KR20020060735A - 경면 가공용 초지립 휠 - Google Patents

경면 가공용 초지립 휠 Download PDF

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KR20020060735A KR1020027006080A KR20027006080A KR20020060735A KR 20020060735 A KR20020060735 A KR 20020060735A KR 1020027006080 A KR1020027006080 A KR 1020027006080A KR 20027006080 A KR20027006080 A KR 20027006080A KR 20020060735 A KR20020060735 A KR 20020060735A
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Abstract

경면 가공용 초지립 휠(100, 200)은 단부면(121, 221)을 갖는 환형의 다이 부재(120, 220)와, 환형의 다이 부재(120, 220)의 주위 방향에 따라서 서로 간격을 두고 배치되어 다이 부재(120, 220)의 단부면(121, 220) 상에 고정 부착되고, 또한 각각이 주위측 단부면(111)을 갖는 복수의 초지립층(110, 210)을 구비한다. 복수의 초지립층(110, 210)의 각각은 평판 형상을 갖고, 또한 주위측 단부면(111)이 초지립 휠(100, 200)의 회전축과 대략 평행해지도록 배치되어 있다. 복수의 초지립층(110, 210)의 각각의 평판 형상의 두께로 규정되는 면(113)이 다이 부재(120, 220)의 단부면(121, 221) 상에 고정 부착되어 있다. 초지립층(110, 210)에 있어서는, 초지립은 비트리파이드 본드의 결합재로 결합되어 있다. 다른 하나의 경면 가공용 초지립 휠(300, 400)에 있어서는 복수의 초지립층(310, 410)의 각각은 산형으로 구부려진 판 형상을 갖고, 또한 주위측 단부면(311)이 초지립 휠(300, 400)의 회전축과 대략 평행해지도록 배치되어 있다.

Description

경면 가공용 초지립 휠{ULTRA ABRASIVE GRAIN WHEEL F0R MIRROR FINISH}
최근, 반도체 장치에 있어서의 고집적화나 세라믹스, 유리, 페라이트 등의 가공에 있어서의 초정밀화 등의 급격한 기술 혁신에 의해 재료의 고정밀도인 경면 가공이 요구되어 오고 있다. 이와 같은 경면 가공은, 일반적으로는 래핑 가공이라 불리우는 연삭 방법에 의해 행해진다. 구체적으로는, 이 연삭 방법은 랩 정반과 공작물 사이에 랩액에 혼합한 유리(遊離) 지립을 공급하여 랩 정반과 공작물에 압력을 가하면서 서로 문지르고, 유리 지립의 구름 이동 작용과 긁음 작용에 의해 공작물을 깎아 공작물의 표면에 고정밀도인 경면을 부여하는 가공 방법이다. 그러나, 래핑 가공은 유리 지립을 다량으로 소비하기 위해, 다 사용한 유리 지립과, 공작물의 절삭에 의해 발생한 절삭 가루와, 랩액과의 혼합물, 즉 슬러지라 불리우는 것이 대량으로 발생하여 작업 환경을 악화시켜 공해가 발생하는 것이 큰 문제가 되고 있었다.
그래서, 상기와 같은 유리 지립을 이용한 연삭 방법을 대신하는 방법으로서,고정된 미세한 초지립을 이용한 경면 가공법의 연구 개발이 활발히 행해지고 있다. 고정된 미세한 초지립을 이용한 경면 가공법으로서는, 평균 입경이 수 ㎛인 초지립을 탄성적으로 보유 지지한 레진 본드 초지립 휠에 의한 가공법이나, 전해에 의해 본드재를 용해하면서 메탈 본드 초지립 휠을 드레싱하여 메탈 본드 초지립 휠로 재료를 연삭하도록 한 ELID(Electrolytic Inprocess Dressing) 연삭 가공법 등이 잘 알려져 있다.
그러나, 상기의 레진 본드 초지립 휠을 이용한 가공법에서는, 미세한 초지립을 사용하므로 지석의 절삭 능력이 나쁘고, 게다가 지석의 마모가 크므로, 공작물 가공면의 형상 변화나 정밀도 저하가 일어나기 쉬워 빈번하게 지석의 트루잉과 드레싱을 행해야만 하는 문제가 있었다.
또한, 상기의 메탈 본드 초지립 휠을 이용한 가공법에서는, 레진 본드 초지립 휠을 이용한 가공법에 의해 얻게 된 공작물의 가공면과 같은 정도의 경면 상태를 얻기 위해서는 메탈 본드재가 높은 강성을 가지므로, 레진 본드 초지립 휠보다도 더 가는 초지립을 사용할 필요가 있어, 그 결과, 한층 지석의 절삭 능력이 악화된다는 문제가 있었다.
절삭 능력의 문제를 해결하는 방법으로서는 결합재로서 비트리파이드 본드를 사용하고, 또한 초지립층의 면적을 작게 하는 것을 생각할 수 있다. 예를 들어, 결합재로서 비트리파이드 본드를 사용한 초지립층에 다수의 홈을 형성하고, 연삭 가공에 기여하여 작용하는 초지립층이 서로 간극을 두고 형성되도록 한다. 이와 같은 초지립층을 형성한 초지립 휠을 사용하면, 종래의 유리 지립을 이용한 연삭가공을 고정된 초지립을 이용한 연삭 가공으로 변경할 수 있을 뿐만 아니라, 다이아몬드 로터리 드레서(이하, RD라 칭함)로 트루잉과 드레싱을 행함으로써, 절삭 능력이 매우 양호하고, 수명이 긴 경면 가공용 비트리파이드 본드 초지립 휠을 제공할 수 있다. 이는 비트리파이드 본드의 큰 용량의 기공이 칩 포켓의 역할을 감당하여, 절삭 가루의 배출을 원활하게 하여 능률이 높은 가공을 가능하게 하고, 경면 상태로서 공작물의 미소한 표면 거칠기를 얻을 수 있기 때문이다.
상기의 경면 가공용 비트리파이드 본드 초지립 휠에서는 세그멘트형의 초지립층이 복수개, 환형의 다이 부재의 주위 방향에 따라서 서로 간격을 두고 배치되어 있다. 그러나, 세그멘트의 크기나 형상에 의해서는 경면 가공 중에 파쇄한 초지립이나 탈락한 초지립, 또는 가공칩이 초지립층과 공작물과의 사이에 협지됨으로써 공작물의 표면에 스크래치가 발생하는 경우가 있었다. 또한, 발생한 스크래치를 제거하는 가공 공정에 시간이 걸린다는 문제도 있었다.
예를 들어, 특허 제2976806호 공보에서는 세그멘트식 연삭 지석의 구조가 제안되어 있다. 이 세그멘트식 연삭 지석에서는 세그멘트 고정 홈이 형성되어 복수의 지립층 세그멘트가 각각 세그멘트 고정 홈에 끼워 넣어져 있다. 그러나, 이와 같은 구조의 세그멘트식 연삭 지석을 이용하여 연삭 가공을 행하면, 가공칩이 세그멘트 고정 홈에 막혀 가공칩의 배출이 매우 악화된다는 문제가 있었다.
또한, 일본 특허 공개 소54-137789호 공보에 있어서는 평면 연삭용 세그멘트 타입 지석의 구조가 제안되어 있다. 이 공보에 개시된 세그멘트 타입 지석에서는, 초지립층은 메탈 본드나 레진 본드의 결합재를 이용하여 초지립을 소결함으로써 형성되어 있다. 이 공보의 도4나 도6에 도시한 바와 같은 판형 세그멘트의 초지립층을 환형의 다이 부재의 주위 방향에 따라서 서로 간격을 두고 배치한 경우, 가공칩의 배출성은 양호해지지만, 결합재로서 메탈 본드나 레진 본드가 이용되므로 연삭 저항이 높아진다는 문제가 있었다. 이로 인해, 연삭 가공에 있어서 절삭 능력이 악화되어 초지립층이 다이 부재로부터 벗겨지기 쉽다는 문제도 있었다. 연삭 가공에 있어서 가공량이 증가하는 데 수반하여 초지립층이 벗겨지는 경우가 많아져 스크래치가 발생하는 경우가 있었다. 그 결과, 연삭 지석의 수명이 저하하게 되는 문제도 있었다.
또한, 상기 공보의 도1에는 원통 형상으로 형성된 초지립층의 세그멘트 칩을 환형의 다이 부재의 주위 방향에 따라서 서로 간격을 두고 배치한 평면 연삭용 세그멘트 타입 지석의 구성이 제안되어 있다. 그러나, 이와 같은 원통 형상의 초지립층은 연삭 가공에 있어서 다이 부재로부터 제거되기 어렵지만, 가공칩이 원통 형상의 초지립층의 내측에 막히기 쉬워 가공칩의 배출성이 악화된다는 문제가 일어날 수 있다.
