KR19990073511A - 공작물의미세홈형성을위한마이크로전해가공장치. - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 가공법에서 탈피한 전기화학 특수가공기술인 마이크로 전해가공 기술을 적용하여 고능률의 미세 홈 가공을 달성하며, 미세 홈 가공 공구의 역할을 하는 전용전극의 제작에 있어서, 모서리 부위의 전류집중효과를 억제하기 위해 전극의 홈 부위에 절연물을 삽입하여 원하는 부위에만 전류가 통전하도록 하였고, 마이크로 전해가공에 적합한 전해액의 성분과 그 조성을 비교적 저렴한 질산나트륨을 물과의 혼합비 30%로 하여 단시간 내에 가공을 완료함으로써 가공 품질의 향상 및 가공능률 증대의 효과를 가져온다.

Description

공작물의 미세홈 형성을 위한 마이크로 전해 가공장치.{MICRO ELECTROCHEMICAL MICROMACHINING DEVICE FOR STRUCTURE MICRO GROOVE}

본 발명은 정밀 가공장치에 관한 것으로서, 특히 공기동압 베어링의 하우징 내주면을 따라 미세 홈을 형성하기 위한 마이크로 전해 가공장치에 관한 것이다.

통상적으로, 미소관 내경이나 스핀들 내경의 미세 홈 또는 공기동압 베어링의 하우징 내주면의 미세 홈(Micro Groove)은 이론적 설계에 의하여 그 형상과 치수가 제한되어 있으며, 종래의 가공방법으로는 가공이 난해할 뿐만 아니라 홈의 형상이 설계와 일치하지 않고, 오랜 가공시간이 요구되어 대량 생산에는 적합하지 못하는 단점이 있었다.

한편, 종래에는 그라인딩, 래핑 등의 방법으로 가공을 수행하였으나 가공시간이 상당히 요구되어 근래에 들어서는 전조, 소결, 에칭, 압연, 전용공구 등의 방법들이 시도되었다.

하지만, 공기동압 베어링은 종래의 이론적 설계에 의하여 홈의 형상이 직사각형, 깊이가 10㎛ 이내이어야 안정적인 회전성능을 발휘하지만, 전술한 가공법은 이러한 조건들을 만족시킬 수가 없었다.

즉, 전조 방법에 의한 가공은 홈의 형상이 삼각형이기 때문에 공기압 발생이어렵고, 가공후 변형이 심한 단점을 가지고 있다.

에칭 방법은 가공면의 형상이 불 균일할 뿐만 아니라 상당한 가공시간과 높은 가공비가 소요되는 문제점이 있다.

소결 방법에 의한 가공은 빗살무늬 형태의 가공이 불가능하며, 압연에 의한 가공은 홈 주위에 융기가 발생하여 베어링의 회전성능에 악영향을 미치는 문제점이 발생하였다.

끝으로, 볼을 이용한 전용공구에 의한 가공법은 홈의 형상이 반구형으로만 형성되고, 공기압 발생이 어려운 단점이 있다.

따라서, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 공기동압 베어링의 하우징 내주면을 따라 균일한 미세 홈을 형성할 수 있는 마이크로 전해 가공장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 전극 모서리 부위의 전류집중 현상을 억제할 수 있는 마이크로 전해 가공장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 공기동압 베어링의 하우징 내주면을 따라 5∼10㎛의 깊이를 가지는 직사각형 모양의 미세 홈을 형성할 수 있는 마이크로 전해 가공장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 제1견제에 따른 본 발명은, 소정의 전압을 공급하는 전원 공급부와, 상기 전원 공급부의 음극에 연결되며 외주면을 따라 소정 깊이의 홈이 일정 간격으로 이격 형성된 전극롤러와, 상기 전극롤러의 홈에 충진되며 상기 홈의 모서리 부위의 전류집중 현상을 방지하는 절연물과, 상기 전원 공급부의 양극에 연결되며 상기 전극롤러의 외주면과 소정의 전극간극을 유지하면서 설치된 공작물과, 상기 전극롤러와 공작물 사이로 주입되는 전해액으로 이루어져 상기 공작물의 내주면을 따라 미세 홈을 형성하도록 구성된 마이크로 전해 가공장치를 구현하였다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 공기동압 베어링 하우징의 내주면을 따라 미세 홈을 형성하기 위한 마이크로 전해 가공장치를 나타낸 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 마이크로 전해 가공장치에 있어서 절연물이 충진된 전극롤러의 형상을 도시한 사시도.

도 3은 상기 도 2에서 "A-A"의 단면도.

도 4는 본 발명의 마이크로 전해 가공장치에 의해 미세 홈이 형성된 공작물의 내주면을 도시한 부분 사시도.

도 5a는 절연되지 않은 통상의 전극롤러를 사용했을 때 공작물의 그루브 형상을 나타낸 개략도.

도 5b는 본 발명의 전극롤러를 사용했을 때 공작물의 그루브 형상을 나타낸 개략도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 전극롤러 12: 홈

14: 절연물 18: 공작물

22: 전해액 24: 전원 공급부

100: 그루브 200: 전류밀도

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선, 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 동일한 부호가 사용되고 있음에 유의해야 한다. 그리고, 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흐트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기동압 베어링의 하우징 내주면을 따라 미세 홈을 형성하기 위한 마이크로 전해 가공장치의 구성을 도시한 도면으로서, 소정의 전압을 공급하는 전원 공급부 24, 가공하고자 하는 통상의 공작물 18 및 상기 공작물 18에 미세 홈을 형성하기 위한 전극롤러 10으로 구성된다.

