KR102113882B1 - 초음파 충격기 및 이를 이용한 산업장비 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은, 초음파 진동을 이용하여 고출력을 발생시킴으로써, 바위나 시멘트와 같은 경질의 물체를 깨뜨릴 수 있는, 초음파 충격기 및 이를 이용한 산업장비를 제공하는 것이다. 이를 위해, 본 발명에 따른 초음파 충격기는, 내부 공간을 갖는 케이스(900); 상기 내부 공간의 일측에 장착되며 초음파 드라이버로부터 전력을 공급받아 진동하는 초음파 진동자(110); 상기 초음파 진동자에 의해 진동되어 상기 초음파 진동자의 미소진동변위를 증폭시키는 초음파혼(120); 상기 초음파혼의 끝부분의 진동에 의해 상기 케이스의 길이 방향을 따라 왕복으로 직선운동을 하는 충격자(200); 상기 충격자가 상기 직선운동을 하도록 상기 충격자를 가이드하는 스프링 브라켓(400); 상기 초음파혼과 상기 스프링 브라켓 사이에서 상기 충격자의 외주면에 장착되어 있으며 탄성을 이용하여 상기 충격자를 상기 초음파혼에 밀착시키는 스프링(300); 및 일측은 상기 내부 공간에서 상기 충격자와 인접되어 있고 타측은 상기 케이스의 외부로 돌출되어 있으며 상기 충격자와의 충돌에 의해 상기 내부 공간과 상기 외부 사이를 왕복하며 직선운동하는 타격핀(500)을 포함한다.

Description

초음파 충격기 및 이를 이용한 산업장비{ULTRASONIC IMPACTOR AND INDUSTRIAL EQUIPMENT USING THE SAME}
본 발명은 바위나 시멘트와 같은 경질의 물체를 강한 충격을 이용하여 깨기 위한 충격기에 관한 것이다.
종래의 충격기는 스프링으로 눌러진 충격자를 모터와 캠운동으로 스프링을 압착시킨 후 일시에 풀어 충격을 인가하거나, 유압 피스톤에 고압의 유압을 인가시킨 후 순간적으로 압력을 해제하여 충격을 발생키는 원리를 이용하고 있다.
그러나, 모터를 이용한 캠방식은 동작 부품의 구성이 복잡하고, 큰 출력을 내기 어려워 주로 소형 충격기에 응용되어 왔다.
또한, 유압을 이용한 방식은 소형화가 어렵고, 고내압 설계로 인하여 부피가 크고 무거우며, 유압 펌프와 같은 부대설비가 필요하기 때문에, 건설장비와 같은 대형 충격기에 응용되고 있다.
최근 산업화가 다각화됨에 따라, 소형전기굴삭기 또는 좁은 공간에서 소형 운전설비로 가동되어 콘크리트나 암석 등을 파쇄할 수 있는 고출력의 충격기 또는 고출력의 충격드릴과 같이, 무게가 가벼우면서 작은 크기로 큰 출력을 낼 수 있는 소형 충격기 등이 요구되고 있다. 즉, 다양한 분야에서 작고 가벼우면서 고출력의 충격력을 낼 수 있는 충격기에 대한 요구가 증가하고 있다.
