KR20160071597A - 구리 분말 스크류 공압 도포 장치 - Google Patents

구리 분말 스크류 공압 도포 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 구리 분말 스크류 공압 도포 장치는 구리 분말이 상부의 개방된 공간을 통해 공급되는 분말 공급부(10); 상기 분말 공급부(10)의 하부 일측에 배치되는 구동부(20); 상기 분말 공급부(10)와 상기 구동부(20)에 각각 연결되는 분말 이송부(30); 상기 분말 이송부(30)에 연결된 상태에서 공급되는 구리 분말을 토출하게 하는 분말 분출부(40); 상기 분말 분출부(40)로부터 토출되는 구리 분말이 분사되는 공간인 노즐통(50); 및 상기 분말 분출부(40)에 연결된 상태에서 공기압을 정밀하게 조절하는 공압 레귤레이터(60);를 포함하며, 상기 분말 이송부(30)는 상기 분말 공급부(10)에서 공급받는 구리 분말을 스크류 회전 방식을 이용하여 상기 분말 분출부(40)로 이송하게 한다.

Description

구리 분말 스크류 공압 도포 장치{Apparatus for Coating Cu Powder using Screw Rotating and Pneumatic Pressure}
본 발명은 구리 분말 스크류 공압 도포 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 오일리스 부시의 표면 상에 균일한 두께로 구리 분말을 도포하기 위하여 공압 및 스크류의 회전 구동을 이용한 구리 분말 스크류 공압 도포 장치에 관한 것이다.
고하중 및 고내구성을 가지는 오일리스 부시(Oiless Bush)는 그 원소재의 표면 상에 구리 분말을 도포하여 소결하는 공정이 필수적이며, 구리 분말을 도포하는 과정에서 균일한 도포와 두께를 유지하는 것이 분말 도포공정에서의 핵심사항이다.
기존 블레이드 타입의 구리 분말 도포 방식은 원소재의 평탄도에 따른 도포 편차가 존재하며, 도포 과정 중에 이물질이 들어가는 경우에는 이물질의 형태가 표면층에 존재함으로써 제품의 성형성 및 불량을 야기하게 된다.
이에, 원형 블레이드 형식의 도포 시스템을 제작하여 문제점을 해결하고자 하였으나, 구리 분말이 대기 중에 존재하는 수분을 흡수하여 결합하는 문제로 인해 구리 분말의 도포 부위 상에 홀 및 웜 등의 현상이 발생하는 문제점이 존재한다.
특히, 기존 도포 방식의 경우에는 구리 분말의 도포 두께가 0.1mm 내지 0.5mm 정도의 범위에 해당하여 그 편차가 다양하게 되는데, 상기의 고르지 못한 도포 형태로 인하여 이후 진행되는 소결 공정에서 냉간압연강판(SPCC,steel plate cold commercia) 기저 철판의 휨현상, 두께 편차, 및 분말의 다공성의 차이로 인하여 제품 품질에 지대한 영향을 끼치게 된다.
또한, 오일리스 부시의 개발 과정에서 균일한 소결소재를 얻기 위하여 정밀하게 구리 분말을 도포하는 공정이 부재함으로 인하여 제품 품질에 대한 어려움이 발생하고 있는 실정이다. 특히 기저 철판 상에 구리 분말이 불균일하게 도포되는 경우에는 후속되는 공정에서 성형가공 상의 문제점이 발생한다.
한편, 기판 상에 소결 결합된 다공성 금속 코팅을 형성하는 과정을 제시하는 종래의 문헌으로는 공개특허 제10-2012-0089594호(2012.08.13)를 참조할 수 있다. 상기 문헌에서는 교반된 현탁액을 초음파 분무 노즐을 이용하여 기판 상에 도포한 후에 도포된 입자들을 소결하여 다공성 코팅 박막을 형성하는 내용을 개시하지만, 구리 분말을 기저 철판 상에 공급하는 과정에서 공기 중에의 노출 시간을 최소화한 상태에서 고르게 도포하게 하는 방안에 대해서는 별도로 개시하고 있지 않다는 한계가 있다.
