KR101620243B1 - 엔지니어드 복합 스톤 슬래브를 형성하기 위한 진공의 진동 프레스 - Google Patents

Abstract

경량의, 저가의 제조비용, 짧은 프레스 사이클 시간을 제공, 적은 에너지 소비를 요구하면서, 복합 스톤 슬래브를 제조하기 위한 진공의 진동 프레스는 종래의 브레톤 프레스만큼 또는 더 많은 진동 및 압력을 인가한다. 전체 진공 챔버를 진동 시키는 대신에, 프레스는 프레싱 장치만을 진동 시키는 진공 챔버 내의 진동 장치를 포함한다. 100톤 이상 대신에, 프레스는, 100-300 hp(73.6-220.8KW) 대신에 25 hp(18.4KW) 이하를 사용하여, 5000 파운드(2.26톤) 이하의 장치를 진동시킨다. 실시예에서, 진공 볼륨 감소 블록은 챔버 내에서 배기할 볼륨을 감소시킨다. 실시예는 제어된 압력과 정확히 균일한 슬래브 두께를 제공하기 위해 스크류 잭과 스프링 또는 에어백을 사용한다. 진동은 수직 및/또는 수평, 선형 및/또는 원형, 그리고 기계적 및/또는 초음파일 수 있다. 슬래브는 컨베이어 벨트에 또는 롤러 상의 분리 트레이에서 삽입되고 제거된다.

Description

엔지니어드 복합 스톤 슬래브를 형성하기 위한 진공의 진동 프레스{VACUUM VIBRATION PRESS FOR FORMING ENGINEERED COMPOSITE STONE SLABS}

본 출원은 2011년 8월 23일자로 출원된 미국 가출원 제61/526,308호의 이익을 청구하며, 이는 모든 목적을 위해 참고로 그 전체가 본 발명에 포함된다.

본 발명은 복합 스톤 슬래브(composite stone slabs)에 관한 것으로, 더 상세하게는, 복합 스톤 슬래브를 형성하기 위한 진동 프레스 장치에 관한 것이다.

여기서 일반적으로 "석영 슬래브"로서 때때로 언급되는, 조립식 복합 스톤 슬래브 및 타일은 1980년대 중반 이후로 제조되어왔다. 이들은 전형적으로 90-93% 스톤 함유량을 포함하며, 나머지 7-10%는 여기서 때때로 일반적으로 "바인더"로서 언급되는, 수지, 안료 및 첨가제를 가진다. 조립식 스톤 스래브의 가장 일반적으로 사용된 제조방법은 복합 스톤 슬래브를 제조하는데 사용되는 장비의 주공급기가 이탈리아의 브레톤 스파(Breton Spa)이기 때문에 "브레톤(Breton)" 방법 또는 "브레톤스톤(Bretonstone)"으로서 일반적으로 언급된다. 특히, 브레톤 진공의 진동 프레스와 그것의 복제물은 이런 스톤 슬래브의 제조에서 중요한 역할을 담당한다.

도 1은 브레톤 방법을 사용하여 스톤 슬래브를 제조하기 위해 사용된 기초 단계들을 설명한다. 첫째로, 원료(100)가 준비된다. 전형적으로, 이것은 0.2 mm으로부터 6mm 또는 심지어 15mm에 달하는 입자 크기의 깨진 석영, 화강암, 미러(mirror) 및/또는 글라스와 같은 약 65% 스톤 과립(102)을 포함하는 혼합물을 준비하는 단계를 포함한다. 또한, 약 25% "석영 분말"(104)이 포함되며, 여기서 용어 "석영 분말"은 일반적으로 대략 마이너스 325 메시(minus 325 mesh)(마이너스 45 미크론) 크기의, 실리카 및/또는 석영과 같은 하나 이상의 분말로 된 미네랄로 참조된다. 최종적으로, 전형적으로 촉매(108), 안료 혼합물(110), 및 분산 매체(dispersing media)와 같은 첨가제와 함께, 약 7 내지 10% 수지(106)가 포함된다.

원료의 무게가 측정된 후, 이들은 믹서(112)로 운반되어 서로 믹싱된다. 전형적으로, 믹서는 스톤 과립으로 충전되고, 다음에 수지와 안료가 추가되고, 그 조합물은 입자와 과립이 완전히 웨팅될 때까지 믹싱된다. 컬러 디자인을 위해서, 2, 3 또는 그 이상의 믹서가 사용될 수 있고, 각각은 서로 다른 컬러의 원료와 안료를 가진다. 이것은 도 2에서 설명된다.

다음에, 믹싱이 계속되는 동안, 석영 분말이 추가된다. 수지와 결합될 때, 석영 분말은 스톤 과립들 사이의 바인더의 역할을 하는 페이스트를 형성한다. 다음에, 믹싱된 재료는 고무 몰드, 금속 몰드에서 또는 종이 시트 또는 형성된 슬래브를 진공의 진동 프레스 내로 운반하는데 사용될 수 있는 다른 적당한 캐리어 상에서 단일의 슬래브(116)로 형성된다.

프레스로 운반되면, 형성된 슬래브는 혼합 재료를 콤팩트화시키고, 완성된 슬래브에 어떤 보이드도 없도록 혼합물로부터 공기를 제거하고, 평평하게 하기 위해 동시에 배기되고, 진동되고(vibrated), 프레싱된다. 또한, 프레싱 모드와 시간은 슬래브에서의 다양한 재료와 컬러의 바람직한 블렌딩의 형성을 보조한다. 믹싱, 블렌딩 및 진동의 정도와 세기는 완성된 슬래브의 컬러(들)과 형상(들)에 영향을 미친다. 프레싱 단계(118)에서 사용된 파라미터의 보기는 다음과 같을 수 있다:

ㆍ1 - 100 토르(0.00136-0.136kgf/㎠)의 압력 이하로 배기한다;

ㆍ0.01 내지 300 psi(0.000703 내지 21.092kgf/㎠)의 하향력으로 프레스 플레이트를 인가한다;

ㆍ 약 1000-5000 rpm의 주파수 및 0.05 내지 2 mm의 진폭을 가지는 진동을 인가한다; 그리고

ㆍ 프레스된, 보이드 없는 슬래브를 제조하기 위해 20-280 초 사이에 상기한 것을 지속한다.

