JPWO2020012977A1 - 顆粒状研磨材、研磨工具及び研磨方法 - Google Patents

Abstract

研磨レートの向上しながら傷深さを抑制することができ、しかも加工力を低下することのない研磨材を提供することを目的とする。砥粒と砥粒同士を結合する結合材を含む凝集体を含む顆粒状研磨材であって、前記砥粒は結合材により少なくとも一部分が被覆された構造を有し、前記凝集体の顆粒強度が２０ＭＰａ〜１５０ＭＰａであることを特徴とする顆粒状研磨材を提供する。

Description

本発明は、研磨材に関する。より詳しくは、樹脂素材を研磨するための顆粒状研磨材に関する。

研磨工具に求められる性能として加工力が高い、すなわち研磨レートが高いことがある。一般に研磨レートを高くするために、粒子径の大きい砥粒を用いることが知られている。しかしながら、粒子径の大きい砥粒を使用すると、研磨レートは容易に高くなるものの、被研磨面に対し深い傷が入る。深い傷が入ると後工程により傷を除去するために費やされる加工時間が増大するため、プロセスとして適用できなくなる。このことから、研磨レートを高くしつつ、傷の深さを浅くすることが従来からの課題である。

例えば、自動車等の塗装面は樹脂でコーティングされているが、表層は塗装時のうねりが生じており微小な凹凸が存在しており光沢度が十分では無い。その凹凸を解消するために一般的にはハンドポリシャーに研磨工具を貼り付けて研磨を行い表層の凹凸を平滑化することが行われている。通常、粗目（研磨工具に使用される砥粒の粒子径が大きい）の研磨工具から徐々に砥粒の粒子径を小さくした研磨工具を順に使用することで、塗装面の樹脂表層の凹凸が無くなり光沢のある面となる。このような加工は樹脂基材に砥粒を固定化した研磨工具を用いることで、平滑な面とすることができるが、使用する砥粒の粒子径が大きい場合、深い傷が入り被研磨面が白ボケ（深い傷による光の乱反射が起きた状態）し、上記のように深い傷を解消するために費やされる後工程の時間が長くなりすぎる。自動車等の塗装面である樹脂の研磨においても研磨レートの向上と傷深さの抑制が課題となっている。また、自動車塗装面の樹脂被膜以外でも、同様な課題がある。

研磨レートを高くしつつ、傷の深さを浅くすることができる技術として、研磨中に砥粒の凝集体が崩壊し、次々と新しい砥粒が自生（使用された砥粒が脱落しまだ使用されていない次の砥粒が出現）することにより、研磨レートが維持され、凝集体を構成する砥粒自体を小さくしておくことで傷の深さを低減する技術（特許文献１）や、比較的軟質な樹脂素材の砥粒を固定化することで傷の深さを浅くする技術（特許文献２）等が提案されている。

しかしながら、特許文献１では、砥粒を保持するために砥粒を高温度で焼成するため、砥粒の端部が丸みを帯びてしまい本質的には加工力を失っており、また、そもそも砥粒を保持する結合材が含まれていないため、樹脂を加工するための加工力に乏しい。また、特許文献２では、軟質素材の周りに砥粒を保持させているため、被研磨面の傷を浅くする効果は高いものの、機械的なエネルギーで加工を行う用途においては、そもそも砥粒を強固に保持できないため、加工力が乏しいことがある。

特開２００３−１０５３２４号公報 特表２０１７−５０８０１８号公報

本発明は、例えば樹脂素材を研磨する際に使用する研磨材として、研磨レートを向上しつつ被研磨面の傷の深さを抑制することができ、しかも加工力が低下することのない研磨材および研磨工具を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を積み重ねた。その結果、砥粒と砥粒同士を結合する結合材を含む凝集体を含む顆粒状研磨材であって、砥粒は結合材により少なくとも一部分が被覆された構造を有し、凝集体の顆粒強度が２０ＭＰａ〜１５０ＭＰａであり、砥粒のモース硬度が８以上であり、且つ凝集体を構成する砥粒のモース硬度未満である研磨材を研磨に使用することで上記課題が解決されることを見出した。

本発明によれば、樹脂素材の研磨する際に使用する研磨材として、研磨レートを向上しつつ被研磨面の傷の深さを抑制することができ、しかも加工力が低下することのない研磨材および研磨工具を提供することができる。

