KR100387952B1 - 동결척식기계가공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동결에 의하여 피가공물을 고정하여 기계 가공하기 위한 방법의 개량에 관한 것이다.

그 특징으로 하는 점은, 응고점이 물의 그것보다도 높은 고분자계 응고제를 적어도 피가공물과 고정용변의 사이에 배치하고, 이 고분자계 응고제를 접촉 매체로 하여 피가공물을 고정하는 것에 있다.

상기 고분자계 응고제는 액상의 것, 크림상 내지 페이스트상의 것의 어느것이라도 좋고, 대표적인 주성분은 실리콘 오일이다.

피가공물은 동결식 척 장치의 고정용면에 고분자계 응고제에 의하여 직접 고정되어도 좋고, 팰릿에 고분자계 응고제에 의하여 고정된 상태로 고정용면에 고정되어도 좋다.

Description

동결 척 식 기계 가공법

도 1 은 본 발명에 의한 동결 척 식 기계가공법의 제 1 예를 나타내는 설명도이다.

도 2는 제 1 예에서의 동결용 척 장치의 다른 예를 나타내는 종단측면도이다.

도 3은 본 발명에 의한 동결 척 식 기계가공법의 제 2의 예를 나타내는 설명도이다.

도 4-A는 제 2 예의 다른 모양을 나타내는 종단측면도이다.

도 4-B는 도 4-A장치의 평면도이다.

도 5-A는 고분자계 응고제로서 액상의 것을 사용한 경우의 피가공물의 장착 단계를 나타내는 단면도이다.

도 5-B는 피가공물 기계가공중의 상태를 나타내는 단면도이다.

도 5-C는 피가공물 기계가공 종료시의 상태와 고분자계 응고제의 회수 상태를 나타내는 설명도이다.

도 6-A는 고분자계 응고제에 의한 피가공물의 고정 상태의 다른 예를 나타내는 단면도이다.

도 6-B는 고분자계 응고제에 의한 피가공물의 고정 상태의 다른 예를 나타내는 단면도이다.

도 6-C는 고분자계 응고제에 의한 피가공물의 고정 상태의 다른 예를 나타내는 단면도이다.

도 6-D는 고분자계 응고제에 의한 피가공물의 고정 상태의 다른 예를 나타내는 단면도이다.

도 7-A는 여유판을 사용한 경우의 고분자계 응고제에 의한 피가공물의 고정 상태의 다른 예를 나타내는 단면도이다.

도 7-B는 여유판을 사용한 경우의 고분자제 응고제에 의한 피가공물의 고정 상태의 다른 예를 나타내는 단면도이다.

도 7-C는 여유판을 사용한 경우의 고분자계 응고제에 의한 피가공물의 고정 상태의 다른 예를 나타내는 단면도이다.

도 8-A는 본 발명을 제 2 의 방법에 의한 축차 가공에 적용한 경우의 선행 피가공물의 가공 초기 단계를 나타내는 설명도이다.

도 8-B는 선행 피가공물의 가공 중기 단계를 나타내는 설명도이다.

도 8-C는 후행 피가공물의 교환 단계를 나타내는 설명도이다.

도 8-D는 고분자계 응고제의 회수와 피가공물 세정법의 1예를 나타내는 설명도이다.

도 9는 본 발명법을 제 1 의 방법에 의한 축차 가공에 적용한 예를 선행 피가공물의 가공 단계의 상태로 나타내는 설명도이다.

도 10-A는 본 발명의 실시예에 있어서의 피가공물의 형상과 치수를 나타내는사시도이다.

도 10-B는 본 발명의 실시예에 있어서의 피가공물의 형상과 치수를 나타내는 사시도이다.

도 11-A는 본 발명의 실시예에 있어서의 피가공물의 가공전의 형상을 나타내는 사시도이다.

도 11-B는 도 11-A의 피가공물의 치수를 나타내는 정면도이다.

도 11-C는 도 11-A의 피가공물의 치수를 나타내는 평면도이다.

도 11-D는 도 11-A의 피가공물의 가공 완료 상태를 나타내는 사시도이다.

도 11-E는 도 11-D의 피가공물의 정면도이다.

도 12-A는 도 11-A의 피가공물의 가공상태를 나타내는 종단 측면도이다.

도 12-B는 도 11-A의 피가공물의 가공상태를 나타내는 정면도이다.

도 13-A는 본 발명의 실시예에 있어서의 피가공물 가공 상태를 나타내는 종단 측면도이다.

도 13-B는 도 13-A의 피가공물의 가공된 상태를 확대하여 나타내는 부분적 단면도이다.

도 13-C는 도 13-B의 X-X선에 따르는 단면도이다.

* 도면중 주요부분에 대한 부호 설명 *

1 : 가공기계의 작업테이블 31 : 가공액 공급장치

3 : 가공액 공급수단 40 : 고정용면

4 : 동결식 척 장치 41 : 열전소자

4C : 고정용면판 43 : 공급관

5 : 피가공물 44 : 복귀관

6 : 응고제 452, 453 : 개폐변

7 : 콘트롤러 456 : 도입관

10 : 순환식 냉각장치 457 : 배출관

11 : 순환식 온수 공급장치

[발명의 목적]

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 동결 척식 기계 가공법, 더욱 상세히는 피가공물을 매체로 동결함에 의하여 위치고정하여 기계가공하는 방법에 관한 것이다.

피가공물에 대하여 밀링 가공, 연착 가공, 선삭 가공, 연마 가공, 절단 가공, 다이싱(Dicing)가공, 보링 가공, 조각 가공 등의 기계 가공을 행하는 경우에는, 피가공물을 가공기계 테이블 위에 단단히 고정(Chucking)하는 것이 필요하다.

이 피가공물의 고정 방법으로서, 종래에는 마그네트 척, 진공척, 바이스 등이 사용되었지만, 피가공물의 재질, 형상 등의 제한이 따르고, 제가공물이 얇거나, 부서지기 쉽거나, 복잡한 형상인 경우에 이를 확실하고 안정적으로 고정할 수가 없다는 문제가 있었다.

이의 대책으로서 얼음을 접착 매체로 하는 동결 척 법과 장치가 제안되어 있다. 이 선행기술은 동 등 열전도성이 양호한 재질로 이루어진 냉동용 플레이트를이용하여, 이 냉동용 플레이트 위에 물을 분무상태로 도포하고, 그위에 피가공물을 올려놓고, 이 상태에서 냉동용 판 아래쪽에 설치되어 있는 열전소자에 통전하여 냉동용 플레이트의 상면온도를 0℃ 이하로 냉각시키고, 이에 의하여 물을 결빙시켜 빙막에 의하여 피가공물을 고정하는 방법이다.

그러나, 이러한 선행기술은 다음과 같은 문제가 있었다.

(1) 가공액을 사용하여 가공하는 것이 불가능 내지 곤란하다.

기계 가공중에 피가공물과 공구와의 사이에 발생하는 가공열은 가공면을 현저히 손상시키고 공구의 수명을 단축한다. 그래서, 이 피가공물을 동결방식으로 고정하는 방법에 있어서도 일반적인 기계 가공법과 마찬가지로 가공액 내지 냉각수(이하 가공액이라 칭한다)를 사용하는 것이 적절하다.

그러나, 가공액의 온도는 일반적으로 피가공물을 고정하고 있는 얼음의 온도 보다도 높다. 이 때문에 가공액을 가공면에 공급하면 빙막이 용해되어 가공중에 피가공물이 고정면으로부터 벗어나 가공 불능이 될 뿐 아니라, 테이블로 부터 튀어나가므로 극히 위험하였다.

이의 대책으로서, 부동액을 포함하는 수용성의 가공액을 이용하여, 이것을 빙점 이하로 냉각하여 사용하여도 얼음은 물과 친화성이 강하므로 역시 가공액이 피가공물을 고정하고 있는 얼음을 용해하기 쉽고, 피가공물의 고정해제가 일어나기 쉽다. 이러한 점에서, 선행기술의 방법은 사실상 가공액을 사용하지 않는 건식 가공에 밖에 적용할 수가 없었다.

(2) 가공중에 얼음이 피가공물에 적층하므로 공구의 움직임이 저해당하기 쉽다.

예를들면, 피가공물의 절단가공이나 다이싱가공을 행한 경우에, 가공중 수용성 가공액이나 공기중의 수분이 피가공물에 결빙하여 적층한다. 이 얼음이 공구의 플랜지나 맨드릴 등에 접촉하여 공구의 움직임에 장해를 주기 때문에 정밀한 가공이 곤란하게 되거나, 공구나 주축을 손상하는 두통거리가 생기기 쉬웠다.

(3) 통상의 직 수단에 비하여 피가공물의 착탈 능률이 나쁘고, 원가 상승에 연관된다.

선행기술은 물을 동결시켜 빙막으로 피가공물을 고정하지만, 실제상은 냉동용 플레이트의 상면온도를 -5℃ 보다도 낮은 온도 예를 들면, -10℃ 정도로 하지 않으면 충분한 고정력을 얻을 수가 없고, 가공후에는 0℃ 이상으로 온도 상승시키지 않으면 피가공물을 취출할 수가 없다. 이 때문에 냉동용 플레이트 위에서의 피가공물의 고정과 이탈에 각각 1∼3분이라는 긴 시간을 요한다.

이의 타개책으로서, 종래에는 다음과 같은 방법을 택하였다. 즉, 진공척 기능을 부가한 냉동척 장치와, 진공척 기능을 갖지 않은 냉동적 장치와를 이용하여, 전자를 가공기계의 테이블상에 배치하고, 후자를 가공기계의 외부(機外)에 배치한다. 그리고, 이들 2 세트의 냉동적 장치에 부가하여, 알루미늄으로 된 복수매의 어댑터 플레이트를 준비하여 두고, 기계위의 냉동척 장치를 사용하여 피가공물을 고정하여 기계가공하고 있는 사이에 다음 가공분의 피가공물을 어댑터 플레이트에 고정하여 놓는 사이클을 채용하고 있다.

즉, 우선 기계 외부의 냉동척 장치의 냉동용 플레이트의 상면에 부동액의 막을 형성하여 놓고, 여기에 놓여지는 어댑터 플레이트상에 피가공물을 얹어놓음과 동시에 물을 도포하고, 이 상태에서 냉동적 장치를 작동하여 미리 피가공물을 어댑터 플레이트에 동결 고정시킨 상태로 하여, 이 상태로 대기한다. 그리고, 기계상에서의 기계가공이 완료되었을 때에, 기계상의 냉동척 장치의 진공척을 작동 해제하여 냉동용 플레이트에 대한 어댑터 플레이트의 고정을 풀고, 상기와 같이 대기하여 있던 어댑터 플레이트를 기계상의 냉동척 장치의 냉동용 플레이트(이 상면에는 부동액의 막이 도포되어 있다)에 얹어 놓고 진공척을 작동시키는 것이다.

