KR100793467B1 - 구조화된 다이아몬드형 탄소 코팅을 포함하는 연삭물 및그를 이용하여 기판을 기계적으로 처리하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 갖는 지지부(32)와, 본질적으로 가요성 지지부(32)에 부착된 제1 표면 및 복수의 정밀하게 성형된 돌출부를 포함하는 제2 구조화 표면을 갖는 경화된 결합제 코팅과, 경화된 결합제 코팅의 구조화된 표면의 적어도 일부와 중첩하여 그에 부착된 다이아몬드형 탄소 코팅으로 구성된 연삭 코팅(37)을 포함하는 연삭물(30)을 제공한다. 또한, 본 발명의 연삭물(30)을 사용하여 강성 디스크 또는 강성 디스크 기판(12)을 기계적으로 처리하는 방법이 개시되어 있다.

디스크 기판, 지지부, 연삭물, 결합제 코팅, 스크래치

Description

구조화된 다이아몬드형 탄소 코팅을 포함하는 연삭물 및 그를 이용하여 기판을 기계적으로 처리하는 방법 {Abrasive Article Comprising a Structured Diamond-like Carbon Coating and Method of Using Same to Mechanically Treat a Substrate}

개인용 컴퓨터는 현대의 작업장에서 일반적인 것이 되었다. 많은 개인용 컴퓨터는 강성 메모리 디스크 또는 하드 드라이브를 포함한다. 하드 드라이브는 자기 매체의 기판으로서 강성 금속 또는 비금속 디스크를 포함한다. 한가지 종래 장치에서, 박막 강성 디스크는 알루미늄 기재 상에 니켈 또는 니켈 합금(예를 들어, 니켈/인, Ni-P)의 박막을 무전해 니켈 도금함으로써 제조된다. Ni-P 코팅은 연마되어 매우 미세한 거울형 마무리가 된다. 연마 후에, Ni-P 코팅은 결이 생성된 후에 그 위에 자기 코팅이 도포되어 자기 매체를 형성한다. 그러나, 유리 또는 세라믹 기판과 같은 비금속 기판 또한 강성 메모리 디스크 산업에서 금속 기판 대신에 사용된다. 이러한 비금속 기판에 대하여, 이후의 연마, 결 생성(texturing) 및 자기 코팅 도포 이전에 기판 상으로 도포되는 금속 또는 비금속 코팅이 없다. 게다가, 유리 또는 세라믹 강성 디스크 자체의 표면이 연마되고 결이 생성된 후에, 자기 코팅이 어떠한 금속 또는 비금속 코팅 층이 개재되지 않고 그 위에 직접 도포된다.

본 공정의 결 생성 부분은 강성 디스크의 성능에 있어서 중요하다. 결 생성 은 여러 목적을 달성한다. 예를 들어, 결 생성은 코팅된 디스크의 자기 특성을 개선시킨다. 결 생성 중에 형성된 스크래치들은 자기 도메인 크기를 감소시켜 디스크 저장 용량을 증가시키는 데 있어서 중요하다. 결이 생성된 표면은 또한 (디스크 상에 데이터를 읽고 쓰는) 헤드와 디스크 사이의 정마찰을 감소시킨다. 컴퓨터가 켜져서 전원이 공급되면, 강성 디스크는 회전하기 시작할 것이다. 디스크가 매끄럽고 결이 생성되지 않았다면, 이러한 헤드/디스크 접촉은 디스크가 회전하기 시작하는 것을 어렵게 만든다. 이는 컴퓨터 산업에서 고착/마찰로 알려져 있다. 마지막으로, 결 생성은 디스크가 헤드 아래에서 회전할 때 헤드와 박막 강성 디스크 사이의 공기 역학을 개선시킬 수 있다.

결 생성 공정은 전통적으로 유리 연삭 슬러리(loose abrasive slurry)를 사용함으로써 수행된다. 유리 연삭 슬러리는 필수 깊이를 갖는 날카롭게 형성된 에지를 갖는 대체로 원주 방향의 스크래치들을 제공한다. 그러나, 유리 연삭 슬러리는 여러 단점을 수반한다. 예를 들어, 유리 연삭 슬러리는 대량의 파편 및 폐기물을 생성한다. 결과적으로, 박막 강성 디스크는 결합제 전구체로부터 그들의 표면 상에 남아 있는 잔류물들을 제거하도록 완전하게 세척되어야 한다. 또한, 연삭 슬러리로부터의 연삭 입자는 강성 디스크의 표면 내로 박히고, 이는 현대의 디스크 드라이브에서 사용되는 민감한 MR 헤드에 손상을 끼칠 수 있다. 마지막으로, 유리 결합제 전구체(loose binder precursor)는 또한 결 생성을 위해 사용되는 장비 상에 비교적 다량의 마모를 일으킨다.

유리 연삭 슬러리와 관련된 단점을 극복하기 위하여, 코팅된 연삭 래핑 테잎이 박막 강성 디스크에 결을 생성하기 위해 사용되어 왔다. 그러한 제품의 예는 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 상업적으로 구입 가능한 "IMPERIAL" 래핑 필름(R3 타입)이다. 이러한 래핑 필름은 연삭 코팅 층이 접착되어 있는 중합체 필름 지지부를 포함한다. 연삭 코팅 층은 결합제 내에 분산되어 얇은 층(약 10 내지 15 ㎛)을 형성하도록 중합체 필름 상에 코팅된 매우 미세한 연삭 입자(10 ㎛보다 작은 평균 입자 크기)로 구성된다. 연삭 코팅의 표면 프로파일은 미세한 연삭 입자들 중 몇몇에 의하여 형성된 부분적인 돌출부 이외에는 본질적으로 평평하다. 사용 중에, 래핑 필름은 기판 표면의 일부를 박피하여 기판의 표면에 결을 생성한다. 유사하게, 가와시마 등에게 허여된 미국 특허 제4,974,373호는 래핑, 연마, 결 생성, 그리고 정밀 기계 부품, 언급된 하드 디스크, 자기 헤드, 세라믹, 플라스틱 및 보석의 여러 다른 마무리에 사용하기에 적합한 연삭 공구를 설명한다. 공구는 플라스틱 필름 기재 상에 배치된 연속적인 단일층으로서 결합제 수지 코팅 내에서 서로에 대하여 근접하여 고정되어 있는 연삭 분말 입자로부터 형성된다.

1993년 9월 7일자로 공개된 도쿄 마그네틱 프린팅 씨오. 엘티디(Tokyo Magnetic Printing Co. LTD)의 일본 특허 출원 공개 제5-228,845호는 자기 디스크 기판을 위한 결 생성 연마 필름을 설명하고, 연마 필름은 양호하게는 단일 입자 층으로서 수용성 수지에 의하여 플라스틱 필름 또는 부직포 테잎 상에 보유된 연삭 입자들을 포함한다.

결 생성 중에 박피되어 나온 기판의 부분은 산업에서 부스러기로 알려져 있다. 관례는 밀봉된 지지부 및 비구조화된 연삭 코팅을 갖는 그러한 래핑 필름의 사용 중에 발생된 부스러기가 연삭 코팅과 기판 작업 표면의 경계에 여전히 존재하는 경향이 있다는 것을 보여준다. 그러므로, 래핑 필름이 채용되는 결이 생성된 강성 기판 상의 중요한 지점에 부스러기가 부착되는 몇몇 가능성이 남아 있다. 그러한 특수한 현상은 산업에서 재용착(reweld)으로 알려져 있다. 그러한 중요한 지점들은 사용 중에 컴퓨터 헤드와 충돌하여 충돌의 결과로 데이터 손실 및/또는 헤드 손상을 야기할 수 있으므로 매우 바람직하지 않다.

재용착과 관련된 문제점 이외에도, 래핑 필름은 유리 연삭 슬러리에 의해 생성된 것과 동일하게 날카롭고 그리고/또는 깨끗한 에지를 갖는 스크래치들을 제공할 수 없다. 이러한 낮은 품질의 스크래치 에지는 결 생성 공정을 위하여 래핑 필름을 사용하여 제조된 디스크의 품질을 저하시킬 수 있다.

구조화된 연삭물의 사용은 최근에 설명되었고, 연삭 복합체는 정렬된 개별 연삭 복합체들의 열 형태로 또는 연삭 재료의 길다란 리지들로서 가요성 지지부 상에서 형성된다. 예를 들어, 미국 특허 제5,152,917호[피퍼(Pieper) 등]는 지지부로부터 연장되는 정밀한 3차원 형상부인 연삭 복합체를 구비한 구조화된 연삭물을 개시한다. 리세스 또는 채널이 연삭 복합체 형상부들 사이에 남아서 연삭물로부터의 부스러기의 배출을 용이하고, 이에 의해 부하를 감소시킨다. 피퍼 등은 강성 디스크에 결을 생성하고 그리고/또는 그를 버핑하기 위한 연삭물의 사용을 개시하지 않는다.

또한, 미국 특허 제5,107,626호[무치(Mucci)]는 작업편 표면 상에 정밀한 패턴을 생성하기 위하여 구조화된 연삭물에 의해 작업편을 처리하기 위한 방법을 설명하고, 여기서 작업편은 임의의 고체 재료로서 설명된다. 무치에 의해 주어진 고체 재료의 예는 탄소강, 스테인리스강, 고 니켈 합금 및 티타늄과 같은 금속 및 금속 합금과, 플라스틱, 페인팅된 표면, 세라믹, 목재, 대리석, 석재 등과 같은 다른 이종의 표면을 포함한다. 무치는 피퍼 등과 같이, 강성 디스크에 결을 생성하고 그리고/또는 그를 버핑하기 위한 연삭물의 사용을 보고하지 않는다.

미국 특허 제5,733,178호[오히시(Ohishi)]는 주 표면과 복수의 정밀하게 성형된 3차원 연삭 복합체를 포함하는 연삭 코팅을 갖는 가요성 지지부를 포함하는 구조화된 연삭물을 사용하여 자기 기록 매체 기판에 결을 생성하기 위한 방법을 보고한다. 연삭 복합체는 지지부에 대해 복합체를 부착시키기 위한 수단을 제공하는 결합제 내에 분산된 복수의 연삭 입자를 포함한다.

