KR20040022934A

KR20040022934A - 히트파이프 제조방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR20040022934A
Application number: KR1020020054532A
Authority: KR
Inventors: 김상철
Original assignee: 김상철
Priority date: 2002-09-10
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2004-03-18
Also published as: KR100509836B1

Abstract

본 발명은 히트파이프 제조방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 종래에는 히트파이프를 제조할 때 파이프의 일단에 마개를 끼우고 용접한다음, 다른 일단에는 주입구를 갖는 또다른 마개를 끼워 용접한 상태에서 주입구를 통해 작동유체를 주입시킨 후 밀봉나사로 체결 및 용접하여 밀봉 완성하였다.

그러나 이러한 제조방법은 마개를 용접처리하는 과정에서 자재에 산화작용이 발생하고, 용접시 용접열에 의한 팽창과 수축현상이 발생하는 과정에서 재질의 물성이 변형됨과 아울러 육안으로 식별할 수 없는 미세한 균열현상 등으로 인해 히트파이프의 수명에 손상을 초래하게 될뿐만 아니라 파이프 내부에 주입된 작동유체가 균열을 통해 서서히 손실되는 현상이 있었다.

따라서 본 발명은 히트파이프를 제조할 때 파이프의 양단을 잘록한 형상으로 조르듯 눌러 좁히고 이를 절단한 다음 그 단부를 초고속 마찰 용접장치에 의한 마찰열로서 융착 밀봉시킴으로써 히트파이프 제조시 용접에 의한 물성 변화 및 미세 균열의 발생을 최소화하는 등 히트파이프의 손상을 방지하여 히트파이프의 수명을 연장시킴과 동시에 제품의 불량율을 최소화 하고, 또 마개와 같은 부품의 생략으로 코스트를 다운 및 제조시간을 단축시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

히트파이프 제조방법 및 그 장치{Hit pipe manufacture method and the device}

본 발명은 히트파이프를 제조할 때 파이프의 양단을 잘록한 형상으로 조르듯 눌러 좁히고 절단한 다음 그 단부를 초고속 마찰 용접장치에 의한 마찰열로서 융착 밀봉시킴으로써 히트파이프 제조시 용접에 의한 자재의 산화작용, 물성 변화 및 미세 균열의 발생을 최소화하는 등 히트파이프의 손상을 방지하여 히트파이프의 수명을 연장시킴과 동시에 제품의 불량율을 최소화 하고, 또 마개와 같은 부품의 생략으로 코스트를 다운 및 제조시간을 단축시킬 수 있도록 한 히트파이프 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다.

종래의 히트파이프는 제조시 파이프 일단에 마개를 끼우고 용접한 다음 다른 일단에 유체 주입구를 갖는 또다른 마개를 끼워 용접하고, 주입구를 통해 내부로 작동유체를 주입시킨 다음 진공상태에서 밀봉나사를 체결하고 또다시 용접하여 밀봉 완성한다.

그러나 종래의 방법에 의해 제조되는 히트파이프는 마개를 용접처리하는 과정에서 산화작용에 의한 파이프 수명에 손상을 가하게 됨은 물론이고, 용접시 용접열에 의한 팽창과 수축현상이 발생하는 과정에서 재질의 물성이 변형됨과 아울러 육안으로 식별할 수 없는 미세한 균열현상의 발생 그로안한 주입된 작동유체가 균열을 통해 서서히 손실됨에 따라 히트파이프의 수명에 손상을 초래하게 되는 단점이 있었다. 결국 이러한 현상들에 의한 제품의 제품수명저하 불량율증가 및 비용상승 등에 의해 소비자들로부터의 신뢰성을 잃게 되는 단점이 있다.

