TWI669193B - Grinding tool and method of manufacturing same - Google Patents

Abstract

本發明關於一種研磨工具及其製造方法，該研磨工具包括：一基座；一設置於該基座之一表面的研磨層，該研磨層包括一結合劑、一第一增靭材料及複數個磨料；以及一分散於該研磨層中、或者在該研磨層之非工作面上形成為一緩衝層的第二增靭材料。據此，本發明的研磨工具在受到不同速度及強度的衝擊時會表現出不同的硬度，進而改變該研磨層的研磨特性，使本發明的研磨工具得以兼顧快速及高精度的研磨目標。

Description

研磨工具及其製造方法

本發明為有關一種研磨工具及其製造方法，尤指一種應用範圍較廣且能兼顧快速及高精度目標的研磨工具、以及該研磨工具之製造方法。

研磨拋光的目的在於使工件表面達到預定的平坦度，習知進行研磨拋光時所使用的研磨工具通常利用結合劑將磨粒結合在一起而形成，以具有高硬度、高研磨能力以及高研磨效率特性。

習知的研磨工具，舉例來說，英國專利公告號GB929187A提出的研磨工具包括磨料以及含有不飽和聚合物的結合劑，且磨料的表面被衍生自鹼性矽烷結構的有機官能化烯基聚矽氧烷包覆。關於該結合劑，在一較佳實施例中可包括3%至6%的不飽和有機聚合物，如天然橡膠、異戊二烯(isoprene)、聚丁二烯(polybutadiene)、丁二烯-苯乙烯(butadiene-styrene)、丁二烯丙烯腈(butadiene acrylonitrile)、氯丁二烯(chloroprene)、聚酯樹脂(polyester resin)；以及97%至94%的樹脂，如酚醛樹脂、苯胺甲醛樹脂、或環氧樹脂等，據此獲得耐水性佳、甚至在潮濕狀態下有更佳強度表現的研磨工具。

日本專利公告號JP3082040B1的研磨工具中所使用的結合劑主要成分為聚合物以及聚合性黏彈性物質，該聚合物如酪蛋白、纖維素樹脂、或乙酸乙烯酯；而該聚合性黏彈性物質如顆粒合成橡膠、天然橡膠等。該結 合劑有助於提高研磨材料的自修整效果，減少磨料的劣化，進而確保該研磨工具能夠穩定地長時間進行研磨。

日本專利公開號JP2008272835A的研磨工具則利用可撓性環氧樹脂來固定磨料，在此申請案的一實施例中，該環氧樹脂可為經由如丙烯腈丁二烯橡膠(NBR)、末端酸基液態丁腈橡膠(CTBN)、聚丁二烯(polybutadiene)等橡膠成分導入環氧基的橡膠加成環氧樹脂，據此獲得研磨過程中不易發生碎裂及細小裂紋的研磨工具。

中國專利公告號CN102001057B的研磨工具則包括天然橡膠4-6重量分、氧化鋅0.5-1.5重量分、硫磺4-6重量分、環氧樹脂0.5-2.5重量分、抗老化劑0.4-0.6重量分、促進劑0.3-0.7重量分、碳化矽6-8重量分、白鋼玉2-4重量分、硌鋼玉2-4重量分、樹脂粉1-3重量分、樹脂液0.5-1.5重量分、以及凝固劑3-5重量分，獲得具有良好耐磨性、導熱性、耐蝕性以及韌性的研磨工具。

然而，即便研磨工具的使用已有長久的歷史、且研磨技術亦日趨成熟，但同樣地，對於工件品質的精細度要求也較以往大幅提升，因此，目前使用的研磨工具仍有許多課題亟需進一步研發改良以符合相關領域的需求。

