KR20070025908A

KR20070025908A - 확관 공구

Info

Publication number: KR20070025908A
Application number: KR1020060004092A
Authority: KR
Inventors: 가츠유키 데라누시; 데츠야 스즈키; 마사루 후타무라
Original assignee: 가부시키가이샤 스기노 마신
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2006-01-13
Publication date: 2007-03-08
Also published as: KR101120666B1; CN100518986C; CN1923400A; JP4644072B2; JP2007061889A; ITRM20060168A1

Abstract

본 발명은 작업 효율을 향상시켜 확관 시간을 단축할 수 있는 확관 공구를 제공하고자 하는데 목적이 있으며, 본 발명에 따른 확관 공구는, 테이퍼 형상을 구비한 복수의 롤러(4)와, 복수의 롤러(4)를 동심원 상에 회전 가능하게 지지하는 통형의 프레임(3)과, 프레임(3)에 대해 슬라이딩 가능하고 또한, 회전 가능하게 삽입되고, 롤러(4)의 테이퍼 형상에 대응하는 테이퍼 형상을 구비한 맨드릴(5)을 가지며, 맨드릴(5)을 프레임(3)에 대해 전진시킴으로써 복수의 롤러(4)의 외접원이 구성하는 확관직경을 확대시킴과 동시에, 회전 구동기에 장착하여 롤러(4)를 구름운동시키면서, 튜브(TU)의 직경을 확대 성형하는 확관 공구(1)로서, 회전 구동기에 연결되는 섕크(2)를 구비하고, 맨드릴(5)은 섕크(2)의 전단부에 접촉하여 회전 가능하게 배치되며, 프레임(3)은 섕크(2)에 대해 전후 방향으로 슬라이딩 가능하게 연결됨과 동시에, 섕크(2)와 일체로서 회전하도록 구성한다.

Description

확관 공구{Tube expanding tool}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 확관 공구의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 확관 공구에서의 롤러와 맨드릴의 위치 관계를 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 평면도, (b)는 모식적으로 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 확관 공구에서의 맨드릴이 전진했을 때의 상태를 도시한 단면도다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 확관 공구에서의 롤러의 배열을 나타내는 도 3의 X-X선의 단면도이다.

도 5는 종래의 확관 공구의 구성을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 단면도, (b)는 롤러와 맨드릴의 위치 관계를 나타내는 부분 평면도이다.

[부호의 설명]

1 확관 공구

2 섕크

21 연결부

22 몸체부

23 전단부

25 키

26 세트 칼라

3 프레임

33 키홈

4 롤러

5 맨드릴

6 볼 롤러(윤활부재)

8 코일 스프링(바이어스 수단)

9 베어링 칼라

EX 확관부

S 스트로크

TU 튜브

φD 공구직경(확관직경)

θ 피드 앵글

본 발명은 확관 공구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 확관 시간을 단축할 수 있는 확관 공구에 관한 것이다.

일반적으로, 보일러, 콘덴서, 라디에이터 등의 열교환기의 제조 공정에서의 튜브를 관판에 접합 고정하는 공정에 있어서는, 튜브를 내경 쪽에서 직경 확대 성형하여 관판에 압접(壓接)하는 여러가지 확관 공구가 사용되고 있다(일본 공개실용신안 평7-15128호 공보, 일본 특허공개 평7-290171호 공보 참조).

예를 들면, 상기 일본 공개실용신안 평7-15128호에 기재된 확관 공구는 작업자가 회전 구동기에 확관 공구를 연결하여 롤러를 회전시키고, 튜브의 내주면에 압압시키면서 구름운동시킴으로써, 간단하고 용이하게 확관 작업을 할 수 있도록 구성한 것이다. 또한, 튜브의 확관부는 곡률이 작은 원활한 연속 면을 형성하며 진원(眞圓)형상을 유지한 확관 품질이 높은 완성이 가능하다.

상기 일본 공개실용신안 평7-15128호 공보에 기재된 확관 공구의 구성에 대해, 도 5를 참조하면서 구체적으로 설명한다. 도 5의 (a)는 종래의 확관 공구를 설명하기 위한 단면도이고, 도 5의 (b)는 롤러와 맨드릴의 위치 관계를 나타내는 부분 평면도이다.

상기 일본 공개실용신안 평7-15128호 공보에 기재된 확관 공구(1')는 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 회전 구동기(미도시)에 연결되는 연결부(51')가 일체로서 구성된 끝이 좁아지는 테이퍼 형상의 맨드릴(5')과, 맨드릴(5')의 테이퍼 형상에 대응한 역 테이퍼 형상을 가지는 복수의 롤러(4')와, 복수의 롤러(4')를 맨드릴(5')의 외주면 상에 회전 가능하게 지지하는 프레임(3')을 구비하고 있다.

그리고 확관 공구(1')가 연결되는 회전 구동기에는, 일반적으로 작업자가 손에 들고 확관 작업을 하는 핸드 타입의 확관 장치가 사용되고, 확관 시의 부하 토 오크를 검출하여 회전·정지를 제어하는 컨트롤러를 구비하고 있다.