그러나, 현재, 이러한 요구를 충족시킬 수 있는 충격기가 제공되지 못하고 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명의 목적은, 초음파 진동을 이용하여 고출력을 발생시킴으로써, 바위나 시멘트와 같은 경질의 물체를 깨뜨릴 수 있는, 초음파 충격기 및 이를 이용한 산업장비를 제공하는 것이다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 초음파 충격기는, 내부 공간을 갖는 케이스(900); 상기 내부 공간의 일측에 장착되며 초음파 드라이버로부터 전력을 공급받아 진동하는 초음파 진동자(110); 상기 초음파 진동자에 의해 진동되어 상기 초음파 진동자의 미소진동변위를 증폭시키는 초음파혼(120); 상기 초음파혼의 끝부분의 진동에 의해 상기 케이스의 길이 방향을 따라 왕복으로 직선운동을 하는 충격자(200); 상기 충격자가 상기 직선운동을 하도록 상기 충격자를 가이드하는 스프링 브라켓(400); 상기 초음파혼과 상기 스프링 브라켓 사이에서 상기 충격자의 외주면에 장착되어 있으며 탄성을 이용하여 상기 충격자를 상기 초음파혼에 밀착시키는 스프링(300); 및 일측은 상기 내부 공간에서 상기 충격자와 인접되어 있고 타측은 상기 케이스의 외부로 돌출되어 있으며 상기 충격자와의 충돌에 의해 상기 내부 공간과 상기 외부 사이를 왕복하며 직선운동하는 타격핀(500)을 포함한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 산업장비는, 상기 초음파 충격기 및 상기 초음파 충격기가 장착되며, 상기 초음파 충격기를 이용하여, 바위, 암석,콘크리트, 시멘트 중 적어도 어느 하나를 파쇄하기 위한 장비를 포함한다.
본 발명에 따른 초음파 충격기는, 유압 실린더나 모터와 같은 구동체를 이용하지 않으면서도 매우 큰 충격력을 확보 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 바위, 암석 또는 시멘트와 같은 경질의 물체를 깨뜨릴 수 있는 충격기의 소형화 및 경량화가 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 충격기의 단면을 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 초음파 충격기의 분해도.
도 3은 본 발명에 따른 초음파 충격기의 단면을 나타낸 또 다른 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 초음파 충격기에 적용되는 충격핀의 시간과 진폭의 관계를 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 충격기의 단면을 나타낸 예시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 초음파 충격기의 분해도이고, 도 3은 본 발명에 따른 초음파 충격기의 단면을 나타낸 또 다른 예시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 초음파 충격기에 적용되는 충격핀의 시간과 진폭의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 2에서 (a)는 케이스(900)의 내부 공간에 구비되는 구성들을 나타내며, (b)는 상기 케이스(900)의 구성을 나타낸다.
본 발명에 의한 초음파 충격기는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 내부 공간을 갖는 케이스(900), 상기 내부 공간의 일측에 장착되며 초음파 드라이버로부터 전력을 공급받아 진동하는 초음파 진동자(110), 상기 초음파 진동자에 의해 진동되어 상기 초음파 진동자의 미소진동변위를 증폭시키는 초음파혼(120), 상기 초음파혼의 끝부분의 고속진동을 흡수하여 상기 케이스의 길이 방향을 따라 왕복으로 직선운동을 하는 충격자(200), 상기 충격자가 상기 직선운동을 하도록 상기 충격자를 가이드하는 스프링 브라켓(400), 상기 초음파혼과 상기 스프링 브라켓 사이에서 상기 충격자의 외주면에 장착되어 있으며 탄성을 이용하여 상기 충격자를 상기 초음파혼에 밀착시키는 스프링(300) 및 일측은 상기 내부 공간에서 상기 충격자와 인접되어 있고 타측은 상기 케이스의 외부로 돌출되어 있으며 상기 충격자와의 충돌에 의해 상기 내부 공간과 상기 외부 사이를 왕복하며 직선운동하는 타격핀(500)을 포함한다.
우선, 상기 케이스(900)의 내부 공간에는 상기 구성요소들이 장착되며, 상기 케이스(900)는 상기 구성요소들을 지지하는 기능을 수행한다.
상기 케이스(900)는, 상기 초음파 진동자(110), 상기 초음파혼(120), 상기 충격자(200), 상기 스프링 브라켓(400) 및 상기 스프링(300)이 구비되는 내부 공간(911)을 갖는 타격 하우징(910) 및 상기 본체(910)의 끝단에 체결되고, 상기 타격핀(500)이 관통하는 관통홀(921)이 형성되어 있으며, 상기 타격핀(500)을 지지하는 타격핀 고정자(920)를 포함할 수 있다.
