KR20160025700A - 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드, 파이프 제조장치 및 파이프 제조방법 - Google Patents

나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드, 파이프 제조장치 및 파이프 제조방법 Download PDF

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Abstract

나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드, 파이프 제조장치 및 파이프 제조방법이 개시된다.
본 발명의 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드는, 내주면에 나선형 리브가 형성된 파이프를 제조하기 위한 압출 방식 파이프 제조장치의 인라인 선상에서 압출기의 후방에 마련되는 것으로서, 회전축; 상기 회전축의 전방에 분리 가능하도록 마련되는 맨드릴; 및 상기 회전축과 상기 맨드릴을 감싸되 적어도 일부 구간에서 상기 회전축 및 상기 맨드릴과 이격되게 수지 이동경로가 마련되는 하우징부를 포함하되, 상기 맨드릴의 외면에는 상기 맨드릴의 원주 방향을 따라 서로 이격되게 적어도 하나의 그루브가 마련되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의할 경우, 압출 방식을 이용하여 내주면에 나선형 리브가 형성된 파이프를 더욱 용이하면서도 생산성이 우수하게 제조할 수 있다.

Description

나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드, 파이프 제조장치 및 파이프 제조방법{ROTATING MOLD AND APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING PIPE WITH SPIRAL LIB}
본 발명은, 내주면에 나선형 리브가 형성된 파이프를 더욱 용이하면서도 생산성이 우수하게 제조하되 압출 방식을 이용하여 제조할 수 있는 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드, 파이프 제조장치 및 파이프 제조방법에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 파이프, 튜브, 덕트(Duct), 도관(Conduit) 등은 유체의 수송을 위하여 보편적으로 사용되고 있다. 열교환기(Heat exchanger), 히트파이프(Heat pipe) 등에 사용되고 있는 파이프는 냉매나 열매와 같은 유체와의 열교환 효율을 향상시키기 위하여 유체와 접촉되는 열교환 면적, 즉 전열면적을 고려하여 설계해야 한다.
종래에는 일 예로, 복수의 리브들이 이너 파이프와 아우터 파이프 각각의 내주면에 길이 방향을 따라 직선형으로 형성되어 있는 이중관식 열교환기가 개시되어 적용되고 있다.
그러나, 이와 같이 복수의 리브가 직선형으로 형성되는 열교환기용 리브 파이프는 압출 방식을 통해 연속적으로 제조 가능하지만, 복수의 리브들이 파이프의 내주면에 나선형으로 형성되는 나선형 리브 파이프의 경우에는 압출 방식을 통해 제조하기 힘든 문제가 있다.
특히, 나선형 리브 파이프는 강성, 내구성 및 생산성 등 여러 조건을 고려하여 제조해야 하며, 또한 리브와 파이프 내면과의 긴밀한 접촉을 위하여 정밀하게 제조되어야 하므로 압출에 많은 어려움을 수반하고 있다.
따라서 나선형 리브 파이프를 압출에 의하여 효율적으로 제조할 수 있는 압출장치의 개발이 요구되고 있으나, 이를 만족할 만한 압출 장치가 개발되지 못하고 있는 실정이다.
한국 등록특허 제10-0882785호 (2009.02.03 등록) 한국 공개특허 제10-2007-0096916호 (2007.10.02 공개) 한국 공개특허 제10-2008-0081941호 (2008.09.10 공개)
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 내주면에 나선형 리브가 형성된 파이프를 더욱 용이하면서도 생산성이 우수하게 제조하되 압출 방식을 이용하여 제조할 수 있는 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드, 파이프 제조장치 및 파이프 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 내주면에 나선형 리브가 형성된 파이프를 제조하기 위한 압출 방식 파이프 제조장치의 인라인 선상에서 압출기의 후방에 마련되는 것으로서, 회전축; 상기 회전축의 전방에 분리 가능하도록 마련되는 맨드릴; 및 상기 회전축과 상기 맨드릴을 감싸되 적어도 일부 구간에서 상기 회전축 및 상기 맨드릴과 이격되게 수지 이동경로가 마련되는 하우징부를 포함하되, 상기 맨드릴의 외면에는 상기 맨드릴의 원주 방향을 따라 서로 이격되게 적어도 하나의 그루브가 마련되는 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 내주면에 나선형 리브가 형성된 파이프를 제조하기 위한 압출 방식 파이프 제조장치로서, 파이프 제조용 수지를 용융 및 압출시키는 압출기; 상기 압출기에 연결되어 상기 용융된 수지를 공급받는 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 로테이팅 몰드; 상기 로테이팅 몰드에 연결되어 상기 로테이팅 몰드로부터 배출된 수지를 냉각시키는 냉각기; 및 상기 수지의 이동방향 상 상기 냉각기 후방에 마련되어 수지 파이프를 인출시키는 인출기를 포함하는 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 파이프 제조장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 내주면에 나선형 리브가 형성된 파이프를 압출 방식으로 제조하기 위한 파이프 제조방법으로서, (a) 회전축과, 외면에 그 원주 방향을 따라 서로 이격되게 적어도 하나의 그루브가 마련되며 상기 회전축의 전방에 결합되는 맨드릴을 하우징부 내측에 마련하는 단계; (b) 상기 회전축, 상기 맨드릴 및 상기 하우징부의 사이 공간과 상기 그루브 내측으로 수지를 공급하는 단계; 및 (c) 상기 회전축을 회전시켜 상기 맨드릴을 동시에 회전시킴과 동시에 상기 수지를 상기 하우징부의 외측으로 배출하는 단계를 포함하는 나선형 리브가 형성된 파이프를 제조하기 위한 파이프 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 압출 방식을 이용하여 내주면에 나선형 리브가 형성된 파이프를 더욱 용이하면서도 생산성이 우수하게 제조할 수 있다.
