KR20090004708A - 블라스트 가공용 연마재 및 이를 이용한 블라스트 가공방법 - Google Patents

Abstract

(본 발명의 블라스트 가공용) 연마재는 평평한 면을 가진 평판 형상을 갖는데, 상기 평평한 면의 최대직경은 0.05mm 내지 10mm, 상기 연마재 두께의 1.5 내지 100배를 갖는다. 그리고, 블라스트 가공방법은 이러한 연마재가 제품의 처리면에 대하여 기울어진 입사각으로 분사된다는 것이 특징이다.

분사된 평판상의 연마재는 제품 처리면과 활주가능한 접촉 상태에 있는 평평한 면을 가지면서, 제품 처리면을 따라 활주하게 됨에 따라, 표면조도 중 골의 깊이는 증가시키지 않고 산(peak) 만을 제거함으로써 상기 제품 처리면이 평활해진다.

연마재, 블라스트 가공, 전달체, 피가공물, 입자

Description

블라스트 가공용 연마재 및 이를 이용한 블라스트 가공방법{ABRASIVE FOR BLAST PROCESSING AND BLAST PROCESSING METHOD EMPLOYING THE SAME}

본 발명은 블라스트 가공에 사용되는 연마재 및 상기 연마재를 이용한 블라스트 가공방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 피가공물 표면을 블라스트 가공방식으로 가공하여 평활면, 경면, 광택면, 윤활면 등을 제공하는 데에 사용되는 블라스트 가공용 연마재, 및 이러한 연마재를 사용하여 평활면, 경면, 광택면, 윤활면, 등을 제공하기 위한 블라스트 가공방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 "블라스트 가공방법"에는 압축공기 등의 압축 유체를 이용하여 연마재를 분사하는 습식(wet) 블라스트법이나 건식(dry) 블라스트법과 같은 에어식(air) 블라스트 가공방법뿐만 아니라, 연마재에 원심력을 부여하여 분사하기 위해 임펠러를 회전시키는 원심식(임펠러식); 또는 연마재를 두드려 붙여 분사하기 위해 타출(打出) 로터를 이용하는 평타식 등, 피가공물의 가공 표면에 대해서 소정의 분사 속도나 분사 각도로 연마재를 분사하는 블라스트 가공방법이 폭넓게 포함된다.

공구비트(tool bit), 엔드밀(end mill), 밀링커터(milling cutter), 기어호 브(gear hob), 브로치(broach) 등을 절삭공구로 사용하는 가공의 경우, 1 패스에 절삭 가능한 영역이 상기 절삭공구의 기어 이(geartooth) 폭의 크기 등에 따라 제한되어 있다. 따라서, 절삭 공정은 피가공물 상의 비교적 큰 영역에서 이루어지게 되는데, 상기 절삭 공구의 절삭 영역을 넓히기 위해서는 상기 절삭 공구가 소정의 피치에서 반복 이송되어야 하고, 상기 공정이 수차례 계속되어야 한다.

따라서, 상기에서처럼 절삭된 제품 중 가공된 절삭면에는, 상기 절삭 공구의 이송 피치에 대응하여 "절삭 흔적" 또는 "공구 흔적" 등으로 불리는 가공 압입(indentations)들이 생기게 되고, 이로 인해 수 마이크론에서 1mm에 이르는 불균일 부위들이 형성된다(도 1, 4 및 5 참고).

상기 가공 압입들이 생긴 제품이 특정 장치의 부품으로서의 경우처럼 조립되면, 가공 압입들 때문에 생겨난 불균일 부위들 중 요철들이 상기 장치의 지속 사용으로 마모되고, 잘려나가서, 그 돌출부 길이를 감소시키게 된다.

이로 인해, 상기 부품의 전체 크기 또한 줄어들게 됨으로써, 상기 제품과 기타 요소(element)들 간에 과잉 틈새(excessive clearance)가 형성되고, 바람직한 효과를 달성할 수 없게 되는 등의 문제가 발생하게 된다.

따라서, 상기에서 설명한 것처럼, 상기 절삭 공정 후 상기 제품의 표면을 평활하게 하기 위해서는 상기 절삭 공정 중에 발생한 상기 가공 압입들을 제거하여야 하는 것이다.

더욱이, 가공 대상이 금속 주형이면, 일반적으로 이에 대한 가공은 기계가공 센터에 의한 절삭 공정이나, 방전 기계가공 방법을 통해 이루어진다. 하지만, 이런 식으로 가공되는 주형의 경우, 상기 주형 표면이 기계가공 센터나 방전 기계가공에 의해 가공된 후에 그 표면조도(표면 거칠기)가 증가하기 때문에, 바람직한 표면조도로 완만해질 필요가 있다.

기존에는 평활화 공정이 연마지나 연마옷감, 또는 회전숫돌 등과 같은 연마재를 이용한 연마; 또는 버프를 이용한 연마; 래핑; 회전하는 연마입자들 간의 접촉에 의한 연마; 초음파 진동이 적용된 연마입자들 간의 접촉에 의한 연마 등에 의해 이루어졌다. 하지만, 이러한 방식들은 보통 수동으로 이루어지기 때문에, 상당한 시간뿐만 아니라 숙련된 작업자를 필요로 한다.

완제품의 상태도 각 작업자의 기술에 따라 달라지게 된다. 더욱이, 가공 대상 제품이 복잡한 형태인 경우에는, 그 가공이 훨씬 더 어렵게 된다. 따라서, 이러한 평활화 공정의 자동화, 그 작업비용의 절감, 가공 정확도에 있어서의 변형 방지 또한 요구된다.

추가적으로, 레진에 주사 몰딩을 하기 위한 금속 주형에 대해서는, 상기 금속 주형의 분할면(parting surface)의 에지부가 이따금 소실되어, 상기 금속 주형 제조법에 따라 둥글게 된다. 따라서, 상기 주형을 이용하여 주사 몰딩이 수행될 때, 주형의 에지부 내로 레진이 주사되고, 그 결과로, 몰딩된 제품이 이형(relaese)된 후에 요철이나 선형 버(burr)가 상기 레진 주사부에 형성된다.

상기 몰딩된 제품에 생기는 요철이나 버 들은 몰딩 후에 커터로 자르거나 버핑시키는 과정을 통해 작업자가 수동으로 제거한다. 하지만, 이러한 수작업 공정은 비효율적일뿐만 아니라, 안전하지 않다. 특히 상기 버나 요철들을 커터로 제거하는 작업은 커터 작업자에게 부상의 위험이 있기 때문이다.

따라서, 상기 언급한 버나 요철들을 안전하고 효율적으로 제거하는 기술을 개발하는 것 또한 시급히 요구되는 바이다.

또한, 블라스트 가공법을 이용해서 상기 금속 주형 표면을 연마하는 식의 공정을 진행하면, 버 들의 제거와 분사된 연마입자들의 커팅력에 의한 연마가 가능해진다. 상기 블라스트 가공은 처리대상 제품이 복잡한 형상을 지녔을 경우에도 비교적 쉽게 사용 가능하다.

하지만, 종래의 블라스트 가공법으로 처리된 피가공물 표면에는, 상기 연마입자들이 폭로(bombard)될 때, 압입들이 제품 표면에 형성된다. 이들 압입들이 새틴 유사 가공면(satin like finish)을 형성하는 원인이 되기 때문에, 가공 후 또는 제품에 경면을 형성한 후에 제품 표면을 평활하게 하기 위해서 상기 블라스트 가공을 원하는 대상물에 적용할 수는 없다. 하지만, 만약 적용 가능하다 할지라도, 버 제거 등을 하고 난 후에 상기 블라스트 가공으로부터 생긴 새틴 유사 가공면을 추가로 가공하는 과정이 필요하다.

따라서, 종래의 블라스트 가공이 이용될 때에는 제품 처리면에 새틴 유사면이 형성되고, 그리하여 평활면, 경면, 광택면, 또는 윤활면은 피가공물의 가공된 면에 형성되지 않는다. 반면, 비교적 쉽게 수행 가능한 블라스트 가공법의 경우 처리대상 제품의 형상 등과는 무관하게, 즉 처리대상 제품의 형상이 비교적 복잡한 형태인 경우이더라도 적용 가능한 독특한 이점을 갖는다.

따라서, 본 발명은 평활면, 경면, 광택면, 또는 윤활면이 제품의 처리면에 적용되는 신규한 블라스트 가공용 연마재, 및 이를 이용한 블라스트 가공방법을 제공한다.

