JPWO2019106774A1 - 研磨用ナノファイバー集積体およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
精密研磨用微粉を液体に混ぜたスラリーを吸着させて用いる研磨用ナノファイバー集積体であって、
前記研磨用ナノファイバー集積体の平均繊維径をdとし、前記研磨用ナノファイバー集積体の空隙率をηとしたとき、以下の式(i)および(ii)を満足することを特徴とする。
(i) 400nm≦d≦1000nm
(ii) 0.70≦η≦0.95
精密研磨用微粉を液体に混ぜたスラリーを吸着させて用いる研磨用ナノファイバー集積体の製造方法であって、
平均繊維径がdとなるナノファイバーを集積する工程、および、
前記集積したナノファイバーを空隙率がηとなるように成形する工程を含み、
前記精密研磨用微粉の平均粒径をdgとしたとき、前記空隙率ηが以下の式(iv)を満足することを特徴とする。
まず、本実施形態の研磨用ナノファイバー集積体の構成について、図1を参照して説明する。
(i) 400nm≦d≦1000nm
(ii) 0.70≦η≦0.95
本実施形態の研磨用ナノファイバー集積体1は、図2〜図4に示す製造装置を用いて製造される。図2は、図1の研磨用ナノファイバー集積体の作製に用いる製造装置の一例を示す斜視図である。図3は、図2の製造装置の一部断面を含む側面図である。図4は、図2の製造装置により製造されたナノファイバーが堆積される捕集網の正面図である。
本発明者は、多数の繊維が複雑に絡み合う構造を有する繊維集積体について、その構造の特定を試みた。本発明者は、繊維集積体の構造を簡略化してとらえ、繊維集積体が立方体形状の最小計算ユニット内に互いに直交する3方向に延在する複数の繊維を含むものとみなしてモデルを作成した。
次に、本発明者は、下記に示す本発明の実施例1および比較例1の研磨用繊維集積体を作製し、それらを用いて研磨対象物の表面の研磨を実施した。そして、本発明者は、研磨の結果から上記モデルの理論を検証した。
上述した製造装置50を用いて、ポリプロピレンを材料とした平均繊維径800nmの微細繊維95を製造した。堆積した微細繊維95を、平面視10cm四方、かさ密度0.09g/cm3(空隙率0.90)に成形して、実施例1の研磨用ナノファイバー集積体1を得た。なお、実施例1を上記モデルにあてはめると、式(5)から算出される繊維間距離e1は3.1μmとなる。
上述した製造装置50を用いて、ポリプロピレンを材料とした平均繊維径15μmの微細繊維95を製造した。捕集網90上に堆積した微細繊維95を、平面視10cm四方、かさ密度0.09g/cm3(空隙率0.90)に成形して、比較例1の研磨用繊維集積体を得た。なお、比較例1を上記モデルにあてはめると、式(5)から算出される繊維間距離e1は57.6μmとなる。
加工装置として縦型3軸制御マシニングセンター(ROBODRILLα−T14 Dse;ファナック製)を用いて、研磨対象物の研磨を行った。図9(a)に研磨用繊維集積体が固定された加工装置のスピンドル近傍および研磨剤を模式的に示す。図9(a)に示すように、加工装置100のスピンドル101に取り付けられた円柱状(φ10)の加工工具102に、結束バンド103で実施例1および比較例1の研磨用繊維集積体(図9において符号1で示す)を固定する。次に、油7(高粘度多目的油 SUPER LUBE(ISOVG145);共同インターナショナルコーポレーション社製)と砥粒8(アルミナ、粒度#220または粒度#600)とを混ぜた二種類の研磨剤を作製する。研磨用繊維集積体を研磨剤に十分に浸漬する。そして、研磨用繊維集積体を研磨対象物の表面に接触させる。研磨用繊維集積体を、回転速度を750回/分、押しつける力(Pressing force)を10N/20N(0.13MPa/0.25MPa)、送り速度を10mm/分、パス半径を5mmとして、図9(b)に示す軌跡を描くように表面上を移動させる。研磨対象物は、冷間ダイス鋼SKD11([HRC]60)を用い、直径30mm、厚さ5mmの円板とした。
評価では、研磨対象物の表面の算術平均粗さRa(Surface roughness Ra)および研磨除去量MP(Removed quantity MP)を指標として用いた。算術表面粗さRaは、接触式表面粗さ計(表面粗さ形状測定機E−35B;東京精密社製)を使用して測定した。研磨除去量MPは、精密電子天秤(アズプロコンパクト電子天秤OH−42B;アズワン社製)を使用して測定した。各研磨対象物に対し研磨時間(Polishing time)として120分間の研磨を行った。研磨中30分ごとに算術平均粗さRaおよび研磨除去量MPを測定した。粒度#220(平均粒径約74μm)の砥粒を含む研磨剤と粒度#600(平均粒径約30μm)の砥粒を含む研磨剤との二種類を用い、押し付ける力を10Nおよび20Nとした場合について計測を行った。
加工終了時における粒度の違いによる測定結果の差が0.3μm未満である・・・○
加工終了時における粒度の違いによる測定結果の差が0.3μm以上である・・・×
(2)研磨除去量MP
加工終了時における粒度の違いによる測定結果の差が3mg未満である・・・○
加工終了時における粒度の違いによる測定結果の差が3mg以上である・・・×
(3)総合評価
算術平均粗さRaおよび研磨除去量MPの評価結果が共に良好(○)である・・・○
算術平均粗さRaおよび研磨除去量MPの評価結果に不良(×)を含む・・・×
さらに、本発明者は、空隙率η(0.90)が同一でかつ平均繊維径dが異なる複数種類の研磨用繊維集積体を作製した。そして、それぞれの研磨用繊維集積体について、上記と同様に粒度#220および#600の砥粒による研磨を120分間行ったのち、算術平均粗さRaおよび研磨除去量MPを測定した。本発明者は、測定結果から上記モデルの理論を検証した。
Claims (3)
- 精密研磨用微粉を液体に混ぜたスラリーを吸着させて用いる研磨用ナノファイバー集積体であって、
前記研磨用ナノファイバー集積体の平均繊維径をdとし、前記研磨用ナノファイバー集積体の空隙率をηとしたとき、以下の式(i)および(ii)を満足することを特徴とする研磨用ナノファイバー集積体。
(i) 400nm≦d≦1000nm
(ii) 0.70≦η≦0.95 - 前記精密研磨用微粉の平均粒径をdgとしたとき、以下の式(iii)を満足することを特徴とする請求項1に記載の研磨用ナノファイバー集積体。
- 精密研磨用微粉を液体に混ぜたスラリーを吸着させて用いる研磨用ナノファイバー集積体の製造方法であって、
平均繊維径がdとなるナノファイバーを集積する工程、および、
前記集積したナノファイバーを空隙率がηとなるように成形する工程を含み、
前記精密研磨用微粉の平均粒径をdgとしたとき、前記空隙率ηが以下の式(iv)を満足することを特徴とする研磨用ナノファイバー集積体の製造方法。
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