KR102006673B1 - 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치 - Google Patents
다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 탄화규소로 이루어진 베이링을 가공하기 위한 베어링 가공장치에 있어서, 베어링을 고정하는 안착블럭과 고정지그, 및 상기 고정지그를 이동시키는 이송부로 이루어지는 베어링지지부; 상기 베어링을 가공하도록 말단에 다이아몬드가 전착된 초경샹크, 상기 초경샹크를 고정하여 상기 초경샹크를 이송시키는 샤프트로 이루어지는 샹크가공부; 상기 베어링측으로 물을 분사하는 물분사부; 상기 베어링측으로 공기를 분사하는 공기분사부; 및 상기 고정지그와 상기 초경샹크의 하부에 구비되어 상기 베어링지지부를 지지하는 배드부;로 이루어지고, 상기 초경샹크는 환봉의 형태로 구비되는 바디부와, 상기 바디부의 말단에 다이아몬드가 전착된 코팅부를 포함하고 상기 코팅부를 이용하여 상기 베어링을 가공하는 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄화규소 재질의 세라믹 베어링의 내경 및 키홈을 효과적으로 가공할 수 있는 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치에 관한 것이다.
일반적으로, 베어링은 회전하는 요소와 회전하지 않는 요소 사이에 장착되어 회전하는 요소의 회전을 원활하게 하는 장치이다. 현재 롤러 베어링, 테이퍼 베어링, 니들 베어링 등 다양한 베어링들이 사용되고 있다.
베어링은 회전하지 않는 요소에 연결되는 부품과 회전하는 요소에 연결되는 부품 및 상기 두 부품 사이에 개재되는 전동체를 포함한다. 예를 들어, 휠 베어링은 휠 또는 차체 중 하나에 연결되는 내륜(및/또는 허브)과 휠 또는 차체 중 다른 하나에 연결되는 외륜 및 상기 외륜과 내륜 사이에 개재되는 전동체를 포함한다. 이 때, 전동체와 접촉되는 상기 외륜 및 내륜과 같은 부품들의 면을 베어링의 궤도면이라 한다. 상기 궤도면과 상기 전동체 사이에는 접촉면의 마찰을 줄이기 위해 윤활제가 공급된다.
종래에는 상기 궤도면은 요철이 형성되지 않은 경면으로 형성되거나, 레이저(laser), 에칭(etching) 및 기계 공작에 의한 가공으로 상기 궤도면에 요철을 형성시키는 방법이 사용되었다. 에칭(etching)은 화학적인 부식작용을 이용한 가공방법이고, 레이저 가공(laser beam machining)은 레이저의 빛 에너지를 열에너지로 변환시켜 공작물을 국부적으로 가열하는 가공방법이다. 특히, 기계부품들의 미세한 가공에는 레이저 가공이 널리 사용되고 있다.
반면, 베어링의 궤도면을 형성하는 과정에서 가공하는 면의 균열 및 압흔이 발생되어 베어링이 파손될 수 있다. 또한, 레이저(laser), 에칭(etching) 및 기계공작에 의한 요철의 가공은 가공시간이 길고 고가의 가공설비를 필요로 한다. 이에 고가의 베어링을 파손되지 않으면서 정밀하게 가공하기 위한 다양한 방법이 연구되고 있다.
(선행특허)
대한민국등록특허 제10-0587726호 (2006년06월01일)
본 발명의 목적은 약한 외력에 의하여 균열이 생기기 쉬운 고온 고압 소결로 형성된 탄화규소 재질의 베어링의 내측면 및 키홈을 높은 정밀도로 가공할 수 있는 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 가공시 발생하는 마찰열 및 분진을 용이하게 제어하여 공정효율이 향상된 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치를 제공하기 위함이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 치수정밀성이 향상되고 작업자의 숙력도와 무관하게 균일한 품질을 갖도록 베어링의 내경 및 키홈을 건식연삭할 수 있는 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치를 제공하기 위함이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 본 발명의 실시예들은 탄화규소로 이루어진 베이링을 가공하기 위한 베어링 가공장치에 있어서, 베어링을 고정하는 안착블럭과 고정지그, 및 상기 고정지그를 이동시키는 이송부로 이루어지는 베어링지지부; 상기 베어링을 가공하도록 말단에 다이아몬드가 전착된 초경샹크, 상기 초경샹크를 고정하여 상기 초경샹크를 이송시키는 샤프트로 이루어지는 샹크가공부; 상기 베어링측으로 물을 분사하는 물분사부; 상기 베어링측으로 공기를 분사하는 공기분사부; 및 상기 고정지그와 상기 초경샹크의 하부에 구비되어 상기 베어링지지부를 지지하는 배드부;로 이루어지고, 상기 초경샹크는 환봉의 형태로 구비되는 바디부와, 상기 바디부의 말단에 다이아몬드가 전착된 코팅부를 포함하고 상기 코팅부를 이용하여 상기 베어링을 가공하는 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치에 관한 것이다.
상기 초경샹크는 WC, WC-TiC-Co, WC-Co, Wc-TiC-Co를 포함하는 초경합금 재질로 이루어지고, 상기 바디부의 말단은 다이아몬드휠을 이용하여 연삭되어 단차지도록 형성되는 절삭부를 구비하고, 상기 절삭부에 다이아몬드 분말 혼합물을 전착시켜 코팅부를 형성할 수 있다.
상기 바디부는 일방향으로 연장되도록 구비되되 상기 바디부의 길이에 대해서 상기 코팅부의 길이는 5% 내지 20%의 길이로 구비될 수 있다.
상기 코팅부는, 벤젠 중에 다아아몬드 분말과, 초경합금인 탄화텅스텐 분말, 및 바인드 금속인 코발트 분말을 혼합하여 슬러리형태로 제조한 후 분무 건조하여 혼합분말로 제조하고, 상기 혼합분말을 900℃ 내지 1200℃의 온도로 플라즈마 열처리를 수행한 후, 상기 혼합분말을 초음속 화염용사 공정으로 상기 바디부의 말단에 코팅시켜 구비될 수 있다.
상기 다아이몬드 분말과, 탄화텅스텐 분말 및 코발트 분말은 평균입경이 150㎛ 내지 240㎛으로 구비되고, 상기 초음속 화염용사는 연료가스의 유량은 4.2 ~ 6.0 gph, 산소유량은 1400 ~ 2000 scfh, 용사거리는 330 ~ 430 ㎜, 복합분말의 송급량은 30 ~ 70 g/min이며 상기 연료가스는 수소, 등유, 천연가스 중 어느 하나일 수 있다.
상기 베어링의 제1 홈을 가공하거나, 제2 홈을 가공하고, 상기 초경샹크는 상기 베어링의 제1 홈을 가공하는 제1 초경샹크와, 상기 제2 홈을 가공하는 제2 초경샹크를 포함할 수 있다.
상기 제1 초경샹크는 단면이 원형으로 형성되는 제1 바디부와, 상기 제1 바디부의 말단에 구비되는 다이아몬드가 전착되어 형성된 제1 코팅부로 이루어지고, 상기 제1 바디부는 상기 제1 코팅부가 코팅되는 제1-1 바디부와 상기 제1-1 바디부보다 작은 직경으로 구비되는 제1-2 바디부로 이루어지고, 상기 제1 코팅부는 상기 제1-1 바디부의 말단의 일면에서 상기 일면의 테두리를 따라서 서로 이격되도록 다이아몬드가 전착되어 구비될 수 있다.
상기 제2 초경샹크는 단면이 원형으로 형성되는 제2 바디부와, 상기 제2 바디부의 말단에 다이아몬드가 전착되어 형성된 제2 코팅부로 이루어지고, 상기 제2 바디부는 일단에서 타단으로 연장되는 원통형의 로드형태로 구비되고, 상기 제2 코팅부는 상기 제2 바디부의 일단의 평탄한 면이 노출되도록 상기 바디부의 말단의 측면에 구비될 수 있다.
상기 고정지그는 상기 베어링의 측면을 지지하며, 상기 안착블럭은 상기 고정지그를 고정시키도록 상기 고정지그와 체결되어 구비될 수 있다.
