KR101316770B1 - 인조 다이아몬드 성형 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이아몬드 성형을 위한 주재료인 흑연 재료를 포함하고 있는 가공소재를 성형금형에 투입하여 고온에서 고압으로 압축할 때 진공 분위기 하에서 압축함으로써 제조된 인조 다이아몬드 속에 혼입되는 기포 발생을 줄여 고품질의 인조 다이아몬드를 제조할 수 있으며, 또 가공소재를 성형금형에 순차적으로 자동으로 공급할 수 있으며, 고온 압축에 의해 성형 완료된 인조 다이아몬드를 성형금형으로부터 탈리하여 다음 공정으로 배출시킬 수 있는 인조 다이아몬드 성형 장치를 제공하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 본 발명에 따른 인조 다이아몬드 성형 장치는 챔버 내부의 상하에 유압프레스가 각각 구비되고, 상기 상하 유압프레스 사이로 가공소재가 끼워져 장착되는 관통구가 형성된 성형몰드 베이스가 수평으로 고정 설치되며, 상기 각 유압프레스의 상,하부 피스톤 첨단에 가압부재인 상,하부 몰드가 고정 돌출되게 형성되고, 상기 상,하부 몰드 사이에는 고전압이 인가되어 상기 가공소재를 경유하여 상,하부 몰드 사이에 전기가 통하도록 함으로써 상기 가공소재를 고온으로 가열할 수 있게 구성되며, 상기 챔버의 내부를 진공화할 수 있는 진공펌프가 구비된 것을 특징으로 한다.

Description

인조 다이아몬드 성형 장치{Synthetic diamond-forming device}

본 발명은 인조 다이아몬드 성형 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄소와 석고로 이루어진 흑연을 포함하는 가공소재를 성형금형에 자동으로 공급하여 압축 성형하는 중에 공기 혼입을 방지하여 성형된 인조 다이아몬드 내부에 기포 형성을 방지할 수 있는 장치에 관한 것이다.

다이아몬드는 기계적, 열적, 광학적 성질 등 여러 가지 면에서 특출한 성질이 있어 인체의 장신구인 보석으로서 뿐만 아니라 산업적으로도 활용가치가 큰 물질이나 그 매장량이 매우 적어 고가의 희소성을 가지고 있다.

이 같은 다이아몬드는 큰 밴드 갭(band gap), 작은 유전 상수, 큰 홀 이동도(hole mobility) 및 높은 열전도도의 특성뿐만 아니라 내열성이 있어서, 전자소자로서의 응용도 기대되고 있다.

한편, 인조 다이아몬드는 천연 다이아몬드의 희소성 때문에 고가인 천연 다이아몬드를 대체하기 위하여 1950년대에 발명된 것으로서, 지구상에 존재하는 물질 중 가장 경도가 높은 물질로 알려져 있는 다이아몬드의 특성에 의하여 비교적 값싸게 얻을 수 있고 산업적으로 대량 생산이 가능한 인조 다이아몬드의 출현으로 인해 절삭, 연삭 공구 등에 많이 사용하게 되었다.

특히, 화강암, 대리석 등의 석재를 절삭, 연삭하는 석재가공분야 및 콘크리트 구조물을 절삭, 연삭하는 건설업분야에서 인조 다이아몬드를 사용한 공구가 널리 이용되게 되었다.

이러한 인조 다이아몬드는 탄소(흑연)에 열과 압력 즉, 약 1,500℃ 정도의 고온과 1㎠당 65,000㎏의 고압이 가해져서 제조된다.

상기 인조 다이아몬드 제조에 사용되는 고온고압 처리장치로는 벨트 장치나 사면체·육면체·다면체 등의 앤빌(anvil)이 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 인조 다이아몬드를 제조하기 위한 고온고압 처리장치는 서로 대향하는 돌출된 단부를 가진 앤빌(1)과, 상기 앤빌(1)의 사이에 위치하며 탄소 결정으로 이루어진 흑연 재료를 그 내부에 구비한 실린더형의 셀 조립체(4)와, 상기 셀 조립체(4)를 감싸는 절연충진제(3) 및 상기 절연충진제(3)를 감싸는 다이(또는 벨트(2))로 구성되어 있다.

