KR101857435B1

KR101857435B1 - 다공성 구조체를 가진 정반 및 그것의 제작방법

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Publication number: KR101857435B1
Application number: KR1020160171477A
Authority: KR
Inventors: 이상직; 김형재; 조한철; 권아람; 김용환; 정우창; 김도연
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2018-05-15

Abstract

본 발명은 정반의 제작시 그루브를 형성하는 정반과 그 제작방법에 관한 것이다. 본 발명의 정반의 제작방법은, 왁스분말 또는 열가소성수지분말을 포함하는 액상의 제1재료를 준비하는 1단계; 상기 제1재료를 가경화시켜 고형의 다공형성용 구조체를 제작하는 2단계; 상기 다공형성용 구조체를 정반제작용 성형공간에 배치하는 3단계; 상기 성형공간에 액상의 제2재료를 주입하고 제2재료를 가경화시키는 4단계; 상기 성형공간에서 형성된 고형의 정반형상체를 분리하고, 고온열처리함으로써 제2재료를 완전경화시킴과 함께 왁스분말 또는 열가소성수지분말을 용융시켜 배출시키는 5단계; 및 상기 정반형상체의 상면을 평탄하게 가공하여 다공성 구조체가 상면에 노출되는 6단계를 포함한다.

Description

다공성 구조체를 가진 정반 및 그것의 제작방법{SURFACE PLATE HAVING POROUS STRUCTURE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 다공성 구조체를 가진 정반 및 그것의 제작방법에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 자유입자 (Free Abrasive)를 이용하는 기계적 래핑 (Lapping), 폴리싱 (Polishing) 등의 연마가공에서 가공물을 올려 지지하기 위한 정반과 그것의 제작방법에 관한 것이다.

종래, 기계적 래핑 (Lapping), 폴리싱 (Polishing) 등의 연마가공시, 가공물을 올려 지지할 수 있도록 평활한 상면을 가진 정반이 사용되고 있었다.

도 1을 참고하여 기존 정반의 제작방법을 살펴보면, 열경화성 액상수지(1)에 금속분말(2)을 균일하게 혼합한 주재료(3)을 준비하고 탈포를 진행한다.

이후, 그 주재료(3)를 정해진 형에 주입한 후 경화시킴으로써 전체 형상(5)을 제작한다.

이후, 열처리를 통하여 정반(6)의 물성을 조절하고, 소요의 두께와 평면을 얻기 위한 기계가공을 수행하였다.

제작된 정반(6)을 연마가공에 사용하기 전에, 기계적 래핑, 폴리싱 장비의 회전테이블에 본딩하고 페이싱(Facing) 공정을 통하여 정반표면을 정밀하게 평탄화 가공하며, 그루빙(Grooving) 공정을 통하여 일정한 패턴(동심형, 직교형, 나선형 등)의 그루브(Groove)(7)를 정반 표면에 형성한다.

상기 그루브(7)는 가공 중에 발생하는 가공물과 정반(6) 사이의 유동압 발생을 억제하여 재료제거에 필요한 가공력을 확보하고 가공된 미세칩의 배출을 도와 가공 효율을 확보하는 역할을 담당한다.

도 2는 그와 같은 그루브(7)가 격자형 및 나선형으로 형성된 정반을 보여주고 있다.

그러나, 종래 정반(6)을 폴리싱 등의 가공을 위해 일정기간 사용시, 정반(6)은 가공물과의 상대운동 궤적에 따라 편마모가 발생되고 이를 다시 평탄화하기 위한 페이싱 작업을 수행하고, 그 페이싱 작업후에는 페이싱으로 인해 손실된 그루브(7)를 보상하기 위한 그루빙 작업을 수행해야 하므로, 제작시 그루브(7)를 형성하는 작업 뿐 아니라, 유지관리에도 많은 어려움이 있었다.

또한, 종래 정반(6)에서 그루브(7)는 가공물의 저면과 접촉하는 부분이 아니므로 하측에서 가공물을 지지하지 못한다.

이에 따라, 웨이퍼와 같은 매우 얇은 두께의 가공물이 정반(6)의 상면에 올려져 연마가공되는 경우, 얇은 가공물을 연마헤드가 상측에서부터 가압하면, 그루브(7) 영역에서 가공물을 받치지 못하므로 얇은 가공물은 그루브(7)의 내측으로 약간 휘게 되는 미세한 휨이 발생할 수 있다. 이는 연마정밀도에 영향을 미치는 요인이 된다.

또한, 정반(6)의 상면과 그루브(7)가 만나는 지점에서 정반(6)의 상면과 그루브(7)의 높이차에 의해 단턱이 발생하고 있다.

이러한 단턱은, 웨이퍼와 같은 얇은 가공물에 대한 연마가공 중, 가공물의 이동이 발생하는 과정에서 가공물의 테두리가 단턱의 모서리에 부딪혀 파손되는 문제가 발생할 수 있고, 단턱의 모서리는 연마정밀도에 또한 영향을 미치는 요인이 된다.

