KR101965874B1

KR101965874B1 - 초정밀 연삭툴

Info

Publication number: KR101965874B1
Application number: KR1020170110557A
Authority: KR
Inventors: 황연; 김영복; 허태진; 이의삼; 최주현
Original assignee: 한국광기술원
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2019-04-04
Also published as: KR20190024029A

Abstract

본 발명은 초정밀 연삭툴에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연삭장치를 이용한 가공대상물의 연삭 시, 연삭의 오차영역을 줄여주는 초정밀 연삭툴에 관한 것이다.
공작기계의 척에 고정될 수 있는 생크부와 상기 생크부의 하부에 결합되고, 하부에서 상부로 갈수록 직경이 작아지며 가공 대상물을 연삭을 할 수 있는 연삭부를 구비한다.

Description

초정밀 연삭툴{Ultra-precision gringding tool}

본 발명은 초정밀 연삭툴에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연삭장치를 이용한 가공대상물의 연삭 시, 연삭의 오차영역을 줄여주는 초정밀 연삭툴에 관한 것이다.

경도가 매우 높은 미세한 지립과 바인더를 성형하여 연삭숫돌을 만들고, 이것을 고속으로 회전시켜 갈아내는 가공방법을 연삭이라 한다.

예를 들어, 통상적으로 카메라, 팩시밀리 및 조준경, 내시경, 망원경 등의 광학기기에 사용되는 광학렌즈의 경우 표면이 연삭되여 제조된다.

정밀하게 연삭공정을 위하여 연삭툴이 설치되는 연삭장치가 사용되고 있으며, 연삭툴은 가공대상물과 접촉되는 연삭숫돌과 연삭장치에 고정되는 생크부로 이루어진다.

이러한 연삭툴은 광학렌즈 또는 광학렌즈 제조용 성형금형과 같은 가공대상물에 따라 다양한 크기와 형태로 구비된다.

대한민국 등록실용신안공보 제20-0232768호에는 연삭기용 숫돌, 대한민국 공개특허공보 제10-2007-0038860호에는 고정밀 연삭장치가 기재되어 있다.

상기한 종래의 연삭숫돌은 가공대상물에 접촉되는 연삭면이 가공대상물을 연삭할 시, 연삭면에 인접한 연삭숫돌의 다른 면이 가공대상물에 접촉되어 가공대상물의 연삭을 요구하지 않는 부분에도 연삭이 되는 문제점이 발생한다.

연삭을 요구하지 않은 부분의 연삭은 오차영역이며, 특히 광학렌즈와 같이 정밀한 세공을 요구하는 연삭시에는 작은 오차영역도 제품의 질이 크게 저하된다는 문제점을 야기하기 때문에 보다 정밀한 연삭작업을 할 수 있는 연삭툴이 요구된다.

(특허 문헌 1) 대한민국 등록실용신안공보 제20-0232768호 (특허 문헌 2) 대한민국 공개특허공보 제10-2007-0038860호

본 발명에 따른 초정밀 연삭툴은 연삭장치를 이용한 가공대상물의 연삭 시, 연삭의 오차영역을 줄여주는 초정밀 연삭툴을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자 본 발명은 공작기계의 척에 고정될 수 있는 생크부;와 상기 생크부의 하부에 결합되고, 하부에서 상부로 갈수록 직경이 작아지며 가공 대상물을 연삭을 할 수 있는 연삭부;를 구비한다.

상기 연삭부는 측면이 상단으로 갈수록 기울기가 커지는 곡선형으로 형성되거나 상기 연삭부는 저면이 중앙 쪽으로 갈수록 안으로 인입되는 포물형으로 형성될 수 있다.

상기 연삭부의 강도를 보강하도록 상기 연삭부는 내부에 섬유상의 보강부재가 더 구비될 수 있다.

상기 보강부재는 열전도도가 높은 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또는 상기 연삭부의 강도를 보강하도록 상기 연삭부는 내부에 메쉬형의 섬유구조체로 형성되는 보강부재가 더 구비될 수 있다.

상기 연삭부의 방열이 용이하도록 상기 연삭부는 복수개의 방열튜브가 더 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명의 초정밀 연삭툴은 연삭장치를 이용한 가공대상물의 연삭 시, 연삭의 오차영역을 줄여 보다 정밀한 연삭이 가능하도록 한다.

