KR19990076478A - 공통 레일과 그 제조 방법 - Google Patents

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KR19990076478A
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branch hole
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기쿠오 아사다
마사요시 우수이
에이지 와타나베
가즈노리 다키카와
류이치 구사나기
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우스이유따로
우수이 고쿠사이 산교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 분기 구멍 하단의 내측 둘레 연부에 인장 응력이 발생되는 것을 압축 잔류 응력으로 상쇄시킴으로써 인장 응력을 효과적으로 제한하고, 분기관 연결부의 내부 압력 피로 강도를 향상시켜서, 우수한 내구성을 가지며 크랙의 발생으로 인해 유체가 누설되는 것을 방지하여 확실하고 안정한 기능을 얻을 수 있는 공통 레일을 제공하며, 일반 제조 공정에 단지 압력 적용 공정이 더해지고, 복잡한 장치가 필요없으며, 공정의 추가로 인한 장치 비용이 증가되고 생산성이 감소되는 문제점이 없이 품질이 좋은 공통 레일을 적은 비용으로 제조할 수 있는 방법을 제공한다. 블록 레일의 연결 통로와 연통하며, 외부로 개방된 수압면이 형성되어 있는 분기 구멍에는 내부 종방향으로 연결 통로를 가지는 블록 레일의 둘레 벽부에 축방향으로 형성되는 하나 이상의 연결 구멍부가 갖추어져 있으며, 연결 통로와 연통하는 흐름 통로가 있는 분기 구멍의 단부에 마련된 연결 헤드부로 이루어진 가압면은 수압면과 접촉하여 맞물리며, 분기관에서 미리 조립된 조임 너트와 연결 구멍부는 서로 맞물려서 연결 구멍부의 네크(neck) 아래에서 압력으로 인해 조여지고 연결되도록 구성된 공통 레일 제조 방법에서, 압착법에 의하여 외부로부터 연결 구멍부의 축방향으로 압착력이 가해져서 분기 구멍에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부 둘레에 압축 잔류 응력이 발생한다.

Description

공통 레일과 그 제조 방법
본 발명은 디젤 내연 기관의 축압기 연료 분사 시스템에서 블록 레일을 구비하는 공통 레일(common rail)에 관한 것이다.
예컨대, 도 12에 도시된 바와 같은 종류의 공통 레일로서, 블록 레일(21)의 연결 통로(21-1)와 연통하며, 외부로 개방된 수압면(21-3)이 형성되어 있는 분기 구멍(21-2)은 축방향으로 장방형 단면을 가지는 블록 레일(21)의 둘레 벽부에 간격을 두고 형성된 다수의 연결 구멍부(21-4)의 저부에 구멍이 뚫리고, 분기관(12) 단부의 연결 헤드부(12-2)로 이루어진 가압면(12-3)은 블록 레일(21) 단부의 수압면(21-3)과 접촉하여 맞물리며, 분기관에서 미리 조립된 조임 외부 나사 너트(13)가 연결 구멍부(21-4)와 맞물려서 연결 헤드부(12-2)의 네크(neck) 아래에서 압력으로 인해 조여지고 연결되도록 구성되어 있는 형태의 공통 레일이 공지되어 있다. 도면에서, 참조 부호 12-1은 분기관(12)의 흐름 통로를 나타낸다. 이런 경우에, 블록 레일의 단면 형상은 장방형으로 한정되지 않고 삼각형과 사다리꼴과 같은 다양한 단면 형상이 이용될 수 있다.
그러나, 블록 레일(21)에 형성된 연결 구멍부(21-4)에 분기 구멍(21-2)이 있는 종래의 공통 레일에 있어서, 블록 레일(21) 내에서 반복적인 큰 내부 압력과 분기관(12)의 연결 헤드부(12-2)를 압착함으로써 수압면(21-3)에 작용하는 힘에 기인하여 분기 구멍(21-2) 하단부의 내측 둘레 연부(P)에 큰 인장력이 발생하여, 하단부의 내측 둘레 연부(P)로부터 크랙이 쉽게 일어나서 누설을 일으킬 가능성이 있다.
본 발명은 종래 기술의 전술한 문제점을 해결하도록 이루어지며, 분기관 하단부의 내측 둘레 연부에서 발생되는 최대 인장 응력값을 줄이고 내부 압력 피로 강도를 향상시킬 수 있는 공통 레일을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 블록 레일과 일체형으로 형성된 연결 구멍부를 가지는 공통 레일을 제조하는 방법의 제1 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도 2A는 일부 절결된 상태에서 거꾸로 오목한 형상의 가압면을 가지는 펀치를 이용한 압착 방법을 도시하는 연결 구멍부의 수직 단면도.
도 2B는 연결 구멍부의 내측 저부에 환형의 돌출부가 형성되어 있으며 압착면이 평탄한 펀치를 이용한 압착 방법을 도시하는 연결 구멍부의 수직 단면도.
도 2C는 연결 구멍부의 내측 저부가 오목한 형상이며 압착면이 구형 표면 및 타원형 표면과 같이 만곡된 표면으로 형성된 펀치를 이용한 압착 방법을 도시하는 연결 구멍부의 수직 단면도.
도 2D는 연결 구멍부의 내측 저부가 각진 형상으로 돌출되어 있으며 압착면이 평탄한 형상으로 형성된 펀치를 이용한 압착 방법을 도시하는 연결 구멍부의 수직 단면도.
도 2E는 연결 구멍부의 내측 저부의 중앙부에 분기 구멍과 직경이 같은 구멍이 저부에 있으며 저부의 구멍에 맞출 수 있는 직경을 가지는 돌출부가 압착면에 형성되어 있는 펀치를 이용한 압착 방법을 도시하는 연결 구멍부의 수직 단면도.
