광학 평탄화용 장비 개발광학 평탄화용 장비 개발광학 평탄화용 장비 개발광학 평탄화용 장비 개발Filter LappingFilter LappingFilter LappingFilter Lapping

최종보고서최종보고서최종보고서최종보고서( )( )( )( )

2004. 12004. 12004. 12004. 1

주관기관 한국공작기계 주주관기관 한국공작기계 주주관기관 한국공작기계 주주관기관 한국공작기계 주: ( ): ( ): ( ): ( )

참여기업 한국공작기계 주참여기업 한국공작기계 주참여기업 한국공작기계 주참여기업 한국공작기계 주: ( ): ( ): ( ): ( )

위탁기관 부산대학교위탁기관 부산대학교위탁기관 부산대학교위탁기관 부산대학교::::

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산업자원부장관 귀하

본 보고서를 광학 평탄화용 장비 개발 에 관한 기술 개발 개발기“ Filter Lapping ” ”(

간 과제의 최종보고서로 제출합니다: 2001. 9. 1 ~ 2003. 11. 30) .

2003. 12.2003. 12.2003. 12.2003. 12.

주관기관 기관명 한국공작기계 주 대표자 류 흥 목 인: ( ) ( ) ( ) ( )

참여기업 기업명 한국공작기계 주 대표자 류 흥 목 인: ( ) ( ) ( ) ( )

위탁기관 기관명 부산대학교 정밀정형 및: ( )

금형가공 연구소장 대표자 강 충 길 인( ) ( )

총괄책임자 : 김 동 석

주관기관 연구원 : 김 인 규

〃 : 임 상 철

〃 : 김 흥

〃 : 장 한 길

〃 : 최 춘 규

〃 : 한 상 원

〃 : 하 상 백

〃 : 이 상 직

〃 : 곽 창 용

〃 : 이 수 종

〃 : 조 성 표

위탁기관 책임자 : 정 해 도

연구원 : 김 형 재

〃 : 최 재 영

〃 : 정 영 석

산업기술개발사업 보고서 초록산업기술개발사업 보고서 초록산업기술개발사업 보고서 초록산업기술개발사업 보고서 초록

관리번호

과 제 명 광학 평탄화용 장비개발Filter Lapping

키 워 드Lapping/ Lapping Machine/Optical Filter/ Flatness/

4way-4motor/Hydrodynamic Bearing

개발목표 및 내용개발목표 및 내용개발목표 및 내용개발목표 및 내용

최종목표최종목표최종목표최종목표1.1.1.1.

본 과제는 광학 평탄화용 장비의 핵심 요소의 설계기술 및 가공Filter Lapping

기술을 확보하여 평탄화용 장비를 제작하고 제작된 장비의 기구학적Lapping ,

해석 및 가공 테스트를 수행하여 최적의 가공조건을 확립하여 최적의 Lapping

장비를 상품화하고자 하였다

개발내용 및 결과개발내용 및 결과개발내용 및 결과개발내용 및 결과2.2.2.2.

개발 내용ㅇ

평탄화 장비의 주요 핵심 구성용소의 설계기술 확보- Lapping

래핑기의 운동기구해석을 통한 설계 기준 확보-

축의 회전시 떨림을 최소로 할 수 있는 본체부 설계기술- 4

자동두께 조정장치에 의한 가공량 제어기술-

전 가공물에 균일 가압이 가능한 기구 구조-

래핑기의 운동기구 해석을 통한 고정도 가공 기법 개발-

최적의 가공조건 확립-

개발 결과ㅇ

구동방식의 장비 개발 차년도- 4Way-4Motor 16B Lapping (1 )

구동방식의 장비 개발 차년도- 4Way-4Motor 24B Lapping (2 )

표 은 차년도와 차년도에 개발한 장비의 사용이고 표 는 개발장비를 사용- 1 1 2 2

한 가공테스트 결과이다

표 차년도와 차년도 개발장비 사양1. 1 2

항목 단위 차년도1 차년도2

상하정반 크기 mm Φ1130×Φ355Φ45t Φ1575×Φ572Φ60t

캐리어 mmDP 12 ×200Z

PCD=Φ423.333

M4 × 152Z

PCD=Φ608

선기어 mmDP 12 ×154Z

PCD=Φ325.967

M4 × 116Z

PCD=Φ464

인터널기어 mmDP 12 ×554Z

PCD=Φ1172.65

M4 × 420Z

PCD=Φ1680

회가공되는1

캐리어개수ea 가공물 개5 ( 5 ) 가공물 개5 ( 8 )

구

동

속

도

상정반 rpm 0~20 0~20

하정반 rpm 0~60 0~60

기어Sun rpm 0~30 0~30

기어Internal rpm 0~20 0~20

제어장치PLC Control/

10 Touch Screen″

PLC Control

/12 Touch Screen″

표 개발장비 가공테스트 결과2.

평가항목 단위16B Lapping

M/C

24B Lapping

M/C

Flatness λ λ/6 λ/6

Surface Roughness μm 2μ 이내m (Rmax) 2μ 이내m (Rmax)

Scratch ea 0 0

Damaged Layer μm 5μ 이내m 5μ 이내m

Thickness

Accuracyμm ±2μm ±2μm

기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과3. ( )3. ( )3. ( )3. ( )

기술적인 측면

광학 평탄화용 장비 설계 및 제작 기술확보- Filter Lapping

여러개의 공작물에 대한 균일 가압 기술 확립-

광학 평탄화 가공 프로세스 확립- Filter

광부품 생산 장비 국산화-

초정밀 평탄화 장비 제작으로 인하여 반도체 웨이퍼 래핑 폴리싱 장비 제작- ,

기술 확보로 인한 반도체생산 장비 국산화 가능

경제적인 측면

수입대체 효과 내수포함- ( )

연마 장비 대당 가격이 약 억원이면 국내에 필요하여 수입되는 장비 대수는1 2

약 대이면 억원의 수입 대체 효과100 200

수출효과-

년 광학 를 가진 완제품의 세계시장 규모는 조원에 이르고 있으며 장2005 Filter 2

비 시장규모는 약 억원 정도이고 국내 메이커에 의한 장비의 시장 점유율2000

이 라고 가정하면 약 억원의 수출 효과가 발생하게 된다10% 200 .

평탄화 기술확보로 인하여 초정밀 기계 요소 부품의 고부가가치 향상 및 국내-

관련 산업분야의 국제 경쟁력을 강화시킴

첨단 광산업의 국제 경쟁력을 강화-

적용분야적용분야적용분야적용분야4.4.4.4.

광학 제조용 평탄화- Filter

반도체 웨이퍼 래핑- & Polishing

산업- Display (LCD, PDP)

세라믹 관련 산업-

초정밀 기계요소부품-

목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술개발의 필요성제 절 기술개발의 필요성제 절 기술개발의 필요성제 절 기술개발의 필요성1111

제 절 국내외 관련기술의 현황제 절 국내외 관련기술의 현황제 절 국내외 관련기술의 현황제 절 국내외 관련기술의 현황2222

제 장 연구개발 목표 및 내용제 장 연구개발 목표 및 내용제 장 연구개발 목표 및 내용제 장 연구개발 목표 및 내용2222

제 절 연구개발 목표제 절 연구개발 목표제 절 연구개발 목표제 절 연구개발 목표1111

제 절 연구개발 내용 및 방법제 절 연구개발 내용 및 방법제 절 연구개발 내용 및 방법제 절 연구개발 내용 및 방법2222

제 장 광학필터용 래핑장비의 가공정밀도 향상을 위한 기구학적인 해석제 장 광학필터용 래핑장비의 가공정밀도 향상을 위한 기구학적인 해석제 장 광학필터용 래핑장비의 가공정밀도 향상을 위한 기구학적인 해석제 장 광학필터용 래핑장비의 가공정밀도 향상을 위한 기구학적인 해석3333

제 절 기구학적 해석의 필요성제 절 기구학적 해석의 필요성제 절 기구학적 해석의 필요성제 절 기구학적 해석의 필요성1111

제 절 회전형 래핑 장치의 기구학 해석제 절 회전형 래핑 장치의 기구학 해석제 절 회전형 래핑 장치의 기구학 해석제 절 회전형 래핑 장치의 기구학 해석2222

제 절 가공물내의 속도 분포제 절 가공물내의 속도 분포제 절 가공물내의 속도 분포제 절 가공물내의 속도 분포3333

제 절 가공물면상의 속도 방향 분포제 절 가공물면상의 속도 방향 분포제 절 가공물면상의 속도 방향 분포제 절 가공물면상의 속도 방향 분포4444

제 절 속도분포의 균일도제 절 속도분포의 균일도제 절 속도분포의 균일도제 절 속도분포의 균일도5555

제 절 가공물과 래핑정반의 마멸현상제 절 가공물과 래핑정반의 마멸현상제 절 가공물과 래핑정반의 마멸현상제 절 가공물과 래핑정반의 마멸현상6666

제 절 결론제 절 결론제 절 결론제 절 결론7777

제 장 래핑 장비 설계 및 제작제 장 래핑 장비 설계 및 제작제 장 래핑 장비 설계 및 제작제 장 래핑 장비 설계 및 제작4444

제 절 개발 장비의 구성 및 사양제 절 개발 장비의 구성 및 사양제 절 개발 장비의 구성 및 사양제 절 개발 장비의 구성 및 사양1111

제 절 기계부 설계 및 제작제 절 기계부 설계 및 제작제 절 기계부 설계 및 제작제 절 기계부 설계 및 제작2222

제 절 제어부 설계 및 화면 구성제 절 제어부 설계 및 화면 구성제 절 제어부 설계 및 화면 구성제 절 제어부 설계 및 화면 구성3333

제 장 래핑 장비가공 테스트제 장 래핑 장비가공 테스트제 장 래핑 장비가공 테스트제 장 래핑 장비가공 테스트5555

제 절 기구학적 해석제 절 기구학적 해석제 절 기구학적 해석제 절 기구학적 해석1111

제 절 실험조건 및 방법제 절 실험조건 및 방법제 절 실험조건 및 방법제 절 실험조건 및 방법2222

체 절 평가기준 및 평가항목체 절 평가기준 및 평가항목체 절 평가기준 및 평가항목체 절 평가기준 및 평가항목3333

제 절 실험결과제 절 실험결과제 절 실험결과제 절 실험결과4 16B Lapping machine4 16B Lapping machine4 16B Lapping machine4 16B Lapping machine

제 절 실험결과제 절 실험결과제 절 실험결과제 절 실험결과5 24B Lapping machine5 24B Lapping machine5 24B Lapping machine5 24B Lapping machine

제 절 결론제 절 결론제 절 결론제 절 결론6666

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론6666

부록부록부록부록

기호설명기호설명기호설명기호설명

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

AppendixAppendixAppendixAppendix

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술개발의 필요성제 절 기술개발의 필요성제 절 기술개발의 필요성제 절 기술개발의 필요성1111

정보화 사회 라고 말할 수 있는 세기 현대 사회는 각종 정보들이 폭발적으로“ ” 21

증가함에 따라 정보 처리량의 대용량화 초고속화의 연구 개발 및 상품화에 대한,

연구가 선진국을 중심으로 범국가적인 차원에서 지원되고 있다 현재 광통신의 대.

표격인 은 기존에 구축돼 있는 하나의 광WDM(Wavelength Division Multiplexing)

섬유에 여러 채널을 다중화해 전송하기 때문에 통신 용량을 대폭 확장시켜 이미 설

치해 놓은 망을 이용해 통신 용량을 늘릴 수 있다는 장점을 가지고 있다 이러한.

기술은 유전체 박막 간섭 필터 구조를 형성해 만들 수 있다 유전체 간섭 필WDM .

터 기술은 고평탄화 되고 고품질의 유리 기판에 박막 코팅 장비를 이용 고반사 및

저반사 박막을 교번으로 적층해 다중박막 간섭 필터 구조를 형성하는 기술이다 광.

학 는 과 같은 제조 공정을 거쳐 만들어지는데 제조 공정상 유리기Filter Fig. 1-1

판을 고평탄화 할 수 있는 래핑공정이 필연적으로 사용된다 래핑은 상 하 정반 사. ,

이에 공작물을 지지 할 수 있는 캐리어를 삽입하고 캐리어 내에 공작물을 넣어 유,

성 치차 방식으로 가공하는 방식으로 래핑 장비의 구성은 와 같이 상정반Fig. 1-2

을 가지면서 가입이 가능한 헤드 부 하정반과 를, Sun gear, Internal gear, Carrier

가지는 테이블 부 본체부 캐리어 등으로 구성되어 있다 상정반과 하정반은 형상, , .

정밀도에 영향을 주는 인자로 고평탄화가 이루어 져야 하고 가공물 전면에 균일한,

가압이 이루어져야 한다 본체부는 고강성을 유지하여 회전시 진동이나 떨림이 발.

생하지 않아야 한다 진동이 발생하면 공작물에 결합을 제공하게 된다. ,

Fig. 1-1 Manufacturing Process of Optical FilterFig. 1-1 Manufacturing Process of Optical FilterFig. 1-1 Manufacturing Process of Optical FilterFig. 1-1 Manufacturing Process of Optical Filter

Fig. 1-2 View of lapping processFig. 1-2 View of lapping processFig. 1-2 View of lapping processFig. 1-2 View of lapping process

래핑의 특징은 한 번에 많은 수의 공작물을 가공할 수 있어 가공능률이 높고 정밀

한 평행도 평면도 치수정도를 만족시키고 가공후의 표면 변질층이 작다는 것이다, , .

