JP7420728B2 - 研磨パッド、及びそれを用いた研磨方法 - Google Patents
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Description
本発明は、曲面を有する樹脂塗装面のうねりを高い研磨速度で取り除くのに有用な研磨パッド、及びそれを用いた研磨方法を提供することを課題とする。
第1実施形態に係る研磨パッドは、研磨面を有する層を備えている。そして、その研磨面を有する層は疎密構造を有し、その疎の部分の割合が52%以上96%以下であり、且つJIS K 6253に準ずる方法で測定されたA硬度が70以上であるシート素材で構成されている。なお、上述のJIS K 6253は、ISO 7619に対応する規格である。
第1実施形態に係る研磨パッドは、研磨面を有する層を備えており、その研磨面を有する層は疎密構造を有し、その疎の部分の割合が52%以上96%以下であり、且つJIS K 6253に準ずる方法で測定されたA硬度が70以上であるシート素材で構成されている。換言すると、第1実施形態に係る研磨パッドは、研磨面を有する層を備え、その研磨面を有する層は、例えば繊維の集合体からなるシート素材で構成されており、その研磨面の疎の部分の割合が52%以上96%以下であり、且つJIS K 6253に準ずる方法で測定されたA硬度が70以上である。
第1実施形態に係る研磨パッドにおいて、例えば、研磨面を有する層は、合成樹脂からなる繊維を含んでおり、その合成樹脂は、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アラミド樹脂、ポリイミド樹脂、又はポリエチレン樹脂を含有する素材で構成されていてもよい。
第1実施形態に係る研磨パッドにおいて、例えば、研磨面を有する層の研磨面とは反対側の面に、弾性体からなり且つ研磨面を有する層を支持する層をさらに備えていてもよい。
第1実施形態に係る研磨パッドにおいて、例えば、研磨面を有する層よりも研磨面を有する層を支持する層の方が、JIS K 6253に準ずる方法で測定されたA硬度が低くてもよい。
このように、第1実施形態に係る研磨パッドにおいて、研磨面を形成する硬質の層と、この硬質の層を支持する軟質の層と、を含む2層構造の研磨パッドに形成することにより、研磨面を樹脂塗装面に追従させてもよい。研磨面が樹脂塗装面の曲面に押し当てられた場合に、曲面に応じて軟質の層が歪むことによって硬質の層が撓み、研磨面が樹脂塗装面の曲面に追従する傾向がある。
このように、第1実施形態に係る研磨工具において、研磨面を形成する硬質の層と、この硬質の層を支持する軟質の層と、を含む2層構造の研磨パッドを備えることにより、研磨面を樹脂塗装面に追従させてもよい。研磨面が樹脂塗装面の曲面に押し当てられた場合に、曲面に応じて軟質の層が歪むことによって硬質の層が撓み、研磨面が樹脂塗装面の曲面に追従する傾向がある。
1-1.研磨パッドの構成例について
研磨パッドは、研磨面を有しているものであれば特にその構成は限定されない。例えば、研磨パッドは、研磨パッドの研磨面を樹脂塗装面に追従させる構造を備えていてもよい。研磨パッドの研磨面を樹脂塗装面に追従させる構造は、例えば、研磨面を形成する硬質の層と、この硬質の層を支持する軟質の層とを含む2層構造を有するものであってもよいし、2層以上の多層構造を有するものであってもよい。
硬質の層40は、研磨面30の疎の部分の割合(以下、疎部の面積率とも言う。)が52%以上96%以下であるシート素材で構成されていればよく、疎部の面積率が54%以上96%以下であるシート素材で構成されていれば好ましく、60%以上96%以下であるシート素材で構成されていればより好ましい。このような範囲であれば、後述する、砥粒と、油剤、乳化安定剤、及び増粘剤から選ばれる少なくとも一種の添加剤と、を含むエマルションからなる研磨用組成物の研磨界面への保持力が向上し、十分な研磨速度を得ることが可能である。なお、疎部の面積率が52%未満では、砥粒と、油剤、乳化安定剤、及び増粘剤から選ばれる少なくとも一種の添加剤と、を含むエマルションからなる研磨用組成物の研磨界面への保持力が低下し、研磨レートが低下する傾向がある。
