KR20050069704A - Apparatus and method for polishing three dimensional structures using ultrasonic cavitation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초음파의 캐비테이션 현상을 이용하여 구조물의 표면을 연마하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 연마장치(100)는 저장조(110)와, 저장조 내에 채워지는 액체(120)와, 액체에 혼합되어 피연마재(150 ; 구조물)를 연마하는 연마재(130), 및 저장조에 초음파를 인가하여 액체 내에 기포를 생성시키는 초음파 발생장치(140)를 포함하여, 기포가 폭발할 때 그 폭발력을 기포에 인접한 연마재의 입자에 전달하여 피연마재의 표면을 연마하며, 본 발명의 연마방법은 저장조 내에 액체와 연마재를 투입하여 혼합하는 혼합단계(S310)와, 피연마재를 저장조 내에 투입하여 고정하는 고정단계(S320)와, 초음파 발생장치를 통해 저장조에 초음파를 인가하는 초음파 인가단계(S330), 및 인가된 초음파로 인한 캐비테이션 현상에 의해 액체 내에 생성되는 기포의 폭발력을 연마재에 전달하여 피연마재의 표면을 연마하는 연마단계(S340)로 구성된다. 따라서, 본 발명은 초음파에 의한 캐비테이션 현상을 응용하여 미세하고 복잡한 구조를 갖는 미세구조물의 형상을 유지한 상태로 연마하여 그 표면 및 형상의 품위를 향상시키는 효과가 있다. The present invention relates to an apparatus and method for polishing a surface of a structure using ultrasonic cavitation, the polishing apparatus 100 of the present invention comprises a reservoir 110, a liquid 120 to be filled in the reservoir, and a liquid And an abrasive 130 for mixing and polishing the abrasive material 150 (structure), and an ultrasonic generator 140 for generating bubbles in the liquid by applying ultrasonic waves to the storage tank, so that the explosive force is applied to the bubbles when the bubbles explode. It transfers to the particles of the adjacent abrasive to polish the surface of the abrasive, the polishing method of the present invention is a mixing step of mixing the liquid and the abrasive into the mixing tank (S310), and a fixed step of inserting and fixing the abrasive in the storage tank ( S320, an ultrasonic wave applying step of applying ultrasonic waves to the reservoir through the ultrasonic wave generator (S330), and the bubbles generated in the liquid by cavitation due to the applied ultrasonic waves It is composed of a polishing step (S340) for transmitting the explosive force to the abrasive to polish the surface of the abrasive. Therefore, the present invention has the effect of applying the cavitation phenomenon by the ultrasonic wave to maintain the shape of the microstructure having a fine and complex structure to improve the surface and the quality of the shape.
Description
본 발명은 피연마재의 형상을 유지하면서 연마하는 연마장치에 관한 것이며, 특히, 초음파의 캐비테이션 현상을 이용하여 미세하고 복잡한 구조물의 표면 연마시에 그 형상을 유지하면서 연마하는 초음파의 캐비테이션 현상을 이용한 구조물의 연마장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 초음파의 캐비테이션 현상을 이용하여 미세하고 복잡한 구조물의 표면 연마 시에 그 형상을 유지하면서 연마하는 초음파의 캐비테이션 현상을 이용한 구조물의 연마방법에 관한 것이기도 하다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polishing apparatus for polishing while maintaining the shape of a polished material, and more particularly, to a structure using ultrasonic cavitation, which maintains its shape when polishing a surface of a fine and complex structure using ultrasonic cavitation. It relates to a polishing apparatus of. The present invention also relates to a method for polishing a structure using ultrasonic cavitation, which maintains its shape during surface polishing of a fine and complex structure using ultrasonic cavitation.
최근, 광통신 기술 분야, 디스플레이 기술 분야, 마이크로 가공기술 분야를 비롯하여, 전자가전의 산업분야, 의학 분야에 이르기 까지 고기능 초미세 마이크로 부품의 생산이 매우 활발하다. 그로 인해, 부품 제조 공정에서 제품 형상의 정밀도에 대한 요구가 점점 높아지고 있다. 그러나, 현재의 미세부품 제조기술은 시장 전반의 이러한 요구에 미치지 못하고 있는 실정이다. In recent years, the production of high-performance ultra-fine micro components from the optical communication technology, display technology, micro-processing technology, electronics industry, medical field is very active. Therefore, the demand for the accuracy of the product shape in the component manufacturing process is increasing. However, the current micro component manufacturing technology is not meeting the needs of the entire market.
