KR910000161B1 - 초정밀 연마기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

초정밀 연마기

제1도는 본 발명에 따른 초정밀 연마기의 외관 사시도.

제2도는 제1도의 요동헤드를 그 배면에서 보인 분해 사시도.

제3도는 제2도의 요동헤드를 좌우 요동 운동시키는 요동운동기구를 보인 분해 사시도.

제4도는 본 발명에 따른 초정밀 연마기의 가공상태 사시도.

제5도는 제4도에 있어서 연마필름의 경로도.

제6도는 종래의 연삭숫돌에 의해 연마가공을 보이는 횡단면도로서, (a)는 가공중의 상태, (b)는 가공 완료후의 상태.

제7도는 본 발명에 따른 초정밀 연마기에 의한 연마가공을 보이는 횡단면도로서, (a),(b)는 제6a,b도에 대응하는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

7 : 요동(搖動)운동기구 8 : 공급축

9 : 수납축 10 : 하우징(housing)

11 : 공급스풀(supple spool) 12 : 수납스풀(take-up spool)

13 : 구동모터 14 : 요동 모터

17 : 압반(platen) 30 : 요동헤드

40 : 연마필름 50 : 가공물

본 발명은 초정밀(超精密)연마기에 관한 것으로, 특히 스풀(spool)에 감겨진 연마필름(film)으로 가공물의 표면처리를 행할 수 있도록 된 초정밀 연마기에 관한 것이다.

가공물의 표면을 소정 조도(組度) 이하로 가공하는 연마기로는 종래 주로 회전식 숫돌(연마 휘일(wheel))이 주로 사용되어 왔는데, 이것은 예리한 모서리를 가진 경질(硬質)의 입자(粒子)를 결합제에 의해 고정하여 원통형 또는 원판형으로 형성하고 그 중심부에 허브(hub)를 설치하여 모터등 회전 원동기에 장착하도록 형성하였다. 이 숫돌이 장착된 모터를 수평 또는 수직형등의 이송기구상에 거치(据置)시킴으로써 평면 또는 곡면형의 가공물을 가공하는 연마기를 구성하게 된다.

그런데 이와 같은 숫돌에 의한 가공원이라는 숫돌의 외주표면에 노출된 경질의 입자로 가공물의 표면을 절삭해내는 것이므로 어느정도 절삭을 행한 입자는 마모되어 그 모서리가 무디어지며 탈락되고 새로운 입자가 표면에 노출되어 절삭을 행하게 되는 것이므로 숫돌의 외경(外俓)이 점차 감소되어 절삭깊이가 점차 얕아지게 된다. 이에 따라 가공물의 가공오차가 커지게 되어 정밀가공을 행하기 어렵게 된다. 또 장시간 사용으로 숫돌이 부분적 마모됨으로써 변형되면 이를 정상적으로 다듬는 트루밍(truing)작업이 필요하게 된다.

또 숫돌이 고속으로 회전하므로 가공물과의 마찰에 의해 마찰열이 발생되며, 특히 장시간 사용된 숫돌은 그 입자가 무디어지거나 입자간에 칩(chip)이 끼게 되어 절삭능력이 저하되므로 마찰열이 더욱 가중되게 된다. 발생된 마찰열은 외부로 전열되지 못하고 숫돌과 가공물내에 축적되어 있는 이들을 가열시키게 되므로 그 열팽창에 의해 가공정도(精度)가 저하되고, 가공물의 재질이 변화되어 연삭균열이 발생하게 된다. 따라서 숫돌을 이용한 연마작업에 있어서는 냉각액을 충분히 공급해야 하는데, 발생열량이 크므로 냉각수의 사용이 불가능하여 고가의 절삭유등을 냉각액으로 사용하지 않으면 안된다. 또 입자가 마모되거나 입자 사이에 칩이 끼인 숫돌은 정기적으로 드레싱(dressing)작업을 통해 교정을 하여야 하는 문제점도 있었다.

