JP2652192B2

JP2652192B2 - 研磨材粒子およびその製造方法

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Publication number: JP2652192B2
Application number: JP63098299A
Authority: JP
Inventors: 光長谷川
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1988-04-22
Filing date: 1988-04-22
Publication date: 1997-09-10
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: JPH01271477A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、表面特性を改良した新規な研磨材粒子に関
する。さらに詳しくは表面に亀甲状のシワ（本発明にお
いて亀甲状のシワとは、六角形に限らず不定形の割れ目
またはシワを意味する）を有するシリカの薄膜で被覆さ
れた研磨材粒子に関し、種々の結合剤との親和性が高
く、かつ電気絶縁性に優れているため電着砥石に使用す
るには特に好適な研磨材粒子に関する。

［従来の技術］物質のカタサの大きい鉱物を利用して、ものを削りま
たは摩耗させる作業をするための材料として研磨材があ
り、初めの内は天然品を利用していたが、最近はこのカ
タサを求めてその大部分が人工の物質を利用する様にな
ってき来た。（本願においては研削と研磨の両者を研磨
と称す。）この開発された物質中には天然品を高純度に
したもの或いは天然にない立方晶形窒化硼素（以下CBN
と称す。）など優れたカタサ、靭性を有する研磨材が提
供される様になった。

しかし粒子がいかに優れていても、粒子を結合して製
造される研磨工具の品質は、達成される結合強度に大部
分依存する。つまり研磨粒子の卓越性が研磨工具に発現
するには、粒子が適所に強固に保持されることがきわめ
て重要であり、これは当然高い結合強度が要求される。
事実、研磨粒子が固く、したがって耐久性があればある
ほど、結合強度への要求は大となる。つまり極度の硬さ
が存在する際には、粒子は破砕または摩耗する傾向をほ
とんどもたないので、研削の間の苛酷な力の下でその結
合から引き離れる傾向が大となるからである。したがっ
て研磨材粒子は、硬さの最大利益を達成させようとする
際には粒子と結合剤間の結合強度を高度に要求する。

このため、例えばCBNについていえば、その結合剤と
の親和性を改善する目的で、先ず砥粒を空気中で775℃
の条件で熱処理して表面にB₂O₃膜をつくり、さらにオル
ガノシリコン化合物溶液に浸してから約500℃で加熱し
て表面にほうけい酸被膜を作る方法（特公昭48−2358
9）がある。

また、金属硼素を含有するため電気絶縁性が低下した
立方晶窒化硼素砥粒を酸処理して表面の硼素を除去し、
絶縁性を付与する方法（特開昭57−149811）が知られて
いる。

一方、多数の凹孔を設けた金属被覆の研磨粒子の提案
（特開昭59−30671）がある。

これとは別に本発明者等は、Si−SiO₂系の圧粉体を真
空加熱することにより、表面にSiO_x（２≧ｘ＞０）の薄
膜で被覆された砥粒を提案（特願昭63−59484号（特開
平１−234166号公報）、以下先願と称す）した。

しかし、前述の特公昭48−23589の発明は、CBN以外の
砥粒については応用できず、また砥粒を二回熱処理する
ことは砥粒強度の低下を来し、経済的観点からも好まし
くない。特開昭57−149811についても、適用が酸可溶成
分が含有されている砥粒に限定される。特開昭59−3067
1の発明は、金属被覆研磨砥粒に限定され、この砥粒は
電着砥石には使用できない。したがって、先願において
これらの問題点のない、すべての結合剤に適応できる研
磨剤粒子ならびに研磨材粒子の種類および結合剤の種類
に制限を受けない研磨材粒子の製造法の提案をなした。

［発明が解決しようとする課題］前記先願において得られるSiO_x（２≧ｘ＞０）膜の厚
さはおおよそ0.1μ程度である。結合剤との親和性のみ
を問題とする場合にはこれで十分であるが、さらに結合
体としての強度を向上させるためには表面を複雑な形状
とすることが好ましい。

一方、電着砥石を電解法によってつくる場合において
は、SiO_x（２≧ｘ＞０）膜の厚さはおおよそ膜の耐電圧
は10⁷V/cm程度であるので蒸着法のみで十分であるが、
蒸着膜の場合局部的に＜0.1μとなることもありうるの
で、さらにこの上にもう一層の絶縁皮膜を付けておくこ
とが好ましい。

また、単一層であれば、膜厚は最低の部分で0.1μ以
上としておくことが好ましい。

［課題を解決するための手段］前記先願で述べた如く、SiO₂は研磨材粒子の結合剤と
の親和性が良く、かつ高い電気絶縁性を有する。

これを塗布することにより、物品の表面にSiO₂皮膜を
作るのに適切な材料としてコロイダルシリカ（セラミッ
ク20［４］,280（'85））が市販されており、これを塗
布剤として用いた場合、塗膜の基材への密着性がよく、
丈夫であり、透明であるため、基材が本来持っている色
合や、透明度が損なわれない等の優れた特徴を有する。

