KR101679788B1 - 모재공급유닛을 구비하는 금속분말 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 금속분말 제조장치는, 챔버; 상기 챔버 내에서 수직방향 중심축을 중심으로 자전 가능하도록 구성되되 봉 형상의 가공모재가 삽입 장착되는 장착홀이 자전축을 중심으로 다수 개 배열되는 스핀테이블과, 상기 스핀테이블을 자전시키는 스핀모터로 구성되는 모재공급유닛; 전류가 인가되었을 때 기준치 이상의 자성을 띠도록 구성되어 상기 스핀테이블의 상측에 수직으로 세워지는 회전샤프트와, 상기 회전샤프트를 자전시키는 회전모터와, 가공모재의 상단에 나사결합 방식으로 결합되며 상기 회전샤프트에 전류가 인가되었을 때 자력에 의해 부착되는 자성체블록으로 구성되는 회전유닛; 상기 회전샤프트의 하단이 상기 가공모재의 상단에 결합된 자성체블록에 접촉되도록 상기 회전샤프트를 하강시키고, 상기 자성체블록이 상기 회전샤프트에 부착되었을 때 상기 가공모재가 상기 장착홀로부터 상향으로 인출되도록 상기 회전샤프트를 상승시키는 승강유닛; 상기 챔버의 내부공간 중 상기 스핀테이블의 하측에 장착되어, 상기 가공모재가 하강될 때 상기 가공모재의 하부를 가열하여 액상으로 용융시키는 가열유닛; 및 상기 가공모재로부터 떨어지는 용탕액적의 낙하경로 상으로 고압의 기체 또는 액체를 분사하여, 상기 용탕액적을 무화시키는 분사유닛;을 포함한다.

Description

모재공급유닛을 구비하는 금속분말 제조장치 {Apparatus for producing metal powder having material supply unit}
본 발명은 봉 형상의 가공모재를 비접촉 가열 방식으로 용융시켜 용탕액적을 생성시킨 후 용탕액적에 고압의 기체를 분사하여 금속분말을 제조하는 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 챔버 내에서 가공모재를 연속적으로 공급할 수 있도록 구성되는 금속분말 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로 금속분말을 제조하는 방법에는 고체금속을 분쇄하는 분쇄법과 화학적으로 석출 등의 방법으로 제조하는 습식법, 그리고 금속을 용해한 후 용융된 금속 즉, 금속용탕에 아토마이저로 압력을 가함으로써 금속분말을 얻는 분사방식이 있다.
통상, 분사방식으로 금속분말을 제조하는 방법에는, 출탕되는 금속용탕에 고속유체 혹은 고속기체를 계속 불어 그 전단력을 이용하여 금속용탕을 미립화하는 방법이 주로 사용되는데, 생산되는 금속분말의 품질이 비교적 우수하고 일정 수준의 생산성을 얻을 수 있는바, 최근 들어서는 이와 같은 분사방식이 많이 사용되고 있다.
한편, 상용화되어 있는 금속 중에서 티타늄은 종래의 철이나 구리 또는 알루미늄 등에 비해 가볍고 고온에서의 뛰어난 강도나 내식성을 갖는바, 항공기 우주분야에서의 제트엔진재료나 항공기의 구조부재 또는 우주선 부재, 화력 발전이나 원자력 발전에서의 열교환기 재료, 고분자 화학공업에서의 촉매재료, 일용품 분야의 안경테나 골프클럽 헤드, 나아가 건강용품이나 의료기기 또는 의과치과재료 등 다방면으로 나눠져 있으며, 이용 분야는 더 증대되는 추세에 있다. 앞으로는 스테인리스 스틸이나 두랄루민 등과 용도 면에서 경합하고, 이제 곧 이들을 초월하는 재료가 될 것으로 예상된다.
그러나 티타늄은 난(難)가공성이나 난(難)절삭성 등의 물성 때문에 분말야금법으로 가공되며, 이 때문에 티타늄 분말, 특히 순도가 높고 분말형상이나 입도의 균일성이 양호한 티타늄 분말이 수요가 증대되고 있다. 그러나 종래의 금속 일반의 분말제조법에 의해 티타늄 분말을 제조하는 경우, 분말 형상이나 입도의 균일성 또는 경제성 등의 측면에서 문제가 있고, 티타늄 금속을 도가니에서 용융시키는 경우 상기 티타튬이 도가니와 반응하여 순도가 현저히 떨어지는 문제가 발생된다.
