KR101891519B1 - 분말 정량 투입장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분말 정량 투입장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 스크류를 설치하되, 최하단에는 촘촘한 구조의 스크류를 배치함으로써 정밀하게 분말 토출량을 제어할 수 있으며, 용기를 적어도 2 이상으로 분해할 수 있는 구조로 구성하고, 스크류를 착탈 가능하게 구성함으로써, 복수의 스크류를 분말의 크기, 토출량 등의 특성에 맞추어 손쉽게 교체할 수 있는 분말 정량 투입장치에 관한 것이다.

Description

분말 정량 투입장치{Powder dosing device}

본 발명은 분말 정량 투입장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 스크류를 설치하되, 최하단에는 촘촘한 구조의 스크류를 배치함으로써 정밀하게 분말 토출량을 제어할 수 있으며, 용기를 적어도 2 이상으로 분해할 수 있는 구조로 구성하고, 스크류를 착탈 가능하게 구성함으로써, 복수의 스크류를 분말의 크기, 토출량 등의 특성에 맞추어 손쉽게 교체할 수 있는 분말 정량 투입장치에 관한 것이다.

일반적으로 식품 원료, 의약품, 시멘트, 금속의 분말은 정량적으로 투입하기 위한 장치가 이용되고 있다. 특히 연구실 또는 실험실 등에서 사용되는 분말 정량 투입장치는 산업 현장과 달리 사용량은 적은 반면, 정확한 양을 공급하여야 실험 결과에 대한 신뢰성을 확보할 수 있다. 그리고 연구실 등에서는 입경이 nm 사이즈부터 mm 사이즈까지 다양한 분말을 이용하기 때문에 분말 크기에 따른 정량 투입량의 신뢰성과 안정성을 확보하는 것이 중요하다.

현재 연구실 등에서 사용되는 분말 정량 투입장치는 도 4의 사진에 나타난 체코 제품이 이용되고 있으나, 정밀한 양의 분말이 토출되지 않고 정확한 통제가 어려운 실정이다.

대한민국 등록특허 제10-1083651호(2011.11.15.) 대한민국 등록실용 20-0369202(2004.12.04.) 대한민국 공개특허 제10-2012-0108541호(2012.10.05.)

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 복수의 스크류를 설치하되, 최하단에는 촘촘한 구조의 스크류를 배치함으로써 정밀하게 분말 토출량을 제어할 수 있는 분말 정량 투입장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 용기를 적어도 2 이상으로 분해할 수 있는 구조로 구성하고, 스크류를 착탈 가능하게 구성함으로써, 복수의 스크류를 분말의 크기, 토출량 등의 특성에 맞추어 손쉽게 교체할 수 있는 분말 정량 투입장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 분말 정량 투입장치는, 분말을 수용하고 분말 투입구와 분말 토출구가 마련되는 용기;와 상기 용기 상단에 설치되는 회전모터;와 일단은 상기 회전모터에 연결되고 상기 용기 내부에 수직하게 삽설되는 회전축;과 상기 회전축에 설치되는 복수의 회전봉;과 상기 회전축의 하단에 설치되는 스크류;와 상기 회전모터 상단에 배치되며 분말 공급량을 제어할 수 있는 콘트롤러;를 포함하는 분말 정량 투입장치에 있어서,
상기 용기는, 상기 분말 투입구가 마련되는 상부 몸체부;와 상기 상부 몸체부의 하단에 착탈 가능하게 결합하는 중간 몸체부;와 상기 중간 몸체부의 하단에 착탈 가능하게 결합하고 상기 분말 토출구가 마련되는 하부 몸체부;로 이루어지되, 상기 중간 몸체부는 상광하협 구조의 경사부와, 상기 경사부 하단에서 연장되는 원통 구조의 연장부로 이루어지고, 상기 하부 몸체부는 상기 연장부에 결합하는 결합부와, 상기 결합부보다 작은 직경으로 이루어지는 원통 구조의 분말 토출구로 이루어지며,
상기 스크류는, 봉 형상의 스크류 몸체;와, 상기 스크류 몸체 상에 형성되는 스크류 날개;로 이루어지되, 상기 회전봉의 하단에 착탈 가능하게 결합하며 중간 몸체부 내에 배치되는 1차 스크류와 상기 1차 스크류의 하단에 착탈 가능하게 결합하고 하부 몸체부 내에 배치되는 2차 스크류로 이루어지며, 상기 2차 스크류는 1차 스크류에 비해 스크류 날개의 피치가 조밀하며 직경 내지 깊이도 작게 이루어지고,
상기 용기의 내주면, 회전봉, 스크류에는 그래핀 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 복수의 회전봉은 상기 회전축에 상하로 이격하여 배치되되, 상하로 이웃하는 회전봉들은 서로 평행하지 않으며 예각을 형성하도록 배치하고, 회전봉 양단에는 분말 속을 파고들 수 있도록 관통체가 설치된 것을 특징으로 한다.