本発明の顆粒状研磨材の造粒後の凝集体のＳＥＭ写真を示す。 図１に示される凝集体の焼成後のＳＥＭ写真を示す。 本発明の研磨工具の模式的な図を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ-Ａにおける断面図である。 図３の研磨工具の断面図の表面部を模式的に拡大した図を示す。 凝集体を樹脂基材上に樹脂バインダーにより固定化した状態のＳＥＭ写真を示す。 比較例４及び５において砥粒同士が結合した凝集体のＳＥＭ写真を示す。 実施例１の研磨工具の研磨使用後のＳＥＭ写真を示す。 本発明の顆粒状研磨材を砥石型に成形したものの形状の例を示す。（ａ）は立体形状を示すもので、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂにおける断面における構造を模式的に示す図である。 本発明の顆粒状研磨材を砥石に成形し樹脂基材の上に固定化した研磨工具の模式図について示す。（ａ）はセグメント型砥石を樹脂基材の上に固定化した研磨工具の模式図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃにおける断面図である。

本発明の顆粒状研磨材は、砥粒と結合材を含む凝集体を含むもので、砥粒は結合材により少なくとも一部分が被覆された構造となっており、複数の砥粒が結合されて凝集体を構成している。なお顆粒とは同一又は異なる素材の微粉末を集合させて固めたもののことを呼ぶ。凝集体の顆粒強度は２０ＭＰａ〜１５０ＭＰａであり、これを構成する個々の砥粒のモース硬度が８以上であり、且つ、砥粒のモース硬度未満であることにより、研磨時に凝集体が摩耗又は崩壊し、高い加工率および研磨速度を有し、かつ、被研磨面の傷の深さが抑制された高品位の研磨を行うことができる。

＜砥粒＞
本発明の顆粒状研磨材において、砥粒はモース硬度８以上のものであればよく、８以上であれば特に限定されないが、９以上であるとより好ましい。モ−ス硬度が８未満の砥粒のみであると、加工が進行しなくなる傾向にある。なお、本明細書における「モース硬度」は、旧モース硬度（修正モース硬度では無い）を意味する。これは、以下の１０種の鉱物を標準物質として、これらと比較した硬さを評価する方法であり、標準物質とサンプルとをこすり、ひっかき傷が付いた方が低い硬度であるとして判定を行う。モース硬度を直接測定することが困難な場合、組成分析から組成を求め、同じ組成の物質のモース硬度から判断することができる。

モース硬度８以上を有する砥粒としては、例えば、タングステンカーバイド（モース硬度８）、ホウ化ジルコニウム（モース硬度８）、窒化アルミニウム（モース硬度８）、酸化アルミニウム（モース硬度９）、窒化チタン（モース硬度９）、炭化チタン（モース硬度９）、炭化タンタル（モース硬度９）、炭化ジルコニウム（モース硬度９）、クロム（モース硬度９）ホウ化アルミニウム（モース硬度９）、ボロンカーバイド（モース硬度９）、炭化ケイ素（モース硬度９）、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ、モース硬度９．５）、炭化ホウ素（モース硬度９．５）、ホウ化チタン（モース硬度９．５）、ダイヤモンド（モース硬度１０）等がある。なお、砥粒が複数種類混合されている場合は、主成分のモース硬度が８以上であればよい。砥粒の粒子径は必要となる研磨レートと、目標とすべき傷深さの値により決定されるが、樹脂素材の研磨においては好ましくは平均粒子径が１〜１５μmであり、より好ましくは２〜１０μmであり、さらに好ましくは３〜８μmである。より詳細には研磨レートを向上するという観点からは、砥粒の平均粒子径は好ましくは６〜１５μmであり、より好ましくは８〜１３μmである。傷深さの抑制という観点からは、砥粒の平均粒子径は好ましくは１〜１０μmであり、より好ましくは２〜８μmである。なお、粒子径の測定は電気抵抗式粒度分布測定機（ベックマンコールター社製Ｍｕｌｔｉｓｉｚｅｒ３）等を用いて行うことができる。

＜結合材＞
本発明の顆粒状研磨材において、結合材は凝集体を構成する砥粒のモース硬度未満であればよい。結合材のモース硬度が砥粒のモース硬度以上であると、凝集体そのものが個体粒子として機能して傷が深くなったり、凝集体が摩耗しにくくなることですぐに目つぶれが発生し、研磨が進行しなくなる傾向にある。なお、結合材が複数の種類の混合物である場合は、主成分（最も含有量の多い化合物）のモース硬度が砥粒のモース硬度未満であればよい。

結合材として、典型的にはガラスフリットを使用することができる。ガラスフリットの成分は例えばＳｉＯ_２（モース硬度７）等を主成分とするものを使用することができる。また焼成コスト低減のためＢｉ_２Ｏ_３（モース硬度２〜３）等のＢｉを含む低融点ガラスフリットを使用しても良い。Ｂｉを含むガラスフリットは、溶融したガラスの流動性が良く砥粒周辺に溶融したガラスフリットが均一に付着するため、砥粒保持力が保たれ、研磨レートの向上、及び、傷の低減の観点からも好ましい。本発明においては酸化アルミニウムの形状が変化する温度以下で凝集体を焼成する必要があるため１１００℃以下の焼結温度を持つガラスフリットを使用するとよい。具体的にはガラス転移温度が８００℃以下のガラスフリットが望ましく、７００℃以下がより望ましい。

