JPH05111878A - 研磨製品およびその製造方法 - Google Patents

研磨製品およびその製造方法

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JPH05111878A
JPH05111878A JP4102848A JP10284892A JPH05111878A JP H05111878 A JPH05111878 A JP H05111878A JP 4102848 A JP4102848 A JP 4102848A JP 10284892 A JP10284892 A JP 10284892A JP H05111878 A JPH05111878 A JP H05111878A
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metal
abrasive
support
substrate
coated
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JP4102848A
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Wesley J Brukvoort
ウエスリー・ジエイ・ブルツクスブールト
Robert N Howard
ロバート・ネルソン・ハワード
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3M Co
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Minnesota Mining and Manufacturing Co
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 表面および裏面を有する柔軟な基材と、基材
の表面に接着された、少なくとも１つ以上のバインダー
および複数の砥粒からなる研磨複合材料と、基材の裏面
から金属接着剤に対して容易に接近できる複数の金属析
出物とから構成される被覆研磨剤と；支持体と；金属析
出物と支持体の両方に接着された、被覆研磨剤を支持体
に接着する金属接着剤とからなることを特徴とする研磨
製品。 【効果】 金属接着剤を使用することにより、従来の有
機接着剤を用いた場合よりも高荷重に耐え、かつ、耐水
性、耐熱性および耐溶媒性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は金属接着剤によって支持
体に結合された被覆研磨剤からなる研磨製品、およびそ
の製造方法に関する。該被覆研磨剤は柔軟な基材と、少
なくとも１つ以上のバインダーによって基材に結合され
た複数の砥粒とから構成される。
【０００２】
【従来の技術および課題】一般に、被覆研磨剤は１つ以
上のバインダーによって基材(backing)に結合された複
数の砥粒として規定できる。基材は金属板のように剛性
があってもよいし、布、紙、フィルム、不織布または加
硫繊維のように柔軟でもよい。今日、工業において用い
られる主な被覆研磨剤用基材は柔軟である。バインダー
は金属、シリケート等の無機材料、あるいはフェノール
樹脂、ユリアホルムアルデヒド樹脂、エポキシ樹脂、グ
ルー等の有機材料であってもよい。砥粒としては、例え
ば、ダイアモンド、キュービック窒化ボロン、溶融アル
ミナ、セラミック酸化アルミニウム、シリコンカーバイ
ド、ボロンカーバイド、窒化シリコン等が挙げられる。
【０００３】研磨工業において、ダイヤモンドおよびキ
ュービック窒化ボロン(ＣＢＮ)は他の公知の砥粒に比べ
て非常に優れた研磨特性を有するため、「超研磨剤(supe
rabrasive)」と考えられている。しかし、これらの超砥
粒はかなり高価である。多くの用途において、超砥粒を
用いる場合、最適な研磨性能を得るために金属バインダ
ーが用いられる。前記の他のバインダーは、典型的に
は、超研磨剤と合されるユニークな研磨性能の十分な利
