KR101932701B1 - 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치 - Google Patents

초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 가공 대상물의 표면 처리 가공시, 가공 효율을 향상시키면서 가공 균일도를 향상시키는 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 측면에 따른 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치는, 가공 대상물에 밀착되도록 복수의 가공 부재들을 구비하는 가공부, 및 초음파를 발생시켜 상기 가공부에 전달하는 초음파 진동부를 포함하며, 상기 가공 부재들은 상기 가공 대상물에 작용하는 최대 변위 및 위상 중 적어도 하나에서 서로 다른 값을 가진다.

Description

초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치 {SURFACE TREATMENT APPARATUS USING ULTRASONIC TRANSMITTER}
본 발명은 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가공 대상물의 표면 처리 효과를 높이는 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치에 관한 것이다.
알려진 바에 따르면, 베어링, 샤프트, 씰 등의 기계 부품 또는 기계 제품에서 피로 수명이 제품의 품질을 결정하는 중요 요소이다. 이러한 측면에서 기계 부품의 표면에 압축 잔류 응력을 부가하여 표면 경도와 피로 수명을 향상시키기 위한 방법이 적용되고 있다. 일례로써, 숏피닝(shot peening) 표면 처리 방법 및 초음파 진동을 이용한 표면 처리 방법 등이 있다.
한편, 초음파 진동을 이용한 표면 처리 방법은 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 압전소자(piezoelectric device)를 사용하여 초음파 진동을 발생시키고 이러한 초음파 진동을 전달받은 타격공구가 가공 대상물의 표면을 반복적으로 타격하여 가공 대상물의 표면에 소성 변형의 흔적인 마이크로 딤플(micro dimple)을 형성하여 가공 대상물의 표면에 소정의 텍스처(texture)를 부여한다.
초음파 진동을 이용한 표면 처리 방법에 사용되는 표면 처리 장치는 가공 공구에 하나의 팁을 구비하여 낮은 작업 효율을 구현한다. 초음파 가공용 공구의 기능을 향상시키기 위하여, 대한민국공개등록특허 0631186호(2006. 09. 26. 등록)에 미세홀 가공을 위한 초음파 가공용 공구의 제조방법이 개시되어 있다. 여기서, 초음파 가공용 공구는 복수의 팁을 구비한다.
본 발명의 목적은 가공 대상물의 표면 처리 가공시, 가공 효율을 향상시키면서 가공 균일도를 향상시키는 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치는, 가공 대상물에 밀착되도록 복수의 가공 부재들을 구비하는 가공부, 및 상기 가공부에 연결되어 전달할 초음파를 발생시키는 초음파 진동부를 포함하며, 상기 가공 부재들은 상기 가공 대상물에 작용하는 최대 변위 및 위상 중 적어도 하나에서 서로 다른 값을 가진다.
상기 가공 부재들은 상기 초음파의 최대 변위에서 서로 다른 값을 가지도록 서로 다른 직경을 가질 수 있다.
상기 가공부는 상기 초음파 진동부에 전달 부재로 연결되며, 상기 전달 부재의 반대측에 상기 가공 부재들을 구비하고 상기 전달 부재에 직교하는 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 가공 부재들은 서로 이격되어 상기 플레이트에 장착되는 장착핀들, 및 상기 장착핀들의 선단에 각각 장착되는 가공팁들을 포함할 수 있다.
상기 장착핀들은 서로 다른 직경으로 형성되고, 상기 가공팁들은 서로 다른 직경의 구로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치는, 상기 초음파 진동부를 수용하는 하우징, 상기 하우징 내에 구비되어 상기 초음파 진동부를 예압하는 예압부, 및 상기 예압부의 일측에 구비되어 상기 예압부를 가압하여 상기 가공부를 상기 가공 대상물에 밀착시키는 가압부를 더 포함할 수 있다.
상기 하우징은 외면에 링 기어를 구비하고, 상기 링 기어는 모터에 의하여 회전하는 피니언 기어에 기어 결합될 수 있다.
상기 가공 부재들은 상기 초음파의 위상에서 서로 다른 값을 가지도록 서로 다른 길이를 가질 수 있다.
