JP6292397B2 - 研磨パッド - Google Patents
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Description
また、上記特許文献1では、被研磨物の凸状曲面部分を研磨した際、研磨部材の当接した凸状曲面部分と、当接しなかった平面部分との境界が残ってしまい、仕上げ品位を低下させてしまうという問題もあった。
このような問題に鑑み、本発明は凸状曲面部分を有する被研磨物の凸状曲面部分を高精度に鏡面仕上げ研磨することが可能な研磨パッドを提供するものである。
また、上記環状凹研磨部を構成する弾性体の、初期荷重20g、歪み範囲1.0%、温度40℃、周波数60Hz、圧縮モードで測定した際の損失係数tanδが0.150〜0.420の範囲であってもよい。
さらに、上記環状凹研磨部表面に開孔が形成されていてもよい。
さらにまた上記環状凹研磨部は、被研磨物の上記凸状曲面部分より大径であり、上記被研磨物の頂点と上記環状凹研磨部の底点を接触させたとき、上記環状凹研磨部の厚み方向両端部に位置する環状突起は、被研磨物の凸状曲面部分に隣接する平面部分より離隔しており、上記被研磨物が上記環状凹研磨部に研磨時の押圧力によって沈み込み当該環状凹研磨部が変形することにより、上記環状突起が上記被研磨物における上記平面部分に密着するようにしてもよい。
そして、上記環状凹研磨部の厚み方向両端部に位置する環状突起には、少なくともいずれか一方の円周方向に沿って所定の間隔で切欠き部を配してもよい。
さらに、上記研磨パッドを構成する弾性体における圧縮応力の比(0.5mm圧縮時の圧縮応力/0.1mm圧縮時の圧縮応力)を8〜23.4の範囲にしたことにより、研磨パッドの回転による振動や被研磨物の表面に形成された凹凸によって環状凹研磨部の圧縮変形量が変動しても、安定した応力を被研磨物の凸状曲面部分に作用させることができ、研磨ムラや未研磨部の発生を抑えることができる。
そして環状凹研磨部表面に開孔が形成されているため、研磨液としてのスラリーを前記環状凹研磨部に保持できるので、安定した研磨効率を得ることができる。
さらにまた上記環状凹研磨部は、被研磨物の上記凸状曲面部分より大径であり、上記被研磨物の頂点と上記環状凹研磨部の底点とを接触させたとき、上記環状凹研磨部の厚み方向両端部に位置する環状突起は、被研磨物の凸状曲面部分に隣接する平面部分より離隔している。
この状態から上記被研磨物が上記環状凹研磨部に研磨時の押圧力によって沈み込み、当該環状凹研磨部が変形することで、上記環状突起が上記被研磨物における凸状曲面部分と隣接する平面部分に密着するようになっている。このような構造とすることにより、凸状曲面部分と平面部分との境界が残らず、高品位の被研磨物を得ることができる。
さらに、環状突起に切欠き部を配し、且つ、切欠き部の大きさ、形状、数、間隔を適宜調整することで、スラリーの給排液量の調整や研磨屑の排出促進、被研磨物の凸状曲面部分と平面部分との境界が残らないようにする調整等を行うことができる。
上記研磨装置2は、被研磨物1を保持する保持テーブル3と、本発明にかかる研磨パッド13を備えた研磨手段4と、上記研磨パッド13と被研磨物1との間にスラリーを供給するスラリー供給手段5とを備えている。
上記被研磨物1は、図1に示すように略長方形を有しており、この被研磨物1の外周縁には凸状曲面部分1aが形成されている。
上記凸状曲面部分1aは前工程において予め粗研削加工だけが行われているか、または未加工であることから、その表面には研削傷やバリなどの凹凸が形成されている。
なお、被研磨物1としては、その平面形状が例えば円形等のその他の形状を有したものであってもよく、また素材としては、金属、ガラス、プラスチック、セラミック、サファイヤ等が挙げられる。
