(57)【要約】ラップ加工プロセスにおいて使用するために好適なポリマー材料、該ポリマー材料を含む媒体、媒体を含むシステム、ならびに該ポリマー材料を形成および使用する方法が、開示される。ポリマー材料は、サファイア表面等の硬質表面をラップ加工するために使用されることができる。ラップ加工プロセスは、研削プロセスの後、かつ研磨プロセスの前に行われることができる。一実施形態において、ラップ加工システムは、プラテンと、プラテンに取り付けられているポリマー材料であって、ポリマー材料の密度は、約０．７ｇ／ｃｍ３〜約３．０ｇ／ｃｍ３に及ぶ、ポリマー材料と、研磨粒子を備えているスラリーとを備えている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラップ加工システムであって、前記ラップ加工システムは、
プラテンと、
前記プラテンに取り付けられているポリマー材料であって、前記ポリマー材料の密度は、約０．７ｇ／ｃｍ３〜約３．０ｇ／ｃｍ３に及ぶ、ポリマー材料と、
研磨粒子を備えているスラリーと
を備えている、ラップ加工システム。
【請求項２】
前記ポリマー材料は、サイズにおいて約１０μｍ〜約１０００μｍに及ぶ細孔を備えているポリマー発泡体材料である、請求項１に記載のラップ加工システム。
【請求項３】
前記ポリマー材料の密度は、０．９ｇ／ｃｍ３より高い、請求項１に記載のラップ加工システム。
【請求項４】
前記ポリマー材料は、熱硬化性ポリマーである、請求項１に記載のラップ加工システム。
【請求項５】
前記ポリマー材料は、ポリウレタン、ポリ尿素、ポリイミド、ポリアミド、ポリカーボネート、およびエポキシから成る群から選択される１つ以上の材料を備えている、請求項１に記載のラップ加工システム。
【請求項６】
前記ポリマー材料は、研磨粒子を備えている、請求項１に記載のラップ加工システム。
【請求項７】
前記ラップ加工システムは、２０μｍ／時以上のＡ面サファイアの材料除去率を示す、請求項６に記載のラップ加工システム。
【請求項８】
前記ポリマー材料の圧縮率は、約１％〜約１５％である、請求項１に記載のラップ加工システム。
【請求項９】
前記ポリマー材料は、溝を備えている、請求項１に記載のラップ加工システム。
【請求項１０】
前記ポリマー材料は、０〜約８０重量％無機充填剤を備えている、請求項１に記載のラップ加工システム。
【請求項１１】
前記ポリマー材料の貯蔵弾性率は、約１００ＭＰａ〜約３０００ＭＰａに及ぶ、請求項１に記載のラップ加工システム。
【請求項１２】
基板の表面をラップ加工する方法であって、前記方法は、
プラテンおよび前記プラテンに取り付けられているポリマー材料を備えているラップ加工システムを提供するステップであって、前記ポリマー材料は、約０．８５ｇ／ｃｍ３〜約３．０ｇ／ｃｍ３の密度を有する、ステップと、
基板を提供するステップと、
前記基板と前記ポリマー材料を接触させるステップと、
前記ポリマー材料を前記基板に対して移動させ、前記基板の表面をラップ加工するステップと
を含む、方法。
【請求項１３】
前記基板は、１５５０ＨＢブリネルスケールより高い硬度を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記移動させるステップ中の基板表面からの材料の除去率は、２０μｍ／時以上である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ポリマー材料は、ポリウレタン、ポリ尿素、ポリイミド、ポリアミド、ポリカーボネート、およびエポキシから成る群から選択される１つ以上の材料を備えている、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
スラリーを提供するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記スラリーは、多面ダイヤモンドを備えている、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
基板の表面をラップ加工するためのポリマー材料であって、前記ポリマー材料は、１つ以上の熱硬化性材料から成る群から選択される１つ以上の材料を備え、約０．７ｇ／ｃｍ３〜約３．０ｇ／ｃｍ３の密度を有する、ポリマー材料。
【請求項１９】
前記ポリマー材料は、０．９ｇ／ｃｍ３より高い密度を有するポリマー発泡体材料を備えている、請求項１８に記載のポリマー材料。
【請求項２０】
前記ポリマー材料の圧縮率は、約１％〜約１５％である、請求項１８に記載のポリマー材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、ラップ加工（ｌａｐｐｉｎｇ）プロセスにおいて使用するために好適なポリマー材料、ポリマー材料を含むラップ加工媒体およびシステム、ならびにポリマーラップ加工材料、媒体、およびシステムを作製かつ使用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板の表面の仕上げは、多くの場合、３つのステップを含む：研削、ラップ加工、および研磨。研削プロセスは、基板の粗形態を生成し、基板を所望のサイズに縮小し、および／または基板表面上の大きな欠陥を除去するために使用されることができる。研削プロセスは、概して、比較的に高い材料除去率を有し、多くの場合、表面下損傷を基板に生じさせ、比較的に粗い表面仕上げを基板上に残し得る。ラップ加工は、研削より低い材料除去率を有し、概して、あまり表面下損傷を生じさせない中間仕上げステップである。ラップ加工プロセスは、概して、比較的に平滑表面を生産する。最後に、研磨プロセスは、最も低い材料除去率を有し、概して、裸眼では見えないサイズの欠陥（概して、多くの場合、約４ミクロン未満）を有する平滑基板表面を提供するために使用される。
【０００３】
