KR20010112448A

KR20010112448A - 유리 및 유리 세라믹 작업편의 연마용으로 적합한 연마용품

Info

Publication number: KR20010112448A
Application number: KR1020017013467A
Authority: KR
Inventors: 브라이언 디. 고어스; 스콧 더블유. 피터슨; 에드워드 제이. 우
Original assignee: 캐롤린 에이. 베이츠; 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 2000-04-20
Publication date: 2001-12-20
Also published as: JP4618896B2; WO2000064633A2; EP1173307A2; WO2000064633A3; US20020019199A1; CA2369617A1; US20020037683A1; JP2002542057A; EP1173307B1; DE60034225T2; CA2369617C; CN100522489C; CN1348404A; AU4365100A; DE60034225D1; US6722952B2; KR100674052B1; MXPA01010619A; US6458018B1

Abstract

본 발명에서는 백킹 (backing) (12)과 이 백킹 (12)의 표면에 접착된 적어도 하나의 3차원 연마 코팅 (16)을 포함하는 연마 용품 (10)을 제공한다. 연마 코팅 (16)은 다수의 다이아몬드 비드 연마 입자 (14) 및 연마 코팅의 약 40 내지 약 60 중량%를 구성하는 충전제가 내부에 분산되어 있는 경화된 바인더 전구체로부터 형성된 바인더 (15)를 포함한다. 연마 용품 (10)은 윤활제의 존재 하에 유리 또는 유리 세라믹 작업편을 연마하기 위해 특히 적합하다.

Description

유리 및 유리 세라믹 작업편의 연마용으로 적합한 연마 용품 {Abrasive Article Suitable for Abrading Glass and Glass Ceramic Workpieces}

유리 세라믹은 자기 메모리 디스크용 기판으로서 사용되는 것으로 알려져 있으며, 예를 들면, 퍼스널 컴퓨터에서의 저장 장치 (예를 들면, 하드 드라이브)로서 사용되는 것이 있다. 허용되는 자기 메모리 디스크를 제조하기 위해, 메모리 디스크 기판은 정확하게 제어된 치수와 정확하게 제어된 표면 마감 (finish)을 가져야 한다. 대개, 메모리 디스크 기판을 치수화하고 원하는 표면 마감을 부여하는 것에는 루스 (loose) 연마 슬러리를 사용하는 다단계 공정을 포함한다. 상기 공정의 제1 단계에서, 유리 세라믹 디스크를 원하는 두께와 두께 균일성을 갖도록 치수화한다. 치수화한 후, 디스크를 텍스처드(textured)시켜 원하는 표면 마감을 제공한다.

이 공정에서 루스 연마 슬러리가 널리 사용되지만 루스 연마 슬러리는 그와 관련된 단점이 많다. 그러한 단점으로는 요구되는 큰 부피의 슬러리를 취급하는 불편함, 연마 입자의 침전을 방지하고 연마 계면에서 연마 입자의 균일한 농도를보장하기 위해 요구되는 교반, 및 루스 연마 슬러리의 제조, 취급, 폐기 또는 회수 및 재순환을 위한 부가적인 장비의 필요 등이 있다. 부가적으로, 슬러리 자체를 그 품질과 분산 안정성을 보장하기 위해 주기적으로 분석해야 한다. 더욱이, 펌프 헤드, 밸브, 공급 라인, 연마반(grinding laps), 및 루스 연마 슬러리에 접촉하는 슬러리 공급 장비의 다른 부품들은 결국 바람직하지 않게 마모된다. 또한, 슬러리를 사용하는 공정은 보통 매우 지저분한데, 그 이유는 점성 액체인 루스 연마 슬러리가 쉽게 튀겨 담고있기가 어렵기 때문이다.

유리 세라믹 메모리 디스크 기판을 연마 (즉, 치수화 또는 텍스처)하기 위해 슬러리 공정을 사용하는 것과 관련된 많은 단점을 고려하여, 당업계에서는 이들 기판을 연마하기 위해 적합한 고정 (fixed) 연마 용품이 요구되고 있다.

<발명의 개요>

본 발명에서는 유리 또는 유리 세라믹 작업편을 연마하기 위해 (즉, 치수화하거나 폴리싱하기 위해) 적합한 연마 용품을 제공한다. 상기 연마 용품은 백킹과 이 백킹의 표면에 접착된 적어도 하나의 3차원 연마 코팅을 포함한다. 상기 연마 코팅은 다수의 다이아몬드 비드 연마 입자 및 충전제가 내부에 분산되어 있는 바인더를 포함한다. 충전제는 연마 코팅의 약 40 내지 약 60 중량%, 더 바람직하게는 연마 코팅의 약 50 내지 약 60 중량%를 구성한다.

3차원 연마 코팅이 다수의 연마 복합재 (composites)를 포함하는 것이 바람직하다. 다수의 연마 복합재는 정확한 형상의 복합재, 불규칙한 형상의 복합재, 또는 꼭대기가 평평한 끝이 잘린 피라미드 형상을 포함한 정확한 형상의 복합재일수 있다. 정확한 형상의 복합재에서 바닥 부분의 표면적이 복합재의 꼭대기 표면적보다 50% 이하, 더 바람직하게는 25% 이하, 가장 바람직하게는 15% 이하로 더 큰 것이 바람직하다.

바람직하게는, 바인더는 에틸렌계 불포화 수지, 예를 들면, 아크릴레이트 수지를 포함하는 바인더 전구체로부터 형성된다. 에틸렌계 불포화 단량체는 바람직하게는 일관능성 아크릴레이트 단량체, 이관능성 아크릴레이트 단량체, 삼관능성 아크릴레이트 단량체 및 이들의 혼합물의 군 중에서 선택된다.

본 발명의 연마 용품 중의 연마 입자는 다이아몬드 비드 연마 입자를 포함한다. 다이아몬드 비드는 금속 산화물 매트릭스, 바람직하게는 산화규소 매트릭스에 의해 함께 유지되는 다수의 개별 다이아몬드 입자들을 포함한다. 바람직하게는, 다이아몬드 비드 연마 입자의 평균 입도는 약 6 내지 약 100 ㎛이다.

본 발명의 연마 용품은 유리 및 유리 세라믹 작업편을 연마하기 위해 특히 적합한 것으로 밝혀졌다. 즉, 본 발명의 연마 용품은 유리 또는 유리 세라믹 작업편을 연마하기 위해 윤활제와 함께 사용하는 경우 연마 용품의 유효 수명 기간 내내 비교적 일정한 높은 절삭율을 제공한다. 따라서, 본 발명의 다른 측면은

(a) 유리 또는 유리 세라믹 작업편을 상기한 바와 같은 연마 용품과 접촉시키는 단계;

(b) 작업편과 연마 용품 사이의 계면에 윤활제를 도포하는 단계; 및

(c) 작업편과 연마 용품을 서로 상대적으로 이동시키는 단계를 포함하는, 유리 또는 유리 세라믹 작업편을 연마하는 방법에 관한 것이다.

연마 용품의 3차원 연마 코팅은 다이아몬드 비드 연마 입자 및 연마 코팅의 약 40 내지 약 60 중량% 양의 1종 이상의 충전제가 내부에 분산되어 있는 바인더를 포함한다. 충전제의 수준은 전형적인 사용 조건 하에 침식하여 새로운 다이아몬드 비드 연마 입자를 노출시키고 방출시킬 연마 코팅을 제공하도록 선택된다. 다이아몬드 비드 연마 입자는 그의 비교적 큰 입도로 인해 연마 코팅 내로 압착되지 않기 때문에 특히 적합한 것으로 생각된다. 또한, 다이아몬드 비드 연마 입자는 절삭율을 저하시킬 수도 있는 마모 플랫(wear flats)을 쉽게 나타내지 않는 것으로 (즉, 쉽게 무뎌지지 않는 것으로) 생각된다.

바람직한 실시태양에서, 3차원 연마 코팅은 정확한 형상의 표면을 갖는다. 본원에서 사용되는 "정확한 형상의"이란 바인더 전구체가 백킹 상에 형성되어 제작 도구 (production tool)의 표면 상의 공극을 충전시키는 동안 바인더 전구체를 경화시킴으로써 형성되는 연마 복합재를 설명한다. 이들 연마 복합재는 여러 측면들의 교점에 의해 한정된 뚜렷한 종점들을 갖는 뚜렷한 모서리 길이를 갖는 명확하고 선명한 (well-defined sharp) 모서리들에 의해 경계되고 연결되어 있는 비교적 평탄한 표면의 측면들에 의해 한정되는 3차원 형상을 갖는다. 이러한 유형의 연마 용품은 다수의 그러한 정확한 형상의 연마재의 전개의 면에서 구조화된 것으로 칭해진다. 연마 복합재는 또한 본원에서 연마 복합재를 형성하는 측면들 또는 경계들이 무너져있고(slumped) 정확하지 않은 것을 의미하는 불규칙한 형상을 가질 수 있다. 불규칙한 형상의 연마 복합재에서, 연마 슬러리는 먼저 원하는 형상 및(또는) 패턴으로 형성된다. 일단 연마 슬러리가 형성되면, 연마 슬러리 중의 바인더전구체를 경화시키거나 고화시킨다. 일반적으로 형상을 형성하는 것과 바인더 전구체를 경화시키는 것 사이에 시간적인 공백이 있다. 이러한 시간 공백 동안, 연마 슬러리는 유동하고(하거나) 무너지게 되어, 형성된 형상에서 일부 일그러짐을 일으킬 것이다. 연마 복합재들은 또한 국제 특허 출원 공개 제WO 95/07797호 (1995년 3월 23일 공개)와 동 제WO 95/22436호 (1995년 8월 24일 공개)에 기재되어 있는 바와 같이 단일 연마 용품 내에서 크기, 피치 또는 형상이 변할 수 있다.

본원에서 사용되는 "경계"는 각 연마 복합재의 실제 3차원 형상의 한계를 정하고 규정하는 각 복합재의 노출된 표면과 모서리들을 나타낸다. 이들 경계는 본 발명의 연마 용품의 단면을 현미경 하에 관찰하는 경우 쉽게 볼 수 있으며 식별가능하다. 이들 경계는 복합재들이 그들의 기부에서 공통의 가장자리를 따라 서로 접해있는 경우에라도 하나의 연마 복합재를 다른 것으로부터 분리하고 구별한다. 정확한 형상의 연마 복합재에 있어서, 경계와 모서리들은 선명하고 뚜렷하다. 비교하면, 정확한 형상의 복합재를 갖지 않는 연마 용품에서, 경계와 모서리들은 명확하지 않다 (즉, 이 연마 복합재는 경화가 완료되기 전에 늘어진다). 이들 연마 복합재는 정확한 형상이거나 또는 불규칙한 형상이거나 간에, 실질적으로 뚜렷하고 식별가능한 경계에 의해 한정되는 임의의 기하학적 형상일 수 있으며, 여기서 정확한 기하학적 형상은 입방체형, 프리즘형, 원추형, 블록형의 끝이 잘린 원추형, 피라미드형, 끝이 잘린 피라미드형, 원통형 및 반구형 등으로 이루어진 군 중에서 선택된다.

본원에서 사용되는 "텍스처"는 개별적인 3차원 복합재들이 정확한 형상이거나 또는 불규칙한 형상이거나 간에, 연마 코팅이 임의의 상기 언급한 3차원 복합재를 갖는 것을 나타낸다. 텍스처는 모두 실질적으로 동일한 기하학적 형상을 갖는 다수의 연마 복합재들로부터 형성할 수 있다 (즉, 텍스처는 규칙적일 수 있다). 마찬가지로, 텍스처는 연마 복합재들간에 기하학적 형상이 서로 다른 랜덤 패턴일 수 있다.

본 발명은 연마 용품, 및 유리 또는 유리 세라믹 작업편을 연마하기 위해 상기 연마 용품을 사용하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 하나의 바람직한 연마 용품의 평면도이다.

도 2는 도 1에 예시된 연마 용품의 선 2-2를 따라 취한 확대 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 다른 바람직한 연마 용품의 평면도이다.

