KR20150117830A - 등방압 프레스장치 - Google Patents

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KR20150117830A
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Abstract

본 발명은 피가공물을 등방압으로 가압하여 압축성형하는 등방압 프레스장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 등방압 프레스장치는 기둥형상으로 형성되고 중간 부분에 피가공물이 수용되는 수용홈이 폭 방향으로 관통 형성되는 이너베셀, 상기 이너베셀이 슬라이딩 이동 가능하게 삽입되는 삽입공이 형성되어 상기 이너베셀의 수용홈의 부분을 밀폐하는 아웃터베셀. 상기 이너베셀과 상기 아웃터베셀의 사이를 기밀하는 씰링부재, 및 상기 수용홈에 수용된 피가공물을 가압하는 가압매체를 상기 수용홈으로 공급하는 가압매체공급기구를 포함한다. 따라서, 비교적 간단한 구조로 등방압 프레스장치의 제조비용을 낮추고, 단시간 안에 가압매체를 가열 및 냉각하여 조직이 치밀한 피가공물을 얻어 불량률을 최소화할 수 있다

Description

등방압 프레스장치{a isostatic press}
본 발명은 피가공물을 등방압으로 가압하여 압축성형하는 등방압 프레스장치에 관한 것이다.
일반적으로 등방압 프레스장치는 압력베셀의 내부에 피가공물을 넣은 상태에서 압력베셀에 기체 또는 유체를 주입하여 기체 또는 유체의 압력에 의해 압축성형을 수행하는 장치로서, 최근에는 칩 부품을 제조하기 위해 많이 사용된다.
종래의 등방압 프레스장치는 한국공개특허 제10-2007-0112718호에 "등방압 가압장치"로 개시된 바가 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 등방압 가압장치는 피가공물(W)를 수용하는 처리실(R)을 형성하는 단열체(3)와, 상기 단열체(3)를 덮는 압력 용기(2)와, 상기 압력 용기(2)를 가열하는 가열 장치(25)과, 상기 압력 용기(2)의 내부에 압력 매체를 공급 가능한 압력 매체 공급 장치(5)를 구비하고, 단열체(3)와 압력 용기(2) 사이에, 압력 매체를 도입 가능한 압력 매체 도입 공간(S)이 마련되며, 단열체(3)의 상부에 형성된 연통 구멍을 거쳐서 처리실(R)이 압력 매체 도입 공간(S)에 연통되고, 압력 용기의 하부에 형성된 압력 매체 도입구(18)를 거쳐서 압력 매체 도입 공간(S)에 압력 매체 공급 장치(5)가 연통되도록 구성된다.
이와 같은 구성의 등방압 가압장치는 압력 매체를 가열 장치(25)로 압력 매체를 가열하여 압력 매체 도입공간(S)로 공급하고, 압력 용기(2)에도 가열된 압력 매체를 공급함으로써, 가열된 상태에서 피가공물(W)의 압축성형을 수행할 수 있었다.
하지만, 종래의 등방압 가압장치는 압력 용기(2)를 밀폐하기 위해 상부 덮개(8)과 하부 덮개(9)를 밀폐해야 하고, 이 상부 덮개(8)와 하부 덮개(9)가 압력 용기(2)에서 이탈되지 않도록 서로 체결하는 체결구조를 가지거나, 이들이 분리되지 않도록 지지하는 아웃터베셀(미도시)을 별도로 설치해야 하기 때문에 구조가 복잡하여 제작비용이 높아지는 동시에, 이러한 구조로 인해 압력 용기(2)에 피가공물(W)을 반입하거나 반출하는데 오랜 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
또한, 피가공물(W)를 가열하기 위해서는 압력 용기(2)를 가열해야하기 때문에 피가공물(W)을 가열하는 시간이 오래 소요되고, 이로 인해 열손실의 낭비가 발생할 뿐만 아니라, 피가공물을 균일한 온도로 가열하기 난해한 문제점이 있었다.
또한, 종래의 등방압 가압장치는 압력 매체를 가열할 수 있을 뿐, 냉각하는 기능을 수행할 수 없기 때문에 소성과 경화를 통해 치밀한 조직을 가지도록 피가공물(W)을 가공할 수 없었다.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 피가공물의 반입 및 반출이 용이하고, 비교적 간단한 구조로 제작비용을 감소시킬 수 있으며, 등방압 압축성형을 수행하는 가압매체를 단시간 내에 가열과 동시에 냉각시킬 수 있을 뿐만 아니라, 조직이 치밀한 피가공물의 얻을 수 있으며, 열손실을 최소화할 수 있는 등방압 프레스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 등방압 프레스장치는 기둥형상으로 형성되고 중간 부분에 피가공물이 수용되는 수용홈이 폭 방향으로 관통 형성되는 이너베셀, 상기 이너베셀이 슬라이딩 이동 가능하게 삽입되는 삽입공이 형성되어 상기 이너베셀의 수용홈의 부분을 밀폐하는 아웃터베셀. 상기 이너베셀과 상기 아웃터베셀의 사이를 기밀하는 씰링부재, 및 상기 수용홈에 수용된 피가공물을 가압하는 가압매체를 상기 수용홈으로 공급하는 가압매체공급기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 등방압 프레스장치.
