KR20040033676A - 세라믹 볼의 제조 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세라믹 볼의 제조 중에 지르코니아 볼의 제조에 관한 것으로, 볼의 형태로 제작이 어려운 가소결체인 지르코늄을 정육면체로 가공하고, 정육면체의 지르코늄(세라믹)을 다이아몬드가 박혀있는 하정반과 캠에 의해 손바닥을 비비듯이 움직이는 상정반 사이에 넣어 하정반과 상정반 사이에서 연마 가공하여 진원(眞圓)형태의 볼을 보다 용이하게 대량으로 제조할 수 있도록 하는 세라믹 볼 제조 장치a 및 방법을 제공하려는 것이다.

Description

세라믹 볼의 제조 방법 및 장치 {Ceramic ball manufacture Method and Apparatus}

본 발명은 세라믹 볼의 제조 중에 지르코니아 볼의 제조에 관한 것이다.

더욱 상세하게는 볼의 형태로 제작이 어려운 가소결체인 지르코늄을 정육면체로 가공하고, 정육면체의 지르코늄(세라믹)을 다이아몬드가 박혀있는 하정반과 캠에 의해 손바닥을 비비듯이 움직이는 상정반 사이에 넣어 하정반과 상정반 사이에서 연마 가공하여 진원(眞圓)형태의 볼을 보다 용이하게 대량으로 제조할 수 있도록 하는 세라믹 볼 제조 장치를 제공하려는 것이다.

근래에 들어 세라믹 볼은 온열치료용 의료기구 등에 사용되고 지속적으로 사용처가 늘어남에 대량의 세라믹 볼을 필요로 하게 되었다.

그러나 종래에는 지르코늄의 경우 수동으로 볼을 소량씩 제조하였는데, 수동으로 가공하는 방법은 수동으로 고정을 하거나, 고정 기구와 연마공구를 이용하여 낱개를 하는데, 이러한 수동적인 가공 방법은 생산성이 매우 떨어지고, 특히 품질이 떨어지며, 작업자의 고도의 숙련을 필요로 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 하는 세라믹 볼 제조 장치를 제공하려는 것이다.

본 발명은 가공이 용이한 직육면체 형상으로 1차가공하고, 직육면체 형상의 세라믹을 상정반과 하정반 사이에 넣되 하정반의 상면에는 다이아몬드를 구비하여 상정반에 수직하중을 가함과 동시에 회전시켜 직육면체형상의 세라믹을 볼 형상으로 연마도록 하여 세라믹 볼을 연속적으로 대량생산이 가능하도록 하고, 아울러 진원성의 품질을 향상시키도록 하여 생산성을 높이는 세라믹 볼 제조 장치를 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 따른 세라믹 볼의 제조과정을 보인 공정도.

도 2는 본 발명에 따른 세라믹 볼의 제조 장치를 보인 정단면도.

도 3은 본 발명에 따른 세라믹 볼의 제조 장치에서 요부를 발췌한 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 가소결체 1c: 세라믹체 2 : 칼날

3 : 고정판 5 : 연삭가공장치 6: 베이스

7: 지주 8: 지지대 9: 구동모터

10: 캠 11: 내접캠통 12: 상정반

13: 마찰부재 14: 하정반 15: 안내판

16: 노즐 20: 구(球)형상의 세라믹

본 발명의 상기목적들과 특징은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명에 의하여 더욱 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

첨부도면 도 1은 본 발명의 따른 세라믹 볼의 제조과정을 보인 공정도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 세라믹 볼의 제조 장치를 보인 정단면도 및 요부 발췌 평면도이다.

본 발명에 따른 첨부도면 도 1에 도시한 바와 같이 세라믹을 소결시키고, 소결된 세라믹 가소결체를 정육면체 형상으로 절단하며, 개별 정육면체를 상정반과 하정반 사이에 넣고 연마 가공하여 진원 형태의 세라믹 볼을 제조하게 되는 것이다.

