KR20240073528A - 고압수에 연마재가 고르게 혼합되어 가공품질이 일정한 워터젯 가공장치 - Google Patents

Abstract

고압수에 연마재가 고르게 혼합되어 가공품질이 일정한 워터젯 가공장치를 제공한다. 상기 워터젯 가공장치는 상하방향으로 연장되는 혼합유로가 내부에 형성되는 몸체; 상기 몸체의 상측에 결합되어 상기 혼합유로의 상단으로 고압수를 제공하는 고압수배출관; 상기 몸체의 측방에 결합되어 상기 혼합유로의 내측으로 연마재를 공급하는 연마재공급관; 내부에 분사유로가 형성된 중공관 형상으로 형성되되, 상기 몸체의 하측에 결합되어 상기 혼합유로에서 혼합된 연마재와 고압수를 하향으로 분사하는 노즐관을 포함하며, 상기 노즐관 내부의 분사유로는 출구단으로 갈수록 단면이 좁아지는 방향으로 내벽의 전체 또는 일부가 경사지게 형성되며, 상기 노즐관의 수직방향 높이는 조절이 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

고압수에 연마재가 고르게 혼합되어 가공품질이 일정한 워터젯 가공장치{WATER JET PROCESSING DEVICE THAT EVENLY MIXES ABRASIVES IN HIGH-PRESSURE WATER TO ENSURE CONSISTENT PROCESSING QUALITY}

본 발명은 고압수에 연마재가 고르게 혼합되어 가공품질이 일정한 워터젯 가공장치에 관한 것이다.

일반적으로 워터젯 가공장치는 높은 압력의 유체를 노즐관을 통하여 직선으로 분사함으로써 밀집도가 높은 제트 유동을 가공물에 분사하여 높은 정밀도의 가공 작업을 수행하는 장치이다. 구체적으로, 증압기(intensifier)는 유압 펌프에서 유입된 압력을 최대 20배 증압시키는 장치로 약 4,000 내지 6,000kg/㎠까지 압력을 발생시키는 장치이며, 워터젯 가공장치는 상기 증압기를 통한 압력을 이용하여 가공 모재를 고정시킨 상태에서 음속의 3배 속도로 물과 연마재(abrasives)를 혼합 분사하는 노즐관이 X-Y축으로 이동하며 가공 모재를 절단하도록 활용된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 워터젯 가공장치에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 종래의 워터젯 가공장치의 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 워터젯 가공장치는, 연마재공급관(10)을 통해 저장탱크(20) 내부로 투입된 연마재가 실린더(30)의 작동에 의해 연마재배출관(40)을 거쳐 노즐관(60)로 유입되고, 고압수배출관(50)을 통해 공급되는 고압수는 오리피스블록(70)을 통과하면서 직선으로 고압 분쇄되되 상기 연마재배출관(40)을 통해 유입되는 연마재와 혼합되어 노즐관(60)을 통해 분출된다. 이와 같이 노즐관(60)을 통해 분사되는 고압수는 밀도와 속도가 매우 높아 모재를 정밀하게 절단하는 용도로 주로 활용되어 왔다.

상기와 같은 종래의 워터젯 가공장치는 절단 오차가 매우 적으며 제품의 크기에 따라 다양하게 절단할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 상기와 같은 워터젯 가공장치는 가공 기술의 정밀도로 인해 그 수요가 점증하는 추세로, 임가공 및 기계 가공 산업분야, 자동차 산업 분야, 석재 및 타일 산업 분야, 항공기 분야, 재료 가공 분야, 식품 가공 분야, 제지 산업분야 등에 널리 사용되어 왔다.

그러나 종래의 워터젯 가공장치는 연마재가 혼합된 물을 고압으로 직선 분사하도록 구성되는바, 모재의 절단에는 적합하지만 모재의 표면을 면가공하는 데에는 부적합하다는 단점이 있다.