또한, 맨드릴에 그루브를 적어도 하나 마련함으로써, 파이프 내주면에 나선형 리브를 적어도 하나 형성할 수 있게 된다.
또한, 베이스 다이에 대해 사이징 다이를 교체 가능하도록 마련함으로써, 제조하고자 하는 파이프의 두께 변동시 사이징 다이를 새로 교체하여 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 나선형 리브의 폭, 두께, 피치 등의 조절이 필요한 경우, 회전축으로부터 맨드릴을 분리한 후 원하는 사이즈의 그루브가 형성된 새로운 맨드릴로 교체함으로써 용이하게 변경하여 적용 가능하다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 파이프 제조장치를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 파이프 제조장치를 통해 제조되는 파이프를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드를 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드의 일부 구성을 나타내는 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 파이프 제조방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파이프 제조장치는, 내주면에 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 것이다. 이러한 파이프는 지열 교환 파이프 용도 등으로 사용 가능하며, 파이프 내주면에 나선형 리브가 마련될 시 파이프 내부를 따라 유동하는 열매체에 난류를 형성하여 열매체와 지열과의 열교환 효율을 상당히 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 파이프 제조장치를 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 파이프 제조장치를 통해 제조되는 파이프를 나타내는 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 파이프 제조장치는, 압출 방식을 이용하여 내주면에 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 것으로서, 파이프 제조용 수지를 용융 및 압출시키는 압출기(100)와, 압출기(100)에 연결되어 용융된 수지를 공급받는 로테이팅 몰드(200)와, 로테이팅 몰드(200)에 연결되어 로테이팅 몰드(200)로부터 배출된 수지를 냉각시키는 냉각기(400)와, 수지의 이동방향 상 냉각기(400) 후방에 마련되어 수지 파이프를 인출시키는 인출기(500, haul off device)를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 파이프 제조장치는, 인출기(500)의 후방에 마련되어 수지 파이프의 표면에 필요한 문양 등을 인쇄하는 인쇄기(600)와, 인쇄기(600)의 후방에 마련되어 파이프를 적정 길이로 커팅하는 커팅기(700)와, 커팅기(700)의 후방에 마련되어 파이프를 권취하는 권취기(800) 등을 더 포함한다.
여기서, 압출기(100), 로테이팅 몰드(200), 진공 탱크(300), 냉각기(400), 인출기(500), 인쇄기(600), 커팅기(700) 등은 파이프 제조공정이 인라인 작업선 상에서 연속적으로 이루어질 수 있도록 서로 연결되게 배치된다.
먼저, 압출기(100)는 호퍼 등으로부터 공급된 수지 입자를 고온으로 용융시킨 후 이송 스크루 회전을 통해 로테이팅 몰드(200) 측으로 배출한다. 압출기(100)는 일정 이상의 길이를 갖도록 마련되며, 용융된 수지가 압출기(100) 내부를 따라 이동하는 동안 응고하는 것을 방지하도록 압출기(100)에는 히터 등과 같은 복수의 가열수단이 마련되는 것이 바람직하다.
다음, 로테이팅 몰드(200)는 압출기(100)로부터 배출된 용융된 수지를 공급받도록 압출기(100)와 연결된다. 로테이팅 몰드(200)는 용융된 수지를 실질적으로 파이프 형상으로 구현하여 외부로 배출함과 더불어 파이프 내주면에 나선형 리브를 형성하기 위한 목적으로 마련된다.
여기서, 도 1에 도시한 바와 같이, 로테이팅 몰드(200)는 압출기(100)의 길이 방향에 대해 일정 이상 경사진 상태로 마련되며, 일 예로 수직하게 마련될 수 있다. 이에 따라 수지의 이동 경로는 로테이팅 몰드(200)를 통과하면서 대략 수직 방향으로 변경된다. 이와 같이 로테이팅 몰드(200)를 압출기(100)의 길이 방향에 대해 경사지게 마련하는 이유는, 압출기(100)로부터의 수지 유동 방향을 대략 수직 방향으로 변경함과 더불어 전술한 나선형 리브를 용이하게 형성하기 위한 내부 구조 설계에 의한다.
한편, 로테이팅 몰드(200)의 내부 구조 등 더욱 자세한 설명은 후술하기로 한다.
다음, 냉각기(400)는 로테이팅 몰드(200)에 연결되어 로테이팅 몰드(200)로부터 배출되는 파이프 형상의 수지를 냉각시키게 된다. 냉각기(400)는 수지를 급속도로 냉각시켜 파이프 형상을 구현하기 위한 것으로서, 일 예로 수냉 방식을 통해 냉각시킬 수 있다.
