KR102137793B1 - 다이아몬드 전착공구 제조 방법 및 이에 의해 제조된 다이아몬드 전착공구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이아몬드 전착 연마공구 제조 방법 및 이에 의해 제조된 다이아몬드 전착 연마공구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모재에 전착되는 다이아몬드와 모재 사이의 결합 강도를 향상시키는 방안에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 다이아몬드 전착공구 제조 방법은 모재의 일측면에 일정 깊이를 갖는 널링부를 형성하는 (a)단계; 상기 널링부가 형성된 일측면에 다이아몬드 파우더를 배치한 상태에서 전해액이 채워진 도금 욕조에 담그는 (b)단계; 상기 도금 욕조 내에 담긴 금속판에 양극(+극)을 걸어주고, 모재에 음극(-극)을 걸어 상기 다이아몬드 파우더를 상기 모재의 종단면에 전착시키는 (c)단계;를 포함하며, 상기 (c)단계에서 상기 널링부는 전착 과정에서 전착층에 의해 채워진다.

Description

다이아몬드 전착공구 제조 방법 및 이에 의해 제조된 다이아몬드 전착공구{Diamond electrodeposition tool manufacturing method and diamond electrodeposition tool produced thereby}

본 발명은 다이아몬드 전착 연마공구 제조 방법 및 이에 의해 제조된 다이아몬드 전착 연마공구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모재에 전착되는 다이아몬드와 모재 사이의 결합 강도를 향상시키는 방안에 관한 것이다.

일반적으로 실리콘 잉곳, 사파이어 잉곳, 석재, 벽돌, 콘크리트 등의 고경도 재료의 절삭가공에 사용되는 절삭 공구에는 내마모성과 강인성 및 고온에서도 경도를 유지할 수 있는 고온경도 등의 기계적 성질이 요구되고 있으며, 상기와 같은 기계적 성질을 향상시키기 위해서 그 표면에 다이아몬드 입자가 고착된 다이아몬드공구(Diamond Tool)를 사용하고 있는 실정이다.

다이아몬드공구의 종류는 지립을 지탱하고 있는 결합제(본드; Bond)의 구성성분에 따라 레진공구, 비트리공구, 메탈공구, 전착공구로 나누어진다. 에폭시 수지(주로 페놀수지계열의 열경화성수지)로 다이아몬드 입자를 감싸는 구조로 이루어진 레진공구는 사포처럼 유연한 특성으로 인해 대중적으로 많이 쓰이는 연마공구의 하나지만 고경도, 내마모성 재료에서는 타버리거나 형상유지가 불가능한 단점이 있다.

비트리공구는 유리계열의 세라믹 소재를 결합 매개체로 사용한 것으로, 취성이 높은 본드 특성으로 인해 무른 재질의 피삭재 가공이나, 메탈공구의 트루잉(truing)에 적합하다. 또한, 금속분말인 구리(Cu)분말과 다이아몬드 지립을 함께 소결하여 제조하는 메탈공구와 니켈-다이아몬드 복합도금방식으로 제조하는 전착공구의 경우 강화유리, 사파이어와 같은 고경도 취성이 있는 난삭재에 사용이 된다.

소결체인 메탈공구는 전착공구보다 본드가 훨씬 무르며 사파이어 잉곳의 외경부위의 연마, 사파이어 웨이퍼의 평면이나 에지부위의 가공에 쓰이지만, 정밀 치수제어는 불가능한 단점을 가지고 있다. 전착공구는 메탈공구보다 본드 경도가 높아 메탈공구보다 수명이 길며 복잡한 형상으로도 예민한 가공이 가능하다.

또한, 일반적으로 다이아몬드 전착공구는 전기도금 공법을 이용하여 석출시킨 니켈금속에 의해 생크바디 표면에 정치시킨 다이아몬드 파우더를 고정시킨다. 다이아몬드 전착공구는 레진, 메탈, 비트리화이드 방식보다 다이아몬드 파우더의 에지(edge)가 돌출되므로, 집중도가 높아 편마모가 적으면서 연삭 또는 절삭 가공 효율이 높다.

