KR20100035302A - 자기유변유체와 연마재의 비혼합 방식을 이용한 연마 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 자기유변유체와 연마재를 이용한 대상체 연마 방법에 있어서, (a) 외부로부터 전원이 공급되면 자기장이 형성되는 전자석 재질의 회전부재에 전원을 공급하는 단계; (b) 상기 회전부재의 회전축과 연결된 구동부를 가동하여 상기 회전부재를 회전시키는 단계; (c) 상기 회전부재의 일측면에 상기 자기유변유체를 주입하여, 상기 회전부재의 외주연을 상기 자기유변유체가 감싸는 형태로 자기유변유체 층이 형성되는 단계; (d) 상기 회전부재의 일측면에 연마재 슬러리를 주입하여, 상기 자기유변유체 층의 일측면을 상기 연마재 슬러리로 감싸는 단계; (e) 상기 회전부재의 회전축 또는 상기 대상체를 고정시키는 지지부를 이동시켜, 상기 연마재 슬러리와 상기 대상체가 접촉되도록 하여 상기 대상체를 연마시키는 단계;를 포함하는 자기유변유체와 연마재의 비혼합 방식을 이용한 연마 방법이 제공된다.

개시된 자기유변유체와 연마재의 비혼합 방식을 이용한 연마 방법에 의하면, 상기 자기유변유체에 주입되는 연마재는 상기 자기유변유체의 최외곽부에 위치하게 되므로, 연마하고자 하는 대상체와 상기 연마재와의 마찰력이 극대화되어 연마 효율이 증대되는 장점이 있다.

자기유변유체, 연마재, 회전부재, 비혼합, 슬러리

Description

자기유변유체와 연마재의 비혼합 방식을 이용한 연마 방법{Polishing Method Of Using MR fluid and Abrasive}

본 발명은 자기유변유체와 연마재를 이용한 대상체 연마 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 자기유변유체로 형성된 자기유변유체 층의 외부면에 상기 연마재가 위치하도록 하여, 상기 대상체와 연마재의 마찰 강도를 증가시킨 자기유변유체와 연마재의 비혼합 방식을 이용한 연마 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자기유변유체(MR fluid)는, 자기장에 민감한 CI(Carbony Iron) 분말이 떠다니는 현탁액으로서, 상기 CI 분말(자성입자)과 운반유체인 DI-Water로 구성되며, 자기장의 세기에 따라 유동 특성이 실시간으로 제어된다.

상기 CI 분말의 입자는 약 2㎛ 내지 6㎛의 직경을 갖으며, 상기 DI-Water 내에서 30% 내지 40% 정도의 부피 비율로 포함되어 있다.

이러한 자기유변유체를 이용한 종래의 연마 방법에는, 상기 자기유변유체와 Cerium Oxide, Diamond Powder 및 AL₂O₃ 입자 등으로 이루어진 비자성 연마재를 혼합한 상태에서 회전시켜, 상기 혼합된 혼탁액을 대상체와 마찰시켜 상기 대상체를 연마하는 방법이 주로 이용되고 있었다.

여기서, 도 1a는 대상체와 회전부재의 사이에서 자기유변유체와 연마재가 혼합된 상태를 나타낸 개략도이며, 도 1b는 도 1a의 상태에서 회전부재에 자기장이 형성되어 자기유변유체와 연마재가 정렬된 상태를 나타낸 개략도이다.

도 1a와 도 1b를 참고하면, 일반적으로 종래의 자기유변유체(10)를 이용한 연마 방법은 전자석의 재질로 형성된 회전부재(40)와 연마하고자 하는 대상체(30)의 사이 공간에, 상기 자기유변유체(10)에 상기 연마재(20)를 혼합한 상태로 주입한 후, 상기 회전부재(40)에 전원을 공급하여 자기장이 형성되도록 하며 상기 회전부재(40)를 회전시켜 상기 공간 내에서 상기 자기유변유체(10)가 회전함으로써, 상기 대상체(30)와 연마재(20)가 서로 마찰되어 상기 대상체(30)가 연마되는 방식이 이용되었다.