본 실시예에서, 로테이팅 몰드(200)와 냉각기(400) 사이에는, 로테이팅 몰드(200)로부터 배출되는 파이프 형상의 수지에 진공 환경을 제공하여 파이프가 정확한 원 형상을 유지하도록 하는 진공 탱크(300)가 마련된다.
다음, 인출기(500)는 수지의 이동방향 상 냉각기(400) 후방에 마련되어 수지 파이프를 커팅기(700) 측으로 인출시키게 된다. 부연하자면, 수지는 일차적으로 압출기(100) 내의 이송 스크루 회전을 통해 로테이팅 몰드(200) 내측으로 유입되며 로테이팅 몰드(200) 내측의 수지는 압출기(100)로부터 지속적으로 유입되는 수지의 유입압력에 의해 로테이팅 몰드(200) 외부로 배출된 후 냉각기(400) 측으로 이송 가능하게 된다. 이때, 로테이팅 몰드(200) 내측으로 유입되는 수지의 유입압력만으로 수지 파이프를 일정 이상 긴 길이로 배출하기에는 수지 파이프의 형상 유지불가 등 일부 문제가 발생하며, 이에 따라 압출기(100)로부터의 지속적인 수지 유입에 따른 유입압력에 인출기(500)의 인출압을 추가적으로 더해 수지 파이프를 형상변형 없이 용이하게 인출 가능하게 된다. 여기서, 파이프의 형상 변형이라 함은 파이프가 직관 형태가 아닌 일부 구간에서 벤딩이 이루어지는 등의 불량을 의미한다.
다음, 인쇄기(600)는 파이프 제조를 위한 인라인 상 인출기(500)의 후방에 마련되어 수지 파이프의 표면에 파이프 재질, 두께, 내경, 외경 등의 스펙 등을 인쇄하게 된다.
또한, 커팅기(700)는 커터가 마련되어 파이프를 적정 길이로 커팅하게 되며, 권취기(800)는 커팅기(700)의 후방에 마련되어 권취된 파이프를 와인딩하게 된다. 한편, 인출기(500)와 인쇄기(600) 사이에는 수지 파이프의 내부 불량 여부 등을 검출하기 위한 엑스레이 검출기(900)가 더 마련될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 로테이팅 몰드(200)에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드를 나타내는 측면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드의 일부 구성을 나타내는 단면도이며, 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드를 나타내는 사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 파이프 제조방법을 나타내는 순서도이다.
본 실시예에서, 로테이팅 몰드(200)는 압출기(100)로부터 공급된 용융된 수지를 공급받아 파이프 형상을 구현함과 더불어 파이프 내주면에 나선형 리브를 형성하기 위한 것이다. 참고로, 도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 파이프 제조장치를 통해 제조된 파이프(201)가 나타나 있으며, 파이프(201) 내주면에 나성형 리브(202)가 형성되어 있음을 알 수 있다.
도 3 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 로테이팅 몰드(200)는, 회전축(210)과, 회전축(210)의 전방에 분리 가능하도록 마련되는 맨드릴(220)과, 회전축(210)과 맨드릴(220)을 감싸되 적어도 일부 구간에서 회전축(210) 및 맨드릴(220)과 이격되게 마련되는 하우징부(230)를 포함한다.
먼저, 회전축(210)은 구동수단에 의해 회전 가능하도록 하우징부(230) 내에 마련된다. 회전축(210)을 회전시키기 위한 구동수단은, 일 예로 구동모터(211)와, 회전축(210)의 후방 영역에 결합되는 스프라킷 휠(212)과, 구동모터(211)와 스프라킷 휠(212)을 연결하는 체인(213)을 포함할 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않으며 기어 모듈 등 회전축(210)을 회전시킬 수 있는 구동수단이라면 어떠한 것이라도 적용 가능하다.
한편, 구동수단이 전술한 구동모터(211) 및 스프라킷 휠(212) 등을 포함하는 경우, 구동모터(211)는 정역 회전이 자유로운 서보 모터로 적용되는 것이 바람직하다. 따라서, 회전축(210)은 구동모터(211)의 구동에 의해 정방향으로 회전하다가 필요시 역방향으로 회전 방향이 변경 가능하게 된다.
본 발명의 실시예에서, 회전축(210)의 전방 영역과 하우징부(230) 사이, 맨드릴(220)과 하우징부(230) 사이에는 압출기(100)로부터 공급된 용융 수지가 유동하도록 수지 유로가 마련된다.
여기서, 회전축(210) 및 맨드릴(220)과 이격된 하우징부(230)의 내측 공간(즉, 수지 유로)으로 용융 수지가 유입될 때, 회전축(210)이 구동모터(211) 등에 의해 회전함에 따라 파이프(201)의 내주면에는 나성형 리브(202)가 마련된다.
구체적으로, 맨드릴(220)의 외면에는 맨드릴(220)의 원주 방향을 따라 서로 이격되게 적어도 하나의 그루브(221)가 마련되며, 이러한 그루브(221)는 하우징부(230) 내에서 전술한 수지 유로와 연통하는 상태로 마련되어 수지가 유동하는 공간으로서 작용한다. 따라서, 전술한 수지 유로와 그루브(221) 내로 용융 수지가 지속적으로 공급되는 상태에서, 회전축(210)과 맨드릴(220)이 동시에 회전하게 되면 로테이팅 몰드(200) 외측으로 배출되는 파이프(201)의 내주면에는 그루브(221) 형상과 대응하는 형상의 나성형 리브(202)가 형성된다.
