JPH03178774A - 研摩砥石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は研摩砥石に係り、特に脱粒破壊を起こし易い窒
化アルミニウムなどのセラミック材を効率よく精密研摩
仕上げすることが可能な研摩砥石に関する。

（従来の技術） 金属や樹脂を中心とする従来材料と比較して耐熱性や耐
食性および機械的特性に優れたセラミックスが、電子機
器、自動車、医療産業上の利用分野で使用されている。

その中で特に熱伝導度が大きく放熱特性にも優れた窒化
アルミニウム（ＡｉＮ）材が半導体用基板や放熱板等に
使用されている。この窒化アルミニウム材は原料粉末を
高温度で焼結した後、表面を高精度に研摩して製造され
る。

このセラミックスなどの硬脆材の表面を高精度に研摩仕
上げする方法として、従来からラッピングやポリッシン
グによる方法が知られている。ラッピングまたはポリッ
シングは、被研摩材を鋳鉄等から成るラップや織布等か
ら威るボリッシャに適当な圧力で押し付け、酸化アルミ
ニウム（＾１２０３）、炭化珪素（Ｓ　ｉ　Ｃ）　、酸
化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化クロム（Ｃｒ２０３）、
ベンガラ（Ｆｅ２０３）等の微細砥粒にラップ液を混合
して調製したラップ液を被研摩材とポリラシャとの間に
介在させた後に、被研摩材とポリラシャとを相対的に移
動させることにより、砥粒によって被研摩材の表面を高
精度に仕上げる方法である。

このラッピングまたはポリッシングは、予め研削等によ
り精密仕上げされた被研摩材の表面をさらに平滑にして
寸法精度および平面精度を向上させる方法である。

しかし上記のラッピングやポリッシングによる研摩方法
では仕事量に比較して加工量が少ないので研摩効率が低
いという欠点がある。

すなわちラッピングやポリッシング処理においては、被
研摩材をポリラシャに押圧する圧力の増加によって研摩
効率が若干向上するが、押圧力の増大に伴って被研摩材
が直接ラップやポリラシャに接触する面積が増大し、接
触面圧を低下させるため、砥粒に作用する荷重が比例し
て増加しない。

したがって押圧力を大きくしても効果が少なくなる一方
、逆にラップやポリラシャの変形破損等を招くおそれが
高くなる。

そこで通常の研摩工程においては、低い押圧力で長時間
をかけて良好な仕上面を得る操作が行なわれている。そ
のため研摩効率が低く、セラミックス部品の製造コスト
が高くなる一要因となっていた。

またポリッシングで使用する織布等のポリラシャは弾性
材であるため、被研摩面にうねりを生じたり、面だれを
生じ易い。

また窒化アルミニウムは５１３Ｎ４などのセラミックス
と比較して研摩時における脱粒が著しく、高強度に結合
した砥粒層を使用して高精度な研摩加工を行なうことは
困難であった。そこでＡｌ２Ｏｓ　Ｃｅ　Ｏｓ　Ｃｒ　
２０３などの比較的に研削２ 力が弱い砥粒粉末を使用してラップ処理やポリッシング
処理を行なったり、またはポリビニルアルコール（ＰＶ
Ａ）のアセタール化合物などの比較的に軟質な樹脂を結
合材としてＡ１□０３粉末などの砥粒を結合した弾性砥
石を窒化アルミニウム材に押圧して、相互に摺動させ研
摩する、ラッピング砥石を使用した研摩方法も提案され
ている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら上記ラッピング砥石による研摩方法では目
詰りや６潰れが頻発し、研摩能率が著しく低下する欠点
がある。この場合砥石表面が自然に崩れて再生される、
いわゆる自生作用があれば研摩作業を連続的に高能率で
実施することができる。しかし従来のラッピング砥石は
結合剤が固体であり、砥粒の結合力が強いため、自生作
用が少ない。そのため研摩能率を高く維持するためには
高頻度でドレッシングを繰り返す必要があり、保守が煩
雑となり、製造効率が低下してしまう欠点があった。

一方砥粒としてＡｊ！　　Ｏ、ＣｅＯ２、Ｃｒ２３ ０３粉末を使用したラップ処理またはラッピング処理に
おいては、研削力が弱いため、研摩効率が低くなり、い
ずれにしろ、セラミック材の製造コストを上昇させてし
まう欠点があった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、特に脱粒破壊を起こし易い窒化アルミニウム材な
どのセラミック材に対して加工影響を与えずに高い研摩
効率で高精度に研摩仕上げすることが可能な研摩砥石を
提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段と作用） 本願発明者は上記目的を達成するために砥粒の種類およ
び粒径、結合剤の添加量および種類を種々変えて、実験
検討を繰り返した結果、砥粒として適度な粒径を有する
窒化アルミニウム粉末を少量の液体、または樹脂から成
る結合剤で結合し、さらに圧縮成形して形成した研摩砥
石を使用してセラミック材を研摩したときに高い研摩速
度で高精度な研摩面が得られた知見に基づいて、本願発
明を完成した。

