KR101661432B1 - 부품 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 부품 냉각장치는, 냉각챔버; 냉각챔버에 연결되며, 피냉각 대상물인 부품을 업다운 이동시키는 한편 부품의 냉각 시 부품 표면에 발생되는 유막을 제거하도록 부품을 가진시키는 업다운이동 및 가진겸용 유닛; 및 냉각챔버 내에 수용되되 업다운이동 및 가진겸용 유닛을 사이에 두고 업다운이동 및 가진겸용 유닛의 양측에 적어도 한쌍이 마련되며, 외부에서 공급된 냉각용 오일이 부품을 냉각시키도록 부품에 대해 냉각용 오일을 분사하는 오일분사 유닛을 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 부품 냉각장치는, 종래보다 냉각용 오일의 분사 속도를 향상시켜 부품 전체에 균일하게 분사될 수 있어 균열(crack)이나 산화를 방지할 수 있고 조직 균질도가 향상되는 한편, 냉각 공정에서 부품 표면에 형성되는 유막을 제거하여 부품의 불균일한 변형을 저지할 수 있어 열처리 효율 및 수율이 향상될 수 있다.

Description

부품 냉각장치{COOLING APPARATUS FOR AUTOMOBILE PARTS}

본 발명은 부품 냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래보다 냉각용 오일의 분사 속도를 향상시켜 부품 전체에 균일하게 분사될 수 있어 균열(crack)이나 산화를 방지할 수 있고 조직 균질도가 향상되는 한편, 냉각 공정에서 부품 표면에 형성되는 유막을 제거하여 부품의 불균일한 변형을 저지할 수 있어 열처리 효율 및 수율이 향상되는 부품 냉각장치 에 관한 것이다.

열처리 기술은 재료 내부의 미세 조직을 제어하는 기술로서, 재료의 내마모성, 내식성, 피로강도, 내열성 등 재료의 특성을 변화시키고 기계적 성질을 향상시키는 방법 중 하나로, 산업 전반에 걸쳐 다양하게 활용되고 있다.

일반적인 열처리 기술 분야로는 고주파 설비 또는 이온질화 방식 등이 활용되고 있으며, 최근 들어 침탄 방식이 각광받고 있다.

종래의 냉각설비는 특허출원(제2014-7000988호)에 개시된 바 있다. 이 기술은 용융염조에서 질화/침질탄화 처리를 거친 금속 부품을 냉각하는 방법으로, 열처리된 부품의 연성이 향상되도록 부품 표면에 산화나 부식을 제거하는 기술이 개시되어 있다. 다만, 이 기술은 제품의 질화 처리를 통한 열처리 기술로서 침탄 기술 및 냉각유에 대한 제어 기술과, 냉각 배스 및 냉각 방식 등의 냉각설비에 대한 기술은 전무한 실정이다.

침탄 열처리 방식은 높은 온도로 유지된 챔버 내에 침탄성 가스를 주입하여 금속 표면으로 침탄시키는 방식으로, 경제적이나 제품 수율 측면에서 열처리 효율이 높으며 피로수명이나 열처리 균일도 측면, 미세 제어 측면에서 최근 각광받고 있다.

고온 상태에서 부품 표면에 침탄성 가스를 침탄시키는 침탄 공정 뿐만 아니라 이후 부품을 냉각시키는 냉각 공정도 무엇보다 중요하며, 그 중 냉각 공정은, 냉각용 배쓰(bath)의 형상, 냉각용매의 분사방향이나 분사속도 등의 여러 가지 인자가 복합적으로 작용할 수 있으며, 이는 열처리 제품의 수율에 영향을 미친다.

특히, 열처리된 부품의 표면 균질도와 관련하여 냉각용매 예를 들면, 냉각용 오일(??칭유 등)을 부품에 균일하게 분사시켜 냉각시키는 것이 중요하며, 따라서 냉각용 오일의 분사 속도와 분사 방향이 중요 인자가 된다.

그러나, 종래의 냉각설비는 냉각용 오일의 분사 속도가 낮아 부품 전체에 균일하게 분사될 수 없어 조직에 균열(crack)이 발생하거나 국부적으로 산화되는 등 조직 균질도가 저해되는 문제점이 있다.

또한, 가열된 부품이 냉각설비에 진입되고 냉각용 오일에 침전되는 냉각 초기에 냉각용 오일이 증발하며 부품 표면에 유막이 형성되어 부품의 냉각을 방해하여 부품의 불균일한 변형이 발생하는 등 열처리 효율 및 수율이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 종래보다 냉각용 오일의 분사 속도를 향상시켜 부품 전체에 균일하게 분사될 수 있어 균열(crack)이나 산화를 방지할 수 있고 조직 균질도가 향상되는 부품 냉각장치를 제공한다.