KR 10-1512772 B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 봉 형상의 가공모재를 비접촉 가열 방식으로 용융시킨 후 고압의 기체를 분사함으로써 보다 순도가 높은 금속분말을 제조하되, 챔버 내에서 다수 개의 가공모재를 연속적으로 공급할 수 있는 모재공급유닛을 구비하여 금속분말 생산성을 향상시킬 수 있는 금속분말 제조장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 금속분말 제조장치는, 챔버; 상기 챔버 내에서 수직방향 중심축을 중심으로 자전 가능하도록 구성되되 봉 형상의 가공모재가 삽입 장착되는 장착홀이 자전축을 중심으로 다수 개 배열되는 스핀테이블과, 상기 스핀테이블을 자전시키는 스핀모터로 구성되는 모재공급유닛; 전류가 인가되었을 때 기준치 이상의 자성을 띠도록 구성되어 상기 스핀테이블의 상측에 수직으로 세워지는 회전샤프트와, 상기 회전샤프트를 자전시키는 회전모터와, 가공모재의 상단에 나사결합 방식으로 결합되며 상기 회전샤프트에 전류가 인가되었을 때 자력에 의해 부착되는 자성체블록으로 구성되는 회전유닛; 상기 회전샤프트의 하단이 상기 가공모재의 상단에 결합된 자성체블록에 접촉되도록 상기 회전샤프트를 하강시키고, 상기 자성체블록이 상기 회전샤프트에 부착되었을 때 상기 가공모재가 상기 장착홀로부터 상향으로 인출되도록 상기 회전샤프트를 상승시키는 승강유닛; 상기 챔버의 내부공간 중 상기 스핀테이블의 하측에 장착되어, 상기 가공모재가 하강될 때 상기 가공모재의 하부를 가열하여 액상으로 용융시키는 가열유닛; 및 상기 가공모재로부터 떨어지는 용탕액적의 낙하경로 상으로 고압의 기체 또는 액체를 분사하여, 상기 용탕액적을 무화시키는 분사유닛;을 포함한다.
상기 스핀테이블 중 다수 개의 장착홀이 배열되는 배열경로 상에는 상기 가공모재 및 회전샤프트가 통과 가능한 개방부가 형성되고, 상기 스핀모터는, 어느 하나의 가공모재가 상기 장착홀로부터 상향 인출된 이후 상기 가공모재의 수직 하방에 개방부가 위치되도록 상기 스핀테이블을 회전시키며, 상기 승강유닛은 상기 회전샤프트에 부착된 가공모재를 상기 개방부를 통해 하강시키도록 구성된다.
상기 장착홀의 내벽에는 탄성을 갖는 패킹링이 장착되어, 상기 가공모재는 패킹링에 끼워맞춤 방식으로 삽입된다.
상기 모재공급유닛은, 상기 스핀테이블로부터 하향으로 이격되어 상기 스핀테이블과 일체로 자전되는 안착판을 더 포함하고, 상기 장착홀에 삽입된 가공모재는 하단이 상기 안착판의 상면에 안착된다.
상기 회전샤프트의 하단에는 인입홈이 형성되고, 상기 자성체블록의 상면에는 상기 인입홈과 형합되는 형상의 삽입돌기가 구비되며, 상기 자성체블록의 저면에는 가공모재의 상단에 나사결합되는 체결나사가 구비된다.
상기 이송유닛은, 상기 회전샤프트가 중심부를 관통하도록 장착되어 상기 챔버의 상부에 고정되는 고정프레임과, 상기 고정프레임의 하단으로부터 하향 연장되는 가이드바와, 상기 가이드바와 나란하게 배열되는 볼스크류와, 상기 볼스크류와 나사결합되어 상기 볼스크류의 회전방향에 따라 승강되며 상기 회전샤프트가 자전 가능한 구조로 장착되는 승강프레임과, 상기 볼스크류를 회전시키는 승강모터를 포함한다.
상기 이송유닛은, 상기 회전샤프트를 둘러싸는 중공관 형상으로 형성되어 상기 승강프레임에 고정결합되되 내부에 냉각수유로가 형성된 수냉축을 더 포함한다.
상기 가열유닛은, 상기 가공모재의 이동경로를 둘러싸도록 원통형으로 감긴 형상의 1차 가열코일과 2차 가열코일로 구성되며, 상기 2차 가열코일은 상기 1차 가열코일 하측에 위치된다.
상기 분사유닛은, 상기 가공모재로부터 떨어지는 용탕액적의 낙하경로를 둘러싸는 원통 형상의 가이드관과, 상기 가이드관의 측방에 장착되어 상기 가이드관을 통과한 용탕액적에 고압의 가스를 분사하는 분사노즐과, 상기 분사노즐로 고압의 가스를 공급하는 가스공급관을 포함한다.
본 발명에 의한 금속분말 제조장치를 이용하면, 봉 형상의 가공모재를 비접촉 가열 방식으로 용융시킨 후 고압의 기체를 분사함으로써 보다 순도가 높은 금속분말을 제조할 수 있고, 챔버를 개방하지 아니하고서도 다수 개의 가공모재를 연속적으로 공급할 수 있어 금속분말 생산성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 금속분말 제조장치의 수직단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 금속분말 제조장치에 포함되는 모재공급유닛의 사시도이다.
