KR101085771B1 - 포물선 측부를 갖는 구조화된 연마제 - Google Patents

Abstract

연마 물품, 및 그 제조 방법과 사용 방법이 제공된다. 연마 물품은 기재 상에 복수의 특징형상부를 구비한다. 특징형상부는 베이스 및 보디를 갖는다. 보디는 포물선 섹션을 갖는 측벽에 의해 형성된다. 일부 실시예에서, 측벽은 포물선 섹션과 비슷한 일련의 내부-연결된 선분에 의해 형성된다.

베이스, 보디, 기재, 아치형 표면 섹션, 어레이, 슬러리, 측벽, 포물선 섹션

Description

포물선 측부를 갖는 구조화된 연마제{STRUCTURED ABRASIVE WITH PARABOLIC SIDES}

본 발명은 연마 물품에 관한 것으로, 특히 구조화된 연마 물품, 제조 방법, 및 사용 방법에 관한 것이다.

연마 물품은 백년이 넘게 가공대상물(workpiece) 표면을 연마 및 마무리하기 위해 사용되어왔다. 이 적용 범위는 고 스톡(high stock) 제거, 고압 금속 연삭 공정 내지 안과용 렌즈와 같은 미세 폴리싱에 걸쳐 있다. 일반적으로, 연마 물품은 함께 결합된(bonded) 복수의 연마제 입자(예를 들면, 결합된 연마제 또는 연삭 휠) 또는 기재(backing)에 결합된 복수의 연마제 입자(예를 들면, 코팅 연마제)로 제조된다. 코팅(coated) 연마제는 통상 연마제 입자로 이루어진 단일 층이며, 때로는 두 층으로 존재하기도 한다. 이 연마제 입자가 마모되면, 필연적으로 코팅 연마제가 마모되며, 통상 폐기된다.

연마제 입자의 3차원 코팅에서의 보다 최근의 발전은 "구조화된(structured) 연마제"로 지칭되는 연마 물품을 제공한다. 구조화된 연마 물품의 다양한 구조가 예를 들어 미국 특허 제5,152,917호(Pieper 등)에 개시되어 있다. 이 Pieper 특허는 가공대상물 표면에 대해 비교적 높은 절삭 속도와 비교적 미세한 표면 조도를 발휘하는 구조화된 연마제를 개시하고 있다. 이 구조화된 연마제는 기재에 결합되는 비무작위적인(non-random), 정확히 성형된 연마 복합체를 포함한다.

구조화된 연마 물품 및 그 제조 방법에 관한 다른 참조문헌으로는 미국 특허 제5,855,632호(Stoetzel 등), 제5,681,217호(Hoopman 등), 제5,435,816호(Spurgeon 등), 제5,378,251호(Culler 등), 제5,304,223호(Pieper 등), 및 제5,014,468호(Ravipati 등)가 포함되며, 이들은 모두 본원에 원용된다.

Pieper 특허 및 기타 구조화된 연마제 특허는 연마제 분야에서 상당한 진보를 제공하였으나, 개선의 여지는 항상 존재한다.

본 발명의 일 태양은 연마 물품용 특징형상부(feature)에 관한 것이다. 이 특징형상부는 베이스 및 보디를 구비한다. 상기 보디는 포물선 횡단면을 갖는 측벽에 의해 형성된다. 일 실시예에서, 보디는 네 개의 측벽을 갖는다. 다른 실시예에서, 네 개의 측벽은 대칭적인 포물선 섹션이다.

본 발명의 다른 태양은 기재 상에 특징형상부 어레이를 갖는 연마 물품에 관한 것이다. 상기 어레이는 그 각각이 베이스 및 보디를 구비하는 복수의 특징형상부를 갖는다. 각각의 보디는 포물선 횡단면을 갖는 측벽에 의해 형성된다. 일 실시예에서, 상기 보디는 네 개의 측벽을 갖는다. 다른 실시예에서, 네 개의 측벽은 대칭적인 포물선 섹션이다.

도1은 본 발명에 따른 연마 물품의 일 실시예의 단면의 사시도이다.

도1a는 도1의 물품의 특징형상부의 평면도이다.

도1b는 도1의 물품의 다른 사시도이다.

도2는 본 발명에 따른 특징형상부 어레이의 일 실시예의 도시도이다.

도3은 본 발명에 따른 물품의 현미경 사진이다.

도4는 본 발명에 따른 연마 물품용 특징형상부의 프로파일의 일 실시예를 나타내는 그래프이다.

도5는 본 발명에 따른 연마 물품용 특징형상부의 프로파일의 다른 실시예를 나타내는 그래프이다.

도6은 본 발명에 따른 연마 물품용 특징형상부의 프로파일의 다른 실시예를 나타내는 그래프이다.

도7은 본 발명에 따른 연마 물품용 특징형상부의 프로파일의 다른 실시예를 나타내는 그래프이다.

도8은 본 발명에 따른 연마 물품 제조 시스템의 일 실시예의 도시도이다.

도9는 본 발명에 따른 연마 물품 제조 시스템의 다른 실시예의 도시도이다.

본 발명은 연마제 어레이, 연마 물품, 연마 물품 제조 방법, 및 연마 물품 사용 방법에 관한 것이다.

도1을 참조하면, 연마 물품(100)은 연마 복합체(120)를 포함한다. 본원에서, "복합체(composite)"라는 용어는 "특징형상부(features)"라는 용어와 호환될 수 있다. 연마 복합체는 기재(190)의 표면에 결합된다. 복합체 형상과 연관된 경계 또는 경계들에 의해 하나의 연마 복합체는 인접하는 다른 연마 복합체로부터 어느 정도 분리된다. 개별 연마 복합체를 형성하기 위해, 연마 복합체의 형상을 형성하는 경계들의 일부는 상호 분리되어야 한다. 일부 실시예에서, 기재에 가장 가까운 연마 복합체 부분 또는 베이스는 그 인접하는 연마 복합체와 맞닿을 수 있다. 연마 복합체(120)는 결합제(binder)와 연삭 보조제(grinding aid) 중에 분산되는 복수의 연마제 입자를 포함한다. 기재에 결합되며, 연마 복합체의 일부는 맞닿고 다른 연마 복합체들은 그 사이에 열린 공간을 갖는 연마 복합체의 조합을 갖는 것도 본 발명의 범위에 포함된다.

<기재(BACKING)>

본 발명의 기재는 전면 및 후면을 가지며, 임의의 종래의 연마제 기재일 수 있다. 유용한 기재의 예로는 폴리머 필름, 프라이밍(primed) 폴리머 필름, 천, 종이, 가황 섬유, 부직포, 및 그 조합이 포함된다. 다른 유용한 기재로는 미국 특허 제5,316,812호에 개시된 섬유 강화 열가소성 기재, 및 국제 공개 WO 93/12911호에 개시된 무단 시임리스(endless seamless) 기재가 포함되며, 이들은 둘 다 본원에 원용된다. 기재는 또한 기재를 밀봉하기 위한 처리를 포함할 수 있거나 및/또는 기재의 일부 물리적 특성을 변경할 수 있다. 이러한 처리는 당업계에 공지되어 있다.

기재는 또한 결과적인 코팅 연마제를 지지 패드 또는 백업 패드에 고정시킬 수 있는 부착 수단을 그 뒷면에 구비할 수 있다. 이 부착 수단은 감압성 접착제, 후크 및 루프 부착 시스템의 일 표면, 또는 상기 미국 특허 제5,316,812호에 개시 된 나사식 돌출부일 수 있다. 대안적으로, 본원에 원용되는 미국 특허 제5,201,101호에 개시된 인터메싱(intermeshing) 부착 시스템일 수도 있다.