상기 타격핀 고정자(920)를 상기 타격 하우징(910)으로부터 분리시키면, 상기 타격 하우징(910)의 내부 공간(911)이 외부로 노출된다. 이에 따라, 상기 타격 하우징(910)의 상기 내부 공간(911)에 장착되어 있는 상기 초음파 진동자(110), 상기 초음파혼(120), 상기 충격자(200), 상기 스프링 브라켓(400) 및 상기 스프링(300)이 외부로 배출될 수 있으며, 또는, 상기 초음파 진동자(110), 상기 초음파혼(120), 상기 충격자(200), 상기 스프링 브라켓(400) 및 상기 스프링(300)이 상기 내부 공간(911)에 장착될 수 있다.
다음, 상기 초음파 진동자(110)에는 피에조세라믹이 내장되어 있다.
상기 피에조세라믹이 상기 초음파 드라이버에 의해 진동하면, 상기 진동이 상기 초음파혼(120)으로 전달되어, 상기 초음파혼(120)이 진동할 수 있다.
다음, 상기 초음파혼(120)은 상기 초음파 진동자(110)의 진동을 증폭시키는 기능을 수행하며, 상기 충격자(200)를 상기 타격핀(500) 방향으로 밀어내는 기능을 수행한다.
다음, 상기 충격자(200)는 상기 초음파혼의 끝부분의 진동에 의해 상기 케이스의 길이 방향을 따라 왕복으로 직선운동을 한다.
상기 충격자(200)는, 상기 초음파혼(120)과 인접되어 있는 헤드부(210), 일측이 상기 헤드부(210)와 연결되어 있고, 원기둥 형태로 형성되어 있으며, 상기 스프링 브라켓(400)을 관통하는 연장부(220) 및 상기 연장부의 타측에 연결되어 있으며, 상기 타격핀(500)과 인접되어 있는 충격자 스프링 브라켓(230)을 포함한다.
상기 충격자(200)는 상기 초음파혼의 진동에 의한 초기 에너지를 상기 스프링에 축적시키며, 상기 스프링에 축적된 초기 에너지 및 상기 초음파혼의 진동에 의한 에너지에 의해, 순간적으로 매우 큰 충격 에너지로 상기 타격핀(500)을 가격할 수 있다.
상기 헤드부(210)는 상기 초음파혼(120)과 상기 스프링 브라켓(400) 사이에서 왕복직선운동을 하고, 상기 연장부(220)는 상기 스프링 브라켓(400)을 관통하며, 상기 충격자 스프링 브라켓(230)은 상기 스프링 브라켓(400)과 상기 타격핀(500) 사이에서 왕복직선운동을 한다.
이를 위해, 상기 헤드부(210)의 외경은 상기 스프링(300)의 외경보다 크고, 상기 연장부(220)의 외경은 상기 스프링 브라켓(400)의 내경보다 작고, 상기 스프링(300)의 외경은 상기 스프링 브라켓(400)의 내경보다 크며, 상기 충격자 스프링 브라켓(230)의 외경은 상기 스프링 브라켓(400)의 내경보다 크게 형성된다.
상기 헤드부(210)와 상기 연장부(220)는 일체로 형성될 수 있으며, 상기 충격자 스프링 브라켓(230)은 상기 연장부(220)에 탈부착될 수 있다.
다음, 상기 스프링 브라켓(400)은 상기 타격 하우징(910)의 상기 내부 공간에 고정되어 있다.
상기 스프링 브라켓(400)은 상기 스프링(300)의 타측을 지지하는 기능을 수행한다.
즉, 상기 스프링(300)의 상기 타측이 상기 스프링 브라켓(400)에 의해 지지되기 때문에, 상기 헤드부(210)가 상기 스프링(300)을 누르면서, 상기 타격핀(500) 방향으로 이동할 때, 상기 스프링(300)은 압축되며, 이에 따라, 상기 스프링에는 초기 에너지가 축적될 수 있다.
상기 스프링(300)에 축적된 초기 에너지에 의해, 상기 충격자(200)는 직선 왕복 운동을 하면서, 최대의 변위(A) 및 최대의 속도로 상기 타격핀(500)을 타격할 수 있다.
