JP6981682B2 - 立体構造砥石とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、立体構造砥石とその製造方法に関する。

被研磨体又は被研削体（以下、被研磨・研削体）を研磨又は研削（以下、研磨・研削）するために研磨シート又は研削シート（以下、単に研磨・研削シート）が使用されている。研磨・研削シートは、シート状の基材と、基材に固着された砥粒とから構成される。

研磨・研削シートの性能は、砥粒の性状に大きく左右される。研磨・研削シートの性能を充分に発揮させるためには基材に砥粒がどのような配列で固着されているかという点が重要な因子となる。

特に、被研磨・研削体を精密に研磨・研削するためには、砥粒が凝集した状態で基板に固着されたような砥粒の配列は好ましくない。砥粒の凝集があると、研磨・研削シートの表面粗さが不揃いになり、被研磨・研削体の表面に傷が発生するような好ましくない研磨・研削しか達成できないからである。

そこで、砥粒の粒径を極力均一なものとして、かつ砥粒が単一の層で固着された砥石が考案されている（特許文献１）。

しかし、この研磨・研削シートは、砥粒の層が単層であるため、寿命が短いという欠点がある。この欠点を補うため、砥粒層を複数層として、砥粒間に気孔を配置し切粉の逃げ場所を構成した砥石が考案されている（特許文献２）。特許文献２に記載の砥粒シートは、複数の砥粒層有し、チップポケットとして働く気孔の気孔率（砥粒層中の気孔の容積比率）は、３〜４０％である。

特開昭６０−８０５６２号公報 特開２００２−１６６３７０号公報

発明が解決しようとしている課題

特許文献２に記載の砥粒シートは、３〜４０％の気孔率を有する。しかしながら、研磨・研削性能を向上するためには、チップポケットをより大きくする必要がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、チップポケットがより大きく、更に、砥粒が複数層に配置された砥石とその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の立体構造砥石は、
複数のシートから構成される立体構造体と、
前記複数のシートに固定され、前記立体構造体の厚さ方向に複数層に配置された複数の砥粒と、から構成される立体構造砥石であって、
前記シートが構成する壁は、前記立体構造体の研磨面に対して、垂直方向に延在し、
前記複数の砥粒は、各前記シートの前記研磨面を構成する辺に所定の角度で交差する互いに平行な仮想線上に配置されており、
前記立体構造体は、前記複数のシートの間にチップポケットとして機能する貫通孔を有する。
上記目的を達成するため、本発明の第２の立体構造砥石は、
複数のシートから構成される立体構造体と、
前記複数のシートに固定され、前記立体構造体の厚さ方向に複数層に配置された複数の砥粒と、から構成される立体構造砥石であって、
前記シートが構成する壁は、前記立体構造体の研磨面に対して、垂直方向に延在し、
前記複数の砥粒は、各前記シートに等間隔で配置されており、
前記立体構造体は、前記複数のシートの間にチップポケットとして機能する貫通孔を有する。

前記立体構造体は、例えば、前記複数のシートから構成されたハニカム構造体から構成され、
各前記シートには、複数の開口部が等間隔に形成され、該開口部に前記砥粒が配置されている。

前記シート上の前記砥粒の配置間隔は、例えば、前記砥粒の平均粒径の２〜５０倍である。

前記シートは、例えば、厚みは１０〜１０００μｍで、樹脂、紙、金属、布のいずれかから構成される。

前記立体構造体の前記貫通孔は、例えば、１〜２０ｍｍの径を有する。

上記目的を達成するため、本発明の第１の立体構造砥石の製造方法は、
複数のシートのそれぞれの、研磨面を構成する辺に所定の角度で交差する互いに平行な仮想線上に砥粒を配置し、
前記砥粒が配置された前記複数のシートから、前記複数のシートの間にチップポケットとして機能する貫通孔を有する立体構造体を形成し、
前記シートが構成する壁は、前記立体構造体の前記研磨面に対して、垂直方向に延在する。