본 발명은 기판을 기계적으로 처리하기 위한 방법을 제공하고, 방법은,

(a) 강성 디스크 또는 강성 디스크 기판으로 구성된 그룹으로부터 선택된 기계적인 처리를 위한 기판을 제공하는 단계와,

(b) 연삭물을 일정 압력으로 기판과 접촉시키는 단계와,

(c) 기계적인 처리를 제공하기 위하여 기판과 연삭물 중 적어도 하나를 서로에 대해 이동시키는 단계를 포함하고,

연삭물은,

제1 주 표면 및 제2 주 표면을 갖는 지지부와,

본질적으로 가요성 지지부에 부착된 제1 표면 및 복수의 정밀하게 성형된 돌 출부를 포함하는 제2 구조화 표면을 갖는 경화된 결합제 코팅과, 경화된 결합제 코팅의 구조화된 표면의 적어도 일부와 중첩하여 그에 부착된 다이아몬드형 탄소 코팅으로 구성된 연삭 코팅을 포함한다.

본 발명은 기판의 기계적인 처리 방법을 제공하고, 기계적인 처리는 넓게는 결 생성, 버핑 또는 세척의 공정을 포함하는 것으로 사용된다. 본원에서 사용되는 "결 생성"은 강성 디스크 기판에 자기 코팅을 도포하기 전에 강성 디스크 기판 내에 스크래치를 생성하는 공정을 말한다. 본원에서 사용되는 "버핑"은 강성 디스크 또는 강성 디스크 기판의 표면 내에서 돌기들을 제거하는 공정을 말한다. 본원에서 사용되는 "세척"은 강성 디스크 또는 강성 디스크 기판의 표면 외형을 바꾸지 않고서 강성 디스크 또는 강성 디스크 기판의 표면으로부터, 예를 들어 입자형 오염물인 오염물을 제거하는 공정을 말한다.

본 발명의 방법의 일 실시예에서, 기판은 대향하는 주 표면들을 갖는 금속 기재와 주 표면들 중 적어도 하나 상에 형성된 금속 코팅을 포함하는 강성 디스크 기판이다. 다른 실시예에서, 기판은 유리 또는 세라믹을 포함하는 강성 디스크 기판이다. 본 발명의 방법의 다른 실시예에서, 기판은 강성 디스크이다.

다른 실시예에서, 기판은 중심을 갖는 원형이고, 단계 (c)는 기판 내에 대체로 원주 방향의 스크래치들을 형성하기 위하여 중심에 대하여 기판을 회전시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 방법의 다른 실시예에서, 기계적인 처리는 연삭물과 강성 디스크 또는 강성 디스크 기판 사이에 액체를 도입함으로써 액체 환경 내에서 수행된다.

본 발명의 방법의 다른 실시예에서, 연삭물은 기판의 이동 방향에 대체로 직교하는 방향으로 진동한다.

본 발명은 또한 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 갖는 지지부와,

본질적으로 가요성 지지부에 부착된 제1 표면 및 복수의 정밀하게 성형된 돌출부를 포함하는 제2 구조화 표면을 갖는 경화된 결합제 코팅과, 경화된 결합제 코팅의 구조화된 표면의 적어도 일부와 중첩하여 그에 부착된 다이아몬드형 탄소 코팅으로 구성된 연삭 코팅을 포함하는 연삭물을 제공한다.

본 발명의 연삭물의 일 실시예에서, 다이아몬드형 탄소 코팅은 약 5 ㎚ 내지 1 ㎛ 범위의 두께를 갖는다. 다른 실시예에서, 다이아몬드형 탄소 코팅은 약 26 eV보다 큰 플라즈몬 에너지를 갖는다.

다른 실시예에서, 복수의 정밀하게 성형된 돌출부는 입방체, 프리즘, 원추, 절두 원추, 피라미드, 및 절두 피라미드로 구성된 그룹으로부터 선택된 형상을 갖는다.

다른 실시예에서, 지지부는 가공 방향 축과 대향 측면 에지들을 갖고, 각각의 측면 에지는 상기 가공 방향 축에 평행하고, 구조화된 표면은 지지부 상의 고정 위치에 배치된 복수의 평행하고 길다란 리지를 포함하고, 상기 리지들 각각은 약 0°(즉, 측면 에지에 직교) 내지 약 90°(즉, 측면 에지에 평행) 범위의 각도로 제1 측면 에지와 교차한다.

다른 실시예에서, 평행하고 길다란 리지들은 각각 지지부의 측면 에지들 사이로 연속적으로 연장되는 경화된 결합제의 연속적인 돌출부를 포함한다. 다른 실 시예에서, 연속적인 돌출부는 정점과 측면들을 갖는 피라미드 형상이고, 측면들은 상기 정점에서 약 70 내지 약 110°의 사이각을 형성하도록 교차한다. 다른 실시예에서, 리지들은 각각 상기 종방향 축 상에 위치된 횡단 중심들과 정렬된 복수의 분리된 정밀하게 성형된 돌출부를 포함한다.

다른 실시예에서, 지지부는 약 25 내지 125 ㎛ 사이의 두께를 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름이다.

다른 실시예에서, 결합제는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트이다.

도1은 본 발명의 방법에 따라 결이 생성된 금속 코팅 강성 디스크 기판의 평면도이다.

도2는 도1의 선 2-2를 따라 취한 금속 코팅 디스크 기판의 단면도이다.

도3은 본 발명의 연삭물의 일 실시예의 단면도이다.

도4는 본 발명의 연삭물의 다른 실시예의 단면도로 도시된 최근접 단부를 갖는 사시도이다.

도5는 본 발명의 연삭물의 일 실시예의 단면도이다.

도6은 본 발명의 방법에서 사용되는 결 생성 장치의 개략도이다.

본 발명은 강성 디스크 기판의 기계적인 처리에 적합한 연삭물을 제공하고, 또한 자기 매체 디스크(예를 들어, 컴퓨터 디스크)용으로 사용되는 것과 같은 강성 디스크 기판을 기계적으로 처리하는 방법을 제공한다.

본 발명의 방법을 이용하여 강성 디스크 기판을 기계적으로 처리하는 보편적인 공정은 통상 0.75 내지 1.25 ㎜ 사이의 두께를 갖는 강성 디스크 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 기판은 강성 금속 또는 비금속 재료로부터 만들어질 수 있다. 금속 재료는 양호하게는 금속 기재 상에 도포된 금속 또는 금속 합금 코팅을 포함하고, 여기서 금속 기재는 양호하게는 알루미늄 합금이다. 비금속 재료들은 양호하게는 유리 또는 세라믹이다. 이해할 수 있는 것처럼, 본 발명의 "강성 기판"은 보편적으로 단일한 별개의 층 또는 단일품으로 형성된 복수의 별개의 중첩된 층들에 의하여 구성된 원형 디스크의 형상이고, 그 위로 자기 층이 도포 및 부착될 수 있다.

도1에 도시된 강성 디스크 기판을 참조하면, 강성 디스크 기판(10)은 통상 중심 구멍(11)을 구비한 원형 형상이다. 금속 또는 금속 합금 코팅(13)이 디스크형 금속 기재(25)의 적어도 한쪽 표면(12) 위에 도포된다(도2에 도시됨). 금속 코팅은 보편적으로 강성 디스크 기판(10)의 양쪽의 대향 주 표면에 도포된다.

본 발명을 목적으로, 코팅은 때때로 단지 "금속"으로 불릴 것이지만, 이러한 용어는 금속 또는 금속 합금을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 금속은 보편적으로 무전해 니켈 도금에 의하여 도포되지만, 다른 코팅 기술이 채용될 수 있다. 금속 코팅 두께는 통상 5 내지 20 ㎛, 더욱 보편적으로는 약 15 ㎛이다.

코팅 후에, 강성 디스크 기판 표면(12)은 보통 종래의 유리 슬러(loose slurry)에 의하여 연마되어 매우 미세한 마무리가 된다. 유리 연삭 슬러리는 물 또는 유기 용제와 같은 액매(liquid medium) 내에 분산된 복수의 연삭 입자(보편적으로 5 ㎛보다 작은 평균 입자 크기를 가짐)를 포함한다. 유리 결합제 전구체로 연마된 후에, 금속 코팅은 매우 미세한 무작위 스크래치 패턴 또는 배향을 갖는다.

연마 후에, 표면(12) 상의 금속 코팅은 본 발명의 방법에 따라 기계적으로 처리되도록 (즉, 결을 생성하도록) 준비된다. 일 실시예에서, 표면(12) 상의 금속 코팅의 기계적인 처리는 강성 디스크 기판(10)의 중심에 대하여 대체로 원주 방향으로의 스크래치(14)들의 무작위 패턴을 생성한다. 스크래치들은 강성 디스크 기판(10)의 중심과 비동심이지만, 양호하게는 대체로 원주 방향이어서, 여러 지점에서 무작위로 교차하는 스크래치들을 생성한다.

이제 도2의 부분 단면도를 참조하면, 강성 디스크 기판(10)은 양쪽 기판 표면(12, 22) 상에 형성된 마무리된 금속 코팅(13)을 구비한 금속 기재(25)를 포함하지만, 상기 코팅이 단지 한쪽 주 표면(12) 상에 존재할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 스크래치(14)들은 원래 불규칙적이며 높은 영역(24)과 낮은 영역(26)을 포함한다. 스크래치(14)들의 폭과 높이는 균일해야 할 필요는 없지만, 스크래치들은 너무 넓거나 깊지 않아야 한다.

기계적인 처리(즉, 결 생성)는 금속 코팅(13)의 노출된 표면 영역을 증가시킨다. 더 거친 표면은 컴퓨터 헤드와의 고착/마찰을 감소시킬 수 있으며, 대체로 원주 방향인 스크래치 패턴은 데이터 트랙들 사이를 더 잘 분리시킬 수 있으므로 디스크 설계자에 의하여 요구될 수 있다.

도2의 도면이 금속 또는 금속 합금으로 코팅된 금속 기재로 구성된 기판을 포함하지만, 본 발명은 또한 기판의 표면 상에 형성된 금속 또는 금속 합금 박막 코팅을 갖지 않는 유리 또는 세라믹 재료로 만들어진 기판을 기계적으로 처리하는 것을 고려한다는 것을 이해해야 한다. 본 발명의 개념은 플라스틱 기판에 적용될 수 있다는 것 또한 이해해야 한다. 유리 또는 세라믹 기판에 대하여, 유리 또는 세라믹 기판의 원래의 표면은 직접 본 발명의 기계적인 처리 방법을 받을 수 있다. 유리 기판 재료는 알칼리의 규산염과 알칼리 토금속 또는 중금속의 용융 혼합물과 같은 경질의 비정질 유리 재료로 만들어질 수 있다. 세라믹 기판 재료는 점토와 같은 비금속 광물을 성형한 다음 고온에서 소결시킴으로써 만들어진 다양한 경질 재료에 의하여 구성될 수 있다. 이러한 세라믹 재료들은 질화규소, 탄화규소, 지르코늄 및 알루미나와 같은 세라믹 합금을 포함한다.