すなわち本発明に係る研摩砥石は、平均粒径が０．５μ
ｍ以上１．５μｍ以下である砥粒としての窒化アルミニ
ウム粉末が、結合力が低い液体または樹脂から成る結合
剤により結合されてなることを特徴する。また結合剤は
窒化アルミニウム粉末１容積に対して０．１〜０．５容
積含有させるとよい。

本発明に係る研摩砥石の構成要素である窒化アルミニウ
ム粉末は、特に脱粒を起こし易いセラミック研摩用砥粒
として有効であり、その粒径は、被研摩体であるセラミ
ック材の仕上げ表面粗さにより通常０．５μｍ以上１．
５μｍ以下の粒径範囲において適宜選択される。平均粒
径が０．５μｍ未満であると、急激に研摩速度が低下し
て研摩時間が長くなる一方、平均粒径が１．５μｍを超
えるとセラミック材に要求される所要の仕上げ表面粗さ
が得にくくなるとともに、砥粒粉末相互の保持力が低下
し、研摩能力が低下するからである。

一方、本発明に係る研摩砥石において使用する結合剤は
、その表面張力もしくは粘着力により砥粒としての窒化
アルミニウム粉末を低い結合力で相互に結合するために
混合されるものであり、水、アルカリ溶液、酸溶液その
他項類水溶液、高分子溶液、油状液体、磁性流体、樹脂
溶液などが採用される。

上記各液体のうち、高分子溶液の具体的な例としては、
バレイショデンプン、コーンスターチなどのデンプン類
、寒天、アラビアゴム等の植物性粘質物類、にかわ、ゼ
ラチン等の天然高分子類、セルロース類、可溶性デンプ
ン等の半合酸物類、ポリビニルアルコール、ポリエチレ
ンオキシド等の合成物類などの溶液がある。また油状液
体としては鉱物油、植物油、オレイン酸ソーダ液等を使
用することができる。

また樹脂溶液としてはアクリル系樹脂、酢酸ビニルエマ
ルジョン、ワックスエマルジョン等の樹脂剤が使用され
る。

上記各種結合剤は、被研摩材の研摩条件により１種また
は２種以上を混合して使用することができる。

また上記した窒化アルミニウム粉末と結合剤との混合物
の容積比は研摩砥石自体の強度、研摩速度および仕上り
表面粗さに大きな影響を与えるが、通常窒化アルミニウ
ム粉末１容積に対して結合剤を０．１〜０．５容積の割
合に設定される。これは結合剤の配合割合が０．１容積
未満であると、砥粒相互の結合強度が低下し、砥石全体
が乾燥したパサパサの状態になり脆くなって研摩時の作
用応力に耐えない一方、配合割合が０．５容積を超える
と砥石全体の粘度が増加し、目詰りが発生し易く、また
硬度も低下し円滑な研摩作業を継続することが困難とな
るからである。

また大きな粒径を有する砥粒を使用する場合には砥粒の
容積割合を相対的に高める一方、小さい粒径の砥粒を使
用する場合は結合剤の容積割合を高めに設定するとよい
。

また本発明に係る研摩砥石は砥粒と比較して結合剤の配
合量が少ないので、結合剤の種類によっては砥粒粉末全
体と均一に混合しない場合がある。

砥粒と結合剤との混合が不均一であると、研摩面におけ
る研摩強度が不均一となり、強度の弱い部分から破壊し
て安定した研摩加工ができない。

そこで、結合剤に、その結合剤より揮発性が高い液体を
希釈剤として混合して砥粒と均一に混合した後、減圧あ
るいは加熱して希釈剤を除去することにより、砥粒と結
合剤とを均一に混合することが効果的である。

上記した希釈剤としては、結合剤の種類によって異なる
が、ヘキサン、ヘプタン等の低分子量の炭化水素、メタ
ノール、エタノール等のアルコール類、水等を使用する
ことができる。

本発明に係る研摩砥石はこのように砥粒としての窒化ア
ルミニウム粉末と、少量の結合剤と、必要に応じて希釈
剤とを均一に混合し、得られた混合体を圧縮成形し砥粒
を最密充填状態にして製造される。そして圧縮成形する
場合の圧力は、１００ｋｇ／ｃＪ以上、好ましくは３０
０ｋｇ／ｃｄ以上である。このように圧縮成形により製
造された研摩砥石においては、結合剤がその表面張力や
粘着力によってボンド作用をなして砥粒相互を低強度で
結合させるとともに、砥粒が結合剤により柔かく保持さ
れているので、その硬度は適度な固さを有する。

本発明者が窒化アルミニウム砥粒（粒径１μｍ）とアク
リル樹脂粉末とを容積比で１：０．４の割合で混合した
後に圧力３５０ｋｇ／ｃｄにて圧縮戊形した研摩砥石の
硬度を焼型硬度計にて測定したところ７５〜８０であっ
た。この値は従来最も柔かいとされていたＰＶＡ砥石の
硬度９０〜９５より低い。

