KR100936505B1

KR100936505B1 - 공구 고속회전 마찰을 이용한 부도체 초경질 소재 홀 가공방법 및 그 장비

Info

Publication number: KR100936505B1
Application number: KR1020080025423A
Authority: KR
Inventors: 서정덕; 정광수; 최승훈
Original assignee: 주식회사 아이.티.피; 전주대학교 산학협력단
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2010-01-13
Also published as: KR20090100052A

Abstract

본 발명은 공구 고속회전 마찰을 이용한 부도체 초경질 소재 홀 가공방법 및 그 장비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고속 회전하는 날이 없는 공구를 이용하여 유리, 세라믹과 같은 초경질 부도체에 홀을 가공하기 위하여 일정한 온도로 유지하면서 공구와 부도체 사이에 다이아몬드 입자를 공급하여 연마를 통해 미세한 크기의 홀을 가공할 수 있도록 하는 고속회전 마찰을 이용한 부도체 초경질 소재 홀 가공방법 및 그 장비에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 공구(20)를 스핀들(14)에 설치하고 가공물 부도체(40)를 이송 테이블(15)에 설치하는 단계; 석유 또는 물에 800~1800 메쉬의 다이아몬드 파우더 10%를 희석시켜 16∼25℃로 유지하는 냉각수를 이용하여 냉각하는 냉각단계; 파우더(31)가 담긴 냉각탱크(30)에 냉각수를 공급 및 순환하는 단계; 공구(20)가 설치된 스핀들(14)을 고속 회전시키며 상, 하로 왕복 이동시켜 드릴 날(22)을 가공물 부도체(40)에 마찰시키면서 파우더가 혼합된 냉각수를 공급하여 드릴 날(22)과 가공물 부도체(40) 사이에 다이아몬드 파우더가 주입되면서 연마되어 부도체(40)에 홀(41)을 가공함을 특징으로 하는 것이다.

고속회전, 마찰, 래핑, 부도체

Description

공구 고속회전 마찰을 이용한 부도체 초경질 소재 홀 가공방법 및 그 장비{HOLE WORKING METHOD AND THE MACHINE FOR NONCONDUCTOR ULTRA-HARD MATERIAL USING HIGH SPEED ROLLING FRICTION}

본 발명은 공구 고속회전 마찰을 이용한 부도체 초경질 소재 홀 가공방법 및 그 장비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고속 회전하는 날이 없는 공구를 이용하여 비금속체인 유리, 세라믹과 같은 초경질 부도체에 홀을 가공하기 위하여 일정한 온도로 유지하면서 공구와 부도체가공물 사이에 다이아몬드 입자가 혼합된 냉각수를 공급하여 연마를 통해 미세한 크기의 홀을 가공할 수 있도록 하는 공구 고속회전 마찰을 이용한 부도체 초경질 소재 홀 가공방법 및 그 장비에 관한 것이다.

공구를 이용한 홀 가공은 기계가공 기술 중 가장 기본적인 가공방식 중의 하나로 생산성 향상의 측면에서 점차 고속화되어 가는 추세에 있으며, 전자제품 등의 고기능화, 다양화, 소형화 등에 대응하기 위해 작업의 미세화가 요구되고 있다.

최근의 첨단의료 장비나 소형 소자의 신소재 개발로 마이크로급 정도의 홀 가공이 이루어지고 있어 이들 소자가공을 위한 마이크로급의 새로운 홀 가공을 위한 개발 및 새로운 소재에 대한 가공성의 평가를 시급하게 필요로 하는 실정이다.

이러한 마이크로급의 공구는 마이크로 드릴을 이용하면 되지만, 마이크로 드릴의 가격이 고가이며, 드릴을 이용하여 유리, 세라믹과 같은 부도체 초경질 소재를 가공하는 것이 매우 어렵고, 가공하더라도 고정밀도를 유지하는 것이 매우 어려운 실정이다.

