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(54) 전해드레싱 연삭방법 및 연삭장치
요약
금속결합재를 사용한 숫돌을 양극으로 상기한 숫돌에 근접하여 설치한 전극을 음극으로 하고, 상기한 전
극과 숫돌 사이의 틈새에 전해액을 공급하면서 양극인 숫돌과 음극인 전극에 전압을 인가하면 양극과 음
극사이의 반응에 의하여 숫돌 표면의 금속결합재만을 선택적으로 용출 제거하는 전해드레싱을 사용하여
드레싱을 행하는 전해드레싱 연삭방법을 제공한다.
또 전원공급장치(12)와, 상기한 전원공급장치(12)의 양극과 전기적으로 연결되는 숫돌(6)과, 상기한 숫
돌(6)의 외주면에서 일정한 간격을 두고 설치되고 상기한 전원공급장치(12)의 음극과 전기적으로 연결되
는 전극(14)과, 상기한 숫돌(6)과 전극(14) 사이에 전해액을 공급하는 전해액 공급장치(18)를 포함하는
전해드레싱 연삭장치를 제공한다.
대표도
도1
명세서
[발명의 명칭]
전해드레싱 연삭방법 및 연삭장치
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명 전해드레싱 연삭장치의 일실시예를 개략적으로 나타내는 부분사시도.
제2도는 본 발명 전해드레싱 연삭방법에 의해 연삭숫돌이 드레싱되는 과정을 나타내는 공정도.
제3도는 본 발명 전해드레싱 연삭장치에 있어서 직교축 트루잉법에 의하여 트루잉을 행하는 상태를 개략
적으로 나타내는 사시도.
[발명의 상세한 설명]
[산업상의 이용분야]
본 발명은 전해드레싱 연삭방법 및 연삭장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 노광렌즈 등과 같은 비
대칭·비구면 렌즈의 초정밀 가공을 행하는 전해드레싱 연삭방법 및 연삭장치에 관한 것이다.
[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]
일반적으로 반도체 및 광학기기의 제조공정 중에서 웨이퍼 및 광학렌즈 등과 같이 초정밀 가공이 요구되
는 소재의 경면가공(mirror surface finishing)은 래핑(lapping)과 폴리싱(polishing) 등의
자유입자(free abrasives)를 사용하는 가공법이 주로 사용된다. 그러나 상기한 자유입자를 사용한 가공
법은 구면이나 평면과 같이 기하학적으로 극히 단순한 형상에 대하여 평활도가 높은 가공면(경면)을 얻
기에는 적합하지만, 원통형상의 내·외주면 또는 비대칭·비구면이고 형상이 복잡한 경우의 경면가공에
는 부적합하고 가공능률이 낮다는 문제가 있다.
따라서 최근에는 다이아몬드 숫돌을 사용한 연삭, 호닝(honing) 또는 슈퍼피니싱(super finishing) 등과
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공개특허특1998-0008457
같이 고정입자(fixed abrasives)를 사용한 가공법이 널리 사용된다.
상기한 고정입자를 사용한 연삭가공법에 있어서, 가공면의 거칠기를 향상시키기 위한 방법으로서는 입자
밀도(입도)를 높이는 방법과 입자 절삭날의 선단각을 크게 하는 방법이 있다. 입자 절삭날의 선단각을
크게 하는 방법은 입자 절삭날의 선단이 극히 높은 정도로 평두화(glazing)된 숫돌을 사용하여 극히 미
소한 절입량을 설정하는 것으로서, 취성재료에 있어서도 균열과 크랙이 발생하지 않는 연성형의 칩이 생
성되므로 표면 거칠기의 개선효과가 얻어진다. 상기와 같은 입자 절삭날의 선단각을 크게 하는 방법은
연성형 연삭가공이라 하고, 이 경우에는 입자의 선단에 여유각이 형성되어 있기 때문에 입자에는 큰 연
삭저항이 작용하므로 매우 높은 강성을 갖는 고정도의 연삭기가 필요하다.
