KR20010020307A - 연마재 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 연마재는 다수의 피라미드 돌출부가 형성된 베이스 표면과, 그 베이스 표면 및 돌출부에 도포된 코팅부를 구비하는 연마재로서, 상기 베이스 표면과 돌출부는 동일 재료로 형성되며, 각각의 돌출부는 실질적으로 삼각형, 사각형 또는 다각형의 베이스와 삼각형의 측면들을 구비하며, 삼각형의 측면들은 실질적으로 일점을 형성하는 정점에서 만나며, 상기 돌출부는 상기 재료가 사용 방향에 무관하게 연마를 수행할 수 있도록 절삭 엣지와 평면 엣지가 혼재된 소정 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 연마재(50)의 형성 방법에 관한 것이기도 하다.
Description
여러해에 걸쳐 다양한 종류의 연마면이 제안되어 왔다. 그러한 연마면은 석류석, 알루미늄 산화물, 실리콘 카바이드, 알파 산화알루미늄 일수화물 및 지르코니아 그릿(grit), 다이아몬드 단결정 또는 입방정 질화붕소(cubic boron nitride)와 같은 연마 입자가 기재(substrate)에 부착된 것을 포함한다. 스코어링(scoring)에 의해 홈이 형성되거나, 펀칭에 의해 주변에 돌출부나 버르(bur)가 형성된 구멍이나 개구를 만드는 연마면도 공지되어 있다. 강판 시트와 같은 금속 시트에 홈이 형성되는 경우, 그러한 홈에 의해 형성된 절삭 엣지 또는 표면을 코팅하는 것도 알려져 있다. 사포지를 사용하여 경화된 폴리비닐클로라이드 암형 모형(negative master)을 형성한 다음, 그 모형을 전기 도금하여 시트를 형성하는 것에 의해 금속 연마지를 마련하는 방법이 알려져 있다.
금속 기재에 소망의 패턴을 부여하기 위해 소정의 저항체를 이용한 에칭 공정도 역시 알려져 있다. 그러한 기법의 하나로, 얇은 평강판에 둥글거나 길거나 다각형 형태일 수 있는 동일 크기의 스폿과 같은 소정의 패턴의 저항체 패턴을 부착하는 것이 있다. 상기 판은, 염화제2철의 수용액과 같은 에칭제로 에칭하여 소망하는 정도의 금속을 제거함으로써 패턴 요소를 형성한다. 보고된 바에 따르면, 에칭의 실현은 에칭액의 스프레이 방식, 조성 및 온도 변화와, 돌출 절삭 요소의 측면과 원판면 사이의 각도 변화, 그리고 돌출 패턴의 엣지 아래의 거리에 따라 이루어진다. 제안된 개선안은 마름모꼴 사변형 판의 에칭된 측면상의 평행 릿지를 접선 방향으로 또는 나선형으로 제공함으로써 상기 판이 미끄러지는 것을 방지하는 것이다.
제안된 다른 개선안은 저항체 패턴인데, 이는 신속 작업용의 날카로운 점(point)과 평탄한 평면 엣지를 골고루 혼합하는 것으로 보고되고 있다. 절삭 이빨은 에칭 공정으로부터 날카롭고 유용하게 형성되는 삼각형 또는 사각형 형태로 형성되는 데, 이는 코너 점을 두드러지게 하고 절삭 이빨의 상부면을 언더컷(under cutting)하는 것을 방지하는 저항체 패턴에 기인한 것이다. 각 이빨은 상부 평면을 구비하며, 이빨 형상에 기인한 과도한 취성을 유발하지 않고 열처리에 의한 강화에 잘 순응될 수 있다. 각 이빨의 상부 평면은 전형적으로 원호각이 3 밀(mil)이고 베이스의 폭과 이빨의 높이는 상부 평면의 약 2배인 것으로 보고되고 있다.