상기 가공부는 상기 초음파 진동부에 전달 부재로 연결되고, 상기 전달 부재의 반대측에 상기 가공 부재들을 구비하고 상기 전달 부재에 설정된 각도로 교차하는 경사 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 가공 부재들은 서로 이격되어 상기 경사 플레이트에 장착되는 장착핀들, 및 상기 장착핀들의 선단에 각각 장착되는 가공팁들을 포함할 수 있다.
상기 장착핀들은 서로 다른 길이로 형성되고, 상기 가공팁들은 동일 직경의 구로 형성될 수 있다,
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 초음파 진동부에서 발생되는 초음파를 가공 부재들로 전달하여 가공 대상물의 표면을 가공 처리할 때, 가공 부재들의 (최대)변위 및 위상 중 적어도 하나를 서로 다른 값으로 설정하므로 가공 대상물의 표면 가공시, 가공 효율을 향상시키면서 동시에 가공 균일도를 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 초음파 진동부에 연결되는 가공부가 가공 대상물에 밀착된 상태를 도시한 단면도이다.
도 3은 초음파 진동부의 작동에 따라 가공 부재들에 설정되는 변위 값들을 도시한 그래프이다.
도 4는 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치에서, 초음파 진동부에 연결되는 가공부가 가공 대상물에 밀착된 상태를 도시한 단면도이다.
도 6은 초음파 진동부의 작동에 따라 가공 부재들에 설정되는 위상 차에 따른 변위 값들을 도시한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 제1실시예의 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치(1)는 가공 대상물(T)에 밀착되는 가공부(10), 및 가공부(10)에 연결되어 가공부(10)에 전달할 초음파를 발생시키는 초음파 진동부(20)를 포함한다.
가공부(10)는 복수의 가공 부재들(11)을 구비하고, 가공 부재들(11)을 가공 대상물(T)의 표면에 밀착되어 가공 대상물(T)의 표면을 직접 표면 처리 가공한다. 복수의 가공 부재들(11)은 하나의 가공 부재를 사용하는 종래기술에 비하여, 단위 시간당 가공 면적이 증대되어 가공의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
초음파 진동부(20)는 초음파 진동자에서 발생되는 초음파를 가공부(10)로 전달하여, 가공 부재들(11)의 변위 및 위상에 따라 가공 대상물(T)의 표면을 처리할 수 있게 한다.
복수의 가공 부재들(11)의 최대 변위가 서로 다른 값을 가지거나, 위상이 서로 다른 값을 가지는 경우, 동일한 최대 변위 또는 동일한 위상을 적용하는 경우에 비하여, 다양한 최대 변위 및 다양한 위상으로 가공되어 표면 가공의 균일도를 크게 향상시킬 수 있다.
제1실시예의 가공부(10)에서 가공 부재들(11)은 초음파 진동부(20)에서 전달되는 초음파 진동에 의하여, 가공 대상물(T)의 표면 처리에 작용하는 최대 변위에서 서로 다른 값을 가지거나, 위상에서 서로 다른 값을 가진다. 예를 들면, 발생되는 초음파는 20kHz~40kHz이다. 최대 변위는 17㎛~35㎛이다.
즉, 초음파 진동부(20)에서 발생된 초음파는 가공 부재들(11)을 통하여 사인파 곡선의 변위로 가공 대상물(T)에 진동으로 작용한다. 이때, 복수의 가공 부재들(11)은 가공 대상물(T)에 대하여 서로 다른 최대 변위로 진동 작용하여 표면 처리할 수 있고, 가공 대상물(T)에 대하여 서로 다른 위상으로 진동 작용하여 표면 처리할 수 있다.
또한 제1실시예의 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치(1)는 초음파 진동부(20)를 수용하는 하우징(30)을 더 포함한다. 일례로서, 하우징(30)은 원통으로 형성되어 외면에 링 기어(401)를 구비하고, 링 기어(401)는 모터(402)에 의하여 회전하는 피니언 기어(403)에 기어 결합된다. 따라서 모터(402)의 구동에 따라, 하우징(30), 가공부(10) 및 가공 부재들(11)이 회전하면서, 가공 대상물(T)의 표면을 처리할 수 있다.
