KR101736947B1 - 중력 타격식 분말 고화장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분말상(粉末狀)의 원료를 고속으로 타격하여 고화(固化)하는 타격식 분말 고화장치에 관한 것으로, 하단에 타격부(11)가 형성된 승강체(10)를 낙하시켜 용기(30)에 적재된 분말을 타격하도록 한 것이다.
본 발명을 통하여, 원료 분말에 작용하는 충격량을 일정하게 유지할 수 있어 안정적인 공정 및 품질 관리가 가능하며, 승강체(10)의 중량을 조절함으로써, 충격량의 기민하고 정밀한 조절이 가능하다.

Description

중력 타격식 분말 고화장치{GRAVITY TYPE SHOCK CONSOLIDATION APPARATUS FOR POWDER}
본 발명은 분말상(粉末狀)의 원료를 고속으로 타격하여 고화(固化)하는 타격식 분말 고화장치에 관한 것으로, 하단에 타격부(11)가 형성된 승강체(10)를 낙하시켜 용기(30)에 적재된 분말을 타격하도록 한 것이다.
분말의 충격고화는 분말상의 원료에 물리적 충격을 가하여 고속, 고압의 충격파 생성함으로써, 난소결성 금속이나 세라믹 분말 등을 고화시키는 것으로, 산화아연 및 산화티타늄 등의 금속 산화물 분말 또는 이트륨바륨구리산화물 등의 희토류 화합물 분말 뿐 아니라 알루미늄하이드록시퀴놀린(aluminum hydroxyquinoline) 등의 유기 고분자화합물 분말의 고화 성형에 활용되고 있으며, 관련 종래기술로는 특허 제1293855호를 들 수 있다.
특허 제1293855호를 비롯한 종래의 충격고화 장치는 연료의 연소 내지 폭발을 동력원으로 작동하는 것으로, 장치의 운용 및 완제품의 품질 관리에 있어서 상당한 문제점을 가진다.
우선, 분말상 원료의 타격에 있어서, 적정 충격량의 유지 및 조절이 지난(至難)한 문제점이 있다.
즉, 특허 제1293855호를 비롯한 종래의 충격고화 장치는 내연기관과 유사한 형식의 장치로서, 매 타격시 연소조건에 따라 상이한 출력이 발생될 수 밖에 없는 바, 매 타격시 일정 충격량의 유지가 지극히 어려운 것이다.
특히, 충력량을 조절함에 있어서도 타격 속도는 물론 타격체의 중량을 조정하여야 하는 바, 전체 장치에 대한 대대적인 개조가 수반될 수 밖에 없으며, 따라서 충격량의 기민하고 세밀한 조절이 사실상 불가능한 한계가 있었다.
그뿐 아니라 작동시 연료의 연소 내지 폭발로 인하여 다량의 오염물이 배출되는 심각한 문제점 또한 가진다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 분말을 타격하여 고화하는 타격식 분말 고화장치에 있어서, 분말이 적재되는 용기(30)가 상면에 설치되는 기반부(21)에는 기립 상태의 유도봉(25)이 설치되고, 유도봉(25)의 상부에는 장착대(23)가 설치되며, 하단에 타격부(11)가 형성된 승강체(10)가 유도봉(25)을 따라 활동가능하도록 설치되고, 승강체(10)에는 구동부(40)가 연결되어, 구동부(40)에 의하여 상승된 승강체(10)가 낙하하면서 타격부(11)가 용기(30)에 적재된 분말을 타격함을 특징으로 하는 중력 타격식 분말 고화장치이다.
또한, 상기 장착대(23)에는 스프링(27)이 설치되어, 승강체(10)의 낙하 시점(始點)에서 스프링(27)의 탄발력이 승강체(10)에 작용됨을 특징으로 하는 중력 타격식 분말 고화장치 또는 상기 승강체(10) 외부에는 승강체(10)의 낙하 방향과 평행한 주행면(18)이 형성되고, 구동모터(61)에 의하여 회전되는 가속륜(60)이 설치되어, 회전중인 가속륜(60)이 승강체(10)의 낙하과정에서 주행면(18)에 밀착되면서 승강체(10)를 가속함을 특징으로 하는 중력 타격식 분말 고화장치이다.
본 발명을 통하여, 원료 분말에 작용하는 충격량을 일정하게 유지할 수 있어 안정적인 공정 및 품질 관리가 가능하며, 승강체(10)의 중량을 조절함으로써, 충격량의 기민하고 정밀한 조절이 가능하다.