그러나, 상기 자기유변유체(10)와 연마재(20)가 상기 공간 내에서 산재된 상태(도 1a의 상태)에서 상기 회전부재(40)에 전원이 공급되면, 상기 회전부재(40)에는 상기 자기유변유체(10)를 잡아 당기는 자기장이 형성된다.

여기서, 통상적으로 상기 자기유변유체(10)는 자기장에 노출되면 점성과 항복응력은 수 배 정도 빠르게 증가하게 되는데, 이러한 경우 도 1b와 같이 비자성 유체에 분산된 자성입자는 쌍극자의 상호작용에 의하여 자장의 방향과 평행하게 연결고리를 형성하며, 이러한 연결고리는 비자성 유체의 흐름을 방해하여 항복응력을 증가시키는 작용하였다.

또한, 도 1b의 자기유변유체(10)와 연마재(20)가 정렬된 상태와 같이, 상기 자기유변유체(10)의 연결고리의 외부면에는 상기 연마재(20)가 위치하게 되어, 상 기 자기유변유체(10)가 회전되더라도 상기 대상체(30)와 접촉되는 상기 연마재(20)는 전체의 연마재 입자 중 일부에 해당하므로, 상기 대상체(30)가 제거되는 연마 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 자기장이 형성된 상태의 회전부재에 자기유변유체를 주입하여, 상기 자기유변유체가 상기 회전부재의 외주연을 둘러싸는 형태의 자기유변유체 층이 형성되며, 상기 자기유변유체 층의 외부면에 연마재 슬러리를 주입함으로써, 상기 자기유변유체 층의 최외곽에 연마재가 위치되도록 하여, 대상체와 상기 연마재의 마찰력을 극대화시킨 자기유변유체와 연마재의 비혼합 방식을 이용한 연마 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자기유변유체와 연마재의 비혼합 방식을 이용한 연마 방법에 의하면, 자기유변유체와 연마재를 이용한 대상체 연마 방법에 있어서, (a) 외부로부터 전원이 공급되면 자기장이 형성되는 전자석 재질의 회전부재에 전원을 공급하는 단계; (b) 상기 회전부재의 회전축과 연결된 구동부를 가동하여 상기 회전부재를 회전시키는 단계; (c) 상기 회전부재의 일측면에 상기 자기유변유체를 주입하여, 상기 회전부재의 외주연을 상기 자기유변유체가 감싸는 형태로 자기유변유체 층이 형성되는 단계; (d) 상기 회전부재의 일측면에 연마재 슬러리를 주입하여, 상기 자기유변유체 층의 일측면을 상기 연마재 슬러리로 감싸는 단계; (e) 상기 회전부재의 회전축 또는 상기 대상체를 고정시키는 지지부를 이동시켜, 상기 연마재 슬러리와 상기 대상체가 접촉되도록 하여 상기 대상체를 연마시키는 단계;를 포함한다.

여기서, 상기 (d) 단계는, 상기 회전부재의 일측면에 상기 연마재 슬러리를 주입하게 되면, 상기 자기유변유체 층과 상기 연마재 슬러리는 혼합되지 않고, 상기 자기유변유체 층의 외부면에 상기 연마재 슬러리가 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 자기유변유체는, 상기 회전부재의 자기장에 의해 상기 회전부재의 중심축 방향으로 당겨지게 되어, 상기 회전부재의 회전 시에 외부로 이탈되지 않는 것을 특징으로 한다.

