KR100609361B1

KR100609361B1 - 초미세 홈붙이 칩과 초미세 홈붙이 공구

Info

Publication number: KR100609361B1
Application number: KR1019990009749A
Authority: KR
Inventors: 하시모또히로시
Original assignee: 하시모또 히로시
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1999-03-22
Publication date: 2006-08-04
Also published as: DE69928154D1; JPH11267902A; EP0945222A3; US6110030A; EP0945222B1; TW482708B; DE69928154T2; EP0945222A2; KR19990078121A

Abstract

본 발명은 전단(연성) 모드로 가공할 때 홈 내에 보유된 냉각제에 의해 발열을 중지시킴으로써 열 손상을 감소시켜서 양질의 가공면을 얻는 초미세 홈붙이 칩(또는 팁)과 초미세 홈붙이 공구에 관한 것이다. 본 발명은, 다이아몬드, 입방 질화 붕소, 탄화 텅스텐, 초경합금, 고속도 강, 세라믹 등으로 구성된 군으로부터 선택된 경질 재료로 만들어진 팁의 면에 가공면이 형성되도록 복수개의 미세 홈이 형성되고 이로써 홈들에 의해 구획된 각 가공면은 초미세 절삭날을 구성하는 초미세 홈붙이 칩을 포함한다. 또한, 본 발명은 홀더를 구성하는 보드가 초미세 홈붙이 칩을 보유하는, 회전 기부 보드와 적어도 하나의 초미세 홈붙이 칩이 구비된 초미세 홈붙이 공구를 포함한다.

초미세 홈붙이 칩, 초미세 홈붙이 공구, 다이아몬드, 초미세 절삭날, 홈

Description

초미세 홈붙이 칩과 초미세 홈붙이 공구{ULTRA FINE GROOVE CHIP AND ULTRA FINE GROOVE TOOL}

도1은 보트형 초미세 홈붙이 칩(또는 팁)의 개략 사시도.

도2는 도1에 도시된 초미세 절삭날의 정면 상의 부분(S₁)의 확대 개략도.

도3은 도2의 선 X-X를 따라 취한 단면도.

도4는 활형 저부면이 직선인 모서리선을 갖는 평면을 구비하는 도1에 도시된 바와 같은 초미세 홈붙이 칩의 개략 사시도.

도5는 도4에 도시된 초미세 홈붙이 칩의 초미세 절삭날의 정면 상의 부분(S₂)의 확대 개략도.

도6은 하나는 초미세 홈붙이 칩을 가지며 다른 하나는 초미세 홈붙이 칩을 갖지 않는 완전히 동일한 형상의 2개의 단결정 다이아몬드 팁을 이용한 2개의 비교 시험을 도시한 것으로, 도6의 (a)는 측면도, 도6의 (b)는 평면도.

도7은 초미세 홈붙이 칩의 형상을 도시한 것으로, 도7의 (a)는 측면도, 도7의 (b)는 평면도.

도8은 초미세 홈붙이 래핑 공구를 도시한 것으로, 도8의 (a)는 배면도, 도8의 (b)는 전면도.

도9는 다른 초미세 홈붙이 래핑 공구의 형태를 도시하는 개략도.

도10은 또 다른 초미세 홈붙이 공구를 도시하는 개략도.

도11은 도10의 초미세 홈붙이 공구의 배면도.

도12는 누적된 절삭 회수에 따른 실리콘 웨이퍼의 가공 저항의 추이를 도시하는 그래프.

도13은 누적된 절삭 회수에 따른 실리콘 웨이퍼의 표면 거칠기의 추이를 도시하는 그래프.

도14는 다른 초미세 홈붙이 공구의 배면도.

도15는 또 다른 초미세 홈붙이 공구의 배면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 팁

11 : 초미세 홈붙이

12 : 가공면

13 : 초미세 절삭날

본 발명은 전단(연성) 모드로 가공시에 가공면의 열 손상이 적으며 부스러기를 처리하는 데에 있어서 효과적인 초미세 홈붙이 칩(또는 팁)과, 초미세 홈붙이 칩이 구비된 초미세 홈붙이 공구에 관한 것이다.