上記目的を達成するため、本発明の第２の立体構造砥石の製造方法は、
ｎを３以上の奇数、ｉを１以上（ｎ−１）／２以下の自然数とし、
ｎ枚のシートそれぞれに研磨面を構成する辺に所定の角度で交差する互いに平行な仮想線上に砥粒を配置する工程と、
（２・ｉ−１）枚目の前記シートと２・ｉ枚目の前記シートの間を所定間隔で互いに平行な第１のストライプで接着し、（２・ｉ）枚目の前記シートと（２・ｉ＋１）枚目の前記シートの間を所定間隔で互いに平行で且つ隣接する２つの第１のストライプの間に位置する第２のストライプで接着することで、前記砥粒が配置されたｎ枚の前記シートを積層する工程と、
第１の前記シートと第ｎの前記シートとを引き離すように引っ張ることにより、前記シートの間に貫通孔を有するハニカム構造を有する立体構造体を形成する工程と、
を備え、
前記シートが構成する壁は、前記立体構造体の前記研磨面に対して、垂直方向に延在する。

前記シートに砥粒を配置する工程は、例えば、
各前記シートに、前記砥粒の平均粒径の１／４〜３／４の大きさの開口部を、前記砥粒の平均粒径の２〜５０倍の間隔で等間隔に形成する工程と、
複数の前記開口部に砥粒を配置する工程と、
を備える。

本発明の立体構造砥石によれば、立体構造体に砥粒が配置されているので、砥粒を複数層に配置することが可能となる。また、立体構造体をシートから構成することにより、シート間の部分をチップポケットとして機能させることができ、チップポケットの開口率の大きい砥石が得られる。
また、本発明の立体構造砥石の製造方法によれば、上記効果を得られる立体構造砥石を製造することができる。

本発明の実施の形態に係る立体構造砥石を示す図である。 図１に示す立体構造砥石の研磨・研削面の図である。 図１に示す立体構造砥石の基材を構成するシートの配置構造を示す図である。 図１に示す立体構造砥石の基材のハニカム構造の中空部の径を説明するための図である。 図３に示すシートの構造を示す図である。 図３に示すシート上の砥粒の配置を例示する図である。 図６に示すシートに固定された砥粒を例示する図である。 図１に示す立体構造砥石の製造工程を説明するための図であり、接着代が形成されたシートを例示する平面図である。 図１に示す立体構造砥石の製造工程を説明するための図であり、積層されたシートからハニカム構造を形成する工程を例示する図である。 図９に示す工程により形成されたハニカム構造体を例示する図である。 周囲に枠体を配置した立体構造砥石の平面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る立体構造砥石とその製造方法を説明する。
図１に示すように、本実施の形態に係る立体構造砥石１は、被研磨体又は被研削体（以下、被研磨・研削体）を研磨又は研削（以下、研磨・研削）するためのものである。立体構造砥石１は、立体的な構造を有し、研磨面又は研削面（以下、研磨・研削面）１ａを任意の被研磨・研削体１００に押し当てて、被研磨・研削体１００を研磨・研削する。被研磨・研削体１００は、磁気ディスク基板、シリコンウェーハ、表示装置用ガラス基板やレンズ等の各種被研磨・研削体、機械部品等任意である。尚、図１では、被研磨・研削体１００を球体で例示している。

立体構造砥石１は、ハニカム構造を有する基材２と基材２に固定された複数の砥粒（図１には図示せず）とから構成される。ハニカム構造を有する基材２は、立体構造体の一例である。

基材２は、ハニカム構造を有するハニカム構造体から構成され、その壁は、研磨面又は研削面１ａに垂直方向に延在する。なお、研磨・研削面１ａをＸ−Ｙ面、垂直方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系を設定し、適宜参照する。図２に示すように、この壁に砥粒１１が複数個固定されている。砥粒１１は、Ｚ方向、即ち、研磨・研削面１ａに垂直な方向に複数層配置されている。

