KR101301258B1 - 각주 형상 부재의 연마 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은, 각주 형상 부재(W)의 측면 조도를 개선할 수 있고, 상기 부재의 표면에서의 미소 균열의 깊이를 최소화할 수 있으며, 상기 부재로부터 제조된 디스크의 불량률을 감소시킬 수 있는 각주 형상 부재(W)의 연마 장치를 제공하는 것이다. 상기 장치(M)는 반송 라인(1)과 연마 라인(10)을 포함한다. 상기 반송 라인(1)은 미연마 부재(W)를 반송하는 반입 라인(2)과 연마된 부재(W)를 반송하는 반출 라인(3)을 포함한다. 연마 라인(10)은 평면 연마용 한 쌍의 연마 수단(11)과, 모서리부 연마용 한 쌍의 연마 수단(12)을 포함하며, 상기 각 쌍의 수단이 서로 대향 배치되어 있다. 평면 연마용 연마 수단(11)은 황삭 수단(11A), 제 1 정삭 수단(11B) 및 제 2 정삭 수단(11C)을 포함한다. 이들은 순서대로 배치되어 있다. 모서리부 연마용 연마 수단(12)은 황삭 수단(12A) 및 정삭 수단(12B)을 포함하며, 이들은 순서대로 배치되어 있다. 부재(W)는 평면 연마용 한 쌍의 연마 수단(11)의 사이와 모서리부 연마용 한 쌍의 연마 수단(12)의 사이를 주행하는 주행 수단(5) 상에 배치되어, 상기 부재는 연마된다.

Description

각주 형상 부재의 연마 장치{PRISMATIC MEMBER POLISHING DEVICE}
본 발명은 각주(角柱) 형상이며, 경질 취성 재료의 결정으로 이루어진 부재를 연마하는 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 각주 형상 부재 상에 존재하는 미소 균열을 제거하기 위해 부재를 연마하는 장치에 관한 것이다. 상기 부재는 세라믹, 유리 및 실리콘과 같은 경질 취성 재료의 결정으로 이루어지며, 디스크 기판을 제조하는데 이용된다.
경질 취성 재료로 이루어진 각주 형상 부재는 이하의 단계에 의해 제조된다. 즉, 우선, 용탕 원료를 주형으로 주조하여 잉곳(ingot)이 제조된다. 다음으로, 띠톱과 같은 커팅 장치에 의해 잉곳이 커팅되어, 블록, 즉 각주 형상 부재로 잉곳이 분할된다. 각주 형상 부재가 띠톱과 같은 커팅 장치에 의해 두께 1mm 미만인 박막 디스크 기판(웨이퍼)으로 분할된다. 분할된 웨이퍼는 세정 공정, 치수 및 표면 조도 검사 공정, 및 포장 공정 후에 출하된다.
표 1 및 도 14에 도시한 바와 같이, 커팅 장치에 의해 분할된 각주 형상 부재의 최대 표면 조도는 Ry=9~11㎛의 범위이다. 또한, 깊이 70~80㎛의 미소 균열은 부재가 커팅되는 동안 부재의 표면과 모서리부 상에 나타난다. 잉곳이 커팅된 후, 각주 형상 부재가 줄톱과 같은 커팅 장치에 의해 박막 디스크 기판으로 분할되면, 미소 균열로 인해 금이 가거나 깨진 디스크가 제조되는 경우가 있다. 통상, 금이 가거나 깨진 디스크로 인한 제품의 불량품 발생률("불량률")은 30~40%의 범위이다. 금이 가거나 깨진 모든 디스크는 폐기된다. 불량률을 감소시키기 위하여, 부재의 최대 표면 조도가 Ry=9~11㎛의 범위이며, 미소 균열의 깊이가 10~15㎛의 범위가 되도록, 각주 형상 부재의 4개의 표면이 연마된다. 그러나, 불량률은 여전히 20~30%의 범위이다.
[표 1]
표 1. 각주 형상 부재를 분할하는 동안, 분할된 디스크의 불량률
Figure 112010036294694-pct00023
주: 불량률은 각주 형상 부재가 분할되어 디스크 기판을 형성할 때 발생된, 금이 가거나 깨진 디스크에 기초한 제품의 불량도로 정의된다.
제조시 발생한 디스크 기판의 균열이나 흠에 기초한 불량률을 감소시키기 위하여, 최대 표면 조도가 Ry=8㎛ 미만의 수준에 도달할 때까지 그 측면을 연마하여 평탄화함으로써, 각주 형상 부재의 측면 상의 미소 균열의 깊이가 감소된다(특허문헌 1 참조).
[특허문헌 1] 일본 특허 제3649393호
최근, 경질 취성 재료로 이루어진 디스크 기판에 대한 시장의 수요가 증가하고 있다. 디스크 기판 상의 균열이나 흠에 기초한 불량률이 상당히 감소(2% 미만으로)될 것이 강하게 요구되고 있다. 디스크 기판 상의 균열이나 흠을 유발하는 미소 균열은 특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 각주 형상 부재의 측면 상에 뿐만 아니라 모서리부 상에도 존재한다. 따라서, 부재의 측면과 모서리부 상의 미소 균열을 제거할 필요가 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하고자 한다. 본 발명은 원료를 주조하여 제조된 잉곳을 커팅하여 분할된 각주 형상 부재를 분할함으로써 디스크 기판을 제조하는 공정에 관한 것이다. 즉, 본 발명의 목적은 각주 형상 부재의 측면 및 모서리부의 조도를 Ry=2㎛ 미만으로 감소시키고 미소 균열의 깊이를 3㎛ 미만으로 감소시킴으로써, 불량률을 2% 미만으로 감소시키는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 경질 취성 재료로 이루어진 각주 형상 부재를 연마하는 장치를 제공하는 것이다. 본 장치는 높은 생산성을 갖는다.
청구항 1의 발명에 따른 각주(角柱) 형상 부재의 연마 장치에 있어서, 상기한 문제점을 해결하기 위하여 상기 장치는 각주 형상 부재를 반송하는 반송 라인과 각주 형상 부재를 연마하는 연마 라인을 포함한다. 연마 라인은 반송 라인에 수직한 방향으로 주행 가능하고 각주 형상 부재를 유지하는 주행 수단을 갖는다. 연마 라인에서, 각주 형상 부재의 2 개의 측면을 동시에 연마하는 한 쌍의 제 1 연마 수단과 각주 형상 부재의 2 개의 모서리부를 동시에 모따기하는 한 쌍의 제 2 연마 수단이 배치되어 있다. 각주 형상 부재를 연마 라인에 대해 투입 및 배출시키는 스테이션이 연마 라인의 일단에 배치되어 있다. 또한, 각주 형상 부재를 회전시키는 스테이션이 연마 라인의 타단에 배치되어 있다.
청구항 2의 발명에 따른 각주 형상 부재의 연마 장치에 있어서, 청구항 1의 발명에 따른 제 1 연마 수단은 브러시형 툴을 이용하는 황삭(rough-grinding) 수단과, 상기 황삭 수단에 인접하고 브러시형 툴을 이용하는 정삭(finishing-grinding) 수단을 포함한다.
청구항 3의 발명에 따른 각주 형상 부재의 연마 장치에 있어서, 청구항 1의 발명에 따른 제 2 연마 수단은 브러시형 툴 또는 연마휠(grinding-wheel)형 툴을 이용하는 황삭 수단과, 상기 황삭 수단에 인접하고 또한 브러시형 툴 또는 연마휠형 툴을 이용하는 정삭 수단을 포함한다.
청구항 4의 발명에 따른 각주 형상 부재의 연마 장치에 있어서, 청구항 1 내지 3 중 어느 하나의 발명에 따른 제 1 연마 수단의 브러시형 툴은 분리형(segmented-type) 브러시이다. 브러시형 툴은 회전 중공 샤프트의 일단에 고정되는 연마용 가공부의 회전체를 포함한다. 회전 중공 샤프트의 타단은 회전 드라이버에 연결되어 있다. 브러시형 툴은, 회전 중공 샤프트에 삽입되어 있는 중심 샤프트의 일단에 고정되어 있는 홀더를 더 포함한다. 중심 샤프트의 타단은 선형 구동 드라이버에 연결되어 있다. 따라서, 중심 샤프트는 그 중심축을 따라 전방 및 후방으로 구동할 수 있다. 브러시형 툴은 복수의 브러시 다발을 더 포함한다. 복수의 브러시 다발의 각 단은 홀더에 배치되어 있는 복수의 구멍에 삽입 고정되어, 상기 구멍에 대해 부착 및 분리될 수 있다. 복수의 브러시의 다른 각 단은, 회전체의 단면(end surface)에 배치된 유지캡의 개구에 삽입되어 상기 유지캡으로부터 돌출된다. 슬롯 형성 구멍(slotted hole)은 회전 중공 샤프트의 축과 중심 샤프트의 축을 따라 회전체의 원통부(barrel)에 배치되어 있고, 슬롯 형성 구멍에 끼움 삽입될 수 있는 핀은 슬롯 형성 구멍을 통해 홀더에 연결되어 있다.
