KR20100048221A - Ｅｃｍ 가공장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공물인 베어링을 척에 고정하면서 발생하는 위치 오차 및 가공을 위한 전극의 이동에 따른 가공물과의 상대위치 변화에 따른 위치 오차 등을 제거하여 가공정밀도를 향상시키고, 작업시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있는 ECM 가공장치에 관한 것이다.

유체동압 베어링, 미세 홈, 척, 전극, 가이드

Description

ＥＣＭ 가공장치{Processing Apparatus for Electro-Chemical Machining}

본 발명은 ECM 가공장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체동압 베어링 등의 하우징 내주면을 따라 미세 홈을 형성하기 위한 ECM 가공장치에 관한 것이다.

전자제품의 데이터 처리능력이 향상되면서 데이터 저장장치의 대표적인 HDD(Hard Disk Drive)의 저장용량도 급속히 증가하고 있는 추세에 있다. 이에 따라 HDD에 사용되는 모터의 회전속도와 정밀도가 높아지면서 모터의 구동부품인 베어링의 내부구조도 통상의 볼베어링에서 유체동압 베어링으로 교체되고 있다.

유체동압 베어링의 원리는 하우징의 내주면을 따라 형성된 미세 홈(Micro Groove)을 따라서 유체가 회전력에 의하여 압력을 발생시켜 윤활이 이루어지도록 하는 구조이다.

일반적으로 미소관 내경이나 스핀들 내경의 미세 홈 또는 유체동압 베어링의 하우징 내주면의 미세 홈은 이론적 설계에 의하여 그 형상과 치수가 제한되어 있으며, 종래의 가공방법으로는 가공이 난해할뿐만 아니라 홈의 형상이 설계와 일치하지 않고, 오랜 가공시간이 소요되어 대량생산에는 적합히지 못하다는 단점이 있다.

따라서, HDD용 모터의 대량생산을 위해서는 유체동압의 핵심구조인 미세 홈을 대량으로 가공할 수 있는 방법이 필요한데, 이러한 가공방법으로 ECM(Electro-Chemical Machining) 가공방법이 주로 사용된다.

그러나, ECM 가공방법은 전극과 피가공물과의 상대위치에 따라 가공형상에 가장 큰 영향을 받는데 반하여, 전극과 피가공물의 접촉이 불가하고, 전극과 가공물과의 간격이 10㎛ 내지 30㎛ 수준으로 미세하며, 각 피가공물간의 위치 편차가 수㎛로 전극과 피가공물간의 상대위치를 정밀하게 위치시켜야 하는 어려움이 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 피가공물인 베어링을 척에 고정하면서 발생하는 위치 오차 및 가공을 위한 전극의 이동에 따른 피가공물과의 상대위치 변화에 따른 위치 오차 등을 제거하여 가공정밀도를 향상시키고, 작업시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있는 ECM 가공장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 실시예에 따른 ECM 가공장치는 전원 공급장치와 전기적으로 연결되며, 피가공물이 내부에 안착되는 하부 가이드부; 상기 하부 가이드부의 상측에 배치되며, 상기 전원 공급장치와 전기적으로 연결되는 전극부를 내부에 구비하는 전극 고정부; 상기 전극 고정부의 하부측으로 연장구비되며, 상기 전극 고정부가 상기 하부 가이드부 방향으로 수직 이동함에 따라 상기 피가공물이 상기 전극부와 결합을 이루도록 상기 피가공물의 위치를 안내하는 가이드부; 및 상기 전극 고정부를 지지하며, 상기 전극 고정부를 수직이동시키는 프레임;을 포함한다.

또한, 상기 전극부는, 상기 피가공물과 결합시 상기 피가공물의 내주면으로 삽입되어 상기 내주면과 소정의 전극간격을 유지하는 하단부; 및 상기 전극 고정부의 내부에 고정되며, 상기 하단부와 전기적으로 연결되어 상기 하단부가 상기 가이드부의 중심축에 위치하도록 지지하는 상단부;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 피가공물과 결합하는 상기 전극부의 수직방향으로의 상대위치가 일정하게 유지되도록 상기 전극부와 상기 피가공물 사이에 구비되는 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스페이서는 절연재질로 이루어지며, 상기 상단부가 상기 피가공물과 마주하는 단면에 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전원 공급장치는 상기 전극부와 상기 하부 가이드부를 전기적으로 연결하여 상기 피가공물에 전류를 통전시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부 가이드부는 상기 피가공물과 상기 전극부가 결합시 수평도를 유지하도록 하는 완충부를 하단면에 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가이드부는 상기 전극부와 피가공물이 결합시 상기 피가공물이 상기 가이드부 내측으로 용이하게 안내될 수 있도록 하단면 내측 테두리부분이 완만한 곡선형상 또는 소정 기울기를 가지는 테이퍼 형상을 이루는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전극 고정부는 상기 전극부와 피가공물 사이로 주입되는 전해액을 공급하기 위한 전해액 공급부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 ECM 가공장치는 피가공물을 척에 고정하면서 발생하는 위치 오차, 가공을 위한 전극의 이동에 따른 피가공물과의 상대위치 변화에 따른 위치 오차, 수평도 불량에 따른 높이 차이에 의한 위치 오차 등을 제거하여 가공정밀도를 향상시키고, 작업시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.

