KR100334597B1

KR100334597B1 - 세라믹 기판 및 그의 연마 방법

Info

Publication number: KR100334597B1
Application number: KR1019990009755A
Authority: KR
Inventors: 마스히로 나쯔하라; 히로히꼬 나까따; 모또유끼 다나까; 야스히사 유시오
Original assignee: 오카야마 노리오; 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 1998-03-24
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2002-05-02
Also published as: CA2266145C; US6500052B2; DE69917826D1; EP0945215B1; EP0945215A2; EP0945215A3; DE69917826T2; US20020025409A1; JPH11335158A; US6458444B1; CA2266145A1; KR19990078123A

Abstract

지립을 함유하며 변형 능력을 갖는 회전체(11)를 사용하여, 회전체(11)의 원주부에서 세라믹 기판(10)의 표면을 연마한다. 이 때, 세라믹 기판 (10)의 연마 방향 D₀과 회전체(11)의 회전 방향 D₁이 이루는 각도 θ를 10°내지 80°로 기울여서 연마를 실시한다. 또한, 연마 공정을 2 단계 이상으로 나누어, 지립의 평균 입경을 연마 단계별로 순차적으로 작게 하여 연마를 실시한다.

본 발명의 방법에 의하면, 대면적이면서 또한 비교적 얇은 세라믹 기판의 표면을, 파손 등을 발생시키지 않고 연마할 수 있어, 평활한 연마면을 갖는 세라믹 기판이 얻어진다.

특히, 이 연마 방법은 두께가 2.0 ㎜ 이하인 세라믹 기판(10)의 연마에 적합하며, 연마에 의해 얻어지는 세라믹 기판은 토너 화상 가열 정착 장치의 세라믹 히터용 기판으로서 적합하다.

Description

세라믹 기판 및 그의 연마 방법{Ceramic Substrate and Polishing Method Thereof}

본 발명은 표면 평활성이 우수한 연마면을 갖는 세라믹 기판 및 이 세라믹 기판의 연마 방법에 관한 것이며, 특히 복사기나 프린터 등과 같은 토너 화상의 가열 정착 장치에 사용되는 세라믹 기판 및 그의 연마 방법에 관한 것이다.

종래부터 세라믹을 각종 용도로 사용할 경우에는 일반적으로 세라믹 표면을 연마 또는 연삭하여 평활하게 하는 것이 요구된다. 세라믹 표면을 평활하게 하는 방법에 관해서는 종래부터 세라믹의 형상, 용도, 요구되는 평활도 등에 따라 다양한 방법이 검토 되고 있다.

세라믹의 일반적인 연마 방법으로서는 세라믹을 연마제와 함께 용기에 넣어서 회전 또는 진동시키므로써 연마하는 배럴 연마가 있다. 예를 들어, 일본 특허 공개 제83-192745호 공보에는 각주상의 연마제를 사용한 진동 배럴에 의한 세라믹 부품의 연마 방법이 개시되어 있다.

또한, 세라믹의 표면 가공 방법으로서는 상기 배럴 연마 이외에도 래핑 연마나 호닝 가공, 혹은 연삭 등의 방법이 있다. 이들 방법은 지석(砥石) 또는 지립(砥粒)을 사용하여 피가공물인 세라믹과의 사이에 압력을 가해 표면을 깎아내는 방법이다.

상기 종래의 일반적인 연마 또는 연삭 방법은 모두 비교적 소형으로 어느 정도의 두께가 있는 세라믹 부품의 가공에는 적합하나, 대면적이며 판의 두께가 비교적 얇은 세라믹 기판, 예를 들어 토너 화상 가열 정착 장치의 세라믹 히터에 사용되는 기판 등의 표면 평활화에는 부적합하였다.

예를 들어, 배럴 연마에서는 연마제가 회전 중 또는 진동 중에 얇은 세라믹 기판을 파괴한다는 결점이 있었다. 래핑 연마, 호닝, 연삭 등에는 사용하는 지립 또는 지석과 세라믹 기판 사이에 소정의 압력을 가하기 때문에 역시 세라믹 기판이 균열되기 쉽다는 결점이 있었다.

또한, 래핑 연마, 호닝, 연삭 등에서는 연삭으로 인한 표면의 얼룩을 없애기 위하여 미가공면에서 0.1∼0.2 ㎜ 정도 깎아 들어갈 필요가 있다. 이를 위하여 이 연마 부분을 예상하여 완성된 치수보다 두꺼운 세라믹 기판을 제조할 필요가 있어, 그 만큼 소재의 비용이 높아져버리는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 사정에 비추어, 예를 들어 토너 화상 가열 정착 장치의 세라믹 히터용 세라믹 기판과 같이 대면적이면서 또한 비교적 얇으며, 평활한 연마면을 갖는 세라믹 기판을 제공하는 것, 및 이러한 대면적이면서 또한 비교적얇은 세라믹 기판의 표면을 손상등을 시키지 않고 평활하게 연마하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 연마 전의 세라믹 기판의 표면 상태를 설명하기 위하여 그의 단면을 모식적으로 나타낸 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 연마 방법에 의해 연마 한 후의 세라믹 기판의 표면 상태를 설명하기 위하여 그의 단면을 모식적으로 나타낸 개략도이다.