또한 두께가 얇은 가공물이나 경도가 높고 취약한 재질의 가공물도 정밀하게 효율

적으로 평면연마 할 수 있기 때문에 광학필터용 유리뿐만 아니라 반도체 분야 및

분야에 널리 사용되고 있다Display . Fig. 1-3〔 〕

Fig. 1-3 The Examples Applied of Lapping ProcessFig. 1-3 The Examples Applied of Lapping ProcessFig. 1-3 The Examples Applied of Lapping ProcessFig. 1-3 The Examples Applied of Lapping Process

래핑장비의 세계시장점유율을 살펴보면 일본업체인 Fujikoshi, Hamai, Lapmaster

가 약 을 차지하고 있고 미국업체인 가 약 을 차지하고70% , Speedfam-IPEC 30%

있다 는 의 시장점유율을 나타낸다. Fig. 1-4 Lapping Machine .

Lapping Machine World Market(1999)

자료출처 : Nikket Microdevice, pp. 72~79

년년년년Fig. 1-4 Lapping Machine World Market 1999Fig. 1-4 Lapping Machine World Market 1999Fig. 1-4 Lapping Machine World Market 1999Fig. 1-4 Lapping Machine World Market 1999〔 〕〔 〕〔 〕〔 〕

래핑머신의 시정점유율에서도 알 수 있듯이 고정밀도의 래핑 장비는 일본 미국 등,

의 선진 기업들에 의해서 대부분 제작되고 공급되어지고 있다.

국내에서도 소수의 업체가 래핑장비들 제작하고 있으나 정밀도 가공 품질 외관 등, ,

모든 면에서 외국 업체들과 상대가 되지 않기 때문에 고부가가치 제품의 가공에는

선진래핑장비를 사용하고 있는 실정이다.

최근 들어 국내의 광학필터시장뿐만 아니라 반도체 및 디스플레이 산업시장이 점점

활성화되고 있는 이때에 래핑장비 시장은 점점 더 커지게 될 것이다 현재 수입에.

의존하고 있는 고정밀도의 래핑 장비를 국산화하지 않는 다면 외화낭비 및 기술종

속이 되기 때문에 하루 빨리 국산화하는 것이 필요 불가결하다 따라서 본 과제에.

서는 선진 래핑 장비와 버금가는 래핑자이를 개발하기 위하여 선진래핑장비들의 장

점들을 취하여 설계에 반영하고 기구학적인 해석 및 실험을 통하여 래핑의 특성을

파악하고 가공현상을 분석하여 현장경험에 의존하고 있는 가공조건들을 체계화함으

로 여러 조건의 피삭재에 유연하게 대응할 수 있는 래핑장비를 개발하였다.

제 절 국내외 관련기술의 현황제 절 국내외 관련기술의 현황제 절 국내외 관련기술의 현황제 절 국내외 관련기술의 현황2222

유성치차운동 기구를 채용하고 있는 양면래핑머신은 연마시장에 오래전부터 보급되

었다 피가공물에 가해지는 연마재의 운동방식에 따라 로 나눌. 2Way, 3Way, 4Way

수 있는데 래핑머신이 년에 개발되어 사용되었고 그후 을 거쳐, 2-Way 1940 3Way

방식으로 발전하였다 최근의 선진 장비의 양면래핑머신에 가장 일반적으로4Way .

사용되고 있는 구동은 방식이다 즉 상하정반과 선기어 인터널기어4Way-4Motor . &

를 각각의 독립된 모터로 구동하는 방석이다 그러나 사를 비롯한 일부 선진. Hamai

래핑 제작업체에서 상정반 또는 인터널기어의 미세한 진동를 배제하기 위해 이들을

고정한 식 또는 방식의 래핑머신을 내어놓고 있다 그3Way-2Motor 3Way-3Motor .

예로 사에서는 현재의 래핑머신의 문제점으로 더러난 상정반이 가압Hamai 4Way

및 회전을 가하는 두가지 역할을 하고 상정반의 로 상정반을 내리는 방식으Holder

로 인하여 상정반의 회전 전달부에 걸리는 힘의 불균형으로 인하여 미세한 진동을

유발시켜 가동정도에 한계가 있다는 것을 파악하여 상정반을 회전시키지 않고 하중

만을 전달하고 표면추정성을 높이는 것을 목적으로 Flexible Linking (Endless

기구를 채용한 래핑머신을 특허 출원중에 있다Wire) 3Way . Fig. 1-5〔 〕

Fig. 1-5 3Way Lapping Machine Hamai Co. Ltd.Fig. 1-5 3Way Lapping Machine Hamai Co. Ltd.Fig. 1-5 3Way Lapping Machine Hamai Co. Ltd.Fig. 1-5 3Way Lapping Machine Hamai Co. Ltd.〔 〕〔 〕〔 〕〔 〕

한편 에서는 인터널기어의 회전시 발생되는 미세한 진동을 없애기 위하여, Miroku

인터널기어를 회전시키지 않는 기구를 채택하고 있다 그밖에 하정반 구동에3Way .

구름베어링에 의한 진동방지 및 고압가공을 가능하게 하기 위한 유동압 베어링 및

정압 베어링을 이용한 장비가 제작되고 있다 본체구조는 진동 및 소음방지를 위하.

여 고강성의 주물구조를 사용하고 있고 상정반의 가압방식에 의해 정반의 떨림을

최소화하고 있다 또한 자동치수조정장치를 장착하여 실시간으로 가공물의 치수를.

제어하고 로드셀을 장착하여 실제 공작물에 작용되고 있는 압력을 측정하여 가공압

력을 조정할 수 있는 장비도 나와있다.

은 래핑 장비의 선두 주자인 사의Fig. 1-6 Fujikoshi, Hamai, Speedfam-IPEC

들이다 이들 외에도 미국의 일본의 등이Lapping Machine . P.R Hoffman, Miroku

있는데 이들은 최고의 성능을 가지는 장비를 공급하고 있다 반면에 국내에서 제.

작되고 있는 래핑장비는 구름베어링 구조의 하정반 구등방식이고 본체가 철판구조

물로 되어 있어 진동 및 소음발생이 심하고 방식으로4Way-2Motor, 3Way-2Motor

기어비에 의하여 회전비가 정해지기 때문에 다양한 가공조건에 대응하기 힘든 단점

을 가지고 있다.

선진래핑제작업체의 경우 기계크기도 점점 대형화되어 가고 있는데 국내에서는 아

직 기술력의 미비로 중소형 래핑장비 제작에 머무르고 있다.

Fig. 1-6 Precision Lapping MachineFig. 1-6 Precision Lapping MachineFig. 1-6 Precision Lapping MachineFig. 1-6 Precision Lapping Machine

제 장 연구개발목표 및 내용제 장 연구개발목표 및 내용제 장 연구개발목표 및 내용제 장 연구개발목표 및 내용2222

제 절 연구개발목표제 절 연구개발목표제 절 연구개발목표제 절 연구개발목표1111

본 과제에서는 광학 평탄화용 장비의 핵심요소의 설계 기술 및 가공Filter Lapping

기술을 확보하여 평탄화용 장비를 제작하고 제작된 장비의 가공 테스트를Lapping

수행하여 최적의 제품을 개발하고자 하였다 처음 과제계획상 차년도에는 사. 1 13B

양의 시작품을 만들고 차년도에 차년도에 개발된 장비를 바탕으로 장비의 상품화2 1

를 추진하고자 했지만 과제진행 과정중 사양을 향상시켰다 차년도에는 사양. 1 16B

을 개발하였고 차년도에는 사양을 개발하였다 표 은 본 과제를 통하여 개2 24B . 2-1

발된 장비의 사양을 나타내고 표 는 개발장비의 가공정도 평가항목 및 개발 목2-2

표 값이다.

래핑장비의 개발 목표 사양래핑장비의 개발 목표 사양래핑장비의 개발 목표 사양래핑장비의 개발 목표 사양Table 2-1Table 2-1Table 2-1Table 2-1

가공물의 가공 정도 평가 항목 및 평가 방법가공물의 가공 정도 평가 항목 및 평가 방법가공물의 가공 정도 평가 항목 및 평가 방법가공물의 가공 정도 평가 항목 및 평가 방법Table 2-2Table 2-2Table 2-2Table 2-2

제 절 연구개발내용 및 방법제 절 연구개발내용 및 방법제 절 연구개발내용 및 방법제 절 연구개발내용 및 방법2222

연구개발 내용연구개발 내용연구개발 내용연구개발 내용1.1.1.1.

가 평탄학 장비의 주요 핵심 구성요소인 본체부 헤드부 및 제어. Lapping , , Utility

부의 설계기술 확보

구동방식1) 4Way-4motor

각각의 로 상정반 하정반 기어를 구동하고 의 출력Motor , , Sungear, Internal Motor

이 벨트들 통하여 웜기어 감속기에 연결되어 서로의 기어 맞물림에 의한 구동이V-

가능하도록 설계제작 하였다.

균일가압을 위한 유니버셜 헤드부2)

공작물의 형상에 따라 상정반이 유연하게 공작물의 표면을 추종할 수 있는 헤드구

조를 설계 및 제작하였다.

공작물의 두께 제어 및 가공압력 제어3)

공작물 두께를 실시간으로 제어할 수 있도록 장치를 헤드부에 장착Magnetic Scale

할 수 있는 구조를 설계 제작하였고 가공압력을 제어할 수 있도록 공압실린더와 전

공레귤레이터를 사용한 공압라인을 설계제작 하였다.

나 구동시 진동을 최소로 할 수 있는 본체부 설계기술 확보.

모터소음 및 진동억제들 위한 형 주물구조로 을 설계 제작하였다Box Table .

유동압베어링 지지 방식의 하정반 구동 구조2)

기존의 구름베어링에 의한 하정반 지지방식을 개선하기 위해 유동압 베어링 방식의

하정반 지지구조를 가지도록 하였다.

다 평탄화 장비의 상품화. Lapping

차년도에 개발된 장비의 가공테스트를 수행하여 문제점을 도출시켜 차년도에 보1 2

완 개선시켜 광학 용 유리가공업체에 판매를 추진하였다Filter .

라 광학 평탄화 가공기술 개발. Filter

장비의 기구학적인 이론해석 및 개발된 장비를 사용한 가공테스Lapping Lapping

트를 통하여 가공데이터 확보 및 가공기술을 확보하였다.

연구개발 방법연구개발 방법연구개발 방법연구개발 방법2.2.2.2.

장비설계 및 제작은 한국공작기계에서 수행하였고 장비의 기구학적인 이Lapping

론해석 및 가공테스트를 통한 래핑의 특성파악은 부산대에서 수행하였다. Fig. 2-1

은 과제기간동안의 연구개발 추진 체계를 나타낸 것이다.

연구개발 추진체계연구개발 추진체계연구개발 추진체계연구개발 추진체계Fig. 2-1Fig. 2-1Fig. 2-1Fig. 2-1

차 년도는 사양의 래핑장비를 설계 제작하여 시제품을 제작하였고 차 년도1 16B 2

전반기에는 가공테스트를 통한 문제점들 개선 및 장비를 설계제작 하24B Lapping

였다 는 연구개발 추진 내용을 나타낸 것이다. Fig. 2-2 .

연구개발 추진내용연구개발 추진내용연구개발 추진내용연구개발 추진내용Fig. 2-2Fig. 2-2Fig. 2-2Fig. 2-2

제 장 광학필터용 래핑장비의 가공정밀도 향상을 위한 기구학적제 장 광학필터용 래핑장비의 가공정밀도 향상을 위한 기구학적제 장 광학필터용 래핑장비의 가공정밀도 향상을 위한 기구학적제 장 광학필터용 래핑장비의 가공정밀도 향상을 위한 기구학적3333

인 해석인 해석인 해석인 해석

제 절 기구학적해석의 필요성제 절 기구학적해석의 필요성제 절 기구학적해석의 필요성제 절 기구학적해석의 필요성1111

래핑가공 기술은 종래부터 가공물의 평탄도를 향상시키기 위해 사용되어 온 기술로

서 블록게이지 광학필터 및 각종 정밀 기계부품의 마무리 가공에 적, Optical flat,

용되어져 왔다 래핑공정은 습식 래핑과 건식 래핑으로 대별되며 광학 필터 등과.

같이 유리 등의 연마에는 대부분 습식 래핑을 적용한다 이러한 이유는 래핑된 유.

리 입자가 연마액인 슬러리와 함께 배출되기 때문에 가공물의 표면에 스크래치를

적게 남긴다는 이점과 물의 화학적 작용으로 인하여 높은 가공량을 얻을 수 있기

때문이다 따라서 일반적인 유리의 래핑에서는 연마를 위하여 연마 공구인 정반과.

가공물인 가공물 사이에 연마입자가 현탁되어 있는 연마액을 개재시킨 채 압력을

가한 상태에서 서로 상대운동시켜 연마하는 가공기구를 가지고 있다.

이러한 래핑가공의 가공원리는 접촉하는 물체의 돌출된 부분에서 선택적인 압력의

집중이 일어나고 따라서 이 부분 다른 부분보다 빠르게 제거되어 나가 결국에는 평

탄가 우수한 제품을 얻을 수 있다 이러한 돌출부의 선택적 압력 가공에 의해 가공.

공구로 사용되는 래핑정반과 가공물의 형상이 동시에 진화하는 방식으로 변해나가

게 된다.

