JP2012024902A - 研磨布およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板表面粗さの低減を達成しながらも、従来の研磨布よりもスクラッチ欠点を抑えることのできる研磨布を提供する。
【解決手段】平均繊維径0.1〜3.0μmの極細繊維を主体とする繊維絡合体と弾性重合体で構成され表面の極細繊維が起毛された研磨布であって、起毛された極細繊維の50.0〜100%の先端部1,2が、繊維径に対し120〜300%の大きさの径を有する研磨布。
【選択図】図1

Description

本発明は、研磨布、特に磁気記録ディスクに用いられるアルミニウム合金基板やガラス基板を、超高精度の仕上げで研磨加工および/またはクリーニング加工を施す際に好適に用いられ得る研磨布に関するものである。
磁気記録ディスクは、近年の高記憶密度化に伴い、ディスク表面の極限までの平滑化が求められている。近年の記録方式は、磁性膜内の磁化容易軸が垂直方向に配向した垂直記録媒体が主流となっているため、磁性層形成前の基板に凹凸や傷が存在すると磁性膜製膜時後に磁化容易軸が傾き異常部となる恐れがある。そのため、磁性膜形成前のディスク表面は、基板表面粗さを0.1nm以下とし、かつスクラッチ欠点と呼ばれる基板表面の傷を極小化することが要求されている。また、垂直記録媒体以降の記録方式においても、磁性層製膜前の基板への要求は前記と同様極限までの平滑化である。
磁気記録ディスクの基板には、硬質ポリウレタンフォームなどからなる研磨パッドによってスラリー研削を行った後、微小な傷や突起を研削して平滑性を高めるべく、研磨布の表面に遊離砥粒を付着させ、研磨加工を行う方法が用いられている。
研磨加工とは具体的には、磁気記録ディスクの基板を連続回転させた状態で、テープ状の研磨布(研磨テープ)をゴムローラーにより基板に押し付けながら、基板の径方向に往復運動させ、連続的に研磨テープを走行させる。このとき、スラリーを研磨テープと基板との間に供給し、スラリー中に含まれる遊離砥粒が、研磨テープ表面の繊維に微分散した状態で把持され、基板に押し付けられることによって研磨を行うものである。また、同加工において、遊離砥粒を用いないクリーニング加工も行われている。
研磨加工やクリーニング加工において用いられる研磨布としては、従来、不織布を構成する繊維を極細化して磁気記録ディスクの基板表面粗さを小さくし、さらに不織布に弾性重合体を含浸させてクッション性を持たせることによりスクラッチ欠点を極少化するという提案がなされており、一定の成果を上げている(特許文献1〜4参照。)。
ただし、上記従来技術の研磨布は、表面の極細繊維の分散状態が十分なレベルとはいえないため研磨加工時に極細繊維の捩れが発生しやすく、捩れた束状極細繊維が砥粒を強く把持することにより、基板表面に深い傷が入りやすく、スクラッチ性能が低下する傾向があった。
また、研磨布の立毛方法として、バフ段数、サンドペーパー番手、各段における研削重量、サンドペーパー走行速度、およびシート走行速度を調節する方法が提案されており、研磨布の立毛繊維を緻密化し、立毛の方向性を少なくすることに成功している(特許文献5参照。)。しかしながら、この提案では、人工皮革全般に共通する一般的なバフ条件が記載されているに過ぎず、例えば、極細繊維の繊維径を細くした場合等には、最適な条件とすることは困難であった。すなわち、研磨布の繊維径が変わった場合でも、十分な分散性を維持可能な表面を得るための普遍的な立毛条件の設定が求められていた。
特開2001−1252号公報 特開2002−273650号公報 特許第3457478号公報 特開2007−144614号公報 特許第4423915号公報
そこで本発明の目的は、基板表面粗さの低減を達成しながらも、従来の研磨布よりもスクラッチ欠点を抑えることのできる研磨布を提供することにある。
すなわち本発明は、上記の課題を解決せんとするものであり、平均繊維径0.1〜3.0μmの極細繊維を主体とする繊維絡合体と弾性重合体で構成され表面の極細繊維が起毛された研磨布であって、前記の起毛された極細繊維の50.0〜100.0%の極細繊維の先端部が、繊維径に対し120〜300%の大きさの径を有することを特徴とする研磨布である。
また、本発明の研磨布の製造方法は、平均繊維径0.1〜3.0μmの極細繊維を主体とする繊維絡合体と弾性重合体で構成されたシートを走行させ、前記の極細繊維の平均繊維径に対し10〜90倍の平均砥粒径のサンドペーパーを、シート速度に対して100〜160倍の速度で走行する前記シートの進行方向と逆方に回転させ、トータル研削量を10〜80g/m、研削負荷を200〜1000W/mの範囲としてバッフィング研削することを特徴とする研磨布の製造方法である。
本発明の研磨布の製造方法の好ましい態様によれば、前記のバッフィング研削時、シートとサンドペーパーの接触長は5〜50mmの範囲である。
本発明の研磨布の製造方法の好ましい態様によれば、前記のバッフィング研削時、研削クリアランスは、目標厚みに対し0.1〜0.9倍の範囲である。
本発明によれば、研磨布の表面繊維の分散状態が改善されることにより、従来の研磨布に対比して繊維の捩れ、融着等に起因するスクラッチ等の欠点を発生させにくくすることができ、基板表面を平滑化することが可能となる。
図1は、本発明の研磨布表面の一例を示す図面代用SEM拡大(2000倍)写真である。 図2は、本発明の実施例2で得られた研磨布表面の図面代用SEM拡大(40倍)写真である。
本発明の研磨布は、平均繊維径0.1〜3.0μmの極細繊維を主体とする繊維絡合体と弾性重合体で構成され表面の極細繊維が起毛された研磨布であり、極細繊維の束(極細繊維束)が絡合してなる不織布等の繊維絡合体を有してなるものである。本発明では、極細繊維を採用することにより、研磨対象の表面粗さを小さくすることができ、かつスクラッチ等の欠点を発生させにくくすることができる。
