KR102383987B1

KR102383987B1 - 연마 패드

Info

Publication number: KR102383987B1
Application number: KR1020167030980A
Authority: KR
Inventors: 히로시 카시와다; 신 토쿠시게; 다이스케 타카하시
Original assignee: 후지보 홀딩스 가부시키가이샤
Priority date: 2014-04-23
Filing date: 2015-04-07
Publication date: 2022-04-08
Also published as: KR20160148565A; JP6292397B2; JP2015208782A; CN106232296A; WO2015163136A1; CN106232296B

Abstract

연마 패드(13)는 볼록형상 곡면 부분(1a)을 가지는 피연마물(1)의 상기 볼록형상 곡면 부분을 연마하기 위한 연마 패드로서, 원반형상이며 두께를 가지는 탄성체의 측면에, 원반의 원의 중심을 축으로 원주방향으로 회전 구동시키면서 피연마물의 볼록형상 곡면 부분과 접촉시키는 환형상 오목 연마부(13a)를 배치하고 있고, 또한 환형상 오목 연마부를 구성하는 탄성체의 0.1mm 압축시의 압축 응력이 50~150gf/cm²의 범위, 또한 압축 응력의 비(0.5mm 압축시의 압축 응력/0.1mm 압축시의 압축 응력)가 5~30의 범위인 것을 특징으로 하는 연마 패드. 피연마물의 상기 볼록형상 곡면 부분을 고정밀도로 경면 마무리 연마할 수 있다.

Description

연마 패드{ABRASIVE PAD}

본 발명은 볼록형상 곡면 부분을 가지는 피연마물의 상기 볼록형상 곡면 부분을 연마하기 위한 연마 패드에 관한 것으로, 상세하게는 원반형상이며 두께를 가지는 탄성체의 측면에, 이 원반의 원의 중심을 축으로 원주방향으로 회전 구동시키면서 피연마물의 볼록형상 곡면 부분과 접촉시키는 환형상 오목 연마부를 배치하고, 상기 회전 구동에 의해 볼록형상 곡면 부분이 형성된 피연마물, 특히 외주 가장자리에 볼록형상 곡면 부분이 형성된 피연마물을 고정밀도로 경면 마무리 연마하기에 적합한 연마 패드에 관한 것이다.

종래 볼록형상 곡면 부분을 가지는 피연마물의 상기 곡면 부분을 연마할 때는 원반형상이며 두께를 가지는 연마 부재가 사용되고 있고, 구체적으로는 당해 연마 부재의 측면에, 원반의 원의 중심을 축으로 원주방향으로 회전 구동시키면서 피연마물의 상기 볼록형상 곡면 부분을 접촉시키는 연마 부재가 알려져 있다(특허문헌 1).

일본 특개 2007-5661호 공보

그러나 상기 특허문헌 1의 연마 부재는 상기 특허문헌 1이 목적으로 하고 있는 반도체 웨이퍼의 에지부에 부착된 불필요한 성막을 제거하기에는 적합하지만, 상기 볼록형상 곡면 부분을 고정밀도로 경면 마무리 연마한다는 사상은 없고, 예를 들면 외주 가장자리에 볼록형상 곡면 부분이 형성된 부재의 상기 볼록형상 곡면 부분을 고정밀도로 경면 마무리 연마할 때는, 회전 구동의 진동 등에 의한 연마 부재와 피연마물의 접촉 불균일을 충분히 흡수할 수 없어 연마 불균일을 초래해버려, 곡면을 불균일 없이 고정밀도로 경면 마무리 연마하기에는 매우 부적당했다.

또 상기 특허문헌 1에서는 피연마물의 볼록형상 곡면 부분을 연마했을 때, 연마 부재의 맞닿은 볼록형상 곡면 부분과, 맞닿지 않은 평면 부분과의 경계가 남아버려, 마무리 품위를 저하시켜버린다는 문제도 있었다.

이와 같은 문제를 감안하여, 본 발명은 볼록형상 곡면 부분을 가지는 피연마물의 볼록형상 곡면 부분을 고정밀도로 경면 마무리 연마하는 것이 가능한 연마 패드를 제공하는 것이다.

즉 본 발명은 볼록형상 곡면 부분을 가지는 피연마물의 상기 볼록형상 곡면 부분을 연마하기 위한 연마 패드로서, 원반형상이며 두께를 가지는 탄성체의 측면에, 이 원반의 원의 중심을 축으로 원주방향으로 회전 구동시키면서 피연마물의 볼록형상 곡면 부분과 접촉시키는 환형상 오목 연마부를 배치하고, 이 환형상 오목 연마부를 구성하는 탄성체의 0.1mm 압축시의 압축 응력이 50~150gf/cm²의 범위, 또한 압축 응력의 비(0.5mm 압축시의 압축 응력/0.1mm 압축시의 압축 응력)가 5~30의 범위인 것을 특징으로 하는 연마 패드로 되어 있다.

또 상기 환형상 오목 연마부를 구성하는 탄성체의 초기 하중 20g, 뒤틀림 범위 1.0%, 온도 40℃, 주파수 60Hz, 압축 모드로 측정했을 때의 손실계수 tanδ가 0.150~0.420의 범위여도 된다.