또한, 작동시 일체의 연소 내지 폭발이 수반되지 않으므로, 오염물질 배출을 최소화할 수 있으며, 이로써 환경오염을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 사시도
도 2는 본 발명의 부분절단 분해사시도
도 3은 본 발명의 작동방식 설명도
도 4는 본 발명의 중량 가변형 승강체 예시도
도 5는 스프링 효과를 보강한 본 발명의 일 실시예 사시도
도 6은 도 5 실시예의 작동방식 설명도
도 7은 가속륜이 적용된 본 발명의 일 실시예 사시도
도 8은 도 7 실시예의 작동방식 설명도
본 발명의 상세한 구성 및 작동 원리를 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.
우선 도 1은 본 발명의 외관을 도시한 사시도로, 도시된 바와 같이, 본 발명은 용기(30)에 적재된 분말을 타격하여 고화하는 타격식 분말 고화장치로서, 기반부(21), 지주(22) 및 장착대(23) 등으로 구성되는 본체와, 본체 하부에 설치되는 분말 적제용 용기(30)와, 본체 내부에 설치되는 승강체(10) 및 유도봉(25)과, 본체 상부에 설치되는 구동부(40) 등으로 구성된다.
즉, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 분말이 적재되는 용기(30)가 상면에 설치되는 기반부(21)에 기립(起立) 상태의 유도봉(25)이 설치되고, 유도봉(25)의 상부에는 장착대(23)가 설치되며, 하단에 타격부(11)가 형성된 승강체(10)가 유도봉(25)을 따라 활동가능하도록 설치되고, 승강체(10)에는 구동부(40)가 연결되는 것으로, 구동부(40)에 의하여 상승된 승강체(10)가 낙하하면서 승강체(10)의 타격부(11)가 용기(30)에 적재된 분말을 타격하여 분말의 고화를 유도하는 것이다.
본 발명의 본체를 구성하는 기반부(21), 지주(22) 및 장착대(23) 등은 도 1 및 도 2에서 예시된 바와 같이, 철골 등의 고강도 부재로 구축될 수 있으며, 동 도면에 도시된 바와 같이, 장방형 평판체인 기반부(21) 상부에 다수의 철골 지주(22)가 수직으로 설치되고, 지주(22) 상단에는 역시 철골로 제작된 장방형 장착대(23)가 설치되며, 도면상 도면부호가 부여되지는 않았으나 지주(22)와 지주(22)를 연결하는 브레이싱(bracing) 등의 보강 부재가 추가될 수도 있다.
기반부(21)의 상면에는 원료 분말이 적재되는 용기(30)가 설치되는데, 도 2에서와 같이, 용기(30)에 적재된 원료 분말 상단에는 금속판으로 제작된 전달판(31)이 거치되어, 낙하하는 승강체(10)의 타격부(11)가 일단 전달판(31)을 타격하면, 전달판(31)이 그 충격을 용기(30)에 적재된 원료 분말에 전달하게 된다.
이렇듯, 용기(30)에 적재된 원료 분말을 타격하는 타격부(11)는 승강체(10)의 하단에 형성되어 승강체(10)가 낙하함에 따라 용기(30) 상부에 거치된 전달판(31)을 고속으로 타격하게 되는데, 승강체(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 본체 내부의 유도봉(25)에 자유롭게 활동(sliding) 가능하도록 설치되어, 자중에 의한 낙하 방식으로 하강하게 되며, 그 단계별 상태가 도 3에 도시되어 있다.
도 1 내지 도 3에서와 같이, 본 발명 지주(22)의 하단 및 상단에 각각 설치되는 기반부(21)와 장착대(23)는 수직 유도봉(25)으로 연결되며, 유도봉(25)에는 승강체(10)가 자유롭게 활동 가능하도록 연결되어, 낙하하는 승강체(10)가 유도봉(25)에 의하여 용기(30)의 중심으로 정확하게 유도(誘導)되면서 하강하게 된다.
즉, 유도봉(25)은 승강체(10)와 결합되어 승강체(10)의 하강 경로를 수직 및 직선으로 유도하는 봉체(棒體)로서, 승강체(10)가 활동하는 전체 연장에 걸쳐 일정한 단면 형상을 가지며, 승강체(10)에는 유도봉(25)에 치합되는 활동수단이 장착되어, 승강체(10)의 정확한 수직 낙하를 도모하면서도, 낙하 저항은 극소화한 구조가 구축되는 것이다.
