KR101820177B1 - 고상 코어를 갖는 연마 용품 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

연마 용품 및 상기 용품을 제조하는 방법이 제공된다. 용품은 제1 및 제2 마주보는 주 표면을 갖는 일체형 탄성 부재를 포함하고, 부재는 실질적으로 연마 입자가 없는 중심에 배치된 코어와 연마 입자를 포함하는 복수의 연마 구역을 포함하는 주변 환대를 포함한다. 입자는 일체형 부재의 하나 이상의 주 표면을 통해 돌출된다.

Description

고상 코어를 갖는 연마 용품 및 이의 제조 방법{ABRASIVE ARTICLE WITH SOLID CORE AND METHODS OF MAKING THE SAME}
연마 용품 및 연마 용품을 제조하는 방법이 제공된다.
표면을 연삭 및 폴리싱하거나, 재료를 상이한 단편으로 분배하거나, 또는 스톡 재료로부터 유용한 부품을 형성하는 가공 동안 원치 않는 재료를 절삭하기 위해 연마 용품이 사용될 수 있다. 연마 톱 또는 원형 블레이드는 잘 공지되었고, 유용한 부품을 형성하기 위하여 전자 공학 산업을 포함하는 다수의 산업에 걸쳐서 사용될 수 있다. 최근의 경향은 미리정해진 패턴으로 블레이드 캐리어 상에 및/또는 매트릭스 내에 고정된 연마 입자를 가지며 가요성이고 및/또는 얇은 연마 톱 또는 블레이드를 제조하는 것이다. 그러나, 얇은 캐리어 및/또는 매트릭스 재료는 블레이드가 절삭, 특히 가공물(다이싱) 내에 얇은 슬롯(간격, 커프)을 형성하거나 또는 정밀 절삭하기 위한 기계적 일체성을 갖지 못하도록 할 수 있다. 추가로, 코어로서 스크리닝된(screened) 또는 메쉬 휠을 갖는 블레이드 및 일체형 연마 입자는 균열이 발생되기가 쉽다. 연마 입자로 블레이드의 날을 코팅(예를 들어, 전착 또는 전주)하는 것은 정밀 컷을 제조할 때 원하는 지속성 및 우수한 일체성을 위한 연마 입자의 충분한 보유를 블레이드에 제공하지 못한다. 현존 블레이드는 약 1 ㎜ 미만의 폭을 갖는 컷(예를 들어, 정밀 컷)을 제조할 수 있다.
연마 용품은 복수의 연마 입자를 포함하는 제1 부분과 제1 부분의 일 측을 따라 "풋"으로 불리는 제2 부분을 갖는 소결된 연마 재료를 포함한다. 풋은 연마 입자를 갖지 않고, 용품이 절삭 공구에 쉽사리 부착되도록 할 수 있다.
전자 공학 및 그 외의 다른 산업이 점점 더 작은 부품을 필요로 하기 때문에, 경질 재료 내에 매우 얇은 커프를 절삭할 수 있는 연마 용품이 필요하다. 또한, 이들 산업에서 사용 중에 절삭 표면의 마모 또는 부식을 견딜 수 있으며, 기계가공된 표면에 남겨진 최소 개수 및 크기의 결함을 갖는 정밀 컷을 제조할 수 있는 연마 용품에 대한 필요가 있다. 또한, 매우 얇지만 보강되며, 또한 내부에 매립된 패터닝된 경질 연마 용품을 가질 수 있는 연마 용품에 대한 필요가 있다.
일 양태에서, 제1 및 제2 마주보는 주 표면을 갖는 일체형 탄성 부재를 포함하는 연마 용품이 제공되며, 부재는 중심에 배치된 코어 및 복수의 개구 또는 셀을 포함하는 주변 환대를 포함하며, 주변 환대는 일체형 탄성 부재의 하나 이상의 주 표면을 통해 돌출되는 연마 입자를 포함하는 복수의 연마 구역을 포함하고, 연마 구역은 하나 이상의 주 표면으로부터 외측을 향하여 연장되고, 코어는 실질적으로 연마 구역이 없다.
또 다른 양태에서, 2개 이상의 일체형 탄성 부재, - 각각의 부재는 제1 및 제2 마주보는 주 표면을 가지며, 하나 이상의 부재는 중심에 배치된 코어 및 복수의 개구 또는 셀을 포함하는 주변 환대를 포함함 - , 및 각각의 부재의 하나 이상의 주 표면과 접촉하고 이들 사이에 배치된 중간층을 포함하고, 주변 환대는 일체형 탄성 부재의 하나 이상의 주 표면을 통하여 돌출되는 연마 입자를 포함하는 복수의 연마 구역을 포함하고, 연마 구역은 하나 이상의 주 표면으로부터 외측을 향하여 연장되며, 코어는 실질적으로 연마 구역이 없고, 중간층은 연마가능한 재료를 포함하는 연마 용품이 제공된다.
또 다른 실시 형태에서, 복수의 개구 또는 셀을 포함하는 제1 및 제2 마주보는 주 표면을 갖는 연마 층; 및 연마 층의 하나 이상의 측에 배치된 지지 재료의 하나 이상의 층을 포함하고,
연마 층은 연마 층의 하나 이상의 주 표면을 통해 돌출되는 연마 입자를 포함하는 복수의 연마 구역을 포함하고, 연마 층은 주변 환대를 형성하고 지지 재료의 하나 이상의 층을 초과하여 연장되며, 지지 재료의 하나 이상의 층은 연마 디스크용 지지 플랜지를 형성하는 연마 디스크가 제공된다. 일부 실시 형태에서, 연마 디스크는 지지 재료의 2개의 층, 연마 층의 제1 주 표면상에 배치된 하나의 층 및 연마 층의 제2 주 표면상에 배치된 하나의 층을 포함할 수 있다.
또 다른 양태에서, 제1 및 제2 마주보는 주 표면을 갖는 일체형 탄성 부재를 제공하는 단계, - 부재는 중심에 배치된 코어 및 복수의 개구 또는 셀을 포함하는 주변 환대를 포함하고, 셀은 일체형 탄성 부재의 하나 이상의 주 표면을 통해 침투될 수 있으며, 코어는 실질적으로 셀이 없음 - , 연마 입자를 셀 내에 배치하는 단계, 및 연마 입자가 셀 내에 고정되도록 일체형 탄성 디스크를 가공하는 단계를 포함하는 연마 용품을 제조하는 방법이 제공된다.
또 다른 양태에서, 제1 및 제2 마주보는 주 표면을 갖는 일체형 탄성 부재를 제공하는 단계를 포함하고, 부재는 레이저 또는 전자 빔 용접, 브레이징, 납땜, 가열, 소결, 융합, 침윤, 가압, 스탬핑, 단조, 또는 이의 조합을 사용하여 개구 또는 셀을 갖는 주변 환대를 중심에 배치된 코어 상으로 결합시키는 중심에 배치된 코어를 포함하고, 주변 환대는 일체형 탄성 부재의 하나 이상의 주 표면으로부터 돌출되는 연마 입자를 포함하는 하나 이상의 연마 구역을 포함하고, 연마 구역은 하나 이상의 주 표면으로부터 외측을 향하여 연장되며, 코어는 실질적으로 연마 구역이 없는 연마 용품을 제조하는 방법이 제공된다.