그래서, 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제를 해결하는 것으로, 경면 가공 중에 발생하는 파쇄된 초지립이나 탈락한 초지립, 또는 가공칩의 배출성을 개선함으로써 스크래치가 발생하기 어려워 효율이 높은 가공을 행할 수 있는 동시에, 세그멘트형의 초지립층이 다이 부재로부터 제거되기 어렵게 함으로써 초지립층의 제거에 의한 스크래치의 발생도 방지하는 것이 가능한 경면 가공용 초지립 휠을 제공하는 것이다.
본 발명은, 일반적으로는 초지립 휠에 관한 것으로, 특정적으로는 실리콘, 유리, 세라믹스, 페라이트, 수정, 초경합금 등의 경질 취성 재료를 경면 가공하기 위해 이용되는 경면 가공용 초지립 휠에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 초지립 휠을 도시한 평면도이다.
도2는 도1에 도시한 초지립 휠의 II-II선에 따른 단면 단부면도이다.
도3은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 초지립 휠의 평면도이다.
도4는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 초지립 휠의 평면도이다.
도5는 도4에 도시한 초지립 휠의 측면도이다.
도6은 도4에 도시한 초지립 휠의 VI-VI선에 따른 단면 단부면도이다.
도7은 도4에 도시한 초지립 휠의 초지립층 부분을 도시한 부분 사시도이다.
도8은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 초지립 휠의 평면도이다.
도9는 도8에 도시한 초지립 휠의 측면도이다.
도10은 인피드 연삭 가공을 모식적으로 도시한 사시도이다.
도11은 본 발명의 제3 실시예에 있어서 연삭 가공 시험을 행한 하나의 결과로서, 가공 횟수와 공작물의 PV치(공작물의 가공 표면의 요철의 최대 폭, 즉 산과 곡 사이의 최대 거리) 및 표면 거칠기 Ra와의 관계를 나타낸 도면이다.
도12는 본 발명의 제3, 제5, 제6 및 제7 실시예에 있어서 연삭 가공 시험의 결과 중 하나로서, 가공 횟수와 공작물의 표면 거칠기와의 관계를 나타낸 도면이다.
도13은 본 발명의 제3, 제5, 제6 및 제7 실시예에 있어서 연삭 가공 시험의 결과 중 하나로서, 가공 횟수와 연삭 저항과의 관계를 나타낸 도면이다.
도14는 본 발명의 제7 실시예에 있어서 전착 다이아몬드층을 제작할 때에 이용된 도전성의 형태를 도시한 평면도이다.
도15는 본 발명의 제7 실시예에 있어서, 전착 다이아몬드층을 제작할 때에 이용된 도전성의 형태를 도시한 측면도이다.
도16은 본 발명의 제1 비교예에서 제작된 초지립 휠을 도시한 평면도이다.
도17은 본 발명의 제1 비교예에 있어서, 연삭 가공 시험의 결과 중 하나로서, 가공 횟수와 공작물의 PV치 및 표면 거칠기 Ra와의 관계를 나타낸 도면이다.
도18은 본 발명의 제4 비교예에 있어서, 초지립층을 다이 부재의 단부면에 부착하기 위해 구멍이 마련된 다이 부재를 도시한 부분 단면도이다.
도19는 본 발명의 제4 비교예에 있어서 제작된 초지립 휠의 평면도이다.
본 발명의 하나의 국면에 따른 경면 가공용 초지립 휠은 단부면을 갖는 환형의 다이 부재와, 이 환형의 다이 부재의 주위 방향에 따라서 서로 간격을 두고 배치되어 다이 부재의 단부면 상에 고정 부착되고, 또한 각각이 주위측 단부면을 갖는 복수의 초지립층을 구비한 초지립 휠에 있어서 이하의 특징을 갖는다. 복수의 초지립층의 각각은 평판 형상을 갖고, 또한 주위측 단부면이 초지립 휠의 회전축과 대략 평행해지도록 배치되어 있다. 복수의 초지립층의 각각의 평판 형상의 두께로 규정되는 면, 즉 평판 형상의 두께 방향에 따른 면이 다이 부재의 단부면 상에 고정 부착되어 있다. 초지립층에 있어서는, 초지립은 비트리파이드 본드의 결합재로 결합되어 있다.
상기와 같이 구성되는 초지립 휠에 있어서는, 평판 형상을 갖는 초지립층의 각각은 두께로 규정되는 면이 다이 부재의 단부면 상에 고정 부착되어 있음으로써, 초지립층 사이에 충분한 간극을 형성할 수 있어 절삭칩이나 가공칩의 배출성을 양호하게 할 수 있다.
또한, 초지립층의 각각의 주위측 단부면이 초지립 휠의 회전축과 대략 평행해지도록 배치되어 있으므로, 연삭 가공이 진행함에 따라서 초지립층은 마모해도 인피드 연삭 가공에 있어서 가공물에 대해 각 초지립층의 작용면의 위치가 대략 일정하게 유지되므로, 안정된 가공 형태를 지속할 수 있다. 이로 인해, 항상 각 초지립층의 작용면을 공작물의 중앙부에 접촉시키는 것이 가능해진다. 이에 의해 공작물의 마무리면이 평탄해진다.
특히, 상기 초지립 휠의 평판 형상의 초지립층에 있어서는 초지립이 비트리파이드 본드의 결합재로 결합되어 있으므로, 연삭 가공 중에 있어서 연삭 저항을 낮게 할 수 있다. 이로 인해, 연삭 가공 중에 있어서 초지립층을 제거하기 어렵게 할 수 있다. 이에 의해, 초지립층의 제거에 의해 공작물의 표면에 스크래치가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 가공량이 증가해도 연삭 저항을 낮게 유지할 수 있다. 이로 인해, 초지립층의 제거에 의한 수명의 저하를 방지할 수 있다.
상기의 하나의 국면에 따른 경면 가공용 초지립 휠에 있어서, 초지립층은 초지립 휠의 회전축에 대략 수직인 작용면을 갖고, 복수의 초지립층의 작용 면적은 복수의 초지립층의 각각의 외주위측 단부 모서리를 잇는 선과 복수의 초지립층의 각각의 내주위측 단부 모서리를 잇는 선에 의해 형성되는 링형의 면적에 대해 5 ％ 이상 80 ％ 이하의 비율을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 초지립 휠에 있어서는 각 초지립층의 형상을 평판형으로 함으로써, 초지립 휠의 단부면에 초지립층은 일체가 되어 연속한 것이 형성되는 타입, 즉 연속 타입에 대해 초지립층의 작용면의 면적율을 저감하여 초지립 1개당 작용하는 힘을 크게 하는 등의 제어가 가능해진다. 이에 의해, 초지립 휠의 연삭성을 향상시킬 수 있는 동시에 초지립 휠의 자생 작용을 원활하게 행할 수 있다. 평판 형상의 각 초지립층의 반경 방향의 폭을 동일하게 한 경우, 평판 형상의 복수개의 초지립층의 작용면의 면적은 연속 타입 면적의 5 내지 80 ％ 범위 내의 비율로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 내지 50 ％의 범위 내로 한다. 이에 의해,연속 타입의 초지립층에 대해 2 내지 10배의 가공 압력이 본 발명의 초지립 휠에 있어서 평판 형상의 각 초지립층의 작용면에 가해지게 되어 절삭 능력이 양호한 상태를 지속할 수 있다.
본 발명의 하나의 국면에 따른 경면 가공용 초지립 휠에 있어서, 초지립층은 평균 입경이 0.1 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하의 초지립을 함유하는 것이 바람직하다. 함유되는 초지립으로서는 레진 본드용 합성 초지립이 적합하다. 레진 본드용 합성 초지립은 메탈 본드용 합성 초지립이나 소 블레이드용 합성 초지립에 비교하여 파쇄성이 높으므로, RD에 의한 트루잉과 드레싱에 의해 초지립의 선단부에 미소한 절삭날을 형성시킬 수 있으므로 특히 바람직하다.
레진 본드용 합성 다이아몬드 지립으로서는, GE 슈퍼아부레이시부샤의 제품에서는 상품명 RVM, RJK1, 도오메이다이아 가부시끼가이샤의 제품에서는 상품명 IRM, 드ㆍ비아스샤의 제품에서는 상품명 CDA 등을 적용할 수 있다. 레진 본드용 합성 CBN 지립으로서는 GE 슈퍼아부레이시부샤의 제품에서는 상품명 BMP1, 쇼와덴꼬오 가부시끼가이샤의 제품에서는 상품명 SBNB, SBNT, SBNF 등을 적용할 수 있다.
