KR20130012052A

KR20130012052A - 경질 취성 물질 기판 측부의 연삭방법

Info

Publication number: KR20130012052A
Application number: KR1020120077522A
Authority: KR
Inventors: 케이지 마세; 쇼우조우 이시바시
Original assignee: 후지 세이사쿠쇼 가부시키가이샤
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2013-01-31
Also published as: US9815173B2; JP5793014B2; CN102886743B; US20130023187A1; JP2013022684A; CN102886743A; KR101838600B1

Abstract

연마립이 탄성 기초 물질 내에 분산되거나 그 표면에 부착된 탄성 연마제가 압축 가스와 함께 기판의 측부를 향하여 분사된다. 상기 탄성 연마제는 가공점을 중심으로 하는 미리 정해진 가공면을 향하여 상기 가공점에서 가로 방향 직선과 교차하고 접촉선에 대하여 2° 내지 60° 의 범위로부터 선택되는 일정 경사각을 형성하는 분사방향을 따라 분사된다. 또한, 분사 노즐과 상기 가공품은 서로에 대하여 상대적으로 이동되어 상기 가공면이 상기 가공품의 원주 방향을 따라 고정된 속도로 움직이게 하고 분사 후 상기 분사 방향이 각각의 가공점에서 유지되도록 한다. 다수의 적층된 기판들이 가공되는 경우, 상기 가공면은 상기 기판들의 가로 방향을 따라 고정된 속도로 이동된다.

Description

경질 취성 물질 기판 측부의 연삭방법 {METHOD FOR GRINDING SIDE PORTION OF HARD, BRITTLE MATERIAL SUBSTRATE}

본 발명은 경질 취성 물질 기판 측부의 연삭(grinding) 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 유리, 석영, 세라믹, 사파이어와 같은 경질 취성 물질로 이루어진 기판(이하, “경질 취성 물질 기판”)의 주변을 따라 이어지는 측면들과 모서리들, 및 상기 모서리들을 절단함으로써 형성된 챔퍼링된 부분들로 이루어진 모퉁이들(본 명세서에서 상기 모서리들, 상기 측면들, 상기 모퉁이들은 총괄적으로 “측부” 로 해석될 것임)의 연삭방법에 관한 것이다.

본 발명에서, 용어 “기판”은 어떠한 기능을 획득하기 위한 기능적 요소가 배치될 수 있는 판과 같은 요소를 가리키고, 액정 디스플레이(display)에 사용되는 유리 기판, 하드 디스크(hard disk)에 사용되는 유리 기판, 이에 더하여 휴대 전화기 및 이와 유사한 기기의 후면부에 배치되어 상기 기기를 보호하기 위한 액정 장치의 유리 커버(cover)와 같은 일반적인 소위 기판들을 포함한다.

경질 취성 물질 기판의 일례로, 유리 기판은 액정 텔레비전, 개인용 컴퓨터, 휴대용 정보 단말기, 예를 들어 휴대 전화기, 및 디지털 카메라에 사용되는 액정 디스플레이의 평판 기판으로 사용되거나, 액정 디스플레이를 보호하는 보호막으로 사용된다. 더욱이, 유리 기판은 종래기술의 알루미늄 기판에 비하여 팽창성이 낮고 내충격성이 높기 때문에 상기 유리 기판은 또한 하드 디스크용 기판으로도 사용된다. 따라서, 유리 기판의 산업적인 용도가 증가하고 있다.

이와 같은 유리 기판은 평판 기판으로 사용되는 경우에 직사각형 또는 하드 디스크 기판으로 사용되는 경우에 도우넛(donut)과 같은 모양과 같이 유리 기반 물질로부터 미리 정해진 형태로 절단되고, 이어서 연삭에 의하여 마감된다.

상기 유리 기판의 연삭공정은 최대한 기판의 두께를 줄이는 것 또는 표면 거칠기를 향상시키기 위하여 기판의 편평한 면을 연삭하는 것을 포함한다. 또한, 상기 유리 기판이 절단된 직후, 상기 측부의 상기 모서리들은 쉽게 금이 가거나 깨지는 경향이 있다. 게다가, 절단 공정에서 형성된 금 또는 미세-금(작은 금)이 상기 측부에 남아있는 경우, 상기 기판에 휨 응력이 가해지면 전체 기판이 이러한 금이 간 부분부터 쉽게 깨질 수 있다. 따라서, 상기 연삭공정은 챔퍼링(chamfering)에 의하여 상기 측부의 상기 모서리들을 제거하고 상기 측면 및 상기 모서리를 깎은 면 부분들을 거울 마감 표면들로 연마함으로써 상기 금 및 미세-금을 제거하기 위하여 상기 측부에서 수행된다.

유리 기판의 측부를 연삭하기 위하여 현재 수행되는 보통의 연삭방법들은 대략 결합재로서 금속 또는 수지와 함께 유리-연삭 연마립을 결합시킴으로써 얻어지는 숫돌(grindstone)을 사용하는 연삭방법과 연마립을 포함하는 슬러리(slurry)를 사용하는 연삭방법으로 나누어진다.

상기 숫돌을 기초로 한 연삭방법의 일례로서, 숫돌을 이용하는 하드-디스크 유리 기판의 연삭방법이 제안되었다. 이 방법에서는, 미리 정해진 크기로 절단된 시트(sheet)와 같은 유리 기판들의 측부들이 회전하는 숫돌과 하나씩 차례로 접촉하게 된다. 연삭 정도를 모니터링 (monitoring) 하는 동안, 이 숫돌은 각각의 유리 기판의 내측 표면 및 외측 표면을 챔퍼링하고 상기 측부를 연삭하기 위해 NC 제어에 의하여 이동된다(일본공개특허 제2010-238310호).

상기 슬러리를 기초로 한 연삭방법의 일례로서, 하드-디스크 유리 기판의 중앙에 형성된 구멍 내측 표면의 연삭방법이 제안되었다. 이 방법으로 상기 연삭공정을 수행하는 경우, 회전하는 브러시(brush)가 상기 구멍들의 내측 표면들과 접촉하도록 하기 위하여 상기 브러시는 복수의 적층된 유리 기판들의 중앙에 형성된 구멍속으로 삽입된다. 그 후, 상기 연삭공정은 상기 브러시와 상기 기판들의 상기 내측 표면들 사이에 연마립을 포함하는 슬러리를 적정 시간 간격으로 공급함으로써 수행된다(일본공개특허 제H11-33886호).

일본공개특허 제2010-238310호에서 논의된 상기 연삭방법은, 상기 측면을 연삭하고 미리 정해진 크기로 절단된 상기 시트와 같은 유리 기판들 각각의 상기 내측 표면 모서리 및 상기 외측 표면 모서리를 챔퍼링하기 위하여 상기 회전하는 숫돌을 사용하는 경우, 상기 숫돌은 상기 연삭 정도를 모니터링 (monitoring) 하는 동안, NC 제어에 의하여 이동된다. 따라서, 생산품에 따른 공정 편차가 감소됨에 따라 고도로 정확한 공정이 가능하게 할 수 있다.

다만, 경질 취성 물질인 유리가 그러한 숫돌을 사용하여 가공되는 경우, 가공품이 판이라면 주로 상기 끝단면들 또는 상기 모퉁이들에서 조개껍데기 모양의 절단 자국이나 깨진 부분이 형성되는 경향이 있다. 또한, 상기 절단 공정간 야기되는 충격들에 의하여 금들 또는 미세-금이라고 불리는 작은 금들(이하, 금들 및 미세-금들을 포함하는 절단 자국 및 그것의 발생을 총괄하여 “칩핑(chipping)” 이라 함)이 쉽게 형성되는 경향이 있다.

상기 기판이 직사각형인 경우, 이러한 칩핑은 특히 상기 모서리들 또는 상기 모퉁이들과 같은 날카로운 면에서 발생하는 경향이 있다. 예를 들어, 상기 연삭공정에 앞서 착수 단계에서 엔드 밀(end mill)로 상기 유리 기판의 상기 측부가 가공되면, 도 13에 나타난 것과 같이, 상기 엔드 밀이 지나간 자리에 홈들 및 상기 홈들 사이에서 날카로운 돌출부 형태로 형성된 연장 자국들이 상기 측부에 형성된다. 연삭 될 상기 기판이 그러한 연장 자국들을 포함하는 경우, 상기 칩핑이 발생할 가능성이 더욱 증가한다.

상기 칩핑이 발생하면, 연삭공정에 의하여 그것을 완전하게 제거하는 것은 어렵다. 휨 응력이 상기 기판에 가해지면, 상기 유리 기판은 상기 깨진 부분들로부터 시작하여 쉽게 부서진다. 따라서, 상기 기판의 내구성는 현저하게 감소된다.

상기 숫돌을 기초로 한 공정에서, 상기 숫돌은 가공 양이 증가함에 따라 점차 마모되고 형태가 변한다. 또한, 상기 숫돌은 구동이 악화되어, 연삭 성능을 떨어뜨리는 결과를 초래한다. 따라서, 일정한 공정의 질, 형태, 및 크기를 유지하는 것은 어렵다. 이것이 달성되기 위해서는, 상기 가공 양이 모니터링 될 필요가 있고, 그에 따라 상기 숫돌이 교체될 필요가 있다. 이는 상기 연삭공정을 수행시, 상기 숫돌의 관리를 매우 복잡하게 만든다.

반대로, 상기 슬러리를 기초로 한 연삭공정은 연삭될 가공품의 표면과 상기 브러시 또는 연삭될 상기 표면상에서 미끄러져 움직이는 연삭 패드(pad) 사이에 미세한 연마립을 포함하는 슬러리를 적절하게 공급함으로써 수행된다.

이 방법에 의한 상기 절단 성능은 상기 숫돌을 기초로 한 연삭방법보다 떨어짐에도 불구하고, 경질 취성 물질 기판인 유리 기판을 연삭하는 때에도 칩핑의 발생은 현저하게 감소될 수 있다.

다만, 이러한 연삭공정에서, 상기 공정이 이루어지는 공간에 흩어진 슬러리가 건조되는 경우, 상기 슬러리의 미세한 연마립들은 분진처럼 흩어져 작업환경을 오염시키고, 이는 상기 분진이 조업자들에게 보건상 위험이 될 수 있다는 점에서 문제된다.

그러한 슬러리를 기초로 한 연삭방법에서, 상기 슬러리가 상기 연삭될 표면과 상기 브러시 또는 상기 연삭 패드 사이에 지속적으로 공급될 필요가 있기 때문에, 상대적으로 많은 양의 슬러리가 사용된다. 상기 연삭공정간, 상기 슬러리에 포함된 상기 연마립들은 직경이 변화하면서 부서지고, 상기 연삭에 의해 발생된 열이 수분을 증발시킴에 따라 상기 연마립의 밀도를 증가시킨다. 또한, 상기 연삭공정으로부터 발생한 부스러기들과 같은 외래의 입자들이 상기 슬러리에 포함되면, 상기 외래의 입자들은 상기 슬러리로부터 제거될 수 없다. 따라서, 상기 슬러리가 재활용될 경우, 상기 슬러리의 질이 일정하게 유지될 수 없고, 이는 제품의 질을 유지하는 것을 불가능하게 한다.

따라서, 상기 슬러리를 기초로 한 연삭방법에서, 상기 슬러리는 통상적으로 사용 후 폐기되고, 이는 상기 숫돌을 기초로 한 연삭방법에 비해 많은 양의 연마립이 소비됨을 의미한다.

유리를 연삭하는데 일반적으로 사용되는 연마립의 예로서, 미세 다이아몬드 분말 및 미세 세륨-산화물 분말을 포함한다. 말할 필요도 없이, 다이아몬드는 고가의 물질이고, 세륨-산화물을 생산하는 국가들은 채굴 제한과 같은 세륨 산화물에 대한 공급 제한을 강화하고 있는 반면에 전세계적인 수요는 증가하고 있기 때문에 세륨 산화물 또한 매우 비싼 물질이 되고 있다. 연마립으로 그러한 비싼 물질들을 포함하는 폐기 가능한 슬러리를 사용하는 것은 연삭 비용을 현저하게 증가시킨다.

일본공개특허 제H11-33886호에서 논의된 상기 브러시를 기초로 한 연삭방법에서는, 도 14에서 나타낸 것과 같이, 회전하는 브러시를 사용하여 상기 적층된 하드-디스크 유리 기판의 내측 표면을 연삭하는 경우, 상기 브러시와 연삭되는 표면 사이에 상기 슬러리를 공급하는 동안 상기 연삭공정이 수행된다. 따라서, 이 방법은 상기 슬러리를 기초로 한 연삭방법에서와 같이, 칩핑의 발생이 방지될 수 있다는 점에서 유리하다.

또한, 일본공개특허 제H11-33886호에서 논의된 방법에서, 상기 연삭공정은 복수의 적층된 유리 기판들에 대하여 수행되기 때문에, 이 방법은 상기 유리 기판들이 동시에 연삭될 수 있다는 점에서 유리하다.

다만, 일본공개특허 제H11-33886호에서 논의된 상기 브러시를 기초로 한 연삭방법은 상기한 것과 같은 슬러리를 기초로 한 연삭방법의 일종이기도 하기 때문에, 많은 양의 미세 다이아몬드 분말 또는 미세 세륨-산화물 분말과 같은 값비싼 연마립이 소비된다는 점에서 문제된다.

또한, 일본공개특허 제H11-33886호에서 논의된 방법에서, 샤프트(shaft)와 함께 구비되어 상기 연삭에 사용되는 상기 브러시는, 도 14에 나타낸 것과 같이, 상기 샤프트의 상부 말단만이 지지된 상태로 상기 유리 기판들 중앙의 구멍으로 삽입된다.

따라서, 변형에 상대적으로 저항성이 있는 금속 로드(rod)가 상기 브러시의 샤프트로 사용됨에도 불구하고, 샤프트의 하부 말단이 회전하는 동안 흔들림에 따라 브러시 팁(tip)들이 연삭되는 표면과 균일하게 접촉하지 않게 된다. 따라서, 상기 적층된 유리 기판들을 가공하는 경우, 가공 정도는 높이 방향에 따른 유리 기판들 사이에서 각기 다르게 나타나고, 이는 제품별로 품질이 달라진다는 점에서 문제된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 상기 브러시는 높이 방향에 따른 가공 정도의 편차를 감소시키기 위하여 수직 방향으로 이동되거나, 가공 정도를 균일하게 하기 위하여 상기 유리 기판들의 적층 순서를 변화시키는 동안 상기 연삭공정이 수차례 수행될 필요가 있을 것이다. 이는 공정 시간이 장기화됨에 따라 낮은 운용성을 야기한다.

상기에서 유리 기판이 경질 취성 물질 기판의 일례로서 기재되었으나, 예를 들어 석영, 세라믹, 또는 사파이어와 같은 유리 이외의 경질 취성 물질로 이루어진 기판을 숫돌을 사용하여 연삭하는 경우, 상기 칩핑은 유사하게 발생할 수 있다. 또한, 다이아몬드 또는 세륨 산화물로 이루어진 값비싼 연마립이 사용되기 때문에, 높은 연삭 비용이 요구된다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 칩핑의 발생을 방지하고, 소비되는 연마립들의 양을 감소시키고, 연마립에 의한 작업 환경 오염을 방지하고, 복수의 적층된 경질 취성 물질 기판들이 동시에 가공되는 경우에도 모든 기판 측부에 대하여 균일한 연삭공정이 가능하게 함으로써, 운용성이 우수한 경질 취성 물질 기판 측부의 연삭방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 해결책이 본 발명의 실시예에서 사용된 참고 번호들과 함께 아래에서 개시될 것이다. 이러한 참고 번호들은 본 발명의 청구범위와 본 발명의 실시예 간에 대응하는 관계를 명확하게 하기 위하여 제공되나, 본 발명의 기술적 범위의 해석을 제한하기 위하여 사용되는 것은 아니다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 경질 취성 물질 기판 측부의 연삭방법에서, 경질 취성 물질 기판(10’)으로 형성된 가공품(10)의 측부는, 탄성 연마제(20)가 측부와 충돌하도록 하기 위하여 탄성 물질(21) 내에 분산되어 있는 연마립들(22)로 이루어진 탄성 연마제(20)(도 3A 참고) 또는 탄성 물질(21)의 표면에 부착된 연마립들(22)로 이루어진 탄성 연마제(20)(도 3B 참고)를 압축 가스와 함께 분사 노즐(nozzle)(30)로부터 상기 가공품(10)의 상기 측부 방향으로 분사함으로써 연삭되고, 상기 방법은:

상기 가공품(10)의 상기 측부 상에 하나의 점을 가공점 P 로 설정하고, 상기 가공품(10)의 가로 방향 직선 W 가 상기 가공점 P를 지나도록 연장되고 접촉선 T가 상기 가로 방향 직선 W에 대하여 수직방향으로 연장되고 상기 가공점 P에서 상기 가공품(10)의 외측 표면과 접촉하는 것으로 가정하는 단계;

상기 탄성 연마제(20)를, 상기 가공점 P를 중앙으로 하는 미리 정해진 공정면 F 를 향하여 상기 가로 방향 직선 W와 상기 가공점 P에서 교차하고 상기 접촉선 T에 대하여 2° 내지 60° 의 범위에서 선택된 미리 정해진 경사각 θ 를 형성하는 분사 방향 D를 따라 분사하는 단계; 및

상기 가공면 F가 상기 가공품(10)의 원주 방향으로 고정된 속도로 이동되고 상기 분사 방향 D가 이동 후 각각의 가공점 P’에서 유지되도록, 상기 분사 노즐(30) 및 상기 가공품(10)을 서로에 대하여 상대적으로 이동시키는 단계를 포함한다.

상기 방법에서, 상기 가공품(10)은 형태가 동일하고, 평면 형상들이 서로 일직선으로 정렬되도록 적층된 복수의 경질 취성 물질 기판(10’)들을 포함할 수 있고(도 1 및 도 5 참고), 상기 가공면 F는 상기 가공품(10)의 가로 방향을 따라 고정된 속도로 이동될 수 있다(즉, 상기 가로 방향 직선 W의 세로 방향). 예를 들어, 상기 가공면 F는 상기 가공품(10)의 상기 측부를 따라 나선형으로 이동될 수 있다.

상기 가공품(10)이 복수의 적층된 경질 취성 물질 기판(10’)들인 경우, 바람직하게는 외측 평면 형태와 유사하나 그것보다 다소 작은 상기 경질 취성 물질 기판(10’)의 스페이서(11)가 상기 경질 취성 물질 기판(10’)들 사이에 삽입될 수 있다.

바람직하게는, 상기 스페이서(11)의 크기는, 상기 스페이서(11)가 0.01 mm 내지 5 mm의 두께(도 2에 g로 표시됨)를 갖고, 상기 스페이서(11)의 측부 및 상기 경질 취성 물질 기판(10’)의 측부가 그것들 사이에 0.1 mm 내지 10 mm 의 높이 차이(도 2에 h로 표시됨)를 가지도록 조절된다.

상기 스페이서(11)는 수지 물질로 구성될 수 있고 상기 경질 취성 물질 기판(10’)의 각 일면에 공판 인쇄에 의하여 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 탄성 연마제(20)가 압축 가스와 함께 0.01 MPa 내지 0.5 MPa의 분사 압력으로 분사된다.

상기 분사 노즐(30)은 슬릿(slit) 형태의 분사 포트(port)를 포함하는 슬릿 노즐(개시되지 않음)일 수 있고, 상기 탄성 연마제(20)는 상기 분사 포트에서 슬릿의 가로 방향이 상기 가공품(10)의 가로 방향과 일직선으로 정렬되는 상태로 분사될 수 있다.

전술한 본 발명에 따른 구성과 아울러, 본 발명에 따른 상기 경질 취성 물질 기판의 측부의 연삭방법은 하기와 같은 현저한 이점들을 가질 수 있다.

상기 경질 취성 물질 기판(10’)의 측부는 탄성 연마제(20)를 압축 가스와 함께 그곳으로 분사함으로써 연삭된다. 또한, 상기 분사 단계는 가공면을 상기 가공품의 원주 방향으로 고정된 분사 방향 D(경사각 θ)를 유지하면서 고정된 속도로 이동시키는 동안 수행된다. 결국, 칩핑의 발생이 억제되고, 상기 공정은 상기 경질 취성 물질 기판(10’)의 측부 상에서 균일하게 수행된다.

또한, 연마립들(22)이 상기 탄성 연마제(20)의 기초 물질(21)내에 분산되어 있거나, 상기 기초물질(21)의 표면에 부착되어 있기 때문에, 슬러리가 사용되는 경우와 같이, 건조시 흩어진 연마립들에 의하여 발생하는 작업 환경의 오염 가능성이 없다. 또한, 절단 분진 및 상기 탄성 연마제(20)과 함께 응집된 유사 물질은 사이클론(cyclone) 방식과 같은 원심 분리에 의하여 상기 탄성 연마제(20)으로부터 쉽게 제거될 수 있고, 상기 탄성 연마제(20)는 반복적으로 사용될 수 있다. 따라서, 이를테면 다이아몬드 또는 세륨 산화물로 이루어진 값비싼 연마립들이 상기 경질 취성 물질 기판에 사용됨에도 불구하고, 상기 연삭공정이 경제적으로 수행될 수 있다.

상기 가공품(10)은 형태가 동일하고, 평면 형상들이 서로 일직선으로 정렬되도록 적층된 복수의 경질 취성 물질 기판(10’)들을 포함할 수 있고, 상기 가공면 F는 상기 가공품의 가로 방향을 따라 고정된 속도로 이동될 수 있다. 따라서, 상기 복수의 경질 취성 물질 기판(10’)들은 동시에 가공될 수 있다. 또한, 상기 탄성 연마제(20)가 상기 압축 가스와 함께 분사되는 본 발명에 따른 방법에서, 상기 공정 조건은 쉽게 일정하도록 유지될 수 있고, 상기 공정은 가로 방향으로 어떤 지점에 배치된 상기 경질 취성 물질 기판(10’)들 각각의 상기 측면 상에서 균일하게 수행될 수 있다.

전술한 바와 같이, 상기 복수의 적층된 경질 취성 물질 기판(10’)들이 가공되면, 외측 평면 형태와 유사하나 상기 경질 취성 물질 기판(10’)들의 외측 평면보다 다소 작은 스페이서(11)가 상기 경질 취성 물질 기판(10’)들 사이에 삽입될 수 있어, 각각의 상기 경질 취성 물질 기판(10’)의 측면이 연삭될 수 있을 뿐만 아니라, 그것의 상기 모서리들이 챔퍼링 되거나 상기 챔퍼링된 표면들이 동시에 연삭될 수도 있다.

특히, 상기 스페이서는 0.01 mm 내지 5 mm 의 두께(도 2에 g로 표시됨)를 가질 수 있고, 상기 스페이서의 측부와 상기 경질 취성 물질 기판의 측부는 그것들 간에 0.1 mm 내지 10 mm의 높이 차이(도 2에 h로 표시됨)를 가질 수 있다. 따라서, 챔퍼링된 부분이 적절하게 형성될 수 있거나, 챔퍼링에 의하여 형성된 표면들은 적절하게 연삭될 수 있고, 그렇게 함으로써 원하지 않는 부분의 연삭을 적절하게 방지한다.

상기 스페이서(11)는 공판 인쇄에 의하여 상대적으로 쉽게 형성될 수 있다. 또한, 상기 스페이서(11)는 공판 인쇄에 의하여 경질 취성 물질 기판(10’)의 각 일면 상에 형성될 수 있다. 이는 경질 취성 물질 기판(10’) 각각에 대하여 상기 스페이서(11)을 배치하는 것과 같은 복잡한 공정의 필요성을 없애고, 또한 이후의 위치 이동을 방지함으로써 전체 경계선 주위로 상기 스페이서(11)의 측부와 각각의 경질 취성 물질 기판(10’)의 측부 사이의 고정된 높이 차이(도 2에 h로 표시됨)를 쉽게 유지할 수 있다.

상기 탄성 연마제(20)과 함께 분사되는 상기 압축 가스는 0.01 MPa 내지 0.5 MPa의 분사 압력을 가질 수 있다. 따라서, 칩핑의 발생이 방지될 수 있고, 상기 연삭공정이 상대적으로 효과적으로 수행될 수 있다. 또한, 분사 노즐(30)은 슬릿 노즐(개시되지 않음)일 수 있으므로, 동시에 가공될 수 있는 면적이 증가될 수 있다. 또한, 상기 슬릿 노즐과 함께, 연마제의 분사 조건은 상기 슬릿의 세로 방향을 따라 일정하다. 따라서, 상기 복수의 적층된, 경질 취성 물질 기판들이 가공되는 경우, 품질의 편차가 가로 방향을 따라 감소될 수 있다.

본 발명의 내용은 첨부된 도면을 참고로 하여 하기의 발명의 일례로서 개시된 실시예의 상세한 설명으로부터 보다 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 은 복수의 적층된 경질 취성 물질 기판들로 형성된 가공품의 구성례를 나타내는 분해 사시도이다;
도 2 는 도 1 의 직선 II-II 를 따라 자른 단면도이다;
도 3A 및 3B 는 탄성 연마제의 구성례를 나타내는 단면도이고, 도3A 는 연마립들이 기초 물질 내부에 분산되어 있는 탄성 연마제를 도시하고, 도3B 는 상기 연마립들이 상기 기초 물질의 표면에 부착된 탄성 연마제를 도시한다;
도 4A 및 4B 는 (단일의 기판으로 형성된) 상기 가공품의 연삭방법을 도시하고, 도 4A 는 직사각형 형태 기판의 가공례를 도시하고, 도 4B 는 원형 기판의 가공례를 도시한다;
도 5 는 (적층된 기판들로 형성된) 상기 가공품의 연삭방법을 도시한다;
도 6 은 상기 탄성 연마제 및 상기 가공품과의 접촉면의 변형을 도시하는 확대도이다;
도 7 은 본 발명에 따른 방법을 기초로 한 #320-그릿(grit) 탄성 연마제를 사용하여 연삭된 유리 기판 측부의 광학 현미경 촬영 사진을 도시한다;
도 8 은 본 발명에 따른 방법을 기초로 한 #600-그릿(grit) 탄성 연마제를 사용하여 연삭된 유리 기판 측부의 광학 현미경 촬영 사진을 도시한다;
도9 는 본 발명에 따른 방법을 기초로 한 #1000-그릿(grit) 탄성 연마제를 사용하여 연삭된 유리 기판 측부의 광학 현미경 촬영 사진을 도시한다;
도 10 은 본 발명에 따른 방법을 기초로 한 #3000-그릿(grit) 탄성 연마제를 사용하여 연삭된 유리 기판 측부의 광학 현미경 촬영 사진을 도시한다;
도 11 은 본 발명에 따른 방법을 기초로 한 #6000-그릿(grit) 탄성 연마제를 사용하여 연삭된 유리 기판 측부의 광학 현미경 촬영 사진을 도시한다;
도 12 은 본 발명에 따른 방법을 기초로 한 #10000-그릿(grit) 탄성 연마제를 사용하여 연삭된 유리 기판 측부의 광학 현미경 촬영 사진을 도시한다;
도 13 은 연장 자국을 도시한다;
도 14는 종래기술(일본공개특허 제H11-33886호의 도 1에 해당함)에서 브러시를 기초로 한 연삭기술을 도시한다.

가공품

본 발명에서, 측부가 연삭되는 가공품은 경질 취성 물질로 구성된 기판인 것으로 가정되고, 경질일 뿐만 아니라 취성인 성질, 예를 들어 인성의 결여로 인하여 상기 기판은 연삭공정간 쉽게 칩핑을 야기시키는 경향이 있다. 상기 용어 “취성”은 “일반적으로 단단하지만 쉽게 부서지고 변형성이 작은 성질. 상기 성질은 충격 실험에서 충격값으로 비교된다”, “물질이 부서지는 경우 부서질 때까지 생성되는 소성 유동이 작은 성질”을 의미한다(JIS(일본 산업 표준) 기술용어사전, 2001년, 제5판). 일반적으로, 취성 물질은 인장강도가 작고 압축강도가 큰 성질을 가진다. 일례로서, 투명 석영 유리(코벌런트 머터리얼즈)는 110 MPa의 인장강도(상온, 직경 24 mm 의 봉-형태)와 1130 MPa의 압축강도(상온, 직경 24 mm 의 봉-형태)를 가진다.

그러한 물질의 예로서, 유리(예를 들어, 소다-석회 유리: 모스 경도 6), 석영(모스 경도 8), 세라믹(모스 경도 9 내지 13), 및 사파이어(모스경도 14)를 포함한다. 본 발명에 따른 상기 연삭방법이 이러한 물질들 중 어느 것에도 적용될 수 있음에도 불구하고, 평판 기판 또는 하드-디스크 기판과 같이 산업적으로 대량 생산되는 유리 기판에의 상기 방법의 적용은, 특히 유망하다.

본 발명에 따른 상기 방법을 이용하여 연삭되는 유리 물질의 예로서, 평판 디스플레이의 기판에 사용되는 소다 유리, 소다-석회 유리, 알칼리 유리, 비알칼리 유리, 및 고변형점 유리, 하드디스크의 기판에 사용되는 알루미노규산염 유리 및 결정화 유리, 붕규산 유리(열 저항 유리), 칼륨 유리, 크리스탈 유리, 석영 유리, 및 강화유리를 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 가공품의 형태는 (판과 유사하거나 시트와 유사한) 기판의 형태인 이상, 특정하게 제한되지 않고, 평판의 일반적인 형태인 직사각형 형태이거나, 하드디스크의 일반적인 형태인 원형(도우넛 형태)일 수 있다. 몇몇 평판들은 그 상부에 고정되는 요소에 의존하여 기하학적인 패턴(pattern)으로 설계되고, 그러한 경우에도 본 발명에 따른 상기 연삭방법이 이용될 수 있다. 특히, 종래기술에서 안쪽으로 움푹하게 들어간 부분들이 있는 형태를 갖는 기판, 특히 하트-형태의 기판과 유사한 기판을 연삭하는 것이 어려움에도 불구하고, 그러한 형태를 갖는 기판은 본 발명에 따른 상기 방법을 이용하여 적절하게 연삭될 수 있다.

유리 기판과 같이 가공될 상기 경질 취성 물질 기판과 관련하여, 기본 유리로부터 절단된 기판은 본 발명에서 곧바로 가공될 수 있고, 또는 숫돌 및 그와 유사한 것을 사용하여 미리 전처리로서 측부가 거칠게 연삭 및 챔퍼링 된 기판이 본 발명에서 가공될 수 있다. 그러한 전처리된 기판이 가공되는 경우, 본 발명에 따른 상기 방법에 소요되는 가공 시간이 단축될 수 있다.

본 발명에 따른 가공품(10)은 단일의 경질 취성 물질 기판(10’)이거나 복수의 적층된 경질 취성 물질 기판들(10’)일 수 있다.

바람직하게는, 상기 가공품(10)이 복수의 적층된 경질 취성 물질 기판들(10’)인 경우, 도 1에 나타난 바와 같이, 외측 평면 형태와 유사하나 상기 경질 취성 물질 기판(10’)들의 외측 평면보다 다소 작은 판과 유사한 스페이서(11)들이 상기 경질 취성 물질 기판(10’)들 사이에 삽입된다.

도 2에 나타난 것과 같이, 이러한 스페이서(11)들과 함께, 이웃하는 기판(10’)들의 측부들 사이에 상기 스페이서(11)의 두께에 대응되는 간격 g가 형성되고, 각 스페이서(11)의 외측 표면과 각 기판(10’)의 외측 표면 사이에 높이 차이 h가 형성된다. 따라서, 상기 기판(10’)들의 외측 평면들뿐만 아니라 그것들의 모서리들이 동시에 챔퍼링 및 연삭될 수 있다.

상기 스페이서(11)들은, 상기 기판(10’)들 사이의 상기 간격을 조절할 수 있는 한, 도 1에 나타난 것과 같이, 각각 중앙부가 없는 프레임(frame)과 유사한 구조를 가질 수 있다.

상기 기판(10’)들 사이의 간격들 g 및 상기 기판들의 외측 표면들과 상기 스페이서들 사이의 높이 차이 h는 가공되는 기판들의 두께 및 챔퍼링 정도에 따라 달라질 수 있다. 바람직하게는, 상기 간격들 g는 각각 0.01 mm 및 5 mm 사이의 범위에 있고, 상기 높이 차이 h는 0.1 mm 및 10 mm 사이의 범위에 있다. 따라서, 그러한 간격들 g 및 높이 차이 h를 형성할 수 있는 크기를 갖는 스페이서(11)들이 상기 기판들에 부착된다.

특히, 가공되는 상기 기판들이 휴대용 전화기, 게임 장치, 또는 휴대용 정보 단말기와 같은 상업적으로 유용한 제품들로 사용되고, 대량 생산되는 경우, 생산성 향상과 비용절감의 관점에서, 전술한 것과 같은 프레임과 유사한 플라스틱 스페이서가 공판 인쇄에 의하여 각 기판(10’)의 일면 상에 프린팅될 수 있다.

이러한 방식으로 공판 인쇄에 의하여 상기 스페이서(11)들이 형성되는 경우, 상기 스페이서(11)들은 UV경화성 잉크를 사용하여 프린팅될 수 있어, 상기 잉크는 UV광을 조사하는 것에 의한 상기 프린팅 공정 이후 상대적으로 이른 단계에서 경화될 수 있고, 이에 따라 생산성이 향상될 수 있다.

탄성 연마제

연삭에 사용되는 상기 탄성 연마제(20)는, 도 3A에 나타난 것과 같이, 연마립(22)들을 탄성 물질로 이루어진 기초 물질(21)의 전체에 걸쳐 분산시킴으로써 형성될 수 있거나(예를 들어, 일본공개특허 제2006-159402호에서 논의된 탄성 연마제), 도3B에 나타난 것과 같이, 부착성이 있는 탄성 물질로 이루어진 기초 물질(21)의 표면 상에 연마립(22)들을 부착시키거나 탄성 물질로 이루어진 기초 물질(21)의 표면에 부착제를 가한 후 표면 상에 상기 연마립(22)들을 부착시킴으로써 형성될 수 있다. 상기 가공품(10)과 충돌하는 경우, 상기 기초 물질(21)은 상기 충돌간에 발생하는 상기 충격을 흡수하기 위하여 변형되고, 상기 기초 물질(21)의 상기 표면 상에 부착되거나 상기 표면 전체에 걸쳐 분산된 상기 연마립(22)들은 각각의 기판(10’)의 상기 측부를 연삭한다.

상기 탄성 연마제(20)의 상기 기초 물질(21)은 고무 또는 열가소성 탄성 중합체 및 그와 유사한 물질로 구성된 탄성체일 수 있다. 그러한 탄성체를 얻는데 사용되는 원료 고분자는 액체 고무 또는 에멀젼(emulsion), 및 고형과 같은 라텍스(latex)의 형태일 수 있다.

상기 기초 물질(21) 및 상기 기초 물질(21)을 포함하는 상기 연마제의 충격 탄성을 억제하기 위하여, 상기 기초 물질(21) 및 상기 연마제가 낮은 충격 탄성을 가지는 것이 바람직하다.

사용되는 상기 고무는, 천연 고무 또는 예를 들어, 이소프렌 고무(isoprene rubber), 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber), 부타디엔 고무(butadiene rubber), 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(acrylonitrile-butadiene rubber), 클로로프렌 고무(chloroprene rubber), 에틸렌-프로필렌 고무(ethylene-propylene rubber), 클로로술폰화 폴리에틸렌(chlorosulfonated polyethylene), 염소화 폴리에틸렌(chlorinated polyethylene), 우레탄 고무(urethane rubber), 실리콘 고무(silicon rubber), 에피클로로하이드린 고무(epichlorohydrin rubber), 및 부틸 고무(butyl rubber)를 포함하는 다양한 종류의 합성 고무일 수 있다.

상기 열가소성 탄성 중합체의 예로서, 스티렌 블록 공중합체(styrene block copolymer), 염소화-폴리에틸렌-기반 탄성 중합체(chlorinated-polyethylene-based elastomer), 폴리에스테르-기반 탄성 중합체(polyester-based elastomer), 니트릴-기반 탄성 중합체(nitrile-based elastomer), 플루오린-기반 탄성 중합체(fluorine-based elastomer), 실리콘-기반 탄성 중합체(silicon-based elastomer), 에스테르-할로겐-기반 고분자 화합물(ester-halogen-based polymer alloy), 올레핀-기반 탄성 중합체(olefin-based elastomer), 비닐-클로라이드-기반 탄성 중합체(vinyl-chloride-based elastomer), 우레탄-기반 탄성 중합체(urethane-based elastomer), 및 폴리아미드-기반 탄성 중합체(polyamide-based elastomer)를 포함한다.

상기 고무 또는 열가소성 탄성 중합체는, 원료 고분자이고, 독자적으로 사용되거나, 그것들 중 여러 종류들을 혼합(결합)하여 사용될 수 있다.

선택적으로, 수집된 폐기물 또는 버려진 폐기물을 재활용하여 얻어진 고무 또는 열가소성 탄성 중합체가 사용될 수 있다.

상기 원료 고분자는 다양한 종류의 고무 배합제와 혼합될 수 있고 상기 기초 물질을 구성하는 탄성체로서 가공된다.

하기의 설명은 고무가 상기 원료 고분자로 사용되는 경우에 관한 것이다. 상기 고무 고분자와 혼합되는 상기 고무 배합제의 예는, 고무 분자들 사이의 가교를 위한 경화제, 상기 경화제에 의하여 야기되는 상기 가교 반응을 촉진하기 위한 경화 촉진제, 압연 및 압출 단계에서 가공성을 향상시키기 위하여 상기 고무에 가소성을 부여하여 상기 배합제의 혼합 및 분산을 돕는 가소제, 가공성을 향상시키기 위하여 상기 고무의 제조 공정 동안 요구되는 접착성을 부여하기 위한 점착제, 부피를 증가시켜 상기 제조 비용을 감축하고 상기 고무의 물성(탄성과 같은, 인장 강도 및 기계적 성질) 및 가공성을 향상시키기 위한 필터(filter), 및 안정제 및 분산제와 같이 고무를 제조하는데 일반적으로 사용되는 다양한 종류의 배합제를 포함한다.

사용되는 상기 필터의 예는, 상기 연마립들보다 경도가 낮고, 상기 연마제에 무게를 가하기 위한 무기수지, 세라믹, 및 금속을 포함한다. 이러한 물질들을 혼합함으로써, 상기 연마제의 밀도는 블라스팅(blasting)에 적합하도록 조절될 수 있다. 또한, 정전기를 방지하기 위하여, 카본 블랙(carbon black) 또는 금속 입자와 같은 전도성 물질이 사용될 수 있다.

상기 원료 고분자는 상기 실시예에서의 고무 고분자이나, 전술한 바와 같이 열가소성 탄성 중합체가 상기 원료 고분자로 사용될 수 있다. 그러한 경우, 열가소성 탄성 중합체를 형성하는데 일반적으로 사용되는 다양한 종류의 배합제들이 사용될 수 있다.

상기 기초 물질(21) 내에 분산되거나 상기 기초 물질(21)의 표면에 부착되는 연마립(22)들의 형태에는 제한이 없으나, 경질 취성 물질을 연삭하는데 적합한 형태가 선택된다. 예로서, 유리를 연삭하는데 일반적으로 사용되는 세륨-산화물 입자들 또는 다이아몬드 입자들, 실리콘 카바이드(silicon carbide), 알루미늄-산화물, 지르코니아(zirconia), 지르콘(zircon), 철 산화물, 보론 카바이드(boron carbide), 티타늄 보라이드(titanium boride), 및 그것들의 혼합물을 포함한다.

사용되는 상기 탄성 연마제(20)는 30 μm 내지 2000 μm 의 평균 입자 직경을 가진다. 상기 탄성 연마제(20)의 상기 입자 직경이 너무 크면, 상기 탄성 연마제(20)가 상기 기판들 사이의 상기 간격 g 로 들어가기 어려워져 상기 챔퍼링된 부분을 연삭하는 것을 어렵게 한다. 상기 탄성 연마제(20)의 상기 입자 직경이 너무 작으면, 상기 가공 양이 감소되고, 상기 연삭공정에 요구되는 시간이 길어지기 때문에 생산성의 저하로 이어진다. 상기 탄성 연마제(20)의 평균 입자 직경의 보다 바람직한 범위는 100 μm 와 1000 μm 사이이다.

상기 탄성 연마제(20)의 상기 기초 물질(21) 내에 분산되어 있거나 상기 기초 물질(21)의 표면에 부착된 상기 연마립(22)들은 #360 과 #30000 사이의 범위를 갖는 그릿(grit) 크기(35 μm 와 0.3 μm 사이의 범위를 갖는 평균 입자 직경)를 가진다. 상기 연마립(22)들의 입자 직경이 너무 크면, 연삭된 표면 상에 상대적으로 큰 스크래치(scratch)가 형성되기 때문에 거울 마감 표면이 얻어질 수 없다. 또한, 큰 입자 직경은 미세-금의 형성과 같은 칩핑을 일으킨다. 상기 입자 직경이 너무 작으면, 상기 가공 양이 감소되고, 상기 연삭공정에 요구되는 시간이 길어지기 때문에 생산성의 저하로 이어진다. 상기 연마립(22)들의 상기 그릿 크기의 보다 바람직한 범위는 #3000 과 #20000 사이이다(4.0 μm 와 0.5 μm 사이의 범위를 갖는 평균 입자 직경).

상기 탄성 연마제(20) 및 상기 연마립(22)들의 입자 직경은 상기 연삭공정이 진행됨에 따라 단계적으로 감소될 수 있다. 이 경우, 예를 들어, #320, #600, #1000, #3000, #6000, #10000, 및 #20000 으로 그릿 수가 증가하면서(즉, 입자 직경이 감소하면서) 다양한 종류의 탄성 연마제(20)들이 생성될 수 있다. 상기 가공품(10)의 가공되는 표면이 거친 경우, 상기 연삭공정은 상기 #320 그릿의 탄성 연마제에서 시작하여 순차적으로 더 높은 그릿 수(더 작은 입자 직경)를 가지는 탄성 연마제를 사용하여 수행될 수 있다. 상기 가공품(10)의 가공되는 표면이 비교적 매끈한 경우, 상기 연삭공정은, 예를 들어, 상기 #1000 그릿의 탄성 연마제에서 시작하여, #320 및 #600 그릿과 같은 비교적 낮은 그릿 수의 탄성 연마제를 사용하지 아니하고, 순차적으로 더 높은 그릿 수를 가지는 탄성 연마제를 사용하여 수행될 수 있다.

더 낮은 그릿 수의 탄성 연마제(20)에는, 상대적으로 낮은 그릿 수의 연마립(22)들이 분산되거나 부착된다. 상기 탄성 연마제(20)의 그릿 수가 증가할수록, 분산되거나 부착되는 연마립(22)들의 그릿 수 또한 순차적으로 증가한다.

분사 방법

본 실시예에서 전술한 탄성 연마제(20)는 상기 가공품(10)의 역할을 하는 각 기판(10’)의 상기 측부를 향하여 압축 가스, 즉 압축 공기 와 함께 분사 노즐(30)으로부터 분사된다.

상기 탄성 연마제(20)를 분사하는데 사용되는 압축 공기의 분사 압력은 사용되는 상기 탄성 연마제의 입자 직경, 상기 탄성 연마제의 내부에 분산되거나 표면에 부착되는 상기 연마립의 직경, 및 얻어지는 최종 마감 표면의 상태(거칠기)에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 분사 압력은 0.01 MPa 과 0.5 MPa 사이의 범위를 가진다. 상기 분사 압력이 너무 낮게 설정되면, 상기 가공 양이 감소되고, 상기 연삭공정에 요구되는 시간이 길어지기 때문에 생산성의 저하로 이어진다. 반대로, 상기 분사 압력을 너무 높게 설정하는 것은 상기 기판에 고르지 못한 표면을 형성하고 따라서, 상기 표면 거칠기를 악화시키게 되어, 강도의 저하로 이어진다.

상기 분사 압력의 보다 바람직한 범위는 0.02 MPa 와 0.3 MPa 사이이다. 유리 또는 석영 및 그와 유사한 물질로 구성된 경질 취성 물질 기판상에 광택 표면이 형성되려면, 보다 바람직하게는 상기 분사 압력은 0.05 MPa 와 0.3 MPa 사이의 범위를 가진다.

상기 분사에 사용되는 상기 분사 노즐(30) 원형 분사 포트를 갖는 둥근 형태의 노즐일 수 있다. 전술한 것과 같이, 만일 상기 연삭공정이 복수의 적층된 기판들에 대하여 동시에 수행되는 경우, 직사각형-슬릿-형태의 분사 포트를 갖는 슬릿 노즐(도시되지 아니함)이 사용되는 것이 바람직하다. 원형 노즐을 사용하는 경우에 비하여, 그러한 슬릿 노즐을 사용함으로써, 상기 슬릿의 세로 방향에서 상기 탄성 연마제의 분사 속도의 변동이 억제될 수 있고, 따라서 상기 공정이 균일하게 수행될 수 있다.

그러한 슬릿 노즐이 사용되는 경우, 상기 슬릿의 세로 방향은 상기 가공품의 가로 방향과 일직선으로 정렬된다.

도 4A 및 도 4B 에 나타난 것과 같이, 상기 탄성 연마제(20)의 상기 분사에 관하여, 상기 가공품(10)(즉, 기판(10’))의 측부상의 한 점이 가공점 P로 설정된다. 상기 가공품의 가로 방향 직선 W가 상기 가공점 P를 지나도록 연장되고, 접촉선 T가 상기 가로 방향 직선 W와 수직으로 연장되고 상기 가공점 P에서 상기 기판(10’)의 측부(측면)과 접촉하는 것으로 가정하면, 상기 탄성 연마제는 상기 가공점 P를 중앙으로 하는 미리 정해진 가공면 F를 향하여 상기 가공점 P에서 상기 가로 방향 직선 W와 교차하고 상기 접촉선 T와 미리 정해진 경사각 θ을 형성하는 분사 방향 D를 따라 분사된다. 또한, 상기 분사 노즐(30) 및 상기 가공품(10)(기판(10’)들)은 서로에 대하여 상대적으로 이동되고 상기 가공면 F은 상기 가공품의 원주 방향으로 고정된 속도로 이동됨에 따라(도 4A 및 도 4B 의 화살표 참고), 상기 분사 방향 D는 각 위치에서 가공점 P’ 에서 경사각 θ 를 이루며 유지된다.

도면에서 나타나는 상기 실시예에서 상기 분사 방향 D와 상기 가로 방향 직선 W의 사이각은 직각(90°)이나, 이러한 사이각 r은 0° 및 90° 사이의 범위 내일 수 있다.

상기 상대적인 이동에 관하여, 상기 분사 노즐(30)이 이동될 수 있고, 상기 기판(10’)들이 이동될 수 있고, 또는 양자 모두 이동될 수 있다.

경사각 θ 가 작아질수록, 상기 탄성 연마제(20)는 상기 가공품(10) (기판(10’))의 측면 상을 쉽게 미끄러질 수 있다. 다만, 과도하게 작은 경사각 θ 는 절삭성의 감소를 야기한다. 반대로, 과도하게 큰 경사각 θ 는 상기 탄성 연마제(20)가 상기 가공품(10)(기판(10’)의 측면 상에서 미끄러지는 것을 어렵게 한다. 따라서, 상기 탄성 연마제(20)가 상기 가공품(10)과 충돌하는 경우, 생성되는 충격이 충분하게 흡수되지 못함에 따라, 상기 가공품(10)의 측면 상에 돌출부와 함몰부가 형성된다. 그 결과, 요구되는 평탄도가 얻어질 수 없다. 따라서, 상기 경사각 θ 는 2° 와 60° 사이, 보다 바람직하게는 5° 와 30° 사이의 범위를 가진다.

또한, 상기 가공품(10)과 상기 분사 노즐(30)의 상기 상대적인 이동은, 전술한 가공면 F(가공점 P)가 상기 가공품의 원주 방향을 따라 약 3 mm/s 내지 1000 mm/s 로 움직이도록 이루어진다.

도 1 에 관하여 전술한 것과 같이, 상기 가공품(10)이 복수의 적층된 기판(10’)들인 경우, 도 5 에 나타난 상기 공정이 상기 가공품(10)의 원주 방향(즉, 상기 접촉선 T 의 세로 방향)뿐만 아니라, 가로 방향(즉, 상기 가로 방향 직선 W의 세로 방향)을 따라 미리 정해진 속도로 단계적으로 수행됨에 따라, 상기 가공면 F(가공점 P)의 궤적이 상기 가공품의 외측 표면을 따라 나선형을 이루게 된다.

유리한 효과

상기 탄성 연마제(20)가 전술한 방법으로 상기 가공품(10)의 측부를 향하여 상기 압축 공기와 함께 분사되면, 분사된 상기 탄성 연마제(20)는 상기 가공품(10)(각 기판(10’))의 측면과 충돌한다. 상기 충돌간 발생하는 충격은 상기 탄성 연마제(20)의 상기 기초 물질(21)의 변형에 의해 흡수되기 때문에, 상기 기판(10’)에 큰 충격이 가해지는 것은 아니다.

이에 따라, 상기 탄성 연마제(20)는 상기 충돌간 발생하는 충격을 흡수하기 위하여 변형하고, 또한, 전술한 것과 같이, 상기 탄성 연마제(20)는 상기 미리 정해진 경사각 θ 에서 상기 분사 방향 D를 따라 분사되기 때문에 상기 기판(10’)의 측면에서 튕겨나가는 것이 방지된다. 따라서, 상기 탄성 연마제(20)는 상기 기판(10’)의 원주 방향으로 상기 기판(10’)의 측면을 따라 미끄러진다. 또한, 상기 탄성 연마제(20)가 미끄러지는 동안, 상기 탄성 연마제(20)의 상기 기초 물질(21) 속에 분산되어 있거나 상기 기초 물질(21)의 표면에 부착된 상기 연마립(22)들은 절삭력(cutting force)을 나타내므로, 상기 기판(10’)의 표면 거칠기가 향상된다.

상기 기판(10’)의 표면 상에서 미끄러지지 않고 상기 기판의 가로 방향 끝단(모서리들)에서 떨어져 나가는 상기 탄성 연마제(20)는 상기 기판(10’)의 측면의 가로 방향 끝단을 따라 상기 모서리들을 절단하고 챔퍼링하거나, 상기 기판(10’)이 이미 챔퍼링된 경우 챔퍼링된 표면들을 연삭하고, 그에 따라 이전의 공정에서 형성된 칩핑을 제거할 뿐만 아니라 상기 기판의 전체 측부의 거칠기를 향상시킨다.

특히, 복수의 적층된 기판(10’)들이 가공되는 경우, 상기 스페이서(11)들이 상기 기판(10’)들 사이에 삽입되어 상기 각 기판(10’)이 연삭될 뿐만 아니라, 금이 갈 경향이 있는 상기 모서리들이 제거되고 챔퍼링되거나, 상기 챔퍼링된 표면들이 연삭된다. 따라서 상기 기판(10’)들의 항절력(deflective strength)이 현저하게 증가될 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 상기 방법에 의하여, 상기 표면 거칠기는 상기 기판(10’)을 칩핑하지 않고도 향상될 수 있고, 상기 모서리들이 챔퍼링되거나 상기 챔퍼링된 표면들이 연삭된다. 따라서 항절력과 같은 기계적 강도가 현저하게 증가한다.

또한, 상기 연마립(22)들이 상기 기초 물질(21) 내에 분산되거나 상기 기초 물질(21)의 표면에 부착되기 때문에, 상기 작업 환경이 흩어진 연마립(22)들에 의하여 오염되는 것이 방지된다. 또한, 상기 탄성 연마제(20)는 절단 분진 및 그와 유사한 것과 쉽게 구별될 수 있으므로, 반복적으로 사용될 수 있다. 아울러, 그러한 반복된 사용에도 불구하고 상기 기판(10’)들에 대하여 실질적으로 일정한 공정 조건이 유지될 수 있기 때문에, 다이아몬드 또는 세륨 산화물로 구성된 값비싼 연마립(22)들이 사용되는 경우라도 경제적인 연삭공정이 이루어질 수 있다.

예

본 발명에 따른 상기 연삭방법에 의하여 유리 기판의 끝단들이 연삭되는 공정례가 하기와 같이 개시된다.

가공품

소다 석회 유리를 스크라이빙(scribing)한 후, 숫돌을 사용하여 표면 모서리들이 챔퍼링된 100개의 유리 기판(30 mm * 80 mm * 1.8 mm)들이 그것들 사이에 스페이서들을 삽입하여 적층됨으로써 가공품이 얻어졌다.

상기 스페이서들은 각각 공판 인쇄에 의하여 각각의 유리 기판의 일면상에 UV 경화성 잉크를 프린팅(printing)하고 UV광을 조사하여 상기 잉크를 경화시킴으로써 형성되었다.

사용되는 상기 UV 경화성 잉크는 수지로서 우레탄 아크릴레이트(urethane acrylate), 모노머로서 단기능성 모노머 및 다기능성 모노머, 감광 물질로서 유기 염료, 레벨링제(leveling agent), 소포제(antifoaming agent), 실리카(silica), 및 보조제로서 칙소제(thixotropic agent)를 포함하고, SUS 코퍼레이션에 의하여 제조된 150-메쉬(mesh) 공판을 사용하여 프린팅되었다.

공정 조건

상기 탄성 연마제로서, Fuji Manufacturing 주식회사에서 의하여 제조되고, 탄성 기초 물질 내에 연마립들이 끼워진 “SIRIUS?MEDIA” 가 Fuji Manufacturing 주식회사에 의하여 제조된 블라스팅 장치 “FDD-SR” 을 사용하여 분사되었다. 상기 탄성 연마제는 아래의 표 1에 기재된 분사 압력으로 분사되었다.

사용되는 노즐의 팁(tip)의 내경은 5 mm 이고, 도 4A, 도 4B, 및 도 5 에 나타난 상기 경사각 θ 는 20° 이고, 상기 노즐의 팁으로부터 상기 가공품의 표면까지의 거리는 50 mm 였다.

사용된 탄성 연마제	총 입자 직경 (μm)	연마립 재료 및 입자 직경 (μm)	분사 압력 (MPa)	공정 시간 (분)
#320	30 ~ 2000	실리콘 카바이드 D50 (40)	0.3	10
#600	30 ~ 2000	실리콘 카바이드 D50 (20)	0.3	10
#1000	30 ~ 2000	실리콘 카바이드 D50 (12)	0.3	10
#3000	100 ~ 1000	실리콘 카바이드 D50 (4)	0.3	10
#6000	100 ~ 1000	실리콘 카바이드 D50 (2)	0.3	10
#10000	100 ~ 500	다이아몬드 D50 (0.6)	0.1	10

상기 표 1 에서, 상기 분사 압력은 상기 노즐로 공급되는 압축 공기의 압력이다.

#10000-그릿 탄성 연마제가 사용되는 경우에만, 상기 분사 압력이 0.1 MPa 로 설정되었고, 이는 다른 예들의 그것에 비하여 낮다. 이는 상기 공정이 상기 #10000-그릿 탄성 연마제를 사용하여 0.3 MPa로 수행되는 경우 표면 거칠기의 개선이 감소되기 때문이다.

특히, 도 6에 나타난 것과 같이, 상기 탄성 연마제는 상기 가공품의 표면상에 닿는(충돌하는) 경우 변형되어 상기 충돌 에너지가 표면의 일부에 집중될 가능성이 적다. 상기 탄성 연마제가 높은 분사 압력으로 분사되는 경우, 상기 충돌 에너지는 표면의 일부에 국부적으로 집중되어 상기 충돌면이 선택적으로 가공되어 매끈한 표면을 얻는 것을 어렵게 한다. 따라서, 상기 분사 압력은 상기 표면 거칠기를 조절하는데 응용될 수 있다. 또한, 상기 충돌 에너지를 감소시키기 위하여 상기 연마제의 입자 직경을 줄임으로써 최종 마감 표면이 얻어질 수 있다.

공정 결과 1: 표면 거칠기

전술한 방법에 의하여 가공된 유리 기판의 측부 표면 상태는 광학 현미경으로 관찰되었고, 상기 표면 거칠기가 측정되었다.

도 7 내지 도 11 은 상기 광학 현미경으로 얻어진 상기 측부 표면의 사진을 나타내고, 다음의 표 2 는 표면 거칠기의 측정 결과를 나타낸다.

상기 측부 표면은 레이저 현미경(Keyence Corporation에서 제조된 VK8500)을 사용하여 관찰되었고, 상기 표면 거칠기는 이 광학 현미경을 사용하여 비접촉 방법에 기초하여 측정되었다. 특히, 50 배율의 대물 렌즈를 사용함으로써, 66,700 μm² 의 면적(298 μm × 224 μm)이 측정되었다.

표면 거칠기의 측정 결과

연마제	Ra (μm)	Rz (μm)
가공 전	1.52	10.23
#320	1.40	8.61
#600	1.18	5.68
#1000	0.92	5.10
#3000	0.56	4.50
#6000	0.04	0.24
#10000	0.03	0.12

상기 결과는 본 발명에 따른 상기 방법에 의하여 상기 유리 기판의 측부가 연삭 됨에 따라 평판화되었다는 것을 보여준다. 특히, 사용된 상기 탄성 연마제의 입자 직경이 작을수록 상기 측부는 더 매끈해졌다. 본 발명의 상기 방법에 따른 상기 공정은, 상기 유리가 깨지도록 할 수 있고 상기 유리 기판의 상기 모서리들에서 형성되어 상기 유리가 깨지도록 할 수 있는 칩핑과 같은 결함들을 제거한다는 점에서 유리한 효과가 있음이 확인되었다.

공정 결과 2: 강도 실험

본 발명에 따른 전술한 방법에 의하여 가공된 각 유리 기판에 대하여 항절력 실험이 수행되었고, 상기 유리 기판의 강도는 공지된 슬러리를 기초로 한 연삭방법에 의하여 연삭된 유리 기판의 강도와 비교되었다.

전술한 예들 중, 상기 강도 실험에 사용된 유리 기판들은 #6000-그릿 탄성 연마제를 사용하여 최초 가공되고 순차적으로 #10000-그릿 탄성 연마제를 사용하여 가공된 유리 기판들이다. 블라스팅을 수행한 이후, 상기 적층된 유리 기판들은 서로 분리되었다. 상기 스페이서들이 제거되어 얻어진 상기 유리 기판(30 mm × 80 mm × 1.8 mm)들 중 20 개의 강도가 측정되었고, 평균값이 얻어졌다.

상기 항절력 실험은 Instron 주식회사에서 제조한 만능형 시험기(universal testing device) “5582” 를 사용하여 수행되었다. 특히, 각 유리 기판의 반대쪽 끝단들은 60 mm 의 고정된 피치(pitch)에서 지지되었고, 상기 유리 기판의 중앙부는 상기 유리 기판이 깨질 때까지 0.5 mm/min 으로 가압되었으며, 상기 유리 기판이 깨질 때에 대응하는 하중(N)이 측정되었다.

비교예로, 본 발명에 따른 상기 방법에 의해 가공되는 상기 유리 기판들로서 동일한 물질로 구성되고 동일한 크기를 가지는 유리 기판들이 준비되었다. 특히, 각 유리 기판의 모서리들은 #800-그릿 다이아몬드 숫돌을 사용하여 챔퍼링되었고, 이어서 상기 유리 기판은 #3000-그릿 세륨-산화물 연마립을 포함하는 슬러리 및 #10000-그릿 세륨-산화물 연마립을 포함하는 슬러리를 사용하는, 단계적인 방식으로 브러시를 기초로 한 연삭공정을 수행함으로써 래핑(lapping)되었다. 상기 항절력 실험은 동일한 방법을 사용하여 이러한 유리 기판들에 대하여 유사하게 수행되었다.

그 결과, 브러시를 기초로 한 연삭에 의하여 래핑된 상기 유리 기판들의 평균 항절력 값이 100 이라고 가정하면, 본 발명에 따른 상기 방법에 의해 연삭된 상기 유리 기판들의 평균 항절력 값은 98 이었다. 상기 차이는 오차 범위 내에 있기 때문에, 실질적으로 같은 강도가 얻어졌다.

세륨 연마립을 포함하는 슬러리를 사용하는 브러시를 기초로 한 연삭을 수행한 이후에 얻어진 상기 기판들과 관련하여, 상기 항절력은 상기 평균값에 비하여 약 ±10 % 의 범위에서 변동하였다. 반대로, 본 발명에 따른 상기 방법에 의해 측부들이 연삭된 상기 유리 기판들과 관련하여, 상기 항절력은 약 ±5 % 의 범위에서 변동하였으므로, 공정 정확도의 변동이 감소된 것으로 확인되었다.

결과적으로, 본 발명에 따른 상기 방법에 의하면, 상기 유리를 깨지도록 할 수 있는, 상기 칩핑은 상기 증명된 세륨-산화물 슬러리를 사용하는 브러시를 기초로 한 연삭방법과 유사한 방법으로 제거될 수 있고, 공지의 연삭방법에 비하여 제품간 가공 정확도의 변동이 감소될 수 있는 것으로 확인되었다.

따라서, 다음의 최광의의 청구항들은 특정한 방법으로 구성된 기계 장치를 가리키는 것은 아니다. 대신에, 상기 최광의의 청구항들은 비약적인 본 발명의 핵심 또는 본질을 보호하도록 의도된 것이다. 본 발명은 명확히 신규하고 유용하다. 또한, 본 발명은 전체적으로 보아 선행기술을 고려하여 발명 당시 당해 기술 분야에서 통상의 기술자에게 자명하지 않다.

또한, 본 발명의 혁신적인 성질을 고려하건대, 선구적인 발명임이 분명하다. 따라서, 다음의 최광의의 청구항들은 본 발명의 핵심을 보호하기 위하여 법적으로 매우 넓게 해석될 수 있다.

따라서, 전술한 대상 및 상세한 설명으로부터 자명하게 발명될 수 있는 대상들은 효율적으로 도출될 수 있고, 본 발명의 범위에서 벗어나지 아니하고도 상기 해석에 따라 일정한 변경이 생길 수 있기 때문에, 상기 상세한 설명에 포함되거나 첨부한 도면에 나타난 모든 발명의 내용은 구체적인 실례로 해석될 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니다.

다음의 청구항들은 본 명세서에 개시된 본 발명의 모든 일반적인 형태 및 특정한 형태, 및 문언적으로 청구항에 기재되었다고 할 수 있는 본 발명 범위의 모든 진술을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

Claims

하나 또는 복수의 경질 취성 물질 기판(들)로 형성된 가공품의 측면이, 탄성 기초 물질 내부에 분산된 연마립으로 이루어진 탄성 연마제 또는 탄성 기초 물질 표면에 부착된 연마립으로 이루어진 탄성 연마제를 상기 가공품의 측부와 충돌하게 하기 위하여 압축 가스와 함께 분사 노즐로부터 상기 가공품의 상기 측부를 향하여 분사함으로써 연삭되는, 경질 취성 물질 기판 측부의 연삭방법에 있어서,
(a) 상기 가공품의 상기 측부 상에 하나의 점을 가공점으로 설정하고, 상기 가공품의 가로 방향 직선이 상기 가공점을 지나도록 연장되고 접촉선이 상기 가로 방향 직선에 수직인 방향으로 연장되고 상기 가공점에서 상기 경질 취성 물질 기판의 상기 측부와 접한다고 가정하는 단계;
(b) 상기 가공점을 중앙으로 하는 미리 정해진 가공면을 향하여 상기 가공점에서 상기 가로 방향 직선과 교차하고 상기 접촉선에 대하여 2° 내지 60° 의 범위로부터 선택되는 일정 경사각을 형성하는 분사 방향으로 상기 탄성 연마제를 분사하는 단계; 및
(c) 상기 가공면이 상기 가공품의 원주방향으로 고정된 속도로 이동되고 상기 분사 방향이 이동 후 각각의 가공점에서 유지되도록 상기 분사 노즐과 상기 가공품을 서로에 대하여 상대적으로 이동시키는 단계를 포함하는, 경질 취성 물질 기판 측부의 연삭방법.
제 1 항에 있어서,
상기 경질 취성 물질 기판은 6 내지 14의 모스 경도를 가지는 것인, 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 경질 취성 물질 기판은 유리, 석영, 세라믹, 또는 사파이어로 구성된 것인, 방법.
제 1항에 있어서,
상기 가공품은 동일한 형태의 적층된 상기 복수의 경질 취성 물질 기판들을 포함하여 평면 형태의 기판들이 서로 일직선으로 정렬되고, 상기 가공면이 상기 가공품의 가로 방향을 따라 고정된 속도로 이동되는 것인, 방법.
제 4 항에 있어서,
외측 평면 형태와 유사하나 상기 경질 취성 물질 기판 각각의 평면 형태보다 다소 작은 스페이서(11)가 상기 경질 취성 물질 기판들 사이에 삽입되는 것인, 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 스페이서는 0.01 mm 내지 5 mm 의 두께를 가지고, 상기 스페이서의 측부 및 상기 경질 취성 물질 기판들의 상기 측부들이 0.1 mm 내지 10 mm의 높이 차를 갖는 것인, 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 스페이서는 수지 물질로 이루어지고, 공판 인쇄에 의하여 상기 경질 취성 물질 기판들의 각 일면 상에 형성되는 것인, 방법.
제 1항에 있어서,
상기 탄성 연마제는 0.01 MPa 내지 0.5 MPa 의 분사 압력으로 상기 압축 가스와 함께 분사되는 것인, 방법.
제 1항에 있어서,
상기 분사 노즐은 슬릿-형태의 분사 포트를 포함하는 슬릿 노즐이고, 상기 탄성 연마제가 상기 분사 포트에서 슬릿의 세로 방향이 상기 가공품의 가로 방향과 일직선으로 정렬된 상태에서 분사되는 것인, 방법.