표면 연마장치

【기술분야】

본 발명은 연마입자를 분사하여 가공대상물 표면에 분사하여 표면을 연마 처 리하는 표면 연마장치에 관한 것으로， 특히 금속 연마입자가 금속가공대상물의 표 면연마기능과 더불어 표면연마 과정에서 가공대상물 표면으로부터 발생된 금속분진 이 대기 중으로 확산되는 것을 방지하는 기능까지 갖도록 함으로써 작업환경을 개 선할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.

더불어 금속연마입자를 제련과정에서 쇳물로부터 발생된 슬러그를 활용함에 따라자원절약 효과 및 환경보호 효과도 얻을 수 있는 기술에 관한 것이다.

【배경기술】

일반적으로 성형 완료된 가공대상물은 표면에 남아있는 버어 (bur )나 스케일 등을 제거하는 표면 연마가공 과정을 거친다.

그리고 제품 성형과정 외에도 버스나 지하철 등의 차량기지에서 차량 표면도 색 등의 유지보수 과정에서도 표면 연마가공 과정을 거친다.

이러한 표면 연마가공은 가공대상물 표면에 모래 등의 연마입자를 고압으로 분사하여 가공대상물 표면을 깍아내는 형태의 '샌드블라스팅 (sand bl ast ig) '방식으 로 이루어진다.

이렇게 가공대상물 표면이 깍여짐에 따라 가공대상물 표면으로부터 분진이 많이 발생되어 대기중에 비산될 뿐만 아니라， 연마입자를 모래로 사용할 경우 가공 _η - , -, -, , ^ « x r- ^ ^^ 도 .

따라서 최근에는 연마입자를 모래 외에 강도가 큰 금속입자를 사용하여 충돌 시 부서지지 않도록 함으로써 연마입자로부터 발생되는 분진을 최소화하기도 한다. 하지만 이렇게 연마입자를 금속재질로 사용하더라도 가공대상물 표면으로부 터 발생된 분진이 대기중으로 비산되는 현상은 방지할 수 없는 한계가 있다.

특히 가공대상물이 금속일 경우 작업자가 금속분진을 반복적으로 흡입하게 됨에 따라 건강에 치명적인 악영항을 미칠 수 있어， 경우에 따라 표면연마가공 부 근에 별도의 흡기장치를 설치하여 가공대상물 표면으로부터 발생된 분진을 바로 흡 기처리하기도 한다.

하지만 이렇게 별도의 흡기장치나 집진장치 등을 설치해야하므로 경제적으로 부담될 수밖에 없으며 작업 현장의 공간소비도 커지는 문제점이 수반된다.

【발명의 상세한 설명】

【기술적 과제】 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로， 기본적으로 연마입자를 금속가공대상물 표면에 분사하는 표면연마과정에서 별도의 흡기장치나 집진장치를 구비하지 않더라고 금속가공대상물 표면으로부터 발 생된 금속분진의 비산 현상을 최소화함으로써， 주변의 대기오염을 방지함은 물론 전체 설비도 간소화 될 수 있도록 한 표면연마장치를 제공하고자 한다.

그리고 연마입자를 제련등의 과정에서 발생된 폐기물을 이용하여 분진의 비 산방지기능이 발휘되도록 함으로써 자원절약효과에도 기여할 수 있는 표면연마장치 를 제공하고자 한다. , . 이러한 해결과제를 갖는 본 발명 증 장치에 대한 실시예는，

내부에는 철분이 함유된 형태의 연마입자가 수용되는 수용공간이 형성되어 있고 일측에는 연마입자 배출공이 형성되어 있는 연마입자 수용부， 일단부가 연마 입자 배출공과 연결되어 있는 입자이동관 및 상기 입자이동관의 타 단부에 연결되 어 있는 분사노즐을 갖는 연마입자 분사관, 상기 분사노즐과 연결되어 있고 고압의 유체를 상기 분사노즐의 분사방향과 동일한 방향으로 분사하는 유체분사관.

상기 입자이동관과 분사노즐 중 어느 하나 이상에 연결되어 내부에 자력을 전달하는 자화유도부를 포함한다.

