KR100864149B1

KR100864149B1 - 구형 볼 연마 방법 및 구형 볼 연마 장치

Info

Publication number: KR100864149B1
Application number: KR1020070033537A
Authority: KR
Inventors: 이원근; 배성호
Original assignee: 이원근; 배성호
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2008-10-16
Also published as: KR20080090596A

Abstract

본 발명은, 볼을 완전한 진구 모양으로 연마하는 연마방법 및 연마 장치에 관한 것으로서, 상기 상정반은 볼을 투입하는 투입구와 나선형 모양의 연마 홈과 정삭 연마공간과 정반 테두리로 구성되어 있으며, 상기 하정반은 연마 패드로 구성된 볼 연마장치이다. 볼을 연마하는 방법으로는, 상기 하정반의 회전에 의해 볼이 나선형 모양의 연마 홈을 따라 연마되는 황삭공정과, 정삭 연마공간에서 완전한 진구로 연마되는 정삭 공정으로 이루어 것을 특징으로 하는 연마 방법 및 장치를 제공한 것으로 이러한 방법으로 만든 볼은 진구 특성이 우수하며, 연마된 볼의 상호 편차가 적은 연마를 행할 수 있다.

볼, 연마, 정반, 슬러리, 투입구, 황삭, 정삭

Description

구형 볼 연마 방법 및 구형 볼 연마 장치{Spherical ball polishing method and spherical ball polishing apparatus}

도 1은 연마하기 전 돌기 부분이 있는 볼의 단면도,

도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 볼을 완전 진구로 가공하기 위한 연마장치의 단면도,

도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 나선형 모양의 연마 홈과 정삭 연마공간을 나타낸 정반의 평면도,

도 4는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 볼을 완전 진구로 가공하기 위한 연마장치의 단면도이다.

* 도면중 주요 부분에 대한 부호 설명 *

1: 상정반 2: 하정반

3: 볼 4: 투입구

5: 나선형 모양의 연마 홈 6: 상부 축

7: 하부 축 8: 호퍼

9: 연마 패드 10: 정반 테두리

11: 정삭 연마공간

본 발명은, 볼을 연마하는 연마기에 관한 것으로서, 더욱 상세하기로는 반도체 소자나 태양전지에 사용되는 볼 연마 방법 및 연마 장치에 관한 것이다.

각종 장식용 볼이나 산업용 볼 산업은 사회가 발전할수록 그 수요는 급증하고 있는 실정이다. 특히, 고경도의 볼은 연마하기가 힘들고, 생산량이 적어서 현재 극히 제한적으로만 사용되고 있는 실정이다.

예를 들면, 태양전지에 사용하는 실리콘 사용량을 줄이기 위한 하나의 방안으로 볼을 사용하는 방법도 있다. 볼을 사용시 종래의 웨이퍼를 사용했을 때보다 실리콘 사용량을 급격히 절감할 수 있다. 하지만 이러한 볼의 태양전지를 만들 때 구형 모양의 실리콘 형상의 균일화에 따른 품질이나 공정 재현성의 문제점이 있다. 일반적으로 실리콘 볼은 불활성 가스를 흘린 낙하관의 상부로부터 일정량의 실리콘 액정을 자유낙하시켜, 낙하중에 표면장력에 의해 구형화되고, 낙하 도중에 과냉각 상태에서 급속히 응고함으로써 얻을 수 있다. 이러한 볼은 완전한 진구 모양의 볼을 형성하지 못하고 돌기 부분을 가진 불완전한 볼이 된다. 이러한 형상들은 볼 태양전지를 만들 때 볼 형상의 불균일화에 따른 품질이나 공정 재현성의 문제점이 있다. 이러한 실리콘 볼은 딱딱하고, 부서지기 쉬운 재질이므로 종래의 연마방법으로는 정밀도가 좋은 품질을 얻을 수 없다.

볼 연마 방법의 종래의 선행기술로는 일본 특허 공개 P2000-79554A호에 제시되어 있듯이 실리콘 구를 2개의 정반 사이에 동심원상의 연마 홈에서 연마를 하는 방법이다. 다른 방법으로, 한국 등록 특허 KR 10-0400662 B1호에서는 플라스틱 봉을 절단하여 1차 연마 후, 2차 연마를 행하여 볼을 만드는 방법을 소개하고 있다. 종래의 또 다른 볼 연마 방법으로는 한국 공개특허 10-2004-0033676호에서는 캠에 의해 손바닥을 비비듯이 움직여서 볼을 연마하는 방법을 소개하고 있다. 하지만 이러한 방법들은 연마속도가 늦고, 생산성이 낮으며, 연마시간이 많이 걸리므로 비용이 비싸게 드는 문제점이 있다. 또한, 볼이 있는 위치에 따라 연마 속도가 다르므로 해서 볼이 불균일하게 연마가 되는 문제점이 있다.