極細繊維を形成するポリマーとしては、例えば、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィンおよびポリフェニレンスルフィド(PPS)等を挙げることができる。ポリエステルやポリアミドに代表される重縮合系ポリマーは融点が高いものが多く、研磨加工時に発生する熱に対する耐熱性に優れており好ましく用いられる。ポリエステルの具体例としては、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およびポチトリメチレンテレフタレート等を挙げることができる。また、ポリアミドの具体例としては、ナイロン6、ナイロン66およびナイロン12等を挙げることができる。
また、極細繊維を構成するポリマーには、他の成分が共重合されていても良いし、粒子、難燃剤および帯電防止剤等の添加剤を含有させても良い。
極細繊維の平均繊維径は、0.1〜3.0μmとすることが重要である。平均繊維径を3.0μm以下、好ましくは2.5μm以下とすることにより、研磨対象の表面粗さを小さくすることができる。一方、平均繊維径を0.1μm以上、好ましくは0.3μm以上とすることにより、繊維強度および剛性を維持することができるため、研磨を効率良く行うことができる。
極細繊維束の形態としては、極細繊維同士が多少離れていてもよいし、部分的に結合していてもよいし、凝集していてもよい。ここで、結合とは、化学的な反応や物理的な融着等によるものを指し、凝集とは、水素結合等の分子間力によるものを指す。
本発明の研磨布に用いられる不織布等の繊維絡合体において、上記に定義される極細繊維よりも太い繊維が混合されていてもよい。太い繊維が混合されることにより、研磨布の強度が補強され、またクッション性等の特性を向上させることができる。このような極細繊維よりも太い繊維を形成するポリマーとしては、前述の極細繊維を構成するポリマーと同様のものを採用することができる。極細繊維よりも太い繊維の不織布に対する混合量としては、好ましくは30質量%以下、より好ましくは10質量%以下とすることにより、研磨布表面の平滑性を維持することができる。また、前記太い繊維は、研磨性能の観点から表面に露出していないことが好ましい。
実施例の測定方法においても後述するように、本発明においては、繊維径が10μmを超える繊維が混在している場合には、当該繊維は極細繊維に該当しないものとして平均繊維径の測定対象から除外するものとする。
本発明の研磨布に用いられる、繊維絡合体である不織布としては、短繊維をカードおよびクロスラッパーを用いて積層繊維ウェブを形成させた後にニードルパンチやウォータジェットパンチを施して得られる短繊維不織布や、スパンボンド法やメルトブロー法などから得られる長繊維不織布、および抄紙法で得られる不織布などを適宜採用することができる。なかでも、短繊維不織布やスパンボンド不織布は、後述するような極細繊維束の態様をニードルパンチ処理により得ることができる。
本発明の研磨布は、前記の繊維絡合体が弾性重合体を含有していることが必要である。弾性重合体を含有させることによって、弾性重合体のバインダー効果により極細繊維が研磨布から抜け落ちるのを防止し、起毛時に均一な立毛を形成することが可能となる。また、弾性重合体を含有させることによって、研磨布にクッション性を付与しスクラッチ欠点をより少なくすることができる。
本発明で用いられる弾性重合体としては、例えば、ポリウレタン、ポリウレア、ポリウレタン・ポリウレアエラストマー、ポリアクリル酸、アクリロニトリル・ブタジエンエラストマーおよびスチレン・ブタジエンエラストマー等を用いることができる。中でも、ポリウレタン、ポリウレタン・ポリウレアエラストマーなどのポリウレタン系エラストマーが好ましく用いられる。
ポリウレタン系エラストマーのポリオール成分としては、ポリエステル系、ポリエーテル系およびポリカーボネート系のジオール、もしくはこれらの共重合物を用いることができる。また、ジイソシアネート成分としては、芳香族ジイソシアネート、脂環式イソシアネートおよび脂肪族系イソシアネートなどを使用することができる。
ポリウレタン系エラストマーの重量平均分子量は、好ましくは50,000〜300,000である。重量平均分子量を50,000以上、より好ましくは100,000以上、さらに好ましくは150,000以上とすることにより、研磨布の強度を保持し、また極細繊維の脱落を防ぐことができる。また、重量平均分子量を300,000以下、より好ましくは250,000以下とすることにより、ポリウレタン溶液の粘度の増大を抑えて極細繊維層への含浸を行いやすくすることができる。
また、弾性重合体には、ポリエステル系、ポリアミド系およびポリオレフィン系などのエラストマー樹脂、アクリル樹脂、およびエチレン−酢酸ビニル樹脂などが含まれていても良い。また、これらの樹脂の含有率は、ポリウレタンの特性を損なわない範囲で含有することが好ましい。含有率としては、0〜30質量%の範囲が好ましく、より好ましくは0〜20質量%の範囲である。
また、弾性重合体には、必要に応じて着色剤、酸化防止剤、帯電防止剤、分散剤、柔軟剤、凝固調整剤、難燃剤、抗菌剤および防臭剤などの添加剤が配合されていてもよい。
弾性重合体の含有率は、極細繊維束が絡合してなる繊維構造体に対し、好ましくは5〜200質量%である。弾性重合体の含有量によって、研磨布の表面状態、クッション性、硬度および強度などを調節することができる。弾性重合体の含有量を5質量%以上、より好ましくは20質量%以上、さらに好ましくは30質量%以上とすることにより、繊維脱落を少なくすることができる。一方、弾性重合体の含有量を200質量%以下、より好ましくは100質量%以下、さらに好ましくは80質量%以下とすることにより、加工性および生産性が向上するとともに、表面上において極細繊維が均一分散した状態を得ることができる。
本発明の研磨布の、後述する補強層を除く部分の目付は、好ましくは100〜600g/mである。目付を100g/m以上、より好ましくは150g/m以上とすることにより、研磨布の形態安定性・寸法安定性に優れ、研磨加工時の研磨布の伸びによる加工ムラ、スクラッチ欠点の発生を抑えることができる。一方、目付を600g/m以下、より好ましくは300g/m以下とすることにより、研磨テープの取扱い性が容易となり、また、研磨布のクッション性を適度に抑え、研磨加工時において非研磨面からのゴムローラーによる押付圧を研磨表面に適度に伝播させ、効率的な研磨加工を行うことができる。
