JPH0360970A - 研磨用定盤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、セラミックス、超硬金属等の難研削性素材を
ダイヤモンド砥粒を用いて高精度且つ効率よく平面研磨
するために用いる研磨用定盤に関する。

（従来の技術） 従来、セラミックス、金属酸化物、あるいはフェライト
等の超硬材料は、極めて硬質であり、更にセラミックス
は脆い性質もあわせもつため、通常の炭化珪素、ガーネ
ット、アルミナ等の砥粒を用いた研磨方法による加工が
適用しに＜＜、高精度且つ効率的な表面加工が難しかっ
た。このため、一般にはダイヤモンドを工具の先端に固
定して旋盤のバイトとしたものや細い金属の先端にダイ
ヤモンド微粉を電着固定し切削工具としたもの、あるい
は金属や硬質バインダーをもってダイヤモンドを固定し
砥石としたもの等を使用している。しかしこれ等は、穿
孔加工０曲面加工あるいは局所加工等に適した方法であ
って、平面を精度よく加工するには好適ｔ１方法ではな
い。

また超硬材料を研磨する方法として、ダイヤモンド砥石
を用いる方法があるが、一般に超硬材料においては研磨
を始めると急速に研磨抵抗が増大する傾向が見られる。

このため、ドレッシング直後はそれなりの研磨能力を有
するダイヤモンド砥石も、研磨を続けるに伴い、研磨抵
抗が増大し、発熱のため被研磨材又は砥石が焼け、つい
には砥石回転輪が止まることとなる。そのようになる前
に再ドレッシングを行って研削力を回復させ研磨を続け
る必要があるが、ダイヤモンド砥石のドレッシングは煩
雑で且つ多大の作業量を要するといった問題点がある。

一方、平面加工法としては例えば鋳鉄定盤上に被研磨体
を押圧し、研磨液とともに遊離砥粒を間欠的に供給し、
定盤を回転させ研磨する所謂ラッピング式研磨法が行な
われているが、この方式にダイヤモンド砥粒を使用する
のは、高価な砥粒粉末の損失が多く不経済であり、また
硬度の高い砥粒が被研磨体に押しあてられるため、被研
磨体に深い条痕を与えたり、更に定盤が研磨され、片減
りや寸法精度の狂いを生じ易いといった問題点があり、
セラミックス等の超硬材料を高精度且つ効率よく研磨す
る方法は、未だ満足すべきものがないのが現状である。

（発明が解決しようとする課題） 本発明者等は上述の問題点に鑑み、鋭意研究を行った結
果、銅又は錫の金属微粉末を固着した研磨用定盤がダイ
ヤモンド砥粒（以下、「ダイヤ砥粒」と記す）に対する
親和性にすぐれ、ダイヤ砥粒を用いたラッピング研磨に
おいて超硬材料に対して極めて良好な研磨力を発揮する
ことを見出し、本発明を完成したものである。本発明の
目的とするところは、ラッピング研磨において研磨材と
してのダイヤ砥粒の保持力に優れ、寸法安定性が良好で
セラミックス等の超硬材料に対し好ましい研磨力を発揮
し、且つ平坦度、平面度等の形状精度の狂いを容易に修
正しうる研磨用定盤を提供するにある。

（発明が解決するための手段） 上述の目的は、砥粒によりラッピング研磨する研磨機の
研磨用定盤において、前記研磨用定盤の作用面が気孔率
３０〜７０容量％の連続気孔を有する熱硬化性樹脂の多
孔体であって、且つ銅又は錫の微粉末を分散固着してい
ることを特徴とする研磨用定盤により達成される。

本発明に用いられる銅又は錫の金属微粉末は、好ましく
は純度９９％以上の高純度のもので、これらを単独ある
いは混合して用いることができる。

上記微粉末の平均粒径は特に限定されるものではないが
粒径が小さ過ぎると多孔質体から脱落し易く、粒径が大
き過ぎるとダイヤ砥粒の保持力が小さくなる傾向にあり
、好ましくは２００μｍ以下で、より好ましくは１０〜
１５０μｍで、更に好ましくは６０〜１００μｍ程度で
あり、粒径分布の幅の小さいものが好適である。また、
上記金属微粉末の形状は不定形の粒状のものより真球に
近い球状のものが研磨速度が大きく且つ面粗さに優れ好
適である。鉄分等の不純物が多いと、これらの不純物が
熱硬化性樹脂の硬化触媒である酸類等と反応して発泡し
、均質な構造体を成形するのが難かしくなる。

