KR20220078574A - 삼중 레이어 연마 원판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 내부 레이어(2) 및 상기 내부 레이어(2)에 바로 인접한 두 개의 외부 레이어들(3, 4)을 포함하는 적어도 세 개의 실질적으로 평면인 레이어들(2, 3, 4)을 갖고, 적어도 내부 레이어는 다이아몬드 연마 입자의 비율을 가지며, 상기 연마 입자에서 다이아몬드의 비율은 상기 외부 레이어들에서 보다 내부 레이어에서 더 큰 것을 특징으로 하는 다중 레이어 원형 그라인딩 휠에 관한 것이다.

Description

삼중 레이어 연마 원판
본 발명은 청구항 제1항의 전제부의 특징을 갖는 그라인딩 휠 및 상기 그라인딩 휠의 사용 방법에 관한 것이다.
단일한 균질 레이어의 연마 재료를 포함하는 그라인딩 휠들이 일반적으로 알려져 있다. 예를 들어, 문헌 WO2006/079444A1은 세라믹 볼을 그라인딩 하기 위한 합성 수지 본드에서 다이아몬드를 포함하는 연마 입자의 균질한 레이어를 갖는 그라인딩 휠을 설명한다. 그라인딩 휠은 축 방향으로 작용하며, 그라인딩 되는 볼들은 회전 축에 동심원으로 정렬된 홈들(grooves)에서 구동된다.
다중 레이어 그라인딩 휠들은 또한, 예를 들어 문헌 JP2003300166 A으로 알려져 있다. 거기에는, 축 방향으로 샌드위치형 방식으로 서로의 상부에 배열된 3개의 레이어들이 있는 그라인딩 휠이 설명되어 있다. 그라인딩 휠은 반경 방향으로 정밀하게 절단하기 위한 그라인딩 디바이스의 부품이다. 상대적으로 거친(coarse) 연마 입자가 있는 중간 레이어가 다이아몬드로 만들어지며, 축방향으로 인접한 두 개의 외부 레이어들은 더욱 미세한 입자 크기를 갖는 다이아몬드 연마 입자로 만들어지므로, 특히 우수한 치수적 정밀도(dimensional accuracy)를 가질 수 있다. 사용 중에, 두 개의 외부 레이어들이 마모되면 휠의 그라인딩 주변부 표면이 볼록(convex)하게 되어 휠이 작업물(workpiece)의 중앙에 오도록 한다. 또한, 문헌 CN106944938은, 2개의 외부 레이어들이 일정 비율의 다이아몬드 연마 입자를 함유하고, 중간 또는 내부 레이어가 알루미나 및 합성 수지를 함유하는 3층 연삭 휠을 개시하고 있다. 이 디자인은 그라인딩 휠의 내부 레이어를 통한 열 분산을 개선한다.
모든 레이어들에 균질하거나 동일한 양의 다이아몬드 연마 입자를 포함하는 매트릭스(matrix)를 갖는 그라인딩 휠들은, 제조 비용이 많이 든다. 다이아몬드 연마 입자가 없는 중간 또는 내부 레이어를 갖는 삼중 레이어 그라인딩 휠은 세라믹 볼들의 그라인딩에 적합하지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술보다 제조 비용이 저렴하고 세라믹 볼들의 그라인딩에 특히 적합한 적어도 삼중 레이어들을 갖는 그라인딩 휠을 만들어내는(create) 것이다.
이러한 과제는 청구항 제1항의 특징을 갖는 그라인딩 휠 및 이러한 그라인딩 휠의 사용 방법에 의해 해결된다.
그라인딩 휠에는 내부 또는 중간 레이어 및 적어도 두 개의 외부 레이어들이 제공되고, 내부 레이어는 두 개의 외부 레이어들에 비해 연마 입자의 다이아몬드 비율이 더 높기 때문에, 균질한 구조를 갖는 그라인딩 휠 또는 레이어들의 다이아몬드 함량이 아닌 입자 크기만 상이한 그라인딩 휠에 비하여 다이아몬드 연마 입자를 절약할 수 있다. 또한, 이러한 그라인딩 휠은 세라믹 볼들을 연삭하는 데에 유리하게 사용될 수 있는데, 그 이유는 필수적인 가이드 그루브들이 볼들과 접촉하는 외부 레이어에 신속하게 형성되고, 내부 레이어들은 주로(predominantly) 또는 독점적으로(exclusively) 연마 작용을 해야 한다. 즉, 실제 그라인딩 공정을 발생시킨다.