그러나, 이 기법은 냉동용 플레이트와, 냉동용 플레이트의 상면 온도를 -5℃ 보다도 낮은 온도까지 강온시키기 위한 열전소자와, 열전소자에 의한 냉각수 통로를 설치한 플라스틱 대(Body) 및 이 플라스틱 보디를 고정하는 고정대와를 구성요소로 하는 고가의 장치가 기상용(機上用)과 기외용(機外用)으로 하여 2대가 필요하게 된다. 이 때문에 원가가 2배로 되고, 전력 소비량 등의 운전 경비도 고가로 되는 문제가 있다. 더욱이, 기외의 냉동척 장치로 0℃ 이하의 온도까지 냉각하지 않으면 피가공물이 어댑터 플레이트상에서 위치 변동이 생겨, 자동제어에 의한 가공이 곤란하게 된다.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 연구하여 창안된 것으로서, 그 목적은 0℃보다도 높은 온도 조건에서도 또, 가공액을 사용하는 습식가공 방식에서도 피가공물을 가공중 단단히 고정하여 고정밀도로 가공할 수가 있고, 피가공물의 착탈도 간단히 능률있게 행할 수 있는 실용적인 동결척 방식에 의한 기계가공법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 다수의 피가공물의 연속 가공을 보다 능률적으로, 값싼 장치로 행할 수가 있는 냉동척 방식에 의한 기계 가공법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉동척 방식은 응고점이 물의 그것 보다도 높은 고분자제 응고제를 최소한 피가공물과 고정용면의 사이에 개재시켜 고정용면을 냉각함에 의하여 고분자계 응고제를 접착매체로 하여 피가공물을 고정하는 것을 특징으로 하고 있다.

또, 본 발명의 냉동척 방식에 의한 기계가공법은 피가공물을 지지하는 팰릿(pallet)과, 고정용면과 이 고정용면을 온도제어하는 수단을 구비한 동결식 척 장치와를 사용하고, 피가공물을 팰릿에 고정하고 그 팰릿을 동결용척 장치에 고정하여 피가공물을 기계가공하는 방법에 있어서, 응고점이 물의 그것보다도 높은 고분자계 응고제를 최소한 피가공물과 팰릿의 사이에 개재시켜, 팰릿을 냉각함에 의하여 고분자계 응고제를 접착매체로 하여 피가공물을 고정하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에서 피가공물 고정요소로서의 고분자계 응고제는 응고점이 물의 그것 보다도 높은 점 이외에, 물과의 친화성이 결핍되고 양호한 발수성(廢水性, Water Repellency)을 구비하고 있는 것이 필요하다.

그리고, 바람직하게는 비중이 물보다도 가벼운 것이다.

그 예로서는, 저분자 실리콘 오일 내지 환상 실리콘 오일로 대표되는 실리콘 오일 혹은, 이것을 주성분으로 하는 것 등을 들 수 있다.

이 고분자계 응고제는 액상의 것으로부터 크림상(Butter Form)내지 페이스트상(Paste Form)의 것을 포함하고 있다. 후자의 크림상 내지 페이스트상 물질은 간편하게는 실리콘 오일에 고체 입자로 된 점도조정제(增長劃)를 배합하므로써 얻어진 것이다. 점도 조정제로서는 각종 재질의 분말, 바람직하게는 미분말(微粉末)을 이용할 수가 있다.

본 발명은 액상의 고분자계 응고제와 크림상 내지 페이스트상의 고분자계 응고제를 단체(單體)로 사용하는 경우 이외에 양자를 병용하는 경우를 포함하고 있다. 크림상 내지 페이스트상의 고분자계 응고제는 제가공물의 주위와 고정용면을 이어지도록 도포하면 매우 효과적으로 피가공물을 고정할 수가 있다.

본 발명을 적용하여 가공되는 피가공물은 철, 동, 알루미늄, 티타늄, 실리콘, 게르마늄 등으로 대표되는 금속, 플라스틱, 유리, 카본, 세라믹, 목재 혹은 이들 2종류 이상의 복합재, 수정, 다이아몬드, CBN, 루비, 사파이어 등의 재질을 불문하고, 형상, 치수도 불문한다.

가공방법도 평면 연삭, 성형 연삭, 크리프(Creep) 연삭, 원통 연삭 등의 각종 연삭 가공, 선삭 가공, 연마 가공, 절단 가공, 슬라이스 가공, 다이싱 가공, 밀링 가공, 구(溝) 가공, 보링 가공, 조각 등 형태를 불문한다.

상기 피가공물은 이것에 대한 가공이 표면인 경우에는 고정용면이나 팰릿에 직접 고정되어도 좋지만, 절단 가공이나 보링 가공 처럼 가공이 두께를 관통하는 경우에는 피가공물 고정용면에 대한 공구의 접촉을 방지하기 위한 여유판(Allowance plate)이 본래의 피가공물과 고정용면 사이에 위치된다. 본 발명은 이 경우를 포함하고 있고 따라서, 본 발명에 있어서 피가공물이라는 것은 가공 대상물로서의 원래의 피가공물은 물론 여유판을 부착한 것도 포함하는 개념이다.

본 발명은 다수의 피가공물을 연속으로 기계 가공하기 위한 적합한 방법을 포함하고 있다.

그 제 1 의 방법은 고정용면과 이 고정용면을 온도 제어하기 위한 냉각용 유체의 통로를 구비한 적어도 제 1 과 제 2 의 동격실척 장치를 준비하는 한편, 가공기계의 근방과 가공기계 밖의 위치에 냉각용 유체를 공급하기 위한 제 1 과 제 2 의 순환식 냉각장치를 배치하고, 다음의 공정을 순차적으로 반복하는 방법이다.

a. 제 1 의 동결식 척 장치의 고정용면상에 고분자제 응고제를 개재하여 피가공물을 배치하고, 제 1 의 동결식 척 장치를 가공기계 밖에 위치하는 제 2 의 순환식 냉각 장치와 접속하여 고분자계 응고제를 응고점 이하의 온도로 냉각함에 의하여 고분자계 응고제를 접착 매체로 하여 피가공물을 제 1의 동결식 척 장치에 고정한다.

b. 피가공물을 고정한 상기 제 1 의 동결식 척 장치를 제 2 의 순환식 냉각 장치와 분리하고, 가공기계의 테이블상에 이동하여 기계적으로 고정함과 동시에 제 1 의 순환식 냉각장치와 접속하여 고분자계 응고제를 응고점 이하의 온도로 유지하면서 기계가공을 행한다.

c. 상기 기계가공을 행하고 있는 사이에, 다음에 가공해야 할 피가공물을 제 2 의 동결식 척 장치의 고정용면상에 고분자제 응고제를 개재하여 배치하고, 이 제 2의 동결식 척 장치를 가공기계 밖에 위치하는 제 2의 순환식 냉각장치와 접속하여고분자제 응고제를 응고점 이하의 온도로 냉각함에 의하여 고분자계 응고제를 접착 매체로 하여 피가공물을 제 2의 동결식 척 장치에 고정하여 둔다.

d. 상기 기계가공후, 제 1 의 동결식 척 장치를 제 1 의 순환식 냉각장치와 분리하여 가공기계의 테이블로부터 제거하는 한편, 제 2 의 동결식 척 장치를 제 2 의 순환식 냉각장치와 분리하여 가공기계의 테이블로 이송하여 기계적으로 고정하고, 제 1 의 순환식 냉각장치와 접속함으로써 고분자계 응고제를 응고점 이하의 온도로 유지하면서 다음의 기계가공을 행한다.

또, 제 2 의 방법은 가공기계상에 고정용면과 이 고정용면을 온도 제어하는 수단을 구비한 동결식 척 장치를 배치하고, 가공기계로 부터 벗어난 위치에는 예냉기(豫冷機)를 배치하고, 복수매의 팰릿을 사용하여 다음의 공정을 순차 반복하는 방법이다.

a. 제 1 의 팰릿상에 고분자계 응고제를 개재하여 피가공물을 배치하고, 상기 제 1 의 팰릿을 고분자계 응고제의 응고점 이하의 온도로 유지한 상기 예냉기(Precooler)에 위치시키고, 그에 의하여 고분자제 응고제를 접착매체로 하여 피가공물을 제 1 의 팰릿에 고정한다.

b. 피가공물을 고정한 상기 제 1 의 팰릿을 예냉기로부터 제거하여 동결식 척 장치의 고정용면에 고정하여 기계가공을 행한다.

c. 상기 기계가공을 행하고 있는 사이에, 다음에 가공해야 할 피가공물을 고분자계 응고제를 개재하여 제 2 의 팰릿에 실어, 이 제 2의 팰릿을 예냉기에 위치시켜 냉각하여 고분자계 응고제를 접착 매체로 하여 피가공물을 고정하여 놓는다.

d. 상기 기계가공후 동결식 척 장치상의 제 1 팰릿의 고정을 해제하는 한편, 제 2 팰릿을 예냉기로부터 동결식 척 장치의 고정용면에 놓고 고정한다.

본 발명에 의한 이점을 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 응고점이 물의 응고점보다도 높은 고분자제 응고제를 피가공물과 고정용면 또는 이곳에 놓이는 팰릿과 피가공물의 사이에 배치하고, 고분자계 응고제를 접착 매체로 하여 피가공물의 고정을 할 수 있도록 하고 있다.

따라서, 고정용면이 0℃ 미만의 경우에는 물론 0℃를 넘는 온도일 경우에도 강한 기계가공력에 충분히 견딜 수 있는 고정력을 얻을 수 있다.

또, 피가공물을 동결 고정시키는데 필요한 시간도 극도로 격감되므로 피가공물 고정작업의 능률화를 꾀할 수가 있다.

피가공물을 고정하는 매체로서 응고점이 물의 그것보다도 높은 고분자계 응고제를 사용하고 있고, 그 고분자계 응고제는 물과의 친화성이 극히 나쁘다. 이 때문에, 부동액 등을 함유하는 수용성 혹은 유성의 가공액을 공구와 피가공물에 분사하거나 분무하여도 고분자제 응고제가 용해될 위험성은 전혀 없고 따라서, 가공중에 피가공물의 고정이 해제되어 버릴 염려가 없고, 안전하게 가공을 행할 수가 있다. 또, 0℃ 이상인 온도의 가공액을 가공 국부에 집중적으로 공급하여도 피가공물을 고정하는 매체가 용해하는 일이 없으므로 가공열의 제거, 윤활, 절단 부스러기나 연마 부스러기의 배제에 의하여 가공액의 특성을 충분히 발휘시킬 수가 있어 안전하고 확실하게 정밀도가 높은 가공을 행할 수가 있다.

또, 가공액의 사용온도를 비교적 높게 할 수가 있으므로 가공액의 냉각장치도 작은 능력의 것으로 족하다. 통상의 척 방법인 경우에 비하여 피가공물의 온도가 낮으므로 가공액의 사용량도 적게 할 수가 있고, 그 결과, 가공액을 여과 순환시키지 않는 방식의 채용이 가능하게 되어 여과 순환 공급설비를 생략할 수도 있다. 때문에 장치의 코스트를 낮출 수가 있다.

또, 고분자계 응고제는 물과의 친화성이 극히 나쁘고 발수성(陵水性)이 있으므로 실리콘 웨이퍼나 금속판 등에 대하여 절단 가공이나 다이싱 가공, 슬리팅 가공 등을 행한 경우에도 얼음의 막으로 피가공물을 고정한 경우에 문제로 되어 있던 피가공물의 표면에 가공액이나 공기중의 물이 동결 적층하여, 그것이 날 끝 직상의 공구 플랜지나 주축에 접촉해 있던 현상이 전혀 생기지 않는다. 이 때문에, 공구의 움직임이 매우 원활히 유지되어 고정밀 가공을 행할 수가 있다.

또한, 상기와 같이 가공액의 사용이 가능하게 되고, 가공부에 매우 신선한 가공액을 공급하여 절단 부스러기나 연마 부스러기의 배출을 촉진시키므로 가공면의 마무리도 깨끗하게 할 수가 있다.

고분자계 응고제로서, 주성분에 고체 입자를 혼합 분산시킨 크림상 내지 페이스트상의 것을 사용한 경우에는 주성분의 응고에 의하여 얇은 막이 아닌 볼륨이 큰 덩어리로 되고, 고체 입자가 일종의 골재(骨材)로서 작용한다. 그 결과, 피가공물의 접착 고정력이 매우 강하게 되어 피가공물에 대한 가공력이 강대하고도 안정적인 고정 상태를 유지할 수가 있다.