또한, 냉각 공정에서 부품 표면에 형성되는 유막을 제거하여 부품의 불균일한 변형을 저지할 수 있어 열처리 효율 및 수율이 향상되는 부품 냉각장치를 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 부품 냉각장치는, 냉각챔버; 상기 냉각챔버에 연결되며, 피냉각 대상물인 부품을 업다운 이동시키는 한편 상기 부품의 냉각 시 상기 부품 표면에 발생되는 유막을 제거하도록 상기 부품을 가진시키는 업다운이동 및 가진겸용 유닛; 및 상기 냉각챔버 내에 수용되되 상기 업다운이동 및 가진겸용 유닛을 사이에 두고 상기 업다운이동 및 가진겸용 유닛의 양측에 적어도 한쌍이 마련되며, 외부에서 공급된 냉각용 오일이 상기 부품을 냉각시키도록 상기 부품에 대해 상기 냉각용 오일을 분사하는 오일분사 유닛을 포함할 수 있다.

각각의 상기 오일분사 유닛은, 일측에 적어도 하나 이상의 분사노즐이 형성된 본체케이싱; 상기 본체케이싱의 내부에 마련되어 상기 냉각용 오일을 상기 분사노즐 측으로 추진시키는 임펠러(impeller); 상기 임펠러(impeller)에 인접 배치되어 상기 임펠러의 동작 시 상기 냉각용 오일의 유로를 형성하는 유로형성부; 및 상기 냉각챔버 내의 저면에 결합되고 상기 분사노즐에 인접 배치되어 상기 냉각용 오일의 분사 방향과 분사 경로를 형성하는 분사배플부(injection baffle part)를 포함할 수 있다.

각각의 상기 오일분사 유닛은, 상기 임펠러를 구동시키는 임펠러구동부; 및 상기 임펠러와 상기 임펠러구동부를 상호 연결시키는 구동샤프트를 더 포함할 수 있다.

상기 본체케이싱에는, 상기 본체케이싱의 상하방향에 따른 일구간에 수평 배치되어 상기 냉각용 오일을 저류시키는 저류공간을 형성하는 수평격벽이 마련되며, 상기 유로형성부는 내부에 수용된 상기 임펠러가 형성하는 유로를 가이드하도록 상기 수평격벽에 상호 연통되게 결합되는 관형 중공부재일 수 있다.

상기 관형 중공부재는 상기 수평격벽으로부터 상기 저류공간의 반대방향 측으로 연장되게 마련되며, 상기 임펠러는 상하방향을 따라 상기 수평격벽에 비해 상대적으로 낮게 배치될 수 있다.

상기 분사배플부는, 상기 분사노즐에 이웃된 위치에서 상기 분사노즐의 선폭방향으로 상호 이격되게 배열되는 복수의 제1 배플부재; 및 상기 냉각챔버의 중심 측을 따라 상기 제1 배플부재에 이웃된 위치에 배열되되 상기 제1 배플부재의 이격 배열과는 상이하게 배열되는 제2 배플부재를 포함할 수 있다.

상기 제1 배플부재 및 상기 제2 배플부재 각각은, 미리 설정된 곡률을 가지고 상기 업다운이동 및 가진겸용 유닛 측으로 절곡 형성될 수 있다.

상기 업다운이동 및 가진겸용 유닛은, 프로파일; 상기 프로파일에 업다운 가능하게 연결되는 트레이(tray); 상기 트레이(tray)를 상기 프로파일에 대해 업다운 구동시키는 업다운구동부; 및 상기 트레이(tray)를 상하방향으로 진동을 가하는 진동발생부를 포함할 수 있다.

상기 오일분사 유닛은 상기 냉각챔버를 중심으로 일측에 2개씩 총 2쌍이며, 각각의 상기 본체케이싱에는 측부면 하부 구역에 1개의 분사노즐이 형성되며, 한쌍의 상기 분사노즐은 서로 마주보는 위치에 배치될 수 있다.

상기 오일분사 유닛은 상기 냉각챔버를 중심으로 일측에 2개씩 총 2쌍이며, 각각의 상기 본체케이싱에는, 측부면 하부 구역의 제1 분사노즐과, 측부면 중앙 구역의 제2 분사노즐이 형성되며, 한쌍의 상기 제1 분사노즐 및 상기 제2 분사노즐 각각은 서로 마주보는 위치에 배치될 수 있다.

상기 본체케이싱에는, 상기 제1 분사노즐 및 상기 제2 분사노즐을 정면으로 볼 때 두께방향의 일 구간에서 상하방향을 따라 형성되는 수직격벽과, 상기 수직격벽을 기준으로 일측에 수평 형성되어 상기 냉각용 오일을 저류시키는 제1 저류공간을 형성하는 제1 수평격벽과, 상기 수직격벽의 타측에 수평 형성되어 상기 냉각용 오일을 저류시키는 제2 저류공간을 형성하는 제2 수평격벽이 마련되며, 상기 유로형성부는, 내부에 수용된 상기 임펠러가 형성하는 유로를 가이드하도록 상기 제1 수평격벽 및 상기 제2 수평격벽에 상호 연통되게 결합되는 관형 중공부재일 수 있다.

상기 제1 분사노즐은 상기 제1 수평격벽을 거쳐 상기 제1 저류공간과 상호 연통되고, 상기 제2 분사노즐은 상기 제2 수평격벽을 거쳐 상기 제2 저류공간과 상호 연통될 수 있다.

