KR100960754B1 - 다중 팁형 다이아몬드를 구비한 다이아몬드 공구 - Google Patents

다중 팁형 다이아몬드를 구비한 다이아몬드 공구 Download PDF

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Abstract

일 실시예에서, 미세성형 공구(32)에 홈을 형성하기 위해 사용되는 공구(10)가 설명된다. 공구(10)는 장착 구조물(14) 및 장착 구조물(14)에 장착된 다중 팁형 다이아몬드(12)를 포함한다. 다이아몬드의 상이한 팁(16A, 16B)은 미세성형 공구(32)에 형성되는 상이한 홈에 상응할 수 있다. 이러한 방법으로, 다이아몬드를 사용한 미세성형 공구(32)의 형성은 간소화될 수 있거나 및/또는 향상될 수 있다.
미세성형 공구, 장착 구조물, 다중 팁형 다이아몬드, 공구, 홈, 팁, 밸리

Description

다중 팁형 다이아몬드를 구비한 다이아몬드 공구{DIAMOND TOOL WITH A MULTI-TIPPED DIAMOND}
본 발명은 다이아몬드 가공과, 다이아몬드 가공에 사용되는 다이아몬드 공구의 형성에 관한 것이다.
다이아몬드 가공 기술은 미세성형 공구(microreplication tool)와 같은 광범위한 공작물을 형성하는데 사용될 수 있다. 미세성형 공구는 미세성형된 구조물을 형성하기 위해 압출성형 공정 또는 사출성형 공정용으로 일반적으로 사용된다. 미세성형된 구조물은 광학 필름, 자체 정합 형상을 가진 기계적 체결구, 또는 1000미크론 미만의 크기와 같은 비교적 작은 크기의 미세성형된 형상물을 가진 임의의 성형 또는 압출된 부품을 포함할 수 있다.
미세성형 공구는 캐스팅 벨트, 캐스팅 롤러, 사출 성형물, 압출 또는 엠보싱 공구 등을 포함한다. 미세성형 공구는 종종 다이아몬드 공구가 홈 또는 다른 형상물을 미세성형 공구로 절단하는데 사용되는 다이아몬드 가공 공정에 의해 형성된다. 다이아몬드 공구를 사용하여 미세성형 공구를 형성하는 처리는 고가이고 시간 소모적일 수 있다.
미세성형 공구를 형성하는데 사용되는 다이아몬드 공구를 형성하기 위한 다 양한 기술이 또한 개발되고 있다. 예를 들어, 연마 또는 래핑 처리는 종종 정확한 형상의 다이아몬드 공구를 형성하는데 사용된다. 그러나, 연마와 래핑 처리에 의해 형성될 수 있는 프로파일 및 형상의 범위는 제한되어 있다.
일반적으로, 본 발명은 미세성형 공구 또는 다른 공작물에 사용하기 위한 다중 팁형 다이아몬드를 포함하는 다이아몬드 공구에 관한 것이다. 다이아몬드 공구의 다중 팁은 미세성형 공구에서 다중 홈 또는 다른 형상물을 동시에 형성하는데 사용될 수 있다. 다이아몬드 공구는 공구 섕크와 같은 장착 구조물과 장착 구조물에 장착된 다중 팁형 다이아몬드를 포함할 수 있다. 다이아몬드의 상이한 팁들은 미세성형 공구에 형성된 상이한 홈에 상응할 수 있다.
동일한 다이아몬드 상에 다중 팁을 형성함으로써, 미세성형 공구의 형성이 향상되거나 간소화될 수 있다. 특히, 다이아몬드가 다중 팁을 구비하기 때문에, 미세성형 공구에 홈을 절단하는데 다이아몬드의 더 적은 절단 통과 횟수가 요구되어, 이는 공구 비용을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 만약 다이아몬드가 2개의 팁을 포함하면, 미세성형 공구에 홈을 절단하는데 필요한 통과 횟수는 절반으로 감소될 수 있다. 더욱이, 만약 동일한 다이아몬드가 미세성형 공구에서 절단되는 다수의 홈을 형성한다면, 미세성형 공구에서 개별적으로 절단된 홈들 사이의 편차는 단일 팁형 다이아몬드의 여러번의 통과에 의해 절단된 홈을 갖는 미세성형 공구에 비해 감소될 수 있다. 이러한 방식으로, 미세성형 공구의 품질이 향상될 수 있다. 품질을 향상시키고 미세성형 공구의 형성과 관련된 시간 및 비용을 감소시키는 것 은 미세성형 구조물의 궁극적인 형성과 관련된 비용을 효율적으로 감소시킬 수 있다.