위 전극롤러 10은 도 2,3에 도시한 바와 같이, 원형단면 형태의 로드 타입으로 형성된 통상의 롤러이며, 그 일측단에는 상기 전극롤러 10을 고정시키기 위한 샤프트 16이 결합된다. 또한 상기 전극롤러 10의 외주면에는 "브이(V)"자 모양의 홈 12가 일정 간격을 유지하면서 형성되며, 이 홈 12에는 에폭시 수지 등의 절연물 14가 충진된다. 이러한 절연물 14는 원하는 부위에만 전해용출이 일어나도록 하며, 특히 홈 12의 모서리 부위에서 전류집중 현상이 발생되는 것을 방지한다.

한편, 전술한 전극롤러 10은, 바람직하게는 샤프트 16에는 전원 공급부 24의 음(-)극과 연결되며, 상기 전극롤러 10의 외측으로는 공작물 18이 씌워져 있다.

즉, 상기 공작물 18과 전극롤러 10은 도 1에 도시한 바와 같이 소정의 전극간극 "a"을 유지하면서 덮여져 있으며, 이러한 공작물 18은 통상 공기동압 베어링의 하우징을 일컫는다. 여기서 상기 공작물 18은 전원 공급부 24의 양(+)극과 연결된다.

또 한편으로는, 전술한 공작물 18과 전극롤러 10 사이에는 노즐 20을 통해 전해액 22가 주입되며, 이러한 전해액 22는 NaCl, NaNO₃, KNO₃, NaClO₃등이 사용된다.

이하, 본 발명의 바람직한 최상의 실시예에 의거 상세히 설명하겠는 바, 상기 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

전극롤러 10의 외주면에 "V" 형상으로 홈 12를 형성한 다음, 여기에 에폭시수지를 충진한 후, 상기 전극롤러 10의 외측으로 공작물 18을 씌운다. 이때 상기 공작물 18의 재질은 스테인레스 강 STS 304이며, 상기 공작물 18과 전극롤러 10은 0.15mm의 전극간극을 유지한다. 이어서 상기 전극롤러 10의 일측단에 결합된 샤프트 16에는 전원 공급부 24의 음극을 연결시키고, 상기 공작물 18에는 전원 공급부 24의 양극을 연결시킨다. 이후, 6∼6.5V의 전원을 공급하면서 5∼8초 동안 30%의 질산나트륨 전해액을 상기 공작물 18과 전극롤러 10 사이에 분사시킨다. 그러면 상기 공작물 18은 도 4에 도시한 바와 같이 5∼10㎛의 깊이를 가지는 직사각형 형상의 그루브 100이 형성된다.

한편, 도 5a와 도 5b는 공기동압 베어링의 직사각형 형상의 미세 홈 달성을 위하여 전극 모서리 부위의 전류집중을 고려하지 않은 전극롤러와 이를 방지하기 위하여 절연물이 충진된 전극롤러, 그리고 각각의 전극패턴에 대한 최종 공작물의 형상을 도시한 절단 측면도이다.

즉, 도 5a에 도시한 바와 같이 전극 모서리 부위, 상세하게는 홈 12의 모서리 부위의 전류집중 202에 의하여 공작물 18 상에도 모서리 부위의 과도한 전해용출이 발생하고, 측면에서도 전류가 통전하므로 직사각형 형상이 구현되지 못한 결과를 초래하였다. 즉, 상기 공작물 18에 형성된 그루브 100의 양측단은 전류집중 현상에 의해 손상부 204가 형성되어진다.

하지만, 도 5b에 도시한 바와 같이 절연된 전극롤러 10은 균일한 전류밀도 200을 가지며, 이에 따라 공작물 18에는 직사각형 형상의 그루브 100이 형성되어진다.

이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 즉, 미소관 내경, 스핀들 내경, 반도체 제조용 극청정 가스관 내경 등 정밀 가공을 필요로하는 모든 산업 분야에서 사용 가능하다는 것은 당해분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다.

이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명은 미세 홈의 정밀가공에 있어서 적절한 전해조건으로 5∼10㎛의 깊이를 단시간 내에 가공 완료할 수 있고, 모서리 전류집중 현상을 억제한 새로운 전용전극의 사용으로 홈의 형상이 직사각형으로 구할 수 있다. 또한 저렴하고 취급이 쉬운 전해액과 범용 공작기계에 전극을 장착함으로써 작업이 용이한 장점을 가지고 있다.

그리고, 본 발명은 일반 기계적 가공으로는 거의 불가능한 원주상의 미세 홈 가공에 있어서 마이크로 전해가공을 새롭게 적용하여 단시간 내에 정밀도를 유지한 형상의 제작이 가능한 특징을 가지고 있다. 또한 원하는 부위에만 전해용출이 일어나도록 하기 위해 전극의 홈 부위에 에폭시 수지로 충진하여 모서리 부위로 전류가 집중하여 발생하는 금속용출을 방지하고, 균일한 전해용출이 발생하도록 한 상승된 효과가 있다.

Claims (2)

1. 공작물의 미세 홈 형성을 위한 마이크로 전해 가공장치에 있어서,

   소정의 전압을 공급하는 전원 공급부와;

   상기 전원 공급부의 음극에 연결되며, 외주면을 따라 소정 깊이의 홈이 일정간격으로 이격 형성된 전극롤러와;

   상기 전극롤러의 홈에 충진되며, 상기 홈의 모서리 부위의 전류집중 현상을 방지하는 절연물과;

   상기 전원 공급부의 양극에 연결되며, 상기 전극롤러의 외주면과 소정의 전극간극을 유지하면서 설치된 공작물과;

   상기 전극롤러와 공작물 사이로 주입되는 전해액으로 이루어져 상기 공작물의 내주면을 따라 미세홈을 형성함을 특징으로 하는 마이크로 전해 가공장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 절연물은 에폭시 수지임을 특징으로 하는 마이크로 전해 가공장치.