KR20200074371A - 용사 코팅 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용사 코팅 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 용사 코팅 장치는 장치몸체;와, 상기 장치몸체에 구비되고, 용사재료를 지지하는 홀더유닛;과, 상기 홀더유닛을 덮도록 상기 장치몸체에 결합되고, 용융액적을 토출하는 토출구를 구비하는 노즐유닛; 및 상기 노즐유닛을 덮도록 상기 장치몸체 또는 상기 노즐유닛에 결합되고, 상기 토출구를 통과한 용융액적이 통과하는 분사구를 구비하는 캡유닛;을 포함하고, 상기 노즐유닛은, 용융액적의 토출방향으로 상기 캡유닛에 선행되게 배치되어 용융액적을 상기 토출구의 외주 방향으로 퍼트리게 제공될 수 있다.

Description

용사 코팅 장치{Thermal Spraying Apparatus}
본 발명은 용사 코팅 장치에 관한 것이다.
일반적으로 용사(Thermal Spray)는 분말 혹은 선형재료를 고온열원으로부터 용융액적으로 변화시켜 고속으로 모재(Substrate)에 충돌시켜 급냉응고 적층한 피막을 형성하는 기술을 말한다.
모재에 용사 코팅을 하려면 재료의 가열 및 용융을 위해 에너지 밀도가 높은 연소 화염, 아크(Arc) 및 플라즈마 등의 열원이 필요하다.
이중, 아크(Arc)를 이용한 아크 용사 기술은 도 1에서 보이듯, 양극과 음극을 띄는 한 쌍의 금속 와이어(10)를 와이어홀더(11)에 고정하여 상호 접촉시키고 아크를 발생시킨다.
그리고, 이에 의해 발생하는 용융액적을 가스공급부(12)에서 공급되는 고압의 가스에 의해 모재(1) 표면으로 분사하여 모재(1)의 표면에 코팅재(13)를 적층하는 기술이다.
이와 같은 용사 코팅 기술을 이용하면 모재(1)의 표면에 비교적 고속으로 코팅재(13) 피막을 형성할 수 있다는 장점이 있으나, 코팅재(13)의 적층 두께를 균일하게 하기 어렵다는 문제가 있고 특히, 코팅재(13)가 모재(1)의 전면으로 고르게 퍼져나가지 못하고, 모재(1)의 중심부(14)에 모여 모재(1)의 중심부(14)에서 코팅재(13)의 적층 두께가 두꺼워진다는 문제가 있다.
KR 10-2013-7028020 (2012.03.27)
본 발명은 모재의 표면에 코팅층의 두께를 균일하게 형성하고, 코팅 품질을 향상시키는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 대면적 모재 코팅작업의 효율성을 향상시키는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 용사 코팅 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 용사 코팅 장치는 장치몸체;와, 상기 장치몸체에 구비되고, 용사재료를 지지하는 홀더유닛;과, 상기 홀더유닛을 덮도록 상기 장치몸체에 결합되고, 용융액적을 토출하는 토출구를 구비하는 노즐유닛; 및 상기 노즐유닛을 덮도록 상기 장치몸체 또는 상기 노즐유닛에 결합되고, 상기 토출구를 통과한 용융액적이 통과하는 분사구를 구비하는 캡유닛;을 포함하고, 상기 노즐유닛은, 용융액적의 토출방향으로 상기 캡유닛에 선행되게 배치되어 용융액적을 상기 토출구의 외주 방향으로 퍼트리게 제공될 수 있다.
또한, 상기 노즐유닛은, 상기 장치몸체에 결합되는 노즐몸체; 및 용융액적이 토출되는 방향으로 상기 노즐몸체를 관통하는 구멍으로 제공되는 상기 토출구;를 포함하고, 상기 토출구는, 상기 노즐몸체의 직경방향으로 일정 너비를 가지도록 상기 노즐몸체를 관통하는 구멍인 제1 슬롯구멍; 및 상기 노즐몸체의 직경방향으로 일정 너비를 가지도록 상기 노즐몸체를 관통하는 구멍인 제2 슬롯구멍;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 슬롯구멍 및 상기 제2 슬롯구멍은, 상호 크로스되게 배치되고, 각각의 중심이 상호 일치하도록 상기 노즐몸체에 구비될 수 있다.