上記研磨手段4は、それぞれ上記保持テーブル3に相対する位置に設けられた研磨治具11と、当該研磨治具11を上記被研磨物1の位置する方向に移動させる移動手段12とを備え、図示しない制御手段によって移動手段12が制御されるようになっている。
上記移動手段12は、図示しない駆動手段により研磨治具11が被研磨物1の外周縁に接触しながら外周縁沿いに移動するようになっている。
上記研磨治具11には円盤状の研磨パッド13が設置され、この研磨パッド13は軸方向が垂直に配置されるとともに、図示しない駆動手段によって例えば1000rpm〜6000rpmといった回転数で高速回転するようになっている。
なお、研磨パッド13の貫通孔の内側及び研磨パッド13と研磨治具11との間には、駆動手段の作動による振動を吸収するクッション材やばね等の振動吸収機構が配されていても良い。
これにより、図3のように上記研磨パッド13が被研磨物1の凸状曲面部分1aに押し当てられた際も、被研磨物1の変位が抑制され、被研磨物1が被研磨物13により安定に沈み込むことができ好ましい。
上記ばねについてはその付勢力を調整することで、対象となる被研磨物1の素材や必要とされる凸状曲面部分1aの加工精度に応じて適宜設定することがさらに好ましい。
また、本実施例では前記保持テーブル3により被研磨物1を水平に保持する手段を説明したが、これに限定されない。例えば、被研磨物1を水平方向と垂直に保持し、研磨冶具11が被研磨物1の外周縁に接触しながら外周縁沿いに移動させてもよく、また研磨冶具11を固定し、保持テーブル3を移動させることで被研磨物1を研磨してもよい。
また、上記研磨パッド13は弾力性を有した素材(弾性体)によって構成され、具体的には以下に述べる製造方法を使用して製造したポリウレタン樹脂を含浸させた不織布や、発泡ポリウレタンなどの素材によって構成されている。そしてこれらの素材によって構成することで、上記環状凹研磨部13aを構成する弾性体は連続気泡、および/或いは、独立気泡を有し、表面に微小な開孔が無数に形成されている。
上記研磨パッド13の直径は、研磨する被研磨物1に応じて35〜250mmとすることができ、またその厚さは、厚さが3.0〜30.0mmの被研磨物1を研磨することが可能な寸法となっている。
また、上記研磨パッド13の環状凹研磨部13aは被研磨物1の凸状曲面部分1aの形状に併せて形成されており、例えば半径1.5〜15.0mmの略断面半円状を有した凸状曲面部分1aを研磨することができる。
なお、上記被研磨物1の凸状曲面部分1aは必ずしも完全な半円状である必要はなく、環状凹研磨部13aはこの凸状曲面部分1aの形状に対応して、研磨時に圧縮変形することで適度な応力を与えられるような構造を有していればよい。
さらに本実施例では、上記環状突起13bの突出量を異ならせることができ、これにより上記凸状曲面部分1aに隣接した位置から1.0〜30.0mmの範囲で被研磨物1の平面部分1bも研磨することが可能となっている。
このため上記被研磨物1の凸状曲面部分1aの頂点と上記環状凹研磨部13aの底点とを接触させたとき、上記環状突起13bは、被研磨物1の上記凸状曲面部分1aに隣接する上記平面部分1bから離隔するようになっている。
なお、被研磨物1の凸状曲面部分1aが完全な半円状でない場合、例えば凸状曲面部分1aが2以上の凸部により形成されている場合、上記大径という語は、この凸状曲面部分1aの凸部個数に応じて所要の倍率で大きく形成した形状を有していることを意味している。
この状態から被研磨物1が環状凹研磨部13aに押し当てられると、被研磨物1は研磨パッド13の素材に対して沈み込み、図3(b)に示すように環状凹研磨部13aが変形して凸状曲面部分1aの形状に沿って密着するようになっている。