しかし、これを細粒状の集合体である砥粒の被覆に適
用することは一般に困難であり、細粒への塗布方法、Si
O₂のみからなる細粒の混入していない砥粒の取得方法な
どがきわめて重要な問題となってくる。

本発明は、（１）表面に亀甲状のシワのあるシリカの薄膜を有する
研磨材粒子、（２）砥粒をシリカゾルに浸し、過剰のシリカゾルを分
離した後乾燥し、ほぼもとの砥粒の粒度まで解砕し、重
液分離法によってシリカ単独粒子を除去し、次いで大気
中700〜1100℃で熱処理し、それを大気中に取り出し急
冷する研磨材粒子の製造方法、（３）砥粒をシリカゾルに浸し、過剰のシリカゾルを分
離した後乾燥し、700〜1100℃で熱処理し、それを冷却
時に結晶化しない速度で冷却するかあるいはガラス状の
SiO₂が得られる速度で冷却するように急冷し、解砕し、
次いで重液分離法によってシリカ単独粒子を除去する研
磨材粒子の製造方法、及び（４）蒸着法によってSiO_x（２≧ｘ＞０）をコートした
砥粒に上記（２）および（３）の処理を施す研磨材粒子
の製造方法を開発することにより上記の課題を解決し
た。

本発明においてはこれを次のごとく解決した。つま
り、研削砥粒をコロイダルシリカ（濃度には特に制限が
ない。市販品の約20％溶液またはそれを適宜稀釈して用
いる。）中へ分散させ、ついでこの分散体を蒸発乾固し
て水分を完全に除去した後、ほぼもとの砥粒の粒度まで
解砕し、シリカの単独粒子を重液分離法によって除去す
る。

以上により複雑な形状を有するシリカを付着した砥粒
が得られるわけであるが、電気絶縁性を問題とする場合
には、更に熱処理することが好ましい。熱処理温度は30
0℃の如く比較的低温から効果はでるが、十分な電気絶
縁性を得るためには700℃以上が必要である。しかし、1
100℃を越えた高温熱処理はSiO₂被覆の強度が劣化する
ので強度を要しないとき以外は避けるべきである。

尚、シリカゾル処理済の乾燥砥粒は、熱処理後解砕、
重液分離してもほぼ同様の品質の砥粒が得られる。

この後、直ちに大気中に取り出し、で急冷するとSiO₂
の結晶化が防止でき、ガラス状のSiO₂−被覆された砥粒
を得ることが出来る。

砥粒が本質的に疎水性の場合には、界面活性剤の添加
によって、これを克服することができるが、あらかじめ
SiとSiO₂の圧粉体の真空蒸着法によってSiO_x（２≧ｘ＞
０）の皮膜（後酸化したものも含む）をつけてから本発
明方法を適用すれば、強く接着したSiO₂被覆のある砥粒
が得られる。特に、真空蒸着法の被覆と異なって本発明
方法によって得られる砥粒の皮膜は、表面に亀甲状のシ
ワ（六角形に限らず不定形の割れ目またはシワ）を有す
るシリカの皮膜であり、また砥粒の形状も解砕による凹
凸の多い破砕面を有するものであって、ボンドとの結合
性を機械的な面から一層高めた砥粒である。

さらに本発明方法によるとき、蒸着法に比し、数倍〜
数十倍の厚みのあるSiO₂皮膜の砥粒を得ることが出来
る。

［作用］シリカゾルは10mμオーダーのシリカの微粒子が水中
に分散したものであり、含有されるシリカは微粒子であ
るためその比表面積は30〜500m²/gと非常に大きく、他
物質の表面に吸着されやすいものと推定される。被覆さ
れるべき物質が疎水性等の理由でこのシリカが吸着され
にくい場合にはSiO_x（２≧ｘ＞０）を蒸着することによ
り、SiO_x（２≧ｘ＞０）が中立ち（ボンディング・コー
ト）となって吸着が促進される。

次に被覆されたシリカは乾燥によってその微粒子間に
介存する水分子を失うため複雑な形状の表面が生じると
考えられる。

加熱処理により電気絶縁性が向上する原因としては、
被覆表面に100℃程度の乾燥ではとれないシラノール基
（Si−OH）が存在し、これが電気伝導に関与するが70
0℃以上の熱処理によりほぼ失われると推定される。

［実施例］以下実施例により本発明を具体的に説明する。

（参考例）コロイダルシリカの電気比抵抗を測定するため、砥粒
を入れずコロイダルシリカのみを蒸発乾固し、解砕して
から302μ〜127μの部分を篩分して取りだし、大気中で
所定の温度まで加熱した後直ちに炉外へ取りだして、そ
の電気比抵抗を測定したものである。測定法は10φ×10
のシンチュウの栓をした30OD×10ID×20の硬質ゴムの容
器に試料0.2gを入れ栓と同じ材質、サイズのプランジャ
ーを装入して軽く押し付けながら50Vの電圧を印化して
測定した結果を表１に示す。

