KR20200107870A

KR20200107870A - 분말 접촉 부재 및 분말 접촉 부재의 표면 처리 방법

Info

Publication number: KR20200107870A
Application number: KR1020200028658A
Authority: KR
Inventors: 케이지 마세; 쇼죠 이시바시; 유스케 콘도
Original assignee: 가부시끼가이샤 후지세이사쿠쇼
Priority date: 2019-03-06
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2020-09-16
Also published as: US20230150088A1; CN111660207B; US20200282516A1; JP2020142831A; US12017326B2; CN111660207A; JP7303535B2

Abstract

본 발명은 표면과 접촉하는 분말이 단일 입자의 형태일 뿐만 아니라 층의 형태일 때에도 분말의 부착을 방지하고 높은 유동성(high flowability)을 가지는 분말 접촉 부재와, 분말 접촉 부재의 표면 처리 방법을 제공하는 것에 관한 것이다. 본 발명의 분말 접촉 부재는 분말이 접촉하고 표면 처리가 수행되는 표면을 가지며, 표면의 산술 평균 피크 곡률(arithmetic average peak curvature)(Spc)(1/㎜)은 150 내지 400이고, 표면의 피크 밀도(peak density(Spd)(piece/㎟)는 10000 내지 180000이며, 표면의 제곱근 평균 제곱 구배(root mean square gradient)(Sdq)는 0.05 내지 0.30이고, 표면의 산술 평균 높이(arithmetic average height)(Sa)(㎛)는 0.02 내지 3.00이다.

Description

분말 접촉 부재 및 분말 접촉 부재의 표면 처리 방법{POWDER CONTACT MEMBER AND METHOD FOR SURFACE TREATMENT OF POWDER CONTACT MEMBER}

본 발명은, 분말의 공급, 운반 또는 측정시 분말을 취급하는 장치 또는 장비에서 분말이 접촉하는 부분에 사용되고, 표면처리에 의해 분말의 부착이 방지되는 표면을 가지는 분말 접촉 부재(예를 들어, 호퍼 등) 및 분말 접촉 부재의 표면 처리 방법에 관한 것이다.

분말은 일반적으로 분말이 접촉하여 축적되는 부재의 표면에 부착되는 경향이 있으며, 이는 다양한 문제를 일으킨다. 예를 들어, 호퍼에 저장된 일정한 양의 분말이 반복적으로 공급되는 경우, 분말이 호퍼의 표면에 부착되어 축적될 때, 분말의 유동량이 불안정해지고 일정한 양의 분말이 반복적으로 공급될 수 없는 문제가 발생한다.

이를 극복하기 위해, 앞서 설명한 분말의 부착 및 축적에 의해 야기되는 문제를 해결하기 위한 다양한 발명들이 제안되고 있다.

예를 들어, 일본특허 4064438호는 분말이 접촉하는 강철 표면에 일정한 돌출부 및 오목부를 제공함으로써 분말이 강철 표면으로부터 벗겨지거나 미끄러지도록 하는 능력을 강화시켜 분말의 부착을 방지하는 분말 취급 장치용 강철부재에 관한 발명을 개시하고 있다. 구체적으로, 평균 입자 직경(average particle diameter) 또는 평균 외경(average outer diameter)이 20㎛ 이하인 입자(particle) 또는 입자 집합체(particle aggregate)를 포함하는 분말이 접촉하는 표면을 가지는 분말 취급 장치용 강재가 개시되어 있다. 추가로, 분말이 접촉하는 표면에는, 일정한 돌출부 및 오목부가 형성된다. 돌출부 및 오목부의 피치는 분말을 구성하는 입자 또는 입자 집합체의 평균 입자 직경 또는 평균 외경보다 작고, 돌출부 및 오목부의 피치는 1㎛ 이하의 범위에 있으며 돌출부와 오목부의 높이와 피치 사이의 비는 0.0005 이상이어서 입자 또는 입자 집합체가 돌출부와 점접촉(point contact) 한다.

