KR101928085B1 - 연마체 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연마 패드를 구성하는 연마체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연마체에 포함된 연마재의 함량을 크게 증가시킬 수 있고 피연마체의 연마와 동시에 연마 패드의 컨디셔닝(Conditioning)이 가능한 연마체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 연마체는 연마 패드에 구비되는 연마체로서, 고분자 수지; 상기 고분자 수지에 배치되는 제1 연마재; 및 상기 고분자 수지에 배치되고, 수용성 물질을 포함하는 요홈 형성재;를 포함하고, 상기 연마체는 분상의 상기 고분자 수지, 상기 제1 연마재 및 상기 요홈 형성재로 이루어진 혼합물이 가압 및 소결되어 형성된다.

Description

연마체 및 이의 제조 방법{Abrasive article and manufacturing method thereof}
본 발명은 연마 패드를 구성하는 연마체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연마체에 포함된 연마재의 함량을 크게 증가시킬 수 있고 피연마체의 연마와 동시에 연마 패드의 컨디셔닝(Conditioning)이 가능한 연마체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
랩핑(Lapping), 폴리싱(Polishing), 피니싱(Finishing) 등 여러 가지 연마공정에 연마 패드가 사용되는데, 연마 패드는 실제 피연마체를 연마하는 다수의 연마돌기(연마체)와 이를 지지하는 기재로 구성된다. 여기서 연마체는 제조의 용이성으로 인해 대부분 액상의 고분자 수지와 연마재를 혼합한 후 고분자 수지를 광경화시키는 몰딩(Molding) 방식으로 제조되고 있다.
높은 경도의 연마체를 만들기 위한 하나의 방법으로 연마체를 구성하는 연마재의 함량을 높일 수 있다. 동일한 경도의 연마재라면, 연마체에 포함된 연마재의 양이 많아질수록 연마체의 경도가 높아지고 연마율도 향상된다. 그러나 몰딩 방식으로 연마체를 제조할 경우, 연마재의 양을 증가시키면 고분자 수지와 연마재의 혼합물의 점도가 급격히 증가하여 혼합물을 교반하거나 몰드로 주입하는 등 공정에 필요한 작업들이 대단히 어려워지며 이에 따라 공정효율이 크게 저하되는 문제점이 있다. 따라서 몰딩 방식으로 연마체를 제조할 때는 연마체에 포함되는 연마재의 양을 증가시킬 수 있는 한계가 있다.
한편 연마공정 시 연마 패드의 표면이 글레이징(Glazing)되고 연마액 입자들이 연마 패드의 기공을 메움으로써 연마 속도와 연마 균일도가 떨어지는 현상이 발생한다. 이러한 현상을 방지하기 위해서는 연마공정 중에 컨디셔너(Conditioner)로 주기적으로 패드 표면을 긁어주는 컨디셔닝(Conditioning) 공정이 필요하다.
그러나 컨디셔너를 구성하는 다이아몬드 혹은 입방정 질화붕소(cBN; cubic Boron Nitride)와 같은 경질 입자는 모서리가 날카롭기 때문에 종종 연마 패드에 크랙(Crack)과 결정 결함을 발생시킨다. 또한, 컨디셔닝이 진행됨에 따라 경질 입자의 날카로운 모서리가 마모되거나 파편이 떨어져 나와 연마 패드의 상부를 떠돌아다니거나 연마 패드에 박히게 되는데, 이로 인해 컨디셔닝 효율 및 이에 따른 연마속도를 저하시키고 스크래치를 발생시키는 문제점이 있다. 결정적으로 연마 패드를 컨디셔닝하는 동안에는 연마공정을 진행할 수 없기 때문에 장비의 유휴시간 증가에 따라 생산성이 낮아진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연마체에 포함되는 연마재의 비율을 극대화시켜 고경도 및 고연마율의 연마 패드를 제조할 수 있는 연마체 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연마체는 연마 패드에 구비되는 연마체로서, 고분자 수지; 상기 고분자 수지에 배치되는 제1 연마재; 및 상기 고분자 수지에 배치되고, 수용성 물질을 포함하는 요홈 형성재;를 포함하고, 상기 연마체는 분상의 상기 고분자 수지, 상기 제1 연마재 및 상기 요홈 형성재로 이루어진 혼합물이 가압 및 소결되어 형성된다.