금속, 결정, 유리 등과 같은 난삭성 경취재(difficult-to-cut brittle hard materials)를 사용할 때, 연삭 저항을 낮은 수준으로 유지하고 열을 통제함으로써 팁의 예리함을 유지하여 가공면의 질을 일정하게 유지하는 것은 매우 중요하다.

특히 경취재는 가공시에 표면이 크랙킹되기 쉬운데, 이는 종종 취성 파괴의 원인이 된다. 경취재의 크랙킹 용이성은 절삭날이 큰 공구가 연삭, 절삭 또는 래핑(lapping) 공정에 사용될 때 더욱 현저하게 드러난다. 또한, 재료의 파괴는 "취성 모드"에서 더 많이 발생하는데, 취성 모드라 함은 본 명세서 전반에 걸쳐 유리가 거친 사포로 문질러졌을 때 하얀 분말이 생성되면서 그 면 상에 생성된 크랙에 의해 불투명해지는 경우에 종종 보여지는 바와 같이 경취재의 표면이 크랙으로 덮인 상태를 의미한다.

일반적으로 경취재를 연삭하는 경우에, 취성 모드 연삭에 의해 생성되는 부스러기는 거칠고, 전단 모드에 의해 생성되는 부스러기는 곱고 고른 형상을 갖는 경향이 있다. 여기서, "전단 모드"(또는 연성 모드)는 본 명세서 전반에 걸쳐 다음과 같은 상태를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 전술한 바와 같이 예컨대 유리가 거칠은 사포에 의해 마찰되면 하얀 분말을 생성하고 그 표면 상의 크랙들에 의해 불투명하게 변한다. 한편, 고운 사포에 의해 매우 작은 압력 하에서 마찰되는 경우에는 하얀 분말이 생성되지 않고 크랙킹도 일어나지 않는다. 이와 같이 유리 표면에 크랙킹이 없는 상태가 전단 모드로 일컬어지는 바, 초기의 유리의 투명성은 대부분 유리가 매우 작은 압력 하에서 매우 고운 사포에 의해 래핑된 후에도 유지된다.

연삭, 래핑, 연마 또는 절삭과 같은 가공 공정의 피삭재에 사용되는 공구의 예로는 성능, 내구성, 정밀한 마무리 등의 우수한 특성 때문에 다이아몬드 연삭 휠이 알려져 있다.

1) 연삭

다음과 같은 종류 (1) 내지 (3)의 다이아몬드 연삭 휠이 알려져 있다.

(1) 다이아몬드 연마제들이 니켈 도금에 의해 부착된 전기 도금된 연삭 휠(제1 종류의 다이아몬드 연삭 휠),

(2) 다이아몬드 연마제들이 초기에는 니켈 도금에 의해 기부면 상에 접합된 후에 연마제 상부를 균일하게 하기 위해 반전되는 연삭 휠(제2 종류의 다이아몬드 연삭 휠) 및

(3) 미세한 다이아몬드 연마제와 탄성의 합성 수지 또는 금속의 혼합물을 소결시킴으로써 형성되고, 전단 모드로 경취재를 연삭하는 데 특히 적합한 연삭 휠(제3 종류의 다이아몬드 연삭 휠).

그러나, 관련 분야의 상기한 다이아몬드 연삭 휠은 각각 다음과 같은 문제점을 갖는다.

즉, 제1 종류의 다이아몬드 연삭 휠은 다음과 같은 문제점이 있다. (1) 다이아몬드 연마제들의 크기가 고르지 못하므로 표면 거칠기를 낮추는 데 있어서 한계가 있고, (2) 각 연마제의 결정 방위의 불규칙성에 기인하여 연삭량과 다이아몬드 연마제들 간의 분쇄 상태가 서로 상이하므로 표면 거칠기를 낮추는 데 있어서 한계가 있다.

