KR20130038453A - 증착층을 포함하는 로타리 드레서 및 연삭휠과 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
연삭되는 가공대상물의 표면을 정밀하게 연삭하고 간단한 방법으로 만들 수 있는 증착층을 포함하는 로타리 드레서 및 연삭휠과 그 제조방법을 제시한다. 그 로타리 드레서와 연삭휠은 회전력을 부여하며 원판 형태인 샹크의 둘레를 따라 CVD 다이아몬드층, CVD CBN층이 부착되고, CVD 다이아몬드층, CVD CBN층 또는 이들의 복합층 중에 선택된 어느 하나의 증착층은 샹크의 원주방향으로 돌출되며, 각각 이격되어 배치되는 연마돌기를 포함하도록 한다.
Description
본 발명은 드레싱 및 연마의 기능을 할 수 있는 로타리 드레서 및 연삭휠과 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 CVD(화학기상증착)에 의해 코팅된 증착층이 형성된 로타리 드레서 및 연삭휠을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 강도 및 경도가 큰 가공대상물의 연삭 및 연삭휠을 드레싱 할 때에는 다이아몬드나 입방정질화불소(Cubic Boron Nitride; CBN)와 같이 높은 경도를 가진 연마입자를 결합제(binder)와 혼합하여, 이를 원판 형태의 샹크의 둘레를 따라 부착시킨 로타리 드레서 및 연삭휠을 사용한다. 한편, 산업이 고도화되어 가고 소재 산업이 발달함에 따라, 이에 따라 기존의 결합제를 이용하지 않고 새로운 방식으로 연삭하는 로타리 드레서 및 연삭휠이 요구되고 있다.
도 1은 종래의 로타리 드레서 및 연삭휠을 나타내는 평면도이고, 로타리 드레서 및 연삭휠의 일부는 사시도로 표현하였다.
도 1에 의하면, 종래의 로타리 드레서 및 연삭휠은 지지하는 역할을 하는 원판 형태의 샹크(1)의 둘레를 따라 다이아몬드나 입방정질화불소(Cubic Boron Nitride; CBN)와 같이 높은 경도를 가진 연마입자(4)를 결합제(3)와 함께 소결 또는 전기도금하여 부착시킨 연삭부(5)로 이루어진다. 여기서 결합제(3)는 통상적으로 자체의 강성으로 인하여 높은 경도를 가진 연마입자(4)를 고정하는 효과가 큰 금속이 이용된다.
그런데 종래의 로타리 드레서 및 연삭휠은 연마입자의 크기와 배열이 불규칙하여 연삭되는 가공대상물의 표면을 정밀하게 가공하는 데 어려움이 있고, 연마입자와 결합제를 혼합하고 이를 소결 또는 전기도금 등을 통하여 샹크에 부착하는 등 제조하는 공정이 복잡하다. 특히 높은 경도의 재료를 연삭할 때에는 연삭시간의 증가에 따른 연삭부의 파괴 및 마모가 매우 빠르고 불규칙적으로 일어나기 때문에 가공대상물의 표면조도 및 연삭성능의 저하, 로타리 드레서 및 연삭휠의 교체 시간 증가 등으로 생산성이 저하되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 연삭되는 가공대상물의 표면을 정밀하게 연삭하고 간단한 방법으로 만들 수 있는 증착층을 포함하는 로타리 드레서 및 연삭휠을 제공하는 데 있다. 또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 로타리 드레서 및 연삭휠을 제조하는 방법을 제시하고자 한다.
상기 과제를 해결하고자 하는 본 발명의 증착층을 포함하는 로타리 드레서 및 연삭휠은 회전력을 부여하며, 원판 형태인 샹크 및 상기 샹크의 둘레를 따라 부착되고, CVD 다이아몬드층, CVD CBN층 또는 이들의 복합층 중에 선택된 어느 하나의 증착층을 포함한다. 이때, 상기 증착층은 상기 샹크의 원주방향으로 돌출되며, 각각 이격되어 배치되는 연마돌기를 가진다.