또한 상기 환형상 오목 연마부 표면에 개공(開孔)이 형성되어 있어도 된다.

또한 상기 환형상 오목 연마부는 피연마물의 상기 볼록형상 곡면 부분보다 대직경이며, 상기 피연마물의 정점과 상기 환형상 오목 연마부의 저점을 접촉시켰을 때, 상기 환형상 오목 연마부의 두께 방향 양단부에 위치하는 환형상 돌기는 피연마물의 볼록형상 곡면 부분에 인접하는 평면 부분으로부터 이격되어 있고, 상기 피연마물이 상기 환형상 오목 연마부에 연마시의 압압력(押壓力)에 의해 가라앉아 당해 환형상 오목 연마부가 변형함으로써, 상기 환형상 돌기가 상기 피연마물에 있어서의 상기 평면 부분에 밀착하도록 해도 된다.

그리고 상기 환형상 돌기에는 두께 방향 양단부의 적어도 어느 일방의 원주방향을 따라 소정의 간격으로 절결부를 배치해도 된다.

즉 상기 발명에 의하면 연마 패드의 환형상 오목 연마부가 연마시의 압압력에 의해 피연마물의 볼록형상 곡면 부분의 형상을 따르도록 압축 변형하고, 그 때의 적당한 응력을 피연마물의 볼록형상 곡면 부분에 부여할 수 있으므로, 당해 볼록형상 곡면 부분을 고정밀도로 경면 마무리 연마할 수 있다.

또한 상기 연마 패드를 구성하는 탄성체에 있어서의 압축 응력의 비(0.5mm 압축시의 압축 응력/0.1mm 압축시의 압축 응력)를 5~30의 범위로 한 것에 의해, 연마 패드의 회전에 의한 진동이나 피연마물의 표면에 형성된 요철에 의해 환형상 오목 연마부의 압축 변형량이 변동해도, 안정적인 응력을 피연마물의 볼록형상 곡면 부분에 작용시킬 수 있어, 연마 불균일이나 미연마부의 발생을 억제할 수 있다.

그리고 환형상 오목 연마부 표면에 개공이 형성되어 있기 때문에, 연마액으로서의 슬러리를 상기 환형상 오목 연마부에 유지할 수 있으므로, 안정적인 연마 효율을 얻을 수 있다.

또한 상기 환형상 오목 연마부는 피연마물의 상기 볼록형상 곡면 부분보다 대직경이며, 상기 피연마물의 정점과 상기 환형상 오목 연마부의 저점을 접촉시켰을 때, 상기 환형상 오목 연마부의 두께 방향 양단부에 위치하는 환형상 돌기는 피연마물의 볼록형상 곡면 부분에 인접하는 평면 부분으로부터 이격되어 있다.

이 상태로부터 상기 피연마물이 상기 환형상 오목 연마부에 연마시의 압압력에 의해 가라앉아, 당해 환형상 오목 연마부가 변형함으로써, 상기 환형상 돌기가 상기 피연마물에 있어서의 볼록형상 곡면 부분과 인접하는 평면 부분에 밀착하도록 되어 있다. 이와 같은 구조로 함으로써 볼록형상 곡면 부분과 평면 부분과의 경계가 남지 않아, 고품위의 피연마물을 얻을 수 있다.

또한 환형상 돌기에 절결부를 배치하고, 또한 절결부의 크기, 형상, 수, 간격을 적당히 조정함으로써, 슬러리의 급배액량의 조정이나 연마 부스러기의 배출 촉진, 피연마물의 볼록형상 곡면 부분과 평면 부분과의 경계가 남지 않도록 하는 조정 등을 행할 수 있다.

도 1은 본 실시예에 따른 연마 장치의 평면도.
도 2는 상기 연마 장치의 측면도.
도 3은 연마 패드와 피연마물의 확대 단면도로서, (a)는 연마 전의 상태를, (b)는 연마 중의 상태를 각각 나타내고 있다.
도 4는 연마 패드의 평면도.
도 5는 실험 결과를 나타내는 표.

이하 도시 실시예에 대해서 설명하면, 도 1, 도 2는 피연마물(1)의 외주 가장자리에 형성된 볼록형상 곡면 부분(1a)을 연마하는 연마 장치(2)의 평면도 및 단면도를 나타내고 있다.

상기 연마 장치(2)는 피연마물(1)을 유지하는 유지 테이블(3)과, 본 발명에 따른 연마 패드(13)를 구비한 연마 수단(4)과, 상기 연마 패드(13)와 피연마물(1) 사이에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 수단(5)을 구비하고 있다.

상기 피연마물(1)은 도 1에 나타내는 바와 같이 대략 직사각형을 가지고 있고, 이 피연마물(1)의 외주 가장자리에는 볼록형상 곡면 부분(1a)이 형성되어 있다.

상기 볼록형상 곡면 부분(1a)은 앞 공정에 있어서 미리 조(粗)연삭 가공만이 행해져 있거나 또는 미가공인 점에서, 그 표면에는 연삭 상처나 버 등의 요철이 형성되어 있다.

