KR101462381B1 - 팁 가공 장치, 이에 의해 제작된 팁, 및 팁을 이용한 멀티 패턴 가공 방법 - Google Patents

팁 가공 장치, 이에 의해 제작된 팁, 및 팁을 이용한 멀티 패턴 가공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 팁 가공장치 장치는 가공용 팁을 파지하는 지그와, 상기 가공용 팁을 향하여 레이저를 조사하는 레이저 조사부와, 상기 지그를 제1 방향, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 교차하는 제3 방향으로 이송시키는 이송 스테이지와, 상기 지그를 상기 제1 방향과 평행한 중심축으로 회동시키는 제1 회동부재와, 상기 지그를 상기 제2 방향과 평행한 중심축으로 회동시키는 제2 회동부재, 및 상기 지그를 상기 제3 방향과 평행한 중심축으로 회동시키는 제3 회동부재를 포함하고, 상기 레이저 조사부는 팁의 여유면에 패턴을 형성할 수 있다.

Description

팁 가공 장치, 이에 의해 제작된 팁, 및 팁을 이용한 멀티 패턴 가공 방법{TIP MACHINING APPRATUS, TIP AND MULUTY PATTERN FORMING METHOD USING THE TIP}
본 발명은 팁 가공 장치 및 이에 의하여 제작된 팁, 그리고 팁을 이용한 멀티 패턴 가공 방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 레이저를 이용하여 팁의 선단에 패턴을 형성하는 가공 장치 및 패턴이 형성된 팁, 그리고 팁을 이용한 멀티 패턴 가공 방법에 관한 것이다.
다이아몬드를 이용한 초정밀 가공은 다이아몬드의 우수한 물성치을 이용하여 재료를 조금씩 가공하는 방법이다. 다이아몬드는 높은 경도 및 내마모성을 갖는데, 이러한 다이아몬드 공구를 이용하면 단단한 금속을 정밀하게 가공할 수 있다.
넓은 면적에 미세패턴을 가공하는 경우 공구의 왕복운동 및 횡방향의 이송이 필요하며 이에 따라 가공 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다. 특히 패턴 크기가 작을수록 가공시간은 더욱 증가할 수 밖에 없다.
초정밀 가공을 위해서는 다이아몬드 공구에 패턴을 매우 정밀하게 가공해야 하는데, 다이아몬드 공구 가공을 위해서는 다이아몬드 공구의 위치를 정밀하게 설정할 필요가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다이아몬드 팁을 용이하게 가공할 수 있는 팁 가공 장치 및 이에 의하여 제작된 팁, 그리고 이를 이용한 멀티 패턴 가공 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 팁 가공장치 장치는 가공용 팁을 파지하는 지그와, 상기 가공용 팁을 향하여 레이저를 조사하는 레이저 조사부와, 상기 지그를 제1 방향, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 교차하는 제3 방향으로 이송시키는 이송 스테이지와, 상기 지그를 상기 제1 방향과 평행한 중심축으로 회동시키는 제1 회동부재와, 상기 지그를 상기 제2 방향과 평행한 중심축으로 회동시키는 제2 회동부재, 및 상기 지그를 상기 제3 방향과 평행한 중심축으로 회동시키는 제3 회동부재를 포함하고, 상기 레이저 조사부는 팁의 여유면에 패턴을 형성할 수 있다.
상기 레이저 조사부는 상기 팁의 선단에 홈 또는 돌기를 형성하며, 상기 홈 또는 돌기는 이격 배치될 수 있다.
상기 이송 스테이지는 상기 지그를 상기 제1 방향으로 이송시키는 제1 이송부재와 상기 지그를 상기 제2 방향으로 이송시키는 제2 이송부재, 상기 지그를 상기 제3 방향으로 이송시키는 제3 이송부재를 포함할 수 있다.
상기 제1 회동부재는 상기 이송 스테이지 상에 배치된 제1 베이스와 상기 제1 베이스에 대하여 회전 가능하도록 배치되며 원판 형상으로 이루어진 제1 구동부를 포함할 수 있다.