도 3은 본 발명에 따른 연마 방법에 의해 회전체에서 세라믹 기판을 연마할 때의 세라믹 기판의 진행 방향과 회전체의 회전 방향과의 관계를 나타내는 개략 평면도이다.

도 4는 세라믹 히터를 사용한 토너 화상 가열 정착 장치를 나타내는 개략 단면도이다.

도 5는 토너 화상 가열 정착 장치에 사용되는 세라믹 히터를 나타내는 개략 평면도이다.

도 6은 질화알루미늄 소결체의 연마 전의 표면의 조도 곡선을 나타내는 그래프이다.

도 7은 도 6에 나타낸 질화알루미늄 소결체를 본 발명에 따른 연마 방법에 의해 연마한 후의 표면의 조도 곡선을 나타내는 그래프이다.

도 8은 도 6에 나타낸 질화알루미늄 소결체를 배럴 연마한 후의 표면의 조도 곡선을 나타내는 그래프이다.

도 9는 도 6에 나타낸 질화알루미늄 소결체를 래핑 연마한 후의 표면의 조도 곡선을 나타내는 그래프이다.

도 10은 도 6에 나타낸 질화알루미늄 소결체를 본 발명에 따른 연마 방법에 의해 다단계 연마한 후의 표면의 조도 곡선을 나타내는 그래프이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명이 제공하는 세라믹 기판의 연마 방법은 지립을 함유한 변형 능력을 갖는 회전체를 사용하고, 이 회전체의 원주부에서 세라믹 기판의 표면을 연마하는 것을 특징으로 한다. 이 연마 방법은 얇은 세라믹 기판에 효과적이며, 특히 두께가 2.0 ㎜ 이하의 세라믹 기판의 연마에 적합하다.

이 세라믹 기판의 연마 방법에 있어서는, 세라믹 기판의 연마 방향에 대하여 회전체의 회전축과 직교하는 방향을 10°내지 80°로 기울여서 연마하는 것이 바람직하다. 이것은 그 각도가 10°보다 더 작은 경우 또는 80°보다 큰 경우에는 지립에 의해 세라믹 기판에 직선상의 연마 흔적이 형성되어 상대적으로 표면의 조도가 커져버리기 때문이다.

또한, 연마 공정을 2단계 이상으로 나누어, 회전체에 함유되는 지립의 평균 입경을 연마 단계별로 순차적으로 작게 하면서 연마하여도 좋다.

상기의 연마 방법에 의해 얻어지는 세라믹 기판은 적어도 한쪽 표면이 연마된 연마면을 가지며, 이 연마면이 거의 평면상인 부분과 이 평면상의 부분 사이에 남는 오목부로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

이러한 세라믹 기판은, 예를 들면 토너 화상 가열 정착 장치에 사용되는 세라믹 히터의 기판과 같이 대면적이면서 또한 판의 두께가 비교적 얇은 세라믹 기판에 적합하다. 또한 여기에서 말하는 연마면의 평면상의 부분에는 미시적으로 미소한 요철부도 포함된다.

본 발명의 상기한 것 이외의 여러 목적은, 첨부 도면을 바탕으로 한 본 발명의 상세한 설명과 특허 청구의 범위에 지적한 그 신규성의 기재로 명료해 질 것이다.

본 발명에서는 세라믹 기판의 표면을 지립을 함유한 변형 능력을 갖는 원주상 또는 원반상의 회전체 원주부에서 연마한다. 회전체는 지립을 가질 수 있으며 변형 능력을 갖는 것이라면 좋으며, 예를 들면 직포나 부직포, 플라스틱 발포체(발포 플라스틱 또는 스폰지), 고무 발포체(스폰지 고무) 등이 적합하다. 이러한 회전체를 구성하는 물질은 종래의 연마 지석 또는 배럴 연마의 연마재와 비교하여 압력에 대하여 매우 변형되기 쉬운 물질이다.

또한, 회전체에 유지하는 지립으로서는 종래부터 사용되고 있는 알루미나 또는 탄화규소등의 지립을 사용할 수 있다.