또한, 일본특허공개 2015-189030호는 분말의 입자 직경이 작은 경우에도 분말의 접착을 방지하는 분말의 부착을 방지하는 분말 부착 방지 부재에 관한 발명을 개시하고 있다. 구체적으로, 베이스의 적어도 일면에 미세 돌기 구조를 갖는 분말 부착 방지 부재를 설명하며, 미세 돌기 구조는 수지 조성물을 가지는 경화물로 각각 형성된 복수의 미세 돌기들이 형성된 미세 돌기 그룹을 포함하고, 인접한 미세 돌기들 사이의 거리의 평균이 500㎚ 이하이며, 미세 돌기부가 미세 돌기의 깊이 방향에 직교하는 수평면에 의해 절단된 경우 수평단면에서 미세 돌기를 이루는 부분의 단면적(cross-sectional area occupancy)은 미세 돌기의 상부로부터 가장 깊은 부분에 연속적으로 접근함에 따라 점차적으로 증가하며, 미세 돌기 구조의 측면 상의 표면에서순수한 물의 정적 접촉각(static contact angle)은 반각법(half-angle method)으로 측정하면 60° 이하이다. 또한, 공개공보 2015-189030호는 취급될 분말의 입자직경(particle diameter)과 관련하여, 분말 접착 방지 부재가 0.1 내지 30㎛ 의 입자 직경(particle diameter)을 갖는 분말에 적합하게 사용될 수 있다고 설명한다.

또한, 일본특허공개 2017-119902호는 분말과 접촉하는 표면의 강도를 유지하면서 분말의 부착을 방지할 수 있는 분말 부착 방지 티타늄 부재에 관한 발명을 개시하고 있다. 구체적으로, 질화물, 탄화물 및 탄질화물로 이루어지고 내부 부분보다 경도가 높으며 분말과 접촉하는 요철면(uneven surface)을 가진 표면층 부분을 포함하는 분말 부착 방지 티타늄 부재를 설명한다. 요철면의 산술 평균 거칠기(Ra)는 0.4㎛ 이상 2.0㎛ 이하이며, 표층부(surface layer portion)의 비커스 경도(Vickers hardness)는 400 이상이다. 또한, 공개공보 2017-119902호는 취급될 분말과 관련하여, 중앙 직경(median diameter)이 1.5㎛인 은 입자(silver particle), 중앙 직경이 2.5㎛인 니켈 입자(nickel particle), 중앙 직경이 23㎛인 분말 페인트(powder paint), 그리고 중앙 직경이 8㎛인 알루미나(alumina)를 예로 설명하고 있다.

일본특허공개 2017-128101호는 분말과 접촉하는 표면의 강도를 유지하면서 분말의 부착을 방지할 수 있는 분말 부착 방지 부재에 관한 발명을 개시하고 있다. 구체적으로, 니켈을 주성분으로 하며(인, 보론, 텅스텐, 몰리브덴, 코발트 중 하나 이상을 추가로 함유할 수 있음) 분말과 접촉하는 요철면을 가지는 필름을 포함하는 분말 부착 방지 부재를 설명한다. 요철면의 산술 평균 거칠기(Ra)는 0.2㎛ 이상 1.6㎛ 이하이며, 필름의 비커스 경도(Vickers hardness)는 400 이상이다. 또한, 공개공보 2017-128101호는 필름이 내마모성을 나타내는 무기 미세 입자 또는 윤활성을 나타내는 미세 입자를 함유할 수 있고, 취급될 분말과 관련하여, 중앙 직경(median diameter)이 1.5㎛인 은 입자(silver particle), 중앙 직경이 22.3㎛인 구리 입자(cooper particle), 중앙 직경이 0.3㎛인 PTFE 입자, 그리고 중앙 직경이 8㎛인 알루미나(alumina)를 예로 설명하고 있다.

일본특허 4064438호(2008.01.11.) 일본특허공개 2015-189030호(2015.11.02.) 일본특허공개 2017-119902호(2017.07.06.) 일본특허공개 2017-128101호(2017.07.27.)

그러나, 상술한 관련 기술에서 설명한 발명들은 다음과 같은 문제점이 있다.

우선, 특허 4064438호에 기재된 발명은 20㎛를 초과하는 분말에 적용될 수 없다는 문제가 있다. 예를 들어, 식용 밀가루의 크기는 약 30~40㎛ 이다.

또한, 공개공보 2015-189030호에 기재된 발명은 무기 입자가 취급될 대상 입자가 아니라는 문제가 있다.

또한, 공개공보 2017-119902호에 기재된 발명은 티타늄으로 제조된 부재에 적용될 수 있으나, 본 발명은 분말 취급 장치의 재료로 종종 사용되는 SUS(stainless steel)로 부재에 적용될 수 없다는 문제가 있다.

공개공보 2017-128101호에 기재된 발명은 필름이 박리되어 이물질이 되는 문제가 있다.

또한, 특허 4064438호, 공개공보 2015-189030호, 공개공보 2017-119902호 및 공개공보 2017-128101호에 기재된 각각의 발명에서, 분말과 접촉하는 표면의 형상은 2차원 지수(two-dimensional index)(2차원 거칠기 파라미터, two-dimensional roughness parameter)를 사용하여 결정되며, 2차원 지수는 표면에 직교하는 단면의 요철 상태를 나타낸다.