상기 안착블럭은 상기 고정지그의 하부가 삽입되도록 상기 고정지그의 하부에 대응하는 형태로 구비되는 지그삽입부와 상기 지그삽입부의 내주면에서 막대형태로 돌출되어 구비되는 복수개의 슬라이딩바로 이루어질 수 있다.
상기 고정지그는 가장 넓은 면적으로 구비되어 상기 지그삽입부 내에 삽입되는 하부블럭과, 상기 하부블럭의 상부에 적층되되 상기 하부블럭보다 작은 면적으로 구비되어 상기 베어링의 일부를 고정하는 중간블럭 및 상기 중간블럭의 상부에 적층되되 상기 중간블럭보다 작은 면적으로 구비되어 상기 베어링의 일부를 고정하는 상부블럭으로 이루어지고, 상기 하부블럭에는 상기 슬라이딩바가 삽입되도록 상기 슬라이딩바에 대응하는 형상으로 구비되는 슬라이딩홈가 구비되며, 상기 고정지그는 상기 안착블럭의 지그삽입부에 삽입되어 고정되되 상기 슬라이딩홈이 상기 슬라이딩바에 슬라이딩되어 삽입될 수 있다.
상기 물분사부는 베어링을 향하여 물을 분사할 수 있다.
상기 물분사부는 물이 공급되는 파이프와, 상기 파이프에서 연결되어 워크테이블로 물을 분사하는 스프레이부로 이루어지며, 상기 스프레이부는 물이 분사되는 헤드부, 상기 헤드부에서 연결되어 상기 헤드부가 상하좌우 회동이 가능하도록 연결되는 지지스프링부, 상기 지지스프링부의 말단에 구비되어 상기 파이프와 나사결합하여 연결되는 고정부로 이루어질 수 있다.
상기 배드부에는 상기 배드부의 외면에서 내측으로 오목하게 구비되어 상기 물분사부에서 분사되는 물의 흐름을 가이드하는 하나 이상의 워터가이드부와 상기 워터가이드부의 일단에 연결되어 상기 워터가이드부를 따라 흐르는 물을 수납하는 노즐이 더 구비될 수 있다.
상기 워터가이드부는 일방향으로 연결되는 메인유로와, 상기 메인유로에서 수직하게 연결되는 복수개의 서브유로로 이루어지고, 상기 메인유로는 상기 베어링과 상기 초경샹크의 하부측에서 상기 베어링과 상기 초경샹크에 나란하도록 연장되고, 상기 서브유로는 상기 메인유로에서 하부측을 향하여 경사지도록 연결되며, 상기 서브유로의 말단은 상기 노즐과 연결될 수 있다.
상기 공기분사부재는 베어링을 향하여 공기를 분사시키되 상기 물분사부재보다 높은 위치에 구비되고, 상기 공기분사부재는 공기가 분사되는 홀을 구비한 스프레이부와 상기 스프레이부에서 연결되어 상기 스프레이부를 상하좌우 회동가능하도록 구비되는 자바라부 및 상기 자바라부에서 연결되어 공기가 공급되는 노즐부로 이루어질 수 있다.
상기 초경샹크는 환봉의 형태로 구비되는 바디부와, 상기 바디부의 일단에서 다이아몬드가 전착되어 구비되는 코팅부, 및 상기 바디부의 타단에 나사형태로 오목하게 형성되는 나사홈부가 구비될 수 있다.
상기 나사홈부에는 우레탄으로 구비되는 캡부가 삽입되며, 상기 캡부는 상기 바디부의 타단을 수납하도록 구비되되 상기 타단에 구비되는 나사홈부와 나사결합하도록 내주연에는 나사산이 구비되고, 상기 캡부의 외측면에는 복수개의 돌기를 구비한 엠보형태로 이루어질 수 있다.
상기 바디부의 말단과 상기 코팅부 사이에는 상기 코팅부가 상기 바디부의 외면에 견고하게 부착되도록 접착고정부가 더 구비될 수 있다.
상기 접착고정부는 상기 바디부의 말단의 외면을 사포로 샌딩하여 형성되는 표면요철층 및 상기 표면요철층의 외면에 파장이 253.7nm인 자외선을 2초 내지 3초 동안 조사하여 형성되는 전처리층으로 이루어질 수 있다.
상기 전처리층을 구비하기 전 상기 표면요철층의 이물질을 세정하고 상기 표면요철층에 먼지가 달라붙는 현상을 방지하기 위하여 상기 표면요철층에 세정제와 정전 방지제를 중량비로 95wt% : 5wt%로 혼합하여 스프레이 분사시키는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 세정제는 저급 알코올인 메탄올, 에탄올 및 이소 프로필 알코올 (isopropyl alcohol)로 이루어진 군으로부터 적어도 1종 이상의 용제를 포함하고, 상기 정전 방지제로는 폴리옥시에틸렌 알킬 아민의 지방산 에스테르, 솔비탄 지방산 에스테르 및 알킬 포스페이트로 이루어진 군으로부터 적어도 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 초경샹크는 환봉의 형태로 구비되는 바디부와, 상기 바디부의 일단에서 다이아몬드가 전착되어 구비되는 코팅부, 및 상기 바디부의 타단에 외측으로 수직하게 돌출되는 체결돌기를 포함할 수 있다.
상기 샤프트는 상기 초경샹크를 회전시키도록 구비되는 몸체부와 상기 몸체부의 일단에 구비되어 상기 초경샹크의 타단이 삽입되는 샹크삽입홀을 구비하는 홀더부가 연결될 수 있다.
상기 홀더부의 내주연에는 내측으로 오목하게 상기 체결돌기가 삽입되어 고정되는 체결홈가 구비되며, 상기 샹크삽입홀은 상기 홀더부의 일단 단부에서 수직하게 연장되는 수직홈과 상기 수직홈의 말단에서 상기 수직홈에 대해서 수직하게 연결되는 수평홈으로 이루어질 수 있다.
상기 체결돌기는 상기 바디부의 외면에서 수직하게 돌출되는 돌기와 상기 돌기의 말단에서 탄성력을 구비한 우레탄수지로 이루어지는 버퍼부로 이루어지고, 상기 초경샹크는 상기 샹크삽입홀에 삽입되되 상기 체결돌기가 상기 수직홈을 따라 삽입된 후 상기 초경샹크를 회전시켜 상기 체결돌기가 상기 수평홈에 고정될 수 있다.
상기 체결돌기에는 속도센서가 구비되어 상기 초경샹크의 회전속도를 감지하고, 감지된 속도를 제어부로 전달하여 샤프트의 회전을 제어할 수 있다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 약한 외력에 의하여 균열이 생기기 쉬운 고온 고압 소결로 형성된 탄화규소 재질의 베어링의 내측면 및 키홈을 높은 정밀도로 가공할 수 있는 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 가공시 발생하는 마찰열 및 분진을 용이하게 제어하여 공정효율이 향상된 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 치수정밀성이 향상되고 작업자의 숙력도와 무관하게 균일한 품질을 갖도록 베어링의 내경 및 키홈을 건식연삭할 수 있는 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치를 나타낸 도면이다.
도 2a는 도 1의 초경샹크의 사시도이다.
도 2b는 도 1의 초경샹크의 사진이다.
도 3은 도 2의 초경샹크의 몸체부의 사시도이다.
도 4는 도 1에 따라 가공된 베어링의 사시도이다.
도 5a는 가공된 베어링의 사시도이다.
도 5b는 가공된 베어링의 사진이다.
도 6은 도 5a 및 도5b의 베어링을 가공하는 데 사용되는 초경샹크를 상부에서 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 초경샹크를 측면에서 도시한 도면이다.
도 8은 도 6의 초경샹크의 사시도이다.
도 9a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초경샹크의 사시도이다.
도 9b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초경샹크의 사진이다.
도 10은 베어링을 가공하는 데 사용되는 초경샹크를 측면에서 도시한 도면이다.
도 11은 도 10의 초경샹크의 단면도이다.
도 12는 도 1의 샹크가공부를 나타낸 도면이다.
도 13은 도 12를 조립한 단면을 나타낸 도면이다.