트루잉과 드레싱을 행하기 위해서는 RD를 이용하는 것이 능률과 성형 정밀도를 고려하면 가장 바람직하지만, RD 대신에 다이아몬드 입도가 ＃30(입경 650 ㎛) 전후로 다이아몬드 지립의 선단부 높이의 변동을 없앤 메탈 본드 지석 또는 전착 지석을 이용하는 것도 가능하다.
본 발명의 또 하나의 국면에 따른 경면 가공용 초지립 휠은 단부면을 갖는 환형의 다이 부재와, 환형의 다이 부재 주위 방향에 따라서 서로 간격을 두고 배치되어 다이 부재의 단부면 상에 고정 부착되고, 또한 각각이 주위측 단부면을 갖는 복수의 초지립층을 구비한 초지립 휠에 있어서 이하의 특징을 갖는다. 복수의 초지립층의 각각은 산형으로 굴곡된 판 형상을 갖고, 또한 주위측 단부면이 초지립 휠의 회전축과 대략 평행해지도록 배치되어 있다. 복수의 초지립층의 각각의 판 형상의 두께로 규정되는 면은 다이 부재의 단부면 상에 고정 부착되어 있다.
상기와 같이 구성된 초지립 휠에 있어서는, 우선 전술한 하나의 국면에 따른 초지립 휠과 마찬가지로 초지립층의 각각의 판 형상의 두께로 규정되는 면, 즉 판 형상의 두께 방향에 따른 면이 다이 부재의 단부면 상에 고정 부착되어 있으므로, 복수의 초지립층 사이에 충분한 간극을 형성할 수 있으므로, 가공칩이나 절삭칩의 배출성을 양호하게 할 수 있다.
또한, 상술한 하나의 국면에 따른 초지립 휠과 마찬가지로 주위측 단부면이 초지립 휠의 회전축과 대략 평행해지도록 초지립층의 각각이 배치되어 있으므로, 인피드 연삭 가공에 있어서 연삭 가공이 진행함에 따라 초지립층이 마모해도 공작물에 대한 각 초지립층의 작용면의 위치가 대략 일정하므로 안정된 가공 형태를 지속할 수 있다. 이로 인해, 항상 초지립층의 작용면을 공작물의 중앙부에 접촉시키는 것이 가능해진다. 이에 의해, 공작물의 마무리 면이 평탄해진다.
특히, 본 발명의 또 하나의 국면에 따른 초지립 휠에 있어서는 복수의 초지립층의 각각은 산형으로 굴곡된 판 형상을 갖는다. 산형의 판 형상의 두께로 규정되는 면이 다이 부재의 단부면 상에 고정 부착되어 있으므로, 즉 다이 부재의 단부면에 대한 초지립층의 고정 부착면의 형상이 산형이므로, 연삭 가공시에 각 초지립층에 가해지는 수직 방향과 초지립 휠의 회전 방향과의 저항에 대해 강해지므로, 초지립층은 다이 부재의 단부면으로부터 제거되기 어려워진다. 이에 의해, 초지립층의 제거에 의해 공작물의 표면에 스크래치가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 또 하나의 국면에 따른 경면 가공용 초지립 휠의 초지립층에 있어서는, 초지립은 비트리파이드 본드의 결합재로 결합되어 있는 것이 바람직하다. 결합재로서 비트리파이드 본드는 연삭 가공시에 있어서의 연삭 저항을 낮게 할 수 있으므로, 초지립층을 다이 부재의 단부면으로부터 보다 제거되기 어렵게 할 수 있다. 이에 의해, 연삭 가공 중에 초지립층이 제거됨으로써 공작물 표면에 스크래치가 발생하는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 결합재로서 비트리파이드 본드는 초지립 휠의 자생 작용을 원활하게 행하도록 작용하므로 양호한 절삭 능력을 유지하는 데 기여한다.
또한, 본 발명의 또 하나의 국면에 따른 경면 가공용 초지립 휠의 초지립층에 있어서는, 초지립은 레진 본드의 결합재로 결합되어 있는 것이 바람직하다. 결합재로서 레진 본드는, 상술한 비트리파이드 본드와 마찬가지로 초지립 휠의 자생 작용을 원활하게 행하도록 작용하므로, 양호한 절삭 능력을 유지하는 데 기여한다. 또한, 결합재로서 레진 본드는 탄성 작용을 가지므로 연삭 가공 중에 있어서 발생하는 공작물 표면의 스크래치가 작아져 공작물의 표면 거칠기가 작아지는 효과를 가져온다.
본 발명의 또 하나의 국면에 따른 경면 가공용 초지립 휠에 있어서, 복수의 초지립층의 각각은 산형으로 구부려진 부분이 초지립 휠의 내주위측에 위치하도록배치되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써 산형으로 구부려져 폐쇄된 부분의 반대측의 개방된 부분이 초지립 휠의 외주위측에 위치하므로, 연삭 가공 중에 발생한 가공칩이나 절삭칩이 개방된 부분으로부터 용이하게 배출될 수 있게 된다. 따라서, 가공칩의 배출성을 향상시킬 수 있다.
복수의 초지립층의 각각은 V자형으로 구부려진 판 형상을 갖는 것이 바람직하다. 판 형상의 각 초지립층을 V자형으로 굽힘으로써 연삭 가공시에 각 초지립층에 가해지는 수직 방향과 초지립 휠의 회전 방향과의 저항에 대해 초지립층은 강해지므로 다이 부재의 단부면으로부터 보다 제거되기 어려워진다. 이로 인해, 연삭 가공 중에 있어서 초지립층이 제거됨으로써 스크래치가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
초지립층의 각각이 V자형으로 구부려진 판 형상을 갖는 경우에, V자형의 꼭지각은 30도 이상 150도 이하인 것이 바람직하다. V자형의 꼭지각을 30도 이상으로 하는 이유는 연삭 가공시의 가공칩이나 절삭칩을 효율적으로 배출시키기 위해서이다. 또한, V자형의 꼭지각을 150도 이하로 하는 이유는 공작물의 연삭면에 연삭액을 효율 좋게 공급할 수 있는 동시에, 연삭 가공시의 저항에 대해 초지립층을 다이 부재의 단부면으로부터 제거하기 어렵게 하기 위해서이다. 이들의 효과를 향상시키기 위해, V자형의 꼭지각은 45도 이상 90도 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
V자형으로 구부려진 판 형상을 갖는 초지립층의 크기에 대해서는 V자형의 1변의 길이를 2 내지 20 ㎜, V자형을 구성하는 판 형상의 두께를 0.5 내지 5 ㎜, V자형을 구성하는 판 형상의 높이, 즉 초지립 휠의 회전축 방향에 따른 길이를 3 내지 10 ㎜로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, V자형을 구성하는 1변의 길이를 3 내지 15 ㎜, V자형을 구성하는 판 형상의 두께를 1 내지 3 ㎜, V자형을 구성하는 판 형상의 높이를 3 내지 10 ㎜로 한다. 또한, V자형으로 구부려진 판 형상을 갖는 초지립층은 환형의 다이 부재의 주위 방향에 따라서 서로 0.5 내지 20 ㎜의 간격을 두고 다이 부재의 단부면 상에 고정 부착되는 것이 바람직하고, 그 간격은 1 내지 10 ㎜로 하는 것이 보다 바람직하다. 초지립층 사이의 간격은 연삭 가공 조건, 공작물의 종류에 따라 적절하게 결정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 하나의 국면에 따른 경면 가공용 초지립 휠에 있어서는, 복수의 초지립층의 각각은 곡면을 갖도록 구부려진 판 형상을 갖는 것이 바람직하다. 환언하면, 초지립층의 구부려진 형상은 모서리부가 곡률 반경을 갖는 것이 바람직하다. 각 초지립층이 곡면을 갖도록 구부려진 판 형상을 가짐으로써 V자형으로 구부려진 판 형상의 경우와 마찬가지로, 연삭액의 공급과 가공칩이나 절삭칩의 배출을 효율 좋게 행할 수 있고, 연삭 가공시의 저항에 대해 초지립층이 다이 부재의 단부면으로부터 제거되기 어려워진다. 이에 의해, 연삭 가공시에 있어서 초지립층의 제거에 의한 스크래치의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 곡면을 갖도록 구부려진 판 형상으로서, 원통 형상의 것을 반으로 나눈 반원통 형상이나, U형상, C형상 등을 채용할 수도 있다.
