KR101292032B1 - 연마 공구의 제조방법 - Google Patents

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라챠나 디. 우파드야이
스리니바산 라마나
로버트 에프. 주니어. 코코란
토마스 케이. 푸타난가디
리차드 더블유. 제이. 홀
린 엘. 할리
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생-고벵 아브라시프
생-고뱅 어브레이시브즈, 인코포레이티드
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Abstract

상대적으로 정밀한 치수로 경질 취성 재료들을 절삭할 수 있는 연마 공구들 및 기술들이 개시된다. 미세 연마 그리트들과 함께 금속 또는 금속 합금과 수지 매트릭스의 혼성 결합을 포함할 수 있는 공구들은, 예를 들어, 경면 마무리 절삭 용도들에 사용될 수 있으며, 그에 의해 '1X' 또는 '단일 패스' 다기능 연마 공정들을 가능하게 한다. 수지와 금속 또는 금속 합금 타입들의 구체적인 선택은 공구가 제조 및 내구성을 위해 충분히 부서지기 쉽지만, 그라인딩 및 핸들링 응력들을 견디는 정도로 충분히 연성이 있도록 하기 위한 것이다(예시적 혼성 결합은 청동과 폴리이미드를 포함한다). 얇은 ANSI B74.2 타입 1A8 블레이드들(단일 블레이드 또는 멀티-블레이드 구성)과 같은 전자 장치 제조를 위한 연마 제품들을 포함하는, 수많은 공구 타입들 및 용도들이 이 공개서에 비추어 보면 명백하게 될 것이다.

Description

연마 공구의 제조방법{A METHOD FOR MAKING ABRASIVE TOOLS}
본 공개서는 연마 기술에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 예를 들어 경질 취성 재료들(hard brittle materials)의 다이싱(dicing) 및 폴리싱(polishing)과 같은, 다수의 기능들을 동시에 수행하는데 적합한 연마 공구들에 관한 것이다.
수지-금속 또는 소위 "혼성(hybrid)" 결합들은 일반적으로 초연마 산업에서 알려져 있다. 다이아몬드 공구들을 위한 제1 수지 결합들은 페놀 시스템들을 기초로 하였다. 수지 그 자체는 몇몇 용도들에 대해 그 자체만으로는 최적이 아니다라는 것이 곧 발견되었다. 따라서, 공구 제조업자들은 수지의 특성을 변경시키고 다양한 용도들에서 공구들의 성능이 개선될 수 있도록 하기 위해 제2 필러들(secondary fillers)을 도입하였다. 특히, 실리콘 카바이드 분말이 더 부서지기 쉽고 무른 결합이 요구되는 곳에 도입되었으며, 구리 분말이 더 강하고 단단한 결합이 요구될 때 도입되었다(예를 들면, 원석들을 절삭하기 위한 천연 다이아몬드 분말과 함께 구리 금속 결합 공구들이 옛날에 사용되었다). 이 필러들은 많은 종래의 페놀 수지 결합 시스템들에서 여전히 사용된다.
1970년대에는 몇몇 용도들에서 혼성 수지-금속 결합들의 특성들이 성능을 향상시킬 수 있다고 생각되었다. 보다 상세하게는, 만약 다이아몬드가 연속적인 금속 상으로 분포될 수 있다면(내마모성과 긴 수명을 위해), 그리고 연속적인 수지 상이 미세구조에 포함될 수 있다면(보다 낮은 내마모성과 쾌삭(free-cutting) 특성들을 위해), 양쪽의 시스템들의 이점들이 이용될 수 있을 것이다. 이 기술은 ResimetR 결합 시스템에서 최초로 성공적으로 사용되었으며, 여기서 제1 구성요소는 다이아몬드 또는 CBN 그레인들을 단단히 고정시키는 냉각-압축 및 소결된 금속 다공성 구조이다. 제2 결합 구성요소는 금속 결합 구조의 공극을 완전히 스며드는 진공 캐스트 수지(vacuum cast resin)이다. 결과물은 두 개의 상호 침투하는 연속적인 금속(청동) 및 수지(에폭시) 상들을 가지는 미세 구조이다. 영국 특허 번호 제1,279,413호는 이와 같은 결합 시스템들의 세부 사항들을 기술하고 있다. 이 타입의 혼성 결합에 대한 일반적인 용도는, 특히 양호한 코너 유지 능력(corner-holding ability)이 요구될 때, 카바이드 절삭 공구들을 그라인딩하는 것이며, 일반적인 그리트 크기들은 FEPA D46 및 더 굵은 메쉬 범위에 있다(325 메쉬 및 더 굵은 메쉬, 또는 44 미크론 및 더 굵은 미크론).
페놀 수지는 양호한 내열성을 가지지만, 폴리이미드(polyimide)가 더 좋으며, 그래서 이런 타입의 수지들이 1970년대 후반에 DuPont에 의해 도입되었을 때, 최초의 용도들 중의 하나가 다이아몬드 공구들이었다. 미국 특허 번호 제4,001,981호 및 제4,107,125호는 폴리이미드 결합 초연마 공구들을 기술하고 있다. 페놀 수지 공구들에서와 같이, 다양한 필러들이 결합들의 특성들을 변경하기 위해 사용되며, 구리 및 청동 분말들이 역시 사용된다. 이와 같은 폴리이미드계 결합들은 많은 열이 발생되는 (즉, 결합이 고온에 대해 저항해야 하는) 곳들에 일반적으로 사용된다. 제1 예시적 용도는 드릴들 및 엔드-밀들과 같이 둥근 초경합금 공구들(cemented carbide tools)에 플루트를 형성하는 것이다.
더 양호한 정밀성 및 절삭 품질을 요구하는 더 정밀한 용도들은 역사적으로 상이한 공구 구성들 및 결합 타입들을 사용했다. 예를 들어, 알려진 바와 같이, 하드 디스크 드라이브(HDD)는 컴퓨터들 및 게임 콘솔들, 휴대폰들 및 개인 휴대 정보 단말기들(personal digital assistants), 디지털 카메라들 및 비디오 레코더들, 및 디지털 미디어 플레이어들(예를 들어, MP3 플레이어들)을 포함하는 수많은 소비자용 전자 용도들에 사용되는, 통상적으로 사용되는 저장 메커니즘이다. HDD 디자인들은 일반적으로 스핀들을 중심으로 회전하는 (그 위에 데이터가 기록되는) 원형 자기 '플래터(platter)' 를 포함한다. 플래터가 회전할 때, 읽기-쓰기 헤드(read-write head)가 그의 바로 아래에서 플래터 저장 위치의 자기화를 검출 및/또는 변경하는데 사용된다. 읽기-쓰기 헤드 그 자체는 읽기-쓰기 헤드가 플래터의 위에서 일정한 '비행 높이'를 유지하는 것을 허용하는 공기역학적으로 형상화된 블록인 '슬라이더(slider)' 에 장착된다. 슬라이더는 플래터 위의 어떤 저장 위치로 읽기-쓰기 헤드를 이동시키기 위해 작동하는 액추에이터 어셈블리(즉, 모터 및 아암)에 연결된다. 슬라이더 구성요소의 제조는 수많은 난제들을 제공한다. 예를 들어, HDD들을 사용하는 전자 장치들의 폼 팩터(form factor)가 감소함에 따라, (일 페니 동전 크기의 약 1/50 내지 1/100일 수 있는) 슬라이더를 포함하는 HDD를 구성하는 구성요소들의 크기가 감소한다. 이와 같이, 슬라이더는 상당히 정밀한 치수로 절삭되어야 한다. 슬라이더들이 치핑(chipping) 및 과도한 커프(excessive kerf)와 같은 문제들을 초래하지 않고 절삭하기 어려운 경질 취성 재료들(예, Al2O3-TiC, 예를 들어 미국 특허 번호 제4,430,440호를 볼 것)로부터 일반적으로 만들어진다는 사실이 이런 제조의 복잡성을 가중시킨다.