가공부(10) 및 가공 부재들(11)이 회전함에 따라 가공 대상물(T)의 표면은 서로 다른 최대 변위의 진동들로 표면 처리되거나, 서로 다른 위상의 진동들로 표면 처리될 수 있다. 따라서 제1실시예는 복수의 가공 부재들(11)에 의하여 가공 대상물(T)의 가공 효율을 향상시키고, 가공 부재들(11)의 다양한 최대 변위들 또는 다양한 위상들에 의하여 가공 대상물(T)의 가공 균일도를 향상시킨다.
도 2는 도 1의 초음파 진동부에 연결되는 가공부가 가공 대상물에 밀착된 상태를 도시한 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 가공부(10)는 가공 대상물(T)의 표면을 가공하는 복수의 가공 부재들(11)을 구비한다. 가공 부재들(11)은 초음파의 최대 변위에서 서로 다른 값을 가지도록 서로 다른 직경으로 형성된다.
가공부(10)는 초음파 진동부(20)에 전달 부재(21)로 연결되고, 전달 부재(21)의 반대측에 가공 부재들(11)을 구비한다. 가공부(10)는 전달 부재(21)에 직교하여 연결되는 플레이트(12)를 더 구비한다. 가공 부재들(11)은 플레이트(12)에 장착된다.
가공 부재들(11)은 서로 동일한 길이를 가지므로 전달되는 초음파에 대하여 동일한 위상을 가지면서 또한 서로 다른 직경을 가지므로 서로 다른 최대 변위를 가진다.
일례로써, 가공 부재들(11)은 장착핀들(13)과 가공팁들(14)을 포함한다. 장착핀들(13)은 플레이트(12)에 설정된 간격으로 서로 이격되어 장착되고, 가공팁들(14)은 장착핀들(13)의 선단에 각각 장착되어 가공 대상물(T)에 직접 접촉된다.
구체적으로 보면, 장착핀들(13)은 서로 다른 직경으로 형성되고, 가공팁들(14)은 서로 다른 직경의 구로 형성된다. 장착핀들(13)은 각각 설정된 직경으로 형성되어 서로 다른 직경의 가공팁들(14)의 장착을 가능하게 한다.
가공팁들(14)은 서로 다른 직경으로 형성되어 가공 대상물(T)의 표면에 직접접촉되어, 가공 대상물(T)의 표면 처리시, 서로 다른 최대 변위로 서로 다른 접촉 면적을 형성한다. 가공팁들(14)은 공구강, 초경합금강, 세라믹 또는 다이아몬드로 형성될 수 있다.
가공 대상물(T)의 표면에 대한 가공팁들(14)의 서로 다른 접촉 면적은 초음파 진동부(20)에서 발생되는 초음파가 전달될 때, 장착핀(13)의 길이 방향으로 진동하는 장착핀(13; 131, 132, 133) 및 가공팁들(14; 141, 142, 143)의 최대 변위(가공 부재들의 길이 방향)를 서로 다르게 한다.
즉 도 1 및 도 2에서, 좌측 장착핀(131)은 장착핀들(13) 중 최대 직경으로 형성되고 좌측 장착핀(131)에 구비되는 가공팁(141)은 최대 직경에 의하여 가공 대상물(T)의 표면에서 최대 단면적을 형성한다.
우측 장착핀(133)은 장착핀들(13) 중 최소 직경으로 형성되고 우측 장착핀(133)에 구비되는 가공팁(143)은 최소 직경에 의하여 가공 대상물(T)의 표면에서 최소 단면적을 형성한다.
그리고 중간 장착핀(132)은 장착핀들(13) 중 좌, 우측 장착핀(131, 133)의 사이 직경으로 형성되고 중간 장착핀(132)에 구비되는 가공팁(142)은 중간 직경에 의하여 가공 대상물(T)의 표면에서 좌, 우 가공팁(141, 143)의 사이 단면적을 형성한다.
도 3은 초음파 진동부의 작동에 따라 가공 부재들에 설정되는 변위 값들을 도시한 그래프이다. 도 3을 참조하면, 가공팁들(14; 141, 142, 143)의 변위 곡선(L1, L2, L3)에서, 가공팁들(14; 141, 142, 143)의 최대 변위(h1, h2, h3)는 가공팁들(14; 141, 142, 143)의 직경 및 단면적에 반비례한다.
