KR100509265B1

KR100509265B1 - 분말성형 방법 및 이에 이용되는 로터리프레스 장치

Info

Publication number: KR100509265B1
Application number: KR10-2003-0020079A
Authority: KR
Inventors: 이경열
Original assignee: 이경열
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2005-08-22
Also published as: KR20040085408A

Abstract

본 발명은, 종래의 충전--가압--취출의 사이클이 아니라, 가충전--충전--1차가압--가압--취출의 사이클을 갖는 분말성형 방법 및 상기 분말성형 방법의 1사이클을 자동으로 1회전 동안에 수행하는데 적합한 로터리프레스 장치를 제공하는 발명임. 본 발명은 또한, 로터리프레스 장치의 상평면캠과 하평면캠의 구조를 개선한 구조를 포함함.

Description

분말성형 방법 및 이에 이용되는 로터리프레스 장치 {Powder molding method and rotary press apparatus used for same}

본 발명은 페라이트 코어나 세라믹 제품 등의 분말성형을 위한 방법 및 프레스 장치에 관한 것이다.

분말성형은 분말상태의 원재료를 일정 형상의 금형에 투입하여 프레스 장치로 가압하여 페라이트 코어, 소결체, 알약, 바둑돌 등의 제품을 제조하는 공정이다.

분말성형의 기본 원리는 도1a에서 보는 것과 같이 하부금형(13)에 형성된 소정 형상의 공동(cavity)에 분말재료(15)를 충전하고 소정 형상으로 가공된 상부금형(11)으로 가압하여 완제품을 성형하는 것이다.

도1a와 같은 분말성형을 자동으로 행하기 위하여 도1b,c와 같이 구성되는 분말성형 프레스장치가 사용된다. 도1b,c는 종래의 분말성형용 로터리프레스 장치의 개념적 구성도를 나타낸다.

도1b,c에 나타낸 장치에 따르면, 상부금형(11)과 하부금형(13)이 각각 상홀더(17)와 하홀더(19)에 지지되고, 상홀더(17)와 하홀더(19)는 각각 상캠(21)과 하캠(23)에 의해 상하로 운동하면서 재료충전, 가압, 취출 공정이 이루어진다.

즉, 도1b와 같이 상캠(21)의 회전중심(C_U)이 가장 낮은 곳에 위치하고 하캠(23)의 회전중심(C_L)이 가장 높은 곳에 위치하게 되는 시점에서는 상홀더(17)와 하홀더(19) 사이의 거리가 가장 먼 상태가 되고, 이 때에 로봇팔(25)에 의해 하부금형(13)의 공동에 분말재료(15)를 충전한다. 연속해서, 도1c와 같이 상하캠(21,23)이 일정 각도 만큼 회전하면 상홀더(17)에 지지된 상부금형(11)이 하홀더(19)에 지지된 하부금형(13)의 공동으로 삽입되어 분말을 강한 압력으로 압축하여 제품을 성형한다. 계속해서, 상하캠(21,23)이 더 회전하여 상홀더(17)와 하홀더(19)가 멀어지면 성형된 제품을 별도의 장치에 의해 취출한다(도시하지 않았음). 이상을 정리하면, 일반적인 분말성형 공정은 상부금형(11)과 하부금형(13)을 상하로 왕복이동시키면서 동시에 분말 재료를 충전하고 가압하여 취출하는 단계가 이루어진다.

위에서는 상하캠(21,23)이 회전하고 그 사이에 상하홀더(17,19)가 상하운동을 하는 것으로 설명하였지만, 실제로는 상기 홀더가 평면상에서 회전하여 원운동을 하면서 상기 캠의 작용에 의해 상하운동을 하고 홀더가 회전하는 동안 각 구간 별로 충전, 가압, 취출 동작의 사이클이 이루어진다.

특히 이러한 방식의 프레스 장치를 로터리프레스라고 부른다. 로터리프레스 장치의 일례를 도1d에 나타내었다. 도1d의 로터리프레스는 실용신안등록 제205869호의 도면1에 도시되어 있는 것이다. 로터리프레스에 관하여 실용신안등록 제205869호의 명세서에 기재된 내용을 전재하면 다음과 같다.

도1d에 예시한 로터리프레스는 "중심축(25)에 회전 가능하게 설치된 회전다이(27)에 복수조의 상하부 금형(29)(31)이 원형상으로 배열 설치되어 있으며, 이들 중에서 상부금형(29)은 캠롤러(33)에 의해서 주기적으로 승강 작동하는 홀더(35)의 하단에 각각 고정되어 함께 동작되도록 설치되고 각 상부금형(29)의 직하 위치마다 하부금형(31)이 설치되어 이들 각각의 상하부금형(29)(31)이 한조로 사용되는 구조로서, 회전다이(27)의 회전으로 각각의 상부금형(29)이 캠롤러(33) 하방에 위치될 때마다 가압되어 하강하도록 구성되어 있다. 상기한 로타리 프레스에 있어서의 금형홀더(35)는 회전다이(27)에 고정된 실린더(37)에 끼워진 상태로 사용되며, 상방의 캠롤러(33)에 의해 눌려져서 하강되어 하부금형의 내용물을 성형한다".

