(57)【要約】【課題】研磨に伴う摩耗によって研磨性の低下した砥粒が容易に表面から脱落し、摩耗していない新たな砥粒が表面に露出し、常に安定した速度で研磨が行われ、長期間にわたって安定して研磨を行うことが可能な砥石を提供する。【解決手段】ゴム粒子１からなる粒状マトリックス７中に、砥粒が分散し結合保持されていることを特徴とする。【選択図】図１
2007181912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム粒子からなる粒状マトリックス中に、砥粒が分散し結合保持されていることを特徴とする研磨砥石。
【請求項２】
前記ゴム粒子の粒径が５乃至３００μｍの範囲にある請求項１に記載の研磨砥石。
【請求項３】
粒状マトリックスを形成している前記ゴム粒子１００重量部当り、４０乃至
８０重量部の量で前記砥粒を含んでいる請求項１記載の研磨砥石。
【請求項４】
ゴム粒子と砥粒とを混合して粒状混合物を調製する混合工程；
前記粒状混合物を所定形状に圧縮成形する圧縮成形工程；
前記圧縮成形工程で得られた成形体を熱処理する工程；
とからなることを特徴とする研磨砥石の製造方法。
【請求項５】
前記砥粒を、前記ゴム粒子１００重量部当り４０乃至８０重量部の量で使用する請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
５０乃至３００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で圧縮成形を行う請求項４に記載の製造方法。
【請求項７】
１５０乃至２５０℃の温度で熱処理を行う請求項４に記載の製造方法。
【請求項８】
圧縮成形と熱処理とを同時に行う請求項４に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨砥石及びその製造方法に関するものであり、より詳細には、研磨を長期間にわたって安定に行うことが可能な研磨砥石及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年において、各種の電子機器に使用される回路基板などは、微細な配線が高密度で形成されるため、高い表面平滑性が要求される。また、コンピュータのハードディスク（磁気ディスク）に使用されるガラス基板などにも高い表面平滑性が要求されている。このような高い表面平滑性は、研磨材を用いた鏡面加工により実現される。
【０００３】
鏡面加工は、一般に、ラッピング加工によって基材表面をある程度の平滑面とした後、冷却水を供給しながら砥石を基材表面に摺擦させて該基材表面を研磨することにより行われている。
【０００４】
上記のような砥石として、例えば特許文献１及び２には、ウレタン樹脂やフェノール樹脂等のバインダー中に砥粒が分散し且つ固定された構造のものが提案されており、また、特許文献３には、バインダーとしてシリコーンゴム等のゴムが使用され、該ゴム中に砥粒が分散し且つ固定された構造を有する砥石が提案されている。
【特許文献１】特開２００１−２６００３７号公報
【特許文献２】特開２００４−２６１９４２号公報
【特許文献３】特開２００２−２６１０５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに、上記特許文献１，２で提案されている砥石では、砥粒が硬質の樹脂であるバインダー中に強固に固定されているため、研磨加工中に砥粒が摩耗して小さくなっても、摩耗した砥粒が脱落しにくく、砥石の表面に摩耗していない新たな砥粒が露出せず、この結果、短時間で研磨速度が低下し、研磨を安定に行うことができないという問題がある。このため、適宜、砥石の目出し（ドレッシング）作業を行ったり、或いは該砥石による研磨加工と併せて、アルカリ液などの薬液を用いた化学的研磨を行う機械的・化学的研磨（Chemical  Mechanical  Polishing）という手段を採用しなければならないのが実情である。
【０００６】
