JP5130138B2 - 研磨パッドおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
図1に示すように、研磨パッド1は、研磨層としてのウレタンシート2を有している。ウレタンシート2は、イソシアネート基含有化合物を主成分としており、研磨加工時に被研磨物の被研磨面(加工面)を研磨加工するための研磨面Pを有している。
研磨パッド1は、図4に示す各工程を経て製造される。すなわち、イソシアネート基含有化合物と、活性水素化合物と、微粒子13とをそれぞれ準備する準備工程、イソシアネート基含有化合物、活性水素化合物および微粒子13を略均一に混合した混合液を調製する混合工程、イソシアネート基含有化合物および活性水素化合物による架橋硬化反応を進行させ、その架橋硬化反応の終了前に反応生成物をスライスしてシート状にしてから、シート状の反応生成物の少なくとも一部を厚さ方向に押圧(加圧)して光透過部3を含むウレタンシート2(ポリウレタン成形体)を形成する成形工程、ウレタンシート2の研磨面P側に溝8を形成する溝加工工程、ウレタンシート2をクッションシート16、両面テープ18と貼り合わせるラミネート工程を経て製造される。以下、工程順に説明する。
準備工程では、イソシアネート基含有化合物、活性水素化合物および微粒子13をそれぞれ準備する。準備するイソシアネート基含有化合物としては、分子内に2つ以上の水酸基を有するポリオール化合物と、分子内に2つのイソシアネート基を有するジイソシアネート化合物とを反応させることで生成したイソシアネート末端ウレタンプレポリマ(以下、単に、プレポリマと略記する。)が用いられている。ポリオール化合物と、ジイソシアネート化合物とを反応させるときに、イソシアネート基のモル量を水酸基のモル量より大きくすることで、プレポリマを得ることができる。また、プレポリマは、粘度が高すぎると、流動性が悪くなり混合時に略均一に混合することが難しくなる。温度を上昇させて粘度を低くするとポットライフが短くなり(プレポリマの硬化反応が速くなり)、却って混合斑が生じて微粒子13の分散状態にバラツキが生じる。また、温度上昇により気孔形成成分14が発泡してしまい気孔5の大きさや分散状態にバラツキが生じることもある。反対に粘度が低すぎると、混合液中で微粒子13が移動してしまい、得られるポリウレタン樹脂に略均等、略均一に微粒子13を分散させることが難しくなる。このため、プレポリマは、温度50〜80℃における粘度を500〜4000mPa・sの範囲に設定することが好ましい。例えば、プレポリマの分子量(重合度)を変えることで粘度を設定することができる。プレポリマは、50〜80℃程度に加熱され流動可能な状態とされる。
図5に示すように、混合工程では準備工程で準備したプレポリマ、活性水素化合物および微粒子13を混合機20で混合して混合液を調製する。このとき、微粒子13は、混合液中での分散状態を均一化するため、予め活性水素化合物に略均一に混合、分散させておく。混合機20は、攪拌翼24が内蔵された混合槽22を備えている。混合槽22の上流側には、第1成分としてプレポリマ、第2成分として微粒子13を分散させた活性水素化合物をそれぞれ収容した供給槽が配置されている。各供給槽からの供給口は混合槽22の上流端部に接続されている。攪拌翼24は混合槽22内の略中央部で上流側から下流側までにわたって配置された回転軸に固定されている。回転軸の回転に伴い攪拌翼24が回転し、第1成分および第2成分を剪断するようにして混合する。なお、第1成分のプレポリマ、第2成分に含まれる活性水素化合物の多くがいずれも常温で固体または流動しにくい状態のため、それぞれの供給槽は各成分が流動可能となるように加温されている。
成形工程では、混合液を型枠に注型する注型ステップと、型枠内で混合液の架橋硬化反応を進行させる硬化ステップと、架橋硬化反応の終了前に反応生成物をスライスしてシート状にするスライスステップと、シート状の反応生成物の少なくとも一部を厚さ方向に押圧して光透過部3を形成する加圧ステップとを経て光透過部3を含むポリウレタン成形体を形成する。以下、ステップ順に成形工程を説明する。
注型ステップでは、混合工程で得られた混合液を混合槽22の下流端部に形成された排出口から排出し、例えばフレキシブルパイプを通じて、型枠25の上方に配置された不図示の注液口に導液する。型枠25は、上部が開放されており、大きさが、本例では、1050mm(長さ)×1050mm(幅)×50mm(厚さ)に設定されている。注液口は、型枠25の長さ方向で対向する2辺間(例えば、図5の左右間)を往復移動し、断面三角状で型枠25の幅方向の長さを有している。注液口を型枠25の長さ方向に往復移動させながら、排出口の端部(フレキシブルパイプの端部)を型枠25の幅方向に往復移動させることで、混合液が型枠25に略均等に注型される。注型工程で100kg程度の型枠25に混合液を注型するのに要する時間はおよそ1〜2分程度となる。