따라서 최대 단면적을 형성하는 좌측 장착핀(131) 및 가공팁(141)은 최대 변위(h1)를 최소로 형성하고, 최소 단면적을 형성하는 우측 장착핀(133) 및 가공팁(143)은 최대 변위(h3)를 최대로 형성한다. 그리고 중간 장착핀(132) 및 가공팁(142)은 최대 변위(h2)를 최대 변위(h1)와 최대 변위(h3) 사이에 위치하는 중간으로 형성한다.
이와 같이, 가공 부재들(11)은 서로 다른 직경으로 형성되어 가공 대상물(T)의 표면에 대하여 서로 다른 최대 변위(h1, h2, h3)를 형성한다. 그리고 모터(402)의 구동으로 피니언 기어(403) 및 링 기어(401)가 회전하므로 하우징(30)이 회전된다.
따라서 가공부(10) 및 가공 부재들(11)은 회전하면서 서로 다른 최대 변위(h1, h2, h3)의 진동으로 가공 대상물(T)의 표면을 가공 처리한다. 즉 가공 대상물(T) 표면의 경도가 높아지고, 마찰계수가 낮아진다. 즉 표면이 나노 표면으로 개질될 수 있다.
이때, 좌측 장착핀(131) 및 가공팁(141)이 최소의 최대 변위(h1)를 형성하고, 우측 장착핀(133) 및 가공팁(143)이 최대의 최대 변위(h3)을 형성하며, 중간 장착핀(132) 및 가공팁(142)이 중간의 최대 변위(h2)를 형성한다.
즉 가공 부재들(11)은 복수로 구비되어 가공 대상물(T)의 가공 효율을 높이면서, 또한 회전하는 가공팁들(141, 142, 143)의 다양한 최대 변위(h1, h2, h3)의 가공으로 표면 처리의 균일도를 향상시킬 수 있다. 서로 다른 최대 변위의 가공팁들(141, 142, 143)은 가공 대상물(T)의 표면 처리시, 서로 다른 가공팁들(141, 142, 143)의 단점을 상호 보완한다.
이때, 가공부(10)의 플레이트(12)는 가공 부재들(11)의 최대 변위(h1, h2, h3)의 차에 의하여 가공 부재들(11)의 길이 방향으로 미세하게 수 ㎛로 요동친다. 가공 부재들(11)이 동일한 직경의 원주 상에 배치되는 경우, 최대의 최대 변위(h3)를 형성하는 우측 가공팁(143) 측에서 플레이트(12)는 가공 대상물(T)에서 멀어지는 방향으로 요동한다.
최소의 최대 변위(h1)를 형성하는 좌측 가공팁(141) 측에서 플레이트(12)는 가공 대상물(T)에 가까워지는 방향으로 요동한다. 그리고 중간의 최대 변위(h2)를 형성하는 가공팁(142) 측에서 플레이트(12)는 가공 대상물(T)에 대하여 요동하지 않는다.
도 4는 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다. 도 4를 참조하면, 또한 제1실시예의 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치(1)는 예압부(40) 및 가압부(50)를 더 포함한다.
예압부(40)는 하우징(30) 내에 구비되어 초음파 진동부(20)를 예압한다. 가압부(50)는 예압부(40)의 일측에 구비되어, 예압부(40)를 가압하여 가공부(10)를 초음파 진동으로 가공할 수 있도록 가공 대상물(T)에 밀착시킨다.
하우징(30)은 내주에 초음파 진동부(20)를 수용한다. 가공부(10)는 초음파 진동부(20)로부터 발생된 초음파를 전달받을 수 있도록 전달 부재(21)로 하우징(30) 내의 초음파 진동부(20)에 연결된다.
하우징(30)의 하단에는 플렉셔 힌지(flexure hinge)(31)가 구비되어, 전달 부재(21)의 초음파 진동을 가능하게 한다. 또한 플렉셔 힌지(31)는 가공 대상물(T)의 표면에 대하여 전달 부재(21)가 자유롭게 회전 가능하게 하며, 무마찰 탄성 베어링 형상으로 이루어진다.