또한, 상기 노즐몸체, 상기 제1 슬롯구멍 및 상기 제2 슬롯구멍은, 각각의 중심의 적어도 일부가 용융액적의 토출방향으로 동일 선상에 존재할 수 있다.
또한, 상기 캡유닛은, 상기 노즐몸체에 결합되는 캡몸체;와, 용융액적이 토출되는 방향으로 상기 캡몸체를 관통하는 구멍으로 제공되는 상기 분사구;를 포함하고, 상기 분사구는, 내경이 상기 토출구의 외주에 접하는 외접원일 수 있다.
또한, 상기 캡유닛은, 상기 노즐몸체에 결합되는 캡몸체;와, 용융액적이 토출되는 방향으로 상기 캡몸체를 관통하는 구멍으로 제공되는 상기 분사구;를 포함하고, 상기 제1 슬롯구멍, 상기 제2 슬롯구멍 및 상기 분사구는, 각각의 중심의 적어도 일부가 용융액적의 토출방향으로 동일 선상에 존재할 수 있다.
또한, 상기 제1 슬롯구멍 및 상기 제2 슬롯구멍의 외주는 상기 분사구의 외주 내측에 존재할 수 있다.
또한, 상기 장치몸체, 상기 노즐유닛 및 상기 캡유닛 중 적어도 어느 하나에 결합되고, 상기 캡유닛의 적어도 일부를 감싸는 너트유닛;을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 모재의 표면에 코팅층의 두께를 균일하게 형성할 수 있고, 코팅 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 한 번의 코팅작업으로도 대면적 모재 표면에 균일한 두께의 코팅층을 형성할 수 있으며, 대면적 모재 코팅작업의 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 통상의 용사 코팅 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 용사 코팅 장치의 장치몸체 및 홀더유닛을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 용사 코팅 장치의 장치몸체, 홀더유닛 및 노즐유닛을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 용사 코팅 장치의 장치몸체, 홀더유닛, 노즐유닛 및 캡유닛을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 용사 코팅 장치의 노즐유닛과 캡유닛을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 용사 코팅 장치의 장치몸체, 홀더유닛, 노즐유닛, 캡유닛 및 너트유닛을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 용사 코팅 장치의 분해사시도이다.
본 발명의 실시 예에 관한 설명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 동일한 부호로 기재된 요소는 동일한 요소이고, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
또한, 본 발명의 요지를 명확히 하기 위하여 종래의 기술에 의해 익히 알려진 요소와 기술에 대한 설명은 생략하며, 이하에서는, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하도록 한다.
다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하고, 당업자에 의해 특정 구성요소가 추가, 변경, 삭제된 다른 형태로도 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명과 동일한 사상의 범위 내에 포함됨을 밝혀 둔다.
이하 첨부된 도면에 도시된 x축은 장치몸체의 폭 방향, z축은 장치몸체의 길이 방향, y축은 장치몸체의 두께방향이자 용융액적의 토출 방향이다.
용사 코팅 장치(Thermal Spraying Apparatus)는 선재 및 분말재 형상의 코팅 소재를 용융 또는 용융에 가까운 상태로 가열하여 피코팅체 표면에 분사하여 코팅하는 장치이다.
이러한 용사 코팅 장치를 이용하면 모재에 최대 수십 mm의 두께의 코팅층 형성이 가능한 장점이 있고, 코팅 면적이 넓거나 복잡한 경우에도 피코팅체를 용이하게 형성할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 이러한 용사 코팅은 현장 시공이 가능하므로 해양 구조물, 조선기자재, 발전소, 보일러 설비, 송전탑, 교량 등 다양한 구조물의 코팅에 적용될 수 있다는 장점이 있다.
이중, 아크를 이용한 아크 용사 코팅(Electric Arc Spraying) 기술은 금속 선재를 코팅 소재로 사용하는데, 이러한 아크 용사 코팅 장치는 양극과 음극으로 대전된 두 가닥의 금속 소재를 접촉시켜 아크를 발생시킴에 따라 금속 가스를 발생시킨다.
그리고 상기 금속 가스가 모재의 표면에 분사됨에 따라 모재의 표면에 코팅층이 형성되게 된다.
그런데 이러한 용사 코팅 장치는 도 1에서 보이듯, 모재(1)의 표면에 코팅재(13)를 적층하는 과정에 있어서 코팅재(13)를 모재(1)의 전 방향으로 고르게 퍼지게 하기 어렵고, 이에 따라 모재(1)의 전 방향으로 균일한 코팅층을 형성하기 어렵다는 문제가 있었다.