예컨대, 접착 테잎를 절단하여 라벨을 형성하는 데 사용되는 것과 같은 절삭 다이의 제조 공정이 개시되어 있는 데, 이 공정에서 여러 단계의 에칭 과정이 이용되고 있다. 이 공정에서, 특성화될 라벨의 형상에 대응하는 저항체를 강판상에 형성하고, 제1 에칭 단계를 행함으로써 예정된 높이의 돌출부를 형성한다. 제2 에칭 단계를 행함으로써, 상기 돌출부 상부의 양측면에서 연장하는 저항체를 제거하며 강판을 추가의 에칭 과정에 노출되게 한다. 이 제2 에칭 단계는 여러번 행할 수 있다. 그런 다음, 돌출부의 상부에 잔류하는 저항체를 제거한다.
본 발명은 에칭법으로 제조되고 여러 종류의 표면을 연마 또는 평활화시키는 연마재와 그것의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1a,1b,1c는 본 발명에 유용한 피라미드 돌출부의 사시도.
도 2는 내향의 예각 삼각형 측면을 갖는 본 발명의 피라미드 돌출부의 사시도.
도 3은 본 발명의 연마재에 사용되는 피라미드 돌출부의 적정 패턴을 나타낸 평면도.
도 4a는 본 발명의 연마재 제조에 사용되는 포토레지스트 패턴의 평면도.
도 4b는 도 4a의 포토레지스트 패턴의 확대도.
도 5는 경질 코팅을 입힌 본 발명에 유용한 피라미드 돌출부의 측면도.
도 6은 각 표면상에 피라미드 돌출부를 구비한 본 발명의 연마재에 대한 부분 단면도이다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 베이스면을 구비하는 연마재가 제공되는데, 상기 베이스면은 그로부터 돌출하는 동종 재료의 다수의 피라미드 형상부를 구비한다. 각 돌출부는 거의 삼각형, 사각형 또는 다각형의 베이스와 삼각형의 측면을 구비하며, 상기 측면은 실질적으로 일점을 형성하는 정점에서 만난다. 상기 돌출부는 연마재가 사용 방향에 무관하게 연마할 수 있는 패턴으로 절삭 엣지와 평면 엣지를 혼재된 상태로 제공하며, 베이스면과 돌출부에 코팅부를 도포하여 연마능의 개선과 함께 표면 기공도를 감소시킨다.
연마능의 개선과 표면 기공도의 감소를 위해 베이스면과 돌출부에 제공된 코팅부는 광범위하게 변동 가능하다. 전형적인 코팅부로는 니켈 또는 크롬 도금과, 다이아몬드 입자 또는 보론 나이트라이드와 조합한 다이아몬드 코팅 또는 도금이 있다. 돌출부의 표면은 선택적으로 열처리를 통해 강도를 개선시킬 수 있는데, 이는 당업자들에게 잘 알려진 것이다.
피라미드형 돌출부의 삼각형 측면은 내향의 예각 경사를 가지는 것이 바람직하다. 이러한 경사는 연마될 재료가 부착(loading)되지 않게 하기 때문에 연마재의 수명을 더 길게 한다. 본 발명은 공작물로부터 재료를 신속하게 제거하지만, 공작물에 평탄화된 표면을 제공한다. 본 발명의 연마재는 베이스 재료의 양면에 돌출부를 구비함으로써 재료가 얇은 경우 휘어지는 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 또다른 양태로서 연마제 형성 방법이 제공된다. 그 방법은 다음의 단계를 포함한다.
(a) 베이스 재료 제공 단계;
(b) 베이스 재료의 적어도 일표면에 포토레지스트(photoresist)를 도포하는 단계;
(c) 랜덤 배향된 삼각형, 사각형 또는 다각형의 패턴을 갖는 마스크를 상기 포토레지스트 위에 배치하는 단계;
(d) 거의 삼각형, 사각형 또는 다각형의 베이스와 그리고 정점에서 만나서 실질적으로 일점을 형성하는 삼각형의 측면을 각기 구비한 다수의 피라미드 돌출부가 베이스 표면상에 충분히 형성될 정도의 시간 동안 베이스 재료용 에칭제를 가하는 단계;
(e) 적어도 에칭된 표면으로부터 비노출된 포토레지스트와 마스크를 제거하는 단계;
(f) 상기 표면에 코팅을 입혀 표면 기공도를 감소시키고 연마능을 향상시키는 단계.
