KR101782061B1 - 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 가스자동공급장치를 작동하여 가스공급배관을 통해 캐비넷의 내부에 헬륨 및 아르곤 가스를 투입하여 구리용융물에서 불순물을 분리 시킨 후 주조를 하며, 듀얼 캐비넷부를 회전시켜 카본도가니에 채워진 구리금속용융물을 구리커넥터 부품 금형 내부의 충전공간으로 유입시킬 시 불순물 상승 가이드부를 통해 불순물의 유입을 방지하여 고순도의 구리 커넥터 부품을 주조할 수 있는 진공원심주조장치에 관한 것이다.

Description

전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치{Vacuum centrifugal casting apparatus for making high purity copper connector parts for electric vehicle battery}

본 발명은 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치에 관한 것으로서, 특히 가스자동공급장치를 포함하는 진공원심주조장치를 이용하여 캐비넷의 내부에 헬륨 및 아르곤 가스를 주입하여 구리용융물에서 불순물을 분리시킨 후 주조를 하며, 듀얼 캐비넷부를 회전시켜 카본도가니에 채워진 구리금속용융물을 구리커넥터 부품 금형 내부의 충전공간으로 유입시킬 시 불순물 상승 가이드부를 통해 불순물의 유입을 방지하여 고순도의 구리 커넥터 부품을 제조할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 가스자동공급장치를 통하여 헬륨 및 아르곤 가스를 주입하여 동에서 불순물을 분리시킨 후 진공 또는 불활성분위기 하에서 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품을 주조할 수 있는 진공원심주조 장치에 관한 것이다.

크기가 작으면서도 정밀한 소형제품 또는 두께가 매우 얇은 박육의 제품을 주조를 통해 성형하는 경우에는 정밀 주조방식을 사용하게 되는데, 이러한 정밀주조방식의 하나로 사용되고 있는 방식이 진공원심주조이다.

진공원심주조는 일정속도 이상으로 회전하는 카본도가니에 용융물을 주입시키고 원심력에 의해 카본도가니로부터 이탈되는 용융물이 주형 내부에 충전됨으로써 제품을 성형하는 방식이다.

여기서, 의도한 고순도의 정밀한 제품을 얻기 위해서는 용융물에 불순물이 최대한 섞여있지 않도록 하는 것이 중요하다. 용융물에 불순물이 섞여 있거나, 주입 과정에서 불순물이 섞일 경우 완성된 제품의 품질이 떨어질 수 있는 문제점이 있다.

기존의 진공원심주조는 용융물에 섞여 있는 불순물을 분리시키는 작업 없이 바로 성형을 함으로써, 고순도의 제품을 주조하는데 한계가 있었다.

또한, 기존의 자동차 배터리용 구리 커넥터는 구리박판을 절단하고, 이것을 프레스 가공, 블랭킹 가공, 굽힘가공 등의 금속가공을 실시하여 제작하였기 때문에 생산 시간 및 비용이 증가 하였으며, 여러개의 부품으로 형성하였기 때문에 저항손실이 증가하는 문제점이 있었다.

진공원심주조장치에 관한 종래기술로는 대한민국공개특허 10-2009-68592호가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전기자동차 배터리의 구리 커넥터를 접합부가 없이 일체형으로 주조할 수 있으며, 가스자동공급장치를 통하여 캐비넷의 내부에 헬륨 및 아르곤 가스를 주입하여 구리용융물에서 불순물을 분리시켜 고순도의 구리 커넥터 부품을 제조할 수 있는 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는 전술한 과제로 제한되지 아니하며, 언급되지 아니한 또 다른 기술적 과제들은 후술할 내용으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 태양으로 카본도가니와 구리 커넥터 부품 금형이 수용되고, 덮개에 의해 밀폐되는 캐비넷; 상기 캐비넷에 결합되어 모터에 의해 구동되는 회전축; 상기 카본도가니를 가열하는 가열수단; 상기 캐비넷의 내부공간을 진공상태로 만드는 진공펌프; 및 상기 캐비넷의 내부공간에 헬륨 및 아르곤 가스를 공급하여 구리금속용융물에서 불순물을 분리시키는 가스자동공급장치;를 포함하고, 상기 가스자동공급장치의 가스공급배관은 상기 회전축의 상단 일측에 연결되고 내부에 체크밸브가 설치된 가스공급배관연결부와 연결되고, 상기 가스공급배관은 모터를 구동하여 상기 캐비넷을 회전시킴과 동시에 자동으로 가스공급배관연결부에서 분리되는 것을 특징으로 하는 하는 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치를 제공한다.

이때, 상기 덮개에는 상기 카본도가니와 마주하는 부분에 불순물 상승 가이드부가 형성된 되는 것이 가능하다.

또한, 상기 덮개를 덮으면 상기 불순물 상승 가이드부는 상기 카본도가니와 정합되고, 상기 불순물 상승 가이드부에 의해 구리금속용융물로부터 분리된 불순물이 상기 불순물 상승 가이드부의 상부면으로 이동하며, 상기 불순물 상승 가이드부의 상부면에 형성된 역류 방지턱에 의해 상기 불순물 상승 가이드부의 상부면으로 이동한 불순물이 역류하는 것이 방지되어 상기 불순물이 구리 커넥터 부품 금형으로 유입되는 것이 방지된다.

