KR20070038010A - 연질재 가공용 회전 공구 - Google Patents

연질재 가공용 회전 공구 Download PDF

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KR20070038010A
KR20070038010A KR1020060097009A KR20060097009A KR20070038010A KR 20070038010 A KR20070038010 A KR 20070038010A KR 1020060097009 A KR1020060097009 A KR 1020060097009A KR 20060097009 A KR20060097009 A KR 20060097009A KR 20070038010 A KR20070038010 A KR 20070038010A
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요시따다 아따까
아끼라 오사다
류이찌 마쯔끼
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미츠비시 마테리알 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는 이동되는 피가공재에 대해 회전 공구를 압박하여 가공하는 경우라도, 안정적으로 피가공재의 표면을 가공ㆍ조정할 수 있는 연질재 가공용 회전 공구를 제공하는 것이다.
연질재로 이루어지는 피가공재가 이동되고, 이 피가공재에 대해 가공을 실시하는 연질재 가공용 회전 공구이며, 기판의 표면에 절삭날 볼록부(14)가 상방으로 돌출하도록 2개 이상 형성되고, 절삭날 볼록부(14)의 상면은 경사면(15)이 되고, 이 경사면(15)의 변 모서리부 중 가장 상방으로 돌출한 부분에는 절삭날 능선부(16)가 형성되고, 절삭날 볼록부(14) 중 일부의 절삭날 볼록부(14)의 경사면(15)이 적어도 상기 기판 회전의 주위 방향의 한쪽을 향하도록 배치되고, 남은 절삭날 볼록부(14) 중 적어도 일부의 절삭날 볼록부(14)의 경사면(15)이 적어도 상기 주위 방향의 다른 쪽을 향하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
절삭날 볼록부, 경사면, 절삭날 능선부, 다이 시트면, 기판, 다이 시트부

Description

연질재 가공용 회전 공구{ROTARY TOOL FOR SOFT MATERIAL}
도1은 본 발명의 제1 형태인 연질재 가공용 회전 공구 기판의 평면도.
도2는 도1에 있어서의 Z-Z 단면도.
도3은 도1에 있어서의 다이 시트부 및 절삭날 볼록부의 사시도.
도4는 도1의 연질재 가공용 회전 공구로 패드를 가공하고 있는 상태의 설명도.
도5는 본 발명의 제2 형태인 연질재 가공용 회전 공구 기판의 상면도.
도6은 도5에 있어서의 V-V 단면도.
도7은 본 발명의 제3 형태인 연질재 가공용 회전 공구 기판의 상면도.
도8은 도7에 있어서의 칩의 사시도.
도9는 종래의 연질재 가공용 회전 공구를 이용한 패드 컨디셔너의 일례를 나타내는 도면.
도10은 도9에 있어서의 X-X 단면도.
도11은 도9에 있어서의 Y-Y 단면도.
도12는 제1 실시 형태의 시험 결과인 패드 제거율을 나타내는 도면.
도13은 제1 실시 형태의 시험 결과인 패드 단면 형상을 나타내는 도면.
도14는 제2 실시 형태의 시험 결과인 패드 제거율을 나타내는 도면.
도15는 제3 실시 형태의 시험 결과인 패드 제거율을 나타내는 도면.
도16은 제4 실시 형태의 시험 결과인 패드 제거율을 나타내는 도면.
도17은 제5 실시 형태의 시험 결과인 패드 제거율을 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 기판
12 : 다이 시트부
14 : 절삭날 볼록부
15 : 상면부(경사면)
16 : 절삭날 능선부
17 : 기상 합성 다이아몬드막(다이아몬드막)
20 : 칩
[문헌 1] 일본 특허 공개 평7-328937호 공보
[문헌 2] 일본 특허 공개 평10-44023호 공보
[문헌 3] 일본 특허 공개 제2004-34266호 공보
본 발명은 다공성의 수지ㆍ고무ㆍ폴리우레탄 러버 등으로 이루어지는 패드, 예를 들어 반도체 웨이퍼의 연마용 패드 등의 연질재의 표면을 가공ㆍ조정하기 위 한 회전 공구에 관한 것이다.
최근, 반도체 산업의 진전과 함께, 금속, 반도체, 세라믹스 등의 표면을 고정밀도로 마무리하는 가공 방법의 필요성이 높아지고 있고, 특히 반도체 웨이퍼에서는 그 집적도의 향상과 함께 나노 미터(1/1000 마이크론) 수준의 표면 마무리가 요구되고 있다. 이와 같은 고정밀도의 표면 마무리에 대응하기 위해, 반도체 웨이퍼에 대해 다공성의 패드(연마 천)를 이용한 CMP 연마(케미컬 메카니컬 폴리시)가 일반적으로 행해지고 있다. CMP 연마라 함은 지립 등을 이용하는 기계적인 연마와, 알칼리액, 산성액 등으로 에칭하는 화학적 연마를 조합한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 연마에 이용되는 패드는 연마 시간이 경과되어 감에 따라, 막힘이나 압축 변형이 생기고, 그 표면 상태가 점차적으로 변화되어 간다. 그러면, 연마 속도의 저하나 불균일 연마 등의 바람직하지 못한 현상이 생기므로, 패드의 표면을 정기적으로 가공ㆍ조정함으로써, 패드의 표면 상태를 일정하게 유지하여 양호한 연마 상태를 유지하는 연구가 행해지고 있다.
이 패드를 가공ㆍ조정하기 위해 이용되는 연질재 가공용 회전 공구의 일례로서, 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 개시되어 있는 바와 같이, 기판의 표면에 상방으로 돌출하는 복수의 절삭날 볼록부가 형성된 것이 제공되어 있다.
이러한 연질재 가공용 회전 공구는, 그 기판의 표면을 축선 주위에 회전시킬 수 있는 패드의 표면에 대해 일정한 짐으로 압박함으로써, 이 기판이 패드의 회전 운동에 수반하여 회전 운동을 행하여 패드의 표면에 압입되어 있는 절삭날 볼록부에 의해 패드의 표면을 가공ㆍ조정해 가는 것이다.
여기서, 패드는 우레탄 폼 등의 연질재로 구성되어 있고, 회전 공구를 압박하였을 때에 패드의 표면이 변형되어 릴리프되어 버리므로, 절삭날 볼록부에 의한 가공을 충분히 행할 수 없다는 등의 문제가 있었다. 또한, 절삭날 볼록부를 패드의 표면에 무리하게 압박하여 가공한 경우에는, 패드의 표면이 파손되도록 가공되어 패드 표면의 빈 구멍부가 파손되어 반도체 웨이퍼의 연마에 사용할 수 없게 되어 버린다는 등의 문제가 있었다.
여기서, 특허 문헌 3에서는 절삭날 볼록부를 방향성이 있는 형상으로 하고, 회전 공구 기판의 주위 방향의 한쪽(공구 회전 방향 전방측)을 향해 모든 절삭날 볼록부를 일정한 배치로 한 것이 개시되어 있다. 이 회전 공구에서는 절삭날 볼록부의 공구 회전 방향 전방측을 향하는 면이, 기판측을 향하는 것에 따라 점차 공구회전 방향 후방측으로 후퇴하도록 경사져 있고, 절삭날 볼록부가 공구 회전 방향 전방측으로부터 접촉하는 패드 표면의 깊은 위치까지 들어갈 수 있는 형상으로 되어 있으므로, 패드를 효율적으로 가공할 수 있는 것이다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평7-328937호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 평10-44023호 공보
[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 제2004-34266호 공보
그런데, 특허 문헌 3에 개시된 연질재 가공용 회전 공구를 사용한 패드 컨디셔너에서는, 회전 공구가 축선 주위에 회전되어 있는 동시에 피가공재인 패드 자체도 회전 이동하고 있고, 패드와 회전 공구의 접촉 방향은 이러한 회전 방향 및 회 전 속도에 의해 변화하게 된다. 여기서, 도9 내지 도11에 피가공재인 패드와 회전 공구의 위치 관계의 일례를 나타낸다.