Kotaro Iida et al. “충격 분리 방법으로 입자와 기판 사이의 부착력 측정. 표면 거칠기와 기판 재료 유형의 영향(Measurement of the Adhesive Force between Particles and a Substrate by Means of the Impact Separation Method. Effect of the Surface Roughness and Type of Material of the Substrate)” (Chem. Pharm. Bull. 41 (9) 1621-1625 (1993) https://www.jstage.jst.go.jp/article/cpb1958/41/9/41_9_1621/_pdf/-char/en)을 예로 들면, 산술 평균 거칠기(Ra)(2차원 거칠기 파라미터)가 증가하면 일정 수준의 거칠기를 가진 평평한 면과 단일 입자 사이의 부착력이 급격히 감소하고, Ra가 특정 수치값으로부터 증가함에 따라부착력은 점차 감소하는 것으로 보고된다.

본 발명에서 역시, 분말과 접촉하는 표면은 일정 레벨 이상의 2차원 거칠기를 필요로 하므로, 앞서 설명된 각각의 기술은 분말이 단일 입자로 간주될 경우 부착을 감소하는 효과를 가진다.

그러나, 발명자들에 의해 수행된 정교한 연구의 결과로써, 분말이 실제로 취급되는 위치에서, 분말이 단일 입자의 형태가 아니라 층(입자층)의 형태로 호퍼 또는 슈트 상에서 유동하는 것으로 밝혀졌으므로, 입자층과 접촉면(평면) 사이에서 면접촉(surface contact)을 고려할 필요가 있으며, 면접촉을 고려할 경우 기존의 이들 및 상기 관련 기술에서 종종 사용되는 선 거칠기 파라미터와 같은 2차원 지수(2차원 거칠기 파라미터)가 적절하지 않다.

앞서 설명한 문제점을 고려하여, 본 발명은 정교한 연구 및 리서치의 결과로써 분말이 접촉하는 표면의 3차원 거칠기 파라미터(three-dimensional roughness parameters)(질감(texture), 다시 말해, 고유한 품질(inherent quality))에 주목함으로써 이루어졌으며, 표면에 접촉하는 분말이 단일 입자의 형태일 뿐만 아니라 층(입자층, particle layer)의 형태인 경우에도 분말의 부착을 방지하고 높은 유동성(high flowability)을 가지는 분말 접촉 부재와, 분말 접촉 부재의 표면 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 분말 접촉 부재는 분말이 접촉하고 표면 처리가 수행되는 표면을 가지며, 상기 표면의 산술 평균 피크 곡률(arithmetic average peak curvature)(Spc)(1/㎜)은 150 내지 400이고, 상기 표면의 피크 밀도(peak density(Spd)(piece/㎟)는 10000 내지 180000이며, 상기 표면의 제곱근 평균 제곱 구배(root mean square gradient)(Sdq)는 0.05 내지 0.30이고, 상기 표면의 산술 평균 높이(arithmetic average height)(Sa)(㎛)는 0.02 내지 3.00이다.

상기 분말 접촉 부재는 강철 재료 또는 세라믹 재료로 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 표면 처리는 블라스팅 공정이나, 수동 연마, 래핑(lapping), 버핑(buffing), CMP), 레이저 가공, 에칭, 절단 중 어느 하나일 수 있다.

분말과 접촉하는 표면을 갖는 분말 접촉 부재의 표면 처리 방법은, 상기 표면의 산술 평균 피크 곡률(arithmetic average peak curvature)(Spc)(1/㎜)은 150 내지 400이고, 상기 표면의 피크 밀도(peak density(Spd)(piece/㎟)는 10000 내지 180000이며, 상기 표면의 제곱근 평균 제곱 구배(root mean square gradient)(Sdq)는 0.05 내지 0.30이고, 상기 표면의 산술 평균 높이(arithmetic average height)(Sa)(㎛)는 0.02 내지 3.00이다.

상기 표면 처리는 블라스팅 공정인 것이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 블라스팅 공정에서 사용되는 연마제는 연마 입자를 탄성 재료에 분산시켜 얻은 탄성 연마제 또는 연마 입자를 탄성 재료로 형성된 코어의 표면에 부착하여 얻은 탄성 연마제이다.

상기 블라스팅 공정에 사용되는 연마제는 금속계 연마제 또는 세라믹계 연마제일 수 있다.

상기 블라스팅 공정에서 사용되는 연마제의 입자 크기는 #30 내지 #20000일 수 있다.