플렉셔 힌지(31)에 의하여, 전달 부재(21)가 가공 대상물(T)의 표면에 대해 자유롭게 회전 가능함으로써, 가공팁들(14)에 가해지는 예압들이 복수의 가공팁들(14) 중 특정 가공팁(14)으로 집중되지 않고 다른 가공팁(14)으로 분산되며, 또한 하나의 가공팁(14)에서도 특정 부분으로 집중되지 않고 분산될 수 있다.
초음파 진동부(20)는 전달 부재(21)에 초음파 진동을 전달하도록 형성되며, 하우징(30)의 내측 하부에 배치되는 케이스(22), 및 케이스(22)에 내장되어 전달 부재(21)의 상단에 배치되는 압전소자(23)를 포함한다.
케이스(22)는 안내부재(24)를 개재하여 하우징(30)의 내주면에 승강 가능하게 설치된다. 압전소자(23)는 케이스(22)의 내부에 설치되어 초음파를 발생시키므로 전달 부재(21)를 통하여 가공부(10)로 초음파를 전달한다. 이때, 케이스(22)는 하우징(30) 내면에서 안내부재(24)를 통하여 승강한다.
예압부(40)는 가공 대상물(T)에 접촉되는 가공 부재들(11)에 예압을 가하도록 하우징(30)에서 초음파 진동부(20) 상에 구비된다. 예를 들면, 예압부(40)는 하우징(30) 내에서 전달 부재(21)의 축 방향으로 배치되는 제1플레이트(41), 탄성부재(43), 제2플레이트(42), 및 예압볼(44)을 포함한다.
제1플레이트(41)는 외주면으로 하우징(30)의 내주면에 접촉되어 승강하며, 초음파 진동부(20)의 케이스(22) 상측에 설치되어 케이스(30)의 상단에 결합된다. 제2플레이트(42)는 외주면으로 하우징(30)의 내주면에 접촉되어 승강하며, 제1플레이트(41)의 상측에 탄성부재(43)를 개재하여 이격 설치된다.
탄성부재(43)는 제1, 제2플레이트(41, 42) 사이에 배치되어, 가공 대상물(T)의 표면에 접촉되는 가공 부재들(11)에 가해지는 예압을 조절한다. 예압볼(44)은 제2플레이트(42)의 상단 오목홈에 설치되어, 가압부(50)에서 가해지는 압력을 예압부(40)로 전달한다.
제1, 제2플레이트(41, 42)는 중심에 서로 마주하는 돌기(411, 421)를 구비하여, 제1, 제2플레이트(41, 42)의 최소 간격을 설정한다. 최소 간격을 제한하므로 탄성부재(43)가 과도하게 압축되어, 가공 대상물(T)에 접촉되는 가공 부재들(11)에 과도한 예압이 형성되는 것을 방지한다.
가압부(50)는 예압부(40)의 일측에 구비되어 예압부(40)를 가압하도록 구성된다. 즉 가압부(50)는 예압볼(44)을 예압하기 위하여, 하우징(30)의 상단 내측에 배치되어 예압볼(44)에 지지되는 슬라이딩 가이드(51), 및 슬라이딩 가이드(51)에 나사 결합되어 슬라이딩 가이드(51)를 승강시키는 모터(52)를 포함한다.
모터(52)의 구동으로 슬라이딩 가이드(51)가 승강하면서 슬라이딩 가이드(51)가 예압볼(44)을 지지한다. 따라서 가압부(50)의 슬라이딩 가이드(51)는 예압부(40) 및 초음파 진동부(20)를 가압하여, 가공 대상물(T)에 접촉되는 가공 부재들(11)을 최종적으로 예압 및 가압할 수 있게 한다.
즉, 초음파 진동부(20)의 작동으로 초음파 진동이 발생되면, 가공 부재들(11)은 초음파 진동을 가공 대상물(T)의 표면에 서로 다른 최대 변위(h1, h2, h3)로 작용시켜 표면을 처리 가공한다.
