KR950009288B1 - 미세구멍을 갖는 세라믹 구조물의 가공장치 및 가공방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 본 발명에 의해 가공된 관형 세라믹 구조물의 개략적인 외형도.
제2도는 본 발명에 의한 미세구멍을 갖는 세라믹 구조물 가공장치의 개략적인 요부구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 1' : 피가공물 2 : 세선
3 : 이송드럼 4 : 회송드럼
5 : 내부고정기 6, 8 : 세선 가이드
7 : 장력게이지
본 발명은 전자부품, 광부품, 기계부품에 이용되는 금속, 세라믹 및 고분자구조물 가공에 관한 것으로, 특히 수십미크론에서 수백미크론의 미세한 구멍을 갖는 관(Pipe) 형상의 구조물에 세선을 이용하여 가공하는 미세구멍을 갖는 구조물의 가공장치 및 가공방법에 관한 것이다.
그 일예로, 최근들어 수요가 크게 증가하는 광커넥터에 이용되는 세라믹 페룰은 일반적으로 광섬유의 직경인 125㎛ 정도의 미세한 내경의 세공을 갖고, 반도체 직접소자의 기판접착에 이용되는 세라믹 모세관도 200㎛ 정도의 작은 구멍을 갖는 구조물로 이루어져 있다.
그리고, 종래의 미세구멍을 갖는 관형(Pipe) 구조물의 가공방법을 살펴보면, 절삭가공법, 방전가공법, 레이저가공법, 전자빔가공법, 초음파가공법 등의 다양한 가공법이 알려져 있다.
절삭가공법은 미세드릴에 의한 구멍 가공방법으로서 가장 널리 이용되고 있는 방법이고, 방전가공, 레이저가공, 및 전자빔가공은 고에너지를 이용하여 가공하는 방법이다.
이중 방전가공은 아크방전과 기화폭발작용을 이용한 것이다. 그리고 레이저 가공법도 열용융을 이용하는 가공법이기 때문에 방전가공과 유사하다. 이외에 초음파를 이용한 가공방법이 있다.
그러나 상기한 바와 같이, 종래의 내경 가공방법들은 미세드릴에 의한 가공법과 고에너지를 이용하는 가공방법으로 크게 구별되는데, 이 방법들은 모두 열에 의한 가공변질층을 발생시키기 때문에 구멍의 가공정밀도가 1㎛ 이하의 정밀한 구조물의 가공은 현실적으로 어렵다. 그리고 깊은 구멍의 가공시는 가공정밀도 및 가공능률이 급격히 저하되므로 가공깊이가 깊지않은 경우에만 제한적으로 실용성이 있다. 더욱이 광커넥터의 세라믹 페룰과 같이 내원과 외원의 동심도가 1㎛ 이하이고, 내원의 진원도가 0.5㎛ 이하로 유지되면서, 깊이가 10㎜ 이상인 구조물을 가공하기는 더욱 어렵다는 문제점을 내포하고 있다.
따라서, 상기 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 그 내경치수, 내원과 외원의 동심도 및 진원도를 정밀하게 제어할 수 있도록 하여 수십㎛에서 수㎜정도의 미세한 구멍을 갖는 관형태 구조물의 미세구멍을 가공하는 가공장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또다른 목적은 상기의 가공장치를 이용하여 미세한 구멍을 갖는 관형태의 구조물을 가공하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 수십미코론에서 수백미크론의 미세한 구멍을 갖는 관(Pipe)형상의 피가공물에 원하는 크기의 세공을 형성하는 가공장치에 있어서, 상기의 미세한 구멍을 갖는 관형상의 피가공물을 지지하는 내부고정기; 상기 내부고정기의 일측에 설치되며, 세선을 감고 있는 이송드럼; 소정속도로 이송되면서 피가공물의 내경을 형성하는 세선; 상기 이송드럼측의 내부고정기 전단에 설치되며 피가공물의 미세구멍에 세선이 인입되도록 유도하고 상기 피가공물의 미세구멍과의 접촉중심을 조절하는 제1세선가이드; 상기 이송드럼 및 제1세선가이드 사이에 위치되도록 설치하며, 상기 세선이 적절한 장력을 갖도록 조절하기 위해 세선의 장력을 감지하는 장력게이지 ; 상기 내부고정기에 대해 제1세선가이드와 대항되는 위치에 설치되며, 피가공물내에서 세공을 형성하고 나오는 세선을 인도하여 회수드럼에 감기도록 유도하고 상기 피가공물의 미세구멍과의 접촉중심을 조절하는 제2세선가이드 ; 및 상기 제2세선가이드 후단에 설치되며, 상기 제2세선가이드를 통해 이송된 세선을 감아 회수하는 회수드럼을 구비하고 있는 가공장치를 제공한다.
