KR100650239B1

KR100650239B1 - 중성자 렌즈부재의 가공장치 및 방법

Info

Publication number: KR100650239B1
Application number: KR1020000050387A
Authority: KR
Inventors: 히토시 오오모리; 유타까 야마가타; 신야 모리타; 세이 모리야스; 히로히코 시미즈
Original assignee: 리켄; 히토시 오오모리
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 2000-08-29
Publication date: 2006-11-24
Also published as: JP2001062691A; DE60018338D1; JP3426544B2; EP1080836B1; DE60018338T2; US6444994B1; EP1080836A2; EP1080836A3; KR20010050246A

Abstract

본 발명은 중성자 렌즈부재의 가공장치 및 방법에 관한 것으로, 상기 장치는 평판상의 중성자 렌즈부재(1)를 유지하고 상기 부재의 표면에 직교하는 회전축 Z를 중심으로 회전하는 로터리 테이블(2)과, 외주부에 하나 또는 복수의 테이퍼드된 면(3a)을 갖는 원판상의 금속결합 지석(3)과, 상기 지석을 그 축심 A를 중심으로 회전구동하고 또한 지석을 로터리 테이블에 대해 상대적으로 이동시키는 지석 구동장치(4)와, 지석의 하나 또는 복수의 테이퍼드된 면에 근접하는 면을 갖는 전극(5)과, 지석과 전극간에 전해용 전압을 인가하는 전압 인가장치(6)와, 지석과 전극간에 전도성 연삭액을 공급하는 연삭액 공급장치(8)를 구비한다. 지석의 하나 또는 복수의 테이퍼드된 면(3a)이 이루는 각도가 중성자 렌즈부재의 표면에 형성되는 V자상의 홈의 각도보다도 작은 각으로 형성되고, 지석 구동장치(4)는 지석의 축선을 중성자 렌즈부재의 회전축에 대해 기울여서 위치를 결정하고, 또한 그 위치에서 그 경사각도 θ를 약간 유동시킬 수 있도록 되어 있다. 이것에 의해, 흑연상 탄소(graphite) 등의 중성자 렌즈부재의 표면에 낮은 가공저항으로 미세한 환상 돌기를 정밀 또한 우수한 면거칠기로 형성할 수 있다.

중성자 렌즈부재, 로터리 테이블, 테이퍼드된 면, 금속결합 지석, 전해연삭

Description

중성자 렌즈부재의 가공장치 및 방법 {Apparatus and method for processing the components of a neutron lens}

도 1은 물질에 따른 중성자 빔의 굴절의 원리도이다.

도 2는 중성자 렌즈의 원리도이다.

도 3은 중성자 빔을 수렴하는 기능을 갖는 중성자 렌즈의 사시도이다.

도 4는 도 3의 A-A 단면도이다.

도 5a, 도 5b는 도 4의 본체부분을 구성하는 판상부재의 구조도이다.

도 6은 본 발명에 따른 중성자 렌즈부재의 가공장치의 제1실시형태의 전체 구성도이다.

도 7은 도 6의 주요부 확대도이다.

도 8은 본 발명의 제2실시형태를 나타내는 도이다.

도 9는 본 발명의 제3실시형태를 나타내는 도이다.

도 10은 본 발명의 실시예의 가공 거칠기를 나타내는 도이다.

도 11은 본 발명의 실시예의 가공면 프로파일(profile)을 나타내는 도이다.

본 발명은 중성자 빔을 수렴 또는 분산시키는 중성자 렌즈를 구성하는 중성자 렌즈부재의 가공장치 및 방법에 관한 것이다.

중성자 빔은 X선이나 광자와는 상이하고, (1)원자핵과 강하게 상호작용하며, (2)그 에너지와 파장이 원자 수준의 운동이나 구조의 크기와 동일한 정도이고, (3)자기(磁氣) 모멘트를 갖고 있으며, (4)투과력이 강한 등의 특징을 갖고 있다. 그 때문에, 중성자 빔은 원자핵의 위치자체를 연구대상으로 하는 경우, 예를 들어 X선 산란에서는 측정이 극히 어려운 유기물중의 수소원자의 위치의 정보를 얻는 것 같은 경우 등은 중성자 빔을 이용한 산란실험이 불가피하게 된다. 또한, 중성자의 스핀이 1/2로 자기 쌍극자 모멘트를 갖고 있기 때문에, 물질의 자기구조를 조사하는 것으로도 바람직하다. 또한, 방사선으로 공업제품 등의 대형의 대상물의 내부를 연구하는 경우에는, 중성자 빔이면 투과력이 강하기 때문에 투시가 가능하게 된다.

