KR102375745B1 - 고분자 나노 복합소재용 기계화학적 제조장치 및 방법 - Google Patents

고분자 나노 복합소재용 기계화학적 제조장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고분자 나노 복합소재용 기계화학적 제조장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 제조장치는 피처리물을 수용하여 회전하는 회전 챔버; 이 회전 챔버와 반대 방향으로 회전하고, 원심력에 의해 회전 챔버의 내주면에 부착된 피처리물을 구름 접촉으로 회전 챔버의 내주면에 대해 가압하는 가압유닛; 회전 챔버와 반대 방향으로 회전하고, 가압유닛에 의해 회전 챔버의 내주면에 압착된 피처리물을 타격하는 충격유닛; 회전 챔버와 반대 방향으로 회전하고, 가압유닛에 의해 회전 챔버의 내주면에 압착되어 있는 피처리물을 회전 챔버의 내주면으로부터 떼어내는 피처리물 제거수단; 및 가압유닛과 충격유닛 및 피처리물 제거수단을 동시에 회전 챔버와 반대 방향으로 회전시키는 회전수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고분자 나노 복합소재용 기계화학적 제조장치 및 방법{MECHANOCHEMICAL MANUFACTURING APPARATUS AND METHOD FOR POLUMER-NANO COMPOSITE MATERIALS}
본 발명은 서로 다른 두 종류 이상의 분말 소재, 특히 고분자 수지에 탄소나노튜브(carbon nano tube)를 혼합한 후, 이들을 높은 기계적 힘으로 가압해서 화학적으로 결합시키기 위한 고분자 나노 복합소재용 기계화학적 제조장치 및 방법에 관한 것이다.
주지하다시피 탄소나노튜브는 대표적인 탄소 나노 구조체로서, 직경이 수 nm 내지 수십 nm이고, 길이가 수 ㎛ 내지 수백 ㎛이며, 종횡비가 수십에서 수천인 미세한 원통형의 구조체이다. 이러한 탄소나노튜브는 높은 탄성 강도와 유연성, 전기적 및 열적 특성과 기계적 강도 등이 대단히 우수하여 나노 스케일의 전기·전자 디바이스, 나노 센서, 광전자 디바이스 및 고기능 복합재 등 다양한 분야에서의 응용 가능성이 매우 높은 것으로 평가되고 있다.
이와 관련하여, 최근 탄소나노튜브-고분자 복합소재(carbon nano tube-polymer composite)에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 현재까지 알려지고 있는 탄소나노튜브-고분자 복합소재의 경우, 예컨대 탄소나노튜브의 표면을 개질하거나 고분자 수지를 개질하는 등의 습식 공정에 의한 것이 대부분이다.
그런데, 습식 공정은 별도의 원료 전처리 공정이 요구되기 때문에 낮은 공정성과 높은 제조 비용 뿐 아니라 유기 용매 사용으로 인한 환경오염의 문제가 있었다. 또한, 탄소나노튜브나 고분자 수지를 개질하더라도 압출 등의 단순한 건식 혼합법을 이용할 경우 탄소나노튜브의 분산성이 낮아 복합소재의 물성이 저하되는 문제도 있었다.
즉, 탄소나노튜브-고분자 복합소재가 최적의 물성을 발휘하기 위해서는 탄소나노튜브가 고분자 물질 내에 고르게 분산되어 있어야 하는데, 탄소나노튜브는 강한 반데르발스 힘(van der Waals force)에 의해 서로 엉켜 있어 단순 압출 등의 공정만으로는 고분자 물질 내에 고르게 분산되지 못하고 뭉치는 현상이 발생한다. 이 때문에 복합소재의 기계적 물성과 열적 및 전기적 특성이 저하되는 것이다.
한편, 특허문헌 1에는 이와 같은 문제들을 해결하기 위해, 서로 다른 둘 이상의 분말 소재를 혼합하고, 이들에 높은 기계적 힘을 가해 화학적 결합을 유도함으로써 복합소재의 분산성을 높일 수 있는 분체 처리 장치가 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 1은 다음과 같은 문제를 내포하고 있었다.
첫째, 피처리물을 통형 회전체의 내주면에 가압하는 이너피스(inner peace)가 고정되어 있기 때문에 양자간의 상대회전속도에 따른 강한 전단력을 얻기 위해서는 통형 회전체를 매우 높은 회전수로 구동시켜야 한다.
둘째, 이 때문에 장치의 안전성과 수명 등에 악영향을 끼칠 우려가 많고, 특히 통형 회전체의 고속 회전에 따른 강한 마찰 저항으로 인해 이너피스가 손상될 우려도 높다.
셋째, 소재간의 화학적 결합이 통형 회전체와 이너피스 간의 가압력과 상대회전에 따른 전단력에만 의존하므로 분산성 향상에 어려움이 따른다.
넷째, 통형 회전체의 내주면에 압착된 피처리물을 고정 설치된 소취부재가 통형 회전체의 회전에 따라 간극을 두고 긁어주기 때문에 압착된 피처리물을 통형 회전체의 내주면으로부터 확실하게 제거하기 곤란할 뿐 아니라, 자칫 소취부재가 파손될 우려도 있다.