도 3은 제1 실시예에 따른 제조 방법에서 압착력을 가하는 동시에 분기 구멍을 뚫는 방법의 실시예를 도시하는 연결 구멍부의 수직 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 공통 레일 제조 방법의 제1 실시예의 변형예를 도시하는 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 공통 레일 제조 방법의 제1 실시예의 다른 변형예를 도시하는 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 블록 레일과 일체로 형성된 연결 구멍부를 가지는 공통 레일을 제조하는 방법의 제2 실시예를 도시하는 개략도.
도 7은 본 발명에 따른 공통 레일 제조 방법의 제3 실시예를 도시하는 개략도.
도 8은 본 발명에 따른 공통 레일 제조 방법의 제4 실시예를 도시하는 개략도.
도 9A는 구형체를 이용하여 분기 구멍에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부를 압착하는 방법을 도시하는 연결 구멍부의 수직 단면도.
도 9B는 전방 단부가 테이퍼진 로드형 부품(piece-like body)을 이용하여 분기 구멍에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부를 압착하는 방법을 도시하는 연결 구멍부의 수직 단면도.
도 10A는 제6 실시예의 수직 단면도.
도 10B는 도 10A의 선 b-b를 따라 취한 단면도.
도 10C는 도 10A의 선 c-c를 따라 취한 단면도.
도 10D는 도 10A의 선 d-d를 따라 취한 단면도.
도 11은 블록 레일과 일체형으로 형성된 연결 구멍부를 가지는 공통 레일을 제조하는 방법에 의하여 제조되는 공통 레일의 분기관 연결 구조물의 실시예를 도시하는 수직 단면도.
도 12는 본 발명의 주제인 종래 공통 레일의 분기관 연결 구조물의 실시예를 도시하는 수직 단면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1: 블록 레일
2: 분기관
3: 조임용 외부 나사 너트
4: 펀치
5: 주형
6-1, 6-2: 직경 팽창 장치
7: 고정 지그
8: 인장 장치
9: 프레스 장치
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따라서, 블록 레일의 연결 통로와 연통하며, 외부로 개방된 수압면이 형성되어 있는 분기 구멍에는 내부 종방향으로 연결 통로를 가지는 블록 레일의 둘레 벽부에 축방향으로 형성되는 하나 이상의 연결 구멍부가 갖추어져 있으며, 연결 통로와 연통하는 흐름 통로가 있는 분기 구멍의 단부에 마련된 연결 헤드부로 이루어진 가압면은 수압면과 접촉하여 맞물리며, 분기관에서 미리 조립된 조임 너트와 연결 구멍부는 서로 맞물려서 연결 구멍부의 네크(neck) 아래에서 압력으로 인해 조여지고 연결되도록 구성되며, 분기 구멍에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 단부 둘레에 압축 잔류 응력이 존재하는 공통 레일이 제공된다
또한, 블록 레일의 연결 통로와 연통하며, 외부로 개방된 수압면이 형성되어 있는 분기 구멍에는 내부 종방향으로 연결 통로를 가지는 블록 레일의 둘레 벽부에 축방향으로 형성되는 하나 이상의 연결 구멍부가 갖추어져 있으며, 연결 통로와 연통하는 흐름 통로가 있는 분기 구멍의 단부에 마련된 연결 헤드부로 이루어진 가압면은 수압면과 접촉하여 맞물리며, 분기관에서 미리 조립된 조임 너트와 연결 구멍부는 서로 맞물려서 연결 구멍부의 네크(neck) 아래에서 압력으로 인해 조여지고 연결되도록 구성된 공통 레일 제조 방법에 있어서, 본 발명의 첫 번째 특징은 바람직한 압착 방법에 의하여 외측부로부터 연결 구멍부의 축방향으로 압착력이 가해져서 분기 구멍에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부 둘레에 압축 잔류 응력을 발생시키는 것이며, 본 발명의 두 번째 특징은 외부 압착 방법에 의하여 외부로부터 연결 구멍부의 축방향으로 압축력을 가하는 동시에 분기 구멍이 뚫리는 것이다. 다음으로, 본 발명의 세 번째 특징은 내부 압축 방법에 의하여 분기 구멍 근처의 부분에서 블록 레일의 내부 둘레면에 압축력이 가해져서 분기 구멍에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부 근처의 부분에 압축 잔류 응력을 발생시키는 것이며, 본 발명의 네 번째 특징은 블록 레일의 내부로부터 직경 방향으로 압력을 가하는 관 팽창 방법에 의하여 분기 구멍 근처의 부분에서 블록 레일의 내부 둘레면에 압착력이 가해져서 분기 구멍에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부 근처의 부분에 압축 잔류 응력을 발생시키는 것이며, 본 발명의 다섯 번째 특징은 분기 구멍의 내측부로부터 직경 방향으로 압력을 가하는 관 팽창 방법에 의하여 분기 구멍의 내부 둘레면에 압착력이 가해져서 분기 구멍에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부 근처의 부분에 압축 잔류 응력을 발생시키는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 여섯 번째 특징에 따라서, 블록 레일의 연결 통로와 연통하며, 외부로 개방된 수압면이 형성되어 있는 분기 구멍에는 내부 종방향으로 연결 통로를 가지는 블록 레일의 둘레 벽부에 축방향으로 형성되는 하나 이상의 연결 구멍부가 갖추어져 있으며, 연결 통로와 연통하는 흐름 통로가 있는 분기 구멍의 단부에 마련된 연결 헤드부로 이루어진 가압면은 수압면과 접촉하여 맞물리며, 분기관에서 미리 조립된 너트는 맞물려서 연결 구멍부의 네크(neck) 아래에서 압력으로 인해 조여지고 연결되도록 구성되며, 구형체로 형성되고 협소한 팁 단부를 가지는 로드형 본체는 분기 구멍의 근처 부분에서 블록 레일의 연결의 개방 단부에 압착되어 분기 구멍에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부 둘레에 압축 잔류 응력을 발생시키는 공통 레일 제조 방법이 제공된다.