이하에서 본 발명의 제2실시예에 대하여 설명한다. 제1, 제2실시예를 비교하여, 제1실시예와 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고, 서로 다른 구성에 대한 설명을 기재한다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치에서, 초음파 진동부에 연결되는 가공부가 가공 대상물에 밀착된 상태를 도시한 단면도이고, 도 6은 초음파 진동부의 작동에 따라 가공 부재들에 설정되는 위상 차에 따른 변위 값들을 도시한 그래프이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 제2실시예의 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치(2)에서, 가공부(60)는 초음파 진동부(20)에 전달 부재(21)로 연결된다. 가공부(60)는 전달 부재(21)의 반대측에 가공 부재들(61)을 구비한다. 가공부(60)는 전달 부재(21)에 설정된 각도(θ)로 교차하여 설치되는 경사 플레이트(62)를 포함한다.
각도(θ)는 경사 플레이트(62)에 설치되는 가공 부재들(61)의 길이를 다양하게 설정한다. 각도(θ)가 크면 가공 부재들(61)의 길이 차이가 크고, 각도(θ)가 작으면 가공 부재들(61)의 길이 차이가 작아진다. 각도(θ)에 따른 길이 차이는 초음 진동의 위상 차를 발생시킨다.
가공 부재들(61)은 서로 다른 길이로 경사 플레이트(62)에 장착된다. 따라서 가공 부재들(61)은 가공 대상물(T)의 평면에 동시에 접촉되어 표면 처리 가공할 수 있다. 가공 부재들(61)은 서로 동일한 직경을 가지므로 동일한 최대 변위를 가진다. 또한 가공 부재들(61)은 서로 다른 길이를 가지므로 초음파 진동부(20)로부터 전달되는 초음파에 대하여 서로 다른 위상을 가진다.
가공 부재들(61)은 장착핀들(63)과 가공팁들(64)을 포함한다. 장착핀들(63)은 서로 이격되어 경사 플레이트(62)에 장착된다. 가공팁들(64)은 장착핀들(63)의 선단에 각각 장착된다. 장착핀들(63)은 서로 다른 길이로 형성되고, 가공팁들(64)은 서로 동일한 직경의 구로 형성될 수 있다.
가공팁들(64)은 가공 대상물(T)의 표면에 직접 접촉되어, 가공 대상물(T)의 표면 처리시, 서로 다른 위상을 나타낸다. 가공팁들(64)의 서로 다른 위상은 초음파 진동부(20)에서 발생된 초음파가 전달될 때, 장착핀(63)의 길이 방향으로 진동하는 장착핀(63; 631, 632, 633) 및 가공팁들(64; 641, 642, 643)의 최대 변위의 형성 시간을 다르게 한다.
좌측 장착핀(631)은 장착핀들(63) 중 최소 길이(L31)로 형성되고 좌측 장착핀(631)에 구비되는 가공팁(641)은 가공 대상물(T)의 표면에서 0 위상(사인파 곡선)으로 가공한다.
우측 장착핀(633)은 장착핀들(63) 중 최대 길이(L33)로 형성되고 우측 장착핀(633)에 구비되는 가공팁(643)은 가공 대상물(T)의 표면에서 λ/2 위상으로 가공한다.
그리고 중간 장착핀(632)은 장착핀들(63) 중 좌, 우측 장착핀(631, 633)의 사이 길이(L32)로 형성되고 중간 장착핀(632)에 구비되는 가공팁(642)은 중간 길이(L32)에 의하여 가공 대상물(T)의 표면에서 좌, 우 가공팁(641, 643)의 중간인 λ/4 위상으로 가공한다.
이와 같이, 가공 부재들(61)은 서로 다른 길이(L31, L32, L33)로 형성되어 가공 대상물(T)의 표면에 대하여 서로 다른 위상 값(0, λ/4, λ/2)으로 변위 곡선(L41, L42, L43)을 형성한다. 그리고 모터(402)의 구동으로 피니언 기어(403) 및 링 기어(401)가 회전하므로 하우징(30)이 회전된다.
