JP5051616B2

JP5051616B2 - 研磨材およびそれを用いた板ガラスの研磨方法

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Publication number: JP5051616B2
Application number: JP2007167584A
Authority: JP
Inventors: 和成川村; 稔政藤川
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2027-06-26
Also published as: JP2009007186A

Description

本発明は、板ガラス、特にディスプレイ用板ガラスを研磨するための研磨材、およびその研磨材を用いた研磨方法に関する。

板ガラスのなかでもディスプレイ用板ガラスは高い表面平滑性が求められ、近年、その要求は日増しに厳しくなっている。一般に、フロート法によって製造した板ガラスは、比較的良好な表面平滑性を有することで知られるが、そのような板ガラスであっても、表面平滑性が不十分である。そこで、製造された板ガラスは、研磨工程を経て、さらなる表面精度向上が図られている。

板ガラス表面を仕上げるための研磨材粒子として、一般に酸化セリウム系研磨材粒子が用いられており、通常、該酸化セリウム系研磨材粒子は水で混練して研磨材スラリーとして使用されている。近年、ディスプレイ用板ガラスの需要が増加するにともない、酸化セリウム系研磨材の使用量も増大している。

ところで、酸化セリウムは、ガラス製品の原料として用いられることがあり、研磨工程後の酸化セリウム系研磨材を含む研磨スラッジを乾燥した後、他のガラス原料と混合して使用することが可能である。そうすることにより、酸化セリウム系研磨材の使用量が増大するなか、環境に悪影響を及ぼさずに再利用し、ガラス原料費および廃棄物処理費等の削減が図られている。

しかしながら、研磨材粒子として従来から使用されている酸化セリウムは、天然の鉱石をそのまま使用しているため、不可避的に様々な不純物元素が混入している。したがって、このような研磨材粒子を用いて得られる研磨スラッジをガラス原料と混合して溶融すると、燃焼排ガスの中にフッ素などの排ガス処理で除去することが困難な物質の量が多くなり、環境面から好ましくない。そこで、研磨材粒子として、炭酸セリウムまたは蓚酸セリウムを焼成して得られる高純度の酸化セリウムを使用するようになってきた。

例えば、特許文献１では、酸化セリウムの含有率が９５質量％以上で塩素の含有率が０．２質量％以下、フッ素の含有率が０．２質量％以下、ハロゲンの総含有率が０．２質量％以下である研磨材が提案されている。

また、特許文献２では、酸化セリウムの凝集を防止するため、酸化セリウムを含む希土類酸化物を主成分とする研磨材においてフッ素化合物や有機系分散剤を含有することを特徴とする板ガラス用研磨材が提案されている。
特開２００３−２１２６０１号公報特開平６−３３００２５号公報

特許文献１のように、高純度の酸化セリウムを研磨材スラリーとして使用すると、板ガラス研磨時に５０〜８００μｍの大きさの研磨材異物が板ガラス表面に付着したり、板ガラス表面に不当な研磨傷が残るという問題が発生する。これは、研磨材スラリー中における酸化セリウム粒子の凝集が原因であり、特に５０μｍ程度の大きさの研磨材異物は研磨後の洗浄では除去することが困難であることがわかっている。

特許文献２に記載の方法では、研磨工程後に得られる研磨スラッジにフッ素化合物が多く混入しており、前述のようにガラス原料として利用するには環境の面から不適切である。また、有機系分散剤を含有する研磨材スラリーを使用すると、研磨工程後の洗浄水による板ガラス洗浄工程では、板ガラス表面に残留する有機系分散剤を完全に除去することが困難である。板ガラス表面に残留した有機系分散剤は、ディスプレイ製造時における加熱工程で炭化して導電性物質の残留物となり、例えば、プラズマディスプレイパネル最終製品においては、該残留物が原因で絶縁破壊不良が発生する虞がある。そのため有機系分散剤を洗浄するために特別な洗浄工程が必要であった。

したがって、本発明は、研磨時における異物や不当な研磨傷などの研磨不良を抑制でき、かつ研磨工程後の研磨スラッジをガラス原料、例えばブラウン管のパネルガラスの原料などとしてリサイクル可能である研磨材、および該研磨材を用いた板ガラスの研磨方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、鋭意検討を行った結果、高純度の酸化セリウムを含む研磨材において、分散剤として特定の非有機系分散剤を用いることにより、前記課題を解決できることを見出し、本発明として提案するものである。

すなわち、本発明の研磨材は、酸化セリウムを含む研磨材粒子１００質量部に対して、分散剤としてアルカリ土類金属塩から選択した少なくとも１種を０．２〜２質量部配合してなり、研磨材粒子中の酸化セリウムの含有量が９０質量％以上であることを特徴とする。

本発明によれば、ガラス原料として利用可能な高純度の酸化セリウム、および同じくガラス原料として利用可能なアルカリ土類金属の硫酸塩を分散剤として使用するので、研磨工程後に得られる研磨スラッジを水分除去後、他のガラス原料と混合して再利用することが可能となる。