상기 수용홈을 개방하거나 폐쇄하도록 상기 아웃터베셀에서 상기 이너베셀을 이동시키거나, 상기 이너베셀에서 상기 아웃터베셀을 이동시키는 구동기구를 포함할 수 있다.
상기 아웃터베셀은 상기 아웃터베셀의 둘레에 감겨 상기 아웃터베셀의 강성을 증대시키는 와이어를 포함할 수 있다.
상기 수용홈에 설치되어 상기 수용홈으로 공급된 가압매체를 가열 또는 냉각하도록 상기 가압매체와 열교환부재를 포함하는 열교환기를 포함할 수 있다.
상기 열교환부재는 상기 열교환부재로 공급되는 열매체에 의해 가열 또는 냉각될 수 있다.
상기 열교환기는 상기 열매체를 가열하는 가열부, 및 상기 열매체를 냉각하는 냉각부를 포함할 수 있다.
상기 열교환기는 상기 가열부 및 상기 냉각부에서 가열되거나 냉각되는 열매체를 상기 열교환부재로 선택적으로 공급하는 선택공급부를 포함할 수 있다.
상기 열교환기는 상기 열매체를 저장하는 열매체저장탱크를 포함할 수 있다.
상기 열교환부재는 상기 열교환부재를 냉각하거나 가열하는 열매체가 유입되는 유입구, 상기 유입구로 유입된 열매체가 배출되는 배출구, 및 상기 열교환부재를 지그재그로 순환하도록 상기 유입구와 배출구를 연결하는 미세유로를 포함할 수 있다.
상기 열매체는 물을 포함할 수 있다.
상기 열교환부재는 전기에 의해 가열되는 히터를 포함할 수 있다.
상기 열교환부재는 냉매에 의해 냉각되는 냉각유닛을 포함할 수 있다.
상기 열교환부재는 판 형상 또는 원통 형상 또는 나선 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.
상기 열교환부재는 상기 가압매체와의 접촉면적이 넓어지도록 상기 열교환부재를 관통하는 복수 개의 관통공 또는 상기 열교환부재의 외면에서 돌출되는 복수 개의 돌기를 포함할 수 있다.
상기 수용홈의 내면에 구비되어 상기 열교환부재의 열이 상기 수용홈의 외부로 전달되는 것을 방지하는 단열재를 포함할 수 있다.
상기 단열재는 수지, 세라믹 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 수용홈이 형성된 원기둥형상의 이너베셀을 아웃터베셀에 삽입하는 형태로 수용홈을 개방 또는 밀폐할 수 있기 때문에, 종래와 같이 압력용기를 밀폐하는 상부캡과 하부캡의 구성을 설치할 필요가 없을 뿐만 아니라, 압력베셀과 상부캡 및 하부캡을 체결하는 체결구조를 구성할 필요가 없으므로 등방압 프레스장치의 제조비용을 낮출 수 있으며, 피가공물의 반입 및 반출을 빠르고 용이하게 수용할 수 있다.
또한, 단시간 내에 피가공물을 가열 또는 냉각시켜 압축성형 시간 및 열손실을 최소화할 수 있다.
또한, 소성된 피가공물을 압력이 유지된 상태에서 바로 경화시킬 수 있으므로 치밀한 조직을 갖는 피가공물을 얻어 불량률을 최소화할 수 있다.
또한, 단열재가 설치되어 내부에 열이 베셀로 전달되는 것을 방지함으로써, 패킹의 파손을 방지하여 압력손실 및 기밀성을 향상시킬 수 있다.
또한, 가압매체에 의해 피가공물을 냉각 또는 가열하기 때문에 피가공물을 균일한 온도로 가열 또는 냉각시킬 수 있다.