특히, 크림상 내지 페이스트상의 고분자계 응고제를 하부가 고정용면에 접하도록 피가공물의 주위에 코팅하고, 이 상태에서 고분자계 응고제를 응고시킨 경우에는, 피가공물 하면뿐 아니라 주위도 빈틈없이 고정면에 고정되므로 피가공물을 슬라이스 가공한 경우에도 고정용면으로 부터 분리되거나 하지 않는다. 또한, 크림상 내지 페이스트상의 고분자제 응고제를 고정용면에 접하도록 피가공물 주위에 코팅할 뿐 아니라 피가공물 상면을 덮도록 코팅한 경우에는, 슬라이스 편은 부피가 큰 양단 접착층과 이것을 다리 모양으로 연결하는 상면층에 의하여 단단히 고정되므로, 슬라이스편의 두께가 않아도 고정면으로부터 분리되지 않고 안정한 상태로 유지된다. 이 상황은 도 13-B, 도 13-C 에 도시되어 있다.

또, 종래의 얼음을 이용한 동결 방식은 실제상 -10℃ 이하로 하지 않으면 충분한 고정력이 발휘되지 않으므로 피가공물의 착탈에 장시간을 요하지만, 고분자계 응고제는 물의 응고점보다도 응고점이 높고, 0℃ 이상의 온도에서도 피가공물을 고정면 또는 팰릿에 고정해 둘 수가 있고, 피가공물의 착탈을 위한 온도 구배는 5∼6℃의 좁은 범위로 족하다.

이 결과로부터 동결식 척 장치로서는 0∼3℃ 정도까지의 냉각 능력의 것을 사용하는 것이 가능하게 되고, 고정용면을 강온시키는 수단으로서 열전소자에 한정되지 않고, 물로 대표되는 유동체로 대체될 수 있다. 이 경우에는 동결식 척 장치는 냉각용 유체의 통로를 개설하는 것만으로 가능하므로 얇고 가벼운 플레이트상의 것으로 할 수가 있고, 가공기계의 테이블에 배치하였을 때에 공구의 이동에 지장을 주지 않게 된다.

그러므로, 다수의 피가공물을 연속 가공하는 경우에 제 1 의 방법을 채용하면, 팰릿을 필요로 하지 않고, 동결식 척 장치 그 자체를 교환식의 치구(治具)로서가공기계의 테이블상에서 교환하고, 동결식 척 장치를 기상(機上)과 기외(機外)의 순환식 냉각 장치에 신속 유체 계수(Quick Connecting Couplings)를 이용하여 순간 착탈하는 것만으로 간단하고 능률적으로 피가공물의 교체를 행할 수가 있다. 가공후의 피가공물은 동결식 척 장치의 고정용면에 고정한 채로 끄집어 낼 수가 있으므로 후처리도 용이하다.

또, 제 2 의 방법을 채용한 경우에도 피가공물의 동결 척 장치에 대한 착탈 시간을 대폭 단축할 수가 있다. 또, 동결식 척 장치는 기상에 1대로 족하고, 기외에는 기껏 2∼3℃ 정도 까지의 냉각능력을 갖는 예냉기를 사용하는 것만으로 족하고, 이 예냉기로서는 유체 순환식의 간단한 것을 사용할 수가 있다. 따라서, 이 팰릿 순환 사용 방식의 경우에도 장치 코스트를 대폭 저감시킬 수가 있다.

본 발명의 고분자계 응고제(점도 조정제로서 특히 비중이 큰 것을 배합하지 않는 크림상 내지 페이스트상의 것도 포함한다)가 물보다도 비중이 작은 성질을 가지고 있는 경우, 사용후의 처리도 용이하다.

즉, 사용이 끝난 고분자계 응고제만을 혹은, 이것과 피가공물을 고분자계 응고제의 응고점 보다도 높은 온도의 물(부동액 등을 배합하고 있는 것을 포함한다)에 넣으면, 고분자계 응고제는 수면위로 분리 부상하고, 그 부상한 고분자계 응고제를 이의 응고 범위내의 온도인 물을 채운 수조에 넣으면 간단히 회수할 수가 있다. 이 방법에 의하면, 피가공물에 부착된 부스러기 등의 세정과 고분자계 응고제의 회수를 간단하고 값싸게 행할 수가 있다.

[발명의 구성 및 작용]

도 1은 본 발명에 의한 동결 척식 기계 가공법의 제 1 예를 나타내고 있다.

본 예에서는 피가공물을 고정용면에 직접 고정하여 기계 가공을 행하고 있고, 1은 가공기계의 작업 테이블, 2는 지석, 바이트, 리머, 드릴, 탭 등의 공구, 3은 가공액 공급수단, 5는 피가공물이다. 4는 동결식 척 장치이고, 작업 테이블(1)에 고정되는 기대(4a)와, 이의 상부에 고정된 지대(4b)와, 이 지대(4b)에 고정되어 상면에 고정용면(40)을 갖는 고정용 면판(4c)과, 고정용면판(4c)의 하면 측에 고정되어 고정용면판(4c)을 강온 및 승온하는 수단(4d)과를 가지고 있다.

6은 피가공물(5)의 하면과 고정용면(40)의 사이에 개재된 고분자계 응고제이다.

기대(4a)는 강도가 높은 재료 예를 들면, 스테인레스 등으로 만들어지고, 지대(4b)는 열절연성, 전기 절연성이 양호한 재료 예를 들면, 플라스틱으로 만들어져 있다. 고정용면판(4c)은 열전도성이 양호한 재료 예를 들면, 동, 알루미늄, 질화 알루미늄 등으로 만들어져 있다.

고정용면판(4c)을 온도제어하는 수단(4d)은 임의이다. 본 예에서는 복수개의 열전소자(41)가 사용되어 있고, 이들 열전소자(41)는 고정용면판(4c)에 밀착하여 부착되어 있다. 열전소자(41)는 플러스 전류를 통전하였을 때에 상면측으로부터 열을 흡수하여 하면으로 방출하고, 마이너스 전류를 통전하였을때에는 하면측으로 부터 열을 흡수하여 상면측에 방출하는 특성을 가지고 있다.

각 열전소자(41)의 급전선(42)은 도출되어 외부의 콘트롤러(7)에 접속되어 있다. 콘트롤러(7)는 DC전원 회로와 제어회로를 가지고 있고, 제어회로에는 가공내용에 따라 준비온도와 가공온도(냉각온도) 및 고정 해제온도(승온온도)를 임의로 설정하여, 그에 대응하는 극성과 전류값의 전류를 공급하는 수단이 포함되어 있다.

상기와 같이 열전소자(41)를 사용하고 있으므로 가공시에 열전소자(41)의 하면측으로부터 열이 발생하고, 이것이 기대(4a)를 매개로 하여 작업 테이블(1)에 전달된다. 그래서, 열전소자(41)의 근방에는 배열 냉각기구(4e)가 설치되어 있다. 이 배열 냉각기구(4e)는 냉각수를 순환 사용하는 것으로서, 도 1은 코어로 구성되고, 그 배열 냉각기구(4e)의 공급관(43)과 복귀관(44)은 외부의 냉각수 공급장치(8)에 접속되어 있다.

가공액 공급수단(3)은 가공액을 가공부에 공급하는 노즐(30)과, 여기에 가공액을 공급하는 가공액 공급장치(31)를 가지고 있는데, 바람직하게는 가공액 공급장치(31)의 계통에 조정밸브(320)를 개재하여 냉각 가압 공기 공급장치(32)가 접속된다.

9는 고분자계 응고제(6)의 회수수단이고, 고정용면판(4c)의 주위를 둘러싸는 홈형태 내지 통모양의 리시버(90)와, 이 리시버(90)와 호스 등의 통로요소(93)로 연결된 제 1 수조(91)와, 제 1 수조(91)의 상부와 연락하는 제 2 수조(92)를 가지고 있다. 제 1 수조(91)에는 고분자계 응고제(6)의 응고점 보다도 높은 온도의 물(이것은 공업용수 외에 부동액이나 용제를 배합하고 있는 물을 포함한다. 이하 같다) (910)이 담겨 있고, 제 2 수조(92)에는 고분자계 응고제(6)의 응고점 보다도 온도가 낮은 물(920)이 담겨있다.

도 2는 동결식 척 장치(4)의 다른 예를 나타내고 있는데, 냉각수를 순환하는형식의 배열 냉각기구(4e)가 코어가 아닌 통로로 되어 있는 이외에는 도 1의 것과 마찬가지이다.

도 3은 본 발명에 의한 동결 척식 기계 가공범의 제 2 예를 나타내고 있다. 이 예에서도 피가공물(5)은 고정용면(40)에 직접 고정되어 기계 가공되도록 되어있다.

이 제 2 예에서는, 동결식 척 장치(4)의 고정용면판(4c)을 온도 제어하는 매체로서 전기-열 변환 요소가 아닌 유체가 이용되고 있다.

이것은 물보다도 응고점이 높은 고분자계 응고제(6)를 동결시키는 것에 기초를 둔 것으로서, 장치를 간단하고 염가로 할 수가 있는 이점이 있다.

따라서, 동결식 척 장치(4)의 고정용면판(4c)의 온도 제어수단(4d)은 내부에 유체의 통로(450)를 가진 상부가 고정용면판(4c)의 하면에 밀접하는 코아(45)로 구성되어 있다. 물론, 코아가 아닌 구불구불한 통로이어도 좋다.

상기 코아(45)에 접속된 도입관(456)과 배출관(457)은 기대(4a) 또는 지대(4b)로 부터 외부로 돌출하고, 조인트를 매개하여 공급관(450)과 복귀관(451)에 각각 접속되어 있으며, 이들 공급관(450)과 복귀관(451)은 고분자계 응고제 동결용의 순환식 냉각장치(10)에 접속되어 있다.

순환식 냉각장치(10)는 냉동 코일을 갖는 탱크(100)와 토출 펌프(101)를 가지고 있고, 공급관(450)과 복귀관(451)에는 전자식(電磁式) 등의 개폐변(452) (453)이 개재되어 있고, 이보다도 상류 부위의 공급관(450)과 복귀관(451)은 릴리프 밸브(Relief Valve) (454)를 개재하여 접속되어 있다.

또, 공급관(450)과 복귀관(451)은 상기 개폐변(452) (453)보다도 하류 부위에서 각각 분기되고, 그 분기 공급관(450')과 분기 복귀관(451')은 고분자계 응고제 동결 해제용의 순환식 온수 공급장치(11)에 접속되어 있다.

이 순환식 온수 공급장치(11)는 히터를 갖는 온수 탱크(110)와, 온수 토출 펌프(111)를 가지고 있고, 그 분기 공급관(450')과 분기 복귀관(451')에는 전자식 등의 개폐변(452') (453')이 설치되고, 이보다도 상류의 부위가 릴리프 밸브(454')를 개재하여 접속되어 있다.

또, 이 예는 개폐변(452) (453)과 (452') (453')이 각각 별개로 되어 있지만, 물론, 3방향 절환 밸브 등으로 구성될 수도 있다.

기타의 구성은 제 1 예와 동일하므로 동일 부분에 동일 부호를 붙이고 설명은 생략한다.

도 3의 예는 온도 제어수단(4d)의 일 요소로서 순환식 온수 공급장치(11)를 사용하고 있지만 이 장치는 꼭 필요로 하지는 않는다. 즉, 도 4-A와 도 4-B는 제 2 예를 간편하게 하고, 동결식 척 장치(4) 그 자체를 이동성이 풍부한 치구로서 사용할 수 있도록 한 것이다.