도9에 도시한 바와 같이, 전술의 패드 컨디셔너에서는 대직경의 패드(P)가 패드 회전 방향(R)으로 회전하고 있는 부분에, 공구 회전 방향(T)으로 회전되는 회전 공구(1)의 절삭날 볼록부(2)를 압박하도록 하여 가공이 행해진다. 패드(P)의 중심 부근(도9의 X-X 단면 부근)에서는 공구 회전 방향(T)과 패드 회전 방향(R)이 서로 상대하도록 향할 수 있으므로, 도10에 도시한 바와 같이 패드(P)는 공구 회전 방향(T) 전방측으로부터 접촉하게 되고, 절삭날 볼록부(2)에 의해 패드(P)를 효율적으로 가공할 수 있다.
한편, 패드(P)의 외주측(도9의 Y-Y 단면 부근)에서는 공구 회전 방향(T)과 패드 회전 방향(R)이 동일한 방향이 된다. 여기서, 패드(P)의 회전 속도가 회전 공구(1)의 회전 속도와 같다고 되어 패드(P)와 회전 공구(1)의 상대 속도가 제로가 된 경우에는 패드(P)를 회전 공구(1)로 가공할 수 없게 되어 버리므로, 상대 속도가 제로가 되지 않도록, 패드(P)의 회전 속도와 회전 공구(1)의 회전 속도에 소정의 속도차가 생기도록 설정되어 있다.
그러나, 회전 공구(1)의 회전 속도를 패드(P)의 회전 속도보다 빨리 해도, 패드(P)의 내주측과 같은 상대 속도를 얻을 수 없고, 또한 패드(P)의 회전 속도가 회전 공구(1)의 회전 속도보다도 느리면, 도11에 도시한 바와 같이 패드(P)가 공구 회전 방향(T) 후방측으로부터 절삭날 볼록부(1)에 접촉하게 되고, 어떻게 해도 모처럼 절삭날 볼록부(2)의 형상을 패드(P) 깊이까지 들어가는 형상으로 형성했는데 도 불구하고, 패드(P)의 외주측에서는 패드(P)를 효율적으로 가공할 수 없게 된다는 등의 문제가 있었다.
이와 같이, 회전 공구(1)와 패드(P)의 위치 관계에 따라서는, 패드(P) 표면에 충분히 가공되지 않은 부분이 발생된다는 등의 문제가 있었다.
본 발명은, 전술한 사정을 비추어 이루어진 것으로, 이동되는 피가공재에 대해 회전 공구를 압박하여 가공하는 경우라도, 안정적으로 피가공재의 표면을 가공ㆍ조정할 수 있는 연질재 가공용 회전 공구를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 연질재로 이루어지는 피가공재가 이동되고, 이 피가공재에 대해 가공을 실시하는 연질재 가공용 회전 공구이며, 기판의 표면에는 절삭날 볼록부가 상방으로 돌출하도록 2개 이상 형성되고, 상기 절삭날 볼록부의 상면은 상기 기판의 바닥면에 평행한 평면에 대해 경사진 경사면으로 하고, 적어도 상기 경사면의 변 모서리부 중 가장 상방으로 돌출한 부분에는 절삭날 능선부가 형성되어 있고, 상기 절삭날 볼록부 중 일부의 절삭날 볼록부의 상기 경사면이 적어도 상기 기판 회전의 주위 방향의 한쪽을 향하도록 배치되고, 남은 상기 절삭날 볼록부 중 적어도 일부의 절삭날 볼록부의 상기 경사면이 적어도 상기 주위 방향의 다른 쪽을 향하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제1 실시 형태에 대해 설명한다. 도1 내지 도3에 제1 실시 형태인 연질재 가공용 회전 공구를 도시한다.
연질재 가공용 회전 공구의 기판(11)은 SiC(탄화규소)로 구성되고, 축선을 중심으로 하여 공구 회전 방향(T)을 향해 회전되는 개략 원판형을 이루고 있고, 서로 평행한 표면(11A) 및 바닥면(11B)을 갖고 있다. 기판(11)의 표면(11A)에 있어서의 중앙 영역을 제외한 직경 방향 외주측의 주위 모서리 영역에는 상방을 향해 돌출하는 적어도 하나의 다이 시트부(12)가 형성되어 있고, 본 실시 형태에서는 도1에 도시한 바와 같이 상방을 향해 돌출하는 복수의 다이 시트부(12)가 주위 방향에서 대략 등간격으로 배치되는 동시에 지그재그 배치가 되도록 복수열 형성되어 있다.
이러한 복수의 다이 시트부(12)는, 각각 동일 형상의 정사각 기둥 형상을 이루고 있고, 대략 정방면 형상을 이루는 상면이 다이 시트면(13)이 되고, 다이 시트면(13)의 전면이 기판(11)의 바닥면(11B)과 대략 평행한 평탄면이 되어 있다. 이들 복수의 다이 시트부(12)의 다이 시트면(13)의 높이[기판(11)의 표면(11A)으로부터의 높이]는 서로 같게 되어 있다.
또한, 복수의 다이 시트부(12)의 각각의 다이 시트면(13)(평탄면)에 있어서, 그 주위 모서리 영역[다이 시트부(12)에 있어서의 다이 시트면(13)과 주위면(측면)이 교차하여 생기는 대략 정방 형상의 교차 능선(14)을 포함하는 주위 모서리 영역] 중 적어도 공구 회전 방향(T) 전방측[대략 원판형을 이루는 기판(11)의 축선으로부터 직경 방향 외주측을 향해 연장되는 직선보다도 전방측] 및 후방측[대략 원판형을 이루는 기판(11)의 축선으로부터 직경 방향 외주측을 향해 연장되는 직선보다도 후방측]의 영역을 제외한 영역에, 상방으로 돌출하는 적어도 하나의 절삭날 볼록부(14)가 형성되어 있다.
본 실시 형태에서는, 도3에 도시한 바와 같이 복수의 다이 시트부(12)의 각각의 다이 시트면(13)에 있어서, 그 주위 모서리 영역의 우리 공구 회전 방향(T) 전방측 및 후방측뿐만 아니라, 주위 모서리 영역 중[기판(11)의] 직경 방향 내주측 및 외주측의 영역을 포함하는 주위 모서리 영역 모두를 제외한 중앙 영역에, 상방으로 돌출하는 하나의 절삭날 볼록부(14)가 형성되어 있다.
또한, 이들 복수의 절삭날 볼록부(14)도 다이 시트부(12)와 마찬가지로 각각 동일 형상의 정사각 기둥 형상을 이루고 있기 때문에, 대략 정방형 단면 형상을 이루는 다이 시트부(12)의 다이 시트면(13)은, 실제로는 그 주위 모서리 영역만으로 구성된 대략 정사각 링면 형상을 이루고 있다.
이와 같이, 하나의 다이 시트부(12)의 각각에 대해, 그 다이 시트면(13)의 중앙 영역에 하나의 절삭날 볼록부(14)가 상방으로 돌출하여 형성되어 있기 때문에, 이들 다이 시트부(12) 및 절삭날 볼록부(14)는 외부 직경이 큰 대략 정사각 기둥 형상을 이루는 다이 시트부(12)와 외부 직경이 작은 대략 정사각 기둥 형상을 이루는 절삭날 볼록부(14)가 동축에 접속된 2단 돌기형을 이루고 있고, 기판(11)의 표면(11A)에는 복수의 다이 시트부(12)와 같은 수만큼, 복수의 절삭날 볼록부(14)가 존재하게 된다.