영국 특허 번호 제1,279,413호 미국 특허 번호 제4,001,981호 미국 특허 번호 제4,107,125호 미국 특허 번호 제4,430,440호
그러므로, 경질 취성 재료들을 정밀한 치수로 절삭할 수 있는 새로운 연마 공구들이 계속적으로 요구되고 있다.
본 공개서의 일 실시예는 예를 들어, 단일 패스(single pass)에서 경질 취성 재료들의 다이싱 및 폴리싱을 하기에 적합한 다기능 연마 공구를 제공한다. 공구는 금속/금속 합금 및 수지의 혼성 결합, 및 혼성 결합과 혼합되는 복수의 미세 연마 그리트들을 포함한다. 금속 합금은, 예를 들어, 50/50 중량의 구리 및 주석으로 기본적으로 구성될 수 있는 청동일 수 있으며, 수지는, 예를 들어, E. I. du Pont de Nemours and Company로부터 이용할 수 있는 VespelR SP1 폴리이미드, Saint-Gobain Performance Plastics Corporation으로부터 이용할 수 있는 Meldin 7001R 폴리이미드, 또는 이들에 유사한 폴리이미드와 같은 폴리이미드일 수 있다. 공구는 대체로 직선이며 250 미크론 이하의 대체로 균일한 두께를 가질 수 있다. 구체적인 예들의 경우에서, 공구는 ANSI B74.2 타입 1A8 휠 또는 ANSI B74.2 타입 1A1 휠이며, 약 65 미크론 이하의 두께를 가진다(다른 휠 타입들은 이 공개서에 비추어 보면 명백하게 될 것이다). 하나의 특정한 구성에서, 공구는 폴리이미드와 같은 약 1에서 50 체적 퍼센트(vol %)의 수지, 청동과 같은 약 40에서 85 vol %의 금속/금속 합금, 및 약 5에서 40 vol %의 미세 연마 그리트들을 포함한다. 다른 더 구체적인 구성에서, 공구는 폴리이미드와 같은 약 10에서 40 vol %의 수지, 청동과 같은 약 45에서 75 vol %의 금속/금속 합금, 및 약 10에서 25 vol %의 미세 연마 그리트들을 포함한다. 다른 더 구체적인 구성에서, 공구는 약 11.25 vol %의 폴리이미드, 약 70 vol %의 청동, 및 약 18.75 vol %의 미세 연마 그리트들을 포함하며, 각각의 성분들은 +/-20%의 허용 오차를 가진다. 폴리이미드는, 예를 들어, 약 40 미크론 이하의 평균 직경을 가지는 입자들로 기본적으로 구성될 수 있으며, 청동은 약 40 미크론 이하의 평균 직경을 가지는 입자들로 기본적으로 구성될 수 있으며, 미세 연마 그리트들은 50에서 75 농도의 다이아몬드로 기본적으로 구성될 수 있으며, 약 40 미크론 이하의 평균 직경을 가진다. 더 구체적인 이와 같은 구성에서, 청동은 10 미크론 이하의 평균 직경을 가지는 입자들로 기본적으로 구성된다. 공구는 (개별적으로 형성되고 함께 결합된 별개의 공구들이거나, 일체형 구조(monolithic structure)로 형성되는) 한 벌과 같은 배치(gang-like arrangement)의 복수의 공구들을 포함하는 멀티-블레이드(multi-blade) 구성에 포함될 수 있다.
본 공개서의 다른 실시예는 예를 들어, 경질 취성 재료들의 다이싱 및/또는 폴리싱을 하기에 적합한 연마 공구를 제공한다. 공구는 위에서 논의된 공구와 유사하게 구성되지만, 대체로 직선이며 30에서 125 미크론 범위의 대체로 균일한 두께를 가진다.
본 공개서의 다른 실시예는, 예를 들어, 경질 취성 재료들의 다이싱 및/또는 폴리싱을 하기에 적합한 연마 공구를 제공한다. 공구는 금속 또는 금속 합금과 열변형 온도(예를 들어, ASTM 표준 D648에 의해 측정된 바와 같은) 또는 500℃ 미만(예를 들어, 약 100℃에서 450℃의 범위이거나 휠씬 더 구체적으로는, 약 160℃에서 400℃의 범위인)의 다른 유사한 처리 온도 파라미터(수지가 녹지 않고 연화되며, 일반적으로 "연화 온도(softening temperature)" 불리어지는)와 관련된 수지의 혼성 결합을 포함한다. 금속 또는 금속 합금(예를 들어, 청동)은 수지의 열변형 또는 연화 온도에서 액체 상 또는 천이 액체 상, 및 실온에서 1과 5 MPa.m0.5 사이의 파괴 인성(fracture toughness)을 가진다. 수지(예를 들어, 폴리이미드)는 약 3%에서 25%의 범위의 연성을 가질 수 있다. 공구는 혼성 결합과 혼합되는 복수의 미세 연마 그리트들을 더 포함한다. 다양한 대체 실시예들에서, 공구는 대체로 직선이며 250 미크론 이하의 대체로 균일한 두께를 가질 수 있다. 하나의 특별한 경우에, 공구는 단일 패스에서 경질 취성 재료들을 슬라이싱(slicing) 및 폴리싱할 수 있는 다기능 공구이다. 여기에서 논의된 바와 같은 다양한 다른 연마 공구 파라미터들이 이와 같은 대체 실시예들에 동일하게 적용될 수 있다.
본 공개서의 다른 실시예는, 예를 들어, 경질 취성 재료들의 다이싱 및/또는 폴리싱을 하기에 적합한 연마 공구들을 제조하기 위한 방법을 제공한다. 이 방법은 연마 그레인들, 폴리이미드, 및 미리-합금된 청동(예를 들어, 약 50 중량%의 구리와 약 50 중량%의 주석)을 포함하는 미리-선택된 비율의 미립자 성분들을 제공하는 단계를 포함한다. 이 방법은 대체로 균일한 조성물을 형성하기 위해 미립자 성분들을 혼합하는 단계, 대체로 균일한 조성물을 원하는 형상의 주형에 배치하는 단계, 및 성형품을 형성하는데 효과적인 시간(예를 들어, 5에서 30분) 동안 약 25-200 MPa의 범위의 압력으로 주형을 가압하는 단계를 계속한다. 이 방법은 청동을 소결하고 폴리이미드를 연화시키는데 효과적인 시간 동안 500℃ 미만(예를 들어, 약 100℃에서 450℃의 범위이거나, 보다 더 구체적으로는, 약 160℃에서 400℃의 범위)의 온도까지 성형품을 가열하고 그에 의해 연마 그레인들 및 소결된 결합을 대체로 연속적인 금속 합금 상과 대체로 연속적인 또는 대체로 불연속적인 폴리이미드 상의 복합물에 통합시키는 단계, 및 그 다음에 연마 공구를 형성하기 위해 복합물을 냉각시키는 단계를 계속한다. 이 방법은 원하는 정도의 진직도(straightness) 및 두께(예를 들어, 약 250 미크론 이하의 대체로 균일한 두께를 제공하기 위해 공구의 반대쪽 측면들이 동시에 랩핑되는 양면 랩핑)를 제공하기 위해 연마 공구의 측면들을 랩핑(lapping)하거나 그렇지 않으면 마무리(finishing)하는 단계를 계속할 수 있다. 대체 실시예에서, 이 방법은 초기 연마 공구로부터 다수의 더 얇은 공구들을 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 각각의 더 얇은 공구는 250 미크론 이하의 대체로 균일한 두께를 가지며, 그에 의해 (한 벌과 같은 구성의) 멀티-블레이드 연마 공구를 제공한다. 이와 같은 하나의 경우에, 초기 연마 공구로부터 다수의 더 얇은 공구들을 형성하는 단계는 방전 가공(EDM: electro-discharge machining)을 사용하여 달성된다.
