(57)【要約】【課題】  板状被削材を研磨するための研磨用砥石であって、研磨ムラが発生せず、かつ良好な圧力応答性を有する研磨用砥石を提供する。【手段】  本発明は、円筒状の芯材１上に多孔質弾性体２を設け、多孔質弾性体２の外周上に研磨層４を設けた研磨用砥石であって、前記多孔質弾性体２がゴムスポンジである研磨用砥石を提供する。ゴムスポンジ２は、ゴム硬度がゴム硬度計Ｃスケールで５〜４０であり、かつ反発弾性率が５０〜９０％であることが好ましく、また、ＪＩＳＫ６７６７で規定する２５％圧縮荷重値が０．０１０〜０．２００ＭＰａであることが好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の芯材上に多孔質弾性体を設け、該多孔質弾性体の外周上に研磨層を設けた研磨用砥石であって、前記多孔質弾性体がゴムスポンジであることを特徴とする研磨用砥石。
【請求項２】
前記ゴムスポンジは、ゴム硬度がゴム硬度計Ｃスケールで５〜４０であり、かつ反発弾性率が５０〜９０％であることを特徴とする、請求項１に記載の研磨用砥石。
【請求項３】
前記ゴムスポンジは、ＪＩＳＫ６７６７で規定する２５％圧縮荷重値が０．０１０〜０．２００ＭＰａであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の研磨用砥石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状の被研削材の研磨等に使用する研磨用砥石に関し、より詳しくは、金属板若しくは非金属板の研磨等、特にプリント配線基板の研磨に使用する研磨用砥石に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリント配線基板に代表される板状被削材の研磨砥石として、特開２００１−３１５０６４号公報及び特開２００４−５０４００号公報に開示されるような砥石が知られている。
【０００３】
板状被削材の研磨に用いられる砥石の一例は、図１に示すように、円筒状の芯材１上に多孔質弾性体２を設け、該多孔質弾性体２の外周上に補強層３を介在させて研磨層４を設けた構成を有する。円筒部材の材質は、例えば紙管にフェノール樹脂を含浸させて固めた、いわゆるフェノール管等の、軽くて剛性に優れたものが用いられ、その外周に多孔質弾性体が少なくとも一層設けられる。
【０００４】
従来、多孔質弾性体は、合成樹脂を発泡させたスポンジ材が使用されている。また必要に応じて、多孔質弾性体の外周に補強層、例えば繊維または金属線で補強されたゴム層が設けられ、その上に研磨層が設けられる。研磨層は、典型的には、図２に示すようにブロック状に切断された砥石片群と、砥石片群を接着させて保持するゴムシート等の支持層により構成される。
【０００５】
図３に上記研磨用砥石を用いた研磨作業の一例を示す（研磨用砥石は部分断面で示している）。この砥石は、円筒状の芯材１、多孔質弾性体層２、および支持層３上の砥石片４により構成され、研磨用機械の主軸に取り付けられて矢印１１の方向に回転駆動される。被削材のプリント基板１３は、研磨用砥石に対向させてその順方向に回転するバックアップロール１４上に送られる。研磨層３の周方向における移動速度は、ワーク送り速度を十分に上回るため、研磨層３とバックアップロール１４との間に送られたプリント基板１３の表面が研磨処理される。
【特許文献１】特開２００１−３１５０６４号公報
【特許文献２】特開２００４−５０４００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の研磨用砥石により研磨されるワークの被研磨面には、時として許容し得ない程の研削ムラが観察されるという問題がある。その原因として、プリント配線基板に代表される板状被削材は、その表面が均一な厚みではなく波打つような凹凸があること、さらに上記したようなバックアップロールを使用する研削では、バッアップロール表面に凹凸があることが挙げられる。研磨時に研磨用砥石の研磨層が板状被削材の凹凸に追随しきれずその表面に沿って十分な研磨がされていない箇所が残存すると、研磨ムラができる。したがって、研磨用砥石は研磨時に板状被削材の凹凸に追随できることが重要とされる。
【０００７】
上記２件の先行技術においても研削ムラの問題は考慮されているが、対応は不十分であった。それら先行技術では、特に補強層に関する改善によって研磨ムラに対応している。また、実際に研磨層の部分について設計を変更することによりある程度の対策は進められている。しかしながら、それでも研磨ムラを十分に解消することはできなかった。