본 발명의 로타리 드레서 및 연삭휠에 있어서, 상기 연마돌기는 상기 샹크의 둘레의 표면에 둘출되어 형성된 샹크 돌기에 도포된 증착층에 의해 구현될 수 있으며, 상기 연마돌기는 상기 샹크 돌기와 상기 증착층의 두께에 의해 조절될 수 있다. 또한, 상기 연마돌기는 레이저에 의한 식각으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 샹크는 초경합금, 탄화규소, 질화규소, 지르코니아, 알루미나 및 실리콘산화질화물 및 기타재료 중에 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 증착층을 포함하는 로타리 드레서 및 연삭휠의 제조방법에 의하면, 먼저 회전력을 부여하며, 원판 형태인 샹크를 제공한다. 그후, 상기 샹크의 둘레를 따라 부착되고, CVD 다이아몬드층, CVD CBN층 또는 이들의 복합층 중에 선택된 어느 하나로 이루어지며, 상기 샹크의 원주방향으로 돌출되며, 각각 이격되어 배치되는 연마돌기를 가지는 증착층을 형성한다.
본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 연마돌기는 상기 샹크의 둘레의 표면에 돌출되어 형성된 돌기에 상기 CVD 다이아몬드층, CVD CBN층 또는 이들의 복합층 중에 선택된 어느 하나를 증착하여 형성할 수 있다. 또한, 상기 연마돌기는 상기 샹크의 둘레의 평탄한 표면에 상기 CVD 다이아몬드층, CVD CBN층 또는 이들의 복합층으로 이루어진 증착층을 형성하고, 상기 증착층을 레이저 빔에 의해 식각하여 형성할 수 있다. 나아가, 상기 연마돌기는 상기 샹크의 둘레의 평탄한 표면에 상기 CVD 다이아몬드층, CVD CBN층 또는 이들의 복합층으로 이루어진 증착층을 형성하고, 상기 증착층을 반응성 이온 에칭에 의해 식각하여 형성할 수 있다.
본 발명의 증착층을 포함한 로타리 드레서 및 연삭휠 제조방법에 의하면, 강도 및 경도가 큰 가공대상물을 연삭하는 로타리 드레서 및 연삭휠의 연삭부를 CVD(화학기상증착)에 의한 증착층을 이용함으로써, 가공대상물의 표면을 정밀하게 가공하고, 로타리 드레서 및 연삭휠을 간단한 방법으로 제작할 수 있다. 또한, 샹크 돌기, 레이저 가공 또는 반응성 이온 에칭을 사용하여 연마돌기를 형성함으로써, 로타리 드레서 및 연삭휠이 사용되는 환경에 따라 연마돌기의 형상을 자유롭게 조절할 수 있다.
도 1은 종래의 로타리 드레서 및 연삭휠을 나타내는 평면도이고, 로타리 드레서 및 연삭휠의 일부는 사시도로 표현하였다.
도 2a는 본 발명의 하나의 실시예에 의한 제1 로타리 드레서 및 연삭휠을 나타내는 평면도이고, 로타리 드레서 및 연삭휠의 일부는 사시도로 표현하였다.
도 2b는 도 2a의 2B-2B선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 제2 로타리 드레서 및 연삭휠을 나타내는 평면도이고, 로타리 드레서 및 연삭휠의 일부는 사시도로 표현하였다.
도 3b는 도 3a의 3B-3B선을 따라 절단한 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 하나의 실시예에 의한 제1 로타리 드레서 및 연삭휠을 나타내는 평면도이고, 로타리 드레서 및 연삭휠의 일부는 사시도로 표현하였다.
도 2b는 도 2a의 2B-2B선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 제2 로타리 드레서 및 연삭휠을 나타내는 평면도이고, 로타리 드레서 및 연삭휠의 일부는 사시도로 표현하였다.
도 3b는 도 3a의 3B-3B선을 따라 절단한 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
본 발명의 실시예는 강도 및 경도가 큰 가공대상물을 연삭 가공하는데 사용되는 로타리 드레서 및 연삭휠의 연삭부를 CVD(화학기상증착)에 의한 증착층을 이용함으로써, 가공대상물의 표면을 정밀하게 가공하고 간단한 방법으로 만들 수 있는 로타리 드레서 및 연삭휠 및 그 제조방법을 제시한다. 이를 위해, CVD 증착층을 포함하는 로타리 드레서 및 연삭휠이 가공대상물을 연삭할 수 있는 구조를 상세하게 설명하기로 한다. 여기서, 로타리 드레서 및 연삭휠이란 지지하는 역할을 하는 원판 형태의 샹크의 둘레를 따라 연삭의 기능하는 층이 형성되어 있는 것을 말한다.