또한 피연마물(1)로서는 그 평면형상이 예를 들면 원형 등의 그 밖의 형상을 가진 것이어도 되고, 또 소재로서는 금속, 유리, 플라스틱, 세라믹, 사파이어 등을 들 수 있다.

상기 유지 테이블(3)은 피연마물(1)을 수평으로 유지하는 구조로 되어 있다. 유지 테이블(3)은 상기 피연마물(1)보다 소형의 것이 준비되고, 이것에 의해 유지 테이블(3)의 단부로부터는 상기 볼록형상 곡면 부분(1a)이 유지 테이블(3)측으로부터 외측으로 돌출하도록 되어 있다.

상기 연마 수단(4)은 각각 상기 유지 테이블(3)에 상대하는 위치에 설치된 연마 지그(治具)(11)와, 당해 연마 지그(11)를 상기 피연마물(1)이 위치하는 방향으로 이동시키는 이동 수단(12)을 구비하고, 도시하지 않는 제어 수단에 의해 이동 수단(12)이 제어되도록 되어 있다.

상기 이동 수단(12)은 도시하지 않는 구동 수단에 의해 연마 지그(11)가 피연마물(1)의 외주 가장자리에 접촉하면서 외주 가장자리를 따라 이동하도록 되어 있다.

상기 연마 지그(11)에는 원반형상의 연마 패드(13)가 설치되고, 이 연마 패드(13)는 축방향이 수직으로 배치됨과 아울러, 도시하지 않는 구동 수단에 의해 예를 들면 1000rpm~6000rpm과 같은 회전수로 고속 회전하도록 되어 있다.

또한 연마 패드(13)의 관통 구멍의 내측 및 연마 패드(13)와 연마 지그(11) 사이에는 구동 수단의 작동에 의한 진동을 흡수하는 쿠션재나 스프링 등의 진동 흡수 기구가 배치되어 있어도 된다.

이것에 의해 도 3과 같이 상기 연마 패드(13)가 피연마물(1)의 볼록형상 곡면 부분(1a)에 눌렸을 때도, 피연마물(1)의 변위가 억제되어, 피연마물(1)이 연마 패드(13)에 의해 안정적으로 가라앉을 수 있어 바람직하다.

상기 스프링에 대해서는 그 가압력을 조정함으로써, 대상이 되는 피연마물(1)의 소재나 필요하게 되는 볼록형상 곡면 부분(1a)의 가공 정밀도에 따라 적당히 설정하는 것이 더욱 바람직하다.

또 본 실시예에서는 상기 유지 테이블(3)에 의해 피연마물(1)을 수평으로 유지하는 수단을 설명했는데, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면 피연마물(1)을 수평방향과 수직으로 유지하고, 연마 지그(11)가 피연마물(1)의 외주 가장자리에 접촉하면서 외주 가장자리를 따라 이동시켜도 되고, 또 연마 지그(11)를 고정하고, 유지 테이블(3)을 이동시킴으로써 피연마물(1)을 연마해도 된다.

본 실시예에 따른 연마 패드(13)는 도 3, 도 4에 나타내는 바와 같이 원반형상을 가지고 있고, 그 측면에는 상기 피연마물(1)의 볼록형상 곡면 부분(1a)을 연마하기 위한 환형상 오목 연마부(13a)를 가지고, 상기 환형상 오목 연마부(13a)의 두께 방향 양단부에는 환형상 돌기(13b)가 배치되어 있다.

또 상기 연마 패드(13)는 탄력성을 가진 소재(탄성체)에 의해 구성되고, 구체적으로는 이하에 서술하는 제조 방법을 사용하여 제조한 폴리우레탄 수지를 함침 시킨 부직포나, 발포 폴리우레탄 등의 소재에 의해 구성되어 있다. 그리고 이들 소재에 의해 구성함으로써, 상기 환형상 오목 연마부(13a)를 구성하는 탄성체는 연속 기포 및/또는 독립 기포를 가지고, 표면에 미소한 개공이 무수히 형성되어 있다.

상기 연마 패드(13)의 직경은 연마하는 피연마물(1)에 따라 35~250mm로 할 수 있고, 또 그 두께는 두께가 3.0~30.0mm의 피연마물(1)을 연마하는 것이 가능한 치수로 되어 있다.

또 상기 연마 패드(13)의 환형상 오목 연마부(13a)는 피연마물(1)의 볼록형상 곡면 부분(1a)의 형상에 맞추어 형성되어 있고, 예를 들면 반경 1.5~15.0mm의 대략 단면 반원형상을 가진 볼록형상 곡면 부분(1a)을 연마할 수 있다.

또한 상기 피연마물(1)의 볼록형상 곡면 부분(1a)은 반드시 완전한 반원형상일 필요는 없고, 환형상 오목 연마부(13a)는 이 볼록형상 곡면 부분(1a)의 형상에 대응하여 연마시에 압축 변형함으로써 적당한 응력이 부여되는 것 같은 구조를 가지고 있으면 된다.