サファイア等の硬質表面をラップ加工するとき、ラップ加工プロセスは、多くの場合、基板をキャリア内に設置し、基板表面をラップ加工媒体またはスラリーの存在下におけるラップ加工媒体に対して移動させることを含む。ラップ加工媒体は、多くの場合、プレートの表面の中に形成されるパターン化された溝を有する、銅プレート等の軟質金属プレートを含む。スラリーは、キャリア液体中のダイヤモンド等の研磨粒子を含む。ラップ加工プレートは、基板表面がラップ加工媒体に対して移動させられるにつれて研磨粒子がそれに沿って転がるための硬質表面を提供する。材料は、媒体と基板との相対的移動を使用して基板表面から除去され、その相対的移動は、研磨粒子を転がし、または移動させる。研磨粒子が移動するにつれて、粒子は、基板表面の一部を擦過および／または点刻し、それは、基板表面の小片が除去されることをもたらす。
【０００４】
典型的金属プレートは、比較的に大きく（例えば、直径約４０インチを有する）かつ比較的に厚く（例えば、厚さ約１インチを有する）、それは、プレートを重くする（例えば、約１５０ポンド）。大きく重いプレートのラップ加工媒体としての使用は、望ましくあり得る。なせなら、大きい金属プレートが、大きい表面または複数の表面をラップ加工するために使用されることができ、金属プレートの厚さが、プレートがその平坦性および平行性（例えば、別のプレートまたはプラテンに対して平行）を維持することに役立つからである。
【０００５】
使用中、金属ラップ加工プレートは、スラリー中の研磨粒子からの摩滅に起因して、摩耗する傾向にある。摩耗は、金属プレートの平坦性および／または平行性の低減をもたらし得、それは、ひいては、基板表面全体における材料除去率のより低い均一性、または基板をキャリアから外れさせる状況さえもたらし得る。加えて、または代替として、金属プレート内の溝も、使用中、摩耗する（深度を減少させる）。故に、金属プレートは、所望の平坦性、平行性、および／または溝深度を復元するために周期的に機械加工される。プレートが、溝を再形成するために十分に厚くない場合、プレートは、所望の深度の溝を含むより厚いプレートと交換され得る。
【０００６】
機械加工プロセスは、比較的に高価かつ時間がかかり得る。機械加工プロセス中、プレートは、ラップ加工システムから除去され、プレートは、所望の平坦性および／または平行性まで研削され、および／または、溝がプレート内に形成され、そして、プレートは、ラップ加工システムに再度取り付けられる。これらのステップの全ては、膨大な時間および労力がかかり、基板の表面をラップ加工または仕上げのコストを増加させる。
【０００７】
故に、改良されたラップ加工材料、改良されたラップ加工材料を含む媒体、装置、およびシステムが所望され、材料、媒体、装置、およびシステムを形成かつ使用する方法も所望される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の種々の実施形態は、基板の表面をラップ加工するための改良された材料、媒体、システム、および方法に関する。本開示の種々の実施形態が、従来のラップ加工材料、媒体、システム、および方法の短所に対処する方法が、以下により詳細に議論されるが、一般に、本開示の種々の実施形態は、ポリマー発泡体材料等のポリマー材料と、基板表面からの比較的に高いラップ加工材料除去率および除去率均一性を可能にするポリマー材料を含む媒体とを提供する。ポリマー媒体（ポリマー材料を含む媒体）は、容易に交換および／または再加工され、ラップ加工装置のより短い中断時間およびラップ加工プロセスに関連付けられたより低いコストをもたらすことができる。さらなる例示的実施形態は、ラップ加工材料およびラップ加工媒体を形成および使用する方法を提供する。以下により詳細に記載されるように、驚くべきことに、かつ予想外にも、本明細書に説明されるポリマー材料は、コスト効率的かつ時間効率的様式において、以下に説明されるもの等の比較的に硬質材料をラップ加工するために使用されることができることが見出された。特に、ポリマー材料および媒体は、予期されるものより高い除去率を示し、予期されるものより長く持続し、比較的に少ない欠陥を伴うラップ加工された表面を生産した。
【０００９】
本開示の例示的実施形態によると、ラップ加工システムは、プラテンと、プラテンに取り付けられているポリマー材料と、研磨粒子を備えているスラリーとを含む。例示的システムは、ラップ加工プロセス中、１つ以上の基板を保持するためのキャリアも含むことができる。ポリマー材料は、熱硬化性材料、熱可塑性材料、熱硬化性材料の組み合わせ、熱可塑性材料の組み合わせ、もしくは１つ以上の熱可塑性および／または熱硬化性材料の組み合わせであることができる。さらに、ポリマー材料は、発泡体または非発泡体であることができる。一例として、ポリマー材料は、ポリウレタン、ポリ尿素、ポリウレタン−ポリ尿素ハイブリッド、ポリイミド、ポリアミド、エポキシ、および／またはそのような材料の他のハイブリッド等、１つ以上の熱硬化性材料を含むことができる。例示的ポリマー材料（例えば、発泡体材料）は、約０．８５ｇ／ｃｍ３〜約３．０ｇ／ｃｍ３、または約０．９ｇ／ｃｍ３〜約１．３ｇ／ｃｍ３、または約１．０ｇ／ｃｍ３〜約１．２５ｇ／ｃｍ３に及ぶ密度を有する。加えて、または代替として、ポリマー材料（例えば、熱硬化性材料）は、約１．０％〜約１５％、または約１．０％〜約１０％、または約１．０％〜約８％の圧縮率（例えば、日本工業規格（ＪＩＳ）１０９６圧縮率）を有する。加えて、または代替として、ポリマー材料（例えば、熱硬化性材料）の動的機械分析（ＤＭＡ）貯蔵弾性率（室温（約２１℃）で５Ｈｚ）は、約１００ＭＰａまたは４００ＭＰＡ〜約３０００ＭＰａ、または約２００ＭＰＡ〜約２７５０ＭＰａ、または約４００ＭＰａ〜約２３００ＭＰａに及び得る。ＪＩＳ  １０９６弾性反発は、約８０％〜約１００％、または約８５％〜約１００％、または約９０％〜約１００％に及び得る。ポリマー材料のショアＤ硬度は、約６２〜約１００、または約６２〜約８４、または約６２〜約７５に及び得る。これらの実施形態の種々の側面によると、ポリマー材料は、０μｍより大きく約１０００μｍ以下、または約１０μｍ〜約４００μｍ、または約１０μｍ〜約３００μｍのサイズに及ぶ細孔を含むポリマー発泡体材料である。