【０００８】
また当該分野の研磨用砥石において別の問題も指摘される。場合により研磨時の研削圧力が変更されることがあるが、そのときに研削圧力の増減に比例して被削材の除去量が増減すること、すなわち、研削圧力に対する研磨除去量の応答性（以下「圧力応答性」という）の良さが要求される。研削圧力を高めた場合に、被削材の除去量もそれに応じて増加しなければ研削効率は向上しない。
【０００９】
本発明は、上記の問題点を鑑みて、板状被削材を研磨するための研磨用砥石であって、研磨ムラが発生せず、かつ良好な圧力応答性を有する研磨用砥石を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記課題を解決するにあたり、研磨用砥石の断面積の大部分を占める多孔質弾性体の機能に着目して研究した結果、意外なことに、多孔質弾性体としてゴムスポンジを使用することが有効であることを見出し、本発明を完成させた。
【００１１】
すなわち、本発明は、円筒状の芯材上に多孔質弾性体を設け、該多孔質弾性体の外周上に研磨層を設けた研磨用砥石であって、前記多孔質弾性体がゴムスポンジであることを特徴とする研磨用砥石を提供する。
【００１２】
また、前記ゴムスポンジは、ゴム硬度がゴム硬度計Ｃスケールで５〜４０であり、かつ反発弾性率が５０〜９０％であることが好ましい。また前記ゴムスポンジは、ＪＩＳＫ６７６７で規定する２５％圧縮荷重値が０．０１０〜０．２００ＭＰａであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の研磨用砥石は、前記多孔質弾性体としてゴムスポンジを使用するので、研削ムラの解消、さらには研削応答性の向上を可能とする。一般にゴムスポンジは、従来の合成樹脂スポンジ材と比べて、比較的硬度が小さいが、反発弾性率と残存荷重は比較的高い。そのような特性傾向を持つ多孔質弾性体を使用すれば、研削ムラが解消し、これと同時に研削応答性が有意に向上する。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
研磨時において研磨用砥石に求められるのは、低い研磨圧でも多く凹む、すなわち研磨にかかった荷重に対して「やわらかい（軟質）」の特性である。そうすれば凹凸のある板状被削物の凹凸に素早くなじむことができる。さらに、軟質なだけでなく、荷重に対する残存荷重が高くかつ反発力（高反発性）が必要であるとも考えられる。ある程度軟質であり、かつ残存荷重と反発力を高くすれば、被削材上の凹部分と凸部分とでの研磨量の差がなくなり、均一に研磨されると考えられる。この観点から、砥石構成材料のうちの比較的大きな容積を占める多孔質弾性体に、ゴムスポンジを用いる。
【００１５】
本発明に使用されるゴムスポンジは、ゴム特有の特性である高い弾性を失わせることなくゴム材料を発泡させることにより得られる多孔質状で比較的柔軟なゴム製部材と定義される。本発明に使用し得るゴムスポンジには、例えば、以下のものが含まれる：
Ａ）主成分が天然ゴム及びスチレンブタジエンゴムを発泡させたゴムスポンジ
天然ゴムは、構造的にはポリイソプレンで主に東南アジアで栽培されているヘベア・ブラジリエンシスというゴム樹から出る樹液（ラテックス）から作られている。
Ｂ）主成分がクロロプレンゴムを発泡させたゴムスポンジ
クロロプレンゴムは、ネオプレンという名称でよく知られている合成ゴムであり、下記の一般式（Ｉ）で示されるクロロプレン重合物である。
【００１６】
【化１】
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【００１７】
Ｃ）主成分がエチレンゴムを発泡させたゴムスポンジ
エチレンプロピレンゴムは、エチレンとプロピレンまたはエチレンとプロピレンと第３成分の共重合物であり、下記の一般式（ＩＩ）で示される。
【００１８】
【化２】
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【００１９】
Ｄ）ブタジエンとアクリルニトリルの共重合体を発泡させたゴムスポンジ
Ｅ）シロキサン結合を骨格とするゴムを発泡させたゴムスポンジ
以上はゴムスポンジとして代表的なものを例示列挙したが、それらに限定されず、当業者に知られている様々なゴムスポンジを本発明に使用できる。
【００２０】
次に、本発明に好適なゴムスポンジの特性値を定義と共に示す。