본 발명에 따른 연마체 및 이의 제조 방법에 의하면, 액상의 고분자 수지가 갖는 점도의 한계를 극복함으로써 연마체에 포함되는 연마재의 비율을 극대화시킬 수 있고 이에 따라 연마 패드의 연마율을 크게 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 연마체 및 이의 제조 방법에 의하면, 연마체를 가압 및 소결 방식으로 제조하여 연마체 제조 공정을 단순화시키고 연마체 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 연마체 및 이의 제조 방법에 의하면, 저렴하고 환경 친화적인 수용성 물질로 요홈 형성재를 구성함으로써, 연마체 제조 시 높은 압력이 가해져도 요홈을 효과적으로 생성할 수 있고 요홈 형성재가 물에 용해되어 찌꺼기가 발생하지 않고 제조 비용도 절감시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 연마체 및 이의 제조 방법에 의하면, 피연마체를 연마함과 동시에 연마 패드의 컨디셔닝도 가능하여 연마 공정의 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연마체의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 복합체 형태로 이루어진 연마재의 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 제2 요홈 형성재의 개략도.
도 4(a),(b),(c),(d)는 본 발명에 따른 요홈 형성재의 요홈 형성 작용을 설명하기 위해 연마 공정 시 연마체의 내부 상태의 변화를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 연마체가 구비된 연마 패드의 단면도.
도 6은 본 발명의 연마체가 구비된 연마 패드의 제품 사진.
도 7은 본 발명에 따른 연마체 제조 방법을 도시한 순서도.
본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에 또는 상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에 또는 상부에" 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
참고로, 본 발명에서 사용하는 용어 '연마체'란 연마 패드에서 피연마체를 실질적으로 연마하는 구성으로서, 일 실시예에 따르면 연마 패드는 평판형 기재와 기재 상에 소정의 패턴으로 이격 배열된 복수 개의 연마체로 구성된다. 다른 실시예로서 하나의 패널형 연마체가 기재 상에 부착되어 연마 패드를 구성하는 경우도 배제하지 않는다. 연마체의 일면(즉, 상면)을 피연마체에 직접 접촉시킨 후 피연마체와 연마체를 상대적으로 운동시킴으로써 연마공정이 이루어지는데, 연마체가 피연마체를 연마시키기도 하지만 동시에 연마체 자체도 마모된다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예, 장점 및 특징에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 연마체의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 복합체 형태로 이루어진 연마재의 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 제2 요홈 형성재의 개략도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 연마체(100)는 고분자 수지(10), 제1 연마재(20) 및 요홈 형성재(30,40)를 포함한다.
제1 연마재(20)는 고분자 수지(10)에 의해 고정되어 실질적인 연마 작용을 수행하는 구성으로, 산화 알루미늄(Al2O3), 콜로이달 실리카(Coloidal silica), 용융 실리카(fused silica), 탄화규소(SiC), 산화지르코늄(zirconia), 산화세륨(CeO2), 산화철(Fe2O3), 산화크롬(Cr2O3), 탄화붕소(B4C), 유리분말, 다이아몬드 및 입방정 질화붕소(cBN) 중에서 선택된 적어도 하나로 구성될 수 있다. 제1 연마재(20)는 연마하고자 하는 피연마체의 경도와 동일하거나 높은 경도를 갖는 연마재인 것이 바람직하다.