본 발명의 실시예에 따른 ECM 가공장치에 관한 구체적인 사항을 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 ECM 가공장치를 도시하는 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 ECM 가공장치에서 가이드부가 결합되는 실시예를 도시하는 확대 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 ECM 가공장치에서 전해가공을 수행하는 상태를 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 1에 도시된 ECM 가공장치에서 완충부를 통해 수평도를 유지하는 상태를 나타내는 단면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 ECM 가공장치는 하부 가이드부(10), 전극 고정부(20), 가이드부(30), 프레임(40)을 포함하여 구성된다.

상기 하부 가이드부(10)는 외부의 전원 공급장치(70)와 전기적으로 연결되며, 피가공물(100)인 베어링이 내부에 안착되는 지지부재이다.

상기 하부 가이드부(10)는 상부면에 소정 크기의 안착부(11)가 함몰형성되어 상기 피가공물(100)이 그 내부에 안착될 수 있도록 하며, 상기 안착부(11)의 지름은 상기 피가공물(100)의 지름보다 크도록 형성하여 상기 피가공물(100)과 상기 안 착부(11) 사이에는 소정 크기의 사이틈(D)이 형성되도록 한다.

따라서, 상기 피가공물(100)은 상기 안착부(11) 내에 고정되지 않고 이동가능하도록 위치하며, 이는 종래와 같이 피가공물을 척(chuck)에 고정시키는 경우 전극과의 상대위치를 정확히 유지하기 위해 척을 이동시킴으로써 발생하는 위치 오차를 없앨 수 있다는 장점이 있다.

그리고, 상기 하부 가이드부(10)는 그 중심부를 관통하여 형성되는 관통홀(12)을 구비하여 추후 설명하는 전극부의 전극이 가공공정 과정에서 상기 피가공물(100)을 관통하는 경우 상기 안착부(11)와 접촉하지 않도록 한다.

상기 하부 가이드부(10)는 도전성 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 따라서 통상적으로 금속 재질로 이루어지는 피가공물(100)이 상기 안착부(11) 상에 안착됨으로써 통전이 이루어지도록 한다.

그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 안착부(11)까지 연결되는 내부전극(미도시)을 구비하여 상기 전원 공급장치(70)와 전기적으로 연결되도록 함으로써 상기 안착부(11) 상에 안착되는 피가공물(100)과 통전이 이루어지도록 하는 것도 가능하다.

상기 전극 고정부(20)는 상기 하부 가이드부(10)의 상측에 배치되며, 상기 전원 공극장치(70)와 전기적으로 연결되는 전극부(50)를 내부에 구비한다.

그리고, 상기 전극 고정부(20)는 상기 전극부(50)와 피가공물(100) 사이로 주입되는 전해액(e)을 공급하기 위한 전해액 공급부(22)를 구비하여 외부로부터 공 급되는 전해액(e)이 상기 전극 고정부(20)의 내부로 유입될 수 있도록 한다.

상기 전극부(50)는 상기 전극 고정부(20)의 내부 공간에 일체로 구비되거나, 교체를 위해 분리가능하도록 구비될 수도 있다.

도면에서와 같이 상기 전극부는 하단부(51) 및 상단부(52)로 구성되는 이중구조를 가지며, 상기 하단부(51)가 상기 상단부(52)에 의해 지지되어 상기 전극 고정부(20)의 내부 중심축에 배치되는 구조로 이루어진다.

그리고, 상기 상단부(52)가 상기 피가공물(100)과 마주하는 단면에는 상기 피가공물(100)과 결합하는 상기 전극부(50)의 수직방향으로의 상대위치가 일정하게 유지되도록 상기 전극부(50)와 상기 피가공물(100) 사이에 구비되는 스페이서(60)를 더 포함한다.