細孔は、以下により詳細に説明されるように、発泡剤および／または混合技法の使用等によって、マイクロバルーンを伴わずに形成されることができる。スラリー中の研磨粒子は、約２μｍ〜約１００μｍ、または約１０μｍ〜約５０μｍ、または約１２μｍ〜約４０μｍの平均サイズを有する多面もしくは他の粒子を含むことができる。ダイヤモンドスラリーが、ポリマー材料と共に使用されるとき、（例えば、Ａ面）サファイアおよび／または本明細書に説明される他の硬質材料等の硬質基板表面からの比較的に高く均一な材料除去率（ＭＲＲ）が、達成されることができる。驚くべきことに、媒体を使用した所望の除去率は、ポリマー材料が研磨材料を含まないときに得られ得ることが見出された。しかしながら、本開示のいくつかの例によると、ポリマー材料は、研磨材料を含む。ポリマー材料を含む例示的媒体は、ラップ加工プラテンから容易に除去され、再加工または交換されることができる。
【００１０】
本開示の追加の例示的実施形態によると、基板の表面をラップ加工する方法は、プラテンと、プラテンに取り付けられるポリマー（例えば、発泡体）材料とを備えているラップ加工システムを提供するステップと、基板を提供するステップと、基板とポリマー材料を接触させるステップと、ポリマー材料を基板に対して移動させ、基板の表面をラップ加工するステップとを含む。ポリマー材料は、本明細書に説明されるようなものであることができる。方法は、例えば、本明細書に説明されるもの等の多面ダイヤモンドを含み得るスラリーを提供することも含むことができる。加えて、または代替として、方法は、ラップ加工中、１つ以上の基板を保持するためのキャリアを提供することを含むことができる。本明細書に説明される例示的方法は、サファイア（例えば、サファイアのＡ、Ｃ、またはＲ面）、エメラルドおよびルビー等の他の宝石、セラミック、チタン等の金属、本明細書に説明されるような他の材料、ならびに類似材料等の硬質表面（例えば、従来の溶融シリカガラスの硬度より高い硬度、または約１５５０ＨＢブリネルスケールもしくは７モーススケールを有する表面）から材料を除去するために使用されることができる。
【００１１】
本開示の追加の実施形態によると、基板の表面をラップ加工するためのポリマー（例えば、発泡体）材料は、ポリウレタン、ポリ尿素、ハイブリッドポリウレタン−ポリ尿素、ポリイミド、ポリアミド、エポキシ、およびその他のポリマーハイブリッドから成る群から選択される１つ以上の熱硬化性材料等、１つ以上の熱硬化性もしくは熱可塑性材料を含み、約０．８５ｇ／ｃｍ３〜約３．０ｇ／ｃｍ３もしくは０．９ｇ／ｃｍ３〜約１．３ｇ／ｃｍ３の密度、および／または、約１．０％〜約８．０％のＪＩＳ  １０９６圧縮率、および／または約６２〜約１００、もしくは約６２〜約８４、もしくは約６２〜約７５のショアＤ硬度を有する。ポリマー発泡体材料は、随意に、研磨材料を含むことができる。
【００１２】
本開示のさらなる例示的実施形態によると、ラップ加工装置は、プラテン（例えば、ステンレス鋼プラテン）と、本明細書に説明されるように、プラテンに取り付けられるポリマー（例えば、発泡体）材料とを含む。
【００１３】
本開示のさらに追加の例示的実施形態によると、ポリマー（例えば、発泡体）材料を形成する方法は、１つ以上の第１の化合物（例えば、それに関連付けられた１つ以上の反応性水素を有する）を混合するステップと、１つ以上の第２の化合物（例えば、ポリ尿素、ポリウレタン、およびポリ尿素−ポリウレタンハイブリッドの場合、１つ以上のポリイソシアネート、その誘導体、もしくはその生成物）を１つ以上の第１の化合物と反応させ、組成物を形成するステップと、組成物を金型の中に注ぐステップとを含む。例示的方法は、充填剤、研磨、触媒、界面活性剤、等の他の化合物を、第１の化合物、第２の化合物、および／または組成物とともに混ぜ込むステップを含むことができる。これらの実施形態のさらなる例示的側面によると、ポリマー材料は、エポキシ材料を含む。これらの場合、エポキシ樹脂は、開放または閉鎖のいずれかの混合環境において、硬化剤と混成され、高密度発泡体エラストマまたは中実（非発泡体）エラストマを生産する。例示的エポキシ樹脂として、ビスフェノールＡ、Ｆ、およびＳのエポキシド終端ジグリシジルエーテル、エポキシフェノールノボラック、脂肪族化合物、または脂環化合物が挙げられる。例示的硬化剤として、アミン（一級および二級）、無水物、フェノール、およびチオール等の活性水素化合物が挙げられる。実施形態のなおもさらなる側面では、ポリマー材料は、１つ以上の熱可塑性物質を含むことができる。好適な熱可塑性物質の例は、ポリカーボネートであるか、またはそれを含む。この場合、ビスフェノールＡ誘導ポリカーボネートシート（例えば、Ｂａｙｅｒから市販され、Ｍａｋｒｏｌｏｎと呼ばれる）が、ラップ加工パッドの形状に切断されることができる。ラップ加工のための他の例示的熱可塑性物質として、ポリスチレン、テレフタル酸ポリエチレン、芳香族ポリイミド、および芳香族ポリアミド（アラミド）等のポリマーを含む芳香族化合物が挙げられる。これらの化合物は、シート形態で容易に利用可能であり、ラップ加工パッドに切断および機械加工されることができる。これらの実施形態の種々の側面によると、ポリマー材料は、接着剤（例えば、感圧式接着剤）を用いて片側に積層される。加えて、または代替として、例示的方法は、溝をポリマー材料の表面（例えば、ラップ加工表面）上に形成するステップを含む。
【００１４】
本開示の実施形態のより完全な理解が、以下の例証的図面と併せて検討されるとき、発明を実施するための形態および請求項を参照することによって導かれ得る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本開示の種々の例示的実施形態による、ラップ加工システムを図示する。
【図２】図２は、本開示の例示的実施形態による、ラップ加工装置を図示する。
