 삽입된 상태를 유지하며 오른쪽으로 이동하여 도 14에 도시된 바와 같이 작업 소재(100)의 외주연에 나선을 형성하게 된다(S80). 즉, 협착압력을 받은 작업 소재(100)는 유니버셜 척(31)의 회전력을 전달받아 작업 소재가 회전하게 되며, 작업 소재 상부에서 하강하여 협착압력을 가한 블레이드(53)는 작업 소재와 맞물리고 압력을 떠받치는 한 쌍의 지지 롤러(52) 사이에서 회전되면서 나선성형 작업을 진행하게 된다. 상기 단계 S80에서의 나선성형이 진행되면서 블레이드(53)와 맨드릴 부재(40)는 일체가 되어 동일 방향, 동일 속도로 이동한다.

상기 단계 S80의 실행 도중, 제어 수단(90)은 본체(51)의 위치를 감지하는 제1 감지 센서(71)가 도 10에 도시된 바와 같은 제1 지점을 감지하는지 판단한다(S90). 이와 같은 판단은 실시간으로 연속적으로 실행되며, 상기 단계 S90에서 제어 수단(90)이 제1 감지 센서(71)로부터 감지 신호를 수신하지 못하는 경우, 상기 단계 S80으로 진행하여 상술한 과정을 계속 반복한다.

상기 단계 S90에서 도 15의 (b)에 도시된 바와 같이, 제어 수단(90)이 제1 감지 센서(71)로부터 감지 신호를 수신하면, 제어 수단(90)은 블레이드 제어 모듈(54)을 제어하여 블레이드(53)를 상승시켜 블레이드를 작업 소재(100)에서 분리시킨다(S100). 상기 단계 S100에서도 본체(51)와 맨드릴(41)의 이동은 계속하여 동일 속도로 이동하게 한다.

상기 본체(51)의 이동 과정에서 제어 수단(90)은 본체(51)의 위치를 감지하는 제2 감지 센서(72)가 도 10에 도시된 바와 같은 제2 지점을 감지하는지 판단한다(S110). 이와 같은 판단은 실시간으로 연속적으로 실행되며, 상기 단계 S110에서 제어 수단(90)이 제1 감지 센서(72)로부터 감지 신호를 수신하지 못하는 경우, 블레이드(53)가 상승한 상태를 유지하면서 본체(51)와 맨드릴(41)의 이동은 계속하여 동일 속도로 이동하게 한다.

상기 단계 S110에서 도 15의 (c)에 도시된 바와 같이, 제어 수단(90)이 제2 감지 센서(72)로부터 감지 신호를 수신하면, 제어 수단(90)은 블레이드 제어 모듈(54)을 제어하여 블레이드(53)를 하강시키고, 이에 따라 도 14에 도시된 바와 같이 블레이드(53)는 작업 소재와 맞물리고 압력을 떠받치는 한 쌍의 지지 롤러(52) 사이에서 회전되면서 나선성형 작업을 진행하게 된다(S120). 상기 단계 S120에서도 나선성형이 진행되면서 블레이드(53)와 맨드릴 부재(40)는 일체가 되어 동일 방향, 동일 속도로 이동하게 된다.

다음에 제어 수단(90)은 작업 소재(100)에서의 나선 형상 작업이 완료되었는지 판단하고(S130), 작업이 종료하지 않은 것으로 판단되며, 상술한 과정을 반복한다. 이와 같은 제어 수단(90)에서의 작업 완료의 판단은 메모리에 저장된 작업 소재(100)의 길이 등에 대한 정보, 맨드릴 부재(40)의 이동 한계 정보 또는 볼 스크루 부재(60)의 회전에 관한 정보 등에 따라 판단할 수 있다.