그리고, 절삭날 볼록부(14)의 상면부(15)는, 도2 및 도3에 도시한 바와 같이 기판(11)의 바닥면(11B)에 평행한 평면에 대해 경사진 경사면으로 하고 있고, 이 상면부(15)가 이루는 경사면과 기판(11)의 바닥면(11B)에 평행한 평면이 이루는 각 도(θ)는 5°≤ θ ≤ 40°가 되도록, 보다 바람직하게는 5°≤ θ ≤ 30°가 되도록 설정되어 있다.
또한, 절삭날 볼록부(14)의 4개의 측면은 다이 시트면(13)으로부터 대략 수직으로 연장되어 있고, 이 4개의 측면과 상면부(15)(경사면)의 교차 능선 중, 가장 다이 시트면(13)으로부터 분리된 부분에 위치하는 교차 능선부가, 이 절삭날 볼록부(14)가 갖는 절삭날 능선부(16)로 되어 있다. 즉, 절삭날 능선부(16)에 연결되도록 경사면이 된 상면부(15)가 배치되어 있는 것이다. 또한, 모든 절삭날 볼록부(14)의 절삭날 능선부(16)의 높이[기판(11)의 표면(11A)으로부터의 높이]는 서로 같게 되어 있다.
복수 형성된 절삭날 볼록부(14) 중 일부의 절삭날 볼록부(14)는 경사면으로 된 상면부(15)를, 적어도 기판(11)의 주위 방향의 일방측, 즉 직경 방향이 아닌 방향을 향하도록 배치되고, 남은 절삭날 볼록부(14) 중 적어도 일부의 절삭날 볼록부(14)가 적어도 기판(11)의 주위 방향의 타방측을 향하도록 배치되어 있고, 본 실시 형태에 있어서는 도2에 도시한 바와 같이 절삭날 볼록부(14)가 각각 반대측을 향하도록, 또한 기판(11)의 주위 방향에 따라 상면부(15)가 향하도록 배치되어 있다. 즉, 절삭날 능선부(16)가 기판(11)의 직경 방향을 따라 연장되도록 배치되어 있는 동시에, 상면부(15)가 주위 방향의 일방측을 향하는 절삭날 볼록부(14)와 타방측을 향하는 절삭날 볼록부(14)가, 각 열에 있어서 동일 수씩 교대로 배치되어 있는 것이다.
또한, 기판(11)의 표면(11A)과 일체로 형성된 절삭날 볼록부(14)에 있어서의 적어도 상면부(15)에는 기상 합성 다이아몬드막(17)이 코팅되어 있고, 본 실시 형태에 있어서는 복수의 절삭날 볼록부(14)를 포함하는 기판(11)의 표면(11A)의 전면이 기상 합성 다이아몬드막(17)으로 코팅되고, 그 막 두께는 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛로 되어 있다.
이와 같은 기상 합성 다이아몬드막(17)은, 상기한 바와 같은 복수의 다이 시트부(12)와 복수의 절삭날 볼록부(14)를 갖는 기판(11)에 대해, 예를 들어 마이크로파 플라즈마를 이용하는 방법이나 열 필라멘트를 이용하는 방법 등의 공지의 방법을 사용함으로써, 복수의 다이 시트부(12) 및 복수의 절삭날 볼록부(14)를 포함하는 기판(11)의 표면(11A)의 전면에 걸쳐서 형성된다.
이와 같이 구성된 연질재 가공용 회전 공구는 기판(11)의 바닥면(11B)이 스테인레스나 수지 등으로 이루어지는 판재가 접착되거나, 기판(11)이 스테인레스 등의 판재에 형성된 오목함에 가열 끼움되거나 하여 조립 부착된 후, 실제의 가공에 이용되게 된다.
그리고, 조립 부착된 상태의 연질재 가공용 회전 공구는, 그 기판(11)의 표면(11A)을 패드 회전 방향(R)을 향해 회전시킬 수 있는 다공성의 수지ㆍ고무ㆍ(독립 기포를 갖음) 폴리우레탄 러버 등으로 이루어지는 패드(P)의 표면에 대략 평행하게 대향시켜 일정한 하중으로 압박함으로써, 기판(11)이 패드(P)의 회전 운동에 따라 공구 회전 방향(T)을 향해 상기 표면(11A) 및 바닥면(11B)에 수직인 회전 축선 주위에 회전 운동을 행하고, 패드(P) 표면에 접지하여 압입되어 있는 복수의 절삭날 볼록부(14)에 형성된 절삭날 능선부(16)로 피가공재로서의 패드(P) 표면을 가 공한다.
실제로는, 절삭날 능선부(16)를 코팅하고 있는 기상 합성 다이아몬드막(17)이 패드(P)의 표면을 가공하게 된다. 이와 같이 절삭날 능선부(16)[기상 합성 다이아몬드막(17)]에 의해 패드(P)가 가공되었을 때에 생성하는 가공 칩은 절삭날 볼록부(14)끼리의 사이에 위치하는 간극이나 다이 시트부(12)끼리의 사이에 위치하는 간극 등으로부터 배출된다.
또한, 패드(P)의 회전 속도가 연질재 가공용 회전 공구의 회전 속도와 같게 되어 패드(P)와 연질재 가공용 회전 공구의 상대 속도가 제로가 되면, 패드(P)를 가공할 수 없어져 버리므로, 패드(P)의 회전 속도는 연질재 가공용 회전 공구의 회전 속도와 소정의 속도차가 생기도록 설정되어 있다.
상기의 구성의 연질재 가공용 회전 공구에서는, 절삭날 볼록부(14)의 상면부(15)가 경사면으로 되고, 이 상면부(15)(경사면)와 측면의 교차 능선 중 다이 시트면(13)으로부터 가장 이격된 부분에 위치하는 교차 능선이 이 절삭날 볼록부(14)의 절삭날 능선부(16)가 되어 있고, 상면부(15)가 기판(11)의 주위 방향을 향하도록 배치되어 있으므로, 절삭날 볼록부(14)의 전방측[절삭날 능선부(16)가 마련되어진 측]으로부터 패드(P)가 접촉할 때에는, 도4에 도시한 바와 같이 패드(P)의 표면에 절삭날 볼록부(14)가 압입되어 패드(P)가 절삭날 볼록부(14) 중 절삭날 능선부(16)가 압박된 부분에서는 크게 오목해지도록 탄성 변형하게 되고, 이 절살날 능선부(16)에 연결되는 상면부(15)의 부분에서는 상면부(15)가 이루는 경사면에 따르도록 탄성 복귀되어 있다. 따라서, 절삭날 볼록부(14)의 절삭날 능선부(16)가 패 드(P)에 깊게 들어가게 되고, 패드(P)를 효율적으로 가공할 수 있다. 또한, 이와 같이 절삭날 능선부(16)가 패드(P)에 깊게 들어가게 되고, 실제로는 상기 교차 능선뿐만 아니라, 이에 연결되는 상면부(15)의 경사변 변 모서리부나 다이 시트면(13)으로부터 절삭날 능선부(16)를 향해 연장되는 면의 변 모서리부도 포함시킨 부분이 패드(P)의 가공에 제공된다.