한편 배경기술로서 면가공이 가능한 워터젯 가공장치는 대한민국 공개특허 제10-2022-0149044호에서 개시하고 있지만, 면가공의 면적을 조절할 수 없는 문제가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고압수에 연마재가 고르게 혼합되어 가공품질이 일정한 워터젯 가공장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 워터젯 가공장치는 상하방향으로 연장되는 혼합유로가 내부에 형성되는 몸체; 상기 몸체의 상측에 결합되어 상기 혼합유로의 상단으로 고압수를 제공하는 고압수배출관; 상기 몸체의 측방에 결합되어 상기 혼합유로의 내측으로 연마재를 공급하는 연마재공급관; 내부에 분사유로가 형성된 중공관 형상으로 형성되되, 상기 몸체의 하측에 결합되어 상기 혼합유로에서 혼합된 연마재와 고압수를 하향으로 분사하는 노즐관을 포함하며, 상기 노즐관 내부의 분사유로는 출구단으로 갈수록 단면이 좁아지는 방향으로 내벽의 전체 또는 일부가 경사지게 형성되며, 상기 노즐관의 수직방향 높이는 조절이 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 워터젯 가공장치를 이용하면, 연마재가 혼합된 고압수가 넓은 범위에 걸쳐 분사되므로 모재의 표면을 면가공할 수 있고, 연마재에 의해 노즐관이 손상되는 현상이 감소되므로 수명이 연장된다는 장점이 있다.

나아가 본 발명에 의한 워터넷 가공장치는 분사모듈의 높이를 조절함으로써 면가공의 면적을 조절할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 워터젯 가공장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치의 확대단면도이다.
도 4는 본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치에 포함되는 노즐관의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치에 포함되는 노즐관의 다른실시예 단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치의 사용상태도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치에 포함되는 오리피스블록의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치에 포함되는 오리피스블록의 다른실시예 단면도이다.
도 11은 본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치에 포함되는 노즐관의 다른실시예 단면도이다.
도 12는 본 발명의 워터젯 가공장치를 나타낸 개념도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

[배경기술]

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치의 실시예를 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치의 개략도이고, 도 3은 본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치의 확대단면도이며, 도 4는 본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치에 포함되는 노즐관의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치에 포함되는 노즐관의 다른실시예 단면도이다.

본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치는 연마재가 혼합된 고압수를 모재에 분사하여 모재를 가공하기 위한 장치로서, 고압수를 직선으로 분사하는 것이 아니라 넓은 면적에 걸쳐 분사함으로써 모재의 표면을 면가공하도록 구성된다는 점에 구성상의 가장 큰 특징이 있다.

즉, 본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치는, 상하방향으로 연장되는 혼합유로(110)가 내부에 형성되는 몸체(100)와, 상기 몸체(100)의 상측에 결합되어 상기 혼합유로(110)의 상단으로 고압수를 제공하는 고압수배출관(200)과, 상기 몸체(100)의 측방에 결합되어 상기 혼합유로(110)의 내측으로 연마재를 공급하는 연마재공급관과, 내부에 분사유로(510)가 형성된 중공관 형상으로 형성되며 상기 몸체(100)의 하측에 결합되어 상기 혼합유로(110)에서 혼합된 연마재와 고압수를 하향으로 분사하는 노즐관(500)을 기본 구성요소로 구비하되, 상기 노즐관(500) 내부의 분사유로(510)는 출구단으로 갈수록 단면이 좁아지는 방향으로 내벽의 전체 또는 일부가 경사지게 형성되어 노즐관(500)을 통해 분사되는 고압수가 일정한 크기의 면적에 걸쳐 고르게 분사된다는 점에 특징이 있다.