재현성 있는 양호한 연마결과를 얻기 위해서는 일정한 연마제거율(MRR : Material

을 유지하고 가공물 전면에서의 압력 편차에 의해 돌출된 부분에 대Removal Rate)

한 선택적인 가공이 이루어져야 평탄도가 확보된 가공을 진행할 수 있다 우수한.

가공결과를 얻기 위해서는 가공물 전면의 입력분포 상대속도 분포 슬러리 유동조, ,

건 온도 분포의 변화 및 다른 여러 가지 인자들이 관련되어 있으나 이 중에서 가,

공물 면에서의 상대속도 분표는 가공물 각 지점에서의 미끄럼 거리를 결정하기 때

문에 공간상의 래핑량의 분포를 결정하는 중요한 인자이다.

따라서 래핑 후 가공물의 형상 정밀도를 향상시키기 위해서는 가공장치의 기구학적

인 해석이 필수적이라 할 수 있다.

제 절 회전형 래핑 장치의 기구학 해석제 절 회전형 래핑 장치의 기구학 해석제 절 회전형 래핑 장치의 기구학 해석제 절 회전형 래핑 장치의 기구학 해석2222

대부분의 래핑장비는 와 같이 가공물과 정반을 동일방향으로 회전시키Fig. 3-1(a)

면서 연마를 진행하는 삼대운동 기구를 사용하고 있다 이러한 기구를 사용함으로.

써 가공물 전면에서 균일한 상대속도조건으로 연마를 진행한다 일반적으로 회전형.

래핑장비에서 가공물의 회전수(ww 와 정반의 회전수) (wp 를 동일하게 함으로써 가공)

물 전면에서 균일한 상대속도를 얻을 수 있다는 것은 잘 알려진 사실이다1) 그러나.

일반적인 래핑공정에서는 최적의 평탄도를 얻기 위하여 대부분 가공물과 정반의 회

전수비를 적절하게 조절하게 된다 가공물의 오실레이션 은 정반면적을. (Oscillation)

넓게 사용하게 하여 정반의 수명을 높여주나 연마균일도와 연마율에 거의 영향이

없다는 것이 일반적으로 알려진 사실이다3, 4) 또한 일반적으로 오실레이션 속도는.

연마면의 상대속도에 비하여 매우 낮기 때문에 속도분포에도 작은 영향을 미친다.

따라서 본 연구에서는 오실레이션의 영향을 배제하였다 에 일반적인 래핑. Fig. 3-1

장치의 그림과 해석을 위한 파라미터들이 나타나 있다 여기서. D, r, ww, wp 는 각

각 회전중심간 거리 가공물 중심에서 임의지점 까지의 반경 가공물의 회전 수, (P) , ,

정반의 회전수이다.

Fig. 3-1 Schematic diagram of parameters for kinematic analysis.Fig. 3-1 Schematic diagram of parameters for kinematic analysis.Fig. 3-1 Schematic diagram of parameters for kinematic analysis.Fig. 3-1 Schematic diagram of parameters for kinematic analysis.

가공물 내의 상대속도는 주어진 한 점 에서 정반의 속도와 가공물의 상대속도의P

차이로 결정되며 자세한 내용은 에 기술되어 있다Appendix a .

따라서 식 에서와 같이 가공물의 회전 수와 정반의 회전수가 동일한 경우(1) (Wp =

ww 에는 가공을 내 속도분표는) wp 로서 가공물의 반경위치에 상관없이 모든 위치D

에서 동일한 속도와 방향을 가지게 됨을 알 수 있다.

다음으로 상대속도의 분포를 평가하기 위하여 식 을 간단히 벡터연산에 의해(1) x

축 및 축 방향 속도인y vx와 vy로 표현할 수 있다 그리고 다양한 가공물 크기. (rw)

가공물과 정반의 회전수비 회전 중심 축간의 거리 등의 공정조건에대한, (R), (D)

영향을 평가하기위하여 무차원수인 반경비 ρ 와 가공물크기 회전중심간 거리 및,

회전수비를 대표하는 ξ를 도입하여 다음과 같이 식을 변경할 수 있다.

여기서 ξ는 앞으로의 해석에서 가공물 내의 속도분포 및 다른 기구학적인 여러 인

자들을 일관적으로 평가할 수 있는 중요한 무차원수가 된다는 가공물의 크기 회전,

중심간 거리 회전수 비를 포함하는 무차원수로서 래핑장치의 기하학적인 조건을,

대표하는 인자이다 따라서 저지는. ξ를 장치상수 로 정의하고“ (kinematic number)"

이후의 해석결과가 에 따라 일관적으로 표현됨을 이다.

식 를 이용하여 가공물 내 상대속도 분포는 다음과 같이 결정된다(2) .

식 을 가공물 중심에서의 속도인(3) wp 로 무차원화 시키면 다음과 같은 가공물 면D

에서의 속도비에 대한 무차원수를 얻을 수 있다 따라서 다양한 조건에 대한 분석.

을 일관적으로 할 수 있다.

식 는 속도의 분포를 좌표계로 표시한 결과이다 여기서 식 는 적분 등(4-b) x-y . , (4)

의 연산이 힘들기 때문에 ξ 근방에서의 전개에 의해 해석적인 처리=0 Taylor series

가 가능한 형태로 바꿀 수 있다.(Appendix b).

따라서 식 을 통하여 다양한 가공물 크기와 회전수비 회전중심간 거리의 변(4), (5) ,

화가 기구학적인 인자에 미치는 영향을 평가할 수 있다.

제 절 가공물 내의 속도분포제 절 가공물 내의 속도분포제 절 가공물 내의 속도분포제 절 가공물 내의 속도분포3333

가공물과 정반사이에 작용하는 마찰력의 크기는 박막과 슬러리 및 정반 사이에 작

용하는 전단력의 결과이다 또한 재료의 제거율은 전단력의 크기에 의존한다 유체. .

가 혼입된 두 면사이의 미끄럼에서 발생하는 마찰력의 크기는 일반적으로 트라이볼

로지 연구결과에서 보이는 바와 같이 상대속도의 크기에 크게 의존한다5, 6)

이러한.

결과는 래핑에서도 동일하게 적용된다.

는 일반적인 연마조건에서 공구동력개를 이용하여 마찰력을 측정한 값으로Fig. 3-2

서 그림에서 볼 수 있는 바와 같이 일반적인 속도범위에서 마찰력은 속도의 크기,

에 반비례하며 이와 유사한 래핑공정에서도 동일한 현상이 발생할 것으로 생각된,

다.

Fig. 3-2 Friction coefficient variation with velocity, pressure=300g/cmFig. 3-2 Friction coefficient variation with velocity, pressure=300g/cmFig. 3-2 Friction coefficient variation with velocity, pressure=300g/cmFig. 3-2 Friction coefficient variation with velocity, pressure=300g/cm2222,,,,

IC1400-k pad, ILD1300 slurry.IC1400-k pad, ILD1300 slurry.IC1400-k pad, ILD1300 slurry.IC1400-k pad, ILD1300 slurry.

Fig. 3-3 Removed thickness per unit sliding distance according to relativeFig. 3-3 Removed thickness per unit sliding distance according to relativeFig. 3-3 Removed thickness per unit sliding distance according to relativeFig. 3-3 Removed thickness per unit sliding distance according to relative

velocity, same condition with Fig. 3-2velocity, same condition with Fig. 3-2velocity, same condition with Fig. 3-2velocity, same condition with Fig. 3-2

Fig. 3-4 Velocity distribution on the workpiece surface (a) and its crossFig. 3-4 Velocity distribution on the workpiece surface (a) and its crossFig. 3-4 Velocity distribution on the workpiece surface (a) and its crossFig. 3-4 Velocity distribution on the workpiece surface (a) and its cross

section view (b)section view (b)section view (b)section view (b)

또한 일반적인 상대속도의 범위에서 속도가 증가할수록 마찰력이 감소하기 때문에

단위 미끄럼 길이 당 연마율은 속도가 커질수록 작아짐을 으로부터 알 수Fig. 3-3

있다 위의 결과로부터 한 지점에서의 연마율은 그 지점에서의 전단력의 영향으로. ,

인하여 상대속도에 의해 결정됨을 알 수 있다 따라서 가공물 내에서 발생하는 속.

도의 분포는 가공물 면상에서의 연마상태가 공간적으로 어떻게 지배되는가를 이해

하는데 중요한 정보를 준다 가공물 면상의 속도 분포는 식 로부터 공간 좌. 4(b) x-y

표상에 나타낼 수 있으며 ξ 일 때의 결과를 에 나타내었다=0.1 Fig. 3-4 (a) . Fig.

에서 볼 수 있는 바와 같이 회전형 래핑장치에서 속도의 분포형태는 원추면3-4(a)

상에 한 부분이 된다 따라서 가공물과 정반의 회전수가 동일하지(conical surface) .

않은 경우 가공물 내 속도분포는 경사진 형태를 가지게 된다 식 에서 볼 수, . 4(b)

있는 바와 같이 속도곡면의 중심점의 위치는 원추형 속도표면의 중심( ) “ - ξ-1 ”

이 되며 곡면의 기울기는, ξ가 됨을 를 통해 알 수 있다 즉 속도곡면의Fig. 3-4(b) .

기하학적인 형태가 ξ값에 의해 결정 됨을 알 수 있다 즉 가공물과 정반의 회전수. ,

비 이 에서 멀어질수록 가공물과 정반의 회전수 차이를 크게 하는 경우 또는R 1 ( ),

가공물 반경 대 회전중심간 거리 (rw 가 커질수록 가공물이 커지거나 회전 중심/D) ( ,

간 거리가 짧은 경우 가공물 내 속도편차가 심해진다는 것을 알 수 있다 그리고) .

이러한 속도편차로 인하여 가공물 중심을 제외한 부분에서는 속도의 크기가 주기적

으로 변하게 된다는 것을 알 수 있다 따라서 비록 동일한 연마조건에서(Fig. 3-5).

연마하더라도 대구경 가공물로 갈수록 가공물 내 속도편차가 심해져 연마 균일도가

나빠질 수 있음을 알 수 있다.

Fig. 3-5 Periodical velocity variation with respect to radius of workpiece. =0.1Fig. 3-5 Periodical velocity variation with respect to radius of workpiece. =0.1Fig. 3-5 Periodical velocity variation with respect to radius of workpiece. =0.1Fig. 3-5 Periodical velocity variation with respect to radius of workpiece. =0.1

제 절 가공물 면상의 속도방향 분포제 절 가공물 면상의 속도방향 분포제 절 가공물 면상의 속도방향 분포제 절 가공물 면상의 속도방향 분포4444

일반적으로 유체의 유동은 유체와 접촉하고 있는 표면과 유체 사이의 경계지점에서

의 점착조건 경계지점에서의 상대속도 에 의해 표면이 움직이는 방향으로 유체의( =0)

유동이 영향을 받는다 즉 상대속도의 방향 혹은 마찰력의 방향에 영향을 받아 이. ,

동방향이 결정된다 따라서 가공물과 정반이 상대운동 하는 조건에서 마찰력의 방.

향은 슬러리의 유동형태를 결정하는 중요한 요소가 된다 이러한 가공물 면상에 형.

성되는 마찰력의 방향은 상대속도 방향을 결정함으로써 구해질 수 있으며 가공물

면상의 임의 지점에서의 속도의 방향은 식 및 를 이용하여 구할 수 있(2-a) (2-b)

다 간단한 계산에 의해 가공물 면상의 상대속도의 순간 중심이 지. (Appendix c.)

나는 점이 가공물 위의 위치에 상관없이 “-ξ-1

이 됨을 알 수 있다 즉” . Fig. 3-4

에 그려져 있는 속도표면의 중심과 정확히 일치한다 따라서 장치상수. ξ는 속도표

면의 형상과 속도의 방향을 일관적으로 결정한다는 것을 알 수 있다.

여기서 값이 양인 경우 즉 정반의 회전수가 가공물보다 빠른 경우 에는, (Table fast)

에서 볼 수 있는 바와 같이 정반 바깥쪽의 속도기 높으며 속도의 방향Fig. 3-6(a) , ,

즉 마찰력의 방향은 회전방향과 동일한 방향으로 형성됨을 알 수 있다 그러나 값.

이 음인 경우 즉 가공물의 회전수가 정반보다 빠른 경우(Fig. 3-6(c)) , (head fast)

에는 마찰력의 방향은 회전 방향과 반대방향으로 형성됨을 알 수 있다 이러한 두.

경우 모두 회전수비 값이 에서 멀어지거나 정반과 가공물의 회전수 차이가 많이R 1 (

날수록 회전중심간 거리 가 짧아질수록 속도 벡터의 중심이 가공물 중심이 가까) D

워지므로 (-ξ -1 웨이퍼 내에서 상대속도 방향의 변화가 심해지며 동시에 상대0)→

속도의 편차도 심해진다는 것을 알 수 있다.

그러나 가공물과 정반의 회전수가 동일한 경우 에는 속도는 모든 가공(Fig. 3-6(b))

물면에서 동일하며 마찰력의 방향은 모두 동일한 방향 즉 가공물 중심과 정반 중, ,

심을 연결한 직선에 수직한 방향으로 작용함을 알 수 있다.

이상의 결과에서 알 수 있듯이 정반의 회전에서 발생하는 원심력과 회전수 비에 따

른 마찰력의 방향의 영향으로 인하여 슬러리의 공급상태가 달라질 것으로 예상된

다 즉 마찰력의 분포형태는 슬러리를 가공물의 내부로 끌어들이는 방향으로 작용. ,

하거나 혹은 바깥으로 밀어내는 방향의 전단력으로 작용(Fig. 3-6(c)) (Fig. 3-6(a))

하여 슬러리 분포에 영향을 미칠 것으로 예상된다.

