JP2001098425A

JP2001098425A - 研磨用複合繊維

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Publication number: JP2001098425A
Application number: JP27391899A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Futai; 克典二井; Yoshiharu Okumura; 由治奥村; Toshiaki Kadota; 敏明門田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 1999-09-28
Publication date: 2001-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体ウエハー、液晶ガラス、ハードディス
ク基板などの精密研磨に適した研磨特性を有しながら、
なおかつ高強度であり、製糸性や製織、製編等の後加工
性にも優れる研磨用複合繊維を提供する。【解決手段】芯鞘型２成分複合繊維において芯鞘とも
熱可塑性ポリマーからなり、芯成分の比率が４０〜９５
重量％であり、芯成分に平均粒径０．１〜４．０μｍの
無機粒子を１０〜７０重量％含有し、破断強度が２．１
ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることを特徴とする研磨用複合
繊維。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨用複合繊維に
関するものである。さらに詳しくは、半導体ウエハー、
液晶ガラス、ハードディスク基板などの精密研磨に適し
た研磨特性を有しながら、なおかつ高強度であり、製糸
性や製織、製編等の後加工性にも優れる研磨用複合繊維
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体ウエハー、液晶ガラス、ハ
ードディスク基板などの精密研磨は、例えば特開平２−
２３２１７３号公報、特開平４−１１５８７５号公報に
開示されているように、ポリウレタンの発泡体からなる
研磨パッドと研磨粒子スラリーの組み合わせが用いられ
てきた。一方、特開昭６０−２１９６６号公報には粒状
研磨剤含有ポリマーからなる研磨層を、研磨剤を含有し
ないポリマーにより被覆した研磨用繊維が記載されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらポリウレ
タンの発泡体からなる研磨パッドを用いた場合、高価な
研磨粒子スラリーを垂れ流すためコストが高いこと、気
泡の目詰まりを除去するためパッド表面を定期的に削り
更新する必要があることなどの問題があった。また、特
開昭６０−２１９６６号公報記載の研磨用繊維はせいぜ
い１．９ｃＮ／ｄｔｅｘ程度の強度しか有さず、低強度
であるために製糸あるいは製織時に糸切れを発生しやす
く著しく生産性に劣るという問題があった。また、該特
許に記載があるように、第３成分を強化層として加える
ことで３．１ｃＮ／ｄｔｅｘ程度に強度を向上すること
ができるが、このような複雑な断面形状をもつ３成分複
合繊維を安定に製糸することは極めて困難であるばかり
か、コストが高くなってしまうという問題もあった。

【０００４】本発明はかかる従来技術の欠点を改良し、
研磨粒子スラリーを別途用意する必要が無く、目詰まり
の少ない研磨用複合繊維であって、従来にない高い強度
を有しながら、なおかつ製糸性および製織、製編等の後
加工性に優れ、比較的低コストな繊維を提供することを
その目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の研磨用繊維は主として次の構成を有する。
すなわち、芯鞘型２成分複合繊維において芯鞘とも熱可
塑性ポリマーからなり、芯成分の比率が４０〜９５重量
％であり、芯成分に平均粒径０．１〜４．０μｍの粒子
を１０〜７０重量％含有し、破断強度が２．１ｃＮ／ｄ
ｔｅｘ以上であることを特徴とする研磨用複合繊維であ
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明における熱可塑性ポリマー
としては、例えばポリエステル、ポリアミド、ポリフェ
ニレンサルファイド、ポリエチレン、ポリプロピレンな
どがあげられ、製糸性、コスト面からポリエステル、ポ
リアミドが好ましい。

【０００７】研磨用途に使用する際に研磨粒子を繊維表
面に露出させるため鞘成分は溶剤等により除去される必
要がある。このため鞘成分は芯成分よりも溶剤に対する
溶解性が高いものが好ましく、たとえば繊維の表面処理
によく用いられる水酸化ナトリウム水溶液を溶剤として
用いる場合は、芯成分にポリアミド、鞘成分にポリエス
テルを用いることが好ましい。このように芯成分に溶剤
に不溶性のポリマーを用いた場合は、鞘成分除去の影響
が芯成分に影響しないため、鞘成分除去工程の時間およ
び温度管理の許容範囲が広く取れるという利点がある。