미세부품의 제조방법으로는 건/습식 식각, 도금/증착 등이 주로 이용되고 있는데, 이러한 방법들은 매우 작은 미세구조물을 효율적으로 대량생산할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 크기가 작은 미세 부품은 기존의 기계가공법에 의해 제작하는 일정 크기를 갖는 부품들에 비해 표면 및 형상의 품위를 높이기 어려운 단점이 있다. 이러한 단점은 미세구조물의 성능에 큰 영향을 미치므로 반드시 해결해야 할 과제이다. Dry / wet etching, plating / deposition, etc. are mainly used as a method of manufacturing a micro component, and these methods have an advantage of efficiently mass production of very small microstructures. However, the small size of the small component has a disadvantage that it is difficult to improve the quality of the surface and shape compared to the components having a certain size manufactured by the conventional machining method. This disadvantage is a problem that must be solved because it greatly affects the performance of the microstructure.
종래에 고품위의 형상 및 표면을 얻기 위한 방법으로 행해지는 연마공정으로는 폴리싱 가공, 래핑 가공 등이 이용되고 있다. 화학 기계적 연마법(Chemical Mechanical Polishing)은 반도체의 평탄화를 위한 폴리싱 기술로서, 웨이퍼에 초미립 연마재를 공급하고 패드의 가압력을 이용하여 표면을 연마하는 기술이다. 그러나, 화학 기계적 연마법은 패드에 의한 고압의 가공압력으로 인해 미세구조물을 붕괴시킬 우려가 있다. 이와 같은 대부분의 접촉식 연마방법은 상기와 동일한 문제점을 가지고 있다. Background Art Conventionally, polishing processing, lapping processing, and the like have been used as polishing processes performed by a method for obtaining a high quality shape and surface. Chemical Mechanical Polishing is a polishing technique for planarizing semiconductors, and is a technique of supplying ultrafine abrasives to a wafer and polishing a surface by using a pressing force of a pad. However, the chemical mechanical polishing method may collapse the microstructure due to the high pressure processing pressure by the pad. Most of such contact polishing methods have the same problem as above.
비접촉식 연마방법으로는 세라믹 볼 및 롤러나 파이프의 내외면 연마 등에 적용되는 자기연마 등이 있다. 이러한 방법은 가공방향성이 한정되어 있으므로 가공시 3차원 구조물의 표면을 균등하게 연마할 수 없는 단점이 있다. 그 외에도 비접촉식 연마방법으로는 화학적 연마방법, 연마슬러리의 고압유동을 이용한 연마방법 등 다양한 종래의 방법들이 있으나 수 미크론에서 수백 미크론에 이르는 크기의 미세 입체 구조물의 표면 연마에는 적합하지 않은 단점이 있다. Non-contact polishing methods include ceramic balls and rollers, and self-polishing applied to polishing the inner and outer surfaces of a pipe. This method has a disadvantage in that it is not possible to polish the surface of the three-dimensional structure evenly because of the limited processing direction. In addition, there are various conventional methods such as a non-contact polishing method, such as a chemical polishing method, a polishing method using a high pressure flow of the polishing slurry, but there is a disadvantage that is not suitable for the surface polishing of the micro three-dimensional structure of several microns to several hundred microns.
그리고, 초음파 가공은 종래부터 비전도성 소재의 구멍가공에 응용되어 왔으나, 공구가 공작물을 직접적으로 가압하기 때문에 연마법으로는 적합하지 않은 기술이다. 한편, 초음파 세척장치는 캐비테이션 현상에 의해 입체의 표면에 부착된 이물질을 제거하는데 사용하고 있다. 이러한 초음파에 의한 캐비테이션 현상은 높은 에너지를 입체구조물의 표면에 균등하게 분산 전달이 가능하다. 본 발명자는 초음파에 의한 캐비테이션 현상을 표면 연마에 응용함으로써 본 발명을 완성하게 되었다. In addition, ultrasonic processing has conventionally been applied to the hole processing of non-conductive materials, but the technique is not suitable as a polishing method because the tool presses the workpiece directly. On the other hand, the ultrasonic cleaning device is used to remove the foreign matter adhered to the three-dimensional surface by the cavitation phenomenon. The cavitation phenomenon by the ultrasonic wave is capable of distributing high energy evenly to the surface of the three-dimensional structure. The present inventors have completed the present invention by applying the cavitation phenomenon by the ultrasonic wave to the surface polishing.