연마 물품의 뒷면은 또한 미끄럼방지 또는 마찰 코팅을 포함할 수 있다. 그러한 코팅의 예로는 접착제 중에 분산된 무기 미립자(예를 들면, 탄산칼슘 또는 석영)가 포함된다.

<연마 코팅(ABRASIVE COATING)>

연마제 입자

연마제 입자는 통상 대략 0.1 내지 1500㎛ 범위의 입자 크기를 갖는 바, 대개는 대략 0.1 내지 400㎛, 바람직하게는 0.1 내지 100㎛, 가장 바람직하게는 0.1 내지 50㎛의 입자 크기를 갖는다. 연마제 입자는 적어도 대략 8의 모스 경도(Mohs' hardness)를 갖는 것이 바람직하며, 9이상이 더욱 바람직하다. 그러한 연마제 입자의 예로는 융합 산화 알루미늄(갈색 산화 알루미늄, 열처리 산화 알루미늄, 백색 산화 알루미늄을 포함), 세라믹 산화 알루미늄, 녹색 탄화규소, 탄화규소, 크로미아, 알루미나 지르코니아, 다이아몬드, 산화철, 세리아, 입방정 질화붕소, 탄화붕소, 및 그 조합이 포함된다.

"연마제 입자"라는 용어는 또한 단일 연마제 입자들이 결합되어 연마 응집체를 형성하는 경우를 포함한다. 연마 응집체는 추가로, 본원에 원용되는 미국 특허 제4,311,489호, 제4,652,275호, 및 제4,799,939호에 개시되어 있다.

연마제 입자에 표면 코팅을 갖는 것도 본 발명의 범위에 포함된다. 표면 코팅은 여러가지 다른 기능을 가질 수 있다. 일부 예에서 표면 코팅은 결합제에 대 한 연마제 입자의 접착을 증대시키고, 연마제 입자의 연마 특징을 변경시키는 등의 작용을 한다. 표면 코팅의 예로는 커플링제(coupling agent), 할로겐화 염, 실리카를 포함하는 산화 금속, 내화성 질화 금속, 내화성 탄화 금속 등이 포함된다.

연마 복합체 중에는 희석 입자도 존재할 수 있다. 이들 희석 입자의 크기는 연마제 입자와 동일한 정도의 크기일 수 있다. 그러한 희석 입자의 예로는 석고, 대리석, 석회석, 부싯돌, 실리카, 유리구(glass bubbles), 유리 비드, 알루미늄 실리케이트 등이 포함된다.

결합제(Binder)

연마제 입자는 연마 복합체를 형성하기 위해 유기 결합제 중에 분산된다. 결합제는 유기 중합성 수지를 포함하는 결합제 전구물질(precursor)로부터 유도된다. 본 발명의 연마 물품의 제조 중에, 결합제 전구물질은 중합 또는 경화 처리의 개시를 도와주는 에너지 공급원에 노출된다. 에너지 공급원의 예로는 열에너지 및 방사 에너지가 포함되며, 방사 에너지는 전자 빔, 자외선, 및 가시광선을 포함한다. 이 중합 공정 중에, 수지는 중합되고 결합제 전구물질은 응고된 결합제로 변환된다. 결합제 전구물질의 응고 시에, 연마 코팅이 형성된다. 연마 코팅에서의 결합제는 또한 기재에 접착 코팅을 접착하는 역할도 맡고 있다.

본 발명에 사용하기 위한 수지에는 두 가지 종류가 있는 바, 축합 경화성 수지 및 첨가 중합성 수지이다. 바람직한 결합제 전구물질은 첨가 중합성 수지인 바, 그 이유는 이 수지가 방사 에너지에 노출됨으로써 쉽게 경화되기 때문이다. 첨가 중합성 수지는 양이온 기구 또는 자유 래디컬(free radical) 기구에 의해 쉽게 경화된다. 사용되는 에너지 공급원 및 결합제 전구물질 화학반응에 따라서, 중합의 개시를 보조하기 위해 때로는 경화제, 개시제, 또는 촉매가 사용된다.

통상적이고 바람직한 유기 수지의 예로는 페놀 수지, 요소(尿素) 수지, 멜라민 수지, 아크릴레이티드 우레탄, 아크릴레이티드 에폭시, 에틸렌 불포화 화합물, 펜던트 불포화 카르복실기를 갖는 아미노플라스트 유도체, 적어도 하나의 펜던트 아크릴레이트기를 갖는 이소시아누레이트 유도체, 적어도 하나의 펜던트 아크릴레이트기를 갖는 이소시아네이트 유도체, 비닐 에테르, 에폭시 수지, 및 그 혼합체 및 조합체가 포함된다. "아크릴레이트"라는 단어는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트를 망라하는 것이다.

페놀 수지는 그 열적 특성, 가용성, 및 가격으로 인해 연마 물품에 널리 사용된다. 페놀 수지에는 두 가지 형태, 즉 레졸 형태와 노볼락 형태가 존재한다. 레졸 페놀 수지는 1:1 이상, 통상은 1.5:1.0 내지 3.0:1.0의 포름알데히드 대 페놀의 몰 비율을 갖는다. 노볼락 수지는 1:1 미만의 포름알데히드 대 페놀의 몰 비율을 갖는다. 시중에서 구입할 수 있는 페놀 수지의 예로는, Occidental Chemicals Corp. 제조의 상표명 "Durez" 및 "Varcum"과, Monsanto 제조의 "Resinox"와, Ashland Chemical Co. 제조의 "Aerofene", 및 Ashland Chemical Co. 제조의 "Aerotap"이 포함된다.

아크릴레이티드 우레탄은 히드록시-말단, 이소시아네이트 NCO 연신 폴리에스테르 또는 폴리에테르이다. 시중에서 구입가능한 아크릴레이티드 우레탄의 예로는 Morton Thiokol Chemical 제조의 상표명 "UVITHANE 782", 및 Radcure Specialties 제조의 상표명 "CMD 6600", "CMD 8400", "CMD 8805"로 공지된 것이 포함된다.

아크릴레이티드 에폭시는 비스페놀 A 에폭시 수지의 디아크릴레이트 에스테르와 같은, 에폭시 수지의 디아크릴레이트 에스테르이다. 시중에서 구입가능한 아크릴레이티드 에폭시의 예로는 Radcure Specialities 제조의 상표명 "CMD 3500", "CMD 3600", "CMD 3700"으로 공지된 것이 포함된다.

에틸렌 불포화 수지는, 탄소, 수소, 산소 원자를 함유하고, 선택적으로 질소 및 할로겐을 함유하는 모노머 및 폴리머 화합물을 둘 다 포함한다. 산소나 질소 원자 또는 둘 다는 일반적으로 에테르, 에스테르, 우레탄, 아미드, 및 요소 기에 존재한다.

에틸렌 불포화 화합물은 대략 4,000 미만의 분자량을 갖는 것이 바람직하며, 지방족 모노히드록시 기 또는 지방족 폴리히드록시 기를 함유하는 화합물과, 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 이소크로톤산, 말레산 등과 같은 불포화 카르복실산의 반응으로 제조된 에스테르인 것이 바람직하다. 아크릴레이트 수지의 대표적인 예로는 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트 스티렌, 디비닐벤젠, 비닐 톨루엔, 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 메타크릴레이트, 헥사네디올 디아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 글리세롤 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 메타크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 및 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트가 포함된다. 다른 에틸렌 불포화 수지에는 모노알릴, 폴리알릴, 폴리메탈릴 에스테르, 및 디알릴 프탈레이트, 디알릴 아디페이트, N,N- 디알릴아드키파미드와 같은 카르복실산의 아미드가 포함된다. 또 다른 질소 함유 화합물에는 트리스(2아크릴로일록시에틸)이소시아누레이트, 1,3,5-트리(2-메티아크릴록시에틸)-트리아진, 아크릴아미드, 메틸아크릴아미드, N-메틸아크릴아미드, N,N-디메틸아크릴아미드, N-비닐피롤리돈, 및 N-비닐피페리돈이 포함된다.