그러나, 중성자 빔은 발생이 용이하지 않기 때문에, 공급할 수 있는 장소는 원자로 및 가속기 시설 등으로 한정된다. 그 때문에, 중성자 빔을 중성자원으로부터 이용장치까지 효율적으로 유도하고 미소한 시료에 대해 고밀도의 중성자 빔을 조사하는데는 중성자 빔의 평행도를 높이고, 또한 이를 수렴하는 빔 제어기술이 불가피하게 된다.

근래, 중성자 빔을 이용한 상술한 해석 등이 주목되어 오고 있으며, 그 수렴 또는 발산시키기 위한 소자가 본 발명과 동일한 출원인에 의해 창안되었다(일본국 특원평 제11-60630호, 미공개). 이하, 이러한 소자를 「중성자 렌즈」라고 칭한다.

도 1은 물질에 의한 중성자 빔 굴절의 원리도이다. 중성자와 물질의 상호작 용은 물질중에 포함된 원자핵과의 상호작용이 대부분이며, 이 상호작용에 의해 입사 중성자는 물질중에 들어갈 때 운동에너지의 일부를 잃고, 물질 경계면에 수직방향으로 감속을 받는다. 따라서, 도 1에 나타난 바와 같이, 물질과의 경계면에 기울어서 입사한 중성자 빔은 굴절률이 1보다 작은 값을 갖도록 굴절한다. 이와 같이, 중성자 빔에 대해 굴절률이 1보다 작은 값을 갖는 물질은 자연 동위체 존재비의 원소에서는 O, C, Be, F이고, 농축 동위체에서는 중수소 D이다.

도 2는 중성자 렌즈의 원리도이다. 이 도는 1장의 판상부재(11)에 중성자 빔(16)이 입사할 때의 상태를 나타내고 있다. 판상부재(11)의 표면에는 거의 수직인 면(14)과 경사진 면(15)으로 이루어진 직선상 돌기(12)가 설치되어 있으며, 이 직선상 돌기(12)의 경사면(15)에 입사한 중성자 빔(16)은 도 1에 나타난 바와 같이 1보다 작은 굴절률로 굴절된다. 단, 이러한 한번의 굴절로 굴절되는 각도 δ는 극히 작으며, 예를 들어 판상부재가 중성자 투과율이 높은 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)으로 이루어지고 직선상 돌기(12)의 경사면(15)이 판상부재(11)의 면에 대해 이루는 각도 α가 45°일 때, 판상부재(11)에 수직으로 입사한 파장(14Å)의 중성자 빔의 굴절각 δ는 0.14mrad에 지나지 않는다.

도 3은 중성자 빔을 수렴하는 기능을 갖는 중성자 렌즈의 사시도, 도 4는 그 A-A의 단면도이다. 이 중성자 렌즈는 본체부분(20)과, 본체부분을 고정하는 상하의 환상 외테(21, 22)로 이루어진다. 이 중성자 렌즈는 상하의 환상 외테(21, 22)의 사이에 본체부분(20)을 끼우고, 2개의 환상 외테(21, 22)의 사이에 배치된 핀(23)에 외테쪽에서 나사(24)를 꽂아서 조립한다.

도 5a, 도 5b는 본체부분(20)을 구성하는 판상부재의 구조도이다. 본체부분(20)은 중앙부분에 구멍(32)을 설치한 다수의 판상부재(25)를 적층하여 구성되어 있다. 위쪽에 위치하는 판상부재일수록 중앙부분에 설치된 구멍의 크기가 크고, 또한 가장 아래의 판상부재는 중앙부분에 구멍이 없다. 따라서, 본체부분은 전체적으로 중앙이 원추상으로 파인 절구의 형상을 하고 있다. 또한 도 4의 예에는, 판상부재(25)가 33장이 적층되어 있다. 또한 33a∼33d는 핀(23)용 구멍이다.