유리하게는, 적어도 내부 레이어는 합성 수지 본드의 연마 입자로 설계된다. 내부 레이어 각각의 면 측(face side)의 내부 레이어에 바로 인접한 두 개의 외부 레이어들이 동일한 연마 입자를 갖는다면, 특히 이 두 개의 외부 레이어들이 동일한 축 방향 두께를 갖는다면 더욱 유리하게 작용할 수 있다.
볼 그라인딩에 사용되는 경우, 새로운 그라인딩 휠은 바람직하게는 금속 백킹 플레이트(backing plate)에 외부 평면 측에 부착된다. 백킹 플레이트에 직접 놓인 외부 레이어는, 볼 그라인딩 중에는 그라인딩 또는 가이드 목적으로 사용되지 않는다. 그러나, 동일한 디자인을 갖는 다른 외부 레이어의 반대측에 해당 레이어를 제공하는 것은 유리한 것으로 증명되었으며, 이는 생산(production) 중에 전체 그라인딩 휠의 뒤틀림, 특히 내부 레이어의 뒤틀림을 최소화하기 때문이다.
본문에 개시되어 있음.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태의 일 예를 설명한다. 이는:
도 1은 반경 방향에서 본 삼중 레이어 그라인딩 휠의 단면도이다.
도 2는 볼 그라인딩에 사용되기 위해 준비된 가이드 그루브가 있는 도 1의 그라인딩 휠을 도시한 것이다.
도 3은 해당 장치에서 볼 그라인딩에 사용되는 도 1 및 도 2의 그라인딩 휠을 도시한 것이다.
도 1에서, 본 발명에 따른 그라인딩 휠(1)은 절단된 형태의 단면으로 개략적으로 도시되어 있다. 그라인딩 휠(1)은, 제 1 외부 레이어(3) 및 제 2 외부 레이어(4) 사이에 끼워진(sandwitched) 내부 레이어(2)를 갖는다. 내부 레이어(2)는 두 개의 외부 레이어들(3, 4)에 비해 연마 입자에서 더 높은 비율의 다이아몬드를 갖는다. 예를 들어, 내부 레이어(2)는 연마 입자에서 50 중량%(wt%), 75 중량% 또는 심지어 90 중량%의 다이아몬드 비율을 가질 수 있다. 이 사양(specification)은 결합 매트릭스(bond matrix)를 제외한 연마 입자의 비율이다. 바람직한 실시 예에서, 연마 입자는 또한 100%의 다이아몬드로 이루어질 수 있다. 연마 입자의 크기는 본 발명에 필수적인 것은 아니다. 적합한 입자의 크기는 선행 기술로부터 잘 알려져 있다.
두 개의 외부 레이어들(3, 4)은 본질적으로(essentially) 동일한 구조를 갖는다. 외부 레이어들도 연마 입자를 포함하지만, 다이아몬드 함량은 낮거나 없다. 따라서, 이 두 레이어들의 다이아몬드 함량은 50 중량%보다 낮을 수 있고, 특히 25%보다 낮을 수 있으며, 심지어 10%보다 낮을 수 있다. 바람직한 실시 예에서, 두 개의 외부 레이어들(3, 4)은 본질적으로 다이아몬드 연마 입자가 없으며, 즉 제조 공정에서 유입되는 불가피한 불순물 또는 흔적을 제외한다.
내부 레이어(2)가 100% 다이아몬드 연마 입자로 제조되지 않은 경우, 총 100%를 채우기 위하여 커런덤(Al2O3) , 특히 고급 커런덤, 탄화 규소(SiC)와 같은 저렴한 연마 입자나 다른 알려진 연마 입자에 의해 보충될 수 있다. 두 개의 외부 레이어들은 또한 기존의 연마 입자를 포함할 수 있다. 특히, 두 개의 외부 레이어들(3, 4)이 다이아몬드 연마 입자를 포함하지 않는 실시 예에서, 모든 연마 입자는 커런덤, SiC, 다른 연마 입자 또는 적합한(eligible) 비다이아몬드(non-diamond) 연마 입자들 중에서 선택될 수 있다.
