JP2021024069A - 研磨体の製造方法及び研磨体 - Google Patents

Abstract

【課題】より耐久性及び研磨能力に優れた研磨体を提供する。【解決手段】本発明の研磨体の製造方法は、第１工程において、基材１と、砥粒と研磨剤とを含むペーストとを用意する。第２工程において、基材１上にディスペンサによってペーストを規則的に供給し、多数個の未硬化凸部を形成する。第３工程において、各未硬化凸部を硬化し、基材１上に形成された多数個の研磨凸部３、５、７、９を形成する。ペーストは、粘度が８０，０００〜５００，０００ｃｐｓが好ましく、１５０，０００〜２００，０００ｃｐｓがより好ましい。【選択図】図２

Description

本発明は研磨体の製造方法及び研磨体に関する。

特許文献１に従来の研磨体としての研磨シートの製造方法が開示されている。この製造方法では、まず、第１工程において、可撓性のあるシートと、ペーストとを用意する。ペーストは、砥粒と結合剤とを含有している。結合剤は具体的にはバインダ樹脂と溶媒とを含んでいる。また、第２工程において、シート上にスクリーン印刷等の印刷手段によってペーストを規則的に供給し、多数個の未硬化凸部を形成する。この際、特許文献２に開示されているように、シート上に液滴噴射プリンタによってペーストを規則的に供給することも考えられる。そして、第３工程において、各未硬化凸部を硬化し、シート上に形成された多数個の研磨凸部を形成する。

こうして得られた研磨シートは、シートと多数個の研磨凸部とを備えており、フラットパネルディスプレイ等の研磨に供される。

特開２００６−１３６９７３号公報 特開２０１７−２０５８６９号公報

しかし、上記従来の製造方法では、各研磨凸部を高いアスペクト比で形成できない。このため、耐久性及び研磨能力がより高い研磨体が要望されていた。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、より耐久性及び研磨能力に優れた研磨体を提供することを解決すべき課題としている。

本発明の研磨体の製造方法は、基材と、砥粒と結合剤とを含有するペーストとを用意する第１工程と、
前記基材上にディスペンサによって前記ペーストを規則的に供給し、多数個の未硬化凸部を形成する第２工程と、
各前記未硬化凸部を硬化し、前記基材上に形成された多数個の研磨凸部を形成する第３工程とを備えていることを特徴とする。

本発明の製造方法では、第２工程において、ディスペンサを採用しているため、高粘度のペーストを供給してアスペクト比の高い未硬化凸部を形成できる。このため、第３工程で未硬化凸部を硬化することにより、アスペクト比の高い研磨凸部を形成できる。

したがって、本発明の製造方法では、より優れた耐久性及び研磨能力を発揮できる研磨体を製造することができる。また、この製造方法では、ディスペンサの供給口の奇跡を変更することにより、各研磨凸部の形状を容易に変更でき、使用目的に適宜応じた研磨体を容易に製造することが可能である。

基材は、可撓性を有するシート、フィルム等の他、剛性を有する基板を採用することが可能である。シートとしては、天然繊維、合成繊維、炭素繊維等の繊維から成る織布又は不織布を採用することができる。フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、アラミド等の合成樹脂、アルミニウム、銅等の金属からなる単層又は複層のものを採用することができる。基板としては、ガラス基板、セラミックス基板、金属基板等を採用することができる。

砥粒は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、シリカ（ＳｉＯ₂）、酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）、ダイヤモンド、酸化セリウム（ＣｅＯ₂）、炭化珪素（ＳｉＣ）、炭化ほう素（Ｂ₄Ｃ）、チタニア（ＴｉＯ₂）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ₃）、酸化クロム（Ｃｒ₂Ｏ₃）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、酸化マンガン（Ｍｎ₂Ｏ₃）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ₄）等を採用することが可能である。砥粒の粒径は研摩体の使用目的等に応じて適宜選択される。

結合剤としては、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリル、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポリビニルアセタール、ゴム、ポリアミド、フェノール樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体等のバインダ樹脂の他、ホウ珪酸ガラス等のガラス、アルミニウム合金等の金属を採用することができる。バインダ樹脂は熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂であり得る。バインダ樹脂を結合剤として採用する場合、ペーストには溶媒が含まれ得る。溶媒としては、バインダ樹脂の種類により、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、エタノール、イソプロピルアルコール、アノン、ソルベッソ等を採用することができる。ペーストには、粘性調整剤、硬化開始剤、界面活性剤、染料、顔料、可塑剤、湿潤剤等も含み得る。

ペーストは、未硬化凸部に適したチキソトロピー性を付与する粘性調整剤を含有していることが好ましい。粘性調整剤としては、シリカ微粒子、アマイド系ワックス状組成物、セルロースナノファイバ等を採用することができる。