상기 본체케이싱에는, 상기 제2 수평격벽의 수직라인의 하방에 배치되되, 회동됨에 따라 상기 제2 저류공간의 상기 냉각용 오일을 상기 제1 분사노즐로 유동시키거나 유동 저지시키는 제1 개폐도어와, 상기 제2 분사노즐을 개폐시키는 제2 개폐도어와, 상기 제1 및 제2 개폐도어를 구동하는 구동부가 더 마련될 수 있다.

한편, 각각의 상기 오일분사 유닛은 도 8을 참조하면, 상기 제1 분사노즐 및 상기 제2 분사노즐에 인접 배치되어 상기 제1 분사노즐 및 상기 제2 분사노즐을 개폐시키는 제1 및 제2 밸브; 및 각각의 상기 본체케이싱 사이에 마련되어 상기 어느 하나의 임펠러로부터 상기 다른 하나의 제2 분사노즐 측으로의 상기 냉각용 오일의 흐름을 온/오프하는 제3 밸브를 더 포함하며, 상기 오일분사 유닛 각각은 상기 제1 분사노즐을 사용하며, 적어도 하나의 상기 오일분사 유닛은 상기 제1, 제2 및 제3 밸브의 동작에 의해 선택적으로 상기 제1 분사노즐 또는 상기 제2 분사노즐을 사용하도록 상호 전환 가능할 수 있다.

상기 업다운이동 및 가진겸용 유닛과 상기 오일분사 유닛 사이에 배치되어 상기 부품의 냉각 효율을 배가시키도록 상기 냉각용 오일의 상기 오일분사 유닛 측으로의 진입을 차단시키는 차단플레이트를 더 포함할 수 있다.

상기 냉각챔버에 연결되어 상기 냉각용 오일을 냉각시키는 냉각기; 및 상기 냉각챔버 및 상기 냉각기를 폐루프 형태로 연결하는 복수의 연결배관을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 부품 냉각장치는, 종래보다 냉각용 오일의 분사 속도를 향상시켜 부품 전체에 균일하게 분사될 수 있어 균열(crack)이나 산화를 방지할 수 있고 조직 균질도가 향상되는 한편, 냉각 공정에서 부품 표면에 형성되는 유막을 제거하여 부품의 불균일한 변형을 저지할 수 있어 열처리 효율 및 수율이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 냉각장치의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 냉각장치에서 오일분사 유닛의 확대 사시도이다.
도 3은 본 발명의 도 2의 오일분사 유닛의 측면 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 냉각장치에서 분사배플부의 확대 사시도이다.
도 5는 유로형성부와 차단플레이트가 생략된 부품 냉각장치의 분사 속도를 나타내는 시뮬레이션 데이터이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 냉각장치의 분사 속도를 나타내는 시뮬레이션 데이터이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부품 냉각장치에서 오일분사 유닛의 측면 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부품 냉각장치의 복수의 오일분사 유닛의 구성도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 부품 냉각장치의 일 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 냉각장치의 개략적인 구조도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 냉각장치에서 오일분사 유닛의 확대 사시도이고, 도 3은 본 발명의 도 2의 오일분사 유닛의 측면 단면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 냉각장치에서 분사배플부의 확대 사시도이다.

설명에 앞서, 진공침탄(또는 일반 상압침탄) 열처리에서 가열 및 침탄 공정이 선행되어 처리된다. 대략 850도에서 900도 사이의 온도에서 침탄 공정이 수행된 후 본 실시예에 따른 부품 냉각장치에서 냉각 공정(대략 60도에서 150도의 냉각)이 수행될 수 있다. 냉각 공정은 진공 상태에서 수행된다. 또한, 본 발명의 피냉각 대상물인 부품은 자동차용 부품으로서, 예를 들면 피니언샤프트 등이 대상이 될 수 있으며, 본 발명의 권리범위는 열처리 필요가 있는 산업 전반의 부품이 대상이 될 수 있다.

본 발명에 의한 부품 냉각장치(10)는, 냉각챔버(100)와, 상기 냉각챔버(100)에 연결되며, 피냉각 대상물인 부품(p)을 업다운 이동시키는 한편 상기 부품(p)의 냉각 시 상기 부품(p) 표면에 발생되는 유막을 제거하도록 상기 부품(p)을 가진시키는 업다운이동 및 가진겸용 유닛(200)과, 상기 냉각챔버(100) 내에 수용되되 상기 업다운이동 및 가진겸용 유닛(200)을 사이에 두고 상기 업다운이동 및 가진겸용 유닛(200)의 양측에 적어도 한쌍이 마련되며, 외부에서 공급된 냉각용 오일이 상기 부품(p)을 냉각시키도록 상기 부품(p)에 대해 상기 냉각용 오일을 분사하는 오일분사 유닛(300)을 포함할 수 있다.

냉각챔버(100)는 진공 침탄 열처리의 냉각 공정이 실질적으로 수행되는 부분이다. 냉각챔버(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 사각형의 박스 타입으로 마련되며, 내부에는 부품(p) 및 부품(p)을 수용한 트레이(220)가 배치되며, 냉각용 오일이 공급된다. 냉각챔버(100)의 상부면은 개폐 가능하게 덮개부(101)가 따로 마련될 수 있으며, 냉각챔버(100)의 내부를 실링하기 위해 덮개부(101)에 실링부재(미도시)가 결합될 수도 있다.