尚、銅の微粉末に比べ錫の微粉末の方がより小さなダイ
ヤ砥粒の保持力に優れ、具体的には６〜１０μｍ以下の
ダイヤ砥粒を用いたラッピング研磨の場合に好ましい研
磨効果をもたらす傾向にある。°また、本発明において
は上記の金属微粉末に鉛の微粉末を併用することも有効
である。

本発明において熱硬化性樹脂の硬化体とは、熱硬化性樹
脂を熱あるいは反応触媒等の作用により、その前駆体が
硬化したものであり、水、有機溶剤等にほとんど溶解す
ることのない硬質の樹脂に変化し、熱に対する安定性も
優れたものである。ここで用いられる熱硬化性樹脂とし
ては、具体的にはフェノール系樹脂、メラミン系樹脂、
ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェール系樹脂、フ
ラン系樹脂又は珪素系樹脂を選定する事が好ましく、就
中フェノール系樹脂及びメラミン系樹脂が特に好ましい
ものとして挙げられる。なお上述の合成樹脂は単独で用
いてもよいし併用しても良い。

本発明に係る熱硬化性樹脂の性状については、樹脂その
ものあるいはその前駆体が液状を呈するか、あるいは水
、溶剤に溶解して液状を呈するものであれば好ましいが
、就中水溶液で粘度をある程度有するものが、特に好ま
しいものとして挙げられる。

本発明の研磨用定盤は、上記熱硬化性樹脂に前述の銅又
は錫の金属微粉末を結合せしめ、更に気孔率が３０〜７
０容量％の連続気孔を有する多孔質体で、その気孔径は
好ましくは５００μｍ以下である。上記気孔は、研磨時
において高価なダイヤ砥粒の散失を低減させるとともに
、研磨層による目詰まり防止や研磨熱の蓄熱による昇温
を効果的に低減するものである。気孔率がｓＯ容量％よ
り小さい場合には、上記効果を十分に発揮できず、研磨
速度も小さくなり、研磨作用の安定性も不十分なものと
なる。また気孔率が７０容量％より大きい場合には、多
孔質体が脆い構造物となり、上記限定範囲において好ま
しい研磨が確保される。

上記金属微粉末の含有量は特に限定されるものではない
が、含有量が少な過ぎるとダイヤ砥粒の保持力が小さく
なる傾向にあり、多過ぎると脆い構造の多孔質体となり
易く、その含有量は好ましくは５〜２５容量％で、より
好ましくは１０〜２０容量％程度である。又、上記金属
微粉末は多孔質体中から容易に脱落しないように結合せ
しめるのがよく、更に各微粉末がそれぞれ独立した分散
状態ではむく、微粉末同士が相連接し、実質的に連続状
態で存在していることが極めて好ましいものである。こ
の様にすることにより、熱、水、溶剤等に対する寸法安
定性が向上するとともに、ダイヤ砥粒の保持効果が増大
するものである。

本発明に係る研磨用定盤は、例えば次のようにして製造
することができる。即ち、上述の熱硬化性樹脂の原液、
溶液またはエマルジ曽ン等の液状合成樹脂に上述の銅又
は錫の微粉末及び気孔形成材と必要に応じ該熱硬化性樹
脂の硬化触媒を配合して十分なる撹拌を行う。ここで得
られる混合体は液状合成樹脂の粘度が高い上、微細粉末
状金属を多量に含有するため、極めて粘稠なスラリーあ
るいはペースト状を呈する。従ってこれを均一、撹拌し
、均質なものを得るには高粘度用の撹拌装置、ニーダ−
等を使用するのが好適である。また、ここで粘稠なスラ
リーあるいはペースト状としない限り、加える金属の比
重が高いため沈降し、均質な製品を期すのが困難である
。即ち具体的にはその調整時の温度において少くとも８
０００　ｃｐｓ程度以上の粘度を有するのが好ましい。