아울러, 블라스트 가공방법 또한 제시되었는데, 이에 따르면 고무 탄성체 등(이하, 이런 방식으로 연마입자가 탄성 전달체에 의해 전달되는 연마재를 "탄성 연마재"라고 부름)으로 이루어진 전달체에 의해 전달된 연마입자를 사용하고, 상기 탄성 연마재를 제품의 처리면에 적절한 각도로 분사함으로써 상기 연마재와 상기 제품의 처리면의 충돌에 의한 충격이 상기 전달체의 탄성 변형에 의해 흡수되어서, 압입 형성 및 그로 인한 새틴 유사면 형성을 방지하고, 상기 연마재가 상기 제품의 처리면을 따라 활주하여 평활면 또는 경면 등이 생길 수 있도록 하는 것이다.

또한, 고무로 된 상기 전달체의 경우, 연마입자들을 적당한 각도로 피가공물 표면 상에 분사하는 방식의, 연마 분말로 피가공물 표면을 연마하는 연마 기술에서 탄성체로서 작용하는데, 여기서 상기 연마 분말을 천연 식물섬유로 된 다공질 탄성 전달체들에 부착시키는 것에 의해 상기 연마입자들을 형성하고 나서, 연마액과 혼합하고, 상기 피가공물 표면에 충돌하여, 상기 연마입자들로 하여금 상기 피가공물 표면 위에서 활주하도록 하며, 상기 연마입자들은 변형가능하다 (미심사된 일본특허출원공개 제H9-314468호, 청구항 1 참조).

상기 기술에 따르면, 상기 연마액의 윤활 작용에 의해 상기 연마입자들이 상기 피가공물 표면 위에서 활주하는 한편, 상기 피가공물 표면 상에 충돌할 때 상기 전달체는 탄성이 변형된다. 그 결과 상기 연마입자들이 이동하는 거리만큼 상기 피가공물이 평활해지게 된다 (미심사된 일본특허출원공개 제H9-314468호, [0006] 문 단 참조).

또한, 상기 탄성 연마재의 구조에 대해 살펴보면, 전달체가 고무 재질인 경우에는, 제품의 처리면이 새틴처럼 된다(일본특허번호 제3376334호, [0003] 문단 참조). 그리고, 만약 전달체가 식물섬유로 된 것일 때에는, 비록 제품의 연마대상 표면이 거의 경면에 유사하도록 연마된다 하더라도, 상기 전달체가 물을 함유하고 있게 되면 상기 전달체 내부의 물이 연마 시간이 진행되면서 생성된 열에 의해 증발하여, 상기 전달체의 탄성과 점성을 떨어뜨려서, 제품 처리면에 새틴 유사면이 형성되고, 상기 전달체는 손상으로 인해 그 복구 속도가 저하된다(일본특허번호 제3376334호, [0004] 문단 참조)는 문제점이 존재한다. 이에, 탄성 연마재를 이용한 블라스트 가공방법이 제시되는데, 탄성 연마재는 물을 보유한 전달체를 포함하고, 그 위에 연마입자들이 내부 물과의 접착력에 의해 부착되고, 상기 물 보유 전달체들은 증발 방지제를 가진 젤라틴으로 이루어진다(일본특허번호 제3376334호, 청구항 1, 및 [0004] 문단).

상기에서 언급한 것처럼, 탄성 연마재를 이용한 상기 종래기술에 의한 블라스팅법에서, 연마입자가 탄성체인 전달체 상에 전달되는 형태인 탄성 연마재를 이용하게 되면, 압입들이 제품의 처리면에 형성되는데, 상기 탄성 연마재가 그 탄성변형 때문에 처리대상 제품과 충돌하는 경우이더라도 그러하다. 따라서, 제품 처리면을 따라 상기 탄성 연마재를 활주하게 함으로써, 제품 처리면이 새틴처럼 되는 것을 막는 한편, 소정의 연마공정이 수행될 수 있다.

따라서, 상기 탄성 연마재를 이용한 블라스트 가공을 함으로써, 광택면 또는 윤활면이 처리대상 제품의 후가공면에 형성될 수 있고, 절삭공구의 이송 피치에 대응하여 가공압입들이 생겨난 제품에 블라스트 가공을 진행할 때, 표면조도의 골(valley)의 바닥 (최대 골 깊이)에서 산(peak) (최대 산 높이)까지의 높이가 감소할 수 있고, 따라서 선가공된 표면 상태에 대해서는 그 표면이 상대적으로 완만해질 수 있다.

하지만, 상기에서처럼 탄성 연마재가 사용되는 제품의 후가공된 표면의 경우에는, 골의 바닥에서 산의 정상까지의 상기 조도 곡선의 높이가 감소할 수 있더라도, 상기 선가공된 조도 곡선의 산과 골의 패턴 형태는 가공 후에도 동일하게 남아 있게 된다.

이후, 상기 후가공 제품의 표면조도의 골들의 깊이가 상기 선가공 제품의 표면조도의 골들의 깊이보다 더 깊다는 사실과, 따라서 산들이 제거될 뿐만 아니라 상기 골들도 더 깊이 절삭된다는 사실이 확인되었다 (도 2 및 3 참조).

이런 유형의 탄성 연마재를 이용하는 블라스트 가공의 문제점은, 제품의 처리면에 있는 모든 요철들을 완전히 제거하기 위해서 상기 조도 곡선의 산들을 절삭하는 것을 따라서 상기 골들 또한 잘려나가는 것이 불가피하고, 더욱 깊어진다는 것이다.

더욱이, 만약 표면 요철들을 제거하기 위해서 가공시간이 늘어나면, 잘려나가는 처리대상 제품의 양 또한 늘어나게 되어서, 처리대상 제품을 정확한 가공 형태가 되도록 가공하는 것이 어려워지게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 상기 종래기술들의 문제점들을 해결하기 위해서 만들어진 것으로, 블라스트 가공용 연마재와 이 연마재를 이용한 블라스트 가공방법을 제공하는 것이며, 여기서 상기 연마재는 종래의 탄성 연마재로는 제거하기 어려운 제품 처리면 상의 요철들을 제거할 수 있다.

또한 본 발명의 목적은 본 발명의 탄성 연마재가 사용되는 경우에 있어서 제품 처리면 상에 새틴 유사면이 형성되는 것을 방지하는 것이다.

이하 사용되는 참조부호들은 본 발명의 실시예를 쉽게 이해하기 위해 사용되었을 뿐, 상기 본 발명을 제한하기 위한 의도로 사용된 것은 아니다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 블라스트 가공용 연마재는 평평한 면을 가진 평판 형상을 갖는 것을 특징으로 하는데, 여기서 상기 연마재의 평평한 면의 최대직경(maximum diameter, MD)은 0.05mm 내지 10mm, 바람직하게는 0.1mm 내지 8mm이고, 상기 연마재 두께(T)의 1.5 내지 100배, 바람직하게는 2 내지 90배에 해당한다(MD = 0.05mm ~ 10mm = 1.5 ~ 100T).

상기 형태를 가진 연마재는 평평한 면을 지닌 평판 모양의 전달체와, 상기 전달체의 평평한 면의 최소한 일면 상에서 전달된 연마 입자를 포함할 수 있다.

또한, 상기 전달체로는 종이가 사용될 수도 있다.

상기 연마 입자는 접착제에 의해 상기 전달체 상에서 전달될 수 있다. 더욱이, 연마 입자가 상기 평평한 면을 지닌 평판 모양의 전달체 내부에 분산될 수도 있다.

상기 연마 입자들이 상기 전달체 내부에 분산되는 경우에는, 상기 전달체가 고무 또는 레진과 같은 탄성체일 수 있다.

또한, 본 발명에서는 연마 입자의 입자 크기를 육안으로 식별하기 위해서, 티타늄 산화물 분말, 징크 산화물 분말, 카본블랙 분말, 화이트카본 분말, 실리카 분말, 마이카 분말, 또는 알루미늄 분말, 금속 플레이크; 철 산화물, 아조 염료, 안트라퀴논 염료, 인디고 염료, 설파이드 염료, 프탈로시아닌 염료 등; 또는 무기 또는 유기 안료 등의 착색제를 사용할 수도 있다. 또한, 형광 착색제를 상기 착색제와 함께 연마재 속에 혼합할 수도 있고, 방향제 또는 항균제를 추가 사용할 수도 있다.

본 발명에 따른 블라스트 가공방법은 상기 형태를 지닌 연마재가 제품의 처리면에 대하여 기울어진 입사각으로 분사된다는 것이 특징이다.