또한 제1 연마재(20)는 1 ~ 100㎛ 범위 내의 입도로 구성되며, 바람직하게는 1 ~ 10㎛ 범위 내의 입도로 구성되는 것이 좋다. 특히 연마재로서 다이아몬드를 사용할 경우 평균 입경 기준으로 2㎛, 5㎛, 8㎛ 또는 10㎛인 것을 사용할 수 있다. 평균 입경 2㎛는 1 내지 3㎛ 입경의 연마재를 포함하고, 평균 입경 5㎛는 4 내지 6㎛, 평균 입경 8㎛는 6 내지 10㎛, 평균 입경 10㎛는 8 내지 12㎛ 입경의 연마재를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 연마재(20)는 다수의 연마 입자(21)가 고분자 수지(23)에 의해 결합된 연마 복합체를 포함할 수 있다. 연마 복합체의 고분자 수지(23)는 도 2와 같이 다수의 연마 입자(21)를 응집시키는 바인더 기능을 하며, 이러한 고분자 수지(23)로는 연마 입자(21)와의 접합성이 우수한 아크릴계, 페놀계, 에폭시, 우레탄 등의 열경화성 수지가 사용될 수 있다. 유기물인 고분자 수지(23)와 무기물인 연마 입자(21) 간의 접착력을 높이기 위해 연마 복합체 제조 시 커플링제(Coupling Agent)를 미량 첨가할 수 있다.
복합체를 구성하는 고분자 수지(23)와 연마 입자(21)의 혼합 비율은 목적하는 연마 성능에 따라 전술한 범위 내에서 탄력적으로 형성될 수 있다. 복합체는 30 ~ 300㎛ 범위 내의 입도를 갖도록 형성되며, 바람직하게는 30 ~ 50㎛ 범위 내의 입도를 갖도록 형성되는 것이 좋다.
제1 연마재(20)는 연마 입자 또는 복합체 형태로만 구성되거나 연마 입자와 복합체가 혼합된 형태로 구성된다. 제1 연마재(20)의 조성비는 연마체(100) 조성 대비 10 ~ 80 중량%로 형성될 수 있으며, 특히 고함량의 연마체를 제조하기 위해서는 연마재가 60 ~ 80 중량%로 형성된다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 고분자 수지(10)는 연마체(100)의 형태를 유지하기 위한 구성으로서 열경화성 수지 또는 광경화성 수지가 사용된다. 열경화성 수지는 우레탄 수지, 에폭시 수지, 폴리에스터 수지, 페놀 수지, 요소 수지 및 멜라민 수지 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 사용될 수 있고, 광경화성 수지는 광가교형, 광분해형 및 광중합형 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다. 바람직하게는 페놀 수지를 사용하는 것이 좋은데, 왜냐하면 페놀 수지는 가격이 상대적으로 저렴하면서도 내열성과 내마모도가 우수하고 경화가 용이한 장점이 있기 때문이다.
본 발명에 따르면 연마체(100)는 제1 연마재(20), 요홈 형성재(30,40) 및 고분자 수지(10) 분말을 혼합한 혼합물에 소정의 압력을 가하여 일정한 형태로 성형한 후 고분자 수지(10)를 소결시킴으로써 형성된다. 고분자 수지(10)는 빛 또는 열에 의해 경화되며, 고분자 수지(10) 분말에 액상 또는 액적 형태의 고분자 수지를 소량 혼합하여 약간의 점성이 가해질 수 있다.
분상의 고분자 수지에 액상의 고분자 수지를 혼합할 경우, 액상의 고분자 수지는 분상의 고분자 수지의 함량 대비 최대 같거나 더 적은 함량으로 혼합되는 것이 바람직하며, 구체적으로 분상의 고분자 수지는 5 ~ 15 중량%, 액상의 고분자 수지는 1 ~ 5 중량%로 형성할 수 있다.
종래에는 연마체를 형성함에 있어서 연마재가 혼합된 액상의 고분자 수지를 음각몰드 등에 주입하여 경화시켰으나, 본 발명은 이와 달리 연마재와 분상의 고분자 수지를 혼합한 후 가압 및 소결하여 연마체를 형성한다. 액상의 고분자 수지는 점도의 한계를 갖고 있어 연마체 내 연마재의 비율을 일정 수준 이상 높이지 못하였는데, 분상의 고분자 수지를 사용함으로써 이러한 한계를 극복하는 것이 가능하다. 분상의 고분자 수지를 사용하면 연마재의 함유량이 높은 고함량의 연마체를 만들 수 있고 이에 따라 연마 패드의 연마효율을 크게 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 액상의 고분자 수지를 사용할 경우, 연마재를 30 중량% 이상 혼합하면, 고분자 수지와 연마재의 혼합물은 점도가 매우 높아져서 연마체의 제조가 어려워진다. 그러나 분상의 고분자 수지를 사용할 때는 이러한 한계에 얽매이지 않기 때문에 50 중량%의 연마재를 혼합하는 것이 가능하고, 연마재의 양을 70 중량%나 80 중량%까지 높이는 것도 가능하다. 다만 고분자 수지의 양이 부족하면 고분자 수지가 연마재들을 잡아주는 힘이 약하여 연마공정 시 피연마체와의 마찰력을 견디지 못하고 연마체로부터 연마재가 떨어져 분리될 수 있다.