한국공개특허공보 제10-2016-0101632호 한국등록특허공보 제10-1585706호

본 발명은 상기와 같은 관점에서 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 정반의 제작시 그루브를 형성하는 작업 없이 제작이 가능하도록 하고, 정반의 사용 중 페이싱(Facing) 작업을 실시하더라도 그루브를 재형성하는 그루빙(Grooving)작업없이 사용할 수 있는 구조의 정반과 그 제작방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 웨이퍼와 같은 매우 얇은 두께의 가공물이 정반의 상면에 올려져 연마가공되더라도 단턱에 의한 파손이나 연마정밀도 손상이 발생하지 않고, 전체 면적에 걸쳐 하측에서 지지받아 가공정밀도를 보다 향상시킬 수 있는 구조의 정반과 그 제작방법을 제공하는 것이다.

이에 따라, 본 발명의 정반의 제작방법은, 왁스분말 또는 열가소성수지분말을 포함하는 액상의 제1재료를 준비하는 1단계; 상기 제1재료를 가경화시켜 고형의 다공형성용 구조체를 제작하는 2단계; 상기 다공형성용 구조체를 정반제작용 성형공간에 배치하는 3단계; 상기 성형공간에 액상의 제2재료를 주입하고 상기 제2재료를 가경화시키는 4단계; 상기 4단계에서 상기 제2재료를 가경화시킴에 의해 상기 성형공간에서 형성된 고형의 정반형상체를 상기 성형공간에서 분리하고, 그 정반형상체를 열처리함으로써 제2재료를 완전경화시킴과 함께 그 열처리에 의해 상기 고체입자를 용융시켜 배출시키며, 그 배출에 의해 다공성 구조체가 형성되는 5단계; 및 상기 정반형상체의 상면을 평탄하게 가공하여 다공성 구조체가 상면에 노출된 정반이 제작되는 6단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

다른 관점에서 본 발명의 정반의 제작방법은, 왁스분말 또는 열가소성수지 분말과, 액상의 열경화성수지를 혼합한 제1재료를 준비하는 1단계; 상기 제1재료를 경화시켜 고형의 다공형성용 구조체를 제작하는 2단계; 상기 다공형성용 구조체가 다수 배치된 정반제작용 성형공간에 액상의 제2재료를 주입하고 상기 제2재료를 열처리하여 완전경화시키며 그 열처리에 의해 상기 다공형성용 구조체에 포함된 왁스분말 또는 열가소성수지 분말이 용융되어 상기 성형공간의 저부를 통해 외부로 배출되는 3단계; 상기 정반형상체의 상면을 평탄하게 가공하여 다공성 구조체가 상면에 노출된 정반이 제작되는 4단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 다른 관점에서 본 발명의 정반의 제작방법은, 주형틀의 성형공간에 액상의 제2재료를 주입하고 상기 제2재료를 가경화시키되, 상기 제2재료의 내부에 제1재료을 주입하기 위한 다공형성공간이 형성되는 1단계; 고체입자를 포함하는 제1재료를 준비하고 상기 다공형성공간에 상기 제1재료를 주입하는 2단계; 상기 2단계에서 상기 다공형성공간에 상기 제1재료가 안착됨으로써 상기 제1재료와 상기 제2재료에 의해 형성된 정반형상체를, 열처리하여 제2재료를 완전경화시킴과 함께 그 열처리에 의해 상기 고체입자를 용융시켜 배출시키며, 그 배출에 의해 다공성 구조체가 형성되는 3단계; 및, 상기 정반형상체의 상면을 평탄하게 가공하여 상기 다공성 구조체가 상면에 노출된 정반이 제작되는 4단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 또 다른 관점에서 본 발명은 상면이 평면으로 형성된 정반몸체와, 상기 정반몸체의 다수의 위치에 설치되는 것으로서, 상기 정반몸체의 상면에 노출되도록 설치되어 상기 정반의 상면에서 발생한 절삭칩 및 슬러리를 하측으로 배출시키는 다공성 구조체를 포함하되, 상기 다공성 구조체는 그 상면이 상기 정반몸체의 상면과 같은 높이로 형성되어, 상기 정반몸체의 상면과 상기 다공성 구조체의 상면이 연속된 하나의 평면을 이루는 정반을 제공함을 특징으로 한다.

전술한 본 발명에 따른 정반의 제작방법에 의해 정반의 상면에 다공성의 배출구조가 형성됨으로써, 폴리싱 등 연마가공시 절삭칩 및 슬러지 용액의 배출이 용이한 구조를 얻을 수 있다.

즉, 정반의 제작시 그루브를 형성하기 위한 별도의 작업이 불필요하고, 사용중 정반의 페이싱작업시 손실된 그루브를 보상하기 위한 그루빙 작업이 수행될 필요가 없으므로, 제작 및 유지관리가 간편한 정반을 제작할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 정반 및 그것의 제작방법에 의해 제작된 정반은, 그루브가 형성될 위치에 다공성 구조체가 채워진 상태이고 다공성 구조체가 정반의 상면의 일부를 담당함으로써, 전체적으로 하나의 평면으로 형성되게 되는 바, 정반의 상면에 단턱이 발생하지 않고 정반 상면에 올려진 가공물을 다공성 구조체도 하측에서 받쳐 지지할 수 있다.