이 발명의 목적은, 종래의 문제점을 개선한 것으로, 한 정반내에서 나선형 모양의 연마 홈을 따라 연마하는 황삭 공정과, 정삭 연마공간에서 완전한 진구의 볼로 연마하는 정삭 공정을 거치면, 진구 특성이 우수하며, 직경 편차가 적은 볼의 연마방법 및 연마장치를 제공함을 목적으로 한 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 종래의 볼 연마 방식이 황삭 공정과 정삭 공정으로 나누어서 행하는 공정을 한 정반내에서 한꺼번에 연마를 할 수가 있어 연마속도가 빠르고, 생산성이 높으며, 연마시간이 짧게 걸리므로 비용이 저렴한 볼 연마 장치를 제공할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 상정반과 하정반으로 구성된 볼을 연마하는 장치로 상기 상정반은 볼을 투입하는 호퍼와 투입구, 나선형 모양의 연마 홈, 정삭 연마공간 그리고 정반 테두리로 구성되어 있고, 상기 하정반은 연마 패드로 구성된 볼 연마장치이다. 볼을 연마하는 방법으로는, 볼이 호퍼와 투입구를 통해 투입되면, 상기 하정반의 회전에 의해 볼이 나선형 모양의 연마 홈을 따라 연마되는 황삭공정과, 정삭 연마공간에서 완전한 진구로 연마되는 정삭 공정으로 이루어져 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 볼 연마방법 및 연마장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

상기 볼 연마방법 및 연마장치에는 여러 가지 볼(3)을 연마할 수가 있다. 예를 들면, 실리콘 볼, 글라스 볼, 플라스틱 볼, 지르코니아 볼, 게르마늄 볼, 탄화규소 볼, 니켈 볼, 구리 볼, 알루미나 볼을 연마할 수 있는 연마 방법 및 장치로 여기서는 주로 실리콘 볼 연마 방법에 대해 설명을 한다.

먼저, 연마하기 전의 볼(3)은 도 1에서와 같이 돌기 부분을 가진 불완전한 형상의 볼(3)이다. 이러한 형상은 주로 볼 제조공정에서 나타나는데, 볼(3)의 제조 공정은 일반적으로 불활성 가스를 흘린 낙하관의 상부로부터 일정량의 용융 액정을 노즐을 통해 자유낙하시켜, 낙하중에 표면장력에 의해 구형화 되고, 낙하 도중에 과냉각 상태에서 급속히 응고함으로써 얻는다.

이러한 볼(3)은 완전한 진구 모양의 볼(3)을 형성하지 못하고 돌기 부분을 가진 불완전한 볼(3)이 된다. 이러한 형상들은 볼(3) 형상의 불균일화에 따른 품질이나 공정 재현성의 문제점이 있다.

용융 액정을 노즐을 통해 자유낙하시켜 만들 수 있는 볼 종류는 매우 다양하다. 즉, 실리콘 볼, 글라스 볼, 플라스틱 볼, 지르코니아 볼, 게르마늄 볼, 탄화규소 볼, 니켈 볼, 구리 볼, 알루미나 볼 등이다.

이러한 볼(3)을 연마하기 위한 장치로, 도 2에 나타내었다. 도 2는 본 발명 의 실시 형태에 따른 볼(3)의 완전 진구로 가공하기 위한 연마장치의 단면도이다.

상부 축(6)은 상하 이동을 하며 상정반(1)을 가압판 역할을 하도록 하며, 상기 상정반(1)은 볼을 투입하는 호퍼(8)와 투입구(4), 나선형 모양의 연마 홈(5), 정삭 연마 공간(11) 그리고 정반 테두리(10)로 구성되어 있다.

상기 나선형 모양의 연마 홈(5)의 모양은 여러 가지 모양으로 제조할 수 있다. 예를 들면 ∧,∨,∩,∪ 모양이다. 일반적으로는 ∩과 ∧을 많이 사용을 한다. 바람직한 모양은 ∩ 모양이다.

상기 나선형 모양의 연마 홈(5)의 높이는 연마하고자 하는 볼의 직경에 60-80% 정도가 적당하다. 상기 나선 형 모양의 연마 홈(5)에 연마제를 부착하여 연마를 하면 연마 효율을 높일 수가 있다. 사용 가능한 연마제로는 산화 세륨, 실리카, 탄화규소(SiC), 알루미나, 텅스텐카바이드(WC), 다이아몬드 입자 중에서 선택하여 어느 하나 이상의 조합으로 이루어진 조성을 사용하여 연마 홈에 부착하면 된다. 일반적으로는 다이아몬드 입자를 나선형 모양의 연마 홈(5)에 부착을 하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 나선형 모양의 연마 홈(5)과 상기 정삭 연마 공간(11)의 도면은 도 3에 나타내었다.

