KR20170010370A - 가공 탄성중합체를 제조하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공 탄성중합체를 제조하는 방법으로서, 하나 이상의 노즐의 배출 방향에 대하여 전체적으로 또는 부분적으로 가로지르는 방향으로 이동하는 탄성중합체 재료상에 상기 하나 이상의 노즐로부터 액상 제트를 안내하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 탄성중합체 재료로 안내되는 액상 제트는 650 내지 1350 바의 압력을 갖고, 상기 탄성중합체 재료는 상기 탄성중합체 재료의 표면을 분해하는 제1 단계에서 상기 배출 방향을 가로지르는 방향으로 상기 액상 제트의 타격점에서 10 내지 20mm/s의 제1 전방 주입 속도를 갖고, 상기 표면을 분해한 이후의 제2 단계에서 상기 제1 전방 주입 속도에 비하여 35 내지 65% 감소된 제2 전방 주입 속도를 갖도록, 상기 탄성중합체 재료가 상기 하나 이상의 노즐(38)에 대하여 이동된다. 또한, 본 발명은 가공 탄성중합체를 제조하는 장치에 관한 것이다.

Description

가공 탄성중합체를 제조하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING MILLED ELASTOMER}

본 발명은 가공 탄성중합체를 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

산업 분야에 있어서, 사용된 타이어를 직접적으로 재활용하는, 즉, 사용된 타이어의 고무재 재료의 재사용은 재활용을 위한 노력들에도 불구하고 크게 향상되지 못하고 있다. 그 이유 중 하나는, 금속, 합성재 및 다른 불순 물질 내부에 실질적으로 존재하지 않고, 종래의 기계 가공에 의해 생산되며, 직접적인 재사용에 요구되는 작은 입자 크기(즉, 대부분 400㎛ 미만)을 갖는 고순도 과립이 극소수의 재활용 회사에서만 제조된다는 점이다. 다른 이유는, 널리 적용되는 기계적인 가공 공정들이 타이어 전체를 가공하고, 고무 과립들을 혼합재 성분으로 만들기 때문이고, 이는 고무 과립들을 타이어를 제조하기 위해 사용되는 모든 종류의 고무들을 포함하고, 가공 공정에 사용되는 자동차 및 트럭 타이어의 비율에 따라 다른 조성을 갖기 때문이다.

종래 알려진 방법에 있어서, 혼합된 기계적으로 제조된 고무 분말의 사용과 관련하는 문제점들은 기계적으로 제조된 분말들을 다른 화학적 및 기계적 처리를 실시하여 해결하고자 하였다. 따라서, 고무 산업에서 재생산 재료를 제조하기 위한 여러 다른 방법들이 알려져 있다. 그러나, 이러한 방법들은 추가적인 비용과, 많은 면에서 경제적이지 못한 것으로 입증되었다.

이러한 문제점들은 고압 액상 제트(jet) 타이어 가공 분야의 발전에 기여했고, 따라서, 고무 분말을 제조하기에 적합한 많은 장치들이 존재한다. 알려진 많은 장치들과 방법들은, 제조된 고무 분말의 크기 불균일성과 이들이 높은 특정 에너지 조건이 필요하다는 점에서 경제적으로 단점들이 존재한다.

국제특허출원공보 WO2009/129906호는, 재료의 수중 제트 분해를 위한 공정과 시설이 기재되어 있다. 기재된 이러한 시스템은 일반적으로 사용되는 크기의 타이어 제조 공정과 초고압(6000 바 초과) 수중 제트를 사용하여 대형 타이어, 고무 트랙(track), 컨베이어 벨트 및 케이블의 탄성중합체 재료를 가공하는 것을 포함한다. 이는 적용된 방법의 에너지 관련 영향에 대한 연구가 부족하고, 이러한 방법에서 제안된 압력 범위에서 실제로 중요한 현상인 가공열의 발생에 의해 야기되는 문제점들을 포함한다는 점에서 단점이 있다. 또한, 이러한 방법은 가공시 다양한 가공물을 대략적으로 고정하거나 지지하는 것에 대해서는 기재하고 있지 못하며, 제조된 분말 슬러리의 탈수와 최종 제품의 건조에 대해서는 기재하고 있지 못한다.

국제특허출원공보 WO2009/068874호에 기재된 방법은, 전술한 방법보다 더욱 복잡하며, 다른 타이어 종류를 액상 제트 처리에 더하여, 분말 슬러리를 탈수하고 최종 제품의 건조를 위한 제안을 포함하고 있다. 이러한 방법은 대형(특히, 소위 오프로드용) 타이어의 처리를 포함한다. 그러나, 이러한 타이어의 중요한 부분은 전체적으로 강철 코드(cord) 원형 유형이 아니라는 점이고, 이들은 접지면 하부에 강화를 위해 강철 코드 층들을 포함한다는 점이다. 이러한 방법에 따르면, 고무 재료와 함께 타이어의 합성 섬유 성분이 고압 수중 제트에 의해 가공되며, 섬유 재료(폴리아마이드, 폴리에스테르, 아라미드 등)에 따라 이들의 제거가 다른 문제점들을 야기한다. 재활용 재료로 사용될 고무 분말에 합성 섬유 불순물이 존재한다는 점은 심각한 단점이다. 또한, 타이어 처리 방법은 이러한 문헌에 상세히 기재되어 있지 않다. 이러한 문헌에 기재된 방법은 추가적인 단점을 갖는데, 이러한 방법의 여러 단계에서 연마제의 사용을 포함하고, 고무 재료로부터 이를 제거하는 것은 현재 산업 분야에서 알려져 있지 않다. 또한, 이러한 문헌에 따른 해결책은 가공 공정시 열 발생에 따른 에너지 손실의 문제점에 대해서는 고려하고 있지 못한다.

산업 기술적의 해결책의 종합적인 설명에 더하여, 특정한 가공 장치의 개략적인 구조가 국제특허출원공개 WO2010/023548호에 기재되어 있다. 이러한 문헌 역시 가공 처리의 에너지 효율성과 가공시 열 발생에 대한 것과는 관계가 없지만, 문헌에서 기재된 압력 범위(3000바 초과)에서는 이들의 효과는 매우 중요하다.

전술한 바와 같이, 알려진 해결책들의 계속되는 비효율성은 이들이 가공 처리의 에너지 관련 조건을 취급하지 못하거나 깊게 다루지 못한다는 점이다. 고압의 수중 제트 가공시 가공될 표면에 영향을 미치는 액상 제트는 기본적으로 액상 제트의 속도에서 기인하는 매우 상당한 운동 에너지를 갖는다. 연구 데이터에 따르면, 이러한 속도는 2000 바 압력에서 630m/s 속도를 갖고, 3000 바 압력에서 780m/s에 이른다.

전술한 해결책과는 달리, 국제특허출원공개 WO2008/084267호에는 고압(초고압) 액상 제트 공정 처리에 대한 이론적인 설명이 기재되어 있다. 이 문헌에 따르면, 가공 공정의 에너지 관련 조건은 고압 제트로 표현되는 운동 에너지와 소위 가공될 탄성중합체의 테어링(tearing) 에너지와 관련하여 시험되었다.

초고압 액상 제트 가공 공정을 수행하는 장치가 국제특허출원공개 WO2010/007455호에 기재되어 있다. 이 문헌에 따른 장치를 통해, 동일한 샤프트에 두 개의 타이어를 장착할 수 있다. 가공 공정시, 타이어를 장착하는 샤프트는 가공 공간 외부로부터 구동될 수 있다. 타이어들은 내부로부터 타이어의 접지면을 지지하는 기구를 사용하여 샤프트에 고정된다.

또한, 고압 수중 제트 가공 공정이 국제특허출원공개 WO01/53053호, 중국특허출원공개 CN202498654호, 독일특허출원공개 DE2339708호 및 DE19648551호, 중국특허출원공개 200988284호 및 101224609호, 헝가리특허출원 P1100429호 및 P1200305호에 기재되어 있다. 헝가리특허출원 P1100429호에 따르면, 방법 과정에서 작업 유체가 제조된 분말로부터 분리되어 있고, 기술적인 열은 작업 유체를 재사용하기 전에 특정한 해결책을 사용하여 회복된다.

대부분의 알려진 해결책들은 상당한 양의 열이 가공 공정시 발생하며, 이들이 공정에 의해 제조된 고무 분말을 포함하는 작업 수중 슬러리를 가열한다는 점이다. 이러한 유체를 다시 냉각하는 단계는 두 가지 다른 방법들로 에너지를 소비한다. 먼저, 액상 제트를 가열하기 위해 요구되는 에너지가 소비되고, 가열된 액체는 차후에 다시 냉각될 필요가 있으며, 이 역시 추가적인 에너지가 소비된다.

따라서, 종래의 해결책들로 해결되지 않는 중요한 문제점들 중 하나는 경제적인 면, 즉, 에너지 요구 면에서 분말 탄성중합체를 제조하기 위한 것으로, 공정시 에너지 소비가 감소되어야 한다. 따라서, 전술한 종래의 해결책들에서는, 가공된 탄성중합체 제조하기 위한 방법 및 장치를 제공하고자 하는 필요성이 제기되며, 이를 통해, 균일하고 입자가 미세한 가공 탄성중합체를 종래 해결책과 비교하여 에너지 소비를 낮게하여, 경제적으로, 더욱 효율성 있게 제조하고자 한다.

본 발명의 주요 목적은 종래 해결책에 존재하는 단점이 존재하지 않고, 최대 가능성을 갖는 가공 탄성중합체를 제조하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 종래의 해결책과 비교하여 에너지 소비가 낮으면서 바람직하게 동일한 입자 크기 분포를 갖는 균일한 고무 과립(분말)의 가공 탄성중합체가 더욱 경제적, 효율적으로 제조될 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 종래 해결책에 비하여 탄성중합체의 고압 액상 제트 가공시 특정 에너지 소비를 줄이는 것이다. 또한, 본 발명은 산업 분야에서 본 발명에 따르는 방법을 실행할 수 있는 가공 탄성중합체를 제조하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 방법은 탄성중합체 재료의 가공 공정의 이론적인 분석으로부터의 인식에 기초하여 제공되며, 이러한 이론적인 분석에 기초하여 개발된 탄성중합체 재료를 가공, 특히, 타이어 접지면의 고무층의 제어된 가공을 위한 장치를 제공한다.