따라서, 본 발명에 따라, 분기 구멍에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로 단부 근처 부분에 압축 잔류 응력을 유지함으로써, 블록 레일 내에서의 반복적인 큰 내부 압착과 분기관의 연결 헤드부를 압착함으로써 수압면에 작용하는 힘에 의하여 분기 구멍 하부 단부의 내측 둘레 연부(P)에 발생하는 인장력은 압축 잔류 응력에 의하여 상쇄되어, 분기 구멍 하단부의 내측 둘레 연부에 발생되는 최대 인장 응력값을 감소시킨다. 분기 구멍에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부 근처의 부분에 잔류 압축 응력을 발생시키고 유지시키는 방법으로서, 압착법에 의하여 외측부로부터 축방향으로 연결 구멍부에 압착력을 가하는 방법, 블록 레일의 연결 통로 내에 압력을 가하는 방법, 블록 레일의 내측부로부터 직경 방향으로 기계적으로 압착력을 가하는 관 팽창 방법, 분기 구멍의 내측부로부터 분기 구멍의 직경 방향으로 압착력을 기계적으로 가하는 직경 팽창 방법과 구형체이거나 또는 전방 단부가 테이퍼진 로드형 본체로 압착하는 방법등이 있다.
이 경우에, 압착법에 의하여 외부로부터 축방향으로 연결 구멍부에 압착력을 가하는 방법으로서, 예컨대 레일 본체를 주형에 장착한 상태에서 펀치 또는 로드를 이용하여 압착하거나 압착과 동시에 분기 구멍을 뚫는 압착법이 이용될 수 있다. 또한, 블록 레일의 연결 통로에 압력을 가하는 방법으로서, 유압 또는 수압과 같은 액압이 이용될 수 있다. 또한, 레일의 내부로부터 직경 방향으로 압착력을 기계적으로 가하는 관 팽창 방법으로서, 예컨대 블록 레일의 연결 통로 내에서 연결 통로보다 직경이 약간 큰 쉘 형상의 플러그 또는 구형체와 같은 직경 팽창 장치를 이용한 압착법 또는 인발법에 의한 압력 피팅 방법(method of pressure fitting), 또는 배니싱 공구(vanishing tool)에 의한 직경 팽창 방법이 이용될 수 있다. 또한, 분기 구멍의 내부로부터 분기 구멍의 직경 방향으로 압착력을 기계적으로 가하는 직경 팽창 방법으로서, 분기 구멍의 소정의 내경과 거의 같은 직경을 가지는 구형체 또는 플러그를 소정의 구멍보다 직경이 약간 작게 분기 구멍을 뚫는 압착법에 의하여 직경이 작은 분기 구멍에 압착하는 압력 피팅 방법이 이용될 수 있다. 또한, 구형체이거나 또는 전방 단부가 테이퍼진 로드형 본체를 압착하는 압력 피팅 방법으로서, 상호 인접하도록 펀치와 로드형 본체를 압착하고 구형체 또는 로드형 본체를 분기 구멍 하단부의 내측 둘레 연부에 압착하는 방법이 이용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따라 분기 구멍에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로 개방 단부 근처 부분에 압축 잔류 응력을 남겨놓음으로써, 이용시 연결 통로에 고압의 연료가 축적될 때 분기 구멍 하단부의 내측 둘레 연부에서 발생된 인장 응력은 압축 잔류 응력에 의하여 상쇄되어 효과적으로 제한되어, 분기관 중앙부의 내부 압력 피로 강도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 참조 부호 1은 블록 레일을 표시하고, 참조 부호 2는 분기관을 표시하며, 참조 부호 3-1은 조임용 외부 나사 너트를 표시하고, 참조 부호 4는 펀치를 표시하며, 참조 부호 5는 주형을 표시하며, 참조 부호 6-1과 6-2는 직경 팽창 장치를 표시하며, 참조 부호 7은 고정 지그를 표시하며, 참조 부호 8은 인장기를 표시하고, 참조 부호 9는 압착 장치를 표시한다. 이 경우에, 단면이 장방형인 공통 레일을 예로 하여 설명한다.
공통 레일로서의 블록 레일(1)은 S45C로 만들어진 단조품이며, 상기 레일(1)은, 예컨대 수직 방향 80㎜, 수평 방향 50㎜, 내경이 10㎜인 장방형 단면을 가지며, 장방형 단면을 가지는 부재의 종방향의 내부는 보링용 건 드릴과 같은 기계에 의하여 연결 구멍으로 형성되어, 하나 이상의 연결 구멍부(21-4)가 둘레 벽부에 축방향으로 형성된다. 공통 레일의 경우에, 먼저, 예비 공정(절삭 공정)에서, 소정 직경과 소정 깊이의 저부를 가지는 구멍(1-5)이 예컨대 엔드 밀에 의하여 절삭되어, 블록 레일(1)의 둘레 벽부에 형성된다.
전술한 예비 공정에 뒤이은 도 1에 도시된 방법에 있어서, 블록 레일(1)의 연결 구멍부(1-4) 근처 부분은 주형(5)에 의하여 고정된다. 주형(5)은 단면이 오목한 금속 주형으로 구성되며, 도 1에 도시된 바와 같이 블록 레일(1)은 상기 주형(5)에 고정되며, 블록 레일(1) 하부 둘레의 거의 절반은 금속 주형(5)에 고정되어 유지된다. 이것은 압착 효과를 충분히 달성하는데 필요하다. 블록 레일(1)이 주형(5)에 고정될 때, 펀치(4)에 의하여 연결 구멍부의 내측 저부(1-6)에 압착력이 가해지며, 상기 펀치(4)는 압착 장치에 장착되며 연결 구멍부(1-4) 저부에 있는 구멍(1-5)의 내경보다 직경이 작다. 이 순간에 압착력이 가해지므로, 구체적으로 제한되지는 않지만, 연결 구멍부의 내측 저부 바로 아래에 위치된 블록 레일의 연결 통로(1-1)의 내측 둘레면이 평탄부(1-8)가 형성될 수 있도록 약간 돌출한다. 펀치(4)에 의한 압착력 때문에, 블록 레일의 연결 통로(1-1)의 내측 저부면도 평탄부를 형성하도록 약간 돌출하며, 소성 변형부와 탄성 변형부는 압착력을 가할 때 형성되며, 압축 잔류 응력은 압착력을 제거할 때 복원되는 양의 차이에 의한 변형 때문에 발생된다.