일본 공개특허공보 제2000-117083호(2000.04.25. 공개)
본 발명은 상술한 제반 문제를 감안하여 창안된 것으로서, 피처리물을 수용하여 회전하는 용기를 과도하게 회전시키지 않고서도 피처리물을 가압하는 부재와의 충분한 상대회전속도를 구현하여 우수한 기계화학적 결합 효율과 함께 고른 분산성을 얻을 수 있는 고분자 나노 복합소재용 기계화학적 제조장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 용기의 회전에 따른 가압부재의 마찰 저항을 최소화시킬 수 있는 고분자 나노 복합소재용 기계화학적 제조장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 피처리물을 높은 기계적 힘으로 가압함과 함께 피처리물에 충격을 가해 줌으로써 분산성을 향상시킬 수 있는 고분자 나노 복합소재용 기계화학적 제조장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 피처리물 제거수단의 파손 우려 없이 가압부재에 의해 회전 용기의 내주면에 압착된 피처리물을 확실하게 제거할 수 있는 고분자 나노 복합소재용 기계화학적 제조장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상술한 목적들의 기계화학적 제조장치를 구현하기에 적합한 고분자 나노 복합소재용 기계화학적 제조방법을 제공하는 것이다.
이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 의한 고분자 나노 복합소재용 기계화학적 제조장치는, 피처리물을 수용하여 회전하는 회전 챔버; 이 회전 챔버와 반대 방향으로 회전하고, 원심력에 의해 회전 챔버의 내주면에 부착된 피처리물을 구름 접촉으로 회전 챔버의 내주면에 대해 가압하는 가압유닛; 회전 챔버와 반대 방향으로 회전하고, 가압유닛에 의해 회전 챔버의 내주면에 압착된 피처리물을 타격하는 충격유닛; 회전 챔버와 반대 방향으로 회전하고, 가압유닛에 의해 회전 챔버의 내주면에 압착되어 있는 피처리물을 회전 챔버의 내주면으로부터 떼어내는 피처리물 제거수단; 및 가압유닛과 충격유닛 및 피처리물 제거수단을 동시에 회전 챔버와 반대 방향으로 회전시키는 회전수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
회전수단은, 내주면에 치형을 가지고 회전 챔버와 반대 방향으로 회전되며, 가압유닛과 충격유닛 및 피처리물 제거수단이 각각 고정되는 링기어(ring gear); 외주면에 치형을 가지고 링기어의 중심에 위치하여 회전 챔버와 같은 방향으로 회전하는 선기어(sun gear); 외주면에 치형을 가지고 링기어와 선기어 사이에 방사상으로 배치되어 상호 맞물리며, 링기어와 같은 방향으로 회전하는 복수의 피니언(pinion); 및 복수의 피니언들을 각각 회전 가능하게 지지하여 고정되는 캐리어(carrier);를 포함 할 수 있다.
여기서, 회전 챔버의 회전축은 중공으로 형성되고, 캐리어의 회전축은 회전 챔버의 회전축 내부를 관통하여 고정될 수 있다.
가압유닛은, 링기어의 외주에서 지름 방향의 외측으로 돌출하는 제1 아암; 이 제1 아암의 자유단에 회전 가능하게 지지되어 피처리물을 구름 접촉으로 가압하는 가압롤러; 및 선기어의 회전력을 가압롤러에 같은 회전 방향으로 전달하여 가압롤러를 회전시키는 제1 동력전달수단;을 포함 할 수 있다.
충격유닛은, 링기어의 외주에서 지름 방향의 외측으로 돌출하는 제2 아암; 이 제2 아암의 자유단에 신축 가능하게 결합되어 회전 챔버의 내주면 쪽으로 바이어스(bias) 되고, 외력에 의해 격발되어서 피처리물을 타격하는 타격부재; 및 타격부재를 바이어스 반대 방향으로 이동시킨 후 구속을 해제하여 피처리물 쪽으로 발사하는 격발수단;을 포함 할 수 있다.
바람직하기로 격발수단은, 제2 아암에 회전 가능하게 지지되고, 한쪽 면에 캠홈을 갖는 캠부재; 타격부재에 구비되어 캠홈을 따라 회전 챔버의 지름 방향으로 왕복 이동하는 격발 가이드; 및 선기어의 회전력을 캠부재에 전달하여 캠부재를 회전시키는 제2 동력전달수단;을 포함하는 구성일 수 있다.
또한, 피처리물과 접촉하는 타격부재의 타격면은 회전 챔버의 내주에 대응하는 곡률의 곡면으로 형성됨과 함께 요철을 구비하여 전단력 향상을 도모하는 것이 바람직할 수 있다.
피처리물 제거수단은, 링기어의 외주에서 지름 방향의 외측으로 돌출하는 제3 아암; 이 제3 아암의 자유단에 장착되어 회전 챔버와 반대 방향으로 회전되고, 회전 챔버 내주면의 피처리물을 긁어내는 복수의 블레이드를 외주에 방사상으로 갖는 스크레이퍼 롤러(scraper roller); 및 선기어의 회전력을 스크레이퍼 롤러에 반대 방향으로 전달하여 스크레이퍼 롤러를 회전시키는 제3 동력전달수단;을 포함 할 수 있다.