また、アルカリ土類金属の硫酸塩は研磨材粒子の分散と流動化を促進するため、アルカリ土類金属の硫酸塩を添加すれば凝集物が発生しにくく、本発明の研磨材を研磨材スラリーとして使用した場合に、研磨材スラリー配管の詰まりが解消し、研磨時に板ガラス表面に付着する５０〜８００μｍの研磨材異物の発生を著しく減少させることができる。また、研磨材スラリーにおいて研磨材粒子が沈殿しにくいため、高濃度のスラリーとすることができ、研磨効率を向上させることができる。

さらに、分散剤が無機化合物であるため、高速研磨において研磨パッドとガラスとの摩擦による発熱により分散剤の変質が起きず、熱劣化しない。また、仮に板ガラス表面に極微量の研磨材残渣が付着し、ディスプレイ製造時における加熱工程で高温下に晒されても、有機質系分散剤のように炭化しないため、導電性物質のコンタミとはならない。よって、研磨材残渣を原因とするプラズマディスプレイパネル最終製品の絶縁破壊不良は起こりにくい。

第二に、本発明の研磨材は、分散剤が、硫酸バリウム、硫酸バリウムと硫酸カルシウムの混合物、硫酸バリウムとホウ酸カルシウムの混合物、および硫酸バリウムと硫酸ストロンチウムの混合物から選択された少なくとも１種であることを特徴とする。

第三に、本発明の研磨材は、研磨材粒子が実質的にフッ素を含まないことを特徴とする。前述したように、研磨材中に不純物としてフッ素を含有していると、研磨工程後の研磨スラッジを他のガラス原料と混合して溶融した場合、発生するフッ素ガスを排ガス処理で除去することが困難となる。本発明では、研磨材粒子が実質的にフッ素を含まない構成とすることにより、燃焼排ガス中にフッ素がほとんど含まれなくなるため、環境面から好ましい。なお、「実質的にフッ素を含まない」とは、研磨材粒子中のフッ素の含有量が０．１質量％未満であることをいう。

第四に、本発明の研磨材は、ディスプレイ用板ガラスの研磨に用いられることを特徴とする。

第五に、本発明は、板ガラス表面を研磨する方法であって、上記した研磨材を用いることを特徴とする板ガラスの研磨方法に関する。

本発明の研磨材は、酸化セリウムを含む研磨材粒子にアルカリ土類金属塩から選択した少なくとも１種を分散剤として特定量配合してなるものである。

本発明において、研磨材粒子における酸化セリウムの含有量は９０質量％以上であり、９５質量％以上であることが好ましく、９９質量％以上であることがより好ましい。酸化セリウムの含有量が９０質量％未満であると、研磨力に劣る傾向があり、また前述したように、研磨材として使用した後に研磨スラッジを他のガラス原料と混合して溶融すると、燃焼排ガスの中にフッ素などの排ガス処理で除去することが困難な物質の量が多くなるため、環境面から好ましくない。

研磨材粒子に含まれる不純物のうち、特にフッ素の含有量は、環境面から０．２％以下であることが好ましく、実質的に含有しないことがより好ましい。

本発明の研磨材を研磨材スラリーとして使用する場合、研磨材スラリー中の研磨材粒子の含有量は０．１〜３０質量％であることが好ましく、０．５〜１０質量％であることがより好ましく、１〜５質量％であることがさらに好ましい。研磨材粒子の含有量が０．１質量％未満であると、充分な研磨効果が得られにくい。一方、研磨材粒子の含有量が３０質量％を超えると、研磨材粒子が凝集し、ガラス表面において不当な研磨傷が発生しやすくなる。

本発明における分散剤としては、アルカリ土類金属塩が用いられる。具体的には、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸ストロンチウムなどの硫酸塩；ホウ酸カルシウム、ホウ酸バリウムなどのホウ酸塩；塩化カルシウム、塩化バリウムなどの塩化物などが挙げられる。なかでも、研磨材粒子の分散効果が大きく、研磨不良を抑制する効果が大きい点から硫酸バリウム、硫酸バリウムと硫酸カルシウムの混合物、硫酸バリウムとホウ酸カルシウムの混合物、および硫酸バリウムと硫酸ストロンチウムの混合物から選択された少なくとも１種を用いることが好ましい。

分散剤の含有量は、研磨材粒子１００質量部に対して０．２〜２質量部であり、０．４〜１質量部であることが好ましく、０．４〜０．６質量部であることがより好ましい。分散剤の含有量が０．２質量部未満であると、研磨材粒子分散の効果が得られず、研磨材粒子が凝集し、ガラス表面において不当な研磨傷が発生しやすくなる。分散剤の含有量が２質量部を超えると、分散剤が研磨材粒子の表面を覆いやすく、研磨効果が低下する傾向がある。

本発明の研磨材においては、分散剤のほかに必要に応じて、増粘剤、ｐＨ調整剤などの添加剤を適宜添加することができる。

なお、本発明の研磨材を用いて板ガラスの研磨を行うための研磨装置としては、研磨装置の基盤上面を滑りながら移動するコンベアベルト上に載置された板ガラス上面を、回転する上部研磨定盤によって研磨する研磨機が挙げられる。上部研磨定盤は６００〜８００ｍｍの直径を有し、下面には発泡ウレタン樹脂製の研磨パッドを貼りつけ、研磨荷重を与えるエアーシリンダーを介して回転自在に懸垂されている。研磨材は上部研磨定盤中央部から研磨パッド下面に供給される。研磨速度はコンベアベルトの移動速度によって適宜調整される。

