JP2017160314A

JP2017160314A - 複合粒子及びこれを用いた研磨材と複合粒子の製造方法

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Publication number: JP2017160314A
Application number: JP2016045345A
Authority: JP
Inventors: 直樹西條; Naoki Saijo; 孝明清水; Takaaki Shimizu; 浩美大崎; Hiromi Osaki
Original assignee: Shinano Electric Refining Co Ltd
Current assignee: Shinano Electric Refining Co Ltd
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2017-09-14
Anticipated expiration: 2036-03-09
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Abstract

【課題】本発明の目的は、流動加工による鏡面研磨が可能で、かつ長期にわたって使用することができるとともに、性能の経時劣化も少ない、主に砥粒として用いられる複合粒子及びその製造方法を提供することである。【解決手段】本発明の複合粒子は、新モース硬度が１３以上の材料からなる複数の粒子と、ポリビニルアルコールを含む樹脂から構成されていることを特徴とする。新モース硬度が１３以上の材料は炭化ケイ素であることが好ましく、その樹脂はエラストマーを含むことが好ましい。また、本発明の製造方法は、新モース硬度が１３以上の材料からなる粉体をポリビニルアルコールとアルギン酸のアルカリ金属塩を含む水溶液中に分散させる第一の工程と、第一の工程によって得られた分散液をカチオン含有化合物を含む水溶液に接触させる第二の工程と、第二の工程によって得られた成形物を乾燥させる第三の工程を含むことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、主に砥粒として用いられる複合粒子及びこの複合粒子を砥粒として用いた研磨材とこの複合粒子の製造方法に関するものである。

炭化ケイ素（ＳｉＣ、新モース硬度：１３）、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ、新モース硬度：１４）、ダイヤモンド（新モース硬度：１５）等の材料は、新モース硬度で１３以上の高い硬度を有していることから、シリコン、石英等の各種インゴットの切断用ワイヤソーやウェハラップ用遊離砥粒として用いられる。

また、これらの粉体の粒子形状は、一般に粉砕されたままの破砕形状であり、鋭利なエッジを有した不定形状となっているため、その形状による強い切削力で切断や研磨に有効であるとされている。この研磨加工技術としては、粉体研磨材を被処理物に衝突させるブラスト加工や、バレル内に被処理物と粉体研磨材を入れて回転させるバレル研磨加工などが用いられている。

さらに、近年では、複雑形状の部品の面研磨や工具の届かない内面のバリ取り、エッジ部分のＲ加工、精密微小部品の加工などを行うために、粘弾性を持った高分子材料に砥粒を分散させた流動体（メディア）を圧接移動させる粘弾性流動加工といった技術も用いられている。なお、ここでは、湿式及び乾式を含め、砥粒を流動させて加工する手法全般のことを「流動加工」と呼ぶ。

これらの流動加工においては、その目的に応じて研磨材及び砥粒を選択することができるが、炭化ケイ素、炭化ホウ素、ダイヤモンド等の高硬度の材料そのものは、切削力、研磨力が強すぎるため、被処理物表面に光沢をもたせて鏡面状に研磨加工する鏡面研磨加工用の砥粒としては使用することができない。

そのため、鏡面研磨加工用の砥粒としては、低硬度（新モース硬度１２以下）で比較的球状であるアルミナ、ジルコニア、ステンレス、ガラス等の材料が使用される。しかしながら、これらの材料を使用しても、被処理物がアルミニウム、銅、プラスチック等の軟らかい材料からなる場合は、さらに使用条件を限定する必要がある。

ところで、炭化ケイ素粉末を流動加工用の研磨材として用いている例としては、例えば特許文献１及び特許文献２が知られている。特許文献１では、ＳＵＳ製、チタン製、アルミ製、モリブデン製の部品の表面を粗くするために炭化ケイ素の研磨材が用いられている。

また、特許文献２では、被処理物の表面に損傷を与えることなく、堆積物を除去することができるブラスト処理方法が開示されている。ここでは、炭化ケイ素又は酸化アルミニウムからなる砥粒の粒度を＃４００〜＃８００とし、さらに、研磨材が被処理物の表面に当たるときの圧力を制御している。

これらの特許文献１及び２から、炭化ケイ素等の高硬度の材料からなる砥粒は、表面を粗く仕上げる場合や表面を切削するような場合には適しているが、被処理物の表面に損傷を与えないようにする場合は、その使用条件を極端に制限する必要があることがわかる。

