JPS61182774A - 軟質金属研磨用砥石 - Google Patents

軟質金属研磨用砥石

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JPS61182774A
JPS61182774A JP2280085A JP2280085A JPS61182774A JP S61182774 A JPS61182774 A JP S61182774A JP 2280085 A JP2280085 A JP 2280085A JP 2280085 A JP2280085 A JP 2280085A JP S61182774 A JPS61182774 A JP S61182774A
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佐藤 敢
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中村 明男
Masaru Nakamura
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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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は平坦な表面を有する金属板、例えば、a気ディ
スク基盤の素材たるアルミニウム合金製ディスク原盤(
以下アルミディスクと略称する)等の軟質金属の表面の
研削・琢麟、すなわち研磨に供する合成砥石に関する。
く従来の技術〉 従来、平坦な表面を有する金属板で比較的軟質なもの、
例えばアルミディスク等の表面研磨は、精密旋盤等を用
いた機械加工、炭化珪素等の微粉末スラリー?用いた所
謂ラッピング加工、あるいはレジソイ2糸砥石や、ウレ
タン系砥石等の合成砥石を用いた加工等が一般的であっ
た。
しかしながら、精密旋盤等音用いた機械加工は、作業者
の熟練度により仕上り精度、f′F−業効率が異る上、
全般的に作業性が悪く、小型の被研M体を大量に処理す
るような場合、その効率の低さが顕著であった。
ま九、炭化珪素等の砥粒微粉末スラリーを用いたラッピ
ング加工法の場合は、スラリーのロス、使用tが多く経
済的に不利な上、周囲の作業環境や作業者全汚染し、更
にはその高#度廃液の処理に大変な手間と費用とを要す
るという問題点があった。
か\る砥粒微粉末スラリーを用いるラッピング加工法に
代えて、レジノイ戸糸砥石、あるいはウレタン系砥石等
、既存の固型砥石を用いた場合は、研磨性能が不十分で
十分な仕上り精度が得られなかったり、研削力が不足し
たり、あるいは目詰まり現象等好ましからざる現象を惹
起し、高能墨をもって一定の性能が得られない等の問題
点があった。すなわち、平面部分の研磨、特にアルミデ
ィスク等、平坦度と面精度とが同時に要求される研磨に
おいては、被研磨体の表面と、研磨材の表面との面相瓦
間を接触させ、一時に研磨を進めてゆく事が必要であり
、例えばレジノイr系あるいはウレタン系等の独立気孔
構造の合成砥石を使用した場合は、研磨作用(よる研磨
屑、脱落砥粒等がこの気孔に入りこみ、目詰まり現象t
−惹き起し易く、研磨効果の持続性に欠け、頻繁なPレ
ッシング(表面更新)作業が必要となるのである。
これに対して、連続気孔を有するポリビニルアセタール
果樹lIh’を結合材として用いたものは、研磨屑、脱
落砥粒等が気孔外に排出され易く、目詰まり現象を起こ
し難いため、優れた合成砥石として一般的に知られ次も
のであるが、比較的耐水性に劣り、刀1かる精密研磨用
途に・け不向きである。
また耐水性付与全目的として熱硬化性樹脂硬化体を配合
したものも、特公昭39−1898号および同53−6
752号各公報などに提案され、耐水性合成砥石として
公卸のものである。特に後者の発明においては、熱硬化
性樹脂の配合比率を変えることにエリ、弾性のあるもの
から剛性に至るまでの性質を有する研磨材が得られ、殊