본 발명에 따른 블라스트 가공방법은 평평한 면을 지닌 평판 형태의 연마재를 제품의 처리면에 대하여 기울어진 입사각으로 분사하는 단계를 포함하는 데에 그 특징이 있는데, 여기서 상기 평평한 면의 최대직경(maximum diameter, MD)은 0.05mm 내지 10mm이고, 상기 연마재 두께(T)의 1.5 내지 100배에 해당한다(MD = 0.05mm ~ 10mm = 1.5 ~ 100T).

바람직하게는 표면조도(surface roughness, Sm)로 나타내는 요철들의 평균간 격, 즉 표면조도 곡선과 평균 선이 만나는 지점으로 결정되는 골과 산 사이 거리의 평균값의 적어도 3배에 해당되는, 최대직경을 지닌 평면을 갖는 연마재를 사용할 수도 있다.

특히, JIS'94 규격에서처럼, 측정길이 4.0mm, 임계파장(cut off wavelength) 0.8mm, 평가길이(evaluation length) 4mm, 측정속도 0.3mm/s를 파라미터로 사용한다.

바람직하게는, 제품에 대해 입사각을 0 < 80도 (0도와 80도 사이)로 연마재 분사를 진행한다.

본 발명의 상기와 같은 형태를 갖는 블라스트 가공용 연마재와 상기 연마재를 이용한 블라스트 가공방법을 사용하면 하기와 같이 양호한 효과를 얻을 수 있다.

더욱이, 본 발명의 연마재를 사용하는 블라스트 가공에 의하면, 처리 제품의 표면조도로 표현되는 골의 깊이는 늘어나지 않고, 단지 산의 높이만 줄어들고, 그에 따라 제품의 처리면에 형성된 요철들, 예를 들면 절삭공정 중에 일어난 압입들을 처리하는 과정에서 야기된 요철들이 거의 완전히 제거될 수 있게 되는 절삭이 이루어질 수 있다.

이러한 종류의 블라스트 가공용 연마재가, 연마 입자가 평판 모양의 전달체 상에서 전달되는 것, 예를 들면 상기 연마 입자가 종이, 옷, 레진 필름 또는 시트, 금속 호일, 무기물 시트 등으로서 상기 전달체를 형성하는 원료 상에서 전달되는 것인 경우에서는, 그런 다음에 본 발명의 블라스트 가공용 연마재가 상대적으로 쉽 게, 상기 원료 등의 커팅을 통해 제조될 수 있다.

특히, 상기 연마 입자가 접착제를 통해서 전달체 상에서 전달되는 형태의 경우에는, 상기 전달체를 형성하는 원료 물질에 상기 접착제를 처리하여 형성된 접착층 내부나 표면에 상기 연마 입자들을 파묻거나 처리하는 방법, 또는 미리 혼합된 접착제에서 형성된 원료물질에 상기 연마 입자들을 처리하는 방법, 그리고 이어지는 상기 커팅 공정 등에 따라 본 발명의 블라스트 가공용 연마재를 쉽게 제조할 수 있다.

상기 전달체 내부에 연마 입자들이 분산되는 연마재 형태에 있어서는, 상기 전달체가 처리 제품과의 접촉으로 인해 마모되어, 그 속에 묻힌 연마 입자들이 표면에 노출되는 경우, 즉 표면부의 상기 연마 입자들이 처리 제품과의 접촉으로 인해 떨어지는, 소위 "탈락" 현상이 생기는 경우에서도, 절삭력을 회복할 수 있다. 특히, 본 발명의 탄성체가 전달체로 사용될 경우에서, 우수한 효과가 나타났으며, 반복 사용에 대해 내구성 또한 겸비한 연마재를 제공하는 것이 가능해졌다.

본 발명의 블라스트 가공에 의하면, 표면조도 Sm으로 표현되는 요철 평균 간격의 적어도 3배에 해당하는 직경을 지닌 연마재를 사용함으로써, 연마재가 상기 표면조도의 골 내부로 침투하는 것을 거의 완벽하게 방지할 수 있으며, 그로 인해 골이 깊어지는 것을 방지하고, 가공면의 평활성을 개선할 수 있다.

또한, 상기 연마재를 처리 제품에 대하여 입사각 5 내지 70도로 분사함으로 써, 제품 처리면을 따라 상기 연마재가 활주하는 것을 촉진할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

연마재

전체 구조

본 발명의 블라스트 가공용 연마재는 평평한 면을 가진 평판 형태로 만들어지고, 평판 두께에 비해 상대적으로 평판 직경이 큰 평평한 형상을 갖는다.

여기서, "평판 직경"은 상기 연마재의 평평한 면의 최대직경을 의미한다. 예를 들면, 상기 "평판 직경"은 상기 연마재의 평평한 면이 원형인 경우에는 지름을; 상기 연마재의 평평한 면이 타원형인 경우에는 길이를; 상기 연마재의 평평한 면이 직각형인 경우에는 대각선 길이를; 그리고 상기 연마재의 평평한 면이 불규칙한 경우에는 상기에서처럼 연마재의 평평한 면의 각각의 형상에서 결정된 방식의 최대직경 측정치를 각각 나타낼 수 있다.

상기 평판 두께는 상기 연마재의 평균 두께를 의미한다. 특히, 이하에서는 그것은 "연마 입자 코팅 두께 + 전달체 두께"를 말한다.

상기 평판 직경을 정하는 하나의 방법으로, 상기 평판 직경은 주사전자현미경 사진(SEM)에 기초하여 측정할 수 있다. 예를 들면, 본 발명 연마재의 SEM 사진의 디지털 영상 데이터의 영상 좌표(image coordinates)로부터 얻은 차원을 통해 상기 측정이 이루어질 수 있다.

또한, 무작위 추출하여 선정된 수의 샘플 (예를 들면 100개의 샘플)에서 구한 차원으로부터 평균값이 측정될 수 있는데, 이때 나온 평균값을 상기 평판 직경으로 정할 수 있다. 유사한 측정방법이 상기 평판 두께를 측정하는 데에 사용될 수도 있다.

본 발명 연마재의 평균 평판 직경은 0.05mm 내지 10mm, 더욱 바람직하게는 0.1mm 내지 8mm이다.

상기 연마재의 평활도는 연마재 두께에 대한 상기 평판 직경의 비율로 결정할 수 있는데, 본 발명의 실시예에서는 "평판 직경/두께"로 주어진 "평판율"(plate ratio)로 부른다.

본 발명 연마재에서 바람직한 평판율은 1.5 내지 100이며, 바람직하게는 2 내지 90이다.

0.05mm 미만의 평판 직경을 가진 연마재가 사용되면, 상기 연마재 형상이 평판 형상이라 하더라도, 분사된 연마재가 피가공물의 거친 면(예를 들면, 절삭 흔적 등의 요철)을 따라 활주하기 때문에, 상기 거친 면의 골 바닥부터 산 꼭지점까지의 높이가 다소 줄어들 수 있더라도, 골 바닥을 깊게 함으로써 생긴 요철들이 제거될 수 없게 되고, 평활 형상으로 가공하는 것을 어렵게 만든다. 따라서, 상기 연마재의 평판 직경은 상기에서처럼 0.05mm 미만이어서는 안된다.

아울러, 10mm을 초과하는 평판 직경을 가진 연마재가 사용되면, 연마재의 분사가 어려워진다. 예를 들면, 이런 유형의 연마재가 압축공기를 따라 노즐을 통해 분사될 경우에는 상기 연마재의 늘어난 평판 직경에 대응하여 분사과정에서 사용된 노즐 직경 또한 커지게 되고, 따라서 상기 노즐부와 노즐부에 필요한 분사 호스의 관 직경 또한 커지게 된다. 상기 노즐을 수동으로 작동시킬 경우에는, 그 작업성에 역효과를 가져온다. 따라서, 상기 연마재의 평판 직경은 상기에서처럼 10mm를 초과하지 않는 것이 바람직하다.

상기 평판율은, 평판율 = 평판 직경 / 평판 두께 (전달체의 두께 + 연마 입자의 코팅 두께)로 표현된다. 따라서, 상기 평판 직경이 10mm이고 상기 평판 두께가 0.1mm이면, 평판율 = 평판 직경 / 평판 두께 = 10 / 0.1 = 100이 된다. 여기서, 사용된 연마 입자들의 입자 직경은 예를 들면, 1mm 내지 0.1m이다.

그리고, 1.5 내지 100 범위의 평판율을 가져야 하는 이유는, 평판율이 1.5 이상이면서, 상기 연마재가 분사되어 처리 제품과 충돌할 때에, 상기 연마재의 평평한 면이 제품의 처리면에 활주할 수 있는 접촉점을 만드는 활주 방향을 달성할 가능성이 높게 되고, 따라서 제품의 처리면을 따라 이 방향으로 활주함으로써 그 가공이 효과적으로 진행될 수 있기 때문이다.