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이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 분말 정량 투입장치는 복수의 스크류를 설치하되, 최하단에는 촘촘한 구조의 스크류를 배치함으로써 정밀하게 분말 토출량을 제어할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 분말 정량 투입장치는 용기를 적어도 2 이상으로 분해할 수 있는 구조로 구성하고, 스크류를 착탈 가능하게 구성함으로써, 복수의 스크류를 분말의 크기, 토출량 등의 특성에 맞추어 손쉽게 교체할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 분말 정량 투입장치를 도시하는 단면면이다.
도 2는 도 1의 분해 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 분말 정량 투입장치의 다른 실시예를 도시하는 단면도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 분말 정량 투입장치를 도시하는 단면면이고, 도 2는 도 1의 분해 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 분말 정량 투입장치는 크게 분말을 수용하고 분말 투입구(112)와 분말 토출구(115b)가 마련되는 용기(110)와, 상기 용기(110) 상단에 설치되는 회전모터(130)와, 일단은 상기 회전모터(130)에 연결되고 상기 용기(110) 내부에 수직하게 삽설되는 회전축(131)과, 상기 회전축(131)에 설치되는 복수의 회전봉(133)과, 상기 회전축(131)의 하단에 설치되는 스크류(150)와, 상기 회전모터(130) 상단에 배치되며 분말 공급량을 제어할 수 있는 콘트롤러(170)를 포함하여 구성된다.

상기 콘트롤러(170)는 사용자가 분말 공급량을 정하거나 회전모터의 회전 속도 등을 조절할 수 있는 조작버튼과, 회전 속도나 분말 공급량 등을 시각적으로 확인할 수 있는 디스플레이로 구성될 수 있다.

또한 상기 콘트롤러(170)에는 모터의 작동을 0.1RPM의 회전수로 조절하고, calibration 할 수 있도록 내장된 프로그램을 구비하고 있으며, 기능 미세 토출부터 다량 토출까지 다단계로, 예를 들어 3단계로 조절할 수 있도록 해준다.

상기 용기(110)는 조립 구조이며, 플라스틱, 유리, 금속 등 다양한 소재로 구성할 수 있으나 중량 및 조립성 등을 고려할 때 플라스틱 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고 상기 용기(110)는 아래로 잘록한 모양으로 중력에 의해 분말이 자연스럽게 아래로 이동할 수 있는 구조이며, 청소, 부품조립 및 고장시 조치가 간편하게 구성되는 것이 바람직하다. 상기 용기는 실험실용 내지 연구실용의 경우 1리터 내지 3리터의 용량으로 구성하는 것을 예시할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이러한 조립 구조의 용기(110)는 크게 상부 몸체부(111)와, 중간 몸체부(113)와, 하부 몸체부(115)로 구성될 수 있다.

보다 구체적으로 상기 용기(110)는 분말 투입구(112)가 마련되는 상부 몸체부(111)와, 상기 상부 몸체부(111)의 하단에 착탈 가능하게 결합하는 중간 몸체부(113)와, 상기 하부 몸체부(115)의 하단에 착탈 가능하게 결합하고 상기 분말 토출구(115b)가 마련되는 하부 몸체부(115)로 이루어질 수 있다.

상기 용기(110)를 구성하는 각 몸체부(111,113,115)들은 나사 결합 방식이나, 억지 끼움 방식으로 결합될 수 있다.

상기 상부 몸체부(111)의 상단 중앙에는 상기 회전축(131)이 관통하여 설치된다.