상기 앤빌(1)을 가압하면 셀 조립체(4)는 수평방향으로 팽창변형되며, 이때 다이(2)가 셀 조립체(4)를 수평방향에서 지지하게 되고, 상기 절연충진제(3)는 앤빌(1)과 다이(2) 사이로 밀려나오게 되며, 초고온고압축에 의해 체적이 크게 감소하도록 압축되면 흑연의 결정이 변하면서 다이아몬드 결정체가 되는 것이다.

그런데 상기 종래 장치는 흑연 재료를 고온 고압으로 압축 처리할 때 프레스 장치가 설치된 챔버 내부 및 재료 내에 존재하는 공기 중의 일부가 미세 기포 형태로 다이아몬드 결정 속에 남게 되어 인조 다이아몬드의 품질을 저하시키는 문제가 있었다. 또 다른 문제로는 고온고압 처리장치에 흑연 재료를 수동으로 하나씩 공급하므로 재료를 공급하기가 불편하였으며, 성형이 완료된 인조 다이아몬드를 탈리하여 다음 공정으로 보내기 위하여서는 한 사람의 작업자가 배치되어 인조 다이아몬드를 집어내는 작업을 수행하여야 하기 때문에 인력의 소요로 인한 인조 다이아몬드 제조 비용의 상승을 가져오고 생산성이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 다이아몬드 성형을 위한 주재료인 흑연 재료를 포함하고 있는 가공소재를 성형금형에 투입하여 고온에서 고압으로 압축할 때 진공 분위기 하에서 압축함으로써 제조된 인조 다이아몬드 속에 혼입되는 기포 발생을 줄여 고품질의 인조 다이아몬드를 제조할 수 있는 인조 다이아몬드 성형 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 하나의 목적은 다이아몬드 성형을 위한 주재료인 흑연 재료를 포함하고 있는 가공소재를 성형금형에 순차적으로 자동으로 공급할 수 있으며, 고온 압축에 의해 성형 완료된 인조 다이아몬드를 성형금형으로부터 탈리하여 다음 공정으로 배출시킬 수 있는 인조 다이아몬드 성형 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인조 다이아몬드 성형 장치는 챔버 내부의 상하에 유압프레스가 각각 구비되고, 상기 상하 유압프레스 사이로 가공소재가 끼워져 장착되는 관통구가 형성된 성형몰드 베이스가 수평으로 고정 설치되며, 상기 각 유압프레스의 상,하부 피스톤 첨단에 가압부재인 상,하부 몰드가 고정 돌출되게 형성되고, 상기 상,하부 몰드 사이에는 고전압이 인가되어 상기 가공소재를 경유하여 상,하부 몰드 사이에 전기가 통하도록 함으로써 상기 가공소재를 고온으로 가열할 수 있게 구성되며, 상기 챔버의 내부를 진공화할 수 있는 진공펌프가 구비된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 상기 가공소재는 흑연펠릿을 내부에 수용하는 단열재 원통을 구비하고 있으며, 상기 단열재 원통의 내벽면에는 상기 흑연 펠릿이 압축될 때 공기를 외부로 배출하는 공기 인출홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 성형몰드 베이스의 상부에는 복수개의 가공소재를 하나씩 순차로 상기 관통구에 공급하는 재료 공급부가 마련되며, 상기 성형몰드 베이스의 하부에는 상기 가공소재를 고온 분위기하에서 고압으로 가압하여 얻은 인조 다이아몬드를 하부 몰드에서 탈리시켜 배출하는 인조 다이아몬드 탈리부가 장착되는 것을 특징으로 한다.

