(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質のフッ素樹脂を研磨工具として使用するフッ素樹脂をベースとした研磨工具において、
該多孔質のフッ素樹脂は、フッ素微粉末を成形金型で加圧成形後、高温釜で焼成して構成し、該フッ素樹脂の間に、空孔を構成し、空孔率と弾性係数は、フッ素微粉末径、成形圧力、成形温度を調整して選択し、
該フッ素微粉末は、２又は４フッ化の軟質のフッ素樹脂と、３フッ化の硬質のフッ素樹脂を混合した複合材とし、
該多孔質のフッ素樹脂に、ダイヤモンド砥粒を混入し、該多孔質のフッ素樹脂により、該ダイヤモンド砥粒をホールドし、前記多孔質のフッ素樹脂において出来る空孔が、前記ダイヤモンド砥粒と被加工物との間で、クッションの役目をすることを特徴とするフッ素樹脂をベースとした研磨工具。
【請求項２】
請求項１記載のフッ素樹脂をベースとした研磨工具において、前記軟質のフッ素樹脂と硬質のフッ素樹脂によりなる多孔質のフッ素樹脂を、定盤を構成することを特徴とするフッ素樹脂をベースとした研磨工具。
【請求項３】
請求項１記載のフッ素樹脂をベースとした研磨工具において、前記軟質のフッ素樹脂と硬質のフッ素樹脂によりなる多孔質のフッ素樹脂を、ラッピング定盤として使用することを特徴とするフッ素樹脂をベースとした研磨工具。
【請求項４】
請求項１記載のフッ素樹脂をベースとした研磨工具において、前記軟質のフッ素樹脂と硬質のフッ素樹脂によりなる多孔質のフッ素樹脂を、ポリッシング定盤として使用することを特徴とするフッ素樹脂をベースとした研磨工具。
【請求項５】
請求項１記載のフッ素樹脂をベースとした研磨工具において、前記軟質のフッ素樹脂と硬質のフッ素樹脂によりなる多孔質のフッ素樹脂を、バフシートとして使用することを特徴とするフッ素樹脂をベースとした研磨工具。
【請求項６】
請求項１記載のフッ素樹脂をベースとした研磨工具において、前記軟質のフッ素樹脂と硬質のフッ素樹脂によりなる多孔質のフッ素樹脂に、酸化珪素（ＳｉＯ2 ）又は酸化セリウム（ＳｅＯ2 ）を混入した多孔質のフッ素樹脂を研磨工具として使用することを特徴とするフッ素樹脂をベースとした研磨工具。
【請求項７】
請求項１記載のフッ素樹脂をベースとした研磨工具において、前記多孔質フッ素樹脂（１）を、真空及び不活性ガス中でラップやバフ加工する際において、低ガス放出性を具備した多孔質フッ素樹脂を使用することを特徴とするフッ素樹脂をベースとした研磨工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラッピングや、ポリッシングや、バフ加工や、研磨加工に使用するダイヤモンド砥粒入のフッ素樹脂製研磨工具に関する。最近の金型や、電子部品や、押し出し成形ノズルなどの部品を加工する場合においては、鏡面加工が要求されている。また、端面ダレなどが無い、高い形状精度も同時に要求されるようになってきている。これらの加工は、従来一般的に用いられている低弾性のポリッシングパッドや、軸付き砥石や、研磨用テープ等の研磨工具では実現することが困難であり、新しい加工法や研磨工具の出現が期待されている。本発明は、鏡面加工と高形状精度を同時に実現させることを目標とした、耐食性を具備したフッ素樹脂製研磨具と粒入りフッ素樹脂製砥石を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、Ｓｉ−Ｗａｆｅｒや、磁気ヘッド用素材や、水晶振動子素材や、金型や、押し出し成形金型などの加工精度は、益々、高精度が要求されるようになっている。更に、それに加えて表面の鏡面加工も要求されている。従来、工業生産的には、鋳鉄製ラップ定盤、低弾性率のバフ布、低弾性率のポリッシングバッド等を使用し、砥粒加工単独による場合および化学研磨と砥粒加工を同時に行う化学・機械的複合加工が採用されている。しかし、鏡面加工までの加工時間が長く、低弾性率のバフ布を使用した場合には、端面ダレが生じるなどの欠陥が発生していたのである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