また環状凹研磨部13aが上記凸状曲面部分1aに密着すると、これに伴って上記環状突起13bが平面部分1bに接近して弱い応力で密着し、環状突起13bによって平面部分1bも凸状曲面部分1aより低い研磨量で研磨可能な状態となる。これによって、凸状曲面部分1aと平面部分1bとの境界が残らず、高品位の被研磨物1を得ることができる。
また、上記環状突起13bには面取り形状13cが形成されており、研磨を行う際、上記環状突起13bと環状突起13bとの間に被研磨物1が挿入されやすいようになっている。また、面取り形状13cの長さ、面取り角度、形状を適宜調整することで、被研磨物1の凸状曲面部分1aと平面部分1bとの境界が残らないようにする調整等を行うこともできる。
さらに、図4に示すように上記環状突起13bには所定の間隔で切欠き部13dが形成されており、上記スラリー供給手段5から供給されたスラリーを上記環状凹研磨部13aと被研磨物1との間に良好に供給するようになっている。
ここで、上記環状凹研磨部13bの表面には開孔が形成されていることから、供給されたスラリーはこの開孔によって保持されることとなり、当該スラリーによる良好な研磨性能も得ることができる。
なお上記環状突起13bについては、上下のうちいずれか一方だけを設けてもよく、また切欠き部13dについてもいずれか一方の環状突起13bについては省略してもよい。また、上記切欠き部13dの大きさは特に限定されず、形状についても特に限定されない。半円状や、略三角形、略四角形形状などの多角形であっても良い。数および間隔も特に限定されないが、6〜12箇所、環状突起13bを平面視した際に30〜60°間隔に形成することが好ましい。
上述のように、環状突起13bに設ける切欠き部13dの大きさ、形状、数、間隔を適宜調整することで、スラリーの供給量のみならず、排液量の調整や研磨屑の排出促進、被研磨物の凸状曲面部分1aと平面部分1bとの境界が残らないようにする調整等を行うこともできる。
上記研磨パッド13を構成する素材における、0.1mm圧縮時の圧縮応力を64〜128gf/cm2の範囲とし、かつ圧縮応力の比(0.5mm圧縮時の圧縮応力/0.1mm圧縮時の圧縮応力)を8〜23.4の範囲とする。
さらに、研磨パッド13を構成する素材における損失係数tanδを0.150〜0.390の範囲とし、特に上記損失係数tanδの範囲が初期荷重20g、歪み範囲1.0%、温度40℃、周波数60Hz、圧縮モードにおいて得られることがより好ましい。なお上記損失係数tanδとは、貯蔵弾性率(E’)および損失弾性率(E”)の比、E”/E’を示している。
まず、研磨パッド13を構成する素材における、0.1mm圧縮時の圧縮応力は64〜128gf/cm2 が好ましい。前述の数値範囲であれば、研磨パッド13に沈み込んだ被研磨物1の凸状曲面部分1aに適切な応力を作用させられるので、高精度な鏡面仕上げ研磨を行うことができる。
0.1mm圧縮時の圧縮応力が64gf/cm2より小さい場合、被研磨物に加わる応力が小さすぎるため、十分に研磨加工を行うことが出来ず研磨ムラとなり、128gf/cm2より大きい場合、研磨負荷が大きくなりスクラッチを発生させやすくなるため好ましくない。
また、圧縮応力の比(0.5mm圧縮時の圧縮応力/0.1mm圧縮時の圧縮応力)は8〜23.4が好ましい。被研磨物1の沈み込み量が変動しても、被研磨物1に対して安定して応力を作用させ続け、研磨ムラや未研磨部を低減することができる。
圧縮応力の比が8より小さいと微小な凹凸を研磨することが出来ず研磨ムラとなり、反対に23.4より大きいと安定した応力が被研磨物1に加わることが出来ず、研磨ムラが発生してしまう。
具体的に説明すると、研磨前の被研磨物1の凸状曲面部分1aには、前工程において予め粗研削加工だけが行われているか、または未加工であるため、その表面には研削痕やバリなどの微小な凹凸が残存しており、例えば0.4mm程度の表面粗さに仕上げられている。