発明者らの試験結果によれば、結合剤がバインダ樹脂と溶媒とを含む場合、ペーストは粘度が８０，０００〜５００，０００ｃｐｓであることが好ましい。ペーストの粘度が８０，０００ｃｐｓ未満では、研磨凸部のアスペクト比が、印刷によって得られる研磨凸部のアスペクト比より高くなり難い。また、ペーストの粘度が８０，０００ｃｐｓ未満では、研磨凸部における頂面と側面とがなす角度αが、印刷によって得られる研磨凸部の角度αより大きくなり難い。一方、ペーストの粘度が５００，０００ｃｐｓ超では、ディスペンサによってペーストを供給し難く、基材と研磨凸部との密着性が不十分になり易い。ペーストは粘度が１５０，０００〜２００，０００ｃｐｓであることがより好ましい。粘度がこの範囲のペーストであれば、研磨凸部のアスペクト比及び角度αが高く、また研磨凸部と基材との密着力が優れ、研磨能力が高く、かつ高い耐久性及び研磨能力を発揮可能である。

また、本発明の研磨体は、基材と、前記基材上に規則的に形成された多数個の研磨凸部とを備え、
各前記研磨凸部は、バインダ樹脂と、前記バインダ樹脂に分散された砥粒とからなる研磨体において、
各前記研磨凸部は、前記バインダ樹脂及び前記砥粒を含むペーストがディスペンサから供給された未硬化凸部が硬化され、頂面が円又は多角形に形成された錐台形状をなしていることを特徴とする。

本発明の研磨体は、各研磨凸部が高いアスペクト比を実現できるため、優れた耐久性及び研磨能力を発揮することができる。また、この研磨体は、ディスペンサによって各未硬化凸部が形成されていることから、使用目的に応じて適宜製造され得る。

基材は、可撓性を有し、バインダ樹脂を含浸可能なシートからなることが好ましい。この場合、各未硬化凸部のペーストがシートに含浸し、各研磨凸部がシートに噛み込んだ状態で形成されることから、基材と研磨凸部とが高い密着性を発揮する。

基材と各研磨凸部との間には基材と各研磨凸部とを密着させる密着層が形成され得る。この密着層はペーストを構成するバインダ樹脂からなることが好ましい。この場合、各未硬化凸部のペーストのバインダ樹脂と密着層のバインダ樹脂とが互いに強固に結合し易いことから、各研磨凸部が密着層に強固に結合し、基材と研磨凸部とが高い密着性を発揮する。

本発明の研磨体の製造方法によれば、より耐久性及び研磨能力に優れた研磨体を製造することが可能である。また、本発明の研磨体は、各研磨凸部が高いアスペクト比を実現できるため、優れた耐久性及び研磨能力を発揮することができる。

図１は、実施例１の研磨シートの一部平面図である。 図２は、実施例１の研磨シートの要部拡大断面図である。 図３は、実施例２の研磨シートの一部拡大平面図である。 図４は、実施例３の研磨シートの一部拡大平面図である。 図５は、実施例４の研磨シートの一部拡大平面図である。 図６は、実施例５の研磨シートの要部拡大断面図である。

以下、本発明を研磨体としての研磨シートに具体化し、試験により説明する。まず、第１工程として、基材として、可撓性のあるシート１を用意した。シート１は、ポリエステル繊維と綿との混紡織布（厚み０．２ｍｍ）である。

また、表１に組成を示すペースト１〜１１を用意した。ペースト１〜４はペースト供給手段をスクリーン印刷とするために用意したものであり、ペースト５〜１１はペースト供給手段をディスペンサとするために用意したものである。

ここで、バインダ樹脂としてはフェノール樹脂を採用した。溶剤としての有機溶剤はプロパノールを採用した。砥粒は、Ｄ₅₀＝５μｍのアルミナ粉末である。また、未硬化凸部に適したチキソトロピー性をペースト１〜１１に付与するため、粘性調整剤としてのシリカ微粒子（平均粒径０．１μｍ）と、アマイド系ワックス組成物（楠本化成（株）製ＥＴ７０２０）とを用意した。これらを表１に示される質量部で配合した後、十分に混合し、ペースト１〜１１とした。ペースト１〜１１の粘度は表２に示すとおりである。

次いで、ペースト１〜１１を用い、第２工程を行なった。この際、表２に示すように、試験１〜４では、シート１を水平にし、そのシート１上にスクリーン印刷によって各ペーストを規則的に供給し、多数個の未硬化凸部を形成した。

試験５〜１１では、シート１を水平にし、そのシート１上にディスペンサによって各ペーストを規則的に吐出し、多数個の未硬化凸部を形成した。試験１〜１１の各未硬化凸部は円錐台形状である。ディスペンサのノズル径及び吐出圧力は粘度によって変更した。