이에, 본 발명은 아래와 같은 용사 코팅 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 용사 코팅 장치는 도 2에서 보이듯, 장치몸체(110), 상기 장치몸체에 구비되고, 용사재료(미도시)를 지지하는 홀더유닛(120)을 포함할 수 있다.
장치몸체(110)에는 용사 코팅을 위한 가스공급유닛(미도시), 용사재료가 되는 금속 와이어(미도시)를 양극과 음극으로 대전되게 하는 전극유닛(미도시) 등이 연결될 수 있다.
장치몸체(110)는 코팅의 대상이 되는 모재(미도시)의 상부에 위치할 수 있고, 장치몸체(110)가 상기 모재와 대면하는 면에는 용사재료(미도시)가 되는 금속 와이어를 고정하고 지지하는 홀더유닛(120) 및 후술되는 노즐유닛(미도시)과의 결합을 위한 결합부(111)가 마련될 수 있다.
먼저, 홀더유닛(120)은 금속 와이어(미도시)를 고정하고 지지하는 제1 와이어홀더(121) 및 또 다른 금속 와이어(미도시)를 고정하고 지지하는 제2 와이어홀더(122)를 포함할 수 있다.
상기 제1 와이어홀더(121) 및 상기 제2 와이어홀더(122)의 내부에는 한 쌍의 금속 와이어(미도시)가 각각 삽입될 수 있고, 상기 금속 와이어(미도시)는 각각 양극 및 음극으로 대전될 수 있다.
도 3에서 보이듯, 장치몸체(110)에는 상기 홀더유닛(120)을 덮도록 노즐유닛(130)이 체결될 수 있다.
노즐유닛(130)은 장치몸체(110)의 결합부(도 2의 111)에 적정 방법으로 체결될 수 있고, 이들의 결합 방법은 반드시 본 발명에 의해 한정되는 것은 아니며 당업자에 의해 적절히 선택되어 적용될 수 있는 사항이다.
상기 노즐유닛(130)은 용융액적을 토출하는 토출구(131)를 구비한다. 상기 토출구(131)에는 상기 홀더유닛(120)이 존재하며, 상기 토출구(131)를 통해 상기 홀더유닛(120)에 각각 고정되는 금속 와이어(미도시)들에 의해 발생한 용융액적이 토출될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 상기 노즐유닛(130)은 상기 장치몸체(110)에 결합되는 노즐몸체(132) 및 용융액적이 토출되는 방향으로 상기 노즐몸체(132)를 관통하여 형성된 구멍인 상기 토출구(131)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 토출구(131)는 상기 노즐몸체(132)의 직경방향으로 일정 너비를 가지도록 상기 노즐몸체(132)를 관통하여 형성된 구멍인 제1 슬롯구멍(133) 및 상기 노즐몸체(132)의 직경방향으로 일정 너비를 가지도록 상기 노즐몸체(132)를 관통하는 구멍인 제2 슬롯구멍(134)을 포함할 수 있다.
제1 슬롯구멍(133) 및 제2 슬롯구멍(134)은 '+'모양이 되도록 상호 크로스되게 배치되고, 각각의 중심이 일치하도록 상기 노즐몸체(132)에 형성될 수 있다.
그리고 상기 홀더유닛(120)은 상기 제1 슬롯구멍(133) 및 상기 제2 슬롯구멍(134)의 외부로 드러날 수 있으며, 일 실시 예에서는 상기 제2 슬롯구멍(134) 방향으로 나란히 배치될 수 있다.
상기 제1 슬롯구멍(133) 및 상기 제2 슬롯구멍(134)의 형상은 슬롯 형상으로서 이들의 이러한 형상은 원형의 구멍 대비 용융액적을 집중시켜 외부로 토출시키는 효과를 창출할 수 있다.
이때, 상기 노즐몸체(132), 상기 제1 슬롯구멍(133) 및 상기 제2 슬롯구멍(134)은, 각각의 중심의 적어도 일부가 용융액적의 토출방향으로 동일 선상에 존재하여 용융액적을 일직선 상으로 고르게 토출시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 슬롯구멍(133) 및 상기 제2 슬롯구멍(134)의 너비 방향으로 용융액적을 고르게 토출시키므로 모재(미도시)의 폭 방향으로 용융액적이 고르게 토출되어 모재(미도시)의 폭 방향으로 고르게 적층되는 것에 기여할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 상기 노즐몸체(132)는 원주 방향으로 형성된 복수개의 결합홈(135)을 포함할 수 있다. 상기 결합홈(135)은 후술되는 캡유닛(도 4의 140)의 체결을 용이하게 한다.