아미노플라스트 수지는 하나의 분자 또는 올리고머에 대해 적어도 하나의 펜던트 알파, 베타불포화 카르보닐기를 갖는다. 이들 불포화 카르보닐 기는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 또는 아크릴아미드 형태의 기일 수 있다. 그러한 재료의 예로는 N-(히드록시메틸) 아크릴아미드, N,N'-옥시디메틸렌비스아크릴아미드, 오르토 및 파라 아크릴아미도메틸레이티드 페놀, 아크릴아미도메틸레이티드 페놀 노볼락, 및 그 조합이 포함된다. 이들 재료는 추가로, 본원에 원용되는 미국 특허 제4,903,440호 및 제5,236,472호에 개시되어 있다.

적어도 하나의 펜던트 아크릴레이트 기를 갖는 이소시아누레이트 유도체 및 적어도 하나의 펜던트 아크릴레이트 기를 갖는 이소시아네이트 유도체는 추가로, 본원에 이후 원용되는 미국 특허 제4,652,274호에 개시되어 있다. 바람직한 이소시아누레이트 재료는 트리스(히드록시 에틸) 이소시아누레이트의 트리아크릴레이트이다.

에폭시 수지는 옥시란을 가지며, 개환(開環: ring opening)에 의해 중합된다. 그러한 에폭사이드 수지에는 모노머릭 에폭시 수지 및 올리고머릭 에폭시 수지가 포함된다. 일부 바람직한 에폭시 수지의 예로는 2,2-비스[4-(2,3-에폭시프로폭시)-페닐 프로판](비스페놀의 디글리시딜에테르)과, 시중에서 구입할 수 있는 Shell Chemical Co.의 상표명 "Epon 828", "Epon 1004", "Epon 1001F" 및 Dow Chemical Co.의 "DER-331", "DER-332", "DER-334"가 포함된다. 다른 적합한 에폭시 수지는 페놀 포름알데히드 노볼락의 글리시딜 에테르(예를 들면, Dow chemical Co.의 "DEN-431" 및 "DEN-428")를 포함한다.

본 발명의 에폭시 수지는 적절한 양이온 경화제의 첨가와 함께 양이온 기구를 거쳐서 중합될 수 있다. 양이온 경화제는 에폭시 수지의 중합을 개시하기 위한 산 소스(acid source)를 발생시킨다. 이들 양이온 경화제는 오니움 양이온을 갖는 염, 및 금속 또는 반금속(metalloid)의 복합 음이온을 함유하는 할로겐을 포함한다. 다른 양이온 경화제는, 본원에 원용되는 미국 특허 제4,751,138호(칼럼6, 라인65 내지 칼럼9, 라인5)에 추가로 개시되어 있는, 유기금속 복합 양이온을 갖는 염, 및 금속 또는 반금속의 복합 음이온을 함유하는 할로겐을 포함한다. 다른 예는 미국 특허 제4,985,340호(칼럼4, 라인65 내지 칼럼14, 라인50), 및 유럽 특허 출원 제306,161호 및 제306,162호(둘다 1989년 3월 8일에 공개)에 개시된 유기금속 염 및 오니움 염이며, 이들은 모두 본원에 원용된다. 또 다른 양이온 경화제는, 1983년 11월 21일자로 공개되고 본원에 원용된 유럽 특허 출원에 개시되어 있는, 주기율표의 IVB, VB, VIB, VⅡB, VⅢB족 원소에서 금속이 선택되는 유기금속 복합체의 이온염을 포함한다.

자유 래디컬 경화성 수지에 관하여, 일부 예에서는, 연마제 슬러리가 자유 래디컬 경화제를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 그러나 전자빔 에너지 공급원의 경우에는, 전자빔 자체가 자유 래디컬을 발생시키기 때문에 경화제가 항상 요구 되지는 않는다.

자유 래디컬 열적 개시제의 예로는, 과산화 벤조일, 아조 화합물, 벤조페논, 및 퀴논과 같은 과산화물이 포함된다. 자외선 또는 가시광선 에너지 공급원에 있어서, 이 경화제는 때로는 광개시제(photoinitiator)로 지칭된다. 자외선에 노출될 때 자유 래디컬 소스를 발생시키는 개시제의 예로는 유기 과산화물, 아조 화합물, 퀴논, 벤조페논, 니트로소 화합물, 아크릴 할로겐화합물, 히드로존, 메르캅토 화합물, 피릴륨 화합물, 트리아크릴임다졸, 비스이미다졸, 클로로알키트리아진, 벤조인 에테르, 벤질 케탈, 티옥산톤, 아세토페논 유도체, 및 그 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택된 것을 포함하지만, 이것에 제한되지는 않는다. 가시 방사선에 노출될 때 자유 래디컬 소스를 발생시키는 개시제의 예를, 본원에 원용되고 발명의 명칭이 "코팅 연마제 결합제 함유 3원 광개시제 시스템"인 미국 특허 제4,735,632호에서 찾아볼 수 있다. 가시광선과 함께 사용하기 위한 바람직한 개시제는 Ciba Geigy Corporation으로부터 구입할 수 있는 "Irgacure 369"이다.

<연삭 보조제(GRINDING AID)>

연삭 보조제는 재료, 바람직하게는 입자상 재료로서 정의되며, 이것이 연마 물품에 첨가되면 연마의 화학적 및 물리적 처리에 상당한 효과를 가지며, 결과적으로 성능이 향상된다. 통상적으로 및 바람직하게 연삭 보조제는 슬러리에 미립자로서 첨가되지만, 액체로서 첨가될 수도 있다. 연삭 보조제의 존재는, 연삭 보조제를 함유하지 않는 연마 물품에 대비되는 대응 연마 물품의 연삭 효율 또는 절삭율(손실된 연마 물품의 단위 중량당 제거되는 가공대상물의 중량으로 정의됨)을 증가 시킬 것이다. 특히, 연삭 보조제는 (1) 연마제 입자와 연마되는 가공대상물 사이의 마찰을 감소시키거나, (2) 연마제 입자의 "캐핑(capping)"을 방지, 즉 (금속 가공대상물의 경우에) 금속 입자가 연마제 입자의 상부에 용착되는 것을 방지하거나, (3) 연마제 입자와 가공대상물 사이의 경계면 온도를 감소시키거나, (4) 소요 연삭력을 감소시키거나, (5) 금속 가공대상물의 산화를 방지할 것으로 믿어진다. 일반적으로, 연삭 보조제의 추가는 연마 물품의 사용 수명을 증가시킨다.

본 발명에 유용한 연삭 보조제는 광범위한 다양한 재료를 망라하며, 무기적이거나 유기적인 것에 기초할 수 있다. 연삭 보조제의 화학적 그룹의 예로는 왁스, 유기 할로겐화 화합물, 할로겐화 염, 및 금속과 그 합금이 포함된다. 유기 할로겐화 화합물은 통상 연마 도중에 파쇄될 것이며, 할로겐 산 또는 기체상 할로겐화 화합물을 해방(release)시킨다. 그러한 재료의 예로는 테트라클로로나프탈렌, 펜타클로로나프탈렌, 및 폴리염화비닐과 같은 염화 왁스가 포함된다. 할로겐화 염의 예로는 염화 나트륨, 칼륨 빙정석(氷晶石: cryolite), 나트륨 빙정석, 암모늄 빙정석, 칼륨 테트라플루오로붕산염, 불화 규소, 염화 칼륨, 염화 마그네슘이 포함된다. 금속의 예로는 주석, 납, 비스무트, 코발트, 안티몬, 카드뮴, 철 티타늄이 포함되며, 기타 잡다한 연삭 보조제는 황, 유기 황 화합물, 흑연 및 금속 황화물을 포함한다. 상이한 연삭 보조제의 조합을 사용하는 것도 본 발명의 범위에 포함되며, 일부 예에서 이는 시너지 효과를 낼 수 있다.