연삭물:

본 발명은 구조화된 다이아몬드형 탄소(diamond-like carbon: DLC) 코팅을 갖는 연삭물을 제공한다. 본원에서 사용되는 것처럼, "구조화된"은 연삭물의 작업 표면의 외형의 특징을 나타내도록 사용된다. 구조화된 외형은 지지부 상에 소정의 패턴으로 배치된 복수의 정밀하게 성형된 3차원 돌출부를 포함한다.

본 발명에서, 정밀하게 성형된 3차원 돌출부들은 지지부 재료 상에 코팅된 경화된 결합제 재료에 의해 제공되어 제작 공구를 사용하여 원하는 정밀한 3차원 형태로 성형된다. 경화된 결합제의 구조화된 표면의 적어도 일부는 경화된 결합제의 구조화된 표면을 밀접하게 따르는 경질의 다이아몬드형 탄소 코팅으로 덮힌다. 연삭 코팅은 연삭 코팅 내에 종래의 연삭 광물을 포함하지 않고서 원하는 연삭 특성을 제공한다. 이러한 방식으로, 연삭 코팅은 본질적으로 구조화된 표면을 갖는 경화된 결합제 재료와, 경화된 결합제의 구조화된 표면의 적어도 일부 위에 중첩된 다이아몬드형 탄소 코팅으로 구성된다.

본원에서 사용되는 "정밀하게 성형된"이라는 표현(단수 및 복수 형태)은 결합제 전구체가 제작 공구의 공동 내부에 잔류하는 동안 결합제 전구체를 경화시킴으로써 형성된 별개의 식별 가능한 경계를 구비한 형상을 갖는 하나 이상의 돌출부를 나타낸다. 그러한 정밀하게 성형된 돌출부들은 본질적으로 그들이 형성되는 공동과 동일한 형상을 갖는다. 복수의 정밀하게 성형된 돌출부들은 3차원 표면 외형을 제공하고, 여기서 각각의 3차원 형상은 제작 공구의 패턴의 반대인 전체 패턴의 일부로서 지지부의 표면으로부터 외측으로 돌출한다. 이러한 "3차원" 형상들은 적어도 그들의 말단부에서 어레이 내의 다른 돌출부들로부터 분리된 개별 돌출부들과, 보편적으로 직선으로 연장되는 리지인 리지 형상의 돌출부들을 포함한다. 보편적으로, 결합제 재료의 얇은 모노리식 층은 제작 공구로부터 형성된 돌출부들 아래에서 그들 사이로 연장되는 연속적인 랜드를 형성한다.

이와 관련하여, 각각의 돌출부는 정밀하게 성형된 돌출부가 부착되는 지지부와 접하는 기부를 갖는 경계에 의하여 한정된다. 경계의 나머지 부분은 돌출부가 경화되는 제작 공구의 표면 상의 공동에 의하여 한정된다.

일 실시예에서, 돌출부들의 어레이는 인접한 돌출부들 사이의 거리가 어레이에 걸쳐 대체로 동일하다는 측면에서 "무작위가 아닌" 방식으로 배열된다. "인접한" 돌출부들은 그들 사이로 연장되는 직접적인 선을 따라 존재하며 개재된 다른 돌출부를 갖는 않는 것들이다.

도3을 참조하면, 구조화된 연삭물(30)은 복수의 정밀하게 성형된 돌출부(34)들을 그 위에 갖는 지지부(32)를 포함한다. 인접한 돌출부들은 랜드 영역(39)에 의하여 지지부에서 서로로부터 분리된다. 돌출부(34)들은 결합제 전구체를 경화시킴으로써 형성된 결합제 재료(38)로 형성된다. 돌출부(34)들은 구조화된 다이아몬드형 탄소 코팅을 형성하도록 정밀하게 성형된 돌출부들의 형상을 따르는 다이아몬드형 탄소 코팅(37)의 얇은 코팅으로 덮힌다. 다이아몬드형 탄소 코팅(37)의 두께는 보편적으로 결합제 재료의 두께보다 대체로 작다. 도3에서, 돌출부(34)들은 연삭물의 측방향 폭에 횡단하여 배향된 리지의 형상이다. 결합제의 일부는 경화된 후에 지지부(32)의 상부면(33) 위로 연속적으로 연장되는 랜드부(39)를 형성한다. 도3의 실시예에서, 다이아몬드형 탄소 코팅(37)은 정밀하게 성형된 돌출부(34)들과 랜드부(39)들 모두를 덮는다.

도4를 참조하면, 본 발명의 구조화된 연삭물(40)은 돌출부(44)들을 그 위에 갖는 지지부(42)를 포함한다. 돌출부(44)들은 결합제 전구체를 경화시킴으로써 형성된 결합제 재료(48)로 형성된다. 돌출부(44)들은 삼각형 단면을 갖는 길다란 연속적인 리지들을 형성하고, 각각의 리지는 연삭물의 측방향 폭을 가로질러 단속되지 않고 연속적으로 연장된다. 리지들은 연삭물의 측면 에지 및 가공 방향(M)에 대하여 약 0 내지 약 90° 사이의 예각으로 배향된다. 리지들은 연삭물의 측면 윤곽도에서 관찰되는 것처럼, 지지부(42)에서 맞닿도록 하단부에서 만나며 통상 약 30 내지 약 110°의 각(β)을 사이에 형성하는 상부 측면(43, 41)을 갖는다. 돌출부(44)들의 상부 측면(43, 41)들은 다이아몬드형 탄소(45)의 얇은 코팅으로 덮힌 다.

본 발명의 다른 실시예에서, 연삭 리지들은 각각 융기된 결합제 재료의 연속선을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 연삭 리지들은 각각 상기 종방향 축 또는 그의 가상 연장선 상에 위치된 횡단 중심과 정렬된 복수의 분리된 정밀하게 성형된 돌출부를 포함한다. 양호한 실시예에서, 연삭 에지들은 전술한 종방향 선을 따라 단속적으로 이격된 복수의 개별 구성요소로 구성되고, 연삭 구성요소들 각각은 정밀하게 성형되며 결합제 내에 분산된 복수의 연삭 입자를 포함하고, 결합제는 전술한 표면에 연삭 구성요소들을 부착시키는 수단을 제공한다.

도5는 본 발명의 구조화된 연삭물의 다른 실시예의 단면도이다. 연삭물(60)은 전방 표면(63) 및 후방 표면(64)을 구비한 지지부(62)를 포함한다. 지지부(62)의 전방 표면(63)은 경화된 결합제 재료(65)로 형성된 복수의 정밀하게 성형된 피라미드형 돌출부(61)를 보유한다. 복수의 정밀하게 성형된 돌출부(61)들은 지지부(62)의 전방 표면(63) 상에서 소정 배열의 오프셋된 열로 배열된다. 얇은 다이아몬드형 탄소 코팅(67)은 연속적인 코팅을 형성하도록 정밀하게 성형된 돌출부(61)들 위로 도포되어 그에 부착된다.

지지부 재료:

적합한 지지부 재료는 전방 및 후방 표면을 가지며 임의의 종래 시트형 재료일 수 있다. 그러한 지지부들의 예는 중합체 필름, 금속성 필름, 종이, 및 이들의 처리물과 이들의 조합체를 포함한다.

통상, 지지부 두께는 약 12 내지 175 ㎛, 더욱 양호하게는 약 25 내지 125 ㎛, 가장 양호하게는 약 25 내지 75 ㎛의 범위이다. 양호한 지지부 재료들은 평평하고 엠보싱되어 있지 않다. 한가지 양호한 지지부는 양호하게는 결합제 전구체를 도포하기 전에 예를 들어 (폴리)에틸렌 아크릴산으로 프라이밍된 약 25 내지 125 ㎛의 두께를 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름이다. 한가지 양호한 프라이밍된 PET 필름은 버지니아주 호프웰 소재의 듀폰(Dupont)으로부터 "454 PET FILM"이라는 상표로 상업적으로 구입할 수 있다. 다른 유용한 지지부는 "TEJIN SP7"이라는 상표로 조지아주 애틀랜타 소재의 태진 아메리카, 인크.(Teijin America, Inc.)로부터 구입 가능한 상업적으로 구입 가능한 프라이밍된 필름이다. 지지부의 후방면은 구동 장치와의 슬립 저항식 또는 마찰식 결합을 개선시키는 재료의 코팅을 포함할 수 있다. 그러한 코팅의 예는 접착제 내에 분산된 무기 입자(예를 들어, 탄산칼슘 또는 석영)로 구성된 혼합물을 포함한다.

결합제 재료:

연삭 코팅 돌출부들은 열가소성 또는 열경화성일 수 있는 경화된 결합제 재료로 형성된다. 열경화성 결합제의 경우에, 결합제는 보편적으로 유동성 결합제 전구체로부터 형성된다. 연삭물의 제조 중에, 열경화성 결합제 전구체는 중합 및/또는 경화 공정의 개시를 돕는 에너지원에 노출된다. 에너지원의 예는 열 에너지와, 예를 들어 전자 빔, 자외광, 및 가시광과 같은 복사 에너지를 포함한다. 경화 및/또는 중합 공정은 결합제 전구체를 경화된 결합제로 변환시킨다.

열가소성 결합제에 대하여, 연삭물의 제조 중에, 열가소성 결합제는 결합제 전구체의 고화를 일으키는 정도로 냉각된다.

결합제는 양호하게는 지지부의 전방 표면에 직접 부착된다. 그러나, 몇몇의 경우에, 지지부의 전방 표면과 결합제 사이에 추가적인 접착 층이 있을 수 있다.

본 발명에서 사용 가능한 열경화성 결합제 전구체의 예는 페놀 수지, 요소-포름알데히드 수지, 멜라민 포름알데히드 수지, 아크릴레이티드 우레탄, 아크릴레이티드 에폭시, 불포화된 에틸렌 화합물, α,β-고리 불포화 카르보닐 화합물을 갖는 아미노플라스트 유도체, 적어도 하나의 고리 아크릴레이트기를 갖는 이소시아누레이트 유도체, 비닐 에터, 에폭시 수지, 및 이들의 혼합체 및 조합체를 포함한다. 아크릴레이트라는 용어는 아크릴레이트와 메타크릴레이트를 포함한다.