(특허문헌 1) KR10-2012-0089594 A
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 오일리스 부시의 표면 상에 균일한 두께로 구리 분말을 도포하기 위하여 공압 및 스크류의 회전 구동을 이용하여 구리 분말을 기저 철판 상에 공급하게 하는 구리 분말 스크류 공압 도포 장치를 제공하는 것이 목적이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 구리 분말 스크류 공압 도포 장치는 구리 분말이 상부의 개방된 공간을 통해 공급되는 분말 공급부(10); 상기 분말 공급부(10)의 하부 일측에 배치되는 구동부(20); 상기 분말 공급부(10)와 상기 구동부(20)에 각각 연결되는 분말 이송부(30); 상기 분말 이송부(30)에 연결된 상태에서 공급되는 구리 분말을 토출하게 하는 분말 분출부(40); 상기 분말 분출부(40)로부터 토출되는 구리 분말이 분사되는 공간인 노즐통(50); 및 상기 분말 분출부(40)에 연결된 상태에서 공기압을 정밀하게 조절하는 공압 레귤레이터(60);를 포함하며, 상기 분말 이송부(30)는 상기 분말 공급부(10)에서 공급받는 구리 분말을 스크류 회전 방식을 이용하여 상기 분말 분출부(40)로 이송하게 한다.
상기 분말 이송부(30)는, 상기 분말 공급부(10)의 하부 측에 배치되는 이송 바디(31), 상기 이송 바디(31) 내에 형성된 이송홈 상에 회전 가능하게 배치되는 복수개의 이송 스크류(33) 및 상기 이송 바디(31)의 상부를 통해 상기 이송홈에 연통하는 분말 인입홈(34)을 포함한다.
상기 구동부(20)는, 구동 모터(21), 상기 구동 모터(21)에 결합되는 구동 풀리(22), 상기 구동 풀리(22)에 동력 전달체를 통해 연결구동되는 복수의 구동축(23), 상기 복수의 구동축(23)의 끝단에 결합되는 커플링(24)을 포함하며, 상기 복수개의 이송 스크류(33)는 상기 커플링(24)에 결합된 상태로서 이를 통해 상기 구동 모터(21)로부터의 동력 전달이 이루어진다.
상기 분말 분출부(40)는 내부를 관통하는 메인 유로(41) 및 상기 메인 유로(41)의 측방을 통해 상기 분말 이송부(30)에 연통하는 보조 유로(43)를 포함하며, 상기 메인 유로(41)의 상단은 상기 노즐통(50)에 결합되는 노즐(51)에 연결되고, 하단은 공기 유동관(62)을 통해 상기 공압 레귤레이터(60)에 연결된다.
상술한 바와 같은 본 발명인 구리 분말 스크류 공압 도포 장치는 공압 및 스크류의 회전 구동을 이용하여 구리 분말을 오일리스 부시를 이루는 기저 철판 상에 균일한 두께로 도포하게 하여 일정한 두께의 소결 소재를 획득하게 한다.
본 발명은 공기 중에 노출되는 경우에 빠르게 수분을 흡수하는 성질을 갖는 구리 분말의 대기 노출시간을 최소화하도록 설계함으로써 기저 철판 상에서의 도포 두께 불량을 방지한다.
아울러, 본 발명은 공압 및 레귤레이터을 이용함으로써 구리 분말의 선택적 도포가 가능하며, 소결 소재의 이송 속도에 따른 도포 속도를 제어가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구리 분말 스크류 공압 도포 장치의 전체적인 외관을 보이는 사시도,
도 2는 도 1에서 외부 커버를 제거한 상태의 사시도,
도 3은 분말공급부로부터의 구리 분말이 스크류 및 공압 레귤레이터와의 조합에 따라 공급되는 구조를 구체적으로 보이는 도면,
도 4는 도 3의 측면도, 및
도 5는 분말 이송부 및 분말 분출부를 중심으로 한 구리 분말의 유동 구조를 보이는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구리 분말 스크류 공압 도포 장치의 전체적인 외관을 보이는 사시도, 도 2는 도 1에서 외부 커버를 제거한 상태의 사시도, 도 3은 호퍼로부터의 구리 분말이 스크류 및 공압 레귤레이터와의 조합에 따라 공급되는 구조를 구체적으로 보이는 도면 및 도 4는 도 3의 측면도이다.