研磨の際、研磨パッド13と被研磨物1とは相対的に移動していることから、上記凸状曲面部分1aの凹凸が研磨パッド13と被研磨物1との接触部分に差し掛かることで、被研磨物1の上記研磨パッド13の上記環状凹研磨部13bへの沈み込み量が変動する。
また、本実施例のように研磨パッド13を高速回転させると、駆動手段の作動等によって振動が大きくなるため、この振動によっても上記沈み込み量が変動することとなる。
このようにして凸状曲面部分1aの凹凸や振動によって沈み込み量が変動したとしても、本実施例の研磨パッド13の素材が上記性質を有していることから、被研磨物1に対して安定して応力を作用させ続けることができ、研磨ムラを低減するようになっている。
具体的に説明すると、研磨パッド13は被研磨物1が環状凹研磨部13aに沈みこむ方向に対して垂直な軸を中心に回転しているため、被研磨物1における凸状曲面部分1aの頂部が過剰に研磨される傾向にある。
そこで、上記損失係数tanδの範囲を設定することで、被研磨物1が研磨パッド13に沈みこむ際における、被研磨物1から受ける応力を適度に吸収させ、これにより凸状曲面部分1a全体が均一に研磨するようにしている。
これに対し、損失係数tanδが0.150より小さい場合、研磨パッド13が変位を吸収できず、凸状曲面部分1aの頂部が過剰に研磨され、頂部より離れた箇所では未研磨部が発生したり、また凸状曲面部分1a全域に均等に応力が加わらないため研磨ムラが発生することとなる。
一方、損失係数tanδが0.420より大きい場合、研磨パッド13の粘性が大きくなり、研磨砥粒が研磨パッド13内に埋まり込みやすくなり、研削力が低下するため好ましくない。
そして、本実施例では、特に実際の研磨加工部の研磨熱温度、すなわち40℃において損失係数tanδの範囲を上記範囲とすることで、実際の研磨加工時における良好な研磨性能を得ることができる。
以下、上記発明品1〜3および比較品1、2を得るための手順について説明する。
まず、第1成分のプレポリマとして、2,4−TDIと数平均分子量約1000のPTMGを反応させることで得られたイソシアネート基含有ウレタンプレポリマ(288質量部)を50℃に加熱し減圧下で脱泡した。このプレポリマでは、イソシアネート含有量が7.7%であった。
また第2成分は、粗製MOCA(50質量部)、数平均分子量約1000のPTMG(50質量部)、水(0.52質量部)、触媒(0.3質量部)、シリコン系界面活性剤(0.3質量部)をそれぞれ添加し、50℃で攪拌混合した後、減圧下で脱泡した。
そして、これら第1成分:第2成分を質量比で100:43の割合で混合機に36kg/minの流量で供給し、併せて混合機の攪拌ローターに設けられたノズルより、空気を35L/minの流量で供給した。
続いて、得られた混合液を型枠(890mm×890mm)に注型し、硬化させた後、形成されたポリウレタン樹脂発泡体を枠から抜き出した。
最後に、この発泡体を9.0mmの厚さにスライスしてウレタンシートを作製し、これを外径40.0mmの円盤状に切り出すとともにその側面に半径3.5mmの半円状の環状凹研磨部13aを設け、環状凹研磨部13aに対応する上下2カ所の環状突起13bに半径2.5mmの半円状の切欠き部13dを平面視にして60°間隔、即ち各6カ所ずつ設け、また円盤中央部に研磨治具11に固定するための貫通孔を設けることで上記形状の研磨パッド13を得た。なお、切欠き部13dは環状突起13bの厚み方向上下とも平面視にて同じ位置に設けた。
まず、100%モジュラスが6MPaであるポリエーテル系ポリウレタン樹脂を30質量%含むDMF溶液53質量部に、更に溶媒としてDMF47質量部を加えた樹脂溶液を調製した。