업다운이동 및 가진겸용 유닛(200)은 주로 도 1을 참조하면, 냉각챔버(100)의 중앙부에 배치된다. 업다운이동 및 가진겸용 유닛(200)은, 냉각챔버(100)에 연결되며, 피냉각 대상물인 부품(p)을 업다운 이동시키는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 업다운이동 및 가진겸용 유닛(200)은, 프로파일(210)과, 상기 프로파일(210)에 업다운 가능하게 연결되는 트레이(tray, 220)와, 상기 트레이(220)을 상기 프로파일(210)에 대해 업다운 구동시키는 업다운구동부(240)와, 상기 트레이(220)을 상하방향으로 진동을 가하는 진동발생부(230)를 포함할 수 있다.

프로파일(210)은 수직방향으로 형성되며, 트레이(220)의 길이보다 상대적으로 짧은 이격 거리를 가지며 배치되는 한쌍의 프레임 지지체이다.

트레이(220)는 부품(p)을 적재 가능한 플레이트 형태로 마련되며, 냉각용 오일의 인입 및 배출이 용이하도록 내부에 격자 공간이 형성된다. 업다운구동부(240)는 전동모터로 마련될 수 있으며, 상하 승강 구동이 가능하다면 다른 액추에이터가 사용될 수도 있다.

진동발생부(230)는 상기 부품(p)의 냉각 시 상기 부품(p) 표면에 발생되는 유막을 제거하도록 상기 부품(p)을 가진시킨다. 즉, 트레이(220)에 적재되어 냉각챔버(100) 내로 다운 이동된 부품(p)에 냉각용 오일이 분사될 때 부품(p)의 고온에 의해 순간적으로 냉각용 오일이 기화 또는 증발되고 이는 부품(p) 표면에 일정한 유막을 형성시키며 이는 냉각 효율을 현저히 떨어뜨린다. 이에, 진동발생부(230)는 트레이(220)을 상하방향으로 가진시켜 트레이(220)에 적재되어 있는 부품에 발생된 유막을 제거할 수 있다. 이를 통해, 냉각 초기에 부품(p) 표면에서 발생되는 유막을 신속히 제거하여 냉각 공정을 수행할 수 있어 공정 중에 부품의 변형이 최소화된다.

오일분사 유닛(300)은 부품(p)에 냉각용 오일을 분사하는 부분으로 냉각챔버(100) 내에 수용되되 상기 업다운이동 및 가진겸용 유닛(200)을 사이에 두고 상기 업다운이동 및 가진겸용 유닛(200)의 양측에 적어도 한쌍이 마련된다.

도 2에서는 냉각챔버(100)의 일측에 2개의 오일분사 유닛(300)을 도시하고 있다. 각각의 오일분사 유닛(300)은 도 1 및 도 2를 참조하면, 일측에 1개의 분사노즐(315)이 형성된 본체케이싱(310)과, 상기 본체케이싱(310)의 내부에 마련되어 상기 냉각용 오일을 상기 분사노즐(315) 측으로 추진시키는 임펠러(impeller, 320)와, 상기 임펠러(320)에 인접 배치되어 상기 임펠러(320)의 동작 시 상기 냉각용 오일의 유로를 형성하는 유로형성부(330)와, 상기 냉각챔버(100) 내의 저면에 결합되고 상기 분사노즐(315)에 인접 배치되어 상기 냉각용 오일의 분사 방향과 분사 경로를 형성하는 분사배플부(injection baffle part, 340)를 포함할 수 있다.

본체케이싱(310)은 업다운이동 및 가진겸용 유닛(200)을 사이에 두고 상기 업다운이동 및 가진겸용 유닛(200)의 양측에 배치되며, 내부가 빈 형태의 외곽 케이스를 말한다. 본체케이싱(310)의 일측면 하부에는 분사노즐(315)이 형성되어 있다. 분사노즐(315)은 냉각챔버(100)의 중앙부 영역으로 돌출되게 형성된다. 본 실시예에서의 오일분사 유닛(300)은 상기 냉각챔버(100)를 중심으로 일측에 2개씩 총 2쌍이며, 각각의 상기 본체케이싱(310)에는 측부면 하부 구역에 1개의 분사노즐(315)이 형성되며, 한쌍의 상기 분사노즐(315)은 서로 마주보는 위치에 배치될 수 있다.

상기 본체케이싱(310)에는, 중앙부 일 구간에 형성되는 수평격벽(311)이 마련되며, 수평격벽(311)을 기준으로 상부 측에는 냉각용 오일을 저류시키는 저류공간이 형성된다.

유로형성부(330)는 저류공간에 머물고 있는 냉각용 오일이 분사노즐(315)로 향할 때 유로를 형성하는 역할을 한다. 유로형성부(330)는 내부에 수용된 상기 임펠러(320)가 형성하는 유로를 가이드하도록 상기 수평격벽(311)의 일면에 상호 연통되게 결합되는 관형 중공부재(330)로 마련된다. 이러한 관형 중공부재(330)는 수평격벽(311)으로부터 상기 저류공간의 반대방향 측으로 연장되게 마련될 수 있다.

임펠러(320)는 저류공간보다 상대적으로 낮은 높이에 배치될 수 있다. 임펠러(320)에는 구동샤프트(360)가 연결되어 있고, 구동샤프트(360)는 임펠러구동부(350)와 연결되어 임펠러(320)를 회동시킬 수 있다.