点を引き出すのに必要な強度および一体性を有しない。
金属結合超研磨剤を含有する被覆研磨剤としては、例え
ば、米国特許第３,８６０,４００号、同第４,０４７,９
０２号、同第４,０７８,９０６号、同第４,２５６,４６
７号、同第４,２８８,２３３号、同第４,８２６,５０８
号および同第４,８７４,４７８号並びに英国特許出願
２,２００,９２０号およびＷＰＯ第９０／００１０５号
に記載のものが挙げられる。
【０００４】被覆研磨剤を支持体に取り付けることも当
業者に公知である。例えば、英国特許出願２,１６４,０
５３号は電気メッキ金属バインダーによって柔軟な基材
に結合されたダイヤモンド砥粒からなる被覆研磨剤を教
示している。この被覆研磨剤は、耐熱性、耐溶媒性、耐
水性の有機接着剤によって他の支持体(substrate)に取
り付けられる。しかし、ある種の研磨用途においては、
有機接着剤は所望の強度および一体性を示さない。従っ
て、ダイヤモンド粒が破損してダイヤモンド砥粒が十分
な効果が達成される前に接着剤が破損する。
【０００５】ある場合には、被覆研磨剤をさらに剛性の
支持体に取り付けて積層することが望ましい。米国特許
第２,８２０,７４５６号および英国特許第７６０,５２
６号は金属バインダーによって支持体に結合された砥粒
を有する金属支持体からなる被覆研磨剤を開示してい
る。該被覆研磨剤は、金属接着剤を用いてさらに剛性の
支持体に取り付けられる。しかし、一般に、金属基材を
有する被覆研磨剤は種々の形状を有する基材に十分適合
させる程柔軟ではない。
【０００６】今日、工業界が必要としているものは、金
属接着剤によって他の支持体に結合された柔軟な基材を
含む被覆研磨製品、およびその製造方法である。このよ
うな研磨製品は実質的にいずれの所望の形状をとっても
よい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、金属接着剤に
よって支持体に結合された被覆研磨剤からなる研磨製
品、およびその製造方法を提供することにより、前記問
題を解決するものである。被覆研磨剤は柔軟な基材と、
少なくとも１つ以上のバインダーによって基材に結合さ
れた複数の砥粒とからなる。また、複数の金属析出物
は、基材の裏面に存在するか、あるいは基材の裏面から
金属接着剤に対して容易に接近できる(accessible)。例
えば、金属析出物が基材の裏面から塗布された金属接着
剤と接触できさえすれば、金属析出物は柔軟な基材の裏
面の平面全体に拡がる必要はない。
【０００８】さらに、本発明は、金属接着剤によって被
覆研磨剤を支持体に結合することにより研磨製品を製造
する方法を提供するものである。
【０００９】本発明には多くの利点が存在する。金属接
着剤を使用することにより、接着された製品が有機接着
剤よりも高い荷重に耐え、研磨製品の耐水性、耐熱性お
よび耐溶媒性が増大する。また、金属接着剤を用いるこ
とにより、金属接着剤が研磨製品の最も弱い結合でない
ために摩耗中に砥粒を最大限に利用できる。さらに、本
発明の被覆研磨剤の柔軟な基材特性は、広範な幾何学形
状の支持体に積層するのに適する。
【００１０】特に、本発明の研磨製品は、 ａ)i)表面および裏面を有する柔軟な基材と、 ii)基材の表面に結合された、少なくとも１つ以上のバ
インダーおよび複数の砥粒から構成される複数の研磨複
合材料と、 iii)基材の裏面から塗布された金属接着剤に対して容易
に接近できる複数の金属析出物とから構成される被覆研
磨剤と； ｂ)支持体と； ｃ)金属析出物および支持体に結合された金属接着剤と
からなり、該金属接着剤が、被覆研磨剤の基材の裏面に
存在する、あるいは裏面から容易に接近できる金属析出
物を支持体に結合する。
【００１１】図１は本発明の研磨製品の側面図である。
図２は本発明の研磨製品の１具体例を示す斜視図であ
る。
【００１２】図１を参照すると、研磨製品１０は、被覆
研磨剤１７と支持体１６の間の金属接着剤１８によって
支持体１６に接着された被覆研磨剤１７から構成され
る。また、被覆研磨剤は、表面および裏面を有する柔軟