그리고 구체적 실시예에 있어서, 상기 재료 공급부는 상기 성형몰드 베이스의 상부에 표면으로부터 이격되게 설치되고, 바깥 측은 막히고 중심측을 향해 개방된 형상의 반원형의 공급구가 구비되어 있는 고정림과; 상기 고정림의 상부에 회전할 수 있도록 위치되고, 외주면에는 기어가 형성되며, 상기 가공소재가 저장 대기하는 대기홀을 원주상으로 다수개 형성하되, 상기 공급구와 어느 하나의 대기홀이 일치하는 경우에 그 일치된 대기홀에 위치된 가공소재가 자중에 의해 낙하하여 상기 반원형의 공급구 내에 위치하도록 한 스텝씩 회전 작동하는 회전림과; 상기 성형몰드 베이스의 일측 상부에 설치되는 제1모터와; 상기 제1모터의 모터축에 장착되어 상기 회전림의 외주면에 형성한 기어와 치합됨으로써 상기 회전림을 회전 구동하는 제1기어와; 상기 성형몰드 베이스의 타측 상부에 회전할 수 있도록 수직으로 입설되는 제1회전축과; 상기 제1회전축에 일단이 고정되어 성형몰드 베이스와 고정림 사이의 이격된 공간을 통해 상기 고정림의 바깥 측에서 중심 쪽으로 회동하여 상기 공급구에 위치한 가공소재를 이송시켜 상기 관통구에 공급하는 공급바와; 상기 제1회전축에 장착되는 제2기어와; 상기 제2기어에 치합되는 제3기어와; 상기 성형몰드 베이스의 상부에 모터축을 통해 상기 제3기어를 정역 회전할 수 있도록 설치되는 제2모터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또 상기 인조 다이아몬드 탈리부는 상기 성형몰드 베이스의 일측 하부에 회전할 수 있도록 수직으로 입설되는 제2회전축과; 상기 제2회전축에 일측이 장착되어 회동에 의해 상기 하부 몰드에 올려진 인조 다이아몬드를 밀어 탈리시키는 배출바와; 상기 제2회전축에 장착되는 제4기어와; 상기 제4기어에 치합되는 제5기어와; 상기 제5기어를 모터축을 통해 정역 회전할 수 있도록 상기 성형몰드 베이스의 하부에 설치되는 제3모터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같은 본 발명에 의하면, 탄소와 석고가 혼합 성형된 흑연 재료를 성형금형에 자동으로 순차적으로 공급할 수 있고, 성형 완료된 인조 다이아몬드는 성형금형으로부터 탈리하여 다음 공정으로 배출시킬 수 있어, 인조 다이아몬드 제조 비용을 줄일 수 있고 생산성을 크게 향상시킬 수 있으며, 특히 성형 시 챔버 내부를 진공화할 뿐 아니라 가공소재의 외부 형틀에 공기 인출홈이 형성되어 있어 압축 시 흑연펠릿 등의 내부에 잔류하는 공기를 외부로 배출시켜 주므로 제조되는 인조 다이아몬드 결정체 내부에 잔류하게 되는 기포 발생이 최소화되어 고품질의 인조 다이아몬드를 얻을 수 있다.

도 1은 종래 인조 다이아몬드 고온고압 처리장치의 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 인조 다이아몬드 성형 장치의 정면 형상의 요부를 나타낸 도면,
도3은 본 발명에 의한 진공 펌프를 구비한 챔버의 평면 형상을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 인조 다이아몬드 성형 장치의 재료 공급부의 사시도,
도 5는 본 발명의 고정림을 나타낸 평면도,
도 6은 본 발명에 따른 인조 다이아몬드 성형 장치에 있어 성형 작업이 끝난 인조 다이아몬드를 하부몰드로부터 탈리시켜 배출하는 탈리부의 저면 사시도,
도 7은 본 발명에 있어 인조 다이아몬드를 성형하기 위해 투입되는 가공소재를 나타내는 정단면도,
도 8은 본 발명의 가공소재의 틀을 구성하는 단열재 원통을 나타낸 사시도.

이하에 본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 종래 기술에서 설명한 것과 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시하고 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 2는 본 발명에 따른 인조 다이아몬드 성형장치의 개략도이다.

도시된 바와 같이, 성형장치(100)는 금속부재로 형성된 챔버(110) 내부의 상부와 하부에 유압프레스(120,130)가 각각 구비되며, 상기 상하 유압프레스(120,130) 사이에 상하로 관통구(144)가 형성된 성형몰드 베이스(140)가 수평으로 고정 설치되어 이루어진다.

상기 성형 장치(100)의 챔버(110)는 도3에 도시한 평면도에서 확인되는 것과 같이 일측의 경첩(111)을 통해 회동 개폐가 허용되는 개폐문(112)을 구비하고 있으며, 패킹(113)이 구비되어 있어 개폐문(112)을 닫고 잠금기구(114)로 잠금하면 챔버(110) 내의 공간이 외부에 대해 밀폐되도록 구성되어 있다.

그리고 상기 챔버(110)에는 배관(115)을 통해 진공펌프(116)가 접속되어 있어 개폐문을 닫고 진공펌프(116)를 가동하면 상기 챔버(110) 내부 공간의 공기가 외부로 배출되어 진공 상태가 되도록 구성되어 있다.