연마재는 연마재공급관(10)을 통해 저장탱크(20)로 저장된 후 연마재실린더(30)에 의해 연마재배출관(400)으로 공급되는데, 상기 연마재공급관(10)과 저장탱크(20)와 연마재실린더(30)는 종래의 워터젯 가공장치에서도 동일하게 적용되고 있는바, 상기 연마재공급관(10)과 저장탱크(20)와 연마재실린더(30)의 내부구조 및 작동원리에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치는, 고압수배출관(200)을 통해 제공되는 고압수와 연마재배출관(400)을 통해 제공되는 연마재가 혼합유로(110) 상에서 혼합된 후 노즐관(500)의 분사유로(510)를 통해 분사된다. 이때, 상기 노즐관(500)의 분사유로(510)가 끝단으로 갈수록(본 실시예에서는 하측으로 갈수록) 단면적이 좁아지는 방향으로 경사지게 형성되는 바, 상기 고압수는 분사유로(510)의 경사방향을 따라 비스듬히 유동하다가 노즐관(500)의 출구에서 일정 거리 이격된 지점을 지난 시점부터는 넓게 확산되어 분사된다. 즉, 분사유로(510)의 내벽을 타고 흐르던 고압수는 분사유로(510)의 출구단(본 실시예에서는 하단)을 통과한 직후에는 한 점을 향해 집중되다가, 한 점으로 집중된 지점을 지난 이후부터는 넓게 확산되면서 분사된다.

종래의 워터젯 가공장치와 같이 고압수를 하나의 직선 형태로 분사하도록 구성되는 경우에는 모재에 관통공을 형성하거나 모재를 절단하는 작업만이 가능했지만, 본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치와 같이 고압수를 넓은 면적에 걸쳐 분사하도록 구성되는 경우에는 모재의 표면을 면가공할 수 있게 된다는 장점이 있다.

한편, 상기 노즐관(500)의 내부에 형성된는 분사유로(510)는 도 4에 도시된 바와 같이 내벽 전체가 경사지게 형성될 수도 있고, 도 5에 도시된 바와 같이 출구측 일부만이 경사지게 형성될 수도 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 분사유로(510)의 출구측 일부만이 경사지게 형성되더라도 고압수는 분사유로(510)의 경사면을 타고 유동하여 넓게 퍼지므로 모재의 표면을 면가공할 수 있다.

이때, 노즐관(500)을 통해 분사되는 고압수에는 다량의 연마재가 포함되어 있으므로, 도 5에 도시된 실시예와 같이 분사유로(510)의 출구측만이 경사지게 형성되면 다량의 연마재가 분사유로(510)의 경사면에 집중적으로 강하게 부딪혀 노즐관(500)의 출구측이 쉽게 손상될 우려가 있다.

이에 비해 도 4에 도시된 실시예와 같이 분사유로(510)의 내벽 전체가 일정한 기울기로 경사지게 형성되면, 분사유로(510)를 타로 유동하던 연마재가 분사유로(510)의 내벽 중 특정 지역에 집중적으로 부딪히는 현상이 발생되지 아니하므로, 노즐관(500)의 손상 우려가 적어진다. 따라서 상기 노즐관(500)은 도 4에 도시된 바와 같이 상기 분사유로(510)의 내벽 전체가 일정한 기울기로 경사지게 형성됨이 바람직하다.

물론, 도 5에 도시된 바와 같이 분사유로(510)의 출구측만이 급경사를 이루도록 형성되면, 노즐관(500)의 제작이 비교적 용이할 뿐만 아니라 고압수가 노즐관(500)에서 분출되는 즉시 넓게 확산된다는 장점이 있다. 따라서 연마재의 타격에 의해 노즐관(500)이 손상될 우려가 없다면, 상기 노즐관(500)은 도 5에 도시된 바와 같이 분사유로(510)의 출구측만이 경사지게 형성될 수도 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치를 이용한 모재 가공과정을 설명한다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치의 사용상태도이다.