本發明的主要目的，在於克服習知研磨工具加工應用範圍較無彈性，故在進行研磨時得使用多種不同種類的研磨工具方能達到兼顧快速及高精度目標的不便因素。

為了達到上述目的，本發明提供一種研磨工具，該研磨工具包括：一基座；一設置於該基座之一表面的研磨層，該研磨層具有一遠離該基座 之工作面以及一靠近該基座之非工作面，該研磨層包括一結合劑、一第一增靭材料、以及複數個分散在該結合劑以及該第一增靭材料之中的磨料，且至少一部分之該磨料露出該研磨層之該工作面；以及一第二增靭材料，該第二增靭材料係分散於該研磨層中、或者在該研磨層之該非工作面上形成一緩衝層，該第二增靭材料係為矽氧烷類化合物。

於本發明一實施例中，該結合劑係為一環氧樹脂。

於本發明一實施例中，該第一增靭材料係選自由一固態橡膠、一液態橡膠及其組合所組成之群組。

於本發明一實施例中，該磨料係為鑽石、立方氮化硼、氧化鋁、或碳化矽。

於本發明一實施例中，該研磨層更包括至少一添加物，該添加物係為一副磨料、一樹脂強化添加物、或一研磨潤滑添加物。

本發明更提供一種研磨工具之製造方法，包括：提供一基座；將一結合劑、一第一增靭材料、一第二增靭材料、以及複數個磨料混合形成一混合漿料；以及將該混合漿料塗覆於該基座之一表面而形成一研磨層，其中，該第二增靭材料係為矽氧烷類化合物。

本發明又提供一種研磨工具之製造方法，包括：提供一基座；將一第二增靭材料塗覆於該基座之一表面而形成一緩衝層，該第二增靭材料係為矽氧烷類化合物；將一結合劑、一第一增靭材料、以及複數個磨料混合形成一混合漿料；以及將該混合漿料塗覆於該緩衝層之一表面而形成一研磨層。

於本發明一實施例之製造方法中，該結合劑係為一環氧樹脂。

於本發明一實施例之製造方法中，該第一增靭材料係選自由一固態橡膠、一液態橡膠及其組合所組成之群組。

於本發明一實施例之製造方法中，該磨料係為鑽石、立方氮化硼、氧化鋁、或碳化矽。

於本發明一實施例之製造方法中，該混合漿料更包括至少一添加物，該添加物係為一副磨料、一樹脂強化添加物、或一研磨潤滑添加物。

習知研磨工具缺乏彈性，如果希望能兼顧快速及高精度目標，就必須在研磨進行過程使用多種不同種類的研磨工具，但將耗費無生產工時在該些研磨工具的修整、校刀、以及設定加工參數上。本發明的研磨工具藉由該第一增靭材料及第二增靭材料的搭配組合，使得該研磨工具在受到不同速度的衝擊時能夠表現出不同的硬度，因此，本發明的研磨工具在研磨進行時，可藉由將該研磨工具的操作參數調整為強烈或保守，令該研磨工具承受大或小的衝擊力而提升或降低該研磨工具的硬度，以進行高移除率之加工或高精度之研磨加工，相較於習知技術而言，加工應用範圍較具彈性、應用範圍較廣，故能克服習知技術中得使用多種不同種類的研磨工具方能得到快速及高精度目標的不便因素。

1‧‧‧研磨工具

10‧‧‧基座

20‧‧‧研磨層

20a‧‧‧工作面

20b‧‧‧非工作面

201‧‧‧磨料

202‧‧‧結合劑

203‧‧‧第一增靭材料

30‧‧‧緩衝層

301‧‧‧第二增靭材料

『圖1A』，為本發明第一實施例的研磨工具示意圖。

『圖1B』，為本發明第一實施例的研磨工具立體示意圖。

『圖2A』，為本發明第二實施例的研磨工具示意圖。

『圖2B』，為本發明第二實施例的研磨工具立體示意圖。

『圖3』，為使用本發明第一實施例的研磨工具後，在移除率方面的測試結果。

『圖4』，為使用本發明第一實施例的研磨工具後，在表面粗糙度(Ra)方面的測試結果。

有關本發明的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：

第一實施例

請參考『圖1A』及『圖1B』，係本發明第一實施例的研磨工具1示意圖，該研磨工具1主要包括一基座10以及一研磨層20。

該基座10係用於支撐該研磨層20，可選擇如不銹鋼或環氧樹脂作為該基座10，然本發明並不以此為限，其他適合的硬質材料亦可選用。

該研磨層20設置在該基座10之一表面，其中，該研磨層20遠離該基座10之一側為工作面20a，靠近該基座10之一側則為非工作面20b。本實施例中，該研磨層20包括一結合劑202、一第一增靭材料203、以及複數個分散在該結合劑202以及該第一增靭材料203之中的磨料201，為了要達到研磨目的，至少一部分之該磨料201露出該研磨層20之該工作面20a。