도 4에서 보이듯, 상기 노즐유닛(도 3의 130)을 덮도록 상기 노즐몸체(132)의 결합홈(도 3의 135)에는 캡유닛(140)이 체결될 수 있다.
상기 캡유닛(140)은 상기 노즐몸체(132)에 결합되는 캡몸체(141) 및 용융액적이 토출되는 방향으로 상기 캡몸체(141)를 관통하는 구멍으로 제공되는 분사구(142)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 노즐몸체(132), 상기 제1 슬롯구멍(도 3의 133) 및 상기 제2 슬롯구멍(도 3의 134) 및 분사구(142)는 각각의 중심의 적어도 일부가 용융액적의 토출방향으로 동일 선상에 존재함으로써, 용융액적이 직경 방향으로 용이하게 퍼질 수 있게 하며, 용융액적의 원활한 배출이 가능하게 할 수 있다.
또한, 상기 분사구(142)의 내경은 상기 제1 슬롯구멍(도 3의 133) 및 상기 제2 슬롯구멍(도 3의 134)의 내경보다 클 수 있고, 상기 제1 슬롯구멍(도 3의 133) 및 상기 제2 슬롯구멍(도 3의 134)의 외주는 상기 분사구(142)의 외주 내측에 존재할 수 있다.
이에 의해 상기 제1 슬롯구멍(도 3의 133) 및 상기 제2 슬롯구멍(도 3의 134)의 너비만큼 퍼트려진 용융액적이 캡몸체(141)에 간섭되지 않으면서 용이하게 배출되게 할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에서는 도 5에서 보이듯, 상기 분사구(142)는 내경이 상기 토출구(131) 즉, 제1 슬롯구멍(133) 및 제2 슬롯구멍(134)의 외주에 접하는 외접원일 수 있고, 이에 따라서도 상기 제1 슬롯구멍(도 3의 133) 및 상기 제2 슬롯구멍(도 3의 134)의 너비만큼 퍼트려진 용융액적이 캡몸체(141)에 간섭되지 않으면서 용이하게 배출되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 용사 코팅 장치는 도 6에서 보이듯, 너트유닛(150)을 더 포함할 수 있다.
너트유닛(150)은 상기 장치몸체(110), 상기 노즐몸체(132) 및 상기 캡몸체(141) 중 적어도 어느 하나에 결합되고, 상기 캡몸체(141)의 적어도 일부를 감싸는 너트부재(151)를 포함할 수 있다.
그리고 상기 너트부재(151)의 외주는 Y축 방향으로 경사지게 구비되며 경사면(152)으로 구비할 수 있다. 상기 너트부재(151)는 그 직경이 Y축이 감소하는 방향 즉, 용융액적이 토출되는 방향으로 선형적으로 증가하게 구비될 수 있다.
이에 다르면 용융액적이 토출을 가이드 하며, 용융액적이 모재(미도시)의 외부로 불필요하게 튀는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 7에서 보이듯, 캡몸체(141)를 노즐몸체(132)에 용이하게 결합하게 하기 위해 상기 캡몸체(141)의 뒷면에는 상기 노즐몸체(132)의 결합홈(도 3의 135)에 삽입되는 결합돌기(143)가 복수 개 형성될 수 있다.
상기 결합홈(도 3의 135) 및 상기 결합돌기(143)는 끼워맞춤 공차에 의해 결합되도록 구비될 수 있고, 이에 따라 별도의 부품 없이도 노즐몸체(132)와 캡몸체(141)를 용이하고 신속하게 결합할 수 있다.
또한, 상기 결합홈(도 3의 135) 및 상기 결합돌기(143)는 노즐몸체(132)에 캡몸체(141)를 끼워 결합했을 때, 토출구(131)와 분사구(142)의 중심이 일치할 수 있는 위치에 마련되면 신속한 작업이 수행되는 것에 기여할 수 있다.