상기 제2 회동부재는 상기 제1 회동부재 상에 배치된 제2 베이스와 상기 제2 베이스에 대하여 회전 가능하도록 배치되며 하면이 호형으로 형성된 제2 구동부를 포함하고, 상기 제2 베이스는 상기 제2 구동부의 하면을 감싸도록 형성될 수 있다.
상기 제3 회동부재는 상기 제2 회동부재 상에 배치된 제3 베이스와 상기 제3 베이스에 대하여 회전 가능하도록 배치되며 원판 형상으로 이루어진 제3 구동부를 포함하고, 상기 상기 제3 베이스는 제3 구동부의 평편한 측단에 결합될 수 있다.
상기 팁의 여유면에 형성된 홈 또는 돌기의 폭을 W1이라 하고, 상기 홈 또는 돌기 사이의 간격을 W2라 할 때, 상기 W2는 상기 W1의 1배 내지 20배로 이루어질 수 있다.
상기 팁의 선단부는 사각형의 종단면을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 팁의 선단부는 삼각형의 종단면을 갖고, 상기 팁의 선단에 형성된 여유면에 복수 개의 상기 홈 또는 상기 돌기가 형성될 수 있다.
상기 팁의 선단부는 호형의 종단면을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 팁은 다이아몬드로 이루어질 수 있다.
절삭 가공을 위한 팁에 있어서, 상기 팁에는 홈 또는 돌기로 이루어진 미세패턴이 형성되고, 상기 홈 또는 돌기는 간격을 두고 이격 배치될 수 있다.
상기 팁의 선단부는 사각형의 단면을 갖고, 상기 팁의 여유면에 형성된 상기 홈 또는 상기 돌기는 상기 팁의 일측 모서리로부터 상기 여유면의 내측으로 이어져 형성되되 상기 여유면의 일부분까지만 연장될 수 있다.
상기 팁의 선단부는 삼각형의 단면을 갖고, 상기 팁의 선단에 형성된 여유면에 복수 개의 상기 홈 또는 상기 돌기가 형성될 수 있다.
상기 팁의 선단부는 호형의 단면을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 팁은 다이아몬드로 이루어질 수 있다.
팁을 이용하여 멀티 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 상기 팁에는 홈 또는 돌기로 이루어진 미세패턴이 형성되고, 상기 팁의 선단부의 단면 형상에 따라 가공되는 제1 패턴을 형성하는 제1 패턴 형성 단계와 상기 미세패턴에 의하여 상기 제1 패턴의 표면에 제2 패턴을 형성하는 제2 패턴 형성 단계를 포함하고, 상기 제1 패턴 형성 단계와 상기 제2 패턴 형성 단계는 동시에 이루어질 수 있다.
상기 홈 또는 상기 돌기는 간격을 두고 이격 배치될 수 있다.
상기 팁의 선단부의 종단면 형상은 사각형, 삼각형, 호형으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 팁 가공 장치는 이송 스테이지와 복수 개의 회동부재 및 레이저 조사부를 구비하여 다이아몬드로 이루어진 팁에 미세패턴을 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 팁의 선단에 이격 배치된 복수 개의 홈 또는 돌기가 형성되므로 팁에 의하여 형성된 패턴의 표면에 다시 미세한 패턴이 형성된 멀티 패턴을 용이하게 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 팁 가공 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 팁을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 팁 파지부와 팁을 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가공된 팁의 선단부를 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따라 가공된 팁의 모서리 부분을 나타낸 사진이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 팁을 이용하여 가공된 표면을 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 팁을 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 팁에 의하여 가공된 표면을 나타낸 사시도이다.
도 9는 종래의 팁을 이용하여 가공된 표면을 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 팁을 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 팁 가공 장치를 도시한 사시도이며, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 팁을 도시한 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 팁 가공 장치(100)는 가공용 팁(10)을 파지하는 지그(151)와, 팁(10)을 향하여 레이저를 조사하는 레이저 조사부(156)와, 팁(10)을 이송시키는 이송 스테이지(110)와, 팁(10)을 회동시키는 제1 회동부재(120), 제2 회동부재(130), 및 제3 회동부재(140)를 포함한다.
