(57)【要約】      （修正有）【課題】ポリビニルアルコール結合剤で形成された多孔質な砥石組織にフェノール樹脂が良好に含浸しその内壁にフェノール樹脂層が良好な形成された耐久性の高い板状被研削体研磨用レジノイド砥石及びその製造方法を提供する。【解決手段】板状被研削体研磨用レジノイド砥石は、ポリビニルアルコール結合剤２、砥粒１及び必要に応じて充填剤により構成された多孔質な砥石組織内の内壁に、砥石体積割合で３〜４０体積％のフェノール樹脂層３が被覆されていることを特徴とする。【選択図】  図１
2004351535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥粒、ポリビニルアルコール結合剤、及び必要に応じて充填剤により構成された多孔質な砥石組織の内壁に、砥石体積割合で３〜４０体積％のフェノール樹脂が被覆されていることを特徴とする板状被削材研磨用レジノイド砥石。
【請求項２】
砥粒、ポリビニルアルコール結合剤、及び必要に応じて充填剤により構成された多孔質な砥石組織内に、フェノール樹脂と誘電率が２０以上である溶剤とを混合して得られる混合液を含浸させる工程を含む、板状被削材研磨用レジノイド砥石の製造方法。
【請求項３】
前記溶剤としてメタノールを使用することを特徴とする、請求項２記載の製造方法。
【請求項４】
前記含浸工程は、前記混合液中に部分的に浸漬した前記多孔質レジノイド砥石を減圧下に置くことを特徴とする、請求項２又は３に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ポリビニルアルコール結合剤と砥粒とにより構成された多孔質な砥石組織中にフェノール樹脂が含浸した板状被削材研磨用、好適にはプリント基板研磨用のレジノイド砥石及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリビニルアルコールを結合剤とした多孔質性の研磨用砥石は弾性に富みラッピング性が良好であり、表面に凹凸のある被削材および曲面を形成する被削材には良好に用いられる。特に板状の被削材であるプリント基板には細かい凹凸があり弾性に富むポリビニルアルコールを結合剤とした多孔質性の砥石を使用すれば良好な研削が可能であると期待される。しかし、この種の多孔質性の砥石は、研削条件によっては摩耗が早まり、また研削液が水溶性の場合、機械的強度が劣化するという欠点があった。
【０００３】
その対策として特開昭５９−２０５３６８号公報（特許文献１）および特開平５−５９２６０号公報（特許文献２）のようにメラミン樹脂と液状フェノール樹脂をポリビニルアルコール製多孔質砥石の気孔部に含浸させ、その後硬化させる方法、特開平５−５９２５９号公報（特許文献３）のようにポリビニルアルコールと液状フェノール樹脂とを共に含浸させる方法が開示されている。
【０００４】
これら先行技術に共通しているのは、フェノール樹脂をポリビニルアルコール多孔質製研磨用砥石の気孔内に含浸する場合、フェノール樹脂単体では均一にムラなく含浸することは困難であるので、フェノール樹脂を他の樹脂と併用して含浸することである。
【０００５】
一方、プリント基板のような板状被研削材の研磨用砥石は、特開２００１−３１５０６４号公報（特許文献４）、特開２００２−２６４０２６号公報（特許文献５）、特開２００２−３７０１７３号公報（特許文献６）に開示されている。一般に、この種の砥石は、直方体またはその他形状の小片ペレットを各種支持体に接着して、長細い円筒物に巻き付け固定したものである。各小片ペレットの高さ適用範囲は、特開２００１−３１５０６４号公報では８〜１２ｍｍ、特開２００２−２６４０２６号公報では０．５〜５ｍｍ、特開２００２−３７０１７３号公報では３〜１５ｍｍであり、これら板状被研削材研磨用砥石に共通しているのは、一般的な研削砥石と比較して砥石部分の厚みが小さいことである。
【０００６】