한편 고속회전하는 숫돌은 그 결합상태나 자체의 형성상태가 불량할 경우에는 떨림(chattering)현상이 발생되어 가공물의 표면상태를 악화시킬뿐 아니라 심한 경우에는 숫돌이 파손되어 안전사고를 유발하는 문제점도 있어서 숫돌의 형성 및 체결에 많은 주의를 기울여야하며 가공작업시 가능한한 절삭깊이를 작게할 필요가 있었으며, 피가공물의 가공조건에 따른 숫돌의 교환에도 많은 시간이 소요되었다.

특히 숫돌을 형성하는 절삭입자의 입경(粒俓)을 어느 한도 이하로 줄일 수 없으므로 가공물의 표면에 제7도에 보인 바와 같은 연삭자국(traverse mark)이 발생하게 된다. 즉 제6a도에 보인 바와같이 숫돌(G)의 절삭입자(g)는 가공물(50) 표면의 절삭부의 일부만에 접촉하여 이를 절삭하게 되므로, 가공후 제6b도와 같이 절삭부의 일부(점선표시부)만이 제거되어 연마잔여부(R)가 잔류하며 이에 따라 연마잔여부(R) 사이에 연삭자국(T)이 발생하게 되는 것이라. 이를 제거하기 위해서는 장시간 반복가공을 요하나 숫돌에 의한 연마가공의 정밀도는 도면의 일점쇄선을 기준으로 할 때 2-3μ정도이므로 1μ이하의 초정밀한 조도가 요구되는 연마가공은 행할 수가 없었다.

이와 같이 종래의 회전식 숫돌을 사용한 연마기는 그 사용에 고도의 숙련도와 긴 작업시간을 요함에도 연마정도가 매우 낮았으며, 이에 따라 저밀가공용 연마기의 구성이 어려워 가격이 매우 고가인 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래 연마기의 문제점을 해결하여 종래의 연마기로 불가능하였던 초정밀 가공이 가능하며 가공시간을 현저히 단축시킬 수 있고 절삭깊이가 균일하여 표면조도의 관리가 용이할뿐 아니라 기존의 가공장치에 장착이 용이한 호환성을 가지는 초정밀 연마기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 초정밀 연마기는 하우징과, 상기 하우징의 일측에 설치된 공급축 및 수납축과, 연마필름이 감겨져 상기 공급축 및 수납축에 각각 겨합되는 공급스풀 및 수납스풀과, 상기 공급축과 수납축중의 적어도 어느 하나를 회전시켜 상기 연마필름을 상기 공급스풀로부터 상기 수납스풀로 이송시키는 구동모터와, 상기 하우징에 상기 연마필름의 주행방향에 직교하는 방향으로 요동가능하게 지지되며, 상기 연마필름을 안내하는 복수의 안내롤러와 상기 연마필름을 가공물의 표면에 대해 가갑하는 압반을 구비하는 요동헤드와, 요동모터와, 상기 요동모터의 회전운동을 상기 요동헤드의 좌우요동운동을 전동시키는 요동운동기구를 구비한 것을 특징으로 한다.

이하에 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 한 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

제1도에 도시된 본 발명에 따른 초정밀 연마기의 하우징(housing ; 10)의 일측에는 도시되지 않은 전동 수단을 통해 연마작업시 적어도 어느 하나가 구동모터(13)로 회전구동되는 공급축(8) 및 수납축(9)과, 이 공급축(8) 및 수납축(9)에 각각 결합되어 연마필름이 감겨지는 공급스풀(supply spool ; 11) 및 수납스풀(take-up spool ; 12)이 구비된다.

하우징(10)의 타측에는 복수(도면상 4개)의 가이드봉(20 ; 제2도에 도시됨)이 설치되어 요동헤드(30)가 이에 안내되어 좌우 요동(搖動)운동하도록 설치되어 있으며, 제3도에 도시된 요동운동기구(7)를 통해 이 요동헤드(30)의 좌우요동운동을 구동하는 요동모터(14)가 설치되어 있다. 한편 부호 19는 도시되지 않은 공급부에 연결되어 연마 작업시 가공부위에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급관이며, 부호 15는 연마필름을 안내하는 안내로울러들이다.