본 발명에 따른 고순도 전기자동차 배터리용 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치는 기존에 4개의 부품으로 이루어졌던 구리 커넥터를 1개의 부품으로 통합시켜 나사를 사용하지 않고 일체구조로 형성하여 배터리의 저항손실을 최소화 할 수 있으며, 생산 시간 및 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 가스자동공급장치를 통하여 캐비넷의 내부에 헬륨 및 아르곤 가스를 주입하여 구리용융물에서 불순물을 분리시킨 후 주조를 하며, 듀얼 캐비넷부를 회전시켜 카본도가니에 채워진 구리금속용융물을 구리커넥터 부품 금형 내부의 충전공간으로 유입시킬 시 불순물 상승 가이드부를 통해 불순물의 유입을 방지하여 고순도의 구리 커넥터 부품을 제조할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치의 외관 및 내부를 도시한 정면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치의 내부를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치에서 회전축의 내부 구조를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치에서 카본도가니 내부에 불순물 상승 가이드부가 위치하는 모습을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치에서 진공펌프의 공기흡입통로 및 가스자동공급장치의 가스공급통로의 이어짐을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치의 불순물 상승 가이드부를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치에서 듀얼 캐비넷부의 내부의 카본도가니와 금형 및 캐리어를 도시한 측면도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치에서 듀얼 캐비넷부의 내부에서 카본도가니에 대하여 금형 및 캐리어가 외측으로 이동한상태를 도시한 측면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치에서 듀얼 캐비넷부의 내부를 도시한 평면도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치에서 듀얼 캐비넷부의 캐리어가 외측으로 이동한 상태를 도시한 평면도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치에서 듀얼 캐비넷부의 내부에 위치한 캐리어를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치에 의해 제조된 구리 커넥터 부품을 나타내는 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지되어진 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치의 외관 및 내부를 도시한 정면도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치의 내부를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치에서 회전축의 내부 구조를 나타내는 사시도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치는 카본도가니(60)와 구리 커넥터 금형(100)이 내장되는 듀얼 캐비넷부(1)와 듀얼 캐비넷부(1)를 회전시키는 구동수단과 듀얼 캐비넷부(1)의 내부를 진공상태로 형성하기 위한 진공펌프(500)와 캐비넷(2)의 카본도가니(60)를 가열하는 고주파가열수단과 듀얼 캐비넷부(1) 내부에 헬륨 및 아르곤 가스를 공급하기 위한 가스자동공급장치(600) 및 제어부(200)를 포함하여 구성된다.

듀얼 캐비넷부(1)는 카본도가니(60)와 구리 커넥터 금형(100)이 장착될 공간을 제공한다. 듀얼 캐비넷부(1)는 한 쌍의 캐비넷(2)을 구비하며 한 쌍의 캐비넷(2)은 듀얼 캐비넷부(1)를 회전시키는 회전축(300)을 중심으로 대향하는 위치에 각각 형성되어 있다. 각각의 캐비넷(2)에는 카본도가니(60)가 위치하는 부분에 아래로 연장된 연장통(4)이 형성된다. 연장통(4)은 후술할 고주파가열부의 코일(9)에 둘러싸여 카본도가니(60)를 가열하는 역할을 한다.

또한 각각의 캐비넷(2)에는 캐비넷(2)의 내부공간을 진공상태로 만들기 위해 내부의 공기를 외부로 빼내는 역할 및/또는 캐비넷(2)의 내부에 가스를 공급하는 역할을 하는 가스공급 및 배출공(8)이 형성되고, 가스 공급 및 배출공(8)은 캐비넷(2)의 외부로 돌출된 가스공급 및 배출관(7)과 연결되어 있다.

구체적으로, 진공펌프(500)를 작동시키면 캐비넷(2) 내부의 산소가 가스공급 및 배출공(8)을 통해 흡입되어 캐비넷(2)의 외부로 돌출된 가스공급 및 배출관(7)을 통해 회전축(300)의 빈공간으로 흡입되어 캐비넷(2)의 내부가 진공상태로 만들어진다. 마찬가지로, 가스자동공급장치(600)을 작동시키면 회전축(300) 내부의 빈 공간을 통해 유입된 헬륨 및 아르곤 가스가 캐비넷(2)의 외부로 돌출되어 회전축(300)의 빈공간과 연결된 가스공급 및 배출관(7)을 통해 유입되어 가스공급 및 배출공(8)을 통해 캐비넷(2)의 내부로 유입된다.

듀얼 캐비넷부(1)의 내부에는 카본도가니(60) 및 구리 커넥터 부품 금형(100)이 탑재된 캐리어(20)가 위치한다. 듀얼 캐비넷부(1)의 구체적인 구성은 후술하기로 한다.