また、本発明の研磨布の、後述する補強層を除く部分の厚さは、好ましくは0.1〜10mmである。厚さを0.1mm以上、好ましくは0.3mm以上とすることにより、研磨布の形態安定性・寸法安定性に優れ、研磨加工時の研磨布の伸びによる加工ムラ、スクラッチ欠点の発生を抑えることができる。一方、厚さを10mm以下、より好ましくは5mm以下とすることにより、研磨加工時の押付圧を充分に伝播させることができる。
また、本発明の研磨布は、後述する極細繊維起毛面(研磨に供する側の面)の他方の面に補強層を有することも好ましい態様である。補強層を設けることにより、研磨布の形態安定性・寸法安定性に優れ、研磨加工時の研磨布の伸びによる加工ムラ、およびスクラッチ欠点の発生を抑えることができる。
補強層としては、織物、編物、不織布(紙を含む)およびフィルム状物(プラスチックフィルム、金属薄膜シートなど)等を採用することができる。
本発明の研磨布は、起毛された極細繊維の50.0〜100.0%の極細繊維の先端部が、繊維径に対し120〜300%の大きさの径を有することが重要である。前記のように極細繊維の先端部が、繊維径に対し120〜300%の大きさの径を有する状態とは、極細繊維の先端部に球状形等の突起状物が形成されている状態をいう。極細繊維の先端部が繊維径に対し120〜300%の大きさの径を有することで、極細繊維間に適度な距離を維持することができ、立毛した極細繊維の分散性を得ることが可能となり、かつ先端部の径が300%より大きすぎないことにより、先端部の球状形等の突起状物により、基板表面へのスクラッチ等の欠点を誘発しない。先端部の径は、繊維径に対し好ましくは130〜280%の範囲大きさであり、より好ましくは140〜260%の範囲の大きさである。
また、図1に示されるように、先端部の突起状物は球状(球状先端部1)が大部分であるが、台形状のものに代表される多角形状(多角形状先端部2)のものも突起状物とする。また、多角形状の突起については、その最大径(幅)を有する部分を、突起の大きさとして測定するものとする。
また、前記の極細繊維の先端部とは、極細繊維の先端から50μm内に存在する部分を指す。極細繊維の先端から50μmより先(研磨布側)内側に存在する突起は、節や異物として先端部の突起としてはカウントしないものとする。
また、本発明においては、前記極細繊維の先端部に突起状物を有する起毛は、測定した全極細繊維の50.0〜100.0%の範囲で存在することが重要である。突起状物を有する起毛が50.0%以上存在させることにより十分な分散性が得られ、60.0%以上の範囲とすることにより、より分散性を向上させることができる。
本発明の研磨布は、研磨に供する側の面の表面に起毛処理が施され立毛を有することが重要である。立毛を形成することにより、前記のような極細繊維の分散を得ることができ、さらに表面繊維に適度なクッション性が得られるため、スクラッチ欠点をより少なくすることができる。
本発明の研磨布の立毛長は、0.1〜2.0mmの範囲であることが好ましい。立毛長が2.0mmより長いと、研磨時に極細繊維間の捩れが発生しやすくなり、スクラッチ性能が低下する。また、立毛長が0.1mm未満では、研磨布表面に存在する立毛した極細繊維の面積が少なくなるため、立毛が存在しない部分に砥粒が凝集しやすくなることにより、加工ムラやスクラッチ性能の低下を招く。
後に詳しく説明するように、上記のような極細繊維先端部を得るためには、起毛処理時、極細繊維に対して、適切な砥粒のサイズ、研磨布シート加工速度に対し適切なサンドペーパー速度、適切な研削量、研削負荷、シートとサンドペーパーの接触長および研削クリアランスをとることにより、ポリウレタンと結合した極細繊維が効率的に掘り起こされ、かつ極細繊維がサンドペーパーの砥粒により若干引き伸ばされた後に引きちぎられることにより、引き伸ばされた部分が収縮し、先端部に極細繊維より径の大きい球状形等の突起状物が形成されることになる。
次に、本発明の研磨布を製造する方法について説明する。
極細繊維束が絡合してなる不織布のような繊維絡合体を得る手段としては、極細繊維発生型繊維を用いることが好ましい。極細繊維から直接繊維絡合体を製造することは困難であるが、極細繊維発生型繊維から繊維絡合体を製造し、この繊維絡合体における海島型複合繊維から極細繊維を発生させることにより、極細繊維束が絡合してなる繊維絡合体を得ることができる。
極細繊維発生型繊維としては、溶剤溶解性の異なる2成分の熱可塑性樹脂を海成分と島成分とし、海成分を溶剤などを用いて溶解除去することによって島成分を極細繊維とする海島型繊維や、2成分の熱可塑性樹脂を繊維断面に放射状または多層状に交互に配置し、各成分を剥離分割することによって極細繊維に割繊する剥離型複合繊維などを採用することができる。
海島型繊維には、海島型複合用口金を用い海成分と島成分の2成分を相互配列して紡糸する海島型複合繊維や、海成分と島成分の2成分を混合して紡糸する混合紡糸繊維などがあるが、均一な繊度の極細繊維が得られる点、また十分な長さの極細繊維が得られシート状物の強度にも資する点から、海島型複合繊維が好ましく用いられる。
海島型繊維の海成分としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ナトリウムスルホイソフタル酸やポリエチレングリコールなどを共重合した共重合ポリエステル、およびポリ乳酸等を用いることができる。
海成分の溶解除去は、弾性重合体を付与する前、付与した後、起毛処理後、のいずれのタイミングで行ってもよい。
不織布等の繊維絡合体を得る方法としては、前述のとおり、繊維ウェブをニードルパンチやウォータジェットパンチにより絡合させる方法、スパンボンド法、メルトブロー法および抄紙法などを採用することができ、なかでも、前述のような極細繊維束の態様とする上で、ニードルパンチやウォータジェットパンチなどの処理を経るものが好ましい。
ニードルパンチ処理に用いられるニードルにおいて、ニードルバーブ(切りかき)の数は好ましくは1〜9本である。ニードルバーブを1本以上とすることにより効率的な繊維の絡合が可能となる。一方、ニードルバーブを9本以下とすることにより繊維損傷を抑えることができる。