또한 액상의 고분자 수지를 사용하면, 비록 액상의 혼합물을 경화 전 교반하더라도 연마재나 요홈 형성재(30,40)가 고르게 분포되지 못하고 고분자 수지 내 일부 영역에 편중되는 현상이 발생된다. 이는 혼합물이 유동한다는 점과, 고분자 수지와 요홈 형성재(30,40) 간의 비중차에 기인한다. 반면에 본 발명과 같이 분상의 고분자 수지(10)를 사용하면, 교반한 후 시간이 경과되어도 연마재나 요홈 형성재(30,40)가 분상의 고분자 수지(10) 내의 전 영역에 고르게 분산되어 있는 상태를 유지할 수 있고, 이에 따라 연마 효율성도 극대화될 수 있다.
또한 액상의 혼합물을 성형하기 위해 몰드에 주입하면 고분자 수지가 몰드의 바닥(즉, 연마체의 상부)으로 몰리는 현상이 발생하는데, 이 경우 연마 패드를 제조한 후에 연마체의 상부에서 고분자 수지를 일부 제거하여 연마재를 노출시키는 별도의 공정이 필요하다. 반면에 본 발명과 같이 분상의 고분자 수지를 사용하면, 연마재, 요홈 형성재 및 고분자 수지가 고르게 분산되어 있는 상태를 유지할 수 있기 때문에 시간이 경과되어도 고분자 수지가 연마체의 일부에 집중되지 않고 연마 패드 제조 후에 고분자 수지를 제거하는 공정도 필요 없다.
다시 도 1을 참조하면, 연마체(100)는 제1 연마재(20) 외에 요홈 형성제(30,40)와 같은 기능성 요소를 더 포함한다. 본 발명의 요홈 형성재(30,40)는 연마체(100)의 고분자 수지(10) 내에 분산되어 연마공정 시 연마체(100)의 표면에 요홈들을 지속적으로 형성해준다. 요홈 형성재(30,40)가 연마체(100) 내에 고르게 분산되기 위해서는 연마체 제조 시 고분자 수지, 연마재 및 요홈 형성재가 혼합된 혼합물을 교반하는 과정이 필요하다. 요홈 형성재(30,40)에 의해 요홈이 형성되는 과정에 대해서는 아래 도 4에서 상세하게 설명될 것이다.
요홈 형성재(30,40)에 의해 형성되는 요홈은 연마액을 포집하여 연마공정 시 연마액이 장시간 연마패드와 피연마체 사이에 머무르게 하거나, 연마공정 시 발생하는 부수물(찌꺼기)을 포집하여 이 부수물을 피연마체로부터 분리 내지는 제거하는 기능을 한다.
본 발명에서 요홈 형성재(30,40)는 물에 용해될 수 있는 수용성 물질을 포함하며, 수용성 물질은 수용성 무기염 또는 수용성 고분자인 것이 바람직하다. 여기서 수용성 무기염은 탄산수소칼륨(KHCO3), 탄산수소나트륨(NaHCO3), 탄산수소암모늄(NH4HCO3), 탄산칼슘(CaCO3), 수산화나트륨 (NaOH), 염화칼슘(CaCl2) 및 염화나트륨(NaCl) 중에서 선택된 적어도 어느 하나이다. 또한 수용성 고분자는 전분(starch), 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 폴리아크릴릭액시드(Polyacrylic acid) 또는 폴리아크릴아미드(Polyacrylamide) 등을 포함한다.