結合材のモース硬度は、砥粒のモース硬度未満であれば特に制限されないが、１．５以上であると好ましく、２以上であるとより好ましい。また、７．５以下であると好ましく、７以下であるとより好ましく、５以下であるとさらに好ましい。結合材のモース硬度がこの範囲であると、傷を低減することができる。なお、結合材が複数の種類の混合物である場合は、主成分の化合物のモース硬度がこの範囲であればよい。

ガラスフリットにＢｉを含む場合、Ｂｉ_２Ｏ_３としての含有量がガラスフリット全体の３０質量％以上であると好ましく、５０質量％以上であるとより好ましく、７０質量％以上であるとさらに好ましく、８０質量％以上であると最も好ましい。また、９５質量％以下であると好ましく、９０質量％以下であるとより好ましい。Ｂｉ_２Ｏ_３としての含有量がこの範囲内であると、傷を低減することができる。

凝集体の顆粒強度を２０ＭＰａ〜１５０ＭＰａに制御するには、砥粒の粒子径と凝集体の大きさに応じて、結合材の体積率を変えることによって行うことができる。顆粒強度は２５ＭＰａ〜１２０ＭＰａがより好ましい。例えば、ガラスフリットの場合、一般的には、砥粒に対してガラスフリットの体積率は２０〜３００％、好ましくは４０〜２００％であると顆粒強度を２０ＭＰａ〜１５０ＭＰａの範囲に制御しやすい。また、粒子径が４μｍの砥粒とガラスフリットの場合、顆粒強度を２０ＭＰａ〜１５０ＭＰａの範囲にするためには、ガラスフリットの体積換算での混合比率は１０％〜２００％が好ましく、２０％〜１７５％がより好ましく、３０％〜１５０％がさらに好ましい。凝集体の粒子径が同等の場合で、使用する砥粒の粒子径が大きくなるとガラスフリットの混合比率は少ないほうが最適な顆粒強度が得やすく、使用する砥粒の粒子径が小さくなるとガラスフリットの混合比率は大きいほうが最適な顆粒強度が得やすくなる。その他、結合材の粒子径の調整、焼結温度の調整、焼結時間の調整等によっても凝集体の顆粒強度の制御が可能である。

＜凝集体の製造＞
本発明の顆粒状研磨材において、凝集体は砥粒と結合材が均一に分散された構造を有する。砥粒の少なくとも一部分が結合材により被覆されて、砥粒同士が結合することにより凝集体を構成している。

凝集体は、典型的には、造粒、乾燥、焼成、粉砕、篩い分けの工程によって得ることができる。造粒は、砥粒と結合材とを混合し水を加えスラリーとし、例えば、噴霧式乾燥機を使用して造粒、乾燥することによって行われる。造粒のためには、水溶性高分子や樹脂バインダーを含んでもよい。また、砥粒を分散させるために分散剤を含んでも良い。ただし、これらの成分を含まなくとも砥粒同士の分子間力による結合や水中に含まれる塩分が固形化することで砥粒同士が凝集することによって造粒することも可能である。乾燥温度は、１００〜２５０℃の範囲でよく、例えば、噴霧式乾燥機の場合、乾燥機の入口温度を２００〜２５０℃程度、出口温度を１００〜１５０℃程度に設定してもよい。

凝集体の顆粒強度は空隙率によっても左右される。空隙率は、例えば、細孔分布測定により行うことがきるが、結合材の配合量によって影響を受ける。一般的には、結合材の配合量を増やすと空隙率が低下する傾向にある。凝集体の顆粒強度を２０ＭＰａ〜１５０ＭＰａに制御するための最適な空隙率が存在し、例えば、平均粒子径が４μmの砥粒を用いた場合には空隙率が５〜１９ｖｏｌ％であることが好ましく、５〜１８ｖｏｌ％であることがより好ましい。

顆粒強度は例えば圧縮試験装置によって測定することができる。例えば、島津製作所社製の微小圧縮試験装置ＭＣＴ−５１０を使用することができる。測定条件は、例えば、試験力１００［ｇｆ］、負荷速度１６（約１．３［ｇｆ／ｓｅｃ］）、圧子の種類を平面圧子５０μmとすることができる。強度の計算はメーカー指定の粒子に関する計算式により算出することができる。