また、上記特許文献３で提案されている砥石は、弾性を有しているゴム中に砥粒が分散されているため、特許文献１，２で提案されている砥石と比較すれば、研磨加工によって摩耗した砥粒が脱落し新たな砥粒が露出し易く、研磨速度の低下の問題はある程度改善されている。しかしながら、このような特許文献３の砥石においても、砥粒がゴムに強固に結合保持されているため、やはり、摩耗した砥粒の脱落及び新たな砥粒の露出が十分に行われず、やはり短時間で研磨速度が低下してしまい、その改善が求められている。
【０００７】
従って、本発明の目的は、研磨に伴う摩耗によって研磨性の低下した砥粒が容易に表面から脱落し、摩耗していない新たな砥粒が表面に露出し、常に安定した速度で研磨が行われ、長期間にわたって安定して研磨を行うことが可能な砥石及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、バインダー中に砥粒が分散し且つ固定された構造の砥石について鋭意研究を行った結果、砥粒を固定しているバインダーとして、ゴム粒子を使用し、かかるゴム粒子により形成される粒状のマトリックス中に砥粒を分散し且つ固定することにより、上述した問題を有効に解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
本発明によれば、ゴム粒子からなる粒状マトリックス中に、砥粒が分散し結合保持されていることを特徴とする研磨砥石が提供される。
本発明の研磨砥石においては、
（１）前記ゴム粒子の粒径が５乃至３００μｍの範囲にあること、
（２）前記ゴム粒子１００重量部当り、４０乃至８０重量部の量で前記砥粒を含んでいること、
が好適である。
【００１０】
本発明によれば、また、
ゴム粒子と砥粒とを混合して粒状混合物を調製する混合工程；
前記粒状混合物を所定形状に圧縮成形する圧縮成形工程；
前記圧縮成形工程で得られた成形体を熱処理する熱処理工程；
とからなることを特徴とする研磨砥石の製造方法が提供される。
本発明の製造方法においては、
（３）前記砥粒を、前記ゴム粒子１００重量部当り４０乃至８０重量部の量で使用すること、
（４）５０乃至３００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で圧縮成形を行うこと、
（５）１５０乃至２５０℃の温度で熱処理を行うこと、
（６）圧縮成形と熱処理とを同時に行うこと、
が好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の研磨砥石は、ゴム粒子から形成された粒状マトリックス中に砥粒が分散し結合しているため、研磨により摩耗した砥石表面に存在する砥粒は、容易に表面から脱落し、砥石表面には摩耗していない新たな砥粒が露出する。この結果、短時間で研磨速度が低下してしまうという不都合は有効に回避され、長期間にわたって安定して研磨加工を行うことができる。また、薬液を用いての化学的研磨を併用することなく、この砥石を用いての機械的研磨のみで研磨加工を有効に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜研磨砥石＞
図１を参照して、本発明の研磨砥石は、ゴム粒子１により形成された粒状マトリックス３と、該マトリックス３内に分散し且つ固定された砥粒５とからなっている。即ち、ゴム粒子１は、粒子形状を保持しながら、各粒子表面で互いに融着して粒状マトリックス３を形成していると同時に、該マトリックス３内に分散されている砥粒５の表面にもゴム粒子１が融着しており、これにより、砥粒５がマトリックス３内に固定されている。図１に示されているように、この研磨砥石の表面には、砥粒５ａが露出しており、この砥粒５ａを所定の基材表面に摺擦させることにより、基材表面の研磨加工が行われるものである。
【００１３】