도 5a, 도 5b에 있어서, 판상부재(25)는 예를 들어 박판에 단면형상이 삼각형인 환상돌기(31)를 동심원상으로 또한 반경방향으로 연속하여 설치된 것이다. 입사 중성자 빔의 빔축에 대해 기울어진 입사면을 부여하는 단면 삼각형상의 환상 돌기(31)의 경사면(31a)은 동심원의 안쪽, 즉 중성자 렌즈의 중심축 방향을 향하고 있다.

도 4 및 도 5a, 도 5b에 나타난 중성자 렌즈의 축에 평행하게 입사한 중성자 빔은 각각 판상부재에 설치된 환상 돌기(31)의 경사면에 기울어서 입사하기 때문에, 중성자 렌즈의 중심축 방향으로 편향된다. 중심축 부근에 입사하는 중성자 빔은 상대적으로 작은 환상돌기를 통과하기 때문에 편향각이 적지만, 주변부근에 입사하는 중성자 빔은 상대적으로 많은 환상 돌기를 통과하기 때문에 편향각이 커진다. 따라서, 이 중성자 렌즈는 광학계에 있어서의 볼록(凸) 렌즈와 같은 기능을 하고, 중성자 빔을 극히 작은 영역으로 수렴할 수 있다.

또한, 도 5a, 도 5b와는 반대로, 환상 돌기(31)의 경사면(31a)을 동심원의 바깥쪽을 향하게 하여, 도 4와 동일한 구성으로 광학계에 있어서의 오목(凹) 렌즈 와 같은 기능을 하고, 중성자 빔을 발산시킬 수 있다.

판상부재(25)는 상술한 바와 같이 중성자 빔에 대해 굴절률이 1보다도 작은 값을 갖는 물질을 형성할 필요가 있다. 이러한 물질은 자연 동위체 존재비의 원소에서는 O, C, Be, F이고, 농축 동위체에서는 중수소 D이다. 구체적으로는, 상술한 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 외에, 흑연상 탄소, 수소를 중수소로 치환한 중수소화 폴리에틸렌 등이 해당한다.

이러한 물질 중 비교적 싼 값 또는 용이하게 입수할 수 있는 것은, 흑연상 탄소(이하 간단히 탄소라 함)이고, 탄소판에서 상술한 판상부재를 형성하는 것이 바람직하다.

그러나, 탄소는 딱딱하고 위험하기 때문에, 통상적인 가공수단, 예를 들어 절삭가공에서는 환상 돌기(31)의 엣지(edge)부가 이지러져 버리고, 원하는 형상으로 가공할 수 없는 문제점이 있었다. 즉, 다수의 판상부재(25)를 적층하여 중성자 렌즈를 구성할 필요가 있기 때문에, 중성자 렌즈를 소형화하기 위해 1장의 판상부재(25)는 얇을수록 좋고, 예를 들어 두께 1mm 전후로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 탄소판을 얇게 하면 약간의 가공저항으로 파손되는 문제가 있다. 또한, 중성자 빔을 정확하게 편향시키기 위해서는, 환상 돌기(31)의 경사면(31a)의 정밀도를 높일 필요가 있다. 또한, 표면에서의 난반사를 억제하고 중성자 빔의 투과율을 높이기 위해서는, 경사면(31a)을 거울면에 가까울 정도로 우수한 가공면 거칠기로 마무리할 필요가 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것이다. 즉, 본 발명의 목적은, 흑연상 탄소 등의 중성자 렌즈부재의 표면에, 낮은 가공저항으로 미세한 환상 돌기를 정밀하고 우수한 거칠기로 성형할 수 있는 중성자 렌즈부재의 가공장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명에 따르면, 중성자 빔에 대한 굴절률이 1보다도 작은 물질로 이루어진 평판상의 중성자 렌즈부재(1)를 유지하고 상기 부재의 표면에 직교하는 회전축 Z를 중심으로 회전하는 로터리 테이블(2)과, 외주부에 하나 또는 복수의 테이퍼드된 면(3a)을 갖는 원판상의 금속결합 지석(3)과, 상기 지석을 그 축심을 중심으로 회전구동하고 또한 지석을 로터리 테이블에 대해 상대적으로 이동시키는 지석 구동장치(4)와, 지석의 하나 또는 복수의 테이퍼드된 면에 근접하는 면을 갖는 전극(5)과, 지석과 전극간에 전해용 전압을 인가하는 전압 인가장치(6)와, 지석과 전극간에 전도성 연삭액을 공급하는 연삭액 공급장치(8)를 구비하고, 상기 지석의 하나 또는 복수의 테이퍼드된 면(3a)이 이루는 각도가 중성자 렌즈부재의 표면에 형성하는 V자상의 홈의 각도보다도 작은 각으로 형성되고, 상기 지석 구동장치(4)는 지석의 축선을 중성자 렌즈부재의 회전축에 대해 기울여서 위치를 결정하고, 또한 그 위치에서 그 경사각도를 약간 유동시킬 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 중성자 렌즈부재의 가공장치가 제공된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 금속결합 지석(3)은 평균입경이 10㎛이하의 초미립의 숫돌입자를 포함하는 코발트계 결합 지석이다.

