(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロカプセルと砥粒と高分子結合剤とを分散懸濁した溶液中において同符号の電荷を有するように為し、該溶液中に陽極及び陰極を設けて、その間に電場を印加することにより電気泳動現象を利用して電極上にマイクロカプセルと砥粒とからなり、砥粒が実質的に凝集していない砥粒層を形成する工程を含むことを特徴とする砥粒工具の製造方法。
【請求項２】
マイクロカプセルと砥粒と高分子結合剤とを分散懸濁した溶液中において同符号の電荷を有するように為し、該溶液中に陽極及び陰極を設けて、その間に電場を印加することにより電気泳動現象を利用して電極上にマイクロカプセルと砥粒とからなり、砥粒が実質的に凝集していない砥粒層を形成する工程、および、該砥粒層形成後に該砥粒層を乾燥する工程を含むことを特徴とする砥粒工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン、ガラス等の硬脆材料や鉄鋼、アルミニウム等の金属材料を研削、研磨加工するための砥粒工具の製造方法に関する。殊に、本発明の方法では、その製造に際して砥粒とマイクロカプセルとを併用し電気泳動現象を利用することから、マイクロカプセルの破壊が無く、かつ砥粒が電荷を帯ており、粒子同士が電気的に反発するため凝集がなく、分散状態の良好なものが得られるという利点を有する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロカプセルとは、その中に固体、液体及び気体のいずれをも内包できる微小な容器である。そこで、この容器の特徴を活かして、砥粒工具に応用した技術として、例えば、特開昭５８−２１１８６０号公報、特開平７−１５６０６８号公報或いは特開平７−２２７７６５号公報が挙げられる。先ず、特開昭５８−２１１８６０号公報には砥粒工具の結合剤となる樹脂との相溶性を高めるために、弗化黒鉛を樹脂により被覆してカプセル化を行っている。ここで、弗化黒鉛は潤滑効果が利用目的である。また、特開平７−１５６０６８号公報或いは特開平７−２２７７６５号公報ではレジンボンド砥石において、可溶性粒子を内包したカプセルの添加を施していて、その添加目的は砥石面のチップポケットの形成による砥石の目詰まりの抑制と研磨下降抵抗の低減を狙ったものである。砥粒工具へ添加するマイクロカプセル内に工作物に対し、化学的作用を及ぼす物質を含有せしめることにより、加工品位及び加工効率を向上せしめることも可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方において、マイクロカプセルは、例えば、１８０℃以上の高温度や高圧の条件下ではカプセル壁が破壊されるという特質がある。従って、一般的なレジンボンド砥石の作製法である焼結法（ホットプレス法）を用いることは不可能であって、焼結法では砥石成形時にカプセル壁が破壊されてしまい、砥石結合剤内にカプセルを添加することはできない。
【０００４】
他方において、砥粒が凝集し易いと言う性質がある。最近では、ナノメータのオーダの表面粗さにまで仕上げる超精密加工が求められ琉用になって来ているが、この条件を満たすためには粒径がミクロンオーダ或いはミクロン以下のサイズの微細砥粒が必要となる。ところが、このような微細砥粒は粒子同士が凝集し易く、一般的な砥石製造法である結合剤と砥粒とを機械的に混合する製造方法では砥粒の凝集を回避できない。従って、砥粒が如何に微細であっても、凝集が起これば研磨加工面にスクラッチが発生することを避けることは不可能となる。
【０００５】
上記の耐熱性に欠ける性質や砥粒が凝集し易い性質はいずれも欠点であって、これらの問題を解決する必要がある。
砥粒及びマイクロカプセルを、電気泳動現象を利用して、均質かつ微細分散せしめ、超精密研磨に供し得る砥石を提供することを目的とする。
【０００６】
【解決するための手段】