통상, 소결체로 이루어지는 세라믹 기판의 표면에는 도 1에 모식적으로 나타내는 바와 같이 오목부(10ａ)와 볼록부(10ｂ)가 존재하며, 그 요철의 진폭이 최대 10 ㎛를 초과하는 경우가 있다. 이와 같은 커다란 요철의 표면을 갖는 질화알루미늄 소결체의 사례로서, 일본 공업 규격(JIS R 1600)을 바탕으로 한 연마전의 중심선 평균 조도 Ra의 값이 0.78 ㎛이며, 동 규격에 의한 최대 높이 R_최대의 값이 9.7 ㎛인 소결체 표면의 조도 곡선을 도 6에 나타낸다.

본 발명의 연마 방법에 의하면, 회전체가 변형 능력을 갖기 때문에 회전체의원주부를 세라믹 기판에 대고 눌렀을 때, 원주부가 중심 방향으로 변형된다. 이 때문에, 도 1에 모식적으로 나타낸 세라믹 기판(10)의 오목부(10a)와 볼록부(10b) 중에서 볼록부(10b)만이 연마된다.

그 결과 얻어지는 연마면은 미시적으로 보아 도 2에 모식적으로 나타낸 바와 같이, 거의 평면상의 부분(10c)과 그 평면상의 부분(10c) 사이에 남는 오목부 (10a)로 구성되며, 그 결과 적은 연마량으로도 요철 진폭이 작은 비교적 평활한 연마면이 얻어진다. 도 7은 상기 도 6의 표면 조도를 갖는 질화알루미늄 소결체의 표면을 본 발명에 따른 연마 방법으로 #320 메쉬 통과의 알루미나(Al₂O₃)계 세라믹으로 이루어지는 지립을 갖는 회전체에서 연마하였을 때의 연마 후 표면의 조도 곡선이다. 이 경우, 표면의 조도가 중심선 평균 조도 Ra의 값으로0.34 ㎛이며, 최대 높이 R_최대의 값이 5.4 ㎛로 되어 있다.

또한, 「#320 메쉬」라는 것은 길이 2.54 cm(1 인치)를 320 분할한 눈금의 크기를 갖는 메쉬를 의미한다. 실제 메쉬의 눈금의 크기는 2.54 cm(1 인치)를 320으로 나눈 값에서 메쉬를 형성하고 있는 와이어 지름을 뺀 값이 된다. 이하에 말하는 #80 메쉬, #150 메쉬, #600 메쉬 및 #1000 메쉬에 대해서도 마찬가지이다.

이러한 본 발명에 따른 연마 방법에 대하여, 종래의 배럴 연마에서는 볼록부를 주로 깎아 내지만, 동시에 오목부도 깎아내어지기 때문에, 전체적으로 볼록부와 오목부의 형상이 둥글게 연마된다. 또한, 래핑 연마, 호닝 및 연삭에서는 표면의 요철에 관계없이 면 전체가 깎아내어지는데, 얻어진 연마면에는 경질의 지립 등에의한 연마 흔적이 남기 때문에 미시적으로 보아 진폭의 폭이 좁은 오목부와 볼록부가 다수 존재하고 있다.

이러한 연마면의 한 예로서, 도 8에서는 배럴 연마품, 그리고 도 9에서는 래핑 연마품의 조도 곡선을 나타낸다. 도 8의 조도 곡선은 도 6에 나타내는 질화알루미늄 소결체의 표면을 #320의 GC(그린카본(Green Carbon)) 배럴석중에서 배럴 연마한 것이다. 도 9의 조도 곡선은 같은 정도의 조도를 갖는 GC 지석으로 래핑 연마한 것이다.

상술한 도 7의 본 발명에 따른 연마 방법에 의한 연마면과, 도 9의 배럴 연마면과 대비하여 알 수 있는 바와 같이, 양쪽 모두 원래 소결체의 볼록부를 깎아낸 형태의 연마면이더라도 그의 양상은 상당히 다르다. 즉, 본 발명에 따른 연마 방법에 의해 볼록부가 연마된 평면상 부분의 폭(조도 곡선의 횡축 방향의 폭)은 배럴 연마의 경우의 그것과 비교하여 작다는 것을 알 수 있다. 또한, 배럴 연마에서는 오목부도 그 깊이가 얕게 되어 있다는 것을 알 수 있다.

또한, 종래의 연마 방법인 배럴 연마나 래핑 연마에서는 세라믹 기판과 지립 또는 지석이 주로 점접촉이 되기 때문에, 세라믹 기판에 국부적으로 커다란 압력이 가해진다. 이 부하 압력이 크면, 세라믹 기판의 모서리부가 망가지거나, 둥글게 되거나, 또는 모서리부에 결손이 생기기 쉬우며, 나아가 기판이 비교적 얇은 경우에는 기판에 균열이 생기는 등, 국부적인 압력 집중으로 인해 손상이 발생되기 쉽다. 또한, 통상의 연삭에서는 연삭 얼룩을 피하기 위해 두께 방향으로 0.1 ∼ 0.2 ㎜ 정도 연삭하므로 원료의 손실이 매우 커진다.