듀얼 캐비넷부(1)의 하부에는 듀얼 캐비넷부(1)를 회전시키기 위한 회전축(300)이 형성된다. 회전축(300)의 둘레에는 벨트풀리(301)가 구비되어 있으며 회전축(300)에서 떨어져 위치한 모터(미도시)와 다수의 벨트(302)들과 아이들풀리(303)를 통해 연결되어 있다. 따라서 모터가 구동되면 벨트(302)로부터 구동력을 전달받아서 벨트풀리(301)를 통해 회전축(300)이 회전한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 회전축의 내부의 중심에는 중심축(300a)이 형성되어 있으며 중심축(300a)과 외벽(300b) 사이에 축선방향으로 빈 공간이 형성되어 있다. 중심축(300a) 및 외벽(300b)의 상단과 듀얼 캐비넷부(1)의 하단이 맞닿는 부분에 결합력을 높이기 위해 결합수단(미도시)을 사용하는 것이 가능하다. 결합수단은 공지의 다양한 결합수단을 사용하는 것이 가능하다.

회전축(300) 내부의 빈공간은 후술할 진공펌프(500) 및 가스자동공급장치(600)을 통해 캐비넷(2)을 진공상태로 만들 때에 캐비넷(2) 내부의 공기를 흡입하여 이동시키는 통로의 역할 및 캐비넷(2)에 가스를 공급할 때 가스를 이동시키는 통로의 역할을 한다. 회전축(300)의 벨트풀리(301)의 위쪽에는 외부로 한 쌍의 돌출관(305)이 형성되며 각각의 돌출관(305)이 캐비넷(2)의 가스공급 및 배출관(7)과 연결되어 있어서 캐비넷(2)의 내부공간은 회전축(300)의 내부의 빈공간과 연결된다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치에서 진공펌프의 공기흡입통로 및 가스자동공급장치의 가스공급통로의 이어짐을 개략적으로 도시한 개념도이다.

도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 회전축(300)의 하단에는 진공배관연결부(400)가 연결된다. 진공배관연결부(400)의 일측에는 진공펌프(500)의 배관(501)이 연결되고 진공배관연결부(400)는 베어링부(402)를 통해 회전축(300)과 연결된다. 베어링부(402)는 회전하지 않는 진공배관연결부(400)와 회전하는 회전축(300)을 상대회전이 가능하게 연결하는 역할을 한다. 진공배관연결부(400)의 내부에는 빈공간이 형성되며, 진공펌프(500)의 진공배관(501)이 진공배관연결부(400)의 일측에 연결되어 있고 진공배관연결부(400)의 빈공간은 회전축(300)의 내부의 빈공간과 연결되어 있다. 진공배관연결부(400)와 회전축(300)의 연결부분에는 기밀성능의 향상을 위해 오링(미도시)이 설치될 수 있다.

또한, 회전축(300)의 상단 일측에는 가스공급배관연결부(602)가 연결된다. 가스공급배관연결부(602)의 내부에는 빈공간이 형성되며, 가스공급장치(600)의 가스공급배관(601)이 가스공급배관연결부(602)의 일측에 연결되어 있고 가스공급배관연결부(602)의 빈공간은 회전축(300)의 내부의 빈공간과 연결되어 있다.

이와 같이 진공배관연결부(400)의 빈공간과 회전축(300)의 빈공간이 서로 연결되어 있기 때문에 진공펌프(500)의 배관(501)이 진공배관연결부(400)에만 연결되더라도 캐비넷(2)의 내부의 공기를 빨아들일 수 있으며, 회전축(300)의 빈공간과 가스공급배관연결부(602)의 빈공간이 연결되어 있기 때문에 가스자동공급장치(600)를 통하여 캐비넷(2)의 내부에 헬륨 및 아르곤 가스를 공급할 수 있다. 따라서 진공원심주조장치의 내부에 진공펌프(500) 및 가스공급장치(600)에서 캐비넷(2)으로 이어지는 별도의 배관이 구비될 필요가 없고 그 결과 진공원심주조장치의 내부에서 자유로운 부품의 배치가 가능한 장점이 있다.

고주파가열부는 카본도가니(60)를 가열하기 위한 것으로서 코일(9)을 이용한 고주파가열방식의 장치가 적용되며 고주파가열부는 캐비넷(2)의 하부에 노출된 연장통(4)을 고주파가열부의 코일(9)이 감쌀 수 있는 위치에서 상하방향으로 코일(9)을 승강시키는 승강부(미도시)를 구비한다. 고주파가열부의 이외의 구성들 및 승강부는 도면에 도시되지는 않았지만 주지관용기술을 적용하여 용이하게 구현할 수 있는 공지된 구성이므로 구체적인 설명은 생략한다.

진공펌프(500)는 캐비넷(2) 내부의 공기를 흡입하여 캐비넷(2)의 내부를 진공상태로 만들어주기 위한 것으로서 진공펌프(500)에서 공기를 흡입하기 위한 진공배관(501)은 진공배관연결부(400)의 일측에 연결된다. 이때, 진공배관(501)에 개폐밸브(미도시)가 형성되어 가스자동공급장치(600)에서 가스를 공급할 때 진공배관(501)을 폐쇄시킨다.