도 3은 가공모재가 회전샤프트에 장착되는 구조를 도시하는 수직단면도이다.
도 4 및 도 5는 모재공급유닛의 사용상태도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 의한 금속분말 제조장치의 사용상태도이다.
도 8은 모재공급유닛 제2 실시예에 포함되는 스핀테이블의 평면도이다.
도 9는 모재공급유닛 제3 실시예의 측면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 금속분말 제조장치의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 금속분말 제조장치의 수직단면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 금속분말 제조장치에 포함되는 모재공급유닛의 사시도이며, 도 3은 가공모재가 회전샤프트에 장착되는 구조를 도시하는 수직단면도이다.
본 발명에 의한 금속분말 제조장치는 가공모재를 비접촉 가열 방식으로 직접 가열하여 용융시킨 후, 방울로 떨어지는 액상의 용융금속(이하 '용탕액적'이라 약칭한다)에 고압의 가스를 분사하여 매우 작은 입자의 금속분말로 성형함으로써, 보다 높은 순도의 금속분말을 형성할 수 있도록 구성된다. 즉, 본 발명에 의한 금속분말 제조장치는 가공모재 용융을 위한 도가니를 사용하지 아니하므로 가공모재와 도가니가 접촉되는 과정에서 불순물이 생성되는 현상을 방지할 수 있다.
이와 같이 가공모재를 비접촉 가열 방식으로 직접 가열하기 위해서는 상기 가공모재가 봉 형상으로 제공되어야 하는데, 가공모재의 길이를 무한정 길게 제작할 수 없으므로 장착된 가공모재가 모두 용융되면 새로운 가공모재를 장착하여 공급해야 한다. 이때, 가공모재를 공급하기 위해서는 챔버를 개방하고 새로운 가공모재를 장착시킨 후 챔버 내부에 진공압을 형성시키는 과정과, 고진공을 재배기하고 분사작업을 하기 위해 대기압으로 분위기가스를 치환하는 과정을 반복해야 하는바, 금속분말 생산성을 높이는데 한계가 발생된다.
본 발명에 의한 금속분말 제조장치는 챔버를 개방하지 아니하고서도 봉 형상의 가공모재를 연속적으로 공급할 수 있으므로 진공작업과 분위기가스 치환작업을 새롭게 수행할 필요가 없어지고, 이에 따라 금속분말 생산성을 높일 수 있다는 점에 가장 큰 특징이 있다.
즉, 본 발명에 의한 금속분말 제조장치는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 챔버(500)와, 상기 챔버(500) 내에서 수직방향 중심축을 중심으로 자전 가능하도록 구성되되 봉 형상의 가공모재(10)가 삽입 장착되는 장착홀(612)이 자전축을 중심으로 다수 개 배열되는 스핀테이블(610)과 상기 스핀테이블(610)을 자전시키는 스핀모터(620)로 구성되는 모재공급유닛(600)과, 상기 장착홀(612)에 삽입 장착된 가공모재(10)를 잡아 자전시키는 회전유닛(200)과, 상기 회전유닛(200)을 승강시키는 승강유닛과, 상기 챔버(500)의 내부공간 중 상기 스핀테이블(610)의 하측에 장착되어 상기 가공모재(10)가 하강될 때 상기 가공모재(10)의 하부를 가열하여 액상으로 용융시키는 가열유닛(300)과, 상기 가공모재(10)로부터 떨어지는 용탕액적(12)의 낙하경로 상으로 고압의 기체 또는 액체를 분사하여 상기 용탕액적(12)을 무화시키는 분사유닛(400)을 포함하여 구성된다.
이때 상기 회전유닛(200)은, 전자석과 같이 전류가 인가되었을 때 기준치 이상의 자성을 띠도록 구성되어 상기 스핀테이블(610)의 상측에 수직으로 세워지는 회전샤프트(210)와, 상기 회전샤프트(210)를 자전시키는 회전모터(220)와, 가공모재(10)의 상단에 나사결합 방식으로 결합되는 체결나사(234)를 구비하며 상기 회전샤프트(210)에 전류가 인가되었을 때 자력에 의해 부착되는 자성체블록(230)으로 구성된다. 상기 회전샤프트(210)의 하단에는 인입홈(212)이 형성되고 상기 자성체블록(230)의 상면에는 상기 인입홈(212)과 형합되는 형상의 삽입돌기(232)가 구비되는바, 상기 회전샤프트(210)에 전류가 인가되어 기준치 이상의 자성을 띤 상태에서 회전샤프트(210)가 자성체블록(230)을 향해 하강되었을 때 상기 자성체블록(230)은 삽입돌기(232)가 인입홈(212)에 삽입되도록 회전샤프트(210)에 자력으로 결합된다. 상기 자성체블록(230)이 자력으로 회전샤프트(210)에 결합된 상태에서 상기 회전샤프트(210)로의 전류공급이 해제되면, 상기 자성체블록(230)은 가공모재(10)와 함께 자중에 의해 아래로 떨어지게 된다. 즉, 본 발명에 의한 금속분말 제조장치는 회전샤프트(210)로의 전류 인가 및 해제를 통해 가공모재(10)를 회전샤프트(210)에 장착 및 분리시킬 수 있는바, 상기 가공모재(10)의 픽업을 보다 용이하게 수행할 수 있다는 장점이 있다.