그리고, 절삭날 볼록부(14)가 복수 형성되고, 절삭날 볼록부(14) 중 일부의 절삭날 볼록부(14)는 절삭날 볼록부(14)의 상면부(15)가 기판(11)의 주위 방향의 한쪽을 향하도록 배치되는 동시에, 남은 절삭날 볼록부(14)는 그 상면부(15)가 주위 방향의 다른 쪽을 향하도록 배치되어 있으므로, 패드(P)가 고속으로 회전되어 공구 회전 방향(T)(기판의 주위 방향의 한쪽)의 후방측으로부터 패드(P)가 접촉되는 경우라도, 상면부(15)가 공구 회전 방향(T) 전방측(기판의 주위 방향의 한쪽)을 향할 수 있던 절삭날 볼록부(14)의 절삭날 능선부(16)가 패드(P)에 깊게 들어가 패드(P)를 가공할 수 있다. 즉, 패드 회전 방향(R)으로 회전 이동되는 패드(P)가 회전 공구에 대해 공구 회전 방향(T) 후방측으로부터 접촉하는 경우에도, 어느 한쪽의 일부의 절삭날 볼록부(14)는 그 상면부(15)가 패드 회전 방향(R)에 대향하는 쪽에 절삭날 능선부(16)를 갖는 경사면이 되고, 이 절삭날 능선부(16)에 의해 패드(P)를 효율적으로 가공할 수 있어, 가공이 불충분한 부분을 없앨 수 있는 것이다.
게다가, 본 실시 형태에서는 경사면이 된 상면부(15)가 주위 방향의 한쪽을 향하는 절삭날 볼록부(14)와, 다른 쪽을 향하는 절삭날 볼록부(14)가 교대로 설치 되어 있고, 즉 이들이 기판(11)에 마련되는 절삭날 볼록부(14)의 각각 50 ％의 수로 되어 있고, 따라서 패드(P)가 주위 방향의 어느 쪽의 방향으로 회전되어도 확실하게 효율이 좋은 가공을 촉구할 수 있다. 또한, 이렇게 모든 절삭날 볼록부(14)의 상면부(15)가 주위 방향의 한쪽과 다른 쪽으로 향하고 있지 않아도, 예를 들어 상면부(15)가 기판(11)의 직경 방향을 향하는 절삭날 볼록부(14)가 포함되어 있어도 좋지만, 전술의 효과를 발휘하기 위해서는 상면부(15)가 주위 방향의 한쪽 혹은 다른 쪽을 향하는 절삭날 볼록부(14f), 각각 기판(11)에 형성된 모든 절삭날 볼록부(14) 중 20 ％ 이상의 수로 되는 것이 바람직하다.
또한, 절삭날 볼록부(14)의 상면부(15)가 이루는 경사면과, 기판(11)의 바닥면(11B)에 평행한 평면, 즉 기판(11)의 상기 회전 축선에 수직인 평면이 이루는 각도(θ)가 5°≤ θ ≤ 40°의 범위가 되도록, 바람직하게는 5°≤ θ ≤ 30°의 범위가 되도록 설정되어 있으므로, 절삭날 볼록부(14)의 강성을 확보할 수 있어 절삭날 볼록부(14)가 결손되는 것을 방지할 수 있는 동시에, 패드(P)를 상면부(15)가 이루는 경사면에 따라 탄성 복귀시킴으로써 절삭날 능선부(16)를 패드(P)에 깊게 들어가게 할 수 있어, 패드(P)를 효율적으로 확실하게 가공할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 상면부(15)가 주위 방향의 한쪽 또는 다른 쪽을 향하는 경사면이 된 절삭날 볼록부(14)의 절삭날 능선부(16)가 기판(11)의 직경 방향으로 연장되도록 형성되어 있고, 기판(11)의 표면에 대향하는 방향으로부터 보아 이 절삭날 능선부(16)에 직교하는 방향으로 상면부(15)가 상기 각도(θ)로 경사지도록 형성되어 있다. 따라서, 절삭날 능선부(16) 및 상면부(15)는 기판(11)의 회 전에 수반하여, 직경 방향에 있어서는 한결같이 패드(P)에 깊게 들어가게 되므로, 본 실시 형태에 따르면 균일한 패드(P)의 가공이 가능하다. 단, 이들 상면부(15)가 주위 방향의 한쪽 또는 다른 쪽을 향하는 경사면이 된 절삭날 볼록부(14)에 있어서는, 상면부(15)가 상기 각도(θ)로 경사지는 방향, 즉 경사면이 기판(11)의 바닥면(11B)에 평향한 평면에 대해 최대의 각도로 경사지는 방향은 기판(11)의 표면(11A)에 대향하는 방향으로부터 보아 기판(11)의 회전 중심을 중심으로 하여 절삭날 볼록부(14)의 절삭날 능선부(16)에 교차하는 원의 상기 절삭날 능선부(16)의 교차에 있어서의 접속과 반드시 엄밀하게 일치하지 않아도 좋다. 이 교차점으로부터 경사면이 최대의 각도로 경사지는 방향과 상기 접속 방향이 이루는 각도가 45° 이하로 되어 있으면 좋다.
또한, 절삭날 볼록부(14)가 기판(11)으로부터 상방으로 돌출된 다이 시트부(12)의 다이 시트면(13)에 형성되어 있으므로, 회전 공구를 패드(P) 표면에 압박하였을 때에, 이 다이 시트부(12)에 의해서도 패드(P)를 압박하게 되고, 절삭날 볼록부(14)의 절삭날 능선부(16)를 패드(P)로부터 깊은 위치까지 안정되게 들어가게 할 수 있어, 회전 공구에 의한 가공을 한층 안정되게 효율적으로 행할 수 있다.
또한, 절삭날 볼록부(14)가 패드(P)에 들어가는 깊이는 다이 시트부(12)의 다이 시트면(13)과 패드(P) 표면의 접촉에 의해 결정되므로, 다이 시트면(13)으로부터의 절삭날 능선부(16)의 높이를 조정함으로써 가공 속도를 제어하여 정밀도 좋게 패드(P)를 가공할 수 있다.
또한, 절삭날 볼록부(14)가 내마모 재료인 SiC로 구성되는 동시에, 절삭날 볼록부(14)의 표면이 기상 합성 다이아몬드막(17)으로 코팅되어 있으므로, 절삭날 볼록부(14)의 내마모성이 향상되어 있고, 장기간에 걸쳐서 패드(P)를 안정시켜 가공할 수 있어, 이 회전 공구의 수명을 길게 할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 도5 및 도6에 본 발명의 제2 실시 형태인 연질재 가공용 회전 공구를 도시한다. 또한, 제1 실시 형태에서 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.
이 연질재 가공용 회전 공구의 기판(11)은, 제1 실시 형태와 같이 SiC(탄화규소)로 구성되는 동시에 개략 원판형을 이루고 있고, 서로 평행한 표면(11A) 및 바닥면(11B)을 갖고 있다. 이 기판(11)의 표면(11A)에 있어서의 중앙 영역을 제외한 직경 방향 외주측의 주위 모서리 영역에는 상방을 향해 돌출하는 절삭날 볼록부(14)가 기판(11)의 표면(11A)에 직접 형성되어 있다. 이 절삭날 볼록부(14)는, 도5에 도시한 바와 같이 격자 형상으로 배열되어 있다.
이들의 복수의 절삭날 볼록부(14)의 상면부(15)는, 도6에 도시한 바와 같이 기판(11)의 바닥면(11B)에 평행한 평면에 대해 경사진 경사면이 되고, 절삭날 볼록부(14)의 4개의 측면은 다이 시트면(13)으로부터 대략 수직으로 연장되어 있고, 이 4개의 측면과 상면부(15)(경사면)의 교차 능선 중, 가장 기재(11)의 표면(11A)으로부터 분리된 부분에 위치하는 교차 능선부에 절삭날 능선부에 절삭날 능선부(16)가 형성되어 있다. 또한, 모든 절삭날 볼록부(14)의 절삭날 능선부(16)의 높이[기판(11)의 표면(11A)으로부터의 높이]는 서로 같게 되어 있다.
그리고, 본 실시 형태에서는 격자 형상으로 배열된 모든 절삭날 볼록부(14) 는 그 상면부(15)가 표면(11A)에 대향하는 평면 시에 있어서 동일한 방향(도5에 도시한 D 방향)을 향하도록, 즉 절삭날 능선부(16)가 이 동일한 방향과는 반대로 적합한 것의 방향(도5에 도시한 C 방향)을 향해 서로 평행하게 연장되도록 배치되어 있다.
이와 같이, 절삭날 볼록부(14)를 형성함으로써, 도5에 있어서의 영역(I)에 존재하는 절삭날 볼록부(14)는 경사면으로 한 상면부(15)가 공구 회전 방향(T)을 중심으로 하여 ±45°의 범위 내가 되도록 배치되고, 영역(Ⅲ)에 존재하는 절삭날 볼록부(14)는 경사면으로 한 상면부(15)가 공구 회전 방향(T)의 반대 방향을 중심으로 하여 ±45°의 범위 내가 되도록 배치되게 된다. 그리고, 영역(I)에 존재하는 절삭날 볼록부(14) 및 영역(Ⅲ)에 존재하는 절삭날 볼록부(14)는, 각각 기판(11)에 형성된 모두의 절삭날 볼록부(14) 중 25 ％를 차지하게 된다.
이 구성의 연질재 가공용 회전 공구에서는 영역(I)에 존재하는 절삭날 볼록부(14)의 상면부(15)가 공구 회전 방향(T)을 중심으로 하여 ±45°의 범위 내가 되도록 배치되고, 영역(Ⅲ)에 존재하는 절삭날 볼록부(14)의 상면부(15)가 공구 회전 방향(T)의 반대 방향을 중심으로 하여 ±45°의 범위 내가 되도록 배치되어 있으므로, 패드(P)가 고속으로 회전되어 공구 회전 방향(T)의 후방측으로부터 패드(P)가 접촉되는 경우라도, 상면부(15)가 공구 회전 방향(T)을 향하게 된 절삭날 볼록부(14)[영역(Ⅲ)에 존재하는 절삭날 볼록부(14)]의 절삭날 능선부(16)가 패드(P)에 깊게 들어가 패드(P)를 가공할 수 있어, 가공이 불충분한 부분을 없앨 수 있다.
또한, 이들 영역(I) 및 영역(Ⅲ)에 존재하는 절삭날 볼록부(14)가, 각각 기 판(11)에 형성된 모든 절삭날 볼록부(14) 중 25 ％를 차지하고 있으므로, 공구 회전 방향(T)의 전방측 혹은 후방측으로부터 패드(P)가 접촉할 때 패드(P)의 가공을 확실하게 행할 수 있다.
또한, 이러한 구성의 연질재 가공용 회전 공구는 절삭날 볼록부(14)를 격자 형상으로 배치하고, 모든 절삭날 볼록부(14)의 상면부(15)가, 도5에 도시한 D 방향을 향하도록 형성함으로써 형성할 수 있으므로, 이 연질재 가공용 회전 공구를 비교 용이하게 제작할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해 설명한다. 도7 및 도8에 본 발명의 제3 실시 형태인 연질재 가공용 회전 공구를 도시한다. 또한, 제1 실시 형태와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.
이 연질재 가공용 회전 공구의 기판(11)은 개략 원판형을 이루고 있고, 서로 평행한 표면(11A) 및 도시되어 있지 않은 바닥면을 갖고 있다. 이 기판(11)의 표면(11A)에 있어서의 직경 방향 외주측의 주위 모서리 영역에는 복수의 칩(20)이 주위 방향으로 동일한 간격으로 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 도7에 도시한 바와 같이 15개의 칩(20)이 24°간격으로 배치되어 있다.
이 칩(20)은 SiC(탄화규소)로 구성되고, 칩(20)의 상면은 사각형 면이 되고, 기판(11)의 바닥면으로 평행해지도록 배치되어 있다. 이 칩(20)의 상면이 이루는 사각형의 4개 모서리부에는 상방을 향해 돌출하는 다이 시트부(12)가 각각 설치되어 있고, 하나의 다이 시트부(12)에 하나의 절삭날 볼록부(14)가 형성되어 있다. 즉, 하나의 칩(20) 상에는 4개의 절삭날 볼록부(14)가 형성되어 있고, 기판(11) 전 체로 60개의 절삭날 볼록부를 구비하고 있다.
절삭날 볼록부(14)의 상면부(15)는 칩(20)의 상면에 평행한 평면에 대해 경사져 있고, 하나의 칩(20)에 형성된 절삭날 볼록부(14)의 상면부(15)는 같은 방향을 향하도록 형성되어 있다. 그리고, 이러한 칩(20)이 절삭날 볼록부(14)의 상면부(15)가 공구 회전 방향(T) 전방측을 향하도록 한 것과, 공구 회전 방향(T) 후방측을 향하도록 한 것이 교대로 배치되어 있다.
이 구성의 연질재 가공용 회전 공구에서는 절삭날 볼록부(14)가 칩(20) 상에 형성되어 있고, 이 칩(20)을 기판(11)의 표면(11A)에 고정하고 있으므로, 이 칩(20)만을 가공하여 절삭날 볼록부(14)를 형성할 수 있어, 절삭날 볼록부(14)를 정밀도 좋게 성형할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는 절삭날 볼록부(14) 및 다이 시트부(12)가 형성되는 기판(11) 또는 칩(20)을 SiC(탄화규소)로 구성한 것으로서 설명하였지만, 기판(11) 또는 칩(20)을 구성하는 재료에 관해서는, 기상 합성 다이아몬드막(17)을 생성하기 쉬운 것과, 다이 시트부(12) 및 절삭날 볼록부(14)를 형성하기 쉬운 것과, 실용에 견디기 위한 기계적 특성의 관점으로부터, 예를 들어 이하에 나타나 있는 바와 같은 것이 적합되어 있고, 이들의 재료로 구성되어 있으면 좋다.
(1) 4a족, 5a족, 6a족 중 어느 하나의 금속 혹은 실리콘과의 탄화물, 질화물 혹은 탄질화물,
4a족, 5a족, 6a족 중 어느 하나의 금속과 실리콘과의 탄화물, 질화물 혹은 탄질화물,
실리콘 중 어느 하나의 1종, 또는 이러한 복합체.
(2) 4a족, 5a족, 6a족 중 어느 하나의 금속 혹은 실리콘과의 탄화물, 질화물 혹은 탄질화물 중 적어도 1종과,
철, 니켈 혹은 코발트 중 적어도 1종의 복합체로 이루어지는 초경 합금.
(3) 실리콘 혹은 알루미늄의 질화물 혹은 산화물 중 어느 한쪽 또는 이러한 복합체.
또한, 본 실시 형태에서는 다이 시트부(12)나 절삭날 볼록부(1, 4)의 형상을 대략 정사각 기둥 형상으로 하였지만, 원기둥 형상이나 삼각 기둥 형상 등의 다른 형상이라도 좋다.
또한, 다이 시트부(12)나 절삭날 볼록부(14)의 개수, 배치, 기판(11)의 직경 등은, 가공 조건 등을 고려하여 적당하게 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 절삭날 능선을 상면부(15)의 경사변 변 모서리부나 다이 시트면(13)으로부터 절삭날 능선부(16)을 향해 연장되는 면의 변 모서리부에 형성함으로써, 이들의 변 모서리부에 의해서도 패드(P)를 가공할 수 있으므로 효과적이다.
<제1 실시 형태>
이하에, 본 발명의 일례를 이용하여 비교 시험을 행함으로써, 본 발명의 유효성을 검증한 결과를 도시한다.
시험 공구로서, 탄화규소(SiC)로 구성된 직경 100 ㎜의 기판의 표면 외주부에 다이 시트부가 원기둥 형상 동일한 간격으로 방사형으로 60개 설치되고, 각 다이 시트부의 다이 시트면에 절삭날 볼록부가 1개 형성된 것을 제공하였다. 여기 서, 다이 시트부는 1변이 1.0 ㎜, 높이가 0.3 ㎜의 정사각 기둥 형상으로 하고 절삭날 볼록부는 1변이 0.15 ㎜, 절삭날 볼록부의 가장 높은 부분(절삭날 능선부)의 높이(H)가 0.05 ㎜의 개략 정사각 기둥 형상 등으로 하였다. 이 기판 상에 형성된 절삭날 능선부의 총 길이(L)는 9 ㎜로 하였다. 또한, 이들 다이 시트부와 절삭날 볼록부의 표면에는 막 두께가 약 20 ㎛의 기상 합성 다이아몬드막을 코팅하였다.
제1 비교예로서, 절삭날 볼록부의 상면부를 기판의 바닥면에 대해 평행으로 한 것을 시험에 제공하였다.
제2 비교예로서, 절삭날 볼록부의 상면부를 기판의 바닥면에 대해 각도(θ) = 10°로 경사진 경사면으로 하고, 이 경사면을 기판의 직경 방향, 즉 기판의 주위 방향이 아닌 방향으로 향하도록 절삭날 볼록부를 배치한 것을 시험에 제공하였다.
제3 비교예로서, 절삭날 볼록부의 상면부를 기판의 바닥면에 대해 각도(θ) = 10°로 경사진 경사면으로 하고, 모든 절삭날 볼록부의 경사면이 기판의 주위 방향의 한쪽(공구 회전 방향 후방측)을 향하도록 배치한 것을 시험에 제공하였다.
본 제1 발명예로서, 절삭날 볼록부의 상면부를 기판의 바닥면에 대해 각도(θ) = 5°로 경사진 경사면으로 하고, 이 경사면이 기판의 주위 방향의 한쪽(공구 회전 방향 후방측)을 향하도록 된 절삭날 볼록부와, 상기 경사면이 기판의 주위 방향의 다른 쪽(공구 회전 방향 전방측)을 향하도록 된 절삭날 볼록부를 주위 방향으로 교대로 배치한 것을 시험에 제공하였다.
본 제2 발명예로서, 절삭날 볼록부의 상면부를 기판의 바닥면에 대해 각도(θ) = 10°로 경사진 경사면으로 하고, 이 경사면이 기판의 주위 방향의 한쪽(공 구 회전 방향 후방측)을 향하도록 된 절삭날 볼록부와, 상기 경사면이 기판의 주위 방향의 다른 쪽(공구 회전 방향 전방측)을 향하도록 된 절삭날 볼록부를 주위 방향으로 교대로 배치한 것을 시험에 제공하였다.
시험기로서 연마 장치(무사시노 덴시제 MA-300)를 이용하고, 피가공재로서 발포 우레탄질 패드(Rodel사제 IC 1400)를 이용하고, 연마 슬러리로서 SiO2 슬러리(Cabot사제 SS-25)를 이용하였다.
시험 조건은 플래튼 회전수(우레탄 패드의 회전수)를 45 rpm, 회전 공구의 회전수를 43 rpm, 하중을 39.2 N, 슬러리 유량을 25 ㎖/min으로서 패드의 연마를 행하였다.
평가 항목인 패드 제거율은, 우선 사전에 발포 우레탄질 패드의 높이를 측정해 두고, 이 발포 우레탄질 패드를 연마 시험에 제공하고, 연마 후 발포 우레탄질 패드의 높이를 측정하고, 가공 전후의 발포 우레탄질 패드의 높이의 변화를 가공 시간으로 나누어 계산하였다.
또한, 가공 후의 발포 우레탄질 패드의 높이를 직경 방향의 복수의 점으로 측정함으로써, 패드 단면 형상을 확인하였다.
도12에 패드 제거율과 가공 시간의 관계를 나타낸다. 제1 비교예 및 제2 비교예에서는 시험 초기로부터 제거율이 10 ㎛/h 이하이며, 실질적으로 패드가 가공되어 있지 않은 것이 확인되었다. 이는 상면이 기판면으로 평행한 절삭날 볼록부를 갖는 회전 공구에서는 절삭날 볼록부의 압입 시에 생긴 패드의 변형에 의해, 절 삭날 능선부와 패드 표면의 접촉을 충분히 확보 가능하지 않는 것 및 절삭날 볼록부의 상면 전체에서 패드 표면과 접촉하기 위해 절삭날 능선부에 하중이 집중하지 않는 것에 의한 것이다.
한편, 제3 비교예, 본 제1 발명예 및 본 제2 발명예에서는 가공 시간이 10 시간 경과 시점에서도 패드 제거율은 50 ㎛/h 이상이며, 패드를 장시간 안정되게 가공할 수 있는 것이 확인되었다.
도13에 제3 비교예, 본 제1 발명예 및 본 제2 발명예에서 가공한 후 패드의 단면 형상을 나타낸다. 제3 비교예에서는 패드 외주측 부분에 거의 가공되어 있지 않은 부분이 존재하는 것이 확인된다. 한편, 본 제1 발명예 및 본 제2 발명예에서는 패드의 직경 방향 전체 길이에 걸쳐 충분히 가공되어 있어, 가공이 불충분한 부분은 확인되지 않는다.
따라서, 본 시험에 의해, 본 제1, 제2 발명예에 따르면, 패드 제거율이 장시간 안정되어 있는 동시에, 패드 전면을 충분히 가공할 수 있는 것이 확인되었다.
<제2 실시 형태>
다음에, 메탈 연마용 슬러리를 이용하여 패드를 연마하였을 때의 패드 제거율을 비교하였다. 상기의 제1 내지 제3 비교예, 본 제1, 제2 발명예에다가, 이하의 본 제3 내지 제6 발명예를 시험에 제공하였다. 본 제3 내지 제6 발명예는 절삭날 볼록부의 배치를 본 제1, 제2 발명예와 마찬가지로 하여 본 제3 발명예는 절삭날 볼록부의 상면부와 기판의 바닥면이 이루는 각도(θ) = 20°, 본 제4 발명예는 상기 각도(θ) = 25°, 본 제5 발명예는 상기 각도(θ) = 30°, 본 제6 발명예는 상기 각도(θ) = 35°로 하였다.
시험기로서 연마 장치(무사시노 덴시제 MA-300)를 이용하고, 피가공재로서 발포 우레탄질 패드(Rodel사제 IC 1400)를 이용하고, 메탈 연마용 슬러리로서 이미 시판된 질산철계 슬러리(3 ％ H2O2 첨가)를 이용하였다.
시험 조건은 플래튼 회전수(우레탄 패드의 회전수)를 45 rpm, 회전 공구의 회전수를 43 rpm, 하중을 39.2 N, 슬러리 유량을 25 ㎖/min으로서 패드의 연마를 행하였다.
도14에 패드 제거율과 가공 시간의 관계를 나타낸다. 제1 비교예 및 제2 비교예에서는 시험 초기로부터 제거율이 20 ㎛/h 이하이며, 메탈 연마 슬러리를 사용한 경우라도, 패드가 실질적으로 가공되지 않는 것이 확인되었다.
한편, 제3 비교예, 본 제1 내지 제6 발명예에서는 가공 시간이 25 시간 경과 시점에서도 패드 제거율은 50 ㎛/h 이상이었다.
또한, 초기의 패드 제거율은, 상기 각도(θ)가 클수록 높아지는 경향에 있지만, 상기 각도(θ) = 35°로 한 본 제6 발명예에서는 사용 개시로부터 10 시간 경과 후, 절삭날 능선부의 마모 및 손상에 의한 패드 제거율의 급격한 저하가 확인되었다. 이 조건 하에서는, 상기 각도(θ)를 5° 내지 30°의 범위 내로 하였을 때에 패드 제거율이 장시간 안정되어 있는 것이 확인되었다.
<제3 실시 형태>
다음에, 산화막용 슬러리를 이용하여 패드를 연마하였을 때의 패드 제거율을 비교하였다. 상기의 제1 내지 제3 비교예, 본 제1, 제2, 제4, 제6 발명예에다가, 이하의 본 제7, 제8 발명예를 시험에 제공하였다. 본 제7, 제8 발명예는 절삭날 볼록부의 배치를 본 제1 내지 제6 발명예와 마찬가지로 하고, 본 제7 발명예는 절삭날 볼록부의 상면부와 기판의 바닥면이 이루는 각도(θ) = 40°, 본 제8 발명예는 상기 각도(θ) = 45°로 하였다.
또한, 산화막용 슬러리는 메탈 연마용 슬러리보다도 부식성이 약한 것이다.
시험기로서 연마 장치(무사시노 덴시제 MA-300)를 이용하고, 피가공재로서 발포 우레탄질 패드(Rodel사제 IC 1400)를 이용하고, 산화막용 슬러리로서 KOH계의 콜로이달실리카를 이용하였다.
시험 조건은 플래튼 회전수(우레탄 패드의 회전수)를 45 rpm, 회전 공구의 회전수를 43 rpm, 하중을 39.2 N, 슬러리 유량을 25 ㎖/min으로서 패드의 연마를 행하였다.
도15에 패드 제거율과 가공 시간의 관계를 나타낸다. 제1 비교예 및 제2 비교예에서는 시험 초기로부터 제거율이 20 ㎛/h 이하이며, 산화막용 슬러리를 사용한 경우라도, 패드가 가공되지 않는 것이 확인되었다.
한편, 제3 비교예, 본 제1 내지 제6 발명예에서는 가공 시간이 25 시간 경과 시점에서도 패드 제거율은 50 ㎛/h 이상이었다.
또한, 산화막용 슬러리를 사용한 경우에는, 상기 각도(θ) = 35°로 한 본 제6 발명예라도 패드 제거율의 급격한 저하는 인정을 받지 않고, 상기 각도(θ) = 45°로 한 본 제8 발명예에서는 사용 개시로부터 20 시간 경과 후, 절삭날 능선부 의 마모 및 손상에 의한 패드 제거율의 급격한 저하가 확인되었다. 이 조건 하에 있어서는, 상기 각도(θ)를 5°내지 40°의 범위 내로 하였 때에, 패드 제거율이 장시간 안정되어 있는 것이 확인되었다.
<제4 실시 형태>
다음에, 절삭날 능선부의 높이와 패드 제거율의 관계를 확인하기 위한 시험을 행하였다. 본 제2 발명예[절삭날 능선부의 높이 H = 0.05 ㎜)에다가, 이하의 본 제9 내지 제14 발명예를 시험에 제공하였다. 본 제9 발명예는 절삭날 볼록부의 배치나 상기 각도(θ)를 본 제2 발명예와 마찬가지로 하고, 상기 높이 H = 0.01 ㎜로 하고, 본 제10 발명예는 상기 높이 H = 0.03 ㎜, 본 제11 발명예는 상기 높이 H = 0.08 ㎜, 본 제12 발명예는 상기 높이 H = 0.1 ㎜, 본 제13 발명예는 상기 높이 H = 0.15 ㎜, 본 제14 발명예는 상기 높이 H = 0.2 ㎜로 하였다.
시험기로서 연마 장치(무사시노 덴시제 MA-300)를 이용하고, 피가공재로서 발포 우레탄질 패드(Rodel사제 IC 1400)를 이용하고, 메탈 연마용 슬러리로서 이미 시판된 질산철계 슬러리(3 ％ H2O2 첨가)를 이용하였다.
시험 조건은 플래튼 회전수(우레탄 패드의 회전수)를 45 rpm, 회전 공구의 회전수를 43 rpm, 하중을 39.2 N, 슬러리 유량을 25 ㎖/min으로서 패드의 연마를 행하였다.
도16에 패드 제거율과 가공 시간의 관계를 나타낸다. 절삭날 능선부의 높이(H)가 높아짐에 따라, 패드 제거율이 높아지는 경향에 있고, 특히 상기 높이 H = 0.01 ㎜로 한 본 제9 발명예에서는 절삭날 능선부의 패드에 들어가는 깊이가 얕아져 패드 제거율이 낮아지는 것이 확인되었다. 또한, 상기 높이 H = 0.1 ㎜ 이상인 본 제1, 제2, 제13, 제14 발명예는 절삭날 능선부의 패드에 들어가는 깊이가 충분히 깊고, 패드 제거율은 높게 안정되어 있고, 상기 높이에 의한 변화는 거의 인정을 받지 않는다. 따라서, 이번의 실험 조건 하에 있어서는, 상기 높이(H)는 0.03 ㎜ 내지 0.15 ㎜의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.
<제5 실시 형태>
다음에 절삭날 능선부의 총 길이(L)와 패드 제거율의 관계를 확인하기 위한 시험을 행하였다. 시험에는, 이하의 본 제15 내지 제19 발명예를 이용하였다. 본 제15 발명예는 절삭날 볼록부의 배치나 상기 각도(θ), 상기 높이(H)를 본 제2 발명예와 마찬가지로서 기판 상에 형성된 절삭날 능선부의 총 길이 L = 3 ㎜로 하고, 본 제16 발명예는 상기 총 길이 L = 7.5 ㎜, 본 제17 발명예는 상기 총 길이 L = 27 ㎜, 본 제18 발명예는 상기 총 길이 L = 80 ㎜, 본 제19 발명예는 상기 총 길이 L = 150 ㎜로 하였다.
시험기로서 연마 장치(무사시노 덴시제 MA -300)를 이용하고, 피가공재로서 발포 우레탄질 패드(Rodel사제 IC 1400)를 이용하고, 메탈 연마용 슬러리로서 이미 시판된 질산철계 슬러리(3 ％ H2O2 첨가)를 이용하였다.
시험 조건은 플래튼 회전수(우레탄 패드의 회전수)를 45 rpm, 회전 공구의 회전수를 43 rpm, 하중을 39.2 N, 슬러리 유량을 25 ㎖/min으로서 패드의 연마를 행하였다.
도17에 패드 제거율과 가공 시간의 관계를 나타낸다. 상기 총 길이 L = 3 ㎜로 한 본 제15 발명예 및 상기 총 길이 L = 150 ㎜로 한 본 제19 발명예에서는 패드 제거율이 40 ㎛/h 이하로 낮아지는 것이 확인되었다. 따라서, 본 조건 하에서는 기판 상에 형성된 절삭날 능선부의 총 길이(L)는 7.5 ㎜ 내지 80 ㎜의 범위 내로 설정하는 것이 바람직하다.
이 구성의 연질재 가공용 회전 공구에서는 절삭날 볼록부의 상면이 기판의 바닥면에 평행한 평면에 대해 경사진 경사면이 되고, 적어도 이 경사면의 변 모서리부의 가장 상방으로 돌출된 부분에 절삭날 능선부가 형성되어 있고, 이 경사면이 적어도 기판 회전의 주위 방향, 즉 기판의 회전 궤적이 이루는 원의 직경 방향이 아닌 방향을 향하도록 배치되어 있으므로, 절삭날 볼록부 상면의 절삭날 능선부가 마련되어 있는 측으로부터 피가공재가 접촉할 때에는, 피가공재 표면에 절삭날 볼록부가 압입됨으로써, 연질재로 구성된 피가공재는 절삭날 능선부가 마련된 부분에서는 크게 오목해지도록 탄성 변형하게 되고, 이 절삭날 능선부에 연결되는 측에서는 상기 경사면에 따르도록 탄성 복귀하게 된다. 따라서, 절삭날 볼록부에 형성된 절삭날 능선부가 피가공재에 깊게 들어가게 되어 피가공재를 효율적으로 가공할 수 있다.