な基材１４と、基材の表面に接着された複数の研磨複合
材料１１と、支持体の裏面上にある複数の金属析出物１
５とから構成される。
【００１３】被覆研磨剤の柔軟な基材は、柔軟であれば
いかなる材料であってもよい。典型的には、柔軟な基材
は過度の応力を基材に与えずに弧状のものに適合でき
る。柔軟な基材としては、例えば、紙、ポリマーフィル
ム、加硫繊維、ポリマー不織布、ポリマースクリム、グ
ラスファイバー不織布、グラスファイバースクリム、繊
維不織布、それらを処理したもの、およびそれらの組合
せが挙げられる。また、基材は、例えば、ポリマースク
リムのように多孔質であることが好ましい。柔軟な基材
の厚さは一般に５〜１０００μｍ、好ましくは２５〜２
５０μｍである。
【００１４】基材の表面には複数の研磨複合材料が結合
される。該研磨複合材料は個々の物体であり、互いに間
隔があけられている。したがって、連続した研磨複合材
料または単一の研磨複合材料は存在しない。研磨複合材
料の高さは、典型的には約２５〜８００μｍ、好ましく
は１２０〜４５０μｍである。研磨複合材料の径は、典
型的には約０.１〜５μｍ、好ましくは約０.２〜３μ
ｍ、最も好ましくは約０.２５〜２μｍである。約１５
〜９０％、好ましくは約１５〜５０％の基材表面積の範
囲で研磨複合材料を有する。研磨複合材料はランダムな
形状または形態をとることができる。すなわち、研磨複
合材料は、円形、三角形、四角形、長四角形、菱形等の
幾何学形状をとり得る。また、個々の研磨複合材料は基
材上で特異なパターンで配列できる。
【００１５】図１において、研磨複合材料１１は、複数
の砥粒１３と、バインダー１２とから構成される。砥粒
としては、例えば、ダイヤモンド、ダイヤモンド状カー
ボン、キュービック窒化ボロン、溶融アルミナ、加熱ア
ルミナ、セラミック酸化アルミニウム、アルミナ−ジル
コニア、シリコンカーバイド、ガーネット、タングステ
ンカーバイド、ボロンカーバイド、チタンカーバイド、
酸化セリウム、酸化鉄、シリカ、窒化シリコン等が挙げ
られる。砥粒の粒径は約０.１〜１００ミクロン、好ま
しくは約１〜１００ミクロンである。各砥粒の形状はラ
ンダム、あるいは特異な形状であってもよい。研磨複合
材料は２つ以上の異なった砥粒の組合せからなる。ま
た、研磨複合材料は灰色火山岩、大理石、石膏等の希釈
無機粒子を含んでもよい。また、ある用途において、砥
粒の周囲に被覆を行ってバインダーの付着性を改良して
もよい。
【００１６】バインダーの目的は砥粒を基材に固定する
ことである。本発明において、一部分の砥粒をバインダ
ーの表面から突出させるのが好ましい。しかし、図１に
示すように、砥粒はバインダー中に分散させることもで
きる。バインダーは有機バインダーまたは無機バインダ
ーであってもよい。有機バインダーとしては、例えば、
フェノール樹脂、ユリアホルムアルデヒド樹脂、アクリ
ル酸樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、アミノプラス
ト樹脂、イソシアネート樹脂、ウレタン樹脂、ポリエス
テル樹脂およびそれらの組合せが挙げられる。無機バイ
ンダーとしては、例えば、金属、シリケートおよびシリ
カが挙げられる。好ましいバインダーは金属バインダー
であり、例えば、錫、青銅、ニッケル、銀、それらの合
金およびそれらの組合せが挙げられる。ニッケルバイン
ダーとしては、例えば、米国特許第４,８７４,４７８号
に開示された、電気メッキによってニッケルスルファメ
ート浴から析出されたニッケルが挙げられる。電気メッ
キ処理によってバインダーを支持体に設けることが最も
好ましい。砥粒は電気メッキ処理中に同時に設けられ
る。
【００１７】電気メッキ処理によってバインダーが設け
られる場合、本発明の柔軟な基材は多孔質でかつ非導電
性であるか、あるいは基材は非導電性領域を含む。
【００１８】被覆研磨剤は、柔軟な基材の裏面上に存在
する、あるいは基材の表面上（または基材の穴または開
口中に）に存在する金属析出物を含むため、基材の裏面