ニードルバーブのトータルデプスは、好ましくは0.04〜0.09mmである。トータルデプスを0.04mm以上とすることにより、繊維束への十分な引掛かりが得られるため効率的な繊維絡合が可能となる。一方、トータルデプスを0.09mm以下とすることにより繊維損傷を抑えることが可能となる。
パンチング本数は、好ましくは1000〜4000本/cmである。パンチング本数を1000本/cm以上とすることにより、緻密性が得られ、高精度の仕上げを得ることができる。一方、パンチング本数を4000本/cm以下とすることにより、加工性の悪化、繊維損傷および強度低下を防ぐことができる。
また、ウォータジェットパンチ処理を行う場合には、水は柱状流の状態で行うことが好ましい。具体的には、直径0.05〜1.0mmのノズルから圧力1〜60MPaで水を噴出させると良い。
ニードルパンチ処理あるいはウォータジェットパンチ処理後の極細繊維発生型繊維不織布(繊維絡合体)の見掛け密度は、0.15〜0.35g/cmであることが好ましい。見掛け密度を0.15g/cm以上とすることにより、研磨布の形態安定性と寸法安定性に優れ、研磨加工時の研磨布の伸びによる加工ムラ、およびスクラッチ欠点の発生を抑えることができる。一方、見掛け密度を0.35g/cm以下とすることにより、弾性重合体を付与するための十分な空間を維持することができる。
このようにして得られた極細繊維発生型繊維不織布(繊維絡合体)は、緻密化の観点から、乾熱もしくは湿熱、またはその両者によって収縮させ、さらに高密度化することが好ましい。また、カレンダー処理等により厚み方向に圧縮してもよい。
極細繊維発生型繊維から易溶解性ポリマー(海成分)を溶解する溶剤としては、海成分がポリエチレンやポリスチレン等のポリオレフィンであればトルエンやトリクロロエチレン等の有機溶媒が用いられ、海成分がポリ乳酸や共重合ポリエステルであれば水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液を用いることができる。また、極細繊維発生加工(脱海処理)は、溶剤中に極細繊維発生型繊維(からなる不織布)を浸漬し、窄液することによって行うことができる。
また、極細繊維発生加工には、連続染色機、バイブロウォッシャー型脱海機、液流染色機、ウィンス染色機およびジッガー染色機等の公知の装置を用いることができる。極細繊維発生加工は、立毛処理前に行ってもよいし立毛処理後に行ってもよい。
また、研磨布表面の繊維分布の緻密性および均一性を得るためには、ポリウレタンを主成分とした弾性重合体は、極細繊維の繊維束が絡合してなる不織布(繊維絡合体)について、極細繊維の繊維束内部には実質的に存在しないことが好ましい。繊維束内部にまで弾性重合体が存在すると、弾性重合体が各極細繊維と接着して存在することになるため、バフィング処理の際に表面繊維が引きちぎられやすく、かつ、立毛を形成し難い。
弾性重合体が、極細繊維の繊維束内部には実質的に存在しない形態を得る方法としては、弾性重合体をジメチルホルムアミドなどの溶剤により溶液とし、
(1)極細繊維発生型の海島型複合繊維が絡合した不織布(繊維絡合体)に、前記弾性重合体溶液を含浸し、水もしくは有機溶媒水溶液中で凝固させた後、海島型複合繊維の海成分を、弾性重合体は溶解しない溶剤で溶解除去する方法や、
(2)極細繊維発生型の海島型複合繊維が絡合した不織布に、鹸化度が好ましくは80%以上のポリビニルアルコールを付与し、繊維の周囲の大部分を保護した後、海島型複合繊維の海成分を、ポリビニルアルコールは溶解しない溶剤で溶解除去し、次いで弾性重合体の溶液を含浸し、水もしくは有機溶剤水溶液中で凝固させた後、ポリビニルアルコールを除去する方法
などを好ましく用いることができる。
前記弾性重合体を繊維絡合体に付与する際に用いられる溶媒としては、N,N’−ジメチルホルムアミドやジメチルスルホキシド等を好ましく用いることができる。また、水中にエマルジョンとして分散させた水系ポリウレタンとしてもよい。
溶媒に溶解した弾性重合体溶液に繊維絡合体を浸漬する等して弾性重合体を繊維絡合体に付与し、その後、乾燥することによって弾性重合体を実質的に凝固し固化させる。乾燥にあたっては繊維絡合体および弾性重合体の性能が損なわない程度の温度で加熱してもよい。
このようにして得られた研磨布用のシートの起毛処理は、サンドペーパーやロールサンダーなどを用いて行うことができる。特に、サンドペーパーを用いることにより、均一かつ緻密な立毛を形成することができる。さらに、研磨布の表面に前記のような均一な極細繊維の立毛を形成させるためには、(1)極細繊維と用いられるサンドペーパーの砥粒径の比率、(2)サンドペーパーとシート速度の比率、(3)研削量、および(4)研削負荷を適切な範囲に制御する必要がある。また、研削負荷を低減するために、バフ段数を3段以上の多段バッフィングとし、前半の1〜2段以上でトータル研削量の70〜90%、最終の1段で30〜10%の研削を行い、表面を整えることが好ましい。また、3段バッフィングの場合は、トータル研削量に対し、1段目で50〜70%、2段目で20〜30%、3段目で10〜20%とすることが好ましい。1段目で50%以上研削を行うことにより粗い厚み調整を行い、2、3段目で仕上げを行うことが好ましい。具体的には、2段目で1段目の半分以下の研削とし、3段目は2段目の半分以下の研削として仕上げ研削を行うことが好ましい。
前記の起毛処理を行うためには、(1)極細繊維の平均繊維径に対し10〜90倍の平均粒径の砥粒のサンドペーパーを用いて表面研削することが重要である。平均繊維径に対し、平均砥粒径を前記範囲とすることにより、弾性重合体と結合した極細繊維を、効率的に起毛処理して立毛を形成することが可能であり、立毛による極細繊維同士の融着等を発生しにくくすることが可能である。繊維径に対する平均砥粒径は、好ましくは15〜85倍であり、より好ましくは20〜80倍である。