본 발명의 목적은 특허청구범위 청구항 제1항에 따른 방법과 청구항 제15항에 따르는 장치를 통해 수행될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시 형태는 아래의 특허청구범위에 의해 규정된다.

본 발명의 바람직한 실시 형태는 하기의 첨부되는 도면들을 실시예로서 참고하여 설명된다.

도 1은 고압 액상 제트를 타격함에 따라, 탄성중합체 재료의 경화 및 회복 사이의 변이 단계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 탄성중합체 재료를 설명하기에 적합한 보이트-켈빈(Voigt-Kelvin) 모델을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3a는 고압 액상 제트 가공을 위한 노즐들의 압력-체적 유속 계산 도표로서, 주어진 액상 유속과 노즐 구경값에 대응하는 압력값을 결정하는 것을 나타낸다.
도 3b는 고압 액상 제트 가공을 위한 노즐들의 압력-체적 유속 계산 도표로서, 주어진 압력과 노즐 구경값에 대응하는 액상 유속값을 결정하는 것을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 4개의 타이어를 가공하는 장치의 실시 형태를 개략적으로 나태낸 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 이중 노즐 배열이 포함된 장치의 실시 형태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 지지 스탠드에 배치된 타이어 장착 샤프트가 포함된 장치의 실시 형태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 7는 본 발명에 따른 장치의 실시 형태에 있어서, 타이어 고정 기구를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 장치의 타이어 장착 샤프트를 고정하고 구동 유닛을 포함하는 지지 기구가 개방된 상태로 있는 것을 개략적으로 나타낸 사시도로서, 지지 샤프트가 함께 나타나 있다.
도 9는 도 8에 기재된 지지 기구를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 10a는 본 발명에 따른 방법과 장치에서 사용되는 이중 노즐 배열의 가능한 배치를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 10b는 도 10a에 기재된 배열에서 액상 제트의 힘 벡터를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 11은 본 발명에 따른 방법과 장치에서 사용되는 이중 노즐 배열의 다른 가능한 배치를 개략적으로 나타낸 개념도이다.

실제 탄성중합체 재료의 (초)고압 수중 제트 가공시 상당한 양의 열이 가공 공정시 발생되며, 이는 가공된 탄성중합체를 포함하는 슬러리의 가열시 나타나는 현상이 알려져 있다. 이러한 현상에 의해 발생되는 단점은 아래와 같이 요약될 수 있다.

- 액상 제트 가공시 운동 에너지의 일부는 가공 공정시 열로 변환되며, 이러한 에너지 부분은 가공 작업을 수행할 수 없으며, 따라서, 에너지 소비가 된다.

- 액상 제트 가공시 상당한 가열은 액상의 증발 손실을 증가시킨다. 가공 공정이 완료된 이후, 다음의 가공 공정을 위해 재순환될 물의 양은 가공 장치를 개시하면서 증발량에 의해 감소된다. 작업수의 재공급은 추가적인 비용을 수반한다.

- 수중 슬러리로부터 분리된 가열된 작업수는 냉각되어야 한다. 또한, 이러한 냉각 공정은 에너지가 요구되며, 따라서, 추가적인 에너지 손실을 야기한다. 탄성중합체를 포함하는 슬러리와 분리되는 냉각수는 다음의 가공 공정을 위해 재사용 되어야 하기 때문에, 작업수의 냉각이 필요하고, 고압 펌프에는 비교적 저온(일반적으로 대략 30℃ 미만의 온도)의 물이 공급될 수 있다.

가공된 탄성중합체를 사용면에서 생산량을 고려하여 제조하기 위해, 이러한 실제 산업 분야에서 알려진 사실은, 상당한 양의 물이 가공을 위한 압력에서 제공되어야 한다는 점이다.

이는 바람직하게 가변 용적 피스톤 펌프를 사용하여 수행될 수 있다. 또한, 가공을 위해 사용되는 고압 레벨은 고압 부스터 펌프를 사용하여 발생될 수 있지만, 이는 상당히 낮은 수준의 질량 유속이 발생하고, 경제적인 면에서 산업으로 재료를 가공하기에는 매우 낮은 양이다.

가열 현상의 메커니즘을 이해하기 위해, 가공 공정을 아래와 같이 상세히 분석하기로 한다.

액상 제트 가공 공정은 필수적으로 세 개의 주요 단계를 갖는다. 알려진 방법에서는, 동일한 가공 파라미터가 세 단계 모두에서 적용되며, 예를 들어, 전방 주입 속도와 같은 가공 파라미터는 알려진 방법에서는 변하지 않고 유지된다. 가공 단계에서, 고압 액상 제트는 바람직하게 가공될 표면을 따라 통과하지만, 단일의 가공 단계는 가공될 전체 표면 위로 여러번 통과하는 것을 포함하는 것을 의미한다. 가공 공정의 세 개의 주요 단계는 아래와 같이 설명될 수 있다.

가공 공정의 제1 단계에 있어서, 액상 제트의 운동 에너지는 주로 고형의 탄성중합체 재료(일반적으로, 고무) 표면을 분해하는데 사용된다. 탄성중합체 재료는, 타이어이고 그 접지면이 패턴을 갖더라도, 이러한 패턴의 고무 재료가 고체이기 때문에, 고체인 것으로 간주된다. 일반적으로 사용되는 알려진 장치에서는, 분말 슬러리가 가공수의 온도와 비교하여 20-25℃ 높게 상당하게 가열되면서, 비교적 소량의 과립이 이 단계에서 분리된다. 타이어 표면은 이 단계 중에서 분해되기 때문에, 일반적으로 제트는 가공될 표면을 한 번 지나가게 된다.

분해된 타이어 표면의 실제 가공이 이루어지는 제2 단계에 있어서, 액상 제트의 가공 효과는 더욱 효과적이며, 더욱 많은 양의 고무 분말(예를 들어, 타이어를 한 번 회전하였을 때)를 추출하게 된다. 이러한 제2 단계에 있어서, 분말 슬러리는 소량으로 온도가 상승되고, 이러한 단계만을 분석하였을 때, 슬러리의 온도는 대략 5-15℃ 상승한다.

가공 공정의 제3 단계는 선택적이다. 예를 들어, 고무 타이어인 경우에, 접지면을 세척하기 위해 적용된다. 예를 들어, 강철 코드 카카스(carcass)를 갖는 타이어의 경우, 타이어 접지면의 재료는 분리되어, 강철 코드 재강화 층들로 가공, 즉, 나머지 고무 재료가 이 단계에서 가공된다. 분말 슬러리의 열 성분은 이 단계에서도 비교적 낮고, 일반적으로 5-15℃를 초과하지 않는다.

종래 공정에서의 열 발생을 따르는 경험에 비추어, 액상 제트의 운동 에너지를 더욱 효과적으로 사용하기 위한 중요한 요소 중 하나는, 탄성중합체 재료의 표면을 분해하기 위해 제1 가공 단계의 파라미터를 효과적으로 만드는 것이라는 결론에 이르렀다. 이러한 인식에 기초하여, 제1 가공 단계의 분석에 초점을 맞추어, 탄성중합체에 고압 액상 제트를 도입하는 조건들을 아래에서 설명되는 바와 같이 시험하였다.

결과들을 분석하면, 탄성중합체 재료의 비뉴턴 유체 특성도 고려하여 가공 공정을 시험하는 것이 유리하다는 점을 인식하였다.

탄성중합체에 있어서, 전단(shear) 응력은 작용력의 역학 관계에 크게 의존한다. 이 경우에 있어서, 고속의 침입이 시작할 때, 탄성중합체 재료는 최초(내재하는)의 재료 경도보다 상당히 큰 과도 경도 현상이 나타난다. 과도 경도의 속도는 충격 속도에 의존한다.

이를 통하여, 전술한 바와 같이, 일반적으로 마이크로초 단위의 시간 동안의 침투가 개시되는 시점에서 고압과 고속의 액상 제트가 작용하는 경우, 탄성중합체 재료는 상당한 과도 경화 현상이 나타나고, 이는 탄성중합체의 인장 강도 및 테어링 에너지가 급격하게 증가한다. 경화된 재료에 액상 제트가 가해지는 경우, 비경화된 표면에 가하는 것보다 운동 에너지의 상당 부분이 열 에너지로 변환된다. 액상 제트가 재료에 침투되는 경우, 운동 에너지는 감소되고, 탄성중합체의 인장 특성은 최초 상태로 점차 회복되고, 즉, 재료의 변형 응답률을 나타내는 함수는 감소하게 된다.

전술한 공정의 경로가 도 1의 그래프(연속적인 곡선 라인)로 나타난다. 도면에서 나타나는 함수는 탄성중합체의 점탄성 거동을 양적으로 나타내는 보이트-켈빈(Voigt-Kelvin) 모델로부터 얻어진 시계열 데이터에 대응한다. 이러한 모델이 도 2에 도시되었다. 모델에 있어서, 점성 특성은 점성 인자(η)를 갖는 댐퍼로 나타내면서, 탄성률(E)을 갖는 탄성중합체 재료의 탄성은 스프링으로 나타나고, 이러한 댐퍼는 스프링과 평행하게 연결된다.

이러한 모델의 응력 방정식은 아래와 같다.

- σ: 탄성중합체에 가해지는 응력.

- E: 탄성중합체의 탄성 특성(모델에서는, 대응하는 파라미터가 스프링 상수이다)

- ε: 탄성중합체의 상대 변형

- η: 점성 인자, 즉, 모델에서 댐퍼의 감쇠 효과

가공 제트가 재료에 침투하는 시점에서 발생하는 응력(σ)은 아래의 방정식으로 나타낼 수 있다.