상기 나선형 모양의 연마 홈(5)은 황삭 공정으로써, 볼의 돌기 부분을 제거하여 어느 정도 구의 모양을 만드는 공간으로 연마제의 입자를 100-1500메쉬의 연마제를 사용하여 부착한다. 상기 정삭 연마 공간(11)은 볼을 완전한 진구 모양을 갖도록 표면을 연마하는 공간으로써, 사용하는 연마제는 황삭 공정보다 입자가 고 운 500-30000메쉬의 연마제를 사용하여 부착한다. 상기 정삭 연마 공간(11)에 연마제를 부착하여 연마를 하면 연마 효율을 높일 수가 있다. 사용 가능한 연마제로는 산화 세륨, 실리카, 탄화규소(SiC), 알루미나, 텅스텐카바이드(WC), 다이아몬드 입자 중에서 선택하여 어느 하나 이상의 조합으로 이루어진 조성을 사용하여 연마 홈에 부착하면 된다. 일반적으로는 다이아몬드 입자를 정삭 연마 공간(11)에 부착을 하여 사용하는 것이 바람직하다.

또 다른 연마제를 부착하는 방법으로는 상정반(1)의 중심에서부터 멀어지는 방향으로 연마제의 입자 크기를 단계적으로 작은 것을 부착하여도 무방하며 정삭 연마 공간(11)에서는 동일한 입자를 가진 연마제를 부착한다. 에를들면, 상기 나선형 모양의 연마 홈(5)에 부착하는 연마제의 입자가 정반의 중심에서부터 멀어지는 방향으로 연마제의 입자 크기를 500메쉬, 1500메쉬로 단계적으로 작은 것을 부착하며, 상기 정삭 연마 공간(11)에서는 동일한 연마제 입자를 부착함에 있어서, 상기 나선형 모양의 연마 홈(5)에 부착되는 연마제의 입자보다 더 고운 입자를 가진 8000 메쉬 연마제를 부착하는 방법이다.

상기 정반 테두리(10)은 볼이 흘러내리지 않게 할 목적이며, 정반 테두리(10)는 볼 직경의 60-80%가 적절하다.

하부 축(7)은 회전 가능한 모터가 장착된 것으로, 모터의 회전운동에 의해 하정반(2)이 회전을 하며, 상기 하정반(2)은 연마 패드(9)가 부착된 형태로 구성되어 있다.

상기 연마 패드(9)는 탄성이 있는 재질로 경질 폴리우레탄이나 폴리우레탄이 함침 혹은 코팅된 부직 폴리에스테르 펠트 재질을 사용한다. 상기 연마 패드(9)를 사용하는 이유는, 패드 표면의 기공은 슬러리의 유동을 원활하게 하며, 발포 융기는 볼 표면으로부터 반응물을 제거하는 기능을 갖기 때문이다. 상기 연마 패드(9)는 화학 및 기계적인 측면을 지원하므로 연마 가공중 볼(3)에 의해 국부적인 응력 집중이 발생하면, 탄성 변형을 한다. 그리고 응력 집중이 큰 부위일수록 연마제거 속도는 상대적으로 크게 나타나 볼을 진구로 연마한다.

볼 연마 방법으로는, 볼(3)을 연마 슬러리와 함께 호퍼(9)를 통해 투입구(4)로 투입을 했을 때, 하정반(2)의 회전에 의해 돌기 부분의 볼(3)이 나선 모양의 연마홈(5)을 따라 연마되어 어느 정도 진구 형태가 갖추어진 다음, 정삭 연마공간(11)에서 완전한 진구의 모양을 갖도록 표면을 연마하는 방법을 사용한다. 상기 연마 슬러리는 실리카, 알루미나, 텅스텐카바이드, 다이아몬드, 지르코니아, 질화규소, 탄화규소, 산화세륨 중 어느 하나 이상의 조합으로 이루어진 조성물로 만들어진 연마 슬러리를 사용한다.

위의 실시 예의 다른 방법으로는, 도 4에 나타내었다. 상정반(1)에 볼을 투입할 수 있는 투입구와 연마 패드(9)로 구성되어 있으며, 하정반(2)에 나선형 모양의 연마 홈(5) 모양과 정삭 연마공간(11)과 정반 테두리(10)로 구성된 형태이다.

본 발명에 있어서 상기 서술한 특정의 실시 예에 한정하는 것은 아니며, 볼을 연마하기 위해 나선형 모양의 연마 홈과 정삭 연마공간, 그리고 연마 슬러리를 사용하는 볼 연마 방법 및 연마 장치는 본 발명의 청구범위에서 청구하는 기술내용 을 보고 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능할 것이나 이 역시 발명의 권리범위를 벗어나지는 못하는 것이라 할 것이다.