に粒度の組刃1い砥石は、軟質、硬質、難削材の研磨に
有用である旨の一般的かつ定性的な開示がなされている
が、平坦な表面を有する軟質金属板、特にアルミディス
ク等の平面研磨に好適な精密研磨用砥石として適合する
ための砥粒の配位・分布状態や、砥粒粒度に対する砥石
表面硬度の所要値等、物性上の諸条件に関しては、依然
として同等究明されておらず、未だか\る用途に有用且
つ好適な人造砥石の出現を見ていない。
〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明者等は、上述の技術的現状と問題点とに鑑み鋭意
研究を行なった結果、本発明を完成するに至ったもので
あり、その目的とするところは、優れた平坦度と高い面
精度とを同時に満足するように仕上げられた軟質金属板
、特にアルミディスク等、就中、極めて精密な用途に供
せられる特殊アルミ合金の塊状盤等t′ffJg良く取
得するにある。
本発明の他の目的は、か\る精密平面研磨に好適にして
、特に両面ラッピング研磨機に適用して優れた性能を発
揮する人造砥石を提供するにある。
く問題を解決するための手段〉 上述の目的は、連続微細気孔を具え友三次元網状組織を
なす構造体であって、該組織がポリビニルアセタール系
樹脂、メラばン巣樹脂の硬化体およびその他の熱硬化性
樹脂の硬化本エリなるマトリックスと、該マトリックス
中において相連接し実質的に連続状態?なして存在する
砥粒微細粒子との混合体からなると共に、表面硬度囲と
砥粒番手(G)とが式、 を満足する関係にあることt%徴とする軟質金属研磨用
砥石に工って達成される。
本発明における先ず第一の要点は、アルミディスク等比
較的軟質な金属の平面研磨用砥石として、連続微細気孔
を具えた三次元網状組4&をなす構造体?用い定点にあ
る。すなわち、 本発明の如き三次元網状組威構造本は、レジノイを系や
ウレタン系人造砥石の独立気泡構造とは組織を全く異に
し、独立気泡は存在せず、空隙中に枝が立体的に伸びt
様な組織であり、気孔は無限に連通したものとなる。従
って、研磨屑脱落砥粒等はこの間隙から系外に排出され
易く、まt捕捉された場合も目詰まり現象をおこしにぐ
いものである。
この効果が十分に得られるのは平均気孔径l。
上廻ると、構造的に粗すぎて物性の均一性という面でや
一難がある。
まt気孔嘉は60〜85容tイの範囲にある事が好まし
い。60谷t%未満の場合は、独立気孔が存在するよう
になり、85容t5Xを超えると強度の面でや\不十分
なものとなる。
本発明において、第二の要点は、砥粒の結合材であるマ
トリックスとして、ポリビニルアセタール系樹脂と、メ
ラミン系樹脂の硬化体及びその他の熱硬化性樹脂の硬化
体との混合体を用いた点にある。
既述の通り、ポリビニルアセタール系1rlllに耐水
性付与を目的として熱硬化性樹脂硬化内金配合したもの
は耐水性合成砥石として公知であるが本発明者等は、ポ
リビニルアセタール糸If m 17J 他ニメラミン
系樹脂を選定し、更にその他の熱硬化性樹脂を併用し、
その合計の比率が重量比においてポリビニルアセタール
系樹脂に対し40〜150重量%の範囲内にあるものが
、本発明の目的であるアルミディスク等比較的軟質の金
属の表面研磨に好適である手金見出したものである。
すなわち−結合材をかかる比率に設定し、陵述するが如
き方法で熱処理を施すことにより、本発明の目的である
軟質金属の表面研磨に必要な硬さ、切れ味(研削力)、
および適度な弾性をもつ砥石となりうるのである。
特に、本発明の目的に適合するtめには、砥石の靭性(
ねばり)が少ない事が必要であり、靭性が高いと、切株
味が落ち、目詰まり現象も起こし易くなる。ポリビニル
アセタール系樹脂は、砥粒の保持力、結合力及び親水性
には優れるが、や\靭性の高いものである為、メラミン
系樹脂硬化体を用いることでその靭性を低減せしめ、脆
性を与えるとともに、その硬度の不足を他の熱硬化性樹
脂で補おうとするものである。他の熱硬rヒ性樹脂とし
ては、フェノール系樹脂、尿素系樹脂、熱硬fヒ型つレ