【図３】図３は、本開示のさらに追加の例示的実施形態による、ポリマーラップ加工材料を形成する方法を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図中の要素は、単純化および明確化のために図示されており、必ずしも、縮尺通りに描かれていないことを理解されたい。例えば、図中の要素のいくつかの寸法は、他の要素と比較して誇張され、本開示の例証される実施形態の理解を向上させることに役立ち得る。
【００１７】
以下に提供されるポリマーラップ加工材料、媒体、システム、装置、ならびに材料、媒体、装置、およびシステムを形成かつ使用する方法の例示的実施形態の説明は、単に、例示であり、例証目的のためだけに意図される。以下の説明は、本開示または請求項の範囲を限定することを意図するものではない。さらに、記載される特徴、組成物、または特性を有する複数の実施形態の列挙は、別様に本明細書に記載されない限り、追加の特徴、組成物、もしくは特性を有する他の実施形態、または記載される特徴、組成物、もしくは特性の異なる組み合わせを組み込む他の実施形態を除外することを意図するものではない。
【００１８】
本明細書で使用される場合、「ラップ加工（ｌａｐｐｉｎｇ）」または「ラップ加工する（ｌａｐ）」とは、典型的に、研削および／または切断ステップが先行し、かつ研磨ステップが続く中間表面仕上げステップを指す。ラップ加工プロセスは、約１ミクロンより高い平均粗度を初めに有するか、または眼に見える擦過もしくは刃跡を初めに伴う表面を仕上げるために使用されることができる。加えて、または代替として、ラップ加工されるべき表面は、長さにおいて約１ｍｍ〜約３ｍｍより大きい眼に見える欠陥サイズを有し得るが、表面がラップ加工された後、表面は、裸眼で検出可能ではない欠陥サイズを有する。
【００１９】
本明細書に説明されるような例示的ポリマー材料、媒体、装置、および／またはシステムは、基板の硬質表面をラップ加工するために使用されることができる。例として、本明細書に説明されるようなポリマー材料、媒体、装置、システム、および方法は、サファイア（例えば、サファイアのＡ、Ｃ、またはＲ面）、エメラルドおよびルビー等の他の宝石、セラミック、チタン等の金属、および類似材料等の硬質表面材料をラップ加工するために使用されることができる。本明細書で使用される場合、用語「硬質表面」または「硬質表面材料」は、従来の硬質シリカガラスの硬度より高い（例えば、約１５５０ＨＢブリネルスケールまたは約７モーススケールより高い）硬度を有する材料を意味する。そのような材料のラップ加工後、硬質表面材料は、多くの場合、材料の表面をさらに仕上げるために研磨される。例として、研磨された表面は、典型的に、約０．０１ミクロンより低い平均粗度を有し、４ミクロンまたはそれより小さいサイズの欠陥を有する。研磨された硬質表面材料は、電子デバイスディスプレイ、電子デバイスケース、電子バックプレート、腕時計のガラス、および種々の他の用途としての使用のために好適である。
【００２０】
本明細書に説明されるような例示的ポリマー材料、媒体、装置、システム、および方法は、同一または類似用途（例えば、硬質表面材料のラップ加工）のために使用される従来の媒体と比較して、比較的高い除去率、材料除去の均一性、および／または高プロセス収率を示す。さらに、ラップ加工表面として金属プレートではなくポリマー材料を使用して基板の表面をラップ加工する例示的方法は、ラップ加工表面として金属表面を採用する技法と比較して、比較的高いスループットおよび／または比較的低いコストを有する。
【００２１】
図１は、本開示の例示的実施形態によるラップ加工システム１００を図示する。ラップ加工システム１００は、ラップ加工装置１０２と、キャリア１０８と、随意のスラリー分注器１１６から分注され得る、スラリー１１０とを含む。ラップ加工システム１００は、重し１２０および／または回転アーム１２２も含むことができる。
【００２２】
図２にさらに詳細に図示されるラップ加工装置１０２は、プラテン１０４と、プラテン１０４に除去可能に取り付けられたポリマー材料１０６とを含む。ラップ加工装置１０２は、図示されるように、軸１１８の周りに回転することができ、および／または基板１１２表面に対して他の相対的移動を行うことができる。
【００２３】
プラテン１０４は、ステンレス鋼等の比較的に硬い材料から形成されることができる。プラテン１０４は、ラップ加工中、基板１１２と直接接触しないので、プラテン１０４は、銅等の比較的に軟質の材料から形成される必要はない。さらに、ラップ加工装置１０２の作業表面は、除去可能なポリマー材料を含むので、プラテン１０４は、多くの場合、金属プレートを備えているラップ加工表面に関して要求される再加工または仕上げ（例えば、平坦化する、平行性を復元する、および／または溝を金属プラテン内に形成するための再加工）を要求しない。
【００２４】
ポリマー材料１０６は、熱硬化性材料、熱可塑性材料、熱硬化性材料の組み合わせ、熱可塑性材料の組み合わせ、または１つ以上の熱可塑性および／または熱硬化性材料の組み合わせであることができる。さらに、別様に記載されない限り、材料は、発泡体または非発泡体であることができる。例として、ポリマー材料は、ポリウレタン、ポリ尿素、ポリウレタン−ポリ尿素ハイブリッド、ポリイミド、ポリアミド、エポキシ、および／またはそのような材料の他のハイブリッド等、１つ以上の熱硬化性材料を含むことができる。特定の例として、ポリマー材料１０６は、ポリ尿素、ポリウレタン、またはポリ尿素−ポリウレタンハイブリッドを備えている。本開示の例示的実施形態による、ポリマー発泡体および非発泡体材料の例示的性質は、以下の表１に提供される。以下にリストアップされるもの等の１つ以上のポリマー材料性質は、スラリー内の研磨粒子が、ポリマー材料内に部分的に埋め込まれ、所望の除去率を達成することを可能にすると考えられる。
【表１】
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【００２５】
