(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水の沸点よりも高い温度に加熱した、水よりも沸点の高い有機溶剤中に水分散砥粒を滴下しながら蒸留脱水する、有機溶剤分散砥粒の製造方法。
【請求項２】
水の沸点よりも高い温度に加熱した、水よりも沸点の高い有機溶剤中に水分散砥粒を滴下しながら蒸留脱水して得られた有機溶剤分散砥粒と、バインダーとを混合し、この混合物をプラスチックシート表面に塗布し、乾燥させる、研磨シートの製造方法。
【請求項３】
水との共沸点よりも高い温度に加熱した、水と共沸する有機溶剤中に水分散砥粒を滴下しながら蒸留脱水する、有機溶剤分散砥粒の製造方法。
【請求項４】
水との共沸点よりも高い温度に加熱した、水と共沸する有機溶剤中に水分散砥粒を滴下しながら蒸留脱水して得られた有機溶剤分散砥粒と、バインダーとを混合し、この混合物をプラスチックシート表面に塗布し、乾燥させる、研磨シートの製造方法。
【請求項５】
前記有機溶剤として、水よりも沸点の高い有機溶剤が使用される、請求項３または４に記載の製造方法。
【請求項６】
前記有機溶剤として、水より軽く水と相溶しない有機溶剤が使用される、請求項１から５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項７】
前記有機溶剤として、トルエンが使用される、請求項５または６に記載の製造方法。
【請求項８】
前記砥粒として、平均粒径が１μｍ以下である砥粒が使用される、請求項１から７のいずれかに記載の製造方法。
【請求項９】
前記砥粒として、酸化セリウムが使用される、請求項１から８のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１０】
砥粒の表面を改質するために、前記水分散砥粒に替えて、水分散砥粒と表面改質剤との混合液を使用する、請求項１〜４に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信用光ファイバー端面研磨、光学レンズ表面研磨、電子写真像保持体研磨、磁気ハードディスク基板表面のテクスチャ加工等の固体表面の精密研磨や磁気ヘッド、等のクリーニングに用いられる研磨シート用の砥粒及び研磨シートの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
一般に、通信用光ファイバー端面研磨、等の固体表面の精密研磨や磁気ヘッド、等のクリーニングに用いられる研磨シートは、ポリエステル系、ポリウレタン系、等のバインダー樹脂をトルエン、キシレン、メチルエチルケトン、等の溶剤に溶かし、イソシアネート系の硬化剤を加えて調製したバインダーに、平均粒径０．１μｍ〜２０μｍ程度の酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化珪素、等の砥粒を加えて混合し、この混合物をプラスチック製、織布製、不織布製、等のベースシートの表面に塗布し、乾燥させて製造される（例えば、特開昭５３−６８４９０号、特開昭５４−５１８４３号、特開昭６２−２８１７７号、特開昭６２−９４２６７号、特開平１−１７１７７１号を参照）。
【０００３】
ここで、より低い平均表面粗さの研磨シートを製造し、より高精度の精密研磨を行うため、平均粒径１μｍ以下の砥粒（例えば、特開昭６２−９４２６７号を参照）が使用される。
【０００４】
このような精密研磨に用いられる研磨シート用の砥粒、特に平均粒径１μｍ以下の砥粒は、砥粒原料を乾式粉砕法により平均粒径１０μｍ以下の粉砕限界に達するまで粉砕した後、湿式粉砕法によりさらに細かく粉砕して得られる（例えば、特開平８−２６７３５５号を参照）。湿式粉砕の媒体は主に水であり、湿式粉砕後に湿式分級法により所定の粒径に揃えられた水分散砥粒（水に濡れた状態にある一次粒子の状態の砥粒、又は水中に一次粒子の状態で分散している砥粒）が得られる。この水分散砥粒の水分を蒸発、乾燥することで砥粒が提供される。また、湿式粉砕後にその水分を蒸発、乾燥させ、乾式分級法により所定の粒径に揃えることで、砥粒が提供される。
【０００５】