슬래브가 프레스 되면, 그것은 큐어링(120)을 위해 오븐 또는 몇몇 다른 위치로 운반된다. 입자들을 함께 슬래브로 바인딩하는데 사용된 접착제(수지)에 의존하여, 큐어링 및 경화 공정이 대기 온도에서 또는 상승 온도에서 실행될 수 있고, 수 분(a few minutes)으로부터 많은 시간까지 요구할 수 있다. 큐어링 및 경화 후에, 슬래브는 실온(열이 인가되면)으로 복귀된다.

다음에, 큐어링된 슬래브는 요구된 두께로 그라인딩 및 폴리싱되고(122), 종래의 천연 화강암 스톤 슬래브를 그라인딩, 칼리브레이팅 및 폴리싱하는데 사용되는 것과 유사한 기술을 사용하여 마무리된다. 최종 결과물(124)은 엔지니어드(engineered) 스톤 슬래브, 복합 스톤 슬래브, 인조 스톤 슬래브, 및 다른 유사한 표현으로서 또한 언급되는, 완성된 석영 슬래브이다.

브레톤 프레스와 브레톤 프로세스가 효과적인 반면에, 브레톤 스타일의 프레싱 장비와 절차, 및 타제조업체에 의해 마케팅되는 유사한 장비와 절차에 연관된 여러 단점이 있다. 도 3을 참조하면, 브레톤 프레스(300)는 프레스 커버/진공 챔버(302)를 포함하며, 이는 또한 진동 플레이트(306)에 탑재되고, 에어백(308) 또는 유사한 진동 마운트에 의해 부양되는 진동 모터(304)를 하우징한다. 프레스 커버(302)는 형성된 슬래브(312) 위로 하강되어 전형적으로 프레스 커버와 프레스 베이스(316) 사이를 왕래하는 컨베이어 벨트(314)에 압력을 가하도록 공압식 포스트(pneumatic posts)(310)에 탑재된다. 브레톤 프레스(300)는 형성된 슬래브(312)에 진공, 진동, 및 하향 압력을 동시에 가하기 위해 육중한 중량과 파워를 사용한다. 프레스 커버(302) 및 내장된 메카니즘(304, 306, 308)은 약 15,000파운드(6.80톤)의 무게를 가지고, 프레스 베이스(316)는 약 30,000 파운드(13.60톤)의 무게를 가진다. 전체적으로, 브레톤 프레스(300)는 전형적으로 50,000으로부터 75,000 파운드(22.67톤으로부터 34.01톤)의 무게를 가진다. 게다가, 그것은 콘크리트 바닥(320) 하부에 셋팅되고 진동 격리형 재료(322)에 의해 둘러싸이는 콘크리트의 진동 감쇠 블록(318)에 고정되어야 한다. 블록(318)은 대략 20' 길이 x 15' 폭 x 15' 깊이이고, 100-300 톤의 또다른 무게를 가진다.

또한, 전형적으로 직사각형 박스로서 형성되는, 스틸 진공 챔버/프레스 커버(302)는 진공력 및 진동의 파괴적 장기간 효과(destructive long term effects)에 저항하기 위해 육중하게 조립된다.

부가적으로, 형성된 슬래브(312)가 그 자체에 의해 30,000에서 40,000 파운드(13.60에서 18.14톤)의 무게를 가지는 콘크리트 블록(318)에 볼트로 조여지는 견고한 베이스(316)에 배치되기 때문에, 거대한 진동력(1000 내지 5000 rpm에서 약 100 내지 300 hp(73.6 내지 220.8KW))이 적당히 슬래브를 진동시키도록 인가되어야 한다. 본질적으로, 400-1500 파운드(0.18-0.68톤)의 무게를 가지는 석영 슬래브(312)를 프레싱 및 진동 시키기 위해, 볼트로 조여지는 콘크리트 블록(318)을 더한, 50,000 내지 75,000 파운드(22.67 내지 34.01톤)의 무게를 가지는 메카니즘(302, 316)을 진동 시키도록 브레톤 프레스(300)가 요구된다. 게다가, 진동 모터를 위한 슬래브와 마운트(308)를 압축하는 프레스 플레이트(306)가 유사하게 육중하다.

또한, 브레톤 프레스(300)에 대한 슬래브 당 진공의 진동 사이클 시간은 약 70-200 초이며, 이는 시간 소비적이고, 브레톤-제조 프레스(300)는 약 6달러 내지 7 백만 미국 달러의 비용이 들며, 이는 매우 비싸다.

그러므로, 필요한 것은 브레톤 프레스와 유사한 양의 진공, 진동, 및 압력을 인가하면서, 현저하게 낮은 제조 비용 및 진동 에너지가 요구되고, 또한 짧은 프레싱 시간이 요구되는, 진공의 진동 프레스이다.

경량의, 저가의 제조비용, 짧은 프레스 사이클 시간을 제공, 적은 에너지 소비를 요구하면서, 복합 스톤 슬래브를 제조하기 위한 진공의 진동 프레스는 종래의 브레톤 프레스만큼 또는 더 많은 형성된 석영 슬래브에 대한 진동 및 압력을 인가한다. 본 발명의 프레스는 대략 $750,000 미국 달러의 비용으로 제조될 수 있다고 평가된다.

실시예에서, 거대한 세기와 중량을 가진 직사각형 진공 챔버 대신에, 본 발명의 프레스는 경량인 실린더형 챔버를 사용하고, 그 내부에는 진동 장치와 슬래브 지지부가 부양된다. 종래의 브레톤 프레스와 대조적으로, 본 발명의 진공 챔버는 진동 되지 않지만, 실제로 모든 진동으로부터 격리된다. 이런 시도는 경량의 실린더형 디자인, 그리고 또한 원할 경우에 직사각형 및 육중한 디자인을 포함한, 진공 챔버에 대한 임의 타입의 디자인 및/또는 구성을 사용가능하게 한다.