【０００８】ポリアミドとしてはポリカプラミド、ポリ
ヘキサメチレンアジパミド、ポリテトラメチレンアジパ
ミド、ポリヘキサメチレンセバカミド、ポリデカミドな
どがあり、低コストなポリカプラミドが好ましい。ポリ
エステルとしてはポリエチレンテレフタレート、ポリブ
チレンテレフタレート、ポリエチレン２，６ナフタレー
ト、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリカプロラク
トン、ポリ乳酸、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフ
タレート、などがあり、低コストなポリエチレンテレフ
タレートが好ましい。また、芯成分と鞘成分に同一のポ
リマーを用いた場合、芯鞘ポリマー間の剥離の問題が無
いため製糸性の観点から好ましい。この場合は鞘成分溶
解時に芯成分の表面も若干溶解させることで研磨粒子の
露出量を大きくでき研磨特性がより向上するという利点
がある。

【０００９】本発明の繊維は、研磨用途に用いる際には
研磨粒子が表面に露出する必要があるが、製糸工程、製
織工程あるいは製編工程等でローラーやガイドなど繊維
が接触する部分の損傷を防ぐために、研磨用途に適した
形態に加工するまでは研磨粒子が繊維表面に露出してい
ないことが好ましい。このため本発明の繊維は、実質的
に研磨粒子を含有しない鞘成分で研磨粒子を含有する芯
成分を完全に被覆した芯鞘型２成分複合繊維である必要
がある。芯成分の比率が大きいほど溶解除去する鞘成分
の量が減り処理時間も短縮化でき、また鞘成分除去後の
繊維間空隙が小さくなり布帛形態での平滑性に優れるた
め好ましいが、鞘成分の量が一定量より少なくなると鞘
成分が芯成分の表面全体を被覆することができなくなる
ため芯成分の比率には上限がある。このため芯成分の比
率は４０〜９５重量％である必要があり、６０〜９０重
量％がより好ましく７５〜９０重量％であることがさら
に好ましい。

【００１０】芯成分に含まれる研磨粒子としては、研磨
対象となる素材に合わせて選べばよいが、例えば無機粒
子として、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化セリウ
ム、ダイアモンド、酸化マグネシウム、二酸化ケイ素
（シリカ）、酸化ジルコニウム、シリコンカーバイトな
どがある。研磨粒子の平均粒径は目的とする研磨速度、
被研磨材表面の平滑度などに合わせて選ぶことができ
る。粒径が小さすぎるものは凝集性が高く繊維中では実
質的に大粒径となりかつ製造コストが極端に高くなって
しまう。一方、粒径が大きすぎると繊維化が困難になり
繊維径のバラツキ、糸切れなどにつながるため、平均粒
径は０．１〜４．０μｍである必要がある。研磨性能と
製糸安定性のバランスの観点から平均粒径は０．３〜
３．０μｍであることがより好ましく０．３〜１．５μ
ｍであることがさらに好ましい。芯成分への研磨粒子の
含有量は少なすぎると研磨性能が不足し、多すぎると繊
維化が困難となるため１０〜７０重量％である必要があ
る。研磨性能と製糸安定性のバランスから芯成分への研
磨粒子の含有量は１５〜５０重量％であることがより好
ましく１５〜３０重量％であることがさらに好ましい。
また、芯成分あるいは鞘成分には酸化チタン、炭化カル
シウム等に代表される艶消し剤や分散剤、可塑剤、劣化
防止剤等の第３成分を５％を上限として添加しても良
い。

【００１１】本発明の研磨用複合繊維の単繊維繊度は目
的に応じて任意に設定できるるが、例えば研磨後の被研
磨材の表面をより高精度にしたい場合は０．５〜３ｄと
細く設定し、生産性も含めてより低コストに製造したい
場合は３〜１０ｄと太く設定することができる。