表１から、十分な電気絶縁性を得るためには700℃以
上の熱処理が必要であることが分かる。また、熱処理温
度の上限は被覆の強度が劣化するため、約1100℃とな
る。

（実施例１） 100mlのビーカーに黒色炭化珪素質研削材Ｃ＃80を0.5
g取り、固形分20％のコロイダルシリカ約2mlを添加し
た。よく撹拌した後、ヌッチェ上で吸引中の炉紙に移
し、薄く広げ、余分のシリカゲルを除去してから炉紙と
共に乾燥器へ移し、100℃で60分乾燥した。

冷却後、シリカゾルの付着したＣ＃80を炉紙よりはぎ
落し、アルミナ質乳鉢で解砕後、ふるいわけして302〜1
51μの部分を採取した。ついでこの粒度部分をエチレン
ブロマイド（比重2.18）約50mlと共に100mlのビーカー
に取り、撹拌してシリカゲル単独粒子をけん濁液として
除去した。

ビーカーの底に沈降した部分はエタノールで洗浄した
後、乾燥し、ついでアルミナボートへ移し、マツフル炉
中で700℃に加熱した後大気中に取り出し急冷した。

こうして得られたサンプル0.2gにつき、前述の方法で
電気比抵抗を測定したところ、50Vで5.0×10¹⁰Ω・cm
（原試料Ｃ＃80は7.4×10⁶Ω・cm）と被覆効果が明らか
にされた。

（実施例２）硼素を過剰に含む立方晶窒化硼素砥粒（粒度＃80）0.
5gをMo板上に広げ、このMo板上約50mm上方にタングステ
ンバスケットをセットしてSiO₂とSiとの等モル混合物圧
粉体の蒸発源を約100mg、バスケットに充填して10^-4〜1
0^-5Torrの真空下、約1750℃で通常の方法で真空操作を
行なった。

１回の操作は約１分で、この操作を８回繰り返した。
また、操作が１回終了するごとにMo板上の立方晶窒化硼
素は薬包紙上に回収して再び広げ直した。

このようにして、蒸着によりSiO膜で被覆した後、実
施例１と同様にしてSiO₂で被覆し、SiO膜のみのものと
絶縁性の比較をした結果を表２に示す。表２により本発
明の耐電圧特性が改善されていることがわかる。

（実施例３）実施例２によって得られたコート済剤を用い、約10φ
の台金（S45C）にニッケル電着を行なうテストをした。
電解液はスルファミン酸ニッケル液、液温60℃、電圧1V
で60分行なったが、粒表面のNiメッキにニッケルボール
の析出等は生じなかった。これに対し、コートを全く施
さない硼素を過剰に含む立方晶窒化硼素砥粒にはニッケ
ルボールが無数観察された。

［効果］砥粒を砥石等の工具として用いる場合、その表面を複
雑な形状としてその結合剤との結合性を高めることはよ
く行われており（例えば前述の特開昭59−30671）、こ
こでは特に説明を要しないが、本発明においてはこのよ
うな表面性状をシリカのコーティングをすることにより
達成したものである。

シリカをコートした場合の表面性状は拡大写真に示す
如くである。

更に、本発明によるシリカのコーティング法の特徴は
比較的に簡単に数ミクロン〜数十ミクロンの厚膜が得ら
れることである。したがって、このようなコーティング
を施した粒子は一般に高い電気絶縁性を要する用途に応
用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の細かいシワのあるシリカの薄膜を有
する研磨材粒子の粒子構造の顕微鏡写真（500倍）であ
る。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に亀甲状のシワのあるシリカの薄膜を
有する研磨材粒子。
【請求項２】砥粒をシリカゾルに浸し、過剰のシリカゾ
ルを分離した後乾燥し、ほぼもとの砥粒の粒度まで解砕
し、重液分離法によってシリカ単独粒子を除去し、次い
で大気中700〜1100℃で熱処理し、それを大気中に取り
出し急冷することを特徴とする研磨材粒子の製造方法。
【請求項３】砥粒をシリカゾルに浸し、過剰のシリカゾ
ルを分離した後乾燥し、700〜1100℃で熱処理し、それ
を冷却時に結晶化しない速度で冷却するかあるいはガラ
ス状のSiO₂が得られる速度で冷却するように急冷し、解
砕し、次いで重液分離法によってシリカ単独粒子を除去
することを特徴とする研磨材粒子の製造方法。
【請求項４】蒸着法によってSiO_x（２≧ｘ＞０）をコー
トした砥粒に上記第２項および第３項の処理を施すこと
を特徴とする研磨材粒子の製造方法。