상기 단계 S130에서 도 15의 (d)에 도시된 바와 같이 상태에서 나선 형상 작업이 완료된 것으로 판단되면, 맨드릴 부재(40)와 나선 형성 부재(50)의 위치를 상기 단계 S30에서의 위치로 이동하여 맨드릴(41)이 작업 소재(110)에서 이탈되고, 유니버설 척(31)을 개방시켜 나선 형상이 형성된 작업 소재(110)를 스파이럴 튜브의 성형 장치에서 분리(S140)한 후, 상술한 과정을 반복하는 것에 의해 스파이럴 튜브의 성형 과정을 자동화할 수 있다.

상기 단계 S140에서 작업 소재(110)의 분리는 다음과 같이 실행된다. 즉, 제어 수단(90)이 나선 형상 작업의 완료로 판단하면, 가동부(81)를 좌우로 이동시키는 왕복이동 실린더(83)를 작동시키고, 이에 따라 가동부(81)가 도 2에 도시된 상태에서 좌측으로 이동하면, 회전체(37)의 내부에 마련된 관통 구멍에 삽입된 샤프트(34)에 가이드 되어 걸림 턱(35)이 좌측으로 이동하여 유니버설 척(31)을 개방시키는 것에 의해 도 10에 도시된 바와 같이, 나선 성형이 완료된 작업 소재(100)가 스파이럴 튜브의 성형 장치에서 분리된다.

다음에 본 발명에 따라 도 10에 도시된 바와 같이 형성된 나선성형 도관의 벤딩 구간 설정에 의한 도관의 방향 전환 또는 도관 내의 유체를 양 방향으로 분할 또는 집결시켜 필요 개소에 접속시키는 구조의 이점에 대해 도 16에 따라 설명한다.

도 16은 본 발명에 따른 스테인리스 도관의 벤딩 작업의 일 예를 나타내는 도면이다.

본 발명에 따라 형성된 나선성형 도관도 16의 (a)에 도시된 바와 같이, 나선형성 도관 벤딩 작업에서 벤딩 구간 설정에 의한 성형작업으로 소재의 변질, 경화, 비틀림 등의 결함을 해소하여 소재별 연신율에 의한 통상적 "r" 값으로 원활한 벤딩 작업을 할 수 있다. 즉 통상적인 "r" 값보다 크게 해야 하는 도 1의 (a) 구조 또는 중계부품인 엘보(elbow) 관을 사용하여야 하는 도 1의 (b)의 구조의 문제점을 해결할 수 가 있다.

또 도 16의 (b) 및 (c)에서 알 수 있는 바와 같이, 나선형성 직관 1개를 사용하며 소재별 연신율에 의한 통상적 "r" 값의 벤딩품 U 관을 1개 사용하므로, 배관접속 조립을 위한 드릴링(drilling) 작업을 원활하게 할 수 있고, 도 1의 (d)의 구조에 비해 용접공정도 1개소로 감소시킬 수 있다.

또한, 도 16의 (d)에서 알 수 있는 바와 같이, 나선형성 도관 내의 유체를 양 방향으로 분산 또는 집결시킬 목적으로 배관 접속을 할 경우, 필요 구간을 설정에 의한 직관 제조품 1개에 드릴링 작업을 하고 직관 1개를 사용하므로 용접공정 1개소로 감소되어 도 1의 (e)의 구조에 비해 용접 공정도 감소시킬 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명에 따른 스파이럴 튜브의 성형 장치 및 스파이럴 튜브의 제조 방법을 사용하는 것에 의해 나선의 고저를 종래의 기술에 비해 2배 이상 형성할 수 있어 나선형성 피치 면이 매끄럽고 깊어 도관 내 유체의 와류현상을 더욱 강화시켜 나선형성 도관의 열 교환 능력을 향상시킬 수 있다.

