KR102241378B1

KR102241378B1 - 금속 다공체 제조 시스템

Info

Publication number: KR102241378B1
Application number: KR1020190086512A
Authority: KR
Inventors: 이동호; 이영훈; 박정현; 조준현
Original assignee: 주식회사 넥스플러스
Priority date: 2019-07-17
Filing date: 2019-07-17
Publication date: 2021-04-16
Also published as: KR20210009676A

Abstract

본 발명은 금속 다공체 제조 시스템에 관한 것으로, 금속 시트에 다수개의 관통홀이나 정렬 홀이 형성되도록 피어싱하는 피어싱 프레스기; 피어싱 프레스기의 측면 일측에는 배치되어 피어싱이 완료된 금속 시트를 세정하는 세정기; 세정기의 측면 일측에 배치되어 세정이 완료된 금속 시트를 엠보싱하고 트리밍하여 금속 다공체를 형성하는 엠보싱 및 트리밍 프레스기; 엠보싱 및 트리밍 프레스기의 전면의 일측에 배치되어 엠보싱 및 트리밍 프레스기에서 트리밍이 완료된 금속 다공체를 취출하는 취출기; 및 엠보싱 및 트리밍 프레스기의 측면의 일측에 배치되어 피어싱 프레스기에서 엠보싱 및 트리밍 프레스기로 금속 시트를 일정한 간격으로 이송시키는 금속 시트 피더;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

금속 다공체 제조 시스템{System for manufacturing porous metal body}

본 발명은 금속 다공체 제조 시스템에 관한 것으로, 특히 하나의 금형에 다수개의 펀치를 배치한 후 각각을 개별적으로 동작시키며 각각에 형성되는 다수개의 돌출 패턴을 다양한 형상으로 형성하는 경우에 관통홀(hole)이나 정렬 홀 등과 같은 미세 패턴(pattern)을 다양한 형상으로 형성할 수 있는 금속 다공체 제조 시스템에 관한 것이다.

연료전지는 기체확산층이 포함되어 구성된다. 기체확산층은 금속 다공체가 사용되며, 금속 다공체는 금속 메시(Metal mesh)와 익스팬디드 메탈(Expanded metal)이 있다. 금속 메시는 다수의 금속 와이어를 그물망 형상으로 교차시켜 고정시켜 형성하는 것이고, 익스팬디드 메탈은 금속판을 금형 내에서 프레스 가공하여 사각홀을 형성하는 것이며, 관련 기술이 한국등록특허공보 제10-1230892호(특허문헌 1)에 공개되어 있다.

한국등록특허공보 제10-1230892호는 연료전지용 금속 다공체에 관한 것으로, 막전극접합체의 반응영역과 접합하는 반응영역 부분이 다공체 구조로 형성되고, 반응영역에 해당하는 다공체 부분을 제외한 나머지 외곽 가장자리 부분이 평탄한 면 구조의 평탄부로 이루어지며, 양단에 위치하는 평탄부에 수소, 공기, 냉각수가 통과하게 되는 매니폴드 홀이 형성되어, 상기 평탄부의 각 매니폴드 홀이 셀 적층 후 분리판의 매니폴드 홀과 함께 수소, 공기, 냉각수용 입구 매니폴드와 출구 매니폴드를 구성하게 된다.

한국등록특허공보 제10-1230892호에 공개된 연료전지용 금속 다공체는 사용시 소재 특성상 절단 후에는 외곽의 가장자리 부분이 매우 날카로운 상태로 존재하게 되므로 기존의 독립적인 금속 다공체를 적용할 경우 셀 적층시 날카로운 외곽 형상으로 인해 핸들링 및 작업성 측면에서도 문제가 있으며, 이를 해결하기 위한 것으로 막전극접합체의 반응영역과 접합하는 반응영역 부분이 다공체 구조로 형성되고, 반응영역에 해당하는 다공체 부분을 제외한 나머지 외곽 가장자리 부분이 평탄한 면 구조의 평탄부로 구성하게 된다.

전술한 것과 같은 종래의 연료전지용 금속 다공체는 외곽의 날카로운 가장자리 부분을 평탄화시켜 해결하고 있지만 금속 다공체에서 반응기체의 확산성과 물배출이 용이하여 셀 성능 향상에 기여하는 홀(hole)이나 미세 패턴(pattern)을 사용자의 요구에 부합되게 다양한 형태로 형성할 수 없는 문제점을 내포하고 있다.

