JPWO2009150740A1

JPWO2009150740A1 - アルミニウムまたはその合金用研削加工液

Info

Publication number: JPWO2009150740A1
Application number: JP2009532637A
Authority: JP
Inventors: 武志北村; 鈴木　哲雄; 哲雄鈴木; イェー・ホーイ・タン; シャウ・ピン・リー
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2008-06-12
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2011-11-10
Anticipated expiration: 2028-06-12
Also published as: JP4465039B2; WO2009150740A1

Abstract

本発明は、アルミニウムまたはその合金基板の研削加工時において、砥石の基板接触面における全体的および局所的な目詰まりの発生を十分に抑制し、基板研削面における研削スラッジ及び脱落砥粒に起因するスクラッチ（傷）の発生も十分に抑制するアルミニウムまたはその合金用研削加工液を提供する。本発明は、（Ａ）炭素数１２〜１８のモノカルボン酸２〜１５重量％；（Ｂ）脂環族ジカルボン酸３〜１５重量％；（Ｃ）水溶性アミンをモノカルボン酸（Ａ）および脂環族ジカルボン酸（Ｂ）の中和に要する当量以上；および（Ｄ）ノニオン性界面活性剤１５重量％以上を含有することを特徴とするアルミニウムまたはその合金用研削加工液に関する。

Description

本発明はアルミニウムまたはその合金用研削加工液、特にハードディスク基板の研削に適したアルミニウムまたはその合金用研削加工液に関する。

近年、ハードディスクの大容量化に伴い、高記録密度化の要求が著しい。それに伴い、ハードディスク基板の表面品質への要求も高度化している。また、ハードディスクの低価格化に伴い、基板の製造コストを低減するために、製品歩留まりを高めるという要求もある。

記録媒体としてのハードディスクの基板にはアルミニウム合金がよく使用される。ハードディスク用アルミニウム合金板は、一般に、以下の方法により製造される。まず、圧延されたアルミ系コイルをドーナツ状の円盤に打ち抜き、円盤を積層する。次いで、円盤の平坦度を確保するために加圧焼鈍を行い、円盤の内外周を端面切削する。その後、両面研削して、アルミニウム合金基板が製造される。

ハードディスク用アルミニウム合金板の研削加工には、一般にＰＶＡ砥石を用い、両面ラップ盤により両面同時に研削する方法が用いられる。しかしながら、そのような研削方法では、研削量が増大するに従って、以下の問題が生じていた。砥石の基板接触面に全体的に目詰まりが起こり、研削効率が低下した。また、研削時において発生する研削スラッジ及び脱落砥粒に起因して、基板研削面にスクラッチ（傷）が発生した。さらに、砥石の基板接触面に目詰まりが局所的に起こり、基板にスクラッチ（傷）が発生した。

そこで、アルミニウム合金用研削加工液として、例えば、特許文献１〜８に記載の加工液が提案されている。
特開２０００−１４４１１０号公報特開２００１−２９４８８８号公報特開２００２−２４１７４２号公報特開２００３−４１２８５号公報特開平５−２５８２９４号公報特公平８−７８６４号公報特開平８−２０７６５号公報特開平１１−２０９７４６号公報

しかしながら、上記いずれの加工液を用いても、基板研削時において、砥石の基板接触面における全体的および局所的な目詰まりの発生、および基板研削面における研削スラッジ及び脱落砥粒に起因するスクラッチの発生を十分に抑制することはできなかった。特に、砥石の基板接触面における局所的な目詰まりは以下のメカニズムにより発生するものと考えられる。アルミニウムまたはその合金の研削時において発生する研削スラッジが砥石気孔部に侵入し、砥石気孔内壁部に酸化アルミニウムが凝集・蓄積する。そのため、研削時の砥石の磨耗によって当該酸化アルミニウムが表面に現出したときに、局所的目詰まりとして認識される。その結果、当該局所的目詰まり部分と接触する基板表面にスクラッチが発生するものと考えられる。