청구항 5의 발명에 따른 각주 형상 부재의 연마 장치에 있어서, 청구항 1 내지 4 중 어느 하나의 발명에 따른 주행 수단은 각주 형상 부재를 유지하는 유지 수단을 갖는다. 상기 주행 수단은 한 쌍의 제 1 연마 수단의 사이 및 한 쌍의 제 2 연마 수단의 사이를 주행할 수 있다.
청구항 6의 발명에 따른 각주 형상 부재의 연마 장치에 있어서, 청구항 1 내지 5 중 어느 하나의 발명에 따른 연마 라인은, 연마 라인으로 주행시켜 연마하기 전에, 각주 형상 부재의 폭 및 높이의 치수를 측정하는 측정 수단을 더 포함한다.
청구항 7의 발명에 따른 각주 형상 부재의 연마 장치에 있어서, 청구항 1 내지 6 중 어느 하나의 발명에 따른 반송 라인은, 미연마된 각주 형상 부재를 스테이션으로 반송하는 반입 라인(conveying-in line)과, 연마된 부재를 스테이션으로부터 반송하는 반출 라인(conveying-out line)을 더 포함한다. 반입 라인과 반출 라인은 스테이션의 각 측에 배치되어 있다.
청구항 1 내지 4의 각주 형상 부재의 연마 장치에 있어서, 미연마된 각주 형상 부재 각각은 스테이션으로 반송되어, 반송 라인에 의해 연마 라인에 대해 투입 및 배출된다. 스테이션은 연마 라인의 일단에 배치되어 있다. 다음으로, 각주 형상 부재는 연마 라인의 주행 수단으로 반송된다. 각주 형상 부재는 한 쌍의 제 1 연마 수단의 사이 및 한 쌍의 제 2 연마 수단의 사이에서 주행된다. 한 쌍의 제 1 연마 수단은 서로 대향하는 양 측면을 연마한다. 한 쌍의 제 2 연마 수단은 부재의 상부 양 모서리부를 연마하여 모서리부를 모따기한다. 따라서, 각주 형상 부재를 제 1 연마 수단 사이 및 제 2 연마 수단 사이에서 모두 주행시킴으로써, 각주 형상 부재의 양 측면을 연마하고, 부재의 상부 양 모서리부를 모따기하는 공정이 완료된다. 그런 다음, 주행 수단에 의해, 각주 형상 부재가 연마 라인의 타단에 배치되어 있는 부재를 회전시키는 스테이션으로 반송된다. 스테이션에서 부재가 회전된 후, 주행 수단에 다시 고정된다. 회전된 각주 형상 부재는 다시 한 쌍의 제 1 연마 수단의 사이에서 주행한 후, 한 쌍의 제 2 연마 수단의 사이에서 주행한다. 그런 다음, 각주 형상 부재의 서로 대향하는 2 개의 남은 측면이 연마된다. 부재의 2 개의 남은 모서리부도 연마되어 모따기된다. 마지막으로, 각주 형상 부재의 4 개의 표면을 연마하고, 부재의 4 개의 모서리부를 연마하여 모따기하는 공정이 완료된다. 각주 형상 부재를 연마하는 공정이 완료된 후, 부재를 연마 라인에 대해 투입 및 배출시키는 스테이션을 통해 부재가 연마 라인으로부터 반송 라인으로 자동으로 반송된다. 스테이션은 연마 라인의 단부에 배치되어 있다.
상술한 바와 같이, 각주 형상 부재의 연마 장치는 하기 공정: a) 미연마된 각주 형상 부재를 연마 라인으로 반송하는 공정; b) 길이 방향으로 연장되는 부재의 4 개의 측면을 연마하고, 부재의 4 개의 모서리부를 연마하여 모따기하는 공정; 및 c) 연마 라인 밖으로 부재를 반송하는 공정을 자동으로 수행할 수 있기 때문에, 생산성을 개선할 수 있다.
청구항 2의 각주 형상 부재의 연마 장치에 따르면, 부재의 측면을 연마하는 제 1 연마 수단은 황삭 수단과 정삭 수단을 포함한다. 따라서, 부재의 측면 상에 발생된 대부분의 미소 균열이 황삭 수단에 의해 효과적으로 제거될 수 있다. 미소 균열은 용탕 원료를 주형으로 주조하여 제조된 잉곳이 띠톱과 같은 커팅 장치에 의해 각주 형상 부재로 분할될 때, 부재의 측면 상에 발생된다. 다음으로, 연마된 측면은 정삭 수단에 의해 미세하게 연마되기 때문에, 미소 균열의 깊이는 1~3㎛ 미만으로 감소될 수 있다.
청구항 3의 각주 형상 부재의 연마 장치에 있어서, 각주 형상 부재의 모서리부를 연마하여 모따기하는 제 2 연마 수단은 황삭 수단과 정삭 수단을 포함한다. 이 구성은 제 1 연마 수단과 동일하다. 제 2 연마 수단은 브러시형 툴 또는 연마휠형 툴을 이용할 수 있다. 브러시형 툴을 이용하는 제 2 연마 수단에 있어서, 커팅 장치에 의해 분할된 각주 형상 부재의 모서리부 상의 대부분의 미소 균열은 황삭 수단에 의해 그 모서리부를 마무리함으로써 제거된다. 다음으로, 정삭 수단에 의해 모서리부가 미세하게 연마되기 때문에, 미소 균열의 깊이는 1~3㎛ 미만으로 감소될 수 있다. 연마휠형 툴을 이용하는 제 2 연마 수단은, 각주 형상 부재의 모서리부를 모따기함으로써, 부재의 모서리부 상의 대부분의 미소 균열을 제거할 수 있다. 각주 형상 부재 상의 미소 균열의 깊이가 부재를 형성하는 결정의 재료나 종류에 따라 변하기 때문에, 브러시형 툴이나 연마휠형 툴을 선택하여, 부재의 모서리부를 연마할 수 있다. 딥 모따기(deep chamfer) 및 미세 마무리(fine finishing)가 더 요구되는 경우, 브러시형 툴과 연마휠형 툴의 조합을 이용하여, 부재의 모서리부를 연마하여 모따기할 수 있다.
청구항 1 내지 3의 각주 형상 부재의 연마 장치에 있어서, 커팅 장치에 의해 각주 형상 부재가 분할될 때, 70~80㎛의 범위(표 1 참조)인 상기 부재의 모서리부 및 표면 상의 미소 균열의 깊이는 1~3㎛로 감소될 수 있다. 또한, 부재의 최대 표면 조도는 Ry=2㎛ 미만으로 개선될 수 있다. 따라서, 줄톱과 같은 커팅 장치에 의해 각주 형상 부재를 분할함으로써, 예를 들어, 1mm 두께의 디스크 기판이 제조되는 경우, 미소 균열에 의해 발생되는 균열이나 흠과 같은 임의의 결함이 방지될 수 있기 때문에, 분할된 디스크 기판의 불량률이 2% 미만으로 감소될 수 있다.
청구항 4의 각주 형상 부재의 연마 장치에 있어서, 부재의 측면을 연마하는 제 1 연마 수단의 브러시형 툴은 복수의 브러시 다발을 포함한다. 브러시 다발은 연마 그레인(abrasive grain)을 함유하는 수지 와이어 또는 강철로 이루어진 와이어로 이루어진다. 복수의 브러시 다발 각각은 홀더에 삽입 고정되어, 홀더에 대해 부착 및 분리될 수 있다. 따라서, 브러시 다발이 부재를 연마하는 작업에 의해 마모되면, 바로 교체될 수 있다. 슬롯 형성 구멍은 연마용 가공부의 회전체의 원통부에 배치되어 있다. 슬롯 형성 구멍에 끼움 삽입될 수 있는 핀은 슬롯 형성 구멍을 통해 홀더에 연결되어 있다. 브러시 다발을 갖는 홀더는 회전 중공 샤프트와 연마용 가공부의 회전체를 통한 회전 드라이버의 동력에 의해 회전된다. 홀더의 회전으로 인해, 브러시 다발이 회전될 수 있다. 브러시 다발이 유지캡으로부터 돌출되는 길이는, 중심 샤프트를 통해 선형 구동 드라이버(미도시)에 의해 전방 및 후방으로 홀더를 구동시키는 동력에 의해 제어될 수 있다. 브러시 다발의 유지캡으로부터 돌출된 길이에 대한 제어는 이하와 같이 수행된다. 즉, 각주 형상 부재의 표면을 브러시 다발과 접촉하여 부재를 연마하는 작업 시간에 대한 데이터, 또는 연마되는 각주 형상 부재의 개수에 대한 데이터가 제어 수단(미도시)에 입력된다. 그런 다음, 데이터에 기초한 계산 결과가 선형 구동 드라이버에 입력되어, 중심 샤프트를 통해 홀더의 이동을 제어한다.
상술한 바와 같이, 브러시 다발의 말단이 유지캡에 의해 지지되어 있기 때문에, 브러시 다발은 구부러지지 않는다. 또한, 브러시 다발의 유지캡으로부터 돌출된 길이가 제어되기 때문에, 일정한 값으로 유지된다. 따라서, 브러시 다발의 말단을 통해 표면 상에 작용하는, 부재의 표면을 연마하는 힘이 일정해지기 때문에, 부재의 표면이 균일하게 연마될 수 있다.
