JP4221463B2 - 研磨用砥石 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板状の被研削材の研削及び仕上げ研磨（以下、「研磨」ないし「研磨等」の用語に統一して用いる）に使用する研磨用砥石に関し、より詳しくは、プリント配線基板の研磨等、又は金属板若しくは非金属板の研磨等に使用する研磨用砥石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、板状の被研磨材、特にプリント基板の研磨等には、いわゆる研磨ベルトが用いられてきた。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、研磨ベルトは一般に初期の研磨力は十分であるが、研磨屑が付着しやすく、また研磨層が薄いので安定した研磨力を持続することができない。したがって、研磨ベルトの交換を頻繁に行う必要が生じるという欠点があった。
更に、プリント基板を研磨等する場合、板状の被研磨材の波打ち、いわゆるうねりがある被研磨材を均一に研磨等でき、且つ安定した研磨性を持続できることが望まれている。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、回転砥石において研磨層の円周方向の伸びをある程度確保して柔軟な研磨等を可能にし、且つ過剰な研磨や砥石の剥離を防止するべく鋭意検討した結果、多孔性弾性体と研磨層の間に一以上の繊維含有層を介在させる構成を見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明の研磨用砥石は、円筒状の芯材上に多孔性弾性体を設け、該多孔性弾性体の外周上に、繊維を有する補強層を設け、該補強層の外周上に研磨層を設けたことを特徴とする。
前記研磨用砥石において、前記補強層は、ゴム層の内部に一以上の該繊維層を有する構成が好ましい。特に、前記補強層は、前記多孔性弾性体の外周上に固定されたゴム層と、該ゴム層の内部に設けられた繊維とからなり、該繊維が、砥石回転軸を中心とし互いに交差し合う少なくとも２つの螺旋方向に設けられていることが好ましい。更に、砥石回転軸方向と平行な繊維が設けられていることがより好ましい。とりわけ、前記繊維が３つの方向を持ち、該３つの方向が砥石回転軸方向に対してそれぞれ約＋６０°〜＋８０°、約＋５°〜−５°、約−６０°〜−８０°の角度であることが好ましい。さらに、前記繊維が３つの方向を持ち、該３つの方向が砥石回転軸方向に対してそれぞれ約＋７５°、約０°、約−７５°の角度であることが特に好ましい。
また、前記繊維の材質が有機質又は無機質である構成にすることができる。そのような有機質の繊維は、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ケプラー繊維、又はナイロン繊維からなる群より選択されることができる。
【０００４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本実施形態に関わる研磨用砥石の断面図である。同図において、符号１は円筒状の芯材、符号２は多孔性弾性体、符号３は繊維層を有する補強層、符号４は研磨層を示す。
【０００５】
芯材１は、研磨機の軸棒に装着可能な構造とするため中空となっている。したがって、芯材１の中空部直径及びその詳細な構造は、図示しない研磨機の軸棒の直径及びその構造に応じて決められる。また、その長手方向の寸法は、被研磨材の大きさ及び形状に適するように設計されている。芯材１の材質は特に限定されないが、軽量であり且つ剛性の高い材質が望ましい。
芯材１の外周には多孔性弾性体２が設けられている。多孔性弾性体２の材料は、例えば、発泡性の有機多孔質である。典型的な多孔性弾性体２はスポンジ材である。
【０００６】