이에 따라, 웨이퍼와 같은 매우 얇은 두께의 가공물이 정반의 상면에 올려져 연마가공되더라도 단턱에 의한 연마정밀도 손상이 발생하지 않고, 전체 면적에 걸쳐 하측에서 지지받을 수 있어, 가공정밀도를 보다 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 정반의 일반적 제조과정을 순차적으로 도시하는 공정설명도
도 2의 (a) 및 (b)는 그루브가 형성된 정반을 나타내는 사진
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정반의 제작방법에 관한 블록순서도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 정반의 제작공정을 개략적으로 설명하는 공정설명도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정반의 제작방법에 의해 제작된 정반의 상면사시도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 정반의 제작방법에 의해 제작된 정반의 하면사시도
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 정반을 연마가공에 이용하는 경우의 작용을 설명하는 작용설명도
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정반의 제작공정을 개략적으로 설명하는 공정설명도
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정반에서 격자형상으로 제작된 다공형성용 구조체를 도시하는 사시도
도 10은 도 9의 격자형상으로 제작된 다공형성용 구조체를 이용하여 제작한 정반의 상면사시도
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정반에서 저면에 형성하는 다양한 형태의 배출공간을 도시하는 설명도
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정반의 제작방법에 관한 블록순서도
도 13은 도 12에 따른 정반의 제작공정을 개략적으로 설명하는 공정설명도

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 정반의 제작방법은, 제1재료(10)를 준비하는 1단계와, 제1재료(10)를 가경화시켜 다공형성용 구조체(40)를 제작하는 2단계와, 다공형성용 구조체(40)를 정반제작용 성형공간(35)에 배치하는 3단계와, 상기 성형공간(35)에 액상의 제2재료(50)를 주입하고 제2재료(50)를 가경화시키는 4단계와, 상기 4단계에서 제2재료(50)를 가경화시킴에 의해 성형공간(35)에서 형성된 정반형상체(60a)를 상기 성형공간(35)에서 분리하고, 그 정반형상체(60a)를 고온열처리함으로써 제2재료(50)를 완전경화시키며 그 고온열처리에 의해 왁스분말 또는 열가소성수지 분말을 녹여 배출시키는 5단계, 및 상기 정반형상체(60a)의 표면을 가공하여 다공성 구조체(42)를 노출시킴으로써 정반(60)이 제작되는 6단계를 포함한다.

상기 1단계는 제1재료(10)를 준비하는 단계로서, 열경화성 액상수지(11)와 고체입자(12)를 고르게 섞은 액상의 재료를 교반시키고 탈포시켜 준비한다.(S11단계)

상기 열경화성 액상수지는 에폭시계 또는 페놀계 열경화성 수지이고, A-스테이지(stage) 상태에 있는 것이다.

참고로, 에폭시계 또는 페놀계 열경화성 수지는, A-스테이지(stage), B-스테이지, C-스테이지로 그 상태가 나뉘어지게 된다.

상기 A-스테이지는 경화가 일어나지 않는 액상의 상태로서 다른 물질과의 혼합이 가능하며 고체화가 이루어지기 위해서는 외부의 가열 및 열처리가 요구되는 상태이다.

상기 B-스테이지는 저온열처리를 통하여 가교형성이 부분적으로 이루어진 반경화 상태로서 재료 고유의 물성을 가지지 못하나, 유동성이 없어 일반적인 취급이 가능한 상태이다.

상기 C-스테이지는 고온의 열처리를 통하여 완전 경화된 상태로서 재료 고유의 물성이 구현된 상태이다.

따라서, 제1재료(10)를 준비하여 형틀(20)에 주입하는 과정이 진행되어야 하므로, 액상인 A-스테이지(stage) 상태의 열경화성 액상수지(11)를 고체입자(12)와 고르게 혼합하여 준비한다.

상기 고체입자(12)는 열경화성 수지가 완전경화되는 과정에서 용융되어 배출되어야 하므로, 주조용 왁스(밀납, 파라핀계열 수지) 분말, 또는 열가소성 수지분말이다.

제1재료(10)가 준비되면, 제1재료(10)를 가경화시켜 다공형성용 구조체(40)를 제작하는 2단계가 진행된다.(S12단계)

상기 1단계에서 준비된 액상의 제1재료(10)를 형틀(20)에 주입하고, 저온열처리에 의해 가경화시킴으로써 다공형성용 구조체(40)가 제작된다.

즉, 열경화성수지는 B-스테이지 상태가 되고 C-스테이지에는 이르지 않는 온도로 열처리하여 제1재료(10)를 가경화시키고, 가경화된 상태의 다공성 구조체(42)는 고형화된 것이므로 형틀에서 배출시킬 수 있다.

상기 저온열처리는 열경화성수지의 B-스테이지 개시온도와 C-스테이지 개시온도 사이의 온도로 열처리하여 가경화시킴을 의미한다.

열경화성수지의 종류에 따라, B-스테이지 및 C-스테이지에 이르는 온도특성이 상이하므로, 열경화성수지의 구체적인 선택은 고체입자(12)인 왁스분말 또는 열가소성수지 분말이 무엇인지에 따라 달라져야 한다. 즉, 상기 저온열처리 과정에서 고체입자(12)는 용융되지 않아야 하므로, 열경화성수지는 고체입자(12)인 왁스분말 또는 열가소성수지 분말의 용융점에 비해 B-스테이지 개시온도는 낮고, C-스테이지 개시온도는 높은 재료가 준비될 필요가 있다.