상기에서 입자밀도 즉 입도를 높이는 방법은 입자의 크기(평균입자지름)를 미세화함으로서 숫돌의 기계
적 특성을 유지하면서 숫돌의 입도를 증가시키는 것이 바람직하다. 상기와 같이 입자의 크기가 작아지면
입자 절삭날의 실효선단각이 커지게 되므로 일반적인 연삭가공에 비하여 극히 미세한 칩이 생성되지만,
각각의 입자 절삭날이 여유각이 없는 예리한 상태를 유지하면서 미세절삭을 수행하므로 특별히 높은 강
성의 연삭기를 필요로 하지 않는다.
그러나 상기한 입도를 높이는 방법 즉 미립자 또는 초미립자 숫돌을 사용한 연삭가공에 있어서는 입자의
눈메움현상(수지결합재 숫돌의 경우에는 매몰현상, 금속결합재 숫돌의 경우에는 눈막힘현상으로 구분)이
매우 심하게 발생된다.
상기와 같이 초미립자 숫돌을 사용하는 경우에 발생하는 입자의 눈메움현상에 의한 연삭력의 저하를 방
지하기 위하여 숫돌의 연삭면에 드레싱(dressing)을 행한다. 상기한 드레싱의 종류로는 기계식
드레싱(WA stick dressing)과 방전드레싱(EDM dressing)등이 있다.
상기한 기계식 드레싱은 저결합도의 숫돌에 의한 기계적 에너지로 결합재를 제거하는 방식으로 간편하며
특별한 장치가 필요없다는 장점이 있지만, 금속결합재 숫돌과 같은 고강도 숫돌의 경우에는 사용할 수
없다는 문제가 있다.
상기한 방전드레싱은 방전현상에 의하여 결합재를 제거하는 방식으로 균일한 방전상태의 유지가 곤란하
고, 미립자 또는 초미립자 숫돌에는 부적합하다는 문제가 있다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명이 강구한 수단은 금속결합재를 사용한 숫돌을 양극으로 상
기한 숫돌에 근접하여 설치한 전극을 음극으로 하고, 상기한 전극과 숫돌 사이의 틈새에 전해액을 공급
하면서 양극인 숫돌과 음극인 전극에 전압을 인가하면 양극과 음극사이의 반응에 의하여 숫돌 표면의 금
속결합재만을 선택적으로 용출 제거하는 전해드레싱을 사용하는 전해드레싱 연삭방법을 제공하는 것이
다.
또 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명이 강구한 수단은 전원공급장치와, 상기한 전원공급장치
의 양극과 전기적으로 연결되는 숫돌과, 상기한 숫돌의 외주면에서 일정한 간격을 두고 설치되고 상기한
전원공급장치의 음극과 전기적으로 연결되는 전극과, 상기한 숫돌과 전극사이에 전해액을 공급하는 전해
액 공급장치를 포함하는 전해드레싱 연삭장치를 제공하는 것이다.
그리고 본 발명은 비대칭·비구면 형상을 가공할 때에 있어서, 숫돌의 외주형상을 일정한 반경을 갖는
볼록형상으로 성형하기 위하여 숫돌의 축과 직교하는 축을 갖는 컵형 숫돌을 사용하여 트루잉(truing)을
행하는 직교축 트루잉법을 사용하는 전해드레싱 연삭방법을 제공한다.
[발명의 구성 및 작용]
상기와 같이 구성되는 본 발명 전해드레싱 연삭방법 및 연삭장치를 사용하면, 금속결합재 초미립자 숫돌
을 사용하여 가공물의 연삭을 행할때에, 숫돌의 양극과 전극의 음극 사이에 공급되는 전해액을 통하여
발생하는 전해작용에 의하여 숫돌 표면의 급속결합재가 선택적으로 또 연삭가공에 의한 숫돌의 마모에
대응하여 용출 제거되므로 고능률·초정밀의 경면연삭이 가능하다.
또 상기한 직교축 트루잉법을 사용하여 숫돌의 외주형상을 숫돌의 반지름과 동일한 반지름의 볼록형상으
로 성형하면, 연삭가공에서 숫돌과 가공물이 절삭공구인 볼엔드밀과 같은 접촉 형태를 유지하므로 비대
칭·비구면 형상을 갖는 렌즈 등을 평면연삭기에서 가공할 때에 정밀하게 가공할 수가 있다.