또한 본 실시예에서는 상기 환형상 돌기(13b)의 돌출량을 상이하게 할 수 있고, 이것에 의해 상기 볼록형상 곡면 부분(1a)에 인접한 위치로부터 1.0~30.0mm의 범위에서 피연마물(1)의 평면 부분(1b)도 연마하는 것이 가능하게 되어 있다.

도 3(a)은 피연마물(1)이 연마 패드(13)에 접촉하기 전의 상태를 나타내고 있고, 상기 환형상 오목 연마부(13a)는 상기 피연마물(1)의 볼록형상 곡면 부분(1a)에 대하여 약간 대직경으로 형성되어 있다.

이 때문에 상기 피연마물(1)의 볼록형상 곡면 부분(1a)의 정점과 상기 환형상 오목 연마부(13a)의 저점을 접촉시켰을 때, 상기 환형상 돌기(13b)는 피연마물(1)의 상기 볼록형상 곡면 부분(1a)에 인접하는 상기 평면 부분(1b)으로부터 이격되도록 되어 있다.

또한 피연마물(1)의 볼록형상 곡면 부분(1a)이 완전한 반원형상이 아닌 경우, 예를 들면 볼록형상 곡면 부분(1a)이 둘 이상의 볼록부에 의해 형성되어 있는 경우, 상기 대직경이라는 용어는 이 볼록형상 곡면 부분(1a)의 볼록부 개수에 따라 소요의 배율로 크게 형성한 형상을 가지고 있는 것을 의미하고 있다.

이 상태로부터 피연마물(1)이 환형상 오목 연마부(13a)에 눌리면, 피연마물(1)은 연마 패드(13)의 소재에 대하여 가라앉아, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이 환형상 오목 연마부(13a)가 변형하여 볼록형상 곡면 부분(1a)의 형상을 따라 밀착하도록 되어 있다.

또 환형상 오목 연마부(13a)가 상기 볼록형상 곡면 부분(1a)에 밀착하면, 이것에 따라 상기 환형상 돌기(13b)가 평면 부분(1b)에 접근하여 약한 응력으로 밀착하고, 환형상 돌기(13b)에 의해 평면 부분(1b)도 볼록형상 곡면 부분(1a)보다 낮은 연마량으로 연마 가능한 상태가 된다. 이것에 의해 볼록형상 곡면 부분(1a)과 평면 부분(1b)의 경계가 남지 않아, 고품위의 피연마물(1)을 얻을 수 있다.

또 상기 환형상 돌기(13b)에는 모따기 형상(13c)이 형성되어 있어, 연마를 행할 때, 상기 환형상 돌기(13b)와 환형상 돌기(13b) 사이에 피연마물(1)이 삽입되기 쉽게 되어 있다. 또 모따기 형상(13c)의 길이, 모따기 각도, 형상을 적당히 조정함으로써, 피연마물(1)의 볼록형상 곡면 부분(1a)과 평면 부분(1b)의 경계가 남지 않도록 하는 조정 등을 행할 수도 있다.

또한 도 4에 나타내는 바와 같이 상기 환형상 돌기(13b)에는 소정의 간격으로 절결부(13d)가 형성되어 있어, 상기 슬러리 공급 수단(5)으로부터 공급된 슬러리를 상기 환형상 오목 연마부(13a)와 피연마물(1) 사이에 양호하게 공급하도록 되어 있다.

여기서 상기 환형상 오목 연마부(13b)의 표면에는 개공이 형성되어 있는 점에서, 공급된 슬러리는 이 개공에 의해 유지되게 되고, 당해 슬러리에 의한 양호한 연마 성능도 얻을 수 있다.

또한 상기 환형상 돌기(13b)에 대해서는 상하 중 어느 일방만을 설치해도 되고, 또 절결부(13d)에 대해서도 어느 일방의 환형상 돌기(13b)에 대해서는 생략해도 된다. 또 상기 절결부(13d)의 크기는 특별히 한정되지 않고, 형상에 대해서도 특별히 한정되지 않는다. 반원형상이나 대략 삼각형, 대략 사각형 형상 등의 다각형이어도 된다. 수 및 간격도 특별히 한정되지 않지만, 6~12개소, 환형상 돌기(13b)를 평면에서 보았을 때에 30~60° 간격으로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 서술한 바와 같이, 환형상 돌기(13b)에 설치하는 절결부(13d)의 크기, 형상, 수, 간격을 적당히 조정함으로써, 슬러리의 공급량 뿐만아니라 배액량의 조정이나 연마 부스러기의 배출 촉진, 피연마물의 볼록형상 곡면 부분(1a)과 평면 부분(1b)의 경계가 남지 않도록 하는 조정 등을 행할 수도 있다.

상기 서술한 바와 같이 본 실시예의 연마 패드(13)는 폴리우레탄 수지가 함침된 부직포나, 발포 폴리우레탄 등의 소재에 의해 구성되어 있으며, 이들 소재는 이하의 성질을 가지고 있다.

