KR20110136206A - 자기유변유체를 이용한 피가공물의 연마장치 및 그 연마방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기유변유체(Magneto-rheological fluid)를 이용하여 3차원 구조물 패턴의 균일가공이 가능한 연마장치 및 방법에 관한 것으로서, 전자석의 N극과 S극 사이에 피가공물의 가공을 위한 가공영역을 형성하고, 상기 전자석을 회전시키는 동시에 상기 피가공물을 직선이동시키면서 전자석에 부착된 자기유변유체를 통해 피가공물의 표면을 평탄하고 고르게 연마 가공할 수 있도록 하는 자기유변유체를 이용한 피가공물의 자기유변 연마장치 및 그 연마방법을 제공한다.

Description

자기유변유체를 이용한 피가공물의 연마장치 및 그 연마방법{Apparatus and method for polishing workpiece using magnetorheological fluid)}

본 발명은 3차원 형상의 피가공물의 표면을 자기유변유체(Magneto-rheological fluid)를 이용하여 균일하고 고르게 연마할 수 있는 연마장치 및 연마방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자석의 양 극(N극과 S극) 사이에 피가공물의 가공을 위한 가공영역을 형성하여 상기 가공영역에 평행한 자기력선과 균일한 자속밀도가 분포되도록 함으로써, 피가공물의 표면을 곡면 없이 평탄하고 균일하게 연마 가공할 수 있는 연마장치 및 연마방법에 관한 것이다.

일반적으로, 마이크로 금형가공 기술은 크기가 수 mm의 공간적 개념을 갖는 미세부품을 반복적으로 대량으로 성형, 가공하기 위한 수 mm에서 수십 μm 크기의 몰드(mold)를 제작하는 기술이다.

3차원 형상의 마이크로 몰드의 경우, 최근에는 MEMS 공정, 마이크로 방전, 그리고 미세기계가공(micro machining technology) 등을 이용하여 제작하고 있다.

MEMS 공정을 통해 제작된 구조물의 경우 폴리머나 실리콘 웨이퍼를 에칭이나 증착, 스퍼터링 등에 의해 표면을 가공하기 때문에 중심선 Ra(평균거칠기) 값이 수십 nm의 값을 얻을 수 있는 장점이 있다. 그러나 재료가 한정되어 있고 복잡한 형상을 제작하기 어려우며 다양한 제품을 제작하지 못하는 한계가 있었다.

한편, 마이크로 방전의 경우 가공 가능 표면 거칠기 Ra는 0.1μm 로써 만약 수 mm의 구조물을 생산하기 위한 몰드를 제작할 경우 몰드와 완성품의 형태가 손상되는 문제가 발생할 수 있다. 이는 표면 조도를 높이게 되고 수 nm의 표면 조도를 필요로 하는 회절격자, 렌즈의 가공을 위한 몰드로 사용이 어려운 문제가 있었다. 따라서 이러한 가공방법으로 제작한 구조물을 높은 표면 품위를 가질 수 있도록 연마가공할 수 있는 연마공정이 필요하게 되었다.

기존의 연마 방식인 ELID(Electrolytic in-process dressing), 래핑(lapping) 그리고 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 등의 방식은 3차원 구조물의 형상을 유지하면서 표면을 연마하는 데에 어려움이 있었다. ELID의 경우에는 숫돌 내의 지립이 높은 가공 에너지를 필요로 하므로 쉽게 마모되어 재현성을 확보하기 힘들고, 미세 숫돌을 제작하는 것과 연마 패드를 적용하는 것 또한 많은 어려움이 있었다.

상기한 문제점 때문에 최근에 이러한 기존 표면연마 공정의 한계를 극복할 수 있는 방안으로 자기유변유체 (Magnetorheological Fluid, 자기유변 유체)를 이용한 표면 연마 방법이 제안되고 있다.

자기유변유체를 이용하는 연마 공정은 대상물의 표면 거칠기를 개선시킬 뿐만 아니라, 공작물이 가지고 있는 형상 정밀도를 유지할 수 있는 공정이다. 이는 연삭(grinding)과 같은 기존의 연마 공정이 고체와 고체가 직접 접촉하여 연마하는 방식과 달리 조절이 가능한(controllable) 점도를 가진 유체를 사용하여 연마하는 방식이기 때문에 시편에 가해지는 손상이 적다. 그리고 기본적으로 유체의 성질을 가지고 있기 때문에 가공물에 형성된 3차원 구조물의 형태를 유지하면서 매우 좋은 품질의 표면 처리가 가능하다는 장점이 있다.

한편, 자기유변유체를 이용한 자기유변 연마공정에 사용되는 장비는 크게 리본 타입(ribbon type)과 휠 타입(wheel type)으로 구분할 수 있다. 도 1은 종래의 리본 타입 연마장비를 개략적으로 나타낸 것으로서, Ribbon type 연마장비는 현재 비구면 렌즈의 표면, 마이크로 몰드의 표면 연마 등에 널리 사용되고 있는 연마장비로서, 전자석의 N극(10)과 S극(20)극 사이에 회전하는 휠(wheel;30) 이 있고, 그 위에 자기유변유체가 공급되어 연마공정을 수행하도록 되어 있다. 그러나 이와 같은 리본 타입 연마장비는 공정영역과 자석(10)(20)과의 거리가 멀고, 자석(10)(20)이 직접 회전하는 것이 아니라 자석 주위에 있는 휠(30)이 회전하기 때문에 고경도 재료를 연마할 때는 재료 제거량이 작은 단점이 있다.

위와 같은 리본 타입 연마장비의 한계를 극복하기 위하여 최근에는 휠 타입(wheel type) 연마장비가 개발되어 적용되고 있다. 휠 타입 연마장비는 도 2에 도시한 바와 같이 자기유변유체가 자석(10)(20)에 직접 부착되어 회전하기 때문에 얻을 수 있는 전단응력과 수직항력이 크다. 따라서 고경도의 재료를 연마공정에 적용할 때도 높은 재료 제거량을 얻을 수 있는 장점이 있다.