또 다른 양태에서, 복수의 개구 또는 셀을 포함하는 제1 및 제2 마주보는 주 표면을 갖는 연마 층 및 연마 층의 하나 이상의 측에 배치된 지지 재료의 하나 이상의 층을 포함하는 시트를 제공하는 단계, 연마 층을 노출시키기 위해 지지 재료의 하나 이상의 층을 통해 식각하는 단계, 및 시트로부터 연마 디스크를 적출하는 단계를 포함하고,
연마 층은 연마 층의 하나 이상의 주 표면을 통해 돌출되는 연마 입자를 포함하는 복수의 연마 구역을 포함하고,
연마 층은 주변 환대를 형성하고 지지 재료의 하나 이상의 층을 초과하여 연장되며, 지지 재료의 하나 이상의 층은 연마 디스크용 지지 플랜지를 형성하는 연마 디스크를 제조하는 방법이 제공된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이:
용어 "연마 구역"은 적어도 하나의 다이아몬드를 포함하는 셀 또는 적어도 하나의 복수의 셀로 지칭될 수 있으며, 연마 입자를 갖는 제공된 탄성 부재의 주변 환대의 영역을 지칭하고;
용어 "아버"는 회전하는 부분을 지지하는 축 또는 샤프트를 지칭하고;
용어 "셀" 및 "개구"는 임의의 형태 - 원형, 직사각형, 정사각형, 8각형, 또는 불규칙한 형태를 가질 수 있는 재료 내의 관통 또는 블라인드 홀, 채널, 또는 공동을 지칭하고;
용어 "셀형 재료", "셀 재료", 및 "메쉬 재료"는 메쉬, 절삭된 또는 팽창된 재료(예를 들어, 금속, 부식된, 식각된, 입자 충격된(bombarded), 드릴링된 및 천공된 재료), 다공성 재료, 및 스크린을 포함하고 적어도 하나의 복수의 개구를 포함하는 재료를 지칭하고;
용어 "코어는 실질적으로 연마 구역이 없는"은 연마 구역을 갖는 코어의 영역이 5% 미만인 것을 지칭하고;
용어 "코어는 실질적으로 개구 또는 셀이 없는"은 개구 또는 셀을 갖는 코어 영역이 5% 미만인 것을 지칭하고;
용어 "다이아몬드"는 단일의 입자(석재), 응집물, 과립, 클러스터, 및 이들의 대다수를 포함하고 임의의 형태 및 형상을 가질 수 있는 임의의 유형의 경질 연마 입자를 지칭하고;
용어 "디스크"는 얇고, 평평하고, 원형의 물체 또는 이러한 물체를 닮은 형태를 지칭하고;
용어 "적출된"은 예를 들어, 본 명세서에 정의된 다수의 분리 공정 중 임의의 하나의 공정에 의해 다수의 용품의 웨브 또는 플레이트와 같은 용품보다 더 큰 단편으로부터 제거되는 적어도 하나의 용품을 지칭하고;
용어 "핀(fin)"은 부착되는 디스크의 적어도 하나의 일부보다 얇은 두께를 갖는 탄성 부재의 외측 주변 환대를 지칭하고;
용어 "일체형 부재" 및 "일체형 탄성 부재" 및 "탄성 부재"는, 하나를 초과하는 경우 중심에 배치된 코어 섹션, 주변 환대, 및 선택적으로 핀 모두가 동일한 구조의 일부인, 완전한 유닛인 디스크, 플레이트, 또는 포일을 지칭하고;
용어 "예비성형체"는 이들이 가공(소결)되기 전의 소결가능한 재료를 지칭하고;
용어 "탄성"은 가요성이며, 굽힘, 트위스트, 연신, 또는 압축된 이후에 이의 원래의 형태로 신속히 복원될 수 있는 재료의 특성을 지칭하고;
용어 "실질적으로 고상"은 연마 공구의 이용 공정 동안 연마되는 것을 제외하고, 예를 들어, 적어도 블레이드와 같은 연마 공구의 유효 수명에 걸쳐서 형태가 변형되거나 또는 유동하지 않는 재료를 지칭하고;
용어 "지지 플랜지"는 일체형 탄성 부재를 지지하고 아버(arbor)와 동축을 이루는 원형 칼라를 지칭한다.
제공된 용품과 방법은 반도체 웨이퍼 다이싱 응용에서 사용될 수 있고, 규소, 이산화규소, 티타늄 알루미네이트, 유리, 세라믹을 포함하는 다양한 재료 내에 매우 정밀하고 얇은 컷을 형성하기 위해 사용될 수 있고, 보강될 수 있는, 탄성적인, 두께가 전형적으로 약 250 마이크로미터 미만, 100 마이크로미터 미만, 또는 심지어 50 마이크로미터 미만의 매우 얇은 연마 블레이드에 대한 시장의 요구를 만족시킬 수 있다. 용품은 또한, 규소 웨이퍼, 티타늄 알루미네이트, 복합물, 유리, 세라믹, 규소, 침, 회로 기판, 집적 회로와 같은 전자 부품상의 영역을 폴리싱하는데 유용할 수 있거나, 또는 나노제조 산업 또는 정밀 석 산업(precision stone industry)에서 절삭 및 폴리싱 작업(예를 들어, 루비의 기계가공)을 위해 사용될 수 있다.
상기 본 발명의 개요는 본 발명의 각각의 개시된 실시 형태 또는 모든 구현 형태를 설명하고자 하는 것이 아니다. 도면의 간단한 설명 및 후속하는 상세한 설명은 예시적인 실시 양태를 더욱 특히 예시한다.
<도 1>
도 1은 제공된 일체형 탄성 부재가 적출될 수 있는 플레이트의 탑-다운 도(top-down view).
<도 1a 내지 도 1c>
도 1a 내지 도 1c는 도 1의 플레이트의 다양한 실시 형태의 에지-온 도(edge-on view).
<도 2>
도 2는 제공된 일체형 탄성 디스크의 탑-다운 도.
<도 2a 및 도 2b>
도 2a 및 도 2b는 도 2의 부재의 실시 형태의 에지-온 도.
<도 2c>
도 2c는 2a의 일부의 분해도.
<도 3>
도 3은 제공된 일체형 탄성 디스크의 탑-다운 도 및 도 3a는 제공된 일체형 탄성 디스크의 에지-온 도.
<도 3b 및 도 3c>
도 3b 및 도 3c는 제공된 일체형 탄성 부재의 실시 형태의 에지-온 도.
<도 4a 및 도 4b>
도 4a 및 도 4b는 연마 입자를 포함하는 보유 재료를 포함하는 제공된 일체형 탄성 디스크의 실시 형태의 에지-온 도.
<도 5a 및 도 5b>
도 5a 및 도 5b는 핀을 포함하는 제공된 일체형 탄성 부재의 실시 형태의 에지-온 도.
<도 6a>
도 6a는 제공된 일체형 탄성 부재의 실시 형태의 에지-온 도.
<도 6b 및 도 6c>
도 6b 및 도 6c는 샤프트 개구와 지지 플랜지를 포함하는 제공된 일체형 탄성 부재의 실시 형태의 에지-온 도.
<도 7>
도 7은 제공된 일체형 탄성 부재의 실시 형태를 형성하기 위해 사용될 수 있는 마스크의 탑-다운 도.
<도 7a>
도 7a는 접착성 시트를 포함하는 도 7에서의 마스크의 에지-온 도.
<도 7b>
도 7b는 도 7a의 지시된 부분의 분해도.
<도 8a 및 도 8b>
도 8a 및 도 8b는 제공된 일체형 탄성 부재를 제조하기 위한 공정에서 두 단계를 도시하는 도면.
<도 9a 내지 도 9c>
도 9a 내지 도 9c는 지지 플랜지를 포함하는 제공된 용품의 실시 형태를 도시하는 도면.
하기의 설명에서, 명세서의 일부를 형성하며 몇몇 특정 실시 형태가 예로서 도시되어 있는 첨부 도면을 참조한다. 본 발명의 범주 또는 사상으로부터 벗어남이 없이 다른 실시 형태가 고려되고 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서, 하기의 상세한 설명은 제한적인 의미로 취해져서는 안 된다.
달리 표시되지 않는 한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용되는 특징부의 크기, 양 및 물리적 특성을 표현하는 모든 숫자는 모든 경우에 "약"이라는 용어로 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 표시되지 않는 한, 전술한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 기재된 수치적 파라미터는 당업자가 본 명세서에 개시된 교시를 이용하여 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 변할 수 있는 근사치이다. 종점(end point)에 의한 수치 범위의 사용은 그 범위 내의 모든 수 (예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4 및 5를 포함함) 및 그 범위 내의 임의의 범위를 포함한다.
예를 들어, 전자 공학 산업에서 유용한 것들과 같이 고경질 재료 내에 매우 얇거나 또는 좁은 커프(kerf), 컷(cut), 또는 요홈을 만드는데 유용한 연마 용품이 제공된다. 제공된 용품은 제1 및 제2 마주보는 주 표면을 갖는 일체형 탄성 부재를 포함한다. 전형적으로, 일체형 탄성 부재는 디스크의 형태일 수 있다. 고려된 디스크는 일반적으로 원형이고, 톱 날과 유사하다. 그러나, 디스크는 이의 용도에 따른 그 외의 다른 형태를 가질 수 있다. 요홈 또는 커프를 절삭하기 위해 사용 시에, 디스크는 전형적으로 원형이다. 그러나, 디스크는 또한 예를 들어, 절삭 및 폴리싱 모두에 대해 유용할 수 있는, 연장된 왕복운동식 블레이드와 같이 그 외의 다른 형태로 형성될 수도 있다.
