TW411305B - Metal-resin bond grindstone and method for manufacturing the same - Google Patents

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經濟部智慧財產局貝工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明說明（1 ) [發明之技術領域] 本發明係關於一種電解過程中修整（ELID)研磨用金屬 -樹脂結合式砂輪及其製造方法。 [相關技術之說明] 使用例如鑄鐵纖維結合金剛砂式砂輪等金屬結合式 (metal bond)砂輪之類的導電性砂輪，對砂輪施加電麼， 以電解方式修整砂輪之導電性砂輪之電解修整方法及裝 )置，已揭示於本案同一申請人所提出之日本特開平 188266號公報中，並且在對作為電子材料之梦等半導髖 材料施加鏡面研磨之加工法上已獲致成功。而且，由這種 方法及裝置發展而成之所謂電解過程中修整法 (Electrolytic In-Process Dressing，以下稱 ELID 研磨法） 之方法及裝置已由本案申請人開發成功並公開發表（理研 研討會「鏡面研磨之最新技術趨勢」，1991年3月5曰舉 辦）。 》 此種ELID研磨法係使用一種由：具備工件接觸面之 砂輪、與砂輪保持間隔地相對向之電極、對砂輪與電極間 供應導電性液體之喷嘴、在砂輪與電極之間施加電壓之施 加（電源及供電體）裝置所構成之設備’一邊在砂輪與電極 之間流通導電性液體，一邊在砂輪與電極之間施加電壓， 而以電解方式修整砂輪。 在ELID研磨法中’所使用的研磨砂雖然較細，但由 於電解修整之清洗作用，砂輪不會產生阻塞之情形，故若 使研磨砂粒徑變細，則可藉由研磨加工而獲致類如鏡面的 ----1 — — — — — — — -------- 訂· — — —--— I·線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1 310869 411305 A7 B7 五、發明說明（2 ) 極佳加工面。因此，ELID研磨法，可以從高效率之研磨以 --------.—S— C請先聞讀背面之江意事項存填寫本Va〇 至於鏡面研磨均維持砂輪應有之快利度，從而期望其能適 用於種種的研磨加工。 然而，上述之ELID研磨法中，由於砂輪之結合劑為 不具彈性之硬質金屬，在研磨時容易使工件邊緣發生「缺 口」’「剝落」或由於剝落之碎片而傷及工件之「刮傷」等 問題。而且，即使是上述之ELID研磨亦會因此而使所獲 致之鏡面僅達Rmax 18至20nm，而無法得到更高品質之 加工鏡面的問題。 因此’在習知技術中’為了要獲得更高品質之鏡面’ 即必須併用磨光（Polishing)等其他手段，從而使elid研 磨法之高研磨效率之優點被抵消’而有整體加工間過於耗 時之問題。 線一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 為解決此種問題’本案發明人等先前曾提案（曰本特 開平7-285071號）一種由金屬粉與樹脂構成之結合劑與研 磨砂混合’再加熱熔融形成導電性砂輪，並以此砂輪實施 ELID研磨之方法與裝置，該方法與裝置不容易產生剝落 碎片或刮傷，且可獲致Rmax約12至15nm之高品質鏡 面。 上述由金屬粉與樹脂所構成之結合劑與研磨砂混合之 導電性砂輪（以下稱金屬/樹脂結合式砂輪）中顯示出，金 屬粉之粒徑越小，可獲致越高品質之傾向。但是，金屬粉 之粒徑小至Ι/zm左右時，所製成之金屬樹脂結合式砂輪 之電阻率越大’ ELID研磨不可或缺之砂輪導電性會喪失， 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐> 310869