도 4는 도 3에 예시된 연마 용품의 선 4-4를 따라 취한 확대 단면도이다.

본 발명은 연마 용품, 및 상기 연마 용품을 사용하여 유리 또는 유리 세라믹 작업편을 연마하는 방법에 관한 것이다. 상기 연마 용품은 백킹과 이 백킹의 표면에 접착된 적어도 하나의 3차원 연마 코팅을 포함한다. 상기 연마 코팅은 경화된 바인더 전구체로부터 형성된 바인더, 다수의 다이아몬드 비드 연마 입자, 및 연마 코팅의 약 40 내지 약 60 중량%를 구성하는 충전제를 포함한다. 연마 코팅은 커플링제, 현탁제, 경화제 (예, 개시제), 감광제 등과 같은 선택적인 성분을 더 포함할 수 있다.

바인더

바인더는 바인더 전구체로부터 형성된다. 바인더 전구체는 비경화 또는 비중합된 상태에 있는 수지를 포함한다. 연마 용품을 제작하는 동안, 바인더 전구체 중의 수지가 중화되거나 경화되어 바인더를 형성한다. 바인더 전구체는 축합 경화성 수지, 부가 중합성 수지, 유리 라디칼 경화성 수지 및(또는) 이들의 조합물 및 블렌드를 포함할 수 있다.

바람직한 바인더 전구체는 유리 라디칼 기전을 통해 중합되는 수지이다. 중합 공정은 바인더 전구체를 적절한 촉매와 함께 열 에너지 또는 방사선 에너지와 같은 에너지원에 노출시킴으로써 개시시킨다. 방사선 에너지의 예로는 전자선, 자외선 또는 가시광선이 있다.

유리 라디칼 경화성 수지의 예로는 아크릴레이트화 우레탄, 아크릴레이트화 에폭시, 아크릴레이트화 폴리에스테르, 에틸렌계 불포화 화합물, 펜던트 불포화 카르보닐기를 갖는 아미노플라스트 유도체, 적어도 하나의 펜던트 아크릴레이트기를 갖는 이소시아누레이트 유도체, 적어도 하나의 펜던트 아크릴레이트기를 갖는 이소시아네이트 유도체와 이들의 혼합물 및 조합물이 있다. 용어 아크릴레이트는 아크릴레이트와 메타크릴레이트를 포괄한다.

아크릴레이트화 우레탄은 또한 히드록시 말단 이소시아네이트 연장된 폴리에스테르 또는 폴리에테르의 아크릴레이트 에스테르이다. 이들은 지방족이거나 또는 방향족일 수 있다. 아크릴레이트화 우레탄의 시판예로는 상표명 PHOTOMER (예, PHOTOMER 6010) {헨켈 코오퍼레이션 (Henkel Corp.; Hoboken, NJ)}; EBECRYL 220 (분자량 1000의 육관능성 방향족 우레탄 아크릴레이트), EBECRYL 284 (1,6-헥산디올 디아크릴레이트로 희석된 분자량 1200의 지방족 우레탄 디아크릴레이트), EBECRYL4827 (분자량 1600의 방향족 우레탄 디아크릴레이트), EBECRYL 4830 (테트라에틸렌 글리콜 디아크릴레이트로 희석된 분자량 1200의 지방족 우레탄 디아크릴레이트), EBECRYL 6602 (트리메틸올프로판 에톡시 트리아크릴레이트로 희석된 분자량 1300의 삼관능성 방향족 우레탄 아크릴레이트), 및 EBECRYL 840 (분자량 1000의 지방족 우레탄 디아크릴레이트) {유씨비 라드큐어 인크. (UCB Radcure Inc.; Smyrna, GA)}; SARTOMER (예, SARTOMER 9635, 9645, 9655, 963-B80, 966-A80 등) {사르토머 캄파니 (Sartomer Co.; West Chester, PA)}, 및 UVITHANE (예, UVITHANE 782) {모턴 인터내셔날 (Morton International; Chicago, IL)}로 알려진 것들이 있다.

우레탄 아크릴레이트 올리고머는 에틸렌계 불포화 단량체와 블렌딩될 수 있다. 바람직한 에틸렌계 불포화 단량체는 일관능성 아크릴레이트 단량체, 이관능성 아크릴레이트 단량체, 삼관능성 아크릴레이트 단량체 또는 이들의 조합물이다.

에틸렌계 불포화 단량체 또는 올리고머, 또는 아크릴레이트 단량체 또는 올리고머는 일관능성, 이관능성, 삼관능성 또는 사관능성이거나 또는 보다 높은 관능성일 수 있다. 용어 아크릴레이트는 아크릴레이트와 메타크릴레이트를 모두 포함한다. 에틸렌계 불포화 바인더 전구체는 탄소, 수소 및 산소 원자와 임의로 질소 원자 및 할로겐을 함유하는 단량체성 또는 중합성 화합물을 모두 포함한다. 산소 또는 질소 원자 또는 둘 모두는 일반적으로 에테르, 에스테르, 우레탄, 아미드 및 우레아기에서 존재하다. 에틸렌계 불포화 화합물은 바람직하게는 분자량이 약 4,000 미만이며, 바람직하게는 지방족 모노히드록시기 또는 지방족 폴리히드록시기를 함유하는 화합물과 불포화 카르복실산, 예를 들어 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 이소크로톤산, 말레산 등과의 반응으로부터 제조된 에스테르이다. 에틸렌계 불포화 단량체의 대표적인 예로는 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 스티렌, 디비닐벤젠, 히드록시 에틸 아크릴레이트, 히드록시 에틸 메타크릴레이트, 히드록시 프로필 아크릴레이트, 히드록시 프로필 메타크릴레이트, 히드록시 부틸 아크릴레이트, 히드록시 부틸 메타크릴레이트, 비닐 톨루엔, 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 헥산디올 디아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 글리세롤 트리아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨 트리메타크릴레이트, 펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트 및 펜타에리쓰리톨 테트라메타크릴레이트가 있다. 다른 에틸렌계 불포화 수지로는 카르복실산의 모노알릴, 폴리알릴 및 폴리메트알릴 에스테르 및 아미드, 예를 들면, 디알릴 프탈레이트, 디알릴 아디페이트 및 N,N-디알릴아디프아미드가 있다. 또 다른 질소 함유 화합물로는 트리스(2아크릴-옥시에틸)이소시아누레이트, 1,3,5-트리(2-메타크릴옥시에틸)-s-트리아진, 아크릴아미드, 메틸아크릴아미드, N-메틸-아크릴아미드, N,N-디메틸아크릴아미드, N-비닐피롤리돈 및 N-비닐-피페리돈과 CMD 3700 (라드큐어 스페셜티즈 (Radcure Specialties)로부터 입수가능함)이 있다. 에틸렌계 불포화 희석제 또는 단량체의 예는 미국 특허 제5,236,472호 (Kirk 등)와 동 제5,580,647호 (Larson 등)에서 찾을 수 있다.

다른 잠재적으로 유용한 바인더 및 바인더 전구체에 관한 부가적인 정보는 미국 특허 출원 제08/557,727호 (1995년 11월 13일 출원, Bruxvoort 등)의 일부 계속 출원인 본 출원인의 동시계류중의 미국 특허 출원 제08/694,014호 (1996년 8월 8일 출원)와 미국 특허 제4,773,920 (Chasman 등)에서 찾을 수 있다.

아크릴레이트화 에폭시는 에폭시 수지의 디아크릴레이트 에스테르, 예를 들면, 비스페놀 A 에폭시 수지의 디아크릴레이트 에스테르이다. 아크릴레이트화 에폭시의 시판예로는 CMD 3500, CMD 3600 및 CMD 3700 (라드큐어 스페셜티즈로부터 입수가능함)과 CN103, CN104, CN111, CN112 및 CN114 (사르토머 (Sartomer; West Chester, PA)로부터 입수가능함)가 있다.

폴리에스테르 아크릴레이트의 예로는 Photomer 5007 및 Photomer 5018 (헨켈 코오퍼레이션 (Hoboken, NJ))이 있다.

아미노플라스트 수지는 분자 또는 올리고머당 적어도 하나의 펜던트 알파, 베타-불포화 카르보닐기를 갖는다. 이들 불포화 카르보닐기는 아크릴레이트, 메타크릴레이트 또는 아크릴아미드 유형의 기일 수 있다. 이러한 물질의 예로는 N-(히드록시메틸)-아크릴아미드, NN'-옥시디메틸렌비스아크릴아미드, 오르토 및 파라 아크릴아미도메틸화 페놀, 아크릴아미도메틸화 페놀릭 노볼락 및 이들의 조합물이 있다. 이들 물질은 미국 특허 제4,903,440호 (Larson 등)와 동 제5,236,472호 (Kirk 등)에 더 기술되어 있다.

적어도 하나의 펜던트 아크릴레이트기를 갖는 이소시아누레이트 유도체와 적어도 하나의 펜던트 아크릴레이트기를 갖는 이소시아네이트 유도체는 미국 특허 제4,652,27호 (Boettcher)에 더 기술되어 있다. 바람직한 이소시아누레이트 물질은 트리스(히드록시에틸) 이소시아누레이트의 트리아크릴레이트이다.

특히 바람직한 바인더 전구체는 약 30부의 트리스(히드록시에틸) 이소시아누레이트 (TATHEIC)와 약 70부의 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 (TMPTA)의 혼합물을 포함한다. 이러한 혼합물은 상표명 "SR368D"로 사르토머 코오퍼레이션 (West Chester, PA)로부터 상업적으로 입수가능하다.

바인더 전구체는 또한 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 에폭시 수지는 옥시란을 갖고, 개환 반응에 의해 중합된다. 이러한 에폭시드 수지는 단량체성 에폭시 수지와 중합성 에폭시 수지를 포함한다. 몇몇 바람직한 에폭시 수지의 예로는 2,2-비스[4-(2,3-에폭시프로폭시)-페닐)프로판, 비스페놀의 디글리시딜 에테르, 상표명 EPON 828, EPON 1004 및 EPON IOOIF (셀 케미칼 캄파니 (Shell Chemical Co.)로부터 입수가능함) 및 DER-331, DER-332 및 DER-334 (다우 케미칼 캄파니 (Dow Chemical Co.)로부터 입수가능함)로 상업적으로 입수가능한 물질이 있다. 다른 적합한 에폭시 수지로는 지환족 에폭시, 페놀 포름알데히드 노볼락의 글리시딜 에테르 (예, DEN-431 및 DEN-428, 다우 케미칼 캄파니로부터 입수가능함)가 있다. 유리 라디칼 경화성 수지와 에폭시 수지의 블렌드는 미국 특허 제4,751,138호 (Tumey 등)와 동 제5,256,170호 (Harmer 등)에 더 기술되어 있다.

백킹 재료

백킹은 연마 코팅에 대한 지지체를 제공하는 기능을 한다. 본 발명에 유용한 백킹은 바인더 전구체를 경화 조건에 노출시킨 후 바인더에 접착할 수 있어야 하며, 본 발명의 방법에 사용되는 용품이 작업편의 표면 윤곽, 반경 및 불규칙성에 일치할 수 있도록 상기한 노출 이후 가요성인 것이 바람직하다.

많은 연마 용도에서, 백킹은 생성된 연마 용품이 장기간 동안 지속할 수 있도록 강하고 내구성이어야 할 필요가 있다. 부가적으로, 몇몇 연마 용도에서, 백킹은 연마 용품이 유리 작업편에 균일하게 일치할 수 있도록 강하고 가요성일 필요가 있다. 이는 작업편이 그와 관련된 형상과 윤곽을 갖는 경우 대개 그러하다. 백킹은 이들 강도와 일치성의 성질을 제공하기 위해 중합성 필름, 종이, 가황 섬유, 처리된 부직물 백킹 또는 처리된 직물(cloth) 백킹일 수 있다. 백킹이 중합성 필름인 것이 바람직하다. 중합성 필름의 예로는 폴리에스테르 필름, 코-폴리에스테르 필름, 폴리이미드 필름, 폴리아미드 필름 등이 있다. 특히 바람직한 백킹은 연마 코팅의 백킹으로의 접착을 촉진하기 위해 적어도 하나의 표면 상에 에틸렌 아크릴산의 프라임 코팅 (prime coating)을 갖는 폴리에스테르 필름이다.