本発明は、上記の問題を解決するために為されたものであって、請求項１の発明は、マイクロカプセルと砥粒と高分子結合剤とを分散懸濁した溶液中において同符号の電荷を持つように為し、該溶液中に陽極及び陰極を設けて、その間に電場を印加することにより電気泳動現象を利用して、電極上にマイクロカプセルと砥粒とからなり砥粒が実質的に凝集していない砥粒層を形成する工程を含むことを特徴とする。このように電気泳動法を利用し、個々のマイクロカプセルや砥粒が電気的に相互反発する現象を有効に利用して、凝集のない、良好な分散状態を造り、マイクロカプセルが破壊されていない安定した砥粒層を形成した点に、本発明の中核的技術が存すると云える。
【０００７】
また、請求項２の発明は、マイクロカプセルと砥粒と高分子結合剤とを分散懸濁した溶液中において同符号の電荷を有するように為し、該溶液中に陽極及び陰極を設けて、その間に電場を印加することにより電気泳動現象を利用して、電極上にマイクロカプセルと砥粒とからなり砥粒が実質的に凝集していない砥粒層を形成する工程、および、該砥粒層形成後に該砥粒層を乾燥する工程を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、結合剤中に砥粒及びマイクロカプセルを添加するが、必要に応じて、固体潤滑剤等の添加剤も併せて含有せしめてもよい。
【００１０】
またマイクロカプセルは、加工時に加工圧力や加工熱によって、その壁材が破壊され、含有物を外部に放出し、工作物に対し化学的作用をもたらすことができる。
本発明に使用される砥粒としては、ダイアモンド、ＣＢＮ、アルミナ、炭化珪素、シリカ等のいずれの研磨粒子も使用可能である。これらの内でも水溶液中・水分散液中で電荷を有するコロイダルシリカやコロイダルセリアが好ましい。
【００１１】
【作用】
本発明の砥粒工具の製造方法によれば、砥粒工具内にマイクロカプセルが分散配合されている砥粒工具を製造することが出来る。この砥粒工具は、加工時に工作物との接触によってマイクロカプセル壁が破壊され、該マイクロカプセルから工作物に対し化学的作用を及ぼす物質や潤滑作用を高める物質が放出されたり、或いは発泡等の界面活性化機能を有する物質が工作物に気泡形成等の作用を及ぼす。これらの作用は加工能率の向上や加工面の品位の向上をもたらす。
【００１２】
砥粒（殊に微細な砥粒）及びマイクロカプセルは液相、即ち懸濁液の状態において電荷を有する。そのために、それらの粒子間には電気的な反発力が作用し、懸濁液中で安定して分散する。しかしながら、そのような懸濁液に電場を与えると、粒子は電気泳動現象によって電極側に集まる。そして、電極による吸引力が粒子間の電気的反発力を超えると、粒子は電極側に集まり、付着する。そのとき、砥粒及びマイクロカプセルは懸濁液中において均一に分散しているので、電極に付着するときも均一になる。従って、上述のように電気泳動法により電極に砥粒及びマイクロカプセルを付着させるようにすれば、その砥粒が微細なものであっても、砥粒の凝集という問題を生じる懼れはない。従って、本発明による砥粒工具を使用して精密部材を研磨すれば、ナノメータオーダの表面粗さを有する超精密加工面を得ることも可能となる。そして、マイクロカプセルの破壊が生じることはない。
【００１３】
しかも、それら粒子は電気的結合力によって付着するため、印加する電圧を変化させるようすれば、その結合力を適宜調整することも可能である。
さらに、電気泳動法においては、上述のように電気的結合力により砥石を形成せしめるため、一般的なレジンボンド砥石の製造法である焼結法のように、
高温、高圧を必要とせず、従ってマイクロカプセルを破壊することなく、砥石結合剤内に添加することが判る。
【００１４】
【発明実施の態様】
以下、本発明に係わる実施例を説明する。
先ず、所定の物質、例えば工作物に対しエッチング作用のあるアルカリ溶液や単なるガス等をスプレー・ドライヤ法、界面重合法等の適切な方法により、マイクロカプセル化を行う。
【００１５】