から塗布された金属接着剤に対して容易に接近できる。
研磨複合材料のように、金属析出物は互いに間隔をあけ
た不連続部分上に設けられる。金属析出物の高さは、典
型的には約２５〜８００μｍである。金属析出物の径
は、典型的には約０.１〜５ｍｍ、好ましくは約０.２〜
３ｍｍ、最も好ましくは約０.２５〜２ｍｍである。裏
面から塗布された金属接着剤に対して容易に接近できる
約１５〜９０％、好ましくは約２０〜５０％の基材側面
積または表面積の範囲において、これらの金属析出物が
含まれる。これらの析出物に適する金属としては、例え
ば、錫、鉄、青銅、ニッケル、銀、それらの組合せおよ
びそれらの合金が挙げられる。
【００１９】本発明の好ましい具体例において、柔軟な
基材はポリマースクリムであり、バインダーは電気メッ
キされるニッケル金属である。電気メッキ処理（好まし
い処理は米国特許第４,２５６,４６７号に開示されてい
る）中、柔軟な基材は電気伝導性金属ドラム上に設けら
れ、ニッケルバインダーはスクリム全体に電気メッキさ
れる。一部分のニッケルは基材の裏面に残留し、それに
より、金属析出物が形成されることは、この処理におい
て固有のものである。残りのニッケルは、バインダーと
して基材の表面に存在する。この金属析出物の厚さは、
典型的には基材の裏面と金属ドラムの間の間隔に等し
い。
【００２０】基材の裏面に金属析出物を設ける他の方法
としては、例えば、スクリーン印刷法および粉末冶金法
が挙げられるが、両方とも当業者によく知られている。
前述のように、金属析出物が基材の裏面から塗布された
金属接着剤に対して容易に接近でさえすれば、金属析出
物が柔軟な基材全体に拡がる必要はない。例えば、電気
メッキされたバインダー金属は柔軟な基材の穴または開
口中に部分的に拡がるため、これらの析出物は金属接着
剤と接触できる。
【００２１】被覆研磨剤は金属接着剤によって支持体に
結合される。金属接着剤の厚さは約２〜１００μｍ、好
ましくは約１０〜５０μｍである。金属接着剤として
は、例えば、金属はんだおよび金属ろうが挙げられる。
【００２２】金属はんだは約４２５℃未満の融点を有す
る。金属はんだ接着剤としては、例えば、錫と鉛の合金
が挙げられる。ある場合、アンチモニー、ビスマス、カ
ドミウム、銀、ヒ素等の他の金属を添加して金属はんだ
の特性を変えてもよい。はんだは金属析出物の表面をぬ
らし、適所に固着する。それにより、被覆研磨剤と支持
体の間を結合する。金属接着剤は金属析出物だけに接着
し、柔軟な基材には接着しない。はんだが表面を容易に
ぬらしてよい結合が得られるように、金属析出物の表面
から、いずれの酸化物または他の皮膜をも除去するべき
である。支持体と被覆研磨剤の間に良好な結合を形成す
るためには、厚さ約２０μｍの金属はんだが必要である
ことが判明した。典型的には、厚さ１５０μｍ以上の金
属はんだは、他の問題を引き起こす過剰の金属はんだと
なるため、好ましくない。
【００２３】ろう付において、金属ろうまたは合金ろう
としては、被覆研磨剤および支持体が耐え得る温度未満
の溶融温度を有するものが選択される。合金ろうペース
トが、本発明において用いるのに特に好ましい。ろう付
では、金属析出物と支持体の間に金属組織結合が形成さ
れる。典型的には、ろう付によってはんだより強い結合
が得られる。金属ろうとしては、例えば、銅、金、銀、
並びにアルミニウム、ニッケル、マグネシウム、金、コ
バルト、銀、およびパラジウムの複合合金が挙げられ
る。
【００２４】本発明の研磨製品を作成する場合、被覆研
磨剤の金属析出物と支持体の間に金属接着剤を配置し、
得られる組立体を金属接着剤の処理温度程度まで加熱す
る。また、組み立てる前に、金属析出物、支持体または
その両方に金属接着剤を塗布してもよい。好ましい方法
は、被覆研磨剤の金属析出物を接触させる前に、支持体
に金属接着剤を被覆することである。加熱の好ましい方
法は、蒸気加熱または蒸気相リフローろう付加熱であ
る。蒸気加熱は、被覆研磨剤／金属接着剤／支持体組立
体を、被覆研磨剤が支持体に結合するのに十分な時間、