도입관(456)과 배출관(457)은 기대(4a) 또는 지대(4b)로 부터 외부에 돌출하고, 선단에 신속 유체 계수(Quick Connecting Coupling)를 위한 플럭을 가지고 있다. 순환식 냉각장치(10)의 공급관(450)과 복귀관(451)은 각각 선단에 신속 유체 계수(458) (459)를 가지며, 상기 도입관(456)과 배출관(457)에 순시 착발되도록 되어 있다. 기타의 구성은 제 2 예와 동일하므로 동일 부분에 동일부호를 붙이고, 설명은 생략한다.

본 발명에서 고분자계 응고제(6)는 물의 응고점 보다도 응고점이 가능한 높고, 상온 혹은 그 이상의 온도에서 응고하는 것이 필수의 물성이다. 그리고 물과 친화성이 떨어지고(발수성을 나타낸다), 물보다도 비중이 가벼운 물성을 가지고 있는 것이 바람직하다.

이러한 고분자계 응고제(6)의 대표적인 것으로서는 실리콘 수지 예를 들면, 저분자 실리콘 오일 내지 환상 실리콘 오일로 대표되는 실리콘 오일 혹은, 이것을 주성분으로 하는 것을 들 수 있다.

이 실리콘 오일은 규소와 산소가 교호로 늘어선 실록산 결합을 골조로 하고, 분자가 연쇄상으로 늘어서 있는 것이고, 유기기(有機基)로서 메틸기나 페닐기를 포함하는 메틸계(메틸 폴리실록산, 페닐 폴리실록산), 메틸 페닐계(메틸 페닐 폴리실록산) 등이 있다.

저분자 실리콘 오일 내지 환상 실리콘 오일은 상온에 가까운 온도에서 응고하는 성질을 가지고 있고, 열안정성도 좋고, 내약품성, 내산화성, 전기 절연성의 각 특성도 가지고 있는 점에서도 유리하다.

이 고분자계 응고제(6)는 통상, 액상 내지 이에 가까운 성상으로 되어 있다. 이 성상의 경우에는, 가공에 앞서 고분자제 응고제(6)는 고정용면(40) 또는 피가공물(5)의 하면에 코팅되든가 아니면, 고정용면(40)과 피가공물(5)의 쌍방에 코팅된다. 막의 두께는 임의이고, 수 미크론이라도 충분히 고정 효과가 얻어진다.

도 5-A 내지 도 5-C는 고분자계 응고제(6)로서 액상의 것을 사용하여 피가공물(5)을 고정용면판(4c)에 고정하여 기계가공을 행하는 방법을 단계적으로 나타내고 있다.

가공에 임하여서는 고정용면판(4c)의 고정용면(40)을 고분자계 응고제의 응고 온도보다도 높은 온도로 유지하여 놓는다. 이 상태에서 도 5-A처럼 고정용면(40)에 액상의 고분자계 응고제(6)를 솔, 롤러, 분무 등 임의의 방법으로 도포하여, 고정용면(40)에 고분자계 응고제막을 형성한다. 고분자계 응고제(6)는 물론 피가공물(5)의 하면에 도포하여도 좋다.

이어서, 피가공물(5)을 고분자계 응고제막의 위에 놓고, 적의 위치 결정하고, 배향의 조정 등을 행한 후, 온도 제어수단(4d)을 작동하여 고정용면(40)의 온도를 고분자계 응고제의 응고점 보다도 낮은 온도로 한다.

이것은, 제 1 예의 경우에는 콘트롤러(7)로부터 각 열전소자(41)에 플러스 전류를 통전하고 동시에, 배열 냉각기구(4e)를 작동함에 의하여 행하고, 제 2 예의 경우에는 개폐변(452') (453')를 닫고, 개폐변(452) (453)을 열어 순환식 냉각장치(10)로 부터 공급관(450)을 매개하여 코아(45)에 유체를 보내고, 복귀관(451)으로부터 순환식 냉각장치(10)에 되돌리는 것을 반복함으로써 행하여진다. 제 3 예는 순환식 냉각 장치(10)의 공급관(450)과 복귀관(451)을 신속 유체 계수(458) (459)에 의하여 도입관(456)과 배출관(457)을 접속함에 의하여 행하여진다.

이에 따라, 고분자계 응고제(6)는 액상에서 고상(固相)으로 변화하고, 동결 고분자계 응고제(6')의 응고분자에 의하여 피가공물(5)은 고정용면(40)과 강력히접착한다.

또, "응고점 보다도 낮은 온도"라고 하는 것은 고분자계 응고제의 응고분자가 치밀하게 결합하여, 고정용면(40)과 피가공물(5)과의 접착에 의한 고정력(유지력)이 기계 가공에 의한 부하 하중에 충분히 견딜 수 있게 되는 온도를 의미하며, 통상의 경우 고분자계 응고제(6)의 응고점보다도 약 10℃ 이상 낮은 온도이다.

이상으로 피가공물(5)의 고정상태가 얻어지므로 가공 기계를 작동하여, 도 5-B와 같이 공구(2)에 의하여 피가공물(5)에 소망하는 가공을 한다. 이때에 공구(2)와 피가공물(5)의 접촉 부위에 가공액 공급수단(3)으로부터 가공액을 공급한다.

이것은 고분자계 응고제(6)의 응고점보다도 낮은 임의 온도로 냉각된 가공액을 노즐(30)로부터 분사하여도 좋고, 가공액에 냉각 가압 공기 공급수단(32)으로 부터 예를들어, 온도가 0℃ 이하, 압력이 5∼7 kg/㎠ 인 냉각 가압 공기를 첨가 혼합하여 노즐(30)로부터 안개 상태로 분무하여도 좋다.

후자의 방법은 물이 안개화 될 때에 기화열을 빼앗기므로 보다 냉각 효과가 크고, 예를 들어 2 ℓ/분의 작은 가공액량으로 통상의 기계적 척 방법인 경우에 사용되는 약 10 ℓ/분 이상의 가공액에 의한 냉각효과에 필적하는 효과를 얻을 수가 있다.

0℃를 넘는 가공액을 사용하여도 동결 고분자계 응고제(6')는 발수성을 가지므로, 가공액에 의한 동결 고분자계 응고제(6')의 용해가 없이 응고 상태가 유지되고, 피가공물(5)은 확실하게 고정상태로 유지된다.

따라서, 가공액에 의하여 가공열이 냉각되고, 가공 부스러기나 분리된 연마석 입자가 원활히 가공부위로부터 제거되고, 피가공물(5)과 공구(2)간의 윤활도 양호하고, 양호한 가공면 성상과 정밀도를 얻을 수가 있다.

또, 상기와 같은 냉각 가압 공기 혼합 가공액이 가공중에 응고하여 얼음으로 되어도, 동결 고분자계 응고제(6')가 발수성을 가지므로 피가공물(5)의 표면에 얼음이 동결하거나, 적층하는 일이 없고, 공구(2) 및 공구(2)의 플랜지나 맨드릴은 손상됨이 없이 깨끗한 상태로 유지된다.

이렇게 하여 목적하는 가공이 종료되면, 온도 제어수단(4d)을 작동하여 고정 용면(40)의 온도를 고분자제 응고제의 응고점 보다도 높은 온도로 환원한다.

이것은 제 1 예의 경우에는 콘트롤러(7)로 부터 각 열전소자(41)에 마이너스 전류를 통전함에 의하여 이루어지고, 제 2 예의 경우에는 개폐변(452) (453)을 닫고, 개폐변(452') (453')을 열어 순환식 온수 공급장치(11)로부터 고분자계 응고제의 응고점 보다도 높은 온도의 온수를 분기 액체 공급관(450')과 액체 공급관(450)을 개재하여 코아(45)로 보내고, 복귀관(451)과 분기 복귀관(451')으로부터 순환식 온수 공급장치(11)로 보내는 것을 반복함에 의하여 행하여진다. 제 3 예의 경우에는, 순환식 냉각장치(10)의 작동을 멈추고, 신속 유체 계수(458) (459)에 의하여 도입관(456)과 배출관(457)과의 접속을 해제하여, 동결식 척 장치(4)의 고정용면판(4c)를 상온의 분위기로 노출시킴에 의하여 행하여진다.

어느 것으로 하여도, 상기 조작에 의하여 고분자계 응고제(6)는 고상으로부터 액상으로 환원하므로 피가공물(5)에 대한 고정력이 해제되어, 도 5-C의 큰 화살표와 같이 가공 완료된 피가공물(5)을 고정용면(40)으로부터 꺼낼 수가 있다.

상기와 같이 하여 액상으로 환원된 고분자계 응고제(6)는 적당한 스크레이퍼(Scraper) 등으로 고정용면(40)을 긁어 내리고, 부스러기나 분리된 연마석분과 함께 흘러내린다.

실시예에 있어서는 고정용면판(4c)의 주위에는 리시버(90)가 있으므로 고분자계 응고제(6)는 제 1 수조(91)에 내려 보내진다. 이 제 1 수조(91)에는 고분자계 응고제(6)의 응고점 보다도 높은 온도의 물(910)이 들어있다.

고분자계 응고제(6)는 물보다도 비중이 가볍고, 물과의 친화성이 없으므로 도 5-C와 같이 물(910)과 분리되어 수면위로 부상하고, 부스러기나 분리된 연마석분(Z)은 제 1 수조(91)의 바닥에 침강하므로 간단히 분리할 수가 있다.

그리고, 제 1 수조(91)로부터 고분자계 응고제(6)를 제 2 수조(92)로 옮기면 제 2 수조(92)에는 고분자계 응고제(6)의 응고점 보다도 낮은 온도의 물(920)이 수용되어 있으므로, 고분자계 응고제(6)는 물(920)의 위에서 응고한다. 따라서 망 등으로 건지므로써 간단히 회수할 수가 있고, 재사용에 제공할 수가 있다.

그러나, 본 발명에 의한 고분자계 응고제(6)는 액상 내지 이에 가까운 성상인 것에 한정되지 않는다. 즉, 크림상 내지 페이스트상이어도 좋다. 이 경우에는 응고시에 막이 아닌 커다란 지지 블록이 되어 피가공물(5)을 단단히 접착 고정할 수가 있다.

이러한 크림상 내지 페이스트상의 고분자계 응고제는 주제(예를 들면 실리콘 오일)에 고체 입자로 이루어지는 점도 조정제를 첨가 혼련한 것이 적합하다. 이 고체 입자는 분말 특히, 평균 입경이 최대 10μm의 것, 보다 바람직하게는 평균 입경이 1μm 이하, 보다 더 적합하게는 평균 입경 0.5μm이하인 미분말이 최적이다.

고체 입자의 재료는 한정하지는 않지만, 일반적으로는 규조토로 대표되는 토류 분말, 쌀이나 밀가루, 전분류, 산호분, 목회(木灰), 종이나 섬유를 연소한 재, 화이트 카본(White Carbon), 제올라이트(Zeolite), 프라이 애시(Fly Ash) 등이 바람직한 예이다. 그외에 다음의 것을 분말상으로 한 것도 사용될 수 있다. 세라믹, 실리콘, 페라이트, 카본, 흑연, 유리, 석고, 돌, 플라스틱, 목면, 나무, 펄프, 종이, 철, 동, 알루미늄 등의 금속이나 그 산화물 등.

예를 들면, 규조토나 쌀이나 소맥 등의 가루, 전분류는 미립자이고 비중이 가벼우므로 주성분(예를들면 실리콘 오일)에 균일하게 분산 혼합할 수가 있고 분리가 되기 어려운점, 게다가 가격이 싼 점 에서 권장할 만 하다. 그러나 다른 고체입자도 혼합하여 즉시 코팅한다면 충분히 사용 가능하다. 상기 고체입자는 몇개 종류의 것을 혼합하여 사용할 수도 있다. 또, 기계가공후의 피가공물 세정시에 이것으로부터 분리를 촉진시키기 위한 액상 물질 예를들면, 계면 활성제를 고체입자 외에 미량 첨가하여도 좋다.