水溶性高分子としては、寒天やデンプン等の天然水溶性高分子、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸ナトリウム等の合成水溶性高分子、セルロース誘導体等の天然原料由来の半合成水溶性高分子等を使用することができる。

樹脂バインダーとしては、例えば、市販されているウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の接着剤が使用可能である。また、水系、油系、有機系のいずれも使用可能であり液性が本発明で限定されるものではない。

分散剤としては、ポリカルボン酸系、ポリエチレングリコール、アルキルスルホン酸、四級アンモニウム、ポリリン酸塩等の一般的な分散剤を使用することができる。

得られた造粒後の乾燥粉中に含まれる結合材を焼結させるため、結合材の種類に応じて推奨される標準的な焼成条件にて焼成する。一般的には焼成温度は４００〜１２００℃程度である。例えば、ガラスフリットに設定された標準の焼成条件は４５０〜８５０℃程度であればよい。焼成は例えば、焼成炉で行われ、焼成温度は例えばリファサーモによって測定してもよい。焼成温度が６００℃以下の場合はリファサーモから焼成温度を推定することが難しいため、焼成物付近に設置した熱電対の温度データから焼成温度を推定してもよい。焼成の凝集体のＳＥＭ写真を図１に示した。

焼成後の凝集体の焼成物を解砕し、必要に応じて、篩い分けすることにより適宜必要とされる粒子径を有する凝集体を得ることができる。凝集体の粒子径は限定されないが、１０μｍ以上が好ましく、２０μｍ以上がより好ましく、３０μｍ以上がさらに好ましい。この範囲であれば、後述する研磨工具として使用する際の凝集体の突出し量が適切となる傾向にある。また凝集体の粒子径は１００μｍ以下が好ましく、８０μｍ以下がより好ましく、７０μｍ以下がさらに好ましい。この範囲であれば、後述する研磨工具として使用する際に凝集体と研磨対象物との接触点数が適切となる傾向にある。凝集体が１０μｍを下回ると例えば樹脂フィルム上に顆粒状研磨材を固定化した工具の場合、顆粒が突出す距離が短くなり研磨性能が低くなる傾向にある。また、１００μｍを超えると固定化できる顆粒状研磨材の個数が減り空隙が多くなりすぎて研磨対象物との接触面積が不安定となり安定的な加工ができなくなる傾向にある。

上記のようにして得られた凝集体は、顆粒強度が２０ＭＰａ〜１５０ＭＰａを有するため、研磨に使用することにより適度に摩耗又は崩壊し、被研磨材の被研磨面における傷を減少し、また、傷の深さを抑制することができる。顆粒強度が低すぎる場合は凝集体が過度に磨耗するか崩壊し、研磨加工が進行しない。顆粒強度が高すぎる場合、凝集体が摩耗しにくいため、凝集体を構成する研磨粒子が目つぶれした状態が維持されてしまうことと、研磨に伴って発生した切粉が凝集体中に目詰まりし研磨加工が進行しない。

＜研磨工具＞
本発明の研磨工具は、図３および図４に模式的に示されるように、凝集体４を樹脂基材２上に樹脂バインダー５により固定化することにより得ることができる。なお、図４は図１を拡大したものであり、図１の表面部１は図４の凝集体４が樹脂バインダー５に埋め込まれて形成されるものである。樹脂基材２は、例えば市販されている工業用の樹脂フィルムが使用できる。樹脂バインダーとの濡れ性や密着性を向上させるために各種表面処理が実施されたものでも良い。例えば、厚み約２００μm程度の樹脂フィルムを使用することができる。

凝集体を樹脂フィルム上に固定化するためには、まず、凝集体とバインダー溶液を混合したスラリー溶液を作成し、このスラリー溶液を樹脂フィルム上に塗布することにより、樹脂フィルム上に塗布された樹脂バインダー中に凝集体の一部が埋め込まれた状態で固定化することができる。スラリー液の塗布はワイヤーバーコーターを使用して行うことができる。樹脂バインダーとしては、一般的なコーティング材である樹脂や接着剤を使用することができ、水系、油系、有機系のいずれも使用可能であり液性によって限定されるものではない。例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等を使用することができる。

樹脂基材２は、スポンジ材３に接着して研磨工具１Bを構成してもよい。樹脂基材２とスポンジ材３の接着は両面テープなどを使用して行うことができる。スポンジ材としては、研磨パッド等で使用される不織布状のもの、発泡ウレタン等の多孔質構造の樹脂素材等を使用することができる。このように基材は複数の素材を組み合わせても良い。例えば工業樹脂フィルムに対し、研磨パッド等で使用される不織布を両面テープ等で貼りあわせる等、任意の厚みのものが使用でき、所望の物性を持たせるためそれらの組み合わせを変えることができる。