바람직하기로, 스크레이퍼 롤러는 복수의 블레이드들 사이에 브러시(brush)를 각각 더 구비하여 브레이드가 긁어낸 회전 챔버의 내주면을 추가로 쓸어냄으로써 피처리물을 더욱 확실하게 제거할 수 있다.
또한, 본 발명의 기계화학적 처리 장치는, 회전 챔버의 상부가 개구되고; 회전 챔버를 지름 방향 및 상측에 간격을 두고 수용하는 외부 하우징; 회전 챔버의 측벽 하부에 형성되어 회전 챔버의 측벽 내·외부 공간을 연통시키는 복수의 유로구멍; 및 회전 챔버의 외주 하부에 방사상으로 돌출되어 상승 기류를 형성하는 복수의 날개;를 더 포함하여, 피처리물을 순환시킴으로써 처리 효율을 더욱더 향상시킬 수 있다.
외부 하우징은 피처리물을 회전 챔버 내로 투입하기 위한 투입구와, 처리 완료된 피처리물을 외부로 배출하기 위한 배출구를 구비할 수 있다.
한편, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 고분자 나노 복합소재용 기계화학적 제조방법은, (a) 서로 다른 적어도 두 종류의 분말 소재가 혼합된 피처리물을 통형의 용기에 투입하는 단계; (b) 용기를 임의의 설정된 속도로 회전시켜 피처리물을 원심력에 의해 용기의 내주면에 부착시키는 단계; (c) 용기의 내부에서 가압부재를 용기와 반대 방향으로 회전시키면서, 가압부재가 (b)단계에서 용기의 내주면에 부착된 피처리물을 구름 접촉으로 가압하도록 하는 단계; (d) 용기의 내부에서 타격부재를 가압부재와 함께 회전시키면서, 타격부재가 (c)단계에서 용기의 내주면에 압착된 피처리물을 타격하도록 하는 단계; 및 (e) 용기의 내부에서 피처리물 제거부재를 가압부재와 함께 회전시키면서, 피처리물 제거부재가 용기의 내주면에 압착되어 있는 피철기물을 제거하도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하기로, (c)단계는, 가압부재의 자유단에 가압롤러를 구비하고, 가압롤러를 용기와 같은 방향으로 회전시키는 단계를 포함 할 수 있다.
또한, (e)단계는, 용기의 내주면에 부착된 피처리물을 긁어내는 복수의 블레이드가 외주에 방사상으로 구비된 스크레이퍼 롤러를 피처리물 제거부재의 자유단에 구비하고, 스크레이퍼 롤러를 용기와 반대 방향으로 회전시키는 단계를 포함 할 수 있다.
여기서, (e)단계는, 스크레이퍼 롤러가 복수의 블레이드들 사이의 외주에 브러시를 각각 구비하여, 각 블레이드에 의해 피처리물이 긁어내어진 용기의 내주면을 브러시로 쓸어주는 단계를 더 포함 할 수도 있다.
이와 같은 본 발명에 의한 기계화학적 처리 장치에 의하면, 피처리물을 수용하는 회전 챔버와 피처물을 가압하는 가압유닛이 서로 반대 방향으로 동시에 회전하므로 회전 챔버를 과도하게 회전시키지 않고서도 가압유닛과의 충분한 상대회전속도를 구현할 수 있다. 이에 따라 장치를 안전하게 가동하면서 우수한 기계화학적 결합 효율과 고른 분산성을 얻을 수 있다.
또한, 가압유닛이 피처리물에 구름 접촉하므로 피처리물을 원활하게 가압할 수 있음은 물론, 회전 챔버의 회전에 따른 가압유닛의 마찰 저항도 최소화되어 가압유닛의 파손 우려가 현저히 줄어든다.
더욱이, 피처리물을 높은 기계적 힘으로 가압함과 함께 피처리물에 강한 충격을 가하는 것에 의해 향상된 분산성을 얻을 수 있어 복합소재의 물성을 높일 수 있다.
또, 스크레이퍼 롤러가 회전하면서 피처리물을 긁어내고 쓸어주기 때문에 피처리물을 회전 챔버의 내주면으로부터 확실하게 제거할 수 있고, 파손 우려 역시 낮다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 나노 복합시트용 기계화학적 제조장치를 도시한 단면도,
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 취한 단면도,
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 나노 복합시트용 기계화학적 제조장치의 유성기어 유닛을 도시한 평면도와 단면도,
도 5는 도 2에 도시된 본 발명 고분자 나노 복합시트용 기계화학적 제조장치의 중요 부분을 발췌하여 도시한 확대 평면도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 나노 복합시트용 기계화학적 제조장치의 가압유닛을 발췌하여 도시한 측면도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 나노 복합시트용 기계화학적 제조장치의 충격유닛을 도시한 단면도,
도 8은 도 7에 도시된 충격유닛의 캠부재를 도시한 저면도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 나노 복합시트용 기계화학적 제조장치의 스크레이퍼의 다른 실시 형태를 도시한 평면도이다.