계속적으로, 마무리 공정에 있어서, 분기 구멍(1-2)은 원형의 외측으로 향하는 개방 둘레면이 블록 레일(1)의 연결 통로(1-1)와 연통하도록 연결 구멍부(1-4)에 형성되며, 수압면(1-3)과 암나사(1-7)는 연결 구멍부 저부에 있는 구멍의 내측 둘레면에서 가공된다. 이 경우에, 암나사(1-7)는 예비 공정에서 미리 형성될 수도 있다.
다음으로, 도 2A 내지 도 2E는 제1 실시예의 제조 방법에 있어서 압축력 작용 수단을 도시하는 도면으로, 분기 구멍(1-2)에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부 근처에 압착법에 의하여 압축 잔류 응력이 남아있게 하는 압착력 적용 수단을 예시하고 있으며, 도 2A는 저부가 있는 구멍(1-5)의 저부(1-6)에 전방 단부(압착면)가 삼각형 단면의 오목부(4a)인 펀치(4)에 의하여 저부가 있는 구멍(1-5)의 저부(1-6)에 압착력을 가하는 방법을 도시한다. 이러한 방법의 경우에, 큰 압착력이 내측 둘레 벽 단부와 저부의 중앙부에 가해지므로, 압축 잔류 응력이 부분에 형성된 분기 구멍(1-2) 근처의 부분에서 비교적 넓은 폭으로 효과적으로 유지될 수 있다.
또한, 도 2B는 분기 구멍(1-2) 근처의 부분에서 비교적 큰 폭으로 압축 잔류 응력을 유지하는 방법을 도시하며, 상기 분기 구멍(1-2)은 연결 구멍부(1-4)의 내측 저부(1-6)에 환형 돌출부(1-6a)를 형성하고 평탄한 압착면을 가지는 펀치(4)에 의하여 환형 돌출부(1-6a)의 상부면을 압착함으로써 도 2A의 방법과 같은 방법으로 형성된다.
도 2C는 연결 구멍부(1-4)의 내측 저부가 역삼각형 단면 형상을 가지는 오목부(1-6b)이며 구형 표면 또는 타원형 표면으로 형성된 압착면을 가지는 펀치에 의하여 오목부(1-6b)로 구성된 저부를 압착하는 방법을 도시한다. 이러한 방법에 있어서, 저부의 경사면이 펀치(4)에 의하여 먼저 압착되므로, 이러한 경우에, 압축 잔류 응력은 나중에 형성되는 분기 구멍(1-2) 근처의 부분에 효과적으로 유지된다.
도 2D는 연결 구멍부(1-4)의 내측 저부에 환형의 단면 형상을 가지는 돌출부(1-6c)가 형성되어 있고 평탄 압착면을 가지는 펀치(4)에 의하여 돌출부(1-6c)로 구성된 저부를 압착하는 방법을 도시한다. 이러한 방법에 있어서, 각진 단면을 가지는 돌출부(1-6c)의 상부가 펀치(4)에 의하여 먼저 압착되므로, 저부의 중앙부에는 큰 압착력이 가해진다. 따라서, 또한 이 경우에, 집중적으로 나중에 형성되는 분기 구멍(1-2) 근처의 부분에 큰 압축 잔류 하중이 유지된다.
도 2E는 연결 구멍부(1-4)에 형성된 분기 구멍(1-2)과 직경이 거의 같고 적절한 깊이를 가지며 저부(1-6d)가 형성되어 있는 구멍을 제공하고 저부(1-6d)를 가지는 구멍에 맞출 수 있는 직경과 압착면에 형성된 저부를 가지는 구멍의 깊이 보다 약간 긴 길이를 가지는 돌출부(4b)를 펀치(4)에 의하여 압착하는 방법을 도시한다. 이러한 방법의 경우에, 저부(1-6d)를 가지는 구멍의 둘레부는 저부(1-6d)를 가지는 구멍이 돌출부(4b)에 의하여 압착되는 것과 동시에 압착되므로, 주로 나중에 형성되는 분기 구멍(1-2)의 일부에 압착력이 가해지며, 압축 잔류 응력이 분기 구멍(1-4) 근처의 부분에 반드시 유지된다. 이 경우에, 펀치 전방 단부의 형상과 연결 구멍부의 내측 저부의 형상은 이러한 형상의 결합에 제한되지 않는다.
또한, 도 3은 제1 실시예에 따른 제조 방법에 있어서 압착력을 가하는 동시에 분기 구멍을 뚫는 방법의 제1 실시예를 도시하며, 여기서 연결 구멍부(1-4)에 형성되고, 분기 구멍(1-2)과 직경이 거의 같고 전방 단부에서 저부가 있는 구멍의 저부의 두께보다 큰 길이를 가지는 돌출부(4c)를 구비하는 펀치가 이용되며, 분기 구멍(1-2)은 저부가 있는 구멍(1-5)의 저부를 압착함으로써 뚫린다. 이러한 방법에 있어서, 저부가 있는 구멍(1-5)의 저부는 돌출부(4c)에 의하여 압착되므로, 압착력은 분기 구멍이 뚫릴 부분에 한꺼번에 집중적으로 가해지며, 압축 잔류 하중은 분기 구멍(1-2) 근처의 부분에서 또한 반드시 유지된다.
본 발명에 따른 압착법에 의하여 압착력을 가하고 잔류 압축 응력을 유지시키는 방법으로서, 전술한 방법 이외에도 도 4 및 도 5에 도시된 방법이 이용될 수 있다.