이러한 유도봉(25) 및 활동수단으로는 도 1 내지 도 3에 예시된 바와 같이, 각각 원단면 봉체 및 이와 결합되는 리니어부쉬(linear bush)(16)를 적용할 수 있으며, 동 도면에 도시된 바와 같이, 승강체(10)의 승강 경로와 직교하는 방향의 외측으로 돌출된 다수의 브래킷(15)을 승강체(10)의 외주면에 접합 구성하고, 브래킷(15)의 말단부에는 리니어부쉬(16)를 창착하며, 리니어부쉬(16)와 동수(同數)의 유도봉(25)을 설치하여, 리니어부쉬(16)가 유도봉(25)에 결합된 상태에서 유도봉(25)의 축방향으로 자유롭게 활동되도록 할 수 있다.
본 발명의 작동에 있어서, 승강체(10)는 일단 본 발명 본체의 상단부까지 상승된 후, 낙하하면서 중력으로 가속되고, 충분히 가속된 상태로 본 발명 본체 하부의 용기(30)에 진입하여 전달판(31)을 타격하게 되는데, 승강체(10)의 상승은 도 1 내지 도 3에서와 같이, 승강체(10) 상단부와 견인선(41) 등으로 연결되는 구동부(40)에 의하여 수행된다.
도 1 및 도 2에서와 같이, 본 발명의 승강체(10) 상단에는 강연선(鋼撚線) 등의 고강고 선재(線材)가 적용되는 견인선(41)의 하단부가 결속되고, 견인선(41)의 상단부는 장착대(23)에 설치된 윈치(winch) 등의 구동부(40)와 연결되어, 도 3의 좌단에 도시된 바와 같이 구동부(40)가 가동됨에 따라 승강체(10)가 상승되며, 승강체(10)가 유도봉(25) 상단부에 도달하면 구동부(40)의 가동을 중단하고 견인선(41)의 제동을 해제하거나 견인선(41)과 승강체(10)간 결속을 해체하는 방식으로 승강체(10)를 낙하시키는 것이다.
이때, 유도봉(25) 상단부에 도달한 승강체(10)를 정위치에 견고하게 고정하기 위하여, 도 3의 타원내 확대부에 예시된 바와 같은 포착부(50)가 구성될 수 있으며, 이로써 승강체(10)의 낙하거리를 정확하게 유지할 수 있을 뿐 아니라, 윈치의 작동상태와 무관하게 승강체(10)를 안정적이고 견고하게 고정할 수 있다.
이러한 포착부(50)는 화살촉 형상으로 승강체(10) 상측에 형성되는 걸림턱(51)과, 상단이 장착대(23) 하부에 힌지(hinge) 결합된 후크(52)와, 후크(52)의 각도를 조절하는 신축부(53) 등으로 구성된다.
즉, 도 3의 타원내 확대부에 도시된 바와 같이, 좌우 대칭의 화살촉 형상으로 승강체(10) 상단에 형성된 걸림턱(51)과, 역시 좌우 대칭을 이루며 상기 걸림턱(51)에 결합되는 한쌍의 후크(52) 상단부가 장착대(23) 하부에 자유롭게 회전 가능하도록 연결되는 것으로, 한쌍의 후크(52) 사이에는 유압실린더 또는 공압실린더 등의 신축부(53) 양단이 연결되어, 신축부(53)가 신장되면 후크(52)가 회전되면서 양측 후크(52)의 하단이 상호 이격되고, 신축부(53)가 수축되면 양측 후크(52)의 하단이 상호 근접되는 것이다.
따라서, 양측 후크(52)가 상호 이격된 상태에서 승강체(10)가 상승하고, 승강체(10) 상단의 걸림턱(51)이 양측 후크(52) 사이로 진입한 후, 신축부(53)가 수축하여 양측 후크(52)가 상호 근접하게 되면, 걸림턱(51)과 후크(52)가 결합되면서, 승강체(10)가 포착부(50)에 포착되어 견고하게 지지된다.
이후, 구동부(40)의 견인선(41) 제동이 해제되어 견인선(41)이 자유롭게 권출(卷出)될 수 있는 상태가 되거나, 견인선(41)과 승강체(10)간 결속이 해체된 상태에서, 도 3의 타원내 확대부에서 가상선으로 도시된 바와 같이, 신축부(53)가 신장되어 양측 후크(52)가 상호 이격되면 승강체(10)의 고정이 해제되면서 승강체(10)의 낙하가 개시되고, 결국 도 3의 우단에서와 같이 승강체(10) 하단의 타격부(11)가 용기(30)에 적재된 원료 분말을 타격하게 된다.