이는 도 2에 도시된 액상 제트의 침투 시간(δ) 동안 변형 파라미터 값의 증가를 설명할 수 있다. 수식에 있어서, τ는 점성 인자(η)와 탄성 계수(E)의 비율로 표현되는 지연 시간으로, 이러한 파라미터는 탄성중합체의 점탄성을 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, τ값은 시작점에서의 곡선의 기울기로 결정된다.

침투 시간(δ)이 경과한 이후에 발생하는 휴지 단계(즉, 도면에서 연속 라인으로 나타나는 곡선의 하강 부분)를 설명하는 방정식은 아래와 같다.

도 1의 점선 부분은 침투 에너지 손실에 기인하는 휴지기를 따르지 않는 경우에, 어떻게 지속 시간(δ)을 갖는 가동 공정이 연속될 수 있는지를 나타낸다.

모델이 단일 폴리머 부분에서만의 거동을 나타낼 수 있기 때문에, 탄성중합체 재료의 거동을 설명하는 방정식은 재료 전체에서는 매우 복잡한 방법으로 정량적으로 해석될 수 있다. 주어진 분자들 전체의 거동을 정확하게 설명하기 위해서, 모델은 곱해져야 하며, 따라서, 해석값은 상호 연결된 보이트-켈빈 모델 세트로 설명될 수 있다(좀 더 정확하게는, 다른 모델 성분들이 추가되어야 한다). 따라서, 정확한 결과값은 개별적인 해석값 세트 성분들을 추가하여 얻어진다.

많은 탄성중합체들이 크게 비균질 구조를 갖는다는 점을 고려하면, 즉, 시스템 내부에 포함된 개별 분자 그룹의 특성들이 다르고, 이들을 개별적으로 결정하기 어렵다는 점을 고려하면, 이러한 분석은 유한 요소법의 사용과 더불어 상당한 복잡한 문제점을 야기한다. 모델링의 다른 한계는 탄성중합체에서 발생하는 구조적인 오류가 불규칙적으로 배치됨에 따른 불확정성에 의해 발생된다.

그러나, 이러한 모델은 액상 제트가 가해짐에 따른 탄성중합체 재료의 거동 특성을 정량화하는데 적합하고, 공정의 제1 단계에서 발생되는 상당한 열량을 정량적으로 설명하는데 적합하다.

가공 제트의 침투가 문제점의 정확한 수학적 설명을 나타내기 쉬운 경우에 있어서, 전술한 에너지 분석의 복잡성에 대한 설명은 넓은 범위의 시험이 요구된다. 이론적인 충분한 깊이의 설명이 부족하고, 실제 경험에서 제한된 범위에서만 나타나기 때문에, 문제점의 분석적인 해석값은 현재로서는 실행할 수 없다. 따라서, 좀 더 깊은 이론적인 연구를 위해, 아래에서는 전술한 탄성중합체 재료의 거동을 고려하면서 어떻게 고압 액상 제트를 적용하는 재료 추출의 특정 에너지 소비가 감소될 수 있는지, 즉, 어떻게 재료 추출 공정을 에너지 효율적으로 실행할 수 있는지를 시험하였다.

이전의 분석들과 국제특허출원공개 w008/084267호에 알려진 바와 같이, 액상 제트 가공 공정시 재료의 추출을 위해 탄성중합체 재료의 테어링 에너지를 초과하는 운동 에너지가 적용될 필요가 있다. 액상 제트의 운동 에너지는 질량과 매체를 통과하는 에너지의 속도로 반드시 결정된다.

알려진 액상 제트 가공 방법들에 있어서, 액상 제트의 속도의 증가는 가공 효율성을 결정하는 중요 요소로 여겨지며, 재료를 분리하기 위해 적용되는 액상의 압력을 증가시켜 가능해진다. 전술한 참고 특허문헌의 대부분들은, 액상 제트에 광범위한 압력 범위가 적용된다. 실제 경험에서 얻어진 결과로서, 대부분의 경우 이러한 범위 중 중상의 부분에서의 압력값(대략 3000바)이 적용된다.

그러나, 전술한 수식들에서 나타난 바와 같이, 종래 해결책에서 적용된 높은 압력값과 높은 액상 제트 속도는 탄성중합체 재료 강도를 상당히 급격하게 증가시킨다. 즉, 재료는 부분적으로 급격한 경화가 발생하고, 이중으로 부정적 효과를 갖는다. 또한, 액상 제트는 높은 과도 강도값을 갖는 탄성중합체에 소정의 깊이로 침투할 수 없게 되고, 따라서, 이 단계에서 재료의 소량만이 제거되므로, 제트 에너지의 대부분이 열 손실로 소멸되고 소모된다.

본 발명에 따르면, 탄성중합체의 갑작스러운 경화가 낮은 강도 레벨에서 발생할 수 있도록, 분석적인 면에서는 이들의 강도 응답 함수가 바람직하게 평편할 수 있도록, 즉, 탄성중합체의 경화가 낮아지도록, 액상 제트의 속도, 즉, 가공 압력이 탄성중합체 재료를 분해하도록 적용된 제1 단계에서 감소되어야 함을 발견하였다. 본 발명은 가공 효율성을 향상시키려는 기본 개념이 가공 압력을 증가시키는 실제 산업 분야에서의 개념과 상이하다. 그러나, 에너지 평형을 유지하기 위해, 아래에서 설명하는 바와 같이, 재료에 침투하는 매체의 질량은 압력을 감소시키면서도 증가되어야 하고, 이를 통해, 재료의 제거에 필요한 운동 에너지(즉, 임계 테어링 에너지를 초과하는 에너지 레벨)를 사용할 수 있다.

재료 가공을 수행하는 액상 제트의 직경을 기본적으로 결정하는 파라미터는 액상 제트를 분출하는 노즐의 구경이며, 체적 유속은 이러한 파라미터에 의존한다. 전술한 과도적인 현상의 시험에 기초하여, 제거되는 재료 유닛의 특정 에너지 소비를 감소하기 위해, 가공 압력을 감소시키면서 노즐의 직경은 증가되어야 한다.

물리적인 특정들에 더하여, 바람직한 노즐의 직경 범위와 대응하는 압력값을 결정함에 있어서, 경제적인 고려도 염두되어야 한다.

감소된 가공 압력과 연계하여, 가공 노즐의 구경 크기를 증가(즉, 가공 유체의 체적 유속에 따른 질량 유속을 증가)하는 것이, 소형의 구경으로 압력만을 증가시키는 것보다 좀 더 유용한 가공 특성들을 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 그러나, 가공 체적 유속을 증가에 대한 경제적인 한계점은, 고압의 고체적 유속 펌프를 작동하는데 엔진을 구동하는 높은 동력이 요구되기 때문에, 고압 펌프와 이들의 보조 시스템에 대한 투자와 작동 비용이 문제점이 될 수 있다.

전술한 가공 기술을 위해 적절한 압력 레벨을 갖는 펌프에 요구되는 투자 비용과 동력은 예상되는 가공 효율성 레벨을 위해 펌프의 선택에 제한을 발생시킨다.

실제 시험에 더하여 경제적인 종합적인 면이 고려된 압력과 체적 유속 관계 시험을 통하여, 특히 가공 고무 재료에 현재 널리 사용되는 본 발명의 바람직한 실시 형태에서의 이러한 노즐 타입에 있어서, 바람직한 노즐 직경-압력값의 범위는 아래와 같다.

- 노즐 직경 : 0.4 내지 0.6mm(표준 단위로서 0.016" 내지 0.024")

- 압력 : 850 내지 1150 바(표준 단위로서 12300 내지 16700psi)

또한, 높은 압력값은 작은 노즐 직경에 대응하고, 낮은 압력값은 큰 노즐 직경에 대응한다.

하나 이상의 고압력 펌프와 하나 이상의 가공 장치로 구성된 가공 시스템의 기본적인 설계는, 소정의 압력에서 펌프에서 공급된 액상의 체적 유속이 가공 노즐의 숫자와 맞추도록 고려된다. 이를 위해, 체적 유속은 각 노즐에 대하여 압력과 구경의 함수로 알려져 있다. 이러한 정보를 통하여, 특정 제조 데이터를 노즐의 제조자로부터 알 수 있다.

펌프의 체적 유속과 노즐을 비교함에 있어서, 적용될 노즐의 숫자가 결정될 수 있고, 이는 가공 장치를 크기를 결정하는 기본적인 데이터가 된다. 결정된 체적 유속을 위해 설계된 예시적인 타이어 접지면 가공 장치의 개념적인 설계는 아래와 같다.

주어진 가공 조건에 대응하는 실제 노즐 직경과 압력의 맞춤은 가공될 탄성중합체의 강도 특성에 의존한다. 경험에 따르면, 타이어 재료, 좀 더 특별하게, 접지면 재료의 특성을 최적화하는데 제조자가 고려하는 작동 조건에 따라 타이어 재료가 결정될 수 있다. 전술한 기술적 배경과 경험들을 고려하면, 부드러운 고무 재료의 경우에는 높은 압력값과 소경의 노즐이 적용될 수 있고, 단단하고 더욱 내마모성 재료의 경우에는 낮은 가공 압력값과 대경의 노즐이 적용되어야 한다라는 일반 원칙에 이르게 된다.

주어진 노즐 직경에 대응하는 압력값은 아래와 같이 선택될 수 있다. 전술한 바와 같이, 고압의 용적 플런저 펌프는 체적 유속이 거의 일정하다. 현 기술에서 적용되는 압력 범위에서 액체의 압축은 무시될 것이다. 이러한 펌프의 압력 조건은 종말점의 피드백 제어를 적용, 즉, 노즐의 구경 크기에 의해 결정되는 대출 포트에서의 유속을 적용할 수 있다. 큰 배출 영역값인 경우에, 종말점의 압력, 즉, 실제 가공 압력은 줄어들 수 있고, 체적 유속(즉, 질량 유속)은 동시에 높아진다.

동일한 가공 장치를 적용하여 다른 강도 특성을 갖는 가공 고무 재료에 있어서, 다른 압력-체적 유속 맞춤이 편리하게 설정되고, 바람직하게 적용된 노즐의 구경 크기를 조절을 통해 설정된다. 전술한 바와 같이, 노즐의 직경을 조절하는 것은 펌프의 피드백 제어를 필수적으로 수행한다.