1): 한국등록특허공보 제10-1230892호

본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하나의 금형에 다수개의 펀치를 배치한 후 각각을 개별적으로 동작시키며 각각에 형성되는 다수개의 돌출 패턴을 다양한 형상으로 형성하는 경우에 관통홀(hole)이나 정렬 홀 등과 같은 미세 패턴(pattern)을 다양한 형상으로 형성할 수 있는 금속 다공체 제조 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 관통홀이나 정렬 홀 등과 같은 미세 패턴을 다양한 형태로 형성할 수 있도록 함에 따라 사용자 요구에 따라 다양한 미세 패턴을 형성할 수 있어 고객의 요구를 충족시킬 수 있는 금속 다공체 제조 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 카메라를 이용해 금속 다공체의 제조과정을 단계별로 검사함으로써 제조 과정에 발생되는 불량을 조기에 피드백함으로써 불량 원인을 신속하게 처리할 수 있어 금속 다공체의 제품 신뢰성과 생산성을 개선시킬 수 있는 금속 다공체 제조 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 금속 다공체 제조 시스템은 금속 시트에 다수개의 관통홀이나 정렬 홀이 형성되도록 피어싱(Piercing)하는 피어싱 프레스기; 상기 피어싱 프레스기의 측면 일측에는 배치되어 피어싱이 완료된 금속 시트를 세정하는 세정기; 상기 세정기의 측면 일측에 배치되어 세정이 완료된 금속 시트를 엠보싱하고 트리밍하여 금속 다공체를 형성하는 엠보싱 및 트리밍 프레스기; 상기 엠보싱 및 트리밍 프레스기의 전면의 일측에 배치되어 엠보싱 및 트리밍 프레스기에서 트리밍이 완료된 금속 다공체를 취출하는 취출기; 및 상기 엠보싱 및 트리밍 프레스기의 측면의 일측에 배치되어 상기 피어싱 프레스기에서 상기 엠보싱 및 트리밍 프레스기로 금속 시트를 일정한 간격으로 이송시키는 금속 시트 피더;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 금속 다공체 제조 시스템은 하나의 금형에 다수개의 펀치를 배치한 후 각각을 개별적으로 동작시키며 각각에 형성되는 다수개의 돌출 패턴을 다양한 형상으로 형성하는 경우에 관통홀(hole)이나 정렬 홀 등과 같은 미세 패턴(pattern)을 다양한 형상으로 형성할 수 있는 이점이 있고, 관통홀이나 정렬 홀 등과 같은 미세 패턴을 다양한 형태로 형성할 수 있도록 함에 따라 사용자 요구에 따라 다양한 미세 패턴을 형성할 수 있어 고객의 요구를 충족시킬 수 있는 이점이 있으며, 카메라를 이용해 금속 다공체의 제조과정을 단계별로 검사함으로써 제조 과정에 발생되는 불량을 조기에 피드백함으로써 불량 원인을 신속하게 처리할 수 있어 금속 다공체의 제품 신뢰성과 생산성을 개선시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 금속 다공체 제조 시스템의 정면도,
도 2는 도 1에 도시된 금속 다공체 제조 시스템의 평면도,
도 3은 도 1에 도시된 피어싱 프레스기의 합형 이전 상태를 나타낸 측면도,
도 4는 도 1에 도시된 피어싱 프레스기의 합형 후의 상태를 나타낸 측면도,
도 5는 도 3이나 도 4에 도시된 상부 금형의 저면도,
도 6은 도 3이나 도 4에 도시된 펀치의 사시도,
도 7은 도 1이나 도 2에 도시된 제1엠보싱 프레스기의 측면도,
도 8은 도 1이나 도 2에 도시된 트리밍 프레스기의 측면도,
도 9는 도 2에 도시된 복합 프레스기의 측면도,
도 10은 도 1이나 도 2에 도시된 취출기의 평면도,
도 11은 도 1이나 도 2에 도시된 금속 시트 피더의 평면도,
도 12는 본 발명의 금속 다공체 제조 시스템에 의해 제조된 금속 다공체의 일예를 나타낸 도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2에서와 같이 본 발명의 금속 다공체 제조 시스템은 피어싱 프레스기(100), 세정기(200), 엠보싱 및 트리밍 프레스기(300), 취출기(400) 및 금속 시트 피더(500)를 포함하여 구성된다.

피어싱 프레스기(100)는 금속 시트(10)에 다수개의 관통홀(6: 도 2에 도시됨)이나 정렬 홀(2: 도 2에 도시됨)이 형성되도록 피어싱(Piercing)하며, 세정기(200)는 피어싱 프레스기(100)의 측면 일측에는 배치되어 피어싱이 완료된 금속 시트(10)를 세정한다. 엠보싱 및 트리밍 프레스기(300)는 세정기(200)의 측면 일측에 배치되어 세정이 완료된 금속 시트(10)를 엠보싱하고 트리밍하여 금속 다공체(5)를 형성하며, 취출기(400)는 엠보싱 및 트리밍 프레스기(300)의 전면의 일측에 배치되어 엠보싱 및 트리밍 프레스기(300)에서 트리밍이 완료된 금속 다공체(5)를 취출한다. 금속 시트 피더(500)는 엠보싱 및 트리밍 프레스기(300)의 측면의 일측에 배치되어 피어싱 프레스기(100)에서 엠보싱 및 트리밍 프레스기(300)로 금속 시트(10)를 일정한 간격으로 이송시킨다.

본 발명의 금속 다공체 제조 시스템의 실시예에 따른 구성을 설명하면 다음과 같다.

피어싱 프레스기(100)는 도 1 및 도 2에서와 같이 세정기(200)의 측면 타측 즉, 제1수평방향(X)의 타측에 배치되며, 도 3 및 도 4에서와 같이 다수개의 가이드 부쉬(101)가 각각 가장자리에 일정한 간격을 두고 배치되는 상부 금형(110)과 가이드 부쉬(101)에 삽입되어 상부 금형과 합형 시 가이드하는 다수개의 가이드 샤프트(102)가 각각 가장자리에 각각 일정한 간격을 두고 배치되는 하부 금형(120)을 포함하여 구성된다.

상부 금형(110)은 도 3 및 도 4에서와 같이 사각형 상부 금형몸체(111), 펀치 홀더(112), 스트리퍼판(113), 다수개의 펀치(114) 및 다수개의 직선 이송기구(115)를 포함하여 구성된다.

사각형 상부 금형몸체(111)는 상부 금형(110)을 전반적으로 지지하며, 다수개의 가이드 부쉬(101)가 각각 가장자리에 일정한 간격을 두고 배치된다. 펀치 홀더(112)는 사각형 상부 금형몸체(111)의 하부에 배치되며, 스트리퍼판(113)은 펀치 홀더(112)의 하부에 배치되어 하부 금형으로 이송된 금속 시트(10)를 지지한다. 다수개의 펀치(114)는 각각 도 3 내지 도 5에서와 같이 펀치 홀더(112)에 일정한 간격을 두고 배치되며 각각 하부면에 금속 시트(10)에 다수개의 관통홀(6: 도 12에 도시됨)을 형성하기 위한 다수개의 돌출 패턴(6a)이 일정한 간격을 두고 형성된다. 이러한 다수개의 펀치(114)는 각각 도 6에서와 같이 펀치 몸체(114a), 펀치 헤드(114b), 연결부(114c) 및 다수개의 돌기부(114d)를 포함하여 구성된다.

