KR100446956B1 - 나노분말 제조용 전기폭발 장비의 피딩장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속와이어의 꼬임 현상을 막고 강성을 감소시켜 항상 원형 평판전극 반경 내에 이송이 되도록 함과 동시에 접지전극과 금속와이어와의 거리가 항상 일정 간격을 유지할 수 있도록 하는 나노분말 제조용 전기폭발 장비의 피딩장치를 제공하기 위한 것이다. 이를 위해 본 발명에 따른 전기폭발 장비의 피딩장치는, 나노분말 제조용 전기폭발 챔버내의 평판전극 근방까지 금속와이어를 공급하는 피딩장치에 있어서, 상기 금속와이어의 강성을 감소시키는 와이어 강성감소수단과, 상기 와이어 강성감소수단에 의하여 강성이 감소된 금속와이어를 상기 챔버 내부로 이송시키기 위한 이송수단을 포함하도록 구성된다. 즉, 이송수단에서 금속와이어를 일정한 힘으로 이끌어 강성감소수단을 통과하도록 함으로써, 중도에 금속와이어의 꼬임이나 휨 현상 없이 연속적인 전기폭발 공정이 이루어지도록 한다.

Description

나노분말 제조용 전기폭발 장비의 피딩장치 {A Feeding Apparatus In The Wire Electric Explosion Equipment For Manufacturing Nanopowder}

본 발명은 나노분말 제조용 전기폭발 장비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노분말 제조용 전기폭발 장비에서 금속와이어를 챔버에 공급하기 위한 금속와이어 피딩장치에 관한 것이다.

현재, 산업기술의 급속한 발달로 극도의 미세한 부품 및 이를 이용한 기기들의 요구에 부합하는 새로운 재료의 필요성에 의해서, 종래의 마이크로미터 크기의 재료에 비해 탁월한 성질을 갖는 수십~수백 나노미터 이하의 나노분말(nanopowder)의 합성 및 응용에 관한 연구가 21세기를 선도하는 첨단재료과학의 연구 분야로 관심을 모으고 있다.

이러한 나노분말의 제조에 사용되고 있는 전기폭발(WEE) 장비는 두 가지 타입으로 나누어진다.

첫째는 아래의 도 1에 도시한 바와 같이 모터(M)를 구동하여 휠(20)에 감겨진 금속와이어(5)를 롤러(24)에 의하여 변형부(30)를 통해서 챔버(28)의 내부로 이송하여 원형의 평판전극(14)에 거의 접근시킨 후, 고속스위치(SW)를 온(ON)시켜 충전기(11)를 통하여 캐패시터(C)에 저장된 고전압을 평판전극(14)에 인가하여, 평판전극(14)과 접지전극(16)사이에서 금속와이어(5)를 매개하여 전기 폭발을 발생시키는 타입이다. 이러한 타입의 전기폭발장비는 금속와이어(5)를 평판전극(14)에 접근시킨 후 고전압 고속스위치(SW)에 트리거(trigger) 신호를 보내야 하므로, 금속와이어(5)의 피딩속도와 고속스위치(SW)의 온/오프(on/off) 시간을 일정한 주기로 제어할 수 있는 회로가 필요하게 된다. 또한, 일정시간 동안 사용하게 되면 고속스위치(SW)를 교체해 주어야한다.

둘째는 도 2에 도시한 바와 같이 모터(M)를 구동하여 휠(20)에 감겨진 금속와이어(5)를 롤러(24)에 의하여 변형부(30)를 통해서 챔버(28)의 내부로 이송하고, 이 이송된 금속와이어(5)가 원형 평판전극(14)에 접근하면 갭스위치(10,12)(갭전극간의 거리는 2~5mm)에서 절연파괴가 일어나고, 이에 따라 충전기(11)를 통하여 캐패시터(C)에 저장된 고전압을 평판전극(14)에 인가하여, 평판전극(14)과 접지전극(16)사이에서 금속와이어(5)를 매개하여 전기 폭발을 발생시키는 타입이다. 즉, 금속와이어(5)가 트리거 역할을 하는 방식으로써, 도 1의 방식보다 간단하며 갭스위치(10,12)의 수명도 반영구적이라고 할 수 있다.