다음, 상기 스프링(300)은 상기 충격자(200), 특히, 상기 연장부(220)의 외주면을 감싸도록 배치되어 있다.
상기 스프링(300)은 상기 충격자(200)가 상기 타격핀(500) 방향으로 이동할 때, 상기 헤드부(210)와 상기 스프링 브라켓(400) 사이에서 압축되며, 압축된 상기 스프링(300)은, 다시, 팽창하면서, 상기 헤드부(210)를 상기 초음파혼(120) 방향으로 밀어주며, 이에 따라, 상기 충격자(200)는 상기 초음파혼(120) 방향으로 이동할 수 있다.
상기 스프링(300)이 상기한 바와 같이 압축 및 팽창되는 과정을 반복하면, 상기 스프링(300)에는 초기 에너지가 축적되며, 상기 스프링(300)에 축적된 초기 에너지를 이용하여, 상기 충격자(200)는 최대의 변위(A) 및 최고의 속도로 상기 타격핀(500)을 타격할 수 있다. 이에 따라, 상기 타격핀(500)은 최대의 충격 에너지를 바위, 암석 또는 시멘트와 같은 물체에 인가시킬 수 있으며, 이에 따라, 상기 물체는 쪼개지거나 금이갈 수 있다.
마지막으로, 상기 타격핀(500)은 상기한 바와 같이, 상기 충격자(200)에 의해 상기 케이스(900)의 길이 방향으로 왕복직선운동을 하며, 바위, 암석 또는 시멘트와 같은 물체를 타격한다.
이를 위해, 상기 타격핀(500)은, 상기 타격핀 고정자(920)의 내부 공간에 구비되고, 상기 충격자(200)와 인접되어 있으며, 상기 타격핀 고정자(920)의 내부 공간에서 왕복으로 직선운동을 수행하는 타격핀 헤드(510) 및 일측은 상기 타격핀 헤드(510)와 연결되어 있으며, 타측은 상기 관통홀(921)을 통해 상기 타격핀 고정자(920)의 외부로 돌출되어 있는 타격부(520)를 포함한다.
이 경우, 상기 타격핀 헤드(510)의 외경은 상기 관통홀(921)의 내경보다 크며, 상기 타격부(520)의 외경은 상기 관통홀(921)의 내경보다 작게 형성된다.
이에 따라, 상기 타격핀(500)은 상기 충격자(200)에 의해 왕복직선운동을 하면서, 물체를 타격할 수 있으며, 특히, 상기 스프링에 축적된 초기 에너지 및 상기 초음파 혼의 진동에 의한 에너지에 의해, 순간적으로 매우 큰 충격 에너지로 상기 타격핀(500)을 가격할 수 있다.
상기한 바와 같은 구성요소들을 포함하는 본 발명에 따른 초음파 충격기는, 다음과 같은 형태 및 기능을 갖도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 초음파 진동자(110)는 28kHz 및 200W의 진동 출력으로 상기 초음파혼(120)을 공진시킬 수 있다.
상기 초음파 진동자(110)와 상기 초음파혼(120)을 포함하는 진동부의 직경은 50mm가 될 수 있으며, 상기 진동부의 길이는 150mm가 될 수 있다.
상기 충격자(200)의 질량은 200g 정도로 형성될 수 있으며, 상기 스프링(300)의 압력은 5~40kg으로 조정될 수 있으며, 예를 들어, 상기 스프링은 10kg의 압력을 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 타격핀(500)은 상기 충격자(200)가 2~10mm로 진동할 수 있도록 상기 케이스의 내부 공간에 장착될 수 있으며, 예를 들어, 상기 타격핀(500)은 5mm 정도의 이동 간격을 갖도록 상기 케이스의 내부 공간에 장착되는 것이 바람직하다.
상기 타격핀(500)의 직경은 10mm로 형성될 수 있으며, 상기 타격핀(500)의 길이는 100mm로 형성될 수 있다.