본 발명의 또 하나의 국면에 따른 경면 가공용 초지립 휠에 있어서는, 초지립층은 초지립 휠의 회전축에 대략 수직인 작용면을 갖고, 복수의 초지립층의 작용면적은 복수의 초지립층의 각각의 외주위측 단부 모서리를 잇는 선과 복수의 초지립층의 각각의 내주위측 단부 모서리를 잇는 선에 의해 형성되는 링형상의 면적에 대해 5％ 이상 80 ％ 이하의 비율을 갖는 것이 바람직하다.
복수의 초지립층의 각각의 형상을 판 형상으로 함으로써, 1개의 초지립층이 일체가 되어 연속한 것을 다이 부재의 단부면에 형성한 타입, 즉 연속 타입에 대해 초지립층의 작용면의 면적율을 저감하여 초지립 1개당 작용하는 힘을 크게 하는 등의 제어를 행할 수 있어, 연삭성을 향상시킬 수 있는 동시에 초지립 휠의 자생 작용을 원활하게 행할 수 있다. 초지립 휠의 반경 방향에 따른 각 초지립층의 길이를 동일하게 한 경우, 복수의 판 형상의 초지립층의 작용면의 면적은 연속 타입의 면적에 대해 5 내지 80 ％로 하는 것이 바람직하고, 10 내지 50 ％의 범위 내로 하는 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 본 발명의 초지립 휠에 있어서는 연속 타입의 초지립층에 대해 2 내지 10배의 가공 압력이 각 초지립층의 작용면에 가해지게 되어 절삭 능력이 양호한 상태를 지속할 수 있다.
본 발명의 또 하나의 국면에 따른 경면 가공용 초지립 휠에 있어서, 초지립층은 평균 입경이 0.1 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하의 초지립을 함유하는 것이 바람직하다. 본 발명의 또 하나의 국면에 따른 초지립 휠의 결합재로서 비트리파이드 본드나 레진 본드를 이용하는 경우에는, 함유되는 초지립으로서는 레진 본드용 합성 초지립이 적합하다. 레진 본드용 합성 초지립은 메탈 본드용 합성 초지립이나 소 블레이드용 합성 초지립에 비교하여 파쇄성이 높으므로, RD에 의한 트루잉과 드레싱에 의해 초지립의 선단부에 미소한 절삭날을 형성시킬 수 있으므로 특히 바람직하다.
레진 본드용 합성 다이아몬드 지립으로서는, GE 슈퍼아부레이시브샤의 제품에서는 상품명 RVM, RJK1, 도오메이다이아 가부시끼가이샤의 제품에서는 상품명 IRM, 드ㆍ비아스샤의 제품에서는 상품명 CDA 등을 적용할 수 있다. 레진 본드용 합성 CBN 지립으로서는 GE 슈퍼아부레이시브샤의 제품에서는 상품명 BMP1, 쇼와덴꼬오 가부시끼가이샤의 제품에서는 상품명 SBNB, SBNT, SBNF 등을 적용할 수 있다.
본 발명의 초지립 휠의 트루잉과 드레싱을 행하기 위해서는 RD를 이용하는 것이 능률과 성형 정밀도를 고려하면 가장 바람직하지만, RD 대신에 다이아몬드 입도가 ＃30(입경 650 ㎛) 전후로, 다이아몬드 지립의 선단부 높이의 변동을 없앤 메탈 본드 지석 또는 전착 지석을 이용하는 것도 가능하다.
이상과 같이, 본 발명의 경면 가공용 초지립 휠을 연삭 가공에 이용하면, 연삭 가공 중에 파쇄한 초지립이나 탈락한 초지립, 또는 가공칩이나 절삭칩이 초지립층과 공작물 사이에 협지되어 공작물 표면에 스크래치가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이와 같이 초지립 또는 절삭칩의 배출성을 향상시킬 수 있는 동시에, 연삭 가공 중에 있어서 초지립층이 다이 부재의 단부면으로부터 제거되기 어려우므로, 초지립층의 제거에 의한 스크래치의 발생도 방지할 수 있다.
(제1 실시 형태)
도1과 도2에 도시한 바와 같이, 초지립 휠(100)은 알루미늄 다이 부재 등으로 형성된 컵형상의 다이 부재(120)와, 다이 부재(120)의 한쪽 단부면(121) 상에 주위 방향에 따라서 서로 간격을 두고 배치되어 고정 부착된 복수개의 평판형의 초지립층(110)으로 구성된다. 초지립층(110)의 두께를 규정하는 면, 즉 두께 방향에 따른 면(113)이 다이 부재(120)의 한쪽 단부면(121)에 형성된 소정 폭의 원주 방향의 홈에 고정 부착되어 있다. 초지립층(110)의 주위측 단부면(111)이 초지립 휠(100)의 회전축과 대략 평행해지고, 초지립층(110)의 길이 방향이 초지립 휠(100)의 반경 방향이 되도록 각 초지립층(110)이 다이 부재(120)의 한쪽 단부면(121)에 고정 부착되어 있다. 각 초지립층(110)은 초지립 휠(100)의 회전축에 대략 수직인 작용면(112)을 갖는다. 다이 부재(120)의 중앙부에는 초지립 휠(100)의 회전축을 삽입하기 위한 구멍(122)이 형성되어 있다.
(제2 실시 형태)
도3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 또 하나의 실시 형태로서 초지립 휠(200)은 알루미늄 합금 등으로 형성된 컵형상의 다이 부재(220)와, 이 다이부재(220)의 한 쪽 단부면(221) 상에 주위 방향에 따라서 서로 간격을 두고 배치되어 고정 부착된 복수개의 평판형의 초지립층(210)으로 구성되어 있다. 도1과 도2에 도시한 초지립 휠(100)과 다른 점은 초지립 휠(200)의 초지립층(210)의 각각의 길이 방향이 초지립 휠(200)의 반경 방향에 대해 각도 α를 이루도록 각 초지립층(210)이 다이 부재(220)의 한쪽 단부면(221) 상에 고정 부착되어 있다.
(제3 실시 형태)
도4 내지 도7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 하나의 실시 형태로서 초지립 휠(300)은 알루미늄 합금 등으로 형성된 컵형상의 다이 부재(320)와, 다이 부재(320)의 한쪽 단부면(321) 상에 주위 방향에 따라서 서로 간격을 두고 배치되어 고정 부착된 복수개의 산형으로 구부려진 판 형상을 갖는 초지립층(310)으로 구성된다. 각 초지립층(310)의 판 형상의 두께로 규정되는 면(313)이 다이 부재(320)의 단부면(321)에 형성된 소정 폭의 원주 방향의 홈에 고정 부착되어 있다. 각 초지립층(310)의 주위측 단부면(311)은 초지립 휠(300)의 회전축과 대략 평행이 되고, 각 초지립층(310)의 구부려진 부분(314)이 초지립 휠(300)의 내주위측에 위치하도록 각 초지립층(310)이 다이 부재(320)의 한쪽 단부면(321) 상에 고정 부착되어 있다. 본 실시 형태의 경우, 초지립층(310)은 산형으로 구부려진 판 형상으로서 V자형의 형상으로 되어 있으므로, V자형의 정상부(314)가 초지립 휠(300)의 내주위측에 위치하도록 다이 부재(320)의 한쪽 단부면(313) 상에 고정 부착되어 있다.
(제4 실시 형태)
도8과 도9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시 형태로서 초지립 휠(400)은 알루미늄 합금 등으로 형성된 컵형상의 다이 부재(420)와, 다이 부재(420)의 한쪽 단부면(421) 상에 주위 방향에 따라서 서로 간격을 두고 배치되어 고정 부착된 복수개의 산형으로 구부려진 판 형상을 갖는 초지립층(410)으로 구성된다. 본 실시 형태에서는 도4 내지 도7에 도시한 초지립 휠(300)과 달리, 초지립층(410)의 산형으로 구부려진 판 형상으로서는 곡면을 갖도록 구부려진 판 형상, 즉 모서리부가 곡률 반경을 갖는 형상으로 되어 있다.