상기한 기존의 두 가지 타입 전기폭발 장비는 모두 금속와이어(5)가 항상 원형 평판전극(14) 반경 내에 이송이 되어야 한다는 전제조건이 있다. 만약, 중도에 한번이라도 금속와이어(5)가 원형의 평판전극(14)의 범위를 벗어나게 되면, 회로가 구성이 되지 않아 고밀도 전류가 금속와이어(5)에 전달이 되지 않게 되므로, 그 이후로는 금속와이어(5)의 폭발이 이루어지지 않게 되어, 공정을 멈추고 피딩부분을 다시 맞추어 주어야하는 문제가 발생한다. 이와 같은 이유로 인하여, 어떤 경우에도 원형 평판전극(14)의 범위를 벗어나지 않도록 금속와이어(5)를 공급하는 것이 연속적인 전기폭발 공정의 핵심기술이라 할 수 있다.

도 3 및 도 4는 도 2에 도시한 전기폭발장비(갭 스위치 타입)의 피딩장치를 도시한 단면도와 변형부를 도시한 단면도이다.

도 3의 변형부(30)는 도 4에 도시한 바와 같이 부쉬(bush)(31)와 카넬(canal)(32)로 구성되어, 모터(M; 도 2 참조)의 구동에 따라 휠(20)에 감겨진 금속와이어(5)가 롤러(22)(24)에 의하여 공급되면 그 금속와이어(5)를 나선형으로 변형하여 챔버(28)에 공급하는 역할을 담당하고, 또한 휠(20)에 감겨 있던 금속와이어(5)(직경: 0.3~0.6mm)의 강성(stiffness)을 감소시키는 역할도 담당한다. 즉, 측면에 있는 모터(M; 도 2 참조)를 회전시키면 샤프트에 연결되어 있는롤러(22)(24)가 회전하면서 휠(20)에 감겨 있는 금속와이어(5)를 변형부(30)로 밀어주게 된다. 이때, 변형부(30)내의 나선형 모양의 카넬(32)을 통과한 금속와이어(5)는 강성(stiffness)이 감소하고, 카넬(32)과 동일한 나선형 모양으로 챔버(28)내의 원형 평판전극(14) 반경보다 작은 범위를 나선형태로 회전하면서 이송되게 된다.

그러나, 롤러(22)(24)에서 나선형 형상의 변형부(30)로 금속와이어(5)를 밀어주는 방식이기 때문에, 변형부(30)를 통과할 때 다음과 같은 문제가 발생한다.

a. 연한(부드러운) 금속와이어(5)를 이송할 경우, 롤러(22)(24)에서 변형부(30)로 밀어주는 방향이 정확하지 못하거나 속도의 변화가 생기게 되면 나선형 형상의 카넬(32)을 자연스럽게 통과하지 못하고 내부에 꼬이는 경우가 생기게 된다.

b. 경한(강한) 금속와이어(5)의 경우에도 카넬(32) 내부를 통과하지 못하고 꼬이는 문제가 발생하게 된다. 이러한 이유는 챔버(28)의 내부에서 금속와이어(5)가 폭발할 때 압력을 동반하는 충격파가 순간적으로 카넬(32)의 내부에 일부 전해지는 경우가 때때로 발생하고, 이러한 충격에 의하여 드물게 카넬(32) 내부를 통과하는 금속와이어(5)의 이송이 잠시 멈추게 되거나 이송방향이 틀어지게 되기 때문이다. 금속와이어(5)의 이송을 잠시 멈추게 하는 경우에는 문제가 되지 않지만, 이송 방향이 틀어지는 경우에는 금속와이어(5)의 꼬임이 발생하는 문제가 생긴다.