50,000-75,000파운드(22.67 내지 34.01톤) 프레스 및 그것의 100+ 톤 베이스 콘크리트 블록(100-300 hp(73.6-220.8KW)를 요구하는)의 진동 대신에, 본 발명의 프레스는 단지 기계장치와 슬래브의 약 3000 내지 5000 파운드(1.36 내지 2.26톤)를 진동 시키도록 요구되며, 이는 단지 약 15 내지 25 hp(11.04 내지 18.4KW)를 요구한다.

진동하는 프레스의 부분은 여기서 진동 프레싱 장치(VPM; Vibration and Pressing Mechanism)로서 언급된다. VPM은 단순하고 경량이며, 진동 프레스 테이블 지지 프레임, 또는 VPT-SF(Vibration Press Table Support Frame), 진동 테이블, 프레스 플레이트 및 프레싱 장치, 그리고 하나 이상의 진동 장치들(VD's; Vibration Devices)를 포함한다.

진동 프레스 테이블 지지 프레임(VPT-SF)은 진공 챔버의 내측에 고정되거나 볼트로 조여진다. 진동 테이블은 진동 테이블이 지지 프레임에 또는 진공 챔버에 지나친 진동을 전달하지 않고 자유롭게 움직이도록 허용하는 에어 스프링, 백 또는 다른 적당한 기계 장치로 지지 프레임에 결합되고, 지지 프레임으로부터 상승한다. 프레스 플레이트와 프레싱 장치는 슬래브 재료 성분의 필요한 압축을 달성하기 위해 형성된 슬래브 상에 지지되고, 하강되고, 정확히 배치되며, 진동한다. 진동 장치들(VD's)은 프레스 테이블의 하부에 및/또는 프레스 플레이트의 상단에 탑재되고, 석영 슬래브와 전체 진동 프레스 장치가 진동하도록 하지만, 진공 챔버가 인지할 수 있게 진동하도록 하지 않는다.

용어의 정의

다음 용어들은 이 문서 전체에 걸쳐 지정된 정의로 사용된다는 것을 주목하라.

석영 슬래브: 이 용어는 일반적으로 인조 복합 스톤 슬래브로 참조한다. 동의어로 상호교환가능하게 사용되는 다른 용어들은 엔지니어드 스톤 슬래브; 응집된(agglomerated) 스톤 슬래브; 석영 슬래브; 복합 스톤 또는 석영 슬래브; 인조 스톤 슬래브; 및 응집된 스톤 슬래브를 포함한다.

스톤 과립( SG ; Stone Granules ): 이 용어는 일반적으로 약 200 미크론으로부터 2-3 센티미터에 달하는 범위의 크기를 가지는, 스톤(빈번히 석영 또는 실리카 기반 스톤)의 또는 글라스, 화강암, 대리석과 같은 다른 경질 재료의 입자로 참조한다. 이 용어는 여기서 용어 응집체 및 과립과 상호교환가능하게 사용된다.

석영 분말( QP ; Quartz Powder ): 이 용어는 약 l 미크론 내지 약 300 미크론 크기의 범위에 있는 분말형 재료로 참조한다. 산업에서, QP는 일반적으로 세밀하게 깨진 및/또는 밀링된(milled) 석영 또는 실리카 샌드(sand)이다. 이 용어는 여기서 용어 실리카 분말, 석영 분말, 및 필러와 상호교환가능하게 사용된다. 그것은 일반적 표준 마이너스 325 메시 크기로 전세계에서 쉽게 이용가능하고, 대리석(칼슘 카보네이트), 글라스, 화강암 또는 석영 슬래브의 제조를 위해 제분되어 사용될 수 있는 임의의 재료로부터 만들어질 수 있다.

수지 : 석영 슬래브 산업에서, 수지는, 경제적 이유 때문에, 전형적으로 변형된 폴리에스테르 열경화성 수지이다. 용어 수지는 석영 슬래브를 형성하는데 사용되는 스톤 과립과 석영 분말 피스(pieces)의 영역을 함께 접착 처리 가능한 임의의 수지 및/또는 접착(adhesive) 장치로 참조하기 위해 이 문서 전체에 걸쳐 사용된다. 실시예는 수경성(hydraulic) 타입의 시멘트의 다양한 형태에 기반한 에폭시, 우레탄, 아크릴, 비닐 에스테르, 실리콘 수지, 및 심지어 시멘트성 접착제를 포함한다. 수지가 폴리에스테르 재료일 때, 다음에 그것은 실리카 및/또는 석영 기반 미네랄과 화강암에 대한 수지의 큐어(cure) 비율 및 특히 접착성에 영향을 주는 다양한 첨가제를 포함할 수 있다.

프레스 : 이 용어는 여기서 제조 공정 동안 석영 슬래브에 대해 동시에 진공, 하향의 기계적 프레싱, 및 진동을 인가할 수 있는 임의의 기계 또는 장치로 참조하기 위해 사용된다. 이 용어는 여기서 용어 진공의 진동 프레스와 VVP(vacuum vibration press)와 상호교환가능하게 사용된다.

프레싱 : 이 용어는 여기서 선택된 레벨과 세기로 진공, 하향 압력, 및 진동을 동시에 인가하는 공정으로 참조하기 위해 사용된다.