이때, 작업자가 전술한 바와 같이 구동모터(211)의 회전 방향을 정방향에서 역방향으로 변경하면 나성형 리브(202)의 회전 방향 역시 구동모터(211)의 회전 방향 변동에 의해 반대로 형성 가능하다.
본 실시예에서, 맨드릴(220)은 회전축(210)의 전방에 분리 가능하도록 마련된다. 맨드릴(220)은 예를 들어 볼트 등의 체결부재를 이용하여 분리 가능하도록 결합되고, 나성형 리브(202)의 피치 조절, 두께 조절 및 폭 조절 등이 필요한 경우 작업자는 회전축(210)으로부터 맨드릴(220)을 분리한 후 변경하고자 하는 사이즈의 그루브(221)가 형성된 새로운 맨드릴(220)로 교체할 수 있다. 또한, 성형하고자 하는 파이프(201)의 두께 조절이 필요한 경우 작업자는 회전축(210)으로부터 맨드릴(220)을 분리한 후 변경하고자 하는 두께를 갖는 새로운 맨드릴(220)로 교체할 수 있다.
한편, 관련 도면에서 맨드릴(220)에는 하나의 그루브(221)가 형성되어 있지만, 이에 한정되지 않으며 맨드릴(220)의 원주 방향을 따라 서로 이격되게 복수의 그루브(221)가 마련될 수 있으며, 이 경우 파이프(201)의 내주면에는 마찬가지로 복수의 나성형 리브(202)가 마련된다.
다음, 하우징부(230)는, 회전축(210)과 맨드릴(220)을 감싸되 적어도 일부 구간에서 회전축(210) 및 맨드릴(220)과 이격되게 마련된다.
구체적으로, 도 4에 도시한 바와 같이, 하우징부(230)는, 회전축(210)의 전후방 미세 움직임을 가능하게 하는 미세조정유닛(260)이 내측에 마련되는 제1 하우징(231)과, 제1 하우징(231)의 전방에 결합되고 회전축(210)의 후방 이동을 저지하도록 회전축 후방이동 제한부(270)가 결합되는 제2 하우징(232)과, 제2 하우징(232)의 전방에 결합되고 압출기(100)로부터 공급된 수지가 내측으로 유입되도록 수지 유입구(234)가 마련되는 제3 하우징(233)과, 제3 하우징(233)의 전방에 결합되어 회전축(210)의 전방 영역을 감싸고 회전축(210)과의 사이에 파이프용 수지의 제1 이동경로(241)를 형성하는 베이스 다이(240)와, 베이스 다이(240)의 전방에 분리 가능하게 마련되되, 맨드릴(220)과의 사이에 파이프용 수지의 제2 이동경로(251)를 형성하는 사이징 다이(250, sizing die)를 포함한다.
먼저, 제1 하우징(231)의 내측에는 작업자가 회전축(210)을 전후방으로 미세하게 이동시키기 위한 미세조정유닛(260)이 마련되며, 이에 대해서는 후술한다.
또한, 하우징부(230)의 후방, 구체적으로 제1 하우징(231)의 후방에는 하우징부(230)의 내측으로 공급된 수지의 전방 배출에 따라 회전축(210)이 수지 배출방향과 동일한 전방으로 이동하는 것을 방지하도록 회전축 전방이동 제한부(280)가 마련된다. 부연하자면, 압출기(100)로부터 하우징부(230) 내측으로 유입된 용융 수지는 제3 하우징(233), 베이스 다이(240) 및 사이징 다이(250)의 내면, 회전축(210)과 맨드릴(220)의 외면에 각각 접촉하는 상태로 지속적으로 유입되는 수지의 유동압에 의해 외부로 배출된다. 이때 회전축(210)과 맨드릴(220)에는 수지 배출방향과 동일한 방향으로 압력이 가해지게 되며 이러한 압력에 의해 회전축(210)은 전방으로 쏠리는 현상이 발생할 수 있다. 본 실시예에서는 이러한 회전축(210)의 전방 쏠림 현상을 방지하도록 제1 하우징(231)의 후방에 회전축 전방이동 제한부(280)가 마련된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 회전축 전방이동 제한부(280)는, 하우징부(230), 즉 제1 하우징(231)의 후면에 결합되며 회전축(210)에 마련된 나사산(214)에 나사 결합 가능한 잭킹 너트(281, jacking nut)와, 잭킹 너트(281)의 후면에 결합되며 회전축(210)에 마련된 나사산(214)에 나사 결합 가능한 락킹 너트(282, locking nut)를 포함한다.