전형적으로, 제공된 용품은 이들을 스핀들(스핀들 상의 하나 또는 다수의 블레이드, 갱 소(gang saw)) 상에 장착하고 스핀들을 회전시킴으로써 이들이 사용될 수 있는 다소 축방향 또는 반경방향으로 대칭을 이룬다. 또한, 디스크는 예를 들어, 반경방향으로 주름의 접힘부로 주름진 것과 같이 골이 형성되거나 또는 골로 접혀질 수 있는 것으로 고려된다. 연마 용품은 이들이 어느 정도 만곡, 굽힘, 트위스트, 팽창, 연신, 또는 압축될 수 있지만 그 뒤 이의 이전의 형태로 신속히 복원될 수 있도록 탄성적이다. 이 방식으로, 연마 용품은 이용 시에 단편의 손실, 깍임(chipping), 파괴(breaking), 또는 균열발생(cracking)을 견딜 수 있다. 탄성 특성에 따라 또한 블레이드는 본 명세서에 포함된 경질 연마 재료의 특성의 많은 이점을 가질 수 있다.
제공된 일체형 탄성 부재, 예를 들어, 디스크는 실질적으로 고상일 수 있으며, 실질적으로 연마 구역이 없는 중심에 배치된 코어를 포함할 수 있다. 부재는 제1 및 제2 마주보는 주 표면을 갖는다. 전형적으로, 중심에 배치된 코어 내에는 연마 구역이 없지만 이 중심에 배치된 코어는 회전 공구의 샤프트를 위한 개구를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 주변 환대(peripheral annulus)를 형성하는 복수의 셀 및/또는 하나 이상의 연마 구역은 중심에 배치된 코어와 접촉할 수 있고 이로부터 외측을 향하여 반경방향으로 연장된다. 각각의 주변 환대는 하나 이상의 패턴 또는 어레이로 또는 랜덤하게 배열된 적어도 하나의 복수의 연마 구역 또는 셀을 가질 수 있다. 연마 구역 또는 셀은 일체형 탄성 부재의 주 표면 중 적어도 하나의 주 표면으로부터 돌출되거나 또는 연장될 수 있는 다이아몬드를 포함하거나 또는 수용할 수 있다. 개개의 다이아몬드의 크기(최장 직경)는 일체형 탄성 부재의 2개의 주 표면들 사이의 거리와 동일하거나, 이보다 작거나, 또는 클 수 있다. 일부 다이아몬드는 탄성 부재의 주 표면 중 적어도 하나의 주 표면을 통해 돌출될 수 있거나 또는 일체형 탄성 부재의 주 표면 모두를 통해 돌출될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 일체형 탄성 부재의 개구 또는 셀의 적어도 일부, 전형적으로 대부분은 다이아몬드 및 다이아몬드 보유 재료로 충전된다. 보유 재료는 제 위치에 다이아몬드를 보유시킬 뿐만 아니라 일체형 탄성 부재에 대해 예를 들어, 개구 또는 셀을 충전 및/또는 일체형 탄성 부재의 재료의 적어도 일부 요소들을 적어도 부분적으로 융합 및/또는 분산시키는 방법에 의해 일체성(integrity)을 제공한다.
일부 실시 형태에서, 접착성 또는 점착성 재료, 예를 들어, 감압 접착제는 일체형 탄성 디스크의 주 표면 중 하나의 주 표면으로부터 적어도 일부 개구 또는 셀을 폐쇄할 수 있다. 이 접착성 또는 점착성 재료는 다이아몬드의 이러한 임시 보유가 또 다른 유형의 보유에 의해, 예를 들어, 소결되거나 또는 증착된 재료에 의한 다이아몬드의 영구적 보유와 대체되기 전에 일체형 탄성 부재의 개구 또는 셀 내에, 전형적으로 환대 내에 다이아몬드를 임시로 보유할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 일체형 탄성 부재는 다이아몬드의 순차적인 분배 또는 패터닝을 위한 마스크로서 이용될 수 있다. 연마 입자 및 다이아몬드의 분배를 위한 예시적인 마스크 및 제공된 연마 용품 내에서의 이의 이용은 예를 들어, 미국 특허 제4,925,457호; 제5,092,910호; 제5,049,165호; 및 제5,620,498호(모두 첼레신(Tselesin))에 개시된다. 개구 또는 셀 내에는 하나 이상의 다이아몬드가 있을 수 있다. 최외측 주변 환대는 환대가 접촉하거나 또는 환대가 부착되는 부재의 일부 또는 코어보다 환대가 얇은 두께를 갖는 경우에 핀(fin)일 수 있다. 중심에 배치된 코어의 최외측 지점의 직경은 최원위 주변 환대의 최외측 지점의 직경의 약 50.0% 내지 약 99.5%일 수 있다.
제공된 탄성 부재는 매우 얇을 수 있으며, 이의 가장 두꺼운 지점에서 약 250 마이크로미터 이하, 약 100 마이크로미터 이하, 또는 심지어 약 50 마이크로미터 이하의 두께를 가질 수 있다. 탄성 부재는 이의 전체에 걸쳐서 동일한 두께를 가질 수 있거나 또는 가변 두께를 갖는 상이한 구역을 가질 수 있다. 상이한 구역은 탄성 부재, 예를 들어 디스크의 중심으로부터 반경방향으로 연장될 수 있으며, 상이한 구역이 연계, 연결, 통합, 또는 부착되는 주변 환대 또는 탄성 부재의 코어의 두께보다 얇은 두께를 갖는 경우에 핀으로서 알려질 수 있는 최외측 환대를 포함하는 임의의 주변 환대 및 중심에 배치된 코어를 포함할 수 있다. 핀은 약 100 마이크로미터 미만, 약 60 마이크로미터 미만, 또는 심지어 약 30 마이크로미터 미만의 두께를 가질 수 있거나, 또는 다이아몬드의 평균 직경과 대략 동일하거나 또는 이 미만인 두께를 가질 수 있다.
제공된 용품은 도면들을 검토함으로써 더 잘 이해될 수 있다. 도 1은 제공된 용품이 적합한 적출 수단, 예컨대, 레이저 절삭, 연마 절삭, 에지 공구 절삭, 워터 제트 절삭, 전기침식 절삭, 및 기계적 신연(mechanical distraction)(파괴, 스탬핑), 또는 이들 방법의 임의의 조합에 의해 적출될 수 있는 플레이트 또는 시트 또는 포일 또는 마스크(100)의 탑-다운 도(top-down view)이다. 플레이트(100)는 중심에 배치된 코어(102)와 주변 환대(104)를 갖는다. 중심에 배치된 코어(102)와 주변 환대(104) 모두는 제1 주 표면(도면에 도시됨)과 제2 마주보는 주 표면(종이의 평면 아래)을 갖는다. 코어(102)와 환대(104)는 서로 접촉한다. 주변 환대(104)는 연마 입자가 배치될 수 있는 셀(106)을 포함하는 복수의 연마 구역을 포함한다. 주변 환대(104)는 예를 들어, 또한 용품의 일 측으로부터 용품을 통하여 용품의 그 외의 다른 측으로 연장될 수 있는 연마 구역으로서 알려진 셀형(cellular) 또는 다공성 영역과 같은 셀, 홀, 천공, 요홈, 또는 그 외의 다른 공극을 포함한다. 도 2a 내지 도 2c에 도시될 수 있는 바와 같이, 환대의 셀 및 대응하는 연마 구역은 하나 이상의 연마 입자를 포함할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 플레이트 또는 포일(100)의 다양한 실시 형태의 에지-온 도(edge-on view)이다. 각각의 실시 형태는 중심에 배치된 코어(102) 및 주변 환대(104) 또는 핀 부분(105)을 갖는다. 도 1a에 도시된 실시 형태에서, 코어(102)와 환대(104)의 두께는 동일하며, 플레이트(110)와 동일한 두께이다. 도 1b에 도시된 실시 형태에서, 코어(102)는 환대(105)보다 더 두껍고, 코어는 플레이트(120)와 동일한 두께를 갖는다. 환대(105)가 코어보다 더 얇을 때, 환대는 핀으로서 지칭된다. 도 1c에는 코어(102)가 핀(105)보다 더 두껍지만 코어와 플레이트 주연부(130)가 동일한 두께로 형성되는 실시 형태가 도시된다. 복수의 연마 구역을 포함하는 하나 초과의 부분과 중심에 배치된 코어를 포함하는 것들과 같은 그 외의 다른 실시 형태도 또한 고려된다. 제공된 연마 용품(일체형 탄성 디스크)은 본 명세서에 기재된 기술을 이용하여 플레이트로부터 적출될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 플레이트는 다수의 예비성형체(preform) 또는 구역, 제공된 디스크의 영역을 포함할 수 있다. 이들 다수의 예비성형체는 크기, 형태, 또는 플레이트 상의 배열이 상이할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 플레이트는 예를 들어, 제공된 연마 용품이 적출될 수 있는 매우 긴 길이를 갖는 웨브(web)일 수 있다.