본 발명은 종래의 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로, 그 목적은, 파이프의 양단을 잘록한 형상으로 조르듯 눌러 좁히고 절단한 다음 그 단부를 초고속 마찰 용접장치에 의한 마찰열로서 융착 밀봉시킴으로써 히트파이프 제조시 용접에 의한 물성 변화 및 미세 균열의 발생을 최소화하는 등 히트파이프의 손상을 방지하여 히트파이프의 수명을 연장시키고, 제품의 불량율을 최소화 하도록 한 히트파이프 제조방법 및 그 장치을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

히트파이프를 제조함에 있어서,

파이프를 성형장치내로 일정길이 세팅시켜 성형롤러로 회전시키면서 졸라 잘록하게 성형하는 제1공정과;

상기 제1공정에 의해 성형된 파이프의 잘록한 부분을 절단하는 제2공정과;

상기 제1공정과 제2공정에 의해 양측에 잘록한 단부를 갖도록 성형된 파이프의 일단을 용접하는 3공정과;

상기 제3공정의 파이프 다른 일단으로 파이프 내에 작동유체를 충진시키는 제4공정과;

상기 제4공정의 작동유체를 충진시킨 파이프 개구부를 초고속 마찰 용접장치를 이용하여 고열의 마찰열로서 융착시켜 밀봉 완성하는 제5공정으로 구성하여 달성된다.

또한 마찰열에 의해 융착밀봉시키는 제5공정 이전에 고주파 발생장치로 고주파를 발생시켜 잘록한 파이프의 단부를 가열하는 공정을 더 부가시킬 수 있다.

또한 상술한 공정의 파이프 성형장치는,

내부로 파이프가 이동가능하록 구성된 몸체와,

상기 몸체의 양측에 대향되게 설치되고, 유압실린더에 의해 세팅된 파이프를 향하여 출몰가능함과 동시에 회전수단에 의해 회전가능하도록 설치된 성형롤러들과,

상기 몸체의 일측에 파이프가 일정한 위치에서 회전 가능하도록 지지하는 지지롤러와,

상기 지지롤러와 대응되는 위치의 몸체에 설치되어 잘록하게 성형된 파이프를 향하여 출몰되는 실린더 및 그 단부에 파이프를 절단하는 절단날을 갖는 절단장치로 구성된다.

또한, 상기 초고속 마찰 용접장치는 내부에 진공실을 갖고, 일측에 진공실을 진공시키는 진공펌프와 하부에는 파이프가 삽입되도록 파이프 안내구 및 파이프 삽입구를 구비한 몸체와,

하단에 특수 금속봉을 갖고 상기 몸체의 상부에 설치되어 승하강 및 회전하면서 수직이동 및 초고속 회전을 가능한 마찰용접 구동장치와,

상기 몸체의 하부에는 진공실로 삽입된 파이프의 타측단부를 융착용 금속봉쪽으로 밀어올리는 밀착실린더 및;

상기 밀착실린더를 몸체에 지지하는 지지대로 구성한다.

한편, 지지대는 밀착실린더를 통해 파이프의 상단을 융착용 금속봉에 밀착시키지 못할 상황을 대비하여 그리고 파이프길이가 다양한 제품을 생산하기 위하여 별도의 보조위치조절장치를 갖는다.

도 1은 본 발명의 히트파이프 성형장치의 구성도.

도 2는 본 발명의 히트파이프의 성형 공정도.

도 3은 본 발명의 히트파이프 밀봉장치의 구조도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

1 - 파이프 성형장치 10 - 본체

11a,11b - 성형롤러 13 - 파이프 절단기

15 - 절단날 16 - 지지롤러

17 - 회전유압장치 2 - 초고속 마찰 용접장치

20 - 용접기 몸체 21 - 진공실

22 - 진공펌프 23 - 삽입구

24 - 마찰용접 구동장치 25 - 초고속 마찰 회전기

26 - 회전축부 27 - 특수 금속봉

28 - 밀착실린더 29 - 파이프 받침대

35 - 초고속 회전용 고압에어탱크 36 - 상하작동 유압장치

40 - 고주파 발생장치 P - 파이프

G - 파이프 안내구

이하, 본 발명의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 히트파이프 성형장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 히트파이프의 성형 공정도이며, 도 3은 본 발명의 히트파이프 밀봉장치의 구조도이다.

본 발명의 히트파이프를 제조함에 있어서는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 파이프 성형장치(1)와 초고속 마찰 용접장치(2)를 통해 이루어진다.