주어진 노즐 타입의 파라미터에 있어서, 이러한 제어 절차는 도 3a와 도 3b를 통해 설명된다. 도면에 있어서, 노즐로부터 분출되는 가공 유체의 가공 압력(바)은 X축에 도시되고, 개구 크기가 달라짐에 따른 체적 유속(리터/분)은 Y축에 도시되었다. 각각의 600-550-500-450-400㎛ 노즐 직경을 위한 제조자의 데이터에 기초하여 곡선들이 준비되었다. 공장에서의 측정 데이터를 사용하여 주어진 노즐 직경에 대응하는 체적 유속과 압력값은 일부 노즐 제조자에 의해서만 특정되고 표 형식으로 나타내었다. 그러나, 이 경우에 있어서, 만일 제조자의 데이터가 도 3a 및 도 3b에 도시된 계산도표(nomogram)의 형태로 나타난다면, 이러한 데이터는 많은 바람직한 방식으로 가공 파라미터를 결정하는데 사용될 수 있다. 아래에서 나타날 관계는 제조자의 표를 사용하여 쉽게 이해될 수 없으며, 먼저 도 3a 및 도 3b에 도시된 곡선들은 우선적으로 400 내지 600㎛의 개구 크기와 650 내지 1350 바의 압력 범위가 준비되어야 한다.

도시된 계산도표는 바람직하게 도 3a 및 도 3b에 따른 두 가지의 다른 방법으로 사용될 것이다. 도 3a에 도시된 계산도표를 사용하는 제1 방법에 따르면, 쉽게 사용할 수 있거나 구동력 요구와 같이 실제적인 고려에 기초하여 선택되는 고압 펌프의 체적 유속에 따라 다른 강도의 탄성중합체를 가공하는데 가공 압력값을 사용할 수 있다. 도 3a에 도시된 실시 형태에 있어서, 압력-체적 유속의 계산도표는 주어진 체적 유속용으로 하나 이상의 노즐 타입을 위해 준비되고, 액상 제트의 압력은 압력-체적 유속 계산도표를 통해 하나 이상의 노즐의 구경에 기초하여 650 내지 1350바의 범위로 결정될 수 잇다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 계산도표가 사용될 수 있는 제2 방법은, 먼저 결정된 가공 압력값에 대응하는 다른 노즐 체적 유속값을 결정하는데 이용된다. 도 3b에 도시된 실시 형태에 있어서, 압력-체적 유속 계산도표는 650 내지 1350 바의 범위로부터 선택된 주어진 액상 제트 압력에 대하여 하나 이상의 노즐 타입을 준비하는데 사용될 수 있고, 액상 제트의 체적 유속은 이러한 압력-체적 유속 계산도표를 통해 하나 이상의 노즐의 구경에 기초하여 결정될 수 있다.

도 3a는 쉽게 이용할 수 있거나 예를 들어 동력 소비량에 기초하여 선택된 고압 펌프의 체적 유속에 대응하는 노즐 압력값을 결정하기 위한 것이다. 주어진 압력 펌프의 체적 유속값과 적용된 노즐의 숫자를 이용하는 단일 노즐의 체적 유속을 먼저 결정하고, 결정된 체적 유속값에서 Y축에 수직하는 수평선을 그린 후, 계산도표에 포함된 다른 구경을 갖는 노즐의 특성 곡선과 교차시켜, 압력값이 결정될 수 있다. 각각의 교차점을 X축으로 투사하여, 주어진 노즐을 사용하는 획득 가능한 가공 압력값이 얻어진다. 또한, 이러한 방법을 통해, 만일 노즐이 동일한 구경을 갖는다면, 하나의 가공 헤드에 배치된 모든 노즐의 정확한 가공 압력값을 제공할 수 있다.

도 3b에 도시된 계산도표를 이용하는 것은 바람직하게 가공에 필요한 체적 유속을 결정하는데 사용될 수 있고, 이를 통해, 고압 펌프를 선택하는 지표를 제공할 수 있다. 가공에 바람직하게 가공 압력이 사용되는 경우, 먼저 주어진 탄성중합체 재료(예를 들어, 타이어 접지면 고무층)이 결정되고, 주어진 압력값에서 X축에 수직하게 선을 그린 후, 다른 노즐 구경을 나타내는 특성 곡선과 교차시킨다. Y축에 각 교차점을 투사하여, 다른 노즐 구경에 대응하는 체적 유속값을 얻을 수 있다. 필요한 가공 압력을 얻기 위해 사용되는 펌프의 체적 유속은 하나 이상의 가공 장치에서 사용되는 노즐의 개수와 선택된 체적 유속값을 곱하여 얻어진다.

전술한 방법에 있어서, 장치의 내부 압력 손실과 고압 공급 라인의 압력 손실은 무시하였다. 이러한 내부 압력 손실은 당업자라면 쉽게 결정할 수 있다.

선형으로 정렬된 제트 가공 기술에 알려진 바와 같이, 가공될 표면을 마주하는 제트는 바람직하게 소정의 주파수로 진동된다. 실제 경험에 따르면, 본 발명에 따라 적용되는 압력값과 후술할 전방 주입 속도값과 연계하여 사용되는 진동 주파수는 650 내지 850이고, 이는 단단한 구조의 재료인지 부드러운 구조의 재료인지에 따라 각각 낮아지거나 높아질 수 있다. 하나 이상의 노즐은 탄성중합체 재료의 이동 방향과 배출 방향에 대하여 수직한 방향으로 진동된다. 정확한 진동 주파수 값은 가공될 고무 재료의 실제 농도에 좌우되며, 시험 가공 구동의 결과에 의해 결정된다.

아래에서 설명되는 본 발명에 따르는 방법과 이에 대응하는 장치가 선형으로 정렬된 제트 가공 기술에서 소개되었지만, 도 3a 및 도 3b에 도시된 계산도표와 유리한 가공 노즐 개구 크기를 선택하기 위한 활용은 회전-헤드 제트 가공 기술의 가공 효율을 향상하는데도 이용할 수 있다.

가공 공정의 세 가지 주요 단계, 즉, 표면 분해 단계(제1 단계), 소위 제품 가공 단계(제2 단계) 및 잔류 재료 제거 단계(제3 단계)가 위에서 설명되었다. 타이어 접지면의 재료가 가공될 경우, 각 단계는 바람직하게 타이어를 일회전 회전하는 것이 요구된다. 아래에서 설명하겠지만, 바람직한 가공 파라미터들이 제3 단계를 위해 규정될 수도 있지만, 공정들의 효율성 면에서, 제2 단계와 동일한 파라미터들이 제3 단계에도 적용될 수 있거나, 파라미터 값들이 제2 단계와는 다르게 변경될 수 있는지는 크게 중요하지 않다.

단계들의 다른 기능들을 확인하는 것과 연계하여, 가공 작업시 변경되지 않거나 변경되기 어려운 소정의 기초 가공 파라미터들과 더불어, 개별 단계의 경로에서 적용되는 전방 주입 속도도 중요한 역할을 한다. "전방 주입 속도"는 가공을 수행하는 노즐 그룹과 주입되는 탄성중합체 재료 사이의 상대 이동의 속도를 언급하기 위해 사용되었다. 선형 배열 노즐의 경우, 이러한 상대 이동은 노즐 배열의 진동 방향에 수직하는 방향에 위치하고, 회전-헤드 가공의 경우, 제공되는 표면과 평행하는 일방향에 위치한다. 가공 공정의 일 양태에 있어서, 전방 이동이 밀링 제트(즉, 노즐) 또는 가공물 그 자체에 의해 수행되거나, 둘 모두가 소정의 속도 차이로 이동되는지는 크게 중요하지 않다.

가공 압력과 진동 주파수와 같은 미리 조정된 기본 가공 파라미터들에 더하여, 매우 높은 전방 주입 속도의 경우 가공 제트가 재료에 침투되기에는 시간이 부족하고, 너무 낮은 전방 주입 속도의 경우, 가공 제트가 정해진 위치에 너무 오랫동안 머물러 에너지가 소비되기 때문에, 다른 단계 공정시 적용되는 진동하는 액상 제트의 전방 주입 속도는 중요하다.

이러한 사항들을 고려하여, 가공된 탄성중합체를 제조하기 위한 본 발명의 방법은 아래와 같이 수행된다. 본 발명에 따르는 방법에 있어서, 650 내지 1350바의 압력을 갖는 액상 제트는 하나 이상의 노즐로부터 이러한 하나 이상의 노즐의 배출 방향에 대하여 적어도 부분적으로 가로지르는 방향으로 이동하는 탄성중합체 재료로 향하게 된다. 액상 제트의 테어링 효과를 이용함에 있어서, 가공된 탄성중합체는 탄성중합체 재료의 표면으로부터 분리, 즉, 가공된 탄성중합체는 액상제트를 통해 탄성중합체 재료로부터 제조된다. 가공된 탄성중합체는 반드시 액상 제트에 의해 탄성중합체 재료로부터 분리된다. 탄성중합체가 하나 이상의 노즐의 배출 방향에 대하여 가로지르는 방향으로 적어도 부분적으로 이동된다라는 특성은, 이러한 이동이 배출 방향에 수직하는 성분을 갖는다라는 점을 의미하고, 즉, 액상 제트에 의해 분해된 표면은 이와 평행하지 않는다.

전술한 바에 따르면, 서로 선형으로 배열된 하나 이상의 노즐 또는 헤드가 회전하는 형태로 배열된 하나 이상의 노즐은 본 발명의 방법을 수행하는데 이용될 수도 있다.

본 발명에 따른 방법을 사용함에 있어서, 탄성중합체 재료는 하나 이상의 노즐에 대하여 이동되고, 탄성중합체 재료의 표면을 분해하기 위한 제1 단계에서 탄성중합체 재료는 배출 방향에 수직하는 방향으로 액상 제트의 충격점에서 10 내지 20mm/s 의 제1 전방 주입 속도를 갖고, 재료의 표면을 분해한 이후 제2 단계에서 탄성중합체는 상기 제1 전방 주입 속도와 비교하여 35 내지 65% 감소된 전방 주입 속도를 갖는다.