반면, 상기 평판율이 1.5 미만이면, 그 평평한 면이 처리 제품과의 충돌을 통해 제품 처리면 상에서 활주하는 연마재의 한 방향에 있는 수가 감소하여, 가공 효능을 떨어뜨린다.

상기 평판율이 100을 초과하면, 상기 노즐에서 분사된 연마재 말단이 공기 저항 때문에 자주 휘거나, 구부러지거나, 깨진다. 또는 피가공물 표면에 충돌하는 경우에 그러하다.

게다가, 상기 표면 절삭흔적들을 완만하게 하기 위해서는, 본 발명의 연마재를 사용함으로써, 그 표면조도에 근거하여 상기 평판 직경, 평판율, 및 경도 또한 산출 가능하다. 특히, 이들 값은 Rz (10개 지점의 평균 거칠기), Sm (평균 요철간격), S (인접 산(peak) 사이의 평균 간격), 및 Pc (산 개수)로부터 산출될 수 있다.

특히, 사용된 연마재의 평판 직경은 적어도 처리대상 제품의 표면조도 중 Sm (평균 요철 간격) 만큼의 크기에 해당하고, 바람직하게는 3배 이상, 더욱 바람직하게는 10배 이상에 해당된다. 이런 유형의 연마재를 사용하면 상기 표면조도 중 골의 바닥 안으로 상기 연마재가 침투하는 것이 방지되고, 그리하여 상기 연마재의 절삭능이 상기 표면조도 중 골의 바닥을 깊어지게 하는 데에는 사용되지 않게 된다. 또한 상기 조도 형상 파라미터들은 JIS B0601-1994에 명시되어 있는 바와 같다.

상기 연마재는 유연성 또는 변형성으로 특징지을 수 있다. 이러한 유연성 또는 변형성은 유연하거나 변형 가능한 하기 전달체를 갖는 연마재를 사용하는 것으로 달성할 수 있다.

이러한 유연성 또는 변형성을 지닌 연마재를 제공함으로써, 상기 연마재들이 제품 처리면과 충돌할 때 제품 처리면 상에 형성되는 상기 압입 등이 방지될 수 있다.

본 발명의 연마재의 형상은, 상기에서와 같이 그것이 평평한 평판 형상이기만 하면 어떠한 식으로든 특별히 제한하는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 형상은 원형 또는 반원형, 타원형, 삼각형, 직각형, 기타 다각형, 불규칙 형상 등, 또는 그로부터 선택된 형상들의 조합 형태로 된 어떠한 형상으로부터 선택할 수 있다.

더욱이, 하기 구조 중 어떠한 것이라도 본 발명에 의한 연마재의 구조로 사용 가능하다.

(1) 연마 입자들 스스로 평평한 면을 가지면서 평판 형상으로 된 연마재 (이하, 이런 유형의 구조를 지닌 연마재를 "일체형 연마 입자형"으로 부르기로 함);

(2) 상기 연마 입자들이 평평한 면을 지닌 평판 형상의 전달체의 일면 또는 양면 위에서 전달되는 연마재 (이하, 이런 유형의 구조를 지닌 연마재를 "전달된 연마 입자형"으로 부르기로 함); 및

(3) 상기 연마 입자들이 전달체 재료물질 내에 분산되어 있고, 분산된 상기 연마 입자들을 포함한 전달체가 평평한 면을 지닌 평판 형상을 이루는 연마재 (이하, 이런 유형의 구조를 지닌 연마재를 "분산된 연마 입자형"으로 부르기로 함).

연마재 유형 중에서 상기 "전달된 연마 입자형"은 전달체의 일면에서 전달되는 연마 입자의 종류, 입경, 분배 등의 요소들과, 다른 면에서 전달되는 연마 입자들의 상기 요소들이 다르게 이루어질 수 있다.

또한, "전달된 연마 입자형" 연마재에서는, 상기 전달체의 일면에서만 전달된 연마 입자들에 더하여, 연마 입자들의 기능 이외에 다른 기능을 발현하는 물질, 예를 들면 착색제, 방청제, 윤활제, 바니쉬 기능을 갖는 나사형 비드 등이 다른 면에서 전달될 수도 있는데, 이로 인해 연마재로 하여금 이렇게 전달된 물질이 가진 상기와 같은 기능을 가지도록 할 수도 있다.

또한, 상기 "일체형 연마 입자형" 연마재에서와 같이, 알루미늄, 구리, 철, 주석, 아연 등의 금속, 또는 그 합금형태; 또는 섬유, 레진, 세라믹, 또는 그 복합체 형태가 평평한 면을 가진 형상을 형성하여, 본 발명의 연마재를 제공하도록 하는 것이 가능하다.

전달체

상기에서와 같은 구조를 갖는 본 발명의 연마재의 구조에 대해서는, 상기 연마 입자들을 전달하기 위한 전달체에는 상기 "전달된 연마 입자형" 및 "분산된 연마 입자형" 연마재가 해당하고, 상기 "일체형 연마 입자형"은 제외된다.

이하, 이러한 유형의 전달체들의 예에 대해서 더욱 상세히 설명하고자 한다.

"전달된 연마 입자형"

상기 연마재가 평판 모양 전달체의 일면 또는 양면 상에서 전달된 연마 입자들을 갖도록 구성되는 "전달된 연마 입자형" 연마재의 경우, 그 시트 모양 또는 필름 모양이 약 0.001mm 내지 5mm의 두께를 갖도록 형성되는 한, 어떠한 종류의 재료물질이라도 제한 없이 사용될 수 있다.

예를 들면, 종이, 옷감, 부직포, 고무, 플라스틱, 섬유재질, 레진, 또는 기타 유기물질로 된 시트 또는 필름; 알루미늄, 주석, 구리, 아연, 철 등의 금속, 또는 그 합금형태로 된 호일 또는 평판; 또는 유리, 알루미나, 세라믹스 등의 무기물질로 된 시트가 이런 종류 전달체의 재료물질로 사용될 수 있다.

"분산된 연마 입자형"

상기 연마 입자들이 전달되는 전달체가 재료물질로부터 평판 모양을 구성하는 것에 의해 본 발명의 연마재를 구성할 때, 다양한 종류의 물질들이 상기 "분산된 연마 입자형" 연마재의 전달체로서 사용될 수 있는데, 상기 물질이 내부에 분산된 연마 입자들을 포함할 수 있고, 상기 연마 입자들이 내부에 분산되는 동안 평판 모양으로 될 수 있는 한, 예를 들면 고무 또는 플라스틱 등이 적절하게 사용될 수 있다.

또한, 상기 전달체 재료물질로서, 본 발명의 연마재는 유리결합제(vitrified bonding agent), 실리케이트 결합제, 레지노이드 결합제(resinoid bonding agent), 고무 결합제, 비닐 결합제, 쉘락 결합제, 금속 결합제, 옥시염화물 결합제(oxychloride bonding agent) 등 회전 숫돌 결합제로 사용되는 것으로 알려진 물질을 연마 입자들이 내부에 분산되도록 하고, 평판 모양으로 되도록 사용할 수 있다.

연마 입자

처리제품과 접촉하게 되어 처리제품이 소정의 상태 등으로 가공되는 것뿐만 아니라, 상기 "전달된 연마 입자형" 연마재에 사용된 연마 입자들이 접착제 등을 통해서 상기 전달체 상에서 전달될 수 있는 입자들인 것인 한, 그리고 상기 "분산된 연마 입자형" 연마재에 사용된 연마 입자들이 상기 전달체 재료물질 내에 분산 될 수 있는 입자들인 것인 한, 다양한 연마 입자들이 재료물질, 형상, 차원 등의 제한 없이 사용 가능하다.

일반적으로 연마재 재료로 사용되는 다양한 재료들을 사용할 수 있는데; 예를 들면, 화이트 알런덤(white alundum, WA) 또는 알런덤 (A) 등의 알루미나; 그린 카보런덤(green carborundum), 다이아몬드 등; c-BN, 붕화물, 탄소 붕화물, 티타늄 붕화물, 초경합금 등; 하기 [표 1]에 표시된 바와 같다.

또한, 이들 연마 입자들 중 둘 이상의 혼합형태를 사용할 수도 있다.