상기한 바와 같은 형태 및 기능을 갖도록 구성된 본 발명에 따른 초음파 충격기를 콘크리트 표면에 20kg의 압력으로 누른 상태에서, 상기 초음파 충격기를 구동시켜, 콘크리트 표면에 충격을 인가한 후, 진입깊이를 측정한 결과, 0.5초간의 순간충격효과는, 18kg의 하중을 갖는 물체를 20cm의 높이에서 낙하시켜 콘크리트 표면에 인가한 충격효과와 유사한 결과를 보였다.
상기에서 설명된 바와 같은 구성들을 포함하는 본 발명에 따른 초음파 충격기는, 굴삭기 또는 드릴과 같은 각종 산업장비에 장착되어 이용될 수 있다.
이 경우, 상기 초음파 드라이버로는 상기 산업장비에 구비될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 산업장비는 본 발명에 따른 상기 초음파 충격기, 및 상기 초음파 충격기가 장착되며, 상기 초음파 충격기를 이용하여, 바위, 암석,콘크리트, 시멘트 중 적어도 어느 하나를 파쇄하기 위한 장비를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 장비는 굴삭기 또는 드릴이 될 수 있다.
이하에서는, 상기한 바와 같은 구성들을 포함하는 본 발명에 따른 초음파 충격기의 동작 방법이 설명된다.
상기 초음파 드라이버로부터, 상기 초음파 진동자(110)와 상기 초음파혼(120)의 공진주파수에 해당하는 주파수를 갖는 전력이 상기 초음파 진동자(110)로 공급되면, 상기 초음파 진동자(110)가 진동하며, 이에 따라 상기 초음파혼(120)이 진동한다.
예를 들어, 상기 초음파혼(120)의 표면은, 20~100kHz의 진동수로 진동할 수 있고, 약 5,000m/sec의 속도로 진동할 수 있으며, 상기 초음파혼(120)의 변위는 약 5~20um가 될 수 있다.
본 발명에 따른 초음파 충격기가 동작을 시작할 때, 상기 충격자(200)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 스프링(300)의 탄성력에 의해 상기 초음파혼(120)과 밀착되어 있으며, 특히, 상기 헤드부(210)가 상기 초음파혼(120)에 접촉 또는 밀착될 수 있다.
상기 초음파 진동자(110)에 의해 상기 초음파혼(120)이 진동하여, 상기 초음파혼의 끝단이 상기 헤드부(210)에 충격을 가하면, 상기 헤드부는 순간적으로 상기 초음파혼(120)으로터 멀어지는 방향, 즉, 상기 타격핀(500) 방향으로 이동한다. 이에 따라, 상기 충격자 스프링 브라켓(230)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 타격핀(500)에 충격을 가할 수 있으며, 이에 따라, 상기 타격핀(500)은 상기 케이스(900)의 외부 방향으로 돌출된다.
이 경우, 상기 연장부(220)의 외주면에 장착되어 있는 상기 스프링(300)은, 상기 헤드부(210)에 의해 눌려지면서, 상기 헤드부(210)와 상기 스프링 브라켓(400) 사이에서 압착되며, 이에 따라, 초기 에너지가 상기 스프링(300)에 저장된다.
상기 헤드부(210)가 상기 초음파혼(120)으로부터 이격되면, 상기 스프링(300)의 탄성력에 의해, 다시 상기 헤드부(210)는 상기 초음파혼(120) 방향으로 이동하며, 상기 헤드부(210)가 고속으로 상기 초음파혼(120)을 타격한다.
상기 초음파혼(120)은 지속적으로 초음속으로 진동하고 있기 때문에, 상기 헤드부(210)가 상기 초음파혼(120)을 타격하는 순간, 고속으로 상기 헤드부(210)를 다시 상기 타격핀(500) 방향으로 밀어낸다.
상기한 바와 같은 과정들에 의해, 상기 초음파혼(120)의 진동에너지는 상기 스프링(300)에 초기 에너지로 축적되고, 이에 따라, 상기 타격핀(500)은 가속되며, 상기 타격핀(500)은 몇 번의 왕복에 의해서도 약 1~10mm의 변위로 고속으로 진동할 수 있다.