이러한 로터리프레스 장치를 이용하면 분말성형 공정 1사이클을 순차적으로 가장 효율적으로 수행가능하다. 또한, 다수의 홀더를 회전체에 설치하여 1회전 동안에 다수의 사이클을 수행가능하여 생산량 증대가 가능하다.

그러나, 종래의 분말성형 방법은 충전, 가압, 취출의 과정을 거치게 되므로 공정은 단순한 반면에 충전시 하부금형의 캐비티에 한번에 제품 1개 분량의 분말 재료를 쏟아 넣게 되므로 분말재료가 캐비티 형태 내에서 균일하게 충전되지 못한다. 이러한 현상은 캐비티의 형태가 복잡할수록 더 심화된다. 또한, 가압을 한번에 제품성형이 가능한 힘으로 수행하기 때문에 상부금형의 코어에 직접 접촉되는 분말재료 부분과 캐비티의 최하부에 있는 분말재료 간에 받는 압축력이 달라서 균일한 밀도로 제품성형이 이루어지지 않는 단점이 있다.

본 발명의 출원인은 상술한 문제점을 해결할 목적으로, 분말재료 충전시의 문제를 해결하기 위해 분말재료의 완전충전 전단계에 1차적으로 적량보다 많은 재료를 충전하는 가충전 단계를 삽입하였으며, 가압시의 문제를 해결하기 위해 완전가압 전단계에 보다 작은 힘으로 예비 가압하는 1단 가압 단계를 추가하는 것을 1사이클로 하는 분말성형 방법을 창안하였다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 분말성형 방법의 1사이클을 자동으로 1회전 동안에 수행하는데 적합한 로터리프레스 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 로터리프레스 장치에 새롭게 적용된 상홀더 및 하홀더 승강용 평면캠 구조를 제공하는 것이다.

도2는 본 발명에 따른 분말성형 방법의 1사이클을 나타내는 공정도이다. 본 발명에 따른 분말성형 방법이 도1b~d의 경우와 다른 것은, 종래에는 상하캠에 의해서만 상하홀더가 수직 왕복운동을 했지만, 본 발명에서는 하홀더를 수직으로 왕복운동시키는 평면캠 하홀더 회전체가 하홀더와 더불어 함께 작용하고 상홀더를 수직으로 왕복운동시키는 평면캠 상홀더 회전체가 상홀더와 더불어 함께 작용한다는 것이다.

따라서 상하캠(본 발명에서는 상하가압롤러로 칭함)은 제자리에 고정되어 설치되고 상하홀더를 지지하고 있는 상하홀더 회전체(도3a의 205, 207)가 회전주축을 중심으로 회전하면서 상홀더 및 하홀더가 평면상에서 회전을 함과 동시에, 상하홀더는 주축에 의해 회전하는 상평면캠 및 하평면캠에 의해서도 각 공정에 따라 수직 왕복운동을 한다.

도2는 본 발명에 따른 로터리프레스 장치를 설명하기 전에 본 발명에 따른 분말성형 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 장치의 구체적인 구조적 특징은 차후 도3a,b에 의해 명확해질 것이다.

다만, 본 발명에 따른 분말성형 방법의 공정 설명에 필요한 최소한의 설비에 관해 도2에서 미리 언급해 두기로 한다. 상홀더(101)에는 상부금형이라 할 수 있는 상부펀치(102)가 지지된다. 상홀더(101)의 측면에 회전가능하게 부착된 상홀더 롤러베어링(100)은 상홀더 회전체가 회전할 때에 상평면캠(107)의 캠면을 따라 굴러가면서 상홀더(101)를 상하로 왕복운동시킨다. 도2에서 상평면캠(107)의 캠면이 올라간 부분과 내려간 부분이 있음을 볼 수 있다. 한편, 하홀더(103)에는 다이(105)에 삽입되어 캐비티를 이루는 하부펀치(104)가 지지된다. 하홀더(103)의 측면에 회전가능하게 부착된 하홀더 롤러베어링(237)은 하홀더 회전체가 회전할 때에 하평면캠(109)의 캠면을 따라 굴러가면서 하홀더(103)를 상하로 왕복운동시킨다.

도2에서, 다수의 상홀더(101)와 하홀더(103) 및 다이(105)가 늘어서 있는 것으로 표현되어 있는 것은 실제로는 하나의 홀더가 회전하는 중에(0°~ 360°) 각 공정구간별로 정지된 모습을 나타낸 것이다. 그리고 도2에서는 상하평면캠(107, 109)이 0°의 위치에 있을 때 가압공정이 있는 것으로 표현하였지만, 여기서 0°는 절대적 시작점이 아니다. 단지 기계설계의 예로서 0°의 위치에서 가압이 이루어진다는 의미일 뿐이다. 따라서, 본 발명에 따른 분말성형 방법을 설명할 때 가충전 단계(도2에서는 195°위치)에서부터 시작하기로 한다.