그러나 모든 경우에 있어서 정반 중심에 가까운 부근의 가공물 면에서 슬러리의 공

급양이 줄어들 것이라는 것을 예상할 수 있다 특히. ξ 인 경우에는 마찰력의 방> 0

향이 원심력의 방향과 일치하므로 더 많은 슬러리가 가공물 바깥으로 흘러 나갈 수

있음을 알 수 있다 따라서 적절한 공급위치를 선정하는 것이 균일한 슬러리 공급.

에 중요한 역할을 함을 예상할 수 있다.

Fig. 3-6 Velocity distribution and direction of friction force according toFig. 3-6 Velocity distribution and direction of friction force according toFig. 3-6 Velocity distribution and direction of friction force according toFig. 3-6 Velocity distribution and direction of friction force according to ξξξξ

제 절 속도분포의 균일도제 절 속도분포의 균일도제 절 속도분포의 균일도제 절 속도분포의 균일도5555

일반적인 래핑장치에서 공정최적화를 위해 래핑장치의 여러 가지 기구학적인 인자

정반 회전수 가공물 회전수 편심 거리 들을 조절하는 경우 이들의 변화에 따른( , , ) ,

상대속도의 크기와 속도의 균일도를 평가하는 것은 연마율의 예측이나 연마균일도

를 예측하는데 중요하다 와 일반적인 연마균일도의 정의. Fig. 3-4(b) (3σ

를 이용하면 공정조건에 따른 속도의 균일도를 장치상수 에 따라 일관적uniformity)

으로 표현 할 수 있다 에서 볼 수 있는 바와 같이 속도의 최대값과 최. Fig. 3-4(b)

소값은 각각 1+ξ 및 1-ξ 임을 알 수 있다 따라서 속도 균일도는 아래와 같이. 3

표현된다.

또한 속도평균(vavg 과 속도의 표준편차 를 이용한 속도 균일도는 아래와 같이 표) (v)

현할 수 있다.

여기서 속도의 평균값과 속도의 표준편차 값은 식 의 적분을 통하여 얻을 수 있(5)

으며 에 그 계산과정을 나타내었다Appendix d .

에 식 에 대한 결과를 도시하였으며 그림에서 볼 수 있는 바와 같Fig. 3-7 (6), (7)

이 ξ<0.025( ξ 범위 내에서 가공물 내 속도 균일도는 이하를< 0.087 for 1 ) 5%σ

만족한다.

Fig. 3-7 Velocity uniformity with -kinematic number.Fig. 3-7 Velocity uniformity with -kinematic number.Fig. 3-7 Velocity uniformity with -kinematic number.Fig. 3-7 Velocity uniformity with -kinematic number.

그러나 가공물 내 속도분포의 균일도와 연마균일도간의 상관관계는 미약할 것으로

생각된다 왜냐하면 실제 연마량은 방정식에서 예측하는 바와 같이 전체. Preston

연마시간에 대한 상대 미끄럼 거리 속도의 시간 적분값 에 의존하므로 순간적인 속( )

도분포의 균일도는 전술한 바와 같이 가공품 내 마찰력의 분포와 슬러리 분포에 더

큰 영향을 미칠 것으로 생각된다 이에 대한 연구는 아직 진행 중에 있다. .

에 나타낸 것과 같이 평균속도 의 값은 식 과 같으며 실제 상Appendix d (vavg) (8)

대속도의 값은 평균속도에 wp 값을 곱한 값이 된다 식 에서 알 수 있는 것은D . (8)

정반의 회전수(wp 와 편심 거리 를 변화시키는 경우 평균속도는 이들 값에 비례) (D)

한다는 것을 알 수 있다.

반면 가공물의 회전수 를 변화시키는 경우에는 전체적인 상대속도의 크기에 변, (wx)

화가 거의 없음을 알 수 있다 왜냐하면 가공물의 회전수는 값에 내재되어 있으며. ,

그 영향이 ξ2

로 되어 매우 작아지기 때문이다 이러한 현상은 가공물 전면의 연/8 .

마율은 wp 값에 지배적으로 영향을 받으며 가공물의 회전수를 변화시키는 경우에D ,

연마율은 크게 영향을 받지 않음을 말해준다 이러한 현상은 여러 실험결과와 일치.

한다3, 7, 8)

.

제 절 가공물과 래핑정반의 마멸 형상제 절 가공물과 래핑정반의 마멸 형상제 절 가공물과 래핑정반의 마멸 형상제 절 가공물과 래핑정반의 마멸 형상6666

가공물과 래핑정반의 마멸 형상은 두 상대 접촉물체의 미끄럼 거리에 비례하며 상,

대 물체의 형상변호에 서로 서로 의존한다는 것은 자명한 사실이다 따라서 이러한.

가공물과 래핑정반에서의 연마거리를 평가하는 것은 가공물의 평탄도 예측과 래핑

정반의 마멸 형태를 파악하는데 매우 중요한 인자이다.

가공물 내에서 연마거리를 평가하기 위하여 식 를 시간에 대하여 적분하게 되면(5)

다음 식과 같은 가공물 면상의 연마거리 분포를 구할 수 있게 된다.

여기서 식 는 짧은 시간동안 래핑한 경우의 연마거리 분포이며 의 경우(7-a) , (7-b)

에는 분 이상 충분히 래핑하는 경우에서의 연마거리 분표를 나타낸다 이 결과를1 .

그래프로 나타내면 과 같다Fig. 3-8 .

의 결과에서 볼 수 있는 바와 같이 가공물 내의 연마거리 분포는 장치상수Fig. 3-8

ξ값에 의존적이며 모든 조건에서 가공물의 중심부분이 외주 부분보다 연마거리가,

낮다는 것을 알 수 있다 즉 가공 후 가공물의 형상이 볼록해 진다는 것을 알 수. ,

있다 그러나 에서 볼 수 있는 바와 같이 그 양은 매우 미소하게 차이가. Fig. 8(a)

난다는 것을 알 수 있다 그러나 래핑정반의 마멸량과 형상은 장치상수. ξ의 값에

따라 크게 다르게 나타난다는 것을 아래 수치해석 결과로부터 알 수 있다 따라서.

래핑과정이 래핑 테이블과 가공물의 상대 마멸에 의해 평탄도가 형성되어 나간다는

것을 고려할 때 가공물과 테이블의 회전수를 동기화 시키는 것이 최적(synchronize)

의 조건이 되지는 않음을 알 수 있다 그러나 최적의 가공 조건에 대해서는 아직.

연구 중이다.

에 지금까지의 결과를 종합하여 제시하였다Fig. 3-1 .

Fig. 3-8 Sliding distance distribution on a wafer and its uniformityFig. 3-8 Sliding distance distribution on a wafer and its uniformityFig. 3-8 Sliding distance distribution on a wafer and its uniformityFig. 3-8 Sliding distance distribution on a wafer and its uniformity

Fig. 3-9 Lapping Table wear shape according toFig. 3-9 Lapping Table wear shape according toFig. 3-9 Lapping Table wear shape according toFig. 3-9 Lapping Table wear shape according to ξξξξ

제 절 결 론제 절 결 론제 절 결 론제 절 결 론7777

회전형 래핑 장치에 대한 기구학적인 해석을 수행하고 속도분표의 형상과 마찰력의

분포형태 속도의 균일도 등에 대한 결과를 보였다 이 연구에서 가공물과 정반의, .

회전축간 거리 가공물의 크기 가공물과 정반의 회전수비 을 포함하는 무(D), (rw), (R)

차원량인 를 유도하고 이 값을 장치 상수 로 정의하였다 또한 가공물 내의 속“ ” .ξ

도분포 마찰력 분포의 형태 속도분포의 균일도 등이 모두 장치 상수 에 의해 일, , “ ”

관적으로 표현됨을 보였다 따라서 장치 상수 값의 크기 부호에 따라 속도 및 마. “ ” ,

찰력 분포의 형태 속도균일도 등에 대한 것을 직관적으로 이해할 수 있음을 알 수,

있다 또한 상대속도의 크기는 정반의 회전수와 편심 거리에 비례 하나 가공물의. ,

회전수만을 변화시키는 것은 전체적인 상대속도에 미약한 영향을 미치기 때문에 연

마율에 큰 영향을 미치지 않는다.

이상과 같은 해석결과는 가공물의 크기가 커지고 평탄화 요구조건이 점점 엄격해

질수록 래핑공정에 대한 이해를 돕는데 도움이 될 것이다.

Fig. 3 -10 Velocity, direction of friction force, wear shape of workpiece andFig. 3 -10 Velocity, direction of friction force, wear shape of workpiece andFig. 3 -10 Velocity, direction of friction force, wear shape of workpiece andFig. 3 -10 Velocity, direction of friction force, wear shape of workpiece and

lapping table according to kinematic numberlapping table according to kinematic numberlapping table according to kinematic numberlapping table according to kinematic number ξξξξ

제 장 장비 설계 및 제작제 장 장비 설계 및 제작제 장 장비 설계 및 제작제 장 장비 설계 및 제작4 Lapping4 Lapping4 Lapping4 Lapping

제 절 개발 장비의 구성 및 사양제 절 개발 장비의 구성 및 사양제 절 개발 장비의 구성 및 사양제 절 개발 장비의 구성 및 사양1111

개발된 장비는 본체부와 헤드부 그리고 조작부로 크게 나눌 수 있다 그리고, .

부로는 슬러리를 공급하는 슬러리 탱크와 베어링과 기어 그리고 인터널기어Utility

용 실린더에 작동유를 공급하는 유압 그리고 상정반 과Up/Down Unit, UP/Down

가공압력을 제어하는 공압라인이 있다 은 개발장비의 외형도를 나타낸다. Fig. 4-1 .

개발장비의 외형도개발장비의 외형도개발장비의 외형도개발장비의 외형도Fig. 4-1Fig. 4-1Fig. 4-1Fig. 4-1

선진래핑장비가 갖추어야 할 조건으로는 고강성 저진동 구조로서 고품질 고능률 가·

공이 되어야 한다 그러나 기존의 국내 장비는 하나의 모터로 개 이상의 축을 구. 2

동시키는 구조로 되어 있어 회전비가 정해지게되어 다양한 가공조건으로 가공할 수

있는 단점을 가지고 있다 그리고 대부분 는 철판구조물로 되어있고 헤. Table body

드부 지지는 외팔보 방식으로 되어 있어 선진래핑장비에 비해 강성이 떨어지는 구

조이다 또한 하정반 지지베어링이 구름베어링 방식이어서 고하중 가공에서는 떨림.

및 소음발생이 심하여 장비의 수명이 짧아지는 단점을 가지고 있다 따라서 본과제.

에서는 차년도와 차년도 모두 선진래핑장비에서 가장 일반적으로 사용되는1 2

방식을 채택하여 상 하정반과 선기어 인터널기어의 회전비를 바꿀4Way-4Motor · ,

수 있도록 하여 고능률 가공이 가능하도록 하였다 그리고 본체부는 를. Table Body

상자형 주물구조로 제작하여 기계의 강성을 높였고 헤드부는 두 개의 컬럼에 의해

지지함으로써 기계의 강성을 높였다.

또한 하정반 지지는 유동압베어링을 사용하여 높은 압력에서도 저진동 저소음으로

회전이 가능하도록 하여 장비의 수명을 향상시키고 고능률 고정도 래핑가공이 가능

하도록 하였다.

헤드부는 고정도 가공을 위하여 로 설계 제작하였고 리니어 스케일Universal Head

을 가운데에 장착하여 실시간으로 두께를 측정하여 두께 제어를Universal Head

할 수 있도록 하였다 그리고 전공레귤레이트와 저마찰에어실린드들 통하여 정밀.

가압이 가능하도록 하였다.

사용자 편의와 안전을 위해서는 인터널기어 기능을 포함시켜 얇은 공작물Up/Down

을 탈착하기 쉽도록 하였고 상정반이 상승했을 때 자동으로 상정반 낙하방지 장치

가 작동하여 상정반 밑에서 작업하는 작업자가 안전하게 작업할 수 있도록 하였다.

그리고 작업자가 쉽게 가공조건을 입력할 수 있도록 프로그램을 구성하여 Touch

상에서 입력할 수 있도록 하였다Panel .

장비의 크기가 커지게 되면 한번에 가공할 수 있는 공작물의 수가 증가하기 때문에

래핑장비의 생산성도 함께 올라가게 된다 래핑 장비의 크기는 일반적으로 공작물.

을 고정하는 캐리어 크기로 나타내게 된다 과제 계획에는 사양의 래핑장비를. 13B

개발하고자 하였으나 래핑장비의 대형화 추세에 따라 사양을 변경하여 차년도에는1

인치 사양으로 제작하였고 차년도에는 사양으로 제작하였다 사16B (16 ) , 2 24B . 13B

양에서는 크기의 유리를 최대 장 올릴 수 있고 사양에서는 캐리어100×100 3 , 16B

에 크기의 유리를 최대 장까지 올릴 수 있고 사양에서는 최대 장100×100 5 , 24B 8

까지 올릴 수 있으므로 한번에 가공할 수 있는 광학필터용 유리 는(100×100) 13B

사양에서는 장이고 사양에서는 장 장 이고 사양에서는15 , 16B 25 (5Carrier×5 ) , 24B

장 장 이 된다 은 차년도와 차년도에 개발된 래핑장비40 (5Carrier× 8 ) . Table 4-1 1 2

의 사양을 나타내고 는 주요 특징들을 나타낸 것이다 래핑장비 본체부의Table 4-2 .