회전-헤드 가공에 있어서, 가공 공정의 각 단게에서 적용된 "전방 주입 속도"는 회전하는 가공 헤드의 회전축과 처리될 가공물의 상대적인 전진 속도를 의미한다.

가공 효과의 일 형태에 있어서, 가장 중요한 역할은 액상 제트에 수직하는 탄성중합체 재료의 속도 성분를 통해 이루어지며, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 이러한 속도 성분은 전방 주입 속도로 간주될 것이다. 따라서, 타이어인 경우에, 전방 주입 속도는 타이어의 원주 속도이다.

전술한 바에 따르면, 본 방법 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 850 내지 1150바의 압력을 갖는 액상 제트는 탄성중합체 재료를 향한다.

탄성중합체 재료의 표면을 분해하기 위해 적용된 제1 단계에 있어서, 이 단계에서 가공 제트는 가공될 표면의 분해를 수행하기 때문에, 생산적인 가공은 제한된다. 본 방법 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 제1 단계에서 적용될 전방 주입 속도는 바람직하게 12.5 내지 17.5mm/s, 좀 더 바람직하게 14.2 내지 15.8mm/s 가 될 것이다. 이러한 전방 주입 속도값에 있어서, 노즐 직경은 0.4 내지 0.6mm, 또는, 압력은 850 내지 1150바의 값을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 바람직한 노즐 직경 범위(0.4 내지 0.6mm)는 본 발명에 따른 압력(650 내지 1350바)보다 낮은 가공 압력값에서 적용될 수도 있다.

따라서, 제1 단계에 있어서, 과열의 발생은 반드시 방지할 수 있다. 이를 위해, 종래 해결책과 비교하여 본 발명의 방법의 전체 단계에서 감소된 가공 압력이 적용되고, 또한, 액상 제트가 임계 테어링 에너지를 초과하는 운동 에너지를 가질 수 있도록 노즐 구경은 바람직하게 증가된다. 이러한 구성에 있어서, 제1 단계에서는, 탄성중합체 재료의 가공에 바로 주입되는 표면 영역에서 상대적으로 짧은 시간동안 액상 제트가 머무르도록 전방 주입 속도가 비교적 높게 설정되어 표면은 가능한 한 경화되는 것이 방지, 즉, 최소량의 열량이 표면의 분해시 발생된다. 또한, 전술한 압력값에 있어서, 제1 단계에 공정 동안 전방 주입 속도는 바람직하게 10 내지 20mm/s 범위의 값을 갖고, 가공될 탄성중합체 재료의 경도를 고려한다면, 단단한 탄성중합체 재료인 경우에는 낮은값을, 부드러운 탄성중합체 재료인 경우에는 높은값이 선택되어야 한다. 또한, 제1 단계 이후 필요한 양으로 표면을 분해하는 것과 가능한 한 제한된 열 부피를 발생시키는 것 사이의 조화가 가능해진다.

또한, 제1 전방 주입 속도를 최적화 값은 14.2 내지 15.8mm/s 범위임을 알 수 있다. 이러한 범위는 평균 경도를 갖는 널리 사용되는 타이어에도 유용하다. 본 발명의 시험에서는 이러한 파라미터를 갖는 제1 단계에서 열 발생, 즉, 작업 유체의 온도 상승이 대략 5 내지 15℃ 감소될 것이고, 다른 단계에서도 거의 동일한 값을 나타내었다. 제2 단계에서 적용된 전방 주입 속도를 초과하는, 제1 전방 주입 속도를 발생시키기 위해 필요한 추가적인 에너지는, 공정 단계들 사이의 전방 주입 속도의 변경, 예를 들어, 가공 유체가 가열되는 것을 방지에 의해 절감할 수 있는 에너지에 비하여 무시할 정도이다.

제1 단계 이후의 제2 "생산 가공" 단계시, 밀링 제트 배열은 가공될 탄성중합체 재료에 대하여 늦게 전방으로 이동한다. 이미 부분적으로 분해된 표면에서, 경화 현상이 제1 단계에서 발생하는 표면 경화에 비하여 훨씬 작은 양으로 발생하기 때문에, 제2 단계에서의 감소된 전방 주입 속도를 적용함에 있어서, 동일한 액상 제트 압력으로 제1 단계보다 더욱 깊은 가공 침투가 가능해진다. 제2 단계에서 적용된 전방 주입 속도는 제1 전방 주입 속도보다 약 35 내지 65%, 바람직하게 50% 낮으며, 5 내지 10mm/s의 범위를 갖는다. 회전당 높은 가능 추출률의 향상을 위해, 제2 단계에서 전방 주입 속도를 낮게 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 전방 주입 속도와 유사하게, 제2 전방 주입 속도도 가공될 탄성중합체의 경도 함수로 결정되며, 이는 높은 제2 전방 주입 속도값(예를 들어, 정해진 범위의 상한값에 가까운 값)은 높은 제1 전방 주입 속도값과 대응할 것이다. 그러나, 제1 전방 주입 속도가 정해진 범위보다 낮은값으로 선택되면, 제2 전방 주입 속도 역시 5 내지 10mm/s 에서 낮은값으로 선택될 것이다. 이를 통해, 전술한 바와 같이, 제1 단계 및 제2 단계 사이의 모든 경우에서 35 내지 65%의 전방 주입 속도 감소, 바람직하게 대략 50%의 전방 주입 속도 감소를 적용할 수 있다.

그러나, 너무 낮은 가공 속도를 사용하는 경우에는, 주어진 영역에서 액상 제트가 너무 오랫동안 머물러, 탄성중합체 층에 너무 깊게 침투하거나, 특정 경우에는 지지층까지 침투되어, 작업 유체의 온도 증가를 야기할 수 있기 때문에, 불리할 수도 있다. 따라서, 적절한 속도 범위가 제2 단계에서 설정될 수 있으며, 전술한 단점들은 특별히 바람직한 방식으로 최상의 가능한 양을 통해 모두 방지될 수 있다. 또한, 전술한 바에 따르면, 제2 전방 주입 속도는 6.5 내지 8.5mm/s 범위에서 선택되는 것이 바람직함을 발견하였다.

따라서, 생산 가공의 단계(제2 단계)에 있어서, 변경되지 않은 가공 압력값을 적용하여, 분해되는 표면으로 깊게 침투(따라서, 높은 재료 제거)되는 방식을 취할 수 있기 때문에, 낮은 전방 속도들을 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 액상 제트 배열의 진동률은 제1 단계와 동일하게 유지된다. 너무 오랫동안 액상 제트를 노출하는 경우에는, 가공 제트가 더욱 깊게 재료에 침투하고 탄성중합체의 테어링 에너지를 초과하지 않는 너무 많은 에너지를 손실하게 되어, 결과적으로 하부층 가공을 실시할 수 없게 되므로, 너무 낮은 전방 주입 속도값을 적용하는 것은 바람직하지 않다.

본 발명에 따른 방법의 실시 형태에서 전술한 바와 같이 소정의 속도 범위를 적용함에 있어서, 제2 단계에서 적용되는 제2 전방 주입 속도는 제1 전방 속도를 45 내지 55%, 바람직하게 대략 50% 감소시켜 얻어질 수 있다.

전술한 바에 따르면, 제2 단계에서 적용된 유체 압력값과 적용된 노즐 진동값은 제1 단계의 값들과 동일하다. 기술적인 면에서, 단계들 사이의 전방 주입 속도의 변경은 비교적 간단하지만, 작동시 가공 압력의 변경 또는 노즐 구경을 조절하는 것은 매우 불합리하다.

소위 "세척"단계인 제3 단계에 있어서, 액상 제트는 한정량에 존재하는 잔류 재료를 제거하기 위해 적용된다. 이러한 작업에 있어서, 제3 전방 주입 속도는 제2 전방 주입 속도보다는 커서, 제2 단계 이후에 적용되는 제3 단계의 제3 전방 주입 속도가 제1 전방 주입 속도와 유사한 10 내지 20mm/s 범위에서 선택되도록 적용될 수있다. 제3 단계에 있어서, 바람직한 전방 주입 속도 범위는 12.5 내지 17.5mm/s, 바람직하게 14.2 내지 15.8mm/s 범위를 갖는다. 전술한 바와 같이, 적어도 하나 이상의 노즐의 가능한 진동률과 최초로 설정된 가공 압력값은 이전의 값들과 동일하다.

16mm 이하의 두께층으로 마모된 일반적인 타이어 접지면을 가공함에 있어서, 제1 단계는 타이어 일회전을, 제2 단계는 타이어 2 내지 3회전을, 제3 단계는 타이어 일회전이 필요하다. 두꺼운 탄성중합체 재료(예를 들어, 고무)층이 가공되는 경우, 완전하게 제2 단계를 수행하기 위해 필요한 회전수는 추가 3mm당 일회전이 증가된다.

가공 장치를 제어하여, 한 단계에서 다른 단계로의 전방 주입 속도의 변경이 가능하다. 이는, 타이어 가공에 있어서, 매번 다음 단계의 전방 주입 속도로 장치의 제어 유닛이 전환되는 것은 새로운 단계가 시작됨을 의미한다.

본 발명의 일 실시 형태는 전술한 본 발명의 방법, 즉, 가공된 탄성중합체를 제조를 수행하기에 적합한 장치에 관한 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 본 발명의 방법을 수행하도록 적용될 수 있고, 장치의 설계와 장치의 작동은 본 발명에 따른 방법에 따라 제어될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는, 바람직하게 장치의 기본적인 기능들을 제어하면서, 둘 이상의 전방 주입 속도를 적용하는 일괄 제어 프로그래밍과 저장이 가능한 제어 시스템을 포함하고, 이러한 장치를 제어하여 둘 이상의 다른 전방 주입 속도를 실현할 수 있다.