本発明は、アルミニウムまたはその合金基板の研削加工時において、砥石の基板接触面における全体的および局所的な目詰まりの発生を十分に抑制し、基板研削面における研削スラッジ及び脱落砥粒に起因するスクラッチ（傷）の発生も十分に抑制するアルミニウムまたはその合金用研削加工液を提供することを目的とする。

本発明は、
（Ａ）炭素数１２〜１８のモノカルボン酸２〜１５重量％；
（Ｂ）脂環族ジカルボン酸３〜１５重量％；
（Ｃ）水溶性アミンをモノカルボン酸（Ａ）および脂環族ジカルボン酸（Ｂ）の中和に要する当量以上；および
（Ｄ）ノニオン性界面活性剤１５重量％以上
を含有することを特徴とするアルミニウムまたはその合金用研削加工液に関する。

本発明に係るアルミニウムまたはその合金用研削加工液によれば、アルミニウムまたはその合金からなる基板の研削時において、砥石の基板接触面における全体的および局所的な目詰まりの発生を十分に抑制できる。しかも、基板研削面における研削スラッジ及び脱落砥粒に起因するスクラッチの発生も十分に抑制できる。それらの結果、表面粗度に優れ、スクラッチの発生が抑制された基板を生産性よく得ることができる。

本発明に係る研削加工液（以下、単に加工液ということがある）は、アルミニウムまたはその合金（以下、アルミニウム合金等という）の研削加工時において水に希釈されて使用されるものである。本発明の研削加工液は、使用時において水で希釈されて使用される限り、水を含んでいても良いし、水を含まなくても良い。

本発明の加工油は少なくとも以下に示す成分（Ａ）〜（Ｄ）を含み、通常は残部としてさらに水を含む。

成分（Ａ）；
成分（Ａ）は炭素数１２〜１８のモノカルボン酸であり、詳しくは同炭素数を有し、かつカルボキシル基を分子内に１つだけ有する脂肪族炭化水素化合物である。そのようなモノカルボン酸として、例えば、不飽和脂肪族モノカルボン酸、および飽和脂肪族モノカルボン酸等が挙げられる。砥石の局所的目詰まりをより有効に抑制する観点からは、少なくとも不飽和脂肪族モノカルボン酸を使用することが好ましい。

不飽和脂肪族モノカルボン酸の具体例としては、例えば、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、エライジン酸、等が挙げられる。不飽和脂肪族モノカルボン酸の好ましい炭素数は１４〜１８、特に１６〜１８である。最も好ましい不飽和脂肪族モノカルボン酸はオレイン酸である。

飽和脂肪族モノカルボン酸の具体例としては、例えば、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、等が挙げられる。飽和脂肪族モノカルボン酸の好ましい炭素数は１４〜１８、特に１６〜１８である。

そのような不飽和脂肪族モノカルボン酸および飽和脂肪族モノカルボン酸は市販品として容易に入手可能である。

成分（Ａ）の含有量は２〜１５重量％であり、好ましくは２〜１０重量％である。成分（Ａ）が多すぎると、砥石の全体的目詰まりが発生し、基板にスクラッチが発生する。成分（Ａ）が少なすぎると、砥石に局所的目詰まりが発生し、基板にスクラッチが発生する。成分（Ａ）として２種類以上の化合物が使用されてよく、その場合にはそれらの合計含有量が上記範囲内であればよい。
本明細書中、含有量は加工液全量に対する割合で示すものとする。

成分（Ｂ）；
成分（Ｂ）は脂環族ジカルボン酸であり、詳しくはカルボキシル基を分子内に２つだけ有する脂環式炭化水素化合物である。そのような脂環族ジカルボン酸として、例えば、炭素環内に不飽和結合を含むシクロオレフィンジカルボン酸、および炭素環が飽和構造を有するシクロパラフィンジカルボン酸が挙げられる。砥石の全体的目詰まりをより有効に抑制する観点からは、成分（Ｂ）としてシクロオレフィンジカルボン酸のみを使用することが好ましい。脂環族ジカルボン酸の代わりに脂肪族ジカルボン酸または芳香族ジカルボン酸を使用すると、砥石の全体的目詰まりが発生し、基板にスクラッチが発生する。

