KR102618726B1 - 정밀 연마 장치 - Google Patents

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KR102618726B1
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Abstract

정밀 연마 장치가 개시된다. 정밀 연마 장치는 내부에 자성 연마 입자가 채워지는 하우징; 상기 하우징의 중심축으로 삽입되는 회전 샤프트를 가지며, 상기 회전 샤프트에 연마 대상체가 장착되는 구동 모터; 및 상기 하우징의 외측에 위치하며, 상기 하우징의 내부로 자기장을 인가하는 자력 인가부를 포함하되, 상기 자력 인가부는 상기 하우징의 중심축으로부터 반경방향으로 상이한 크기의 장기장을 인가한다.

Description

정밀 연마 장치{Precision grinding apparatus}
본 발명은 정밀 연마 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자성 연마 입자로 연마 대상체의 표면을 정밀 연마할 수 있는 정밀 연마 장치에 관한 것이다.
자동차, 선박 등 다양한 분야에 사용되는 기계 부품은 마무리 공정으로 연마 공정을 거치게 된다. 연마 공정은 기계 부품의 성능과 밀접한 관련이 있기 때문에 높은 정밀도를 요구한다.
일반적으로 기계 부품의 표면 연마에는 직접 연마법, 단순 입자 연마법, 자성 연마 입자 연마법, 그리고 MCT 연마법이 있다. 그러나 이러한 연마 방법은 아래와 같은 한계를 가지고 있다.
먼저, 직접 연마법은 연마 시간이 오래 걸리고, 연마가 균일하게 이루어지지 못한다. 단순 입자 연마법은 연마력이 지나치게 약하여 연마 시간이 오래 걸린다. 자성 연마 입자 연마법은 연마 대상체가 복잡한 구조를 가질 경우, 그 형상에 맞게 균일한 가공력을 구현하지 못하는 한계가 있다. MCT 연마법은 제품별 가공 시간이 오래 걸리며, 작업 난이도가 매우 높아 단가가 비싸다는 한계가 있다.
이러한 이유에서, 복잡한 형상의 연마 대상체를 균일하고, 신속하게, 그리고 저렴한 비용으로 연마할 수 있는 정밀 연마 장치의 개발이 요구된다.
본 발명은 복잡한 형상을 갖는 연마 대상체의 표면을 균일하고 신속하게 연마할 수 있는 정밀 연마 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 정밀 연마 장치는 내부에 자성 연마 입자가 채워지는 하우징; 상기 하우징의 중심축으로 삽입되는 회전 샤프트를 가지며, 상기 회전 샤프트에 연마 대상체가 장착되는 구동 모터; 및 상기 하우징의 외측에 위치하며, 상기 하우징의 내부로 자기장을 인가하는 자력 인가부를 포함하되, 상기 자력 인가부는 상기 하우징의 중심축으로부터 반경방향으로 상이한 크기의 장기장을 인가한다.
또한, 상기 자력 인가부는 상기 하우징의 중심축으로부터 반경방향으로 인가하는 자기장의 크기가 점차 감소할 수 있다.
또한, 상기 자력 인가부는 소정 길이로 제공되며, 일 단이 상기 하우징의 중심 영역에 인접하고 타 단이 상기 하우징의 가장자리영역에 인접 위치하는 지지 플레이트; 및 상기 지지 플레이트의 일면에 제공되며, 상기 지지 플레이트의 길이 방향을 따라 서로 이격하여 배치되는 복수 개의 영구 자석들을 포함할 수 있다.
또한, 상기 지지 플레이트의 일 단은 상기 하우징과 핀 결합하며, 상기 자력 인가부는 상기 핀을 중심으로 상기 지지 플레이트의 회동 각도를 조절하는 각도 조절기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 영구 자석들은 자력 크기가 동일할 수 있다.
또한, 상기 영구 자석들은 상기 지지 플레이트의 일 단으로부터 타 단으로 그 크기가 점차 감소할 수 있다.
또한, 상기 지지 플레이트의 일 단으로부터 타 단으로 갈수록 상기 영구 자석들의 사이 간격이 점차 증가할 수 있다.