そして、第３工程として、試験１〜１１において、各未硬化凸部をシート１とともに８０°Ｃで放置し、各未硬化凸部から溶媒を揮発させ、シート１及び各未硬化凸部を乾燥した。この後、シート１及び各未硬化凸部を１２０〜１５０°Ｃで加熱することによりフェノール樹脂を熱硬化させ、各未硬化凸部を硬化した。こうして、図１に示すように、シート１上に多数個の研磨凸部３が形成された研磨シートを製造した。

（評価１）
試験１〜１１の研磨シートでは、図２及び表２に示すように、研磨凸部３の高さｈ（ｍｍ）と、幅ｗ（ｍｍ）と、高さｈ／幅ｗによるアスペクト比とを求めた。また、研磨凸部３における頂面３ａと側面３ｂとがなす角度α（°）を求めた。

さらに、シート１と研磨凸部３との密着性として、研磨凸部３の頂面３ａから０．１ｍｍ下部を治具によって押し、研磨凸部３がシート１から剥がれる際の力（Ｎ）を計測するダイシェアテスト（Dage Japan）を行なった。２０Ｎ未満で研磨凸部３がシート１から剥がれた場合には×、２０Ｎ以上、４０Ｎ未満で研磨凸部３がシート１から剥がれた場合には○、４０Ｎ以上でも研磨凸部３がシート１から剥がれなかった場合には◎を付して評価した。

また、研磨シートの研磨能力を評価するため、ガラス基板上に油性インクによって油膜を形成し、その油膜を研磨シートで除去した。油膜の面積除去率が６０％以下であれば×、面積除去率６０％が超、８０％以下であれば○、面積除去率が８０％超であれば◎を付して評価した。

さらに、研磨シートにおける研磨凸部３の厚みを９０％以下に研削した後の研磨能力を耐久後の研磨能力とし、上記と同様、初期の研磨能力と、耐久後の研磨能力とを求めた。初期の面積除去率／耐久後の面積除去率が０．８超であれば耐久性が低く、初期の面積除去率／耐久後の面積除去率が０．８未満であれば耐久性が高いと評価した。これらも表２に示す。

表２からわかるように、試験１〜４の製造方法では、第２工程において、スクリーン印刷を採用しているため、研磨凸部のアスペクト比がさほど高くない。また、試験１〜４の製造方法では、研磨凸部の角度αが５０〜６５°である。試験１、４の製造方法のように、アスペクト比が０．２０、０．２２の研磨凸部を形成すると、密着力が劣り、耐久性も劣っている。

これに対し、試験５〜１１の製造方法では、第２工程において、ディスペンサを採用しているため、アスペクト比が０．２２以上の研磨凸部３を形成できる。また、試験５〜１１の製造方法では、研磨凸部３の角度αも６５°以上である。これは、試験５〜１１の製造方法では、高粘度のペーストを吐出してアスペクト比の高い未硬化凸部を形成できるからである。

但し、試験５からわかるように、ペーストの粘度が８０，０００ｃｐｓでは、研磨凸部３のアスペクト比が、スクリーン印刷によって得られる研磨凸部のアスペクト比と同等である。また、ペーストの粘度が８０，０００ｃｐｓでは、研磨凸部３の角度αが、スクリーン印刷によって得られる研磨凸部の角度αと同等である。一方、試験１０、１１からわかるように、ペーストの粘度が５００，０００ｃｐｓ超では、シート１と研磨凸部３との密着性が不十分になっている。これはディスペンサによってペーストを供給し難いため、未硬化凸部がシート１に密着し難いからである。

試験７、８からわかるように、ペーストの粘度が１５０，０００〜２００，０００ｃｐｓであれば、研磨凸部３のアスペクト比及び角度αが高く、また研磨凸部３とシート１との密着力が優れ、かつ高い耐久性及び研磨能力を発揮可能である。

したがって、試験５〜１１、特に試験５〜１０、より特に試験７、８の研磨シートの製造方法によれば、より耐久性及び研磨能力に優れた研磨シートを製造できることがわかる。また、これらで得られた研磨シートは、各研磨凸部３が高いアスペクト比を実現できるため、優れた耐久性及び研磨能力を発揮することができる。

また、試験７、８で得られた研磨シートは、シート１が可撓性を有し、バインダ樹脂を含浸可能であるため、製造途中で各未硬化凸部のペーストがシート１に含浸し、各研磨凸部３がシート１に噛み込んだ状態で形成されている。このため、これらの研磨シートはシート１と研磨凸部３とが高い密着性を発揮する。

