KR20190100642A - 멀티 스핀 토치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일렬로 배치된 다수개의 스핀 토치를 고속으로 회전시켜 넓은 면적을 가지는 피처리물을 연속 공정으로 처리할 수 있는 멀티 스핀 토치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 멀티 스핀 토치는, 일정 간격 이격된 상태로 일렬로 배치되며, 하측방으로 기울어진 방향으로 플라즈마를 방사하는 다수개의 플라즈마 토치; 상기 다수개의 플라즈마 토치에 각각 결합되어 설치되며, 외부에서 제공되는 회전력에 의하여 상기 플라즈마 토치를 고속으로 회전시키는 토치 회전부; 상기 토치 회전부에 회전력을 제공하는 회전력 제공부;를 포함한다.

Description

멀티 스핀 토치{A MULTI SPIN TORCH}

본 발명은 멀티 스핀 토치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일렬로 배치된 다수개의 스핀 토치를 고속으로 회전시켜 넓은 면적을 가지는 피처리물을 연속 공정으로 처리할 수 있는 멀티 스핀 토치에 관한 것이다.

플라즈마는 고온으로 가열된 전기 전도성 가스로서, 양이온, 음이온, 전자 및 여기된(excited) 중성 원자와 분자로 구성된다. 플라즈마 가스로서, 예를 들어 단원자 가스인 아르곤/ 또는 이원자 가스인 수소, 질소, 산소 또는 공기와 같은 다양한 가스가 사용된다. 이러한 가스들은 아크(arc) 에너지를 통해 이온화 및 해리되며, 그 후, 노즐을 통해 압축된 아크는 플라즈마 빔으로 형성된다. 플라즈마 빔은 노즐 및 전극의 형태에 따라 빔의 직경, 온도, 에너지 밀도 및 가스의 유속 등의 파라미터(parameters)에 영향을 받는다.

플라즈마 토치(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마를 생성하여 전기에너지를 열에너지로 변환하는 장치로서, 플라즈마 가스를 전극(10, 20) 사이에 보유되는 전기 아크를 통과시킴으로서 전극과 기체가 아크 방전으로 에너지가 발생하고, 기체가 고온의 아크 사이를 지나면서 플라즈마 상태로 전이되는 원리를 이용한다.

이러한 플라즈마 토치(1)는 직접 또는 간접 방식으로 작동된다. 직접 작동모드에서는 전류가 전류원으로부터 흘러나와, 플라즈마 토치의 전극과, 아크에 의해 생성되어 노즐을 통해 압축된 플라즈마 빔과, 가공재료를 직접적으로 통하여 전류원으로 되돌아 간다. 따라서 직접 작동모드에 의하여 전기 전도성 재료를 절단할 수 있다.

한편 간접 작동 모드에서, 전류는 전류원으로부터 흘러나와, 플라즈마 토치의 전극과, 아크에 의해 생성되어 노즐을 통해 압축된 플라즈마 빔과, 상기 노즐을 통해 전류원으로 되돌아 간다. 따라서, 상기 노즐은 플라즈마 빔을 압축시킬 뿐만 아니라, 또한 아크의 시작점으로 이용되기 때문에, 직접 플라즈마 절단시보다 훨씬 큰 부하를 받게 된다. 간접 작동모드에서는 전기 전도성 재료와 비전도성 재료를 모두 절단 할 수 있다. 이러한 노즐 상의 높은 열적 부하로 인하여, 상기 노즐은 높은 전기 전도성과 열 전도성을 가지는 물질로 형성되는 것이 바람직하다.

그래서 일반적인 플라즈마 토치는 전술한 노즐의 형상이 원형으로 형성되어 분사되는 플라즈마 빔의 형상도 노즐의 형상에 의하여 원형으로 형성된다. 그런데 이렇게 원형의 형상으로 형성되는 플라즈마 토치에 의해서는 피처리물의 제한적인 위치에 대해서만 처리가 가능하고 피처리물의 절단 등에는 유리하나 넓은 면적에 대한 처리에는 불리한 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 일렬로 배치된 다수개의 스핀 토치를 고속으로 회전시켜 넓은 면적을 가지는 피처리물을 연속 공정으로 처리할 수 있는 멀티 스핀 토치를 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 멀티 스핀 토치는, 일정 간격 이격된 상태로 일렬로 배치되며, 하측방으로 기울어진 방향으로 플라즈마를 방사하는 다수개의 플라즈마 토치; 상기 다수개의 플라즈마 토치에 각각 결합되어 설치되며, 외부에서 제공되는 회전력에 의하여 상기 플라즈마 토치를 고속으로 회전시키는 토치 회전부; 상기 토치 회전부에 회전력을 제공하는 회전력 제공부;를 포함한다.

