KR101229064B1 - 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조장치 및 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조장치 및 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조장치는, 합금을 용융 및 급속 냉각시켜 시편의 재료가 되는 비정질의 성형체를 제조하는 장치로서, 평평하게 구비된 상면에 상기 합금이 위치되는 지지대; 상기 지지대의 상면에 위치된 상기 합금을 용융시키는 가열기; 상기 지지대의 상부에 위치하며, 하면이 평평하게 구비된 냉각대; 및 상기 합금이 상기 지지대의 상면과 상기 냉각대의 하면에 접촉 가압됨으로써 판상으로 펼쳐져 상기 성형체를 형성하도록 상기 지지대와 상기 냉각대 중 하나 이상을 승강키는 구동기;를 포함하되, 상기 냉각대는, 상기 합금을 접촉 가압하며 급속 냉각시킬 수 있는 재질로 이루어진다.
본 발명에 의하면, 급속 냉각 및 과도한 표면 마찰력으로 인해 파단이나 굴곡과 같은 결함이 빈번하게 발생하여 기존의 방식인 드롭 캐스팅이나 흡입 캐스팅으로는 제조가 어려운 비정질 합금의 시편 재료용 성형체를 지지대와 냉각대로써 합금을 접촉 가압하여 매우 손쉽고 신속하게 제조할 수 있고, 용융된 합금으로부터 신속하게 열을 흡수할 수 있도록 열전도율이 높은 재질로 이루어진 냉각대 및 냉각부를 통해 별도로 냉각되는 지지대로써 용융된 합금을 급속 냉각시켜 양호한 비정질 특성을 갖도록 성형체를 제조할 수 있으며, 지지대의 상면에 위치되는 두께조절부재의 교체를 통해 성형체의 두께도 간편 용이하게 변경할 수 있다.

Description

비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조장치 및 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조방법 {Molded body manufacturing apparatus for measuring sample material of amorphous alloys and molded body manufacturing method for measuring sample material of amorphous alloys}

본 발명은 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조장치 및 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양호한 비정질 특성을 갖는 비정질 합금의 시편 재료용 성형체를 손쉽고 신속하게 제조할 수 있으며, 그 성형체의 두께도 간편 용이하게 변경할 수 있는 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조장치 및 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 비정질 합금은 액체처럼 불규칙한 원자 구조를 가진 합금을 의미하는데, 이러한 비정질 합금은 분자 단위까지 관찰해도 결정구조가 없기 때문에 일반적인 금속소재보다 강성이 뛰어나지만, 그 제조과정에 있어서 용융된 합금을 금속 원자들이 결정구조를 형성하는 속도보다 빠르게 급속 냉각시는 공정이 필요하므로 그 가공은 어려운 편이다.

한편, 소정의 금속에 대해 인장 시험, 압축 시험, 피로 시험, 굴곡 시험 등 다양한 시험을 진행하기 위해서는, 해당 금속으로 엄격히 정해진 형상 및 크기의 시편을 제작한 후, 그 시편을 시험 기기에 정확히 정렬 설치하고 각 시험을 진행한다.

그런데 상술한 비정질 합금에 대해 다양한 시험을 진행하기 위해서는 엄격히 정해진 형상 및 크기에 대응되는 소정의 두께의 시편 재료용 성형체를 먼저 제작한 후, 해당 성형체를 절단, 그라인딩 등과 같은 후가공을 통해 비정질 합금의 시편으로 제작해야 한다.

여기서 시편 재료용 성형체의 제조 공정 중에는 성형체가 비정질의 특성을 갖도록 하기 위해 용융된 합금을 급속 냉각시키는 작업이 필수적으로 포함되므로, 실제 이러한 비정질 합금의 시편 재료용 성형체를 제조하는 것은 쉬운 일이 아니다.

구체적으로 설명하면, 종래의 시편 재료용 성형체 제조방법은 도 1에 도시된 드롭 캐스팅 방식 또는 도 2에 도시된 흡입 캐스팅 방식이 주로 사용되는데, 드롭 캐스팅 방식은 성형체에 대응되는 형상의 홈부(21)를 갖는 금형(20)을 지지대(30)에 고정하고, 홈부(21)의 입구부분은 합금(10)을 위치시킨 후 가열기(40)로 합금(10)을 용융시켜 합금(10)이 중력에 의해 홈부(21)를 메우며 냉각되어 성형체를 형성하는 방식이다.

이와 비교하여, 흡입 캐스팅 방식은 드롭 캐스팅 방식에서 홈부(21) 내부와 연통되게 진공장치(50)와 연결된 진공튜브(51)를 설치함으로써 부압으로 홈부(21)의 입구부분에 위치한 용융된 합금(10)을 홈부(21) 내부로 흡입하여 성형체를 형성하는 방식이다.