여기서 잭킹 너트(281)와 락킹 너트(282)의 내주면에는 각각 회전축(210)에 형성된 나사산(214)과 나사 결합 가능하도록 나사산(미도시)이 형성되어 있으며, 각각의 나사산은 동일한 방향으로 형성된다. 부연하자면, 잭킹 너트(281)는 제1 하우징(231)에 지지(후술하는 스퍼스트 베어링의 아우터 라이너 가장자리에 강제 압입)된 상태를 유지함과 더불어 회전축(210)에 나사 결합된 상태를 가지므로, 수지 유동압에 의해 회전축(210)이 전방으로 치우쳐서 이동하는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 락킹 너트(282)는 잭킹 너트(281)와 동일하게 회전축(210)의 전방 이동을 제한하도록 마련되는데, 특히 수지 유동압이 더욱 증가하여 잭킹 너트(281)만으로 회전축(210)의 전방 이동을 저지하기 힘든 경우 이를 추가적으로 보완하게 된다. 한편, 작업자가 잭킹 너트(281)와 락킹 너트(282)를 용이하게 회전하여 회전축(210)에 체결할 수 있도록 잭킹 너트(281)와 락킹 너트(282)의 외주면에는 렌치 등의 공구가 삽입 가능하도록 공구 삽입홈이 마련되는 것이 바람직하다.
전술한 미세조정유닛(260)은, 필요 시 작업자가 회전축(210)을 전후방으로 미세 이동시키기 위해 마련되는 것으로서, 도 4에 도시한 바와 같이, 후면에 회전축 전방이동 제한부(280), 구체적으로 잭킹 너트(281)가 지지되는 잭킹 칼라부(261)와, 잭킹 칼라부(261)와 나사 결합되어 회전에 따라 잭킹 칼라부(261)를 전후방으로 미세 이동시키는 웜 휠 너트(264)와, 웜 휠 너트(264)를 회전시키는 너트 회전부(265)를 포함한다.
잭킹 칼라부(261)는 잭킹 칼라(262, jacking collar)와, 잭킹 칼라(262)에 압입되어 회전축(210)의 하측 처짐을 방지하는 스러스트 베어링(263)을 포함한다. 여기서, 잭킹 너트(281)는 스러스트 베어링(263)의 아우터 라이너의 가장자리에 강제 압입되어 지지된 상태를 유지하며, 스러스트 베어링(263)의 축방향 회전시 이와 동시에 회전축(210)을 중심으로 회전 가능하다.
웜 휠 너트(264)는 제1 하우징(231) 내측에서 잭킹 칼라(262)와 나사 결합되며, 웜 휠 너트(264)의 회전에 따라 잭킹 칼라(262)는 하우징부(230)의 길이방향(도면상 전방)을 향해 미세하게 이동 가능하게 된다. 부연하자면, 회전축(210)이 하우징부(230)의 전방을 향해 미세하게 이동해야될 필요가 발생하는 경우, 작업자는 웜 휠 너트(264)를 회전시키게 되고 이때 잭킹 칼라(262)는 회전하면서 후방으로 미세하게 이동되고 이때 스러스트 베어링(263) 또한 마찬가지로 회전하면서 후방으로 미세 이동 가능하게 된다. 이어서, 스러스트 베어링(263)의 외면에 강제 압입된 잭킹 너트(281) 또한 마찬가지로 후방으로 회전하면서 미세 이동하게 되며 잭킹 너트(281)의 후방 회전 이동에 따라 서로 나사 결합된 회전축(210)은 반대로 전방으로 미세하게 이동 가능하게 된다. 이러한 회전축(210)의 전방 이동 수치는 극히 미미한 정도인 것이 바람직하다. 한편, 웜 휠 너트(264)를 회전시키기 위한 너트 회전부(265)는, 핸들(266)과, 웜 휠 너트(264)에 나사 결합되며 핸들(266)의 회전에 따라 전후방 이동이 가능한 웜 샤프트(267)를 포함한다.
다음, 제2 하우징(232)은 제1 하우징(231)의 전방에 결합되고 회전축(210)의 후방 이동을 저지하기 위한 회전축 후방이동 제한부(270)가 내측에 마련된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 회전축(210)의 일부 영역에는 단차진 나사산(215)가 마련된다. 이러한 나사산(215)에 걸림되어 회전축(210)의 이동을 제한하기 위한 회전축 후방이동 제한부(270)는, 회전축(210)의 일부를 감싸면서 나사산(215)에 걸림되는 가이드 튜브로 적용 가능하다.
즉, 회전축(210)은 회전축 후방이동 제한부(270)에 걸림되어 후방 이동이 제한되어 최대한 정위치를 유지하게 되며 이에 따라 회전축(210) 위치 변동에 따른 파이프 불량 발생을 최대한 방지할 수 있게 된다.
한편, 본 실시예에서, 회전축(210)과 회전축 후방이동 제한부(270) 사이에는 오일리스 베어링(271)이 더 마련되는 것이 바람직하다. 이러한 오일리스 베어링(271)은 장시간의 회전축(210) 회전에 따라 나사산(215)와 회전축 후방이동 제한부(270)의 상호 접촉 부위가 마찰에 의해 파손되는 것을 방지하게 된다. 즉, 오일리스 베어링(271)은 상대적으로 두께가 얇은 회전축 후방이동 제한부(270)가 마찰열 등에 의해 마모되는 것을 최대한 방지할 수 있게 된다.
다음, 제3 하우징(233)은 제2 하우징(232)의 전방에 결합되고 압출기(100)로부터 공급된 수지가 내측으로 유입되도록 수지 유입구(234)가 마련된다. 압출기(100)로부터 용융된 수지는 수지 유입구(234)를 통해 제3 하우징(233) 내측의 수지 이동경로로 유입된다. 한편, 압출기(100)의 내부 온도와 제3 하우징(233)의 내부 온도가 서로 상이한 경우 제3 하우징(233) 내부로 유입된 수지는 용융된 상태를 유지하지 못하고 일부 응고가 진행될 수도 있다. 이러한 경우, 파이프 성형을 위한 수지의 용융 상태를 최대한 유지하기 힘들게 되며 따라서 파이프의 불량 발생을 초래하게 된다.