그리고 본 발명에서 상기 토치 회전부는, 상기 플라즈마 토치의 외부에 결합되어 설치되는 회전 풀리; 상기 회전력 제공부와 회전 풀리에 걸쳐서 설치되며, 상기 회전력 제공부의 회전에 의하여 상기 회전 풀리를 회전시키는 벨트;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 토치 회전부는, 상기 플라즈마 토치의 외부에 결합되어 설치되는 원통형의 제1 마그네틱 기어; 상기 회전력 제공부에 설치되며, 상기 회전력 제공부에 의하여 회전하며 상기 제1 마그네틱 기어를 자기력에 의하여 회전시키는 원통형의 제2 마그네틱 기어;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 멀티 스핀 토치에서 상기 다수개의 플라즈마 토치는 각 플라즈마 토치에 의하여 방사되는 플라즈마 영역이 중첩되는 간격으로 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 멀티 스핀 토치에 의하면 도넛 형상으로 토치 처리를 할 수 있는 일렬로 배치된 다수개의 스핀 토치를 고속으로 회전시켜 넓은 면적을 가지는 피처리물을 연속 공정으로 처리할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 플라즈마 토치의 구조를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 스핀 토치의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 스핀 토치들의 배열을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 토치 회전부의 구성을 도시하는 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.

본 실시예에 따른 멀티 스핀 토치(100)는 도 2, 5에 도시된 바와 같이, 다수개의 플라즈마 토치(110), 토치 회전부(120) 및 회전력 제공부(130)를 포함하여 구성될 수 있다. 먼저 상기 다수개의 플라즈마 토치(110)는 토치 설치 판넬(140) 등에 의하여 1열 또는 필요에 따라 다수열로 배치될 수 있으며, 직선상 배열이 아닌 배열을 가질 수도 있다.

그리고 각 플라즈마 토치(110)는 기본적으로는 종래의 플라즈마 토치와 유사한 구조를 가진다. 다만, 플라즈마가 방사되는 노즐(112)의 분사구(112a) 형성 방향이 도 6에 도시된 바와 같이, 직하방이 아니라 측하방으로 기울어진 상태를 가진다. 따라서 이 플라즈마 토치(110)를 고속으로 회전시키면 도 7에 도시된 바와 같이, 일반적인 플라즈마 토치가 작은 원형의 조사 영역을 가지는 것과 달리, 도넛 형상의 넓은 조사 영역(S1)을 가진다.

이때 상기 다수개의 플라즈마 토치(110)는 서로 일정한 간격을 유지한 상태로 배열되되, 각 플라즈마 토치(110) 사이의 간격은 피처리물(2)의 처리 높이에서 전술한 도넛 형상의 조사 영역(S1)이 도 8에 도시된 바와 같이 서로 중첩되도록 조정되는 것이, 피처리물(2)에 대한 연속적인 처리가 가능하여 바람직하다.

다음으로 상기 토치 회전부(120)는 도 2 내지 5에 도시된 바와 같이, 상기 다수개의 플라즈마 토치(110)에 각각 결합되어 설치되며, 외부에서 제공되는 회전력에 의하여 상기 플라즈마 토치(110)를 고속으로 회전시키는 구성요소이다. 즉, 상기 토치 회전부(120)는 상기 다수개의 플라즈마 토치(110)에 각각 구비됨과 동시에 다수개의 플라즈마 토치(110)를 연결시켜 다수개의 플라즈마 토치들을 동일한 속도로 고속 회전시키는 것이다.

이렇게 상기 토치 회전부(120)에 의하여 다수개의 플라즈마 토치(110)가 동시에 고속회전함으로써, 도 8에 도시된 바와 같이, 서로 중첩되는 도넛 형상의 조사 영역(S1)이 형성되고, 이에 의하여 넓은 면적의 피처리물(2)을 연속적으로 처리할 수 있는 것이다.

이를 위하여 본 실시예에서 상기 토치 회전부(120)는 도 2 내지 5에 도시된 바와 같이, 회전 풀리(122)와 벨트(124) 및 보조 풀리(126)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저 상기 회전 풀리(122)는 도 2, 4, 5, 6에 도시된 바와 같이, 다수개로 구비되는 상기 플라즈마 토치(110) 마다 그 외부에 결합되어 설치되는 구성요소이며, 상기 벨트(124)가 감기는 구성요소이다. 이때 각 회전 풀리(122) 사이에는 도 4에 도시된 바와 같이, 보조 풀리(126)들이 배치되어 상기 벨트(124)와 상기 회전 풀리(122)의 접촉 면적을 극대화하고 텐션(tension)을 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.