따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 초음파에 의한 캐비테이션 현상을 응용하여 미세하고 복잡한 구조를 갖는 미세구조물의 형상을 유지한 상태로 연마하여 그 표면 및 형상의 품위를 향상시키는 초음파의 캐비테이션 현상을 이용한 구조물의 연마장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, by applying the cavitation phenomenon by the ultrasonic polishing to maintain the shape of the microstructure having a fine and complex structure and its surface and shape It is an object of the present invention to provide a polishing apparatus for a structure and a method using a cavitation phenomenon of ultrasonic waves to improve the quality of.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연마장치는, 일정 내부 용적을 갖는 저장조와, 상기 저장조 내에 일정량 채워지는 액체와, 상기 액체에 혼합되어 피연마재(구조물)를 연마하는 연마재, 및 상기 저장조에 초음파를 인가하여 상기 액체 내에 기포를 생성시키는 초음파 발생장치를 포함하며, 상기 기포가 폭발할 때 그 폭발력을 기포에 인접한 연마재의 입자에 전달하여 피연마재의 표면을 연마하는 것을 특징으로 한다. The polishing apparatus of the present invention for achieving the above object is a storage tank having a predetermined internal volume, a liquid filled in a predetermined amount in the storage tank, an abrasive mixed with the liquid to polish the abrasive (structure), and the ultrasonic storage in the storage tank. Ultrasonic generator for generating bubbles in the liquid by applying a, characterized in that when the bubble is exploded to transmit the explosive force to the particles of the abrasive adjacent to the bubble to polish the surface of the abrasive.
또한, 본 발명의 연마방법은, 일정 내부 용적을 갖는 저장조 내에 액체와 연마재를 투입하여 혼합하는 혼합단계와, 피연마재(구조물)를 상기 저장조 내에 투입하여 고정하는 고정단계와, 초음파 발생장치를 통해 상기 저장조에 초음파를 인가하는 초음파 인가단계, 및 인가된 초음파로 인한 캐비테이션 현상에 의해 상기 액체 내에 생성되는 기포의 폭발력을 상기 연마재에 전달하여 상기 피연마재의 표면을 연마하는 연마단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the polishing method of the present invention, through the mixing step of mixing the liquid and the abrasive in a reservoir having a predetermined internal volume, the fixing step of inserting and fixing the abrasive (structure) into the reservoir, and through the ultrasonic generator An ultrasonic wave applying step of applying ultrasonic waves to the reservoir, and a polishing step of transferring the explosive force of bubbles generated in the liquid by the cavitation phenomenon due to the applied ultrasonic wave to the abrasive to polish the surface of the abrasive material. It is done.
아래에서, 본 발명에 따른 초음파의 캐비테이션 현상을 이용한 구조물의 연마장치 및 그 방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다. In the following, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of the polishing apparatus of the structure and the method using the cavitation phenomenon of the ultrasonic wave according to the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 초음파의 캐비테이션 현상을 이용한 구조물의 연마장치의 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 연마장치를 통해 구조물을 연마하는 연마원리를 개념적으로 도시한 개념도이다. 1 is a schematic diagram of a polishing apparatus for a structure using ultrasonic cavitation phenomena according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a conceptual diagram conceptually showing a polishing principle for polishing the structure by the polishing apparatus shown in FIG. .