シクロオレフィンジカルボン酸として、例えば、一般式（ｂ１）；

で表されるシクロオレフィンジカルボン酸（以下、シクロオレフィンジカルボン酸（ｂ１）という）が挙げられる。

一般式（ｂ１）中、Ｒ^１は炭素数４〜１０、好ましくは６〜８のアルキレン基である。
Ｒ^２は単結合（−）または炭素数１〜３のアルキレン基であり、好ましくは単結合である。
Ｒ^３は炭素数４〜８、好ましくは５〜７のアルキル基である。アルキル基は直鎖状であっても、分枝状であってもよく、好ましくは直鎖状である。

シクロオレフィンジカルボン酸（ｂ１）の具体例として、例えば、８−（５−カルボキシ−４−ヘキシル−２−シクロヘキセン−１−イル）オクタン酸、８−（６−カルボキシ−４−ペンチル−２−シクロヘキセン−１−イル）オクタン酸、８−（６−カルボキシ−４−ヘキシル−２−シクロヘキセン−１−イル）オクタン酸等が挙げられる。最も好ましいシクロオレフィンジカルボン酸は８−（５−カルボキシ−４−ヘキシル−２−シクロヘキセン−１−イル）オクタン酸である。

シクロオレフィンジカルボン酸（ｂ１）は、例えば、市販のジアシッド１５５０（ハリマ化成（株）社製）として入手可能である。

シクロパラフィンジカルボン酸として、例えば、一般式（ｂ２）；

で表されるシクロパラフィンジカルボン酸（以下、シクロパラフィンジカルボン酸（ｂ２）という）が挙げられる。

一般式（ｂ２）中、Ｒ^４は炭素数４〜１０、好ましくは６〜８のアルキレン基である。
Ｒ^５は単結合（−）または炭素数１〜３のアルキレン基であり、好ましくは単結合である。
Ｒ^６は炭素数４〜８、好ましくは５〜７のアルキル基である。アルキル基は直鎖状であっても、分枝状であってもよく、好ましくは直鎖状である。

シクロパラフィンジカルボン酸（ｂ２）の具体例として、例えば、８−（６−カルボキシ−４−ヘキシル−シクロヘキシル）オクタン酸、８−（３−カルボキシ−４−ヘキシル−シクロヘキシル）オクタン酸等が挙げられる。

成分（Ｂ）の含有量は３〜１５重量％であり、好ましくは３〜１０重量％である。成分（Ｂ）が多すぎると、砥石の全体的目詰まりが発生し、基板にスクラッチが発生する。成分（Ｂ）が少なすぎると、砥石に全体的目詰まりが発生し、研削効率が低下する。成分（Ｂ）として２種類以上の化合物が使用されてよく、その場合にはそれらの合計含有量が上記範囲内であればよい。

成分（Ｃ）；
成分（Ｃ）は水溶性アミンであり、例えば、エチルアミン、プロピルアミン等のアルキルアミン；モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン等のアルカノールアミン；モルホリン等の環式アミン；エチルジエタノールアミン等のアルキルアルカノールアミン;メタキシレンジアミン等のアルキルジアミン等が挙げられる。好ましい水溶性アミンはアルカノールアミンである。

成分（Ｃ）の含有量は成分（Ａ）及び（Ｂ）を中和に要する当量以上であり、好ましくは１０〜２５重量％である。成分（Ｃ）が少なすぎると水への溶解性が落ちる。成分（Ｃ）として２種類以上の化合物が使用されてよく、その場合にはそれらの合計含有量が上記範囲内であればよい。