なお、モジュラスとは、樹脂の反発力を表す指標であり、無発泡の樹脂シートを100%伸ばしたとき(元の長さの2倍に伸ばしたとき)に掛かる荷重を伸長前の断面積で割った値を100%モジュラスと呼ぶ。この値が高い程、変形しにくい樹脂である事を意味する。
一方で、シート状の繊維基材を準備し、当該繊維基材は、繊維材料がPETである不織布であり、繊度及び繊維長が2.2dtex×51mm、3.3dtex×51mmの質量比1:2の混合物で、厚さが12mm、目付けは1500g/m2であった。
続いて、上記調整した樹脂溶液に上記繊維基材を浸漬した後、1対のローラ間を加圧可能なマングルローラを用いて樹脂溶液を絞り落として、繊維基材に樹脂溶液を略均一に含浸させた。
さらに、上記樹脂溶液を含浸した繊維基材を室温の水からなる凝固液中に浸漬して、ポリエーテル系ポリウレタン樹脂を凝固再生させて前駆体シートを得、当該前駆体シートを凝固液から取り出して水からなる洗浄液に浸漬してDMFを除去するとともに、さらに乾燥させてから表面のスキン層をスライスにより除去し、厚さ9.0mmの研磨パッド用シートを得た。次いでこれを外径40.0mmの円盤状に切り出すとともにその側面に半径3.5mmの半円状の環状凹研磨部13aを設け、環状凹研磨部13aに対応する2カ所の環状突起13bに半径2.5mmの半円状の切欠き部13dを平面視にして60°間隔、即ち各6カ所ずつ設け、また円盤中央部に研磨治具11に固定するための貫通孔を設けることで、上記形状の研磨パッド13を得た。なお、切欠き部13dは環状突起13bの厚み方向上下とも平面視にて同じ位置に設けた。
また比較品2は、樹脂の100%モジュラスを34MPaに変更した以外、発明品2と同様の方法で研磨パッド13を得た。
そして、加圧板が試験片に0.1mm沈みこんだ際と、0.5mm沈み込んだ際とにおける圧縮応力を求め、さらに算出した圧縮応力から圧縮応力の比(0.5mm圧縮時の圧縮応力/0.1mm圧縮時の圧縮応力)を算出した。
その結果、発明品1における0.1mm圧縮時の圧縮応力は64gf/cm2であり、圧縮応力の比(0.5mm圧縮時の圧縮応力/0.1mm圧縮時の圧縮応力)は8.0であった。
発明品2における0.1mm圧縮時の圧縮応力は104gf/cm2であり、圧縮応力の比(0.5mm圧縮時の圧縮応力/0.1mm圧縮時の圧縮応力)は17.7であった。
発明品3における0.1mm圧縮時の圧縮応力は128gf/cm2であり、圧縮応力の比(0.5mm圧縮時の圧縮応力/0.1mm圧縮時の圧縮応力)は23.4であった。
比較品1における0.1mm圧縮時の圧縮応力は39gf/cm2であり、圧縮応力の比(0.5mm圧縮時の圧縮応力/0.1mm圧縮時の圧縮応力)は4.8であった。
比較品2における0.1mm圧縮時の圧縮応力は192gf/cm2であり、圧縮応力の比(0.5mm圧縮時の圧縮応力/0.1mm圧縮時の圧縮応力)は32.1であった。
具体的には、発明品および比較品の研磨パッド13から5mm×5mmの試験片を採取し、この試験片を動的粘弾性測定装置を使用して、初期荷重20g、歪範囲1.0%、温度40℃での周波数1〜70Hz範囲において徐々に周波数を変化させたときの貯蔵弾性率E’および損失弾性率E”を圧縮モードにより測定し、さらにこれらの値から60Hz時の損失係数tanδを算出した。
上記設定した周波数については、研磨パッド13の回転数(3000rpm)に対応して60Hzとした。
その結果、発明品1の損失係数tanδは0.390、発明品2は0.153、発明品3は0.169であった。
これに対し、比較品1の損失係数tanδは0.262、比較品2は0.147であった。
被研磨物1としては外周に研削された曲面を有するステンレス板を用い、スラリーとしてpH10の100%アルミナスラリーを90cc/minの流量で被研磨物1と研磨パッド13との間に供給するとともに、上記研磨パッド13を回転数3000rpmで回転させながら、被研磨物1の外周を80mm/分の速度で移動させ研磨を行った。なお、研磨中は常時研磨パッド13を被研磨物に0.1mm程度沈みこませ研磨を行った。