多孔性弾性体２の外周上には補強層３が設けられている。図２に示されるように、補強層３は、繊維３ａからなる繊維層を有する。繊維３ａは、補強層３に所望の引っ張り強度を付与するものである。そのような補強層３を多孔性弾性体２と研磨層４との間に介在させることにより、研磨時の砥石に所望の強度と柔軟性を持たせることができる。
【０００７】
補強層３は、ゴム層３ｂ全面の内部に繊維３ａを埋設させた構成が望ましい。繊維３ａがゴム層３ｂで被われた構成によれば、ゴム層３ｂの材質や厚みを適宜選択することにより、研磨層４の柔軟性を調整することができる。柔軟性を調整できるので、被研磨材の材質及び研磨等の条件に合わせて、より安定した研磨等を持続することができる。
【０００８】
繊維３ａからなる繊維層は、繊維３ａを砥石の円周方向に巻き付けて構成することができる。図２には、螺旋状に巻かれた繊維３ａの等間隔の断面が示されている。また、繊維層の形態は、螺旋状の巻き付けに限らず、繊維を編んでなる網状でもよい。典型的な網状の繊維層としては、衣料品に使用される合成繊維の織物又は布材が挙げられる。この場合、材料も安価であり、かつ入手も取扱いも容易である。
繊維３ａとしては、単線状の糸を複数本縒り合わせてなる束状のものを使用するとよい。これに対して、単線を使用する場合、単線の短間隔での巻き付けが非常に困難であり、また手間もかかり、更に、研磨中に単線が切れた場合に研磨性及び安全性に障害が生じるおそれがある。したがって、本発明において最も好ましい繊維の形態は、単線を縒り合わせた束である。
【０００９】
繊維３ａの材質については、有機質か無機質かを問わないが、強度を重視するなら無機質が好ましく、研磨砥石の軽量化及び柔軟性を重視するなら有機質が好ましい。それらは研磨等の条件により適宜選択される。
有機質の繊維には、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ケプラー繊維、ナイロン繊維等の一般的な繊維材料を使用できる。プリント配線基板の研磨等では、無機質に比べて軽量性及び柔軟性のある有機質の繊維が好ましい。
【００１０】
本発明の好ましい形態では、多孔性弾性体２の外周上に補強層３が複数層で設けられ、それら補強層内の各繊維が互いに交差し合うような螺旋方向に設けられる。図６及び図７は、回転軸方向Ｘを真横にして見た研磨用砥石の平面図であり、そのような螺旋方向繊維を有する形態例での繊維方向を表した模式図である。
図６に示されるように、好ましい繊維方向は、砥石回転軸Ｘを基準にして対称な角度で互いに交わる２つの螺旋方向である。このように一定のピッチで規則的に交差する２つの螺旋方向繊維を設けることによって、高速回転時の遠心力による研磨用砥石の膨張（当該補強層ないし砥石層の回転半径の増大）を抑制することができる。
【００１１】
膨張防止効果を得るのに有効な巻き付け角度としては、砥石回転軸Ｘに対する角度のうち鋭角となる方の角度を基準として、２つの螺旋方向について一方を正の角度で、他方を負の角度で表すと、＋６０°〜＋８０°と、−６０°〜−８０°との組み合わせが好ましい。６０°よりも鋭角であると不均一な膨張が起こりやすくなり、また８０°よりも鈍角であると巻き付け作業にコストがかかる。上記膨張防止効果を得るのに特に有効な巻き付け角度は、図６に示されるように、約＋７５°と約−７５°の組み合わせである。このようにすることで、高速回転時（回転数２０００ｒｐｍ程度）に見られる砥石外周部分の膨張値を３０μm〜６０μmに抑えることができる。
【００１２】
図７は、上記２つの螺旋方向に加えて、砥石回転軸方向Ｘと平行な第３の繊維方向を有する形態を示す。この形態では、それら３つの繊維方向が、砥石軸方向Ｘを基準にして、それぞれ約＋７５°、約０°、約−７５°である。