이와 같은 확관 공구에서는 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 작업자가 회전 구동기에 연결된 맨드릴(5')을 프레임(3')에 대해 상대적으로 전진시키면, 점차 맨드릴(5')의 외경이 큰 부분이 롤러(4')에 접촉하기 때문에, 롤러(4')가 프레임(3')의 외주면으로부터 바깥쪽으로 밀려 나가 튜브(TU)의 내주면에 압압된다. 이 상태에서 맨드릴(5')을 회전 구동기에 의해 정회전(A방향의 회전, 공구의 후방에서 보아 우회전)하면, 롤러(4')는 역회전(R방향의 회전, 공구의 후방에서 보아 좌회전)하면서 맨드릴(5')의 주위를 오른쪽 방향으로 공전(公轉)한다.

즉, 회전 구동기(미도시)에 의해 맨드릴(5')을 회전시킴으로써 롤러(4')를 회전시키고, 프레임(3')과 함께 맨드릴(5')의 주위를 공전시키면서 튜브(TU)를 그 내주면에서 전압(轉壓)하여 직경 확대 성형하는 것이다(이 회전 방식을 "맨드릴 회전식"이라고 함).

그리고 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 롤러(4')는 맨드릴(5')에 대해, 이른바 피드 앵글(θ)을 마련하여 프레임(3')(도 5의 (a) 참조)에 지지되어 있기 때문에, 롤러(4')가 역회전(R방향)함으로써 맨드릴(5')에는 전진 방향으로의 추진력이 발생하며(맨드릴의 자기 추진 기능), 맨드릴(5')의 전진 이동에 따라 롤러(4')는 자동적으로 프레임(3')의 외주면으로부터 바깥쪽으로 밀려나가도록 구성되어 있다.

그렇지만, 종래의 맨드릴 회전식의 확관 공구(1')에서는, 회전 구동기에 의해 맨드릴(5')을 회전시키고, 맨드릴(5')의 회전에 의해 롤러(4')를 회전시키며, 롤러(4')를 맨드릴(5')의 주위로 공전시키면서 프레임(3')을 회전시키는 것이므로, 롤러(4')는 튜브(TU)의 내주면과 맨드릴(5') 사이에서, 소위 유성 운동을 한다.

이 때문에, 유성 기어 운동 원리에 의해 맨드릴 및 롤러의 직경에도 의존하지만, 프레임(3')의 회전수는 맨드릴(5')의 회전수에 대해 1/3∼1/5 정도로 감속된다. 따라서 롤러(4')(프레임(3'))의 회전수가 상승하지 않기 때문에, 확관 작업에 시간이 소요되어 작업 효율의 관점에서는 문제가 있었다.

그런데 맨드릴 회전식의 확관 공구(1')에서는 롤러(4')의 회전수를 상승시키기 위해 회전 구동기의 회전수를 올리면, 흔들림이 발생하여 진동을 유인하기 때문에, 진원도 등의 성형 품질 및 작업자의 부담도 커져 작업성의 관점에서 문제가 된다. 그리고 회전 구동기의 회전수를 올리면, 확관 작업 종료 후, 회전 구동기를 정지할 경우에는 제동 반력도 커지기 때문에, 작업성·취급성이 나빠진다는 문제가 있었다.

한편, 피드 앵글(θ)을 크게 하여 확관 시간을 단축하고자 하면, 롤러(4')의 회전축이 튜브(TU)의 축에 대해 교차하는 각도가 커지기 때문에, 확관부(EX)의 성형 형상은 중앙부가 움푹 팬 북 형상이 되기 쉽다. 이 때문에, 튜브(TU)를 관판에 접합 고정할 때의 강도나 기밀성에 문제가 생길 우려가 있다.

기타, 맨드릴(5')의 끝이 좁아지는 형상의 테이퍼 각도를 크게 하여 확관 시간을 단축시키고자 하면, 맨드릴(5')의 전진 스트로크가 감소하는 만큼 맨드릴(5')을 강하게 밀어 넣어야 하기 때문에, 각 부재의 부담이 증대하고, 나아가서는 확관 공구의 수명을 단축하는 결과로 이어진다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 작업 효율을 향상시켜 확관 시간을 단축할 수 있는 확관 공구를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 다른 과제로서 본 발명은 작업성을 향상시킨 취급이 용이한 확관 공구를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 확관 공구는 앞쪽이 큰직경(大徑)이 되는 테이퍼 형상을 구비한 복수의 롤러와, 이 복수의 롤러를 동심원 상에 회전 가능하게 지지하는 통형의 프레임과, 이 프레임에 대해 슬라이딩 가능하고 또한 회전 가능하게 삽입되고, 상기 롤러의 테이퍼 형상에 대응하도록 앞쪽이 작은직경(小經)이 되는 테이퍼 형상을 구비한 맨드릴을 가지고, 상기 맨드릴을 상기 프레임에 대해 전진시킴으로써 상기 복수의 롤러의 외접원이 구성하는 확관직경을 확대시킴과 동시에, 회전 구동기에 장착하여 상기 롤러를 구름운동(轉動)시키면서 튜브를 직경확대 성형하는 확관 공구로서, 상기 회전 구동기에 연결되는 섕크를 구비하고, 상기 맨드릴은 상기 섕크의 전단부에 접촉하여 회전 가능하게 배치되고, 상기 프레임은 상기 섕크에 대해 전후 방향으로 슬라이딩 가능하게 연결됨과 동시에, 상기 섕크와 일체로서 회전하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 본 발명은 앞쪽이 큰 직경이 되는 테이퍼 형상을 구비한 롤러를 회전 가능하게 지지하는 통형의 프레임에 롤러의 테이퍼 형상에 대응하도록 앞쪽이 작은 직경이 되는 테이퍼 형상을 구비한 맨드릴을 슬라이딩 가능하게 삽입하여 구성했기 때문에, 맨드릴을 프레임에 대해 상대적으로 전진시킴으로써, 맨드릴에 의 해 롤러를 프레임의 외주면으로부터 바깥쪽으로 밀어내 롤러의 외접원이 구성하는 확관직경(이하, "공구직경"이라고 함)을 확대시킬 수 있다.