이와 같은 본 발명의 구체적 특징과 다른 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예의 설명으로 더욱 명확해질 것이다.
도 1 및 도 2에서, 본 발명에 의한 고분자 나노 복합시트용 기계화학적 제조장치(1)는, 외부 하우징(10)과, 이 외부 하우징(10) 내에 수용되어 피처리물(P)을 수용하는 회전 챔버(20)와, 원심력에 의해 회전 챔버(20)의 내주면에 부착된 피처리물(P)을 구름 접촉으로 가압하는 가압유닛(30)과, 가압유닛(30)에 의해 회전 챔버(20)의 내주면에 압착된 피처리물(P)을 타격하는 충격유닛(40)과, 가압유닛(30)에 의해 회전 챔버(20)의 내주면에 압착되어 있는 피처리물(P)을 떼어내는 피처리물 제거수단 및 가압유닛(30)과 충격유닛(40) 및 피처리물 제거수단을 동시에 회전 챔버(20)와 반대 방향으로 회전시키는 회전수단(60)을 포함하여 구성될 수 있다.
외부 하우징(10)은 상부가 개구된 원형 용기 형태의 바디(11)와, 이 바디(11)의 개구를 차폐하는 덮개(12)를 포함 할 수 있다. 바디(11)는 예를 들어 지면이나 베이스 등에 고정될 수 있고, 처리 완료된 피처리물(P)을 외부로 배출하기 위한 배출구(13)를 한쪽에 갖는다. 배출구(13)는 밸브(14)에 의해 개폐될 수 있다. 덮개(12)는 처리할 피처리물(P)을 회전 챔버(20) 내로 투입하기 위한 투입구(15)와, 외부 하우징(10)의 내부에 형성된 기류가 외부로 빠져나갈 수 있는 배기구(16)를 구비할 수 있다. 배기구(16)에는 기류에 포함된 피처리물(P)을 걸러줄 수 있는 필터가 구비될 수 있다.
이러한 외부 하우징(10)은 처리 공간의 냉각을 위해 냉매가 순환할 수 있는 쿨링재킷(cooling jacket: 도시하지 않음)을 포함하는 구성일 수도 있다.
회전 챔버(20)는 외부 하우징(10)의 바디(21)와 마찬가지로 상부가 개구된 원형 용기 형태로 구성될 수 있고, 그 회전에 따른 원심력에 의해서 측벽(21)의 내주면에 피처리물(P)을 부착시킬 수 있다. 회전 챔버(20)는 하면 중앙에 회전축(22)을 돌출되게 구비할 수 있고, 이 회전축(22)을 외부 하우징(10) 바디(11)의 바닥면에 관통시켜 지면 등에 고정된 지지부재(25)에 회전 가능하게 결합함으로써 외부 하우징(10) 내에서 회전할 수 있다. 바람직하기로 회전축(22)은 후술한 회전수단(60)의 캐리어 회전축(66)이 관통할 수 있도록 중공으로 형성될 수 있다. 이러한 회전 챔버(20)는 예컨대 그 회전축(22)이 구동모터(26)와 벨트(27)로 연결되어서 고속으로 회전될 수 있다.
한편, 회전 챔버(20)는 외부 하우징(10)의 내부에 그 지름 방향 및 상부가 일정 간격만큼씩 각각 이격되도록 장착될 수 있다. 이는 후술한 유로구멍(23)과 함께 피처리물(P)의 순환경로를 형성하여, 피처리물(P)이 회전 챔버(20)의 내부로부터 빠져나온 후 다시 회전 챔버(20)의 내부로 진입하는 순환작용을 할 수 있도록 유도하기 위함이다.
이를 위해 회전 챔버(20)의 측벽(21) 하부에는 회전 챔버(20)의 내부와 외부 하우징(10)과 회전 챔버(20) 사이의 공간을 연통시키는 복수개의 유로구멍(23)이 방사상으로 형성될 수 있다. 그리고 회전 챔버(20)의 측벽(22) 외주면 하부에는 회전 챔버(20)의 회전에 따라 외부 하우징(10)과 회전 챔버(20) 간의 공간에 상승기류를 형성해주는 다수의 날개(24)들이 방사상으로 돌출되게 구비될 수 있다.
이에 따라 피처리물 제거수단에 의해 회전 챔버(20)의 내주면으로부터 떨어진 피처리물(P)이 회전 챔버(20)의 원심력에 의해 유로구멍(23)을 통해 회전 챔버(20)의 내부에서 빠져나간 후, 날개(24)에 의해 형성된 기류를 타고 상승하여 다시 회전 챔버(20)의 내부로 진입할 수 있다. 이와 같은 피처리물(P)의 순환작용은 피처리물(P)의 기계화학적 처리를 원활하게 하여 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
도 5 및 도 6에서, 가압유닛(30)은 회전 챔버(20)의 내부에서 그 지름 방향으로 배치되는 제1 아암(31)과, 이 제1 아암(31)의 자유단에 회전 가능하게 장착되어 회전 챔버(20)의 측벽(21) 내주면에 부착된 피처리물(P)을 가압하는 가압롤러(32) 및 이 가압롤러(32)를 회전시키는 제1 동력전달수단(33)을 포함 할 수 있다.