이들 및 다른 실시예의 추가적 상세한 설명은 첨부 도면 및 이하의 설명에 기술된다. 다른 특징, 목적 및 장점이 상세한 설명, 도면 및 청구의 범위로부터 명백해질 것이다.
도1은 장착 구조물에 장착된 2팁형 이온 비임 압연 다이아몬드의 평면도이다.
도2a 및 도2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 2팁형 이온 비임 압연 다이아몬드의 사시도이다.
도3은 미세성형 공구의 형성중에 2개의 홈을 동시에 절단하는 2팁형 다이아몬드의 개념적 사시도이다.
도4 내지 도7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 2팁형 이온 비임 압연 다이아몬드의 평면도이다.
도8 내지 도12는 공작물 내에 홈을 절단하는 2팁형 다이아몬드, 최종 홈 및 공작물에 형성될 수 있는 돌출부를 도시한 다양한 단면도이다.
도13은 2팁형 다이아몬드의 형성을 간소화하는데 사용될 수 있는 기술을 도시한다.
도14는 다른 실시예에 따른 다중 팁형 이온 비임 압연 다이아몬드의 평면도이다.
도15는 도14에 도시된 것과 유사한 다중 팁형 다이아몬드의 형성을 간소화하는데 사용될 수 있는 기술을 도시한다.
도16은 도2b와 유사한 2팁형 이온 비임 압연 다이아몬드의 사시도이다.
도17 내지 도24는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다양한 다중 팁형 이온 비임 압연 다이아몬드를 도시한 추가적 단면도이다.
본 발명은 미세성형 공구 또는 다른 공작물의 형성에 사용하기 위한 다중 팁형 다이아몬드를 포함하는 다이아몬드 공구에 관한 것이다. 특히, 다이아몬드 공구는 미세성형 공구의 형성중에 복수의 홈을 동시에 절단하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 미세성형 공구의 형성과 관련된 절단 시간은 감소될 수 있다. 이러한 방식으로, 미세성형 구조물의 최종 형성과 관련된 생산 주기가 간소해질 수 있다.
다이아몬드 공구는 공구 섕크와 같은 장착 구조물 및 장착 구조물에 장착된 다중 팁형 다이아몬드를 포함할 수 있고, 여기서 다이아몬드의 상이한 팁은 미세성형 공구에 형성되는 상이한 홈에 상응한다. 팁은 초점식 이온 비임 압연 처리를 사용하여 형성될 수 있다. 다중 팁형 다이아몬드에 형성된 복수의 팁은 상이한 실시예에 대해 변형될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 경우에, 2개의 팁이 다이아몬드에 형성되고, 다른 경우에, 더 많은 개수의 팁이 다이아몬드에 형성된다. 매우 다양한 미세성형 공구의 형성에 유용할 수 있는 팁의 다양한 형상 및 크기가 또한 설명된다. 초점식 이온 비임 압연 처리가 다이아몬드 팁의 원하는 형상을 형성하거나 완성하는데 사용될 수 있다.
더욱이, 다중 팁형 다이아몬드의 형성을 간소화하기 위한 처리 또한 설명된다. 상술된 바와 같이, 초점식 이온 비임 압연 처리가 다중 팁을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 일반적으로 초점식 이온 비임 압연과 관련된 고비용으로 인해, 연마, 래핑 또는 와이어 소윙(wire sawing) 기술과 같이 비용이 덜 드는 기술을 사용하여 다이아몬드를 초기에 처리하는 것이 바람직할 수 있다. 그 후, 초점식 이온 비임 압연 처리가 팁의 형상을 완성하고 인접한 팁 사이에 형성된 밸리의 형상을 완성하는데 사용될 수 있다. 팁의 원하는 형상을 형성하는데 필요한 초점식 이온 비임 압연의 양을 감소시킴으로써, 비용이 감소될 수 있다.
일반적으로, 동일한 다이아몬드 상에 다중 팁의 형성은 미세성형 공구 상에 홈을 형성하는데 필요한 다이아몬드의 절단 통과 횟수를 감소시킴으로써 미세성형 공구의 형성을 간소화시키고 향상시킨다. 더욱이, 미세성형 공구에서 절단되는 다중 홈을 형성하기 위해 동일한 다이아몬드를 사용함으로써, 미세성형 공구로 개별적으로 절단된 홈들 사이의 편차가 감소될 수 있고, 이는 미세성형 공구의 품질을 향상시킬 수 있다. 이러한 모든 인자는 미세성형 구조물의 궁극적인 형성과 관련된 비용을 효율적으로 감소시킬 수 있다.