なお、疎部の面積率の調整方法は特に限定させるものではなく、例えば不織布シートの場合、繊維の太さ、繊維の含有量、含浸される樹脂の量、表面のパターニング等によって調整してもよく、細長い材料を交差するように並べた構造であるメッシュ構造の場合、構造材の直径、構造の間隔、積層条件等により調整してもよく、発泡剤等を用いて内部に空隙を発生させる発泡構造体の場合、発泡剤の種類、量等によって調整してもよく、湿式製膜方法により形成されるスウェードの場合、製膜条件、バフィング条件によって調整してもよい。
なお、A硬度は、不織布シートの場合、繊維の材質、繊維の太さ、繊維の含有量、含浸される樹脂の量、含浸される樹脂の硬さ等によって調整することができる。
硬質の層40のA硬度は、JIS K 6253に準ずる方法で測定することができる。例えば、ASKER ゴム硬度計AL型を定圧荷重器CL-150Lに装着して、定圧荷重器に試験片を平行に維持されるように置き、衝撃を与えないようにゴム硬度計AL型を試験片に接触させる。この時の加圧面に加える質量は1kgとし、接触後15秒後のゴム硬度計AL型の数値を読み取り、3mm間隔で5点測定した中の最も小さい値を採用することにより測定することができる。
硬質の層40の厚さは、特に限定されるものではないが0.05cm以上であることが好ましい。また、0.5cm以下であることが好ましい。硬質の層40の厚さはこのような範囲であれば、研磨面30が樹脂塗装面の曲面に押し当てられた場合に硬質の層40が樹脂塗装面の曲面に沿って撓みやすくなり、被研磨物の曲面に対する研磨面30の追従性が向上する傾向がある。このため、被研磨物の表面形状のうねり成分を取り除くことができ、且つ研磨面30と曲面との接触面積が増えて研磨効率が向上する傾向がある。
軟質の層50は、硬質の層40の研磨面30とは反対側の面に硬質の層40を支持するように設けられた層であって、弾性体で構成された層である。軟質の層50を構成する弾性体は、例えば、樹脂製であってもよい。
軟質の層50の硬度は、JIS K 6253に準ずる方法で測定されたA硬度で60未満であることが好ましく、30以下であることがより好ましい。つまり、軟質の層50のA硬度は、硬質の層40のA硬度よりも低ければよい。このような範囲であれば、研磨面30が樹脂塗装面の曲面に押し当てられた場合に軟質の層50が歪みやすくなる。この結果、硬質の層40が樹脂塗装面の曲面に沿って撓みやすくなり、被研磨物の曲面に対する研磨面30の追従性が向上する傾向がある。研磨面30と曲面との接触面積が増えて研磨効率が向上する傾向がある。
軟質の層50のA硬度は、例えば、ASKER ゴム硬度計A型を定圧荷重器CL-150Lに装着して、JIS K 6253に準ずる方法で、3mm間隔で5点測定した中の最も大きい値を採用することにより測定することができる。
軟質の層50の材質は、特に限定されず、上記の硬度を有する材質であればよい。軟質の層50の材質は、例えば、ポリウレタン発泡体又はポリエチレン発泡体等の樹脂発泡体であってよい。
第1実施形態に係る研磨方法は、例えば、硬質の層で形成される研磨面を有する研磨パッドを、ロボットアームを備える自動研磨装置に取り付けて、曲面を有する樹脂塗装面を研磨する自動研磨処理に使用することができる。
図2(a)を参照する。自動研磨装置1は、ロボットアーム2と、研磨パッド10と、研磨工具4と、押付圧検出部5と、コントローラ7を備える。参照符号90は、被研磨物を示す。被研磨物90は、例えば、表面が樹脂塗装された自動車等の車体であってよい。ロボットアーム2は、複数の関節20、21及び22を有し、研磨パッド10、研磨工具4及び押付圧検出部5が取り付けられた先端部23を複数方向に移動させることができる。
研磨パッド10のうち、研磨工具4の研磨パッド取り付け部11と接触する箇所の断面形状は、特に限定されるものではないが、例えば、直線状、曲線状、又はこれらを組み合わせた形状などが挙げられる。
研磨パッド10のうち、研磨工具4の研磨パッド取り付け部11と接触する箇所の外周形状は、特に限定されるものではないが、例えば、円形状、多角形状、花弁状、星型などが挙げられる。
研磨パッド10のうち、研磨工具4の研磨パッド取り付け部11と接触する箇所の表面には、溝加工、孔加工、エンボス加工等の加工を施してもよいが、これら以外の加工を施してもよい。
なお、以上の本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。また、以上の本実施形態には種々の変更又は改良を加えることが可能であり、その様な変更又は改良を加えた形態も本発明に含まれ得る。例えば、本実施形態の研磨方法は、曲面状の被研磨面の研磨に好適であるが、平面状の被研磨面の研磨にも適用可能である。