한편, 본 발명에 따른 연마 방법에서 사용하는 회전체는 변형 능력을 가지며, 연마시에 소정의 압력을 가하여 세라믹 기판에 대고 눌렀을때, 회전체 자체가 용이하게 변형되기 때문에 세라믹 기판과의 접촉이 면접촉하게 된다. 이 때문에 연마면의 압력이 세라믹 기판내의 각 부분에 분산되어 국부적인 압력의 집중이 일어나지 않으므로 세라믹 기판에 거의 손상을 입히는 일이 없다.

따라서, 본 발명의 연마 방법에서는 연마면의 넓은 부분에 압력을 비교적 균등하게 분산시켜 연마할 수 있으므로, 기판 모서리부가 망가지거나, 둥글게 되거나, 나아가 그 부분의 결손 또는 균열등의 형태 붕괴는 물론이고, 기판 그 자체의 균열을 방지할 수 있어, 특히 대면적이면서 두께가 얇은 세라믹 기판, 구체적으로는 두께가 0.2 ㎜ 이하의 세라믹 기판 연마에 적합하다. 또한, 회전체의 변형과 균일한 지립의 분산으로 인하여, 연마 얼룩의 발생이 적어지고 원료의 손실이 거의 발생하지 않는다.

본 발명의 연마 방법에 있어서는, 연마 공정을 다단계로 나누어 연마하고 그 연마 단계별로 순차로 사용하는 회전체에 함유되는 지립의 평균 입경을 작게 함으로써 얻어지는 연마면의 표면 조도를 보다 더 작게 할 수가 있다. 즉, 우선 평균 입경이 커다란 지립을 갖는 회전체로 연마한다. 이 경우, 지립의 평균 입경이 크기 때문에 연마하는 힘도 커져 기판 표면에 존재하는 커다란 볼록부가 제거된다. 그 후, 이전의 연마 단계에서 사용한 지립보다도 평균 입경이 작은 지립을 유지한 회전체를 사용하여 순차 연마를 반복한다.

예를 들면, 회전체에 포함되는 지립의 입경을 처음에는 #80 메쉬 통과로하고, 그 후에 순차적으로 #150 메쉬 통과, #320 메쉬 통과로 작게 함으로써 이전의 연마 단계로는 제거할 수 없었던 작은 볼록부를 차례로 제거할 수 있다.

도 10은 이렇게 지립의 입경을 순차적으로 작게 한 회전체를 사용하여, 상기 도 6에 나타낸 표면 상태의 질화알루미늄 소결체를 다단계 연마하여 마무리할 때의 표면 조도 곡선이며, 표면의 조도가 중심선 평균 조도 Ra의 값이 0.16 ㎛ 이며, 최대 높이 R_최대의 값이 1.5 ㎛로 되어 있다. 이와 같이 다단계 연마에 의하면, 변형 능력이 있는 회전체에 의해 연마면의 손상을 미연에 방지하면서, 연마면의 표면 조도을 더욱 작게 할 수가 있다.

또한, 연마시에는 세라믹 기판을 이동시키면서 그 표면을 회전하고 있는 회전체에 접촉시킨다. 이때, 도 3에 나타내는 바와 같이 세라믹 기판(10)의 연마 방향 D₀에 대하여 회전체(11)의 회전축과 직교하는 방향(회전방향) D₁을 기울여서 연마하는 것이 바람직하다. 연마 방향 D₀과 회전방향 D₁이 동일한 경우, 지립에 의한 연마 흔적이 직선상으로 세라믹 기판(10)에 형성되기 때문에 상대적으로 표면 조도가 커진다. 한편, 연마 방향 D₀과 회전방향 D₁에 소정의 각도 θ가 형성되어 있을 경우에는, 직선 상의 연마 흔적은 형성되지 않아 보다 매끄러운 연마면을 얻을 수가 있다. 각도 θ로서는 10°내지 80°가 바람직하며, 30°내지 60°의 범위가 더욱 바람직하다.

이상에서 기술한 본 발명의 연마 방법에 의해 얻어지는 세라믹 기판의 연마면은 평면상의 부분과 그 사이에 남는 오목부로 구성된다. 또한, 그 평면상의 부분은 미시적으로 보아 평균 폭이 수 ㎛ 내지 50 ㎛ 정도이며, 표면을 향해 볼록한 0.2 ㎛ 이하의 돌기상(미소 요철부)을 포함한 평면부인 것이 바람직하다.