이러한 장치들을 통해 제조되는 히트파이프의 제조는 먼저, 파이프(P)를 성형한 후에 진공상태에서 밀봉시키게 되는데, 이를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1공정으로는 파이프 성형장치(1)내로 설정 길이만큼의 파이프(P)를 세팅시킨 후 성형롤러(11a,11b)를 작동시켜 도 2의 ①,②와 같이 중심방향으로 가압하면서 회전시켜 파이프(P)의 구경(약 2mm)이 최소화되도록 졸라 잘록하게 만든다.

제2공정으로 제1공정에 의해 성형된 파이프(P)의 잘록한 부분을 도 2의 ③과 같이 파이프 절단기(13)로 절단한다.

절단된 파이프(P)는 양단이 잘록한 형상을 갖게 되는데, 제3공정으로 잘록한파이프(P)의 일단을 용접한다. 이때 용접은 다양한 방법으로 용접할 수 있으나 본 발명의 초고속 마찰 용접장치(2)를 통해 밀봉시킬 수도 있다.

제4공정으로서 일측단이 밀봉된 파이프(P)는 용접되지 않은 다른 일단을 도면에 도시되지 않은 공지의 작동유체 주입장치에 삽입시키고 진공상태에서 파이프(P) 내에 작동유체를 충진시킨다.

그리고 이어서 제5공정의 초고속 마찰 용접작업을 실시한다.

초고속 마찰 용접작업의 제5공정은 작동유체를 충진시킨 파이프(P)를 초고속 마찰 용접장치(2)에 세팅시키고 진공펌프(22)를 이용하여 진공실(21)을 진공시킨 후 초고속 마찰 용접장치(2)를 작동시켜 고열의 마찰열로서 융착시켜 완성한다. 이때 마찰열에 의해 융착 밀봉시키는 제5공정 이전에 고주파 발생장치(40)로 고주파를 대략 2초간 작동시켜 잘록한 파이프(P)의 단부를 순간적으로 가열하는 공정을 부가할 수 있는데, 이와 같은 작업이 부가되면 초고속 마찰 용접장치(2)의 작동시 융착에 알맞는 마찰온도를 제공하는 시간을 줄일 수 있고 이는 결국 융착시간을 줄일 수 있게 되어 초고속 마찰 용접장치(2)에 의한 밀봉효과를 배가시킬 수 있다.

한편 상술한 본 발명의 파이프 제조공정이 가능하도록 하는 파이프 성형장치(1)와 초고속 마찰 용접장치(2)는 다음과 같은 구조로 되어 있다.

먼저, 파이프 성형장치(1)는 본체(10)의 양측에는 성형롤러(11a,11b)가 설치되어 있고, 하부에는 지지롤러(16)가 설치되어 있으며, 상부에는 파이프 절단기(13)가 설치되어 있다.

상기 성형롤러(11a,11b)는 내부의 파이프(P)를 향하여 일정한 속도로 출몰가능 가능하도록 설치된 가동축(12a)(12b)에 설치되는데, 이 가동축(12a,12b)의 단부에 설치된 성형롤러(11a,11b)는 별도의 회전유압장치(17)에 의해 자체적으로 파이프(P)를 회전시킬 수 있도록 되어 있다. 이때 성형롤러(11a,11b)는 도면에 도시되지는 않았지만 체인이나 에어를 이용하여 회전시킬 수도 있다.

파이프 절단기(13)는 유압실린더(14)에 의해 작동되며, 그 로드의 끝단에 절단날(15)이 설치되어 작동시 잘록하게 성형된 파이프(P) 단부를 향하여 출몰작동하도록 되어 있다.

그리고 지지롤러(16)는 성형롤러(11a,11b)의 사이에는 회전되는 파이프(P)가 그 위치를 벗어나지 않도록 유지시키고, 또 파이프(P)의 하중을 지지하는 기능 및 파이프 절단기(13)의 작동시 파이프(P)를 받쳐주는 기능을 겸하여 수행한다.