適用於本實施例的該結合劑202可為環氧樹脂，於一非限制性實施例中舉例可為雙酚A型環氧樹脂；而該第一增靭材料203則可為一固態橡膠、一液態橡膠、或者為一固態橡膠以及一液態橡膠之混合，該固態橡膠舉例可為天然橡膠(NR)、苯乙烯丁二烯橡膠(SBR)、三元乙丙橡膠(EPDM)、丁基異丁烯異戊二烯橡膠(IIR)、聚異戊二烯橡膠(IR)及丙烯腈丁二烯橡膠(NBR)，本實施例中，該固態橡膠較佳為苯乙烯丁二烯橡膠(SBR)；而該液態橡膠舉例可為末端酸基液態丁腈橡膠(CTBN)、端羧基或端羥基聚丁二烯和丁二烯-苯乙烯共聚物、端巰基(-SH)聚硫橡膠、端異氰酸酯基聚酯和聚醚、或不飽和端基聚矽氧烷，本實施例中，該液態橡膠較佳為末端酸基液 態丁腈橡膠(如CTBN 1300*8、或CTBN 1300*13)；該磨料201則可選用鑽石、立方氮化硼、氧化鋁、碳化矽、或其任意組合。

於本實施例的該研磨層20中更包括有一第二增靭材料301，該第二增靭材料301與該結合劑202、該第一增靭材料203、以及該磨料201均勻地分散在該研磨層20中。該第二增靭材料301可為一矽氧烷類化合物。

除此之外，亦可視需要在該研磨層20中添加其他的添加物，譬如，副磨料，如氧化鈰等；樹脂強化添加物，如奈米碳管(CNT)或纖維素奈米纖維(CNF)；或研磨潤滑添加物，如石墨等。

至於本實施例中，該研磨工具1可藉由下列步驟S1a至S4a製得。

S1a：提供該基座10；S2a：將該結合劑202、該第一增靭材料203、該第二增靭材料301、以及複數個磨料201以低速攪拌混合形成一混合漿料，以本實施例為例，如以該混合漿料之總體積為基準，該第一增靭材料203的體積百分比為1%至40%、該第二增靭材料301的體積百分比為1%至40%、且該磨料201的體積百分比為5%至40%，其餘可為該結合劑202。譬如，於本實施例中，以該混合漿料之總體積為基準，該第一增韌材料203的體積百分比為3%、該第二增韌材料301的體積百分比為37%、該磨料201係為8μm至15μm之鑽石磨料，體積百分比為20%、以及體積百分比為40%之結合劑。然而，該第二增靭材料301、該結合劑202、該第一增靭材料203、以及該磨料201的組成比例並不僅限於上述範圍，而可視需求加以調整。且，此步驟中所述的「低速攪拌」係指進行攪拌時轉速為5m/s至50m/s，於一實施例中，可利用不高於30m/s之轉速進行，其目的在於使該混合漿料中各成分得以充分且均勻地混合，然而，使用者可依據需求而任意變化轉速，本發明不侷限於此。

至於該結合劑202、該第一增靭材料203、該第二增靭材料301、以及該磨料201彼此之間的混合順序亦沒有特別限制，舉例來說，可先混合該結合劑202以及該第一增靭材料203後，再加入該第二增靭材料301，最後加入該磨料201；或者在其他實施例中，也可以先混合該結合劑202以及該第二增靭材料301後，再加入該第一增靭材料203，最後加入該磨料201；又或者在其他實施例中，可先混合該結合劑202、該第一增靭材料203、該第二增靭材料301後，再加入該磨料201混合，本發明對此並無限制。