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 초음파의 캐비테이션 현상을 이용한 구조물의 연마장치(100)는 일정 내부 용적을 갖는 저장조(110)와, 상기 저장조(110) 내에 일정량 채워지는 액체(120)와, 상기 액체(120)에 혼합되어 피연마재(150 ; 구조물)를 연마하는 연마재(130) 및, 상기 저장조(110)에 초음파를 인가함에 따라 생성되는 캐비테이션 현상으로 인해 액체(120) 내에 생성되는 기포(121)의 폭발력을 연마재(130)에 전달하여 피연마재(150)의 표면을 연마하도록 하는 초음파 발생장치(140)로 구성된다.As shown in Figure 1 and 2, the polishing apparatus 100 of the structure using the ultrasonic cavitation phenomenon of the present invention is a storage tank 110 having a predetermined internal volume, and a certain amount of liquid filled in the storage tank ( 120 and the abrasive 120 mixed with the liquid 120 to polish the abrasive material 150 (structure) and the cavitation phenomenon generated by applying ultrasonic waves to the reservoir 110 within the liquid 120. It is composed of an ultrasonic generator 140 for transmitting the explosive force of the generated bubbles 121 to the abrasive 130 to polish the surface of the abrasive 150.
상기 저장조(110)는 초음파 발생장치(140)를 통해 전달되는 초음파를 액체(120)에 원활하게 전달하여 그 내부에 혼합된 연마재(130)가 피연마재(150)를 원활하게 연마할 수 있도록 하는 재질로 구성된다. 즉, 이러한 저장조(110)는 일반적으로 액체에 의한 내부식성이 우수하고 충분한 강성을 갖는 스테인레스 스틸 계열의 재질을 사용하는 것이 바람직하다.The reservoir 110 smoothly transmits the ultrasonic waves transmitted through the ultrasonic generator 140 to the liquid 120 so that the abrasive 130 mixed therein can smoothly polish the abrasive 150. It is made of material. That is, it is preferable that such a reservoir 110 is made of a stainless steel-based material which is generally excellent in corrosion resistance by liquid and has sufficient rigidity.
그리고, 액체(120)는 물이나 세척액 등 캐비테이션 현상이 잘 발생하는 것을 사용하는 것이 바람직한데, 피연마재(150)와 연마재(130)의 재질을 고려하여 선택하여야 한다. 연마재(130) 또한 여러 종류의 연마입자 중에서 피연마재(150)의 재질을 고려하여 선택하여야 한다. 예를 들어, 피연마재(150)의 재질이 유리나 실리콘과 같은 재질인 경우에는 일반적으로 세리아(CeO2), 콜로이달 실리카(SiO2), 탄산바륨(BaCO3) 등의 연마재(130)를 사용한다. 이런 종류의 연마재(130)를 사용하는 것은 피연마재(150)의 재질과 연마재(130)의 재질간의 상호 화학적인 작용에 의해 원활한 연마가 가능하기 때문이다. 또한, 피연마재(150)의 재질이 금속이나 세라믹 재질인 경우에는 일반적으로 피연마재(150) 보다 경도가 큰 알루미나(Al2O3), 실리콘 카바이드(SiC), 다이아몬드 파우더, 입방정계 질화붕소(CBN : Cubic Boron Nitride) 등의 연마재(130)를 사용한다.In addition, it is preferable to use the liquid 120 having a cavitation phenomenon such as water or a washing solution well, and should be selected in consideration of the materials of the abrasive 150 and the abrasive 130. The abrasive 130 is also to be selected in consideration of the material of the abrasive 150 from the various types of abrasive particles. For example, when the material of the abrasive material 150 is a material such as glass or silicon, an abrasive 130 such as ceria (CeO 2 ), colloidal silica (SiO 2 ), and barium carbonate (BaCO 3 ) is generally used. do. The use of this kind of abrasive 130 is because smooth polishing is possible by the mutual chemical action between the material of the abrasive 150 and the material of the abrasive 130. In addition, when the material of the abrasive material 150 is a metal or ceramic material, alumina (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), diamond powder, and cubic boron nitride (harder) that are generally harder than the abrasive material 150 An abrasive 130 such as CBN: Cubic Boron Nitride) is used.
그리고, 본 발명의 액체(120)에는 피연마재(150)의 재료와 물리화학적 반응을 고려하여 용액을 더 첨가할 수도 있다. 이 때, 액체(120)로는 주로 탈기 이온수를 사용하며, 세척액을 소량 첨가할 수 있다. In addition, a solution may be further added to the liquid 120 of the present invention in consideration of the physical and chemical reactions of the material to be polished 150. At this time, the liquid 120 mainly uses deionized ionized water, and a small amount of the washing liquid may be added.
