KR101579943B1 - 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치는 하단이 가공대상물의 표면에 접촉되는 가공팁과, 상기 가공팁의 상단을 고정하는 제1전달체를 포함하는 가공수단; 상기 제1전달체의 상측에 위치하는 하우징; 상기 하우징의 내부에 설치되는 케이스와, 상기 케이스의 내부에 설치되어 초음파를 인가하는 압전소자와, 상기 압전소자의 하단과 제1전달체의 상단을 연결하는 제2전달체를 포함하는 초음파 진동자; 상기 하우징의 내부에 설치되어 상기 케이스의 상단에 결합되는 제1플레이트와, 상기 하우징의 내부에서 상기 제1플레이트의 상측에 설치되는 제2플레이트와, 상기 제1플레이트와 제2플레이트 사이에 설치되는 탄성부재와, 상기 제2플레이트의 상단에 설치되는 예압볼을 포함하는 예압수단; 및 상기 예압볼을 하측으로 기계적으로 예압하여 상기 가공팁을 상기 가공대상물의 표면에 밀착하는 가압수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 초음파 진동자에서 발생하는 초음파를 이용하여 가공대상물의 표면을 처리하는 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치에 관한 것이다.
베어링, 샤프트, 씰 등의 기계 부품 혹은 기계 제품은 피로 수명이 제품의 품질을 결정하는 중요한 요소로 인식되고 있다. 이러한 측면에서 기계 부품의 표면에 압축잔류응력을 부가하여 표면 경도와 피로 수명을 향상시키기 위한 방법이 적용되고 있는데, 대표적으로 숏피닝(shot peening) 표면처리방법, 초음파 진동을 이용한 표면처리방법 등이 있다.
숏피닝 표면처리방법은 공기압, 원심력 등의 힘으로 볼 형상을 갖는 다수의 숏(shot)을 가공대상물의 표면에 충돌시켜 가공대상물의 표면에 소성변형에 의한 압축잔류응력을 부가하는 가공방법이다. 그러나, 이러한 숏피닝표면처리방법은 다수의 숏을 무작위로 불규칙하게 가공대상물의 표면에 충돌시키는 것이므로, 대부분의 경우 가공 전보다 가공대상물의 표면 거칠기가 나빠지고 가공대상물의 특정 영역만을 선택하여 가공하기 어렵다는 문제점이 있다.
한편, 초음파 진동을 이용한 표면처리방법은 전술한 숏피닝 표면처리방법의 문제점을 해결할 수 있는 방법으로, 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 압전소자(piezoelectric device)를 사용하여 진동을 발생시키고 이러한 진동을 전달받은 타격공구가 가공대상물의 표면을 반복적으로 타격하여 가공대상물의 표면에 소성변형의 흔적인 마이크로 딤플(micro dimple)을 형성하여 가공대상물의 표면에 소정의 텍스처(texture)를 부여하는 방법을 말한다.
이와 관련된 기술로서, 한국등록특허 제1065434호의 가변주파수진동을 이용한 표면가공장치는 가공대상물의 표면에 진동에 의한 반복적인 타격을 제공하여 상기 가공대상물의 표면에 텍스처를 형성하는 표면가공장치로, 자기변형소자를 포함하여 가변 주파수의 진동을 발생시키는 자기변형 액추에이터; 자기변형 액추에이터에 의해 발생하는 진동을 전달받아 상기 가공대상물의 표면에 반복적인 타격을 인가하는 타격공구; 상기 자기변형 액추에이터에 전력을 인가하는 전력 발생기; 상기 자기변형 액추에이터에 의해 발생하는 진동의 주파수를 제어하되, 상기 가공대상물의 표면에 요구되는 텍스처 밀도에 상응하도록 상기 자기변형 액추에이터에 의해 발생하는 진동의 주파수를 변경하는 컨트롤러; 상기 가공대상물을 향하여 상기 자기변형 액추에이터에 미리 정해진 크기의 예압(pre-stress)을 가해주는 예압인가수단; 및 상기 타격공구를 상기 자기변형 액추에이터에 연결하기 위한 공구 커넥터를 포함하고, 상기 예압 인가수단은, 상기 자기변형 액추에이터가 상기 가공대상물에 대해 접근 및 이격되는 방향으로 이동가능하게 수용되는 안내 케이스와, 상기 가공대상물에 대해 상기 자기변형 액추에이터가 가압되도록 상기 안내케이스에 압축공기를 공급하는 에어 컴프레서와, 상기 안내 케이스의 내부압력을 조절하는 레귤레이터를 포함하며, 상기 공구 커넥터는, 상기 타격공구가 결합되고 길이 방향을 따라 적어도 하나의 슬릿이 형성되는 몸체부와, 상기 슬릿의 간격을 좁히도록 상기 몸체부를 가압하기 위한 슬릿조임부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변주파수진동을 이용한 표면가공장치를 제시한 바 있다.