加熱蒸気浴中に配置することにより行われる。好ましい
蒸気浴は、米国ミネソタ州、セントポールにある３Ｍ社
から入手可能なフルオリナート(Fluorinert)ＦＣ−７０
のようなフッ化有機化合物を用いて形成されたものであ
る。これは、被覆研磨剤が急速にかつ均一に加熱される
一方、基材のいずれの潜在崩壊をも最小限にするため、
加熱の好ましい方法である。
【００２５】支持体はいずれの通常の基材であってもよ
い。このような支持体としては、金属、セラミックス、
高温プラスチック等が挙げられる。支持体は、平らなシ
ート、丸管、凸状物、凹状物または回旋状物等の研磨製
品にとって所望の任意の形状をとってもよい。図２を参
照すると、研磨製品２０において、研磨複合材料２３を
含有する被覆研磨剤２０は管２１に接着されている。被
覆研磨剤を設ける前に支持体をはんだで被覆することが
好ましい。この具体例は、本発明の利点が、柔軟な被覆
研磨剤が幾何学形状の支持体に結合できることにあるこ
とを示す。
【００２６】
【実施例】つぎに、実施例を挙げて本発明をさらに詳し
く説明するが、それらに限定するものではない。 実施例１ この実施例における被覆研磨剤用基材は、スタイルナン
バー(style number)ＨＤ６３の下にソートフィル(Soato
fil)から市販されているポリエステルスクリム基材であ
る。ニッケル金属バインダーをスクリム基材全体に金属
メッキし、平均粒径７４μｍのダイヤモンド砥粒をニッ
ケルバインダーに付着させた。電気メッキ処理中、いく
らかのニッケルは基材の裏面に残留して金属析出物を形
成した。ニッケルおよびダイヤモンドを付与して研磨複
合材料を形成する方法は、米国特許第４,２５６,４６７
号中に教示されたものと実質的に同じであった。研磨複
合材料は略円形であり、ベースで直径が約６６０μｍで
あった。研磨複合材料で覆われた基材表面積は約２０％
であった。
【００２７】５０／５０重量比の錫／鉛金属はんだを用
い、被覆研磨剤を支持体に結合した。支持体は、厚さ２
５μｍの金属はんだの被覆を有する厚さ１６５μｍの回
路板であった。支持体／金属はんだの組合せを、内径
３.５ｃｍ、外径７.６ｃｍのディスクに変換した。基材
の裏面の金属析出物がはんだと外方に向いた研磨複合材
料と接触するように、被覆研磨剤をディスクの頂部にお
いた。いくらかの収縮を考慮して、約５〜１０％の余分
の被覆研磨材料を存在させた。つぎに、外径８.３ｃｍ
のアルミニウム圧力板を被覆研磨剤／金属はんだ／支持
体組立体の上に配置し、アルミニウム圧力板は研磨複合
材料のみと接触させた。アルミニウム圧力板／被覆研磨
剤／金属はんだ／支持体組立体を一緒にクランプし、蒸
気浴中に９０秒間入れた。該蒸気浴はフルオリナート・
エレクトロニック・リキッドＦＣ−７０と呼ばれる３Ｍ
社製品であり、２１５℃の沸点を有する。９０秒間、蒸
気浴に暴露することにより、材料を加熱した。該時間は
金属はんだを金属析出物に結合するのに十分な時間であ
る。つぎに、クランプを外す前に材料を室温に冷却し
た。さらに、過剰のオーバーラップ被覆研磨剤をディス
クから取り除いた。得られた研磨製品を顕微鏡下で調査
した。その結果、被覆研磨剤は金属はんだによって支持
体に十分結合されていることが判明した。
【００２８】実施例２ 実施例２の研磨製品は、異なった支持体を用いた以外は
実施例１と同じ方法で作成した。実施例２で用いた支持
体は外径５.４ｃｍ、内径５.１ｃｍの銅管であった。５
０／５０重量比の錫／鉛はんだを、はんだ被覆厚さ約２
５μｍで管の外径に被覆した。得られた研磨製品を顕微
鏡下で調査した。その結果、被覆研磨剤は金属はんだに
よって十分支持体に結合されていた。
【００２９】以上、本発明の好ましい具体例について説
明したが、本発明の精神を逸脱することなく、種々の変
形および修飾を加えることができることは当業者に明ら
かであり、それらも本発明の範囲のものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の研磨製品の側面図である。