종이를 포함한 부직물은 필요한 성질을 제공하기 위해 열경화성 또는 열가소성 물질로 포화시킬 수 있다.

직물 백킹이 본 발명의 연마 용품에 또한 적합할 수 있다. 직물은 J 중량, X 중량, Y 중량 또는 M 중량의 직물일 수 있다. 직물을 형성하는 섬유 또는 얀 (yarns)은 폴리에스테르, 나일론, 레이온, 면, 섬유유리 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택될 수 있다. 직물은 편직물 또는 직조 직물 (예, 드릴(drills), 능직(twills) 또는 주자직(sateen weaves))일 수 있거나, 또는 스티치본디드 또는 씨실 삽입(weft insertion) 직물일 수 있다. 그레이지(greige) 직물은 텍스처되거나, 보풀을 태우거나 (singed), 데사이징하거나 (desized) 또는 그레이지 직물에 대한 임의의 통상의 처리를 할 수 있다. 직물을 밀폐하고 직물 섬유를 보호하기 위해 직물을 중합성 물질로 처리하는 것이 바람직하다. 처리는 다음 처리: 프리사이즈(presize), 포화 또는 백사이즈(backsize) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 처리 중 하나는 프리사이즈 코팅을 먼저 도포한 후 백사이즈 코팅을 도포하는 것을 포함한다. 별법으로, 포화 코팅한 후 백사이즈 코팅한다. 백킹의 앞면이 비교적 평탄한 것이 일반적으로 바람직하다. 마찬가지로, 처리 코트(들)은 직물 백킹을 방수성으로 만들 것이다. 유사하게, 처리 코트(들)은 직물 백킹이 충분한 강도와 가요성을 갖도록 할 것이다. 바람직한 백킹 처리제의 하나는 아크릴레이트 단량체 수지와 블렌드된 가교결합된 우레탄 아크릴레이트 올리고머이다. 직물 처리 화학이 바인더의 화학과 성질이 동일하거나 또는 유사한 것은 본 발명의 범위 내에 있다. 직물 처리 화학은 충전제, 염료, 안료, 습윤제, 커플링제, 가소화제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다.

다른 처리 코팅은 열경화성 및 열가소성 수지를 포함한다. 전형적이고 바람직한 열경화성 수지의 예로는 페놀릭 수지, 아미노플라스트 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 에틸렌계 불포화 수지, 아크릴레이트화 이소시아누레이트 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 이소시아누레이트 수지, 아크릴레이트화 우레탄 수지, 아크릴레이트화 에폭시 수지, 비스말레이미드 수지 및 이들의 혼합물이 있다. 바람직한 열가소성 수지의 예로는 폴리아미드 수지 (예, 나일론), 폴리에스테르 수지 및 폴리우레탄 수지 (폴리우레탄-우레아 수지를 포함)가 있다. 바람직한 열가소성 수지의 하나는 폴리에스테르 폴리올과 이소시아네이트와의 반응 산물로부터 유래된 폴리우레탄이다.

몇몇 경우에, 일체형으로 성형된 백킹, 즉, 복합재들을 백킹에 독립적으로 부착시키는 (예, 폴리에스테르 필름) 대신 복합재에 인접하게 직접 성형된 백킹을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 백킹은 복합재가 성형된 후 복합재의 후면 상에 성형되거나 주조될 수 있거나, 또는 복합재와 동시에 성형되거나 주조될 수 있다. 일체형으로 성형된 백킹은 열 또는 방사선 경화성 열가소성 또는 열경화성 수지로부터 성형될 수 있다. 전형적이고 바람직한 열경화성 수지의 예로는 페놀릭 수지, 아미노플라스트 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 에틸렌계 불포화 수지, 아크릴레이트화 이소시아누레이트 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 이소시아누레이트 수지, 아크릴레이트화 우레탄 수지, 아크릴레이트화 에폭시 수지, 비스말레이미드 수지 및 이들의 혼합물이 있다. 바람직한 열가소성 수지의 예로는 폴리아미드 수지 (예, 나일론), 폴리에스테르 수지 및 폴리우레탄 수지 (폴리우레탄-우레아 수지를 포함)가 있다. 바람직한 열가소성 수지의 하나는 폴리에스테르 폴리올과 이소시아네이트와의 반응 산물로부터 유래된 폴리우레탄이다.

다이아몬드 비드 연마 입자

본 발명의 연마 용품의 연마 코팅은 다수의 다이아몬드 비드 연마 입자를 포함한다. 본원에서 사용되는 용어 "다이아몬드 비드 연마 입자"는 약 35 내지 94 부피%의 미세다공성의 비융합된(nonfused) 금속 산화물 연속 매트릭스 전체에 분포된 약 6 내지 65 부피%의 직경 25 미크론 이하의 다이아몬드 연마 입자를 포함하는 복합재 연마 입자를 나타낸다. 금속 산화물 매트릭스는 누프 경도 (Knoop hardness)가 약 1000 미만이고, 산화지르콘, 산화규소, 산화알루미늄, 산화마그네슘 및 산화티탄으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상의 금속 산화물을 포함한다. 다이아몬드 비드 연마 입자는 금속 산화물 매트릭스가 연마력 하에서 부스러지거나 부서져서 새로운 노출 표면을 생성할 수 있는 점에서 흐트러지기 쉬운 것으로서 설명할 수 있다. 다이아몬드 비드 연마 입자는 미국 특허 제3,916,584호 (Howard 등)에 보고되어 있다.

바람직한 제작 방법에서, 다이아몬드 연마 입자는 금속 산화물 (또는 산화물 전구체)의 수성 졸 내로 혼합되고, 이어서 생성된 슬러리를 교반된 탈수액 (예, 2-에틸-1-헥산올)에 첨가한다. 분산된 슬러리로부터 물을 제거하고, 표면 장력은 슬러리를 회전타원형 복합재로 끌어당기며, 이후 이를 여과하여 건조시키고 소성시킨다. 생성된 다이아몬드 비드 연마 입자는 전체적으로 형상이 구형이고 크기가 다이아몬드 비드 연마 입자를 제조하기 위해 사용된 다이아몬드 입자의 크기의 적어도 2배이다.

다이아몬드 비드 연마 입자를 구성하는 개별 다이아몬드는 전형적으로 크기가 약 0.5 내지 25 ㎛, 더 바람직하게는 약 3 내지 약 15 ㎛이다. 다이아몬드 비드 연마 입자는 전형적으로 크기가 약 5 내지 약 200 ㎛, 더 바람직하게는 약 6 내지 약 100 ㎛, 가장 바람직하게는 약 6 내지 약 30 ㎛이다.

개별 다이아몬드 연마 입자는 천연 또는 합성 다이아몬드일 수 있다. 합성 다이아몬드에 관하여, 입자는 "수지 결합 다이아몬드", "톱날 등급 다이아몬드" 또는 "금속 결합 다이아몬드"로 간주할 수 있다. 다이아몬드는 그와 관련된 덩어리 형상 또는 별법으로 바늘 형상을 가질 수 있다. 다이아몬드 입자는 금속 코팅 (예, 니켈, 알루미늄 또는 구리 등), 무기 코팅 (예, 실리카) 또는 유기 코팅과 같은 표면 코팅을 포함할 수 있다.

연마 코팅은 전형적으로 약 1 내지 약 30 중량%의 다이아몬드 비드 연마 입자, 바람직하게는 약 2 내지 약 25 중량%의 다이아몬드 비드 연마 입자를 포함한다. 더 바람직하게는, 연마 코팅은 약 5 내지 약 15 중량%의 다이아몬드 비드 연마 입자, 가장 바람직하게는 약 7 내지 약 13 중량%의 다이아몬드 비드 연마 입자를 포함한다.

충전제

본 발명의 연마 용품의 연마 코팅은 추가로 충전제를 포함한다. 충전제는 입자형 물질이며 일반적으로 평균 입도가 0.01 내지 50 ㎛, 전형적으로는 0.1 내지 40 ㎛이다. 충전제는 연마 코팅의 침식 속도를 제어하기 위해 연마 코팅에 첨가된다. 연마하는 동안 연마 코팅의 침식 속도의 제어는 높은 절삭율, 일관된 절삭율과 긴 유효 수명의 균형을 얻는데 중요하다. 충전제 부하량이 너무 많으면, 연마 코팅은 너무 빠른 속도로 침식되어 연마 작업을 비능률적으로 만들 수 있다 (예, 연마 용품의 낮은 절삭율과 불량한 유효 수명). 반대로, 충전제 부하량이 너무 적으면, 연마 코팅은 너무 느린 속도로 침식되어 연마 입자를 무뎌지게 하여 낮은 절삭율을 초래할 수 있다. 본 발명의 연마 용품의 연마 코팅은 약 40 내지 약 60 중량%의 충전제를 포함한다. 더 바람직하게는, 연마 코팅은 약 45 내지 약 60 중량%의 충전제를 포함한다. 가장 바람직하게는, 연마 코팅은 약 50 내지 약 60 중량%의 충전제를 포함한다.

본 발명의 연마 용품에 사용하기에 적합할 수 있는 충전제의 예로는 금속 탄산염 (예, 탄산칼슘 (백악, 방해석, 이회토(marl), 석회화(travertine), 대리석 및 석회암), 탄산마그네슘칼슘, 탄산나트륨, 탄산마그네슘), 실리카 (예, 석영, 유리 비드, 유리 버블 및 유리 섬유), 규산염 (예, 활석, 점토, (몬트모릴로나이트) 장석, 운모, 규산칼슘, 메타규산칼슘, 알루미노규산나트륨, 규산나트륨, 규산리튬 및 규산칼륨), 금속 황산염 (예, 황산칼슘, 황산바륨, 황산나트륨, 황산나트륨알루미늄, 황산알루미늄), 석고, 질석, 목분(wood flour), 알루미늄 삼수화물, 카본 블랙, 금속 산화물 (예, 산화칼슘 (석회), 산화알루미늄, 산화주석 (예, 산화제2주석), 이산화티탄) 및 금속 아황산염 (예, 아황산칼슘), 열가소성 입자 (폴리카르보네이트, 폴리에테르이미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리술폰, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 폴리프로필렌, 아세탈 중합체, 폴리우레탄, 나일론 입자) 및 열경화성 입자 (예, 페놀릭 버블, 페놀릭 비드, 폴리우레탄 발포체 입자) 등이 있다. 충전제는 또한 할라이드 염과 같은 염일 수 있다. 할라이드 염의 예로는 염화나트륨, 칼륨 빙정석(cryolite), 나트륨 빙정석, 암모늄 빙정석, 사불화붕산칼륨, 사불화붕산나트륨, 불화규소, 염화칼륨, 염화마그네슘이 있다. 금속 충전제의 예로는 주석, 납, 비스무스, 코발트, 안티몬, 카드뮴, 철, 티탄이 있다. 다른 여러가지 충전제로는 황, 유기 황 화합물, 흑연 및 금속 황화물이 있다.

연마 코팅에 원하는 침식가능성을 부여하기 위해 바람직한 충전제로는 메타규산칼슘, 백색 산화알루미늄, 탄산칼슘, 실리카 및 이들의 조합이 있다. 특히 바람직한 충전제 조합은 메타규산칼슘과 백색 산화알루미늄이다. 미세한 표면 마감을 원하는 경우, 작은 입도로 이용가능한 연질 충전제를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

선택적인 첨가제

본 발명의 연마 용품의 연마 코팅은 선택적인 첨가제, 예를 들면, 연마 입자 표면 개질 첨가제, 커플링제, 증량제, 섬유, 대전방지제, 경화제, 현탁제, 감광제, 윤활제, 습윤제, 계면활성제, 안료, 염료, UV 안정화제 및 산화방지제를 추가로 포함할 수 있다. 이들 물질의 양은 원하는 성질을 제공하도록 선택된다.