본 실시예에서는 이를 해결하고자, 제3 하우징(233)에 내측으로 유입된 수지를 가열하기 위한 히터(235)가 마련된다. 이러한 히터(235)는 제3 하우징(233)을 가열하여 결국 수지를 가열하게 되며 수지가 일부 응고하는 것을 방지하게 된다.
또한, 본 실시예에서는, 제3 하우징(233) 내측의 수지 유로를 따라 유동하는 수지의 온도를 측정하도록 온도센서(236)가 마련된다. 온도센서(236)의 측정값은 제어부(미도시)로 전달되며 제어부는 온도센서(236)의 측정값을 기설정한 기준값 범위와 비교한 후 필요에 따라 히터(235)의 발열량을 증감하게 된다.
한편, 도면에 별도로 도시하지 않았지만 하우징부(232)에는 히터(235) 발열에 의한 과열을 방지하도록 냉각수 유로(미도시)가 더 마련되는 것이 바람직하다.
다음, 베이스 다이(240)는, 제3 하우징(233)의 전방에 결합되어 회전축(210)의 전방 영역을 감싸고 회전축(210)과의 사이에 파이프용 수지의 제1 이동경로(241)를 형성하게 된다. 여기서, 제1 이동경로(241)는 수지 유입구(234) 근처의 수지 이동경로와 연통하는 상태를 갖는다. 또한, 베이스 다이(240)에는 전술한 제3 하우징(233)과 마찬가지로 제1 이동경로(241)를 따라 유동하는 수지의 온도를 측정하도록 별도의 온도센서(236)가 더 마련되고 수지를 가열하도록 별도의 히터(235)가 더 마련되는 것이 바람직하다. 여기서, 베이스 다이(240)에 마련되는 히터는 일 예로 베이스 다이(240)의 외면 전체 둘레에 걸쳐 마련되는 밴드 히터일 수 있다.
이어서, 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이 사이징 다이(250)는, 베이스 다이(240)의 전방에 분리 가능하게 마련되며 맨드릴(220)과의 사이에 파이프용 수지의 제2 이동경로(251)를 형성하게 된다. 사이징 다이(250)는 용융 수지의 최종 배출구 역할을 하는 것으로서 최종 배출되는 수지를 가열하여 파이프 성형성을 향상시키도록 별도의 히터(235)가 마련되어 있다.
한편, 본 실시예에서, 제1 이동경로(241) 및 제2 이동경로(251)는 유선형으로 연결되는 것이 바람직하며, 제2 이동경로(251)의 전방에는 직선구간이 마련되는 것이 바람직하다.
여기서 제1 이동경로(241) 및 제2 이동경로(251)가 유선형으로 연결됨에 따라 압출기(100)로부터의 지속적인 수지 유입에 의해 제1 이동경로(241) 및 제2 이동경로(251)를 따라 유동하는 수지의 유동성을 향상시켜 파이프 성형 효율을 증대시킬 수 있다. 구체적으로, 제1 이동경로(241) 및 제2 이동경로(251)를 따라 유동하는 수지 내에 공기가 포함되는 것을 최대한 방지하여 성형 파이프 내에 기포가 형성되는 것을 방지하고, 수지 유로부내 수지의 적층에 따른 탄화를 방지하여 결국 파이프의 성형 불량을 방지하게 된다.
또한, 제2 이동경로(251)의 전방에 마련된 직선구간은 결국 수지의 최종 배출구간으로서 성형하고자 하는 파이프가 직관 형태를 유지하도록 직선 형태의 유로로 마련된다.
본 발명의 실시예에서, 사이징 다이(250)는 베이스 다이(240)의 중심축에 대해 편심되도록 위치 조절가능하게 마련된다. 부연하자면, 수지의 최종 배출구간에서 사이징 다이(250)의 내면과 맨드릴(220) 외면 사이의 거리가 일정하게 형성되더라도 수지 유동압의 구역별 차이 발생 등에 의해 최종 배출되는 파이프의 원주 방향상 두께는 불균일하게 형성될 수 있다. 이러한 경우 사이징 다이(250)와 맨드릴(220) 간의 위치를 조절할 필요가 발생하며 이를 위해 본 실시예에서는 전술한 바와 같이 사이징 다이(250)가 편심 이동 가능하게 마련된다.
구체적으로, 베이스 다이(240)와 사이징 다이(250)는 결합볼트(252)를 통해 서로 결합되는데 본 실시예에서는 결합볼트(252)가 체결되더라도 사이징 다이(250)가 측방향으로 어느 정도 움직임 가능하게 마련된다. 일 예로 결합볼트(252)가 결합되는 결합홀의 내경을 결합볼트(252)의 외경보다 일정부분 크게 형성함으로써 이는 가능하게 된다.