팁(10)은 다이아몬드로 이루어지며, 팁(10)의 종단면은 사각형으로 이루어진다. 지그(151)는 제3 회동부재(140)와 연결되어 팁(10)을 파지하며 팁(10)을 안정적으로 고정한다.
레이저 조사부(156)는 팁(10)을 향하여 레이저를 조사하며, 레이저 조사부(156)에서 조사되는 레이저는 펨토초(pemto second) 레이저 또는 피코초(pico second) 레이저로 이루어질 수 있다.
이송 스테이지(110)는 팁(10)을 제1 방향(도 1에서 z축방향), 제1 방향과 교차하는 제2 방향(도 1에서 x축방향), 및 제1 방향 및 제2 방향과 교차하는 제3 방향(도 1에서 y축방향)으로 이송시킨다. 여기서 제1 방향은 제2 방향 및 제3 방향과 직교하는 방향이며, 제2 방향은 제1 방향 및 제3 방향과 직교하는 방향이다.
이를 위해서 이송 스테이지(110)는 팁(10)을 제1 방향으로 이송시키는 제1 이송부재(112)와 팁(10)을 제2 방향으로 이송시키는 제2 이송부재(113), 팁(10)을 제3 방향으로 이송시키는 제3 이송부재(114)를 포함한다.
한편, 제1 회동부재(120)는 제1 방향과 평행한 중심축(z축 방향)을 기준으로 팁을 B방향(도 1에 도시)으로 회동시킨다. 제1 회동부재(120)는 이송 스테이지(110) 상에 배치된 제1 베이스(121)와 제1 베이스(121)에 대하여 회전 가능하도록 배치되며 원판 향상으로 이루어진 제1 구동부(123)와 제1 구동부에 결합된 연결축(125)을 포함한다. 제1 구동부(123)는 제1 방향과 제2 방향이 교차하는 평면에 평행하도록 배치되며, 제1 베이스(121)는 제1 구동부(123)의 외주면을 부분적으로 감싸도록 형성된다. 이에 따라 제1 구동부(123)는 제1 베이스(121)에 부분적으로 지지되면서 회동할 수 있다.
한편, 제2 회동부재(130)는 제2 방향과 평행한 중심축(x축 방향)을 기준으로 팁을 A방향(도 1에 도시)으로 회동시킨다. 제2 회동부재(130)는 제1 회동부재(120)의 연결축(125) 상에 배치된 제2 베이스(131)와 제2 베이스(131)에 대하여 회전 가능하도록 배치되며 하면이 호형으로 형성된 제2 구동부(132)를 포함한다. 제2 베이스(131)는 제2 구동부(132)의 하면과 맞닿아 제2 구동부(132)의 하면을 감싸도록 형성된다.
제3 회동부재(140)는 제3 방향과 평행한 중심축(y축 방향)을 기준으로 팁을 C방향(도 1에 도시)으로 회동시킨다. 제3 회동부재(140)는 제2 회동부재(130) 상에 배치된 제3 베이스(141)와 제3 베이스(141)에 대하여 회전 가능하도록 배치되며 원판 형상으로 이루어진 제3 구동부(142)를 포함한다. 제3 구동부(142)는 제1 방향과 제2방향이 교차하는 면과 평행하게 배치되며, 제3 베이스(141)는 제3 구동부(142)의 평편한 측단에 결합된다.
도 2에 도시된 바와 같이 레이저 조사부(156)는 팁(10)의 선단면(10a)에 홈(12)을 형성한다. 본 실시예에서는 선단면(10a)에 홈(12)이 형성된 것으로 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 선단면에 돌기가 형성될 수도 있다.