成分（Ｄ）；
成分（Ｄ）はノニオン性界面活性剤であり、研削加工液の分野で従来より使用されているノニオン性界面活性剤が使用可能である。そのようなノニオン性界面活性剤として、例えば、ポリオキシアルキレン、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエステル等が挙げられる。砥石全体的な目詰まり抑制の観点からは、ポリオキシアルキレン、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、およびポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテルから選択される少なくとも１種類の化合物を使用することが好ましい。より好ましくは少なくともポリオキシアルキレンとポリオキシアルキレンアルキルエーテルとを併用する。さらに好ましくは少なくともポリオキシアルキレンとポリオキシアルキレンアルキルエーテルとポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテルとを併用する。成分（Ｄ）の代わりにアニオン性界面活性剤やカチオン性界面活性剤を用いると、ゼータ電位に影響を与え、局所的目詰まりが起こる。

ポリオキシアルキレンとして、例えば、一般式（ｄ１）；
HO(CH_２CH_２O)_ｐ１−(CH_２CH(CH_３)O)_ｐ２−(CH_２CH(C_２H_５)O)_ｐ３−H （ｄ１）
で表されるポリオキシアルキレン（以下、ポリオキシアルキレン（ｄ１）という）が挙げられる。

一般式（ｄ１）中、ｐ１＋ｐ２＋ｐ３は分子量が後述の範囲内になるような値であれば特に制限されず、ｐ１、ｐ２およびｐ３はそれぞれ独立して０以上の整数である（但し、ｐ１、ｐ２およびｐ３は同時に０ではない）。通常は、ｐ１は１以上、特に３〜６の整数であり、ｐ２およびｐ３はそれぞれ独立して０以上、特に０〜８の整数である。好ましくは、ｐ１とｐ２＋ｐ３との比率は１０：９０〜９０：１０である。
ポリオキシアルキレン（ｄ１）は、オキシエチレン部、オキシプロピレン部、オキシブチレン部等のオキシアルキレン部がブロック型であっても、またはランダム型であってよいが、特にブロック型であることが好ましい。

ポリオキシアルキレン（ｄ１）は、市販のPluronic（ＢＡＳＦジャパン社製）等として入手可能である。

ポリオキシアルキレンアルキルエーテルとして、例えば、一般式（ｄ２）；
R^７O(CH_２CH_２O)_ｎ１−(CH_２CH(CH_３)O)_ｎ２−(CH_２CH(C_２H_５)O)_ｎ３−H （ｄ２）
で表されるポリオキシアルキレンアルキルエーテル（以下、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル（ｄ２）という）が挙げられる。

一般式（ｄ２）中、Ｒ^７は炭素数８〜１８、好ましくは１０〜１４のアルキル基である。
ｎ１＋ｎ２＋ｎ３は分子量が後述の範囲内になるような値であれば特に制限されず、ｎ１、ｎ２およびｎ３はそれぞれ独立して０以上の整数である（但し、ｎ１、ｎ２およびｎ３は同時に０ではない）。通常は、ｎ１は１以上、特に３〜９の整数であり、ｎ２およびｎ３はそれぞれ独立して０以上、特に０〜２の整数である。好ましくは、ｎ１とｎ２＋ｎ３との比率は１０：９０〜１００：０である。
ｎ２およびｎ３がそれぞれ独立して１以上の場合、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル（ｄ２）は、オキシエチレン部、オキシプロピレン部、オキシブチレン部等のオキシアルキレン部がブロック型であっても、またはランダム型であってよいが、特にブロック型であることが好ましい。

ポリオキシアルキレンアルキルエーテル（ｄ２）は、市販のLutensol（ＢＡＳＦジャパン社製）等として入手可能である。

ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテルとして、例えば、一般式（ｄ３）；
R^８−Ph−O(CH_２CH_２O)_ｍ１−(CH_２CH(CH_３)O)_ｍ２−(CH_２CH(C_２H_５)O)_ｍ３−H （ｄ３）
で表されるポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル（以下、ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル（ｄ３）という）が挙げられる。

