KR20090009605A - Multi wheel type polishing device using magneto-rheological fluid - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자기유변유체(Magneto-rheological fluid)를 이용한 연마장치에 관한 것으로, 상세하게는 가공 대상물이 고정되는 시편 고정틀에 대한 복수의 연마휠의 내접한 상대회전에 의해 각각의 연마휠 표면에 자기적으로 부착된 자기유변유체 입자가 가공 대상물 표면과 마찰하면서 가공 대상물에 대한 연마가 수행되는 다중 휠 타입 자기유변유체 연마장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
자기유변유체(Magneto-rheological fluid)는 10-4 ∼10-3㎝크기의 강자성 입자를 포함하는 비콜로이드 용액으로 자기장을 인가하지 않을 경우 상온에서 0.20∼0.30Pa-sec의 점성을 가지고 150∼250㎄/m(2∼3kOe)의 자기장이 가해지면 50∼100㎪의 높은 항복응력을 갖는다. 또한, 자기유변유체는 자기 포화(magnetic saturation)에 의해 최대 항복응력이 제한되기는 하지만, 빠른 응답시간[1∼ 2msec(msec ; 10-3sec)]을 가지며, 또한 -40∼150℃의 작동 범위와 유입되는 불순물에 대해서 상당히 둔감한 특성을 갖는다.Magneto-rheological fluid is a non-colloidal solution containing 10 -4 to 10 -3 cm ferromagnetic particles and has a viscosity of 0.20 to 0.30 Pa-sec at room temperature without applying a magnetic field. When a magnetic field of 3 / m (2 to 3 kOe) is applied, it has a high yield stress of 50 to 100 ㎪. In addition, magnetorheological fluids have a fast response time [1 to 2 msec (msec; 10 -3 sec)], although the maximum yield stress is limited by magnetic saturation, and also an operating range of -40 to 150 ° C. And insensitive to incoming impurities.
이런 특성을 갖는 자기유변유체는 자기장이 가해질 경우에 유체에 포함된 입자가 체인을 형성하게 되어 유체의 전단 항복응력이 변화하게 된다. 따라서, 자기장 비인가 시에는 뉴토니안 유체(newtonian fluid)의 거동을 나타내지만 자기장 인가 시에는 유체중에 분산된 입자가 체인을 형성하게 되어 전단 변형률이 발생하지 않은 상태에서도 항복 응력을 가지며 각속도의 증가에 따라서 소산되는 토크가 증가하는 빙햄 유체(bingham fluid)의 거동을 나타낸다. 즉, 자기유변유체는 자기장 비인가시 액체 상태이던 것이 자기장 인가시 젤 상태로 변하게 된다.In a magnetorheological fluid having such a property, when a magnetic field is applied, particles contained in the fluid form a chain, thereby changing the shear yield stress of the fluid. Therefore, when the magnetic field is not applied, it shows the behavior of Newtonian fluid, but when the magnetic field is applied, the particles dispersed in the fluid form a chain, which has yield stress even in the absence of shear strain and increases the angular velocity. It shows the behavior of the Bingham fluid with increasing dissipation torque. That is, the magnetorheological fluid changes from a liquid state to a gel state when the magnetic field is not applied.
위와 같은 자기유변유체를 이용한 종래의 연마장치로는 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 가공 대상물 예컨대, 시편(1)이 고정되는 평판상의 고정틀(2)과, 자기유변유체(3) 입자가 그 표면에 부착된 휠 타입의 자성체(4)를 포함하는 구성으로 이루어져, 고정틀(2)에 시편(1)을 고정시킨 상태에서 자기유변유체(3) 입자가 자기적으로 부착된 상기 휠 타입의 자성체(4)를 빠른 속도로 회전시키면, 상기 자기유변유체(3) 입자와 시편(1) 표면과의 마찰에 의해 연마가 수행된다.As a conventional polishing apparatus using the magnetorheological fluid as described above, for example, as shown in FIG. 1, the
그러나, 종래기술에 의한 단순 휠 타입 자기유변유체 연마장치는 자성체 회전 시 원심력의 영향으로 인하여 자성체(4)로부터 자기유변유체(3) 입자들이 외부로 이탈하여 시간이 지남에 따라 연마효율이 감소하는 문제가 있었다. 즉, 종래에는 회전으로 인한 원심력의 증가로 자기유변유체(3) 입자가 자성체(4)로부터 이탈 하려 할 때 이를 방지할 수 있는 수단이 없었고, 따라서 연마가 진행됨에 따라 자기유변유체(3) 입자가 계속해서 장치 외부로 이탈하여 시간이 지남에 따라 연마 효율이 저하될 수 밖에 없었다. However, in the conventional wheel-type magnetorheological fluid polishing apparatus according to the prior art, the polishing efficiency decreases over time due to the effect of the centrifugal force when the magnetic body rotates, and thus the magnetic
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 연마장치가 회전할 때 발생하는 원심력의 영향으로 자성체로부터 자기유변유체 입자들이 이탈되는 것을 방지할 수 있고, 따라서 시간이 경과하여도 항상 일정한 연마성능을 기대할 수 있는 순환식 자기유변유체 연마장치를 제공하는 데에 있다.The problem to be solved by the present invention is to prevent the magnetorheological fluid particles from being separated from the magnetic body due to the centrifugal force generated when the polishing apparatus is rotated, so that a constant polishing performance can always be expected over time The present invention provides a magnetorheological fluid polishing apparatus.