따라서, 상기 스페이서(60)의 길이조절을 통해 상기 피가공물(100)과 결합하는 상기 전극부(50)의 수직방향 위치(깊이)를 조절하는 것이 가능함은 물론 일정하게 유지하는 것이 가능하다.

여기서, 상기 스페이서(60)는 절연재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 상단부(52)는 상기 전극 고정부(20)의 내부에 고정되며, 상기 하단부(51)와 전기적으로 연결되어 상기 하단부(51)가 상기 전극 고정부(20)의 중심축을 따라 위치하도록 지지한다.

그리고, 상기 하단부(51)는 일단부가 상기 상단부(52)에 의해 지지되며, 타단부는 상기 상단부(52) 및 전극 고정부(20)의 중심축을 따라 상기 피가공물(100)을 향하여 돌출되어 배치된다.

여기서, 상기 하단부(51)의 상기 타단부는 상기 피가공물(100)과 결합시 상기 피가공물(100)의 내주면(101)으로 삽입되어 상기 내주면(101)과 소정의 전극간극(G)을 유지한다.

또한, 상기 하단부(51)의 상기 타단부는 그 외주면을 따라서 미세 돌기(51a)가 소정 크기로 패터닝되어 있어 상기 미세 돌기(51a)를 따라서 전해가공이 발생하여 상기 피가공물(100)의 내주면을 따라 원하는 형태의 미세 홈(51a)을 형성한다.

한편, 전해가공을 위해서는 전해액(e)의 유입과 함께 소정 전압의 전류를 통전시키는 것이 필요하다.

이를 위해 구비되는 전원 공급장치(70)는 상기 전극부(50)의 상단부(52)와 상기 하부 가이드부(10)를 전기적으로 연결하여 상기 피가공물(100)에 전류를 통전시키게 된다.

한편, 상기 가이드부(30)는 상기 전극 고정부(20)의 하부측으로 연장구비되며, 상기 전극 고정부(20)가 상기 하부 가이드부(10) 방향으로 수직 이동함에 따라 상기 피가공물(100)이 상기 전극부(50)와 결합을 이루도록 상기 피가공물(100)의 위치를 안내한다.

상기 가이드부(30)는 상기 전극 고정부(20)의 하단면으로부터 연장구비되어 상기 전극 고정부(20)와 일체로 형성되는 것이 바람직하나 이에 한정하지 않고, 도 2에서와 같이 다양한 방식으로 분리가능하게 결합될 수도 있다.

즉, 도 2(a)에서와 같이 단차부(25,35)를 통해 억지끼움방식으로 결합을 이 루거나, 도 2(b)와 같이 암나사(25) 및 수나사(35)를 각각 형성하여 나사조임방식으로 결합을 이루거나, 도 2(c)와 같이 볼트(36)를 사용하여 볼트조임방식으로 결합을 이루는 것도 가능하다.

이와 같이, 가이드부(30)가 분리가능한 방식으로 결합을 이루는 경우에는 상기 전극 고정부(20)내에 구비되는 전극부(50)에 대한 유지보수 및 교체작업이 용이하다는 장점이 있다.

이러한 상기 가이드부(30)는 도 3에서와 같이, 전해가공을 위해 상기 전극부(50)가 전극 고정부(20)를 통해 수직이동하여 상기 피가공물(100)과 결합하는 경우 정확한 위치에서 상기 전극부(50)와 결합을 이루도록 상기 피가공물(100)을 안내 및 수용고정하는 역할을 수행한다.

특히, 상기 가이드부(30)는 상기 전극부(50)와 피가공물(100)이 결합시 상기 피가공물(100)이 상기 가이드부(30)의 내부로 용이하게 안내될 수 있도록 하단면 내측 테두리(31)부분이 완만한 곡선형상 또는 소정 기울기를 가지는 테이퍼 형상을 이루도록 한다.

그리고, 상기 피가공물(100)과 상기 가이드부(30)의 내주면 사이에는 소정 크기의 사이틈(d)이 형성되도록 하여 상기 가이드부(30) 내부로 안내되어 수용되는 상기 피가공물(100)이 가공공정 후 상기 가이드부(30)로부터 용이하게 분리될 수 있도록 한다.