본 발명에 의한 연마재로 사용된 연마 입자 예

식물계	옥수수싹; 호두, 살구, 너트, 복숭아 등의 씨앗껍질; 펄프, 코르크
금속계	철, 강, 주철, 코발트, 니켈, 갈륨, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 로듐, 팔라듐, 은, 인듐, 주석, 안티몬, 아연, 스테인레스, 티타늄, 바나듐, 크롬, 알루미늄, 규소, 구리, MnO2, Cr2O3, 및 이들의 합금
세라믹스계	유리, 석영, 알런덤, 화이트 알런덤, 카보런덤, 그린 카보런덤, 지르콘, 지르코니아, 가닛(garnet), 에머리, 카본 붕화물, 티타늄 붕화물, 알루미늄-마그네슘 붕화물, 질화 붕소
무기물계	탄산칼슘, 황산칼슘, 불화칼슘, 황산바륨, 염화바륨, 황산알루미늄, 수산화알루미늄, 탄산스트론튬, 황산스트론튬, 염화스트론튬, 산화티타늄, 염기성 탄산마그네슘, 수산화마그네슘, 카본, 그라파이트, 불화그라파이트, 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐

상기 연마 입자들의 입자 크기 또한 특별히 제한하지 않으며, 가공 목적에 따라 다양하게 정할 수 있다; 예를 들면, 평균 입경 1mm 내지 0.1㎛의 연마 입자가 사용될 수 있다. 더욱이, 피가공물 처리면을 연마함으로써 경면이 되는 경우에는, 평균 입경 6㎛ 이하 (#2000 이상)의 미세 연마 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 연마재에서는, 평균 입경 1㎛ 이하(#8000 이상)의 미세 연마 입자가 사용될 수도 있다.

또한, 피가공물 처리면이 절삭되고 미리 정해진 형상으로 가공될 경우에는, 평균 입경 30㎛ 이상 (#400 이하)의 거친(rough) 연마 입자들이 사용 가능하고, 본 발명에서는 평균 입경 1mm의 거친 연마 입자들도 사용 가능하다.

비록 상기 연마 입자들이 대략 그 입경의 반까지 노출될 수 있다 하더라도, 이들 경우에, 상기 연마 입자들이 전달체로부터 노출되는 정도가 그 입경의 10% 내지 50% 수준인 것이 바람직하다. 노출되는 정도가 10% 미만이면, 가공에 참여하는 연마 입자 길이가 적어서, 그 연마 효과가 줄어들고, 작업효율이 낮게 된다. 노출되는 정도가 50%를 초과하면, 상기 전달체 상에서 전달된 (내부에 파묻힌) 연마 입자들의 표면적이 줄어들게 되어, 전달체 내의 연마 입자들의 지지력이 줄어드는 원인이 되고, 따라서 상기 연마 입자들이 가공 과정에서 상기 전달체에서 떨어져서, 가공 균일성이 유지되지 못하게 된다. 더욱이, 상기 연마재의 내구성이 나쁘고, 원가가 높다. 따라서, 노출되는 정도는 20% 내지 40% 이내인 것이 더욱 바람직하다.

상기 "전달된 연마 입자형" 연마재가 제조될 때에, 상기 연마 입자들을 상기 전달체에 부착 또는 전달체 내부로 전달하는 것은 접착제를 통해 이루어질 수 있는데, 이 경우 기존의 연마지 또는 연마포에 연마 입자들을 고정 또는 전달하기 위해 사용되는 접착제이면 어떤 것이라도 사용될 수 있다.

예를 들면, 에폭시 수지 접착제, 폴리우레탄 수지 접착제, 아크릴 접착제, 실리콘 접착제, 고무 접착제, 시아노아크릴레이트 접착제, 핫멜트 접착제, 또는 자외선 치유 접착제가 이러한 접착제로 사용 가능하다.

연마재 제조방법

이하, 각 유형의 연마재를 제조하는 방법의 예에 대해 더욱 상세히 살펴보기로 한다.

"일체형 연마 입자형"

롤링에 의해 평판이나 호일 형태로 된 알루미늄, 구리, 철, 주석, 아연 등의 금속 및 그들의 합금; 평판이나 필름 형태로 된 수지; 세라믹 평판; 또는 섬유, 부직포 등을 미리 정해진 평판 직경을 갖도록 잘라서 본 발명의 연마재를 형성한다.

또한, 직물형 연마재는 미리 정해진 두께를 가진 상기 접착제에 부착시켜 고정하고, 따라서 제조 공정 중에 마모되지 않고 상기 직물의 모양이 유지된다. 그런 다음에 원하는 모양과 차원으로 자른다.

"전달된 연마 입자형"

제조방법 1

전달체 역할을 하는 1㎛ 내지 5000㎛ 두께의 호일, 시트, 또는 필름 등의 일면 또는 양면에, 접착제에 대한 혼합된 연마 입자들의 중량비가 1:0.2 내지 1:2.0이고, 가공 후 건조두께가 2㎛ 내지 2000㎛인 조성물의 코팅을 만들기 위해 나이프 코터(knife coater) 등 기존의 코팅 장치를 사용한다. 그런 다음 건조시키고 미리 지정한 평판 직경으로 잘라서 본 발명의 연마재를 형성한다.

제조방법 2

접착제를 이용하여 상기 전달체의 일면 또는 양면에 5㎛ 내지 4000㎛ 두께 코팅을 형성시키고, 연마 입자들을 상기 접착제 층에 부착시켜서 전달체 표면 상에서 연마 입자들이 전달되도록 한다.

이 방식으로 상기 연마 입자들을 전달하는 전달체를 미리 지정한 평판 직경으로 잘라서 본 발명의 연마재를 형성한다.

제조방법 3

알루미늄 등의 비교적 연질 금속, 또는 고무, 수지 등의 탄성체를 상기 전달체로 사용할 경우에는, 상기 재료물질들로부터 평판 형태로 된 전달체 상에 원하는 양의 연마 입자들을 분산시키고, 표면에 분산된 연마 입자들의 상부를 눌러서 상기 연마 입자들이 상기 전달체 표면 속에 파묻히게 한다.

이 방식으로 상기 연마 입자들을 전달하는 전달체를 미리 지정한 평판 직경으로 잘라서 본 발명의 연마재를 형성한다.

"분산된 연마 입자형"

상기 연마 입자 및 전달체 형성 재료물질, 예를 들면 전달체를 이루는 수지 물질을 상기 연마 입자 60wt% 내지 90wt%에 대하여, 10wt% 내지 40wt%의 비율로 배합하고 나서, 평판 형상으로 만들고, 미리 정한 평판 직경으로 잘라서 본 발명의 연마재를 형성한다.

예를 들면, 상기 전달체가 고무로 된 것일 때에는, 초기 파쇄 공정을 수행한 후, 고무 원료를 반죽한다. 상기 반죽 단계에서 배합제뿐만 아니라 상기 연마 입자들을 첨가할 수 있다.

다음으로, 상기 배합제 또는 연마 입자의 반죽으로 가소성이 조정된 상기 원료 물질을 나사가 장착된 압출기 등을 사용하거나, 다수의 롤러가 배치된 형태인 캘린더(calender)를 사용해서 시트 같은 형태 또는 평판 같은 형태로 가공하고, 이어서 상기 원료 물질이 몰딩 가능 상태가 될 때까지 몰딩 공정을 지속시킨다.

평판 형태로 가공되는 재료 물질을 상기 몰딩 공정 중에 평판 형상 내에 고정하고, 미리 정한 크기와 형상으로 잘라서 미리 정한 평판 직경을 가진 조각들을 얻는다. 그런 다음, 상기 몰딩 공정에서 얻어진 조각들을 가황공정에 의해 열처리하여, 상기 조각들 속에 함유된 가황제로부터 야기된 가교 작용을 개시하게 하고, 상기 연마 입자를 제외한 부분을 탄성체로 가공한다. 아울러, 다양한 종류의 종래 장치들을 상기 가황 공정에 사용할 수 있는데, 예를 들면, 압출형, 가황캔형, 또는 프레스형 연속 가황제 등이 있다.

또한, 상기 조각들로의 몰딩 (몰딩 공정)과, 이어지는 가황을 통한 가교 (가황 공정)을 역순으로 진행할 수도 있다. 예를 들면, 압출 공정 또는 롤링 공정으로부터 평판 형태로 가공되는 재료 물질을 가황 공정으로 전달할 수도 있으며, 여기서 탄성체로 가공하고 나서, 몰딩 공정 중에 자른다.