요동헤드(30)는 제2도에 보인 바와 같이 그 몸체에 4개의 안내구멍(18)이 형성되어 이 안내구멍(18)이 하우징(10)에 고정된 안내봉(20)에 미끄럼운동 가능하게 지지되도록 되어 있으며, 이 일단 상하에 2개의 안내로울러(15)가 회전가능하게 설치되어 있고, 그 사이에는 지지홈(30a) 및 지지리브(30b)가 형성되어 브래킷(17')에 회전가능하게 지지되는 압반(platen; 17)이 결합 및 해체자재로 이 지지홈(30a)에 대해 임의의 위치에 결합지지되도록 되어 있다. 여기서 압반(17)은 연마필름을 가공물에 대해 눌러주는 구실을 하는 것으로서 도면에는 원통형의 것이 도시되어 있으나, 평판형 또는 곡면형등 다른 형태의 압반으로 필요에 따라 대체 사용할 수 있도록 되어 있다. 여기서 원통형압반은 접촉면적이 작으므로 가공물이 큰 절삭력을 요구하는 경우에, 평판형 압반은 반대의 경우에 선택적으로 사용할 수 있다. 또 요동헤드(30)의 배면부에는 장공(elongated hole; 29)이 형성된 크랭크(crank ; 28)가 돌출설치된 제3도 요동운동기구(7)와 결합되도록 되어 있다.

요동운동기구(7)는 요동모터(14)의 회전운동을 요동헤드(30)의 좌우요동운동으로 변환하기 위한 것으로, 제1도에서는 하우징(10)의 후면에 설치되어 보이지 않으나 제3도에 도시된 바와같이 요동모터(14)로부터 연장된 모터축(14')의 선단에 베벨기어(21)를 설치하여 이에 수직축(22)의 일단에 설치된 베벨기어(21)를 기어물림하고, 수직축(22)의 타단에는 편심축(25)이 형성된 캠판(camdisc; 24)을 설치하여 이 캠판(24)의 편심축(25)을 요동헤드(30)로부터 연장되는 크랭크(28)의 장공(29)에 롤러(26)를 통해 결합함으로써 구성된다.(미설명부호는 27은 지지링이다)

한편 연마필름은 예를 들어 두께가 균일하며 큰 장력에 견딜 수 있는 폴리에스터 필름등에 소정입도(粒度) 및 경도의 연마입자를 균일하게 분포시켜 접착시킨 구성등으로 하는 것이 바람직하며, 이를 공급스풀(11)에 감아 사용하고 각 안내로울러(15,16)를 거쳐 사용이 완료된 부분은 수납스풀(12)로 감기도록 하는 것이 바람직하다.

또 이 연마필름이 감기는 공급 및 수납스풀(11,12)은 별도로 도시되어 있지는 않으나 카세트 테이프와 같은 형태가 되도록 단일한 케이스내에 내장 구성하면 연마필르의 교환이 매우 간편하여지므로 사용 완료된 연마필름의 교체 가공물에 따른 연마피름의 교환등이 용이하여 바람직하다. 한편 이 연마필름은 요동헤드에 의해 좌우로 요동되므로 그 이탈을 방지하기 위해 적어도 요동헤드(30)의 안내로울러(15)의 양단에는 플랜지(15a)를 형성하는 것이 바람직하다.

이상에 있어서 구동모터(13) 및 요동모터(14)는 별도의 감속수단을 구비하여 구성될수도 있으나, 감속기어군이 내장된 기어드 모터(geard motor)로 구성되는 것이 바람직하며, 하우징(10)에는 선반등 통상적인 공작기계나 별도의 지지대에 장착하여 사용할 수 있도록 장착브래킷등의 장착수단이 구비되는 것이 바람직하다.