열경화성 결합제 전구체의 한가지 양호한 카테고리는 아크릴레이트 수지이다. 적합한 아크릴레이트 수지의 예는 트리메틸올 프로페인 트리아크릴레이트, 트리스(하이드록실 에틸)이소시아누레이트의 트리아크릴레이트, 에톡실레이티드 비스페놀 에이 디아크릴레이트, 이소보닐 아크릴레이트, 페니옥스에틸 아크릴레이트, 테트라에틸렌 글리콜 아크릴레이트 및 이들의 혼합체이다.

페니옥스에틸 아크릴레이트 수지는 "SR 339"라는 상표로 사토머 주식회사(Sartomer Corp.)로부터 상업적으로 구입 가능하고, 에톡실레이티드 비스페놀 에이 디아크릴레이트 수지는 "SR 349"라는 상표로 스토머 주식회사로부터 상업적으로 구입 가능하고, 이소보닐 아크릴레이트 수지는 "SR 506"이라는 상표로 스토머 주식회사로부터 상업적으로 구입 가능하다. 이러한 여러 유형의 아크릴레이트 수지의 혼합체는 결합제 특성의 최적 균형을 제공하는 데 양호할 수 있다.

올리고메트릭 지방족 우레탄 아크릴레이트는 "CN983B88", "CN963B80", "CN964E75", "CN966J75" 및 "CN966B85"의 상표로 스토머 주식회사로부터 상업적으로 구입 가능하다. 올리고메트릭 방향족 우레탄 아크릴레이트는 "CN970H75" 및 "CN973A80"의 상표로 스토머 주식회사로부터 상업적으로 구입 가능하다.

접착 촉진제가 지지부 재료에 대한 경화된 결합제의 접착을 증진시키기 위하여 결합제 전구체에 첨가될 수도 있다. 적합한 접착 촉진제는 "SR9008", "SR9011", "SR9012" 및 "CN704"라는 상표로 스토머 주식회사로부터 상업적으로 구입 가능하다. 접착 촉진제는 사용될 때, 보편적으로 약 5 내지 10 중량% 범위의 양으로 결합제 전구체에 첨가되지만, 몇몇의 용례에서는 다른 양이 적합한 것임을 발견할 수도 있다.

양호하게는, 아크릴레이트 결합제 전구체는 약 -40 내지 80℃ 범위의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 경화된 결합제를 제공하도록 조성될 수 있다. 우레탄 아크릴레이트 결합제 전구체들의 한가지 양호한 혼합물은 약 10 내지 75 중량%의 CN983B88과 약 80 내지 20 중량%의 CN966B85를 포함한다. 더욱 양호하게는, 혼합물은 약 10 내지 35 중량%의 CN983B88과 약 80 내지 55 중량%의 CN966B85를 포함한다. 우레탄 아크릴레이트 결합제 전구체의 다른 양호한 혼합물은 약 10 내지 75 중량%의 CN963B80과 약 80 내지 20 중량%의 CN966B85를 포함한다. 더욱 양호하게는, 혼합물은 약 10 내지 50 중량%의 CN963B80과 약 80 내지 45 중량%의 CN966B85를 포함한다. 우레탄 아크릴레이트 결합제 수지의 또 다른 양호한 혼합물은 약 10 내지 75 중량 %의 CN964E75와 약 80 내지 20 중량%의 CN966B85를 포함한다. 더욱 양호하게는, 혼합물은 약 10 내지 50 중량 %의 CN964E75와 약 80 내지 45 중량%의 CN966B85를 포함한다. 우레탄 아크릴레이트 결합제 수지의 또 다른 양호한 혼합물은 약 20 내지 79 중량%의 CN970H75와 약 70 내지 20 중량%의 CN973A80을 포함한다. 더욱 양호하게는, 혼합물은 약 20 내지 70 중량%의 CN970H75와 약 70 내지 20 중량%의 CN973A80을 포함한다.

이형제 또한 제작 공구로부터의 경화된 결합제의 해제를 개선시키도록 결합제 전구체에 첨가될 수 있다. 한가지 적합한 이형제는 미네소타주 세인트 폴 소재의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 주식회사(Minnesota Mining and Manufacturing Corp.)로부터 "FC-430"이라는 상표로 상업적으로 구입 가능한 불소화합물이다.

경화제:

사용되는 에너지원 및 결합제 전구체 화학 특성에 따라서, 경화제, 광 개시제, 또는 촉매가 때때로 결합제 전구체의 중합을 개시하는 것을 돕는 데 양호하다. 예를 들어, 가시 복사에 노출되었을 때 자유 라디칼 공급원을 발생시키는 적합한 광 개시제의 예는 미국 특허 제4,735,632호[옥스만(Oxman) 등]에 설명되어 있다. 가시광과 함께 사용되기에 양호한 개시제는 "IRGACURE 369" 또는 "CIBA 1173"이라는 상표로 시바 게이지 주식회사(Ciba Geigy Corp.)로부터 상업적으로 구입 가능하다. 광 개시제는 보편적으로 결합제 전구체의 총 중량에 기초하여 약 0.5 내지 5 중량%, 더욱 양호하게는 0.5 내지 1 중량% 사이의 양으로 사용된다. 다른 한편으로, 에너지원이 전자 빔("E-빔")이면, 결합제 내에서 중합을 개시하는 자유 라디칼은 에너지원 자체에 의해 발생되어 제공된다.

돌출부 형상 및 배열:

구조화된 표면을 갖는 결합제의 층은 복수의 직선 리지로서 형성될 수 있고, 각각의 리지는 지지부의 측면 에지들 사이로 연장되는 연속선으로 형성되거나, 또는 각각의 리지는 지지부의 측면 에지들 사이로 연장되는 가상선을 따라 단속적으로 위치된 복수의 개별 돌출부로 형성될 수 있다. 이러한 직선 리지들은 지지부 상에 평행한 열로 위치된다. 평행한 열들은 0 내지 90° 범위의 각도로 지지부의 측면 에지와 만날 수 있다.

연속적인 직선 리지로서 성형된 돌출부들을 포함하는 실시예에서, 리지들은 리지들의 원하는 패턴의 역형상을 나타내도록 구성된 이하에서 설명되는 제작 공구로 결합제 전구체를 대략적으로 성형함으로써 형성된다. 주형 또는 제작 공구는 결합제 전구체가 제작 공구의 공동에 의하여 결합제 전구체 내로 주어진 기본적인 정밀하게 성형된 외형을 유지하기에 충분하게 경화된 후에 제거된다. 연속적인 리지들을 형성하는 데 사용되는 결합제 전구체는, 랜드부들이 랜드들의 수평 외측 표면으로부터 연장되는 3차원 리지들 아래에서 그들 사이로 연장되는 결합제의 연속적인 층에 의하여 리지들의 하부에서 인접한 리지들 사이에 형성될 정도로, 즉 리지들의 높이의 약 25%까지 제작 공구 내로 약간 과충진될 수 있다.

직선을 따르는 열들을 따라 단속적으로 형성된 개별 돌출부들로 구성된 리지들을 포함하는 다른 실시예에서, 각각의 개별 연삭 돌출부는 그와 관련된 고유한 형상을 갖는다. 개별 형상은 하나의 돌출부가 다른 인접한 돌출부로부터 어느 정도 분리되게 하는 그와 관련된 표면 또는 경계를 갖는다. 말하자면, 개별 돌출부 를 형성하기 위하여, 돌출부의 형상을 형성하는 면 또는 경계의 일부가 서로로부터 분리되어야 한다. 이러한 분리부는 돌출부들의 적어도 상부 또는 말단부를 포함해야 한다. 돌출부들의 하부 또는 바닥부는 서로 맞닿을 수 있거나, 또는 돌출부들은 랜드부들을 노출시키도록 이격될 수 있다. 개별 돌출부들이 이격되면, 보편적으로 돌출부를 형성하는 데 사용되는 결합제 전구체는 연삭 재료의 랜드부가 돌출부들의 하부에서 돌출부들의 아래 및 그들 사이의 연속적인 층으로서 연장되어 형성되는 정도로 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 것처럼 제작 공구 내로 약간 과충진된다. 랜드부 두께는 보편적으로 랜드부로부터 돌출부의 확장 높이의 약 25%에 상응한다. 어떠한 경우라도, 개별 돌출부들은 예를 들어 미국 특허 제5,152,917호[피퍼(Pieper) 등]에 개시된 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다.

개별 돌출부들은 보편적으로 공통 리지를 따라 등간격으로 이격된다. 별개의 또는 개별 돌출부들이 리지들 각각을 구성하도록 사용되면, 돌출부 형상은 양호하게는 입방형, 프리즘형, 원추형, 절두 원추형, 피라미드형, 절두 피라미드형, 돔형 선단부를 갖는 절두 원추형 기부와 같은 복합 형상 등과 같은 보통의 기하학적 형상이 되도록 선택되어야 한다. 리지들 사이에 남겨진 홈 또는 개방 공간들은 결합된 리지들의 연장선의 각도를 따르는 각도로 선형으로 연장될 것이다. 또한, 돌출부들의 높이는 연삭물의 전체 영역을 가로질러 일정한 것이 양호하다. 이러한 형상들은 결합제 전구체를 성형하는 데 사용되는 제작 공구 내의 공동 형상에 밀접하게 대응할 때 정밀하다.

개별 돌출부들의 수는 평방 센티미터 당 5 내지 15,000개일 수 있지만, 더욱 양호하게는 평방 센티미터 당 약 1,000 내지 10,000개일 수 있다. 열을 이루어 정렬된 단속적인 개별 돌출부들로 구성된 리지들을 제공하는 실시예에 대하여, 인접한 돌출부들 사이의 공간은 모든 리지들 내에서 일정한 값이 되도록 선택되며 통상 5 내지 200 ㎛ 범위 내에 있다.

리지들을 갖는 모든 실시예에 대하여, 리지들은 적어도 그들의 말단부에서 분리되지만, 지지부에 대한 그들의 부착 단부에서 맞닿거나 분리될 수 있다. 지지부가 리지들 사이에서 노출되도록 인접한 돌출부들이 말단부 및 부착 단부 모두의 근방에서 완전히 분리될 수 있는 것이 가능하다.

도3에서 "p"로 표시되어 있는 하나의 리지의 중심점으로부터 인접한 또는 최근접 리지의 중심점까지 측정된 연속적이거나 단속적인 리지들 사이의 공간 또는 피치는 임의의 특정 어레이를 통해 균일한 값이 되도록 선택된다. 본 발명을 목적으로, 인접한 리지는 사이에 위치되어 개재된 리지가 없이 공통 홈 위로 해당 리지와 대면하는 리지를 의미한다. 피치("p")는 통상 약 3과 약 500 ㎛ 사이, 더욱 양호하게는 약 1과 50 ㎛ 사이, 가장 양호하게는 약 1과 25 ㎛ 사이의 값으로 설정된다.