タン系′MH脂、エポキシ系樹脂等、が挙げられるが、
本発明の目的達成の為には、特にフェノール系樹脂が好
適であり、またこれらの熱硬化性樹脂は前記メラミン系
樹脂に対し、重量比にて20〜40重量%の比率にて用
いることが特に好適である。
すなわち本発明におrて、マトリックスとしてポリビニ
ルアセタール系樹脂と、メラミン系樹脂硬化体及びその
他の熱硬化性樹脂硬化体と全併用することは、ポリビニ
ルアセタール系Ikl B’tt (7J f4つ研粒
保持力、親水性及び弾性が、それ以外の樹脂の硬さ、脆
性、耐水性等の優れた性質と相俟って、軟質金属表面研
磨に適し友切か味と研磨力とを有し、目詰まりの起こり
にくい、すなわち効果の持続性に優れた砥石となり得る
のである。
上述の特長を象徴する特性値としては、aツクウェル硬
度計スーツぞ一フイシャル15−Yスケールで測定した
砥石の表面硬度()()が挙げられ、この値が下式に示
す不等式全満足する場合、砥石は本発明の目的である軟
質金属の平面研磨に好適な物性金有するものである。
上式の下限を下廻ると脆弱過ぎて切れ味が劣り、ま之砥
石自体の消耗が激しく、一方、上限を上廻ると硬度およ
び靭性が高過ぎて目詰まり現象が起こり易く、本発明の
目的とする砥石としての好適な性能を発揮し難い。
上式に工って明確な如く、砥粒番手が低い程、すなわち
砥粒々径が大きい程、硬度を高目にすることが好ましい
本発明における第三の要点は、研磨性能を持つ砥粒の配
位・分布状態に係わる点である。すなわちこの種の合成
砥石においては、樹脂マl−IJラックスの結合材の中
に砥粒の粒子が分布されており、研M作用においては、
研磨面に存在する砥粒々子が摩擦にエリ被研磨体を摺擦
して脱落し、糸外へ排出されるという現象金繰り返し、
砥石は自らの厚味全減少させつつ、被研磨体表面を研磨
してゆくものであるが、砥粒の比率が少ないと、1個の
砥粒が独立して存在する事となり、その砥粒が脱落した
後は、ミクロ的見方をすれば結合材のみで表面全摺擦す
る。すなわち研磨力のない部分での摺擦を行なう為、切
枡昧(研削力)が劣るものとなる。特に本発明の如く、
アル)εディスク等軟質金属の表面研磨を目的とする場
合、かかる現象は好ましくなく、表面斑、研磨斑等の問
題につながり易い。
本発明においては、かかる好ましからざる現象全回僻す
る為、個々の砥粒がマド17ツクス中で各々独立して存
在せず隣接した砥粒粒子と相互に連接し、実質的に連続
した状態をなして分布している。か\る砥粒の状態は、
本発明になる砥石のマトリックスが、60〜85容量に
という高い気孔晃をもって三次元的に均一に連通した、
平均孔径10〜100 Amの連続気孔構造をなし、こ
のようなマトリックスの微細骨格中に適度な粒度の砥粒
微細粒子が充分な量をもって、所謂、目白押しをなして
配位され、均一に分布していることに由来する。また、
か\る配位・分布全確実にするための好適な砥粒番手は
、少なくとも800番、含有量は混合体重量の25重t
%以上、更に好適にFi40重1%以上である。
本発明にか\る砥石は次の如き方法にて製造される。
すなわち、平均重合度300〜2000.鹸化度80%
以上ノポリビニルアルコール又はその銹導体、変hX、
本を一種あるいはそれ以上混合して水溶液となし、それ
にメラミン系樹脂およびその他の熱町明性樹i旨のモノ
マー、オリザマーあるいけ重合体等からなる前駆体の水
溶液、非水溶媒溶液、エマルジョン等を加え、均一に攪
拌し、更に砥粒、架橋剤としてのアルデヒr類、触媒と
しての酸類、及び気孔生成剤としての澱粉類等を加え、
均−粘調スラリーを調製し、これを所定の型枠に注型す
る。然る後、40乃至100℃の温度にて約−昼夜、湯
浴あるいはその他の浴中で反応固化を行なった後取出し
、水洗して余剰のアルデヒー類、酸類、気孔生成剤を除
去する。こうして揚られた中間体は、形態的には砥石の
形態1に*えてはいるが、樹脂の硬化反応が行なわれて
おらず、性能は不十分である。
従ってこの中間体’Ii o o’c程度の温度で加熱