또한, 본 실시예에서, 베이스 다이(240)에는 사이징 다이(250)의 외면과 접촉 가능하도록 복수의 편심조절 볼트(253)가 관통하여 결합되며, 작업자는 복수의 편심조절 볼트(253)의 회전 정도를 조절하여 베이스 다이(240)에 대한 사이징 다이(250)의 편심 위치를 조절할 수 있게 된다. 즉, 사이징 다이(250)는 복수의 편심조절 볼트(253) 결합을 통해 베이스 다이(240)에 대해 견고하게 결합 완료된다.
도 7은 본 발명에 따른 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 파이프 제조방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 파이프 제조방법을 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 파이프 제조방법은, 내주면에 나선형 리브가 형성된 파이프를 제조하기 위한 것으로서, 도 7에 도시한 바와 같이, 회전축(210)과, 외면에 그 원주 방향을 따라 서로 이격되게 적어도 하나의 그루브(221)가 마련되며 회전축(210)의 전방에 결합되는 맨드릴(220)을 하우징부(230) 내측에 마련하는 단계(S100)와, 회전축(210), 맨드릴(220) 및 하우징부(230)의 사이 공간과 그루브(221) 내측으로 수지를 공급하는 단계(S200)와, 회전축(210)을 회전시켜 맨드릴(220)을 동시에 회전시킴과 동시에 수지를 하우징부(230)의 외측으로 배출하는 단계(S300)와, 하우징부(230) 외측으로 배출되는 수지 파이프의 원주방향을 따른 균일한 두께 형성을 위해, 베이스 다이(240)의 중심축에 대해 사이징 다이(250)의 편심 정도를 조절하는 단계(S400)를 포함한다.
먼저, S100단계에서는 회전축(210)과 맨드릴(220)을 하우징부(230) 내측에 마련하며, 이때 맨드릴(220)은 회전축(210)의 회전시 이와 동시에 회전 가능하도록 마련된다. 이때 맨드릴(220)의 외면에는 나성형 리브(202)를 형성하기 위한 적어도 하나의 그루브(221)가 마련된다.
다음, S200단계에서는 압출기(100)로부터 용융된 수지를 하우징부(230) 내측의 수지 유로 공간으로 주입한다. 이때, 용융 수지는 그루브(221)를 포함한 수지 유로 공간에 충진된다.
이어서, S300단계에서는 별도의 구동수단을 통해 회전축(210)과 맨드릴(220)을 회전시키게 되고 압출기(100)로부터 지속적으로 주입되는 수지의 유입압에 의해 하우징부(230) 내측에 충진된 수지는 하우징부(230) 외측으로 배출된다. 여기서, 맨드릴(220)이 회전하면서 수지가 배출되므로 최종 배출되는 파이프 형상의 내면에는 그루브(221)와 대응하는 형상의 나성형 리브(202)가 형성 가능하다.
이후, S400단계에서 작업자는 S300단계에서 하우징부(230) 외측으로 배출되는 파이프의 이상 여부(예를 들어 원주방향을 따른 균일한 두께 형성 여부 등)를 확인한 후, 이상이 감지되면 베이스 다이(240)의 중심축에 대해 사이징 다이(250)의 편심 정도를 조절할 수 있다.
이상 S100 내지 S400 단계에 대해 간단하게 설명하였으며 더 구체적인 내용은 본 발명의 실시예에 따른 로테이팅 몰드(200)를 설명한 부분에 포함되어 있으므로 이에 대한 중복 설명을 생략하기로 한다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
200: 로테이팅 몰드 202: 나선형 리브
210: 회전축 220: 맨드릴
221: 그루브 240: 베이스 다이
250: 사이징 다이 260: 미세조정유닛
261: 잭킹 칼라부 264: 웜 휠 너트
265: 너트 회전부 270: 회전축 후방이동 제한부
280: 회전축 전방이동 제한부 281: 잭킹 너트
282: 락킹 너트

Claims (18)

  1. 내주면에 나선형 리브가 형성된 파이프를 제조하기 위한 압출 방식 파이프 제조장치의 인라인 선상에서 압출기의 후방에 마련되는 것으로서,
    회전축;
    상기 회전축의 전방에 분리 가능하도록 마련되는 맨드릴; 및
    상기 회전축과 상기 맨드릴을 감싸되 적어도 일부 구간에서 상기 회전축 및 상기 맨드릴과 이격되게 수지 이동경로가 마련되는 하우징부를 포함하되,
    상기 맨드릴의 외면에는 상기 맨드릴의 원주 방향을 따라 서로 이격되게 적어도 하나의 그루브가 마련되는 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전축 및 상기 맨드릴과 이격된 상기 하우징부의 내측 공간으로 상기 파이프 제조용 수지가 유입될 시, 상기 회전축이 회전함에 따라 상기 파이프의 내주면에는 나선형 리브가 마련되는 것을 특징으로 하는 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하우징부는,
    상기 회전축의 전후방 미세 움직임을 가능하게 하는 미세조정유닛이 내측에 마련되는 제1 하우징;
    상기 제1 하우징의 전방에 결합되고 상기 회전축의 후방 이동을 저지하도록 회전축 후방이동 제한부가 결합되는 제2 하우징; 및
    상기 제2 하우징의 전방에 결합되고 상기 압출기로부터 공급된 수지가 내측으로 유입되도록 수지 유입구가 마련되는 제3 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 회전축에는 단차부가 마련되고,
    상기 회전축 후방이동 제한부는 상기 회전축의 일부를 감싸면서 상기 단차부에 걸림되는 가이드 튜브인 것을 특징으로 하는 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제3 하우징에는, 내측으로 유입된 수지를 가열하기 위한 히터 및 상기 수지의 온도를 측정하기 위한 온도센서가 마련되는 것을 특징으로 하는 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하우징부는,