본 발명에 따른 구리 분말 스크류 공압 도포 장치는 구리 분말을 오일리스 부시를 이루는 기저 철판 상에 균일하게 도포할 수 있게 하는 것으로서 이하에서는 이를 토대로 설명하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 구리 분말 외의 물질을 도포하는 공정 및 반도체 제조 공정 상에서의 각종 도포 공정 등에 응용하여 적용 가능할 것이다. 본 발명은 구리에 주석을 혼합한 합금인 청동 분말에 적용이 가능하다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 구리 분말 스크류 공압 도포 장치는 외부 고정 프레임(1), 외부 고정 프레임(1)의 상단부에 배치되는 상하 이송 모터(2), 외부 고정 프레임(1)의 하단에 결합되는 이동 바퀴(3), 및 외부 고정 프레임(1)의 측면부를 구성하는 커버(4)를 포함한다. 외부 고정 프레임(1)은 후술하는 도포 장치의 구성요소들이 안착된 상태에서 이동 바퀴(3)를 통해 자유롭게 이동배치 가능하게 한다. 커버(4)는 도포 장치의 구성요소들에 대한 보호 및 정비를 용이하게 한다. 상하 이송 모터(2)는 외부 고정 프레임(1) 상에서 구리 분말 스크류 공압 도포 장치의 높이를 조절 가능하게 함으로써 하부로 이송되는 기저 철판 상에 분사되는 구리 분말 입자의 분사 높이를 조절할 수 있다.
구리 분말 스크류 공압 도포 장치는 구체적으로 구리 분말이 그 상부의 개방된 공간을 통해 공급되는 제1 분말 공급부(10), 제1 분말 공급부(10)의 하부 일측에 배치되는 구동부(20), 제1 분말 공급부(10)와 구동부(20)에 각각 연결되는 분말 이송부(30), 분말 이송부(30)에 연결된 상태에서 공급되는 분말을 소량 토출하게 하는 분말 분출부(40), 분말 분출부(40)로부터 토출되는 분말이 노즐(51)에 의해 분사되는 공간인 노즐통(50), 분말 분출부(40)에 연결된 상태에서 공기압을 정밀하게 조절하는 공압 레귤레이터(60), 제1 분말 공급부(10)의 상부에 배치되는 제2 분말 공급부(70)를 포함한다.
제1 분말 공급부(10)는 상부가 개방된 상태에서 하부 방향으로 갈수록 점점 좁아지는 형상인 호퍼 타입으로서 공급되는 구리 분말에 대해 진동을 가하여 점진적으로 낙하하게 할 수 있다. 제1 분말 공급부(10)의 하부는 제1 분말 공급관(12)을 통해 분말 이송부(30)의 상부단에 연결된다.
구동부(20)는 구동 모터(21), 구동 모터(21)의 끝단에 결합되는 구동 풀리(22), 구동 풀리(22)에 타이밍 벨트를 통해 연결구동되는 복수의 구동축(23), 복수의 구동축(23)의 끝단에 결합되는 커플링(24)을 포함한다. 즉, 복수의 구동축(23)은 분말 이송부(30)의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 연속적으로 배치되는 구조를 갖게 되는데, 상기 복수의 구동축(23)의 끝단에 결합되는 종동 풀리(미도시)와 구동 풀리(22)를 타이밍 벨트를 연결된 상태에서 구동 모터(21)로부터의 동력 전달이 이루어진다.
분말 이송부(30)는 제1 분말 공급관(12)을 통해 제1 분말 공급부(10)에서 공급되는 구리 분말을 스크류의 회전 속도를 조절하는 과정을 통해서 분말 분출부(40)로 이송하게 한다.
분말 이송부(30)는 제1 분말 공급부(10)의 길이 방향을 따라 그 하부 측에 배치되는 이송 바디(31), 이송 바디(31) 내에 형성된 이송홈 상에 회전 가능하게 배치되는 복수개의 이송 스크류(33) 및 이송 바디(31)의 상부단 및 이송홈을 연결하는 분말 인입홈(34)을 포함한다. 복수개의 이송 스크류(33)는 커플링(24)을 통해 복수의 구동축(23)에 결합되며, 상기 결합 구조를 통해서 구동축(23)으로부터 회전 구동력을 전달받는다.