상기 세라믹 가소결체는 분말 지르코늄을 소결로 내에서 2700℃ 내지 3000℃에서 가소결 처리하여 얻어지는 것이고, 소결로 내에서 얻어진 세라믹 정육면체를 습식으로 수성이나 유성과 함께 혼합된 연마재를 분무하여 가공하여 정육면체를 만드는 것이다.

좀더 상세하게 설명하면, 2700℃ 내지 3000℃의 소결로에서 형성된 가소결체(1)를 고정판(3)에 접착제로 고정을 시키고, HSS 금속체로 된 자르는 칼날(2)로 연속적으로 전후 운동을 하며 연마재를 섞은 물을 분무하면서 평판형태의 세라믹판(1a)으로 가공하는 평판절단 가공단계를 거친다.

다음으로 상기 평판 형태로 가공된 소결체를 고정판(3)에 차례로 쌓아 층층이 접착제(4)로 고정을 하고, 재차 절단하여 막대형상의 세라믹바(1b)로 가공하는 적층세라믹바 가공단계를 거친다.

상기 막대형상으로 가공한 소결체를 차례로 쌓아 층층이 접착제(4)로 고정을 하고 재차 절단하여 직육면체형상의 세라믹체(1c)로 가공하는 정육면 세라믹체 가공단계를 거친다.

상기와 같이 가공단계를 걸쳐 대략 1.5mm의 정육면체형상의 세라믹체(1c)로 가공한 후 개별적으로 접착제(4)에 의하여 붙어있는 세라믹체(1c)는 가성소다가 섞인 물에 넣고 가온시켜 서로 분리시키면 개별 정육면체 형상으로 세라믹체(1c)가 가공되는 것이다.

상기와 같이 정육면체 형상의 세라믹체(1c)는 연삭가공장치(5)에 넣고 구(球)형상으로 롤링 연삭 가공하게 된다.

상기 연삭가공장치(5)는 첨부도면 도 2 및 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.

상기 연삭가공장치(5)는 베이스(6)의 가장자리에 다수개의 지주(7)를 세워 장착하고, 상기 지주(7)에는 가로지르는 방향으로 지지대(8)를 장착하며, 상기 베이스(6)의 상면에는 다이아몬드를 도포한 하정반(14)을 얹혀서 고정시키고, 하정반(14)의 테두리에는 상기 정육면체 형상의 세라믹체(1c)의 두께보다 얇은 안내판(15)을 고정하며, 상기 지지대(8)의 중앙에는 구동모터(9)를 도립장착하고, 구동모터(9)의 구동축(9a)에는 캠(10)을 장착하며, 상기 하정반(14)의 일측 상면에는 냉각을 위한 물을 뿜어주는 노즐(16)을 구비하였다.

상기 캠(10)은 편심 캠으로서 구동축(9a)의 회전에 따라 상사점의 위치가 변하도록 한 것이다.

상기 캠(10)에는 원통형상의 내접캠통(11)의 내면을 접하도록 하고, 내접캠통(11)의 하측에는 마찰부재(13)를 일체로 구비한 상정반(12)을 장착하여 상정반(12)의 자중에 의해 항상 아랫방향으로 눌려지도록 하였다.

구체적으로 도시하지 않았으나 상정반(12)의 눌러 내리는 압력을 높이기 위해서 상면에 무게 추를 얹혀 주어도 무방하고, 무게 추를 얹히지 않은 상태에서는 0.048 내지 0.48 ㎏/㎠ 압력으로 내려누르게 된다.

상기 상정반(12)의 직경은 하정반(14)의 직경보다 크게 형성한 것으로 상정반(12)이 캠(10)에 의해 특정방향으로 회전하여 밀려나더라도 항상 하정반(14)의 상면에 상정반(12)이 대향하도록 한 것이고, 하정반(14)의 직경보다 상정반(12)의 직경은 대략 1.5배 이상의 크기로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 마찰부재(13)는 실리콘 재질 또는 우레탄 재질로 구성하여 연삭가공 중인 세라믹체(1c)를 미끄러짐 없이 자전(회전)시킬 수 있도록 한 것이다.