상기 연삭 보조제의 예는 단지 대표적인 것을 의미할 뿐이다. 본 발명에 사용하기에 바람직한 연삭 보조제는 빙정석이며, 가장 바람직한 것은 칼륨 테트라플 루오로붕산염이다(KBF.sub.4).

연삭 보조제는 비연마제로 간주되는 바, 즉 연삭 보조제의 모스 경도는 8미만이다. 연삭 보조제는 또한 불순물을 함유할 수 있는 바, 이들 불순물은 연마 물품의 성능에 상당한 역효과를 주어서는 안된다.

연삭 보조제 입자 크기는 대략 0.1 내지 100㎛인 것이 바람직하며, 10 내지 70㎛인 것이 보다 바람직하다. 일반적으로 연삭 보조제의 입자 크기는 연마제 입자의 크기 이하인 것이 바람직하다.

연마제 코팅은 일반적으로 연삭 보조제를 적어도 대략 1중량%, 통상은 적어도 대략 2.5중량%, 바람직하게는 적어도 대략 5중량%, 보다 바람직하게는 적어도 대략 10중량%, 가장 바람직하게는 적어도 대략 20중량% 포함한다. 대략 50중량% 이상의 연삭 보조제는 해로울 수 있는 바, 이는 이론상 (연마제 입자가 덜 존재하므로) 연삭 성능이 감소할 것이기 때문이다. 연삭 보조제의 양이 증가할수록 절삭율에 의해 측정되는 상대 연삭 성능 역시 증가되는 것은 놀라운 일이다. 이는 연마 코팅 중의 연삭 보조제 양이 증가할수록 연마제 입자의 상대적 양이 감소되기 때문에 예기치 않은 일이다. 연마제 입자는 가공대상물 표면을 절삭하는 역할을 맡고 있지만, 연삭 보조제는 그렇지 않다. 일반적으로, 연마 코팅은 5 내지 90중량%, 바람직하게는 20 내지 80중량%의 연마제 입자, 5 내지 80중량%, 바람직하게는 5 내지 40중량%의 결합제, 및 5 내지 60중량%, 바람직하게는 10 내지 40중량%의 연삭 보조제를 포함한다.

<선택적 첨가제(OPTIONAL ADDITIVES)>

본 발명에 유용한 슬러리는 예를 들어 충진재, 섬유, 윤활제, 습윤제, 요변성(搖變性: thixotropic) 재료, 계면활성제, 안료, 염료, 대전방지제(antistatic agent), 커플링제, 가소제, 현탁제와 같은 선택적 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 이들 재료의 양은 바람직한 특성을 제공하도록 선택된다. 이들 재료의 사용은 연마 복합체의 침식성에 영향을 줄 수 있다. 일부 예에서 첨가제는 연마 복합체를 보다 침식적으로 만들어서, 둔해진 연마제 입자를 축출하고 신규 연마제 입자를 노출시키기 위한 목적으로 첨가된다.

본 발명에 유용한 대전방지제의 예로는 흑연, 카본 블랙, 산화 바나듐, 보습제 등이 포함된다. 이들 대전방지제는, 이후 본원에 원용되는 미국 특허 제5,061,294호, 제5,137,542호, 및 제5,203,884호에 개시되어 있다.

커플링제는 결합제 전구물질과 충진제 입자 또는 연마제 입자 사이에 관련 브릿지를 제공할 수 있다. 유용한 커플링제의 예로는 실란, 티탄산염, 및 지르코알루미네이트가 포함된다. 유용한 슬러리는 대략 0.01 내지 3중량%의 커플링제를 함유하는 것이 바람직하다.

본 발명에 유용한 현탁제의 일 예는, DeGussa Corp.로부터 상표명 "OX-50"으로 구입할 수 있는, 150㎡/gram 미만의 표면적을 갖는 비정질 실리카 입자이다.

<연마 복합체를 포함하는 연마 코팅>

본 발명의 바람직한 일 태양에서, 연마 코팅은 기재에 결합되는 복수의 연마 복합체 형태이다. 일반적으로 각각의 연마 복합체는 정밀한 형상을 갖는 것이 바람직하다. 각 복합체의 정밀한 형상은, 명확하고 식별가능한 경계에 의해 결정된 다. 이들 명확하고 식별가능한 경계는 주사형 전자 현미경과 같은 현미경으로 연마 물품의 단면을 검사할 때 쉽게 볼 수 있고 명료하다. 상대적으로, 정밀한 형상을 갖지 않는 복합체를 포함하는 연마 코팅에서는, 경계가 명확하지 않으며 판독불가능하다. 이러한 명확하고 식별가능한 경계는 정밀한 형상의 윤곽 또는 외형을 형성한다. 이들 경계는 하나의 연마 복합체를 다른 것으로부터 어느 정도 분리시키며, 또한 하나의 연마 복합체를 다른 것으로부터 식별하게 만든다.

도1을 참조하면, 연마 물품(100)은 연마 복합체(120)를 포함한다. 복합체 형상과 연관된 단수 또는 복수의 경계는 결과적으로, 하나의 연마 복합체를 다른 인접한 연마 복합체로부터 어느 정도 분리시킨다. 개별 연마 복합체를 형성하기 위해, 연마 복합체의 형상을 형성하는 경계의 일부는 상호 분리되어야 한다. 일부 실시예에서, 기재에 가장 가까운 연마 복합체의 일부 또는 베이스는 그 인접하는 연마 복합체와 맞닿을 수 있다. 연마 복합체(120)는 결합제와 연삭 보조제 중에 분산되는 복수의 연마제 입자를 포함한다. 기재에 결합되며, 연마 복합체의 일부는 맞닿고 다른 연마 복합체들은 그 사이에 열린 공간을 갖는 연마 복합체의 조합을 갖는 것도 본 발명의 범위에 포함된다.

일부 예에서 형상을 형성하는 경계는 평면적이다. 평면을 갖는 형상에는 적어도 세 평면이 존재한다. 주어진 형상에 대한 평면의 개수는 소망하는 구조에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 평면의 개수는 3 내지 20일 수 있다. 일반적으로 3 내지 10개의 평면이 존재하며, 3 내지 6개의 평면이 바람직하다. 이들 평면은 소정 형상을 형성하기 위해 교차하며, 이들 평면이 교차하는 각도는 형상 치수를 결정할 것이다.

본 발명의 다른 태양에서, 연마 복합체의 일부는 상이한 치수의 인접하는 연마 복합체를 갖는다. 본 발명의 이 태양에서는, 연마 복합체의 적어도 10%, 바람직하게는 적어도 30%, 보다 바람직하게는 적어도 50%, 가장 바람직하게는 적어도 60%가, 상이한 치수의 인접하는 연마 복합체를 갖는다. 이들 상이한 치수는 연마 복합체 형상, 평면 경계 사이의 각도 또는 연마 복합체의 치수에 관계될 수 있다. 인접하는 연마 복합체들의 치수가 이렇게 상이하면 결과적으로, 연마 또는 다듬질(refine)되는 가공대상물에 대해 비교적 미세한 표면 조도를 형성하는 연마 물품이 얻어진다. 본 발명의 이러한 태양은 본 출원인의 공동계류중인 미국 특허출원 제6,076,248호(Hoopman 등)에도 개시되어 있다.