또 가공물의 재질이나 요구되는 가공정도에 따라 원통형등 압반의 형태나 재질 또는 연마필름의 입도, 이송속도, 요동진폭 및 주파수등을 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성을 가진 본 발명에 따른 초정밀 연마기로 예를 들어 원통형의 가공물을 연마가공할때의 작동을 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명 초정밀 연마기를 별도의 지지대나 통상적인 선반의 공구대에 장착하고, 제4도에 보인 바와 같이 가공물(50)을 그 회전축이 본 발명 초정밀 연마기의 압반(17)에 평행하도록 도시되지 않은 가공물 지지대에 회전가능하게 지지한다.

다음 공급축(8)에 연마필름(40)이 감긴 공급스풀(11)을 장착하고 수납축(9)에 빈 수납스풀(12)을 장착한 뒤, 제5도에 보인 바와 같이 공급스풀(11)에 감긴 연마필름(40)을 풀어내어 연마필름(40)이 각 안내로울러(15,16) 및 압반(17)에 접촉안내된 뒤 그 선단이 수납스풀(12)에 고정되도록 설치한다. 이때 연마필름(40)의 경로는 양 스풀(11,12)에 대해 대략 ㄷ자형이 된다.

다음 본 발명 초정밀 연마기가 거치된 공구대를 이송시켜 연마필름(40)과 가공물(50)의 접촉압력을 조절한다. 이때 접촉압력의 미세조정은 압반(17)의 브래킷(17')의 지지홈(30a)에 대해 상대위치를 조정하는 방법으로 행할 수 있다.

다음 구동모터(13)를 회전시켜 연마필름(40)을 양 스풀(11,12)간에 소정속도로 이동시키면 연마필름(40)은 원통형 압반(17)이 제공하는 압력에 의해 가공물(50)과 접촉되어 연마를 행하게 되며, 이때 냉각수 공급판(19)으로부터는 냉각수가 공급되어 가공물(50)과 연마필름(40) 및 압반(17)을 냉각시키게 된다.

이와 같은 연마과정에 있어서 연마필름(40)은 요동모터(14) 및 요동운동기구(7)에 의한 요동헤드(30)의 좌우요동운동에 의해 그 이송방향에 직교하는 방향으로 요동하게 된다. 즉 제3도에서 요동모터(14)의 모터축(14')의 회전을 양 베벨기어(21,23) 및 수직축(22)을 통해 캠판(24)을 회전시키고, 이에 따라 캠판(24)에 설치된 편심축(25) 및 이에 결합된 롤러(26)가 크랭크(28)의 장공(29)내를 이동하며 크랭크(28)를 그 축방향으로 왕복 운동시키게 됨으로써 요동헤드(30)가 연마필름(40)의 주행방향에 대해 좌우요동하게 되는 것이다.

이에 따라 연마필름(40)은 요동헤드(30)의 안내롤러(15)에 지지된채 좌우로 요동하며 이송되어 원통형 압반(17)이 제공하는 접촉압력에 의해 가공물(50)의 표면에 접촉, 이를 연마하게 되는데, 이때 좌우요동에 의해 연마필름(40)이 안내롤러(15)로부터 이탈되려는 경향은 그 양측에 형성된 플랜지(15a)에 의해 방지된다.

이와같은 연마필름(40)의 이송 및 요동에 의해 연마필름(40)이 가공물(50)의 표면을 연마하게 되는데, 가공물(50)은 도시되지 않은 가공물 지지대상에서 그 축방향으로 서서히 이송되어 그 외주면이 순차적으로 연마가공되는 것이다.

본 발명 초정밀 연마기에 있어서는 연마필름(40)이 가공물(50)에 대해 좌우로 요동되며 연마를 행하기 때문에 연마정도(精度)를 현저히 향상시킬수 있게 된다. 즉 제7a도에서 보인 바와 같이 필름(40a)상에 접착층(40b)으로 부착된 절삭입자(40c)를 구비하여된 연마필름(40)이 가공물(50)에 대해 화살표와 같이 좌우로 요동하며 절삭을 행하기 때문에 종래의 숫돌에 의한 가공(제6도)에서와 같이 연마잔여부(R)가 잔류하지 않아 절삭이 완료되고 난 뒤 일점쇄선으로 표시된 기준선사에 1μ이하, 약 0.01μ정도의 초정밀한 조도(調度)의 연마절삭이 가능해지는 것이다. 따라서 종래와 같이 연마표면에 절삭자국이 잔류하는 문제점이 본 발명에서는 발생하지 않게 된다.