또한, 본 발명에 따르면, (A) 중성자 빔에 대한 굴절률이 1보다도 작은 물질로 이루어진 평판상의 중성자 렌즈부재(1)를 로터리 테이블(2)의 표면에 흡착하여 유지하고 상기 부재의 표면에 직교하는 회전축 Z를 중심으로 회전시키고; (B) 중성자 렌즈부재의 표면에 형성되는 V자상의 홈의 각도보다도 작은 각으로 형성되는 하나 또는 복수의 테이퍼드된 면(3a)을 외주부에 갖는 원판상의 금속결합 지석(3)을 그 축심을 중심으로 회전구동하고 또한 상기 지석을 로터리 테이블에 대해 상대적으로 이동시키며; (C) 지석의 상기 하나 또는 복수의 테이퍼드된 면에 근접하는 면을 갖는 전극(5)과 지석과의 사이에 전도성 연삭액을 공급하면서 전해용 전압을 인가하여 테이퍼드된 면을 전해 드레싱하고; (D) 동시에, 지석의 축선을 중성자 렌즈부재의 회전축에 대해 기울여서 위치를 결정하고 또한 그 위치에서 상기 경사각도를 약간 유동시켜서 테이퍼드된 면의 양면에서 중성자 렌즈부재의 표면에 소정의 V자상 홈을 연삭가공하는 것을 특징으로 하는 중성자 렌즈부재의 가공방법이 제공된다.

상기 본 발명의 장치 및 방법에 따르면, 지석의 하나 또는 복수의 테이퍼드된 면(3a)으로 이루어지는 각도가 중성자 렌즈부재(1)의 표면에 형성되는 V자상의 홈의 각도보다도 작은 각으로 형성되어 있기 때문에, 지석의 축선의 경사각도를 약간 유동시켜서 중성자 렌즈부재의 표면을 절단함으로써, 테이퍼드된 면의 양면에서 중성자 렌즈부재의 표면에 테이퍼드된 면(3a)이 이루는 각도보다 큰 임의의 각도인 V자상 홈을 가공할 수 있다. 또한, 지석의 축선을 중성자 렌즈부재의 회전축에 대해 기울여서 위치를 결정하기 때문에, 중성자 렌즈부재의 표면에 형성된 V자상 홈의 양면을 임의 각도(예를 들어, 한쪽은 면에 직각, 다른 한쪽은 약 45°)로 가공할 수 있다.

또한, 지석의 테이퍼드된 면에 근접한 면을 갖는 전극(5)을 구비하고, 전극과 지석 사이에 전도성 연삭액을 공급하면서 전해용 전압을 인가하여 테이퍼드된 면을 전해 드레싱하기 때문에, 평균입경이 10㎛이하인 초미립의 숫돌입자를 포함하는 금속결합 지석을 이용하여도 항상 숫돌입자를 최적의 상태로 날세움하여 사용할 수 있고, 낮은 가공저항으로 미세한 환상 돌기(V자상 홈)를 정밀하고 우수한 면 거칠기로 형성할 수 있다.

본 발명의 그 밖의 목적 및 유리한 특징은 첨부도면을 참조한 이하 설명으로부터 명백해질 것이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 각 도에 있어서, 공통하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 중복한 설명을 생략한다.