また、上記特開２００１−３１５０６４号公報の段落「００１８」には、ＳｉＣ砥粒とポリビニルアルコール（ＰＶＡ）結合剤を使用して研磨層を形成することが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭５９−２０５３６８号公報
【特許文献２】
特開平５−５９２６０号公報
【特許文献３】
特開平５−５９２５９号公報
【特許文献４】
特開２００１−３１５０６４号公報
【特許文献５】
特開２００２−２６４０２６号公報
【特許文献６】
特開２００２−３７０１７３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
耐久性が高く、研削液が水溶性である場合にも機械的強度が強いフェノール樹脂含浸砥石を製造するには、フェノール樹脂が砥石組織内に良好に含浸し、結合剤との良好な濡れ性をもってその砥石組織の内壁を均一に覆うことが重要である。
【０００９】
しかしながら、上記先行技術に見られるようにフェノール樹脂を他の樹脂と共に含浸させるだけでは、砥石組織内への良好な含浸及び被覆状態を得ることはできない。また、特開２００１−３１５０６４号公報に記載されるようにポリビニルアルコール結合剤を用いた研磨層を有するプリント基板研磨用砥石に関して、樹脂等の含浸についての記載はない。
【００１０】
このように従来において、ポリビニルアルコール結合剤で形成される多孔質レジノイド砥石へのフェノール樹脂の含浸状態を改善することによる耐久性の向上に関して十分な検討はなされていない。
【００１１】
本発明は、ポリビニルアルコール結合剤で形成された多孔質な砥石組織内にフェノール樹脂が良好に含浸しその内壁にフェノール樹脂層が良好に形成された耐久性の高い板状被研削体研磨用レジノイド砥石及びその製造方法を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、ポリビニルアルコール結合砥石内に溶剤と混合したフェノール樹脂を含浸させることで、高い耐久性を有する砥石を得ることができることを見出し、本発明を完成させた。
【００１３】
本発明の板状被削材研磨用レジノイド砥石は、砥粒、ポリビニルアルコール結合剤、及び必要に応じて充填剤により構成された多孔質な砥石組織の内壁に砥石体積割合で３〜４０体積％のフェノール樹脂が被覆されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の板状被削材研磨用レジノイド砥石の製造方法は、砥粒、ポリビニルアルコール結合剤、及び必要に応じて充填剤により構成された多孔質な砥石組織内に、フェノール樹脂と誘電率が２０以上である溶剤とを混合して得られる混合液を含浸させる工程を含む。
【００１５】
上記製造方法において、前記溶剤としてメタノールを使用することが好ましい。また前記含浸工程は、前記混合液中に部分的に浸漬した前記多孔質レジノイド砥石を減圧下に置くことが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の板状被削材研磨用レジノイド砥石は、砥粒、ポリビニルアルコール結合剤、及び必要に応じて残部を構成する充填剤を使用して形成された多孔質な砥石組織からなる砥石層を有し、この砥石組織の内壁がフェノール樹脂により覆われている。
【００１７】
図１は、本発明の砥石の砥石組織の断面を示す模式図である。同図で示すように本発明の砥石は、砥粒１とポリビニルアルコール結合剤２とにより形成された砥石組織内の内壁に均一かつ一様なフェノール樹脂層３が形成される。フェノール樹脂層３は、その多孔質砥石組織内のほぼ全域に均一に形成されていることが好ましい。このような好ましい形態のフェノール樹脂層３は、その含浸及び硬化前のフェノール樹脂を適切な溶剤と混合し、多孔質組織への含浸に適切な粘度及びポリビニルアルコール結合剤との適切な濡れ性を有するフェノール樹脂−溶剤混合液にして含浸されることに起因するものである。
【００１８】