부연하여 설명하면, 일정 변위이상으로 가속된 상기 초음파혼(120)은, 상기한 바와 같은 과정들에 의해, 상기 스프링(300)에 초기 에너지를 저장시킬 수 있으며, 상기 충격자(200)는 상기 스프링(300)에 저장된 초기 에너지 및 상기 초음파혼(120)의 진동을 이용하여, 상기 타격핀(500)을 매우 큰 에너지로 타격할 수 있다.
이 경우, 상기 타격핀(500)은 상기 충격자(200)로부터 전달된 매우 큰 충격 에너지에 의해, 상기 케이스(900)의 외부로 밀려나면서, 상기 타격핀(500)의 끝단에 밀착되어 있는 암석과 같은 물질들을 매우 큰 에너지로 타격할 수 있다. 이에 따라, 상기 물질들은 깨지거나 금이 갈 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 그래프에서와 같이, 상기 타격핀(500)이 상기 충격자(200)와 첫 번째로 충돌할 때와 두 번째로 충돌할 때에는, 상기 충격자(200)의 충격 에너지가 크지 않기 때문에, 상기 타격핀(500)의 변위, 즉, 진폭은 크지 않다.
그러나, 상기 타격핀(500)이 상기 충격자(200)와 세 번째로 충돌할 때, 상기 충격자(200)가 상기 스프링(300)에 저장된 초기 에너지와, 상기 초음파혼(120)의 진동에 의해, 매우 큰 충격 에너지로 상기 타격핀(500)을 타격하기 때문에, 상기 타격핀(500)의 변위, 즉, 진폭이 크게 변하며, 이에 따라, 상기 타격핀(500)은 매우 큰 충격 에너지로, 암석과 같은 물질들을 타격할 수 있다.
즉, 본 발명에서는, 상기 충격자(200)가 상기 초음파혼(120) 및 상기 타격핀(500) 사이에서 왕복 운동함에 따라, 상기 스프링(300)에 초기 에너지가 축적되고, 상기 스프링(300)에 축적된 초기 에너지와 상기 초음파혼(120)의 진동 에너지를 이용하여, 상기 충격자(200)는 일정한 기간마다 반복적으로, 매우 큰 에너지로 상기 타격핀(500)을 타격할 수 있다.
상기 충격자(200)의 매우 큰 에너지에 의해 타격을 받은 상기 타격핀(500)은 상기 매우 큰 에너지를, 상기 타격핀(500)과 밀착되어 있는 암석과 같은 물질에, 순간적으로 전달할 수 있으며, 이에 따라, 상기 물질은 깨지거나 금이가 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 초음파 충격기는, 유압 실린더나 모터와 같은 구동체를 필요치 않고, 고출력의 충격력을 확보 할 수 있으며, 따라서, 충격기의 소형화 및 경량화가 가능하다.
본 발명의 구동 원리를 다시 설명하면 다음과 같다.
상기 충격자(200)가 상기 스프링(300)에 의해 상기 초음파혼(120)에 일정압으로 밀착되어 있는 상태에서, 상기 초음파혼(120)이 진동하면, 상기 초음파혼(120)이 상기 충격자(200)를 밀어내게 된다.
이 경우, 상기 스프링(300)에 초기 에너지가 저장되고, 상기 스프링(300)이 상기 초기 에너지를 이용하여 다시 상기 충격자(200)를 상기 초음파혼(120)에 밀착시키며, 이에 따라, 상기 충격자(200)의 초기 왕복운동이 진행된다.
몇 번의 왕복에 의해, 상기 충격자(200)의 왕복변위가 일정이상이 되면, 상기 충격자(200)가 상기 초음파혼(120)과 상기 타격핀(500) 사이를 왕복함에 따라 발생된 충격에너지는, 상기 초음파혼(120), 상기 타격핀(500) 및 상기 충격자(200)의 탄성에 의해 충격자의 왕복 운동에너지 형태로, 매우 높은 밀도로 저장된다. 이러한 에너지에 의해, 스프링과는 비교할수 없는 강한 충격파가 발생될 수 있다.