내부 레이어(2) 및 외부 레이어들(3, 4)은 합성 수지 본드에서 고온 압착되어 생산된다. 선행기술에서 흔히 볼 수 있듯, 연마 입자 및 합성 수지 간의 비율은 적절히 선택될 수 있다. 본 발명에 따른 연마 휠의 공극 부피(pore volume)는 바람직하게는 3 내지 10% 사이이다.
두 개의 외부 레이어들(3, 4)의 본질적으로 동일한 구조는, 예를 들어 냉각 단계에서 제조 중 또는 제조 후에 그라인딩 휠이 실질적으로 뒤틀리지(warp) 않도록 보장한다. 일 면에만 외부 레이어가 적용된 그라인딩 휠의 경우, 상이한 열전도율 및 열 용량뿐만 아니라 재료들의 상이한 열 팽창률에 의해 뒤틀림(warpage)이 발생할 수 있다.
그라인딩 휠은 축(D)에 회전 대칭인 원형 휠이다.
축(D) 방향 두께는 용도에 따라 선택될 수 있다. 따라서, 휠 및 개개의 레이어들(2,3, 4)의 치수들은 선택적이며 적용 상황에 따라 달라진다. 휠 직경 또한 그라인딩 머신의 필요에 따라 선택 및 조정될 수 있다. 특히, 외부 레이어들(3, 4)은 그라인딩 휠을 안정화시키는 역할을 하기 때문에, 외부 레이어들(3, 4)의 두께는 내부 레이어(2)의 두께보다 얇을 수 있다. 세라믹 볼들의 인피드 레이어(infeed layer)의 역할을 하는 레이어(3)는, 고온 압착 후 적용에 적합한 치수, 즉 사용 중에 연마되는 볼의 직경들로 연마된다(ground down).
도 2는 도 1의 그라인딩 휠(1)과 마찬가지로 절단된 절단 표현으로 도시한다. 여기의 단면에서, 도 1의 초기 상태와 비교하여, 상부 외부 레이어(3)는, 볼 그라인딩에 사용될 수 있도록 그라인딩 휠(1)을 준비하는 가이드 그루브(5)들이 (고온 압착 후에) 후속적으로 제공되는 것을 알 수 있다. 가이드 그루브(5)들은 외부 레이어(3)의 외부 표면에 배치되고 회전 축(D)에 대해 대칭 및 동심으로 정렬되는 동심원의 원주형 그루브(circular circumferential grooves)들이다.
도 3은 본 발명에 따른 수직 구동 축을 갖는 머신에서 볼 그라인딩을 위한 그라인딩 휠(1)의 사용 방법(use)을 도시한다. 도 3은 볼 그라인딩을 위한 장치의 측면도를 개략적으로 도시한다. 여기서, 바람직하게는 주강(cast steel)으로 만들어진 고정 가이드 디스크(1)가 제공된다. 가이드 디스크(10)는 그 하측(underside)에 원주형 가이드 그루브(11)들을 가지며, 그라인딩 될 복수의 볼(12)들이 이들에 의해 가이드 된다. 하측에서, 백킹 플레이트(backing plate)(13)는, 내부 레이어(2) 및 두 개의 외부 레이어들(3, 4)와 함께 그 위에 배치되는 그라인딩 휠(1)을 가지며, 이는 드라이브 샤프트(15)에 의해 회전되도록 설정된다.
그라인딩을 위해, 위쪽에서 고정 가이드 디스크(10)를 향해 압력(P)이 가해진다. 백킹 플레이트(13)는 드라이브에 의해 회전하도록 설정되어, 볼(12)들이 가이드 그루브(11)들, 특히 그라인딩 휠(1)의 가이드 그루브(5)들 내에서 구르게 된다. 제 1 외부 레이어(3)의 가이드 그루브들은 아직 세라믹 볼들의 삭마(ablation)에 상당한 정도의 기여를 하진 않았으나, 효과적인 그라인딩 과정은 볼(12)들이 레이어(3)를 통과하여 다이아몬드를 함유하는 레이어(2)와 접촉할 때에 시작된다. 가이드 그루브들의 상이한 영역들에서의 속도 차이로 인해 연마 입자가 세라믹 볼의 표면에 대해 상대적으로 이동한다. 이후 연마 입자는 볼의 표면을 마모시켜(abrasion) 표면의 품질과 볼의 형상을 개선시킨다.