커플링제

커플링제는 바인더와 연마 입자들 사이에 회합 브릿지를 제공할 수 있다. 부가적으로 커플링제는 바인더와 충전제 입자들 사이에 회합 브릿지를 제공할 수 있다. 커플링제의 예로는 실란, 티타네이트 및 지르코알루미네이트가 있다. 커플링제를 포함시키기 위한 각종 수단이 있다. 예를 들면, 커플링제를 바인더 전구체에 직접 첨가할 수 있다. 연마 코팅은 대체로 약 0 내지 30 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 25 중량%의 커플링제를 함유할 수 있다. 별법으로, 커플링제를 충전제 입자의 표면에 도포할 수도 있다. 또 다른 방식에서, 연마 용품 내로 포함시키기 전에 연마 입자의 표면에 커플링제를 도포한다. 연마 입자는 연마 입자와 커플링제의 중량을 기준으로 대체로 약 0 내지 3 중량%의 커플링제를 함유할 수 있다. 커플링제의 시판예로는 "AI74"와 "AI230" (OSI)가 있다. 커플링제의 또 다른 시판예로는 상표명 "KR-TTS"로 켄리치 페트로케미칼스 (Kenrich Petrochemicals;Bayonne, NJ)로부터 입수가능한 이소프로필 트리이소스테로일 티타네이트가 있다.

현탁제

현탁제의 예로는 상표명 "OX-50"으로 데구사 코오퍼레이션 (DeGussa Corp.; Ridgefield Park, NJ)으로부터 입수가능한 표면적 150 ㎡/g 미만의 비정질 실리카 입자가 있다. 현탁제의 첨가는 연마 슬러리의 전체 점도를 저하시킬 수 있다. 현탁제의 사용은 미국 특허 제5,368,619호에 더 기술되어 있다.

경화제

바인더 전구체는 경화제를 추가로 포함할 수 있다. 경화제는 바인더 전구체가 바인더로 전환되도록 중화 또는 가교결합 공정을 개시시키고 완료시키는 것을 돕는 물질이다. 용어 경화제는 개시제, 광개시제, 촉매 및 활성화제를 포괄한다. 경화제의 양과 종류는 주로 바인더 전구체의 화학에 따를 것이다.

유리 라디칼 개시제

바람직한 에틸렌계 불포화 단량체(들) 또는 올리고머(들)의 중합은 유리 라디칼 기전을 통해 일어난다. 에너지원이 전자선인 경우, 전자선은 중합을 개시시키는 유리 라디칼을 발생시킨다. 그러나, 바인더 전구체를 전자선에 노출시키는 경우에라도 개시제를 사용하는 것은 본 발명의 범위 내에 있다. 에너지원이 열, 자외선 또는 가시광선인 경우, 유리 라디칼을 발생시키기 위해 개시제가 존재해야 할 수 있다. 자외선 또는 열에 노출시 유리 라디칼을 발생시키는 개시제 (즉, 광개시제)의 예로는 유기 퍼옥시드, 아조 화합물, 퀴논, 니트로소 화합물, 아실 할라이드, 히드라존, 머캅토 화합물, 피릴륨 화합물, 이미다졸, 클로로트리아진, 벤조인, 벤조인 알킬 에테르, 디케톤, 페논 및 이들의 혼합물이 있지만 이에 제한되지는 않는다. 자외선에 노출시 유리 라디칼을 발생시키는 광개시제의 시판예로는 IRGACURE 651과 IRGACURE 184 (시바 가이기 캄파니 (Ciba Geigy Company; Hawthorne, NJ)로부터 입수가능함), 및 DAROCUR 1173 (머크 (Merck)로부터 입수가능함)이 있다. 가시광선에 노출시 유리 라디칼을 발생시키는 개시제의 예는 미국 특허 제4,735,632호에서 찾을 수 있다. 가시광선에 노출시 유리 라디칼을 발생시키는 다른 광개시제로는 상표명 IRGACURE 369 (시바 가이기 캄파니로부터 입수가능함)가 있다.

전형적으로, 개시제는 바인더 전구체의 중량을 기준으로 0.1 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 2 중량%의 양으로 사용된다.

부가적으로, 연마 입자 및(또는) 충전제와 같은 임의의 입자형 물질을 첨가하기 전에 개시제를 바인더 전구체 내에 분산시키는 것이, 바람직하게는 균일하게 분산시키는 것이 바람직하다.

일반적으로, 바인더 전구체를 방사선 에너지, 바람직하게는 자외선 또는 가시광선에 노출시키는 것이 바람직하다. 몇몇 경우, 특정 첨가제 및(또는) 연마 입자가 자외선 및 가시광선을 흡수할 것이며, 이는 바인더 전구체를 적절하게 경화시키는 것을 어렵게 한다. 이러한 현상은 세리아 연마 입자와 탄화규소 연마 입자를 사용하는 경우 특히 그러하다. 예상외로, 인산염 함유 광개시제, 특히 아실포스핀 옥시드 함유 광개시제를 사용하면 이러한 문제를 극복하는데 도움이 되는 것으로 밝혀졌다. 그러한 광개시제의 예로는 상표명 LUCIRIN TPO로 바스프 코오퍼레이션(BASF Corporation; Charlotte, NC)로부터 입수가능한 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀 옥시드가 있다. 아실포스핀 옥시드의 다른 시판예로는 DAROCUR 4263 및 DAROCUR 4265 (둘 모두 머크로부터 입수가능함)와 상표명 IRGACURE 819로 시바 가이기 코오퍼레이션 (Ciba Geigy Corp; Greensboro, NC)으로부터 입수가능한 포스핀 옥시드, 페닐 비스(2,4,6-트리메틸 벤조일) 광개시제가 있다.

감광제

선택적으로, 연마 코팅은 공기 중에서 또는 질소와 같은 불활성 분위기 중에서 중합을 수행시키는 감광제 또는 광개시제계를 함유할 수 있다. 이들 감광제 또는 광개시제계는 카르보닐기 또는 3급 아미노기 및 이들의 혼합기를 갖는 화합물을 포함한다. 카르보닐기를 갖는 바람직한 화합물 중에는 벤조페논, 아세토페논, 벤질, 벤즈알데히드, o-클로로벤즈알데히드, 크산톤, 티오크산톤, 9,10-안트라퀴논, 및 감광제로서 작용할 수 있는 다른 방향족 케톤이 있다. 바람직한 3급 아민 중에는 메틸디에탄올아민, 에틸디에탄올아민, 트리에탄올아민, 페닐메틸에탄올아민 및 디메틸아미노에틸베조에이트가 있다. 일반적으로, 감광제 또는 광개시제계의 양은 바인더 전구체의 중량을 기준으로 약 0.01 내지 약 10 중량%, 더 바람직하게는 약 0.25 내지 약 4.0 중량%로 변할 수 있다. 감광제의 예로는 QUANTICURE ITX, QUANTICURE QT-X, QUANTICURE PTX, QUANTICURE EPD (모두 비들 소이어 코오퍼레이션 (Biddle Sawyer Corp.)으로부터 입수가능함)가 있다.

연마 용품

본 발명에 따른 연마 용품은 3차원 연마 코팅이 백킹에 접착되어 있는 백킹을 포함한다. 연마 코팅은 다수의 일정 형상의 연마 복합재를 포함한다. 이들 연마 복합재는 정확한 형상이거나 또는 불규칙한 형상일 수 있다. 정확한 형상의 복합재가 보다 균일하고 일관되기 때문에 연마 복합재는 정확한 형상인 것이 바람직하다.

이제 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 연마 용품 (10)의 하나의 바람직한 실시태양을 도 1과 도 2에 각각 평면도와 확대 단면도로 예시한다. 연마 용품 (10)은 그의 하나의 주면 상에 연마 복합재 (16)를 갖는 백킹 (12)을 포함한다. 연마 복합재 (16)는 바인더 (15) 내에 분산된 다수의 다이아몬드 비드 연마 입자 (14)를 포함한다. 바람직하게는, 바인더는 다관능성 아크릴레이트, 가장 바람직하게는 트리스(히드록시에틸) 이소시아누레이트와 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트의 혼합물을 포함한다. 연마 복합재 (16)는 약 40 중량% 내지 약 60 중량%의 충전제를 더 포함한다 (도시하지 않음). 바인더 (15)는 전형적으로 연마 복합재 (16)를 백킹 (12)에 접착시킨다. 선택적으로, 프리사이즈 코팅 또는 타이 층 (tie layer) (13)을 연마 복합재 (16)과 백킹 (12) 사이에 삽입시킬 수 있다.

연마 복합재 (16)는 바람직하게는 식별가능한 형상을 갖는다. 처음에는, 다이아몬드 비드 연마 입자 (14)는 바인더 (15)의 표면 위로 돌출하지 않는 것이 바람직하다. 표면을 연마하기 위해 연마 용품 (10)을 사용함에 따라, 연마 복합재가 부서져서 사용되지 않은 다이아몬드 비드 연마 입자 (14)를 노출시킨다.

연마 복합재의 형상은 임의의 형상일 수 있다. 전형적으로, 백킹과 접촉하는 형상의 기부면의 표면 단면적은 백킹으로부터 떨어진 복합재의 먼 단부의 표면단면적보다 그 값이 더 크다. 복합재의 형상은 입방체형, 블록형, 원통형, 프리즘형, 직사각형, 피라미드형, 끝이 잘린 피라미드형, 원추형, 끝이 잘린 원추형, 십자형, 꼭대기면이 평평한 기둥형(post-like)과 같은 많은 기하학적 형상 중에서 선택할 수 있다. 다른 형상은 반구형이며 이는 국제 특허 출원 공개 제WO 95/22436호에 더 기술되어 있다. 생성된 연마 용품은 상이한 연마 복합재 형상들의 혼합을 가질 수 있다.

기부의 연마 복합재들은 서로 다른 것과 접할 수 있거나, 별법으로 인접한 연마 복합재의 기부들은 약간의 특정 거리를 두고 서로 떨어져 있을 수 있다. 접한다는 이러한 정의는 인접한 복합재들이 복합재들의 마주보는 측벽들 사이에 접촉하여 뻗어있는 공통의 연마 물질 랜드(land) 또는 브릿지형 구조를 공유하는 배열을 또한 포함하는 것으로 이해해야 한다. 연마 물질 랜드는 연마 복합재를 형성하기 위해 사용된 것과 동일한 연마 슬러리로부터 형성된다. 복합재들은 복합재들의 중심들 사이에 그린 가상의 직선 상에 개재하는 복합재가 전혀 위치하지 않는다는 의미에서 "인접하다."

연마 복합재 (16)의 하나의 바람직한 형상은 일반적으로 도 2에 도시된 바와 같은 평평한 꼭대기 (18)와 바깥쪽으로 벌어진 기부 (20)을 갖는 끝이 잘린 피라미드이다. 연마 복합재 (16)의 높이 H는 코팅된 연마 용품 (10)을 가로질러 일정한 것이 바람직하지만, 다양한 높이의 연마 복합재를 갖는 것도 또한 가능하다. 복합재의 높이 H는 약 10 내지 약 1500 ㎛, 바람직하게는 약 25 내지 약 1000 ㎛, 더 바람직하게는 약 100 내지 약 600 ㎛, 가장 바람직하게는 약 300 내지 약 500 ㎛일수 있다.

