KR20170100467A

KR20170100467A - 방전가공용 와이어

Info

Publication number: KR20170100467A
Application number: KR1020170106665A
Authority: KR
Inventors: 차구익; 정우선
Original assignee: 차구익; 정우선
Priority date: 2017-08-23
Filing date: 2017-08-23
Publication date: 2017-09-04

Abstract

본 발명은 전기 방전으로 피가공물을 절단하는 방전가공기에서, 표면에 광촉매가 코팅되는 방전가공용 와이어에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방전가공용 와이어는 표면(1a)에 광촉매 물질인 이산화티타늄 분말(3 ; TiO₂)가 불규칙하게 부착된다.

Description

방전가공용 와이어{WIRE OF LELCTRIC DISCHARGE MACHINING}

본 발명은 전기 방전으로 피가공물을 절단하는 방전가공기에서, 표면에 광촉매가 코팅되는 방전가공용 와이어에 관한 것이다.

대한민국 특허 제10-0543847호(2006년 1월 10일, 등록)에 "방전가공용 전극선 및 그 제조 방법"이 소개되어 있다.

상기 방전가공용 전극선은 금속 재질의 심선과, 상기 심선을 감싸면서 형성되는 피복층, 및 상기 피복층 상에 형성되며 구리아연합금으로 이루어진 결정립들을 포함한다. 상기 결정립들은 알루미늄, 주석, 마그네슘, 란탄, 세륨, 니켈, 망간, 티타늄 및 지르코늄으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 0.01 내지 0.5 중량% 포함한다.

그러나, 상기 방전가공용 전극선은 전기 방전으로 피가공물을 절단하는 과정에서 할 때 발생하는 증기 형태의 금속 산화물에 의해 중금속 오염이 발생할 수 있는 단점이 있다.

대한민국 특허 제10-0837350호(2008년 6월 4일, 등록) "와이어 방전 가공용 전극선" 대한민국 특허 제10-0300910호(2001년 6월 20일, 등록) "와이어 방전가공용 전극선" 대한민국 특허출원공개 제10-2015-0103234호(2015년 9월 9일, 공개) "와이어 방전 가공용 전극선 및 그의 제조 방법"

따라서, 본 발명의 목적은 표면에 광촉매 물질인 이산화티타늄 분말이 부착되어, 이산화티타늄 분말이 방전 가공중에 발생하는 금속 산화물 등의 유해물질을 화학반응으로 제거함으로써, 작업장의 공기질을 개선할 수 있는 방전가공용 와이어를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방전가공용 와이어는 표면에 광촉매 물질인 이산화티타늄 분말(TiO₂)가 불규칙하게 부착되는 것을 특징으로 한다.

상기 이산화티타늄 분말은 접착제에 의해 와이어의 표면에 접착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 방전가공용 와이어에 광촉매를 코팅하는 장치의 일례는 와이어 공급부와 권선기 사이에 코팅장치와 건조장치가 배치되어, 와이어 공급부서 공급되는 와이어가 코팅장치와 건조장치를 순서대로 통과하여 권선기에 권선됨으로써, 와이어의 표면에 이산화타타늄 분말이 불규칙하게 부착된다.

본 발명에 따른 발전가공용 와이어에 광촉매를 코팅하는 방법의 일례는 와이어 공급부와 권선기 사이에 코팅장치와 건조장치를 배치하고, 와이어 공급부에서 인출되는 와이어를 코팅장치와 건조장치를 순서대로 통과시킴으로써, 와이어의 표면에 이산화타타늄 분말을 불규칙하게 부착한다.

여기서, 상기 코팅장치의 일례는 교반기에 채워진 접착제에 이산화티타늄 분말이 분산되어 있으며, 교반기의 배출관에 밸브가 장착되어, 밸브에 의해 이산화티타늄 분말을 포함하는 접착제가 배출관을 통해 배출되는 것이 제어되고, 이산화티타늄 분말을 포함하는 접착제가 교반기의 배출관에서 펠트의 상부면으로 공급되어, 펠트의 상부면을 통과하는 와이어의 표면에 이산화티타늄 분말을 포함하는 접착제가 도포된다.

상기 코팅장치의 다른 예는 교반기에 채워진 접착제에 이산화티타늄 분말이 분산되어 있으며, 교반기의 배출관에 밸브가 장착되어, 밸브에 의해 이산화티타늄 분말을 포함하는 접착제가 배출관을 통해 배출되는 것이 제어되고, 배출관의 선단에 스프레이 수단이 장착되어, 스프레이 수단이 회수함)의 내부에 배치됨으로써, 와이어가 회수함의 내부를 통과하는 과정에서 스프레이 수단에 의해 분사되는 이산화티타늄 분말을 포함하는 접착제가 와이어의 표면에 도포된다.