그리고 상기 자화유도부는 영구자석과 전자석 중 어느 하나의 형태이고 상기 입자이동관과 분사노즐 중 어느 하나 이상의 내 벽면에 설치되어 이동하는 금속 연 마입자를 자화시킬 수 있다.

또한 상기 연마입자 수용부에 형성되어 있고 상기 수용공간 내 금속연마입자 에 자력을 전달하는 보조자화유도부를 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 보조자화유도부는 전자석 형태이고 수용공간의.내벽면에 연결되 어 있으며 시간 간격을 두고 공급전원이 온 오프되면서 자력이 시간 간격을 두고 발생될 수 있다.

또한 상기 금속연마입자는 제강 과정에서 쇳물로부터 발생된 슬러그 분쇄물 로 이투어질 수 있다.

【유리한 효과】

이러한 여러 실시예를 갖는 본 발명은, 로 금속 는 과정에서 자화유도부에 의해 자성화 된 상태로 분사됨에 따라，

금속가공대상물 표면이 깍여지는 과정에서 발생된 금속분진이 자력에 의해 각 연마입자 표면에 들러붙기 때문에 분진이 대기 중으로 비산되는 현상이 방지되 어 작업장 주변의 대기 오염이 방지되는 장점을 갖는다.

그리고 금속연마입자가 가공대상물 표면의 연마와 더불어 분진처리 기능까지 함께 발휘하게 됨에 따라 별도의 흡기장치자 집진장치 등이 설치하지 않아도 되므 로 그에 따른 경제적효과 및 공간활용도 향상 효과더 얻을 수 있게 된다.

그리고 연마입자 수용부에도 보조 자화유도부를 설치하여 금속연마입자가 수용부에 수용된 상태에서 1차적으로 자성화된 후 분사노즐로 분사되는 과정에서 2 차적으로 자성화 됨에 따라 분사후에도 일정시간동안 자성화 상태가 유지될 수 있 어 금속분진의 처리효율이 향상되는 효과도 갖는다 .

【도면의 간단한 설명】

도 1은 금속 연마입자가수용공간에 수용된 상태의 전체 단면 개략도 도 2는 자성유도부가 분사노즐에 설치된 구조를 나타낸 확대 단면도

도 3은 분사노즐의 변형예를 나타낸 확대 단면도

^• 도 4는 금속 연마입자 표면에 금속분진이 자력에 의해 붙어 있는 상태의 개략 도

【발명의 실시를 위한 형태】

이하 도면에 도시된 실시예를 바탕으로 본 발명의 구체적인 구성 및 효과를 설명하도록 한다. - ― — r— ₁ ^ i一 ; < „

^ 표 도 1 도 ^ 1^ ^υ Ι ! 자 수용부 (100)와 연마입자 분사관 (400) 및 자화유도부를 포함하여 구성된다. 먼저 연마입자 수용부 (100)는 표면연마에 사용될 금속재 연마입자 (1)가 최초 수용되는 부분으로， 전체적으로 내부에 수용공간 (110)이 형성된 호퍼 형태로 이루 어진다.

그리고 연마입자 수용부 (100)의 상부에는 개폐덮개 (120)가 형성되고 일측에 는 연마입자의 배출공 (130)이 형성된다.

또한 연마입자 수용부 (100)는 바닥면과 측벽면이 2중벽면 형태로 형성되어 외벽면 (112)과 내벽면 (114) 사이에 후술하는 제 1자화유도부 (200)의 설치를 위한 설 치공간이 형성된다.

이러한 연마입자 수용부 (100)에는 제 1자화유도부 (200)가 설치되는데， 제 1자화유도부 (200)는 수용공간 (110)에 수용되어 있는 연마입자 (1)를 1차적 으로 자성화 시키는 역할을 하는 것으로， 전자석 형태로 이루어지며 별도의 전원공 급부 (210)와 연결되어 전원공급부 (210)를 통해 전원이 공급되면 자체적으로 자성을 띠는 구조로 이루어진다.

이러한 제丄자화유도부 (200)는 연마입자 수용부 (100) 의 바닥 내벽면 (114)과 측벽 내벽면의 외측면에 부착 설치되는데， 이때 제 1자화유도부 (200)는 연마입자 수 용부 (100)의 바닥면과 측벽면 전체에 걸쳐 형성됨에 따라 바닥면 전체와 측벽면 전 체에 자력이 전달될 수 있게 된다.