고체 입자는 점도를 증가시킴과 함께 응고시에 반죽이나 응고의 경우와 마찬가지로 골재로서 기능하고, 첨가량에 거의 비례하여 고분자제 응고제는 응고시의 강도가 증가한다. 따라서, 고체 입자는 상기 주성분으로서의 실리콘 오일에 적어도 5 wt% 정도 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 너무 첨가량이 많으면 응고시의 강도는 높으나 응고전의 유동성이 나빠지므로 코팅하기가 곤란해진다. 그래서, 상한은 50 wt%미만으로 하는 것이 바람직하다. 일반적으로는 실리콘 오일과 고체 입자(분말)의 비를 (9:1)∼(5.1:4.9)의 범위에서 선택하면 좋고, 이 고체 입자의 배합비율에 의하여 액체에 가까운 것 ∼ 크림상 ∼ 페이스트상으로 변화한다.

이러한 크림상 내지 페이스트상의 교분자계 응고제는 단독으로 또는 상기한 액상의 고분자계 응고제와 병용하여 사용한다. 도 6-A 내지 도 6-D는 그 예를 나타내고 있다. 이해를 위하여, 이들 도면에서는 액상의 고분자계 응고제를 부호 60으로 표시하고, 크림상 내지 페이스트상의 고분자계 응고제를 부호 600으로 표시하고 있다.

도 6-A는 피가공물(5) 하면과 고정용면(40) 사이에 액상의 고분자계 응고제(60)를 막 형태로 개재시키고, 피가공물(5)의 측면(51)과 이로부터 소정의 거리로 이격된 고정용면(40)과의 사이를 연결되도록 크림상 내지 페이스트상의 고분자계 응고제(600)를 도포하며, 크림상 내지 페이스트상의 고분자계 응고제(600)는 단면이 삼각형에 가까운 모양으로 되어 있다. 이 상태는 피가공물을 연삭하거나 연마하는 가공에 적합하다.

도 6-B는 크림상 내지 페이스트상의 고분자계 응고제(600)를 피가공물(5)의 측면(51)과 이로부터 소정의 거리로 이격된 고정용면(40)과의 사이를 연결할 뿐 아니라, 피가공물(5)의 상면(52)을 덮도록 도포하고 있다. 이 상태는 피가공물을 얇게 슬라이스(Slices) 절단 가공하는데 적합하다. 즉, 슬라이스 절단 가공하였을 때에 얇은 피가공물편(片)은 단지 하단면의 면적만이 고정용면(40)에 접착되지 않고, 양단면과 상면이 다리 모양으로 연결된 고분자계 응고제에 의하여 유지되기 때문이다.

도 6-C는 크림상 내지 페이스트상의 고분자계 응고제(60)를 피가공물(5)의 하면과 고정용면(40) 사이에 도포하고, 피가공물(5)의 측면(51)과 이로부터 소정의 거리 이격된 고정용면(40)과의 사이를 연결하도록 도포되어 있다. 이 상태는 절단 가공이나 보링 가공 등 관통계의 가공을 행하는 경우에도, 피가공물(5)의 하면과 고정용면(40) 사이의 고분자계 응고제(60)가 여유판으로서 기능하므로 후술하는 여유판을 생략할 수 있는 이점이 있다.

도 6-D는 크림상 내지 페이스트상의 고분자계 응고제(600)를 피가공물(5)의 하면과 고정용면(40)과, 피가공물(5)의 측면(51)과 고정용면(40)과의 사이에 도포하고, 피가공물(5)의 상면(52)을 덮도록 도포함으로써 전체를 둘러싸고 있다. 이 상태는 도 6-D의 효과와 도 6-B의 효과가 얻어지는 이점이 있다.

크림상 내지 페이스트상의 고분자계 응고제(600)는 또 후술하는 E형 페라이트 코어 가공으로 대표되는 것과 같은 피가공물(5)의 일부를 가공하는 경우에, 그 가공부위의 부근의 공극을 메워 가공력에 의한 파손을 방지하는 데에도 유용하다.

크림상 내지 페이스트상의 고분자계 응고제(600)는 솔에 의한 도포, 주걱에 의한 도포, 압출기에 의한 압출 등 어느것으로도 가능하다.

이미 기술한 바와 같이 본 발명에서의 피가공물(5)은 여유판을 적충한 것을 포함하고 있다. 도 7-A 내지 도 7-C는 이를 상세히 나타내고 있다. 여유재는 부호 5b로 표시되어 있고, 공구(2)에 의한 가공에 장해가 되지 않는 경도의 것, 일반적으로 카본이나 흑연판이 이용되고 있다. 이러한 여유판(5b)은 고분자 응고제를 개재하여 고정용면(40)에 지지되고, 이 여유재(5b)상에 고분자제 응고제를 개재하여 원래의 가공 대상물로서의 피가공물(여기서는 부호 5a로 표시하였다)이 지지된다. 여유판(5b)은 피가공물(5a)과 동등 이상의 면적을 가지고 있다

도 7-A는 액체의 고분자계 응고제(60)를 사용한 예를 나타내고 있다. 도 7-B는 액체의 고분자계 응고제(60)를 여유재(5b)와 고정용면(40)의 사이에 개재시키고, 피가공물(5a)을 액체의 고분자계 응고제(60)의 도포막을 개재하여 여유판(5b)에 배치하고, 피가공물(5a)의 주위(51)와 여유판(5b) 또는, 고정용면(40)을 크림상 내지 페이스트상의 고분자계 응고제(600)로 연결하고 있다. 도 7-C는 피가공물(5a)의 상면(52)을 크림상 내지 페이스트상의 고분자계 응고제(600)로 덮고, 그것을 피가공물 주위(51)의 크림상 내지 페이스트상의 고분자계 응고제(600)와 연결하고 있다.

도 8-A 내지 도 8-D는 본 발명의 다른 형태 즉, 피가공물을 연속적으로 하나의 가공기계에 부착하여 가공하는데 적합한 예를 나타내고 있다.

이 방법은 피가공물(5)을 직접 동결식 척 장치(4)의 고정용면에 고정하는 것이 아니고, 별도의 치구로서 팰릿(14a)을 사용하여 여기에 고분자계 응고제(6)에 의하여 피가공물(5)을 고정하고, 이 팰릿(14a)을 고정용면(40)에 정착시키는 방식이고, 피가공물(5)의 고정과 고정해제를 보다 능률적으로 행할 수 있는 이점이 있다.

상세히 설명하면, 복수매의 팰릿(14a) (14b)을 이용하고, 상기 제 1 내지 제 3 예의 어느 것인가의 동결 척 장치(4)를 사용함과 함께, 이것과는 별도로 가공 기계 외부에 예냉기(13)를 설치한다.

팰릿(14a) (14a)은 열전도성이 양호한 재료 예를 들면, 알루미늄 내지 그 합금의 판상이나 주연부에 주벽을 갖는 그릇모양 내지 남비모양으로 되어 있고, 피가공물(5)을 복수개 배치할 수 있는 면적을 가지고 있다.

예냉기(13)는 열절연성 재료로 이루어지는 기대(130)에 냉각판(131)을 붙이고, 냉각판(131) 하측에 물 등의 냉각용 유체의 통로를 가지는 코어(132)를 밀접시킨 구조를 가지며, 유체의 공급관(133)과 복귀관(134)을 제 1 예의 냉각수 공급장치(8) 혹은, 제 3 예의 순환식 냉각 장치(10)와 동일한 구조의 순환식 냉각장치(13a)에 접속되어 있다.

이 형태에 의한 가공법을 초기 단계로부터 설명하면, 동결식 척 장치(4)에서, 팰릿 고정용 매체로서 물을 사용하는 경우에는 온도 제어수단(4d)으로 고정용면(40)의 온도를 얼음의 응고 온도보다도 약간 높은 온도로 하여둔다. 한편, 예냉기(13)에서는 순환식 냉각장치(13a)를 작동하여 냉각용 유체를 공급관(133)과 복귀관(134)을 개재하여 코아(132)에 순환시켜, 냉각판(131)을 고분자 응고제의 응고점 보다도 낮은 온도 예를 들면, 1∼5℃로 유지한다.

이 상태에서 도 8-A의 우측 도면과 같이 고분자제 응고제의 응고점 보다도 높은 온도를 지닌 팰릿(14a)의 상면에 고분자계 응고제(6)를 도포하고, 피가공물(5)을 팰릿(14a)의 상면에 위치시킨다.

이렇게 놓여진 팰릿(14a)을 상기 예냉기(13)의 냉각판(131)에 놓는다. 이에 따라, 팰릿(14a)을 개재하여 고분자계 응고제(6)가 이의 응고 온도보다도 낮은 온도로 냉각되므로, 동결 고분자계 응고제(6')에 의한 접착력으로 피가공물(5)은 팰릿(l4a)상에 공고히 고정된다.

이렇게 하여 피가공물(5)을 동결 고분자계 응고제(6')로 고정된 팰릿(14a)을 상기 동결식 척 장치(4)의 고정용면판(4c)상에 놓는다. 이때까지 고정용면판(4c)의 고정용면(40)에는 물을 분무 등으로 도포하여 둔다. 그리고, 콘트롤러(7)로 온도제어수단(4d)을 작동하고, 고정용면(40) 온도를 물의 응고점 이하의 소요 온도 예를 들면, -3℃ 정도로 하여 이 온도를 유지한다. 이 결과 피가공물(5)을 동결 고분자계 응고제(6')로 고정한 팰릿(14a)은 동결된 얼음에 의하여 고정용면판(4c)상에 고정된다.

이것으로 가공체제가 완료되므로, 상기와 같이 가공액 공급수단(3)에 의하여 가공액을 공구(2)와 피가공물(5)의 가공부위에 공급하면서, 공구(2)로 소망하는 가공을 수행할 수 있다.

이 경우, 가공액의 온도는 -3℃ 이하가 바람직하지만, 본 발명에서는 가공액의 사용량이 작고, 동결 고분자계 응고제(6') 그 자체로 단열성이 높으므로 팰릿(14a)의 온도 상승을 억제할 수 가 있다. 이 점에서 볼 때 가공액의 온도가 0℃ 이상이어도 가공액이 피가공물(5)과 팰릿(14a)을 데우는 열량에 비하여 동결식 척 장치(4)가 고정용면(40)으로부터 흡수하는 열량이 훨씬 크므로 팰릿(14a)이 고정용면판(4c)으로부터 이탈하는 일은 없다. 또, 피가공물(5)이 세라믹이나 플라스틱의 경우에는 그 자체도 단열성이 있으므로 더욱더 팰릿(14a)의 이탈이 방지된다.

이 사이에, 다른 팰릿(14a)에는 상기와 같이 고분자계 응고제(6)가 도포되고, 다음 사이클에 가공될 피가공물(5)이 놓여진다. 이것이 도 8-A의 상태이다.

그리고, 팰릿(14a)은 고분자계 응고제(6)의 응고점 보다도 낮은 온도로 유지되어 있는 예냉기(13)의 냉각판(13l)에 놓여지고, 이에 의하여 피가공물(5)은 팰릿(14a)에 고정되고, 이 상태로 대기한다. 이것이 도 8-B의 상태이다.

이렇게 하여 동결식 척 장치(4)에서의 가공이 완료되었을 때에는, 콘트롤러(7)로 온도 제어수단(4d)을 승온측으로 작동하고, 상기한 준비 온도(1℃) 내지 이보다 1℃ 정도 높은 온도로 복귀된다. 이렇게 가공이 완료된 피가공물(5)을 유지하고 있는 팰릿(14a)은 동결식 척 장치(4)로부터 이탈된다. 이 상태가 도 8-C이다.