바람직하게는, 상기 블라스팅 공정에 사용된 연마제는 0.01 내지 0.5㎫의 토출 압력 및 50 내지 150 ㎜의 토출 거리로 토출될 수 있다.

상기 블라스팅 공정 이외에, 상기 표면 처리는 수동 연마, 래핑(lapping), 버핑(buffing), CMP), 레이저 가공, 에칭, 절단 중 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 분말 접촉 부재는 일정한 3차원 거칠기 파라미터를 가지는 표면(질감, texture)을 포함함으로써, 분말 접촉 부재는 표면 상의 분말이 단일 입자의 형태 뿐만 아니라 입자층(층 형태, layer form)의 형태일 때에도, 부착이 효과적으로 방지되고 표면 상의 유동성이 개선되는 장점을 가지며, 분말 접촉 부재에 대한 분말의 입자 크기 범위는 폭넓게 적용될 수 있다.

또한, 본 발명에서 정의된 3차원 거칠기 파라미터를 갖는 표면(질감, texture)을 형성하기 위한 표면 처리는 기존의 수단을 사용하여 수행될 수 있고, 단기간에 용이하게 처리될 수 있다.

또한, 본 발명은 분말 접촉 부재의 재료 또는 형상에 관계없이 분말 접촉 부재에 본 발명을 적용할 수 있고, 본 발명은 기존 제품(분말 접촉 부재)에 적용될 수 있다(본 발명에서 정의된 3차원 거칠기 파라미터를 갖는 표면이 표면 처리에 의해 형성되는 것이 요구됨).

또한 ,본 발명은 표면에 막을 형성할 필요가 없고, 즉 이물질의 혼합을 유발할 수 있는 물질을 새로 형성할 필요가 없다는 장점을 가진다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

본 발명은 분말의 접촉을 방지하기 위해 분말과 접촉하는 분말 접촉 부재의 표면에 표면 처리를 수행함으로써 후술하는 일정한 3차원 거칠기 파라미터(three-dimensional roughness parameters)를 가지는 표면(texture, 질감)을 형성한다.

본 발명의 분말 접촉 부재는 분말의 공급, 운반 또는 측정시(예를 들어, 호퍼 또는 슈트) 분말을 취급하는 장치 또는 장비에서 분말과 접촉하는 부분에 분말 접촉 부재가 사용되는 한 특별히 제한되지 않는다.

금속의 예로는 스테인리스강, 티타늄 합금, 알루미늄 합금, 니켈계 합금 및 다양한 철합금이 있으며, 세라믹의 예로는 지르코니아, 알루미나, 탄화규소, 석영 및 유리가 있다.

또한, 앞서 설명한 바와 같이, 분말 접촉 부재에서 분말의 부착 방지 효과를 향상시키기 위해, 본 발명자들은 분말이 접촉하는 표면의 3차원 거칠기 파라미터에 주목하고 있으며, 정교한 연구를 수행했다. 결과적으로 얻어진 지식에 기초하여, 분말 접촉 부재의 표면(texture, 질감)에서, 입자층의 형태(층 형태, layer form)인 분말과 접촉점의 수가 적고, 입자층의 유동은 입자층과 표면 사이에 공기층이 존재할 수 있는 공간을 제공함으로써 개선된다고 밝혀졌다.

추가로, 입자층과 평평한 표면이 서로 접촉하는 지점의 곡률이 높거나 급격한 경우, 입자층은 지점의 끝에서 쉽게 걸리고, 이로 인해 일정 수준의 진원도(곡률, curvature)이 필요하다고 밝혀졌다. 또한, 표면(texture, 질감) 상의 피크의 구배가 가파를 때, 마찰 저항이 증가하는 경향이 있으며, 이로 인해 구배는 어느 정도의 완만함을 가져야 한다는 것이 밝혀졌다. 또한, 구배가 극도로 또는 너무 완화된(moderate) 때, 공기층은 입자층과 표면(texture surface) 사이에 존재할 수 없으므로, 구배는 특정 범위의 값을 가질 필요가 있다는 것이 밝혀졌다.

상기 지식에 기초한 정교한 연구의 결과로서, 분말이 접촉하는 표면(질감, texture)은 분말 부착 방지의 관점에서, 일정한 3차원 거칠기 파라미터를 가지며, 표면의 산술 평균 피크 곡률(arithmetic average peak curvature)(Spc)는 150 내지 400 이고 피크 밀도(peak density)(Spd)는 10000 내지 180000 이며 제곱근 평균 제곱 구배(root mean square gradient)(Sdq)는 0.05 내지 0.30이고 산술 평균 높이(arithmetic average height)(Sa)는 0.02 내지 3.00 이 바람직하다는 것이 밝혀졌다.