따라서 이렇게 연마입자 수용부 (100)의 내부면이 제 1자화유도부 (200)에 의해 , _ , - ^ _Λ -. , , . 자확 ^다 내벽면 족 로 는 금 ¾ 卜¾자늘도 자성화 되는 구조를 갖게 된다.

참고로 제 1자화유도부 (200)의 설치위치는 위 구조에 한정되지 않고 연마입자 수용부 (100)의 구조 등에 따라 다양하게 변형될 수 있는데， 예를들어 바닥면과 측 벽면 중에서 선택적으로 설치될 수 있으며 해당 벽면 전체가 아닌 부분 적으로 위 치될 수도 있다.

더불어 연마입자 수용부 (100)의 벽면 자체를 전자석으로 제작하여 제 1자화유 도부 (200)와 연마입자 수용부가 일체화 구조로 제작될 수도 있다.

이렇게 제 1자화유도부 (200)까지 설치된 연마입자 수용부 (100)에는 교반 기 (300)가 더 설치된다.

교반기 (300)는 연마입자 수용부 (100)에 수용된 각 연마입자 (1) 전체가 골고 루 자성화 될 수 있도록 유도하는 역할을 하는 것으로, 구동모터에 의해 회전하는 교반축 (310) 둘레면에 교반날개 (320)가 나선 형태로 형성된 구조로 이루어진다. 이러한 교반기 (300)는 교반축 (310) 중 교반날개가 형성된 구간이 연마입자 수용부의 수용공간 (110)에 위치된 상태에서 구동모터에 의해 회전되는 구조로 설치 된다.

이로 인해 교반기에 의해 수용공간 (110) 내 금속연마입자 들이 교반되면서 수용공간 (110) 내벽면과의 접촉이 골고루 이루어져 각 연마입자들 전체가 골고루 자성화 되는 구조를 갖게 된다.

그리고 필요에 따라 교반기의 교반축 (310)과 교반날개 (320)에도 전자석 형태 의 제 2자화유도부 (330)를 형성시킬 수도 있다. U 공

이 이루어짐과 동시에 교반과정에서 교반축 (310)과 교반날개 (320)와의 접촉에 의해 서도 자성화가 이루어지게 됨으로， 수용공간 내 연마입자 전체적으로 골고루 자성 화가 이루어질 수도 있다.

물론 제 1자화유도부 (200) 만으로도 수용공간 내 연마입자 전체의 자성화가 가능하다면 제 2자성화유도부는 생략될 수 있으며， 더 나아가 교반과정 없이도 연마 입자 전체의 자성화가 가능하다면 교반기 자체도 생략될 수 있다.

이러한 연마입자 수용부 (100)에 수용되는 금속연마입자 (1)는 제철소의 제련 과정에서 발생되는 슬러그가 재활용되어 사용되는데，

일반적으로 제철소에서의 제련과정에서 용광로 내 쇳물 상층부 형성된 금속 에 함유된 부산물층이 형성되는데, 이러한 부산물은 철분이 함유된 상태의 슬러그 형태로 분리되어 웅고된 후 파쇄 및 스크린 과정을 통해 선별 처리된 후 입자크기 등에 따라 강입철이나 분정광 등으로 재활용되거나 매립지로 보내어 매립처리 된 다.

본 발명에서는 이렇게 입자 형태로 가공된 슬러그 입자를 연마입자로 사용하 는데， 위 설명처럼 이 연마입자는 생성과정에서 철분이 함유된 상태이므로 자체적 으로 자화가 가능한 상태가 된다.

이러한 연마입자는 자체적으로 높은 강도를 가짐에 따라 금속가공대상물 표 면에 고압으로 분사시키더라도 충돌과정에서 파쇄되는 현상이 거의 발생되지 않게 된다.

물론 연마입자는 이러한 슬러그 외에도 별도로 제작된 금속구슬 형태 등으로 도 제작될 수 있다.