이것에 의해, 본 발명에 따른 방전가공용 와이어, 광촉매 코팅 장치 및 방법은 표면에 광촉매 물질인 이산화티타늄 분말이 불규칙하게 부착할 수 있어, 이산화티타늄 분말이 방전 가공중에 발생하는 금속 산화물 등의 유해물질을 화학반응으로 제거함으로써, 작업장의 공기질을 개선할 뿐만 아니라 음이온 방출 기능과 절삭액을 정화하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방전가공용 와이어에 의해 공작물이 방전가공되고는 것을 개략적으로 도시한 개략도 및 와이어의 표면에 이산화티타늄 분말 입자가 부착된 상태를 도시한 확대 상세도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방전가공용 와이어에 광촉매를 코팅하는 장치의 일례를 개략적으로 도시한 구성도
도 3은 본 발명에 따른 방전가공용 와이어에 광촉매를 코팅하는 장치의 다른 예를 개략적으로 도시한 구성도

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 방전가공용 와이어(1)는 표면(1a)에 광촉매 물질인 이산화티타늄 분말(3 ; TiO₂ ; titanium dioxide powder)가 불규칙하게 부착된다.

상기 이산화티타늄 분말(3)은 접착제(5)에 의해 와이어의 표면(1a)에 접착된다.

상기와 같은 본 발명에 따른 방전가공용 와이어는 전극선인 와이어(1)에 음전류가 인가되고, 공작물(7)에 양전류가 인가되어, 공작물(7)에 와이어(1)가 맞닿는 부분에 방전이 발생하여 공작물(7)을 소정의 형상으로 가공하게 된다. 이때, 본 발명은 와이어(1)의 표면(1a)에 분산된 이산화티타늄 분말(3)이 방전에 의해 발생한 자외선에 의해 활성화되어, 히드록시래디컬(-OH)과 슈퍼옥시사이드 음이온(-O₂ ^-)을 생성하는데, 그 중 히드록시래디컬은 강한 산화력이 있어 각 물질의 분자 결합을 분단할 수 있다. 이 히드록시래디컬의 산화력을 이용하여 금속 산화물 등의 유해물질을 화학반응에 의해 제거함으로써, 작업장의 공기질을 개선할 뿐만 아니라 음이온 방출 기능과 절삭액을 정화하는 효과가 있다.

참고로, 상기 이산화티타늄은 살균과 유기물질 산화분해 제거효과가 있으며, 이러한 산화분해 제거효과는 1967년 두 명의 일본인 과학자에 의해 증명되면서 광촉매라는 이름으로 상용화되었다.

광촉매의 원료인 이산화티타늄(TiO₂)은 밴드갭 이상의 에너지를 외부에서 받으면 전자(e-)와 정공(h+)을 발산해 산소(O2)와 물(H2O)에 각각 결합하여 슈퍼옥사이드 음이온(O2-)과 히드록시레디칼(-OH)로 된 2종의 이온을 생성한다. 생성된 이온은 광촉매 표면에 흡착된 유기물질과 산화, 환원반응을 일으켜 오염된 물질을 산화시킨다.

A(Advanced) T(TiO2 ) P(Process) 는 가장 혁신적으로 개발된 그물형 광촉매의 기술이 결합된 제품으로서 산화공법의 융합기술이며, 성능이 배가된 공기살균과 물살균에 사용된다.

촉매란 어떤 화학반응에서 자신은 변화하지 않고 반응속도를 변화시키거나 반응을 개선시키는 등의 역할을 수행하는 것이다.

광촉매란 촉매의 한 종류로서 촉매작용이 빛에너지를 받아 일어나는 것을 말한다.