도 6은 본 발명에 따른 중성자 렌즈부재 가공장치의 제1실시형태의 전체 구성도이고, 도 7은 도 6의 주요부분 확대도이다. 도 6 및 도 7에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 중성자 렌즈부재 가공장치는 로터리 테이블(2), 원판상의 금속결합 지석(3), 지석 구동장치(4), 전극(5), 전압 인가장치(6) 및 연삭액 공급장치(8)를 구비한다.

본 발명의 가공장치로 가공하는 작업물은 평판상의 중성자 렌즈부재(1)이고, 이 부재(部材)는 중성자 빔에 대한 굴절률이 1보다도 작은 물질로 이루어진다. 이러한 물질은 자연 동위체 존재비의 원소에서는 O, C, Be, F이고, 농축 동위체에서는 중수소 D이다. 구체적으로는, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 흑연상 탄소, 수소를 중수소로 치환한 중수소화 폴리에틸렌 등이 해당된다.

로터리 테이블(rotating table)(2)은 평판상의 중성자 렌즈부재(1)를 바람직하게는 표면에 흡착하여 유지하고 부재의 표면에 직교하는 회전축 Z을 중심으로 회전시킨다.

원판상의 금속결합 지석(3)은 그 외주부에서 이 예예서는 1개의 테이퍼드된 면(3a)을 갖는다. 또한, 지석의 테이퍼드된 면(3a)이 이루는 각도 γ는 중성자 렌즈부재(1)의 표면에 형성된 V자상의 홈이 이루는 각도 β(예를 들어 45°)보다도 작은 각으로 형성되어 있다. 또한 금속결합 지석(3)은 바람직하게는 평균입경이 10㎛이하의 초미립인 숫돌입자를 포함하는 코발트계 결합 지석인 것이 바람직하다.

지석 구동장치(4)는 지석(3)을 그 축심 A를 중심으로 회전구동시키고, 또한 지석(3)을 로터리 테이블(2)에 대해 도에서 좌우상하 X, Y방향으로 상대적으로 이동시키도록 되어 있다. 더욱이, 이 지석 구동장치(4)는 지석(3)의 축선 A를 중성자 렌즈부재(1)의 회전축 Z에 대해 기울여서 위치를 결정하고 또한 그 위치에서 그 경사각도 θ를 약간 유동(tilt)할 수 있도록 되어 있다.

전극(5)은 지석(3)의 상기 테이퍼드된 면(3a)에 근접한 면(5a)을 갖는다. 또한, 전압 인가장치(6)는 지석(3)을 플러스(+)로, 전극(5)을 마이너스(-)로 인가하고 그 사이에 전해에 적합한 고주파 펄스 전압을 인가하도록 되어 있다. 또한, 연삭액 제공장치(8)는 지석(3)과 전극(5) 사이에 전도성 연삭액을 제공한다.

이 구성에 의해, 전극(5)과 지석(3) 사이에 전도성 연삭액을 공급하면서 전해용 전압을 인가하여 테이퍼드된 면(3a)을 전해 드레싱하기 때문에, 평균입경이 10㎛이하인 초미립의 숫돌입자를 포함하는 금속결합 지석을 이용하여도 항상 숫돌입자를 최적의 상태로 날세움하여 사용할 수 있고, 낮은 가공저항으로 미세한 환상 돌기(V자상 홈)를 정밀하고 우수한 면 거칠기로 형성할 수 있다.

상술한 장치를 이용하고, 본 발명의 방법에 따르면, 이하의 단계로 중성자 렌즈부재(1)를 전해 인 프로세스 드레싱 연삭 (ELID연삭)한다.

(A) 평판상의 중성자 렌즈부재(1)를 로터리 테이블(2)의 표면에 흡착시켜 유지하고 상기 부재의 표면에 직교하는 회전축 Z를 중심으로 회전시킨다.

(B) 계속하여, 지석 구동장치(4)에 의해, 원판상의 금속결합 지석(3)을 그 축심 A를 중심으로 회전구동시키고 또한 상기 지석(3)을 로터리 테이블(2)에 대해 상대적으로 이동시켜 위치를 결정한다.