도1은 장착 구조물(14)에 장착된 2팁형 이온 비임 압연 다이아몬드(12)를 포함하는 공구(10)의 평면도이다. 장착 구조물(14)은 다이아몬드(12)를 보유하기 위한 복합물 또는 공구 섕크 또는 다른 금속 구조물을 포함할 수 있다. 다이아몬드(12)는 브레이징, 납땜, 접착제 또는 하나 이상의 볼트 또는 스크류와 같은 임의의 다른 고정 기구를 통해 장착 구조물(14)에 고정될 수 있다. 장착 구조물(14)은 홈 또는 다른 형상물을 미세성형 공구 안으로 절단하는데 사용되는 다이아몬드 가공 기계의 장치로 공구(10)를 삽입되게 하는 형상을 가질 수 있다. 예로써, 다이아몬드 가공 기계는 다이아몬드가 공작물에 홈을 절단하기 위해 이동 공작물 내부로 통과하는 플런지 절단(plunge cutting)용으로 구성된 다이아몬드 터닝(turning) 기계일 수 있다. 이와 달리 다이아몬드 가공 기계는 다이아몬드가 홈 또는 다른 형상물을 공작물에 절단하도록 공작물에 인접한 축을 중심으로 회전되는 플라이 절단(fly-cutting)용으로 구성된 다이아몬드 터닝 기계일 수 있다.
다이아몬드(12)는 다중 팁(16)을 형성한다. 각각의 팁(16)은 형성되는 미세성형 공구의 홈과 같이 공작물의 명료한 형상물의 형성에 상응하는 분리된 절단 기구를 형성한다. 도1에 도시된 실시예에서, 다이아몬드(12)는 임의의 개수의 팁이 다양한 실시예를 위해 형성될 수 있지만, 2개의 팁(16A, 16B)을 포함한다. 팁(16A, 16B)은 서로 인접하고 그 팁들 사이에 밸리(17)를 형성한다. 초점식 이온 비임 압연 공정이 팁(16A, 16B)을 형성하는데 사용될 수 있고, 또한 밸리(17)가 효율적인 다이아몬드 가공을 위해 필요한 특징을 형성하도록 밸리(17)를 형성하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 초점식 이온 비임 압연은 팁(16A, 16B)의 내부면(18A, 18B)이 밸리(17)의 바닥을 형성하는 공통 축(19)을 따라 만나는 것을 보증하는데 사용될 수 있다. 또한, 초점식 이온 비임 압연은 오목 또는 볼록 아크 타원형, 포물선형, 수학적으로 한정된 표면 패턴 또는 랜덤 또는 모조 랜덤(pseudo-random) 패턴과 같이 밸리(17)에 형상물을 형성하는데 사용될 수 있다.
밸리(17)의 정확한 형성은 밸리(17)가 미세성형 공구에 형성되는 돌출부를 형성할 수 있기 때문에 매우 중요할 수 있다. 예를 들어, 밸리(17)는 외부 기준점에 대해 한정된 반경을 갖는 오목 또는 볼록 아크를 형성할 수 있거나 또는 인접 표면(18A, 18B) 사이의 각을 형성할 수 있다. 밸리(17)의 광범위한 다른 형상이 또한 형성될 수 있다. 어떠한 경우에서도, 미세성형 공구에 형성된 홈과 돌출부는 미세성형 공구가 미세성형된 구조물을 효율적으로 형성하도록 정확한 사양을 충족시킬 것을 필요로 할 수 있다. 더욱이, 다중 팁(17)은 단일 다이아몬드 상에 형성되기 때문에, 단일 공구의 분리된 다이아몬드의 사용과 관련된 정렬 문제가 해결될 수 있다.
도2a 및 도2b는 본 발명의 실시예에 따른 2팁형 이온 비임 압연 다이아몬드(12)의 사시도이다. 도시된 바와 같이, 다이아몬드(12)는 두께(X)를 형성할 수 있다. 밸리(17)의 바닥은 두께(X)를 따라 상당한 거리(Y)를 연장할 수 있다. Y는 X이하일 수 있다. 도시된 바와 같이, 다이아몬드(12)의 상부면은 거리(Y)를 따라 테이퍼질 수 있거나 또는 이와 달리 일정한 높이를 형성할 수 있다. 예로써, 두께(X)는 본 발명이 반드시 이러한 것에 제한되는 것은 아니지만 약 0.5밀리미터와 2밀리미터 사이일 수 있고 거리(Y)는 약 0.001밀리미터와 0.5밀리미터 사이일 수 있다.