본 발명을 목적으로, (도3에 도시된 것처럼) 연속적인 리지 실시예 또는 리지들의 열로 배열된 개별 돌출부들의 용도에 대한 높이(H)는 지지부의 외측 표면 또는 연삭물의 돌출부 측면 상의 임의의 랜드 표면으로부터 돌출부의 말단부의 최외측 범위까지의 수직 거리로서 측정되며, 통상 약 10 내지 1000 ㎛, 더욱 양호하게는 약 10 내지 100 ㎛, 가장 양호하게는 약 1 내지 15 ㎛ 범위의 값이다.

그러나, 특정 범위의 값이 강성 메모리 디스크를 기계적으로 처리하기 위하여 연삭 복합 리지를 사용하는 것과 관련하여 위에서 설명되었지만, 본 발명의 방법은 많은 다른 용도에 적용될 수 있고 최적의 패턴 크기 및 각도는 변할 수 있으며 각각의 용도에 대하여 실험적으로 결정될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

구조화된 중합체 표면을 갖는 기판을 만들기 위한 방법:

본 발명의 연삭물을 만들기 위하여, 구조화된 중합체 표면을 갖는 기판이 우선 준비되어야 한다. 구조화된 중합체 표면을 갖는 지지부를 만들기 위한 양호한 방법은,

(a) 내부에 형성된 복수의 정밀하게 성형된 리세스를 갖는 주 표면을 갖는 제작 공구를 제공하는 단계와,

(b) 정밀하게 성형된 리세스들을 결합제 전구체로 충진하는 단계와,

(c) 전방 및 후방 표면을 갖는 지지부를 제공하는 단계와,

(d) 지지부의 전방 표면의 적어도 일부가 결합제 전구체와 접촉하도록 제작 공구의 표면에 지지부의 전방 표면을 침착시키는 단계와,

(e) 결합제 전구체를 적어도 부분적으로 경화시키는 데 충분한 상태로 결합제 전구체를 두는 단계와,

(f) 지지부를 제작 공구로부터 분리시키는 단계를 포함한다.

제작 공구는 복수의 공동을 포함하고, 이들은 본질적으로 돌출부들의 역형상이며 돌출부들의 형상을 생성할 수 있다. 양호하게는 평방 센티미터 당 5 내지 15,000 개의 공동이 있어야 한다. 평방 센티미터 당 5 내지 10,000개의 평행하게 이격된 리지 형성 공동을 갖는 것이 양호하다. 이러한 공동들은 대응하는 수의 평방 센티미터 당 돌출부를 갖는 연삭물을 형성하는 것을 가능케 한다. 이러한 공동들은 개별 돌출부들을 형성하도록 입방형, 프리즘형, 피라미드형, 절두 피라미드형, 원추형 등과 같은 다양한 기하학적 형상 중 어느 하나일 수 있다. 공동들은 연속적인 리지들을 형성하도록 선형의 연속적인 홈 형상일 수 있고, 여기서 개별 홈들은 삼각형 프로파일을 가지며 제작 공구의 표면의 전체 윤곽은 톱니형 윤곽이다. 공동들의 치수는 원하는 수의 평방 센티미터 당 돌출부를 달성하도록 선택된다.

제작 공구는 벨트, 시트, 연속 시트 또는 웨브, 그라비야 롤과 같은 코팅 롤, 또는 코팅 롤 상에 장착된 슬리브일 수 있다. 제작 공구는 금속(예를 들어, 니켈), 금속 합금, 세라믹, 또는 플라스틱으로 구성될 수 있다. 금속 제작 공구는 조각, 호빙(hobbing), 에칭, 전기성형, 다이아몬드 선삭 등과 같은 임의의 종래 기술에 의하여 제조될 수 있다. 열가소성 공구는 금속 마스터 공구로부터 복제될 수 있다. 마스터 공구는 제작 공구에 대하여 요구되는 역패턴을 가질 것이다. 마스터 공구는 양호하게는 금속, 예를 들어 크롬 도금 니켈로 만들어진다. 열가소성 시트 재료는 열가소성 재료가 마스터 공구와 함께 가압됨으로써 마스터 공구 패턴으로 엠보싱되도록 선택적으로 마스터 공구를 따라 가열될 수 있다. 열가소성 재료는 또한 사출되거나 마스터 공구 상으로 주조된 다음 가압되고, 그 후에 열가소성 재료가 고화되도록 냉각되어 제작 공구를 생성한다.

제작 공구는 또한 연삭물을 제작 공구로부터 쉽게 해제시키기 위한 이형 코 팅을 포함할 수 있다. 그러한 이형 코팅의 예는 실리콘과 불소화합물을 포함한다. 플라스틱 제작 공구가 사용되면, 사용되는 중합체가 실리콘 또는 불소화합물로 융합되는 것이 양호하다.

제작 공구를 생성하기 위한 양호한 방법은 미국 특허 제5,435,816호스퍼전(Spurgeon) 등] 및 제5,658,184호[후프만(Hoopman) 등], 및 1997년 9월 3일자로 출원된 미국 특허 출원 제08/923,862호(후프만)에 개시되어 있다.

결합제 전구체가 열경화성 결합제 전구체를 포함하면, 결합제 전구체는 중합 공정을 거쳐서 경화된다. 중합은 보편적으로 에너지원에 노출됨으로써 개시된다. 에너지원의 예는 열 에너지와 복사 에너지를 포함한다. 에너지의 양은 결합제 전구체 화학 특성, 결합제 전구체의 치수(예를 들어, 두께), 및 선택적인 첨가제의 양과 유형과 같은 여러 인자에 의존한다. 열 에너지에 대하여, 온도는 약 30 내지 150℃, 통상 40 내지 120℃ 사이의 범위일 수 있다. 시간은 약 5 분에서 24시간 이상의 범위일 수 있다. 복사 에너지원은 전자 빔, 자외광, 또는 가시광을 포함한다. 이온화 복사로도 알려진 전자 빔 복사는 약 0.1 내지 약 10 Mrad, 양호하게는 약 1 내지 약 10 Mrad의 에너지 준위에서 사용될 수 있다. 자외 복사는 약 200 내지 약 400 ㎚, 양호하게는 약 250 내지 400 ㎚ 범위 내의 파장을 갖는 복사를 말한다. 300 내지 600 와트/인치(120 내지 240 와트/㎝)의 자외광이 사용되는 것이 양호하다. 가시 복사는 약 400 내지 약 800 ㎚, 양호하게는 약 400 내지 약 550 ㎚ 범위 내의 파장을 갖는 비입자성 복사이고, 양호하게는 300 내지 600 와트/인치(120 내지 240 와트/㎝)의 에너지 준위에서 사용된다.

일 태양에서, 결합제 전구체는 우선 예를 들어, 롤 코팅, 전사 코팅, 분사, 다이 코팅, 진공 다이 코팅, 나이프 코팅, 커튼 코팅, 및 그라비야 코팅과 같은 임의의 종래 코팅 기술을 이용하여 지지부의 전방 표면 상으로 직접 코팅된다. 제작 공구는 그 다음 결합제 전구체가 제작 공구의 리세스들 내로 흐르도록 결합제 전구체가 코팅된 지지부와 접촉하게 된다. 결합제 전구체가 제작 공구의 리세스들 내로 흘러서 충진하도록 닙 롤 또는 다른 적절한 기술에 의하여 압력이 인가된다.

본 방법의 양호한 태양에서, 리세스들은 결합제 전구체를 제작 공구 상으로 직접 코팅함으로서 충진된다. 이는 예를 들어, 롤 코팅, 전사 코팅, 분사, 다이 코팅, 진공 다이 코팅, 나이프 코팅, 커튼 코팅, 또는 그라비야 코팅과 같은 임의의 종래 코팅 방법에 의하여 수행될 수 있다. 지지부는 그 다음 결합제 전구체가 지지부의 표면을 습윤하도록 제작 공구의 외측 표면과 접촉하게 된다. 결합제와 지지부 사이의 접착을 개선시키기 위하여 결합제 전구체를 지지부에 대하여 가압하도록 닙 롤 또는 다른 적절한 기술에 의하여 압력이 인가될 수 있다.

다음으로, 결합제 전구체가 경화된다. 이는 결합제 전구체를 에너지원으로부터의 에너지에 노출시킴으로써 수행될 수 있다. 에너지는 열, 복사 에너지(예를 들어, 적외 또는 가시 복사), 또는 전자 빔일 수 있다. 양호하게는, 에너지는 복사 에너지이다. 복사 에너지는 지지부를 통하여 또는 제작 공구를 통하여 전달될 수 있다. 양호하게는, 지지부 및 제작 공구는 복사 에너지를 상당하게 흡수하지는 않는다. 또한, 복사 에너지원은 지지부 또는 제작 공구를 상당하게 열화시키지 않 아야 한다. 제작 공구가 특정 열가소성 재료(예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리카보네이트, 폴리(에터 술폰), 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드, 또는 이들의 조합체)로부터 만들어지면, 자외광 또는 가시광은 제작 공구를 통하여 결합제 전구체 내로 전달될 수도 있다. 결합제 전구체의 경화 (즉, 결합제의 형성) 후에, 접착되어 있는 구조화된 결합제를 갖는 지지부가 제작 공구로부터 분리된다.

경화된 결합제 재료는 제작 공구의 역패턴에 대응하는 구조화된 표면을 가질 것이다. 제작 공구 상에서 결합제 전구체를 적어도 부분적으로 경화시킴으로써, 결합제는 제작 공구로부터 제거된 후에 그의 정밀하게 성형된 구조화된 외형을 보유할 것이다. 결합제 전구체는 예를 들어, 제작 공구로부터 제거된 후에 열처리에 의하여 더욱 경화될 수 있다. 열처리는 이후의 다이아몬드형 탄소 코팅의 진공 침착 중에 펌프다운을 방해할 수 있는 휘발성 성분을 결합제로부터 더욱 완전하게 제거하는 데 유익할 수 있다.