一方、砥粒の過大な研磨力を調整するために、砥粒と弾性物質を組み合わせて用いる方法が提案されている。例えば特許文献３には、ゼラチン等の水を含有する核体表面に砥粒を付着させた研磨材が開示されているが、この研磨材は、長期間の保存や使用によって水分が失われてその性能が低下する懸念がある。また、核体の溶解性のために水を媒体とした流動加工には使用できないという欠点もある。

また、例えば特許文献４には、ブラスト加工によって被処理物表面の鏡面化、光沢面化を行うことができる研磨材が開示されている。これは、弾性を有する核体表面に砥粒を付着、定着させて研磨材とするものであるが、この研磨材を製造するには、砥粒の付着、押圧工程を繰返す必要があり、さらには砥粒の篩分け工程も必要となる。そのため、製造工程が複雑化してしまう問題がある。また、この研磨材は、表面の砥粒層を組積構造にすることによって、長寿命化や性能劣化を抑えているが、表面に担持させた砥粒層が消費されれば、研磨材としての能力を失うことに変わりはない。

さらに、例えば特許文献５及び６には、ゴムやアクリル樹脂、ウレタン樹脂等の弾性体内に砥粒を散在させた研磨材が開示されている。これらの研磨材は、核体表面に砥粒を担持させた研磨材と比べて製造を単純化できる利点があるが、これらの研磨材も表面に露出した砥粒が摩耗するのに伴って性能劣化が生じるため、繰り返し使用の際に加工条件が変化してしまうという問題がある。また、弾性体内にも砥粒が存在するために所望の弾性を得ようとすれば、弾性体の割合を比較的多くする必要がある。その結果、表面に露出する砥粒が少なくなるため、研磨材としての寿命が短くなってしまうという問題もある。

このように、流動加工により鏡面研磨を行うための研磨材については、これまでに幾つか提案されているが、未だその性能が十分でないという問題がある。

特開平１１−２８６６６号特開２００７−２３７３８９号特開２００１−２０７１６０号国際公開第ＷＯ２０１３/０９４４９２号実開昭５５−９８５６５号特開２０１５−２０２４１号

そこで、本発明は、従来技術の欠点を解消するためになされたものであり、その目的は、流動加工による鏡面研磨が可能であり、かつ長期にわたって使用することができるとともに、さらに性能の経時劣化も少ない複合粒子及びこれを用いた研磨材とその製造方法を提供することである。

本発明は、複合粒子に係るものであり、新モース硬度が１３以上の材料からなる複数の粒子と、ポリビニルアルコールを含む樹脂から構成されていることを特徴とする。そして、この複合粒子は、９５ｗｔ％以下の粒子と、少なくとも５ｗｔ％以上の樹脂で構成されていることが好ましい。

また、新モース硬度が１３以上の材料は、炭化ケイ素であることが好ましく、その樹脂は、エラストマーを含むことが好ましい。このエラストマーは、熱硬化性エラストマーであり、その樹脂は、熱硬化性樹脂を含むことが好ましい。

本発明は、この複合粒子を砥粒として含む研磨材に係るものであり、その複合粒子の平均粒径は、０．１〜３．０ｍｍφであることが好ましい。

また、本発明は、複合粒子の製造方法に係るものであり、新モース硬度が１３以上の材料からなる粉体をポリビニルアルコールとアルギン酸のアルカリ金属塩を含む水溶液中に分散させる第一の工程と、この第一の工程によって得られた分散液をカチオン含有化合物を含む水溶液に接触させる第二の工程と、この第二の工程によって得られた成形物を乾燥させる第三の工程を含むことを特徴とするものである。

本発明の複合粒子は、これを研磨材の砥粒として用いると、複合粒子表面に露出した粒子の切削力及び研磨力と、複合粒子を構成する樹脂の弾性によって高硬度の炭化ケイ素粉末では実現できなかった流動加工による鏡面研磨を行うことが可能となる。

また、本発明の複合粒子は、砥粒として被処理物に接触した際に、表面に露出した粒子が摩耗するとともに、ポリビニルアルコールを含む樹脂も表面から徐々にすり減っていくため、最表面の粒子が消費されても下から新たな粒子が出現するので、研磨材としての性能劣化が少なく、長寿命化が可能となる。

本発明の複合粒子の概略図である。実施例１で使用した装置の模式図である。実施例３で使用した装置の模式図である。実施例及び比較例で使用した研磨試験装置の模式図である。