耐食性について；
化学・機械複合研磨においては、砥粒及びりん酸、硝酸、塩酸、硫酸などの研磨希釈液が、単独および複数混合されて使用される。しかし、ラッピング加工で通常使用される鋳鉄製ラッピング定盤は耐食性の問題で使用不可能である。また、ポリッシング加工やバフ加工では研磨布の材料に制限されたり、貼り付け定盤に耐食材が求められることとなる。したがって、アルカリ性、酸性などの加工液の種類に影響されない耐食性研磨工具が求められている。本発明はこのような要望に答える為に、耐食性を具備した低弾性フッ素樹脂を研磨工具として用いるものである。この場合においては、砥粒を多孔質フッ素樹脂に混入しないで、多孔質フッ素樹脂のみをベースとした研磨工具として用いるものである。
【０００４】
弾性率の選択について；
鏡面加工において、スクラッチが生じるのは突出した砥粒による加工が主な原因である。このスクラッチを防止するには、砥粒を支えるラップ具が低弾性を有する必要がある。しかし、低弾性では加工精度が低下するのである。そこで、鏡面精密加工でスクラッチフリーを実現する為には、低弾性機能を維持しつつ、高弾性的機能が求められる。また、切り屑を収納出来るような表面の空孔も同時に必要である。このような機能を発揮する為に、砥粒保持と切り屑収納可能な多孔質性を具備したフッ素樹脂製ダイヤモンド砥石を、フッ素樹脂をベースとした研磨工具として用いるものである。この方式では単独砥粒は低バネ定数的挙動を示し、工具全体では高弾性的挙動を示す必要がある。この理想的な機能材は、フッ素粉末を高圧成形することにより実現できた。
【０００５】
クリーン加工について；
真空中で使用する素材や部品を、大気中で加工すると表面が酸化される。真空中ではその酸化膜がガス放出やクリーン性などに悪影響するため、その酸化膜の除去に苦慮している。その対策として、真空及び不活性ガス中で面を加工し、加工面を大気暴露しないのが理想の状態であり、真空及び不活性ガス中でラップやバフ加工できる素材が必要である。ガス放出が少なく、加工液なしで加工できる乾式手法を求められている。この要望を満足させる為に、低ガス放出性、低摩擦性、乾式加工性を具備したフッ素樹脂を用いた研磨工具を使用するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明が解決しようとする課題は、以上の如くであり、次に各課題を解決する為の手段である、多孔質の製作法、砥粒入りの製作法、軟・硬質複合材の製作法、ガス放出率について説明する。
多孔質フッ素樹脂は砥粒の保持、空孔の機能、化学的安定性などを同時に持ち合わせた理想的な素材である。
多孔質樹脂はフッ素微粉末を成形金型で加圧成形後、高温釜で焼成されるが、空孔率や弾性係数はフッ素微粉末径、成形圧力、成形温度などを調整することにより比較的自由に選択することができる。フッ素微粉末に軟質樹脂（２又は４フッ化）と硬質（３フッ化）樹脂を混合した複合材にすると、研削加工時に脱離した軟質微粉はころがり作用による潤滑剤の役目を行ない、低摩擦状態となり、加工液のない状態でも発熱の少ない加工が実現できる。
この多孔質樹脂に研磨用砥粒を混入するには、成形用金型にフッ素微粉末と研磨用砥粒の混合物を注入することにより実現できる。砥粒にはダイヤモンド、酸化珪素（ＳｉＯ2 ）、酸化セリウム（ＳｅＯ2 ）等が利用できる。砥粒入り多孔質フッ素樹脂では、粉末と粉末の間に砥粒が保持され、適度な空孔が単独砥粒の低弾性的機能と研磨粉塵の収納機能を発揮し、材料全体的には微粉の焼成成形により強固な構造物による高弾性的挙動を示している。