연마 구역의 다수의 영역이 있는 경우, 플레이트 및 연마 용품의 중심에 배치된 코어 및 주변 환대 또는 부분은 동일한 재료 또는 상이한 재료로 제조될 수 있다. 이들은 일반적으로, 금속, 스틸, 합금, 증착된 물질, 또는 분말 또는 예비성형체의 형태인 소결되거나 또는 소결가능한 재료를 포함할 수 있는 재료로 제조된다. 이들 재료는 주기율표의 3족 내지 15족으로부터의 적어도 하나의 요소를 포함할 수 있다. 전형적으로, 연마 공구, 예를 들어, 블레이드의 다양한 응용의 경우, 플레이트(100)의 요소, 또는 완전한(전체적인) 재료는 구리, 니켈, 철, 몰리브덴, 코발트, 알루미늄 및 지르코늄, 스틸, 스테인리스 스틸, 청동, 및 이의 조합으로부터 선택된다.
도 2는 도 1에 도시된 것과 같이 플레이트로부터 적출 또는 절삭되어 진 예시적인 제공된 일체형 탄성 디스크 또는 마스크(200)의 탑-다운 도이다. 디스크(200)는 중심에 배치된 코어(204), 연마 입자(208)를 포함하는 복수의 셀(206)을 포함하는 하나의 영역을 갖는 주변 환대(202)를 갖는다. 도 2a 및 도 2b는 두 실시 형태(210, 220)의 에지-온 도이다. 실시 형태(210)는 중심에 배치된 코어(204)와 주변 환대(202)를 갖는다. 도 2c는 셀(206) 내에 배치된 경질 연마 입자(208)를 포함하고, 실시 형태(210)의 주변 환대(202)의 분해도이다. 경질 연마 입자는 제1 주 표면(207a)으로부터 제2 주 표면(207b)으로 일체형 탄성 디스크를 통해 연장될 수 있다. 실시 형태(220)는 실시 형태(210)와 유사한 방식으로 연마 입자를 포함하는 핀(205)(최외측 주변 환대)을 갖는다. 다이아몬드의 임시 또는 영구적 보유 재료는 예시의 명확함을 위해 셀(208) 내에 도시되지 않는다. 주 표면(207a, 207b) 상으로의 보유 재료의 선택적 존재도 또한 도시되지 않는다.
일체형 탄성 디스크의 주변 연마 환대를 형성하기 위해 사용된 소결가능한 재료의 적어도 일부는 보유 재료로서 작용하며 경질 연마 입자를 캡슐화하기에 충분하게 셀을 실질적으로 충전할 수 있다. 전체 플레이트 또는 디스크는 연마 입자를 제 위치에 보유하고, 존재 시에 보유 재료의, 분말 입자로부터 유도된 보유 재료와 연마 입자 또는 섬유를 함께 결합하기 위하여 가열될 수 있고, 예를 들어, 압축에 따라 또는 압축 없이 소결, 또는 브레이징 또는 플라스마 용사될 수 있다. 대안적으로, 원하는 연마 용품의 최종 특성에 따라, 보유 재료는 수지, 고무, 또는 유사한 중합체성 재료를 포함할 수 있다. 열가소성 수지가 사용될 수 있으며, 열가소성 수지는 입자를 캡슐화하기 위해 가열되고, 그 후에 입자를 제 위치에 보유시키기 위해 냉각된다. 열경화성 수지가 사용될 수 있으며, 셀은 수지로 충전되고, 그 뒤 수지는 열, 수분, 또는 전자기 에너지에 의해 경화되어 연마 입자가 제 위치에 보유된다.
연마 입자를 보유하기 위한 보유 재료는 주기율표의 3족 내지 15족으로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 포함할 수 있다. 전형적으로, 다른 응용의 경우, 연마 용품(블레이드) 및 상이한 연마 입자는 구리, 니켈, 코발트, 철, 몰리브덴, 알루미늄, 지르코늄, 크롬, 텅스텐, 티타늄, 인, 규소, 주석, 비스무트, 아연, 및 이의 조합으로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 포함할 수 있다. 일부 이들 재료, 예를 들어, 텅스텐, 크롬, 티타늄은 소결 보유 재료 내에서 다이아몬드의 보유의 증대를 기인하는, 다이아몬드의 탄소와 탄화물을 형성할 수 있다. 소결가능한 보유 재료(소위 "매트릭스 재료")는 연마 용품의 당업자에게 잘 알려졌으며, 모두가 없거나 또는 예비성형된, 금속 분말, 금속 분말 조성물, 분말, 또는 섬유 혼합물을 포함한다. 제공된 연마 용품 내의 예시적인 소결가능한 소결 재료 및 이들의 이용은 예를 들어, 미국 특허 제4,925,457호; 제5,092,910호; 제5,049,165호; 및 제5,620,498호(모두 첼레신(Tselesin))에 개시된다.
대안적으로, 원하는 연마 용품의 최종 특성에 따라, 매트릭스 재료는 수지, 고무, 세라믹 복합물, 또는 그 외의 다른 중합체성 재료를 포함할 수 있다. 열가소성 수지가 사용될 수 있으며, 열가소성 수지는 입자를 캡슐화하기 위해 가열되고, 그 후에 입자를 제 위치에 보유하기 위해 냉각된다. 열경화성 수지가 사용될 수 있으며, 셀은 수지로 충전되고, 그 뒤 수지는 예를 들어, 열, 수분, 또는 전자기 에너지에 의해 경화되어 연마 입자가 제 위치에 보유된다. 대안적으로, 연마 입자의 보유는 전착 방법(예를 들어, 전기-코팅 또는 전주 방법) 또는 화학적 또는 물리적 기상 증착 방법에 의해 제공될 수 있고, 탄화물 형성 요소(예를 들어, 붕소, 규소, 크롬, 티타늄, 또는 텅스텐) 및/또는 주기율표의 3족 내지 15족에 나열된 (그 외의 다른) 요소(예를 들어, 니켈, 몰리브덴, 구리, 또는 알루미늄)를 포함할 수 있다.
전술된 바와 같이, 연마 입자는 상당히 다양한 재료를 포함할 수 있다. 합성 또는 천연 다이아몬드는 잘 알려졌으며, 연마 재료를 절삭, 연삭, 또는 폴리싱하는데 종종 사용되지만 다수의 그 외의 다른 경질 물질도 또한 유용하다. 예를 들어, 입방정 질화붕소, 탄화붕소, 탄화텅스텐, 탄화규소 또는 그 외의 다른 탄화물, 또는 분쇄된 초경합금뿐만 아니라 산화알루미늄 또는 그 외의 다른 세라믹이 사용될 수 있다. 연마 입자가 8 이상의 모스 경도를 갖는 것이 전형적이다. 또한, 이들 재료의 혼합물이 연마 재료로서 사용될 수 있다. 그 외의 다른 예시적인 연마 입자는 예를 들어, 미국 특허 제5,791,330호(첼레신(Tselesin))호에 개시된다.
일부 응용에서, 유사한 크기의 연마 입자를 갖는 것이 요구될 수 있으며, 예를 들어, 연마 입자는 좁은 입자 크기 분포를 가질 수 있다. 이에 따라 연마 입자는 기계가공된 가공물의 더 균일하게 연마되고 연마된 표면을 형성하는 더 균일한 수준에서 주변 환대로부터 돌출될 수 있다. 연마 입자의 크기 균일도(size uniformity)에 따라 더 작고 더 적은 개수의 칩이 연마된 (예를 들어, 절삭 또는 분쇄된) 표면상에 연마 공구에 의해 남겨질 수 있다. 그 외의 다른 경우에, 주변 환대로부터 돌출되는 입자 높이의 더 불균등한 분포를 생성하는, 더 넓은 입자 크기 분포를 갖는 것이 요구될 수 있다. 이에 따라 더 적극적인(aggressive)(예를 들어, 더 빠른) 기계 가공을 기인하는 절삭 응용 동안에 주변 환대로부터 더 돌출되는 더 큰 입자들이 더 큰 국부적 압력을 나타낼 수 있지만 연마된 표면(의 형태)은 더 거칠어진다. 연마 입자 크기 및/또는 연마 입자 크기 분포의 조합은 동일한 유형의 연마 입자 또는 둘 이상의 상이한 유형의 연마 입자의 조합과 함께 사용될 수 있다.