しかし、湿式分級法により提供された砥粒には、湿式分級後に水分散砥粒から水分を蒸発、乾燥させる際に起こる砥粒の凝集により、数μｍから１００μｍ程度の粒子の塊（二次粒子）が形成されているため、研磨シートを製造する際に、この二次粒子の状態にある砥粒を一次粒子の状態に再分散させなければならない。このような再分散は、有機溶剤に溶解した樹脂と二次粒子を含んだ砥粒とを混合し、ミル等の分散機にかけることにより行われるが、粒径が１μｍ以下の二次粒子の状態にある砥粒は、固く凝集してしまうため、ミル等を使用しても一次粒子に分散させることができず、二次粒子が残ってしまう。
【０００６】
このように、ミル等を使用しても一次粒子に分散し得ない二次粒子の状態にある砥粒を含んだ砥粒を使用して研磨シートを製造すると、研磨シートの研磨層表面の平均表面粗さは高くなり、このような研磨シートを使用して精密研磨を行うと、被研磨物表面に不要のスクラッチを形成させてしまうため、高精度の精密研磨が行えない、という問題が生じる。
【０００７】
また、乾式分級法によると、分級前の乾燥の際に凝集して二次粒子の状態にある砥粒が生成され、所定の粒径の砥粒の収量が低くなり、特に平均粒径１μｍ以下の砥粒を得ようとする場合、二次粒子の状態にある砥粒は、固く凝集していることから、その再分散と分級を何回も繰り返しても所定の粒径の砥粒の収量を増やすことが困難であり、手間と時間がかかり、砥粒コストが高くなる、という問題が生じる。
【０００８】
乾燥時に起きる砥粒の再凝集を抑制するため、高沸点のアルコールを添加した後に振動流動乾燥機や真空乾燥機により乾燥させて一次粒子の状態にある砥粒を得ようとする方法（例えば、特開平８−２６８７１４号を参照）が提案されている。この方法によれば、固く凝集した二次粒子の状態にある砥粒の生成を抑制することはできるが、乾燥後に二次粒子の状態にある砥粒が依然残っており、研磨シートを製造する際に、ミル等を使用して再分散しなければならず、ミル等の専用機械設備や人手を必要とし、手間や時間がかかるだけでなく製造コストもかかる、という問題が生じる。
【０００９】
これらの問題を解決する発明を開示した特許出願（特願平１１−１９５２７４号、平成１１年７月９日出願）が本願と同一の出願人によりなされた。
【００１０】
特願平１１−１９５２７４号に開示の発明は、水分散砥粒の乾燥を行わずに一次粒子の状態にある有機溶剤分散砥粒（有機溶剤に濡れた状態にある一次粒子の状態の砥粒、又は有機溶剤中に一次粒子の状態で分散している砥粒）を製造するための方法である。
【００１１】
この有機溶剤分散砥粒は、図２に示す装置を使用して、蒸留缶２１に、水を媒体として湿式分級した水分散砥粒と、水よりも沸点の高い、または水と共沸する適当な有機溶剤とを入れ、この混合液３０をモータ２２を駆動して撹拌翼２３で撹拌しながら蒸留缶２１の本体部周囲に配置した加熱機２４（斜線で示す）で加熱して、水と有機溶剤とを留出し、留出した水と有機溶剤とをベーパー管２５を通じてコンデンサー２６の下方の捕集部に捕集し、この捕集した有機溶剤の液層３１を環流管２７を通じて蒸留缶２１へと環流し、水の液層３２をコック２８及び留出管２９を通じて適宜に系外へ留去して、蒸留缶２１内に有機溶剤分散砥粒を残留させることによって製造される。
【００１２】
このように、この方法では、水分散砥粒の乾燥を行わないので、水分散砥粒を乾燥させる際に凝集して形成される二次粒子の状態にある砥粒を生成させることがなく、一次粒子の状態にある有機溶剤分散砥粒を製造できる。
【００１３】
しかし、上記の特願平１１−１９５２７４号に開示する水分散砥粒の製造方法には、以下のような問題点がある。
【００１４】
第一に、湿式分級した水分散砥粒は若干の粘性があるため、水分がまだ多く残っている蒸留脱水の初期に発泡する場合があり、この発泡した水分散砥粒が蒸留缶からコンデンサまで噴き上げてしまう恐れがある。このため、蒸留缶内に入れる水分散砥粒の分量を少なくしたり、加熱を押さえたりして発泡を防ぐ必要があり、このような水分散砥粒の分量や加熱の加減に手間がかかり、蒸留脱水を効率良く行うことができない。
【００１５】
第二に、１バッチで処理するべき水分散砥粒と有機溶剤とを全部最初から蒸留缶内に入れておくため、初期の蒸留缶内の材料の分量が多くなってしまう。このため、加熱の効率がやや悪くなる。加熱の効率を良くするためには、材料の分量を減らさなければならず、１バッチで処理できる量が少なくなる。
【００１６】
