JP2003071731A

JP2003071731A - ディンプル構造の研磨材料

Info

Publication number: JP2003071731A
Application number: JP2001265612A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Suzuki; 一男鈴木; Hajime Ebisawa; 一海老沢
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-09-03
Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2003-03-12
Also published as: EP1423239A1; CN1549757A; WO2003020474A1; BR0212275A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】被研磨面を傷つけず平滑精密に研磨すること
が可能であり、研磨効率に優れ、研磨寿命が長い研磨材
料を提供すること。【解決手段】基材１１と、基材１１の表面上に被覆さ
れたバインダー１２と、該バインダー１２により基材１
１に接着された砥粒１３とを有するシート状の研磨材料
において、研磨面の全体にわたって配置され、相互に独
立した形状である複数のディンプル又は貫通穴１４を有
し、研磨面の被研磨体に対する有効接触面積が５０〜９
５％である研磨材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は研磨材料に関し、特
に、樹脂、塗膜等の有機材料製品の仕上げ加工に適した
シート状の研磨材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】研磨面が平坦な研磨製品を用いて研磨を
行なうと安定した研磨及び研磨精度が得られない。この
原因は研磨時、研磨製品と被研磨面との間に研磨屑がた
まり、その研磨屑により被研磨面が傷ついたり、研磨屑
が被研磨面に付着し研磨精度を低下させることにある。

【０００３】この問題を解消するため、研磨製品の表面
に凹凸を形成し、研磨屑や脱落した研磨材粒子を凹部に
集めて除く技術が知られている。

【０００４】例えば、第３０１２２６１号特許掲載公報
には、研磨層が立体構造を有する研磨材料が記載されて
いる。この研磨材料は、基材と基材上に設けられた担持
層と担持層上に被覆された研磨層とを有し、該担持層が
均一で規則的な凹凸形状に賦形されたものである。

【０００５】特開昭６３−１６９８０号公報には、基材
へバインダー及び砥粒を塗布し、乾燥した後、凹凸パタ
ーンを有するロールでエンボス加工を施し、凹凸版胴つ
きのカレンダーロールでプレスする等して、研磨層の表
面に凹凸を形成した研磨材料が記載されている。

【０００６】特開平１−１７１７７１号公報には、あら
かじめエンボス加工して凹凸パターンのついた基材の表
面に、バインダーと、該バインダーにより基材に接着さ
れた砥粒とを有する研磨材料が記載されている。

【０００７】これらの研磨材料では、研磨層に形成され
た凹凸は、一の凸部に対し、凹部はその周りを取り囲む
か又は平行して、連続溝を形成するような構造になって
いる。上述のように、研磨層に凹凸を形成するのは研磨
屑や脱落した研磨材粒子を凹部に集めて除くためである
が、凹部が連続溝状であるとそのエッジにより、又収集
された研磨屑等が比較的自由に移動することで、被研磨
面に傷が生じる可能性が高い。

【０００８】また、上記研磨層では凸部に接着された砥
粒によって研磨が行われるが、突出した凸部には負荷が
かかり易く、砥粒の磨耗が促進されて研磨材料の寿命が
短くなる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来の問
題を解決するものであり、その目的とするところは、被
研磨面を傷つけず平滑精密に研磨することが可能であ
り、研磨効率に優れ、研磨寿命が長い研磨材料を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、基材と、基材
の表面上に被覆されたバインダーと、該バインダーによ
り基材に接着された砥粒とを有するシート状の研磨材料
において、研磨面の全体にわたって配置され、相互に独
立した形状である複数のディンプル又は貫通穴を有し、
研磨面の被研磨体に対する有効接触面積が５０〜９６％
である研磨材料を提供するものであり、そのことにより
上記目的が達成される。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の研磨材料の一実施
態様を示す断面図である。基材１１の表面上にバインダ
ー１２が被覆され、砥粒１３はバインダー１２により基
材１１に接着されている。