이와 같은 두 가지 방식은 모두 용융된 합금(10)이 중력이나 부압을 통해 홈부(21) 내부로 흘러들어와 메우며 냉각됨으로써 성형체를 형성하게 되는데, 이렇게 용융된 합금(10)이 홈부(21) 내부로 흘러들어올 때, 용융된 합금(10)과 홈부(21)의 내주면 사이에는 마찰력이 작용하게 된다.

이러한 마찰력으로 인해, 용융된 합금(10)이 홈부(21) 내부로 신속하게 흘러들어오지 못하거나, 흡입 캐스팅 방식과 같이 부압으로 용융된 합금(10)을 강하게 흡입할 경우 합금(10)이 홈부(21)의 내주면 부분에서는 충분히 흘러들어오지 못한 상태에서 상대적으로 마찰력이 적게 작용하는 홈부(21)의 중심 부분에서는 합금(10)이 급작스럽게 내부로 진입하여 두 부분에서 합금(10)이 분리되어 찢어지는 문제점이 발생한다.

즉, 드롭 캐스팅 방식의 경우, 용융된 합금(10)의 홈부(21) 진입 속도가 느려 합금(10)을 급속 냉각시키기 어려운 문제점이 있고, 흡입 캐스팅 방식의 경우, 찢어진 크랙이 발생하여 성형체의 형상이 제대로 형성되지 않는 문제점이 있다.

도 3a와 도 3b는 상술한 드롭 캐스팅 방식과 흡입 캐스팅 방식으로 각각 제조를 시도한 비정질 합금의 시편 재료용 성형체를 보여주는 사진이다.

도 3a에 도시된 드롭 캐스팅 방식으로 제조된 성형체의 경우, 급속 냉각이 이루어지지 않아 성형체가 양호한 비정질 특성을 갖지 못하며, 용융된 합금과 금형의 홈부의 내주면 사이에 작용하는 마찰력으로 인해 우측에 굴곡의 결함이 발생한 것을 확인할 수 있다.

도 3b에 도시된 흡입 캐스팅 방식으로 제조된 성형체의 경우, 어느 정도 급속 냉각이 이루어졌으나, 부압과 이 부압의 크기에 비례하여 용융된 합금과 홈부(21)의 내주면 사이에 작용하는 큰 마찰력이 동시에 합금에 작용하면서 크랙이 발생하여 홈부(21)의 형상대로 제조되지 못한 것을 확인할 수 있다.

따라서 금속 냉각을 구현하여 양호한 비정질 특성을 가지면서도 소정의 두께를 갖는 비정질 합금의 시편 재료용 성형체를 용이하게 제조하기 위한 제조장치 및 제조방법의 개발이 시급한 실정이다.

한편, 종래의 드롭 캐스팅 방식이나 흡입 캐스팅 방식의 시편 재료용 성형체 제조장치의 경우, 제조되는 시편 재료용 성형체의 두께를 변경하기 위해서는 지지대에 설치된 금형(20)을 교체해야 하므로 다양한 두께를 갖는 성형체를 제조하기 위해서는 많은 비용 및 시간이 소요되고, 작업도 매우 번거로운 단점이 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 용융된 합금을 급속히 냉각시키면서도 신속하고 손쉽게 소정의 두께를 갖는 판형으로 성형할 수 있으며, 다양한 두께를 갖는 시편 재료용 성형체를 제조하기 위한 작업도 저렴한 비용으로써 간편하게 이루어질 수 있는 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조장치 및 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조방법을 제공하고자 한다.