본 발명에 따른 장치는 가공 공간, 분말 슬러리 용기, 가공 공간에서 타이어(바람직하게는 4개의 타이어)를 장착하기 위한 타이어 장착 샤프트, 타이어 장착 샤프트를 지지하고 회전하기 위한 구동 유닛, 및 타이어가 타이어 장착 샤프트에 고정된 경우 타이의 외주를 따라 위치가 정해질 수 있는 하나 이상의 노즐을 포함한다. 각 노즐은 예를 들어 전술한 범위의 압력, 즉, 650 내지 1350바의 압력을 갖는 액상 제트를 분사할 수 있으며, 필요하다면, 이러한 장치는 전술한 압력보다 낮거나 높은 압력으로 가공할 수 있다.

4개의 타이어가 동시에 가공되는 경우, 4개의 타이어를 장착하는 것이 두 개의 타이어를 동시에 가공하는 장치보다 더욱 효과적으로 작동될 수 있다. 그러나, 4개 초과의 타이어를 장착하는 것은 샤프트의 이동 및 균형으로 인한 문제점을 갖고, 이렇게 타이어들을 동시에 가공하는 것은 장치의 구조적인 면에서 문제점을 갖는다. 말단에서 타이어 장착 샤프트를 구동하기 위한 구동 유닛에 더하여, 본 발명에 따르는 장치는 타이어 장착 샤프트를 고정하는 지지 기구를 포함하며, 이러한 고정을 해제하여 타이어 장착 샤프트로부터 타이어를 제거할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따르는 장치의 일 실시 형태를 도시한다. 아래에서 설명될 장치는 바람직하게 다용도 차량의 강철 코드 원형 타이어의 접지면 부분의 재료를 제거하고 가공하기 위해 사용될 수 있지만, 도시된 실시 형태는 다른 타이어 또는 링 형태의 몸체(예를 들어, 고체 타이어)의 접지면의 탄성중합체 재료를 가공하는데도 유리할 수 있다.

이러한 장치는 고압의 액상 제트(일반적으로 수중 제트)와 가공될 가공물의 상대적인 이동 시스템을 제공하여, 가공물에 들어가는 액상 제트는 가공물로부터 소정의 균일한 입자 크기 분포를 갖는 미세한 분말을 제거할 수 있다.

이러한 사항은 분사되는 제트 평면에 선형으로 배치된 액상 제트 세트를 진동하고, 동시에 소정의 전방 주입 속도를 갖는 가공 제트 배열의 전방으로 가공물을 이동시켜 수행될 수 있다. 타이어의 경우, 가공물에 전방 주입 속도로 적용하는 것은 특정한 각속도를 갖는 타이어의 회전에 대응한다.

이러한 장치의 실시 형태로서 일반적인 외관과 주요 구조 부품들이 도 4에 도시되었고, 이러한 장치의 특정 부품들을 도 5 내지 도 9에 도시하였다.

도 4는 가공된 탄성중합체를 제조하기 위한 장치를 나타내며, 하우징(10)을 포함한다. 액상 제트 가공 헤드 조립체(12)의 양측에서 동일한 진동을 위해 사용되는 진동 구동 장치(18)는 하우징(10)의 중앙에 위치된다. 클램프로 고정된 가공 헤드 조립체(12)는 진동 구동 장치(18)에 의해 구동되는 진동 샤프트(19)에 장착된다. 고압 가공수는 상부에 배치된 주입 니플(15)을 통해 장치로 공급되고, 가공 헤드 조립체(12)에 가요성 호스(17)를 통해 물이 공급된다. 작동시, 장치의 작업 공간은 압축 공기 실린더(22)에 의해 이동될 수 있는 기울어진 장치 커버(20)를 통해 덮힌다. 제조된 고무 분말 슬러리를 포함하는 물은 장치의 하부에 배치되는 슬러리 용기(24)에 수집된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르는 방법과 장치에 있어서, 바람직하게 선형으로 배치된 노즐 배열이 사용된다.

복수의 타이어(14)를 장착할 수 있는 타이어 장착 샤프트(26)는 바람직하게 크레인을 사용하여 장치 커버(20)가 개방되었을 때 들어올리거나 내릴 수 있다. 이러한 실시 형태에 있어서, 타이어(14)는 씨저(scissor) 기구(47)에 의해 체결된 지지판(44)에 고정된다. 씨저 기구(47)와 지지판(44)을 포함하는 타이어 고정 기구(16)의 구체적인 사항은 도 7에 도시되었다. 타이어 장착 샤프트(26)는 양측 구동 롤러를 갖는 구동 지지 기구(28)에 장착되고, 타이어 장착 샤프트(26)는 구동 유닛(30)을 통해 구동된다. 지지 기구(28)의 구체적인 사항은 도 8 및 도 9에 도시되었다.

이러한 실시 형태에 있어서, 타이어(14)의 크기에 의해 정해지는 타이어 장착 샤프트(26)와 가공 헤드 조립체(12) 사이의 거리는 휠-작동식 스핀들 기구(32)를 사용하여 조절될 수 있다. 타이어 장착 샤프트(26)는 지지 기구(28)에 장착되고, 장치 작동시 아래로 회전하였을 때에 고정되는 브라켓(34)에 고정된다. 브라켓(34)는 도 8 및 도 9에 도시되었고, 하강된 위치와 상승된 위치를 각각 나타내었다.

바람직하게 도 5에 도시된 바와 같이, 가공 공정의 효율성은 가공 헤드(36)를 서로 나란하게 이중으로 가공 헤드 조립체(12)에 배치하여 향상될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르는 장치의 실시 형태에 있어서, 서로 평행하게 배치되는 제1 노즐 배열 제2 노즐 배열을 포함하는 이중 노즐 배열이 적용될 수 있다. 도 10a, 도 10b 및 도 11을 참고하면, 이중 노즐 배열을 적용하는 이점이 설명되어 있다. 바람직하게, 이중 노즐 배열은 본 발명에 따른 방법을 위한 목적으로도 적용될 수 있다.

도 5에 기재된 바와 같이, 두 개의 노즐 배열은 동일한 구성을 갖는다. 도 5는 가공 헤드 조립체의 노즐(38)을 도시한다. 가공 헤드 조립체(12)는 클램프를 통해 진동 샤프트(19)에 고정된다. 가공 헤드 조립체(12)의 축방향 위치와 수평면에 대한 기울임 각도는 클램프의 나사를 조여 조절될 수 있다. 가공 헤드 조립체(12)는 나사를 조여 소정의 각 위치에 고정될 수 있다.

가공 생산성을 향상시키기 위해, 장치의 일 실시 형태는 4개의 타이어(14)를 동시에 처리하도록 되어 있고, 단일의 타이어(14) 처리를 위해 계산된 장치 준비 시간이 현저히 줄어들 수 있다. 본 발명에 따르는 장치 하나에 2개의 타이어 장착 샤프트(26)를 배치하여, 장치에 적용된 타이어 장착 샤프트(26)에 장착된 타이어를 가공하는 동안, 이미 처리된 타이어는 적절한 지지 스탠드(43)에 위치하는 다른 타이어 장착 샤프트(26)으로부터 제거될 수 있고, 다음 가공시 처리될 4개의 타이어 역시 여기에 장착될 수 있다. 도 6에는 지지 스탠드(43)에 고정된 타이어 장착 샤프트(26)이 도시되었다. 처리될 4개의 타이어를 장치에 장착하기 전에 세척(세정)하기 위해 동일한 지지 스탠드(43)이 적용될 수 있다. 가공된 탄성중합체 최종 제품의 화학적 순도를 제공하기 위해 타이어의 세정 작업이 필요하다. 장치의 연속된 장착과 해제를 보장하기 위해, 2개의 지지 스탠드(43)가 필요하며, 처리 준비된 타이어 장착 샤프트(26)가 다른쪽 지지 스탠드(43)에서 장치로 준비되는 동안, 이미 처리된 타이어를 장착하고 있는 타이어 장착 샤프트(26)은 장치로부터 제거된 이후에 빈 지지 스탠드(43)로 옮겨진다. 타이어 장착 샤프트(26)은 클램프(46)와 잠금 레버(48)를 이용하여 지지 스탠드(43)에 고정될 수 있다.

타이어(14)는 타이어의 비드 림(bead rim)을 통해 타이어(14)가 장착될 수 있도록 타이어(14)의 강철 코드 카카스의 내부 강도를 이용하여 타이어 장착 샤프트(26)에 바람직하게 장착된다. 여기에서 강철 코드 강화 구조가 없는 타이어는 도 4 및 도 6에 도시된 방식으로 타이어 장착 샤프트(26)에 장착되기에 충분한 강도가 있는 것으로 발견되었다. 도 7에 기재된 타이어 고정 기구(16)를 적용함에 있어서, 장치에 타이어(14)를 고정하기 위해, 씨저 기구(47)를 사용하여 타이어의 원형 주위를 적절한 형상의 지지 발판(44)을 가압하는 것이 필요하다.

수동으로 작동하는 나사 스핀들 기구에 구동될 수 있는 씨저 기구(47)를 이용하거나 도 7에 기재된 압축 공기 실린더(50)를 이용하는 방식으로 지지 발판(44)이 이동된다. 압축 공기 체결이 적용되는 경우, 압력을 유지하는 용기는 타이어 장착 샤프트(26) 자체가 되어, 도 6에 기재된 샤프트의 양단에 배치된 주입 니플(45)을 통해 압축 공기가 주입된다.

타이어 장착 샤프트(26)의 회전을 통해 타이어(14)의 전방 이동(전방 주입) 가공이 이루어진다. 지지 기구(28)의 구동 롤러를 통해 타이어 장착 샤프트(26)가 회전된다. 샤프트의 회전 속도는 전술한 본 발명의 방법과 관련하여 기재된 전방 주입 속도에 이르도록 정해진다.