본 발명은 상기의 또다른 목적을 달성하기 위해, 상기 가공장치를 이용하여 적어도 하나 이상의 관통형 구조물을 내부고정기에 넣어 고정시키는 제1단계 ; 상기 이송드럼에서 빼낸 세선을 피가공물의 내부구멍에 삽입하여 통과시키고, 반대쪽에서 빼낸 세선을 회수드럼에 감기도록 연결하는 제2단계 ; 인입측 세선가이드 및 배출측 세선가이드의 위치를 조절하여 삽입된 세선과 피가공물의 중심을 맞추고, 장력게이지로 세선의 장력을 측정하여 적절하게 조절하는 제3단계 ; 상기 이송드럼 및 회수드럼을 적절한 속도로 구동시켜 피가공물의 내부구멍을 통과한 세선을 감아 세선과의 마찰력에 의해 원하는 크기의 내부구멍을 형성하는 제4단계 ; 상기 이송드럼 및 회수드럼을 반대방향으로 회전시켜 상기 세선을 역방향으로 이송시키는 제5단계 ; 및 상기 제4단계의 정회전 및 제5단계의 역회전 동작을 반복하여 원하는 크기의 미세구멍을 형성하는 제6단계를 포함하여 이루어지는 가공방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도는 본 발명에 의해 가공된 관형 세라믹 구조물의 개략적인 외형도이고, 제2도는 본 발명에 의한 미세구멍을 갖는 세라믹 구조물 가공장치의 개략적인 요부구성도이다.
그리고, 도면에서 1 및 1'는 피가공물, 2는 세선, 3은 이송드럼, 4는 회송드럼, 5는 내부고정기, 6 및 8은 세선가이드, 7은 장력게이지를 각각 나타낸 것이다.
제2도에 도시된 바와 같이 본 발명의 미세구멍을 갖는 세라믹 구조물 가공장치는 내경을 형성하게 될 세선(2)과 상기 세선을 감고 있는 이송드럼(3)과 상기 세선의 장력을 감지하는 장력게이지(7)과, 피가공물(1)에 상기 세선을 유도하는 인입측 세선가이드(6)와, 상기 피가공물을 지지하는 내부고정기(5)와, 상기 피가공물(1)내에서 세공을 형성하고 나오는 세선(2)을 인도하여 회수드럼(4)에 감기도록 유도하는 배출측 세선가이드(8)와, 상기 배출측 세선가이드(8)를 통해 이송된 상기 세선을 회수하는 회수드럼(4)으로 구성되어 있다.
따라서 본 발명에서는 관형구조물의 세공을 가공하기 위하여 관형소재에 가공하고자 하는 관의 내경과 동일하거나, 약간 작은 세선을 삽입하여 세선의 왕복운동에 따른 세선과 관형구조물의 마찰에 의한 내원의 가공을 원하는 치수 및 정밀도를 제어할 수 있는 것이다.
그리고, 이외에 가공을 원활하게 하기 위하여 구조물의 재질보다 경도가 높은 미세한 분말을 동시에 주입하여 더욱 원활하게 가공을 행할 수 있다. 이때, 이용되는 분말은 알루미나, 다이아몬드 등의 피가공물 경도보다 높은 재질이 이용되며, 세선에 이들 분말을 코팅하여 사용할 수도 있다.
또한, 상기 세선(2)도 내원의 직경에 맞추어 여러가지 소재를 이용할 수 있다. 예를 들어, 낚시줄, 강선, 섬유, 카본파이버 등을 이용할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 상기의 가공용 세선으로 그 직경이 0.035㎜에서 1.0㎜인 것을 이용하였다.
이 방법에서 세선의 직경과 미세분말의 크기가 가공되는 구조물의 내경을 결정하는 주요소이므로, 세선의 외경 및 미세분말의 크기를 신중하게 선택하여야 한다.