そして、研磨が終了した被研磨物1について、研磨ムラについて目視による確認を行った。具体的には、光沢度合いが被研磨物1の被研磨面上の場所により差がない場合を○とし、光沢度が場所により違いが見えた場合に×と評価した。
その結果、発明品1〜3については評価が〇であり、比較品1、2については評価が×となる結果が得られた。
一方、スクラッチについては、研磨後の被研磨物1に対して目視にて確認した。線状のキズが1つも確認されなかった場合を○、1つ以上確認された場合を×と評価した。
また、未研磨部の有無については、被研磨物1における凸状曲面部分1aと平面部分1bとの境界近傍において、研磨出来ずに霞がかかったように見える部分を未研磨部として目視による確認を行い、未研磨部を確認できなかったものを「なし」、確認されたものを「あり」とした。
その結果、発明品1〜3については研磨ムラ、スクラッチ、未研磨部についての評価が〇および「なし」の良好な結果であり、これに対し比較品1は研磨ムラおよびスクラッチについての評価が〇であったものの、未研磨部についての評価が「あり」であり、比較品2については研磨ムラ、スクラッチ、未研磨部についての評価がともに×および「あり」となる不良な結果が得られた。
2 研磨装置 13 研磨パッド
13a 環状凹研磨部 13b 環状突起
13d 切欠き部
Claims (5)
- 凸状曲面部分を有する被研磨物の前記凸状曲面部分を研磨するための研磨パッドであって、円盤状で厚みを有する弾性体の側面に、該円盤の円の中心を軸に円周方向に回転駆動させながら被研磨物の凸状曲面部分と接触させる環状凹研磨部を配し、該環状凹研磨部を構成する弾性体を12mm×12mm×15mmの大きさで切り出した試験片を、圧縮方向が15mmとなるよう設置し、当該試験片に対して直径20mmの円形状の加圧板を0.1mm/minの速さで、0〜8000gf/cm 2 の荷重を加えたときの0.1mm圧縮時の圧縮応力が64〜128gf/cm2の範囲、かつ圧縮応力の比(0.5mm圧縮時の圧縮応力/0.1mm圧縮時の圧縮応力)が8〜23.4の範囲であることを特徴とする研磨パッド。
- 上記環状凹研磨部を構成する弾性体の、初期荷重20g、歪み範囲1.0%、温度40℃、周波数60Hz、圧縮モードで測定した際の損失係数tanδが0.150〜0.420の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の研磨パッド。
- 上記環状凹研磨部表面に開孔が形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の研磨パッド。
- 上記環状凹研磨部は、被研磨物の上記凸状曲面部分より大径であり、上記被研磨物の頂点と上記環状凹研磨部の底点を接触させたとき、上記環状凹研磨部の厚み方向両端部に位置する環状突起は、被研磨物の凸状曲面部分に隣接する平面部分より離隔しており、
上記被研磨物が上記環状凹研磨部に研磨時の押圧力によって沈み込み当該環状凹研磨部が変形することにより、上記環状突起が上記被研磨物における上記平面部分に密着することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の研磨パッド。 - 上記環状凹研磨部の厚み方向両端部に位置する環状突起には、少なくともいずれか一方の円周方向に沿って所定の間隔で切欠き部を配することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の研磨パッド。
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