（評価２）
表３に示すように、ペースト７を用い、試験７及び試験１２〜１４によって種々の形状の研磨凸部を形成した。試験７では、図３に示すように、四角錐台形状の研磨凸部５を形成した（実施例２）。試験１２では、図１に示すように、円錐台形状の研磨凸部３を形成した（実施例１）。試験１３では、図４に示すように、三角錐台形状の研磨凸部７を形成した（実施例３）。試験１４では、図５に示すように、六角錐台形状の研磨凸部９を形成した（実施例４）。試験７及び試験１２〜１４のペースト供給手段、各研磨凸部３、５、７、９のアスペクト比及び角度αは同一である。

各研磨シートについて、密着力、研磨能力及び耐久性を評価した。試験７及び試験１２〜１４では、研磨凸部の形状が異なる点を除き、製造方法及び評価の仕方は上記と同一である。結果も表３に示す。

表３に示されるように、各研磨シートは、研磨凸部の形状の差によって特性にさほどの相違を生じない。

（評価３）
表４に示すように、ペースト８を用い、試験８及び試験１５〜１９を行なった。これらでは、ディスペンサによって未硬化凸部の高さ方向の吐出量を大きくし、アスペクト比を変更した。試験８及び試験１５〜１９のペースト供給手段は同一であり、各研磨凸部の角度αは８０°である。

各研磨シートについて、アスペクト比、密着力、研磨能力及び耐久性を評価した。試験８及び試験１５〜１９では、アスペクト比が異なる点を除き、製造方法及び評価の仕方は上記と同一である。結果も表４に示す。

表４に示されるように、粘度が同じペーストでも、ディスペンサによる塗布条件を調整すれば、アスペクト比を制御できることがわかる。このため、本発明の製造方法では、ディスペンサの供給口の奇跡を変更することにより、各研磨凸部の形状を容易に変更でき、使用目的に適宜応じた研磨体を容易に製造することが可能である。

（実施例５）
まず、シート１上にペースト１〜１１のバインダ樹脂と同じフェノール樹脂を塗布した。この後、試験７、８と同様に第２工程及び第３工程を行い、実施例５の研磨シートを得た。シート１上のフェノール樹脂は密着層１１となっている。

この研磨シートでは、各未硬化凸部のペーストのバインダ樹脂と密着層のバインダ樹脂とが同一樹脂として互いに強固に結合するため、図６に示すように、密着層１１がシート１に強固に結合し、かつ各研磨凸部３が密着層１１に強固に結合する。このため、シート１と各研磨凸部３とが高い密着性を発揮する。

以上において、本発明を試験５〜１９及び実施例１〜５に即して説明したが、本発明は上記試験５〜１９及び実施例１〜５に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

例えば、上記試験５〜１９及び実施例１〜４では、基材を可撓性のある混紡織布のシート１としたが、他の織布、不織不を基材として採用できる他、基材を剛性のある基板とする研磨ディスクに本発明を具体化することも可能である。

また、試験５〜１９、実施例１〜４の砥粒はアルミナ粉末であるが、シリカ、酸化鉄、ダイヤモンド、酸化セリウム等の粉末を採用するいことも可能である。

また、バインダ樹脂、溶媒等も種々のものを採用することが可能である。

本発明は、フラットパネルディスプレイ等のクリーニング用の研磨シート、研磨ディスク等に利用可能である。

１…基材（シート）
３、５、７、９…研磨凸部
１１…密着層

Claims (6)

1. 基材と、砥粒と結合剤とを含有するペーストとを用意する第１工程と、
   前記基材上にディスペンサによって前記ペーストを規則的に供給し、多数個の未硬化凸部を形成する第２工程と、
   各前記未硬化凸部を硬化し、前記基材上に形成された多数個の研磨凸部を形成する第３工程とを備えていることを特徴とする研磨体の製造方法。
2. 前記ペーストは、前記未硬化凸部に適したチキソトロピー性を付与する粘性調整剤を含有している請求項１記載の研磨体の製造方法。
3. 前記結合剤は、バインダ樹脂と溶媒とを含み、
   前記ペーストは粘度が８０，０００〜５００，０００ｃｐｓである請求項２記載の研磨体の製造方法。
4. 基材と、前記基材上に規則的に形成された多数個の研磨凸部とを備え、
   各前記研磨凸部は、バインダ樹脂と、前記バインダ樹脂に分散された砥粒とからなる研磨体において、
   各前記研磨凸部は、前記バインダ樹脂及び前記砥粒を含むペーストがディスペンサから供給された未硬化凸部が硬化され、頂面が円又は多角形に形成された錐台形状をなしていることを特徴とする研磨体。
5. 前記基材は、可撓性を有し、前記バインダ樹脂を含浸可能なシートからなる請求項４記載の研磨体。
6. 前記基材と各前記研磨凸部との間には前記基材と各前記研磨凸部とを密着させる密着層が形成され、
   前記密着層は前記バインダ樹脂からなる請求項４又は５記載の研磨体。

Images