KR20050060042A - 수전금구용 카트리지 디스크의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 고안은 수전금구용 카트리지의 제조에 관한 것으로, 특히 기존에 사용되고 있는 세라믹 디스크의 제조에 관한 것이다. 세라믹 디스크가 부설된 수전금구용 카트리지는 손잡이의 작동이 부드러워 사용이 편리하며, 내마모성이 높아 수명이 길고 이중토수를 방지하는 기밀함이 우수하여 현재 널리 사용 중이다. 하지만 세라믹 디스크의 제조공정상 미성형에 의한 균열 및 기포의 발생에 의한 불량, 소성중 뒤틀림에 의한 불량 및 치수의 안정성이 떨어지는 등 제조상 많은 단점을 내포하고 있다. 이런 일련의 제조과정은 세라믹이라는 재질에 의한 특수성으로 공정의 개선만으로는 한계가 있다.

본 고안은 이와 같은 세라믹 재질에 의한 불량의 원인을 줄이고 단가의 절감 및 내마모성 재질의 발현특성을 그대로 유지할 수있는 수전금구용 카트리지의 제조에 관한 것이다. 알루미늄 및 산화 및 질화처리가 가능한 금속을 사용하여 치수의 정밀성 및 제조에 용이성을 가지면서 기밀성과 내마모성이 요구되는 부위에는 금속의 표면에 세라믹질의 산화물 및 질화물 피막을 형성시켜 그 기능을 발현하고자 하였다.

Description

수전금구용 카트리지 디스크의 제조방법{The manufacturing method of the disk for water tap}

본 고안은 수전금구용 카트리지의 제조에 관한 것으로, 특히 기존에 사용되고 있는 세라믹 디스크의 제조에 관한 것이다. 세라믹 디스크가 부설된 수전금구용 카트리지는 손잡이의 작동이 부드러워 사용이 편리하며, 내마모성이 높아 수명이 길고 이중토수를 방지하는 기밀함이 우수하여 현재 널리 사용 중이다. 하지만 세라믹 디스크의 제조공정상 미성형에 의한 균열 및 기포의 발생에 의한 불량, 소성중 뒤틀림에 의한 불량 및 치수의 안정성이 떨어지는 등 제조상 많은 단점을 내포하고 있다. 이런 일련의 제조과정은 세라믹이라는 재질에 의한 특수성으로 공정의 개선만으로는 불량률의 저감에는 한계가 있다.

본 고안은 이와 같은 세라믹 재질에 의한 불량의 원인을 줄이고 제조단가의 절감 및 내마모성 재질의 발현특성을 그대로 유지할 수있는 수전금구용 카트리지의 제조에 관한 것이다. 알루미늄과 같은 산화처리 또는 질화처리가 가능한 금속을 사용하여 치수의 정밀성 및 제조에 용이성을 가지면서 기밀성과 내마모성이 요구되는 부위에는 금속의 표면에 세라믹질의 산화물 및 질화물 피막을 형성시켜 그 기능을 발현하고자 하였다.

기존의 수전금구용 세라믹 디스크의 제조방법은 다음과 유사하다.

그림 1. 세라믹 디스크 제조공정도 예

이와 같은 세라믹 디스크의 제조방법은 성형상태에서 제품의 낮은 강도때문에 취급부주의에 의한 불량이 빈번히 발생되며 성형불량에 의한 균열이나 미성형등을 소결전까지는 알기 어려워 최종검사까지 공정이 흘러야 한다는 단점이 있다. 또, 성형품을 고온 소결시 적재가 어렵고 미소성, 제품의 눌림 및 소성시 뒤틀림 등에 의해 치수가 부정확하여 제품의 불량률이 증가한다. 즉, 다량의 불량으로 인하여 제품단가를 상승시키는 요인으로 작용한다.

하지만 본 고안에 의한 제조방법은 다음과 같은 공정을 따른다.

그림 2. 디스크 제조공정도 예

본 고안의 제조공정은 금속원료를 사용하여 die casting과 같은 주조과정을 거치면서 도 1과 같은 수전금구 디스크의 형상을 갖추거나 임의의 환봉을 잘라서 단조과정을 거치면서 그 형상을 갖출 수 있다. 이같은 공정을 거친 디스크는 가공 공정을 거쳐 anodizing 또는 산화피막 및 질화막을 형성하는 공정을 거치면서 금속표면에 수십에서 수백 마이크론 정도의 산화막 또는 질화막을 형성한다. 산화막을 형성할 경우, 이 피막은 디스크의 재질이 알루미늄합금계열 경우는 산화알루미늄이 형성되고 마그네슘합금계일 경우는 산화마그네슘과 같은 산화물이 형성된다. 이와같은 금속산화물은 금속보다는 경도와 내마모성이 현저히 높아 연마 공정을 거치면서 이중토수 방지면으로 사용된다.

본 고안에 의해 제조된 디스크의 재질은 하나의 재질에만 귀속되지 않고 알루미늄 합금, 마그네슘합금 및 기타 산화피막 또는 질화피막을 형성할 수 있는 모든 금속을 사용할 수 있다. 세라믹 재질이 취급이 어렵고 고온의 소결시 미세한 뒤틀림등으로 불량이 다량 발생하지만 세라믹 재질이 아닌 금속재질을 선택함으로서 제조시 취급에 의한 미세균열 및 형상불량이나 고온소성이 없어 고온소성시 발생하는 뒤틀림 등에 의한 치수불량이 없어 치수정밀도가 높으므로 누수와 같은 불량이 없으므로 생산성이 훨씬 우월하다고 할 수있다. 또, 본 고안의 또 하나의 큰 장점은 고온의 열처리 공정이 필요 없고 불량이 발생하더라도 금속을 재용해하여 사용할 수 있어 생산원가면에서 우위에 있다고 할 수 있다.