제2 종류의 다이아몬드 연삭 휠은 다음과 같은 문제점이 있다. (1) 반전에 의해 다이아몬드 연마제의 상부를 균일하게 하기 위한 제조 공정이 복잡하고, (2) 각 연마제의 결정 방위가 고르지 못하므로 연삭량과 다이아몬드 연마제들 간의 분쇄 상태가 상이하고, (3) 다이아몬드 연마제의 밀도를 제어하기가 어렵다.

마지막으로, 제3 종류의 다이아몬드 연삭 휠은 다음과 같은 문제점이 있다. (1) 다이아몬드 연마제가 매우 미세하기 때문에 단위 시간당 제거되는 재료의 제거량이 적고, (2) 연마제가 이탈하는 것에 기인하여 피삭면 상에 스크래치가 생기며, (3) 연삭 공정 중에 연삭 휠의 로딩 및 글레이징에 의해 연삭력이 떨어지고, 연삭 공정 중에 발생하는 연삭 열에 기인하여 피삭면 상에 연삭 연소가 발생하며, (4) 소결된 제품이기 때문에 연삭 성능, 조절 및 마무리 효율이 변경될 수 있다.

2) 절삭

종래에는 절삭 공구로서 각종 재료와 형상이 채용되었고 이와 같은 사실은 제조 역사로부터 분명하다. 그러나, 난삭재가 금속이냐 경취재이냐에 무관하게 난삭재를 절삭할 때 대형 팁을 사용하면 발열이 수반된다. 결과적으로, 불가피한 마모에 기인한 형상 정밀성의 열화를 피할 수 없었다.

3) 래핑

래핑은 일정 압력 가공인데 반해, 연삭은 일정 공급 가공이라는 점에서 차이가 있다. 그러므로, 종래로부터 래핑 공구의 제조 방법은 연삭 공구와 동일하다.

그러므로, 본 발명의 목적은 가공 중에 홈 내에 보유된 냉각제(또는 가공 유 체)가 발열을 중지시킴으로써 열 손상을 감소시키는 초미세 홈붙이 칩(또는 팁)을 제공하는 것이다. 이것의 장점은 난삭재를 전단 모드(shear mode)(또는 연성 모드(ductile mode))로 가공할 때 특히 현저하게 나타난다.

본 발명의 다른 목적은 피삭재로부터 제거된 부스러기가 표면 상의 홈 내에 있게 하여 피삭재를 방해하지 않게 함으로써 가공 효율을 높이는 초미세 홈붙이 칩을 제공하는 것이다.

본 명의 또 다른 목적은 연삭 저항을 작고 일정하게 하여 가공 효율과 정밀도가 높은 가공을 실현할 수 있는 초미세 홈붙이 칩을 제공하기 위한 것이다.

본 발명자는 경질 재료로 만들어진 팁이 이와 같은 목적에 부합할 수 있음을 알게 되었으며, 이러한 경질 재료는 다이아몬드, 입방 질화 붕소(CBN), 탄화 텅스텐, 초경합금, 고속도 강, 세라믹 등으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있고, 가공면을 형성하도록 팁의 면에 복수개의 미세 홈이 형성되고, 홈들에 의해 분리된 각 가공면은 초미세 절삭날을 구성한다. 본 발명은 상기의 발견에 기초한다. 또한, 본 발명에 따른 공구는 연삭을 위해 피삭재에 하중을 가할 필요가 없다. 종래의 연삭 방법은 로딩 제한식 연삭으로서 작동하였으나, 본 발명에 따른 방법은 절삭 깊이 제한식 연삭으로서 작동한다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 초미세 홈붙이 칩(또는 팁)에 있어서, 다이아몬드, 입방 질화 붕소, 탄화 텅스텐, 초경합금, 고속도 강, 세라믹 등으로 구성된 군으로부터 선택된 경질 재료로 만들어진 팁은 그 면에 가공면을 형성하도록 복수개의 미세 홈이 형성되고, 상기 홈들에 의해 분리된 각 가공면은 초미세 절삭날을 구성하는 초미세 홈붙이 칩(또는 팁)이 제공된다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 회전 가능한 기부 보드와 적어도 하나의 초미세 홈붙이 팁이 구비된 초미세 홈붙이 공구에 있어서, 상기 보드는 홀더로서 초미세 홈붙이 칩을 보유하고 다이아몬드, 입방 질화 붕소, 탄화 텅스텐, 초경합금, 고속도 강, 세라믹 등으로 구성된 군으로부터 선택된 경질 재료로 만들어진 팁은 그 면에 가공면을 형성하도록 복수개의 미세 홈이 형성되고, 상기 홈들에 의해 분리된 각 가공면은 초미세 절삭날을 구성하는 초미세 홈붙이 공구가 제공된다.

