KR20050020312A - 블로우 성형된 균일한 두께의 불소수지 벨로우즈, 그의제조 장치 및 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 균일한 주름부의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 블로우 성형된 불소수지 벨로우즈, 그의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것으로서, 코어 금형을 분할형으로 설계하고, 각 코어 금형 사이에 탄성 수단을 삽입하여, 각 코어 금형사이에 일정한 간격을 유지시킨 상태에서 불소수지 튜브를 금형장치와 조립하여, 금형장치를 압축하면서 튜브 내부로 공기압을 가하여 블로우 성형하는 것을 특징으로 한다. 이에 따르면, 주름부의 두께가 균일한 벨로우즈를 생산할 수 있어 제품의 내구성을 향상시키는 효과를 갖게 된다.
Description
본 발명은 블로우 성형된 불소수지 벨로우즈, 그의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주름부의 두께가 균일한 것을 특징으로 하는 불소수지 벨로우즈, 분할형 코어 금형과 탄성 수단 등으로 이루어진 불소수지 벨로우즈용 금형 장치 및 이를 이용하여 불소수지 벨로우즈를 제작하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 벨로우즈는 단면이 원형이고 길이 방향으로 다수의 주름부가 형성된 구조를 가지는 기계 부품으로서, 파이프 라인, 압력 용기 등에서 열팽창 및 수축으로 인하여 발생하는 변형량을 조절하기 위한 연결관이다. 이 벨로우스는 각종 산업용 펌프 또는 엔진 등에서 발생되는 소음과 진동이나 열팽창 등에 의한 변형량을 흡수 및 차단하는데 매유 유용하게 사용되고 있다. 이러한 벨로우즈는 인청동, 스테인레스강 등의 재료를 냉간 다이스 압연가공을 하거나, 합성수지 재료를 블로우 성형하여 제조되고 있다. 화학용으로는 내약품성이 뛰어난 불소수지를 많이 사용하고 있다.
불소수지 벨로우즈를 성형하기 위한 종래의 블로우 성형 방법은, (가) 불소수지로 제조된 튜브의 양단을 플레어링하고 금형장치를 조립하는 단계; (나) 조립된 상기 튜브와 금형장치를 가열하는 단계; (다) 프레스로 금형장치의 양단에 압력을 가한 후 상기 튜브 내부로 압축공기를 넣어 가압하는 단계; 및 (라) 냉각 취출단계를 포함하고 있다. .
도 1a에는 종래 방법에 따라 제조된 불소수지 벨로우즈의 일부를 단면처리한 도면이다. 도 1a에 도시한 것과 같이, 종래의 제조방법에 의해서 제조된 불소수지 벨로우즈는 주름부의 외측단으로 갈수록 주벽의 두께가 얇아지는 단점이 존재한다. 이는 압력에 의해서 팽창된 벨로우즈 주름부의 길이보다 팽창되는 불소수지 튜브의 길이가 더 짧기 때문이다. 이러한 불소수지 벨로우즈의 주름부의 두께 불균일으로 인하여, 종래의 제품은 고압의 유체가 이동할 경우 두께가 얇은 주름부의 부위가 압력에 의해 파손되기 쉬우며, 제품의 교체주기를 예상하는 데에도 어려움이 있다.
도 2에 도 1에 도시된 불소수지 벨로우즈의 성형 공정에 사용되는 종래의 금형 장치가 도시되어 있다. 종래의 4분할 금형 장치는 상부 다이(11), 공기주입부(14a)를 가지는 하부 다이(14) 및 서로 대칭이며 결합 가능한 2개의 코어 금형(13)을 포함한다. 그러나, 상기 종래의 금형 장치는 한 셋트의 코어 금형을 가지고 단일 종류(규격)의 제품만을 성형할 수 있는 문제점이 존재한다. 예를 들어, 5개 세트의 코어 금형을 갖는 금형 장치로는 5산의 벨로우즈 제품(5개소의 주름부가 형성된 벨로우즈 제품)만을 성형할 수 있었다.
따라서, 다른 종류의 벨로우즈 제품을 제조하기 위해서는 그에 맞는 금형 장치를 별도로 제조하고 사용하여야 하기 때문에 금형의 제작비가 상승하며, 다른 제품을 생산할 경우 금형 전체를 교체하여야 하는 불편이 있어 생산 시간이 늘어나는 문제점이 존재한다.