이때 발생하는 강한 충격력에 의해, 상기 타격핀(500)에 밀착된 물체가 파쇠될 수 있다.
상기한 바와 같은 충격에너지는 강도가 강한 물체를 파쇄하거나, 물체의 내부로 밀려들어갈 수 있다. 이 경우, 대략 (파쇄압력)x(타격핀의 이격거리) 만큼의 에너지가 타격핀을 통하여 발산될 수 있다.
매우 큰 충격 에너지가 상기 타격핀을 통하여 발산된 후, 상기 충격자(200)의 왕복운동에너지는 줄어들게 되고, 상기 충격자의 왕복속도도 낮아지게 된다.
만일 충격에너지가 완전히 발산되면, 상기 충격자(200)의 왕복운동이 정지하게 되는데, 이때, 다시 상기 스프링(300)에 저장된 초기 에너지에 의해, 상기 충격자는 다시 왕복운동을 시작할 수 있다.
또한, 만일 충격에너지가 일부만 발산되면, 상기 충격자(200)가 상기 타격핀(500)과 상기 초음파혼(120) 사이를 왕복하면서, 충격에너지가 다시 발산될 때까지 에너지를 저장한다.
낮은 충격 에너지가 요구될 경우, 본 발명은 상기 스프링(300)의 탄성으로 에너지를 저장시키는 메카니즘으로 구동되며, 높은 충격에너지가 필요한 경우에는, 본 발명은 상기 타격핀(500)의 탄성으로 에너지를 저장시키는 메카니즘으로 구동될 수 있다.
그러나, 상기 메카니즘은 본 발명의 운전상에서 정확하게 구분되는 것은 아니며, 인가되는 초음파의 진동에너지와 타격핀을 통하여 발산되는 에너지가 균형을 이루는 상태에 따라서 충격에너지가 결정될 수 있다.
즉, 목재와 같이 무른재질의 물체를 타격하는 경우, 본 발명은 자연스럽게 스프링의 탄성에 의한 에너지 저장 메커니즘으로 물체를 타격하며, 암석이나 금속과 같은 강한 재질의 물체를 타격하는 경우에는, 본 발명은 자연스럽게 타격핀의 탄성에 의한 에너지 저장 메커니즘으로 물체를 타격하게 된다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.　 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
900: 케이스 110: 초음파 진동자
120: 초음파혼(120); 200; 충격자
400: 스프링 브라켓 300: 스프링
500: 타격핀

Claims (10)

  1. 내부 공간을 갖는 케이스(900);
    상기 내부 공간의 일측에 장착되며 초음파 드라이버로부터 전력을 공급받아 진동하는 초음파 진동자(110);
    상기 초음파 진동자와 인접되어 있으며, 상기 초음파 진동자에 의해 진동되어 상기 초음파 진동자의 미소진동변위를 증폭시키는 초음파혼(120);
    상기 초음파혼과 인접되어 있으며, 상기 초음파혼의 끝부분의 진동에 의해 상기 케이스의 길이 방향을 따라 왕복으로 직선운동을 하는 충격자(200);
    상기 충격자가 상기 직선운동을 하도록 상기 충격자를 가이드하는 스프링 브라켓(400);
    상기 초음파혼과 상기 스프링 브라켓 사이에서 상기 충격자의 외주면에 장착되어 있으며 탄성을 이용하여 상기 충격자를 상기 초음파혼에 밀착시키는 스프링(300); 및
    일측은 상기 내부 공간에서 상기 충격자와 인접되어 있고 타측은 상기 케이스의 외부로 돌출되어 있으며 상기 충격자와의 충돌에 의해 상기 내부 공간과 상기 외부 사이를 왕복하며 직선운동하는 타격핀(500)을 포함하고,
    상기 충격자(200), 상기 스프링 브라켓(400) 및 상기 스프링(300)은 상기 초음파혼(120)과 상기 타격핀(500) 사이에 배치되고,
    상기 충격자(200)는,
    상기 초음파혼(120)과 인접되어 있는 헤드부(210);
    일측이 상기 헤드부(210)와 연결되어 있고, 원기둥 형태로 형성되어 있으며, 상기 스프링 브라켓(400)을 관통하는 연장부(220); 및
    상기 연장부의 타측에 연결되어 있으며, 상기 타격핀과 인접되어 있는 충격자 스프링 브라켓(230)을 포함하고,