본 발명에 따른 그라인딩 휠은 수직 드라이브 샤프트를 갖는 볼 그라인딩 머신 뿐만 아니라 수평 드라이브 샤프트를 갖는 볼 그라인딩 머신에서도 사용될 수 있다.
특히 볼 그라인딩에 사용되는 경우에 이와 관련하여 설명된 그라인딩 휠의 장점은, 내부 레이어(2)의 전체 두께가 그라인딩 공정에 사용될 수 있다는 것이다. 저렴한 연마 입자로 제조되는 외부 레이어들은 가이드 그루브(5)에서 볼 블랭크들을 초기에 가이드 하고, 백킹 플레이트(13)에 대해 그라인딩 휠의 고정하는 용도로만 사용된다. 서포팅 레이어(4)는, 연마 다이아몬드 함유 레이어(3)가 파과할 때까지 사용될 수 있는 추가적인 효과를 가지며, 단일 레이어 디스크들과는 대조적으로, 폐기되는 다이아몬드 재료의 감소로 이어질 수 있다. 다이아몬드 레이어에 의해 두 작업들이 모두 수행된 경우에, 단일 레이어 다이아몬드 그라인딩 휠의 경우 다이아몬드 연마 입자의 전체 소모량은, 상기에서 설명한(shown above) 높은 비율의 다이아몬드를 함유하는 내부 레이어를 갖는 다중 레이어 그라인딩 휠의 경우에 비해 더 높다. 또한, 더욱 부드러운 러닝-인(running-in) 레이어(2)는 그루브 형성 과정이 경질 다이아몬드 레이어보다 훨씬 더 빠르게 일어나고 다른 한편으로는 품질이 낮은 볼 배치들(ball batches)의 수가 감소된다는 사실로 이어진다.

Claims (12)

  1. 적어도 세 개의 실질적으로 평면인 레이어들을 갖는 다중 레이어 원형 그라인딩 휠로서,
    내부 레이어(2) 및 상기 내부 레이어(2)에 바로 인접한 두 개의 외부 레이어들(3, 4)을 포함하고, 적어도 내부 레이어(2)는 다이아몬드 연마 입자의 비율을 가지고, 상기 연마 입자에서 다이아몬드의 비율은 상기 외부 레이어들(3, 4)에서보다 내부 레이어(1)에서 더 큰 것을 특징으로 하는,
    그라인딩 휠.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 레이어(2)는 상기 연마 입자의 내부 다이아몬드의 중량의 적어도 50% 이상의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는,
    그라인딩 휠.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 레이어(2)는 상기 연마 입자의 내부 다이아몬드의 중량의 적어도 75% 이상의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는,
    그라인딩 휠.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 레이어(2)는 상기 연마 입자의 내부 다이아몬드의 중량의 적어도 90% 이상의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는,
    그라인딩 휠.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 외부 레이어들(3, 4) 각각은 상기 연마 입자의 내부 다이아몬드 중량의 90% 미만의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는,
    그라인딩 휠.
  6. 제 1 항, 제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 레이어들(3, 4) 각각은 상기 연마 입자의 내부 다이아몬드 중량의 75% 미만의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는,
    그라인딩 휠.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 레이어들(3, 4) 각각은 상기 연마 입자의 내부 다이아몬드 중량의 50% 미만의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는,
    그라인딩 휠.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 그라인딩 휠(1)은 연마 입자들을 포함하는 정확히 세 개의 레이어들(2, 3, 4)을 갖는 것을 특징으로 하는,
    그라인딩 휠.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 레이어들(3, 4)은 동일한 구조, 특히 동일한 축방향 두께를 갖는 것을 특징으로 하는,
    그라인딩 휠.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 레이어(2) 및 상기 외부 레이어들(3, 4)은 합성 수지 본드로 만들어지는 것을 특징으로 하는,
    그라인딩 휠.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 그라인딩 휠의 사용 방법에 있어서,
    그라인딩 볼(12)들을 위한,
    사용 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 그라인딩 휠(1)은 금속 지지 플레이트(13)의 외측과 접착되는 것을 특징으로 하는,
    사용 방법.
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