그러나 종래기술은 타격공구에 예압을 가하는 예압인가수단이 공압 방식으로 구동됨으로써, 타격공구에 가해지는 예압을 정밀하게 제어할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 종래기술은 타격공구의 반복적인 타격으로 인한 마찰열에 의해 타격공구가 파손되기 쉬운 문제점이 있다.
또한, 종래기술은 자기변형 액츄에이터를 연속으로 사용할 때 발생하는 발열에 의해 그 특성이 변하여 변위 변동폭이 심하고 파손되기 쉬운 문제점이 있다.
따라서 상술한 문제점을 해결하기 위한 다양한 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 가공대상물의 표면에 접촉되는 구성요소에 가해지는 예압을 정밀하게 조절할 수 있는 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치는 하단이 가공대상물의 표면에 접촉되는 가공팁과, 상기 가공팁의 상단을 고정하는 제1전달체를 포함하는 가공수단; 상기 제1전달체의 상측에 위치하는 하우징; 상기 하우징의 내부에 설치되는 케이스와, 상기 케이스의 내부에 설치되어 초음파를 인가하는 압전소자와, 상기 압전소자의 하단과 제1전달체의 상단을 연결하는 제2전달체를 포함하는 초음파 진동자; 상기 하우징의 내부에 설치되어 상기 케이스의 상단에 결합되는 제1플레이트와, 상기 하우징의 내부에서 상기 제1플레이트의 상측에 설치되는 제2플레이트와, 상기 제1플레이트와 제2플레이트 사이에 설치되는 탄성부재와, 상기 제2플레이트의 상단에 설치되는 예압볼을 포함하는 예압수단; 및 상기 예압볼을 하측으로 기계적으로 예압하여 상기 가공팁을 상기 가공대상물의 표면에 밀착하는 가압수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하우징은 상기 제1전달체가 상기 가공대상물의 표면에 대해 자유롭게 회전 가능하도록 상기 제1전달체와 제2전달체 사이에 마련되는 플렉쳐힌지 또는 상기 제1전달체와 제2전달체 사이에 마련되는 가이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 예압수단은 상기 제1플레이트의 외주면에 설치되어 상기 제1플레이트의 상하방향 변위를 측정하는 리니어 스케일을 더 포함하며, 상기 제1플레이트의 상단에 제1돌출턱이 형성되고 상기 제2플레이트의 하단에 상기 제1돌출턱에 대향하는 제2돌출턱이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2플레이트는 상단에 상기 예압볼이 삽입되기 위한 삽입홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가압수단은 상기 하우징의 내부에 상하방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되어 상기 예압볼의 상단에 접촉되는 슬라이딩가이드, 상기 슬라이딩가이드의 내부에 나사결합되는 구동축을 포함하는 모터, 상기 모터를 제어하며 상기 리니어 스케일에서 측정된 상기 제1플레이트의 상하방향 변위가 저장되는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가압수단은 상기 하우징의 내부에 상하방향으로 이동가능하게 나사결합되어 상기 예압볼의 상단에 접촉되는 조절가이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가공수단은 상기 가공팁이 구형상으로 형성되며, 상기 제1전달체의 하단에 상기 가공팁의 상단이 연접되기 위한 연접홈이 형성되며, 하단이 상기 가공팁의 외주면을 둘러싸며 상단이 상기 제1전달체의 하단에 나사결합되는 커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가공수단은 상기 가동팁의 하단 및 상단이 각각 반구형상 및 너트형상으로 형성되며, 상기 제1전달체의 하단이 볼트 형상으로 형성되어 상기 가공팁의 상단에 나사결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가공수단은 상기 가공팁의 하단 및 상단이 각각 반구형상 및 볼트형상으로 형성되며, 상기 제1전달체의 하단이 너트 형상으로 형성되어 상기 가공팁의 상단에 나사결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치는 상기 케이스의 내부에 설치되어 상기 압전소자를 냉각하는 냉각모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가공수단은 상기 가공팁과 제1전달체 사이에 충진되는 충진유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가공수단은 상기 충진유체가 자성유체이며, 상기 제1전달체의 외주면에 결합되는 자석을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치는 예압수단이 제1플레이트, 제2플레이트, 탄성부재에 의해 기계식으로 이동되어 가공대상물의 표면에 접촉되는 가공팁에 가해지는 예압을 정밀하게 조절할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치의 개략도