결과적으로, 불소수지 벨로우즈의 종래의 블로우 성형 기술은 금형 장치에 대한 비용이 과다하게 소모되고 제품의 주름부의 두께가 불균일하여 제품의 사용주기가 단축되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 결점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 원통형의 하우징, 상부 다이, 하부 다이, 상부 및 하부 코어 금형, 다수의 중간 코어 금형 및 상기 코어 금형들 사이에 위치하는 다수의 탄성 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 주름부의 두께가 균일한 불소수지 벨로우즈의 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기의 제조 장치를 사용하여 상기 불소수지 벨로우즈의 블로우 성형 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 제조장치 및 방법에 따른 주름부가 균일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 블로우 성형된 불소수지의 벨로우즈를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본원 발명에 따른 벨로우즈를 블로우 성형하는 금형장치는 원통형의 하우징; 상기 하우징 내부 상단에 위치하는 상부 다이; 상기 하우징 내부 하단에 위치하며, 공기 주입구가 형성되어 있는 하부 다이; 상기 하부 다이 및 상부 다이 내면과 각각 접촉된 상태로 상기 하우징 내에 수용된 상부 및 하부 코어 금형; 상기 상부 코어 금형 및 하부 코어 금형 사이에 위치하며, 상단부와 하단부의 직경이 중앙부의 직경보다 크게 이루어진 다수의 중간 코어 금형; 및 상기 상부 코어 금형 및 중간 코어 금형 사이, 중간 코어 금형과 중간 코어 금형 사이 및 상기 중간 코어 금형과 하부 코어 금형 사이에 위치하는 다수의 탄성 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기의 금형장치에 있어서, 상부 다이 및 하부 다이에는 다수의 관통공이 형성되어 있으며, 이들과 접촉하는 상부 및 하부 코어 금형 표면부에는 다수의 탭이 형성되어 있어 볼트를 상기 관통공에 관통시킨 후, 상기 탭 내에 수용시킴으로서 상기 상부 다이와 상부 코어 금형 그리고 상기 하부 다이와 하부 코어 금형은 일체화되는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 금형장치에 있어서, 상부 다이 및 하부 다이에는 불소수지 튜브의 플레어링된 부위와 접촉하는 표면부에 불소수지 튜브의 플레어링된 부위를 수용하기 위한 홈이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 금형장치에 있어서, 상기 상부 및 하부 코어 금형 및 다수의 중간 코어 금형에는 인접하는 타 코어 금형과 접촉하는 접촉면에 상기 각 탄성 수단의 일단을 수용하기 위한 다수의 홈이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 금형장치에 있어서, 상기 상부 및 하부 코어 금형 및 다수의 중간 코어 금형은 성형된 벨로우즈를 취출하기 위하여 결합 가능한 2개의 대칭 부재로 이루어진 것이 바람직하다.
한편, 본원 발명에 따른 불소수지 벨로우즈 블로우 성형 방법은,
(가) 일단이 플레어링된 불소수지의 튜브를 금형 장치에 장착하고, 또 다른 단부를 플레어링 하는 단계;
(나) 금형 장치를 가열시키는 단계;
(다) 하부 다이의 공기주입구를 통하여 튜브(31) 내에 저압의 압축 공기를 주입한 후 금형 장치의 일단을 가압하여 금형장치를 압축하는 단계;
(라) 금형장치가 압축된 상태에서 튜브(31) 내에 고압의 압축 공기를 주입하여 튜브(31)를 금형 표면으로 팽창시키는 단계; 및