!7、水分を蒸発除去、乾燥し友後、樹脂の硬化を行な
う為の熱処理(キユアリング)を行なわねばならないが
、キユアリングに必要な温度及び時間は、使用した樹脂
の種類及び量によって微妙に異なるものである。一般的
には100乃至250℃で20乃至100時間のキユア
リングを施せば、硬化反応けはソ達成される。
硬化が不十分であると靭性が大きく、またキユアリング
条件が過酷で硬化が進みすぎると熱分解が同時に生起し
、好ましからざる現象が起こり易いので、条件の選定は
慎重に行なう必要がある。
またキユアリングにおいて急激な昇it−避ける為、段
階的な昇温を行なつ九り、不活性ガス雰囲気中で行なっ
たりすることも有効である。
ポリビニルアルコール以外の樹脂については前述の如く
、反応原液の段階で混合(プレミックス)しても良いが
反応終了後の中間体にその液状前駆体を含浸せしめてか
らキユアリングしても工く、また一つの樹脂をプレミッ
クスし、もう一つの樹脂ヲ降処理するという手段音用い
てもよく、特に方法については限定されない。更に熱硬
「ヒを促進するための触媒を併用することも有効である
液状の樹脂は、水溶液、有機溶剤に溶解した溶液、エマ
ルジョン、あるいは樹脂原液のいずれも使用しうるが、
作業性および混合比のコントロールのし易さから見て、
水溶液を使用する方法が最も好適である。
また、本発明に言う砥粒微細粒子とけ、ダイヤモンr、
窒化硼素、炭化珪素、熔融アルミナ、ガーネット、エメ
リー、酸化セリウム酸化クロム等研削力金有する化合物
又は単体からなる研磨材料のいずれかを粉砕し、適当な
方法にてJIS規格R6001に規定された粒度に分級
これたものを指すものであるが、特に本発明の目的を達
成するには、炭化珪素、熔融アルミナ、酸化クロム、酸
化セリウムよりなる超硬セラミックス砥粒の内金なくと
も1種を選定することが好ましい。
く作用〉 前述の如くして得られた砥石は所望の形状に成型され友
後、軟質金属の表面研磨用途に供せられるが、特にアル
εディスク等、特殊アルば合金の環状盤の表面研磨の如
き、極めて精密な用途に供せられる場合、研磨耐浸の厚
味、すなわち切削蓋が精度高く定められており、しかも
平坦度、厚味のバラツキが極端におさえられている為、
一般的な研磨装置には適用されにくく、例えば両面ラッ
ピング式研磨機等、極めて精密な装置に装着して用いる
事が好ましい、ここで言う両面ラッピング式研磨機とは
、円形又は環形盤状の金属製定盤を上下両面に備え、そ
の間に被研磨体を1枚またはそれ以上はさみこんで圧着
し、上下両定盤を逆方向に回動せしめ、被研磨体表面を
摺動擦過せしめて、研磨を行なう装置を言い、本発明に
なる砥石を適用する場合には、砥石が均一平面を形成す
るよう、両定盤にこれを装着して用いるものである。
稼動時には研磨助剤たる液本倉適を流し、研磨面t−濡
らしつつ研磨が行なわれるものであるが、ここで用いら
れる液体所謂、研磨液は、水、ある種の界面活性剤を含
んだ水あるいは有機溶剤等である。
か〈シて本発明になる砥石を両面ラッピング式研磨機に
装着し、例えばアルミディスクの研磨を行なうと、優れ
た耐水性と砥粒保持力とを有するマトリックス樹脂中に
均−且つ緻密に充填され、相互に連接した砥粒微細粒子
は、マトリックスの適度な硬度、弾性、脆性などと相俟
って、冴えた切れ味すなわち研削力を示し、ま友砥粒々
子は摺擦研磨作用により順次脱落しても背後に連接した
新しい砥粒が表面に現れて砥面が直ちに更新再生される
と共に、研削屑、脱落砥粒等は連続微細気孔から排出さ
れ易い友め、目詰まりを起こし難いから高い研磨力が長
期に亘って維持される。ま之、本発明砥石の超微細砥粒
の前述せる特殊な配位・分布状態のために、研磨作業時
、マトリックス樹脂のみによる摺擦現象を生ずることな
く、平坦な被研磨体全面に亘って砥粒々子が接触・摺擦
し、常時均一な研磨作用が行なわれる。従って、本発明
砥石は、平坦な表面金有する軟質金属板に、研磨斑のな
い、高い平滑度と優れた仕上り面精度とを効率良く与え
るものである。