基材２は、図３に模式的に示すように、複数のシート２１の組み合わせから構成され、全体として、ハニカム構造を有する。各シート２１がハニカム構造の壁として機能する。ハニカム構造の中空部２１ａは、基材２の一面（研磨・研削面１ａ）から他面に至る貫通孔を構成している。ハニカム構造の中空部２１ａの径Ｄは１〜２０ｍｍに設定される。なお、ハニカム構造の中空部２１ａの径Ｄは、図４に例示するように、ハニカム構造を構成する多角形の外接円４１の直径Ｄを言うものとする。また、基材２の高さＴは、例えば、１〜３０ｍｍである。なお、図４は、ハニカム構造の多角形が正６角形の例を示している。

個々のシート２１は、例えば、図５に示すように、折り曲げ整形されている。このシート２１が、図３に示すように、互い違いに積層されて、且つ、相互に固着されて、ハニカム構造の基材２が形成されている。各シート２１の厚みは、例えば、１０〜１０００μｍであり、材質は樹脂、紙、金属、布のいずれでもよい。具体的には、シート２１は、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂、織布、不織布等の布、紙、アルミニウムなどの金属から形成される。

各シート２１には、等間隔に規則的に開口部２１ｂが形成されており、図６に示すように、この開口部２１ｂに砥粒１１が配置され固定されている。
砥粒１１は、例えば、アルミナ、シリカ、ダイヤモンド等の無機研磨材又は研削材の微粒子から構成される。

砥粒１１は、望ましくは、シート２１の研磨・研削面１ａを構成する辺（図６では、Ａ−Ａ線）に平行に且つ交差角θが３０°〜６０°、望ましくは４５°となるように配置されることが望ましい。
開口部２１ｂの間隔、即ち、砥粒１１の間隔は、砥粒１１の平均粒径の２〜５０倍とすることが望ましい。なお、砥粒１１の粒径とは、砥粒１１の外接球の直径に相当する。

図７に、図６のＡ−Ａ線断面で示すように、砥粒１１は、シート２１の開口部２１ｂに配置され、その周囲に接着層１２が形成されている。接着層１２は、樹脂等の接着剤の層である。接着層１２の上から金属メッキ層を配置してもよい。また、接着層１２自体を金属メッキ層とすることも可能である。

このように、本実施の形態の立体構造砥石１は、面上に砥粒１１が規則的に配置されたシート２１（即ち、シート状砥石）から構成されている。立体構造砥石１には、図２に例示する砥粒１１が複数積層されている。従って、ハニカム構造の壁部に砥粒が分散される。立体構造砥石１のＸ−Ｙ断面を研磨・研削面として使用することにより、寿命の長い砥石が得られる。

また、砥粒１１の間に配置されている中空部２１ａ（換言すれば、シート２１の間隙部分）は、研磨・研削時のチップポケットとして機能する貫通孔であり、削り滓をスムーズに排除可能となる。

次に、上記構成を有する立体構造砥石１の製造方法の一例を説明する。
まず、用途に合致する砥粒１１とシート２１を用意する。
次に、シート２１に、等間隔に開口部２１ｂを形成する。開口部２１ｂを形成する方法は任意である。例えば、一定の制御機構を有したレーザービームをシート２１に断続的に照射することにより開口部２１ｂを形成してよい。また、複数針の上下、左右移動によって開口部２１ｂを形成してもよい。
なお、開口部２１ｂの当初のサイズは、砥粒１１の平均粒径の１／４〜３／４、さらに望ましくは１／２程度が望ましい。

次に、図６に示すように、砥粒１１をシート２１に形成した開口部２１ｂにはめ込む。具体的には、開口部２１ｂを形成したシート２１を水平方向に展開し、若干緊張させながら振動させ、その上に砥粒１１をばらまき、開口部２１ｂに砥粒１１をはめ込む。その後、余分な砥粒１１を箒等で取り除く。

続いて、砥粒１１の開口部２１ｂへのはめ込みを確実にするため、例えば、平面板等を用いてシート２１を押して、図７に示すように、平均砥粒径の１／２の高さまで押し込む。
続いて、接着剤を砥粒１１とシート２１とに塗布して接着層１２を形成し、図７に示すように、砥粒１１をシート２１に確実に固定する。