또한, 상기 고분자 재료물질로서 열가소성 탄성체를 사용하는 경우에는, 상기 제조과정은 기존의 열가소성 탄성체 제조 공정을 따를 수도 있는데, 여기서는 상기 배합제와 연마 입자를 혼합된 고분자 원료 물질에 첨가하고 나면, 먼저 반죽 공정을 수행하고 나서, 밀(mill)된 상기 재료 물질을 그것의 융점 또는 그 이상으로 가열하고, 다음으로 몰딩 공정을 진행하여 주조한 상기 원료 물질을 압출 또는 사출 등에 의해 평판 형태로 만들고, 마지막으로, 만들어진 상기 평판 형태 제품을 절삭공정에 의해 미리 정한 평판 직경으로 잘라서 상기 연마재를 제조한다. 상기 언급한 반죽공정에 사용할 수 있는 장비의 예에는 롤러, 압력 반죽기, 내부 혼합기(internal mixer) 등이 있다.

블라스트 가공방법

상기 제조방법으로 얻어진 본 발명의 연마재는 이를 사용하는 블라스트 가공에 의해 평활면, 경면, 광택면, 또는 윤활면 등으로 평활화 공정을 수행하게 된다.

연마재 분사방법

상기 연마재의 분사는, 압축 가스 등 압축 유체에 의해 분사하는 습식 또는 건식 블라스트 가공 등 에어식 블라스트 가공방법에 부가하여, 제품 처리면에 대하여 미리 정한 분사 입사 각도와 속도로 연마재를 분사하는 것이 가능한 것이면, 예를 들면 연마재에 원심력을 부여하여 분사하기 위해 임펠러를 회전시키는 원심식(임펠러식); 또는 연마재를 두드려 붙여 분사하기 위해 타출(打出) 로터를 이용하는 평타식 등 어느 것을 사용해도 좋다.

더욱 상세하게는, 가공 목표지점에 정확히 연마재를 분사하기 위해서는 노즐 기반 방식을 이용하여 상기 연마재를 분사시키는 것이 바람직한바, 높은 자유도를 부여하면서 분사 범위와 분사지점을 선정하고, 따라서 노즐이 향하는 방향을 움직여서 고정 상태로 제품의 처리 지점을 가공하는 것에 의해, 처리 제품이 무겁거나 크기가 클 경우이더라도 이러한 가공이 쉽게 진행되는 이점을 제공한다.

압축 공기 등 압축 가스에 더하여 압축 유체를 통해 상기 연마재를 분사할 때, 물이나 연마액 등의 압축 유체를 따라서 상기 연마재를 분사할 수 있다.

분사 압력 및 속도

블라스트 가공용 연마재의 분사는 분사속도 5 m/s 내지 200 m/s, 바람직하게는 20 m/s 내지 150 m/s, 또는 분사압력 0.01 MPa 내지 1 MPa, 바람직하게는 0.02 MPa 내지 0.6 MPa에서 수행한다.

상기 분사속도가 200m/s를 초과하게 되면, 이에 따른 역학 에너지 때문에 제품 처리면이 새틴처럼 된다. 아울러, 전달체가 손상되고, 연마 입자들이 떨어져 나가게 되어서, 안정적으로 가공을 수행할 수 없게 되고, 연마재의 내구력이 줄어들게 됨으로써, 비용 증가를 야기하게 된다. 분사 속도가 5m/s 미만이면, 가공 효능이 떨어지고, 생산성이 줄어들고, 산업상 효용성이 나빠진다. 따라서, 20 m/s 내지 150 m/s의 분사속도를 가지는 것이 바람직하다.

상기 분사압력이 1MPa를 초과하고 압축 공기를 사용하게 되면, 상기 분사속도가 최소한 200m/s로 되고, 상기 처리면이 새틴처럼 된다. 아울러, 전달체가 손상되고, 연마 입자들이 떨어져 나가게 되어서, 안정적으로 가공을 수행할 수 없게 되고, 연마재의 내구력이 줄어들게 됨으로써, 비용 증가를 야기하게 된다. 더욱이, 공기 공급에 따라 고압 압축기가 필요하게 되어, 장치 및 공장 비용이 증가하게 된다. 상기 분사압력이 0.01MPa 미만이면, 충분한 연마 속도가 얻어지지 않게 됨으로써, 가공 성능이 떨어지게 되고, 생산성이 줄어들고, 그 산업적 효용성이 나빠진다.

제품 처리면에 대한 입사각

제품 처리면에 대한 입사각 θ를 0 < 80도 (0도와 80도 사이), 바람직하게는 5 내지 70도로 하여 상기 연마재를 처리 제품에 분사한다. 입사각이 보다 예리해지게 되면, 제품 처리면 상에서 연마재가 더욱 쉽게 활주할 수 있게 되고, 따라서 평활한 경면이 쉽게 얻어질 수 있게 된다.

연마재의 입사방향이 제품 처리면에 대한 각도 θ로 주어질 때, 처리된 제품면에 수직한 속도 요소값은 V x Sinθ으로, 처리대상 제품면에 평행한 속도 요소값은 V x Cosθ으로 나타낸다. 제품 처리면 상에 새틴 같은 면을 방지하기 위해서는, V x Sinθ은 작고, V x Cosθ은 커야 한다. 따라서, θ=90도이어서는 안된다. 더욱이, 낮은 각도 방향 0도는 가공 효율 면에서 바람직하지 않다.

상기에서 언급한 것처럼, 처리 제품에 대해 입사각을 갖도록 하는 블라스트 가공 장치를 이용해서 본 발명의 평판 형상 연마재를 분사하게 되면, 분사된 상기 연마재가 제품 처리면 상에서 활주하게 되고, 그 표면을 연마하게 된다.

평판율이 1.5 내지 100 범위를 만족하도록 형성된 본 발명의 연마재를 상기 블라스트 가공장치를 이용해서 분사하고, 충돌시키면, 상기 연마재가 제품 처리면 위를 활주하게 되는데, 상기 연마재 표면은 상기 제품 처리면과 활주가 가능한 접촉상태에 있게 되고, 따라서, 상기 연마재의 평평한 면과 접촉상태인 제품 처리면은 절삭되고 평활해진다.

평판 직경 0.05mm 내지 10mm을 갖는 본 발명에 의한 연마재는 처리제품의 표면조도 중 골 속으로는 쉽게 들어가지 않으며, 골 깊이를 더 깊어지게 하는 방향으로 절삭능을 구현하지 않으면서, 단지 산 부분을 절삭할 뿐이다. 따라서, 제품 처리면이 쉽게 평활해지는 것이 가능하다.

특히, 가공대상 제품의 요철의 피치보다 큰 평판 직경, 바람직하게는 상기 피치의 3배 이상, 더욱 바람직하게는 10배 이상을 형성시키면, 연마재가 상기 요철의 피치의 형태를 따라가면서 움직이는 것이 불가능해지고, 따라서 표면 조도로 표현되는 골의 깊이를 증가시키는 방향으로의 절삭은 거의 완전하게 제한된다.

따라서, 제품 처리면의 요철에 있어서는, 상기 표면조도 중 산 부분에 집중된 부분들이 벗겨지게 되어, 표면이 평활해지도록 가공되고, 사용된 입자크기나 연마 입자들의 재료물질, 또는 가공대상 제품에 맞게 연마되고, 상기 표면이 경면, 광택면 등 원하는 마무리를 갖도록 가공될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예들에 대해서 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

실시예 1

연마재

본 발명에서 사용된 연마재에서는, 방수 크라프트지를 전달체로 사용하였으며, 내부에 연마 입자들을 분산시킨 에폭시 레진 접착제를 그 위에 코팅하였다. 평방체 형태의 연마재의 일면이 1.5mm이었다.

하기 표는 실시예 1에서 사용한 연마재에 대해 자세히 보여준다.

연마재 (실시예 1)
크기 등	형상 및 크기	1.5mm x 1.5mm 평방체 형 평면, 두께 0.25mm
	평판 직경	2.8mm (100개 무작위 추출한 샘플 평균 직경, SEM 현미경 측정)
	평판율	11.2 (2.8mm 평판 직경/0.25mm)*
전달체		그라파이트 형 (50㎛ 두께; 방수처리됨)
연마 입자		그린 카보런덤(GC) #2000(평균 연마 입자 직경 6.7㎛), 후지산업 생산
부가적인 제조방법		연마 입자들을 에폭시 수지 접착제 내에 1:1.5 중량비(연마 입자:접착제)로 혼합한 혼합물 액체를 나이프 코터를 이용, 전달체 종이 한면에 적용시킨 후, 건조두께 0.2mm로 만듬. 건조 후, 상기 전달체를 1.5mm x 1.5mm 평방형으로 자름.

* 평판율은 SEM 관찰에 의한 실제 측정에 기초함.