연마 복합체 형상은 임의의 형상일 수 있지만, 장방형, 원추형상, 반원형, 원형, 삼각형, 사각형, 육각형, 피라미드형, 팔각형 등과 같은 기하학적 형상이 바람직하다. 바람직한 형상의 실시예가 이하의 "기하학적 형상" 항목에서 기술된다. 개별 연마 복합체 형상은 본원에서 "돌출 유닛"으로 지칭될 수 있다. 바람직한 형상은 피라미드이며, 이 피라미드의 베이스는 3변 또는 4변을 갖는 것일 수 있다. 또한, 연마 복합체 단면 표면적은 기재로부터 멀수록 감소하거나 그 높이를 따라서 감소하는 것이 바람직하다. 이러한 가변 표면적으로 인해 연마 복합체가 사용 중에 마모될수록 압력이 불균일해진다. 또한, 연마 물품의 제조 중에, 이러한 가변 표면적은 제조 공구로부터의 연마 복합체 해방을 보다 용이하게 만든다. 일반적으로, 평방 센티미터당 적어도 다섯 개의 개별 접착 복합체가 존재한다. 일부 예에서는, 평방 센티미터당 적어도 오백 개의 개별 접착 복합체가 존재한다.

<연마 물품의 제조 방법>

본 발명의 연마 물품중 임의의 것을 제조하기 위한 필수적인 단계는 슬러리를 제조하는 것이다. 이 슬러리는 결합제 전구물질, 연삭 보조제, 연마제 입자, 및 선택적인 첨가제를 임의의 적절한 혼합 기술로 함께 조합함으로써 제조된다. 혼합 기술의 예로는 저전단(low shear) 및 고전단(high shear) 혼합이 포함되며, 고전단 혼합이 바람직하다. 연마제 슬러리 점성을 낮추기 위해 혼합 단계와 더불어 초음파 에너지 또한 사용될 수 있다. 통상적으로, 연마제 입자 및 연삭 보조제는 결합제 전구물질에 점진적으로 첨가된다. 슬러리 중의 기포의 양은 혼합 단계 중에 진공을 도입함으로써 최소화될 수 있다. 일부 예에서는 점성을 낮추기 위해 슬러리를 일반적으로 30℃ 내지 70℃로 가열하는 것이 바람직하다. 슬러리를 잘 코팅시킬 수 있고 연마제 입자 및 연삭 보조제가 슬러리로부터 정착하지 못하는 이론적 특성을 슬러리가 갖는 것이 중요하다.

<에너지 공급원>

슬러리가 기재에 코팅된 후, 예를 들면 제조 도구(후술됨)로부터의 전달을 통해서, 슬러리는 결합제 전구물질에서의 수지 중합을 개시하기 위해 에너지 공급원에 노출될 수 있다. 에너지 공급원의 예로는 열 에너지 및 방사 에너지가 포함된다. 에너지의 양은 결합제 전구물질 화학반응, 연마제 슬러리의 치수, 연마제 입자의 양과 형태, 및 선택적 첨가제의 양과 형태에 종속된다. 열 에너지에 있어서, 온도 범위는 30℃ 내지 150℃, 일반적으로 40℃ 내지 120℃일 수 있다. 노출 시간은 대략 5분 내지 24시간 이상의 범위일 수 있다.

적절한 방사 에너지는 전자 빔, 자외선, 또는 가시광선을 포함한다. 이온화 방사선으로도 알려져 있는 전자빔 방사선은 대략 0.1 내지 대략 10Mrad의 에너지 레벨로, 바람직하게는 대략 1 내지 대략 10Mrad의 에너지 레벨로 사용될 수 있다. 자외선 방사선은 대략 200 내지 대략 400나노미터 범위, 바람직하게는 대략 250 내지 400나노미터 범위의 파장을 갖는 비특정 방사선을 지칭한다. 가시광선 방사선은 대략 400 내지 대략 800나노미터 범위, 바람직하게는 대략 400 내지 대략 550나노미터 범위의 파장을 갖는 비특정 방사선을 지칭한다. 300 내지 600Watt/inch의 가시광선이 사용되는 것이 바람직하다.

이 중합 처리가 종료된 후, 결합제 전구물질은 결합제로 변환되며 슬러리는 연마제 코팅으로 변환된다. 그 결과적인 연마 물품이 일반적으로 사용될 준비 상태에 놓인다. 그러나, 일부 예에서는 가습 또는 굴곡과 같은 다른 처리가 아직 필요할 수도 있다. 연마 물품은 사용되기 전에 원추체, 무단 벨트, 시트, 디스크 등과 같은 소정 형태로 변환될 수 있다.

<제조 공구>

본 발명의 제3 및 제4 태양에 관하여, 일부 예에서, 연마제 코팅은 정밀하게 성형된 연마 복합체로서 존재하는 것이 바람직하다. 이러한 형태의 연마 물품을 만들기 위해서는, 일반적으로 제조 공구가 요구된다.

제조 공구는 복수의 공동을 포함한다. 이들 공동은 본질적으로 연마 복합체의 반대 형상이며, 연마 복합체의 형상을 만들어내는 역할을 한다. 공동의 치수는 소망하는 형상 및 치수의 연마 복합체를 제공하도록 선택된다. 공동의 형상 및 치수가 적절히 제조되지 않으면, 결과적인 제조 공구는 연마 복합체에 대해 소망하는 치수를 제공하지 못할 것이다.

이러한 공동은 인접하는 공동들 사이에 간격을 갖는 도트형 패턴으로 제공될 수 있거나, 서로에 대해 부딪혀(butt up) 있을 수 있다. 공동은 서로에 대해 부딪혀 있는 것이 바람직하다. 또한, 공동의 형상은 연마 복합체의 단면적이 기재에서 멀수록 감소되도록 선택된다.

제조 공구는 벨트, 시트, 연속 시트 또는 웨브, 로토그라비어(rotogravure) 롤과 같은 코팅 롤, 코팅 롤 상에 장착된 슬리브, 또는 다이일 수 있다. 제조 공구는 금속(예를 들면, 니켈), 금속 합금, 또는 플라스틱으로 조성될 수 있다. 금속 제조 공구는 조각(engraving), 보빙(bobbing), 전기성형, 다이아몬드 선삭 등과 같은 임의의 종래 기술에 의해 제조될 수 있다. 금속 제조 공구를 위한 한가지 바람직한 기술은 다이아몬드 선삭이다.

열가소성 공구는 금속 마스터 공구로부터 복제될 수 있다. 마스터 공구는 제조 공구에 대해 요망되는 역 패턴을 가질 것이다. 마스터 공구는 제조 공구와 같은 방식으로 제조될 수 있다. 마스터 공구는 금속, 예를 들면 니켈로 제조되고 다이아몬드 선삭되는 것이 바람직하다. 열가소성 시트 재료는 선택적으로 마스터 공구와 함께 가열될 수 있는 바, 이는 두 가지를 함께 프레싱 함으로써 열가소성 시트 재료가 마스터 공구 패턴으로 엠보싱되게 하기 위함이다. 열가소성 재료는 또한 마스터 공구 상으로 압출 또는 주조되어 프레싱될 수 있다. 열가소성 재료는 응고되어 제조 공구를 제조하도록 냉각된다. 바람직한 열가소성 제조 공구 재료의 예로는 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리염화비닐, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 및 그 조합이 포함된다. 열가소성 제조 공구가 사용되면, 열가소성 제조 공구를 변형시킬 수 있는 과도한 열이 발생되지 않도록 주의를 기울여야 한다.

제조 공구는 또한 연마 물품을 제조 공구로부터 쉽게 해방시킬 수 있도록 해방 코팅을 포함할 수도 있다. 그러한 금속용 해방 코팅의 예로는 경질 탄화물, 질화물 또는 붕화물 코팅이 포함된다. 열가소성 재료용 해방 코팅의 예로는 규소 및 불소케미컬이 포함된다.