또한, 상기 자력 인가부는, 소정 길이로 제공되며, 일 단이 상기 하우징의 중심 영역에 인접하고 타 단이 상기 하우징의 가장자리영역에 인접 위치하며, 일 면에 그 길이방향을 따라 권선부가 서로 이격하여 형성되는 지지 플레이트; 상기 권선부들 각각에 감기는 복수 개의 코일; 상기 코일들에 전류를 인가하는 전원부; 및 상기 코일들에 인가되는 전류 크기가 서로 상이하도록 상기 전원부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 지지 플레이트의 일 단으로부터 타 단으로 상기 코일들에 인가되는 전류 크기가 점차 감소하도록 상기 전원부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 연마 대상체는 그 중심 영역에 상기 회전 샤프트가 삽입되고, 소정 반경을 가질 수 있다.
본 발명에 의하면, 자력 인가부에 의해 하우징의 중심 영역에 높은 세기의 자기장이 인가되고, 가장자리 영역에 낮은 세기의 자기장이 인가되므로, 자성 연마 입자가 하우징의 중심 영역에 높은 밀도로 분포하고, 하우징의 가장자리 영역에 낮은 밀도로 분포한다. 이로 인해, 자성 연마 입자의 적층 깊이 및 연마 대상체의 고속 회전으로 발생하는 연마 절삭력의 차이를 해소하여 연마 대상체의 표면이 균일하게 연마될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 정밀 연마 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 하우징의 일 측면을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 자력 인가부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 정밀 연마 장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 5의 자력 인가부를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 정밀 연마 장치를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 정밀 연마 장치를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 정밀 연마 장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 하우징의 일 측면을 나타내는 도면이고, 도 3은 도 1의 자력 인가부를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 정밀 연마 장치(10)는 연마 대상체(20)를 회전시키고, 연마 대상체(20)와 자성 연마 입자(30)의 마찰을 이용하여 연마 대상체(20)의 표면을 정밀 연마한다. 연마 대상체(20)는 다양한 형상의 기계 부품을 포함한다. 연마 대상체(20)는 금속, 폴리머, 그리고 합성수지 중 어느 하나의 재질로 제공될 수 있다. 실시 예에 의하면, 연마 대상체(20)는 산업용 펌프에 사용되는 임펠러를 포함한다. 임펠러는 그 중심 영역으로부터 가장자리영역까지 소정 반경을 갖는다.
정밀 연마 장치(10)는 하우징(100), 구동 모터(200), 그리고 자력 인가부(300)를 포함한다.
하우징(100)은 원통 형상을 하며, 내부에 공간이 형성된다. 하우징(100)의 내부 공간은 자성 연마 입자(30)로 채워진다. 자성 연마 입자(30)는 하우징(100)의 체적대비 1/2~1/3 수준으로 채워진다. 자성 연마 입자(30)는 소정 크기의 입자로 강자성의 띈다. 실시 예에 의하면, 자성 연마 입자(30)는 철 입자, 니켈 입자, 코발트 입자 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 또한, 자성 연마 입자(30)는 산화철, 산화 크롬, 그리고 페라이트 등 금속 산화물 입자가 사용될 수 있다.
구동 모터(200)는 하우징(100)의 일 측에 위치하며, 회전 샤프트(210)가 하우징(100)의 중심축으로 삽입된다. 구동 모터(200)에서 발생한 회전력이 전달되어 회전 샤프트(210)가 회전할 수 있다. 회전 샤프트(210)는 하우징(100)의 일 측면 중심영역으로 삽입되어, 타 측면의 중심영역으로 돌출된다. 회전 샤프트(100)에는 연마 대상체(20)가 장착된다.
자력 인가부(300)는 하우징(100)의 내부 공간으로 자기장을 인가한다. 자력 인가부(300)는 하우징(100)의 중심축으로부터 반경방향으로 자기장을 인가하되, 하우징(100)의 영역에 따라 자기장의 세기가 상이하도록 자기장을 인가한다. 실시 예에 의하면, 자력 인가부(300)는 하우징(100)의 중심 영역에 큰 세기의 자기장이 인가되고, 하우징(100)의 가장자리영역으로 갈수록 자기장의 세기가 점차 감소하도록 자기장을 인가한다. 자력 인가부(300)의 하우징(100)의 양 측에 각각 제공된다.