第三に、砥粒は親水性のため、蒸留脱水が進むと、残った少量の水の中に砥粒が凝集して粘土状の塊（二次粒子）を形成する。この二次粒子は、攪拌しても一次粒子の状態に戻りにくく、水分が完全になくなるまで蒸留脱水が進まなければ分散できず、有機溶剤分散砥粒を効率良く製造できない。このような二次粒子の形成を防ぐためには、水分が減少した際に砥粒が凝集せずに分散できるように、有機溶剤の分量を増加させる必要があるが、蒸留缶内に入れることのできる材料の量には限りがあるため、有機溶剤の分量を増やすと、水分散砥粒の量を減らさなければならない。このことは、生成される有機溶剤分散砥粒の砥粒濃度を低くし、有機溶剤分散砥粒の生成効率を低下させる。
【００１７】
本発明の目的は、これら問題点に鑑みてなされたものであり、したがって、本発明の課題は、効率良く有機溶剤分散砥粒を製造するための方法およびこの有機溶剤分散砥粒を使用した研磨シートの製造方法を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の有機溶剤分散砥粒の製造方法は、水の沸点より高い温度まで加熱した、水よりも沸点の高い有機溶剤中に水分散砥粒を滴下しながら蒸留脱水をすることを特徴とする。
【００１９】
本発明の有機溶剤分散砥粒の製造方法はまた、水との共沸温度よりも高い温度まで加熱した、水と共沸する有機溶剤溶剤中に水分散砥粒を滴下しながら蒸留脱水をすることを特徴とする。
【００２０】
水分散砥粒は、湿式分級を行った酸化セリウム、酸化アルミニウム、ダイヤモンド、酸化クロム、酸化珪素、等、水に濡れた状態にある一次粒子の状態にある砥粒または水中に一次粒子の状態であり、その平均粒径は約２０μｍ以下、好適に１μｍ以下である。
【００２１】
また、水分散砥粒は、疎油性であり、有機溶剤となじみ難い。このため、有機溶剤に滴下する以前に、水分散砥粒の表面を、あらかじめシランカップリング剤等の表面改質剤で処理しておくことが望ましい。
【００２２】
有機溶剤は、蒸留により水を留去させるために、水よりも高沸点のもの、または水と共沸するものが使用される。好適には、水と共沸する、クロルベンゼン、トルエン、キシレン、酢酸ブチル等が使用される。より好適には、水と共沸し、水と相溶性がなく水より軽いトルエンが使用される。
【００２３】
本発明の研磨シートは、上記製造方法によって得られた有機溶剤分散砥粒と、バインダーとを混合し、この混合物をプラスチックシート表面に塗布し、乾燥させることによって製造される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
＜有機溶剤分散砥粒＞  本発明の有機溶剤分散砥粒は、水の沸点より高い温度まで加熱した、水よりも沸点の高い有機溶剤溶剤中に水分散砥粒を滴下しながら蒸留脱水をすることによって製造される。有機溶剤は、水と共沸し、さらに好適には、水と共沸し、水よりも沸点が高いものが好適である。
【００２５】
本発明に従って、水の沸点より高い温度まで加熱した、水よりも沸点の高い有機溶剤溶剤を用い、図１に示す装置を使用して有機溶剤分散砥粒を製造する。
【００２６】
図示の装置は、丸い本体部上部に設けた上下に細長い入口を有する蒸留缶１、この蒸留缶１の入口に配置したモータ２、及びこのモータ２から上下に長いシャフトを介して連結され、蒸留缶１の底部付近に位置した撹拌翼３、を有する。
【００２７】
この蒸留缶１に、水より沸点の高い適当な有機溶剤を入れ、蒸留缶１の本体部周囲に配置した電熱器等の加熱機４（斜線で示す）で加熱する。
【００２８】
有機溶剤の液温が水の沸点を超えたら、水分散砥粒槽１３のコック１４を開き、水を媒体として湿式分級した水分散砥粒１６を水分散砥粒滴下管１５を通じて蒸留缶１内に滴下する。
【００２９】
水分散砥粒１６の滴下は、撹拌翼３で撹拌しながら行われ、水分散砥粒１６と有機溶剤が混合される。有機溶剤の温度は予め水の沸点よりも高く加熱されており、また、一度に滴下される水分散砥粒１６の水分量が少ないため、滴下された水分散砥粒１６の水分は、発泡することなく直ちに蒸発する。発泡したとしても、蒸留缶１からコンデンサ６まで噴き上げてしまうほどに激しく発泡することはない。
【００３０】
この水蒸気は、蒸留缶１の上部に設けたベーパー管５を通じてコンデンサ６へと導かれ、そこで凝縮されて１留分としてコンデンサ６の下方の捕集部に捕集される。
【００３１】
捕集された水は、捕集部の底部からコック８及び留出管９を通じて、適宜系外へ留去される。