또한, 본 발명의 초정밀 연삭툴은 강도가 크고 방열이 용이하여 연삭 수명이 연장된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 초정밀 연삭툴을 나타낸 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 초정밀 연삭툴이 가공대상물에 연삭가공을 하는 상태를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 초정밀 연삭툴을 나타낸 사시도,
도 4는 도 3에 도시된 초정밀 연삭툴이 가공대상물에 연삭가공을 하는 상태를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 초정밀 연삭툴을 나타낸 사시도,
도 6은 도 5에 도시된 초정밀 연삭툴이 가공대상물에 연삭가공을 하는 상태를 나타낸 단면도,
도 7 내지 도 9는 본 발명의 초정밀 연삭툴의 제4 내지 제6 실시예를 나타내는 확대 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예에 따른 초정밀 연삭툴에 대해 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 초정밀 연삭툴(1)은 연삭장치와 같은 공작기계의 척에 고정될 수 있는 생크부(10)와, 생크부(10)와 결합되고 가공대상물을 연삭을 할 수 있는 연삭부(20)를 구비한다.

생크부(10)는 초정밀 연삭툴(10)의 자루로서, 공작기계의 척에 고정되어 될 수 있도록 공작기계의 척의 형태에 따라 원기둥형, 사각기둥형, 테이퍼형 등 다양한 형태로 구비될 수 있다.

가공대상물은 광학렌즈, 광학렌즈 제조용 성형 금형, 반도체용 웨이퍼등 연삭을 요구하는 금속 또는 비금속으로 이루어진 물질 모두 가능하나 본 발명에서는 회절광학소자 제조용 성형 금형(D)이 도시 되어 있다.

회절광학소자란 선명한 상을 위해 회절격자가 형성된 비구면렌즈로서, 연삭장치를 이용하여 비구면렌즈 표면에 회절격자를 직접 형성하는 방법과, 비구면렌즈 의 성형과정에서 비구면레즈의 표면에 회절격자가 형성되도록 연삭장치를 이용하여 금형(D)에 회절격자 패턴을 형성하는 방법이 있다.

연삭부(20)는 연삭숫돌로서, 고른 크기의 숫돌입자인 지립(A)과 결합제인 바인더(B)로 이루어져 있다.

지립(A)은 알루미나계 지립, 탄화규소계 지립, 다이아몬드계 지립, 지르코니아계 지립, 입방정질화붕소(CBN)계 지립 등 통상적으로 사용하는 지립(A)들에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.

바인더(B)는 비트리파이드, 레지노이드, PVA, 실리케이트 등 용화성 무기질 재료나 유리질 재료를 써서 용화과정을 거쳐 지립을 결합시키는 것 또는 시멘트와 같은 무기결정질 재료를 주재로 하는 결합제와 같이 통상적으로 사용하는 바인더(B)들에서 선택된다.

연삭부(20)는 저면(23)이 원형으로 구비되고, 저면(23)에서 상부로 갈수록 직경이 작아지도록 형성되어 측면(21)이 경사진 원뿔형으로 구비된다.

연삭부(20)의 측면(21)과 저면(23)이 형성하는 모서리부분이 가공대상물에 접촉되어 연삭이 이루어지져 보다 정밀한 연삭작업이 가능하다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 연삭부(20)는 금형(D)이 연삭부(20)에 접촉되어 연삭될 때, 회절격자 패턴과 대응는 크기로 연삭부(20)가 형성되어 정확한 연삭가공을 할 수 있도록 한다.

연삭부(20)는 연삭을 요구하는 회절격자 패턴의 연삭 깊이 및 크기에 따라 저면(23)에 대한 측면(21)의 각도가 다르게 제작될 수 있다.

이에 따라, 금형(D)의 제작 시 오차영역이 줄어들며, 더욱 선명한 상이 맺히는 고성능의 렌즈를 제작할 수 있다.

도 3 내지 도 4에는 본 발명의 제2 실시예가 도시되어 있다. 이하에서는 앞서 도시된 도면에서와 동일한 기능을 하는 요소는 동일참조부호로 표기한다.

도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 연삭부(30)는 저면(33)과 상면이 원형으로 구비되고, 저면(33)에서 상면으로 갈수록 직경이 작아지도록 형성되어 측면(31)이 경사진 테이퍼형으로 구비된다.

연삭부(30)의 측면(31)은 직선형의 경사면으로 구비되고 가공대상물(D)에 접촉될 시 연삭가공이 이루어지는 연삭면이다.