팁(10)의 선단에 형성된 여유면(10a)에는 복수 홈들(12)이 기 설정된 간격으로 이격 배치되어 패턴을 형성한다. 홈(12)은 여유면(10a)의 일측 모서리에서 여유면(10a)의 내측으로 이어져 형성되며, 홈(12)은 여유면(10a)의 일부에만 형성된다. 즉 홈(12)은 팁(10)의 일측 모서리에서 여유면(10a)의 일부분으로만 이어져 형성되고, 다른 부분에는 홈(12)이 형성되지 않는다. 이에 따라 홈(12)의 일측 단부는 팁(10)의 여유면(10a)의 모서리와 맞닿으나, 홈(12)의 타측 단부는 여유면(10a)의 모서리와 맞닿지 않는다.
팁(10)은 모재의 표면에 대하여 기울어져 홈(12)이 형성된 모서리를 통해서 모재에 패턴을 가공하므로 홈(12)이 여유면(10a) 전체에 형성되어 있지 아니하더라도 모재를 쉽게 가공할 수 있다.
팁(10)의 여유면(10a)에 형성된 홈(12)의 폭을 W1이라 하고, 홈(12) 사이의 간격을 W2라 할 때, 홈(12)사이의 간격(W2)은 홈(12)의 폭(W1)의 1배 내지 20배로 이루어질 수 있다. 홈(12) 사이의 간격은 팁의 여유면(10a) 폭의 크기와 가공 대상물의 종류에 따라 가변적으로 설정된다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 팁을 나타낸 사진이며, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 가공된 팁의 선단부를 나타낸 사진이고 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따라 가공된 팁의 모서리 부분을 나타낸 사진이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 레이저에 의하여 다이아몬드 팁의 여유면(10a)에 홈이 형성된 것을 알 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 홈(12)은 팁(10)의 여유면(10a) 일측 모서리에서 내측으로 이어져 형성된다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 팁을 이용하여 가공된 표면을 나타낸 사진이다.
도 6에 도시된 바와 같이 상기한 제1 실시예에 따른 팁을 이용하여 전지 도금된 니켈의 표면을 가공하면 이격 배치된 복수 개의 돌기들을 형성할 수 있다. 여기서 돌기의 폭은 약 1.08㎛이며, 돌기 사이의 간격은 10.00㎛이다.
레이저를 이용하여 다이아몬드로 이루어진 팁(10)의 여유면(10a)에 패턴을 형성하기 위해서는 레이저와 팁(10)의 여유면(10a)이 평행하도록 일치시키는 것이 매우 중요하다. 이를 위해서 본 실시예에 따른 팁 가공 장치(100)는 3개의 이송부재들과 3개의 회동부재들을 구비하여 팁을 정밀하게 가공할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 팁을 도시한 사시도이고, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 팁에 의하여 가공된 표면을 나타낸 사시도이다.
도 8 및 도 9를 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 팁(20)은 상기한 제1 실시예에 따른 팁 가공 장치(100)에 의하여 가공될 수 있다. 본 제2 실시예에 따른 팁(20)의 단부는 삼각형의 종단면으로 이루어지고, 팁의 선단에는 2개의 여유면(20a, 20b)이 형성된다. 또한, 여유면(20a, 20b)에는 복수 개의 돌기(21)가 이어져 형성된다. 여기서 여유면(20a, 20b)은 팁(20)의 길이방향에 대하여 빗각으로 경사져 형성된다. 본 실시예에서는 여유면(20a, 20b)에 복수 개의 돌기(21)가 형성된 것으로 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 여유면(20a, 20b)에는 복수 개의 홈이 형성될 수도 있다.
본 실시예와 같이 팁(20)의 여유면(20a, 20b)에 돌기(21)를 형성하기 위해서는 여유면(20a, 20b)을 레이저와 평행하게 배치한 상태에서 돌기(21)를 제외한 부분을 제거해야 하는 바, 레이저와 팁(20)을 정렬하는 것은 매우 중요하다. 그러나 제1 실시예에 따른 팁 가공 장치(100)는 3개의 이송부재와 3개의 회동부재를 구비하여 정밀한 정렬을 실현할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 팁(20)을 이용하여 가공하면, 가공된 표면에 팁(20)의 선단부의 종단면 형상에 따라 가공되는 제1 패턴(31)을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 제1 패턴(31)의 표면에 다시 홈 또는 돌기로 이루어진 제2 패턴(32)을 형성할 수 있다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이 가공된 제1 패턴(31)의 경사면에 줄무늬로 이루어진 제2 패턴(32)을 형성할 수 있다. 이에 따라 본 실시예에 따른 팁(20)은 한번의 가공으로 멀티 패턴을 형성할 수 있다.