산술 평균 피크 곡률(Spc)(단위:1/㎜)는 표면에서 피크의 주요 곡률의 평균을 나타내는 파라미터이며(대상 표면에서 미세한 돌출부와 오목부의 상태는 피크의 곡률 평균으로 평가됨), ISO25178에 정의되어 있다.

피크 밀도(peak density)(Spd)는 단위 면적당 피크 수를 나타내는 파라미터이며, ISO25178에 정의되어 있다. Spd(단위:piece/㎟)의 값이 크면 일반적으로 다른 물체와의 접점수가 크다.

제곱근 평균 제곱 구배(root mean square gradient)(Sdq)는 정의된 영역의 모든 지점에서 구배의 제곱근 평균 제곱으로부터 계산된 파라미터이며(즉, 표면에 대하여 조도 곡선(roughness curve)에 제곱근 평균 제곱 구배(Rdq)를 적용하여 얻은 파라미터에 해당), ISO25178에 정의되어 있다.

산술 평균 높이(arithmetic average height)(Sa)(단위:㎛)는 개별 지점들과 표면의 평균 표면 사이에서 높이 차이의 절대값의 평균을 나타내는 파라미터이며(즉, 표면에 대하여 조도 곡선의 산술 평균 높이(Ra)를 적용하여 얻은 파라미터에 해당), ISO25178에 정의되어 있다.

앞서 설명한 단위들은 본 명세서에서 설명된 3차원 거칠기 파라미터들의 단위와 동일하다.

다음으로, 앞서 설명한 본 발명의 표면(질감, texture)을 형성하기 위한 표면 처리 방법이 이어진다. 또한, 본 발명에서는 다양한 표면 처리 방법들을 사용할 수 있다.

먼저, 본 발명에서 사용되는 표면 처리의 예는 블라스팅 공정(blasting process)을 포함한다.

블라스팅 공정에서, 앞서 설명한 본 발명의 일정한 3차원 거칠기 파라미터들을 가지는 표면(질감, texture)은 아래에서 설명되는 하나 이상의 연마제를 사용하여 형성된다.

블라스팅 공정에서 사용되는 연마제로 다양한 연마제들이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 금속계 연마제, 세라믹계 연마제, 탄성 연마제가 적합하게 사용된다.

구체적으로, 금속계 연마제의 재료로는 강철(steel), 고속강(high-speed steel), 스테인리스강(stainless steel), 철(iron) 크롬(chromium) 보론(boron)을 예로 들 수 있으며, 세라믹계 연마제의 재료로는 알루미나, 지르코니아, 지르콘, 탄화규소 및 유리를 예로 들 수 있다.

탄성 연마제는 고무 또는 엘라스토머[Fuji manufacturing에서 제조한 "SIRIUS"(등록상표)]와 같은 탄성체(기재, base material)에 연마 입자(abrasive grains)를 분산시켜 얻은 탄성 연마제 또는 탄성체의 표면에 연마 입자[Fuji manufacturing에서 제조한 "SIRIUS Z"(등록상표)]를 수용시켜 얻은 탄성 연마제를 포함한다. 탄성체의 표면에 연마 입자를 수용시켜 얻은 탄성 연마제는 자기 접착성(self-adhesion)을 갖는 탄성체의 표면에 연마 입자를 부착 및 고정하여 얻는 탄성 연마제일 수 있다. 또는, 접착제가 탄성체의 표면에 적용된 후 탄성체의 표면에 연마 입자를 부착 및 고정하여 탄성 연마제를 얻을 수 있다.

또한, 연마 입자를 탄성체(기재, base material)에 분산시켜 얻어진 상술한 탄성 연마제로서, 예를 들어, 탄성체로서 기능하는 기재(base material) 90 내지 10 wt%에 연마 입자 10 내지 90 wt%를 배합하여 분산시켜 얻어진 탄성 연마제가 사용될 수 있고, 기재에 70 wt% 이상을 배합하여 얻어진 탄성 연마제가 사용될 수 있으며, 염료(dye) 또는 안료(pigment)와 같은 착색 물질을 상술한 탄성 연마제에 각각 첨가하고 배합하여 얻어진 탄성 연마제, 또는 형광성 착색제 및/또는 방향제 및 항균제를 착색 물질에 더하여 상술한 탄성 연마제에 각각 첨가하고 배합하여 얻어진 탄성 연마제가 사용될 수 있다.