c. 고밀도 전류가 금속와이어(5)에 인가되기 위해서는 회로가 구성되어야 한다. 즉, 갭전극(10)(12) 사이의 거리는 최소 2mm 이상을 유지해야 하고,평판전극(14)과 금속와이어(5)의 거리는 근접하거나 수 mm 안팎이 되도록 설계하는 것이 에너지 효율면에서 좋다. 그리고, 접지전극(16)과 금속와이어(5)가 자주 접촉하게 되면 고온의 아크에 의해 용접되어 연속 공정을 방해하므로, 대략 1mm 정도를 유지해 주는 것이 바람직하다. 그러나, 도 3의 변형부(30)를 통과한 금속와이어(5)는 나선형 모양의 카넬(32) 형상을 그대로 유지하면서 평판전극(14)까지 이송되게 되므로, 접지전극(16)과 금속와이어(5)와의 거리 격차가 심하게 변화하게 되어, 거의 접촉하거나 3mm 이상의 격차가 발생하게 된다. 즉, 접촉 횟수가 잦아지게 되면 접지전극(16)과 금속와이어(5)가 고온 아크에 의해 용접되어 연속적인 전기폭발이 이루어지지 않게 되며, 또한 접지전극(16)과 금속와이어(5)의 거리가 3mm 이상이 되면 전체적인 회로가 구성이 되지 않아서 전기폭발이 일어나지 않게 되어, 공정을 멈추고 피딩부분을 다시 맞추어 주어야하는 문제가 발생한다.

이상 설명한 바와 같이 종래의 전기폭발장비는 피딩장치의 신뢰성 저하 문제로, 연속적인 전기폭발 공정이 중도에 자주 멈추게 되는 한계가 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 금속와이어의 꼬임 현상을 막고 강성을 감소시켜 항상 원형 평판전극 반경 내에 이송이 되도록 함과 동시에 접지전극과 금속와이어와의 거리가 일정 간격을 유지할 수 있도록 하는 나노분말 제조용 전기폭발 장비의 피딩장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 예에 따른 전기폭발 장비의 피딩장치는, 나노분말 제조용 전기폭발 챔버내의 평판전극 근방까지 금속와이어를 공급하는 피딩장치에 있어서, 상기 금속와이어의 강성을 감소시키는 와이어 강성감소수단과, 상기 와이어 강성감소수단에 의하여 강성이 감소된 금속와이어를 상기 챔버 내부로 이송시키기 위한 이송수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 강성감소수단은 상기 금속와이어를 나선형으로 변형하기 위한 나선형 관으로 이루어지고, 이 나선형 관은 강성(stiffness)을 흡수할 수 있는 내경이 1~4mm인 구리관으로 이루어지도록 구성한다.

그리고, 상기 이송수단은 상기 나선형으로 변형된 금속와이어를 직선형상으로 변형하면서 이송시키는 것으로서, 모터와 이 모터의 회전력에 의하여 상기 금속와이어를 밀착하여 이송시키는 한 쌍의 롤러를 포함하도록 설계한다.

본 발명의 실시예에 따른 전기폭발 장비의 피딩장치는, 상기 나선형 구리관의 전후면을 지지하면서 상기 금속와이어를 안내하는 수단을 포함하여 구성한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 전기폭발 장비의 피딩장치는, 상기 금속와이어를 챔버 내부로 도입하면서 상기 금속와이어가 상기 평판전극의 반경 내에 이송이 되도록 유도하는 노즐을 포함하며, 상기 노즐은 테프론 또는 유리섬유를 이용하여 제작한다.