또한 승강유닛은, 상기 회전샤프트(210)의 하단이 상기 가공모재(10)의 상단에 결합된 자성체블록(230)에 접촉되도록 상기 회전샤프트(210)를 하강시키고, 상기 자성체블록(230)이 상기 회전샤프트(210)에 부착되었을 때 상기 가공모재(10)가 상기 장착홀(612)로부터 상향으로 인출되도록 상기 회전샤프트(210)를 상승시키는 동작을 수행한다. 물론, 상기 회전샤프트(210)를 자유롭게 승강시킬 수 있다면 상기 승강유닛은 본 실시예에 도시된 구조 이외에 다양한 구조로 대체될 수 있다.
한편, 다수 개의 가공모재(10)가 장착된 스핀테이블(610)은 상기 가공모재(10)가 회전샤프트(210)의 수직 하방에 위치되도록 자전 가능한 구조로 구성된다. 따라서 상기 회전샤프트(210)는 수직 하방에 위치한 가공모재(10)를 픽업하여 가열유닛(300) 측으로 제공함으로써, 상기 가공모재(10)가 비접촉 가열 방식으로 가열 및 용융되도록 할 수 있다. 이때, 가공모재(10)가 용융되어 발생되는 용탕액적(12)이 분사유닛(400)에 의해 무화되는 과정에 대해서는 이하 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.
회전샤프트(210)에 픽업된 가공모재(10)가 가열유닛(300)에 의해 모두 용용되면, 상기 스핀테이블(610)은 또 다른 가공모재(10)가 회전샤프트(210)의 수직 하방에 위치되도록 일정 각도 자전되고, 상기 회전샤프트(210)는 수직 하방에 위치하는 회전샤프트(210)를 픽업한 후 가열유닛(300)으로 공급한다.
이와 같이 본 발명에 의한 금속분말 제조장치는, 챔버(500)를 개방하지 아니하고서도 스핀테이블(610)에 장착된 가공모재(10)를 하나씩 연속적으로 공급할 수 있는바, 챔버(500)개폐 및 가공모재(10) 장착, 챔버(500) 내 진공도 형성 등에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있고, 이에 따라 금속분말 생산성을 높일 수 있다는 장점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 회전샤프트(210)가 가공모재(10)를 픽업하여 가열유닛(300) 측으로 제공하는 과정에 대하여 상세히 설명한다.
도 4 및 도 5는 모재공급유닛(600)의 사용상태도이다.
본 발명에 포함되는 스핀테이블(610)은 다수 개의 가공모재(10)가 장착될 수 있도록, 상기 가공모재(10)가 장착되는 장착홀(612)이 자전축을 중심으로 원형을 이루도록 다수 개 형성된다.
이때, 가공모재(10)를 픽업하는 회전샤프트(210)는 상하방향으로만 이동 가능할 뿐 수평방향으로는 이동이 불가하므로, 상기 장착홀(612)에 장착되어 있던 가공모재(10)를 픽업한 상태에서 스핀테이블(610)이 움직이지 아니하고 고정되어 있는 상태에서는 가공모재(10)를 가열유닛(300) 측으로 하강시킬 수 없다. 즉, 도 4에 도시된 상태에서 회전샤프트(210)를 하강시키더라도 상기 회전샤프트(210)가 스핀테이블(610)에 간섭되는바, 가공모재(10)를 가열유닛(300)까지 하강시킬 수 없게 된다. 물론, 도 4에 도시된 상태에서 스핀테이블(610)이 우측으로 이동하면 회전샤프트(210)가 자유롭게 하강될 수 있으나, 상기 스핀테이블(610)을 좌우로 이송시키기 위해서는 여러가지 장치가 추가적으로 요구되는바, 금속분말 제조장치의 내부구조가 복잡해진다는 문제점이 있다.
본 발명에 의한 금속분말 제조장치는 이와 같은 문제점을 해결할 수 있도록 즉, 스핀테이블(610)을 수평방향으로 이송시키지 아니하더라도 회전샤프트(210)가 스핀테이블(610)에 간섭될 우려 없이 자유롭게 하강될 수 있도록, 상기 스핀테이블(610) 중 장착홀(612)이 배열되는 배열경로 상에는 상기 가공모재(10) 및 회전샤프트(210)가 통과 가능한 크기의 개방부(614)가 형성될 수 있다.