본 발명의 연마재는 스테인레스 강, 탄소강, 알루미늄 합금, 철-니켈-크롬 합금 및 티타늄; 보론 충전된 엘라스토머, 실리카 조성물, 플르오로카본 재료, 그라파이트 합금, 플라스틱 등을 포함하는 에칭에 민감한 어떤 재료로도 형성될 수 있다. 재료의 두께는 특별하게 한정되지는 않지만, 에칭되고 난 후에는 롤러 위에 사용되도록 적당히 유연하여야 하며, 평평한 연마제로서 사용되는 경우 적당히 딱딱하여야 한다. 물론, 필요한 경우 적정 경도를 갖는 합성 수지판이나 금속판과 같은 경질의 기재에 부착하여 경도를 부여할 수 있다.
도면과 관련하여, 유사 도면 부호는 동일 부분에 대해 사용될 것이다. 도 1은 본 발명의 연마재의 피라미드 돌출부에 대한 여러가지 가능한 실시예를 나타낸 도면으로, 이때 각 피라미드 돌출부의 베이스는 삼각형, 사각형 또는 다각형의 형태를 취하고 있다. 물론, 다른 다각형의 형태도 사용할 수 있다. 도 1a에서, 도시된 돌출부(10a)는 삼각형 베이스(12a), 삼각형 측면(14a), 정점(16a)을 가진다. 도 1b에서, 도시된 돌출부(10b)는 사각형 베이스(12b), 삼각형 측면(14b), 정점(16b)을 가진다. 도 1c에서, 도시된 돌출부(10c)는 다각형 베이스(12c), 삼각형 측면(14c), 정점(16c)을 가진다.
각 돌출부의 정점은 바람직한 구성으로 제시된 도면에서와 같이 정확한 점을 형성할 필요는 없다. 돌출부의 정점은 약간 라운드지거나 평평할 수 있다. 그러나, 정점의 이러한 부분은 바람직하게는 그 폭이 도 5에 도시된 엣지(L)의 20% 이하, 보다 바람직하게는 10% 이하이어야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 관찰되는 피라미드 돌출부의 삼각형 측면에 대한 내향의 예각 경사의 깊이는 매우 작은 값, 예컨대 약 1㎛로부터 약 175㎛까지의 범위일 수 있다. 그러한 예각 경사는 도 2,3에서 보여지는데, 이 경우 돌출부(20)는 예각 경사면(22)을 가진다. 돌출부의 크기가 클수록 내향의 예각 경사도 더 깊게 형성될 수 있다.
에칭된 표면으로부터 잰 피라미드 돌출부의 높이(H)는 약 25㎛에서 1.5mm이며, 통상의 거친 연마용으로 사용되는 돌출부의 높이는 약 125-375㎛ 정도로 높이가 높고, 보다 미세한 연마용으로 사용되는 돌출부의 높이는 약 75-125㎛ 정도로 높이가 낮다. 베이스의 엣지(L)의 길이는 돌출부의 높이에 의존한다. 베이스의 엣지의 길이에 대한 에칭된 표면으로부터 잰 돌출부의 높이의 비는 약 1:1 내지 1:5가 바람직하며, 1:2 내지 1:4가 더욱 바람직하며, 1:3이 가장 바람직하다. 잔여 베이스 재료(B)의 두께는 넓게 변화되지만 임계적이지 않으며, 보다 얇은 베이스 재료는 보다 유연한 연마재로 사용되고 보다 두꺼운 베이스 재료는 당업자에게 잘 알려져 있는 바와 같이 보다 경질의 연마재에 사용된다. 그러한 크기는 도 5의 단면도에서 보여지는 경질 코팅된 연마재 부분의 확대도에 지시되고 있다.