도 1은 종래의 등방압 가압장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 등방압 프레스장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 등방압 프레스장치를 개략적으로 도시한 구성도로서, 수용홈을 개방한 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 등방압 프레스장치의 이너베셀과 아웃터베셀이 결합된 상태를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 등방압 프레스장치의 이너베셀과 아웃터베셀이 결합된 상태에서의 횡단면을 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 등방압 프레스장치의 열교환기를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 등방압 프레스장치를 구성하는 열교환기의 열교환부재를 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7의 정단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 등방압 프레스장치를 구성하는 열교환기의 열교환부재의 변형예를 도시한 사시도로서, 원통 형상의 열교환부재를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 등방압 프레스장치를 구성하는 열교환기의 열교환부재의 다른 변형예를 도시한 사시도로서, 나선 형상의 열교환부재를 나타낸다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 등방압 프레스를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 본 발명의 등방압 프레스장치(100)는 피가공물 예컨대, 칩 캐패시터, 칩 바리스터, 칩 레지스터, 칩 인덕터, 칩 안테나, 칩 EMI필터 등 세라믹으로 제조되는 칩 부품과, FPCB, PCB 등의 기판을 제조할 때, 수행되는 압축성형 공정에서 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 분말재료를 압축성형하는 다양한 분야에서 사용될 수 있다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 등방압 프레스장치(100)는 이너베셀(110, inner vessel)을 포함할 수 있다.
이 이너베셀(110)은 피가공물을 수용할 수 있다. 한편, 이너베셀(110)은 기둥형상으로 형성될 수 있으며, 기둥형상으로 형성된 중간 부분에는 피가공물이 수용될 수용홈(111)이 형성될 수 있다.
한편, 수용홈(111)은 이너베셀(110)의 중간 부분에 이너베셀(110)의 폭 방향으로 관통하는 형태로 형성될 수 있다.
그리고, 이너베셀(110)은 수용홈(111)으로 충전될 가압매체의 압력을 균일하게 분배시키기 위해 원기둥형상으로 형성될 수 있다.
또한, 이너베셀(110)에는 수용홈(111)으로 충전될 가압매체가 공급되도록 수용홈(111)과 연통된 매체공급구(113)가 형성되어 이너베셀(110)의 외부에 위치되는 가압매체공급기구(150)로부터 피가공물을 가압할 가압매체를 수용홈(111)으로 공급할 수 있다.
그리고, 이너베셀(110)에는 하기에 설명될 수용홈(111)에 설치되는 열교환부재(210)로 열매체를 공급 및 배출하는 열매체공급관(260) 및 열매체배출관(270)이 관통하는 관연결공(115)이 형성될 수 있다.
실시예에서는 매체공급구(113)를 이너베셀(110)의 하부에 형성하고, 관연결공(115)을 이너베셀(110)의 상부에 형성하였지만, 매체공급구(113)를 이너베셀(110)의 상부에 형성하고, 관연결공(115)를 이너베셀(110)의 하부에 형성하거나, 매체공급구(113)와 관연결공(115) 모두를 이너배셀(110)의 상부 또는 하부에 함께 형성할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 등방압 프레스장치(100)는 아웃터베셀(120, outer vessel)을 포함할 수 있다.
이 아웃터베셀(120)은 이너베셀(110)의 수용홈(111)의 부분을 감싸 수용홈(111)을 밀폐할 수 있다.
한편, 아웃터베셀(120)은 중앙부분에 이너베셀(110)이 슬라이딩 이동 가능하도록 이너베셀(110)이 삽입되는 삽입공(121)이 형성될 수 있다.
여기서, 실시예에서의 삽입공(121)은 아웃터베셀(120)의 횡방향으로 형성되어 이너베셀(110)이 아웃터베셀(120)에서 세워진 상태로 상,하로 슬라이딩 이동 가능하도록 구성하였지만, 삽입공(121)을 아웃터베셀(120)의 종방향으로 형성하여 이너베셀(110)이 아웃터베셀(120)에서 뉘어진 상태로 좌,우로 슬라이딩 이동 가능하도록 구성할 수도 있다.
이때, 아웃터베셀(120)은 이너베셀(110)이 아웃터베셀(120)에 삽입되었을 때, 삽입홈을 충분히 가릴 수 있는 높이 또는 폭을 가지도록 형성될 수 있다.
또한, 실시예에서는 이너베셀(110)이 아웃터베셀(120)의 삽입공(121)에서 슬라이딩 이동 가능하도록 구성하였지만, 이너베셀(110)이 고정되고, 아웃터베셀(120)이 이너베셀(110)을 중심으로 슬라이딩 이동 가능하도록 구성할 수도 있다.
그리고, 아웃터베셀(120)의 수용홈(111)이 위치되는 부분과 대응되는 부분에는 아웃터베셀(120)의 강성을 증대시키기 위한 보강대가 설치되거나, 이 부분을 다른 부분보다 두께를 더 두껍게 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 아웃터베셀(120)의 횡단면 형상을 타원형상으로 형성할 수도 있다.