상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은 상면에 합금이 위치되는 지지대와, 상기 지지대의 상면에 위치된 합금을 용융시키는 가열기와, 상기 지지대의 상부에 위치되는 냉각대 및 합금이 상기 지지대의 상면과 냉각대의 하면에 접촉 가압됨으로써 펼쳐져 성형체를 형성하도록 상기 지지대와 냉각대 중 하나 이상을 승강시키는 구동기를 포함하는 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조 장치에 있어서, 상기 합금이 가압될 때 상기 냉각대의 하면과 간섭을 일으켜 성형체의 두께를 제어하도록 상기 지지대의 상면에는 하나 이상의 두께 조절부재를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각대는, 상기 지지대의 상측을 선택적으로 개방할 수 있도록 수평으로 왕복 이송될 수 있게 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각대는, 냉각대의 수평 이송을 안내하는 가이드부; 및 상기 냉각대를 수평 이송하는 이송구동기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 가이드부는, 상기 냉각대의 양측에 수평으로 구비되는 한 쌍의 가이드레일; 및 상기 가이드레일에 맞물려 왕복 이송되며, 상기 냉각대의 양측부에 설치되는 복수의 가이드체를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 지지대의 상면에 합금을 위치시키는 단계, 상기 합금을 가열기로 용융시키는 단계 및 상기 지지대와 상기 지지대 상측에 구비된 구리 또는 구리합금으로 이루어진 냉각대 중 하나 이상이 수평 이송되는 단계, 상기 합금을 상기 지지대의 상면과 상기 냉각대의 하면이 상기 합금을 접촉 가압하도록 상기 지지대와 상기 냉각대 중 하나 이상이 승강하여 상기 합금을 급속 냉각시켜 성형체를 비정질로 형성하는 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조방법에 있어서, 상기 합금이 가열될 때에 상기 냉각대의 하면과 간섭을 일으켜 상기 성형체의 두께를 제어하도록 소정의 두께를 갖는 하나 이상의 두께 조절부재를 상기 지지대의 상면에 설치하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

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이러한 본 발명의 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조장치 및 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조방법에 의하면, 합금을 직접 접촉 가압하여 펼쳐지게 하는 지지대와 냉각대가 구비되어 시편 재료용 성형체를 매우 손쉽고 신속하게 제조할 수 있다.

또한, 상기 냉각대는 용융된 합금으로부터 신속하게 열을 흡수할 수 있도록 구리나 구리 합금 등과 같은 열전도율이 높은 재질 및 지지대보다 큰 질량을 갖도록 구비됨으로써, 지지대 상에서 용융된 합금을 급속 냉각시켜 양호한 비정질 특성을 갖는 성형체를 제조할 수 있다.

이처럼 본 발명의 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조장치 및 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조방법은 저온벽 용융 및 캐스팅(Cold wall melting and casting) 방식으로써, 기존의 주조공법 등에서 관찰되는 카바이드 등과 같은 도가니와 용탕의 반응물이 전혀 포함되지 않으므로, 이 같은 불순물의 함량이 현저히 낮아 우수한 품질의 성형체 제조가 가능하다.

그리고 상기 지지대도 그 내부에 형성된 냉매유로에 냉매를 공급하는 냉각부에 의해 별도로 냉각되게 구비됨으로써, 용융된 합금이 가압되어 펼쳐질 때에 더욱 급속히 냉각되어 더욱 양호한 비정질 특성을 갖는 성형체로 제조될 수 있다.

게다가, 합금이 가압될 때에 지지대와 냉각대의 사이 두께를 제어하도록 지지대 상에 위치되는 두께조절부재가 구비되어, 다양한 두께를 갖는 두께조절부재를 선택적으로 지지대 상에 위치시킴으로써, 제조되는 성형체의 두께도 간편 용이하게 변경할 수 있다.

한편, 다른 실시예에 있어서는 상기 지지대의 상면에 소정의 깊이로 홈부가 형성되고, 이 홈부 내부에서 그 깊이에 대응되는 두께로 성형체가 제조되게 구비됨으로써, 두께조절부재 설치의 번거로움이 없이 더 간편하게 성형체를 제조할 수 있다.이때, 홈부의 바닥면에는 핀홀을 통해 상승하여 성형체를 홈부로부터 취출하는 취출핀이 구비됨으로써, 제조된 성형체의 회수도 간편하게 이루어질 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 홈부는 최종적인 시편의 형상에 대응되는 평면 형상을 갖도록 지지대의 상면에 형성됨으로써, 이러한 홈부에 형성된 성형체는 최소한의 후가공 작업을 통해 시편으로 완성될 수 있다. 즉, 후가공 시간과 비용을 최소화할 수 있는 성형체를 제조할 수 있다.

도 1은 종래의 드롭 캐스팅 방식의 시편 재료용 성형체 제조장치 및 그 제조방법을 보여주는 개략도,
도 2는 종래의 흡입 캐스팅 방식의 시편 재료용 성형체 제조장치 및 그 제조방법을 보여주는 개략도,
도 3a 및 도 3b는 종래의 드롭 캐스팅 방식 및 흡입 캐스팅 방식의 시편 재료용 성형체 제조장치를 통해 각각 제조된 결합이 있는 성형체의 사진,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조장치를 개략적으로 도시한 사시도,
도 5는 도 4에 도시된 A-A의 단면도,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조방법을 보여주는 순서도,
도 7 내지 도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조장치의 동작을 보여주는 도면,
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 제1실시예에 따른 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조장치에 의해 제조된 성형체의 사진,
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조장치를 개략적으로 도시한 도면,
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조방법을 보여주는 순서도,
도 13 내지 도 15는 본 발명의 제2실시예에 따른 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조장치의 동작을 보여주는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, '당업자'라 한다)가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 그 범위가 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명에 따른 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조장치 및 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조방법은, 합금을 용융 및 급속 냉각시켜 시편 재료가 되는 소정의 두께를 갖는 성형체를 비정질로 제조하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조장치(이하, 줄여서 '성형체 제조장치'라 한다)의 구성 및 작용효과를 구체적으로 설명한다.