그러나 현재 사용하고 있는 리본 타입과 휠 타입 연마장비는 도 1과 도 2에서 볼 수 있는 것처럼 모두 공정영역(W;점선으로 표시)에서 발생하는 자기력선(M)의 형태가 곡선으로 형성된다. 이러한 곡선의 자기력선(M)은 공정영역(W)에서의 불균일한 자기장의 형성으로 인하여 생성된다.

이와 같이, 공정영역(W)에서 생성되는 자기력선(M)의 곡선형태로 인하여 자기유변유체에 포함되어있는 CI입자의 사슬구조도 자기력선(M)을 따라 곡선으로 형성된다. 이것은 연마공정을 적용할 때 피가공물(40) 표면의 형상에 곡면을 발생시키며, 이것으로 인하여 가공을 할 때 균일한 가공을 할 수 없다.

도 3은 곡선의 자기력선(M)을 따라 형성된 CI입자(22)의 사슬 구조와 그것을 이용하여 연마를 하였을 때의 표면 변화를 나타낸 개념도이다. 도 3에서 볼 수 있듯이, 종래의 연마장비를 이용하여 연마된 피가공물(40)의 표면은 자석 주변에 형성된 곡선형 자기력선(M)에 의해 곡면 형태를 이루며 가공되는 것을 볼 수 있다. 이러한 현상은 마이크로 구조물을 연마공정에 적용할 때 시편의 위치에 따라 가공량을 달라지게 하며, batch process에 적용할 수 없는 한계가 있다. 따라서, 현재는 곡선의 자기력선으로 인한 한계를 극복하기 위하여 피가공물의 위치를 지속적으로 바꾸어주기 위하여 부가적인 스테이지를 설치하고 그 위에 피가공물을 고정하여 지속적인 이송을 통하여 연마공정을 수행하고 있다. 그러나 이것은 가공된 표면의 형상이 복잡해지거나 정밀한 결과를 얻고자 할 때에는 사용할 수 없는 한계가 있었다. 따라서 이와 같은 공정의 한계를 극복하기 위하여 자기력선의 형태가 직선이면서 평행하게 형성될 수 있는 새로운 형태의 자기유변 연마장치의 설계가 필요한 실정 이었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 자기유변유체를 이용하여 3차원 구조물의 표면을 연마가공함에 있어, 전자석의 N극과 S극 사이에 피가공물의 가공영역을 형성하여 상기 가공영역상에 평행한 자기력선과 균일한 자속밀도가 분포되도록 한 상태에서 전자석을 회전시키는 동시에 피가공물을 직선이동시키면서 자화된 자기유변유체를 통해 피가공물의 표면을 연마 가공하도록 구성함으로써 피가공물의 표면을 평탄하고 균일하게 연마 가공할 수 있는 자기유변유체를 이용한 피가공물의 연마장치 및 연마방법을 제공함에 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 3차원 구조물 패턴의 균일 가공을 위한 자기유변 연마장치는, 서로 이격된 N극과 S극 사이에 피가공물의 가공을 위한 가공영역이 형성되고, 내부에 구비된 코일에 인가되는 전류에 의해 자화되어 N극과 S극 사이에 평행한 자기력선을 형성하는 전자석과; 상기 전자석의 N극과 S극 사이에 제공되며 상기 자화된 전자석과 함께 회전되면서 피가공물의 표면을 연마하는 자기유변유체와; 상기 전자석과 연결되고, 모터의 구동에 의해 회전되면서 상기 전자석을 일정속도로 회전시키는 회전축과; 상기 회전축상에 설치되며 상기 전자석의 코일에 전류를 인가하는 슬립링과; 상기 슬립링에 전원을 공급하는 전원공급장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 전자석은 원통 형상의 외형을 갖도록 형성될 수 있다.

이때, 상기 가공영역에 위치한 상기 전자석의 모서리 부분은 모따기 가공하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 가공영역에 위치한 상기 전자석의 N극과 S극 끝부분은 외부방향으로 일정각도로 경사지게 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 회전축은 2개가 구비되어 상기 전자석의 양단 중앙부에 각각 연결되도록 구성할 수 있다.

그리고, 본 발명에는 상기 회전축을 지지하기 위한 베어링이 더 설치될 수 있다.

여기서, 상기 회전축은, 상기 전자석과 연결되는 부분인 연결부와; 상기 베어링에 끼워져 지지되는 부분인 지지부와; 상기 슬립링 또는 타이밍 풀리를 조립하기 위한 부분인 조립부로 이루어지되, 상기 연결부, 지지부, 조립부로 갈수록 직경이 점차 줄어들도록 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 회전축은 자화되지 않는 재질로 구성되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 회전축과 연결되는 상기 전자석의 양단부에는 움푹 들어간 형태의 함몰부가 형성될 수 있다.

한편, 본 발명은 3차원 구조물 패턴의 균일 가공을 위한 자기유변 연마방법에 있어서, 서로 이격된 전자석의 N극과 S극 사이에 피가공물의 가공을 위한 가공영역을 형성하고, 상기 전자석 내부의 코일에 전류를 인가하여 N극과 S극 사이에 평행한 자기력선이 형성되도록 하여, 상기 전자석을 일정속도로 회전시키는 동시에 상기 피가공물을 상기 가공영역 내외로 직선운동시키면서 상기 평행한 자기력선을 따라 배열된 자기유변유체를 통해 피가공물의 표면을 연마하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 3차원 구조물 패턴의 균일 가공을 위한 자기유변 연마용 전자석은, 서로 이격된 N극과 S극 사이에 피가공물의 가공을 위한 가공영역이 형성되고, 내부에는 코일이 구비되며, 상기 코일에 인가되는 전류에 의해 자화되어 N극과 S극 사이에 평행한 자기력선을 형성하며, 외부의 동력원에 의해 회전되면서 상기 가공영역상에 제공되는 자기유변유체에 의해 피가공물의 표면을 연마하도록 된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 전자석은 원통 형상의 외형을 갖도록 형성될 수 있다.

이때, 상기 가공영역에 위치한 상기 전자석의 모서리 부분은 모따기 가공되는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 가공영역에 위치한 상기 전자석의 N극과 S극 끝부분은 외부방향으로 일정각도로 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 전자석의 양단에는 각각 회전축을 연결하여 구성하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 회전축과 연결되는 상기 전자석의 양단부에는 움푹 들어간 형태의 함몰부가 형성될 수 있다.