이때, 상기 피가공물(100)과 가이드부(30)의 내주면 사이의 사이틈(d)의 크기는 상기 피가공물(100)과 하부 가이드부(10)의 안착부(11) 사이의 사이틈(D)의 크기보다 작도록 하여 결합과정에서 발생하는 위치이동에 의한 오차를 최소화한다.

한편, 상기 프레임(40)은 상기 전극 고정부(20)와 축연결되어 상기 전극 고정부(20)를 지지하며, 상기 전극 고정부(20)를 수직이동시키는 구동부(41)를 구비한다.

상기 구동부(41)는 상기 전극 고정부(20)와 연결되는 축을 수직방향으로 상하이동시키는 구동장치로서 본 발명에 따른 실시예에서는 유압(공압)실린더를 사용하고 있으나, 이에 한정하지 않고 모터와 연결되는 기어장치 혹은 체인장치 등도 사용할 수 있다.

이러한 프레임(40)은 상기 전극 고정부(20)를 상하로 수직이동시키는 한편, 상기 전극 고정부(20)에 일정한 힘을 가하여 상기 전극부(50)가 피가공물(100)에 밀착되도록 한다. 이때, 상기 하부 가이드부(10)와 전극 고정부(20)의 가이드부(30) 사이에 수평도가 자동적으로 유지될 수 있도록 상기 하부 가이드부(10)의 하단면에는 완충부(14)를 구비한다.

상기 완충부(14)는 탄성재질로 이루어지며, 오링(O ring)과 같은 구조로 형성되는 것이 바람직하나 이에 한정하는 것은 아니다.

따라서, 도 4와 같이 바닥면이 소정의 기울기(θ)로 기울어져 있어 위치 오차가 발생하더라도 상기 완충부(14)에 의해 오차를 흡수할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 ECM 가공장치를 도시하는 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 ECM 가공장치에서 가이드부가 결합되는 실시예를 도시하는 확대 사시도이다.

도 3은 도 1에 도시된 ECM 가공장치에서 전해가공을 수행하는 상태를 나타내는 단면도이다.

도 4는 도 1에 도시된 ECM 가공장치에서 완충부를 통해 수평도를 유지하는 상태를 나타내는 단면도이다.

Claims (8)

1. 전원 공급장치와 전기적으로 연결되며, 피가공물이 내부에 안착되는 하부 가이드부;

   상기 하부 가이드부의 상측에 배치되며, 상기 전원 공급장치와 전기적으로 연결되는 전극부를 내부에 구비하는 전극 고정부;

   상기 전극 고정부의 하부측으로 연장구비되며, 상기 전극 고정부가 상기 하부 가이드부 방향으로 수직 이동함에 따라 상기 피가공물이 상기 전극부와 결합을 이루도록 상기 피가공물의 위치를 안내하는 가이드부; 및

   상기 전극 고정부를 지지하며, 상기 전극 고정부를 수직이동시키는 프레임;

   을 포함하는 ECM 가공장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 전극부는,

   상기 피가공물과 결합시 상기 피가공물의 내주면으로 삽입되어 상기 내주면과 소정의 전극간격을 유지하는 하단부; 및

   상기 전극 고정부의 내부에 고정되며, 상기 하단부와 전기적으로 연결되어 상기 하단부가 상기 가이드부의 중심축에 위치하도록 지지하는 상단부;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 ECM 가공장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 피가공물과 결합하는 상기 전극부의 수직방향으로의 상대위치가 일정하게 유지되도록 상기 전극부와 상기 피가공물 사이에 구비되는 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ECM 가공장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 스페이서는 절연재질로 이루어지며, 상기 전극부의 상단부가 상기 피가공물과 마주하는 단면에 구비되는 것을 특징으로 하는 ECM 가공장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 전원 공급장치는 상기 전극부와 상기 하부 가이드부를 전기적으로 연결하여 상기 피가공물에 전류를 통전시키는 것을 특징으로 하는 ECM 가공장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 하부 가이드부는 상기 피가공물과 상기 전극부가 결합시 수평도를 유지하도록 하는 완충부를 하단면에 구비하는 것을 특징으로 하는 ECM 가공장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 가이드부는 상기 전극부와 피가공물이 결합시 상기 피가공물이 상기 가이드부 내측으로 용이하게 안내될 수 있도록 하단면 내측 테두리부분이 완만한 곡선형상 또는 소정 기울기를 가지는 테이퍼 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 ECM 가공장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 전극 고정부는 상기 전극부와 피가공물 사이로 주입되는 전해액을 공급하기 위한 전해액 공급부를 구비하는 것을 특징으로 하는 ECM 가공장치.

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