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KR101431955B1 - 공압공구용 샤프트를 제작하는 방법 및 동일하게 만들어진 샤프트 - Google Patents

공압공구용 샤프트를 제작하는 방법 및 동일하게 만들어진 샤프트 Download PDF

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KR101431955B1
KR101431955B1 KR1020130002394A KR20130002394A KR101431955B1 KR 101431955 B1 KR101431955 B1 KR 101431955B1 KR 1020130002394 A KR1020130002394 A KR 1020130002394A KR 20130002394 A KR20130002394 A KR 20130002394A KR 101431955 B1 KR101431955 B1 KR 101431955B1
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South Korea
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shaft
segment
hollow section
end surface
friction welding
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흐신-허 창
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에어보스 에어 툴 컴퍼니 리미티드
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Abstract

공압공구의 샤프트를 제작하는 방법은, 캐스팅, 마찰용접 및 처리과정 단계를 지닌다. 캐스팅 단계에서, 제1 세그먼트의 중공 섹션 및 제2 세그먼트 각각은 미리 가공된다. 마찰용접 단계에서, 제2 세그먼트는 재공품 샤프트를 형성하게끔 마찰용접 처리과정에 의해 제1 세그먼트의 중공 섹션의 제2 단부 표면에 연결된다. 처리과정 단계에서, 재공품 샤프트의 외부 표면은 샤프트를 형성하게끔 가공처리된다. 중공 섹션은 관통 홀이 형성되게끔 캐스트 된다. 따라서, 샤프트의 중량은 감소하며, 샤프트는 가벼워지고 샤프트의 재료 비용은 줄어든다.

Description

공압공구용 샤프트를 제작하는 방법 및 동일하게 만들어진 샤프트{METHOD OF MANUFACTURING A SHAFT FOR A PNEUMATIC TOOL AND SHAFT MADE BY THE SAME}
본 발명은 공압공구용의 샤프트를 제작하는 방법 및 동일한게 만들어진 샤프트에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 샤프트의 중량 및 재료 비용을 감소하게끔 공압공구용 샤프트를 제작하는 방법에 관한 것이다.
도 13을 참조하면, 종래의 공압공구(pneumatic tool)용 샤프트(90,shaft)는 제1 단부(91,first end) 및 제1 단부에 대향하는 제2 단부(92,second end))를 구비한다. 샤프트의 제1 단부는 상이한 슬리브(sleeve) 또는 툴 비트(tool bits)에 연결될 수 있다. 샤프트(90)의 제2 단부(92)는, 공압공구가 사용자에 의해 작동될 때, 대상물에 구멍을 뚫거나 균열이 가게끔 회전될 수 있다.
샤프트(90)는 강한 토크(strong torque)에 견뎌야하기 때문에, 상기 샤프트(90)는 열처리 및 절삭과 같은 과정을 통해 제작되는 단단한 메탈 스틱으로 만들어진다. 따라서, 샤프트(90)는 높은 구도 강도(structural strength)를 지닌다. 그러나, 샤프트(90)는 단단한 메탈(solid metal)이며, 중량은 3 내지 4킬로그램에 도달하는데, 사용자가 샤프트(90)를 붙잡고 있기에 상당히 부담스럽다. 더욱이, 재료 비용 또한 상당하다.
공압공구용 샤프트(90)를 제작하기 위한 종래의 방법은 상기의 결점을 지닌 샤프트(90)의 중량을 감소시킬 수 없다.
결점을 극복하기 위해, 본 발명은 전술한 문제점을 완화시키게끔 공압공구용 샤프트를 제작하는 방법 및 동일하게 만들어진 샤프트를 제공할 수 있다.
본 발명의 주요 목적은, 샤프트의 중량 및 재료 비용을 감소하게끔 공압(압축공기)공구용 샤프트 제작 방법 및 동일하게 만들어진 샤프트를 제공하는 것이다.