以下、本発明の一実施形態について詳細に説明するが、本発明は、これに何ら限定されるものではない。

本発明は、新モース硬度が１３以上の材料からなる複数の粒子と、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を含む樹脂から構成され、これら複数の粒子は、新モース硬度が１３以上の材料からなるものである。

このように、新モース硬度が１３以上の比較的硬度の高い材料を用いれば、ＰＶＡを含む樹脂と複合化した際に、必要な研磨力が得られる。一方、新モース硬度が１２以下の材料を用いた場合は、研磨力が低下するため、十分な研磨加工を施すことができない。

新モース硬度が１３以上の材料は、例えば、炭化ケイ素、炭化ホウ素、ダイヤモンド等が挙げられるが、中でも炭化ケイ素が安価で好ましい。また、その粒子形状は、粉砕されたままの破砕形状であり、鋭利なエッジを有した不定形状であることが好ましい。このような粒子は入手が容易であり、粒子がエッジを有していることによって適切な研磨力が得られるからである。
図１は、本発明の複合粒子の概略を示すものであり、ＰＶＡを含む樹脂複合体と鋭利なエッジを有するＳｉＣ粒子で構成されている。

また、本発明を構成する粒子の粒径は、最終的な複合粒子の粒径の０．０１〜１０％であることが好ましく、０．１〜１％であることがさらに好ましい。その粒子の粒径が最終的な複合粒子の粒径に対して大きすぎると、十分な弾性が得られず被処理物を損傷させる恐れがある。また、小さすぎても十分な研磨力が得られないからである。

複合粒子を構成する粒子の割合は、特に限定されず、用途・目的に応じて変更できる。ただし、ある程度の弾性が必要であるため、粒子の割合は、多くても９５ｗｔ％以下であることが好ましく、９０ｗｔ％以下であることがより好ましい。

また、複合粒子を構成する粒子は、研磨力を発現するために必要であり、少なくとも１０ｗｔ％以上の割合で含まれることが好ましく、２０ｗｔ％以上であることがより好ましい。本発明では、粒子の割合を少なくし表面に露出する粒子が少なくなった場合でも、研磨力は調整されるが研磨材としての寿命が直ちに短くなることはない。

本発明は、ＰＶＡを含む樹脂から構成されるが、樹脂にＰＶＡを含むことによって、流動加工による鏡面研磨に最適で、かつ長期間の繰り返し使用が可能な複合粒子とすることができる。

従来技術でも、弾性体の表面に砥粒を担持させたり、弾性体内に砥粒を散在させることによって、研磨材の研磨力を調整し、流動加工による鏡面研磨を可能にしているが、いずれの研磨材も表面の砥粒が磨耗すれば性能が低下し、寿命も十分ではないという欠点がある。

これに対し、本発明では、樹脂にＰＶＡを含ませることによって、この課題を解決している。すなわち、本発明を砥粒として用いた場合、表面の粒子が摩耗するとともにＰＶＡを含む樹脂も表面から徐々にすり減っていくため、当初は樹脂内部に埋まっていた粒子が、繰り返しの使用とともに表面に出現するので、研磨材としての長寿命化が可能となる。

したがって、本発明の複合粒子を研磨材の砥粒として用いれば、繰り返し使用による性能劣化が少ないため加工条件の決定が容易である。また、表面に露出した粒子だけでなく内部の粒子も利用されるため、長寿命で経済的であるというメリットがある。

本発明に使用するＰＶＡの平均重合度は、３００以上が好ましく、特に５００以上がより好ましい。ケン化度は、７０ｍｏｌ％以上が好ましく、特に９０ｍｏｌ％以上がより好ましい。

また、本発明を構成する樹脂を改質するために他の成分を加えることができる。例えば、弾性等を調整するために、エラストマーを加えることができる。中でも熱硬化性エラストマーが好ましく、例えば、天然ゴム、アクリルニトリル・ブタジエン共重合体、アクリル酸エステル・ブタジエン共重合体、スチレン・ブタジエン共重合体、アクリル・ウレタン共重合体等が挙げられる。

さらに、アクリル樹脂や熱硬化性樹脂のフェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、尿素樹脂等も加えることができる。

これらの成分は、被処理物の材質等にあわせて、本発明の複合樹脂の物性を調整するために選択することができるが、複数の成分を加えてもよい。

本発明を構成する樹脂は、少なくとも５ｗｔ％以上の割合であることが好ましく、１０ｗｔ％以上であることがより好ましい。また、多くても９０ｗｔ％以下の割合で含まれることが好ましく、８０ｗｔ％以下であることがより好ましい。