가스자동공급장치(600)는 캐비넷(2)의 내부에 헬륨 및 아르곤 가스를 공급하여 구리 용융물에서 불순물을 분리시키기 위한 것으로서 가스자동공급장치(600)에서 헬륨 및 아르곤 가스를 공급하기 위한 가스공급배관(601)은 가스공급배관연결부(602)와 연결된다. 이때, 가스공급배관(601)에 개폐밸브(미도시)가 형성되며, 진공펌프(500)가 작동할 때 가스공급배관(601)을 폐쇄시킨다.

가스공급배관연결부(602)의 내부에는 체크밸브(미도시)가 설치되어 있어 가스공급배관(601)이 회전축(300)으로부터 분리되더라도 기밀이 유지된다. 체크밸브는 도면에 도시되지는 않았지만 주지관용기술을 적용하여 용이하게 구현할 수 있는 공지된 구성이므로 구체적인 설명은 생략한다.

제어부(200)는 캐비넷(2)을 회전시키는 모터, 고주파가열부, 진공펌프(500) 및 가스자동공급장치(600)의 작동을 제어한다.

도 4은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치에서 카본도가니 내부에 불순물 상승 가이드부가 위치하는 모습을 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치에서 진공펌프의 공기흡입통로 및 가스자동공급장치의 가스공급통로의 이어짐을 개략적으로 도시한 개념도이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치의 불순물 상승 가이드부를 나타내는 사시도이고, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치에서 듀얼 캐비넷부의 내부의 카본도가니와 금형 및 캐리어를 도시한 측면도이고, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치에서 듀얼 캐비넷부의 내부에서 카본도가니에 대하여 금형 및 캐리어가 외측으로 이동한상태를 도시한 측면도이고, 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치에서 듀얼 캐비넷부의 내부를 도시한 평면도이고, 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치에서 듀얼 캐비넷부의 캐리어가 외측으로 이동한 상태를 도시한 평면도이고, 도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치에서 듀얼 캐비넷부의 내부에 위치한 캐리어를 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 4 내지 도 11을 참조하여, 본 발명에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치의 듀얼 캐비넷부(1)의 구성을 구체적으로 설명한다.

듀얼 캐비넷부(1)의 각각의 캐비넷(2)은 내부에 카본도가니(60) 및 구리 커넥터 부품 금형(100)이 내장되기 위한 빈 공간이 형성되고, 빈 공간의 상부를 밀폐하기 위한 덮개(3)가 구비되고, 캐비넷(2)의 일측에 덮개(3)를 잠그기 위한 잠금수단(700)이 형성된다. 또한, 덮개(3)에는 카본도가니(60)와 마주하는 부분에 불순물 상승 가이드부(6)가 형성되어 있다.

덮개(3)를 덮어서 잠그면 카본도가니(60)의 상부는 덮개(3)에 의해 폐쇄되고, 덮개(3)에 형성된 불순물 상승 가이드부(6)는 도4에 도시된 바와 같이 카본도가니(60)의 내부에 들어가 카본도가니(60) 내부의 상단에 위치하게 된다. 불순물 상승 가이드부(6)의 구체적인 구성은 후술하기로 한다.

잠금수단(700)은 캐비넷(2)에 힌지고정된 너트와 너트에 나사결합된 볼트부로 구성되어 덮개(3)를 덮은 상태에서 볼트부를 돌려주면 너트와의 나사결합에 의해 볼트부가 하강하여 볼트부의 머리가 덮개(3)를 꽉 눌러 잠그게 된다. 덮개(3)에는 캐비넷(2)의 내부를 육안으로 볼 수 있도록 투시창(5)이 형성된다. 캐비넷(2)에 카본도가니(60)가 투입된 상태에서 덮개(3)를 잠그어주면 덮개(3)가 카본도가니(60)의 상부를 폐쇄하게 된다. 덮개(3)에는 카본도가니(60)의 상부를 밀폐시키기 위해 푹신한 재질의 완충패드(미도시)가 구비될 수 있다.

캐비넷(2)의 내부에 설치되는 캐리어(20)는 상부에 구리 커넥터 금형(100)장착을 위한 홈구조의 금형안착부(21)가 형성되며, 캐리어(20)의 하부에는 후술할 레일(25)을 따라 슬라이드 이동하기 위한 슬라이드부(23)가 형성되고, 캐리어(20)의 양쪽 외측면에는 후술할 걸림부(10)에 걸리는 걸림돌기(22)가 형성된다. 캐리어(20)의 걸림돌기(22)는 소정의 원심력이 발생하면 걸림부를 쉽게 타고 넘어갈 수 있도록 돌출된 부분이 점진적으로 돌출되는 곡면으로 이루어진다. 캐리어(20)의 상부에는 금형(100)을 고정하기 위한 구조로서 볼트고정구조가 추가로 사용될 수도 있다.