또한, 아웃터베셀(120)에는 강성을 증대시키기 위해 수용홈(111)과 대응되는 부분의 둘레에 와이어(123)가 감겨질 수 있으며, 이 와이어(123)는 강성이 증대된 피아노선일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 등방압 프레스장치(100)는 구동기구(140)를 포함할 수 있다.
이 구동기구(140)는 아웃터베셀(120)의 삽입공(121)에 삽입된 이너베셀(110) 또는 이너베셀(110)에서 아웃터베셀(120)을 이동시킬 수 있다.
실시예에서는 삽입공(121)에서 이너베셀(110)이 슬라이딩 이동 가능하도록 구성하였다.
한편, 구동기구(140)는 공압 또는 유압 실린더에 의해 구현될 수 있으며, 이너베셀(110)의 하부에서 이너베셀(110)을 상부로 밀거나 하부로 당기는 형태로 구성되거나, 이너베셀(110)의 상부를 파지한 상태에서 이너베셀(110)을 상부로 밀거나 하부로 당기는 형태로 구성될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 등방압 프레스장치(100)는 씰링부재(130)를 더 포함할 수 있다.
이 씰링부재(130)는 이너베셀(110)이 아웃터베셀(120)의 삽입공(121)의 내부로 삽입되어 수용홈(111)이 밀폐된 상태에서 수용홈(111)으로 공급되는 가압매체가 이너베셀(110)과 아웃터베셀(120)의 사이로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 씰링부재(130)는 링 형상으로 형성되어 이너베셀(110)이 세워진 상태에서 수용홈(111)의 상부 및 하부의 부분에 안착홈을 형성하고 이 안착홈에 안착시키는 형태로 이너베셀(110)에 설치되거나, 이너베셀(110)이 아웃터베셀(120)의 삽입공(121)에 삽입된 상태에서 수용홈(111)의 상부와 하부와 대응되는 아웃터베셀(120)의 부분에 안착홈을 형성하고, 이 안착홈에 안착시키는 형태로 아웃터베셀(120)에 설치될 수도 있다.
그리고, 씰링부재(130)는 기밀성을 향상시키도록 수용홈(111)의 상부 및 하부로 각각 복수 개가 설치될 수도 있다.
또한, 씰링부재(130)는 아웃터베셀(120)에 이너베셀(110)이 용이하게 삽입될 수 있도록 탄성력 및 기밀성이 우수한 재료, 예컨대, 우레탄, 실리콘, 테프론, 합성수지, 고무 등으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 등방압 프레스장치(100)는 가압매체공급기구(150)를 포함할 수 있다.
이 가압매체공급기구(150)는 피가공물을 가압하는 가압매체를 이너베셀(110)의 수용홈(111)으로 공급할 수 있다.
한편, 가압매체공급기구(150)는 이너베셀(110)에 형성된 매체공급구(113)를 통해 가압매체저장탱크(151)에 저장된 가압매체를 수용홈(111)으로 공급할 수 있으며, 가압매체공급기구(150)는 가압펌프(153)를 포함할 수 있다.
이때, 가압매체가 물일 경우에는 가압매체저장탱크(151) 없이 수도설비에 직결되어 수용홈(111)으로 공급될 수도 있다.
가압펌프(153)는 가압매체를 높은 압력으로 가압하여 수용홈(111)으로 공급할 수 있다.
여기서, 가압매체는 물 또는 기름등과 같은 유체, 또는 기체일 수 있으나, 가장 보편적으로 유체인 물인 것이 바람직하고, 물을 빠르게 가열하거나, 냉각하거나 또는 가압력을 증대시키기 위해 물 이외의 다른 성분들이 포함되어 구성될 수도 있다.
그리고, 가압매체공급기구(150)는 가압펌프(153)와 매체공급라인(155)을 포함할 수 있다.
가압펌프(153)는 가압매체의 압력을 증대시켜 공급할 수 있으며, 매체공급라인(155)은 가압매체저장탱크(151)와 이너베셀(110)에 매체공급구(113)를 연결하여 가압매체저장탱크(151)에 저장된 가압매체를 가압펌프(153)를 통해 압력을 증대시켜 수용홈(111)으로 공급할 수 있다.
그리고, 매체공급라인(155)에는 체크밸브가 설치될 수 있으며, 이 체크밸브는 수용홈(111)으로 가압매체의 공급하도록 하거나, 공급을 차단할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 등방압 프레스장치(100)는 열교환기(200)를 포함할 수 있다.