また、(2)サンドペーパーの速度とシート速度の関係は、サンドペーパーをシートの進行方向に対して100〜160倍の速度で、シートの進行方向と逆方向に回転させることが重要である。シート速度とサンドペーパーの速度を前記範囲とすることにより、研削負荷を抑え、極細繊維同士の融着等を発生しにくくすることが可能である。
サンドペーパーの速度は、400〜1500m/分であることが好ましく、より好ましくは500〜1200m/分である。シート速度は、3.0〜18.0m/分であることが好ましく、より好ましくは4.0〜16.0m/分である。また、サンドペーパーの速度は、シート速度に対し、100〜160倍の速度が好ましく、より好ましくは105〜155倍である。
また、(3)バッフィング研削により研削する量は、10〜80g/mとすることが重要である。研削量を10g/m以上とすることにより十分な品位を得ることができ、研削量を80g/m以下とすることにより繊維の融着を抑えることができる。研削量は、好ましくは20〜70g/mであり、より好ましくは30〜60g/mである。
また、(4)バッフィング研削での研削負荷は、200〜1000W/mの範囲とすることが重要であり、研削負荷は、好ましくは300〜900W/mの範囲である。研削負荷を1000W/m以下とすることにより、繊維の融着等を発生させることなく、極細繊維を有効に削り出すことが可能となり、研削負荷を200W/m以上とすることにより十分な研削が実施できる。多段バッフィングの場合は、各段における最大負荷を前記範囲とすることが必要である。
また、バッフィング研削でのシートとサンドペーパーの接触長は、シート進行方向全幅に対し、5〜50mmの範囲が好ましく、より好ましくは10〜40mmの範囲である。接触長を5mm以上とすることにより、バッフィングに十分な研削長を維持することが可能であり、接触長を50mm以下とすることにより、シートにかかる負荷を一定以下に低減することができ、繊維の融着等を発生させない。
また、バッフィング研削での研削クリアランスは、目標厚みに対し、0.1〜0.9倍であることが好ましく、より好ましくは0.2〜0.8倍の範囲である。研削クリアランスを0.1倍以上とすることにより、シートが破断しない程度の押付け状態を維持することができ、研削クリアランスを0.9倍以下とすることによりサンドペーパーの十分な押付状態を維持できる。
上記条件でバッフィング研削することにより、ポリウレタン等の弾性性重合体と結合した極細繊維が効率的に掘り起こされ、さらに掘り起こされた極細繊維一本一本が、サンドペーパーの砥粒により若干引き伸ばされた後に引きちぎられることにより、引き伸ばされた部分が収縮し、先端部に極細繊維より径の大きい球状、あるいは多角形状の突起状物が形成されることになる。
なお、特許文献5の図4の写真では、研磨布表面繊維の先端が一部球状になっているように見えるが、3段バッフィングの研削比率や、研削負荷が本発明の研磨条件とは異なるため、先端部が繊維径に対し120〜300%の大きさの径を有する極細繊維は、20〜40%程度しか存在しないものである。
本発明の研磨布は、例えば、加工効率と安定性の観点から30〜50mm幅のテープ状にカットして研磨加工用テープやクリーニング加工用テープとして用いることができる。
研磨加工方法としては、上記のような研磨加工用テープと遊離砥粒を含むスラリーとを用いて、アルミニウム合金等からなる磁気記録ディスク基板の研磨加工を行うことができる。スラリーとしては、ダイヤモンド微粒子などの高硬度砥粒を水系分散媒に分散したものが好ましく用いられる。砥粒径としては、本発明の研磨布を構成する極細繊維に適合した砥粒の保持性と分散性の観点から、100nm以下のものが好ましい。
また、本発明の研磨布は、遊離砥粒を用いないクリーニング加工にも好ましく用いることができる。
[測定方法と評価用加工方法]
(1)融点
パーキンエルマー社(Perkin Elmaer)製DSC−7を用いて2nd runでポリマーの溶融を示すピークトップ温度をポリマーの融点とした。このときの昇温速度は16℃/分で、サンプル量は10mgとした。
(2)メルトフローレイト(MFR)
試料ペレット4〜5gを、MFR計電気炉のシリンダーに入れ、東洋精機製メルトインデクサー(S101)を用いて、荷重2160gf、温度285℃の条件で、10分間に押し出される樹脂の量(g)を測定した。同様の測定を3回繰り返し、平均値をMFRとした。
(3)バッフィング加工時の研削負荷
研磨布表面起毛時のバッフィング工程において、シートと接触していないときのサンドペーパーの回転にかかる電力:仕事量(W0)を事前に測定し、その後、シートを通しバッフィング加工を行った際の電力(W1)を測定し、W1−W0により、バッフィング加工にかかる電力(W2)を算出した。多段バッフィングの場合は、研削負荷が高い段が1段でもあると融着等の影響が出るため、研削負荷が最も大きい段の値を最大研削負荷とした。
(4)極細繊維の平均繊維径
研磨布の極細繊維を含む厚み方向に垂直な断面を、走査型電子顕微鏡(SEM キーエンス社製VE−7800型)を用いて3000倍で観察し、30μm×30μmの視野内で無作為に抽出した50本の単繊維直径をμm単位で、有効数字3桁で測定した。ただし、これを3ヶ所で行い、合計150本の単繊維の直径を測定し、有効数字3桁目を四捨五入し平均値を有効数字2桁で算出した。繊維径が10μmを超える繊維が混在している場合には、当該繊維は極細繊維に該当しないものとして平均繊維径の測定対象から除外するものとする。また、極細繊維が異形断面の場合、まず単繊維の断面積を測定し、当該断面を円形と見立てた場合の直径を算出することによって単繊維の直径を求める。
(5)研磨布表面の極細繊維先端の繊維径
研磨布表面を、SEMを用いて2000倍で写真撮影し、得られた写真中に存在する、先端部分が明確に確認できる極細繊維を3本抽出し、先端部分の繊維径と直角方向の径を測定し、極細繊維の繊維径で割り返した値を百分率で算出した。これを10箇所で行い、極細繊維30本の平均値を算出した。
(6)研磨加工