砥石回転軸方向Ｘに平行な繊維方向として好ましい角度は、＋５°〜−５°であり、特に好ましいのは約０°である。そのように砥石回転軸方向Ｘの繊維を有する形態によれば、当該補強層の回転軸方向Ｘでの収縮を抑制することができる。すなわち、本発明のようにゴム層を使用する砥石製品では、そのゴム部分が時間経過と共に僅かながら収縮するため、これに起因して砥石本体の長手方向（研削幅方向）での収縮が見られる。このような場合に、砥石回転軸方向Ｘに並ぶ第３の繊維が、砥石本体の長手方向の収縮を抑制する効果をもたらす。
例えば、長さ６１０ｍｍの砥石は、その製造後約１ヶ月程で、長手方向が５ｍｍほど短くなり、約６０５ｍｍまで縮むことがある。このような場合においても、図７で示されるようにゴム層内に砥石回転軸方向Ｘと平行な繊維（角度０°の繊維方向）を加えることにより、その長手方向の収縮を１ｍｍ以下に抑えることができる（実施例２参照）。
以上説明したように、交差し合う少なくとも２つの螺旋方向繊維と回転軸方向繊維とで補強された砥石は、研磨用砥石として適正な形状を維持できる能力が高い。
【００１３】
本明細書において「繊維方向」とは、単一方向の繊維についてはその巻き付け角度を基準とし、また、横糸と縦糸を有するような網状の繊維についてはその機械的引張強度が最も高い方向を基準として決定される。
また、本明細書において「互いに交差する」螺旋方向とは、その中心線である回転軸方向を横にして２次元で見たときに（各螺旋方向を同一周面上に投影したとき）、交差していることを意味する。すなわち、単一方向の繊維を有する補強層が重層構造で設けられた場合のように、各繊維が僅かに異なる螺旋半径を有し、同一層内で物理的に接触していない交差も含まれる。
【００１４】
研磨層４に使用される材料は、研磨用砥石で一般に使用されるものでよい。
本発明に使用される砥粒は、一般的には、アルミナ系砥粒、炭化ケイ素系砥粒、ジルコニア系砥粒、ＣＢＮ砥粒、及びダイヤモンド砥粒の群から選択される１種類以上であり得る。その組合せは、研削等の条件及び被研磨材の材質に応じて適宜選択される。
本発明に使用される結合剤は、ビトリファイド、レジノイド、ＰＶＡ又はシリケート結合剤から適宜選択され得る。焼成又は硬化後の組成は、ビトリファイド結合剤の場合、気孔率は、１０〜５０％、望ましくは１５〜４５％であり、砥粒率は、３０〜５５％、望ましくは３５〜５０％である。レジノイド結合剤の場合、気孔率は０〜２０％、望ましくは０〜１０％であり、砥粒率は２０〜４５％、望ましくは２０〜４０％である。ＰＶＡ結合剤の場合、気孔率は、２０〜５０％、望ましくは３０〜５０％であり、砥粒率は２０〜４５％、望ましくは２０〜４０％である。マグネシア結合剤の場合、気孔率は、０〜２０％、望ましくは０〜１０％であり、砥粒率は、２０〜４０％、望ましくは２０〜４０％である。砥粒率が低いと研磨性が悪くなり、砥粒率が高いと目詰まりが発生するおそれがある。結合剤率は、１００％から気孔率及び砥粒率を引いた値である。結合剤の選定も砥石組成の決定も、研磨等の条件及び被研磨材の材質などに応じて適宜選択される。
【００１５】
図３は、研磨層４の形態例を示す。研磨層４は、単なるリング形状ように一体の研磨層では研磨面を追従できる柔軟性が得られない。そこで、研磨層４には、例えば、セグメント型砥石を複数貼り付けた形態、又は図３のように小さなブロック状砥石を多数貼り付けた形態が採用される。研磨層４には多種多様な形態が考えられるが、研磨層４の柔軟性を確保できる限り、特定の形態に限定されない。また、研磨層４は薄いゴムシート上に砥石片を設けて作製し、ゴムシートを補強層３の外周に巻き付けるようにして貼り付ける方法もある。
前記研磨層４の厚みは、ＣＢＮ砥粒若しくはダイヤモンド砥粒を使用する場合は０．５ｍｍ〜５ｍｍ、ＣＢＮ砥粒又はダイヤモンド砥粒以外の砥粒を使用する場合は３ｍｍ〜１５ｍｍが望ましい。
以下、本発明の実施例を比較例とともに説明するが、これらは本発明の構成を何ら限定する意図はない。
【００１６】
【実施例】
［実施例１］
研磨層材料
砥粒：緑色炭化珪素砥粒（ＧＣ砥粒）粒度６００番
結合剤：砥粒１００重量部に対して１３．７部の粉体フェノール樹脂