이 열교환기(200)는 수용홈(111)에 충전되는 가압매체를 가열하거나 냉각시킬 수 있으며, 열교환기(200)는 열교환부재(210)를 포함할 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 열교환부재(210)는 수용홈(111)의 내부에 위치되어 수용홈(111)에 충전된 가압매체를 직접적으로 가열하거나 냉각시킬 수 있으며, 열교환부재(210)는 수용홈(111)의 내부에 복수 개가 설치될 수 있다.
한편, 열교환부재(210)는 냉각부재와 가열부재를 포함하여 구성될 수도 있다.
즉, 열교환부재(210)를 냉각부재와 가열부재로 두 가지로 나누어 구성되어 냉각부재는 수용홈(111)에 충전되는 가압매체를 냉각하고, 가열부재는 수용홈(111)에 충전되는 가압매체를 가열하도록 구성될 수도 있다.
여기서, 가열부재는 전기적으로 가열되는 히터로도 구현될 수 있으며, 냉각부재는 흡열하는 냉각싱크 또는 증발기로 구현될 수도 있다.
그리고, 열교환부재(210)는 전기적으로 어느 한 면은 냉각하고 다른 한 면은 가열하는 펠티어소자로도 구현될 수도 있다.
그리고, 열교환부재(210)는 실시예에서와 같이, 유체 또는 기체인 열매체가 열교환부재(210)를 지나면서 열매체가 열교환부재(210)를 통해 가압매체를 냉각 또는 가열하도록 구성될 수 있다.
이때, 열교환부재(210)는 열매체가 유입되는 유입구(211)와, 열매체가 배출되는 배출구(212)가 형성되고, 유입구(211)와 배출구(212)는 열교환부재(210)를 지그재그로 지나도록 형성되는 미세유로(213)를 통해 서로 연결되어 유입구(211)로 유입된 열매체가 미세유로(213)를 통해 열교환부재(210)를 전체적으로 순환하고 배출구(212)룰 통해 배출하도록 구성될 수도 있다.
여기서, 열교환부재(210)는 일면에 미세유로(213), 유입구(211) 및 배출구(212)가 형성된 두 장의 판을 서로 맞대어 접착하는 형태로 구성될 수 있으며, 미세유로(213)는 가압매체에 의해 등방압 압축성형을 수행할 때, 찌그러지지 않는 구조를 가지도록 판의 두께에 따른 깊이 및 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 열교환부재(210)는 수용홈(111)에서 차지하는 부피를 최소화하기 위해 판의 형상으로 형성되거나, 도 9에 도시된 바와 같이, 원통 형상으로 형성될 수도 있으며, 원통 형상으로 형성될 경우, 미세유로(213)는 내부에 나선형태로 형성될 수 있다.
또한 열교환부재(210)는 도 10에 도시된 바와 같이, 관을 나선 형태로 휘어 형성할 수도 있다.
그리고, 열교환부재(210)에는 수용홈(111)에 수용된 가압매체가 열교환부재(210)를 관통하여 자유롭게 이동하는 동시에 접촉면적이 넓어지도록 복수 개의 관통공(214)이 형성되거나, 도면에는 도시되지 않았지만, 접촉면적을 넓히기 위해 복수의 돌기들이 형성될 수 있다.
그리고, 열교환부재(210)에는 가압매체의 온도를 측정하기 위한 온도센서(215)가 설치될 수 있다.
열교환기(200)는 열매체저장탱크(280)를 포함할 수 있다. 이 열매체저장탱크(280)는 열교환부재(210)를 통해 가압매체와 열교환할 열매체가 수용될 수 있다.
그리고, 열교환기(200)는 가열부(220)와 냉각부(230)를 포함할 수 있다. 이 가열부(220)와 냉각부(230)는 열매체저장탱크(280)에 저장된 열매체를 공급받아 가열하거나, 냉각시킬 수 있다.
즉, 가열부(220)에서는 열매체저장탱크(280)에 저장된 열매체를 가열하고, 냉각부(230)에서는 열매체저장탱크(280)에 저장된 열매체를 냉각시킬 수 있다.
가열부(220)는 전기에 의해 가열되거나 온매에 의해 가열되는 히터(221)를 포함하여 구성될 수 있으며, 냉각부(230)는 냉매에 의해 냉각되는 냉각유닛(231)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 냉각유닛(231)은 증발기 또는 냉각싱크로 구현될 수 있으며, 냉각부(230)는 일반적인 냉매를 순환시켜 냉각시키는 칠러(chiller)로 구현될 수 있다.
그리고, 열교환부재(210)가 냉각부재 및 가열부재, 두 가지로 나누어 구성될 경우에는 가열부(220)는 가열부재와 연결되고, 냉각부(230)는 냉각부재와 연결되어 냉각부(230)에서 냉각된 열매체는 냉각부재를 통해 가압매체를 냉각시키고, 가열부(220)에서 가열된 열매체는 가열부재를 통해 가압매체를 가열하도록 구성될 수도 있다.