이하 연삭가공장치(5)의 작용상태를 설명한다.

가소결체(1)를 정육면체형상의 세라믹체(1c)로 절단 가공한 상태에서 하정반(14)위에 투입시키고, 상정반(12)을 세라믹체(1c)의 상측에 얹힌 다음 상정반(12)의 상측에 일체로 구성한 내접캠통(11)내에 캠(10)이 위치하도록 지지대(8)를 지주(7)에 고정 장착한다.

이때 상기 캠(10)의 저면과 내접캠통(11)의 저면사이의 간격을 확보한 상태로 지지대(8)를 고정하는 것으로 그 간격은 세라믹체(1c)의 대각선 방향으로 세워졌을 때의 높이를 수용하도록 한 것이다.

상기 직육면체형상의 세라믹체(1c)를 최초 가공할 때에는 마찰력이 다소 큰 실리콘재질의 마찰부재(13)를 구비한 상정반(12)을 장착한 상태에서 연삭가공을 실시하게 된다.

구동모터(9)의 구동에 의해 구동축(9a)은 회전하게 되고, 구동축(9a)과 일체로 장착된 캠(10)은 자전하게 되며, 캠(10)과 내접하는 내접캠통(11)은 캠(10)의 위상에 따라 특정방향으로 밀리게 된다.

내접캠통(11)이 특정방향으로 밀리면서 유동하게 되면 상정반(12)은 동시에 유동하게 되고, 상정반(12)과 하정반(14) 사이에 넣어진 세라믹체(1c)는 마찰력에 의해 자전(회전)하면서 유동하게 되며, 유동하면서 하정반(14)에 구비된 다이아몬드에 의해 모서리부분은 두루뭉술한 형태로 연삭되는 것이다.

상기 상정반(12)의 회전속도가 너무 빠르면 세라믹체(1c)가 파손되고, 회전속도가 너무 느리면 연삭가공이 되지 않기 때문에 적정한 회전속도를 유지시켜주어야 하는 데 가장 바람직한 속도로는 80~150RPM이 적정하다.

이때 상정반(12)의 유동과 동시에 노즐(16)에서는 물을 뿜어 주어 열에 취약한 다이아몬드를 보호하고 세라믹 연삭가공에 따라 생성되는 부스러기는 씻기어 내보내도록 한다.

특히 세라믹체(1c)의 자전(회전)은 상정반(12)자중에 의해 눌려 강제적으로 자전하므로 더더욱 구(球)형상으로 가공되는 것이다.

상기와 같이 정육면체 형상의 세라믹체(1c)를 가공하여 모서리부분이 연삭되면 마찰부재(13)가 우레탄인 상정반(12)으로 교체하여 계속적으로 연삭가공을 실시하게 되는데, 이는 두루뭉술한 육면체의 경우 마찰력이 약하여 자전(회전)력이 떨어지고 결국 연삭가공이 제대로 이루어지지 않으므로 교체하여 구(球)형태로 연삭가공 하는 것이다.

상기 하정반(14)과 상정반(12)사이에 투입되는 세라믹체(1c)의 개수는 2개 이 상을 투입이 가능하며, 최대 투입 개수는 하정반(14)의 면적의 70% 이내로 제한하는 것이 바람직하고 그 이유로는 연삭가공 할 때에 세라믹체(1c)가 보다 용이하게 굴려지도록 하기 위해서이다.

또한 구체적으로 도시하지 않았지만 연삭가공장치(5)에 복수개의 캠(10)과 내접캠통(11)을 장착하여 상정반(12)의 움직임을 보다 확실하게 제어할 수 있는 것으로 예컨대 양 손바닥을 서로 비비듯이 상정반(12)을 움직이게 하는 것이다.