파라미드 돌출부의 간격(S)은 중심으로부터 원형 패턴의 중심까지 측정하였을 때 약 0.75mm에서 30mm까지 광범위하게 변화될 수 있으며, 거친 연마의 경우 약 2-10mm 이상의 넓은 간격, 미세한 연마의 경우는 약 0.75-1.5mm의 좁은 간격을 갖는다. 중간의 연마제 그릿에 적합한 저항체 패턴은 도 4a에 도시되어 있다. 저항체 패턴의 확대된 부분은 도 4b에 도시되어 패턴을 상세하게 나타내고 있다.
연마재의 미세하거나 거친 정도는 돌출부의 높이와 돌출부의 베이스의 길이를 유지하고 저항체 패턴의 크기를 조정함으로서 조정 가능하다. 돌출부 사이의 간격을 크게 하면 거친 연마재가 제공되며, 돌출부 사이의 간격을 작게 하면 미세한 연마재가 제공된다.
피라미드 돌출부는 그 각각의 절삭 엣지가 달리 배향되어 사용 방향에 무관한 연마능이 제공되도록 하는 것이 중요하다. 피라미드 돌출부는 컴퓨터에 기초한 랜덤 발생기(random generator)를 사용하여 에칭 마스크를 설계하는 등에 의해 다양한 방향으로 랜덤 배향될 수 있으며, 또 에칭 마스크는 당업자에게 잘 알려진 랜덤 배향성을 보장하도록 패턴화될 수 있다. 랜덤 배향된 패턴의 예는 도 4a,b에 도시되어 있다. 도 4a에서, 마스크 패턴(40a)의 일부가 간격(S)을 두고 도시되어 있다. 도 4b에서, 바람직한 마스크 패턴의 확대된 부분이 상세하게 도시되어 있는 데, 경화된 저항체 부분(42)은 에칭 후 소망의 돌출부를 제공한다.
전술한 바와 같이, 니켈 또는 크롬 도금; 다이아몬드 도금; 다이아몬드 입자나 테플론(Teflon), 텅스텐, 카바이드 또는 보론 나이트라이드 입자를 혼합한 니켈 또는 크롬 도금 등과 같은 코팅을 도 5에 도시된 바와 같은 연마재 표면에 도포할 수 있는 데, 도 5에서 연마재(59)의 일부는 돌출부(52), 잔여 베이스 재료(54) 및 코팅부(56)를 구비한다.
에칭 공정은 공지된 저항체 재료 및 에칭 재료를 사용하여 수행될 수 있다. 상기 저항체는 예컨대, 열간 압연 층상화(hot roll lamination), 스크린 프린팅, 그라비아(gravure) 프린팅, 딥 코팅(dip coating) 등을 이용하여 도포될 수 있다. 기재가 스테인레스 강, 탄소강 등인 경우, 적합한 에칭제는 염화제2철, 염산, 질산 또는 그 혼합물을 포함하며; 알루미늄 또는 그 합금의 경우, 적합한 에칭제는 수산화나트륨을 포함하며, 티타늄인 경우, 적합한 에칭제는 플르오로화수소산을 포함하며, 플라스틱의 경우는 여러가지 산을 이용하여 에칭 가능하다. 에칭의 정도는 에칭액의 농도와 온도 및 당업자에게 알려져 있는 적용 방법을 변화시키는 것으로 조절 가능하다. 예를 들면, 베이스 재료 또는 기재가 스테인레스 강일 때 약 42-50°보메(Baume)의 염화제2철 수용액을 사용할 수 있으며, 용액의 보메가 낮을수록 돌출부 측면의 경사가 대체로 더욱 예리해진다.
에칭 후, 저항체는 당업자에게 공지된 방법으로 제거될 수 있다. 선택적으로, 저항체는 시트 재료의 표면상에, 특히 일측면만을 마스킹하고 패턴을 에칭시키는 경우 재료의 비연마 측면상에 유지될 수 있는데, 이는 휘어짐을 방지하는 데 도움이 된다. 휘어짐을 방지하기에 적합한 방법은 도 6에 도시된 베이스 재료의 양 표면을 에칭하는 것을 포함하는데, 도 6에서 연마재(60)는 잔여 베이스 재료(64)로부터 연장하는 각 표면(61,63) 상에 돌출부(62)를 구비하고 있다.