펀치 몸체(114a)는 펀치 홀더(112)에 배치되며, 펀치 헤드(114b)는 펀치 몸체(114a)의 하부에 배치되고 두께가 펀치 몸체(114a)의 두께보다 작게 형성되며 하부면에 금속 시트(10)에 다수개의 관통홀(6)을 형성하기 위한 다수개의 돌출 패턴(6a)이 일정한 간격을 두고 형성된다. 즉, 다수개의 펀치(114)는 각각 하부면 즉, 펀치 헤드(114b)의 하부면에 금속 시트(10)에 다수개의 관통홀(6)을 형성하기 위한 다수개의 돌출 패턴(6a)이 일정한 간격을 두고 형성되며, 각각은 서로 동일하거나 다른 돌출 패턴(6a)이 형성된다. 예를 들어, 다수개의 펀치(114)는 서로 다른 돌출 패턴(6a)이 형성되거나 인접되는 펀치(114)는 서로 동일한 돌출 패턴(6a)이 형성되며, 각각의 펀치(114) 마다 다른 돌출 패턴(6a)이 형성될 수 있다. 여기서, 돌출 패턴(6a)은 저면이 원형, 삼각형, 사각형이나 다이아몬드형으로 형성하며, 다수개의 펀치(114)를 각각에 연결된 직선 이송기구(115)를 이용해 작동시킴에 의해 도 12에 도시된 것과 같은 금속 다공체(5) 등에 다양한 관통홀(6)의 형상을 용이하게 형성할 수 있게 된다. 연결부(114c)는 펀치 몸체(114a)와 펀치 헤드(114b)를 연결하며 일측과 타측에 각각 경사면(114e)이 형성되며, 다수개의 돌기부(114d)는 각각 펀치 헤드(114b)와 연결부(114c)의 (114e)에 각각 일정한 간격을 두고 배치되어 (114e)와 펀치 헤드(114b) 사이에서 발생되는 좌굴현상을 방지한다.

다수개의 직선 이송기구(115)는 각각 도 3 내지 도 5에서와 같이, 다수개의 펀치(114)와 연결되어 개별적으로 각각의 펀치(114)를 수직방향(Z)으로 승하강시키며, 각각은 펀치 고정 블럭(115a), 펀치 이동 블럭(115b), 슬라이드 바(115c) 및 실린더 이송기구(115d)를 포함하여 구성된다. 펀치 고정 블럭(115a)은 펀치 홀더(112)에 배치되고 펀치(114)가 고정되며, 펀치 이동 블럭(115b)은 펀치 고정 블럭(115a)의 상부에 배치되며 상부에 제1절곡부(115e)가 형성된다. 슬라이드 바(115c)는 펀치 이동 블럭(115b)의 상부에 접하도록 배치되며 수평방향으로 이동되어 제1절곡부(115e)와 맞닿는 제2절곡부(115f)가 하부에 형성되며, 실린더 이송기구(115d)는 슬라이드 바(115c)와 연결되어 제2절곡부(115f)가 제1절곡부(115e)와 맞닿게 슬라이드 바(115c)를 수평방향으로 이송시켜 펀치 이동 블럭(115b)을 수직방향(Z)으로 이동시킴에 의해 펀치(114)가 수직방향 즉, 제1수평방향(X)과 직교되는 제2수평방향(Y)으로 이동되도록 한다.

하부 금형(120)은 도 3 및 도 4에서와 같이 사각형 하부 금형몸체(121), 다이(122) 및 다이 인서트(123)를 포함하여 구성된다.

사각형 하부 금형몸체(121)는 하부 금형(120)을 전반적으로 지지하고, 다이(122)는 사각형 하부 금형몸체(121)의 상부에 배치되어 이송되는 금속 시트(10)를 지지하며, 다이 인서트(123)는 다이(122)에 배치되며 내측에 펀치(114)가 삽입되는 다이 인서트 홀(123a)이 형성된다. 즉, 다이 인서트(123)는 상부 금형(110)과 하부 금형(120)의 합형된 상태에서 펀치(114)가 직선 이송기구(115)에 의해 수직방향(Z)으로 하강하여 금속 시트(10)를 피어싱 시 금속 시트(10)를 통과시키기 위해 다이 인서트 홀(123a)이 형성된다.

세정기(200)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 피어싱 프레스(100)와 엠보싱 및 트리밍 프레스기(300) 사이 즉, 피어싱 프레스(100)와 제1엠보싱 프레스기(310) 사이에 배치되며, 내측에 세정액이 적재되어 피어싱이 완료된 금속 시트(10)를 세정한다. 여기서, 세정액은 디메틸카보네이트(dimethyl Carbonate) 45 내지 50wt％, 다이클로로메테인(dichloromethane) 26 내지 29wt％ 및 디클로로프로판(dichloromethane) 24 내지 26wt％가 혼합되어 사용된다. 이러한 세정 후 전해 식각 장비를 이용해 금속 시트(10)는 전해 식각을 이용해 금속 시트(10)의 표면처리를 수행하게 된다. 여기서, 사용되는 세정기(200)나 도시되지 않은 전해 식각 장비는 공지된 기술이 적용됨에 설명을 생략하며, 세정기(200)는 금속 시트(10)의 세정 효과를 개선시키기 위해 초음파 세정기가 적용될 수 있다.

엠보싱 및 트리밍 프레스기(300)는 도 1 및 도 2에서와 같이 다양한 실시예가 사용되며, 도 1에 도시된 엠보싱 및 트리밍 프레스기(300)의 일 실시예는 제1엠보싱 프레스기(310), 제2엠보싱 프레스기(320) 및 트리밍 프레스기(330)를 포함하여 구성된다.

제1엠보싱 프레스기(310)는 세정기(200)의 측면 일측에 배치되어 피어싱이 완료된 금속 시트(10)를 1차 엠보싱하며, 제2엠보싱 프레스기(320)는 제1엠보싱 프레스기(310)의 측면 일측에 배치되어 1차 엠보싱이 완료된 금속 시트(10)를 2차 엠보싱한다. 트리밍 프레스기(330)는 제2엠보싱 프레스기(320)의 측면 일측에 배치되어 2차 엠보싱이 완료된 금속 시트(10)를 트리밍하여 금속 다공체(5)를 형성한다.