도 4에 있어서, 먼저, 연결 통로(1-1)가 뚫려있는 블록 레일(1)은 주형(5)에 고정되고, 압착력은 압착 장치에 장착된 펀치(4)에 의하여 연결 구멍부에 상응되는 위치에 가해진다. 펀치의 이러한 압착력 때문에, 블록 레일(1)에 형성된 연결 통로(1-1)의 내측 둘레면은 돌출되어 평탄부가 형성되며 압축 잔류 응력이 발생되고 유지된다. 다음으로, 소정의 직경과 소정의 깊이를 가지는 저부가 있는 구멍(1-5)이 구멍이 블록 레일(1)의 연결 구멍부에 상응하는 위치에 형성되어 절삭된 후에, 분기 구멍(1-2)은 원형의 외측으로 개방된 둘레면이 블록 레일(1)의 연결 통로(1-1)와 연통하고 수압면(1-3)면의 연결 통로와 연통하도록 저부가 있는 구멍부에 형성되며 암나사를 작업함으로써 연결 구멍부(1-4)는 저부가 있는 구멍(1-5)의 내측 둘레면에 형성된다.
다음으로, 도 5에 있어서, 나중에 형성되는 분기 구멍(1-2)과 직경이 같고 깊이가 적절한 저부가 있는 구멍(1-2a)이 연결 구멍부에 상응하는 위치에 형성되며, 저부가 있는 구멍(1-2a)의 내측 저부(1-2b)는 저부가 있는 구멍(1-2a)에 맞추어질 수 있는 직경과 저부를 가지는 구멍의 깊이 보다 긴 길이를 가지는 펀치(4)에 의하여 압착된다. 이러한 구조에 있어서, 내측 저부(1-2b)는 펀치(4)에 의하여 압착되므로, 압착력은 나중에 형성되는 분기 구멍(1-2)의 부분에 집중적으로 가해지며, 압축 잔류 응력은 분기 구멍(1-2)의 둘레에 반드시 유지된다. 도 5의 실시예에 있어서, 그 후에 저부가 있는 구멍(1-2a)은 드릴을 이용한 절삭에 의하여 연결 통로(1-1)로 연장되어 분기 구멍(1-2)을 형성한다. 다음으로, 소정의 직경과 소정의 깊이를 가지는 저부가 있는 구멍(1-5)은 절삭되어 분기 구멍부에 형성되며, 수압면(1-3)은 저부가 있는 구멍(1-5)에 형성되며, 암나사(1-7)는 연결 구멍부의 둘레에서 작업되어 연결 구멍부(1-4)를 형성한다.
또한, 펀치를 이용한 압착법에 의하여 압착력을 가하고 압축 잔류 응력을 발생시키는 방법으로서, 분기 구멍이 형성되어 있는 부분으로부터 약간 이동하도록 압착력을 가하고 분기 구멍의 적어도 일부, 즉 크랙이 시작되는 분기 구멍 하단부의 블록 레일(1) 축방향의 내측 둘레 연부(P)에 압축 잔류 응력을 집중시켜서 압축 잔류 응력을 발생시키고 유지시키는 것이 가능하다.
다음으로, 도 6에 도시된 방법은 블록 레일(1)에 형성된 연결 통로(1-1)내에 압력을 가하는 내부 압착 방법(internal pressure method)이 분기 구멍(1-2)의 블록 레일(1)에 형성된 연결 통로(1-1)의 개방 단부 근처의 부분에 압축 잔류 응력을 발생시키는 수단으로 이용되는 경우에 상응한다. 이러한 방법은 고압을 적용시켜 분기 구멍(1-2)에 있어서 블록 레일(1)에 형성된 연결 통로의 개방 단부 근처의 부분에 압축 잔류 응력을 발생시키고 유지하는 방법에 상응하며, 이러한 압력에 의하여 블록 레일(1)의 일측부를 밀봉한 상태에서 레일 내에 수압 또는 유압과 같은 액상 유체를 공급함으로써 블록 레일 두께의 25% 이상, 바람직하게는 50 내지 75%에 블록 레일(1)의 내측 둘레 표면 측부로부터 압력의 영향을 받는다. 이 경우에, 압축 잔류 응력이 확실하게 유지되도록 내부 압력을 가하기 전에 분기 구멍을 가공하는 것이 바람직하다.
또한, 도 7에 도시된 방법은 블록 레일(1)의 내부로부터 파이프의 직경 방향으로 기계적으로 압착력을 가하는 관 팽창 방법이 분기 구멍(1-2)에 있어서 블록 레일(1)에 형성된 연결 통로(1-1)의 개방 단부 근처의 부분에서 압축 잔류 응력을 발생시키는 수단으로 사용되는 경우에 상응한다. 상기 방법은 직경 팽창 장치(6-1)를 이용하여 블록 레일(1)에 형성된 연결 통로(1-1)의 내측 둘레면을 팽창시키는 방법에 상응하며, 인장 장치(8)에 의하여 구형체, 쉘 형상의 플러그 및 롤러 배니싱 공구(roller vanishing tool)와 같이 블록 레일의 내경보다 약간 큰 직경을 가지는 직경 팽창 장치(6-1)를 인발함으로써 연결 통로(1-1)의 내부 둘레면을 압착 접촉시키며, 블록 레일(1)을 고정 지그(7)에 수평 고정시킨 상태에서, 분기 구멍(1-2)의 블록 레일(1)에 형성된 연결 통로(1-1)의 개방 단부 근처의 부분에서 압축 잔류 응력을 발생시키고 유지시킨다. 이러한 경우에, 압축 응력이 확실히 유지되도록 팽창 작용전에 분기 구멍(1-2)을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 도 8에 도시된 방법은 마무리 작업 공정에서 연결 구멍부(1-4)에 소정 구멍 직경보다 약간 작은 직경을 가지는 분기 구멍(1-2')을 뚫고, 압착 장치(9)를 이용하여 구형체 또는 플러그와 같이 소정의 구멍 직경을 가지는 분기 구멍(1-2)의 내경과 거의 같은 직경을 가지는 직경 팽창 장치(6-2)를 압착함으로써 직경이 작은 분기 구멍(1-2')을 팽창시켜서, 분기 구멍(1-2)에 있어서 블로 레일(1)에 형성된 연결 통로(1-1)의 개방 단부 근처 부분에 압축 잔류 응력을 발생시키는 수단으로 분기 구멍(1-2)에 있어서 블로 레일(1)에 형성된 연결 통로(1-1)의 개방 단부 근처 부분에 압축 잔류 응력을 발생시키는 방법에 상응한다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 압축 잔류 응력은 분기 구멍(1-2)의 블록 레일(1)에 형성된 연결 통로(1-1)의 개방 단부 근처의 부분에 펀치(외부 압착 방법)를 이용하는 압착법과, 수압 또는 유압에 기인한 내부 압착법, 관 팽창 방법과, 구형체 및 플러그를 이용하는 직경 팽창 방법에 의하여 발생하여, 분기관(2)의 연결 헤드부(2-2)의 압착으로 수압면(1-3)에 가해지는 축방향 하중 때문에 분기 구멍(1-2) 하단부의 내측 둘레 연부(P)에서 발생되는 인장 응력과 블록 레일(1)내의 반복적인 높은 내부 압력이 압축 잔류 응력의 상쇄 작용에 의하여 많이 감소될 수 있다. 또한, 펀치를 이용한 압착법이 블록 레일(1)에 형성된 연결 통로(1-1)의 개방 단부 근처의 부분에 압축 잔류 응력을 발생시키는 수단으로 이용되는 경우에, 블록 레일(1)에 형성된 연결 통로(1-1)의 내측 둘레면은 평탄부(1-8)를 형성하도록 압착에 의하여 약간 돌출하므로, 분기 구멍(1-2) 하단부의 내측 둘레 연부(P)에 발생되는 인장 응력은 압축 작용과 압축 잔류 응력에 의하여 또한 감소될 수 있다.