도3은 미세성형 공구(32)의 형성중에 2개의 홈을 동시에 절단하는데 사용되는 2팁형 다이아몬드 공구(10)의 개념적 사시도이다. 도3의 예에서, 미세성형 공구(32)는 캐스팅 롤을 포함하지만, 캐스팅 볼트, 사출 성형, 압출 또는 엠보싱 공구 또는 다른 공작물과 같은 다른 미세성형 공구가 또한 다이아몬드 공구(10)를 사용하여 형성될 수 있다. 다이아몬드 공구(10)는 미세성형 공구(32)에 대해 다이아몬드 공구(10)를 위치시키고 미세성형 공구(32)에 대해, 예를 들어 측방향(화살표로 도시된 바와 같이)으로 다이아몬드 공구(10)를 이동시키는 다이아몬드 가공 기계(34)에 고정될 수 있다. 다이아몬드 가공 기계(34)는 다이아몬드 공구(10)의 위치를 제어하는 제어장치를 포함할 수 있다. 동시에, 미세성형 공구(32)는 축을 중심으로 회전될 수 있다. 다이아몬드 가공 기계(34)는 미세성형 공구(32)에서 홈을 절단하기 위한 플런지 또는 나사 절단 기술을 통해 다이아몬드 공구(10)를 회전 미세성형 공구(32)로 통과시키도록 구성될 수 있다. 이와 달리, 다이아몬드 가공 기계(34)는 다이아몬드 공구(10)가 미세성형 공구(32)에 홈 또는 다른 형상물을 절단하도록 미세성형 공구(32)에 인접한 축을 중심으로 회전되는 플라이 절단용으로 구성될 수 있다. 다이아몬드 가공 기계(34)는 또한 다이아몬드 공구(10)가 공작물을 통해 매우 천천히 변위되는 새김(scribing) 또는 줄긋기(ruling)용으로 구성될 수 있다. 어떠한 경우에서도, 홈은 절단될 수 있고, 돌출부는 공작물에 형성될 수 있다. 형성된 홈 및 돌출부는, 예를 들어 압출 처리동안 미세성형 공구(32)를 사용하여 형성된 미세성형된 구조물의 최종 형상을 형성할 수 있다. 이와 달리, 형성된 홈 및 돌출부는 미세성형 공구 이외의 공작물의 재료의 변위에 의해 형상물을 형성할 수 있다.
다이아몬드 공구(10)가 다중 팁을 가진 다이아몬드로 실시되기 때문에, 미세성형 공구(32) 상의 홈을 절단하는데 더 적은 다이아몬드 공구의 통과 횟수가 필요하다. 이는 생산 비용을 감소시키고 미세성형 공구의 형성과 관련된 생산 주기를 가속시킬 수 있다. 작업편의 형성은 몇몇 경우에 몇 일이 아니라 몇 시간 걸릴 수 있다. 동시에 사용하기 위한 다이아몬드 공구(10) 내의 2개 이상의 팁의 합체는 그 시간의 일부로 생산 주기를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 만약 다이아몬드가 (도3에 도시된 바와 같이) 2개의 팁(16)을 포함하면, 미세성형 공구(32)에서 홈을 절단하는데 요구되는 통과 횟수는 단일 팁형 다이아몬드를 포함하는 다이아몬드 공구에 대해 절반만큼 감소될 수 있다. 추가 팁(16)은 유사한 방식으로 다른 장점을 추가할 수 있다. 또한, 동일한 다이아몬드가 미세성형 공구(32)에서 절단되는 다중 홈을 형성하기 때문에, 미세성형 공구(32)에서 개별적으로 절단된 홈들 사이의 편차가 감소될 수 있고, 이는 미세성형 공구(32)의 품질을 향상시킬 수 있다. 차례로, 미세성형 공구(32)의 형성과 관련된 품질의 향상 및 비용 감소는 미세성형 구조물의 궁극적인 형성과 관련된 비용을 효율적으로 감소시킬 수 있다.