본 발명의 목적과 장점은 다음의 실시예를 통해 더 구체화되지만, 이 실시예들을 통해 나타낸 특정 재료 및 그 함량, 기타 조건과 상세로부터 본 발명이 부당하게 한정되어서는 안된다. 모든 함량은 달리 언급이 없으면 중량비이다.
실시예
실시예 1
약 250㎛ 두께의 스테인레스 강을 희석 질산으로 또 물로 세정하여 표면상의 유분을 제거하였다. 모르톤 코포레이션(Morton Co.)에서 구매 가능한 포토레지스트 에이엑스15(AX15)를 상기 표면에 코팅하여 약 39㎛ 두께의 건조 코팅을 입혔다. 도 4a와 유사하지만 어두운 곳으로 보이는 영역을 투명하게 한 소정 패턴을 갖는 마스크를 상기 포토레지스트 코팅 위에 배치하였다. 이 복합체에 자외선을 노출시켜 포토레지스트 코팅을 경화시켰다. 마스크를 제거하고 모르톤 코포레이션(Morton Co.)에서 구매 가능한 현상제 케이비1에이(KB1A)로 세정하여 비노출 상태의 포토레지스트 코팅을 제거함으로써 도 4a와 유사한 마스크 패턴을 형성하였다. 상기 표면상에 약 42°보메의 염화제2철 수용액을 약 50℃에서 약 11분간 분무함으로써 상기 노출된 강 표면을 에칭하였다. 에칭된 시트 재료를 물로 세정하여 에칭을 중지시켰다.
피라미드 돌출부는 각 엣지가 약 400㎛인 삼각형 베이스를 구비하고 있었다. 돌출부의 높이는 약 150㎛였고 내향의 예각면은 최대 약 25㎛ 함입된다. 생성된 시트 재료는 에칭되지 않은 표면상에 저항체가 남겨지도록 한 것에 기인하여 휘어지는 경향이 미미하였다. 평탄한 위치에 구속되었을 때, 생성 시트 재료는 사포의 경우 전형적으로 나타나는 연마될 재료의 부착(loading)의 문제점을 보이지 않고 180 그릿의 사포와 유사한 정도로 우수한 기능을 수행하였다.
시트 재료의 일부는 크롬 도금하여 약 5㎛ 두께의 크롬층을 실현하였다. 이 제품은 연마될 재료의 부착 현상이 거의 없는 우수한 연마능과 내구성을 보였다.
실시예 2
양면 처리를 통해 피라미드 돌출부를 형성하였다는 점을 제외하고 실시예 1에서와 같이 연마 스테인레스 강 시트를 마련하였다. 연마능은 우수하였고 시트의 휘어짐은 없었다.
본 발명의 범위와 취지를 벗어나지 않고 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게 분명할 것이며, 본 발명은 전술한 예시적인 실시예로부터 부당하게 한정되지 않음을 이해하여야 한다.
Claims (21)
- 다수의 피라미드 돌출부가 형성된 베이스 표면을 구비하며, 그 베이스 표면 및 돌출부에는 연마능의 향상과 표면 기공도가 감소되도록 코팅부가 도포된 연마재로서, 상기 베이스 표면과 돌출부는 동일 재료로 형성되며, 각각의 돌출부는 실질적으로 삼각형, 사각형 또는 다각형의 베이스와 삼각형의 측면들을 구비하며, 삼각형의 측면들은 실질적으로 일점을 형성하는 정점에서 만나며, 상기 돌출부는 상기 재료가 사용 방향에 무관하게 연마를 수행할 수 있도록 절삭 엣지와 평면 엣지가 혼재된 소정 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연마재.
- 제1항에 있어서, 상기 돌출부의 높이는 약 25㎛-1.5mm인 것을 특징으로 하는 연마재.
- 제1항에 있어서, 상기 돌출부의 높이는 약 125-375㎛인 것을 특징으로 하는 연마재.
- 제1항에 있어서, 상기 돌출부의 높이는 약 75-175㎛인 것을 특징으로 하는 연마재.