また、図２は、従来公知の研磨砥石の断面構造を示すものであり、この研磨砥石は、マトリックス７内に砥粒５が分散し固定された構造を有するものであり、該マトリックス７は、各種の樹脂やゴムなどから形成されるが、本発明の研磨砥石との大きな相違は、マトリックス７が樹脂乃至ゴムの硬化によって完全に一体化しており、このように一体化されている樹脂乃至ゴムのマトリックス７中に砥粒５が分散し固定されているという点にある。
【００１４】
即ち、図２のような従来公知の研磨砥石では、砥粒５がマトリックス中に埋め込まれて強固に固定されている（即ち、マトリックス７と砥粒５との結合強度が高い）ため、研磨加工により表面に露出している砥粒５ａが摩耗して小さくなった場合にも、砥石表面から脱離し難く、摩耗していない新たな砥粒５が表面に露出し難い構造となっている。この結果、研磨加工を行うと、短時間で研磨速度が低下してしまうこととなる。
【００１５】
これに対して、図１に示す本発明の研磨砥石では、マトリックス３が多数のゴム粒子１同士が表面で融着することにより形成されており、ゴム粒子１の間隙に砥粒５が存在し、該ゴム粒子１との表面融着により固定された構造となっており、図２の研磨砥石と比較すると、砥粒５とマトリックス３（ゴム粒子１）との接触面積は小さく、両者の結合力は小さい。従って、研磨加工によって摩耗した表面の砥粒５は容易に脱離し、表面に存在するゴム粒子１の摩耗或いは脱落によって砥石表面には、摩耗していない新たな砥粒５が速やかに露出することとなり、短時間で研磨速度が低下することがなく、長期間にわたって安定に研磨加工を行うことが可能となるのである。
【００１６】
本発明の研磨砥石において、粒状マトリックス３を形成しているゴム粒子１の粒径は、５乃至３００μｍの範囲にあることが好適である。即ち、ゴム粒子１の粒径があまり大きいと、砥粒５の保持力（マトリックス３と砥粒との結合力）が必要以上に低下し、研磨加工に際して砥粒５が必要以上に脱落し易くなってしまい、研磨加工性が低下するおそれがある。また、ゴム粒子１の粒径が過度に小さいと、砥粒５の保持力が大きくなりすぎ、砥石表面に存在する摩耗した砥粒５ａの脱落が生じ難くなり、この結果、研磨速度の低下を生じ易くなってしまうおそれがある。
【００１７】
また、砥粒５との結合力を適度に保持するために、ゴム粒子１は硬化ゴムであることが好ましく、例えばデュロメータによるゴム硬度（JIS  K  6253）が５０乃至８０の範囲にあることが好適である。ゴム粒子１の硬度が、上記範囲よりも小さいと、後述する圧縮成形工程で砥粒５とゴム粒子１との接触面積が大きくなって砥粒５の結合力が必要以上に高くなり、この結果、摩耗した砥粒５ａの表面からの脱落を生じ難くなり、研磨速度の低下が生じ易くなるおそれがある。また、ゴム粒子１の硬度が上記範囲よりも大きいと、ゴム粒子１同士或いはゴム粒子１と砥粒５との表面融着が困難となり、砥粒５の保持力の低下によって研磨加工性が低下したり、場合によっては砥石の形態を保持することが困難となってしまうおそれもある。
【００１８】
さらに、上述したゴム粒子１を形成するゴムとしては、特に制限されるものではなく、例えば、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリウレタンゴム、ポリウレアゴム、ウレタン−ウレアゴム、アクリルゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、天然ゴムなど適宜のものを使用することができる。中でも、後述する圧縮成形及び熱処理によって、粒子表面が熱融着して図１に示す粒状マトリックス３を形成しやすいという点で、ＮＢＲやＳＢＲが好適である。
【００１９】
本発明において、ゴム粒子１からなる粒状マトリックス３中に分散固定される砥粒５としては、それ自体公知のもの、例えば、酸化セリウム、酸化ケイ素（石英、溶融シリカなど）、アルミナ、炭化ケイ素、酸化ジルコニウムなどに代表される硬質の無機粉末が使用される。このような砥粒５は、高い研磨加工性の観点から微細な粉末であることが好ましく、一般に、その粒径が２０μｍ以下の範囲にあることが好適である。
【００２０】