さらに、複合樹脂を構成する樹脂全体の６０ｗｔ％以上がＰＶＡであることが好ましく、８０ｗｔ％以上であることがより好ましい。ＰＶＡの含有量が少なすぎると、樹脂がすり減りやすくなりすぎたり、添加成分によってはすり減りにくくなるために、研磨材としての性能劣化や短寿命化につながるからである。

本発明の複合粒子の形状は、全体的にはエッジ等のない略球状であることが好ましく、ブラスト研磨や流動加工に適する。

本発明の複合粒子は、砥粒として用いることができ、その集合体を研磨材とすることができる。この研磨材は、水、オイル、高分子材料等の媒体を含んでいてもよい。

このとき、砥粒となる複合粒子の平均粒径は、０．１〜３．０ｍｍφであることが好ましく、０．３〜２．０ｍｍφであることがより好ましい。複合粒子の平均粒径は、必要に応じて変更できるが、前記の数値範囲であれば比較的揃った略球状の粒子を製造しやすいため好ましい。

本発明の複合粒子は、新モース硬度が１３以上の材料からなる粉体をポリビニルアルコールとアルギン酸のアルカリ金属塩を含む水溶液中に分散させる第一の工程と、この第一の工程によって得られた分散液をカチオン含有化合物を含む水溶液に接触させる第二の工程と、この第二の工程によって得られた成形物を乾燥させる第三の工程を含む工程を経て製造される。

ここで、アルギン酸のアルカリ金属塩としてはアルギン酸ナトリウムが好ましく、カチオンとしては、マグネシウムイオン、カルシウムイオン等のアルカリ土類金属イオンが好ましい。また、カチオン含有化合物としては塩化カルシウムが好ましい。

本発明の製造方法の第一の工程においては、まず、アルギン酸のアルカリ金属塩とＰＶＡを含む樹脂の水溶液を調整する。このときのＰＶＡを含む樹脂の濃度は、目的とする複合粒子の強度や弾性に応じて自由に決定すればよい。ただし、樹脂濃度の低い方が原料コストや生産性の面では有利となる。また、アルギン酸のアルカリ金属塩の濃度は、混合水溶液に対して０．５〜２．０ｗｔ％となるように調整するのが好ましい。

次に、調整した混合水溶液に新モース硬度が１３以上の材料からなる粉体を分散させ、原料分散液を調整する。このとき、粉体の含有割合（砥粒率：アルギン酸のアルカリ金属塩とＰＶＡを含む樹脂成分に対する粉体の重量割合）は、目的とする複合粒子の研磨力に応じて自由に決定できる。粉体の含有割合が高くなるほど、研磨力、切削力が向上する。

続いて、第二の工程において、原料分散液をカチオン含有化合物を含む水溶液に接触させる。このとき、カチオン含有化合物の濃度は０．５〜２．０ｍｏｌ／ｌが好ましい。このときの接触方法によって、複合粒子の粒径や形状を制御することができる。

複合粒子を略球状にするためには、以下の手法を採用することができる。例えば、原料分散液を管状の口金から滴下したり、噴霧口金から噴霧したり、円盤状回転体の外周から散布したりすることによって、原料分散液の液滴を生成し、これをカチオン含有化合物を含む水溶液に接触させる手法である。このような手法にすれば、略球状の複合粒子を作製することができる。また、口金の直径、噴霧圧力、回転体の回転数、滴下量、溶液の粘度等を調節することによって、複合粒子の粒径を変えることができる。

円盤状の回転体外周から原料分散液を散布する方法では、円盤の回転数を上げることによって、より小さな粒径とすることができるが、粒径を０．３ｍｍφ以下にしようとすると、その形状が崩れやすくなり、０．１ｍｍφ以下の場合はさらに顕著になる。

また、管状の口金から原料分散液を滴下する方式は、比較的粒径の大きな複合粒子を作製しやすいが、粒径を２．０ｍｍφ以上にしようとすると、その形状が崩れやすくなり、３．０ｍｍφ以下の場合はさらに顕著になる。

このような粒子形状の崩れは、砥粒として使用されるときに被処理物に傷を与える原因になり得る。また、実際に製造された複合粒子は、篩を通過させて粒径を揃える必要があるが、形状の崩れた複合粒子は篩を通過できず、収量の低下につながる。