次に、砥粒１１が固定された複数のシート２１を用いて立体構造体を形成する。立体構造体の構造と形成方法自体は任意である。以下では、ハニカム構造の多角形が図４に例示するような正６角形のハニカム構造体を形成する場合を例に説明する。

まず、図８に示すように、砥粒１１を固定した第１のシート２１１に、形成予定のハニカム構造の正６角形の１辺の長さＬ１に相当する幅Ｗａの接着代３１を間隔３・Ｗａを空けて平行に形成する（工程１）。

第１のシート２１１の上に、シート２１１と同一構成の第２のシート２１２を重ねる。このとき、第２のシート２１２の接着代３１が、第１のシート２１１の接着代３１の中央に位置し、且つ、両シートの接着代３１が平行になるように重ねる（工程２）。
以下同様にｎ枚のシートを図９に示すように重ねる。

その後、積層されたシート２１１〜２１ｎを適当なサイズに切断する。

接着代３１の接着剤が固化した後、図９に示すように、第１のシート２１１と第ｎのシート２１ｎを平行に、積層方向に引っ張って、各シート２１を変形する（工程３）。この変形により、各シート２１は、図５に例示した形状に整形される。これにより、図１０に例示するように、シート２１１〜２１nによるハニカム構造が形成される。このとき、例えば、積層されたシート２１ｎの上面とシート２１１の下面に枠板を固定し、枠板を引っ張るようにしてもよい。

次に、無電界メッキ又は電解メッキを行い、より強固に砥粒１１をシート２１から構成されるハニカム構造の壁に固着する。砥粒１１を電解液中に浸して電解メッキを行うことで、ハニカム構造の壁（シート２１）に砥粒１１を電着することができる。なお、接着剤等の樹脂で砥粒１１をシート２１に固定する場合は、メッキ工程を除去してもよい。

最後に、図１１に示すように、立体構造砥石１の周囲に枠２２を配置してもよい。

このようにして、Ｚ方向に厚みを持ち、砥粒１１の層が積層され、さらに、チップポケットとして機能する中空部２１ａが積層方向に一面から他面に貫通して形成された立体構造砥石１を製造することができる。

なお、この発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。
例えば、上記実施の形態においては、断面が６角形のハニカム構造を例示したが、断面の形状は任意であり、３角形でも、４角形でも、５角形でも、７角形以上でもよい。
また、ハニカム構造の形成手法は任意である。例えば、シート２１で形成された筒を組み合わせてハニカム構造を構成することも可能である。

また、立体構造砥石１を構成するシート砥石の立体構造体はハニカム構造体に限られない。１枚又は複数のシートを折り紙のように折り込んで立体構造体を形成してもよい。限定されるものではないが、望ましい構成は、ｉ）立体構造体が複数のシートから構成され、ii）複数のシートが研磨・研削面に対して直角方向に延在する成分を有し、iii）複数のシートが空間を介して離間して配置されており、空間がチップポケットとして機能し、iv）各シートに複数の砥粒が固定されており、ｖ）研磨・研削面上に複数層の砥粒が積層されている、という構成である。なお、各シートは、研磨・研削面に直角である必要はなく、研磨・研削面に直角な方向に延在する成分をもてばよい。また、シートに固定された砥粒は、研磨・研削面に直角方向に複数個配置されている、即ち、砥粒層が複数配置されていることが望ましい。

なお、立体構造砥石１は、立体構造体の材質・サイズ、砥粒の砥粒の材質及び大きさ、様々な分野の研磨・研削用の砥石に適用可能である。

立体構造砥石１が対象物を研磨又は研削する例について説明したが、立体構造砥石１が対象物を研削しつつ研磨する用途、即ち、研磨及び研削する用途にも適用可能である。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

本出願は、２０１７年１０月３日に出願された、日本国特許出願特願２０１７−２０４００１号に基づく。本明細書中に、日本国特許出願特願２０１７−２０４００１号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。