구성요소로는 의 같이 공작물을 상하에서 가압하여 문질러주는 역할을 하Fig. 4-2

는 상하정반 공작물에 자전과 공전운동을 하게 해주는 선기어와 인터널기어 하정, ,

반이 높은 압력조건에서 안정적으로 회전하게 해주는 유동압 베어링 공작물 탈착,

을 용이하게 해주는 인터널기어 용 모터의 회전을 감속시켜UP/DOWN CYLINDER,

토오크를 높여주는 웜감속기 개의 구동축에 구동력을 주는 저진동모터 위의 모, 4 ,

든 구성요소들을 지지해주는 로 구성되어 있다 그리고 헤드부의 구TABLE BODY .

성요소는 과 같이 상정반이 공작물에 정밀하게 가압할 수 있도록 해주는Fig. 4-3

저마찰 타입의 와 전공레귤레이트 을 지지하고 상정반 교환Air cylinder , Air cylinder

시 이 되어 상하정반 교환을 쉽게 할 수 있는 작업자 안전을 위Swing Swing Arm,

한 상정반 낙하방지 장치 을 지지해주는 개의 상정반이 공작, Swing Arm 2 Column,

물 표면을 유연하게 추종할 수 있도록 해주는 균일한 슬러리 공급Universal Head,

을 위한 슬러리 공급링 실시간으로 공작물 두께를 측정하는 마그네틱 스케일 등으,

로 이루어져 있다.

개발장비 사양개발장비 사양개발장비 사양개발장비 사양Table 4 1Table 4 1Table 4 1Table 4 1

개발장비의 주요 특징개발장비의 주요 특징개발장비의 주요 특징개발장비의 주요 특징Table 4-2Table 4-2Table 4-2Table 4-2

본체부 구성도본체부 구성도본체부 구성도본체부 구성도Fig. 4-2Fig. 4-2Fig. 4-2Fig. 4-2

헤드부 구성도헤드부 구성도헤드부 구성도헤드부 구성도Fig 4-3Fig 4-3Fig 4-3Fig 4-3

제 절 기계부 설계 및 제작제 절 기계부 설계 및 제작제 절 기계부 설계 및 제작제 절 기계부 설계 및 제작2222

는 진동 및 소음에 우수한 성능을 가지는 의 주물을 사용하여 제Table body GC300

작하였고 과 같이 정밀 수준기를 베드 상면에 수직과 수평방향으로 놓고Fig. 4-3

테이블 바닥의 개 의 높이를 조정하여 가 수평으로 놓이8 Levling Foot Table Body

도록 하였다 그러고 나서 상하정반 및 인터널 선기어 구동모터 개를. & 4 Table

안쪽에 설치하였다 위에는 기어박스 가 안착되게 되는데 기body . Table Body Assy

어박스에는 상하정반 및 선기어 인터널기어에 동력을 전달하기 위한 샤프트와 기,

어 및 베어링이 설치되고 토오크를 키우기 위한 감속기가 아래쪽에 붙게된다.

Fig. 4-3 TABLE BODYFig. 4-3 TABLE BODYFig. 4-3 TABLE BODYFig. 4-3 TABLE BODY

는 기어박스의 사진이다 먼저 샤프트를 기어박스에 끼우고 개의 감속기Fig. 4-4 . 4

가 부착될 부분의 축의 베어링 예압을 주기 위해 컬러 단차를 측정한 후 재가공하

여 조립함으로써 베어링 예압을 주었다 그리고 기어박스 내부에 장착될 상하정반.

및 선기어 구동용 샤프트에 부착될 기어와 기어박스 아래쪽 베어링에 오일을 공급

하기 위한 배관라인을 설치하였다.

기어박스기어박스기어박스기어박스Fig. 4-4Fig. 4-4Fig. 4-4Fig. 4-4

는 기어박스 상판사진이다 기어박스 상판이 의 가운데 에Fig. 4-5 . Table body Hole

걸쳐지게 된다 기어박스 상판에는 인터널기어 구동용 샤프트에 부착될 기어와 기.

어박스 위쪽 베어링에 오일을 공급할수 있도록 오릴배관을 하였다 오일배관을 설.

치한후 상하정반 구동용 샤프트를 끼우고 아래쪽에 기어를 설치하였다 기어박스와.

기어박스 상판을 조립한후 인터널기어 용 실린더를 설치하고 기어박스 아Up/Down

래쪽에 감속기 개를 설치하였다 은 기어박스 의 사진과 감속기를 부4 . Fig. 4-6 Assy

착하는 모습을 보여준다 기어박스 의 조립을 완료한 후 과 같이. Assy Fig. 7 Table

와 결합하였다body .

기어박스 상판기어박스 상판기어박스 상판기어박스 상판Fig. 4-5Fig. 4-5Fig. 4-5Fig. 4-5

기어박스기어박스기어박스기어박스Fig. 4-6 AssyFig. 4-6 AssyFig. 4-6 AssyFig. 4-6 Assy

기어박스와 결합기어박스와 결합기어박스와 결합기어박스와 결합Fig. 4-7 Table AssyFig. 4-7 Table AssyFig. 4-7 Table AssyFig. 4-7 Table Assy

와 기어박스 와의 조립이 끝이 나면 메인커버를 안착하고 그리고Table body Assy

나서 의 사진에 나와 있는 인터널기어 를 조립하였다 인터널기Fig. 4-8 Supporter .

어 위에 유동압베어링 안착용 가 조립되게 되는데 조립하기 전에 유Supporter Plate

동압베어링 안착용 에 슬라이드 오일이 공급될 수 있도록 오일배관작업을 한Plate

후 유동압베어링 안착 를 조립하였다Plate .

인터널기어 와 유동압베어링 안착인터널기어 와 유동압베어링 안착인터널기어 와 유동압베어링 안착인터널기어 와 유동압베어링 안착Fig. 4-8 Supporter PlateFig. 4-8 Supporter PlateFig. 4-8 Supporter PlateFig. 4-8 Supporter Plate

유동압페어링의 안착면은 하정반의 회전정도에 직접적인 영향을 주기 때문에 유동

압베어링 안착면의 평면도를 와 같이 인디게이터를 가운데에 있는 샤프트Fig. 4-9

에 놓고 회전을 시키면서 유동압베어링 안착면의 상대높이를 측정하여 평면도를 관

리하였다 는 측정방법을 그림으로 표현한 것이다 하정반 구동용 샤프트. Fig. 4-9 .

의 단면 및 외주 흔들림도 하정반 회전 정밀도에 큰영향을 주기 때문에 정도를 관

리해 과 같이 인디게이트를 유동압베어링 안착면에 놓고 샤프트를 회전시Fig. 4-10

키면서 흔들림을 측정하여 단면 및 외주 흔들림의 조립공차를 관리하였다.

유동압베어링 안착면 평면도 측정유동압베어링 안착면 평면도 측정유동압베어링 안착면 평면도 측정유동압베어링 안착면 평면도 측정Fig. 4-9Fig. 4-9Fig. 4-9Fig. 4-9

하정반 구동용 샤프트의 단면 및 외주면 흔들림 측정하정반 구동용 샤프트의 단면 및 외주면 흔들림 측정하정반 구동용 샤프트의 단면 및 외주면 흔들림 측정하정반 구동용 샤프트의 단면 및 외주면 흔들림 측정Fig. 4-10Fig. 4-10Fig. 4-10Fig. 4-10

여기까지 조립한 후 유동압베어링을 조립하기 위해 과 같이 유동압베어링Fig. 4-11

을 제작한다 유동압베어링은 주물로 제작된 에 를 부착하여 스크래핑. Ring Turcite

을 하여 오일포켓을 형성시켜준다 유동압베어링은 하정반 안착용(Scrapping) . Plate

와 결합되어 의 와 조립된다 는 조립한 상태의 사진이다Fig. 4-8 Assy . Fig. 4-12 .

유동압베어링과 하정반 안착유동압베어링과 하정반 안착유동압베어링과 하정반 안착유동압베어링과 하정반 안착Fig. 4-11 PlateFig. 4-11 PlateFig. 4-11 PlateFig. 4-11 Plate

하정반 안착면하정반 안착면하정반 안착면하정반 안착면Fig. 4-12Fig. 4-12Fig. 4-12Fig. 4-12

유동압베어링을 조립한후 하정반의 회진정밀도를 높이기 위해서는 하정반 안착면의

평면도가 중요하다 따라서 하정반을 안착하기 전에 안착면의 평면도를 측정하기.

위하여 과 같이 인디게이터를 가운데에 있는 샤프트에 놓고 회전을 시키Fig. 4-13

면서 하정반 안착면의 평면도를 측정하였다 안착면의 평면도를 높이기 위하여. Fig.

에서와 같이 개의 컬러의 높이를 측정하여 높은 부분은 컬러를 재연삭하여4-12 8

전체적인 높이를 맞추어 주었다.

하정반 안착면 평면도 측정하정반 안착면 평면도 측정하정반 안착면 평면도 측정하정반 안착면 평면도 측정Fig. 4-13Fig. 4-13Fig. 4-13Fig. 4-13

하정반을 안착하기 전에 선기어와 상정반 구동용 드럼 그리고 인터널기어가 안착될

면의 정도관리를 하기 위해 와 같이 상정반구동용 샤프트의 외주 및 단면Fig. 4-14

흔들림과 의 선기어 구동용 샤프트의 단면 및 외주 흔들림을 측정하였다Fig. 4-15 .

그후 인터널기어 안착면의 정도를 관리하기 위하여 과 같이 인터널기어Fig. 4-16

안착면의 단면 흔들림을 검사하였다 은 선기어와 상정반 구동용 드럼을. Fig. 4-17

조립하는 사진이다.

상정반 구동용 샤프트의 단면 및 외주 흔들림상정반 구동용 샤프트의 단면 및 외주 흔들림상정반 구동용 샤프트의 단면 및 외주 흔들림상정반 구동용 샤프트의 단면 및 외주 흔들림Fig. 4-14Fig. 4-14Fig. 4-14Fig. 4-14

선기어 구동용 샤프트의 단면 및 외주 흔들림 측정선기어 구동용 샤프트의 단면 및 외주 흔들림 측정선기어 구동용 샤프트의 단면 및 외주 흔들림 측정선기어 구동용 샤프트의 단면 및 외주 흔들림 측정Fig. 4-15Fig. 4-15Fig. 4-15Fig. 4-15

인터널기어 안착면 단면 흔들림 검사인터널기어 안착면 단면 흔들림 검사인터널기어 안착면 단면 흔들림 검사인터널기어 안착면 단면 흔들림 검사Fig. 4-16Fig. 4-16Fig. 4-16Fig. 4-16

선기어 및 상정반 회전용 드럼 조립선기어 및 상정반 회전용 드럼 조립선기어 및 상정반 회전용 드럼 조립선기어 및 상정반 회전용 드럼 조립Fig. 4-17Fig. 4-17Fig. 4-17Fig. 4-17

인터널기어와 상정반 구용동 드럼을 조립한 후 하정반을 조립하고 정밀 수준기를

하정반 위에 수평방향과 수직방향으로 놓고 하정반의 조립상태를 확인하였다 그러.

고 인디게이터를 인터널기어에 고정하고 하정반의 외주면과 단면의 흔들림을 측정

하여 정도 관리를 하였다 은 하정반을 조립하는 모습과 조립된 상태의. Fig. 4-18

모습을 보여주고 는 하정반의 외주면과 단면의 흔들림을 측정하는 모습을Fig. 4-19

나타낸다.

하정반 조립하정반 조립하정반 조립하정반 조립Fig. 4-18Fig. 4-18Fig. 4-18Fig. 4-18

하정반 평면도 및 검사하정반 평면도 및 검사하정반 평면도 및 검사하정반 평면도 및 검사Fig. 4-19 Run-outFig. 4-19 Run-outFig. 4-19 Run-outFig. 4-19 Run-out

다음은 헤드부를 조립하기 위해 위에 컬럼을 양쪽으로 세우고Table body Swing

암을 조립한 후 수준기를 크로스빔 위에 높고 수평방향과 수직방향의 평면도를 측

정하여 컬러단차를 조정하면서 평행도를 맞추었다 부에 실. (Fig. 4-20) Swing arm

린더를 조립한 후 헤드부 아세이를 실린더와 결합시켰다 헤드부를 조립후 헤드부.

의 조립이 올바르게 되었는지를 확인하기 위하여 과 같이 인디게이트를Fig. 4-21

상정반 회전용 크라운 측면에 고정시켜 리니어 스케일 고정하우징의 외주면의 런아

웃을 측정하였다 런아웃이 크면 실린더의 안착자리를 조절하여 런아웃이 최소가.

되게 한다 는 헤드부를 조립하고 있는 사진과 조립된 모습을 나타낸다. Fig. 4-22 .

마지막으로 제어부인 터치스크린과 패널이 붙게되는 박스를 조립하면 기계OP OP

부의 조립은 마무리가 된다 은 박스 부분이다. Fig. 4-23 OP .