연마의 대상이 되는 세라믹 기판은 특별히 한정되지 않으며, 알루미나, 질화알루미늄, 질화규소 등이면 좋다. 특히, 질화알루미늄 기판은 통상 수 ㎛ 정도의 입자로 형성되어 있기 때문에 이 입자가 연마시의 응력에 따라 탈락되는 일이 많아, 종래의 연마 방법으로는 평활한 연마면을 얻기 어려웠으나, 본 발명에 의한 연마 방법에서는, 연마면에 대한 압력이 분산되기 때문에 응력의 집중에 의한 탈락을 방지할 수가 있어 보다 더 평활한 연마면을 얻을 수가 있다.

또한, 본 발명의 연마 방법으로 얻어진 연마면은 상기한 바와 같이 거의 평면상의 부분과 그 사이에 남는 오목부로 구성되며, 볼록부의 높이가 작아 보다 요철 진폭이 작은 비교적 평활한 면이 되기 때문에, 다른 물질 및(또는) 물체와 접동하는 접동면으로 이용한 경우, 적절한 접동 특성을 나타낸다. 또한, 접동시의 상대 재료의 회전 또는 이동 방향을 연마시 회전체의 회전 방향(일정)으로 일치시키거나 또는 가까이 하게 하여 세라믹 기판을 배치시킴으로써 상대 재료와의 마찰 저항을 적게 할 수 있어, 더 한층 양호한 접동 특성을 얻을 수 있다.

본 발명 세라믹 기판의 연마면 접동 특성은 상대 재료와의 접동시에 그 볼록부의 높이가 작은 거의 평면상의 부분이 상대 재료와 접촉하기 때문에 상대 재료와의 마찰 저항이 작으며, 그 상대 재료로의 공격성도 경미하기 때문에 특히 접동의 상대 재료가 세라믹 기판보다도 연질인 경우에 효과적이다. 예를 들면, 토너 화상의 가열 정착 장치에 사용하는 세라믹 히터는 내열성 수지 필름과 접동하므로, 이세라믹 히터의 기판으로서 본 발명에 따른 세라믹 기판을 사용하면 특히 효과적이다. 그 접동 특성 향상을 위해서는, 연마면의 오목부를 완전히 없애는 것이 보다 바람직하다. 그러나, 그 경우에는 연마에 필요한 시간이 길어지게 되기 때문에, 생산성이 저해되지 않도록 연마 시간을 설정할 필요가 있다.

또한, 토너 화상 가열 정착 장치는 도 4에 나타낸 바와 같이, 세라믹 히터(1)를 수지제의 지지체(2)에 부착하고, 이 지지체(2)의 외주부에 내열성 수지 필름(3)을 회전 가능하게 설치하고, 내열성 수지 필름(3)을 협지하여 가압 롤러(4)를 세라믹 히터(1)와 대향시켜 배치되어 있다. 미정착의 토너 화상(6a)을 갖는 전사재(5)는 가압 롤러(4)와 내열성 수지 필름(3) 사이에 협지되어 일정 속도로 반송되고, 가압 롤러(4)에 의한 가압과 세라믹 히터(1)에 의한 가열에 의해 토너 화상(6b)이 전사재(5)에 정착되도록 되어 있다.

<실시예 1>

Al₂O₃, AlN, Si₃N₄의 각 세라믹 원료 분말에 소결 보조제를 첨가하고, 유기 용제, 결합제를 더 첨가하여 볼 밀 혼합을 행하여 각각 슬러리를 제조하였다. 얻어진 각 슬러리를 닥터 블레이드법으로 시이트로 만들고, 소정의 형상으로 절단한 후, 질소 분위기 중 900 ℃에서 탈지시켰다. 다시, 비산화성 분위기 중에서 각각의 세라믹에 최적인 온도로 소결하여 세라믹 기판으로 하였다.

구체적으로는, Al₂O₃원료 분말에 소결 보조제로써 CaO, SiO₂, MgO를 각각 5.0 중량% 첨가하고, 그 성형체를 공기 중 1800℃에서 소결하여 Al₂O₃기판으로 하였다. 또한, AlN 원료 분말에 소결 보조제로서 Y₂O₃을 3.0 중량% 첨가하고, 그 성형체를 질소 중 1820 ℃에서 소결하여 AlN 기판으로 하였다. 또한, Si₃N₄원료 분말에 소결 보조제로서 Y₂O₃를 5.0 중량%, Al₂O₃를 2.0 중량% 첨가하고, 그 성형체를 질소 중 1700 ℃에서 소결한 후, 1800 ℃에서 100 MPa의 고온 등압 압축 성형(HIP) 처리를 하여 Si₃N₄기판으로 하였다.