도 2은 본 발명에 따른 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치의 자동 제어도
도 3은 본 발명에 따른 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치의 실시예의 개략도
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 가공수단의 실시예 1 내지 3의 개략도
도 7 내지 11은 본 발명에 따른 제1전달체의 하단의 실시예 1 내지 5를 나타낸 개략도
도 12 내지 도 13은 본 발명에 따른 가공수단의 실시예 4 내지 5의 개략도
도 2은 본 발명에 따른 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치의 자동 제어도
도 3은 본 발명에 따른 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치의 실시예의 개략도
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 가공수단의 실시예 1 내지 3의 개략도
도 7 내지 11은 본 발명에 따른 제1전달체의 하단의 실시예 1 내지 5를 나타낸 개략도
도 12 내지 도 13은 본 발명에 따른 가공수단의 실시예 4 내지 5의 개략도
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 초음파 진동자에서 발생하는 초음파를 이용하여 가공대상물의 표면을 처리하는 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치에 관한 것이다.
본 발명의 방향표시에 있어서, 도면의 상측을 상측, 도면의 하측을 하측, 도면의 상하방향을 상하방향으로 정의하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치의 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치(1000)는 가공수단(100), 하우징(200), 초음파 진동자(300), 예압수단(400), 가압수단(500)을 포함하여 구성된다.
상기 가공수단(100)은 상기 초음파 진동자(300)에서 발행하는 초음파를 가동 대상물로 전달하기 위한 구성으로, 가공팁(110), 및 제1전달체(120)를 포함하여 구성된다.
상기 가공팁(110)은 구형상 또는 타원구형상으로 형성될 수 있으며, 하단이 가동 대상물의 표면에 접촉된다.
또한, 상기 가공팁(110)은 공구강, 초경합금강, 세라믹, 다이아몬드 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제1전달체(120)는 원통형으로 형성될 수 있으며, 상기 가공팁(110)의 상단을 내부에 고정한다.
상기 하우징(200)은 내부가 중공된 원통형으로 형성될 수 있으며, 상기 제1전달체(120)의 상측에 위치한다.
상기 초음파 진동자(300)는 상기 제1전달체(120)의 상단에 초음파를 전달하기 위한 구성으로, 케이스(310), 압전소자(320), 제2전달체(330)를 포함하여 구성된다.
상기 케이스(310)는 내부가 중공된 원통형으로 형성될 수 있으며, 상기 하우징(200)의 내부 하측에 설치된다.
이 때, 상기 케이스(310)는 상기 하우징(200)의 내주면에서 돌출된 안내벽(140)에 의해 상기 하우징(200)의 내부 하측에 안착될 수 있다.
상기 한 쌍의 안내벽(140)은 상기 케이스(310)의 상하방향 이동을 안내하는 역할을 한다.
상기 압전소자(320)는 상기 케이스(310)의 내부에 설치되며 초음파가 발생한다.
상기 제2전달체(330)는 상기 압전소자(320)의 하단과 제1전달체(120)의 상단을 연결하며 상기 압전소자(320)에서 발생한 초음파를 상기 제1전달체(120)의 상단으로 전달한다.
상기 제1전달체(120)의 상단으로 전달된 초음파는 상기 제1전달체(120)를 경유하여 상기 가공팁(110)으로 전달된다.