여기에서 설명된 특징들 및 이점들이 모든 특징들 및 이점들을 포함하고 있는 것이 아니며, 특히 많은 추가적인 특징들 및 이점들이 도면들, 명세서, 및 청구범위를 고려하면 본 기술분야에서 통상의 기술을 가진 사람에게 명백하게 될 것이다. 더구나, 명세서에 사용되는 용어는 주로 가독성 및 설명의 목적들을 위해 선택되었으며, 본 발명의 내용의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다라는 것에 주목해야 한다.
이와 같은 종래의 코발트계 제품들과 대조적으로, 본 공개서의 실시예에 따라 구성된 공구는 적당한 정도의 연성을 유지함으로써 핸들링 및 높은 그라인딩 힘들을 견디는 우수한 성능을 보였으며, 더 깊은 절삭 깊이로 그라인딩하는데 사용될 수 있다. 더구나, 예시적인 금속 합금은 어떤 코발트도 포함하지 않으며, 우수한 소결성, 그리트 보유력, 강성, 및 연성을 제공하기 위해 폴리이미드와 연관된 처리 온도들에서 충분히 유동된다.
개시된 공구들은 개선된 공구 수명, 더 양호한 엣지 품질(양호한 수직 및 없거나 낮은 정도의 치핑), 및 종래의 공구들에 비하여 더 양호한 마무리(없거나 보다 적은 스크래치들)을 제공한다. 더구나, 공구들은 투-인-원 공정(two-in-one process)을 가능하게 함으로써, 시간, 노동, 및 동력과 연관된 제조 비용을 효과적으로 감소시킨다.
상대적으로 정밀한 치수로 경질 취성 재료들을 절삭할 수 있는 연마 공구들 및 기술들이 개시된다. 미세 연마 그리트들과 함께 금속 또는 금속 합금(예를 들어, 청동)과 수지(예를 들어, 폴리이미드) 매트릭스의 혼성 결합을 포함하는 공구들이, 예를 들어, 경면 마무리 절삭 용도들에 사용될 수 있으며, 그에 의해 '1X' 또는 '단일 패스' 다기능 연마 공정들을 가능하게 한다. 얇은 ANSI B74.2 타입 1A8 블레이드들(단일 블레이드 또는 멀티-블레이드 구성) 및 다른 이와 같은 절삭 블레이드들과 같은 전자 장치 제조를 위한 연마 제품들을 포함하는 수많은 공구 타입들 및 용도들이 공개서에 비추어 보면 명백하게 될 것이다.
하나의 예시적인 용도에서, 개시된 공구들은 읽기-쓰기 헤드 슬라이더들의 경면 마무리 다이싱(mirror finish dicing)에 사용될 수 있다. 일반적으로, 알루미나 티타늄 카바이드(Al2O3-TiC)와 같은 경질 취성 재료들로 만들어지는 읽기-쓰기 헤드 슬라이더들은 금속-결합 공구를 사용하는 다이싱 단계 및 수지-결합 공구를 사용하는 뒤따르는 별개의 폴리싱 단계를 포함하는 2-단계 공정으로 제조된다. 본 공개서의 실시예에 따라 구성된 공구는 (여기에서 또한 "1X 공정" 으로 불리는) 단일 패스에서 슬라이싱과 폴리싱 모두를 수행할 수 있다. 본 공개서에 비추어 보면 이해될 수 있는 바와 같이, 이런 실시예들이 또한, 그렇게 하기를 원한다면, 다중-패스 또는 "2X" 공정들에 사용될 수 있다는 것에 주목해야 한다.
보다 상세하게는, 이 예시적 실시예의 블레이드는 알루미나-티타늄 카바이드와 같은 경질이며 취성의 재료의 다이싱/폴리싱을 위해 미세 다이아몬드 연마 그리트와 함께 청동과 같은 금속/금속 합금 및 폴리이미드 수지와 같은 수지를 포함한다. 비록 대체로 연속적인 것이 커프 품질 및 공구 마모와 관련된 어떤 성능상의 이점들을 가질 수 있지만, 금속 합금은 본래 대체로 연속적이거나 분리될 수 있으며 폴리이미드의 공정 온도의 고체 또는 액체 상에서 소결될 수 있다. 더구나, 금속 합금은 강성을 공구에 전달할 수 있으며(즉, 금속 합금과 폴리이미드 사이의 계면의 슬라이딩이 없다), 그의 경도는 피가공 재료의 경도보다 낮을 수 있다. 적합한 폴리이미드(또는 다른 유사한 수지)는 일반적으로 낮은 인장 %와 높은 열 안정성을 가진다. 이 공개서에 비추어 보면 더 이해될 수 있는 바와 같이, 본 공개서는 청동과 폴리이미드에 한정되는 것으로 의도된 것이 아니다. 오히려, 청동은, 예를 들어, 수지의 연화 온도(예, 예를 들어 ASTM 표준 D648에 의해 측정된 바와 같은 열 변형 온도)에서 액체 상 또는 천이 액체 상과 실온에서 1과 5 MPa.m0.5 사이의 파괴 인성을 가지는 어떤 금속 또는 금속 합금에 의해 대체될 수 있다. 또는, 폴리이미드는, 예를 들어, 500℃ 미만(예, 약 160℃에서 400℃의 범위인)의 연화 온도와 약 3%에서 25% 범위의 연성을 가지는 어떤 수지 또는 폴리머에 의해 대체될 수 있다. 일반적으로, 수지 및 금속 합금 타입들의 구체적인 선택은 공구가 제조 및 내구성을 위해 충분한 취성이 있지만, 그라인딩 및 핸들링 응력들을 견딜 정도로 충분한 연성이 있도록 하기 위한 것이다(즉, 과도하게 강성이 있는 공구들이 파손되기 쉽다).
수지의 함유량은, 예를 들어, 약 1에서부터 50 체적 퍼센트(vol %)까지의 범위일 수 있으며, 금속/금속 합금의 함유량은, 예를 들어, 약 40에서부터 85 vol %까지의 범위일 수 있다. 금속 합금은, 예를 들어, 60/40에서 40/60의 구리/주석의 중량(예, 50/50 중량%)을 가지는 청동일 수 있다. 다이아몬드 함유량(또는 다른 적합한 연마 그레인)은 약 40에서부터 100 농도까지의 범위의 농도에서, 예를 들어, 10에서부터 30 vol %까지의 범위일 수 있다. 다이아몬드 그리트 입자들은, 예를 들어, 40 미크론 이하의 직경이며, 바람직하게는 1 미크론에서 12 미크론의 범위이며, 보다 바람직하게는 1 미크론에서 3 미크론의 범위인 평균 직경을 가질 수 있다. 청동 분말 및 폴리이미드 입자들은, 예를 들어, 40 미크론 이하이며 보다 바람직하게는 30 미크론 이하인 평균 직경을 가질 수 있다. 실제 조성은 원하는 진직도 및 강성/연성뿐만 아니라 셀프-드레싱 능력(self-dressing capability) 및 (만약 존재한다면) 커프를 따른 치핑의 허용 정도와 같은 인자들에 따라 다를 것이다. 이런 공구들은 마이크로일렉트로닉 웨이퍼 부품들(예, 실리콘 웨이퍼 및 Al2O3-TiC 슬라이더들)의 제조에서와 같은, 경질 취성 피가공물들에 대한 1X 슬라이싱/폴리싱 공정들에서 잘 작동한다.