상기한 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 전자석의 양 극(N극과 S극) 사이에 피가공물의 가공을 위한 가공영역을 형성하여 상기 가공영역에 평행한 자기력선과 균일한 자속밀도가 분포되도록 함으로써, 3차원 형상을 갖는 구조물의 표면을 곡면 없이 평탄하고 균일하게 효율적으로 연마 가공할 수 있기 때문에 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

그리고, 상기한 구성을 갖는 본 발명의 자기유변 연마장치를 이용하게 되면 고정밀도를 갖는 3차원 미세패턴 형상의 금형을 용이하게 제작할 수 있기 때문에 고품질의 제품을 사출 또는 스탬핑할 수 있어서 제품의 품질을 높이고 제품의 경쟁력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 기존 연마공정에서 해결하지 못한 3차원 패턴의 표면연마가 가능해지므로 본 발명의 연마장치를 사용하여 고정밀 부품을 고속 및 병렬공정으로 대량생산 할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 리본 타입(Ribbon type) 연마장비를 도시한 개략도.
도 2는 종래의 휠 타입(Wheel type) 연마장비를 도시한 개략도.
도 3은 종래의 자기유변유체에 의한 피가공물 연마시 피가공물의 표면변화를 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체 연마장치를 도시한 구성도.
도 5는 도 4에 도시된 전자석의 외형 구조를 도시한 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 전자석의 단면구조를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 전자석의 가공영역에서의 자기력선 분포를 보여주는 예시도.
도 8은 본 발명에 따른 전자석의 자속밀도 분포를 보여주는 시뮬레이션도.
도 9는 본 발명에 따른 회전축의 상세구조를 도시한 사시도.
도 10 및 도 11은 기존 연마장치 및 본 발명의 연마장치를 통해 자기유변 연마된 피가공물의 표면형상을 비교 도시한 그래프.
도 12 및 도 13는 기존 연마장치 및 본 발명의 연마장치를 통해 자기유변 연마된 피가공물 표면의 Ra 크기 분포를 비교 도시한 도면.
도 14 및 도 15는 기존 연마장치 및 본 발명의 연마장치를 통해 자기유변 연마된 시편 채널의 모습을 비교 도시한 사진.
도 16 및 도 17은 기존 연마장치 및 본 발명의 연마장치를 통해 자기유변 연마된 시편 표면형상을 비교 도시한 그래프.
도 18 및 도 19는 기존 연마장치 및 본 발명의 연마장치를 통해 자기유변 연마된 시편 채널의 모습을 비교 도시한 사진.
도 20은 본 발명에 따른 자기유변 연마장치를 적용하여 연마된 피가공물의 표면 변화를 보여주는 그래프.
도 21는 도 20의 형상을 DFT를 이용하여 표면분석한 결과를 보여주는 그래프.
도 22는 도 21에서 파장이 100㎛ 이하일 경우의 DFT 결과를 보여누는 그래프.
도 23은 피가공물의 연마시간에 따른 표면의 Ra 변화를 나타낸 그래프.
도 24는 전자석의 회전속도 변화에 따른 Ra 변화를 나타낸 그래프.
도 25는 전자석의 자속밀도 크기 변화에 따른 Ra 변화를 나타낸 그래프
도 26은 자기유변유체에 혼합되는 연마제의 종류와 크기 변화에 따른 Ra 변화를 나타낸 그래프

이하, 본 발명의 바람직한 일실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 자기유변유체를 이용한 연마공정에 의해 밀리미터 혹은 마이크로 크기의 3차원 구조물을 연마가공하여 표면 조도를 향상시킬 수 있는 자기유변 연마장치에 관한 것으로서, 자기유변연마의 공정영역을 전자석의 N극과 S극 사이로 배치하여 피가공물의 전면적에 걸쳐 균일한 자기력선과 자속밀도가 분포되도록 함으로써 피가공물의 표면을 평탄하고 고르게 연마 가공할 수 있는 연마장치를 제공한다.

도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 자기유변 연마장치의 요부구성을 도시한 구성도이고, 도 5는 도 4에 도시된 전자석의 외형 구조를 보여주는 사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 전자석의 단면구조를 도시한 단면도이다. 그리고, 도 7은 본 발명에 따른 전자석의 가공영역에서의 자기력선 분포를 보여주는 예시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 전자석의 자속밀도 분포를 나타낸 시뮬레이션도이며, 도 9는 본 발명에 따른 회전축의 상세구조를 도시한 사시도이다.

도 4 내지 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 구조물 패턴의 균일 가공을 위한 자기유변 연마장치는, 전자석(110)이 회전되면서 피가공물(200)의 연마가공을 수행하는 휠 타입(wheel type) 연마장치로서, 서로 이격된 N극(112)과 S극(114) 사이에 피가공물(200)의 가공을 위한 가공영역(W)이 형성되고 내부에 구비된 코일(120)에 인가되는 전류에 의해 자화되어 N극(112)과 S극(114) 사이에 평행한 자기력선(M)을 형성하는 전자석(110)과; 상기 전자석(110)의 N극(112)과 S극(114) 사이에 제공되며 상기 자화된 전자석(110)과 함께 회전되면서 피가공물의 표면을 연마하는 자기유변유체와; 상기 전자석(110)과 연결되고, 모터(미도시)의 구동에 의해 회전되면서 상기 전자석(110)을 일정속도로 회전시키는 회전축(130)과; 상기 회전축(130)상에 설치되며 상기 전자석(110)의 코일(120)에 전류를 인가하는 슬립링(150)과; 상기 슬립링(150)에 전원을 공급하는 전원공급장치(160)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 본 발명의 연마장치에 적용되는 전자석(110)은 원통 형상의 외형을 가지고 있으며, 그 중앙부 N극(112)과 S극(114) 사이에는 피가공물(200)의 가공을 위한 개방된 공간인 가공영역(W)이 형성된다. 그리고, 상기 전자석(110)의 내측 중심부(111)에는 외부로부터 전류의 인가시 상기 전자석(110)의 N극(112)과 S극(114)에 자기장을 발생시킬 수 있도록 코일(120)이 감겨 설치된다.