ここで気孔形成材としては、例えば澱粉またはその誘導
体をはじめとする有機質微粉末が好適である。更に具体
的には、米、とうもろこし、馬鈴薯等から抽出された澱
粉、ないしこれらを加工したもの、あるいは分級したも
のが挙げられる。また熱硬化性樹脂に使用する触媒とし
ては、一般に無機酸類または有機酸類が用いられるが、
本発明の場合、銅又は錫の金属微粉末を原料として用い
るため、これらの酸類を加えると銅または錫との反応を
起こし、金属の酸化による発泡、更には溶解等の不都合
な現象を生起し、製造に多大の悪影響を与える。従って
これら酸類の使用量は極力少なくすることが好ましく、
更に好ましくは強酸と弱塩基よりなる塩類、即ち水溶液
中で酸性を呈する塩類、有機アミンの塩酸塩等を用いる
のがよい。

次に該粘稠物を所望の形状の型枠に注型した後、例えば
５０〜１００℃の雰囲気にて静置し加温する。この段階
において熱硬化性樹脂の緩和な初期縮合反応が開始し、
該粘稠物は徐々にゲル化し、次いで同化が始まるととも
に、気孔形成材により多孔構造が形成される。

加熱予備固化完了後、該予備固化物を型枠より取り出し
引き続いて例えば８０〜１００℃の温度に加熱し、介在
する水分又は溶剤を除去した後、更に例えば１２０〜２
００℃の温度まで徐々に昇温する。この段階では、樹脂
の架橋硬化が本格的に進み、硬い物性をもった所期の多
孔質構造体となる。上記熱硬化樹脂の熱硬化反応は、同
時に進む酸化反応を予防するため、窒素ガス等の不活性
ガス雰囲気中で行ってもよい。

この様にして得られた研磨用定盤は、連続気孔を有し、
外観的には金属に近いものであり、気孔が緻密な程その
傾向が強く、更に本発明の目的にも好適である。また、
製造された多孔質体は好ましくは板状を呈するものであ
る。

上記研磨用定盤はゴ枚の素材で形成してもよいが、複数
の素材を組み合わせて形成することもできる。

（発明の効果） 本発明の研磨用定盤を用い、ダイヤ砥粒を含んだスラリ
ーを研磨液としてラッピング研磨すると、ダイヤ砥粒が
咳研磨用定盤に含まれを銅又は錫の微粉末に半ば埋没さ
れたような形で固定化され、研磨時に於けるダイヤ砥粒
の散失や脱落を低減し、セラミックスや硬質金属等を効
率よく研磨することができる。研磨に伴なう熱は多孔質
体であるため、効果的に放散され、更に熱硬化性樹脂の
ため温度の変化に伴う変形、歪も少なく、また研磨によ
る研磨屑微粉末は気孔に捕捉され、急速な目詰り現象の
発現を防止でき、研磨効率を著しく向上できるものであ
る。かかる効果は多孔体であって、はじめて得られるも
のであって、たとえば樹脂と金属との混合体であっても
多孔体でないものは上記効果が不十分であり、むしろ樹
脂の加熱による劣化を伴ない、金属のものより劣る傾向
さえ認められるものである。更に、その面の寸法が狂っ
たり形状が狂ったりした場合は、金属単独のものと異な
り通常の工具で容易に修正を加える事が出来るという波
及効果をも併有するものである。