연마제는 다이아몬드에 제한되는 것으로 의도되지 않으며, 기본적으로 CBN, 용융된 알루미나, 소결된 알루미나, 실리콘 카바이드, 또는 이들의 혼합물들과 같은 어떤 적합한 연마제일 수 있다. 연마제의 선택은 절삭되는 재료 및 원하는 공구 비용과 같은 인자들에 따른다. 알려진 바와 같이, 연마 그레인들에는 사용되는 구체적인 연마제에 따라 그의 성질이 변하는 코팅이 제공될 수 있다. 예를 들어, 연마제가 다이아몬드 또는 CBN이라면 연마제 상의 금속 코팅(예, 니켈)이 그라인딩 특성들을 개선하기 위해 사용될 수 있다. 유사하게도, 만약 그레인이 산화철 또는 감마 아미노 프로필 트리에톡시 실란과 같은 실란으로 코팅되면, 용융된 알루미나의 그라인딩 품질이 어떤 그라인딩 또는 절삭 용도들에서 향상된다. 마찬가지로, 소결된 졸 겔과 시딩된(seeded) 졸 겔 알루미나 연마제는 이들에 실리카 코팅이 공급될 때 향상된 그라인딩 특성들을 보이거나, 몇몇의 경우들에서, 만약 소결된 연마제가 실란 처리되면 개선이 초래될 수 있다. 작용 가능한 연마제 그리트 크기는 또한 원하는 성능에 따라 다를 수 있으며, 본 공개서의 몇몇 실시예들에 따르면, 그리트 크기는 40 미크론이거나 더 미세하다.
다양한 대체 실시예들에서, 본 출원의 공구들은 250 미크론 이하이며, 바람직하게는 100 미크론 이하이며, 보다 바람직하게는 70 미크론 이하이며, 보다 더 바람직하게는 65 미크론 이하의 두께를 가질 수 있다. 비록 공구의 타입과 그의 치수들이 (목표 용도에 따라) 또한 다를 수 있지만, 하나의 이와 같은 예시적인 공구는 약 30에서 130 미크론(예, 65 미크론 이하)의 두께, 약 50에서 150 밀리미터(예, 110 mm)의 외부 직경, 및 약 35에서 135 mm(예, 90 mm)의 내부 직경을 가지는 ANSI B74.2 타입 1A8 휠이다. 비록 외부 직경에서부터 내부 직경으로부터 얼마간 떨어진 거리까지 연장된 일부분의 연마 부분들이, 적절한 때에, 또한 사용될 수 있을지라도, 다기능 블레이드의 연마 부분은 일반적으로 휠의 외부 직경에서부터 내부 직경까지 연장된다.
공구는, 예를 들어, 약 300 내지 420℃에서 분말 혼합물로부터 제조될 수 있다. 하나의 이와 같은 실시예에서, 금속 합금의 선택은 이 합금에 존재하는 상들 중의 적어도 하나가 이와 같은 온도에서 녹아서, 공구의 개선된 소결성, 더 양호한 다이아몬드 유지력, 향상된 공구 강성, 및 슬라이싱/폴리싱 공정에서 발생된 열의 방출을 위한 경로를 초래하도록 하기 위한 것이다. 폴리이미드는 일반적으로 처리 온도들에서 녹는점을 가지지 않고, 단지 연화된다. 치밀화가 성형 과정(예, 몰딩) 중에 완료되는 것을 보장하기 위해 높은 압력들이 사용될 수 있다.
하나의 상업적으로 이용 가능한 연마 공구는 코발트 금속, 수지, 및 미세한 다이아몬드 그리트들로 구성된다. 그러나, 코발트의 사용은 많은 문제점들을 유발시킬 수 있다. 구체적으로는, 코발트계 제품은 일반적으로 매우 부서지기 쉬우며 취급 및 사용 중에 파손되는 경향이 있다. 더구나, 코발트의 사용은 불충분하게 소결되며 낮은 그리트 보유력을 가지는 구조에 이르게 한다(이는 코발트가 적합한 수지들과 연관된 처리 온도에서 아주 잘 유동되지 않기 때문이다). 정황에 따라서, 코발트는 환경 친화적이지 않을 수 있다. 게다가, 코발트의 높은 강성은 코발트-수지 계면에서의 슬라이딩 때문에 공구에 전달되지 않을 수 있다. 수지 타입과 사용되는 필러들의 선택 및 처리 온도와 같은, 다른 요소들이 또한 공구의 성능에 작용한다(예를 들면, 수지의 유익한 품질들은 과도한 온도에 처할 때 저하된다).
코발트의 사용과 연관된 다른 미묘하지만 중요한 문제는 자기적 특성에 관한 것이다. 특히, 코발트는 쉽게 자기화되는 경질의 강자성 재료로 알려져 있다. 이 때문에, 코발트계 블레이드의 코발트가 슬라이싱되고 폴리싱된 피가공물(예, Al2O3-TiC 슬라이더들)의 자기적 특성을 뒤엎을 수 있다고 믿어지고 있다. 이는 절삭 중에 피가공물의 표면에 수집되는 잔류하는 코발트 오염물에 기인할 수 있거나(예를 들면, 공구가 마모될 때, 코발트는 공구로부터 분리되며 이의 일부가 피가공물에 점착되거나 매립된다), 뒤이어서 피가공물과 상호 작용하는, 그라인딩 영역의 주위에 있는 국부적인 자기장에 영향을 끼치는 공구에 있는 코발트의 효과에 기인할 수 있다.
이와 같은 종래의 코발트계 제품들과 대조적으로, 본 공개서의 실시예에 따라 구성된 공구는 적당한 정도의 연성을 유지함으로써 핸들링 및 높은 그라인딩 힘들을 견디는 우수한 성능을 보였으며, 더 깊은 절삭 깊이로 그라인딩하는데 사용될 수 있다. 더구나, 예시적인 금속 합금은 어떤 코발트도 포함하지 않으며, 우수한 소결성, 그리트 보유력, 강성, 및 연성을 제공하기 위해 폴리이미드와 연관된 처리 온도들에서 충분히 유동된다. 더구나, 청동의 금속 합금은 비자성이며 그에 따라서 그라인딩 영역 주위의 국부적인 자기장에 영향을 끼치지 않거나, 피가공물의 표면을 자성 입자들로 오염시키지 않는다. 미국 특허 번호 제5,313,742호, 제6,200,208호, 및 제6,485,532호는 경질 취성 재료들을 절삭할 수 있는 종래의 연마 공구들과 관련된 추가적인 세부사항들을 제공한다. '742호, '208호, 및 '532호 특허들 각각은 여기에 그의 전문이 참고로 포함된다.