그리고 프레임은 섕크에 대해 전후 방향으로 슬라이딩 가능하게 연결되어 있기 때문에, 섕크를 전진시킴으로써, 섕크의 전단부에 접촉하여 배치된 맨드릴을 프레임에 대해 상대적으로 전진시킬 수 있다.

또한, 프레임을 섕크와 일체로서 회전하도록 구성하고 있기 때문에, 섕크를 회전 구동기에 연결하여 회전시킴으로써, 섕크의 회전이 직접 프레임에 전달된다. 즉, 섕크의 회전이 감속되는 일 없이 프레임에 전달되어 프레임을 고속으로 회전시킬 수 있다.

그리고 맨드릴은 프레임에 대해 회전 가능하게 삽입되어 있기 때문에, 프레임을 회전시키면, 롤러를 통해 맨드릴이 회전된다.

상기 발명에 있어서, 맨드릴을 바이어스 수단에 의해 섕크의 전단부로 바이어스시키는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성에 의하면, 확관 작업 종료 시에는 맨드릴을 섕크에 접촉할 때까지 확실히 후퇴시킴으로써, 공구직경을 최소로 할 수 있기 때문에, 작업성이 좋으며 취급도 용이하다.

또한, 맨드릴을 섕크에 바이어스시킴으로써, 맨드릴이 프레임으로부터 빠지는 것을 방지할 수 있기 때문에, 예컨대 맨드릴의 선단부에 캡너트 등의 특별한 이탈 방지기구를 마련할 필요가 없다. 이 때문에, 확관 작업 중에 캡너트가 튜브에 간섭할 우려도 생기지 않기 때문에, 튜브 내면에 상처를 줄 우려가 없어 작업성이 좋으며 취급도 용이하다.

상기 발명에 있어서, 맨드릴과 섕크의 전단부 사이에는 윤활부재를 개재시키는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성에 의하면, 맨드릴과 섕크의 전단부의 접촉부에 윤활부재를 개재시킴으로써, 접촉부에 발생하는 맨드릴과 섕크의 회전 차에 의한 마찰 저항을 감소시킬 수 있다.

상기 발명에 있어서, 맨드릴의 회전축과 롤러의 회전축이 교차하도록 피드 앵글을 형성하여 프레임에 롤러를 회전 가능하게 지지하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성에 의하면, 롤러를 회전시킴으로써, 맨드릴에는 회전 방향의 분력 이외에, 피드 앵글에 의한 전진 방향 분력이 생겨 전진 방향의 추력이 부여된다(맨드릴의 자기 추진 기능).

이 때문에, 작업자가 회전 구동기를 지지한 채 섕크를 전진 시키지 않아도 맨드릴은 자연스럽게 전진 이동하여 공구직경을 확대시키기 때문에, 맨드릴의 조작이 불필요하다. 따라서 공구의 취급이 용이하여 확관 작업의 자동화에도 적합하다. 또한, 맨드릴의 자기 추진력을 적절히 설정함으로써, 작업자의 힘에 영향을 받지 않고 확관 시의 부하 토오크를 적절히 설정할 수 있기 때문에, 확관 품질을 안정시킬 수 있다.

한편, 소정의 튜브 직경까지 확대되어 직경확대 작업이 종료한 경우에는 회전 구동기를 역 회전시킴으로써, 맨드릴에 대해 후퇴 방향의 추력을 줄 수 있기 때문에, 맨드릴을 자연스럽게 후퇴시켜 공구직경을 축소시킬 수 있다. 이 때문에, 작 업자는 맨드릴을 후퇴시키는 조작을 할 필요가 없어서 확관 공구의 취급이 용이하며, 확관 작업의 자동화에도 적합하다.

이어서, 본 발명의 실시예에 대해 적절히 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

참조하는 도면에 있어서, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 확관 공구의 구성을 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 롤러와 맨드릴의 위치 관계를 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 평면도, (b)는 모식적으로 도시한 단면도다. 그리고 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 확관 공구의 맨드릴이 전진했을 때의 상태를 도시한 단면도이고, 도 4는 롤러의 배열을 나타내는 도 3의 X-X선의 단면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 확관 공구(1)는 도 1에 도시한 바와 같이, 섕크(2)와, 섕크(2)와 일체로서 회전하는 통형의 프레임(3)과, 프레임(3)에 회전 가능하게 지지된 롤러(4)와, 섕크(2)의 전단부(23)에 마련된 볼 롤러(6)와, 볼 롤러(6)와 접촉하여 슬라이딩 가능하고 또한 회전 가능하게 프레임(3)에 삽입된 맨드릴(5)과, 맨드릴(5)을 섕크(2)의 전단부(23)에 바이어스시키는 코일 스프링(8)과, 프레임(3)의 외주면에 장착된 베어링 칼라(9)를 구비하고 있다.