즉, 구동 모터(21)로부터의 동력이 타이밍 벨트를 통해 결과적으로 복수개의 이송 스크류(33)의 회전 구동을 가능하게 하므로, 상기 구동 모터(21)의 회전 속도를 조절하는 과정을 통해서 상기 이송 스크류(33)의 회전 속도를 가변할 수 있다.
분말 분출부(40)는 그 내부를 관통하는 메인 유로(41) 및 메인 유로(41)의 측방을 통해 분말 이송부(30)의 분말 토출홈(35)에 연통하는 보조 유로(43)를 포함한다. 상기 메인 유로(41)의 상단은 노즐(51)에 연결되고, 하단은 공기 유동관(62)을 통해 공압 레귤레이터(60)에 연결된다. 상기 분말 분출부(40)는 복수개의 이송 스크류(33)에 각각 대응할 수 있도록 동일한 개수로 이송 바디(31)의 전방을 따라 일렬로 배치된다.
상기 구조 하에서 보조 유로(43)를 통해 분말 이송부(30)로부터 공급되는 구리 분말 입자들은 메인 유로(41) 상에 분사되어지고, 동시에 복수의 공압 레귤레이터(60)의 정밀한 미량 공기압 제어를 통해 구리 분말 입자들을 노즐(51)로 이동하게 한다.
노즐통(50)은 그 측면 상단에 노즐(51)이 결합되는데, 상기 구조를 통해 노즐(51)에서 분사되는 구리 분말이 노즐통(50)의 내부로 분사되는 상태를 이루게 한다. 상기 노즐통(50)은 내부 청소 및 상태 확인을 위해 상하부가 개방될 수 있다.
복수개로 이루어지는 공압 레귤레이터(60)는 복수개의 분말 분출부(40)에 각각 연통되어지고, 상기 상태에서 각각의 공압 레귤레이터(60)를 제어하여 복수개의 분말 분출부(40)에 공급되는 공기압을 차등적으로 조절할 수 있게 된다. 즉, 공압 레귤레이터(60)에 가해지는 압력을 조절함으로써 복수개의 분말 분출부(40) 중 일부만을 선택하여 구리 분말을 도포하게 할 수 있으며, 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC,programmable logic controller)와 같은 별도의 제어장치를 사용하여 순차 제어(sequential control)를 가능하게 한다.
여기에서, PLC는 입력을 프로그램에 의해 순차적으로 논리 처리하고 그 출력 결과를 이용하여 연결된 공압 레귤레이터(60)를 제어한다. PLC는 단독으로 쓰일 수도 있고, SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition,감시 제어 및 데이터 취득) 등의 시스템과 함께 사용될 수 있다. PLC는 다수개의 입력과 출력을 가지며, 광범위한 온도범위에서 동작하고, 제어를 위한 프로그램은 배터리 백업 및 비휘발성 메모리에 저장된다. 또한, 입력에 대해 실시간 처리 능력을 가짐으로써 정해진 시간의 입력 조건에 대해 출력은 정해진 시간 안에 반응한다.
제2 분말 공급부(70)는 제1 분말 공급부(10)의 상부 측에 배치되며, 구리 분말을 선처리하여 제1 분말 공급부(10) 측으로 이송하는 기능을 한다. 제2 분말 공급부(70)는 구체적으로 상부 호퍼(71), 상부 호퍼(71) 하단으로 연결되는 분말 공급 닛볼(72), 분말 공급 닛볼(72)의 하단에 연결되는 제2 분말 공급관(73) 및 제2 분말 공급관(73)의 하단에 결합되는 분말 수용체(74)를 포함한다. 분말 수용체(74)는 중공 직육면체 타입으로서 제1 분말 공급부(10)의 개방된 상부 공간을 전체적으로 덮는 형태를 유지한다.
이하, 도 1 내지 도 5를 다시 참조하여 본 발명에 따른 구리 분말 스크류 공압 도포 장치를 이용한 도포 과정을 설명한다.