본 발명의 제1실시예에 따른 성형체 제조장치는, 몸체프레임(100), 지지대(200), 구동기(미도시), 냉각부(300), 가열기(400), 승강구동기(미도시), 냉각대(500), 가이드부(600), 이송구동기(미도시) 및 두께조절부재(700)를 포함하여 이루어진다.

상기 몸체프레임(100)은 베이스(BS) 상에 설치되어 성형체 제조장치의 몸체를 이루며, 냉각대(500), 가이드부(600), 이송구동기 등이 설치될 수 있는 공간을 제공한다. 이러한 몸체프레임(100)은 이처럼 별도의 구비되지 않고 가이드부(600)에 포함되는 형태로 간소하게 구비될 수도 있다.

상기 지지대(200)는 상면이 평평하게 구비되고, 그 상면에 비정질의 성형체로 형성될 합금이 위치된다. 상기 지지대(200)는 구동기에 의해 승강될 수 있도록 구비되어, 그 상측에 냉각대(500)가 위치되었을 때에 상승하여 상면에 위치된 후 용융된 합금을 그 상면과 냉각대(500)의 하면으로써 접촉 가압한다.

상기 지지대(200)의 내부에는 도 5에 도시된 바와 같이, 차가운 냉매가 통과할 수 있도록 냉매유로(210)가 형성되어 냉각될 수 있게 구비된다. 따라서 상기 지지대(200) 상면에 위치된 합금이 성형체로 형성될 때에 후술되는 냉각대(500)에 의해서뿐만 아니라 냉매유로(210)를 통과하는 차가운 냉매에 의해 냉각된 지지대(200)에 의해 급속 냉각되어 양호한 비정질 특성을 가질 수 있다.

본 발명의 제1실시예에 있어서, 상기 지지대(200)에는 별도의 냉매에 의해 냉각될 수 있도록 냉매유로(210)가 형성되었으나, 이러한 냉매유로(210)는 선택적으로 구비될 수 있으며, 상기 지지대(200)는 합금의 열이 냉매로 신속하게 전달되어 합금을 더욱 급속히 냉각시킬 수 있도록 구리나 알루미늄과 같은 비교적 열전도율이 높은 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 구동기는 지지대(200)에 설치된 구동축(220)과 연결되어 지지대(200)를 승강시키는 역할을 한다. 본 발명의 제1실시예를 설명함에 있어서, 이러한 구동기는 자세한 도시를 생략하였으나, 유압실린더 등과 같이 당업자에게 주지된 다양한 형태로 구현될 수 있다. 그리고 상기 구동기는 베이스(BS)의 하측에 구비되지 않고 몸체프레임(100)에 직접 구비되는 형태로 구현될 수도 있다.

상기 냉각부(300)는 지지대(200)의 내부에 형성된 냉매유로(210)에 차가운 냉매를 순환 공급함으로써 합금이 급속 냉각될 수 있도록 지지대(200)를 냉각시키는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 냉각부(300)는 도 4에 도시된 바와 같이, 냉매관(310), 순환펌프(320) 및 냉각기(330)를 포함하여 이루어진다.

상기 냉매관(310)은 냉매유로(210)의 입구와 출구에 각각 연결되어 냉매를 냉매유로(210)에 유ㆍ출입시키는 통로 역할을 하고, 상기 순환펌프(320)와 냉각기(330)는 냉매관(310)에 설치되어 냉매가 냉매관(310)과 냉매유로(210)를 순환하는 동력을 제공하는 역할 및 지지대(200)를 냉각시키고 온도가 높아진 냉매를 냉각시키는 역할을 각각 수행한다.

본 발명의 제1실시예에 있어서, 상기 냉각부(300)는 순환하는 냉매를 통해 지지대(200)를 냉각시키는 방식으로 구현되었으나, 그 구현 방식이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 냉각부(300)는 전기 에너지로써 일면과 타면 간의 열 이동을 유발하는 펠티에 냉각소자로 구비되어 지지대(200)에 직접 설치되는 방식으로 구현될 수도 있다.