상기 연마 패드(13)를 구성하는 소재에 있어서의 0.1mm 압축시의 압축 응력을 50~150gf/cm²의 범위로 하고, 또한 압축 응력의 비(0.5mm 압축시의 압축 응력/0.1mm 압축시의 압축 응력)를 5~30의 범위로 한다.

또한 연마 패드(13)를 구성하는 소재에 있어서의 손실계수 tanδ를 0.150~0.420의 범위로 하고, 특히 상기 손실계수 tanδ의 범위가 초기 하중 20g, 뒤틀림 범위 1.0%, 온도 40℃, 주파수 60Hz, 압축 모드에 있어서 얻어지는 것이 보다 바람직하다. 또한 상기 손실계수 tanδ는 저장 탄성률(E') 및 손실 탄성률(E'')의 비, E''/E'를 나타내고 있다.

상기 구성을 가지는 연마 패드(13)에 의하면 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.

우선 연마 패드(13)를 구성하는 소재에 있어서의 0.1mm 압축시의 압축 응력은 50~150gf/cm²가 바람직하고, 60~150gf/cm²가 보다 바람직하다. 상기 서술한 수치 범위이면 연마 패드(13)에 가라앉은 피연마물(1)의 볼록형상 곡면 부분(1a)에 적절한 응력을 작용시킬 수 있으므로, 고정밀도의 경면 마무리 연마를 행할 수 있다.

0.1mm 압축시의 압축 응력이 50gf/cm²보다 작은 경우, 피연마물에 가해지는 응력이 지나치게 작기 때문에, 충분히 연마 가공을 행할 수 없어 연마 불균일이 되고, 150gf/cm²보다 큰 경우, 연마 부하가 커져 스크래치를 발생시키기 쉬워지기 때문에 바람직하지 않다.

또 압축 응력의 비(0.5mm 압축시의 압축 응력/0.1mm 압축시의 압축 응력)는 5~30이 바람직하고, 5~20이 보다 바람직하다. 피연마물(1)의 가라앉음량이 변동해도, 피연마물(1)에 대해 안정적으로 응력을 계속 작용시켜, 연마 불균일이나 미연마부를 저감할 수 있다.

압축 응력의 비가 5보다 작으면 미소한 요철을 연마할 수 없어 연마 불균일이 되고, 반대로 30보다 크면 안정적인 응력이 피연마물(1)에 가해질 수 없어, 연마 불균일이 발생해버린다.

구체적으로 설명하면 연마 전의 피연마물(1)의 볼록형상 곡면 부분(1a)에는 앞 공정에 있어서 미리 조연삭 가공만이 행해져 있거나 또는 미가공이기 때문에, 그 표면에는 연삭흔이나 버 등의 미소한 요철이 잔존하고 있고, 예를 들면 0.4mm정도의 표면 거칠기로 마무리되어 있다.

연마시 연마 패드(13)와 피연마물(1)은 상대적으로 이동하고 있는 점에서, 상기 볼록형상 곡면 부분(1a)의 요철이 연마 패드(13)와 피연마물(1)의 접촉 부분에 당도함으로써, 피연마물(1)의 상기 연마 패드(13)의 상기 환형상 오목 연마부(13b)로의 가라앉음량이 변동한다.

또 본 실시예와 같이 연마 패드(13)를 고속 회전시키면, 구동 수단의 작동 등에 의해 진동이 커지기 때문에, 이 진동에 의해서도 상기 가라앉음량이 변동하게 된다.

이렇게 하여 볼록형상 곡면 부분(1a)의 요철이나 진동에 의해 가라앉음량이 변동했다고 해도, 본 실시예의 연마 패드(13)의 소재가 상기 성질을 가지고 있는 점에서, 피연마물(1)에 대하여 안정적으로 응력을 계속 작용시킬 수 있어, 연마 불균일을 저감하도록 되어 있다.

이어서 본 실시예의 연마 패드(13)를 구성하는 소재의 손실계수 tanδ는 0.15~0.420이 바람직하고, 0.350~0.420이 보다 바람직하다. tanδ의 값이 상기 서술한 범위이면 연마 균일성이 우수한 연마가 가능하게 된다.

구체적으로 설명하면 연마 패드(13)는 피연마물(1)이 환형상 오목 연마부(13a)에 가라앉는 방향에 대하여 수직인 축을 중심으로 회전하고 있기 때문에, 피연마물(1)에 있어서의 볼록형상 곡면 부분(1a)의 정부가 과잉하게 연마되는 경향이 있다.

그래서 상기 손실계수 tanδ의 범위를 설정함으로써, 피연마물(1)이 연마 패드(13)에 가라앉을 때에 있어서의 피연마물(1)로부터 받는 응력을 적당히 흡수시켜, 이것에 의해 볼록형상 곡면 부분(1a) 전체가 균일하게 연마하도록 하고 있다.

이에 대해, 손실계수 tanδ가 0.150보다 작은 경우, 연마 패드(13)가 변위를 흡수할 수 없어, 볼록형상 곡면 부분(1a)의 정부가 과잉하게 연마되어, 정부로부터 떨어진 개소에서는 미연마부가 발생하거나, 또 볼록형상 곡면 부분(1a) 전역에 균등하게 응력이 가해지지 않기 때문에 연마 불균일이 발생하게 된다.