일 실시 예에 의하면, 자력 인가부(300)는 지지 플레이트(310), 영구 자석(320 내지 350), 그리고 각도 조절기(390)를 포함한다.
지지 플레이트(310)는 소정 길이를 갖는 두께가 얇은 판으로, 자성 재질로 제공된다. 지지 플레이트(310)는 하우징(100)의 반경에 상응하는 길이를 가질 수 있다. 지지 플레이트(310)는 하우징(100)의 양 측에 각각 위치하며, 일 단이 하우징(100)의 중심 영역에 인접 위치하고, 타 단이 하우징(100)의 가장자리영역에 인접 위치한다. 지지 플레이트(310)는 그 길이 방향이 하우징(100)의 반경 방향으로 제공된다. 지지 플레이트(310)의 일 단은 하우징(100)과 핀(311) 결합하며, 핀(311)을 중심으로 지지 플레이트(310)가 회동 가능하다.
영구 자석(320 내지 350)은 복수 개 제공되며, 지지 플레이트(310)의 일면에 서로 이격하여 배열된다. 영구 자석(320 내지 350)들은 동일한 자력 세기를 가지며, 인접한 영구 자석(320 내지 350)들의 사이 간격이 동일하게 제공된다.
일 실시 예에 의하면, 지지 플레이트(310)의 일 면에는 삽입 홈(312)들이 형성되고, 영구 자석(320 내지 350)들은 상기 삽입 홈(312)들에 개별 삽입될 수 있다.
다른 실시 예에 의하면, 볼트와 같은 체결부재(미도시)에 의해 영구 자석(320 내지 350)들이 지지 플레이트(310)의 일 면에 고정 결합될 수 있다.
각도 조절기(390)는 핀(311)을 중심으로 지지 플레이트(310)를 회동시켜, 하우징(100)의 측면에 대한 지지 플레이트(310)의 각도를 조절한다. 지지 플레이트(310)의 회동 크기에 따라 지지 플레이트(310)의 타 단과 하우징(100)의 측면 사이 거리가 변경될 수 있다.
이하, 상술한 정밀 연마 장치를 이용하여 연마 대상체를 연마하는 과정에 대해 설명한다.
연마 대상체(20)가 회전 샤프트(210)에 장착된 상태에서, 연마 대상체(20)의 크기를 고려하여 지지 플레이트(310)의 각도를 조절한다. 영구 자석(320 내지 350)들에서 발생되는 자기장 세기가 동일하므로, 지지 플레이트(310)의 각도에 따라 하우징(310) 내부에 영향을 미치는 자기장(M1 내지 M4)의 세기가 달라진다. 구체적으로, 지지 플레이트(310)의 일 단에 위치하는 영구 자석(320)은 상대적으로 하우징(100) 내부에 가까이 위치하므로, 하우징(100) 내부에 영향을 미치는 자기장 세기(M1)가 크다. 반면, 지지 플레이트(310)의 타 단에 위치하는 영구 자석(350)은 상대적으로 하우징(100) 내부로부터 멀리 위치하므로, 하우징(100) 내부에 영향을 미치는 자기장 세기(M4)가 작다. 이러한 이유에서, 지지 플레이트(310)의 일 단으로부터 타 단으로 갈수록 영구 자석(320 내지 350)들이 하우징(100) 내부에 미치는 자기장 세기가 점차 작아진다.
하우징(100)의 내부는 상술한 영구 자석(320 내지 350)들의 자기장(M1 내지 M4)에 의해, 하우징(100)의 중심영역에는 큰 세기의 자기장(M1)이 인가되고, 가장자리영역에는 작은 세기의 자기장(M4)이 인가된다. 이러한 자기장 분포로 자성 연마 입자(30)는 하우징(100)의 중심영역에 높은 밀도로 분포하고, 하우징(100)의 가장자리영역에는 낮은 밀도로 분포한다.