研磨層の作成手順
上記の混合材料を均一に混合した後、面積６０×２４０mm、厚み９mmの砥石板に冷間成型した。１７０℃で８時間かけて硬化させ、その後、成型した砥石板に繊維層を有したゴムシートを貼り付けた。ゴムシート上の研磨層部分を切断機で碁盤目状に切断し、多数の小片砥石ブロックを有する研磨層を作成した。同様の研磨層を複数枚作成した。
【００１７】
研磨用砥石の作成手順
穴径７６．２mmのフェノール樹脂積層管にスポンジ材を貼り付けて多孔質弾性層を設けた。
その上に、砥石層が貼り付けられた、内部がポリエステル繊維からなる補強層を有したゴムシートをスポンジ層の外周上に螺旋状に巻き付け及び接着し、研磨用砥石を作成した。
補強層に使用するポリエステル繊維の布材は、径２０μｍの繊維を複数束ねて０．８ｍｍ径とし、０．７ｍｍピッチで織り込んだものである。
その後、研磨層の仕上げ処理を行い、外径１５０mm、長さ６１０mm、穴径７６．２mmの研磨用砥石を完成させた。
【００１８】
［比較例］
比較例として、一般に販売されている研磨ベルト６５０×２０００mmを用意した。砥粒は、アルミナ系砥粒（Ａ砥粒）粒度６００番である。
【００１９】
上記実施例と比較例の砥石を用いて、下記の研磨実験を行った。
被研磨材としては、厚み０．６ｍｍ、寸法５１０×４０６ｍｍの銅箔付きガラスエポキシ樹脂を用いた。被研磨材には、次のようなテストパターンを設けた。図４に示されるように、一のテストパターンとして、３５ｍｍ角内に５ｍｍ間隔での０．３φ穴あけをデザインした。そして、そのようなパターンを、図５に示されるように６行×６列で計３６個を印刷した。スルーホールめっき後、スクリーン印刷機を用いて液状エポキシ樹脂でスルーホール穴の樹脂埋めを行い、１５０℃、２時間で硬化させ、被研磨材にテストパターンを作成した。
【００２０】
テストパターンが作成された被研磨材は、下記の各研磨条件で研磨された。それぞれの研磨後、テストパターン穴埋め樹脂の突起の除去にムラがあるを検査した。
実施例の研磨条件
砥石寸法：外径１５０ｍｍ×長さ６１０ｍｍ×穴径７６．２ｍｍ
研磨機械：プリント基板研磨機
砥石回転数：２０００ｒｐｍ
被研磨材送り速度：２ｍ／ｍｉｎ
オシュレーション：４７０ｃｐｍ
パス回数：１パス
比較例の研磨条件
研磨機械：ベルト研磨機
周速：５００ｍ／ｍｉｎ
被研磨材送り速度：２ｍ／ｍｉｎ
研磨圧：＋１．５〜２．０Ａ
パス回数：２パス
【００２１】
砥石を評価するために、穴埋め樹脂の除去についてムラが発生するまでの被研磨材の研磨枚数、及び砥石の研磨層が消耗しきるまでの研磨枚数を数えた。各研磨枚数を比較すると次のとおりである。

【００２２】
テスト結果から明らかなように、実施例の除去ムラ発生枚数は、比較例の研磨ベルトと比較して３倍であった。さらに実施例の砥石は、途中で除去ムラが発生しても、研磨面をドレスすれば再び研磨力が回復し、除去ムラ発生のない場合と同様の枚数まで研磨できた。これに対して、研磨ベルトでは、研磨層が一層であるから研磨ムラが発生したときに寿命となる。また、研磨層が消耗しきるまでの研磨枚数は、本実施例の砥石は３０００枚で、比較例と比べて３０倍であった。研磨ベルトでは、研磨ムラの発生後も研磨を続行するには新しい研磨ベルトと交換しなければならず、研磨ベルトの交換作業とある程度研磨ベルトの在庫が必要となる。したがって、本実施例と比較して研磨ベルトの生産効率は劣ることとなる。
【００２３】
［実施例２］
スポンジ層と砥石層との間に設けられる補強層として、繊維を有するゴムシートを下記の各角度で巻き付けることにより、２重の補強層又は３重の補強層を有する２種類の砥石が作製された。ゴムシートとしては、内部に０．７ｍｍピッチで一方向のポリエステル繊維列を有するものが使用された。他の製造条件は、上記実施例１に記載したのと同様である。
２重補強層を有する砥石：+７５°，−７５°