인접한 연마 복합재들의 기부 (20)은 랜드 영역 (22)를 두고 서로 분리되어 있는 것이 바람직하다. 어떠한 이론에 매이기를 바라지는 않지만, 이러한 랜드 영역 (22) 또는 간격은 유체 매질이 연마 복합재들 사이를 자유로이 유동하도록 하는 수단을 제공하는 것으로 생각된다. 다시 이러한 유체 매질의 자유 유동은 보다 우수한 절삭율, 표면 마감 또는 평평도의 증가에 기여하는 경향이 있는 것으로 생각된다. 연마 복합재들 사이의 거리는 선형 ㎝ 당 약 0.3개의 연마 복합재 내지 선형 ㎝ 당 약 100개의 연마 복합재, 바람직하게는 선형 ㎝ 당 약 0.4개의 연마 복합재 내지 선형 ㎝ 당 약 20개의 연마 복합재, 더 바람직하게는 선형 ㎝ 당 약 0.5개의 연마 복합재 내지 선형 ㎝ 당 약 10개의 연마 복합재, 가장 바람직하게는 선형 ㎝ 당 약 6개의 연마 복합재 내지 선형 ㎝ 당 약 7개의 연마 복합재로 변할 수 있다.

연마 용품의 한 측면에서, 적어도 5개의 연마 복합재/㎠, 바람직하게는 적어도 30개의 연마 복합재/㎠의 영역 간격이 존재한다. 본 발명의 추가의 실시태양에서, 복합재들의 영역 간격은 1 미만 내지 약 12,000개의 연마 복합재/㎠이다.

끝이 잘린 피라미드 형상이 사용되는 경우, 기부 (20)은 일반적으로 길이가 약 100 내지 약 2000 ㎛이다. 연마 복합재를 형성하는 측면들은 곧거나 또는 테이퍼형 (tapered)일 수 있다. 측면들이 테이퍼형이면, 제작 도구의 공극으로부터 연마 복합재 (16)을 제거하기가 일반적으로 더 쉽다. 도 2에서 각 "A"는 연마 복합재들 (16) 사이의 랜드 영역 (22)과 만나는 지점에서 연마 복합재 (16)의 기부(20)을 가로지르는 가상의 수직선 (즉, 이 가상의 선은 랜드 영역 (22)에 수직임)으로부터 측정한다. 각 "A"는 약 1˚ 내지 약 75˚, 바람직하게는 약 2˚ 내지 약 50˚, 더욱 바람직하게는 약 3˚ 내지 약 35˚, 가장 바람직하게는 약 5˚ 내지 약 15˚일 수 있다.

연마 절차에 있어서, 연마 용품 백킹 (12)는 서브패드 (24)에 부착될 수 있거나 또는 플랫폼 (28)에 직접 부착될 수 있다. 서브패드 (24)는 바람직하게는 중합성 재료, 예를 들면, 폴리카르보네이트로 제조된다. 선택적으로, 연마하는 동안 연마 용품에 쿠션(cushion)을 제공하기 위해 서브패드 (24)와 플랫폼 (28) 사이에 압축성 패드 (26)를 삽입시킬 수 있다. 압축성 패드는 폴리우레탄 발포체, 고무, 엘라스토머, 고무 발포체 등일 수 있다. 연마 용품 백킹 (12)는 바람직하게는 감압성 접착제를 사용하여 서브패드 (24) 또는 플랫폼 (28)에 접착된다 (도시되지 않음).

이제 도 3과 도 4를 살펴보면, 본 발명에 따른 연마 용품 (10')의 다른 바람직한 실시태양을 도 3과 도 4에 각각 평면도와 확대 단면도로 예시한다. 이 실시태양에서, 연마 복합재 (16')는 도 4에 도시된 바와 같이 반구형이다. 연마 용품 (10')은 열가소성 폴리에스테르 프리사이즈 코팅 (13')이 그의 하나의 주면 상에 밀봉된 직조된 폴리에스테르 백킹 (12')를 갖는다. 경화시킨 프리사이즈 코팅 (13')에, 스크린 (도시하지 않음)을 통해 연마 입자와 바인더 전구체를 포함하는 슬러리를 도포한다. 반구형 연마 복합재 (16')는 크기와 형상이 다양할 수 있고, 프리사이즈 코팅 (13') 상에 랜덤하게 또는 균일하게 분포될 수 있다. 바람직하게는, 반구형 연마 복합재들 (16')는 도 3의 평면도에서 원형으로 보이며 직경이 동일하다.

개별 연마 복합재들의 형상에는 무관하게, 백킹의 표면적의 바람직하게는 약 20% 내지 약 90%, 더 바람직하게는 약 40% 내지 약 70%, 가장 바람직하게는 약 50% 내지 약 60%가 연마 복합재로 덮일 것이다. 부가적으로, 정확한 형상의 복합재의 바닥 부분의 표면적은 복합재의 꼭대기 표면적보다 50% 이하, 더 바람직하게는 25% 이하, 가장 바람직하게는 15% 이하로 더 크다.

정확한 형상의 연마 복합재를 갖는 연마 용품의 제조 방법

본 발명의 연마 용품을 제조하는 제1 단계는 연마 슬러리를 제조하는 단계이다. 연마 슬러리는 임의의 적합한 혼합 기술로 바인더 전구체, 다이아몬드 비드 연마 입자, 충전제 및 원하는 선택적인 첨가제를 함께 혼합함으로써 제조한다. 혼합 기술의 예로는 저전단 및 고전단 혼합이 있으며, 고전단 혼합이 바람직하다. 연마 슬러리의 점도를 저하시키기 위해 혼합 단계와 함께 초음파 에너지를 또한 이용할 수 있다. 전형적으로, 다이아몬드 비드 연마 입자는 바인더 전구체에 점차적으로 첨가한다. 충전제를 첨가하기 전에 바인더 전구체에 계면활성제를 첨가하는 것이 바람직할 수 있다. 적합한 계면활성제로는 상표명 "ZYPHRUM PD 9000" (아이씨아이 아메리카스 (ICI Americas; Willmington, DE)로부터 입수가능함)으로 시판되는 음이온성 폴리에스테르 계면활성제가 있다. 연마 슬러리는 바인더 전구체, 연마 입자, 충전제 및 선택적인 첨가제의 균질 혼합물인 것이 바람직하다. 필요한 경우 점도를 저하시키기 위해 물 및(또는) 용매를 첨가할 수 있다. 연마 슬러리중의 공기 버블의 양은 혼합 단계 동안 또는 그 이후 진공을 걸어서 최소화시킬 수 있다. 몇몇 경우, 점도를 저하시키기 위해 연마 슬러리를 일반적으로 약 30℃ 내지 약 70℃로 가열하는 것이 바람직하다. 잘 코팅하고 연마 입자와 다른 충전제들이 코팅하기 전에 침전하지 않도록 유동학을 보장하기 위해 코팅하기 전에 연마 슬러리를 모니터하는 것이 중요하다.

정확한 형상의 연마 코팅을 얻기 위해, 연마 슬러리가 제작 도구의 공극 내에 존재하는 동안 바인더 전구체를 실질적으로 고화시키거나 또는 경화시킨다. 별법으로, 제작 도구는 실질적인 경화 이전에 바인더 전구체로부터 제거되어, 슬럼프진 다소 불규칙한 형상의 측벽을 형성시킨다.

정확한 형상의 연마 복합재를 포함하는 연마 용품의 바람직한 제작 방법에서는 다수의 공극을 갖고 있는 제작 도구를 사용한다. 이들 공극은 본질적으로 원하는 연마 복합재의 역형상이며, 연마 복합재의 형상을 생성시킨다. 공극/유닛 영역의 수는 상응하는 수의 연마 복합재/유닛 영역을 갖는 연마 용품을 생성시킨다. 이들 공극은 원통, 돔(dome), 피라미드, 직사각형, 끝이 잘린 피라미드, 프리즘, 입방체, 원추, 끝이 잘린 원추, 또는 꼭대기면 단면이 삼각형, 사각형, 원, 직사각형, 육각형 또는 팔각형 등인 임의의 형상과 같은 임의의 기하학적 형상을 가질 수 있다. 공극의 치수는 원하는 수의 연마 복합재/유닛 영역을 얻도록 선택된다. 공극들은 인접한 공극들 사이에 공간이 있는 점(dot like) 패턴으로 존재할 수 있거나, 공극들은 서로 접할 수 있다.

연마 슬러리는 다이 코팅, 진공 다이 코팅, 분무, 롤 코팅, 트랜스퍼(trnasfer) 코팅 및 나이프 코팅 등과 같은 임의의 통상의 기술에 의해 제작 도구의 공극 내로 코팅시킬 수 있다. 제작 도구가 평평한 꼭대기나 비교적 곧은 측벽을 갖는 공극을 갖는다면, 어떠한 공기 포획을 최소화하기 위해 코팅하는 동안 진공을 사용하는 것이 바람직하다.

제작 도구는 벨트, 시트, 연속 시트 또는 웹, 로토그라비어 (rotogravure) 롤과 같은 코팅 롤, 코팅 롤 상에 장치된 슬리브 또는 다이일 수 있다. 제작 도구는 니켈-도금된 표면을 포함한 금속, 금속 합금, 세라믹 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 제작 도구, 그의 제작법, 재료 등에 대한 추가의 정보는 미국 특허 제5,152,917호 (Pieper 등)과 제5,435,816호 (Spurgeon 등)에서 찾을 수 있다. 바람직한 제작 도구의 하나는 금속 마스터(master)로 엠보싱된 열가소재 제작 도구이다.

연마 슬러리가 열경화성 바인더 전구체를 포함하는 경우, 상기 바인더 전구체를 경화시키거나 중합시켜야 한다. 이러한 중합은 일반적으로 에너지원에 노출시 개시된다. 일반적으로, 에너지량은 바인더 전구체 화학, 연마 슬러리의 치수, 연마 입자의 양과 종류, 충전제의 양과 종류, 및 선택적인 첨가제의 양과 종류와 같은 몇몇 인자에 따른다. 방사선 에너지가 바람직한 에너지원이다. 적합한 방사선 에너지원은 전자선, 자외선 또는 가시광선을 포함한다. 전자선 방사선은 약 0.1 내지 약 10 M㎭의 에너지 수준으로 사용할 수 있다. 자외선 방사선은 파장 약 200 내지 약 400 ㎚, 바람직하게는 약 250 내지 400 ㎚ 범위의 비입자형 방사선을 나타낸다. 방사선원의 바람직한 출력은 118 내지 236 와트/㎝이다. 가시광선 방사선은 파장 약 400 내지 약 800 ㎚, 바람직하게는 약 400 내지 약 550 ㎚ 범위의 비입자형 방사선을 나타낸다.

제작 도구를 코팅한 후, 백킹과 연마 슬러리를 연마 슬러리가 백킹의 앞면을 적시도록 임의의 적합한 수단으로 접촉시킨다. 따라서, 연마 슬러리를 예를 들어 접촉 닙 롤의 수단으로 백킹과 접촉시킨다. 이어서, 바인더 전구체를 적어도 부분적으로 경화시키기 위해 본원에 기술한 바와 같은 몇가지 형태의 에너지를 에너지원에 의해 연마 슬러리로 투과시킨다. 광 방사선을 도구 내의 공극 내에 담겨있는 슬러리로 투과시키기 위해 예를 들면, 제작 도구는 투명한 재질 (예, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌)일 수 있다. 용어 "부분 경화"는 연마 슬러리를 제작 도구에서 제거할 때 연마 슬러리가 유동하지 않는 상태로 바인더 전구체를 경화시키는 것을 의미한다. 완전히 경화시키지 않은 경우, 바인더 전구체는 제작 도구로부터 제거한 후 임의의 에너지원에 의해 완전히 경화시킬 수 있다. 이러한 바람직한 방법에 따라 연마 용품을 제조하기 위해 제작 도구를 사용하는 것에 관한 다른 상세한 설명은 미국 특허 제5,152,917호 (Pieper 등)와 동 제5,435,816호 (Spurgeon 등)에 더 기재되어 있다.

이러한 제1법의 다른 변형에서는, 연마 슬러리를 제작 도구의 공극 내가 아니라 백킹 상에 코팅시킬 수 있다. 이어서, 연마 슬러리가 코팅된 백킹을 연마 슬러리가 제작 도구의 공극 내로 유동하도록 제작 도구와 접촉시킨다. 연마 용품을 제조하기 위한 나머지 단계는 상술한 바와 동일하다. 이 방법에 관하여, 바인더 전구체를 방사선 에너지에 의해 경화시키는 것이 바람직하다. 방사선 에너지는 백킹을 통해 및(또는) 제작 도구를 통해 투과될 수 있다. 방사선 에너지가 백킹 또는 제작 도구 모두를 통해 투과되는 경우, 백킹 또는 제작 도구는 방사선 에너지를 인지가능한 정도로 흡수하지 않아야 한다. 부가적으로, 방사선 에너지원은 백킹 또는 제작 도구를 인지가능한 정도로 분해시키지 않아야 한다. 예를 들어, 자외선광은 폴리에스테르 필름 백킹을 통해 투과될 수 있다.