五、發明說明（3 故有無法實施ELID研磨之問題，因此，使用習知砂輪之 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 ELID研磨中’即無法獲得Rmax約1 〇ηπ1以下之更高品質 銳面。 [發明之概述] 本發明係為解決此種問題而研發者。亦即，本發明之 目的在提供一種具備適於ELID研磨所需之導電性，且含 有平均粒徑為l#m左右之微細金屬粉之金屬-樹脂結合 式砂輪及其製造方法。 依照本發明，得提供一種含有金屬粉、樹脂及研磨砂: 之導電性砂輪’且含有用以還元上述金屬粉之固體還元劑 為特徵之金屬·樹脂結合式砂輪。 再者，若依照本發明，係（a)在常溫以上、還元劑融 點以下之溫度，將金屬粉、樹脂、研磨砂及固體還元劑加 以混合成為混合物’繼之’（b)在上述還元劑之融點以上、 金属粉之融點以下溫度，將混合物成形/焙燒。 若依照本發明之上述砂輪及其製造方法，係包含用以 還元金屬粉之固體還元劑，並在還元劑之融點以上，金屬 粉之融點以下溫度，將混合物成形/焙燒，故在砂輪之成 形/培燒中，得以將金屬粉還元，可對完成之砂輪賦與導 電性》 依照本發明之較佳實施形態’上述固體還元劑為脂肪 暖。再者’上述脂肪酸以對金屬粉之體積比為5至2〇% 之硬脂酸更佳。 由化學式可知，該脂肪酸係在分子令具有含氧之暖性 參紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公爱） ' ~~ --- 310869 裝--------訂---------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 411305 A7 _____B7__ 五、發明說明（4 ) 叛基，將該脂肪酸加熱至融點以上使之液化，即可溶解除 去金屬粉表面之導電性較低之氧化物層》結果，金属粉粒 子間可以獲得高度導電性。以此方式，用脂肪酸溶解除去 金屬粉粒子間之氧化物層，使金屬表面露出之效果，在本 發明中稱之為還元。 而且’特別是由於使用對金屬粉之體積比為5至20% 之硬脂酸，故可對砂輪賦與適於EUD研磨之導電性（低 電阻率），經由實驗，已確認可獲得Rmax約3nm以下之 高品質鏡面。 本發明之其他目的及較有利特徵將可參佐附圖配合以 下之說明而更為明晰。 [圖式之簡單說明] 第1圖為本發明金屬-樹脂結合式砂輪之製造程序 圖。 第2圖為本發明實施例之還元劑量與電阻率關係圖。 第3圖為利用本發明金屬-樹脂結合式砂輪施行ELID 研磨面之表面粗度顯示圖。 [較佳實施例之說明] 以下參佐圖面說明本發明之實施形態。 第1圖為本發明金屬-樹脂結合式砂輪之製造程序 圖。 如上所述，為了適用於ELID研磨砂輪，須要對砂輪 本身賦與導電性。但是，使用微細金屬粉時，金屬粉表面 容易氧化，由於該氧化物層之導電度很低，故在砂輪成形 ------------- 裝 i ! I — -r !訂·! — ·ί· -線 (請先閱讀背面之法意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 4 310869 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（5 ) 過程中，有砂輪容易失去導電性之問題。依本發明之方法， 如第1圖所示，係⑷在常溫以上，還元劑之融點以下溫 度，將金屬粉（金屬）、樹腊、研磨砂及固體還元劑加以混 合形成混合物，繼之，在還元劑之融點以上、金屬粉之融 點以下之溫度，將混合物焙燒成形。 亦即’在本發明之方法中，係在砂輪成形中，一邊使 丨金屬粉還元，一邊施行砂輪之成形/焙燒，以確保導電性。 1該製造方法係適量添加研磨砂、結合劑（金屬粉與樹脂）及 還元金屬粉用還元劑（固體並充分混合後，以熱壓機等 實施砂輪之焙燒/成形，還元劑會隨著焙燒溫度之上升而 液化，將金屬還元，亦即，係使用能夠將金屬粉粒表面之 氧化物皮膜溶解除去之還元劑 可使用在本發明製造方法之還元劑必須滿足以下之條 件。 (a)在混合溫度時為固體，·（b)於砂輪成形中之溫度（例 如為200C以下）下會液化，將金屬還元’亦即溶解除去 金屬粉粒表面之氧化物皮臈；（c)係屬於弱酸，僅將金屬 表面之氧化物層溶解；（d)容易使用。以滿足此等條件之 還元劑而言’本發明係著眼於呈酸性羧基之含氧脂肪酸β 各脂肪酸之化學式與融點如表1所示。 I I lull — — — — i — — — — —— ^-11111---^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐） 5 310869 411305 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（6 ) 表1