수용성 물질의 요홈 형성재를 사용하는 것은, 연마체를 압축 및 소결하는 방식으로 제조할 때, 종래의 몰딩 방식에서 사용되고 있는 글래스 버블(glass bubbles K20, 3M, USA), 익스판셀(expancel, 920DET80 d25, AkzoNobel, Netherland) 등은 분상 혼합물이 가압되는 과정에서 가해지는 높은 압력을 견디지 못하고 훼손되어 결국 연마체에 요홈을 형성할 수 없다는 문제점을 해결하기 위해 고안된 방법이다.
요홈 형성재로서 수용성 물질을 사용하면, 압축 및 소결 방식으로 연마체(100)를 형성하더라도 종래의 글래스 버블 등이 갖는 문제를 해결할 수 있으며 가격도 저렴하기 때문에 제조원가도 낮출 수 있다. 또한 종래의 글래스 버블 등은 물에 용해되지 않기 때문에 연마 후 찌꺼기가 발생하지만, 수용성 물질은 환경 친화적인 물질이고 연마공정 시 공급되는 냉각수 등과 함께 빠져나가기 때문에 연마 시 발생되는 부수물의 양을 줄일 수 있다.
본 발명자는 다수의 실험을 통해, 연마체(100)의 연마 성능을 충분히 보장하면서 동시에 요홈 형성재(30,40)에 의한 요홈 생성 기능을 구현하기 위한 최선의 조건은 다음과 같음을 알 수 있었다. 요홈 형성재(30,40)는 그 비중은 1.6 ~ 2.5 g/cm3 로 형성하고, 그 입도는 1 ~ 100㎛(더욱 바람직하게는 5 ~ 50㎛) 크기로 형성하며, 그 함량은 연마체(100) 조성 대비 1 ~ 30 중량%(더욱 바람직하게는 5 ~ 15 중량%)로 형성하는 것이 바람직하다. 또한 요홈 형성재(30,40)에 의해 형성되는 요홈이 차지하는 면적의 비율은 고분자 수지(10)의 마모된 표면 대비 10~20%인 것이 바람직하다.
이하에서는 도 4을 참조하여, 상술한 바와 같은 구성에 따른 본 발명의 작용 효과에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 4(a), (b), (c) 및 (d)는 본 발명에 따른 요홈 형성재의 요홈 형성 작용을 설명하기 위해, 연마 공정 시 연마체가 마모됨에 따른 내부 상태의 변화를 보여주는 연마체의 단면도이다. 참고로, 도 4 (a) 내지 (d)에 도시된 연마체(100)는 요홈 형성재(30,40)에 의한 "순차적 요홈 형성 기능"을 보다 명확하게 설명하기 위하여, 제1 연마재(20)는 생략 도시하였다.
도 4(a)는 연마 시작 전 연마체의 상태를 보여주는 단면도이다. 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 요홈 형성재(30,40)가 연마체(100) 내 전 영역에 고르게 분산되어 있다. 이후 연마를 시작하게 되면 연마체(100)의 마모가 진행되는데, 예컨대, 연마체(100)가 'K1' 만큼 마모되었다고 가정하면, 연마체(100)는 'K1' 영역에 분포되어 있는 요홈 형성재(30a)의 적어도 일부가 연마체(100)의 외부로 노출된다(도 4(b)참조). 이렇게 외부로 노출되는 요홈 형성재(30a)는 연마공정 시 공급되는 냉각수에 용해되어 빠져나가고, 연마체(100)에서 해당 요홈 형성재(30a)가 차지하고 있는 공간은 요홈(30a')으로 남는다.