그런데, 고정용면(40)에 물을 분무하고, 예냉기(13)의 냉각판(13l)에 놓여있는 다음 로트의 팰릿(14a)을 고정용면(40)에 놓고, 콘트롤러(7)로 온도 제어수단(4d)을 재차 동결용 온도로 하강시키면, 즉시 다음 가공으로 이동할 수가 있고, 다음 로트의 피가공물을 고분자계 응고제를 개재하여 팰릿에 놓고, 예냉기(13)에 위치시키므로써 피가공물을 고정상태로 하여 둘 수가 있다.

이 방법에서는, 피가공물이 응고점이 높은 고분자계 응고제(6)에 의하여 팰릿(14a)에 고정되므로 예냉기(13)는 저능력의 것으로도 되고, 따라서 장치 코스트를 대폭 싸게 할 수가 있고, 물을 동결하는 것이 아니므로 팰릿 하면에 부동액을 도포하는 작업도 전혀 필요하지 않고, 작업도 용이하다.

또한, 동결식 척 장치(4)에서는 물을 동결 매체로 하여도 제어 온도 구배를 5℃ 정도 이내의 좁은 범위로 할 수가 있으므로, 동결식 척 장치(4)에 대한 피가공물의 착탈시간을 10∼15초의 극히 단시간의 것으로 할 수가 있다.

피가공물(5)은 동결식 척 장치(4)로 부터 제거된 상태에서도 응고점이 높은 동결 고분자계 응고제(6')에 의거 팰릿(14a)에 고정된 상태를 유지하므로, 진동 등에 의하여 팰릿으로 부터 낙하하거나 하지 않아 운반 등의 취급이 용이하다.

그리고, 다음은 피가공물의 세척을 행하면 되고, 이때에 물의 비중 보다도 가볍고, 물과 친화성이 없고 응고점이 물의 그것보다도 높은 성질을 이용하여 동시에 고분자계 응고제(6)의 회수도 행할 수가 있다.

즉, 세척.회수수단(9')으로서는 예를들면, 8-D와 같이 내부에 물(용제가 함유되어 있는 것을 포함한다) (910)을 넣고, 히터 등의 가열수단(912)으로 상기 물을 고분자계 응고제의 응고점 보다도 높은 온도로 유지되도록 한 제 1 수조(91)와, 내부에 물(920)을 넣고, 이것을 냉각기구(922)로 항상 고분자계 응고제의 응고점 보다도 낮은 온도로 유지되도록 한 제 2 수조(92)를 구비하고, 제 1 수조(91)의 수면보다도 상위에 취출부(914)를 설치한 것을 들 수 있다.

이 수단을 이용한 경우에는, 동결식 척 장치(4)로부터 제거한 팰릿(14a)을 제 1 수조(91)에 삽입한다. 이렇게 하면, 물(910)이 고분자계 응고제의 응고점보다도 높은 온도이므로, 피가공물(5)의 고정이 즉시 해제되고, 피가공물(5)은 물(910)에 의하여 세척되고, 부스러기나 탈락된 연마석 입자 등은 비중이 크기 때문에 수조의 바닥에 가라 앉고, 배출부(915)로 부터 꺼낼 수 있다. 그리고, 세척후 잠시 방치하면, 물(910)과 고분자계 응고제(6)는 분리되어 고분자계 응고제(6)는 수면상에 두꺼운 막이 되어 부상한다.

이때 취출부(914)의 밸브를 개방하면 고분자계 응고제(6)는 용해되어 있어 유동성이 있으므로 제 2 수조(92)에 유입하는데, 이 제 2 수조(92)의 물(920)은 고분자계 응고제의 응고점 보다도 낮은 온도로 되어 있으므로 고분자계 응고제(6)는 물(920)의 위에서 즉시 동결한다.

그리고, 이어서 이 동결된 고분자계 응고제(6')를 망이나 주걱 등의 적당한 수단(93)으로 건져내어 재사용을 위한 용기에 담아둔다.

세척 · 회수수단은 내부에 콘베어 등의 운반 수단을 가지고 있어도 좋음은 물론이다.

또, 상기 설명에서는 고분자계 응고제(6)로서 액체상의 것을 사용하였지만, 이것은 어디까지나 하나의 예이고, 도 6-A ∼ 도 6-D 및, 도 7-A ∼ 도 7-C에 도시한 바와 같은 액상의 것과 크림상 내지 페이스트상의 것의 병용 또는, 크림상 내지 페이스트상의 것 만의 사용도 물론 포함된다. 이들의 경우, 도 6-A ∼ 도 6-D 및 도 7-A ∼ 도 7-C의 고정용면(40)은 팰릿(14a)으로 바꿔 읽을 수 있다.

동결식 척 장치(4)의 팰릿 고정용 매체로서는 물이 아닌 고분자계 응고제(6)를 사용하여도 좋다. 이 경우에는 동결식 척 장치(4)의 고정용면판(4c)에 고분자계 응고제(6)가 도포되고, 팰릿(14a)은 그 위에 배치되고, 온도 제어수단(4d)으로 고분자계 응고제(6)의 응고 온도 보다도 낮은 온도로 냉각되고, 이에 따른 고분자계 응고제(6)의 응고에 의하여 팰릿(14a)은 고정된다.

또, 팰릿을 사용하는 경우, 동결식 척 장치(4)의 고정용면판(4c)에 진공 척 기구를 가지고 있어도 좋다. 이 경우 보다 확실하게 팰릿(14)을 고정용면판(4c)에고정하고, 또, 단번에 고정 해제를 할 수가 있다.

도 9는 본 발명에서 피가공물을 연속 가공하는데 적합한 다른 형태를 나타내고 있다. 이 형태는 팰릿을 사용하지 않고, 동결식 척 장치(4) 그 자체를 교체식의 치구로 하여 사용한 것으로, 피가공물(5)의 고정과 해제를 보다 능률적으로, 값싸게 행할 수 있는 이점이 있다.

이 경우에는, 동결식 척 장치(4)로서 도 4-A, 도 4-B에 도시된 바와 같은 유체 순환식의 것을 적어도 2대 이상 사용하고, 가공 장치(A)의 근방과 가공장치 외측에는 도 4-A, 도 4-B의 도시와 같은 구조를 구비한 제 1 의 순환식 냉각장치(10a)와 제 2의 순환식 냉각장치(10b)를 각각 배치한다.

이 방법의 경우에는, 제 1 동결식 척 장치(4)를 기외에 배치하고, 고정용면(40)에 단수 또는 복수의 피가공물(5)을 고분자계 응고제(6)를 개재하여 배치한다.

이 상태에서 제 1 의 동결식 척 장치(4)의 도입관(456)과 배출관(567)은 기외의 제 2 의 순환식 냉각 장치(10b)의 공급관(450), 복귀관(451)과 신속 유체 계수(458) (459)와 순간 접속된다. 그리고 제 2의 순환식 냉각장치(10b)를 작동하여 냉각용의 유체를 동결식 척 장치(4)의 통로에 순환시킴에 의하여 고분자계 응고제(6)를 응고점 이하의 온도 예를 들면, 2∼5℃의 범위내의 온도로 냉각한다. 이로써 피가공물(5)은 응고하고, 제 1 의 동결식 척 장치(4)의 고정용면(40)에 단단히 접속된다.

이어서, 제 1 의 동결식 척 장치(4)의 제 2의 순환식 냉각장치(10b)에 대한접속을 끊고, 가공기계(A)의 작업 테이블(1)상으로 이동하고, 공지의 기계적 척 기구로 고정한다. 이와 함께 도입관(456)과 배출과(567)을 제 1 의 순환식 냉각장치(10a)의 공급관(450), 복귀관(451)과 신속 유체 계수(458) (459)와 순간 접속시킨다. 이 작업은 간단하고, 단시간에 행할 수 있으므로 피가공물(5)은 고정이 해제되지 않는다.

이 상태에서 가공장치(A)에 비치되어 있는 도시되지 않은 공구에 의하여 피가공물에 대한 소망하는 가공을 행한다. 그리고, 이 가공이 행하여지는 사이에 다음에 가공될 피가공물(5)은 기외에 준비되어 있는 제 2의 동결식 척 장치(4)의 고정용면(40)에 고분자계 응고제(6)를 매개로 하여 배치된다. 이 제 2의 동결식 척 장치(4)는 기외의 제 2 의 순환식 냉각장치(10b)의 공급관(450), 복귀관(451)과 신속 유체 계수(458) (459)와 순간 접속되고, 이에 의하여 고분자계 응고제(6)의 응고로 피가공물(5)은 고정용면(40)에 단단히 접착되고, 이 상태로 대기한다. 도 9는 이 상태를 도시하고 있다.

이렇게 하여 가공기계(A)에서의 피가공물에 대한 가공이 종료되면, 작업 테이블상의 제 1 의 동결식 척 장치(4)와 제 1 의 순환식 냉각장치(10a)와의 접속을 해제하고, 제 1 의 동결식 척 장치(4)를 이동 · 세척 공정을 행하는 장소로 이송하는 한편, 기외에 있는 제 2의 동결식 척 장치(4)와 제 2의 순환식 냉각장치(10b)와의 접속을 해제하고, 제 2의 동결식 척 장치(4)를 작업 테이블(1)에 배치하여 공지의 기계적 척 기구로 고정함과 동시에, 제 2 의 동결식 척 장치(4)를 신속 유체 계수(458) (459)로 제 1 의 순환식 냉각장치(10a)와 접속한다. 이것으로 즉시 다음피가공물에 대한 가공으로 이동할 수가 있다.

이하 상기 조작을 반복함에 의하여 다수의 피가공물을 동결식 고정방법의 이점을 살리면서 능률좋게 연속 가공할 수가 있다. 이 도 9의 피가공물의 고정용면(40)에 대한 배치는 도 5-A, 도 6-A∼ 도 6-D 및 도 7-A ∼ 도 7-C에 도시된 형태로 부터 적의 선택하여 행하면 좋다.

다음에 본 발명의 실시예를 보이겠다.

[실시예 1]

고분자계 응고제로서, 주성분이 환상 폴리메틸 실록산의 저분자 실리콘 오일을 사용하였다.

이 고분자 응고제의 특성은 무색 투명한 액체이고, 점도(25℃)가 2.4 cSt(㎡/s), 응고점 17℃, 굴절율(25℃)이 1.394, 표면장력 19.0 {1.90} dyn/cm {MN/cm}, 비중 0.95 (25℃)이다.

이 고분자계 응고제의 척력은 고정용면상과 피가공물의 온도가 25℃, 척재질 : 동, 피가공물 재질 : 초경합금인 조건하에서, 수직 방향 11∼15kg/㎠, 전단방향 8∼12kg/㎠ 이었다. 따라서 이 고분자계 응고제에 의한 피가공물 고정온도는 5℃내지 이보다 적당히 낮은 온도 범위로 설정하면 좋음을 알 수 있다.

1) 상기 고분자계 응고제를 사용하고, 동결식 척 장치로서 도 1에 도시한 것을 사용하여 마이크로파 유전체 세라믹스 소자의 슬라이스 가공을 행하였다.

2) 동결식 척 장치의 고정용면판은 동제이고, 300 × 150mm 이다.

3) 피가공물은 재질 : PZT 티탄산 바륨, 치수는 도 10-A의 표시에 따르면 50(W) × 50(L) × 2(t)mm이고, 이것을 5(W) × 5(L) × 2(t)mm로 하였다.