図２は、本発明の板状被削材研磨用レジノイド砥石の一態様を示す平面図である。同図で示すように、板状被削材研磨用レジノイド砥石は、典型的には、高さ０．０５〜１５ｍｍの薄手な小片ペレット型砥石層が外周面上に多数設けられたものである。このような小片ペレット型砥石層の集合体は、シート状支持体上に板状に成形した当該砥石層を接着し、これを切断用砥石により一定間隔でカットして形成される。規則的に並ぶ多数の小片ペレット型砥石層を有するシート状支持体は、円筒形本体部の外周面上に巻き付けられ、接着剤により固定される。
【００１９】
本発明に使用される砥粒は、研削条件等を考慮して、アルミナ系砥粒、炭化ケイ素系砥粒、ジルコニア系砥粒、ＣＢＮ及びダイヤモンドなどの超砥粒、並びに酸化セリウム、二酸化ケイ素を用いた砥粒等からなる群から選択される。ポリビニルアルコールを結合剤とした多孔質砥石の組成は、フェノール樹脂の含浸前の状態で、気孔体積率が２０〜７５％、砥粒体積率が１０〜４５％である。
【００２０】
本発明に使用される充填剤は、研削条件等を考慮して必要ならば使用される。充填剤は、クリオライト、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、及び炭酸カルシウム等からなる群から選択することができ、上記砥粒体積率の残部を構成する。
【００２１】
本発明に使用される結合剤は、一般式［−ＣＨ２−ＣＨ（ＯＨ）−］ｎで表される市販のポリビニールアルコールでよい。
【００２２】
本発明の砥石製造に使用されるフェノール樹脂は、次の一般式：
【００２３】
【化１】
2004351535.tif 000003
【００２４】
で表されるレゾール樹脂、又は、次の一般式：
【００２５】
【化２】
2004351535.tif 000004
【００２６】
で表されるノボラック樹脂等の市販のフェノール樹脂でよい。
【００２７】
本発明では、上記砥粒、ポリビニールアルコール結合剤、及び必要で有れば充填剤により形成された多孔質な砥石組織内へフェノール樹脂を良好に含浸させるために、硬化前の状態のフェノール樹脂を特定の溶剤と混合して使用する。
【００２８】
次に、本発明に使用できる溶剤について詳細に説明する。本発明において、フェノール樹脂の含浸はフェノール樹脂を気孔内に充填するためのものではなく、砥石組織の内壁を均一に被覆するためのものである。砥石組織の内壁を均一に被覆することによって砥石強度を補強する役割が十分に果たされる。このためには、含浸するフェノール樹脂のポリビニルアルコールに対する濡れ性を良好にすることが必要である。濡れ性を決定する要因は、ポリビニルアルコールとフェノール樹脂とＯＨ基の個数が関与すると考えられ、本発明者は、ＯＨ基の影響力に相関する誘電率に着目した。ＯＨ基の影響が強い溶剤は誘電率が高く、ＯＨ基が小さくＣＨｎ残基が単純に連続する溶剤ほど誘電率が低い。また、誘電率は当該分子の極性に対応するもので、一般的には、分子量に対するＯＨ基の個数で大まかな極性の順位が決定される。
【００２９】
ここで、表１に代表的な溶剤（水を含む）の物性値を示す（「分離分析」、Ｐ４８、日本分析化学会、朝倉書店より抜粋）。
【００３０】
【表１】
2004351535.tif 000005
【００３１】
表１の中で、誘電率が最も高いものは水であり、最も低いのはヘキサンである。一方、フェノール樹脂の極性は、硬化前の状態で検討する必要があり、未硬化のポリビニルアルコールの一般式は（−ＣＨ２−ＣＨ（ＯＨ）−）ｎであるから、ＯＨ基の影響が強く、その極性は比較的高い。硬化前の状態としてはレゾール型及びノボラック型がある。いずれにしても、フェノール樹脂はＯＨ基の数が多くなると極性が水に近づき水溶性となる一方で、炭化水素化合物の影響も強くポリビニルアルコールと比較すると極性はさほど高い方ではない。
【００３２】
上記の知見を踏まえ、本発明者の検討によれば、フェノール樹脂の含浸性及びポリビニルアルコールとの濡れ性を良好にするには、誘電率が２０以上、好ましくは３０以上の溶剤が好ましい。具体的には、水、酢酸エチル、メタノール、エタノール、アセトン、アセトニトリル、１−プロパノールからなる群から選ばれることが好ましく、特にメタノールが好ましい。