도 2a는 본 발명의 하나의 실시예에 의한 제1 로타리 드레서 및 연삭휠(100)을 나타내는 평면도이고, 로타리 드레서 및 연삭휠의 일부는 사시도로 표현하였다. 도 2b는 도 2a의 2B-2B선을 따라 절단한 단면도이다. 상기 도면은 본 발명의 범주에 속하는 대표적인 사례를 제시한 것으로, 경우에 따라 본 발명의 범주 내에서 다양한 형태의 변형이 가능하다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 제1 로타리 드레서 및 연삭휠(100)은 지지하는 역할을 하는 원판 형태의 샹크(10)의 둘레를 따라 CVD에 의한 제1 증착층(20)이 형성되어 있다. 이때, 제1 증착층(20)은 제1 두께(t1)로 균일하게 도포되는 것이 바람직하다. 제1 두께(t1)는 종래의 결합제를 사용하는 연삭부(도 1의 5)에 비해 상대적으로 두께를 얇게 할 수 있다. 또한, 제1 증착층(20)은 샹크(10)의 둘레를 따라 형성된 샹크 돌기(12) 상에 덮이므로, 샹크 돌기(12)의 형상대로 돌출된다.
제1 증착층(20)은 CVD 방식에 의해 제조되며, 다이아몬드나 CBN으로 이루어진다. 다이아몬드는 기계적 경도, 화학적 내구성 등의 우수한 특성을 가지고 있다고 오래 전부터 잘 알려져 있다. 다이아몬드는 탄소(c) 단일원소로 된 결정체로서 현재까지 알려진 광물질 중에서 가장 강한 것으로 충격에는 약하나 치수변화가 적으면서 많은 물량을 가공할 수 있는 장점을 가지고 있다. CVD에 의한 다이아몬드의 합성법은 수소와 메탄가스를 적절한 열원에 반응시켜 박막(薄膜) 형태로 형성될 수 있다. 이와 같은 박막을 CVD 다이아몬드층이라고 한다.
그런데 다이아몬드는 600℃ 이상에서는 산화되어 본래의 탄소 상태가 되기 때문에 가공할 때 열이 많이 발생하는 철(Fe)계 (합금강, 베어링강, 공구강, SUS, HSS 등)의 가공에는 적용하기에는 어려움이 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위한 것이 CBN(Cubic Boron Nitrite)이며, CBN은 붕소(B)와 질소(N)의 화합물로서 B와 N을 결합시켜 인공적으로 다이아몬드 구조를 만들어낸 것이다. CBN은 다이아몬드에 다음가는 경도, 열전도율을 갖으며 철계 재료와의 반응성이 적고 열에 대한 화학적 안전성이 다이아몬드보다 뛰어나다. CVD에 의한 CBN의 합성법은 예를 들어, 수소, 암모니아 및 TMB(TriMethylBorate) 가스를 적절한 열원에 반응시켜 박막(薄膜) 형태로 형성될 수 있다. 이와 같은 박막을 CVD CBN층이라고 한다.
본 발명의 제1 로타리 드레서 및 연삭휠(100)의 제1 증착층(20)은 CVD 다이아몬드 또는 CVD CBN으로 이루어진 단일층이거나 CVD 다이아몬드층과 CVD CBN층이 적층된 층이 적어도 하나인 다층일 수도 있다. 이러한 제1 증착층(20)은 본 발명의 제1 로타리 드레서 및 연삭휠(100)이 사용되는 용도에 따라 적절하게 층의 구조를 선택할 수 있다. 또한, 샹크(10)는 제1 증착층(20)과 접착력이 충분하게 구현될 수 있는 것이면 어느 것이나 가능하며, 초경합금, 탄화규소, 질화규소(Si3N4), 지르코니아, 알루미나, 실리콘산화질화물 및 기타재료 중에 선택된 어느 하나일 수 있다.
제1 증착층(20)은 샹크 돌기(12)의 형상대로 돌출되는 제1 연마돌기(22)를 가진다. 예를 들어, 샹크 돌기(12)가 도시된 바와 같이 상부가 절단된 피라미드 형상이면, 제1 연마돌기(22)도 동일한 형상을 가지며, 다만 제1 증착층(20)의 제1 두께(t1)에 따라 제1 연마돌기(22)의 크기가 정해진다. 이에 따라, 본 발명의 제1 로타리 드레서 및 연삭휠(100)에 의하면, 샹크 돌기(12)의 형상과 제1 증착층(20)의 제1 두께(t1)를 조절하면, 제1 연마돌기(22)의 형상을 자유롭게 결정할 수 있다.