이러한 관형 중공부재(330)와 임펠러(320)의 배치 구조는, 저류공간의 냉각용 오일이 하방의 유로 형성 시 와류가 형성되지 않고 일정한 흐름을 형성하는 한편, 관형 중공부재(330) 내에 수용되어 회동되는 임펠러(320)의 회동력을 배가하여 충분한 분사 속도를 확보할 수 있게 된다.

상기 분사배플부(340)는 분사노즐(315)에서 분사된 냉각용 오일의 분사방향과 분사속도를 보조하는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 분사배플부(340)는 도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 분사노즐(315)에 이웃된 위치에서 상기 분사노즐(315)의 선폭방향으로 상호 이격되게 배열되는 복수의 제1 배플부재(341)와, 상기 냉각챔버(100)의 중심 측을 따라 상기 제1 배플부재(341)에 이웃된 위치에 배열되는 제2 배플부재(342)를 포함할 수 있다. 또한 제1 배플부재(341) 및 상기 제2 배플부재(342)은, 미리 설정된 곡률을 가지고 상기 업다운이동 및 가진겸용 유닛(200) 측으로 절곡 형성된다.

이러한 구성으로, 제1 배플부재(341)를 통해 냉각용 오일이 1차로 상방으로 분사되는 한편, 제1 배플부재(341)의 사이 이격틈을 통해 유동된 냉각용 오일은 제2 배플부재(342)를 통해 상방으로 분사될 수 있다. 즉, 트레이(220) 하면 전역에 걸쳐 균일하게 냉각용 오일을 분사시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 부품 냉각장치(10)는 업다운이동 및 가진겸용 유닛(200)과 상기 오일분사 유닛(300) 사이에 배치되는 차단플레이트(400)와, 상기 냉각챔버(100)에 연결되어 상기 냉각용 오일을 냉각시키는 냉각기(500)와, 상기 냉각챔버(100) 및 상기 냉각기(500)를 폐루프 형태로 연결하는 복수의 연결배관(510)을 더 포함할 수 있다.

차단플레이트(400)는 업다운이동 및 가진겸용 유닛(200)과 상기 오일분사 유닛(300) 사이에 배치되어 상기 부품(p)의 냉각 효율을 배가시키도록 상기 냉각용 오일의 상기 오일분사 유닛(300) 측으로의 진입을 차단시키는 역할을 한다. 이를 통해, 분사배플부(340)를 통해 상방으로 분사된 냉각용 오일은 트레이(220)와 차단플레이트(400) 사이 이격 틈으로 진입될 때 부품(p)의 측부면을 따라 상방으로 분사될 수 있다. 분사배플부(340)를 통과한 냉각용 오일이 충분한 분사 속도를 유지하고 있기 때문에 부품(p) 전면에 균일하게 분사될 수 있어 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

냉각기(500)는 주로 도 1을 참조하면, 가열된 부품(p)을 냉각시키는 과정에서 열교환되어 온도가 상승된 냉각용 오일을 재냉각시키는 장치이다. 냉각기(500)와 냉각챔버(100)는 연결배관(510)을 통해 하나의 폐루프 싸이클을 형성할 수 있다. 본 실시예에서 냉각기(500)에서 냉각된 냉각용 오일은 연결배관(510)을 통해 냉각챔버(100)의 상부 영역과 연결되고, 냉각챔버(100)의 하부 영역에서 냉각용 오일을 회수하는 구성을 도시하고 있으나, 이와 달리, 냉각기(500)를 통과한 냉각용 오일을 냉각챔버(100)의 하부 영역에 진입시켜 냉각시키고 상부 영역에서 회수하는 구성을 가질 수도 있다.

도 5는 유로형성부(330)와 차단플레이트(400)가 생략된 부품 냉각장치(10)의 분사 속도를 나타내는 시뮬레이션 데이터이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 냉각장치(10)의 분사 속도를 나타내는 시뮬레이션 데이터이다.

먼저, 도 5를 참조하여 부품 냉각장치(10)의 분사속도 및 속도분포를 살펴보면, 분사배플부(340)를 통과한 냉각용 오일의 분사속도는 높은 상태를 유지하나 상방으로 치솟는 높이가 충분하지 않는데, 이는 임펠러(320) 주변의 분사력이 충분치 않은데서 기인된다. 또한, 냉각용 오일이 트레이(220) 및 이에 수용된 부품(p)의 하부면만 분사될 수 밖에 없어, 냉각용 오일이 부품(p) 전반에 걸쳐 균일하게 냉각시킬 수 없다. 특히, 트레이(220) 상에 적재된 부품 높이가 높을 경우 냉각 효율은 현저히 떨어진다.

도 6을 참조하면, 도 5의 부품 냉각장치(10)에서 임펠러(320) 주변에 유로형성부(330)를 구비하고, 부품(p)과 오일분사 유닛(300) 사이에 차단플레이트(400)를 구성한 결과, 임펠러(320) 주변의 분사 속도가 도 5에 비해 상대적으로 우수할 뿐만 아니라 분사 높이 또한 도 5와 비교했을 때 상대적으로 높은 위치까지 분사됨을 알 수 있다. 분사 속도는 대략적으로 도 5에 비해 약 39% 증가된 것을 확인할 수 있다.