그리고, 열교환기(200)는 선택공급부(240)를 포함할 수 있다.
이 선택공급부(240)는 열매체저장탱크(280)에 수용된 열매체를 선택적으로 냉각부(230)를 통해 열교환부재(210)로 공급하거나, 가열부(220)를 통해 열교환부재(210)로 공급할 수 있다.
여기서, 선택공급부(240)는 냉각부(230) 또는 가열부(220)에서 열교환부재(210)로 열매체를 공급 및 차단하는 전자밸브에 의해 구현될 수 있다.
그리고, 선택공급부(240)는 공급펌프(250)를 포함할 수 있다. 이 공급펌프(250)는 열매체저장탱크(280)에 저장된 열매체를 냉각부(230) 또는 가열부(220)를 지나 열교환부재(210)로 공급하고, 열교환부재(210)로 공급된 열매체를 다시 열매체저장탱크(280)에 저장되도록 열매체를 순환시킬 수 있다.
여기서, 열매체는 유체 또는 기체일 수 있으나, 유체인 물인 것이 바람직하고, 열매체가 물일 경우에는 열교환이 빠르게 이루어질 수 있도록 다른 첨가물이 혼합되어 구성될 수 있다.
이와 같이 구성된 열교환기(200)는 선택공급부(240)에서 수용홈(111)에 수용된 가압매체를 가열하도록 선택할 경우에는 열매체저장탱크(280)에 저장된 열매체를 가열부(220)로 공급하여 열매체를 가열시킨 상태에서 열교환부재(210)로 공급하고, 가압매체를 냉각하도록 선택할 경우에는 열매체저장탱크(280)에 저장된 열매체를 냉각부(230)로 공급하여 열매체를 냉각시킨 상태에서 열교환부재(210)를 공급함으로써, 가압매체를 단시간 안에 냉각시키거나 가열할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 등방압 프레스장치(100)는 단열재(300)를 포함할 수 있다. 이 단열재(300)는 수용홈(111)의 내면에 구비되어 열교환부재(210)의 열이 아웃터베셀(120)의 외부로 전달되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 단열재(300)는 열교환부재(210)는 수용홈(111)에 수용되는 가압매체와만 열교환할 수 있도록 열이 수용홈(111)의 외부로 새어나가는 것을 차단할 수 있다.
그리고 단열재(300)는 수용홈(111)의 내부 뿐만 아니라, 수용홈(111)을 밀폐하기 위해 아웃터베셀(120)에 이너베셀(110)이 삽입되었을 때, 수용홈(111)과 대응되는 아웃터베셀(120)의 부분에도 단열재(300)가 설치될 수 있다(도 5 참조).
그리고, 단열재(300)는 가압매체의 높은 압력을 견디기 위해 경도와 열차단률이 높은 테프론, 폴리이미드와 같은 수지, 세라믹 중 어느 하나를 포함하여 형성되거나, 어느 하나의 재료만으로 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 각 구성 간의 작용과 효과를 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 등방압 프레스장치(100)는 이너베셀(110)의 수용홈(111)에 열교환부재(210)가 설치되고, 수용홈(111)의 내부에는 단열재(300)가 설치되어 열교환부재(210)의 열이 이너베셀(110)의 외부로 전달되는 것을 방지한다.
이때, 수용홈(111)에 설치되는 열교환부재(210)는 이너베셀(110)에 형성된 관연결공(115)을 통해 열매체공급관(260) 및 열매체배출관(270)이 연결되어 이너베셀(110)의 외부에 위치된 열매체저장탱크(280)로부터 열매체를 공급받거나 공급받은 열매체를 배출할 수 있다.
한편, 열교환부재(210)의 유입구(211)에 연결된 열매체공급관(260)에는 냉각부(230)와 가열부(220)가 연결되어 열매체저장탱크(280)에 저장된 열매체를 가열하거나 냉각하여 열교환부재(210)로 공급할 수 있다.
또한, 열교환부재(210)의 배출구(212)에 연결된 열매체배출관(270)에는 열매체수용탱크(280)가 연결되어 열교환부재(210)의 미세유로(213)를 순환한 열매체가 열매체수용탱크(280)열매체수용탱크(280)다.
그리고, 가열부(220)와 냉각부(230)는 선택공급부(240)에 의해 가열부(220)에서 가열된 열매체 또는 냉각부(230)에서 냉각된 열매체를 선택적으로 열교환부재(210)로 공급할 수 있도록 구성된다.