상기한 제1 실시 형태와 제2 실시 형태[도1과 도2에 도시한 초지립 휠(100)과 도3에 도시한 초지립 휠(200)]에 있어서는 결합재로서 비트리파이드 본드가 이용된다. 또한, 상기한 제3 실시 형태와 제4 실시 형태[도4 내지 도7에서 도시한 초지립 휠(300)과 도8과 도9에 도시한 초지립 휠(400)]에 있어서는 결합재로서는 메탈 본드나 전착 본드가 이용되어도 좋지만, 비트리파이드 본드 또는 레진 본드를 이용하는 것이 바람직하다. 비트리파이드 본드에서는 세라믹스계의 유리를 이용하는 것이 바람직하고, 기공을 구비한 구조로 되어 있는 것이 보다 바람직하다. 또한, 레진 본드로서는 페놀계 수지를 이용하는 것이 바람직하고, 필러를 첨가하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 초지립 휠 중 어느 하나의 실시 형태에 있어서도 초지립층은 수지계의 접착제나 납땜 등에 의해 다이 부재의 한 쪽 단부면에 접합되는 것이 바람직하다.
(실시예)
본 발명의 실시예로서의 초지립 휠과 비교예로서의 초지립 휠을 제작하고, 각 초지립 휠을 이용하여 인피드 연삭 방식에 있어서 경면 가공 시험을 행하였다. 경면 가공 시험의 평가 방법으로서는 직경 100 ㎜의 원판형의 단결정 실리콘의 공작물을 절입량(조가공과 마무리 가공의 합계 절입량) 35 ㎛로 연삭하고, 이 연삭 가공을 1회의 가공으로 하였다. 따라서, 1회의 연삭 가공량은 274.9 ㎣였다. 이 연삭 가공을 계속하여 공작물의 가공 후의 표면 거칠기 Ra와 가공 후의 표면의 요철의 최대폭(산과 곡 사이의 최대 거리)인 PV치에 의해 평가하였다. 이하에 나타낸 표면 거칠기 Ra와 PV치는 전부 5회의 연삭 가공을 행한 시점에서의 수치로 하였다.
또한, 인피드 연삭 가공은 도10에 도시한 바와 같이, 회전축(2)에 부착된 초지립 휠(1)이 R1에 도시한 방향으로 회전하는 동시에, 피삭재(3)가 R2에 도시한 방향으로 회전함으로써 행해진다. 도10에 있어서 초지립 휠(1)의 하측의 면에 초지립층이 고정 부착되어 있다. 초지립층이 피삭재(3)의 연삭면(31)에 접촉하도록 초지립 휠(1)이 설치된다. 이와 같이 하여, 초지립 휠(1)의 초지립층이 피삭재(3)의 중심 부분(32)을 항상 통과하도록 연삭 가공이 행해진다. 이와 같은 연삭 가공은 인피드 연삭 방식이라 불리운다.
(제1 실시예)
비트리파이드 본드와 입도 ＃3000(지립경 2 내지 6 ㎛)의 다이아몬드 지립을 균일하게 혼합하였다. 이 혼합물을 실온에서 프레스 성형한 후, 온도 1100 ℃의 소성로에 넣어 소성하여 평판형의 초지립층으로서 다이아몬드층을 제작하였다. 평판형 단면의 1변의 길이는 4 ㎜, 두께는 1 ㎜, 높이는 5 ㎜였다. 비트리파이드 본드의 조성을 표1에 나타낸다.
Si02 62 중량 ％
Al203 17 중량 ％
K20 9 중량 ％
Ca0 4 중량 ％
B203 2 중량 ％
Na20 2 중량 ％
Fe203 0.5 중량 ％
Mg0 0.3 중량 ％
외경 200 ㎜, 두께 32 ㎜의 알루미늄 합금제의 다이 부재의 한 쪽 단부면에 폭 4.5 ㎜의 원주 방향의 홈을 깊이 1 ㎜로 형성하였다. 이 홈에, 상기에서 얻게 된 복수의 다이아몬드층을 서로 2.5 ㎜씩의 간격을 두고, 다이아몬드층의 판형의 단면의 길이 방향이 다이 부재의 반경 방향이 되도록 에폭시 수지계 접착제로 접착하였다. 이와 같이 하여 도1에 도시한 경면 가공용 다이아몬드 휠을 제작하였다.
이렇게 얻게 된 다이아몬드 휠을 종축 로터리 테이블식 평면 연삭반에 부착하여, 다이아몬드 로터리 드레서에 의해 트루잉과 드레싱을 행한 후, 단결정 실리콘의 경면 가공을 행하였다. 그 경면 가공 조건을 표2에 나타낸다.
휠 수치 ø200-32T
공작물 단결정 실리콘
연삭반 종축 로터리 테이블식 평면 연삭반
휠 회전수 3230 min－1
휠 주위 속도 33.8 m/sec
조가공 총 절입량 30 ㎛
조가공 절입 속도 20 ㎛/min
마무리 가공 총 철입량 5 ㎛
마무리 가공 절입 속도 5 ㎛/min
스파크 아웃 30 sec
공작물 회전수 100 r.p.m
그 결과, 절삭 능력은 양호하고, 공작물의 표면 거칠기 Ra는 0.015 ㎛, PV치는 0.20 ㎛로 스크래치는 적어 양호한 상태였다.
(제2 실시예)
비트리파이드 본드와 입도 ＃3000(지립경 2 내지 6 ㎛)의 다이아몬드 지립을 균일하게 혼합하였다. 이 혼합물을 실온에서 프레스 성형한 후, 온도 1100 ℃의 소성로에 넣어 소성하여 평판형의 다이아몬드층을 제작하였다. 평판형 단면의 1변의 길이는 4 ㎜, 두께는 1 ㎜, 높이는 5 ㎜였다.
외경 200 ㎜, 두께 32 ㎜의 알루미늄 합금제의 다이 부재의 한 쪽 단부면에 폭 4.5㎜, 깊이 1 ㎜의 원주 방향의 홈을 형성하였다. 이 홈에 상기에서 얻게 된 복수개의 다이아몬드층을 서로 2.5 ㎜씩의 간격을 두고, 다이아몬드층의 판형의 단면의 길이 방향이 다이 부재의 반경 방향, 즉 초지립 휠의 반경 방향에 대해 각도 α＝ 20도를 이루도록 에폭시 수지계 접착제로 접착하였다. 이와 같이 하여, 도3에 도시한 경면 가공용 다이아몬드 휠을 제작하였다.
이렇게 얻게 된 다이아몬드 휠을 종축 로터리 테이블식 평면 연삭반에 부착하여, 다이아몬드 로터리 드레서에 의해 트루잉과 드레싱을 행한 후, 단결정 실리콘의 경면 가공을 행하였다. 경면 가공 조건은 제1 실시예와 마찬가지의 조건으로 하였다.
그 결과, 절삭 능력은 양호하고, 공작물의 표면 거칠기 Ra는 0.015 ㎛이고, PV치는 0.21 ㎛ 이며, 스크래치는 적어 양호한 상태였다.
(제3 실시예)
비트리파이드 본드와 입도 ＃3000(지립경 2 내지 6㎛)의 다이아몬드 지립을 균일하게 혼합하였다. 이 혼합물을 실온에서 프레스 성형한 후, 온도 1100 ℃의 소성로에 넣어 소성하여 판형으로 단면이 V자형인 다이아몬드층을 제작하였다. V자형 단면의 1변의 길이는 4 ㎜, 판형의 두께는 1 ㎜, V자형 단면을 구성하는 2변의 각도는 90도, 다이아몬드층의 높이는 5 ㎜였다.
외경 200 ㎜, 두께 32 ㎜의 알루미늄 합금제의 다이 부재의 한 쪽 단부면에 폭 4.5㎜, 깊이 1 ㎜인 원주 방향의 홈을 형성하였다. 이 홈에 상기에서 얻게 된 복수개의 다이아몬드층을 서로 1 ㎜씩의 간격을 두고, V자형 단면의 정상부가 다이 부재의 내주위측 반경 방향을 향하도록 에폭시 수지계 접착제로 접착하였다. 이와 같이 하여 도4에 도시한 경면 가공용 다이아몬드 휠을 제작하였다.
이렇게 얻게 된 다이아몬드 휠을 종축 로터리 테이블식 평면 연삭반에 부착하여, 다이아몬드 로터리 드레서에 의해 트루잉과 드레싱을 행한 후, 단결정 실리콘의 경면 가공을 행하였다. 경면 가공 조건은 제1 실시예와 마찬가지의 조건으로하였다.
그 결과, 절삭 능력은 양호하고, 공작물의 표면 거칠기 Ra는 0.015 ㎛, PV치는 0.21 ㎛이고, 스크래치는 적어 양호한 상태였다.