연삭부(30)의 저면(33)은 중앙 쪽으로 갈수록 안으로 인입되는 포물형으로 형성된다.

이에, 가공대상물이 연삭부(30)의 측면(31)에 접촉되어 연삭될 시, 연삭부(30)의 저면(33)은 가공대상물과 미접촉된다.

연삭부(30)의 저면(33)이 가공대상물과 미접촉됨에 따라, 설계시 연삭을 요구하지 않았으나 연삭장치의 접촉에 의해 연삭된 부분, 즉 오차영역이 줄어든다.

본 발명의 연삭부(30)는 회절광학소자의 금형(D)이 연삭부(30)의 측면(31)에 접촉되어 연삭될 때, 연삭부(30)의 저면(33)은 회절 금형(D)에 접촉되지 않아 연삭이 이루어지지 않는다.

도 5 내지 도 6에는 본 발명의 제3 실시예가 도시되어 있다.

도 5 내지 도 6을 참조하면, 연삭부(40)는 저면(43)과 상면이 원형으로 구비되고, 저면(43)에서 상면으로 갈수록 직경이 작아지도록 구비된다. 다만, 연삭부(40)의 측면(41)이 상단으로 갈수록 기울기가 커지는 곡선형으로 형성된다.

연삭부(40)의 저면(43)은 도 3에 도시된 제2 실시예와 달리 평면으로 형성된다.

이에 따라, 제2 실시예와는 달리 제3 실시예의 연삭부(40)는 저면(43)이 가공대상물에 접촉될 시 연삭가공이 이루어지는 연삭면이며, 측면(41)이 가공대상물과 비접촉되는 비연삭면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 연삭부(40)는 회절광학소자의 금형(D)이 연삭부(40)의 저면(43)에 접촉되어 연삭될 때, 연삭부(40)의 측면(41)은 가공대상물(D)에 접촉되지 않아 연삭이 이루어지지 않는다.

제3 실시예의 연삭부(40)도 연삭을 요구하지 않는 가공대상물(D)의 부분이 연삭되어 오차영역이 발생하는 문제점을 방지할 수 있다.

도 7에는 본 발명의 제4 실시 예가 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 연삭부(30)는 지립(A) 및 바인더(B)와 함께 내부에 보강부재(35)가 구비되어 연삭부의 강도를 보강할 수 있다.

보강부재(35)는 섬유상으로 이루어지고 연삭부(30)의 제작시 지립(A) 및 바인더(B)와 함께 성형되어 연삭부(30) 전체에 분포되어 있다.

보강부재(35)는 아라미드섬유, 폴리에스테르섬유, 케플러섬유, 나일론섬유, 스테인리스 섬유, 탄소 섬유, 구리 섬유 등 다양한 유기질 또는 무기질의 섬유로 구성될 수 있다.

보강부재(35)는 열전도도와 강도가 높은 무기질의 섬유, 즉, 섬유상의 금속으로 이루어지는 것이 바람직하나, 사용된 지립(A)의 강도보다는 낮은 강도의 재료로 구비되는 것이 바람직하다.

섬유상의 금속으로 이루어진 보강부재는 연삭부(30)의 강도를 보강할 뿐만 아니라 높은 열전도도로 방열효과도 있다.

본 발명의 제5 실시예가 도시된 도 8를 참조하면, 본 발명의 연삭부(30)는 메쉬형의 섬유구조체로 형성되는 보강부재(37)를 구비할 수 있다.

메쉬형의 섬유구조체로 형성되는 보강부재(37)는 가공대상물과 접촉되어 가연삭부(30)의 연삭면인 측면의 둘레를 따라 구비된다. 다만, 연삭부(30)의 내부에 매설되도록 구비된다.

보강부재(37)는 도 8와 같이 단일개로 구비될 수 있으나 복수개로 구비되어 연삭부(30)의 내부에 서로 이격되어 설치될 수 있다.

메쉬형의 섬유구조체로 형성된 보강부재(37)는 연삭부(30)의 내부에 다양한 구조로 구비될 수 있으나, 연삭부의 내부에 연삭면과 나란한 방향으로 설치되는 것이 바람직하다.

도 9에는 본 발명의 제6 실시 예가 도시되어 있다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 연삭부(30)는 복수개의 방열튜브(39)가 구비되어 연삭시 연삭부(30)와 가공대상물과의 마찰에 의해 발생하는 열을 효과적으로 방출할 수 있도록 한다.