【００３２】
有機溶剤の温度が水の沸点以下に下がると、水分が効率良く蒸留脱水されずに、蒸留缶１内に残ってしまうため、滴下のスピード、すなわち滴下量は、有機溶剤の温度が水の沸点以下に下がらないように適宜調節される。
【００３３】
また、蒸留缶内１に砥粒の二次粒子が形成された場合は、滴下を中止し、その時点で蒸留缶１内にある水分散砥粒と有機溶剤との混合液１０中の水分について完全に蒸留脱水を行う。これにより、形成された二次粒子は崩壊し、一次粒子の状態に戻り、分散する。
【００３４】
所定量の水分散砥粒１６の滴下が終了すると、混合液１０の液温が上昇し、やがて有機溶剤の沸点に達する。液温が上昇している間も、水及び有機溶剤のそれぞれが、蒸気圧に比例して留出し、上述した水蒸気と同様に、コンデンサ６の下方部に捕集される。捕集された混合液は、捕集部の底部からコック８及び留出管９を通じて、適宜系外へ留去される。留去された混合液は、別途精製するか、又は量が少ないときは、次回の置換用溶剤の一部として再利用することができる。
【００３５】
有機溶剤の温度が水の沸点よりも高く、滴下される水の量も少ないため、滴下された水分散砥粒１６の水分は直ちに蒸発し、水蒸気が、蒸留缶１の上部に設けたベーパー管５を通じてコンデンサ６へと導かれ、そこで凝縮されて１留分としてコンデンサ６の下方の捕集部に捕集される。ここで使用される有機溶剤は水より軽く水と相溶しないことから、蒸気はそれぞれ水の留分、有機溶剤の留分として凝縮されてコンデンサ６の下方の捕集部に捕集され、上述したように二つの液層１１、１２に分離する。捕集された有機溶剤の液層１１は、環流管７を通じてコンデンサ６から蒸留缶１へと環流され、捕集された水の液層１２は捕集部の底部からコック８及び留出管９を通じて、適宜系外へ留去される。
【００３６】
有機溶剤が水と共沸するもの（例えばトルエン）である場合は、有機溶剤の温度が水と有機溶剤との共沸温度を超えたら、コック１４を開き、水分散砥粒滴下管１５を通じて、水分散砥粒１６の滴下を開始する。この場合も上述したように、滴下された水分散砥粒１６の水分は、発泡することなく直ちに蒸発する。また、有機溶剤が水と共沸しているため、有機溶剤と水との両方が同時にベーパー管５を通じてコンデンサ６へと導かれ、そこで凝縮されて、それぞれ１留分としてコンデンサ６の下方の捕集部に捕集され、二つの液層に分離する。上述のように、捕集された有機溶剤の液層は蒸留缶１に還流され、水の液層は系外へ留去される。
【００３７】
このようにして水分散砥粒から水のみを留去することにより、蒸留缶１内に、有機溶剤分散砥粒が生成される。
＜研磨シート＞  本発明の研磨シートは、ポリエステル系、ポリウレタン系、等のバインダー樹脂をトルエン、キシレン、メチルエチルケトン、等の溶剤に溶かし、さらにイソシアネート系の硬化剤を加えて調製したバインダーに、上記の製造方法に従って得られた有機溶剤分散砥粒を混合し、この混合物をポリエステル、ポリ塩化ビニル、等のプラスチック、織布、不織布、等のベースシート表面に塗布し、乾燥させることによって製造される。
【００３８】
【実施例】
＜実施例１＞  本発明に従って、水と共沸し、水よりも沸点の高い有機溶剤を用いて図１に示す装置を使用し、有機溶剤分散砥粒を製造して、この砥粒を使用して研磨シートを製造した。
【００３９】
トルエン（３００ｍｌ）を蒸留缶（１０００ｍｌ）に入れ、加熱した。液温が約９０℃に達してから、水分散砥粒滴下管から湿式分級法により得られた水分散砥粒（水中に平均粒径０．３μｍの酸化セリウム５０重量％が分散されている）の滴下を開始した。蒸留缶内の液温が、水とトルエンとの共沸温度（８４．１℃）よりも高い、９０〜１００℃に保たれるように滴下スピードを調節した。
【００４０】
また、滴下量２００ｇ毎に一旦滴下を止めて、液温を１１０℃まで上昇させた。このようにすることにより、その時点で蒸留缶内に存在する水が完全に留去され、形成された二次粒子の状態の砥粒が崩壊して、一次粒子の状態の砥粒が得られた。
【００４１】
蒸留脱水の間、トルエン／水が共沸して留出し、発生した蒸気はコンデンサで液相に変換され、捕集部に捕集された。捕集された液体は、上層のトルエン層と下層の水層とに分離した。捕集部のトルエンは環流管を通じて蒸留缶に環流され、捕集部の水は捕集部下方のコックを開いて留出管を通じて系外に排出した。