ポリマー材料１０６の厚さ（ｔ）は、材料が再加工されるであろうか（例えば、新しい溝がポリマー材料の表面上に形成される）、または数回のラップ加工行程後に配置されるであろうかを含む種々の要因に従って変動し得る。例として、厚さは、約０．５ｍｍ〜約１０ｍｍ、または約０．７５ｍｍ〜約５ｍｍ、または約１ｍｍ〜約３ｍｍ、約１ｍｍ〜約２０ｍｍ、または約１．３ｍｍに及び得る。ポリマー材料の開発中、驚くべきことに、予想外にも、ポリマー材料（例えば、４〜６ｍｍまたは５ｍｍ厚）は、従来の金属プレートと比較して、同一またはより優れた材料除去率および／または均一性を有し、典型的な金属プレートと同程度に長く持続する（再加工または交換ステップまでの時間）ことが見出された。
【００２６】
スラリー１１０は、キャリア液体中のダイヤモンドまたは他の（例えば、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、炭化ホウ素、および同等物）粒子（例えば、平均サイズ約１〜約１００ミクロン、約５〜約４０ミクロン、または約２０μｍを有する）を含むことができる。例示的スラリーは、ＤＩ９００−Ｃ１という商標名でＳａｎｄｖｉｋから市販されている。
【００２７】
キャリア１０８は、ラップ加工プロセス中、１つ以上の基板１１２を保持するように構成されることができる。キャリア１０８は、例えば、ラップ加工システムのプラテンと係合する歯を含むことができる。重し１２０は、所望の重さであることができ、キャリア１０８と別個または一体型であることができる。キャリア１０８は、軸１１４の周りに回転すること、軸１１８の周りに回転すること、または他の好適な移動を採用することができる。
【００２８】
キャリア１０８は、任意の好適な材料から形成されることができる。一例として、キャリア１０８は、ステンレス鋼および／またはファイバガラスから形成されることができる。キャリア１０８の厚さは、概して、ラップ加工プロセス後、基板の最終的所望の厚さより厚くない。
【００２９】
前述のように、ラップ加工システム１００およびラップ加工システム１００を使用する方法は、材料を硬質表面（例えば、従来の溶融シリカガラスの硬度より高い、または約１５５０ＨＢブリネルスケールもしくは７モーススケールの硬度を有する表面）から除去することができる。実際、本発明者らは、驚くべきことに、予想外にも、ラップ加工システム１００が、約３６μｍ／時〜約９６μｍ／時のＡ面サファイア除去率を示すことを見出した。上記の表１は、本開示の例によるポリマー材料を使用して得られた除去率を例証する。
【００３０】
従来の軟質金属（例えば、銅）プレートではなくラップ加工装置１０２の使用は、いくつかの利点を有する。前述のように、ポリマー材料は、容易に再加工／溝加工されることができる（概して、金属ラップ加工プレートよりも軽量かつ除去がはるかに容易である）、および／または容易に交換され、それは、ラップ加工システム１００を基板１１２の表面をラップ加工するために使用するためにより容易かつ安価にすることができる。
【００３１】
ここで図３に目を向けると、基板の表面をラップ加工する方法３００が図示される。方法３００は、ラップ加工システムを提供するステップ（ステップ３０２）と、基板を提供するステップ（ステップ３０４）と、基板表面をポリマー材料と接触させるステップ（ステップ３０６）と、基板の表面をラップ加工するステップ（ステップ３０８）とを含む。
【００３２】
ステップ３０２中、ポリマー材料ラップ加工表面を含むラップ加工システム（例えば、ラップ加工システム１００）が、提供される。システムの一部として使用するために好適である好適なラップ加工機械は、９Ｂ−５Ｌ−ＩＩＩという商標名でＳｐｅｅｄＦＡＭから市販されている。
【００３３】
ステップ３０４中、１つ以上の基板が、ラップ加工システム上に（例えば、キャリア１０８の中に）装填される。本開示の種々の実施形態によると、基板は、以前に１つ以上の切断もしくは研削プロセスを受けており、および／または続いて１つ以上の研磨プロセスを受けるであろう。例示的基板は、サファイア（例えば、サファイアのＡ、Ｃ、またはＲ平面）、エメラルドおよびルビー等の他の宝石、セラミック、チタン等の金属、および類似材料等の硬質表面、例えば、従来の溶融シリカガラスの硬度より高いまたは約１５５０ＨＢブリネルスケールもしくは７モーススケールの硬度を有する表面を含む。特定の例として、基板は、サファイアを備えているか、またはサファイアであり、サファイアのＡ面は、方法３００を使用して、ラップ加工される。このステップ中にラップ加工され得る他の表面として、シリコンおよびヒ化ゲルマニウム（例えば、スライス直後）等の半導体および他のセラミック材料が挙げられる。
【００３４】
ステップ３０６中、基板表面は、ポリマー材料（例えば、図１および２に図示されるポリマー材料１０６）と接触して設置される。ステップ３０４および３０６は、同時に行われることができる。図１に図示されるように、下向き圧力が、重し１２０を使用して、キャリア（例えば、キャリア１０８）に加えられることができる。
【００３５】
ステップ３０８中、基板とポリマー材料とは、材料を基板表面から除去するために、互いに対して移動させられる。図１に図示される例では、キャリア１０８は、ラップ加工プロセス中、基板１１２を保持する。前述のように、キャリア１０８は、キャリア１０８の軸１１４および／またはラップ加工装置１０２の軸１１８の周りに、基板を回転させることができる。ラップ加工システム１００は、加えて、または代替として、環状もしくは他の相対的回転移動によって、ラップ加工装置１０２表面に対して基板１１２表面を移動させるように構成されることができる。下向き力が、ステップ３０８中、キャリア１０８に加えられ、所望の材料除去率および／または均一性の達成を促進することができる。
【００３６】
スラリー（例えば、スラリー１１０）が、ステップ３０８中、ポリマー材料の表面に提供されることができる。スラリーは、溶液中に懸濁された研磨粒子（例えば、ダイヤモンドとも称される多面ダイヤモンド粒子または本明細書に記載されるもの等の他の研磨剤）を含むことができる。例示的スラリーは、ＤＩ９００−Ｃ１という商標名でＳａｎｄｖｉｋから市販されている。
【００３７】