(마) 금형 장치를 냉각한 후 금형 장치를 해체하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기의 제조방법에 있어서, 상기 금형장치는 원통형의 하우징; 상기 하우징 내부 상단에 위치하는 상부 다이; 상기 하우징 내부 하단에 위치하며, 공기 주입구가 형성되어 있는 하부 다이; 상기 하부 다이 및 상부 다이 내면과 각각 접촉된 상태로 상기 하우징 내에 수용된 상부 및 하부 코어 금형; 상기 상부 코어 금형 및 하부 코어 금형 사이에 위치하며, 상단부와 하단부의 직경이 중앙부의 직경보다 크게 이루어진 다수의 중간 코어 금형; 및 상기 상부 코어 금형 및 코어 금형 사이, 중간 코어 금형과 중간 코어 금형 사이 및 상기 중간 코어 금형과 하부 코어 금형 사이에 위치하는 다수의 탄성 수단을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 제조방법에 있어서, 상기 (가)단계는 불소수지의 튜브의 일단을 플레어링하는 단계; 일단이 플레어링된 튜브와 금형 장치의 상부 다이 및 다수의 중간 코어 금형들을 순차적으로 조립한 후, 상기 코어 금형 사이에 지지 수단 및 탄성 수단을 위치시키는 단계; 각 금형 내부 공간에 일단이 플레어링된 튜브를 수용시킨 상태에서 하부 다이를 결합 시킨 후, 가압하여 튜브의 타단을 플레어링시키는 단계; 상기 튜브 내로 1 내지 8 kg/㎠의 압축 공기를 주입한 후, 상기 지지 수단을 제거하는 단계; 및 상기 각 금형을 하우징 내에 수용한 후, 튜브 내의 압력을 대기압으로 감압하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 제조방법에 있어서, 상기 (나) 단계에서 가열온도는 320 내지 385℃이고 가열시간은 80 내지 140분이며, 상기 (다) 단계에서 금형 가압력은 40 내지 60 kg/㎠이고, 공기압은 0.2 내지 3 kg/㎠이며, 상기 (라) 단계에서의 압축 공기의 압력은 10 내지 20 kg/㎠인 것이 바람직하다.
다른 한편, 본원 발명에 따른 벨로우즈는 불소수지로 이루어져 있으며 주름부가 균일한 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 불소수지는 PFA(Perfluoroalkoxy), FEP(Fluorinated Ethylene Propylene) 및 ETFE(Ethlyene-Tetrafluoroethylene)로 이루어진 군 중에서 선택된 하나로 이루어진 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 블로우 성형된 불소수지 벨로우즈, 그의 제조 장치 및 제조 방법을 상세히 설명한다.
도 1b는 본 발명의 블로우 성형된 불소수지 벨로우즈의 일부를 단면처리한 도면이다. 도 1b에 도시한 바와 같이, 본원 발명에 따른 블로우 성형된 불소수지 벨로우즈의 일예는, 도 1a에 도시한 종래의 블로우 성형된 불소수지 벨로우즈와 달리, 주름부의 두께가 전체적으로 균일하다. 주름부의 구체적인 형상은 본원 발명의 코어 금형의 형상을 변화시킴에 따라 임의적으로 변화시킬 수 있으며, 주름부의 형상을 변화시키더라도 상기 코어 금형들 사이의 간격을 조절함으로서 주름부의 두께를 균일하게 유지시킬 수 있다.
표 1에 1.8㎜의 불소수지 튜브를 종래의 성형 방법에 따라 제조한 벨로우즈(시편 1)와 본 발명의 일실시예에 따라 성형된 벨로우즈(시편 2)의 주름부의 각 위치에서 두께를 측정한 결과를 나타내었다. 도 1a 및 1b에 도시한 바와 같이, 주름부 A와 C는 각각 주름의 산과 골을 나타내며 C에서 A부분으로 갈수록 튜브의 팽창이 많이 발생한다. 상기 주름부의 두께는 측정하고자 하는 부위를 절단하여 당업계에서 공지된 통상의 방법, 보다 상세하게는 thickness meter등과 같은 두께측정 장치로 측정할 수 있다.
표 1. 블로우 성형된 불소수지 벨로우즈의 두께 측정 비교(단위 ㎜)
| A | B | C | |
| 시편 1 | 0.3 | 1.1 | 1.6 |
| 시편 2 | 1.1 | 1.7 | 1.5 |
한편, 상기 불소수지는 PFA, FEP 및 ETFE 등 당업계에서 공지되어 상업적으로 이용가능한 불소수지 중에서 선택하여 성형할 수 있으며, 바람직하게는 상기 불소수지들 중 낮은 용융지수(Melt Index)를 가지고 있어 블로우 성형에 적합한 불소수지를 선택하여 성형할 수 있다.
도 3은 불소수지 벨로우즈의 블로우 성형을 위한 본원 발명의 일실시예에 따른 금형 장치의 개략적인 단면도로서, 도 3에 도시한 바와 같이, 본원 발명의 일실시예 따른 금형 장치는 하부 다이(24), 하부 코어 금형(23), 다수의 중간 코어 금형(23), 상부 코어 금형(23) 및 상부 다이(21)가 적층된 구조를 가지며, 상기 각 부재는 하우징(25) 내에 수용된 상태이다.