도 8 및 도 9에는 타이어 장착 샤프트(26)를 고정하고 구동하는 것이 도시되어 있다. 타이어 장착 샤프트(26)가 회전함에 따라 발생하는 상당한 토크로 인하여, 샤프트는 바람직하게 구동 유닛(54)에 의해 구동되는 복수의 스프로킷-체인 기어(56)를 사용하여 구동된다. 도 8에는 크램프(34)가 개방된 위치로 배치된 것이 도시되어 있으며, 샤프트는 장치로부터 제거되거나 투입될 수 있다. 도면에 기재된 바와 같이, 이러한 위치에서의 타이어 장착 샤프트(26)은 지지 기구(28)로 쉽게 투입될 수 있다. 도 9는 가공 작업시 적용되는 클램프(34)가 닫혀진 위치로 배치된 것이 도시되어 있다.

타이어 장착 샤프트(26)를 구동하기 위해 사용되는 지지 기구(28)의 다른 기능은 가공될 타이어 지지면과 가공 헤드 조립체(12) 사이의 거리를 조절하는 것이다. 다른 이유들을 제외하고, 다양한 가공 파라미터에 맞게 가공 노즐의 최적의 작동 위치가 전에 적용된 노즐과는 달라져야 하고, 노즐이 교체되는 경우 역시 작동 거리를 조절할 필요가 있기 때문에, 거리의 조절이 가장 필요하다.

최초 거리는 디스플레이를 포함하는 휠(32)을 통해 구동되는 스핀들 기구에 의해 설정된다. 또한, 표면 고무층의 두께 감소에 따른 가공 헤드 조립체(12)와 가공될 표면 사이의 거리 증가를 보상하기 위해 장치-보조 스핀들 기구가 사용될 수도 있다.

도 5에 도시된 바와 같이 서로 나란하게 배열되는 가공 헤드(36)는 두 가지 방법으로 설정될 수 있다.

- 상부 가공 제트와 하부 가공 제트를 동일한 가공 위치에 조준하는 방법, 즉, 제1 노즐 배열에 의해 분출되는 액상 제트의 타격 라인과 제2 노즐 배열에 의해 분출되는 액상 제트의 타격 라인을 가공될 탄성중합체 재료의 동일한 영역으로 인도하는 방법.

- 상부 가공 제트와 하부 가공 제트를 다른 가공 위치에 조준하는 방법, 즉, 제1 노즐 배열에 의해 분출되는 액상 제트의 타격 라인과 제2 노즐 배열에 의해 분출되는 액상 제트의 타격 라인을 가공될 탄성중합체 재료의 서로 다른 영역으로 인도하는 방법.

도 10a에는 제1 노즐 배열(60a)과 제2 노즐 배열(60b)이 가공될 타이어(58)의 동일한 영역으로 조준된 구성을 도시한다. 가공될 동일한 영역에 제1 노즐 배열과 제2 노즐 배열로부터 분출되면서, 상부 가공 제트와 하부 가공 제트를 조준하는 것은 액상 제트의 가공력을 집중할 수 있는 분명한 해결책이 될 것이다. 상부 가공 헤드와 하부 가공 헤드를 조절된 방식으로 이동시키는 경우에 있어서, 동일한 가공 라인에 상부 가공 제트와 하부 가공 제트를 인도하여, 제트의 효과가 조합되고, 따라서, 더욱 강한 가공 효과를 이론적으로 이룰 수 있다. 그러나, 실제로 가공 효과는 아래와 같은 이유로 2배가 되지는 않는다.

도 10b에는 동일한 가공물 영역에 조준된 가공 제트의 힘 벡터를 도시하였다.

도 10a에 도시한 바와 같이, 제1 노즐 배열(60a)과 제2 노즐 배열(60b)의 진동축의 중심점 사이의 수직 거리를 L_v 로 나타내고, 축을 연결하는 중앙 라인과 가공 제트들의 타격점 사이의 수평 거리를 L_h 로 나타내었다. 도 10a에 도시된 구성으로부터, 상부 가공 제트와 하부 가공 제트의 대응 힘 벡터(F_f, F_a) 사이의 관계를 얻을 수 있다(도 10b 참조).

도 10b에 도시된 방식으로, 힘 벡터들은 입사 탄젠트에 수직하는 F_m 성분과, 이에 수평한 F_p 성분으로 분해될 수 있다. 본 실시 형태에 있어서, 상부 힘 벡터와 하부 힘 벡터는 동일한 크기와 축 방향으로 대칭이기 때문에, 입사 탄젠트에 평행한 F_fp 와 F_ap 성분은 도 10b에 도시된 바와 같이 서로 상쇄된다. 가공 작업의 효율은 입사 탄젠트에 수직하는 F_fm 과 F_am 성분으로만 수행되고, 이들 성분은 최초 벡터의 크기보다는 작다. 결과적으로, 가공 작업에 영향을 미치는 힘 벡터는 상부 벡터 및 하부 벡터의 스칼라량의 합보다는 작다.

구조적인 이유들 때문에, 거의 동일한 L_v와 L_h 거리는 미리 결정되지만, 각 비율에 따라 가공하기 위해 실제로 적용되는 노즐의 효율적인 가공 거리는 서로 소량만큼 다르다. 이러한 구성에 의해 결정되는 삼각 함수의 관계 때문에, 이중의 가공 제트 강도를 사용하더라도, 최초값의 1.7 내지 1.8배의 가공력이 얻어짐을 알 수 있다.

그러나, 가공 효과의 강도는 가공력의 이러한 값에 기초한 예상값보다 작은 것으로 나타났다. 그 이유중 하나는 구성의 독립성에 기인한 것으로 생각된다. 즉, 적용된 고압 펌프의 작동 거동에 의해 야기되는 진동하는 가공 압력은 최대 압력값보다 8 내지 10% 작다. 이러한 현상은 가공 효율을 더욱 감소시킨다.

그러나, 가공 효율을 약화하는 가장 큰 반대 요인은 전술한 탄성중합체 재료의 점탄성 거동, 즉, 본 발명에 따르는 방법의 제1 단계에서 발생하는 경화에 의한 것이다. 실험에 따르면, 2개의 노즐 배열이 동일한 타격점을 갖는 "이중-배열" 가공 구성을 통해 2배의 에너지가 주입되지만, 가공 작업, 특히, 탄성중합체 재료 표면을 분해하는 제1 단계에서의 효율은 단일 배열 가공과 비교하여 최대 25 내지 30% 향상되었다. 이는 주로 탄성중합체 재료에 동시에 작용하는 2개의 액상 제트의 강화된 경화 효과에 의한 것이다.

실험을 하면서, 가공 효율은 상부 가공 제트와 하부 가공 제트가 동일한 타격점을 조준하지 않는 경우 상당히 향상됨을 알 수 있었다. 따라서, 상부 및 하부 가공 제트들은 다른 시간 간격으로 고무 재료를 타격하여, 일시적인 제트의 경화 효과가 이중이 되지 않도록 적용하였다.

원하는 가공 효과를 위한, 즉, 경화 효과가 2배가 되는 것을 방지하는 가능한 해결책은 노즐들 사이의 거리의 1/2로 상부 가공 헤드와 하부 가공 헤드를 이동시켜, 가공 제트의 수평 위치 사이의 거리가 내부 노즐 거리의 1/2이 되도록 배치하는 것이다. 즉, 제1 노즐 배열의 각 노즐은 제2 노즐의 2개의 노즐들 사이의 중앙에 정확히 배치되어야 하고, 노즐들은 2개의 평행 라인을 따라 배치된다. 따라서, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 제1 노즐 배열과 제2 노즐 배열은 노즐들 사이의 거리는 1/2 을 유지하여 서로 평행하게 배치된다.

다른 바람직한 해결책으로서, 상부 가공 헤드와 하부 가공 헤드, 즉, 제1 노즐 배열과 제2 노즐 배열은 위상 변이를 적용하면서 진동된다. 이러한 진동 위상 변이는 내부 노즐 거리의 1/2과 동일하며, 예를 들어, 가공 헤드 진동이 회전 구동에 의해 발생되면, 내부 위상 변이가 90°인 상부 구동 위상과 하부 구동 위상을 요구된다. 따라서, 실시 형태에 있어서, 제1 노즐 배열과 제2 노즐 배열은 서로 90°의 위상 변이를 가지며 진동된다. 그러나, 가공 제트들 사이에 다른 바람직한 위상 변이값도 고려될 수 있다.

또한, 제1 노즐 배열의 액상 제트의 타격 라인과 제2 노즐 배열의 액상 제트의 타격 라인이 아래와 같이 탄성중합체의 다른 영역에 인도되는 것을 고려할 수 있다.

- 제1 노즐 배열과 제2 노즐 배열은 노즐들 사이의 거리가 1/2로 서로 변이되도록 평행하게 배치되는 구성.

- 제1 노즐 배열과 제2 노즐 배열이 서로 90°의 위상 변이를 갖도록 진동되는 구성.

제1 노즐 배열과 제2 노즐 배열이 동일한 탄성중합체 재료의 영역으로 인도되지 않는 경우, 예를 들어, 제1 노즐 배열과 제2 노즐 배열에서 분출되는 액상 제트가 서로 근처 영역으로 탄성중합체 재료에 타격되는 경우보다 유리하다. 이러한 경우에 있어서, 경화 효율은 전술한 배치를 적용하여 감소될 수 있다.

상부 가공 제트와 하부 가공 제트의 다른 구성은, 도 11에 도시된 바와 같이, 다른 가공 위치에서 인도되는 것, 즉, 제1 노즐 배열과 제2 노즐 배열이 서로 다른 탄성중합체 재료의 영역에 조준되는 것이다. 제트들이 단일 위치로 조준되는 것에 비하여, 가공 헤드를 하부로 기울임으로써, 타격 방향에 높은 가공 성분이 가능해지고, 즉, 이러한 구성에서 가공 제트 벡터의 탄젠트 성분은 감소된다. 가장 바람직한 방향은, 가공 벡터가 탄젠트 성분이 없는 경우, 도면에 도시된 바와 같이 타격 지점에서 탄젠트에 수직하는 방향이다.

시스템 제어의 일반적인 필요사항에 더하여, 본 발명에 따른 방법과 장치에 사용되는 제어 수단을 설계하는 경우 아래와 같은 특정 구성들을 고려할 수 있다.