도1에 도시된 본 발명의 연마 물품을 제조하기 위한 한 가지 방법이 도8에 도시되어 있다. 기재(841)는 풀림(unwind) 스테이션(842)을 떠나며, 동시에 제조 공구(846)는 풀림 스테이션(845)을 떠난다. 제조 공구(846)는 코팅 스테이션(844)에 의해 슬러리로 코팅된다. 점성을 저하시키기 위해 코팅 이전에 슬러리를 가열하거나 및/또는 슬러리에 초음파를 적용시킬 수 있다. 코팅 스테이션은 드롭 다이 코팅기(drop die coater), 나이프 코팅기, 커튼 코팅기, 진공 다이 코팅기 또는 다이 코팅기와 같은 임의의 종래의 코팅 수단일 수 있다. 코팅 중에 기포의 형성은 최소화되어야 한다. 바람직한 코팅 기술은 미국 특허 제3,594,865, 제4,959,265호, 및 제5,077,870호에 개시된 것과 같은 진공 유체 베어링이며, 상기 특허들은 모두 본원에 원용된다. 제조 공구가 코팅된 후, 기재와 슬러리는 슬러리가 기재의 앞면을 적시도록 임의의 수단에 의해 접촉된다. 도2에서, 슬러리는 접촉 닙 롤(nip roll)(947)에 의해 기재와 접촉된다. 다음으로, 접촉 닙 롤(947)은 또한 결 과적인 구조물을 지지 드럼(943)에 대해 가압한다. 에너지 공급원(948)(바람직하게는 가시광선 공급원)은 결합제 전구물질을 적어도 부분적으로 경화시키기 위해 충분한 양의 에너지를 슬러리에 전달한다. 부분 경화라는 용어는 결합제 전구물질이, 슬러리가 역전된 테스트 튜브로부터 유동하지 않는 상태로 중합되는 것을 의미한다. 결합제 전구물질은 임의의 에너지 공급원에 의해 제조 공구로부터 제거되면 완전히 경화될 수 있다. 이어서, 제조 공구는 다시 재사용될 수 있도록 맨드렐(949)에 되감긴다(rewind). 선택적으로, 제조 공구는 전구물질이 조금이라도 경화되기 전에 결합제 전구물질로부터 제거될 수 있다. 제거 이후, 전구물질은 경화될 수 있으며, 제조 공구는 재사용을 위해 맨드렐(949)에 되감길 수 있다. 또한, 연마 물품은 맨드렐(121)에 감긴다. 결합제 전구물질이 완전히 경화되지 않으면, 결합제 전구물질은 이후 시간에 의해 및/또는 에너지 공급원에 대한 노출에 의해 완전히 경화될 수 있다. 이 제1 방법에 따라 연마 물품을 제조하기 위한 추가적인 단계들은 미국 특허 제5,152,917호 및 1993년 1월 14일자 미국 출원 제08/004,929호에 추가로 개시되어 있으며, 이들은 둘 다 본원에 원용된다. 전술한 미국 특허 제6,076,248호에 개시된 공구 및 방법에 의하면 무작위적인 형상의 연마 복합체가 제조될 수 있다.

결합제 전구물질은 방사 에너지에 의해 경화되는 것이 바람직하다. 방사 에너지는 제조 공구가 방사 에너지를 상당히 흡수하지 않는 한, 제조 공구를 통해서 전달될 수 있다. 또한, 방사 에너지 공급원은 제조 공구를 상당히 열화시키지 않아야 한다. 열가소성 제조 공구 및 자외선 또는 가시광선을 사용하는 것이 바람직 하다.

슬러리는 기재 상에 코팅될 수 있으며, 제조 공구의 공동 내로는 코팅되지 않을 수 있다. 슬러리 코팅된 기재는 이후, 슬러리가 제조 공구의 공동 안으로 유동하도록, 제조 공구와 접촉된다. 연마 물품을 제조하기 위한 나머지 단계는 전술한 것과 동일하다.

다른 방법이 도9에 도시되어 있다. 기재(51)는 풀림 스테이션(52)을 떠나며, 슬러리(54)는 코팅 스테이션(53)에 의해 제조 공구(55)의 공동 내에 코팅된다. 슬러리는 드롭 다이 코팅, 롤 코팅, 나이프 코팅, 커튼 코팅, 진공 다이 코팅 또는 다이 코팅과 같은 여러가지 기술중 임의의 기술에 의해 공구 상에 코팅될 수 있다. 다시, 점성을 저하시키기 위해 코팅 이전에 슬러리를 가열하거나 및/또는 슬러리에 초음파를 적용시킬 수 있다. 코팅 중에 기포의 형성은 최소화되어야 한다. 이후, 연마제 슬러리를 함유하는 제조 공구 및 기재는, 슬러리가 기재의 앞면을 적시도록 닙 롤(56)에 의해 접촉된다. 다음으로, 슬러리 중의 결합제 전구물질은 에너지 공급원(57)에 의해 노출됨으로써 적어도 부분적으로 경화된다. 이 적어도 부분적인 경화 이후에, 슬러리는 연마 복합체(59)로 변환되어 기재에 결합 또는 접합된다. 그 결과적인 연마 물품은 닙 롤(58)에 의해 제조 공구로부터 제거되고, 되감기 스테이션(60)에 감긴다. 선택적으로, 제조 공구는 전구물질이 조금이라도 경화되기 전에 결합제 전구물질로부터 제거될 수 있다. 제조 공구의 제거 이후, 전구물질은 경화될 수 있다. 어느 경우에나, 에너지 공급원은 열 에너지 또는 방사 에너지일 수 있다. 에너지 공급원이 자외선 또는 가시광선이면, 기재는 자외선 또는 가시광 선에 대해 투과적인 것이 바람직하다. 그러한 기재의 일 예는 폴리에스테르 기재이다.

슬러리는 기재의 앞면에 직접 코팅될 수 있다. 슬러리 코팅된 기재는 이후 슬러리가 제조 공구의 공동 내를 적시도록 제조 공구와 접촉된다. 연마 물품을 제조하기 위한 나머지 단계는 전술한 것과 동일하다.

<가공대상물 표면 다듬질 방법>

본 발명의 다른 태양은 금속 또는 기타 재료의 표면을 연마하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 본 발명의 연마 물품을, 금속면을 갖는 가공대상물과 마찰 접촉시키는 것을 포함한다. "연마(abrading)"라는 용어는 금속 가공대상물의 일 부분이 연마 물품에 의해 절삭 또는 제거됨을 의미한다. 또한, 가공대상물 표면과 연관된 표면 조도는 통상 이 다듬질 처리 이후에 감소된다. 하나의 통상적인 표면 조도 측정 단위는 Ra이며, Ra는 일반적으로 마이크로인치 또는 마이크로미터로 측정되는 산술 표면 조도이다. 표면 조도는 Perthometer 또는 Surtonic과 같은 프로필러미터(profilometer)에 의해 측정될 수 있다.

<가공대상물>

금속 가공대상물은 연강(mild steel), 스테인레스 강, 티타늄, 금속 합금, 신종(exotic) 금속 합금 등과 같은 임의 형태의 금속일 수 있다. 가공대상물은 평탄할 수 있거나, 또는 그와 연관된 형상 또는 윤곽을 가질 수 있다.

적용에 따라서, 연마 경계면에서의 힘은 대략 0.1kg 내지 1000kg 이상의 범위에 있을 수 있다. 일반적으로 이 범위는 연마 경계면에서 1kg 내지 500kg 사이 에 있다. 또한, 적용에 따라서는, 연마 중에 액체가 존재할 수도 있다. 이 액체는 물 및/또는 유기 화합물일 수 있다. 통상적인 유기 화합물의 예로는 윤활제, 오일, 유화(emulsified) 유기 화합물, 절삭액, 비누 등이 포함된다. 이들 액체는 또한 탈포제(defoamers), 탈지제(degreasers), 부식방지제 등의 다른 첨가제를 포함할 수도 있다. 연마 물품은 사용 중에 연마 경계면에서 진동할 수도 있다. 일부 예에서, 이러한 진동은 연마되는 가공대상물에 보다 미세한 표면을 제공할 수 있다.