研磨布を、30mm幅のテープとした。研磨対象として、表面粗さが0.3nm以下に制御されたKMG社製のアモルファスガラスからなるガラス基板を用いた。研磨布表面に1次粒子径5nm単結晶ダイヤモンド粒子が平均径80nmにクラスター化した遊離砥粒の濃度0.01%のスラリーを、50ml/分で滴下した。また、テープ走行速度70mm/分、ディスク回転数は600rpm、揺動は100回/分とし、押付圧は1.5kgfとし、15秒間研磨した。これを、各ディスクの両面について実施した。
(7)基板表面粗さ
Veeco社製“AFM NanoScope”(登録商標)IIIaを用い、タッピングモードで測定した。基板上の観察領域は、10μm×10μmとし、基板上の任意の1点を測定し、任意の3点の平均値を表面粗さ(Ra)とした。
(8)スクラッチ点数
研磨加工後の基板5枚の両面、すなわち計10表面の全領域を測定対象として、光学表面分析計(Candela6100)を用いて、深さ5nm以上の溝をスクラッチとしてスクラッチ点数を測定し、10表面の測定値の平均値で評価した。数値が低いほど高性能であることを示す。
[実施例1]
(原綿)
(海成分と島成分)
融点220℃、MFR58.3のナイロン6を島成分とし、融点53℃、MFR300のアクリル酸2−エチルヘキシルを22mol%共重合した共重合ポリスチレン(co−PSt)を海成分とした。
(紡糸・延伸)
上記の島成分と海成分を用い、376島/ホールの海島型複合口金を用いて、紡糸温度285℃、島/海質量比率40/60、吐出量1.9g/分・ホール、紡糸速度1000m/分で溶融紡糸した。次いで、85℃の温度の液浴中で3.0倍に延伸し、押し込み型捲縮機を用いて捲縮を付与し、カットして、単繊維繊度が4.7dtex、繊維長が51mmの海島型複合繊維の原綿を得た。
(極細繊維発生型繊維不織布)
上記の海島型複合繊維の原綿を用い、カード工程とクロスラッパー工程を経て、積層繊維ウェブを形成した。次いで、得られた積層繊維ウェブを、トータルバーブデプス0.08mmのニードル1本を植込んだニードルパンチ機を用いて、針深度8mm、パンチ本数2000本/cmでニードルパンチし、目付が700g/m、見掛け密度が0.219g/cmの極細繊維発生型繊維不織布を作製した。
(研磨布)
上記の極細繊維発生型繊維不織布を95℃の温度で熱水収縮処理させた後、ポリビニルアルコールを繊維質量に対し24質量%付与後、乾燥させた。このようにして得られた不織布に、ポリマージオールがポリエーテル系75質量%とポリエステル系25質量%とからなるポリウレタンを、繊維質量に対して固形分で21質量%付与し、液温35℃の30%DMF水溶液でポリウレタンを凝固させ、約85℃の温度の熱水で処理し、DMFおよびポリビニルアルコールを除去した。その後、エンドレスのバンドナイフを有する半裁機により厚み方向に半裁してシートを得た。得られたシートの非半裁面を、平均砥粒径55μm(砥粒径/極細繊維径の比率:75)のサンドペーパーを用いて、サンドペーパー速度800m/分とし、サンドペーパーの回転と逆方向にシートを進行させ、シート速度5.3m/分(比率:151)、サンドペーパーの接触長を40mm、クリアランスを目標厚みの0.7倍とし、3段バッフィングにて研削量60:30:10の比率で、トータル研削量50g/m、最大研削負荷を600W/m、バッフィング研削し起毛された立毛を有する研磨布を作製した。
得られた研磨布は、極細繊維の平均繊維径が0.73μm、厚さが0.53mm、目付が175g/m、見かけ密度が0.330g/cmであった。得られた研磨布を用いて研磨性能評価を実施したところ、基板表面粗さ、スクラッチ個数ともに満足のいくものであり、研磨後の表面も均一性の高いものであった。結果を表1に示す。
[実施例2]
(原綿)
島本数200島/ホールの海島型複合口金を用いて、吐出量2.0g/分・ホールとしたこと以外は、実施例1と同様にして、単繊維繊度が5.6dtex、繊維長が51mmの海島型複合繊維の原綿を得た。
(極細繊維発生型繊維不織布)
上記の海島型複合繊維の原綿を用いたこと以外は、実施例1と同様にして極細繊維発生型繊維不織布を得た。
(研磨布)
平均砥粒径90μm(砥粒径/極細繊維径の比率:82)のサンドペーパーを用いて、ペーパー速度1000m/分、シート速度10.0m/分(比率:100)、3段バッフィングのトータルバッフィング研削量43g/m、最大研削負荷を550W/mでバッフィング研削し起毛された立毛を有する研磨布を作製したこと以外は、実施例1と同様にして研磨布を得た。得られた研磨布は、極細繊維の平均繊維径が1.1μm、厚さが0.52mm、目付が169g/m、見かけ密度が0.325g/cmであった。結果を表1に示す。
[実施例3]
(原綿)
島本数36島/ホールの海島型複合口金を用いて、吐出量1.1g/分・ホールとしたこと以外は、実施例1と同様にして、繊度が5.4dtex、繊維長が51mmの海島型複合繊維の原綿を得た。
(極細繊維発生型繊維不織布)
上記の海島型複合繊維の原綿を用いたこと以外は、実施例1と同様にして極細繊維発生型繊維不織布を得た。
(研磨布)
平均砥粒径55μm(砥粒径/極細繊維径の比率:21)のサンドペーパーを用いて、ペーパー速度1000m/分、シート速度8.0m/分(比率:125)、3段バッフィングのトータルバッフィング研削量75g/m、最大研削負荷を900W/mでバッフィング研削し起毛された立毛を有する研磨布を作製したこと以外は、実施例1と同様にして研磨布を得た。得られた研磨布は、極細繊維の平均繊維径が2.6μm、厚さが0.51mm、目付が165g/m、見かけ密度が0.324g/cmであった。結果を表1に示す。
[実施例4]
(原綿)
融点260℃、MFR46.5のPETを島成分とし、融点85℃、MFR117のポリスチレンを海成分としたこと以外は、実施例2と同様にして、繊度が5.5dtex、繊維長が51mmの海島型複合繊維の原綿を得た。
(極細繊維発生型繊維不織布)
上記の海島型複合繊維の原綿を用いたこと以外は、実施例1と同様にして極細繊維発生型繊維不織布を得た。
(研磨布)
平均砥粒径55μm(砥粒径/極細繊維径の比率:55)のサンドペーパーを用いて、ペーパー速度800m/分、シート速度5.5m/分(比率:145)、3段バッフィングのトータルバッフィング研削量54g/m、最大研削負荷を630W/mでバッフィング研削し起毛された立毛を有する研磨布を作製したこと以外は、実施例1と同様にして研磨布を得た。得られた研磨布は、極細繊維の平均繊維径が1.0μm、厚さが0.53mm、目付が168g/m、見かけ密度が0.317g/cmであった。結果を表1に示す。