또한 연마필름(40)이 양 스풀(11,12)간에 이송되며 계속 새로이 갱신되는 셈이므로 종래와 같은 숫돌의 마모등에 의한 가공정도의 변화가 없어서 일정한 연마 절삭깊이를 유지하기 때문에 가공정도의 예측이 가능하며, 절삭에 의해 발생된 마찰열도 넓은 면적의 연마필름(40)이 흡수하여 가공위치로부터 이탈하므로 가공물의 열축적에 의한 열팽창이나 연삭균열등의 발생도 방지된다. 따라서 발생열량이 작으므로 냉각조건도 완화되어 냉각액도 고가의 절삭유 대신 냉각수를 사용할 수 있다.

또 연마필름의 마모 또는 가공물에 따른 연마필름의 입도 변경등의 위해 연마필름을 교환하고자 하는 경우에는 스풀의 교환으로 간단히 행할 수 있고, 특히 두 스풀을 하나의 케이스내에 카세트 형식으로 구성하는 경우에는 이 연마필름의 교환은 더욱 용이해진다.

뿐만 아니라 종래의 연삭숫돌에 비해 면적이 넓은 연마필름이 사용되므로 연마시간이 단축되고, 상술한 바와같이 연마필름의 교환시간도 단축되어 전체적으로 연마가공시간이 현저히 단축되는 것이다.

또 본 발명 초정밀 연마기는 장비의 가격이 고정밀 연삭숫돌에 비해 저렴하고 선반등 통상적인 가공기계 상에 장치의 큰 변경없이 사용할 수 있어서, 별도의 설치 면적 등을 소용하지 않고 용이하게 사용할 수 있는 잇점이 있는 것이다.

따라서 본 발명에 따른 초정밀 연마기는 고정도의 표면 가공정도를 요하는 가공물, 예를들어 복사기나 팩시밀리 또는 프린터 등의 롤러의 마무리 연마, 특히 도료가 도포된 롤러의 표면처리에 매우 우수한 성능을 발휘하며, 금속압력롤러, 종이 또는 각종 필름 제조용 롤러, 인쇄용 롤러등의 정밀연마에도 사용될 수 있고, 그 밖에 마이크로 모터의 회전축, 수·공압밸브의 밸브시이트면, 자동화 기기부품이나 방전가공용 전극의 가공, 또는 금속재료분석용 시험편의 평면 연마기등에 매우 광범위하게 사용될 수 있는 것이다.

Claims (1)

1. 하우징(10)의 일측에 설치되고, 구동모터(13)와 연계되는 공급축(8)과 수납축(9)에 공급스풀(11) 및 수납스풀(12)을 설치하여 이에 연마필름(40)을, 장착시키며, 이의 전방으로 복수개의 안내로울러(15)(16)와 이의 전방으로 중간에 압반(17)을 서치하여 상기한 연마필름(40)이 통과하도록 구성된 것에 있어서, 상기한 복수개의 안내로울러(15)(16)와 압반(17)을 요동헤드(30)에 한조로 조립하고, 상기한 각가의 안내로울러(15)(16)의 양 끝단부에는 플랜지(15a)를 형성시키며, 이 요동헤드(30)의 선단부에 가로로 지지홈(30a)을 형성하여 이에 상기한 압반(17)을 설치하여 전후로 이동이 되게 하고, 상기한 요동헤드(30)의 일측에 요동모터(14)와 연계되는 한쌍의 베벨기어(21)(23)을 수직축(22)으로 연결시켜서 이의 하단부에 캠판(24)을 형성하여 이의 편심축(25)을 크랭크(28)의 장공(29)에 삽입시켜서 된 요동기구(7)를 설치하여 상기한 요동헤드(30)가 좌우로 운동이 되게 구성된 것을 특징으로 하는 초정밀 연마기.

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