반대로, 단일 팁형 다이아몬드가 미세성형 공구 상에 홈을 형성하는데 사용되는 경우, 인접한 홈들 사이의 깊이 편차가 형성될 수 있다. 그 깊이의 차이는, 미세성형 공구의 추가 변형이 미세성형 공구 상에 형성된 돌출부의 높이 및 홈의 깊이를 조절하는데 요구될 수 있기 때문에 때때로 "클린-업(clean-up)"으로 언급된다. 이 클린-업은 다중 팁형 다이아몬드가 사용될 때 감소되거나 방지될 수 있다. 그 경우에, 미세성형 공구에 형성된 인접한 홈의 깊이는 다중 팁형 다이아몬드의 인접한 팁에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 만약 인접한 팁의 높이가 사실상 동일하게 형성되면, 미세성형 공구에 형성된 인접한 홈의 깊이는 또한 동일해질 수 있다. 클린-업을 방지하거나 감소시키는 것은 미세성형된 구조물의 형성과 관련된 시간 및 비용을 또한 감소시킬 수 있다.
도4 내지 도7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 2팁형 이온 비임 압연 다이아몬드의 평면도이다. 도4 내지 도7의 예에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 팁은 임의의 다양한 형상 및 크기를 가지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도4에 도시된 바와 같이, 팁(16C, 16D)은 사실상 장방형 형상을 형성할 수 있다. 그 경우, 밸리(17C)의 바닥은 팁(16C, 16D)의 상부면에 평행한 편평한 표면일 수 있다. 이와 달리, 밸리(17C)는 오목 또는 볼록 아크와 같이 편평하지 않은 표면을 형성할 수 있다.
도5에 도시된 바와 같이, 팁(16E, 16F)은 편평한 상부를 가진 테이퍼진 형상을 형성할 수 있다. 이 경우, 팁(16E, 16F)에 의해 형성된 측벽은 팁(16E, 16F)이 편평한 상부를 가진 피라미드형 형상을 형성하는 것과 같이 테이퍼질 수 있다. 밸리(17E)의 바닥부는 또한 팁(16E, 16F)의 상부에 평행한 편평한 표면일 수 있다. 이와 달리, 밸리(17E)의 바닥 또는 팁(16E, 16F)의 상부는 편평하지 않을 수 있다.
도6에 도시된 바와 같이, 팁(16G, 16H)은 아래 부분이 잘린 측벽을 형성할 수 있다. 즉, 팁(16E, 16F)을 인접시켜 형성된 밸리(17G)의 바닥은 밸리(17G)의 바닥에 인접한 측벽에 대해 예각을 형성한다. 팁(16)의 이들 및 다른 형성이 다양한 실시예를 위해 바람직할 수 있다.
팁(16)은 또한 다양한 크기를 갖게 할 수 있다. 팁의 크기는 높이(H), 폭(W) 및 피치(P)를 포함하여 도7에 도시된 바와 같이 하나 이상의 변수에 의해 형성될 수 있다. 높이(H)는 밸리의 바닥으로부터 팁의 상부까지의 최대 거리를 언급한다. 폭(W)은 평균 폭 또는 도7에 표시된 바와 같이 팁의 최대 폭으로 정의될 수 있다. 피치(P)는 인접한 팁 사이의 거리로 언급된다. 팁의 크기를 형성하는데 사용될 수 있는 다른 양은 종횡비(aspect ratio)로 언급된다. 종횡비는 폭(W)에 대한 높이(H)의 비율이다. 초점식 이온 비임 압연 처리에 의해 형성된 실험적 다이아몬드 공구는 다양한 높이, 폭, 피치 및 종횡비를 달성하는 것이 증명되었다.
예를 들어, 높이(H) 및/또는 폭(W)은 약 500미크론 미만, 약 200미크론 미만, 약 100미크론 미만, 약 50미크론 미만, 약 10미크론 미만, 약 1.0미크론 미만 또는 약 0.1미크론 미만이 되도록 형성될 수 있다. 또한, 피치는 약 500미크론 미만, 약 200미크론 미만, 약 100미크론 미만, 약 50미크론 미만, 약 10미크론 미만, 약 1.0미크론 미만 또는 약 0.1미크론 미만이 되도록 형성될 수 있다. 종횡비는 약 1:5 초과, 약 1:2 초과, 약 1:1 초과, 약 2:1 초과 또는 약 5:1을 초과하도록 형성될 수 있다. 더 크거나 또는 작은 종횡비는 또한 초점식 이온 비임 압연을 사용하여 달성될 수 있다. 이러한 상이한 형상 및 크기는 다양한 실시예를 위해 장점일 수 있다.