본 발명의 연마 물품은 손에 의해서, 또는 기계와 조합하여 사용될 수 있다. 연마 물품과 가공대상물의 적어도 하나 또는 양자는 연삭 도중에 다른 하나에 대해 이동된다. 연마 물품은 벨트, 테이프 롤, 디스크, 시트 등으로 변형될 수 있다. 벨트 적용을 위해서, 연마 시트의 두 자유 단부가 상호 접합되고, 접합부가 형성된다. 1992년 7월 24일자로 출원되고 공동 계류중인 본 출원인의 미국 특허출원 제07/919,541호에 개시된 것과 같은 무접합부(spliceless) 벨트를 사용하는 것도 본 발명의 범위에 포함된다. 일반적으로 무단 연마 벨트는 적어도 하나의 아이들러 롤과, 압반(platen) 또는 접촉 휠 위를 가로지른다. 압반 또는 접촉 휠의 경도는, 소망의 절삭율 및 가공대상물 표면 조도를 얻기 위해 조정된다. 연마 벨트 속도는 소망의 절삭율 및 표면 조도에 따라 달라진다. 벨트 치수는 대략 5mm 내지 1,000mm의 폭과 대략 5mm 내지 10,000mm 길이의 범위를 가질 수 있다. 연마 테이프는 연속적인 길이의 연마 물품이다. 연마 테이프의 폭은 대략 1mm 내지 1,000mm, 일반적으로 5mm 내지 250mm일 수 있다. 연마 테이프는 대개 풀려나서, 테이프를 가공대상물에 대해 밀어붙이는 지지 패드 위를 가로지르며, 이후 되감긴다. 연마 테이프는 연마 경계면을 통해서 연속적으로 공급될 수 있고, 인덱싱될 수 있다. 연마 디스크의 직경은 대략 50mm 내지 1,000mm의 범위에 있을 수 있다. 통상적으로 연마 디스크는 부착 수단에 의해 백업 패드에 고정된다. 이들 연마 디스크는 100 내지 20,000rpm으로, 통상은 1,000 내지 15,000rpm으로 회전할 수 있다.

<기하학적 형상>

도1 내지 1b를 참조하면, 연마 물품(120)의 일 실시예의 일부가 도시되어 있다. 연마 물품(120)은 기재(190)를 구비한다. 기재(190)는 다른 형상 및 형태도 가능하지만 통상은 벨트이다. 기재(190)가 벨트인 경우, 이는 상호 직교하여 배치되는 가공 방향 및 가로 방향을 통상 구비한다.

기재(190)는 미세복제된 특징형상부(120)의 어레이(110)에 연결된다. 통상적으로, 특징형상부(120)는 기재(190) 상에 어레이(110)로 배열된다. 어레이(110)는 통상 연마 물품(100)의 가공 방향에 대해 일정 각도로 또는 편향되어 배향된다.

어레이(110)는 복수의 특징형상부(120)를 구비한다. 도시된 실시예에서, 각각의 특징형상부는 베이스(124)와 보디(126)를 갖는다. 베이스(124)는 평행사변형인 것이 바람직하며, 특정 적용이 요구하는 다른 형상일 수도 있다. 베이스(124)는 기재(190)에 인접하거나 근접하고 있다. 도시된 실시예에서, 각각의 특징형상부(120)는, 베이스로부터 돌출하는 네 개의 측벽(131, 132, 133, 134) 또는 표면에 의해 형성되고 다면체(polyhedron)를 형성하는 보디(126)를 구비한다. 도시된 예 의 특징형상부는 네 측벽을 구비하지만, 특정 적용에 따라서 그 이상 또는 이하일 수 있다. 다면체는 임의의 형상일 수 있지만, 통상 피라미드 또는 프리즘 형상이다.

각각의 특징형상부(120)는 베이스(124)로부터 연장되는 포물선 섹션에 의해 형성되는 적어도 하나의 측벽(124)을 구비한다. 네 측벽을 갖는 특징형상부(120)에서는, 각 측벽이 후술하듯이 포물선 함수에 의해 정해지는 것이 바람직하다. 도시된 실시예에서, 네 표면(131, 132, 133, 134)은 절삭 포인트 또는 투쓰(tooth)를 형성하는 공통 정점(122)에서 교차한다.

도1b를 참조하면, 그 상부 섹션이 제거된 특징형상부(120)가 도시되어 있다. 베이스에 평행한 평면의 단면적(Ac)은 베이스로부터 측정되는 절삭평면의 높이에 비례하여 변화한다. 특징형상부의 단면적(Ac)의 이러한 선형 변화는, 연마 물품의 수명에 대해 측정했을 때, 직선 측벽을 갖는 특징형상부에 비해 평탄한 절삭율을 허용한다.

도2를 참조하면, 복수의 특징형상부(220)를 갖는 연마 물품(200)이 도시되어 있다. 특징형상부(220)는 물품(200) 상에 어레이(210)를 형성한다. 통상적으로, 각각의 개별 특징형상부(220)는, 일부 실시예에서 대략 20 내지 40mil(0.51 내지 1.02mm)의 동일한 정점(222)을 갖는다. 도시된 실시예에서, 일부 특징형상부(220)는 상이한 베이스(224) 크기를 갖는다. 어레이에서의 각 특징형상부의 베이스 크기는 동일하거나 상이할 수 있으며, 특징형상부 크기의 특정 조합은 특정한 적용에 종속될 것이다. 그러한 특징의 선택은 당업자의 마음에 달려있다.

도4를 참조하면, 측벽의 포물선 프로파일을 도시하는 그래프가 도시되어 있다. 도시된 그래프는 (베이스에서 가장 먼 지점에서 측정되는) 정점 높이(Ho)와, 베이스 폭(Wo)을 갖는 특징형상부에 대해 축척(scale) 도시한 것이다. 포물선 프로파일을 형성하는 점들의 궤적은 방정식1에 의해 발생한다:

(x/Wo)^2 = l-(y/Ho) 방정식1

방정식1에 의해 정해지는 측벽을 갖는 특징형상부는 상호 병렬배치된 두 개의 직교 프로파일에 의해 한정되는 점들의 궤적에 의해 형성될 것이다. 특징형상부의 외표면은 이후 다양한 측벽 프로파일의 교차부와 베이스 사이에 형성되는 체적을 유지할 것이다. 도시를 위해, 도1을 다시 참조하면, 대향 측벽(131, 133)은 정점의 소정 높이로 축척된, 방정식1에 의해 한정될 것이다. 대향 측벽(132, 134)은 동일 방정식에 의해 한정될 것이며, 측벽(132, 134)에 의해 형성되는 표면만이 측벽(131, 133)에 의해 형성된 표면에 대해 직교하여 배향될 것이다. 그 결과적인 특징형상부는 포물선 형성된 측벽의 교차부와 베이스 사이에 포함되는 전체 체적을 포함할 것이다. 일부 실시예에서, 측벽들은 함수적으로 매끄럽지는(연속적이지는) 않지만, 일련의 상호연결된 선분에 의해 형성된다.

일 실시예에서, 각각의 특징형상부는 상호 직교 배치되는 두 세트의 대향 측벽을 구비하며, 각 세트의 대향 측벽은 도4에 도시하듯이, 연속적인 포물선 함수에 의해 형성된다. 그러나, 그러한 특징형상부는 경사가 제로인 상부를 가질 것이며, 그 결과 라운드형 정점이 형성된다. 다른 실시예에서는, 낮은 압력으로 보다 양호한 초기 절삭을 얻기 위해 투쓰 또는 절삭 에지가 형성된다. 그러한 경우에, (베 이스로부터 측정되는) 특징형상부의 단면적은 베이스로부터 측정했을 때, 특징형상부 높이의 대략 90퍼센트까지 높이에 따라 선형적으로 변화될 것이다.