제1 연마돌기(22)의 높이(H1)와 제1 연마돌기 사이의 간격(D1)은 본 발명의 제1 로타리 드레서 및 연삭휠(100)이 사용되는 용도에 따라 사전에 설정될 수 있다. 다시 말해, 정밀한 연삭이 요구되는 환경에서는 상기 높이(H1)와 간격(D1)을 줄여 가공대상물의 표면을 보다 정밀하게 가공할 수 있다. 경우에 따라, 도시되지는 않았지만, 부분적으로 제1 연마돌기(22) 사이의 간격을 넓게 하여 연삭 중에 발생하는 부산물이 빠져나가는 통로를 제공할 수도 있다.
샹크 돌기(12)는 기계적인 정밀가공으로 제작하므로, 샹크 돌기(12)를 균일한 모양으로 균일한 간격을 갖도록 제조할 수 있다. 다시 말해, 샹크 돌기(12)에 의해 결정되는 제1 연마돌기(22)도 균일한 모양과 균일한 간격을 가지도록 배열할 수 있다. 이는 종래의 로타리 드레서 및 연삭휠에서 연마입자의 크기와 배열이 불규칙하여 발생하게 되는 문제점을 근본적으로 차단할 수 있다. 또한, 샹크 돌기(12)에 CVD에 의해 증착하여 증착층을 형성하면 되므로, 종래에 비해 간단한 방법으로 로타리 드레서 및 연삭휠을 제조할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 제2 로타리 드레서 및 연삭휠(200)을 나타내는 평면도이고, 로타리 드레서 및 연삭휠의 일부는 사시도로 표현하였다. 도 3b는 도 3a의 3B-3B선을 따라 절단한 단면도이다. 이때, 제2 로타리 드레서 및 연삭휠(200)의 제2 증착층(50)을 이루는 CVD 다이아몬드층 및 CVD CBN층은 제1 로타리 드레서 및 연삭휠(100)에서 설명한 바와 동일하므로, 여기서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3a 및 도 3b에 의하면, 제2 로타리 드레서 및 연삭휠(200)은 지지하는 역할을 하는 원판 형태의 샹크(10)의 둘레를 따라 CVD에 의한 제2 증착층(50)이 형성되어 있다. 제2 증착층(50)은 CVD 다이아몬드 또는 CVD CBN으로 이루어진 단일층이거나 CVD 다이아몬드층과 CVD CBN층이 적층된 층이 적어도 하나인 다층일 수도 있다. 이러한 제2 증착층(50)은 본 발명의 제2 로타리 드레서 및 연삭휠(200)이 사용되는 용도에 따라 적절하게 층의 구조를 선택할 수 있다.
제2 증착층(50)은 제1 증착층(20)과는 달리 평탄한 샹크(10)의 둘레의 표면에 증착되어 형성되며, 초기에 제2 두께(t2)만큼 증착된 후에 레이저 가공 또는 에칭에 의해 그 일부가 제거되어 H2의 높이와 D2의 간격을 가진 제2 연마돌기(52)를 이룬다. 이러한 제2 연마돌기(52)의 높이(H2)와 제2 연마돌기(52) 사이의 간격(D2)은 제1 로타리 드레서 및 연삭휠(100)에서 설명한 바와 같이 제2 로타리 드레서 및 연삭휠(200)이 사용되는 용도에 따라 사전에 설정될 수 있다.
본 발명의 제2 연마돌기(52)를 제조하는 방법으로는 본 발명에서는 레이저 가공 또는 반응성 이온 에칭이 바람직하며, 특히 레이저 가공이 더욱 바람직하다. 왜냐하면, 레이저 가공이 반응성 이온 에칭보다 상대적으로 가공하는 비용이 저렴하고 가공하는 방법이 용이하기 때문이다. 하지만, 경우에 따라 정밀한 가공이 요구되는 때에는 반응성 이온 에칭을 사용할 수도 있다.
레이저 가공을 살펴보면, 먼저 샹크(10)의 둘레 표면에 CVD법으로 다이아몬드층, CBN층 또는 그들의 복합층 중에 선택된 어느 하나의 층을 형성한다. 그후, 레이저 식각기(도시되지 않음)를 사용하여, 제2 연마돌기(52)를 형성한다. 상기 레이저 식각기는 레이저빔의 강도와 스폿크기를 조절할 수 있으므로, 다양한 형태의 제2 연마돌기(52)를 제작할 수 있다. 이때, 상기 레이저빔은 200㎚ 내지 400㎚ 사이의 자외선 파장대역 또는 900㎚ 내지 1100㎚ 사이의 적외선 파장대역일 수 있다.
반응성 이온 에칭은 화학적으로 활성 가스를 플라즈마 상태로 만들어 플라즈마 중의 이온의 작용에 의해 식각하는 것으로, 초기 두께(t2)를 가진 증착층을 통상적인 사진식각 방식에 의해 정밀한 형태의 제2 연마돌기(52)를 만들 수 있다.