(C) 이어, 연삭액 공급장치(8)에 의해, 지석(3)의 테이퍼드된 면(3a)과 전극(5)의 근접면(5a)와의 사이에 전도성 연삭액을 공급하면서 전압 인가장치(6)에 의해, 전해용 전압을 그 사이에 인가하여 테이퍼드된 면(3a)을 전해 드레싱하고;

(D) 동시에, 지석(3)의 축선 A를 중성자 렌즈부재(1)의 회전축 Z에 대해 기울여서 위치를 결정하고 또한 그 위치에서 상기 경사각도 θ를 약간 유동시켜서 테이퍼드된 면(3a)의 양면에서 중성자 렌즈부재(1)의 표면에 소정의 V자상 홈을 연삭가공한다.

상술한 본 발명의 장치 및 방법에 따르면, 지석(3)의 테이퍼드된 면(3a)이 이루는 각도 γ가 중성자 렌즈부재(1)의 표면에 형성되는 V자상의 홈이 이루는 각도 β보다도 작은 각으로 형성되기 때문에, 지석(3)의 축선 A의 경사각도 θ를 약간 유동시켜 중성자 렌즈부재(1)의 표면을 절단함으로써, 테이퍼드된 면(3a)의 양면에서 중성자 렌즈부재(1)의 표면에 테이퍼드된 면(3a)이 이루는 각도보다 큰 임의의 각도 β의 V자상 홈을 가공할 수 있다. 또한, 지석(3)의 축선 A를 중성자 렌즈부재의 회전축 Z에 대해 기울여서 위치를 결정하기 때문에, 중성자 렌즈부재(1)의 표면에 형성된 V자상 홈의 양면을 임의각도 β(예를 들어, 한쪽(1b)은 면에 직각, 다른 한쪽(1a)은 약 45°)로 가공할 수 있다.

또한, 지석의 테이퍼드된 면에 근접한 면을 갖는 전극(5)을 구비하고, 전극(5)과 지석(3) 사이에 전도성 연삭액을 공급하면서 전해용 전압을 인가하여 테이퍼드된 면(3a)을 전해 드레싱하기 때문에, 평균입경이 10㎛이하인 초미립의 숫돌입자를 포함하는 금속결합 지석을 이용하여도 항상 숫돌입자를 최적의 상태로 날세움하여 사용할 수 있고, 낮은 가공저항으로 미세한 환상 돌기(V자상 홈)를 정밀하고 우수한 면 거칠기로 형성할 수 있다.

도 8은, 본 발명의 제2실시예를 나타내는 도이다. 이 도에 있어서, 금속결합 지석(3)은 3장의 원판상 지석이 연결되고 그 외주부에 3개의 테이퍼드된 면(3a)을 갖는다. 또한, 전극(5)도, 지석(3)의 테이퍼드된 면(3a)에 근접한 면(5a)을 갖고 있다. 그 외의 구성은 제1실시형태와 동일하다.

이 구성에 의해서도, 지석(3)의 3개의 테이퍼드된 면(3a)을 갖는 지석(3)의 축선 A의 경사각도 θ를 약간 유동시켜 중성자 렌즈부재의 표면을 절단함으로써, 3개의 테이퍼드된 면(3a)의 양면에서 중성자 렌즈부재(1)의 표면에 테이퍼드된 면(3a)이 이루는 각도보다 큰 임의의 각도의 V자상 홈을 가공할 수 있다. 또한, 지 석(3)의 축선 A를 중성자 렌즈부재(1)의 회전축에 대해 기울여서 위치를 결정하기 때문에, 중성자 렌즈부재의 표면에 형성된 V자상 홈의 양면을 임의각도 (예를 들어, 한쪽은 면에 직각, 다른 한쪽은 약 45°)로 가공할 수 있다. 또한 3개의 테이퍼드된 면(3a)으로 가공할 수 있기 때문에, 가공능률을 약 3배로 높일 수 있다.

도 9는 본 발명의 제3실시형태를 나타내는 도이다. 이 도에 있어서, 금속결합 지석(3)은 9장의 원판상 지석이 연결되고, 그 외주부에 9의 테이퍼드된 면(3a)을 갖는다. 또한, 전극(5)도, 지석(3)의 9개의 테이퍼드된 면(3a)에 근접한 면을 갖고 있다.

이 구성에 있어서의 지석(3)은 일종의 총형 지석이며, 이 경우에는 지석(3)의 모든 테이퍼드된 면(3a)이 이루는 각도 β를 형성하는 V자상 홈에 필요한 각도로 미리 설정하고, 지석(3)의 축선 A의 경사각도 θ를 유동시키지 않고 중성자 렌즈부재의 표면을 절단할 수 있다. 이로써, 가공능률을 더욱 비약적으로 높일 수 있다. 또한, 그밖의 구성은 제1실시형태와 동일하다.