별법으로, 제작 도구를 특정한 열가소성 재료, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리(에테르 술폰), 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드 또는 이들의 조합으로 제조하면, 자외선 또는 가시광선은 제작 도구를 통해 연마 슬러리 내로 투과될 수 있다. 몇몇 경우, 열가소재 제작 도구 내로 자외선 안정화제 및(또는) 산화방지제를 포함시키는 것이 바람직하다. 열가소재 제작 도구에 있어서, 연마 용품을 제조하기 위한 작동 조건은 과도한 열이 발생하지 않도록 설정해야 한다. 과도한 열이 발생하면 이는 열가소재 도구를 일그러지게하거나 용융시킬 수 있다.

몇몇 경우, 일체형으로 성형된 백킹을 갖는 것이 바람직할 수 있으며, 즉, 연마 복합재는 복합재가 여전히 성형틀의 공극 내에 있는 동안 복합재 상으로 주조되거나 성형된 수지 백킹에 직접 접착된다. 바람직하게는, 백킹은 복합재와 백킹 사이에 보다 우수한 접착을 허용하기 위해 연마 복합재의 바인더 전구체가 완전히 경화되기 전에 성형된다. 백킹의 적절한 접착을 보장하기 위해 백킹을 주조하기 전에 복합재의 표면에 프라이머 또는 접착 촉진제를 포함시키는 것이 바람직할 수 있다.

백킹은 복합재와 동일한 수지로 주조 또는 성형할 수 있거나, 또는 상이한 재로로 주조할 수 있다. 특히 유용한 백킹 수지의 예로는 우레탄, 에폭시, 아크릴레이트 및 아크릴레이트화 우레탄이 있다. 백킹은 내부에 연마 입자를 포함하지 않는 것이 바람직하며, 이는 이들 입자는 일반적으로 어떠한 연마 목적으로도 이용되지 않을 것이기 때문이다. 그러나, 충전제, 섬유 또는 다른 첨가제를 백킹 내에 포함시킬 수도 있다. 섬유는 백킹과 연마 복합재 사이의 접착을 증가시키도록 백킹 내로 포함시킬 수 있다. 본 발명의 백킹에서 유용한 섬유의 예로는 규산염, 금속, 유리, 탄소, 세라믹 및 유리 재료로 제조된 것들이 있다. 백킹에 사용하기에 바람직한 섬유로는 규산칼슘 섬유, 강철 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유 및 고 모듈러스 (modulus)의 유기 섬유가 있다.

특정 용도에서, 일체형으로 성형된 백킹 내에 면포(scrim) 재료 등을 포함시킴으로써 성취할 수 있는 보다 내구성이고 내인열성인 백킹을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 백킹을 성형하는 동안, 이미 수지로 충전된 공극 (그러나 경화되지는 않음) 상에 면포 또는 다른 재료를 적층시킨 다음, 면포 상에 또다른 수지층을 도포하는 것이 가능하거나; 또는 비경화된 성형된 백킹 상에 면포 또는 다른 재료를 적층시키는 것이 가능하다. 바람직하게는, 임의의 면포 또는 첨가 백킹 재료는 백킹 수지가 재료를 통해 통과하여 재료를 빨아들일 수 있도록 충분히 다공성이다.

유용한 면포 재료는 일반적으로 경중량(lightweight)의 눈이 성긴 조직의 직물이다. 적합한 재료로는 금속 또는 와이어 메시, 패브릭, 예를 들면 면, 폴리에스테르, 레이온, 유리 직물, 또는 섬유와 같은 다른 강화 재료가 있다. 면포 또는강화 재료는 면포에 대한 수지의 접착을 증가시키기 위해 예비처리할 수 있다.

연마 용품을 제조한 후, 연마 용품을 사용하기 전에 적합한 형태/형상으로 전환시키기에 앞서 연화시키고(시키거나) 가습시킬 수 있다.

비정확한 형상의 연마 복합재를 갖는 연마 용품의 제조 방법

연마 용품의 제2 제조 방법은 연마 복합재가 비정확한 형상 또는 불규칙한 형상을 갖는 방법이다. 이 방법에서, 일단 연마 슬러리가 제작 도구로부터 제거되면 연마 슬러리를 에너지원에 노출시킨다. 제1 단계는 백킹의 앞면을 연마 슬러리로 드롭 다이 코터, 롤 코터, 나이프 코터, 커튼 코터, 진공 다이 코터 또는 다이 코터와 같은 임의의 통상의 기술에 의해 코팅하는 단계이다. 원하는 경우, 점도를 저하시키기 위해 코팅하기 전에 연마 슬러리를 가열하고(하거나) 슬러리를 초음파처리하는 것도 가능하다. 이어서, 연마 슬러리/백킹 조합물을 제작 도구와 접촉시킨다. 제작 도구는 상술한 제작 도구와 동일한 유형일 수 있다. 제작 도구는 일련의 공극들을 포함하며, 연마 슬러리는 이들 공극 내로 유동한다. 제작 도구로부터 연마 슬러리를 제거하면 연마 슬러리는 그와 관련된 패턴을 가질 것이며; 연마 복합재의 패턴은 제작 도구의 공극으로부터 형성된다. 제거한 후, 연마 슬러리로 코팅된 백킹을 에너지원에 노출시켜 바인더 전구체의 중합을 개시시켜 연마 복합재를 형성시킨다. 연마 슬러리로 코팅된 백킹을 제작 도구로부터 방출시키는 것에서 바인더 전구체를 경화시키는 것 사이의 시간은 비교적 최소인 것이 일반적으로 바람직하다. 이 시간이 너무 길면, 연마 슬러리는 유동할 것이고 패턴은 패턴이 본질적으로 사라질 정도로 일그러질 것이다.

이러한 제2 방법의 다른 변형에서는, 연마 슬러리를 백킹 상이 아니라 제작 도구의 공극 내로 코팅할 수 있다. 이어서, 연마 슬러리가 백킹을 적시고 백킹에 접착하도록 백킹을 제작 도구와 접촉시킨다. 이러한 변형에서, 예를 들면, 제작 도구는 로토그라비어 롤일 수 있다. 연마 용품을 제조하기 위한 나머지 단계는 상술한 바와 동일하다.

또 다른 변법은 패턴을 발생시키기 위해 스크린을 통해 연마 슬러리를 분무하거나 코팅시키는 것이다. 이어서, 바인더 전구체를 경화시키거나 고화시켜 연마 복합재를 형성한다.

그와 관련된 패턴 또는 텍스처를 갖는 연마 코팅을 갖는 연마 용품을 제조하기 위한 추가의 기술은 엠보싱된 백킹을 제공한 다음 이 백킹 상에 연마 슬러리를 코팅하는 것이다. 연마 코팅은 엠보싱된 백킹의 윤곽에 일치하여 패턴 또는 텍스처된 코팅을 제공한다.

연마 용품을 제조하기 위한 또 다른 방법은 미국 특허 제5,219,462호에 기술되어 있다. 연마 슬러리는 엠보싱된 백킹의 홈들 내로 코팅시킨다. 연마 슬러리는 연마 입자, 바인더 전구체 및 증량제를 함유한다. 생성된 구조물을 증량제가 연마 슬러리를 백킹의 앞면을 넘어 팽창하도록 하는 조건에 노출시킨다. 이어서, 바인더 전구체를 고화시켜 바인더를 형성하고, 연마 슬러리를 연마 복합재로 전환시킨다.

연마 용품은 원하는 용도에 따라 임의의 원하는 형상 또는 형태로 전환시킬 수 있다. 이러한 전환은 슬릿팅(slitting), 다이 커팅 또는 임의의 적합한 수단에의해 성취할 수 있다.

유리 또는 유리 세라믹 작업편의 연마 방법

본 발명의 연마 용품을 사용하여 유리 또는 유리 세라믹 작업편을 연마하는 바람직한 방법은 액체 윤활제를 사용하는 "습식" 연마 공정이다. 윤활제는 그와 관련된 몇가지 잇점이 있다. 예를 들면, 윤활제의 존재 하에 연마하면 연마하는 동안 열 축적 (build up)을 방지하고 연마 용품과 작업편 사이의 계면에서 절삭부스러기 (swarf)를 제거시킨다. "절삭부스러기"는 연마 용품에 의해 연마되어 제거된 실제 부스러기를 설명하기 위해 사용되는 용어이다. 몇몇 경우, 절삭부스러기는 연마시키는 작업편의 표면을 손상시킬 수 있다. 따라서, 계면으로부터 절삭부스러기를 제거하는 것이 바람직하다. 윤활제의 존재 하에 연마하면 또한 작업편 표면 상에 보다 미세한 마감을 형성시킬 수 있다.

적합한 윤활제로는 아민, 광유, 케로센, 광물 스피릿(spirits), 오일의 수용성 에멀젼, 폴리에틸렌이민, 에틸렌 글리콜, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 프로필렌 글리콜, 아민 보레이트, 붕산, 아민 카르복실레이트, 소나무 오일, 인돌, 티오아민염, 아미드, 헥사히드로-1,3,5-트리에틸트리아진, 카르복실산, 나트륨 2-머캅토벤조티아졸, 이소프로판올아민, 트리에틸렌디아민 테트라아세트산, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 벤조트리아졸, 나트륨 2-피리딘티올-1-옥시드 및 헥실렌 글리콜 중 하나 이상을 함유하는 수계 용액이 있다. 윤활제는 부식 방지제, 진균 억제제, 안정화제, 계면활성제 및(또는) 유화제를 또한 포함할 수 있다.

시판 윤활제로는 예를 들면, 상표명 BUFF-O-MINT {아메라트론 프로덕츠 (Ameratron Products)로부터 입수가능함}, CHALLENGE 300HT 또는 605HT {인터서피스 다이나믹스 (Intersurface Dynamics)로부터 입수가능함}, CIMTECH GL2015, CIMTECH CX-417 및 CIMTECH 100 {CIMTECH는 신시내티 밀라크론 (Cincinnati Milacron)으로부터 입수가능함}, DIAMOND KOOL 또는 HEAVY DUTY {로데스 (Rhodes)로부터 입수가능함}, K-40 {엘오에치 옵티칼 (LOH Optical)로부터 입수가능함}, QUAKER 101 {콰커 스테이트 (Quaker State)로부터 입수가능함}, SYNTILO 9930 {캐스트롤 인더스트리알 (Castrol Industrial)로부터 입수가능함}, TIM HM {마스터 케미칼 (Master Chemical)로부터 입수가능함}, LONG-LIFE 20/20 {엔씨에이치 코오퍼레이션 (NCH Corp)로부터 입수가능함}, BLASECUT 883 {블레이저 스위스루브 (Blaser Swisslube)로부터 입수가능함}, ICF-31NF {드 보이스 (Du Bois)로부터 입수가능함}, SPECTRA-COOL {살렘 (Salem)으로부터 입수가능함}, SURCOOL K-11 {텍사스 엔탈 (Texas Ntal)로부터 입수가능함}, AFG-T {노리타케 (Noritake)로부터 입수가능함}, SAFETY-COOL 130 {캐스트롤 인더스트리알로부터 입수가능함}과 RUSTLICK {데분 (Devoon)으로부터 입수가능함}으로 알려진 것들이 있다.