또한, 가공 횟수에 따라서 변화하는 공작물의 PV치와 표면 거칠기를 측정하였다. 그 측정 결과를 도11에 나타낸다. 또한, 가공 횟수와 공작물의 표면 거칠기와의 관계를 도12에, 가공 횟수와 연삭 저항과의 관계를 도13에 나타낸다. 도11과 도12로부터 가공 횟수가 증가해도 공작물의 표면 거칠기와 PV치는 상대적으로 작은 값이고, 변화하는 범위도 작은 것을 알 수 있다. 또한, 도13으로부터 가공 횟수가 증가해도 연삭 저항은 그다지 변화하지 않고, 작은 값으로 유지되고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 가공량이 증가해도 연삭 저항을 낮게 유지할 수 있으므로 연삭 가공 중에 있어서 초지립의 제거에 의한 스크래치의 발생을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 초지립 휠의 수명을 길게 할 수 있는 것을 알 수 있다.
(제4 실시예)
비트리파이드 본드와 입도 ＃3000(지립경 2 내지 6 ㎛)의 다이아몬드 지립을 균일하게 혼합하였다. 이 혼합물을 실온에서 프레스 성형한 후, 온도 1100 ℃의 소성로에 넣어 소성하고, 판형으로 단면이 반링형(반원통형)의 다이아몬드층을 제작하였다. 반링형 단면의 반경은 4 ㎜, 판형의 두께는 1 ㎜, 높이는 5 ㎜였다.
외경 200 ㎜, 두께 32 ㎜의 알루미늄 합금제의 다이 부재의 한 쪽 단부면에 폭 4.5 ㎜, 깊이 1 ㎜인 원주 방향의 홈을 형성하였다. 이 홈에 상기에서 얻게 된 복수개의 다이아몬드층을 서로 1 ㎜씩의 간격을 두고, 다이아몬드층의 반링형의 단면이 구부려진 부분이 다이 부재의 내주위측 반경 방향을 향하도록 에폭시 수지계 접착제로 접착하였다. 이와 같이 하여 도8에 도시한 경면 가공용 다이아몬드 휠을 제작하였다.
이렇게 얻게 된 다이아몬드 휠을 종축 로터리 테이블식 평면 연삭반에 부착하여, 다이아몬드 로터리 드레서에 의해 트루잉과 드레싱을 행한 후, 단결정 실리콘의 경면 가공을 행하였다. 경면 가공 조건은 제1 실시예와 마찬가지의 조건으로 하였다.
그 결과, 절삭 능력은 양호하고 공작물의 표면 거칠기 Ra는 0.018 ㎛, PV치는 0.24 ㎛이고, 스크래치는 적어 양호한 상태였다.
(제5 실시예)
레진 본드와 입도 ＃2400(지립경 4 내지 8 ㎛)의 다이아몬드 지립을 균일하게 혼합하였다. 이 혼합물을 온도 200 ℃에서 프레스 성형하고, 판형으로 단면이 V자형인 다이아몬드층을 제작하였다. V자형 단면의 1변의 길이는 4 ㎜, 판형의 두께는 1 ㎜, V자형을 형성하는 2변의 각도는 90도, 높이는 5 ㎜였다. 레진 본드는 페놀계 수지를 주체로 한 것을 이용하였다.
외경 200 ㎜, 두께 32 ㎜의 알루미늄 합금제의 다이 부재의 한 쪽 단부면에 폭 4.5㎜, 깊이 1 ㎜인 원주 방향의 홈을 형성하였다. 이 홈에 상기에서 얻게 된 복수개의 다이아몬드층을 서로 1 ㎜씩의 간격을 두고, 다이아몬드층의 V자형 단면의 정상부가 다이 부재의 내주위측 반경 방향을 향하도록 에폭시 수지계 접착제로 접착하였다. 이와 같이 하여, 도4에 도시한 경면 가공용 다이아몬드 휠을 제작하였다.
이렇게 얻게 된 다이아몬드 휠을 종축 로터리 테이블식 평면 연삭반에 부착하여, 다이아몬드 로터리 드레서에 의해 트루잉과 드레싱을 행한 후, 단결정 실리콘의 경면 가공을 행하였다. 경면 가공 조건은 제1 실시예와 마찬가지의 조건으로 하였다.
그 결과, 절삭 능력은 양호하고, 공작물의 표면 거칠기 Ra는 0.014 ㎛, PV치는 0.18 ㎛이고, 스크래치는 적어 양호한 상태였다.
또한, 가공 횟수에 따라서 변화하는 공작물의 표면 거칠기와 연삭 저항을 측정하였다. 가공 횟수와 공작물의 표면 거칠기와의 관계를 도12에, 가공 횟수와 연삭 저항과의 관계를 도13에 나타낸다. 도12로부터 가공 횟수가 증가해도 공작물의 표면 거칠기는 작은 값으로 유지되고, 변화하는 범위도 작은 것을 알 수 있다. 또한, 도13으로부터 비트리파이드 본드를 이용한 제3 실시예의 초지립 휠에 비하면, 연삭 저항은 높지만 가공 횟수가 증가해도 연삭 저항의 변화는 작은 것을 알 수 있다. 이 점에서, 제5 실시예의 레진 본드를 이용한 초지립 휠은 제3 실시예의 비트리파이드 본드를 이용한 초지립 휠에 비해 연삭 저항이 높지만, 비트리파이드 본드를 이용한 초지립 휠과 마찬가지로 자생 작용을 발휘하여 절삭 능력을 양호하게 하고 있는 것을 알 수 있다.
(제6 실시예)
메탈 본드와 입도 ＃2400(지립경 4 내지 8 ㎛)의 다이아몬드 지립을 균일하게 혼합하였다. 이 혼합물을 실온에서 프레스 성형한 후, 핫프레스법에 의해 소결을 행함으로써, 판형으로 단면이 V자형인 다이아몬드층을 제작하였다. V자형 단면의 1변의 길이는 4 ㎜, 판형의 두께는 1 ㎜, V자형 단면을 형성하는 2변의 각도는 90도, 높이는 5㎜였다. 메탈 본드는 구리-주석계 합금을 사용하였다.
외경 200 ㎜, 두께 32 ㎜의 알루미늄 합금제의 다이 부재의 한 쪽 단부면에 폭 4.5 ㎜, 깊이 1 ㎜인 원주 방향의 홈을 형성하였다. 이 홈에, 상기에서 얻게 된 복수개의 다이아몬드층을 서로 1 ㎜씩의 간격을 두고, 다이아몬드층의 V자형 단면의 정상부가 다이 부재의 내주위측 반경 방향을 향하도록 에폭시 수지계 접착제로 접착하였다. 이와 같이 하여 도4에 도시한 다이아몬드 휠을 제작하였다.
이렇게 얻게 된 다이아몬드 휠을 종축 로터리 테이블식 평면 연삭반에 부착하여, 다이아몬드 로터리 드레서에 의해 트루잉과 드레싱을 실시한 후, 단결정 실리콘의 경면 가공을 행하였다. 경면 가공 조건은 제1 실시예와 마찬가지의 조건으로 하였다.
그 결과, 공작물의 표면 거칠기 Ra는 0.021 ㎛, PV치는 0.24 ㎛이고, 스크래치의 발생은 적어 양호하였다.
그러나, 비트리파이드 본드를 이용한 제3 실시예의 초지립 휠이나, 레진 본드를 이용한 제5 실시예의 초지립 휠에 비해 절삭 능력에 지속성이 없고, 가공을 반복함에 따라 절삭 능력이 악화되었다. 공작물의 표면에는 그을림이 다수 발생하였다. 가공 횟수에 의해 변화하는 공작물의 표면 거칠기와 연삭 저항을 측정하였다. 가공 횟수와 공작물의 표면 거칠기와의 관계를 도12에, 가공 횟수와 연삭 저항과의 관계를 도13에 나타낸다. 도12와 도13으로부터, 메탈 본드를 이용한 초지립 휠에는 자생 작용은 없고, 초지립이 마모해 버리면 메탈 본드의 표면이 노출되어 공작물의 표면 거칠기가 작아지는 현상을 나타내지만, 연삭 저항은 상승하고 절삭 능력이 악화되어 공작물의 표면에 그을림이 발생하는 현상을 초래하는 것을 알 수 있다.