2단계에서 제작되는 다공형성용 구조체(40)는 최종 제작될 정반(60)을 상하로 관통하는 다공구조를 형성하기 위한 것이므로, 원기둥 등의 기둥형상으로 다수개가 제작되는 것이 바람직하다.

2단계에서 다공형성용 구조체(40)를 제작한 후, 다공형성용 구조체(40)를 정반제작용 성형공간(35)에 배치하는 3단계가 진행된다.

상기 3단계는 정반(60)을 형성하기 위한 주형틀(30)을 마련하고 정반제작용 성형공간(35)에 다공형성용 구조체(40)를 세워진 상태로 다수의 위치에 분포시킨다.(S13단계)

이때, 다공형성용 구조체(40)가 제2재료(50)의 주입과정에서 쓰러지지 않도록 바닥에 접착제에 의해 고정한 상태로 세울 수 있다.

다공형성용 구조체(40)가 정반제작용 성형공간(35)에 배치된 후, 성형공간(35)에 액상의 제2재료(50)를 주입하고 제2재료(50)를 가경화시키는 4단계가 진행된다.(S14단계)

상기 제2재료(50)는 주재료로서 액상의 열경화성수지(51)와 금속분말(52)을 고르게 혼합한 후, 탈포시킨 것이다.

제2재료(50)를 성형공간(35)에 주입한 후, 저온열처리를 실시함으로써 제2재료(50)를 가경화시킨다.

이 과정도 다공형성용 구조체(40)를 제작하는 과정과 같이, 제2재료(50)의 열경화성수지가 B-스테이지 상태가 되고 C-스테이지에는 이르지 않는 온도로 열처리하여 제2재료(50)를 가경화시킨다.

4단계에서 선택되는 제2재료(50)의 열경화성수지도 고체입자(12)인 왁스분말 또는 열가소성수지 분말의 용융점에 비해 B-스테이지 개시온도는 낮고, C-스테이지 개시온도는 높은 재료가 준비될 필요가 있다.

이러한 열경화성수지가 선택됨으로써, 4단계에서 가경화를 위한 저온열처리시 왁스분말 또는 열가소성수지 분말이 용융되지 않고, 제2재료(50)가 다공형성용 구조체(40) 내부로 침투하여 왁스분말 또는 열가소성수지 분말이 용융되어 배출된 빈공간에 충진되는 상황이 발생하지 않는다.

이에 따라, 1단계의 제1재료(10)의 열경화성 수지와, 4단계의 제2재료(50)의 열경화성 수지는 동일한 재료인 것이 바람직하다.

성형공간(35)의 제2재료(50)가 가경화된 후, 성형공간(35)에서 형성된 정반형상체(60a)를 분리시키고 고온열처리를 실시하는 5단계가 진행된다.(S15단계)

그 정반형상체(60a)를 고온열처리함으로써 제2재료(50)를 완전경화시키며 그 고온열처리에 의해 왁스분말 또는 열가소성수지 분말이 녹아 배출된다.

1단계 및 4단계에서 준비된 열경화성수지가 왁스분말 또는 열가소성수지 분말의 용융점에 비해 B-스테이지 개시온도는 낮고, C-스테이지 개시온도는 높은 재료이므로, 고온열처리하여 제2재료(50)를 완전경화시키는 과정에서 왁스분말 또는 열가소성수지 분말이 용융되어 하측으로 배출될 수 있다.

이에 따라, 왁스분말 또는 열가소성수지 분말이 위치하던 부분에는 공동이 발생함으로서 정반형상체(60a) 내의 다공형성용 구조체(40)는 비로소 다공성 구조체(42)로 변화될 수 있다.

왁스분말 또는 열가소성수지 분말이 용융되어 하측으로 완전히 배출되면, 정반형상체(60a)를 충분히 냉각시키고, 정반형상체(60a)의 상면(63)을 평탄하게 가공하여 다공성 구조체(42)가 상면(63)에 노출된 정반(60)이 제작되는 6단계가 진행된다.(S16단계)

즉, 주형틀(30)의 성형공간(35)에 주입된 제2재료(50)가 다공형성용 구조체(40)를 덮은 상태로 정반형상체(60a)가 제작된 경우라면, 정반형상체(60a)의 상면(63)을 소정 깊이로 평활하게 절삭함으로써 다공형성용 구조체(40)가 만드는 다공성 구조체(42)가 상면(63)에 노출될 수 있다.

만일, 주형틀(30)의 성형공간(35)에 주입된 제2재료(50)의 높이보다 다공형성용 구조체(40)가 더 높은 상태인 경우에는, 제2재료로부터 돌출된 다공형성용 구조체(40)의 상단부를 절단하고 정반형상체(60a)의 상면(63)을 소정 깊이로 평활하게 절삭함으로써 다공성 구조체(42)가 상면(63)의 일부를 이루어 상면(63)에 노출된 구조가 형성될 수 있다.