초점식 이온 비임 압연은 갈륨 이온과 같은 이온이 다이아몬드의 원자를 압연제거하기 위해(때때로 제거로 언급됨) 다이아몬드를 향해 가속되는 처리로 언급된다. 갈륨 이온의 가속은 한 원자마다 다이아몬드로부터 원자를 제거할 수 있다. 수증기를 사용한 증기 강화 기술이 또한 초점식 이온 비임 압연 처리를 향상시키는데 사용될 수 있다. 적절한 초점식 이온 비임 압연 기계는 오레곤주 포틀랜드 소재의 FEI 인크.(FEI Inc.)로부터 상업적으로 입수가능한 미크리온(Micrion) 모델 9500이다. 본 발명의 원리에 따라, 초점식 이온 비임 압연 처리는 다중 팁형 다이 아몬드를 형성하는데 이용될 수 있다는 것이 실험적으로 결정되었다. 일반적으로, 미세성형 공구에서 형성되는 형상물이 형성될 수 있다. 그 후, 초점식 이온 비임 압연은 형성된 형상물에 상응하는 다중 팁을 가진 다이아몬드를 형성하도록 수행될 수 있다.
다중 팁을 가진 이온 비임 압연 다이아몬드를 형성하기 위해, 미세성형 공구에서 형성되는 형상물을 형성하고 다이아몬드용 사양을 형성할 수 있고, 여기서 그 사양은 미세성형 공구에서 형성되는 형상물에 상응하는 다중 팁을 형성한다. 사양은 그 후 그 사양에 따라 다이아몬드를 형성하도록 초점식 이온 비임 압연을 수행하는데 사용될 수 있다. 하나 이상의 이온 비임 압연 다이아몬드를 형성하는데 사용될 수 있는 초점식 이온 압연 부분의 하나의 예시적 공급자는 노쓰캐롤라이나주 랠레이 소재의 머티리얼 어낼리티컬 서비시즈(Material Analytical Services)이다.
일반적으로 초점식 이온 비임 압연은 매우 고비용이다. 따라서, 다중 팁형 다이아몬드의 형성과 관련된 비용을 감소시키기 위해, 다이아몬드를 초점식 이온 비임 압연 처리하기 전에 초기에 다이아몬드를 이온 비임 압연되게 처리하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 래핑, 연마 또는 와이어 소윙 기술과 같은 덜 비싼 기술이 다이아몬드의 상당한 부분을 압연제거하는데(mill away) 사용될 수 있다. 초점식 이온 비임 압연 처리는 하나 이상의 다이아몬드 또는 상기 열거된 형상물을 달성하도록 요구될 수 있다. 여전히, 초점식 이온 비임 압연 이전에 초기에 다이아몬드를 처리함으로써, 최종 이온 비임 압연 다이아몬드를 형성하는데 필요한 초점식 이온 비임 압연의 양이 감소될 수 있다. 래핑은 무딘 연마제를 사용하여 다이 아몬드로부터 재료를 제거하는 처리를 언급하지만, 연마는 매체 또는 기질에 고정된 연마제를 사용하여 다이아몬드로부터 재료가 제거되는 처리를 언급한다.
도8은 공작물(82) 내에 홈을 절단하는 2팁형 다이아몬드(80)를 도시한 단면도이다. 도9는 도8에 도시한 절단의 결과로 돌출부(92)뿐만 아니라 홈(91A, 91B)을 도시한 공작물(82)의 다른 단면도이다. 도8 및 도9에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 돌출부(92)는 다이아몬드(80)의 인접한 팁들 사이에 형성된 밸리에 의해 형성된다. 이러한 이유로, 돌출부(92)는 공작물(82)의 외부면으로부터 거리(D)일 수 있다. 즉, 거리(D)에 상응하는 재료의 양은 돌출부(92)의 상부를 형성하기 위해 공작물로부터 제거된다. 이는 단일 팁형 다이아몬드를 사용하여 형성된 돌출부에 대해 공작물(82) 상에 형성된 돌출부 사이에 더욱 양호한 균일성을 가져올 수 있다. 더욱이, 돌출부(92)의 클린-업은 감소되거나 방지될 수 있다.
홈(91A, 91B)은 또한 서로에 대해 사실상 동일한 깊이를 갖는다. 반대로, 단일 팁형 다이아몬드가 미세성형 공구에 홈을 형성하는데 사용되는 경우, 인접한 홈들 사이의 깊이 변경이 형성될 수 있다. 홈을 동시에 절단하기 위해 다중 팁형 다이아몬드를 사용함으로써, 인접한 홈들 사이의 깊이 변경과 관련된 클린-업이 또한 감소되거나 또한 방지될 수 있다.
