專利名稱：研磨磨具及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及研磨磨具及其制造方法，更詳細地，涉及可以在長時間內(nèi)穩(wěn)定地進行研磨的研磨磨具及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，對于在各種電子設(shè)備中使用的電路基板等，由于以高密度形成微細的布線，因此其被要求具有高表面平滑性。計算機的硬盤(磁盤)中使用的玻璃基板等也被要求具有高表面平滑性。象這樣的高表面平滑性可以通過使用了研磨材的鏡面加工來實現(xiàn)。
對于鏡面加工，一般來說，通過拋光(lapping)加工來使基材表面成為達到某種程度的平滑面后，在供給冷卻水的同時，使基材表面受到磨具的打磨以對該基材表面進行研磨，由此進行鏡面加工。
作為上述這樣的磨具，例如在專利文獻1和2中提出了具有下述結(jié)構(gòu)的磨具，其是在聚氨酯樹脂或酚醛樹脂等粘合劑中將磨粒分散并固定，另外，在專利文獻3中提出了具有下述結(jié)構(gòu)的磨具，其中使用硅酮橡膠等橡膠作為粘合劑，并在該橡膠中將磨粒分散并固定。
專利文獻1特開2001-260037號公報專利文獻2特開2004-261942號公報專利文獻3特開2002-261054號公報然而，在上述專利文獻1和2所提出的磨具中，由于磨粒被牢固地固定在作為為硬質(zhì)樹脂的粘合劑中，因此即使在研磨加工中磨粒發(fā)生磨損而減小，被磨損的磨粒也難以脫落，而且，未被磨損的新磨粒不能露出到磨具的表面上，其結(jié)果是，產(chǎn)生在短時間研磨速度降低、且不能穩(wěn)定地進行研磨的問題。為此，具有下述實際情況，即適宜地對磨具進行修整(dressing)操作，或者必須采用在利用該磨具的研磨加工的同時，進行使用了堿液等化學溶液的化學研磨的所謂機械化學研磨(Chemical Mechanical Polishing)這樣的方法。
另外，在上述專利文獻3中提出的磨具中，在具有彈性的橡膠中分散有磨粒，因此與專利文獻1和2所提出的磨具相比較，通過研磨加工而被磨損的磨粒產(chǎn)生脫落，且新磨粒容易露出，而且，研磨速度降低的問題得到了某種程度的改善。但是，即使在這樣的專利文獻3中的磨具中，由于磨粒被牢固地結(jié)合、保持在橡膠中，因而同樣不能充分地進行被磨損的磨粒的脫落和新磨粒的露出，在短時間內(nèi)研磨速度也同樣會下降，正在尋求對其的改善。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種由與研磨相伴的磨損所引起的研磨性被降低的磨?？梢匀菀椎貜谋砻婷撀洌幢荒p的新磨粒在表面露出，且可以以通常穩(wěn)定的速度進行研磨，并且在長時間內(nèi)可以穩(wěn)定地進行研磨的磨具及其制造方法。
本發(fā)明者對在粘合劑中將磨粒分散并固定的結(jié)構(gòu)的磨具進行了潛心地研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用橡膠粒子作為固定磨粒的粘合劑，在由該橡膠粒子所形成的粒狀基質(zhì)中將磨粒分散并固定，由此可以有效地解決上述問題，從而完成了本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種研磨磨具，其特征在于，在由橡膠粒子構(gòu)成的粒狀基質(zhì)(matrix)中，磨粒被分散，且被結(jié)合和保持。
在本發(fā)明的研磨磨具中，優(yōu)選的是(1)前述橡膠粒子的粒徑為5～300μm；(2)相對于100重量份上述橡膠粒子，以40～80重量份的量含有上述磨粒。
根據(jù)本發(fā)明，還提供研磨磨具的制造方法，該方法由下列工序構(gòu)成混合工序混合橡膠粒子和磨粒以制備粒狀混合物；壓縮成型工序?qū)⑶笆隽罨旌衔飰嚎s成型為規(guī)定形狀；熱處理工序?qū)τ汕笆鰤嚎s成型工序得到的成型體進行熱處理。
在本發(fā)明的制造方法中，優(yōu)選的是(3)相對于100重量份前述橡膠粒子，以40～80重量份的量使用前述磨粒；(4)以50～300kg/cm2的壓力進行壓縮成型；(5)在150～250℃的溫度下進行熱處理；(6)同時進行壓縮成型和熱處理。