제1 아암(31)은 후술한 회전수단(60)의 링기어(61) 외주면에 일단이 고정되어 링기어(61)을 따라 회전 챔버(20)와 반대 방향으로 회전될 수 있다. 이에 따라 가압유닛(30)이 고정된 채 회전 챔버(20)만 회전하는 경우에 비해, 회전 챔버(20)와 가압유닛(30) 간의 상대회전속도가 증가되어 피처리물(P)에 더욱 큰 전단력을 작용시킬 수 있어 피처리물(P)의 분산성이 향상될 수 있다. 이러한 제1 아암(31)은 자유단에 가압롤러(32)를 회전 가능하게 장착하기 위한 지지포크(34)를 구비할 수 있다.
가압롤러(32)는 그 회전 중심이 회전 챔버(20)의 지름 방향과 나란하게 배치되어서 제1 아암(31)의 지지포크(34)에 장착된다. 이 때, 가압롤러(32)의 외주면은 회전 챔버(20)의 측벽(21) 내주면과 일정한 간극을 유지하며, 이 간극은 피처리물(P)의 종류 등에 따라 달라질 수 있다. 바람직하기로 이러한 가압롤러(32)는 피처리물(P)을 용이하게 가압할 수 있도록 회전 챔버(20)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전될 수 있다. 따라서 제1 아암(31)이 회전 챔버(20)와 반대 방향으로 회전함에도 회전 챔버(20)의 회전을 방해하지 않고, 원활하게 피처리물(P)을 가압할 수 있다.
제1 동력전달수단(33)은 여러 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어 도시된 바와 같이 후술한 회전수단(60)의 선기어 회전축(65)에 구동풀리(35)를 구비하고, 가압롤러(32)의 회전축에 종동풀리(36)를 구비하여 양자를 벨트(37)로 연결하는 구성일 수 있다.
도5, 도 7 및 도 8에서, 충격유닛(40)은 회전 챔버(20)의 지름 방향으로 배치되는 제2 아암(41)과, 이 제2 아암(41)의 자유단에 신축 가능하게 장착되어 피처리물(P)을 타격하는 타격부재(42) 및 타격부재(42)를 격발시키기 위한 격발수단(43)을 포함할 수 있다.
제2 아암(41)은 후술한 회전수단(60)의 링기어(61) 외주에 일단이 고정되고, 가압유닛(30)과 함께 링기어(61)를 따라 회전 챔버(20)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전될 수 있다. 제2 아암(41)은 그 자유단으로 개구하는 작동구멍(41a)을 길이방향, 즉 회전 챔버(20)의 지름 방향으로 갖는다. 또, 이 작동구멍(41a)과 직교하는 방향으로 관통하고, 길이방향으로 길게 형성되는 안내장공(41b)도 갖는다. 안내장공(41b)은 후술한 격발 가이드(46)의 왕복 이동을 안내한다.
타격부재(42)는 피처리물(P)에 접촉하는 타격헤드(42a)와, 이 타격헤드(42a)을 일단에 구비하여 제2 아암(41)의 작동구멍(41a)에 슬라이딩 가능하게 결합되는 작동로드(42b)로 구성될 수 있다. 이 타격부재(42)는 스프링(44)에 의해 회전 챔버(20)의 측벽(21) 쪽으로 바이어스 될 수 있고, 이에 따라 격발수단(43)에 의해 피처리물(P)을 강하게 타격하여 피처리물(P)의 분산성을 향상시킬 수 있다. 바람직하기로, 타격헤드(42a)의 타격면은 피처리물(P)을 균일하게 타격할 수 있도록 회전 챔버(20)의 내주면 곡률에 대응하는 곡률의 곡면으로 형성되는 것이 좋다. 또한, 타격헤드(42a)의 타격면에는 요철(42c)을 구비하는 것도 좋은데, 요철(42c)은 타격부재(42)에 의한 충격 시 피처리물(P)에 더욱 강한 전단력을 작용시킬 수 있어 피처리물(P)의 분산성 향상에 기여할 수 있다.
격발수단(43)은 한쪽 면에 캠홈(45a)을 가지고 제2 아암(42)에 회전 가능하게 지지되는 캠부재(45)와, 타격부재(42)에 고정되어 캠홈(45a)을 따라 회전 챔버(20)의 지름 방향으로 왕복 이동하는 격발 가이드(46) 및 캠부재(45)를 회전시키는 제2 동력전달수단(47)을 포함 할 수 있다. 캠홈(45a)은 격발 가이드(46)를 구속하여 타격부재(42)를 반 탄성방향으로 이동시키는 돌기부(45b)와, 격발 가이드(46)의 구속을 해제하여 스프링(44)의 복원탄성에 의해 타격부재(42)가 발사되도록 유도하는 오목부(45c)를 교번적으로 연속해서 갖는다. 격발 가이드(46)는 제2 아암(41)의 안내장공(41b)을 통해 캠홈(45a)에 결합됨으로써 회전 챔버(20)의 지름 방향으로만 왕복 이동할 수 있다.