樹脂バインダーによる凝集体の埋め込み部分の厚み、すなわち、樹脂バインダーの膜厚は適当な厚みでよいが、凝集体の粒子径の半分以下の厚みであることが望ましい。凝集体の粒子径に対し樹脂バインダーの膜厚が半分を超えると凝集体が自生し摩耗した場合に凝集体の突出しが樹脂バインダーの膜に対し短いため研磨が進行しづらくなる傾向にある。また樹脂バインダーの膜厚が薄すぎると凝集体を十分に保持できるため凝集体の脱落が発生し凝集体そのものが研磨界面に存在してしまい深い研磨傷の発生のリスクが上がる。したがって、凝集体の平均粒子径に対し樹脂バインダーの膜厚が５％〜５０％が好ましく、１０％〜２５％がより好ましい。

研磨工具の表面において、研磨工具の表面積に対し凝集体が占める面積は、スラリー溶液中の凝集体の濃度によって変動する。研磨工具の表面積に対する砥粒が占める面積は、凝集体を塗布する際に凝集体の濃度を上げることで占有面積を向上させ、研磨工具の使用可能時間を延ばすことが可能となる。研磨工具の表面積に対し凝集体が占める面積は切粉排出性のために５０％以下が好ましい。最適な凝集体の濃度は使用する砥粒の粒子径及び凝集体の粒子径によって影響されるが約４０μmの凝集体であれば占有面積は５〜３０％が好ましく、１０％〜２５％がより好ましい。

＜研磨対象物と研磨条件＞
研磨対象物の一つとして好適な樹脂素材はＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリプロピレン、ポリウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂等が含まれるが、これに限定されるものではなく、その他の樹脂を含むものであってもよい。また、樹脂以外の材料についても好適に研磨できる。

また樹脂素材は、樹脂のバルクそのものであっても良いし、建材等で用いられる木材やセラミックス等の物質表層に形成された樹脂被膜や、自動車等で用いられる金属材等の物質表層の塗装面のような樹脂被膜などであっても良い。

樹脂素材の研磨においては、切粉の排出性の向上のため研磨工具と研磨対象物の界面に液体を供給しながら研磨を行うことが好ましい。液体は水や一般的な研削液などが使用できる。液体を使用しない場合でも研磨は可能であるが、研磨レートの向上のため液体を界面に供給しながら研磨することが好ましい。また、作業環境の観点からも切粉の粉塵による作業者への負担を軽減するためにも液体を供給することが好ましい。

研磨荷重については、例えば、自動車等の塗装面の研磨においては手作業での研磨であるため比較的研磨の荷重が小さい条件で研磨されることが多い。一般的にポリッシャーの自重のみで研磨荷重を設定する場合が多く、具体的には２０ｇ重／ｃｍ^２〜５０ｇ重／ｃｍ^２程度である。半導体基板や硬脆材素材等を研磨する場合、一般的には１００ｇ重／ｃｍ^２〜３００ｇ重／ｃｍ^２の加工圧力で研磨されることが多い。本発明の研磨工具は比較的研磨荷重の低い研磨条件により好適に適用可能である。

（砥石状研磨工具）
図８（ａ）に模式的に示すように、本発明の顆粒状研磨材の凝集体４を立方体等の３次元形状の型に充填し、再度ガラスフリットの溶融する温度で焼成することで砥石状研磨工具１Ｃを成型することができる。３次元形状は、立方体に限らず、直方体、円柱等であってよい。凝集体４を充填することにより、粒子間に空隙６ができ研磨時にチップポケットとして機能させることができるため、砥石として良好な研磨性能を発揮する。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＢ−Ｂにおける断面の構造を模式的に示すものであるが、凝集体４と空隙６からなる構造の反復数は砥石の大きさに依存する。

（セグメント研磨工具）
図９に模式的に示すように、成型した砥石状研磨工具１Ｃを樹脂基材２の上に樹脂バインダー（接着剤）５で固定化したセグメント研磨工具１Ｄとしても利用することができる。セグメントのサイズは特に限定されるものではないが、軟質な樹脂基材２の上のセグメント形状の砥石状研磨工具１Ｃを固定化する場合、セグメント形状の砥石状研磨工具１Ｃのサイズは研磨対象物の形状に追従させる必要があるため小さくすることが理想的である。すなわち、セグメント形状の砥石状研磨工具１Ｃの縦横のサイズが１ｍｍ×１ｍｍ以下であることが望ましい。

本発明を、以下の実施例および比較例を用いてさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。また、下記実施例において、特記しない限り、操作は室温（２０〜２５℃）／相対湿度４０〜５０％ＲＨの条件下で行われた。