도 1은 종래 고전압 고속스위치 타입의 전기폭발장비를 개략적으로 도시한 도면,

도 2는 종래 갭 스위치 타입의 전기폭발장비를 개략적으로 도시한 도면,

도 3은 도 2에서의 피딩장치를 도시한 단면도,

도 4는 도 3에서의 변형부를 도시한 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 피딩장치를 도시한 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 피딩장치를 장착한 갭 스위치 타입의 전기폭발장비를 개략적으로 도시한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

5 : 금속와이어 10 : 갭전극

11 : 충전기 L : 저항

C : 캐패시터 SW : 고속 스위치

12 : 갭전극 14 : 평판전극(원형)

16 : 접지 전극 M : 모터

20 : 휠 22, 24 : 롤러

28 : 챔버 30 : 변형부

40 : 절연체 31 : 부쉬(bush)

32 : 카넬(canal) 100 : 피딩장치

110 : 노즐 120 : 금속와이어 가이드

130 : 롤러 135 : 구리관 지지대

135A : 금속와이어 가이드 140 : 나선형 구리관

145 : 구리관 지지대 145A : 금속와이어 가이드

150 : 피딩장치 지지대 160 : 챔버 외벽

170 : 롤러 180 : 휠

이하, 본 발명의 실시예에 따른 나노분말 제조용 전기폭발 장비의 피딩장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 피딩장치를 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 피딩장치를 장착한 갭 스위치 타입의 전기폭발장비를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 5에에 도시한 피딩장치는 도 6에 도시한 바와 같이 종래의 갭 스위치 타입의 전기폭발장비에 용이하게 적용할 수 있도록 제작하였으며, 진공유지가 가능 하도록 전기폭발 챔버를 설계하였다.

도 5를 자세히 설명하자면, 본 발명에 따른 피딩장치(100)는 고전압으로부터 피딩장치를 보호하기 위한 절연체로 된 챔버 외벽(160), 아크릴로 제작된 피딩장치 지지대(150), 금속와이어(5)가 감겨 있는 휠(180), 종래의 변형부에 해당하는 나선형 모양의 구리관(140)과, 이 나선형 구리관(140)의 전후면에서 상기 구리관(140)을 지지하는 구리관 지지대(135,145), 상기 금속와이어(5)를 이송하기 위한 롤러(130,170) 및 모터(미도시함), 상기 금속와이어(5)를 챔버(28) 내부로 도입하면서 상기 금속와이어(5)가 항상 원형 평판전극(14)의 반경 내에 이송이 되도록 유도하는 노즐(110)을 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 피딩장치(100)는, 상기 롤러(130,170)를 통과한 상기 금속와이어(5)를 상기 노즐(110)측으로 안내하는 금속와이어 가이드(120)와, 상기 나선형 구리관(140)을 통과한 금속와이어(5)를 상기 롤러(130,170)측으로 안내하는 금속와이어 가이드(135A)와, 상기 휠(180)에서 풀린 금속와이어(5)를 상기 나선형 구리관(140)으로 안내하는 금속와이어 가이드(120)를 포함하여 구성된다.

특히, 상기 노즐(110)은 일반금속이나 세라믹을 사용할 경우 금속와이어 폭발시 노즐 구멍이 고온의 아크에 의해 용접되어 막히는 문제가 발생하므로, 다른 물질과 반응하지 않는 테프론이나 유리섬유를 사용한다.

본 발명의 주요 특징은 변형부에 해당하는 내경 1~4mm인 구리관(140)(여기서, 구리관의 내경은 2~3mm인 것이 좀더 바람직하다)이 롤러(130,170)의 뒷부분에 설치되어 있어서, 롤러(130,170)가 회전하면서 변형부에 해당하는 구리관(140)내를 통과하는 금속와이어를 이끌어주므로 이송 방향이 약간 틀어지더라도 꼬임이 일어나지 않으며, 강성(stiffness)을 최소화시킬 수 있다.