본 발명의 특징, 원리 및 용도는 첨부된 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 읽으면 보다 분명해질 것이다.

본 발명에 따른 초미세 홈붙이 칩(또는 팁)은 그 가공면에 홈이 형성되어 홈의 모서리가 네가티브 절삭날을 형성한다. 가공면 상의 홈들은 복수개의 절삭날을 형성하고, 이에 표면적당 절삭날의 수는 증가되고 각 절삭날에 할당되는 가공량은 감소된다.

가공 유체가 홈으로 안내되고 그 안에 보유되어 발열을 중지시키므로 가공 중에 열 손상이 최소화된다. 제거된 부스러기가 가공면의 홈 내에 제한되므로 부스러기가 피삭재를 방해하는 일은 최소화된다.

작고 일정한 연삭 저항은 전단 모드 공정을 가능하게 하여 고정밀도의 가공면을 실현한다. 가공면 상의 홈이 0.001 ㎛ 이상의 깊이를 갖는 것이 바람직하며 초미세 절삭날의 연삭력이 저항(연삭 저항, 절삭 저항, 래핑 저항)과는 무관하게 일정 수준으로 유지될 수 있다. 또한, 냉각제(연삭 유체, 절삭 유체, 연마 유체)가 매끄럽게 유동하고 부스러기가 원활하게 제거되도록 깊이는 적어도 0.01 ㎛인 것이 중요하다.

가공면 상에 형성된 각 모서리의 초미세 절삭날은 전단 모드 표면을 얻기 위한 조건을 만족시킬 수 있을 만큼 충분히 작은 부스러기를 생성할 수 있다. 또한, 영역의 면적은 일정한 연삭력의 유지 및 피삭재와의 마찰에 의한 과열을 좌우한다. 절삭날의 면적이 0.000001 ㎛² 미만이면, 초미세 절삭날의 연삭력은 급격히 떨어지고 적정 연삭력이 더 이상 유지될 수 없다. 한편, 면적이 100,000 ㎛² 이상이면, 초미세 절삭날이 단시간 내에 열화되어 가공면(가공 층)을 지나치게 연삭하여 표면 정밀도가 불충분하게 된다. 그러므로, 각 절삭날의 적정 면적은 0.000001 내지 100,000 ㎛² 의 범위 내에 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 초미세 홈붙이 칩과 그 실시예들을 설명하기로 한다.

실시예 1

우선, 도1 내지 도3에 도시된 제1 실시예에 대해 설명하기로 한다.

도1은 본 발명에 따른 보트형 초미세 홈붙이 칩의 개략 사시도이고, 도2는 도1에 도시된 초미세 홈붙이 칩의 정면의 부분(S₁)의 확대 개략도이며, 도3은 도1의 선 X-X를 따라 취한 단면도이다.

이들 도면에서, 초미세 홈붙이 칩(1)은 팁(10)을 포함하고, 그 면은 레이저 또는 전기적 에너지를 가하거나 화학 증착법 또는 기계 가공함으로써 규칙적으로 형성되어 가공면(12)을 형성하는 복수개의 초미세 홈(11)을 가지며, 홈들에 의해 분리되는 각 가공면은 초미세 절삭날(13)을 구성한다. 초미세 절삭날(13)을 이용함으로써, 재료가 작은 저항으로도 연삭될 수 있으며, 이러한 작고 일정한 저항뿐 아니라 보증된 전단 모드 가공은 가공면의 우수한 정밀도로 이어진다.