【００１２】研磨材料には複数の貫通穴１４が設けられ
ている。貫通穴の代わりに基材の裏面まで貫通していな
いディンプルを設けてもよい。この貫通穴やディンプル
により、研磨屑や脱落した研磨材粒子が収集保持され
て、被研磨面に筋状の傷が入ることが有効に防止され
る。更に、貫通穴の場合は研磨面の塗装面に対する吸着
が効果的に防止されて研磨効率が向上する。

【００１３】ディンプル又は貫通穴の形状は、各々が相
互に独立しており、連続溝を形成しない形状であれば特
に限定されない。例えば、円形、楕円形、六角形、四角
形、菱形及び三角形のような多角形等が適宜選択され
る。

【００１４】このディンプル又は貫通穴は、小さすぎる
と目詰まりを起こして研磨屑等を収集する機能が悪くな
り、大きすぎると研磨材料の強度や研磨効率が低下す
る。従って、ディンプル又は貫通穴の寸法は研磨材料の
外寸（直径比）を基準にして２〜８％程度とすることが
好ましい。

【００１５】具体的には、ディンプル又は貫通穴の寸法
は、ディンプル又は貫通穴が円形の場合はφ０．５〜φ
１０ｍｍ、好ましくはφ２〜φ６ｍｍ、方形の場合は□
０．２〜□１０ｍｍ、好ましくは□２〜□６ｍｍの範囲
の寸法とされる。

【００１６】ディンプル又は貫通穴は研磨材料の研磨面
全体にわたって配置されることが好ましい。研磨面の一
部にディンプル又は貫通穴が無い領域があると、その領
域では研磨屑等の収集が行われず、また研磨材料が被研
磨体に対して吸着するため研磨効率が低下する。

【００１７】ディンプル又は貫通穴は全て同一形状、又
は同一寸法である必要はない。基材の表面全体にわたっ
て配置されていると判断できれば、異なる形状、異なる
寸法のものが混在していてもよい。但し、それらの配置
は規則性を有していることが好ましい。

【００１８】ディンプル又は貫通穴の研磨面側の縁は面
取りされていることが好ましい。ディンプル又は貫通穴
の研磨面側の縁が鋭利であったり突出していると、被研
磨面を傷つける怖れがあるからである。

【００１９】貫通穴は、好ましくは、研磨材料を打ち抜
き加工して形成される。研磨材料を打ち抜く際には、そ
の研磨面から基材の裏面へ向かう方向に刃を入れること
が好ましい。そのことによって貫通穴の研磨面側の縁が
面取りされるからである。また、貫通穴は基材を予め打
ち抜いて形成しておいてもよい。

【００２０】ディンプルは、好ましくは、基材をエンボ
ス加工して形成される。また、ディンプルは、レプリカ
法で形成してもよい。これらの方法によれば、ディンプ
ル形状を均一かつ規則的に、再現性良く賦形することが
でき、研磨材料による研磨の精密性及び仕上がりが向上
し、更にディンプルの研磨面側の縁が面取りされるから
である。

【００２１】本発明の研磨材料では、研磨面の被研磨体
に対する有効接触面積が５０〜９５％であることが好ま
しい。より好ましくは、水磨き手動研磨ブロックにおい
ては、有効接触面積は７５〜９０％、特に８０〜８５％
である。有効接触面積とは、ディンプル又は貫通穴がな
い場合の研磨材表面の面積に対するディンプル又は貫通
穴を除いた部分の研磨材表面の面積の割合（％）をい
う。

【００２２】有効接触面積が５０％未満になると、研磨
中に砥粒にかかる負荷が増大して脱粒等が増加するた
め、研磨効率が低下する。有効接触面積が９５％を越え
ると研磨効率の向上効果が得られない。