상부 및 하부 코어 금형(22)과 다수의 중간 코어 금형(23)은 분할형이며, 각 코어 금형 사이에는 다수의 탄성 수단들(26)이 위치하고 있어 각 코어 금형들은 일정한 간격을 유지하고 있다. 따라서 고압의 공기에 의해 코어 금형의 형상으로 팽창되는 튜브의 길이를 충분히 확보할 수 있기 때문에 주름부의 두께를 균일하게 유지시킬 수 있다. 상기의 각 코어 금형 사이의 간격은 벨로우즈의 주름부 형상, 보다 상세하게는 벨로우즈의 주름부의 호의 길이에 따라 변화시킬 수 있다.
도 3에 도시한 본원 발명의 일실시예에 따른 금형 장치에서의 탄성 수단(26)은 상부 다이(21) 또는 하부 다이(22)가 가압되는 경우 압축되어 각 코어 금형(22, 23)을 밀착시킴으로서 원하는 형상의 주름부를 형성할 수 있다. 상기 각 탄성 수단들(26)은 그 위치에 따라서 탄성력이 다르며, 압축 후에는 복원력이 소멸되는 코일 스프링이 바람직하다.
도 3에 도시한 금형 장치에서의 하우징(25)은 상부 다이(21), 하부 다이(24), 상부 및 하부 코어 금형(22), 다수의 중간 코어 금형(23)을 수용하기 위한 것이다.
상기 금형 장치에서 원통형의 하우징(25), 상부 다이(21), 하부 다이(24), 상부 및 하부 코어 금형(22), 다수의 중간 코어 금형(23)은 강도, 인성 및 내마모성이 우수하고 고온에서 팽창이 적은 성질을 가지는 재료로 제조될 수 있으며, 바람직하게는 합금공구강(STD), 니켈 크롬강(SNC) 등을 사용할 수 있다.
도 4는 도 3에서의 상부 다이 및 하부 다이의 단면을 도시한 도면으로서, 도 4a는 상부 다이(21)를, 도 4b는 하부 다이(24)를 각각 도시한다.
도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 상부 다이(21) 및 하부 다이(24)의 외곽부 표면에는 플레어링된 불소수지 튜브(도 7의 31)의 양단을 수용하기 위한 홈(21c, 24c)이 각각 형성되어 있어 튜브와 상부 및 하부 다이(21, 24)를 밀폐시켜 튜브 내부를 가압하는 것이 가능하도록 되어 있다. 한편, 하부 다이(24)는 그 중앙부에 튜브 내에 공기를 주입하기 위한 공기 주입구(24a)가 형성되어 있다.
또한, 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 상부 및 하부 다이(21 및 24)는 다수의 관통공(21b, 24b)이 형성되어 있으며, 각 관통공은 후술할 상부 및 하부 코어 금형(22)에 형성된 탭과 대응한다.
도 5a 및 도 5b는 상부 다이(또는 하부 다이)와 접촉하는 상부(또는 하부) 코어 금형의 단면도 및 평면도로서, 상부 및 하부 코어 금형(22)의 상부 다이 및 하부 다이와 접촉하는 표면에는 다수의 탭(22a)가 형성되어 있다. 따라서, 볼트를 상부 다이 및 하부 다이(21 및 24)의 각 관통공(21b, 24b)에 관통시킨 후, 상부 및 하부 코어 금형(22)의 탭(22a) 내에 수용시킴으로서 상부 다이(21)와 상부 코어 금형(22) 그리고 하부 다이(24)와 하부 코어 금형(22)을 일체화시킬 수 있다. 이에 따라 상부 및 하부 다이(21 및 24)와 이와 대응하는 상부 및 하부 코어 금형(22) 사이는 완전히 밀폐되어 공기압으로 튜브(31) 내부를 가압하는 것이 가능하다.
한편, 상부 및 하부 코어 금형(22)에서 다수의 탭(22a)이 형성되어 있는 표면의 반대 표면, 즉 중간 코어 금형(23)과 접촉하는 표면에는 탄성 수단(26)의 일단을 수용하기 위한 다수의 홈(22b)이 형성되어 있어 금형의 압축될 경우 탄성 수단(26)의 이탈을 방지한다.