ゴム硬度（軟質さ）
本発明におけるゴム硬度は、ゴム硬度計（Ｃスケール）で測定されるゴムスポンジの硬度として定義される。
【００２１】
反発弾性率
反発弾性率とは、ゴムスポンジの反発力のことである。本発明における反発弾性率の試験方法は、ＪＩＳ  Ｋ６２５５の試験方法を、図４に示された測定様式に適用し：
（１）ロックウエル硬度測定用の１／４インチ鋼球を用意し；
（２）試験片を設置し；
（３）試験片から２００ｍｍ高さから１／４インチ鋼球を落とし；
（４）１／４インチ鋼球が試験片に当り、跳ね返った高さを測定し；
（５）算出式：反発弾性率＝跳ね返った高さ（測定値ｍｍ）／落下前の高さ（２００ｍｍ）×１００により求める。
【００２２】
２５％圧縮荷重値
圧縮荷重値とは、ゴムスポンジに所定の荷重をかけて圧縮した時の残存荷重のことである。本発明における２５％圧縮荷重値は、ＪＩＳ  Ｋ６７６７の試験方法に従って定義される。すなわち、２５％圧縮荷重の試験手順は、図５に示された測定様式を採用し：
（１）圧縮速度１０ｍｍ／ｍｉｎでスポンジ試験片を厚さの２５％分で圧縮し；
（２）２０秒保留後の荷重（Ｎ）を測定し；
（３）算出式：２５％圧縮荷重＝（１）の測定荷重（Ｎ）×スポンジ試験片の断面積（ｍｍ2）により求める。
【００２３】
本発明の砥石に好適なゴムスポンジの特性値は以下の通りである。
硬度は５〜４０が望ましく、７〜３０がより望ましく、８〜２５がさらに望ましく、１０〜２０が最も望ましい。硬度が５未満であると多孔質弾性体が軟らかすぎ、研磨圧力に対して圧力応答性が悪くなる。特に研磨圧力を高めたときの研削効率が向上しない。また、硬度が４０を越えると多孔質弾性体が硬くなり過ぎ、研磨ムラが発生する。
【００２４】
２５％圧縮荷重値は０．０１０〜０．２００ＭＰａが望ましく、０．０１５〜０．１５０ＭＰａがより望ましく、０．０２０〜０．１００ＭＰａがさらに望ましく、０．０２５〜０．０８５ＭＰａがさらに望ましく、０．０３０〜０．０６０ＭＰａが最も望ましい。２５％圧縮荷重値が０．０１０ＭＰａ未満であると研磨圧力を変更したときの圧力応答性が悪くなる。２５％圧縮荷重値が０．２００ＭＰａを越えると多孔質弾性体が硬くなり研磨圧力に対して圧力応答性が悪くなり、研磨ムラも発生する。
【００２５】
反発弾性率は５０〜９０％が望ましく、５０〜８０％がさらに望ましく、５５〜７５％が最も望ましい。反発弾性率が５０％未満であると研磨圧力に対する圧力応答性が悪くなり、研磨ムラも発生する。特に研磨圧力を高めたときの圧力応答性が悪くなる。他方、一般に反発弾性率が９０％を越えるゴムスポンジは製造困難であり９０％以下であることが現実的であると考えられる。
【００２６】
本発明の砥石の研磨層に使用される材料は、研磨用砥石で一般に使用されるものでよい。使用される砥粒は、一般的には、アルミナ系砥粒、炭化ケイ素系砥粒、ジルコニア系砥粒、酸化セリウム、シリカ、酸化クロム、ＣＢＮ砥粒、及びダイヤモンド砥粒の群から選択される１種類以上であり得る。その組合せは、研削等の条件及び被研磨材の材質に応じて適宜選択される。
【００２７】
研磨層に使用される結合剤は、ビトリファイド、レジノイド、ＰＶＡ又はシリケート結合剤から適宜選択され得る。焼成又は硬化後の組成は、ビトリファイド結合剤の場合、気孔率は、１０〜５０％、望ましくは１５〜４５％であり、砥粒率は、３０〜５５％、望ましくは３５〜５０％である。レジノイド結合剤の場合、気孔率は０〜２０％、望ましくは０〜１０％であり、砥粒率は２０〜４５％、望ましくは２０〜４０％である。ＰＶＡ結合剤の場合、気孔率は、２０〜５０％、望ましくは３０〜５０％であり、砥粒率は２０〜４５％、望ましくは２０〜４０％である。マグネシア結合剤の場合、気孔率は、０〜２０％、望ましくは０〜１０％であり、砥粒率は、２０〜４０％、望ましくは２０〜４０％である。砥粒率が低いと研磨性が悪くなり、砥粒率が高いと目詰まりが発生するおそれがある。結合剤率は、１００％から気孔率及び砥粒率を引いた値である。結合剤の選定も砥石組成の決定も、研磨等の条件及び被研磨材の材質などに応じて適宜選択される。
【００２８】
本発明の砥石は、芯材；多孔質弾性体層；および研磨層の少なくとも３つの層を有する。また、多孔質弾性体層と研磨層との間に別個に補強層を設けてもよい。