また、砥粒５やゴム粒子１の種類によっても異なるが、一般に、１００重量部のゴム粒子１に対して、４０乃至８０重量部の量で砥粒５が分散されていることが、長期間にわたって優れた研磨加工性を確保する上で好適である。
【００２１】
上述した本発明の研磨砥石は、例えば図３に示すように（図３では、研磨砥石は１２で示されている）、リング状に形成され、同形状のリング状の金属製支持基板１４上に接着剤等により接着固定されて、研磨ホイール１０として使用に供される。即ち、この研磨ホイール１０は、研磨砥石１２の表面が平坦な研磨加工面１２ａとなっており、その中止部分には貫通孔１２ｂが形成されており、研磨ホイール１０を回転させ、研磨液（冷却水或いは研削油など）を供給しながら、研磨砥石１２の研磨加工面１２ａを所定の基材表面に圧接することにより研磨加工が行われる。この際、必要により、アルカリ液などの薬液を供給して、機械的研磨と併用して化学研磨を行うことも可能であるが、本発明の研磨砥石１２によれば、長期間にわたって優れた研磨加工性が維持されるので、このような化学研磨を併用することなく、機械的研磨のみで研磨加工を行うことができ、これは、本発明の大きな利点である。
【００２２】
＜研磨砥石の製造＞
上述した研磨砥石は、混合工程、圧縮成形工程及び熱処理工程を経て製造される。
【００２３】
−混合工程−
先ず、混合工程では、前述したゴムからなるゴム粒子と砥粒とを混合して粒状混合物を調製する。即ち、粒状混合物を形成するため、溶融混練などの溶融一体化は行わず、ヘンシェルミキサーなどの混合機を用いての乾式混合により、ゴム粒子と砥粒との混合が行われる。
【００２４】
ゴム粒子は、硬化ゴムの粉末であり、前述した範囲の平均粒径を有するものであることが好ましく、このような硬化ゴムの粉末は、例えばゴム形成用のモノマー成分及び重合開始剤に加えて、所定の硬度となるような量の硬化剤（例えば有機過酸化物）やイオウなどの加硫剤を配合した重合性組成物を用いての懸濁重合や乳化重合などにより容易に調製することができる。硬化ゴム粉末の平均粒径は、懸濁重合などに際して使用する界面活性剤量や攪拌条件などによって適宜調整することができる。
【００２５】
また、ゴム粒子と砥粒とは、既に述べたように、ゴム粒子１００重量部当り、４０乃至８０重量部の範囲に設定されるのがよい。
【００２６】
−圧縮成形工程−
次いで、上記のようにして調製された粒状混合物を、所定の型内に充填し、例えば図３に示されているようなリング形状等の所定形状に圧縮成形する。この際の圧力は、ゴム粒子の種類や硬度等によっても異なるが、通常は、５０〜３００ｋｇ／ｃｍ２程度である。即ち、この圧縮工程により、適度な接触面積でゴム粒子と砥粒とを密着させるものであり、この圧力が必要以上に高いと、ゴム粒子と砥粒との接触面積が過剰に大きくなったり、また砥粒とゴム粒子との密着力或いはゴム粒子同士の密着力が大きくなり過ぎて、後述するにより熱処理により、ゴム粒子（粒状マトリックス）と砥粒との結合力が大きくなりすぎてしまい、研磨加工によって摩耗した砥粒の脱落が困難となってしまい、短時間で研磨加工性が低下してしまう。また、この圧力があまり低いと、砥粒の保持力が低下したり、或いはゴム粒子同士の結合力が低下したし、適正な研磨加工性を確保することが困難となってしまう。
【００２７】
また、この圧縮成形工程により、ゴム粒子は押圧されて若干偏平するが、その粒径は、原料として用いたゴム粒子の粒径と実質的に同じである。
【００２８】
−熱処理工程−
この工程では、上記の圧縮成形工程で得られた成形体を加熱することにより、ゴム粒子の粒子形状を維持したままの状態で、ゴム粒子同士の表面融着及びゴム粒子と砥粒との表面融着を行うものである。従って、この熱処理温度は、用いるゴム粒子の種類や硬度によっても異なるが、一般的には、１５０乃至２５０℃が好適である。この熱処理温度があまり高いと、粒子形状を維持することができず、ゴム粒子同士が変形しながら強固に海状に一体化してしまうおそれがあり、また、熱処理温度が必要以上に低いと、ゴム粒子同士の表面融着やゴム粒子と砥粒との表面融着がなされず、成形体自体の強度低下を生じ、研磨加工性の良好な砥石を得ることが困難となってしまう。