전술한 바와 같이, 상부 및 하부 코어 금형(22)은 분할형으로서, 각각 2개 이상(본 실시예에서는 2개의 부재로 이루어짐)의 대칭 부재가 결합되어 단일의 상부 및 하부 코어 금형(22)을 각각 형성한다.
도 5b에 도시한 바와 같이, 상부 및 하부 코어 금형(22)를 구성하는 각 부재에는 다른 부재와의 결합 및 분해를 위한 수평의 관통공(22c)이 형성되어 있다. 볼트를 어느 한 부재의 관통공을 통하여 삽입시켜 양 부재의 관통공을 통과시킨 후, 또다른 부재의 일단에서 너트를 결합시킴으로서 양 부재를 단일의 상부 및 하부 코어 금형(22)으로 구성할 수 있다(물론, 역순의 공정을 통하여 결합 상태를 분해시킬 수 있으며, 이에 대한 설명은 생략한다).
도 6a와 도 6b는 어느 한 중간 코어 금형(23)의 단면도 및 평면도로서, 각 중간 코어 금형(23) 역시 성형된 벨로우즈를 취출하기 위하여 결합 가능한 2개의 대칭 부재로 이루어질 수 있으며, 양 부재의 결합 및 분해를 위한 부분을 포함할 수 있다.
즉, 도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이, 각 중간 코어 금형(23)를 구성하는 각 부재에는 체결 및 분해를 위한 수평의 관통공(23c)이 형성되어 있다. 볼트를 어느 한 부재의 관통공을 통하여 삽입시켜 양 부재의 관통공을 통과시킨 후, 또다른 부재의 일단에서 너트를 결합시킴으로서 양 부재를 단일의 중간 코어 금형(23)으로 구성할 수 있다(물론, 역순의 공정을 통하여 결합 상태를 해시킬 수 있으며, 이에 대한 설명은 생략한다).
한편, 각 중간 코어 금형(23)의 양 표면 상에는 다수의 홈(23b)이 형성되어 있다. 전술한 바와 같이, 각 탄성 수단(26)의 일단은 상부 또는 하부 코어 금형(22) 표면에 형성된 탄성수단 수용부(22b)에 수용되며, 또다른 일단은 중간 코어 금형(23)의 탄성수단 수용부(23b)에 수용된 상태를 유지한다. 따라서 각 금형이 압축되는 경우 탄성 수단(26)의 이탈은 발생하지 않는다.
도 7은 본 발명에 따른 균일한 두께의 불소수지 벨로우즈의 제조 과정을 각 단계별로 도시한 도면으로서, 본 발명에 따른 불소수지 벨로우즈 블로우 제조 과정은 다음과 같다.
단계 1 : 먼저 1차 제조 공정을 통하여 제조된 원통형의 불소수지의 튜브(31)를 보조 다이(33) 내에 위치시키고 일정한 압력으로 상단부를 가압함으로서 튜브(31)의 일단을 플레어링(튜브의 일단부를 중앙부와 수직으로 이루도록 가공)시킨다(도 7a)
본 단계에서, 온도 및 압력 조건은 성형하고자 하는 불소수지의 물성에 따라 선택하며, 보조 다이(33)를 약 200 내지 300℃로 가열하고, 약 15 내지 50 ㎏/㎠의 압력으로 튜브(31)를 가압한다.
단계 2 : 튜브(31)의 플레어링된 단부를 장치의 상부 다이(21)의 표면 상에 위치시킨 상태에서, 튜브(31)의 외측에 상부 코어 금형(21) 및 다수의 중간 코어 금형(23)을 순차적으로 조립한 후, 최종적으로 하부 코어 금형(24)를 위치시킨다(도 7b).
본 단계에서, 지지 수단(32)는 다수의 코어 금형(22 및 23) 사이에 일정한 간격을 유지시키기 위하여 삽입되며, 가해지는 압력에 대하여 변형을 일으키지 않는 소재를 사용한다. 바람직하게는 코어 금형(22 및 23)을 제조하는 재질과 동일한 재질을 사용할 수 있다.
또한, 각 코어 금형(22 및 23) 표면에 형성된 탄성 수단 수용부(도 5a의 22b, 도 6b의 23b)내에 탄성 수단(26)의 일단을 각각 수용함으로서 각 코어 금형(22 및 23) 사이에 탄성 수단(26)이 위치한다.
