JP3232323B2 - アルミナ質砥石 - Google Patents

アルミナ質砥石

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JP3232323B2 JP34824792A JP34824792A JP3232323B2 JP 3232323 B2 JP3232323 B2 JP 3232323B2 JP 34824792 A JP34824792 A JP 34824792A JP 34824792 A JP34824792 A JP 34824792A JP 3232323 B2 JP3232323 B2 JP 3232323B2
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靖雄 芝崎
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はアルミナ質砥石に関す
る。更に詳細には磁気ディスク基板、SiやGaAs等
の半導体基板、薄膜磁気ハード基板、単結晶材料、セラ
ミックスガラス等の研削加工、切断加工、溝加工等及び
鏡面加工に用いられるアルミナ質砥石に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、光学、エレクトロニクス、オプト
エレクトロニクス等の産業の進展に伴い、半導体基板、
酸化物単結晶、ガラス、金属等の加工に対する要求も厳
しくなり、切削加工や切断加工、溝加工に対しては、ダ
イヤモンド砥石を主とした平面研削盤又は円筒研削盤、
ダイヤモンド研削盤等での加工が主である。
【0003】一般にダイヤモンドの砥粒を結合材で固定
した砥石を用いてセラミック等の硬脆材料を加工してい
る。ダイヤモンド砥粒は、硬脆材料を破砕することで研
削するためその加工メカニズムからさほど高品位な仕上
げ面が得られない。そのため微細な砥粒でもって加工面
を高品位にする必要があり、研削加工後ラッピングやポ
リッシングをしている。砥粒を細かくしていくと加工面
は滑らかになるが、砥粒の脱落が早くなったり、研削屑
が詰ったりで連続的に効率的に高品位の研削加工ができ
なくなる。
【0004】又、切断用にダイヤモンド砥粒を使用した
ものは高価であり、砥石幅を薄くできないため、切断
幅、溝加工幅が大きくなり、高級材料の加工屑が多くで
る上、作業効率の悪い問題があった。
【0005】砥粒としてダイヤモンドの他、アルミナ、
シリカ、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化クロ
ム、酸化鉄、炭化珪素等が知られている。なかでもアル
ミナは硬度が高く優れた研削性能を有し、入手もしやす
い材料であり、研削用砥粒として広く使用されてきた。
しかしこれらの砥粒は、塊状の粒子を使用するものであ
り、研削時の発熱量も大きく研削中、容易に1000℃
を越え、被加工材の焼き付き・変形を生じ、アルミナの
研削能力を充分生かしたものでなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】かかる事情に鑑み、本
発明は研削能率が高く、かつ高品位の仕上げ面を得るこ
とができるアルミナ質砥石を提供することを目的とする
ものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意検討し
た結果、特定の形状をしたアルミナ粉末を使用した場合
に前記目的を全て満足する砥石が得られ、かつ今まで製
造が困難であった超薄型の砥石を提供できることを見出
し、本発明を完成するに至った。
【0008】すなわち、本発明は、粒子径0.5〜50
μm、アスペクト比5〜20の結晶形が六方晶形で平板
状結晶面をもつ板状α−アルミナ粒子をバインダー樹脂
中に配向させてなる研削層を形成したアルミナ質砥石を
要旨とするものである。
【0009】本発明は板状のアルミナ粒子をドクターブ
レード法や湿式又は乾式のプレス又はロール成形の方法
でプレスして成形被加工物に対し直角になるよう配向さ
せたり、又は砥粒と結合剤などの混合物を高速で回転さ
