JP2000176842A - 砥粒工具およびその製造方法 - Google Patents

砥粒工具およびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細な砥粒及びマイクロカプセルを、電気泳
動現象を利用して、均質かつ微分散せしめ、超精密研磨
に供し得る砥石を提供すること。 【解決手段】 マイクロカプセルと砥粒とを分散懸濁せ
しめた溶液中に、陽極及び陰極を設け、該溶液に電場を
印加して、電気泳動現象を利用して電極上にマイクロカ
プセルと砥粒とからなる砥粒層を形成せしめ、これを整
形し、乾燥を経て砥粒工具を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン、ガラス
等の硬脆材料や鉄鋼、アルミニウム等の金属材料を研
削、研磨加工するための砥粒工具とその製造技術に関す
る。殊に、本発明の砥粒工具は、その製造に際して電気
泳動現象を利用することから、砥粒が電荷を帯ており、
粒子同士が電気的に反発するため凝集がなく、分散状態
の良好なものが得られる特徴をもつ。
【0002】
【従来の技術】マイクロカプセルとは、その中に固体、
液体及び気体のいずれをも内包できる微小な容器であ
る。そこで、この容器の特徴を活かして、砥粒工具に応
用した技術として、例えば、特開昭58−211860
号公報、特開平7−156068号公報或いは特開平7
−227765号公報が挙げられる。先ず、特開昭58
−211860号公報には砥粒工具の結合剤となる樹脂
との相溶性を高めるために、弗化黒鉛を樹脂により被覆
してカプセル化を行っている。ここで、弗化黒鉛は潤滑
効果が利用目的である。また、特開平7−156068
号公報或いは特開平7−227765号公報ではレジン
ボンド砥石において、可溶性粒子を内包したカプセルの
添加を施していて、その添加目的は砥石面のチップポケ
ットの形成による砥石の目詰まりの抑制と研磨下降抵抗
の低減を狙ったものである。砥粒工具へ添加するマイク
ロカプセル内に工作物に対し、化学的作用を及ぼす物質
を含有せしめることにより、加工品位及び加工効率を向
上せしめることも可能となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方において、マイク
ロカプセルは、例えば、180℃以上の高温度や高圧の
条件下ではカプセル壁が破壊されるという特質がある。
従って、一般的なレジンボンド砥石の作製法である焼結
法(ホットプレス法)を用いることは不可能であって、
焼結法では砥石成形時にカプセル壁が破壊されてしま
い、砥石結合剤内にカプセルを添加することはできな
い。
【0004】他方において、砥粒が凝集し易いと言う性
質がある。最近では、ナノメータのオーダの表面粗さに
まで仕上げる超精密加工が求められ琉用になって来てい
るが、この条件を満たすためには粒径がミクロンオーダ
或いはミクロン以下のサイズの微細砥粒が必要となる。
ところが、このような微細砥粒は粒子同士が凝集し易
く、一般的な砥石製造法である結合剤と砥粒とを機械的
に混合する製造方法では砥粒の凝集を回避できない。従
って、砥粒が如何に微細であっても、凝集が起これば研
磨加工面にスクラッチが発生することを避けることは不
可能となる。
【0005】上記の耐熱性に欠ける性質や砥粒が凝集し
易い性質はいずれも欠点であって、これらの問題を解決
する必要がある。砥粒及びマイクロカプセルを、電気泳
動現象を利用して、均質かつ微細分散せしめ、超精密研
磨に供し得る砥石を提供することを目的とする。
【0006】
【解決するための手段】本発明は、上記の目的を達成す
るために為されたものであって、請求項1に係わる発明
は、砥粒とマイクロカプセルとから形成される砥粒層に
おいて、該砥粒が実質的に凝集していないことを特徴と
する。この砥粒工具は砥粒が個々にその粒径の大きさで
ほぼ独立して分散しているため、被研磨物にスクラッチ
を生じさせることがない。
【0007】次に、請求項2に係わる発明は、マイクロ
カプセルと砥粒とからなる砥粒層内に、高分子材料が結
合剤として混在してなる砥粒工具である。高分子材料か
らなる結合剤が配合されると工具として形状、堅さ、取
扱い性等が改良される。また、請求項3に記載の発明
は、請求項1又は2に示した砥粒工具の製造方法であっ
て、マイクロカプセルを作製する工程と、得られたマイ
クロカプセルと砥粒とを該砥粒が自己凝集しない状態で
分散せしめて砥粒層を形成する工程と、しかる後該砥粒
層を乾燥する工程とからなる。
【0008】更に、請求項4に記載した製造方法は、マ
イクロカプセルと砥粒と高分子結合剤とを分散懸濁した
溶液中において同符号の電荷を持つように為し、該溶液
中に陽極及び陰極を設けて、その間に電場を印加するこ