그러므로, 이와 같은 실시예들에 따라 구성되는 연마 공구들은 Al2O3-TiC 슬라이더들과 경질 취성 재료들로부터 만들어지는 이와 같은 다른 부품들의 제조에서 동시에 행해지는 1X 다이싱 및 폴리싱 작동들에 사용될 수 있다. 보다 일반적인 의미에서, 이와 같은 실시예들에 따라 구성되는 연마 공구들은 전통적으로 하나의 공구로 슬라이싱되거나 그렇지 않으면 절삭되며 다른 하나로 폴리싱되는 정밀 마무리 피가공물들에 대한 절삭 및 폴리싱의 조합을 포함하는 1X 공정들을 행하는데 사용될 수 있다. 이런 공구들이, 만약에 원한다면, 비-1X 용도들(예, 2X)에 또한 사용될 수 있다. 개시된 공구들은 개선된 공구 수명, 더 양호한 엣지 품질(양호한 수직 및 없거나 낮은 정도의 치핑), 및 종래의 공구들에 비하여 더 양호한 마무리(없거나 보다 적은 스크래치들)을 제공한다. 더구나, 공구들은 투-인-원 공정(two-in-one process)을 가능하게 함으로써, 시간, 노동, 및 동력과 연관된 제조 비용을 효과적으로 감소시킨다.
예시적 공구 구성 #1
본 공개서의 실시예에 따른 하나의 구체적인 연마 공구 구성에서, 공구는 약 65 미크론의 두께, 약 110 밀리미터의 외부 직경, 및 약 90 mm의 내부 직경을 가지는 ANSI B74.2 타입 1A8 휠이며, 블레이드의 조성은 다음과 같다: 31.25 체적 퍼센트의 VespelR SP1 폴리이미드(약 30 미크론의 평균 직경을 가지는 분말 입자들을 가짐), 50 vol %의 청동(50/50 중량의 구리 및 주석, 약 30 미크론의 평균 직경을 가지는 분말 입자들을 가짐), 및 18.75 vol %의 다이아몬드(75 농도이며, 1에서 3 미크론의 평균 직경을 가짐). 다이아몬드들은, 예를 들어, 1에서 3μm (-8μm) RB AmplexR 다이아몬드, 또는 1에서 2μm (-8) RVM CSG Diamond InnovationsR 다이아몬드일 수 있다. 다른 적합한 다이아몬드 타입들 및 공급원들은 본 공개서에 비추어 보면 명백하게 될 것이다. 비록 더 느슨한 허용 오차들(예, +/-20 퍼센트 이상) 또는 더 빡빡한 허용 오차들(예, +/-5 퍼센트 이하)이 특별한 용도 및 원하는 정밀도 및 성능에 따라 또한 사용될 수 있지만, 공구 치수들 및 조성에 대한 허용 오차들은, 예를 들어, +/-10 퍼센트일 수 있다.
공구의 얇기는 소모되는 피가공 재료를 감소시키며, 그럼에도 불구하고 정밀 슬라이싱과 엣지 품질(수직면의 15도 이내 또는 그 이상과 같은, 대체로 수직의 커프 벽을 가지는 낮은 커프 손실)을 허용하는 진직도를 가진다. 진직도는 아버 홀(arbor hole)의 반경으로부터 휠의 외부 반경까지의 모든 반경들에서 대체로 균일한 휠의 축방향의 두께를 가리킨다. 일 실시예에서, 이 얇고, 곧은 공구 두께는 공구를 65 미크론까지 양면 랩핑을 함으로써 달성된다. 단면 랩핑이 또한 사용될 수 있지만, 공구를 변형시키지 않도록 하기 위해 주의를 기울여야 한다(예를 들면, 냉각 기술들을 사용하며 추가적인 제조 시간을 할당함).
이런 특정한 예시적 실시예에서, 공구는 대체로 연속적이거나 불연속적인 폴리이미드 상과 함께, 대체로 연속적인 금속 합금 상(미리-합금된 청동)을 포함한다. 이 ANSI B74.2 타입 1A8 공구 디자인이, 예를 들어, 동시에 슬라이싱과 폴리싱이 요구되는 1X 용도들에 사용될 수 있다. 청동의 대체로 연속적인 금속 합금 상은 공구의 강성을 개선시키며(노출된 공구의 높은 종횡비, 그러므로 강성은 커프를 제어하는데 도움이 된다), 폴리이미드는 공구 구조에 어느 정도의 컴플라이언스(compliance)를 더하며 그 결과로, 절삭 중에, 공구 측면들 상의 다이아몬드가 결합으로 약간 되돌아가 가압되며, 그에 의해 그들이 가지는 절삭 깊이를 제한하며, 그에 따라 피가공물에 대한 엣지 마무리를 개선시킨다.
유사한 구성의 코발트계 폴리이미드 공구와 비교할 때, 이 예시적 다기능 공구는 엣지 진직도와 엣지에 인접한 칩 두께의 관점에서 유사하게 작용한다. 그러나, 이 실시예에 따라 구성된 공구는 코발트계 공구보다 상대적으로 더 단단하였으며, 코발트계 공구에 비해 더 낮은 공구 마모 및 더 작은 커프를 보였다. 더구나, AFM(원자 힘 현미경) 분석은 코발트계 공구에 의해 제공되는 43Å의 피가공물 엣지 마무리 Ra와 비교하여, 이 공구가 27Å의 더 양호한 피가공물 엣지 마무리 Ra를 제공한다는 것을 보여주었다.
표 1은 예 1 실시예와 코발트계 공구 사이의 비교 분석의 성능 파라미터들을 요약하고 있다. 이 데이터는 피가공물을 통과하는 공구의 제1 열 또는 패스에 근거한 것이다. 추가적인 패스들(열들)에 대해서, 마모율의 차이는 더 두드러진다. 예를 들어, 15 열들(24 슬롯들) 후에, 공구 마모는 코발트계 공구에 대하여 약 36 미크론이었으며 예 1 실시예에 대하여 약 28 미크론이었다. 비교 실험은 약 100 mm/분의 테이블 속도 및 9000 RPM의 공구 속도에서 실행되었다.
Figure 112012039683017-pat00001
더구나, 9000 RPM에서부터, 예를 들어, (기계의 상한에 따르는) 11000 내지 18000 RPM까지의 예 1 실시예의 증가하는 공구 속도가 엣지 진직도를 개선하며 공구 드레싱에 대한 필요를 감소시킨다는 것을 알게 되었다. 다른 한편으로, 만약 (예, 각각의 열 또는 열들의 서브-세트 사이에서) 중간의 공구 드레싱 작동을 행하는 것이 허용된다면, 더 낮은 공구 속도가 사용될 수 있다.
입자 크기들에 대해서는, 일반적으로 구체적인 요구사항이 없다. 상업적으로 이용할 수 있는 크기의 다양한 공구 구성요소들이 여기에서 설명된 바와 같이 사용되었으며, (또한 여기에서 설명된 바와 같은) 허용될 수 있는 결과들을 가진다. 그러나, 더 미세한 입자 크기의 청동이 다이아몬드 분포 및 공구 성능을 개선시키는데 작용할 수 있다는 것이 일반적으로 믿어지고 있다. 따라서, 여기에서 설명된 몇몇 실시예들에서, 10 미크론 이하의 범위에 있는 청동 입자들이 사용된다(예를 들면, 1에서 3 미크론의 다이아몬드의 분포를 개선시키기 위해). 그러나, 이 공개서에 비추어 보면 이해될 수 있는 바와 같이, 더 큰 청동 입자들(예, 30 미크론 범위)이 또한 효과적이다.