또한, 탄성체의 표면에 연마 입자를 수용시켜 얻어진 상술한 탄성 연마제로서, 예를 들어, 고무 경도(rubber hardness)가 30 이하이고 일정한 입자 직경을 가지며 자기 접착성(self-adhesion)을 가지는 가교 폴리로텍산 화합물(crosslinked polyrotaxane compound)로 만들어진 코어와, 코어의 표면에 형성된 연마 입자층(abrasive grain layer)를 포함하는 탄성 연마제가 사용될 수 있으며, 탄성 연마제 내에서 연마 입자층은 복수의 연마 입자들이 조적식 구조(masonry structure)를 가지고, 연마 입자들은 0.1㎛ 내지 12㎛의 평균 입자 직경을 가지고 가교 폴리로텍산 화합물에 의해 두께 방향으로 서로 결합되어 있다. 탄성 연마제는 코어의 압축 변형(compression set)이 5% 이하이고 1 ㎐ 내지 100 ㎑(tanδ)의 진동 흡수 특성이 0.3 이상일 수 있다. 탄성 연마제 내에서 연마 입자층의 두께는 탄성 연마제의 단축(minor axis)의 1/4 보다 작을 수 있고, 탄성 연마제 내에서 코어의 고무 경도는 10 이하일 수 있다. 탄성 연마제 내에서 코어의 압축 변형(compression set)이 1% 이하일 수 있으며, 탄성 연마제 내에서 가교 폴리로텍산 화합물은 폴리카보네이트 디올(polycarbonate diol)과 아크릴레이트 공중합체(acrylate copolymers), 폴리로텍산(polyrotaxane)으로부터 선택된 하나의 화합물을 가교시켜 얻을 수 있다. 탄성 연마제 내에서 가교 폴리로텍산 화합물은 이소시아네이트 화합물(isocyanate compound)을 포함하는 가교제(crosslinker)를 사용하여 가교될 수 있으며, 탄성 연마제 내에서 폴리로텍산은 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol)을 α-시클로덱스트린 분자(α-cyclodextrin molecule)의 개구부를 통과시키고 아다만탄기(adamantane group)를 폴리에틸렌글리콜의 각 말단에 결합시켜 얻을 수 있다. 탄성 연마제 내에서 α-시클로덱스트린 분자의 히드록실기의 일부는 폴리카프로락톤기(polycaprolactone group)로 치환될 수 있으며, 탄성 연마제 내에서 실란 결합제(silane coupling agent)가 가교된 폴리로텍산 화합물에 배합될 수 있다.

앞서 설명한 연마제의 형태는 특별히 한정되지 않으며, 구형의 연마제 또는 정규 형상을 갖지 않는 연마제가 사용될 수 있다. 연마제의 크기와 관련하여, #30 (500 ㎛ to 600 ㎛ JIS R 6000-1 2017 sieve analysis test sieve three stages + fourth stage) 내지 #20000 [0.5 ㎛ (중앙 직경(median diameter) D50) : 레이저 회절 산란법에 의한 측정 (측정장치 : Microtrac X100 manufactured by MicrotracBEL Corp.)]의 범위에 있는 크기를 갖는 연마제가 적합하게 사용된다.

또한, 본 발명의 표면 처리에 사용되는 블라스트 공정에는 압축 가스식 샌드 블라스트 장치가 적합하게 사용된다.

압축 가스식 샌드 블라스트 장치는 노즐을 통해 압축 가스(공기, 아르곤 또는 질소)의 에너지를 사용하여 가공물(workpiece)을 향해 연마제(매체)를 방출하여 처리를 수행한다.

압축 가스식 샌드 블라스트 장치의 예는 압축 가스 토출에 의해 발생된 부압(negative pressure)으로 연마제를 흡입하고 압축 공기와 함께 연마제를 토출하는 흡입식 블라스팅 장치(suction-type blasting apparatus)(예 : Fuji Manufacturing에서 제작한 SFK-2), 연마제를 운반하는 압축 공기로 탱크에서 떨어지는 연마제를 분사하는 중력형 블라스팅 장치(예 : Fuji Manufacturing에서 제작한 SGF-4), 연마제가 충전된 탱크에 압축 가스가 공급되고, 탱크 내의 압축 가스로부터 운반된 연마제는 추가로 제공되는 압축 공기의 흐름에 의해 운반되고, 연마제는 블라스트 건으로부터 배출되는 직압식 블라스팅 장치(예 : Fuji Manufacturing에서 제작한 FDQ-2), 직압식 압축 가스가 블로어 유닛에 의해 생성되어 배출되는 블로어식 블라스팅 장치(예 : Fuji Manufacturing에서 제작한 LDQ-2)를 포함한다.