이와 같이 스핀테이블(610)에 개방부(614)가 형성되면, 도 4에 도시된 바와 같이 회전샤프트(210)가 가공모재(10)를 픽업하여 상승시켰을 때 상기 개방부(614)가 회전샤프트(210)의 수직 하방에 위치되도록 스핀테이블(610)이 자전되어, 도 5에 도시된 바와 같이 회전샤프트(210)가 스핀테이블(610)과의 간섭 우려 없이 자유롭게 하강될 수 있다. 이와 같이 개방부(614)가 회전샤프트(210)의 수직 하방에 위치되도록 스핀테이블(610)을 회전시키는 동작은 상기 스핀모터(620)에 의해 구현이 가능하므로, 추가적인 구동장치 없이도 스핀테이블(610)에 장착된 가공모재(10)를 순차적으로 공급할 수 있다는 장점이 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 의한 금속분말 제조장치의 사용상태도이다.
도 5에 도시된 바와 같이 회전샤프트(210)에 픽업되어 하강된 가공모재(10)는 도 6 및 도 5에 도시된 바와 같이 가열유닛(300) 측으로 공급되어, 상기 가열유닛(300)에 의해 비접촉 가열 방식으로 용융된 후 분사유닛(400) 측으로 자유낙하된다. 가공모재(10) 용융에 의해 발생된 용탕액적(12)은 어떠한 물체에도 접촉하지 아니한 상태로 자유낙하 하여 분사유닛(400)에 의해 무화되는바, 상기 용탕액적(12)이 다른 물체와 접촉하는 과정에서 불순물이 발생되는 현상을 근본적으로 방지할 수 있고, 이에 따라 순도 높은 금속분말을 얻을 수 있게 된다.
특히, 티타늄 용탕액적(12)의 경우에는 다른 금속과 접촉하는 경우뿐만 아니라 세라믹과 접촉하는 경우에도 화학적 반응을 일으켜 불순물을 생성시키는바, 고체상태의 티타늄을 도가니에서 용융시키는 경우에는 용탕액적(12)에 다량의 불순물이 함유되고, 최종적으로 얻어지는 티타늄 금속분말의 순도가 매우 떨어지는 문제가 발생된다. 그러나 본 발명에 의한 금속분말 제조장치를 이용하면, 용탕액적(12)이 금속이나 세라믹 등과 전혀 접촉하지 아니하는바, 최종적으로 얻어지는 금속분말의 순도를 극대화시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 도가니를 이용하여 금속을 용융시킬 때에는 상기 도가니에 용융된 금속이 일정량 묻으므로, 새로운 금속을 용융시키고자 할 때에는 상기 도가니를 세척하거나 교체해야 하는 번거로움이 있었다. 그러나 본 발명에 의한 금속분말 제조장치를 이용하면, 용융된 금속이 묻는 부위가 없으므로, 가공모재(10)만을 교체함으로써 상이한 종류의 금속을 즉각적으로 분말성형할 수 있다는 장점도 있다.
또한, 도가니를 이용하여 금속을 용융시키는 경우 상기 도가니가 매우 높은 온도로 가열되므로 도가니에 크랙이 쉽게 발생된다. 이와 같이 도가니에 크랙이 발생되면 용융된 금속이 비정상적인 경로로 유출되는 현상이 발생되는바, 상기 도가니를 주기적으로 교체해 주어야 한다는 단점 즉, 유지비용이 많이 든다는 단점이 있다. 그러나 본 발명에 의한 금속분말 제조장치는 크랙이 발생되는 구성요소가 없으므로 주기적으로 교체해 주어야 할 부품이 없다는 장점 즉, 유지비용이 적게 든다는 장점이 있다.
본 발명에 의한 금속분말 제조장치는, 가열유닛(300)으로 가공모재(10)의 측면을 용융시킬 때 상기 가공모재(10)의 모든 측면이 고르게 용융될 수 있도록, 회전유닛(200)에 의해 자전하게 된다. 따라서 상기 회전모터(220)가 작동하여 회전샤프트(210)가 자전될 때 상기 회전샤프트(210)와 일렬로 연결된 가공모재(10) 역시 자전을 하게 되고, 이에 따라 가공모재(10)의 측면이 전체적으로 고르게 용융될 수 있다.
이때, 이송유닛(100)은 가공모재(10)를 회전시키는 회전유닛(200)을 전체적으로 승강시킴으로써, 상기 가공모재(10)가 승강되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 이송유닛(100)은, 회전샤프트(210)가 중심부를 관통하도록 장착되는 고정프레임(110)과, 상기 고정프레임(110)의 하단으로부터 하향 연장되는 가이드바(120)와, 상기 가이드바(120)와 나란하게 배열되는 볼스크류(130)와, 상기 볼스크류(130)와 나사결합되어 상기 볼스크류(130)의 회전방향에 따라 승강되며 상기 회전샤프트(210)가 자전 가능한 구조로 장착되는 승강프레임(140)과, 상기 볼스크류(130)를 회전시키는 승강모터(150)를 포함하여 구성된다.