상기 가열기(400)는 지지대(200)의 상면에 위치된 합금을 가열하여 용융시키는 역할을 하며, 상기 지지대(200)에 근접 또는 이격될 수 있도록 승강할 수 있게 구비된다. 상기 가열기(400)는 그 팁 끝단과 합금 사이에 아크를 발생시켜 합금을 용융시키는 아크 건으로 구비될 수 있다.

본 발명의 제1실시예에 있어서, 상기 가열기(400)는 승강될 수 있게 구현되었으나, 후술되는 제2실시예와 같이 고정된 형태로 구현될 수도 있다.

상기 승강구동기는 가열기(400)가 지지대(200)에 근접되게 하강하여 합금을 가열하거나, 냉각대(500)가 지지대(200)에 상측에 위치될 수 있도록 지지대(200)로부터 이격되게 상승할 수 있도록 가열기(400)에 승강력을 인가한다. 이러한 승강구동기는 도면에 상세히 도시되지는 않았으나, 모터 및 랙과 피니언 기어 등과 같이 당업자에게 주지된 다양한 형태로 구현될 수 있다.

상기 냉각대(500)는 그 하면이 평평하게 구비되고, 지지대(200)의 상면에 위치된 합금을 접촉 가압하여 판상으로 펼치는 역할을 함과 동시에, 합금으로부터 신속하게 열을 흡수하여 합금을 급속 냉각시키는 역할을 한다.

이를 위해, 상기 냉각대(500)는 구리, 구리 합금 등의 열전도율이 높은 금속으로 이루어지는 것이 바람직하며, 지지대(200)보다 훨씬 큰 질량을 갖게 구비되어 합금의 열을 신속하게 충분히 흡수할 수 있도록 구비되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 냉각대(500)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 가이드부(600)와 이송구동기에 의해 지지대(200)의 상측을 선택적으로 개방하거나 폐쇄할 수 있도록 수평으로 왕복 이송될 수 있게 구비된다.

이에 따라, 상기 냉각대(500)가 지지대(200)의 상측을 개방한 상태에서 지지대(200)의 상면에 합금 및 후술되는 두께조절부재(700)를 용이하게 위치시킬 수 있고, 가열기(400)가 지지대(200)에 근접되게 하강하여 합금을 용융시킬 수도 있다.

상기 합금이 용융된 후에는 냉각대(500)가 그 하면이 지지대(200)의 상면과 마주보게 지지대(200)의 상측에 위치됨으로써, 지지대(200)의 상승 동작으로 용융된 합금이 냉각대(500)의 하면과 지지대(200)의 상면에 의해 접촉 가압되면서 펼쳐져 성형체를 형성할 수 있다.

본 발명의 제1실시예에 따른 성형체 제조장치는, 상기 냉각대(500)가 수평으로 이송되고 지지대(200)가 승강하는 형태로 구현되었으나, 이에 한정되지 않고 지지대(200)가 수평으로 이송되고 냉각대(500)가 승강하는 형태로 구현될 수 있고, 지지대(200)나 냉각대(500) 중 어느 하나는 고정된 상태에서 다른 하나가 이송 및 승강하는 형태로 구현될 수도 있다.

상기 가이드부(600)는 지지대(200)의 상측을 선택적으로 개방하기 위한 냉각대(500)의 수평 이송을 안내하는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 가이드부(600)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 가이드레일(610) 및 네 개의 가이드체(620)를 포함하여 이루어진다.

한 쌍의 가이드레일(610)은 지지대(200)의 양측에 수평으로 구비되게 몸체프레임(100)에 설치되며, 네 개의 가이드체(620)는 냉각대(500)의 양측부에 각각 한 쌍씩 고정되고 한 쌍의 가이드레일(610)에 맞물려 왕복 이송된다. 이렇게 냉각대(500)의 수평 이송을 안내하는 가이드레일(610)과 가이드체(620)는 그 구비 형태나 개수가 이에 한정되지 않으며, 상기 가이드부(600)는 상술한 바와 다른 다양한 형태로 구현될 수도 있다.

상기 이송구동기는 지지대(200)의 상측을 선택적으로 개방할 수 있도록 냉각대(500)를 왕복 이송하는 역할을 한다. 이러한 이송구동기는 도면에 도시하지는 않았으나, 냉각대(500)에 연결된 로드를 직접 왕복 이송하는 실린더 또는 냉각대(500)에 수직으로 구비된 축을 걸어서 왕복 이송하는 링크와 구동기 등 다양한 형태로 구현될 수도 있다.