앞서 설명한 블라스트 장치를 사용하는 경우 블라스트 토출 조건과 관련하여, 예를 들면 토출 압력은 0.04 ㎫ 내지 0.6 ㎫ 이 바람직하고, 토출 거리는 50 내지 150 ㎜ 가 바람직하다.

또한, 본 발명의 표면 처리로써, 앞서 설명한 블라스팅 공정 이외의 표면 처리 방법이 사용될 수 있으며, 본 발명에서 정의한 3차원 거칠기 파라미터를 갖는 표면 형상(질감, texture)이 예를 들어, 다양한 폴리싱 공정(수동 연마, 래핑(lapping), 버핑(buffing), CMP), 레이저 가공, 에칭, 절단에 의해 형성될 수 있다.

본 발명에서 정의한 3차원 거칠기 파라미터를 가진 표면은 실제로 분말이 접촉된 표면에 표면 처리를 수행함으로써 형성되었고, 표면에 대한 분말 부착을 방지하는 효과에 대한 판단 테스트가 수행되었다. 판단 테스트의 결과는 아래와 같다.

테스트 방법과 관련하여, 시험 대상이 되는 가공물(workpiece)(실시예 1 내지 4) 각각에 대하여 표면 처리를 실시하여, 본 발명의 일정한 3차원 거칠기 파라미터를 갖는 표면을 형성하고, 표면에 분말의 부착을 방지하는 효과가 관찰되었다.

또한, 표면 처리 후의 표면 조도(surface roughness)를 측정하는 방법과 관련하여, 본 실시예에서는 형상 분석 레이저 현미경(KEYENCE CORPORATION에서 제작한 VK-X250)을 사용하여 1000배의 측정 배율로 실시하였다. 이어서, 제공된 레이저 현미경의 분석 소프트웨어 "다중 파일 분석 애플리케이션 VK-H1XM"을 사용하여 측정 데이터에 대한 거칠기 분석을 수행하였다. 분석과 관련하여, 먼저, "화상 처리" 기능을 사용하여 기준면 설정(기준면 설정은 최소 제곱법으로 높이 데이터로부터 기준면 높이가 0인 표면을 생성함)을 수행하고, 3차원 거칠기 파라미터는 표면 거칠기 모드에서 계산되었다.

가공물에 대하여 수행된 표면 처리의 내용, 표면의 거칠기 파라미터, 분말 부착 방지여부를 결정하기 위한 분말의 유형 및 관찰 결과(효과)는 아래 표 1 내지 4에 요약되었다.

가공물	식품 생산 라인용 호퍼(재료:SUS304)
가공물 크기	내경 470㎜, 높이 410㎜
분말	밀가루
입자직경	37㎛
처리 방법	블라스트 공정
거칠기 파라미터	Sa = 1.5 Spc=180 Spd = 27678 Sdq = 0.147
효과	호퍼에 대한 부착이 감소

가공물	분말 수송용 슈트(재료:SUS304)
가공물 크기	L 400㎜, 높이 40㎜, V 형태
분말	수산화 알루미늄
평균입자직경	70㎛
처리 방법	블라스트 공정
거칠기 파라미터	Sa = 3.0 Spc = 209 Spd = 16483 Sdq = 0.264
효과	분말 흐름의 개선은 분말이 부분적으로 부착되고 흐름이 중단된다는 문제를 해결

가공물	분말 운반용 스크류(재료:SUS304)
가공물 크기	φ25㎜ × L 400㎜
분말	티탄산 바륨
입자직경	3㎛
처리 방법	블라스트 공정
거칠기 파라미터	Sa = 0.025 Spc = 370 Spd = 159240 Sdq = 0.072
효과	스크류에 대한 부착성이 점진적으로 증가하고 공급량이 유지되지 않는 문제가 해결

가공물	분말 수송용 호퍼(재료:SUS304)
가공물 크기	내경 φ300㎜, 높이 270㎜
분말	알약용 분말
입자직경	29㎛
처리 방법	블라스트 공정
거칠기 파라미터	Sa = 0.5 Spc = 193 Spd = 22675 Sdq = 0.151
효과	호퍼의 벽면에 대한 부착이 감소, 랫홀(rathole)의 발생도 감소

표 1 내지 4에 기재한 바와 같이, 표면 처리에 의해 본 발명의 일정한 3차원 거칠기 파라미터를 가지는 표면이 형성된 가공물(분말 접촉 부재)에서 분말 부착을 방지하는 효과가 관찰되었다.