이하, 본 발명의 실시예를 설명한다.

(실험방법)

상술한 중성자 렌즈(1)의 성형을 목적으로 하여, 독립 로터리 테이블을 이용하고 탄소(흑연상 탄소) 디스크에 ELID 연삭가공을 실시하였다. 실험장치에는 NC 버티칼 밀링 머신을 이용하여 도 6과 같이 구성하였다. 가공후, 가공면 및 지석의 형상의 관찰을 실시하여 평가하였다. 하기 표 1에 실험 시스템을 나타낸다.

실험 시스템의 사양

가공기	베드형 NC 버티칼 밀링 머신 (Bed-type NC vertical milling machine): FNC-105 ((주)마키노 밀링머신 제작소)
연삭지석 (Grinding wheel)	코발트계 결합 지석(후지 다이스(주)) 크기:φ150×T5×x8×45°×H31.75 숫돌입자: DLA600
ELID 전원	고주파 펄스 전원: ED-910(후지 다이스(주))
연삭액	AFG-M(수도물에 의해 50배 희석) ((주)노리다케컴퍼니 리미티드)
측정기	촉침(contact needle)식 표면거칠기 측정기: 서프테스트(Surftest) 701((주)미쯔토요) 비접촉 삼차원 측정장치 (contactless three-dimensional meter): NH-3(미타카 코우키 (주))

(실험결과)

초기 드레싱은 가공기의 성능상 800rpm으로 실시하였다. 초기의 실질 전류값은 2A·20V이고, 21분 정도로 전류값은 안정하며 0.2A·26V가 되고, 지석표면에 부도체 피막의 형성이 확인되었다.

드레싱후, ELID 연삭을 실시하였다. 표 2에 연삭조건, 도 10에 가공면 거칠기, 도 11에 가공면 형상을 나타낸다. 가공은 연삭재 표면으로부터 200㎛만큼 절단을 실시하였다. 또한, 5㎛마다 3초의 드웰(dwell)을 넣은 프로그램에 의해 가공을 진행하였다. 피치는 가공후의 홈의 폭에 따라 그 만큼 변경하였다.

연삭조건

지석회전수[rpm]	800
로터리 테이블 회전수[rpm]	500
송출속도(feeding speed)[mm/min]	1
절단량(depth of cutting)[㎛]	5
최대전류[A]	10
무 하전 전압(no-load voltage)[V]	30
온/오프-타임(on/off time)[㎲]	2

홈의 형상은 연삭재 상면의 엣지부는 작은 각으로 얻어졌다. 이것에 의해, ELID 연삭을 적용함으로써, 항상 숫돌입자를 최적의 상태로 날세움하여 사용할 수 있고, 낮은 가공저항에서 미세한 환상 돌기(V자상 홈)를 정밀하게 성형할 수 있음이 확인되었다. 또한, 표면 거칠기도 Ra=0.24㎛, Ry=1.60㎛으로 우수하며, 중성자 렌즈의 표면에서의 난반사를 억제하고 중성자 빔의 투과율을 높게 할 수 있다. 더욱이, 피삭재(1)(중성자 렌즈부재)의 내측과 외측에서는 주변속도가 약간 변하는데 상관없이 표면 거칠기는 거의 동일하고 지석의 선단부(테이퍼드된 면(3a))에 의한 연삭이어도 안정하여 우수한 거울면 연삭가공이 가능함이 확인되었다.

홈의 폭은 피삭재(1)의 회전 반경이 작기 때문에 지석 선단부 뿐만 아니라 그 주변부에 의해 연삭되어 약간 넓게 가공되었다. 그러나, 본 발명에서는, 지석의 테이퍼드된 면(3a)이 이루는 각도가 중성자 렌즈부재(1)의 표면에 형성하는 V자상 홈의 각도보다도 예약으로 형성되어 있기 때문에, 지석의 폭선의 경사각도를 약간 유동시켜서 중성자 렌즈부재의 표면을 절단함으로써, 테이퍼드된 면의 양면에서 중성자 렌즈부재의 표면에 테이퍼드된 면(3a)이 이루는 각도보다 큰 임의의 각도 V자상 홈을 가공할 수 있다. 또한, 홈의 정수리점은 원호의 형상을 이루지만, 이것은 지석 선단부의 초기형상이나 마모에 의한 것으로 사료된다.