第1実施形態に係る研磨パッド10は、硬質の層40を備えており、その研磨面30の疎部の面積率が52%以上96%以下であり、且つJIS K 6253に準ずる方法で測定されたA硬度が75以上であるシート素材で構成されている。この構成であれば、砥粒と、油剤、乳化安定剤、及び増粘剤から選ばれる少なくとも一種の添加剤と、を含むエマルションからなる研磨用組成物の研磨界面への保持力が向上し、十分な研磨速度を得ることが可能である。
また、第1実施形態に係る研磨パッド10を構成する硬質の層40は、不織布パッド、又は樹脂繊維を含むシート状物で構成されていてもよい。この構成であれば、曲面を有する樹脂塗装面に接触する研磨面30の接触面積が増加することにより研磨効率が向上し、比較的大きな樹脂塗装面の研磨に要する時間を短縮することができる。
また、第1実施形態に係る研磨パッド10は、軟質の層50を備えていてもよい。この構成であれば、研磨面30が樹脂塗装面の曲面に追従するので、被研磨物の表面形状のうねり成分を取り除くことができ、且つ曲面を有する樹脂塗装面に接触する研磨面30の接触面積が増加することにより研磨効率が向上し、比較的大きな樹脂塗装面の研磨に要する時間を短縮することができる。
また、第1実施形態に係る研磨パッド10を構成する軟質の層50よりも硬質の層40の方が、JIS K 6253に準ずる方法で測定されたA硬度が低くてもよい。この構成であれば、曲面を有する樹脂塗装面に接触する研磨面30の接触面積が増加することにより研磨効率が向上し、比較的大きな樹脂塗装面の研磨に要する時間を短縮することができる。
図3の(b)は、バフ研磨加工後の樹脂塗装面の表面形状のプロファイルを比較例として示す。バフ研磨加工では研磨布の硬度が比較的低く、ならい研磨になってしまう。このため、表面粗さ成分は取り除かれるが、うねり成分は研磨後も残る。
図3の(c)は、第1実施形態の研磨パッド10による研磨後の樹脂塗装面の表面形状のプロファイルを模式的に示す。硬質の層40によって研磨面30が形成されるので、樹脂塗装面の表面の研磨がならい研磨になりにくい。このため、樹脂塗装面の表面形状のうねり成分が取り除かれる。
研磨パッド10による研磨の後に、微細な表面粗さ成分を取り除く場合には、研磨パッド10による1次研磨の後に、表面粗さ成分を取り除くための2次研磨を行ってもよい。この場合には、研磨パッド10による研磨の後に、例えば図2に示す研磨工具4に取り付けられた研磨パッドを交換し、研磨パッド10の硬質の層40よりも低い硬度を有する研磨パッドを用いて被研磨物90の表面を研磨する。
図3の(d)は、2次研磨後の樹脂塗装面の表面形状のプロファイルを模式的に示す。研磨パッド10による研磨とそれに続く2次研磨により、樹脂塗装面の表面の表面粗さとうねりの両方が取り除かれる。
2次研磨に用いる研磨パッドの材質は特に限定されず、上記の硬度を有する材質であればよい。2次研磨に用いる研磨パッドの材質は、例えば、不織布、スウェード、又はスポンジであってもよい。
2次研磨に用いる研磨パッドは、1層構造でもよいし、研磨パッド10と同様に2層以上の多層構造を有していてもよい。
第1層の厚さは、特に限定されるものではないが、2.0cm以下であることが好ましい。また、2層以上の構造の場合は、第1層の厚さは0.05cm以上であることが好ましい。また0.5cm以下であることが好ましい。このような範囲であれば、研磨面が樹脂塗装面の曲面に押し当てられた場合に第1層が樹脂塗装面の曲面に沿って撓みやすくなり、研磨面と曲面との接触面積が増えて研磨効率が向上する傾向がある。
第1層の材質は特に限定されず、上記の硬度を有する材質であればよい。第1層の材質は、例えば、不織布、スウェード又はスポンジであってもよい。
第2層の構成は、研磨パッド10の軟質の層50の構成と同様であってよい。
研磨パッド10の構造は、図1の(a)及び図1の(b)に示した2層構造に限られない。研磨パッド10は、研磨面30を形成する硬質の層を備えていればよい。例えば、研磨パッド10は、研磨面30を形成する硬質の層を支持するための軟質の層を備えなくてもよい。
この場合に、図2に示されるコントローラ7は、被研磨物90の表面の曲面に沿って研磨面30が移動するようにロボットアーム2を制御してもよい。被研磨物90の表面の曲面に沿って研磨面30が移動するようにロボットアーム2が制御されることによって、被研磨物90の表面のうねりを硬質の層で形成された研磨面30で取り除くことができる。