6단계까지 진행되어 제작된 정반(60)에는, 그 저면에 배출공간(65)을 형성하는 추가공정인 7단계가 더 이루어질 수 있다.(S17단계)

즉, 정반(60)의 다공성 구조체(42)의 저부를 파냄으로써 절삭칩 등이 상기 다공성 구조체(42)를 통하여 용이하게 배출되도록, 저면에서 상측을 향해 파내어 오목한 빈공간인 배출공간(65)을 형성하는 것이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 정반(60)의 상면사시도이고, 도 6은 그 정반(60)의 하면사시도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 전술한 과정을 거쳐 제작되는 본 실시예의 정반(60)은, 상면(63a)이 평면으로 형성된 정반몸체(62)와, 상기 정반몸체(62)의 다수의 위치에 설치되는 것으로서, 상기 정반몸체(62)의 상면에 노출되도록 설치되어 정반(60)의 상면(63)에서 발생한 절삭칩 및 슬러리(74)를 하측으로 배출시키는 다공성 구조체(42)를 포함하되, 상기 다공성 구조체(42)는 그 상면(63b)이 상기 정반몸체(62)의 상면(63a)과 같은 높이로 형성되어, 상기 정반몸체(62)의 상면(63a)과 다공성 구조체(42)의 상면(63b)이 연속된 하나의 평면을 이루고 있다.

또한, 상기 다공성 구조체(42)의 저부에는 상기 정반몸체(62)의 저면에서 상측방향으로 오목하게 형성된 배출공간(65)을 형성함으로써, 상기 다공성 구조체(42)를 통해 하측으로 배출되는 절삭칩 및 슬러리(74)가 상기 배출공간(65)을 통해 용이하게 배출되도록 한다.

상기 배출공간(65)은 저면에서 서로 연결되도록 형성하고 정반몸체(62)의 측방으로 개방되도록 형성함으로써, 회전테이블 상에 정반(60)이 부착된 상태에서도 다공성 구조체(42)를 통해 하측으로 배출되는 절삭칩 및 슬러리(74)가 정반몸체(62)의 측방향으로 배출될 수 있도록 한다.

도 7은 제작된 정반(60)을 연마가공에 이용하는 작업상태를 도시하고 있다.

도 7을 참고하면, 정반(60)의 상면(63)에서 가공물(71)을 연마헤드(72)가 누르고 회전시키면서 연마가공이 진행되면, 슬러리(74)의 연마입자에 의해 가공된 절삭칩과 슬러리(74)는 다공성 구조체(42)의 빈공간을 통해 하측으로 배출될 수 있으므로, 가공물(71)과 정반(60) 사이의 유동압을 해소하고 원활한 연마가공이 이루어질 수 있다.

또한, 정반(60)의 상면(63)에 얇은 가공물(71)을 올리고 연마가공이 이루어지더라도 정반(60)의 상면(63)에 턱이 발생하지 않고, 정반몸체(62)의 상면(63a)과 다공성 구조체(42)의 상면(63b)이 연속된 하나의 평면을 이루고 있으므로, 얇은 가공물(71)이 가공중 정반(60)의 상면(63)에서의 이동시에 정반(60) 상면(63)의 턱에 부딪히거나 간섭받는 일이 발생하지 않는다.

또한, 얇은 가공물(71)을 정반(60)의 상면(63)이 받치되 다공성 구조체(42)의 상면(63b)도 동일하게 얇은 가공물(71)을 받치고 있으므로, 연마헤드(72)가 상측에서부터 가압하더라도 얇은 가공물(71)이 하측으로 처지는 휨이 발생하지 않는다.

즉, 다공성 구조체(42)가 존재하지 않는 빈 공간이 형성되어 있거나 그루브가 형성되어 있는 경우에는, 얇은 가공물(71)을 그 빈 공간이나 그루브가 받치지 못하므로 연마헤드가 상측에서부터 가압하면, 얇은 가공물(71)은 그 빈 공간이나 그루브 상측의 부분이 하측으로 약간 휘게 되는 휨이 발생할 수 있다. 이러한 문제점은 연마정밀도에 영향을 미치게 된다.

위와 같은 점에서, 정반몸체(62)의 상면(63a)과 다공성 구조체(42)의 상면(63b)이 연속된 하나의 평면을 이루도록 다공성 구조체(42)가 형성되어 있는 구조가 중요한 기술적 의의를 가진다.

또한, 정반(60)의 그루브를 다공성 구조체(42)가 대신하고 있으므로 제작시 그루브를 형성하기 위한 별도의 작업이 불필요하고, 정반(60)의 페이싱(Facing) 작업시 정반(60)의 상면을 깎아내도 항상 동일한 다공성 구조체(42)가 노출되므로 손실된 그루브를 보상하기 위한 그루빙 작업이 수행될 필요가 없어, 제작 및 유지관리가 매우 간편하다.

한편, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정반(60)의 제작공정을 개략적으로 설명하는 공정설명도이다.

도 8을 참고하면, 도 4에서 설명한 주형틀(30)의 구조를 변경하여 도시하고 있다.

즉, 주형틀(30)의 하부에는 다공형성용 구조체(40)의 하측을 받치고 있는 별도의 받침블록(32)이 주형틀(30)의 관통공(34)에 끼워져 주형틀(30)을 이루고 있고, 다공형성용 구조체(40)는 그 받침블록(32)의 상측에 세워져 설치된다.

다공형성용 구조체(40)가 정반제작용 성형공간(35)에 배치된 후, 성형공간(35)에 액상의 제2재료(50)를 주입하되, 본 실시예에서는 제2재료(50)를 가경화시키는 공정이 생략된다.(도 4의 (c)단계와 관련)

즉, 제2재료(50)를 성형공간(35)에 주입한 후, 고온열처리를 실시하여 주형틀(30) 내에서 제2재료(50)와 다공형성용 구조체(40)의 열경화성수지를 바로 완전경화시킨다. 즉 도 4의 (d)와 같이 성형공간(35)에서 정반형상체(60a)를 분리하여 고온열처리하는 것이 아니라, 성형공간(35) 내에서 고온열처리를 바로 실시한다.