우선, 도2에서 상하홀더 회전체(도3a의 205,207)의 195°위치에서 분말재료의 "가충전"이 이루어진다. 가충전은 분말재료를 캐비티 내에 완전히 충전하기 전에 균일한 충전 밀도를 확보하기 위하여 제품 1개의 성형에 필요한 적량보다 많은 양의 분말재료를 미리 충전하는 단계이다. 이 가충전 단계에서 상홀더(101)는 상평면캠(107)에 의해 최대 높이로 올라가 있고, 적량을 초과하는 재료를 수용할 수 있도록 하홀더(103)는 하평면캠(109)에 의해 최저 높이로 내려가 있다. (분말재료를 충전하는 수단은 도2에는 도시되어 있지 않다.)

다음에, 상하홀더 회전체(205,207)가 회전하고 그에 따라 상하홀더가 회전하면서 270°위치에서 하홀더(103)가 약간 올라가 과량 충전된 분말재료를 일부 덜어내고 적량의 분말재료만 캐비티 내에 존재하도록 하여 "충전완료"가 된다.

분말재료가 충전완료된 직후에 다시 상하홀더 회전체(205,207)가 회전하여 상홀더(101)가 상평면캠(107)에 의해 하강하기 시작하고 300°위치에서 "1차가압"이 이루어진다. 1차가압은 앞에서 설명한 것과 같이 사전에 작은 힘으로 분말재료를 가압하여 캐비티 하부에 있는 분말재료의 균일한 압축밀도를 유지하기 위한 단계이다. 도2를 보면, 본 1차가압 단계에서 상평면캠(107)에 의해 상홀더(101) 및 그에 지지되어 있는 상금형이 하강한 것을 볼 수 있다. 이와 더불어, 1차 상가압롤러(112)와 1차 하가압롤러(114)가 함께 작용하여 본 1차가압 공정을 수행한다.

1차가압을 한 후에 상하평면캠(107, 109)을 따라 상,하홀더가 계속 회전하여 360°(0°) 지점이 되면 상홀더(101)는 편심캠인 상가압롤러(111)를 지나가고 하홀더(103)는 하가압롤러(113)를 지나가면서 완전한 압축이 이루어져, 제품을 성형한다("가압").

다음에, 다시 상평면캠(107)에 의해 상홀더(101)가 상승하고 하홀더(103)의 아래쪽에서는 취출수단(115)(조절장치)에 의해 하홀더(103)에 고정된 하부펀치(104)를 올림으로써, 성형된 제품을 다이(105) 위로 밀어서 "취출"한다. 여기서 도2에는 상기 하부펀치(104)를 밀어 올리는 구성요소인 코어로드(117)가 개시되어 있다. 도2의 취출 단계에서 하홀더(103)가 하평면캠의 취출구간의 캠면(109')을 지나면서 상승된 모습을 볼 수 있다. 즉, 가압이 이루어진 시점(0°)에서 하홀더(103)는 취출구간의 캠면(109')을 따라 서서히 상승하여 성형된 제품을 위로 밀어올리고 취출시점(110°)이 되면 별도의 취출수단에 의해 성형제품을 다이(105)로부터 분리시킨다. 여기서 하평면캠 취출구간 캠면(109')은 본 출원인이 새롭게 고안한 방식에 의해 그 높이가 조절된다. 이에 대한 작동방식 및 이유는 차후에 로터리프레스 장치를 설명할 때 하기로 한다. 한편, 상홀더(101)도 또한 취출과정을 도와 상평면캠의 취출구간 캠면(107')을 따라 상승한다. 다만, 도2에서 상평면캠 취출구간 캠면(107')을 여러개 표시해 놓은 것은 작업자에 의해 상홀더(101)의 상승시점을 임의로 조절할 수 있음을 의미한다. 이또한 본 출원인이 새로 고안한 것으로서, 그 기구적 설명은 차후에 설명한다.

이와 같이 본 발명에 따른 분말성형 방법에 의하면, 종래의 충전--가압--취출의 사이클이 아니라, 가충전--충전--1차가압--가압--취출의 사이클을 이룬다. 가충전 단계와 1차가압 단계의 역할은 앞에서 설명한 것과 같다.

도3a,b는 각각 본 발명에 따른 분말성형용 로터리프레스 장치의 정면도와 측면도를 나타낸다.

우선, 도3a에서, 모터, 기어박스 등이 내장되며 전체 기계요소를 지지하는 기대(201)에 회전 주축(203)이 설치된다. 이하, 본 명세서에서 사용된 "기대(基臺)"란 용어는 대략 "본체기초"를 뜻하는 "base body"를 의미한다.

주축(203)의 상부에는 상홀더(211)를 지지한 상태로 회전하는 상홀더 회전체(205)가 설치된다. 상홀더 회전체(205)의 상면에는 상홀더(211)를 공정에 따라 상하로 왕복운동시키는 상평면캠을 포함하고 있다(도3a에서는 표시되어 있지 않음). 상평면캠(도2의 107)은 도2의 취출ㆍ가충전ㆍ충전 단계에서 상홀더(101)를 상승시키는 역할을 한다고 설명한 바 있다.