また、かかる熱処理の時間は、通常、１乃至５時間程度でよい。
【００２９】
本発明において、上記の熱処理は、圧縮成形後に行うこともできるが、圧縮成形と同時に、加圧下に行うことが、ゴム粒子同士の表面融着やゴム粒子と砥粒との表面融着を短時間で且つ効果的に行う上で好ましい。
【００３０】
上記のようにして製造される本発明の研磨砥石は、例えば図３に示すように、所定の支持基板に接着固定して、研磨ホイールとして、各種基板などの研磨加工に使用される。
【実施例】
【００３１】
＜実施例１＞
ゴム粉末及び砥粒として、以下のものを使用した。
ゴム粉末
材質；ＮＢＲ硬化ゴム
粒径；５〜３００μｍ
ゴム硬度（JIS  K  6253）；  ５０（デュロメータによる）
砥粒
材質；酸化セリウム
粒径；０．１〜１０μｍ
【００３２】
上記のゴム粉末１００重量部と砥粒５０重量部とを乾式混合し、粒状混合物を調製した。
得られた粒状混合物を、１００ｋｇ／ｃｍ２の圧力でリング形状に圧縮成形し、引き続き、当該圧力に保持しながら１５０℃に分間保持することにより熱処理を行い、下記仕様のリング状砥石を製造した。
外径：３００ｍｍ
内径：１００ｍｍ
厚み：１０ｍｍ
【００３３】
上記砥石の断面を顕微鏡観察したところ、図１に示すように、硬化ゴム粒子同士が粒子形状を保持しながら表面融着して粒状マトリックスを形成しており、この粒状マトリックス内に砥粒が表面融着により固定されていることを確認した。
【００３４】
また、上記で得られた砥石を、図３に示すようなリング状金属製支持基板に接着固定し、下記仕様の円盤形状のホウケイ酸ガラス基板の表面を、砥石の周縁部と該ガラス基板の周縁部とが重なるようにして砥石を回転させて、下記条件で研磨加工した。
【００３５】
ホウケイ酸ガラス基板：
直径；１５０ｍｍ
最大表面粗さＲｙ(JIS  B  0601-1994)；０．１９２５μｍ
研磨条件：
研磨圧（ガラス基板に対する砥石の押し付け力）；１５０ｇ／ｃｍ２
砥石の回転速度；３０ｍ／ｓｅｃ（周縁部）
研磨液；水（供給量：２Ｌ／ｍｉｎ）
研磨時間；１５０秒
【００３６】
上記の研磨加工により、ガラス基板表面の最大表面粗さＲｙは、０．０３３５μｍとなり、平滑な鏡面が得られた。このことから、砥石表面の摩耗した砥粒は脱落し、順次、新しい砥粒が表面に露出して研磨加工が有効に行われ、アルカリ液を用いての化学研磨を行わずとも平滑性の高い鏡面が得られることが判る。
【００３７】
また、上記の条件で、連続して１０枚のガラス基板について研磨加工を行った。このときの、ガラス基板の研磨枚数と研磨ホイールの回転軸に流れる電流値及びガラス基板１枚当りの研磨量との関係を図４に示した。尚、研磨ホイールの回転軸に流れる電流値は、研磨加工に際して当該回転軸にかかる負荷を示す。
【００３８】
図４の結果から、２〜４枚のガラス基板の研磨加工を行うと、研磨量及び電流値が安定していることが判る。このことは、ガラス基板の研磨加工により、順次、新しい砥粒が露出して安定に一定の効率で研磨加工が行われ、例えば砥石の目だし（ドレッシング）作業が不要であることを示している。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の研磨砥石の断面構造を示す概略図である。
【図２】従来公知の研磨砥石の断面構造を示す概略図である。
【図３】本発明の研磨砥石が装着された研磨ホイールを示す斜視図である。
【図４】実施例１で作製された本発明の研磨ホイールを用いてガラス基板の研磨を行ったときの、ガラス基板の研磨枚数と研磨ホイールの回転軸に流れる電流値及びガラス基板の研磨量との関係を示す線図である。
【符号の説明】
【００４０】
１：ゴム粒子
３：粒状マトリックス
５：砥粒
【図１】
2007181912.tif 000003
【図２】
2007181912.tif 000004
【図３】
2007181912.tif 000005
【図４】
2007181912.tif 000006