KR20150101628A - 초음파 이용 고경도소재 형상 컷팅 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파발생장치가 구비되고
상기 초음파 발생장치에서 발생된 초음파진동으로 다이아몬드 연마제와 함께 고경도 소재를 표면형상으로 자를 수 있는 주로 스테인레스 재질의 절단도구와
고경도 소재를 절단하기 위해 미세크기의 다이아몬드 입자가 포함된 연마제를 상기 고경도 소재위에 도포해주는 연마제 분사기와
상기 절단도구를 수직방향으로 힘을 가해 고경도 소재를 절단하게 해주는 절단도구가동장치가 구비되어 있는 초음파를 이용한 고경도소재의 형상 가공장치에 관한 것으로서,
스마트폰 등에 적용되는 강화글래스나 사파이어 등과 같은 고경도 소재 가공용으로 적합한 효과를 갖는다.

Description

초음파 이용 고경도소재 형상 컷팅 장치 { A free shape cutting device of high hardness material by the using of a microwave }

본 발명은 초음파를 이용하여 사파이어나 강화유리 등과 같은 고경도 소재를 원하는 모양으로 형상 컷팅 산출물을 추출할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.

[문헌 1] 대한민국발명등록특허 10-0920002 초음파를 이용한 사출물의 게이트 자동 컷팅 장치

[문헌 2] 대한민국발명등록특허 10-0876502 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단장치 및 그 절단방법

[문헌 3] 대한민국발명공개특허 특 2001-0108112 마이크로파 방사선을 이용한 고체 비전도성 재료의 천공,절단,못질, 및 접합 방법 및 장치

[문헌 4] 대한민국발명등록특허 10-2011-0014774 크랙 진전을 이용한, 패턴형성방법, 재료 컷팅방법 및 재료 컷팅장치

상기 문헌1은 사출기의 로봇암에서 배출되는 사출물을 초음파로 사출물의 표면을 매끈하게 컷팅하는 장치에 관한 설명이다.

문헌 2는 초단파 레이저모듈을 이용하여 기판을 컷팅하는 기술에 관한 것이다. 문헌 3은 비전도성 재료의 고체를 절단하기 위해 마이크로파 방사선을 이용하여 세라믹, 콘크리트, 및 석재를 비롯한 광범위한 범위의 유전체 재료에 대해 천공, 절단, 접합 등의 작업을 실행하는데 적용하는 기술이다.

문헌 4는 크랙진전을 초음파를 통해 크랙을 진전시키고 레이저를 이용 재료를 절단하는 기술에 관한 것이다.

현재 상기의 기존 기술로는 고경도의 강화유리나 사파이어 등의 재질을 매끈하고 용이하게 절단할 수 있는 기술은 미세강선 와이어에 다이아몬드가루를 전착시켜 이를 이용 와이어컷팅하는 방식이나 워터제트를 이용한 기술이 주로 시행되는 신기술이지만 실제로 실용화된 기술은 없고 아직 개발중이며 본 발명에서 취급하려는 고경도 소재를 초음파로 가공하는 기술은 그 관련된 기술이 출시된바가 없다.

최근 스마트폰의 터치패널이나 카메라 렌즈커버를 고릴라글래스나 사파이어와 같은 높은 경도의 재질로 적용하고 있어서 이를 작업자가 다이아몬드 커터나 다이아몬드 전착된 와이어컷팅 등을 이용하여 가공하고 있어 가격이나 생산 시간에 있어 문제가 많아 좀더 쉽게 가공하기 위한 기술이 필요하게 되었다.

그리고, 초음파 적용 가공작업에 있어서, 그 구체적인 방법과 장치 기술이 필요하다.

상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 목적은 초음파발생장치와 초음파진동이 전달되어 고경소재를 표면형상으로 자르는 절단도구와

고경도 재질의 소재를 절단하기 위해 미세크기의 다이아몬드 입자가 포함된 연마제를 상기 고경도 소재위에 도포해주는 연마제 분사기와

절단도구를 수직방향으로 힘을 가해 고경도 소재를 절단하게 해주는 절단도구 구동장치가 구비되어 기존 기술보다 용이하게 고경도 재질을 절단하는 기술을 공급하는데 있다.