상기 각 유압프레스(120,130)의 실린더(121,131)에는 유압에 의해 승강되는 피스톤(122,132)이 출몰되도록 구비되고 각 피스톤(122,132)의 첨단에는 텅스텐,니켈,크롬 등의 성분들을 선택적으로 함유하는 내열성 초경합금으로서 가압부재인 상부 및 하부 몰드(123,133)가 고정 돌출되어 있으며, 피스톤(122,132)의 상하 작동 시 상기 몰드(123,133)는 상기 관통구 내로 진입하게 구성되어 있으며, 따라서 피스톤(122,132)과 몰드(123,133) 및 관통구(144)는 동일한 중심축선을 가지고 있다.

상기 상부 및 하부 몰드(123,133)에는 챔버(110)의 외부로부터 도시하지 아니한 전원 공급케이블을 통해 각기 +와 -전기가 공급되며, 상하의 몰드(123,133)가 관통구(144) 내에 진입하여 관통구(144)에 공급된 흑연 펠릿(pellet)을 매개로 상하에서 접촉되면 상하의 몰드(123,133) 사이에 전원이 도통이 되어 고온을 발생한다.

본 발명의 상기한 성형장치(100)에는 동전 형태의 흑연 펠릿(170)과 니켈 동전(171)을 비전도체로서 열의 전도율이 낮은 단열재 원통(172) 내부에 교대로 적층시켜 형성한 가공소재(173)(도7 참조)를 자동으로 그리고 순차적으로 공급하기 위한 공급부(150)와(도4,5 참조), 가공이 끝나 제조 완료된 인조 다이아몬드를 배출하기 위한 탈리부(160)가 더 구비되어 있으며(도6 참조), 상기 가공소재(173)의 단열재 원통(172)의 내벽면(175)에는 도8에 도시한 것처럼 1개 이상의 공기 인출홈(174)이 형성되어 있어, 상기 흑연펠릿(170)을 충전한 후 장치에 공급하여 압축할 때 공기가 그 공기 인출홈(174)의 유도를 따라 외부로 배출되도록 되어 있다.

도 4는 도 2에 나타낸 재료 공급부의 사시도로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 성형몰드 베이스(140)의 상부에 표면으로부터 이격되게 지지되도록 소정의 폭을 갖는 링 형상의 고정림(rim)(151)이 설치되고, 상기 고정림(151)에는 바깥쪽은 막히고 내측이 개방된 형태의 반원형의 공급구(151a)가 1개 형성되는 데, 상기 성형몰드 베이스(140)의 상부표면으로부터 상기 고정림(151)의 상면까지의 높이는 상기 가공소재(173)의 높이와 같거나 또는 바람직하기는 그 가공소재(173)의 높이보다 약간 크게 설정된다.

상기 고정림(151)의 상부에는 회전림(152)이 회전가능하게 설치되고, 상기 회전림(152)의 외주연에는 기어(152a)가 형성되며, 상기 회전림(152)에는 상하로 관통하는 가공소재의 대기홀(152b)이 원주를 따라 일정간격으로 다수 개 형성되어 있어 각각의 대기홀(152b) 마다에는 상기 가공소재(173)가 하나씩 장착되어 회전림(152)이 한 스텝(대기홀 사이의 간격인 한 피치를 의미한다)씩 회전할 때마다 상기 공급구(151a)와 일치하는 대기홀(152b)에 간직되어 이송된 가공소재(173)가 밑으로 자유 낙하하여 상기 공급구(151a)에 위치하도록 구성되어 있다.

상기 회전림(152)의 안전한 회전을 안내하기 위해 회전림(152)의 하부에 원형 단면 형상의 돌기(152c)가 돌출형성되어 있으며, 상기 고정림(151)의 상부에는 링 형상의 가이드홈(151b)이 형성되어, 그 가이드홈(151b)에 상기 돌기(152c)가 끼워짐으로써 회전림(152)이 회전력을 받게 되면 가이드홈(151b)의 안내를 따라 중앙의 가상의 회전중심축을 중심하여 회전림(152)이 회전하게 구성되어 있다(도4,5 참조).

상기 회전림(152)이나 고정림(151) 외측의 성형몰드 베이스(140)에는 상부로 제1모터(153)가 설치되고, 상기 제1모터(153)의 모터축(153a)에는 제1기어(155)가 축삽되어 상기 회전림(152) 외주연의 형성한 기어(152a)와 치합되어 있다.