청구항 5의 각주 형상 부재의 연마 장치에 있어서, 주행 수단의 유지 수단은 각주 형상 부재를 확실하게 유지하면서 한 쌍의 제 1 연마 수단의 사이와 한 쌍의 제 2 연마 수단의 사이에서 주행할 수 있다. 따라서, 유지 수단과 부재가 일체화되어 있기 때문에, 부재는 한 쌍의 제 1 연마 수단의 사이와 한 쌍의 제 2 연마 수단의 사이의 연마 라인 상에서 확실하게 주행할 수 있다.
청구항 6의 각주 형상 부재의 연마 장치에 대하여, 측정 수단은 미연마된 각주 형상 부재의 폭과 높이의 치수를 측정한 다음, 측정 신호를 제어 수단(미도시)에 입력한다. 부재가 제 1 연마 수단과 제 2 연마 수단에 의해 연마될 때, 상기 신호에 기초하여, 부재를 연마하기 위한 공급량과 시작 위치가 제어된다. 이 제어에 의해, 미소 균열의 깊이는 1~3㎛로 감소될 수 있고, 부재의 최대 표면 조도는 Ry=2㎛ 미만으로 개선될 수 있다.
청구항 7의 각주 형상 부재의 연마 장치에 있어서, 반송 라인은, 각주 형상 부재를 연마 라인에 대해 투입 및 배출시키는 스테이션을 통해 연마 라인으로 미연마 부재를 반송하는 반입 라인과, 스테이션을 통해 연마 라인으로부터 연마된 부재를 반송하는 반출 라인을 포함한다. 반입 라인과 반출 라인은 분리 배치되어 있다. 따라서, 미연마 부재를 장치로 반송하는 공정과 연마된 부재를 장치로부터 반송하는 공정은 효과적으로 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 부재를 연마하는 장치의 사시도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 장치의 평면도이다.
도 3은 도 1의 장치의 정면도이다.
도 4는 도 1의 장치의 평면 연마용 연마 수단의 사시도를 나타낸다.
도 5는 도 4의 평면 연마용 연마 수단의 가공부의 측면을 나타낸다.
도 6은 도 1의 장치의 모서리부 연마용 연마 수단의 사시도를 나타낸다.
도 7은 도 6의 모서리부 연마용 연마 수단의 가공 부재의 높이를 조절하는 장치를 나타낸다.
도 8은 도 1의 주행 수단(5)과 위치결정 장치를 나타낸다.
도 9는 도 1의 각주 형상 부재의 높이를 측정하는 측정 장치의 정면도를 나타낸다.
도 10은 도 1의 장치의 이송 장치의 측면도를 나타낸다.
도 11은 도 1의 장치의 회전 장치의 정면도를 나타낸다.
도 12는 각주 형상 부재를 연마하는 단계의 플로우차트를 나타낸다.
도 13은 각주 형상 부재의 모서리부가 연마되어 모따기된 상태를 나타낸다.
도 14는 미소 균열이 발생한 각주 형상 부재의 단면도를 나타낸다.
도 15는 분리형 브러시의 부분 단면도를 나타낸다.
도 16은 도 15의 분리형 브러시의 저면도를 나타낸다.
도 17은 도 15의 분리형 브러시에 이용되는 브러시 다발을 나타낸다.
도 18은 종래의 컵형 브러시의 정면도를 나타낸다.
도 19는 도 18의 종래의 컵형 브러시의 저면도를 나타낸다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
M: 각주 형상 부재의 연마 장치
1: 반송 라인 2: 반입 라인
3: 반출 라인 5: 주행 수단
52: 유지 장치 7, 8: 위치결정 장치
9A: 폭을 측정하기 위한 측정 장치
9B: 높이를 측정하기 위한 측정 장치
10: 연마 라인 11A: 평면 연마용 황삭 수단
11B: 평면 연마용 제 1 정삭 수단 11C: 평면 연마용 제 2 정삭 수단
14: 브러시 다발
15: 부재를 연마 라인에 대해 투입 및 배출시키는 스테이션
17: 부재를 회전시키는 스테이션 20: 이송 장치
25: 회전 장치 110: 홀더
110a: 핀 112: 가공부
112a: 회전체 112b: 구멍
112c: 유지캡 112d: 슬롯 형성 구멍
12A: 모서리부 연마용 황삭 수단 12B: 모서리부 연마용 정삭 수단
124: 가공 부재
본 실시형태에 따른 각주 형상 부재를 연마하는 장치("장치")는, 단면이 125~155㎜ 및 길이 200㎜의 정사각형 형상인 부재의 길이 방향으로 연장된 4 개의 측면과 모서리부를 연마할 수 있다.
하기 실시형태에 있어서, 장치에 의해 처리되는 각주 형상 부재는, 유리로 이루어진 잉곳을 띠톱에 의해 길이 방향 및 횡방향으로 분할함으로써 제조된다.
표 1 및 도 14에 나타낸 바와 같이, 각주 형상 부재가 띠톱에 의해 잉곳으로부터 분할된 후, 부재의 측면의 최대 조도는 Ry=9~11㎛이고, 부재의 표면 상의 미소 균열의 깊이는 70~80㎛이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 따른 장치에 대해 도면에 기초하여 설명한다. 장치는 제 1 연마 수단과 제 2 연마 수단을 포함한다. 이들 각 수단은 브러시형 툴을 이용한다. 브러시형 툴은, 표 2에 나타낸 바와 같이 연마 그레인을 함유하는 수지 와이어로 이루어진 브러시 다발을 갖는다. 제 1 연마 수단은 부재의 평면 연마용 한 쌍의 황삭 수단과, 부재의 평면 연마용 두 쌍의 정삭 수단을 포함한다. 두 쌍의 정삭 수단의 연마 그레인의 크기는 상이하다. 제 2 연마 수단은 부재의 모서리부 연마용 한 쌍의 황삭 수단과, 부재의 모서리부 연마용 한 쌍의 정삭 수단을 포함한다.
도 1의 장치(M)는 각주 형상 부재(W)를 반송하는 반송 라인(1)과, 반송 라인(1)에 횡방향으로 배치된 연마 라인(10)과, 각주 형상 부재(W)를 유지하고 연마 라인(10)에서 주행 가능한 주행 수단(5)을 포함한다. 장치(M)는 부재(W)를 연마 라인(10)에 대해 투입 및 배출시키는 스테이션(15)을 더 포함한다. 스테이션(15)은 반송 라인(1)에 인접한 연마 라인(10)의 일단에 배치되어 있다. 부재(W)를 회전시키는 스테이션(17)은 연마 라인(10)의 타단에 배치되어 있다.
반송 라인(1)은 미연마된 각주 형상 부재(W)를 반송하는 반입 라인(2)과, 연마된 부재를 반송하는 반출 라인(3)을 포함한다. 반입 라인(2)은, 부재(W)를 연마 라인(10)에 대해 투입 및 배출시키는 스테이션(15)의 상류측에 배치되어 있다(도 1에서 스테이션(15)의 좌측). 반출 라인(3)은 스테이션(15)의 하류측에 배치되어 있다(도 1에서 스테이션(15)의 우측). 반입 라인(2)과 반출 라인(3)은 모두 컨베이어(4, 4)를 포함한다. 컨베이어(4, 4) 상에는 등간격으로 복수의 반송대(cradle; 4a, 4a)가 배치되어 있다. 미연마된 각주 형상 부재(W)는 컨베이어(4, 4)의 반송대(4a, 4a)에 의해 유지 및 반송된다.
복수의 제 1 연마 수단, 즉 평면 연마용 연마 수단(11)과, 복수의 제 2 연마 수단, 즉, 모서리부 연마용 연마 수단(12)이 연마 라인(10)에 배치되어 있다. 이들 수단은 각주 형상 부재(W)가 주행하는 방향을 따라 서로 인접하게 배치되어 있다. 평면 연마용 연마 수단(11)과 모서리부 연마용 연마 수단(12)은 연마 라인이 주행하는 방향을 따라 중심측 또는 말단측 중 어느 하나에 배치될 수도 있다. 도면에 도시된 실시형태에 있어서, 모서리부 연마용 연마 수단(12)은 중심측, 즉 부재(W)를 연마 라인(10)에 대해 투입 및 배출시키는 스테이션(15)에 인접하게 배치되어 있다. 평면 연마용 연마 수단(11)은 부재(W)를 회전시키는 스테이션(17)에 인접하게 배치되어 있다.
또한, 도 2 및 도 3에 도시한 실시형태에 있어서, 평면 연마용 3 쌍의 연마 수단(11)이 연마 라인(10)을 따라 나란히 배치되어 있다. 부재(W)를 연마 라인(10)에 대해 투입 및 배출시키는 스테이션(15)에 인접한 측으로부터 평면 연마용 한 쌍의 황삭 수단(11A), 평면 연마용 한 쌍의 제 1 정삭 수단(11B), 및 평면 연마용 한 쌍의 제 2 정삭 수단(11C)이 차례로 배치되어 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 실시형태에 있어서, 모서리부 연마용 2 쌍의 연마 수단(12)도 연마 라인(10)을 따라 나란히 배치되어 있다. 스테이션(15)에 인접한 측으로부터, 모서리부 연마용 황삭 수단(12A)과 모서리부 연마용 정삭 수단(12B)이 차례로 배치되어 있다.