미세 홈(11)들에 의해 안내되어 그 안에 보유되는 가공 유체가 발열을 중지시키므로 가공 중의 열 손상은 최소화된다. 제거된 부스러기들이 가공면(12)의 미세 홈(11)들 내에 제한되므로 부스러기가 피삭재를 방해하는 일은 최소화된다. 초미세 절삭날(13)의 연삭력이 저항(연삭 저항, 절삭 저항, 래핑 저항)과는 무관하게 일정한 수준으로 유지될 수 있도록 가공면(12) 상의 미세 홈(11)들은 0.001 ㎛ 이상의 깊이를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 냉각제(가공 유체, 절삭 유체, 래핑 유체)의 매끄러운 유동 및 부스러기의 원활한 제거를 보장하기 위해 홈(11)의 깊이("d")가 적어도 0.01 ㎛인 것이 중요하다.

가공면(12) 상에 형성된 각 초미세 절삭날(13)의 영역(S₁, S₂, S₃, S₄, …)은 일정한 연삭력의 유지 및 피삭재와의 마찰에 의해 발생되는 과열을 좌우한다. 초미세 절삭날(13)의 영역이 0.000001 ㎛² 이하이면, 그 연삭력은 급격히 떨어지고 적정 수준으로 더 이상 유지될 수 없다. 한편, 초미세 절삭날(13)의 영역이 100,000 ㎛² 이상이면, 초미세 절삭날(13)은 단시간 내에 열화되어, 연삭 정밀성이 불충분하게 된다. 그러므로, 각 절삭날의 적정 면적은 0.000001 내지 100,000 ㎛² 의 범위 내에 있다.

도1에 도시된 초미세 홈붙이 칩(1)은 각각 평면 또는 곡면으로 형성된, 측면(12₁과 12₂), 저부면(12₃) 및 활형 저부면(12₄)으로 구성된 가공면(12)을 갖는다. 또한, 가공면(12)이 곡면들로만 구성될 수도 있다.

도3에 있어서, 미세 홈(11)들은 0.001 ㎛ 내지 1 ㎜의 범위 내의 피치("p")와 0.01 ㎛ 이상의 폭("w")을 갖도록 형성된다.

전술한 바와 같이, 다양한 재료와 형상이 절삭 공구로서 사용되었으나 금속이냐 경취재이냐에 무관하게 난삭재에 대형 팁을 사용하면 발열이 수반된다. 그 결과, 불가피한 마모에 기인한 형상 정밀성의 열화를 피할 수 없었다. 상기의 문제점을 해결하는 데 있어서 본 발명에 따른 초미세 홈붙이 칩은 매우 효과적이다.

실시예 2

제2 실시예를 도4, 도5, 도6의 (a)와 (b), 및 도7의 (a)와 (b)를 참조하여 설명한다. 도4는 도1에 도시된 바와 같은 초미세 홈붙이 칩의 개략 사시도로서, 활형 저부면(12₄)은 그 모서리선이 직선인 평면을 갖는다. 도1과 도4에 도시된 바와 같은 초미세 홈붙이 칩은 정면 절삭, 원통 절삭, 플라이 절삭기 상의 평삭 및 회전 기계 등의 절삭날로서 사용될 수 있다. 또한 초미세 홈붙이 칩은 도10, 도11, 도14 및 도15에 도시된 바와 같은 컵 휠(이후에 참조함)에 뿐만 아니라 평면 컵 휠과 같은 다른 휠의 연삭날로서도 사용될 수 있다.

도5는 도4에 도시된 초미세 홈붙이 칩의 초미세 절삭날의 정면 상의 부분(S₂)의 확대 개략도이다. 도2에 도시된 초미세 홈붙이 칩의 배열이 규칙적인 데 반해, 도5는 불규칙적이다. 재료와 연삭 조건에 따라, 불규칙적인 배열이 때로는 냉각 및 부스러기의 제거면에서 우수한 효과를 발휘한다.