도2로 돌아가서 보면, 상평면캠(107)은 가압과정에서 취출과정 사이에서 상홀더(101)를 상승시키고 취출--가충전--충전완료 구간에서는 상승된 상태를 유지하다가, 충전이 완료된 후 하강하여 1차가압과 가압시에 하강 상태를 유지하도록 설계되어 있음을 알 수 있다. 물론 이러한 캠면의 상승 하강 구조는 로터리프레스 장치의 구체적인 설계양식에 따라 당업자에 의해 임의로 결정될 수 있는 사항이다. 다만, 본 발명에서는 가압공정에서 취출공정으로 진행하는 취출구간의 캠면(107')의 시작점을 작업자가 조절할 수 있도록 개선하였다. 취출과정에서는 다이 내에서 성형된 제품을 위로 밀어 올려서 빼내어야 하므로 취출과정이 시작되면서 상홀더가 위로 상승하여야 한다. 이때에 중요한 점이, 성형된 제품이 다이 밖으로 완전히 빠지는 시점에서 상홀더가 상승하여야 하는 점이다. 이러한 시점이 맞지 않으면 성형된 제품이 취출되면서 파손되는 경우가 발생한다. 본 발명에서는 이러한 취출시의 문제점을 해결하기 위해 도2에서 언급했던 취출구간 캠면(107')의 상승시점을 미리 또는 늦게 되도록 조절할 수 있는 구조를 채택하였다.

도5a,b는 상평면캠의 취출구간 캠면(107')의 구조를 개념적으로 나타내는 것으로, 도5a는 평면도를 도5b는 X-X 단면도를 나타낸다. 도5a에서 보는 바와 같이 취출구간의 캠면(이하, 취출캠면)이 둘로 분할되어 각각 ㄴ자 형상으로 맞물려 있다. 제1취출캠면(241)은 원래의 상평면캠(107)에 연결되어 있는 면이고, 제2취출캠면(243)은 제1취출캠면(241)과 분리되어 맞물려 있다. 제2취출캠면(243)의 측면 일부에는 나사산(245)이 형성되어 있고, 이 나사산(245)에는 평기어(247)가 맞물려 있다. 도5a에서 직관적으로 볼 때에 평기어(247)를 돌리면 이에 맞물린 나사산(245)이 직선운동을 하고 그에 따라 제2취출캠면(243)이 제1취출캠면(241)에 가까워지거나 제1취출캠면(241)으로부터 멀어지도록 이동할 것이다(래크-피니언 기구). 이러한 원리는 도5b를 보면 더욱 명확해진다. 도5a의 X-X부 단면도인 도5b에서 보는 것과 같이 조절노브(249)를 조작하여 평기어(247)를 돌리면 이에 맞물려 있는 제2취출캠면(243)이 도5b의 지면과 직각 방향으로(즉, 지면을 뚫고 들어가거나 지면으로부터 튀어나오는 방향으로) 이동한다. 이로써 도2에서 나타낸 상평면캠의 취출캠면(107')이 앞당겨지거나 뒤처지도록 조절할 수 있다. 도5b에서 제1, 제2취출캠면(241, 243) 위에 있는 것은 상홀더 롤러베어링(100)을 나타낸다. 롤러베어링(100)이 상평면캠의 캠면을 따라 굴러가면서 상홀더(101)가 상하로 승강할 수 있는 것이다.

한편, 상기 도면에는 나타내지 않았지만, 조절노브(249)에는 일단 제2취출캠면(243)의 위치를 조절한 다음에 평기어(247)가 움직이지 않도록 고정수단이 추가되는 것이 가능하다. 고정수단은 클램프레버에 의해 조절노브(249)를 꽉 죄는 구조일 수도 있고, 별도의 고정볼트로 조절노브(249)를 죄는 구조일 수도 있다. 이러한 사항은 당업자가 필요에 의해 결정할 수 있는 관용기술이다.

도3b에 표시된 구성요소중 "231"과 "233"은 각각 상하가압롤러(215, 217)의 편심위치를 조절하여 적절한 가압 위치(즉, 성형품의 높이)를 조절하는 상가압롤러 조절핸들 및 하가압롤러 조절핸들을 나타낸다. 상하가압롤러(215, 217)는 제자리에 고정된 상태에서 편심회전을 하는 캠역할을 하는 것으로서, 가압 위치(성형품의 높이)를 조절하기 위하여 편심위치를 적절히 조절해야 할 필요가 있기 때문에 이들 조절핸들이 필요할 수가 있다. 가압롤러 조절핸들(231, 233)은 웜기어 방식에 의해 구현할 수 있다.

주축(203)의 하부에는 하홀더(213)를 지지한 상태로 회전하는 하홀더 회전체(207)가 설치된다. 하홀더 회전체(207)의 하부에는 주축(203)에 의해 상기 상하홀더 회전체(205, 207)와 함께 회전하는 하평면캠(209)이 주축(203)에 설치된다. 하평면캠(209)(도2에서는 109로 표시됨)은 도2의 취출 단계에서 하홀더(103)를 상승시키고, 가충전 단계에서 하홀더(103)를 최저 높이로 하강시키는 역할을 하는 것으로 설명한 바 있다.