본 발명은 다이아몬드 연마제와 함께 초음파진동절단기술을 이용하여 고경도의 재질을 기존 기술 대비 크랙없이 쉽고 빠르게 원하는 형상의 산출물을 추출할 수 있는 기술로서 최근 들어 년간 수억개 시장의 스마트폰 등에 적용되는 강화글래스나 사파이어와 같은 고경도소재 가공용으로 적합한 기술적 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 기본 구성 장치 예시도
도 2는 본 발명에 있어서 초음파를 이용한 고경도 소재의 원하는 형상으로의 절단 방법에 대한 예시도
도 3은 본 발명의 절단도구 상세 예시도
도 4는 본 발명의 실제 장치 예시도로 연마제에 공기삽입을 방지하는 미세필터 설명도

본 발명은 초음파발생장치가 구비되고

상기 초음파 발생장치에서 발생된 초음파진동으로 다이아몬드 연마제와 함께 고경도 재질소재를 표면형상으로 자를 수 있는 주로 스테인레스 재질의 절단도구와

고경도 재질 소재를 절단하기 위해 미세크기의 다이아몬드 입자가 포함된 연마제를 상기 고경도 소재위에 도포해주는 연마제 분사기와

상기 절단도구를 수직방향으로 힘을 가해 고경도 소재를 절단하게 해주는 절단도구 구동장치가 구비되어 있는 장치에 관한 것으로서

원이나 사각형의 절단된 결과물을 얻기 위해 각각 속이 비어있는 원통형이나 육면체 등으로 구성되어 원하는 모양을 만들수 있도록 구비된 상기 절단도구를 상방에서 절단도구 구동장치로 수직방향으로 크리스탈이나 강화글래스 등의 고경도 소재를 눌러주면

20KHz내외의 초음파 진동이 상기 절단도구에 전달되고 표면이 진동되며 칼날역할을 하고 상기 표면위를 다이아몬드 연마제를 도포해주면 눌러주는 힘과 진동 및 칼날의 역할로 상기 표면모양으로 고경도 소재가 절단되어 절단도구의 표면형상 산출물을 얻을 수 있다.

아래 표 1은 기존 기술과 비교한 본발명의 차별화된 장점을 요약한 것이다.

다음은 도면을 통해 좀더 상세하게 본 발명을 설명한다.

도 1은 본 발명의 기본 장치 구성 예시도로서,

초음파발생장치(500)가 구비되고

초음파 발생장치(500)에서 발생된 초음파진동이 초음파연결라인(510)을 통해 절단도구(100)에 전달된다.

상기 초음파진동이 전달된 절단도구(100)는 미세크기의 다이아몬드 입자가 포함된 연마제(700)와 함께 고경도 소재(400)를 자를 수 있는 역할을 하며 주로 스테인레스 재질로 되어 있고 중앙이 관통되어 있으며 둘러싸인 가장자리가 칼날 역할을 하여 속이 관통되어 표면형상으로 고경도소재(400)를 자를 수 있게끔 고경도소재(400)와 상기 표면형상이 수직방향으로 구성되어 있다. 즉 상기 표면형상과 고경도소재(400)의 면은 서로 평행을 이루게 되는 것이 바람직하다.

절단도구(100)를 중복으로 배치하여 사용하기 위해 절단도구(100)들을 상판(210)에 직각으로 부착해놓은 절단도구세트부(200)로 구성하는 것이 바람직하다.

고경도소재(400)를 절단도구(100)로 절단하기 위해 미세크기의 다이아몬드 입자가 포함된 연마제(700)를 고경도 재질위에 공급하여 평탄하게 도포해주는 연마제 분사기(600)를 구비하여 고경도소재(400)를 자를때 절단도구(100) 날의 앞을 연마제(700)가 감싸 다이아몬드입자가 초음파진동이 전달되고 있는 절단도구(100)와 함께 고경도소재(400)를 자르는 역할을 하게 하는 것이 바람직하다.

그리고 절단도구세트부(200)에 수직방향으로 균일하게 힘을 가하여 고경도 소재(400)를 균일하게 절단하게 해주는 절단도구 구동장치(300)가 포함되어 구비된다.

그리고, 도 2는 본 발명에 있어서, 초음파를 이용한 고경도 소재를 절단하여 원하는 형상의 산출물을 얻는 방법에 대한 예시도이다.