- 제1항에 있어서, 에칭된 표면으로부터 상기 돌출부의 베이스의 길이에 대한 상기 돌출부의 높이의 비율은 약 1:1 내지 1:5인 것을 특징으로 하는 연마재.
- 제1항에 있어서, 에칭된 표면으로부터 상기 돌출부의 베이스의 길이에 대한 상기 돌출부의 높이의 비율은 약 1:2 내지 1:4인 것을 특징으로 하는 연마재.
- 제1항에 있어서, 에칭된 표면으로부터 상기 돌출부의 베이스의 길이에 대한 상기 돌출부의 높이의 비율은 약 1:3인 것을 특징으로 하는 연마재.
- 제1항에 있어서, 상기 피라미드 돌출부의 삼각형 측면은 내향의 예각 경사를 갖는 것을 특징으로 하는 연마재.
- 제8항에 있어서, 상기 내향의 예각 경사의 깊이는 약 1-175㎛인 것을 특징으로 하는 연마재.
- 제1항에 있어서, 상기 재료는 상기 베이스 재료의 양면상에 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 연마재.
- 제1항에 있어서, 상기 재료는 그것의 일표면상에 돌출부를, 다른 표면상에 포토레지스트(photoresist)를 구비하는 것을 특징으로 하는 연마재.
- 제1항에 있어서, 상기 베이스 재료는 스테인레스 강, 탄소강, 알루미늄 합금, 철-니켈-크롬 합금, 티타늄, 보론 충전된 엘라스토머, 실리카 조성물, 플르오로카본 재료, 그라파이트 합금, 또는 플라스틱인 것을 특징으로 하는 연마재.
- 제1항에 있어서, 표면 코팅부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연마재.
- 제13항에 있어서, 상기 표면 코팅부는 크롬 또는 니켈 도금된 것을 특징으로 하는 연마재.
- 제13항에 있어서, 상기 표면 코팅부는 다이아몬드인 것을 특징으로 하는 연마재.
- 제13항에 있어서, 상기 표면 코팅부는 다이아몬드 입자 또는 Teflon, 텅스텐, 카바이드 또는 보론 나이트라이드 입자를 함유하는 크롬 또는 니켈 도금인 것을 특징으로 하는 연마재.
- 연마재 형성 방법으로서,(a) 베이스 재료 제공 단계;(b) 베이스 재료의 적어도 일표면에 포토레지스트를 도포하는 단계;(c) 랜덤 배향된 삼각형, 사각형 또는 다각형의 패턴을 갖는 마스크를 상기 포토레지스트 위에 배치하는 단계;(d) 실질적으로 삼각형, 사각형 또는 다각형의 베이스와 그리고 정점에서 만나서 실질적으로 일점을 형성하는 삼각형의 측면을 각기 구비한 다수의 피라미드 돌출부가 베이스 표면상에 충분히 형성될 정도의 시간 동안 베이스 재료용 에칭제를 가하는 단계;(e) 적어도 에칭된 표면으로부터 마스크와 비노출된 포토레지스트를 제거하는 단계;(f) 상기 표면에 코팅을 입혀 표면 기공도를 감소시키고 연마능을 향상시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마재 형성 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 베이스 재료는 스테인레스 강, 탄소강, 알루미늄 합금, 티타늄, 보론 충전된 엘라스토머, 실리카 조성물, 플르오로카본 재료, 그라파이트 합금 또는 플라스틱인 것을 특징으로 하는 연마재 형성 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 저항체는 열간 압연 층상화(hot roll lamination), 스크린 프린팅, 그라비아(gravure) 프린팅 또는 딥 코팅(dip coating)을 이용하여 도포되는 것을 특징으로 하는 연마재 형성 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 에칭제는 염화제2철, 염산, 질산, 수산화나트륨 또는 플르오로화수소산인 것을 특징으로 하는 연마재 형성 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 베이스 재료는 스테인레스 강이며, 상기 에칭제는 42-50°보메(Baume)의 염화제2철 수용액인 것을 특징으로 하는 연마재 형성 방법.
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