[実施例5]
(原綿)
融点260℃、MFR46.5のPETを島成分とし、融点230℃、MFR100の5−ナトリウムイソフタル酸8モル%を共重合させた共重合PETを海成分としたこと以外は、実施例1と同様にして、繊度4.7dtex、繊維長51mmの海島型複合繊維の原綿を得た。
(極細繊維発生型繊維不織布)
上記の海島型複合繊維の原綿を用いたこと以外は、実施例1と同様にして目付が695g/m、見掛け密度が0.228g/cmの海島型複合繊維からなる不織布を得た。
(水分散型ポリウレタン液)
非イオン系強制乳化型ポリウレタンエマルジョン(ポリカーボネート系)に、感熱ゲル化剤として硫酸ナトリウムをポリウレタン固形分対比4質量%添加し、ポリウレタン液濃度が10質量%となるように水分散型ポリウレタン液を調整した。
(研磨布)
上記の海島型複合繊維からなる不織布に、上記の水分散型ポリウレタン液を付与し、乾燥温度120℃で5分間熱風乾燥して、ポリウレタンの付着量が不織布の島成分に対して30質量%であるポリウレタン付シートを得た。
上記ポリウレタン付シートを、液流染色機を用いて90℃の温度に加熱した濃度20g/Lの水酸化ナトリウム水溶液に浸漬し、30分間処理し、海島型複合繊維から海成分を溶解除去した。その後、エンドレスのバンドナイフを有する半裁機により厚み方向に半裁し、非半裁面を平均砥粒径55μm(砥粒径/極細繊維径の比率:82)のサンドペーパーを用いて、ペーパー速度1000m/分、シート速度10.0m/分(比率:100)、3段バッフィングのトータルバッフィング研削量43g/m、最大研削負荷を530W/mでバッフィング研削し起毛された立毛を有する研磨布を作製したこと以外は、実施例1と同様にして研磨布を得た。得られた研磨布は、極細繊維の平均繊維径が0.67μm、厚さが0.52mm、目付が173g/m、見かけ密度が0.333g/cmであった。結果を表1に示す。
[実施例6]
(原綿)
島本数600島/ホールの海島型複合口金を用いて、吐出量1.0g/分・ホールとしたこと以外は、実施例1と同様にして、単繊維繊度が2.2dtex、繊維長が51mmの海島型複合繊維の原綿を得た。
(極細繊維発生型繊維不織布)
上記の海島型複合繊維の原綿を用いたこと以外は、実施例1と同様にして極細繊維発生型繊維不織布を得た。
(研磨布)
平均砥粒径15μm(砥粒径/極細繊維径の比率:38)のサンドペーパーを用いて、ペーパー速度800m/分、シート速度5.5m/分(比率:145)、3段バッフィングのトータルバッフィング研削量19g/m、最大研削負荷を210W/mでバッフィング研削し起毛された立毛を有する研磨布を作製したこと以外は、実施例1と同様にして研磨布を得た。得られた研磨布は、極細繊維の平均繊維径が0.40μm、厚さが0.55mm、目付が190g/m、見かけ密度が0.345g/cmであった。結果を表1に示す。
[比較例1]
(原綿)
実施例1で用いたと同様の、単繊維繊度が4.7dtex、繊維長が51mmの海島型複合繊維の原綿を用いた。
(極細繊維発生型繊維不織布)
実施例1と同様にして、極細繊維発生型繊維からなる不織布を得た。
(研磨布)
平均砥粒径55μm(砥粒径/極細繊維径の比率:75)のサンドペーパーを用いて、ペーパー速度800m/分、シート速度10.0m/分(比率:80)、3段バッフィングのトータルバッフィング研削量50g/m、最大研削負荷を640W/mでバッフィング研削し起毛された立毛を有する研磨布を作製したこと以外は、実施例1と同様にして研磨布を得た。得られた研磨布は、極細繊維の平均繊維径が0.73μm、厚さが0.53mm、目付が172g/m、見かけ密度が0.325g/cmであった。ペーパー速度とシート速度の比率が80と低かったため、研削が有効にされておらず、繊維長はまばらで、表面繊維に融着が散見されるものであり、研磨性能についても、基板表面粗さ、スクラッチ個数ともに満足のいくものではなかった。結果を表1に示す。
[比較例2]
(原綿)
実施例3で用いた海島型複合繊維の原綿と同様の原綿を用いた。
(極細繊維発生型繊維不織布)
上記の海島型複合繊維の原綿を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、極細繊維発生型繊維不織布を得た。
(研磨布)
平均砥粒径15μm(砥粒径/極細繊維径の比率:6)のサンドペーパーにて、ペーパー速度1000m/分、シート速度10.0m/分(比率:100)、3段バッフィングのトータルバッフィング研削量50g/m、最大研削負荷を570W/mでバッフィング研削し起毛された立毛を有する研磨布を作製したこと以外は、実施例1と同様にして研磨布を得た。得られた研磨布は、極細繊維の平均繊維径が2.6μm、厚さが0.52mm、目付が168g/m、見かけ密度が0.323g/cmであった。砥粒径と繊維径の比率が6であったため、砥粒径が小さすぎることで効率的に研削が行えず、繊維長がまばらとなるばかりでなく、一部表面繊維には融着が見られた。また、研磨性能についても、基板表面粗さ、スクラッチ個数ともに満足のいくものではなかった。結果を表1に示す。
[比較例3]
(原綿)
実施例4と同様の、繊度が5.5dtex、繊維長が51mmの海島型複合繊維の原綿を用いた。
(極細繊維発生型繊維不織布)
上記の海島型複合繊維の原綿を用いたこと以外は、実施例1と同様にして極細繊維発生型繊維不織布を得た。
(研磨布)
3段バッフィングのトータルバッフィング研削量7g/m、最大研削負荷を130W/mでバッフィング研削し起毛された立毛を有する研磨布を作製したこと以外は、実施例4と同様にして研磨布を得た。得られた研磨布は、極細繊維の平均繊維径が1.0μm、厚さが0.54mm、目付が176g/m、見かけ密度が0.326g/cmであった。研削量が7g/mであり、研削負荷も130W/mであったため、研削が十分行えず、繊維長がまばらであるだけでなく、表面にポリウレタンの削り残しが散見されるものであった。また、研磨性能についても、基板表面粗さ、スクラッチ個数ともに満足のいくものではなかった。結果を表1に示す。