다이아몬드형 탄소 코팅:

구조화된 중합체 표면을 갖는 기판의 형성 후에, 다이아몬드형 탄소 코팅이 구조화된 표면의 적어도 일부 위에 도포되어 본 발명의 연삭물을 제공한다. 다이아몬드형 탄소 필름은 또한 때때로 본원에서 "DLC"라는 축약형으로 불린다. 본원에서 사용되는 것처럼, DLC는 스퍼터 침착된 탄소 코팅, 수소화 DLC 코팅, 및 비수소화 DLC 코팅을 포함하는 것을 의미한다. 스퍼터 침착된 탄소 코팅은 중성 탄소 원자로서 침착되고 코팅이 대부분 그래파이트형 sp² 결합을 포함한다는 점에서 특징이 있을 수 있다. 수소화 DLC 코팅은 기체 탄화수소 플라스마로부터 생성된다. 예를 들어, 침착종이 주로 활성화된 탄화수소 분자 및 분자 단편인 RF 플라즈마 CVD를 포함하는 여러 기술들이 그러한 수소화 DLC 코팅을 생성하는 데 사용될 수 있다. 보편적으로, 수소화 DLC 코팅은 10 내지 60 사이의 원자% 수소를 포함한다. 정방 구조의 비결정성 탄소로도 불리는 비수소화 DLC는 펄스식 레이저 침착 또는 음극 아크에 의하여 침착될 수 있다. 이러한 두 공정에서, 침착종은 기판 내에 적어도 부분적으로 끼워 들어가기에 충분한 에너지로 코팅되도록 기판에 충격을 가하는 강력한 탄소 이온이다.

수소화 DLC 코팅의 플라즈몬 에너지는 약 25 eV보다 작은 반면, 비수소화 DLC 코팅의 플라즈몬 에너지는 약 26 eV 이상이고, 보편적으로 27 내지 30 eV 사이이다. DLC 필름의 플라즈몬 에너지는 전자 에너지 손실 분광학(Electron Energy Loss Spectroscopy: EELS)을 이용함으로써 결정된다. 플라즈몬 에너지는 원자 밀도에 비례하는 원자가 전자 밀도에 비례하기 때문에 DLC 필름의 구조적인 특성과 관련이 있다. DLC 필름의 플라즈몬 에너지는 반사 모드에서 약 2000 eV의 빔 에너지로 측정될 수 있고, 여기서 DLC 필름은 기판으로부터 분리될 필요는 없다.

본 발명의 다이아몬드형 탄소 재료의 경질 탄소 코팅 층 또는 필름의 평균 두께는 보통 50 ㎛보다 작고, 양호하게는 10 ㎛보다 작고, 더욱 양호하게는 1 ㎛보다 작고, 가장 양호하게는 100 내지 2000 Å 범위 내에 있다. 5000 Å보다 큰 DLC 필름 두께는 제조하는 데 비교적 값비싸고 높은 경도를 가지면 취성이 되어 접착성을 잃어버리므로 모든 경우에 있어서 바람직하지는 않다. 다른 한편으로, 100 Å보다 작은 DLC 두께는 강성 디스크 표면의 기계적인 처리에 사용되기에 충분히 두껍지 않으므로 모든 경우에 있어서 바람직하지는 않다.

원하는 두께를 얻기 위한 코팅 시간은 약 10초 내지 약 10시간 범위일 수 있고, 음극 아크 플라즈마 침착을 이용할 때는 보통 약 30초 내지 약10분 사이이다. 코팅 시간은 목표 DLC 코팅 두께로 코팅되어야 하는 재료의 길이에 의하여 결정된다. 챔버 분위기, 탄소 공급원 및 전원이 음극 아크 코팅 분야의 당업자가 이해할 수 있는 방식으로 코팅 시간을 조정하도록 제어될 수 있다.

수소화 또는 비수소화 다이아몬드형 탄소 필름을 생성하는 다른 방법들은 통상 화학 증착(CVD), 플라즈마 보조 CVD, 이온 빔, 레이저 융삭, RF 플라즈마, 마이크로파, 아크 방전, 및 음극 아크 플라즈마 침착과 같은 공지된 기술을 포함한다. 일 실시예에서, 음극 아크 코팅기가 다이아몬드형 탄소 필름을 침착시키는 데 사용된다. 음극 아크 코팅기는 음극과 코팅되는 물품 사이에 제공된 대략 90 ㎝ 거리로 배열된 수평 구조이다. 그러나, 형성된 다이아몬드형 탄소 필름의 흑연화를 방지하도록 연삭물의 온도 축적을 충분하게 억제하기 위한 본원에서 설명되는 적절한 조치가 취해지는 한, 5 내지 500 ㎝ 범위의 거리가 음극과 코팅되는 물품 사이에서 적당하다. 아크 공급원과 샘플 물품 사이의 비교적 큰 분리는 다이아몬드형 탄소 코팅이 DLC 형성에 양호한 온도에서, 더욱이 보통 다이아몬드 코팅에 대하여 취해지고 채용되는 온도보다 낮은 온도에서 침착될 수 있게 한다. 거리는 본원에서 전 체적으로 참조된 1993년 11월 11일자로 출원된 미국 특허 출원 제08/149,292호에 설명된 것처럼, 선택적인 미세 입자 필터가 채용될 수 있게 한다. 구조화된 지지부 재료의 일 영역 또는 일 부분만을 코팅하는 것 또한 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들어, 외측의 수 센티미터만이 코팅될 수 있다.

다이아몬드형 탄소 필름을 생성하기 위하여, 음극 아크 코팅기는 음극 재료로서 탄소 공급원을 구비한다. 음극 재료로서 사용 가능한 다양한 재료들은 열분해 그래파이트, 무정형 탄소, 그래파이트, 및 유리질 탄소를 포함한다. 코팅 공정은 보통 10^-4 torr보다 작은 진공에서 수행된다. 잔류 가스는 공기 (즉, 주로 질소 및 산소) 또는 불활성 가스일 수 있다.

기판은 세척되어 그 위에 침착되는 DLC 코팅 필름의 접착을 방해할 수 있는 오염물을 닦아냄으로써 미리 처리될 수도 있다. DLC 코팅 이전 또는 그 동안의 기판의 세척은 불활성 플라즈마, 또는 아르곤, 헬륨, 크립톤, 크세논 또는 주기율표 8족의 원자로부터 유도된 이온들로 구성된 이온 빔과 같은 이온 빔으로 수행될 수 있다. 아르곤은 그의 비용 및 이용성으로 인해 스크러빙 플라즈마로서 양호하다.

DLC 재료의 경질 탄소 코팅은 기판 또는 그의 정밀한 형상부를 실질적으로 저하, 파괴 또는 열화시키지 않는 방식으로 기판의 정밀하게 성형된 3차원 표면에 도포된다. 즉, DLC 층의 도포 중에, 과도한 열에 대한 노출로 인하여 기판을 파괴하거나 악영향을 미치지 않도록 주의해야 한다. 그러므로, DLC 층의 도포 중에 과도한 열을 발생시키지 않도록 주의해야 한다. 더욱이, 과도한 열은 DLC 재료의 원 치 않는 흑연화를 초래할 수 있다. 통상적인 조건으로서, 연삭물의 온도는 기판의 손상을 방지하고 DLC 필름 자체의 흑연화를 방지하기 위하여 DLC 필름의 형성 중에 항상 약 200℃ 아래로 유지되어야 한다.

이동 웨브에 DLC 코팅을 도포하는 한가지 양호한 방법은 펄스식 음극 아크 플라즈마 침착으로 불리며 미국 특허 제5,643,343호[셀리파노프(Selifanov) 등]에 개시되어 있다. 펄스식 음극 아크 플라즈마 침착에서, 음극 아크 플라즈마 방전은 일련의 커패시터 내에 저장되어 있는 전기 에너지에 의하여 전력을 공급받는다. 커패시터 방전의 시변 특성은 플라즈마를 자동 집속하는 역할을 하는 시변장을 생성한다. 이러한 이유로, 외부 자기장 운반 시스템이 DC 전원식 음극 아크 공정에서의 이러한 기술에 있어서 필수적이다. 보편적으로 500 마이크로초 보다 작은 커패시터 방전과 관련된 짧은 시간은 더욱 안정되고 재현 가능한 방전을 생성하도록 조합된 높은 순간 전류와 결합된 아크 스폿이 이동할 수 있는 거리를 제한한다. 이러한 인자들 모두는 두께가 커패시터 전원식 플라즈마 방전의 수에 직접 관련이 있으므로 두께가 더욱 정확하게 제어될 수 있게 하는 공정을 생성하도록 조합된다 (즉, 두께가 커패시터의 펄스 수를 카운팅함으로써 제어된다). 이러한 공정은 개재 자기장이 필요치 않으며 펄스 주파수의 제어가 DLC 코팅 두께의 균일성을 제어하기 때문에 이동 웨브 상에 균일한 침착을 가능케 한다. 더욱 균일한 필름 두께를 제공하는 것 외에도, 펄스식 음극 아크 플라즈마 침착의 다른 이점은 이러한 기술을 사용할 때 종래의 DC 전원식 음극 아크 방식에 비해 미세 입자들의 생성이 현저하게 감소되어 더 깨끗한 코팅이 생성될 수 있게 하는 것이다.

기계적인 처리를 위한 장치:

도6은 본 발명의 방법에서 사용되는 기계적인 처리 장치(70)를 도시하는 개략도이다. 기판(72)의 한쪽 측면만의 기계적인 처리가 도시되어 있지만, 기판(72)의 양쪽 측면들이 보편적으로 다른 연삭물 또는 동일한 연삭물에 의하여 동시에 처리될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 기계적인 처리는 양호하게는 계면 활성제의 존재 하에서 습윤되거나 물이 공급되면서 행해진다. 기판(72)은 통상 50 내지 200 ㎜, 보통은 60 내지 150 ㎜의 직경이다. 기판(72)은 캘리포니아주 폭스 레인 소재의 익스클루시브 디자인 컴퍼니(Exclusive Design Company, EDC)의 모델 800C HDF Rigid Disk Burnisher와 같은 기계 상에 설치된다. 기계는 기판(72)을 약 50 내지 700 rpm으로 회전시켜서, 약 7.5 내지 약 440 m/min의 디스크 표면 속도가 되게 하지만, 더 빠르거나 더 느린 속도 또한 고려될 수 있다. 본 발명의 연삭물(74)은 20 내지 60 ㎜, 양호하게는 25 내지 50 ㎜의 폭을 갖는 연속 롤 형태로 제공된다. 연삭물(74)의 연속 롤은 제1 스테이션(76)으로부터 제2 스테이션(78)으로 풀린다. 그 사이에, 연삭물(74)은 기판(72)이 회전하는 동안 롤러(79)의 도움으로 기판(72)의 표면과 접촉한다. 롤러(79)는 약 50 ㎜의 양호한 직경을 가지며 양호하게는 약 50의 쇼어 A 경도값을 갖는 탄성체 재료로 구성된다. 연삭물(74)과 기판(72) 사이의 힘은 50 ㎜의 직경과 45 내지 60, 양호하게는 50의 쇼어 A 경도값을 갖는 고무 롤을 사용하는 31.1 ㎜의 접촉 길이에 대하여 0.1 내지 4 ㎏, 양호하게는 0.5 내지 3 ㎏ 사이이다. 압력이 너무 높으면, 결과적인 표면 마무리(Ra)는 너무 높아서, 즉 약 7 ㎚(0.0070 ㎛)보다 더 크게 될 것이다. 압력이 너무 낮으면, 스크래치 높 이는 낮을 것이고 표면 마무리는 너무 낮아서, 즉 약 1.8 ㎚(0.0018 ㎛)보다 작을 것이다. 양호한 방법은 결 생성 공정 중에 기판(72)에 대한 반경 방향으로의 진동 롤러(79)를 포함한다. 반경 방향 진동은 연삭물(74)에 의해 형성된 스크래치들이 기판(72) 상에서 동심이 아니지만 대신에 무작위 교차부를 가지고 대체로 원주 방향이 되도록 보장한다. 기계적인 처리 중에, 연삭물(74)은 또한 기판(72)에 공지되고 균일한 처리를 제공하기 위하여 그리고 디스크와 접촉하는 연삭물을 깨끗한 연삭물로 연속적으로 교체하기 위하여 스테이션(76, 78)들 사이에서 제어된 속도로 이동된다. 연삭물(74)의 인덱싱 속도는 5 내지 400 ㎝/min, 양호하게는 15 내지 250 ㎝/min 사이이다. 인덱싱 연삭물(74)과 진동 롤러(79)의 조합은 무작위적이며 대체로 원주 방향으로 이격된 원하는 스크래치를 제공한다. 강성 기판(72)은 보편적으로 결 생성 후에 파편 또는 부스러기를 제거하도록 세척된다. 세척 후에, 임의의 종래 자기 코팅이 스크래치 위에 도포될 수 있다. 보편적인 강성 자기 매체 디스크에서, 크롬과 같은 코팅이 기판의 결이 생성된 표면 위에 도포된다. 자기 재료의 추가적인 코팅이 예를 들어 CoXY 합금인 크롬 코팅 위에 도포되고, 여기서, Co는 코발트이고, X는 백금 또는 탄탈륨일 수 있고, Y는 크롬 또는 니켈일 수 있다. 마지막으로, 탄소 코팅이 자기 코팅 위에 도포된다.

이하의 정의들은 본 발명의 기판의 결 생성을 평가할 때 사용된다.

Ra: 평균선 또는 중심선으로부터의 조도 프로파일의 절대값의 대수 평균 편차이다. 중심선은 그 위의 총면적이 그 아래의 총면적과 동일하도록 프로파일을 분할한다.

Rms: 샘플링 길이에서 측정된 평균선으로부터의 조도 프로파일의 제곱 평균 제곱근 또는 기하 평균 편차이다.

P-V: 피크/골(Rt로도 알려짐)은 평균선 상에서 평준화된 샘플링 길이에서의 가장 높은 피크와 가장 낮은 골 사이의 수직 거리이다.

Rp: 샘플링 길이 내에서의 평균선과 가장 높은 피크 사이의 거리이다.

Rv: 샘플링 길이 내에서의 평균선과 가장 낮은 골 사이의 거리이다.

이하의 제한적이지 않은 예시가 본 발명을 더욱 설명할 것이다. 예시의 모든 부분(part), 퍼센트, 비율 등은 모두 다른 지시가 없으면 중량에 의한 것이다. 다음과 같은 축약이 전반적으로 사용된다.

예시

재료 목록:

UACR1: "PHOTOMER 6010"이라는 상표로 헨켈 주식회사(Henkel Corp.)로부터 상업적으로 구입 가능한 지방족 우레탄 아크릴레이트 단위체.

TMPTA: "SR-351"이라는 상표로 사토머 주식회사로부터 상업적으로 구입 가능한 트리메틸올프로페인 트리아크릴레이트 단위체.

PI1: "DAROCURE 1173"이라는 상표로 시바 스페셜티 케미컬즈 어디티브즈(Ciba Specialty Chemicals Additives)로부터 상업적으로 구입 가능한 자유 라디칼 광 개시제.

일반 공정1: 구조화된 기판을 만드는 방법:

우선, 결합제 전구체가 실시예에서 지시된 재료들을 완전히 혼합함으로써 준 비되었다. 모든 비율은 중량을 기초로 하였다. 결합제 전구체는 실시예에서 지시된 외형을 갖는 금속 제작 공구 상으로 코팅되어, 결합제 전구체가 공구의 리세스들을 충진시켰다. 다음으로, 폴리에스터 필름(3M 가열 밀봉성 폴리에스터 #29972) 기판이 닙 롤러에 의하여 제작 공구에 대하여 가압되고, 결합제 전구체가 프라이머를 그 위에 갖는 폴리에스터 필름의 전방 표면을 습윤하도록 되었다. 약 600 와트/인치(236 와트/㎝)의 자외광이 지지부를 통하여 결합제 전구체 내로 전달되었다. 자외광은 결합제 전구체의 중합을 개시하였다. 자외광에 대한 이러한 노출은 결합제 전구체가 폴리에스터 필름 지지부에 접착된 경화된 결합제로 변환되게 하였다. 다음으로, 경화된 구조화된 결합제 코팅을 구비한 폴리에스터 필름이 제작 공구로부터 분리되었다.

일반 공정2: 다이아몬드형 탄소 코팅:

이하의 일반 공정은 다이아몬드형 탄소 코팅을 형성하기 위한 방법을 설명한다. 각각의 예시는 미국 특허 제5,643,343호에 의하여 설명된 것과 유사한 단일 탄소 펄스식 음극 아크 시스템을 구비한 진공 시스템 내에 구조화된 기판 재료의 롤을 장착함으로써 DLC로 코팅되었다. 탄소 공급원 음극은 재료 등급 SFG-2로서 포코 그래파이트 인크.(Poco Graphite Inc.)로부터 구입하였다. 그러나, 본 공정에서, 탄소 플라즈마 공급원은 탄소 플라즈마가 수직 상방을 향하도록 장착되었다. 기판은 기판의 구조화된 표면이 탄소 플라즈마 공급원에 대한 시정선(line-of-sight) 내에서 하방으로 면하도록 장착되었다. 기판의 구조화된 표면은 음극 아크 플라즈마 공급원 내의 탄소 음극으로부터 약 15 인치(38.1 ㎝)에 위치되었다. 중 합체 롤을 장착한 후에, 시스템은 배기되어 약 1 x 10^-5 torr보다 작은 압력이 되었다. 탄소 펄스식 음극 아크 플라즈마 공급원은 펄스당 약 0.33 내지 0.5 Å을 제공하도록 작동되었다. 파라미터들은 다음과 같다. 주 전압: 300 V, 보조 전압: 300 V, 점화 전압: 700 V, 설정 주파수: 3.3 ㎐. 구조화된 기판은 1 ft/min(30.48 ㎝/min)의 속도로 탄소 플라즈마 침착 구역을 지나 이동했고, DLC 코팅의 원하는 두께는 다중 경로로 침착 구역을 가로질러 웨브를 이동시킴으로써 축적되었다. DLC 코팅을 도포한 후에, 구조화된 DLC 코팅 연삭 재료는 진공 시스템으로부터 제거되어 진공 시스템을 통한 운반 중에 재료에 부착되었을 수 있는 입자형 오염물을 제거하도록 초음파로 세척되었다. 초음파 세척 헤드인 Ultra Cleaner는 웨브 시스템즈 인크.(Web Systems Inc.)로부터 구입하였다. 초음파로 세척한 후에, 구조화된 DLC 코팅 연삭 재료는 나이프 슬릿 절단 시스템을 사용하여 1.375"(3.5 ㎝)의 폭으로 슬릿 절단되었다.

결 생성 공정1:

결 생성 테스트는 본 발명의 방법을 이용하여 강성 디스크 상에서 수행되었다. 캘리포니아주 산 호세 소재의 익스클루시브 디자인 씨오.(Exclusive Design Co.)에 의해 제조된 800C HDF Rigid Disk Burnisher 모델이 사용되었다. 강성 디스크 기판은 캘리포니아주 산 호세 소재의 아카식 메모리즈 주식회사(Akashic Memories Corp.)로부터 구입한 연마된 Falcon 기판, 335326인 (95 ㎜ 직경의) 니켈/인(NIP) 도금 알루미늄 디스크였다.

연삭물의 두 1-3/8" 폭의 스풀은 하나의 테잎이 디스크의 한쪽 측면과 접촉하고 다른 테잎이 디스크의 다른 측면과 접촉하도록 EDC 800C 디스크 버니싱기 내로 장착되었다. 연삭물은 테잎의 폭이 디스크의 전체 반경과 접촉하도록 위치되었다. 디스크는 150 rpm으로 회전되었다. 공업의 표준 관행인 세척 테잎 또한 테스트에서 사용되었으며 디스크 표면이 각각의 디스크 회전에 대하여 연삭물과 세척 테잎 아래로 통과하도록 마무리 테잎에 정반대로 위치되었다. 연삭물은 새로운 연삭물이 디스크 표면과 연속적으로 접촉하게 되도록 9.4 in/min(23.9 ㎝/min)으로 전진되었다. 연삭물은 4.36 lbs(19.8 ㎏)의 롤 부하력으로 쇼어 경도 A50을 갖는 탄성체 롤러에 의하여 강성 디스크 표면 내로 가압되었다. 각각의 디스크에 대한 결 생성 시간은 35초였다.

결 생성 공정2:

결 생성 테스트는 본 발명의 방법을 이용하여 강성 디스크 상에서 수행되었다. 캘리포니아주 산 마테오 소재의 익스클루시브 디자인 씨오.에 의하여 제조된 1800 HDF Rigid Disk Burnisher 모델이 사용되었다. 강성 디스크 기판은 95 ㎜의 직경, 31.5 ㎜의 두께, 및 8-13 Ra 표면을 갖는 니켈/인(NIP) 도금 알루미늄 디스크였다. 디스크 기판은 캘리포니아주 산타 클라라 소재의 스토미디어 인크.(StorMedia Inc.)로부터 부품 번호 15-003-01로서 상업적으로 구입 가능하였다.