せ、遠心力で板状アルミナ粒子を配向して砥石を成形・
焼成し砥石をつくり、板状アルミナのエッジ部で被加工
物を研削することによりアルミナの優れた研削能力を引
き出すものである。平面の研削加工に対しては、板状ア
ルミナ粒子のエッジ部で研削するため加工速度が早いの
みならず、高品位の仕上げ面を得ることができる。又、
切断加工や溝加工などの砥石に対しては、板状アルミナ
粒子を配向させるため砥石幅を超薄型に製造でき、S
i,GaAs等の高級材料の切断加工や溝加工において
も0.1mm以下の加工幅を小さくした微細切断加工や
微細溝加工が高精度で可能となり、かつ高速で高品位の
仕上げ面をもつ加工ができ、加工時の発熱も抑えること
のできる砥石を提供することができる。
【0010】本発明は板状のアルミナ粒子をドクターブ
レード法や湿式又は乾式のプレス又はロール成形の方法
でプレスして成形被加工物に対し板状粒子面が平行にな
るよう配向させたり、又は砥粒と結合剤などの混合物を
高速で回転させ、遠心力で板状アルミナ粒子を配向して
砥石を成形・焼成し砥石をつくり、板状アルミナのエッ
ジ部又は/及び平面部で被加工物を研磨することにより
アルミナの優れた研磨能力を引き出すものである。平面
の研磨加工に対しては、板状アルミナ粒子のエッジ部と
平面部で研磨するため加工速度が早いのみならず、高品
位の仕上げ面を得ることができる。又、精密部品等の加
工に際し、通常の平面研削盤でダイヤモンド又はアルミ
ナ質砥石等で荒仕上げの研削をした後砥石を本発明の研
磨砥石に変えるだけで鏡面仕上げ面を得れ、高速で高品
位の仕上げ面をもつ加工ができ、加工時の発熱も抑える
ことのできる研磨砥石を提供することにある。
【0011】本発明に使用するアルミナ粒子は、粒子径
0.1〜100μm、アスペクト比5〜20の板状αア
ルミナ粒子で、好ましくは粒子径0.5〜50μm、ア
スペクト比5〜20であるが、被加工物の材質及び仕上
げ面の要求に合わせ選択する必要がある。
【0012】本発明に使用するバインダー材としては、
2液硬化性ウレタン樹脂、1液硬化性ウレタン樹脂、エ
ポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂
等が好ましく、又用途によっては熱可塑性樹脂も使用す
ることができる。
【0013】アルミナ粒子研削層を担持するフィルム基
体はテープ、シート、ディスクなどの形態で使用するこ
とができ、またこれらはポリエチレンテレフタレート、
ポリイミド、ポリカーボネート等及びそれらを表面処理
したもの、その他合成紙、不織布などの材質で構成する
ことができる。
【0014】又、実験によれば使用する板状アルミナ砥
粒の研削層中における砥粒濃度は、30%未満であると
研削能率が悪いものとなり、90%を越えるとバインダ
ー樹脂の割合が少なくなり、研削中に砥粒の脱落が早く
なるので、砥粒濃度としては、30〜90%の範囲が適
当である。
【0015】本発明のアルミナ砥石の形状は特に制限さ
れるものではないが、図1〜7にその例を挙げる。
【0016】図1,3,5,6及び図7は後記する実施
例1と同様に板状アルミナを配向させた種々の形態の砥
石の説明図である。図2は図1の拡大図であり、これら
の図中に示されるAは、各研削層を示し、この研削層中
で板状アルミナ粉末が配向している。図中Aの線は板状
アルミナ粉末が配向している方向を模式的に表わしてい
る。図1はレジノイド切断用砥石、図3はホイール砥
石、図7はレジノイド補強材入り砥石を示す。
【0017】なお本発明において被加工物に対し板状粒
子面が垂直となるような(被加工物に対し板状粒子のア
スペクト比の小さな面が接触するような)砥石とするこ
とにより、研削加工に適したものとなる。また被加工物
に対し板状粒子面が平行となるような(被加工物に対し
アスペクト比の大きな面が接触するような)砥石とする
ことにより、研磨加工に適したものとなる。また研磨加
工については前者のように配向させたものにより、荒削
りを後者のように配向させたものにより仕上げ加工をす
るのが好ましい。