이렇게 하여 얻어진 각 세라믹 기판의 시료로서, 상기한 세라믹종과 그 기판 치수(세로×가로×두께 mm), 및 연마 전의 표면 조도(중심선 평균 조도) Ra(㎛)의 값을 하기 표 1과 같이 바꾼 것을 준비하였다. 또한, 시험 제조한 시료 1번 내지 6번의 Al₂O₃기판, 시료 7번 내지 12번의 AlN 기판, 및 시료 13번 내지 18번의 Si₃N₄기판의 3점의 휨 강도는 순서대로 350 MPa, 350 MPa 및 900 MPa였다.

시료 번호	세라믹	기판 치수( ㎜ )	표면의 조도Ra ( ㎛ )
1	Al₂O₃	30×30×0.5	0.42
2	Al₂O₃	30×30×0.3	0.42
3	Al₂O₃	100×100×0.5	0.42
4	Al₂O₃	100×100×0.3	0.42
5	Al₂O₃	300×100×2.0	0.42
6	Al₂O₃	300×100×2.5	0.42
7	AlN	30×30×0.5	0.85
8	AlN	30×30×0.3	0.86
9	AlN	100×100×0.5	0.79
10	AlN	100×100×0.3	0.90
11	AlN	300×100×2.0	0.83
12	AlN	300×100×2.5	0.88
13	Si₃N₄	30×30×0.5	0.75
14	Si₃N₄	30×30×0.3	0.64
15	Si₃N₄	100×100×0.5	0.66
16	Si₃N₄	100×100×0.3	0.66
17	Si₃N₄	300×100×2.0	0.69
18	Si₃N₄	300×100×2.5	0.70

상기 표 1의 각 시료에 대해서 통상의 진동 배럴 연마와 래핑 연마, 및 본 발명에 따른 연마 방법에 의해 연마를 행하였다. 배럴 연마에서는 직경 5.0 mm의 알루미나제 볼의 연마재와 용기 직경 1 m의 진동 배럴 장치를 사용하여 60 Hz로 진동시켰다. 래핑 연마에서는 #600의 다이아몬드 지석을 사용하였다. 또한, 본 발명의 방법에 의한 연마 방법에서는 나일론제 부직포로 이루어지는 직경 300 mm의 회전체에 #150 메쉬 통과의 알루미나 지립을 갖게 하고, 이 회전체를 사용하여 회전 속도 1000 회전/분으로 건식 연마하였다. 또한, 각 연마 후의 세라믹 기판의 두께는 연마에 의한 두께의 감소를 0.02 mm 이내로 억제하여, 표 1의 표시 치수에 나타낸 두께를 목표로 하였다.

상기의 각 연마 방법에 의해 얻어진 세라믹 기판에 대해서, 연마 후의 표면조도(중심선 평균 조도) Ra(㎛) 및 연마에 의한 원료 손실(중량%)을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 또한, Si₃N₄기판의 각 시료는 Al₂O₃기판 및 AlN 기판의 각 시료에 비하여 휨 강도가 크기 때문에 어떠한 연마 방법에서도 기판의 손상은 비교적 적었다.

시료 번호	래핑 연마	배럴 연마	본 발명의 방법
시료 번호	연마 후 Ra( ㎛ )	원료 손실(wt%)	연마 후 Ra( ㎛ )	원료 손실(wt%)	연마 후 Ra( ㎛ )	원료 손실(wt%)
1	0.31	41	0.25	0.3	0.32	0.1
2	기판 균열	-	모서리 결손	0.5	0.30	0.1
3	0.31	40	기판 균열	-	0.31	0.1
4	기판 균열	-	기판 균열	-	0.31	0.1
5	0.33	21	기판 균열	-	0.29	0.1
6	0.32	17	0.28	0.3	0.27	0.1
7	0.39	42	0.28	0.3	0.29	0.1
8	기판 균열	-	모서리 결손	0.4	0.31	0.1
9	0.36	39	기판 균열	-	0.29	0.1
10	기판 균열	-	기판 균열	-	0.30	0.1
11	0.40	20	기판 균열	-	0.23	0.1
12	0.39	17	0.26	0.2	0.24	0.1
13	0.37	40	0.27	0.2	0.31	<0.1
14	0.35	35	0.26	0.2	0.32	<0.1
15	0.38	39	0.27	0.2	0.31	<0.1
16	기판 균열	-	기판 균열	-	0.30	<0.1
17	0.34	22	모서리 결손	-	0.28	<0.1
18	0.35	18	0.24	0.2	0.27	<0.1

이상의 결과로부터, 배럴 연마 및 래핑 연마에서는 두께가 얇고 대형인 기판에 균열 및 결손이 발생한 것에 대해서, 본 발명에 의한 연마 방법에서는 기판의 균열은 물론, 모서리부의 망가짐, 둥그스름, 결손 등은 발생하지 않으며, 양호한 표면 조도를 얻을 수 있었다. 특히 질화규소 기판에서는 다른 연마 방법에 비하여 우수한 표면 조도를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다.