캐비넷(2)의 내부 바닥면에는 캐리어(20)가 직선이동하는 경로를 제공하기 위해 캐리어(20)의 슬라이드부(23)와 결합하는 레일(25)이 형성된다. 캐리어(20)가 레일(25)에서 이탈하지 않도록 하는 구체적인 구성은 공지된 구성이므로 구체적인 설명은 생략한다. 레일(25)이 끝나는 지점에 인접한 캐비넷(2)의 내벽에는 완충부(26)가 형성된다. 완충부(26)는 캐비넷(2)의 외측으로 이동하는 캐리어(20)가 정지할 때에 받는 충격을 감소시켜서 금형(100), 캐비넷(2) 등에 충격이 가해져서 장치의 손상을 일으키는 것을 방지하기 위한 것이다. 완충부(26)의 재질은 내열성이 우수한 유리섬유재질의 스폰지가 적용될 수 있으며, 이외에도 스프링(11) 등으로 탄성지지 되는 것들을 비롯하여 공지된 다양한 형태의 완충수단이 적용될 수 있다.

캐비넷(2)의 양측 내벽에는 걸림부(10)가 형성된다. 걸림부(10)는 스프링(11)에 의해 탄성지지되어 출몰이 가능하게 설치되는 금속볼(12)을 구비한다. 걸림부(10)는 레일(25)을 타고 직선이동이 가능한 캐리어(20)를 위치고정하기 위한 것이다. 캐리어(20)가 회전을 시작하기 이전에는 캐리어(20)의 양측에 형성된 걸림돌기(22)가 캐비넷(2)의 걸림부(10)의 금속볼(12)에 걸려서 움직이지 않는 상태에 있고 캐리어(20)의 걸림돌기(22)가 걸림부(10)의 금속볼(12)을 타고 넘어가서 걸림상태가 해제되면 캐리어(20)는 레일(25)을 타고 이동할 수 있다. 즉 캐리어(20)에 작용하는 원심력이 설정값 이하인 경우에는 캐리어(20)는 걸림부(10)의 금속볼(12)에 걸려서 제위치를 유지하게 되며 캐리어(20)에 작용하는 원심력이 설정값을 넘어서는 경우에는 캐리어(20)의 걸림돌기(22)가 걸림부(10)의 금속볼(12)을 밀어서 금속볼(12)이 내부로 후퇴하면서 캐리어(20)의 걸림상태가 해제되어 캐리어(20)가 이동하게 된다. 캐리어(20)가 걸림상태를 유지하게 하는 걸림부(10)의 금속볼(12)의 탄성지지의 세기(설정값에 해당)는 스프링(11)의 강성을 적절히 선택하여 설정될 수 있다.

카본도가니(60)는 구리금속 원재료가 투입되어 용융되는 곳으로서 상부가 개방되어 있고 일측에 일방향으로 연장된 주둥이(62)가 형성된다. 카본도가니(60)의 주둥이(62)는 카본도가니(60)의 내부에 채워진 구리금속용융물을 구리 커넥터 부품 금형(100)으로 이동시키기 위한 경로를 제공하는 것으로서 본 발명의 장치에 사용되는 카본도가니(60)의 주둥이(62)는 구리 커넥터 부품 금형(100)의 이동거리에 대응하는 길이만큼 길게 형성되어 있다.

불순물 상승 가이드부(6)는 덮개(3)의 카본도가니(60)와 마주하는 부분에 형성되어 있으며, 덮개(3)를 덮을 시 불순물 상승 가이드부(6)는 카본도가니(60)의 내부에 들어가 카본도가니(60) 내부의 상단에 위치하게 되며, 불순물 상승 가이드부(6)는 카본도가니(60)와 정합된다.

또한, 불순물 상승 가이드부(6)의 상부면에는 다수의 역류 방지턱(6a)가 형성되어 있어, 불순물 상승 가이드부(6)의 상부면에 있는 불순물이 역류하는 것을 방지하는 역할을 한다.

불순물 상승 가이드부(6)는 가스자동공급장치(600)로부터 공급된 헬륨 및 아르곤 가스에 의해 구리금속용융물에서 불순물이 분리될 때 불순물이 구리 커넥터 부품 금형(100)에 주입되지 않도록 방지하는 역할을 한다.

구체적으로, 가스자동공급장치(600)로부터 공급된 헬륨 및 아르곤 가스에 의해 구리금속용융물로부터 분리된 불순물은 구리금속용융물의 표면에 뜨게 된다. 이후, 듀얼 캐비넷부(1)가 회전하면 카본도가니(60)에 원심력이 작용하여 카본도가니(60)에 채워진 구리금속용융물이 카본도가니(60)의 주둥이(62)를 따라 구리 커넥터 부품 금형(100)의 주입통로(101)를 통해 구리 커넥터 부품 금형(100) 내부의 충전공간(102)으로 유입된다. 이때, 불순물도 같이 유입되는 것을 방지하기 위해 불순물 상승 가이드부(6)를 형성하여 카본도가니(60)에 원심력이 작용해도 구리금속용융물 표면에 떠있는 불순물이 불순물 상승 가이드부(6)에 의해 원심력이 작용하는 방향으로 이동하면서 불순물 상승 가이드부(6)를 따라 위쪽으로 상승하여 불순물 상승 가이드부(6)의 상부면으로 이동하게 되며, 불순물 상승 가이드부(6)의 상부면으로 이동된 불순물은 불순물 상승 가이드부(6)의 상부면에 형성된 역류 방지턱(6a)에 의해 역류되는 것이 방지 되어 불순물이 카본도가니(60)의 주둥이(62)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