【００１２】本発明の特徴は、芯成分に研磨粒子を大量
に含有した２成分の熱可塑性ポリマーからなる芯鞘構造
複合糸でありながら、十分な破断強度を有する点にあ
る。すなわち、本発明の繊維は破断強度が２．１ｃＮ／
ｄｔｅｘ以上であることが必要である。破断強度が２．
１ｃＮ／ｄｔｅｘ未満では製糸あるいは製織、製編等の
繊維加工時に糸切れが多発し実質的に生産が困難にな
る。このため本発明の繊維の破断強度は２．６ｃＮ／ｄ
ｔｅｘ以上であることがより好ましく３．５ｃＮ／ｄｔ
ｅｘ以上であることがさらに好ましく、４．４ｃＮ／ｄ
ｔｅｘ以上であることが最も好ましい。本発明者らが鋭
意検討を行った結果、研磨用複合繊維の強度向上には芯
鞘それぞれのポリマーの分子量を特定の範囲とすること
が効果的であり、例えば芯成分にポリアミド、鞘成分に
ポリエステルを用いた場合、ポリアミドの分子量に対応
する硫酸相対粘度（ηｒ）を２．０以上とし、ポリエス
テルの分子量に対応する固有粘度（ＩＶ）を０．６０以
上とすることで繊維の破断強度を２．１ｃＮ／ｄｔｅｘ
以上にすることができることを見出した。それぞれのポ
リマー粘度を高くするほど研磨用複合繊維の破断強度も
高くなるが、ポリアミドについてはηｒが４．５を、ポ
リエステルについてはＩＶが１．５０を越えるとポリマ
ー溶融時の圧力が極端に高くなり、製造が困難になる。

【００１３】芯成分ポリマーにポリアミド、鞘成分ポリ
マーにポリエステルを用いた場合、強度と製糸性のバラ
ンスの観点から、ポリアミドのηｒは２．０〜４．５で
あることが好ましく、２．５〜４．０であることがより
好ましく、２．８〜３．８であることがさらに好まし
い。同様にポリエステルのＩＶは０．６０〜１．５０で
あることが好ましく、０．８０〜１．４０であることが
より好ましく、０．９０〜１．２０であることがさらに
好ましい。

【００１４】芯成分ポリマーと鞘成分ポリマーを同一の
ポリマーとした場合、上述したように研磨粒子の露出量
を大きくでき、研磨速度を高めるために好ましい。例え
ば芯成分および鞘成分のポリマーとしてポリエステルを
用い、溶剤として水酸化ナトリウム水溶液を用いた場
合、鞘成分除去工程の管理を容易にするために、鞘成分
ポリエステルにはイソフタル酸やナトリウムスルホイソ
フタレート等を共重合し溶解速度を高くすることができ
る。この場合共重合量は０．５〜１０重量％であること
が好ましい。また、研磨用複合繊維の強度を２．１ｃＮ
／ｄｔｅｘ以上とするためにポリエステルのＩＶは０．
６０〜１．５０であることが好ましく、０．７０〜１．
４０であることがより好ましく０．８０〜１．３０であ
ることがさらに好ましい。芯成分ポリマーと鞘成分ポリ
マーのＩＶは同じであっても異なっていても良い。

【００１５】本発明の研磨用複合繊維は織物、編物、あ
るいは植毛などいかなる形態に加工して研磨用途に用い
ても良いが、コストや研磨速度を要求される用途には織
物形態が、被研磨体のより高精度な平滑性が要求される
用途には植毛形態であることが好ましい。