유리 또는 유리 세라믹 작업편을 연마하기 위한 한가지 바람직한 윤활제는 3 중량%의 Cimtech 100 {신시내티 밀리크론 (Cincinnati Milicron)으로부터 입수가능함}과 97 중량%의 물과 글리세롤의 80/20 중량% 혼합물을 포함한다. 다른 바람직한 윤활제는 물 중 K-40의 4 중량% 용액을 포함한다 {K-40은 비누/계면활성제 및 광유를 포함하며, 엘오에이치 옵티칼로부터 입수가능하다}.

연마하는 동안, 연마 용품을 작업편의 표면에 상대적으로 이동시키며, 작업편 표면에 대해 바람직하게는 약 0.35 g/㎟ 내지 약 7.0 g/㎟, 더 바람직하게는 약 0.7 g/㎟ 내지 약 3.5 g/㎟, 가장 바람직하게는 약 2.8 g/㎟의 압력으로 압착시킨다. 압력이 너무 크면, 연마 용품이 과도하게 마모될 수 있다. 역으로, 압력이 너무 작으면, 연마 용품은 허용가능한 높은 절삭율을 갖지 않을 수 있다.

진술한 바와 같이, 작업편 또는 연마 용품 또는 둘 모두는 연마 공정 동안 서로 상대적으로 움직일 것이다. 이러한 움직임은 회전 운동, 랜덤 운동 또는 선형 운동일 수 있다. 회전 운동은 연마 디스크를 회전 도구에 부착시킴으로써 발생시킬 수 있다. 작업편과 연마 용품은 동일한 방향 또는 반대 방향으로 회전할 수 있지만, 동일한 방향인 경우에는 회전 속도가 상이하다. 바람직한 공정에서, 유리 세라믹 디스크를 일정 거리로 떨어져 있는 실질적으로 평행한 회전하는 연마 용품들 사이로 지나가는 홀더에 고정시킨다. 회전하는 연마 용품은 디스크가 연마 용품들 사이로 지나감에 따라 유리 세라믹 디스크의 양쪽 주면을 동시에 연마시킨다. 임의로, 디스크 홀더는 디스크를 연마 용품에 상대적으로 회전 패턴으로 이동시킬 수 있다.

기계에 대해서는, 작동 rpm은 약 4000 rpm 이하, 바람직하게는 약 25 rpm 내지 약 2000 rpm, 더 바람직하게는 약 50 rpm 내지 약 1000 rpm일 수 있다. 랜덤 괘도 (orbital) 운동은 랜덤 괘도 도구에 의해 발생시킬 수 있고, 선형 운동은 연속 연마 벨트에 의해 발생시킬 수 있다. 작업편과 연마 용품 사이의 상대적인 움직임은 또한 작업편의 치수에 의존할 수 있다. 작업편이 비교적 크면, 작업편을정지상으로 고정시키면서 연마 용품을 이동시키는 것이 바람직할 수 있다.

많은 경우, 연마 용품은 감압성 접착제와 같은 부착 수단을 사용하여 폴리카르보네이트 서브패드에 접착시킨다. 이어서, 서브패드를 또한 감압성 접착제와 같은 부착 수단을 사용하여 플랫폼에 접착시킨다. 선택적으로, 압축성 패드를 서브패드와 플랫폼 사이에 삽입시킬 수 있다. 압축성 패드는 전형적으로 폴리우레탄 발포체, 고무, 엘라스토머 및 고무 발포체 등과 같은 압축성 재료로 제조된다. 별법으로, 연마 용품은 부착 수단을 사용하여 플랫폼에 직접 접착시킬 수 있다.

선택적으로, 연마 용품의 표면과 지지 패드 (예, 서브패드, 압축성 패드)는 연마 용품과 작업편 사이로 윤활제를 유동시키기 위한 경로를 제공하도록 불연속적일 수 있다.

서브패드는 원형, 직사각형, 사각형 및 난형 등과 같은 임의의 원하는 형상일 수 있다. 서브패드는 크기 (최장 치수)가 약 5 ㎝ 내지 1500 ㎝일 수 있다.

부착 수단

연마 용품은 부착 수단에 의해 서브패드 또는 플랫폼에 고정된다. 이러한 부착 수단은 감압성 접착제, 후크 및 루프 부착, 기계적 부착 또는 영구 접착제일 수 있다. 부착 수단은 연마 용품이 서브패드 또는 플랫폼에 단단히 고정될 수 있도록 하여야 한다.

본 발명에 적합한 감압성 접착제의 대표적인 예로는 라텍스 크레이프 (crepe), 로진, 아크릴 중합체 및 공중합체, 예를 들면, 폴리부틸아크릴레이트, 폴리아크릴레이트 에스테르, 비닐 에테르 (예, 폴리비닐 n-부틸 에테르), 알키드 접착제, 고무 접착제 (예, 천연 고무, 합성 고무, 염소화 고무) 및 이들의 혼합물이 있다. 감압성 접착제는 물 또는 유기 용매로 코팅시킬 수 있다. 몇몇 경우, 비극성 유기 용매로 코팅시키는 고무계 감압성 접착제를 사용하는 것이 바람직하다. 별법으로, 감압성 접착제는 트랜스퍼 테이프일 수 있다.

별법으로, 연마 용품은 연마 용품을 서브패드 또는 플랫폼에 고정시키기 위해 후크 및 루프형 부착 시스템을 포함할 수 있다. 루프 패브릭이 코팅된 연마 용품의 후면 상에 있고, 후크가 서브패드 상에 있을 수 있다. 별법으로, 후크가 연마 용품의 후면 상에 있고, 루프가 서브패드 또는 플랫폼 상에 있을 수 있다. 이러한 후크 및 루프형 부착 시스템은 미국 특허 제4,609,581호; 동 제5,254,194호 및 동 제5,505,747호와 국제 특허 출원 공개 제WO 95/19242호에 더 기술되어 있다.

다음 시험 절차와 비제한적인 실시예는 본 발명을 더욱 설명할 것이다. 실시예에서 모든 부, 퍼센티지, 비 등은 달리 지시하지 않으면 중량 기준이다.

다음 약어를 실시예 전체에서 사용한다.

재료의 설명

다음 재료의 약어를 실시예 전체에서 사용한다.

APS: 음이온성 폴리에스테르 계면활성제, 아이씨아이 아메리카스 (Wilmington, DE)에서 상표명 "ZYPHRUM PD9000"으로 입수가능함;

OX-50: 표면적 50 ㎡/g의 실리카 현탁제, 데구사 코오퍼레이션 (DeGussa Corporation; Dublin, OH)에서 상표명 "OX-50"으로 입수가능함;

CS: 메탄규산칼슘 충전제, 나이코 (NYCO; Willsboro, NY)에서 상표명 "NYAD 400 WOLLASTONITE"로 입수가능함;

IRG 819: 포스핀 옥시드, 페닐 비스(2,4,6-트리메틸 벤조일) 광개시제, 시바 가이기 코오퍼레이션 (Greensboro, NC)에서 상표명 "IRGACURE 819"로 입수가능함;

SR368D: 아크릴레이트 에스테르 블렌드, 사르토머 캄파니 (West Chester, PA)에서 상표명 "SR368D"로 입수가능함;

PWA15: 백색 산화알루미늄 충전제, 후지미 코오퍼레이션 (Fujimi Corporation; Elmhurst, IL)에서 상표명 "PWA 15"로 입수가능함;

DIA: 10-20 ㎛ 공업용 다이아몬드 입자, 워렌 다이아몬드 파우더 캄파니 인크 (Warren Diamond Powder Co., Inc.; Olyphant, PA)에서 상표명 "RB DIAMOND"로 입수가능함.

시험 절차 1 (스트라스바프(Strasbaugh) 시험):

시험 기계는 변형 스트라스바프 단면 랩(single side lap) (알. 하워드 스트라스바프, 인크 (R. Howard Strasbaugh, Inc.; Long Beach, CA)로부터 입수가능함)이었다. 0.5 ㎜ 폴리카르보네이트로 제조된 서브패드를 2.3 ㎜ 두께의 우레탄 발포체에 적층시키고, 감압성 접착제를 사용하여 강철 폴리셔(polisher) 플랫폼에 접착시켰다. 30.5 ㎝의 연마 패드를 감압성 접착제를 사용하여 서브패드에 접착시켰다. 작업편은 외경 84 ㎜, 내경 25 ㎜ 및 두께 0.99 ㎜의 티타니아 알루미노 실리케이트 유리 세라믹이었다. 작업편 홀더는 연마하는 동안 유리 디스크를 구속시키기 위해 스프링 부하된 델린(Delrin) 고리 (내경 약 85 ㎜)를 사용하였다. 84 ㎜직경의 DF200 캐리어 패드 (로델 (Rodel; Newark, NJ)로부터 입수가능함)를 작업편 홀더의 강철 백업(back-up)판에 장착하였다. 이어서, 연마시킬 표면의 반대쪽 유리 디스크 표면을 물로 적신 캐리어 표면에 대어 놓았다. 어떠한 힘도 가하지 않은 경우, 델린 고리의 표면은 유리 디스크의 표면 위로 약 0.64 ㎜ 돌출하여 있었다. 델린 고리가 수축하고 유리 디스크가 연마 패드와 직접 접촉하도록 작업편 홀더를 연마 패드와 접촉시켰다. 유리 디스크 상에 생성된 압력이 약 564 g/㎠이 되도록 충분한 힘을 가하였다. 유리 디스크 중심은 연마 패드 중심으로부터 약 70 ㎜ 치우쳐져 있었다. 연마 패드를 위에서 볼 때 시계 방향으로 약 150 rpm으로 회전시켰다. 작업편 홀더를 또한 시계 방향으로 50 rpm으로 회전시켰다. 윤활제를 약 80 ㎖/분의 유속으로 연마 패드 상에 직접 적하시켰다. 디스크를 연마 패드 상에서 약 25 ㎜ 거리로 진동시켰다. 1 진동 주기는 약 15초였다. 연마 패드를 예비콘디셔닝하기 위해, 유리 디스크를 564 g/㎠의 압력에서 15분 동안 연마시켰다. 이어서, 0.30um Ra의 대략적인 표면 마감 (5um의 스틸러스 팁 반경을 갖는 모델 Perthometer M4Pi {마르 코포레이션 (Mahr Corp.; Cincinnati, OH)}를 사용하여 측정함)을 갖는 시험 디스크를 작업편 홀더 내에 삽입시키고, 약 282 g/㎠의 압력에서 각 사이클당 5분 길이로 3 사이클 동안 연마시켰다. 0.30um Ra의 입력 마감을 갖는 새로운 시험 디스크를 부가적인 3 사이클에 사용하였다. 유리 디스크를 각 사이클 전후에 칭량하여 전체 제거량을 g으로 측정하였다. 2.78 g/㎤의 디스크 밀도와 50.51 ㎠의 디스크 면적을 사용하여, 제거 g을 ㎛/분으로 환산하였다.

다이아몬드 비드 연마 입자의 제조

Ludox LS 콜로이드성 실리카 분산액 {듀퐁 캄파니 (Dupont Co.; Wilmington, DE)로부터 입수가능함} 200 g, AY-50 계면활성제 {아메리칸 사이아나미드 (American Cyanamid; Wayne, NJ)로부터 입수가능함} 0.6 g과 DIA 30 g의 슬러리를 톱니 고전단 혼합기 (3" 블레이드 직경)를 사용하여 825 내지 1350 rpm에서 30분 동안 혼합하였다. 대략 4.75 갤런의 2-에틸 헥산올을 AY-50 계면활성제 20 g과 함께 용기에 첨가하였다. 이어서, 상기 슬러리를 연속 교반하면서 2-에틸 헥산올에 첨가하였다. 혼합물을 30분 동안 진탕시켰다. 이어서, 2-에틸 헥산올을 취출시키고, 비드를 아세톤으로 세척하였다. 비드를 550℃에서 건조시키고 체질하여 크기분류하였다. 이 경우, 비드의 직경은 37 ㎛ 미만이었다.