상기 코일(120)에 전류의 인가시 전자석(110)의 N극(112)과 S극(114) 사이에서 생성되는 자기력선(M)은 그 형태가 직선이며 평행하다. 따라서, N극(112)과 S극(114) 사이에 형성된 피가공물(200)의 가공영역(W;점선으로 표시)에는 항상 직선이며 평행한 자기력선이 생성된다. 이러한 경향은 전자석(110) 외에 영구자석일 경우에도 동일한 결과가 도출되고, 전자석(110)의 형태와 크기 등의 변화를 주어도 N극(112)과 S극(114) 사이에서는 항상 평행한 자기력선이 형성되는 특성이 있다. 본 발명은 위와 같은 전자석(110)의 N극(112)과 S극(114) 사이에 형성되는 균일하고 평행한 자기력선(M)을 이용하여 피가공물(200)의 연마를 수행하도록 되어 있다.

여기서, 상기 전자석(110)의 N극(112)과 S극(114) 사이에 형성되는 자속밀도의 크기가 동일하게 분포되도록 하기 위하여, 상기 가공영역(W)을 중심으로 좌우 양쪽의 전자석 형태가 대칭이 되도록 형성하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 전자석(110)의 중심부(111)에 설치되는 코일(120)의 개수는 하나로 구성하는 것이 바람직하다. 이 이유는 코일의 개수가 여러 개인 경우에는 코일 근처에서의 자속밀도의 크기는 크게 나타나지만 그 외에 부분에서는 자속밀도의 크기가 작아져서 N극(112)과 S극(114) 사이에 자기장이 불균일하게 형성되기 때문이다.

그리고, 본 발명의 연마장치는 영구자석 대신에 전자석(110)을 적용하여 구성함으로써, 코일(120)로 공급되는 전류의 조절을 통하여 자속밀도의 크기를 용이하게 조절할 수 있으며, 피가공물의 가공 전·후에 자기유변유체의 공급과 제거가 용이한 장점이 있다.

이와 같은 전자석(110)은 고정식이 아닌 회전방식으로 설계하여 피가공물(200)의 연마공정 중 자기유변유체의 공급과 순환이 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 전자석(110)의 재료로는 순철을 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 코일(120)에 전류가 공급될 경우 전자석(110)이 자속밀도를 가지고 있다가 전류의 제거시 전자석(110)에 발생된 자속밀도가 쉽게 0T될 수 있기 때문이다.

그리고, 상기 전자석(110) 내부의 중심부(111) 외측에는 나일론 재질을 이용하여 실패 형상의 구조물을 제작하고 그 외주부에 코일(120)을 감아 설치하게 된다. 이와 같은 구조로 형성하게 되면, 코일(120)이 전자석(110)의 중심부(111)와 직접 접촉을 하지 않고 코일(120)의 형태를 유지하며 전자석(110)에 자기장을 발생시킬 수 있다.

아울러, 상기 전자석(110)에서 코일(120)이 감기는 횟수는 자속밀도의 최대 크기에 영향을 주기 때문에, 최대한 큰 부피의 공간을 확보하도록 제작하는 것이 바람직하다.

한편, 전자석(110)의 모서리 부분에서는 자기력의 손실이 크게 발생하는 경향이 있다. 이러한 문제점으로 인해 본 발명의 전자석(110)은 각 모서리마다 모따기 가공을 수행하여 자기력의 손실을 최소화하고 있다.

즉, 전자석(110) 둘레에 형성된 가공영역(W) 근처의 양극(N,S극)의 모서리 형상이 직선과 직각으로 이루어져 자기력의 손실이 크게 발생할 수 있기 때문에, 상기 가공영역(W) 근처에서 발생하는 자기력의 손실을 줄이기 위하여 양극(112)(114)의 모서리 부분에 모따기 가공을 수행하고 상기 가공영역(W)에 위치된 양극(112)(114)의 끝 부분이 전자석(110)의 반경방향을 향하여 벌어지도록 일정각도 경사지게 형성하는 것이 바람직하다.

도 7은 위와 같이 전자석(110)의 양극(112)(114) 모서리 부분에 모따기 가공을 수행하고 양극(112)(114)의 끝 부분에 경사진 면을 형성한 전자석(110)에 형성된 자기력선(M)의 형태를 보여주고 있다. 도 7에서 볼 수 있듯이, 전자석(110)의 N극(112)과 S극(114) 사이의 가공영역(W)에서 직선으로 평행한 자기력선(M)이 생성되는 것을 확인할 수 있다. 이는 전자석(110) 모서리 부분의 모따기 가공과 가공영역(W) 부분에서의 경사면의 형성으로 인하여 자기력의 손실이 작아 자속밀도 값이 크게 나타나게 되는 것이다.

그리고, 본 발명은 전자석(110)에서 발생하는 자속밀도를 증가시키기 위하여 코일(120)이 감긴 횟수를 증가시키기 위하여 전자석(110)의 형태를 수정하였다. 코일(120)이 감긴 횟수가 증가하면 같은 전류를 공급할 때 발생하는 자속밀도는 더 커지게 된다. 그리고, 양극(112)(114) 사이의 간격이 멀어지면 가공영역(W)의 양 끝 부분과 가운데 부분에서의 자속밀도의 차이가 증가하게 되고, 양극(112)(114)의 폭이 증가하게 되면 가공영역(W)에서 평행한 자기력선을 얻을 수 있는 면적은 넓어지지만, 생성되는 자속밀도의 크기가 작아지는 현상이 발생한다. 이를 감안하여 본 발명의 전자석(110)은 양극(112)(114) 사이의 간격과 폭을 각각 15mm 크기로 정하고, 설계를 변경하면서 전자석(110)과 축이 연결되는 부분의 두께를 두껍게 형성하였다. 이는 두께가 증가할수록 전자석과 연결된 축으로 손실되는 자기력선의 양을 감소시킬 수 있기 때문이다.

도 8은 상기와 같은 설계사항을 반영하여 제작된 본 발명에 따른 전자석(110)의 자속밀도 분포 해석결과를 보여주는 도면이다. 도 8에서 볼 수 있듯이, 가공영역(W)을 사이에 두고 전자석(110)의 끝 부분 전체가 같은 색인 것을 볼 수 있는데, 이는 자속밀도가 가공영역(W)의 둘레를 따라서 같은 것을 의미한다.