불순물 상승 가이드부(6)의 형태를 구체적으로 설명하면, 불순물 상승 가이드부(6)의 안내판(6b)은 수평 연장된 평면부(6c)에 이어지는 경사부(6d)가 개구까지 이어진 형태로서 안내판(6b)의 평면부(6c)는 구리금속용융물의 수면 아래에 잠겨져 있다. 따라서, 구리금속용융물로부터 분리된 불순물은 안내판(6b)을 타고 상승하기 때문에 주둥이(62)로 유입되지 않고, 따라서 구리 커넥터 부품 금형(100)으로 유입되지 않는다.

불순물 상승 가이드부(6)는 카본, 세라믹 등의 내열재료로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 고온의 구리금속용융물 안에서도 녹아내리거나 타버리지 않는 재질이면 가능하다.

이하에서는 본 발명에 따른 진공원심주조장치의 작동에 대하여 설명한다.

카본도가니(60)에 구리금속 원재료가 투입된 후, 덮개(3)를 덮고 캐비넷(2)의 내부를 진공펌프(500)를 작동하여 진공상태로 만든다. 이때, 덮개(3)의 카본도가니(60)와 마주하는 부분에 형성된 불순물 상승 가이드부(6)는 카본도가니(60)의 내부에 들어가 카본도가니(60) 내부의 상단에 위치하게 된다.

캐비넷(2)의 내부가 진공상태가 된 후, 가스자동공급장치(600)을 작동하여 캐비넷(2)의 내부에 헬륨 및 아르곤 가스를 공급시킨다.

이후, 고주파가열부를 상승시켜 고주파가열부의 코일(9)이 연장통(4)을 둘러싸서 헬륨 및 아르곤 분위기 하에서 카본도가니(60)를 가열하여 구리금속 원재료를 용융시키고, 용융 시에 구리금속용융물에서 불순물이 분리된다. 이때, 구리금속용융물로부터 분리된 불순물은 구리금속용융물의 표면에 뜨게 된다.

카본도가니(60)를 가열하여 구리금속 원재료가 충분히 용융됨과 동시에, 헬륨 및 아르곤 가스에 의해 구리금속용융물에서 불순물이 충분히 분리되면, 고주파가열부를 하강시켜서 듀얼 캐비넷부(1)가 회전할 수 있는 상태가 되도록 한 후, 모터를 구동하여 캐비넷(2)을 회전시켜 구리금속용융물을 구리 커넥터 부품 금형(100)으로 주입시킴과 동시에 진공원심주조장치의 회전축(300) 상단 일측에 연결된 가스공급배관연결부(602)에 연결되어 있던 가스공급배관(601)이 자동으로 분리된다. 즉, 제어부(200)의 회전 스위치를 누름과 동시에 가스공급배관(601)이 자동으로 분리된다.

듀얼 캐비넷부(1)가 회전하면 카본도가니(60)에 원심력이 작용하여 카본도가니(60)에 채워진 구리금속용융물이 카본도가니(60)의 주둥이(62)를 따라 구리 커넥터 부품 금형(100)의 주입통로(101)를 통해 구리 커넥터 부품 금형(100) 내부의 충전공간(102)으로 유입된다. 이때, 가스공급배관연결부(602) 내부에 설치된 체크밸브(미도시)에 의해 가스공급배관(601)이 회전축(300)으로부터 분리되더라도 기밀이 유지된다. 체크밸브는 도면에 도시되지는 않았지만 주지관용기술을 적용하여 용이하게 구현할 수 있는 공지된 구성이므로 구체적인 설명은 생략한다.

회전축(300)이 회전하여 캐비넷(2)이 회전하면 금형(100)이 장착된 캐리어(20)에 원심력이 작용하게 되며 캐비넷(2)의 회전속도가 빨라질수록 캐리어(20)에 작용하는 원심력은 커진다. 따라서 캐비넷(2)이 최고 회전속도에 도달하면 캐리어(20)의 원심력은 최대로 되고 이 때 캐리어(20)의 원심력이 캐비넷(2)의 걸림부(10)의 걸림상태를 유지하는 기준치 힘을 넘어서게 되면 캐리어(20)는 걸림부(10)를 타고 넘으면서 캐비넷(2)의 벽체로 이동하게 된다.