예시적 공구 구성 #2
본 공개서의 실시예에 따른 다른 구체적인 연마 공구 구성에서, 공구는 이전에 설명된 바와 같은 치수들과 다음과 같은 블레이드의 조성을 가지는 ANSI B74.2 타입 1A8 휠이다: 21.25 체적 퍼센트의 VespelR SP1 폴리이미드(약 30 미크론의 평균 직경을 가지는 분말 입자들을 가짐), 60 vol %의 청동(50/50 중량의 구리 및 주석, 약 30 미크론의 평균 직경을 가지는 분말 입자들을 가짐), 및 18.75 vol %의 다이아몬드(75 농도이며, 1에서 2 미크론의 평균 직경을 가짐). 허용 오차들에 대한 이전의 논의가 여기에 동일하게 적용될 수 있다.
이 예시적 다기능 공구는 42Å의 피가공물 표면 마무리 Ra를 제공하였으며, 다른 성능 파라미터들은 예 1 실시예와 동등했다.
예시적 공구 구성 #3
본 공개서의 실시예에 따른 다른 구체적인 연마 공구 구성에서, 공구는 이전에 설명된 바와 같은 치수들과 다음과 같은 블레이드의 조성을 가지는 ANSI B74.2 타입 1A8 휠이다: 11.25 체적 퍼센트의 VespelR SP1 폴리이미드(약 30 미크론의 평균 직경을 가지는 분말 입자들을 가짐), 70 vol %의 청동(50/50 중량의 구리 및 주석, 약 5에서 8 미크론의 평균 직경을 가지는 분말 입자들을 가짐), 및 18.75 vol %의 다이아몬드(75 농도이며, 1에서 3 미크론의 평균 직경을 가짐). 허용 오차들에 대한 이전의 논의가 여기에 동일하게 적용될 수 있다.
이 예시적 다기능 공구는 48 Å의 피가공물 표면 마무리 Ra를 제공하였으며, 다른 성능 파라미터들은 예 1 실시예와 동등했다. 그러나, 이 공구는 예 1 실시예에 비해 개선된 진직도, 더 양호한 입구 및 출구 구조(절삭의 스크래치가 없는 입구 및 출구)제공하였으며, 열들 사이의 드레싱 작동들을 감소시켰다.
예시적 공구 구성 #4
본 공개서의 실시예에 따른 다른 구체적인 연마 공구 구성에서, 공구는 이전에 설명된 바와 같은 치수들과 다음과 같은 블레이드의 조성을 가지는 ANSI B74.2 타입 1A8 휠이다: 30.25 체적 퍼센트의 VespelR SP1 폴리이미드(약 30 미크론의 평균 직경을 가지는 분말 입자들을 가짐), 57.25 vol %의 청동(50/50 중량의 구리 및 주석, 5에서 8 미크론의 평균 직경을 가지는 분말 입자들을 가짐), 및 12.5 vol %의 다이아몬드(50 농도이며, 1에서 2 미크론의 평균 직경을 가짐). 허용 오차들에 대한 이전의 논의가 여기에서 동일하게 적용될 수 있다.
이 예시적 다기능 공구는 예 1 실시예와 유사한 성능 파라미터들을 보여주었다.
예시적 공구 구성 #5
본 공개서의 실시예에 따른 다른 구체적인 연마 공구 구성에서, 공구는 이전에 설명된 바와 같은 치수들과 다음과 같은 블레이드의 조성을 가지는 ANSI B74.2 타입 1A8 휠이다: 20.25 체적 퍼센트의 VespelR SP1 폴리이미드(약 30 미크론의 평균 직경을 가지는 분말 입자들을 가짐), 67.25 vol %의 청동(50/50 중량의 구리 및 주석, 5에서 8 미크론의 평균 직경을 가지는 분말 입자들을 가짐), 및 12.5 vol %의 다이아몬드(50 농도이며, 1에서 2 미크론의 평균 직경을 가짐). 허용 오차들에 대한 이전의 논의가 여기에서 동일하게 적용될 수 있다.
이 예시적 다기능 공구는 예 3 실시예와 유사한 성능 파라미터들을 보여주었다.
이전에 설명된 성능 실험에 추가하여, 마모 실험 데이터가 공구의 마모에 대한 이와 같은 변화들의 효과를 판단하기 위해 다양한 양의 연마제 함유량뿐만 아니라 청동-폴리이미드 비를 가지는 다수의 샘플들에 대하여 측정되었다. 다양한 다이아몬드 농도(예, 60에서부터 75 농도까지)에 기인된 공구 마모의 중요한 변화는 없었지만, 공구 마모의 중요한 변화는 청동 함유량을 증가시킴으로써 달성될 수 있다(예를 들면, 공구 마모의 감소에 상응하는 65 vol %에서부터 70 vol % 또는 75 vol %까지).
예시적 공구 구성 #6
본 공개서의 실시예에 따른 다른 구체적인 연마 공구 구성에서, 공구는 약 65 미크론의 두께, 약 110 밀리미터의 외부 직경, 및 약 90 mm의 내부 직경을 가지는 ANSI B74.2 타입 1A8 휠이며, 블레이드의 조성은 다음과 같다: 26.5 체적 퍼센트의 Meldin 7001R 폴리이미드(약 10 미크론의 평균 직경을 가지는 분말 입자들을 가짐), 54.8 vol %의 청동(50/50 중량의 구리 및 주석, 약 8 미크론의 평균 직경을 가지는 분말 입자들을 가짐), 및 18.7 vol %의 다이아몬드(75 농도이며, 1에서 2 미크론의 평균 직경을 가짐). 다이아몬드들은, 예를 들어, 1에서 2μm (-8μm) 1에서 2μm (-8) RVM CSG Diamond InnovationsR 다이아몬드일 수 있다. 더 느슨한 허용 오차들(예, +/-20 퍼센트 이상) 또는 더 빡빡한 허용 오차들(예, +/-5 퍼센트 이하)이 특정한 용도 및 원하는 정밀도 및 성능에 따라 또한 사용될 수 있지만, 공구 치수들 및 조성에 대한 허용 오차들은, 예를 들어, +/-10 퍼센트일 수 있다. 공구들은 예 1의 공구들과 유사한 방식으로 제조된다.
공구의 얇기는 소모되는 피가공 재료를 감소시키며, 그럼에도 불구하고 정밀 슬라이싱과 엣지 품질(수직면의 15도 이내 또는 그 이상과 같은, 대체로 수직의 커프 벽을 가지는 낮은 커프 손실)을 허용하는 진직도를 가진다. 진직도는 아버 홀의 반경으로부터 휠의 외부 반경까지의 모든 반경들에서 대체로 균일한 휠의 축방향의 두께를 가리킨다. 일 실시예에서, 이 얇고, 곧은 공구 두께는 공구를 65 미크론으로 양면 랩핑을 함으로써 달성된다. 단면 랩핑이 또한 사용될 수 있지만, 공구를 변형시키지 않도록 하기 위해 주의를 기울여야 한다(예를 들면, 특수한 냉각 기술들을 사용하며 추가적인 제조 시간을 할당함).
이 특정한 예시적 실시예에서, 공구는 대체로 연속적이거나 불연속적인 폴리이미드 상과 함께, 대체로 연속적인 금속 합금 상(미리-합금된 청동)을 포함한다. 이 ANSI B74.2 타입 1A8 공구 디자인이, 예를 들어, 동시에 슬라이싱과 폴리싱이 요구되는 1X 용도들에 사용될 수 있다. 청동의 대체로 연속적인 금속 합금 상은 공구의 강성을 개선시키며(노출된 공구의 높은 종횡비, 그러므로 강성은 커프를 제어하는데 도움이 된다), 폴리이미드는 공구 구조에 어느 정도의 컴플라이언스를 더하며 그 결과로, 절삭 중에, 공구 측면들 상의 다이아몬드가 결합으로 약간 되돌아가 가압되며, 그에 의해 그들이 가지는 절삭 깊이를 제한하며, 그에 따라 피가공물에 대한 엣지 마무리를 개선시킨다.