한편, 위와 같은 구조로 설계된 전자석(110)을 자기유변연마 공정에 사용하기 위해서는 피가공물(200)과 자기유변유체 사이의 상대적인 운동이 요구된다. 따라서 자기유변유체가 공급되었을 때 전자석(110)을 회전시키기 위한 회전축(130)의 구성이 필요하다.

상기 회전축(130)의 재료는 자화되지 않는 재료로 적용된다. 그 이유는 회전축(130)의 재료가 자화되는 물질이라면 전자석(110)에서 발생한 자속밀도의 손실이 발생하게 되어 가공영역(W)에서 발생하는 자속밀도가 작아지기 때문이다.

이때, 회전축(130)의 설계시 주의하여야 할 점은 회전축(130)의 재료선정인데, 전자석(110)에서 발생한 자기력선이 회전축(130)을 자화시키는 데에 사용된다면 가공영역에서의 자속밀도의 크기가 작아지기 때문에, 따라서 회전축의 재료는 자화되지 않는 재료로 선정하는 것이 바람직하다.

그리고, 회전하는 전자석(110)의 중심부에 있는 코일(120)에 외부의 전원공급장치(160)로부터 지속적인 전류의 공급이 이루어지도록 회전축(130)을 설계하는 것이 바람직하다. 이를 위해 상기 회전축(130)의 중심부에 형성된 중공(미도시)에 전선을 삽입하여 외부의 전원공급장치(160)와 전자석(110) 내부의 코일(120)과 연결되도록 한다.

이때, 상기 회전축(130)상에는 회전축(130)의 중심부에 삽입된 전선과 외부의 전원공급장치(160)를 상호 연결할 수 있도록 슬립링(150)을 설치하는 것이 바람직하다. 이러한 슬립링(150) 설치구조로 인하여 회전축(130)의 회전운동이 발생해도 전자석(110) 내부의 코일(120)로 전류가 흐르게 된다.

또한, 전자석(110)의 회전시 전자석(110)의 무게로 인한 쳐짐현상을 방지할 수 있도록 상기 전자석(110) 양단에 연결된 회전축(130)상에 각각 두 개의 베어링(140)을 설치하여 회전축(130)이 지지되도록 함으로써, 회전축(130)의 쳐짐이 발생되는 것을 최대한으로 방지할 수 있다. 이때, 편심으로 인한 진동을 줄이기 위하여 회전축(130)축과 전자석(110)의 조립을 할 때 끼워맞춤 방식으로 조립될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 회전축(130)은 전자석(110)의 양단 중앙부에 나사를 이용하여 조립된다. 이때, 전자석(110)과 회전축(130)의 조립을 쉽게하고 장비의 회전시 편심으로 인한 진동이 발생하지 않도록 상기 회전축(130)이 결합되는 전자석(110) 양단의 중앙부에 안쪽으로 움푹 들어간 형태의 함몰부(115)를 형성한다.

그리고 상기 함몰부(115) 내부에 나사구멍(116)을 형성하게 된다. 이때, 상기 나사 구멍(116)은 그 위치가 좌우 대칭이 되도록 가공하는 것이 바람직하다. 그 이유는 나사 구멍(116)의 비대칭으로 인하여 가공영역에서 형성되는 자속밀도의 크기가 균일하지 않을 수 있기 때문이다.

상기 슬립링(150)은 회전축(130)의 끝 부분에 위치하도록 설치되며, 전자석(110) 내부의 코일(120)로부터 상기 회전축(130) 중심부를 통과하여 나온 전선과 연결된다. 이를 위해 전자석(110)의 한쪽은 그 중심부(111)에 전선이 지나가서 일측 회전축(130)상에 설치된 슬립링(150)과 연결될 수 있도록 통로(미도시)가 형성된다. 이때, 상기 전자석(110)을 관통한 통로는 회전축(130)을 관통하는 통로(중공)과 동심이며 코일(120)은 이들 통로를 통과하는 전선을 통해 회전축(130) 끝에 설치된 슬립링(150)과 전기적으로 연결되어 전류를 공급 받게 된다.

그리고, 전자석(110)에 연결되는 회전축(130)의 형태는 도 9에 나타낸 바와 같이, 전자석(110)과 연결되는 부분인 연결부(131)와, 베어링(140)에 끼워져 지지되는 부분인 지지부(134)와, 슬립링(150) 또는 타이밍 풀리(171)를 조립하기 위한 부분인 조립부(136)의 3단 형태로 이루어져 있다.

상기 연결부(131)는 끝단이 플랜지 형태로 형성되어 전자석(110) 양단에 형성된 함몰부(15) 내에 꽉 끼어져 나사를 통해 연결 조립된다. 이때, 상기 회전축(130)의 형상은 상기 전자석(110)과 결합되는 쪽에서 반대쪽으로 갈수록 축의 직경이 점차 줄어드는 형태로 형성하는 것이 바람직한데, 그 이유는 전자석(110)과 회전축(130)을 연결한 후 바닥에 고정할 때 베어링(140)의 위치를 정확하게 설정할 수 있고, 아울러 가공 중에 발생할 수 있는 회전축(130)의 좌우 움직임 발생을 미연에 방지할 수 있기 때문이다.

상기 회전축(130)의 지지부(134)는 상기 연결부(132)보다 작은 직경을 갖는 부분으로서 2개의 베어링(140)에 삽입되어 지지되는데, 이와 같이 회전축(130)을 두 개의 베어링(140)을 사용하여 지지하는 이유는 회전축(130)에 구동을 위한 타이밍 풀리(171)를 조립하고 벨트(172)를 연결할 때 벨트(172)의 장력으로 인한 축의 중심축이 뒤틀릴 수 있기 때문이다. 이때, 상기 베어링(140)은 SN형의 베어링을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 회전축(130)의 조립부(136)는 직경이 제일 작은 부분으로서, 타이밍 풀리(171) 혹은 슬립링(150)을 연결하기 위한 부분이다. 그리고, 상기 2개의 회전축(130) 중에서 전선이 관통되는 중심부 통로가 있는 회전축(130)의 끝단 조립부(136) 부분에 슬립링(150)이 조립된다. 반면, 다른 회전축(130) 끝단에는 타이밍 풀리(171)가 결합되어 외부의 모터(170)와 타이밍 벨트(172)를 통해 연결됨으로써 전자석(110)을 회전시키게 된다. 이때 회전축(130)과 타이밍 풀리(171)를 연결할 때는 키를 이용하여 회전축(130)과 타이밍 풀리(171) 사이에서 미끄럼 현상이 없이 동력을 모두 전달할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 전자석(110)을 회전시키기 위한 동력원으로는 서보모터(170)가 적용될 수 있다. 이러한 서보모터(170)의 용량은 전자석(110)의 무게 및 관성모멘트에 따라 적정하게 채용하는 것이 바람직하다. 그리고, 서보모터(170)에서 발생하는 회전력을 전달하기 위하여 서보모터(170)의 구동축과 타이밍 풀리(171) 사이를 타이밍 벨트(172)를 통해 연결하게 된다.