【００１６】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。なお、実施例中の物性は次の方法で測定した。 [硫酸相対粘度（ηｒ）]試料２．５ｇを９８％硫酸２５
ｃｃに溶解し、オストワルド粘度計を用いて２５℃で測
定する。 [固有粘度（ＩＶ）]試料８ｇをオルソクロロフェノール
１００ｍｌに溶解し、溶液粘度（η_rp）をオストワルド
粘度計を用いて２５℃で測定し、次の近似式により固有
粘度（ＩＶ）を算出した。ＩＶ＝０．０２４２η_rp＋０．２６３４ただし、η_rp＝（ｔ×ｄ）／（ｔ₀×ｄ₀）ここで、ｔ：溶液の落下時間（秒）ｔ₀：オルソクロロフェノールの落下時間（秒）ｄ：溶液の密度（ｇ／ｃｃ）ｄ₀：オルソクロロフェノールの密度（ｇ／ｃｃ） [破断強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）、破断伸度（％）]（株）
オリエンテック社製“テンシロン”引張試験機タイプを
用い、試料長２５ｃｍ、引張速度３０ｃｍ／分の条件で
測定した。 [数平均分子量]試料の０．１％クロロホルム溶液のＧＰ
Ｃ分析を行い、分子量１，０００以下の成分を除く高分
子量成分の分散の数平均値を算出した。 [研磨性能]試作糸を用いて平織物を製織した後、濃度４
％、温度１２０℃の水酸化ナトリウム水溶液で２５０時
間処理することにより鞘成分を除去し、芯成分が露出し
た研磨布を作製した。試験研磨装置に、この研磨布とア
ルミニウム基板（表面は酸化膜）をセットし、水を流し
ながら５分間研磨を行った後アルミニウム基板の表面状
態を観察し、研磨速度、表面の平滑度を総合的に評価
し、Ａ〜Ｃの３段階に分類した。Ａ：酸化膜が除去され鏡面状になっているＢ：酸化膜は除去されているが筋状の傷が残っている。Ｃ：酸化膜が残っている。

【００１７】（実施例１、比較例１〜２）芯成分とし
て、平均粒径０．５μｍのアルミナ粒子を表１に示す含
有量でηｒ３．４のポリカプラミドに添加し溶融混練し
た後、３．０ｍｍφの口金から吐出し、冷却カットして
得たチップを用意した。鞘成分としてＩＶ１．２５のポ
リエチレンテレフタレートを用意した。それぞれのポリ
マーを乾燥後、芯成分は２８０℃、鞘成分は２９５℃の
エクストルーダで溶融し、２９５℃の複合紡糸パック中
に導き、芯鞘複合紡糸口金より、芯／鞘複合比率が重量
比で８０／２０の芯鞘型２成分複合繊維として紡出し
た。紡糸口金には孔径０．６ｍｍφの吐出孔が９０個設
けられており、口金直下には長さ３００ｍｍの非加熱の
断熱筒を設置し、その下に長さ７０ｃｍのユニフロー型
チムニーを取り付け、２５℃の冷風を糸条に直角に３０
ｍ／ｍｉｎの速度で吹き付け冷却した。引き続いて油剤
を付与した後１０００ｍ／ｍｉｎの速度で回転する引き
取りローラーにより糸条速度を制御した後、連続して
３．４倍に延伸した。延伸は５対のネルソン型ロール
（引き取りロール、供給ロール、第１延伸ロール、第２
延伸ロール、リラックスロール）により２段階で延伸
し、３％リラックスさせた後、実施例１の延伸糸を巻き
取った。このとき、各ロール温度は順に室温、９０℃、
１００℃、２００℃、室温とした。リラックスロールか
ら巻き取り機までの間で、０．５ＭＰａの圧縮空気を用
いてエア交絡を付与した。得られた延伸糸の糸条繊度が
３２０ｄｔｅｘとなるようポリマー吐出量を調整した。
比較例１、比較例２として芯／鞘複合比率のみを３５／
６５、９７／３に変更した延伸糸を得た。なお、延伸倍
率は延伸時の糸切れが無いことはもちろん、毛羽の発生
がほとんど見られない倍率を選択した。また、実施例１
では破断伸度は２２％であった。鞘成分のポリエチレン
テレフタレートは紡糸時に分子量低下をおこし、延伸糸
のＩＶは１．００であり、数平均分子量は鞘成分が３０
０００、芯成分が３５０００であった。表１からわかる
ように、実施例１の複合糸は強度に優れ、製糸性、製織
性も良好であり、研磨特性にも優れるものであった。一
方、比較例１の複合糸は強度は十分であったが、鞘成分
除去後の布帛の緻密性が劣り、研磨性能が低い結果とな
った。また、鞘成分除去工程の時間も実施例１に比べて
長い時間が必要であった。また、比較例２の複合糸は鞘
成分除去前から芯成分の露出が生じており、紡糸機への
ダメージを考慮し延伸を行うことができなかった。