【0018】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説
明する。
【0019】実施例1 バイヤー法による水酸化アルミニウムをボールミルにて
中心径0.7μmに粒度調整を行ったものを所定量のア
ルカリ水溶液でスラリーを作成し、これをオートクレー
ブに充填し、温度600℃、圧力200atmにて2時
間水熱処理を行った。処理後の生成物を、水洗、濾過、
乾燥して得られたアルミナ粉末は、粒径のそろった大き
さ1.0μm、厚さ0.1μmで結晶形が六方晶形で特
定の結晶面が平板状に成長した微細な板状アルミナ(α
−Al23)粒子の粉末を得た。得られた粉末を砥粒と
し、これにバインダー樹脂(結合剤)として、熱硬化性
樹脂(2液硬化性ウレタン樹脂)を同量となるように添
加し、これらを混合した。これを図12及び図13に示
されるノズル内に充填し、前記バインダー樹脂が半溶融
状態となる温度まで加熱し、半溶融物とした。一方、ノ
ズル(スリット状の孔径:0.2mm×30mm)の直
下には0.2mmの距離をおいて、ポリエチレンテレフ
タレートからなるフィルム基体(ディスク)を配し、こ
のフィルム基体上に研削層を厚さ200μで形成した。
【0020】この際の半溶融物の押出条件は剪断速度2
0s-1以上となるように押出圧力を60kgf/cm2
とした。
【0021】次にこれを乾燥させ、プレス成形し、砥石
を作製した。得られた砥石の研削層は、図10及び図1
1に示されるように、バインダー樹脂中に板状アルミナ
粒子が均一に分散し、配向したものであった。
【0022】また、比較のため上記製造方法により得ら
れた粒径のそろった大きさ1.0μm、厚さ0.1μm
の板状アルミナ粒子を粉砕し、平均粒径0.1μmに粒
度調整を行ったアルミナ粉末を砕粒とし、以下上記と同
様にし、砥石を作製した。得られた砥石の研削層は図8
及び図9に示されるようなものであった。
【0023】それぞれ得られた砥石について、厚さ0.
5mmのガラス板の切断加工を行った。但し、被加工物
に対して板状粒子面が直角となる面を使用した。その結
果、本発明の砥石の切断速度は比較の砥石の切断速度よ
り120%大きなものであった。また砥石の減耗量も比
較の砥石に比べ少なく、本発明の砥石の減耗はほとんど
見られなかった。
【0024】以上により本発明の砥石は切断速度が速く
行えるとともに、砥粒にかかる研削抵抗が少なく耐摩耗
性に優れていることが分かる。
【0025】また、上記においてフィルム基体をポリエ
チレンテレフタレート、ポリイミド等のテープ、シー
ト、ディスクとし、これに研削層を形成した場合、プレ
ス成形後、加熱し、テープ、シート、ディスクを焼き切
り、研削層のみからなる砥石を作製することができる。
【0026】また上記実施例及び比較例の砥石(但し研
削層の厚さは5mmである)を用い、その表面(被加工
物に対し板状粒子面が平行となる面)で研磨加工を行っ
た。この際、相手材としてSi半導体基板を用いた。本
実施例の砥石は比較例の砥石に比べ面粗度が小さく表面
欠陥の極めて少ない高品位の鏡面が短時間で得られた。
【0027】実施例2 図4に示されるのは上記実施例1とは異なる方向に板状
アルミナ粉末を配向させたカップ砥石を示すが、被加工
物に対しての配向方向は実施例1と同様である。
【0028】このような基体への板状アルミナ粉末の配
向は、図14及び図15の遠心装置により行うことがで
きる。
【0029】図14の遠心装置を用いた場合、上記と実
施例1と同様に水熱処理を行い微細な板状アルミナ(α
−Al23)粒子の粉末を得て、これとバインダー樹脂
(結合剤)とを混合し、これらの混合物を前記バインダ
ー樹脂が溶融状態となるように加熱し、この溶融物を供
給部から供給する。供給に際し、下型は、上型に対し、
回転しているものである。なお、上型と下型との間には
図14によれば、基体が配されているが、基体は必ずし
も図のように配する必要がない。固定された上型の供給
部より供給された溶融物は、基体と上型との間に形成さ
れた隙間に供給され、下型の回転により、下型の内周面
側に遠心力により、強制的に衝突する。この衝突によ