또한, 본 발명의 연마장치(100)는 액체(120)를 대신하여 피연마재(150)의 재료와 물리화학적 반응을 고려한 용액을 이용할 수도 있는데, 이 때에도 용액 내에 연마재(130)를 혼합하여 사용하면 된다. In addition, the polishing apparatus 100 of the present invention may use a solution in consideration of the physical and chemical reactions of the material to be polished 150 in place of the liquid 120, even when mixed with the abrasive 130 in the solution do.
그리고, 본 발명의 초음파 발생장치(140)는 초음파를 발생시키는 통상적인 장치로서, 초음파 대역, 진동변위 및 동력을 고려하여 설계된 혼(Horn ; 도시안됨)과, 초음파를 발생시키는 진동자(141) 및, 이들을 구동시키기 위한 전원을 공급하는 전기공급장치(142)로 구성된다. 이 때, 진동자(141)는 저장조(110)의 외측 소정 위치에 여러 대 설치 고정되어 초음파를 발생시킨다. 또한, 본 발명은 진동자(141)를 저장조(110)의 내측 소정 위치에 여러 대 설치 고정되어 초음파를 발생시킬 수도 있다. 이러한 진동자(141)는 저장조(110) 내에서 초음파로 인한 캐비테이션이 원활하게 발생할 수 있도록, 또는 피연마재(150)의 설치위치에 따라 초음파 인가위치를 변경할 수 있도록, 피연마재(150)의 설치위치에 대응하여 그 설치위치를 자유롭게 변경가능하게 구성하는 것이 바람직하다. In addition, the ultrasonic generator 140 of the present invention is a conventional apparatus for generating ultrasonic waves, a horn (not shown) designed in consideration of ultrasonic band, vibration displacement and power, a vibrator 141 for generating ultrasonic waves, and It is composed of an electrical supply device 142 for supplying power for driving them. At this time, the vibrator 141 is installed in a plurality of fixed outside the reservoir 110 to generate ultrasonic waves. In addition, in the present invention, the vibrator 141 may be installed and fixed in a plurality of predetermined positions inside the storage tank 110 to generate ultrasonic waves. The vibrator 141 may be installed so that the cavitation due to the ultrasonic wave in the reservoir 110 can be smoothly generated, or change the ultrasonic application position according to the installation position of the abrasive 150, the installation position of the abrasive 150 Correspondingly, it is desirable to configure the installation position freely.
아래에서는 상기와 같이 구성되는 본 발명의 연마장치를 이용하여 피연마재(구조물)를 연마하는 원리에 대해 설명하겠다. Hereinafter, the principle of polishing the abrasive (structure) using the polishing apparatus of the present invention configured as described above will be described.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 연마재(130)가 혼합된 액체(120)가 저장된 저장조(110) 내에 피연마재(150)를 배치한다. 그런 다음, 전기공급장치(142)에서 전기신호를 진동자(141)에 공급한다. 그러면, 진동자(141)는 전기신호를 초음파로 전환하여 저장조(110)에 전달한다. 그로 인해, 저장조(110) 내의 연마재(130)가 혼합된 액체(120)에 캐비테이션 현상, 즉 저장조(110) 내에서 미세한 기포(121)가 발생하게 된다. 이렇게 생성되는 기포(121)의 폭발력이 인접한 연마재(130)의 입자에 전달되어 피연마재(150)의 표면을 연마하게 된다. 이 때, 연마재(130)는 액체(120) 내에서 자유롭게 유동하면서 피연마재(150)의 형상에 구애 받지 않고 구석구석을 정밀 연마하게 된다. As shown in FIGS. 1 and 2, the abrasive 150 is disposed in the reservoir 110 in which the liquid 120 mixed with the abrasive 130 is mixed. Then, the electrical supply device 142 supplies an electrical signal to the vibrator 141. Then, the vibrator 141 converts the electric signal into an ultrasonic wave and transmits the ultrasonic signal to the reservoir 110. Therefore, a cavitation phenomenon, that is, a fine bubble 121 is generated in the reservoir 110 in the liquid 120 in which the abrasive 130 in the reservoir 110 is mixed. The explosive force of the bubbles 121 generated as described above is transmitted to the particles of the adjacent abrasive 130 to polish the surface of the abrasive 150. At this time, the abrasive 130 flows freely in the liquid 120, thereby precisely polishing every corner of the abrasive regardless of the shape of the abrasive 150.