상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 자기유변유체를 이용한 연마장치로서, 시편이 내면에 고정되는 시편 고정틀에 대한 시편 고정틀 내부에서의 자성을 가진 복수의 연마휠의 상대회전에 의해 연마휠 표면에 자기적으로 부착된 자기유변유체가 상기 시편과 마찰을 일으켜 시편에 대한 연마가 수행되는 것을 특징으로 하는 다중 휠 타입 자기유변유체 연마장치를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention is a polishing apparatus using a magnetorheological fluid, the surface of the polishing wheel by the relative rotation of the plurality of polishing wheels with magnetism in the specimen fixing frame relative to the specimen fixing frame fixed to the inner surface It provides a multi-wheel type magnetorheological fluid polishing apparatus, characterized in that the magnetorheological fluid magnetically attached to the friction with the specimen is carried out polishing the specimen.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 연마장치는 회전 가능한 원통형의 시편 고정틀과, 상기 시편 고정틀 내면에는 가공 대상물인 시편이 일정한 간격으로 고정되어 있고, 상기 각각의 시편과 인접하게 시편 고정틀 내부에 일정한 간격으로 원형배치되는 자성을 가진 복수의 연마휠과, 복수의 연마휠 각각은 일방향으로 회전하며, 각각의 연마휠 표면에 자기적으로 부착된 자기유변유체를 포함한다.According to a preferred aspect of the present invention, the polishing apparatus is a cylindrical cylindrical frame fixed frame, the specimen is fixed to the inner surface of the specimen fixed frame at regular intervals, a predetermined interval within the specimen fixing frame adjacent to each of the specimens And a plurality of polishing wheels having a circularly arranged magnet, and each of the plurality of polishing wheels rotates in one direction and includes a magnetorheological fluid magnetically attached to the surface of each polishing wheel.
바람직하게는, 상기 연마휠은 시편 고정틀과 반대 방향으로 회전되도록 설정하여 상대적인 회전속도가 증가될 수 있도록 하는 것이 좋으며, 상기 시편 고정틀 은 지지블록 상에 회전가능하게 장착되도록 하고, 상기 지지블록은 베드 상에서 좌우 슬라이딩 가능하게 설치되도록 하는 것이 바람직하다.Preferably, the polishing wheel is set to rotate in the opposite direction to the specimen fixing frame so that the relative rotational speed can be increased, the specimen fixing frame is rotatably mounted on the support block, the support block is a bed It is desirable to be installed on the left and right sliding.
상기한 본 발명에 의하면, 자기유변유체가 자기적으로부착된 연마휠을 시편 고정틀이 감싸므로, 연마휠이 회전할 때 발생하는 원심력의 영향으로 연마휠로부터 자기유변유체 입자들이 이탈되는 것이 방지된다. According to the present invention described above, since the specimen fixing frame surrounds the polishing wheel on which the magnetorheological fluid is magnetically attached, the magnetorheological fluid particles are prevented from being separated from the polishing wheel under the influence of the centrifugal force generated when the polishing wheel rotates. .
아울러, 자기유변유체에 자기력을 부여하는 연마휠의 연속적인 배치로 인하여 자기유변유체 입자의 외부 이탈이 보다 확실히 방지된다. In addition, the external arrangement of the magnetorheological fluid particles is more reliably prevented due to the continuous arrangement of the polishing wheels that impart the magnetic force to the magnetorheological fluid.
이에 따라, 자기유변유체 이탈에 따른 연마효율의 저하가 보다 확실하게 방지될 수 있으며, 결과적으로는 시간이 경과하여도 일정한 연마효율을 지속적으로 유지시킬 수 있는 이점을 가진다.As a result, a decrease in polishing efficiency due to magnetorheological fluid separation can be more reliably prevented, and as a result, the polishing efficiency can be continuously maintained over time.