이후 연마가 더 진행되어 연마체(100)가 도 4(b)의 상태에서 도 4(c)의 상태까지 마모되면, 도 4(b)에서 형성된 요홈(30a')은 연마체(100)의 마모에 따라 제거되고 'K2' 영역에 분포되어 있는 요홈 형성재(30b)의 적어도 일부가 외부로 노출된다. 그리고 외부로 노출된 요홈 형성재(30b)가 물에 용해되어 빠져나가면서 해당 요홈 매체(30b)가 차지하고 있는 공간에 새로운 요홈(30b')이 형성된다. 다시 연마가 더 진행되면, 연마체(100)가 도 4(c)의 상태에서 도 4(d)의 상태에 도달하게 되고 연마체(100)는 'K3' 영역에 분포되어 있는 요홈 매체(30c)에 의해 새로운 요홈(30c')이 형성되는 과정이 반복된다.
연마가 진행됨에 따라 연마체(100)(즉, 고분자 수지(10))가 계속 마모되면서, 기존의 요홈이 제거되고 요홈 형성재에 의해 새로운 요홈이 생성되는 과정이 순차적으로 진행되는 것이다. 즉 본 발명에 따른 연마체(100)는 고분자 수지(10)가 마모됨에 따라, 연마체(100)에 분산되어 있는 요홈 형성재(30,40)가 순차적으로 노출되어 물에 용해되고, 이와 같은 작용에 의해 연마체(100)의 마모에 따라 계속 새롭게 노출되는 고분자 수지(10) 표면에 새로운 요홈을 순차적으로 그리고 연속성 있게 형성된다. 연마가 시작되는 이후부터 연마가 종료되는 시점까지 연마체(100)의 표면에 요홈을 계속 제공할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 요홈 형성재는 수용성 무기염 또는 수용성 고분자로 이루어진 제1 요홈 형성재(30)로 구성될 수 있다. 또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 요홈 형성재의 적어도 일부는 수용성 물질이 수용성 고분자이고 제2 연마재를 더 포함하는 제2 요홈 형성재(40)일 수 있다. 도 3을 참조하면, 제2 요홈 형성재(40)는 수용성 고분자(41)에 의해 제2 연마재(43)가 결합된 복합체로 구성된다. 제2 요홈 형성재(40)는 연마체(100)가 마모됨에 따라 지속적으로 연마체(100)의 표면에 요홈을 형성하면서 연마체(100)와 피연마체 사이에 제2 연마재(43)를 공급하여 연마공정이 진행되는 동시에 컨디셔닝(Conditioning)도 함께 이루어지기 위한 구성이다.
연마공정 시 연마체(100)가 마모되면 제2 요홈 형성재(40)가 노출되고, 수용성 고분자(41)가 물에 용해되면서 외부로 유출된 제2 연마재(43)에 의해 연마체(100)의 표면이 컨디셔닝된다. 제2 요홈 형성재(40)도 도 4에서 설명한 것과 동일한 기작에 의해 진행된다. 연마체(100)의 마모에 따라, 연마체(100)에 분산 배치되어 있는 다수 개의 제2 요홈 형성재(40)가 순차적으로 노출되어 수용성 고분자(41)는 물에 용해되고, 제2 연마재(43)는 바인딩 상태에서 벗어나 연마체(100) 표면 상으로 방출되어 유동 가능하게 된다. 새로운 제2 연마재(43)가 순차적으로 그리고 연속성 있게 제공되어 지속적인 컨디셔닝 효과를 기대할 수 있다.
제2 요홈 형성재(40)의 수용성 고분자(41)는 제2 요홈 형성재(40) 조성 대비 수용액 상에서 용해되는 비율을 기준으로 0.1 ~ 20 중량%로 이루어지고, 바람직하게는 0.5 ~ 5 중량%로 구성될 수 있다. 수용성 고분자(41)가 0.1 중량% 이하로 이루어질 경우 제2 연마재들을 응집시키기 어려우며, 수용성 고분자(41)가 20 중량% 이상으로 형성될 경우 연마체(100)로부터 기대할 수 있는 컨디셔닝(Self-Conditioning) 효과가 저하될 수 있다.
제2 요홈 형성재(40)의 수용성 고분자(41)로 연마재와의 접합성이 우수한 전분(starch), 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 폴리아크릴릭액시드(Polyacrylic acid) 또는 폴리아크릴아미드(Polyacrylamide) 등이 사용될 수 있다.