도2에서 언급하였던 하평면캠 취출구간 캠면(109', 이하, "취출캠면")의 높낮이 조절에 관해 자세히 설명한다. 도2로 돌아가서 보면, 가압공정에서 취출공정으로 진행하는 구간(이하, "취출구간")에서는 하홀더(103)의 하단부(도4의 235)가 하가압롤러(113)에 의해 상승되어 다이에 가압을 한 직후에 하홀더(103)의 롤러베어링(237)이 하평면캠의 취출캠면(109')을 타고 올라가면서 취출공정에 들어가게 된다. 그런데, 종래에는 하가압롤러(113)의 중심 위치를 조절하여 가압롤러의 가압력을 조절하고 있기 때문에, 하가압롤러(113)의 중심 위치에 따라 취출캠면(109')과 하가압롤러(113)의 상부와의 단차가 달라지게 된다. 도6a와 도6b를 참조하여 구체적으로 설명한다. 도6a와 같이 하가압롤러의 중심점 C_L이 가장 위에 위치하는 경우에는 하가압롤러(113)의 상면(하홀더(103)의 하부(235)가 접하여 지나가는 면)과 하홀더(103)의 롤러베어링(237)이 지나가는 취출캠면(109')과의 단차가 없기 때문에 하홀더(103)의 하단부(235)가 하가압롤러(113)를 지나고 곧이어 하홀더(103)의 롤러베어링(237)이 취출캠면(109')에 들어설 때 부드럽게 동작이 연결될 수 있다. 그러나, 도6b에서와 같이 하가압롤러(113)의 중심점 C_L이 가장 아래에 위치하는 경우에는 하가압롤러(113)의 상면이 올라가면서 취출캠면(109')보다 높아지게 된다. 이 때에 하홀더(103)가 하가압롤러(113)를 지나 취출캠면(109')에 들어설 때 순간적으로 하홀더(103)가 급작스럽게 낙하되어 하홀더(103) 하부의 마모가 심해지고 소음이 발생하게 된다. 이러한 현상에 대처하기 위하여 종래에는 하가압롤러(113)를 상하조절하는 작업에 병행하여 반드시 취출캠면(109')의 높이를 별도로 조정해주어야 했다.

본 발명에서는 이러한 문제를 해결하고자, 도6c,d와 같은 취출캠면(109') 구조를 하평면캠에 적용하였다. 도6c는 개념적인 설명도로서, 취출캠면(109')에 보조캠플레이트(251)를 덧붙여서 하가압롤러(113)의 중심점 C_L이 최하부에 있도록 조절되더라도 하가압롤러(113)와 접하는 면에 취출캠면(109')보다 높게 위치하는 면(Y)이 있도록 하여 하홀더(103)가 하가압롤러(113)를 지난 직후에 보조캠플레이트(237)에 의해 부드럽게 취출캠면(109')으로 이동하도록 하였다. 여기서, 종래의 방식보다 차별화되기 위해서는 하가압롤러(113)의 상하량 조절과 연동하여 상기 보조캠플레이트(251)의 높낮이가 조절되어야 한다는 것이다. 이렇게 된다면 작업자는 단지 하가압롤러(113)를 돌려서 상하 조절만 하면 된다. 이에 따라 보조캠플레이트(251)의 높이가 자동적으로 조절되어 하홀더의 동작 연결이 부드럽게 이어지게 된다.

도6d는 이러한 과제를 실현하기 위한 하나의 실시예를 나타낸다. 하가압롤러(113)의 측면에 가이드링(253)을 설치한다. 가이드링(253)에는 푸시로드(255)의 제1단이 접촉하고 푸시로드(255)의 제2단은 제1링크바(257)의 제1단에 회전가능하게 연결된다. 제1링크바(257)의 중앙부는 프레임에 회전가능하게 고정핀(259)에 의해 고정되어 있다. 다음에, 제1링크바(257)의 제2단에는 다른 제2링크바의 제1단이 회전가능하게 연결된다. 제2링크바(261) 역시 그 중앙부는 프레임에 회전가능하게 고정핀(263)에 의해 고정되어 있다. 다시 제2링크바(261)의 제2단은 보조캠플레이트(251)의 하부에 접촉하고 있는 제2푸시로드(265)에 회전가능하게 연결된다.

도6d의 구조에서 그 작용을 살펴본다. 작업자가 앞에서 설명한 하가압롤러 조절핸들(233)을 돌려 하가압롤러(113)를 돌리면 편심된 회전중심 C_L을 기준으로 하가압롤러(113)의 상면 및 하면이 올라갔다 내려갔다 하게 된다. 가령 하가압롤러(113)의 하면이 내려오면 제1푸시로드(255)를 a방향으로(아래로) 밀고 그에 따라 제1링크바(257)의 제1단이 내려오고 중앙 고정점(259)의 반대단인 제2단은 b방향으로 올라가게 된다. 그에 따라 다시 제2링크바(261)의 제1단은 제1링크바(257)의 제2단에 연결되어 있으므로 함께 b방향으로 올라가게 되고 다시 고정점(263)을 기준으로 제2링크바(261)의 제2단은 c방향으로 내려오게 된다. 이로써 보조캠플레이트(251)의 아래를 밀고 있던 제2푸시로드(265)도 아래로 내려와 보조캠플레이트(251)가 내려온다. 보조캠플레이트(251)가 내려오는 기구는 당업자에게 자명한 사항이다. 여기서, 링크바를 두 개 둔 이유는 제1푸시로드가(255) 내려올 경우에 제2푸시로드(265)도 내려오도록 하기 위한 것이다.