本發(fā)明的研磨磨具是在由橡膠粒子構(gòu)成的粒狀基質(zhì)中分散并結(jié)合有磨粒，因此，在由研磨所產(chǎn)生的被磨損的磨具表面上存在的磨粒容易從表面脫落，在磨具表面上露出未被磨損的新磨粒。其結(jié)果是，可以有效地避免在短時間內(nèi)研磨速度下降這樣的不利，并可以在長時間內(nèi)穩(wěn)定地進行研磨加工。另外，在不并用使用化學溶液的化學研磨的情況下，通過僅使用該磨具的機械研磨就可以有效地進行研磨加工。


圖1是表示本發(fā)明的研磨磨具的剖面結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2是表示以往公知的研磨磨具的剖面結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖3是表示安裝固定有本發(fā)明的研磨磨具的研磨砂輪的立體圖。
圖4是表示在使用實施例1制作的本發(fā)明的研磨砂輪而進行玻璃基板的研磨時，流過玻璃基板的研磨枚數(shù)和研磨砂輪的旋轉(zhuǎn)軸的電流值和玻璃基板的研磨量的關(guān)系的圖表。
具體實施例方式
<研磨磨具>
參照圖1，本發(fā)明的研磨磨具由通過橡膠粒子1形成的粒狀基質(zhì)3、以及在該基質(zhì)3內(nèi)被分散和固定的磨粒5構(gòu)成。即，橡膠粒子1在保持粒子形狀的同時，在各粒子表面上相互熔融粘合而形成粒狀基質(zhì)3，同時在該基質(zhì)3內(nèi)分散的磨粒5的表面上橡膠粒子1也發(fā)生熔融粘合，由此而將磨粒5固定在基質(zhì)3內(nèi)。如圖1所示，在該研磨磨具的表面上，磨粒5a露出，使規(guī)定的基材表面受到該磨粒5a的打磨，由此可以對基材表面進行研磨加工。
另外，圖2表示以往公知的研磨磨具的剖面結(jié)構(gòu)，該研磨磨具有在基質(zhì)7內(nèi)分散并固定有磨粒5的結(jié)構(gòu)，而且該基質(zhì)7由各種樹脂或橡膠等形成，但其與本發(fā)明的研磨磨具的主要不同在于基質(zhì)由樹脂或橡膠的固化而完全一體化，在象這樣被一體化的樹脂或橡膠的基質(zhì)7中，磨粒5被分散并固定。
即，在如圖2所示的以往公知的研磨磨具中，磨粒5被埋入基質(zhì)中并被牢固地固定(即，基質(zhì)7和磨粒5的結(jié)合強度較高)，因此，形成下述結(jié)構(gòu)，即通過研磨加工而在表面露出的磨粒5a發(fā)生磨損而變小時，也難以從磨具表面脫落，未被磨損的新磨粒5難以露出到表面。其結(jié)果是，如果進行研磨加工的話，在短時間內(nèi)研磨速度降低。
與此相對，在圖1所示的本發(fā)明的研磨磨具中，基質(zhì)3是通過大量的橡膠粒子1之間在表面熔融粘合而形成的，橡膠粒子1的間隙中存在磨粒5，通過與該橡膠粒子1的表面熔融粘合而形成被固定的結(jié)構(gòu)，與圖2的研磨磨具相比較的話，磨粒5和基質(zhì)3(橡膠粒子1)的接觸面積小，而且兩者的結(jié)合力小。因此，由于研磨加工而被磨損了表面的磨粒5容易脫離，由于存在于表面的橡膠粒子1的磨損或脫落，未被磨損的新磨粒5迅速地露出到磨具表面上，在短時間內(nèi)研磨速度不發(fā)生降低，且可以在長時間內(nèi)穩(wěn)定地進行研磨加工。
在本發(fā)明的研磨磨具中，形成粒狀基質(zhì)3的橡膠粒子1的粒徑優(yōu)選為5～300μm的范圍。即，如果橡膠粒子1的粒徑過大，則磨粒5的保持力(基質(zhì)3與磨粒的結(jié)合力)低于必要值，在研磨加工時磨粒5容易發(fā)生不必要的脫落，研磨加工性可能會降低。另外，如果橡膠粒子1的粒徑過小，則磨粒5的保持力變得過大，在磨具表面存在的被磨損的磨粒5a難以產(chǎn)生脫落，其結(jié)果是，有可能會容易產(chǎn)生研磨速度的降低。