상기 파이프 성형장치(1)로 만들어진 양단이 잘록한 형상으로 절단된 파이프(P)를 마찰열로 밀봉시키는 초고속 마찰 용접장치(2)는, 몸체(20)의 내부에 진공실(21)을 갖고 일측에 진공실(21)을 진공시키는 진공펌프(22)를 갖고 하부에는 파이프(P)가 기밀하게 삽입되는 파이프 삽입구(23) 및 파이프(P)를 진공실(21)내로 안내하는 파이프 안내구(G)를 구비한다. 이때 삽입구(23)에는 실링용 고무재 패킹이 여러층으로 적층 구성되고 파이프 안내구(G)는 그 하부에 결합된다. 그리고 상부 즉, 파이프 삽입구(23)와 대응되는 몸체(20)의 상부에는 파이프의 잘록한 단부를 용접하는 마찰용접 구동장치(24)가 설치되고, 그와 대응되는 몸체(20)의 하부에는 진공실(21)로 삽입된 파이프(P)의 타측단부를 상기 융착용 금속봉(27)쪽으로 밀어올리는 밀착실린더(28)가 설치된다. 이 밀착실린더(28)는 몸체(20)에 지지되는지지대(32)에 설치되며, 그 작동범위를 확장하기 위해 이단으로 신장되는 이중작동 실린더가 장치되는 것이 바람직하다.

마찰용접 구동장치(24)는 몸체(20)의 상부에서 진공실(21) 내의 파이프 단부를 향하여 상하 직선왕복운동 및 고속회전이 가능하면서 하단부에 마찰 융착용 금속봉(27)이 장착된 회전축부(26)와, 회전축부의 상단에 설치되어 용접시 회전축부(26)를 고속회전시키는 초고속 마찰 회전기(25)가 설치된다. 이때 초고속 마찰회전기(25)는 초고속 회전용 고압 에어탱크에 의해 초고속으로 회전한다.

또한 초고속 마찰 회전기(25)의 상부에는 회전축부(26)를 파이프(P)의 단부쪽으로 직선 왕복운동시키는 유압실린더(36)가 설치된다. 이때에도 회전축부의 출몰시에 진공실의 진공상태 유지를 위해 회전축부(26)가 출입하는 몸체(20)내에는 다수개의 패킹이 적층 설치된다.

이와 더불어 진공실(21)의 일측에는 초고속 마찰 용접장치(2)의 기능을 보조하는 고주파 발생장치(40)가 설치된다.

또한, 상기 지지대(32)는 몸체(20)로부터 밀봉될 파이프(P)의 길이방향으로 위치이동이 가능하도록 되어 있다. 즉, 밀착실린더(28)의 신장폭이 파이프(P)의 단부를 마찰 융착용 금속봉(27)의 이동 범위 내에 위치시키지 못하는 작동한계를 보상하기 위해 보조위치조절장치(30)를 구비한다.

이 보조위치조절장치(30)는 몸체(20)의 측면에 파이프(P) 삽입방향으로 형성된 가이드(31)를 형성하여 지지대(32)가 안내되도록 함과 아울러 지지대(32)에 핀구멍(33)을 일정한 간격으로 다수개 형성하고, 가이드(31)에는 핀구멍(33)에 삽탈되는 고정핀(34)을 설치하여 가이드(31)에 지지대(32)의 이동량을 수동으로 조절할 수 있도록 되어 있다.

이러한 구조로되어 있는 본 발명의 작동상태를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 히트파이프의 모재가 되는 파이프를 파이프 성형장치(1)에 위치시키면 양측의 유압실린더가 작동하여 그 단부의 성형롤러(11a,11b)가 도 2의 ①,②히트파이프의 양측면에 밀착됨과 동시에 지속적으로 압력을 가하면서 회전하게 된다. 이 때문에 파이프(P)는 회전하게 되고 지속적으로 가해지는 압력에 의해 파이프(P)는 도 2의 ②와 같이 잘록한 형상으로 변형되어 결국 내경이 최소화되게 된다. 이와 같이되면 성형롤러(11a,11b)는 후퇴하게 되고 이어서 파이프 절단기(13)가 작동하여 로드의 단부에 설치된 절단날(15)이 도 2의 ③과 같이 파이프(P)의 잘록한 부분을 절단한다.