とにより電気泳動現象を利用して電極上にマイクロカプ
セルと砥粒とからなる砥粒層を形成する工程を含むこと
を特徴とする。この電気泳動法を利用し、個々のマイク
ロカプセルや砥粒が電気的に相互反発する現象から凝集
のない、良好な分散状態を造り、安定した砥粒層を形成
した点に、本発明の中核的技術が存すると云える。
【0009】加えて、請求項5の発明は、懸濁溶液中に
高分子結合剤を含有せしめる請求項3又は請求項4に記
載の砥粒工具の製造方法であって、これは請求項2に対
応するものである。本発明においては、結合剤中に砥粒
及びマイクロカプセルを添加するが、必要に応じて、個
体潤滑剤等の添加剤も併せて含有せしめてもよい。
【0010】またマイクロカプセルは、加工時に加工圧
力や加工熱によって、その壁材が破壊され、含有物を外
部に放出し、工作物に対し化学的作用をもたらすことが
できる。本発明に使用される砥粒としては、ダイアモン
ド、CBN、アルミナ、炭化珪素、シリカ等のいずれの
研磨粒子も使用可能である。これらの内でも水溶液中・
水分散液中で電荷を有するコロイダルシリカやコロイダ
ルセリアが好ましい。
【0011】
【作用】本発明の砥粒工具及びその製造方法によれば、
マイクロカプセルを砥粒工具内に配合しており、加工時
に工作物との接触によってマイクロカプセル壁が破壊さ
れ、工作物に対し化学的作用を及ぼす物質や潤滑作用を
高める物質が放出されたり、或いは発泡等の界面活性化
機能を有する物質が工作物に気泡形成等の作用を及ぼ
す。これらの作用は加工能率の向上や加工面の品位の向
上をもたらす。
【0012】砥粒、殊に微細な砥粒及びマイクロカプセ
ルは液相、即ち懸濁液の状態において電荷を有する。そ
のために、それらの粒子間には電気的な反発力が作用
し、懸濁液中で安定して分散する。しかしながら、その
ような懸濁液に電場を与えると、粒子は電気泳動現象に
よって電極側に集まる。そして、電極による吸引力が粒
子間の電気的反発力を超えると、粒子は電極側に集ま
り、付着する。そのとき、砥粒及びマイクロカプセルは
懸濁液中において均一に分散しているので、電極に付着
するときも均一になる。従って、上述のように電気泳動
法により電極に砥粒及びマイクロカプセルを付着させる
ようにすれば、その砥粒が微細なものであっても、砥石
粒の凝集という問題を生じる懼れはない。従って、奔発
明の砥石を使用して精密部材を研磨すれば、ナノメータ
オーダの表面粗さを有する超精密加工面を得ることも可
能となる。
【0013】しかも、それら粒子は電気的結合力によっ
て付着するため、印加する電圧を変化させるようすれ
ば、その結合力を適宜調整することも可能である。さら
に、電気泳動法においては、上述のように電気的結合力
により砥石を形成せしめるため、一般的なレジンボンド
砥石の製造法である焼結法のように、高温、高圧を必要
とせず、従ってマイクロカプセルを破壊することなく、
砥石結合剤内に添加することが判る。
【0014】
【発明実施の態様】以下、本発明に係わる実施例を説明
する。先ず、所定の物質、例えば工作物に対しエッチン
グ作用のあるアルカリ溶液や単なるガス等をスプレー・
ドライヤ法、界面重合法等の適切な方法により、マイク
ロカプセル化を行う。
【0015】次に、作成したマイクロカプセルと砥粒と
を、水溶性高分子と共に水性液中で混合し、攪拌する。
この際砥粒としてはダイアモンド、CBN等のいずれの
研磨粒子も用いることはできるものの、コロイダルシリ
カ、コロイダルセリアと云った粒径0.1μm以下の超
微細砥粒の方がより容易に電気泳動を生じる。また水溶
性高分子としては、水中で電荷を有するものであれば、
如何なるものでも用いることが可能で、例えば、ポリビ
ニールアルコール、アルギン酸ナトリウム又は水系アク
リル樹脂等を挙げることが出来る。
【0016】具体的な製造プロセスを図1により説明す
る。ここでは、砥粒に3〜8μmのシリカを、水溶性子
高分子(結合剤)に水系アクリル樹脂を選び、添加率は
マイクロカプセル20重量%、砥粒10重量%、水系ア
クリル樹脂5重量%及び媒体(水)55重量%とした。
そして、この懸濁液中に陽極と陰極とを設け、極間に直
流10ボルトの電圧を印加して60分間電気泳動を施し
た。
【0017】このようにして、陽極電極の周りに5mm
程度の厚さの砥粒層が形成されたので、この層を電極よ
り切り取り(図1の右側に示すように砥粒層が電極の周
囲に集積している)、厚さ5mmの砥石ペレットに整形
した(図1の右下)。その後、100℃で1時間乾燥を
施し、研削研磨用砥石ペレットを得た。上記の要領で作
製した研削研磨用砥石ペレットと、一般的なレジンボン
ド砥石の作成法である焼結法によるマイクロカプセル添
加の研削研磨用砥石ペレットとを並べて、その表面を観