도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치는, 노즐관(500)을 통해 분출되는 고압수가 일정 범위에 걸쳐 분사되므로, 모재의 표면(본 실시예에서는 상면)을 가공할 수 있게 된다. 즉, 본 발명에 의한 워터젯 가공장치를 이용하면 모재의 표면을 연삭하거나 특정 문양의 형성하는 작업이 가능해진다. 더 나아가 도 7에 도시된 바와 같이 노즐관(500)의 이동방향과 직각을 이루는 방향으로 모재를 이동시키면서 모재의 표면을 가공하는 경우, 모재의 표면 넓은 영역에 걸쳐 면가공을 할 수 있게 된다는 장점이 있다.

한편, 본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치는, 몸체(100)에 장착되는 노즐관(500)을 도 1에 도시된 종래의 노즐관(60)으로 교체 장착하는 경우 모재에 관통공을 형성하거나 모재를 절단하는 작업도 가능해지므로, 활용도가 매우 우수하다는 장점도 있다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치에 포함되는 오리피스블록(300)의 단면도이고, 도 10은 본 발명에 의한 워터젯 가공장치에 포함되는 오리피스블록(300)의 다른실시예 단면도이다.

본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치는 고압수배출관(200)을 통해 제공되는 고압수의 분사압력을 더욱 높이기 위하여, 상기 고압수배출관(200)과 상기 혼합유로(110) 상단 사이에 오리피스블록(300)이 구비될 수 있다. 상기 오리피스블록(300)은 중심축 상에 오리피스유로(310) 형성된 원통 또는 원판 형상으로 형성되므로, 고압수배출관(200)을 통해 제공되는 고압수는 상기 오리피스유로(310)를 통과하는 동안 고압 고속의 상태로 변환된다.

이와 같은 오리피스블록(300)은 종래의 워터젯 가공장치에도 실질적으로 동일하게 활용되고 있는바, 상기 오리피스블록(300)의 재질 및 장착구조에 대한 설명은 생략한다.

이때, 종래의 오리피스블록(70)은 직선 형태로 고압수를 배출하도록, 중심부에 형성된 오리피스유로가 직선 패턴으로 형성된다. 이와 같이 오리피스블록(300)을 통과한 고압수가 직선 패턴으로 배출되면, 상기 고압수가 혼합유로(110)를 통과하는 동안 연마재와 충분하게 혼합되지 못하게 될 뿐만 아니라, 분사유로(510)의 내벽에 접촉되지 아니하고 그대로 통과하게 되므로 상기 노즐관(500)의 출구단을 통해 분사되는 고압수는 넓게 확산되지 아니하고 직선형태를 이루게 된다는 문제가 발생된다.

따라서 본 발명의 배경기술에 포함되는 오리피스블록(300)은 고압수배출관(200)을 통해 제공된 고압수가 혼합유로(110) 및 분사유로(510)의 내부를 완전히 채우면서 유동하도록, 상기 오리피스유로(310)는 도 8에 도시된 바와 같이 길이 방향 중단 단면이 입구측 단면이나 출구측 단면보다 작아지도록 내벽이 경사지게 형성됨이 바람직하다.

이때 상기 오리피스유로(310)의 내벽은, 단면이 점차적으로 작아지는 방향으로 경사지게 형성되는 입구측 내벽(312)과, 단면이 점차적으로 커지는 방향으로 경사지게 형성되는 출구측 내벽(316)과, 상기 입구측 내벽(312)과 상기 출구측 내벽(316)을 연결하는 중단 내벽(314)으로 구성될 수 있다.

이와 같이 오리피스유로(310)의 내벽이 입구측 내벽(312)과 출구측 내벽(316)과 중단 내벽(314)으로 구성되면, 상기 입구측 내벽(312)을 타고 유입된 고압수는 중단 내벽(314) 부근에서 한 점으로 모아지면서 고속 고압의 상태가 된 후, 상기 출구측 내벽(316)을 타고 유출되면서 상기 출구측 내벽(316)의 기울기를 따라 넓게 확산된다.