方法３００および／またはシステム１００ならびに／もしくは装置１０２を使用した例示的ラップ加工除去率は、Ａ面サファイア表面をラップ加工するために高密度ポリウレタン発泡体材料または固体熱可塑性物質を使用するとき、２０μｍ／時より大きく、約２０μｍ／時〜約６０μｍ／時、２０μｍ／時〜約１２０μｍ／時、３５μｍ／時〜約９０μｍ／時、６０μｍ／時〜約１４０μｍ／時、約３５μｍ／時〜約９０μｍ／時、または約６０μｍ／時〜約１４０μｍ／時に及び得る。
【００３８】
（ポリマー材料および媒体を形成する方法）
本明細書に説明されるポリマー材料は、特定のポリマー材料に応じて、種々の方法で形成されることができる。種々の方法は、１つ以上の第１の化合物（例えば、それらに関連付けられた１つ以上の反応性水素を有する）を混合することと、１つ以上の第２の化合物を１つ以上の第１の化合物と反応させ、組成物を形成することと、組成物を金型の中に注ぐこととを含む。例示的方法は、充填剤、着色剤、研磨剤、触媒、発泡剤、または膨張剤（ポリマー発泡体材料の場合）、界面活性剤または胞体安定化剤、消泡剤、等の他の化合物を第１の化合物、第２の化合物、および／または組成物と共に混ぜ込むことを含むことができる。
【００３９】
ポリ尿素、ポリウレタン、およびポリ尿素−ポリウレタンハイブリッド材料の場合、ポリマー材料は、１つ以上のポリアミンもしくはポリオール（１つ以上の第１の化合物）とポリイソシアネート、ポリイソシアネート誘導体、およびポリイソシアネート生成物（１つ以上の第２の化合物）のうちの１つ以上のものを混合し、ポリウレタン、ポリウレタン／ポリ尿素ハイブリッド、またはポリ尿素ベースの組成物を形成し、組成物を金型の中に注ぐことによって形成されることができる。例示的方法は、本明細書に説明されるような、または当技術分野において別様に公知の追加の材料を添加および混合することを含むことができる。本明細書に説明されるような種々のポリウレタンラップ加工材料は、触媒の存在下で調製されることができる。その他は、触媒を伴わずに形成されることができる。好適な触媒の種類として、限定ではないが、トリエチルアミン等の三級アミンおよびジラウリン酸ジブチルスズ等の有機金属化合物が挙げられる。充填剤または研磨剤も、ポリマー中に固定研磨材を提供することによってラップ加工プロセスにおいて研磨スラリーを補助するために添加されることができる。例示的充填剤／研磨剤は、有機および／または無機充填剤を含む。例示的無機充填剤は、限定ではないが、例えば、酸化セリウム、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、ジルコニア、酸化鉄、二酸化マンガン、カオリン粘土、モンモリロナイト粘土、酸化チタン、炭化ケイ素、炭化ホウ素、およびダイヤモンドの粒子が挙げられる例示的研磨粒子を含むことができる。無機粒子のサイズは、約０．００１ミクロン〜約１０００ミクロン、または約０．５ミクロン〜約３．０ミクロン平均直径に及び得る。例示的有機充填剤は、ポリウレタン発泡体、エポキシ、ポリスチレン、ポリアクリル、ポリイミド、または他の熱可塑性もしくは熱硬化性材料を含む。ポリマー材料は、０〜約８０重量パーセント充填剤を含むことができる。例示的充填剤装填は、約１５重量％〜約３０重量％または約２０重量％〜約２５重量％に及ぶ。
【００４０】
追加の例によると、消泡剤が、第１の化合物、第２の化合物、または組成物に添加され、細孔のサイズを制御することができる。例示的消泡剤として、Ｄｏｗ  ＣｏｒｎｉｎｇのＤＣシリーズシリコーン流体が挙げられる。
【００４１】
発泡剤とも称される例示的膨張剤が、ポリ尿素、ポリウレタン、および／またはポリウレタン−ポリ尿素材料を発泡体にすることを促進するために使用されることができる。例示的発泡剤として、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）または２個以上の炭化水素の共沸混合物（ＨＦＣ）、例えば、１，１，１，３，３−ペンタフルオロブタン（ＨＦＣ−３６５）、１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ−１３４ａ）、メトキシ−ノナフルオロブタン（ＨＦＥ−７１００）、およびニトリルを含むフリーラジカル開始剤、例えば、２，４−ジメチル、２，２’−アゾビスペンタンニトリルのうちの１つ以上のものが挙げられる。特定の発泡剤として、ＨＦＣｓ  Ｓｏｌｋａｎｅ（登録商標）３６５ｍｆｃおよび１３４ａ（Ｓｏｌｖａｙ，Ｈａｎｎｏｖｅｒ，Ｇｅｒｍａｎｙ）ならびにフリーラジカル開始剤Ｖａｚｏ５２（ＤｕＰｏｎｔ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）が挙げられる。加えて、または代替として、アゾジカーボンアミドは、ポリマー材料の製造中、例示的熱分解剤として使用され、細孔を形成することができる。水も、一般に使用され、水とイソシアネートとの間の反応を介して、ポリウレタン／ポリ尿素系を発泡させ、二酸化炭素を産生する。限定ではないが、本明細書に開示されるものを含む、発泡剤の種々の組み合わせが、材料または材料を含む媒体を形成するために使用されることができ、本開示で想定される。膨張剤／発泡剤の量は、所望の性質を伴うポリマー発泡体材料を形成するために重要であり得ると考えられる。本開示のいくつかの実施形態によると、ポリマー発泡体材料は、組成物中に約５重量％より少ない発泡剤、または約０重量％〜約３重量％の発泡剤、または約０重量％〜約１重量％の発泡剤を伴って形成される。加えて、または代替として、多孔性が、以下により詳細に説明されるように、気泡を材料の中に同伴することによって、ポリマー材料の製造中に追加されることができる。
【００４２】