부의 평면도 검사부의 평면도 검사부의 평면도 검사부의 평면도 검사Fig. 4-20 Swing armFig. 4-20 Swing armFig. 4-20 Swing armFig. 4-20 Swing arm

헤드부 런아웃 검사헤드부 런아웃 검사헤드부 런아웃 검사헤드부 런아웃 검사Fig. 4-21Fig. 4-21Fig. 4-21Fig. 4-21

헤드부 조립헤드부 조립헤드부 조립헤드부 조립Fig. 4-22Fig. 4-22Fig. 4-22Fig. 4-22

제어부제어부제어부제어부Fig. 4-23Fig. 4-23Fig. 4-23Fig. 4-23

래핑장비의 부로는 상정반 과 가압을 해주는 에어라인과 슬러리들Utility Up/Down

공급하는 슬러리탱크 그리고 베어링과 기어에 오일을 공급하는 유닛 그Lubrication

리고 인터널기어를 시키는 유압유닛이 있다 는 부의 사진Up/Down . Fig. 4-24 Utility

이다.

부부부부Fig. 4-24 UtilityFig. 4-24 UtilityFig. 4-24 UtilityFig. 4-24 Utility

기계조립이 완료한 후 본체부와 헤드부의 강성을 측정하였다 먼저 본체부의 강성.

은 인디케이트를 인터널기어 상면에 놓고 상정반을 내려 하정반에 밀착한 후

의 힘으로 상정반으로 하정반을 가입했을 때의 하정반 처점량을 측정하여 강500Kg

성값을 관리하였다.

은 헤드부의 강성을 측정하는 그림을 나타낸 것이다 인디게이트를 상정Fig. 4-26 .

반 구동 플레이트 위에 놓고 상정반을 내려 하정반에 밀착한 후 가공입력 을500Kg

가했을 때의 상정반 지지축의 변형량을 측정하여 강성값을 관리하였다.

분체부 기계강성 측정부분체부 기계강성 측정부분체부 기계강성 측정부분체부 기계강성 측정부Fig. 4-25Fig. 4-25Fig. 4-25Fig. 4-25

헤드부 강성 측정부헤드부 강성 측정부헤드부 강성 측정부헤드부 강성 측정부Fig. 4-26Fig. 4-26Fig. 4-26Fig. 4-26

지금까지는 래핑장비의 조립사진을 기준으로 하여 조립순서를 설명하였다16B . 2

차년도에 개발한 래핑머신도 앞에서 설명한 장비의 조립순서와 같24B 16B Lapping

은 방법으로 조립을 하였다 은 조립이 완료된 장비의 사진. Fig. 4-27 16B Lapping

이다 은 장비의 사진이다. Fig. 4-28 24B Lapping .

차년도 개발장비차년도 개발장비차년도 개발장비차년도 개발장비Fig. 4-27 16B Lapping Machine (1 )Fig. 4-27 16B Lapping Machine (1 )Fig. 4-27 16B Lapping Machine (1 )Fig. 4-27 16B Lapping Machine (1 )

차년도 개발장비차년도 개발장비차년도 개발장비차년도 개발장비Fig. 4-28 248 Lapping Machine (2 )Fig. 4-28 248 Lapping Machine (2 )Fig. 4-28 248 Lapping Machine (2 )Fig. 4-28 248 Lapping Machine (2 )

제 절 제어부 설계 및 화면구성제 절 제어부 설계 및 화면구성제 절 제어부 설계 및 화면구성제 절 제어부 설계 및 화면구성3333

개발된 장비의 제어부는 터치 스크린과 평판으로 구성되어 있다Lapping O/P .

는 래핑장비의 제어부이다 명판은 와 같이 상정반Fig. 4-29 . Operation Fig. 4-30

조정 가 가장 좌측에 위치해있고 상정반 조정 옆에Up/Down Lever Up/Down Lever

상하정반과 인터널 선기어를 회전시키는 노판색의 키가Jog (Push Botton Type)

위치합니다 키는 와 같은 역할을 합니다 그리고 키 아래쪽. Jog Foot Switch . Jog

에 속도비를 설정하는 키가 위치해있다 이 키 는 까지 세팅하도록 되어있. (Key) 1-7

는데 일 때가 설정속도의 의 회전으로 돌게되고 가 되면 가 되고 이5 100% 4 80% 6

되면 가 된다 즉 식 올라가면 씩 속도가 증가하게 된다120% . 1 20% .

구성되어있다 노란색 옆에 인터널기어 용 키. Push button Up/down Push button

가 위치해있고 그 아래쪽에 자동사이클 이 있다 그리고 제일Startt/Stop Button .

오른쪽에 이 있다 을 누르게되면 모든 동작Emergency Button . Emergency Button

이 멈추게 된다.

부부부부Fig. 4-29 OperationFig. 4-29 OperationFig. 4-29 OperationFig. 4-29 Operation

명판명판명판명판Fig. 4-30 OperationFig. 4-30 OperationFig. 4-30 OperationFig. 4-30 Operation

은 메인화면을 나타낸 그림이다 번은 현재 활성화되어 있는 화면의 제Fig.4-31 . ①

목과 양 끝에 드레싱화면과 가공설정화면으로 화면을 전환할 수 있도록 되어 있다.

번은 상정반의 상승 하강 속도를 세팅하며 상정반 조정레버를, , , Up/Down Up②

이나 쪽으로 놓아둔 상태에서 상승속도 버튼을 누르면 속도가 바뀌게 된다Down .

그리고 현재 셋팅되어 있는 속도의 램프가 점등된다 번은 각각의 구동부와 작동. ③

유닛의 수동조작부로 누를때마다 가 되며 작동중에는 램프가 점등이 된ON/OFF ,

다 번은 유압펌프를 하는 버튼과 자몽준비 버튼 그러고 자동하. ON/OFF ON/OFF④

강 버튼이 있다 특히 자동준비 버튼을 누르게 되면 자동모드가 되며ON/OFF . , ON

슬러리 교반모터가 회전하여 슬러리가 공급되게 된다 번은 상정반의 압력을 표. ⑤

시한다 번은 현재시간을 나타내며 알람 발생시 알람해제 스위치이다 번은 회. , .⑥ ⑦

전설정을 해주는 버튼으로 상정반 하정반 선기어 인터널기어의 수동 회전속도 및, , ,

회전방향을 세팅하는 화면으로 전환이 된다 진단기능은 현재 로 입력되고 있. PLC

는 신호와 출력되는 신호를 점검하는 화면으로 전환된다 시간정보버튼은 가공시간.

및 동작시간 관련 화면으로 전환된다 메인화면에서 가공설정 버튼을 누르게되면.

의 프로그램 선택화면으로 전환된다Fig. 4-32 .

의 번은 사용자가 가공조건이 다른 가지의 프로그램을 미리 작성할Fig. 4-32 5①

수 가 있다.

각각의 프로그램의 설명을 보고 사용하고자 하는 프로그램을 선택하면 선택된 프로

그램번호의 램프가 점등된다 번은 선택된 프로그램의 가공조건을 나타난다. . Fig.②

에서 가공데이터 버튼을 누르면 의 가공데이터 화면으로 넘어가게4-32 Fig. 4-33

된다.

메인화면메인화면메인화면메인화면Fig. 4-31Fig. 4-31Fig. 4-31Fig. 4-31

프로그램 선택화면프로그램 선택화면프로그램 선택화면프로그램 선택화면Fig. 4-32Fig. 4-32Fig. 4-32Fig. 4-32

의 번은 프로그램 화면에서 선택되어진 프로그램 번호와 프로그램Fig. 4-33 ①

의 설명이 표시된다 프로그램설명을 터치하면 키 패드 화면이 활성화되어 프로.

그램 설명을 작성할 수 있다 번은 선택되어진 프로그램의 가공조건이 표시되. ②

고 값을 변경하지는 못한다 프로그램 설명을 터치하면 키패드 화면이 활성화.

되어 프로그램 설명을 작성할 수 있다 번은 가공 테이터를 수정하려면 수, . ③

정하고자 하는 공정을 터치하면 테이터 세팅 화면으로 전환된다 번은 현재. ④

회전중인 구동부의 속도 및 압력을 표시한다 번은 일정한 압력으로 자동으로. ⑤

하강한다.

가공테이터 설정화면가공테이터 설정화면가공테이터 설정화면가공테이터 설정화면Fig. 4-33Fig. 4-33Fig. 4-33Fig. 4-33

에서 번 항의 공정 또는 공정 나 공정 버튼을 누르면 의Fig. 4-33 1 2 3 Fig. 4-34③

데이터 세팅화면이 나타나게 된다 의 번은 현재 구동부의 속도와 압력. Fig. 4-34 ①

을 표시하고 번은 현재 선택되어진 프로그램 번호와 공정번호를 표시한다 번.② ③

은 현재 선택되어진 공정의 가공테이터를 표시하고 수정하고자 하는 항목을 터치하

면 램프가 점등되고 번 키패드에서 값을 수정할 수 있다.④

번은 데이터들 입력하고 입력버튼을 터치하면 값이 입력 및 수정된다. Fig. 4-33④

의 번의 가공모터터 버튼을 터치하면 의 가공모니터화면으로 전환된다Fig. 4-35 .①

의 번은 현재 가공되는 구동부의 속도와 압력을 표시하고 번은 자동Fig. 4-35 ① ②

싸이클 가공 중에 가공진행에 따라 색이 채워지게 된다 번은 현재 가공 중인 가. ③

공데이터를 표시한다.

의 메인화면의 번에서 드레싱을 터치하면 의 드레싱 화면으Fig. 4-31 Fig. 4-36①

로 전환된다 의 번은 현재 구동부의 속도 및 압력을 표시하고 번은. Fig. 4-36 ① ②

드레싱 용 가공 데이터를 표시한다 이 값을 수정하고 싶을 때는 수정하고자 하는.

데이터를 터치한 후 번 키패드를 이용하여 값을 수정할 수 있다 번 은 드레싱.③ ④

진행중에 진행 상태를 그래프로 표시한다 그리고 번은 스톱퍼 및 슬러리 수동. ⑤

조작 스위치로 드레싱 준비를 하면 드레싱 모드로 변환된다ON .

테이터 세팅화면 설정화면테이터 세팅화면 설정화면테이터 세팅화면 설정화면테이터 세팅화면 설정화면Fig. 4-34Fig. 4-34Fig. 4-34Fig. 4-34

가공모니터 화면가공모니터 화면가공모니터 화면가공모니터 화면Fig. 4-35Fig. 4-35Fig. 4-35Fig. 4-35

드레싱 화면드레싱 화면드레싱 화면드레싱 화면Fig. 4-36Fig. 4-36Fig. 4-36Fig. 4-36

의 메인화면에서 번의 회전 설정을 누르면 의 회전 설정 화Fig. 4-31 Fig. 4-37⑦

면으로 넘어가게 된다 의 번은 각각의 구동부의 세팅 가능한 최고 속. Fig. 4-37 ①

도를 설명하고 번은 각각의 유닛에 대한 수동조작 스위치이다 그리고 번은 각.② ③

각의 구동부의 현재 설정된 속도값을 표시하며 스위치이다 속도데이터는, ON/OFF .

번의 키패드를 이용하여 수정할 수 있습니다 번은 데이터 수정용 키패드이다. .④ ④

의 메인화면에서 번의 진단기능버튼을 누르면 의 입력 모니터Fig. 4-31 Fig.4-38⑦

화면으로 넘어오게 된다 의 번은 각각의 입력신호에 대한 의 할당. Fig. 4-38 PLC①

어드레스이고 번은 각각의 입력 신호의 설명이다 신호가 들어오면 램프가 점등.②

된다.

의 입력모니터 화면에서 번의 출력모니터를 누러면 의 출력Fig. 4-38 Fig. 4-39①

모니터화면으로 넘어가게 된다 의 번은 각각의 출력신호에 대한. Fig. 4-39 PLC①

할당 어드레스이고 번은 각각의 출력 신호의 설명이다 신호가 출력되면 램프가.②

점등된다.

회전 설명 화면회전 설명 화면회전 설명 화면회전 설명 화면Fig. 4-37Fig. 4-37Fig. 4-37Fig. 4-37

입력모니터 화면입력모니터 화면입력모니터 화면입력모니터 화면Fig. 4-38Fig. 4-38Fig. 4-38Fig. 4-38

출력모니터 화면출력모니터 화면출력모니터 화면출력모니터 화면Fig. 4-39Fig. 4-39Fig. 4-39Fig. 4-39

의 메인화면에서 번의 시간정보를 누르면 의 시간정보화면이Fig. 4-31 Fig.4-40⑦

나타나게 된다 의 번은 현재시간을 표시하고 번은 회 가공하는데. Fig. 4-40 1① ②

들어가는 가공물 수량을 입력한다 번은 번 항목에 가공횟수를 곱하여 총 가공. ③ ②

물 수량을 표시하며 자동 가공한 총 시간을 표시한다 번은 구동부에 윤활유를. ④

공급하는 시간을 설정한다 동작간격 시간마다 동작시간동안 윤활유를 공급한다. . ⑤

번은 상정반과 하정반의 총 구동시간을 표시한다.

시간 정보 화면시간 정보 화면시간 정보 화면시간 정보 화면Fig. 4-40Fig. 4-40Fig. 4-40Fig. 4-40

의 메인화면에서 번의 상정반 압력를 누르면 의 압력 설정화Fig. 4-31 Fig 4-41⑤

면이 나타난다 의 번은 상정반의 전공 압력을 수동으로 조정할 수 있. Fig. 4-41 ①

다 전공압력 값에 번 항목에 있는 전공압력 치수를 입력한다 전공 입력에 따른. .③

정반압력을 표시한다 번은 화면에 대한 설명이고 번의 전공압력은 셋팅용 기. ② ③

준 전공 압력값을 표시하고 정반압력은 입력된 전공값에 대한 목표 정반 압력 값을

의미하며 오차 보상값은 입력된 전공값에 대한 실제 정반 압력값이 차이가 날 경우

오차 값만큼 입력을 하면 오차 보상이 된다, .