이 경우에, 전술한 각 실시예의 공통 레일은 블록 레일에 형성된 연결 통로의 중심과 연결 구멍부의 분기 구멍의 중심이 서로 일치하도록 구성된다. 그러나, 본 발명이 연결 구멍부의 분기 구멍의 중심이 일본 특허 출원 번호 제9-13141호에 개시된 바와 같이 블록 레일에 형성된 연결 통로의 직경 방향으로 이동하는 공통 레일에 적용될 수 있다는 것은 물론 중용한 일이다.
다음으로, 도 9A는 단단한 볼(12)을 이용하여 분기 구멍(1-2)에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부에 압축 잔류 응력을 발생시키는 방법을 예시한다. 이러한 방법에 있어서, 단단한 볼(12)과 로드 형상의 단단한 볼 수용기(11, receiver)는 블록 레일(1)의 내부에 삽입되고, 상기 단단한 볼 수용기(11)는 단단한 볼(12)의 구면이 분기 구멍(1-2)에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부를 압착하는 방식으로 배치되며, 전방 단부가 쐐기 형상인 펀치(10)는 블록 레일(1)에 형성된 연결 통로의 단부로부터 삽입되어, 전방 단부의 경사진 미끄럼면에 단단한 볼(12)을 장착한다. 이러한 상태에서, 펀치(10)가 압착될 때, 펀치 전방 단부의 쐐기 효과 때문에 분기 구멍 축방향의 힘이 단단한 볼(12)에 가해져서, 단단한 볼(12)은 분기 구멍(1-2)에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부에 압착된다.
그 다음에, 필요한 압력에 도달할 때 까지 펀치(10)를 압착하여, 단단한 볼(12)을 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부에 강하게 압착하고, 그 후에 단단한 볼(12), 단단한 볼 수용기(11) 및 펀치(10)는 블록 레일(1)로부터 제거된다. 이러한 방법의 경우에, 펀치(10)에 의하여 단단한 볼(12)을 압착함으로써 압착력이 분기 구멍(1-2)에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부에 가해지므로, 압축 잔류 응력은 분기 구멍(1-2)의 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부 근처의 부분에서 효과적으로 발생되고 유지될 수 있다.
도 9B는 단단한 볼(12)의 위치에 원뿔형으로 형성된 전방 단부를 가지는 로드형 본체(13, piece-like body)를 이용하여 분기 구멍(1-2)에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부에 압축 잔류 응력을 발생시키는 방법을 예시한다. 이러한 방법에 있어서, 전술한 도 9A의 방법과 같은 작업 순서예 따라서, 로드형 본체(13)와 로드형 본체 수용기(11')는 블록 레일(1)안으로 삽입되며, 로드형 본체의 수용기(11')는 로드형 본체의 원뿔형 표면이 분기 구멍(1-2)에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부와 접촉되는 방식으로 배치되며, 전방 단부가 쐐기 형상인 펀치(10)는 블록 레일에 형성된 연결 통로(1-1)의 다른 단부로부터 삽입되어 전방 단부의 경사진 미끄럼면 위에 로드형 본체(13)를 장착한다. 이러한 상태에서, 펀치(10)가 압착될 때, 전술한 단단한 볼의 경우와 마찬가지로, 펀치(10)의 전방 단부에 의한 쐐기 효과 때문에 로드형 본체(13)에 분기 구멍 방향으로의 힘이 가해져서, 로드형 본체(13)는 분기 구멍(1-2)에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부에 압착된다. 그 다음에, 필요한 압력에 도달할 때 까지 펀치(10)로 압착함으로써, 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부에 로드형 본체(13)를 강하게 압착하고, 그 후에 로드형 본체(13), 로드형 본체 수용기(11') 및 펀치(10)는 블록 레일(1)로부터 제거된다. 이러한 방법에 따라서, 펀치(10)에 의하여 로드형 본체(13)에 가해지는 압착력은 분기 구멍(1-2)에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부에 가해지므로, 압축 잔류 응력은 단단한 볼의 경우와 마찬가지로, 분기 구멍(1-2)에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부 근처의 부분에서 효과적으로 발생되어 유지될 수 있다.