그 고온열처리는 C-스테이지 개시온도 이상의 온도로 열처리하는 것을 의미한다.

다만, 그 고온열처리를 진행하는 중간에 주형틀(30)의 받침블록(32)을 이탈시키고, 다공형성용 구조체(40)에서 용융되는 왁스분말 또는 열가소성수지분말이 하측을 관통공(34)을 통해 배출될 수 있도록 한다.

상기 받침블록(32)을 이탈시키는 시점은 고온열처리에 의해 제2재료(50) 및 다공형성용 구조체(40)의 열경화성수지가 유동성을 잃고 고형화된 시점이 되도록 함으로써, 주형틀(30)의 하부 관통공(34)으로 열경화성수지가 유동해 나오지 않도록 한다.

그 고온열처리에 의해 열경화성수지가 완전경화되고, 왁스분말 또는 열가소성수지 분말이 녹아 배출된 이후에, 주형틀(30) 및 정반형상체(60a)를 냉각시키고, 정반형상체(60a)를 주형틀(30)에서 분리시킨다.

이후, 정반형상체(60a)의 상면(63)을 평탄하게 가공하여 다공성 구조체(42)가 상면(63)에 노출된 정반(60)이 제작되는 공정이나, 정반(60)의 저면에서 다공성 구조체(42)의 저부를 파냄으로써 절삭칩 등이 용이하게 배출되도록 하기 위한 배출공간(65)을 형성하는 공정은, 전술한 실시예와 동일하다.

한편, 상기 정반(60)의 제작과정 중 형성되는 다공성 구조체(42)는, 공극의 비율이 10% 이상이 되도록 할 필요가 있고, 각 연마가공의 특성에 따라 공극율을 달리할 필요가 있다.

공극의 밀도 및 크기 분포는 혼합하는 왁스분말 또는 열가소성 수지분말의 함량 및 입도에 의해 조절될 수 있다.

한편, 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정반에서 격자형상으로 제작된 다공형성용 구조체(40)를 도시하는 사시도이다.

도 9에 도시된 다공형성용 구조체(40)는 제1재료(10)를 가경화시켜 다공형성용 구조체(40)를 제작하는 전술한 2단계에서, 액상의 제1재료(10)를 격자공간을 가진 형틀(20)에 주입하고, 저온열처리에 의해 가경화시킴에 의해 제작한 것이다.

그와 같이 격자형상으로 제작된 다공형성용 구조체(40)를 제작한 후, 다공형성용 구조체(40)를 정반제작용 성형공간(35)에 배치하는 3단계와, 다공형성용 구조체(40)가 정반제작용 성형공간(35)에 배치된 후, 성형공간(35)에 액상의 제2재료(50)를 주입하고 제2재료(50)를 가경화시키는 4단계, 고온열처리에 의해 왁스분말 또는 열가소성수지 분말을 녹여 배출시키는 5단계, 및 정반형상체(60a)의 표면을 가공하여 다공성 구조체(42)를 노출시키는 6단계는 전술한 진행과정과 같이 진행되어, 도 10과 같은 정반(60)이 제작될 수 있다.

상기와 같은 다공형성용 구조체(40)가 격자형상으로 도시된 것은 다양한 형상으로 제작될 수 있음을 예시한 것으로서, 통상의 정반의 그루브 형상과 같이, 나선형상으로 다공형성용 구조체(40)가 형성될 수 있음은 물론이다.

한편, 정반(60)의 저면에 형성되는 배출공간(65)도 다양한 형태로 형성될 수 있다.

즉, 도 11에서 정반(60)의 저면에 형성될 수 있는 배출공간(65)의 다양한 형태를 도시하고 있는 바와 같이, 동심원과 방사상홈이 합쳐진 형태, 스파이럴(나선)형태, 격자형태 등으로 정반(60)의 저면을 파냄으로써, 절삭칩 및 슬러리가 배출되는 배출공간(65)을 형성할 수 있다.

다음은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 정반을 제작하는 방법을 설명한다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 본 실시예는 주형틀(30)의 성형공간에 액상의 제2재료(50)를 주입하고 제2재료(50)를 가경화시키되, 상기 제2재료(50)의 내부에 제1재료(10)을 주입하기 위한 다공형성공간(60c)이 형성되는 1단계; 고체입자(12)를 포함하는 제1재료(10)를 준비하고 다공형성공간(60c)에 제1재료(10)를 주입하는 2단계; 상기 2단계에서 다공형성공간(60c)에 제1재료(10)가 안착됨으로써 제1재료(10)와 제2재료에 의해 형성된 정반형상체(60a)를, 열처리하여 제2재료(50)를 완전경화시킴과 함께 그 열처리에 의해 고체입자(12)를 용융시켜 배출시키며, 그 배출에 의해 다공성 구조체(42)가 형성되는 3단계; 및, 상기 정반형상체(60a)의 상면(63)을 평탄하게 가공하여 다공성 구조체(42)가 상면(63)에 노출된 정반(60)이 제작되는 4단계를 포함한다.