続いて、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態に係る研磨パッドは、第1実施形態に係る研磨パッド10の研磨面30に溝を形成したものである。研磨面30に溝が形成されることによって、研磨面30が樹脂塗装面の曲面に押し当てられた場合に研磨面30が樹脂塗装面の曲面に追従しやすくなる。
このような溝の形状方法は、特に限定されるものではないが、例えば、硬質の層40及び軟質の層50を含む2層構造を形成した後に、エッチング等によって溝となる部分の層を取り除くことによって形成することができる。また、2層構造を形成した後に、高速回転する円形の切刃を所定量パッドに押し当てながら表面を走査することによって形成することができる。
図4の(a)及び図4の(b)を参照する。図1の(a)と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。研磨パッド10の研磨面30には、第1溝31及び第2溝32が形成されている。第1溝31は、研磨面30上の第1方向に沿って延び、第2溝32は、第1方向に直交する研磨面30上の第2方向に沿って延びる。研磨面30に複数の第1溝31及び複数の第2溝32を形成することにより、研磨面30には溝が格子状に形成される。
このような範囲であれば、溝の形成による研磨面30と樹脂塗装面との接触面積の減少を抑えながら、研磨面30が樹脂塗装面の曲面に押し当てられた場合の硬質の層40の変位量を確保し研磨面30を撓みやすくすることができる。
このような範囲であれば、溝の形成による研磨面30と樹脂塗装面との接触面積の減少を抑えながら、研磨面30が樹脂塗装面の曲面に押し当てられた場合の研磨面30の全体のたわみ量を確保することができる。
なお、上述の溝幅及びピッチの寸法は、以下に説明する第1~第7変形例でも同じである。
図5の(a)を参照する。第1溝31及び第2溝32の深さは、特に限定されるものではないが、硬質の層40の厚さよりも浅くてもよい。すなわち、第1溝31及び第2溝32によって硬質の層40は複数に分割されておらず、第1溝31及び第2溝32の部分の硬質の層40の厚さが他の部分の厚さよりも薄い。第1溝31及び第2溝32の部分の剛性が低下するので、硬質の層40が撓みやすくなる。このため、研磨面30が樹脂塗装面の曲面に追従しやすくなる。
図5の(b)を参照する。第1溝31及び第2溝32の深さは、特に限定されるものではないが、硬質の層40の厚さよりも深くてもよい。すなわち、第1溝31及び第2溝32は、硬質の層40及び軟質の層50に形成されていてもよい。したがって、硬質の層40を支持する軟質の層50の支持面51も第1溝31及び第2溝32によって分割される。分割された複数の硬質の層40は、分割された複数の支持面51によってそれぞれ支持される。
図6の(a)及び図6の(b)を参照する。研磨面30には、第1溝31のみが形成され、第2溝32が形成されていない。研磨面30に複数の第1溝31を形成することにより、研磨面30には溝がストライプ状に形成される。
第1溝31の深さは、特に限定されるものではないが、硬質の層40の厚さよりも深くてもよい。すなわち、第1溝31は、硬質の層40及び軟質の層50に形成されていてもよい。したがって、硬質の層40を支持する軟質の層50の支持面51も第1溝31によって分割される。分割された複数の硬質の層40は、分割された複数の支持面51によってそれぞれ支持される。なお、第1溝31の深さは、硬質の層40の厚さと同じであってもよく、また浅くてもよい。
第2溝32を省略して研磨面30にストライプ状の溝を形成することにより、研磨面の強度を向上することができ、且つ溝を形成する工数が低減され低コスト化に資する。また、硬質の層40にも第1溝31を形成することにより、第2方向に延びる第2溝32を形成しないことによる研磨面30の追従性の低下を軽減する。
図7の(a)及び図7の(b)を参照する。研磨面30には、第3溝33が形成されている。研磨面30に第3溝33を形成することにより、研磨面30には溝がスパイラル状に形成される。
第3溝33の深さは、特に限定されるものではないが、硬質の層40の厚さよりも深くてもよい。すなわち、第3溝33は、硬質の層40及び軟質の層50に形成されていてもよい。なお、第3溝33の深さは、硬質の層40の厚さと同じであってもよく、また浅くてもよい。