상기 예압수단(400)은 상기 가공팁(110)에 예압을 가하기 위한 구성으로, 제1플레이트(410), 제2플레이트(420), 탄성부재(430), 예압볼(440)을 포함하여 구성된다.
상기 제1플레이트(410)는 상기 하우징(200)의 내부에서 상기 케이스(310)의 상측에 설치되어 상기 케이스(310)의 상단에 결합된다.
또한, 상기 제1플레이트(410)는 양단이 각각 상기 하우징(200)의 내주면에 맞닿는 구조로 형성될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.
상기 제2플레이트(420)는 상기 하우징(200)의 내부에서 상기 제1플레이트(410)의 상측으로 일정 간격 이격되게 설치된다.
또한, 상기 제2플레이트(420)는 양단이 각각 상기 하우징(200)의 내주면에 맞닿는 구조로 형성될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.
상기 탄성부재(430)는 상기 제1플레이트(410)와 제2플레이트(420) 사이에 설치되며, 스프링으로 구성될 수 있다.
상기 예압볼(440)은 상기 제2플레이트(420)의 상단에 맞닿도록 설치된다.
상기 가압수단(500)은 상기 예압볼(440)을 하측으로 기계적으로 정밀하게 예압하여 상기 가공팁(110)을 상기 가공대상물(10)의 표면에 밀착하는 역할을 한다.
좀 더 상세하게, 상기 가압수단(500)이 상기 예압볼(440)을 하측으로 기계적으로 예압하면 상기 예압볼(440)의 하측에 위치하는 상기 제2플레이트(420), 상기 제2플레이트(420)의 하측에 위치하는 상기 탄성부재(430), 상기 탄성부재(430)의 하측에 위치하는 상기 제1플레이트(410), 상기 제1플레이트(410)의 하측에 위치하는 상기 케이스(310), 상기 케이스(310)의 하측에 위치하는 제1전달체(120), 상기 제1전달체(120)의 하측에 위치하는 가공팁(110)도 하측으로 예압되어, 상기 가공팁(110)이 상기 가공대상물(10)의 표면에 밀착된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 초음파 진동자(300)를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치(1000)는 예압수단(400)이 제1플레이트(410), 제2플레이트(420), 탄성부재(430)에 의해 기계식으로 이동되어 가공대상물(10)의 표면에 접촉되는 가공팁(110)에 가해지는 예압을 정밀하게 조절할 수 있는 효과가 있다.
한편, 상기 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치(1000)는 상기 케이스(310)의 내부에 설치되어 상기 압전소자를 냉각하는 냉각모듈(600)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 냉각모듈(600)은 냉각유체를 공급하는 컴프레서로 구성될 수 있다.
한편, 상기 하우징(200)은 상기 제1전달체(120)가 상기 가동대상물의 표면에 대해 자유롭게 회전 가능하도록 상기 제1전달체(120)와 제2전달체(330) 사이에 마련되는 플렉쳐힌지(210)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 플렉쳐힌지(210)는 와이어커팅에 의해 형성되며, 무마찰탄성베어링 형상으로 이루어진다. 이 때, 상기 플렉처힌지는 한국등록특허 제1103174호의 스테이지 장치(1000)에 구성된 플렉쳐힌지(210)를 이용할 수 있다.
상기 플렉쳐힌지(210)는 상기 제1전달체(120)가 상기 가동대상물의 표면에 대해 자유롭게 회전 가능하게 함으로써, 상기 가공팁(110)에 가해지는 예압이 상기 가공팁(110)의 특정 부분으로 집중되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 하우징(200)은 상기 제1전달체(120)와 제2전달체(330) 사이에 마련되는 가이드(210)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 가이드(210)는 상기 제1전달체(120)를 고정하는 역할을 한다.
또한, 상기 예압수단(400)은 리니어 스케일(450)을 더 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 제1플레이트(410)의 상단에 제1돌출턱(415)이 형성될 수 있고 상기 제2플레이트(420)의 하단에 상기 제1돌출턱(415)에 대향하는 제2돌출턱(425)이 형성될 수 있다.
상기 리니어 스케일(450)은 상기 제1플레이트(410)의 외주면에 설치되어 상기 제1플레이트(410)의 상하방향 변위를 측정한다.