제2 동력전달수단(47) 역시 여러 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어 캠부재(45)의 회전축(45d)에 종동풀리(48)를 구비하고, 이 종동풀리(48)와 후술한 회전수단(60)의 선기어 회전축(65)에 구비된 구동풀리(35)를 벨트(37)로 연결하는 구성일 수 있다.
이와 같은 충격유닛(40)은 캠부재(45)의 회전에 따라 캠홈(45a)의 돌기부(45b)가 격발 가이드(46)를 구속하여 반 탄성 방향으로 후퇴시키고, 오목부(45c)가 격발 가이드(46)의 구속을 해제함으로써 타격부재(42)를 스프링(44)의 복원탄성에 의해 회전 챔버(20)의 측벽(21) 쪽으로 발사할 수 있다. 그러면, 회전 챔버(20)의 측벽(21) 내주면에 압착된 피처리물(P)에 큰 충격이 가해지게 됨으로써 피처리물(P)의 분산성이 향상될 수 있다.
피처리물 제거수단은 도 5에 도시된 바와 같이 통상의 스크레이퍼(50)로 구성될 수 있다. 스크레이퍼(50)는 회전 챔버(20)의 지름방향으로 배치되고, 일단이 후술한 회전수단(60)의 링기어(61) 외주에 고정됨으로써 가압유닛(30) 및 타격유닛(40)과 함께 회전 챔버(20)와 반대 방향으로 회전될 수 있다. 이러한 스크레이퍼(50)는 그 회전 방향을 기준으로 타격유닛(40)의 후방에 위치하고, 선단부가 회전 챔버(20)의 측벽(21) 내주면에 접촉 내지는 근접하여 회전 챔버(20)의 내주면에 압착되어 있는 피처리물(P)을 긁어서 제거할 수 있다.
한편, 도 9에는 피처리물 제거수단(70)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도시된 실시예의 피처리물 제거수단(70)은, 회전 챔버(20)의 지름 방향으로 배치되는 제3 아암(71)과, 제3 아암(71)의 자유단에 회전 가능하게 장착되는 스크레이퍼 롤러(72) 및 스크레이퍼 롤러(72)를 회전 챔버(20)와 반대 방향으로 회전시키는 제3 동력전달수단(75)를 포함하여 구성될 수 있다.
제3 아암(71)은 후술한 회전수단(60)의 링기어(61) 외주에 일단이 고정되어 가압유닛(30) 및 충격유닛(40)과 함께 회전 챔버(20)와 반대 방향으로 회전할 수 있다. 스크레이퍼 롤러(72)는 회전 챔버(20)의 회전 중심과 나란하게 배치되고, 외주에 회전 챔버(20) 측벽(21) 내주면에 압착된 피처리물(P)을 긁어내는 복수의 블레이드(73)를 방사상으로 갖는다. 바람직하기로, 스크레이퍼 롤러(72)는 각 블레이드(73)들 사이의 외주면에 회전 챔버(20)의 내주면을 쓸어내는 브러시(74)를 각각 구비할 수 있다. 이러한 스크레이퍼 롤러(72)는 피처리물(P)의 확실한 제거를 위해 회전 챔버(20)와 반대방향으로 회전하는 것이 더욱 좋다.
즉, 스크레이퍼 롤러(72)가 회전 챔버(20)와 반대로 회전함으로써 회전 챔버(20)의 내주면에 압착되어 있는 피처리물(P)를 회전하는 블레이드(73)들이 용이하게 긁어낼 수 있으며, 이에 더해 브러시(74)가 회전 챔버(20)의 내주면을 쓸어낼 수 있어 피처리물(P)을 확실하게 제거할 수 있는 것이다.
제3 회전전달수단(75) 역시 회전수단(60)의 링기어 회전축(65)의 회전력을 이용할 수 있는데, 이 경우에는 링기어(61)와 스크레이퍼 롤러(72)의 회전 방향이 서로 반대가 되어야 하므로 가압유닛(30) 처럼 직접 연결 할 수 없고, 회전 방향 전환을 위한 기어수단을 더 포함하는 구성일 수 있다.
즉, 링기어 회전축(65)에 원동기어(76)을 구비하고, 링기어(61)에 원동기어(76)와 맞물리는 종동기어(77)를 구비할 수 있다. 그리고 종동기어(77)에 원동풀리(77a)를 동축으로 구비하고, 스크레이퍼 롤러(72)의 회전축에 종동풀리(78)을 구비하여 양자를 벨트(79)로 연결하는 것이다. 이에 따라 스크레이퍼 롤러(72)가 회전 챔버(20)와 반대 방향으로 회전하면서 그 측벽(21)에 압착되어 있는 피처리물(P)을 용이하게 제거할 수 있다.