입력 설정 화면입력 설정 화면입력 설정 화면입력 설정 화면Fig. 4-41Fig. 4-41Fig. 4-41Fig. 4-41

제 장 장비 가공테스트제 장 장비 가공테스트제 장 장비 가공테스트제 장 장비 가공테스트5 Lapping5 Lapping5 Lapping5 Lapping

제 절 기구학적 해석제 절 기구학적 해석제 절 기구학적 해석제 절 기구학적 해석1111

제작된 랩핑기는 상정반 하정반 선 기어(Upper plate), (Lower plate), (Sun gear),

인터널 기어 의 속도와 회전 방향이 조절 가능한 방식으로 상(Internal gear) 4 Way

정반과 하정반의 가압에 의한 공작물의 상대운동과 연마제의 마찰에 의해 가공이

진행된다 은 제작된 래핑장비의 개략도를 보여주고 있다. Fig. 5-1 .

Fig. 5-1 Schematic of lapping machineFig. 5-1 Schematic of lapping machineFig. 5-1 Schematic of lapping machineFig. 5-1 Schematic of lapping machine

이러한 래핑장비를 사용하여 광학 필터용 유리의 평탄도를 얻는 래핑 공정을 실시

할 경우 공작물의 운동과 관련된 케리어 는 가공 중실험 조건에 따라 공전, (Carrier)

과 자전 이 이루어지게 된다(Revolution) (Rotation) .

케리어의 공전과 자선은 선 기어와 인터널 기어의 각속도 크기에(Angular velocity)

의해 달라지게 되며 이는 상 하 정반의 마모 특성과 관련됨으로 공작물의 평탄도에·

영향을 주게 된다 일반적으로 회전형 래핑장비에서는 공작물의 회전수 와 정반. (ww)

의 회전수 를 동일하게 함으로써 공작물 전면에서 균일한 상대속도를 얻을 수(wp)

있다고 알려져 있다 하지만 공작물에 최적의 평탄도를 얻기 위해서는 공작물9 .〔 〕

과 정반의 회전수를 적절히 조절하여 안정된 공정 조건을 확보하게 된다.

는 래핑 장비에서 케리어의 공전 과 자전 현상을 도식적으Fig. 5-2 4 Way (wz) (wh)

로 나타내고 있으며 에 의하면 식 식 와 같이 나타내Prof. Dr. Ing 10 (5.1), (5.2)〔 〕

어 진다.

Fig. 5-2 Kinematic model of 4 way lapping machineFig. 5-2 Kinematic model of 4 way lapping machineFig. 5-2 Kinematic model of 4 way lapping machineFig. 5-2 Kinematic model of 4 way lapping machine

여기서 는 인터널 기어의 각속도 선기어의 각속도 는 선기어의 반경 는wi , ws , ri , rh

케리어의 반경을 나타내고 있다 식 식 는 제작된 래핑장비에서 선기어. (5.1), (5.2)

및 케리어의 반경을 대입하면 각각 식 식 로 표현되어 진다(5.3), (5.4) .

따라서 본 연구에서는 래핑장비의 광학 필터용 유리를 가공하기 위한 회전4 Way

수 조건을 얻기 위해서 상 하정반 선기어 인터널 기어의 속도 변수를 과· , , Fig. 5-3

같은 회전형 래핑장비로 단순화시켜 실험조건을 선정하고자 하였으며 이는 캐리어,

의 공전과 자전 현상에 의해 단순화될 수 있다.

Fig. 5.3 Simple model of Lapping MachineFig. 5.3 Simple model of Lapping MachineFig. 5.3 Simple model of Lapping MachineFig. 5.3 Simple model of Lapping Machine

에서처럼 단순화된 래핑장비는 정반의 중심에서 만큼 떨어진 위치에 공Fig. 5-3 D

작물의 중심이 위치하고 있으며 그 중심이 고정되어 있다 일반적으로 정반의 속도.

와 공작물의 속도 가 같을 때 가공 중 공작물에 나타나는 상대속도는 일정하wp ww

다 여기서 정반과 공작물의 속도는 식 식 으로 나타낼 수 있다. (5.5), (5.6) .

즉 단순화된 정반의 속도 는 공작물을 지지하는 케리어의 공전 속도 에 대한, wp wz

하정반 속도 이다 이때 케리어의 자전 속도 는 공작물의 속도 와 같다 따. wh ww .Ω

라서 공작물 내의 균일한 속도 분포를 가지는지 아닌지의 여부를 나타내는 식(5.7)

을 변수로 하여 실험조건을 선정하였다.

여기서 가 일 경우는 공작물 전면에 걸쳐 상대속도는 균일하다 하지만 가 이k 1 . k 1

하의 경우는 정반의 속도가 빠른 경우이며 이상일 경우는 공작물 속도가 빠른 경, 1

우이다.

먼저 식 에서 값을 조절하기 위해 를 고정하기로 하였으며 이를 위해 일, (5.7) k wp ,

반적인 광학필터용 유리 래핑 조건 범위에서 선기어의 속도 를 으로 선정ws 12rpm

하였다 이때 식 식 는 식 식 로 표현된다. (5.3), (5.4) (5.8), (5.9) .

여기서 인터널 기어의 속도 를 일반적인 래핑 조건 범위에서 으로 선정하, wi 7rpm

여 식 식 에서 케리어의 공전 및 자전 속도를 계산하였다 결과 식(5.8), (5.9) . ,

을 이용하여 가 일 때 제작된 래핑장비의 하정반 속도 및 단순화된 정반(5.7) k 1 Ω

속도 를 결정하였다 이때 공작물 전면에서 상대속도는 에서 식wp . Fig. 5-3 (5.10)

과 같이 표현되며 그 값은 일정하다.

여기서 는 단순화된 래핑 장비의 정반과 공작물 중심간 거리를 나타낸다 즉 식D . ,

의 가 일정한 상수로 표현되며 가 조건에서 적용될 는(5.5) wp k 0.1, 0.5, 1.5 wp

이다5.075rpm .

따라서 식 에서 를 변화시켜 각 실험조건에 맞는 하정반 및 인터널 기어의(5.7) ww

속도를 계산하여 과 같이 나타내었다 래핑 하중과 상정반의 속도 회전Table 5-1 . ,

방향은 광학 필터용 유리 연마 전문업체 사에서 제시한 것을 일반적인 공정 조건G

범위에서 선정되어졌다.

Table 5-1 Experimental conditionTable 5-1 Experimental conditionTable 5-1 Experimental conditionTable 5-1 Experimental condition

제 절 실험조건 및 방법제 절 실험조건 및 방법제 절 실험조건 및 방법제 절 실험조건 및 방법2222

는 실제 제작되어진 양면 래핑기의 사진을 나타내었다 총 개의 캐리어를Fig. 5-4 . 5

한번에 장착할 수 있으며 한번에 총 개의 광학 필터용 유리 시편을 가공 할 수25

있다 는 하정반 위에 실제 가공물을 고정하는 캐리어를 올려놓은 사진이. Fig. 5-5

다.

Fig. 5-4 Double-side Lapping machining(16B)Fig. 5-4 Double-side Lapping machining(16B)Fig. 5-4 Double-side Lapping machining(16B)Fig. 5-4 Double-side Lapping machining(16B)

Fig. 5-5 Carrier and lower plateFig. 5-5 Carrier and lower plateFig. 5-5 Carrier and lower plateFig. 5-5 Carrier and lower plate

제 절 평가기준 및 평가 항목제 절 평가기준 및 평가 항목제 절 평가기준 및 평가 항목제 절 평가기준 및 평가 항목3333

기구학적 해석에 의해 추출되어진 각각의 조건에 따라 광학 필터용 유리시편을 제

작되어진 양면 래핑기를 이용하여 래핑 공정을 실시 한 후 통계적 평가 기준을 적

용하여 가공되어진 시편의 결과치를 처리하였다 이렇게 통계값으로 처리하는 이유.

는 한번에 많은 시편이 가공되기 때문에 통계적 처리를 하지 않으면 기구학적 해석

에 의해 나온 값의 영향을 정확하게 볼수 없기 때문에 통계치로 처리하였다 우선.

래핑 공정을 한번 시행할 때 가공되는 전체 시편 의 두께 편차와 가(1 lot = 25ea)

공된 시편 각각의 두께 편차를 계산하였으며 이를 위하여 시그마 편차 표준 편, 3 ,

차 형상 불량률 등을 평가하여 가공 조건에 따른 래핑 특성을 평가하였다, , . Fig.

는 가공되어진 시편의 두께 편차를 측정하기 위해 제작한 지그 및 측정 지점을5-5

나타내었다 그림에서 보듯이 사의 디지털 마이크로 메타 분해. Mitutoyo (0.001mm

능 를 사용하였다 정밀하게 연마되어진 시편대 위에 가공되어진 공작물을 얻어 좌) .

표를 따라 각 시편당 중심부 와 각 모서리 총 를 측정하여9point 4point, 13point

통계적 기법을 도입하여 가공결과물을 처리하였다.

평가 기준 및 평가 항목평가 기준 및 평가 항목평가 기준 및 평가 항목평가 기준 및 평가 항목Table 5-2Table 5-2Table 5-2Table 5-2

Fig. 5-5 Measurement instrument of thickness and schematic of measurementFig. 5-5 Measurement instrument of thickness and schematic of measurementFig. 5-5 Measurement instrument of thickness and schematic of measurementFig. 5-5 Measurement instrument of thickness and schematic of measurement

pointpointpointpoint

제 절 장비 실험결과제 절 장비 실험결과제 절 장비 실험결과제 절 장비 실험결과4 16B Lapping4 16B Lapping4 16B Lapping4 16B Lapping

1. Lot deviation1. Lot deviation1. Lot deviation1. Lot deviation

한 내의 개 시편 중 가장 두꺼운 유리와 와 가장 얇은 유리의 두께 차이Lot 25

Lot deviation=Max. thick. - Min. thick.Lot deviation=Max. thick. - Min. thick.Lot deviation=Max. thick. - Min. thick.Lot deviation=Max. thick. - Min. thick.

은 각각의 가지 래핑 조건에 대한 을 나타내었다 편Fig. 5-6 12 Lot deviation . Lot

차는 그림에서 볼 수 있는 바와 같이 전체적으로 이내의 균일한 값을 보인다5um .

그러나 속도의 편차가 많이 나는 조건인 조건 에서 가장 큰 편치를 보이며 전체9 ,

적으로 래핑 균일도가 좋지 않은 특성을 보인다 그러나 속도비가 이며 압력이. 1.5 ,

가장 높은 조건 조건 에서 내 편차가 가장 작은 값을 보인다( 12) lot .

Fig. 5-6 Lot deviationFig. 5-6 Lot deviationFig. 5-6 Lot deviationFig. 5-6 Lot deviation

2. Lot maximum deviation2. Lot maximum deviation2. Lot maximum deviation2. Lot maximum deviation

은 을 나타내었다 은 한Fig. 5-7 Lot maximum deviation . Lot maximum deviation

내의 최대 편차 값을 평균한 값이다 따라서 이 값이 큰 경우 한 내의 전체적lot . lot

인 편차가 크게 되므로 비교적 래핑이 불량하다고 할 수 있다 결과에서 볼 수 있.

듯이 전체적으로 속도비 조건에 대해 속도비가 낮은데서 높은 곳으로 가는 경우 래

핑 결과가 양호한 것을 알 수 있다.

Fig. 5-7 Lot maximum deviationFig. 5-7 Lot maximum deviationFig. 5-7 Lot maximum deviationFig. 5-7 Lot maximum deviation

3. Glass shape3. Glass shape3. Glass shape3. Glass shape

측정 방법 가공된 유리에 대하여 유리의 가운데 부분 점을 측정하고 또한 최 외: 9

각 부분 점을 측정하여 각각에 대하여 평균을 취한다 이 결과에서 가운데 두께들4 .

측정한 값의 평균에서 외곽 부분 두께의 평균값을 빼면 가공된 유리의 두께를 평가

할 수 있다 따라서 이 값이 에 가까운 경우 평탄하게 가공되었으며 값이 나온. 0 , (+)

경우 중심이 두꺼운 형상이다 또한 값이 클수록 볼록한 형상으로 판단할 수 있. (+)

다 또한 이 값이 인 경우에는 중심이 오목하게 가공된다고 할 수 있다. (-) .

은 을 나타내었다 그림에서 볼 수 있듯이 전체적인 경향은 압Fig. 5-8 glass shape .

력 조건이 에서 가장 좋은 결과를 보이며 속도비가 증가할수록 양호한 결과100kg ,

를 보인다 또한 속도비가 이고 압력이 인 조건에서 가장 양호한. 1.5 , 80kg, 100kg

결과가 나오는 것을 알 수 있다.

Fig. 5-8 Glass shapeFig. 5-8 Glass shapeFig. 5-8 Glass shapeFig. 5-8 Glass shape

두께분포두께분포두께분포두께분포4.4.4.4.