이를 통해, 충분한 냉각용 오일의 분사 속도를 확보하여 부품(p) 전반에 걸쳐 조직 균질도를 확보할 수 있는 한편 냉각 초기에 부품(p) 표면에서 발생되는 유막을 신속히 제거하여 냉각 공정을 수행할 수 있어 부품(p)의 변형이 최소화되는 등 열처리 효율 및 수율이 향상될 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 부품 냉각장치의 오일분사 유닛의 측면 단면도이다.

본 실시예에 따른 부품 냉각장치는, 제1 실시예에 따른 부품 냉각장치와 오일분사 유닛의 구성에서 다소 차이점이 있다. 이하, 설명의 중복을 피하기 위해 전술한 제1 실시예의 구성과 차별되는 구성에 대해서만 설명하기로 한다.

본 실시예에 따른 부품 냉각장치의 오일분사 유닛(300a)은 도 7을 참조하면, 상기 냉각챔버(100, 도 1 내지 도 3 참조)를 중심으로 일측에 2개씩 총 2쌍이며, 각각의 상기 본체케이싱(310a)에는, 측부면 하부 구역의 제1 분사노즐(315a)과, 측부면 중앙 구역의 제2 분사노즐(316a)이 형성되며, 한쌍의 상기 제1 분사노즐(315a) 및 상기 제2 분사노즐(316a) 각각은 서로 마주보는 위치에 배치될 수 있다.

본체케이싱(310a)에는, 상기 제1 분사노즐(315a) 및 상기 제2 분사노즐(316a)을 정면으로 볼 때 두께방향의 일 구간에서 상하방향을 따라 형성되는 수직격벽(313a)과, 상기 수직격벽(313a)을 기준으로 일측에 수평 형성되어 상기 냉각용 오일을 저류시키는 제1 저류공간을 형성하는 제1 수평격벽(311a)과, 상기 수직격벽(313a)의 타측에 수평 형성되어 상기 냉각용 오일을 저류시키는 제2 저류공간을 형성하는 제2 수평격벽(312a)이 마련된다.

그리고, 유로형성부(330a)는, 내부에 수용된 상기 임펠러(320a)가 형성하는 유로를 가이드하도록 상기 제1 수평격벽(311a) 및 상기 제2 수평격벽(312a)의 일면에 상호 연통되게 결합되는 관형 중공부재(330a)로 마련될 수 있다.

이러한 구성으로, 상기 제1 분사노즐(315a)은 상기 제1 수평격벽(311a)을 거쳐 상기 제1 저류공간과 상호 연통되고, 상기 제2 분사노즐(316a)은 상기 제2 수평격벽(312a)을 거쳐 상기 제2 저류공간과 상호 연통된다.

또한, 본체케이싱(310a)에는, 상기 제2 수평격벽(312a)의 수직라인의 하방에 배치되되, 회동됨에 따라 상기 제2 저류공간의 상기 냉각용 오일을 상기 제1 분사노즐(315a)로 유동시키거나 유동 저지시키는 제1 개폐도어(314a)와, 상기 제2 분사노즐(316a)을 개폐시키는 제2 개폐도어(317a)와, 상기 제1 및 제2 개폐도어(314a, 317a)를 구동하는 구동부(미도시)가 더 마련될 수 있다.

이를 통해, 냉각 공정의 경과에 따라 선택적으로 제1 분사노즐(315a)만을 사용하거나 또는 제1 분사노즐(315a)과 제2 분사노즐(316a)을 동시에 사용 가능할 수 있다. 예를 들면, 냉각 공정의 초기에는 제2 개폐도어(317a)를 차단하여 제2 분사노즐(316a)을 닫은 상태에서 제1 분사노즐(315a)만을 이용하여 부품에 냉각용 오일을 분사시킬 수 있다. 이때, 도 7에 도시된 2개의 임펠러(320a)는 여전히 구동되고 있으며, 제1 개폐도어(314a)가 개방된 상태로 유지되어 우측의 임펠러(320a)를 통한 분사력이 제1 분사노즐(315a)로 분사될 수 있게 한다.

만약, 냉각 공정의 시간이 경과되어 냉각용 오일의 온도가 상승하는 등의 원인으로 냉각 효율이 저하되는 경우에는, 제2 분사노즐(316a)을 이용하여 냉각용 오일을 분사시킬 수도 있다. 이 경우, 제1 개폐도어(314a)를 닫은 상태에서 제2 개폐도어(317a)는 열어 제2 분사노즐(316a)을 통한 분사가 가능하다. 물론 이경우에도 제1 분사노즐(315a)을 통한 분사는 유지되고 있다. 제2 분사노즐(316a)을 이용하여 냉각 공정이 수행되는 경우는, 트레이(220, 도 1 참조) 상의 부품의 적재 높이가 높을 경우(하방에서 상방으로 분사되는 냉각용 오일의 높이에 한계가 있을 때)에도 적용 가능한 장점이 있다.