[실시예]
다음으로 본 발명 전해드레싱 연삭방법 및 연삭장치의 가장 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하
게 설명한다.
본 발명 전해드레싱 연삭방법의 일실시예는 금속결합재를 사용한 숫돌을 양극으로 상기한 숫돌에 근접하
여 설치한 전극을 음극으로 하고, 상기한 전극과 숫돌 사이의 틈새에 전해액을 공급하면서 양극인 숫돌
과 음극인 전극에 전압을 인가하면 양극과 음극 사이의 반응에 의하여 숫돌 표면의 금속결합재만을 선택
적으로 용출 제거하는 전해드레싱을 사용하여 드레싱을 행한다.
또 본 발명 전해드레싱 연삭장치의 일실시예는 제1도에 나타낸 바와 같이, 전원공급장치(12)와, 상기한
전원공급장치(12)의 양극과 전기적으로 연결되는 숫돌(6)과, 상기한 숫돌(6)의 외주면에서 일정한 간격
을 두고 설치되고 상기한 전원공급장치(12)의 음극과 전기적으로 연결되는 전극(14)과, 상기한 숫돌(6)
과 전극(14) 사이에 전해액을 공급하는 전해액 공급장치(18)를 포함한다.
상기한 숫돌(6)에는 상기한 전원공급장치(12)의 양극과 전기적으로 연결되는 전원공급용 브러쉬(16)가
설치된다.
상기한 연삭숫돌(6)과 가공물(4)이 접하는 부위 즉 연삭가공이 이루어지는 부위에는 냉각액을 공급하는
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냉각액 공급장치(10)가 설치된다.
상기한 숫돌(6)은 도면에는 나타내지 않았지만 연삭기의 축(8)에 결합되어 고속으로 회전한다.
다음으로 상기와 같이 구성되는 본 발명 전해드레싱 연삭장치에 의하여 드레싱이 이루어지는 과정을 설
명한다.
먼저 제2도에 나타낸 바와 같이, 트루잉을 행한 초기 상태에 있어서는 금속결합재(24)에 숫돌입자(22)가
매몰된 상태이고(S1), 초기 드레싱을 행하면 즉 상기한 전원공급장치(12)에서 양극과 연결된 숫돌(6)과
음극과 연결된 전극(14)에 전압을 인가하고 상기한 숫돌(6)과 전극(14) 사이의 틈새에 전해액
공급장치(18)를 통하여 전해액을 공급하면 금속결합재(24)의 금속성분 주로 철(Fe)이 이온화되어 금속이
온(26)으로 용출 제거되고 숫돌입자(22)가 일부 돌출된다(S2). 이때 전류값은 전원공급장치(18)에서 설
정된 최대전류값(10A이상)에 가까운 값을 갖게 된다.
상기와 같이 용출되는 금속이온(26) 예를 들면 철이온(Fe
+2
)은 수상화물(Fe(OH)2, Fe(OH)3) 및
산화물(Fe2O3)로 되어 숫돌(6) 표면에 산화피막(28)을 형성하게 된다(S3). 상기한 산화피막(28)은 부도체
이므로 숫돌(6) 표면의 전기전도도가 저하되며, 전류값은 약 1∼2A까지 감소하고 전압은
전원공급장치(18)에 설정된 최대전압에 근사한 값을 갖는다. 따라서 결합재의 금속성분이 과다하게 용출
제거되는 것이 방지된다.
상기와 같이 전해드레싱이 행해진 상태에서 가공물(4)에 대한 연삭가공을 행하면, 숫돌입자(22)가 가공
물(4)과 접촉하여 절삭하면서 마모되고 산화피막(28)도 박리(29)되어 제거된다(S4). 즉 연삭가공의 진행
에 따라 숫돌입자(22)의 전진적 마모와 더불어 부도체인 산화피막(28)이 국부적으로 탈락하게 되며, 숫
돌(6) 표면은 전기전도도를 회복하게 된다(S5).