フッ素樹脂（例えば商標名「テフロン」）は有機物素材中でガス放出率が少ないため真空中の部品に多用されている。真空中加工では加工液が使用できないためダイヤモンド砥粒入り多孔質フッ素樹脂が理想的なのである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を説明する。図１は、実施例のダイヤモンド砥粒を混入した多孔質フッ素樹脂の断面の、倍率１００倍の電子顕微鏡写真を描いた図面、図２は、同じくダイヤモンド砥粒を混入した多孔質フッ素樹脂の断面の、倍率２０００倍の電子顕微鏡写真を描いた図面、図３は、同じくダイヤモンド砥粒を混入した多孔質フッ素樹脂の断面を模式化した図面、図４は、同じくダイヤモンド砥粒を混入した多孔質フッ素樹脂の断面でのラップ状況のモデル図面、図５は、本発明のダイヤモンド砥粒を混入した多孔質フッ素樹脂により構成した研磨工具による研磨装置の斜視図、図６は、図５の装置において研磨した結果の加工時間と表面粗さの関係を示す図面、図７は、図５の装置において研磨した結果のＳＵＳ表面粗さの時間変化を示す図面、図８は、図５の装置において研磨した結果の端面ダレの比較図面である。
【０００８】
請求項１から請求項６までの発明は、多孔質フッ素樹脂のみを、ラッピングや、ポリッシングや、バフ加工や、研磨加工に使用する研磨工具として用いた場合の技術である。従来から研磨工具として鋳鉄製ラップ定盤、バフ布、低弾性ポリシングパッド等が用いられている。この研磨工具に多孔質フッ素樹脂そのものを用いることにより、加工時間が早く、かつ鏡面加工を行うことができ、さらに加工精度を飛躍的に向上させることができるのである。
【０００９】
即ち、多孔質フッ素樹脂は、図１と図２において図示する顕微鏡断面写真の如く、内部および表面に多数の空孔があり、この空孔に欠落砥粒が入ったり、研磨後の粉塵や塵埃が収納される。また、従来工具の鋳鉄製ラップ定盤では球状黒鉛に砥粒が保持されるため、球状黒鉛の球径と密度で単位面積当たりの有効砥粒数が決定される。研磨に使用されている高級鋳鉄でも球径最小値は３０μｍである。砥粒入り多孔質フッ素樹脂では砥粒濃度を上げれば有効砥粒密度を自由に調整することができる。従って、従来工具より３〜４倍の研磨速度を得ることが出来る。故に、多孔質フッ素樹脂のみをラッピングや、ポリッシングや、バフ加工や、研磨加工に使用する研磨工具として、この多孔質フッ素樹脂のみを使用し、これに従来のダイヤモンド砥粒や酸化珪素（ＳｉＯ2 ）や酸化セリウム（ＳｅＯ2 ）の砥粒等をスラリーとして添加するだけでも、フッ素樹脂をベースとした研磨工具として、従来の研磨工具に比較して飛躍的な効果を発揮するものである。
【００１０】
このように、多孔質フッ素樹脂をそのまま、フッ素樹脂をベースとした研磨工具として用いることによっても、大きな効果を発揮するものである。また、多孔質フッ素樹脂のみを研磨工具として使用する場合においても、またダイヤモンド砥粒等を混入した多孔質フッ素樹脂として研磨工具として用いる場合でも、フッ素樹脂製微粉を、軟質性の２フッ化樹脂と、硬質性の３フッ化樹脂とを混合して、多孔質フッ素樹脂を構成することにより、研磨作業中において、軟質性のフッ素樹脂製微粉が剥離や離脱により、研磨工具と被研磨材料との間に挟まり、これらが、クッション性を向上したり、滑らし剤の役目や、潤滑剤の役目をして、研磨加工を良好にする作用をするのである。故に、軟質性のフッ素樹脂製微粉と、硬質性のフッ素樹脂製微粉とを混合して、多孔質フッ素樹脂を構成したフッ素樹脂をベースとした研磨工具も、研磨性に良好な効果を発揮するものである。
【００１１】
図１と図２は、ダイヤモンド砥粒とフッ素樹脂製微粉で多孔質フッ素樹脂を構成した状態の顕微鏡写真を描いた図面であり、図３は、ダイヤモンド砥粒２と空隙３とフッ素樹脂１と被加工物４等を模式的に示した図面である。ダイヤモンド砥粒を混入した多孔質フッ素樹脂は、金型にフッ素樹脂の微小粉とダイヤモンド砥粒の混合物を入れ、高圧力をかけて成形加工し、その後焼成して製造するものである。