고경도소재(400)를 작업대(800)위에 배치한다.(100S)

속이 관통되어 표면형상으로 자르는 절단도구(100)는 초음발생장치(500)로부터 초음파전달연결선(510)을 이용해 초음파진동을 전달받는다.(200S)

상기 전달후에 연마제분사기(600)가 구동되어 연마제(700)가 연마제주입구(610)를 통해 고경도소재(400)위에 도포된다.(300S)

상기 도포후에 절단도구 구동장치(300)가 구동되어 수직방향으로 고경도소재(400)에 힘을가하여 초음파진동을 전달받고있는 절단도구(100)가 연마제(700)와 함께 고경도소재(400)를 자른다. (400S)

고경도소재(400)의 자르는 작업이 완료되면 고경도소재(400)의 컷팅을 확인한다. (500S)

상기 확인후에 고경도소재(400)의 컷팅이 불량이면 고장점검을 한다.(600S)

상기 확인후에 고경도소재(400)의 컷팅이 양호하면 고경도소재(400) 산출물을 추출한다.(700S)

따라서 본 발명은 사용자가 스마트폰등에 적용되는 사파이어나 강화유리로 만들어진 터치스크린이나 카메라렌즈커버 등의 원하는 형상을 얻기 위해 절단도구(100)를 정하고 절단도구(100)의 표면형상에 따른 산출물을 얻을 수 있는 효과를 가지는 것이다.

상기 도2와 같은 과정으로 작업이 진행되지만 실제로는 좀더 부수적인 자동화과정이 포함될 수 있지만 중요한 과정이 아니어서 생략되어도 되는 과정으로 고려된다.

그리고, 도3은 본발명의 절단도구(100)에 대한 좀더 상세한 설명도이다.

즉, 절단도구(100)는 주로 스테인레스 소재를 사용하지만 때에 따라 텅스텐이나 다른 금속을 사용할 수도 있는데 도3의 A와 같이 원통형일 경우 산출물은 컷팅하면(120)과 같이 원형으로 산출되고 도3의 B와 같이 사각기둥일 경우 산출물은 컷팅하면(120)과 같이 사각형으로 산출된다.

그리고, 관통되어 있는 컷팅하면(120)과 컷팅상면(130)은 같은 크기와 모양을 가지며 각각 표면과 직각방향으로 서로 평행으로 연결되어 있는 절단도구(100)는 기둥형태로 구성되며 절단도구(100)는 고경도소재(400)와 정확히 수직방향으로 적용되어 있고 컷팅작업을 할 때 커팅하면(120)과 고경도소재(400)는 서로 면이 평행하게 구성되어 커팅하면(120)의 표면형상으로 균일하게 잘려 나온 산출물을 얻을 수 있게 된다.

그리고 컷팅상면(130)은 상판(210)에 부착되어 절단도구세트부(200)로 구성된다.

이때 가장자리면(110)이 초음파 진동 및 다이아몬드연마제와 함께 고경도소재(400)를 자르는 Blade(칼날) 역할을 하게 된다.

그리고 도3의 C는 가장자리면(110)의 두께 T에 따른 고경도소재(400)절단시 감쇄정도를 나타낸 실험 도면으로서 가장자리면(110)은 0.12mm일때 최적의 초음파진동조건을 가지며 절단시에 감쇄가 거의 발생되지 않는데 이를 이용 0.12mm를 기준으로 0.08~0.22mm까지의 절단시의 감쇄율을 도3의 C로 볼수 있으며 가장자리면(110)두께 T의 범위는 0.10mm~0.20 mm사이를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.

이때 두께가 0.10이하일 경우 감쇄는 거의 없으나 절단도구(100)의 마모량이 커서 실용성이 떨어지는 단점을 갖는다.

그리고 초음파 발생 주파수값은 20KHz 정도가 최적값으로 좀더 세밀하게 작업할 수록 주파수를 최대 28Khz정도 까지 높게 할 수 있고 거칠게 작업해도 되는 경우는 20KHz정도로 하며 주파수를 낮추면 거칠게 작업되는 대신 작업 속도는 빨라지는 이점이 있다.

그리고 도 4는 본 발명의 시제품 사진으로 본 발명의 실질 적용 개발을 한 장치예로서 미세필터를 이용하여 연마제가 공급될 때 공기삽입을 방지하는 방법에 대한 설명도이다.

도4에서 고경도소재(400)위에 연마제주입구(610) 후단에 세밀한 격자형태나 망형태로 구성된 주로 스테인레스 재질의 메쉬(mesh)구조인 미세필터(620)가 연마제주입구(610)를 덮는 형태로 구비되어 공기가 연마제(700)와 섞이지 않게끔 공기삽입을 방지하는 역할을 하는데 비교적 작은 공기방울도 절단도구(100)앞에 있어서 연마제 대신 존재하면 고경도소재(400)가 잘라지지 않는 결과를 초래하기 때문에 미세필터(600)는 중요한 역할을 한다.