상기 중간 몸체부(113)는 상광 하협 구조의 경사부(113a)와, 상기 경사부(113a) 하단에서 연장되는 원통 구조의 연장부(113b)로 이루어질 수 있다.

그리고 상기 하부 몸체부(115)는 상기 연장부(113b)에 결합하는 결합부(115a)와, 상기 결합부(115a)보다 작은 직경으로 이루어지는 원통 구조의 분말 토출구(115b)로 이루어지는 것을 예시할 수 있다.

한편, 상기 용기(110)의 내주면과 회전봉(133), 스크류(150)에는 마찰과 정전기 발생을 최소화하기 위해 그래핀 코팅층(미도시)이 형성되는 것이 바람직하다. 특히 용기(110) 내주면에는 마찰에 의한 정전기가 발생하여 분말이 부착되는데, 상기 그래핀 코팅층은 용기에 분말이 부착되는 것을 방지해 준다.

상기 그래핀 코팅층을 구성하는 그래핀을 얻는 방법에는 안드레 가임의 스카치 방법과 같이 흑연에서 인발해서 얻는 기계적 방법, 기재에 화학적으로 증착하여 얻는 화학 기상 증착법, 흑연에 산화제 및/또는 환원제를 부가하고 열충격 또는 화학적 반응에 의한 박리에 의하여 얻는 화학적박리법(Chemical Exfoliation) 등을 예시할 수 있고, 다른 방법으로는 대한민국 등록특허 제10-1337969호를 참조할 수 있다.

이 중에서 화학 기상 증착법은 그래핀 형성과 코팅을 동시에 할 수 있다는 점에서 장점이 있다.

또 다른 코팅 방식으로, 에폭시, 실리콘 등의 바인더와, 에테르, 아세톤, 알코올 등의 용매와, 그래핀으로 이루어지는 코팅액을 상기 용기 몸체의 내주면에 도포한 다음, 경화시켜 이루어지는 것을 예시할 수 있다.

이와 같은 방식으로 형성되는 그래핀 코팅층은 분말과 용기 등과의 마찰을 줄이는 윤활 작용을 할 뿐만 아니라, 용기 등이 금속으로 이루어지는 경우에는 부식 방지 작용을 한다. 나아가 그래핀 코팅층은 열전도도가 우수하여 마찰열을 외부로 방열할 수 있으며, 전기전도도가 우수하여 대전방지 내지 정전기 발생을 방지하는 작용을 한다.

상기 회전봉(133)은 상기 스크류(150)와 함께 회전하면서 분말을 혼합, 교반하면서 원활하게 하측으로 이동할 수 있도록 도와주는 역할을 한다.

이러한 회전봉(133)은 복수 개가 상기 회전축에 상하로 이격하여 배치되도록 구성하되, 상하로 이웃하는 회전봉(133)들은 서로 평행하지 않으며 예각을 형성하면서 배치되는 것이 바람직하다. 도 1에 도시된 바와 같이 각 회전봉(133)은 오른쪽으로 하향 경사지거나, 왼쪽으로 하향 경사지거나, 수평하게 이루어지도록 구성될 수 있으며, 경사 각도, 배치, 길이를 다양하게 조합할 수 있다.

그리고 상기 회전봉(133)의 양단에는 분말 속을 파고들 수 있도록 관통체(134)가 설치될 수 있다.

상기 관통체(134)는 회전방향의 전단부가 뾰족하고 후단부로 갈수록 직경이 커지는 꼬깔 형상으로 이루어지는 것이 바람직한데, 이는 분말이 시멘트나 쇳가루와 같이 비중이 큰 경우 관통체(134)가 분말 속을 파고들어 회전이 용이하도록 해준다.

상기 관통체(134)를 포함한 회전봉(133)의 길이는 상기 상부 몸체부(111)의 직경과 거의 대응되도록 구성하는 것이 이송 효율을 높일 수 있다.

상기 스크류(150)는 봉 형상의 스크류 몸체(151)와, 상기 스크류 몸체(151) 상에 형성되는 스크류 날개(152)로 이루어지는 것을 예시할 수 있다.