이렇게 교반기까지 설치된 연마입자 수용부 (100)에는 입자 분사관 (400)이 연 결 설치된다. 입자 분사관 (400)은 연마입자 수용부 (100) 안의 연마입자가 외부로 분사되는 과정에서의 이동경로 기능 및 이동 과정에서 추가적인 자화가 이루어지는 부분으 로, 다시 연마입자 이동관 (410)과 분사노즐 (420) 을 포함하여 구성된다.

그 중 입자 이동관 (410)은 연마입자의 이동 가이드경로 역할을 하는 것으로， 일정길이를 갖는 배관 형태이고 일단부가 연마입자 수용부 (100)의 배출공 ( 130)에 연결된 상태로 설치된다.

이러한 입자 이동관 (410)은 전체적으로 연질의 플랙시블한 구조로 이루어져 자체적으로 자유롭게 휘어질 수 있는 구조를 갖는다.

그리고 분사노즐 (420)은 연마입자 (1)의 분사과정에서 입자 이동관 (410)의 타 단부에 연결된 상태로 설치되는데, 이때 분사노즐 (420)의 분사공 (422)은 입자 이동 관 (410)의 내경보다 작게 형성되어 연마입자 (1)가 이러한 직경차이로 인해 상대적 으로 높은 압력으로 분사될 수 있게 된다.

이러한 분사노즐 (420) 중 입자 이동관 (410)에 삽입된 구간이 2중관 형태로 형성되어 내부관 (424)과 외부관 (425) 사이에 후술하는 제 2자화유도부 (330)의 설치 를 위한 공간부가 형성된 구조로 이루어진다.

분사노즐 (420)은 이러한 구조 외에도 분사노즐 (420) 전체가 2중관 형태로 제 작되어 제 2자화유도부 (330) 설치를 위한 공간부가 분사노즐 전체에 구간에 형성되 _ - ^ -. _r . , _{- Λΐ} - 도끅 ¾-°1| ^L H-tH- 푸 는 보조 도 노 ¾ ^8 ¾ 노^ 수도 있다.

이러한 연마입자 분사관 (400)에는 유체분사부 (500)가 연결된다. 유체분사부 (500)는 연마입자 ( 1)가 분사노즐 (420)을 통해 배출되는 과정에서 압력차이를 이용해 고압으로 분사되도록 유도하는 역할을 하는 것으로， 다시 공기 압축부 (510)와 유체분사관 (520)을 포함하여 구성된다.

그 중 공기압축부 (510)는 대기 중의 공기를 압축하여 고압 상태로 만드는 역 할을 하는 것으로， 일반적인 컴프레서 (compressor ) 형태로 이루어진다.

그리고 유체분사관 (520)은 공기압축부 (510)에서 압축된 유체의 분사기능을 하는 것으로， 일정길이를 갖는 배관 형태고 단부가 공기압축부 (510)와 연결되고 타 단부의 유체분사공 (422)이 분사노즐 (420)의 분사공 (422) 부근에 위치된 형태로 설 치된다.

이때 유체분사관 (520)의 유체 분사방향이 분사노즐의 연마입자 분사방향과 동일한 방향을 향하도록 위치된다.

이러한 구조에 의해 고압의 유체가 유체분사관 (520)을 통해 분사노즐 (420)의 분사공 (422) 주변에서 분사될 경우 분사공 (422) 주변의 기압이 낮아짐에 따라 연마 입자 수용부 ( 100) 내 연마입자가 압력차이로 인해 분사노즐 (420)쪽으로 이동 한 후 외부로 배출되는 구조를 갖게되며, 외부로 분사됨과 동시에 고압의 유체와 흔합된 상태로 분사됨으로 굉장히 빠른 속도로 분사가 이루어지게 된다.

참고로 이렇게 기압차에 이한 분사구조는 다양하게 변형될 수 있는데， 예를 들 ^ 도 3」저¾ 분사노즐 (420) 자체를 벤츄리 (ventur i )관 형태로 제작하고 유체가 분사노즐을 통과하여 배출되도록 하고 분사노즐에는 연마입자가 다른 경로를 통해 유입될 수 있도록 하여 연마입자와 유체가 분사노즐 내부에서 흔합되어 배출되도록 제작할 수도 있다.