胞体安定化剤とも称される例示的界面活性剤として、Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ  ｂｒａｎｄ  Ｌ−６１００およびＤｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  ＤＣ−１９３が挙げられる。典型的例として、粘度（０．６５〜６０，０００センチストークに及び得る）によって示されるように、異なる分子量で提供されるポリジメチルシロキサンシリコーン流体が挙げられ、例示的材料は、低粘度流体またはシロキサンポリエーテルコポリマーである。シロキサン部分は、加水分解性または非加水分解性のいずれかであることができる。いくつかの例は、非加水分解性である。コポリマーのポリエーテル部分は、典型的に、可変相対比率および全体分子量の酸化エチレンおよび酸化プロピレンのランダムまたはブロックコポリマーのいずれかである。
【００４３】
材料または化合物は、例えば、高剪断混成を使用して一緒に混合され、空気および／または粒子をマトリクスの中に組み込むことができる。加えて、または代替として、窒素等のガスが、混合または沈降プロセス中に添加されることができる。ポリマーラップ加工材料は、中実エラストマまたは高密度発泡体として開放もしくは閉鎖金型内で形成されることができる。
【００４４】
ポリマー材料を形成する例示的方法は、単一混合器内で遂行されることができる。種々の例示的方法によると、１つ以上の熱硬化性物質もしくはその成分が、例えば、高剪断インペラを使用して、外気に開放された容器内で混合される。混合プロセス中、周囲空気が、空気を回転によって生成された渦の中に引き込むインペラの作用によって混合物中に同伴され得る。同伴された気泡は、発泡プロセスのための核生成部位としての役割を果たすことができる。水等の膨張剤が、混合物に添加され、反応を促進することができ、それは、ＣＯ２等のガスを産生し、胞体成長をもたらす。この外気に開放された混合中、液相にある間、界面活性剤または追加の膨張剤等の他の随意の添加剤が、混合物に添加されることができる。逆に言えば、熱硬化性物質またはその成分は、熱硬化反応中、高真空下で脱気され、空気同伴を伴わずに混合されることができる。この場合、界面活性剤、膨張剤、および起泡剤は、省略され得るか、または実際に省略される。結果として生じるポリマーラップ加工パッドは、固体熱硬化性プラスチックであり、例えば、本明細書に記載の性質を有する。
【００４５】
いくつかの例示的実施形態では、１つ以上のポリイソシアネートもしくはその誘導体もしくは生成物の添加後、約１〜２分の短時間窓が存在し、その間、混合物の粘度が低いままであり、「低粘度窓」と呼ばれる。混合物は、この窓中に金型の中に注がれ得る。一例示的実施形態では、注いだ後、急速に、窓は、経過し、既存の細孔は、事実上、定位置に固定される。細孔運動は、本質的に終了し得るが、細孔成長は、継続し得、例えば、ＣＯ２は、重合反応から生産され続ける。一例示的実施形態では、金型は、例えば、約６〜約１２時間にわたって約１００℃〜約１３０℃または約１１５℃で炉硬化され、実質的に重合反応を完了する。
【００４６】
炉硬化後、金型は、炉から除去され、冷却することを可能にされることができる。成形されたポリマー材料は、ポリマー材料のスライスを生産するために薄く裂かれることができ、スライスは、円形パッドまたは長方形形状パッドもしくは任意の他の所望の形状のパッドに作製され得る。例えば、スライスは、パンチまたは切断ツールもしくは任意の他の好適な器具を用いて、ある形状に切断することによって作製されることができる。いくつかの例示的実施形態では、接着剤（例えば、感圧式接着剤）が、パッドの片側に塗布される。加えて、または代替として、ポリマー材料表面は、所望に応じて、例えば、斜交平行パターン（または任意の他の好適なパターン）等のパターンで、ラップ加工表面上に溝を彫られることができる。追加の例として、溝の幾何学形状または形状は、正方形トラフ、丸形トラフ、および三角形トラフのうちの少なくとも１つを備えていることができる。開示される具体的実施形態に加え、ラップ加工表面に対する種々の幾何学形状の多数の物理的構成が、本開示で想定される。溝は、本明細書に説明されるように、ポリマー材料内に溝を生産することが可能な任意の機械的方法を介して生成されることができる。例えば、溝は、円形ソーブレード、パンチ、針、ドリル、レーザ、空気ジェット、水ジェット、または溝をパッドに穿けることが可能な任意の他の器具を用いて生成されることができる。さらに、溝は、複数の竪鋸ジグ、複数のドリルビットジグ、複数のパンチジグ、複数の針ジグ等を用いて、同時に作製されることができる。
【００４７】
前述のように、ポリマー材料を形成する方法は、閉ループインライン混合の使用を含むことができる。この場合、ポリマー材料は、閉ループインライン混合器内で生産されることができる。一例として、ＮＣＯ終端プレポリマーおよびポリアミン硬化剤から成るポリウレタン／ポリ尿素ハイブリッドが、閉ループインライン混合を使用して形成されることができる。上記の表１に記載されるもの等の所望の性質を有する高密度ポリマーフィルムが形成されることを確実にするために、真空が、溶解空気／窒素および残留水等の泡核形成剤を除去するために、３０分超にわたって２９ｉｎＨｇを上回ってＮＣＯ終端プレポリマーおよび／またはポリアミン硬化剤に加えられる。脱気が完了後、ＮＣＯプレポリマーおよびポリアミン硬化剤は、閉鎖混合ヘッドの中に持続的に注入され、そこで、高剪断および／または高圧衝突下、一緒に混成され、次いで、金型の中に吐出される。金型は、開放または閉鎖されることができ、真空を介したさらなる脱気が、閉鎖金型内の混合動作によって同伴された気泡を除去するために使用されることができる。
【００４８】
本開示の代替実施形態では、ポリマー材料は、エポキシを含む。これらの場合、エポキシ樹脂は、開放または閉鎖混合環境のいずれかにおいて、硬化剤と混成され、高密度ポリマー材料、例えば、エラストマまたは固体エラストマを生産する。エポキシ樹脂は、典型的に、ビスフェノールＡ、Ｆ、およびＳのエポキシド終端ジグリシジルエーテル、エポキシフェノールノボラック、脂肪族化合物、または脂環化合物から成る。硬化剤として、アミン（一級および二級）、無水物、フェノール、およびチオール等の活性水素化合物が挙げられる。
【００４９】