S3a：將該混合漿料塗覆於該基座10之一表面而形成該研磨層20,為了使該研磨層20具有研磨效果，至少一部分之該磨料201露出該研磨層20之該工作面20a。

S4a：進行固化成型步驟，譬如，加熱該混合漿料，從而獲得該研磨工具1。

上述步驟中可選用的該基座10材料、該結合劑202、該第一增靭材料203、該第二增靭材料301、該磨料201、以及可進一步添加在該研磨層20中之該添加物種類已於前文中有詳細說明，故在此不另贅述。

第二實施例

請續參考『圖2A』及『圖2B』，係本發明第二實施例的研磨工具1示意圖，該研磨工具1與第一實施例的結構相似，不同點在於：第二實施例的研磨工具1中的該研磨層20未包括該第二增靭材料301，該第二增靭材料301係在該基座10以及該研磨層20之間形成為一緩衝層30。

即，於第二實施例中，該第二增靭材料301並非如第一實施例係分散於該研磨層20中，而是在該研磨層20之該非工作面20b上形成該緩衝層30，本實施例中，該緩衝層30的一表面接觸該基座10、另一表面則接觸該研磨層20。

因此，第二實施例的該研磨工具1的製備方法也與第一實施例略有不同，主要包括以下步驟S1b至S5b。

S1b：提供一基座10；S2b：將一第二增靭材料301塗覆於該基座10之一表面而形成一緩衝層30；S3b：將一結合劑202、一第一增靭材料203、以及複數個磨料201以低速攪拌混合形成一混合漿料，其中，以該混合漿料之總體積為基準，該結合劑202、該第一增靭材料203、以及該磨料201的混合比例舉例可為：體積百分比為1%至40%的該第一增靭材料203、體積百分比為5%至40%的該磨料201、其餘則可為該結合劑202，且關於上述組成的混合順序亦可依需求而調整。此外，此步驟中所述的「低速攪拌」係指進行攪拌時轉速為5m/s至50m/s，於一實施例中，可利用不高於30m/s之轉速進行，其目的在於使該混合漿料中各成分得以充分且均勻地混合，然而，使用者可依據需求而任意變化轉速，本發明不侷限於此；S4b：將該混合漿料塗覆於該緩衝層30之一表面而形成一研磨層20；以及S5b：進行固化成型步驟，譬如，加熱該混合漿料，從而獲得該研磨工具1。

於第二實施例中，關於該基座10材料、該結合劑202、該第一增靭材料203、該第二增靭材料301、該磨料201、以及可進一步添加至該研磨層20中的添加物的種類等，同第一實施例的說明，在此不另贅述。

比較例

本發明的比較例提供的研磨工具，除了未加入該第一增靭材料203以及該第二增靭材料301外，其餘結構及製造方法大致上與第一實施例的該研磨工具1相同。

實驗例

以第一實施例的該研磨工具1對一矽基板進行研磨，移除率及平坦度的測試結果如『圖3』及『圖4』。實際測試結果顯示：相較於未加入該第一增靭材料203以及該第二增靭材料301的比較例1的研磨工具，第一實施例的該研磨工具1在移除率有顯著的改善，約略在第10分鐘後開始產生差異，且在第30分鐘的移除量約為比較例的兩倍，並且可獲得與習知技術的研磨工具(即，比較例1)相同水準、甚至更優秀的平坦度。

綜上所述，本發明的研磨工具因加工應用範圍較具彈性、應用範圍較廣，而能克服過去在研磨進行過程中得使用多種不同種類的研磨工具方能達到兼顧快速及高精度目標之不便因素。

詳言之，本發明的研磨工具中藉由該第一增靭材料及第二增靭材料的搭配組合，使得該研磨工具在受到不同速度的衝擊時能夠表現出不同的硬度。因此，當研磨進行過程中改變該研磨工具的操作參數為強烈或保守，使該研磨工具承受大或小的衝擊力，藉此提升或降低該研磨工具的硬度以進行高移除率之加工或高精度之研磨加工。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明的一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施的範圍。即凡依本發明申請範圍所作的均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明的專利涵蓋範圍內。