그리고 상기 스크류(150)는 상기 회전봉의 하단에 착탈 가능하게 결합하며 중간 몸체부 내에 배치되는 1차 스크류(150a)와, 상기 1차 스크류(150a)의 하단에 착탈 가능하게 결합하고 하부 몸체부(115) 내에 배치되는 2차 스크류(150b)로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 1차 스크류(150a)는 중간 몸체부(113) 영역의 분말을 하부로 이송하기 위한 것으로, 스크류 날개(152)의 각도와 깊이에 따라 이송되는 분말의 양과 속도를 제어할 수 있다.

이러한 1차 스크류(150a)는 상기 중간 몸체부(113)의 형상과 대응되도록 스크류 날개(152) 상단은 직경이 크고 하단으로 갈수록 직경이 작아지는 구조로 이루어지는 것이 바람직하다. 그리고 1차 스크류(150a)는 이송 효율을 높이기 위해 상부에서 하부로 갈수록 스크류 날개 사이의 간격인 피치(pitch)가 좁아지도록 구성할 수도 있다.

상기 1차 스크류(150a)의 일부는 상기 중간 몸체부(113)의 연장부(113b)에 삽입되는데, 연장부(113b) 대비 70~90%의 직경으로 이루어져 연장부(113b)와의 이격 거리를 확보하여 분말이 연장부(113b)에서 적체되지 않고 충분한 양의 분말이 2차 스크류(150b)로 이송, 공급되도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 2차 스크류(150b)는 정량 공급성을 확보하기 위해 상기 1차 스크류(150a)에 비해 스크류 날개(152)의 피치가 조밀하게 이루어지고 직경 내지 깊이도 작게 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고 상기 2차 스크류(150b)는 분말 토출구(115b)에 가까워질수록 피치가 좁아지도록 구성할 수도 있다.

또한, 상기 2차 스크류(150b)는 하부 몸체부(115)의 분말 토출구(115b)의 직경에 대응하도록 구성하고 치밀한 피치로 구성함으로써, 분말이 꽉 채워진 상태로 이송하되, 치밀한 구조로 인해 이송량의 정밀한 제어가 가능하다.

이와 같이, 상기 1차 스크류(150a)는 직경이 큰 스크류 날개가 회전하면서 분말을 아래로 밀어주는 역할을 하고, 이와 치합되는 2차 스크류(150b)는 치밀한 구조의 스크류 날개로 구성함으로써 더욱 정밀한 정량성을 확보할 수 있으며, 각 스크류는 용기의 크기에 맞추어 최적의 크기와 구조를 가진 것으로 조립하여 사용할 수 있다. 그리고 용기가 상부 몸체부, 중간 몸체부 및 분말 토출구로 분할하여 구성되기 때문에 1차, 2차 스크류의 분해, 조립도 간편하게 할 수 있다.

한편, 최하단에 배치된 회전봉과 1차 스크류는 소정 거리, 예를 들어 1~3cm 이격시키는 것이 바람직한데, 이는 회전봉에 의해 분말이 아래로 이송될 때 1차 스크류 쪽으로 압력이 발생하는 것을 적절히 줄여주기 위함이다. 마찬가지로 1차 스크류와 2차 스크류 사이에도 이격 거리를 두는 것이 바람직하다.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 분말 정량 투입장치의 다른 실시예를 도시하는 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에서는 2차 스크류(150b)의 하단에 3차 스크류(150c)를 조립하고, 하부 몸체부(115)에는 제2하부 몸체부(116)를 설치하는 것을 특징으로 한다. 나노 사이즈의 분말과 같은 경우에는 마이크로 단위의 분말에 비해 보다 정밀한 제어가 필요한데, 3차 스크류(150c)를 추가로 설치함으로써 나노 분말의 정량 토출을 제어할 수 있다. 이 경우 3차 스크류(150c)는 2차 스크류(150b)에 비해 직경이 더 작고 스크류 날개 사이의 피치도 더 치밀하게 구성하는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명에 따른 분말 정량 투입장치의 성능을 실험하였다.

도 1에 도시된 바와 같은 구조인 3L의 용기를 제작하고, 용기 상단에는 회전 모터와, 컨트롤러를 설치하고, 회전축에는 4개의 회전봉을 설치하였다. 회전축 하단에는 역삼각형 구조이며 피치 1.5cm의 1차 스크류를 설치하고, 1차 스크류 하단에는 스크류 날개의 직경이 0.5cm, 피치 0.5cm이며, 길이가 3cm인 2차 스크류를 설치한 분말 정량 투입장치를 제작하였다.