도 1에 도시된 엠보싱 및 트리밍 프레스기(300)에 적용되는 제1엠보싱 프레스기(310)와 제2엠보싱 프레스기(320)는 서로 동일하게 구성되며, 각각의 상세한 구성을 도 7에 도시된 제1엠보싱 프레스기(310)를 이용해 설명하면 다음과 같다. 제1엠보싱 프레스기(310)는 도 7에서와 같이 상부 금형(311)과 하부 금형(312)을 포함하여 구성된다. 제1엠보싱 프레스기(310)의 상부 금형(311)은 다수개의 가이드 부쉬(311a)가 각각 가장자리에 일정한 간격을 두고 배치되며 하부에 상부 엠보싱 펀치(311b)가 배치된다. 하부 금형(312)은 가이드 부쉬(311a)에 삽입되어 상부 금형(311)과 합형 시 가이드하는 다수개의 가이드 샤프트(312a)가 각각 가장자리에 각각 일정한 간격을 두고 배치되며 상부에 상부 엠보싱 펀치(311b)와 대응되는 위치에 하부 엠보싱 펀치(312b)가 배치된다. 이러한 상부 엠보싱 펀치(311b)와 하부 엠보싱 펀치(312b)는 각각 하부면이나 상부면에 물결 모양의 엠보싱(311c,312c)이 형성된다. 즉, 상부 엠보싱 펀치(311b)의 하부면에 형성된 물결 모양의 엠보싱(311c)은 합형 시 하부 엠보싱 펀치(312b)의 상부면에 형성된 물결 모양의 엠보싱(312c)과 이격된 상태로 삽입되게 형성된다.

트리밍 프레스기(330)는 도 8에 도시된 바와 같이 제2엠보싱 프레스기(320)의 측면 일측에 배치되며 상부 금형(331)과 하부 금형(332)을 포함하여 구성된다. 상부 금형(331)은 다수개의 가이드 부쉬(331a)가 각각 가장자리에 일정한 간격을 두고 배치되며 하부에 한 쌍의 트리밍 펀치(331b,331c)가 간격을 두고 배치되며, 하부 금형(332)은 가이드 부쉬(331a)에 삽입되어 상부 금형(331)과 합형 시 가이드하는 다수개의 가이드 샤프트(332a)가 각각 가장자리에 각각 일정한 간격을 두고 배치되며 상부에 트리밍 펀치(331b,331c)와 대응되는 위치에 한 쌍의 단차부(332b,332c)가 형성되며 한 쌍의 단차부(332b,332c) 사이에서 금속 시트(10)를 지지한다.

엠보싱 및 트리밍 프레스기(300)의 다른 실시예는 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에 따른 엠보싱 및 트리밍 프레스기(300)에서 제2엠보싱 프레스기(320)와 트리밍 프레스기(330)에 대신 도 8에 도시된 복합 프레스기(340)를 사용하는 것이다. 즉, 엠보싱 및 트리밍 프레스기(300)의 다른 실시예는 도 1 및 도 2에 도시된 제1엠보싱 프레스기(310)에 도 8에 도시된 복합 프레스기(340)를 포함하여 구성함으로써 엠보싱 및 트리밍 프레스기(300)를 이용한 엠보싱 밑 트리밍 작업의 생산성을 개선시키기 위한 것이다. 이러한 다른 실시예에 따른 엠보싱 및 트리밍 프레스기(300)의 제1엠보싱 프레스기(310)는 피어싱 프레스기(100)의 일측에 배치되어 피어싱이 완료된 금속 시트(10)를 1차 엠보싱하며, 복합 프레스기(340)는 제1엠보싱 프레스기(310)의 일측에 배치되어 1차 엠보싱이 완료된 금속 시트(10)를 2차 엠보싱하면서 트리밍을 하여 금속 다공체(10)를 형성한다.

엠보싱 및 트리밍 프레스기(300)의 다른 실시예에 적용되는 제1엠보싱 프레스기(310)는 도 7에 도시된 제1엠보싱 프레스기(310)와 동일한 구성을 가짐을 설명을 생략하며, 복합 프레스기(340)는 도 9에 도시된 것과 같이, 복합 프레스기(340)는 제1엠보싱 프레스기(310)의 측면 일측에 배치되며 상부 금형(341)과 하부 금형(342)을 포함하여 구성된다. 상부 금형(341)은 제1엠보싱 프레스기(310)의 측면 일측에 배치되며 다수개의 가이드 부쉬(341a)가 각각 가장자리에 일정한 간격을 두고 배치되며 하부에 한 쌍의 트리밍 펀치(341b,341c)가 간격을 두고 배치되며 한 쌍의 트리밍 펀치(341b,341c)는 각각에 도 3이나 도 4에 도시된 직선 이송기구(115)가 연결되며, 각각은 도시되지 않지만 하나의 직선 이송기구(115)에 연결되거나 각각에 별도로 직선 이송기구(115)와 연결되어 동시에 수직방향(Z)으로 승하강되어 금속 시트(10)를 트리밍하여 금속 시트(10)에서 금속 다공체(5)를 분리하게 된다. 상부 엠보싱 펀치(341d)는 한 쌍의 트리밍 펀치(341b,341c) 사이에 배치되며, 상부 엠보싱 펀치(341d)의 하부면에 물결 모양의 엠보싱(341e)이 형성된다. 이와 같이 상부 금형(341)의 한 쌍의 트리밍 펀치(341b,341c)와 상부 엠보싱 펀치(341d)는 각각 직선 이송기구(115)를 별도로 연결함으로써 서로 동시 승하강시키거나 1차 엠보싱이 완료된 금속 시트(10)를 2차 엠보싱함과 아울러 트리밍을 수행하거나 각각을 순차적으로 승하강시켜 1차 엠보싱이 완료된 금속 시트(10)를 2차 엠보싱한 후 트리밍을 수행하여 금속 시트(10)에 금속 다공체(5)를 분리하게 된다. 하부 금형(342)은 가이드 부쉬(341a)에 삽입되어 상부 금형(341)과 합형 시 가이드하는 다수개의 가이드 샤프트(342a)가 각각 가장자리에 각각 일정한 간격을 두고 배치되며 상부에 트리밍 펀치(341b,341c)와 대응되는 위치에 한 쌍의 단차부(342b,342c)가 형성되며 한 쌍의 단차부(342b,342c) 사이에 상부 엠보싱 펀치(341d)와 대응되게 위치에 하부 엠보싱 펀치(342d)가 배치되어 형성된다. 이러한 하부 엠보싱 펀치(342d)의 상부면은 물결 모양의 엠보싱(341e)과 이격된 상태로 삽입되게 물결 모양의 엠보싱(342e)가 형성된다.