본 실시예에 따른 멀티 패턴 가공 방법은 팁에는 홈 또는 돌기로 이루어진 미세패턴이 형성되고, 홈 또는 돌기는 간격을 두고 이격 배치되며, 팁의 선단부의 단면 형상에 따라 가공되는 제1 패턴(31)을 형성하는 제1 패턴 형성 단계와 미세패턴에 의하여 제1 패턴(31)의 표면에 제2 패턴(32)을 형성하는 제2 패턴 형성 단계를 포함하고, 제1 패턴 형성 단계와 상기 제2 패턴 형성 단계는 동시에 이루어진다.
제1 패턴(31)은 팁의 선단부의 종단면 형상에 따라 사각형, 삼각형, 호형 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 제2 패턴(32)은 홈 또는 돌기로 이루어질 수 있으며, 단면 형상은 삼각형, 사각형, 호형 등 다양하게 형성될 수 있다.
그러나 도 9에 도시된 바와 같이 종래의 팁은 하나의 미세패턴 만을 형성할 수 있을 뿐이다.
상기한 본 실시예에 따른 팁(20)은 미세패턴 상에 복합적으로 이중 패턴을 형성하면, 반사 방지막 등의 광학 필름이나 태양광 집전판, 바이오 셀 증식, 마찰 마모 감소 분야 등 다양한 분야의 미세패턴을 복합화하여 더욱 성능을 향상시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 팁을 도시한 사시도이다.
도 10을 참조하여 설명하면, 본 제3 실시예에 따른 팁(40)은 상기한 제1 실시예에 따른 팁 가공 장치(100)에 의하여 가공될 수 있다. 본 제3 실시예에 따른 팁(40)의 선단에는 호형(arc shape)의 종단면을 갖는 여유면(40a)이 형성된다. 여유면(40a)에는 복수 개의 홈(41)이 형성되는데, 홈은 여유면(40a)의 모서리에서 내측으로 이어져 형성되며, 여유면의 일부에만 형성된다. 홈(41)은 기 설정된 간격으로 이격 배치된다.
본 실시예에서는 여유면(40a)에 복수 개의 홈(41)이 형성된 것으로 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 여유면(40a)에는 복수 개의 돌기가 형성될 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100: 팁 가공 장치 10, 20, 40: 팁
10a, 40a: 여유면 12, 41: 홈
20a, 20b: 여유면 21: 돌기
31: 제1 패턴 32: 제2 패턴
110: 이송 스테이지 112: 제1 이송부재
113: 제2 이송부재 114: 제3 이송부재
120: 제1 회동부재 121: 제1 베이스
123: 제1 구동부 125: 연결축
130: 제2 회동부재 131: 제2 베이스
132: 제2 구동부 140: 제3 회동부재
141: 제3 베이스 142: 제3 구동부
151: 지그 156: 레이저 조사부

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  17. 팁을 이용하여 멀티 패턴을 형성하는 방법에 있어서,
    상기 팁에는 홈 또는 돌기로 이루어진 미세패턴이 형성되고,
    상기 팁의 선단부의 단면 형상에 따라 가공되는 제1 패턴을 형성하는 제1 패턴 형성 단계와 상기 미세패턴에 의하여 상기 제1 패턴의 표면에 제2 패턴을 형성하는 제2 패턴 형성 단계를 포함하고,
    상기 제1 패턴 형성 단계와 상기 제2 패턴 형성 단계는 동시에 이루어지는 멀티 패턴 가공 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 홈 또는 상기 돌기는 간격을 두고 이격 배치된 멀티 패턴 가공 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 팁의 선단부의 종단면 형상은 사각형, 삼각형, 호형으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어진 멀티 패턴 가공 방법.
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