또한, 원통형의 시편 고정틀 내면에 복수의 가공 대상물을 부착 고정한 상태에서 연마가 수행되므로, 복수의 가공 대상물에 대한 동시 연마가 가능하다는 장점도 가진다.In addition, since polishing is performed in a state in which a plurality of processing objects are attached and fixed to the inner surface of the cylindrical specimen fixing frame, there is also an advantage that simultaneous polishing of the plurality of processing objects is possible.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 다중 휠 타입 자기유변유체 연마장치의 작동 개념을 개략적으로 보여주기 위한 개략 구성도이다.Figure 2 is a schematic configuration diagram for schematically showing the operating concept of the multi-wheel type magnetorheological fluid polishing apparatus according to the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 연마장치는 시편이 내면에 고정되는 시편 고정틀(20)에 대한 시편 고정틀(20) 내부에서의 자성을 가진 복수의 연마휠(40)의 상대회전에 의하여 연마휠(40)의 표면에 자기적으로 부착된 자기유변유체(30)가 상기 시편(10)과 마찰을 일으킴으로써 시편(10)에 대한 연마가 수행될 수 있는 구조이다. Referring to FIG. 2, the polishing apparatus according to the present invention is polished by a relative rotation of a plurality of
도 2를 다시 참조하면, 상기 시편 고정틀(20)은 내부에 중공이 형성된 원통형 구조로서 미도시된 동력수단 예를 들어, 구동모터를 통해 회전력을 제공받아 일방향으로 회전한다. 이러한 시편 고정틀(20)의 내면에는 그 내면 원주방향을 따라 일정한 간격으로 장착홈(200)이 형성되어 있으며, 이 장착홈(200)에는 가공 대상물 예컨대, 시편(10)이 착탈식으로 고정된다.Referring to FIG. 2 again, the
연마휠(40)은 도면에 도시된 바와 같이 독립된 회전을 하는 여러 개가 원형으로 배치된 구조로 이루어진다. 구체적으로, 각각의 연마휠(40)은 시편 고정틀(20) 내부에서 이러한 시편 고정틀(20) 내면에 장착된 가공 대상물인 각각의 시편(10)과 내접하는 형태로 일정한 간격을 가지며 원형으로 배치되어 있다. 이러한 연마휠(40)은 자성을 가진 자성체 예컨대, 영구자석일 수 있으며, 각각의 연마휠(40) 표면에는 자기유변유체(Magnetorheological fluid; 30)가 자기적으로 부착된다.As shown in the drawing, the
바람직하게는, 상기 연마휠(40)은 시편 고정틀(20) 내부에서 이러한 시편 고정틀(20)의 회전과 반대 방향으로 회전된다. 이 경우에, 시편 고정틀(20)에 대한 연마휠(40)의 상대적인 회전속도가 증가되므로, 동일한 RPM에서 보다 나은 연마성능을 기대할 수 있다.Preferably, the
상기한 연마장치의 주요구성을 전반적으로 포함하여 구현될 수 있는 보다 구체적이면서 바람직한 연마장치의 실시형태를 도 3, 도 4를 참조하여 설명한다. A more specific and preferred embodiment of the polishing apparatus that can be implemented including the main configuration of the polishing apparatus as a whole will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
도 3 및 도 4는 상기한 연마장치를 구현하기 위한 구체적인 실시형태를 나타내는 사시도 및 단면도로서, 도시된 실시예의 경우 장치 구현을 위한 하나의 바람직한 실시형태에 불과한 것으로 도시된 형태의 구성에만 한정되는 것은 아니며, 전술한 바와 같은 연마형태를 구현하는 구성이면 다양하게 개조 및 변경될 수 있으며, 그러한 변형예의 경우에도 본 발명의 범주에 포함될 수 있음은 물론이다.3 and 4 are a perspective view and a cross-sectional view showing a specific embodiment for implementing the above-described polishing apparatus, in the case of the illustrated embodiment is only one preferred embodiment for implementing the device is limited to only the configuration of the form shown If not, a configuration that implements the above-described polishing form may be variously modified and changed, and such modifications may be included in the scope of the present invention.