도 9B에 도시된 로드형 본체(13)의 위치에 도 10에 도시된 구조물 형태의 로드형 본체(13')를 이용하는 것이 바람직하다. 도 10에 도시된 로드형 본체(13')는 원형 단면을 가지는 전방 단부(13-1)와, 타원혀 단면의 압착부(13'-2)와, 장방형 단면의 베이스부(13'-3)의 완전한 조합으로 구성된다. 단면이 원형인 전방 단부(13'-1)는 분기 구멍(1-2)의 내경과 거의 정렬되는 원형 단면 형상을 가지며 분기 구멍(1-2)에 안내되어 로드형 본체(13')를 정확하게 위치시킨다. 또한, 단면이 타원형인 압착부(13'-2)는 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부에서 큰 인장 응력이 용이하게 발생하는 분기 구멍(1-2)의 하단부 내측 둘레 연부의 블록 레일(1)의 양측부를 집중적으로 압착하도록 연결 통로(1-1)의 종방향이 긴 타원형 단면을 가진다. 또한, 베이스부(13-3')는 로드형 본체 수용기(11')의 전방 단부에 형성된 장방형 구멍(11'-1)에 맞추도록 로드형 본체(13')의 방향성을 확실히 하기 위해 장방형 단면 형상을 가진다.
도 10에 도시된 방법에 따라 블록 레일의 연결 통로의 개방 단부 근처의 부분에 압축 잔류 응력을 효과적으로 발생시키고 유지하는 작업 순서는 도 9A 또는 도 9B에 도시된 순서와 같은 방식이다.
이와는 달리, 분기관(2)은 분기되는 관 또는 분기 금속 피팅으로 구성되며, 그 안에 블록 레일(1)의 연결 통로(1-1)와 연통하는 흐름 통로를 구비하며, 버클 구조(buckling formation)에 의하여 팽창되며 단부가 원뿔형인 연결 헤드부(2-2)로 이루어진 가압면(2-3)을 가지며, 이러한 연결 구조물은, 도 1에 도시된 분기관 연결 구조의 경우에, 분기관(2)의 연결 헤드부(2-2)로 이루어진 가압면이 블록 레일(1)의 수압면(1-3)과 접촉되어 함께 맞물리게 하고, 분기관에서 미리 조립된 조임 외부 나사 너트(3-1)를 연결 구멍부(1-4)와 맞물리게 함으로써 연결 헤드부(2-2)의 네크 아레에서 압력으로 인해 조여지고 결합되도록 만들어진다.
본 발명에 따른 공통 레일은 분기 구멍의 하단부의 내측 둘레 연부에 발생되는 인장 응력을 압축 잔류 응력으로 효과적으로 상쇄시켜 인장 응력을 효과적으로 제한할 수 있고, 분기관 연결부의 내부 압력 피로 강도를 향상시킬 수 있으므로, 공통 레일은 확실하고 안정한 기능이 크랙의 발생에 기인한 유체 누설을 방지하고 우수한 내구성을 가질 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 공통 레일 제조 방법에 따라서, 압력 작용 공정이 일반 제조 공정에 단지 더해지며 어떠한 복잡한 장치도 필요 없으므로, 공정의 증가에 의하여 장치 비용이 증가하거나 생산성이 감소되는 문제점이 없이 작은 비용으로 품질이 좋은 공통 레일을 효과가 있다.

Claims (18)

  1. 블록 레일의 연결 통로와 연통하며, 외부로 개방된 수압면이 형성되어 있는 분기 구멍에는 내부 종방향으로 연결 통로를 가지는 블록 레일의 둘레 벽부에 축방향으로 형성되는 하나 이상의 연결 구멍부가 갖추어져 있으며, 연결 통로와 연통하는 흐름 통로가 있는 분기 구멍의 단부에 마련된 연결 헤드부로 이루어진 가압면은 수압면과 접촉하여 맞물리며, 분기관에서 미리 조립된 조임 너트와 연결 구멍부는 서로 맞물려서 연결 구멍부의 네크 아래에서 압력으로 인해 조여지고 연결되도록 구성된 공통 레일에 있어서,
    분기 구멍에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 단부 둘레에 압축 잔류 응력이 존재하는 것을 특징으로 하는 공통 레일.
  2. 블록 레일의 연결 통로와 연통하며, 외부로 개방된 수압면이 형성되어 있는 분기 구멍에는 내부 종방향으로 연결 통로를 가지는 블록 레일의 둘레 벽부에 축방향으로 형성되는 하나 이상의 연결 구멍부가 갖추어져 있으며, 연결 통로와 연통하는 흐름 통로가 있는 분기 구멍의 단부에 마련된 연결 헤드부로 이루어진 가압면은 수압면과 접촉하여 맞물리며, 분기관에서 미리 조립된 조임 너트와 연결 구멍부는 서로 맞물려서 연결 구멍부의 네크 아래에서 압력으로 인해 조여지고 연결되도록 구성된 공통 레일 제조 방법에 있어서,
    외부 압착법에 의하여 외부로부터 연결 구멍부의 축방향으로 압착력이 가해져서 분기 구멍에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부의 둘레에서 압축 잔류 응력이 발생하는 것을 특징으로 하는 공통 레일 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 외부 압착 방법에 의하여 외부로부터 연결 구멍부의 축방향으로 압착력이 가해지고, 분기 구멍이 뚫리는 것을 특징으로 하는 공통 레일 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서, 외부 압착 방법에 의하여 외부로부터 연결 구멍부의 축방향으로 압착력이 가해지는 것과 동시에 분기 구멍이 뚫리는 것을 특징으로 하는 공통 레일 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서, 분기 구멍이 뚫리고 외부 압착 방법에 의하여 외부로부터 분기 구멍 근처의 부분에서 블록 레일에 압착력이 가해지는 것을 특징으로 하는 공통 레일 제조 방법.