【００１２】
本発明の実施例として提示する砥石の仕様は次の「表１」の如くである。
【００１３】
【表１】
0004554799.tif 000002
【００１４】
図４において、（ａ）はラップ工具モデルを示し、（ｂ）は砥粒バネ定数モデルを示し、（ｃ）は単砥粒の低弾性バネの状況を示している。図５は、本発明のダイヤモンド砥粒を混入した多孔質フッ素樹脂により構成した研磨工具による研磨装置の斜視図である。装置は揺動機構付きの小型片面ポリシングマシンであり、揺動アームに砥石駆動部と荷重機構を搭載している。
【００１５】
図３と図４において、フッ素樹脂１に、ダイヤモンド砥粒２がホールドされており、フッ素樹脂１の間に、空孔３が構成されている。この空孔３が、被加工物４を押し付けた場合において、図４の（ｂ）及び（ｃ）に示す模式図面に示したクッション５の役目をするものである。また、空孔３が表面に出来た部分においては、研磨屑や塵埃等をこの空孔３が取り込むことにより、研磨作用の低下を阻止することができ、また、スラリーとして注入された場合のダイヤモンド砥粒を取り込んでホールドする役目をするものである。このように多孔質フッ素樹脂において出来る空孔３が、ダイヤモンド砥粒２と被加工物４との間で、クッション５の役目をしたりすることにより、大きな効果が期待できるのである
【００１６】
〔実験結果と考察〕
図６は、図５の装置において研磨した結果の加工時間と表面粗さの関係を示す図面であり、図７は、図５の装置において研磨した結果のＳｉ表面粗さの時間変化を示す図面であり、図８は、図５の装置において研磨した結果の端面ダレの比較図面である。被研削材は、脆性硬度材、軟質材、一般耐食部材の各代表としてシリコンウェハー、アルミ合金、ステンレス合金を選定した。実験では、研削荷重、砥石回転数、被研削材回転数、研削液などをパラメータとし、被研削材の加工面粗さ及び端面形状（面ダレ）を評価した。また、研削液として２〜４μｍダイヤモンド微粒子入りの酸、アルカリ水溶液スラリー（２〜４μｍダイヤモンド、３ｇｒ／５００ｃｃ）を使用し、複合加工の特性も評価した。なお、砥石のドレッシングはワイヤーブラシを使用し、各実験ごとに実施した。同一加工条件での加工能率は  図６において、Ａ１（アルミ）＞Ｓｉ（シリコン）＞ＳＵＳとなっており、面圧：ｐ＝０．１０ＭＰａではシリコン材においても高能率な研削特性を示している。スラリーを、研磨工具と被研磨材料との間に流し込む複合加工では、極めて短時間で鏡面が得られている。
【００１７】
また、図７に示す如く、ＳＵＳ（ステンレス）表面の粗さの時間変化を見ても、短時間の間に、表面の粗さを小さくすることが出来たことが理解できる。また、図８は端面ダレの比較曲線であるが、従来の不織布タイプのポリッシング材と比較して、今回の多孔質フッ素樹脂による加工工具での加工形状特性は飛躍的に向上している。以上の結果、今回試作したフッ素ボンドダイヤモンド砥石は鏡面加工と高い形状精度を同時に実現でき、しかも従来の研磨具より高能率な研磨特性を具備していることが明らかになった。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は以上の如く構成したので、次のような効果を発揮するものである。
請求項１に記載の如く、多孔質のフッ素樹脂を研磨工具として使用するフッ素樹脂をベースとした研磨工具において、該多孔質のフッ素樹脂は、フッ素微粉末を成形金型で加圧成形後、高温釜で焼成して構成し、該フッ素樹脂の間に、空孔を構成し、空孔率と弾性係数は、フッ素微粉末径、成形圧力、成形温度を調整して選択し、該フッ素微粉末は、２又は４フッ化の軟質のフッ素樹脂と、３フッ化の硬質のフッ素樹脂を混合した複合材とし、該多孔質のフッ素樹脂に、ダイヤモンド砥粒を混入し、該多孔質のフッ素樹脂により、該ダイヤモンド砥粒をホールドし、前記多孔質のフッ素樹脂において出来る空孔が、前記ダイヤモンド砥粒と被加工物との間で、クッションの役目をするので、多孔質フッ素樹脂のみを、フッ素樹脂をベースとした研磨工具として使用することにより、ラッピングや、ポリッシングや、バフ加工や、研磨加工において、加工速度高速化、スクラッチフリーの表面精度向上ができるのである。