공압공구의 샤프트를 제작하는 방법은, 캐스팅(casting), 마찰용접(friction welding) 단계 및 처리과정(processing) 단계를 포함한다. 캐스팅 단계에서, 제1 세그먼트(first segment)의 중공 섹션(hollow section)은 캐스트(주조)되고 제2 세그먼트는 미리 가공(prepared)된다. 마찰용접 단계에서, 제2 세그먼트(second segment)는, 재공품(work-in -process) 샤프트를 형성하게끔 마찰용접 처리과정에 의해 제1세그먼트의 중공 섹션의 제2 단부 표면에 연결된다. 처리과정(processing) 단계에서, 재공품(work-in-process)샤프트의 외부 표면(outer surface)은 샤프트를 형성하게끔 가공처리된다. 중공 섹션은, 그곳에 관통 홀(through holes)을 형성하게끔 캐스트(주조)된다. 따라서, 샤프트의 중량은 감소되고, 샤프트는 가벼워지고 샤프트의 재료 비용은 줄어든다.
본 발명의 다른 목적, 잇점 및 새로운 특징은, 첨부된 도면과 함께 하기의 상세 설명에 의해 보다 명확해 질 것이다.
본 발명의 공압공구용 샤프트는, 샤프트의 중량 및 재료 비용을 감소할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공압공구용 샤프트를 제작하는 방법의 제1 실시예의 블록 다이아그램(block diagram)이다.
도 2는 본 발명에 따른 공압공구용 샤프트의 제1 실시예의 측면의 분해 단면도이다.
도 3은 도 2의 샤프트의 측면의 단면도이다.
도 4는 도 2의 샤프트의 평면의 확대 단면도이다.
도 5는 도 3의 샤프트의 사시도이다.
도 6은 도 3의 샤프트의 작동 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 제2 실시예의 방법에 의해 제작된 샤프트의 측면 분해 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 제3 실시예의 방법에 의해 제작된 샤프트의 측면 분해 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 공압공구용 샤프트의 중공 섹센의 제2 실시예 평면의 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 공압공구용 사프트의 중공 섹션의 제3 실시예 평면의 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 공압공구용 샤프트의 중공 섹션의 제4 실시예 평면의 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 공압공구용 샤프트의 중공 섹션의 제5 실시예 평면의 단면도이다.
도 13은 이전 기술에 따른 종래의 공압공구용 샤프트의 측면 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 공압(압축공기)공구(pneunatic tool)용 샤프트를 제작하는 방법의 제1 실시예는 하기의 단계를 포함한다.
A. 캐스팅(주조):
제1 세그먼트(10) 및 제2 세그먼트(20)는 미리 가공된다.
제1 세그먼트(10)는 중공 섹션(11,hollow section) 및 연결 섹션(12)을 구비한다. 중공 섹션(11)은, 길게 연장되고 캐스트되며, 제1 단부 표면(111,first end surface), 제2 단부 표면(112) 및 축선(113,axis)을 구비한다. 제2 단부 표면(112)은 중공 섹션(11)의 제1 단부 표면에 대향한다.
연결 섹션(12,connecting section) 및 제2 세그먼트(20)는 각각 단단한 척(solid chuck)이다.
바람직하게는, 중공 섹션(11), 연결 섹션(12) 및 제2 세그먼트(20)는 각각 3개의 개별 부품으로 캐스트(casted)된다.
선택적으로, 연결 섹션(12) 및 제2 세그먼트(20)는 캐스트되지 않을 수 있다. 본 발명은 연결 섹션(12) 및 제2 세그먼트(20)가 어떻게 제작되는지는 제한하지 않는다.
B. 제1 선반-절삭(First lathe-cutting):
중공 섹션(11)의 외부 표면(outer surface), 연결 섹션(12) 및 제2 세그먼트(20)는 각각 소정의 형태로 선반 절삭 된다.
C. 마찰용접(friction welding):
제2 세그먼트(20)는, 마찰용접 처리과정에 의해 중공 섹션(11)의 제2단부 표면(112)에 결합되고, 연결 섹션(12)은, 재공품 샤프트(work-in-process shaft)(P1)를 형성하게끔 마찰용접 처리과정에 의해 중공 섹션(11)의 제1 단부 표면(111)에 연결된다.
뒤 이은 처리과정(processing) 단계는 하기의 보조 단계(sub-step)을 포함한다.