【００１８】

【表１】

【００１９】（実施例２、比較例３）添加するアルミナ
粒子の平均粒径を２．２μｍおよび５．０μｍに変更し
た以外は実施例１と同様の方法で実施例２および比較例
３の複合糸を得た。実施例２は十分な強度を有している
が、被研磨面の平滑性の点で実施例１より若干劣るもの
であった。比較例３は強度が低く製糸および製織時に毛
羽の発生が著しく、安定な製造は困難であった。

【００２０】（比較例４〜５）芯成分へのアルミナ粒子
の添加量を８重量％および７５重量％に変更した以外は
実施例１と同様の方法で比較例４および５の複合糸を得
た。比較例４は研磨性能が不十分であり、比較例５は製
糸時の糸切れが著しく、破断強度も低く研磨布に加工す
ることができなかった。

【００２１】（実施例３〜６）研磨粒子の種類および芯
成分への含有量を表１のように変更した以外は、実施例
１と同様の方法で実施例３、４、５および６の複合糸を
得た。いずれの複合糸も十分な破断強度を有しており、
研磨特性も良好なものであった。

【００２２】（比較例６〜８）表１に記載したように、
実施例１に比べて、芯成分および鞘成分の分子量と研磨
粒子の含有量を変更することで比較例６、７、８の複合
糸を得た。いずれの糸も繊維の破断強度が低く製糸およ
び製織工程の通過性に問題があった。なお比較例８にお
いて芯成分のポリカプラミドの分子量が１６０００であ
り、鞘成分のポリエチレンテレフタレートの分子量が１
８０００であった。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、研磨粒子スラリーを別
途用意する必要が無く、かつ目詰まりの少ない研磨布帛
を得ることができ、従来に比べ研磨加工費用を大幅に低
減できる。また、２成分のポリマーからなるシンプルな
芯鞘複合構造とすることにより比較的低コストで製糸安
定性にも優れていながら、従来にない高い強度を有する
ことで、製織、製編等の後加工性にも優れる研磨用複合
繊維を提供することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｄ０１Ｆ 8/14 Ｄ０１Ｆ 8/14 ＣＦターム(参考） 3C063 AA01 AB01 BA40 BB01 BB02 BB03 BB04 BB25 EE01 EE10 EE26 FF23 4L035 BB31 BB55 BB59 BB89 BB91 CC07 FF01 HH10 JJ03 JJ05 JJ07 KK01 KK05 4L041 AA18 AA19 AA20 BA02 BA05 BA21 BC20 BD20 CA06 CA21 CB02 CB04 CB05 CB25 DD01 DD14 DD21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】芯鞘型２成分複合繊維において芯鞘とも
熱可塑性ポリマーからなり、芯成分の比率が４０〜９５
重量％であり、芯成分に平均粒径０．１〜４．０μｍの
無機粒子を１０〜７０重量％含有し、破断強度が２．１
ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることを特徴とする研磨用複合
繊維。
【請求項２】芯成分ポリマーがポリアミドであり、鞘
成分ポリマーがポリエステルであることを特徴とする請
求項１記載の研磨用複合繊維。
【請求項３】芯成分ポリマーが硫酸相対粘度（ηｒ）
２．０〜４．５のポリアミドであり、鞘成分ポリマーが
固有粘度（ＩＶ）０．６０〜１．５０のポリエステルで
あることを特徴とする請求項１記載の研磨用複合繊維。
【請求項４】芯成分ポリマー、鞘成分ポリマーともに
ポリエステルであることを特徴とする請求項１記載の研
磨用複合繊維。
【請求項５】破断強度が２．６ｃＮ／ｄｔｅｘ以上で
あることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の
研磨用複合繊維。