가공기계로서는 슬라이싱 머신을 사용하고, 가공조건은 공구 : 레지노이드 본드 다이아몬드 지석(입도 # 600), 공구치수 : 외경 100mm, 두께 0.4mm, 공구 이송속: 500mm/min, 공구 회전속도 : 5000rpm, 가공방향 : 다운 카트로 하였다.

4) 가공에 앞서, 고정용면판의 고정용면의 온도를 20℃ 정도로 유지하고, 이 상태에서 고정용면에 상기 고분자계 응고제를 약 2μm 두께로 도포하고, 이 위에 상기 피가공물을 놓은 후 동결식 척 장치에 플러스 전류를 통전하여 척 표면을 1℃로 하강시키고, 이 상태를 유지하였다. 이 결과 고분자계 응고제는 응고하고 피가공물은 단단히 고정되었다.

5) 가공시에 가공액 공급수단으로서 직경 1mm의 니들 노즐을 이용하여 이것으로 부터 약 3℃로 냉각된 가공액을 약 150cc/min으로 피가공물과 공구의 접촉하는 부위에 공구 진행방향의 전방에서 직접 분사하였다.

6) 이 결과, 고분자계 응고제는 용해되지 않고, 피가공물은 안정하게 고정상태로 유지되고, 잘라낸 절단면에는 크랙이나 치핑(Chipping)이 전혀 발생되지 않고 깨끗한 절단면이 얻어졌다.

가공후, 고정용면의 온도를 20℃로 상승시켜 피가공물을 꺼내고, 척 표면으로부터 고분자계 응고제와 부스러기나 탈락된 연마석 입자를 제거시키고, 수온을 20℃로 유지한 제 1 수조에 넣는다. 이에 따라 고분자계 응고제는 분리 부상하고, 수온을 10℃로 유지한 인접 제 2 수조에 주입하였더니 고분자계 응고제는 응고하고, 거의 전량이 회수되었다.

7) 비교를 위하여, 종래방법으로 상기 가공을 행하였다. 이 경우에는, 고정용면에 물을 분무하고, 그 위에 상기 피가공물을 놓은 후 동결식 척 장치에 플러스 전류를 통전하여 고정용면을 -10℃로 하여 이것을 가공하는 동안 유지하였다. 이에 따라 물은 동결하고 피가공물은 고정되었다.

가공 개시시에, 상기 조건으로 가공액을 분사하였을 때, 얼음이 녹아 피가공물의 고정이 해제되어 버려 가공은 불가능하였다. 그래서 약 5%의 수분을 포함하는 에어 미스트(Air mist)를 압력 5kg/㎠으로 공구(연삭 숫돌)에 의한 절단 가공부와 180° 변위된 부위에 분사하고, 절단 가공부에 약 -10℃로 냉각된 공기를 직접 분사하였다. 결과는, 얼음은 녹지 않았지만 절단된 피가공물의 절단면의 아래측에 연삭열에 의한 크랙이 발생하고, 손톱으로 긁었더니 떨어져 버려 불량품이 되어버렸다.

[실시예 2]

1) 본 발명에 의하여 알루미늄과 플라스틱재와의 복합재를 절단가공하였다.

재질은 알루미늄 A 2011과 에폭시 수지와의 복합재, 치수는 도 10-B의 표시에 따르면, 상하의 알루미늄이 300(W) × 200(L) × 2(t)mm, 중간의 플라스틱이 300(W) × 200(L) × 0.1(t)mm, 가공후의 치수는 300(W) × 6(L) × 4.1(t)mm 이다.

2) 가공기계는 정밀 슬라이싱 머신, 사용 공구는 직경 100mm 원반에 길이 10mm, 두께 1mm의 다이아몬드 바이트 3개를 붙인 것, 공구 회전속도는 6000rpm, 공구 이송속도는 120mm/min, 가공방향은 하향 절삭으로 하였다.

고분자계 응고제는 실시예 1과 동일한 것을 사용하고, 동결식 척 장치는 도 3에 도시하는 유체에 의한 냉각/ 승온 타입의 것을 사용하였다.

3) 가공에 임하여, 순환식 온수 공급장치로부터 동결식 척 장치의 코아에 20℃의 온수를 공급하고, 이 상태에서 고정용면에 고분자계 응고제를 약 2μm의 두께로 도포하고, 그 위에 상기 피가공물을 놓고, 액체 회로를 절환하여 순환식 냉각 장치로부터 코아에 냉수를 공급하고, 고정용면을 2℃로 하강시켜 이상태를 유지하였다. 이에 따라 고분자계 응고제는 응고하고, 피가공물은 부동으로 고정되었다.

4) 가공액으로서는 약 -5℃로 냉각한 수용성 가공액(부동액 포함)을 150cc/min 으로 압송하면서 여기에 에어 쿨러로 약 -10℃로 냉각된 280ℓ/min의 냉각 에어와 혼합한 것을 사용하고, 이것을 직경 4mm의 니들 노즐을 이용하여 약 5kg/㎠의 압력으로 공구 진행방향의 전방으로부터 가공점에 직접 분사하였다.

5) 이 결과, 고분자계 응고제는 용해되지 않고, 피가공물은 안정된 고정상태로 유지되고, 피가공물의 중간에 끼어 있는 플라스틱재는 전혀 용출되지 않고, 절단된 피가공물의 절단면은 표면 조도가 0.2S 이하의 거울같은 표면이었다. 또, 가공중에 가공액이 피가공물의 위에 동결 적층하는 일도 없고, 공구의 움직임은 원활하고, 절단품의 치수 정밀도는 양호하였다.

6) 비교를 위하여, 실시예 1과 동일 조건으로 물을 동결하여 피가공물을 고정하고, 상기 가공조건과 가공액 조건으로 절단을 하였을 때, 가공중에 피가공물이 척으로부터 빠져 버려 가공 불능이 되었다. 이것은 가공액이 0℃ 이하의 저온이어도 물과 친화성이 높은 부동액을 혼합하고 있으므로 피가공물을 고정용면에 접착하고 있는 가공액에 의하여 녹아 버리기 때문이다.

또, 가공 가능기간에 있어서도, 가공액과 공기중의 수분이 동결하여 피가공물에 적층하고, 이것이 공구의 플랜지에 접촉하고, 그에 의하여 공구의 회전운동이 불안정하게 되고, 절단 정밀도가 저하하였다.

[실시예 3]

1) 본 발명에 의하여 E형 페라이트 코어의 갭 연착 가공을 행하였다.

이 피가공물은 도 11-A에 도시하는 형상으로서, 치수는 도 11-B의 표시에 따르면, 높이 h가 8mm, 폭 W가 15mm, 좌우 다리의 폭 W₁이 2mm, 두께 t₁이 3mm, 중앙 다리의 폭(W₂)이 7mm, 두께 t₂가 0.6mm이다. 이 피가공물에 중앙다리를 높이 h : 0.4mm 깍아 갭을 형성하는 가공을 행하여 도 11-D와 도 11-E에 도시하는 형상의 제품으로 하는 것이다.

2) 가공기계는 크리프(Creep) 기능을 가진 평면 연삭기를 사용하고, 공구로서는 레지노이드 본드(Resinoia Bond) 다이아몬드 연마석(입도 #400) 200mmØ를 사용하고, 가공조건은 연마석 회전속도 : 2700rpm, 연마석 이송 속도 : 600mm/min, 가공모드 : 크리프 가공, 하향 절삭하였다.

3) 고분자계 응고제는 실시예 1과 동일한 것을 사용하고, 동결식 척 장치는 도 3에 도시하는 유체에 의한 냉각/승온 타입의 것을 사용하였다.

4) 가공시에는, 고정용 면판의 고정용면의 온도를 20℃ 정도로 유지하고, 이상태에서 고정용면에 고분자계 응고제를 약 3μm의 두께로 도포하고, 그 위에 상기 피가공물을 도 12-A처럼 상호 밀접시켜 20매를 일렬로 늘어놓고, 양측의 다리와 중앙 다리의 공극에도 고분자계 응고제를 채운고, 동결식 척 장치를 작동시켜 척 표면을 1℃로 하강시키고, 이 상태를 유지하였다. 이 결과 고분자계 응고제는 응고하여 피가공물은 단단히 고정되고, 양측의 다리와 중앙 다리의 공극이 응고된 고분자계 응고제로 메워져 중앙 다리가 보강되었다.

5) 가공중에, 가공액 공급 수단으로서 직경 1mm의 니들 노즐을 2개 사용하고, 이들로 부터 약 3℃로 냉각된 가공액을 약 150cc/min으로 연마석 진행 방향 앞으로부터 연삭 지점에 직접 분사하였다.

6) 이 결과, 고분자계 응고제는 용해되지 않고, 피가공물은 안정된 고정 상태로 유지되고, 중앙 다리와 양측 다리의 공극을 메우고 있는 고분자계 응고제도 응고하지 않고, 이 때문에 얇은 중앙 다리는 단단히 보강된 상태가 유지되고 연마석에 의한 절삭시의 가공저항에도 충분히 견딜 수 있고, 전체 매수자 파손됨이 없이 정밀도 높게 갭 가공을 행할 수 있었다.

7) 비교를 위하여, 실시예 1, 2와 마찬가지로 얼음의 동결에 의하여 피가공물을 고정용면에 고정하고, 양측 다리와 중앙다리의 공극을 얼음으로 채워서 상기 조건으로 갭 가공을 행하였지만, 이 경우에는 가공중에 가공액에 의하여 얼음이 녹고, 중앙다리가 부러져 버리고, 피가공물 그 자체가 고정이 해제되어 버려 가공 불능으로 되었다.

[실시예 4]

1) 본 발명의 팰릿을 사용하는 형태를 이용하여 절단 가공을 행하였다.

고분자계 응고제로서는 실시예 1에 기재된 것을 사용하였다. 팰릿으로서는, 재질 : 알루미늄 합금, 치수 120(W) × 130(L) × 10(t)mm의 것을 사용하였다.

동결식 척 장치로서는, 도 1 에 도시된 것을 사용하였다. 예냉기로서는, 냉각판 치수 100(W) × 110(L) × 50(t)mm를 가지는 냉각수 순환식의 것을 사용하였다. 피가공물은 재질 : PZT 티탄산 바륨, 치수 50(W) × 50(L) × 1(t)mm를 사용하였다.

2) 가공에 임해서는 동결식 척 장치의 척 표면의 준비 온도를 1℃로 설정하여 스탠바이시키고, 예냉기의 냉각판 상면온도를 2∼3℃로 유지하여 대기시켰다.

상온으로 유지된 팰릿에 고분자계 응고제를 약 2μm 두께로 도포하고, 피가공물을 올려 놓았다. 이 상태에서 이 팰릿을 예냉기에 위치시켰다. 그 결과, 고분자계 응고제는 응고하고, 각 피가공물은 단단히 고정된 상태로 되었다.

이 팰릿을 상기 준비온도로 되어 있는 고정용면상에 물을 개재하여 세트시키고, 동결식 척 장치를 작동하여 고정용면을 -3℃로 하강시켜 이 온도를 유지시켰다. 그 결과 팰릿은 고정용면상에 고정되었다.

가공액으로서는 약 -5℃로 냉각된 수용성 가공액(부동액 포함)을 150cc/min 으로 압송하면서 여기에 에어쿨러로 약 -10℃로 냉각된 280ℓ/min의 냉각에어와 혼합된 것을 사용하여, 이것을 직경 4mm의 니들 노즐을 이용하여 약 5kg/㎠의 압력으로 공구 전방으로부터 가공 지점에 직접 분사하였다.

가공중에, 피가공물은 팰릿에 단단히 고정된 상태를 유지하고, 팰릿도 척에단단히 고정된 상태를 유지하므로 절단면은 부스러기 없이 깨끗한 절단면이 얻어졌다.