100 고경도소재 절단도구 200 절단도구세트부
300 절단도구구동장치 400 고경도 소재
500 초음파발생장치 600 연마제분사기
700 다이아몬드 연마제 800 작업대

Claims (6)

1. 초음파발생장치(500);
   초음파 발생장치(500)에서 발생된 초음파진동이 전달되는 수단이 구비된 속이 관통되어 표면형상으로 고경도소재(400)를 자를 수 있게끔 고경도소재(400)와 수직방향으로 구성된 절단도구(100);
   미세크기의 다이아몬드 입자가 포함된 연마제(700)를 고경도 재질위에 공급하여 평탄하게 도포해주는 수단의 연마제분사기(600); 및
   절단도구(100)에 수직방향으로 균일하게 힘을 가하여 고경도 소재(400)를 균일하게 절단하게 해주는 수단의 절단도구 구동장치(300);가 포함되어 절단도구(100)의 표면형상으로 고경도소재(400)를 잘라 상기 표면형상 산출물을 얻을 수 있는 특징을 갖는 초음파 이용 고경도소재 형상 컷팅 장치.
2. 초음파발생장치(500);
   초음파 발생장치(500)에서 발생된 초음파진동이 전달되는 수단이 구비된 속이 관통되어 표면형상으로 자르는 수단의 절단도구(100);
   미세크기의 다이아몬드 입자가 포함된 연마제(700)를 고경도 재질위에 평탄하게 도포해주는 수단의 연마제분사기(600); 및
   절단도구(100)에 수직방향으로 균일하게 힘을 가하여 고경도 소재(400)를 균일하게 절단하게 해주는 수단의 절단도구 구동장치(300);가 구비된 초음파 이용 고경도소재 형상 컷팅 장치에 있어서,
   고경도소재(400)를 작업대(800)위에 배치하는 단계 ; (100S)
   상기 배치후에 절단도구(100)가 초음발생장치(500)로부터 초음파전달연결선(510)을 이용해 초음파진동을 전달받는 단계; (200S)
   상기 전달후에 연마제분사기(600)가 구동되어 연마제(700)가 연마제주입구(610)를 통해 고경도소재(400)위에 도포되는 단계; (300S)
   상기 도포후에 절단도구 구동장치(300)가 구동되어 절단도구세트(20)가 수직 방향으로 고경도소재(400)에 힘을가하여 상기 초음파진동을 받고 있는 절단도구(100)와 연마제(700)와 함께 고경도소재(400)를 자르는 단계; (400S)
   상기 단계(400S)가 완료후에 고경도소재(400)의 컷팅을 확인하는 단계; (500S)
   상기 확인후에 고경도소재(400)의 컷팅이 불량이면 고장점검을 하는 단계; (600S) 및
   상기 확인후에 고경도소재(400)의 컷팅이 양호하면 고경도소재(400) 산출물을 추출하는 단계;(700S)를 포함하는 초음파를 이용하여 고경도소재를 절단하여 상기 표면형상의 산출물을 얻는 방법.
3. 제 1항에 있어서, 절단도구(100)는 관통되어 있는 컷팅하면(120)과 컷팅상면(130)이 같은 모양과 같은 크기를 가지고 각각 표면과 직각방향으로 서로 평행으로 연결되어 있는 기둥형태를 가지고 있으며 컷팅작업을 할 때 컷팅하면(120)과 고경도소재(400)의 표면이 서로 평행을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 초음파 이용 고경도소재 형상 컷팅 장치.
4. 제 1항에 있어서, 절단도구(100)의 가장자리면(110)두께(T)의 범위는 0.10mm~0.20mm사이내로 구성하는 것을 특징으로 하는 초음파 이용 고경도소재 형상 컷팅 장치.
5. 제 1항에 있어서, 연마제분사기(600)는 연마제주입구(610) 후단에 격자형태나 망형태로 구성된 미세필터(620)가 연마제주입구(610)를 덮는 형태로 구비되어 공기가 연마제(700)에 섞이지 않게끔 공기삽입을 방지하는 수단을 갖는 초음파 이용 고경도소재 형상 컷팅 장치.
6. 제 1항에 있어서, 절단도구(100)는 절단도구(100)를 중복으로 배치하여 사용하기 위해 절단도구(100)들을 상판(210)에 직각으로 부착해놓은 절단도구세트부(200)를 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 이용 고경도소재 형상 컷팅 장치.

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