도 3 및 도 4를 참조하여 구체적인 장치 구현을 위한 바람직한 실시형태를 살펴보면, 시편(10)이 내면에 장착되는 상기 시편 고정틀(20)은 지지블록(22) 상에 회전가능하게 설치된다. 지지블록(22)은 LM 가이드(24)와 같은 슬라이딩 부재를 매개로 베드(26) 상에 좌우 슬라이딩 가능하게 설치되며, 지지블록(22) 측부에는 상기 시편 고정틀(20)에 회전동력을 제공하는 동력수단 예컨대, 모터(28)가 장착된다. 3 and 4, the preferred embodiment for implementing a specific device, the
지지블록(22)은 원통형의 시편 고정틀(20)을 안정되게 지지할 수 있도록 시편 고정틀(20)의 길이 및 곡률에 대응하는 곡선상의 요홈면(220)을 가지며, 그 요홈면(220)에는 상기 시편 고정틀(20)의 회전을 지지하기 위한 지지 로울러(222)가 일부 매입형태로 설치된다.The
나아가, 상기 지지블록(22) 상의 시편 고정틀(20)과 동일 선상에서 마주하도 록 베드(26) 일측 상에는 본체(42)가 마련되고, 연마휠(40)은 시편 고정틀(20)과 대면하는 본체(42) 일측방에 원형으로 배치된다. 이때 각각의 연마휠(40)은 본체(42)에 내설된 구동모터(미도시)와 감속기어등을 매개로 동력전달이 가능하게 연결되어 일괄 또는 독립된 회전이 가능하다.Furthermore, a
상기와 같이 구성된 바람직한 실시형태에 따르면, 지지블록(22)을 본체로부터 이격시켜 지지블록(22) 상의 시편 고정틀(20) 내면에 시편(10)을 장착한 뒤 지지블록(22)을 본체(42) 측으로 이동시켜 원형으로 배치된 복수의 연마휠(40) 구체적으로는, 연마휠(40) 표면에 자기적으로 부착된 자기유변유체(30)가 시편(10)과 시편 고정틀(20) 내부에서 내접하도록 한다. According to the preferred embodiment configured as described above, the
위와 같은 상태에서 장치를 가동시키면, 시편 고정틀(20)에 대한 시편 고정틀(20) 내부에서의 자성을 가진 복수의 연마휠(40)의 상대회전에 의해 연마휠(40) 표면에 자기적으로 부착된 자기유변유체(30)가 상기 시편(10)과 마찰을 일으킴으로써 시편에 대한 연마가 수행될 수 있는 것이다.When the device is operated in the above state, it is magnetically attached to the surface of the
상기와 같이 연마가 수행되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 원형 배치되고 자기유변유체가 자기적으로 부착된 각각의 연마휠을 원통형의 시편 고정틀이 외접하는 형태로 감싼다. 때문에, 장치 구동에 따라 시편에 대한 연마가 수행되는 경우에 연마휠 표면에 부착된 자기유변유체 입자가 연마휠의 빠른 회전에 의한 원심력의 영향으로 연마휠에서 이탈하려 할 때, 상기 원통형의 시편 고정틀이 이를 막아주는 역할을 수행하므로 자기유변유체 이탈에 따른 연마성능의 저하를 방지할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention in which the polishing is performed as described above, each cylindrical wheel disposed circularly and magnetically attached to the magnetorheological fluid is wrapped around the cylindrical specimen fixing frame. Therefore, when the magnetorheological fluid particles adhered to the surface of the polishing wheel when the polishing is performed on the specimen in accordance with the driving of the device, try to move away from the polishing wheel under the influence of the centrifugal force caused by the rapid rotation of the polishing wheel, Since it plays a role of preventing this, it is possible to prevent the deterioration of polishing performance due to magnetorheological fluid separation.
또한, 자성을 가진 연마휠이 원형으로 연속 배치되어 있는 관계로 시편 고정틀의 내부 영역내에서 상기 자기유변유체에 항상 일정한 자기력이 부여될 수 있고, 따라서 자기유변유체 입자의 외부 이탈이 보다 확실히 방지될 수 있다. 결과적으로, 자기유변유체의 외부 이탈이 방지됨에 따라 일정한 연마효율이 지속적으로 유지될 수 있는 것이다.In addition, since the magnetic polishing wheels are arranged in a continuous shape in a circle, a constant magnetic force can always be applied to the magnetorheological fluid in the inner region of the specimen holding frame, so that the external deviation of the magnetorheological fluid particles can be more reliably prevented. Can be. As a result, the external polishing of the magnetorheological fluid is prevented, so that a constant polishing efficiency can be maintained continuously.
도 1은 종래 자기유변유체를 이용한 연마장치의 구성을 개략적으로 보인 개략 구성도.1 is a schematic configuration diagram schematically showing the configuration of a polishing apparatus using a conventional magnetorheological fluid.
도 2는 본 발명에 따른 다중 휠 타입 자기유변유체 연마장치의 작동 개념을 개략적으로 보여주기 위한 개략 구성도.Figure 2 is a schematic configuration diagram for schematically showing the operation concept of a multi-wheel type magnetorheological fluid polishing apparatus according to the present invention.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 연마장치 구현을 위한 바람직한 실시형태를 나타내는 사시도 및 단면도.3 and 4 are a perspective view and a cross-sectional view showing a preferred embodiment for implementing the polishing apparatus shown in FIG.
<도면의 주요부위에 대한 부호 설명><Description of Signs of Major Parts of Drawings>
10...시편 20...시편 고정틀10 ...
22...지지블록 26...베드22
28...모터28 ... motor
30...자기유변유체 40...연마휠30
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