지지 플레이트(310)의 각도 조절이 완료되면, 구동 모터(200)가 작동하여 회전 샤프트(210)가 회전한다. 회전 샤프트(210)와 함께 연마 대상체(20)가 회전하며, 연마 대상체(20)는 자성 연마 입자(30)와의 마찰에 의해 표면이 연마된다. 자성 연마 입자(30)의 연마 절삭력은 자성 연마 입자(30)의 적층 깊이가 깊어질수록 가공압이 강해져 높아진다. 그리고 연마 대상체(20)의 고속 회전에 따른 각 영역별 토크 차이로 인해 연마 대상체(20)의 가장자리영역에서 연마 절삭력이 높게 나타난다. 이러한 연마 절삭력의 불균형은 연마 대상체(20)의 연마 품질을 저감시키는 요인이 된다.
본 발명은 자력 인가부(300)를 이용하여 상기 연마 불균형을 해결한다. 구체적으로, 자력 인가부(300)는 하우징(100)의 내부 영역에 따라 자기장의 세기를 달리 형성한다. 하우징(100)의 중심 영역에 높은 세기의 자기장을 형성하고, 가장자리 영역에 상대적으로 낮은 세기의 자기장이 형성한다. 이로 인해, 연마 자성 입자(30)는 하우징(100)의 중심영역에 높은 밀도로 분포하고, 가장자리영역에 낮은 밀도로 분포한다. 이러한 연마 자성 입자(30)의 분포는 연마 대상체(20)의 중심영역에서의 연마 절삭력을 보강한다. 이로 인해, 연마 대상체(20)의 전체 표면이 균일하고 신속하게 연마될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 정밀 연마 장치를 나타내는 도면이고, 도 5는 도 5의 자력 인가부를 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 정밀 연마 장치(10)의 자력 인가부(300)는 지지 플레이트(310)와 영구 자석(320 내지 360)을 포함한다.
지지 플레이트(310)는 도 1에서 설명한 지지 플레이트(310)와 동일한 형상을 가지며, 하우징(100)의 양 측면에 고정 결합한다.
영구 자석(320 내지 360)은 복수 개 제공되며, 그 크기가 상이하게 제공된다. 상대적으로 크기가 큰 영구 자석(320)은 지지 플레이트(310)의 일 단에 인접 위치하고, 크기가 작은 영구 자석(360)은 지지 플레이트(310)의 타 단에 인접 위치한다. 지지 플레이트(310)의 일 단으로부터 타 단으로 갈수록 영구 자석(320 내지 360)들의 크기가 점차 작아진다.
영구 자석(320 내지 360)들은 그 크기에 따라 세기가 다른 자기장을 형성한다. 이로 인해, 하우징(100)의 중심 영역에 높은 세기의 자기장이 형성되고, 가장자리영역에 낮은 세기의 자기장이 형성된다. 상기 자기장 분포로 인해 연마 자성 입자(30)가 하우징(100)의 중심영역에 높은 밀도로 분포하고, 가장자리영역에는 낮은 밀도로 분포한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 정밀 연마 장치를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 정밀 연마 장치(10)의 자력 인가부(300)는 지지 플레이트(310)와 영구 자석(320 내지 360)을 포함한다.
지지 플레이트(310)는 도 1에서 설명한 지지 플레이트(310)와 동일한 형상을 가지며, 하우징(100)의 양 측면에 고정 결합한다.
영구 자석(320 내지 360)은 복수 개 제공되며, 지지 플레이트(310)의 일면에 서로 이격하여 배열된다. 영구 자석(320 내지 360)들은 자력 세기가 동일하며, 인접한 영구 자석(320 내지 360)들의 사이 간격(d1 내지 d4)이 서로 상이하게 제공된다. 실시 예에 의하면, 지지 플레이트(310)의 일 단에서 타 단으로 갈수록 인접한 영구 자석(320 내지 360)들의 사이 간격(d1 내지 d4)이 점차 증가하도록 배치된다. 이로 인해, 하우징(100)의 중심 영역에는 자기장의 밀집도가 높고, 가장자리영역에는 자기장의 밀집도가 낮다. 이러한 자기장 분포로 인해 연마 자성 입자(30)가 하우징(100)의 중심영역에 높은 밀도로 분포하고, 가장자리영역에 낮은 밀도로 분포한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 정밀 연마 장치를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 정밀 연마 장치(10)의 자력 인가부(300)는 지지 플레이트(310)와 코일(410 내지 450), 전원부(460), 그리고 제어부(470)를 포함한다.