또한, 상기 [표 2]에서의 평판 직경은 100개의 무작위 추출 샘플들에 대한 SEM 현미경 사진에 기초하며, 각각의 샘플의 평판 직경은 그 대각선 길이로 측정하고, 그 평균값을 상기 언급한 평판 직경으로 결정한다.

또한, 상기 평판율은 상기 평균 평판 직경 값을 두께로 나눈 값으로 결정한다.

처리 제품( 피가공물 )

[표 3]은 본 실시예에서 가공 대상으로 사용한 처리 제품을 보여준다.

[표 3]에서 나타난 것처럼, 본 실시예에서 처리 제품(피가공물)으로 사용한 제품은 S45C 강의 환봉(침탄경화 제품)이었으며, 절삭 흔적이 계속해서 원주방향에 평행하게 형성되었고, 길이방향으로 약 0.15mm의 피치를 가졌다 (도 1 참조).

또한, 상기 처리 제품에 있어서, 본 발명의 연마재를 사용한 블라스트 가공에 앞서, 숏피닝 처리(shot peening treatment)를 하여 표면을 준비시켰다.

하기 표는 상기 처리 제품(피가공물)에 대해 상세히 나타낸다.

처리 제품(피가공물)

재료		S45C 강의 침탄경화 제품
형상 및 크기		환봉 (30mm 직경)
경도		HRC45
전처리	방법	숏피닝
	사용 장치	"FD4", 후지산업 생산 (직압식 에어 블라스팅 장치)
	분사노즐	5mm 직경
	분사재료	주강 숏(cast iron shot)(0.2mm 직경)
	분사압력	0.3MPa
	분사거리	200mm

평판 형상 연마재를 이용한 블라스트 가공 조건

블라스트 가공을 위해, 상기 연마재를 상기 언급한 처리 제품(피가공물)과 동일한 제품에 분사하였다. 상기 블라스트 가공 조건은 [표 4]에 나타난다.

블라스트 가공 조건 (실시예 1)

분사 장치	에어 블라스트 장치 (중력 형 "SGSR-3"; 후지산업 생산)
분사압력	0.1MPa
분사거리	50mm
분사각	피가공물에 대해 45도
처리시간	1분
부가 조건	피가공부가 테이프로 마스킹되고, 평판 형상 연마재가 상기 마스킹된 부분으로부터 마스킹 안된 부분으로 활주함

비교예

상기 실시예에 사용한 처리 제품(피가공물)과 동일한 제품에, 하기와 같은 입자 형상을 가진 탄성 연마재를 이용하여 블라스트 가공을 수행하였다.

여기서 사용한 가공 조건과 탄성 연마재는 하기에 보여졌다.

탄성 연마재 (비교예 1)
형상 및 크기	0.6mm 입경 지닌 입자
전달체	고무
연마 입자	그린 카보런덤(GC) #8000(평균 연마 입자 직경 1.2㎛), 후지산 업 생산
제조 방법 등	배합제와 연마 입자들을 분쇄한 고무에 첨가 및 반죽해서 혼합물을 얻고, 상기 연마 입자들을 상기 혼합물 전체 중량 100% 대비 80% 중량비로 혼합함. 상기 반죽된 재료를 약 0.6mm 입경을 지닌 입자가 되도록 분쇄함. 결과 입자들을 가황시켜 비교예 1에 사용된 탄성 연마재를 제조함

상기 탄성 연마재 분사조건

분사 장치	에어 블라스트 장치 (중력 형 "SGSR-3"; 후지산업 생산)
분사압력	0.08MPa
분사거리	50mm
분사각	피가공물에 대해 45도
처리시간	10분
부가 조건	피가공부가 테이프로 마스킹되고, 평판 형상 연마재가 상기 마스킹된 부분으로부터 마스킹 안된 부분으로 활주함

실험 결과

측정 장치 및 측정 방법

도쿄 세이미츠(Tokyo Seimitsu) 사 제품, "Surfcom 130A"를 형상과 표면조도 측정 장치로 사용하였으며, 처리 제품의 단면 형상은 실시예 1 및 비교예 1을 각각 처리한 후에 측정하였다 (경사보정 없음).

측정 결과

도 2는 실시예 1의 방법에 따른 처리 제품의 단면 형상을 보여주는 그래프이다; 도 4는 실시예 1의 방법에 따른 처리 제품 표면을 확대시킨 사진이다.

도 3은 비교예 1의 방법에 따른 처리 제품의 단면 형상을 보여주는 그래프이다; 도 5는 비교예 1의 방법에 따른 처리 제품 표면을 확대시킨 사진이다.

도 2와 도 3을 살펴보면, 수평 축 상의 약 1.60mm 부터 2.00mm까지의 부분이 표 6에 언급한 마스킹 결과로 나타났는데, 이는 마스킹된 부분과 마스킹되지 않은 부분 사이의 경계 부위들을 나타낸다. 이 부위에서, 상기 마스킹 원료 중 접착 물질이 분사에 의해 사출되었으며, 전처리된 표면 조건 및 후처리된 표면 조건이 상호 경사 변화없이 공존하였다.

따라서, 도 2에서 보여지는 것처럼, 본 발명의 연마재를 사용함으로써 처리 제품에서는, 수평 축 상의 약 2.9mm의 국지적인 영역에서 깊어진 예외를 가지지만, 가공된 부위의 표면조도가 절삭되고 평활해졌다는 사실이 입증되었을 뿐만 아니라, 전처리된 부위 또는 가공된 부위 양쪽에서 그 표면조도의 최대 골 깊이가 약 -2.5㎛라는 사실과, 가공된 후에도 표면조도 중 골의 깊이에 거의 아무런 변화가 없다는 사실이 입증되었다.

특히, 본 발명의 평판 상으로 된 연마재를 사용한 블라스트 가공에서는, 표면조도 중 골의 깊이는 변하게 하지 않으면서, 산을 제거하는 것만으로 처리 제품을 평활하게 만드는 것이 달성되었다.

또한, 상기 표면조도의 평활화는 도 4에 나타난 처리제품의 표면 상태에 의해서도 진행될 수 있다.

반면, 입자 형상을 지닌 탄성 연마재가 사용된 비교예 1은 가공된 부위 중에서 표면조도 중 골 바닥부터 산 꼭지점까지의 높이가 비가공 부위와 비교시 감소한다는 사실과, 그 표면조도가 감소하고 평활해진다는 것을 확인한다. 하지만, 상기 가공된 부위의 조도 (골 바닥부터 산 꼭지점까지의 높이)는 실시예 1의 샘플과 비교시에는 여전히 중요한 요소였다.

그리고, 비록 비교예 1 방법으로 처리한 샘플의 비가공 부위 표면조도 중의 골이 -7.5㎛ 근처에 있었지만, 가공 부위의 골은 약 -12.5㎛으로 깊어졌다. 따라서, 비교예 1의 탄성 연마 입자를 사용한 공정에서는, 상기 탄성 연마재가 표면조도 중 산 부분을 깎아낼 뿐만 아니라, 골 또한 깎이고 깊어졌으며, 이로 인해 절삭공정이 진행되는 동안 연마재가 서서히 절삭공구의 피치 이송에 대응하여 형성된 요철들을 완만하게는 할 수 있는 한편, 이들 요철들을 제거할 수는 없었다.

또한, 비교예 1에 설명된 방법의 경우, 도 5에 나타난 처리 제품 표면 상태를 볼 때, 처리 제품 표면에 있는 요철들이 완전히 제거되지 않는다는 사실 또한 명백하다.

실시예 2

연마재

연마재 (실시예 2)
크기 등	형상 및 크기	4mm x 4mm 평방체 형 평면, 두께 0.2mm
	평판 직경	5.8mm (100개 무작위 추출한 샘플 평균 직경, SEM 현미경 측정)
	평판율	29 (5.8mm 평판 직경/0.5mm 두께)*
전달체		분산된 연마입자형의 고무 전달체
연마 입자		그린 카보런덤(GC) #8000(평균 연마 입자 직경 1.2㎛), 후지산업 생산
제조방법 등		배합제와 연마 입자들을 분쇄한 고무에 첨가 및 반죽해서 혼합물을 얻고, 상기 연마 입자들을 상기 혼합물 전체 중량 100% 대비 70% 중량비로 혼합함. 상기 반죽된 재료에 가황제를 첨가한 후, 반죽 재료가 오픈 롤에 의해 0.5mm 두께의 시트 형태가 됨. 결과 시트를 가황시키고 절삭하여 탄성 연마재를 제조함

* 평판율은 SEM 관찰에 의한 실제 측정에 기초함.