次に、作成したマイクロカプセルと砥粒とを、水溶性高分子と共に水性液中で混合し、攪拌する。この際砥粒としてはダイアモンド、ＣＢＮ等のいずれの研磨粒子も用いることはできるものの、コロイダルシリカ、コロイダルセリアと云った粒径０．１μｍ以下の超微細砥粒の方がより容易に電気泳動を生じる。また水溶性高分子としては、水中で電荷を有するものであれば、如何なるものでも用いることが可能で、例えば、ポリビニールアルコール、アルギン酸ナトリウム又は水系アクリル樹脂等を挙げることが出来る。
【００１６】
具体的な製造プロセスを図１により説明する。
ここでは、砥粒に３〜８μｍのシリカを、水溶性子高分子（結合剤）に水系アクリル樹脂を選び、添加率はマイクロカプセル２０重量％、砥粒１０重量％、水系アクリル樹脂５重量％及び媒体（水）５５重量％とした。そして、この懸濁液中に陽極と陰極とを設け、極間に直流１０ボルトの電圧を印加して６０分間電気泳動を施した。
【００１７】
このようにして、陽極電極の周りに５ｍｍ程度の厚さの砥粒層が形成されたので、この層を電極より切り取り（図１の右側に示すように砥粒層が電極の周囲に集積している）、厚さ５ｍｍの砥石ペレットに整形した（図１の右下）。その後、１００℃で１時間乾燥を施し、研削研磨用砥石ペレットを得た。
上記の要領で作製した研削研磨用砥石ペレットと、一般的なレジンボンド砥石の作成法である焼結法によるマイクロカプセル添加の研削研磨用砥石ペレットとを並べて、その表面を観察したところ、本発明の砥粒ペレットは、マイクロカプセル及び砥粒がそれぞれ実質的に凝集することなく、均一に分散していることが明かとなった。
【００１８】
また、これらの砥石ペレットを用いてシリコンウェーハの研削加工を行ったところ、焼結法で造った砥石ペレットではマイクロカプセル添加により加工能率及び表面粗さが向上したものの、加工面の所々にスクラッチが発生していた。これに対し、本発明の製造方法による砥粒ペレットでは、マイクロカプセル添加により加工能率及び表面粗さが向上したうえに、加工面にスクラッチの発生がなく、超精密な研削・研磨面を得ることができた。
【００１９】
なお、ここに、実質的に凝集していない表面状態とは、マイクロカプセル及び砥粒がその混合前のそれぞれの平均粒径に対し、乾燥を経た研削研磨用砥石ペレットの表面におけるマイクロカプセル及び砥粒の平均粒径がそれぞれ同程度の大きさであることを意味する。そして、微細分散の場合は被研磨物の表面にスクラッチを生じさせない利点がある。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、砥粒とマイクロカプセルとから形成される砥粒層において、該砥粒が実質的に凝集していないものが得られるという利点を有する。この砥粒工具は砥粒が個々にその粒径の大きさでほぼ独立して分散しているため、被研磨物にスクラッチを生じさせることがない。さらに、マイクロカプセルを砥粒工具内に配合しており、加工時に工作物との接触によりマイクロカプセルの壁が壊れ、工作物に化学的・物理的な作用を及ぼす物質や潤滑作用を高める物質が放出されたり、気泡を形成したりするため、加工能率の向上、加工面の品位の向上をもたらす。
【００２１】
また、本発明では、砥粒層の形成において電気泳動法を利用するため、砥粒が微細な場合でも粒子相互の凝集を避けることができ、凝集のない、均一に微分散したマイクロカプセルと砥粒からなる集積体を得ることが可能となる。その結果、スクラッチの発生のない、ナノメータオーダの表面加工を可能ならしめる。かような超精密研磨面を得ることは極めて意義がある技術となる。
【００２２】
さらに、電気泳動法においては、一般的なレジンボンドの焼結法に較べて、高温、高圧の製造条件を必要とせず、しかも砥粒の良好な分散状態を形成できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の砥粒工具の製造方法を示す概略図である。
【図１】
0003676102.tif 000002