는 앞에서 보듯이 속도비에 따를 경향이 뚜렷이 나타나기 때문에 일반적인Fig. 5-9

래핑 압력인 의 조건에서 래핑한 경우 속도 비에 따른 유리 시편의 두께 분100kg

포를 프로그램을 이용하여 나타낸 그림이다origin .

그림에서 각 등고선 하나 당 두께 변화는 이다 그림에 나타난 개의 시편은0.5um . 4

모두 동일 캐리어의 같은 위치에서 래핑된 시편으로서 속도비가 에서 조건0.1 ( 5)

로 조건 갈수록 평탄도가 우수해지는 것을 확인 할 수 있다 이것은 속도비1.5 ( 8) .

가 일정 수준까지 증가하는 경우 캐리어 내의 유리 시편의 운동 궤적이 보다 랜덤

해지는 효과가 발생하기 때문에 래핑 정반의 모든 면을 고르게 사용하게되고 이러

한 한 평균화 효과 에 의해 더욱 균일하게 가공되는 것으로 생각(averaging effect)

된다.

Fig. 5-9 Distribution of thicknessFig. 5-9 Distribution of thicknessFig. 5-9 Distribution of thicknessFig. 5-9 Distribution of thickness

제 절 장비 실험결과제 절 장비 실험결과제 절 장비 실험결과제 절 장비 실험결과5 24B Lapping5 24B Lapping5 24B Lapping5 24B Lapping

1. Lot deviation1. Lot deviation1. Lot deviation1. Lot deviation

래핑 장비 테스트 또한 장비 테스트와 동일한 조건으로 실시하였으며 기24B 16B

구학적으로 해석되어진 값이 되게 비를 맞추Wp/Ww 0.1, 0.5, 1, 1.25, 1.5 Rpm

어 가공하였다 또한 압력은 의 과 동일하게 각 시편당 하중일 걸릴 수. 16B 100kg

있게 계산하여 가공을 실시하였다.

그리고 가공되어진 시편을 래핑장비와 동일한 통계적 방식을 이용하여 평가하16B

였으며 마지막으로 차원 표면 거칠기 장치를 이용하여 가공되어진 시편을 측정하3

여 광학 필터용 유리 연마 시편의 값을 얻어내었다 한 내의 개 시Flatness . Lot 40

편 중 가장 두꺼운 유리와 와 가장 얇은 유리의 두께 차이

Lot deviation=Max. thick. - Min. thick.Lot deviation=Max. thick. - Min. thick.Lot deviation=Max. thick. - Min. thick.Lot deviation=Max. thick. - Min. thick.

는 각각의 가지 래핑 조건에 대한 을 나타내었다 편Fig. 5-12 5 Lot deviation . Lot

차는 그림에서 볼 수 있는 바와 같이 전체적으로 이내의 균일한 값을 보인다6um .

그러나 속도의 편차가 많이 나는 조건인 조건 에서 가장 큰 편차를 보이며 전체2 ,

적으로 래핑 균일도가 좋지 않은 특성을 보인다 그러나 속도비가 일때 내 편. 1.5 lot

차가 가장 작은 값을 보인다.

Fig. 5-12 Lot deviation of 24B Lapping MachineFig. 5-12 Lot deviation of 24B Lapping MachineFig. 5-12 Lot deviation of 24B Lapping MachineFig. 5-12 Lot deviation of 24B Lapping Machine

2. Lot maximum deviation2. Lot maximum deviation2. Lot maximum deviation2. Lot maximum deviation

은 을 나타내었다 은 한Fig.5-13 Lot maximum deviation . Lot maximum deviation

대의 최대 편차 값을 평균한 값이다 따라서 이 값이 큰 경우 한 내의 전체적lot . lot

인 편차가 크게 되므로 비교적 래핑이 불량하다고 할 수 있다 결과에서 볼 수 있.

듯이 전체적으로 속도비 조건에 대해 속도비가 낮은데서 높은 곳으로 가는 경우 래

핑 결과가 양호한 것을 알 수 있다.

Fig.5-13 Lot maximum deviation of 24B Lapping MachineFig.5-13 Lot maximum deviation of 24B Lapping MachineFig.5-13 Lot maximum deviation of 24B Lapping MachineFig.5-13 Lot maximum deviation of 24B Lapping Machine

3. Glass shape3. Glass shape3. Glass shape3. Glass shape

가공된 유리의 측정 방법은 먼저 각각의 시편에 대하여 유리의 가운데 부분 점을, 9

측정하고 또한 최 외각 부분 점을 측정하여 각각에 대하여 평균을 취한다 이 결4 .

과에서 가운데 두께를 측정한 값의 평균에서 외곽부분 두께의 평균값을 빼면 가공

된 유리의 두께를 평가할 수 있다 따라서 이 값이 에 가까운 경우 평탄하게 가공. 0

되었으며 값이 나온 경우 중심이 두꺼운 형상이다 또한 값이 클수록 볼록한, (+) . (+)

형상으로 판단할 수 있다 또한 이 값이 인 경우에는 중심이 오목하게 가공된다. (-)

고 할 수 있으며 속도비가 증가할수록 양호한 결과를 보인다, .

Fig.5-14 Glass shape of 24B Lapping MachineFig.5-14 Glass shape of 24B Lapping MachineFig.5-14 Glass shape of 24B Lapping MachineFig.5-14 Glass shape of 24B Lapping Machine

불량율불량율불량율불량율4. Lot4. Lot4. Lot4. Lot

불량율은 한 내의 장의 시편 중에서 전체의 평균 두께보다 이상의Lot lot 40 lot ±5㎛

두께 차이를 가지는 시편의 개수로 정의된다.

측정 결과 장비와는 달리 모든 시편이 평균 두께 이내에 들어왔다 이는16B ±5 .㎛

장비가 대형화되면서 공작물에 영향을 줄 수 있는 진동이라든지 하중의 불평형 요

소가 보다 개선되어짐을 알 수 있다.

5. Flatness5. Flatness5. Flatness5. Flatness

사의 차원 형상 측정기를 이용하여 가공되어진 시편을 측정하였Taylor Hobson 3

다 측정은 가공물 전면에 걸쳐 하였으며 측정되어진 원 데이터 값을 필터 값으로.

걸러 낸 다음 데이터를 습득하였다.

는 측정되어진 원 데이터 값을 나타내었다 그림에서 보듯이 표면 거칠기Fig. 5-15 .

값이 들어가 있기 때문에 이를 필터를 이용하여 걸려 내면 가공되어진 유리 시편의

의 를 알 수 있다Flatness .

은 필터를 이용하여 걸러낸 각 시편의 형상을 나타내었다 그림에서 보듯Fig. 5-16 .

이 값이 증가함에 따라 공작물이 점점 볼록한 형상에서 평탄화 되어짐을Wp/Ww

알 수 있다.

값이 일 때 가장 한 시편을 얻을 수 있으며 그 값은 이며 이Wp/Ww 1.5 Flat , 0.1㎛

값은 λ 값을 만족한다고 사료된다/6 .

Fig. 5-15 Raw data of workpieceFig. 5-15 Raw data of workpieceFig. 5-15 Raw data of workpieceFig. 5-15 Raw data of workpiece

Fig. 5-16 Flatness of WorkpieceFig. 5-16 Flatness of WorkpieceFig. 5-16 Flatness of WorkpieceFig. 5-16 Flatness of Workpiece

6. Damaged layer6. Damaged layer6. Damaged layer6. Damaged layer

가공되어진 시편은 거의 동일한 표면 거칠기 값을 가지므로 임의의 시편을 추출하

여 가공되어진 표면을 전자 주사 현미경 을 이용하여 표면의(SEM) Damaged layer

를 측정하였다.

은 가공되어진 시편의 단면을 측정한 결과이다 그림에서 보듯이Fig. 5-17 .

는 이내 임을 알 수 있다 이렇게 가 얇게 형성Damaged layer 5 . Damaged layer㎛

되면 폴리싱 시간을 단축하여 생산성 향상 및 폴리싱에 의한 공장물의 평탄도 악화

를 방지할 수 있다.

Fig. 5-17 SEM photos of workpieceFig. 5-17 SEM photos of workpieceFig. 5-17 SEM photos of workpieceFig. 5-17 SEM photos of workpiece

제 절 결 론제 절 결 론제 절 결 론제 절 결 론6666

본 과제에서는 양면 래핑기의 기구학적 해석을 통해 무한한 속도 변속이 가능한 조

건에서 공작물의 평탄도에 영향을 줄 수 있는 특정한 조건을 찾아내었다 이를 이.

용하여 한국공작기계에서 개발되어진 양면 래핑 장비를 이용하여 그 특성을 평가하

였다.

가공되어진 시편을 차원 형상 측정기를 이용하여 측정한 결과 값이(1) 3 Wp/Ww

증가함에 따라 한 형상을 지닌 공작물을 얻을 수 있으며 값이 일Flat Wp/Ww 1.5

때 λ 값을 만족하였다/6 .

가공되어진 시편을 통계학적으로 처리한 결과 압력이 이 고 값(2) 60g/ Wp/Ww㎠

이 일 때 가장 우수한 결과를 나타내었으며 래핑 장비 보다 장 장비일1.5 16B 24 B

때 보다 더 우수한 결과를 보인다.

가공되어진 시편의 사진을 확인한 결과 의 두께는 대략(3) SEM damaged layer 5

이내임을 알 수 있다.㎛

가공되어진 시편은 기구학적 해석과는 관계없이 모든 시편의 표면 거칠기 값이(4)

이내임을 알 수 있다Rmax 2 .㎛

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론6666

본 과제에서는 광학 평탄화용 장비의 핵심요소인 구Filter Lapping 4Way-4Motor

동기구 주물 구조물 유동압베어링 유니버셜 헤드부 등의 설계 기술을 확보하여, , , 1

차년도에 장비를 제작하였고 차년도에는 장비를 제작16B Lapping , 2 24B Lapping

하였다 그리고 래핑기의 운동기구 해석을 통한 고정도 가공기법을 개발하였고 개.

발된 래핑장비에 대한 기구학적인 해석 및 가공테스트를 수행하여 최적의 가공조건

을 확립하였다 본 과제를 통한 성과로는 특허 건과 실용신안 건을 출원하였고. 2 1 1

차년도에 개발된 래핑장비를 광학유리 가공업체에 판매하여 개발장비의 상품16B

성을 인정받았다 차년도에 개발된 장비의 판매를 통하여 국내 광학. 1 16B Lapping

용 유리 관련 업체로의 판매가 증가할 것으로 기대되며 차년도에 개발된Filter , 2

의 경우 차년도 개발된 장비보다 우수한 성능을 나타냄에 따라24B 1 16B Lapping

대형래핑장비 분야에서도 외국장비와 충분히 경쟁할 수 있을 것으로 기대된다.

부 록부 록부 록부 록

기호설명기호설명기호설명기호설명

ww = rotation speed of workpiece

wp = rotation speed of table

R = ratio of rotation speed between workpiece and table (ww/wp)

P = given point on workpiece

v = relative velocity of workpiece

D = distance between rotation centers of workpiece and table

L = distance from table center to the given point P on the workpiece

r = radius of workpiece to the given point on workpiece

rw = radius of workpiece

ρ = relative radius (r/ rw)

= angular position of point P at arbitrary time t (wφ wt)

θ = angular position of point on workpiece at time t=0

ξ = kinematic number, defined as (1-R) rw /D

NU = % nonuniformity

= standard deviationσ

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

1. F. W. Preston, "The Theory and Design of Plate Glass Polishing Machines,"

J. of Soc. of Glass Technology Vol. 11, No. 44, pp227-228, 1927.，

2. H. Hocheng, H.Y. Tsai, M.S, Tsai, "Effects of Kinematic Variables on

Nonuniformity in Chemical Mechanical Planarization," J. of Machine Tools &

Manufacture, Vol. 40(2000), pp1651-1669.

3. C. F. Lin, W.T. Tseng and M.S Feng, "Process Optimization and Integration

for Silicon Oxide Intermetal Dielectric Planarized bv Chemical Mechanical

Polish," J. of Electrochem. Soc., Vol.146(1999), No. 5, pp1984-1990.

4. D. A. Hansen and G. Moloney, "The Effect of Carrier Oscillation on Within

wafer Non-Uniformity of CMP Removal Rate," 6thCMP-MIC, p331, 2001.

5. G.W. Stachowiak, A.W. Batchelor, Engineering Tribology Tribology，

series24, Elsevier, NY, 1993, p219.

6. H.J. Kim, D.H. Kwon, H.D. Jeong "Tribological Aspects in Chemical，

Mechanical Polishing," 7th CMP-MIC, pp20l-208, 2002.

7. A. Modak, P. Monteith and N. Parekh, "Components of Within-Wafer

Non-Uniformity in a Dielectric CMP Process," 2nd CMP-MIC, pp169-172,

1997.

8. S.K. Pangrle, I.Salugsugan, A. Dangca et. al. "Polishing Performance of

The Rodel EX2000 Pad," 1st CMP-MIC, pp47-54, 1996.

9. Prof. Dr.Ing et al., "Form Accuracy and Surface Integrity in Plane Lapping,"

Ultra precision in Manufacturing Engineering. pp 78-109, May, 1988

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9. Prof. Dr.Ing et al., "Form Accuracy and Surface Integrity in Plane Lapping,"

Ultra precision in Manufacturing Engineering. pp 78-109, May, 1988

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 산업기술개발사업의 기술개발 보1.

고서이다.

이 기술개발내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시 산업자원부에서2.

시행한 산업기술개발사업의 기술개발결과임을 밝혀야 한다.