따라서, 이하의 가장 포괄적인 청구항은 특정 방식으로 구성된 시스템을 대상으로 하지 않는다. 대신에, 가장 포괄적인 청구항은 혁신적인 발명의 핵심 또는 본질을 보호하기 위한 것이다. 본 발명은 명백하게 새롭고 유용하다. 더욱이, 전체로서 고려될 때 관련 기술의 관점에서, 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진자에게 명백하지 않다.

또한, 본 발명의 혁신적인 특성을 고려하면 분명히 개척 발명이다. 따라서, 이하의 청구항들은 법률의 문제로서 본 발명의 핵심을 보호하기 위해 광범위한 해석을 받아야 한다.

따라서, 앞서 설명한 목적 및 앞서 설명한 설명으로부터 명백한 목적이 효율적으로 달성되고, 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 상기 구성에서 특정 변경이 이루어질 수 있으므로 앞서 설명한 설명에 포함되거나 첨부된 도면에 도시된 모든 사항은 예시적인 것으로 해석되고 제한적인 의미가 아니라는 의도이다.

이하의 청구항들은 본 명세서에서 기술된 본 발명의 일반적이고 구체적인 특징들과, 언어의 문제로서, 그 사이에 속한다고 말할 수 있는 본 발명의 범위에 대한 모든 진술을 포함하도록 의도된 것으로 이해되어야 한다.

이제 본 발명이 설명되었다.

Claims

분말이 접촉하고 표면 처리가 수행되는 표면을 가지는 분말 접촉 부재에 있어서,
상기 표면의 산술 평균 피크 곡률(arithmetic average peak curvature)(Spc)(1/㎜)은 150 내지 400이고,
상기 표면의 피크 밀도(peak density(Spd)(piece/㎟)는 10000 내지 180000이며,
상기 표면의 제곱근 평균 제곱 구배(root mean square gradient)(Sdq)는 0.05 내지 0.30이고,
상기 표면의 산술 평균 높이(arithmetic average height)(Sa)(㎛)는 0.02 내지 3.00인, 분말 접촉 부재.
제1항에 있어서,
상기 분말 접촉 부재는 강철 재료로 형성된, 분말 접촉 부재.
제1항에 있어서,
상기 분말 접촉 부재는 세라믹 재료로 형성된, 분말 접촉 부재.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표면 처리는 블라스팅 공정인, 분말 접촉 부재.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표면 처리는 수동 연마, 래핑(lapping), 버핑(buffing), CMP), 레이저 가공, 에칭, 절단 중 어느 하나인, 분말 접촉 부재.
분말과 접촉하는 표면을 갖는 분말 접촉 부재의 표면 처리 방법에 있어서,
상기 표면의 산술 평균 피크 곡률(arithmetic average peak curvature)(Spc)(1/㎜)은 150 내지 400이고, 상기 표면의 피크 밀도(peak density(Spd)(piece/㎟)는 10000 내지 180000이며, 상기 표면의 제곱근 평균 제곱 구배(root mean square gradient)(Sdq)는 0.05 내지 0.30이고, 상기 표면의 산술 평균 높이(arithmetic average height)(Sa)(㎛)는 0.02 내지 3.00이 되도록 표면 처리를 수행하는, 분말 접촉 부재의 표면 처리 방법.
제6항에 있어서,
상기 표면 처리는 블라스팅 공정인, 분말 접촉 부재의 표면 처리 방법.
제7항에 있어서,
상기 블라스팅 공정에서 사용되는 연마제는 연마 입자를 탄성 재료에 분산시켜 얻은 탄성 연마제 또는 연마 입자를 탄성 재료로 형성된 코어의 표면에 부착하여 얻은 탄성 연마제인, 분말 접촉 부재의 표면 처리 방법.
제7항에 있어서,
상기 블라스팅 공정에 사용되는 연마제는 금속계 연마제 또는 세라믹계 연마제인, 분말 접촉 부재의 표면 처리 방법.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 블라스팅 공정에서 사용되는 연마제의 입자 크기는 #30 내지 #20000인, 분말 접촉 부재의 표면 처리 방법.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 블라스팅 공정에 사용된 연마제는 0.01 내지 0.5㎫의 토출 압력 및 50 내지 150 ㎜의 토출 거리인, 분말 접촉 부재의 표면 처리 방법.
제10항에 있어서,
상기 블라스팅 공정에 사용된 연마제는 0.01 내지 0.5㎫의 토출 압력 및 50 내지 150 ㎜의 토출 거리인, 분말 접촉 부재의 표면 처리 방법.
제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표면 처리는 수동 연마, 래핑(lapping), 버핑(buffing), CMP), 레이저 가공, 에칭, 절단 중 어느 하나인, 분말 접촉 부재의 표면 처리 방법.