【００３３】
次に、本発明の砥石の製造方法を説明する。
【００３４】
本発明の典型的な製造方法は、下記一連の工程を含む。
（ａ）砥粒、ポリビニルアルコール、及び充填剤を所定の配合比で混合して、板状の多孔質砥石に成形し焼成する。
（ｂ）前記多孔質砥石を、フェノール樹脂と所定の溶剤とを均一に混合して得たフェノール樹脂−溶剤混合液中に完全に浸す。この際に好ましくは、前記混合液中に浸された砥石を減圧下に置き、砥石組織中へのその混合液の含浸を促進させる。
（ｃ）前記含浸処理の完了後、砥石を６０℃で乾燥させて溶剤を除去する。
（ｄ）乾燥させた砥石を１５０℃以上で加熱して、含浸しているフェノール樹脂を硬化させる。
【００３５】
フェノール樹脂と溶剤との混合液におけるフェノール樹脂濃度は、使用するフェノール樹脂の粘度等によって決定される。具体的には、前記混合液中で、５〜７０体積％のフェノール樹脂が好ましい。さらに均一な含浸とそれによる硬度の硬い砥石を得るために好ましいフェノール樹脂濃度は４０〜６０体積％である。但し、研削条件に依存してより柔らかい砥石が求められる場合、前記フェノール樹脂濃度は５〜３９体積％であってもよい。
【００３６】
含浸させるフェノール樹脂の含浸量は、砥石組織の内壁を均一に被覆する量で十分であり、砥石体積割合にして３〜４０体積％である。３体積％より少ないと樹脂量が不足して強度アップに貢献せず、また含浸ムラが発生する。また４０体積％を越えると含浸ムラが発生し、研削時砥石摩耗が不均一となる。
【００３７】
砥石体積割合にして３〜４０体積％のフェノール樹脂層を形成するためのフェノール樹脂の含浸量は、２０〜８０体積％のフェノール樹脂濃度の場合に、好ましくは１０〜４０体積％、より好ましくは１５〜４０体積％の量である。
【００３８】
以下、本発明の実施例を比較例とともに説明するが、これらは本発明の実施可能性及び有用性を例証するものであり、本発明の構成を何ら限定する意図はない。
【００３９】
【実施例】
［実施例１］
ポリビニルアルコール結合砥石の作製
Ｃ砥粒＃６００（１００重量部）とポリビニルアルコール結合剤（１０００重量部）とを均質になるまで混同し、これに熱水溶性の硬化性樹脂（８００重量）を混入して硬化させた。得られた多孔質砥石体を仕上げて、長さ２４０ｍｍ、幅６０ｍｍ、厚み９ｍｍの板状直方体砥石片を作製した。
【００４０】
フェノール樹脂の含浸
市販のレゾール型フェノール樹脂（１〜３個のメチロ−ル基、即ち平均で約２個のメチロ−ル基を持つ）を、フェノール樹脂体積％が５０％となるようにメタノール（誘電率３２．７）と混合した。この混合液を入れた容器内に多孔質砥石片の全体を浸し、減圧を適用可能な含浸機に投入した。含漬機では、１２０×１０２Ｐａ以下の減圧を３日間適用し、その砥石組織内へ上記フェノール樹脂−樹脂混合液を十分に含浸させた。含浸処理の終了後、フェノール樹脂含浸砥石片を６０℃で乾燥させて溶剤を除去し。さらに、この砥石を１７０℃で４時間加熱して、フェノール樹脂を硬化させた。
【００４１】
［比較例１］
溶剤として、１−ブタノール（誘電率１７．５）を使用した以外は、上記実施例１と同様にしてフェノール含浸砥石片を作製した。
【００４２】
ロックウエル硬度の測定
樹脂の含浸状態を評価するために、上記実施例１及び比較例１の各砥石片のロックウエル硬度を測定した。ロックウエル硬度が高いほど、含浸状態が均一であると考えられる。
【００４３】
ロックウエル硬度は、ＪＩＳ規格（ロックウエル硬さ試験Ｂ−７７２６−１９８１）に従い、基準荷重１０ｋｇｆを加え、次に一定の試験荷重を加えて再び戻したとき、前後２回の基準荷重における圧子の侵入深さｈから求められる。本実施例では、１／８インチ鋼球（直径３．１７５ｍｍ）を用い、試験荷重１５ｋｇｆとし１３０−５００ｈの算出式で求めた。
【００４４】
ロックウエル硬度測定の結果
実施例１  ４６
比較例１    ８