위와 같은 본 발명에 따르면 용융액적이 분사구(142)로 토출되기 이전에 모재(미도시)의 너비 방향으로 균일하게 퍼트리는 역할을 하고, 모재 특히, 대면적을 가지는 모재(미도시)에도 상기 모재의 폭 방향으로 코팅층을 균일한 두께로 형성할 수 있으며, 모재(미도시)의 중심부에만 코팅층이 두껍게 적층되는 현상을 억제할 수 있어 코팅 품질을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 사항은 본 발명의 일 실시 예에 관하여 설명한 것이며, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다
110 : 장치몸체 120 : 홀더유닛
121 : 제1 와이어홀더 122 : 제2 와이어홀더
130 : 노즐유닛 131 : 토출구
132 : 노즐몸체 133 : 제1 슬롯구멍
134 : 제2 슬롯구멍 135 : 결합홈
140 : 캡유닛 141 : 캡몸체
142 : 분사구 143 : 결합돌기
150 : 너트유닛 151 : 너트부재
152 : 경사면

Claims (8)

  1. 장치몸체;
    상기 장치몸체에 구비되고, 용사재료를 지지하는 홀더유닛;
    상기 홀더유닛을 덮도록 상기 장치몸체에 결합되고, 용융액적을 토출하는 토출구를 구비하는 노즐유닛; 및
    상기 노즐유닛을 덮도록 상기 장치몸체 또는 상기 노즐유닛에 결합되고, 상기 토출구를 통과한 용융액적이 통과하는 분사구를 구비하는 캡유닛;을 포함하고,
    상기 노즐유닛은,
    용융액적의 토출방향으로 상기 캡유닛에 선행되게 배치되어 용융액적을 상기 토출구의 외주 방향으로 퍼트리게 제공되는 용사 코팅 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노즐유닛은,
    상기 장치몸체에 결합되는 노즐몸체; 및
    용융액적이 토출되는 방향으로 상기 노즐몸체를 관통하는 구멍으로 제공되는 상기 토출구;를 포함하고,
    상기 토출구는,
    상기 노즐몸체의 직경방향으로 일정 너비를 가지도록 상기 노즐몸체를 관통하는 구멍인 제1 슬롯구멍; 및
    상기 노즐몸체의 직경방향으로 일정 너비를 가지도록 상기 노즐몸체를 관통하는 구멍인 제2 슬롯구멍;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 용사 코팅 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 슬롯구멍 및 상기 제2 슬롯구멍은,
    상호 크로스되게 배치되고, 각각의 중심이 상호 일치하도록 상기 노즐몸체에 구비되는 것을 특징으로 하는 용사 코팅 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 노즐몸체, 상기 제1 슬롯구멍 및 상기 제2 슬롯구멍은,
    각각의 중심의 적어도 일부가 용융액적의 토출방향으로 동일 선상에 존재하는 것을 특징으로 하는 용사 코팅 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캡유닛은,
    상기 노즐몸체에 결합되는 캡몸체;
    용융액적이 토출되는 방향으로 상기 캡몸체를 관통하는 구멍으로 제공되는 상기 분사구;를 포함하고,
    상기 분사구는,
    내경이 상기 토출구의 외주에 접하는 외접원인 것을 특징으로 하는 용사 코팅 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 캡유닛은,
    상기 노즐몸체에 결합되는 캡몸체;
    용융액적이 토출되는 방향으로 상기 캡몸체를 관통하는 구멍으로 제공되는 상기 분사구;를 포함하고,
    상기 제1 슬롯구멍, 상기 제2 슬롯구멍 및 상기 분사구는,
    각각의 중심의 적어도 일부가 용융액적의 토출방향으로 동일 선상에 존재하는 것을 특징으로 하는 용사 코팅 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 슬롯구멍 및 상기 제2 슬롯구멍의 외주는 상기 분사구의 외주 내측에 존재하는 것을 특징으로 하는 용사 코팅 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치몸체, 상기 노즐유닛 및 상기 캡유닛 중 적어도 어느 하나에 결합되고, 상기 캡유닛의 적어도 일부를 감싸는 너트유닛;
    을 더 포함하는 용사 코팅 장치.
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JP2007107082A (ja) * 2005-10-17 2007-04-26 Kurimoto Ltd アーク溶射装置
KR20160020337A (ko) * 2014-08-12 2016-02-23 한양대학교 에리카산학협력단 아크 용사 시스템, 및 이를 이용한 아크 용사 방법

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