따라서 상기 승강모터(150)가 볼스크류(130)를 회전시키면, 상기 볼스크류(130)와 나사결합된 승강프레임(140)은 가이드바(120)의 길이방향 즉, 상하방향으로 이송되고, 상기 승강프레임(140)에 장착된 회전유닛(200) 및 가공모재(10)는 승강프레임(140)과 일체로 승강된다. 이와 같이 볼스크류(130)를 회전시킴으로써 프레임을 직선 이송시키는 이송장치는, 본 발명이 해당하는 기술분야에서 상용화된 장치이므로, 상기 승강프레임(140)을 승강시키는 작동원리에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 하측 표면이 용융될 정도로 가공모재(10)가 가열되면 상기 가공모재(10)의 하측뿐만 아니라 상측까지도 매우 높은 온도로 가열되는바, 상기 가공모재(10)의 상단에 체결된 회전샤프트(210)로도 열이 전도되고, 진공 유지를 위해 회전샤프트(210)에 장착되는 립씰(미도시)이 손상될 우려가 있다. 이와 같이 회전샤프트(210)가 고온으로 가열되면 립씰 손상에 의해 진공리크가 발생될 뿐만 아니라, 회전샤프트(210)가 변형될 우려도 있는바, 본 발명에 의한 금속분말 제조장치를 회전샤프트(210)를 냉각시키는 기능을 구비함이 바람직하다.
예를 들어 상기 이송유닛(100)은, 상기 회전샤프트(210)를 둘러싸는 중공관 형상으로 형성되며 내부에 냉각수유로(미도시)가 형성된 수냉축(160)을 추가로 구비할 수 있다. 상기 수냉축(160)은 승강프레임(140)에 고정결합되므로 회전샤프트(210)와 일체로 승강되고, 상기 회전샤프트(210)는 수냉축(160)에 삽입된 상태에서 회전이 가능하도록 구성된다.
이와 같이 회전샤프트(210)를 둘러싸는 수냉축(160)이 추가로 구비되면, 상기 회전샤프트(210)가 지속적으로 냉각될 수 있으므로 립씰의 손상이 방지되고 회전샤프트(210)의 변형 우려가 감소될 수 있다는 장점이 있다. 이때, 상기 수냉축(160) 내부의 냉각수유로로 제공되는 냉각수는, 상기 수냉축(160)을 냉각시킬 수 있다면 어떠한 종류의 냉각물질로도 적용될 수 있다.
한편, 이송유닛(100)에 의해 하강된 가공모재(10)는 가열유닛(300)에 의해 용융되는데, 상기 가열유닛(300)이 가공모재(10)를 한 번에 급격하게 가열시키도록 구성되면 가공모재(10)를 용융시키는데 많은 양의 에너지가 소요될 뿐만 아니라, 가공모재(10) 가열온도를 미세하게 조절하는데 어려움이 있을 수 있다. 따라서 상기 가열유닛(300)은 가공모재(10)의 이동경로를 따라 배열되는 1차 가열코일(310)과 2차 가열코일(320)로 구성되며, 상기 1차 가열코일(310)과 2차 가열코일(320)은 상이한 가열온도를 제공하도록 설정된다. 이때 1차 가열코일(310)과 2차 가열코일(320)은, 가공모재(10)의 측면을 전체적으로 고르게 가열시킬 수 있도록, 상기 가공모재(10)의 이동경로를 둘러싸도록 원통형으로 감긴 형상으로 제작됨이 바람직하다.
상기 분사유닛(400)은, 낙하하는 용탕액적(12)에 고압의 가스를 분사하는 분사노즐(410)과, 상기 분사노즐(410)로 고압의 가스를 공급하는 가스공급관(420)을 기본 구성요소로 구비하되, 낙하하는 용탕액적(12)이 분사노즐(410)이나 기타 부품에 묻는 현상이 발생되지 아니하도록 자유낙하하는 용탕액적(12)의 경로를 둘러싸는 원통 형상의 가이드관(430)이 추가로 구비될 수 있다.