한편, 전술한 제2 실시예와 달리, 일측의 오일분사 유닛(이하, 좌측 오일분사 유닛으로 지칭함)과 타측의 오일분사 유닛(이하, 우측 오일분사 유닛으로 지칭함) 상호간에 냉각용 오일의 흐름을 전환할 수도 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부품 냉각장치의 복수의 오일분사 유닛의 구성도이다.

도 8을 참조하면, 각각의 상기 오일분사 유닛(300)은, 상기 제1 분사노즐(315a) 및 상기 제2 분사노즐(316a)에 인접 배치되어 상기 제1 분사노즐(315a) 및 상기 제2 분사노즐(316a)을 개폐시키는 제1 및 제2 밸브(318a, 318b); 및 각각의 상기 본체케이싱(310a) 사이에 마련되어 상기 어느 하나의 임펠러(320)로부터 상기 다른 하나의 제2 분사노즐(316a) 측으로의 상기 냉각용 오일의 흐름을 온/오프하는 제3 밸브(318c)를 더 포함할 수 있다.

오일분사 유닛(300) 각각은 상기 제1 분사노즐(315a)을 사용하며, 적어도 하나의 상기 오일분사 유닛(300)은 상기 제1, 제2 및 제3 밸브(318a, 318b, 318c)의 동작에 의해 선택적으로 상기 제1 분사노즐(315a) 또는 상기 제2 분사노즐(316a)을 사용하도록 상호 전환 가능할 수 있다. 즉, 일반적인 냉각 시에는 제1 분사노즐(315a)만을 이용하여 냉각 공정을 수행하다가, 필요에 따라 (예를 들면, 냉각용 오일의 온도가 상승하거나 또는 트레이(220)에 적재된 부품(p)의 높이가 일정 높이 이상일 경우) 일측(예를 들면, 좌측)의 오일분사 유닛(300)은 제2 분사노즐(316a)로만 냉각용 오일을 분사시키고, 우측의 오일분사 유닛(300)은 제1 분사노즐(315a)로만 냉각용 오일을 분사시킬 수도 있다. 제2 분사노즐(315a)로 분사를 유도하기 위해서는, 제1 밸브(318a)를 닫고, 제2 밸브(318b) 및 제3 밸브(318c)는 열어두게 되면 제2 분사노즐(316a)로 분사시킬 수 있다. 냉각용 오일을 좌우 측으로 분리하여 분사 여부 및 분사방향을 결정할 수 있어 보다 효율적으로 냉각 공정을 수행할 수 있는 장점이 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

10 : 부품 냉각장치
100 : 냉각챔버 200 : 업다운이동 및 가진겸용 유닛
230 : 진동발생부 240 : 업다운구동부
300 : 오일분사 유닛 310 : 본체케이싱
311 : 수평격벽 315 : 분사노즐
320 : 임펠러 330 : 유로형성부, 관형 중공부재
340 : 분사배플부 341 : 제1 배플부재
342 :제2 배플부재 350 : 임펠러구동부
400 : 차단플레이트 500 : 냉각기
510 : 연결배관

Claims (16)