즉, 상기 리니어 스케일(450)은 상기 제1플레이트(410)의 상하방향 변위를 측정함으로써, 상기 제1플레이트(410)의 상하방향 변위에 따라 상기 가공팁(110)에 가해지는 예압을 좀 더 정밀하게 측정하는 역할을 한다.
상기 제1돌출턱(415)과 제2돌출턱(425)은 상기 제1플레이트(410)와 제2플레이트(420)가 서로 대향하는 방향으로 이동하는 변위를 제한함으로써, 상기 제1플레이트(410)와 제2플레이트(420) 사이에 설치된 상기 탄성부재(430)가 과도하게 압축되어 상기 가공팁(110)에 과도한 예압이 가해지는 것을 방지하는 역할을 한다.
또한, 상기 제2플레이트(420)는 상단에 상기 예압볼(440)이 삽입되기 위한 삽입홈(421)이 형성될 수 있다,
이 때, 상기 예압볼(440)은 제2플레이트(420)의 상단 중심에 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가압수단(500)은 상기 예압볼(440)을 자동으로 예압하기 위한 상기 슬라이딩가이드(510), 모터(520), 컴퓨터(530)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 슬라이딩가이드(510)는 상기 하우징(200)의 내부에 상하방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되어 상기 예압볼(440)의 상단에 접촉된다.
이 때, 상기 슬라이딩가이드(510)는 상기 하우징(200)의 내주면에 슬라이딩홈이 형성되고 상기 슬라이딩가이드(510)의 외주면에 슬라이딩돌기가 형성되어 상기 하우징(200)의 내부에 상하방향으로 슬라이딩 가능하게 설치될 수 있다.
상기 모터(520)는 상기 슬라이딩가이드(510)의 내부에 나사결합되는 구동축을 포함하며, 상기 슬라이딩가이드(510)를 상하방향으로 이동시키는 역할을 한다.
이 때, 상기 모터(520)는 상기 슬라이딩가이드(510)의 너트홈에 나사결합됨으로써, 상기 슬라이딩가이드(510)는 좀 더 정밀하게 이동시킬 수 있다.
상기 컴퓨터(530)은 상기 모터(520)를 제어하며 상기 리니어 스케일(450)에서 측정된 상기 제1플레이트(410)의 상하방향 변위가 저장된다.
한편, 상기 가압수단(500)은 상기 하우징(200)을 관통하여 상기 슬라이딩가이드(510)의 외주면에 밀착되어 상기 슬라이딩가이드(510)가 상하방향으로 이동되지 않도록 고정하는 조임볼트(550)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치의 자동 제어도이다.
도 2를 참조하여 본 발명에 따른 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치의 자동 제어에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 표면처리 가공용 데이터 베이스에서 가공대상물의 경화 깊이에 대한 수치해석을 하여 수치해석 데이터를 생성한다.
이 때, 표면처리 가공용 데이터 베이스는 컴퓨터에 내장된 프로그램일 수 있다.
다음으로, 상기 컴퓨터가 상기 수치해석 데이터를 이용하여 상기 모터의 구동속도과 구동시간 제어신호, 상기 초음파 진동자의 작동시간 제어신호를 생성한다.
다음으로, 상기 모터가 제어되고 상기 초음파 진동자가 제어되는데, 좀 더 상세하게는 상기 모터는 상기 컴퓨터에서 전송된 상기 모터의 구동속도과 구동시간 제어신호에 의해 제어되며, 상기 초음파 진동자는 상기 컴퓨터에서 전송된 상기 초음파 진동자의 작동시간 제어신호에 의해 제어된다.
다음으로, 상기 모터가 작동되어 상기 예압볼의 하측에 위치하는 제1플레이트가 상하방향으로 이동되는데, 좀 더 상세하게는 상기 모터는 상기 컴퓨터에서 전송된 상기 모터의 구동속도과 구동시간 제어신호에 따라 작동된다. 또한, 상기 초음파 진동자도 작동된다.
다음으로, 상기 가공팁이 예압되는데, 좀 더 상세하게는 상기 제1플레이트의 상하방향 이동에 의해 예압된다.