이때, 타이밍 벨트(172)와 타이밍 풀리(171)는 선정에 있어 주의를 요해야 하는데, 본 실시 예에서는 전자석(110)의 관성모멘트가 크고 회전속도가 높기 때문에 타이밍 벨트(172)와 풀리의 치형이 사다리꼴 모양(S5M type)을 갖는 벨트와 풀리를 선택하였다. 그리고, 전자석의 높은 관성 모멘트로 인하여 모터에 발생할 수 있는 부하를 줄이기 위해서 모터(170)의 구동축과 전자석(110)의 회전축의 회전비는 2:1로 설정하였다.

이와 함께 상기 서보모터(170)와 전자석(110)의 회전축(130)을 연결하는 타이밍 벨트(172), 전자석(110) 회전축(130)을 지지하는 베어링(140) 부분은 자기유변유체 혹은 외부에서 유입될 수 있는 오염물에 의한 오염을 방지하기 위하여 덮개를 통해 보호되도록 하였다.

그리고 위와 같은 회전축(130)에 전자석(110)이 조립이 되었을 때 전자석(110)의 가공영역(W)에서 발생하는 자속밀도의 분포를 측정할 필요가 있는데, 앞서 언급한 바와 같이, 전자석(110)의 가공영역(W)에서 발생하는 자속밀도는 코일(120)에 공급되는 전류의 양과 가공영역(W) 내에서의 위치에 따라서 결정된다. 우선 가공영역(W)에서의 위치가 전자석(110)의 바깥 부분을 기준으로 하였을 때 중심방향으로 이동할수록 자속밀도는 증가한다. 그리고 코일(120)에 공급되는 전류의 양이 증가하면 자속밀도는 증가한다. 이때, 상기 코일(120)에 공급되는 전류의 양은 전원공급장치에서 제어가 가능하다.

한편, 피가공물의 자기유변 연마가공 중 피가공물을 고정하기 위한 지그(jig)와 피가공물을 이송시키기 위한 스테이지가 요구된다. 본 실시 예에서는 피가공물을 고정하기 위한 여러가지 고정 방법 중에서 공기의 흡입을 통한 방법을 적용하였다. 이와 같은 공기의 흡입을 통한 고정방식은 피가공물에 손상을 줄 가능성 없고, 밸브를 통해서 피가공물을 쉽게 고정시키거나 떼어낼 수 있기 때문에 피가공물을 교체할 때 소요되는 시간이 적게 드는 장점을 갖는다.

그리고, 본 발명에 있어서 피가공물을 이송시키기 위한 스테이지는, 가공 중에는 피가공물(200)을 전자석(110) 쪽으로 가까이하고 가공이 끝난 후에는 피가공물(200)의 교체를 위하여 밖으로 빼낼 수 있도록 X축 방향으로 직선운동을 수행하는 X축 스테이지와, 가공 중 전자석(110)의 가공영역(W)에서 위·아래의 왕복 운동을 수행하는 Z축 스테이지가 설치될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 서로 이격된 전자석(110)의 N극(112)과 S극(114) 사이에 피가공물(200)의 가공을 위한 가공영역(W)을 형성하고, 상기 전자석(110) 내부의 코일(120)에 전류를 인가하여 N극(112)과 S극(114) 사이에 평행한 자기력선(M)이 형성되도록 하여, 상기 전자석(110)을 일정속도로 회전시키는 동시에 상기 피가공물(200)을 상기 가공영역(W) 내외로 직선운동시키면서 상기 평행한 자기력선(M)을 따라 배열된 자기유변유체를 통해 피가공물의 표면을 연마하도록 함으로써, 미세형상의 3차원 구조물을 효율적으로 연마할 수 있다.

한편, 위와 같은 본 발명의 자기유변 연마장치에 의한 연마성능을 검증하기 위하여 피가공물의 표면 연마를 수행하고, 같은 조건 하에서 기존의 장비를 이용하여 피가공물 평면에 연마 공정을 수행한 결과와 서로 비교하였다.

여기서, 표면 연마 대상의 시편은 실리콘 웨이퍼의 뒷면을 사용하였으며 그때의 초기 Ra(중심선 평균 거칠기)값은 약 470nm이고, 두 실험에의 가공시간과 각 장비의 자속밀도와 시편과 자기유변유체와의 상대속도는 모두 동일하게 설정하였다.

이러한 조건에서 전자석(110)의 가공영역(W)에서 평행한 자기력선과 균일한 자속밀도의 분포로 인하여 시편 구조물의 표면이 어떻게 변화하는지 알기 위한 실험을 수행하였다.

도 10 및 도 11은 기존의 연마장치와 본 발명의 연마장치를 사용하여 연마한 시편 표면의 형상을 보여주고 있다. 기존의 장비를 이용하여 표면을 연마하였을 경우에는 도 10에서 보는 것과 같이 기존 장비의 전자석에 형성되는 곡선 형태의 자기력선 모양으로 인하여 연마된 시편 표면의 가운데 부분이 가장자리보다 많이 가공되어 움푹 패인 형상이 나타난 것을 볼 수 있다. 반면, 본 발명의 연마장치를 이용하여 연마한 표면은 도 11에서 보는 것처럼 연마된 시편의 표면이 평평한 표면 형태로 균일하게 가공된 것을 확인할 수 있다. 이처럼 본 발명의 연마장치를 사용하여 가공시 전자석(110)의 가공영역(W)에서 발생하는 평행하고 균일한 자기력선 모양으로 인해 시편의 표면이 고르게 연마됨을 확인할 수 있다.