도 3 및 도 4에서, 회전수단(60)은 회전 챔버(20)의 내부에 동축으로 구비되어서 가압유닛(30)과 충격유닛(40) 및 피처리물 제거수단들을 일체적으로 고정 지지하여 회전 챔버(20)와 반대 방향으로 동시에 회전할 수 있다. 이 회전수단(60)은 내주면에 치형을 갖는 링기어(61)와, 외주면에 치형을 가지고 링기어(61)의 중심에 위치하는 선기어(62)와, 외주면에 치형을 가지고 링기어(61)와 선기어(62) 사이에 방사상으로 배치되어 상호 맞물리 복수의 피니언(63) 및 복수의 피니언(63)들을 각각 회전 가능하게 지지하는 캐리어(64)를 포함 할 수 있다.
링기어(61)는 가압유닛(30)과 충격유닛(40) 및 피처리물 제거수단을 일체적으로 고정하여 함께 회전한다. 선기어(62)는 회전축(65)이 외부 하우징(10)의 덮개(12)를 관통하여 외부로 돌출하고, 모터(67)에 벨트(68)로 연결되어 회전 챔버(20)와 반대 방향으로 회전할 수 있다. 캐리어(64)는 그 회전축(66)이 회전 챔버(20)의 회전축(22)를 통해 지면 등에 고정될 수 있다. 따라서 각 피니언(63)은 공전 없이 링기어(61)와 같은 방향으로 자전만 할 수 있다.
이와 같은 회전수단(60)에 의해 본 발명의 기계화학적 처리 장치(1)는, 피처리물(P)을 가압하는 가압유닛(30)과 타격유닛(40) 및 피처리물 제거수단들이 회전 챔버(20)와 반대 방향으로 동시에 회전할 수 있고, 이에 따라 회전 챔버(20)와 가압유닛(30)간의 상대회전속도가 증가하여 피처리물(P)에 더욱 큰 전단력이 작용하게 된다. 이는 가압유닛(30)에 의해 피처리물(P)에 가해지는 압력과 더불어 피처리물(P)의 분산성을 향상시키게 된다.
또한, 충격유닛(40)이 가압유닛(30)과 함께 회전하면서 회전 챔버(20)의 내주면에 압착된 피처리물(P)을 추가로 지속해서 타격하게 되므로, 피처리물(P)에 강한 충격에너지가 가해짐으로써 피처리물(P)의 분산성을 더욱 향상시킬 수 있다.
10: 외부 하우징 11: 바디
12: 덮개 20: 회전 챔버
21: 측벽 22: 회전축
30: 가압유닛 31: 제1 아암
32: 가압롤러 40: 충격유닛
41: 제2 아암 41a: 작동구멍
41b: 안내장공 42: 타격부재
42a: 타격헤드 42c: 요철
44: 스프링 45: 캠부재
45a: 캠홈 46: 격발 가이드
50: 스크레이퍼 60: 회전수단
61: 링기어 62: 선기어
63: 피니언 64: 캐리어
70: 피처리물 제거수단 71: 제3 아암
72: 스크레이퍼 롤러 73: 블레이드
74: 브러시 P: 피처리물

Claims (15)

  1. 피처리물을 수용하여 회전하는 회전 챔버;
    상기 회전 챔버와 반대 방향으로 회전하고, 원심력에 의해 상기 회전 챔버의 내주면에 부착된 상기 피처리물을 구름 접촉으로 상기 회전 챔버의 내주면에 대해 가압하는 가압유닛;
    상기 회전 챔버와 반대 방향으로 회전하고, 상기 가압유닛에 의해 상기 회전 챔버의 내주면에 압착된 상기 피처리물을 타격하는 충격유닛;
    상기 회전 챔버와 반대 방향으로 회전하고, 상기 가압유닛에 의해 상기 회전 챔버의 내주면에 압착되어 있는 상기 피처리물을 상기 회전 챔버의 내주면으로부터 떼어내는 피처리물 제거수단; 및
    상기 가압유닛과 충격유닛 및 피처리물 제거수단을 동시에 상기 회전 챔버와 반대 방향으로 회전시키는 회전수단;을 포함하고,
    상기 회전수단이, 내주면에 치형을 가지고 상기 회전 챔버와 반대 방향으로 회전되며, 상기 가압유닛과 충격유닛 및 피처리물 제거수단이 각각 고정되는 링기어; 외주면에 치형을 가지고 상기 링기어의 중심에 위치하여 상기 회전 챔버와 같은 방향으로 회전하는 선기어; 외주면에 치형을 가지고 상기 링기어와 선기어 사이에 방사상으로 배치되어 상호 맞물리며, 상기 링기어와 같은 방향으로 회전하는 복수의 피니언; 및 상기 복수의 피니언들을 각각 회전 가능하게 지지하여 고정되는 캐리어;를 포함하며,
    상기 가압유닛은, 상기 링기어의 외주에서 지름 방향의 외측으로 돌출하는 제1 아암; 상기 제1 아암의 자유단에 회전 가능하게 지지되어 상기 피처리물을 구름 접촉으로 가압하는 가압롤러; 및 상기 선기어의 회전력을 상기 가압롤러에 같은 회전 방향으로 전달하여 가압롤러를 회전시키는 제1 동력전달수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 나노 복합소재용 기계화학적 제조장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 충격유닛은,
    상기 링기어의 외주에서 지름 방향의 외측으로 돌출하는 제2 아암;
    상기 제2 아암의 자유단에 신축 가능하게 결합되어 상기 회전 챔버의 내주면 쪽으로 바이어스 되고, 외력에 의해 격발되어서 상기 피처리물을 타격하는 타격부재; 및
    상기 타격부재를 바이어스 반대 방향으로 이동시킨 후 구속을 해제하여 상기 피처리물 쪽으로 발사하는 격발수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 나노 복합소재용 기계화학적 제조장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 격발수단은,
    상기 제2 아암에 회전 가능하게 지지되고, 한쪽 면에 캠홈을 갖는 캠부재;
    상기 타격부재에 구비되어 상기 캠홈을 따라 상기 회전 챔버의 지름 방향으로 왕복 이동하는 격발 가이드; 및