본 발명의 제2 로타리 드레서 및 연삭휠(200)은 제1 로타리 드레서 및 연삭휠(100)과는 달리 샹크(10)에 돌기를 형성하지 않고, 레이저 가공 또는 반응성 이온 에칭에 의해 식각하여 증착층을 제조한다. 레이저 가공 또는 반응성 이온 에칭은 식각의 깊이 등을 용이하게 조절할 수 있으므로, 제1 로타리 드레서 및 연삭휠(100)에 비해 상대적으로 다양한 형태의 연마돌기를 형성할 수 있다.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
100; 제1 로타리 드레서 및 연삭휠
200; 제2 로타리 드레서 및 연삭휠
10; 샹크 12; 샹크 돌기
20; 제1 증착층 22; 제1 연마돌기
50; 제2 증착층 52; 제2 연마돌기
200; 제2 로타리 드레서 및 연삭휠
10; 샹크 12; 샹크 돌기
20; 제1 증착층 22; 제1 연마돌기
50; 제2 증착층 52; 제2 연마돌기
Claims (9)
- 회전력을 부여하며, 원판 형태인 샹크; 및
상기 샹크의 둘레를 따라 부착되고, CVD 다이아몬드층, CVD CBN층 또는 이들의 복합층 중에 선택된 어느 하나의 증착층을 포함하며,
상기 증착층은 상기 샹크의 원주방향으로 돌출되며, 각각 이격되어 배치되는 연마돌기를 가지는 증착층을 포함하는 로타리 드레서 및 연삭휠. - 제1항에 있어서, 상기 연마돌기는 상기 샹크의 둘레의 표면에 둘출되어 형성된 샹크 돌기에 도포된 증착층에 의해 구현되는 것을 특징으로 증착층을 포함하는 로타리 드레서 및 연삭휠.
- 제2항에 있어서, 상기 연마돌기는 상기 샹크 돌기와 상기 증착층의 두께에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 증착층을 포함하는 로타리 드레서 및 연삭휠.
- 제1항에 있어서, 상기 연마돌기는 레이저에 의한 식각으로 형성되는 것을 특징으로 하는 증착층을 포함하는 로타리 드레서 및 연삭휠.
- 제1항에 있어서, 상기 샹크는 초경합금, 탄화규소, 질화규소, 지르코니아, 알루미나 및 실리콘산화질화물 및 기타재료 중에 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 증착층을 포함한 로타리 드레서 및 연삭휠.
- 회전력을 부여하며, 원판 형태인 샹크를 제공하는 단계; 및
상기 샹크의 둘레를 따라 부착되고, CVD 다이아몬드층, CVD CBN층 또는 이들의 복합층 중에 선택된 어느 하나로 이루어지며, 상기 샹크의 원주방향으로 돌출되며, 각각 이격되어 배치되는 연마돌기를 가지는 증착층을 형성하는 단계를 포함하는 증착층을 포함하는 로타리 드레서 및 연삭휠의 제조방법. - 제6항에 있어서, 상기 연마돌기는 상기 샹크의 둘레의 표면에 돌출되어 형성된 돌기에 상기 CVD 다이아몬드층, CVD CBN층 또는 이들의 복합층 중에 선택된 어느 하나를 증착하여 형성하는 것을 특징으로 하는 증착층을 포함하는 로타리 드레서 및 연삭휠의 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 연마돌기는 상기 샹크의 둘레의 평탄한 표면에 상기 CVD 다이아몬드층, CVD CBN층 또는 이들의 복합층으로 이루어진 증착층을 형성하고, 상기 증착층을 레이저 빔에 의해 식각하여 형성하는 것을 특징으로 하는 증착층을 포함하는 로타리 드레서 및 연삭휠의 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 연마돌기는 상기 샹크의 둘레의 평탄한 표면에 상기 CVD 다이아몬드층, CVD CBN층 또는 이들의 복합층으로 이루어진 증착층을 형성하고, 상기 증착층을 반응성 이온 에칭에 의해 식각하여 형성하는 것을 특징으로 하는 증착층을 포함하는 로타리 드레서 및 연삭휠의 제조방법.
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|---|---|
| KR20130038453A true KR20130038453A (ko) | 2013-04-18 |
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| Country | Link |
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| KR (1) | KR20130038453A (ko) |
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2011
- 2011-10-10 KR KR1020110102821A patent/KR20130038453A/ko not_active Application Discontinuation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |