KR20140041360A - 홈이 있는 화학기계 연마층의 제조 방법 - Google Patents

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KR20140041360A
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Abstract

연마층의 결함 형성이 최소화되는 화학기계 연마 패드에 사용하기 위한 홈이 있는 연마층의 제조 방법이 제공된다.

Description

홈이 있는 화학기계 연마층의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING GROOVED CHEMICAL MECHANICAL POLISHING LAYERS}
본 발명은 일반적으로 연마층의 제조 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 홈(groove)이 있는 화학기계 연마 패드용 연마층의 제조 방법에 관한 것이다.
집적 회로 및 기타 전자 장치의 제조 시에는, 다수의 전도성, 반전도성 및 유전체성 물질의 층을 반도체 웨이퍼 표면 상에 퇴적하거나 제거한다. 전도성, 반전도성 및 유전체성 물질의 박층은 다수의 퇴적 기술에 의해 퇴적될 수 있다. 최신 가공에서 통상적인 퇴적 기술로는 물리 증착(PVD; 스퍼터링으로도 공지됨), 화학 증착(CVD), 플라즈마 화학 증착(PECVD) 및 전기화학 도금(ECP)이 있다.
물질의 층들을 순차적으로 퇴적하고 제거함에 따라 웨이퍼의 최상위 표면은 비평면이 된다. 후속 반도체 가공(예: 금속화)에서는 웨이퍼가 평평한 표면을 가져야 하기 때문에, 웨이퍼는 평탄화될 필요가 있다. 평탄화는 바람직하지 않은 표면 지형 및 표면 결함, 예를 들면 거친 표면, 응집된 물질, 결정 격자 손상, 스크래치, 및 오염된 층 또는 물질을 제거하는 데에 유용하다.
화학기계 평탄화, 또는 화학기계 연마(CMP)는 반도체 웨이퍼와 같은 기판의 평탄화에 흔히 사용되는 기술이다. 통상의 CMP에서는 웨이퍼를 캐리어 어셈블리 상에 장착하고 CMP 장치의 연마 패드와 접촉하게 위치시킨다. 캐리어 어셈블리는 조정 가능한 압력을 웨이퍼에 제공하여, 웨이퍼를 연마 패드에 압박한다. 패드는 외부 구동력에 의해 웨이퍼에 대해 이동(예: 회전)한다. 그와 동시에 화학 조성물("슬러리") 또는 기타 연마 용액이 웨이퍼와 연마 패드 사이에 제공된다. 따라서, 웨이퍼 표면은 패드 표면 및 슬러리의 화학적 및 기계적 작용에 의해 연마 및 평탄화된다.
화학기계 연마 패드에 사용되는 연마층은 전형적으로 하나 이상의 홈이 있는 연마 표면을 갖는다. 화학기계 연마 패드의 연마 표면에 홈을 도입하는 데에는 다음을 비롯한 몇 가지 이유가 있다: (A) 연마되는 기판과 연마 패드 사이에 필요한 유체역학적 접촉 상태를 제공하기 위해서 (연마 패드에 홈이 없거나 천공이 없는 경우, 연속적인 연마 매질 층이 기판과 연마 패드 사이에 존재하여 연마 패드와 기판 사이의 균일하고 밀접한 접촉을 방해하고 기판 물질 제거율을 현저히 저하시키는 수막현상(hydroplaning)을 유발할 수 있음); (B) 연마 매질이 연마 패드의 연마 표면을 가로질러 균일하게 분포되고 기판 중심에 충분한 연마 매질이 도달하도록 하기 위해서 (이것은 연마의 화학적 성분이 기계적 성분만큼 중요한, 구리와 같은 반응성 금속의 연마시에 특히 중요함; 기판의 중심 및 에지에서 동일한 연마율을 달성하기 위해서는 기판을 가로질러 균일한 연마 매질 분포가 필요함; 그러나 연마 매질 층의 두께는 연마 패드와 기판 사이의 직접적인 접촉을 방해할 정도로 커서는 안됨); (C) 연마 패드의 전체적 및 국소적 경도(stiffness)를 둘 다 조절하기 위해서 (이는 기판 표면을 가로지르는 연마 균일성 및 또한 상이한 높이의 기판 특징부를 평준화하여 고평탄 표면을 제공하는 연마 패드의 능력을 조절함); 및 (D) 연마 패드 표면으로부터 연마 파편을 제거하기 위한 채널로서 작용하기 위해서.
많은 연마 적용에 사용되는 한 가지 특히 흔한 홈 패턴은 곡선형 홈과 XY 패턴을 형성하는 복수의 직선형 홈(예: 복수의 동심원형 홈과 XY 패턴을 형성하는 복수의 직선형 홈)을 조합한다. 그러나 그러한 홈 조합을 가지는 연마 패드의 제조를 위한 종래기술은 흔히 스트링거(stringer) 결함의 유발한다 (도 9 참조). 또한, 설상가상으로 시장에서는 스트링거 결함의 발생을 더욱 우려스럽게 하는 세 가지 추세가 있다. 첫째, 홈 깊이를 증가시킴으로써 연마 패드의 유효 수명을 증가시키라는 요구가 있다. 둘째, 100 cm 초과의 직경을 가지는 현재의 대형 연마 패드에서 연마 패드의 크기를 증가시키라는 요구가 있다. 마지막으로, 향상된 연마 결함 성능을 제공하기 위해 점점 더욱 낮은 모듈러스의 중합체로부터 제조된 연마 패드를 제공하라는 요구가 있다. 이들 각각의 추세는 연마 패드 제조 동안 스트링거 결함의 발생 가능성을 증가시키는 경향이 있다.
라인하르트(Reinhardt) 등의 미국 특허 제5,578,362호에는 당 업계에 공지된 예시적인 연마층이 개시되어 있다. 라인하르트의 연마층은 미소구체(microsphere)가 내부 전체에 분산되어 있는 중합체 매트릭스를 포함한다. 일반적으로, 미소구체는 액상 중합체 물질과 블렌딩 및 혼합되고 주형에 이송되어 경화된다. 당 업계의 통상적 지식은 이송 공정 동안 주형 공동의 내용물에 부여되는 동요를 최소화하는 것이다. 이 결과를 얻기 위해, 경화성 물질을 주형 공동에 가하는 노즐 개구의 위치는 통상적으로 주형 공동의 단면에 대해 중심에 그리고 경화성 물질이 주형 공동 내에 쌓일 때 경화성 물질의 상부 표면에 대해 가능한 한 움직이지 않는 상태이도록 유지된다. 따라서, 노즐 개구의 위치는 통상적으로 이송 공정 내내 주형 공동 내의 경화성 물질의 상부 표면 위로 설정된 고도를 유지하도록 한 차원으로만 이동한다. 이어서, 성형된 물품을 연마 스톤으로 주기적으로 입혀지는 스카이버 블레이드(skiver blade)를 사용하여 슬라이싱(slicing)하여 연마층을 형성한다. 불행하게도, 이 방식으로 형성된 연마층은 원치 않는 결함(예: 밀도 결함 및 불균일하고 자국이 난 표면)을 나타낼 수 있다.
밀도 결함은 연마층 물질의 벌크 밀도의 변화로서 나타난다. 달리 말해, 보다 낮은 충전제(예: 라인하르트 연마층의 미소구체) 농도를 가지는 영역들이다. 밀도 결함은, 연마층들간 및 단일 연마층 내에서 예측 불가능하며 아마도 해로운 유효 수명에 걸친 연마 성능 변화를 유발할 수 있다고 생각되므로 바람직하지 않다.
매우 평평한 연마 표면을 나타내는 연마층의 제조에 대한 요구가 점점 더 증가하고 있다.
따라서, 원치 않는 밀도 결함의 형성이 더욱 최소화되거나 제거되고 연마층의 연마 표면의 표면 조도가 최소화되고 스트링거 결함의 발생이 최소화된 화학기계 연마 패드용 연마층의 개선된 제조 방법에 대한 요구가 있다.
본 발명은 홈이 없는 연마 표면을 가지는 연마층을 제공하고; 우선 홈이 없는 연마 표면에 하나 이상의 곡선형 홈을 기계가공(machining)하고; 그 후에 복수의 직선형 홈을 XY 격자 패턴으로 연마 표면에 기계가공하여 홈이 있는 연마 표면을 가지는 연마층을 생성하며; 복수의 직선형 홈을 홈 절삭 공구가 다수회의 연속적인 절삭 패스(pass)에 의해 각각의 직선형 홈을 형성하고 각각의 연속적인 절삭 패스가 형성되는 직선형 홈의 깊이를 증가시키는 스텝 다운 공정(step down process)에 의해 기계가공하는 것을 포함하는, 화학기계 연마 패드에 사용하기 위한 홈이 있는 연마 표면을 가지는 연마층의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 주형 기부 및 주형 기부에 부착된 주위 벽을 가지는 주형을 제공하고; 상부 표면, 하부 표면 및 2 내지 10 cm의 평균 두께를 가지는 라이너를 제공하고; 접착제를 제공하고; 액상 예비중합체를 포함하는 경화성 물질을 제공하고; 노즐 개구가 있는 노즐을 제공하고; 절단 에지를 가지는 스카이버 블레이드를 제공하고; 스트로프(strop)를 제공하고; 스트로핑 화합물(stropping compound)을 제공하고; 라이너의 하부 표면을 접착제를 사용하여 주형 기부에 결합시켜, 라이너의 상부 표면과 주위 벽이 주형 공동을 형성하게 하고; 경화성 물질을 노즐 개구를 통해 충전 기간 CP 동안 주형 공동에 충전하고; 주형 공동 내의 경화성 물질이 케이크로 경화되도록 하고; 주위 벽을 주형 기부 및 케이크로부터 분리하고; 스트로핑 화합물을 절단 에지에 가하고; 스카이버 블레이드를 스트로프를 이용하여 스트로핑하고; 스카이버 블레이드를 사용하여 케이크를 슬라이싱하여 홈이 없는 연마 표면을 가지는 연마층을 제공함으로써, 홈이 없는 연마 표면을 가지는 연마층을 제공하고; 우선 홈이 없는 연마 표면에 하나 이상의 곡선형 홈을 기계가공하고; 그 후에 복수의 직선형 홈을 XY 격자 패턴으로 연마 표면에 기계가공하여 홈이 있는 연마 표면을 가지는 연마층을 생성하며; 복수의 직선형 홈을 홈 절삭 공구가 다수회의 연속적인 절삭 패스에 의해 각각의 직선형 홈을 형성하고 각각의 연속적인 절삭 패스가 형성되는 직선형 홈의 깊이를 증가시키는 스텝 다운 공정에 의해 기계가공하는 것을 포함하는, 화학기계 연마 패드에 사용하기 위한 홈이 있는 연마 표면을 가지는 연마층의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 주형 기부 및 주형 기부에 부착된 주위 벽을 가지는 주형을 제공하고; 상부 표면, 하부 표면 및 2 내지 10 cm의 평균 두께를 가지는 라이너를 제공하고; 접착제를 제공하고; 액상 예비중합체 및 복수의 미세요소를 포함하는 경화성 물질을 제공하고; 노즐 개구가 있는 노즐을 제공하고; 절단 에지를 가지는 스카이버 블레이드를 제공하고; 스트로프를 제공하고; 스트로핑 화합물을 제공하고; 라이너의 하부 표면을 접착제를 사용하여 주형 기부에 결합시켜, 라이너의 상부 표면과 주위 벽이 주형 공동을 형성하게 하고; 라이너의 상부 표면이 주형 공동의 수평 내부 경계를 형성하고, 주형의 내부 수평 경계는 x-y 평면을 따라 배향되고, 주형 공동은 x-y 평면에 수직인 중심축 Caxis를 가지고, 주형 공동은 도넛 홀(doughnut hole) 영역 및 도넛(doughnut) 영역을 가지며; 경화성 물질을 노즐 개구를 통해 충전 기간 CP 동안 주형 공동에 충전하고; 충전 기간 CP는 초기 국면, 이행(transition) 국면, 및 잔여 국면으로서 식별되는 3개의 분리된 국면으로 구분되며; 노즐 개구는 위치를 가지며, 노즐 개구의 위치는 충전 기간 CP 동안 주형 공동의 중심축 Caxis를 따라 주형 기부에 대해 이동하여, 경화성 물질이 주형 공동 내에 쌓임에 따라 주형 공동 내의 경화성 물질의 상부 표면 위로 노즐 개구의 위치를 유지하고; 노즐 개구의 위치는 초기 국면 내내 도넛 홀 영역 내에 있으며; 노즐 개구의 위치는 이행 국면 동안 도넛 홀 영역 내에 있는 것으로부터 도넛 영역 내에 있는 것으로 이행하고; 노즐 개구의 위치는 잔여 국면 동안 도넛 영역 내에 있으며; 주형 공동은 실질적으로 원형인 단면 Cx - sect를 가지는 직원기둥 형상 영역에 근사하고; 주형 공동은 주형 공동의 중심축 Caxis와 일치하는 대칭축 Cx - sym을 가지고; 직원기둥 형상 영역은 하기와 같이 정의되는 단면적 Cx-area를 가지며:
Cx-area=πrC 2,
rC는 x-y 평면 상에 투영된 주형 공동의 단면적 Cx-area의 평균 반경이고; 도넛 홀 영역은 x-y 평면 상에 원형 단면 DHx-sect를 투영하며 대칭축 DHaxis를 가지는 주형 공동 내의 직원기둥 형상 영역이며; 도넛 홀은 하기와 같이 정의되는 단면적 DHx-area를 가지며:
DHx-area=πrDH 2,
rDH는 도넛 홀 영역의 원형 단면 DHx-sect의 반경이며; 도넛 영역은 x-y 평면 상에 환형 단면 Dx-sect을 투영하고 도넛 영역 대칭축 Daxis를 가지는 주형 공동 내의 환상체(toroid)형 영역이며; 환형 단면 Dx-sect는 하기와 같이 정의되는 단면적 Dx-area를 가지며:
Dx-area=πRD 2-πrD 2,
RD는 도넛 영역의 환형 단면 Dx-sect의 큰 반경이고; rD는 도넛 영역의 환형 단면 Dx - sect의 작은 반경이며; rD≥rDH이고; RD>rD이고; RD<rC이며; Cx - sym, DHaxis 및 Daxis는 각각 x-y 평면에 수직이고; 주형 공동 내의 경화성 물질이 케이크로 경화되도록 하고; 주위 벽을 주형 기부 및 케이크로부터 분리하고; 스트로핑 화합물을 절단 에지에 가하고; 스카이버 블레이드를 스트로프를 이용하여 스트로핑하고; 스카이버 블레이드를 사용하여 케이크를 슬라이싱하여 홈이 없는 연마 표면을 가지는 연마층을 제공함으로써, 홈이 없는 연마 표면을 가지는 연마층을 제공하고; 우선 홈이 없는 연마 표면에 하나 이상의 곡선형 홈을 기계가공하고; 그 후에 복수의 직선형 홈을 XY 격자 패턴으로 연마 표면에 기계가공하여 홈이 있는 연마 표면을 가지는 연마층을 생성하며; 복수의 직선형 홈을 홈 절삭 공구가 다수회의 연속적인 절삭 패스에 의해 각각의 직선형 홈을 형성하고 각각의 연속적인 절삭 패스가 형성되는 직선형 홈의 깊이를 증가시키는 스텝 다운 공정에 의해 기계가공하는 것을 포함하는, 화학기계 연마 패드에 사용하기 위한 홈이 있는 연마 표면을 가지는 연마층의 제조 방법을 제공한다.
도 1은 주형의 정면도이다.
도 2는 실질적으로 원형 단면을 가지는 주형 공동을 가지는 주형의 상측면 투시도이다.
도 3은 실질적으로 원형 단면을 가지는 주형 공동을 가지는 주형의 상측면 투시도이며, 주형 공동 내에 도넛 홀 영역 및 도넛 영역을 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 도넛 홀 및 도넛 영역의 평면도이다.
도 5a는 주형 공동 내에 노즐이 배치되어 있고 주형 공동이 경화성 물질로 부분적으로 충전된, 실질적으로 원형 단면을 가지는 주형 공동의 상측면 투시도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 주형 공동의 정면도이다.
도 6a는 도넛 홀 영역 및 도넛 영역을 가지는 실질적으로 원형인 단면을 가지는 주형 공동의 상측면 투시도이며, 다수의 예시적인 초기 국면 및 이행 국면 경로를 도시한다.
도 6b는 도 6a에 도시된 주형 공동의 정면도이다.
도 6c는 도 6a에 도시된 주형 공동의 평면도이며, 도 6a에 도시된 초기 국면 및 이행 국면 경로의 x-y 평면 상으로의 투영을 나타낸다.
도 7a는 도넛 홀 영역 및 도넛 영역을 가지는 실질적으로 원형인 단면을 가지는 주형 공동의 상측면 투시도이며, 예시적인 잔여 국면 경로를 도시한다.
도 7b는 도 7a에 도시된 주형 공동의 정면도이다.
도 7c는 도 7a에 도시된 주형 공동의 평면도이며, 도 7a에 도시된 잔여 국면 경로의 x-y 평면 상으로의 투영을 나타낸다.
도 8a는 원형 노즐 개구의 평면도이다.
도 8b는 비원형 노즐 개구의 평면도이다.
도 9는 스트링거 결함(250)를 가지는 연마층(225)의 연마 표면의 일부를 위에서 내려다본 사진이다.
놀랍게도, 하나 이상의 곡선형 홈 및 XY 패턴을 형성하는 복수의 직선형 홈이 있는 연마 표면을 가지는 화학기계 연마 패드용 연마층의 제조에서, 하나 이상의 미리 기계가공된 곡선형 홈이 있는 연마 표면에 스텝 다운 공정(홈 절삭 공구가 다수회의 연속적인 절삭 패스에 의해 각각의 직선형 홈을 형성하고, 각각의 연속적인 절삭 패스는 형성되는 직선형 홈의 깊이를 증가시킴)을 이용하여 직선형 홈을 기계가공하는 것은, 복수의 직선형 홈을 단일 패스의 전체 깊이 절삭 기술을 이용하여 기계가공한 것 이외에는 동일한 방법을 이용하여 제조된 연마층과 비교할 경우 더 적은 스트링거 결함 형성의 감소를 유발한다는 것을 발견하였다.
놀랍게도, 경화성 물질을 주형 공동 내에 충전하는 동안 경화성 물질을 주형 공동에 충전하는 노즐 개구의 위치가 주형 공동의 중심축 Caxis를 따라서 및 그 둘레로 3차원으로 이동하는 것을 포함하는, 본 발명의 홈이 없는 연마 표면을 가지는 연마층을 제공하는 바람직한 방법은, 노즐 개구의 위치가 주형 공동의 중심축 Caxis를 따라 한 차원으로만 이동하는 동일 방법에 의해 제조된 것에 비해 생성되는 연마층의 밀도 결함 발생률을 현저히 감소시킨다는 것을 발견하였다.
또한, 본 발명의 방법의 홈이 없는 연마 표면을 가지는 연마층을 제공하는 상기 바람직한 방법은, 충전 기간 CP 내내 노즐 개구의 위치가 주형 공동의 중심축 Caxis를 따라 단지 한 차원으로만 이동하고(즉, 경화성 물질이 주형 공동 내에 쌓일 때 노즐 개구의 위치를 경화성 물질의 상부 표면 위에 설정된 고도로 유지하기 위함) 스카이버 블레이드가 케이크 스카이빙(skiving) 전에 스트로핑되기보다는 스톤 샤프닝된 것 이외에는 동일한 방법을 사용하여 제조된 연마층에 비해 감소된 표면 조도를 가지는 홈이 없는 연마 표면을 유발한다는 것을 발견하였다. 스카이버 블레이드의 절단 에지는, 케이크를 복수의 홈이 없는 연마층으로 스카이빙한 후 거의 인지할 수 없을 정도로 뒤틀려 파형이 된다는 것이 발견되었다. 절단 에지를 스톤으로 샤프닝하는 종래 기술의 접근법은 절단 에지의 파형 부분으로부터 물질을 제거하여 평평한 연마된 표면을 제공하지만, 그 대가로 스카이버 블레이드의 길이 전체에 걸쳐 절단 에지의 인장 특성을 변화시켜, 그의 절삭 특성의 불균일 및 그에 의해 생성된 홈이 없는 연마층의 증가된 표면 조도를 유발하는 것으로 생각된다. 놀랍게도, 절단 에지의 스트로핑은 절단 에지의 파형 부분의 평탄화 및 연마를 둘 다 가능하게 하면서도, 스카이버 블레이드의 길이 전체에 걸쳐 보다 일정한 연마 에지를 유지하여, 그에 의해 생성된 홈이 없는 연마층의 표면 조도를 현저하게 감소시키는 것을 발견하였다. 연마 표면의 감소된 표면 조도는 연마층을 함유하는 화학기계 연마 패드의 후속 사용 동안 개선된 연마 결점 성능을 가능하게 하는 것으로 생각된다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 "표면 조도"라는 용어는 조면계(profilometer), 예를 들어, 제이스 서프콤(Zeiss Surfcom) 조면계를 사용하여 하기 파라미터 설정으로 측정되는 홈이 없는 연마층의 연마 표면의 조도를 의미한다: 측정 유형 - 가우시안; 기울기(tilt) - 직선; 기울기 보정 - 최소자승법; 측정 길이 - 0.6 인치 (15.24 mm); 컷오프(cutoff) 파장 - 0.1 인치(2.54 mm); 측정 속도 - 0.24 인치/s (6.1 mm/s); 및 컷오프 필터 비율 - 300.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용되는 "충전 기간 또는 CP"라는 용어는 경화성 물질이 최초로 주형 공동에 도입되는 순간부터 마지막 경화성 물질이 주형 공동에 도입되는 순간까지, 경화성 물질이 주형 공동에 충전되는 데에 걸리는 시간(초)을 의미한다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용되는 "충전 속도 또는 CR"이라는 용어는 충전 기간 CP(초 단위) 동안 경화성 물질이 주형 공동에 충전되는 질량 유속(kg/sec 단위)을 의미한다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용되는 "초기 국면 시작점 또는 SPIP"라는 용어는 충전 기간의 초기 국면이 시작될 때 - 충전 기간의 시작과 일치함 - 의 노즐 개구 위치를 의미한다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용되는 "초기 국면 종료점 또는 EPIP"라는 용어는 충전 기간의 이행 국면이 시작되기 직전, 충전 기간의 초기 국면이 종료될 때 노즐 개구의 위치를 의미한다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용되는 "초기 국면 경로"라는 용어는 초기 국면 시작점 SPIP로부터 초기 국면 종료점 EPIP까지 충전 기간의 초기 국면 동안 노즐 개구 위치의 이동 경로(있을 경우)를 의미한다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용되는 "이행 국면 시작점 또는 SPTP"라는 용어는 충전 기간의 이행 국면이 시작될 때의 노즐 개구 위치를 의미한다. 전이 국점 시작점 SPTP 및 초기 국점 종료점 EPIP는 동일 위치이다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용되는 "이행 국면 이행점(들) 또는 TPTP"라는 용어는 주형 공동의 중심축 Caxis에 대한 노즐 개구 위치의 이동 방향(즉, x 및 y 차원으로의 이동 방향)이 변하는, 충전 기간의 이행 국면 동안의 노즐 개구 위치(들)을 의미한다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용되는 "이행 국면 종료점 또는 EPTP"라는 용어는 주형 공동의 중심축 Caxis에 대한 노즐 개구 위치의 이동 방향이 변하는, 주형 공동의 도넛 영역 내의 노즐 개구의 최초 위치를 의미한다. 이행 국면 종료점 EPTP는 또한 충전 기간의 잔여 국면 직전, 충전 기간의 이행 국면이 종료될 때의 노즐 개구의 위치이다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용되는 "이행 국면 경로"라는 용어는 이행 국면 시작점 SPTP로부터 이행 국면 종료점 EPTP까지 충전 기간의 이행 국면 동안 노즐 개구의 위치가 취하는 경로를 의미한다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용되는 "전여 국면 시작점 또는 SPRP"라는 용어는 충전 기간의 잔여 국면이 시작될 때의 노즐 개구 위치를 의미한다. 잔여 국면 시작점 SPRP 및 이행 국면 종료점 EPTP는 동일 위치이다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용되는 "잔여 국면 이행점 또는 TPRP"라는 용어는 주형 공동의 중심축 Caxis에 대한 노즐 개구 위치의 이동 방향이 변하는, 충전 기간의 잔여 국면 동안 노즐 개구의 위치를 의미한다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용되는 "잔여 국면 종료점 또는 EPRP"라는 용어는 충전 기간의 잔여 국면이 종료될 때 - 충전 기간의 종료와 일치함 - 의 노즐 개구 위치를 의미한다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용되는 "잔여 국면 경로"라는 용어는 잔여 국면 시작점 SPRP로부터 잔여 국면 종료점 EPRP까지 충전 기간이 잔여 국면 동안 노즐 개구의 위치가 취하는 경로를 의미한다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용되는 "폴리(우레탄)"이라는 용어는 이관능성 또는 다관능성 이소시아네이트(이소시아네이트-말단 예비중합체 포함)와, 폴리올, 디올, 아민, 물, 또는 이들의 조합을 포함하나 이에 한정되지 않는 활성 수소 기를 함유하는 화합물의 반응으로부터 유도된 생성물을 포함한다. 그러한 반응 생성물의 예로는 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리우레탄우레아, 폴리에테르우레탄, 폴리에스테르우레탄, 폴리에테르우레아, 폴리에스테르우레아, 폴리이소시아누레이트, 이들의 공중합체, 및 이들의 혼합물을 포함하나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 라이너와 관련하여 사용되는 "실질적으로 비다공성"이라는 용어는 라이너가 5 부피％ 미만의 다공성을 가짐을 의미한다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 충전 기간 동안 경화성 물질의 충전 속도와 관련하여 사용되는 "본질적으로 일정한"이라는 용어는 하기 표현이 둘 다 충족되는 것을 의미한다:
CRmax≤(1.1*CRavg)
CRmin≥(0.9*CRavg)
CRmax는 충전 기간 동안 경화성 물질이 주형 공동에 충전되는 최대 질량 유속(kg/sec 단위)이고; CRmin은 충전 기간 동안 경화성 물질이 주형 공동에 충전되는 최소 질량 유속(kg/sec 단위)이고; CRavg는 충전 기간 동안 주형 공동에 충전되는 경화성 물질의 총 질량(kg 단위)를 충전 기간의 길이(초 단위)로 나눈 것이다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 경화성 물질과 관련하여 사용되는 "겔 시간"이라는 용어는 ASTM D3795-00a (Reapproved 2006)(Standard Test Method for Thermal Flow, Cure, and Behavior Properties of Pourable Thermosetting Materials by Torque Rheometer)에 따른 표준 시험법을 사용하여 측정된 그 혼합물의 총 경화 시간을 의미한다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 홈과 관련하여 사용되는 "실질적으로 원형"이라는 용어는 홈의 최대 직경이 홈의 최소 직경보다 20％ 미만 더 긴 것을 의미한다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 주형 공동(20)과 관련하여 사용되는 "실질적으로 원형인 단면"이라는 용어는 주형 공동의 중심축 Caxis(22)로부터 주위 벽(15)의 수직 내부 경계(18)까지 x-y 평면(30) 상에 투영된 주형 공동(20)의 최대 반경 rC가, 주형 공동의 중심축 Caxis(22)로부터 수직 내부 경계(18)까지 x-y 평면(30) 상에 투영된 주형 공동(20)의 최소 반경 rC보다 20％ 이하 더 긴 것을 의미한다. (도 2 참조).
본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용되는 "주형 공동"이라는 용어는 라이너(4)의 상부 표면(6, 12)에 상응하는 수평 내부 경계(14)와 주위 벽(15)의 수직 내부 경계(18)에 의해 형성되는 부피를 의미한다. (도 1 내지 3 참조).
본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 연마 표면의 평면 내의 연마층의 대칭축에 대한 곡선형 홈의 대칭축과 관련하여 사용되는 "실질적으로 일치"라는 용어는 곡선형 홈의 대칭축이, 중심에 연마층의 대칭축을 가지며 연마 표면의 평면 내의 연마층의 최대 반경의 10％와 동일한 반경을 가지는 연마 표면의 평면내의 원형 영역 내에 포함됨을 의미한다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 제1 특징부(예: 수평 내부 경계; 수직 내부 경계)와 제2 특징부(예: 축, x-y 평면)의 관계와 관련하여 사용되는 "실질적으로 수직"이라는 용어는 제1 특징부가 제2 특징부에 대해 80 내지 100°의 각을 이룸을 의미한다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 제1 특징부(예: 수평 내부 경계; 수직 내부 경계)와 제2 특징부(예: 축, x-y 평면)의 관계와 관련하여 사용되는 "본질적으로 수직"이라는 용어는 제1 특징부가 제2 특징부에 대해 85 내지 95°의 각을 이룸을 의미한다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용되는 "밀도 결함"이라는 용어는 연마층의 나머지에 비해 현저히 감소된 충전제 농도를 가지는 연마층의 영역을 의미한다. 밀도 결함은 연마층을 광 테이블 상에 놓았을 때 육안으로 시작적으로 검출 가능하며, 이때 밀도 결함은 연마층의 나머지에 비해 뚜렷이 더 높은 투명도를 가지는 영역으로서 나타난다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 노즐 개구와 관련하여 사용되는 "노즐 개구 반경 또는 rNO"라는 용어는 노즐 개구를 완전히 가릴 수 있는 최소 원 SC의 반경 rSC를 의미한다. 즉, rNO=rSC이다. 예시를 위해 도 8a 및 8b를 참조하라. 도 8a는 반경 rSC(64a)를 가지는 최소 원 SC(63a)에 의해 완전히 가려진 원형 노즐 개구(62a)의 평면도이다. 도 8b는 반경 rSC(64b)를 가지는 최소 원 SC(63b)에 의해 완전히 가려진 비원형 노즐 개구(62b)의 평면도이다. 바람직하게는, rNO는 5 내지 13 mm이다. 더 바람직하게는, rNO는 8 내지 10 mm이다.
본 발명의 방법에 사용되는 홈이 없는 연마 표면을 가지는 연마층은 바람직하게는 주형 기부(2) 및 주형 기부(2)에 부착된 주위 벽(8)을 가지며; 상부 표면(6), 하부 표면(3) 및 평균 두께(5, tL)를 가지는 라이너(4)가 라이너(4)의 하부 표면(3)과 주형 기부(2) 사이에 개재된 접착제(7)를 사용하여 주형 기부(2)에 결합된 주형(1)을 사용하여 제조된 케이크로부터 제공된다. (도 1 참조).
라이너(4)는 반응하여 고화 케이크를 형성할 때 경화성 물질의 정합을 촉진하고, 경화성 물질은 경화된 케이크가 스카이빙 동안 라이너로부터 탈층(delamination)되지 않도록 충분한 강도로 라이너(4)에 결합된다. 바람직하게는, 사용되는 라이너(4)는 주형 기부(2)로부터 주기적으로 제거되어 교체된다. 사용되는 라이너(4)는 경화시 경화성 물질이 결합되는 임의의 물질일 수 있다. 바람직하게는, 사용되는 라이너(4)는 폴리우레탄 중합체 물질이다. 더 바람직하게는, 사용되는 라이너(4)는 톨루엔 디이소시아네이트와 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜의 예비중합체 반응 생성물과 방향족 디아민 경화제로부터 형성된다. 가장 바람직하게는, 방향족 디아민 경화제는 4,4'-메틸렌-비스-o-클로로아닐린 및 4,4'-메틸렌-비스-(3-클로로-2,6-디에틸아닐린)으로부터 선택된다. 바람직하게는, 예비중합체 반응 생성물은 6.5 내지 15.0 중량％의 미반응 NCO 농도를 갖는다. 6.5 내지 15.0 중량％의 미반응 NCO 농도를 가지는 시판 예비중합체는 예를 들어 에어 프러덕츠 앤드 케미칼스, 인크.(Air Products and Chemicals, Inc.)에 의해 제조되는 에어탄(Airthane, 등록상표) 예비중합체 PET-70D, PHP-70D, PET-75D, PHP-75D, PPT-75D, 및 PHP-80D; 및 켐투라(Chemtura)에 의해 제조되는 아디프렌(Adiprene, 등록상표) 예비중합체 LFG740D, LF700D, LF750D, LF751D, LF753D, 및 L325를 포함한다. 바람직하게는, 경화제와 예비중합체 반응 생성물은 예비중합체 중 미반응 NCO에 대한 경화제 중 NH2(또는 OH) 85 내지 125％(더 바람직하게는 90 내지 115％, 가장 바람직하게는 95 내지 105％)의 화학양론 비율로 조합된다. 화학양론은 직접 화학양론 수준의 원료를 제공하거나, 의도적으로 또는 주변 수분에 노출에 의해 NCO의 일부를 물과 반응시킴으로써 간접적으로 달성될 수 있다. 사용되는 라이너(4)는 다공성 또는 비다공성이다. 바람직하게는, 사용되는 라이너(4)는 실질적으로 비다공성이다.
사용되는 라이너(4)는 바람직하게는 라이너(4)를 가로질러 무작위로 선택된 복수의 지점(즉, 10개 이상의 지점)에서 화강암 베이스 비교기(예를 들어, Chicago Dial Indicator Cat# 6066-10)을 사용하여 측정된 2 내지 10 cm(더 바람직하게는 2 내지 5 cm)의 평균 두께(5, tL)를 나타낸다. (도 1 참조).
사용되는 접착제(7)는 라이너(4)를 주형 기부(2)에 결합시키기에 적합한 임의의 접착제일 수 있다. 예를 들어, 사용되는 접착제(7)는 감압 접착제, 핫멜트 접착제, 접촉 접착제 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 사용되는 접착제(7)는 (a) 케이크 스카이빙 공정 동안 주형 기부(2)로부터 라이너(4)의 탈층을 방지하기에 충분한 강도로 라이너(4)를 주형 기부(2)에 결합시키고, (b) 주형 기부(2)에 물리적 손상을 주거나 유해한 잔류물(즉, 주형 기부(2)와 교체 라이너간의 기능성 결합의 획득을 저해하는 잔류물)을 남기는 일 없이 주형 기부(2)로부터 제거가능하다. 바람직하게는 접착제(7)는 감압 접착제이다.
주형 기부(2)는 주형 공동에 충전될 경화성 물질의 중량을 지탱하고; 충전에 사용되는 설비, 경화에 사용되는 설비(예를 들어, 대형 오븐) 및 경화된 케이크 스카이빙 설비에 충전된 주형을 용이하게 전달하게 하고; 워핑(warping)없이 공정과 연관된 온도 범위를 견디기에 적합한 임의의 강성 물질일 수 있다. 바람직하게는, 사용되는 주형 기부(2)는 스테인레스강(더 바람직하게는 316 스테인레스강)으로 제조된다.
사용되는 라이너의 상부 표면(12)은 주형 공동(20)의 수평 내부 경계(14)를 형성한다. (예를 들어, 도 2 내지 3 참조). 바람직하게는, 주형 공동(20)의 수평 내부 경계(14)는 평평하다. 더 바람직하게는, 주형 공동(20)의 수평 내부 경계(14)는 평평하고 주형 공동의 중심축 Caxis에 실질적으로 수직이다. 가장 바람직하게는, 주형 공동(20)의 수평 내부 경계(14)는 평평하고 주형 공동의 중심축 Caxis에 본질적으로 수직이다.
주형(10)의 주위 벽(15)은 주형 공동(20)의 수직 내부 경계(18)를 형성한다. (예를 들어, 도 2 내지 3 참조). 바람직하게는, 주위 벽은 x-y 평면(30)에 실질적으로 수직인 주형 공동(20)의 수직 내부 경계(18)을 형성한다. 더 바람직하게는, 주위 벽은 x-y 평면(30)에 본질적으로 수직인 주형 공동(20)의 수직 내부 경계(18)을 형성한다.
주형 공동(20)은 z-축과 일치하고 중심점(21)에서 주형 공동(20)의 수평 내부 경계(14)와 교차하는 중심축 Caxis(22)를 가진다. 바람직하게는, 중심점(21)은 x-y 평면(30) 상에 투영된 주형 공동(20)의 단면 Cx-sect(24)의 기하학적 중심에 위치한다. (예를 들어, 도 2 내지 4 참조).
x-y 평면 상에 투영된 주형 공동의 단면 Cx-sect는 임의의 규칙적 또는 불규칙적 2차원 형상일 수 있다. 바람직하게는, 주형 공동의 단면 Cx-sect는 다각형 및 타원으로부터 선택된다. 더 바람직하게는, 주형 공동의 단면 Cx-sect는 평균 반경 rC를 가지는 실질적으로 원형인 단면이다(바람직하게는 rC는 20 내지 100 cm이고; 더 바람직하게는 rC는 25 내지 65 cm이고; 가장 바람직하게는 rC는 40 내지 60 cm임). 가장 바람직하게는, 주형 공동은 실질적으로 원형인 단면 Cx-sect를 가지는 직원기둥 형상 영역에 근사하며; 주형 공동은 주형 공동의 중심축 Caxis와 일치하는 대칭축 Cx-sym을 가지며; 직원기둥 형상 영역은 하기와 같이 정의되는 단면적 Cx-area를 가진다:
Cx-area=πrC 2,
rC는 x-y 평면 상에 투영된 주형 공동의 단면적 Cx-area의 평균 반경이고; rC는 20 내지 100 cm(더 바람직하게는 25 내지 65 cm; 가장 바람직하게는 40 내지 60 cm)이다.
주형 공동(20)은 도넛 홀 영역(40) 및 도넛 영역(50)을 가진다. (예를 들어 도 3 내지 4 참조).
바람직하게는, 주형 공동(20)의 도넛 홀 영역(40)은 x-y 평면(30) 상에 원형 단면 DHx-sect(44)를 투영하고 도넛 홀 영역 대칭축 DHaxis(42)를 가지는, 주형 공동(20) 내의 직원기둥 형상 영역이며; DHaxis는 주형 공동의 중심축 Caxis 및 z-축과 일치한다. (예를 들어, 도 3 내지 4 참조). 도넛 홀 영역(40)의 원형 단면 DHx -sect(44)는 하기와 같이 정의되는 단면적 DHx - area를 가진다:
DHx-area=πrDH 2,
rDH는 도넛 홀 영역의 원형 단면 DHx-sect(44)의 반경(46)이다. 바람직하게는, rDH≥rNO(더 바람직하게는, rDH는 5 내지 25 mm; 가장 바람직하게는, rDH는 8 내지 15 mm)이다.
바람직하게는, 주형 공동(20)의 도넛 영역(50)은 x-y 평면(30) 상에 환상 단면 Dx-sect(54)를 투영하고 도넛 영역 대칭축 Daxis(52)를 가지는, 주형 공동(20) 내의 환상체형 영역이며; Daxis는 주형 공동의 중심축 Caxis 및 z-축과 일치한다. (예를 들어, 도 3 내지 4 참조). 도넛 영역(50)의 환상 단면 Dx - sect(54)는 하기와 같이 정의되는 단면적 Dx - area를 가진다:
Dx-area=πRD 2-πrD 2,
RD는 도넛 영역의 환상 단면 Dx-sect의 큰 반경(56)이고; rD는 도넛 영역의 환상 단면 Dx-sect의 작은 반경(58)이며; rD≥rDH이고; RD>rD이고; RD<rC이다. 바람직하게는, rD≥rDH이고, rD는 5 내지 25 mm이다. 더 바람직하게는, rD≥rDH이고, rD는 8 내지 15 mm이다. 바람직하게는, rD≥rDH이고; RD>rD이고; RD≤(K*rC)이며, K는 0.01 내지 0.2(더 바람직하게는 K는 0.014 내지 0.1, 가장 바람직하게는 K는 0.04 내지 0.086)이다. 더 바람직하게는, rD≥rDH이고; RD>rD이고; RD는 20 내지 100 mm(더 바람직하게는 RD는 20 내지 80 mm; 가장 바람직하게는 RD는 25 내지 50 mm)이다.
충전 기간 CP(초 단위)의 길이는 현저히 변할 수 있다. 예를 들어, 충전 기간 CP의 길이는 주형 공동의 크기, 평균 충전 속도 CRavg, 및 경화성 물질의 특정(예: 겔 시간)에 따라 달라질 것이다. 바람직하게는, 충전 시간 CP는 60 내지 900 초(더 바람직하게는 60 내지 600 초, 가장 바람직하게는 120 내지 360 초)이다. 전형적으로, 충전 기간 CP는 경화성 물질이 나타내는 겔 시간에 의해 제약을 받을 것이다. 바람직하게는, 충전 기간 CP는 주형 공동에 충전되는 경화성 물질이 나타내는 겔 시간 이하일 것이다. 더 바람직하게는, 충전 기간 CP는 경화성 물질이 나타내는 겔 시간 미만일 것이다.
충전 속도 CR(kg/sec 단위)은 충전 기간 CP 동안 변할 수 있다. 예를 들어, 충전 속도 CR은 간헐적일 수 있다. 즉, 충전 속도 CR은 충전 기간 동안 1회 이상 잠시 0으로 떨어질 수 있다. 바람직하게는, 경화성 물질은 충전 기간에 걸쳐 본질적으로 일정한 속도로 주형 공동에 충전된다. 더 바람직하게는, 경화성 물질은 충전 기간 CP에 걸쳐 0.015 내지 2 kg/sec(더 바람직하게는 0.015 내지 1 kg/sec; 가장 바람직하게는 0.08 내지 0.4 kg/sec)의 평균 충전 속도 CRavg로 본질적으로 일정한 속도로 주형 공동에 충전된다.
충전 기간 CP는 초기 국면, 이행 국면 및 잔여 국면으로서 식별되는 3개의 분리된 국면으로 구분된다. 초기 국면의 시작은 충전 기간 CP의 시작에 상응한다. 초기 국면의 종료는 이행 국면의 시작 직전이다. 이행 국면의 종료는 잔여 국면의 시작 직전이다. 잔여 국면의 종료는 충전 기간 CP의 종료에 상응한다.
노즐은 충전 기간 CP 동안 노즐 개구의 위치가 3개 차원으로 모두 이동하도록 이동 또는 변형(예: 단축)된다. 노즐(60)은, 충전 기간 CP 동안 노즐 개구(62)의 위치가 주형 공동의 중심축 Caxis(122)를 따라 주형 공동 (120)의 수평 내부 경계(112)에 대해 이동하여 경화성 물질(70)이 주형 공동(120) 내에 쌓임에 따라 경화성 물질(70)의 상부 표면(72) 위로 노즐 개구(62)의 위치를 유지하도록 충전 기간 CP 동안 이동 또는 변형(예: 단축)된다. (도 5a 내지 5b 참조). 바람직하게는, 노즐 개구(62)의 위치는, 경화성 물질(70)이 주형 공동(120) 내에 쌓임에 따라 경화성 물질(70)의 상부 표면(72) 위로 일정 고도(65)에 노즐 개구(62)의 위치를 유지하도록, 충전 기간 CP 동안 주형 공동의 중심축 Caxis(122)를 따라 주형 공동(120)의 수평 내부 경계(112)에 대해 이동하며; 고도는 >0 내지 30 mm(더 바람직하게는 >0 내지 20 mm; 가장 바람직하게는 5 내지 10 mm)이다. (도 5b 참조). 노즐 개구의 위치는 충전 기간 동안 주형 공동의 중심축 Caxis를 따른 그의 이동(즉, z 차원으로의 이동)을 잠시 멈출 수 있다. 바람직하게는, 노즐 개구의 위치는 각각의 이행 국면 이행점 TPTP(있을 경우) 및 각각의 잔여 국면 이행점 TPRP에서 주형 공동의 중심축 Caxis에 대한 그의 이동을 잠시 멈춘다(즉, 노즐 개구의 위치는 z 차원으로의 이동을 잠시 멈춘다).
노즐 개구의 위치는 충전 기간의 초기 국면 내내(즉, 초기 국면이 지속되는 동안) 주형 공동의 도넛 홀 영역 내에 있다. 노즐 개구의 위치는 초기 국면 내내 정지 상태를 유지할 수 있으며, 이때 초기 국면 시작점 SPIP 및 초기 국면 종료점 EPIP은 동일 위치이다(즉, SPIP=EPIP). 바람직하게는, SPIP=EPIP인 경우, 초기 국면은 >0 내지 90 초 길이(더 바람직하게는 >0 내지 60 초 길이; 가장 바람직하게는 5 내지 30 초 길이)이다. 가장 바람직하게는, 노즐 개구의 위치는 충전 기간의 초기 국면의 시작으로부터 주형 공동 내의 경화성 물질의 상부 표면이 상승하기 시작할 때 - 이때 이행 국면이 시작됨 - 까지 정지 상태를 유지하며; 초기 국면 시작점 SPIP(80)와 초기 국면 종료점 EPIP(81a)(이는 이행 국면 시작점 SPTP(82a)과 일치함)는 주형 공동의 중심축 Caxis(222)를 따라 주형 공동(220)의 도넛 홀 영역(140) 내의 동일 위치이다. 바람직하게는, 도넛 홀 영역(140)은 직원기둥이고; 도넛 홀의 대칭축 DHaxis(142)는 주형 공동의 중심축 Caxis(222) 및 z-축과 일치한다. (도 6a 내지 6c 참조). 노즐 개구의 위치는 초기 국면 동안 이동할 수 있으며, 이때 초기 국면 시작점 SPIP는 초기 국면 종료점 EPIP과 상이하다(즉, SPIP≠EPIP). 바람직하게는, SPIP≠EPIP인 경우; 초기 국면은 >0 내지 (CP-10.02) 초 길이이고; CP는 초 단위의 충전 기간이다. 더 바람직하게는, SPIP≠EPIP인 경우; 초기 국면은 >0 내지 (CP-30) 초 길이이며; CP는 초 단위의 충전 기간이다. 가장 바람직하게는, 주형 공동(220) 내의 경화성 물질의 상부 표면은 충전 기간의 초기 국면 동안 상승하며, 노즐 개구의 위치는 바람직하게는 초기 국면 시작점 SPIP(80)로부터 초기 국면 종료점 EPIP(81b)(이는 이행 국면 시작점 SPTP(82b)와 일치함)까지 주형 공동의 중심축 Caxis(222)를 따라 주형 공동(220)의 도넛 홀 영역(140) 내에서 이동하여, 충전 기간의 초기 국면 내내 경화성 물질이 주형 공동(220) 내에 쌓임에 따라 경화성 물질의 상부 표면 위로 일정 고도에 노즐 개구의 위치를 유지한다. (도 6a 내지 6c 참조).
노즐 개구의 위치는 충전 기간의 이행 국면 동안 주형 공동의 도넛 홀 영역 내의 지점으로부터 도넛 영역 내의 지점으로 이동한다. 바람직하게는, 이행 국면은 0.02 내지 30 초 길이(더 바람직하게는 0.2 내지 5 초 길이; 가장 바람직하게는 0.6 내지 2 초 길이)이다. 바람직하게는, 노즐 개구의 위치는 이행 국면 동안 주형 공동의 중심축 Caxis에 대해 10 내지 70 mm/sec(더 바람직하게는 15 내지 35 mm/sec, 가장 바람직하게는 20 내지 30 mm/sec)의 평균 속력으로 이동한다. 바람직하게는, 노즐 개구 위치의 이동은 각각의 이행 국면 이행점 TPTP(있을 경우) 및 이행 국면 종료점 EPTP에서 주형 공동의 중심축 Caxis에 대한 그의 이동을 잠시 멈춘다(즉, x 및 y 차원으로의 이동을 잠시 멈춤). 바람직하게는, 노즐 개구의 위치는 이행 국면 동안 이행 국면 시작점 SPTP로부터 임의의 이행 국면 이행점 TPTP을 통해 이행 국면 종료점 EPTP까지 주형 공동의 중심축 Caxis에 대해 일정한 속력으로 이동한다. 바람직하게는, 이행 국면 동안 노즐 개구의 위치는 이행 국면 시작점 SPTP로부터 복수의 이행 국면 이행점 TPTP를 통해 이행 국면 종료점 EPTP까지 이동하며; x-y 평면 상에 투영된 이행 국면 경로는 곡선에 근사한다(더 바람직하게는, 이행 국면 경로는 나선형 완화 곡선(spiral easement)에 근사함). 가장 바람직하게는, 이행 국면 동안 노즐 개구의 위치는 이행 국면 시작점 SPTP로부터 이행 국면 종료점 EPTP까지 직접 이동하며; 이때 x-y 평면에 투영된 이행 국면 경로는 직선이다.
도 6a 내지 6c는 중심축 Caxis(222); 대칭축 DHaxis(142)를 가지는 직원기둥 형상인 도넛 홀 영역(140); 및 대칭축 Daxis(152)를 가지는 환상체형 도넛 영역(150)을 가지며; 주형 공동의 중심축 Caxis(222), 도넛 홀의 대칭축 DHaxis(142) 및 도넛의 대칭축 Daxis(152)는 각각 z 축과 일치하는, 주형 공동(220)의 3개의 상이한 이행 국면 경로를 도시한다. 도 6a 내지 6c에 도시된 제1 이행 국면 경로는 주형 공동(220)의 도넛 홀 영역(140) 내의 이행 국면 시작점 SPTP(82a)에서 시작하여 주형 공동(220)의 도넛 영역(150) 내의 이행 국면 종료점 EPTP(89)로 직접 나아가며; 이행 국면 경로(83a)는 x-y 평면(130) 상에 하나의 직선(84)을 투영한다. 도 6a 내지 6c에 도시된 제2 이행 국면 경로는 주형 공동(220)의 도넛 홀 영역(140) 내의 이행 국면 시작점 SPTP(82b)에서 시작하여 주형 공동(220)의 도넛 영역(150) 내의 이행 국면 종료점 EPTP(89)로 직접 나아가며; 이때 이행 국면 경로(83b)는 x-y 평면(130) 상에 하나의 직선(84)으로서 투영된다. 도 6a 내지 6c에 도시된 제3 이행 국면 경로는 도넛 홀 영역(140) 내의 이행 국면 시작점 SPTP(82a)에서 시작하고; 도넛 홀 영역(140) 내의 이행 국면 이행점 TPTP(88)을 통해 이행하고; 이어서 도넛 영역(150) 내에 위치한 이행 국면 종료점 EPTP(89)로 나아가며; 이때 이행 국면 경로(85)는 x-y 평면(130) 상에 한 쌍의 연결된 직선(87)을 투영한다. 이행 국면 종료점 EPTP(89)는 잔여 국면 시작점 SPRP(90)와 일치한다(즉, 이들은 동일 위치임).
노즐 개구의 위치는 충전 기간의 잔여 국면 동안 도넛 영역 내에 있다(즉, 노즐 개구의 위치는 충전 기간의 잔여 국면의 일부 동안은 도넛 홀 영역을 통과하거나 그에 있을 수도 있음). 바람직하게는, 노즐 개구의 위치는 충전 기간의 잔류 국면 내내(즉, 잔류 국면이 지속되는 동안) 도넛 영역 내에 있다. 바람직하게는, 잔류 국면은 ≥10 초 길이이다. 더 바람직하게는, 잔류 국면은 10 내지 <(CP-0.2) 초 길이이고; CP는 초 단위의 충전 기간이다. 더욱더 바람직하게는, 잔류 국면은 30 내지 <(CP-0.2) 초 길이이고; CP는 초 단위의 충전 기간이다. 가장 바람직하게는, 잔류 국면은 0.66*CP 내지 <(CP-0.2) 초 길이이고; CP는 초 단위의 충전 기간이다. 바람직하게는, 노즐 개구의 위치는 잔류 국면 동안 주형 공동의 중심축 Caxis에 대해 10 내지 70 mm/sec(더 바람직하게는 15 내지 35 mm/sec, 가장 바람직하게는 20 내지 30 mm/sec)의 평균 속력으로 이동한다. 바람직하게는, 노즐 개구의 위치는 각각의 잔류 국면 이행점 TPRP에서 주형 공동의 중심축 Caxis에 대한 그의 이동을 잠시 멈출 수 있다(즉, 노즐 개구의 위치는 x 및 y 차원으로의 이동을 잠시 멈출 수 있음). 바람직하게는, 노즐 개구의 위치는 잔류 국면 동안 잔류 국면 시작점 SPRP로부터 각각의 잔류 국면 이행점 TPRP를 통해 주형 공동의 중심축 Caxis에 대해 일정한 속력으로 이동한다. 바람직하게는, 잔류 국면 동안 노즐 개구의 위치는 잔류 국면 시작점 SPRP로부터 복수의 잔류 국면 이행점 TPRP를 통해 이동하며; 이때 잔류 국면 경로는 x-y 평면 상에 일련의 연결된 선을 투영한다. 바람직하게는, 잔류 국면 이행점들 TPRP는 모두 주형 공동의 도넛 영역 내에 위치한다. 바람직하게는, 잔류 국면 경로에 의해 x-y 평면 상에 투영된 일련의 연결된 선들은 주형 공동의 중심축 Caxis로부터 거리가 변하는 2차원 나선 또는 원에 근사한다. 바람직하게는, 잔류 국면 경로에 의해 x-y 평면 상에 투영된 일련의 연결된 선들은 2차원 나선에 근사하며, 연속적인 잔류 국면 이행점들 TPRP은 주형 공동의 중심축 Caxis로부터 증가하거나 감소하는 거리로 x-y 평면상에 투영된다. 더 바람직하게는, 잔류 국면 경로에 의해 x-y 평면 상에 투영된 일련의 연결된 선들은 원에 근사하며, 연속적인 잔류 국면 이행점들 TPRP은 주형 공동의 중심축 Caxis로부터 동일한 거리로 x-y 평면 상에 투영되고, 잔류 국면 경로에 의해 x-y 평면 상에 투영된 일련의 연결된 선들은 정다각형이다(즉, 등변형 및 등각형). 바람직하게는, 정다각형은 ≥5개의 변(더 바람직하게는 ≥8개의 변; 가장 바람직하게는 ≥10개의 변; 바람직하게는 ≤100개의 변; 더 바람직하게는 ≤50개의 변; 가장 바람직하게는 ≤20개의 변)을 가진다. 가장 바람직하게는, 잔류 국면 경로는 헬릭스(helix)에 근사한다. 즉, 잔류 국면 동안 노즐 개구의 위치는 주형 공동 내에 쌓이는 경화성 물질의 상부 표면 위로 원하는 고도를 유지하도록 주형 공동의 중심축 Caxis를 따라 연속적으로 이동하는 동시에, 노즐 개구의 위치는 x-y 평면 상에 정다각형을 투영하는 경로를 추적한다(바람직하게는, 정다각형은 5 내지 100개의 변; 더 바람직하게는 5 내지 50개의 변; 더욱더 바람직하게는 8 내지 25개의 변; 가장 바람직하게는 8 내지 15개의 변)을 가진다.
도 7a 내지 7c는 중심축 Caxis(222); 대칭축 DHaxis(142)를 가지는 직원기둥 형상인 도넛 홀 영역(140); 및 대칭축 Daxis(152)를 가지는 환상체형 도넛 영역(150)을 가지며; 주형 공동 중심축 Caxis(222), 도넛 홀의 대칭축 DHaxis(142) 및 도넛의 대칭축 Daxis(152)는 각각 z 축과 일치하는, 주형 공동(220) 내에서 헬릭스에 근사하는, 바람직한 잔류 국면 경로(95)의 일부를 도시한다. 잔류 국면 경로(95)는 주형 공동(220)의 도넛 영역(150) 내의 잔류 국면 시작점 SPRP(90)에서 시작하여 주형 공동(220)의 도넛 영역(150) 내의 복수의 잔류 국면 이행점 TPRP(92)를 통해 나아가며; 모든 잔류 국면 이행점들 TPRP는 주형 공동의 중심축 Caxis(222)로부터 동일한 거리에 있고; 잔류 국면 경로(95)는 x-y 평면(130) 상에 정십면체(100)를 형성하는 10개의 동일한 길이의 선(97)으로서 투영된다. 잔류 이행 시작점 SPRP(90)는 이행 국면 종료점 EPTP(89)와 일치한다(즉, 이들은 동일 위치임).
경화성 물질은 바람직하게는 액상 예비중합체를 포함한다. 더 바람직하게는, 경화성 물질은 액상 예비중합체 및 복수의 미세요소를 포함하며, 복수의 미세요소는 액상 예비중합체 내에 균일하게 분산된다.
액상 예비중합체는 바람직하게는 중합(즉, 경화)되어 폴리(우레탄)을 포함하는 물질을 형성한다. 더 바람직하게는, 액상 예비중합체는 중합되어 폴리우레탄을 포함하는 물질을 형성한다. 가장 바람직하게는, 액상 예비중합체는 중합(경화)되어 폴리우레탄을 형성한다. 다르게는, 액상 예비중합체는 용융 가공 가능한 열가소성 물질이다. 바람직하게는, 용융 가공 가능한 열가소성 물질은 열가소성 폴리(우레탄)(TPU), 폴리술폰, 폴리에테르 술폰, 나일론, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 아크릴 중합체, 폴리우레아, 폴리아미드, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부타디엔, 폴리에틸렌 이민, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리올레핀, 폴리(알킬)아크릴레이트, 폴리(알킬)메타크릴레이트, 폴리아미드, 폴리에테르 이미드, 폴리케톤, 에폭시, 실리콘, 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체로부터 형성된 중합체, 단백질, 다당류, 폴리아세테이트, 및 이들 중 2종 이상의 조합으로부터 선택된다.
바람직하게는, 액상 예비중합체는 폴리이소시아네이트-함유 물질을 포함한다. 더 바람직하게는, 액상 예비중합체는 폴리이소시아네이트(예: 디이소시아네이트)와 히드록실-함유 물질의 반응 생성물을 포함한다.
바람직하게는, 폴리이소시아네이트는 메틸렌 비스 4,4'-시클로헥실-이소시아네이트; 시클로헥실 디이소시아네이트; 이소포론 디이소시아네이트; 헥사메틸렌 디이소시아네이트; 프로필렌-1,2-디이소시아네이트; 테트라메틸렌-1,4-디이소시아네이트; 1,6-헥사메틸렌-디이소시아네이트; 도데칸-1,12-디이소시아네이트; 시클로부탄-1,3-디이소시아네이트; 시클로헥산-1,3-디이소시아네이트; 시클로헥산-1,4-디이소시아네이트; 1-이소시아네이토-3,3,5-트리메틸-5-이소시아네이토메틸시클로헥산; 메틸 시클로헥실렌 디이소시아네이트; 헥사메틸렌 디이소시아네이트의 트리이소시아네이트; 2,4,4-트리메틸-1,6-헥산 디이소시아네이트의 트리이소시아네이트; 헥사메틸렌 디이소시아네이트의 우레트디온; 에틸렌 디이소시아네이트; 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트; 2,4,4-트리-메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트; 디시클로헥실메탄 디이소시아네이트; 및 이들의 조합으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 폴리이소시아네이트는 지방족이고, 14 퍼센트 미만의 미반응 이소시아네이트 기를 가진다.
바람직하게는, 본 발명에 사용되는 히드록실-함유 물질은 폴리올이다. 예시적인 폴리올은 예를 들어 폴리에테르 폴리올, 히드록시-말단 폴리부타디엔(부분 및 완전 수소화 유도체 포함), 폴리에스테르 폴리올, 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리카르보네이트 폴리올, 및 이들의 혼합물을 포함한다.
바람직한 폴리올은 폴리에테르 폴리올을 포함한다. 폴리에테르 폴리올의 예는 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜("PTMEG"), 폴리에틸렌 프로필렌 글리콜, 폴리옥시프로필렌 글리콜, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 탄화수소 쇄는 포화 또는 불포화 결합 및 치환 또는 비치환 방향족 및 시클릭 기를 가질 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 폴리올은 PTMEG를 포함한다. 적합한 폴리에스테르 폴리올은 폴리에틸렌 아디페이트 글리콜; 폴리부틸렌 아디페이트 글리콜; 폴리에틸렌 프로필렌 아디페이트 글리콜; o-프탈레이트-1,6-헥산디올; 폴리(헥사메틸렌 아디페이트) 글리콜; 및 이들의 혼합물을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 탄화수소 쇄는 포화 또는 불포화 결합 또는 치환 또는 비치환 방향족 및 시클릭 기를 가질 수 있다. 적합한 폴리카프로락톤 폴리올은 1,6-헥산디올-개시된 폴리카프로락톤; 디에틸렌 글리콜 개시된 폴리카프로락톤; 트리메틸올 프로판 개시된 폴리카프로락톤; 네오펜틸 글리콜 개시된 폴리카프로락톤; 1,4-부탄디올-개시된 폴리카프로락톤; PTMEG-개시된 폴리카프로락톤; 및 이들의 혼합물을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 탄화수소 쇄는 포화 또는 불포화 결합 또는 치환 또는 비치환 방향족 및 시클릭 기를 가질 수 있다. 적합한 폴리카르보네이트는 폴리프탈레이트 카르보네이트 및 폴리(헥사메틸렌 카르보네이트) 글리콜을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.
바람직하게는, 복수의 미세요소는 포획된 기포, 중공 중합체 물질(즉, 미소구체), 액체 충전 중공 중합체 물질, 수용성 물질(예: 시클로덱스트린), 및 불용성 상 물질(예: 광유)로부터 선택된다. 바람직하게는, 복수의 미세요소는 미소구체, 예를 들어, 폴리비닐 알콜, 펙틴, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(비닐리덴 디클로라이드), 히드록시에틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 히드로프로필메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리히드록시에테르아크릴레이트, 전분, 말레산 공중합체, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리우레탄, 시클로덱스트린, 및 이들의 조합(예: 스웨덴 순스발의 악조 노벨(Akzo Nobel)로부터의 엑스판셀(Expancel, 상표명)이다. 미소구체는 예를 들어 분지, 블로킹 및 가교에 의해 용해도, 팽윤성 및 다른 특성이 변화하도록 화학적으로 개질될 수 있다. 바람직하게는, 미소구체는 150 ㎛ 미만의 평균 직경, 더 바람직하게는 50 ㎛ 미만의 평균 직경을 가진다. 가장 바람직하게는, 미소구체(48)는 15 ㎛ 미만의 평균 직경을 가진다. 미소구체의 평균 직경은 변할 수 있으며, 다양한 크기 및 다양한 미소구체(48)의 혼합물이 사용될 수 있다. 미소구체를 위한 가장 바람직한 물질은 아크릴로니트릴과 비닐리덴 디클로라이드의 공중합체(예: 악조 노벨로부터 입수 가능한 엑스판셀(등록상표)이다.
액상 예비중합체는 임의로는 경화제를 추가로 포함한다. 바람직한 경화제는 디아민을 포함한다. 적합한 폴리디아민은 1급 및 2급 아민을 둘 다 포함한다. 바람직한 폴리디아민은 디에틸 톨루엔 디아민("DETDA"); 3,5-디메틸티오-2,4-톨루엔디아민 및 그의 이성질체; 3,5-디에틸톨루엔-2,4-디아민 및 그의 이성질체(예: 3,5-디에틸톨루엔-2,6-디아민); 4,4'-비스-(sec-부틸아미노)-디페닐메탄; 1,4-비스-(sec-부틸아미노)-벤젠; 4,4'-메틸렌-비스-(2-클로로아닐린); 4,4'-메틸렌-비스-(3-클로로-2,6-디에틸아닐린)("MCDEA"); 폴리테트라메틸렌옥사이드-디-p-아미노벤조에이트; N,N'-디알킬디아미노 디페닐 메탄; p,p'-메틸렌 디아닐린 ("MDA"); m-페닐렌디아민("MPDA"); 메틸렌-비스 2-클로로아닐린("MBOCA"); 4,4'-메틸렌-비스-(2-클로로아닐린)("MOCA"); 4,4'-메틸렌-비스-(2,6-디에틸아닐린)("MDEA"); 4,4'-메틸렌-비스-(2,3-디클로로아닐린)("MDCA"); 4,4'-디아미노-3,3'-디에틸-5,5'-디메틸 디페닐메탄, 2,2',3,3'-테트라클로로 디아미노 디페닐메탄; 트리메틸렌 글리콜 디-p-아미노벤조에이트; 및 이들의 혼합물을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는, 디아민 경화제는 3,5-디메틸티오-2,4-톨루엔디아민 및 그의 이성질체로부터 선택된다.
경화제는 또한 디올, 트리올, 테트라올 및 히드록시-말단 경화제를 포함할 수 있다. 적합한 디올, 트리올, 및 테트라올 기는 에틸렌 글리콜; 디에틸렌 글리콜; 폴리에틸렌 글리콜; 프로필렌 글리콜; 폴리프로필렌 글리콜; 저분자량 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜; 1,3-비스(2-히드록시에톡시) 벤젠; 1,3-비스-[2-(2-히드록시에톡시) 에톡시]벤젠; 1,3-비스-{2-[2-(2-히드록시에톡시) 에톡시]에톡시}벤젠; 1,4-부탄디올; 1,5-펜탄디올; 1,6-헥산디올; 레소르시놀-디-(베타-히드록시에틸) 에테르; 히드로퀴논-디-(베타-히드록시에틸) 에테르; 및 이들의 혼합물을 포함한다. 바람직한 히드록시-말단 경화제는 1,3-비스(2-히드록시에톡시) 벤젠; 1,3-비스-[2-(2-히드록시에톡시) 에톡시]벤젠; 1,3-비스-{2-[2-(2-히드록시에톡시) 에톡시]에톡시}벤젠; 1,4-부탄디올; 및 이들의 혼합물을 포함한다. 히드록시-말단 및 디아민 경화제는 하나 이상의 포화, 불포화, 방향족, 및 시클릭 기를 포함할 수 있다. 추가로, 히드록시-말단 및 디아민 경화제는 하나 이상의 할로겐 기를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 방법에서 제공되는 연마층은 ASTM D412 (버전 D412-02)에 제시된 시험법으로 측정시 350 MPa 이하(바람직하게는 10 내지 200 MPa)의 영 모듈러스를 나타낸다.
본 발명의 바람직한 방법에서, 홈이 없는 연마 표면을 가지는 연마층은 경화된 케이크를 절단 에지를 가지는 스카이버 블레이드를 사용하여 홈이 없는 연마 표면을 가지는 하나 이상의 연마층으로 스카이빙함으로써, 경화된 케이크로부터 유도된다. 바람직하게는, 스트로핑 화합물을 스카이버 블레이드의 절단 에지에 가하고, 스트로프를 사용하여 절단 에지를 연마(hone)한 후 케이크를 스카이빙하여 홈이 없는 연마 표면을 가지는 하나 이상의 연마층을 제공한다. 본 발명의 방법에 사용되는 스트로핑 화합물은 바람직하게는 지방산 중에 분산된 산화알루미늄 연마재를 포함한다. 더 바람직하게는, 본 발명의 방법에 사용되는 스트로핑 화합물은 18 내지 35 중량％ 지방산 중에 분산된 70 내지 82 중량％ 산화알루미늄 연마재를 포함한다. 본 발명의 방법에 사용되는 스트로프는 바람직하게는 가죽 스트로프이다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 방법에 사용되는 스트로프는 회전 공구(예를 들어 드레멜(Dremel, 등록상표) 회전 공구)와 함께 사용하도록 설계된 가죽 스트로프이다. 임의로는, 경화된 케이크는 스카이빙 공정을 용이하게 하기 위해 가열된다. 바람직하게는, 경화된 케이크는, 경화된 케이크를 스카이빙하여 홈이 없는 연마 표면을 가지는 연마층을 제공하는 스카이빙 공정 동안 적외선 가열 램프를 사용하여 가열된다.
바람직하게는, 홈이 없는 연마 표면에 기계가공되는 하나 이상의 곡선형 홈은 중심이 같은 복수의 원형 홈 및 하나 이상의 나선형 홈으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 더 바람직하게는, 홈이 없는 연마 표면에 기계가공되는 하나 이상의 곡선형 홈은 중심이 같은 복수의 실질적으로 원형인 홈이다. 가장 바람직하게는, 연마층은 실질적으로 원형 단면을 가지며, 홈이 없는 연마 표면에 기계가공되는 하나 이상의 곡선형 홈은 중심이 같은 복수의 실질적으로 원형인 홈이고, 각각의 홈은 연마 표면의 평면 내의 연마층의 대칭축과 실질적으로 일치하는 대칭축을 갖는다.
바람직하게는, 하나 이상의 곡선형 홈은 350 ㎛ 이상의 홈 깊이를 갖는다. 더 바람직하게는, 하나 이상의 곡선형 홈은 500 ㎛ 이상의 홈 깊이를 갖는다. 더욱더 바람직하게는, 하나 이상의 곡선형 홈의 500 내지 2,500 ㎛의 홈 깊이를 갖는다. 더욱더 바람직하게는, 하나 이상의 곡선형 홈은 500 내지 1,500 ㎛의 홈 깊이를 갖는다. 가장 바람직하게는, 하나 이상의 곡선형 홈은 500 내지 1,250 ㎛의 홈 깊이를 갖는다.
XY 격자 패턴으로 된 복수의 직선형 홈은 하나 이상의 곡선형 홈의 기계가공 후에 연마 표면에 기계가공된다. 바람직하게는, 복수의 직선형 홈은, 홈 절삭 공구가 다수회의 연속적인 절삭 패스에 의해 각각의 직선형 홈을 형성하고, 각각의 연속적인 절삭 패스는 형성되는 직선형 홈의 깊이를 증가시키는 스텝 다운 공정에 의해 기계가공된다. 바람직하게는, 스텝 다운 공정은 절삭 공구를 이용한 2회 이상의 연속적인 패스를 포함한다. 더 바람직하게는, 스텝 다운 공정은 절삭 공구를 이용한 4 내지 10회의 연속적인 패스를 포함한다. 가장 바람직하게는, 스텝 다운 공정은 절삭 공구를 이용한 4 내지 6회의 연속적인 패스를 포함한다. 패스당 바람직한 최대 절삭 깊이는 홈이 형성되는 물질의 모듈러스에 따라 달라지며; 홈이 형성되는 물질의 모듈러스가 낮을수록 패스당 바람직한 최대 절삭 깊이는 감소될 것이다. 바람직하게는, 홈 절삭 공구의 이송률(feed rate)은 1 내지 60 cm/초(더 바람직하게는 5 내지 60 cm/초; 가장 바람직하게는 5 내지 20 cm/초)이다. 바람직하게는, 연마층(연마 표면 포함)은 XY 격자 패턴을 형성하기 위한 기계가공 공정 동안 실온이다. 더 바람직하게는, 연마층(연마 표면 포함)은 XY 격자 패턴을 형성하기 위한 기계가공 공정 동안 18 내지 25℃의 온도이다.
바람직하게는, XY 격자를 형성하는 복수의 직선형 홈은 350 ㎛ 이상의 홈 깊이를 나타낸다. 더 바람직하게는, XY 격자를 형성하는 복수의 직선형 홈은 500 ㎛ 이상의 홈 깊이를 나타낸다. 더욱더 바람직하게는, XY 격자를 형성하는 복수의 직선형 홈은 500 내지 2,500 ㎛의 홈 깊이를 나타낸다. 더욱더 바람직하게는, XY 격자를 형성하는 복수의 직선형 홈은 500 내지 1,500 ㎛의 홈 깊이를 나타낸다. 가장 바람직하게는, XY 격자를 형성하는 복수의 직선형 홈은 500 내지 1,250 ㎛의 홈 깊이를 나타낸다.
바람직하게는, 본 발명의 바람직한 방법에 의해 제조된 케이크는, 충전 기간 CP 내내 노즐 개구의 위치가 주형 공동의 중심축 Caxis를 따라 단지 한 차원으로만 이동한 것(즉, 노즐 개구의 위치를 경화성 물질이 주형 공동 내에 쌓일 때 경화성 물질의 상부 표면 위로 설정된 고도를 유지함) 이외에는 동일한 방법을 사용하여 제조한 다른 케이크에 비해 더 적은 밀도 결함을 함유한다. 더 바람직하게는, 본 발명의 바람직한 방법에서 제조된 케이크는, 케이크당 밀도 결함이 없는 연마층을 적어도 50％ 더 많이(더 바람직하게는 적어도 75％ 더 많이; 가장 바람직하게는 적어도 100％ 더 많이) 제공한다. 더욱더 바람직하게는, 주형 공동은 평균 반경 rC가 40 내지 60 cm인 실질적으로 원형인 단면을 가지며, 본 발명의 방법을 사용하여 제조된 케이크는 밀도 결함이 없는 연마층의 수에 있어서, 충전 기간 CP 내내 노즐 개구의 위치가 주형 공동의 중심축 Caxis를 따라 단지 한 차원으로만 이동한 것 이외에는 동일한 방법에 의해 제공된 밀도 결함이 없는 연마층의 수에 비해 2배 증가(더 바람직하게는 3배 증가)를 제공한다.
바람직하게는, 본 발명의 바람직한 방법을 사용하여 제공된 홈이 없는 연마 표면을 가지는 연마층은 충전 기간 CP 내내 노즐 개구의 위치가 주형 공동의 중심축 Caxis를 따라 한 차원으로만 이동하고(즉, 경화성 물질이 주형 공동 내에 쌓일 때 노즐 개구의 위치를 경화성 물질의 상부 표면 위에 설정된 고도로 유지하기 위해서임) 스카이버 블레이드가 케이크 스카이빙 전에 스트로핑되기보다는 스톤 샤프닝되는 것 이외에는 동일한 방법을 사용하여 제조된 홈이 없는 연마층에 비해 감소된 표면 조도를 가지는 연마 표면을 나타낸다. 더 바람직하게는, 본 발명의 바람직한 방법을 사용하여 제공된 홈이 없는 연마 표면을 가지는 연마층은 표면 조도가 10％ 이상(더 바람직하게는 20％ 이상, 가장 바람직하게는 25％ 이상) 감소된 연마 표면을 나타낸다.
바람직하게는, 본 발명의 방법을 사용하여 제조된 하나 이상의 곡선형 홈과 XY 격자 패턴으로 된 복수의 직선형 홈의 조합을 가지는 홈이 있는 연마 표면을 가지는 연마층은, 복수의 직선형 홈을 가요성 발포체를 기계가공하는 종래의 접근법을 이용하여 기계가공한(즉, 단일 패스 전체 깊이 절삭 기술을 이용하여 기계가공한) 것 이외에는 동일한 방법을 사용하여 제조된 연마층에 비해 더 적은 스트링거 결함을 함유한다.
본 발명의 일부 실시양태를 이제 하기 실시예에서 상세히 설명하겠다.
실시예
홈이 없는 연마 표면, 2.0 mm의 평균 두께, 및 표 1에 보고된 ASTM D412-02에 따라 측정된 영 모듈러스를 가지는 연마층을 상술한 바와 같은 주조 및 스카이브 공정을 사용하여 제조하였다. 각각의 홈이 없는 연마층을 그 후에 우선 선반으로 기계가공하여 연마 표면에 공칭 치수로 762 ㎛의 깊이, 508 ㎛의 폭 및 3.0 mm의 피치를 가지는 원형 홈 패턴을 형성하였다. 이어서, 각각의 연마층을 밀링 머신에서의 제2 기계가공 공정에 도입하여 공칭 치수로 787 ㎛의 깊이, 2.0 mm의 폭 및 40.0 mm의 피치를 가지는 복수의 직선형 홈을 XY 격자 패턴으로 생성하였으며, XY 격자 패턴은 원형 홈 패턴 상에 중첩되었다. XY 격자 패턴은 2 세트의 연마층에 기계가공하였다. 제1 세트에서는, 1회의 전체 깊이 절삭 패스를 이용하여 XY 격자 패턴을 기계가공하였다. 제2 세트에서는, 6회의 연속적인 부분 깊이 절삭 패스를 사용하여 홈을 형성하는 스텝 다운 공정을 이용하여 XY 격자 패턴을 형성하였다. 각각의 연마층에 생성된 스트링거 결함(도 9에 예시한 유형)의 수를 표 1에 보고하였다. 이 데이터로부터 명백한 바와 같이, 스트링거 결함의 수는 스텝 다운 공정의 사용을 통해 현저히 감소하였다. 스트링거 결함의 감소 Δ를 표 1에 보고하였다 (Δ = 전체 깊이 절삭 공정의 스트링거 결함 수 - 스텝 다운 절삭 공정의 스트링거 결함 수). 또한, 대체로, 연마층에 사용되는 물질의 모듈러스가 낮을수록, 스텝 다운 공정을 사용한 홈의 기계가공과 관련한 이점이 컸다.
실시예 영 모듈러스
(MPa) 		스트링거 결함의 수
전체 깊이 절삭 스텝 다운 공정 Δ
1 303 17 12 5
2 260 9 0 9
3 195 23 2 21
4 185 13 1 12
5 95 20 0 20
6 65 29 1 28

Claims (10)

  1. 홈(groove)이 없는 연마 표면을 가지는 연마층을 제공하고;
    우선 홈이 없는 연마 표면에 하나 이상의 곡선형 홈을 기계가공하고;
    그 후에 복수의 직선형 홈을 XY 격자 패턴으로 연마 표면에 기계가공하여 홈이 있는 연마 표면을 가지는 연마층을 생성하며;
    복수의 직선형 홈을 홈 절삭 공구가 다수회의 연속적인 절삭 패스(pass)에 의해 각각의 직선형 홈을 형성하고 각각의 연속적인 절삭 패스가 형성되는 직선형 홈의 깊이를 증가시키는 스텝 다운 공정(step down process)에 의해 기계가공하는 것을 포함하는,
    화학기계 연마 패드에 사용하기 위한 홈이 있는 연마 표면을 가지는 연마층의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, XY 격자를 형성하는 복수의 직선형 홈의 홈 깊이가 350 ㎛ 이상인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 홈 절삭 공구의 이송률(feed rate)이 1 내지 60 cm/초인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 하나 이상의 곡선형 홈이 복수의 동심원형 홈 및 하나 이상의 나선형 홈으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 제공된 연마층이 350 MPa 이하의 영 모듈러스(Young's modulus)을 나타내는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 연마층을 제공하는 것이,
    주형 기부 및 주형 기부에 부착된 주위 벽을 가지는 주형을 제공하고;
    상부 표면, 하부 표면 및 2 내지 10 cm의 평균 두께를 가지는 라이너를 제공하고;
    접착제를 제공하고;
    액상 예비중합체를 포함하는 경화성 물질을 제공하고;
    노즐 개구가 있는 노즐을 제공하고;
    절단 에지를 가지는 스카이버 블레이드(skiver blade)를 제공하고;
    스트로프(strop)를 제공하고;
    스트로핑 화합물(stropping compound)을 제공하고;
    라이너의 하부 표면을 접착제를 사용하여 주형 기부에 결합시켜, 라이너의 상부 표면과 주위 벽이 주형 공동을 형성하게 하고;
    경화성 물질을 노즐 개구를 통해 충전 기간 CP 동안 주형 공동에 충전하고;
    주형 공동 내의 경화성 물질이 케이크로 경화되도록 하고;
    주위 벽을 주형 기부 및 케이크로부터 분리하고;
    스트로핑 화합물을 절단 에지에 가하고;
    스카이버 블레이드를 스트로프를 이용하여 스트로핑하고;
    스카이버 블레이드를 사용하여 케이크를 슬라이싱하여 홈이 없는 연마 표면을 가지는 연마층을 제공하는 것을 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    경화성 물질이 복수의 미세요소를 추가로 포함하고;
    라이너의 상부 표면이 주형 공동의 수평 내부 경계를 형성하고, 주형의 내부 수평 경계는 x-y 평면을 따라 배향되고, 주형 공동은 x-y 평면에 수직인 중심축 Caxis를 가지고, 주형 공동은 도넛 홀(doughnut hole) 영역 및 도넛(doughnut) 영역을 가지며;
    충전 기간 CP는 초기 국면, 이행(transition) 국면, 및 잔여 국면으로서 식별되는 3개의 분리된 국면으로 구분되며; 노즐 개구는 위치를 가지며, 노즐 개구의 위치는 충전 기간 CP 동안 주형 공동의 중심축 Caxis를 따라 주형 기부에 대해 이동하여, 경화성 물질이 주형 공동 내에 쌓임에 따라 주형 공동 내의 경화성 물질의 상부 표면 위로 노즐 개구의 위치를 유지하고;
    노즐 개구의 위치는 초기 국면 내내 도넛 홀 영역 내에 있으며;
    노즐 개구의 위치는 이행 국면 동안 도넛 홀 영역 내에 있는 것으로부터 도넛 영역 내에 있는 것으로 이행하고;
    노즐 개구의 위치는 잔여 국면 동안 도넛 영역 내에 있는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 노즐 개구 위치의 이동은 잔여 국면 동안 주형 공동의 중심축 Caxis에 대한 그의 이동을 잠시 멈추는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 주형 공동은 실질적으로 원형인 단면 Cx - sect를 가지는 직원기둥 형상 영역에 근사하고; 주형 공동은 주형 공동의 중심축 Caxis와 일치하는 대칭축 Cx-sym을 가지고; 직원기둥 형상 영역은 하기와 같이 정의되는 단면적 Cx-area를 가지며:
    Cx-area=πrC 2,
    rC는 x-y 평면 상에 투영된 주형 공동의 단면적 Cx-area의 평균 반경이고; 도넛 홀 영역은 x-y 평면 상에 원형 단면 DHx-sect를 투영하며 대칭축 DHaxis를 가지는 주형 공동 내의 직원기둥 형상 영역이며; 도넛 홀은 하기와 같이 정의되는 단면적 DHx-area를 가지며:
    DHx-area=πrDH 2,
    rDH는 도넛 홀 영역의 원형 단면 DHx-sect의 반경이며; 도넛 영역은 x-y 평면 상에 환형 단면 Dx-sect를 투영하고 도넛 영역 대칭축 Daxis를 가지는 주형 공동 내의 환상체(toroid)형 영역이며; 환형 단면 Dx-sect는 하기와 같이 정의되는 단면적 Dx-area를 가지며:
    Dx-area=πRD 2-πrD 2,
    RD는 도넛 영역의 환형 단면 Dx-sect의 큰 반경이고; rD는 도넛 영역의 환형 단면 Dx-sect의 작은 반경이며; rD≥rDH이고; RD>rD이고; RD<rC이며; Cx-sym, DHaxis 및 Daxis는 각각 x-y 평면에 수직인 방법.
  10. 제9항에 있어서, 연마층을 제공하는 케이크는, 충전 기간 CP 내내 노즐 개구의 위치가 주형 공동의 중심축 Caxis를 따라 단지 한 차원으로만 이동한 것 이외에는 동일한 방법을 사용하여 제조한 다른 케이크에 비해 더 적은 밀도 결함을 나타내고, 연마층은 복수의 직선형 홈을 단일 패스의 전체 깊이 절삭 기술을 이용하여 기계가공한 것 이외에는 동일한 방법을 사용하여 제조된 다른 연마층에 비해 더 적은 스트링거(stringer) 결함을 나타내는 방법.
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