또한, 연마에 의한 세라믹 기판의 원료 손실을 비교하면, 본 발명의 방법에따른 연마 방법에서는 연마에 의한 세라믹 기판의 두께 감소는 고작 4 내지 6 ㎛ 정도이기 때문에 원료 손실은 거의 없었다. 이에 대해서, 종래의 연마 방법에서는 원료 손실이 크고, 특히 래핑 연마에서는 매우 원료 손실이 크다는 것을 알수 있었다.

<실시예 2>

상기 실시예 1의 시료(10)의 AlN 기판을 사용하여 다단계 연마에 의한 표면 조도의 향상에 대해서 검토하였다. 즉, 어느 단계의 연마도 나일론 부직포로 이루어지는 직경 300 mm 회전체에 알루미나 지립을 갖게 하고, 회전 속도 1000 회전/분으로 건식에 의해 연마하였다. 다단계 연마 방법으로서는 우선 최초로 #150 메쉬 통과의 지립을 함유하는 회전체를 사용하고, 그 후, 지립의 입경을 #320 메쉬 통과, #600 메쉬 통과 및 #1000 메쉬 통과로 차례로 작게하여 연마하였다. 각 단계에서 얻어진 기판의 표면 조도(중심선 표면 조도) Ra를 측정하여, 그 결과를 연마 후 표면 조도로서 하기 표 3에 나타내었다.

또한, 비교하기 위하여, 마찬가지로 시료 (10)의 AlN 기판에 대해서 입경이 각각 #320 메쉬 통과, #600 메쉬 통과, #1000 메쉬 통과의 알루미나 지립을 함유하는 회전체에서 연마한 후, 앞의 연마 보다도 지립의 입경을 크게 하여, 즉 각각 #150 메쉬 통과, #320 메쉬 통과, #600 메쉬 통과의 알루미나 지립을 함유하는 각 회전체로 재연마하였다. 얻어진 각 기판의 표면 조도(중심선 평균 조도) Ra를 측정하여, 그 결과를 재연마 후 표면 조도 Ra로서 하기 표 3에 나타내었다.

지립 입경	연마 전의 표면의 조도Ra ( ㎛ )	연마 후의 표면의 조도Ra ( ㎛ )	재연마 후의 표면의 조도Ra ( ㎛ )
#150	0.90	0.30	-
#320	0.30	0.21	0.28
#600	0.21	0.15	0.20
#1000	0.15	0.12	0.15

이상의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 다단계 연마에 있어서는 차례로 전단계의 연마보다도 입경이 작은 지립을 포함하는 회전체를 사용하여 연마함으로써, 연마면의 표면 조도를 보다 더 향상시킬 수 있다.

<실시예 3>

상기 실시예 1의 시료(10)의 AlN 기판을 사용하고, AlN 기판의 연마 방향과 회전체의 회전 방향이 이루는 각도 θ를 바꾸어 각각 연마를 행하여, 얻어지는 연마면의 표면 조도에 대한 각도 θ의 영향에 대해서 검토하였다. 또한, 사용한 회전체가 #150 메쉬 통과의 알루미나 지립을 포함하는 것 이외는, 실시예 1과 동일한 연마 조건을 채용하였다.

각도θ(°)	연마 전의 표면의 조도Ra ( ㎛ )	연마 후의 표면의 조도Ra ( ㎛ )
0	0.90	0.30
5	0.90	0.29
10	0.90	0.24
30	0.90	0.18
45	0.90	0.16
60	0.90	0.17
80	0.90	0.25
90	0.90	0.32

상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 회전체의 회전 방향과 기판의 연마 방향이 이루는 각도 θ를 변경함으로써, 연마면의 표면 조도가 변화하고, 이 각도 θ가 0°(평행) 및 90°(직각)인 경우에 비하여 각도 θ를 10°내지 80°의 범위, 더욱 바람직하게는 30°내지 60°의 범위로 설정함으로써, 연마 후의 AlN 기판의 표면 조도(중심선 평균 조도) Ra의 값이 현저히 작아지는 것을 알 수 있었다.

<실시예 4>

상기 실시예 1과 마찬가지로하여, 길이 300 mm, 폭 10 mm, 두께 1.0 mm의 AlN 기판과, 길이 100 mm, 폭 300 mm, 두께 1.3 mm의 AlN 기판을 각각 제조하였다. 이러한 각 AlN 기판에 대해서 각각 아래와 같은 연마를 실시하였다.