한편, 이너베셀(110)은 아웃터베셀(120)의 삽입공(121)에 삽입되어 설치되고, 구동기구(140)에 의해, 아웃터베셀(120)에서 상부 또는 하부로 슬라이딩 이동하여 이너베셀(110)의 수용홈(111)을 개방 또는 밀폐할 수 있다.
그리고, 이너베셀(110)의 매체공급구(113)는 가압매체공급기구(150)와 매체공급라인(155)으로 연결되어 가압매체공급기구(150)로부터 가압매체를 수용홈(111)으로 공급할 수 있다.
이와 같이 구성된 등방압 프레스장치(100)는 등방압 압축성형을 수행하기 위해서는 먼저, 수용홈(111)에 피가공물을 반입하기 위해 구동기구(140)를 이용하여 아웃터베셀(120)에서 이너베셀(110)을 상부로 이동시킨다.
그리고, 이너베셀(110)의 수용홈(111)이 아웃터베셀(120)에서 노출되면, 수용홈(111)에 피가공물을 반입하고, 다시 구동기구(140)를 이용하여 이너베셀(110)을 아웃터베셀(120)의 하부로 이동시켜 수용홈(111)을 밀폐한다.
이때, 피가공물은 선반에 안착되어 수용홈(111)에 삽입될 수 있으며, 수용홈(111)에는 선반이 설치될 수도 있다.
한편, 피가공물이 수용홈(111)에 수용되어 밀폐되면 가압매체공급기구(150)를 통해 수용홈(111)의 내부로 가압매체를 공급하여 등방압 압축성형을 수행한다. 이때, 가압매체는 수십 bar ~ 수천 bar의 압력을 갖도록 수용홈(111)에 공급된다.
한편, 등방압 압축성형의 수행이 완료되거나, 등방압 압축성형을 수행하는 중에 피가공물을 임의의 온도 이상으로 가열이 필요한 때, 예컨대, 피가공물을 소성하기 위해 열매체저장탱크(280)에 저장된 열매체를 가열부(220)를 통해 가열시키고 열교환부재(210)로 공급하여 열교환부재(210)와 가압매체가 열교환함으로써, 가압매체의 압력을 유지한 상태에서 가압매체를 통해 피가공물을 임의의 온도 이상으로 가열할 수 있다.
이때, 열매체가 물이라 하더라도 수용홈(111)의 압력이 높기 때문에 가압매체를 물의 끓는 점이 높아져 가압매체를 100℃ 이상으로 가열할 수 있으며, 가열되는 가압매체의 온도를 온도센서(215)가 측정하여 균일한 온도를 유지한 상태에서 가열할 수 있다.
또한, 등방압 압축성형을 수행하는 중에 피가공물을 임의의 온도 이하로 냉각이 필요한 때, 예컨대, 피가공물을 경화하기 위해 피가공물을 냉각시킬 때에는 열매체저장탱크(280)에 저장된 열매체를 냉각부(230)를 통해 냉각시키고 열교환부재(210)로 공급하여 열교환부재(210)와 가압매체가 열교환함으로써, 가압매체의 압력을 유지한 상태에서 가압매체를 통해 피가공물을 임의의 온도 이하로 냉각할 수 있다.
이때에도 냉각되는 가압매체의 온도를 온도센서(215)가 측정하여 균일한 온도를 유지한 상태에서 냉각시킬 수 있다.
아울러, 등방압 압축성형이 모두 완료되면, 수용홈(111)에 채워진 가압매체를 외부로 배출시키거나, 가압매체공급기구(150)에서 회수하고, 수용홈(111)이 개방되도록 이너베셀(110)을 구동기구(140)를 통해 상부로 이동시켜 수용홈(111)에 수용된 피가공물을 반출하는 형태로 등방압 압축성형 작업을 마무리한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 등방압 프레스장치(100)는 이너베셀(110)을 구동기구(140)로 슬라이딩 이동시키는 형태로 수용홈(111)을 개방 및 밀폐할 수 있기 때문에 종래와 같이 수용홈(111)의 밀폐를 위한 상부캡과 하부캡을 구성할 필요도 없으며, 상부캡과 하부캡을 압력베셀에 체결하는 구조를 가질 필요가 없기 때문에 등방압 프레스장치(100)의 제작비용을 감소시키고, 수용홈(111)을 용이하게 밀폐하여 피가공물의 반입 및 반출을 빠르고 용이하게 수행할 수 있다.
또한, 피가공물에 등방압으로 압력을 가하는 가열매체를 열교환기(200)를 통해 직접적으로 가열 또는 냉각시킬 수 있기 때문에 단시간 내에 피가공물을 가열 또는 냉각시켜 압축성형 시간 및 열손실을 최소화할 수 있다.