한편, 손실계수 tanδ가 0.420보다 큰 경우, 연마 패드(13)의 점성이 커지고, 연마 지립이 연마 패드(13) 내에 메워져들어가기 쉬워져, 연삭력이 저하하기 때문에 바람직하지 않다.

그리고 본 실시예에서는 특히 실제의 연마 가공부의 연마 열 온도, 즉 40℃에 있어서 손실계수 tanδ의 범위를 상기 범위로 함으로써, 실제의 연마 가공시에 있어서의 양호한 연마 성능을 얻을 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 발명품 1~3 및 비교를 위해서 준비한 비교품 1, 2에 대한 실험 결과를 나타내고, 이 실험에서는 이들 발명품 1~3 및 비교품 1, 2에 대한 0.1mm 압축시의 압축 응력(gf/cm²), 압축 응력의 비(0.5mm 압축시의 압축 응력/0.1mm 압축시의 압축 응력), 손실계수 tanδ, 육안에 의한 연마 불균일의 유무, 육안에 의한 스크래치의 유무, 육안에 의한 미연마부의 유무에 대해서 각각 측정을 행했다.

이하, 상기 발명품 1~3 및 비교품 1, 2를 얻기 위한 순서에 대해서 설명한다.

우선, 발명품 1에 따른 연마 패드는 발포 폴리우레탄제로 되어 있고, 구체적으로는 이하의 제조 과정에 의해 제조를 행했다.

우선, 제1 성분의 프리폴리머로서 2,4-TDI와 수 평균 분자량 약1000의 PTMG를 반응시킴으로써 얻어진 이소시아네이트기 함유 우레탄 프리폴리머(288질량부)를 50℃로 가열하여 감압하에서 탈포했다. 이 프리폴리머에서는 이소시아네이트 함유량이 7.7%였다.

또 제2 성분은 조제(粗製) MOCA(50질량부), 수 평균 분자량 약1000의 PTMG(50질량부), 물(0.52질량부), 촉매(0.3질량부), 실리콘계 계면활성제(0.3질량부)를 각각 첨가하고, 50℃에서 교반 혼합한 후, 감압하에서 탈포했다.

그리고 이들 제1 성분:제2 성분을 질량비로 100:43의 비율로 혼합기에 36kg/min의 유량으로 공급하고, 아울러 혼합기의 교반 로터에 설치된 노즐로부터 공기를 35L/min의 유량으로 공급했다.

계속해서 얻어진 혼합액을 형 프레임(890mm×890mm)에 주형(注型)하고 경화시킨 후, 형성된 폴리우레탄 수지 발포체를 프레임으로부터 빼냈다.

마지막으로 이 발포체를 9.0mm의 두께로 슬라이스하여 우레탄 시트를 제작하고, 이것을 외경 40.0mm의 원반형상으로 잘라냄과 아울러 그 측면에 반경 3.5mm의 반원형상의 환형상 오목 연마부(13a)를 설치하고, 환형상 오목 연마부(13a)에 대응하는 상하 2개소의 환형상 돌기(13b)에 반경 2.5mm의 반원형상의 절결부(13d)를 평면에서 보아 60° 간격 즉 각 6개소씩 설치하고, 또 원반 중앙부에 연마 지그(11)에 고정하기 위한 관통 구멍을 설치함으로써 상기 형상의 연마 패드(13)를 얻었다. 또한 절결부(13d)는 환형상 돌기(13b)의 두께 방향 상하 모두 평면에서 보아 동일한 위치에 설치했다.

발명품 2에 따른 연마 패드(13)는 폴리우레탄 수지를 함침시킨 부직포제로 되어 있으며, 구체적으로는 이하의 제조 과정에 의해 제조를 행했다.

우선, 100% 모듈러스가 6MPa인 폴리에테르계 폴리우레탄 수지를 30질량% 포함하는 DMF 용액 53질량부에 추가로 용매로서 DMF 47질량부를 가한 수지 용액을 조제했다.

또한 모듈러스는 수지의 반발력을 나타내는 지표이며, 무발포의 수지 시트를 100% 늘였을 때(원래 길이의 2배로 늘였을 때)에 걸리는 하중을 신장 전의 단면적으로 나눈 값을 100% 모듈러스라고 부른다. 이 값이 높을수록 변형하기 어려운 수지인 것을 의미한다.

한편 시트형상의 섬유 기재를 준비하고, 당해 섬유 기재는 섬유 재료가 PET인 부직포이며, 섬도 및 섬유 길이가 2.2dtex×51mm, 3.3dtex×51mm의 질량비 1:2의 혼합물이며, 두께가 12mm, 단위면적당 중량은 1500g/m²였다.

계속해서 상기 조정한 수지 용액에 상기 섬유 기재를 침지한 후, 1쌍의 롤러 사이를 가압 가능한 맹글 롤러를 사용하여 수지 용액을 짜서, 섬유 기재에 수지 용액을 대략 균일하게 함침시켰다.