광촉매에 사용할 수 있는 물질로는 TiO2(anatase), TiO2(rutile), ZnO, CDS, ZRO2, SNO2, V2O2. WO3 등과 페롭스카이트형 복합금속산화물(SRTIO3) 등이 있다. 그러나 실체 광촉매 반응에 사용할 수 있는 반도체 물질은 우선, 광학적으로 활성이 있으며 광부식이 없어야 한다. 또한 생물학적으로나 화학적으로 비활성이어야 하며, 가시광선이나 자외선 영역의 빛을 이용할 수 있어야 할 뿐만 아니라 경제적인 측면 에서도 저렴해야 한다. 티타늄은 지각중에 아홉 번째로 많은 원소로, 흔히 화장품에 사용하는 백색안료나 백색페인트는 주로 이산화티타늄으로 제조한 것이다. 단지, 안료로서는 가능하면 빛에 의해 반응하지 않는 이산화티타늄이 사용되고 있지만, 공기청정기 등의 광촉매 응용제품에는 광반응성(光反膺性)을 높인 이산화티타늄이 사용된다. 또한 이산화티타늄은 자원적으로 매우 풍부하기 때문에 가격도 저렴하고, 광촉매로서 내구성, 내마모성이 우수하며, 그 자체는 안전 * 무독물질로 폐기하여도 2차공해에 대한 염려가 없어, 요즈음 흔히 미래 산업이라는 나노산업의 제품중 한 품목이다. 특히, 광촉매의 조건과 활성을 고려해 볼 때, 빛을 받아도 자신은 변화하지 않아 반 영구적으로 사용할 수 있고, 염소(CL2)나 오존(O3)보다 산화력이 높아 살균력이 뛰어나며, 모든 유기물을 이산화탄소와 물로 분해할 수 있는 이산화티타늄(TIO2)은 대표적인 광촉매 물질로 널리 사용되고 있다. 초미립자 이산화티타늄을 무기질 바인더와 배합하여 고경도 내산성의 투명한 막을 형성하도록 설계된 코팅제로 건물 벽면, 유리, 거울, 타일 등에 쉽게 코팅할 수 있다.

광합성 작용이 엽록소를 촉매로 산소를 발생시켜 숲의 정화작용을 하듯이 광촉매(PHOTOCATALYS)는 말 그대로 촉매작용이 빛에너지를 받아 일어나는 것을 말한다. 즉, 반도체는 일정한 영역의 에너지가 가해지면 전자가 가전자대(VALENCE BAND)에서 전도대(CONDUCTION BAND)로 여기게 된다. 이때 전도대(CONDUCTION BA-ND)에는 전자(e-)들이 형성되게 되고 가전자대(VALENCE BAND)에는 정공(h+)이 형성되게 된다. 이렇게 형성된 전자와 정공은 강한 산화 또는 환원작용에 의해 유해물질을 분리시키는 등 다양한 반응을 일으키게 된다.

촉매 이산화티타늄에 빛이 닿아 발생한 전자(e-)은 정공(h+)은 각각 공기중에 O2, H2O와 반응을 일으켜 이산화티타늄 표면에 슈퍼옥사이드음이온(O2,-), 수산라디칼(-OH) 2종의 활성산소를 생성한다. 특히. 수산라디칼은 높은 산화, 환원 전위를 가지고 있기 때문에NOx, SOx, 휘발성유기화합물(vocs) 및 각종 악취 정화에 탁월하고,축산폐수, 오수, 공장폐수의 BOD, 색도 및 난분해성 오염물질, 환경호르몬 등을 완벽히 제거할 수 있을 뿐만 아니라,병원성대장균, 황색포도구균, O-157 등 각종 병원균과 박테리아를 99%이상 살균하는 등 대상물질을 산화시키는 능력을 갖고 있다.

또한, 빛이 조사되면 이산화티타늄을 구성하고 있는 산소 2개중 하나와 공기중의 H2O가 반응하여 친수성이 매우 좋은 친수가(-OH)가 생성되어 이산화티타늄 표면은 오염물질의 부착을 방지하는 내오염성을 갖게 되며, 부착된 오염물질은 강우나 물에 의해 쉽게 세척되게 하는 자정성(SELF-CLEANING)을 갖는다. 이러한 TIO2광촉매는 태양에너지 또는 형광빛에 의해서도 반응이 일어나며, 「물체에의 정착→광분해→재생」의 사이클에 의해 영속적인 기능을 발휘하므로 경제적이다. 또한, 반응후의 부산물은 물과 CO2로 환경에 무해한 물질이며, 다양한 적용이 가능하다.

이러한 TIO2광촉매는 태양에너지 또는 형광빛에 의해서도 반응이 일어나며, 「물체에의 정착→광분해→재생」의 사이클에 의해 영속적인 기능을 발휘하므로 경제적이다. 또한, 반응후의 부산물은 물과 CO2로 환경에 무해한 물질이며, 다양한 적용이 가능하다. 예를 들어, 자외선 램프가 들어있는 공기청정기의 필터에 이산화티타늄을 넣어두면, 필터에 부착되는 더러움이나 균, 바이러스 등이 분해되고, 자동차의 배기가스에 포함된 매연(대부분이 탄소)도 이산화티타늄 코팅유리 위에서는 광원에 포함된 자외선에 의해 분해되어 버린다. 또 이산화티타늄을 코팅한 지료표면에 자외선이 닿으면 더러움이 분해되어 표면이 깨끗하게 유지되는 것이다.