    상기 회전축의 전방 영역을 감싸되, 상기 회전축과의 사이에 상기 파이프용 수지의 제1 이동경로를 형성하는 베이스 다이; 및
    상기 베이스 다이의 전방에 분리 가능하게 마련되며, 상기 맨드릴과의 사이에 상기 파이프용 수지의 제2 이동경로를 형성하는 사이징 다이를 포함하는 것을 특징으로 하는 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 이동경로 및 상기 제2 이동경로는 유선형으로 연결되되, 상기 제2 이동경로의 전방에는 직선구간이 마련되는 것을 특징으로 하는 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 사이징 다이는 상기 베이스 다이의 중심축에 대해 편심되도록 위치 조절가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 베이스 다이에는 상기 사이징 다이의 외면과 접촉 가능하도록 복수의 편심조절 볼트가 결합되며, 상기 편심조절 볼트의 회전정도에 따라 상기 편심 위치가 조절 가능한 것을 특징으로 하는 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 하우징부의 후방에는, 상기 하우징부의 내측으로 공급된 수지의 전방 배출에 따라 상기 회전축이 상기 수지 배출방향과 동일한 전방으로 이동하는 것을 방지하도록 회전축 전방이동 제한부가 마련되는 것을 특징으로 하는 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 회전축 전방이동 제한부는,
    상기 하우징부의 후면에 결합되며 상기 회전축에 마련된 나사산에 나사 결합 가능한 잭킹 너트; 및
    상기 잭킹 너트의 후면에 결합되며 상기 회전축에 마련된 나사산에 나사 결합 가능한 락킹 너트를 포함하는 것을 특징으로 하는 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 하우징부의 후방 내측에는 상기 회전축의 전후방 미세 움직임을 가능하게 하는 미세조정유닛이 내측에 마련되며,
    상기 미세조정유닛은,
    후면에 상기 회전축 전방이동 제한부가 지지되는 잭킹 칼라부;
    상기 잭킹 칼라부와 나사 결합되어 회전에 따라 상기 잭킹 칼라부를 전후방으로 미세 이동시키는 웜 휠 너트; 및
    상기 웜 휠 너트를 회전시키는 너트 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 로테이팅 몰드.
  13. 내주면에 나선형 리브가 형성된 파이프를 제조하기 위한 압출 방식 파이프 제조장치로서,
    파이프 제조용 수지를 용융 및 압출시키는 압출기;
    상기 압출기에 연결되어 상기 용융된 수지를 공급받는 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 로테이팅 몰드;
    상기 로테이팅 몰드에 연결되어 상기 로테이팅 몰드로부터 배출된 수지를 냉각시키는 냉각기; 및
    상기 수지의 이동방향 상 상기 냉각기 후방에 마련되어 수지 파이프를 인출시키는 인출기를 포함하는 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 파이프 제조장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 로테이팅 몰드는 상기 압출기의 길이 방향에 대해 경사진 상태로 마련되는 것을 특징으로 하는 나선형 리브가 마련된 파이프를 제조하기 위한 파이프 제조장치.
  15. 내주면에 나선형 리브가 형성된 파이프를 압출 방식으로 제조하기 위한 파이프 제조방법으로서,
    (a) 회전축과, 외면에 그 원주 방향을 따라 서로 이격되게 적어도 하나의 그루브가 마련되며 상기 회전축의 전방에 결합되는 맨드릴을 하우징부 내측에 마련하는 단계;
    (b) 상기 회전축, 상기 맨드릴 및 상기 하우징부의 사이 공간과 상기 그루브 내측으로 수지를 공급하는 단계; 및
    (c) 상기 회전축을 회전시켜 상기 맨드릴을 동시에 회전시킴과 동시에 상기 수지를 상기 하우징부의 외측으로 배출하는 단계를 포함하는 나선형 리브가 형성된 파이프를 제조하기 위한 파이프 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 회전축은 정역방향 회전 가능한 것을 특징으로 하는 나선형 리브가 형성된 파이프를 제조하기 위한 파이프 제조방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 하우징부는,
    상기 회전축의 전방 영역을 감싸되, 상기 회전축과의 사이에 상기 파이프용 수지의 제1 이동경로를 형성하는 베이스 다이; 및
    상기 베이스 다이의 전방에 분리 가능하게 마련되되, 상기 맨드릴과의 사이에 상기 파이프용 수지의 제2 이동경로를 형성하는 사이징 다이를 포함하는 것을 특징으로 하는 나선형 리브가 형성된 파이프를 제조하기 위한 파이프 제조방법.
  18. 제15항에 있어서,
    (d) 상기 하우징부 외측으로 배출되는 수지 파이프의 원주방향을 따른 균일한 두께 형성을 위해, 상기 베이스 다이의 중심축에 대해 상기 사이징 다이의 편심 정도를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나선형 리브가 형성된 파이프를 제조하기 위한 파이프 제조방법.

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