한편, 본 발명에 있어서 승강체(10)의 타격점인 낙하운동의 종점(終點)에서의 충격량은 승강체(10)의 자중(自重)과 종점에서의 속도에 비례하며, 낙하하는 승강체(10)는 전적으로 중력에 의하여 낙하되는 바, 종점에서의 속도는 중력가속도와 낙하거리에 의하여 결정된다.
여기서 중력가속도는 고정 불변의 요소이므로 충격량을 증감하기 위해서는 승강체(10)의 자중 또는 낙하거리를 증감할 수 밖에 없는데, 본 발명에서는 도 4에서와 같이, 승강체(10)의 자중을 증감함으로써 타격시 충격량을 조절할 수 있도록 하였다.
즉, 도 4에서와 같이, 승강체(10)에 착탈추(13)를 부착 또는 탈거할 수 있도록 함으로써, 승강체(10)의 전체 자중을 조절하는 것이다.
이렇듯, 승강체(10)의 중량을 조절함으로써 충격량을 자유롭고 간편하게 조절할 수 있으며, 이로써 다양한 규격 및 물성의 분말 고화체를 제조할 수 있으나, 충격량의 비약적인 증대가 필요한 경우, 승강체(10) 중량 및 낙하거리 등 장치의 제원상 요소는 그 증대에 한계가 있을 수 밖에 없다.
이에, 본 발명에서는 장치의 규모를 변경하지 않고도 충분한 충격량을 발현할 수 있도록 승강체(10)의 낙하를 정지상태가 아닌 투발(投發)되는 상태로 개시할 수 있도록 하였으며, 그 구체적 수단으로서, 스프링(27)을 적용하였다.
즉, 도 1내지 도 3에서와 같이, 장착대(23)에 스프링(27)이 설치되어, 승강체(10)의 낙하 시점(始點)에서 스프링(27)의 탄발력이 승강체(10)에 작용되도록 함으로써, 정지상태에서 낙하를 시작하는 것이 아니라, 상당 수준의 속도가 확보된 상태에서 낙하하도록 한 것이다.
이러한 스프링(27)은 상단이 장착대(23) 저면에 고정되도록 설치되어, 상승하던 승강체(10)의 상단부가 스프링(27) 하단에 도달한 이후, 승강체(10)의 상승이 지속됨에 따라 스프링(27)이 압축되고, 스프링(27)이 압축된 상태에서 승강체(10)의 고정상태가 해제되면 스프링(27)이 순간적으로 팽창하면서 중력과 함께 스프링(27)의 탄발력이 승강체(10)에 작용된다.
도 1 내지 도 3에 도시된 실시예에서는 스프링(27)이 유도봉(25)에 결합된 상태로 장착대(23) 저면에 고정되는 설치 방식이 제시되고 있으며, 이로써 스프링(27)의 수축 및 팽창과정에서 스프링(27)의 편심 또는 불규칙한 변형을 억제하고, 일층 안정적인 작동이 가능하게 된다.
한편, 도 5 및 도 6은 전술한 스프링(27)의 탄발력을 극대화하되, 윈치 등 구동부(40)의 출력이 충분하지 않은 경우에도 고탄성 스프링(27)의 충분한 압축이 가능하도록 한 것으로, 이는 장착대(23)에 스프링(27)을 직접 연결하는 것이 아니라, 장착대(23)와 액튜에이터(47)를 통하여 연결된 승강판(46)에 스프링(27)을 설치함으로써 달성된다.
즉, 도 5 및 도 6에서와 같이, 장착대(23) 상단에 유압실린더 또는 볼스크류(ball screw) 등의 고출력 액튜에이터(47)의 하단을 고정 설치하고, 이 액튜에이터(47) 상단에는 승강판(46)을 접합 설치하며, 승강판(46)의 하부에 유도봉(25)과 평행한 스프링(27)을 설치하는 것이다.
따라서, 도 6에서와 같이, 승강체(10)가 구동부(40)에 의하여 상승되는 과정에서는 스프링(27)과 승강체(10)간 접촉이 발생되지 않으며, 승강체(10)가 완전히 상승하고, 포착부(50)에 의하여 견고하게 고정되면, 액튜에이터(47)가 수축되면서 승강판(46)이 하강하고, 이에 비로소 스프링(27)의 하단이 승강체(10) 상단에 접촉되며, 승강판(46)이 하강을 지속함에 따라 스프링(27)이 압축되어, 도 1 내지 도 3의 실시예와 대비하여 월등한 탄발력이 스프링(27)에 조성된다.