또한, 가압매체에 의해 피가공물을 직접적으로 가열 또는 냉각하기 때문에 균일한 온도로 피가공물을 가열 또는 냉각시킬 수 있다.
또한, 압력이 유지된 상태에서 피가공물을 가열 또는 냉각시킴으로써, 치밀한 조직을 갖는 피가공물을 얻어 피가공물의 불량률을 최소화할 수 있다.
또한, 이너베셀(110)과 아웃터베셀(120)의 내부에 단열재(300)가 설치되어 내부에 열이 외부로 전달되는 것을 방지함으로써, 씰링부재(130)의 파손을 방지하여 압력손실 및 기밀성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
100: 등방압 프레스장치 110: 이너베셀
111: 수용홈 113: 매체공급구
115: 관연결공 120: 아웃터베셀
121: 삽입공 123: 와이어
130: 씰링부재 140: 구동기구
150: 가압매체공급기구 151: 가압매체저장탱크
153: 가압펌프 155: 매체공급라인
200: 열교환기 210: 열교환부재
211: 유입구 212: 배출구
213: 미세유로 214: 관통공
215: 온도센서 220: 가열부
221: 히터 230: 냉각부
231: 냉각유닛 240: 선택공급부
250: 공급펌프 260: 열매체공급관
270: 열매체배출관 280: 열매체저장탱크
300: 단열재

Claims (16)

  1. 기둥형상으로 형성되고 중간 부분에 피가공물이 수용되는 수용홈이 폭 방향으로 관통 형성되는 이너베셀,
    상기 이너베셀이 슬라이딩 이동 가능하게 삽입되는 삽입공이 형성되어 상기 이너베셀의 수용홈의 부분을 밀폐하는 아웃터베셀.
    상기 이너베셀과 상기 아웃터베셀의 사이를 기밀하는 씰링부재, 및
    상기 수용홈에 수용된 피가공물을 가압하는 가압매체를 상기 수용홈으로 공급하는 가압매체공급기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 등방압 프레스장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수용홈을 개방하거나 폐쇄하도록 상기 아웃터베셀에서 상기 이너베셀을 이동시키거나, 상기 이너베셀에서 상기 아웃터베셀을 이동시키는 구동기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 등방압 프레스장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아웃터베셀은
    상기 아웃터베셀의 둘레에 감겨 상기 아웃터베셀의 강성을 증대시키는 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 등방압 프레스장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수용홈에 설치되어 상기 수용홈으로 공급된 가압매체를 가열 또는 냉각하도록 상기 가압매체와 열교환부재를 포함하는 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 등방압 프레스장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열교환부재는
    상기 열교환부재로 공급되는 열매체에 의해 가열 또는 냉각되는 것을 특징으로 하는 등방압 프레스장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 열교환기는
    상기 열매체를 가열하는 가열부, 및
    상기 열매체를 냉각하는 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 하는 등방압 프레스장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열교환기는
    상기 가열부 및 상기 냉각부에서 가열되거나 냉각되는 열매체를 상기 열교환부재로 선택적으로 공급하는 선택공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 등방압 프레스장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 열교환기는
    상기 열매체를 저장하는 열매체저장탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 등방압 프레스장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 열교환부재는
    상기 열교환부재를 냉각하거나 가열하는 열매체가 유입되는 유입구,
    상기 유입구로 유입된 열매체가 배출되는 배출구, 및
    상기 열교환부재를 지그재그로 순환하도록 상기 유입구와 배출구를 연결하는 미세유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 등방압 프레스장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 열매체는
    물을 포함하는 것을 특징으로 하는 등방압 프레스장치.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 열교환부재는
    전기에 의해 가열되는 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 등방압 프레스장치.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 열교환부재는
    냉매에 의해 냉각되는 냉각유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 등방압 프레스장치.
  13. 제4항에 있어서,
    상기 열교환부재는
    판 형상 또는 원통 형상 또는 나선 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 등방압 프레스장치.
  14. 제4항에 있어서,
    상기 열교환부재는
    상기 가압매체와의 접촉면적이 넓어지도록 상기 열교환부재를 관통하는 복수 개의 관통공 또는 상기 열교환부재의 외면에서 돌출되는 복수 개의 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 등방압 프레스장치.
  15. 제4항에 있어서,
    상기 수용홈의 내면에 구비되어 상기 열교환부재의 열이 상기 수용홈의 외부로 전달되는 것을 방지하는 단열재를 포함하는 것을 특징으로 하는 등방압 프레스장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 단열재는
    수지, 세라믹 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 등방압 프레스장치.
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