단계 3 : 각 코어 금형(22, 23) 내부 공간에 일단이 플레어링된 튜브(31)를 수용시킨 상태에서 하부 다이(24)를 결합시킨 후, 튜브(31)의 플레어링되지 않은 타단을 하부 다이(24)를 이용하여 가압한다(도 7c) .
튜브의 단부를 플레어링시키는 본 단계에서의 온도 및 압력 조건은 상기 단계 1에서의 온도 및 압력 조건과 동일하다.
단계 4 : 각 코어 금형(22 및 23) 사이에 형성된 간격을 일정하게 유지시키기 위하여 튜브(31) 내로 1 내지 8kg/㎠의 압축 공기를 주입한 후, 각 코어 금형 (22 및 23) 사이에 위치하고 있는 지지 수단(32)을 제거한다(도 7d의 상태로서, 본 도면에서는 편의상 지지 수단(32)이 제거되지 않은 상태를 도시하였음).
본 단계에서, 튜브(31) 내로 공급되는 압력이 상기 범위보다 낮으면 각 코어 금형(22 및 23)은 일정한 간격을 유지할 수 없고, 그와 반대로 압력이 높으면 튜브(31)에 손상을 줄 수 있다.
단계 5 : 상부 및 하부 다이(21, 24) 그리고 각 코어 각 금형(22, 23)을 하우징(25) 내에 수용한 후, 튜브(31) 내의 압력을 대기압으로 감압시킨다.(도 7e).
단계 6 : 튜브(31) 내의 압력을 감압한 후, 금형 장치를 통상의 가열 수단을 사용하여 가열시킨다(도 7f). 불소수지의 블로우 성형을 위하여 사용하는 가열 수단으로서는 바람직하게는 전기로를 사용할 수 있다.
본 단계에서의 가열 온도 및 가열 시간은 사용되는 불소수지의 용융지수 및 녹는점 등의 물성에 따라 변화시킬 수 있으며, 가열 온도를 증가시킬수록 가열 시간은 감소시킬 수 있다. 가열 온도는 바람직하게는 성형되는 불소 수지의 녹는점의 범위내 즉, 320 내지 385℃이며, 바람직한 가열 시간은 80 내지 140분이다.
가열 온도가 너무 낮거나 가열 시간이 짧은 경우, 수지의 유동성이 낮아져 수지가 적절하게 팽창되지 못해 제품의 이상이 발생할 수 있으며, 가열 온도가 너무 높거나 가열 시간이 너무 긴 경우, 수지의 유동성이 높아져 수지의 튜브 형상이 붕괴되어 성형이 불가능할 수 있다.
단계 7 : 단계 6이 진행된 금형 장치를 가압장치로 이송시킨 후, 금형 장치에 압력을 가하고, 튜브 내에 공기를 공급하여 튜브를 벨로우스 형태로 예비 성형시킨다(도 7g).
금형 장치의 일단, 즉 상부 다이(21)를 가압하면 탄성 수단(26)이 압축되고 모든 코어 금형이 밀착되어 원하는 형상의 벨로우즈 캐비티가 형성된다. 이 때 코어 금형 내부에 위치한 튜브(31)도 길이 방향으로 압력을 받아 뒤틀릴 수 있으므로, 예비적으로 튜브(31)를 팽창시키는 것이 주름부의 균일한 두께를 유지하는데 유리하다. 따라서, 금형 장치의 일단을 가압하기 전에 일정한 공기압을 튜브(31)내에 가하여 예비적으로 튜브(31)를 팽창시킨다. 바람직하게는 본 단계에서의 금형 가압력은 40 내지 60kg/㎠이고, 공기압은 0.2 내지 3kg/㎠이다.
단계 8 : 금형 장치에 가해지는 일정 값에 도달하면 튜브(31) 내로 공급되는 공기의 압력을 상승시켜 튜브(31)를 각 코어 금형의 표면에 밀착되도록 팽창시킨다 (도 7h). 이때, 공급되는 공기의 압력은 바람직하게는 10 내지 20 kg/㎠이다. 본 단계가 종료됨으로서 튜브는 벨로우즈 형상을 갖는다.
단계 9 : 단계 8이 종료된 후, 금형에 대한 압력을 유지시키면서 금형의 냉각을 수행하며, 이후 금형을 해체하여 최종 벨로우스 제품을 인출한다. 도 7i는 블로우 성형 공정이 완료된 최종 벨로우즈를 일부 단면 처리한 도면이다.