두 가지의 상이한 셀 및/또는 연마 영역에서 연마 입자는 조성, 크기, 형태, 및 물리적/기계적 특성이 상이할 수 있다. 전형적으로 중심에 배치된 코어는 실질적으로 연마 입자가 없다. 적어도 하나의 연마 구역을 포함하는 플레이트가 제공된 연마 용품을 적출하기 위해 사용된다면, 최외측 주변 환대를 초과하는 플레이트의 적어도 일부 영역도 또한 실질적으로 연마 입자가 없을 수 있다. 이는 특히 연마 입자가 예를 들어, 미국 특허 제6,482,244호(첼레신(Tselesin))에서 다이아몬드일 때 이들을 형성하기 위해 사용된 플레이트 또는 구조물로부터의 생성물의 적출을 도울 수 있다. 연마 입자는 디스크의 선택된 영역 또는 하나 이상의 영역에 랜덤하게 또는 비-랜덤하게 분포될 수 있다. 전형적으로, 연마 입자는 디스크의 주변 환대의 적어도 하나에 비-랜덤하게 분포된다. 경질 연마 입자는 단일의 입자일 수 있거나 또는 개개의 경질 입자를 포함하는 응집물 또는 과립의 형태일 수 있다.
도 3은 중심에 배치된 코어(304) 및 주변 환대(302)를 포함하는 원형 탄성 연마 디스크의 실시 형태(300)의 탑-다운 도이다. 주변 환대(302) 내에는 복수의 연마 구역을 형성하는 복수의 셀이 있다. 셀(306) 내에는 셀 내의 보유 재료(307)에 의해 제 위치에 보유되는 적어도 하나의 경질 연마 입자(308)가 배치된다. 외측 층(도 3, 도 3a 및 도 3b에서는 명확함을 의해 도시되지 않음), 예를 들어, 보유 재료(307)는 디스크의 적어도 하나의 소면(facet)(측)의 표면의 적어도 일부를 덮을 수 있으며, 이러한 표면은 셀(306)들 사이에 표면을 포함할 수 있고, 이러한 외측 층은 랜덤 또는 패터닝된 어레이(배열)로 경질 연마 입자를 포함할 수 있거나 또는 포함하지 않을 수 있다. 도 3a는 중심에 배치된 코어(304)와 주변 환대(302)를 갖는 일 실시 형태(310)의 에지-온 도이며, 여기서 주변 환대(302)는 경질 연마 입자(308)를 각각 포함한 셀(306)을 포함한다. 셀은 또한 보유 재료(307)를 포함할 수 있다.
도 3b에 도시된 또 다른 실시 형태(320)에서, 연마 디스크는 중간층(interlayer, 309)을 사용하여 결합된 2개의 탄성 디스크를 포함한다. 이 실시 형태는 중심에 배치된 코어(304) 및 주변 환대(302)를 포함한다. 중간층(309)은 접착제 또는 다이아몬드 보유 재료 또는 2개의 디스크를 서로 고정되게 결합하는 임의의 그 외의 다른 재료일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 디스크는 예를 들어, 소결에 의해서와 같이 당업자에게 공지된 임의의 그 외의 다른 방법에 의해 서로 용접, 브레이징, 납땜, 접합 또는 결합될 수 있으며, 이에 따라 보유 재료(307)를 갖는 중간층(309)이 제공된다. 도 3c는 동일하거나 또는 동일하지 않을 수 있는 2개의 중간층(309)으로 서로 결합된 3개의 탄성 연마 디스크를 포함하는, 제공된 연마 용품의 또 다른 실시 형태(330)이다. 실시 형태(330)는 중심에 배치된 코어(304) 및 주변 환대(302)를 포함한다.
도 4a 및 도 4b는 제공된 연마 용품의 2가지의 추가 실시 형태(410, 420)의 에지-온 도이다. 실시 형태(410)는 연마 구역을 형성하는 연마 입자(408)를 포함하는 셀(406)을 갖는 주변 환대(402) 및 중심에 배치된 부분(404)을 갖는 일체형 탄성 디스크를 포함한다. 연마 입자(411)를 포함하는 외측 보유 재료(412)는 연마 입자(408)를 포함하는 셀(406)에 의해 형성된 복수의 접착성 구역 중 적어도 하나의 적어도 일부와 접촉한다. 도 4a에 도시된 실시 형태에서 외측 보유 재료(412)는 일체형 탄성 디스크의 주변 환대(402)와 접촉하는 연마 입자를 갖는다. 외측 보유 재료는 전형적으로 탄성 디스크의 나머지에서 사용된 동일한 소결가능한 보유 재료로 제조된다. 그러나, 이는 상이한 비율이지만 동일한 성분을 포함할 수 있는 또 다른 재료, 세라믹, 중합체, 또는 기계가공된 가공물과 연마 디스크 사이에서의 마찰의 감소를 돕고 및/또는 셀 내에 연마 입자를 보유하도록 설계된 그 외의 다른 재료일 수 있다. 연마 입자(411)는 일체형 탄성 디스크 또는 연마 디스크의 주변 환대의 제1 및 제2 마주보는 주 표면을 통하여 또는 이로부터 돌출되거나 또는 이와 접촉하거나 또는 접촉하지 않을 수 있다.
도 4b는 도 4a에 도시된 실시 형태와 동일한 특징을 갖지만 연마 입자(411)를 포함할 수 있는 주변 환대를 둘러싸는 보유 재료를 가지며 셀(406) 내에 수용된 연마 입자(408)를 포함하는 주변 환대(402)와 중심에 배치된 코어(404)를 갖는 2개의 일체형 탄성 디스크를 포함하는, 실시 형태(420)를 도시한다. 매트릭스 재료의 일부는 중간층(409)과 같이 작용하고 2개의 일체형 탄성 디스크 사이에 놓일 수 있다. 몇몇의 (다-층 구조의) 일체형 탄성 디스크를 포함하는 블레이드는 일반적으로 단일의 일체형 탄성 디스크를 포함하는 블레이드보다 더 단단하며 기계적으로 더 강성이다.
도 5a 및 도 5b 모두는 제공된 연마 용품의 또 다른 실시 형태를 도시한다. 도 5a는 도 2b에 도시된 것 또는 연마 입자(508)를 포함하는 핀의 형태인 주변 환대(505)와 중심에 배치된 부분(504)을 갖는 일체형 탄성 디스크(510)와 유사한 실시 형태이다. 도 5b는 도 5a에서 핀(505)의 각각의 측 상에 2개의 외측 층(512)이 제공되는 도 5a에 도시된 실시 형태를 포함하는 실시 형태(520)의 에지-온 도이다. 외측 층(512)은 랜덤 또는 패터닝된 어레이로 경질 연마 입자를 포함할 수 있고, 용품(블레이드)(520)의 연마 주연부를 보강한다. 이전의 실시 형태에서와 같이, 디스크의 우세한 고상 코어는 블레이드의 전체적인 일체성을 제공한다. 또한, 이전의 실시 형태에서와 같이, 셀형 환대 및 셀형 핀은 블레이드의 가장 취약한 부분 - 경질 연마 입자와 보유 재료에 대해 지지부 및 일체성을 제공한다. 일체형 탄성 디스크 또는 핀의 얇은 두께로 인해, 디스크 또는 핀의 재료는 가공물의 블레이드 절삭 공정에서 쉽사리 파괴 및 마모될 수 있으며(보유 재료보다 더 빠른 마모) 이에 따라 블레이드의 마모 및 성능에 대한 저항(방해)이 없거나 또는 최소한의 저항이 있다.
연마 환대를 포함하는 제공된 연마 용품은 드레싱 및 트리밍될 수 있다. 연마 핀은 또한 애초에 코어와 대략 동일한 두께로 연마 환대를 드레싱함으로써 형성될 수 있다. 이 경우에, 가공된, 예를 들어, 소결 연마 디스크 지지부 내의 일체형 탄성 디스크는 또한 연마 디스크 및/또는 일부분, 예를 들어, 연마 디스크의 연마 환대도 보강할 수 있다.