아래에서는 본 발명의 한 실시예에 따른 초음파의 캐비테이션 현상을 이용한 구조물의 연마방법에 대해 상세히 설명하겠다. Hereinafter, a method of polishing a structure using cavitation phenomena of ultrasonic waves according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 3은 본 발명에 따른 초음파의 캐비테이션 현상을 이용한 구조물의 연마방법을 나타낸 블록도이다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 초음파의 캐비테이션 현상을 이용한 구조물의 연마방법은 저장조(110) 내에 액체(120)와 연마재(130)를 투입하여 혼합하는 혼합단계(S310)와, 피연마재(150)를 저장조(110) 내에 투입하고 캐비테이션 발생 영향을 고려한 소정 위치에 고정하는 고정단계(S320)와, 초음파 발생장치(140)를 통해 저장조(110)에 초음파를 인가하는 초음파 인가단계(S330) 및, 인가된 초음파로 인한 캐비테이션 현상에 의해 액체(120) 내에 생성되는 기포(121)의 폭발력을 연마재(130)에 전달하여 피연마재(150)의 표면을 연마하는 연마단계(S340)로 구성된다. Figure 3 is a block diagram showing a method of polishing a structure using the cavitation phenomenon of the ultrasonic wave according to the present invention. As shown in Figures 1 to 3, the polishing method of the structure using the cavitation phenomenon of the ultrasonic wave of the present invention is a mixing step (S310) of mixing the liquid 120 and the abrasive 130 into the reservoir 110 and Injecting the abrasive 150 into the storage tank 110 and the fixing step (S320) for fixing to a predetermined position in consideration of the cavitation generation effect, and applying the ultrasonic wave to the storage tank 110 through the ultrasonic generator 140 Step (S330) and the polishing step (S340) to transfer the explosive force of the bubbles 121 generated in the liquid 120 to the abrasive 130 by the cavitation phenomenon due to the applied ultrasonic wave to polish the surface of the abrasive 150 (S340) It is composed of
상기 혼합단계(S310)는 저장조(110) 내에 액체(120)와 연마재(130)를 투입하여 혼합하는 단계로서, 초음파 인가시에 캐비테이션 현상이 발생하여 원활한 연마가 이루어질 수 있도록 액체(120)와 연마재(130)를 잘 혼합한다. 이 때, 액체(120)는 캐비테이션이 잘 생성될 수 있도록 물이나 세척액을 사용하는 것이 바람직한데, 액체의 점성, 표면장력과 피연마재(150)의 재질 등을 고려하여 그 종류를 선택함과 더불어 물리화학적 반응성도 고려하여 용액을 더 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 연마재(130)는 피연마재(150)의 소재와 크기 등을 고려하여 그 크기나 종류를 선택하는 것이 바람직하다. The mixing step (S310) is a step of mixing the liquid 120 and the abrasive 130 in the reservoir 110, mixing, the liquid 120 and the abrasive so that the smooth cavitation can occur by the cavitation phenomenon occurs when applying the ultrasonic wave Mix 130 well. At this time, the liquid 120 is preferably to use water or a washing solution so that the cavitation can be generated well, in addition to selecting the type in consideration of the viscosity of the liquid, the surface tension and the material of the abrasive 150, etc. In consideration of physicochemical reactivity, it is preferable to further add the solution. In addition, the abrasive 130 is preferably selected in size or type in consideration of the material and size of the abrasive 150.
상기 고정단계(S320)는 피연마재(150)를 저장조(110) 내에 고정하는 단계로서, 초음파의 진동과, 저장조(110) 내에 저장된 액체(120)의 양과 그 높이 및 액체(120)의 성질 등을 고려하여 연마가 잘 이루어질 수 있는 위치를 선정하여 고정하면 된다. 이 때, 저장조(110) 내에서 피연마재(150)를 상하로 이동시키면서 연마하거나, 초음파 발생장치를 개선하여 정재파를 보완함으로써 어느 위치에서라도 효율적인 연마를 할 수 있도록 할 수도 있다. The fixing step (S320) is a step of fixing the polishing material 150 in the storage tank 110, the vibration of the ultrasonic wave, the amount and height of the liquid 120 stored in the storage tank 110 and the properties of the liquid 120, etc. In consideration of this, it is necessary to select and fix a position that can be polished well. In this case, the polishing material 150 may be polished while being moved up and down in the storage tank 110, or the ultrasonic wave generator may be improved to compensate for standing waves so that efficient polishing may be performed at any position.