尚、本発明の研磨用定盤を用いたラッピング研磨の主な
研磨作用は、従来行なわれているラッピング研磨のもの
とは若干具なるものである。即ち、従来行なわれている
ラッピング研磨は、回転する定盤と被研磨体との隙間に
多量の遊離砥粒を介在させ、この遊離砥粒が転がる事に
より被研磨体の表面を僅かずつ研磨していくものである
が、本発明の研磨用定盤を用いた場合は、研磨液に含有
する遊離砥粒としてのダイヤ砥粒が本発明の研磨用定盤
に食い込み、半分が該定盤に埋め込まれ、半分が鋭利な
先端を突き出した様な形態となり、該定盤表面がダイヤ
砥粒の単層で被覆された如き状態を形成し、主として上
記の定盤上に突出状態で固定化されたダイヤ砥粒の剪断
力によって被研磨体を研磨するものである。このため、
本発明の研磨用定盤を応用することにより、従来極めて
不経済なためほとんど行なわれていなかったダイヤ砥粒
スラリーを研磨液に使用したラッピング研磨が可能とな
り、極めて硬質なため加工性の悪かったセラミックス、
超硬金属、金属酸化物等の超硬材料に対し、効率的な平
面精密仕上げが可能となる。

更に、本発明の研磨用定盤はその表面形状の修正、所謂
ドレッシングが容易に行なえるものである。即ち、前述
の如き作用で研磨するので、定盤自体の磨耗は比較的少
ないが、それでも長時間使用すれば研磨力の低下や作用
面の平坦度、平面度の狂いが生じ、その修正が必要とな
る。この場合、本発明の定盤は熱硬化性樹脂の多孔質体
に金属徴用することができ、例えばメタルボンドダイヤ
砥石のペレットを複数個配設したドレッサーを定盤に圧
接し、該定盤を回転する事により該定盤の表面を修正す
るといった方法が挙げられる。従って、定盤を研磨機よ
り取り外して、旋盤等の工作機械を用いて修正加工する
といった煩雑な作業は必要とせず、本発明の定盤によれ
ば、修正作業は容易且つ効率的に行えるものである。

本発明の研磨用定盤は、支持体に保持した被研磨体を回
転する定盤に押圧して研磨する所謂片面ラッピング方式
に用いられる他、遊星運動をするキャリヤーに被研磨体
を保持し、回転する上下両定盤で被研磨体を挾んで、被
研磨体の上下両面を同時に研磨する両面同時ラッピング
方式にも応用することができる。以下、実施例により本
発明を詳述する。尚、その前に本実施例における研磨試
験の方法について記述する。

〈研磨試験法〉 被研磨体として一辺３　Ｃｍ　の正方形をしたアルミナ
系超硬セラミックス薄板を用意した。これを支持体表面
にワックスを用いて貼付固定し、定盤上に押圧力４００
　ｆ／ｃｒｎｔで圧接して、研磨液を供給しながら該定
盤が回転数ａ　ｏ　ｒｐｍ　　で回転する片面ラッピン
グ式研磨機で被研磨体を研磨した。

上記研磨液は、平均粒径１０μｍ又は６μｍのダイヤ砥
粒を５％含むスラリー状のもので、３０分間に２０　Ｃ
Ｃの割合で間欠的に供給した。１回の研磨時間は３０分
間とし、これを５回繰り返し行って、研磨量及び表面最
大粗さ（Ｒｍａｘ　）を測定した。

（実施例１） 金属微粉末として、純分９９．７％以上の純銅で平均粒
径１００μｍの球状をしたものを選定した＝樹脂分とし
て水溶性レゾール樹脂（住友デュレス■社製スミテプク
スＰＲ＄　６１ム　固形分８５％の水溶液）及び水溶性
メラミン樹脂（住友化学工業−社製　スミテックスＭ−
３）を選定し、更に咳合成樹脂の硬化触媒として硝酸亜
鉛及び塩化第■鉄を選定した。また気孔形成材として馬
鈴薯澱粉の精製品を用いた。