도 6a는 주변 환대(602) 및 중심에 배치된 코어(604)를 갖는 일체형 탄성 디스크를 포함하는 제공된 연마 용품(610)의 실시 형태를 도시한다. 주변 환대(602)는 연마 입자(609)를 포함하는 셀(606), 외측 층(607), 및 그 외의 다른 연마 입자(611)를 포함하는 보유 재료 또는 매트릭스(612)를 포함한다. 중심에 배치된 코어(604)는 공구의 스핀들 상에 용품(610)을 장착하기에 유용한 샤프트 개구(613)를 포함한다. 도 6a는 일체형 탄성 디스크(610)가 커프(614)를 형성하는 기판(615)으로 절삭될 수 있는 방식을 추가로 도시한다. 도 6b는 또한 연마 디스크 또는 블레이드를 유지하기 위해 지지 플랜지(616)(산업에서 용이하게 입수가능함)를 포함하는 도 6a에 도시된 일체형 탄성 디스크를 포함하는 실시 형태를 도시한다. 지지 플랜지(616)는 예를 들어, 나사산(thread)에 의해 서로 상호연결된 (고정된) 2개의 부분(616a, 616b)을 포함할 수 있고, 샤프트 개구를 포함할 수 있다(이러한 세부 사항은 도 6b에 도시되지 않음). 서로 적절히 상호연결된 지지 플랜지(616)의 부분(616a, 616b)은 적어도 블레이드에 의해 가공물을 절삭하고 톱 상에서 블레이드를 회전시키는 공정에서 압축 및 마찰력에 의해 상기 부분들 사이에 블레이드를 보유시키고, 죄인다(클렌치, 닙, 핀치). 가공물은 홀더 또는 지지 플랜지(616)의 상당히 외측의 에지에 걸쳐서 돌출되는 블레이드의 일부분으로 (일부분에 의해) 절삭된다. 부분(616a, 616b)은 이들 사이에 고정된 블레이드를 고정해제하거나 또는 제거하기 위해 분해될 수 있다.
도 6c는 보유 재료를 도시하지 않고 도 6a에 도시된 바와 같이 블레이드를 보유하기 위한 지지 플랜지(616)를 또한 포함하며, 단일의 일체형 탄성 디스크를 포함하는 연마 용품의 실시 형태의 도면이다. 도 6b 및 도 6c에 도시된 지지 플랜지(616)는 임의의 강성 재료로 제조될 수 있으며, 전형적으로 알루미늄, 지르코늄, 또는 합금, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 복합물, 또는 중합체이다. 지지 플랜지는 적어도 2개의 부분을 포함할 수 있고 및/또는 2개의 측으로 형성될 수 있거나(통상적으로, 도 6b 및 도 6c에서 부분(616)으로서 도시된 바와 같이) 또는 하나의 부분을 포함할 수 있고 및/또는 단일의 측으로 형성될 수 있고, 연마 디스크 또는 블레이드에 임시 또는 영구적으로 고정될 수 있다. 도 6c는 또한 블레이드를 보유하기 위한 지지 플랜지(616)를 포함하는 보유 재료가 없는, 도 6a에 도시된 바와 같이 일체형 탄성 디스크 및 연마 디스크/블레이드의 실시 형태의 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 플레이트(100)와 유사한 마스크(700) 및 제공된 일체형 탄성 디스크의 실시 형태를 형성하기 위해 사용될 수 있는 이의 보충물의 탑-다운 도이다. 마스크(700)는 마스크(700)의 에지와 주변 환대(740) 모두에 대해 또는 주변 환대(740)에 대해 중심에 배치된 코어(720)를 갖는다. 주변 환대(740)는 홀 또는 셀(706)을 포함한다. 도 7a는 접착성 시트(703)에 박층되는 마스크(701)의 에지-온 도이다. 도 7b는 도 7a의 일부의 분해도이며, 시트의 커버 또는 자체로서 접착성 또는 점착성 재료일 수 있는 접착성 또는 점착성 재료 또는 층(703)으로 적어도 부분적으로 접촉 및 임시로 보유되는 마스크(701)의 셀(706) 내에 배치되는 연마 입자(708)를 도시한다. 이 용품(예비-가공 단계에서 보유 재료를 포함하거나 또는 포함하지 않는 다이아몬드, 접착성 재료, 마스크의 조립체)은 가공, 예를 들어, 소결가능한 분말형 재료가 제공된다면 소결될 수 있거나, 또는 제공된 연마 용품의 실시 형태를 제공하기 위해 보유 재료로 증착될 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 제공된 연마 용품을 제조하기 위한 공정을 도시한다. 실시 형태(810)에서, 연마 입자(808)는 예를 들어, 도 2에서 200과 같이 일체형 탄성 디스크, 또는 예를 들어, 도 1에서 100과 같이 플레이트(100), 또는 예를 들어, 도 7에서 700과 같이 플레이트(마스크)의 셀(806) 내에 배치된다. 예를 들어, 예비성형체 또는 분말 테이프의 형태인, 소결가능한 보유 재료(807)는 적어도 하나의 플레이트 또는 마스크 또는 일체형 탄성 디스크의 외측 측에 배치된다. 디스크는 그 뒤 상승된 압력 및/또는 온도 하에서 가공될 수 있다. 압력은, 연마 입자 및 플레이트 및/또는 일체형 탄성 디스크와 소결 재료의 통합에 의해 적어도 플레이트 및/또는 일체형 탄성 디스크 내로 및/또는 상으로 연마 입자를 고정하기 위하여, 화살표로 도시된 방향(플레이트의 소면에 대해 수직하게)으로 인가된다. 최종 생성물은 도 8b에 도시되며, 도 3, 도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b에 도시된 실시 형태와 유사하다. 예를 들어, 분말 예비성형체 또는 분말 테이프 또는 연성 및 용이하게 변형가능한 분말은 미국 특허 제5,620,498호(첼레신(Tselesin))에 기재된다.
또 다른 실시 형태가 도 9a 내지 도 9c에 의해 도시된다. 이 실시 형태에서, 연마 입자를 포함하는 소결 니켈/코발트의 층은 지르코늄의 2개의 외측 층들 사이에 개재된다. 지지 재료의 층은 하나의 일체형 단편을 형성하기 위하여 소결 니켈/코발트 층에 결합된다. 도 9a는 다이아몬드를 포함하는 홀 또는 셀을 포함하는 환대(902)(양 측에서)를 노출시키기 위하여 식각되는 지지 층(904)(하부 층은 종이의 평면 아래에 있음)을 포함하는 시트의 탑-다운 도이다. 도 9b는 2개의 지지 외측 층(904)들 사이에 개재되는 다이아몬드(909)를 포함하는 셀을 포함하는 층(902)을 도시하고, 동일한 실시 형태의 측면도이다. 환대(906)는 제공된 용품의 주변 환대가 되어질 것을 노출시키기 위해 양 지지 층을 통해 식각된다. 도 9c는 시트로부터 적출된 이후의 용품을 도시한다. 용품은 샤프트 개구(908)를 둘러싸는 코어 부분(902)을 포함한다. 주변 환대(902)는 양 측에서 일체형 탄성 디스크를 지지하는 지지 층(일 실시 형태에서, 지지 층은 지르코늄을 포함함)으로 구성된 지지 플랜지(904)에 의해 지지된다. 도 9a 내지 도 9c에 도시된 일 실시 형태는 실질적으로 연마 입자가 없는 중심에 배치된 코어를 가질 수 있다. 대안적으로, 도 9a 내지 도 9c에 의해 도시된 또 다른 실시 형태는 시트 전체에 대해 연속적인 연마 입자를 포함하는 층을 가질 수 있다. 이 실시 형태에서, 식각된 영역에 의해 제공된 주변 환대와 적어도 하나의 지지 플랜지에 의해 보강되는 중심에 배치된 코어도 역시 있다.
제공된 연마 용품은 플레이트, 웨브, 또는 위에 배치된 하나 이상의 예비성형된 용품을 갖는 그 외의 다른 구조물로부터 적출될 수 있다. 일 실시 형태에서, 연마 입자를 포함하는 영역을 갖는 구조물은 상승된 온도에서 가공될 수 있으며, 예를 들어, 전형적으로 압력 및/또는 부하 하에서 액상의 존재 또는 부존재 상태에서 소결될 수 있다. 이러한 또는 임의의 그 외의 다른 실시 형태 또는 실시 형태의 조합에서, 연마 입자를 포함하는 연마 구역을 갖는 구조물은 소결 이전에 및/또는 소결 동안에 및/또는 소결 이후에 또는, 일부 실시 형태에서 소결이 없는 상태에서 용융된 상태의 침윤된 재료를 포함할 수 있다. 용융된 재료 또는 침윤물은 보유 재료, 디스크 재료로부터 유도될 수 있거나, 또는 외부 공급원으로부터(조립체의 외측으로부터) 산출될 수 있다. 추가로, 소결가능한 재료는 용융 시에 예를 들어, 소결가능한 재료의 비-용융된 재료 또는 고상 부분(골격) 내로 침투/침윤될 수 있는 가용성 및/또는 브레이징 가능한 재료 및/또는 첨가물을 포함할 수 있다. 따라서, "소결가능한 보유 재료"는 예를 들어, 미국 특허 제5,380,390호(첼레신(Tselesin))에 언급된 바와 같이 가용성 및 브레이징가능한 재료를 포함하지만 이로 한정되지 않는 것으로 의도된다. 상승된 온도에서의 가공, 예를 들어, 소결은 또한 압력 및/또는 부하 하에서 재료를 배치시키는 단계를 포함하는, 대기압 또는 실내압, 음 (진공) 압 또는 양 압에서의 가공을 포함하지만 이로 한정되지 않는 것으로 언급된다. 가공은 보호 및/또는 환원, 및/또는 산화, 및/또는 중성 분위기의 존재 하에서 고상 및/또는 액상 및/또는 액상의 부분적인 존재에서 몰드 또는 트레이, 노 또는 프레스(예를 들어, 소결 프레스) 내에서 수행될 수 있다.