우선, 두께 1.0 mm의 AlN 기판에는 다단계 연마에 의해 SiC 지립을 유지한 직경 400 mm인 나일론 스폰지의 회전체를 사용하고, 회전 속도 800 회전/분으로 회전체에 물을 뿌리면서 습식으로 연마를 실시하였다. 즉, 회전 방향과 연마 방향이 이루는 각도 θ를 30°로 하고, 지립의 입경을 #150 메쉬 통과에서 순차적으로 #320 메쉬 통과, #600 메쉬 통과, #1000 메쉬 통과로 변화시켜 다단계 연마를 실시하였다.

한편, 두께 1.3 mm의 AlN 기판에는 래핑 연마에 의해 두께 1.0 mm까지 연마를 행하여, 길이 300 mm 및 폭 10 mm의 크기로 절단하였다.

연마 후의 각 AlN 기판을 사용하여 도 5에 나타낸 토너 화상 가열 정착 장치에 사용하는 세라믹 히터(1)를 각각 제작하였다. 즉, 각 세라믹 기판(1a)의 연마면에 스크린 인쇄에 의해 Ag-Pd 페이스트로 발열체(1b)를, 그리고 Ag 페이스트로 전극(1d)을 각각 형성한 후, 대기 중 880 ℃에서 소성하였다. 그 후, 발열체(1b)상에 유리 페이스트를 스크린 인쇄로 도포하고, 대기 중 700 ℃에서 소성하여 보호막(1c)을 형성하였다.

얻어진 각 세라믹 히터(1)를 도 4에 나타낸 바와 같이, 연마면이 접동면이 되도록 토너 화상 가열 정착 장치에 부착하여 그 내구성을 확인하였다. 내구성 시험은 세라믹 히터(1)의 온도를 180 ℃로 설정하고, 가압 롤러(4)와 내열성 수지 필름(3)의 회전수를 40 회전/분으로 설정하여 행하였다.

그 결과, 본 발명에 따른 연마 방법에 의해 연마한 AlN 기판을 사용한 세라믹 히터에서는 1000 시간이 경과한 후에도 내열성 수지 필름과 히터 사이에 탈락된 AlN 입자 등의 존재도 확인되지 않았고, 양호한 접동성이 확보되어 내구성 시험 개시때와 비교하여 내열성 필름의 회전 속도에 변화는 없었다.

한편, 래핑 연마된 AlN 기판을 사용한 세라믹 히터에서는 내구성 시험 개시 후 150시간 만에 내열성 수지 필름의 회전이 정지하였다. 따라서, 내열성 수지 필름과 히터의 접동면을 관찰한 결과, 탈락된 AlN 입자의 존재가 확인되었고, 이것이 접동성을 저해하여 내열성 수지 필름의 회전이 정지된 것이라고 생각된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 두께가 얇고 대면적인 세라믹 기판을 균열 등의 손상이 생기지 않게 간단하고도 저가로 연마하여, 평활성이 우수한 연마면을 얻을 수 있으며, 그 중에서도 탈락되기 쉬운 질화알루미늄 기판 연마에 적합하다. 특히, 본 발명에 따른 연마 방법에 의해 연마된 질화알루미늄 기판은 토너 화상 가열 정착 장치의 세라믹 히터용 기판으로서 적합하다.

본 발명에 따라 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시적인 것이며 제한적인것은 아니다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라, 특허 청구의 범위에 의해 나타나고, 특허 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.

Claims

두께가 2.0 mm 이하이고, 적어도 한쪽 주표면이 연마된 연마면을 가지며, 이 연마면이 거의 평면상의 부분(10c)과 이 평면상의 부분(10c) 사이에 남는 오목부(10a)로 구성되고, 상기 연마면의 표면 조도가 0.35 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 세라믹 기판(10).
제1항에 있어서, 상기 세라믹 기판(10)이 질화알루미늄으로 이루어지는 것인 세라믹 기판(10).
제1항에 있어서, 상기 평면상의 부분(10c)이 미시적으로 미소한 요철 부분을 포함하는 것인 세라믹 기판(10).
제1항에 있어서, 상기 세라믹 기판(10)이 토너 화상 가열 정착 장치에 사용되는 세라믹 히터의 기판(1)인 세라믹 기판(10).
지립(砥粒)을 함유한 변형 능력을 가진 회전체(11)를 사용하고, 이 회전체(11)의 회전축이 연마방향과 교차하는 상태에서 이 회전체(11)의 원주부에 의해 두께 2.0 mm 이하의 세라믹 기판(10)의 한쪽 주표면을 연마하는 것을 특징으로 하는 세라믹 기판의 연마 방법.
제5항에 있어서, 상기 세라믹 기판(10)의 연마 방향에 대하여 회전체(11)의 회전축과 직교하는 방향을 10°내지 80°로 기울여서 연마하는 방법.
제5항에 있어서, 연마 공정을 2 단계 이상으로 나누어 회전체(11)에 함유되는 지립의 평균 입경을 연마 단계별로 순차적으로 작게 하면서 연마하는 방법.
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