이렇듯, 액튜에이터(47)에 의하여 스프링(27)이 압축된 상태에서, 포착장치에 의한 승강체(10) 고정이 해제되면 스프링(27)이 팽창 복원되면서 승강체(10)가 강력하게 하방으로 투발되고, 이로써 승강체(10)의 종점 속도 및 충격량을 극대화할 수 있다.
또한, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 승강판(46) 하부에 스프링(27)이 결합되는 승강봉(28)을 형성하고, 이에 대응되는 지점의 승강체(10) 브래킷(15)에는 통공(17)을 천공하여, 승강판(46)의 하강시 승강봉(28)이 통공(17)에 삽입되도록 함으로써, 스프링(27)의 수축 및 팽창과정에서 스프링(27)의 편심 또는 불규칙한 변형을 억제하고, 일층 안정적인 작동이 가능하도록 할 수도 있다.
한편, 본 발명에서는 승강체(10)의 추가 가속 수단으로서, 도 7 및 도 8에서와 같은 가속륜(60)을 적용하여, 승강체(10)의 하강 속도를 극대화할 수 있도록 하였다.
즉, 승강체(10) 외부에는 승강체(10)의 낙하 방향과 평행한 주행면(18)이 형성되고, 구동모터(61)에 의하여 회전되는 가속륜(60)이 설치된 것으로, 도 8에서와 같이, 한쌍의 가속륜(60)이 측면상 승강체(10) 중심선을 축으로 대칭으로 설치되고, 승강체(10)의 낙하 개시 이전에 가속륜(60)이 회전되어, 승강체(10)의 낙하가 개시된 후, 이미 회전중인 가속륜(60)이 승강체(10)의 낙하과정에서 주행면(18)에 밀착되면서 승강체(10)를 추가 가속하는 것이다.
도 7 및 도 8에서와 같이, 가속륜(60) 및 이들 구동하는 구동모터(61)는 지주(22)에 고성되며, 도 8의 중앙부에 도시된 바와 같이, 일단 낙하가 개시된 승강체(10)가 이미 회전상태인 한쌍의 가속륜(60) 사이를 통과하면서, 주행면(18)에 밀착된 가속륜(60)이 승강체(10)를 하측으로 순간적이고 맹렬하게 밀어내게 된다.
도시된 실시예에서는 한쌍의 가속륜(60)이 적용되었으나, 가속륜(60)을 추가함으로써, 일층 증대된 가속효과를 얻을 수도 있다.
10 : 승강체
11 : 타격부
13 : 착탈추
15 : 브래킷
16 : 리니어부쉬
17 : 통공
18 : 주행면
21 : 기반부
22 : 지주
23 : 장착대
25 : 유도봉
27 : 스프링
28 : 승강봉
30 : 용기
31 : 전달판
40 : 구동부
41 : 견인선
46 : 승강판
47 : 액튜에이터
50 : 포착부
51 : 걸림턱
52 : 후크
53 : 신축부
60 : 가속륜
61 : 구동모터

Claims (3)

  1. 분말을 타격하여 고화하는 타격식 분말 고화장치에 있어서,
    분말이 적재되는 용기(30)가 상면에 설치되는 기반부(21)에는 기립 상태의 유도봉(25)이 설치되고;
    유도봉(25)의 상부에는 장착대(23)가 설치되며;
    하단에 타격부(11)가 형성된 승강체(10)가 유도봉(25)을 따라 활동가능하도록 설치되고;
    승강체(10)에는 구동부(40)가 연결되며, 승강체(10)를 포착하여 지지하는 포착부(50)가 구성되어, 구동부(40)에 의하여 상승된 승강체(10)의 고정이 해제되면, 승강체(10)가 자중에 의하여 낙하하면서 타격부(11)가 용기(30)에 적재된 분말을 타격함을 특징으로 하는 중력 타격식 분말 고화장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 장착대(23)에는 스프링(27)이 설치되어, 승강체(10)의 낙하 시점(始點)에서 스프링(27)의 탄발력이 승강체(10)에 작용됨을 특징으로 하는 중력 타격식 분말 고화장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 승강체(10) 외부에는 승강체(10)의 낙하 방향과 평행한 주행면(18)이 형성되고, 구동모터(61)에 의하여 회전되는 가속륜(60)이 설치되어, 회전중인 가속륜(60)이 승강체(10)의 낙하과정에서 주행면(18)에 밀착되면서 승강체(10)를 가속함을 특징으로 하는 중력 타격식 분말 고화장치.
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