섕크(2)는 회전 구동기(미도시)에 연결되는 연결부(21)와, 프레임(3)에 연결되는 몸체부(22)를 구비하고 있다.

연결부(21)는 일례로서 각형(角形)을 채용하고 있지만, 테이퍼 형상이어도 무방하다. 또한, 여러가지 부착물을 통해 회전 구동기에 연결될 수도 있다.

몸체부(22)는 연결부(21)보다 약간 확대된 원주 형상을 가지고 있고, 전단부 (23)에는 후술하는 볼 롤러(6)를 끼워넣기 위한 바닥이 있는 장착공(24)이 형성되어 있다. 또한, 몸체부(22)의 외주면 앞쪽에는 프레임(3)과 슬라이딩시키면서 일체로서 회전할 수 있도록 키(25)가 매설되어 있다.

섕크(2)의 몸체부(22)에는 섕크(2)의 압입(押入)량을 규제하는 세트 칼라(26)가 설치되어 있다.

세트 칼라(26)는 도 1에 도시한 바와 같이, 분할 링에 나사공(26a)을 형성하고, 볼트(미도시)를 체결함으로써 섕크(2)의 몸체부(22)의 소정 위치에 고정할 수 있도록 구성되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 세트 칼라(26)의 설치 위치를 조정함으로써, 섕크(2)가 프레임(3)에 밀려 들어갈 때에, 세트 칼라(26)가 후술하는 프레임 너트(38)에 접촉할 때까지의 스트로크(S)를 설정하여 섕크(2)의 최대 압입량을 규제하고 있다.

프레임(3)은 앞쪽의 직경축소부(34)와 뒤쪽의 직경확대부(35)를 구비한 단차가 있는 원통 형상으로 형성되어 있다. 프레임(3)의 직경축소부(34)에는 프레임(3)의 외주면으로부터 출몰 및 회전 가능하게 롤러(4)가 지지되어 있다. 또한, 롤러(4)의 후방에 위치하는 직경확대부(35)의 앞부분의 외주면에는 후술하는 베어링 칼라(9)를 장착하여 고정하기 위한 나사부(31)와 평탄부(32)가 마련되어 있다.

프레임(3)의 뒷부분에는 외주면의 가장자리부에 수나사(37)가 형성되고, 섕크(2)의 이탈 방지 기능을 가지는 캡 형상의 프레임 너트(38)가 섕크(2)에 씌워져 나사결합되어 있다.

프레임(3) 뒷부분의 내주면에는 키홈(33)이 형성되어 있고, 이 키홈(33)에 섕크(2)의 키(25)가 끼워맞춤되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 섕크(2)는 프레임(3)에 대해 키홈(33)을 따라 전후 방향으로 슬라이딩됨과 동시에 또한 섕크(2)와 프레임(3)은 일체적으로 회전한다.

프레임(3)의 직경확대부(35)의 내주면에는, 후술하겠지만 맨드릴(5)을 섕크(2)에 바이어스시키는 바이어스 수단으로서의 코일 스프링(8)이 장착되어 있다.

롤러(4)는 도 1에 도시한 바와 같이, 앞쪽이 큰 직경이 되고 뒤쪽이 작은 직경이 되는 테이퍼 형상을 구비하고 있고(도 2의 (b) 참조), 앞부분에는 큰 곡률반경의 모따기부(도 2의 (a) 참조)가 형성되어 있다.

또한, 도 2(a)에 도시한 바와 같이, 롤러(4)의 회전축과 맨드릴(5)의 회전축은 교차하도록 소정의 피드 앵글(θ)을 형성하여 배치되어 있다. 피드 앵글(θ)은 섕크(2)(도 1 참조)를 정회전(A방향의 회전)시켰을 때, 맨드릴(5)이 전진하도록 방향이 설정되고, 확관시에 필요한 부하 토오크를 고려하여 적절히 그 각도가 설정된다.

그리고 롤러(4)는 도 4에 도시한 바와 같이, 프레임(3)의 원주 상에 3개가 동일각도 간격으로 회전 가능하게 지지되고, 3개의 롤러의 외접원이 구성하는 확관직경(공구직경 φD)이 롤러(4)의 축 방향에서 동일하게 되도록 롤러(4)의 중심축은 앞쪽이 중심 쪽으로 쏠리도록 경사지게 배치되어 있다(도 2의 (b) 참조).

그리고 본 실시예는 일례로서, 롤러(4)를 프레임(3)의 원주 상에 3개를 동일각도 간격으로 배치하고 있지만, 이에 한정되는 게 아니라 튜브(TU)의 직경이나 강도 등의 조건에 의해 적절하게 숫자나 배열이 결정된다.