다음은 정확히 동일한 형상을 갖지만 그 중 하나는 초미세 홈붙이 칩을 구비하고 다른 하나는 구비하지 않는 2개의 단결정 다이아몬드 팁을 이용하는 비교례(도6의 (a)와 (b) 참조)에 관한 것이며, 그 시험 결과는 아래와 같다. 피삭재는 BK7 유리이고 공급 속도는 25 ㎜/min으로 설정되었다.

초미세 홈붙이 칩이 구비된 것을 먼저 설명하면, 피삭면은 전체가 1500 rpm의 가공 속도로 완전 취성 모드이다. 3000 rpm에서는 약간의 연성 모드가 관찰된다.

회전 속도가 4500 rpm에서 6000 rpm으로 점증하면, 연성 모드 면적 또한 증가한다. 이는 초미세 절삭날당 제거되는 재료량이 줄어들게 한다. 홈 내에 공급되는 냉각제에 의한 냉각 효과는 높은 회전 속도에서도 정상적인 연삭 조건이 유지될 수 있도록 기여한다.

다른 시험에서는, 동일한 형상이지만 초미세 홈붙이 칩이 없는 팁을 사용하는 동일한 연삭 조건 하에서, 동일한 재료의 전체 표면은 회전 속도가 증가함에도 불구하고 계속 취성 모드를 나타낸다. 상기한 시험의 결과 또한 초미세 홈붙이 칩의 현저한 이점을 보여준다.

전술한 바와 같이, 래핑 공구의 제조 방법은 연삭 공구의 제조 방법과 동일하므로 해결해야 할 단점 및 문제점도 동일하게 된다. 따라서, 초미세 홈붙이 칩이 구비된 초미세 홈붙이 공구를 사용하면 다음과 같은 이점이 있다. (1) 연마제 밀도 또는 이에 상당하는 것의 개선된 분포가 효과적으로 달성된다. (2) 초미세 홈붙이 절삭 칩의 결정 방위를 마모가 적게 되는 방위로 균일하게 할 수 있다. (3) 초미세 홈붙이 칩의 크기와 높이를 고르게 할 수 있고 이는 연마제의 크기와 돌출 높이의 균일성에 상당한다.

전술한 바와 같은 설계에 따르면, 래핑 공구는 레이저, 전기 에너지, 화학 증착 및 기계 가공 등과 같은 방법에 의해 제조될 수 있다. 이와 같은 공구는 개선된 래핑 효율, 개선된 표면 거칠기, 연삭되는 층의 감소와 같은 효과를 갖는다.

실시예 3

도8의 (a)는 초미세 홈붙이 래핑 공구의 배면도이고, 도8의 (b)는 초미세 홈붙이 래핑 공구의 전면도이다. 초미세 홈붙이 칩은 펠렛의 하부면 상에 초미세 절삭날(S₃)이 형성되도록 디스크 상에 배열된다. 초미세 절삭날(S₃)의 확대도는 도2와 도5에 도시된 것들과 동일하다. 도8의 (a)와 (b)에 도시된 펠렛의 형상은 원통형이지만, 하부면에 초미세 절삭날이 형성된 4변형, 타원형, 다각형 등의 다른 지주 형상이 사용될 수도 있다. 또한, 펠렛은 도1과 도4에 도시된 바와 같이 회전 방향으로 진행하는 보트형 초미세 홈붙이 칩의 활형부를 갖도록 배열될 수도 있다.

도9는 다른 초미세 홈붙이 래핑 공구의 형태를 도시하는 개략도이다. 본 실 시예는 한 쌍의 초미세 홈붙이 래핑 공구가 동시에 하나의 피삭재의 각 면을 가공하는 장치를 도시한다. 초미세 절삭날 및 초미세 홈붙이 칩의 사양은 연삭에서 설명한 바와 동일하다.

실시예 4

도10은 또 다른 초미세 홈붙이 공구를 도시하는 단면도이고, 도11은 도10의 초미세 홈붙이 공구의 배면도이다. 본 실시예는 다이아몬드로 만들어진 초미세 홈붙이 칩이 동심원을 따라 배열된 초미세 홈붙이 공구의 장치를 도시한다. 종래의 다이아몬드 공구와의 비교 시험 결과가 아래와 같은 양자 간의 차이점을 보여준다.