게다가, 상기 (e) 단계는, 상기 회전부재의 회전축 또는 상기 대상체의 지지부는 3축(X축, Y축, Z축) 방향으로 이동 가능한 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 회전부재의 회전축 또는 상기 대상체의 지지부의 이동에 따라, 상기 대상체의 연마되는 형태 또는 깊이가 조절되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기유변유체와 연마재의 비혼합 방식을 이용한 연마 방법에 의하면, 상기 자기유변유체에 주입되는 연마재는 대부분 상기 자기유변유체의 최외곽부에 위치하게 되므로, 연마하고자 하는 대상체와 상기 연마재와의 마찰력이 극대화되어 연마 효율이 증대되는 장점이 있다.

또한, 상기 자기유변유체를 회전시키는 회전부재와 상기 대상체를 지지하는 지지부가 3축(X축, Y축, Z축) 방향으로 이동 가능하므로, 상기 대상체에 연마되는 형태 또는 깊이를 용이하게 조절할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기유변유체와 연마재의 비혼합 연마 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 2에서와 같이, 본 발명에 따른 자기유변유체와 연마재의 비혼합 연마 방법은 전원 공급 단계(S200), 회전부재 회전 단계(S210), 자기유변유체 층 형성 단계(S220), 연마재 슬러리 주입 단계(S230) 및 대상체 연마 단계(S240)를 포함한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자기유변유체와 연마재의 비혼합 연마 방법을 상세하게 설명한다.

도 3a는 본 발명의 자기유변유체 층의 외부면에 연마재 슬러리가 주입된 상태를 나타낸 개략도, 도 3b는 도 3a에서 회전부재에 자기장이 형성되어 연마재 층과 자기유변유체 층이 구분된 상태를 나타낸 개략도, 도 4는 본 발명의 자기유변유 체와 연마재의 비혼합 연마 방법에 따른 연마 방식을 나타낸 개략도 및 도 5는 도 4의 연마 방식에 따른 동작원리를 나타낸 개략도이다.

먼저, 전원 공급 단계(S200)에서는, 외부로부터 전원이 공급되면 자기장이 형성되는 전자석 재질의 회전부재(130)에 전원을 공급한다.

여기서, 상기 회전부재(130)는 연마하고자 하는 대상체(120)와 인접한 위치에 구비되며, 회전축과 연결된 구동부(미도시)에 의해 회전 가능하도록 구비된다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 대상체(120)의 연마면과 수직을 이루는 형태로 구비되는 것이 바람직하다.

게다가, 상기 회전부재(130)의 회전축은 3축(X축, Y축, Z축) 방향으로 이동 가능하도록 구비되어, 상기 대상체(120)와의 인접한 거리를 조절할 수 있도록 구비되는 것이 바람직하다.

상기 회전축의 이동 수단으로는 전동모터와 기어 또는 팬벨트(Fan belt) 및 체인 등을 이용하여 상기 회전축을 이동시키도록 구비될 수 있다.

한편, 상기와 같이 회전부재(130)에 전원이 공급된 후에는, 상기 회전부재(130)의 회전축과 연결된 구동부를 가동하여 상기 회전부재(130)를 회전시킨다.(S210)

여기서, 상기 구동부는 전동모터일 수 있으며, 사용자의 선택적 제어에 따라 그 회전속도가 가변될 수 있음은 물론이다.

이어서, 상기와 같이 회전하는 회전부재(130)의 일측면에 자기유변유체(100)를 주입하여, 상기 회전부재(130)의 외주연을 자기유변유체(100)가 감싸는 형태로 자기유변유체 층이 형성되도록 한다.(S220)

이때, 상기 회전부재(130)의 회전에 따른 원심력에 의해 상기 자기유변유체(100)가 외부 방향으로 이탈되지 않도록 상기 회전부재(130)의 회전속도를 감속하여 제어하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 자기유변유체(100)는 자기장에 민감한 CI(Carbony Iron) 분말이 떠다니는 현탁액으로서, 상기 CI 분말(자성입자)과 운반유체인 DI-Water로 구성되며, 자기장의 세기에 따라 유동 특성이 실시간으로 제어된다.