＜研磨工具の製造＞
（実施例１）
表２に示される酸化アルミニウムからなる砥粒（フジミインコーポレーテッド社製ＷＡ、モース硬度９）及び結合材（ＳｉＯ_２＝７８．２質量％、Ｂ_２Ｏ_３＝１９．０質量％、その他＝２．８質量％からなる組成を有するガラスフリットであり、主成分であるＳｉＯ_２のモース硬度＝７。以下、「ガラスフリット１」とも称する）を表２に示される分量で混合し水を加えスラリーとし噴霧式乾燥機で造粒乾燥を行った。なお、ガラスフリットの成分中のＢ_２Ｏ_３の含有量はガラスフリットメーカーの計測値を用いて、Ｂ_２Ｏ_３以外の含有量は蛍光Ｘ線測定装置（株式会社島津製作所製ＥＤＸ−７２０）を用いて、ガラスフリットの適量を手動プレス機にて成形したものを測定試料として測定し、各元素を酸化物として換算し各ガラスフリットの組成比率を求めた。その他の成分は、原料及びガラスフリット製造工程から混入するＫやＰ等の微量成分であると推定される。

スラリー中に含まれる砥粒と結合材の比率は表２に示される比率であるが、噴霧式乾燥機に導入する際のスラリー中の固形分濃度は噴霧式乾燥機の型式や温度選定により最適な値をとる。実施例１においては噴霧式乾燥機の入口温度は約２４０℃、出口温度は約１１０℃であり、噴霧中のスラリー中の固形分濃度は約５０％であった。

造粒後の乾燥粉は砥粒と結合材が均一に分散された顆粒状の凝集体となっておりその平均粒子径はレーザー散乱式粒度測定機（マイクロトラック社製ＭＴ−３３００ＥＸ）によると４０μmであった。顆粒状研磨材をＳＥＭにより観察したところ、図１に示されるように砥粒と結合材が均一に分散した凝集体となっていることを確認した。

得られた凝集体中に含まれる結合材を焼結させるため、焼成を行った。使用した結合材はＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３が成分であるガラスフリットであり平均粒子径はレーザー散乱式粒度分布測定機（ＨＯＲＩＢＡ社製ＬＡ−９５０）による測定より約１μmである。ガラスフリットに設定された標準の焼成条件は８５０℃であるが、実際の焼成温度の測定は焼成時にリファサーモを同時に焼成炉内に入れ、リファサーモの焼成後の長さをマイクロメーターで測定することにより到達温度を判定したところ８７９℃であった。

得られた焼成後の凝集体をＳＥＭ観察したところ、図２に示されるように凝集体に含まれるガラスフリット成分が溶融しており砥粒を保持していることが確認できた。島津製作所社製の微小圧縮試験装置ＭＣＴ−５１０を使用して、焼成後の凝集体の任意で抽出した１０個について顆粒強度を測定したところ、その平均値は３１ＭＰａであった。測定条件は試験力１００［ｇｆ］、負荷速度１６（約１．３［ｇｆ／ｓｅｃ］）、圧子の種類を平面圧子５０μmとした。強度の計算はメーカー指定の粒子に関する計算式、強度［ＭＰａ］＝（２．４８×試験力［Ｎ］）／（π×粒子径［ｍｍ］の二乗）により算出された値である。

次に、焼成後の凝集体の焼成物を解砕しＪＩＳの標準篩１（呼び寸法５３μm）及び標準篩２（呼び寸法３２μm）を用い、標準篩1を通過した凝集体をさらに標準篩２でふるい、標準篩２を通過しない凝集体を抽出した。

篩により抽出された凝集体をウレタン系樹脂バインダー溶液と混合した。混合した後のスラリー組成はウレタン系樹脂濃度が重量比率で２０％、砥粒が１０％、残りは溶媒分であった。混合したスラリーをマグネティックスターラーにて３０分攪拌（スターラー回転数３００ｒｐｍ）し、目視で沈殿物が無いことを確認した後、スラリー２ｍｌをＡ４サイズの樹脂フィルム（厚み約２００μm）上に滴下し速やかに番線Ｎｏ．３のワイヤーバーコーター（規格上の膜厚が約７μm）で樹脂フィルム上に塗布した。塗布後に常温にて２４時間以上乾燥した後、ＳＥＭで観察したところ、図５に示されるように、凝集体は崩壊しておらず、樹脂フィルム状に固定化されていることを確認した。

研磨性能を評価するため、顆粒状研磨材を樹脂基材に固定化したシートから所定のサイズで切り取り、砥粒の塗布されていない面とウレタンフォームからなるスポンジ材（厚み１０ｍｍ）を両面テープで接着し、研磨工具を作製した。図４に示されるように、樹脂フィルムからなる樹脂基材２の表層には凝集体４が樹脂バインダー５により固定化されており、スポンジ層３と両面テープで接着した研磨工具１Ｂを得た。