이때 분사노즐 (420)의 중간지점에 단면축소부 (524)를 형성시켜 유체가 단면 축소부 (524)를 지나는 과정에서 단면 축소로 인해 속도가 빨라지게 되고 이로 인해 해당지점의 기압이 순간적으로 낮아지도록 함에 따라 입자 분사관 (400)내 연마입자 가 단면축소부로 빨려들어간 후 유체화 흔합된 상태로 분사되도록 할 수도 있다. 이 상 설명한 분사노즐 (420)에는 보조 자화유도부 (600)가 더 설치된다.

보조 자화유도부 (600)는 연마입자 ( 1)가 분사노즐 (420)을 지나는 과정에서 추 가적으로 자성화 되도록 하여 연마입자가 자화가 유지된 상태로 분사되도록 하는 역할을 하는 것으로， 영구자석 또는 전자석 형태로 이루어진다.

이러한 보조 자화유도부 (600)는 분사노즐 (420)의 내부관 (424)과 외부관 (425) 사이 공간부에 위치된 상태에서 내부관 (424)의 외측면 전체에 부착 설치된다.

따라서 분사노즐 (420)의 내주면은 보조 자화유도부 (600)에 의해 자성화 된 상태가 되고 연마입자가 분사노즐의 내부를 지나는 과정에서 내주면과 접촉됨에 따 라 추가적으로 자화가 이루어지게 ^' 된다.

그리고 도면에는 도시되지 않았지만 보조 자화유도부 (600)는 분사노즐 외에 도 입자 이동관 (410)에도 설치되어 연마입자가 이동되는 모든 과정에서 자성화 상 태가 이루어지도록 할 수도 있다. 보조 관 (410)에만 설치할 수도 있다.

이하에서는 이러한 구성에 의한 본 발명의 작용 및 그 과정에서 발생되는 특 유의 효과를 설명하도록 한다ᅳ 먼저 연마입자 수용부 (100)의 수용공간 (110)에 연마입자 (1)를 채워넣은 뒤 제 1자화유도부 (200)에 전원을 공급하면 게 1자화유도부 (200) 자체적으로 자력이 발 생됨에 따라， 결국 연마입자 수용부 (100)의 내부면 전체가 자성화 된다.

그리고 이렇게 연마입자 수용부 (100)의 내부면 전체가 자성화 됨에 따라 이 에 수용되어 있는 연마입자 ( 1) 중 수용공간 (110) 내벽면과 접촉된 연마입자 (1)가 자화 되는데， 연마입자들은 모두 상호 접촉된 상태로 수용되어 있기 때문에 결국 전체 연마입자 (1)가자성화 된다.

만약 교반기가 설치된 경우， 이 과정에서 교반기 (300)를 작동시켜 연마입자 를 휘 저어주면 연마입자 (1)가 수용공간 (no) 내벽면과 골고루 접촉되면서， 결국 연마입자 전체가 골고루 자성화 되는 효과를 얻게 된다.

더 나아가 교반기에 제 2자화유도부 (330)를 설치한 경우 교반과정에서 각 연 마입자들이 교반축 및 교반날개에 접촉되면서 자성화 현상이 촉진되는 효과도 얻게 된다.

이렇게 연마입자 수용부 (100) 내에 수용된 연마입자 (1)가 자성화 된 상태에 서 유체분사부 (500)의 작동에 의해 고압으로 압축된 공기가 유체분사관 (520)을 통 해 고압으로 분사된다. , , _Λ - _{7 λ} , » _Λ ο|로 ^제 연마 400 공 (422 ¾ | 수용 부 내부 압력에 비해 낮아집에 따라 연마입자 수용부 내 연마입자 (1)가 압력차이로 인해 배출공 ( 130)을 통해 배출된 후 입자 이동관 (410)을 따라 이동된 뒤 분사노 즐 (420)을 통과한 후 외부로 분사된다.

이때 위에서 설명한 것처럼 유체가 고압으로 분사되고 있는 상태이기 때문에 분사노즐로부터 배출된 연마입자는 유체와 흔합되어 빠른 속도로 분사된다.

이때 제 1자화유도부 (200)에 공급되는 전원을 간격을 두고 온 / 오프 시킴에 따라 연마입자 ( 1)가 입자 분사관 (400)으로 빨려 나가는 과정에서 자력에 의해 수용 공간 내벽면에 붙어 빠져나가는 현상에 방해가 되지 않도록 한다.