본 발명에서는 구체적인 실시예에 대하여 설명했지만 본 발명의 기술사상범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함을 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

본 발명에 따른 세라믹 볼 제조장치는 실리카계, 지르코니아계와 알루미나계 또는 금속체의 제조 시 초기에 볼의 형성이 어려운 고체 등의 볼을 제조하는데 유용한 방법으로, 고도의 가공 기술의 숙련을 요구하지 않으면서 가공성과 생산성이 뛰어나고, 소량뿐 만 아니라 대량의 세라믹 볼을 깨어지지 않게 가공이 가능하며, 가공시간을 단축시키고 , 완전한 구(球)에 가까운 세라믹 볼(20)을 생산할 수 있는것이다.

Claims (4)

1. 세라믹을 소결시키고, 소결된 세라믹 가소결체를 연삭 가공하여 세라믹 볼을 형성하는 것에 있어서,

   가소결체(1)를 고정판(3)에 고정시켜 절단 칼날(2)로 균등간격으로 절단하여 평판형상의 세라믹판(1a)으로 가공하는 평판절단 가공단계,

   상기 평판형상의 세라믹판(1a)을 접착제(4)로 서로 접착시켜 적층하고 균등한 간격으로 1차 절단하여 막대형상의 적층 세라믹바(1b)로 가공하는 적층세라믹바 가공 단계,

   상기 각 막대형상의 적층 세라믹바(1b)의 절단부를 접착제(4)에 의해 재차 접착시켜서 적층하고 적층 세라믹바(1b)의 길이를 균등한 간격으로 절단하여 정육면 세라믹체(1c)로 가공하는 정육면 세라믹체 가공단계,

   상기 서로 부착되어 있는 정육면 세라믹체(1c)를 가성소다가 희석되어 있는 물에 넣고 가온시켜 정육면 세라믹체(1c)를 각각 분리시키는 정육면 세라믹체 분리단계,

   상기 정육면 세라믹체(1c)를 다이아몬드가 도포된 하정반(14)과 자중에 의해 내리 눌려지는 상정반(12)으로 구성된 연삭가공장치(5)에 투입하고, 상기 상정반(12)을 80 내지 150RPM으로 회전시켜 정육면 세라믹체(1c)를 상정반(12)과 하정반(14)과의 사이에서 롤링 시키면서 구(球)형상으로 연마시키는 롤링 연마단계을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 볼 제조 방법.
2. 세라믹을 소결시키고, 소결된 세라믹 가소결체를 연삭 가공하여 세라믹 볼을 형성하는 것에 있어서,

   베이스(6)의 가장자리에 다수개의 지주(7)를 세워 장착하고, 상기 지주(7)에는 가로지르는 방향으로 지지대(8)를 장착한 것과,

   상기 베이스(6)의 상면에는 다이아몬드를 도포한 하정반(14)을 얹혀 고정시키고, 하정반(14)의 테두리에는 상기 정육면체 형상의 세라믹체(1c)의 두께보다 얇은 안내판(15)을 고정하며, 하정반(14)의 일측 상면에는 냉각을 위한 물을 뿜는 노즐(16)을 구비한 것과,

   상기 지지대(8)의 중앙에는 구동모터(9)를 도립장착하고, 구동모터(9)의 구동축(9a)에는 캠(10)을 편심되게 장착하며, 상기 캠(10)은 원통형상의 내접캠통(11)의 내면에 접하도록 하고, 내접캠통(11)의 하측에는 마찰부재(13)를 일체로 구비한 상정반(12)을 장착하여 상정반(12)의 자중에 의해 항상 아랫방향으로 눌려지도록 구성하는 것을 특징으로 하는 세라믹 볼 제조장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상정반(12)의 마찰부재(13)는 실리콘, 우레탄인 것을 특징으로 하는 세라믹 볼 제조장치.
4. 청구항 2에 있어서, 상정반(12)의 직경은 하정반(14)의 직경보다 1.5배 이상 큰 것을 특징으로 하는 세라믹 볼 제조장치.