또한, 상기 CI 분말의 직경은 2㎛ 내지 6㎛의 직경을 갖으며 상기 DI-Water 내에서 30% 내지 40% 정도의 부피 비율로 포함되어 있다.

따라서, 상기와 같이 자기장이 형성된 회전부재(130)의 일측면에 상기 자기유변유체(100)가 주입되면, 상기 자기유변유체(100)에 포함된 자성입자는 상기 자기장에 의해 회전부재(130)의 외부면에 부착되며, 상기 운반유체인 DI-Water는 점성에 의해 상기 자성입자의 외부면을 감싸는 형태로 위치하게 된다.

여기서, 상기 자기유변유체(100)는 상기 회전부재(130)의 자기장에 의해 회전부재(130)의 중심축 방향으로 당겨지게 되어, 상기 회전부재(130)의 회전 시에도 외부로 이탈되지 않는다.

또한, 상기 운반유체는 상기 회전부재(130)의 회전에 따른 원심력에 의해 상기 회전부재(130)의 외부 방향으로 이탈되지 않도록 일정 정도 이상의 점성이 유지되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 일정 정도는 상기 회전부재(130)의 회전속도에 따라 가변될 수 있음은 물론이다.

한편, 상기와 같이 회전부재(130)의 외주연에 자기유변유체 층이 형성된 후에는, 상기 회전부재(130)와 인접하여 위치한 노즐(111)을 통해 상기 회전부재(130)의 일측면에 슬러리(Slurry) 형태로 형성된 연마재(100)를 주입하여, 상기 자기유변유체 층의 일측면을 상기 연마재 슬러리로 감싸도록 구비된다.(S230)

이때, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 연마재 슬러리는 상기 노즐(111)과 연결된 압축기(112)를 조절하는 연마제 공급부(113)에 의해 공급되는 양이 조절되도록 구비될 수 있다.

여기서, 상기 회전부재(130)에 자기장(140)이 형성되지 않은 상태에서 상기 자기유변유체(100)가 주입되어 자기유변유체 층이 형성되고, 상기 자기유변유체 층의 외부면에 상기 연마재 슬러리가 주입될 경우에는, 도 3a에 도시된 바와 같이 상기 회전부재(130)의 외부면에는 자기유변유체 층이 형성되며, 상기 자기유변유체 층의 상부면에는 연마재 층이 형성되되, 상기 자기유변유체 층과 연마재 층의 사이에는 상기 자기유변유체(100)와 연마재(110)가 산재하여 혼합된 형태의 혼합층이 형성된다.

그러나, 상기 회전부재(130)에 전원을 공급하여 자기장이 형성된 상태에서 상기 자기유변유체 층이 형성된 후, 상기 자기유변유체 층의 외부면에 상기 연마재(110)가 주입될 경우에는, 도 3b와 같이 자기유변유체 층과 연마재 층이 독립적으로 구비되어 형성됨으로써, 자기유변유체(100)와 연마재(110)가 혼합되는 상기 혼합층이 존재하지 않게 된다.

이는 상기 자기장에 의해 자기유변유체(100)가 상기 회전부재(130)의 외부면 에 주입됨과 동시에 상기 회전부재(130)에 부착되면서 응집력이 발생하게 되어, 하나의 자기유변유체 층으로 형성된다.

따라서, 상기 연마재 슬러리가 상기 자기유변유체 층에 주입되더라도, 상기 응집력에 의해 상기 연마재(110)는 자기유변유체 층의 내부로 침투하지 못하고 상기 자기유변유체 층의 상부면에 위치하게 되는 것이다.