평면 연마용 연마 수단(11) 쌍과 모서리부 연마용 연마 수단(12) 쌍 각각은, 연마 라인(10) 상에서 주행하는 각주 형상 부재(W)의 양측에 서로 대향하도록 배치되어 있다. 따라서, 이들 연마 수단 쌍들은 각주 형상 부재(W)의 2 개의 측면 또는 2 개의 모서리부를 동시에 연마할 수 있다.
평면 연마용 연마 수단(11)과 모서리부 연마용 연마 수단(12)의 가공부는 연마 그레인을 함유하는 수지 와이어로 이루어진 브러시 다발에 의해 형성된 브러시형 툴을 이용한다. 연마 그레인을 함유하는 수지 와이어를 이용하는 브러시형 툴의 구성은 표 2에 나타나 있다.
[표 2]
연마 그레인을 함유하는 수지 와이어로 이루어진 브러시형 툴의 구성
Figure 112009042683309-pct00002
주: 중량비(weight fraction)는 브러시형 툴의 총 중량에 대한 연마 그레인의 비율로 정의된다.
평면 연마용 연마 수단(11)은, 도 4에 도시한 바와 같이 장치에 부착된 L-형 브래킷(111)에 의해 장치에 설치된다. 즉, 연마 수단(11)의 가공부(112)는 브래킷(111)의 수직부(111a)의 전면측에 배치되어 있다. 가공부(112)를 회전시키는 회전 드라이버(113)와 가공부(112)를 전방 및 후방으로 구동시키는 선형 구동 드라이버(117)는 브래킷(111)의 수직부(111a)의 후면측에, 가공부(112)에 대향 배치되어 있다.
회전 드라이버(113)는 전기 모터를 포함하고, 가공부(112)와 함께 브래킷(111)의 수직부(111a)에 대하여 그 축을 따라 수평으로 이동할 수 있도록 배치되어 있다. 회전 드라이버(113)와 가공부(112)는 중간 로드(114b)와 소형 로드(114c)를 포함하는 회전 중공 샤프트(114)에 의해 서로 연결되어 있다. 링 기어(114a)는 중간 로드(114b)의 외측면에 고정되어 있다. 또한, 링 기어(114a)는 펄스 모터(116)에 연결되어 있는 피니언 기어(116a: pinion gear)에 맞물림 결합되어 있다. 중간 로드(114b)가 회전 드라이버(113) 및 가공부(112)와 함께 펄스 모터(116)에 의해 그 축을 따라 약간 이동할 수 있기 때문에, 가공부(112)에 대한 공급량이 제어될 수 있다. 가공부(112)에 대한 공급량은 측정 수단에 의해 제어 수단에 입력되는 측정값에 기초하여 중앙 제어 수단(미도시)에 의해 결정된다.
예를 들어, 링 기어(114a)를 나사에 의해 중간 로드(114b)에 나사결합시킴으로써, 중간 로드(114b)는 링 기어(114a)를 회전시켜 전방 및 후방으로 이동할 수 있다.
선형 구동 드라이버(117)는, 예를 들어, 실린더를 이용하는 기구를 포함할 수도 있으며, 브래킷(111)의 수평부(111b) 상에 배치될 수도 있다. 실린더의 피스톤 로드(117a)가 회전 드라이버(113)의 링 부재(118)에 연결되어 있으므로, 회전 드라이버(113)는 피스톤 로드(117a)를 그 축을 따라 이동시킴으로써 가공부(112)와 함께 전방 및 후방으로 이동할 수 있다.
상술한 평면 연마용 연마 수단(11)의 가공부(112)는 도 5, 도 15 및 도 16에 도시되어 있다. 가공부(112)는 도 17에 도시한 바와 같이, 복수의 브러시 다발(14)을 갖는다. 브러시 다발(14)은 연마 그레인을 함유하는 수지 와이어로 이루어지고, 일단이 금구(14a; 金具)를 구부려 묶어, 길게 연장된 로드 형상을 형성한다. 브러시 다발(14) 각각은, 홀더(110)에 형성된 구멍(112b)에 삽입 고정되어 있다. 슬롯 형성 구멍(112d)은 가공부(112)의 회전체(112a)의 원통부에 배치되어 있고, 슬롯 형성 구멍(112d)에 끼움 삽입될 수 있는 핀(110a)은 슬롯 형성 구멍(112d)을 통해 홀더(110)에 연결되어 있다. 따라서, 회전 드라이버(113)의 구동력이 회전 중공 샤프트(114) 및 가공부(112)의 회전체(112a)에 의해 브러시 다발(14)을 갖는 홀더(110)에 전달되기 때문에, 복수의 브러시 다발(14)은 회전할 수 있다. 또한, 브러시 다발을 각주 형상 부재에 접촉하게 하여, 부재를 연마하는 작업 시간에 대한 데이터 또는 연마되는 각주 형상 부재의 개수에 대한 데이터가 제어 수단(미도시)에 입력된다. 그런 다음, 제어 수단에 의한 계산 결과에 기초하여, 선형 구동 드라이버(117)의 구동력이 중심 샤프트(119)를 통해 홀더(110)에 전달되기 때문에, 브러시 다발(14)의 유지캡(112c)으로부터 돌출된 길이가 제어될 수 있다.
부수적으로, 이하 종래의 컵형 브러시의 가공부(301)에 대해 도 18 및 도 19에 기초하여 설명한다. 연마 그레인을 함유하는 브러시(304)는 홀더(303)의 표면 상에 놓여, 도넛 형상을 형성한다. 홀더(303)는 회전 드라이버에 연결되어 있는 중심 샤프트(302)에 고정된다. 따라서, 각주 형상 부재를 연마하는 작업으로 인해 브러시(304)가 마모되면, 가공부(301) 전체가 교체된다.
도 6에 도시한 바와 같이, 모서리부 연마용 연마 수단(12)은, 장치(미도시)의 주 몸체 상에 배치되어 있는 직사각형 형상의 베이스 플레이트(121)와, 베이스 플레이트(121) 상에서 주행 수단(5)이 주행하는 방향에 수직한 방향을 따라 서로 평행하게 배치된 한 쌍의 레일(122)과, 한 쌍의 레일(122) 상을 슬라이딩 가능하게 이동할 수 있는 반송대(123)를 포함한다. 모서리부 연마용 연마 수단(12)은, 반송대(123)의 전방부에 배치되어 있고 주행 수단(5)이 주행하는 방향으로 연장되는 가공 부재(124)와, 가공 부재(124)를 회전시키는 회전 드라이버(125)와, 반송대(123)를 전방 및 후방으로 선형 이동시키는 드라이버(126)와, 베이스 플레이트(121)의 전방부를 스윙함으로써 가공 부재(124)의 높이를 조절하는 기구(127)를 더 포함한다.
베이스 플레이트(121)의 후방부의 양 측단은 지지 로드(121a)에 의해 지지되어 있다. 베이스 플레이트(121)는 베이스 플레이트(121)의 중심부의 양 측단을 지지하며 가공 부재(124)의 높이를 조절하는 기구(127)에 의해, 지지 로드(121a)에 의해 지지된 피벗 지점에 대해 스윙할 수 있다.
가공 부재(124)는 그 중심축에 배치된 회전 샤프트(124a)와, 연마 그레인을 함유하는 수지 와이어로 이루어지고 회전 샤프트(124a)의 표면 상에 놓여져 실린더를 형성하는 브러시를 포함한다. 가공 부재(124)는 한 쌍의 지지 부재(123a)에 의해 유지됨으로써 반송대(123) 상에 배치되어, 주행 수단(5)이 주행하는 방향을 따라 연장된다.
회전 드라이버(125)는 반송대(123)에 고정된 지지 테이블(123b) 상에 설치된다. 본 실시형태의 회전 드라이버(125)는 전기 모터를 포함한다. 회전 드라이버(125)의 회전력은, 순환 벨트(125b)에 의해 모터의 샤프트(125a)를 가공 부재(124)의 회전 샤프트(124a)에 연결함으로써 가공 부재(124)에 전달될 수 있다.
반송대(123)를 선형 이동시키는 드라이버(126)는, 예를 들어 펄스 모터, 반송대(123)의 전방부로부터 후방부로 연장되는, 반송대(123)에 내장(內藏)된 볼 스크류(ball screw), 및 펄스 모터의 구동 샤프트와 볼 스크류를 연결하는 순환 벨트(126a)를 포함할 수도 있다. 반송대(123)는 볼 스크류를 회전시킴으로써 전방 및 후방으로 이동할 수 있다. 드라이버(126)는 반송대(123)를 큰 간격으로 이동시킴으로써 가공 부재(124)를 각주 형상 부재(W)에 대해 접근 및 후퇴시킬 수 있다. 또한, 드라이버(126)는 반송대(123)를 약간 이동시킴으로써 가공 부재(124)에 대한 공급량을 결정할 수 있다. 가공 부재(124)에 대한 공급량은 측정 수단에 의해 제어 수단에 입력되는 측정값에 기초하여 중앙 제어 수단에 의해 결정된다.