그러나 다양한 치수의 세선이 상용화되어 있으므로, 수십㎛에서 수㎜ 정도의 세선은 쉽게 구할 수 있으며, 연마제로 이용되는 미세분말도 0.01㎛에서 수백미크론의 분말이 상용화되어 있다. 그리고 여러개의 구조물을 동시에 가공하는 것이 가능하며, 필요에 따라서 두개 이상의 세선을 이용하면 여러개의 구멍을 갖는 구조물에 여러개의 세공을 동시에 가공할 수도 있다.
이외에 10㎜ 이상의 긴 구조물을 여러개 동시에 가공할 수도 있다. 그리고, 세선의 모양에 따라 다양한 구멍의 모양이 가공가능하다.
이제, 상기 제2도의 가공장치를 이용하여 미세한 구멍을 갖는 관형태의 구조물을 가공하는 방법을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 대표적인 예로써 관통형 구조물의 소재로서 지르코니아 세라믹의 관통형 구조물을 성형단계에서 내경을 40㎛에서 1㎜ 정도로 성형하여, 소결한다.
그리고 나서, 여러개의 관통형 구조물을 내부고정기(5)에 넣어 고정시킨 후, 이송드럼(3)에서 빼낸 세선(2)을 피가공물(제1도의 1 또는 1')의 내부구멍에 삽입하여 통과시킨다.
반대쪽에서 빼낸 세선을 회수드럼(4)에 감기도록 연결한 후, 인입축 세선가이드(6) 및 배출측 세선가이드(8)의 위치를 조절하여 삽입된 세선과 피가공물의 중심을 맞추고, 장력게이지(7)로 세선의 장력을 측정하여 적절하게 조절한다.
그리고 나서, 상기 이송드럼(3) 및 회수드럼(4)을 적절한 속도로 구동시켜 피가공물의 내부구멍을 통화한 세선(2)을 감아 세선과의 마찰력에 의해 원하는 크기의 내부구멍이 형성되도록 한다.
그러나 세선의 길이가 제한되어 있어, 일방향으로의 이송만으로 원하는 구멍형성이 이루어지지 않았으면, 상기 이송드럼(3) 및 회수드럼(4)을 반대방향으로 회전시켜 상기 세선이 역방향으로 이송되도록 하였으며, 상기한 바와 같은 정회전 및 역회전 동작을 반복하여 원하는 구멍을 형성하기도 한다.
이때 세선의 이송 및 회수부분에는 각각 전동기(motor)를 장착하여 상기 이송드럼 및 회송드럼을 구동시킨다. 여기에서 사용되는 전동기는 고속회전이 가능하고, 시간당 회전수가 균일하여야 하며, 특히 진동이 없어야 한다. 이는 전동기의 진동으로 인한 피가공물의 내부구멍 전원도 및 동심도를 정확히 조절하기가 어렵기 때문이다.
그리고 상기 내부고정기(5) 또한 정밀한 내부의 가공정밀도가 요구되며, 상기 내부공정기(5)의 내경이 피가공체의 외경과 거의 일치하게 설계하여야 한다. 이 또한 구조물의 진원도 및 동심도를 정확히 조절하기 위함이다.
따라서 상기 내부고정기(5)의 내부모양에 따라 구조물의 모양을 다양화할 수 있다. 그리고 구조물의 내부구멍에 상기 세선(2)이 정확히 통화할 수 있도록 세선통과 전단에 인입측 세선가이드(6)을 장착한다. 이밖에 가공전 세선의 장력(tension)을 일정하게 유지시키기 위해서 세선장력게이지(tension gauge)(7)를 부착하여 세선의 장력을 조절하였다. 세선의 장력을 작게하면 세선이 단락될 위험이 있기 때문에 세선을 어느정도 장력을 유지시켜야 한다.
그리고 원하는 구조물의 내경을 가공하기 위하여는 여러 가지 변수가 있는데, 이 방법에서는 일정한 피가공물의 내경에서 세선의 직경, 가공에 사용되는 미세분말의 크기, 세선의 이송속도 등이 구조물의 내경을 결정하는 중요한 인자이므로 세선의 직경, 미세분말의 크기 및 이송속도를 신중하게 선택하여야 한다.