엠보싱 및 트리밍 프레스기(300)는 도 2에서와 같이 다수개의 카메라(351,352,353)가 구비된다. 다수개의 카메라(351,352,353)는 제1카메라(351), 제2카메라(352) 및 제3카메라(353)를 포함하여 구성된다. 제1카메라(351)는 보싱 및 트리밍 프레스기(300)의 측면 타측에 배치되어 피어싱이 완료된 금속 시트(10)의 1차 엠보싱 작업을 위한 정렬을 위해 금속 시트(10)의 가장자리 즉, 금속 시트(10)에서 금속 다공체(5)를 분리된 상태에서의 금속 다공체(5)의 가장자리(4: 도 2에 도시됨)를 촬영하며, 촬영된 이미지는 본 발명의 금속 다공체 제조 시스템을 전반적으로 제어하는 제어기(도시 않음)로 전송하고, 제어기는 전송된 이미지를 이용하여 피어싱과 세정이 완료된 금속 시트(10)의 이송 간격 즉, 이송 피치나 속도를 제어하여 엠보싱 및 트리밍 프레스기(300)의 제1엠보싱 프레스기(310)에 정렬되게 투입하게 된다.

제2카메라(352)는 제1카메라(351)와 이격되게 배치되어 엠보싱 및 트리밍 프레스기(300)에 의해 금속 시트(10)가 1차 엠보싱되면 2차 엠보싱 작업을 위한 정렬을 위해 금속 시트(10)에 형성된 정렬 홀(2: 도 2에 도시됨)을 촬영한다. 예를 들어, 금속 시트(10)가 1차 엠보싱이 완료됨에 따라 금속 시트(10)의 가장 자리(4: 도 2에 도시됨)의 이미지를 이용한 정렬이 용이하지 않으므로 금속 시트(10)에 형성된 정렬 홀(2: 도 2에 도시됨)을 촬영하고, 촬영된 이미지는 제어기에서 수신받아 제2엠보싱 프레기스(320)로 금속 시트(10)로 이송 시 제2엠보싱 프레기스(320)에 1차 엠보싱이 완료된 위치 위치에 2차 엠보싱을 위한 정렬을 위해 금속 시트(10)의 이송 간격이나 속도를 제어하게 된다.

제3카메라(353)는 제2카메라(352)와 이격되게 배치되어 2차 엠보싱이 완료되면 트리밍 작업을 위한 정렬을 위해 금속 시트(10)에 형성된 정렬 홀(2)을 촬영한다. 즉, 제3카메라(353)는 금속 시트(10)에 형성된 정렬 홀(2)을 촬영하고 촬영된이미지를 제어기로 전송하며, 제어기는 전송된 이미지를 수신받아 금속 시트(10)의 이송 간격이나 속도를 제어하여 금속 시트(10)를 트리밍 프레스기(330)에 정렬시키며, 트리밍 프레스기(330)는 금속 시트(10)를 트리밍하여 금속 다공체(5)를 형성하게 된다. 여기서, 제어기는 금속 시트(10)의 이송 간격 즉, 이송 피치나 속도등의 제어 시 금속 시트 피더(500)를 제어하며, 금속 시트 피더(500)의 구성 및 동작은 후술한다.

취출기(400)는 도 2 및 도 10에서와 같이 컨베이어(410)와 픽커 로봇(420)을 포함하여 구성된다.

컨베이어(410)는 엠보싱 및 트리밍 프레스기(300)의 전면의 일측 즉, 제2수평방향(Y)의 일측에 배치되어 금속 다공체(5)를 배출시킨다. 즉, 컨베이어(410)는 엠보싱 및 트리밍 프레스기(300)의 트리밍 프레스기(330)나 복합 프레스기(340)의 전면의 일측 즉, 제2수평방향(Y)의 일측에 배치되어 금속 시트(10)에서 트리밍되어 분리된 금속 다공체(5)가 이송되면 이를 배출하게 된다. 픽커 로봇(420)은 컨베이어(410)의 상부에 배치되어 엠보싱 및 트리밍 프레스기(300)에서 트리밍이 완료된 금속 다공체(5)를 금속 시트(10)에서 픽업하여 취출하는 컨베이어(410)로 이송시킨다. 즉, 픽커 로봇(420)은 컨베이어(410)의 상부에 배치되는 베이스부재(421)와, 상기 베이스 부재(421)의 상부의 일측에 한 쌍의 LM 레일(linear motion rail)(422a,422b)을 개재하여 배치되는 이동판(422)과, 상기 베이스 부재(421)의 상부의 타측에 배치되어 상기 이동판(422)을 컨베이어(410)와 트리밍 프레스기(330)나 복합 프레스기(340)로 왕복 이송시키는 직선 이송 기구(423)와, 상기 이동판(422)의 일측에 배치되어 금속 다공체(10)를 공압이나 전자력을 이용해 픽킹하는 픽커(424)와 상기 이동판(422)과 상기 픽커(424) 사이에 개재되어 픽커(424)를 수직방향으로 승하강시키는 승강 기구(425)를 포함하여 구성된다. 여기서, 직선 이송 기구(423)와 승강 기구(425)는 각각 볼스크류 이송기구, 리니어 모터 이송기구 및 공압 실린더 이송기구 중 어느 하나가 적용된다.

금속 시트 피더(500)는 도 1, 도 2 및 도 11에서와 같이 직선 이송 기구(510), 한 쌍의 제1클램프(520,521), 한 쌍의 제2클램프(530,531), 이송 클램프(540) 및 스크랩 커터(550)를 포함하여 구성된다.