３重補強層を有する砥石：+７５°，０°，−７５°
【００２４】
長尺方向の経時変化テスト
研磨用砥石を常態雰囲気で１ヶ月放置した後、研磨用砥石の長手方向の寸法を測定した。作製された直後のテスト砥石は、両方共６１０mmの長さを有していたが、１ヶ月放置後、それら砥石は、２重補強層を有する砥石で６０５mmの長さ、３重補強層を有する砥石で６０９．５mmの長さになっていた。
このテスト結果から、上記のような寸法の砥石においては、補強層のゴムシート中に回転軸方向に平行（繊維方向０°）な繊維を設けると約０．５mm程度の収縮量となり、回転軸方向に平行な繊維を設けないと約５ｍｍの収縮量となるので、約４．５ｍｍの収縮防止効果あると分かった。
【００２５】
回転破壊テスト
上記の各研磨用砥石を製作直後に３５mm幅に切断し、回転破壊テスト（Ｎ＝２）を行った。回転破壊テスト結果から、２重補強層を有する砥石で８９５１ｒｐｍの回転破壊速度、３重補強層を有する砥石で９４７０ｒｐｍの回転破壊速度が示された。このように、３重補強層を有する砥石の回転破壊強度は、２重補強層を有する場合と比べて約２０％以上アップしている。また、それらの破壊形態を見ると、２重補強層を有する砥石では補強層部分が破壊されていたが、３重補強層を有する砥石ではスポンジ層が破壊されていた。これは、適切な角度で３つの繊維層が設けられた補強層によって、その補強層部分の強度がアップしたことを示す。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の研磨用砥石は、研磨ベルトと比較して研磨寿命が長く、板状の被研磨材、特にプリント配線基板の研磨及び仕上げ研磨に非常に有効である。よって、本発明は、高密度かつ高性能なプリント配線基板の製造に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に関する研磨用砥石の断面図である。
【図２】本実施形態に関する補強層周辺の拡大図である。
【図３】本実施形態に関する研磨用砥石の平面図である。
【図４】実施例の研磨テストで使用したテストパターンを示す模式図である。
【図５】図４のテストパターンの被研磨材への作成パターンを示す模式図である。
【図６】螺旋方向繊維を有する形態の繊維方向を示す模式図である。
【図７】螺旋方向に加えて回転軸方向繊維を有する形態の繊維方向を示す模式図である。
【符号の説明】
芯材 １
多孔性弾性体 ２
補強層 ３
繊維 ３ａ
ゴム層 ３ｂ
研磨層 ４
砥石回転軸方向 Ｘ

Claims (5)

1. 中空円筒状の芯材の外周に多孔性弾性体を設け、該多孔性弾性体の外周上に、繊維を有する補強層を設け、前記繊維は有機質繊維であり、該補強層の外周上に多数のブロック状砥石からなる研磨層を設け、前記補強層は、前記多孔性弾性体の外周上に固定されたゴム層と、該ゴム層の内部に設けられた繊維とからなり、該繊維が、砥石回転軸を中心とし互いに交差し合う少なくとも２つの螺旋方向に設けられたことを特徴とする研磨用砥石。
2. 前記補強層は、更に、砥石回転軸方向と平行な有機質繊維が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の研磨用砥石。
3. 前記繊維が３つの方向を持ち、該３つの方向が砥石回転軸方向に対してそれぞれ＋６０°〜＋８０°、＋５°〜−５°、−６０°〜−８０°の角度であることを特徴とする、請求項２に記載の研磨用砥石。
4. 前記繊維が３つの方向を持ち、該３つの方向が砥石回転軸方向に対してそれぞれ＋７５°、０°、−７５°の角度であることを特徴とする、請求項３に記載の研磨用砥石。
5. 前記有機質の繊維が、ポリエステル繊維、又はナイロン繊維からなる群より選択されることを特徴とする、請求項１ないし４いずれかに記載の研磨用砥石。

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