따라서 상기 오리피스유로(310)를 통과한 고압수는 혼합유로(110)를 채우도록 확산되어 유동하므로 다량의 연마재와 고르게 혼합될 뿐만아니라, 상기 분사유로(510)의 경사면을 타고 유동하므로 노즐관(500)의 출구단을 지난 이후에는 넓은 영역에 걸쳐 분산될 수 있게 된다.

이때, 상기 입구측 내벽(312)과 상기 중단 내벽(314)의 연결부위와, 상기 중단 내벽(314)과 상기 출구측 내벽(316)의 연결부위가 절곡된 형상으로 형성되면, 고압수가 해당 절곡부위에 부딪혀 압력과 속도가 저감될 수 있다. 따라서 상기 입구측 내벽(312)과 상기 중단 내벽(314)의 연결부위와, 상기 중단 내벽(314)과 상기 출구측 내벽(316)의 연결부위는 도 10에 도시된 바와 같이 만곡지게 형성됨이 바람직하다.

도 11은 본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치에 포함되는 노즐관(500)의 다른실시예 단면도이다.

노즐관(500)을 통해 분사되는 고압수가 넓은 면적에 걸쳐 분사되더라도, 고압수 분사영역 중 가운데 부위의 압력이 가장 높아지게 된다. 따라서 노즐관(500)을 통해 분사되는 고압수가 모재의 표면을 가공할 때, 가공되는 부위 중 가운데 부위가 가장 깊게 마모되는 현상이 발생된다.

본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치는 고압수가 분사되는 영역이 전체적으로 고르게 마모될 수 있도록, 도 11에 도시된 바와 같이 노즐관(500)의 분사유로(510) 내벽에 나선형의 나선홈(520)이 형성될 수 있다.

이와 같이 분사유로(510) 내벽에 나선홈(520)이 형성되면 상기 분사유로(510)의 내벽을 타고 유동하는 고압수 중 일부가 상기 나선홈(520)을 따라 유동하게 되는데, 이와 같이 고압수가 나선형으로 유동하면 상기 고압수에 포함되어 있던 연마재 역시 나선형으로 유동하게 되고, 나선형으로 유동하는 연마재에는 원심력이 발생하므로 보다 많은 양의 연마재가 고압수 분사영역의 가장자리 부위로 모이게 된다.

상기 언급한 바와 같이 고압수 분사영역 중 가장자리 부위에 많은 양의 연마재가 모이게 되면, 모재 중 고압수가 접촉되는 면이 전체적으로 고르게 마모될 수 있다는 장점이 있다.

이때, 상기 나선홈(520)의 두께 및 기울기는 고압수의 압력 및 속도, 연마재의 물리적인 특성, 분사유로(510)의 규격 등 여러가지 조건에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

본 발명의 배경기술에 의한 워터젯 가공장치는 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이 노즐관(500) 내부에 형성된 분사유로(510)의 경사각도에 따라 고압수 분사패턴이 변경된다. 이때, 분사유로(510)의 입구측 내경 크기 변경에 따라 오리피스블록(300)의 오리피스유로(310) 형상 역시 적절하게 변경되어야 할 것이다.

예를 들어 도 1에 도시된 종래기술과 같이 분사유로(510)의 내벽이 수직방향으로 연장되도록 형성되는 경우, 상기 노즐관(500)을 통해 분사되는 고압수는 직선으로 분사되는바, 모재의 면가공에는 적합하지 아니한 상태 즉, 모재에 관통공을 형성하거나 절단에 적합한 상태가 된다.