본 실시예는 전술한 실시예와 달리 제2재료를 먼저 성형한 후, 제2재료에 형성되는 다공형성공간(60c)에 제1재료(10)를 주입하여 다공성 구조체(42)가 제2재료에 매입된 상태에서 성형되도록 하고 있다.

도 13을 참조하면, 액상의 열경화성수지(51)와 금속분말(52)을 고르게 혼합한 제2재료(50)을 준비(S21단계)하고, 주형틀(30)의 성형공간에 액상의 제2재료(50)를 주입한다.

상기 주형틀(30)의 성형공간에는 주입되는 제2재료(50)가 가경화될 때, 다공형성공간(60c)이 형성될 수 있도록 기둥형상의 돌기(30c)가 다수 설치되어 있다.

이후, 제2재료(50)를 액상의 열경화성수지(51)의 B-스테이지 개시온도와 C-스테이지 개시온도 사이의 온도로 열처리함에 의해 가경화시킨다.(S22단계)

이에 따라, 제2재료(50)는 주형틀(30)에서 분리할 수 있을 정도로 경화된 상태가 되므로, 성형공간(35)에서 분리할 수 있고, 분리된 제2재료(50)로 이루어지는 고형체(60b)에는 다공형성공간(60c)이 설치된 상태가 된다.(S23단계)

이후, 왁스분말 또는 열가소성수지분말인 고체입자(12)와, 액상의 열경화성수지(11)를 혼합한 제1재료(10)를 준비하고, 제2재료(50)의 상기 다공형성공간(60c)에 제1재료(10)를 주입한다.(S24단계)

제1재료(10)를 주입한 후에, 고형체(60b)를 뒤집어도 제1재료(10)가 흘러나오지 않도록 제1재료(10)를 가경화하여 다공형성용 구조체(40)를 제작한다.(S25단계)

이때, 가경화시키는 저온열처리의 온도는 열경화성수지의 B-스테이지 개시온도와 C-스테이지 개시온도 사이의 온도이다.

다공형성공간(60c)에 제1재료(10)가 안착됨으로써 제1재료(10)와 제2재료(50)에 의해 정반형상체(60d)가 형성되고, 이후 그 정반형상체(60d)를 열처리하여 제2재료(50)를 완전경화시킨다.(S26단계)

이 때, 열처리하는 온도는 열경화성수지의 C-스테이지 개시온도보다 높은 고온열처리 온도이고, 이러한 열처리에 의해 고체입자(12)가 용융되어 배출되게 되며, 그 배출에 의해 다공이 분포하는 다공성 구조체(42)가 형성될 수 있다.

이후, 상기 정반형상체(60d)의 상면(63)을 평탄하게 가공하여 다공성 구조체(42)가 상면(63)에 노출된 정반을 제작한다.(S27단계)

본 실시예에서도 정반의 저면에서 다공성 구조체(42)의 저부를 파냄으로써 절삭칩 등이 다공성 구조체(42)를 통하여 용이하게 배출되도록 하기 위한 배출공간(65)을 형성(S28단계)시키는 것이 바람직하다.

전술한 다양한 실시예의 본 발명은 자유입자 (Free Abrasive)를 이용하는 기계적 래핑 (Lapping), 폴리싱 (Polishing) 등의 표면 가공에 사용되는 정반(60)과 그것의 제작방법으로 유용하게 이용될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 상기의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있는 일 실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.

10; 제1재료 11; 열경화성 액상수지
12; 고체입자 20; 형틀
30; 주형틀 32; 받침블록
34; 관통공 35; 성형공간
40; 다공형성용 구조체 42; 다공성 구조체
50; 제2재료 60; 정반
60a, 60d; 정반형상체 62; 정반몸체
63; 정반의 상면 63a; 정반몸체의 상면
63b; 다공성 구조체의 상면 65; 배출공간
71; 가공물 72; 연마헤드