가공 부재(124)의 높이를 조절하는 기구(127)는 장치(미도시)의 주 몸체 상에 배치되어 있다. 가공 부재(124)는, 전방 및 후방으로 이동할 수 있는 롤러 가이드(128)와, 롤러 가이드(128)에 연결되어 있는 펄스 모터(129)와, 브래킷(131)에 의해 베이스 플레이트(121) 상에 배치되어 있는 롤러(130)를 포함한다.
도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 롤러 가이드(128)는 사다리꼴 돌출부(128a)를 갖는 이형(異形) 각주 형상을 갖는다. 사다리꼴 돌출부(128a) 상에 형성된 경사진 표면(128b)과, 롤러 가이드(128)의 상면 상에 형성된 평면(128c)은 롤러(130)를 가이드하는 윤곽(즉, 선형 캠)을 구성한다. 롤러 가이드(128)는 롤러 가이드(128)에 내장된 볼 스크류와, 볼 스크류를 회전함으로써 롤러 가이드(128)를 이동시킬 수 있는 펄스 모터를 포함할 수도 있다. 베이스 플레이트(121) 상에 배치되어 있는 롤러(130)가 롤러(130)를 가이드하는 윤곽의 경사진 표면(128b) 상에서 롤링할 수 있기 때문에, 베이스 플레이트(121)의 전방부는 수직으로 요동한다. 베이스 플레이트(121)의 전방부의 동작으로 인해, 가공 부재(124)는 수직으로 이동할 수 있다. 본 실시형태에 있어서, 가공 부재(124)의 높이를 조절하는 한 쌍의 기구(127)는 하나의 가공 부재(124)에 대하여 이용된다. 가공 부재(124)의 높이를 조절하는 한 쌍의 기구(127) 각각은 베이스 플레이트(121)의 양측에 배치되어, 가공 부재(124)는 각주 형상 부재(W)의 모서리부를 연마하기 위한 최상의 위치에 배치될 수 있다. 최상의 위치는 중앙 제어 수단에 의해 결정된다.
도 1, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 주행 수단(5)은, 한 쌍의 평면 연마용 연마 수단(11)의 사이와 한 쌍의 모서리부 연마용 연마 수단(12)의 사이에 배치되어 있는 한 쌍의 레일(6, 6) 상에 배치되어 있다. 주행 수단(5)은 부재(W)를 연마 라인(10)에 대해 투입 및 배출시키는 스테이션(15)과 체인 기구를 구동함으로써 부재(W)를 회전시키는 스테이션(17) 사이에서 주행할 수 있다. 주행 수단(5)은 각주 형상 부재(W)를 탑재하는 돌출부(51a)를 갖는 캐리어(51)와, 부재(W)가 캐리어(51) 상에 배치되도록 위치 결정한 후 상면으로부터 부재(W)를 유지하는 유지 기구(52)를 포함한다. 유지 기구(52)의 일단은 핀(53)에 의해 캐리어(51)에 피벗 연결되어 있다.
주행 수단(5)을 구동하는 수단으로서, 캐리어(51)에 내장된 펄스 모터 또는 선형 모터, 한 쌍의 레일(6, 6) 사이에 배치된 볼 스크류, 전기 모터, 또는 체인 기구가 이용될 수 있다. 주행 수단(5)을 구동하는 이들 수단은 중앙 제어 수단에 의해 제어될 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 반입 라인(2)으로부터 주행 수단(5)으로 운반되는 각주 형상 부재(W)는, 반입 라인(2)의 종료 위치와 반출 라인(3)의 시작 위치 사이에 배치되어 있는 위치 결정 장치(7, 8)에 의해 위치 결정될 수 있다. 실린더(72, 82)는 장치의 주 몸체 상에 지지된 브래킷(71, 81)에 고정되어 있다. 실린더(72, 82)의 말단부에 부착된 위치 결정 엘리먼트(73, 83)는 각주 형상 부재(W)의 양 측면을 위치 결정한다. 부재(W)를 위치 결정하는 경우, 위치 결정 장치(7)는 부재(W)를 위치 결정하는 기준선 측으로서 고정될 수도 있으며, 다음으로 위치 결정 장치(8)는 부재(W)를 위치 결정하기 위하여 이동될 수도 있다.
또한, 각주 형상 부재(W)의 폭을 측정하는 측정 장치(9A)는 위치 결정 장치(8)의 브래킷(81)에 배치되어 있다. 위치 결정 엘리먼트(83)가, 위치 결정 엘리먼트(73)와 접촉하여 배치된 부재(W)의 다른 측면에 대향하는 일 측면으로 이동하면, 측정 장치(9A)는 측정 프로브(9a)가 부재(W)의 일 측면에 접촉할 때까지 측정 프로브(9a)를 연장시킴으로써 부재(W)의 폭을 측정한다. 부재(W)의 폭을 측정하기 위해 광센서가 측정 장치(9A)에 이용될 수도 있다. 광센서가 측정 장치(9A)에 이용되는 경우, 광센서는 부재(W)의 측면에 빔을 방출함으로써 센서와 부재(W)의 측면 사이의 간격을 측정한다.
또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 주행 수단(5) 상에 배치되어 있는 각주 형상 부재(W)의 높이를 측정하는 측정 장치(9B)는 연장되어 접촉할 수 있는 측정 프로브(9b)를 포함한다. 측정 장치(9B)는 주행 수단(5)에 인접하게 배치되어 있는 브래킷(91) 상에 배치되어 있다. 측정 장치(9B)는 수평으로 회전할 수 있다. 측정 장치(9B)는 측정 장치(9A)와 동일한 구성을 가진다. 위치 결정 장치(8)의 브래킷(81)(또는 위치 결정 장치(7)의 브래킷(71)) 이외에 L자 형상의 브래킷을 이용할 수 있어, 브래킷(91) 대신에 브래킷(81)이 부재(W) 위로 연장되어, 측정 장치(9B)를 설치한다.
위치 결정 장치(7, 8)의 위치 결정 엘리먼트(73, 83)는 각주 형상 부재(W)가 위치 결정되고 측정된 후, 부재(W)로부터 이격된다.
반입 라인(2)으로부터 주행 수단(5)으로 미연마된 각주 형상 부재(W)를 운반하거나, 주행 수단(5)으로부터 반출 라인(3)으로 연마된 부재(W)를 운반하는 이송 장치(20)는, 부재(W)를 연마 라인(10)에 대해 투입 및 배출시키며 연마 라인(10)의 일단에 배치되어 있는 스테이션(15)에 배치되어 있다.
도 1 및 도 10에 도시한 바와 같이, 이송 장치(20)는 반입 라인(2)의 종료 위치와 반출 라인(3)의 시작 위치 사이의 상방에서, 반입 라인(2)과 반출 라인(3)을 따라 평행하게 연장되는 한 쌍의 가이드 바(21, 21)에 의해 가이드된다. 또한, 이송 장치(20)는 반송 라인(1)을 따라 이동할 수 있다. 이송 장치(20)는 가이드 바(21, 21) 상에서 이동하는 이동부(22)와, 이동부(22) 아래에서 유지함으로써 각주 형상 부재를 상승시키는 리프팅부(23)를 포함한다.
이동부(22)는 가이드 바(21, 21) 상을 슬라이딩할 수 있는 슬라이딩 부재(221)와, 부재(W)를 상승시키기 위해 리프팅부(23)를 상승 및 하강시키며, 슬라이딩 부재(221) 위에 배치된 실린더(222)와, 리프팅부(23)로부터 슬라이딩 부재(221)를 통해 연장되며 리프팅부(23)의 상승 및 하강 동작을 가이드하는 가이드 로드(232)를 포함하는 가이딩 실린더(223)를 포함한다. 한 쌍의 가이딩 실린더(223)는 실린더(222)를 가로질러 대각선으로 배치되어 있다. 예를 들어, 슬라이딩 부재(221)는 가이드 바(21, 21) 사이에 배치된 선형 모터(미도시)에 의해 수평으로 이동할 수 있다.
부재(W)를 상승시키기 위하여, 리프팅부(23)는 리프팅부(23)를 상승 및 하강시키는 실린더(222)의 피스톤 로드(222a)의 말단에 연결되어 있으며 한 쌍의 가이드 로드(232)의 말단에도 고정되어 있는 플레이트부(231)와, 플레이트부(231)의 4 개의 코너로부터 하방으로 연장되는 훅(233)을 포함한다. 훅(233)은 L-자형 형상을 가지며, 각주 형상 부재(W)의 바닥면을 걸어 올린다. 부재(W)를 유지하기 위하여, 훅(233)은 플레이트부(231)와 훅(233) 사이에 배치된 선형 모터(미도시)와 같은 구동 수단에 의해 부재(W)를 전방으로 이동시킬 수 있으며, 부재(W)를 유지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 이송 장치(20)는 리프팅부(23)에 의해 미연마된 각주 형상 부재(W)를 상승시켜, 주행 수단(5) 상으로 운반한다. 그런 다음, 리프팅부(23)는 부재(W)를 해방하고, 그 위치의 상방에서 대기한다. 또한, 이송 장치(20)는 연마 라인(10)에서 연마된 부재(W)를 유지하고, 반출 라인(3)으로 운반한다.
각주 형상 부재(W)를 회전시키는 회전 장치(25)는, 연마 라인(10)의 타단에 배치된 스테이션(17)에 배치되어 있다.