カチオン含有化合物を含む水溶液は、静置状態でもよいが攪拌機等で攪拌することによって、成形物の反応が促進され、さらに成形物同士のくっつきを防止することができる。また、原料分散液の送液には、シリコンチューブとローラーポンプを用いることが好ましく、これによって滴下量を一定とすることができ、比較的均一な形状の成形物が得られる。

最後に、第三の工程において、原料分散液をカチオン含有化合物を含む水溶液に接触させて得られる成形物を６０℃以上で熱乾燥させ、収縮、熱硬化させることにより、本発明の複合粒子を製造することができる。

作製した複合粒子の粒径分布及び粒径は、乾式ふるい分け試験（ＪＩＳＺ８８１５−１９９４）によって測定することができる。ここでは、目開きが４５μｍ〜２２．４ｍｍの異なる複数の篩を用いて試料をふるい分け、それぞれの篩上に残った試料の質量を測定して粒径分布を求める。また、本明細書においては、グラフに累積分布を記載して累積で５０％となる点における粒子径を平均粒子径とする。

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
<実施例１>
実施例１では、まず、水にＰＶＡ（重合度１７００、ケン化度９９ｍｏｌ％）を加えて攪拌し、さらに９５℃で２時間以上処理して、ＰＶＡ水溶液を得た。また、水にアルギン酸ナトリウムを加えて透明になるまで攪拌し、アルギン酸ナトリウム水溶液を得た。

次に、ＰＶＡ水溶液にアルギン酸ナトリウム水溶液を加えて攪拌し、ＰＶＡの濃度が１０．０ｗｔ％、アルギン酸ナトリウムの濃度が２．０ｗｔ％となるように混合溶液を調整した。

また、この混合水溶液中に、ＧＣ＃３０００（平均粒径４μｍ）の炭化ケイ素粉末を加えて攪拌し原料分散液を得た。このとき、炭化ケイ素、ＰＶＡ、アルギン酸ナトリウムを合わせた重量に対して炭化ケイ素の割合が８５．０ｗｔ％となるようにした。

次に、図２に示すように、得られた原料分散液を、先端に０．８ｍｍφの口金を取り付けたシリコンチューブを装着したローラーポンプを用いて、流速３ｍｌ／ｍｉｎで送液し、８００ｒｐｍで回転させたφ８０ｍｍの円盤状回転体の上面中央部に滴下した。滴下された原料分散液は、円盤状回転体の外周から散布され、スターラーで攪拌した濃度１．０ｍｏｌ／ｌの塩化カルシウム水溶液に接触した。

塩化カルシウム水溶液に接触した原料分散液は、略球状の成形物となって沈殿した。この成形物を塩化カルシウム水溶液と分離し水洗した。このとき、目開き３ｍｍの篩に通して、形状が崩れ、雫状に糸を引いた形状となった成形物を取り除いた。

続いて、得られた成形物を６０℃で乾燥した。その結果、熱硬化と収縮によって平均粒径が０．６ｍｍの複合粒子が得られた。この操作によって、最終的に得られた複合粒子は５４ｇとなり、その収率は９２％であった。

作製した複合粒子の集合体を研磨材砥粒として、流動研磨試験を行った。ここでは、比較的柔らかい材料の研磨に適するとされる液中での流動研磨を実施した。

流動研磨試験では、図４に示すように、まず、被処理物として直径５ｃｍのアルミニウム製のプレートを用意し、直径８ｍｍのステンレス棒の先端に取り付けた。次に、５００ｍｌビーカーに、水２００ｍｌと研磨材の複合粒子１００ｍｌを入れ、その中でアルミニウム製プレートを８００ｒｐｍで１時間回転させ、プレート表面を研磨した。

そして、処理前後の表面粗さＲａと光沢度を測定することによって研磨性能を評価した。ここでは、(株)ミツトヨ製ＳＶ−３１００を用いて、ＪＩＳＢ０６０１：１９９４の表面粗さ規格に合わせて算術平均表面粗さＲａを測定した。また、コニカミノルタ(株)製ＭＵＬＴＩＧＬＯＳＳ２６８を用いて、ＪＩＳＺ８７４１：１９９７の鏡面光沢度‐測定方法にあわせて測定角度６０°の鏡面光沢度を測定した。