유사한 구성의 코발트계 폴리이미드 공구와 비교할 때, 이 예시적 다기능 공구는 엣지 진직도와 엣지에 인접한 칩 두께의 관점에서 유사하게 작용했다.
표 2는 예 6 실시예와 코발트계 공구 사이의 이 비교 분석의 성능 파라미터들을 요약하고 있다. 이 예에서, 공구 성능은 정상 상태(steady state)에 도달하는데 충분한 절삭을 허용한 후에 판단되었다. 공구 마모는, 예를 들어, 정상 상태에 도달한 후에 35 절삭을 지나서 판단된다. 비교 실험은 약 100 mm/분의 테이블 속도 및 9000 RPM의 공구 속도에서 수행되었다.
Figure 112012039683017-pat00002
여기에서 설명된 바와 같은 연마 공구들을 제조하는 방법들은 다음 단계들 중의 하나 이상을 포함할 수 있다:
(a) 초연마 그레인들(예, 1에서 2 미크론의 평균 직경을 가지는 미세 다이아몬드), 폴리이미드, 및 약 40에서 약 60 중량%의 구리와 약 40에서 약 60 중량%의 주석으로 기본적으로 구성된 미리-합금된 청동을 포함하는 미리-선택된 비율의 미립자 성분들을 제공하는 단계;
(b) 어떤 적당한 혼합 장치(예, 이중 콘 텀블러들, 트윈-셀 V형 텀블러들, 리본 혼합기들, 수평 드럼 텀블러들, 및 고정 셀/내부 스크루 믹서들)를 사용하여 형성될 수 있는, 대체로 균일한 조성물을 형성하기 위해 미립자 성분들을 혼합하는 단계;
(c) 대체로 균일한 조성물을 원하는 형상의 주형(예, ANSI B74.2 타입 1A8 공구)에 배치하는 단계;
(d) 성형품을 형성하는데 효과적인 시간 동안 약 25-200 MPa의 범위의 압력으로 주형을 가압하는 단계;
(e) 청동을 소결하고 폴리이미드를 연화시키는데 효과적인 시간 동안 500℃ 미만(예, 약 100℃에서 450℃의 범위이거나, 보다 더 구체적으로는, 약 160℃에서 400℃의 범위)의 온도까지 성형품을 가열하고 그에 의해 연마 그레인들 및 소결된 결합을 대체로 연속적인 금속 합금 상과 대체로 연속적인 또는 대체로 불연속적인 폴리이미드 상(예를 들면, 30 vol % 이상의 폴리이미드와 같은 더 높은 함유량은 대체로 연속적인 상을 제공하는 경향이 있으며, 30 vol % 미만과 같은 더 낮은 함유량은 대체로 불연속적인 상을 제공하는 경향이 있다; 그러나, 어느 한쪽의 상도 허용될 수 있으며 허용 가능한 결과들을 제공한다는 것에 주목하라)의 복합물로 통합시키는 단계;
(f) 연마 공구를 형성하기 위해 복합물을 냉각시키는 단계; 및
(g) 원하는 정도의 진직도 및 두께(예를 들면, 공구의 축방향의 두께는 아버 홀의 반경에서부터 공구의 외부 반경까지의 모든 반경들에서 대체로 균일하며, 최종 두께는, 예를 들어, 약 65 미크론이다)를 제공하기 위해 연마 공구의 측면들을 랩핑하는 단계. 이 랩핑은 진직도를 더 개선시키기 위해 양면 랩핑으로 수행될 수 있다.
연마 그리트들(예를 들어, 다이아몬드들)은 일반적으로 청동 및 폴리이미드 상들 모두에 존재하지만, 주로 청동 상에 존재한다. 폴리이미드 상은 청동 상보다 더 탄성적이며, 연마 공구에 어느 정도의 탄성을 부여하며, 의도된 마모 과정 때문에 취해지는 칩 크기를 감소시키며 그에 따라 요구되는 표면 마무리를 발생시키기 위해, 이는 절삭 엣지, 및 어쩌면 공구의 측벽 위의 연마 그리트들에 의해 취해지는 절삭 깊이를 제어하는 것으로 믿어지고 있다(휠 구성이라 가정함).
여기에서 설명된 연마 공구들은 냉각-압축 또는 가열-압축 기술들을 사용하는 치밀화에 의해 생산될 수 있다. 때로는 무가압 소결로 불리는, 냉각-압축 공정에서, 복합물 성분들의 혼합물이 원하는 형상의 주형으로 도입되고 높은 압력이 빽빽하지만 부서지기 쉬운 성형품을 얻기 위해 실온에서 가해진다. 높은 압력은, 예를 들어, 25-200 MPa의 범위에 있을 수 있다. 그 후에, 압력이 해제되고 성형품은 주형으로부터 이탈되며 그 다음에 소결 온도까지 가열된다. 예를 들어, 성형품이 불활성 가스 분위기에서 미리-소결하는 성형 압력보다 더 낮은 압력으로 가압되는 동안에(예, 약 100 MPa 미만이거나, 보다 더 구체적으로는, 약 50 MPa 미만) 소결을 위한 가열이 행해질 수 있다. 소결은 또한 진공 하에서 일어날 수 있다. 이 낮은 압력의 소결 중에, 성형품(예를 들어, ANSI B74.2 타입 1A8의 얇은 연마 휠)은 소결 중에 그의 진직도를 유지하는 것을 돕기 위해 주형에 배치될 수 있고/거나 평평한 플레이트들 사이에 끼워질 수 있다. 가열-압축 공정에서, 미립자 결합 조성물의 혼합이 일반적으로 흑연의 주형에 넣어지며, 냉각-압축 공정에서와 같은 높은 압력으로 압축된다. 그러나, 불활성 가스가 이용되고 높은 압력이 온도가 상승되는 동안에 유지되며, 그에 의해 공구 미완성품이 압력 하에 있는 동안 치밀화를 달성한다.