또한 상기 수지 용액을 함침한 섬유 기재를 실온의 물로 이루어지는 응고액 중에 침지하여, 폴리에테르계 폴리우레탄 수지를 응고 재생시켜 전구체 시트를 얻고, 당해 전구체 시트를 응고액으로부터 꺼내어 물로 이루어지는 세정액에 침지하여 DMF를 제거함과 아울러, 또한 건조시키고나서 표면의 스킨층을 슬라이스에 의해 제거하여, 두께 9.0mm의 연마 패드용 시트를 얻었다. 이어서 이것을 외경 40.0mm의 원반형상으로 잘라냄과 아울러 그 측면에 반경 3.5mm의 반원형상의 환형상 오목 연마부(13a)를 설치하고, 환형상 오목 연마부(13a)에 대응하는 2개소의 환형상 돌기(13b)에 반경 2.5mm의 반원형상의 절결부(13d)를 평면에서 보아 60° 간격 즉 각 6개소씩 설치하고, 또 원반 중앙부에 연마 지그(11)에 고정하기 위한 관통 구멍을 설치함으로써 상기 형상의 연마 패드(13)를 얻었다. 또한 절결부(13d)는 환형상 돌기(13b)의 두께 방향 상하 모두 평면에서 보아 동일한 위치에 설치했다.

이어서 발명품 3에 따른 연마 패드(13)는 상기 발명품 2에 대하여 수지의 100% 모듈러스를 9MPa로 상이하게 하고, 그 이외에는 마찬가지의 공정에 의해 연마 패드(13)를 얻었다.

그리고 비교품 1은 프리폴리머의 이소시아네이트기 함유량을 6.3%로 변경한 것 이외에는 발명품 1과 마찬가지의 방법으로 연마 패드(13)를 얻었다.

또 비교품 2는 수지의 100% 모듈러스를 34MPa로 변경한 것 이외에는 발명품 2와 마찬가지의 방법으로 연마 패드(13)를 얻었다.

상기 연마 패드(13)의 압축 응력의 측정은 우선 연마 패드(13)를 구성하는 소재를 12mm×12mm×15mm로 잘라내고, 당해 시험편을 시험기(시마즈세이사쿠쇼제, 마이크로 오토그래프, MST-I)의 대 상의 중앙에 압축 방향이 15mm가 되도록 설치하고, 또한 직경 20mm의 원형상의 가압판(평판)을 0.1mm/min의 속도로 0~8000gf/cm²의 하중을 가했다. 또한 시료편의 압축 방향의 두께가 1.5cm를 만족하지 않는 경우, 복수매 시험편을 겹쳐 합계 15mm의 두께가 되도록 하여 측정했다.

그리고 가압판이 시험편에 0.1mm 가라앉았을 때와, 0.5mm 가라앉았을 때에 있어서의 압축 응력을 구하고, 또한 산출한 압축 응력으로부터 압축 응력의 비(0.5mm 압축시의 압축 응력/0.1mm 압축시의 압축 응력)를 산출했다.

그 결과 발명품 1에 있어서의 0.1mm 압축시의 압축 응력은 64gf/cm²이며, 압축 응력의 비(0.5mm 압축시의 압축 응력/0.1mm 압축시의 압축 응력)는 8.0이었다.

발명품 2에 있어서의 0.1mm 압축시의 압축 응력은 104gf/cm²이며, 압축 응력의 비(0.5mm 압축시의 압축 응력/0.1mm 압축시의 압축 응력)는 17.7이었다.

발명품 3에 있어서의 0.1mm 압축시의 압축 응력은 128gf/cm²이며, 압축 응력의 비(0.5mm 압축시의 압축 응력/0.1mm 압축시의 압축 응력)는 23.4였다.

비교품 1에 있어서의 0.1mm 압축시의 압축 응력은 39gf/cm²이며, 압축 응력의 비(0.5mm 압축시의 압축 응력/0.1mm 압축시의 압축 응력)는 4.8이었다.

비교품 2에 있어서의 0.1mm 압축시의 압축 응력은 192gf/cm²이며, 압축 응력의 비(0.5mm 압축시의 압축 응력/0.1mm 압축시의 압축 응력)는 32.1이었다.

상기 연마 패드(13)의 손실계수(tanδ)는 동적 점탄성 측정 장치(티·에이·인스트루먼트·재팬 가부시키가이샤제, RSA-III)를 사용하여 측정했다.

구체적으로는 발명품 및 비교품의 연마 패드(13)로부터 5mm×5mm의 시험편을 채취하고, 이 시험편을 동적 점탄성 측정 장치를 사용하여, 초기 하중 20g, 뒤틀림 범위 1.0%, 온도 40℃에서의 주파수 1~70Hz 범위에 있어서 서서히 주파수를 변화시켰을 때의 저장 탄성률 E' 및 손실 탄성률 E''을 압축 모드에 의해 측정하고, 또한 이들 값으로부터 60Hz일 때의 손실계수 tanδ를 산출했다.