実施例１の流動研磨試験の結果は、処理前の表面粗さＲａが約０．２０μｍに対し、処理後の表面粗さＲａは約０．０３μｍ以下であった。また、光沢計による光沢度の測定では、処理前が約２００であったのに対して、処理後は約５００となった。

また、研磨材を繰り返し使用して流動研磨試験を行った結果を表２に示す。

以上の結果から、実施例１の複合粒子は、流動加工による鏡面研磨が可能な砥粒として使用することができ、また、この研磨材砥粒は、繰り返し使っても性能劣化が少なく、長寿命であることがわかる。

<実施例２>
実施例２では、円盤状回転体の回転数を３５０ｒｐｍに変更した以外は、実施例１と同様の方法で複合粒子を作製した。複合粒子の平均粒径は１．６ｍｍであり、その収率は８６％であった。

作製した複合粒子の集合体を研磨材砥粒として、実施例１と同様の流動研磨試験を行った結果を表２に示す。

実施例２の複合粒子も、流動加工による鏡面研磨が可能な砥粒として使用することができ、また、この研磨材砥粒は、繰り返し使っても性能劣化が少なく、長寿命であることがわかった。

<実施例３>
実施例３では、図３に示すように、実施例１と同様の原料分散液を直径０．８ｍｍの管状の口金から濃度１．０ｍｏｌ／ｌの塩化カルシウム水溶液中に滴下した。塩化カルシウム水溶液に接触した原料分散液は、略球状の成形物となって沈殿した。この成形物を塩化カルシウム水溶液と分離し水洗した。このとき、目開き５ｍｍの篩に通して、形状が崩れ、雫状に糸を引いた形状となった成形物を取り除いた。

次に、得られた成形物を６０℃で乾燥した結果、平均粒径が２．５ｍｍの複合粒子が得られ、その収率は７０％であった。また、作製した複合粒子を目視観察したところ、実施例１及び２に比べて、形状が崩れている粒子が多く見られた。

実施例３の複合粒子も、流動加工による鏡面研磨が可能な砥粒として使用することができ、また、この研磨材砥粒は、繰り返し使っても性能劣化が少なく、長寿命であることがわかった。

<実施例４>
実施例４では、直径１．２ｍｍの管状の口金を用いたこと以外は、実施例３と同様の方法で複合粒子を作製した。複合粒子の平均粒径は３．５ｍｍであり、その収率は６０％であった。また、作製した複合粒子を目視観察したところ、実施例１、２及び３に比べて、形状が崩れている粒子が多く見られた。

実施例４の複合粒子も、流動加工による鏡面研磨が可能な砥粒として使用することができ、また、この研磨材砥粒は、繰り返し使っても性能劣化が少なく、長寿命であることがわかった。

<実施例５>
実施例５では、円盤状回転体の回転数を１２００ｒｐｍに変更した以外は、実施例１と同様の方法で複合粒子を作製した。複合粒子の平均粒径は０．３ｍｍであり、その収率は８０％であった。

実施例５の複合粒子も、流動加工による鏡面研磨が可能な砥粒として使用することができ、また、この研磨材砥粒は、繰り返し使っても性能劣化が少なく、長寿命であることがわかった。

<実施例６>
実施例６では、円盤状回転体の回転数を２０００ｒｐｍに変更した以外は、実施例１と同様の方法で複合粒子を作製した。複合粒子の平均粒径は０．２ｍｍであり、その収率は７５％であった。また、作製した複合粒子について拡大鏡を用いて観察したところ、実施例１、２及び５に比べて、形状が崩れている粒子が多く見られた。

実施例６の複合粒子も、流動加工による鏡面研磨が可能な砥粒として使用することができ、また、この研磨材砥粒は、繰り返し使っても性能劣化が少なく、長寿命であることがわかった。

<実施例７>
実施例７では、円盤状回転体の回転数を２５００ｒｐｍに変更した以外は、実施例１と同様の方法で複合粒子を作製した。複合粒子の平均粒径は０．１ｍｍであり、その収率は６５％であった。また、作製した複合粒子について拡大鏡を用いて観察したところ、実施例１、２、５及び６に比べて、形状が崩れている粒子が多く見られた。

実施例７の複合粒子も、流動加工による鏡面研磨が可能な砥粒として使用することができ、また、この研磨材砥粒は、繰り返し使っても性能劣化が少なく、長寿命であることがわかった。

<実施例８>
実施例８では、表１に示すように、炭化ケイ素、ＰＶＡ、アルギン酸の比率を変えて、実施例１と同様の方法で複合粒子を作製した。複合粒子の平均粒径は０．７ｍｍであり、その収率は８９％であった。