상기 초음파 인가단계(S330)는 초음파 발생장치(140)를 통해 저장조(110)에 초음파를 인가하는 단계로서, 피연마재(150)의 재질이나 크기 및 형상 등을 고려하여 주파수를 설정한 후 저장조(110)에 초음파를 인가하는 것이다. 이 때, 초음파는 저장조(110)의 외측 또는 내측에 각각 설치 고정되는 초음파 발생장치(140)의 다수개의 진동자(141)를 통해 인가된다. The ultrasonic application step (S330) is a step of applying ultrasonic waves to the storage tank 110 through the ultrasonic generator 140, after setting the frequency in consideration of the material, size and shape of the abrasive 150, the storage tank ( 110 is applied to the ultrasonic wave. In this case, the ultrasonic waves are applied through the plurality of vibrators 141 of the ultrasonic generator 140 installed and fixed to the outside or the inside of the storage tank 110, respectively.
상기 연마단계(S340)는 인가되는 초음파로 인해 생성되는 캐비테이션 현상을 이용하여 피연마재(150)를 연마하는 단계로서, 액체(120) 내에서 발생하는 캐비테이션 현상에 의해 강한 압력을 가진 매우 많은 양의 미세한 기포(121)들이 불규칙적으로 발생하고, 이러한 기포(121)들의 힘이 연마재(130)에 전달되어 연마재(130)의 입자가 피연마재(150)의 표면을 연마한다. 이 때, 기포(121)는 액체(120) 내에 초음파가 미세하게 작용하는 부분이나 저장조(110)의 구석진 부분에서도 발생하기 때문에, 피연마재(150)의 모든 표면을 그 형상에 따라 구석구석 연마한다. 따라서, 본 발명의 연마장치(100)는 연마를 위하여 자유도를 부가하는 별도의 시스템을 필요로 하지 않은 상태로, 피연마재의 형상을 유지하면서 표면을 연마할 수 있다. The polishing step (S340) is a step of polishing the polishing material 150 using the cavitation phenomenon generated by the applied ultrasonic wave, and a very large amount having a strong pressure by the cavitation phenomenon generated in the liquid 120. Fine bubbles 121 are irregularly generated, and the force of these bubbles 121 is transmitted to the abrasive 130 so that the particles of the abrasive 130 polish the surface of the abrasive 150. At this time, since the bubble 121 is also generated in the portion where the ultrasonic wave acts finely in the liquid 120 or in the corner portion of the storage tank 110, all surfaces of the abrasive material 150 are polished every corner according to its shape. . Therefore, the polishing apparatus 100 of the present invention can polish the surface while maintaining the shape of the workpiece, without requiring a separate system for adding degrees of freedom for polishing.
본 발명은 상기와 같은 단계를 반복함으로써 미세한 크기의 복잡한 형상을 갖는 구조물을 초기 형상의 변화 없이 표면을 연마할 수 있다. The present invention can polish the surface of the structure having a complex shape of fine size without changing the initial shape by repeating the above steps.
상기와 같은 초음파의 캐비테이션 현상을 이용한 연마법을 적용하면 다음과 같은 장점이 있다. Applying the polishing method using the cavitation phenomenon of the ultrasonic wave as described above has the following advantages.