도 12와 도 13은 기존 연마장치와 본 발명의 연마장치를 사용하여 자기유변 연마된 시편 표면의 Ra 크기 분포를 비교 도시한 것이다. 여기서, 기존 장비를 이용한 경우에는 도 12에 나타난 색 분포에서 확인할 수 있듯이 자기장이 집중되는 곳에서 표면의 높이가 낮은 것을 볼 수 있다. 또한, Ra값의 분포가 표면에 고르게 나타나지 않고 파란 부분에서만 낮은 값을 나타냄을 확인할 수 있다. 반면, 본 발명의 연마장치를 이용한 경우에는 도 13의 색 분포에서 확인할 수 있듯이 표면의 가운데 부분에서 색이 비슷하게 분포되는 것을 볼 수 있고, 또한 Ra의 분포가 가운데 부분에서 고르게 나타나는 것을 확인할 수 있다.

한편, 본 발명의 연마장치 사용에 따른 연마성능을 알아보기 위한 또 하나의 실험으로써 채널 구조를 갖는 마이크로 크기의 3차원 구조물을 제작하고 연마 공정을 수행하였다.

시편은 알루미늄 재질의 높이 75 μm, 폭 500 μm인 채널을 마이크로 밀링을 이용하여 제작하였다. 마이크로 밀링을 통하여 제작된 채널 구조는 공정 중 발생한 미세한 버(burr)와 표면의 날자국과 스크래치 형상으로 인하여 초기의 Ra가 약 430nm 정도였다.

도 14와 도 15는 본 발명의 자기유변 연마장치를 적용하기 전과 적용 후의 채널 형상의 표면을 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 관찰한 사진이다. 도 14에서 볼 수 있듯이 채널 형상으로 가공된 시편은 채널의 모서리 부분에 미세한 버(burr)가 형성된 것을 볼 수 있다. 그러나 본 발명의 자기유변 연마장치를 사용하여 표면 연마한 경우 도 15와 같이 시편의 표면에 형성되어 있던 버가 제거된 것을 알 수 있으며, 표면의 거칠기도 향상된 것을 볼 수 있다.

또한, 도 16 및 도 17은 자기유변 연마가공 전과 후의 채널 구조의 표면 형상을 나타낸 그래프로서, 도 16에서 보는 것처럼 자기유변 연마가공 전에는 시편 구조물의 모서리 부분이 버의 형성으로 인해 날카로운 형상으로 되어 있었으나, 본 발명의 자기유변 연마가공 후에는 도 17에서 보는 것과 같이 시편의 모서리 부분에 버가 제거되어 고른 평탄면을 유지하는 것을 볼 수 있다.

한편, DFT(Discrete Fourier Transform)를 이용하여 시편 구조물의 형상 변화로 인한 특정 주파수 영역대의 값을 비교함으로써 본 발명에 의한 연마장치의 성능을 관찰하였다.

도 18 및 도 19는 본 발명의 자기유변 연마공정을 적용하기 전과 적용 후의 채널 형상의 표면을 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 관찰한 사진이다. 도 18에서 보는 것과 같이 자기유변 연마공정 전에는 밀링 가공된 시편 표면에 미세한 버와 공구의 이동으로 인한 날자국이 남아있는 것을 볼 수 있다. 그러나, 본 발명의 자기유변 연마 후에는 도 19에서 보는 것처럼 시편의 표면에 형성되어 있던 날자국과 스크래치 형상이 구조물의 변화 없이 제거된 것을 볼 수 있다.

도 20은 기존의 자기유변 연마장치와 본 발명의 자기유변 연마장치를 적용하였을 때 시편 표면 형상의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 20에서 보는 바와 같이, 기존 연마공정을 적용한 경우에는 균일하지 않은 자기장의 영향으로 인하여 시편의 양 끝은 가공되는 양이 적고, 가운데 부분은 상대적으로 가공량이 많아서, 표면에 의도하지 않은 곡면 형상이 나타나게 된다.(붉은색 표시) 그러나, 새로운 공정을 적용한 경우에는 채널 구조가 변화하지 않으며 Ra를 초기 430nm에서 약 180nm로 낮출 수 있었다.

그리고, 도 21은 시편의 표면 형상을 DFT(Discrete Fourier Transform)로 분석한 결과이고, 도 22는 특정 파장 이하에서의 DFT 결과를 나타낸 것이다. 그래프에서 볼 수 있듯이, 표면이 연마되어 파장이 약 100μm이하 영역의 PSD(power spectral density)는 모두 감소하였다. 기존공정의 경우 시편의 중앙 부분이 많이 가공되어 표면에 곡면형상이 형성되고 이로 인하여 파장이 1000μm 근처 영역에서의 PSD가 증가한 반면, 새로운 공정을 적용한 경우에는 채널의 형상이 유지되며 표면 거칠기가 향상되었기 때문에 100μm이하의 영역에서의 PSD는 감소하였지만 100 μm 이상의 영역에서 PSD는 변화가 거의 발생하지 않았다.

그리고, 도 23은 시편의 표면연마시 시간의 변화에 따른 Ra의 변화를 나타낸 그래프이다. 도시된 바와 같이, 초기에는 Ra가 급격하게 감소하지만 시간이 지날수록 기울기자 작아지고 약 30분 후에는 Ra의 변화가 거의 없는 것으로 나타났다.

한편, 본 발명에 따른 자기유변 연마공정에서 전자석의 회전속도, 자속밀도의 크기 그리고 연마제의 종류와 입자의 크기에 따른 Ra의 변화를 알아보기 위한 실험을 수행하였다. 이때, 실험 시간은 도 24에 나타난 결과를 바탕으로 각 30분으로 설정하였다. 실험 조건은 아래의 <표 1>에 나타난 것과 같다.