研磨面30にスパイラル状の溝を形成することにより、研磨面の強度を向上することができ、且つ溝を形成する工数が低減され低コスト化に資する。
図8の(a)及び図8の(b)を参照する。研磨面30には、第4溝34のみが形成されている。研磨面30に複数の第4溝34を形成することにより、研磨面30には溝が放射線状に形成される。
第4溝34の深さは、特に限定されるものではないが、硬質の層40の厚さよりも深くてもよい。すなわち、第4溝34は、硬質の層40及び軟質の層50に形成されていてもよい。したがって、硬質の層40を支持する軟質の層50の支持面51も第4溝34によって分割される。分割された複数の硬質の層40は、分割された複数の支持面51によってそれぞれ支持される。なお、第4溝34の深さは、硬質の層40の厚さと同じであってもよく、また浅くてもよい。
研磨面30に放射線状の溝を形成することにより、研磨面30の追従性の低下を軽減することができる。
なお、2次研磨に用いる研磨パッドの研磨面にも、第2実施形態に係る研磨パッド10と同様に溝が形成されてもよい。
図9の(a)及び図9の(b)を参照する。研磨面30には、第5溝35のみが形成されている。研磨面30に複数の第5溝35を形成することにより、研磨面30には溝が三角形状に形成される。
第5溝35の深さは、特に限定されるものではないが、硬質の層40の厚さよりも深くてもよい。すなわち、第5溝35は、硬質の層40及び軟質の層50に形成されていてもよい。したがって、硬質の層40を支持する軟質の層50の支持面51も第5溝35によって分割される。分割された複数の硬質の層40は、分割された複数の支持面51によってそれぞれ支持される。なお、第5溝35の深さは、硬質の層40の厚さと同じであってもよく、また浅くてもよい。
研磨面30に三角形状の溝を形成することにより、研磨面30の追従性の低下を軽減することができる。
なお、2次研磨に用いる研磨パッドの研磨面にも、第2実施形態に係る研磨パッド10と同様に溝が形成されてもよい。
図10の(a)及び図10の(b)を参照する。研磨面30には、第6溝36のみが形成されている。研磨面30に複数の第6溝36を形成することにより、研磨面30には溝が六角形状に形成される。
第6溝36の深さは、特に限定されるものではないが、硬質の層40の厚さよりも深くてもよい。すなわち、第6溝36は、硬質の層40及び軟質の層50に形成されていてもよい。したがって、硬質の層40を支持する軟質の層50の支持面51も第6溝36によって分割される。分割された複数の硬質の層40は、分割された複数の支持面51によってそれぞれ支持される。なお、第6溝36の深さは、硬質の層40の厚さと同じであってもよく、また浅くてもよい。
なお、2次研磨に用いる研磨パッドの研磨面にも、第2実施形態に係る研磨パッド10と同様に溝が形成されてもよい。
上記変形例では、三角形、四角形、六角形の各溝形状について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。研磨面30に形成される溝形状は、特に限定されるものではなく、例えば、多角形であればよい。
本実施形態の研磨方法において使用される研磨パッド10は、図11に示すように、研磨面30を有する硬質の層40と、弾性体からなり且つ硬質の層40を支持する軟質の層50と、を備える積層構造を有する。
硬質の層40には、その外縁から中心に向かって延びる切り欠き40aが、放射線状に3個以上形成されていて(図12、13、14の例では、切り欠き40aの数は3個である)、硬質の層40の外周縁側部分が切り欠き40aによって複数の花弁状領域40A、40B、40C、・・・に分割されている。硬質の層40の外周縁側部分の内側に配された硬質の層40の中心側部分は、切り欠き40aによって分割されていない。
図14に示す台形状の切り欠き40aは、外縁側端部が最も幅狭で、中心に向かって徐々に幅が広くなる形状である。台形状の切り欠き40aの中心側端部は、図14に示すように矩形状等の多角形状をなしていてもよいが、円弧形状をなしていてもよい。
さらに、硬質の層40や研磨面30の形状は特に限定されるものではないが、硬質の層40を円板状とし、研磨面30をなす硬質の層40の外側表面(軟質の層50と対向する表面とは反対側の表面であり、外部に露出する表面)を円形としてもよい。研磨面30が円形である場合は、複数の切り欠き40aは研磨面30の周方向に等配に(等間隔をあけて)形成してもよい。