이때, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 분사유로(510)의 내벽을 하측으로 갈수록 좁아지는 방향으로 경사지게 형성하면, 상기 노즐관(500)을 통해 분사되는 고압수는 일정한 크기의 면적에 걸쳐 분사되도록 확산되며, 나아가 상기 분사유로(510)의 내벽 경사도가 더 커지게 되면 즉, 분사유로(510)의 내경이 하측으로 갈수록 더욱 급격하게 좁아지는 형상으로 형성되면, 고압수는 더 넓게 퍼져 분사되며, 더 나아가 분사유로(510)의 내벽 경사도가 더 커지면, 고압수는 더욱 넓게 퍼지도록 분사된다. 이때, 상기와 같이 고압수가 퍼져 분사되는 경우, 분사유로(510) 내벽과 접촉되면서 분사되는 고압수보다 분사유로(510)의 중심부를 통해 분사되는 고압수의 분사속도가 더 빠르므로, 노즐관(500)을 통과한 고압수 중 바깥쪽으로 분사되는 고압수는 분사영역 가운데를 향해 모아지는 방향으로 분사경로가 약간 휘어지게 된다.

상기 언급한 바와 같이 고압수가 넓은 범위에 걸쳐 분사되면, 상기 고압수는 모재의 표면을 면가공할 수 있게 된다는 장점이 있다. 상기 고압수가 분사될 때 퍼지는 각도는 본 실시예에 도시된 경우로 한정되지 아니하고, 상기 분사유로(510)의 형상에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

[본 발명]

이하, 본 발명의 워터젯 가공장치를 설명한다. 본 발명의 워터젯 가공장치는 후술하는 내용을 제외하고는 상술한 본 발명의 배경기술의 워터젯 가공장치의 기술적 내용이 적용될 수 있다.

본 발명의 워터젯 가공장치는 출구단으로 갈수록 단면이 좁아지는 방향으로 내벽의 전체 또는 일부가 경사지게 형성된 분사유로(510)를 가지는 노즐관(500)의 수직방향 높이를 조절함으로써 면적이 넓은 면가공과 면적이 좁은 면가공을 선택적으로 수행할 수 있다.

이하, 본 발명의 워터젯 가공장치에서는 몸체(100)와 고압수배출관(200)과 오리피스블록(300)과 연마재배출관(400)과 노즐관(500)을 포함하는 모듈을 분사모듈(1000)이라고 호칭하기로 한다.

본 발명의 워터젯 가공장치에서는 분사모듈(1000)의 수직방향 높이를 조절하는 액추에이터(1100)를 추가로 포함할 수 있다. 이 경우, 액추에이터(1100)는 연직방향 스텝모터, 공/유압 실린더 등이 이용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 워터젯 가공장치는 제1모드(면적이 좁은 면가공 모드)에서는 전자 제어 유닛(미도시)의 액추에이터(1100) 제어에 의해 분사모듈(1000)이 수직방향 하사점에 위치할 수 있다. 이에 따라, 노즐관(500)과 모재 사이의 수직방향 거리가 짧아 고압수가 좁은 상태(영역)에서 모재를 가공하여 면적이 좁은 면가공을 수행할 수 있다. 이와 달리, 본 발명의 워터젯 가공장치는 제2모드(면적이 넓은 면가공 모드)에서는 전자 제어 유닛의 액추에이터(1100) 제어에 의해 분사모듈(1000)이 수직방향 상사점에 위치할 수 있다. 이에 따라, 노즐관(500)과 모재 사이의 수직방향 거리가 길어 고압수가 넓은 상태(영역)에서 모재를 가공하여 면적이 넓은 면가공을 수행할 수 있다.

한편, 제1모드에서 전자 제어 유닛은 연마재배출관(400)으로 공급되는 시간당 연마재의 공급량이 제1공급량으로 설정되도록 연마재실린더(30)가 제1출력값으로 구동하도록 제어할 수 있다. 이와 달리, 제2모드에서 전자 제어 유닛은 연마재배출관(400)으로 공급되는 시간당 연마재의 공급량이 제1공급량보다 높은 제2공급량으로 설정되도록 연마재실린더(30)가 제1출력값보다 높은 제2출력값으로 구동하도록 제어할 수 있다.

즉, 본 발명의 워터젯 가공장치에서는 제1모드와 비교하여 제2모드에서 고압수가 넓은 상태에서 모재를 가공하기 때문에 단위면적 당 가공효율이 떨어지는 것을 보상하기 위해, 제1모드와 비교하여 제2모드에서는 고압수의 연마재의 함유량을 높인 것이다.