品 名 化學式 融點 丁酸 C4H8 〇2 -7.9〇C 己睃 ^6^! 2〇2 -3.4〇C 辛酸 ^6^1 6〇2 16.7〇C 癸酸 Ci〇H2〇〇2 31.6〇C 月桂酸 C! 2H2402 44.2〇C 鯨蠟脂 54.4〇C 棕櫊酸 ^16^32^2 62.9〇C 硬脂酸 C! 8H36〇2 69.6〇C 廿碳烷酸 C2〇H4002 75.3〇C 廿二碳烷酸 C22H4402 79.9 V 按照本發明之方法，係將例如在常溫下混‘之金屬 粉、樹腊、研磨砂及固體還元劑等之混合物，於還元劑融 點以上、金屬粉融點以下溫度施以焙燒/成形。藉由加熱 至該還元劑之融點以上溫度，使還元劑液化，將金屬表面 之氧化物進行還元，亦即溶解除去，而得以賦與導電性。 此外，該溫度升至金屬粉融點以上時，金屬粉即融解、混 合物整體呈流動狀態，研磨砂有偏聚之虞。 由表1可知’以脂肪酸而言，分子量最小之乙酸，其 融點為_79°c，屬於最低者》隨著分子增大，即有融點升 高傾向。關於本實驗所使用之脂肪酸，若考慮及砂輪製作 場地之環境溫度（常溫至3〇t )，以融點在4(TC以上者為 佳，尤其是融點69.6°C之硬脂酸最佳《此外，金屬粉若 使用鋼粉時’在其表面形成為氧化物層之氧化銅與硬脂酸 -----* 裝-----'--5!訂----------線 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 6 310869 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____B7______ 五、發明說明（7 ) 之間係按照（式1)進行反應，使氧:化銅之皮膜得以溶解去 除。 (式”……Cu0+2C18H3602— Cu(Cl8H3502) + H20 f施例 以上述方法製造金屬/樹脂結合式砂輪，並測試其特 性。該測試係依（1)還元劑效果之檢驗' (2)依第1囷程序 製作砂輪、（3)以製得之砂輪進行elid研磨，微粒金屬粉 係使用直徑l#m之球狀銅粉，研磨砂則使用平均粒徑約 5nm(#3000000)之金剛砂。 以下說明其結果： 1.還元劑之效果及調配比例之影響 為確認還元劑之效果，乃就金屬（l^m球狀銅粉）與 還元劑（硬脂酸）之調配比率對導電度之影響進行基礎性調 査。該試驗僅使用金屬粉與硬脂酸，並以體積比為0、5、 10、15、20、30%之硬脂酸與金屬粉混合，同時以成型壓 1力49MPa、7 8.4MPa，焙燒溫度200°C之條件製作試片， 調查其電阻率。 第2圖為實施例之還元劑與電阻率之關係圖。如圖所 示，硬脂酸為0%，而僅有金屬粉之試片電阻率為1000 Q mm ’顯示其具有極高的電阻。相對地，添加5至20%硬 脂酸時’電阻率急劇下降。特別在15%時，呈現0.23 Ω mm 之最低電阻率。但是，硬脂酸添加30%以上時，反而顯 示出電阻率升高之趨勢，此可視為未參與還元作用之過剩 硬脂酸為電阻率升高之原因。而且，在成形壓力之影響方 I — — — — — — —--i — — —— —— ^--- - -----^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 7 310869 411305 A7 ______B7_____ 五、發明說明（8 ) 面’成形壓力較高者（78.4MPa)可·整體上獲得較低之電阻 值。此可視為金屬粉間之接觸比例由於成形壓力增加而變 大的緣故。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2.砂輪成形試驗 根據上述之結果，假設硬脂睃對金屬粉之調配比率為 5至20%，並改變金屬粉（金屬）、樹脂、硬脂酸之調配比， 並進行檢討，各調配比之電阻率結果揭示於表2。試驗之 結果，以N0.1之條件（金屬78.3%’樹脂8.7%，硬脂酸13.〇〇/0) 獲得最小之電阻率。此時，無法看出其製造砂輪所生之悉 裂、缺角等各種異常現象，成形狀態甚良好。 表2