Claims (15)

1. 一種研磨工具，包括：一基座，為一硬質材料；一設置於該基座之一表面的研磨層，該研磨層具有一遠離該基座之工作面以及一靠近該基座之非工作面，該研磨層包括一結合劑、一第一增靭材料、以及複數個分散在該結合劑以及該第一增靭材料之中的磨料，且至少一部分之該磨料露出該研磨層之該工作面；以及一第二增靭材料，該第二增靭材料係分散於該研磨層中、或者在該研磨層之該非工作面上形成一緩衝層，該第二增靭材料係為矽氧烷類化合物；其中，該研磨層係由一包括該第一增靭材料以及該磨料之混合漿料形成，以該混合漿料之總體積為基準，該第一增靭材料之體積百分比為1%至40%，且該磨料之體積百分比為5%至40%。
2. 如申請專利範圍第1項所述之研磨工具，其中，該結合劑係為一環氧樹脂。
3. 如申請專利範圍第1項所述之研磨工具，其中，該第一增靭材料係選自由一固態橡膠、一液態橡膠及其組合所組成之群組。
4. 如申請專利範圍第1項所述之研磨工具，其中，該第一增靭材料係為苯乙烯丁二烯橡膠(SBR)。
5. 如申請專利範圍第1項所述之研磨工具，其中，該第一增靭材料係為末端酸基液態丁腈橡膠(CTBN)。
6. 如申請專利範圍第1項所述之研磨工具，其中，該磨料係為鑽石、立方氮化硼、氧化鋁、碳化矽、或其組合。
7. 如申請專利範圍第1項所述之研磨工具，其中該研磨層更包括至少一添加物，該添加物係為副磨料、樹脂強化添加物、或研磨潤滑添加物。
8. 一種研磨工具之製造方法，包括：提供一基座，為一硬質材料；將一結合劑、一第一增靭材料、一第二增靭材料、以及複數個磨料混合形成一混合漿料；以及將該混合漿料塗覆於該基座之一表面而形成一研磨層，其中，該第二增靭材料係為矽氧烷類化合物；其中，以該混合漿料之總體積為基準，該第一增靭材料的體積百分比為1%至40%、該第二增靭材料的體積百分比為1%至40%、且該磨料的體積百分比為5%至40%。
9. 一種研磨工具之製造方法，包括：提供一基座，為一硬質材料；將一第二增靭材料塗覆於該基座之一表面而形成一緩衝層，該第二增靭材料係為矽氧烷類化合物；將一結合劑、一第一增靭材料、以及複數個磨料混合形成一混合漿料；以及將該混合漿料塗覆於該緩衝層之一表面而形成一研磨層；其中，以該混合漿料之總體積為基準，該第一增靭材料之體積百分比為1%至40%，且該磨料之體積百分比為5%至40%。
10. 如申請專利範圍第8項或第9項所述之製造方法，其中，該結合劑係為一環氧樹脂。
11. 如申請專利範圍第8項或第9項所述之製造方法，其中，該第一增靭材料係選自由一固態橡膠、一液態橡膠及其組合所組成之群組。
12. 如申請專利範圍第8項或第9項所述之製造方法，其中，該磨料係為鑽石、立方氮化硼、氧化鋁、碳化矽、或其組合。
13. 如申請專利範圍第8項或第9項所述之製造方法，其中，該混合漿料更包括至少一添加物，該添加物係為一副磨料、一樹脂強化添加物、或一研磨潤滑添加物。
14. 如申請專利範圍第8項或第9項所述之製造方法，其中，該第一增靭材料係為苯乙烯丁二烯橡膠(SBR)。
15. 如申請專利範圍第8項或第9項所述之製造方法，其中，該第一增靭材料係為末端酸基液態丁腈橡膠(CTBN)。