察したところ、本発明の砥粒ペレットは、マイクロカプ
セル及び砥粒がそれぞれ実質的に凝集することなく、均
一に分散していることが明かとなった。
【0018】また、これらの砥石ペレットを用いてシリ
コンウェーハの研削加工を行ったところ、焼結法で造っ
た砥石ペレットではマイクロカプセル添加により加工能
率及び表面粗さが向上したものの、加工面の所々にスク
ラッチが発生していた。これに対し、本発明の製造方法
による砥粒ペレットでは、マイクロカプセル添加により
加工能率及び表面粗さが向上したうえに、加工面にスク
ラッチの発生がなく、超精密な研削・研磨面を得ること
ができた。
【0019】なお、ここに、実質的に凝集していない表
面状態とは、マイクロカプセル及び砥粒がその混合前の
それぞれの平均粒径に対し、乾燥を経た研削研磨用砥石
ペレットの表面におけるマイクロカプセル及び砥粒の平
均粒径がそれぞれ同程度の大きさであることを意味す
る。そして、微細分散の場合は被研磨物の表面にスクラ
ッチを生じさせない利点がある。
【0020】
【発明の効果】請求項1又は請求項2の発明によれば、
砥粒とマイクロカプセルとから形成される砥粒層におい
て、該砥粒が実質的に凝集していないことを特徴とす
る。この砥粒工具は砥粒が個々にその粒径の大きさでほ
ぼ独立して分散しているため、被研磨物にスクラッチを
生じさせることがない。さらに、マイクロカプセルを砥
粒工具内に添加しており、加工時に工作物との接触によ
りマイクロカプセルの壁が壊れ、工作物に化学的・物理
的な作用を及ぼす物質や潤滑作用を高める物質が放出さ
れたり、気泡を形成したりするため、加工能率の向上、
加工面の品位の向上をもたらす。
【0021】請求項3乃至請求項5の製法発明は、砥粒
層の形成において電気泳動法を利用するため、砥粒が微
細な場合でも粒子相互の凝集を避けることができ、凝集
のない、均一に微分散したマイクロカプセルと砥粒から
なる集積体を得ることが可能となる。その結果、スクラ
ッチの発生のない、ナノメータオーダの表面加工を可能
ならしめる。かような超精密研磨面を得ることは極めて
意義がある技術となる。
【0022】さらに、電気泳動法においては、一般的な
レジンボンドの焼結法に較べて、高温、高圧の製造条件
を必要とせず、しかも砥粒の良好な分散状態を形成でき
る利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の砥粒工具の製造方法を示す概略図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3C063 AA02 AB01 BB02 BB03 BB04 BB30 BC01 BD01 BD04 CC12 CC13 FF01 FF20 FF22

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】砥粒とマイクロカプセルとから形成される
    砥粒層において、該砥粒が実質的に凝集していないこと
    を特徴とする砥粒工具。
  2. 【請求項2】マイクロカプセルと砥粒とからなる砥粒層
    内に、高分子材料が結合剤として混在してなる砥粒工
    具。
  3. 【請求項3】マイクロカプセルを作製する工程と、得ら
    れたマイクロカプセルと砥粒とを該砥粒が自己凝集しな
    い状態で分散せしめて砥粒層を形成する工程と、しかる
    後該砥粒層を乾燥する工程とからなる砥粒工具の製造方
    法。
  4. 【請求項4】マイクロカプセルと砥粒と高分子結合剤と
    を分散懸濁した溶液中において同符号の電荷を有するよ
    うに為し、該溶液中に陽極及び陰極を設けて、その間に
    電場を印加することにより電気泳動現象を利用して電極
    上にマイクロカプセルと砥粒とからなる砥粒層を形成す
    る工程を含むことを特徴とする砥粒工具の製造方法。
  5. 【請求項5】懸濁溶液中に高分子結合剤を含有せしめる
    請求項3又は請求項4に記載の砥粒工具の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7396372B2 (en) 2002-06-03 2008-07-08 Ricoh Company, Ltd. Abrasive grain and method for producing it, polishing tool and method for producing it, grinding wheel and method for producing it, and polishing apparatus

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