맨드릴(5)은 도 1에 도시한 바와 같이, 원주 형상으로 형성되어 프레임(3)에 대해 슬라이딩 가능하고 또한 회전 가능하게 삽입되어 있다. 맨드릴(5)의 앞부분은 외주면이 롤러(4)와 접촉하고(도 4를 함께 참조), 뒷부분의 단면(端面)은 볼 롤러(6)를 개재시켜 섕크(2)의 전단부(23)에 접촉되어 있다.

구체적으로는 맨드릴(5)의 앞부분은 롤러(4)의 테이퍼 형상에 대응한 앞쪽이 작은 직경이 되고 뒤쪽이 큰 직경이 되는 테이퍼 형상을 구비하고 있다. 즉, 맨드릴(5)을 프레임(3)에 삽입한 상태에서 맨드릴(5)의 외주면이 형성하는 테이퍼 형상과, 3개의 롤러(4)의 내접원이 형성하는 테이퍼 형상이 합치하도록 구성되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 맨드릴(5)의 앞쪽은 롤러(4)를 통해 프레임(3)에 지지되어 있다.

한편, 맨드릴(5)의 뒷부분의 외주면은 테이퍼 형상이 아니라 축 방향으로 동일한 외경을 가지는 원주 형상을 구비하고, 이 외주면에 후술하는 뒤쪽 스러스트 베어링(13)이 장착되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 맨드릴(5)의 뒤쪽 외주면은 스러스트 베어링(13)을 통해 프레임(3)에 지지되어 있다. 또한, 맨드릴(5)의 뒷부분의 단면에는 볼 롤러(6)를 걸어맞춤시키는 원추 형상의 오목부(51)가 마련되어 있고, 섕크(2)와 맨드릴(5)을 동축으로 지지하는 중심조정(調心) 기능을 가지도록 구성되어 있다.

그리고 맨드릴(5)은 열처리 내지 표면 처리가 행해져 있어, 슬라이딩 특성 및 내구성이 향상되어 있다.

맨드릴(5)은 바이어스 수단으로서의 코일 스프링(8)에 의해, 볼 롤러(6)를 통해 섕크(2)의 전단부(23)에 바이어스되어 있다.

구체적으로는 프레임(3)의 내주면의 직경확대부(35)에 형성된 측벽(36)에는 앞쪽 스러스트 베어링(12)이 배치되고, 맨드릴(5)의 외주면의 뒷부분에는 고정 링(14)에 의해 걸림고정 뒤쪽 스러스트 베어링(13)이 배치되고, 2개의 스러스트 베어링(12, 13) 사이에 코일 스프링(8)이 장착되어 있다. 이 때문에, 맨드릴(5)에는 코일 스프링(8)이 신장하려는 바이어스력이 섕크(2) 방향으로 작용하여 맨드릴(5)이 섕크(2)의 방향으로 바이어스되어 있다. 이 코일 스프링(8)의 바이어스력은 맨드릴(5)을 섕크(2) 쪽에 이동시켜 안정적으로 지지할 수 있을 정도로, 즉 맨드릴(5)의 자중을 고려하여 적절히 설정된다.

그리고 본 실시예에서는, 일례로서 스러스트 베어링(12, 13)을 사용하고 있는데, 이에 한정되는 게 아니라 사용 조건에 맞추어 적절히 스러스트 링 등의 슬라이딩 부재를 적용할 수도 있다. 또한, 슬라이딩 부재를 개재시키지 않고 프레임(3)의 내주면에 맨드릴(5)의 뒷부분 외주면을 직접 끼워맞춤시켜서 가이드시킬 수도 있다.

베어링 칼라(9)는 도 1에 도시한 바와 같이, 프레임(3)에 지지된 롤러(4) 뒤쪽에 위치하는 직경확대부(35)의 외주면에 마련되고, 회전측의 칼라 뒷바퀴(91; 後輪)와, 고정 쪽의 칼라 앞바퀴(92; 前輪)와, 이들 사이에 개재된 볼 베어링(93)을 구비하고 있다.

칼라 뒷바퀴(91)는 플랜지(91a)를 가지는 원통 형상으로 형성되어 있다. 칼라 뒷바퀴(91)의 내주면에는 암나사가 형성되고, 플랜지(91a)를 앞쪽으로 하여 프 레임(3)의 외주면의 나사부(31)에 나사결합되며, 고정 나사(91b)에 프레임(3)의 외주면에 고정되어 있다. 한편, 칼라 앞바퀴(92)는 단차가 있는 원통 형상으로 형성되고, 내주면에는 단차가 있는 바닥부(92a)를 구비하고 있다.

그리고 칼라 뒷바퀴(91)의 플랜지(91a)와 칼라 앞바퀴(92)의 바닥부(92a)가 대면하도록 칼라 앞바퀴(92)를 칼라 뒷바퀴(91)의 플랜지(91a)에 씌워 결합되어 고정 링(94)으로 이탈 방지가 실시되어 있다.

볼 베어링(93)은 대면하는 칼라 앞바퀴(92)의 바닥부(92a)와 칼라 뒷바퀴(91)의 플랜지(91a) 사이에 삽입되어, 프레임(3)과 일체로서 회전하는 칼라 뒷바퀴(91)의 회전력이 칼라 앞바퀴(92)에 전달되지 않도록 구성되어 있다. 이와 같은 구성에 의해 칼라 앞바퀴(92)의 단면(92b)에 튜브(TU)의 단면을 접촉시켜서 확관 작업을 함으로써, 롤러의 유효 길이 및 리치를 적절히 설정하여 확관부(EX)(도 3 참조)의 길이를 조정할 수 있다.