No 金屬％ 樹脂％ 硬脂酸％ 硬脂睃對金 屬之比例％ 電阻率 Ω mm 1 78.3 8.7 13.0 16.6 0.4 2 81.8 9.1 9.1 11.1 0.8 3 85.7 9.5 4.8 5.6 2.2 4 69.6 17.4 13.0 Γ 18.7 2.0 5 72.7 18.2 9.1 12.5 0.6 6 76.2 19.0 4.8 6.2 3.3 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該表所示No.l至6之砂輪，其電阻率均很低（〇 6至 3 ·3 Ω mm)，具有適於EL ID研磨所需之導電性。該等砂輪 之金屬粉比例約7 〇至8 5 % ’樹脂比例約9至2 0 %，而硬 脂酸對金屬粉之調配比例則約5至20%，因此，可確知在 此等範圍内可賦與適於ELID研磨所需之導電性。 3.加工試驗 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210X297公釐〉 8 310869 A7 A7 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 B7______ 五、發明說明（9 ) 以N〇，l之條件製作中250 XW20之#3000000號金屬/ 樹脂結式砂輪（集中度75),施行矽單結晶2Eud拋光研 磨加工’試驗結果’得以開發出梦單結晶之1.85nmPV高 品級加工面。第3圖為表示加工面粗度之剖面高低例。 '如上所述，藉由本發明之金屬/樹脂結合式砂輪與利 用ELID法之砂輪拋光，確實可以開發出習知研磨加工技 I術所未能達成之高品級加工面，特別是使用超微粒金剛砂 研磨粒之金屬/樹脂結合式砂輪，可以將硬脆材料研磨加 工達到加工面粗度為2至3nmRY之最終抱光面，其足以 嫂美習知技術拖光（lapping)或磨光（p〇lishing)加工面。 從而，本發明之金屬/樹脂結合式砂輪及其製造方法 具有適於ELID研磨之導電性，且藉由含有平均粒徑 m左右之微細金屬粉而不易產生碎片或到傷且獲致Rinax 約3nm以下之高品質鏡面等優異效果。 I此外’本發明雖利用若干較佳實施例予以說明，但應瞭解 本發明所包含之權利範圍並不限定於該等實施例。相反 地’本發明之權利範圍應涵蓋附後申請專利範圍所包含之 所有改良、修正及均等物。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱） 310869 -------------裝------丨丨訂---------線 <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 411305 Μ880808 六、申請專利範圍 1 · 一種金屬-樹脂結合式砂輪，係為含有金屬粉、樹脂及 研磨砂之導電性砂輪，其特徵在該砂輪復包括用以還 元上述金屬粉之固體還元劑。 2. 一種金屬-樹脂結合式砂輪之製造方法，包括：下列步 驟： (a) 將金屬粉、樹脂、研磨砂及固體還元劑在常溫以上、 固體還元劑之融點以下溫度加以混合成為混合物； 繼之， (b) 在上述還兀劑之融點以上、金屬粉之融點以下之溫 度’將該混合物焙燒/成形者β 3·如申請專利範圍第2項之製造方法，其令，上述固體 還元劑為脂肪酸。 4.如申請專利範圍第3項之製造方法，其中，上述脂肪 酸為對金屬粉之體積比為5至20%之硬脂酸。 I I I — m ----- 〆]1 Ί — 1 I 11 — *^ · · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 10 310869