본 발명은 진공 하에서 슬래브를 동시에 압축하고 진동시킴으로써 복합 스톤 슬래브를 형성하기 위한 경량화, 에너지 효율화, 저가의 진공의 진동 프레스이다. 프레스는 진공 챔버, 진공 챔버 내에 고정되는 진동 테이블 지지 프레임, 진동 테이블 지지 프레임에 고정되는 진동 방지 장치, 진동 테이블 지지 프레임과 진동 테이블 사이에 적어도 부분적인 진동 격리를 제공하는 진동 방지 장치에 의해 지지되는 진동 테이블, 1과 100 psi(0.07과 7.03kgf/㎠) 사이의 압력에서 프레싱 장치와 진동 테이블 사이의 슬래브 혼합물을 압축하도록 된 프레싱 장치, 및 진동 테이블과 프레싱 장치 중 적어도 하나를 진동시키도록 된 적어도 하나의 진동 장치를 포함한다. 진공 챔버는 진공 공간 내에서 진동 테이블 지지 프레임, 진동 방지 장치, 진동 테이블, 슬래브 혼합물, 및 프레싱 장치를 둘러싸서 밀폐하도록 된다.

또한, 실시예는 진공 챔버를 배기하기에 적합한 적어도 하나의 진공 펌프를 더 포함한다.

또한, 몇몇 실시예는 진동 테이블 상으로 슬래브 혼합물을 운반하고 진동 테이블에서 슬래브 혼합물을 운반하기 위한 운반 장치를 포함한다. 이러한 실시예의 일부에서, 운반 장치는 컨베이어 벨트를 포함한다. 이러한 실시예의 일부에서, 진공 챔버는 상부와 하부 섹션을 포함하고, 상부와 하부 섹션은 슬래브 혼합물을 진동 테이블로 이송하고 프레싱된 슬래브를 진동 테이블로부터 제거하기 위해 컨베이어 벨트가 상부와 하부 섹션 사이를 통과하도록 분리가능하고, 상부와 하부 섹션은 슬래브 혼합물의 프레싱 동안 챔버의 배기를 허용하는 시일을 형성하기 위해 밀봉가능하다. 이러한 실시예의 일부에서, 컨베이어 벨트는 진공 챔버보다 더 넓고, 시일은 상하부 섹션과 컨베이어 벨트 사이에 형성된다.

여러 실시예에서, 진동 방지 장치는 에어백과 스프링 중 적어도 하나를 포함한다.

일부 실시예는 진공 챔버 내에 적어도 하나의 진공 볼륨 감소 블록을 더 포함하며, 진공 볼륨 감소 블록은 슬래브 혼합물의 프레싱 동안 배기에 따른 배기 볼륨을 감소시키기 위해 진공 챔버 내의 공간을 충전하도록 된다.

다른 실시예는 진동 테이블에 의해 지지되는 프레싱 장치와 슬래브 혼합물 사이의 간격의 정확한 조정을 가능하도록 된 적어도 하나의 간격 조정 장치를 더 포함하며, 정확한 조정은 프레스된 복합 스톤 슬래브가 길이와 폭에 걸쳐서 균일한 두께를 가지게 한다. 이러한 실시예의 일부에서, 간격 조정 장치는 스크류 잭을 포함한다. 이러한 실시예의 일부에서, 스크류 잭은 프레싱 장치 상에 하향 압력을 형성함에 있어서 프레싱 장치에 의해 조력받는다. 그리고, 이러한 실시예의 일부에서, 프레싱 장치는 에어백, 에어 실린더, 및 스프링 중 적어도 하나를 포함한다.

특정 실시예에서, 진동 장치는 100 rpm과 5000 rpm 사이의 주파수에서 그리고 0.001과 3mm 길이 사이의 진폭에서 진동 테이블에 진동을 인가할 수 있다. 그리고, 이러한 실시예의 일부에서, 진동 장치는 공압, 전기적, 자기성, 및 유압 중 적어도 하나인 힘에 의해 구동된다.

여러 실시예에서, 진동 장치는 1000 Hz와 5 MHz 사이의 주파수에서 진동 테이블과 프레싱 장치 중 적어도 하나에 진동을 인가할 수 있는 초음파 변환기를 포함한다. 그리고, 이러한 실시예의 일부에서, 진동 장치는 진동 테이블과 프레싱 장치 중 적어도 하나에 기계적 진동과 초음파 진동을 둘다 인가할 수 있다.

특정 실시예에서, 진동 장치는 수직 및 선형, 수직 및 원형, 수평 및 선형, 그리고 수평 및 원형 중 적어도 하나인 진동 모드와 방향에서 슬래브 혼합물의 평면에 대해 진동을 인가할 수 있다.

실시예에서, 복수의 진동 장치가 진동 테이블과 프레싱 장치 중 하나에 부착되고, 진동 장치는 슬래브 혼합물 상에 공통 주파수와, 위상과, 균일한 진폭에서 진동을 인가하기 위해 주파수, 위상, 및 진폭에서 동기화된다. 이러한 실시예의 일부에서, 제1 복수의 진동 장치가 진동 테이블에 부착되며, 제2 복수의 진동 장치가 프레싱 장치에 부착된다. 이러한 실시예의 일부에서, 제1 및 제2 복수의 진동 장치는 주파수와 위상에서 동기화된다. 다른 이러한 실시예에서, 제1 및 제2 복수의 진동 장치는 주파수와 180°역위상에서 동기화된다. 또다른 이러한 실시예에서, 제1 및 제2 복수의 진동 장치는 주파수와 90°역위상에서 동기화된다. 또다른 이러한 실시예에서, 제1 및 제2 복수의 진동 장치는 180°가 아니고 90°가 아닌 각도에 의해 주파수와 역위상에서 동기화된다. 다른 이러한 실시예에서, 제1 및 제2 복수의 진동 장치는 서로 다른 주파수에서 진동한다. 다른 이러한 실시예에서, 제1 및 제2 복수의 진동 장치는 서로 다른 진폭에서 진동한다. 다른 이러한 실시예에서, 제1 및 제2 복수의 진동 장치 중 적어도 하나는 기계적 진동을 인가할 수 있다. 그리고 다른 이러한 실시예에서, 제1 및 제2 복수의 진동 장치 중 적어도 하나는 초음파 진동을 인가할 수 있다.