さらに、硬質の層40に設ける切り欠き40aの個数は特に限定されるものではなく、図15に示すように種々の個数に設定することが可能であるが、3個以上6個以下が好ましい。
硬質の層40の切り欠き部分と軟質の層50の凹部50aが一体となって構成された切り欠き40aの断面形状(研磨面30に直交する平面で切断した場合の断面形状)は特に限定されるものではなく、図16に示すV字状でもよいが、矩形等の多角形状や円弧形状でもよい。
さらに、硬質の層40の外側表面には、図17に示すように、幅0.5mm以上5mm以下の線状溝40cを複数形成してもよい。硬質の層40が線状溝40cを有していると、研磨面30が曲面状の被研磨物90の表面により追従しやすく、被研磨物90の表面のうねりを取り除くことが容易となる。
この複数の線状溝40cは直線状であってもよいし曲線状であってもよい。そして、直線状又は曲線状の線状溝40cを互いに平行に並べて縞状に形成してもよいし、格子状に交差させて形成してもよい。あるいは、円形、楕円形の線状溝40cを同心円状に形成してもよい。
貫通部1aの開口部の平面形状が環状である場合は、研磨面30は、貫通部1aの外側の環状の研磨面30cと貫通部1aの内側の円形状の研磨面30dとに分かれる。このときの貫通部1aの形状は特に限定されるものではなく、正円形状でもよいし、楕円形状でもよい。
研磨面30における環状の貫通部1aの位置は、研磨面30の外縁よりも内側(中心側)の領域であれば特に限定されるものではないが、貫通部1aの外側の環状の研磨面30cの中心と貫通部1aの内側の円形状の研磨面30dの中心とが共通となる位置に、環状の貫通部1aを配置することが好ましい。
貫通部1aの外側の環状の研磨面30cを有する硬質の層40のA硬度に比べて、貫通部1aの内側の円形状の研磨面30dを有する硬質の層40のA硬度が大きいと、より効率的に曲面状の被研磨物90の表面のうねりを除去できるので好ましい。
隣り合う二つの非環状の貫通部1aの開口部の互いに対向する端部から研磨面30の中心へそれぞれ仮想直線(図20における点線)を引いた場合に、これら2つの仮想直線のなす角度θは、20度以上85度以下であることが好ましく、20度以上40度以下であることがより好ましい。この範囲内であれば、研磨面30が曲面状の被研磨物90の表面に追従しやすい上に、曲面状の被研磨物90の表面のうねりが除去されやすい。
また、硬質の層40の柔軟性をさらに向上させるために、軟質の層50に凹部を設けてもよい。軟質の層50の凹部は、軟質の層50を厚さ方向に貫通する貫通部であってもよいし、軟質の層50の硬質の層40に接する側の表面に形成された有底穴であってもよい。
軟質の層50の凹部は、硬質の層40の環状又は非環状の貫通部1aと連続して形成されていてもよいし(すなわち、研磨面30上の同位置に配置されていてもよい)、不連続に形成されていてもよい。
このような構成の研磨パッド10を用いて、研磨対象物90が有する曲面状の表面の研磨を行えば、研磨パッド10の研磨面30が三次元的に変形し、曲面状の被研磨物90の表面に追従するので、曲面状の被研磨物90の表面のうねりを十分に除去することが可能であり、また研磨パッド10に欠け等の破損が生じにくいため好ましい。
上記の研磨方法において使用される研磨用組成物の例について説明する。研磨用組成物は、砥粒と、油剤、乳化安定剤、及び増粘剤から選ばれる少なくとも一種の添加剤と、を含むエマルションで構成されていることが好ましい。以下、研磨用組成物の詳細について説明する。
研磨用組成物は、特に限定されるものではない。研磨用組成物としては、例えば、炭化ケイ素等のケイ素の炭化物からなる粒子や、二酸化ケイ素即ちシリカ、酸化アルミニウム即ちアルミナ、セリア、チタニア、ジルコニア、酸化鉄及び酸化マンガン等のケイ素または金属元素の酸化物からなる粒子や、ジルコンなどのケイ酸塩化合物、熱可塑性樹脂からなる有機粒子、又は有機無機複合粒子などから選ばれる砥粒、特に酸化アルミニウム、酸化セリウム、及び酸化ジルコニウムの少なくとも一種で構成される砥粒を含むスラリーを用いることができる。
アルミナには、例えば、α-アルミナ、β-アルミナ、γ-アルミナ、θ-アルミナなどの結晶形態が異なるものがあり、また水和アルミナと呼ばれるアルミニウム化合物も存在する。研磨速度の観点からは、α-アルミナを主成分とするものが砥粒としてより好ましい。
また、アルミナとジルコンとの混合物なども砥粒として好ましく使用できる。