캐리어(20)가 벽체로 이동하면 회전축(300)으로부터의 캐리어(20)의 거리가 증가하기 때문에 순간적으로 원심력이 급격히 증가되게 되는 것이다. 캐리어(20)가 ℓ1만큼 이동하면 캐리어(20)에 장착된 금형(100)도 ℓ1만큼 함께 이동하기 때문에 회전축(300)으로부터 금형(100)까지의 거리도 역시 동일하게 ℓ1만큼 증가한다. 이 때 금형(100)의 주입통로(101)는 금형(100)이 이동하는 길이(ℓ1)보다 크도록 형성되어 금형(100)이 이동하더라도 카본도가니(60)의 주둥이(62)가 금형(100)의 주입통로(101)에서 빠지지 않게된다. 회전하는 캐비넷(2)에서 금형(100)이 외측으로 ℓ1만큼 이동함에 따라 금형(100)에 작용하는 원심력은 급격히 증가하며(원심력=팔길이*(각속도)제곱)이므로 팔길이가 ℓ1만큼 증가하면 원심력은 그만큼 증가함), 이는 금형(100)에 채워진 금속용융물에 작용하는 원심력도 역시 급격히 증가되는 결과를 가져온다. 따라서 급격히 증가된 원심력에 의해 금형(100) 내부에 채워진 금속용융물은 금형(100) 내부의 충전공간(102)으로 강하게 밀려들어가서 충전공간(102)의 틈새를 남기지않고 완전한 충전을 가능하게 한다.

이때, 구리금속용융물에서 분리되어 구리금속용융물의 표면에 떠있던 불순물은 원심력이 작용해도 카본도가니(60)상단에 위치한 불순물 상승 가이드부(6)에 의해 원심력이 작용하는 방향으로 이동하면서 불순물 상승 가이드부(6)를 따라 위쪽으로 상승하게 되기 때문에 카본도가니(60)의 주둥이(62)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

한편 금형(100)이 최고속도에 도달한 후에 금형(100)이 이동하면 캐비넷(2)의 관성모멘트가 증가하지만 이러한 관성모멘트의 증가는 이미 캐비넷(2)이 최고 회전속도에 있는 상태에서 모터가 지속적으로 회전력을 제공하고 있기 때문에 실제적으로 캐비넷(2)의 회전속도의 저하는 거의 일어나지 않는다.

만약 처음부터 캐리어(20)가 캐비넷(2)의 내부공간에서 회전축(300)으로부터 멀리 떨어진 위치에 배치된 경우라면, 정지상태에서부터 캐비넷(2)의 관성모멘트가 크기 때문에 캐비넷(2)의 회전속도를 증가시키는데에 좀 더 시간이 오래걸릴 것이다. 이는 동일 질량의 물체를 동일한 토크로 회전시킬 경우 팔길이가 길어지면 관성모멘트가 커서 최고 회전속도까지 도달하는데 소요되는 시간이 커지기 때문이다.

캐비넷(2)이 회전을 시작한 시점부터는 가능한 빨리 캐비넷(2)이 최고 회전속도에 도달해야 구리용융물이 금형(100)의 충전공간(102)을 완전히 채우기 이전에 용융물이 응고되는 것을 막을 수 있다.

본 발명에서는 캐비넷(2)에 내장된 캐리어(20)를 초기에는 회전축(300)에 가깝게 배치함으로써 최고 회전속도에 도달하는 시간을 가능한 짧게 하고 최고 속도에 도달한 다음에는 캐리어(20)가 이동하여 원심력의 급격한 증가를 가져오기 때문에 구리용융물이 응고하기 이전에 금형(100) 내부의 충전공간(102)을 완전히 채워주게 되어 매우 높은 품질의 주조물을 얻을 수가 있다.

또한, 가스자동공급장치(600)를 작동하여 가스공급배관(601)을 통해 캐비넷(2)의 내부에 헬륨 및 아르곤 가스를 투입하여 구리용융물에서 불순물을 분리 시킨 후 성형을 하며, 듀얼 캐비넷부(1)를 회전시켜 카본도가니(60)에 채워진 구리금속용융물을 구리 커넥터 부품 금형(100) 내부의 충전공간(102)으로 유입시킬 시 불순물 상승 가이드부(6)를 통해 불순물의 유입을 방지하기 때문에 고순도의 구리 커넥터 부품을 얻을 수가 있다.

구체적으로, 듀얼 캐비넷부(1)가 회전하면 카본도가니(60)에 원심력이 작용하여 카본도가니(60)에 채워진 구리금속용융물이 카본도가니(60)의 주둥이(62)를 따라 구리 커넥터 부품 금형(100)의 주입통로(101)를 통해 구리 커넥터 부품 금형(100) 내부의 충전공간(102)으로 유입된다. 이때, 가스자동공급장치(600)로부터 공급된 헬륨 및 아르곤 가스에 의해 구리금속용융물로부터 분리되어 구리금속용융물의 표면에 떠있는 불순물도 같이 유입되는 것을 방지하기 위해 불순물 상승 가이드부(6)를 형성하여 카본도가니(60)에 원심력이 작용해도 구리금속용융물 표면에 떠있는 불순물이 불순물 상승 가이드부(6)에 의해 원심력이 작용하는 방향으로 이동하면서 불순물 상승 가이드부(6)를 따라 위쪽으로 상승하여 불순물 상승 가이드부(6)의 상부면으로 이동하게 되며, 불순물 상승 가이드부(6)의 상부면으로 이동된 불순물은 불순물 상승 가이드부(6)의 상부면에 형성된 역류 방지턱(6a)에 의해 역류되는 것이 방지 되어 불순물이 카본도가니(60)의 주둥이(62)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

도 12 및 도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치에 의해 제조된 구리 커넥터 부품을 나타내는 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치를 사용하여 제조한 구리 커넥터 부품은 제품의 정밀도가 우수하며, 가스자동공급장치(600)를 통해 구리용융물에서 불순물을 충분히 분리시킴과 동시에 불순물 상승 가이드부(6)를 통해 구리 커넥터 부품 금형(100)으로 불순물이 주입되는 것을 방지하기 때문에 고순도의 구리 커넥터 부품을 생산할 수 있다.