り、溶融物中のアルミナ粉末が図面の上下方向へ配向さ
せられる。なお、下型に設けられた冷却部には冷却水が
供給され、前記下型の内周面に衝突し、配向させられた
アルミナ粉末を溶融物であるバインダー樹脂により順次
固化するものである。この後の乾燥及びプレス成形は実
施例1と同様である。このようにして実施例1と略同様
な形状を有し、アルミナ粉末の配向方向のみが異なる砥
石を製造することができる。次に図15の遠心装置を用
いた場合について説明する。
【0030】基本的には図14に示される遠心装置と同
様であるが、図15に示す装置を用いることにより、ノ
ズルからの供給量により自由に砥石の研削面の厚さを変
えることができる。
【0031】なお実施例2の図14及び図15の遠心装
置を用いることにより、図中、上下方向の幅をもその型
形状を変えることにより自由に変更できる。
【0032】例えば円柱状の砥石を作製し、この表面
(曲面)により研磨加工を行うことができる。また、円
柱状の砥石を作製し、これを焼成する前にスライスする
ことにより上記実施例1と類似の形状の砥石を作製し、
これを用いて研削及び研磨加工を行うことができる。こ
の場合、その形状は使用目的等により決定されるもので
ある。但しこの場合肉薄部分(厚み方向)にはアルミナ
の板状表面が並んでおり、肉厚部分(幅方向)にはアル
ミナの厚さ面が並んでいる。またスライスした砥石は適
位個数研磨機の研磨面に取付けて使用することもでき
る。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明においては
板状アルミナ粒子を配向して砥石をつくるため、砥粒間
隔が非常に小さくでき、砥石の切れ味が良く、かつ表面
粗さの良好な研削となる。又板状の砥粒であるため、砥
粒の保持力が高く、砥石の形状を高精度に保ちながら
も、砥粒にかかる研削抵抗が少なく小さな動力で研削で
き、研削加工で一番問題となる発熱量も小さい。
【0034】また本発明により従来製作が非常に困難で
あった超薄型の砥石を容易に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のレジノイド切断用砥石の説明図。
【図2】図1A部の拡大説明図。
【図3】本発明のホイール砥石の説明図。
【図4】本発明のカップ砥石の説明図。
【図5】本発明の別のホイール砥石の説明図。
【図6】本発明の砥石の説明図。
【図7】本発明のレジノイド補強材入り砥石の説明図。
【図8】比較例のアルミナ粉末の砕粒(球状粒子)を使
用した場合のホイール砥石研削層の平面方向に平行な模
式的断面説明図。
【図9】同上研削層の外周面に垂直な模式的断面説明
図。
【図10】本発明の板状アルミナ粒子を使用したホイー
ル砥石研削層の平面方向に平行な模式的断面説明図。
【図11】同上研削層の外周面に垂直な模式的断面説明
図。
【図12】本発明砥石の製造法の説明する斜視図。
【図13】同上断面説明図。
【図14】本発明砥石を製造するための遠心装置の説明
図。
【図15】同上別の遠心装置の説明図。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−167375(JP,A) 特開 平3−68678(JP,A) 特開 平5−208812(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B24D 3/00 B24D 3/28

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粒子径0.5〜50μm、アスペクト比
    5〜20の結晶形が六方晶形で平板状結晶面をもつ板状
    α−アルミナ粒子をバインダー樹脂中に配向させてなる
    研削層を形成したことを特徴とするアルミナ質砥石。
JP34824792A 1992-12-28 1992-12-28 アルミナ質砥石 Expired - Lifetime JP3232323B2 (ja)

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