도 14 및 도 15는 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치의 동작과정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 16은 도 1의 안착블럭과 고정지그의 분해사시도이다.
도 17은 도 1의 스프레이부의 사시도이다.
도 18은 도 1의 워터가이드부를 상부면에서 도시한 도면이다.
도 19는 도 18의 B-B에 따른 단면도이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초경샹크의 사시도이다.
도 21은 도 20의 A부분의 확대도이다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초경샹크가 샤프트에 결합되는 모습을 도시한 도면이다.
도 23은 도 22의 샤프트의 홀더부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2a는 도 1의 초경샹크의 사시도이다.
도 2b는 도 1의 초경샹크의 사진이다.
도 3은 도 2의 초경샹크의 몸체부의 사시도이다.
도 4는 도 1에 따라 가공된 베어링의 사시도이다.
도 5a는 가공된 베어링의 사시도이다.
도 5b는 가공된 베어링의 사진이다.
도 6은 도 5a 및 도5b의 베어링을 가공하는 데 사용되는 초경샹크를 상부에서 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 초경샹크를 측면에서 도시한 도면이다.
도 8은 도 6의 초경샹크의 사시도이다.
도 9a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초경샹크의 사시도이다.
도 9b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초경샹크의 사진이다.
도 10은 베어링을 가공하는 데 사용되는 초경샹크를 측면에서 도시한 도면이다.
도 11은 도 10의 초경샹크의 단면도이다.
도 12는 도 1의 샹크가공부를 나타낸 도면이다.
도 13은 도 12를 조립한 단면을 나타낸 도면이다.
도 14 및 도 15는 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치의 동작과정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 16은 도 1의 안착블럭과 고정지그의 분해사시도이다.
도 17은 도 1의 스프레이부의 사시도이다.
도 18은 도 1의 워터가이드부를 상부면에서 도시한 도면이다.
도 19는 도 18의 B-B에 따른 단면도이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초경샹크의 사시도이다.
도 21은 도 20의 A부분의 확대도이다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초경샹크가 샤프트에 결합되는 모습을 도시한 도면이다.
도 23은 도 22의 샤프트의 홀더부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 매체를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 초경샹크의 사시도이고, 도 2b는 도 1의 초경샹크의 사진이다. 도 3은 도 2의 초경샹크의 몸체부의 사시도이다. 도 4는 도 1에 따라 가공된 베어링의 사시도이다. 도 5a는 가공된 베어링의 사시도이고, 도 5b는 가공된 베어링의 사진이다. 도 6은 도 5a의 베어링을 가공하는 데 사용되는 초경샹크를 상부에서 도시한 도면이고, 도 7은 도 6의 초경샹크를 측면에서 도시한 도면이고, 도 8은 도 6의 초경샹크의 사시도이다. 도 9a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초경샹크의 사시도이다. 도 9b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초경샹크의 사진이다. 도 10은 베어링을 가공하는 데 사용되는 초경샹크를 측면에서 도시한 도면이다. 도 12는 도 1의 샹크가공부를 나타낸 도면이고, 도 13은 도 12를 조립한 단면을 나타낸 도면이다. 도 14 및 도 15는 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치의 동작과정을 순차적으로 도시한 도면이다. 도 16은 도 1의 안착블럭과 고정지그의 분해사시도이다. 도 17은 도 1의 스프레이부의 사시도이다. 도 18은 도 1의 워터가이드부를 상부면에서 도시한 도면이고, 도 19는 도 18의 B-B에 따른 단면도이다.
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본 발명의 일 실시예는, 탄화규소로 이루어진 베이링을 가공하기 위한 베어링 가공장치에 대한 것으로, 베어링(10)을 고정하는 안착블럭(52)과 고정지그(51), 및 상기 안착블럭(52)을 이동시키는 이송부(53)로 이루어지는 베어링지지부(50); 상기 베어링(10)을 가공하도록 말단에 다이아몬드가 전착된 초경샹크(100), 상기 초경샹크(100)를 고정하여 상기 초경샹크(100)를 이송시키는 샤프트(44)로 이루어지는 샹크가공부(46); 상기 베어링측으로 물을 분사하는 물분사부(70); 상기 베어링측으로 공기를 분사하는 공기분사부(80); 및 상기 고정지그(52)와 상기 초경샹크(100)의 하부에 구비되어 상기 베어링지지부(50)를 지지하는 배드부(60);로 이루어지는 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치를 포함한다.
상기 초경샹크(100)는 환봉의 형태로 구비되는 바디부(110)와, 상기 바디부(110)의 말단에 다이아몬드가 전착된 코팅부(120)를 포함하고 상기 코팅부(120)를 이용하여 상기 베어링(10)을 가공할 수 있다.
일반적으로 탄화규소(SiC)로 이루어진 모터 회전 베어링 제품은 소결과정을 통하여 반제품으로 생산된 후 정밀 연삭공정 및 폴리싱공정 등을 거쳐 제품으로 완성된다. 이와 같은 탄화규소의 재료의 특성상 고온 및 고압에서 성형하여 소결한 제품의 경우 오일홈이나 키(key)홈 등의 성형은 가능하나 성형의 형상이 균일하지 못해 정밀 모터 베어링으로 사용하는 경우, 조립과정에서 편심 및 흔들림 등이 발생하여 문제된다.
또한, 탄화규소는 그 재료의 특성상 내마모성 및 내구성이 높고, 다이아몬드 다음으로 단단하고 고강도의 특성을 가져 가공성이 좋지 않고, 탄화규소로 이루어진 재료를 가공하는 경우 다이아몬드를 이용한 공구가 아니면 절삭가공이 용이하지 않으며, 가공하는 과정에서 충격에 약해 잘 깨지는 등의 문제가 발생하는 등 높은 수준의 가공기술을 필요로 한다.
이러한 탄화규소로 이루어진 베어링을 가공하는 방법으로, 절삭가공시 건식작업으로 수행되는데, 이때 발열 및 심한 분진 발생에 의하여 공정이 어렵고, 특히 베어링의 측면 오일홈이나 내경 키홈을 가공하는 기술은 난이도가 매우 높아 일반적으로 불량이 빈번하게 발생하여 문제된다.
반면, 본 실시예에 따른 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치는 탄화규소로 이루어져 높은 강도 및 내마모성을 갖는 베어링을 높은 정밀도로 용이하게 가공할 수 있다. 상기 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치는 일반적으로 사용되는 다이아몬드휠이 아닌 신규한 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용함으로써 베어링의 측면 오일홈, 내측 키홈 등의 정밀한 홈을 연삭하는 과정에서 이용될 수 있으며, 높은 치수정밀도를 갖도록 효율적으로 베어링 연삭 작업이 가능하다.
본 실시예에 따른 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치를 이용하여 탄화규소 재질의 베어리을 가공하는 경우, 가공시 발생하는 열과 분진을 용이하게 제어함으로써 가공정밀도를 향상시키고 작업환경을 개선할 수 있다.
상기 베어링(10)은 탄화규소 재질로 이루어질 수 있으며, 정밀 모터 베어링으로 이용될 수 있다. 상기 베어링(10)은 다이아몬드가 전착된 초경샹크(100)를 이용하여 연마할 수 있다. 본 실시예에 따른 초경샹크(100)는 WC, WC-TiC-Co, WC-Co, Wc-TiC-Co를 포함하는 초경합금 재질로 이루어지는 바디부(110)와 상기 바디부(110)의 말단에서 다이아몬드 분말 등을 코팅하여 형성되는 코팅부(120)로 이루어질 수 있다.
상기 바디부(110)의 말단을 다이아몬드휠을 이용하여 연삭되어 단차지도록 형성되는 절삭부(111)를 구비하고, 상기 절삭부(111)에 다이아몬드 분말 혼합물을 전착시켜 코팅부(120)를 형성할 수 있다. 상기 절삭부(111)는 베어링(10)의 연삭하기 위한 홈 또는 홀의 형태에 따라 다양하게 변형이 가능하며, 바람직하게는, 상기 베어링(10)의 홈 또는 홀에 대해서 상기 절삭부(111) 상에 형성되는 코팅부(120)의 두께를 고려하여 형성될 수 있다.