実施例８の複合粒子も、流動加工による鏡面研磨が可能な砥粒として使用することができ、また、この研磨材砥粒は、繰り返し使っても性能劣化が少なく、長寿命であることがわかった。

<実施例９>
実施例９では、表１に示すように、炭化ケイ素、ＰＶＡ、アルギン酸の比率を変えて、実施例１と同様の方法で複合粒子を作製した。複合粒子の平均粒径は０．７ｍｍであり、その収率は８５％であった。

実施例９の複合粒子も、流動加工による鏡面研磨が可能な砥粒として使用することができ、また、この研磨材砥粒は、繰り返し使っても性能劣化が少なく、長寿命であることがわかった。

<実施例１０>
実施例１０では、ＰＶＡ水溶液とアルギン酸ナトリウム水溶液との混合水溶液に、さらに固形分４０％のアクリロニトリル・ブタジエン系ラテックスを加えて、炭化ケイ素、ＰＶＡ、アルギン酸およびアクリロニトリル・ブタジエンゴムの比率を表１に示すように調整した以外は、実施例１と同様の方法で複合粒子を作製した。複合粒子の平均粒径は０．７ｍｍであり、その収率は８６％であった。

実施例１０の複合粒子も、流動加工による鏡面研磨が可能な砥粒として使用することができ、また、この研磨材砥粒は、繰り返し使っても性能劣化が少なく、長寿命であることがわかった。

<実施例１１>
実施例１１では、ＰＶＡ水溶液とアルギン酸ナトリウム水溶液との混合水溶液に、さらにフェノール樹脂溶液を加えて、炭化ケイ素、ＰＶＡ、アルギン酸およびフェノール樹脂の比率を表１に示すように調整した以外は、実施例１と同様の方法で複合粒子を作製した。複合粒子の平均粒径は０．７ｍｍであり、その収率は８５％であった。

実施例１１の複合粒子も、流動加工による鏡面研磨が可能な砥粒として使用することができ、また、この研磨材砥粒は、繰り返し使っても性能劣化が少なく、長寿命であることがわかった。

<実施例１２>
実施例１２では、ＰＶＡ水溶液とアルギン酸ナトリウム水溶液との混合水溶液に、さらに固形分４０％のアクリロニトリル・ブタジエン系ラテックスとアクリル樹脂溶液を加えて、炭化ケイ素、ＰＶＡ、アルギン酸、アクリル樹脂およびアクリロニトリル・ブタジエンゴムの比率を表１に示すように調整した以外は、実施例１と同様の方法で複合粒子を作製した。複合粒子の平均粒径は０．７ｍｍであり、その収率は８５％であった。

実施例１２の複合粒子も、流動加工による鏡面研磨が可能な砥粒として使用することができ、また、この研磨材砥粒は、繰り返し使っても性能劣化が少なく、長寿命であることがわかった。

<実施例１３>
実施例１３では、ＧＣ＃３０００（平均粒径４μｍ）の炭化ケイ素粉末に代えて、ＧＣ＃３０００（平均粒径４μｍ）の炭化ホウ素粉末を加えた以外は、実施例１と同様の方法で複合粒子を作製した。複合粒子の平均粒径は０．７ｍｍであり、その収率は８５％であった。

実施例１３の複合粒子も、流動加工による鏡面研磨が可能な砥粒として使用することができ、また、この研磨材砥粒は、繰り返し使っても性能劣化が少なく、長寿命であることがわかった。

<実施例１４>
実施例１４では、ＧＣ＃３０００（平均粒径４μｍ）の炭化ケイ素粉末に代えて、ＧＣ＃３０００（平均粒径４μｍ）のダイヤモンド粉末を加えた以外は、実施例１と同様の方法で複合粒子を作製した。複合粒子の平均粒径は０．７ｍｍであり、その収率は８５％であった。

実施例１４の複合粒子も、流動加工による鏡面研磨が可能な砥粒として使用することができ、また、この研磨材砥粒は、繰り返し使っても性能劣化が少なく、長寿命であることがわかった。

以下、比較例について説明する。
〈比較例１〉
比較例１では、ＧＣ＃３０００（平均粒径４μｍ）の炭化ケイ素粉末に代えて、ＧＣ＃３０００（平均粒径４μｍ）のアルミナ粉末を加えた以外は、実施例１と同様の方法で複合粒子を作製した。複合粒子の平均粒径は０．７ｍｍであり、その収率は８０％であった。