이러한 고정밀도를 유지하는 부도체 초경질 소재에 홀을 가공하는 경우에는 초음파가공장비를 이용한 방법이며 초음파를 이용한 홀 가공방법은 초음파에 의한 진동을 통하여 가공하는 것이므로 마이크로급가공이 어렵고, 초음파를 위한 장치를 마련해야 하는 것이며, 가공시에 많은 어려움이 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 결점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 분당 16만 rpm 정도의 고속회전과 공구와 가공물 사이에 다이아몬드 파우더가 혼합된 냉각수를 주입시키면서 고속회전마찰을 이용해 비금속체인 유리, 세라믹 등의 부도체 초경질 소재에 미세한 크기의 홀을 연마를 통해 가공함을 목적으로 한다.

본 발명은 다이아몬드 파우더가 혼합된 물을 냉각탱크의 내부에 16∼25℃를 유지시키며 석유 또는 물이 다이아몬드 파우더와 혼합되어 노즐로 공급되고 스핀들에 설치된 공구가 고속으로 회전되면서 부도체인 초경질 소재와 마찰하는 과정을 반복하여 연삭가공을 통하여 고조도의 홀을 가공할 수 있도록 함을 목적으로 한다.

본 발명은 분당 16만 rpm 이상 고속 회전하는 공구를 부도체인 초경질 소재에 마찰시킬 때 공구와 부도체가공물 사이에 석유 또는 물이 다이아몬드 파우더와 혼합되어 노즐로 공급되면서 스핀들에 설치된 공구와 부도체인 초경질 소재가 마찰되면서 다이아몬드 파우더가 홀을 연마(가공)할 수 있도록 함을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은 공구와 부도체가공물 사이에 다이아몬드 파우더를 공급할 때 냉각수를 일정한 온도로 유지시키고 다이아몬드 파우더를 공급하여 공구와 부도체가 접촉되도록 하여 자연스럽게 연마(가공)이 이루어지도록 하므로 마이크로급의 홀을 고조도로 가공할 수 있는 것이다.

이러한 목적으로 이루어진 본 발명은 공구(20)를 스핀들에 설치하는 단계;

석유 또는 물에 800 ~ 1,800 메쉬의 다이아몬드 파우더 10%를 혼합시켜 16∼25℃로 유지하는 냉각수를 이용하여 냉각하는 냉각단계;

파우더(31)가 담긴 냉각탱크(30)에 냉각수를 공급 및 순환하는 단계;

공구(20)가 설치된 스핀들(14)을 고속 회전시키며 상, 하로 왕복 이동시켜 공구(20)의 드릴 날(22)과 가공물 부도체(40)에 다이아몬드 파우더가 혼합된 냉각수를 공급하는 단계를 통하여 가공됨을 특징으로 하는 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 이송 테이블(15)에 설치되며 가공물 부도체(40)가 담긴 냉각탱크(30)에 냉각수를 공급 및 순환하는 냉각탱크(30)와;

상기 냉각탱크(30)와 배수호스(33) 및 공급호스(36)로 연결되며 석유 또는 물에 다이아몬드 파우더가 혼합되어 16∼25℃의 온도로 냉각수를 유지하는 냉각장치(34)와;

상기 냉각탱크(30)의 상측에서 초고속 고주파 모터(13)와 연결되어 고속 회전되는 스핀들(14)에 공구(20)가 설치된 헤드(12)를 상, 하로 왕복 이동시켜 드릴 날(22)을 초경질 가공물 부도체(40)에 마찰시킬 때 혼합된 냉각수를 공급하여 다이아몬드 파우더가 초경질 가공물 부도체(40)를 연삭함을 특징으로 하는 가공장치를 제공하는 것이다.

사방에 설치된 캡스턴 로울러(19)에 의하여 이동 가능한 고정 테이블(18)의 한 부분에 X축으로 왕복 이동하는 X축 레일(17)의 상측으로 Y축으로 왕복 이동하는 Y축 레일(16)이 설치되며, Y축 레일(16)의 상측에는 이송 테이블(15)이 설치된다.

상기 이송 테이블(15)에는 하측에 공작물 고정 지그(37)와 냉각탱크(30)가 설치된다.

상기 이송 테이블(15)의 후방에는 몸체(11)가 세워져 있으며, 전방으로 헤드(12)가 돌출되어 고주파 고주파 모터(13)와 스핀들(14)이 직립되게 설치되어 100,000∼160,000rpm으로 고속 회전되도록 하고, 헤드(12)는 상, 하측으로 왕복 이동하는 마이크로 드릴링 머시인(10)을 설치한다.