상기 바디부(110)는 일방향으로 연장되도록 구비되되 상기 바디부의 길이(a1)에 대해서 상기 코팅부의 길이(a2)는 5% 내지 20%의 길이로 구비되는 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치.
상기 코팅부의 길이(a2)가 상기 바디부의 길이(a1)에 대해서 5% 미만으로 구비되면 상기 베어링(10)을 연삭하는 공정시간이 증가되어 문제되고, 20%를 초과하여 구비되는 경우에는 상기 베어링(10)을 연삭하는 과정에서 상기 베어링(10)을 연삭하는 부분이 증가되어 상기 초경샹크(100)의 흔들림에 의하여 정밀한 홈의 형태를 가공하기 어렵다는 단점이 있다.
상기 코팅부(120)는, 벤젠 중에 다아아몬드 분말과, 초경합금인 탄화텅스텐 분말, 및 바인드 금속인 코발트 분말을 혼합하여 슬러리형태로 제조한 후 분무 건조하여 혼합분말로 제조하고, 상기 혼합분말을 900℃ 내지 1200℃의 온도로 플라즈마 열처리를 수행한 후, 상기 혼합분말을 초음속 화염용사 공정으로 상기 바디부(110)의 말단에 코팅시켜 구비될 수 있다.
상기 다아이몬드 분말과, 탄화텅스텐 분말 및 코발트 분말은 평균입경이 150㎛ 내지 240㎛으로 구비되고, 상기 초음속 화염용사는 연료가스의 유량은 4.2 ~ 6.0 gph, 산소유량은 1400 ~ 2000 scfh, 용사거리는 330 ~ 430 ㎜, 복합분말의 송급량은 30 ~ 70 g/min이며 상기 연료가스는 수소, 등유, 천연가스 중 어느 하나일 수 있다.
상기 다아이몬드 분말과, 탄화텅스텐 분말 및 코발트 분말은 분무건조 한 후 혼합분말로 제조하고, 상기 혼합분말을 시브(sieve)를 이용하여 체가름을 하여 평균입경이 150㎛ 내지 240㎛로 구비될 수 있다. 이들의 평균입경이 150㎛ 미만이면 초경샹크의 연삭능력이 저하되어 문제되고, 평균입경이 240㎛ 초과이면 상기 베어링을 정밀하게 연삭하기 어려워 문제된다.
상기 플라즈마 열처리에 의하여 상기 다이아몬드 분말, 탄화텅스텐 분말 및 코발트 분말을 혼합하여 형성된 혼합분말의 강도를 향상시킬 수 있는데, 상기 플라즈마 열처리에 의하여 목성장 (neck grow) 및 입자성장을 통하여 입자의 치밀화 및 강도가 향상된다. 상기 플라즈마 열처리에서 온도가 900℃ 미만이면 상기 복합분말에 유입된 유기물이 제거되지 않고 잔존하고 상기 복합분말의 소정의 강도가 확보되지 못하여 문제되고, 1200℃의 온도면 충분하므로 이를 초과하면 상기 플라즈마 열처리에서 불필요한 에너지를 소비하게 되어 공정효율을 저하시킨다.
이어서, 초음속 화염용사를 수행하여, 상기 혼합분말을 바디부(110)의 일단에 부착시켜 코팅부(120)를 형성할 수 있다. 바람직하게는, 상기 초음속 화염용사는 연료가스의 유량은 5 gph, 산소유량은 2000scfh, 용사거리는 350㎜, 복합분말의 송급량은 50g/min이며 상기 연료가스는 천연가스를 이용할 수 있다.
상기 초경샹크(100)에서 코팅부(120)를 다이아몬드 분말뿐 아니라, 탄화텅스텐 분말을 혼합하여 사용함으로써, 상기 초경샹크(100)와의 결합력을 보다 향상시키고 코팅부(120)의 내구성과 표면균일도를 보다 향상시켜 베어링(10)를 높은 정밀도로 가공할 수 있다.
본 실시예에 따른 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치는 베어링(10a)의 제1 홈(11)을 가공하거나, 베어링(10a)의 제2 홈(12)를 가공할 수 있다. 또한, 도 9a 및 도 9b에 따른 초경상크(10b)는 말단에 홈(13)이 형성되어 상기 베어링(10a)의 제2 홈(12)을 가공할 수 있다.
상기 초경샹크(100)는 상기 베어링(10a)의 제1 홈(11)을 가공하는 제1 초경샹크(100a)와, 상기 제2 홈(12)을 가공하는 제2 초경샹크(100b)를 포함할 수 있다.
상기 제1 초경샹크(100a)는 단면이 원형으로 형성되는 제1 바디부(110a)와, 상기 제1 바디부(110a)의 말단에 구비되는 다이아몬드가 전착되어 형성된 제1 코팅부(120a)로 이루어지고, 상기 제1 바디부(110a)는 상기 제1 코팅부(120a)가 코팅되는 제1-1 바디부(111)와 상기 제1-1 바디부(111)보다 작은 직경으로 구비되는 제1-2 바디부(112)로 이루어지고, 상기 제1 코팅부(120a)는 상기 제1-1 바디부(111)의 말단의 일면에서 상기 일면의 테두리를 따라서 서로 이격되도록 다이아몬드가 전착되어 구비될 수 있다.
상기 제2 초경샹크(100b)는 단면이 원형으로 형성되는 제2 바디부(110b)와, 상기 제2 바디부(110b)의 말단에 다이아몬드가 전착되어 형성된 제2 코팅부(120b)로 이루어지고, 상기 제2 바디부(110b)는 일단에서 타단으로 연장되는 원통형의 로드형태로 구비되고, 상기 제2 코팅부(120b)는 상기 제2 바디부(110b)의 일단의 평탄한 면(113)이 노출되도록 상기 바디부(110b)의 말단의 측면에 구비될 수 있다.
상기 베어링(10)은 고정지그(51)와 안착블럭(52)에 의하여 장치에 고정될 수 있다. 상기 고정지그(51)는 상기 베어링(10)의 측면을 지지하며, 상기 고정지그(51)는 상기 안착블럭(52)에 고정되도록 상기 안착블럭(52)과 체결되어 구비될 수 있다.
상기 안착블럭(52)은 상기 고정지그(51)의 하부가 삽입되도록 상기 고정지그(52)의 하부에 대응하는 형태로 구비되는 지그삽입부(52a)와 상기 지그삽입부(52a)의 내주면에서 막대형태로 돌출되어 구비되는 복수개의 슬라이딩바(52b)로 이루어질 수 있다.
상기 고정지그(51)는 가장 넓은 면적으로 구비되어 상기 지그삽입부(52a) 내에 삽입되는 하부블럭(51a)과, 상기 하부블럭(51a)의 상부에 적층되되 상기 하부블럭(51a)보다 작은 면적으로 구비되어 상기 베어링(10)의 일부를 고정하는 중간블럭(51b) 및 상기 중간블럭(51b)의 상부에 적층되되 상기 중간블럭(51b)보다 작은 면적으로 구비되어 상기 베어링(10)의 일부를 고정하는 상부블럭(51c)로 이루어지고, 상기 하부블럭(51a)에는 상기 슬라이딩바(52b)가 삽입되도록 상기 슬라이딩바(52b)에 대응하는 형상으로 구비되는 슬라이딩홈(51d)가 구비될 수 있다.
상기 고정지그(51)는 상기 안착블럭(52)의 지그삽입부(52a)에 삽입되어 고정되되 상기 슬라이딩홈(51d)이 상기 슬라이딩바(52b)에 슬라이딩되어 삽입될 수 있다.
상기 고정지그(51)는 상기 안착블럭(52)의 슬라이딩홈(51d) 및 슬라이딩바(52b)에 의하여 슬라이딩 삽입되어 고정되므로 상기 고정지그(51)를 상기 안착블럭(52)에 용이하게 결합시킬 수 있다. 이에 의하여 상기 고정지그(51)가 마모되는 경우, 상기 고정지그(51)를 상기 안착블럭(52)에서 용이하게 탈착시켜 교환할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면, 상기 베어링(10)은 상기 안착블럭(52)과 고정지그(51)를 통하여 고정되어 고속으로 회전 또는 좌우 이동되면서 좌우 또는 회전 이동되는 초경샹크(100)를 통하여 연삭될 수 있다. 이때, 상기 베어링(10)과 초경샹크(100)의 이동 방향에 의하여 마찰에 의한 발열, 분진 등이 발생하면서 동시에 베어링(10)과 초경샹크(100)의 이동 속도 등에 의하여 베어링(10)이 정위치에서 벗어나서 불량의 원인이 될 수 있다.