    상기 선기어의 회전력을 상기 캠부재에 전달하여 캠부재를 회전시키는 제2 동력전달수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 나노 복합소재용 기계화학적 제조장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 피처리물과 접촉하는 상기 타격부재의 타격면이 상기 회전 챔버의 내주에 대응하는 곡률의 곡면으로 형성되고, 상기 타격면에 요철을 구비하는 것을 특징으로 하는 고분자 나노 복합소재용 기계화학적 제조장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 피처리물 제거수단은,
    상기 링기어의 외주에서 지름 방향의 외측으로 돌출하는 제3 아암;
    상기 제3 아암의 자유단에 장착되어 상기 회전 챔버와 반대 방향으로 회전되고, 상기 회전 챔버 내주면의 피처리물을 긁어내는 복수의 블레이드를 외주에 방사상으로 갖는 스크레이퍼 롤러; 및
    상기 선기어의 회전력을 상기 스크레이퍼 롤러에 반대 방향으로 전달하여 스크레이퍼 롤러를 회전시키는 제3 동력전달수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 나노 복합소재용 기계화학적 제조장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 스크레이퍼 롤러가, 상기 복수의 블레이드들 사이에 각각 구비되어서 상기 회전 챔버의 내주면을 쓸어내는 브러시를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 나노 복합소재용 기계화학적 제조장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전 챔버의 회전축이 중공으로 형성되고, 상기 캐리어의 회전축이 상기 회전 챔버의 회전축 내부를 관통하여 고정되는 것을 특징으로 하는 고분자 나노 복합소재용 기계화학적 제조장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 회전 챔버는 상부가 개구되고;
    상기 회전 챔버를 지름 방향 및 상측에 간격을 두고 수용하는 외부 하우징;
    상기 회전 챔버의 측벽 하부에 형성되어 회전 챔버의 측벽 내·외부 공간을 연통시키는 복수의 유로구멍; 및
    상기 회전 챔버의 외주 하부에 방사상으로 돌출되어 상승 기류를 형성하는 복수의 날개;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 나노 복합소재용 기계화학적 제조장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 외부 하우징은 상기 피처리물을 상기 회전 챔버 내로 투입하기 위한 투입구와, 처리 완료된 피처리물을 외부로 배출하기 위한 배출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 고분자 나노 복합소재용 기계화학적 제조장치.
  12. (a) 서로 다른 적어도 두 종류의 분말 소재가 혼합된 피처리물을 통형의 용기에 투입하는 단계;
    (b) 상기 용기를 임의의 설정된 속도로 회전시켜 상기 피처리물을 원심력에 의해 상기 용기의 내주면에 부착시키는 단계;
    (c) 상기 용기의 내부에서 가압부재를 상기 용기와 반대 방향으로 회전시키면서, 상기 가압부재가 상기 (b)단계에서 상기 용기의 내주면에 부착된 상기 피처리물을 구름 접촉으로 가압하도록 하는 단계;
    (d) 상기 용기의 내부에서 타격부재를 상기 가압부재와 함께 회전시키면서, 상기 타격부재가 상기 (c)단계에서 상기 용기의 내주면에 압착된 상기 피처리물을 타격하도록 하는 단계; 및
    (e) 상기 용기의 내부에서 피처리물 제거부재를 상기 가압부재와 함께 회전시키면서, 상기 피처리물 제거부재가 상기 용기의 내주면에 압착되어 있는 상기 피처리물을 제거하도록 하는 단계;를 포함하고,
    상기 (c)단계는, 상기 가압부재의 자유단에 가압롤러를 구비하고, 상기 가압롤러를 상기 용기와 같은 방향으로 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 나노 복합소재용 기계화학적 제조방법.
  13. 삭제
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 (e)단계는, 상기 용기의 내주면에 부착된 상기 피처리물을 긁어내는 복수의 블레이드가 외주에 방사상으로 구비된 스크레이퍼 롤러를 상기 피처리물 제거부재의 자유단에 구비하고, 상기 스크레이퍼 롤러를 상기 용기와 반대 방향으로 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 나노 복합소재용 기계화학적 제조방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 (e)단계는, 상기 스크레이퍼 롤러가 상기 복수의 블레이드들 사이의 외주에 브러시를 각각 구비하여, 상기 각 블레이드에 의해 상기 피처리물이 긁어내어진 상기 용기의 내주면을 상기 브러시로 쓸어주는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 나노 복합소재용 기계화학적 제조방법.
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