제2 연마재(43)는 알루미나(Al2O3)를 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정될 필요는 없다. 예컨대, 콜로이달 실리카(Coloidal silica), 용융 실리카(fused silica), 탄화규소(SiC), 산화지르코늄(zirconia), 산화세륨(CeO2), 산화철(Fe2O3), 산화크롬(Cr2O3), 탄화붕소(B4C), 유리분말, 다이아몬드 및 입방정 질화붕소(cBN) 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다. 다만 고분자 수지(10) 보다 낮은 경도의 연마재를 제2 연마재(43)로 사용할 경우 컨디셔닝 효과를 기대하기 어렵고, 반대로 고분자 수지(10) 보다 너무 높은 경도의 연마재를 제2 연마재(43)로 사용하면 지나친 컨디셔닝으로 인하여 연마 패드의 수명이 줄어드는 문제가 발생한다.
본 발명자는 다수의 실험을 통해, 연마체(100)의 연마 성능과 수명을 충분히 보장하면서 동시에 전술한 제2 요홈 형성재(40)에 의한 셀프 컨디셔닝 효과를 구현하기 위한 최선의 조건은 다음과 같음을 알 수 있었다. 제2 요홈 형성재(40)는 10 ~ 100㎛(바람직하게는 20 ~ 50㎛) 입도로 형성되고, 제2 요홈 형성재(40)의 함량은 연마체(100) 조성 대비 10 ~ 70 중량%, 바람직하게는 20 ~ 70 중량%로 형성된다. 연마 보조재(40)의 입도와 함량이 전술한 범위에 미달하게 되면 셀프 컨디셔닝 효과가 적절하게 발휘되지 못하게 되고, 전술한 범위를 초과하게 되면 연마 패드의 내구성이 저하되어 수명이 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 연마재(20)(특히, 복합체 형태의 연마재)와 제2 요홈 형성재(40)는 pH 조정제, 착화제, 에칭제, 산화제 등의 연마 속도를 더 높이기 위한 첨가제와, 방부제, 곰팡이 방지제 등을 더 포함할 수 있다. pH 조정제는 연마공정 시 사용하는 용액의 pH를 조정하기 위한 것으로 공지된 산, 염기 또는 그들의 염을 포함한다. pH 조정제의 첨가량은 특별히 제한되지 않으며, 연마재(20)의 pH가 목적하는 pH가 되도록 적절히 조정하면 된다. 산화제는 예컨대 과산화수소, 퍼설페이트 염(예, 암모늄 또는 칼륨 모노퍼설페이트 및 디퍼설페이트), 퍼요오데이트 및 요오데이트 염 및 과요오드산 중 적어도 하나를 포함한다. 방부제 및 곰팡이 방지제는 예컨대 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온이나 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 등의 이소티아졸린계 방부제, 파라옥시벤조산에스테르류 및 페녹시에탄올 등으로 구성될 수 있다. 이들 방부제 및 곰팡이 방지제는 단독으로 또는 2종 이상 혼합해서 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 연마체가 구비된 연마 패드의 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 연마체가 구비된 연마 패드의 실제 제품 사진이다.
상술한 구성으로 이루어진 다수 개의 연마체(100)가 상호 이격되어 배열된 구조로 판형 기재(50) 상에 부착 고정되면, 도 5 및 도 6과 같은 연마 패드(200)를 제조할 수 있게 된다. 연마체(100)는 다각기둥, 각뿔대, 원기둥, 원뿔대 등과 같은 다양한 형상으로 구성될 수 있고, 연마 패드 상에서 연마체(100)들은 평행, 동심원, 방사형 등 다양한 구조로 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 연마체(100)는 다음과 같은 시계열 순서에 따라 제조된다. 도 7은 본 발명에 따른 연마체 제조 방법을 도시한 순서도이다.