반면 본 실시예에 따른 안착블럭(52)과 고정지그(51)의 슬라이딩홈(51d) 및 슬라이딩바(52b)에 의한 결합은 상기 베어링(10)의 회전 이동방향에 대해서 대향하는 힘으로 고정시킬 수 있으므로, 상기 베어링(10)을 보다 안정적으로 고정시킬 수 있다. 또한, 안착블럭(52)과 고정지그(51)를 상기 베어링(10)의 이동 방향과는 대향하는 방향으로 슬라이딩 체결되므로, 상기 안착블럭(52)을 상기 고정지그(51)에 체결하거나 분리가 용이하게 수행되어, 세척 및 부품 교환 작업을 효율적으로 수행할 수 있다.
상기 베드부(60)의 일측상단에는 이송부(53)가 연결될 수 있다. 상기 안착블럭(52) 및 고정지그(51)는 베어링(10)을 고정하고, 또한 상기 베드부(60)에 구비된 모터의 동력으로 회전하며 고정된 베어링(10)을 회전시키게 된다. 이때 베어링(1)은 상기 초경샹크(100)에 의하여 연삭된다.
상기 샹크가공부(46)는 상기 안착블럭(52)과 고정지그(51)에서 이격되어 대면하도록 구비되어, 상기 초경샹크(100)와 상기 초경샹크(100)에 결합되어 상기 초경샹크(100)를 회전시키는 샤프트(44)로 이루어질 수 있다.
상기 베드부(60)의 상단에는 가로이동대(16)가 안치된다. 상기 가로이동대(16)는 조정핸들(18)의 동작에 따라 상기 베드부(60)의 상면에 설치된 레일(14)을 타고 가로방향(X축방향)으로 이동하게 된다. 상기 가로이동대(16) 위에는 세로이동대(22)가 안치된다. 상기 세로이동대(22)는 조정핸들(24)의 동작에 따라 상기 가로이동대(16)의 상면에 설치된 레일(20)을 타고 세로방향(Y축방향)으로 이동하게 된다.
상기 세로이동대(22) 위에는 고정대(26)가 설치된다. 상기 고정대(26)는 사각형태를 가지되, 둘레면에는 삽입부(28)가 함몰 형성된다. 상기 삽입부(28)로는 후술하는 원통관(32)의 끼움편(34)이 끼워지게 된다. 또한 상기 고정대(26)의 상면 외곽에는 다수개의 볼트(30)들이 수직으로 체결되어 있으며, 상기 볼트(30)들은 삽입부(28)에 끼워진 끼움편(34)을 가압 고정시키게 된다.
상기 고정대(26)에는 원통관(32)이 설치된다. 상기 원통관(32)은 초경샹크(100)를 구동시키는 샤프트구동부(40)를 고정대(26)에 고정시키기 위한 브라켓으로서, 내부에는 상기 샤프트구동부(40)가 끼워질 수 있도록 공간이 형성되며 그 일단에는 끼움편(34)이 연장 형성된다. 상기 끼움편(34)은 상기 고정대(26)의 삽입부(28)에 끼워진 상태에서 볼트(30)로 가압 고정되어 원 통관(32)을 고정대(26)에 고정시키게 된다. 또한 상기 원통관(32)의 상단에는 다른 볼트(36)가 수직으로 관통 설치되며, 상기 볼트(36)는 상기 원통관(32)의 내부로 끼워진 샤프트구동부(40)를 가압 고정시키게 된다. 또한 상기 원통관(32)의 상단에는 구멍(38)이 형성되어 있으며, 상기 구멍(38)은 샤프트구동부(40)에 장착되어 있는 스위치(42)를 외부로 노출시키게 된다.
상기 샤프트구동부(40)는 언급한 바와 같이 원통관(32)에 끼워져 고정대에 고정 설치되는 것으로서, 이 샤프트구동부(40)는 외부의 전원과 전선(50)으로 연결되어 상단에 구비된 스위치(42)의 스위칭동작에 따라 구동하게 된다.
상기 샤프트구동부(40)의 샤프트(44)에는 초경샹크(100)가 설치된다. 상기 초경샹크(100)는 샤프트구동부(40)의 구동으로 고속 회전하며 베어링(10)의 내주면을 연삭가공하여 홈 또는 홀을 형성시키게 된다. 즉, 초경샹크(100)는 샤프트구동부(40)의 샤프트(44)에 결합된 상태에서 전술한 가로이동대(16)의 동작에 따라 베어링(10)의 내부에 삽입된 상태에서 세로이동대(22)의 동작으로 베어링(10)의 내주면에 접촉한 다음, 다시 가로이동대(16)의 동작으로 후방으로 이동하며 베어링(10)의 내주면을 가공한다.
본 실시예에 따른 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치에 의한 베어링(10)의 가공은, 1차적으로 베드부(60)의 안착블럭(52) 및 고정지그(51)에 물려 고정시킨다.
이어서, 고정대(26)의 삽입부(28)로 원통관(32)의 끼움편(34)을 끼워넣고 볼트(30)로 상기 끼움편(34)을 가압 고정하여 원통관(32)을 고정대(26)에 설치한 상태에서 상기 원통관(32)으로 샤프트구동부(40)를 끼워넣고, 끼워진 샤프트구동부(40)를 볼트(36)로 가압 고정시킨다.
이후, 샤프트구동부(40)의 샤프트(44)에 초경샹크(100)를 체결한 상태에서 가로이동대(16)를 전방으로 이동시켜 상기 초경샹크(100)를 안착블럭(52) 및 고정지그(51)에 물려져 있는 베어링(10) 내부로 삽입시킨 다음, 세로이동대(22)를 동작시켜 초경상크(100)를 베어링(10)의 내주면에 접촉시킨다.
다음, 샤프트구동부(40)로 전원을 인가하여 초경샹크(100)를 고속으로 회전시키고, 이와 동시에 가로이동대(16)를 후방으로 이동시키게 되면 초경샹크(100)는 베어링(10)의 내주면에 접촉된 상태에서 후방으로 이동하며 베어링(10)의 내주면을 절삭가공하며 홈 또는 홀을 형성시키게 된다. 상기와 같이 하나의 홈 또는 홀의 가공작업이 종료되면 안착블럭(52) 및 고정지그(51)을 일정각도 회전시킨 다음, 전술한 동작들을 반복적으로 수행하며 베어링(10)의 내주면에 다수개의 홈 또는 홀을 소정의 방향 및 형상을 갖도록 연속적으로 형성시키게 된다.
상기 물분사부(70)는 베어링(10)을 향하여 물을 분사할 수 있다. 상기 물분사부(70)는 물이 공급되는 파이프(71)와, 상기 파이프(71)에서 연결되어 워크테이블(60)로 물을 분사하는 스프레이부(72)로 이루어질 수 있다. 상기 스프레이부(72)는 물이 분사되는 헤드부(72a), 상기 헤드부(72a)에서 연결되어 상기 헤드부(72a)가 상하좌우 회동이 가능하도록 연결되는 지지스프링부(72b), 상기 지지스프링부(72b)의 말단에 구비되어 상기 파이프와 나사결합하여 연결되는 고정부(72c)로 이루어질 수 있다.
상기 배드부(60)에는 상기 배드부(60)의 외면에서 내측으로 오목하게 구비되어 상기 물분사부(70)에서 분사되는 물의 흐름을 가이드하는 하나 이상의 워터가이드부(61)와 상기 워터가이드부(61)의 일단에 연결되어 상기 워터가이드부(61)를 따라 흐르는 물을 수납하는 노즐(62)이 더 구비될 수 있다.