도 1 및 도 11에 도시한 바와 같이, 회전 장치(25)는 각주 형상 부재(W)를 회전시키는 스테이션(17)의 상방의 프레임(251)에 고정되어 있는 지지 부재(26)와, 부재(W)를 걸어 올려 상승시킬 수 있으며 지지 부재(26)의 하방에 배치되어 있는 리프팅부(27)와, 길이 방향으로 부재(W)의 양 단면을 유지함으로써 부재(W)를 회전시키는 구동 장치(28)를 포함한다.
지지 부재(26)는 지지 플레이트(261)와, 각주 형상 부재(W)를 상승시키기 위하여 리프팅부(27)를 상승 및 하강시키며, 지지 플레이트(261)의 상방에 배치된 실린더(262)와, 리프팅부(27)로부터 지지 플레이트(261)를 통해 연장되며 리프팅부(27)의 상승 및 하강 동작을 가이드하는 가이드 로드(272)를 포함하는 가이딩 실린더(263)를 포함한다. 한 쌍의 가이딩 실린더(263)는 실린더(262)를 가로질러 대각선으로 배치되어 있다.
부재(W)를 상승시키기 위하여, 리프팅부(27)는 리프팅부(27)를 상승 및 하강시키는 실린더(262)의 피스톤 로드(262a)의 말단에 연결되어 있고 한 쌍의 가이드 로드(272)의 말단에도 고정되어 있는 플레이트부(271)와, 플레이트부(271)의 4 개의 코너로부터 하방으로 연장되는 훅(273)을 포함한다. 훅(273)은 L-자형 형상을 가지며, 각주 형상 부재(W)의 바닥면을 걸어 올린다. 부재(W)를 유지하기 위하여, 훅(273)은 플레이트부(271)와 훅(273) 사이에 배치된 선형 모터(미도시)와 같은 구동 수단에 의해 부재(W)를 전방으로 이동시킬 수 있다.
각주 형상 부재(W)를 회전시키는 한 쌍의 구동 장치(28)는 리프팅부(27)의 훅(273)이 이동하는 방향에 수직한 일직선으로 배치되어 있다. 장치(28)는 서로 대향하고 있다. 장치(28)는 회전 드라이버(281)와, 선형 구동 드라이버(282)와, 유지 엘리먼트(285; grasping element)를 짧은 간격으로 선형 이동시키며 펄스 모터(283)를 갖는 드라이버(284)와, 부재(W)의 양단면을 그 길이 방향으로 유지함으로써 부재(W)를 회전시키는 유지 엘리먼트(285)를 포함한다.
회전 드라이버(281) 및 유지 엘리먼트(285)는 중간 로드(286)에 의해 일체로 연결되어 있다. 구동 장치(28)는 평면 연마용 연마 수단(11)과 유사한 구성을 갖는다. 즉, 링 기어(286a)가 중간 로드(286)의 외측면에 고정되어 있다. 또한, 링 기어(286a)는 펄스 모터(283)에 연결된 피니언 기어(283a)에 맞물림 결합되어 있다. 선형 구동 드라이버(282)는 회전 드라이버(281)에 연결되어 있다. 따라서, 선형 구동 드라이버(282)에 배치되어 있는 펄스 모터나 실린더를 구동함으로써, 선형 구동 드라이버(282)는 유지 엘리먼트(285)를 각주 형상 부재(W)에 대해 접근 및 후퇴시킬 수 있다.
또한, 각주 형상 부재(W)의 높이 및 폭을 측정하는 측정 장치는 스테이션(15)은 물론, 부재(W)를 회전시키는 스테이션(17)에 배치되어 있다. 이들 장치는 브래킷에 부착되어 있다.
상술한 바와 같이, 회전 장치(25)는 주행 수단(5) 상에 배치되어 있으며 연마 라인(10)에서 연마되어, 상기 연마 라인(10)으로부터 운반되는 각주 형상 부재(W)를 리프팅부(27)에 의해 상승시킨다. 그런 다음, 유지 엘리먼트(285)가 다시 부재(W)를 유지한 후, 부재(W)는 90° 또는 180°로 회전되어, 다시 주행 수단(5) 상에 배치된다.
부수적으로, 중앙 제어 수단(미도시)은 장치의 다수의 작업을 제어할 수 있는데, 예를 들어,
1) 각주 형상 부재(W)의 높이 및 폭을 측정할 수 있는 측정 장치의 측정값을 계산한 결과에 기초하여 각 연마 수단에 의해 부재를 연마하기 위한 공급량을 결정하는 작업,
2) 드라이버의 회전 또는 이동을 제어하는 작업, 및
3) 후술하는 바와 같이, 장치의 작업을 순차적으로 제어하는 작업을 제어할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 13에 기초하여, 상술한 구성을 갖는 장치의 동작에 대해 설명한다.
각주 형상 부재(W)가 반입 라인(2)의 종료 위치에 도달하면, 이송 장치(20)의 이동부(22)는 스테이션(15)으로부터 가이드 바(21, 21)를 따라 반입 라인(2)의 종료 위치로 이동한다. 그런 다음, 실린더(222)를 구동함으로써, 리프팅부(23)는 리프팅부(23)의 훅(233)이 부재(W)의 바닥면에 걸림결합할 수 있는 위치로 하강한다. 4 개의 훅(233)이 부재(W)에 도달하여 걸림결합한 후, 리프팅부(23)는 상승하여 부재(W)를 스테이션(15)에서 대기하고 있는 주행 수단(5)의 캐리어(51)로 운반한다.
각주 형상 부재(W)가 주행 수단(5) 상에 배치된 후에, 부재(W)는 위치결정 장치(7, 8)에 의해 위치결정되어, 유지 기구(52)에 의해 유지된다. 부재(W)가 위치결정되면, 기준선 측으로서 작용하는 위치결정 엘리먼트(73)는 소정 위치로 연장된다. 그런 다음, 이동측으로서 작용하는 위치결정 엘리먼트(83)는 전방으로 연장되어, 부재(W)를 위치결정한다.
동시에, 각주 형상 부재(W)의 폭과 높이를 측정하기 위하여, 폭을 측정하는 측정 장치(9A)의 측정 프로브(9a)와 높이를 측정하는 측정 장치(9B)의 측정 프로브(9b)가 부재(W)의 하나의 측면 또는 상면에 접촉할 때까지 연장된다. 부재(W)의 폭과 높이의 측정값은 중앙 제어 수단에 입력된다. 중앙 제어 수단은 부재(W)를 연마하는 연마 수단의 각 가공 부재에 대한 공급량을 결정한다. 각 가공 부재는 중앙 제어 수단에 의해 결정된 위치로 이동한다.
각주 형상 부재(W)가 주행 수단(5) 상에서 위치결정되고 측정된 후, 위치결정 엘리먼트(83)와 측정 장치(9A, 9B)의 측정 프로브(9a, 9b)는 부재(W)로부터 후퇴한다. 부재(W)를 유지하는 주행 수단(5)은 연마 라인(10) 상에서 스테이션(15)으로부터 스테이션(17)으로 이동한다.
각주 형상 부재(W)가 주행 수단(5)에 의해 연마 라인(10) 상에서 이동하면, 부재(W)의 측면은 연마되고, 부재(W)의 상부 모서리부는 그 모서리부를 연마함으로써 모따기된다. 제 1 실시형태에 있어서, 부재(W)는 하기 단계:
1. 주행 수단(5) 상에 배치된 부재(W)의 상부 양 모서리부(i), (ii)가 그 모서리부를 연마함으로써 모따기되는 단계,
2. 부재(W)를 180°로 회전한 후, 부재(W)의 상부 양 모서리부(iii), (iv)가 그 모서리부를 연마함으로써 모따기되는 단계,
3. 부재(W)의 양 측면(W1, W2)이 연마되는 단계, 및
4. 부재(W)를 90°로 회전한 후, 부재(W)의 양 측면(W3, W4)이 연마되는 단계로 처리된다.
제 1 실시형태에 있어서, 모든 연마 단계는 부재(W)가 스테이션(15)과 스테이션(17) 사이를 이동하는 동안, 상기 단계 1 내지 4에 기초하여 수행된다. 부재(W)가 연마 수단(11, 12)을 통과하기 전에, 연마 수단(11, 12)의 가공부는 연마 라인(10)을 향해 이동하여, 각 가공부에 대한 각 공급량을 제어한다.
연마 수단(11)의 가공부 중 하나와 연마 수단(12)의 가공부 중 하나는 반입 라인(2)이 위치하는 연마 라인(10)의 일측에 배치되어 있다. 연마 수단(11)의 가공부 중 다른 하나와 연마 수단(12)의 가공부 중 다른 하나는 반출 라인(3)이 위치하는 연마 라인(10)의 다른측에 배치되어 있다.
따라서, 가공부의 위치를 제어할 때, 반입 라인(2)이 위치하는 측과 동일한 측에 배치되어 있는 연마 수단(11, 12)의 가공부는 기준측으로서 작용하고, 소정 위치에서 고정된다. 반출 라인(3)이 위치하는 측과 동일한 측에 배치되어 있는 연마 수단(11, 12)의 가공부는 계산된 각 가공부에 대한 공급량에 기초하여 적절한 위치로 이동한다.