一般式（ｄ３）中、Ｒ^８は炭素数６〜１０、好ましくは８〜９のアルキル基である。
Ｐｈはフェニレン基、好ましくは１，４−フェニレン基である。
ｍ１＋ｍ２＋ｍ３は分子量が後述の範囲内になるような値であれば特に制限されず、ｍ１、ｍ２およびｍ３はそれぞれ独立して０以上の整数である（但し、ｍ１、ｍ２およびｍ３は同時に０ではない）。通常は、ｍ１は１以上、特に１〜１２の整数であり、ｍ２およびｍ３はそれぞれ独立して０以上、特に０〜１０の整数である。好ましくは、ｍ１とｍ２＋ｍ３との比率は１０：９０〜１００：０である。
ｍ２およびｍ３がそれぞれ独立して１以上の場合、ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル（ｄ３）は、オキシエチレン部、オキシプロピレン部、オキシブチレン部等のオキシアルキレン部がブロック型であっても、またはランダム型であってよいが、特にブロック型であることが好ましい。

ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル（ｄ３）は、市販のノニポール（三洋化成工業株式会社製）等として入手可能である。

ノニオン性界面活性剤の平均分子量は重量平均分子量で通常、２００〜１００００である。

成分（Ｄ）の含有量は１５重量％以上、特に１５〜９０重量％であり、好ましく１５〜８０重量％、より好ましくは３０〜５０重量％である。成分（Ｄ）が少なすぎると、砥石に全体的目詰まりが発生し、研削効率が低下する。成分（Ｄ）として２種類以上の化合物が使用されてよく、その場合にはそれらの合計含有量が上記範囲内であればよい。

本発明の加工液は使用時において水で希釈されて使用される限り、必ずしも水を含まなければならないというわけではないが、通常は所定量の上記成分を、残部としての水に添加し、十分に混合して製造される。本発明の加工液は水を含んでいても、十分な貯蔵安定性を示す。

本発明の加工液は容器に収容されて市場において取引されるものであり、研削処理時においては水により重量基準で２０〜１０００倍、好ましくは１００〜１０００倍に希釈され、研削加工用水溶液として使用される。研削は、加工液のそのような水希釈体（研削加工用水溶液）を、研削されるアルミニウム合金等と砥石との間に介在させて行われる。

砥石は、アルミニウム合金等の研削に従来より使用されているものが使用可能で、例えば、ＰＶＡ砥石に代表される多孔質の砥石が挙げられる。

本発明の加工液によって本発明の効果、特に砥石の全体的及び局所的目詰まりの両方を同時に抑制する効果が得られる。そのメカニズムの詳細は明らかではないが、以下の現象に基づくものと考えられる。上記成分（Ａ）〜（Ｄ）を組み合わせて使用することにより、研削時に生成するアルミ系微粉のゼータ電位の絶対値を増大させることができる。そのため、アルミ系微粉の分散性が向上し、砥石内壁部への凝集・蓄積が抑制される。その結果、砥石の全体的及び局所的目詰まりの両方が同時に抑制され、本発明の効果が得られるものと考えられる。

本発明の加工液は、水により前記した倍率で希釈しアルミニウム合金を研削加工した際に発生するアルミニウム微粉に対して、−５０ｍＶ以下、特に−６０〜−５０ｍＶのゼータ電位を示す。

（実施例／比較例）
表に記載の成分を混合して加工液を調製した。加工液を以下の項目について評価した。

（ゼータ電位）
加工液をイオン交換水で１００倍（重量比）に希釈して試験液を調製した。調整した試験液を用いて円盤状アルミニウム合金基板を両面同時研削した。研削加工で発生した研削スラッジのゼータ電位を大塚電子（株）社製ELS-6000にて測定した。ゼータ電位は−５０ｍＶ以下が好ましい。
測定条件;測定セル種(ELS標準セル) 溶媒屈折率(１．３３１２) 測定温度(２５℃)

（砥石汚れ）
加工液をイオン交換水で１００倍（重量比）に希釈して試験液を調製した。試験液および砥石を用いて円盤状アルミニウム合金基板を両面同時研削した。砥石はＰＶＡ砥石を用いた。アルミニウム合金はＫＳ５Ｄ８６（（株）神戸製鋼所社製）を用いた。
研削時において砥石の基板接触面に全体的に起こる目詰まりについて評価した。
◎；全体的な目詰まりは全く起こらなかった；
○；全体的な目詰まりがわずかに起こり、研削効率がわずかに低下したが、実用上問題なかった；
△；全体的な目詰まりが比較的早く起こり、研削効率が低下し実用上問題があった；
×；全体的な目詰まりが早く起こった。