比較例１の複合粒子では、流動加工による鏡面研磨ができず、鏡面研磨を行うための研磨材としては使用できないことがわかった。

〈比較例２〉
比較例２では、ＰＶＡに代えてフェノール樹脂を使用した以外は、実施例１と同様の方法で複合粒子を作製した。複合粒子の平均粒径は０．６ｍｍであり、その収率は８５％であった。

比較例２の複合粒子でも、流動加工による鏡面研磨が可能であるが、ＰＶＡを使用した場合に比べて研磨性能が低下し、また、繰り返し使用による性能劣化が大きいこともわかった。

〈比較例３〉
比較例３では、ＰＶＡに代えてメラミン樹脂を使用した以外は、実施例１と同様の方法で複合粒子を作製した。複合粒子の平均粒径は０．６ｍｍであり、その収率は８５％であった。

比較例３の複合粒子でも、流動加工による鏡面研磨が可能であるが、ＰＶＡを使用した場合に比べて研磨性能が低下し、また、繰り返し使用による性能劣化が大きいこともわかった。

以上の実施例１から実施例１４と比較例１から３における複合粒子についてまとめると、次の表１のとおりであり、また、流動研磨試験の結果についてまとめると、次の表２のとおりである。

新モース硬度が１３以上の材料は、例えば、炭化ケイ素、炭化ホウ素、ダイヤモンド等が挙げられるが、中でも炭化ケイ素が安価で好ましい。また、その粒子形状は、粉砕されたままの破砕形状であり、鋭利なエッジを有した不定形状であることが好ましい。このような粒子は入手が容易であり、粒子がエッジを有していることによって適切な研磨力が得られるからである。
図１は、本発明の複合粒子の概略を示すものであり、ＰＶＡを含む樹脂と新モース硬度が１３以上の材料からなる粒子で構成されている。

本発明の製造方法の第一の工程においては、まず、アルギン酸のアルカリ金属塩とＰＶＡを含む樹脂の水溶液を調製する。このときのＰＶＡを含む樹脂の濃度は、目的とする複合粒子の強度や弾性に応じて自由に決定すればよい。ただし、樹脂濃度の低い方が原料コストや生産性の面では有利となる。また、アルギン酸のアルカリ金属塩の濃度は、混合水溶液に対して０．５〜２．０ｗｔ％となるように調製するのが好ましい。

次に、調製した混合水溶液に新モース硬度が１３以上の材料からなる粉体を分散させ、原料分散液を調製する。このとき、粉体の含有割合（砥粒率：アルギン酸のアルカリ金属塩とＰＶＡを含む樹脂成分に対する粉体の重量割合）は、目的とする複合粒子の研磨力に応じて自由に決定できる。粉体の含有割合が高くなるほど、研磨力、切削力が向上する。

次に、ＰＶＡ水溶液にアルギン酸ナトリウム水溶液を加えて攪拌し、ＰＶＡの濃度が１０．０ｗｔ％、アルギン酸ナトリウムの濃度が２．０ｗｔ％となるように混合溶液を調製した。

Claims

新モース硬度が１３以上の材料からなる複数の粒子と、ポリビニルアルコールを含む樹脂から構成されていることを特徴とする複合粒子。
９５ｗｔ％以下の前記粒子と、少なくとも５ｗｔ％以上の前記樹脂から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の複合粒子。
前記新モース硬度が１３以上の材料は、炭化ケイ素であることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合粒子。
前記樹脂は、エラストマーを含むことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の複合粒子。
前記エラストマーは、熱硬化性エラストマーであることを特徴とする請求項４に記載の複合粒子。
前記樹脂は、熱硬化性樹脂を含むことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の複合粒子。
請求項１から６の何れかに記載の複合粒子を砥粒として含むことを特徴とする研磨材。
前記複合粒子の平均粒径が０．１〜３．０ｍｍφであることを特徴とする請求項７に記載の研磨材。
新モース硬度が１３以上の材料からなる粉体をポリビニルアルコールとアルギン酸のアルカリ金属塩を含む水溶液中に分散させる第一の工程と、該第一の工程によって得られた分散液をカチオン含有化合物を含む水溶液に接触させる第二の工程と、該第二の工程によって得られた成形物を乾燥させる第三の工程を含むことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の複合粒子の製造方法。