이상에서 설명한 실시예의 구성은 도6c의 기본개념을 구현하는 한 예일 뿐, 도6d의 실시예에 한정되지는 않는다.

다시 도3a로 돌아가, 상홀더(211)의 최상단이 회전하면서 지나가는 가압 위치에는 상가압롤러(215)가 상기 주축(203)의 회전방향과 직각으로 회전하도록 설치된다. 앞에서 설명한 것과 같이 상홀더 회전체(205)가 회전하면서 가압 위치가 되면 이 상가압롤러(215)에 의해 상홀더(211)가 하강하여 금형 캐비티에 충전된 분말재료를 압축하여 성형한다. 이와 반대로, 하홀더(213)의 최하단이 회전하면서 지나가는 가압 위치에는 하가압롤러(217)가 상기 주축(203)의 회전방향과 직각으로 회전하도록 설치된다.

또한, 본 발명의 특징이라 할 수 있는 1차가압 공정을 위하여 도3a의 로터리프레스 장치에는, 상홀더(211)의 최상단이 회전하면서 지나가는 1차가압 위치에 1차 상가압롤러(219)가 설치된다. 앞에서 설명한 것과 같이 상홀더 회전체(205)가 회전하면서 1차가압 위치가 되면 이 1차 상가압롤러(219)에 의해 상홀더(211)가 하강하여 금형 캐비티에 충전된 분말재료를 1차가압한다. 이와 반대로, 하홀더(213)의 최하단이 회전하면서 지나가는 1차가압 위치에는 하가압롤러(221)가 설치되어 하홀더를 상승시킨다. 상기 1차 상가압롤러(219)와 1차 하가압롤러(221)가 상하 작용하여 1차가압 공정이 이루어짐은 앞에서 설명한 것과 같다.

이상이 본 발명에 따른 분말성형 로터리프레스 장치의 기본구성이다. 도3a에 표시된 구성요소중 "223"은 분말재료를 투입하는 호퍼를 나타내고, "225"는 주축(203)과 함께 회전하면서 가충전 및 충전 위치에서 하홀더(213)에 지지되어 있는 금형 내 캐비티에 분말재료를 공급하는 피더플레이트(feeder plate)를 나타내고, "227"은 상하홀더 회전체(205, 207)가 회전하면서 취출 위치에서 취출되는 성형제품이 배출되는 배출컨베이어를 나타내고, "229"는 장치의 운전을 제어하는 콘트롤박스를 나타낸다.

한편, 본 발명에 따른 로터리프레스 장치에는 도4와 같은 구조의 하홀더가 적용되었다. 앞에서 설명한 하홀더(213)는 하홀더 회전체(207)가 회전함에 따라 하평면캠(209)에 접촉되어 상하운동을 하는데, 종래의 하홀더의 경우에는 도4에서와 같이 하홀더의 하단부(235)에 캠이 직접 접촉되므로 많은 마찰열과 소음을 발생시킨다. 본 발명에서 이러한 문제점을 해결하고자 하홀더(213)의 측면에 롤러베어링(237)을 볼트(239)로 고정하여 롤러베어링(237)이 캠을 따라 회전하면서 하홀더(213)가 상하운동하도록 하였다. 이렇게 함으로써, 하홀더에서 발생하던 마찰열과 소음이 현저히 감소되고, 회전체(207) 및 평면캠(209)이 원활하게 회전하며 구동모터의 부하가 크게 감소된다.

그러나, 상기 충전 공정과, 1차하가압롤러 및 가압롤러에 의한 가압 공정에서는 베어링의 파손을 방지하기 위하여, 충전 공정에 해당하는 각도위치, 1차가압 공정에 해당하는 각도위치, 가압 공정에 해당하는 각도위치에서는 종래대로 하홀더(213)의 하단부(235)가 평면캠과 접촉되도록 하여, 성형 제품을 정밀하게 제조할 수 있도록 하였다.

이상에서 설명한 구성요소 이외에 본 발명에 따른 로터리프레스 장치의 운전에 필요한 구성요소들은 종래의 장치에 있는 것들과 대동소이하므로 별도로 구체적인 설명을 하지는 않는다. 다만, 위에서 설명한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 가시화한 예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 범위를 한정시키는 것이 아님은 발명의 정의상 당연하다.

이상에서와 같이, 본 발명의 방법에 따르면, 가충전 단계가 추가됨으로 해서 분말재료가 캐비티 형태 내에서 균일하게 충전될 수 있도록 하며, 1차가압 단계가 추가되므로써 분말재료의 성형이 고르게 이루어질 수 있으며, 이러한 방법의 수행에 적합한 본 발명 로터리프레스 장치에 의해 본 발명의 방법을 생산성있게 수행할 수 있다.

도1a~c는 종래의 분말성형 방법의 예시도.