상기 단계 1 내지 4에서, 필요한 연마 수단만이 각 단계에서 구동된다. 즉, 단계 1 및 2에서, 모서리부 연마용 황삭 수단(12A)과 모서리부 연마용 정삭 수단(12B)의 가공 부재(124, 124)만이 구동된다. 단계 3 및 4에서, 평면 연마용 황삭 수단(11A)과 평면 연마용 제 1 및 제 2 정삭 수단(11B, 11C)의 가공부(112)만이 구동된다.
단계 1 내지 4 사이에서, 각주 형상 부재(W)가 스테이션(15)으로부터 스테이션(17)으로 이동한("접근 루트") 후에, 스테이션(17)에서 회전된 부재(W)가 스테이션(15)으로 되돌아가면("복귀 루트"), 각 연마 수단의 가공 부재 또는 가공부는 가공 위치로부터 초기 위치로 복귀한다.
각 연마 수단의 가공 조건을 표 3에 나타낸다. 본 실시형태에 있어서, 주행 수단(5)이 이동하는 속도는 0.6m/mim이다.
[표 3]
표 3. 연마 수단의 작업 조건
Figure 112009042683309-pct00003
단계 1에서, 각주 형상 부재(W)의 상부 양 모서리부(i), (ii)는 부재가 모서리부 연마용 한 쌍의 황삭 수단(12A, 12A) 사이를 통과하는 동안, 그 모서리부를 연마함으로써 모따기된다. 롤형 브러시를 갖는 가공 부재(124)가 회전하여, 가공 부재(124)의 표면이 부재(W)의 모서리부에 대하여 상방으로부터 하방으로 이동("하방 연마")한다. 도 13에 도시한 바와 같이, 가공 부재(124)의 중심은 부재(W)의 상면 위로 약 0~20mm에 위치되며, 부재(W)의 상면과 가공 부재(124)의 외측면 사이의 접촉점은 그 측면으로부터 부재(W)의 중심을 향해 1~3mm에 위치되는 것이 바람직하다. 이들 조건에 의해, 부재(W)는 부재(W)의 상면 또는 측면 상에 움푹 들어간 영역을 발생시키지 않고 그 모서리부를 연마함으로써 모따기된다.
기판의 잉곳을 띠톱에 의해 커팅함으로써 각주 형상 부재(W)가 제조될 때, 부재(W)의 모서리부 상에 발생된 대부분의 미소 균열은 상술한 황삭에 의해 제거될 수 있다.
각주 형상 부재(W)의 모서리부를, 모서리부 연마용 황삭 수단(12A)에 의해 모따기한 후에, 모서리부 연마용 정삭 수단(12B)에 의해 모서리부를 더 모따기한다. 정삭 수단의 가공 부재(124)의 중심 위치와 회전 방향은 황삭 수단과 동일하게 설정된다. 정삭 수단에 의한 이러한 모따기 단계에 의해, 부재(W)의 모서리부 근처에 남은 미소 균열이 제거될 수 있으며, 부재(W)의 모서리부에서의 조도가 개선될 수 있다.
각주 형상 부재(W)의 모서리부를 모따기하는 단계 후에, 부재(W)는 부재(W)를 회전시키는 스테이션(17)으로 반송된다. 그런 다음, 부재(W)의 폭과 높이가 측정된 후, 스테이션(17)의 회전 장치(25)에 의해 부재(W)가 회전된다.
스테이션(17)에서, 주행 수단(5) 상에 배치된 각주 형상 부재(W)가 스테이션(17)의 소정 위치로 반송되면, 부재(W)를 유지하는 유지 기구(52)는 그 상면으로부터 해방된다. 다음으로, 회전 장치(25)의 리프팅부(27)가 하강하여, 훅(273)이 부재(W)의 바닥면과 걸림결합한다. 다음으로, 부재(W)는 소정 위치까지 상승된다.
한 쌍의 구동 장치(28)의 유지 엘리먼트(285)가 각주 형상 부재(W)의 양 단면을 그 길이 방향으로 유지한 후, 부재(W)는 180°로 회전된다. 회전된 부재(W)는 다시 주행 수단(5)의 캐리어(51) 상에 배치되어, 유지 기구(52)에 의해 유지된다.
주행 수단(5) 상에 배치된 각주 형상 부재(W)는 스테이션(15)을 향해 이동한다. 부재(W)가 스테이션(15)으로 복귀하는 동안, 연마 수단은 작동하지 않는다.
도 12의 단계 2에서, 180°로 회전되어 스테이션(15)을 향해 이동하는 각주 형상 부재(W)가 연마 라인(10)의 종료 위치에 도달하면, 부재(W)의 상부의 양 모서리부(iii), (iv)는, 단계 1에서와 같이 황삭 수단과 정삭 수단에 의해 모따기된다.
다음으로, 서로 대향하는 각주 형상 부재(W)의 양 측면(W1, W2)이 동시에 연마된다. 스테이션(17)으로 반송되는 부재(W)는 스테이션(17)에서 회전되지 않고 복귀 루트를 따라 이동한다. 부재(W)가 스테이션(15)으로 복귀한 후, 평면 연마용 황삭 수단(11A), 평면 연마용 제 1 정삭 수단(11B) 및 평면 연마용 제 2 정삭 수단(11C)의 가공부(112) 중 각각 하나가 전방으로 이동하여, 각 가공부(112)는 기준선 측으로서 작용한다. 그런 다음, 부재(W)의 양측은 도 12의 단계 3에서와 같이 연마된다.
평면 연마용 연마 수단(11)에 있어서, 가공부(112)는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수도 있다. 그러나, 한 쌍의 가공부(112)는 그 중심축에 대하여 동일한 방향으로 회전한다.
황삭 수단에 의해, 기판의 잉곳을 띠톱에 의해 커팅함으로써 각주 형상 부재(W)가 제조될 때, 부재(W)의 모서리부 상에 발생되며, 부재(W)의 표면으로부터 그 내측으로 연장되는 대부분의 미소 균열이 제거될 수 있다. 그런 다음, 부재(W)의 남은 미소 균열은 제 1 및 제 2 정삭 수단에 의해 제거될 수 있다.
단계 3 후에, 각주 형상 부재(W)는 스테이션(17)에 도달한다. 상술한 바와 같이, 부재(W)는 스테이션(17)에서 90°로 회전되어, 스테이션(15)으로 복귀한다. 부재(W)가 다시 스테이션(17)으로 이동하는 동안, 부재(W)의 남은 측면(W3, W4)이 연마된다. 따라서, 단계 4가 완료된다.
각주 형상 부재(W)를 연마하는 모든 단계가 완료된 후, 부재(W)는 스테이션(17)으로부터 스테이션(15)으로 복귀하며, 주행 수단(5)으로부터 배출되어, 이송 장치(20)에 의해 반출 라인(3)의 컨베이어(4) 상에 배치된다.
각주 형상 부재(W)를 연마하는 단계에 의해, 연마 단계 전 부재(W)의 측면의 최대 조도 Ry=9.7㎛가, 평면 연마용 황삭 수단(11A) 사이를 통과한 후 Ry=2.5㎛로 개선될 수 있다. 평면 연마용 제 1 정삭 수단(11B) 사이를 통과한 후, Ry=1.2~1.7㎛의 범위로 개선될 수도 있다. 평면 연마용 제 2 정삭 수단(11C) 사이를 통과한 후, Ry=0.7㎛로 더 개선될 수 있다. 따라서, 부재(W)를 연마하는 장치에 의해, 부재(W)의 최대 표면 조도는, 조도의 목표 최대값인 Ry=2.0㎛ 미만으로 개선될 수 있다.
각주 형상 부재(W)를 연마하는 모든 단계가 완료된 후, 부재(W)의 미소 균열의 깊이는 1~3㎛의 범위로 개선될 수 있다. 이는 미소 균열의 깊이의 목표값이다.
다음으로, 각주 형상 부재(W)를 연마하는 방법의 제 2 실시형태에 대해 설명한다. 제 2 실시형태에 있어서, 상기 단계 1 및 2가 동시에 수행된다.
즉,
1. 주행 수단(5) 상에 배치되어 있는 부재(W)의 상부 양 모서리부(i), (ii)가 그 모서리부를 연마함으로써 모따기되며, 부재(W)의 양 측면(W1, W2)이 동시에 연마되는 단계,
2. 부재(W)를 180°로 회전한 후, 부재(W)의 상부 양 모서리부(iii), (iv)가 그 모서리부를 연마함으로써 모따기되는 단계, 및
3. 부재(W)를 90°로 회전한 후, 부재(W)의 양 측면(W3, W4)이 연마되는 단계가 수행된다.
단계 1에서, 부재(W)의 2 개의 상부 모서리부(i), (ii)를 모따기한 후, 2 개의 측면(W1, W2)이 모서리부 연마용 연마 수단에 인접한 위치에 배치된 평면 연마용 황삭 수단(11A)에 의해 연마된다. 또한, 평면 연마용 2 쌍의 정삭 수단(11B, 11C)은 부재(W)의 2 개의 측면(W1, W2)을 연마한다. 제 2 실시형태에 있어서, 대부분의 미소 균열은 황삭 수단에 의해 부재(W)의 측면과 모서리부의 조도를 개선함으로써 제거될 수 있다. 그런 다음, 부재(W)의 남은 미소 균열은 정삭 수단에 의해 부재(W)의 측면과 모서리부의 조도를 더 개선함으로써 제거될 수 있다.