이어서, 본 발명의 실시예에 따른 확관 공구의 동작에 대해 실제의 직경확대 작업을 상정하면서 적절히 도 1∼도 4를 참조하여 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 확관 공구(1)는 회전 구동기(미도시)에 섕크(2)의 연결부(21)를 연결시켜서 섕크(2)를 회전시키면서 확관 작업을 행한다. 회전 구동기는 용도에 따라 전동식이나 유압 구동식 등 여러가지 기종이 있으며, 확관시의 부하 토오크를 검출하여 회전·정지를 제어할 수 있다.

작업자는 확관 공구(1)를 회전 구동기(미도시)에 연결시킨 상태에서 도 1에 도시한 바와 같이, 프레임(3)에 대해 섕크(2)를 가장 후퇴시킨 상태(공구직경(φD) 이 최소임, 도 2의 (b) 참조)에서 확관 공구(1)를 튜브(TU)에 삽입하여 칼라 앞바퀴(92)의 단면(92b)에 튜브(TU)의 단면이 접촉할 때까지 전진시키면서 회전 구동기를 정회전(A방향)시킨다.

칼라 앞바퀴(92)의 단면(92b)에 튜브(TU)의 단면이 접촉할 때까지 회전 구동기를 전진시키고 나서 회전 구동기를 정회전시켜도 되고, 반대로 회전 구동기를 정회전시키고 나서 튜브(TU)의 단면에 접촉시켜서도 되며 동시에 행해져도 된다.

그리고 칼라 앞바퀴(92)의 단면(92b)이 튜브(TU)의 단면에 접촉한 후는 프레임(3)의 전진이 규제되기 때문에, 또한 작업자가 회전 구동기를 전진시키면, 섕크(2)가 프레임(3)에 대해 밀려 들어간다. 이 때문에, 섕크(2)의 전단부(23)에 볼 롤러(6)를 통해 접촉되어 있는 맨드릴(5)도 프레임(3)에 대해 상대적으로 전진한다.

이 상태에서는 섕크(2)가 회전하면서 맨드릴(5)에 접촉되어 있지만, 섕크(2)와 맨드릴(5) 사이에 개재된 볼 롤러(6)에 의해 섕크(2)의 회전에 의한 마찰 저항이 경감되어 있다.

또한, 섕크(2)가 회전하면, 섕크(2)에 매설된 키(25)를 통해 일체로 결합된 프레임(3)도 회전한다. 이때, 프레임(3)의 외주면에 장착된 베어링 칼라(9)는 칼라 뒷바퀴(91)가 프레임(3)과 일체가 되어 회전하지만, 볼 베어링(93)이 개재되어 있기 때문에, 칼라 앞바퀴(92)는 튜브(TU)의 단면과 접촉한 상태로 회전이 정지되어 있다.

작업자가 섕크(2)를 전진시켜서 맨드릴(5)을 전진 방향으로 밀어 넣으면, 점차 맨드릴(5)의 앞부분에 형성된 테이퍼 형상의 외경이 큰 부분이 롤러(4)와 접촉 하고, 롤러(4)가 바깥쪽으로 눌려 벌여져 공구직경(φD)(도 2의 (b) 참조)이 확대된다. 이와 같이, 공구직경(φD)이 확대되고, 다음에 롤러(4)가 튜브(TU)의 내주면에 접촉하여 튜브(TU)의 내주면을 압압하게 된다. 이에 따라 그 반작용으로 롤러(4)와 맨드릴(5)이 눌러 붙여진 상태가 되어 맨드릴(5)이 롤러(4)에 추종하여 회전하게 된다.

즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 프레임(3)이 섕크(2)(도 1 참조)와 일체가 되어 정회전(A방향으로 회전)하면, 롤러(4)는 튜브(TU)의 내주면 상을 따라 오른쪽 방향(A방향)으로 구름운동(공전 운동)하면서 좌회전으로 자전(R방향으로 회전)하기 때문에, 맨드릴(5)은 우회전(A방향으로 회전)하고 있다.

여기에서, 롤러(4)의 회전축과 맨드릴(5)의 회전축의 관계를 보면, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 롤러(4)와 맨드릴(5)은 피드 앵글(θ)을 형성하여, 그들의 회전축이 서로 교차하도록 배치되어 있다. 따라서 롤러(4)의 회전력(F)은 맨드릴(5)의 회전력(F1) 이외에 맨드릴(5)의 전진 추력(F2)을 발생시킨다. 이 때문에, 맨드릴(5)은 롤러(4)에 의해 전진 추력을 받아 전진하며(맨드릴의 자기 추진력), 맨드릴(5)이 전진함으로써 더욱 롤러(4)가 바깥쪽으로 눌려 벌어져서, 공구직경(φD)(도 2의 (b) 참조)이 확대되어 튜브(TU)의 확관 작업이 진행한다.