직선 이송 기구(510)는 엠보싱 및 트리밍 프레스기(300)의 측면의 일측 즉, 트리밍 프레스기(330)이나 복합 프레스기(340)의 제1수평방향(X)의 일측에 배치되어 이송 클램프(540)를 왕복 이송시키며, 볼스크류 이송기구나 리니어 모터 이송기구 등이 적용된다. 한 쌍의 제1클램프(520,521)는 각각 직선 이송 기구(510)의 타측에 배치되며 서로 직선 이송 기구(510)가 내측에 위치되게 이격되어 배치되어 금속 시트(10)에서 금속 다공체(5)가 취출된 스크랩(7)을 클램핑하여 고정시키며, 한 쌍의 제2클램프(530,531)는 각각 한 쌍의 제1클램프(520,521)와 이격되게 직선 이송 기구(510)의 일측에 배치되며 서로 직선 이송 기구(510)가 내측에 위치되게 이격되어 배치되어 금속 시트(10)에서 금속 다공체(5)가 취출된 스크랩(7)을 클램핑하여 고정시킨다. 이송 클램프(540)는 직선 이송 기구(510)에 연결되어 한 쌍의 제1클램프(520,521)와 한 쌍의 제2클램프(530,531)에 의해 클램핑된 스크랩(7)을 클램핑한 후 한 쌍의 제1클램프(520,521)와 한 쌍의 제2클램프(530,531)가 각각 스크랩(7)의 클램핑을 해제하면 직선 이송 기구(510)에 의해 이송되어 스크랩(7)을 이송시킴에 의해 피어싱 프레스기(100)의 타측에 배치되며 금속 시트(10)가 권취되는 금속 시트 권취롤(8)에 권취된 금속 시트(10)를 다수개의 보조 롤러(8a)에 가이드된 상태로 일정한 간격으로 이송시킨다. 스크랩 커터(550)는 한 쌍의 제2클램프(530,531)의 일측에 배치되어 이송 클램프(540)에 의해 이송되는 스크랩(7)을 커팅한다.

금속 시트 피더(500)의 직선 이송 기구(510), 한 쌍의 제1클램프(520,521), 한 쌍의 제2클램프(530,531), 이송 클램프(540) 및 스크랩 커터(550)는 각각 제어기의 제어에 의해 스크랩(7)을 클램핑하거나 이송 및 커팅하며, 한 쌍의 제1클램프(520,521), 한 쌍의 제2클램프(530,531) 및 이송 클램프(540)의 개략적인 구성은 도 11에 도시된 확대도에서와 같이 실린더 이송기구(501)에 고정블럭(502)과 이동블럭(503)이 연결되며, 실린더 이송기구(501)는 이동블럭(503)을 수직방향(Z)으로 이동시켜 고정블럭(502)과 이동블럭(503) 사이에 스크랩(7)이 클램핑되거나 해제되도록 한다. 스크랩 커터(550)는 도 11에 도시된 확대도에서와 같이 실린더 이송기구(505)에 받침판(506) 및 커터(508)가 연결된 이동판(507)이 연결되며, 실린더 이송기구(505)에 의해 이동판(507)을 수직방향(Z)으로 이동시킴에 의해 받침판(506)에 위치된 스크랩(7)을 커터(508)가 절단하게 된다.

전술한 구성을 갖는 본 발명의 금속 다공체 제조 시스템의 동작을 설명하면 개략적으로 다음과 같다.

금속 시트 피더(500)는 제어기(도시 않음)의 제어에 의해 금속 시트(10)를 연속적이며 일정한 간격(피치)으로 피어싱 프레스기(100)에서 엠보싱 및 트리밍 프레스기(300)로 이송시킨다. 예를 들어, 금속 시트 피더(500)는 피어싱 프레스기(100)에서 피어싱 작업을 위한 일정한 간격 즉, 피치 단위로 금속 시트(10)를 이송시키며, 금속 시트 피더(500)의 직선 이송 기구(510)는 제어기의 제어에 의해 이송 클램프(540)를 제1수평방향(X)으로 왕복 이송시킴에 의해 금속 시트 권취롤(8)에 권취된 금속 시트(10)를 다수개의 보조 롤러(8a)에 가이드된 상태로 연속적이며 일정한 간격 및 속도로 피어싱 프레스기(100)에서 엠보싱 및 트리밍 프레스기(300)로 이송시킨다. 피어싱 프레스기(100)는 금속 시트(10)가 투입되면 금속 시트(10)에 피어싱 작업을 수행하며, 피어싱 작업이 완료되면 세정기(200)를 통해 세정 후 엠보싱 및 트리밍 프레스기(300)의 제1엠보싱 프레스기(310)로 이송된다.

제1엠보싱 프레스기(310)는 피어싱과 세정이 완료된 금속 시트(10)가 투입되면 금속 시트(10)에 1차 엠보싱을 수행하며, 금속 시트(10)의 1차 엠보싱이 완료되면 제어기의 제어에 의해 금속 시트 피더(500)는 금속 시트(10)를 이송시켜 제2엠보싱 프레스기(320)로 투입시킨다. 제2엠보싱 프레스기(320)는 투입된 금속 시트(10)에 2차 엠보싱을 수행하며, 2차 엠보싱이 완료되면 금속 시트 피더(500)는 금속 시트(10)를 이송하여 트리밍 프레스기(330)로 투입한다. 트리밍 프레스기(330)는 투입된 금속 시트(10)를 트리밍하여 금속 시트(10)에 금속 다공체(5)를 분리하며, 분리된 금속 다공체(5)는 취출기(400)에 의해 취출되어 배출된다.

취출기(400)는 픽커(424)가 직선 이송 기구(423)에 의해 제2수평방향(Y)으로 이송되어 트리밍 프레스기(330)의 상부 금형(331)과 하부 금형(332) 사이나 복합 프레스기(340)의 상부 금형(341)과 하부 금형(342) 사이로 이송되며, 트리밍 프레스기(330)나 복합 프레스기(340)에 의해 트리밍되어 금속 시트(10)에서 분리된 금속 다공체(5)를 픽킹하기 위해 승강 기구(425)에 의해 하강된다. 취출기(400)의 픽커(424)는 승강 기구(425)에 의해 수직방향(Z)으로 하강되면 금속 다공체(5)를 픽킹한 후 승강 기구(425)에 의해 다시 수직방향(Z)으로 승강된 상태에서 직선 이송 기구(423)에 의해 제2수평방향(Y)으로 이송되어 픽킹된 금속 다공체(5)를 컨베이어(410)로 이송시킨다.

취출기(400)에 의해 금속 다공체(5)가 취출된 금속 시트(10)에 잔존하는 스크랩(7)은 금속 시트 피터(500)의 스크랩 커터(550)에 의해 절단되어 배출된다. 여기서, 피어싱이 완료된 금속 시트(10)를 제1엠보싱 프레스기(310), 제2엠보싱 프레스기(320) 및 트리밍 프레스기(330)로 각각 투입 시 제1카메라(351), 제2카메라(352) 및 제3카메라(353)로 촬영하여 각각에 정렬된 상태로 투입되게 하여 금속 다공체(5)의 제조 작업의 정밀성을 개선시킴으로써 연료 전지에서 다공체 분리판으로 사용되는 금속 다공체(5)의 제조 생산성 및 제품에 대한 신뢰성을 개선시킬 수 있게 된다.