지지 플레이트(310)는 도 1에서 설명한 지지 플레이트(310)와 동일한 형상을 가지며, 하우징(100)의 양 측면에 고정 결합한다. 지지 플레이트(310)의 일 면에는 권선부(312 내지 316)가 지지 플레이트(310)의 길이 방향을 따라 서로 이격하여 형성된다. 권선부(312 내지 316)는 동일한 사이 간격으로 형성된다. 권선부(312 내지 316)는 지지 플레이트(310)의 일 면으로부터 소정 높이로 돌출된다.
코일(410 내지 450)은 복수 개 제공되며, 각각의 권선부(312 내지 316)에 소정 횟수로 감긴다.
전원부(460)는 각 코일(410 내지 450)에 전류를 인가한다.
제어부(470)는 각 코일(410 내지 450)에 인가되는 전류 크기를 제어한다. 구체적으로, 제어부(470)는 지지 플레이트(310)의 일 단에 인접한 코일(410)에 상대적으로 큰 크기의 전류가 인가되고, 지지 플레이트(310)의 타 단에 인접한 코일(450)에 상대적으로 작은 크기의 전류가 인가되도록 제어한다. 이에 의해, 지지 플레이트(310)의 일 단에서부터 타단으로 갈수록 코일(410 내지 450)에 인가되는 전류 크기가 점차 작아진다.
상술한 제어부(470)의 제어로, 하우징(100)의 중심 영역에 상대적으로 높은 세기의 자기장이 인가되고, 하우징(100)의 가장 자리 영역에 상대적으로 낮은 세기의 자기장이 인가된다. 이러한 자기장 분포로 연마 자성 입자(30)가 하우징(100)의 중심영역에 높은 밀도로 분포하고, 하우징(100)의 가장자리영역에는 낮은 밀도로 분포한다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10: 정밀 연마 장치
20: 연마 대상체
30: 자성 연마 입자
100: 하우징
200: 구동 모터
210: 회전 샤프트
300: 자력 인가부
310: 지지 플레이트
320 내지 360: 영구 자석
390: 각도 조절기
410 내지 450: 코일
460: 전원부
470: 제어부

Claims (10)

  1. 내부에 자성 연마 입자가 채워지는 하우징;
    상기 하우징의 중심축으로 삽입되는 회전 샤프트를 가지며, 상기 회전 샤프트에 연마 대상체가 장착되는 구동 모터; 및
    상기 하우징의 외측에 위치하며, 상기 하우징의 내부로 자기장을 인가하는 자력 인가부를 포함하되,
    상기 자력 인가부는
    소정 길이로 제공되며, 일 단이 상기 하우징의 중심 영역에 인접하고 타 단이 상기 하우징의 가장자리영역에 인접 위치하는 지지 플레이트; 및
    상기 지지 플레이트의 일면에 제공되며, 상기 지지 플레이트의 길이 방향을 따라 서로 이격하여 배치되는 복수 개의 영구 자석들을 포함하며,
    상기 영구 자석들은
    상기 지지 플레이트의 일 단으로부터 타 단으로 갈수록 그 사이 간격이 점차 증가하는 정밀 연마 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 플레이트의 일 단은 상기 하우징과 핀 결합하며,
    상기 자력 인가부는
    상기 핀을 중심으로 상기 지지 플레이트의 회동 각도를 조절하는 각도 조절기를 더 포함하는 정밀 연마 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 영구 자석들은 자력 크기가 동일한 정밀 연마 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 영구 자석들은 상기 지지 플레이트의 일 단으로부터 타 단으로 그 크기가 점차 감소하는 정밀 연마 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마 대상체는 그 중심 영역에 상기 회전 샤프트가 삽입되고, 소정 반경을 갖는 임펠러인 정밀 연마 장치.
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