(제7 실시예)
도14와 도15에 도시한 바와 같은 도전성의 형을 다수 준비하여 도전성 형(4)의 V자형 경사면(41) 상에 전착을 행함으로써 전착 다이아몬드층을 제작하였다. 형의 크기는 L1이 6 ㎜, L2가 5 ㎜, L3이 4 ㎜였다. 형(4)의 상면에 V자형의 오목부가 형성되어 있다. 이 형을 다수 나열한 것을 설파민산 니켈욕에 넣어 형의 상면에 입도 ＃2400(지립경 4 내지 8 ㎛)의 다이아몬드 지립을 전기 주조에 의해 고정 부착함으로써 두께가 0.7 ㎜인 다이아몬드층을 형성하였다. 그 후, 다이아몬드층을 형으로부터 박리하고, 판형으로 단면이 V자형인 다이아몬드층을 제작하였다. V자형 단면의 1변의 길이는 4 ㎜, 판형의 두께는 1 ㎜, V자형 단면을 형성하는 2변의 각도는 90도, 높이는 5 ㎜였다.
외경 200 ㎜, 두께 32 ㎜의 알루미늄 합금제의 다이 부재의 한 쪽 단부면에 폭 4.5 ㎜, 깊이 1 ㎜인 원주 방향의 홈을 형성하였다. 이 홈에, 상기에서 제작한 복수개의 다이아몬드층을 서로 1 ㎜씩의 간격을 두고, V자형 단면의 정상부가 다이 부재의 내주위측 반경 방향을 향하도록 에폭시 수지계 접착제로 접착하였다. 이와 같이 하여 도4에 도시한 다이아몬드 휠을 제작하였다.
이렇게 얻게 된 다이아몬드 휠을 종축 로터리 테이블식 평면 연삭반에 부착하여, 다이아몬드 로터리 드레서에 의해 트루잉과 드레싱을 행한 후, 단결정 실리콘의 경면 가공을 행하였다. 경면 가공 조건은 제1 실시예와 마찬가지의 조건으로 하였다.
그 결과, 공작물의 표면 거칠기 Ra는 0.029 ㎛, PV치는 0.32 ㎛이고, 스크래치의 발생은 적어 양호하였다.
그러나, 비트리파이드 본드를 이용한 제3 실시예의 초지립 휠이나, 레진 본드를 이용한 제5 실시예의 초지립 휠에 비해 절삭 능력에 지속성이 없어 가공을 반복함에 따라 절삭 능력이 악화되었다. 또한, 가공량이 증가함에 따라 공작물의 표면에 그을림이 발생하여 이 그을림에 의한 스크래치가 다수 발생하였다. 가공 횟수에 따라서 변화하는 공작물의 표면 거칠기와 연삭 저항을 측정하였다. 가공 횟수와 공작물의 표면 거칠기와의 관계를 도12에, 가공 횟수와 연삭 저항과의 관계를 도13에 나타낸다. 도12와 도13으로부터, 가공 횟수가 증가함에 따라서 전착 본드의 초지립 휠에 있어서는 초지립이 마모하여 자생 작용이 없고, 또한 연삭 저항이 가공 횟수의 증가에 따라서 상승하여 절삭 능력이 악화하게 되는 것을 알 수 있다.
(제1 비교예)
비트리파이드 본드와 입도 ＃3000(지립경 2 내지 6 ㎛)의 다이아몬드 지립을 균일하게 혼합하였다. 이 혼합물을 실온에서 프레스 성형한 후, 온도 1100 ℃의 소성로에 넣어 소성하여 외경 200 ㎜, 폭 3 ㎜인 링형의 다이아몬드층을 제작하였다. 링형의 다이아몬드층의 작용면에는 외주위측으로부터 내주위측을 향해 분단하도록 폭 1 ㎜의 홈(바닥 있음)을 등간격으로 형성하고, 홈과 홈 사이의 초지립층의주위 방향에 따른 길이는 3 ㎜로 하였다.
외경 200 ㎜, 두께 32 ㎜의 알루미늄 합금제의 다이 부재의 한 쪽 단부면에 링형의 다이아몬드층을 에폭시 수지계 접착제로 접착하였다. 이와 같이 하여, 도16에 도시한 다이아몬드 휠을 제작하였다.
도16에 도시한 바와 같이, 링형의 초지립층(510)이 폭 1 ㎜의 홈을 갖도록 다이 부재(520)의 한쪽 단부면(521) 상에 고정 부착되어 있다. 다이 부재(520)의 중앙부에는 초지립 휠(500)의 회전축을 삽입하기 위한 구멍(522)이 마련되어 있다.
이렇게 얻게 된 다이아몬드 휠을 종축 로터리 테이블식 평면 연삭반에 부착하여, 다이아몬드 로터리 드레서에 의해 트루잉과 드레싱을 행한 후, 단결정 실리콘의 경면 가공을 행하였다. 경면 가공 조건은 제1 실시예와 마찬가지의 조건으로 하였다.
그 결과, 절삭 능력은 양호하였지만, 공작물의 표면 거칠기 Ra는 0.031 ㎛, PV치는 0.34 ㎛이고, 스크래치는 공작물의 중심부에 집중하여 발생하고 있었다. 가공 횟수에 따라서 변화하는 공작물의 표면 거칠기와 PV치를 측정하였다. 그 결과를 도17에 나타낸다. 도17로부터 알 수 있는 바와 같이, 제3 실시예의 초지립 휠과 비교하면, 공작물의 표면 거칠기 Ra와 PV치는 가공 횟수에 의해 크게 변화하고, 또한 그 값도 상대적으로 큰 것을 알 수 있다.
또한, 외경 200 ㎜의 원호를 갖고, 폭 3 ㎜, 주위 방향의 길이 3 ㎜인 세그멘트형의 다이아몬드층을 복수개 제작하고, 폭 1 ㎜의 간격을 두고 등간격으로 링형으로 나란히 다이 부재의 한 쪽의 단부면에 접착함으로써 상기와 마찬가지인 다이아몬드 휠을 제작하였다. 이 다이아몬드 휠을 이용하여 단결정 실리콘의 경면 가공을 행한 경우에도 상기와 마찬가지인 결과를 얻게 되었다.
(제2 비교예)
레진 본드와 입도 ＃2400(지립경 4 내지 8 ㎛)의 다이아몬드 지립을 균일하게 혼합하였다. 이 혼합물을 온도 200 ℃에서 프레스 성형하여 평판형의 다이아몬드층을 제작하였다. 다이아몬드층의 형상이나 다이 부재의 한 쪽 단부면으로의 부착 방법은 제1 실시예와 마찬가지로 하여, 레진 본드는 제5 실시예와 마찬가지의 것을 이용하여 복수개의 평판형의 다이아몬드층을 다이 부재의 한 쪽 단부면 상에 에폭시 수지계 접착제로 접착하였다. 이와 같이 하여 도1에 도시한 경면 가공용 다이아몬드 휠을 제작하였다.
이렇게 얻게 된 다이아몬드 휠을 종축 로터리 테이블식 평면 연삭반에 부착하여, 다이아몬드 로터리 드레서에 의해 트루잉과 드레싱을 실시한 후, 단결정 실리콘의 경면 가공을 행하였다. 경면 가공 조건은 제1 실시예와 마찬가지의 조건으로 하였다.
그 결과, 공작물의 표면 거칠기 Ra는 0.013 ㎛, PV치는 0.18㎛이고, 스크래치는 적어 양호한 상태였지만, 가공 횟수를 늘림에 따라서 가공 부하가 상승하여 가공 횟수 14회째에서 초지립층이 다이 부재로부터 제거되었다. 이것이 원인이 되어 스크래치가 발생하는 동시에 초지립 휠은 사용 불가능하게 되었다.
(제3 비교예)
메탈 본드와 입도 ＃2400(지립경 4 내지 8 ㎛)의 다이아몬드 지립을 균일하게 혼합하였다. 이 혼합물을 실온에서 프레스 성형한 후, 핫프레스법에 의해 소결을 행하고, 평판형의 다이아몬드층을 제작하였다. 다이아몬드층의 형상이나 다이 부재의 한 쪽 단부면으로의 부착 방법은 제1 실시예와 마찬가지로 하고, 메탈 본드는 제6 실시예와 마찬가지의 것을 이용하여 복수개의 평판형의 다이아몬드층을 다이 부재의 한 쪽 단부면 상에 에폭시 수지계 접착제로 접착하였다. 이와 같이 하여 도1에 도시한 경면 가공용 다이아몬드 휠을 제작하였다.
이렇게 얻게 된 다이아몬드 휠을 종축 로터리 테이블식 평면 연삭반에 부착하여, 다이아몬드 로터리 드레서에 의해 트루잉과 드레싱을 실시한 후, 단결정 실리콘의 경면 가공을 행하였다. 경면 가공 조건은 제1 실시예와 마찬가지의 조건으로 하였다.