10 : 베이스
20 : 공급 부재
30 : 회전 구동 부재
40 : 맨드릴 부재
50 : 나선 형성 부재
60 : 볼 스크루 부재
70 ; 감지 부재
80 : 소재 분리 부재
90 : 제어 수단

Claims (10)

1. 베이스 상에서 일정한 길이로 절단된 나선성형용 작업 소재에 나선형상을 성형시키는 스파이럴 튜브(spiral tube)의 성형 장치로서,
   상기 작업 소재를 공급하는 공급 부재,
   상기 작업 소재를 유지 및 회전시키는 회전 구동 부재,
   상기 공급 부재에서 공급된 작업 소재의 내경에 삽입되어 상기 작업 소재를 상기 회전 구동 부재까지 이동시키는 맨드릴(mandrel) 부재,
   상기 작업 소재 내에 맨드릴이 삽입된 상태에서 상기 작업 소재의 외주연에 나선을 성형하는 나선 형성 부재,
   상기 나선 형성 부재를 이동시키는 볼 스크루(ball screw) 부재,
   상기 나선 형성 부재의 이동 상태를 감지하는 감지 부재,
   상기 나선 형성 부재에 의해 성형된 작업 소재를 상기 회전 구동 부재에서 분리시키는 소재 분리 부재,
   상기 감지 부재에서 감지된 감지 신호에 따라 상기 나선 형성 부재의 작동 상태를 제어하는 제어 수단을 포함하고,
   상기 볼 스크루 부재는 볼 스크루 축, 상기 볼 스크루 축의 일 단에 마련된 모터 브래킷, 상기 볼 스크루 축의 타 단에 마련되어 상기 볼 스크루 축을 지지하는 엔드 브래킷, 상기 나선 형성 부재의 본체에 결합되고 상기 볼 스크루 축에 나사 결합된 너트 브래킷, 모터로부터의 회전력을 상기 모터 브래킷으로 전달하는 볼 스크루 타이밍 벨트 풀리(pulley)를 포함하고,
   상기 모터 브래킷 및 엔드 브래킷은 상기 볼 스크루 축의 선택 교환을 용이하게 실행하기 위한 체인 커플링(chain coupling)을 포함하는 것을 특징으로 하는 스파이럴 튜브의 성형 장치.
2. 제1항에서,
   상기 맨드릴 부재는 그 일단이 상기 작업 소재의 내경에 삽입되는 맨드릴, 상기 맨드릴이 장착되는 맨드릴 테이블, 상기 맨드릴의 수평 상태를 유지하기 위해 상기 맨드릴 테이블에 고정되고 상기 맨드릴의 타단을 고정시키는 맨드릴 수평 고정부, 상기 맨드릴 테이블을 이동시키는 로드레스 실린더(roadless cylinder)를 포함하고,
   상기 맨드릴의 헤드부에는 V자 또는 U자 형상으로 이루어진 원형 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 스파이럴 튜브의 성형 장치.
3. 제2항에서,
   상기 나선 형성 부재는 상기 볼 스크루 부재에 결합된 본체, 상기 본체에 장착되어 상기 작업 소재를 유지시키는 한 쌍의 지지 롤러, 상기 작업 소재의 외주연에 나선을 성형하는 블레이드(blade), 상기 본체에 장착되고 상기 블레이드에 결합하여 상기 블레이드를 상하로 이동시키는 블레이드 제어 모듈을 포함하고,
   상기 본체는 상기 베이스에 마련된 레일을 따라 선형 이동하는 것을 특징으로 하는 스파이럴 튜브의 성형 장치.
4. 제3항에서,
   상기 감지 부재는 상기 베이스 상에 장착되어 상기 레일을 따라 이동하는 상기 본체의 위치를 감지하는 제1 감지 센서 및 제2 감지 센서를 포함하고,
   상기 제1 감지 센서 및 제2 감지 센서는 각각 적외선 센서 또는 초음파 센서로 이루어지고,
   상기 제1 감지 센서 및 제2 감지 센서의 배치 간격은 상기 작업 소재의 외주연에 나선이 형성되지 않는 구간에 대응하는 것을 특징으로 하는 스파이럴 튜브의 성형 장치.