研磨層の具体的な構成は、例えば、セグメント型砥石を複数貼り付けた形態、又は図２のように小さなブロック状砥石を多数貼り付けた形態であり得る。研磨層には研削条件に応じて多種多様な形態が考えられ、研磨層の柔軟性を確保できる限り、特定の形態に限定されない。例えば、研磨層はゴムシート上に砥石片を貼り付けて作製し、これを多孔質弾性体にまたは多孔質弾性体上の補強層の外周に巻き付けるようにして設けることができる。研磨層の厚みは、ＣＢＮ砥粒若しくはダイヤモンド砥粒を使用する場合は０．５ｍｍ〜５ｍｍ、ＣＢＮ砥粒又はダイヤモンド砥粒以外の砥粒を使用する場合は３ｍｍ〜１５ｍｍが望ましい。
【００２９】
補強層にはゴムシートを使用でき、砥石片が固定される研磨層内のゴムシートを利用してもよいし、研磨層とは別個のゴムシートを利用してもよい。補強層は砥石片を支持し、研磨時の砥石に所望の強度とある程度の柔軟性を持たせるものである。補強層は、ゴムシートの内部に何らかの補強材を埋設させた構成が望ましい。具体的には繊維を埋没させた構造が挙げられる。繊維埋没の構造は特開２００４−５０４００号公報に開示されているように、補強層は、ゴムシート層の内部に一以上の該繊維層を有する構成にすることができる。
【００３０】
典型的な補強層は、多孔質弾性体の外周上に固定されたゴムシートと、そのゴムシートの内部に設けられた繊維とからなる。ゴムシート内部の繊維は、砥石に固定されたとき、砥石回転軸を中心とし互いに交差し合う少なくとも２つの螺旋方向に設けられることが好ましい。それらに加え、砥石回転軸方向と平行な繊維が設けられるとより好ましい。とりわけ、前記繊維が３つの方向を持ち、該３つの方向が砥石回転軸方向に対してそれぞれ約＋６０°〜＋８０°、約＋５°〜−５°、約−６０°〜−８０°の角度であることが好ましい。さらに、前記繊維が３つの方向を持ち、該３つの方向が砥石回転軸方向に対してそれぞれ約＋７５°、約０°、約−７５°の角度であることが特に好ましい。
【００３１】
また、使用される繊維の材質は有機質又は無機質にすることができる。そのような有機質の繊維は、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ケプラー繊維、又はナイロン繊維からなる群より選択できる。また、ゴムシートの外側に、真鍮メッキを施した単線或いはより線のピアノ線等より成る金属線を巻き付け、更に外側から同質の前記シートで挟み込み、接着した構造でもよい。金属線は、筒状砥石の回転軸方向（同図の紙面に垂直方向）に向かって螺旋状に巻き付けられている。補強層の補強材の選択は研削等の条件及び被研磨材の材質に応じて適宜選択される。
【実施例】
【００３２】
図１および図２の構成の研磨用砥石を、その多孔質弾性層に下記の材質の異なるスポンジ材を使用して作製し、研磨ムラおよび圧力応答性についてテストを行った。
実施例１  イノアック社製Ｃ−４２０５のゴムスポンジ材
比較例１  積水化学社製ソフトロン＃４０のポリエチレンスポンジ材
比較例２  積水化学社製ソフトロン＃３０のポリエチレンスポンジ材
（スポンジ材の特性値）
各スポンジ材の硬度、２５％圧縮荷重、反発弾性率は、次のようにして測定した。硬度は、上記の定義に従い、ゴム硬度計（Ｃスケール）で測定した。２５％圧縮荷重値は、上記の定義に従い、スポンジ材から１２７×３５×８５ｍｍ直方体の試験片を切り出し、１２７×３５ｍｍ面を圧縮面として、島津製作所製オートグラフＡＧ−１０ＴＤで測定した。反発弾性率は上記の定義に従い測定した。
（研磨層作製手順）
砥粒として緑色炭化珪素砥粒（ＧＣ砥粒；粒度８００番）１００重量部、および結合剤として粉体フェノール樹脂１８．０部を均一に混合した後、この混合材料を面積６０×２４０ｍｍ、厚み９ｍｍの砥石板状に冷間成型した。１７０℃で８時間かけて硬化させ、その後、その砥石板に繊維層を有するゴムシートを貼り付けた。ゴムシート上に固定された砥石板を切断機で碁盤目状に切断し、多数の小片砥石ブロックを有する研磨層を作成した。同様にして研磨層を複数枚作成した。
【００３３】
上記研磨層に用いたゴムシートは、繊維を埋没させて補強層としている。繊維層は、内部に０．７ｍｍピッチで一方向のポリエステル繊維列を３重に積層したものを使用した。繊維の角度は特開２００４−５０４００号公報の例に従い＋７５°，０°，−７５°とした。
（研磨用砥石の作成手順）
穴径７６．２ｍｍのフェノール樹脂積層管に前記のスポンジ材を貼り付けて多孔質弾性層を設けた。そのスポンジ材の外周上に上記のように作製した研磨層を螺旋状に巻き付け及び接着し、研磨用砥石を作成した。その後、研磨層の仕上げ処理を行い、外径１５０ｍｍ、長さ６１０ｍｍ、穴径７６．２ｍｍ、砥石片高さ７ｍｍのテスト砥石を完成させた。