1. 냉각챔버;
   상기 냉각챔버에 연결되며, 피냉각 대상물인 부품을 업다운 이동시키는 한편 상기 부품의 냉각 시 상기 부품 표면에 발생되는 유막을 제거하도록 상기 부품을 가진시키는 업다운이동 및 가진겸용 유닛; 및
   상기 냉각챔버 내에 수용되되 상기 업다운이동 및 가진겸용 유닛을 사이에 두고 상기 업다운이동 및 가진겸용 유닛의 양측에 적어도 한쌍이 마련되며, 외부에서 공급된 냉각용 오일이 상기 부품을 냉각시키도록 상기 부품에 대해 상기 냉각용 오일을 분사하는 오일분사 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 냉각장치.
2. 제1항에 있어서,
   각각의 상기 오일분사 유닛은,
   일측에 적어도 하나 이상의 분사노즐이 형성된 본체케이싱;
   상기 본체케이싱의 내부에 마련되어 상기 냉각용 오일을 상기 분사노즐 측으로 추진시키는 임펠러(impeller);
   상기 임펠러(impeller)에 인접 배치되어 상기 임펠러의 동작 시 상기 냉각용 오일의 유로를 형성하는 유로형성부; 및
   상기 냉각챔버 내의 저면에 결합되고 상기 분사노즐에 인접 배치되어 상기 냉각용 오일의 분사 방향과 분사 경로를 형성하는 분사배플부(injection baffle part)를 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 냉각장치.
3. 제2항에 있어서,
   각각의 상기 오일분사 유닛은,
   상기 임펠러를 구동시키는 임펠러구동부; 및
   상기 임펠러와 상기 임펠러구동부를 상호 연결시키는 구동샤프트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 냉각장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 본체케이싱에는, 상기 본체케이싱의 상하방향에 따른 일구간에 수평 배치되어 상기 냉각용 오일을 저류시키는 저류공간을 형성하는 수평격벽이 마련되며,
   상기 유로형성부는 내부에 수용된 상기 임펠러가 형성하는 유로를 가이드하도록 상기 수평격벽에 상호 연통되게 결합되는 관형 중공부재인 것을 특징으로 하는 부품 냉각장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 관형 중공부재는 상기 수평격벽으로부터 상기 저류공간의 반대방향 측으로 연장되게 마련되며,
   상기 임펠러는 상하방향을 따라 상기 수평격벽에 비해 상대적으로 낮게 배치되는 것을 특징으로 하는 부품 냉각장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 분사배플부는,
   상기 분사노즐에 이웃된 위치에서 상기 분사노즐의 선폭방향으로 상호 이격되게 배열되는 복수의 제1 배플부재; 및
   상기 냉각챔버의 중심 측을 따라 상기 제1 배플부재에 이웃된 위치에 배열되되 상기 제1 배플부재의 이격 배열과는 상이하게 배열되는 제2 배플부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 냉각장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 배플부재 및 상기 제2 배플부재 각각은, 미리 설정된 곡률을 가지고 상기 업다운이동 및 가진겸용 유닛 측으로 절곡 형성되는 것을 특징으로 하는 부품 냉각장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 업다운이동 및 가진겸용 유닛은,
   프로파일;
   상기 프로파일에 업다운 가능하게 연결되는 트레이(tray);
   상기 트레이(tray)를 상기 프로파일에 대해 업다운 구동시키는 업다운구동부; 및
   상기 트레이(tray)를 상하방향으로 진동을 가하는 진동발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 냉각장치.
9. 제2항에 있어서,
   상기 오일분사 유닛은 상기 냉각챔버를 중심으로 일측에 2개씩 총 2쌍이며,
   각각의 상기 본체케이싱에는 측부면 하부 구역에 1개의 분사노즐이 형성되며,
   한쌍의 상기 분사노즐은 서로 마주보는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 부품 냉각장치.
10. 제2항에 있어서,
    상기 오일분사 유닛은 상기 냉각챔버를 중심으로 일측에 2개씩 총 2쌍이며,
    각각의 상기 본체케이싱에는, 측부면 하부 구역의 제1 분사노즐과, 측부면 중앙 구역의 제2 분사노즐이 형성되며,
    한쌍의 상기 제1 분사노즐 및 상기 제2 분사노즐 각각은 서로 마주보는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 부품 냉각장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 본체케이싱에는, 상기 제1 분사노즐 및 상기 제2 분사노즐을 정면으로 볼 때 두께방향의 일 구간에서 상하방향을 따라 형성되는 수직격벽과, 상기 수직격벽을 기준으로 일측에 수평 형성되어 상기 냉각용 오일을 저류시키는 제1 저류공간을 형성하는 제1 수평격벽과, 상기 수직격벽의 타측에 수평 형성되어 상기 냉각용 오일을 저류시키는 제2 저류공간을 형성하는 제2 수평격벽이 마련되며,
    상기 유로형성부는, 내부에 수용된 상기 임펠러가 형성하는 유로를 가이드하도록 상기 제1 수평격벽 및 상기 제2 수평격벽에 상호 연통되게 결합되는 관형 중공부재인 것을 특징으로 하는 부품 냉각장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 분사노즐은 상기 제1 수평격벽을 거쳐 상기 제1 저류공간과 상호 연통되고,
    상기 제2 분사노즐은 상기 제2 수평격벽을 거쳐 상기 제2 저류공간과 상호 연통되는 것을 특징으로 하는 부품 냉각장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 본체케이싱에는, 상기 제2 수평격벽의 수직라인의 하방에 배치되되, 회동됨에 따라 상기 제2 저류공간의 상기 냉각용 오일을 상기 제1 분사노즐로 유동시키거나 유동 저지시키는 제1 개폐도어와, 상기 제2 분사노즐을 개폐시키는 제2 개폐도어와, 상기 제1 및 제2 개폐도어를 구동하는 구동부가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 부품 냉각장치.
14. 제10항에 있어서,
    각각의 상기 오일분사 유닛은,
    상기 제1 분사노즐 및 상기 제2 분사노즐에 인접 배치되어 상기 제1 분사노즐 및 상기 제2 분사노즐을 개폐시키는 제1 및 제2 밸브; 및
    각각의 상기 본체케이싱 사이에 마련되어 상기 어느 하나의 임펠러로부터 상기 다른 하나의 제2 분사노즐 측으로의 상기 냉각용 오일의 흐름을 온/오프하는 제3 밸브를 더 포함하며,
    상기 오일분사 유닛 각각은 상기 제1 분사노즐을 사용하며,
    적어도 하나의 상기 오일분사 유닛은 상기 제1, 제2 및 제3 밸브의 동작에 의해 선택적으로 상기 제1 분사노즐 또는 상기 제2 분사노즐을 사용하도록 상호 전환 가능한 것을 특징으로 하는 부품 냉각장치.
15. 제1항에 있어서,
    상기 업다운이동 및 가진겸용 유닛과 상기 오일분사 유닛 사이에 배치되어 상기 부품의 냉각 효율을 배가시키도록 상기 냉각용 오일의 상기 오일분사 유닛 측으로의 진입을 차단시키는 차단플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 냉각장치.
16. 제1항에 있어서,
    상기 냉각챔버에 연결되어 상기 냉각용 오일을 냉각시키는 냉각기; 및
    상기 냉각챔버 및 상기 냉각기를 폐루프 형태로 연결하는 복수의 연결배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 냉각장치.

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