한편, 상기 냉각대(500)는 그 이송되는 전방 및 후방측에 몸체프레임(100)과의 충돌 충격을 완화할 수 있도록 완충부재가 구비될 수 있다. 이러한 완충부재는 냉각대(500)의 왕복 이송 범위를 제한하는 일종의 스토퍼 역할을 겸하도록 구현될 수도 있다.

상기 두께조절부재(700)는 소정의 두께를 가지며, 지지대(200) 상에 위치된 용융된 합금이 가압될 때에 냉각대(500)의 하면과 간섭을 일으켜 지지대(200)의 상면과 냉각대(500)의 하면 사이에서 형성되는 성형체의 두께를 제어하도록 지지대(200)의 상면에 위치된다.

바람직하게는 이러한 두께조절부재(700)는 다양한 두께로 복수가 구비되어, 형성하고자 하는 두께를 갖는 성형체에 대응되는 것을 작업자가 지지대(200)에 설치함으로써, 별도의 장비 교체나 변경이 없이 간편하게 성형체의 두께를 조절할 수 있다.

본 발명의 제1실시예에 있어서, 성형체의 두께는 지지대(200) 상에 위치되는 두께조절부재(700)의 두께에 따라 결정되게 구현되었으나, 이러한 두께조절부재(700)가 필수적으로 구비되어야 하는 것은 아니며, 지지대(200)를 승강시키는 구동기가 정밀하게 구비되어 지지대(200)를 냉각대(500) 측으로 상승시키면서 지지대(200)와 냉각대(500)의 최소 간격을 조절할 수 있게 구현될 수도 있다.

이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 성형체 제조장치를 이용하여 이루어지는 본 발명의 제1실시예에 따른 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조방법(이하, 줄여서 '성형체 제조방법'이라 한다)을 구체적으로 설명한다.

먼저, 도 7에 도시된 바와 같이, 냉각대(500)가 지지대(200)의 상측을 개방하도록 이송된 상태에서, 제조하고자 하는 성형체(60)에 대응되는 두께를 갖는 두께조절부재(700)를 지지대(200) 상에 설치하고(s110), 이어서 지지대(200) 상면의 중심에 합금(10)을 배치한다(s120).

다음, 가열기(400)를 지지대(200) 상의 합금(10)에 근접되게 하강시킨 후(s130), 아크를 발생시켜 합금(10)을 용융시킨다(s140).

이후, 도 8에 도시된 바와 같이, 가열기(400)를 지지대(200)로부터 이격되게 상승시키고(s150), 지지대(200)의 상면과 냉각대(500)의 하면이 서로 마주보게 냉각대(500)를 수평 이송한다(s160). 이때, 가이드레일(610)과 가이드체(620)로 이루어진 가이드부(600)가 냉각대(500)의 수평 이송을 안내한다.

그 다음, 냉매관(310)을 통해 차가운 냉매를 공급하여 지지대(200)를 냉각시킨다(s160). 그러면서 도 9에 도시된 바와 같이, 구동기를 작동시켜 지지대(200)를 상승시킴으로써, 합금(10)이 지지대(200)의 상면과 냉각대(500)의 하면에 의해 접촉 가압되어 성형체(60)를 형성하게 한다(s180).

이때, 열을 신속하고 충분하게 흡수할 수 있도록 열전도율이 높고 큰 질량을 갖게 구비된 냉각대(500)와 용융된 합금(10)이 접촉되면서 합금(10)이 급속 냉각되면서 비정질의 성형체(60)를 형성하게 된다.

그리고 소정의 일정한 두께를 갖는 두께조절부재(700)는 냉각대(500)의 하면과 간섭을 일으키면서 성형체(60)가 두께조절부재(700)에 대응되는 일정한 두께로 형성된다.

그 후, 지지대(200)를 하강시키고 냉각대(500)를 수평 이송하여 지지대(200)의 상측을 개방한 후(s190), 지지대(200)로부터 완성된 성형체(60)를 회수한다(s200). 도 10a는 이러한 성형체 제조방법을 통해 제조된 성형체(60)를 보여주는 사진이고, 도 10b와 도 10c는 이러한 성형체(60)의 앞면과 뒷면을 보여주는 사진이다.

사진에 도시된 바와 같이, 성형체(60)의 양면에는 용융된 합금(10)의 플로우에 따른 표시가 남지만, 이와 같이 제조된 성형체(60)는 절단 및 그라인딩 등과 같은 후가공을 거쳐 최종적인 비정질 시편으로 완성되므로 크게 문제되지 않는다.

한편, 본 발명의 제1실시예에 따른 성형체 제조방법은, 두께조절부재(700)를 다른 두께의 것으로 교체하는 간단한 방식으로써 성형체(60)의 두께를 간편 용이하게 변경하여 제조할 수 있다.