이러한 절단작업이 연속적으로 이어지게 되면 결국 양단이 잘록한 파이프(P)들을 얻게 된다.

한편, 파이프(P)의 잘록한 일단을 납땜이나 용접 또는 본 발명의 초고속 마찰 용접장치(2)를 통해 용접한 다음, 다른 일단은 작동유체 주입장치에 삽입시켜 작동유체를 충진시킨다.

또한 작동유체가 충진된 파이프(P)를 다시 초고속 마찰 용접장치(2)에 세팅시킨 후 하부의 밀착실린더(28)를 이용하여 피용접 단부가 마찰용접 구동장치(24)의 회전축부(26) 유동범위에 위치하도록 조절한다. 만일 밀착실린더(28)의 기능으로는 그 위치를 조절하는데 한계가 있을 때에는 보조위치조절장치(30)를 통해 지지대(32)를 이동시킨다. 즉, 지지대(32)를 가이드(31)로부터 충분히 승하강시켜 적당한 위치를 선정한 후 고정핀(34)을 지지대(32)의 핀구멍(33)에 꽂아 고정시키고 이이서 밀착실린더(28)를 작동시켜 적당한 파이프(P)의 위치를 찾아 세팅한다.

그리고는 마찰용접 구동장치(24)를 작동시키면 유압기의 작동에 의해 회전축부(26)를 피용접부인 파이프(P) 개구단부를 향하여 하강킨다. (그 이동거리는 대략5㎜정도이다.)

회전축부(26)의 융착용 금속봉(27)이 파이프(P)의 개구단부에 가까워지거나 밀착되면 진공실(21) 측면의 고주파 발생장치(40)를 대략 2초간 작동시켜 고주파를 통해 파이프(P)의 개구단부를 순간적으로 가열시킨다. 이와 동시에 초고속 회전용 고압 에어탱크(35)의 에어를 이용하여 초고속 회전기(25)를 작동시켜 회전축부(26)를 초고속 회전시킨다. 이 작동에 의해 파이프(P) 개구단부는 고온의 마찰열이 발생 되고, 그 마찰열로써 파이프(P)의 개구단부를 용융시켜 결국 융착 밀봉된다.

이때 고주파 발생장치(40)로 고주파를 대략 2초간 작동시는 공정은 마찰 용접장치의 융착시간을 단축시킴과 동시에 그 융착밀봉 효과를 배가시키기 위한 것이므로 경우에 따라서는 생략할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 히트파이프의 모재가 될 파이프의 양단을 성형롤러로 잘록한 형상으로 성형하여 내경을 최소화시킨 다음 초고속 마찰 회전장치를 통해 밀봉시키도록 함에 따라 첫째 융착 밀봉효과가 뛰어나 작동유체의 손실을 제로에 가깝게 줄일 수 있고, 둘째 마찰열에 의해 융착시킴은 물론이고 그융착 면적이 잘록한 단부로 최소화 되기 때문에 종래와 같이 용접에 의한 미세균열이 발생되는 현상이 방지 및 열에 의한 산화방지와 물성변화를 최소화할 수 있으므로 결국 히트파이프의 수명을 연장시킬 수 있음은 물론이고 제품의 불량을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한 종래의 용접에 사용되던 마개가 생략되므로 자재비용을 절감 및 제조시간을 절약할 수 있고, 또 이러한 작업공정들이 자동으로 이루어짐에 따라 히트파이프 제조시간을 줄일 수 있어 결국 고가의 히트파이프 제품가격을 낮출수 있는 효과가 있다.