여기에서 기술된 특징과 장점은 모두를 포함한 것이 아니고, 특히, 많은 추가적인 특성과 장점은 도면, 명세서, 및 청구항을 고려하여 당업자들에게 명백할 것이다. 더욱이, 명세서에서 사용된 언어는 가독성과 교육상의 목적을 위해 주로 선택된 것이고, 발명의 주제의 범위를 제한하지 않는다.

도 1은 선행 기술의 종래의 브레톤 프로세스에 따른, 복합 스톤 슬래브를 제조하기 위한 전체적인 제조 프로세스를 설명하는 순서도이다;
도 2는 선행 기술의 종래의 브레톤 프로세스에 따른, 서로 다른 컬러 및/또는 다른 다양한 특성을 가지는 복수의 분말, 스톤 입자, 및 다른 성분을 혼합과 결합을 설명하는 순서도이다;
도 3은 선행 기술의 종래의 브레톤 프레스의 단면도이다;
도 4a는 그것의 단부에 힌지 도어를 포함하는 본 발명의 일실시예에서의 진공 챔버의 측면도이다;
도 4b는 도 4a의 진공 챔버의 단부도이다;
도 5a는 컨베이어 벨트가 진공 챔버보다 더 넓고, 진공 챔버의 스플릿(split) 섹션 사이를 통과함을 도시하는 본 발명의 일실시예에서의 스플릿 진공 챔버의 평면도이다;
도 5b는 도 5a의 스플릿 진공 챔버의 측면도이다;
도 6a는 진공 챔버 내의 프레스 장치를 도시하는 본 발명의 실시예의 단부 단면도이다;
도 6b는 도 6a의 실시예의 단면도이다;
도 6c는 프레스 지지 프레임 상에 프레스 테이블을 부양시키는 지지 장치를 도시하는 도 6b의 실시예의 확대 단면도이다;
도 6d는 복수의 스크류 잭에 의해 프레스 플레이트의 지지체를 설명하는 도 6a의 프레스 플레이트의 평면도이다;
도 6e는 도 6d의 프레스 플레이트의 측면도이다;
도 6f는 도 6a의 실시예와 유사한 실시예에서의 프레스 플레이트를 지지하는 스크류 잭과 에어백의 확대 단면도이다;
도 7은 진공 챔버 내의 진공 볼륨 감소 블록만을 도시하는 도 6a의 실시예의 단부 단면도이다;
도 8a는 컨베이어 벨트에 의해 실시예의 진공 챔버로 전달되고 진공 챔버로부터 제거되는 복합 슬래브를 도시하는 측단면도이다; 그리고
도 8b는 롤러 상의 분리 트레이에서의 실시예의 진공 챔버로 전달되고 진공 챔버로부터 제거되는 복합 슬래브를 도시하는 측단면도이다.

본 발명은 복합 스톤 슬래브를 제조하기 위한 진공의 진동 프레스이며, 프레싱과 진동 장치가 진공 챔버 내에 포함되어, 대량으로 강화된 진공 챔버가 필요없고, 형성된 슬래브와 함께 진공 챔버를 진동시킬 필요가 없다. 본 발명은, 브레톤 프레스와 비교할 때 슬래브를 진동시키기 위해 경량의, 저가의 제조비용, 짧은 프레스 사이클 시간을 제공, 적은 에너지 소비를 요구하면서, 종래의 브레톤 프레스만큼 또는 더 많은 진동 및 압력을 인가한다.

도 4a와 도 4b(각각, 측면도와 단부도)와 관련하여, 거대한 세기와 중량을 가진 직사각형 진공 챔버 대신에, 본 발명은, 실시예에서, 경량화 실린더형 챔버(400)를 사용하고, 그것의 내측에는 진동 장치와 슬래브 지지체가 부양된다. 도 4a와 4b의 실시예에서, 진공 챔버는 적소에 볼트로 조여지는(406) 엔드 캡(404)에 의해 하나의 단부에서 그리고 힌지 결합되는(410) 엔드 캡(408)에 의해 다른 단부에서 종결되고, 플랜지(414)에 부착된 클램프(412)에 의해 적소에 홀딩되는 실린더형 섹션(402)를 포함한다. 둘다의 엔드 캡(404, 408)은 형성된 슬래브(312)가 프레스 내로 삽입될 수 있는 힌지 도어(416)를 포함한다. 진공 챔버(400) 자체가, 종래의 브레톤 타입의 프레스(300)와 대조적으로, 진동하지 않고, 사실상 모든 진동으로부터 격리되기 때문에, 실질적으로 진공 챔버(400)에 대한 임의의 디자인 또는 구성이 사용될 수 있으며, 심지어 원한다면 직사각형이고 육중한 챔버도 사용될 수 있다.

도 5a와 5b는 각각 수평 스플릿 진공 챔버(500)를 포함하는 실시예의 평면도와 측면도이고, 수평 스플릿 진공 챔버(500)는 진공 챔버(500)와 컨베이어 벨트(314) 사이에 진공 시일(seal)을 형성하고, 컨베이어 벨트는 진공 챔버(500) 자체보다 더 넓다. 컨베이어 벨트(314)는 진공 챔버(500)의 상부 플랜지(502)와 하부 플랜지(504) 사이를 통과하고, 형성된 슬래브(312)가 진공 챔버의 상반부(506)와 진공 챔버의 하반부(508) 사이로 운반되게 한다.

도 6a와 도 6b와 관련하여, 50,000-75,000 파운드(22.67 내지 34.01톤) 프레스(302, 316)와 그것의 100+ 톤 베이스 콘크리트 블록(318)(100-300hp(73.6-220.8KW)를 요구하는)의 진동 대신에, 본 발명의 프레스(400)는 여기서 진동 프레싱 장치 또는 VPM으로서 언급되는, 약 3000 내지 5000 파운드(1.36 내지 2.26톤)의 기계장치와 슬래브만을 진동시키도록 요구되고, 이는 단지 약 15 내지 25 hp(11.04내지 18.4KW)를 요구한다. VPM은 상대적으로 단순하고 경량이고, 다음의 요소를 포함한다.