이하, 도 11을 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 성형체 제조장치의 구성 및 작용효과를 구체적으로 설명한다. 본 발명의 제2실시예에 따른 성형체 제조장치는, 취출핀(240)과 핀 승강구동기(미도시)를 포함하는 지지대(200')의 구성과, 지지대(200'), 가열기(400') 및 냉각대(500')의 이송 방식이 제1실시예와 상이하며, 이를 제외하고는 본 발명의 제1실시예에 따른 성형체 제조장치와 그 구성이 유사하다.

따라서 이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 지지대(200')의 구성과, 지지대(200'), 가열기(400') 및 냉각대(500')의 이송 방식을 중심으로 설명하고, 이 외의 각 구성요소들의 구체적인 설명은 제1실시예의 설명을 참조하고 생략하기로 한다.

상기 지지대(200')는 평평한 상면의 중심부에 소정의 일정한 깊이로 바닥면이 평평한 홈부(230)가 형성된다. 이 홈부(230)는 제조하고자 하는 성형체의 두께에 대응되는 깊이로 형성된다. 이 홈부(230)에 합금(10)이 위치되고, 이 합금(10)은 용융된 후 냉각대(500')의 하면에 의해 접촉 가압되어 홈부(230)의 내부를 충진하는 형태로 펼쳐져 성형체를 형성하게 된다.

여기서 상기 홈부(230)는 그 평면 형상이 최종적인 시편의 형상에 대응되게 형성됨으로써, 성형체를 시편으로 완성하기 위한 공정을 최대한 간소화할 수 있게 구비될 수 있다.

상기 홈부(230)의 바닥면에는 핀홀(231)이 형성되며, 이 핀홀(231)에는 홈부(230)의 내부에서 형성된 성형체를 용이하게 취출할 수 있도록 들어 올리는 취출핀(240)이 핀 승강구동기에 의해 승강할 수 있게 삽입 설치된다.

한편, 본 발명의 제2실시예에 따른 성형체 제조장치에 있어서, 가열기(400')는 승강 또는 이송되지 않게 고정 구비되고, 이러한 가열기(400')에 대해 지지대(200')는 수평으로 이송되어 선택적으로 냉각대(500')의 하측에 위치되거나 가열기(400')의 하측에 근접 위치될 수 있게 구비된다.

그리고 상기 냉각대(500')는 이렇게 지지대(200')가 그 하측에 위치되었을 때에 하강하여 지지대(200')의 홈부(230) 내에 위치된 용융된 합금(10)을 접촉 가압할 수 있게 승강할 수 있도록 구현된다.

이하, 도 11 내지 도 15를 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 성형체 제조장치를 이용하여 이루어지는 본 발명의 제2실시예에 따른 성형체 제조방법을 구체적으로 설명한다.

먼저, 도 11에 도시된 바와 같이, 지지대(200') 상면의 홈부(230)에 합금(10)을 배치하고(s310), 지지대(200')가 가열기(400')의 하측에 근접되게 위치된 상태에서, 가열기(400')로 아크를 발생시켜 합금(10)을 용융시킨다(s320).

다음, 도 13에 도시된 바와 같이, 지지대(200')를 그 상면과 냉각대(500')의 하면이 마주보게 냉각대(500')의 하측으로 수평 이송한다(s330).

이후, 제1실시예에서 설명한 바와 유사한 방식으로 지지대(200')를 냉각시키고(s340), 그러면서 도 14에 도시된 바와 같이, 냉각대(500')를 하강시킴으로써, 합금(10)이 지지대(200')의 홈부(230) 바닥면과 냉각대(500')의 하면에 의해 접촉 가압되어 성형체(60)를 형성하게 한다(s350).

이때, 열을 신속하고 충분하게 흡수할 수 있도록 열전도율이 높고 큰 질량을 갖게 구비된 냉각대(500')와 용융된 합금(10)이 접촉되면서 합금(10)이 급속 냉각되면서 비정질의 성형체(60)를 형성하게 된다.

그리고 지지대(200')의 상면과 냉각대(500')의 하면이 간섭을 일으키면서 성형체(60)는 홈부(230)의 깊이에 대응되는 일정한 두께로 형성된다.

그 후, 도 15에 도시된 바와 같이, 냉각대(500')를 상승시키고(s360), 취출핀(240)이 성형체(60)를 홈부(230)로부터 들어 올리도록 취출핀(240)을 상승시킨다(s370). 그 다음 작업자는 완성된 성형체(60)를 손쉽게 홈부(230)로부터 회수한다(s380).