硬化ステップでは、注型された混合液中のプレポリマおよび活性水素化合物による架橋硬化反応を型枠25内で進行させて、スライスすることができる程度に固化させたブロック状の反応生成物(以下、ウレタンブロックという。)を形成する。すなわち、ウレタンブロックは完全に架橋硬化反応が終了しておらず、加圧により変形することができる。型枠25の上部が開放されているため、大気圧下で架橋硬化反応が進行しウレタンブロックが形成される。また、この反応で生じた反応熱により微粒子13の窪み13bに配された気孔形成成分14がガスを発生する。微粒子13が混合液中に略均等、略均一に分散されているため、微粒子13の周囲で架橋硬化反応が進行することで、ウレタンブロックに気孔5が略均等かつ略均一に形成される。
スライスステップでは、硬化ステップで得られたウレタンブロックを架橋硬化反応の終了前にスライスし、シート状の反応生成物(以下、ウレタンシートという。)を形成する。スライスには、一般的なスライス機を使用することができる。スライス時にはウレタンブロックの下層部分を保持し、上層部から順に所定厚さにスライスする。本例では、スライスする厚さを1.3〜2.5mmの範囲に設定する。本例で用いた厚さが50mmの型枠25で形成したウレタンブロックでは、例えば、ウレタンブロックの上層部および下層部の約10mm分をキズ等の関係から使用せず、中央部の約30mm分から10〜25枚のウレタンシートを形成することができる。硬化ステップで気孔5が略均等、略均一に形成されたウレタンブロックが得られるため、スライスステップで複数枚のウレタンシートを形成したときは、表面に形成された開孔6の平均開孔径がいずれも10〜150μmの範囲となる。
スライスステップで得られたウレタンシートの一部を架橋硬化反応の終了前(硬化前)に厚さ方向に押圧して光透過部3を形成する。押圧時には、平板上にウレタンシートを載置し、ウレタンシートの一部に所望の光透過性が得られるように下側に円形状に圧力を加える。このとき、架橋硬化反応が終了していないため、光透過部3の内部では、気孔形成成分14による気孔が圧縮されて、研磨終点の検出に十分な光透過性が確保される。押圧した状態でウレタンシートの架橋硬化反応を完了させて、光透過部3を含むウレタンシート2を形成する。本例では、光透過部3の厚さが0.5〜2.0mmの範囲になるように圧力を設定する。
図4に示すように、溝加工工程では、ウレタンシート2の研磨面P側に研磨加工時のスラリの供給や研磨屑の排出を考慮して格子状で断面矩形状の溝8を形成する。また、ウレタンシート2の厚さ精度を向上させるために、ウレタンシート2反対面にさらにバフ等の表面研削処理を施すようにしてもよい。バフ処理には一般的なバフ機を使用することができる。
ラミネート工程では、ウレタンシート2とクッションシート16とを貼り合わせ、クッションシート16のウレタンシート2と反対側の面に両面テープ18を貼り合わせる。ウレタンシート2とクッションシート16の貼り合わせには、接着剤のみを用いてもよく、基材の両面に接着剤が塗着された両面テープを用いてもよいが、いずれの場合も光透過性を有することが望ましい。また、ウレタンシート2とクッションシート16とを貼り合わせるときは、ウレタンシート2の光透過部3が形成された位置にクッションシート16の開口17が位置するようにする。そして、円形状に裁断した後、汚れや異物等の付着がないことを確認する等の検査を行い、研磨パッド1を完成させる。
次に、本実施形態の研磨パッド1およびその製造方法の作用等について説明する。
実施例1では、プレポリマの生成で、ポリオール化合物として平均分子量約2000のPTMGを用い、ジイソシアネート化合物として、2,4−TDIと2,6−TDIとをモル比7/3で混合して用いた。これらを反応させることで、温度50℃における粘度が5500mPa・s、NCO当量が549のプレポリマを得た。このプレポリマを55℃に加熱し減圧下で脱泡して用いた。活性水素化合物にはMOCAを用い、約120℃で溶解させ減圧下で脱泡した。微粒子13としては、平均粒径10μmの外殻13aを有機シリコーン系重合体で形成し、窪み13bに気孔形成成分14として空気を配した。プレポリマ:MOCA:微粒子13を重量比で100部:22.8部:5.3部の割合で混合した。混合工程では、攪拌条件を剪断回数1689回、剪断速度9425/秒に設定した。得られた混合液を型枠25に注型しスライスできる程度に固化させた後、硬化反応の終了前にウレタンブロックを型枠25から抜き出し、厚さ1.3mmにスライスし、5MPaで加圧して光透過部3を形成し研磨パッド1を作製した。光透過部3の厚さを1.0mm、すなわち、光透過部3の除くウレタンシート2の厚さの80%に設定した。また、光透過部3と光透過部3を除くウレタンシート2とのショアD硬度の差を8度に設定した。