공정특성 분석을 위한 실험 조건

Level	Rotation speed(rpm)	Magnetic flux density(T)	Abrasives
			Diamond(㎛)	Alumina(㎛)
1	100	0.12	0.5	0.5
2	200	0.15	1	1
3	300	0.18	3	3

도 24는 본 발명의 자기유변 연마공정에서 회전속도 변화에 따른 Ra의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 24에서 볼 수 있듯이, 회전속도가 증가하면서 초기에는 Ra값이 감소하지만, 속도가 계속 증가함에 따라 Ra값이 다시 증가함을 볼 수 있다. 여기서, Ra가 감소하는 이유는 회전속도의 증가로 인하여 제거되는 재료의 양이 증가하기 때문이다. 그러나 속도가 계속 증가하면 표면에 전자석의 회전방향을 따라 스크래치가 발생하기 때문에 Ra가 증가하게 된다.

도 25는 자속밀도의 크기가 변화할 때 Ra의 변화를 나타낸 그래프이다. 그래프에서 볼 수 있듯이, 자속밀도의 크기가 증가하면 자기유변유체의 입자들이 형성하는 사슬구조의 항복응력이 증가하고, 이로 인하여 표면에 스크래치 형상이 발생하기 때문에 Ra가 높아진다는 것을 확인할 수 있다.

도 26은 연마제의 종류와 입자의 크기에 따른 Ra의 변화를 보여주는 그래프로서, 도시한 바와 같이, 입자의 크기가 0.5μm인 경우에는 재료제거율이 향상되어Ra의 값이 작게 나타난다. 그러나 입자의 크기가 3μm가 되면 연마제의 높은 경도로 인해 표면에 큰 스크래치를 더 쉽게 형성하기 때문에 Ra가 증가함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 자기유변 연마장치는 기존의 전자석의 바깥부분에서 수행하던 자기유변연마의 가공영역을 전자석의 양극(N극과 S극) 사이로 변경하여, 피가공물 표면을 균일하고 고르게 연마 가공할 수 있다.

110 : 전자석 112,114 : N극,S극
115 : 함몰부 116 : 나사구멍
120 : 코일 130 : 회전축
131 : 플랜지 132 : 연결부
134 : 지지부 136 : 조립부
140 : 베어링 150 : 슬립링
160 : 전원공급장치 170 : 모터
171 : 타이밍 풀리 172 : 타이밍 벨트
120 : 회전축 W : 가공영역

Claims (16)

1. 서로 이격된 N극과 S극 사이에 피가공물의 가공을 위한 가공영역이 형성되고, 내부에 구비된 코일에 인가되는 전류에 의해 자화되어 N극과 S극 사이에 평행한 자기력선을 형성하는 전자석과;
   상기 전자석의 N극과 S극 사이에 제공되며 상기 자화된 전자석과 함께 회전되면서 피가공물의 표면을 연마하는 자기유변유체와;
   상기 전자석과 연결되고, 모터의 구동에 의해 회전되면서 상기 전자석을 일정속도로 회전시키는 회전축과;
   상기 회전축상에 설치되며 상기 전자석의 코일에 전류를 인가하는 슬립링과;
   상기 슬립링에 전원을 공급하는 전원공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 피가공물의 연마장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 전자석은 원통 형상의 외형을 갖는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 피가공물의 연마장치.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 가공영역에 위치한 상기 전자석의 모서리 부분은 모따기 가공된 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 피가공물의 연마장치.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 가공영역에 위치한 상기 전자석의 N극과 S극 끝부분은 외부방향으로 일정각도로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 피가공물의 연마장치.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 회전축은 2개가 구비되어 상기 전자석의 양단 중앙부에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 피가공물의 연마장치.
   
6. 제5항에 있어서, 상기 회전축을 지지하기 위한 베어링이 더 설치된 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 피가공물의 연마장치.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 회전축은,
   상기 전자석과 연결되는 부분인 연결부와;
   상기 베어링에 끼워져 지지되는 부분인 지지부와;
   상기 슬립링 또는 타이밍 풀리를 조립하기 위한 부분인 조립부로 이루어지되,
   상기 연결부, 지지부, 조립부로 갈수록 직경이 점차 줄어들도록 형성된 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 피가공물의 연마장치.
   
8. 제1항에 있어서, 상기 회전축은 자화되지 않는 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 피가공물의 연마장치.
   
9. 제1항에 있어서, 상기 회전축과 연결되는 상기 전자석의 양단부에는 움푹 들어간 형태의 함몰부가 형성된 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 피가공물의 연마장치.
   
10. 3차원 구조물 패턴의 균일 가공을 위한 자기유변 연마방법에 있어서,
    서로 이격된 전자석의 N극과 S극 사이에 피가공물의 가공을 위한 가공영역을 형성하고, 상기 전자석 내부의 코일에 전류를 인가하여 N극과 S극 사이에 평행한 자기력선이 형성되도록 하여, 상기 전자석을 일정속도로 회전시키는 동시에 상기 피가공물을 상기 가공영역 내외로 직선운동시키면서 상기 평행한 자기력선을 따라 배열된 자기유변유체를 통해 피가공물의 표면을 연마하는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 피가공물의 연마방법.
    
11. 서로 이격된 N극과 S극 사이에 피가공물의 가공을 위한 가공영역이 형성되고,
    내부에는 코일이 구비되며, 상기 코일에 인가되는 전류에 의해 자화되어 N극과 S극 사이에 평행한 자기력선을 형성하며,
    외부의 동력원에 의해 회전되면서 상기 가공영역상에 제공되는 자기유변유체에 의해 피가공물의 표면을 연마하도록 된 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 피가공물의 연마방법.
    
12. 제11항에 있어서, 상기 전자석은 원통 형상의 외형을 갖는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 피가공물의 연마방법.
    
13. 제11항에 있어서, 상기 가공영역에 위치한 상기 전자석의 모서리 부분은 모따기 가공된 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 피가공물의 연마방법.
    
14. 제11항에 있어서, 상기 가공영역에 위치한 상기 전자석의 N극과 S극 끝부분은 외부방향으로 일정각도로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 피가공물의 연마방법.
    
15. 제11항에 있어서, 상기 전자석의 양단에는 회전축이 연결되는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 피가공물의 연마방법.
    
16. 제15항에 있어서, 상기 회전축과 연결되는 상기 전자석의 양단부에는 움푹 들어간 형태의 함몰부가 형성된 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 피가공물의 연마방법.

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