도10 및 도11은 공작물(82)로 후속 홈을 절단하는 2팁형 다이아몬드(80)(도10), 및 절단의 결과로 생긴 후속 홈 및 돌출부(도11)를 도시한 추가적 단면도이다. 즉, 도10에 도시된 절단은 도8에 도시된 절단의 후속일 수 있다. 도11에 도시된 바와 같이, 돌출부(102)와 관련된 클린-업은 일정 정도의 거리(D)에 필요할 수 있다. 그러나, 다른 돌출부(92, 104) 상의 클린-업은 감소되거나 방지될 수 있다. 또한, 돌출부(92, 104)가 공작물(82)에 의해 유사하게 형성되기 때문에, 돌출부(102) 상에 필요한 클린-업의 양은 거리(D)에 의해 더욱 용이하게 정량화될 수 있고, 이는 다이아몬드(80)에 의한 각각의 절단중에 돌출부(92, 104)의 상부로부터 제거된 재료의 동일 양에 상응한다. 간단하게, 다중 팁형 다이아몬드를 사용함으로써, 더 정확한 형상물이 공작물(82)에 형성될 수 있고 클린-업의 필요한 양이 감소될 수 있다.
도12는 도10에 도시된 절단 기술의 대체 예를 도시한다. 도12는 도8에 도시된 것에 후속 절단을 하는 2팁형 다이아몬드(80)를 도시한 단면도이다. 그러나, 도12에서, 후속 절단은 이전 절단과 중첩된다. 즉, 다이아몬드(80)의 최좌측 팁은 홈(92)을 따르고(도9), 다이아몬드(80)의 최우측 팁은 다른 홈을 절단한다. 이러한 절단 기술은 공작물에 형성된 형상물 사이에 더 정확한 유사성을 가져올 수 있고, 클린-업은 감소되거나 방지될 수 있다. 몇몇 경우에, 많은 수의 팁이 다이아몬드 상에 형성될 수 있지만, 단지 하나의 팁이 후속 절단 통과 중에 중첩될 수 있다. 중첩 팁은 형상물이 높이와 깊이에서 사실상 유사성을 갖도록 공작물에 대해 다이아몬드를 정확하게 위치시키는데 사용될 수 있다.
도13은 2팁형 다이아몬드의 형성을 간소화하는데 사용될 수 있는 하나의 기술을 도시한다. 다이아몬드(130)는 에지(131A, 131B)를 래핑함으로써 초기에 처리될 수 있다. 또한, 와이어 소워(wire saw)가 초기 밸리(132)를 형성하는데 사용될 수 있다. 이러한 간단한 처리 단계는 최종 이온 비임 압연 다이아몬드를 형성하는 데 요구되는 초점식 이온 비임 압연 시간의 양을 상당히 감소시킬 수 있다. 일단 처리되면, 다이아몬드(130)는 (도13의 화살표에 의해 개념적으로 나타낸 바와 같이) 초점식 이온 비임 압연 처리로 보내질 수 있다. 초점식 이온 비임 압연 처리는 다중 팁형 이온 비임 압연 다이아몬드(10)를 최종적으로 형성하는 다이아몬드 원자를 압연제거하기 위해 다이아몬드(130)에서 갈륨 이온을 가속하는데 사용될 수 있다.
상술된 바와 같이, 다중 팁형 다이아몬드는 임의의 개수의 팁을 포함할 수 있고, 그 팁은 다양한 형상 및 크기로 가정될 수 있다. 도14는 다중 팁형 다이아몬드를 도시한 평면도이다. 도14의 예에서, 다중 팁형 다이아몬드(140)는 9개의 분리된 팁을 형성한다. 도14에 도시된 것과 유사한 다이아몬드의 팁은 약 0.1미크론의 폭(W), 0.2미크론의 피치(P), 약 0.2미크론의 높이(H) 및 약 2:1의 종횡비(H:W)를 형성할 수 있다. 도2의 도면과 유사하게, 다이아몬드(140)는 두께 방향으로 일정 거리를 연장할 수 있고, 다이아몬드의 밸리는 또한 두께 방향으로 일정 거리 연장할 수 있다.