첫째, 본 발명은 미세한 피연마재(미세구조물)의 형상을 유지할 수 있다. 기존의 연마법에서는 연마 패드의 가압력을 이용하여 연마를 실시하기 때문에 미세구조물의 항복을 일으킬 수 있다. 그러나, 본 발명은 패드에 의한 가압력이 작용하지 않으면서 연마작용이 재료 표면에서 균일하게 발생한다. 즉, 본 발명은 불규칙적으로 액체의 표면위에서 폭발하는 기포의 힘이 연마재에 전달되어 피연마재를 연마하기 때문에 미세구조물의 형상이 유지되면서 표면을 연마할 수 있다. First, the present invention can maintain the shape of the fine abrasive material (fine structure). In the conventional polishing method, since the polishing is performed using the pressing force of the polishing pad, the yield of the microstructure can be caused. However, in the present invention, the polishing action occurs uniformly on the material surface without the pressing force by the pad. That is, according to the present invention, since the force of bubbles exploding on the surface of the liquid irregularly is transmitted to the abrasive to polish the abrasive, the surface of the microstructure may be maintained while maintaining the shape of the microstructure.
둘째, 본 발명은 연마공정이 매우 간단하다. 즉, 본 발명은 연마재나 피연마재에 방향성을 주기 위한 별도의 방법을 적용하거나 도구를 이용하여 제어할 필요가 없기 때문에 기계적으로 매우 간편하게 연마할 수 있다. Second, the present invention is very simple polishing process. That is, the present invention can be polished mechanically very simply because it does not need to apply a separate method for directing the abrasive or the abrasive to be controlled or by using a tool.
앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 초음파에 의한 캐비테이션 현상을 응용하여 미세하고 복잡한 구조를 갖는 미세구조물의 형상을 유지한 상태로 연마하여 그 표면 및 형상의 품위를 향상시키는 효과가 있다. As described in detail above, the present invention has the effect of improving the quality of the surface and shape by applying the cavitation phenomenon by the ultrasonic polishing to maintain the shape of the microstructure having a fine and complex structure.
이상에서 본 발명의 초음파의 캐비테이션 현상을 이용한 구조물의 연마장치 및 그 방법에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. Although the technical details of the apparatus for polishing a structure and the method using the ultrasonic cavitation phenomenon of the present invention have been described together with the accompanying drawings, this is intended to exemplify the best embodiment of the present invention and not to limit the present invention. .
또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구의 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다. In addition, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations within the scope of the appended claims without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 초음파의 캐비테이션 현상을 이용한 구조물의 연마장치의 개략도이고,1 is a schematic diagram of an apparatus for polishing a structure using a cavitation phenomenon of ultrasonic waves according to an embodiment of the present invention,
도 2는 도 1에 도시된 연마장치를 통해 구조물을 연마하는 연마원리를 개념적으로 도시한 개념도이며, 2 is a conceptual diagram conceptually illustrating a polishing principle of polishing a structure by the polishing apparatus shown in FIG. 1,
도 3은 본 발명에 따른 초음파의 캐비테이션 현상을 이용한 구조물의 연마방법을 나타낸 블록도이다.Figure 3 is a block diagram showing a method of polishing a structure using the cavitation phenomenon of the ultrasonic wave according to the present invention.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠ ♠ Explanation of symbols on the main parts of the drawing ♠
100 : 연마장치 110 : 저장조100: grinding apparatus 110: storage tank
120 : 액체 121 : 기포120: liquid 121: bubbles
130 : 연마재 140 : 초음파 발생장치130: abrasive 140: ultrasonic generator
141 : 진동자 142 : 전기공급장치141: vibrator 142: electricity supply device
150 : 피연마재(구조물)150: abrasive material (structure)
Claims (10)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020030102043A KR20050069704A (en) | 2003-12-31 | 2003-12-31 | Apparatus and method for polishing three dimensional structures using ultrasonic cavitation |
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| KR1020030102043A KR20050069704A (en) | 2003-12-31 | 2003-12-31 | Apparatus and method for polishing three dimensional structures using ultrasonic cavitation |
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20050069704A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100812717B1 (en) * | 2006-06-05 | 2008-03-14 | 주식회사 윈트 | Abrasive blasting machine for cutting tool |
| EP3881959A1 (en) * | 2020-03-18 | 2021-09-22 | LPW Reinigungssysteme GmbH | Method for processing the surface of workpieces |
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| CN115609770A (en) * | 2022-10-11 | 2023-01-17 | 上海理工大学 | Ultrasonic cavitation auxiliary fretsaw cutting device and method |
-
2003
- 2003-12-31 KR KR1020030102043A patent/KR20050069704A/en not_active Application Discontinuation
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