【００２３】本発明の研磨材料に用いる基材は、シート
状研磨材料の基材として通常使用される材料であればよ
い。具体的には、ポリマーフィルム、織布、不織布、
紙、含浸紙、ポリマー被覆紙等が使用できる。特に好ま
しい基材はオイル含浸紙、ポリマー被覆紙、ポリエチレ
ンテレフタレートのようなポリエステルフィルム、及び
これらの金属蒸着紙及びフィルムである。基材の厚さ
は、一般に１２〜１５０μｍ、好ましくは３８〜１００
μｍである。

【００２４】基材の表面には、バインダーにより砥粒が
接着される。バインダーとしては、接着強度が充分に確
保でき、精密機器、精密部品の仕上げ加工用研磨材料に
通常用いられるものを使用する。例えば、フェノール樹
脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、
アクリル樹脂等が挙げられる。

【００２５】砥粒としては、精密機器、精密部品の仕上
げ加工用研磨材料に通常用いられるものを使用する。例
えば、材質としては、酸化アルミニウム、酸化セリウ
ム、シリコンカーバイド、ダイヤモンド、酸化アルミナ
についてさらに言えば溶融アルミナ、セラミックアルミ
ナ（ゾルゲルアルミナを含む）等が挙げられる。また、
砥粒はポリメタクリル酸エステル、ポリスチレン、ポリ
オレフィン等からなるプラスチック製微粒子であっても
良い。砥粒の寸法は、一般に平均粒径５３〜０．４５μ
ｍ程度である。すなわち、平均粒径５３μｍ（ＪＩＳ＃
２２０）〜０．４５μｍ（＃２００００）、好ましくは
平均粒径５μｍ（＃２５００）〜４０μｍ（＃３６０）
である。

【００２６】本発明の研磨材料は、まずディンプル又は
貫通穴を有しない基材を用いて研磨面が平坦な研磨材料
を製造し、その後、基材の表面全体にわたって、相互に
独立した形状である複数のディンプル又は貫通穴を形成
することにより製造できる。あるいは、基材の表面全体
にわたって相互に独立した形状である複数のディンプル
又は貫通穴を形成し、この基材にバインダー及び砥粒を
被覆し、そして加熱してバインダーを硬化させることに
より製造してもよい。

【００２７】砥粒は基材の表面にほぼ一列に並ぶよう
に、単層にて被覆されることが好ましい。研磨材料の砥
粒の保持力及び砥粒の利用効率が良好になり、フィルム
表面に存在する凹凸をそのまま維持できるからである。

【００２８】砥粒は静電スプレー塗布法を用いて塗布す
ることが好ましい。砥粒の配置に配向性を持たせること
ができ、その結果、研磨材料の研磨効率が向上するから
である。図２（ａ）は静電スプレー塗布法の原理を示す
模式断面図である。スプレーノズル５４の正面に所定の
間隔をおいて被塗物５６を対向させる。砥粒５１やバイ
ンダー（非表示）は直流高圧電源５２により帯電させら
れ、空気流５３によりスプレーノズル５４から吐出され
る。

【００２９】砥粒５１やバインダーは、高電圧をかけた
ガン尖端針電極５５から被塗物（研磨材料の基材に相
当）５６に向かって流れるコロナ放電流により、クーロ
ン力によって被塗物に付着させられる。この方法では、
ガン尖端針電極５５被塗物５６の間に静電界５７がで
き、静電スプレー先端部でイオン化された砥粒５１等は
静電界５７に沿って飛行し、被塗物の表面に均一に付着
する。

【００３０】その結果、図２（ｂ）に示すように、スラ
リー法による場合と比較して、基材の表面における砥粒
の配向性が適度に生じ、研磨力に優れる研磨材料が得ら
れる。更に、静電反発によって、付着した砥粒の上には
新たな砥粒は付着せず、基材の表面に砥粒がほぼ単層に
て被覆され、砥粒の保持力及び砥粒の利用効率が良好に
なる。

【００３１】バインダーと砥粒とは別々に塗布してもよ
いが、バインダーと砥粒との混合物（研磨塗液）を予め
調製し、これを静電スプレー塗布法により直接基材に塗
布してもよい。