따라서 이 확관 작업 진행 중, 작업자는 회전 구동기를 지지하기만 하면, 도 3에 도시한 바와 같이, 맨드릴(5)의 자기 추진력에 의해 자동적으로 맨드릴(5)이 전진하여 튜브(TU)의 확관 작업이 진행한다. 즉, 작업자는 공구직경(φD)(도 2의 (b) 참조)이 확대되어 롤러(4)와 맨드릴(5)이 압압되고, 맨드릴(5)의 자기 추진력 이 발생할 때까지 섕크(2)를 밀어 넣기만 하면, 그 후는 맨드릴(5)의 자기 추진력에 의해 확관 작업이 자동으로 진행된다.

물론, 확관 작업 중은 실제로는 작업자는 회전 구동기를 항상 튜브(TU) 쪽으로 밀어붙이는 경우가 많기 때문에, 맨드릴(5)의 전진에 따라 섕크(2)도 전진하지만, 작업자가 섕크(2)를 밀어붙이는 힘은 맨드릴(5)의 자기 추진력보다 훨씬 작고, 통상적으로는 무시할 수 있을 정도이기 때문에, 확관시의 부하 토오크는 맨드릴(5)의 자기 추진력에 의해 결정된다. 작업자가 섕크(2)를 너무 밀어 넣을 경우에는 세트 칼라(26)에 의해 섕크(2)의 압입량(S)을 규제한다(도 1 참조).

이처럼, 공구직경(φD)이 확대됨에 따라 점차 확관시의 부하 토오크가 커지고, 사전에 설정된 한계값에 달하면, 회전 구동기의 주축 회전이 정지하도록 컨트롤러에 의해 제어되고 있다.

따라서 튜브(TU)가 소정의 직경까지 확대되면, 그 최대 부하 토오크를 검지하여 회전 구동기가 자동으로 정지한다. 회전 구동기가 정지된 상태에서는 롤러(4)와 튜브(TU)가 압압된 상태이기 때문에, 공구직경(φD)을 축소시켜 튜브(TU)를 개방할 필요가 있다.

공구직경(φD)을 축소시키기 위해서는 회전 구동기를 역회전시켜서 직경확대 동작과 반대의 동작을 시킨다. 회전 구동기를 역회전시키면, 섕크(2)를 통해 프레임(3)이 역회전하기 때문에, 상기 동작과 반대의 동작으로 맨드릴(5)이 자동적으로 후퇴하며, 롤러(4)가 프레임(3)의 외주면으로부터 매몰되어 공구직경(φD)(도 2의 (b) 참조)이 축소된다.

공구직경(φD)이 축소되어 롤러(4)가 튜브(TU)의 내주면으로부터 이격되면, 코일 스프링(8)에 의한 바이어스력으로 맨드릴(5)을 섕크(2)에 접촉할 때까지 확실히 후퇴시켜 공구직경(φD)이 최소가 된다. 이와 같이, 공구직경(φD)이 최소가 되면, 작업자는 회전 구동기를 정지하고, 확관 공구(1)를 튜브(TU)로부터 빼내 확관 작업을 종료한다.

본 발명의 실시예에 따른 확관 공구(1)는 상기한 바와 같이 동작하므로 다음과 같은 효과를 발생시킨다.

확관 공구(1)는 프레임(3)이 섕크(2)와 일체로서 회전하기 때문에, 프레임(3)의 회전수와 회전 구동기의 회전수가 일치하여, 종래의 확관 공구(1')(도 5 참조)와 비교하여 롤러(4)를 고속으로 회전시킬 수 있다. 따라서 확관 공구(1)에 의하면, 작업 효율을 향상시켜 확관 시간을 단축할 수 있다. 또한, 직접 프레임(3)을 회전시키기 때문에, 프레임(3)을 고속으로 회전시켜도 진동이 발생하기 어려우며, 작업자에 대한 부담도 적고 안전성도 향상시킬 수 있다.

이 점에서 종래의 확관 공구(1')에서는 회전 구동기에 의해 맨드릴(5')을 회전시키고, 맨드릴(5')의 회전에 의해 롤러(4')를 회전시키며, 롤러(4')의 회전에 의해 롤러(4')를 맨드릴(5') 주위로 공전시켜 프레임(3')을 회전시키는 것이기 때문에, 프레임(3')은 소위 유성 운동을 한다. 이 때문에, 유성 기어 운동 원리에 의해 프레임(3')의 회전수는 맨드릴(5')의 회전수에 대해 1/3∼1/5 정도로 감속되어, 그만큼 확관 시간이 연장된다.

여기서, 상기 관계를 정리하여, 본 실시예에 따른 확관 공구(1)와 종래의 확 관 공구(1')(도 5 참조)의 확관 속도 및 확관 시간을 비교한 것을 표 1에 나타내었다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 맨드릴 회전식의 확관 공구(1')에서는 회전 구동기의 회전수가 맨드릴(5')의 회전수와 동등하게 820min-1인 것에 반해, 본 실시예에 따른 프레임 회전식의 확관 공구(1)에서는 회전 구동기의 회전수가 프레임(3)의 회전수 820min^-1과 동등하게 되어 있다. 이 때문에 종래의 맨드릴 회전식의 확관 공구(1')에서는 프레임(3')의 회전수가 210min-1이 되고, 본 실시예에 따른 프레임 회전식의 확관 공구(1)에 비해 1/4 정도로 감속되어 있다.