【００４２】
合計で１０００ｇの水分散砥粒を滴下した後、滴下を終了し、蒸留缶内の温度が１１０℃になった時点で処理を終了した。
【００４３】
次に、このようにして得られた有機溶剤分散砥粒に、メチルエチルケトン（２００ｍｌ）、酢酸エチル（１００ｍｌ）、ポリエステル樹脂（２５０ｇ）、ポリエステルポリオール（２５ｇ）、及びイソシアネート（７．５ｇ）を、ミルによる分散を行わずに、混合撹拌し、塗料を調製した。
【００４４】
この塗料を厚さ７５μｍのポリエステルフィルムに塗布し、乾燥させて研磨層を形成し、研磨シートを製造した。
【００４５】
ポリエステルフィルムに塗布した塗膜表面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、塗料中に、砥粒が一次粒子の状態で一様に分散されている様子が確認された。また、この研磨層表面を測定したところ、０．１０μｍという非常に低い平均表面粗さであった。研磨層表面の平均表面粗さの測定は、東京精密社製Ｓｕｒｆｃｏｍ４７５Ａ（商標）（触針２μｍＲ）を使用して行った。
＜実施例２＞  実施例１と同様に、本発明に従って、図１に示す装置を使用して有機溶剤分散砥粒を製造し、この砥粒を使用して研磨シートを製造した。
【００４６】
湿式分級法により得られた水分散砥粒（水中に平均粒径０．３μｍの酸化セリウム５０重量％が分散されている）（１０００ｇ）に、希硫酸（１００倍希釈）（１０ｇ）とメチルトリメトキシシラン（５ｇ）とを加えて撹拌した後、水分散砥粒槽に入れ、上記実施例１と同様に処理し、有機溶剤分散砥粒を得た。
【００４７】
この有機溶剤分散砥粒を使用して、上記実施例１と同様に、塗料を調製し、ポリエステルフィルム表面に塗布し、乾燥させて研磨層を形成し、研磨シートを製造した。
【００４８】
上記実施例１と同様に、ポリエステルフィルムに塗布した塗膜表面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、塗料中に、砥粒が一次粒子の状態で一様に分散されている様子が確認された。また、この研磨層表面を上記実施例１と同様に測定したところ、０．０８μｍという非常に低い平均表面粗さであった。
【００４９】
【発明の効果】
本発明が以上のように構成されるので、以下のような効果を奏する。
【００５０】
（１）再凝集力が強く、一次粒子の状態に再分散させることが困難な酸化セリウムの有機溶剤分散砥粒を製造することができる。
【００５１】
（２）有機溶剤が水の沸点より高い温度、または水との共沸温度より高い温度まであらかじめ加熱され、また一度に滴下される水分散砥粒の水分量が少ないため、水分は速やかに蒸発し、滴下された水分散砥粒は、発泡することがなく、また、発泡したとしても、蒸留缶からコンデンサまで噴き上げてしまうほどに激しく発泡することはない。
【００５２】
（３）水分散砥粒の滴下を続けることにより、一度に全材料を蒸留缶に入れてしまう従来の方法よりも、１バッチで処理することができる水分散砥粒の量が増え、かつ高濃度の有機溶媒分散砥粒を得ることができる。
【００５３】
（４）時々、水分散砥粒の滴下を止めて、その時点で蒸留缶内にある水分を蒸留脱水することにより、形成された二次粒子が崩壊するため、大きな二次粒子を形成することなく、一次粒子の状態の有機溶剤分散砥粒を得ることができる。
【００５４】
（５）蒸留缶内の液温を、有機溶剤の沸点近くまで上昇させることが可能なため、蒸留脱水をより効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の有機溶剤分散砥粒の製造方法に使用される装置の略図である。
【図２】図２は、従来の有機溶剤分散砥粒の製造方法に使用される装置の略図である。
【符号の説明】
１、２１・・・蒸留缶
２、２２・・・モータ
３、２３・・・撹拌翼
４、２４・・・加熱機
５、２５・・・ベーパー管
６、２６・・・コンデンサ
７、２７・・・環流管
８、２８・・・コック
９、２９・・・留出管
１０、３０・・・水分散砥粒と有機溶剤の混合液
１１、３１・・・有機溶剤の液層
１２、３２・・・水の液層
１３・・・水分散砥粒槽
１４・・・コック
１５・・・水分散砥粒滴下管
１６・・・水分散砥粒
【図１】
0004282182.tif 000002
【図２】
0004282182.tif 000003