이와 같이 제조된 성형체(60)는 절단 및 그라인딩 등과 같은 후가공을 거쳐 최종적인 비정질 시편으로 완성된다.

본 발명에 따른 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조장치 및 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조방법을 설명함에 있어서, 상기 성형체(60)는 판상을 갖는 경우로 한정하여 설명하였으나, 성형체의 형상에 이에 한정되는 것은 아니며, 충격 흡수 등의 목적을 가진 지그재그 형상이나 산 모양 등 다양한 형상으로 제조될 수 있도록 지지대(200)의 상면 형상, 냉각대(500)의 하면 형상, 또는 홈부(230)의 형상이 해당 성형체의 형상에 대응되게 구현될 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조장치 및 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조방법에 의하면, 급속 냉각 및 과도한 표면 마찰력으로 인해 파단이나 굴곡과 같은 결함이 빈번하게 발생하여 기존의 방식인 드롭 캐스팅이나 흡입 캐스팅으로는 제조가 어려운 비정질 합금의 시편 재료용 성형체(60)를 지지대(200, 200')와 냉각대(500, 500')로써 합금(10)을 접촉 가압하여 매우 손쉽고 신속하게 제조할 수 있고, 용융된 합금(10)으로부터 신속하게 열을 흡수할 수 있도록 열전도율이 높은 재질로 이루어진 냉각대(500, 500') 및 냉각부(300)를 통해 별도로 냉각되는 지지대(200, 200')로써 용융된 합금(10)을 급속 냉각시켜 양호한 비정질 특성을 갖도록 성형체(60)를 제조할 수 있으며, 지지대(200, 200')의 상면에 위치되는 두께조절부재(700)의 교체를 통해 성형체(60)의 두께도 간편 용이하게 변경할 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부되어 있는 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

＊ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ＊
100 : 몸체프레임 200, 200' : 지지대
210 : 냉매유로 220 : 구동축
230 : 홈부 231 : 핀홀
240 : 취출핀 300 : 냉각부
310 : 냉매관 320 : 순환펌프
330 : 냉각기 400, 400' : 가열기
500, 500' : 냉각대 600 : 가이드부
610 : 가이드레일 620 : 가이드체
700 : 두께조절부재 10 : 합금
60 : 성형체 BS : 베이스

Claims (20)

1. 상면에 합금이 위치되는 지지대와, 상기 지지대의 상면에 위치된 합금을 용융시키는 가열기와, 상기 지지대의 상부에 위치되는 냉각대 및 합금이 상기 지지대의 상면과 냉각대의 하면에 접촉 가압됨으로써 펼쳐져 성형체를 형성하도록 상기 지지대와 냉각대 중 하나 이상을 승강시키는 구동기를 포함하는 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조 장치에 있어서,
   상기 합금이 가압될 때 상기 냉각대의 하면과 간섭을 일으켜 성형체의 두께를 제어하도록 상기 지지대의 상면에는 하나 이상의 두께 조절부재를 형성하는 것을 특징으로 하는 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조장치.
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7. 제1항에 있어서,
   상기 냉각대는,
   상기 지지대의 상측을 선택적으로 개방할 수 있도록 수평으로 왕복 이송될 수 있게 구비되는 것을 특징으로 하는 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 냉각대는,
   냉각대의 수평 이송을 안내하는 가이드부; 및 상기 냉각대를 수평 이송하는 이송구동기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 가이드부는,
   상기 냉각대의 양측에 수평으로 구비되는 한 쌍의 가이드레일; 및 상기 가이드레일에 맞물려 왕복 이송되며, 상기 냉각대의 양측부에 설치되는 복수의 가이드체를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조장치.
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18. 지지대의 상면에 합금을 위치시키는 단계, 상기 합금을 가열기로 용융시키는 단계 및 상기 지지대와 상기 지지대 상측에 구비된 구리 또는 구리합금으로 이루어진 냉각대 중 하나 이상이 수평 이송되는 단계, 상기 합금을 상기 지지대의 상면과 상기 냉각대의 하면이 상기 합금을 접촉 가압하도록 상기 지지대와 상기 냉각대 중 하나 이상이 승강하여 상기 합금을 급속 냉각시켜 성형체를 비정질로 형성하는 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조방법에 있어서,
    상기 합금이 가열될 때에 상기 냉각대의 하면과 간섭을 일으켜 상기 성형체의 두께를 제어하도록 소정의 두께를 갖는 하나 이상의 두께 조절부재를 상기 지지대의 상면에 설치하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질 합금의 시편 재료용 성형체 제조방법.
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