く実施例〉 以下実施例に従い本発明の実施態様を説明する。
尚、本実施例において使用し友装置・器具は次の通りで
ある。
・研磨装置・・・スビー2ファム社製両面研磨機(型式
5FDL  9B−588G) −表面粗寧計・・・東京精密社製 表面粗さ計(型式、
サーフコム553A) ・結合度・・・大越式砥石結合度試験機(東京精密社製
) ・硬度計・・・松沢精機製ロックウェル硬度計(型式 
5F−15Y) ・被研磨材・・・アルミニウム合金製環状板で、JI8
規格AA5086  合金製の ものを用い友。
また研磨条件および、表面精度、硬度、結合度の測定条
件は下記の通りである。
・研磨条件   ・圧力100 Vr/cd(spnL
−9a−sssa)・研磨時間・・・3分/1パッチー
上部定盤回転数・・・20FL/M (左回り) ・下部  I   ・・・60R/M (右回り) ―キャリアーl    ・・・20FL/M(右回り) ・水供給奮   ・・・57/分 a ・表面精度測定条件(□maz)  ・カットオフ値・
・・0.8 I、m以下(+−7コム553A)   
・測定長・・・2.5颯〃(WOM)  ・カットオフ
値・・・0.8 m以下・測定長・・・80鴎 なおこ\でいうFLa 、ルmax 、 WOMについ
ては、次式で表わされるノぞラメ−ターであるlLa 
 ・・・中心線平均粗さ FLrnコX・・・最大高さ Rmax = Pmax −Vmi nWoM・・・3
波最大うねり WOM = Pmax −Vmin Ra  粗さ曲線より計算 几max断面曲?fRより計算 WoM3波うねり曲線より計算 ◎表面硬度測定条件 aツクウェルスーパーフィシキル15−Yスケールf用 荷重15kf 測定子 172インチ鋼球 ◎結合度 荷重10呻用いJI8 1’L−6240法に準処した
方法にて測定 実施例1 砥粒として0砥粒2000番(炭化珪素、平均粒径7.
1〜&9ミクロンメーターのもの)ヲ用いた。
ポリビニルアルコールは重合度1700完全鹸化のもの
倉用いて水溶液化し、これに水溶性のフェノール樹脂と
して住友デュレズ(株)製PfL−961A、水溶性の
メラミン樹脂として昭和高1分子(株)製5M−700
をそれぞれ所定量混合し、更にこれに触媒としての硫酸
、架橋剤としてのホルムアルデバイP、気孔生成剤とし
てのコーンスターチを加え、前述砥粒と混合して均一の
スラリー状液を調整した。このスラリー液を所定の型枠
に注型し、60℃の水浴中にて1昼夜反応固化せしめて
中間体を得た後、水洗し、過剰の酸、ホルムアルデバイ
r1 コーンスターチ等を除去して乾燥し、然るif、
130Cの温度にて約50時間熱処理して、所期の砥石
を得た。
本実S例で用い次砥石の組成は第1表に示す。
かぐして得られ友砥石を、第1図に示す如き略M形の形
状lに切断g型し、金Jili11!取付板2に接合し
、ゼルトにて研磨装置5FDL−985S S Gの上
下ラッピング盤3に取付は友、キャリアーを用いて、被
研磨材を固定し、研磨装置の所定の条件にて、研磨を行
なった。研磨液(クーラント)としては水音用い、所定
時間研磨後、被研磨材の表面形状を検査し友。
また、砥石面の目詰まり状態等#i認の為砥石のPレッ
シング作業なしで15パッチ連続研St行ない、砥面の
状態および研磨の状態全検査した。
結果を第1表に記す。
第1表エリ明らかな如く、硬度範囲が所定の範囲内にあ
るものは、仕上り面精度も良好でかつ15パツチ経過後
の研磨性能の低下もそれ程著しくない。
メラミン系樹脂とフェノール系樹脂の和のポリビニルア
セタール系樹脂に対する比が150%を超えるもの(試
験41)は、硬度が高く仕上り面yn1度かや\悪い。
継続テス)1−行なうと、RmaxO値が上昇し、条痕
の発生が多くなる事を示している。またその比が40に
全下回るもの(試験層5)は、研削力が低く、目詰まり
し易く、特にW。Mの値が高く、平坦度が出ない傾向が
認められる。−砥粒含有斂が少なく、連続して存在しな
いもの(試験層6)は、全く研削力がなく、不適である