본 발명의 금속 다공체 제조 시스템은 연료전지 분야는 물론 다양한 종류의 핸드폰, 커패시터 제조 삽업 분야 등에 널리 적용할 수 있다.

5: 금속 다공체 10: 금속 시트
100: 피어싱 프레스기 110: 상부 금형
111: 사각형 상부 금형몸체 112: 펀치 홀더
113: 스트리퍼판 114: 펀치
115: 직선 이송기구 120: 하부 금형
121: 사각형 하부 금형몸체 122: 다이
123: 다이 인서트 200: 세정기
300: 엠보싱 및 트리밍 프레스기 310: 제1엠보싱 프레스기
320: 제2엠보싱 프레스기 330: 트리밍 프레스기
340: 복합 프레스기 400: 취출기
410: 컨베이어 420: 픽커 로봇
500: 금속 시트 피더 510: 직선 이송 기구
520,521: 제1클램프 530,531: 제2클램프
540: 이송 클램프 550: 스크랩 커터

Claims

금속 시트에 다수개의 관통홀이나 정렬 홀이 형성되도록 피어싱(Piercing)하는 피어싱 프레스기;
상기 피어싱 프레스기의 측면 일측에는 배치되어 피어싱이 완료된 금속 시트를 세정하는 세정기;
상기 세정기의 측면 일측에 배치되어 세정이 완료된 금속 시트를 엠보싱하고 트리밍하여 금속 다공체를 형성하는 엠보싱 및 트리밍 프레스기;
상기 엠보싱 및 트리밍 프레스기의 전면의 일측에 배치되어 엠보싱 및 트리밍 프레스기에서 트리밍이 완료된 금속 다공체를 취출하는 취출기; 및
상기 엠보싱 및 트리밍 프레스기의 측면의 일측에 배치되어 상기 피어싱 프레스기에서 상기 엠보싱 및 트리밍 프레스기로 금속 시트를 일정한 간격으로 이송시키는 금속 시트 피더;를 포함하며,
상기 피어싱 프레스기는 다수개의 가이드 부쉬가 각각 가장자리에 일정한 간격을 두고 배치되는 상부 금형; 및
상기 가이드 부쉬에 삽입되어 상기 상부 금형과 합형 시 가이드하는 다수개의 가이드 샤프트가 각각 가장자리에 각각 일정한 간격을 두고 배치되는 하부금형;을 포함하고,
상기 상부 금형은 사각형 상부 금형몸체와, 사각형 상부 금형몸체의 하부에 배치되는 펀치 홀더와, 상기 펀치 홀더의 하부에 배치되어 하부 금형으로 이송된 금속 시트를 지지하는 스트리퍼판과, 상기 펀치 홀더에 일정한 간격을 두고 배치되며 각각 하부면에 금속 시트에 다수개의 관통홀을 형성하기 위한 다수개의 돌출 패턴이 일정한 간격을 두고 형성되는 다수개의 펀치와, 상기 다수개의 펀치와 연결되어 상기 다수개의 펀치를 수직방향으로 승하강시키는 직선 이송기구를 포함하며,
상기 하부금형은 사각형 하부 금형몸체와, 상기 사각형 하부 금형몸체의 상부에 배치되어 이송되는 금속 시트를 지지하는 다이와, 상기 다이에 배치되며 내측에 상기 펀치가 삽입되는 다이 인서트 홀이 형성되는 금속 다공체 제조 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 다수개의 펀치는 각각 펀치 홀더에 배치되는 펀치 몸체와, 상기 펀치 몸체의 하부에 배치되고 두께가 펀치 몸체의 두께보다 작게 형성되며 하부면에 금속 시트에 다수개의 관통홀을 형성하기 위한 다수개의 돌출 패턴이 일정한 간격을 두고 형성되는 펀치 헤드와, 상기 펀치 몸체와 상기 펀치 헤드를 연결하며 일측과 타측에 각각 경사면이 형성되는 연결부와, 상기 펀치 헤드와 상기 연결부의 경사면에 각각 일정한 간격을 두고 배치되어 연결부와 펀치 헤드 사이에서 발생되는 좌굴현상을 방지하는 다수개의 돌기부를 포함하는 금속 다공체 제조 시스템.
제1항에 있어서,
상기 다수개의 펀치는 각각 하부면에 금속 시트에 다수개의 관통홀을 형성하기 위한 다수개의 돌출 패턴이 일정한 간격을 두고 형성되며, 각각은 서로 동일하거나 다른 돌출 패턴이 형성되는 금속 다공체 제조 시스템.
제1항에 있어서,
상기 직선 이송기구는 상기 펀치 홀더에 배치되며 펀치가 고정되는 펀치 고정 블럭과, 상기 펀치 고정 블럭의 상부에 배치되며 상부에 제1절곡부가 형성되는 펀치 이동 블럭과, 상기 펀치 이동 블럭의 상부에 접하도록 배치되며 수평방향으로 이동되어 상기 제1절곡부와 맞닿는 제2절곡부가 하부에 형성되는 슬라이드 바와, 상기 슬라이드 바와 연결되어 제2절곡부가 제1절곡부와 맞닿게 슬라이드 바를 수평방향으로 이송시켜 펀치 이동 블럭을 수직방향으로 이동시킴에 의해 펀치가 수직방향으로 이동되도록 하는 실린더 이송기구를 포함하는 금속 다공체 제조 시스템.
제1항에 있어서,
상기 엠보싱 및 트리밍 프레스기는 상기 세정기의 측면 일측에 배치되어 피어싱이 완료된 금속 시트를 1차 엠보싱하는 제1엠보싱 프레스기와,
상기 제1엠보싱 프레스기의 일측에 배치되어 1차 엠보싱이 완료된 금속 시트를 2차 엠보싱하는 제2엠보싱 프레스기와,
상기 제2엠보싱 프레스기의 일측에 배치되어 2차 엠보싱이 완료된 금속 시트를 트리밍하여 금속 다공체를 형성하는 트리밍 프레스기를 포함하며,