Claims

히트파이프를 제조함에 있어서,

파이프(P)를 성형장치내로 일정길이 세팅시키고 성형롤러(11a,11b)를 파이프(P)의 둘레에 압력을 가하면서 회전시켜 구경이 최소화되도록 파이프(P)를 잘록하게 성형하는 제1공정과;

상기 제1공정에 의해 성형된 파이프(P)의 잘록한 부분을 절단하는 제2공정과;

상기 제1공정과 제2공정에 의해 양측에 잘록한 단부를 갖도록 성형된 파이프(P)의 일단을 용접하는 제3공정과;

상기 제3공정의 파이프(P) 다른 일단으로 파이프 내에 작동유체를 충진시키는 제4공정과;

상기 제4공정의 작동유체 충진시킨 파이프(P) 개구부를 진공상태에서 초고속 마찰 용접장치(2)를 이용하여 고열의 마찰열로서 융착시켜 밀봉 완성하는 제5공정; 으로 구성된 것을 특징으로 하는 히트파이프 제조방법 및 그 장치.
제 1 항에 있어서, 마찰열로 융착 밀봉시키는 상기 제5공정 이전에 고주파 발생장치(40)로 고주파를 발생시켜 잘록한 파이프(P)의 단부를 높은 온도로 가열하는 공정이 더 부가된 것을 특징으로 하는 히트파이프 제조방법 및 그 장치.
제 1 항의 파이프 성형장치(1)는,

상기 본체(10)의 양측에 설치되어 파이프(P)를 향하여 출몰하면서 회전구동이 가능하도록 설치된 성형롤러(11a,11b)와,

상기 본체(10)의 일측에 파이프(P)가 정위치에서 회전 가능하도록 지지하는 지지롤러(16)와,

상기 지지롤러(16)와 대응되는 위치의 본체(10)에 잘록하게 성형된 파이프(P)를 향하여 출몰되고 단부에 파이프(P) 절단용 절단날(15)을 갖는 파이프 절단기(13)로 구성됨을 특징으로 하는 히트파이프 제조방법 및 그 장치.
제 1 항의 초고속 마찰 용접장치(2)는

내부에 진공실(21)을 갖고 일측에 진공실(21)을 진공시키는 진공펌프(22)를 갖고 하부에는 파이프(P)가 삽입되도록 파이프 삽입구(23)를 구비한 몸체(20)와,

파이프 삽입구(23)와 대응되는 몸체(20)의 상부에는 삽입되는 파이프(P)의 잘록한 단부를 향하여 출몰 및 회전가능한 회전축부(26)와;

파이프 삽입구(23)와 대응되는 몸체(20)의 상부에 설치되면서 하단부에 특수금속봉을 결합하여 파이프의 잘록한 단부를 용접하는 마찰용접 구동장치(24)와;

상기 몸체(20)의 하부에는 진공실(21)로 삽입된 파이프(P)의 타측단부를 융착용 금속봉(27)쪽으로 밀어올리는 밀착실린더(28) 및;

상기 밀착실린더(28)를 몸체(20)에 지지하는 지지대(32)로 구성된 것을 특징으로 하는 히트파이프 제조방법 및 그 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 마찰용접 구동장치(24)는,

몸체(20)의 상부에서 진공실 내의 파이프 단부를 향하여 상하 직선왕복운동 및 고속회전이 가능하게 설치되고, 하단부에 마찰 융착용 금속봉(27)이 장착된 회전축부(26)와;

상기 회전축부(26)의 외측 단부에 설치되어 회전축부(26)를 초고속으로 회전시키는 초고속 마찰 회전기(25) 및;

상기 회전축부(26)를 파이프(P)의 단부로 출몰시키는 유압실린더(36)로 구성된 것을 특징으로 하는 히트파이프 제조방법 및 그 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 지지대(32)는 몸체(20)의 측면에 파이프(P) 삽입방향과 평행한 가이드(31)를 갖고, 상기 가이드(31)의 일측에 위치조절용 고정핀(34)을 갖고, 상기 지지대(32)에는 고정핀(34)과 대응되어 삽탈되는 핀구멍(33)을 일정한 간격으로 다수개 형성한 보조위치조절장치(30)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 히트파이프 제조방법 및 그 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 진공실(21) 내부에 파이프(P)의 잘록한 단부를 고주파 가열시키는 고주파 발생장치(40)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 히트파이프 제조방법 및 그 장치.