본 발명에서는 구조물 세공의 직경, 세선의 직경, 연마용 미세분말의 크기 등 각 변수들을 변화시키면서 가공하였다. 이때 구조물 세공직경은 40㎛에서 1㎜까지 변화시켰으며, 세선의 직경도 40㎛에서 1㎜까지 변화시키면서 가공을 수행하였다. 이상의 가공결과로서 ＜표 1＞ 및 ＜표 2＞를 참조하여 설명한다.
[표 1]
[표 2]
가공전 구조물의 내경은 125㎛, 세선직경을 100㎛로 고정한 경우의 결과를 나열하면 다음과 같다(표 1 참조)
세선의 이송속도를 분당 20m로 고정하고 미세분말의 크기를 변화시켜 구조물을 가공한 결과 미세분말 크기가 2∼4㎛인 경우 내경의 가공량은 평균3㎛의 가공량을 보았으며, 8∼16㎛인 경우 내경의 가공량은 평균 5㎛의 가공량을 보였으며, 20∼30㎛인 경우 내경의 가공량은 평균 10㎛의 가공량을 보였다.
따라서 미세한 분말을 첨가하여 가공할 경우 내부구멍의 가공량이 작아지며, 1㎛ 이하의 정밀한 가공을 행할 시는 매우 미세한 가공분말이 요구됨을 알 수 있다.
다음은 미세분말의 입도를 4∼8㎛로 고정하고, 세선의 이송속도를 분당 10m, 20m, 30m로 변화시켜 구조물을 가공한 결과를 나열하면 다음과 같다.(표 2 참조)
이송속도가 분당 10m 경우 내경의 가공량은 평균 5㎛의 가공량을 보였고, 분당 20m인 경우 내경의 가공량은 평균 6㎛의 가공량을 보였으며, 분당 30m인 경우 내경의 가공량은 평균 9㎛의 가공량을 보였으나, 세선이송속도가 느릴수록 가공의 균일도는 떨어졌고, 가공량은 작아졌다. 따라서 정밀한 가공을 행할시는 세선의 이송속도를 적정화할 필요가 있다.
이외에 세선의 왕복이송횟수를 변화시킨 결과 이송횟수가 많으면 많을수록 가공량이 많았다. 이상의 적정한 각 변수를 적정화하여 구조물의 내부구멍을 가공후 구조물의 파단면을 현미경으로 관찰한 결과, 피가공물은 거의 진원인 세공이 중심에 형성되었다.
종래의 방법으로는 구조물의 진원도를 1㎕ 이하로 유지하기가 거의 불가능하였음에 비하여, 본 발명의 방법과 같은 세선의 왕복운동을 통한 가공법은 진원도의 조절이 용이하였다. 또한 구멍깊이가 긴 구조물도 용이하게 가공할 수 있으며, 여러개의 구조물을 같이 가공가능하다.
상술한 바와 같은 본 발명의 효과를 들면 다음과 같다.
첫째, 수십미크론에서 수㎜ 정도까지 정확한 치수의 세공을 가진 구조물을 용이하게 가공할 수 있다.
둘째, 종래의 방법으로는 구조물이 관형인 경우 내원의 정밀한 진원도를 유지하기 어려우나 본 발명의 세선 왕복운동에 의한 방법을 이용하면 전원도를 1㎛ 이하로 유지할 수 있다. 특히 광커넥터용 세라믹 페룰은 가공후 상당한 정밀도의 진원도가 요구되기 때문에 본 발명의 방법은 매우 효과적이다.
셋째, 구멍깊이가 깊은 구조물의 가공이 용이하며, 여러개의 구조물을 같이 가공가능하기 때문에 생산성을 제고시키는 효과를 갖는다.