D. 제2 선반-절삭(Second lathe-cutting):
재공품 샤프트(P1)의 외부 표면이 소정의 형태로 선반 절삭된다.
E. 밀링(Milling):
재공품 샤프트(P1)의 외부 표면이 소정의 형태로 밀링 처리된다.
F. 열-처리(Heating-treating):
재공품 샤프트(P1)는 강도(strength)가 증가하게끔 열-처리 된다.
G. 연마(Polishing):
재공품 샤프트(P1)의 외부 표면은, 도 5에 도시된 바와 같이, 샤프트(P2)를 형성하게끔 평활(smoothing)하게 연마된다.
또한, 제1 선반 절삭, 제2 선반 절삭, 밀링, 열-처리 및 연마의 단계는 일반적일 수 있어서 상세 설명은 생략된다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 공압공구용 샤프트를 제작하는 방법의 제1 실시예에 의해 제작되는 샤프트(P2)의 제1 실시예는 제1 세그먼트(10) 및 제2 세그먼트(20)를 구비한다. 샤프트(P2)의 중공 섹션(11)의 구조는 더 설명된다.
중공 섹션(11)은 적어도 3개의 관통 홀(114,through holes) 및 적어도 3개의 리브(115,ribs)를 구비한다. 적어도 3개의 관통 홀(114)은 간격을 두고 배열된다. 각각의 관통 홀(114)은 중공 섹션(11)을 통해서 형성되는데, 제1 단부 표면(111)과 제2 단부 표면(112)을 통해(관통하여) 형성되며, 중공 섹션(11)의 축선(113,axis)에 평행하다. 적어도 3개의 리브(115)의 개수는 적어도 3개의 관통 홀(114)과 동일하다. 상기 적어도 3개의 리브(115)는 적어도 3개의 홀(114) 사이에 형성되며, 간격을 두고 배열된다.
바람직하게는, 관통 홀(114)의 개수는 3개이며, 리브(115)의 개수도 또한 3개이다. 리브(115,ribs)는 중공 섹션(11)의 축선(113)에 대해 방사상(radially)으로 배열되며, 균등한 간격으로 배치된다.
중공 섹션(11)은 관통 홀(114)을 형성하게끔 캐스트 된다. 따라서, 샤프트(P2)의 중량은 종래 샤프트(90) 중량의 2/3로 감소된다. 그 결과, 샤프트(P2)는 가벼워지고 샤프트(P2)의 재료 비용은 줄어든다.
도 6을 더 참조하면, 샤프트(P2)의 연결 섹션(12)은 공압공구의 메인 본체(Q)에 삽입되며, 샤프트(P2)의 제2 세그먼트(20)는 상이한 슬리브(sleeves) 또는 툴 비트(tool bits)에 연결되는 것이 가능하다.
선택적으로, 연결 섹션(12)은 상이한 슬리브 또는 툴 비트에 끼워지게 가공처리될 수 있다. 제2 세그먼트(20)는 공압공구의 메인 본체(Q)에 삽입되게 가공처리될 수 있다. 본 발명은 연결 섹션(12)이 공압공구의 메인 본체(Q)에 연결되게끔 구비되는 것을 제한하지 않는다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 공압공구용 샤프트를 제작하는 방법의 제2 실시예는 실질적으로 제1 실시예와 동일하다.
캐스팅 단계에서, 제1 세그먼트(10A) 및 제2 세그먼트(20A)가 각각 캐스트 된다. 제1 세그먼트(10A)의 중공 섹션(11A) 및 연결 섹션(12A)은 통합(일체로)(integrally)되어 캐스트 된다. 마찰용접(friction welding) 단계에서, 제2 세그먼트(20A)는, 마찰용접 처리과정에 의해 중공 섹션(11A)의 제2 단부 표면(112A)에 연결된다. 본 발명은 캐스팅 단계에서 캐스트된 부품의 개수를 제한하지 않는다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 공압공구용 샤프트를 제작하는 방법의 제3 실시예는 실질적으로 제1 실시예와 동일하다.