하지만, 기존 다이아몬드 전착공구의 경우, 모재에 다이아몬드가 금속 전착층에 의해 전착되어 있으므로, 연마나 절삭 과정에서 금속 전착층이 모재로부터 분리(이탈)되는 현상이 발생된다. 이와 같이 모재로부터 금속 전착층이 분리되는 경우 더 이상 다이아몬드 전착공구를 사용할 수 없다는 문제점이 발생한다.

한국등록특허 제10-1606288호 한국등록특허 제10-1118303호

본 발명이 해결하려는 과제는 모재와 금속 전착층의 결합 강도를 향상시키는 방안을 제안함에 있다.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는 장시간 사용이 가능한 다이아몬드 전착공구인 연마공구 또는 절삭공구를 제안함에 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 외부의 압력으로부터 모재에 금속 전착층이 쉽게 분리되지 않는 방안을 제안함에 있다.

이를 위해 본 발명의 다이아몬드 전착공구 제조 방법은 모재의 일측면에 일정 깊이를 갖는 널링부를 형성하는 (a)단계; 상기 널링부가 형성된 일측면에 다이아몬드 파우더를 배치한 상태에서 전해액이 채워진 도금 욕조에 담그는 (b)단계; 상기 도금 욕조 내에 담긴 금속판에 양극(+극)을 걸어주고, 모재에 음극(-극)을 걸어 상기 다이아몬드 파우더를 상기 모재의 종단면에 전착시키는 (c)단계;를 포함하며, 상기 (c)단계에서 상기 널링부는 전착 과정에서 전착층에 의해 채워진다.

본 발명에 따른 다이아몬드 전착공구 제조 방법 및 이에 의해 제조된 다이아몬드 전착공구는 모재에 널링부를 형성하며, 형성된 널링부에 금속 전착을 형성함으로써 외부 충격으로부터 금속 전착층이 모재로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 금속 전착층이 모재로부터 쉽게 분리되지 않으면, 금속 전착층에 의해 모재에 전착된 다이아몬드 파우더 역시 모재로부터 쉽게 분리되지 않는다. 따라서, 본 발명에서 제안하는 다이아몬드 전착공구는 장시간 사용이 가능하다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 다이아몬드 전착공구를 구성하는 모재의 형상을 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 다이아몬드 전착공구를 제조하는 과정을 도시한 도면이다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 다이아몬드 전착공구를 구성하는 모재의 형상을 도시하고 있다. 이하 도 1을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 다이아몬드 전착공구를 구성하는 모재의 형상에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

도 1에 의하면, 모재(100)는 일정 두께를 갖는 원판 형상으로 형성된다. 물론 도 1에 도시된 원판 이외에 다른 형상으로 모재가 형성될 수 있음을 자명하다. 본 발명에서 제안하는 모재(100)는 일정 간격으로 다수의 홈이 형성된 널링(knurling)부가 형성된다. 도 1에 도시된 널링부는 사선 방향으로 일정 간격으로 다수의 홈이 형성되며, 구체적으로 살펴보면, 모재는 제1 방향으로 형성된 다수의 홈과 제1 방향과 일정 각도를 갖는 제2 방향으로 형성된 다수의 홈을 포함한다.

도 1은 모재(100)의 일 표면에 널링부가 형성되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 필요한 경우, 모재의 측면 테두리에 널링부를 형성할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 다이아몬드 전착공구를 제조하는 과정을 도시한 도면이다. 이하 도 2를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 다이아몬드 전착공구를 제조하는 과정에 대해 상세하게 알아보기로 한다. 물론 전착공구는 연마공구 이외에 절삭공구도 포함된다.

도 2(a)는 본 발명의 일실시 예에 따른 널링부가 형성된 모재(100)에 다이아몬드 파우더(110)를 분포(배치)한다. 도 2(a)에 도시되어 있는 바와 같이 널링부가 형성된 모재(100)의 표면에 다이아몬드 파우더(110)를 분포시킨다.

도 2(b)는 다이아몬드 파우더(110)가 분포된 모재를 전해액이 채워진 도금 욕조 안에 담그고, 도금 욕조(120) 내에 설치된 금속판에 양극(+극)을 걸어주고, 모재에 음극(-극)을 걸어준다. 도금 욕조(120)에 채워지는 전해액은 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co) 등으로 이루어진다. 상술한 과정을 통해 전해액에 포함된 금속 이온들이 음극이 걸린 모재(100)에서 환원되면서 석출(析出)된다. 이러한 반응을 진행하면 도 2(c)에 도시된 바와 같이, 다이아몬드 파우더(110)는 석출된 금속에 의하여 모재(100)에 부착된다. 또한, 후술되는 바와 같이 전해액에는 광택제를 첨가하여 평활화 처리 효과를 준다.