광촉매의 또 다른 한가지 반응은 광천수성이다. 친수성이란 유리 등의 재료표면에 물이 잘어울리는 현상이다. 많은 재료에서는 물을 떨어뜨리면 물방울이 생긴다. 그런데, 광촉매를 코팅한 재료에 자외선이 닿은 후에는 물은 물방울이 되지 않고, 거의 완전히 퍼져 버린다. 이산화티타늄을 코팅한 재료에서는 물이 닿게 되면 더러움이 간단히 씻겨져 버리고 물방울이 전혀 생기지 않는다. 광촉매로 사용되는 이산화티타늄은 물리화학적으로 안전한 물질이며 식품첨가물로 미국에서는 1968년, 일본에서는 1983년에 인증받았으며 식품(화이트 초코렛등), 화장품(기능성 화장품 및 립스틱)등이 널리 사용되고 있다. 특히 일본의 경우 T사에서 광촉매를 코팅한 타일로 일본식품분석센터(95년3월3일) 및 미쯔비시 화학안전 과학연구소(2000년2월24일)에서 피부 일시 자극시험 및 급성경구독성시험을 통해 그 안정성이 인증되었다.

활성산소라 통상 대기중에서 존재하며 체내에서도 늘상 생성된다. 이 활성산소는 대량으로 체내에 흡입되는 경우에 인체에 악영향을 주는 경우가 많다. 광촉매 작용에 의해 생성된 활성산소는 어디까지나 코팅표면에서 진행되는 물질이며 공기중에 부유하는 물질은 아니다. 일상생활에서 활성산소가 도움이 되는 예로써 일반적으로 사용되는 과산화수소를 들 수 있다. 과산화수소는 피부표면에 활성산소를 생성시켜 세균, 잡균을 소독하는 작용을 한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 방전가공용 와이어에 광촉매를 코팅하는 장치는 와이어 공급부(10)와 권선기(12) 사이에 코팅장치(20)와 건조장치(30)가 배치되어, 와이어 공급부(10)에서 공급되는 와이어(1)가 코팅장치(20)와 건조장치(30)를 순서대로 통과하여 권선기(12)에 권선됨으로써, 와이어(1)의 표면에 이산화타타늄 분말(3 ; 도 1 참조)이 불규칙하게 부착된다.

또한, 본 발명에 따른 방전가공용 와이어에 광촉매를 코팅하는 장치에 있어서, 본 발명에 따른 방전가공용 와이어에 광촉매를 코팅하는 방법은 와이어 공급부(10)와 권선기(12) 사이에 코팅장치(20)와 건조장치(30)를 배치하고, 와이어 공급부(10)에서 인출되는 와이어(1)를 코팅장치(20)와 건조장치(30)를 순서대로 통과시킴으로써, 와이어(1)의 표면에 이산화타타늄 분말(3)을 불규칙하게 부착한다.

도 2를 참조하면, 여기서, 상기 코팅장치(20)는 교반기(21a)에 채워진 접착제에 이산화티타늄 분말이 분산되어 있으며, 교반기(21a)의 배출관(22a)에 밸브(23a)가 장착되어, 밸브(23a)에 의해 이산화티타늄 분말을 포함하는 접착제가 배출관(22a)을 통해 배출되는 것이 제어되고, 이산화티타늄 분말을 포함하는 접착제가 교반기(21a)의 배출관(22a)에서 펠트(24a)의 상부면으로 공급되어, 펠트(24a)의 상부면을 통과하는 와이어(1)의 표면에 이산화티타늄 분말을 포함하는 접착제가 도포된다.

도 3을 참조하면, 다른 대안으로, 상기 코팅장치(20)는 교반기(21b)에 채워진 접착제에 이산화티타늄 분말이 분산되어 있으며, 교반기(21b)의 배출관(22b)에 밸브(23b)가 장착되어, 밸브(23b)에 의해 이산화티타늄 분말을 포함하는 접착제가 배출관(22b)을 통해 배출되는 것이 제어되고, 배출관(22b)의 선단에 스프레이 수단(24b)이 장착되어, 스프레이 수단(24b)이 회수함(25b)의 내부에 배치됨으로써, 와이어(1)가 회수함(25b)의 내부를 통과하는 과정에서 스프레이 수단(24b)에 의해 분사되는 이산화티타늄 분말을 포함하는 접착제가 와이어(1)의 표면에 도포된다.

상기 와이어 공급부(10)는 신선기 또는 보빈에 감긴 와이어를 인출할 수 있는 권선기 중 어느 하나이다.

1 : 와이어 3 : 이산화티타늄 분말
20 : 코팅장치

Claims

방전가공용 와이어(1) 표면(1a)에 광촉매 물질인 이산화티타늄 분말(3 ; TiO₂)가 불규칙하게 부착되는 것을 특징으로 하는 방전가공용 와이어.