또한, 상기 [표 8]에서의 평판 직경은 100개의 무작위 추출 샘플들에 대한 SEM 현미경 사진에 기초하며, 각각의 샘플의 평판 직경은 그 대각선 길이로 측정하고, 그 평균값을 상기 언급한 평판 직경으로 결정한다.

또한, 상기 평판율은 상기 평균 평판 직경 값을 두께로 나눈 값으로 결정한다.

처리 제품( 피가공물 )

[표 8]은 본 실시예에서 가공 대상으로 사용한 처리 제품을 보여준다.

본 실시예에서 처리 제품(피가공물)으로 사용한 제품은 직경 30mm, 길이 45mm인 기존의 구조용 롤 강재의 SS400 환봉이었으며, 상기 환봉의 표면을 선반(lathe) 위에서 초경합금의 절삭공구로 처리하였다. 처리된 환봉에는 절삭 흔적이 계속해서 원주방향에 평행하게 형성되었고, 길이방향으로 약 0.15mm의 피치를 가졌다.

평판 형상 연마재를 이용한 블라스트 가공 조건

상기 연마재를 상기 언급한 처리 제품(피가공물)과 동일한 제품에 분사하고, 블라스트 가공을 진행했다. 상기 블라스트 가공 조건은 [표 8]에 나타난다.

블라스트 가공 조건 (실시예 2)

분사 장치	에어 블라스트 장치 (중력 형 "SGSR-3"; 후지산업 생산)
분사압력	0.15MPa
분사거리	80mm
분사각	피가공물에 대해 60도
처리시간	5분
부가 조건	피가공부가 테이프로 마스킹되고, 평판 형상 연마재가 상기 마스킹된 부분으로부터 마스킹 안된 부분으로 활주함

가공 결과

가공된 부위를 육안관찰한 결과, 표면조도가 감소하고, 가공된 면에 완만하고 광택 있는 마감이 형성되었다. 또한, 철부(산)들이 선택적으로 연마되었고, 요부(골)들은 가공되지 않은 것이 확인되었다. 특히, 본 발명의 평판 형상으로 된 연마재를 사용한 블라스트 가공에서는, 표면조도 중 골의 깊이는 바뀌지 않고, 단지 산 부분만을 제거하는 것에 의하여 처리 제품의 평활화를 수행하였음이 나타났다.

도 6 내지 도 8은 상기 실시예 2의 블라스트 가공방법에서 사용된 연마재(분산된 연마 입자형; 고무 전달체) 표면에 대한 전자현미경 사진이다.

도 6 내지 도 8 (특히 도 7 및 도 8)에서 명백하게 보이는 바와 같이, 탄성체인 고무 전달체 내에 연마 입자가 분산된 실시예 2의 연마재에 있어서는, 상기 연마재가 블라스트 가공에 사용된 후이더라도, 다량의 연마 입자가 그 표면에 잔류하고, 연마재 마모 등에 의한 탈락 현상이 일어나지 않았다는 것이 확인되었다.

따라서, 다량의 연마 입자들이 전달체의 표면 상에서 전달되는 구조를 유지함으로써, 사용 후에 상기 전달체가 처리 제품과 접촉하여 절삭되더라도, 또한 제품 처리면과 접촉하는 면 위에 노출된 연마 입자들이 탈락하는 등의 경우에서도, 내부에 파묻힌 연마 입자들이 새로이 상기 전달체 표면에 노출되어, 탈락한 연마 입자들이 새로운 연마 입자들로 대체되고, 상기 표면을 채우는 것으로 생각된다.

따라서, 실시예 2에 사용된 연마재는, 사용된 후에도 연마능 또는 절삭능을 잃지 않으면서 계속해서 사용될 수 있다는 사실이 확인되었다.

이와 같이, 첨부된 최광의 청구항들은 특정 방식으로 구조화한 기계를 지향한 것이 아니다. 대신, 상기 최광의 청구항들은 이러한 핵심 발명의 사상 또는 본질을 보호하기 위한 것이다. 본 발명은 완전히 신규하고 이용가치가 있는 것이다. 또한, 총체적으로 고려된 선행기술을 살펴볼 때, 본 발명 당시에 당업계에 통상의 기술을 가진 자들에게 자명하지 않았던 것이다.

더욱이, 본 발명의 획기적인 면을 볼 때, 그것은 완전히 선구적인 발명에 해당된다. 따라서, 본 발명의 사상을 보호할 수 있도록 첨부된 청구항들에 대해 광범위한 해석이 요구된다.

상기에서 밝힌 본 발명의 목적과 상세한 설명에서 밝힌 발명의 구성들이 효과적으로 달성되고, 본 발명의 범위 이내에서 구성의 변형이 가능하기 때문에 상기 상세한 설명과 첨부된 도면들에 나타난 사항들이 이해를 돕기 위한 것이지 발명을 제한하기 위한 것이 아님을 알게 될 것이다.

또한 첨부된 청구항들이 여기에 언급된 본 발명의 일반적이고 특징적인 특성들 전부 및, 언어적 측면에서 본 발명의 범주에 포함시킬 수 있는 모든 표현들을 포괄하기 위한 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 실시예 1과 비교예 1의 처리 제품(피가공물)에 대한 설명도;

도 2는 실시예 1의 방법에 따른 처리 제품의 표면 형상에 있어서 표면조도 곡선을 보여주는 그래프;

도 3은 비교예 1의 방법에 따른 처리 제품의 표면 형상에 있어서 표면조도 곡선을 보여주는 그래프;

도 4는 실시예 1의 방법에 따른 처리 제품 표면을 확대시킨 사진(50배 확대);

도 5는 비교예 1의 방법에 따른 처리 제품 표면을 확대시킨 사진(50배 확대);

도 6은 실시예 2에서 사용된 분산된 연마 입자형 연마재(고무 전달체) 표면에 대한 전자현미경 사진(500배 확대);

도 7은 실시예 2에서 사용된 분산된 연마 입자형 연마재(고무 전달체) 표면에 대한 전자현미경 사진(2000배 확대); 및

도 8은 실시예 2에서 사용된 분산된 연마 입자형 연마재(고무 전달체) 표면에 대한 전자현미경 사진(5000배 확대)이다.

Claims (12)

1. 평평한 면의 최대직경이 0.05 mm 내지 10 mm이고, 상기 최대직경이 상기 연마재 두께의 1.5 내지 100배를 만족하는,

   평평한 면을 갖는 평판 형상을 포함하는 블라스트 가공용 연마재.
2. 제1항에 있어서,

   평평한 면을 갖는 평판 형상의 전달체, 및 상기 전달체의 상기 평평한 면 중 하나 이상의 면 위에서 전달되는 연마 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 블라스트 가공용 연마재.
3. 제2항에 있어서,

   상기 전달체가 종이인 것을 특징으로 하는 블라스트 가공용 연마재.
4. 제2항에 있어서,

   상기 연마 입자가 접착제를 통해서 상기 전달체 위에서 전달되는 것을 특징으로 하는 블라스트 가공용 연마재.
5. 제3항에 있어서,

   상기 연마 입자가 접착제를 통해서 상기 전달체 위에서 전달되는 것을 특징으로 하는 블라스트 가공용 연마재.
6. 제1항에 있어서,

   평평한 면을 갖는 평판 형상의 전달체, 및 상기 전달체 내에 분산된 연마 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 블라스트 가공용 연마재.
7. 제6항에 있어서,

   상기 전달체가 탄성체인 것을 특징으로 하는 블라스트 가공용 연마재.
8. 제1항에 있어서,

   염료 또는 안료를 포함하는 착색제, 형광 착색제, 방향제 및 항균제로 이루어진 그룹으로부터 하나 이상 선택된 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블라스트 가공용 연마재.
9. 평평한 면의 최대직경이 0.05 mm 내지 10 mm이고, 상기 최대직경이 상기 연마재 두께의 1.5 내지 100배를 만족하는, 평평한 면을 갖는 평판 형상으로 이루어진 연마재를 제품의 처리면에 대하여 기울어진 입사각으로 분사하는 단계를 포함하는 블라스트 가공방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 연마재의 상기 평평한 면의 최대직경이 처리대상 제품의 가공면의 표면조도에 있는 요철 평균 간격의 적어도 3배인 것을 특징으로 하는 블라스트 가공방법.
11. 제9항에 있어서,

    상기 연마재의 분사가 처리대상 제품에 대하여 0 ＜ 80 도 (0도와 80도 사이) 입사각으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 블라스트 가공방법.
12. 제10항에 있어서,

    상기 연마재의 분사가 처리대상 제품에 대하여 0 ＜ 80 도 입사각으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 블라스트 가공방법.

Images