上記結果から明らかなように、フェノール樹脂の溶剤としてメタノールを使用した砥石片のロックウエル硬さは、誘電率２０以下の１−ブタノールを使用した比較例１の砥石片よりも非常に高かった。このことは、メタノールを溶剤とするフェノール樹脂が一様に含浸して、均一な樹脂被覆層が形成されたことを示している。
【００４５】
研削テスト
下記に掲げた種類の砥石片を使用して板状被研削体研磨用テスト砥石を複数個作製し、各種テスト砥石の研削性能を比較した。
【００４６】
テスト砥石１：上記実施例１の砥石片
比較砥石１  ：フェノール樹脂を含浸させる前の実施例１の多孔質砥石片
比較砥石２  ：上記比較例１の砥石片
先ず、上記の製法に従って、それぞれの板状砥石片を作製し、これをゴムシート上に貼り付け、ゴムシート上の板状砥石片を切断機で碁盤目状に切断し、多数の小片砥石ブロック集合体を形成した。この小片砥石ブロック集合体の支持体としては、穴径７６．２ｍｍのフェノール樹脂積層管にスポンジ層上に貼り付け、このスポンジ層外周に幅８０ｍｍ厚み１．０ｍｍの連続体であるゴム材で覆ったポリエステル製繊維体（繊維体構造は２０μｍの繊維径を複数束ねて０．８ｍｍ径としそして０．７ｍｍピッチで織られたもの）を螺旋状に巻きつけて接着した円筒体を使用した。この円筒体に上記小片砥石ブロック集合体を螺旋状に巻きつけて接着して、テスト砥石を作製した。
【００４７】
研削条件は下記の通りである。
【００４８】
砥石寸法  外径１５０ｍｍ×厚み（長さ）６１０ｍｍ×穴径７６．２ｍｍ
研削機械：プリント基板研磨機
被削材    銅箔基板  ４１０×５１０×０．８ｔ
砥石回転数：１８００ｒｐｍ
オシュレーシュン：４７０ｃｐｍ
研削圧力：＋２Ａ／５１０ｍｍ幅（ｍｉｎ２．０Ａ、ｍａｘ２．５Ａで設定）
カット方向：ダウンカット
被削材送り速度：２ｍ／ｍｉｎ
パス回数：２０パス×５回＝１００パス
研削テスト結果
上記研削条件での研削テストに使用された各砥石について、砥石消耗体積を測定した。ここで砥石消耗体積とは、研削前と研削後の砥石直径を測定し、これに研削面の面積を乗じた値である。
【００４９】
テスト砥石１：    ５４０００（ｍｍ３）
比較砥石１  ：  １１００００（ｍｍ３）
比較砥石２  ：    ８００００（ｍｍ３）
上記結果から分かるように、メタノールを溶剤に用いてフェノール樹脂を含浸した砥石の砥石消耗は、比較例砥石１及び１よりも有意に遅い。これは、フェノール樹脂の含浸状態が良好であり、耐久性が高いことを示している。
【００５０】
比較砥石１は、フェノール樹脂を含浸していないため砥石の消耗が非常に早かった。また、比較砥石２は、フェノール樹脂の含浸効果として比較砥石１よりも遅い摩耗を示しているが、フェノール樹脂単体での含浸であること起因して含浸状態が不十分となったために、テスト砥石１よりも消耗が有意に早まったと考えられる。
【００５１】
【発明の効果】
以上詳細に説明した通り、本発明は、砥粒とポリビニルアルコール結合剤とにより構成された多孔質な砥石組織内の内壁に、砥石体積割合で３〜４０体積％のフェノール樹脂が良好に被覆されているので、ポリビニルアルコール結合剤を用いた板状被削材研磨用レジノイド砥石の耐久性が首尾良く向上する。
【００５２】
また、本発明の板状被削材研磨用レジノイド砥石の製造方法は、砥粒とポリビニルアルコール結合剤とにより構成された多孔質な砥石組織内に、フェノール樹脂と誘電率が２０以上である溶剤とを混合して得られる混合液を含浸させる工程を含むので、フェノール樹脂層で砥石組織内の内壁を良好に被覆することができ、耐久性の高い板状被削材研磨用レジノイド砥石を提供できる。
【００５３】
本発明の砥石がプリント基板研磨に使用されると良好な結果が得られ、プリント基板の品質向上に貢献するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の砥石組織を示す模式図である。
【図２】本発明の板状被削材研磨用レジノイド砥石の一態様を示す平面図である。
【図１】
2004351535.tif 000006
【図２】
2004351535.tif 000007