이 방법이 단일 블레이드 또는 멀티-블레이드 구성을 제조하는데 사용될 수 있다는 것에 주목하라. 개별적으로 제조된 공구들로 구성되는 멀티-블레이드 구성(한 벌 구성)에 관하여, 한 벌의 각각의 멤버 공구에 대한 적당한 허용 오차의 추가적인 고려가 있다. 더 상세하게는, 단일 불레이드 실시예의 허용 오차들은 더 높게 허용될 수 있지만, 한 벌 구성에서의 그런 높은 허용 오차들은 축적되어 바람직하지 않은 결과들(예, 원하는 정밀도의 부족)을 제공하게 할 수 있다. 따라서, 본 공개서의 일 실시예에 따라, 한 벌에 포함되는 각각의 공구들의 허용 오차들은 어떤 결과적으로 생긴 축적이 허용할 수 있는 범위 내로 낮아지게 하기 위한 것이다. 한 벌을 이룬 공구들은, 예를 들어, 알루미나 또는 강철과 같은 재료의 스페이서들에 의해 분리될 수 있다. 또는, 다른 실시예는 더 두꺼운 공구로부터 일체형 멀티-블레이드 구조를 형성함으로써 제조되는 멀티-블레이드 공구이다. 더 두꺼운 공구는 이전에 설명된 제조 단계들(단계 a로부터 단계 f까지, 그리고 선택적으로 단계 g)을 사용하여 만들어질 수 있으며, 초기 공구 두께는 원하는 수의 개별적인 공구들이 이로부터 형성되는 것을 허용하기에 충분하다(예, 3600 미크론 또는 더 두꺼운 두께). 그 초기 공구 두께 내에서 형성되는 각각의 개별적인 공구들은, 예를 들어, 125 미크론(또는 그 이하)일 수 있으며 그의 직경이 얇은 외부 공구보다 더 작은 내부 구조 그 자체에 의해 분리된다. 이와 같은 일체형 구조는 개별적인 공구들 사이에 내장식 스페이서를 효과적으로 제공하며, 그에 의해 허용 오차의 변수들을 감소시킨다. 절삭을 위해 두꺼운 내부 부분과 얇은 외부 부분을 가지는 개별적인 공구들의 한 벌을 이루는 어셈블리는 이전에 포함된 미국 특허 번호 제5,313,742호에서 설명된다. 이 원리(두꺼운 내부 부분 및 얇은 외부 부분)는 여기에서 설명된 바와 같은 일체형 구조로 채택될 수 있다. 비록 다른 적합한 가공 기술들(예, 밀링, 와이어 쏘잉(wire sawing) 등)이 사용될 수 있지만, 초기의 더 두꺼운 공구로부터 개별적인 공구들의 형성은, 예를 들어, 방전 가공(EDM)에 의해 달성될 수 있다. 랩핑과 같은 마무리 기술들이 개별적인 공구들의 파라미터들(두께 및 진직도)을 더 개량하기 위해 사용될 수 있다.
본 공개서의 실시예들의 상술한 설명은 실례와 설명을 목적으로 제공되었다. 이는 모두를 속속들이 규명해 내거나 개시된 정밀한 형상으로 본 발명을 한정하기 위해 의도된 것이 아니다. 많은 변경들 및 변화들이 본 공개서에 비추어 가능하다. 예를 들어, VespelR SP1 폴리이미드는 실시예들에 사용하기 위해 허용될 수 있는 것으로 언급되지만, 금속 합금 및 연마제와 적당하게 상호 작용하는 품질들을 가지는 다른 유사한 폴리이미드들 또는 폴리머들이 또한 사용될 수 있다. 마찬가지로, 휠 타입들은 바뀔 수 있다(예, ANSI B74.2 타입 1A1, ANSI B74.2 타입 1A8, 또는 어떤 상대적으로 얇은 연마 휠 구성). 본 발명의 범위는 이 상세한 설명에 의해 제한되지 않고, 오히려 여기에 첨부된 청구범위에 의해 제한되어야 하는 것으로 의도된다.
본 공개서의 요약은 오직 미국 요건들에 따르기 위해 제공되며, 그와 같이, 청구항들의 범위 또는 의미를 해석하거나 제한하는데 사용되지 않을 것이라는 것을 이해하여 제출된다. 더구나, 상술한 상세한 설명에서, 다양한 특징들이 본 공개서를 간소화할 목적으로 단일의 실시예에 그룹으로 만들어질 수 있거나 설명될 수 있다. 본 공개서는 청구된 실시예들이 각각의 청구항에 명확히 상술된 것보다 더 많은 특징들을 필요로 하는 의도를 나타내는 것으로 이해되지 않는다. 오히려, 다음에 오는 청구항들이 나타내는 것과 같이, 발명의 내용은 개시된 실시예들 중의 어느 것의 모든 특징들보다 적은 것을 대상으로 할 수 있다. 따라서, 다음에 오는 청구항들은 상세한 설명에 포함되며, 각각의 청구항은 청구된 내용을 따로따로 가능하게 하고 설명하는 것으로 그 자체가 존재한다.

Claims (10)

  1. 연마 그레인, 연화 온도를 갖는 수지, 및 수지의 연화 온도에서 액상 또는 천이 액상을 갖는 금속 합금을 포함하는 소정 비율의 미립자 성분들을 제공하는 단계;
    미립자 성분들을 혼합하여 실질적으로 균일한 조성물을 형성하는 단계;
    실질적으로 균일한 조성물을 목적하는 형상의 주형에 배치하는 단계;
    성형품을 형성하는데 효과적인 시간 동안 25-200 MPa 범위의 압력으로 주형을 가압하는 단계;
    금속 합금을 소결하고 수지를 연화시키는데 효과적인 시간 동안 500℃ 미만의 온도까지 성형품을 가열하고, 이에 의해 연마 그레인들 및 소결된 결합을 실질적으로 연속적인 금속 상과 실질적으로 연속적인 또는 실질적으로 불연속적인 수지 상의 복합물로 통합시키는 단계;
    복합물을 냉각시켜 연마 공구를 형성하는 단계 및
    연마 공구의 측면들을 랩핑하여 목적하는 정도의 진직도 및 250 미크론 이하의 두께를 제공하는 단계를 포함하는, 연마 공구의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 랩핑이, 연마 공구의 반대쪽 측면이 동시에 랩핑되는 양면 랩핑으로 수행되는, 연마 공구의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 성형품을 가열하여 금속 합금을 소결하고 수지를 연화시키면서, 성형품을 100 MPa 미만의 압력으로 가압하는 단계를 추가로 포함하는, 연마 공구의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 성형품이 내부 가스 분위기에서 가압되는, 연마 공구의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 성형품을 당해 성형품의 가열 전에 플랫 플레이트 사이에 배치하는 단계를 추가로 포함하는, 연마 공구의 제조방법.
  6. 연마 그레인, 폴리이미드, 및 40 내지 60 중량%의 구리와 40 내지 60중량%의 주석으로 필수적으로 이루어진 미리-합금된 청동을 포함하는 소정 비율의 미립자 성분들을 제공하는 단계;
    미립자 성분들을 혼합하여 실질적으로 균일한 조성물을 형성하는 단계;
    실질적으로 균일한 조성물을 목적하는 형상의 주형에 배치하는 단계;
    성형품을 형성하는데 효과적인 시간 동안 25-200 MPa 범위의 압력으로 주형을 가압하는 단계;
    청동을 소결하고 폴리이미드를 연화시키는데 효과적인 시간 동안 500℃ 미만의 온도까지 성형품을 가열하고, 이에 의해 연마 그레인들 및 소결된 결합을 실질적으로 연속적인 금속 합금 상과 실질적으로 연속적인 또는 실질적으로 불연속적인 폴리이미드 상의 복합물로 통합시키는 단계;
    복합물을 냉각시켜 연마 공구를 형성하는 단계 및
    연마 공구의 측면들을 랩핑하여 목적하는 정도의 진직도 및 250 미크론 이하의 두께를 제공하는 단계를 포함하는, 연마 공구의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 복합물이 냉각되어 초기 연마 공구를 형성하고; 초기 연마 공구로부터 복수의 보다 얇은 공구(여기서, 각각의 보다 얇은 공구는 250 미크론 이하의 실질적으로 균일한 두께를 갖는다)를 형성하여 멀티-블레이드 연마 공구를 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 연마 공구의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 초기 연마 공구로부터 복수의 보다 얇은 공구를 형성하는 단계가 방전 가공(EDM)을 사용하여 달성되는, 연마 공구의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서, 랩핑이, 연마 공구의 반대쪽 측면이 동시에 랩핑되는 양면 랩핑으로 수행되는, 연마 공구의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서, 연마 공구가 50 내지 150 mm의 외부 직경 및 35 내지 135 mm의 내부 직경을 갖는, 연마 공구의 제조방법.
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