도1d는 종래의 분말성형 로터리프레스 장치의 예시도.

도2는 본 발명에 따른 분말성형 방법의 공정도.

도3a,b는 본 발명에 따른 분말성형 로터리프레스 장치의 정면도 및 측면도.

도4는 본 발명에 따른 분말성형 로터리프레스 장치에 적용된 새로운 하홀더의 구성도.

<도면부호의 설명>

상부금형(11), 하부금형(13), 분말재료(15), 상홀더(17), 하홀더(19), 상캠(21), 하캠(23), 로봇팔(25), 회전다이(27), 상하부 금형(29)(31), 캠롤러(33), 홀더(35), 실린더(37), 상홀더(101), 상부펀치(102), 하홀더(103), 하부펀치(104), 다이(105), 상평면캠(107), 하평면캠(109), 상가압롤러(111), 1차 상가압롤러(112), 하가압롤러(113), 1차 하가압롤러(114), 취출수단(115), 코어로드(117), 기대(201), 회전주축(203), 상홀더 회전체(205), 하홀더 회전체(207), 하평면캠(209), 상홀더(211), 하홀더(213), 상가압롤러(215), 하가압롤러(217), 1차 상가압롤러(219), 하가압롤러(221), 호퍼(223), 피더플레이트(225), 배출컨베이어(227), 콘트롤박스(229), 상가압롤러 조절핸들(231), 하가압롤러 조절핸들(233), 하홀더 하단부(235), 롤러베어링(237), 볼트(239)

Claims

상금형을 지지하며 상하로 승강하는 상홀더와 하금형을 지지하며 상하로 승강하는 하홀더가 각각 상하홀더 회전체에 설치되어 주축에 의해 회전하면서 상기 하금형 내의 캐비티에 분말재료를 충전하고 가압하여 분말성형 제품을 제조하는 로터리프레스 장치에 의해 분말성형을 하는 방법으로서,

상하홀더 회전체가 회전하여 상기 상홀더가 최대 높이로 상승하고 상기 하홀더가 최저 높이로 하강하는 위치에서, 하금형의 캐비티 내에 제품의 성형에 필요한 적량보다 많은 양의 분말재료를 미리 투입하는 가충전 단계,

상기 가충전 단계 이후에 상하홀더 회전체가 더 회전한 위치에서 하홀더가 상승하여 금형의 캐비티 내에 제품의 성형에 필요한 양만 남기고 적량을 초과한 분말재료를 밀어내어 충전을 완료하는 단계,

상기 충전이 완료된 이후에 상하홀더 회전체가 더 회전한 위치에서 상기 상홀더를 하강시키고 하홀더를 상승시켜 하금형 캐비티 내의 분말재료를 압축하되, 제품의 성형에 적합한 압축력보다 작은 힘으로 분말재료를 압축하는 1차가압 단계,

1차가압 단계 이후에 상하홀더 회전체가 더 회전한 위치에서 상홀더를 하강시키고 하홀더를 상승시켜서 하부금형 캐비티 내의 분말재료를 완전 압축하는 가압 단계,

가압 단계 이후에 상하홀더 회전체가 더 회전한 위치에서 상홀더를 상승시켜서 하홀더에 지지된 하금형으로부터 성형된 제품을 빼내는 취출 단계가

상기 상하홀더 회전체의 1회전 동안에 이루어지는 것을 특징으로 하는 분말성형 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 상홀더의 수직 승강운동은 주축에 의해 회전하는 상홀더 회전체에 형성된 상평면캠에 의해 이루어지고, 상기 하홀더의 수직 승강운동은 주축에 의해 회전하는 하평면캠에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 분말성형 방법.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 1차가압 단계에서의 상홀더의 하강과 하홀더의 상승은 각각 1차 상가압롤러와 1차 하가압롤러에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 분말성형 방법.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 가압 단계에서의 상홀더의 하강과 하홀더의 상승은 각각 상가압롤러와 하가압롤러에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 분말성형 방법.
청구항 1의 분말성형 방법을 수행하는 로터리프레스 장치로서,

모터, 기어박스 등이 내장되며 전체 기계요소를 지지하는 기대(201)에 설치되어 회전하는 주축(203),

주축(203)의 상부에 설치되어 회전하며, 상부펀치(102)를 지지하고 있는 상홀더(211)가 지지되는 상홀더 회전체(205),

상기 상홀더 회전체(205)의 표면에 형성되어 상홀더 회전체(205)가 회전하여 가압단계에서 취출단계로 넘어가는 구간에서 상홀더(211)를 승강시키고 가충전단계를 거쳐 충전이 완료된 직후 상홀더(211)를 하강시키는 상평면캠(107),

주축(203)의 하부에 설치되어 회전하며, 다이(105)에 삽입되어 캐비티를 이루는 하부펀치(104)를 지지하고 있는 하홀더(213)가 지지되는 하홀더 회전체(207),

하홀더 회전체(207)의 하부에 위치하며 주축(203)에 의해 상기 상하홀더 회전체(205, 207)와 함께 회전하면서 가압단계가 끝난 후 취출단계로 가는 구간에서 하홀더를 상승시키고 취출이 완료된 후에는 하홀더를 하강시키는 하평면캠(209),