한편, 상기 연마재 슬러리 주입 단계(S230)이후에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 회전부재(130)의 회전축 또는 상기 대상체(120)를 고정시키는 지지부(121)를 이동시켜 상기 연마재 슬러리와 상기 대상체(120)가 접촉되도록 하여 상기 대상체(120)를 연마한다.(S240)

여기서, 상기 대상체(120)의 지지부는 3축(X축, Y축(회전축), Z축) 방향으로 이동 가능하도록 구비되어, 상기 대상체의 연마되는 형태 또는 깊이가 조절되도록 구비되는 것이 바람직하다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1a는 대상체와 회전부재의 사이에서 자기유변유체와 연마재가 혼합된 상태를 나타낸 개략도,

도 1b는 도 1a의 상태에서 회전부재에 자기장이 형성되어 자기유변유체와 연마재가 정렬된 상태를 나타낸 개략도,

도 2은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기유변유체와 연마재의 비혼합 연마 방법을 나타낸 흐름도,

도 3a는 본 발명의 자기유변유체 층의 외부면에 연마재 슬러리가 주입된 상태를 나타낸 개략도,

도 3b는 도 3a에서 회전부재에 자기장이 형성되어 연마재 층과 자기유변유체 층이 구분된 상태를 나타낸 개략도,

도 4는 본 발명의 자기유변유체와 연마재의 비혼합 연마 방법에 따른 연마 방식을 나타낸 개략도 및

도 5는 도 4의 연마 방식에 따른 동작원리를 나타낸 개략도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100...자기유변유체 110...연마재

120...대상체 130...회전부재

140...자기장 S200...전원 공급 단계

S210...회전부재 회전 단계 S220...자기유변유체 층 형성 단계

S230...연마재 슬러리 주입 단계 S240...대상체 연마 단계

Claims (5)

1. 자기유변유체와 연마재를 이용한 대상체 연마 방법에 있어서,

   (a) 외부로부터 전원이 공급되면 자기장이 형성되는 전자석 재질의 회전부재에 전원을 공급하는 단계;

   (b) 상기 회전부재의 회전축과 연결된 구동부를 가동하여 상기 회전부재를 회전시키는 단계;

   (c) 상기 회전부재의 일측면에 상기 자기유변유체를 주입하여, 상기 회전부재의 외주연을 상기 자기유변유체가 감싸는 형태로 자기유변유체 층이 형성되는 단계;

   (d) 상기 회전부재의 일측면에 연마재 슬러리를 주입하여, 상기 자기유변유체 층의 일측면을 상기 연마재 슬러리로 감싸는 단계;

   (e) 상기 회전부재의 회전축 또는 상기 대상체를 고정시키는 지지부를 이동시켜, 상기 연마재 슬러리와 상기 대상체가 접촉되도록 하여 상기 대상체를 연마시키는 단계;를 포함하는 자기유변유체와 연마재의 비혼합 방식을 이용한 연마 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 (d) 단계는,

   상기 회전부재의 일측면에 상기 연마재 슬러리를 주입하게 되면, 상기 자기유변유체 층과 상기 연마재 슬러리는 혼합되지 않고, 상기 자기유변유체 층의 외부면에 상기 연마재 슬러리가 위치하는 것을 특징으로 하는 자기유변유체와 연마재의 비혼합 방식을 이용한 연마 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 자기유변유체는,

   상기 회전부재의 자기장에 의해 상기 회전부재의 중심축 방향으로 당겨지게 되어, 상기 회전부재의 회전 시에 외부로 이탈되지 않는 것을 특징으로 하는 자기유변유체와 연마재의 비혼합 방식을 이용한 연마 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 (e) 단계는,

   상기 회전부재의 회전축 또는 상기 대상체의 지지부는 3축(X축, Y축, Z축) 방향으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 자기유변유체와 연마재의 비혼합 방식을 이용한 연마 방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 회전부재의 회전축 또는 상기 대상체의 지지부의 이동에 따라, 상기 대상체의 연마되는 형태 또는 깊이가 조절되는 것을 특징으로 하는 자기유변유체와 연마재의 비혼합 방식을 이용한 연마 방법.

Images