그 결과, 공작물의 표면 거칠기 Ra는 0.021 ㎛, PV치는 0.23 ㎛이고, 스크래치는 적어 양호한 상태였지만, 가공 횟수를 늘림에 따라 가공 부하가 상승하여 가공 횟수 8회째에서 초지립층이 다이 부재로부터 제거되었다. 이것이 원인이 되어 공작물에 스크래치가 발생하는 동시에 이 초지립 휠은 사용 불가능하게 되었다.
(제4 비교예)
비트리파이드 본드와 입도 ＃3000(지립경 2 내지 6 ㎛)의 다이아몬드 지립을 균일하게 혼합하였다. 이 혼합물을 실온에서 프레스 성형한 후, 온도 1100 ℃의 소성로에 넣어 소성하고, 판형으로 단면이 V자형인 다이아몬드층을 제작하였다. V자형 단면의 1변의 길이는 4 ㎜, 판형의 두께는 1 ㎜, V자형 단면을 형성하는 2변의 각도는 90도, 높이는 10 ㎜였다.
다이 부재로서 외경 200 ㎜, 두께 32 ㎜의 알루미늄 합금제 다이 부재를 이용하였다. 도18에 도시한 바와 같이, 다이 부재(620)의 한 쪽 단부면(621)에는 직경 6 ㎜의 구멍(623)을 다이아몬드층을 부착하는 갯수만큼 형성하였다. 이 구멍(623)의 축은 다이아몬드 휠의 외주위측을 향해 45도의 각도로 경사져 있다.
상기에서 얻게 된 복수개의 V자형 단면을 갖는 판형의 다이아몬드층을 다이 부재(620)의 한쪽 단부면(621)에 형성된 직경 6 ㎜의 구멍(623)에 각각 삽입하고, 에폭시 수지계 접착제로 접착하였다. 이와 같이 하여, 도19에 도시한 다이아몬드 휠을 제작하였다. 도19에 도시한 바와 같이, V자형 단면을 갖는 판형의 각 초지립층(610)은 다이 부재(620)의 한 쪽 단부면(621) 상에 고정 부착되고, 초지립 휠(600)의 회전축에 대해 외주위측을 향해 45도의 각도만큼 경사진 주위측 단부면을 갖는다. 다이 부재(620)의 중앙부에는 초지립 휠(600)의 회전축을 삽입하기 위한 구멍(622)이 형성되어 있다.
이렇게 얻게 된 다이아몬드 휠을 종축 로터리 테이블식 평면 연삭반에 부착하여, 다이아몬드 로터리 드레서에 의해 트루잉과 드레싱을 실시한 후, 단결정 실리콘의 경면 가공을 행하였다. 경면 가공 조건은 제1 실시예와 마찬가지의 조건으로 하였다.
그 결과, 절삭 능력은 양호하였지만, 연삭 가공시의 다이아몬드 휠에 가해지는 압력에 의해 다이아몬드층의 일부에 결함이 보였다. 공작물의 표면 거칠기 Ra는 0.018 ㎛, PV치는 0.36 ㎛이고, 결핍된 초지립층을 권취한 것에 기인하는 스크래치가 공작물의 표면에 보였다.
이상의 실시예와 비교예의 결과에 의해, 본 발명의 실시예의 경면 가공용 다이아몬드 휠은 종래의 다이아몬드 휠이나 비교예의 다이아몬드 휠에 비해 공작물에 발생하는 스크래치가 적어 고정밀도인 표면 거칠기를 얻을 수 있고, 가공칩이나 절삭칩의 배출성이 우수하다는 것이 확인되었다.
이상에 개시된 실시 형태나 실시예는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니라고 고려되어야 할 것이다. 본 발명의 범위는 이상의 실시 형태나 실시예가 아닌, 특허 청구의 범위에 의해 개시되고, 특허 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 수정이나 변형을 포함하는 것이라 의도된다.
본 발명의 초지립 휠은 실리콘, 유리, 세라믹스, 페라이트, 수정, 초경합금 등의 경질 취성 재료를 경면 가공하기 위해 이용하는 데 적합하다.

Claims (12)

  1. 단부면(121, 221)을 갖는 환형의 다이 부재(120, 220)와,
    상기 환형의 다이 부재(120, 220)의 주위 방향에 따라서 서로 간격을 두고 배치되어 상기 다이 부재(120, 220)의 단부면(121, 221) 상에 고정 부착되고, 또한 각각이 주위측 단부면(111)을 갖는 복수의 초지립층(110, 210)을 구비한 경면 가공용 초지립 휠(100, 200)에 있어서,
    복수의 상기 초지립층(110, 210)의 각각은 평판 형상을 갖고, 또한 주위측 단부면(111)이 상기 초지립 휠(100, 200)의 회전축과 대략 평행해지도록 배치되고,
    복수의 상기 초지립층(110, 210)의 각각의 평판 형상의 두께로 규정되는 면(113)이 상기 다이 부재(120, 220)의 단부면(121, 221) 상에 고정 부착되어 있고,
    상기 초지립층(110, 210)에 있어서는, 초지립은 비트리파이드 본드의 결합재로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 경면 가공용 초지립 휠.
  2. 제1항에 있어서, 상기 초지립층(110, 210)은 상기 초지립 휠(100, 200)의 회전축에 대략 수직인 작용면(112)을 갖고, 복수의 상기 초지립층(110, 210)의 작용 면적은 복수의 초지립층(110, 210)의 각각의 외주위측 단부 모서리를 잇는 선과 복수의 초지립층(110, 210)의 각각의 내주위측 단부 모서리를 잇는 선에 의해 형성되는 링형의 면적에 대해 5 ％ 이상 80 ％ 이하의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는경면 가공용 초지립 휠.
  3. 제1항에 있어서, 상기 초지립층(110, 210)은 평균 입경이 0.1 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하의 초지립을 함유하는 것을 특징으로 하는 경면 가공용 초지립 휠.
  4. 단부면(321, 421)을 갖는 환형의 다이 부재(320, 420)와,
    상기 환형의 다이 부재(320, 420)의 주위 방향에 따라서 서로 간격을 두고 배치되어 상기 다이 부재(320, 420)의 단부면(321, 421) 상에 고정 부착되고, 또한 각각이 주위측 단부면(311)을 갖는 복수의 초지립층(310, 410)을 구비한 경면 가공용 초지립 휠(300, 400)에 있어서,
    복수의 상기 초지립층(310, 410)의 각각은 산형으로 구부려진 판 형상을 갖고, 또한 주위측 단부면(311)이 상기 초지립 휠(300, 400)의 회전축과 대략 평행해지도록 배치되고,
    복수의 상기 초지립층(310, 410)의 각각의 판 형상의 두께로 규정되는 면 (313)이 상기 다이 부재(320, 420)의 단부면(321, 421) 상에 고정 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 경면 가공용 초지립 휠.
  5. 제4항에 있어서, 상기 초지립층(310, 410)에 있어서는, 초지립은 비트리파이드 본드의 결합재로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 경면 가공용 초지립 휠.
  6. 제4항에 있어서, 상기 초지립층(310, 410)에 있어서는, 초지립은 레진 본드의 결합재로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 경면 가공용 초지립 휠.
  7. 제4항에 있어서, 복수의 상기 초지립층(310, 410)의 각각은 산형으로 구부려진 부분(314)이 상기 초지립 휠(300, 400)의 내주측에 위치하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 경면 가공용 초지립 휠.
  8. 제4항에 있어서, 복수의 상기 초지립층(310)의 각각은 V자형으로 구부려진 판 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 경면 가공용 초지립 휠.
  9. 제8항에 있어서, 상기 V자형의 꼭지각은 30도 이상 150도 이하인 것을 특징으로 하는 경면 가공용 초지립 휠.
  10. 제4항에 있어서, 복수의 상기 초지립층(410)의 각각은 곡면을 갖도록 구부려진 판 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 경면 가공용 초지립 휠.
  11. 제4항에 있어서, 상기 초지립층(310, 410)은 상기 초지립 휠(300, 400)의 회전축에 대략 수직인 작용면(312)을 갖고, 복수의 상기 초지립층(310, 410)의 작용 면적은 복수의 초지립층(310, 410) 각각의 외주측 단부 모서리를 잇는 선과 복수의 초지립층(310, 410) 각각의 내주위측 단부 모서리를 잇는 선에 의해 형성되는 링형상의 면적에 대해 5 ％ 이상 80 ％ 이하의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 경면 가공용 초지립 휠.
  12. 제4항에 있어서, 상기 초지립층(310, 410)은 평균 입경이 0.1 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하의 초지립을 함유하는 것을 특징으로 하는 경면 가공용 초지립 휠.
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