另外，為了適度地保持與磨粒5的結(jié)合力，橡膠粒子1優(yōu)選為固化橡膠，例如利用硬度計測定得到的橡膠硬度(JIS K6253)優(yōu)選為50～80的范圍。橡膠粒子1的硬度如果比上述范圍小，則在后述的壓縮成型工序中，磨粒5與橡膠粒子1的接觸面積變大，從而磨粒5的結(jié)合力高于必要值，其結(jié)果是，難以使被磨損的磨粒5a從表面脫落，可能容易產(chǎn)生研磨速度的降低。相反，如果橡膠粒子1的硬度比上述范圍大，則橡膠粒子1之間或橡膠粒子1和磨粒5的表面熔融粘合變得困難，由于磨粒5的保持力的降低而引起研磨加工性的降低，根據(jù)情況，保持磨具的形態(tài)而也可能會變得困難。
進一步地，作為形成上述的橡膠粒子1的橡膠，沒有特別的限制，可以適宜地使用例如丙烯腈-丁二烯橡膠(NBR)、苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、聚氨酯橡膠、聚脲橡膠、尿烷-尿素橡膠、丙烯酸橡膠、丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、硅酮橡膠、含氟橡膠、天然橡膠等合適的物質(zhì)。其中，通過后述的壓縮成型和熱處理，粒子表面發(fā)生熱熔融粘合，并容易形成如圖1所示的粒狀基質(zhì)3，在這一方面，優(yōu)選NBR和SBR。
在本發(fā)明中，作為由橡膠粒子1構(gòu)成的粒狀基質(zhì)3中所分散和固定的磨粒5，可以使用其自身是公知的物質(zhì)，例如以氧化鈰、氧化硅(石英、熔融二氧化硅等)、氧化鋁、碳化硅、氧化鋯等為代表的硬質(zhì)無機粉末。從高研磨加工性的觀點出發(fā)，這樣的磨粒5優(yōu)選為微細粉末，一般優(yōu)選其粒徑在20μm以下的范圍。
另外，根據(jù)磨粒5或橡膠粒子1的種類不同而不同，但一般來說，相對于100重量份的橡膠粒子1，以40～80重量份的量分散磨粒5，其在長時間內(nèi)確保優(yōu)異的研磨加工性方面是優(yōu)選的。
例如如圖3所示(在圖3中，研磨模具以12來表示)，上述的本發(fā)明的研磨磨具形成為環(huán)狀，在相同形狀的環(huán)狀金屬制造的支持基板14上通過粘接劑等被粘接固定，供作研磨砂輪10使用。即，在該研磨砂輪10中，研磨模具12的表面成為平坦的研磨加工面12a，在其中心部分形成有貫通孔12b，一邊使研磨砂輪10旋轉(zhuǎn)，并供給研磨液(冷卻水或磨削油等)，一邊將研磨磨具12的研磨加工面12a與規(guī)定的基材表面進行壓和接觸，由此來進行研磨加工。此時，根據(jù)需要，也可以供給堿液等化學溶液，與機械研磨一并進行化學研磨，但根據(jù)本發(fā)明的研磨磨具12，因為可以在長時間內(nèi)維持優(yōu)異的研磨加工性，因此不必一并使用這樣的化學研磨，僅通過機械研磨就可以進行研磨加工，其為本發(fā)明的較大優(yōu)點。
<研磨模具的制造>
上述的研磨模具經(jīng)過混合工序、壓縮成型工序和熱處理工序而制造的。
-混合工序-首先，在混合工序中，將由上述的橡膠構(gòu)成的橡膠粒子和磨粒混合以制備粒狀混合物。即，為了形成粒狀混合物，在不進行熔融混煉等熔融一體化的情況下，通過使用亨舍爾混合機等混合機的干式混合來進行橡膠粒子和磨粒的混合。
橡膠粒子是固化橡膠的粉末，優(yōu)選具有上述范圍的平均粒徑，這樣的固化橡膠的粉末添加到例如橡膠成型用單體成分和聚合引發(fā)劑中，將達到規(guī)定硬度的量的固化劑(例如有機過氧化物)或硫等硫化劑混合而得到的聚合性組合物，使用該聚合性組合物的懸浮聚合或乳化聚合等，則可以容易地進行制備。對于固化橡膠粉末的平均粒徑，可以根據(jù)在懸浮聚合等時所使用的表面活性劑的量或攪拌條件等來適宜調(diào)整。
另外，如上已經(jīng)敘述的那樣，對于橡膠粒子和磨粒的量，可以設(shè)定為相對于100重量份橡膠粒子為40～80重量份的范圍。