진동 프레스 테이블 지지 프레임(VPT-SF)(600)은 진공 챔버(408)의 내측에 탱크 지지 브라켓(602)에 의해 고정되거나 또는 볼트로 조여지며, 이는 도 6a와 도 6b의 실시예에서 실린더형이다. VPT-SF(600)은 진공 볼륨 감소 블록(VVRB)(604)을 제거함으로써, 또는 힌지 결합된 탱크 헤드 엔드 캡(도 4a와 도 4b의 416)을 통하여 챔버에서 그것을 고정하지 않고, 볼트로 조이지 않고, 슬라이딩시킴으로써 챔버(408) 내부에 접근될 수 있다. 유사한 실시예에서, VPT-SF는 유지보수 목적을 위해 챔버 내부로부터 슬라이딩되거나 또는 롤링될(rolled) 수 있으며, 이는 보수 시간을 상당히 감소시킨다.

진동 테이블(604)은 수평화와 적절한 작업 높이를 유지하기 위해 적절한 높이 구속 장치와 레벨링 장치를 가진 에어 스프링 및/또는 백(606)(도 6c에서 628)에 의해 지지 플레임(600) 상에 연결되고 부양된다. 도 6c의 실시예에서, 레벨링 장치는 금속 로드 또는 체인(628)과 높이 조정 장치(610)를 포함한다. 다른 실시예에서, 에어 스프링과 백 대신에, 기계적 스프링 또는 다른 적절한 기계 장치가 사용되고, 이는 진동 테이블(604)이 선택된 진동 모드 동안 충분히 자유롭게 그리고 지지 플레임(600)과 진공 챔버(408)에 지나친 진동을 전달하지 않으면서 움직일 수 있도록 한다.

프레스 플레이트(612)와 프레싱 장치(614)는 슬래브 재료 성분의 요구된 압축을 달성하기 위해 형성된 슬래브(312) 상에 지지되어 하강되고, 정확히 배치되고, 진동한다.

종래의 기계적 진동 장치(약 100-5000 rpm의 주파수와 약 0.001 내지 1 mm 길이의 진폭의 기계적 진동을 생성하는 공압, 전기적, 자기성, 유압, 또는 임의의 다른 전원에 의해 구동됨) 및/또는 초음파 변환기(약 1000 - 5MHz 주파수) 중 하나일 수 있는, 진동 장치(VD)(608)는 프레스 테이블(604)의 하부에 및/또는 프레스 플레이트(612)의 상단에 탑재된다.

슬래브(312) 자체의 평면에 대하여, 진동 모드는 수직/선형, 수직/원형, 수평/선형, 수평/원형, 또는 그것의 임의의 조합일 수 있다. VD들은 석영 슬래브(312) 및 전체 진동 프레스 장치(단지 약 3000 - 5000 파운드(1.36-2.26톤))가 진동하도록 하지만, 진공 챔버(400)가 인지할 수 있게 진동하도록 하지 않는다.

프레싱될 슬래브의 크기에 의존하여, 몇몇 실시예에서, 복수의 VD들(608)이 프레스 테이블(604)의 하부에 또는 프레스 플레이트(612)의 상단에, 또는 둘다에(도 6f에 도시된 바와 같이) 탑재된다. 이러한 실시예에서, VD들은 전자적으로 및/또는 기계적으로 동기화되어, 모든 VD들이 서로 위상에서, 진폭 및 주파수 모두에서 진동하도록 하며, 복수의 VD들이 큰 진동 장치로서 작용하도록 한다.

제1 그룹의 VD들이 프레스 테이블(604)의 하부에 부착되고 제2 그룹의 VD들이 프레스 플레이트(612)의 상단에 부착되는 실시예에서, 각 그룹의 VD들은 그룹 내의 진폭 및 주파수 둘다에서 위상으로 진동하도록 동기화된다. 2개의 그룹은 다음을 포함하는 임의의 여러 방법으로 서로와 동기화될 수 있다:

ㆍ 프레스 테이블(604)과 프레스 플레이트(612) 모두가 동시에 상승 및 하강하도록, 위상 및 주파수 동기화된다;

ㆍ 프레스 플레이트(612)가 하강할 때 프레스 테이블(604)이 상승하도록 그리고 그와 반대가 되도록, 역상으로 주파수 동기화되어, 그결과 주기적으로 그리고 동시에 석영 슬래브(304)를 "프레싱" 한다;

ㆍ 프레스 플레이트(612)가 내려가고, 프레스 테이블(604)이 측면으로 이동되도록, 90°역상 주파수 동기화된다;

ㆍ 몇몇 다른 위상 오프셋으로 주파수 동기화된다;

ㆍ 제1 그룹의 VD들에 의해 프레스 테이블에 인가된 진동이 프레스 플레이트에 제2 그룹의 VD들에 의해 인가되는 진동과 다른 진폭에 있도록, 서로 다른 진폭에서 작동하며; 그리고

ㆍ 상기한 것의 임의 조합.

본 발명의 실시예는 VD들의 임의의 조합 그리고 위상, 주파수, 및 진폭 동기화의 조합을 사용하여 기계적 및/또는 초음파 진동 모두를 인가한다는 것에 주의하라.

도 6d와 도 6e와 관련하여, 본 발명의 실시예는 진동 동안 프레스 플레이트(612)가 하강되어, 형성된 슬래브(312)에 프레싱 힘을 인가하기 위해 프레스 스크류 지지체(618)에 부착된 정밀 스크류 잭(616)을 사용한다. 도 6d는 복수의 프레스 스크류 지지체(618)에 부착된 복수의 스크류 잭(616)에 의해 부양되는 프레스 플레이트(612)의 평면도이다. 도 6e는 도 6d의 프레스 플레이트(612), 스크류 잭(616) 및 프레스 스크류 지지체(618)의 측면도이다. 실시예에서, 스크류 잭(616)은 가변성의 그리고 한정된 비율로 프레스 플레이트(612)를 적당한 두께 위치로 하강시키기 위해 제어될 수 있으며, 적당한 두께 위치는 슬래브 재료가 슬래브 영역을 가로질러 이동 또는 이주되도록 하여, 전체 슬래브 영역에 걸쳐서 매우 균일한 두께를 가져온다. 도 6f와 관련하여, 포지셔닝 스크류 잭(616)의 프레싱 힘은 에어 스프링, 에어백(620) 또는 다른 공압 또는 유압 프레싱 장치의 힘으로 증가될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 프레싱 힘은 에어백(620)에서의 압력을 감지함으로써 또는 다른 감지 방법에 의해 감지되고 조정되며, 스크류 잭(616)의 포지셔닝은 프레스 테이블(604)에 평행하게 프레스 플레이트(612)를 유지하도록 제어된다.