이에 따라 제1모터(153)가 회전하면 한 쌍의 맞물린 기어(155)(152a)가 회전하게 되는 데, 이때 고정림(151)에 형성된 가이드홈(151b)에 회전림(152)으로부터 하부로 돌출한 돌기(152c)가 계합되어 있어, 회전림(152)은 이 고정림(151)의 상부에서 상기 가이드홈(151b)의 안내를 따라 회전하게 되며, 상기 회전림(152)이 회전하여 상기 대기홀(152b)과 공급구(151a)가 일치된 상태에서 대기홀(152b)에 위치해 있던 흑연 펠릿이 자중에 의해 아래로 떨어져 공급구(151a)에 위치하게 되는 것이다.

여기서 상기 제1모터(153)는 입력되는 펄스 수에 따라 회전량이 결정되는 스텝모터인 것이 바람직하다.

상기 고정림(151)과 회전림(152) 외측으로 성형몰드 베이스(140) 상부에 제1회전축(159)이 회전할 수 있도록 수직으로 입설되어 있으며, 상기 제1회전축(159)에 제2기어(156)가 고정 장착되고, 또 그 제1회전축(159)에 공급바(158)의 일단이 고정되어 있어 상기 제2기어(156)가 회전하면 상기 공급바(158)가 상기 제1회전축(159)을 중심점으로 회동하게 구성되어 있으며, 이를 위해 상기 공급바(158)는 성형몰드 베이스(140)와 고정림(151)의 이격된 사이를 통해 고정림(151)의 외측에서 중심쪽으로 회동하게 되며, 공급바(158)의 타단에는 반원형의 푸시홈(158a)이 형성되고, 이 푸시홈(158a)은 상기 공급구(151a)와 일치하는 위치상에 형성된다.

상기 제2기어(156)는 제3기어(157)와 치합하여 제3기어(157)의 회전에 의해 회전 작동하게 되며, 상기 제3기어(157)는 고정림(151)과 회전림(152) 외측의 성형몰드 베이스(140)의 상부에 정역 회전할 수 있도록 설치된 제2모터(154)의 모터축(154a)에 장착되고, 상기 제2모터(154)는 지지 브라켓(180)에 의해 성형몰드 베이스(140)에 고정 지지된다.

이에 따라 제2모터(154)가 회전하면 공급구(151a)의 바깥 쪽에 위치하고 있던 공급바(158)가 성형몰드 베이스(140)와 고정림(151)의 이격된 사이의 공간을 지나 활처럼 회동하여 고정림(151) 중심쪽으로 회동하게 되는 것이며, 이때 대기홀로부터 고정림(151)의 공급구(151a)에 낙하하여 위치하고 있던 가공소재(173)를 공급바(158)가 그의 푸시홈(158a)에 간직한 상태에서 중심측으로 이송시키게 되며, 중심에 이르러 푸시홈(158a)이 관통구(144)에 도달하면 이송되어 온 가공소재(173)가 관통구(144) 속으로 투입되게 되는 것이며, 투입된 가공소재(173)는 추후 자세하게 설명되겠지만 하부의 몰드(133)에 의해 지지되게 된다.

도 6은 도 2에 나타낸 인조 다이아몬드 탈리부의 저면 사시도로서, 상기 성형몰드 베이스(140)의 하부에 제2회전축(165)이 회전할 수 있도록 수직으로 입설되고, 상기 제2회전축(165)에 배출바(164)의 일단과 제4기어(162)가 제2회전축에 의해 회전하도록 장착되어 있고, 상기 배출바(164)는 성형몰드 베이스(140)의 저면으로부터 소정거리 이격된 하부에서 관통구(144)를 향해 회동하게 구성되어 있으며, 배출바(164)의 타측에는 반원형의 푸시홈(164a)이 형성되어 있어, 가공소재로부터 인조 다이아몬드로 성형 완료되어 하부의 몰드(133) 위에 올려져 그 몰드(133)가 설정 높이 만큼 하강하였을 때 그 위에 지지되는 인조 다이아몬드가 푸시홈(164a) 내에 수용되어 배출바(164)의 회동 작동에 의해 몰드(133)로부터 탈리하도록 되어 있다.