따라서 튜브(TU)의 외경이 25.4mm, 두께가 2mm의 것을 같은 회전 구동기에 장착하여 확관 작업을 행한 결과, 본 실시예에 따른 프레임 회전식의 확관 공구(1)에서는 종래의 맨드릴 회전식의 확관 공구(1')와 비교하여 확관 시간이 약 1/3.89 정도로 단축되었다.

표 1은 본 실시예에 따른 프레임 회전식의 확관 공구(1)에서의 확관 시간을 1초로 하여 종래의 맨드릴 회전식의 확관 공구(1')를 비례 환산하여 나타낸 것이지만, 본 실시예에 따른 프레임 회전식의 확관 공구(1)에서의 확관 시간은 실제로 약 1초이었다.

<표 1>

이상, 본 발명의 실시예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 적절히 변경하여 실시하는 것이 가능하다.

예컨대, 본 실시예에 있어서는 프레임(3)과 맨드릴(5)을 키(25)로 결합하고 그들을 슬라이딩 가능하게 하면서 일체로서 회전하도록 구성했지만, 이에 한정되는 게 아니라 스플라인결합으로 구성할 수도 있다. 또한, 프레임(3) 또는 맨드릴(5) 중 한쪽에 장공(일방향으로 긴 구멍)을 형성하고 다른 쪽에 핀을 설치하며, 핀을 장공에 끼워맞춤시켜서 슬라이딩 가능하게 하면서 일체로서 회전하도록 구성하는 것도 가능하다.

본 실시예에 있어서는 맨드릴(5)을 섕크(2)에 바이어스시키는 바이어스 수단으로서 코일 스프링(8)을 사용하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 스파이럴 스프링이나 접시 스프링 등이어도 되고, 여러가지 스프링을 조합해도 된다. 또한, 고무 등의 탄성 부재를 사용해도 되며, 에어나 유압 등의 유체 압력을 이용한 것이어도 된다.

본 실시예에 있어서는 맨드릴(5)과 섕크(2) 사이에 윤활부재로서 볼 롤러(6)를 개재시키고, 간접적으로 맨드릴(5)과 섕크(2)의 전단부(23)를 접촉시키도록 구성했지만, 이에 한정되는 게 아니라 볼 롤러(6)를 개재시키지 않고 맨드릴(5)과 섕크(2)를 직접 접촉시켜서도 된다. 그리고 맨드릴(5)과 섕크(2)를 직접 접촉시켜서 슬라이딩시키는 경우에는, 그 슬라이딩면을 열처리나 코팅 등으로 슬라이딩 특성을 개선시킬 수도 있다. 또한, 볼 롤러(6) 대신에 스러스트 베어링 등의 구름 베어링이나 스러스트 링 등의 슬라이딩 베어링을 개재시켜도 된다.

그리고 본 실시예에 있어서는 베어링 칼라(9) 및 세트 칼라(26)를 장착하여 구성했지만, 용도에 따라 장착하면 되며 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 공기조화기 등의 휜(fin) 튜브를 전길이에 걸쳐 확관하는 것과 같은 경우에는, 베어링 칼라(9)를 장착시키지 않고 자기 추진 기능을 이용하여 프레임(3)을 전진시키면서 확관할 수도 있다.

본 발명에 따른 확관 공구에 의하면, 작업 효율을 향상시켜 확관 시간을 단축할 수 있는 확관 공구를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 확관 공구에 의하면, 작업성을 향상시킨 취급하기 용이한 확관 공구를 제공할 수 있다.

Claims

앞쪽이 큰 직경이 되는 테이퍼 형상을 구비한 복수의 롤러;

이 복수의 롤러를 동심원 상에 회전 가능하게 지지하는 통형의 프레임; 및

이 프레임에 대해 슬라이딩 가능하고 또한 회전 가능하게 삽입되고, 상기 롤러의 테이퍼 형상에 대응하도록 앞쪽이 작은 직경이 되는 테이퍼 형상을 구비한 맨드릴;을 가지고,

상기 맨드릴을 상기 프레임에 대해 전진시킴으로써, 상기 복수의 롤러의 외접원이 구성하는 확관직경을 확대시킴과 동시에,

회전 구동기에 장착하여, 상기 롤러를 구름운동시키면서 튜브를 직경확대 성형하는 확관 공구로서,

상기 회전 구동기에 연결되는 섕크를 구비하고,

상기 맨드릴은 상기 섕크의 전단부에 접촉하여 배치되며,

상기 프레임은 상기 섕크에 대해 전후 방향으로 슬라이딩 가능하게 연결됨과 동시에, 상기 섕크와 일체로서 회전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 확관 공구.
제1항에 있어서,

상기 맨드릴은 바이어스 수단에 의해 상기 섕크의 전단부에 바이어스되어 있는 것을 특징으로 하는 확관 공구.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 맨드릴과 상기 섕크의 전단부 사이에는 윤활부재가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 확관 공구.
제1 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 맨드릴의 회전축과 상기 롤러의 회전축이 교차하도록 피드 앵글을 형성하여 상기 롤러가 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 확관 공구.