연삭물의 두 1-3/8" 폭의 스풀은 하나의 테잎이 디스크의 한쪽 측면과 접촉하고 다른 테잎이 디스크의 다른 측면과 접촉하도록 디스크 버니싱기 내로 장착되 었다. 연삭물은 테잎의 폭이 디스크의 전체 반경과 접촉하도록 위치되었다. 디스크는 80 rpm으로 회전되었다. 세척 테잎 또한 테스트에서 사용되었으며 디스크 표면이 각각의 디스크 회전에 대하여 연삭물과 세척 테잎 아래로 통과하도록 마무리 테잎에 정반대로 위치되었다. 냉각제가 세척 테잎 상으로 12 ㎖/min의 속도록 적하되었다. 냉각제는 캘리포니아주 파라마운트 소재의 코랄 인터내셔널 인크.(Coral International Inc.)로부터 상업적으로 구입 가능한 Development X2, 590-27의 1% 용액으로 구성되었다. 연삭물은 미사용된 연삭물이 디스크의 표면과 연속적으로 접촉하도록 1.0 lb(0.4536 ㎏)의 장력 하에서 3.0 in/min(76.2 ㎝/min)으로 전진되었다. 7.6 ㎐의 진동 주파수를 갖는 0.05 인치(0.127 ㎝)의 진폭이 결 생성 공정 중에 사용되었다. 연삭물은 2.5 lbs(1.13 ㎏)의 롤 부하력으로 쇼어 경도 A50을 갖는 탄성체 롤러에 의하여 강성 디스크 표면 내로 가압되었다. 각각의 디스크에 대한 결 생성 시간은 30초였다.

테스트 공정1: 결이 생성된 디스크 상의 표면 조도 측정:

결이 생성된 강성 디스크의 표면은 본 발명에 따른 기계적인 처리가 디스크의 표면 외형을 어떻게 바꾸었는 지를 결정하기 위하여 접침식 조도계로 측정되었다. 5 ㎎ 힘의 0.2 ㎜ 트레이스를 사용하는 0.15 미크론의 침을 구비한 "P2" Tencor 모델의 조도계가 이러한 "조도" 측정용으로 사용되었다. 보편적으로, Ra, Rq, Rp, Rv, Rt, Rz, PC(10Å), PC(40Å), 및 PC(70Å)를 포함하는 여러 조도 파라미터들이 기록되었다. 마지막 세 파라미터들은 스캔 거리에 걸쳐 발견될 수 있는 특정 크기 범위 내의 피크수에 관련된 것이다. 두 디스크 측면 각각에 6회씩 12회 가 측정되었다.

예시1:

구조화된 기판이 일반 공정1에 따라 준비되었다. 구조화된 표면은 인치(2.54 ㎝)당 600 라인으로 이격된 절두형 사면 피라미드를 포함했다. 제작 공구는 켄터키주 루이스빌 소재의 써던 플렉소그래픽 코팅즈(Southern Flexographic Coatings)로부터 구입하였고 "Q-34"라는 상표였다. 결합제 전구체 조성은 49.5 중량부의 UACR-1, 49.5 중량부의 TMPTA 및 1 중량부의 PI1을 포함했다.

구조화된 기판을 형성한 후에, 다이아몬드형 탄소 코팅이 일반 공정2에 따라서 기판의 구조화된 표면에 도포되었다. 침착 구역을 가로지른 통과 회수가 표1에 기재되어 있다. 연삭물은 결 생성 공정1에 따라 디스크에 결을 생성하도록 사용되었고, 결이 생성된 디스크는 테스트 공정1을 이용하여 측정되었다. 결과는 표1에 보고되어 있다.

예시2:

구조화된 기판이 일반 공정1에 따라 준비되었다. 구조화된 표면은 삼각형 단면을 갖는 연속적인 리지들을 포함했다. 리지들의 사이각 (즉, 피크각)은 90°였고, 리지들은 지지부 상에서 24 ㎛의 피크에서 피크까지의 거리로 이격되었다. 연속적인 리지들은 지지부의 측면 에지에 평행하게 배향되었다 (즉, 리지들은 하향 웨브 방향으로 연속적이었다).

구조화된 기판을 형성한 후에, 다이아몬드형 탄소 코팅이 일반 공정2에 따라 기판의 구조화된 표면에 도포되었다. 침착 구역을 가로지른 통과 회수가 표1에 기 재되어 있다. 연삭물은 결 생성 공정1에 따라 디스크에 결을 생성하도록 사용되었고, 결이 생성된 디스크는 테스팅 공정1을 이용하여 측정되었다. 결과는 표1에 보고되어 있다.

결과는 증가된 피크 카운트(PC) 값과 현미경 사진으로부터 유추되는 것처럼 본 발명의 연삭물이 디스크 표면으로부터 재료를 제거하였으며 디스크 표면에 선밀도 패턴을 부가했다는 것을 보여준다. 또한, 더 두꺼운 DLC 코팅이 더욱 공격적이었으며 더 얇은 코팅에 비해 Ra와 같은 디스크의 조도 파라미터를 증가시켰다. 또한, 두 개의 패턴이 표면 외형을 상이하게 변경시켰고, 선형 패턴을 갖는 예4의 연삭물은 PC(피크 카운트) 값에 대한 더 큰 증가를 보였지만 Ra값은 단지 약간만 증가하였다.

예시3:

구조화된 기판이 일반 공정1에 따라 준비되었다. 구조화된 표면은 인치(2.54 ㎝)당 600라인으로 이격된 절두형 사면 피라미드를 포함했다. 제작 공구는 켄터키주 루이스빌 소재의 써던 플렉소그래픽 코팅즈로부터 구입하였고 "Q-34"라는 상표였다. 결합제 전구체 조성은 49.5 중량부의 UACR-1, 49.5 중량부의 TMPTA 및 1 중량부의 PI1을 포함했다.

구조화된 기판을 형성한 후에, 다이아몬드형 탄소 코팅이 일반 공정2에 따라 기판의 구조화된 표면에 도포되었다. 침착 구역을 가로지른 통과 회수가 표1에 기재되어 있다. 연삭물은 결 생성 공정2에 따라 디스크에 결을 생성하도록 사용되었고, 결이 생성된 디스크는 테스팅 공정1을 이용하여 측정되었다. 결과는 표2에 보고되어 있다.

예시4:

구조화된 기판이 일반 공정1에 따라 준비되었다. 구조화된 표면은 삼각형 단면을 갖는 연속적인 리지들을 포함했다. 리지들의 사이각 (즉, 피크각)은 90°였고, 리지들은 지지부 상에서 24 ㎛의 피크에서 피크까지의 거리로 이격되었다. 연속적인 리지들은 지지부의 측면 에지에 평행하게 배향되었다 (즉, 리지들은 하향 웨브 방향으로 연속적이었다).

구조화된 기판을 형성한 후에, 다이아몬드형 탄소 코팅이 일반 공정2에 따라 기판의 구조화된 표면에 도포되었다. 침착 구역을 가로지른 통과 회수가 표2에 기재되어 있다. 연삭물은 결 생성 공정2에 따라 디스크에 결을 생성하도록 사용되었고, 결이 생성된 디스크는 테스팅 공정1을 이용하여 측정되었다. 결과는 표2에 보고되어 있다.

상기 예들은 본 발명의 연삭물이 강성 디스크 또는 강성 디스크 기판의 표면 외형을 바꾸도록 사용될 수 있다는 것을 보여준다. 작업편 표면 특징(예를 들어, 외형, 조도 등)들은 연삭물의 표면 외형과 상호 관계가 있다는 것이 잘 확립되었다. 더욱이, 연삭물의 절삭 속도가 경질 재료의 양과 그의 경도에 관련이 있다는 것이 알려져 있다. 그러므로, 본 발명은 강성 디스크 또는 강성 디스크 기판을 제어된 방식으로 기계적으로 처리하는 데 최적인 연삭물이 만들어질 수 있다는 것을 보여준다. 본 발명은 강성 디스크 또는 강성 디스크 기판 상에 원하는 표면 외형을 주는 정밀한 표면 외형을 갖는 연삭물을 제공한다. 양호하게는, 연삭물 공격성 (즉, 절삭 속도)는 다이아몬드형 코팅 두께를 제어하여 종래의 침사계 연삭물에 대하여 결 생성, 버핑 및 세척과 같은 기계적인 처리 공정의 제어를 개선시킴으로써 제어될 수 있다.

본 발명의 다양한 변경 및 수정은 본 발명의 범위 및 취지를 벗어나지 않고서 당업자에게 명확할 것이며, 본 발명은 본원에서 설명된 예시적인 실시예로 부당하게 제한되지 않아야 한다는 것을 이해해야 한다.

Claims (32)

1. 기판을 기계적으로 처리하기 위한 방법이며,

   (a) 강성 디스크 또는 강성 디스크 기판으로 구성된 그룹으로부터 선택된 기판을 기계적인 처리를 위해 제공하는 단계와,

   (b) 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 갖는 지지부와,

   본질적으로는, 가요성 지지부에 부착된 제1 표면 및 복수의 정밀하게 성형된 돌출부를 포함하는 제2 구조화 표면을 가지며 연마 입자가 없는 경화된 결합제 코팅과, 경화된 결합제 코팅의 구조화된 표면의 적어도 일부와 중첩하여 부착된 다이아몬드형 탄소 코팅으로 구성된 연삭 코팅을

   포함하는 연마 입자가 없는 연삭물을 제공하는 단계와,

   (c) 상기 연삭물과 기판을 소정 압력으로 접촉시키는 단계와,

   (d) 기계적인 처리를 제공하기 위하여 기판과 연삭물 중 적어도 하나를 서로에 대해 이동시키는 단계를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 기판은 대향하는 주 표면들을 갖는 금속 기재와 주 표면들 중 적어도 하나 상에 형성된 금속 코팅을 포함하는 강성 디스크 기판인 방법.
3. 연삭물이며,

   제1 주 표면 및 제2 주 표면을 갖는 지지부와,

   본질적으로는, 가요성 지지부에 부착된 제1 표면 및 복수의 정밀하게 성형된 돌출부를 포함하는 제2 구조화 표면을 가지며 연마 입자가 없는 경화된 결합제 코팅과, 경화된 결합제 코팅의 구조화된 표면의 적어도 일부와 중첩하여 부착된 다이아몬드형 탄소 코팅으로 구성된 연삭 코팅을 포함하며,

   연마 입자가 없는 연삭물.
4. 제3항에 있어서, 다이아몬드형 탄소 코팅은 약 5 ㎚ 내지 약 1 ㎛ 범위의 두께를 갖는 연삭물.
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