그리고 상기 제4기어(162)와 치합되는 제5기어(163)는 성형몰드 베이스(140)의 하부에 정역 회전할 수 있도록 설치된 제3모터(161)의 모터축(161a)에 장착되며, 제3모터(161)는 지지브라켓(190)에 의해 베이스(140)의 저면에 고정 지지된다.

이에 따라 제3모터(161)가 회전하면 배출바(164)가 관통구(144)를 향해 회동하게 되고, 이 배출바(164)가 하부 몰드(133)에 접근하여 푸시홈(164a)을 통해서 성형이 완료된 후 하강한 상태의 하부 몰드(133)에 올려진 인조 다이아몬드를 일측으로 밀어 챔버(110)의 출구(도시 생략)로 이송시키게 된다.

이하에 상기한 구성에 의한 본 발명의 작용에 대하여 설명한다.

탄소와 석고를 각각 분쇄하고 성형한 상태에서 탄소와 석고를 혼합 성형한 동전 형상의 흑연 펠릿(170)을 역시 같은 동전 형상의 니켈 동전(171)과 교대로 도자로 제조되는 단열재 원통(172) 내에 적층하여 가공소재(173)를 만든 후, 이 이 가공소재(173)를 챔버(110)의 개폐문(112)을 열고 회전림(152)의 대기홀(152b) 마다에 하나씩 끼워 장착시킨다.

상기 고정림(152)의 대기홀(152b)에 모든 가공소재(173)들이 장착되면, 개폐문(112)을 닫고 잠금장치(114)를 채운 후 진공펌프(116)를 가동하여 챔버(110) 내부의 공기를 외부로 배출하여 진공화시키며, 그 후 하부 유압프레스(130)의 하부 피스톤(132)을 상승 작동시켜 하부 몰드(133)이 성형몰드 베이스(140)의 관통구(144) 내에 삽입되어 관통구(144)의 하부를 막게 된다.

그 후 제1모터(153)를 작동시켜 제1모터가 회전하기 시작하면, 모터축(153a), 제1기어(155), 회전림(152) 순으로 동력이 전달되고, 이에 따라 회전림(152)이 회전하여 회전림(152)의 어느 대기홀(152b)(이 대기홀은 상기 공급구(151a)를 기준하여 회전 방향의 가장 가까운 직후방에 위치하고 있는 대기홀을 의미한다)이 고정림(151)의 공급구(151a)와 일치하는 위치에 도달하였을 때 제1모터(153)의 회전이 정지되며(한 스텝을 이동한 후 정지되는 것임), 이때 해당 대기홀(152b)에 있던 가공소재(173)가 자중에 의해 아래로 떨어져 고정림(151)의 공급구(151a)에 위치하게 된다.

이와 같은 상태에서 제2모터(154)를 회전시키게 되며, 제2모터가 회전하기 시작하면, 모터축(154a), 제3기어(157), 제2기어(156), 공급바(158) 순으로 동력이 전달되고, 공급바(158)가 회전축(159)을 중심으로 회동하면서 고정림(151)의 외측에 위치되어 있던 공급바(158)의 자유단측이 고정림(151)의 안쪽, 즉 관통구(144) 측으로 회동하게 된다.

상기 공급바(158)가 안쪽으로 회동하면서 고정림(151)의 공급구(151a)에 위치된 가공소재(173)를 푸시홈(158a)에 위치된 상태로 밀고 가는 형상으로 관통구(144)까지 이송시키게 되며(도4에서 화살표 방향으로 회동하여 관통구에 도달한 점선 도시의 공급바 참조), 가공소재(173)는 관통구(144)에 도달하면 관통구(144) 속으로 자유낙하하여 관통구(144)의 하부에 진입하여 있는 하부 몰드(133)에 의해 지지된다.

이후 제2모터(154)는 반대방향으로 회전하도록 제어되며, 이로써 공급바(158)가 바깥쪽으로 회동하여 공급바(158)의 자유단측이 원래의 위치, 즉 공급구(151a)의 바깥 위치로 복귀하게 된다.

한편, 상기 성형몰드 베이스(140)의 관통구(144)로 공급된 가공소재(173)는 관통구(144)의 하부를 막고 있는 하부 몰드(133)의 상부에 위치되고, 이와 같은 상태에서 상부 피스톤(122)과 하부 피스톤(132)을 각기 하강 및 상승 작동시키면 약 200톤의 고압으로 동시에 하강/상승하여, 가압부재인 상부 몰드(123)와 하부 몰드(133)가 가공소재(173)를 상하에서 강하게 가압하여 압축하게 되며, 압축 시 내부의 공기는 단열재 원통(172) 내벽면에 형성한 복수개의 공기 인출홈(174)을 통해 배출된다.