상기 냉각탱크(30)의 한 부분에는 배수밸브(32)가 설치되어 드레인 가능하도록 하고, 배수호스(33)를 고정 테이블(18)에 설치된 냉각장치(34)에 연결한다.

상기 냉각장치(34)의 한 부분에는 공급밸브(35)가 설치되어 있고 공급호스(36)가 냉각탱크(30)와 연결되어 있어서 냉각수를 공급하는 것이다.

상기 냉각장치(34)는 내부에 석유나 물에 800 ~ 1,800 메쉬의 다이아몬드 파우더 7～13% 정도를 혼합하여 냉각수를 제조하고 16∼25℃ 사이의 온도를 유지하는 것이며, 공급밸브(35)를 열어 공급호스(36)를 통하여 냉각탱크(30)의 내부에 공급한다.

상기 냉각수는 16 ~ 25℃ 정도를 유지하는 것이 바람직하며, 배수밸브(32)를 개방하여 배수호스(33)를 통하여 냉각탱크(30)의 냉각수가 냉각장치(34)에 순환되는 방법으로 냉각탱크(30)에서 냉각수의 온도가 유지되도록 한다.

유리, 세라믹 등의 비금속체인 초경질의 가공물 부도체(40)를 이송 테이블(15)의 상측에 설치하고, 공구(20)를 스핀들(14)에 설치한 후 마이크로 드릴링 머시인(10)을 구동시켜 이송 테이블(15)을 X축 레일(17) 또는 Y축 레일(16)을 이용하여 냉각탱크(30)를 원하는 위치로 이동한다.

냉각탱크(30)가 설치되면 냉각장치(34)에 석유 또는 물을 공급하고 800 ~ 1,800 메쉬의 다이아몬드 파우더 7～13% 정도를 혼합시켜 냉각수가 16∼25℃를 유지하게 된다.

공급밸브(35)를 개방하여 냉각수를 공급호스(36)로 냉각탱크(30)에 노즐을 통하여 공급하며 내부의 가공물 부도체(40)에 흐르도록 상태를 유지하고 배수밸브(32)를 개방하면 배수호스(33)를 통하여 냉각수가 순환되어 설정된 온도를 유지하게 된다.

석유 또는 물에 혼합된 다이아몬드 파우더는 냉각탱크(30)에서 혼합되어 안정된 상태를 유지하고 있으며 고속의 고주파 모터(13)를 통하여 스핀들(14)이 100,000∼160,000rpm 으로 고속 회전되도록 한다.

상기 고주파 모터(13)는 고주파를 이용한 것이므로 안정된 고속회전이 가능하며, 에어 스핀들을 사용하는 것도 가능하다.

스핀들(14)이 고속회전 하면서 공구(20)가 고속회전하게 되므로 헤드(12)를 하측으로 이동시켜 드릴 날(22)이 가공물 부도체(40)의 표면에서 접촉되면서 마찰이 일어나도록 하고 드릴 날(22)과 가공물 부도체(40)의 틈 사이에 다이아몬드 파우더가 혼합된 냉각수를 공급호스(36)를 통해 노즐로 공급시킨다.

그러면 공구(20)가 가공물 부도체(40)와 마찰되면서 드릴 날(22)을 고속회전시켜 다이아몬드 파우더가 드릴 날(22)과 가공물 부도체(40)사이를 연삭하게 되므로 홀(41)이 가공되는 것이다.

다이아몬드 파우더가 드릴 날(22)과 가공물 부도체(40) 사이를 연삭(가공)하게 되면 충돌이나 힘이 전혀 가해지지 않는 상태를 유지하면서 작업을 수행하게 되므로 불량률이 전혀 없고, 마이크로급의 홀(41)을 가공할 수 있는 것이다.

여기서 공구(20)는 가공물 부도체(40)에 비하여 경도가(로크웰경도:HRc) 높은 초경재료를 사용하는 것이 바람직하며, 홀(41)이 가공되면서 드릴 날(22)도 서서히 마모되는 것이다.

그리고 가공물 부도체(40)에 가공되는 홀(41)의 크기는 대략 0.1mm 정도 이상의 크기가 바람직하며, 홀을 가공할 수 있는 두께는 드릴 날(22)의 지름에 비하여 15배 까지 가공 가능하다.