진동 프레스 플레이트(612)의 하강 및 포지셔닝의 이런 방법 때문에, 본 발명의 실시예는 종래의 브레톤 프레스(300)에 비하여, 슬래브가 측면에서 측면까지 또는 단부에서 단부까지 적은 두께 변화로 제조되게 하며, 이로써 그라인딩 이후의 소정의 완성 두께의 슬래브를 제조하는데 사용되어야 하는 재료의 평균량을 감소시킨다. 종래의 프레스 기술은 큰 에어백 및/또는 에어 스프링(308)으로 그리고 정밀 스크류 잭(616) 없이 프레스 플레이트(306)를 부양하고 하강시키며, 그러므로 형성된 슬래브(312)가 안착하는 프레스 베이스(316)에 대한 프레스 플레이트(306)의 수평화와 평행화(paralellness)가 슬래브 형성 공정에서 스프레딩되는 슬래브 재료(312)의 분포의 수평화에 의해서만 결정된다. 그러므로, 균일하지 않은 스프레딩은 단부에서 단부까지 또는 측면에서 측면까지 균일하지 않은 슬래브 두께를 초래하고, 이는 소정의 완성 및 후반 슬래브 두께를 유지하기 위해, 그라인딩 이전의 평균 형성된 슬래브 두께가 더 크다는 것을 의미하고, 이것은 임의의 소정의 최종두께를 위한 슬래브의 슬래브 재료의 평균량(그러므로 비용)을 증가시킨다.

몇몇 실시예에서, 초음파 진동이 프레스 플레이트(612), 진동 프레스 테이블(600, 604), 또는 양쪽에 인가되며, 이는 실질적으로 프레싱 사이클 시간을 감소시킬 수 있다. 이것은 슬래브 지지체(600, 604)와 진동 장치(608)의 경량화 때문에 경제적으로 가능하다.

종래의 브레톤 프레스(300)의 작동에 있어서, 프레싱 사이클 시간의 상당한 비율은 100 토르(0.136kgf/㎠) (그리고, 일부의 경우에, 1 - 5 토르(0.00136-0.006798kgf/㎠)만큼 낮다) 이하로 진공 챔버를 배기시키는데 전용된다. 진공 챔버의 볼륨은 이런 시간을 결정함에 있어 큰 요인이다. 이것은 브레톤 기계가 저체적(low-volume)의 직사각형 진공 챔버를 선택하는 이유 중 하나이며, 그것의 필요성은 진공과 진동에 저항하도록 육중하게 두껍고 무거운 벽을 요구한다.

본 발명의 실시예에서, 프레스는 관습대로 거대한 내부 볼륨을 가지므로, 배기를 위해 육중한 진공 펌프 또는 긴 프레스 사이클 시간 중 어느 하나를 요구하는 경량의 실린더형 진공 챔버(402)를 사용한다. 이런 큰 챔버 볼륨 문제는 진공 볼륨 감소 블록(VVRB)(604)을 이용하여 제거된다. 이들은 우레탄 또는 다른 발포제, 발사(balsa) 목재, 팽창된 셀(cell) 플라스틱, 금속, 또는 다른 어느 적당한 재료와 같은 재료로부터 만들어진 경량 블록(604)이며, 이는 팽창 또는 확장 없이 진공에 저항할 수 있고, 효과적이고 실질적으로 진공 챔버(402)의 볼륨을 감소시키며, 따라서 프레스 사이클 시간을 단축시킬 수 있다. VVRB 블록(604)을 도시하는 단부도가 도 7에 제시된다. 진동과 프레싱 장치는 설명의 명료성을 위해 도 7에서 생략된다.

도 8a와 도 8b와 관련하여, 본 발명의 실시예는 임의의 여러 방법을 통하여 형성된 슬래브(312) 및 제거된 완성 복합 스톤 슬래브(800)를 수용하도록 된다. 이들은 컨베이어 벨트(802) 상의 종이 또는 금속의 연속 시트에 운반된 슬래브(312), 컨베이어 벨트(802)에 운반된 고무 트레이(804)에 포함된 슬래브(312), 그리고 롤러(806)에 또는 컨베이어 벨트(802)에 도달하고 이탈하는 임의의 적당한 재료의 개별적 트레이 또는 몰드(804)에 위치한 슬래브(312)를 포함한다.

본 발명의 실시예의 상기 설명은 예시와 설명의 목적을 위해 제시된다. 그것은 개시된 정밀한 형태로 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 많은 변경과 변형이 이런 공개의 관점에서 가능하다. 본 발명의 범위는 상세한 설명에 의해서가 아니라 여기에 첨부된 청구항에 의해 제한되는 것으로 의도된다.