砥粒の平均二次粒子径は、細孔電気抵抗法(測定機:マルチサイザーIII型 ベックマン・コールター株式会社製)により測定することができる。
また、砥粒の含有量は、特に限定されるものではないが、50質量%以下であることが好ましく、より好ましくは35質量%以下であり、さらに好ましくは30質量%以下である。砥粒の含有量が上記の範囲内にある場合、研磨用組成物のコストを抑えることができる。また、研磨用組成物を用いて研磨した後の研磨対象物の表面に表面欠陥が生じることをより抑えることができる。なお、研磨対象物は、樹脂材料、合金材料、金属、半金属、金属の酸化物材料、半金属の酸化物材料及びガラス材料からなる群より選択される少なくとも1種を含むものであればよい。
油剤の例としては、流動パラフィン、ポリブテン、α-オレフィンオリゴマー、アルキルベンゼン、ポリオールエステル、リン酸エステル、シリコーン油などの合成油、スピンドル油、ニュートラル油、ブライトストックなどの鉱物油、ヒマシ油、大豆油、ヤシ油、亜麻仁油、綿実油、ナタネ油、キリ油、オリーブ油などの植物性油脂、牛脂、スクワラン、ラノリンなどの動物性油脂等が挙げられる。
増粘剤の例としては、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム(例えば、完全中和物、部分中和物、会合型のアルカリ可溶性のポリアクリル酸(アクリルポリマー)など)等の合成系増粘剤、カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース等のセルロース系増粘剤(半合成系増粘剤)、寒天、カラギーナン、層状ケイ酸塩化合物、キサンタンガム、アラビアゴム等の天然系増粘剤等が挙げられる。会合型のアルカリ可溶性のポリアクリル酸を用いる場合には、ポリアクリル酸とアルカリとが併用される。アルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等の無機アルカリ、トリエタノールアミン等の有機アルカリなどが挙げられる。アルカリを添加することにより、ポリアクリル酸が増粘作用を発揮する。また、増粘剤は、ニュートン流体であってもよいし、非ニュートン流体であってもよい。
潤滑油は、例えば、合成油、鉱物油、植物性油脂又はそれらの組み合わせであってよい。
有機溶剤は、例えば、炭化水素系溶剤の他、アルコール、エーテル、グリコール類やグリセリン等であってよい。
界面活性剤は、例えば、いわゆるアニオン、カチオン、ノニオン、両性界面活性剤であってよい。
(実施例1)
実施例1の研磨パッドは、直径12.5cm、厚さ0.5cmの円板状の不織布からなる硬質の層と、直径12.5cm、厚さ1cmの円板状の発泡ポリウレタンからなる軟質の層と、を備える。硬質の層の一方の円板面が研磨面をなしており、他方の円板面に軟質の層が接合されている。硬質の層の凹部の面積率は95%である。また、硬質の層のA硬度は、70である。なお、本実施例において硬質の層のA硬度は、JIS K 6253に準ずる方法で、3mm間隔で5点測定した中の最も小さい値である。
実施例2~4及び比較例1~3の研磨パッドは、表1に記載するように、凹部の面積率及びA硬度に関する数値が異なる点を除いては、実施例1の研磨パッドと同様である。
(実施例5)
実施例5の研磨パッドは、直径15.0cm、厚さ0.5cmの円板状の不織布からなる硬質の層と、直径15.0cm、厚さ2cmの円板状の発泡ポリウレタンからなる軟質の層と、を備える。硬質の層の一方の円板面が研磨面をなしており、他方の円板面に軟質の層が接合されている。硬質の層の凹部の面積率は62%である。また、硬質の層のA硬度は、84である。
(実施例6)
実施例2の研磨パッドを、径が小さい研磨パッド取り付け部に取り付けて評価した。
(実施例7)
実施例5の研磨パッドを、径が小さい研磨パッド取り付け部に取り付けて評価した。
次に、使用した研磨対象物について説明する。研磨対象物は、合成樹脂塗料で塗装された金属板であり、クリア塗膜層の厚さは30μmである。つまり、被研磨面は、合成樹脂からなる塗装面である。研磨対象物は平板の被研磨面を有するものと、R100の凹面状の被研磨面を有するものを用いた。
(研磨用組成物の調製)
水(第2の液体)に、砥粒、イソパラフィン系炭化水素(第1の液体)、HLBが13.3である界面活性剤、分散剤、増粘剤、乳化安定剤をそれぞれ加えて室温(25℃)で攪拌し、分散液(O/W型エマルション)を調製した。次いで、前記の分散液にアルカリを加え、粘度を1,000~10,000mPa・sに調整し(回転粘度計:TVB-10H 20rpm)、O/W型エマルションの研磨用組成物を得た。