実施形態の他の側面によると、ポリマー材料は、ポリカーボネートを含む。これらの場合、ビスフェノールＡ誘導ポリカーボネートシート（例えば、Ｂａｙｅｒから市販され、Ｍａｋｒｏｌｏｎと呼ばれる）が、ラップ加工パッドの形状に切断されることができ、溝が、材料の表面内に形成されることができる。
【００５０】
本開示のさらに他の例示的実施形態によると、ポリマー材料は、１つ以上の熱可塑性物質を含む。例示的熱可塑性物質として、ポリスチレン、テレフタル酸ポリエチレン、芳香族ポリイミド、および芳香族ポリアミド（アラミド）等の芳香族含有ポリマーが挙げられる。例示的熱可塑性物質は、シート形態で利用可能であり、ラップ加工パッドに切断および機械加工されることができる。熱可塑性物質は、典型的に、シート形態に押出成形され、次いで、ラップ加工パッドの形状に切断される。溝が、材料の表面内に形成されることができる。
【００５１】
（ラップ加工媒体）
ラップ加工媒体は、本明細書に説明されるように、ポリマー材料を含むことができる。ラップ加工媒体は、表面上に溝を含むことができる。加えて、または代替として、ラップ加工媒体は、表面上に接着剤材料を含むことができる。さらに、ラップ加工媒体は、本明細書に説明されるように、単独で、または他のポリマー材料の層と組み合わせて、１つ以上の層もしくはシートのポリマー材料を含むことができる。
【００５２】
（実施例）
従来のプロセス（金属ラップ加工プレート）：銅プレート。アルミニウム基板上の０．５インチ厚銅ディスクが、１００ポンド超の総重量を有する。ワークピースと接触する銅ディスクは、深度０．２５ｍｍを伴う溝を示す。銅ディスクが摩耗するにつれて、溝が減少し、それは、表面に再導入される必要がある。銅ディスクを表面再加工することは、元々の溝をラップ加工で取り除き、ディスクを平坦化し、溝を再加工することから成り、典型的に、別の機械上で行われ、それは、プレートをその有効寿命全体を通して数回物理的に再配置する必要性を導入する。６０μｍ／時の除去率が、両面研磨およびダイヤモンドスラリーを使用して達成された。
【００５３】
実施例１：発泡体ポリマー材料。ポリウレタン／ポリ尿素ハイブリッド。ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＥＧ）ジオール、ジエチレングリコール（ＤＥＧ）、および重量あたり９．５％〜１０．５％のイソシアネート（ＮＣＯ）含有量を伴うトルエンジイソシアネートから調製された１００部のプレポリマーが、開放反応器タンク内でＣｏｗｌｅｓタイプ高剪断ブレードを用いて撹拌される。１．２部の５０〜１００ｃＳｔシリコーン流体が、空気が混合物中に同伴されるように、プレポリマーに添加され、高剪断条件下で混成される。３０．２部のメチレンビス−オルソクロロアニリンが、次いで、混合物に添加され、高剪断下で完全に混成され、次いで、開放金型の中に注がれる。混合物は、１５分にわたって室温で常温硬化させられ、次いで、６時間にわたって１２０℃で事後硬化される。結果として生じる高密度ポリウレタン／ポリ尿素ハイブリッド発泡体は、次いで、シートにスライスされ、溝パターンおよび感圧式接着剤（ＰＳＡ）が、適用される。ワークピースが、圧力：４．０３ｐｓｉ；上部プレートの速度：−１５ｒｐｍ；底部プレートの速度：４５ｒｐｍ；スラリータイプ：ＤＩ９００−Ｃ１（１２−２５μｍダイヤモンド粒子サイズ）；スラリー流率：８ｍＬ／分の条件を用いて、ＳｐｅｅｄＦＡＭ  ９Ｂを使用してラップ加工された。Ａ面サファイアワークピースの表面から９０μｍ／時の除去率が、達成された。
【００５４】
実施例２：発泡体ポリマー材料。エポキシ。ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、およびプロポキシル化トリエチレンテトラミンから成る、１００部のビス−フェノールＡタイプエポキシ樹脂および２０部のアミン混成物が、４０〜５０℃に加熱され、最短３０分にわたって、最小２９．５ｉｎＨｇで脱気される。２つの成分は、次いで、閉鎖ループ混合器内で低剪断分注器ヘッドを用いて混成される。このエポキシ混成物は、次いで、開放金型の中に吐出され、硬化するまで、粘度を構築させられる。鋳造物が、２４〜４８時間にわたって２０〜２５℃で硬化させられる。鋳造物は、次いで、ラップ加工パッドシートに機械加工され、次いで、溝パターンが、切断され、ＰＳＡが、塗布される。ワークピースが、圧力：４．０３ｐｓｉ；上部プレートの速度：−１５ｒｐｍ；底部プレートの速度：４５ｒｐｍ；スラリータイプ：ＤＩ９００−Ｃ１（１２−２５μｍダイヤモンド粒子サイズ）；スラリー流率：８ｍＬ／分の条件を用いて、ＳｐｅｅｄＦＡＭ  ９Ｂを使用してラップ加工された。Ａ面サファイアワークピースの表面から９０μｍ／時の除去率が、達成された。
【００５５】
実施例３：非発泡体ポリマー材料。ポリカーボネート。ポリカーボネートＢａｙｅｒ  Ｍａｋｒｏｌｏｎブランドのシート原料が、ラップ加工パッドに好適なシートに変換される。パッドは、次いで、ラップ加工パッドシートに機械加工され、溝パターンが、切断され、ＰＳＡが、塗布される。ワークピースは、圧力：４．０３ｐｓｉ；上部プレートの速度：−１５ｒｐｍ；底部プレートの速度：４５ｒｐｍ；スラリータイプ：ＤＩ９００−Ｃ１（１２−２５μｍダイヤモンド粒子サイズ）；スラリー流率：８ｍＬ／分の条件を用いて、ＳｐｅｅｄＦＡＭ  ９Ｂを使用してラップ加工された。Ａ面サファイアワークピースの表面から１３６μｍ／時の除去率が、達成された。
【００５６】
本開示の例示的実施形態が、本明細書に記載されるが、本開示は、そのように限定されないことを理解されたい。例えば、材料、媒体、装置、システム、および方法は、硬質表面材料のラップ加工に関連して説明されるが、本発明は、別様に記載されない限り、そのように限定されない。本明細書に記載される材料、方法、および媒体の種々の修正、変形例、ならびに改良が、本開示の精神および範囲から逸脱することなく行われることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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