이전 단락에서 기술된 바와 같은 특징형상부는 부분 포물선 프로파일을 갖는 섹션들에 의해 형성되는 측벽을 사용하여 형성될 수 있다. 다시 도4를 참조하면, 포물선 섹션을 형성하는 점들의 궤적(410)은 네 부분으로 구분될 수 있다. 대향 섹션(412, 414)은 그래프(400)의 원점을 향해 각각 X2, X1 만큼씩 시프트될 수 있다. 이는 포물선 함수에 의해 형성되는 대향 측벽에 대한 프로파일을 형성하는 동시에, 특징형상부의 정점에 날카로운 절삭 에지를 생성할 것이다. 그러한 프로파일의 일 예가 도5에 도시되어 있다. 프로파일은 14mil(0.36mm)의 높이를 갖는 특징형상부에 대한 대향 측벽용 프로파일(520)을 형성하기 위해 대향 포물선 섹션(512, 514)을 포함한다. 프로파일에는 투쓰 각도(tooth angle)(α)가 형성된다. 투쓰 각도(α)는 각 섹션(512, 514)에 의해 형성되는 개별 투쓰 각도(α1, α2)를 합산함으로써 형성된다. 본원의 내용에서, "투쓰 각도"는 도5에 도시된 것에서 알 수 있듯이, 특징형상부의 최고점(peak)을 그 최외측 베이스 섹션과 연결하는 선 사이에 형성되는 나사산 각도로서 정의된다. 선(L1)과 선(L2)은 최고점에서 교차하며, 각각의 선은 베이스의 최외측 에지로 돌출한다. 각각의 부분 투쓰 각도(α1, α2)는 베이스로부터 최고점(P1)으로 연장되는 수직선으로부터 측정된다.

도시된 실시예에서, α1, α2는 동일하다. 일부 실시예에서, 투쓰 각도(α)는 특정 적용에 따라 그 이상일 수도 그 이하일 수도 있지만 대략 60도 내지 110도 사이에 있다.

다른 실시예에서는, 보디를 형성하기 위해 비대칭 프로파일을 사용하는 특징형상부를 갖는 것이 바람직하다. 도6을 참조하면, 14mil(0.36mm)의 공칭 정점 높이를 갖는 특징형상부에 대한 프로파일(620)이 도시되어 있다. 포물선 섹션(612, 614)이 프로파일을 형성한다. 측벽 섹션들은 각각의 프로파일이 상이한 개별 투쓰 각도(α3, α4)를 갖도록 배열된다. 포물선 궤적은 잘려나가지(truncated) 않았을 때 15.6mil(0.40mm)의 공칭 높이와, 23.75mil(0.60mm)의 공칭 폭을 갖게 될 특징형상부에 대한 섹션(614)을 형성한다. 포물선 궤적은 잘려나가지 않았을 때 23.3mil(0.59mm)의 공칭 높이와, 32mil(0.81mm)의 폭을 갖게 될 특징형상부에 대한 섹션(612)을 형성한다. 섹션(612, 614)을 조합하여 형성된 프로파일(620)은 정점부가 뾰족한 절삭 투쓰를 갖는 특징형상부를 만들어내며, 이는 전술한 특징형상부를 갖는 연마 물품으로 가공대상물을 연마할 때 초기 절삭을 증대시킨다.

비대칭 특징형상부 프로파일(720)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 프로파일(720)은 14mil(0.36mm)의 공칭 정점 높이를 갖는 특징형상부에 대한 것이다. 포물선 섹션(712, 714)이 프로파일을 형성한다. 측벽 섹션들은 각각의 프로파일이 상이한 개별 투쓰 각도(α5, α6)를 갖도록 배열된다. 포물선 궤적은 잘려나가지 않았을 때 15.6mil(0.40mm)의 공칭 높이와, 23.75mil(0.60mm)의 폭을 갖게 될 특징형상부에 대한 섹션(714)을 형성한다. 포물선 궤적은 잘려나가지 않았을 때 15.5mil(0.39mm)의 공칭 높이와, 23.7mil(0.60mm)의 폭을 갖게 될 특징형상부에 대한 섹션(712)을 형성한다. 섹션(712, 714)을 조합하여 형성된 프로파일(720)은 정점부가 뾰족한 절삭 투쓰를 갖는 특징형상부를 만들어내며, 이는 전술한 특징형상 부를 갖는 연마 물품으로 가공대상물을 연마할 때 초기 절삭을 증대시킨다.

본원의 내용을 읽어본 당업자라면 동일하거나 상이한 포물선 프로파일에 의해 형성된 측벽을 갖는 특징형상부가 만들어질 수 있음을 알게 될 것이다. 선택은 연마 물품에 포함될 각 특징형상부에 대한 특정 적용에 따라 달라질 것이다.

예1

도3을 참조하면, 본 발명에 따른 연마 물품(300)이 제조되었다. 이 연마 물품(300)은 기재(도시되지 않음) 상에 배열된 특징형상부(320)의 어레이(310)를 포함하고 있다. 특징형상부(320)는 오프셋되도록 배열되어 있다. 각각의 특징형상부(320)는 기재로부터 가장 멀리 위치하는 그 정점부에서 대략 30mil(0.76mm)의 높이를 갖는다. (측벽(351, 352, 353, 354)에 의해 형성되는 것과 같은) 20mil×20mil(0.51mm×0.51mm)의 베이스를 갖는 특징형상부(356), (측벽(371, 372, 373, 374)에 의해 형성되는 것과 같은) 20mil×30mil(0.51mm×0.76mm)의 베이스를 갖는 특징형상부(376), (측벽(341, 342, 343, 344)에 의해 형성되는 것과 같은) 30mil×30mil(0.76mm×0.76mm)의 베이스를 갖는 특징형상부(346)를 포함하는 다양한 베이스 크기가 사용되었다. 각각의 특징형상부(346, 356, 376)는 포물선 섹션에 의해 형성되는 보디를 구비하였다.

전술한 연마 물품은 먼저, 어레이에 의해 형성되는 화상의 네거티브(陰畵)인 공구를 형성함으로써 제조되었다. 이후 Tatheic/TMPTA 아크릴 수지, KBF4, Irgacure 369, OX-50 실리카와 A174 실란, 및 미네랄로 만들어진 슬러리가 기재 상에 코팅되었다. 기재 및 슬러리는 공구와 접촉하게 되었다. 사용된 기재는 Milliken 제조의 폴리에스테르/면 직물 기재였다. 제품은 이후 경화되고 공구로부터 분리되었다. 당업자라면, 연마 물품에 대해 요구되는 특정한 적용에 따라서, 연마 미네랄 또는 입자, 슬러리, 기재 재료의 여러가지 상이한 조합이 사용될 수 있음을 알 것이다. 또한, 연마 물품은 공구로부터 경화분리될 수 있다.

상기 상세한 설명, 실시예 및 데이터는 본원의 발명의 제조 및 사용에 대해 완전한 설명을 제공하고 있다. 본 발명의 정신 및 범위 내에서 본 발명의 여러가지 실시예가 이루어질 수 있기 때문에, 본 발명은 후술하는 청구범위에 속한다.

Claims (21)

1. 연마 물품용 특징형상부(feature)이며,

   베이스와,

   상기 베이스로부터 연장되고, 각각이 포물선 섹션을 갖는 4 개의 측벽을 포함하는 보디를 포함하고,

   상기 보디의 단면적은 베이스로부터 보디의 높이에 따라서 선형적으로 변화하는 특징형상부.
2. 제1항에 있어서, 상기 측벽이 공통 정점을 갖는 특징형상부.
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