상기와 같이 산화피막(28)이 탈락되어 숫돌(6) 표면의 전기전도도가 회복되면, 부도체인 산화피막(28)이
얇아진 부위를 통하여 전해작용이 자생적으로 진행되며 부도체인 산화피막(28)이 재생되고 숫돌입자(22)
의 일부가 돌출된다.
즉 숫돌(6)의 마모→산화피막(28)의 탈락→전해작용개시(드레싱)→산화피막(28) 재생→숫돌입자(22) 돌
출→숫돌(6)의 마모의 과정이 순차적으로 반복되며 가공이 진행된다.
그리고 상기한 본 발명 전해드레싱 연삭장치의 일실시예에 의하여 비대칭·비구면 형상을 가공할 때에
있어서는, 제3도에 나타낸 바와 같은 직교축 트루잉법을 사용하여 트루잉을 행하는 것이 바람직하다 즉
숫돌(6)의 외주형상을 일정한 반경을 갖는 볼록형상으로 성형하기 위하여 숫돌(6)의 축(8)과 직교하는
축(34)을 갖는 컵형 숫돌(30)을 사용하여 트루잉을 행하는 것이 바람직하다.
상기에서 컵형 숫돌(30)의 윗면(32)은 접하는 상기한 숫돌(6)의 외주면과 동일한 형상으로 형성되고, 상
기한 숫돌(6)을 회전시키면서 트루잉을 행하는 컵형 숫돌(30)을 회전시키는 것에 의해 숫돌(6)의 외주면
은 숫돌(6)의 반지름과 같은 반지름을 갖는 볼록형상으로 성형된다.
상기와 같이 직교축 트루잉법을 사용하여 숫돌(6)의 외주면 형상을 트루잉하면 가공물(4)과 숫돌(6)이
볼엔드밀과 같은 접촉형태를 유지하므로 비대칭·비구면 형상의 렌즈 등을 가공할 때에 있어서 가공형상
에 따라 숫돌(6)의 단면과 가공물(4) 사이에 간섭이 발생하지 않으므로 정밀한 가공이 가능하고 경면연
삭이 이루어진다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 특허 청
구의 범위와 발명의 상세한 설명 및 도면의 범위 안에서 여러 가지 변형이 가능하고, 이 또한 본 발명은
범위에 속하는 것은 당연하다.
[발명의 효과]
상기와 같이 구성되는 본 발명 전해드레싱 연삭방법 및 연삭장치를 사용하면, 각종 부품에 대한 표면 거
칠기와 치수 및 형상정도에 고품위화가 실현되고, 초정밀부품의 생산성이 향산된다.
즉 상기한 본 발명 전해드레싱 연삭장치를 사용하면, 숫돌의 마모에 의해 드레싱이 재개됨으로 숫돌의
과다마모의 방지 및 숫돌입자의 돌출량의 적정 유지가 가능하므로, 초미립자 숫돌의 사용에 의한 정밀가
공이 가능하고, 항상 일정한 가공이 이루어지므로 품질이 향상된다.
(57) 청구의 범위
청구항 1
금속결합재를 사용한 숫돌을 양극으로 상기한 숫돌에 근접하여 설치한 전극을 음극으로 하고, 상기 한
전극과 숫돌 사이의 틈새에 전해액을 공급하면서 양극인 숫돌과 음극인 전극에 전압을 인가하면 양극과
음극 사이의 반응에 의하여 숫돌 표면의 금속결합재만을 선택적으로 용출 제거하는 전해드레싱을 사용하
는 전해드레싱 연삭방법.
청구항 2
전원공급장치와, 상기한 전원공급장치의 양극과 전기적으로 연결되는 숫돌과, 상기한 숫돌의 외주면에서
일정한 간격을 두고 설치되고 상기한 전원공급장치의 음극과 전기적으로 연결되는 전극과, 상기한 숫돌
과 전극 사이에 전해액을 공급하는 전해액 공급장치를 포함하는 전해드레싱 연삭장치.
청구항 3
제1항에 있어서, 상기한 숫돌의 외주형상에 대한 트루잉을 숫돌의 축과 직교하는 축을 갖는 컵형 숫돌을
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공개특허특1998-0008457
사용하는 직교축 트루잉법을 사용하여 행하는 전해드레싱 연삭방법.
※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.