다음으로 상기 벨트(124)는 도 2 내지 6에 도시된 바와 같이, 상기 회전력 제공부(130)와 회전 풀리(122)에 걸쳐서 설치되며, 상기 회전력 제공부(130)의 회전에 의하여 상기 회전 풀리(122)를 회전시키는 구성요소이다. 즉, 상기 벨트(124)는 전체적으로 폐곡선을 그리는 형상을 가지며, 상기 다수개의 회전 풀리(122) 모두에 감기도록 설치되어 상기 회전력 제공부(130)의 회전력에 의하여 결정된 궤도를 반복하여 이동하면서 상기 다수개의 회전 풀리(122)를 동시에 동일한 속도로 회전시킨다.

한편 본 실시예에서 상기 토치 회전부(220)는 제1, 2 마그네틱 기어(222, 224)로 구성될 수도 있다. 상기 제1 마그네틱 기어(222)는 도 9, 10에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 토치(110)의 외부에 결합되어 설치되는 원통형의 마그네틱 기어이며, N극(222a)과 S극(222b)의 자석이 교번적으로 배치되는 구조를 가진다. 그리고 다수개의 제1 마그네틱 기어(222)는 서로 최소한의 간격으로 이격되어 설치되는 것이, 회전 과정에서 서로 간섭을 일으키지 않으면서도 효과적으로 자기력을 전달할 수 있어서 바람직하다.

또한 상기 제2 마그네틱 기어(224)는 도 9, 10에 도시된 바와 같이, 상기 회전력 제공부(230)에 설치되며, 상기 회전력 제공부(230)에 의하여 회전하며 상기 제1 마그네틱 기어(222)를 자기력에 의하여 회전시키는 원통형의 마그네틱 기어이다.

이렇게 제1, 2 마그네틱 기어(222, 224)에 의하여 토치 회전부(220)가 구성되면, 회전 동력 제공 과정에서 소음이나 파티클(particle) 등이 발생하지 않는 장점이 있으며, 고속 회전 과정에서 벨트가 손상되어 잦은 교체 작업 등을 수행하지 않고 반영구적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.

다음으로 상기 회전력 제공부(130)는 도 2 내지 6에 도시된 바와 같이, 상기 토치 회전부(120)에 회전력을 제공하는 구성요소이며, 일반적으로 모터 등으로 구성된다. 이때 본 실시예에서 상기 회전력 제공부(130)는 상기 플라즈마 토치(110)를 3000 ~ 4000 rpm으로 회전시킬 수 있는 모터로 구성되는 것이 바람직하다.

100 : 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 스핀 토치
110 : 플라즈마 토치 120 : 토치 회전부
130 : 회전력 제공부
1 : 종래의 플라즈마 토치 2 : 피처리물

Claims (4)

1. 일정 간격 이격된 상태로 일렬로 배치되며, 하측방으로 기울어진 방향으로 플라즈마를 방사하는 다수개의 플라즈마 토치;
   상기 다수개의 플라즈마 토치에 각각 결합되어 설치되며, 외부에서 제공되는 회전력에 의하여 상기 플라즈마 토치를 고속으로 회전시키는 토치 회전부;
   상기 토치 회전부에 회전력을 제공하는 회전력 제공부;를 포함하는 멀티 스핀 토치.
2. 제1항에 있어서, 상기 토치 회전부는,
   상기 플라즈마 토치의 외부에 결합되어 설치되는 회전 풀리;
   상기 회전력 제공부와 회전 풀리에 걸쳐서 설치되며, 상기 회전력 제공부의 회전에 의하여 상기 회전 풀리를 회전시키는 벨트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 스핀 토치.
3. 제1항에 있어서, 상기 토치 회전부는,
   상기 플라즈마 토치의 외부에 결합되어 설치되는 원통형의 제1 마그네틱 기어;
   상기 회전력 제공부에 설치되며, 상기 회전력 제공부에 의하여 회전하며 상기 제1 마그네틱 기어를 자기력에 의하여 회전시키는 원통형의 제2 마그네틱 기어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 스핀 토치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 다수개의 플라즈마 토치는 각 플라즈마 토치에 의하여 방사되는 플라즈마 영역이 중첩되는 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 멀티 스핀 토치.

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