그리고 연마입자 (1)가 분사되는 과정에서 분사노즐 (420)의 내부면은 보조 자 화유도부 (600)에 의해 자성화 된 상태가 되고， 이 상태에서 연마입자 (1)가 분사노 즐 내부를 지나는 과정에서 분사노즐 내벽면과 접촉됨에 따라 추가적인 자성화가 이루어지게 된다.

즉 연마입자는 분사 전 연마입자 수용부 (100) 안에서 1차적으로 자성화 되고 분사노즐을 통해 배출되기 직전에 2차 자성화가 이루어지게 되고， 이로 인해 외부 로 분사된 후에도 연마입자자체적으로 적정수준의 자력이 유지될 수 있게 된다. 참고로 분사노즐을 지나는 과정에서의 자성화만으로도 충분한 자력을 갖도록 할 수 있다면 제 1자화유도부 (200)는 생략될 수도 있다.

이렇게 자체적으로 자력을 보유한 상태로 분사된 연마입자가 금속 재질의 가 공대상물 표면에 충돌됨에 따라 가공대상물 중 해당지점의 표면이 깍여지면서, 금 속 분진이 발생된다. 고

발생과 동시에 [도 4]처럼 연마입자의 자력에 의해 각 연마입자 표면에 들러붙게 된다.

따라서 분진이 대기중으로 비산되는 현상이 최소화되어， 결국 기존과 달리 작업장 주변의 공기가 분진에 의해 오염되는 현상이 최소화 된다.

뿐만 아니라 대기중의 분진 처리를 위한 흡기장치나 집진 장치 등이 필요성 이 낮아짐에 따라 해당 설비를 생략함으로써 발생되는 경제적 효과 및 공간확보 효 과를 얻을 수 있게 된다.

참고적으로 도면에는 도시되지 않았지만 분진이 부착된 연마입자를 수거하여 연마입자와 분진을 분리하는 선별장치를 더 추가하여 분진이 제거된 연마입자를 다시 재사용할 수 있도록 할 수도 있다.

그리고 위 설명에서는 유체가 주로 공기인 것으로 설명되었으나， 공기 외에 도 물이 사용될 수도 있다. 이상 설명한 것처럼 본 발명은 금속가공대상물 표면에 금속연마입자를 분사 하여 표면 연마를 하는 장치에 있어서， 연마입자가 분사전 자성화되도록 함에따라 표면연마과정에서 발생된 금속분진이 연마입자 표면에 들러붙도록 하여 대기중으로 비산되지 않도록 함으로써 연마입자가 표면 연마기능과 동시에 분진 처리기능을 동 시에 발휘 할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

그리고 제련과정에서 발생된 금속 부산물인 슬러그를 연마입자로 활용하고 자체 철분을 이용해 자화가 가능하도록 함에 따라 자원절약효과 및 슬러그의 매립 보호 : ^. .

이상 설명한 본 발명의 특징은 당업자에 의해 다양하게 변형 및 조합되어 실 시될 수 있으나, 금속연마입자를 분사하는 과정에서 분사노즐을 지나면서 자성화 되도록 함으로써 표면 연마과정에서 금속가공대상물로부터 발생된 금속분진이 자력 에 의해 금속연마입자 표면에 붙도록 하여 분진 처리기능도 발휘되도록 한 구성 및 목적과 관련이 있을 경우에는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 판단되어야 한 다.

[부호의 설명]

100 ： ： 연마입자 수용부 110 ： ： 수용공간

120 ： ： 개폐덮개 130 ： ： 배출공

112 ： ： 외벽면 114 ： 내벽면

200 ： ： 제 1자화유도부

210 ： ： 전원공급부 300 ： ： 교반기

310 ： ： 교반축 320 ： 교반날개

330 ： ： 제 2자화유도부 400 ： ： 입자 분사관

410 ： ： 입자 이동관 420 ： ： 분사노즐

422 ： ： 분사공 424 ： 내부관

425 ： ： 외부관

500 ： ： 유체분사부 510 ： 공기압축부

520 ： ： 유체분사관 522 ： ： 유체분사공 . ： 연마입자