상기 워터가이드부(61)는 일방향으로 연결되는 메인유로(61a)와, 상기 메인유로 (61a)에서 수직하게 연결되는 복수개의 서브유로(61b)로 이루어지고, 상기 메인유로(61a)는 상기 베어링(10)과 상기 초경샹크(100)에 나란하도록 연장되고, 상기 서브유로(61b)는 상기 메인유로(61a)에서 하부측을 향하여 경사지도록 연결되며, 상기 서브유로(61b)의 말단은 상기 노즐(62)과 연결될 수 있다.
상기 스프레이부(72)에서 상기 헤드부(72a)에 연결되는 지지스프링부(72b)는 자바라형태로 구비되어 상하좌우 회동이 가능하도록 구비될 수 있다. 이에 상기 헤드부(72a)의 위치를 용이하게 변화시켜 물이 분사되는 위치를 제어할 수 있다. 또한, 상기 지지스프링부(72b)의 말단에는 고정부(72c)가 구비되어 외부에서 물이 전달되는 금속으로 이루어지는 파이프와 나사결합으로 고정될 수 있다.
상기 고정부(72c)에 의하여 상기 스프레이부(72)를 상기 파이프(71)에서 탈착하여 용이하게 수리 등의 관리가 가능하다. 또한, 파이프(71)에서 스프레이부(72)를 제거하고 상기 고정부(72c)가 체결되는 개구부를 마개 등을 이용하여 패쇄함으로써 배출되는 물의 양을 제어할 수 있다.
상기 배드부(60)에서 흐르는 물은 상기 워터가이드부(61)의 상기 메인유로(61a)로 우선 모아지고, 이어서 상기 서브유로(61b)를 통하여 상기 서브유로(61b)의 말단에 구비되는 노즐(62)을 통하여 배출될 수 있다. 이에, 물에 의하여 배드부(60)가 오염되거나, 작업을 방해하는 것을 방지할 수 있다.
상기 공기분사부재(80)는 베어링을 향하여 공기를 분사시키되 상기 물분사부재(70)보다 높은 위치에 구비될 수 있다.
상기 공기분사부재(80)는 공기가 분사되는 홀을 구비한 스프레이부(81)와 상기 스프레이부(81)에서 연결되어 상기 스프레이부(81)를 상하좌우 회동가능하도록 구비되는 자바라부(82) 및 상기 자바라부(82)에서 연결되어 공기가 공급되는 노즐부(83)으로 이루어질 수 있다.
상기 공기분사부재(80)는 상기 물분사부재(70)의 상부에 구비되어, 물분사부재(70)를 통하여 분사되는 물에 의하여 제어되지 못하는 발열, 분진 등을 보조적으로 제어할 수 있다. 또한, 상기 공기분사부재(80)에서 자바라부(82)에 의하여 공기가 분사되는 스프레이부(81)의 위치를 용이하게 변형시키고, 이에 의하여 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치에 대해서 전체적으로 분진 등이 축적되어 장치를 마모시키는 것을 방지할 수 있다.
이하에서, 도 20 내지 도 23을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다. 후술할 내용을 제외하고는, 도 1 내지 도 19에서 설명한 실시예에 기재된 내용과 유사하므로 이에 대한 자세한 내용은 생략한다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초경샹크의 사시도이고, 도 21은 도 20의 A부분의 확대도이다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 본 실시예에 따른 상기 초경샹크(200)는 환봉의 형태로 구비되는 바디부(210)와, 상기 바디부(210)의 일단에서 다이아몬드가 전착되어 구비되는 코팅부(220), 및 상기 바디부(210)의 타단에 나사형태로 오목하게 형성되는 나사홈부(230)가 구비될 수 있다.
상기 나사홈부(230)에는 우레탄으로 구비되는 캡부(240)가 삽입되며, 상기 캡부(240)는 상기 바디부(210)의 타단을 수납하도록 구비되되 상기 타단에 구비되는 나사홈부(230)와 나사결합하도록 내주연에는 나사산(241)이 구비되고, 상기 캡부(240)의 외측면에는 복수개의 돌기를 구비한 엠보형태(242)로 이루어질 수 있다.
상기 캡부(240)는 캡의 형태로 상기 바디부(210)의 타단을 수납하도록 구비되되 내주연에 나사산(241)을 구비하여 상기 바디부(210)의 타단에 구비되는 나사홈부(230)와 나사결합하여 상기 바디부(210)에 견고하게 구비될 수 있다. 또한, 상기 캡부(240)의 외면은 엠보형태(242)로 구비되어 상기 캡부(240)를 통하여 상기 초경샹크(200)를 고정하는 부분의 접촉면적을 증가시키고, 또한 상기 캡부(240)의 강도를 향상시킬 수 있다.
상기 캡부(240)는 매끄러운 외면을 갖는 초경샹크(200)에서 마찰력을 제공하여 상기 초경샹크(200)를 견고하게 고정할 수 있어, 가공시 초경샹크(200)에 가해지는 힘에 의하여 상기 초경샹크(200)가 정위치에서 벗어서 가공의 정밀도를 저하시키는 것을 방지할 수 있다.
상기 바디부(210)의 말단(211)과 상기 코팅부(220) 사이에는 상기 코팅부(220)가 상기 바디부(210)의 외면에 견고하게 부착되도록 접착고정부(230)가 더 구비될 수 있다.
상기 접착고정부(230)는 상기 바디부(210)의 말단(211)의 외면을 사포로 샌딩하여 형성되는 표면요철층(231) 및 상기 표면요철층(231)의 외면에 파장이 253.7nm인 자외선을 2초 내지 3초 동안 조사하여 형성되는 전처리층(232)으로 이루어질 수 있다.
상기 전처리층(232)을 구비하기 전 상기 표면요철층(231)의 이물질을 세정하고 상기 표면요철층(231)에 먼지가 달라붙는 현상을 방지하기 위하여 상기 표면요철층(231)에 세정제와 정전 방지제를 중량비로 95wt% : 5wt%로 혼합하여 스프레이 분사시키는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 세정제는 저급 알코올인 메탄올, 에탄올 및 이소 프로필 알코올 (isopropyl alcohol)로 이루어진 군으로부터 적어도 1종 이상의 용제를 포함하고, 상기 정전 방지제로는 폴리옥시에틸렌 알킬 아민의 지방산 에스테르, 솔비탄 지방산 에스테르 및 알킬 포스페이트로 이루어진 군으로부터 적어도 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 세정제를 이용하여 상기 바디부(210)의 말단(211)에 잔존하는 먼지, 기름 등을 제거함으로써 상기 코팅부(220)가 보다 견고하게 부착되도록 할 수 있다. 또한, 상기 세정제 중에 정전 방지제를 더 포함시킴으로써 공기 중에서 상기 바디부(210)의 외면으로 이물질 등이 부착되는 것을 방지할 수 있다. 상기 세정제와 정전 방지제는 전술한 범위로 포함됨으로써 상기 바디부(210)를 용이하게 세적하고, 상기 정전 방지제의 함량을 소정 범위 이하로 제어함으로써 불필요한 생산비가 증가되는 것을 방지할 수 있다.
이어서, 상기 세정제를 이용하여 세척한 후 상기 초경샹크(200)를 상온에서 1일 동안 건조시킨 후 상기 표면요철층(231)에 자외선을 조사할 수 있다. 상기 자외선은 상기 표면요철층(231) 표면을 개질할 수 있다.
금속으로 이루어진 표면요철층(231)의 표면에 자외선을 조사하면, 상기 금속 표면에서 존재하는 자유전자와 공기중의 산소와 결합하여 표면에 카르보닐기(-CO), 카르복실기(-COOH), 히드록실기(-OH) 등의 라디칼이 생성되기 때문에, 표면의 극성이 높아지게 되어 극성을 갖는 코팅부의 고분자 수지, 예컨대 다이아몬드 분말 바인더와의 부착되기 쉬워지게 된다. 이 경우 자외선의 에너지가 분자의 결합에너지보다 높아야 하는 것이 최소의 필요조건인 바, 파장이 253.7nm의 자외선의 에너지는 471.5KJ/mol로 카르보닐기(-CO), 카르복실기(-COOH), 히드록실기(-OH)의 분자의 결합에너지보다 높아 라디칼을 효율적으로 형성시킬 수 있다.