상기 실시예 1의 2차 스크류 대신 스크류 날개의 직경이 0.5cm, 피치 0.3cm인 2차 스크류를 설치한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 분말 정량 투입장치를 제작하였다.

상기 실시예 1의 2차 스크류 대신 스크류 날개의 직경이 0.3cm, 피치 0.5cm인 2차 스크류를 설치한 분말 정량 투입장치를 제작하였다.

상기 실시예 1의 2차 스크류 대신 스크류 날개의 직경이 0.2cm, 피치 0.2cm인 2차 스크류를 설치한 분말 정량 투입장치를 제작하였다.

위 실시예 1 내지 실시예 4의 분말 정량 투입장치에 평균 입도가 55㎛인 NaCl 분말을 투입하고, 100g/min의 속도로 5분 동안 분말을 토출하도록 컨트롤러를 제어하고, 3회에 걸쳐 실험을 하고 토출된 분말의 양의 평균값을 아래 표 1에 기재하였다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
토출량(g)	500.250	499.985	500.013	500.001

위 표 1에서 확인할 수 있듯이, 2차 스크류 날개의 피치를 치밀하게 구성하고 직경을 작게 구성할수록 토출량을 보다 정밀하게 제어할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.

한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 분말 정량 투입장치 110 : 용기
111 : 상부 몸체부 112 : 분말 투입구
113 : 중간 몸체부 113a : 경사부
113b : 연장부 115 : 하부 몸체부
115a : 결합부 115b : 분말 토출구
130 : 회전모터 131 : 회전축
133 : 회전봉 134 : 관통체
150 : 스크류 151 : 스크류 몸체
152 : 스크류 날개 170 : 콘트롤러

Claims (7)

1. 분말을 수용하고 분말 투입구와 분말 토출구가 마련되는 용기;와
   상기 용기 상단에 설치되는 회전모터;와
   일단은 상기 회전모터에 연결되고 상기 용기 내부에 수직하게 삽설되는 회전축;과
   상기 회전축에 설치되는 복수의 회전봉;과
   상기 회전축의 하단에 설치되는 스크류;와
   상기 회전모터 상단에 배치되며 분말 공급량을 제어할 수 있는 콘트롤러;를 포함하는 분말 정량 투입장치에 있어서,
   상기 용기는,
   상기 분말 투입구가 마련되는 상부 몸체부;와
   상기 상부 몸체부의 하단에 착탈 가능하게 결합하는 중간 몸체부;와
   상기 중간 몸체부의 하단에 착탈 가능하게 결합하고 상기 분말 토출구가 마련되는 하부 몸체부;로 이루어지되, 상기 중간 몸체부는 상광하협 구조의 경사부와, 상기 경사부 하단에서 연장되는 원통 구조의 연장부로 이루어지고, 상기 하부 몸체부는 상기 연장부에 결합하는 결합부와, 상기 결합부보다 작은 직경으로 이루어지는 원통 구조의 분말 토출구로 이루어지며,
   상기 스크류는,
   봉 형상의 스크류 몸체;와,
   상기 스크류 몸체 상에 형성되는 스크류 날개;로 이루어지되, 상기 회전봉의 하단에 착탈 가능하게 결합하며 중간 몸체부 내에 배치되는 1차 스크류와 상기 1차 스크류의 하단에 착탈 가능하게 결합하고 하부 몸체부 내에 배치되는 2차 스크류로 이루어지며, 상기 2차 스크류는 1차 스크류에 비해 스크류 날개의 피치가 조밀하며 직경 내지 깊이도 작게 이루어지고,
   상기 용기의 내주면, 회전봉, 스크류에는 그래핀 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 하는, 분말 정량 투입장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 회전봉은 상기 회전축에 상하로 이격하여 배치되되, 상하로 이웃하는 회전봉들은 서로 평행하지 않으며 예각을 형성하도록 배치하고, 회전봉 양단에는 분말 속을 파고들 수 있도록 관통체가 설치된 것을 특징으로 하는, 분말 정량 투입장치.
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