更に゛、熱硬化性樹脂がメラミン系樹脂のみで構成され
ているもの(試験fL7)は、脆すぎて砥石の磨耗が激
しく、特に部分的な磨耗がある為これも不適である。
実施例2 砥粒番手を種々に変化せしめ友砥石を前記実施例1に述
べたと同様の手順で作製し、同様の研磨第2表から明ら
かな通り、番手の低い程、すなわち砥粒が粗い程研削力
があり、また砥石の磨耗も激しいが、これは研磨の性格
上当然のことであり、特に支#はない。
総合的な見方をすnば、本発明になる砥石は、アルミデ
ィスク等、軟質金属の研磨に十分適用可能であり、稼動
に際しては10〜12パツチに1度程度の頻度でrレッ
シング(表面更新)作業全行なってやれば、研磨力の変
化も少なく、十分に使用に耐えうるものである。
〈発明の効果〉 本発明により、従来既存の砥石では装置実現し得なかっ
た、優nた平坦度と高い面精度とを同時に備えた、軟質
金属板、例えばアルミディスクを効軍良く取得すること
が可能となつ友ため、電子工業、事務機器産業等の発達
く伴なう情報蓄積媒体としての高精度仕上アルミディス
ク等の急速な需要増に充分対処することが出来ると共に
、研磨成業効率の上昇は生産加工コストの低減を可能と
するなど、産業界への寄与は頗る大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明砥石の使用状況を説明するためのラッピ
ング式研磨機のラッピング盤の斜視図である。 1・・・砥石 2・・・取付板 3・・・ラッピング盤

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)連続微細気孔を具えた三次元網状組織をなす構造体
    であって、該組織がポリビニルアセタール系樹脂、メラ
    ミン系樹脂の硬化体およびその他の熱硬化性樹脂の硬化
    体よりなるマトリックスと、該マトリックス中において
    相連接し実質的に連続状態をなして存在する砥粒微細粒
    子との混合体からなると共に、表面硬度(H)と砥粒番
    手(G)とが式、−230≦H+G/55≦−80 (但し、 H:ロックウェル硬度計、スーパーフィシャル15−y
    スケールで測定した値 G:JIS−R−6001により分級) を満足する関係にあることを特徴とする軟質金属研磨用
    砥石。 2)連続微細気孔が10〜100μmの平均気孔径を有
    し、構造体中に60〜85容量%の気孔率をもって均一
    に形成されている特許請求の範囲第1項記載の軟質金属
    研磨用砥石。 3)ポリビニルアセタール系樹脂に対するメラミン系樹
    脂の硬化体及びその他の熱硬化性樹脂の硬化体の和の比
    率が、重量比において、40重量%乃至150重量%で
    ある特許請求の範囲第1項または第2項記載の軟質金属
    研磨用砥石。 4)その他の熱硬化性樹脂がフェノール系樹脂、あるい
    はその誘導体であり、メラミン系樹脂に対して20〜4
    0重量%用いられる前記特許請求の範囲各項の何れかに
    記載の軟質金属研磨用砥石。 5)砥粒微細粒子が炭化珪素、熔融アルミナ、酸化クロ
    ムおよび酸化セリウムからなる群から選ばれた少なくと
    も1つの超硬セラミックスよりなる前記特許請求の範囲
    各項の何れかに記載の軟質金属研磨用砥石。 6)砥粒番手(G)が少なくとも800番である前記特
    許請求の範囲各項の何れかに記載の軟質金属研磨用砥石
    。 7)砥粒微細粒子が混合体の重量に対して少なくとも2
    5重量%含有されている前記特許請求の範囲各項の何れ
    かに記載の軟質金属研磨用砥石。 8)砥粒微細粒子の含有量が少なくとも40重量%であ
    る特許請求の範囲第7項記載の軟質金属研磨用砥石。
JP2280085A 1985-02-09 1985-02-09 軟質金属研磨用砥石 Granted JPS61182774A (ja)

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