또한, 롤러(130,170)를 눌러주는 힘을 적당히 맞추어 주면 강성(stiffness)이 최소화된 금속 와이어는 나선형 모양이 롤러(130,170)를 통과하면서 거의 직선형태로 이송되게 되어, 접지전극과 항상 1mm 정도의 거리를 유지하면서 평판전극 반경 내에 정확히 도달하게 된다. 즉, 측면에 설치되어 있는 모터를 회전시키면, 휠(180)에 감겨 있는 금속와이어가 변형부에 해당하는 나선형 모양의 구리관(140)을 통과하면서 나선형 형태로 변형되어 강성(stiffness)이 최소화되고, 롤러(130,170)를 지나면서 직선형태로 변하게 된다. 직선형태로 변한 금속와이어는 손쉽게 금속와이어 가이드(120)와 노즐(110)을 지나 접지전극과 항상 1mm 정도의 거리를 유지하게 된다.

한편, 본 발명은 전술한 전형적인 실시예에만 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 종래의 변형부의 기능을 수행하는 나선형 구리관이 롤러의 앞단에 설치되어 있으므로, 연한(부드러운) 금속와이어나 경한(강한) 금속와이어를 이송하더라도 롤러에서 금속와이어를 일정한 힘으로 이끌어서 구리관을 통과하도록 함에 따라, 종래와 같이 금속와이어가 꼬이는 현상은 전혀 발생하지 않게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 종래의 변형부의 기능을 수행하는 나선형 구리관이 롤러의 앞단에 설치되어 있으므로, 나선형 구리관을 통과한 금속와이어가 롤러에 의하여 직선형태로 바뀌어 노즐을 통해서 평판전극까지 이송되게 되므로, 접지전극과 금속와이어의 거리 격차가 항상 일정하게 유지되고, 이에 따라 종래와 같이 접지전극과 금속와이어와의 접촉에 의한 고온 아크 용접이 발생하지 않게 된다.

즉, 금속와이어가 항상 원형 평판전극 반경 냉에 이송이 되고, 동시에 접지전극과 금속와이어와의 거리가 일정 간격을 유지함으로써, 종래와 같은 전기폭발의 불안정성을 해결할 수 있어, 연속적인 전기폭발 공정을 이룰 수 있다.

Claims (11)

1. 나노분말 제조용 전기폭발 챔버내의 평판전극 근방까지 금속와이어를 공급하는 피딩장치에 있어서,

   상기 금속와이어의 강성을 감소시키는 와이어 강성감소수단과,

   상기 와이어 강성감소수단에 의하여 강성이 감소된 금속와이어를 상기 챔버 내부로 이송시키기 위한 이송수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 나노분말 제조용 전기폭발 장비의 피딩장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 강성감소수단은 상기 금속와이어를 나선형으로 변형하기 위한 나선형 구리관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노분말 제조용 전기폭발 장비의 피딩장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 나선형관은 금속관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노분말 제조용 전기폭발 장비의 피딩장치.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 나선형관은 그 내경이 1~4mm인 것을 특징으로 하는 나노분말 제조용 전기폭발 장비의 피딩장치.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 이송수단은 상기 나선형으로 변형된 금속와이어를 직선형상으로 변형하면서 이송시키는 것을 특징으로 하는 나노분말 제조용 전기폭발 장비의 피딩장치.
6. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 이송수단은, 모터와 이 모터의 회전력에 의하여 상기 금속와이어를 밀착하여 이송시키는 한 쌍의 롤러를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 나노분말 제조용 전기폭발 장비의 피딩장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 나선형 구리관의 전후면을 지지하면서 상기 금속와이어를 안내하는 수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 나노분말 제조용 전기폭발 장비의 피딩장치.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 금속와이어를 챔버 내부로 도입하면서 상기 금속와이어가 상기 평판전극의 반경 내에 이송이 되도록 유도하는 노즐을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 나노분말 제조용 전기폭발 장비의 피딩장치.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 노즐은 테프론으로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노분말 제조용 전기폭발 장비의 피딩장치.
10. 제 8항에 있어서,

    상기 노즐은 유리섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노분말 제조용 전기폭발 장비의 피딩장치.
11. 제 8항에 있어서,

    상기 롤러를 통과한 상기 금속와이어를 상기 노즐측으로 안내하는 금속와이어 가이드를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 나노분말 제조용 전기폭발 장비의 피딩장치.