상기 마이크로 드릴링 머시인(10)은 하나의 공구(20)에 형성된 드릴 날(22)을 이용하여 마찰을 통한 홀 가공 방법에 대하여 설명하였으나, 스핀들(14)을 연속해서 설치하고 냉각탱크(30)가 길게 형성되어 연속 반복적으로 공구(20)를 이용하여 홀(41) 성형을 자동으로 수행할 수 있도록 하는 방법 및 구성에 대하여는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있는 정도에 불과하므로 본 발명의 권리범위에서 벗어날 수 없을 것이다.

본 발명은 공구가 고속 회전하는 스핀들을 이용하여 설치된 공구와 유리 세라믹 등의 부도체 초경질 소재와의 마찰부분에 석유 또는 물에 800 ~ 1,800 메쉬의 다이아몬드 파우더 7～13%를 혼합시켜 16∼25℃로 유지하는 냉각수를 공급함으로써 공구와 초경질 부도체가공물 사이에 다이아몬드 파우더가 주입되어 연삭(가공)되어 홀을 가공할 수 있도록 하는 것이다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 사시도

도 2 는 본 발명의 설치상태 측면도

도 3 은 본 발명의 설치상태 정면도

도 4 는 본 발명의 설치상태 평면도

도 5 는 본 발명의 주요부분을 보인 작동상태 일부 단면도

도 6 은 본 발명의 공구에 대한 정면도

도 7 은 본 발명의 부도체에 대한 가공상태를 나타낸 평면도

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10 : 마이크로 드릴링 머시인 11 : 몸체

12 : 헤드 13 : 고주파 모터

14 : 스핀들 15 : 이송 테이블

20 : 공구 22 : 드릴 날

30 : 냉각탱크 31 : 파우더

32 : 배수밸브 34 : 냉각장치

35 : 공급밸브 40 : 가공물 부도체

41 : 홀

Claims

공구(20)를 스핀들(14)에 설치하고 초경질 가공물 부도체(40)를 이송 테이블(15)에 설치하는 단계;

석유 또는 물에 800 ~ 1,800 메쉬의 다이아몬드 파우더 7∼13%를 혼합시켜 16~25℃로 유지하는 냉각수를 사용하는 냉각단계;

가공물 부도체(40)가 담긴 냉각탱크(30)에 혼합된 냉각수를 노즐에 공급 및 순환하는 단계;

공구(20)가 설치된 스핀들(14)을 고속 회전시키며 상, 하로 왕복 이동시켜 드릴날(22)을 가공물 부도체(40)에 마찰시키면서 혼합된 냉각수를 공급하여 드릴날(22)과 초경질 가공물 부도체(40) 사이에 다이아몬드 파우더가 주입되면서 연삭되며 가공물 부도체(40)에 홀(41)을 가공함을 특징으로 하는 공구 고속회전 마찰을 이용한 부도체 초경질 소재 홀 가공방법.
이송 테이블(15)의 하측에 설치되며 냉각수를 배수밸브(32)와 배수호스(33)로 냉각장치(34)에 공급시키어 냉각수가 순환되도록 하는 냉각탱크(30)와;

상기 냉각탱크(30)와 연결되며 석유 또는 물에 다이아몬드 파우더가 혼합되어 16~25℃의 온도를 유지하는 냉각수가 공급호스(36)로 가공물 부도체(40)에 공급하는 냉각장치(34)와;

상기 냉각탱크(30)의 상측에서 고속 고주파 모터(13)와 연결된 스핀들(14)에 공구(20)가 장착된 헤드(12)를 설치하며 상기 공구(20)의 드릴날(22)을 가공물 부도체(40)와 마찰시켜 상기 가공물 부도체(40)에 홀(41)이 가공되도록 함을 특징으로 하는 공구 고속회전 마찰을 이용한 부도체 초경질 소재 홀 가공장비.
제2항에 있어서, 가공물 부도체(40)는 비금속체로 유리 또는 세라믹으로 이루어지며, 석유 또는 물에 800 ~ 1,800 메쉬의 다이아몬드 파우더 7∼13%를 혼합시켜 16∼25℃로 유지하는 냉각수를 공급하는 것을 특징으로 하는 공구 고속회전 마찰을 이용한 부도체 초경질 소재 홀 가공장비.