다음으로, 상기 리니어 스케일이 상기 제1플레이트의 상하방향 변위 데이터를 측정하여 상기 컴퓨터로 전송한다.
마지막으로 상기 컴퓨터는 상기 리니어 스케일에서 전송된 상기 제1플레이트의 상하방향 변위 데이터를 피드백하여 상기 모터의 구동속도과 구동시간 제어신호, 상기 초음파 진동자의 작동시간 제어신호를 다시 생성한다.
도 3은 본 발명에 따른 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치의 실시예의 개략도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 진동자(300)를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치(1000)의 실시예는 상기 예압볼(440)을 수동으로 예압하기 위한 조절가이드(540)를 포함하여 구성된다.
상기 조절가이드(540)는 상기 하우징(200)의 내부에 상하방향으로 이동가능하게 나사결합되어 상기 예압볼(440)의 상단에 접촉된다.
이 때, 상기 조절가이드(540)는 상기 하우징(200)의 내주면에 나사산이 형성되고, 상기 조절가이드(540)의 외주면에 나사산이 형성되어 상기 하우징(200)의 내주면에 나사결합될 수 있다.
이 때, 상기 조절가이드(540)는 상단에 수동조절기구(555)가 돌출 형성될 수 있다. 상기 수동조절기구(555)는 상기 조절가이드(540)가 수동으로 조절되게 하는 역할을 한다.
한편, 상기 가압수단(500)은 상기 하우징(200)을 관통하여 상기 조절가이드(540)의 외주면에 밀착되어 상기 조절가이드(540)가 상하방향으로 이동되지 않도록 고정하는 조임볼트(550)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 가공수단의 실시예 1 내지 3의 개략도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가공수단(100)의 실시예 1은 상기 가공팁(110)이 구형상으로 형성되며, 상기 제1전달체(120)가 하단(122)과 커버(124)를 포함하여 구성된다.
상기 제1전달체(120)은 하단(122)에 상기 가공팁(110)의 상단이 연접되기 위한 연접홈(122-1)이 형성되며, 상기 연접홈(122-1)은 원뿔형상으로 형성될 수 있다.
상기 커버(124)는 하단이 상기 가공팁(110)의 외주면을 띠형태로 둘러싸며 상단이 상기 제1전달체(120)의 하단(122) 외주면에 나사결합된다.
또한, 상기 가공수단(100)의 실시예 1은 상기 커버(124)와 제1전달체(120)의 하단(122)을 고정하는 고정볼트(130)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가공수단(100)의 실시예 2는 상기 가공팁(110)의 하단 및 상단이 각각 반구형상 및 너트형상으로 형성되며, 상기 제1전달체(120)의 하단이 볼트 형상으로 형성되어 상기 가공팁(110)의 상단에 나사결합된다.
또한, 상기 가공수단(100)의 실시예 2는 상기 커버(124)와 제1전달체(120)의 하단(122)을 고정하는 고정볼트(130)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가공수단(100)의 실시예 3은 상기 가공팁(110)의 하단 및 상단이 각각 반구형상 및 볼트형상으로 형성되며, 상기 제1전달체(120)의 하단이 너트 형상으로 형성되어 상기 가공팁(110)의 상단에 나사결합될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가공수단(100)의 실시예 3은 상기 커버(124)와 제1전달체(120)의 하단(122)을 고정하는 고정볼트(130)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
도 7 내지 도 11은 본 발명에 따른 제1전달체의 하단의 실시예 1 내지 4를 나타낸 개략도이다.
도 7 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제1전달체의 하단(122)의 실시예 1 내지 4는 각각 상기 연접홈(122-1)이 삼각뿔, 사각뿔, 상단이 직사각형인 사각뿔, 삼각기둥 형상, 반구 형상으로 형성됨으로써, 상기 가공팁의 외주면과 둘러싸며 맞닿는 면적을 좀 더 넓힐 수 있다.