[比較例4]
(原綿)
実施例4で用いたのと同様のPETとポリスチレンを、それぞれ海成分と島成分として用いた。また、島本数16島/ホールの海島型複合口金を用いて、島/海質量比率60/40、吐出量1.9g/分・ホール、島としたこと以外は、実施例1と同様にして、繊度3.6dtex、繊維長51mmの海島型複合繊維の原綿を得た。
(極細繊維発生型繊維不織布)
上記の海島型複合繊維の原綿を用いたこと以外は、実施例1と同様にして極細繊維発生型繊維不織布を得た。
(研磨布)
平均砥粒径75μm(砥粒径/極細繊維径の比率:21)のサンドペーパーを用いて、ペーパー速度1000m/分、シート速度10.0m/分(比率:100)、3段バッフィングのトータルバッフィング研削量43g/m、最大研削負荷を460W/mでバッフィング研削し起毛された立毛を有する研磨布を作製したこと以外は、実施例1と同様にして研磨布を得た。得られた研磨布は、極細繊維の平均繊維径が3.5μm、厚さ0.52mm、目付178g/m、見かけ密度0.342g/cmであった。研磨布の繊維径が3.5μmと太いために、表面の極細繊維の先端は引きちぎられた状態となっており、極細繊維先端に球状の突起は形成されなかった。また、繊維径が太いことにより、研磨性能についても、基板表面粗さ、スクラッチ個数ともに満足のいくものではなかった。結果を表1に示す。
[比較例5]
(原綿)
実施例1で用いた海島型複合繊維の原綿と同様の原綿を用いた。
(極細繊維発生型繊維不織布)
上記の海島型複合繊維の原綿を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、極細繊維発生型繊維不織布を得た。
(研磨布)
平均砥粒径75μm(砥粒径/極細繊維径の比率:103)のサンドペーパーにて、ペーパー速度800m/分、シート速度5.3m/分(比率:151)、3段バッフィングのトータルバッフィング研削量50g/m、最大研削負荷を580W/mでバッフィング研削し起毛された立毛を有する研磨布を作製したこと以外は、実施例1と同様にして研磨布を得た。得られた研磨布は、極細繊維の平均繊維径が0.73μm、厚さが0.53mm、目付が170g/m、見かけ密度が0.321g/cmであった。砥粒径と繊維径の比率が103であったため、砥粒径が大きすぎることで効率的に研削が行えず、繊維長がまばらとなった。また、研磨性能についても、基板表面粗さ、スクラッチ個数ともに満足のいくものではなかった。結果を表1に示す。
[比較例6]
(原綿)
実施例1で用いた海島型複合繊維の原綿と同様の原綿を用いた。
(極細繊維発生型繊維不織布)
上記の海島型複合繊維の原綿を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、極細繊維発生型繊維不織布を得た。
(研磨布)
1、2段目のペーパー速度800m/分、シート速度5.0m/分(比率:160)、3段目のペーパー速度600m/分、シート速度5.0m/分(比率:120)、バッフィングの各段の研削量を20、15、5g/mとし(50:38:12)、トータルバッフィング研削量40g/m、最大研削負荷を1060W/mでバッフィング研削し起毛された立毛を有する研磨布を作製したこと以外は、実施例1と同様にして研磨布を得た。得られた研磨布は、極細繊維の平均繊維径が0.73μm、厚さが0.52mm、目付が171g/m、見かけ密度が0.329g/cmであった。1段目に対し、2段目の研削比率が高いことから、仕上がり後も、2段目で多く研削した影響が残っており、表面状態が均一なものではなかった。また、研削負荷が1060W/mと高かったため、繊維の間の融着が見られた。研磨性能についても、基板表面粗さ、スクラッチ個数ともに満足のいくものではなかった。結果を表1に示す。
[比較例7]
(原綿)
実施例1で用いた海島型複合繊維の原綿と同様の原綿を用いた。
(極細繊維発生型繊維不織布)
上記の海島型複合繊維の原綿を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、極細繊維発生型繊維不織布を得た。
(研磨布)
3段バッフィングのトータルバッフィング研削量89g/m、最大研削負荷を870W/mでバッフィング研削し起毛された立毛を有する研磨布を作製したこと以外は、実施例1と同様にして研磨布を得た。得られた研磨布は、極細繊維の平均繊維径が0.73μm、厚さが0.50mm、目付が158g/m、見かけ密度が0.316g/cmであった。研削量が89g/mと多かったため、研削熱により繊維の融着が多数見られた。また、研磨性能についても、基板表面粗さ、スクラッチ個数ともに満足のいくものではなかった。結果を表1に示す。
1:球状先端部
2:多角形状先端部

Claims (4)

  1. 平均繊維径0.1〜3.0μmの極細繊維を主体とする繊維絡合体と弾性重合体で構成され表面の極細繊維が起毛された研磨布であって、前記の起毛された極細繊維の50.0〜100.0%の極細繊維の先端部が、繊維径に対し120〜300%の大きさの径を有することを特徴とする研磨布。
  2. 平均繊維径0.1〜3.0μmの極細繊維を主体とする繊維絡合体と弾性重合体で構成されたシートを走行させ、前記の極細繊維の平均繊維径に対し10〜90倍の平均砥粒径のサンドペーパーを、シート速度に対して100〜160倍の速度で走行する前記シートの進行方向と逆方に回転させ、トータル研削量を10〜80g/m、研削負荷を200〜1000W/mの範囲としてバッフィング研削することを特徴とする研磨布の製造方法。
  3. バッフィング研削時、シートとサンドペーパーの接触長が5〜50mmの範囲であることを特徴とする請求項2記載の研磨布の製造方法。
  4. バッフィング研削時、研削クリアランスが、目標厚みに対し0.1〜0.9倍の範囲であることを特徴とする請求項2または3記載の研磨布の製造方法。
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