（局所的目詰まり）
砥石汚れと同様の方法により円盤状アルミニウム合金基板を両面同時研削した。
研削時において砥石の基板接触面に局所的に起こる目詰まりについて評価した。
◎；局所的な目詰まりは全く発生しなかった。；
○；局所的な目詰まりがわずかに発生したが、実用上問題なかった；
△；局所的な目詰まりが比較的多く発生し、実用上問題があった；
×；局所的な目詰まりが多数発生した。
ゼータ電位が−５０ｍＶ以下のとき、局所的目詰まりを有効に防止できることが明らかになった。

（スクラッチ）
砥石汚れと同様の方法により円盤状アルミニウム合金基板を両面同時研削した。
研削時において基板切削面に、研削スラッジ及び脱落した砥粒に起因して発生するスクラッチ（傷）について評価した。
◎；スクラッチは全く発生しなかった；
○；スクラッチがわずかに発生したが、実用上問題なかった；
△；スクラッチが比較的よく発生し、実用上問題があった；
×；スクラッチが頻繁に発生した。

（貯蔵安定性）
加工液をそのまま貯蔵し、外観およびその経時的変化について評価した。
◎；均一透明で、経時的外観変化もほとんどない；
○；作成初期は均一透明であり、経時的外観変化が若干発生したが、実用上問題なかった；
△；作成初期は均一透明であるが、経時的外観変化が大きく実用上問題があった；
×；作成初期より外観不良があった。

以下、「％」は「重量％」を意味するものとする。
ルナックＯＡ（花王社製）；オレイン酸７５％、パルミトレイン酸６％、リノール酸６％、パルミチン酸５％、ミリスチン酸３％、ミリストレイン酸３％、ステアリン酸１％、リノレン酸１％。
トール油脂肪酸；オレイン酸６９％、ロジン２９％、不ケン化物２％。
C10飽和脂肪族モノカルボン酸
ジアシッド１５５０（ハリマ化成社製）；８−（５−カルボキシ−４−ヘキシル−２−シクロヘキセン−１−イル）オクタン酸。
ノニオン活性剤A；POEOブロックポリマー、PO(6)EO(4)、重量平均分子量２８００。
ノニオン活性剤B；POE(5)アルキルエーテル、アルキル基；C12セカンダリー。
ノニオン活性剤C；ノニルフェノールEOPO、EO（９．５）PO（６）。

本発明の加工液は、アルミニウムまたはその合金の研削時や加工後のワーク洗浄に使用される潤滑油、洗浄剤として有用である。

Claims

（Ａ）炭素数１２〜１８のモノカルボン酸２〜１５重量％；
（Ｂ）脂環族ジカルボン酸３〜１５重量％；
（Ｃ）水溶性アミンをモノカルボン酸（Ａ）および脂環族ジカルボン酸（Ｂ）の中和に要する当量以上；および
（Ｄ）ノニオン性界面活性剤１５重量％以上
を含有することを特徴とするアルミニウムまたはその合金用研削加工液。
モノカルボン酸（Ａ）が少なくとも不飽和脂肪族モノカルボン酸を含む請求項１に記載のアルミニウムまたはその合金用研削加工液。
脂環族ジカルボン酸（Ｂ）がシクロオレフィンジカルボン酸である請求項１または２に記載のアルミニウムまたはその合金用研削加工液。
水溶性アミン（Ｃ）がアルカノールアミンである請求項１〜３のいずれかに記載のアルミニウムまたはその合金用研削加工液。
ノニオン性界面活性剤（Ｄ）が、ポリオキシアルキレン、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、およびポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテルから選択される少なくとも１種類の化合物である請求項１〜４のいずれかに記載のアルミニウムまたはその合金用研削加工液。
水により重量基準で２０〜１０００倍に希釈されて使用される請求項１〜５のいずれかに記載のアルミニウムまたはその合金用研削加工液。