그리고, 이러한 절삭날 볼록부가 2개 이상 형성되고, 이 절삭날 볼록부 중 일부의 절삭날 볼록부의 경사면이 기판 회전의 주위 방향의 한쪽을 향하고, 남은 절삭날 볼록부 중 적어도 일부의 절삭날 볼록부의 경사면이 상기 주위 방향의 다른 쪽을 향하도록 배치되어 있으므로, 피가공재가 공구 회전 방향(상기 주위 방향의 한쪽)과 반대측으로부터 접촉하는 경우라도, 경사면이 회전 방향 전방측을 향할 수 있던 어느 한쪽의 일부의 절삭날 볼록부의 절삭날 능선부가 피가공재에 깊게 들어가 피가공재를 효율적으로 가공할 수 있다. 따라서, 이동하는 피가공재에 대해 회전 공구가 공구 회전 방향과는 반대측으로부터 접촉된 경우라도, 피가공재를 효율적으로 가공할 수 없어 가공이 불충분한 부분을 없앨 수 있다.
또한, 상기 절삭날 능선에 연결되는 절삭날 볼록부의 변 모서리부에도 절삭날 능선을 형성하였을 경우에는, 한층 효율적으로 피가공재를 가공할 수 있으므로 바람직하다.
여기서, 절삭날 볼록부의 상면이 이루는 경사면과 기판으로 평행한 평면이 이루는 각도(θ)가 5°보다도 작을 경우에는, 경사면에 따라 피가공재가 변형된 경우라도, 절삭날 볼록부를 피가공재의 깊이까지 들어갈 수 없어 피가공재를 효율적으로 가공할 수 없게 되어 버리는 우려가 있고, 상기 각도(θ)가 40°보다도 클 경우에는 절삭날 볼록부 자체의 강성이 부족하여 절삭날 볼록부가 결손되거나 변형되거나 하는 우려가 있다. 따라서, 본 발명에 있어서는 절삭날 볼록부의 상면이 이루는 경사면과 기판에 평행한 평면이 이루는 각도(θ)는 5°≤ θ ≤ 40°의 범위가 되도록 규정하는 것이 바람직하다.
또한, 이러한 효과를 더 확실하게 이루기 위해서는, 절삭날 볼록부의 상면이 이루는 경사면과 기판으로 평행한 평면이 이루는 각도(θ)는 5°≤ θ ≤ 30°의 범위가 되도록 설정하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 이들 경사면이 주위 방향의 한쪽을 향하는 절삭날 볼록부와 다른 쪽을 향하는 절삭날 볼록부는, 상기 경사면이 경사지는 방향이 상기 주위 방향을 중심으로 하여 ±45°의 범위 내가 되도록 배치하는 것이 바람직하다. 즉, 기판의 표면에 대향하는 방향으로부터 보아 기판의 회전 중심을 중심으로 하여 절삭날 볼록부의 상기 절삭날 능선부에 교차하는 원의 상기 절삭날 능선부의 교점에 있어서의 접선과, 이 교점으로부터 경사면이 최대한 각도로 경사지는 방향이 이루는 각도가 45°이하로 되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 경사면이 상기 주위 방향의 한쪽을 향하는 절삭날 볼록부 및 상기 주위 방향의 다른 쪽을 향하는 절삭날 볼록부는, 각각 기판에 형성된 모든 절삭날 볼록부 중 20 ％ 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 절삭날 볼록부를 상기 기판으로부터 상방으로 돌출된 다이 시트부의 상면에 배치함으로써, 회전 공구를 피가공재에 압박하였을 때에, 피가공재가 다이 시트부에 의해서도 압박됨으로써, 절삭날 볼록부의 절삭날 능선부가 마련된 부분을 피가공재의 보다 깊은 위치까지 안정되게 들어가게 할 수 있어 회전 공구에 의한 가공을 한층 안정되게 효율적으로 행할 수 있다.
또한, 상기 절삭날 볼록부를 내마모 재료로 구성함으로써, 절삭날 볼록부의 내마모성을 향상시킬 수 있고, 장기간에 걸쳐서 피가공재를 안정되게 가공할 수 있어, 이 회전 공구의 수명을 길게 할 수 있다. 여기서, 내마모성 재료의 구체적인 예로서는 탄화규소(SiC), 질화규소(SiN) 등을 들 수 있다.
또한, 상기 절삭날 볼록부의 표면을 다이아몬드막에 의해 피복함으로써, 절삭날 볼록부의 내마모성을 한층 향상시킬 수 있어, 이 회전 공구의 수명을 한층 길게 할 수 있다.
또한, 상기 절삭날 볼록부 중 상기 절삭날 능선부가 형성된 부분의 높이를 0.03 ㎜이거나 이상으로 함으로써, 절삭날 능선부가 피가공재에 들어가는 깊이를 충분히 확보할 수 있어 패드의 가공을 효율적으로 행할 수 있다. 또한, 절삭날 능선부의 높이가 0.15 ㎜를 넘은 경우에는, 높이의 변화에 따른 패드 가공의 효율화가 인정되지 않으므로 0.15 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기판의 상기 표면에 형성된 모두의 상기 절삭날 능선부 길이의 합계인 총 길이를, 7.5 ㎜ 내지 80 ㎜의 범위 내로 함으로써, 절삭날 능선부가 패드에 적절한 압력으로 압박할 수 있어 패드의 가공을 효율적으로 행할 수 있다.
또한, 상기의 연질재 가공용 회전 공구를 CMP 연마용 패드를 가공ㆍ조정하여 컨디셔닝하는 패드 컨디셔너에 사용한 경우에는, 패드의 표면 전체를 안정되게 가공할 수 있어 패드 표면의 조정을 효율적으로 확실하게 행할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 이동되는 피가공재에 대해 회전 공구를 압박하여 가공하는 경우라도, 안정적으로 피가공재의 표면을 가공ㆍ조정할 수 있는 연질재 가공용 회전 공구를 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 연질재로 이루어지는 피가공재가 이동되고, 이 피가공재에 대해 가공을 실시하는 연질재 가공용 회전 공구이며,
    기판의 표면에는 절삭날 볼록부가 상방으로 돌출하도록 2개 이상 형성되고, 상기 절삭날 볼록부의 상면은 상기 기판의 바닥면에 평행한 평면에 대해 경사진 경사면이 되고, 적어도 상기 경사면의 변 모서리부 중 가장 상방으로 돌출한 부분에는 절삭날 능선부가 형성되어 있고,
    상기 절삭날 볼록부 중 일부의 절삭날 볼록부의 상기 경사면이 적어도 상기 기판 회전의 주위 방향의 한쪽을 향하도록 배치되고, 남은 상기 절삭날 볼록부 중 적어도 일부의 절삭날 볼록부의 상기 경사면이 적어도 상기 주위 방향의 다른 쪽을 향하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연질재 가공용 회전 공구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 경사면과 상기 바닥면에 평행한 평면의 이루는 각도(θ)가 5°≤ θ < 40°의 범위 내로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 연질재 가공용 회전 공구.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 절삭날 볼록부가 상기 기판으로부터 상방으로 돌출된 다이 시트부의 상면에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연질재 가공용 회전 공구.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절삭날 볼록부가 내마모 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연질재 가공용 회전 공구.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절삭날 볼록부의 표면이 다이아몬드막에 의해 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 연질재 가공용 회전 공구.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절삭날 볼록부 중 상기 절삭날 능선부가 형성된 부분의 높이가 0.03 ㎜ 내지 0.15 ㎜의 범위 내로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 연질재 가공용 회전 공구.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판의 상기 표면에 형성된 모든 상기 절삭날 능선부의 길이를 합계한 총 길이가 7.5 ㎜ 내지 80 ㎜의 범위 내로 되어 있는 것을 특징으로 하는 연질재 가공용 회전 공구.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, CMP 연마용 패드를 컨디셔닝하는 패드 컨디셔너에 구비된 것을 특징으로 하는 연질재 가공용 회전 공구.
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