이와 같이 원통 형상의 가이드관(430)이 추가로 구비되면, 수직으로 하강하는 용탕액적(12)이 주변 공기 흐름에 의해 측방으로 휘는 현상을 방지할 수 있는바, 상기 용탕액적(12)이 측방으로 튀지 아니하고 수직 하향으로 낙하하는데 도움을 줄 수 있게 된다. 한편, 분사노즐(410)로부터 분사되는 고압의 가스가 용탕액적(12)을 작은 입자로 무화시키는 과정에서 분사된 가스 중 일부가 역류하고, 이에 따라 상기 용탕액적(12)이 측방으로 튀어 분사노즐(410)을 오염시키는 현상이 발생될 수도 있다. 그러나 본 발명에 의한 금속분말 제조장치는 용탕액적(12)이 측방으로 튀더라도 가이드관(430)에만 묻을 뿐 분사노즐(410)에는 묻지 아니하는바, 분사노즐(410) 오염을 감소시킬 수 있게 된다. 즉, 본 발명에 의한 금속분말 제조장치를 이용하면, 분사노즐(410)의 오염이 방지되므로 분사노즐(410)의 청소주기를 연장시킬 수 있다는 장점이 있다.
물론, 용탕액적(12)이 측방으로 튀었을 때 분사노즐(410)은 오염되지 아니하지만 가이드관(430)은 오염될 수 있는바, 사용 기간이 기준치 이상 경과되었을 때 가이드관(430)을 청소하거나 교체할 필요가 있다. 그러나 가이드관(430)은 분사노즐(410)에 비해 구조가 매우 단순하므로 청소가 용이할 뿐만 아니라 교체비용도 현저히 저렴하다는 장점이 있다.
도 8은 모재공급유닛(600) 제2 실시예에 포함되는 스핀테이블(610)의 평면도이고, 도 9는 모재공급유닛(600) 제3 실시예의 측면도이다.
수직으로 세워진 봉 형상의 가공모재(10)는 상기 스핀테이블(610)에 형성된 장착홀(612)에 하측이 삽입됨으로써 스핀테이블(610)에 장착되는데, 상기 장착홀(612)의 내경이 가공모재(10)의 외경보다 크면 상기 가공모재(10)가 장착홀(612)을 관통하여 아래로 떨어지고, 상기 장착홀(612)의 내경이 가공모재(10)의 외경보다 작으면 가공모재(10)가 장착홀(612)에 삽입되지 못하게 된다. 따라서 상기 장착홀(612)은 가공모재(10)의 하측이 일정 수준 삽입되었을 때 상기 가공모재(10)가 아래로 떨어지지 아니하고 고정된 상태를 유지할 수 있는 크기로 제작되어야 한다. 그러나 상기 가공모재(10)가 장착홀(612)에 끼워맞춤 방식으로 삽입되도록 구성되면, 가공모재(10)를 장착홀(612)에 삽입시키는 과정에서 가공모재(10)가 손상될 우려가 있다.
본 발명에 포함되는 스핀테이블(610)은 상기 가공모재(10)가 장착공에 끼워맞춤 방식으로 삽입되더라도 가공모재(10)가 손상되지 아니하도록, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 장착홀(612)의 내벽에 탄성을 갖는 패킹링(616)이 구비될 수 있다. 상기 패킹링(616)은 연질의 합성수지 등으로 제작되는바, 가공모재(10)가 장착홀(612)에 삽입될 때 가공모재(10)의 표면을 손상시키지 아니할 뿐만 아니라, 가공모재(10)의 표면과의 마찰력이 크게 발생되어 상기 가공모재(10)가 자중에 의해 아래로 빠지지 아니하고 스핀테이블(610)에 장착된 상태를 유지할 수 있게 된다.
또한 상기 모재공급유닛(600)은, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 스핀테이블(610)로부터 하향으로 이격되어 상기 스핀테이블(610)과 일체로 자전되는 안착판(630)을 추가로 구비할 수 있다. 이와 같이 스핀테이블(610) 하측에 안착판(630)이 구비되면, 상기 장착홀(612)에 삽입된 가공모재(10)의 하단이 상기 안착판(630)의 상면에 안착되는바, 상기 장착홀(612) 내경을 가공모재(10) 외경보다 크게 제작하더라도 가공모재(10)가 아래로 빠지지 아니하도록 할 수 있다.