상기 자외선을 조사하기 전 상기 표면요철층(231)의 표면의 이형제, 먼지, 손때 및 기계오일 등을 제거하기 위하여 배선기구 고분자소재의 용해도 파리미터 (solubility parameter)와 차이가 많이 나는 용제를 세정제로서 사용하는 것을 더 포함할 수 있다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초경샹크가 샤프트에 결합되는 모습을 도시한 도면이고, 도 23은 도 22의 샤프트의 홀더부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 22 및 도 23을 참조하면, 본 실시예에 따른 상기 초경샹크(300)는 환봉의 형태로 구비되는 바디부(310)와, 상기 바디부(310)의 일단에서 다이아몬드가 전착되어 구비되는 코팅부(320), 및 상기 바디부(310)의 타단에 외측으로 수직하게 돌출되는 체결돌기(330)를 포함할 수 있다.
상기 샤프트(350)는 상기 초경샹크(300)를 회전시키도록 구비되는 몸체부(351)와 상기 몸체부(351)의 일단에 구비되어 상기 초경샹크(300)의 타단이 삽입되는 샹크삽입홀(353)을 구비하는 홀더부(352)가 연결될 수 있다.
상기 홀더부(352)의 내주연에는 내측으로 오목하게 상기 체결돌기(330)가 삽입되어 고정되는 체결홈(354)가 구비되며, 상기 샹크삽입홀(353)은 상기 홀더부(352)의 일단 단부에서 수직하게 연장되는 수직홈(354a)과 상기 수직홈(354a)의 말단에서 상기 수직홈(354a)에 대해서 수직하게 연결되는 수평홈(354b)으로 이루어질 수 있다.
상기 체결돌기(330)는 상기 바디부(310)의 외면에서 수직하게 돌출되는 돌기(330a)와 상기 돌기(330a)의 말단에서 탄성력을 구비한 우레탄수지로 이루어지는 버퍼부(330b)로 이루어질 수 있다.
상기 초경샹크(300)는 상기 샹크삽입홀(353)에 삽입되되 상기 체결돌기(330)가 상기 수직홈(354a)을 따라 삽입된 후 상기 초경샹크(300)를 회전시켜 상기 체결돌기(330)가 상기 수평홈(354b)에 고정되며, 상기 체결돌기(330)에는 속도센서(330c)가 구비되어 상기 초경샹크(300)의 회전속도를 감지하고, 감지된 속도를 제어부로 전달하여 샤프트(350)의 회전을 제어할 수 있다.
상기 샤프트(350)는 금속으로 이루어져 상기 본체부(351)과 홀더부(352)를 통하여 상기 초경샹크(300)와 연결되고, 상기 샤프트(350)는 모터에 의하여 회전되어 상기 초경샹크(300)를 회전시켜 상기 베어링의 연삭 작업이 수행될 수 있다. 이때, 상기 초경샹크(300)의 회전속도, 회전각도 등은 가공 대상물인 베어링의 가공 정밀도에 영향을 미칠 수 있다.
본 실시예에서, 상기 초경샹크(300)의 타단에 체결돌기(330)에 속도센서(330c)를 구비시킴으로써 상기 초경샹크(300)의 회전속도를 민감하게 감지하고, 이를 제어부(미도시)로 전달함으로써, 상기 제어부를 통하여 모터를 제어하여 상기 샤프트(350)의 회전속도를 제어할 수 있다. 이에 의하여 가공 대상물의 가공 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10, 10a : 베어링
50 : 베어링지지부
60 : 배드부
70 : 물분사부
80 : 공기분사부
100, 100a, 100b, 200, 300 : 초경샹크
50 : 베어링지지부
60 : 배드부
70 : 물분사부
80 : 공기분사부
100, 100a, 100b, 200, 300 : 초경샹크
Claims (10)
- 탄화규소로 이루어진 베이링을 가공하기 위한 베어링 가공장치에 있어서,
베어링(10)을 고정하는 안착블럭(52)과 고정지그(51), 및 상기 고정지그(51)를 이동시키는 이송부(53)로 이루어지는 베어링지지부(50);
상기 베어링(10)을 가공하도록 말단에 다이아몬드가 전착된 초경샹크(100), 상기 초경샹크(100)를 고정하여 상기 초경샹크(100)를 이송시키는 샤프트(44)로 이루어지는 샹크가공부(46);
상기 베어링측으로 물을 분사하는 물분사부(70);
상기 베어링측으로 공기를 분사하는 공기분사부(80); 및
상기 고정지그(51)와 상기 초경샹크(100)의 하부에 구비되어 상기 베어링지지부(50)를 지지하는 배드부(60);로 이루어지고,
상기 초경샹크(100)는 환봉의 형태로 구비되는 바디부(110)와, 상기 바디부(110)의 말단에 다이아몬드가 전착된 코팅부(120)를 포함하고 상기 코팅부(120)를 이용하여 상기 베어링(10)을 가공하고,
상기 코팅부(120)는,
벤젠 중에 다이아몬드 분말과, 초경합금인 탄화텅스텐 분말, 및 바인드 금속인 코발트 분말을 혼합하여 슬러리형태로 제조한 후 분무 건조하여 혼합분말로 제조하고, 상기 혼합분말을 900℃ 내지 1200℃의 온도로 플라즈마 열처리를 수행한 후, 상기 혼합분말을 초음속 화염용사 공정으로 상기 바디부(110)의 말단에 코팅시켜 구비되며,
상기 다아이몬드 분말과, 탄화텅스텐 분말 및 코발트 분말은 평균입경이 150㎛ 내지 240㎛으로 구비되고,
상기 초음속 화염용사는 연료가스의 유량은 4.2 ~ 6.0 gph, 산소유량은 1400 ~ 2000 scfh, 용사거리는 330 ~ 430 ㎜, 복합분말의 송급량은 30 ~ 70 g/min이며 상기 연료가스는 수소, 등유, 천연가스 중 어느 하나인 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치. - 제1항에 있어서,
상기 초경샹크(100)는 WC, WC-TiC-Co, WC-Co, Wc-TiC-Co를 포함하는 초경합금 재질로 이루어지고, 상기 바디부(110)의 말단은 다이아몬드휠을 이용하여 연삭되어 단차지도록 형성되는 절삭부(111)를 구비하고,
상기 절삭부(111)에 다이아몬드 분말 혼합물을 전착시켜 코팅부(120)를 형성하고,
상기 바디부(110)는 일방향으로 연장되도록 구비되되 상기 바디부의 길이(a1)에 대해서 상기 코팅부의 길이(a2)는 5% 내지 20%의 길이로 구비되는 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 베어링의 제1 홈(11)을 가공하거나, 제2 홈(12)을 가공하고,
상기 초경샹크(100)는 상기 베어링(10a)의 제1 홈(11)을 가공하는 제1 초경샹크(100a)와, 상기 제2 홈(12)을 가공하는 제2 초경샹크(100b)를 포함하고,
상기 제1 초경샹크(100a)는 단면이 원형으로 형성되는 제1 바디부(110a)와, 상기 제1 바디부(110a)의 말단에 구비되는 다이아몬드가 전착되어 형성된 제1 코팅부(120a)로 이루어지고, 상기 제1 바디부(110a)는 상기 제1 코팅부(120a)가 코팅되는 제1-1 바디부(111)와 상기 제1-1 바디부(111)보다 작은 직경으로 구비되는 제1-2 바디부(112)로 이루어지고, 상기 제1 코팅부(120a)는 상기 제1-1 바디부(111)의 말단의 일면에서 상기 일면의 테두리를 따라서 서로 이격되도록 다이아몬드가 전착되어 구비되고,
상기 제2 초경샹크(100b)는 단면이 원형으로 형성되는 제2 바디부(110b)와, 상기 제2 바디부(110b)의 말단에 다이아몬드가 전착되어 형성된 제2 코팅부(120b)로 이루어지고, 상기 제2 바디부(110b)는 일단에서 타단으로 연장되는 원통형의 로드형태로 구비되고, 상기 제2 코팅부(120b)는 상기 제2 바디부(110b)의 일단의 평탄한 면(113)이 노출되도록 상기 바디부(110b)의 말단의 측면에 구비되는 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치. - 제1항에 있어서,