본 발명에서는 기존의 세라믹 재질의 공정상 또는 재질의 특성상 나타나는 수전금구용 디스크의 미세균열, 성형불량 및 뒤틀림 등에 의한 불량으로 생산성이 낮으며 생산원가가 높은 원인들을 줄이고자 하였다.

수전금구용 디스크의 제품특성상 상하 디스크의 접합면이 누수가 없도록 양호한 표면을 갖추어야 하며 수 십만번의 사용에도 마모율이 낮아야한다. 이와 같은 조건을 만족하기 위하여 본 고안은 산화나 질화처리 등의 표면처리가 가능한 금속을 선택하여 그 표면을 산화처리 또는 질화처리공정 등을 선택하여 내마모성을 부여하였으며 취급부주의나 고온소성에 의한 형상 및 치수 불균일성을 해결하였다. 본 고안의 이와같은 재질선택 및 제조공정은 세라믹 재질로만 이루어진 수전금구용 디스크의 결점을 해결하고 건전한 제품을 비교적 낮은 단가로 생산하는데 있다.

본 고안은 기존의 사용되는 세라믹 재질의 수전금구용 세라믹 디스크를 금속재질에 산화피막 또는 질화피막을 형성함으로써 생산성 향상과 제조원가를 줄이고 공정의 편의를 도모하고자 하였다.

세라믹 수전금구용 디스크의 예로 [도 1]을 예시하였다.

수전금구용 디스크의 고정돌기홈(1)은 수전금구용 상하 디스크의 위치를 고정하기 위하여 정확한 규격으로 제조되어야 하며 유입공(2)은 배수공(3)보다 홀의 크기가 더 커서 충분한 토수량을 제공한다. 또 이중토수 방지면은 금속재질의 본체에 산화막 또는 질화막을 수십에서 수백 마이크론 두께로 형성되어 표면 폴리싱후에는 상하 디스크가 밀착되어 물의 흐름을 외부로 부터 격리시켜 유출을 막는 역활을 한다.

이와 같은 수전금구용 디스크의 제조공정에 있어서,

첫번째 방안으로는 금속을 용해하여 die casting과 같은 주조법으로 형상을 완성하고 가공 등으로 디스크의 형체를 제작한다. 제작된 형체에 anodizing 또는 열처리와 같은 피막형성공정(산화피막 또는 질화피막 등)을 거쳐 피막을 형성한다. 형성된 피막을 평면 랩핑등을 거쳐 피막이 금속재질에 남아 있는 한도에서 이중토수 방지면을 형성하고 검사 포장 공정을 거쳐 제품을 제조하는 방안이다.

두번째 방안으로는 일정크기의 환봉상태의 금속재료를 사용하여 절단하고 단조과정을 거쳐 형상을 제조하고 가공 등을 거쳐 디스크의 형체를 제작한다. 이후의 과정은 첫번째 방안과 동일하게 진행하여 제조하는 방식이다.

이와 같은 방안으로 제조된 수전금구용 디스크는 표면의 피막에 의해 경도, 내마모성 및 밀착성이 우수하여 장기간 사용에도 가능하며 밀착성이 우수하여 누수와 같은 문제점도 없다. 세라믹 수전금구용 디스크의 제조에서 발생되는 생산성 및 원가경쟁력 및 제품완성도 측면에서 더 우수한 특성을 발휘할 수 있다.

제조공정은 그림 2를 참조.

세라믹 재질의 수전금구용 디스크의 제조상 난이점과 재료의 특성에 의해 발생되는 문제점을 표면피막이 형성된 금속재질로 대체함으로서 생산성 및 원가경쟁력을 확보할 수 있으며 치수정밀도가 뛰어나 재품의 완성도를 높일 수 있다. 또, 불량제품을 재사용할 수 있다는 장점이 있어 폐기물의 발생을 줄이고 기존의 세라믹 재질 수전금구용 디스크의 특성을 충분히 발휘하는 제품을 저렴하게 제조할 수 있다는 것이 본 발명의 효과라고 할 수 있다.

도 1은 수전금구용 세라믹 디스크의 예

1 - 고정돌기홈

2 - 유입공

3 - 배수공

4 - 이중토수 방지면

Claims (3)

1. 수전금구용 카트리지 디스크의 제조방법에 있어서,

   세라믹 재질의 제조방법상 단점을 보완하기 위하여 금속재질에 표면피막을 형성시켜 수전금구용 디스크를 제조함으로써 치수정밀도를 높이고 불량률을 개선한 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   anodizing과 같은 산화 및 질화처리 등으로 디스크의 표면에 산화물 또는 질화물을 수십에서 수백마이크론 생성시켜 이것을 경면연마처리하여 기밀성을 유지하고 내마모성을 부여한 이중토수 방지면의 제조방법.
3. 수전금구용 카트리지 디스크의 제조방법에 있어서,

   die casting과 같은 직접적인 형상을 제조할 수 있는 casting 방법과 환봉 등의 상용품으로 금속단조법을 사용하여 제조하는 간접적인 방법을 사용하여 공정비를 저감한 수전금구용 카트리지 디스크를 제조하는 제조방법.