방열튜브(39)는 양단이 개방된 관형의 구조체로 형성된다.

방열튜브(39)는 아라미드섬유, 케플러섬유, 스테인리스 섬유, 탄소 섬유 등과 같은 내구성이 우수한 섬유들 중 적어도 하나의 섬유로 이루어진 구조체 또는 우레탄계 합성고무로 이루어진 구조체이다.

방열튜브(39)는 연삭부(30)의 제작시 지립(A) 및 바인더(B)와 함께 성형되어 연삭부(30) 전체에 분포되어있다.

연삭부(30)에 분포된 방열튜브(39) 중 다수개의 방열튜브(39)는 개방된 일단이 연삭부(30)의 표면에 위치된다.

이로 인해, 연삭시 연삭부(30)의 내부에 발생하는 열이 방열튜브를 따라 이동하여 연삭부(30)의 표면에 구비된 개방된 일단을 통해 방출될 수 있다.

연삭부(30)에 분포된 방열튜브(39)는 연삭부(30)가 마모됨에 따라 내부에 구비되었던 방열튜브(39)의 일단이 마모된 연삭부(30)의 표면에 위치됨으로써, 마모가 발생하여도 방열효과를 유지할 수 있다.

본 발명의 제1 및 제3 실시예 역시 도 7 내지 도 10의 섬유상의 보강부재(35), 메쉬형의 섬유구조체로 형성된 보강부재(37)와 방열튜브(39)들이 선택적으로 구비될 수 있다.

본 발명의 초정밀 연삭툴은 연삭장치에 설치되어 가공대상물을 연삭할 시, 일측면은 접촉되어 가공대상물의 일부를 연삭하되 일측면과 타측면은 미접촉되어 불필요한 연삭이 이루어지는 것을 방지한다. 이에 따라 오차영역이 줄어 더욱 정밀한 연삭작업을 할 수 있다.

또한, 본 발명의 초정밀 연삭툴은 보강부재가 구비되어 연삭부의 마모속도를 줄일 수 있으며, 방열이 용이하여 마찰열에 의해 연삭부의 내구성이 떨어지거나 연삭 가루가 연삭부에 융착되는 것을 방지한다.

따라서, 연삭의 정밀도를 높여줄 뿐만 아니라 연삭 수명이 길어 가공대상물을 효율성 있게 연삭할 수 있다.

특히, 본 발명의 초정밀 연삭툴은 회절광학소자(Diffractive Optic Elements, DOE)의 직접 성형 또는 회절광학소자 제작용 성형 금형의 연삭 가공에 최적이며, 본 발명의 초정밀 연삭툴을 이용하여 제작한 회절광학소자는 보다 선명한 상을 맺을 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 초정밀 연삭툴은 첨부된 도면을 참고하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서만 정해져야 할 것이다.

1 : 초정밀 연삭툴 10 : 생크부
30 : 연삭부 35 : 보강부재
39 : 방열튜브

Claims

공작기계의 척에 고정될 수 있는 생크부;와
상기 생크부의 하부에 결합되고, 하부에서 상부로 갈수록 직경이 작아지며 가공 대상물을 연삭을 할 수 있는 연삭부;를 구비하고,
상기 연삭부는 방열이 용이하도록 복수개의 방열튜브가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 초정밀 연삭툴.
제1항에 있어서,
상기 연삭부는 측면이 상단으로 갈수록 기울기가 커지는 곡선형으로 형성되어 측면이 상기 가공대상물과 미접촉되는 것을 특징으로 하는 초정밀 연삭툴.
제1항에 있어서,
상기 연삭부는 저면이 중앙 쪽으로 갈수록 안으로 인입되는 포물형으로 형성되어 저면이 상기 가공대상물과 미접촉되는 것을 특징으로 하는 초정밀 연삭툴.
제1항에 있어서,
상기 연삭부의 강도를 보강하도록 상기 연삭부는 섬유상의 보강부재가 더 구비된 것을 특징으로 하는 초정밀 연삭툴
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제1항에 있어서,
상기 연삭부의 강도를 보강하도록 상기 연삭부는 내부에 메쉬형의 섬유구조체로 형성되는 보강부재가 더 구비된 것을 특징으로 하는 초정밀 연삭툴.
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