上述の水溶性レゾール樹脂６５％水溶液５７０ｍ１　　
と水溶性メラミン樹脂６０％水溶液１８０ｍ＃を配合し
、これを室温において撹拌しつつ触媒である硝酸亜鉛２
ｆと塩化第１鉄４ｇを各々粉末のまま投入した。これを
引つづき撹拌しつつ馬鈴薯澱粉Ｉ　ＱＯｆを加え、均一
な状態になるまで十分なる撹拌を行なった。次に、銅微
粉末１０００ｇを撹拌しながら少量ずつ投入し、更に撹
拌をつづけ、均質なスラリー状混合原液とした。これを
硬質塩化ビニル製の板状の型枠に注型し、６０℃の温浴
に浸漬し、１６時間放置した。得られた該予備固化物を
型枠より取り出し、そのまま８０℃の通風乾燥機に投入
し５日間の乾燥を行い、ついでこれを熱処理機に入れ、
室温より１４０℃まで６時間かけて昇温し、そのままの
温度で４時間熱処理を行った。得られた製品は銅を容量
比において約ｔｔＳ％含有し、気孔率約４ｔ％の多孔構
造体であった。また、外観は銅特有の色調と金属光沢と
を有するものであり、極めて軽量のものであった。更に
検鏡の結果、気孔はほぼ連続気孔をなし、また銅粉同士
は相連接するような状態で均一に分布していた。

上記の方法で得られた多孔質構造体を成形して研磨用定
盤の素材となし、これを３枚放射状に組み合わせて配設
し、全体として外径ｆｆ１ｇ５ｍｆｆ１゜内径ｔ　ｔ　
ｏ　ｍｍのドーナツ盤状に形成して、更にその表面に幅
４　ｍｍ　、深さ５　ｍｍの同心円状の溝をｌｌ　ｍｍ
間隔に刻して研磨用定盤とした。これを片面ラッピング
式研磨機の定盤として搭載し、前述の研磨試験を行って
性能の評価をした。

研磨試験の結果は第１表に示す通りであり、研磨量は大
きく、最大面粗さ（Ｒｍａｘ）は小さく、優れた研磨性
能を示し、更に研磨を繰り返してもかかる性能は持続し
た。

（実施例２） 馬鈴薯澱粉の配合量を７５Ｆとする他は実施例１と同様
の方法で研磨用定盤を作成した。このものの気孔率は約
５１％で連通気孔と独立気孔が混在するものであった。

研磨試験の結果は第１表に示す通りであり、３回程度の
繰り返し研磨では優れた研磨量、最大面粗さを持続した
。

（実施例３） 金属微粉末として純分９９．７％以上の純銅で、平均粒
径１００μｍの球状ではない粒状の銅粉を用いる他は実
施例１と同様の方法で研磨用定盤を作成した。このもの
の気孔率は約４１％で、気孔はほとんどが連続気孔であ
った。

研磨試験の結果は第１表の通りである。研磨量及び仕上
り向粗さの持続性は良好であったが、研磨量及び面粗さ
は球状銅粉を用いた場合の方がより優れたものであった
。

（実施例４） 金属微粉末として純分９９．５％以上で、平均粒径７０
μｍの粒状をした錫粉を用いる他は実施例１と同様の方
法で研磨用定盤を作成した。このものの気孔率は約４５
％で、気孔はほとんどが連続気孔であった。尚、研磨試
験は、ダイヤ砥粒の平均粒径が約６μｍのもので行なっ
た。

研磨試験の結果は第１表の通りである。研磨量は若干中
ないが、面粗さは小さく優れており、且つその持続性は
良好であった。これは、錫粉を用いた本発明の研磨用定
盤が、より微細なダイヤ砥粒に対し十分効果を発揮する
ことを示すものであった。

（比較例１） 馬鈴薯澱粉の配合量を５０１とする他は実施例１と同様
の方法で研磨用定盤を作成した。このものの気孔率は約
２２％で気孔はほとんどが独立気孔であった。

研磨試験の結果は第１表の通りである。研磨回数を重ね
るに従って研磨量が低下し、最大面粗さも大きくなる傾
向にあり、目詰り現象が現われていることを示していた
。

（比較例り 実施例１で用いた研磨用定盤にかえて、同じ形状を有す
る全体が銅板で出来た定盤を用いて研磨試験を行った。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　砥粒によりラッピング研磨する研磨機の研磨用定盤に
   おいて、前記研磨用定盤の作用面が気孔率３０〜７０容
   量％の連続気孔を有する熱硬化性樹脂の多孔体であって
   、且つ銅又は錫の微粉末を分散固着していることを特徴
   とする研磨用定盤。