また、研削加工時に脱離した軟質微粉は、ころがり作用による潤滑剤の役目を行ない、低摩擦状態となり、加工液のない状態でも発熱の少ない加工を実現するのである。
また、ダイヤモンド砥粒を混入して、フッ素樹脂製ダイヤモンド砥粒とすることにより、鏡面加工スクラッチフリーと、高い精度の形状維持を両立させることが出来るのである。
また、該空孔が、被加工物を押し付けた場合において、クッションの役目を果たし、研磨屑や塵埃等を取り込みんで研磨作用の低下を阻止し、注入されたダイヤモンド砥粒を取り込んでホールドする役目をするのである。
請求項２に記載の如く、前記軟質のフッ素樹脂と硬質のフッ素樹脂によりなる多孔質のフッ素樹脂を、定盤として使用し、
請求項３に記載の如く、前記軟質のフッ素樹脂と硬質のフッ素樹脂によりなる多孔質のフッ素樹脂を、ラッピング定盤として使用し、
請求項４に記載の如く、前記軟質のフッ素樹脂と硬質のフッ素樹脂によりなる多孔質のフッ素樹脂を、ポリッシング定盤として使用し、
請求項５に記載の如く、前記軟質のフッ素樹脂と硬質のフッ素樹脂によりなる多孔質のフッ素樹脂を、バフシートとして使用することにより、従来の研磨加工具よりも、更に研磨能率を大とし、化学的安定を得ることができ、摩擦係数を小とすることが出来たものである。
請求項６に記載の如く、前記軟質のフッ素樹脂と硬質のフッ素樹脂によりなる多孔質のフッ素樹脂に、酸化珪素（ＳｉＯ2 ）又は酸化セリウム（ＳｅＯ2 ）を混入した多孔質のフッ素樹脂を研磨工具として使用することにより、ダイヤモンド砥粒が凝集することなく、理想的に分散させることが可能となり、上記のような効果を更に助長させることが出来るのである。
請求項７に記載の如く、前記多孔質フッ素樹脂（１）を、真空及び不活性ガス中でラップやバフ加工する際において、低ガス放出性を具備した多孔質フッ素樹脂を使用することにより、真空状態における研磨加工において、ガス放出を少なくすることが出来るのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例のダイヤモンド砥粒を混入した多孔質フッ素樹脂の断面の、倍率１００倍の電子顕微鏡写真を描いた図面。
【図２】  同じくダイヤモンド砥粒を混入した多孔質フッ素樹脂の断面の、倍率２０００倍の電子顕微鏡写真を描いた図面。
【図３】  同じくダイヤモンド砥粒を混入した多孔質フッ素樹脂の断面を模式化した図面。
【図４】  同じくダイヤモンド砥粒を混入した多孔質フッ素樹脂の断面でのラップ状況のモデル図面。
【図５】  本発明のダイヤモンド砥粒を混入した多孔質フッ素樹脂により構成した研磨工具による研磨装置の斜視図。
【図６】  図５の装置において研磨した結果の加工時間と表面粗さの関係を示す図面。
【図７】  図５の装置において研磨した結果のＳＵＳ表面粗さの時間変化を示す図面。
【図８】  図５の装置において研磨した結果の端面ダレの比較図面。
【符号の説明】
１  フッ素樹脂
２  ダイヤモンド砥粒
３  空孔
４  被加工物
５  クッション
【図１】
0004554799.tif 000003
【図２】
0004554799.tif 000004
【図３】
0004554799.tif 000005
【図４】
0004554799.tif 000006
【図５】
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【図６】
0004554799.tif 000008
【図７】
0004554799.tif 000009
【図８】
0004554799.tif 000010