본 발명은 볼의 연마방법 및 연마장치를 사용하여 연마하면, 볼의 진구 특성이 우수하며, 연마된 볼의 상호 편차가 적은 연마를 행할 수 있으며, 한 정반내에서 황삭 공정과 정삭 공정을 한꺼번에 연마를 할 수가 있어 연마속도가 빠르고, 생산성이 높으며, 연마시간이 짧게 걸리므로 비용이 저렴한 볼의 연마방법 및 연마 장치를 제공한다.

Claims

상정반 및 하정반으로 구성된 볼을 연마하는 장치에 있어서,

상기 상정반(1)은 볼을 투입하는 투입구(4)와 나선형 모양의 연마 홈(5)과 정삭 연마공간(11)과 정반 테두리(10)로 구성되어 있으며, 상기 하정반(2)은 연마 패드(9)로 구성된 것을 특징으로 하며, 상기 나선형 모양의 연마 홈(5)에 부착하는 연마제의 입자가 정반의 중심에서부터 멀어지는 방향으로 연마제의 입자 크기를 단계적으로 작은 것을 부착하고, 상기 정삭 연마 공간(11)에서는 동일한 연마제 입자를 부착함에 있어서, 상기 나선형 모양의 연마 홈(5)에 부착되는 연마제의 입자보다 더 작은 입자를 가진 연마제를 부착하는 것을 특징으로 하는 볼 연마장치
제 1항에 있어서, 상기 볼(3)은 실리콘 볼, 글라스 볼, 플라스틱 볼, 지르코니아 볼, 게르마늄 볼, 탄화규소 볼, 니켈 볼, 구리 볼, 알루미나 볼 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 볼 연마 장치
제 1항에 있어서, 상기 나선형 모양의 연마 홈(5)에 산화 세륨, 실리카, 탄화규소(SiC), 알루미나, 텅스텐카바이드(WC), 다이아몬드 입자 중 어느 하나 이상의 조합으로 이루어진 연마제를 부착하는 것을 특징으로 하며, 는 볼 연마 장치
제 1항에 있어서, 상기 정삭 연마공간(11)에 산화 세륨, 실리카, 탄화규소(SiC), 알루미나, 텅스텐카바이드(WC), 다이아몬드 입자 중 어느 하나 이상의 조합으로 이루어진 연마제를 부착하는 것을 특징으로 하는 볼 연마 장치
삭제
제 1항에 있어서, 상기 하정반(2)의 연마 패드(9)는 경질 폴리우레탄이나 폴리우레탄이 함침 혹은 코팅된 부직 폴리에스테르 펠트 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 볼 연마 장치
상정반(1)은 볼(3)을 투입하는 투입구(4)와 연마 패드(9)로 구성되어 있고, 하정반(2)은 나선형 모양의 연마 홈(5)과 정삭 연마공간(11)과 정반 테두리(10)로 구성된 것을 특징으로 하며, 상기 나선형 모양의 연마 홈(5)에 부착하는 연마제의 입자가 정반의 중심에서부터 멀어지는 방향으로 연마제의 입자 크기를 단계적으로 작은 것을 부착하고, 상기 정삭 연마 공간(11)에서는 동일한 연마제 입자를 부착함에 있어서, 상기 나선형 모양의 연마 홈(5)에 부착되는 연마제의 입자보다 더 작은 입자를 가진 연마제를 부착하는 것을 특징으로 하는 볼 연마장치
상정반(1)의 투입구(4)에 볼(3)과 연마용 슬러리를 함께 투입하는 공정과, 하정반(2)의 회전에 의해 상기 상정반(1)에 있는 나선형 모양의 연마 홈(5)과 정삭 연마공간(11)을 따라 상기 볼(3)이 연마되는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 나선형 모양의 연마 홈(5)에 부착하는 연마제의 입자가 정반의 중심에서부터 멀어지는 방향으로 연마제의 입자 크기를 단계적으로 작은 것을 부착하고, 상기 정삭 연마 공간(11)에서는 동일한 연마제 입자를 부착함에 있어서, 상기 나선형 모양의 연마 홈(5)에 부착되는 연마제의 입자보다 더 작은 입자를 가진 연마제를 부착하여 연마하는 것을 특징으로 하는 볼 연마 방법
제 8항에 있어서, 상기 연마 슬러리는 실리카, 알루미나, 텅스텐카바이드(WC), 다이아몬드, 지르코니아, 질화규소(Si₃N₄), 탄화규소(SiC), 산화세륨 중 어느 하나 이상의 조합으로 이루어진 연마 슬러리를 사용하여 연마하는 것을 특징으로 하는 볼 연마 방법