（実施例２〜１１、比較例１、２、７）
実施例２〜１１、比較例１、２、７は、砥粒、結合材、砥粒に対する結合材の混合比、焼成温度を表２に示す内容で凝集体を形成し、樹脂基材に塗布するためのスラリー中に含まれる凝集体の濃度を表２に示す内容で研磨工具を作成した。なお、焼成温度の測定は６００℃以下でありリファサーモから焼成温度を推定することが難しいため、焼成物付近に設置した熱電対の温度データから焼成温度を推定した。また、表２に示す結合材で「ガラスフリット２」は、Ｂ_２Ｏ_３＝１２．０質量％、Ｂｉ_２Ｏ_３＝８５．７質量％、その他＝２．３質量％からなる成分を有し、主成分であるＢｉ_２Ｏ_３のモース硬度＝２〜３であり、「ガラスフリット３」は、Ｂ_２Ｏ_３＝１２．０質量％、ＳｉＯ_２＝５．７質量％、Ｂｉ_２Ｏ_３＝５９．２質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が１０．２質量％、ＺｒＯ_２が７.６質量％、その他が５．３質量％からなる組成を有し、主成分であるＢｉ_２Ｏ_３のモース硬度＝２〜３である。ガラスフリット１〜３の組成を表３に示した。

（比較例３）
比較例３は、凝集体を形成せずに、砥粒をウレタン系樹脂バインダー溶液と混合し、実施例１と同様に、混合したスラリーを樹脂フィルム上に滴下しワイヤーバーコーターで樹脂フィルム上に塗布した。実施例１と同様に、砥粒が塗布された樹脂フィルムを所定のサイズで切り取り、砥粒の塗布されていない面とウレタンフォームからなるスポンジ材（厚み１０ｍｍ）を両面テープで接着し、研磨工具を作成した。

（比較例４〜６）
比較例４〜６は、結合材を使用しないで砥粒のみで噴霧式乾燥機により凝集体を形成し、それぞれ、その凝集体を砥粒成分そのものが焼結する温度の凡そ１２００℃以上となる表２に記載の温度で焼成することにより凝集体を形成し、実施例１同様にして、同様の乾燥条件で基材にワイヤーバーコーターで固定化することにより研磨工具を作成した。

＜評価＞
上記で準備した実施例１〜６及び比較例１〜６の研磨工具を用いて、下記に示す条件で、合成樹脂表面の研磨を行ない、研磨レート、合成樹脂の被研磨面の表面粗さを測定したところ、表２に示す結果が得られた。

（研磨条件）
研磨機：ＣＥＴＲ社製 ＣＥＴＲ−ＣＰ４
研磨対象物：合成樹脂塗料で塗装された金属板
基板サイズ：φ２４０ｍｍ
研磨工具サイズ：φ６０ｍｍ
加工圧力：０．５１３ｐｓｉ
樹脂基板枚数：１枚
流量：純水 ２ｍｌ／ｍｉｎ．
研磨時間：２６１ｓｅｃ．

（研磨レート）
研磨レートは研磨前後の合成樹脂塗料の膜厚を電磁誘導式の膜厚測定器にて測定し、基板の４箇所を各１０回測定しその平均値の差分を取代とし、研磨時間で除算し算出した。

（表面粗さ）
表面粗さについて、Ｒａ及びＲｚ ｊｉｓはキーエンス社製ＶＫ−Ｘ２００により研磨後の合成樹脂塗料の表面を均等に４箇所、１０００倍の倍率で観察し、観察範囲全面について各粗さパラメータを装置のソフトウェアにて算出し、４箇所の平均値を示した。なお。表２において研磨レート、Ｒａ、Ｒｚｊｉｓ、Ｒｚｊｉｓ／研磨レートは小数点第３位を四捨五入している。

（空隙率）
凝集体の空隙率は株式会社島津製作所製オートポアＩＶ９５２０を使用した細孔分布測定により行った。実施例１及び実施例２、比較例１及び比較例２については、それぞれ同じ砥粒を用いてガラスフリットの配合量を変えているが、ガラスフリットの配合量を増やすと空隙率が低下していることが確認できた。同じ砥粒を用いた場合には適切な自生を発生させるための最適な空隙率が存在し、平均粒子径が４μmの砥粒を用いた場合には空隙率が５〜１９ｖｏｌ％であることが好ましく、５〜１８ｖｏｌ％であることがより好ましい。

（比表面積）
凝集体の表面積は株式会社島津製作所製オートポアＩＶ９５２０を使用した細孔分布測定により行った。測定条件としては各サンプルを少量採り、初期圧力１１ｋＰａの条件で測定した。