더욱, 홈의 형상은 지석 직경과 연삭 위치의 관계를 해석, 및 가는 입자직경의 지석을 사용함으로써, 얻어지는 형상, 정밀도로 가공할 수 있음이 기대된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 중성자 물질 렌즈를 형성하기 위한 가공법으로써 ELID 연삭법에 의한 기초실험을 실시하고 기본적으로 가공특성을 조사하였기 때문에, 탄소 디스크에 ELID 연삭가공을 실시하고, 도 11과 같은 명확한 삼각단면형상을 갖는 홈의 가공이 가능함이 확인되었다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 중성자 렌즈부재의 가공장치 및 방법은 흑연상 탄소 등의 중성자 렌즈부재의 표면에 낮은 가공저항으로 미세한 환상 돌기를 정밀하고 우수한 표면 거칠기로 성형할 수 있는 등의 우수한 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 상술한 예에서는 흑연상 탄소를 ELID 연삭하였지만, 그 외의 중성자 렌즈부재에도 동일하게 적용할 수 있다.

Claims

중성자 빔에 대한 굴절률이 1보다도 작은 물질로 이루어진 평판상의 중성자 렌즈부재(1)를 유지하고 상기 부재의 표면에 직교하는 회전축 Z를 중심으로 회전하는 로터리 테이블(2)과, 외주부에 V자상의 단면을 가지도록 테이퍼드된 면(3a)을 하나 또는 복수로 갖는 원판상의 금속결합 지석(3)과, 상기 지석을 그 축심을 중심으로 회전구동하고 또한 지석을 로터리 테이블에 대해 상대적으로 이동시키는 지석 구동장치(4)와, 지석의 상기 하나 또는 복수의 테이퍼드된 면에 근접한 면을 갖는 전극(5)과, 지석과 전극간에 전해용 전압을 인가하는 전압 인가장치(6)와, 지석과 전극간에 전도성 연삭액을 공급하는 연삭액 공급장치(8)를 구비하고,

상기 지석의 하나 또는 복수의 테이퍼드된 면(3a)이 이루는 각도가 중성자 렌즈부재(1)의 표면에 형성되는 V자상의 홈의 각도보다도 작은 각으로 형성되고, 상기 지석 구동장치(4)는 지석의 축선을 중성자 렌즈부재의 회전축에 대해 기울여서 위치를 결정하고, 또한 그 위치에서 그 경사각도를 유동시킬 수 있도록 되어 있으며, 상기 금속결합 지석(3)은 평균입경이 10㎛이하의 초미립의 숫돌입자를 포함하는 코발트계 결합 지석인 것을 특징으로 하는 중성자 렌즈부재의 가공장치.
삭제
(A) 중성자 빔에 대한 굴절률이 1보다도 작은 물질로 이루어진 평판상의 중성자 렌즈부재(1)를 로터리 테이블(2)의 표면에 흡착시켜 유지하고 상기 부재의 표면에 직교하는 회전축 Z를 중심으로 회전시키고;

(B) 중성자 렌즈부재의 표면에 형성되는 V자상의 홈의 각도보다도 작은 각으로 형성되는 하나 또는 복수의 테이퍼드된 면(3a)을 외주부에 갖는 원판상의 금속결합 지석(3)을 그 축심을 중심으로 회전구동하고 또한 상기 지석을 로터리 테이블에 대해 상대적으로 이동시키며;

(C) 지석의 상기 하나 또는 복수의 테이퍼드된 면에 근접하는 면을 갖는 전극(5)과 지석과의 사이에 전도성 연삭액을 공급하면서 전해용 전압을 인가하여 테이퍼드된 면을 전해 드레싱하고;

(D) 동시에, 지석의 축선을 중성자 렌즈부재의 회전축에 대해 기울여서 위치를 결정하고 또한 그 위치에서 상기 경사각도를 유동시켜서 테이퍼드된 면의 양면에서 중성자 렌즈부재의 표면에 소정의 V자상 홈을 연삭가공하는 것을 특징으로 하는 중성자 렌즈부재의 가공방법.