    상기 헤드부(210)의 외경은 상기 스프링의 외경보다 크고,
    상기 연장부(220)의 외경은 상기 스프링 브라켓(400)의 내경보다 작고,
    상기 스프링(300)의 외경은 상기 스프링 브라켓(400)의 내경보다 크고,
    상기 충격자 스프링 브라켓(230)의 외경은 상기 스프링 브라켓(400)의 내경보다 크고,
    상기 스프링(300)은 상기 연장부(220)의 외주면을 감싸도록 배치되고,
    상기 스프링(300)은 상기 헤드부(210)와 상기 스프링 브라켓(400) 사이에 배치되고,
    상기 스프링 브라켓(400)은 상기 스프링(300)과 상기 충격자 스프링 브라켓(230) 사이에 배치되고,
    상기 충격자(200)가 상기 타격핀(500) 방향으로 이동할 때, 상기 스프링(300)은 상기 헤드부(210)와 상기 스프링 브라켓(400) 사이에서 압축되고,
    압축된 상기 스프링(300)이 다시 팽창할 때, 상기 스프링(300)은 상기 헤드부(210)를 상기 초음파혼(120) 방향으로 밀어주고, 상기 헤드부(210)와 함께 상기 충격자(200)는 상기 초음파혼(120) 방향으로 이동하며,
    상기 압축 및 팽창에 의해 상기 스프링(300)에 축적된 초기 에너지를 이용하여, 상기 충격자(200)가 상기 타격핀(500)을 타격하는 초음파 충격기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스(900)는,
    상기 초음파 진동자(110), 상기 초음파혼(120), 상기 충격자(200), 상기 스프링 브라켓(400) 및 상기 스프링(300)이 구비되는 내부 공간(911)을 갖는 타격 하우징(910); 및
    상기 타격 하우징(910)의 끝단에 체결되고, 상기 타격핀(500)이 관통하는 관통홀(921)이 형성되어 있으며, 상기 타격핀(500)을 지지하는 타격핀 고정자(920)를 포함하는 초음파 충격기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 타격핀(500)은,
    상기 타격핀 고정자(920)의 내부 공간에 구비되고, 상기 충격자(200)와 인접되어 있으며, 상기 타격핀 고정자(920)의 내부 공간에서 왕복으로 직선운동을 수행하는 타격핀 헤드(510); 및
    일측은 상기 타격핀 헤드(510)와 연결되어 있으며, 타측은 상기 관통홀(921)을 통해 상기 타격핀 고정자(920)의 외부로 돌출되어 있는 타격부(520)를 포함하는 초음파 충격기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 타격핀 헤드(510)의 외경은 상기 관통홀(921)의 내경보다 크며, 상기 타격부(520)의 외경은 상기 관통홀(921)의 내경보다 작은 초음파 충격기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스(900)는
    바위, 암석,콘크리트, 시멘트 중 적어도 어느 하나를 파쇄하는 산업장비에 장착되는 초음파 충격기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 초음파 드라이버로는 상기 산업장비에 구비되는 초음파 충격기.
  9. 제 1 항에 기재된 초음파 충격기; 및
    상기 초음파 충격기가 장착되며, 상기 초음파 충격기를 이용하여, 바위, 암석,콘크리트, 시멘트 중 적어도 어느 하나를 파쇄하기 위한 장비를 포함하는 산업장비.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 장비는 굴삭기 또는 드릴인 것을 특징으로 하는 산업장비.




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