한편, 본 과정에서, 바람직한 냉각 방법은 금형 내부 또는 외부에 저온의 물을 통과시키는 수냉 방식을 이용할 수 있다.
위에서 설명한 각 단계에서, 금형을 가압하는 장치는 통상의 가압 장치를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 유압, 수압, 공압프레스 등의 액압식프레스를 사용할 수 있다.
이상에서와 같이 설명한 본원 발명은 주름부의 두께가 균일한 불소수지 벨로우즈 및 그의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것인바, 이에 따르면 본원 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 본 발명의 불소수지 벨로우즈의 주름부의 두께가 균일하므로 제품의 내구성이 향상되고 사용주기를 파악할 수 있다.
둘째, 금형 장치를 구성하는 코어 금형이 분할형이므로 각 제품의 규격에 맞추어 금형을 따로 제작할 필요가 없어 금형비가 절감된다.
셋째, 단순히 분할형 코어 금형을 가감시킴에 따라 다양한 형상의 제품을 생산할 수 있어, 제품에 따라 금형 전체를 교체하여야 하는 불편을 해소시켜, 생산 공정을 단순화시켰다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구 범위 기재의 범위내에 있게 된다.
도 1a는 종래 블로우 성형된 불소수지 벨로우즈 주름부의 일부 단면도.
도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 블로우 성형된 불소수지 벨로우즈 주름부의 일부 단면도.
도 2는 불소수지 벨로우즈의 블로우 성형을 위한 종래 금형의 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 불소수지 벨로우즈의 블로우 성형을 위한 금형 장치의 단면도.
도 4a는 도 3에 도시된 상부 다이의 단면도.
도 4b는 도 3에 도시된 공기 주입구를 가지는 하부 다이의 단면도.
도 5a는 도 3에 도시된 상부 다이 및 하부 다이와 각각 접촉하는 상부 및 하부 코어 금형의 단면도.
도 5b는 도 5a에 도시된 상부 및 하부 코어 금형의 정면도.
도 6a는 도 3에 도시된 어느 한 분할형 중간 코어 금형의 단면도.
도 6b는 도 6a에 도시된 분할형 중간 코어 금형의 정면도.
도 7은 본 발명에 따른, 균일한 두께를 갖는 불소수지 벨로우즈의 제작 과정을 각 단계별로 도시한 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
21 : 상부 다이 22 : 상부 및 하부 코어 금형
23 : 중간 코어 금형 24 : 하부 다이
25 : 하우징 26 : 탄성 수단
24a : 공기 주입구 22a: 탭
21b, 24b: 관통공 22b, 23b: 탄성 수단 수용부
21c, 24c: 플레어링된 튜브(31) 수용부
22c, 23c: 금형 체결을 위한 관통구
31 : 성형되는 불소수지 튜브(31) 32 : 지지 수단
Claims (11)
- 불소수지 벨로우즈를 블로우 성형하는 금형장치에 있어서,원통형의 하우징(25);상기 하우징 내부 상단에 위치하는 상부 다이(21);상기 하우징 내부 하단에 위치하며, 공기 주입구(24a)가 형성되어 있는 하부 다이(24);상기 하부 다이(21) 및 상부 다이(24) 내면과 각각 접촉된 상태로 상기 하우징(25) 내에 수용된 상부 및 하부 코어 금형(22);상기 상부 코어 금형 및 하부 코어 금형(22) 사이에 위치하며, 상단부와 하단부의 직경이 중앙부의 직경보다 크게 이루어진 다수의 중간 코어 금형(23); 및상기 상부 코어 금형(22) 및 중간 코어 금형(23) 사이, 중간 코어 금형(23)과 중간 코어 금형(23) 사이 및 상기 중간 코어 금형(23)과 하부 코어 금형(24) 사이에 위치하는 다수의 탄성 수단(26)을 포함하는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 성형용 금형장치.
- 제 1 항에 있어서, 상부 다이(21) 및 하부 다이(24)에는 다수의 관통공(21b, 24b)이 형성되어 있으며, 이들과 접촉하는 상부 및 하부 코어 금형(22) 표면부에는 다수의 탭(22a)이 형성되어 있어 볼트를 상기 관통공(21b, 24b)에 관통시킨 후, 상기 탭(22a) 내에 수용시킴으로서 상기 상부 다이(21)와 상부 코어 금형(22) 그리고 상기 하부 다이(24)와 하부 코어 금형(22)은 일체화되는 것을 특징으로 하는 금형장치.