Claims (5)
- 수십미크론에서 수백미크론의 미세한 구멍을 갖는 관(Pipe)형상의 피가공물에 원하는 크기의 세공을 형성하는 가공장치에 있어서, 상기의 미세한 구멍을 갖는 관형상의 피가공물을 지지하는 내부고정기(5); 상기 내부고정기의 일측에 설치되며, 세선을 감고 있는 이송드럼(3); 소정 속도로 이송되면서 피가공물의 내경을 형성하는 세선(2); 상기 이송드럼측의 내부공정기 전단에 설치되며 피가공물의 미세구멍에 세선이 인입되도록 유도하고 상기 피가공물의 미세구멍과의 접촉중심을 조절하는 제1세선가이드(6); 상기 이송드럼(3) 및 제1세선가이드(6) 사이에 위치되도록 설치하며, 상기 세선이 적절한 장력을 갖도록 조절하기 위해 세선의 장력을 감지하는 장력게이지(7); 상기 내부고정기에 대해 제1세선가이드(6)와 대향되는 위치에 설치되며, 피가공물내에서 세공을 형성하고 나오는 세선을 인도하여 회수드럼(4)에 감기도록 유도하고 상기 피가공물의 미세구멍과의 접촉중심을 조절하는 제2세선가이드(8); 및 상기 제2세선가이드(8) 후단에 설치되며, 상기 제2세선가이드(8)을 통해 이송된 세선을 감아 회수하는 회수드럼(4)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 미세구멍을 갖는 세라믹 구조물의 가공장치.
- 제1항에 있어서, 상기 세선(2)은 고분자재료의 낚시줄, 강선, 또는 카본파이버 중 어느 하나의 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 미세구멍을 갖는 세라믹 구조물의 가공장치.
- 제2항에 있어서, 상기 세선(2)은 그 직경이 0.035㎜ 내지 1.0㎜의 크기 중 어느 하나의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 미세구멍을 갖는 세라믹 구조물의 가공장치.
- 내경을 형성하게 될 세선(2)과, 상기 세선을 감고 있는 이송드럼(3)과, 상기 세선의 장력을 감지하는 장력게이지(7)와, 피가공물에 상기 세선을 유도하는 제1세선가이드(6)와, 상기 피가공물을 지지하는 내부공정기(5)와, 상기 피가공물내에서 세공을 형성하고 나오는 세선(2)을 유도하는 제2세선가이드(8)와, 상기 제2세선가이드(8)를 통해 이송된 상기 세선을 회수하는 회수드럼(4)을 구비하고 있는 가공장치를 이용하여 수십미크론에서 수백미크론의 미세한 구멍을 갖는 관(Pipe)형상의 피가공물에 원하는 크기의 세공을 형성하는 가공방법에 있어서, 적어도 하나 이상의 관통형 구조물을 내부고정기(5)에 넣어 고정시키는 제1단계; 상기 이송드럼(3)에서 빼낸 세선(2)을 피가공물의 내부구멍에 삽입하여 통과시키고, 반대쪽에서 빼낸 세선을 회수드럼(4)에 감기도록 연결하는 제2단계; 인입측 세선가이드(6) 및 배출측 세선가이드(8)의 위치를 조절하여 삽입된 세선과 피가공물의 중심을 맞추고, 장력게이지(7)로 세선의 장력을 측정하여 적절하게 조절하는 제3단계; 및 상기 이송드럼(3) 및 회수드럼(4)을 적절한 속도로 구동시켜 피가공물의 내부구멍을 통과한 세선(4)을 감아 세선과의 마찰력에 의해 원하는 크기의 내부구멍을 형성하는 제4단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세구멍을 갖는 세라믹 구조물의 가공방법.
- 제4항에 있어서, 상기 이송드럼(3) 및 회수드럼(4)을 반대방향으로 회전시켜 상기 세선을 역방향으로 이송시키는 제5단계; 및 상기 제4단계의 정회전 및 제5단계의 역회전 동작을 반복하여 원하는 크기의 미세구멍을 형성하는 제6단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세구멍을 갖는 세라믹 구조물의 가공방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019920014230A KR950009288B1 (ko) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 미세구멍을 갖는 세라믹 구조물의 가공장치 및 가공방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019920014230A KR950009288B1 (ko) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 미세구멍을 갖는 세라믹 구조물의 가공장치 및 가공방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR940004736A KR940004736A (ko) | 1994-03-15 |
| KR950009288B1 true KR950009288B1 (ko) | 1995-08-18 |
Family
ID=19337663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019920014230A KR950009288B1 (ko) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 미세구멍을 갖는 세라믹 구조물의 가공장치 및 가공방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR950009288B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7441964B2 (en) | 2005-09-29 | 2008-10-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Optical guide holding member and optical module |
-
1992
- 1992-08-07 KR KR1019920014230A patent/KR950009288B1/ko not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7441964B2 (en) | 2005-09-29 | 2008-10-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Optical guide holding member and optical module |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR940004736A (ko) | 1994-03-15 |
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