이때 상부 몰드(123)와 하부 몰드(133)가 압축을 위해 흑연 펠릿과 접촉하게 되면 상부 몰드(123)와 하부 몰드(133)에 각기 +,-의 고전압의 전기를 공급하게 되며, 이로써 +전기와 -전기가 흑연펠릿 등을 매개로 서로 도통되어 고온을 발생하게 된다.

이와 같이 탄소 결정을 갖는 가공소재(173)의 흑연 펠릿에 고온과 고압이 가해져 탄소 원자의 배열을 바꾸어 인조 다이아몬드 결정체가 성형되어지게 되며, 인조 다이아몬드가 성형금형(100)에 의해 성형된 후, 상부 피스톤(122)과 하부 피스톤(132)은 상승/하강하여 원래의 위치로 복귀하게 된다.

이때 하부 피스톤(132)의 하강시 하부 몰드(133)의 상부에 올려진 상태의 인조 다이아몬드도 하강하여 관통구(144)를 벗어나 하측으로 이송되며(만일 인조 다이아몬드가 관통구(144) 내에 견고하게 끼어 하측으로 배출되지 않는 경우에는 상부 피스톤(122)을 하강시켜 강제로 배출한다), 인조 다이아몬드는 여전히 하부 몰드(133)의 상부에 위치하고 있는 상태가 된다.

이와 같은 상태에서 제3모터(161)를 회전시키게 되며, 제3모터가 회전하기 시작하면, 모터축(161a), 제5기어(163), 제4기어(162), 배출바(164) 순으로 동력이 전달되어 배출바(164)의 자유단이 회전축(165)을 중심으로 관통구(144) 측을 향해 회동하게 된다.

상기 배출바(164)의 자유단이 회동하면서 하부 몰드(133)에 도달하면 하부 몰드(133)의 상부에 올려진 인조 다이아몬드는 반원형의 푸시홈(164a) 내에 수용되는 형태가 되며, 계속해서 배출바(164)가 관통구(144)를 지나친 위치까지 회동하면 푸시홈(164a)에 의해 밀리게 되는 인조 다이아몬드가 하부 몰드(133)로부터 탈리되어 낙하되는 것이다.

이후 제3모터(161)는 반대방향으로 회전하도록 구동이 제어되며, 이에 따라 배출바(164)는 반대방향으로 회동하여 원래의 위치로 복귀하게 된다.

1개의 인조 다이아몬드가 완성되어 배출되면, 다시 앞선 과정을 반복하게 되는 데, 이때 하부 몰드(133)를 관통구(144)의 하부에 진입하도록 작동시킨 후 회전림(152)이 한 스텝, 즉 한 피치(대기홀 사이의 간격) 만큼 이송된 후 정지되도록 제어하며, 이에 따라 옆의 대기홀로부터 한 스텝 이송된 가공소재(173)가 하부의 빈 공간을 형성하고 있는 공급구(151a)에 낙하되어 공급 대기 상태가 되며, 그후 회동 작동하는 공급바(158)에 의해 중앙부에 위치한 관통구(144)에 가공소재(173)를 투입하여 고온 분위기 하에서 초고압을 가해 물성을 변화시켜 다이아몬드로 성형한 배출하는 동작을 반복하며, 이 같이 하여 회전림(152)의 대기홀(152b)들에 장착시킨 모든 가공소재(173)들을 공급하여 인조 다이아몬드로 성형 완료하면 챔버(100)를 열고 인조 다이아몬드들을 꺼내어(현 상태에서 이 인조 다이아몬드는 도자기 성분과 금속성분 등의 불순물을 포함하고 있는 상태임) 분쇄, 불순물(sludge) 분류, 세척 공정을 거쳐 최종적으로 완성된 인조 다이아몬드를 얻게 되는 것이다.

다음에는 챔버(100)를 열고 회전림(152)의 각 대기홀(152b)들에 가공소재(173)를 끼워 장착하고 챔버를 닫고 진공화시킨 후 앞선 작동 과정을 반복하게 되는 것이다.