  6. 블록 레일의 연결 통로와 연통하며, 외부로 개방된 수압면이 형성되어 있는 분기 구멍에는 내부 종방향으로 연결 통로를 가지는 블록 레일의 둘레 벽부에 축방향으로 형성되는 하나 이상의 연결 구멍부가 갖추어져 있으며, 연결 통로와 연통하는 흐름 통로가 있는 분기 구멍의 단부에 마련된 연결 헤드부로 이루어진 가압면은 수압면과 접촉하여 맞물리며, 분기관에서 미리 조립된 조임 너트와 연결 구멍부는 서로 맞물려서 연결 구멍부의 네크 아래에서 압력으로 인해 조여지고 연결되도록 구성된 공통 레일 제조 방법에 있어서,
    내부 압착법에 의하여 상기 분기 구멍 근처의 부분에서 블록 레일의 내측 둘레면에 압착력이 가해져서 분기 구멍에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부의 둘레에서 압축 잔류 응력이 발생하는 것을 특징으로 하는 공통 레일 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 내부 압력은 액상 유체에 의하여 가해지는 것을 특징으로 하는 공통 레일 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 내부 압력은 블록 레일 두께의 25% 이상이 블록 레일 두께의 내측 둘레면으로부터 영향을 받는 압력인 것을 특징으로 하는 공통 레일 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 내부 압력은 블록 레일 두께의 50 내지 75%가 블록 레일 두께의 내측 둘레면으로부터 영향을 받는 압력인 것을 특징으로 하는 공통 레일 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서, 블록 레일의 내측 둘레면에 압착력을 가한 후에 분기 구멍이 뚫리는 것을 특징으로 하는 공통 레일 제조 방법.
  11. 블록 레일의 연결 통로와 연통하며, 외부로 개방된 수압면이 형성되어 있는 분기 구멍에는 내부 종방향으로 연결 통로를 가지는 블록 레일의 둘레 벽부에 축방향으로 형성되는 하나 이상의 연결 구멍부가 갖추어져 있으며, 연결 통로와 연통하는 흐름 통로가 있는 분기 구멍의 단부에 마련된 연결 헤드부로 이루어진 가압면은 수압면과 접촉하여 맞물리며, 분기관에서 미리 조립된 조임 너트와 연결 구멍부는 서로 맞물려서 연결 구멍부의 네크 아래에서 압력으로 인해 조여지고 연결되도록 구성된 공통 레일 제조 방법에 있어서,
    상기 레일의 축방향 코아에 수직인 방향으로 압력을 가하는 관 팽창 방법에 의하여 블록 레일의 내측부로부터 분기 구멍 근처의 부분에서 블록 레일의 내측 둘레면에 압착력이 가해져서 분기 구멍에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부의 둘레에서 압축 잔류 응력이 발생하는 것을 특징으로 하는 공통 레일 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 관 팽창 방법에 의하여 블록 레일의 내측 둘레면에 압착력을 가한 후에 분기 구멍이 뚫리는 것을 특징으로 하는 공통 레일 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 관 팽창 방법은 블록 레일의 연결 통로의 내경보다 약간 큰 직경이 가지는 직경 팽창 장치를 압착하거나 인발함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 공통 레일 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 직경 팽창 장치는 구형체 또는 쉘형 플러그로 구성되는 것을 특징으로 하는 공통 레일 제조 방법.
  15. 블록 레일의 연결 통로와 연통하며, 외부로 개방된 수압면이 형성되어 있는 분기 구멍에는 내부 종방향으로 연결 통로를 가지는 블록 레일의 둘레 벽부에 축방향으로 형성되는 하나 이상의 연결 구멍부가 갖추어져 있으며, 연결 통로와 연통하는 흐름 통로가 있는 분기 구멍의 단부에 마련된 연결 헤드부로 이루어진 가압면은 수압면과 접촉하여 맞물리며, 분기관에서 미리 조립된 조임 너트와 연결 구멍부는 서로 맞물려서 연결 구멍부의 네크 아래에서 압력으로 인해 조여지고 연결되도록 구성된 공통 레일 제조 방법에 있어서,
    직경 방향으로 압력을 가하는 직경 팽창 방법에 의하여 상기 분기 구멍의 내측부로부터 상기 분기 구멍의 내측 둘레면으로 압착력이 가해져서 분기 구멍에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부의 둘레에서 압축 잔류 응력이 발생하는 것을 특징으로 하는 공통 레일 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 직경 팽창 방법은 분기 구멍의 내경보다 약간 큰 직경을 가지는 구형체 또는 플러그를 압착함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 공통 레일 제조 방법.
  17. 블록 레일의 연결 통로와 연통하며, 외부로 개방된 수압면이 형성되어 있는 분기 구멍에는 내부 종방향으로 연결 통로를 가지는 블록 레일의 둘레 벽부에 축방향으로 형성되는 하나 이상의 연결 구멍부가 갖추어져 있으며, 연결 통로와 연통하는 흐름 통로가 있는 분기 구멍의 단부에 마련된 연결 헤드부로 이루어진 가압면은 수압면과 접촉하여 맞물리며, 분기관에서 미리 조립된 조임 너트는 맞물려서 연결 구멍부의 네크 아래에서 압력으로 인해 조여지고 연결되도록 구성된 공통 레일 제조 방법에 있어서,
    구형체 형태이거나 또는 협소한 팁 단부를 가지는 로드형 본체가 상기 분기 구멍 근처에서 블록 레일의 연결 통로의 개방 단부에 압착되어 분기 구멍에 있어서 블록 레일에 형성된 연결 통로의 개방 단부의 둘레에서 압축 잔류 응력이 발생하는 것을 특징으로 하는 공통 레일 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 로드형 본체는 분기 구멍의 내경과 거의 동일한 원형 단면 형상을 가지는 전방 단부와, 타원형 단면 형상을 가지는 압착부와, 장방형 단면을 가지는 베이스부와, 상기 베이스부를 상기 로드형 본체를 압착하기 위한 한쌍의 부재에 합치시키기 위한 팽창 구멍으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공통 레일 제조 방법.
KR1019980029079A 1998-03-02 1998-07-20 공통 레일과 그 제조 방법 KR19990076478A (ko)

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