【００３２】基材にバインダー及び砥粒を塗布した後、
バインダーを硬化させて研磨材料が得られる。バインダ
ーの硬化は、一般に加熱により行なう。

【００３３】基材に砥粒を塗布する方法として、スラリ
ー塗布法、及び静電スプレー塗布法に類似の静電塗布法
等を用いてもよい。

【００３４】図３（ａ）はスラリー塗布法の原理を示す
模式断面図である。砥粒とバインダーとを含有するスラ
リー状の塗液６１が、ブレードで平坦化され、図３
（ｂ）に示すような研磨材料が得られる。

【００３５】図４（ａ）は静電塗布法の原理を示す模式
断面図である。ホットプレート７３の上に砥粒７１を乗
せ、一定間隔をおいて被塗物７４を対向させる。交流高
圧電源（２．５〜６０Ｈｚ、０〜６０ｋＶ）７２により
ホットプレート７３に電圧をかけ、砥粒７１は帯電させ
られる。同時にホットプレート７１と被塗物７４の間に
静電界７５ができ、砥粒７２はクーロン力によって被塗
物７４に引き寄せられ、その表面に付着して、図４
（ｂ）に示すような研磨材料が得られる。

【００３６】本発明の研磨材料は樹脂等の有機材料の研
磨に適している。研磨材料の被研磨面に対する吸着が有
効に防止され、研磨効率が向上するからである。例え
ば、本発明の研磨材料を用いて、鈑金塗装された塗膜に
存在する塗膜欠陥を除去したり、塗装面の肌調整を行な
うことができる。その際、本発明の研磨材料は空砥ぎに
使用しても、水砥ぎに使用してもよい。

【００３７】かかる用途では、研磨材料は通常手動研磨
ブロック、又はサンダーに装着して使用される。手動研
磨ブロックについては、例えば、実開平５−６７４６５
号公報に記載されている。また、サンダーについては、
例えば、特開平７−３１４３１８号公報に記載されてい
る。

【００３８】図５及び６は本発明の研磨材料の実施態様
を示す正面図である。図５ａ〜ｄに示されているものは
手動ブロックに装着するための研磨ディスクである。中
心の開口部は研磨面に水等の潤滑液を供給するために設
けられた穴であり、研磨屑の収集機能は有しない。これ
らの研磨ディスクの仕様はそれぞれ以下の通りである。

【００３９】

【表１】

【００４０】図６ａ〜ｃに示されているものはサンダー
に装着するための研磨ディスクである。これらのディス
クの仕様はそれぞれ以下の通りである。

【００４１】

【表２】

【００４２】尚、サンダーに装着するための研磨ディス
クについては、従来から貫通穴を複数設けた製品が市販
されている。例えば、スリーエム社製の「ＤＦ−２のり
つきディスクユニ（穴有り）」、「ＤＦ−２ワンタッチ
ペーパーディスクユニ（穴有り）」、「ＤＦ−２スティ
キット^TMディスクロールプロダクション^TM（穴有
り）」、及び「ＤＦ−２スティキット^TMディスクロール
ユニ（穴有り）」等である。しかしながら、これらの研
磨ディスクに設けられた貫通穴は強制吸塵のための吸引
口として使用され、研磨材料の表面全体にわたって配置
されたものではない。従って、強制吸塵を行なわない場
合は、これらの貫通穴のみでは被研磨面から研磨屑を収
集する機能が不十分である。

【００４３】

【実施例】以下の実施例により本発明を更に具体的に説
明するが、本発明はこれらに限定されない。

【００４４】実施例１〜４基材として厚さ７５μｍのペットフィルムを準備した。
次いで、砥粒とバインダーとの混合物である研磨塗液と
して、南興セラミックス（株）製粒度＃２０００の酸化
アルミ粒子１００ｇと東都化成（株）製エポキシ樹脂
「エポトートＹＤ１２８Ｒ」２０ｇとヘンケル白水
（株）社製「バーサミド１２５」２０ｇとダウコーニン
グ社製プロピレングリコールモノメチルエーテル７５ｇ
とを混合したものを用意し、これを静電スプレー塗布法
によりペットフィルムの表面に塗布した。