도6의 (a)와 (b)에서 설명한 바와 동일한 방법으로 시험편으로서의 단결정 실리콘 웨이퍼 상에 시험이 수행되었다. 그러나, 공급 속도는 분당 100 ㎜로 설정되었다. 공구는 2000 rpm으로 회전되며 절삭 깊이는 2 ㎛로 설정된다.

도12는 누적된 회수에 따른 실리콘 웨이퍼의 연삭 저항의 추이를 도시한 그래프이다. 즉, 그래프는 가공 중에 변화하는 연삭 저항의 추이를 도시한다. 종래의 공구는 발열 및 부스러기의 로딩에 의한 다이아몬드 연마제의 열화에 기인한 연삭 저항의 점차적인 증가를 보였다. 그러나, 초미세 홈붙이 공구는 이와 같은 문제없이 일정한 연삭 저항을 나타냈다.

도12는 누적된 절삭 회수에 따른 실리콘 웨이퍼의 표면 거칠기의 추이를 도시한 그래프이다. 즉, 그래프는 누적된 재료 제거량에 대응하는 거칠기를 도시한다. 종래 공구의 경우, 다이아몬드 연마제의 불균일한 방위가 고르지 못한 연삭을 초래하였으며, 이는 또한 연마제의 돌출 높이가 수평하지 않게 하였다. 따라서, 누적된 재료 제거량이 증가될수록 거칠기도 증가하였다. 초미세 홈붙이 공구의 경우에는, 모든 초미세 절삭날들은 동일한 방위를 가지며 동일한 초기 돌출 높이를 갖는다. 그러므로 거칠기는 변하지 않는다. 이와 같이, 양자 간의 차이가 분명하다.

실시예 5

도14와 도15는 다른 초미세 홈붙이 공구의 배면도이다. 이들 도면은 각 초미세 절삭날이 직사각형과 삼각형으로 형성되도록 초미세 홈붙이 칩이 배열된 초미세 홈붙이 공구의 장치를 도시한다. 이들은 도10과 도11에 도시된 것들과 거의 동일하지만 초미세 홈붙이 칩의 형상 및 복수개의 동심형 배열에 있어서 차이가 있다. 또한, 초미세 절삭날들은 원형 또는 타원형으로 형성될 수 있다.

본 발명은 전술한 바와 같이 구성될 수 있으며, 가공 재료 및 연삭 조건에 관해서는 다음의 효과를 갖는다.

절삭날의 최적 밀도 분포는 설계 가능하며, 절삭날의 최적 크기와 분포 모드 또한 설계 가능하다. 모든 절삭날이 균일한 방위를 갖는 초미세 홈붙이 칩 또는 공구는 마모 경향이 적은 결정 방위를 선택함으로써 설계될 수 있으며 절삭날의 초기 돌출 높이를 수평하게 할 수 있다. 연삭시에 발생되는 열은 홈 내에 보유되는 가공 유체에 의해 중지되므로 절삭날의 열화가 억제된다. 또한, 홈들은 부스러기의 용이한 제거를 촉진하고, 균일한 결정 방위에 의한 절삭날 간의 연삭량의 평준화는 우수한 가공면의 거칠기로 이어진다. 절삭날의 절삭력의 유지는 연삭량의 증 가에도 불구하고 연삭되는 층의 깊이를 낮은 수준으로 유지할 수 있게 한다. 또한, 안정된 연삭은 연삭 정밀성을 고도로 유지할 수 있게 하고, 초미세 절삭날의 결정 방위가 고밀도로 균일하게 만들어질 수 있으므로, 연성 모드 가공이 그외의 불가능한 재료에도 가능하다.