제 2 실시형태의 단계 2 및 3은 제 1 실시형태의 단계 2 및 4와 동일하므로, 이들 단계에 대한 설명은 생략한다.
또한, 연마 수단의 가공부 또는 가공 부재에 있어서, 황삭 수단과 정삭 수단이 적절하게 배치되면, 각주 형상 부재(W)를 회전시킴으로써, 부재가 복귀하는 동안에 연마될 수도 있다. 따라서, 작업 시간이 감소될 수 있다.
상술한 실시형태에 따른 각주 형상 부재(W)를 연마하는 장치 및 방법에 있어서, 장치(M)에 의해, 띠톱에 의해 분할된 부재(W)의 모서리부는 황삭 수단과 정삭 수단에 의해 그 모서리부를 연속적으로 연마함으로써 모따기되고, 부재(W)의 측면은 황삭 수단 및 정삭 수단에 의해 연속적으로 연마된다. 따라서, 부재의 표면과 모서리부의 조도가 개선될 수 있다. 부재(W)를 연마하는 단계에 의해, 띠톱에 의해 커팅될 때 부재(W)의 표면 상에 발생된 대부분의 미소 균열은 황삭 수단에 의해 제거될 수 있다. 그런 다음, 부재(W)의 남은 미소 균열은 정삭 수단에 의해 제거될 수 있다. 따라서, 부재(W)의 측면의 최대 조도는, Ry=2.0㎛ 미만으로 개선될 수 있다. 또한, 부재(W)의 미소 균열의 깊이는 1~3㎛의 범위로 개선될 수 있다.
모서리부 연마용 황삭 수단(12A), 모서리부 연마용 정삭 수단(12B), 평면 연마용 황삭 수단(11A), 평면 연마용 제 1 정삭 수단(11B) 및 평면 연마용 제 2 정삭 수단(11C)은 연마 라인(10)을 따라 배치되어 있다. 따라서, 주행 수단(5) 상에 배치되어 있는 각주 형상 부재(W)가 스테이션(15)으로부터 스테이션(17)을 향해 주행하는 동안, 부재(W)의 모서리부 또는 측면은 황삭 수단과 정삭 수단에 의해 연마된다. 또는 동시에, 부재(W)의 모서리부와 측면이 황삭 수단과 정삭 수단에 의해 연마될 수 있다. 따라서, 작업 시간이 현저하게 감소될 수 있기 때문에, 디스크 기판을 제조하는 비용이 감소될 수 있다.
또한, 장치(M)는 이하의 작업:
1. 반입 라인(2)에 의해 반송되는 각주 형상 부재(W)를 스테이션(15)에 배치된 이송 장치(20)에 의해 연마 라인(10)으로 운반하는 작업,
2. 스테이션(17)에 배치된 회전 장치(25)에 의해 부재(W)를 소정 각도로 회전시키는 작업, 및
3. 이송 장치(20)에 의해 연마된 부재(W)를 연마 라인(10)으로부터 반출 라인(3)으로 운반하는 작업을 자동으로 수행할 수 있다.
따라서, 원료에 의해 조형된 잉곳으로부터 디스크 기판을 제조하는 설비에 장치(M)를 설치함으로써, 장치(M)는 중앙 제어 수단에 의해 자동으로 작동하도록 제어될 수 있다. 따라서, 디스크 기판을 제조하는 비용이 감소될 수 있다.
또한, 측정 장치(9A, 9B)에 의해 장치(M)가, 띠톱에 의해 분할된 각주 형상 부재(W)의 폭 및 높이를 측정할 수 있기 때문에, 부재(W)를 연마하기 위한 각 연마 수단의 공급량이 중앙 제어 수단에 의해 제어될 수 있다. 따라서, 높은 치수 정확도를 갖는 부재(W)가 제공될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태에 한정되지 않는다. 각주 형상 부재(W)의 모서리부와 측면이 황삭 및 정삭될 수 있다면, 황삭 수단과 정삭 수단의 개수는 상술한 바에 한정되지 않는다.

Claims (7)

  1. 각주(角柱) 형상 부재(W)를 반송하는 반송 라인(1)과,
    상기 각주 형상 부재(W)를 파지하여 상기 반송 라인(1)과 직교하는 방향으로 주행 가능한 주행 수단을 구비한 연마 라인(10)으로서, 상기 연마 라인(10)의 일단측에는, 상기 각주 형상 부재(W)를 상기 반송 라인(1)으로부터 상기 연마 라인(10)으로 출입시키는 입출 스테이션(15)이 배치되며, 상기 연마 라인(10)의 타단에는 상기 각주 형상 부재(W)를 회전시키는 회전 스테이션(17)이 배치된 연마 라인(10)을 구비한 각주 형상 부재의 연마 장치로서,
    상기 연마 라인(10)을 주행하는 상기 각주 형상 부재(W)의 연마되는 양 측면이 수직 상태이고, 상기 각주 형상 부재(W)의 모따기 가공되는 양 모서리부(角部)가 상기 양 측면의 상단에 있으며, 상기 연마 라인(10)에 상기 각주 형상 부재(W)의 양 측면을 동시에 연마 가공하는 한 쌍의 제 1 연마 수단, 및 상기 각주 형상 부재(W)의 양 모서리부를 동시에 모따기 가공하는 한 쌍의 제 2 연마 수단을 병설한 것을 특징으로 하는 각주 형상 부재의 연마 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 연마 수단은 브러시형 툴(brush-type tool)을 이용하는 황삭 수단(rough-grinding means)과, 상기 황삭 수단에 인접하며 브러시형 툴을 이용하는 정삭 수단(finishing-grinding means)을 포함하는, 각주 형상 부재의 연마 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 연마 수단은 브러시형 툴 또는 연마휠형 툴(grinding-wheel-type tool)을 이용하는 황삭 수단과, 상기 황삭 수단에 인접하며 브러시형 툴 또는 연마휠형 툴을 이용하는 정삭 수단을 포함하는, 각주 형상 부재의 연마 장치.
  4. 제 1 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 연마 수단의 브러시형 툴은 세그먼트형 브러시(segmented-type brush)이며,
    상기 각주 형상 부재(W)를 연마하는 가공부(112)의 회전체(112a)로서, 상기 가공부(112)는 회전 중공 샤프트(114)의 일단에 고정되어 있으며, 상기 회전 중공 샤프트(114)의 타단은 회전 드라이버(113)에 연결되어 있는 회전체(112a),
    상기 회전 중공 샤프트(114)에 삽입되어 있는 중심 샤프트(119)의 일단에 고정된 홀더(110)로서, 상기 중심 샤프트(119)의 타단은 선형 구동 드라이버에 연결되어 있어, 상기 중심 샤프트(119)가 그 중심축을 따라 전방 및 후방으로 이동할 수 있는 홀더(110),
    복수의 브러시 다발(14)로서, 상기 복수의 브러시 다발(14)의 각 단은 상기 홀더(110)에 배치되어 있는 복수의 구멍(112b)에 삽입 고정되어 있어, 상기 복수의 브러시 다발(14)이 상기 구멍(112b)에 대해 부착 및 분리될 수 있으며, 상기 복수의 브러시 다발(14)의 각 타단은 상기 회전체(112a)의 단면(end surface)에 배치된 유지캡(112c)의 개구에 삽입되어, 상기 유지캡(112c)으로부터 돌출되는 복수의 브러시 다발(14),
    상기 중심 샤프트(119)와 상기 회전 중공 샤프트(114)의 축을 따라 상기 회전체(112a)의 몸통부(barrel)에 배치된 슬롯 형성 구멍(112d), 및
    상기 슬롯 형성 구멍(112d)에 끼움 삽입될 수 있으며, 상기 슬롯 형성 구멍(112d)을 통해 상기 홀더(110)에 연결되는 핀(110a)을 포함하는, 각주 형상 부재 연마 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주행 수단은, 상기 각주 형상 부재(W)를 유지하기 위한 유지 수단을 구비하며, 상기 한 쌍의 제 1 연마 수단의 사이와 한 쌍의 제 2 연마 수단이 사이를 주행할 수 있는, 각주 형상 부재의 연마 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마 라인(10)은, 상기 각주 형상 부재(W)를 상기 연마 라인(10) 내에서 이동시켜 연마하기 전에, 상기 각주 형상 부재(W)의 폭과 높이의 치수를 측정하는 측정 수단을 더 포함하는, 각주 형상 부재의 연마 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반송 라인(1)은, 미연마된 각주 형상 부재(W)를 상기 입출 스테이션(15)으로 반송하는 반입 라인(2)과, 연마된 각주 형상 부재(W)를 상기 입출 스테이션(15)으로부터 반송하는 반출 라인(3)을 더 포함하며, 상기 반입 라인(2)과 상기 반출 라인(3)은 상기 입출 스테이션(15)의 각 측에 배치되어 있는, 각주 형상 부재의 연마 장치.
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