3) 한편, 상기 가공중 다음 로트의 피가공물을 상기 조건으로 팰릿에 배치하고, 상기 온도의 예냉기에 세트시켜 고분자계 응고제의 응고에 의하여 고정되어 있다.

그리고, 상기 가공의 완료와 동시에 동결식 척 장치의 척 표면의 온도를 2℃로 상승시켜 얼음을 용해시켜 팰릿의 고정을 해제하였다.

이후, 척 표면에 물을 분무하고, 다시 예냉기에 세트되어 있던 팰릿을 고정 용변에 놓고, 고정용면을 -3℃로 하강시켜 이 온도를 유지시켰다. 그 결과 팰릿은 고정용면상에 고정되어 다음 가공으로 이송하다.

4) 이 실시예는 다음 로트의 피가공물이 고분자계 응고제에 의하여 0℃를 넘는 온도로 팰릿에 고정되어 있고, 동결식 척 장치에서의 팰릿 고정과 해제의 온도차가 5℃ 정도이므로 가공기계에서의 피가공물의 착탈을 10초라는 극히 단시간에 행할 수가 있었다.

5) 그리고, 동결식 척 장치로부터 팰릿을 제거하여도, 이때에는 온도가 고분자계 응고제의 응고 온도 이하이므로 피가공물은 팰릿과 일체로 되어 있어 취급이 용이하였다. 후처리로서, 팰릿에 고정된채 20℃의 온수가 담긴 제 1수조에 삽입하여, 피가공물을 세척함과 동시에 고분자계 응고제를 분리 부상시켜 이것을 10℃의 물이 수용된 제 2 수조로 옮겼다. 이에 의하여 고분자계 응고제는 동결되어 원활히 회수할 수 있었다.

[실시예 5]

1) 본 발명에 의하여 사마륨 코발트재를 멀티 절단 연마석으로 슬라이스 가공하였다. 치수는 50(L) × 25(W) × 7(t)mm이고, 이것을 50(L) × 1.5(W) × 7(t)mm로 절단하였다. 가공기계는 슬라이싱 머신을 사용하고, 공구로서 전착(電着) 다이아몬드 연마석(입도 #280) 10매의 멀티 연마석, 공구 치수는 외경 100mm, 두께 0. 4mm, 연마석 피치 2mmn를 사용하였다. 가공조건은 연마석 회전수 : 3000rpm, 공구 이송속도 : 20mm/min, 가공방법 : 하향 절삭하였다.

2) 동결식 척 장치로서는 고정용면이 240 × 50mm의 도 1에 도시된 것을 사용하였다.

가공에 임하여서는, 고정용면의 온도를 20℃ 정도로 유지하고, 이 상태에서 도 13-A처럼, 고정용면에 상기 실시예 1의 액상 고분자계 응고제를 도포하여 두께 5mm의 카본으로 이루어진 여유판을 배치하고, 이 여유판 위에 페이스트상의 고분자계 응고제를 약 0. 1mm로 도포하고, 그 위에 제가공물을 위치시키고, 상기 페이스트상의 고분자계 응고제를 피가공물의 측면과 상면에 도포하였다.

페이스트상의 고분자제 응고제로서는, 실시예 1의 저분자 실리콘 오일에 평균 입경이 0.01μm인 규조토를 30wt% 첨가하고 혼합한 것(제 1 타입)과, 실시예 1의 저분자 실리콘 오일에 소맥분을 35wt% 첨가하여 혼합한 것(제 2 타입)을 사용하였다.

3) 이 상태에서 동결식 척 장치에 플러스 전류를 통전하여 고정용면을 1℃로 하강시키고 이 상태를 유지하였다. 이에 의하여 제 1 타입과 제 2 타입의 각 고분자계 응고제는 응고하고, 피가공물은 고분자계 응고제로 둘러싸인 상태로 단단히 고정되었다.

가공시에 약 3℃로 냉각된 연삭액을 약 15ℓ/min의 유량으로 제가공물과 공구의 접촉하는 가공부위에 직접 분사하였다.

4) 그 결과, 슬라이스 가공중에 피가공물은 1.5mm라는 얇은 두께로 절단되었음에도 불구하고 고정용면으로부터 이탈되어 날아가 버리는 일 없이 안전한 고정 상태로 유지되었다.

비교를 위하여, 제 1 실시예의 액체 고분자계 응고제만을 사용하여 피가공물을 고정하여 가공을 하였더니, 피가공물의 약 5%가 가공중에 고정용면으로부터 이탈하여 날아가 버렸다.

[발명의 효과]

이와 같이 본 실시예에서 좋은 결과가 얻어진 것은 미분말을 배합한 페이스 트상의 고분자계 응고제 때문에 응고 고분자계 응고제로 이루어지는 접착층의 강도가 높아진점, 그 응고 고분자계 응고제로 이루어지는 큰 볼륨의 접착층이 도 13-B와 도 13-C와 같이 슬라이스 가공중 내지 가공된 피가공물의 장축 방향 양단부를 지지하면서 고정용면에 착설되고, 장축 방향 양단부의 접착층이 피가공물 상면의 응고 고분자계 응고제 상층과 연결하여 브릿지를 형성하고 있는 점에 있다고 보여진다.

본 발명의 동결 척 식 기계 가공법은 형상, 재질을 불문하고 모든 피가공물의 기계가공을 행하는 경우에 적용할 수가 있다.

Claims (11)

1. 고정용면과 이 고정용면을 온도 제어하는 수단을 구비한 동결식 척 장치로 피가공물을 고정하여 기계 가공하는 방법에서, 응고점이 물의 응고점보다도 높은 고분자계 응고제를 적어도 피가공물과 고정용면의 사이에 개재시켜, 고정용면을 냉각함으로써 고분자계 응고제를 접착매체로 하여 피가공물을 고정하는 것을 특징으로 하는 동결 척 식 기계가공법.
2. 피가공물을 지지하는 팰릿과, 고정용면과 이 고정용면을 온도 제어하는 수단을 구비한 동결식 척 장치와를 사용하고, 피가공물을 팰릿에 고정하고 그 팰릿을 동결용 척 장치에 고정하여 피가공물을 기계 가공하는 방법에 있어서, 응고점이 물의 응고점보다도 높은 고분자계 응고제를 적어도 피가공물과 팰릿 사이에 개재시켜, 팰릿을 냉각함에 의하여 고분자계 응고제를 접착 매체로 하여 피가공물을 고정하도록 한 것을 특징으로 하는 동결 척 식 기계가공법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   피가공물은 여유판을 가공시에 적충하고 있는 것을 특징으로 하는 동결 척 식 기계 가공법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   고분자계 응고제로서 실리콘 오일 또는 이것을 주성분으로 하여 액상물을 이용하는 것을 특징으로 하는 동결 척 식 기계가공법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   고분자계 응고제로서 실리콘 오일에 점도 조정제를 혼합한 크림상 내지 페이스트상 물질을 이용하는 것을 특징으로 하는 동결 척 식 기계가공법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   고분자계 응고제로서 실리콘 오일 또는 실리콘 오일을 주성분으로 하는 액상물질과 실리콘 오일에 점도 조정제를 혼합한 크림상 내지 페이스트상 물질과를 병용하는 것을 특징으로 하는 동결 척 식 기계가공법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,

   실리콘 오일에 점도 조정제를 혼합한 크림상 내지 페이스트상 물질을 피가공물의 주위와 고정용면을 연결하도록 도포하는 것을 특징으로 하는 동결 척 식 기계가공법.
8. 제5항 또는 제6항에 있어서,

   실리콘 오일에 점도 조정제를 혼합한 크림상 내지 페이스트상 물질을 피가공물의 주위 및 상면과 고정용면을 연결하도록 도포하는 것을 특징으로 하는 동결 척식 기계가공법.
9. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   실리콘 오일이 응고점이 상온에 가까운 저분자 실리콘 오일인 것을 특징으로하는 동결 척 식 기계가공법.
10. 제1항 또는 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

    고정면과 이 고정용면을 온도 제어하기 위한 냉각용 유체의 통로를 구비한 적어도 제1과 제2의 동결식 척 장치를 준비하는 한편, 가공기계의 근방과 가공기계 외의 위치에는 냉각용 유체를 공급하는 제1과 제2의 순환식 냉각 장치를 구비하고, 다음 공정을 연속적으로 반복하는 것을 특징으로 하는 동결 척식 기계 가공법.

    a) 제1의 동결식 척 장치의 고정용면상에 고분자계 응고제를 개재하여 피가공물을 배치하고, 제1의 동결식 척 장치를 가공기계 밖의 위치에 있는 제2의 순환식 냉각 장치와 접속하여 고분자계 응고제를 응고점 이하의 온도로 냉각함에 의하여 고분자계 응고제를 접착 매체로 하여 피가공물을 제1의 동결식 척장치에 고정한다.

    b) 피가공물을 고정한상기 제1의 동결식 척 장치를 제2의 순환식 냉각 장치와 분리하고, 가공기계의 테이블상으로 옮겨 기계적으로 고정함과동시에, 제1의 순환식 냉각 장치와 접속하여 고분자계 응고제를 응고점 이하의 온도로 유지하면서 기계 가공을 행한다.

    c) 상기 기계가공을 행하고 있는 사이에, 다음에 가공할 피가공물을 제2의 동결식 척 장치의 고정용면상에 고분자계 응고제를 개재하여 배치하고, 이 제2의 동결식 척 장치를 가공 기계 밖의 위치에 있는 제2의 순환식 냉각 장치와 접속하여 고분자계 응고제를 응고점 이하의 온도로 냉각함에 의하여 고분자계 응고제를 접착 매체로 하여 피가공물을 제2의 동결식 척 장치에 고정해 준다.

    d) 상기 기계 가공후, 제1의 동결식 척 장치를 제1의 순환식 냉각 장치와 분리하여 가공기계의 테이블상으로부터 제거하는 한편, 제2의 동결식 척 장치를 제2의 순환식 냉각 장치와 분리하여 가공기계의 테이블상으로 이동하여 기계적으로 고정하고, 제1의 순환식 냉각장치와 접속함으로써 고분자계 응고제를 응고점 이하의 온도로 유지하면서 다음 기계 가공을 행한다.
11. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

    가공 기계상에 고정용면과 이 고정용면을 온도 제어하는 수단을 구비한 동결식 척 장치를 배치하고, 가공기계로부터 벗어나 위치에는 예냉기를 배치하고, 복수매의 팰릿을 사용하고, 다음 공정을 연속적으로 반복하는 것을 특징으로 하는 동결 척 식 기계 가공법.

    a) 제1의 팰릿상에 고분자계 응고제를 개재하여 피가공물을 배치하고, 상기 제1의 팰릿을 고분자계 응고제의 응고점 이하의 온도로 유지한 상기 예냉기에 위치시키고, 그에 의하여 고분자계 응고제를 접착 매체로 하여 피가공물을 제1의 팰릿에 고정한다.

    b) 피가공물을 고정한 상기 제1의 팰릿을 예냉기로부터 이동하여, 동결식 척 장치의 고정용면에 놓고 고정하여 기계가공을 행한다.

    c) 상기 기계가공을 행하고 있는 사이에, 다음에 가공해야 할 피가공물을 고분자계 응고제를 개재하여 제2의 팰릿에 올려 놓고, 이 제2의 팰릿을 예냉기에 위치시켜 냉각하여 고분자계 응고제를 접착매체로 하여 피가공물을 고정해둔다.

    d) 상기 기계가공 후, 동결식 척 장치상의 제1의 팰릿의 고정을 해제하여 이동하는 한편, 제2의 팰릿을 예냉기로부터 동결식 척 장치의 고정용면에 놓고 고정한다.

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