Claims (27)

1. 진공하에서 동시에 슬래브를 압축하고 진동 시킴으로써 복합 스톤 슬래브를 형성하기 위한 경량의, 에너지 효율화, 저렴한 진공의 진동 프레스로서,
   진공 챔버;
   진공 챔버 내에 고정되는 진동 테이블 지지 프레임;
   진동 테이블 지지 프레임에 고정되는 진동 방지 장치;
   진동 방지 장치에 의해 지지됨과 동시에 90 내지 93% 스톤 함유량을 포함하는 슬래브 혼합물을 지지하도록 형성된 진동 테이블, 진동 방지 장치는 진동 테이블 지지 프레임과 진동 테이블 사이에 부분 진동 방지를 제공하고;
   1과 100 psi(0.07과 7.03kgf/㎠) 사이의 압력으로 프레싱 장치와 진동 테이블 사이의 슬래브 혼합물을 압축하도록 된 프레싱 장치; 및
   진동 테이블과 프레싱 장치 중 적어도 하나를 진동 시키도록 된 적어도 하나의 진동 장치를 포함하며,
   진공 챔버는 진공 공간 내에서 진동 테이블 지지 프레임, 진동 방지 장치, 진동 테이블, 슬래브 혼합물, 및 프레싱 장치를 둘러싸서 밀폐시키도록 구성되고,
   상기 프레싱 장치와 진동장치는 완성된 슬래브에 어떤 보이드도 없도록 혼합물을 진동하고 프레싱하는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
2. 제1항에 있어서,
   진공 챔버를 배기시키기 위한 적어도 하나의 진공 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
3. 제1항에 있어서,
   진동 테이블 상으로 슬래브 혼합물을 운반하고 진동 테이블에서 슬래브 혼합물을 운반하기 위한 운반 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
4. 제3항에 있어서,
   운반 장치는 컨베이어 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
5. 제4항에 있어서,
   진공 챔버는 상부 섹션과 하부 섹션을 포함하고, 상부와 하부 섹션은 슬래브 혼합물을 진동 테이블로 이송하고 프레싱된 슬래브를 진동 테이블로부터 제거하기 위해 컨베이어 벨트가 상부와 하부 섹션 사이를 통과하도록 분리가능하고, 상부와 하부 섹션은 슬래브 혼합물의 프레싱 동안 챔버의 배기를 허용하는 시일을 형성하기 위해 밀봉가능한 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
6. 제5항에 있어서,
   컨베이어 벨트는 진공 챔버보다 더 넓고, 시일은 상하부 섹션과 컨베이어 벨트 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
7. 제1항에 있어서,
   진동 방지 장치는 에어백과 스프링 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
8. 제1항에 있어서,
   진공 챔버 내에 적어도 하나의 진공 볼륨 감소 블록을 더 포함하며, 진공 볼륨 감소 블록은 슬래브 혼합물의 프레싱 동안 배기에 따른 배기 볼륨을 감소시키기 위해 진공 챔버 내의 공간을 충전하도록 된 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
9. 제1항에 있어서,
   진동 테이블에 의해 지지되는 프레싱 장치와 슬래브 혼합물 사이의 간격의 정확한 조정을 가능하도록 된 적어도 하나의 간격 조정 장치를 더 포함하며, 정확한 조정은 프레스된 복합 스톤 슬래브가 길이와 폭에 걸쳐서 균일한 두께를 가지게 하는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
10. 제9항에 있어서,
    간격 조정 장치는 스크류 잭을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
11. 제10항에 있어서,
    스크류 잭은 프레싱 장치 상에 하향 압력을 형성함에 있어서 프레싱 장치에 의해 조력받는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
12. 제11항에 있어서,
    프레싱 장치는 에어백, 에어 실린더, 및 스프링 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
13. 제1항에 있어서,
    진동 장치는 100 rpm과 5000 rpm 사이의 주파수에서 그리고 0.001과 3mm 길이 사이의 진폭에서 진동 테이블에 진동을 인가할 수 있는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
14. 제13항에 있어서,
    진동 장치는 공압, 전기적, 자기성, 및 유압 중 적어도 하나인 힘에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
15. 제1항에 있어서,
    진동 장치는 1000 Hz와 5 MHz 사이의 주파수에서 진동 테이블과 프레싱 장치 중 적어도 하나에 진동을 인가할 수 있는 초음파 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
16. 제15항에 있어서,
    진동 장치는 진동 테이블과 프레싱 장치 중 적어도 하나에 기계적 진동과 초음파 진동을 둘다 인가할 수 있는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
17. 제1항에 있어서,
    진동 장치는 수직 및 선형, 수직 및 원형, 수평 및 선형, 그리고 수평 및 원형 중 적어도 하나인 진동 모드와 방향에서 슬래브 혼합물의 평면에 대해 진동을 인가할 수 있는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
18. 제1항에 있어서,
    복수의 진동 장치가 진동 테이블과 프레싱 장치 중 하나에 부착되고, 진동 장치는 슬래브 혼합물 상에 공통 주파수와, 위상과, 균일한 진폭에서 진동을 인가하기 위해 주파수, 위상, 및 진폭에서 동기화되는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
19. 제18항에 있어서,
    제1 복수의 진동 장치가 진동 테이블에 부착되며, 제2 복수의 진동 장치가 프레싱 장치에 부착되는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
20. 제19항에 있어서,
    제1 및 제2 복수의 진동 장치는 주파수와 위상에서 동기화되는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
21. 제19항에 있어서,
    제1 및 제2 복수의 진동 장치는 주파수와 180°역위상에서 동기화되는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
22. 제19항에 있어서,
    제1 및 제2 복수의 진동 장치는 주파수와 90°역위상에서 동기화되는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
23. 제19항에 있어서,
    제1 및 제2 복수의 진동 장치는 180°가 아니고 90°가 아닌 각도에 의해 주파수와 역위상에서 동기화되는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
24. 제19항에 있어서,
    제1 및 제2 복수의 진동 장치는 서로 다른 주파수에서 진동하는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
25. 제19항에 있어서,
    제1 및 제2 복수의 진동 장치는 서로 다른 진폭에서 진동하는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
26. 제19항에 있어서,
    제1 및 제2 복수의 진동 장치 중 적어도 하나는 기계적 진동을 인가할 수 있는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.
27. 제19항에 있어서,
    제1 및 제2 복수의 진동 장치 중 적어도 하나는 초음파 진동을 인가할 수 있는 것을 특징으로 하는 진공의 진동 프레스.

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