실시예 1과 비교예 A 및 B의 제조 절차

실시예 1과 비교예 A 및 B에 대한 조성

성분	비교예 A	실시예 1	비교예 B
SR368D	37.11	37.11	55.53
OX-50	0.76	0.76	1.04
IRG819	0.38	0.38	0.57
APS	0.7	0.7	0.65
CS	24.15	24.15	14.56
PWA15	29.4	27.9	16.8
DIA,15u	7.5
다이아몬드 비드		9	10.84

제작 도구

제작 도구는 폴리프로필렌 재료를 인접한 끝이 잘린 피라미드들의 집합으로 이루어진 주조 표면을 갖는 금속 마스터 도구 상에서 주조함으로써 제작하였다.금속 마스터 도구는 다이아몬드 터닝(turning) 공정으로 제작하였다. 생성된 중합재 제작 도구는 4면체의 끝이 잘린 피라미드 형상의 공극들을 포함하였다. 각 끝이 잘린 피라미드의 높이는 약 356 ㎛ (14 mils)이고, 각 밑변은 각 면당 약 1427 ㎛ (56 mils)이고, 꼭대기는 각 면당 약 1334 ㎛ (52.5 mils)이었다. 인접한 끝이 잘린 피라미드들의 밑변들 사이는 대략 445 ㎛이었다.

실시예 1과 비교예 A 및 B는 상기 제작 도구를 사용하여 표 2의 연마 슬러리 조성으로부터 제조하였다. 먼저, 제작 도구의 공극들을 원하는 연마 슬러리로 충전시켰다. 이어서, 에틸렌 아크릴산 프라임 코트를 갖는 0.127 ㎜ (5 mils) 폴리에스테르 필름의 시트를 고무 스퀴즈 롤을 사용하여 연마 슬러리로 충전된 도구에 적층시켰다. 400 와트/inch의 2개의 중압 수은 전구를 직렬로 사용하여 연마 슬러리의 바인더 전구체를 경화시켰다. 필름/제작 도구 라미네이트를 UV 램프 하에 0.178 m/s (35 fpm)로 2회 통과시켰다. 이어서, 구조화된 연마 코팅이 접착되어 있는 필름 백킹을 제작 도구로부터 분리시켰다. 이어서, 구조화된 연마 용품을 시험 절차 1 (스트라스바프 시험)을 이용하여 시험하여 그 결과를 표 3에 보고하였다.

스트라스바프 시험 결과

사이클	비교예 A윤활제 사용(㎛/분)	실시예 1윤활제 사용(㎛/분)	실시예 1물 사용(㎛/분)	비교예 B윤활제 사용(㎛/분)
1	0.99	2.26	0.83	1.96
2	0.49	2.16	0.23	1.52
3	0.32	2.09	0.13	1.29
4	0.71	2.24	0.24	1.43
5	0.31	2.02	0.1	1.12
6	0.18	1.88	0.09	1.02
주: 사용된 윤활제는 3 중량%의 Cimtech 100 (신시내티 밀리크론에서 입수가능함)과 97 중량%의 물/글리세롤의 80/20 중량% 혼합물을 포함하였다.

표 3의 결과는 윤활제를 사용한 실시예 1이 시험된 샘플들의 가장 높고 가장 일관된 절삭율을 갖는 것을 입증한다. 윤활제를 물로 대신하거나, 다이아몬드 비드 연마 입자를 다이아몬드 입자로 대신하거나 (비교예 A), 충전제의 양을 감소시킨 (비교예 B) 경우에 성능이 저하된다.

Claims

백킹 (backing); 및

상기 백킹의 표면에 접착된 적어도 하나의 3차원 연마 코팅을 포함하며,

상기 연마 코팅은 다수의 다이아몬드 비드 연마 입자 및 연마 코팅의 약 40 내지 약 60 중량%를 구성하는 충전제가 내부에 분산되어 있는 경화된 바인더 전구체로부터 형성된 바인더를 포함하는 것인,

유리 또는 유리 세라믹 작업편을 연마하기에 적합한 연마 용품.
제1항에 있어서, 상기 다이아몬드 비드 연마 입자의 평균 입도가 약 6 내지 약 100 ㎛인 연마 용품.
제1항에 있어서, 상기 충전제가 메타규산칼슘, 백색 산화알루미늄, 탄산칼슘, 실리카 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인 연마 용품.
제1항에 있어서, 상기 충전제가 메타규산칼슘과 백색 산화알루미늄인 것인 연마 용품.
제1항에 있어서, 상기 충전제가 연마 코팅의 약 50 내지 약 60 중량%를 구성하는 것인 연마 용품.
제1항에 있어서, 상기 백킹이 폴리에스테르 필름, 코-폴리에스테르 필름, 폴리이미드 필름 및 폴리아미드 필름으로 이루어진 군 중에서 선택되는 중합성 필름인 것인 연마 용품.
제6항에 있어서, 상기 백킹이 폴리에틸렌 아크릴산의 타이층 (tie layer)을 갖는 폴리에스테르 필름인 것인 연마 용품.
제1항에 있어서, 상기 백킹과 연마 코팅이 일체형으로 성형된 것인 연마 용품.
제8항에 있어서, 상기 일체형으로 성형된 백킹이 우레탄 중합체를 포함하는 것인 연마 용품.
제1항에 있어서, 상기 바인더가 일관능성 아크릴레이트 단량체, 이관능성 아크릴레이트 단량체, 삼관능성 아크릴레이트 단량체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 경화된 바인더 전구체를 포함하는 것인 연마 용품.
제1항에 있어서, 상기 바인더가 트리스(히드록시에틸)이소시아누레이트와 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트의 혼합물을 포함하는 경화된 바인더 전구체를 포함하는 것인 연마 용품.
제1항에 있어서, 상기 3차원 연마 코팅이 다수의 정확한 형상의 연마 복합재 (composites)를 포함하는 것인 연마 용품.
제12항에 있어서, 상기 정확한 형상의 연마 복합재가 입방체형, 블록형, 원통형, 프리즘형, 피라미드형, 끝이 잘린 피라미드형, 원추형, 끝이 잘린 원추형, 십자형, 꼭대기면이 평평한 기둥형(post-like) 및 반구형으로 이루어진 군 중에서 선택되는 형상을 갖는 것인 연마 용품.
제12항에 있어서, 상기 정확한 형상의 연마 복합재가 끝이 잘린 피라미드형인 연마 용품.
제14항에 있어서, 상기 끝이 잘린 피라미드형 복합재가 바닥 표면적을 한정하는 바닥면과 꼭대기 표면적을 한정하는 꼭대기면을 갖고, 상기 바닥 표면적은 꼭대기 표면적보다 약 15% 이하로 더 큰 것인 연마 용품.
제1항에 있어서, 상기 다이아몬드 비드 연마 입자가 약 35 내지 94 부피%의 미세다공성의 비융합된(nonfused) 금속 산화물 연속 매트릭스 전체에 분포된, 약 6 내지 65 부피%의 다이아몬드 입자를 포함하는 것인 연마 용품.
제16항에 있어서, 상기 금속 산화물 매트릭스는 누프(Knoop) 경도가 1,000 미만이고, 산화지르콘, 산화규소, 산화알루미늄, 산화마그네슘 및 산화티탄으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 것인 연마 용품.
제17항에 있어서, 상기 금속 산화물 매트릭스가 산화규소인 연마 용품.
(a) 유리 또는 유리 세라믹 작업편을,

백킹; 및 상기 백킹의 표면에 접착된 적어도 하나의 3차원 연마 코팅을 포함하며, 상기 연마 코팅은 다수의 다이아몬드 비드 연마 입자 및 연마 코팅의 약 40 내지 약 60 중량%를 구성하는 충전제가 내부에 분산되어 있는 경화된 바인더 전구체로부터 형성된 바인더를 포함하는 것인 연마 용품의 연마 코팅에 접촉시키는 단계;

(b) 상기 작업편과 연마 용품 사이의 계면에 윤활제를 도포하는 단계; 및

(c) 상기 작업편과 연마 용품을 연마 코팅이 작업편을 연마하도록 서로 상대적으로 이동시키는 단계를 포함하는, 유리 또는 유리 세라믹 작업편의 연마 방법.
제19항에 있어서, 상기 윤활제가 물과, 아민, 광유, 케로센, 광물 스피릿 (spirits), 수용성 오일 에멀젼, 폴리에틸렌이민, 에틸렌 글리콜, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 프로필렌 글리콜, 아민 보레이트, 붕산, 아민 카르복실레이트, 소나무 오일, 인돌, 티오아민염, 아미드, 헥사히드로-1,3,5-트리에틸트리아진, 카르복실산, 나트륨 2-머캅토벤조티아졸, 이소프로판올아민, 트리에틸렌디아민 테트라아세트산, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 벤조트리아졸, 나트륨 2-피리딘티올-1-옥시드, 헥실렌 글리콜 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상의 첨가제와의 혼합물을 포함하는 것인 방법.
제19항에 있어서, 상기 윤활제가 물 중 약 20 중량%의 글리세롤을 포함하는 것인 방법.
제19항에 있어서, 상기 유리 세라믹 작업편이 메모리 디스크 기판인 방법.
제19항에 있어서, 상기 다이아몬드 비드 연마 입자의 평균 입도가 약 6 내지 약 100 ㎛인 방법.
제19항에 있어서, 상기 충전제가 메타규산칼슘, 백색 산화알루미늄, 탄산칼슘, 실리카 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인 방법.
제19항에 있어서, 상기 충전제가 메타규산칼슘과 백색 산화알루미늄인 방법.
제19항에 있어서, 상기 충전제가 연마 코팅의 약 50 내지 약 60 중량%를 구성하는 것인 방법.
제19항에 있어서, 상기 백킹이 폴리에스테르 필름, 코-폴리에스테르 필름, 폴리이미드 필름 및 폴리아미드 필름으로 이루어진 군 중에서 선택되는 중합성 필름인 방법.
제27항에 있어서, 상기 백킹이 폴리에틸렌 아크릴산의 타이층을 갖는 폴리에스테르 필름인 방법.
제19항에 있어서, 상기 백킹과 연마 코팅이 일체형으로 성형된 것인 방법.
제29항에 있어서, 상기 일체형으로 성형된 백킹이 우레탄 중합체를 포함하는 것인 방법.
제19항에 있어서, 상기 바인더가 일관능성 아크릴레이트 단량체, 이관능성 아크릴레이트 단량체, 삼관능성 아크릴레이트 단량체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 경화된 바인더 전구체를 포함하는 것인 방법.
제19항에 있어서, 상기 바인더가 트리스(히드록시에틸) 이소시아누레이트와 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트의 혼합물을 포함하는 경화된 바인더 전구체를포함하는 것인 방법.
제19항에 있어서, 상기 3차원 연마 코팅이 다수의 정확한 형상의 연마 복합재를 포함하는 것인 방법.
제33항에 있어서, 상기 정확한 형상의 연마 복합재가 입방체형, 블록형, 원통형, 프리즘형, 직사각형, 피라미드형, 끝이 잘린 피라미드형, 원추형, 끝이 잘린 원추형, 십자형, 꼭대기면이 평평한 기둥형 및 반구형으로 이루어진 군 중에서 선택되는 형상을 갖는 것인 방법.
제33항에 있어서, 상기 정확한 형상의 연마 복합재가 끝이 잘린 피라미드형인 방법.
제35항에 있어서, 상기 끝이 잘린 피라미드형 복합재가 바닥 표면적을 한정하는 바닥면과 꼭대기 표면적을 한정하는 꼭대기면을 갖고, 상기 바닥 표면적은 꼭대기 표면적보다 약 15% 이하로 더 큰 것인 방법.
제19항에 있어서, 상기 다이아몬드 비드 연마 입자가 약 35 내지 94 부피%의 미세다공성의 비융합된 금속 산화물 연속 매트릭스 전체에 분포된, 약 6 내지 65 부피%의 다이아몬드 입자를 포함하는 것인 방법.
제37항에 있어서, 상기 금속 산화물 매트릭스는 누프 경도가 1,000 미만이고, 산화지르콘, 산화규소, 산화알루미늄, 산화마그네슘 및 산화티탄으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 것인 방법.
제38항에 있어서, 상기 금속 산화물 매트릭스가 산화규소인 방법.