제어된 방식으로 작은 재료 입자를 제거하기 위해 고압 액상 제트 가공에서 중요한 사항은 액상 제트가 한정된 양으로 가공물을 관통하지 않고 탄성중합체 재료를 침투하도록 가공물에 대한 일정한 속도를 유지한 채로 이동되어야 하고, 따라서, 표면으로부터 작은 크기의 부분들만이 분해된다. 실제 실험에서 나타난 바와 같이, 충분히 균일한 입자 크기 분포를 제공하기 위해, 다양한 기술적 파라미터들이 조절되고, 바람직하게 서로 독립적이어야 한다. 전술한 바와 같이, 선형으로 배치되어 진동하는 액상 제트를 갖는 가공 헤드 대신 회전하는 가공 헤드를 적용하는 가공 기술의 구조적인 단점 중 하나는 충분히 높은 속도로 가공 헤드를 회전하기 위해 비교적 높은 압력값이 요구된다는 점이고, 이는 다른 기술적 파라미터들을 제한하게 된다. 회전-헤드 가공의 다른 단점은 가공압이 증가됨에 따라 점탄성을 갖는 고무 재료의 경화에 상당한 영향을 끼치고, 이는 특정한 에너지 손실을 야기한다.

본 발명에 따른 장치에서 적용되는 선행으로 배치되고, 바람직하게 가공 헤드가 진동하는 가공 기술은, 가공물의 전방 주입 속도, 가공 제트의 움직임 및 가공압과 같은 가공 파라미터들이 서로 완전하게 독립적으로 제어할 수 있는 상당한 이점을 갖는다.

이러한 장치의 제어를 통해 가능한 직접적인 제어는 가공 제트의 진동 주파수를 조절하고, 가공물의 전방 주입 속도를 변경, 즉, 실시 형태에서는 가공될 타이어의 각속도를 변경할 수 있다라는 점이다. 가공압은 전술한 방식에 따라 노즐 개구값을 선택하여 제어될 수 있다.

진동 주파수를 증가시켜 더 작은 과립 입자 크기를 갖도록 입자 크기를 변경할 수 있기 때문에, 높은 진동수 범위를 갖는 것이 더욱 바람직하다. 실제 상한값은 설계와 기계적인 성분들의 재료량에 의해 결정된다. 본 발명과 관련한 전술의 사항들은, 모션 파라미터들을 충분하게 설정하기 위해, 가공 공정의 "분해", "생산" 및 "세정" 단계들에 포함되는 파라미터들을 제어할 필요가 있는 것으로 요약될 수 있다.

전술한 사항들을 고려함에 있어서, 제어 방법은 가공 공정의 다른 단계에서 요구되는 다른 운동 에너지값을 적용하여야 한다. 이를 위해, 제어 방법은 기본적으로 작업시, 주어진 가공 제트 압력과 진동 주파수를 유지하면서, 전방 주입 속도를 조절을 통해 다른 가공 단계에 대응하는 다른값을 갖도록 해야한다. 각각의 가공 공정 단계에 대응하는 전방 주입 속도값은 앞서 설명하였다.

가공 공정시 재료 입자들은 탄성중합체 재료로부터 연속적으로 제거되어, 가공된 표면은 가공 노즐의 최적 작업점으로부터 계속하여 멀어진다. 실제 시험에서 나타난 바와 같이, 수밀리미터의 단위로만 차이가 있더라도 매우 불리하고, 특히, 두꺼운 고무층이 가공되는 경우, 다음 단계들 사이에서 노즐 거리를 조절하지 않는다면, 가공 효율은 현저히 떨어진다. 하나 이상의 노즐과 작업 표면 사이의 거리가 오차 범위내에서 유지되도록, 예들 들어, 모터를 사용하는 타이어 장착 샤프트를 적용하여, 다른 모션 파라미터들과 동시에 조절될 수 있도록 하여, 이러한 사항들이 보상될 수 있다.

전술한 본 발명의 방법과 장치는, 탄성중합체 재료의 가공, 특히, 회전하는 몸체 형상의 탄성중합체(예를 들어, 타이어)의 접지 표면을 가공하는데 매우 경제적이고, 향상된 에너지 효율을 갖는다. 이러한 장치는, 복수(바람직하게, 4개)의 타이어가 동시에 배치될 수 있도록 구성하고, 장치의 경제적인 측면을 향상시키기 위해 전술한 추가적인 구성들을 통해 더욱 효과적일 수 있다.

또한, 본 발명은 전술한 상세한 설명에서 설명된 바람직한 실시 형태에 한정되지 않고, 특허청구범위에 의해 결정되는 발명의 사상 범위내에서 추가적인 변경, 조절 및 변형이 가능하다.

Claims (15)

1. 하나 이상의 노즐(38)의 배출 방향에 대하여 전체적으로 또는 부분적으로 가로지르는 방향으로 이동하는 탄성중합체 재료상에 상기 하나 이상의 노즐(38)로부터 액상 제트를 안내하는 단계를 포함하는 가공 탄성중합체를 제조하는 방법으로서,
   상기 탄성중합체 재료로 안내되는 액상 제트는 650 내지 1350 바의 압력을 갖고,
   상기 탄성중합체 재료는 상기 탄성중합체 재료의 표면을 분해하는 제1 단계에서 상기 배출 방향을 가로지르는 방향으로 상기 액상 제트의 타격점에서 10 내지 20mm/s의 제1 전방 주입 속도를 갖고, 상기 표면을 분해한 이후의 제2 단계에서 상기 제1 전방 주입 속도에 비하여 35 내지 65% 감소된 제2 전방 주입 속도를 갖도록, 상기 탄성중합체 재료가 상기 하나 이상의 노즐(38)에 대하여 이동되는 것을 특징으로 하는 가공 탄성중합체 제조 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 하나 이상의 노즐(38)은 0.4 내지 0.6mm 범위의 구경을 갖는 것을 특징으로 하는 가공 탄성중합체 제조 방법.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 하나 이상의 노즐(38)의 노즐 유형에 맞는 압력-체적 유속 계산 도표를 준비하여, 주어진 유속에서, 상기 압력-체적 유속 계산 도표를 통해 상기 하나 이상의 노즐(38)의 구경에 기초하여 650 내지 1350 바의 범위에서 압력이 정해지는 것을 특징으로 하는 가공 탄성중합체 제조 방법.
   
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 하나 이상의 노즐(38)의 노즐 유형에 맞는 압력-체적 유속 계산 도표를 준비하여, 650 내지 1350 바의 범위에서 선택된 주어진 액상 제트 압력에서, 상기 압력-체적 유속 계산 도표를 통해 상기 하나 이상의 노즐(38)의 구경에 기초하여 상기 액상 제트의 체적 유속이 정해지는 것을 특징으로 하는 가공 탄성중합체 제조 방법.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 전방 주입 속도는 12.5 내지 17.5mm/s, 바람직하게 14.2 내지 15.8mm 인 것을 특징으로 하는 가공 탄성중합체 제조 방법.
   
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제2 전방 주입 속도는 6.5 내지 8.5mm/s, 바람직하게 7.1 내지 7.9mm/s 인 것을 특징으로 하는 가공 탄성중합체 제조 방법.
   
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   850 내지 1150 바의 압력을 갖는 액상 제트가 상기 탄성중합체 재료상에 안내되는 것을 특징으로 하는 가공 탄성중합체 제조 방법.
   
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   선형으로 배열된 노즐(38)들을 포함하는 노즐 배열(60a, 60b)가 사용되는 것을 특징으로 하는 가공 탄성중합체 제조 방법.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   서로 평행하는 제1 노즐 배열(60a)과 제2 노즐 배열(60b)를 포함하는 이중 노즐 배열을 사용하는 것을 특징으로 하는 가공 탄성중합체 제조 방법.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 노즐 배열(60a)에서 분출되는 액상 제트의 타격 라인과, 상기 제2 노즐 배열(60b)에서 분출되는 액상 제트의 타격 라인은, 상기 탄성중합체 재료의 동일한 영역에 안내되는 것을 특징으로 가공 탄성중합체 제조 방법.
    
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 노즐 배열(60a)에서 분출되는 액상 제트의 타격 라인과, 상기 제2 노즐 배열(60b)에서 분출되는 액상 제트의 타격 라인은, 상기 탄성중합체 재료의 서로 다른 영역에 안내되는 것을 특징으로 가공 탄성중합체 제조 방법.
    
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 노즐 배열과 상기 제2 노즐 배열은, 노즐들 사이 거리의 1/2 거리로 서로 이동되어 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 가공 탄성중합체 제조 방법.
    
13. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 노즐 배열과 상기 제2 노즐 배열은, 서로 90°로 위상 변이되어 진동되는 것을 특징으로 하는 가공 탄성중합체 제조 방법.
    
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 단계 이후에 가공 잔류 재료를 처리하는 제3 단계에서, 상기 제1 전방 주입 속도와 동일한 범위에서 전방 주입 속도가 선택되는 것을 특징으로 하는 가공 탄성중합체 제조 방법.
    
15. 가공 탄성중합체를 제조하는 장치로서,
    가공 공간을 포함하는 하우징(10);
    상기 가공 공간 내에서 타이어(14)를 장착하는 타이어 장착 샤프트(26);
    상기 타이어 장착 샤프트(26)를 지지하고 회전시키는 구동 유닛(30); 및
    상기 타이어(14)가 상기 타이어 장착 샤프트(26)에 고정되는 경우, 상기 타이어(14)의 외주를 따라 위치 변경이 가능한 하나 이상의 노즐(38)을 포함하고,
    상기 구동 유닛(30)은 상기 타이어 장착 샤프트(26)의 양단에서 상기 타이어 장착 샤프트(26)를 구동하며,
    상기 장치는, 상기 타이어 장착 샤프트(26)를 고정하고, 상기 고정을 해제하여 상기 타이어 장착 샤프트(26)를 제거하는 지지 기구(28)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가공 탄성중합체 제조 장치.

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