상기 제1엠보싱 프레스기와 상기 제2엠보싱 프레스기는 각각 다수개의 가이드 부쉬가 각각 가장자리에 일정한 간격을 두고 배치되며 하부에 상부 엠보싱 펀치가 배치되는 상부 금형과, 상기 가이드 부쉬에 삽입되어 상기 상부 금형과 합형 시 가이드하는 다수개의 가이드 샤프트가 각각 가장자리에 각각 일정한 간격을 두고 배치되며 상부에 상기 상부 엠보싱 펀치와 대응되는 위치에 하부 엠보싱 펀치가 배치되는 하부금형을 포함하고, 상기 상부 엠보싱 펀치와 상기 하부 엠보싱 펀치는 각각 하부면이나 상부면에 물결 모양의 엠보싱이 형성되며,
상기 트리밍 프레스기는 상기 제2엠보싱 프레스기의 일측에 배치되며 다수개의 가이드 부쉬가 각각 가장자리에 일정한 간격을 두고 배치되며 하부에 한 쌍의 트리밍 펀치가 간격을 두고 배치되는 상부 금형과, 상기 가이드 부쉬에 삽입되어 상기 상부 금형과 합형 시 가이드하는 다수개의 가이드 샤프트가 각각 가장자리에 각각 일정한 간격을 두고 배치되며 상부에 상기 트리밍 펀치와 대응되는 위치에 한 쌍의 단차부가 형성되며 상기 한 쌍의 단차부 사이에 금속 시트를 지지하는 하부금형을 포함하는 금속 다공체 제조 시스템.
제1항에 있어서,
상기 엠보싱 및 트리밍 프레스기는 상기 피어싱 프레스기의 일측에 배치되어 피어싱이 완료된 금속 시트를 1차 엠보싱하는 제1엠보싱 프레스기와,
상기 제1엠보싱 프레스기의 일측에 배치되어 1차 엠보싱이 완료된 금속 시트를 2차 엠보싱하면서 트리밍을 하는 복합 프레스기를 포함하며,
상기 복합 프레스기는 상기 제1엠보싱 프레스기의 일측에 배치되며 다수개의 가이드 부쉬가 각각 가장자리에 일정한 간격을 두고 배치되며 하부에 한 쌍의 트리밍 펀치가 간격을 두고 배치되며 상기 한 쌍의 트리밍 펀치 사이에 상부 엠보싱 펀치가 배치되는 상부 금형과, 상기 가이드 부쉬에 삽입되어 상기 상부 금형과 합형 시 가이드하는 다수개의 가이드 샤프트가 각각 가장자리에 각각 일정한 간격을 두고 배치되며 상부에 상기 트리밍 펀치와 대응되는 위치에 한 쌍의 단차부가 형성되며 상기 한 쌍의 단차부 사이에 상기 상부 엠보싱 펀치와 대응되게 위치에 하부 엠보싱 펀치가 배치되는 하부금형을 포함하는 금속 다공체 제조 시스템.
제1항에 있어서,
상기 세정기는 내측에 세정액이 적재되며, 상기 세정액은 디메틸카보네이트(dimethyl Carbonate) 45 내지 50wt％, 다이클로로메테인(dichloromethane) 26 내지 29wt％ 및 디클로로프로판(dichloromethane) 24 내지 26wt％가 혼합되어 사용되는 금속 다공체 제조 시스템.
제1항에 있어서,
상기 엠보싱 및 트리밍 프레스기는 다수개의 카메라가 구비되며,
상기 다수개의 카메라는 보싱 및 트리밍 프레스기의 측면 타측에 배치되어 피어싱이 완료된 금속 시트의 1차 엠보싱 작업을 위한 정렬을 위해 금속 시트의 가장자리를 촬영하는 제1카메라와, 상기 제1카메라와 이격되게 배치되어 엠보싱 및 트리밍 프레스기에 의해 금속 시트가 1차 엠보싱되면 2차 엠보싱 작업을 위한 정렬을 위해 금속 시트에 형성된 정렬 홀을 촬영하는 제2카메라와, 상기 제2카메라와 이격되게 배치되어 2차 엠보싱이 완료되면 트리밍 작업을 위한 정렬을 위해 금속 시트에 형성된 정렬 홀을 촬영하는 제3카메라를 포함하는 금속 다공체 제조 시스템.
제1항에 있어서,
상기 취출기는 상기 엠보싱 및 트리밍 프레스기의 전면의 일측에 배치되어 금속 다공체를 배출시키는 컨베이어와, 상기 컨베이어의 상부에 배치되어 상기 엠보싱 및 트리밍 프레스기에서 트리밍이 완료된 금속 다공체를 금속 시트에서 픽업하여 취출하는 컨베이어로 이송하는 픽커 로봇을 포함하는 금속 다공체 제조 시스템.
제1항에 있어서,
상기 금속 시트 피더는 상기 엠보싱 및 트리밍 프레스기의 측면의 일측에 배치되는 직선 이송 기구와, 상기 직선 이송 기구의 타측에 배치되며 서로 직선 이송 기구가 내측에 위치되게 이격되어 배치되어 금속 시트에서 금속 다공체가 취출된 스크랩을 클램핑하여 고정시키는 한 쌍의 제1클램프와, 상기 한 쌍의 제1클램프와 이격되게 상기 직선 이송 기구의 일측에 배치되며 서로 직선 이송 기구가 내측에 위치되게 이격되어 배치되어 금속 시트에서 금속 다공체가 취출된 스크랩을 클램핑하여 고정시키는 한 쌍의 제2클램프와, 상기 직선 이송 기구에 연결되어 한 쌍의 제1클램프와 한 쌍의 제2클램프에 의해 클램핑된 스크랩을 클램핑한 후 한 쌍의 제1클램프와 한 쌍의 제2클램프가 각각 스크랩의 클램핑을 해제하면 직선 이송 기구에 의해 이송되어 스크랩을 이송시킴에 의해 상기 피어싱 프레스기의 타측에 배치되며 금속 시트가 권취되는 금속 시트 권취롤에 권취된 금속 시트를 일정한 간격으로 이송시키는 이송 클램프와, 상기 한 쌍의 제2클램프의 일측에 배치되어 상기 이송 클램프에 의해 이송되는 스크랩을 커팅하는 스크랩 커터를 포함하는 금속 다공체 제조 시스템.