이때, 상기 장착홀(612) 내경이 과도하게 크게 제작되면, 상기 장착홀(612)에 삽입된 가공모재(10)가 수직으로 서있는 상태를 유지하지 못하고 일측으로 기울어지게 되고, 이에 따라 회전샤프트(210)가 가공모재(10)를 픽업하는데 어려움이 발생될 수 있다. 따라서 상기 장착홀(612)의 내경은 가공모재(10)의 외경보다 약간 크게 제작됨이 바람직하다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 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 : 가공모재 12 : 용탕액적
100 : 이송유닛 110 : 고정프레임
120 : 가이드바 130 : 볼스크류
140 : 승강프레임 150 : 승강모터
160 : 수냉축 200 : 회전유닛
210 : 회전샤프트 212 : 인입홈
220 : 회전모터 230 : 자성체블록
232 : 삽입돌기 234 : 체결나사
300 : 가열유닛 310 : 1차 가열코일
320 : 2차 가열코일 400 : 분사유닛
410 : 분사노즐 420 : 가스공급관
430 : 가이드관 500 : 챔버
600 : 모재공급유닛 610 : 스핀테이블
612 : 장착홀 614 : 개방부
616 : 패킹링 620 : 스핀모터
630 : 안착판

Claims (9)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내에서 수직방향 중심축을 중심으로 자전 가능하도록 구성되되 봉 형상의 가공모재가 삽입 장착되는 장착홀이 자전축을 중심으로 다수 개 배열되는 스핀테이블과, 상기 스핀테이블을 자전시키는 스핀모터로 구성되는 모재공급유닛;
    전류가 인가되었을 때 기준치 이상의 자성을 띠도록 구성되어 상기 스핀테이블의 상측에 수직으로 세워지는 회전샤프트와, 상기 회전샤프트를 자전시키는 회전모터와, 가공모재의 상단에 나사결합 방식으로 결합되며 상기 회전샤프트에 전류가 인가되었을 때 자력에 의해 부착되는 자성체블록으로 구성되는 회전유닛;
    상기 회전샤프트의 하단이 상기 가공모재의 상단에 결합된 자성체블록에 접촉되도록 상기 회전샤프트를 하강시키고, 상기 자성체블록이 상기 회전샤프트에 부착되었을 때 상기 가공모재가 상기 장착홀로부터 상향으로 인출되도록 상기 회전샤프트를 상승시키는 승강유닛;
    상기 챔버의 내부공간 중 상기 스핀테이블의 하측에 장착되어, 상기 가공모재가 하강될 때 상기 가공모재의 하부를 가열하여 액상으로 용융시키는 가열유닛; 및
    상기 가공모재로부터 떨어지는 용탕액적의 낙하경로 상으로 고압의 기체 또는 액체를 분사하여, 상기 용탕액적을 무화시키는 분사유닛;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속분말 제조장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스핀테이블 중 다수 개의 장착홀이 배열되는 배열경로 상에는 상기 가공모재 및 회전샤프트가 통과 가능한 개방부가 형성되고,
    상기 스핀모터는, 어느 하나의 가공모재가 상기 장착홀로부터 상향 인출된 이후 상기 가공모재의 수직 하방에 개방부가 위치되도록 상기 스핀테이블을 회전시키며,
    상기 승강유닛은 상기 회전샤프트에 부착된 가공모재를 상기 개방부를 통해 하강시키는 것을 특징으로 하는 금속분말 제조장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 장착홀의 내벽에는 탄성을 갖는 패킹링이 장착되어, 상기 가공모재는 패킹링에 끼워맞춤 방식으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 금속분말 제조장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 모재공급유닛은, 상기 스핀테이블로부터 하향으로 이격되어 상기 스핀테이블과 일체로 자전되는 안착판을 더 포함하고,
    상기 장착홀에 삽입된 가공모재는 하단이 상기 안착판의 상면에 안착되는 것을 특징으로 하는 금속분말 제조장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전샤프트의 하단에는 인입홈이 형성되고,
    상기 자성체블록의 상면에는 상기 인입홈과 형합되는 형상의 삽입돌기가 구비되며, 상기 자성체블록의 저면에는 가공모재의 상단에 나사결합되는 체결나사가 구비되는 것을 특징으로 하는 금속분말 제조장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전유닛을 승강시켜 상기 가공모재가 승강되도록 하는 이송유닛을 더 구비하고,
    상기 이송유닛은, 상기 회전샤프트가 중심부를 관통하도록 장착되어 상기 챔버의 상부에 고정되는 고정프레임과, 상기 고정프레임의 하단으로부터 하향 연장되는 가이드바와, 상기 가이드바와 나란하게 배열되는 볼스크류와, 상기 볼스크류와 나사결합되어 상기 볼스크류의 회전방향에 따라 승강되며 상기 회전샤프트가 자전 가능한 구조로 장착되는 승강프레임과, 상기 볼스크류를 회전시키는 승강모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속분말 제조장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 이송유닛은, 상기 회전샤프트를 둘러싸는 중공관 형상으로 형성되어 상기 승강프레임에 고정결합되되 내부에 냉각수유로가 형성된 수냉축을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속분말 제조장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열유닛은, 상기 가공모재의 이동경로를 둘러싸도록 원통형으로 감긴 형상의 1차 가열코일과 2차 가열코일로 구성되며, 상기 2차 가열코일은 상기 1차 가열코일 하측에 위치되는 것을 특징으로 하는 금속분말 제조장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 분사유닛은, 상기 가공모재로부터 떨어지는 용탕액적의 낙하경로를 둘러싸는 원통 형상의 가이드관과, 상기 가이드관의 측방에 장착되어 상기 가이드관을 통과한 용탕액적에 고압의 가스를 분사하는 분사노즐과, 상기 분사노즐로 고압의 가스를 공급하는 가스공급관을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속분말 제조장치.
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