【００４５】図７は静電スプレー塗布法に用いた塗布装
置の概要を示す模式図である。塗液はエアミキサー付き
ホールドタンク８１からダイアフラムポンプ８２に圧送
され、塗料レギュレーター８３とバックプレッシャーレ
ギユレーター８４の差圧で循環され、この差圧はゲージ
８５、及び８６の読みで０．１５Ｍｐｓ以上にする。

【００４６】静電スプレーガン８７へ送られた塗液はガ
ン入り口にある精密塗料レギュレーター８８により吐出
量が調整され空気によって霧化され、低電圧制御装置８
９によりガンの電極に電圧をかける事によりこの間に静
電界を作り、さらに電極先端部で空気をイオン化させこ
のイオン化圏域を通過した塗液の粒子は、負（−）に帯
電して静電界の方向のペットフィルム９０に塗布され
る。

【００４７】塗布装置は、ランズバーグインダストリー
（株）製静電スプレーガン「７５７８５溶剤系塗料用Ｒ
ＥＡ―９０」、及び低電圧コントロールユニット「９０
４０カスケ―ド低電圧コントロールユニット」を用い
た。塗布条件は以下の通りとした。

【００４８】

【表３】

【００４９】その後、さらにフェノール樹脂（昭和高分
子社製）を用いて、サイズコート処理を行った。次い
で、被塗物を１４０℃で３分間保持して硬化させた。得
られた連続研磨シートを研磨面から基材の裏面へ向かう
方向に打ち抜くことによりその全体にわたって貫通穴を
形成した。最後にこの連続研磨シートを打ち抜いて直径
（φ）１００ｍｍの研磨ディスクとした。研磨ディスク
は貫通穴の数を変化させて４種類作製した（実施例１〜
４）。また、貫通穴を形成しない研磨ディスクを対照試
料として用いた。得られた研磨ディスクの仕様を表４に
示す。

【００５０】

【表４】

【００５１】シェーファーテスト研磨機を用いて、研磨
ディスクの研磨テストを行った。被研磨体としてアクリ
ル板（直径１００ｍｍ、厚さ８ｍｍ）を用い、研磨荷重
は４．５ｋｇとした。被研磨体を回転させて被研磨体の
研磨量（ｇ）を測定した。結果を表５に示す。また、被
研磨面を目視で評価したところ、全ての研磨ディスクに
ついて筋状の傷は入っていなかった。

【００５２】

【表５】 a：対照試料の研磨量に対する研磨量（％）

【００５３】この結果により、貫通穴を有する研磨材料
は、研磨面が平坦な研磨材料と比較して研磨効率が優れ
ていることが示された。

【００５４】実施例５基材として、表面の全体にわたりφ６５０μｍ、深さ１
００μｍのピンポイントディンプルが格子状に形成され
た厚さ３ミル（７５μｍ）のＰＥＴフィルムを用いるこ
と以外は実施例１〜４と同様にして研磨ディスクを得
た。研磨ディスクの有効接触面積は８３．６％であっ
た。

【００５５】この研磨ディスクを用い、手動研磨ブロッ
クにより一方向往復運動によりアクリル板（直径１００
ｍｍ、厚さ２ｍｍ）を研磨した。研磨は、水砥ぎ及び空
砥ぎをそれぞれ行った。研磨性及び被研磨面の仕上がり
等を以下の基準によって評価した。評価結果を表９に示
す。

【００５６】水砥ぎ作業性

【表６】

【００５７】研磨性

【表７】

【００５８】仕上がり

【表８】

【００５９】表面粗さ三豊社製５２５シリーズフォトレーサー（高精度表面粗
さ測定機「ＳＶ−Ｃ６００」）を用いて、ＪＩＳに基づ
く測定法（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４）により、平均
表面粗さＲａ（μｍ）を測定した。