Claims

다이아몬드, 입방 질화 붕소, 탄화 텅스텐, 초경합금, 고속도 강, 세라믹 등으로 구성된 군으로부터 선택된 경질 재료로 만들어진 초미세 홈붙이 칩에 있어서,

상기 칩은 그 면에 복수개의 가공면을 형성하도록 다수개의 미세 홈이 형성되고, 상기 홈들은 서로 연통하며, 상기 홈들에 의해 구획된 상기 가공면 각각은 초미세 절삭날을 구성하는 것을 특징으로 하는 초미세 홈붙이 칩.
제1항에 있어서, 상기 칩의 가공면은 평면, 곡면 및 평면과 곡면의 조합 중 하나인 초미세 홈붙이 칩.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 홈들은 0.001 ㎛ 이상의 깊이를 갖는 초미세 홈붙이 칩.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가공면은 0.000001 내지 100,000 ㎛²의 범위의 면적을 갖는 초미세 홈붙이 칩.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 칩의 지주의 가공면은 4변형, 삼각형, 원형 또는 타원형 중 하나로 형성되는 초미세 홈붙이 칩.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 칩은 그 면에 다수의 가공면을 형성하도록 레이저 가공, 기계 가공, 전기 에너지 인가 또는 화학 증착과 같은 수단에 의해 다수의 미세 홈이 형성된 단결정 다이아몬드로 만들어지고, 상기 홈들에 의해 분리된 각 가공면은 초미세 절삭날을 구성하는 초미세 홈붙이 칩.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 칩은 그 면에 다수의 가공면을 형성하도록 레이저 가공, 기계 가공, 전기 에너지 인가 또는 화학 증착과 같은 수단에 의해 다수의 미세 홈이 형성된 입방 질화 붕소, 탄화 텅스텐, 초경합금, 고속도강 또는 세라믹 중 하나로서 만들어지고, 상기 홈들에 의해 분리된 각 가공면은 초미세 절삭날을 구성하는 초미세 홈붙이 칩.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 칩은 그 면에 가공면을 형성하도록 레이저 가공, 기계 가공, 전기 에너지 인가 또는 화학 증착과 같은 수단에 의해 다수의 미세 홈이 균일하게 형성된 다이아몬드로 만들어지고, 상기 홈에 의해 구획되고 매트릭스 형상으로 배열된 복수개의 가공면은 복수개의 초미세 절삭날을 구성하는 초미세 홈붙이 칩.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 칩은 그 면에 가공면을 형성하도록 레이저 가공, 기계 가공, 전기 에너지 인가 또는 화학 증착과 같은 수단에 의해 다수의 미세 홈이 균일하게 형성된 입방 질화 붕소, 탄화 텅스텐, 초경합금, 고속도 강 또는 세라믹 중 하나로서 만들어지고, 상기 홈에 의해 구획되고 매트릭스 형상으로 배열된 복수개의 가공면은 복수개의 초미세 절삭날을 구성하는 초미세 홈붙이 칩.
회전 기부 보드와 하나 이상의 초미세 홈붙이 칩을 포함하는 초미세 홈붙이 공구이며,

홀더로서의 회전 기부 보드는 초미세 홈붙이 칩을 보유하고, 다이아몬드, 입방 질화 붕소, 탄화 텅스텐, 초경합금, 고속도강, 세라믹 등으로 구성되는 군으로부터 선택된 경질 재료로서 만들어진 칩은 그 면에 복수개의 전단 모드 가공면을 형성하도록 다수의 미세 홈이 형성되고, 상기 홈에 의해 분리된 각 가공면은 초미세 절삭날을 구성하는 초미세 홈붙이 공구.
제10항에 있어서, 상기 기부 보드는 원형으로 만들어지고, 균일한 결정학적 방위를 갖는 단결정 다이아몬드로 만들어진 초미세 홈붙이 칩은 열을 이루어 상기 보드에 원형으로 장착되는 초미세 홈붙이 공구.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 다이아몬드 칩은 소결, 증착 또는 도금 방법에 의해 상기 보유 보드에 장착되는 초미세 홈붙이 공구.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 기부 보드는 회전 축선을 가지며 이 축선을 중심으로 회전하도록 장착되고, 상기 가공면은 상이한 반경을 갖는 복수개의 동축 원호에 의해 회전축으로부터 이격된 복수개의 만곡 스트립으로 상기 보드 상에 형성되는 초미세 홈붙이 공구.