캐스팅(casting) 단계에서, 제1 세그먼트(10B) 및 제2 세그먼트(20B)가 각각 캐스트 된다. 제1 세그먼트(10B)의 중공 섹션(11B) 및 연결 섹션(12B)은 통합되어 캐스트 된다. 마찰용접 단계에서, 제2 세그먼트(20B)는, 마찰용접 처리과정에 의해 중공 섹션(11B)의 제2 단부 표면(112B)에 연결된다. 연결 섹션(12B)은 상이한 슬리브 또는 툴 비트에 끼워지게 가공처리 된다. 제2 세그먼트(20B)는 공압공구의 메인 본체(Q)에 삽입되게 가공처리된다.
도 9 내지 도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 공압공구용 샤프트의 제2, 제3, 제4 및 제5 실시예는 실질적으로 샤프트(P2)의 제1 실시예와 동일하다.
중공 섹션(11C,11D,11E,11F)의 리브(115)의 개수는 각각 4개, 5개, 6개 및 7개 이다. 본 발명에 있어서 리브의(115)의 개수는 3 내지 8개 범위에 있다. 만약 리브(115)의 총계가 3개 이면, 샤프트(P2)의 중량이 가볍다. 더욱이, 만약 리브(115) 총계가 8개 이면, 샤프트(P2)의 구조 강도는 충분하다.
상기 설명으로부터 본 발명은 하기의 잇점을 지닌다는 것을 알수 있다.
1. 중량 및 재료 비용이 줄어된다:
중공 섹션(11,11A,11B,11C,11D,11E,11F)은 관통 홀(114)을 형성하게끔 캐스트 된다. 그 결과로서, 샤프트(P2)의 중량은 감소되고, 샤프트(P2)는 가벼워지고 샤프트(P2)의 재료 비용은 줄어든다.
2. 붙잡기 용이하게 된다(Easy hold):
샤프트(P2)가 가벼워지므로, 공압공구를 장시간 작동하는 동안에 붙잡고 있기 쉽다.
3. 본 방법의 제1 실시예의 제1 세그먼트(10) 및 제2 세그먼트(20) 사이의 연결이 강화된다:
본 발명의 제1 실시예에서, 제2 세그먼트(20) 및 연결 섹션(12)이 마찰용접 처리과정에 의해 각각 중공 섹션(11)에 연결되기 때문에, 중공 섹션(11), 연결 섹션(12) 및 제2 세그먼트(20) 사이의 연결은 본 방법의 제2 및 제3 실시예에 비해 강화된다. 이것은 제1 실시예에서 전체 마찰-용접된, 제1 단부 표면(111) 및 제2 단부 표면(112)의 전체 합인, 연결 영역이 본 방법의 제2 및 제3 실시예의 연결 영역 보다 크기 때문에, 본 발명의 제1 실시예의 연결(connection)은 강한 토크를 견디게끔 더 강화된다.
4. 내부 구조 강도가 강화된다.
중공 섹션(11,11A,11B,11C,11D,11E,11F)은 관통 홀(114)에 상응하는 리브(115)를 구비한다. 또한 리브(115)는 비록 샤프트(P2)의 중량이 감소되어도 충분한 구조 강도를 제공할 수 있다.
게다가, 리브(115)는 전체 마찰-용접된, 제1 단부 표면(111) 및 제2 단부 표면(112)의 전체 합인, 연결 영역을 확대하고, 연결은 강한 토크를 견디게끔 더 강화된다.
5. 진동이 감소된다(Reduction of vibration):
작동 중에, 진동은 제2 세그먼트(20,20A,20B), 중공 섹션(11, 11A, 11B, 11C, 11D, 11E, 11F) 및 연결 섹션(12,12A,12B)를 통과하여 사용자의 손에 충격을 준다. 중공 섹션(11,11A,11B,11C,11D,11E,11F)이 중공 상태이므로, 중공 섹션(11,11A,11B,11C,11D,11E,11F)은 진동이 통과하는 것을 효과적으로 완화시킬 수 있다.