연마 입자를 포함하는 주변 환대와 실질적으로 연마 입자를 포함하지 않는 중심에 배치된 코어를 갖는 연마 용품을 제공하기 위한 일 방법은 미국 특허 제5,380,390호; 제5,817,204호; 및 제5,980,678호(모두 첼레신(Tselesin))호에 개시된 바와 같이 마스크의 사용에 의해 구조물을 제조할 때 지정된 영역을 차단하는 단계를 포함한다. 대안적으로, 용품은 조립체의 일 섹션 내로 더 낮은 농도의 연마 입자 또는 심지어 연마 입자가 없는 제1 재료를 증착시키고, 그 외의 다른 섹션(들) 내에 더 높은 농도의 입자를 갖는 제2 재료를 증착시키며 및 그 뒤 가공, 예를 들어, 재료를 소결하여 고유한 구조물을 형성함으로써 제조될 수 있다. 결과적인 구조물은 연마 입자를 포함하는 영역과 실질적으로 연마 입자를 포함하지 않는 영역을 갖는다. 연마 용품을 제공하는 또 다른 방법은 대략 동일하거나 또는 상이한 양의 연마 재료를 포함하는 소결가능한 매트릭스 재료의 다수의 블록을 제공하는 단계, 블록을 인접한 관계로 조립하여 조립체를 형성하는 단계 및 그 뒤 바람직하게는 압력 및/또는 부하 하에서 조립체를 소결하여 입자를 포함하는 부분과 포함하지 않는 부분을 포함하는 고유의 구조물을 형성하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 인접한 블록으로부터 유도된 연마 용품은 미국 특허 제6,453,899호(첼레신(Tselesin))에 기재된다.
제공된 연마 용품은 예를 들어, 기계적 파괴 또는 파쇄를 이용하거나 또는 이용하지 않고 전식(electrical erosion), 레이저, 전자 빔, 가스-아크, 워터-제트 절삭에 의해 상기 수단 또는 이의 임의의 조합의 적용 이전, 동안, 또는 이후에 플레이트, 웨브, 또는 그 외의 다른 구조물로부터 적출될 수 있다. 적출은 적어도 부분적으로 또는 우세하게 용품의 주변 환대를 통하여 또는 부분들 사이의 가장자리 또는 접합 선을 따라 있을 수 있다. 바람직하게는, 적출 방법은 전적으로 구조물의 주변 환대를 통하여 작용하는 레이저 또는 워터-제트를 이용한 절삭에 의해 수행된다. 대안적으로, 연마 생성물은 구조물로부터 파여져 만들어질 수 있다(scooped). 예를 들어, 가공된 조립체로부터 연마 용품의 적출은 미국 특허 제6,482,244호 및 제6,453,899호(모두 첼레신(Tselesin))에 기재된다.
구조물로부터 적출된 용품은 임의의 원하는 형태 또는 외관으로 추가로 가공될 수 있다. 이들은 절삭, 드레싱(dressing), 트루잉(truing), 압축, 가열, 냉각, 소결, 코닝(coning), 단조, 압출, 브레이징, 침윤, 함침, 세척, 페인팅, 코팅, 도금, 부착, 식각, 몰딩 및 디버링(deburring), 레이저, 전자 빔, 화염 제트(flame jet), 워터-제트 절삭, 드릴링, 밀링 및 연삭 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있는 기계가공을 포함한다.
전형적으로, 적출된 소결 연마 용품 또는 공구는 원형 연마 절삭 블레이드, 휠, 또는 절삭 톱의 샤프트의 아버 또는 캐리어와 같이 공구 캐리어에 고정되도록 형태가 형성될 수 있다. 캐리어 상에 장착에 앞서, 적출되고 가공된 소결 연마 용품은 기계가공, 재-절삭, 디-버링, 트리밍, 및 드레싱될 수 있다. 제공된 용품은 연삭 휠, 로터리 드레서(rotary dresser) 또는 연마 기계가공 또는 절삭 공구의 절삭 및/또는 연삭 세그먼트와 같은 요소로서 사용될 수 있다. 공구에 대한 개개의 적출되고 가공된 연마 세그먼트의 예에는 원형, 체인, 왕복운동식 및 와이어 절삭 블레이드를 위한 팁용 세그먼트와 같은 절삭 및/또는 에지 공구용 절삭 부재가 포함된다. 이러한 공구의 사용의 추가 예에는 절삭, 연삭, 폴리싱, 랩핑, 드레싱, 밀링, 조화(roughening), 챔퍼링(chamfering), 디-버닝, 그리핑, 및 마찰 공구가 포함된다. 더 구체적으로, 부재는 연마 세그먼트화 절삭 블레이드, 연마 세그먼트화 드릴 비트, 연속 또는 연속 연마 표면 또는 림의 복제품(그러나, 연속 동작을 모사하기 위해 용접, 브레이징, 및/또는 기계식 장착에 의해 서로 고정, 조절 및/또는 결합된 세그먼트를 포함함) 및 이러한 특성의 조합을 갖는 공구를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예는 정면-연삭 공구, 원통형 공구 및 그 외의 다른 로터리 공구, 휠, 펜슬 휠(pencil wheel), 및 원뿔형 공구이다. 이들 공구로 기계가공될 수 있는 재료의 예에는 소결 재료, 복합물, 전자 패킹 재료, 세라믹, 유리, 웨이퍼, 반도체, 합금, 스틸, 금속, 비-금속, 섬유, 그래파이트, 탄소 재료, 경질 금속, 아스팔트, 천연 또는 인공 석, 정밀 석(precision stone), 콘크리트, 암석, 연마재, 및 초-연마재, 천연 석, 인공 석, 또는 콘크리트로 만들어진 카운터(counter) 및 플로어(floor)가 포함된다.
제공되는 연마 용품을 제조하는 방법은 제1 및 제2 마주보는 주 표면을 갖는 일체형 탄성 부재(플레이트, 디스크, 포일, 또는 마스크)를 제공하는 단계, - 탄성 부재는 중심에 배치된 코어와 주변 환대를 포함하고, 주변 환대는 복수의 셀을 포함하며, 셀은 주변 환대의 적어도 하나의 주 표면에 대해 개방되거나 또는 이를 통해 침투되며, 코어는 실질적으로 셀이 없음 - , 연마 입자를 셀 내로 배치시키는 단계 및 연마 입자가 영구적 보유 수단에 의해 셀 내에 고정되도록 부재를 가공하는 단계를 포함한다. 추가로, 방법은 임시적 보유 재료 및 영구적 보유 재료가 유도되는 재료(예를 들어, 상승된 온도에서 영구적 보유 재료로 변화하는 분말)를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 일체형 탄성 부재는 전술되었다.