이상에서 설명된 본 발명의 인조 다이아몬드 제조장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

100: 성형금형 110: 챔버
112: 개폐문 113: 패킹
115: 배관 116: 진공펌프
120,130: 유압 프레스 122,132: 피스톤
123,133: 몰드 140: 성형몰드 베이스
144: 관통구 150: 공급부
151: 고정림 152: 회전림
153,154: 모터 155,156,157: 기어
158: 공급바 160: 탈리부
161: 모터 162,163: 기어
164: 배출바 170: 흑연 팰릿
171: 니켈 동전 172: 단열재 원통
173: 가공소재 174: 공기 인출홈

Claims (5)

1. 챔버 내부의 상하에 유압프레스가 각각 구비되고, 상기 상하 유압프레스 사이로 가공소재가 끼워져 장착되는 관통구가 형성된 성형몰드 베이스가 수평으로 고정 설치되며, 상기 각 유압프레스의 상,하부 피스톤 첨단에 가압부재인 상,하부 몰드가 고정 돌출되게 형성되고, 상기 상,하부 몰드 사이에는 고전압이 인가되어 상기 가공소재를 경유하여 상,하부 몰드 사이에 전기가 통하도록 함으로써 상기 가공소재를 고온으로 가열할 수 있게 구성되며, 상기 챔버의 내부를 진공화할 수 있는 진공펌프를 구비하되, 상기 가공소재는 흑연펠릿을 내부에 수용하는 단열재 원통을 구비하고 있으며, 상기 단열재 원통의 내벽면에는 상기 흑연 펠릿이 압축될 때 공기를 외부로 배출하는 공기 인출홈이 형성되어 있으며, 상기 성형몰드 베이스의 상부에는 복수개의 가공소재를 하나씩 순차로 상기 관통구에 공급하는 재료 공급부가 마련되며, 상기 성형몰드 베이스의 하부에는 상기 가공소재를 고온 분위기하에서 고압으로 가압하여 얻은 인조 다이아몬드를 하부 몰드에서 탈리시켜 배출하는 인조 다이아몬드 탈리부가 장착되는 것을 특징으로 하는 인조 다이아몬드 성형장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 재료 공급부는 상기 성형몰드 베이스의 상부에 표면으로부터 이격되게 설치되고, 바깥 측은 막히고 중심측을 향해 개방된 형상의 반원형의 공급구가 구비되어 있는 고정림과; 상기 고정림의 상부에 회전할 수 있도록 위치되고, 외주면에는 기어가 형성되며, 상기 가공소재가 저장 대기하는 대기홀을 원주상으로 다수개 형성하되, 상기 공급구와 어느 하나의 대기홀이 일치하는 경우에 그 일치된 대기홀에 위치된 가공소재가 자중에 의해 낙하하여 상기 반원형의 공급구 내에 위치하도록 한 스텝씩 회전 작동하는 회전림과; 상기 성형몰드 베이스의 일측 상부에 설치되는 제1모터와; 상기 제1모터의 모터축에 장착되어 상기 회전림의 외주면에 형성한 기어와 치합됨으로써 상기 회전림을 회전 구동하는 제1기어와; 상기 성형몰드 베이스의 타측 상부에 회전할 수 있도록 수직으로 입설되는 제1회전축과; 상기 제1회전축에 일단이 고정되어 성형몰드 베이스와 고정림 사이의 이격된 공간을 통해 상기 고정림의 바깥 측에서 중심 쪽으로 회동하여 상기 공급구에 위치한 가공소재를 이송시켜 상기 관통구에 공급하는 공급바와; 상기 제1회전축에 장착되는 제2기어와; 상기 제2기어에 치합되는 제3기어와; 상기 성형몰드 베이스의 상부에 모터축을 통해 상기 제3기어를 정역 회전할 수 있도록 설치되는 제2모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인조 다이아몬드 성형 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 인조 다이아몬드 탈리부는 상기 성형몰드 베이스의 일측 하부에 회전할 수 있도록 수직으로 입설되는 제2회전축과; 상기 제2회전축에 일측이 장착되어 회동에 의해 상기 하부 몰드에 올려진 인조 다이아몬드를 밀어 탈리시키는 배출바와; 상기 제2회전축에 장착되는 제4기어와; 상기 제4기어에 치합되는 제5기어와; 상기 제5기어를 모터축을 통해 정역 회전할 수 있도록 상기 성형몰드 베이스의 하부에 설치되는 제3모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인조 다이아몬드 성형 장치.
   
   

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