상기 상홀더 회전체(205)에 인접하여, 상홀더(211)의 최상단이 회전하면서 지나가는 가압 지점에 위치하여 상기 주축(203)의 회전방향과 직각으로 편심회전하도록 설치되며 상홀더를 하강시켜 분말재료를 가압하는 상가압롤러(215),

상기 하홀더 회전체(207)에 인접하여, 하홀더(213)의 최하단이 회전하면서 지나가는 가압 지점에 위치하여 상기 주축(203)의 회전방향과 직각으로 편심회전하도록 설치되며 하홀더를 상승시켜 상홀더와 함께 분말재료를 가압하는 하가압롤러(217),

상기 상홀더 회전체(205)에 인접하여, 상홀더(211)의 최상단이 회전하면서 지나가는 1차가압 지점에 위치하여 상기 상홀더를 하강시켜 분말재료를 1차가압하는 1차 상가압롤러(219),

상기 하홀더 회전체(207)에 인접하여, 하홀더(213)의 최하단이 회전하면서 지나가는 1차가압 지점에 위치하여 상기 하홀더를 상승시켜 상홀더와 함께 분말재료를 1차가압하는 1차 하가압롤러(221)로 구성되는 분말성형 로터리프레스 장치.
청구항 5에 있어서, 상기 하홀더에는 상기 하부펀치(104)를 밀어 올려서 성형된 제품을 빼내는 코어로드(117)가 포함되는 것을 특징으로 하는 분말성형 로터리프레스 장치.
청구항 5에 있어서, 각 상하가압롤러(215, 217)의 편심위치를 조절하여 적절한 가압 위치를 조절하는 상가압롤러 조절핸들(231) 및 하가압롤러 조절핸들(233)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 분말성형 로터리프레스 장치.
청구항 5에 있어서, 상기 하홀더(213)는 하부 측면에 볼트(239)에 의해 회전가능하도록 고정되는 롤러베어링(237)을 추가로 포함하여,

이 롤러베어링(237)이 상기 평면캠(209)에 접촉되어 회전함에 따라 하홀더(213)가 상하운동하는 것을 특징으로 하는 분말성형 로터리프레스 장치.
청구항 5에 있어서, 상기 상평면캠(107)에 있어서 취출단계로 넘어가는 구간에서 상홀더(211)를 승강시키는 캠면(107', 이하 "취출캠면")의 시작점을 전후로 조절하는 수단을 추가로 포함하는 분말성형 로터리프레스 장치.
청구항 9에 있어서, 상기 취출캠면(107')의 시작점 조절 수단은

상평면캠(107)에 연결되어 있으며 수평면에서 볼 때 ㄴ자 형상을 갖는 제1취출캠면(241)과,

이 제1취출캠면(241)으로부터 분리되며 수평면에서 볼 때 ㄴ자 형상으로 상기 제1취출캠면(241)에 맞물려 있는 제2취출캠면(243)과,

제2취출캠면(243)의 측면 일부에 형성된 나사산(245)과,

이 나사산(245)에 맞물려 제2취출캠면(243)을 직선왕복 이동시키는 평기어(247)와,

이 평기어(247)를 돌려서 회전시키는 조절노브(249)로 구성되는 것을 특징으로 하는 분말성형용 로터리프레스 장치.
청구항 10에 있어서, 상기 조절노브(249)에는 제2취출캠면(243)의 위치를 조절한 다음에 평기어(247)가 움직이지 않도록 고정하는 고정수단이 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 분말성형용 로터리프레스 장치.
청구항 5에 있어서, 상기 하평면캠(209)의, 가압단계에서 취출단계로 가는 구간에서 하홀더를 상승시키는 캠면(109', 이하 "취출캠면")의 높이를 상하로 조절하는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 분말성형용 로터리프레스 장치.
청구항 12에 있어서, 상기 취출캠면 상하조절 수단은

하평면캠의 취출캠면(109') 측면에 덧붙여지며, 상부는 평면으로 형성된 보조캠플레이트(251)를 포함하여

하가압롤러(217)의 회전에 연동하여 상기 보조캠플레이트(251)가 상하로 위치이동을 하도록 하는 것을 특징으로 하는 분말성형용 로터리프레스 장치.
청구항 13에 있어서, 상기 취출캠면 상하조절 수단은

하가압롤러(217)의 측면에 설치된 가이드링(253)과,

이 가이드링(253)에 제1단이 접촉하고 제2단은 제1링크바(257)의 제1단에 회전가능하게 연결되는 제1푸시로드(255)와,

제1링크바(257)의 중앙부를 프레임에 회전가능하게 고정하는 고정핀(259)과,

제1링크바(257)의 제2단에 회전가능하게 연결되는 제2링크바(261)의 제1단과,

제2링크바(261)의 중앙부를 프레임에 회전가능하게 고정하는 고정핀(263)과,

제2링크바(261)의 제2단에 회전가능하게 연결되며 타단은 보조캠플레이트(251)의 하부에 접촉하고 있는 제2푸시로드(265)를 포함하는 것을 특징으로 하는 분말성형용 로터리프레스 장치.