１ 立体構造砥石
１ａ 研磨面又は研削面
１１ 砥粒
１２ 接着層
２ 基材
２１ シート
２１ａ 中空部
２１ｂ 開口部
２１１〜２１n シート
２２ 枠
３１ 接着代
１００ 被研磨体又は被研削体

Claims (9)

1. 複数のシートから構成される立体構造体と、
   前記複数のシートに固定され、前記立体構造体の厚さ方向に複数層に配置された複数の砥粒と、から構成される立体構造砥石であって、
   前記シートが構成する壁は、前記立体構造体の研磨面に対して、垂直方向に延在し、
   前記複数の砥粒は、各前記シートの前記研磨面を構成する辺に所定の角度で交差する互いに平行な仮想線上に配置されており、
   前記立体構造体は、前記複数のシートの間にチップポケットとして機能する貫通孔を有する、
   立体構造砥石。
2. 複数のシートから構成される立体構造体と、
   前記複数のシートに固定され、前記立体構造体の厚さ方向に複数層に配置された複数の砥粒と、から構成される立体構造砥石であって、
   前記シートが構成する壁は、前記立体構造体の研磨面に対して、垂直方向に延在し、
   前記複数の砥粒は、各前記シートに等間隔で配置されており、
   前記立体構造体は、前記複数のシートの間にチップポケットとして機能する貫通孔を有する、
   立体構造砥石。
3. 前記立体構造体は、前記複数のシートから構成されたハニカム構造体から構成され、
   各前記シートには、複数の開口部が等間隔に形成され、該開口部に前記砥粒が配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の立体構造砥石。
4. 各前記シート上の前記砥粒の間隔は、前記砥粒の平均粒径の２〜５０倍である、ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の立体構造砥石。
5. 各前記シートは、厚みは１０〜１０００μｍで、樹脂、紙、金属、布のいずれかから構成される、ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の立体構造砥石。
6. 前記立体構造体の前記貫通孔は、１〜２０ｍｍの径を有する、ことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の立体構造砥石。
7. 複数のシートのそれぞれの、研磨面を構成する辺に所定の角度で交差する互いに平行な仮想線上に砥粒を配置し、
   前記砥粒が配置された前記複数のシートから、前記複数のシートの間にチップポケットとして機能する貫通孔を有する立体構造体を形成し、
   前記シートが構成する壁は、前記立体構造体の前記研磨面に対して、垂直方向に延在する、
   立体構造砥石の製造方法。
8. ｎを３以上の奇数、ｉを１以上（ｎ−１）／２以下の自然数とし、
   ｎ枚のシートそれぞれに研磨面を構成する辺に所定の角度で交差する互いに平行な仮想線上に砥粒を配置する工程と、
   （２・ｉ−１）枚目の前記シートと２・ｉ枚目の前記シートの間を所定間隔で互いに平行な第１のストライプで接着し、（２・ｉ）枚目の前記シートと（２・ｉ＋１）枚目の前記シートの間を所定間隔で互いに平行で且つ隣接する２つの第１のストライプの間に位置する第２のストライプで接着することで、前記砥粒が配置されたｎ枚の前記シートを積層する工程と、
   第１の前記シートと第ｎの前記シートとを引き離すように引っ張ることにより、前記複数のシートの間に貫通孔を有するハニカム構造を有する立体構造体を形成する工程と、
   を備え、
   前記シートが構成する壁は、前記立体構造体の前記研磨面に対して、垂直方向に延在する、
   ことを特徴とする立体構造砥石の製造方法。
9. 前記シートに砥粒を配置する工程は、
   各前記シートに、前記砥粒の平均粒径の１／４〜３／４の大きさの開口部を、前記砥粒の平均粒径の２〜５０倍の間隔で等間隔に形成する工程と、
   複数の前記開口部に前記砥粒を配置する工程と、
   を備える、ことを特徴とする請求項７又は８に記載の立体構造砥石の製造方法。

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