（研磨テスト）
被削材には、研磨ムラの解消効果をテストするため意図的に凹凸を形成した。図６に示すように、被削材の研磨面裏側に厚み２００μｍ、寸法２０ｍｍ×２０ｍｍのテープを、縦３０ｍｍ間隔、横３０ｍｍ間隔とし、横列間で互い違いとなるよう貼り付け、計３６箇所貼付けた。
【００３４】
以下の条件で各テスト砥石を用いて上記被削材を研磨し、研磨ムラと圧力応答性について観察した。
【００３５】
【表１】
2006326795.tif 000005
【００３６】
研磨ムラは、研磨後の被削材の研磨ムラ状態を目視で観察した。
圧力応答性は、研磨圧１．５Ａ、２．０Ａ、３．０Ａで１００パス後、除去された被削材の重量を求め、各研磨圧力での除去量の差を求めた。除去量は各被削材の研磨前と研磨後の重量を測定し、その差を求める。この測定を各被削材で繰返し、１００枚総計の被削材おける除去重量から圧力応答性を算出した。
（テスト結果）
【００３７】
【表２】
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【００３８】
【表３】
2006326795.tif 000007
【００３９】
実施例１では、ほとんど研磨ムラが見られず、圧力応答性も良好であった。多孔質弾性体の特性値と関連づけると、使用されたゴムスポンジ材の硬度は比較的低いが、２５％圧縮荷重値および反発弾性率が比較的高いという傾向にある。このような傾向にあるゴムスポンジ材の特性が、被削材の凹凸への追随性を改善し、それと同時に所望の研削性能を引き出したと考えられる。
【００４０】
比較例１では、軽度の研磨ムラが見られる。使用された樹脂スポンジ材は、硬度が比較的低いが、２５％圧縮荷重値と反発弾性率も低い。このような樹脂スポンジの特性では、被削材の凹凸への追随性が悪く、研磨ムラを生じやすいことが分かった。また圧力応答性は最も低かった。これは２５％圧縮荷重値が低いためと考えられる。
【００４１】
比較例２では、重度の研磨ムラが見られる。その樹脂スポンジ材の特性は、硬度が比較的高く、２５％圧縮荷重値と反発弾性率が低く、実施例１に使用したゴムスポンジとは逆の傾向にある。圧力応答性は実施例１と同等であった。これは２５％圧縮荷重値と反発弾性率の低さが強い硬度で補われたためと考えられる。しかしながら、研磨ムラがひどく、明らかに追随生が不足している。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】研磨用砥石の概略構成を示す断面図である。
【図２】研磨用砥石の概略構成を示す平面図である。
【図３】研磨用砥石を用いた研削方法の一例を示す断面図である。
【図４】多孔質弾性体の反発弾性の測定方法を示す概念図である。
【図５】多孔質弾性体の２５％圧縮荷重値の測定方法を示す概念図である。
【図６】凹凸を作るために裏側にテープを貼り付けた被削材裏面の写真代用図である。
【図７】実施例１の砥石による研磨後の被削材の写真代用図である。
【図８】比較例１の砥石による研磨後の被削材の写真代用図である。
【図９】比較例２の砥石による研磨後の被削材の写真代用図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  芯材
２  多孔質弾性体
３  補強層
４  研磨層
５  加圧ヘッド
６  多孔質弾性体のテスト片
７  下台
８  加圧方向（上から下）
９  加圧戻し方向（下から上）
１０  鋼球
１１  主軸回転方向
１２  研磨用砥石が受ける力
１３  板状被削材
１４  バックアップロール
【図１】
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【図２】
2006326795.tif 000009
【図３】
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【図４】
2006326795.tif 000011
【図５】
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【図６】
2006326795.tif 000013
【図７】
2006326795.tif 000014
【図８】
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【図９】
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