こうして得られた研摩砥石を使用することにより脱粒を
起こし易い窒化アルミニウムなどのセラミック材を効率
的に研摩することができる。

さらに、各砥粒が結合剤によって柔かく保持されている
ため、研摩面において砥粒層が自然と削り取られるセル
フドレッシング作用が顕著であり、研摩時に遊離砥粒と
して作用する砥粒数が多いため、被研摩材の削り粉、切
り粉による目詰りの発生が少なく、研摩開始直後の高い
研摩効率が終始維持される。

また、この研摩砥石は砥粒を結合剤で相互に結合してい
るため、結合力は弱いが研摩圧力として、０．１〜ＩＭ
Ｐａ程度と非常に高い圧力を使用することができるため
、研摩効率が高く、セラミックス材の加工コストを大幅
に低減することができる。

さらに研摩砥石に適度の弾性を備えているため、被研摩
材表面へのなじみが良好であり、被研摩面全面に亘って
高精度に仕上げ研摩することができる。

（実施例） 次に本発明に係る研摩砥石のより具体的な実施例につい
て述べ、その効果等について説明する。

実施例として平均粒径が１．０μｍの窒化アルミニウム
粉末砥粒１容積に対してアクリルスチルエマルジョンを
０．　４容積配合して均一な混合体を形成し、その混合
体を圧力３５０　ｋｇ／ｃｄにて圧縮成形して形成した
研摩砥石（直径２０ｃｍ、厚さ３ｃｍ）Ｓ、を第１図に
示す研摩機ｌの回転台２上に固着した。

一方中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．５μｍに予め予備研
摩された被研摩体３としての窒化アルミニウム焼結体４
を、貼付盤５に接着剤等で固着した後に、上記研摩砥石
Ｓｉの研摩面に押圧した。

そして貼付盤５の上面に重錘６を載置し、研摩圧力を１
００〜１５０ｇ／ｃ［Ｌｒに調整した。そして研摩機１
の回転軸７の回転数を２００ｒｐｍ（公転半径５ａｎ）
で６０分間研摩したところ、仕上げ面の表面粗さは０．
０２μｍ〜０．０５μｍＲａの範囲の値を得た。

＃ ６０００相当）、Ａｌ２Ｏ３（８０００相当）を使用し
て実施例と同一の研摩圧力、回転数で通常のポリッシン
グ加工を行なった。その結果比較例１〜２の砥石による
仕上げ面の表面粗さはそれぞれ０．１２〜０．１５μｍ
Ｒａ、０．１６〜０゜２２μｍＲａであった。

以上の結果から明らかなように実施例に係る研摩砥石に
よれば、砥粒の結合力は弱いが、研摩圧力は１００〜１
５０ｇ／ｃＪと非常に大きい値に設定することが可能で
あり研摩効率が高い。また砥粒が比較的低結合状態で保
持されているため、研摩時における砥粒の脱落（自生作
用）が優れ、研摩開始当初の研摩効率を長時間保持する
ことかできる。さらに砥石自体に適度の弾性があるφこ
め、被研摩面に対するなじみがよく、被研摩面を高精度
に仕上げることができる。

また比較例１〜２のように他の砥粒を使用した場合にお
いては、被研摩体である窒化アルミニウム焼結体４の表
面に発生していたＡｉＮ粒子の脱落深さ（粒界段差）を
小さくすることができず、ただ表面の研摩をわずかに進
行させる効果のみしか得られなかった。また研摩面に面
だれやうねりを生じる試験体も多かった。

〔発明の効果〕

以上説明の通り本発明に係る研摩砥石によれば、窒化ア
ルミニウム粉末砥粒を結合剤によって低結合状態に保持
した硬度が低い研摩砥石を形成しているため、研摩作業
時における研摩層の自生作用が優れており、高い研摩効
率で連続的にセラミック材を研摩することができる。ま
た研摩層の硬度が低いため、特に結晶粒子の脱粒を発生
し易い材料、例えば窒化アルミニウム焼結体などのセラ
ミック材の表面を高精度かつ高い研摩効率で鏡面加工す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である研摩砥石を使用して研
摩加工を行なっている状態を示す断面図である。 １・・・研摩機、２・・・回転台、３・・・被研摩体、
４・・・窒化アルミニウム焼結体、５・・・貼付盤、６
・・・重錘、７・・・回転軸、Ｓｌ・・・研摩砥石。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、平均粒径が０．５μｍ以上１．５μｍ以下である砥
   粒としての窒化アルミニウム粉末が結合力が低い液体ま
   たは樹脂からなる結合剤により結合されてなることを特
   徴とする研摩砥石。 ２、結合剤が窒化アルミニウム粉末１容積に対して０．
   １〜０．５容積含有されていることを特徴とする請求項
   １記載の研摩砥石。