比較例1では、中空球状微粒子(松本油脂製薬株式会社製、マツモトマイクロビーズM−610、架橋アクリルタイプ)を用い、光透過部3を形成しないこと以外は実施例1と同様にして研磨パッドを作製した。なお、中空球状微粒子の平均粒径は10μmに設定した。
実施例1の研磨パッド1について、開孔6の平均開孔径、光透過部3の光透過率を測定した。また、比較例1の研磨パッドについて、研磨面に形成された開孔の平均開孔径、光透過率を測定した。平均開孔径は、マイクロスコープ(KEYENCE製、VH−6300)で約1.3mm四方の範囲を175倍に拡大して観察し、得られた画像を画像処理ソフト(Image Analyzer V20LAB Ver.1.3)により処理し算出した。光透過率は、波長500nmの光線についての透過率を測定し評価した。平均開孔径および光透過率の測定結果を下表1に示す。
次に、各実施例及び比較例の研磨パッドを用いて、以下の研磨条件でハードディスク用のアルミニウム基板の研磨加工を行い、研磨レートを測定した。研磨レートは、1分間当たりの研磨量を厚さで表したものであり、研磨加工前後のアルミニウム基板の重量減少から求めた研磨量、アルミニウム基板の研磨面積および比重から算出した。また、研磨加工によるアルミニウム基板上のスクラッチの有無を目視にて判定した。研磨レート、スクラッチの有無の測定結果を下表2に示す。
(研磨条件)
使用研磨機:スピードファム社製、9B−5Pポリッシングマシン
研磨速度(回転数):30rpm
加工圧力:100g/cm2
スラリ:コロイダルシリカスラリ(pH:11.5)
スラリ供給量:100cc/min
被研磨物:ハードディスク用アルミニウム基板
(外径95mmφ、内径25mm、厚さ1.27mm)
2 ウレタンシート(研磨層)
3 光透過部
5 気孔(発泡)
13 微粒子(樹脂微粒子)
13a 外殻
13b 窪み(中空部分)
14 気孔形成成分(気体または含有成分)
P 研磨面
Claims (11)
- 被研磨物を研磨加工するための研磨面を有する樹脂製の研磨層と、
前記研磨層の内部に略均一に分散され半球体状または半多面体状の外殻を有する中空状の樹脂微粒子と、
を備え、
前記研磨層には前記樹脂微粒子の中空部分に予め配された気体または予め含有された含有成分により発泡が形成されているとともに、前記研磨層の硬化前に該研磨層の少なくとも一部が厚さ方向に加圧されることにより前記発泡が圧縮され光の透過を許容する光透過部が形成されており、かつ、前記研磨層の研磨面と前記光透過部の一側面とが連続形成されたことを特徴とする研磨パッド。 - 前記光透過部は、波長190nm〜3500nmの範囲のいずれかの波長の光線に対し30%以上の透過率を示すことを特徴とする請求項1に記載の研磨パッド。
- 前記光透過部と前記光透過部を除く前記研磨層とのショアD硬度の差は、10度以下であることを特徴とする請求項1に記載の研磨パッド。
- 前記光透過部の厚さは、前記光透過部を除く前記研磨層の厚さの80%以下であることを特徴とする請求項1に記載の研磨パッド。
- 前記光透過部の他側面と前記研磨層の研磨面と反対側の面との間には、段差が形成されたことを特徴とする請求項1に記載の研磨パッド。
- 前記光透過部の他側面は、前記研磨層の研磨面と反対側の面に対し、前記研磨層の研磨面側に窪んでいることを特徴とする請求項1に記載の研磨パッド。
- 前記研磨層は、ポリウレタン樹脂で形成されたことを特徴とする請求項1に記載の研磨パッド。
- 少なくとも前記光透過部に分散された樹脂微粒子は、前記外殻が光透過性を有することを特徴とする請求項1に記載の研磨パッド。
- 前記外殻は、シリコーン樹脂で形成されたことを特徴とする請求項8に記載の研磨パッド。
- 前記研磨層の前記研磨面と反対側の面にさらにクッション材が貼り合わされており、前記クッション材は、前記光透過部に対応する位置に開口が形成されたことを特徴とする請求項1に記載の研磨パッド。
- 請求項1に記載の研磨パッドの製造方法であって、
イソシアネート基含有化合物と、活性水素化合物と、前記樹脂微粒子と、を略均一に混合した混合液を調製する混合工程と、
前記イソシアネート基含有化合物および前記活性水素化合物による架橋硬化反応を進行させ、その架橋硬化反応の終了前に反応生成物の少なくとも一部を厚さ方向に加圧して前記光透過部を含むポリウレタン成形体を形成する成形工程と、
を含むことを特徴とする製造方法。
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