비록 본 발명의 다양한 특징 및 잇점이, 본 발명의 구조 및 기능과 함께, 위에서 설명되었지만, 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며,본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형, 특히 형태 사이즈 및 배열 등의 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 게시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 공압공구용 샤프트를 제작하는 방법은, 캐스팅, 마찰 용접 및 가공처리 단계를 포함하는데,
    캐스팅 단계는, 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트가 미리 가공되는데;
    상기 제1 세그먼트는,
    제1 단부 표면과 상기 제1 단부 표면에 대향하는 제2 단부 표면을 구비하며 길게 연장되어 캐스트된 중공 섹션 및;
    단단한 척(chuck)인 연결 섹션; 을 구비하고,
    상기 제2 세그먼트는 단단한 척이며;
    마찰 용접 단계는, 상기 제2 세그먼트가 재공품 샤프트를 형성하게끔 마찰 용접 처리과정에 의해 중공 섹션의 제2 단부 표면에 연결되고;
    처리과정 단계는, 재공품 샤프트가 샤프트를 형성하게끔 가공처리되는 것을 특징으로 하는 공압공구용 샤프트를 제작하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    캐스팅 단계에서, 연결 섹션이 캐스트 되고, 연결 섹션 및 중공 섹션이 각각 미리 가공되며;
    마찰용접 단계에서, 연결 섹션은 마찰용접 처리과정에 의해 중공 섹션의 제1 단부 표면에 연결되는 것을 특징으로 하는 공압공구용 샤프트를 제작하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    캐스팅 단계에서, 중공 섹션 및 연결 섹션이 통합되어 캐스트됨으로써, 제1 세그먼트가 캐스트되는 것을 특징으로 하는 공압공구용 샤프트를 제작하는 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    캐스팅 단계 및 마찰용접 단계 사이에 제1 선반-절삭 단계를 더 포함하는데,
    제1 선반-절삭 단계는, 제1 세그먼트의 외부 표면 및 제2 세그먼트가 각각 소정의 형태로 선반-절삭되는 것을 특징으로 하는 공압공구용 샤프트를 제작하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    처리과정 단계는 보조 단계를 포함하는데,
    보조 단계는,
    재공품 샤프트의 외부 표면이 소정의 형태로 선반 절삭되는 제2 선반-절삭;
    재공품 샤프트의 외부 표면이 소정의 형태로 밀링 처리되는 밀링;
    재공품 샤프트의 강도(strength)가 증가하게끔 재공품 샤프트가 열 처리되는 열-처리;
    재공품 샤프트의 외부 표면이 샤프트를 형성하게끔 평활(smoothing)하게 연마되는 연마; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 공압공구용 샤프트를 제작하는 방법.
  6. 공압공구용 샤프트은 금속의 제1 세그먼트 및 금속의 제2 세그먼트를 포함하는데,
    금속의 제1 세그먼트는,
    길게 연장된 중공 섹션 및 연결 섹션을 구비하며,
    상기 중공 섹션은,
    제1 단부 표면;
    중공 섹션의 제1 단부 표면에 대향하는 제2 단부 표면;
    축선(axis);
    제1 단부 표면 및 제2 단부 표면을 통해서 중공 섹션에 형성되어 서로 간격을 두고 배열되며 중공 섹션의 축선에 대해 평행인 적어도 3개의 관통 홀; 및
    적어도 3개의 관통 홀 사이에 형성되어 간격을 두고 배치되며, 상기 적어도 3개의 관통 홀과 동일한 개수인 적어도 3개의 리브; 를 갖추고,
    상기 연결 섹션은 단단한 척이며, 마찰용접 처리과정에 의해 중공 섹션의 제1 단부 표면에 통합되어 연결되고;
    금속의 제2 세그먼트는,
    단단한 척이며, 마찰용접 처리과정에 의해 중공 섹션의 제2 단부 표면에 통합되어 연결되는 것을 특징으로 하는 공압공구용 샤프트.
  7. 제 6항에 있어서,
    중공 섹션의 리브의 개수는 3 내지 8개 범위인 것을 특징으로 하는 공압공구용 샤프트.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    중공 섹션의 리브는 중공 섹션의 축선에 대해 방사상으로 배열되어 균등한 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 공압공구용 샤프트.





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