상기 고정지그(51)는 상기 베어링(10)의 측면을 지지하며, 상기 안착블럭(52)은 상기 고정지그(51)을 고정시키도록 상기 고정지그(51)와 체결되어 구비되며,
상기 안착블럭(52)은 상기 고정지그(51)의 하부가 삽입되도록 상기 고정지그(51)의 하부에 대응하는 형태로 구비되는 지그삽입부(52a)와 상기 지그삽입부(52a)의 내주면에서 막대형태로 돌출되어 구비되는 복수개의 슬라이딩바(52b)로 이루어지고,
상기 고정지그(51)는 가장 넓은 면적으로 구비되어 상기 지그삽입부(52a) 내에 삽입되는 하부블럭(51a)과, 상기 하부블럭(51a)의 상부에 적층되되 상기 하부블럭(51a)보다 작은 면적으로 구비되어 상기 베어링(10)의 일부를 고정하는 중간블럭(51b) 및 상기 중간블럭(51b)의 상부에 적층되되 상기 중간블럭(51b)보다 작은 면적으로 구비되어 상기 베어링(10)의 일부를 고정하는 상부블럭(51c)로 이루어지고, 상기 하부블럭(51a)에는 상기 슬라이딩바(52b)가 삽입되도록 상기 슬라이딩바(52b)에 대응하는 형상으로 구비되는 슬라이딩홈(51d)가 구비되며,
상기 고정지그(51)는 상기 안착블럭(52)의 지그삽입부(52a)에 삽입되어 고정되되 상기 슬라이딩홈(51d)이 상기 슬라이딩바(52b)에 슬라이딩되어 삽입되는 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치. - 제1항에 있어서,
상기 물분사부(70)는 베어링(10)을 향하여 물을 분사하고,
상기 물분사부(70)는 물이 공급되는 파이프(71)와, 상기 파이프(71)에서 연결되어 워크테이블(60)로 물을 분사하는 스프레이부(72)로 이루어지며,
상기 스프레이부(72)는 물이 분사되는 헤드부(72a), 상기 헤드부(72a)에서 연결되어 상기 헤드부(72a)가 상하좌우 회동이 가능하도록 연결되는 지지스프링부(72b), 상기 지지스프링부(72b)의 말단에 구비되어 상기 파이프와 나사결합하여 연결되는 고정부(72c)로 이루어지고,
상기 배드부(60)에는 상기 배드부(60)의 외면에서 내측으로 오목하게 구비되어 상기 물분사부(70)에서 분사되는 물의 흐름을 가이드하는 하나 이상의 워터가이드부(61)와 상기 워터가이드부(61)의 일단에 연결되어 상기 워터가이드부(61)를 따라 흐르는 물을 수납하는 노즐(62)이 더 구비되며,
상기 워터가이드부(61)는 일방향으로 연결되는 메인유로(61a)와, 상기 메인유로 (61a)에서 수직하게 연결되는 복수개의 서브유로(61b)로 이루어지고, 상기 메인유로(61a)는 상기 베어링(10)과 상기 초경샹크(100)에 나란하도록 연장되고, 상기 서브유로(61b)는 상기 메인유로(61a)에서 하부측을 향하여 경사지도록 연결되며, 상기 서브유로(61b)의 말단은 상기 노즐(62)과 연결되는 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치. - 제1항에 있어서,
상기 공기분사부(80)는 베어링을 향하여 공기를 분사시키되 상기 물분사부(70)보다 높은 위치에 구비되고,
상기 공기분사부(80)는 공기가 분사되는 홀을 구비한 스프레이부(81)와 상기 스프레이부(81)에서 연결되어 상기 스프레이부(81)를 상하좌우 회동가능하도록 구비되는 자바라부(82) 및 상기 자바라부(82)에서 연결되어 공기가 공급되는 노즐부(83)으로 이루어지는 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치. - 제1항에 있어서,
상기 초경샹크(200)는 환봉의 형태로 구비되는 바디부(210)와, 상기 바디부(210)의 일단에서 다이아몬드가 전착되어 구비되는 코팅부(220), 및 상기 바디부(210)의 타단에 나사형태로 오목하게 형성되는 나사홈부(230)가 구비되고,
상기 나사홈부(230)에는 우레탄으로 구비되는 캡부(240)가 삽입되며,
상기 캡부(240)는 상기 바디부(210)의 타단을 수납하도록 구비되되 상기 타단에 구비되는 나사홈부(230)와 나사결합하도록 내주연에는 나사산(241)이 구비되고, 상기 캡부(240)의 외측면에는 복수개의 돌기를 구비한 엠보형태(242)로 이루어지는 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치. - 제8항에 있어서,
상기 바디부(210)의 말단(211)과 상기 코팅부(220) 사이에는 상기 코팅부(220)가 상기 바디부(210)의 외면에 견고하게 부착되도록 접착고정부(230)가 더 구비되고,
상기 접착고정부(230)는 상기 바디부(210)의 말단(211)의 외면을 사포로 샌딩하여 형성되는 표면요철층(231) 및 상기 표면요철층(231)의 외면에 파장이 253.7nm인 자외선을 2초 내지 3초 동안 조사하여 형성되는 전처리층(232)으로 이루어지고,
상기 전처리층(232)을 구비하기 전 상기 표면요철층(231)의 이물질을 세정하고 상기 표면요철층(231)에 먼지가 달라붙는 현상을 방지하기 위하여 상기 표면요철층(231)에 세정제와 정전 방지제를 중량비로 95wt% : 5wt%로 혼합하여 스프레이 분사시키는 것을 더 포함하고,
상기 세정제는 저급 알코올인 메탄올, 에탄올 및 이소 프로필 알코올 (isopropyl alcohol)로 이루어진 군으로부터 적어도 1종 이상의 용제를 포함하고, 상기 정전 방지제로는 폴리옥시에틸렌 알킬 아민의 지방산 에스테르, 솔비탄 지방산 에스테르 및 알킬 포스페이트로 이루어진 군으로부터 적어도 1종 이상을 포함하는 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치. - 제1항에 있어서,
상기 초경샹크(300)는 환봉의 형태로 구비되는 바디부(310)와, 상기 바디부(310)의 일단에서 다이아몬드가 전착되어 구비되는 코팅부(320), 및 상기 바디부(310)의 타단에 외측으로 수직하게 돌출되는 체결돌기(330)를 포함하고,
상기 샤프트(350)는 상기 초경샹크(300)를 회전시키도록 구비되는 몸체부(351)와 상기 몸체부(351)의 일단에 구비되어 상기 초경샹크(300)의 타단이 삽입되는 샹크삽입홀(353)을 구비하는 홀더부(352)가 연결되고,
상기 홀더부(352)의 내주연에는 내측으로 오목하게 상기 체결돌기(330)가 삽입되어 고정되는 체결홈(354)가 구비되며,
상기 샹크삽입홀(353)은 상기 홀더부(352)의 일단 단부에서 수직하게 연장되는 수직홈(354a)과 상기 수직홈(354a)의 말단에서 상기 수직홈(354a)에 대해서 수직하게 연결되는 수평홈(354b)으로 이루어지며,
상기 체결돌기(330)는 상기 바디부(310)의 외면에서 수직하게 돌출되는 돌기(330a)와 상기 돌기(330a)의 말단에서 탄성력을 구비한 우레탄수지로 이루어지는 버퍼부(330b)로 이루어지고,
상기 초경샹크(300)는 상기 샹크삽입홀(353)에 삽입되되 상기 체결돌기(330)가 상기 수직홈(354a)을 따라 삽입된 후 상기 초경샹크(300)를 회전시켜 상기 체결돌기(330)가 상기 수평홈(354b)에 고정되며,
상기 체결돌기(330)에는 속도센서(330c)가 구비되어 상기 초경샹크(300)의 회전속도를 감지하고, 감지된 속도를 제어부로 전달하여 샤프트(350)의 회전을 제어하는 다이아몬드가 전착된 초경샹크를 이용한 베어링 가공장치.
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