【００６０】比較例１基材として表面に凹凸を有しない厚さ３ミル（７５μ
ｍ）のＰＥＴフィルムを用いること以外は実施例５と同
様にして研磨ディスクを得た。この研磨ディスクを用い
ること以外は実施例５と同様にして研磨試験を行った。
評価結果を表９に示す。

【００６１】比較例２実施例５で用いたＰＥＴフィルムのピンポイントディン
プルはエンボスによって形成されており、裏返すと表面
の全体にわたりφ６５０μｍ、高さ１００μｍのピンポ
イント突起が形成されている。

【００６２】基材として、実施例５用いたＰＥＴフィル
ムのピンポイント突起が形成されている面を用いること
以外は実施例５と同様にして研磨ディスクを得た。得ら
れた研磨ディスクの有効接触面積は１６．４％であっ
た。この研磨ディスクを用いること以外は実施例５と同
様にして研磨試験を行った。評価結果を表９に示す。

【００６３】比較例３基材として短径１２２０μｍ、長径１７５０μｍ、高さ
４０μｍの菱形の突起、及びその周囲に幅５８０μｍの
連続溝が形成されているＰＥＴフィルムを用いること以
外は実施例５と同様にして研磨ディスクを得た。得られ
た研磨ディスクの有効接触面積は４２．７％であった。
この研磨ディスクを用いること以外は実施例５と同様に
して研磨試験を行った。評価結果を表９に示す。

【００６４】

【表９】

【００６５】この結果により、研磨面にディンプルを有
する研磨材料は、凸部を有する研磨材料と比較して被研
磨面を傷つけ難く、作業性も優れていることが示され
た。

【００６６】

【発明の効果】本発明のディンプル構造の研磨材料は被
研磨面を傷つけず平滑精密に研磨することが可能であ
り、研磨効率に優れ、研磨寿命が長い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研磨材料の一実施態様を示す端面断
面図である。

【図２】静電スプレー塗布法の原理を示す模式断面図
である。

【図３】スラリー塗布法の原理を示す模式断面図であ
る。

【図４】静電塗布法の原理を示す模式断面図である。

【図５】本発明の研磨材料の実施態様を示す正面図で
ある。

【図６】本発明の研磨材料の実施態様を示す正面図で
ある。

【図７】静電スプレー塗布法に用いた塗布装置の概要
を示す模式図である。

【符号の説明】

１１…基材、１２…バインダー、１３…砥粒、１４…貫通穴。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者海老沢一神奈川県相模原市南橋本３−８−８住友スリーエム株式会社内Ｆターム(参考） 3C063 AB07 BA22 BC03 BG04 BG07 BG08 CC16 EE15 FF20 FF23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材と、基材の表面上に被覆されたバイ
ンダーと、該バインダーにより基材に接着された砥粒と
を有するシート状の研磨材料において、研磨面の全体にわたって配置され、相互に独立した形状
である複数のディンプル又は貫通穴を有し、研磨面の被
研磨体に対する有効接触面積が５０〜９５％である研磨
材料。
【請求項２】前記ディンプル又は貫通穴の形状が寸法
φ０．５〜φ１０ｍｍの円形、又は寸法□０．２〜□１
０ｍｍの方形である請求項１記載の研磨材料。
【請求項３】前記ディンプル又は貫通穴の研磨面側の
縁が面取りされている請求項１又は２記載の研磨材料。
【請求項４】鈑金塗装された塗膜に存在する塗膜欠陥
を除去するために使用される請求項１〜３のいずれか記
載の研磨材料。
【請求項５】手動研磨ブロック、又はサンダーに装着
して使用される請求項１〜４のいずれか記載の研磨材
料。
【請求項６】シート状の研磨材料の研磨面の全体にわ
たって、相互に独立した形状である複数のディンプル又
は貫通穴を形成する工程を包含する研磨材料の製造方
法。