따라서 가공부(60) 및 가공 부재들(61)은 회전하면서 서로 다른 위상 값(0, λ/4, λ/2)으로 가공 대상물(T)의 표면을 가공 처리한다. 즉 가공 대상물(T) 표면의 경도가 높아지고, 마찰계수가 낮아진다. 즉 표면이 나노 표면으로 개질될 수 있다.
이때, 좌측 장착핀(631)의 가공팁(641), 중간 장착핀(632)의 가공팁(642) 및 우측 장착핀(633)의 가공팁(643)은 λ/4씩 위상 차를 가진다. 즉 가공 부재들(61)은 복수로 구비되어 가공 대상물(T)의 가공 효율을 높이면서, 또한 회전하는 가공팁들(641, 642, 643)의 다양한 위상의 가공으로 표면 처리의 균일도를 향상시킬 수 있다. 서로 다른 위상의 가공팁들(641, 642, 643)은 가공 대상물(T)의 표면 처리시, 서로 다른 가공팁들(641, 642, 643)의 단점을 상호 보완한다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1, 2: 표면 처리 장치 10: 가공부
11, 61: 가공 부재 12: 플레이트
13, 63: 장착핀 14, 64: 가공팁
20: 초음파 진동부 21: 전달 부재
22: 케이스 23: 압전소자
24: 안내부재 30: 하우징
31: 플렉셔 힌지(flexure hinge) 40: 예압부
41, 42: 제1, 제2플레이트 44: 예압볼
50: 가압부 51: 슬라이딩 가이드
52: 모터 62: 경사 플레이트
131, 132, 133: 장착핀 141, 142, 143: 가공팁
401: 링 기어 402: 모터
403: 탄성부재 411, 421: 돌기
631, 632, 633: 장착핀 641, 642, 643 가공팁
h1, h2, h3: 최대 변위 L1, L2, L3: 변위 곡선
L31, L32, L33: 길이 L41, L42, L43: 변위 곡선
T: 가공 대상물 θ: 각도

Claims (11)

  1. 가공 대상물에 밀착되도록 복수의 가공 부재들을 구비하는 가공부; 및
    상기 가공부에 연결되어 전달할 초음파를 발생시키는 초음파 진동부
    를 포함하며,
    상기 가공 부재들은
    상기 가공 대상물에 작용하는 최대 변위 및 위상 중 적어도 하나에서 서로 다른 값을 가지며,
    상기 가공부는
    상기 초음파 진동부에 전달 부재로 연결되며,
    상기 전달 부재의 반대측에 상기 가공 부재들을 구비하고 상기 전달 부재에 교차하는 플레이트
    를 포함하는 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가공 부재들은
    상기 초음파의 최대 변위에서 서로 다른 값을 가지도록 서로 다른 직경을 가지는 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플레이트는
    상기 전달 부재에 직교하는 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가공 부재들은
    서로 이격되어 상기 플레이트에 장착되는 장착핀들, 및
    상기 장착핀들의 선단에 각각 장착되는 가공팁들
    을 포함하는 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 장착핀들은 서로 다른 직경으로 형성되고,
    상기 가공팁들은 서로 다른 직경의 구로 형성되는 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 진동부를 수용하는 하우징,
    상기 하우징 내에 구비되어 상기 초음파 진동부를 예압하는 예압부, 및
    상기 예압부의 일측에 구비되어 상기 예압부를 가압하여 상기 가공부를 상기 가공 대상물에 밀착시키는 가압부
    를 더 포함하는 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하우징은
    외면에 링 기어를 구비하고,
    상기 링 기어는
    모터에 의하여 회전하는 피니언 기어에 기어 결합되는 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가공 부재들은
    상기 초음파의 위상에서 서로 다른 값을 가지도록 서로 다른 길이를 가지는 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 플레이트는 경사 플레이트로 형성되고,
    상기 경사 플레이트는
    상기 전달 부재에 설정된 각도로 교차하는 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가공 부재들은
    서로 이격되어 상기 경사 플레이트에 장착되는 장착핀들, 및
    상기 장착핀들의 선단에 각각 장착되는 가공팁들을 포함하는 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 장착핀들은 서로 다른 길이로 형성되고,
    상기 가공팁들은 동일 직경의 구로 형성되는 초음파 진동자를 이용한 표면 처리 장치.
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