먼저, 분상의 고분자 수지(10), 제1 연마재(20) 및 요홈 형성재(30,40)를 준비(S10)한 후, 이들을 모두 혼합하여 분상 혼합물을 생성한다(S20). 단계 S20에 의해 생성된 분상 혼합물을 교반하여 분상의 고분자 수지(10), 제1 연마재(20) 및 요홈 형성재(30,40)가 모두 고르게 분산될 수 있도록 한다(S30). 교반은 기계 에너지를 사용하여 교반을 행하는 공지된 다양한 종류의 교반기 중 적어도 하나를 선택하여 수행할 수 있다. 단계 S30에 의한 교반 공정이 완료되면, 분상의 고분자 수지(10), 제1 연마재(20) 및 요홈 형성재(30,40)가 고르게 분포되어 있는 혼합물을 가압 및 소결하여 단단하게 경화된 연마체(100)를 형성한다(S40). 상기 가압 공정은 성형하고자 하는 연마체(100) 형상으로 이루어진 충진홈에 분상의 혼합물을 충진한 후 펀치를 이용하여 서서히 또는 순간적으로 가압한다. 단계 S10 ~ 단계 S40을 통해 다수 개의 연마체(100)가 만들어지면, 다수 개의 연마체(100)를 판형의 기재(50) 상에 부착 고정시킴으로써 연마 패드(200)를 제조할 수 있다.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
10: 고분자 수지 20: 제1 연마재
21: 연마 입자 23: 고분자 수지
30: 제1 요홈 형성재 40: 제2 요홈 형성재
41: 수용성 고분자 43: 제2 연마재
50: 기재 100: 연마체
200: 연마 패드

Claims (12)

  1. 연마 패드에 구비되는 연마체로서,
    페놀 수지;
    상기 페놀 수지에 배치되는 제1 연마재; 및
    상기 페놀 수지에 배치되고, 수용성 무기염으로 이루어지는 요홈 형성재;를 포함하고,
    상기 연마체는 상기 페놀 수지, 상기 제1 연마재 및 상기 요홈 형성재로 이루어진 혼합물이 교반, 가압 및 소결되어 형성되되,
    상기 페놀 수지는 분상 페놀 수지와 상기 분상 페놀 수지보다 적은 양의 액상 페놀 수지가 혼합된 후 소결되어 형성된 것을 특징으로 하는 연마체.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 페놀 수지의 마모가 진행되는 구간 중 적어도 일부에 대해,
    상기 페놀 수지의 마모된 표면 대비 전체 요홈이 차지하는 면적의 비율은 10~20%인 것
    을 특징으로 하는 연마체.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    수용성 고분자와 제2 연마재로 이루어지는 제2 요홈 형성재를 더 포함하고,
    상기 제2 연마재는 상기 페놀 수지의 경도와 같거나 더 큰 경도로 구성되어, 상기 수용성 고분자가 물에 용해됨에 따라 외부로 유출되는 상기 제2 연마재에 의해 상기 연마체가 컨디셔닝(Conditioning)되는 것
    을 특징으로 하는 연마체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 연마재는 60~80중량%인 것
    을 특징으로 하는 연마체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 분상 페놀 수지의 함량은 5~15중량%이고,
    상기 액상 페놀 수지의 함량은 1~5중량%인 것
    을 특징으로 하는 연마체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    판형의 기재를 더 포함하고,
    복수 개의 상기 연마체가 상기 기재 상에 상호 이격되어 배열 및 고정되는 것
    을 특징으로 하는 연마체.
  10. 연마 패드에 구비되는 연마체를 제조하는 방법으로서,
    제1 연마재, 수용성 무기염으로 이루어지는 요홈 형성재 및 분상 페놀 수지와 상기 분상 페놀 수지보다 적은 양의 액상 페놀 수지가 혼합된 페놀 수지를 혼합하여 혼합물을 생성하는 제1 단계;
    상기 제1 연마재, 상기 요홈 형성재 및 상기 페놀 수지가 상기 혼합물 내에 분산되도록 상기 혼합물을 교반하는 제2 단계;
    펀치를 이용하여 상기 혼합물을 가압한 후 소결하여 연마체를 성형하는 제3 단계;를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 연마체 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 분상 페놀 수지의 함량은 5~15중량%이고,
    상기 액상 페놀 수지의 함량은 1~5중량%인 것
    을 특징으로 하는 연마체 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 연마재는 60~80중량%인 것
    을 특징으로 하는 연마체 제조 방법.
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