5. 삭제
6. 제1항에서,
   상기 볼 스크루 부재와 회전 구동 부재를 구동시키는 서버 모터를 더 포함하고,
   상기 회전 구동 부재는 상기 작업 소재를 유지 및 분리시키는 유니버설 척, 유니버설 척을 회전 가능하게 유지하는 회전체, 상기 회전체를 회전시키기 위한 유니버설 척 타이밍 벨트 풀리 및 연동용 풀리, 상기 소재 분리 부재를 유지시키는 원형의 걸림 턱을 포함하고,
   상기 소재 분리 부재는 상기 걸림 턱에 걸어 맞추어진 가동부, 상기 회전체의 내부에 마련된 관통 구멍에 삽입된 샤프트를 지지하는 지지부 및 상기 회전 구동 부재의 측면에 마련되고 상기 가동부를 좌우로 이동시키는 왕복이동 실린더를 포함하고,
   상기 서버 모터의 회전력은 상기 서버 모터에 결합된 주동력 타이밍 벨트 풀리를 통해 상기 유니버설 척 타이밍 벨트 풀리와 볼 스크루 타이밍 벨트 풀리로 전달되는 것을 특징으로 하는 스파이럴 튜브의 성형 장치.
7. 제6항에서,
   상기 맨드릴, 나선 형성 부재, 소재 분리 부재는 한 쌍으로 마련되고, 상기 볼 스크루 부재의 장착 위치를 변경하는 것에 의해 상기 작업 소재에 형성된 나선의 형태는 오른 나사 방향 또는 왼 나사 방향으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스파이럴 튜브의 성형 장치.
8. 베이스 상에서 일정한 길이로 절단된 나선성형용 작업 소재에 나선형상을 성형시키는 스파이럴 튜브의 제조 방법으로서,
   (a) 일정한 길이로 절단된 작업 소재를 공급 부재의 배출구로 공급하는 단계,
   (b) 상기 단계 (a)에서 공급된 작업 소재의 일단의 내경에 맨드릴을 삽입하는 단계,
   (c) 상기 작업 소재와 상기 단계 (b)에서 작업 소재의 일단의 내경에 삽입된 맨드릴을 유니버설 척으로 이동시키는 단계,
   (d) 상기 단계 (c)에서 이동된 상기 작업 소재의 타단을 유니버설 척에 삽입하여 고정하는 단계,
   (e) 상기 작업 소재에 나선을 성형하기 위해 상기 맨드릴과 블레이드의 위치를 설정하고 상기 블레이드를 상기 맨드릴이 삽입된 작업 소재의 외주연에 밀착시켜 압력을 인가하는 단계,
   (f) 상기 유니버설 척과 상기 블레이드를 회전시킴과 동시에 상기 맨드릴과 블레이드를 이동시켜 상기 작업 소재의 외주연에 나선을 성형하는 단계,
   (g) 상기 단계 (f)에서 나선이 형성된 소재를 분리하고, 상기 단계 (a) 내지 단계 (f)를 반복 실행하는 단계를 포함하고,
   상기 단계 (f)에서 상기 맨드릴의 이동과 블레이드의 이동은 동일 방향 및 동일 속도로 실행되고, 상기 유니버설 척의 회전과 상기 블레이드의 이동은 하나의 동력원에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 스파이럴 튜브의 제조 방법.
9. 제8항에서,
   상기 단계 (f)는
   (f1) 상기 작업 소재의 일단에서 제1지점까지 상기 작업 소재의 외주연에 나선을 성형하는 단계,
   (f2) 상기 작업 소재의 제1지점에서 제2지점까지 상기 작업 소재의 외주연에 나선이 형성되지 않도록 상기 블레이드를 상기 작업 소재에서 분리시키는 단계,
   (f3) 상기 작업 소재의 제2지점에서 타단까지 상기 작업 소재의 외주연에 나선을 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스파이럴 튜브의 제조 방법.
10. 삭제

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