도 2(d)는 석출된 금속에 다이아몬드 파우더가 부착된 모재를 계속하여 전해액이 채워진 도금 욕조 안에 담그고, 도금 욕조(120) 내에 설치된 금속판에 양극(+극)을 걸어주고, 모재에 음극(-극)을 걸어준다. 마찬가지로 도금 욕조에 채워지는 전해액은 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co) 등으로 이루어진다. 상술한 과정을 통해 전해액에 포함된 금속 이온들이 음극이 걸린 모재(100)에서 환원되면서 석출(析出)된다.

이와 같은 과정을 통해 석출된 금속(130)이 모재에 형성된 널링부를 채우게 된다. 부연하여 설명하면 전해액의 온도와 pH를 균일하게 하며, 이외에도 적정비율의 광택제를 첨가하여 평활화(levelling) 처리효과를 준 전착공정을 통해 널링부에 채워지는 금속(또는 금속층)(130)의 두께가 널링부가 형성되지 않은 표면에 형성되는 금속의 두께보다 상대적으로 두꺼워지며, 이러한 과정을 통해 널링부가 형성된 모재의 표면은 다이아몬드 파우더가 지립된 지점을 제외하고 평탄하게 된다.

도 2(e)는 석출된 금속에 의해 모재에 형성된 널링부가 채워진 상태를 도시하고 있다. 도 2(e)에 도시된 바와 같이 석출된 금속이 모재에 형성된 널링부가 인입되어 있으며, 이로 인해 금속은 모재로부터 쉽게 이탈되지 않게 된다. 금속이 모재로부터 쉽게 이탈되지 않으면, 금속에 의해 모재에 전착된 다이아몬드 파우더 역시 모재로부터 쉽게 이탈되지 않는다.

이와 같이 본 발명은 모재에 널링부를 형성하며, 형성된 널링부에 금속이 인입됨으로써 기존 대비하여 모재와 금속(또는 다이아몬드 파우더)의 결합 강도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

100: 모재 110; 다이아몬드 파우더
120: 도금 욕조 130: 금속층

Claims (6)

1. 모재의 일측면에 일정 깊이를 갖는 널링부를 형성하는 (a)단계;
   상기 널링부가 형성된 일측면에 다이아몬드 파우더를 배치한 상태에서 전해액이 채워진 도금 욕조에 담그는 (b)단계;
   상기 도금 욕조 내에 담긴 금속판에 양극(+극)을 걸어주고, 모재에 음극(-극)을 걸어 상기 다이아몬드 파우더를 상기 모재의 종단면에 전착시키는 (c)단계;를 포함하며,
   상기 (c)단계에서 상기 널링부는 전착 과정에서 전착층에 의해 채워지며,
   상기 널링부는 제1 방향으로 형성된 다수의 홈과 제1 방향과 일정 각도를 갖는 제2 방향으로 형성된 다수의 홈을 포함하며,
   상기 모재는 일정 두께를 갖는 판상 형상을 가지며, 상기 널링부는 판상 형판 형상의 표면에 형성되며,
   상기 도금 욕조에 채워진 전액해의 온도와 PH을 일정하게 유지함을 특징으로 하는 다이아몬드 전착공구 제조 방법.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 널링부를 형성하는 홈의 깊이는 상기 다이아몬드 파우더의 직경보다 상대적으로 작음을 특징으로 하는 다이아몬드 전착공구 제조 방법.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 (c)단계에서 상기 널링부에 전착된 금속층의 두께는 상기 널링부 이외의 영역에 형성된 금속층의 두께보다 상대적으로 두꺼움을 특징으로 하는 다이아몬드 전착공구 제조 방법.
   
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서, 상기 전해액에는 광택제가 첨가됨을 특징으로 하는 다이아몬드 전착공구 제조 방법.
   
6. 제 1항 내지 제 3항 또는 제 5항 중 어느 한 항의 다이아몬드 전착공구 제조 방법에 의해 제조된 다이아몬드 전착공구.

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