表２に示されるように、実施例１〜１１では、砥粒の大きさと砥粒に対するガラスフリット結合材の体積率を調整することによって、顆粒強度が２０ＭＰａ〜１５０ＭＰａの範囲内であるため、高い研磨レートが得られた。スクラッチ傷深さの評価については、研磨レートによって許容される傷の深さは変化するため、Ｒｚｊｉｓの値を研磨レートで除算した値にて評価した。実施例１〜６ではＲｚｊｉｓ／研磨レートの値が７未満であり、研磨レートに対して十分に傷の深さが浅いことが確認できた。特に結合材にＢｉが含まれる実施例７〜１１においては、より良好なＲｚｊｉｓ／研磨レートであることが確認できた。図示しないが、焼成後の顆粒をＳＥＭ等で観察するとＢｉ_２Ｏ_３を含むガラスフリットを使用したものは砥粒周辺に溶融したガラスフリットが均一に付着していることが確認できた。これは、Ｂｉ_２Ｏ_３を含むガラスフリットは溶融したガラスの流動性が良いため、溶融したガラスが砥粒に均一に付着したことから砥粒保持力が向上し、研磨性能が向上したと考えられる。

これに対して、比較例１、２、４、５及び７はガラスフリットの有無及びその体積率等の影響によって凝集体の顆粒強度が２０ＭＰａ〜１５０ＭＰａの範囲外となった。比較例６は、凝集体の顆粒強度は２０ＭＰａ〜１５０ＭＰａであるが、結合材であるガラスフリットを含まないものである。また、比較例３ではそもそも凝集体が形成されていない。このため、これらの比較例では高い研磨レートが得られず、被研磨材である金属材上の合成樹脂塗膜の研磨後のＲｚｊｉｓ／研磨レートの値が７以上であり、研磨レートに対して傷の深さが深いことが確認できた。

本発明によれば、樹脂素材の研磨において、研磨レートを向上しつつ傷深さを抑制することができ、しかも加工力が低下することのない研磨材を提供することができ、産業上の利用可能性が高い。

１Ｂ 研磨工具
１ 表面部
２ 樹脂基材
３ スポンジ材
４ 凝集体
５ 樹脂バインダー
６ 空隙
１Ｃ 砥石状研磨工具
１Ｄ セグメント研磨工具

Claims (15)

1. 砥粒と前記砥粒同士を結合する結合材を含む凝集体を含む顆粒状研磨材であって、
   前記砥粒は結合材により少なくとも一部分が被覆された構造を有し、
   前記凝集体の顆粒強度が２０ＭＰａ〜１５０ＭＰａであり、前記砥粒のモース硬度が８以上であり、前記結合材のモース硬度が前記砥粒のモース硬度未満であることを特徴とする顆粒状研磨材。
2. 前記結合材がガラスフリットであることを特徴とする請求項１に記載の顆粒状研磨材。
3. 前記ガラスフリットがＢｉを含むことを特徴とする請求項２に記載の顆粒状研磨材。
4. 前記砥粒が酸化アルミニウムを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の顆粒状研磨材。
5. 前記凝集体の空隙率が５〜１９ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の顆粒状研磨材。
6. 研磨に使用することにより前記凝集体が摩耗又は崩壊することを特徴とする請求項１〜５に記載の顆粒状研磨材。
7. 前記凝集体の顆粒強度が２５ＭＰａ〜１２０ＭＰａであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の顆粒状研磨材。
8. 前記凝集体に含まれる前記砥粒に対する前記結合材の含有量の体積率が３０％以上１５０％以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の顆粒状研磨材。
9. 請求項１に記載の顆粒状研磨材の凝集体を樹脂基材上に樹脂バインダーにより固定化した研磨工具。
10. 前記樹脂基材が樹脂フィルム、不織布、発泡ウレタンのいずれか、又は、それらの組み合わせであることを特徴とする請求項９に記載の研磨工具。
11. 請求項１に記載の顆粒状研磨材の凝集体を三次元形状に成形し再焼結した砥石状研磨工具。
12. 請求項１１に記載の砥石状研磨工具を基材の上に固定化した研磨工具。
13. 噴霧式乾燥機を用いて砥粒と結合材を造粒し、造粒粉を焼成することにより請求項１〜８のいずれか一項に記載の顆粒状研磨材を製造する製造方法。
14. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の顆粒状研磨材を使用して樹脂素材を研磨する研磨方法。
15. 請求項９〜１２のいずれか一項に記載の研磨工具を使用して、研磨対象物と前記研磨工具の界面に液体を供給しながら研磨を行う研磨方法。

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