먼저, 제2 분말 공급부(70)를 통해 구리 분말이 투입된다. 구리 분말은 제2 분말 공급부(70) 및 제1 분말 공급부(10)를 통해 상하 다단 방식으로 투입이 이루어지지만, 제2 분말 공급부(70)를 생략한 상태에서 제1 분말 공급부(10) 만을 이용하여 투입이 진행될 수 있다.
한편, 공압 레귤레이터(60)는 PLC 등을 통해 분말 분출부(40)에 공급되는 공기압을 조절할 준비가 된다
이후, 노즐통(50)의 하부를 따라 배치된 이송 컨베이어를 따라 도포를 요하는 기저 철판의 이송이 시작된다.
제1 분말 공급부(10)를 거쳐 분말 이송부(30)의 이송 바디(31)에 다다른 구리 분말은 이송 스크류(33)의 회전 운동에 따라 분말 토출홀(35)에 도달한 후에 분말 분출부(40)의 보조 유로(43)를 통해 메인 유로(41)로 유입된다. 상기 상태에서 복수의 공압 레귤레이터(60)의 정밀한 미량 공기압 제어를 통해 공기 유동관(62)을 통해 메인 유로(41) 상의 구리 분말 입자들을 노즐(51)로 이동하게 한다.
이후, 노즐통(50)을 채우는 구리 분말 입자들은 하부에 배치되는 기저 철판 상에 균일한 두께를 이루며 도포될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명인 구리 분말 스크류 공압 도포 장치는 공압 및 스크류의 회전 구동을 이용하여 구리 분말을 오일리스 부시를 이루는 기저 철판 상에 균일한 두께로 도포하게 하여 일정한 두께의 소결 소재를 획득하게 한다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 제1 분말 공급부
20 : 구동부
30 : 분말 이송부
40 : 분말 분출부
50 : 노즐통
60 : 공압 레귤레이터
70 : 제2 분말 공급부

Claims (4)

  1. 구리 분말이 상부의 개방된 공간을 통해 공급되는 분말 공급부(10);
    상기 분말 공급부(10)의 하부 일측에 배치되는 구동부(20);
    상기 분말 공급부(10)와 상기 구동부(20)에 각각 연결되는 분말 이송부(30);
    상기 분말 이송부(30)에 연결된 상태에서 공급되는 구리 분말을 토출하게 하는 분말 분출부(40);
    상기 분말 분출부(40)로부터 토출되는 구리 분말이 분사되는 공간인 노즐통(50); 및
    상기 분말 분출부(40)에 연결된 상태에서 공기압을 정밀하게 조절하는 공압 레귤레이터(60);를 포함하며,
    상기 분말 이송부(30)는 상기 분말 공급부(10)에서 공급받는 구리 분말을 스크류 회전 방식을 이용하여 상기 분말 분출부(40)로 이송하게 하는,
    구리 분말 스크류 공압 도포 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분말 이송부(30)는,
    상기 분말 공급부(10)의 하부 측에 배치되는 이송 바디(31), 상기 이송 바디(31) 내에 형성된 이송홈 상에 회전 가능하게 배치되는 복수개의 이송 스크류(33) 및 상기 이송 바디(31)의 상부를 통해 상기 이송홈에 연통하는 분말 인입홈(34)을 포함하는,
    구리 분말 스크류 공압 도포 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동부(20)는,
    구동 모터(21), 상기 구동 모터(21)에 결합되는 구동 풀리(22), 상기 구동 풀리(22)에 동력 전달체를 통해 연결구동되는 복수의 구동축(23), 상기 복수의 구동축(23)의 끝단에 결합되는 커플링(24)을 포함하며,
    상기 복수개의 이송 스크류(33)는 상기 커플링(24)에 결합된 상태로서 이를 통해 상기 구동 모터(21)로부터의 동력 전달이 이루어지는,
    구리 분말 스크류 공압 도포 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 분말 분출부(40)는 내부를 관통하는 메인 유로(41) 및 상기 메인 유로(41)의 측방을 통해 상기 분말 이송부(30)에 연통하는 보조 유로(43)를 포함하며, 상기 메인 유로(41)의 상단은 상기 노즐통(50)에 결합되는 노즐(51)에 연결되고, 하단은 공기 유동관(62)을 통해 상기 공압 레귤레이터(60)에 연결되는,
    구리 분말 스크류 공압 도포 장치.
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