또한, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 기존에 4개의 부품으로 이루어졌던 구리 커넥터 부품을 1개의 부품으로 통합시켜 나사를 사용하지 않고 일체구조로 형성하기 때문에 전기자동차 배터리의 저항손실을 최소화 할 수 있으며, 생산 시간 및 비용을 절감할 수 있다.

상기 본 발명의 실시예의 설명에서 캐리어(20)의 걸림상태가 해제되는 회전속도를 최고회전속도로 설명하였으나 걸림상태의 해제는 반드시 최고회전속도에서 발생하는 것으로 국한될 필요는 없으며 필요에 따라 적절한 속도에서 걸림해제가 발생하도록 할 수 있다.

또한 캐비넷(2)에 대한 캐리어(20)의 걸림상태 유지구조는 위 실시예의 구조에 한정되지 않으며 전기적으로 작동하는 솔레노이드를 사용하여 제어부(200)가 설정된 회전속도에서 솔레노이드를 작동시켜서 캐리어(20)의 걸림상태를 해제하는 방식을 적용할 수도 있다.

결국, 본 발명은 가스자동공급장치(600)을 통하여 캐비넷(2)의 내부에 헬륨 및 아르곤 가스를 주입하여 구리용융물에서 불순물을 분리시킨 후 성형을 하며, 듀얼 캐비넷부(1)를 회전시켜 카본도가니(60)에 채워진 구리금속용융물을 구리 커넥터 부품 금형(100) 내부의 충전공간(102)으로 유입시킬 시 불순물 상승 가이드부(6)를 통해 불순물의 유입을 방지하기 때문에 고순도의 구리 커넥터 부품을 제조할 수 있다.

또한, 기존에 4개의 부품으로 이루어졌던 구리 커넥터를 1개의 부품으로 통합함으로써 나사를 사용하지 않고 일체구조로 형성하여 전기자동차 배터리의 저항손실을 최소화 할 수 있으며, 생산 시간 및 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.

1 : 듀얼 캐비넷부
2 : 캐비넷
3 : 덮개
4 : 연장통
5 : 투시창
6 : 불순물 상승 가이드부
6a : 역류 방지턱
6b : 안내판
6c : 평면부
6d : 경사부
7 : 가스공급 및 배출관
8 : 가스공급 및 배출공
9 : 코일
10 : 걸림부
11 : 스프링
12 : 금속볼
20 : 캐리어
21 : 금형안착부
22 : 걸림돌기
26 : 완충부
60 : 카본도가니
62 : 주둥이
100 : 구리 커넥터 부품 금형
101 : 주입통로
102 : 충전공간
200 : 제어부
300 : 회전축
300a : 중심축
300b : 외벽
301 : 벨트풀리
302 : 벨트
303 : 아이들풀리
305 : 돌출관
400 : 진공배관연결부
402 : 베어링부
500 : 진공펌프
501 : 진공배관
600 : 가스자동공급장치
601 : 가스공급배관
602 : 가스공급배관연결부

Claims (3)

1. 카본도가니와 구리 커넥터 부품 금형이 수용되고, 덮개에 의해 밀폐되는 캐비넷;
   상기 캐비넷에 결합되어 모터에 의해 구동되는 회전축;
   상기 카본도가니를 가열하는 가열수단;
   상기 캐비넷의 내부공간을 진공상태로 만드는 진공펌프; 및
   상기 캐비넷의 내부공간에 헬륨 및 아르곤 가스를 공급하여 구리금속용융물에서 불순물을 분리시키는 가스자동공급장치;를 포함하고,
   상기 가스자동공급장치의 가스공급배관은 상기 회전축의 상단 일측에 연결되고 내부에 체크밸브가 설치된 가스공급배관연결부와 연결되고,
   상기 가스공급배관은 모터를 구동하여 상기 캐비넷을 회전시킴과 동시에 자동으로 가스공급배관연결부에서 분리되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 덮개에는 상기 카본도가니와 마주하는 부분에 불순물 상승 가이드부가 형성된 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 덮개를 덮으면 상기 불순물 상승 가이드부는 상기 카본도가니와 정합되고,
   상기 불순물 상승 가이드부에 의해 구리금속용융물로부터 분리된 불순물이 상기 불순물 상승 가이드부의 상부면으로 이동하며,
   상기 불순물 상승 가이드부의 상부면에 형성된 역류 방지턱에 의해 상기 불순물 상승 가이드부의 상부면으로 이동한 불순물이 역류하는 것이 방지되어 상기 불순물이 구리 커넥터 부품 금형으로 유입되는 것이 방지되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리용 고순도 구리 커넥터 부품의 제조를 위한 진공원심주조장치.

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