도15는 도14에 도시된 것과 유사한 다중 팁형 다이아몬드의 형성을 간소화하는데 사용될 수 있다. 이 경우에, 다이아몬드(150)는 하나의 비교적 넓은 돌출부(152)를 형성하기 위해 측면(151A, 151B)을 래핑하거나 연마함으로써 초기에 처리될 수 있다. 일단 처리되면, 다이아몬드(150)는 (도15의 화살표에 의해 개념적으로 나타낸 바와 같이) 초점식 이온 비임 압연 처리로 보내질 수 있다. 그 후 초점식 이온 비임 압연 처리는 사양에 따라 다중 팁형 이온 비임 압연 다이아몬드(140) 를 최종적으로 형성하도록 다이아몬드 원자를 압연제거하기 위해 다이아몬드(150)에서 갈륨 이온을 가속하는데 적용될 수 있다.
도16은 도2b와 유사한 2팁형 이온 비임 압연 다이아몬드의 사시도이다. 도16에 도시된 바와 같이, 다이아몬드(12)는 5개의 특정하게 형성된 표면(S1-S5)을 형성할 수 있다. 표면(S1, S2, S3)은 연마 또는 래핑 기술에 의해 형성될 수 있고, 표면(S4, S5)은 초점식 이온 비임 압연 기술에 의해 형성될 수 있다.
도17 내지 도24는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다양한 다중 팁형 이온 비임 압연 다이아몬드를 도시한 추가적 단면도이다. 도17에 도시된 바와 같이, 다이아몬드는 다양한 형상 및 크기의 팁을 포함할 수 있다. 예를 들어, 팁(171)은 공작물에 일 형태의 형상물을 형성하는데 사용될 수 있고, 팁(172)은 공작물에 다른 형태의 형상물을 형성하는데 사용될 수 있다. 예로써, 팁(171)의 높이는 팁(172)의 높이보다 약 5배 이상, 약 10배 이상 또는 약 20배 이상 더 클 수 있다.
도18에 도시된 바와 같이, 다이아몬드는 각각의 작은 팁(182)에 의해 분리된 다수의 비교적 큰 팁(181A, 181B)을 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 팁(182)은 주기적 사인 함수를 형성한다. 유사하게, 도19에 도시된 바와 같이, 팁(191)은 주기적 사인 함수를 형성할 수 있다. 임의의 다른 수학적 함수, 랜덤 또는 모조 랜덤 표면이 또한 형성될 수 있다. 도20은 팁(201)의 외부면(203)이 내부면(202)의 것과 상이한 각을 형성하는 2팁형 다이아몬드의 약간의 변경을 도시한다.
도21은 팁(211)이 팁(212)의 측면 상에 형성된 다이아몬드를 도시한다. 도22는 팁(221, 222)이 가변적으로 상이한 높이를 형성하는 다이아몬드를 도시한다. 가변성 밸리, 가변성 내부면 벽 각도, 및/또는 인접한 팁 사이의 가변성 피치 이격거리가 또한 형성될 수 있다.
도23은 팁이 볼록 반경(R)을 가진 밸리를 형성하는 다이아몬드를 도시한다. 도24는 다중 주기적 사인형 팁이 다이아몬드의 아크 형상의 표면을 따르는 다이아몬드를 도시한다. 본 발명의 이들 및 다른 변경이 청구범위 내에 있다.
다양한 실시예들이 기술되었다. 예를 들어, 다중 팁형 이온 비임 압연 다이아몬드가 다이아몬드 가공 기계에 사용하기 위해 설명되었다. 그러나, 다양한 변경이 이하의 청구의 범위 내에서 상술된 실시예에 형성될 수 있다. 예를 들어, 다중 팁형 다이아몬드는, 예컨대 미세성형 공구 이외의 공작물과 같이 다른 형태의 공작물로 홈 또는 다른 형상물을 절단하는데 사용될 수 있다. 따라서, 다른 실행 및 실시가 이하의 청구의 범위 내에 포함된다.

Claims (46)

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  2. 공작물에 홈을 형성하기 위해 사용되는 다이아몬드 가공 기계이며,
    장착 구조물 및 장착 구조물에 장착된 다중 팁형 다이아몬드를 포함하는 미세성형 다이아몬드 공구와,
    미세성형 다이아몬드 공구를 수용하고 공작물에 대한 미세성형 다이아몬드 공구의 위치 설정을 제어하는 장치를 포함하고,
    상기 다이아몬드의 팁이 공작물에 형성되는 홈에 상응하고, 공작물에 형성되는 돌출부에 상응하는 밸리가 인접한 팁들 사이에 형성되며,
    상기 기계는 축을 중심으로 미세성형 다이아몬드 공구를 회전시키는 플라이 절단 기계이며,
    인접한 팁들 사이의 피치 간격이 10 미크론 미만인, 다이아몬드 가공 기계.
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