- 제 1 항에 있어서, 상부 다이(21) 및 하부 다이(24)에는 불소수지 튜브(31)의 플레어링된 부위와 접촉하는 표면부에 불소수지의 튜브(31)의 플레어링된 부위를 수용하기 위한 홈(21c, 24c)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 금형장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 상부 및 하부 코어 금형(22) 및 다수의 중간 코어 금형(23)에는 인접하는 타 코어 금형과 접촉하는 접촉면에 상기 각 탄성 수단의 일단을 수용하기 위한 다수의 홈(22b, 23b)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 금형장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상부 및 하부 코어 금형(22) 및 다수의 중간 코어 금형(23)은 성형된 벨로우즈를 취출하기 위하여 결합 가능한 2개의 대칭 부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 금형장치.
- 불소수지 벨로우즈 블로우 성형 방법에 있어서,(가) 일단이 플레어링된 불소수지의 튜브를 금형 장치에 장착하고, 또 다른 단부를 플레어링 하는 단계;(나) 금형 장치를 가열시키는 단계;(다) 하부 다이의 공기주입구를 통하여 튜브(31) 내에 저압의 압축 공기를 주입한 후 금형 장치의 일단을 가압하여 금형 장치를 압축하는 단계;(라) 금형 장치가 압축된 상태에서 튜브(31) 내에 고압의 압축 공기를 주입하여 튜브(31)를 금형 표면으로 팽창시키는 단계; 및(마) 금형 장치를 냉각한 후 금형 장치를 해체하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 블로우 성형방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 금형 장치는원통형의 하우징(25);상기 하우징 내부 상단에 위치하는 상부 다이(21);상기 하우징 내부 하단에 위치하며, 공기 주입구(24a)가 형성되어 있는 하부 다이(24);상기 하부 다이(21) 및 상부 다이(24) 내면과 각각 접촉된 상태로 상기 하우징(25) 내에 수용된 상부 및 하부 코어 금형(22);상기 상부 코어 금형 및 하부 코어 금형(22) 사이에 위치하며, 상단부와 하단부의 직경이 중앙부의 직경보다 크게 이루어진 다수의 중간 코어 금형(23); 및상기 상부 코어 금형(22) 및 중간 코어 금형(23) 사이, 중간 코어 금형(23)과 중간 코어 금형(23) 사이 및 상기 중간 코어 금형(23)과 하부 코어 금형(24) 사이에 위치하는 다수의 탄성 수단(26)을 포함하는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 블로우 성형 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 (가)단계는,불소수지의 튜브(31)의 일단을 플레어링하는 단계;일단이 플레어링된 튜브(31)와 금형 장치의 상부 다이(21) 및 다수의 코어 금형(22, 23)들을 순차적으로 조립한 후, 상기 코어 금형(22, 23) 사이에 지지 수단(32) 및 탄성 수단(26)을 위치시키는 단계;각 금형 내부 공간에 일단이 플레어링된 튜브(31)를 수용시킨 상태에서 하부 다이(24)를 결합 시킨 후, 가압하여 튜브(31)의 타단을 플레어링시키는 단계;상기 튜브(31) 내로 1 내지 8 kg/㎠의 압축 공기를 주입한 후, 상기 지지 수단(32)를 제거하는 단계; 및상기 각 금형을 하우징(25) 내에 수용한 후, 튜브(31)내의 압력을 대기압으로 감압하는 단계로 이루어진 벨로우즈 블로우 성형 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 (나) 단계에서 가열 온도는 320 내지 385℃이고 가열 시간은 80 내지 140분이며, 상기 (다) 단계에서 금형에 가해지는 압력은 40 내지 60 kg/㎠이고, 공기압은 0.2 내지 3 kg/㎠이며, 상기 (라) 단계에서의 압축 공기의 압력은 10 내지 20 kg/㎠인 벨로우즈 블로우 성형 방법.
- 불소수지로 이루어져 있으며 주름부가 균일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 제 6 항에 의하여 성형된 벨로우즈.
- 제 10 항에 있어서, 상기 불소수지는 PFA, FEP 및 ETFE로 이루어진 군 중에서 선택된 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 블로우 성형된 불소수지 벨로우즈.
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