Claims

고체입자(12)를 포함하는 제1재료(10)를 준비하는 1단계;
상기 제1재료(10)를 가경화시켜 고형의 다공형성용 구조체(40)를 제작하는 2단계;
상기 다공형성용 구조체(40)를 정반제작용 성형공간(35)에 배치하는 3단계;
상기 성형공간(35)에 액상의 제2재료(50)를 주입하고 상기 제2재료(50)를 가경화시키는 4단계;
상기 4단계에서 상기 제2재료(50)를 가경화시킴에 의해 상기 성형공간(35)에서 형성된 고형의 정반형상체(60a)를 상기 성형공간(35)에서 분리하고, 그 정반형상체(60a)를 열처리함으로써 제2재료(50)를 완전경화시킴과 함께 그 열처리에 의해 상기 고체입자(12)를 용융시켜 배출시키며, 그 배출에 의해 다공성 구조체(42)가 형성되는 5단계; 및
상기 정반형상체(60a)의 상면(63)을 평탄하게 가공하여 상기 다공성 구조체(42)가 상면(63)에 노출된 정반이 제작되는 6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정반의 제작방법
제1항에 있어서,
상기 1단계의 상기 제1재료(10)는 액상의 열경화성 수지를 포함하고,
상기 4단계의 상기 제2재료(50)도 액상의 열경화성 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 정반의 제작방법
제2항에 있어서,
상기 1단계에서 준비되는 상기 제1재료(10)의 열경화성수지 및 상기 4단계에서 제2재료(50)에 포함된 열경화성수지는,
상기 고체입자(12)의 용융점에 비해, B-스테이지 개시온도는 낮고, C-스테이지 개시온도는 높은 것인 것을 특징으로 하는 정반의 제작방법
제3항에 있어서,
상기 2단계에서 상기 제1재료(10)를 가경화시키는 것과, 상기 5단계에서 상기 제2재료(50)를 가경화시키는 것은,
상기 B-스테이지 개시온도와 상기 C-스테이지 개시온도 사이의 온도로 열처리함에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 정반의 제작방법
왁스분말 또는 열가소성수지 분말과, 액상의 열경화성수지를 혼합한 제1재료(10)를 준비하는 1단계;
상기 제1재료(10)를 경화시켜 고형의 다공형성용 구조체(40)를 제작하는 2단계;
상기 다공형성용 구조체(40)가 다수 배치된 정반제작용 성형공간(35)에 액상의 제2재료(50)를 주입하고 상기 제2재료(50)를 열처리하여 완전경화시키며, 그 열처리에 의해 상기 다공형성용 구조체(40)에 포함된 왁스분말 또는 열가소성수지 분말이 용융되어 상기 성형공간(35)의 저부를 통해 외부로 배출되고, 그 배출에 의해 다공성 구조체(42)가 형성되는 3단계;
상기 3단계에 의해 상기 성형공간(35)에서 형성된 고형의 정반형상체(60a)의 상면(63)을 평탄하게 가공하여 다공성 구조체(42)가 상면(63)에 노출된 정반이 제작되는 4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정반의 제작방법
제5항에 있어서,
상기 3단계의 상기 제2재료(50)는 액상의 열경화성 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 정반의 제작방법
제6항에 있어서,
상기 1단계에 준비되는 상기 제1재료(10)의 열경화성수지 및 상기 3단계에서 제2재료(50)에 포함된 열경화성수지는,
상기 왁스분말 또는 열가소성수지 분말의 용융점에 비해, B-스테이지 개시온도는 낮고, C-스테이지 개시온도는 높은 것이며,
상기 2단계에서 상기 제1재료(10)를 경화시키는 것은,
상기 제1재료(10)에 포함된 액상의 열경화성수지를, 그 열경화성수지의 B-스테이지 개시온도와 C-스테이지 개시온도 사이의 온도로 열처리함에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 정반의 제작방법
주형틀(30)의 성형공간에 액상의 제2재료(50)를 주입하고 상기 제2재료(50)를 가경화시키되, 상기 제2재료(50)의 내부에 제1재료(10)을 주입하기 위한 다공형성공간(60c)이 형성되는 1단계;
고체입자(12)를 포함하는 제1재료(10)를 준비하고 상기 다공형성공간(60c)에 상기 제1재료(10)를 주입하는 2단계;
상기 다공형성공간(60c)에 상기 제1재료(10)가 안착됨으로써 상기 제1재료(10)와 상기 제2재료(50)에 의해 형성된 정반형상체(60a)를, 열처리하여 제2재료(50)를 완전경화시킴과 함께 그 열처리에 의해 상기 고체입자(12)를 용융시켜 배출시키며, 그 배출에 의해 다공성 구조체(42)가 형성되는 3단계; 및,
상기 정반형상체(60a)의 상면(63)을 평탄하게 가공하여 상기 다공성 구조체(42)가 상면(63)에 노출된 정반이 제작되는 4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정반의 제작방법
제8항에 있어서,
상기 제1재료(10)는 액상의 열경화성 수지를 포함하고,
상기 제2재료(50)도 액상의 열경화성 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 정반의 제작방법
제9항에 있어서,
상기 제1재료(10)의 열경화성수지 및 상기 제2재료(50)에 포함된 열경화성수지는,
상기 고체입자(12)의 용융점에 비해, B-스테이지 개시온도는 낮고, C-스테이지 개시온도는 높은 것인 것을 특징으로 하는 정반의 제작방법
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 정반의 저면에서 상기 다공성 구조체(42)의 저부를 파냄으로써 절삭칩이 상기 다공성 구조체(42)를 통하여 배출되도록 하기 위한 배출공간(65)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정반의 제작방법
상면(63a)이 평면으로 형성된 정반몸체(62)와,
상기 정반몸체(62)의 다수의 위치에 설치되는 것으로서, 상기 정반몸체(62)의 상면에 노출되도록 설치되어 정반의 상면에서 발생한 절삭칩 및 슬러리를 하측으로 배출시키는 다공성 구조체(42)를 포함하되,
상기 다공성 구조체(42)는 그 상면(63b)이 상기 정반몸체(62)의 상면(63a)과 같은 높이로 형성되어, 상기 정반몸체(62)의 상면(63a)과 상기 다공성 구조체(42)의 상면(63b)이 연속된 하나의 평면을 이루는 것을 특징으로 하는 정반
제12항에 있어서,
상기 다공성 구조체(42)의 저부에는 상기 정반몸체(62)의 저면에서 상측방향으로 파내어 배출공간(65)을 형성함으로써, 상기 다공성 구조체(42)를 통해 하측으로 배출되는 절삭칩 및 슬러리가 상기 배출공간(65)을 통해 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 정반