상기 설정한 주파수에 대해서는 연마 패드(13)의 회전수(3000rpm)에 대응하여 60Hz로 했다.

그 결과 발명품 1의 손실계수 tanδ는 0.390, 발명품 2는 0.153, 발명품 3은 0.169였다.

이에 대해, 비교품 1의 손실계수 tanδ는 0.262, 비교품 2는 0.147이었다.

그리고 연마 패드(13)의 연마 불균일의 평가, 스크래치의 평가 및 미연마부의 유무의 평가에 대해서는 이하의 연마 조건하에서 실제로 연마를 행한 피연마물(1)을 관찰하여 행했다.

피연마물(1)로서는 외주에 연삭된 곡면을 가지는 스테인레스판을 사용하고, 슬러리로서 pH10의 100% 알루미나 슬러리를 90cc/min의 유량으로 피연마물(1)과 연마 패드(13) 사이에 공급함과 아울러, 상기 연마 패드(13)를 회전수 3000rpm으로 회전시키면서, 피연마물(1)의 외주를 80mm/분의 속도로 이동시켜 연마를 행했다. 또한 연마 중에는 상시 연마 패드(13)를 피연마물에 0.1mm정도 가라앉혀 연마를 행했다.

그리고 연마가 종료된 피연마물(1)에 대해서 연마 불균일에 대해서 육안에 의한 확인을 행했다. 구체적으로는 광택 정도가 피연마물(1)의 피연마면 상의 장소에 따라 차가 없는 경우를 ○로 하고, 광택도가 장소에 따라 차가 보인 경우에 ×라고 평가했다.

그 결과 발명품 1~3에 대해서는 평가가 ○이며, 비교품 1, 2에 대해서는 평가가 ×가 되는 결과가 얻어졌다.

한편, 스크래치에 대해서는 연마 후의 피연마물(1)에 대하여 육안으로 확인했다. 선형상의 상처가 1개도 확인되지 않은 경우를 ○, 1개 이상 확인된 경우를 ×라고 평가했다.

또 미연마부의 유무에 대해서는 피연마물(1)에 있어서의 볼록형상 곡면 부분(1a)과 평면 부분(1b)의 경계 근방에 있어서, 연마할 수 없고 안개가 낀 것 같이 보이는 부분을 미연마부로 하여 육안에 의한 확인을 행하고, 미연마부를 확인할 수 없었던 것을 「없음」, 확인된 것을 「있음」으로 했다.

그 결과 발명품 1~3에 대해서는 연마 불균일, 스크래치, 미연마부에 대한 평가가 ○ 및 「없음」이 양호한 결과이며, 이에 대해 비교품 1은 연마 불균일 및 스크래치에 대한 평가가 ○였지만, 미연마부에 대한 평가가 「있음」이며, 비교품 2에 대해서는 연마 불균일, 스크래치, 미연마부에 대한 평가가 모두 × 및 「있음」이 되는 불량한 결과가 얻어졌다.

1…피연마물
1a…볼록형상 곡면 부분
2…연마 장치
13…연마 패드
13a…환형상 오목 연마부
13b…환형상 돌기
13d…절결부

Claims

볼록형상 곡면 부분을 가지는 피연마물의 상기 볼록형상 곡면 부분을 연마하기 위한 연마 패드로서, 원반형상이며 두께를 가지는 탄성체의 측면에, 이 원반의 원의 중심을 축으로 원주방향으로 회전 구동시키면서 피연마물의 볼록형상 곡면 부분과 접촉시키는 환형상 오목 연마부를 배치하고, 이 환형상 오목 연마부를 구성하는 탄성체의 0.1mm 압축시의 압축 응력이 50~150gf/cm²의 범위, 또한 압축 응력의 비(0.5mm 압축시의 압축 응력/0.1mm 압축시의 압축 응력)가 5~30의 범위인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제 1 항에 있어서, 상기 환형상 오목 연마부를 구성하는 탄성체의 초기 하중 20g, 뒤틀림 범위 1.0%, 온도 40℃, 주파수 60Hz, 압축 모드로 측정했을 때의 손실계수 tanδ가 0.150~0.420의 범위인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 환형상 오목 연마부 표면에 개공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 환형상 오목 연마부는 피연마물의 상기 볼록형상 곡면 부분보다 대직경이며, 상기 피연마물의 정점과 상기 환형상 오목 연마부의 저점을 접촉시켰을 때, 상기 환형상 오목 연마부의 두께 방향 양단부에 위치하는 환형상 돌기는 피연마물의 볼록형상 곡면 부분에 인접하는 평면 부분으로부터 이격되어 있고,
상기 피연마물이 상기 환형상 오목 연마부에 연마시의 압압력에 의해 가라앉아 당해 환형상 오목 연마부가 변형함으로써, 상기 환형상 돌기가 상기 피연마물에 있어서의 상기 평면 부분에 밀착하는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제 4 항에 있어서, 상기 환형상 돌기에는 두께 방향 양단부의 적어도 어느 일방의 원주방향을 따라 소정의 간격으로 절결부를 배치하는 것을 특징으로 하는 연마 패드.