【図２】 本発明の研磨製品の１具体例を示す斜視図で
ある。
【符号の説明】
１０：研磨製品、１１：研磨複合材料、１２：バインダ
ー、１３：砥粒、１４：基材、１５：金属析出物、１
６：支持体、１７：被覆研磨剤、１８：金属接着剤、２
０：研磨製品、２１：管、２２：被覆研磨剤、２３：研
磨複合材料。
フロントページの続き (72)発明者 ロバート・ネルソン・ハワード アメリカ合衆国55144−1000ミネソタ州セ ント・ポール、スリーエム・センター（番 地の表示なし）

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 表面および裏面を有する柔軟な基材と、
    基材の表面に結合された、少なくとも１つ以上のバイン
    ダーおよび複数の砥粒からなる研磨複合材料と、基材の
    裏面から金属接着剤に対して容易に接近できる複数の金
    属析出物とから構成される被覆研磨剤と；支持体と；金
    属析出物と支持体の両方に結合された、被覆研磨剤を支
    持体に結合する金属接着剤とからなることを特徴とする
    研磨製品。
  2. 【請求項２】 金属接着剤が金属はんだおよび金属ろう
    よりなる群から選択される請求項１記載の研磨製品。
  3. 【請求項３】 研磨複合材料のバインダーが金属バイン
    ダーである請求項１記載の研磨製品。
  4. 【請求項４】 支持体が回路板である請求項１記載の研
    磨製品。
  5. 【請求項５】 支持体が平らなシート、丸管、凸状物、
    凹状物または回旋状物である請求項１記載の研磨製品。
  6. 【請求項６】 ａ)i)表面および裏面を有する柔軟な基
    材と、 ii)基材の表面に結合された、少なくとも１つ以上のバ
    インダーおよび複数の砥粒から構成される複数の研磨複
    合材料と、 iii)基材の裏面から塗布された金属接着剤に対して容易
    に接近できる複数の金属析出物とから構成される被覆研
    磨剤を設け； ｂ)支持体を設け； ｃ)金属接着剤を設け； ｄ)金属接着剤、支持体の表面および金属析出物、また
    は被覆研磨剤の基材の裏面から金属接着剤に対して容易
    に接近できる金属析出物を有する基材の裏面を接触さ
    せ； ｅ)加熱して金属接着剤を金属析出物および支持体に結
    合し、それにより、金属接着剤が被覆研磨剤を支持体に
    結合する工程からなることを特徴とする研磨製品の製造
    方法。
  7. 【請求項７】 金属接着剤が金属はんだおよび金属ろう
    からなる群から選択される請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 加熱工程が被覆研磨剤を支持体に結合す
    るのに十分な時間の蒸気加熱または蒸気相リフローはん
    だ付加熱である請求項６記載の方法。
  9. 【請求項９】 被覆研磨剤の金属析出物と接触させる前
    に、支持体をはんだで被覆する請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 金属接着剤、被覆研磨剤および支持体
    を、金属析出物と支持体の両方に金属接着剤を結合する
    のに十分な温度のフッ素化有機化合物の加熱蒸気に接触
    させることにより蒸気加熱を行う請求項８記載の方法。
JP4102848A 1991-04-25 1992-04-22 研磨製品およびその製造方法 Pending JPH05111878A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US691147 1991-04-25
US07/691,147 US5127197A (en) 1991-04-25 1991-04-25 Abrasive article and processes for producing it

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