연마 입자는 당업자에게 공지된 임의의 개수의 수단에 의해 주변 환대 내의 복수의 셀 내로 유입될 수 있다. 연마 입자는 예를 들어, 낙하(falling), 흔듬(shaking), 이동(sifting), 브러싱(brushing), 푸싱(pushing), 블라스팅(blasting), 슈팅(shooting) 또는 자동화 배치에 의해 유입될 수 있다. 연마 입자는 연마 입자를 탄성 부재의 마주보는 주 표면상에서 홀 내로 낙하 또는 이동시킬 수 있으며 주변 환대의 하나의 주 표면의 적어도 일부 영역에 인접하게 접착제를 배치시킴으로써 제 위치에 임시로 보유될 수 있다. 탄성 부재의 홀 내에서 연마 입자는 그 뒤 예를 들어, 소결과 같은 통합 공정에 따라 연마 입자가 제 위치에 고정될 수 있을 때까지 접착제 의해 임시로 제 위치에 보유된다. 연마 입자가 주변 환대의 셀 내에 배치된 후, 탄성 부재는 입자를 고정시키기 위해 가공될 수 있다. 고정은 요소들 간의 분산 및/또는 반응을 야기하고 및/또는 그 뒤에 고상화될 수 있는 유체 또는 용융된 재료를 형성하는 임의의 공정을 수반할 수 있다. 고정은 탄성 부재를 포함하는 조립체의 소결, 또는 소결, 침윤/함침-포화 적층, 열경화, 또는 열성형될 수 있는 또 다른 재료의 첨가를 포함할 수 있다. 이들 첨가 재료는 예를 들어, 금속을 포함하는 분말, 열가소성 수지, 열경화성 수지, 또는 세라믹을 포함하는 분말을 포함할 수 있다. 공정은 재료를 용융, 융합, 경화, 교차결합, 켄칭, 냉각, 어닐링, 샷 블라스팅, 스트라이킹, 프리징, 전기적 및 자기적 처리 또는 이와는 달리 가공하기 위한 열 처리를 포함할 수 있다. 제공된 방법에 대해 유용한 공정의 예에는 상대적으로 낮은 (900℃ 이하) 또는 상대적으로 높은 (900℃ 초과) 온도에서의 소결 단계, 재료를 용융하기 위한 가열 단계, 압력을 인가하는 단계, 또는 재료를 전자기 방사선(예를 들어, 자외선, 가시광선, 적외선, 및 전자-빔)에 노출시키는 단계가 포함된다.
제공되는 연마 용품을 제조하는 또 다른 방법은 제1 및 제2 마주보는 주 표면을 갖는 일체형 탄성 부재를 제공하는 단계, - 부재는 중심에 배치된 코어를 포함함 - , 및 레이저 또는 전자 빔 용접, 브레이징, 소결, 가열, 융합, 침윤, 압축, 스탬핑, 단조, 또는 이의 조합에 의해 개구 또는 셀을 갖는 주변 환대를 중심에 배치된 코어 상으로 결합시키는 단계를 포함하고, 주변 환대는 일체형 탄성 부재의 적어도 하나의 주 표면으로부터 돌출되는 연마 입자를 포함하는 적어도 하나의 연마 구역을 포함하고, 연마 구역은 적어도 하나의 주 표면으로부터 외측을 향하여 연장되며, 코어는 실질적으로 연마 구역이 없다.
탄성 부재의 주변 환대 또는 환대들 또는 핀은 탄성 부재의 코어의 용융 온도보다 낮은 용융 온도를 특징으로 하는 재료를 포함할 수 있다. 상승된 온도에서, 예를 들어, 소결 동안에, 이러한 환대는 코어가 고상인 동안에 용융될 수 있으며, 보유 재료 내로 적어도 부분적으로 침윤될 수 있고, 이에 따라 보유 재료의 조성이 개질되고 적어도 부분적으로 연마 용품의 셀의 존재가 제공된다. 이 경우, 셀 내에 배치된 연마 입자는 소결 이후에 이의 원위치에 유지된다.
본 발명의 범위 및 취지를 벗어나지 않고도 본 발명의 다양한 변형 및 변경이 당업자에게 명백하게 될 것이다. 본 발명은 본 명세서에 설명된 예시적인 실시 형태 및 실시예에 의해 부당하게 제한되는 것으로 의도되지 않고 그러한 실시예 및 실시 형태는 단지 예로서 제시된 것이며, 본 발명의 범주는 본 명세서에 하기와 같이 설명되는 특허청구범위에 의해서만 한정되는 것으로 의도됨을 이해하여야 한다. 본 개시 내용에 인용된 모든 참고 문헌은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.

Claims (26)

  1. 연마 용품으로서,
    제1 및 제2 마주보는 주 표면을 갖는 일체형 탄성 부재를 포함하고,
    일체형 탄성 부재는,
    중심에 배치된 코어, 및 복수의 개구 또는 셀을 포함하는 주변 환대를 포함하며,
    주변 환대는 일체형 탄성 부재의 하나 이상의 주 표면을 통해 돌출되는 연마 입자를 포함하는 복수의 연마 구역을 포함하고,
    연마 구역은 하나 이상의 주 표면으로부터 외측을 향하여 연장되고,
    코어는 실질적으로 연마 구역이 없는, 연마 용품.
  2. 연마 디스크로서,
    복수의 개구 또는 셀을 포함하는 제1 및 제2 마주보는 주 표면을 갖는 연마 층; 및
    연마 층의 하나 이상의 표면에 배치된 지지 재료의 하나 이상의 층을 포함하고,
    연마 층은 연마 층의 하나 이상의 주 표면을 통해 돌출되는 연마 입자를 포함하는 복수의 연마 구역을 포함하고,
    연마 층은 지지 재료의 하나 이상의 층을 초과하여 연장되고 연마 디스크의 주변 환대를 형성하고,
    지지 재료의 하나 이상의 층은 연마 디스크용 지지 플랜지를 형성하는, 연마 디스크.
  3. 연마 용품으로서,
    2개 이상의 일체형 탄성 부재 - 상기 2개 이상의 일체형 탄성 부재 각각은 제1 및 제2 마주보는 주 표면을 가지며, 상기 2개 이상의 일체형 탄성 부재 중 하나 이상은 중심에 배치된 코어, 및 복수의 개구 또는 셀을 포함하는 주변 환대를 포함함 - , 및
    상기 2개 이상의 일체형 탄성 부재 각각의 하나 이상의 주 표면과 접촉하고 이들 사이에 배치된 중간층을 포함하고,
    주변 환대는 일체형 탄성 부재의 하나 이상의 주 표면을 통하여 돌출되는 연마 입자를 포함하는 복수의 연마 구역을 포함하고,
    연마 구역은 하나 이상의 주 표면으로부터 외측을 향하여 연장되며,
    코어는 실질적으로 연마 구역이 없고,
    중간층은 연마가능한 재료를 포함하는, 연마 용품.
  4. 연마 용품을 제조하는 방법으로서,
    제1 및 제2 마주보는 주 표면을 갖는 일체형 탄성 부재를 제공하는 단계 - 일체형 탄성 부재는 중심에 배치된 코어, 및 복수의 개구 또는 셀을 포함하는 주변 환대를 포함하고, 셀은 일체형 탄성 부재의 하나 이상의 주 표면을 통해 침투되며, 코어는 실질적으로 셀이 없음 - ,
    연마 입자를 셀 내에 배치하는 단계, 및
    연마 입자가 셀 내에 고정되도록 일체형 탄성 디스크를 가공하는 단계를 포함하는, 연마 용품을 제조하는 방법.
  5. 연마 용품을 제조하는 방법으로서,
    제1 및 제2 마주보는 주 표면을 갖는 일체형 탄성 부재를 제공하는 단계 - 일체형 탄성 부재는 중심에 배치된 코어를 포함함 -, 및
    레이저 또는 전자 빔 용접, 브레이징, 소결, 가열, 융합, 침윤, 압축, 스탬핑, 단조, 또는 이의 조합을 사용하여 개구 또는 셀을 갖는 주변 환대를 중심에 배치된 코어 상으로 결합시키는 단계를 포함하고,
    주변 환대는 일체형 탄성 부재의 하나 이상의 주 표면으로부터 돌출되는 연마 입자를 포함하는 하나 이상의 연마 구역을 포함하고,
    연마 구역은 하나 이상의 주 표면으로부터 외측을 향하여 연장되며,
    코어는 실질적으로 연마 구역이 없는, 연마 용품을 제조하는 방법.
  6. 연마 디스크를 제조하는 방법으로서,
    제1 및 제2 마주보는 주 표면을 갖는 연마 층을 포함하는 시트를 제공하는 단계로서, 상기 시트는,
    복수의 개구 또는 셀, 및
    연마 층의 하나 이상의 표면에 배치된 지지 재료의 하나 이상의 층을 포함하는, 단계,
    연마 층을 노출시키기 위해 지지 재료의 하나 이상의 층을 통해 식각하는 단계, 및
    시트로부터 연마 디스크를 적출하는 단계를 포함하고,
    연마 층은 연마 층의 하나 이상의 주 표면을 통해 돌출되는 연마 입자를 포함하는 복수의 연마 구역을 포함하고,
    연마 층은 지지 재료의 하나 이상의 층을 초과하여 연장되고 연마 디스크의 주변 환대를 형성하고,
    지지 재료의 하나 이상의 층은 연마 디스크용 지지 플랜지를 형성하는, 연마 디스크를 제조하는 방법.
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