도 12 내지 도 13은 본 발명에 따른 가공수단의 실시예 4 내지 5의 개략도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가공수단(100)의 실시예 4는 상기 가공팁(110)과 제1전달체(120) 사이에 충진되는 충진유체(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 충진유체(150)는 상기 가공팁(110)과 제1전달체(120)의 마찰을 최소화하는 윤활작용과 상기 가공팁(110)과 제1전달체(120)의 마찰로 인해 발생하는 마찰열을 냉각작용을 하게 된다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가공수단(100)의 실시예 5는 상기 충진유체(150)가 자성을 띈 자성유체로 구성되며, 상기 제1전달체(120)의 외주면에 결합되는 자석(160)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 자석(160)은 상기 자성유체(또는 상기 충진유체(150))를 상측으로 잡아당겨서 상기 자성유체(또는 상기 충진유체(150))가 상기 가공팁(110)과 제1전달체(120) 사이로 유출되는 것을 방지하는 역할을 한다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 : 가공대상물
1000 : 본 발명에 따른 가공대상물의 표면 처리 장치
100 : 가공수단
110 : 가공팁
120 : 제1전달체
122 : 제1전달체의 하단
122-1 : 연접홈
124 : 커버
130 : 고정볼트
140 : 안내벽
150 : 충진유체
160 : 자석
200 : 하우징
210 : 플렉쳐힌지, 가이드
300 : 초음파 진동자
310 : 케이스
320 : 압전소자
330 : 제2전달체
400 : 예압수단
410 : 제1플레이트
415 : 제1돌출턱
420 : 제2플레이트
421 : 삽입홈
425 : 제2돌출턱
430 : 탄성부재
440 : 예압볼
450 : 리니어 스케일
500 : 가압수단
510 : 슬라이딩가이드
520 : 모터
530 : 컴퓨터
540 : 조절가이드
550 : 조임볼트
555 : 수동조절기구
600 : 냉각모듈
1000 : 본 발명에 따른 가공대상물의 표면 처리 장치
100 : 가공수단
110 : 가공팁
120 : 제1전달체
122 : 제1전달체의 하단
122-1 : 연접홈
124 : 커버
130 : 고정볼트
140 : 안내벽
150 : 충진유체
160 : 자석
200 : 하우징
210 : 플렉쳐힌지, 가이드
300 : 초음파 진동자
310 : 케이스
320 : 압전소자
330 : 제2전달체
400 : 예압수단
410 : 제1플레이트
415 : 제1돌출턱
420 : 제2플레이트
421 : 삽입홈
425 : 제2돌출턱
430 : 탄성부재
440 : 예압볼
450 : 리니어 스케일
500 : 가압수단
510 : 슬라이딩가이드
520 : 모터
530 : 컴퓨터
540 : 조절가이드
550 : 조임볼트
555 : 수동조절기구
600 : 냉각모듈
Claims (14)
- 하단이 가공대상물의 표면에 접촉되는 가공팁과, 상기 가공팁의 상단을 고정하는 제1전달체를 포함하는 가공수단;
상기 제1전달체의 상측에 위치하는 하우징;
상기 하우징의 내부에 설치되는 케이스와, 상기 케이스의 내부에 설치되어 초음파를 인가하는 압전소자와, 상기 압전소자의 하단과 제1전달체의 상단을 연결하는 제2전달체를 포함하는 초음파 진동자;
상기 하우징의 내부에 설치되어 상기 케이스의 상단에 결합되는 제1플레이트와, 상기 하우징의 내부에서 상기 제1플레이트의 상측에 설치되는 제2플레이트와, 상기 제1플레이트와 제2플레이트 사이에 설치되는 탄성부재와, 상기 제2플레이트의 상단에 설치되는 예압볼을 포함하는 예압수단; 및
상기 예압볼을 하측으로 기계적으로 예압하여 상기 가공팁을 상기 가공대상물의 표면에 밀착하는 가압수단;을 포함하되,
상기 예압수단은,
상기 제1플레이트의 상하방향 변위에 따라 상기 가공팁에 가해지는 예압을 측정하기 위해 상기 제1플레이트의 외주면에 설치되어 상기 제1플레이트의 상하방향 변위를 측정하는 리니어 스케일; 을 더 포함하고,
상기 리니어 스케일은 상기 제1플레이트의 상하방향 변위 측정 값을 상기 가압수단으로 피드백하는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 하우징은
상기 제1전달체가 상기 가공대상물의 표면에 대해 자유롭게 회전 가능하도록 상기 제1전달체와 제2전달체 사이에 마련되는 플렉쳐힌지 또는 상기 제1전달체와 제2전달체 사이에 마련되는 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 예압수단은
상기 제1플레이트의 상단에 제1돌출턱이 형성되고 상기 제2플레이트의 하단에 상기 제1돌출턱에 대향하는 제2돌출턱이 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제2플레이트는
상단에 상기 예압볼이 삽입되기 위한 삽입홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 가압수단은