그러나 상술한 바에 따르면, 제2모드에서 연마재배출관(400)으로 공급되는 연마재의 양이 많아지기 때문에, 고압수에 연마재가 고르게 혼합되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 워터젯 가공장치에서는 연마재배출관(400)의 출구단에 관경조절장치(1200)를 배치시켜 제2모드에서 연마재의 유동성을 향상시킴으로써 고압수에 연마재가 고르게 혼합되도록 조절할 수 있다.

관경조절장치(1200)는 연마재배출관(400)의 출구단의 내벽에 양단이 고정(일 예로, 융착/용착 고정)되어 배치되며 연성이 확보되는 구리 재질의 케이스(1210)와, 연마재배출관(400)의 출구단의 내벽과 케이스(1210) 사이의 공간에 배치되며 실리콘 재질로서 상단이 연마재배출관(400)의 출구단에 고정(일 예로, 접착 고정)되고 하단이 케이스(1210)에 고정(일 예로, 접착 고정)되는 코어(1221)와, 코어(1221)의 내부에 상호 이격되어 내장되며 이방향성 형상기억합금재질의 복수의 스프링(1222)을 포함할 수 있다. 복수의 스프링(1222)의 형상기억합금은 일 예로, Ni과 Ti를 이용한 것으로 상온에서 7mm로 압축되었다가 섭씨 40도 이상이 되었을 대 35.6mm로 팽창될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 본 발명의 워터젯 가공장치에서는 복수의 스프링(1222)을 제어하기 위해 전자 제어 유닛에 의해 제어되며 연마재배출관(400)을 가열하는 가열기(미도시)를 추가로 포함할 수 있다.

상술한 바에 따르면, 본 발명의 워터젯 가공장치에서는 제1모드에서는 전자 제어 유닛이 가열기를 오프시켜 복수의 스프링(1222)을 압축 상태로 만들어 연마재배출관(400)의 출구단의 관경을 넓게 유지하고, 제2모드에서는 전자 제어 유닛이 가열기를 온시켜 복수의 스프링(1222)을 팽창 상태로 만들어 연마재배출관(400)의 출구단의 관경을 좁게 유지시킴으로써 오리피스 효과에 의해 연마제가 분사되어 유동상태에서 고압수와 혼합되게 함으로써, 제1모드와 제2모드에서 연마재의 양과 관계없이 고압수에 연마재가 일정한 밀도로 혼합되도록 조절할 수 있다.

한편, 코어(1221)의 실리콘 재질은 특유의 탄성에 의해 구리 재질의 케이스(1210)가 스프링(1222)의 수축과 팽창 시 고르게 전면이 이동하도록 견인할 수 있으며, 연마재배출관(400)에서는 노즐관(500)과 달리 연마재가 빠르게 이동하지 않기 때문에 구리 재질의 케이스(1210)로 연마재에 의한 내벽의 마모를 충분히 늦출 수 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (1)

1. 상하방향으로 연장되는 혼합유로가 내부에 형성되는 몸체;
   상기 몸체의 상측에 결합되어 상기 혼합유로의 상단으로 고압수를 제공하는 고압수배출관;
   상기 몸체의 측방에 결합되어 상기 혼합유로의 내측으로 연마재를 공급하는 연마재공급관;
   내부에 분사유로가 형성된 중공관 형상으로 형성되되, 상기 몸체의 하측에 결합되어 상기 혼합유로에서 혼합된 연마재와 고압수를 하향으로 분사하는 노즐관을 포함하며,
   상기 노즐관 내부의 분사유로는 출구단으로 갈수록 단면이 좁아지는 방향으로 내벽의 전체 또는 일부가 경사지게 형성되며, 상기 노즐관의 수직방향 높이는 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 워터젯 가공장치.