研磨条件としては、研磨荷重０．２〜０．４ＭＰａ、上部研磨定盤の回転数２０〜６０ｒｐｍ、研磨速度１〜３ｍ／分の範囲で適宜調整される。なお、板ガラスの研磨速度が１０ｍ／分を超えるような高速研磨を実施することも可能であり、その場合には高濃度の研磨材を用いることが効果的である。

次に、本発明を実施例を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例２〜３、及び参考例１、４、５）
炭酸セリウムまたは蓚酸セリウムを焼成して得た高純度の酸化セリウム（酸化セリウム含有量：９９質量％、平均粒径３．７μｍ）に、表１に示すように、分散剤として、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、ホウ酸カルシウム、硫酸ストロンチウムの少なくとも１種のアルカリ土類金属塩を添加し、水を加えて研磨材スラリーとした。硫酸バリウムと、硫酸カルシウム、ホウ酸カルシウムまたは硫酸ストロンチウムの混合物については、質量比１：１の混合物として用いた。

具体的には、研磨材粒子１００質量部に対して、前記４種類のアルカリ土類金属塩の少なくとも１種を分散剤として０．２〜２質量部の範囲で混合し、さらに水を分散媒として添加し、１．２質量％のスラリーとした。なお、水は、まず研磨材スラリーの４０質量％に相当する量を加えて一旦ペースト状に混練してから、さらに水を追加して最終濃度となるように調整した。

得られた研磨材スラリーを用いて板ガラスの研磨を行い研磨不良発生率の判定を行った。研磨不良発生率は、研磨工程の後、所定の端面加工、洗浄、外観検査を終了したガラス板において、研磨材異物不良の発生したガラス板の枚数の割合を％表示したものである。結果を表１に示す。

なお、研磨装置としては、研磨装置の基盤上面を滑りながら移動するコンベアベルト上に載置された板ガラス上面を、回転する上部研磨定盤によって研磨する研磨機を用いた。上部研磨定盤の直径は６００ｍｍであり、下面には発泡ウレタン樹脂製の研磨パッドを貼りつけ、研磨荷重を与えるエアーシリンダーを介して回転自在に懸垂されていた。研磨材スラリーは上部研磨定盤中央部から研磨パッド下面に供給した。

研磨条件としては、研磨荷重０．２５ＭＰａ、上部研磨定盤の回転数４０ｒｐｍ、研磨速度１．８ｍ／分とした。

（比較例１および２）
分散剤を配合しない、または分散剤の配合量を研磨材粒子１００質量部に対して２．２質量部とした以外は、実施例１〜５と同様にして研磨材スラリーを作製した。得られた研磨材スラリーを用いて板ガラスの研磨を行い、研磨不良発生率の判定を行った。結果を表１に示す。

表１から明らかなように、研磨材粒子１００質量部に対して、アルカリ土類金属塩を分散剤として０．２〜２．０質量部配合した実施例２〜３、及び参考例１、４、５の研磨材は、凝集物が発生しにくく、研磨不良発生率は概ね１５％以下と抑制できることがわかる。特に、分散剤として硫酸バリウムを用いた場合、その他の分散剤と比較して研磨不良を低く抑えることができることがわかる。また、研磨材粒子１００質量部に対して、分散剤を０．５質量部配合した場合に最も研磨不良発生率の抑制効果が大きかった。

一方、分散剤を配合しなかった比較例１では研磨不良発生率が２５〜３０％、研磨材粒子１００質量部に対して、分散剤を２．２質量部配合した比較例２では研磨不良発生率が２３〜２５％と研磨性能に劣ったものとなった。

本発明の研磨材およびそれを用いた研磨方法は、板ガラス、特にアクティブマトリクス型ＬＣＤ、液晶表示素子基板、カラーフィルター基板などのディスプレイ用板ガラスの表面研磨に好適である。

Claims

酸化セリウムを含む研磨材粒子１００質量部に対して、分散剤としてアルカリ土類金属の硫酸塩から選択した少なくとも１種を０．４〜０．６質量部配合してなる研磨材であって、研磨材粒子中の酸化セリウムの含有量が９５質量％以上であることを特徴とする研磨材。
分散剤が、硫酸バリウム、硫酸バリウムと硫酸カルシウムの混合物、硫酸バリウムとホウ酸カルシウムの混合物、および硫酸バリウムと硫酸ストロンチウムの混合物から選択された少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の研磨材。
研磨材粒子が実質的にフッ素を含まないことを特徴とする請求項１または２に記載の研磨材。
ディスプレイ用板ガラスの研磨に用いられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の研磨材。
板ガラス表面を研磨する方法であって、請求項１〜４のいずれかに記載の研磨材を用いることを特徴とする板ガラスの研磨方法。