上述した研磨対象物の被研磨面を、実施例1~5及び比較例1~3の各研磨パッドを用いてそれぞれ研磨した。研磨においては、研磨対象物の被研磨面と研磨パッドの研磨面との間に研磨用組成物を介在させた。
なお、具体的な研磨条件は、以下の通りである。
圧力:50g/cm2
ポリッシャの回転数:3800rpm
研磨用組成物の流量:1.7ml/min
研磨時間:21分間
うねり解消性の評価には、BYK-Gardner社製の塗装表面性状測定器「Wavescan dual」を使用して、Weの値から評価した。研磨前のWeの値は7.5であった。研磨後の被研磨面のWeが2.0未満であると、表1においてはAで示した。Weが2.0以上3.0未満であると、表1においてはBで示した。Weが3.0以上4.0未満であると、表1においてはCで示した。Weが4.0以上5.0未満であると、表1においてはDで示した。Weが5.0以上であると、表1においてはEで示した。
2 ロボットアーム
4 研磨工具
5 押付圧検出部
7 コントローラ
10 研磨パッド
30 研磨面
31 第1溝
32 第2溝
33 第3溝
34 第4溝
35 第5溝
36 第6溝
40 硬質の層
40a 切り欠き
40A 花弁状領域
40Aa 分割端
40B 花弁状領域
40Ba Ba
40c 線状溝
40C 花弁状領域
50 軟質の層
50a 凹部
51 支持面
60 止水層
90 被研磨物(研磨対象物)
Claims (10)
- 研磨面を有する層を有し、
前記研磨面を有する層は、前記研磨面に溝を有していない場合には前記研磨面全域において、または、前記研磨面に溝を有している場合には前記溝を有していない研磨面領域において、研磨パッドの最表面から厚さ0.1mmの範囲内における空隙部である疎の部分と、そうではない密の部分とを備えた疎密構造を有し、その疎の部分の面積の割合が、研磨面を有する層を厚さ方向に見た場合の、単位四方の疎の部分の面積と密の部分の面積の合計に対して52%以上96%以下であり、且つJIS K 6253に準ずる方法で測定されたA硬度が70以上であるシート素材で構成されており、
前記研磨面を有する層の前記研磨面と反対側の面に、弾性体からなり且つ前記研磨面を有する層を支持する層をさらに有し、
前記研磨面を有する層よりも前記研磨面を有する層を支持する層の方が、JIS K 6253に準ずる方法で測定されたA硬度が低く、
研磨パッド取り付け部の径に対する前記研磨面を有する層の径の比が1.0~1.7である、
研磨パッド。 - 前記研磨面を有する層が不織布、又は樹脂繊維を含むシート状物で構成されている、請求項1に記載の研磨パッド。
- 前記研磨面を有する層に樹脂繊維を含み、
前記樹脂繊維は、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アラミド樹脂、ポリイミド樹脂、又はポリエチレン樹脂を含有する素材で構成されている、請求項1又は2に記載の研磨パッド。 - 前記研磨面を有する層を支持する層が樹脂製の弾性体で構成されている、請求項1~3のいずれか1項に記載の研磨パッド。
- 前記研磨面を有する層の径が、研磨パッド取り付け部の径よりも大きい、請求項1~4のいずれか1項に記載の研磨パッド。
- 前記研磨面に溝が形成されている、請求項1~5のいずれか1項に記載の研磨パッド。
- 前記研磨面を有する層が樹脂繊維を含むシート状物で構成されている、請求項1~6のいずれか1項に記載の研磨パッド。
- 請求項1~7のいずれか1項に記載の研磨パッドを、研磨対象物に対して、研磨用組成物の存在下で走査させる研磨方法であり、
前記研磨用組成物は、砥粒と、
油剤、乳化安定剤、及び増粘剤から選ばれる少なくとも一種の添加剤と、を含むエマルションからなる、
研磨方法。 - 前記砥粒は、酸化アルミニウム、酸化セリウム、及び酸化ジルコニウムの少なくとも一種を含む、請求項8に記載の研磨方法。
- 前記研磨対象物は、樹脂材料、合金材料、金属、半金属、金属の酸化物材料、半金属の酸化物材料、及びガラス材料からなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項8又は9に記載の研磨方法。
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