상기 하우징의 내부에 상하방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되어 상기 예압볼의 상단에 접촉되는 슬라이딩가이드, 상기 슬라이딩가이드의 내부에 나사결합되는 구동축을 포함하는 모터, 상기 모터를 제어하며 상기 리니어 스케일에서 측정된 상기 제1플레이트의 상하방향 변위가 저장되는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 가압수단은
상기 하우징의 내부에 상하방향으로 이동가능하게 나사결합되어 상기 예압볼의 상단에 접촉되는 조절가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 가공수단은
상기 가공팁이 구형상으로 형성되며,
상기 제1전달체의 하단에 상기 가공팁의 상단이 연접되기 위한 연접홈이 형성되며,
하단이 상기 가공팁의 외주면을 둘러싸며 상단이 상기 제1전달체의 하단에 나사결합되는 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 가공수단은
상기 가공팁의 하단 및 상단이 각각 반구형상 및 너트형상으로 형성되며,
상기 제1전달체의 하단이 볼트 형상으로 형성되어 상기 가공팁의 상단에 나사결합되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 가공수단은
상기 가공팁의 하단 및 상단이 각각 반구형상 및 볼트형상으로 형성되며,
상기 제1전달체의 하단이 너트 형상으로 형성되어 상기 가공팁의 상단에 나사결합되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치는
상기 케이스의 내부에 설치되어 상기 압전소자를 냉각하는 냉각모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 가공수단은
상기 가공팁과 제1전달체 사이에 충진되는 충진유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치.
- 제11항에 있어서, 상기 가공수단은
상기 충진유체가 자성유체이며,
상기 제1전달체의 외주면에 결합되는 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치. - 하단이 가공대상물의 표면에 접촉되는 가공팁과, 상기 가공팁의 상단을 고정하는 제1전달체를 포함하는 가공수단;
상기 제1전달체의 상측에 위치하는 하우징;
상기 하우징의 내부에 설치되는 케이스와, 상기 케이스의 내부에 설치되어 초음파를 인가하는 압전소자와, 상기 압전소자의 하단과 제1전달체의 상단을 연결하는 제2전달체를 포함하는 초음파 진동자;
상기 하우징의 내부에 설치되어 상기 케이스의 상단에 결합되는 제1플레이트와, 상기 하우징의 내부에서 상기 제1플레이트의 상측에 설치되는 제2플레이트와, 상기 제1플레이트와 제2플레이트 사이에 설치되는 탄성부재와, 상기 제2플레이트의 상단에 설치되는 예압볼을 포함하는 예압수단; 및
상기 예압볼을 하측으로 기계적으로 예압하여 상기 가공팁을 상기 가공대상물의 표면에 밀착하는 가압수단;을 포함하되,
상기 가공수단은
상기 가공팁과 제1전달체 사이에 충진되는 충진유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치.
- 제13항에 있어서, 상기 가공수단은
상기 충진유체가 자성유체이며,
상기 제1전달체의 외주면에 결합되는 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130147837A KR101579943B1 (ko) | 2013-11-29 | 2013-11-29 | 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130147837A KR101579943B1 (ko) | 2013-11-29 | 2013-11-29 | 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150062814A KR20150062814A (ko) | 2015-06-08 |
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ID=53500741
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| KR1020130147837A KR101579943B1 (ko) | 2013-11-29 | 2013-11-29 | 초음파 진동자를 이용한 가공대상물의 표면 처리 장치 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210136210A (ko) | 2020-05-06 | 2021-11-17 | 한국철도기술연구원 | 용접부 고주파 표면 충격처리장치, 그 고주파 표면 충격처리장치를 이용한 철도차량의 대차프레임 제작방법 |
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2013
- 2013-11-29 KR KR1020130147837A patent/KR101579943B1/ko active IP Right Grant
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