-壓縮成型工序-接著，將如上所述那樣制備的粒狀混合物填充到規(guī)定的模具內(nèi)，壓縮成型為例如如圖3所示的環(huán)狀等規(guī)定形狀。對于此時的壓力，根據(jù)橡膠粒子的種類和硬度等的不同而不同，但通常為50～300 kg/cm2左右。即，通過該壓縮工序，可以以適當?shù)慕佑|面積使橡膠粒子和磨粒密合，如果該壓力高于必要值，則橡膠粒子和磨粒的接觸面積變得過于大，或者磨粒和橡膠粒子的密合力或橡膠粒子之間的密合力變得過大，通過后述的熱處理，橡膠粒子(粒狀基質(zhì))和磨粒的結(jié)合力變得過大，通過研磨加工而被磨損的磨粒的脫落變得困難，在短時間內(nèi)研磨加工性降低。相反，如果該壓力太低，則磨粒的保持力降低，或者橡膠粒子之間的結(jié)合力降低，且難以確保合適的研磨加工性。
另外，通過該壓縮成型工序，橡膠粒子被擠壓而略有扁平，但其粒徑與作為原料而使用的橡膠粒子的粒徑實質(zhì)上相同。
-熱處理工序-該工序中，對由上述壓縮成型工序得到的成型體進行加熱，由此維持橡膠粒子的粒子形狀，在該狀態(tài)下，進行橡膠粒子之間的表面熔融粘合和橡膠粒子與磨粒的表面熔融粘合。因此，該熱處理溫度根據(jù)所使用的橡膠粒子的種類或硬度的不同而不同，一般來說為150～250℃是優(yōu)選的。如果該熱處理溫度過高，則不能維持粒子形狀。橡膠粒子之間發(fā)生變形，并可能被牢固地一體化為海洋狀；相反，如果熱處理溫度低于必要值，則不能實現(xiàn)橡膠粒子之間的表面熔融粘合或橡膠粒子與磨粒的表面熔融粘合，產(chǎn)生成型體自身的強度降低，從而難以獲得研磨加工性良好的磨具。
而且，該熱處理的時間通常可以為1～5小時左右。
在本發(fā)明中，上述熱處理也可以在壓縮成型后進行，從在短時間且有效地進行橡膠粒子之間的表面熔融粘合或者橡膠粒子與磨粒的表面熔融粘合的觀點出發(fā)，優(yōu)選與壓縮成型同時在加壓的條件下進行。
如圖3所示的那樣，按照上述的那樣所制造的本發(fā)明的研磨磨具被接合、固定到規(guī)定的支持基板上，其可以作為研磨砂輪而用于各種基板等的研磨加工中。
實施例<實施例1>
作為橡膠粉末和磨粒，使用下述物質(zhì)。
橡膠粉末材質(zhì)NBR固化橡膠粒徑5～300μm橡膠硬度(JIS K 6253)；50(由硬度計測定)磨粒材質(zhì)氧化鈰粒徑0.1～10μm對100重量份上述橡膠粉末和50重量份磨粒進行干式混合，從而制備粒狀混合物。
以100kg/cm2的壓力將所得到的粒狀混合物壓縮成型為圓環(huán)形狀，接著，一邊保持在該壓力下，一邊在150℃下保持數(shù)分鐘，由此進行熱處理，從而制造下述規(guī)格的圓環(huán)狀磨具。
外徑300mm內(nèi)徑100mm厚度10mm通過顯微鏡觀察上述磨具的剖面，經(jīng)確認如圖1所示，固化橡膠粒子之間一邊保持粒子形狀，一邊發(fā)生表面熔融粘合以形成粒狀基質(zhì)，在該粒狀基質(zhì)內(nèi)，磨粒通過表面熔融粘合被固定。
另外，將上述得到的磨具接合固定在如圖3所示的圓環(huán)狀金屬制支持基板上，通過將磨具的周緣部和該玻璃基板的周緣部相重合，并使磨具旋轉(zhuǎn)，由此按照下述條件對下述規(guī)格的圓盤形狀的硼硅酸玻璃基板的表面進行研磨加工。
硼硅酸玻璃基板直徑150mm最大表面粗糙度Ry(JIS B 0601-1994)；0.1925μm研磨條件研磨壓力(對玻璃基板的磨具的擠壓力)150g/cm2磨具的轉(zhuǎn)速30m/秒(周緣部)研磨液水(供給量2L/分鐘)研磨時間150秒通過上述的研磨加工，玻璃基板表面的最大表面粗糙度Ry達到0.0335μm，從而獲得了光滑的鏡面。由此可以判斷磨具表面的被磨損的磨粒產(chǎn)生脫落，新磨粒逐步地露出到表面，從而可以有效地進行研磨加工，而且，在不進行使用堿液的化學研磨的情況下，也可以獲得高光滑性的鏡面。
另外，在上述條件下，連續(xù)地對10枚玻璃基板進行研磨加工。此時，將玻璃基板的研磨枚數(shù)與流過研磨砂輪的旋轉(zhuǎn)軸的電流值和每1枚玻璃基板的研磨量的關(guān)系示于圖4中。而且，流過研磨砂輪的旋轉(zhuǎn)軸的電流值表示在研磨加工時對該旋轉(zhuǎn)軸所施加的負荷。
從圖4的結(jié)果可以判斷如果對2～4枚玻璃基板進行研磨加工，則研磨量和電流值是穩(wěn)定的。這一點表現(xiàn)在下述方面，即通過玻璃基板的研磨加工，則新磨粒逐步露出，并且可以以一定的效率穩(wěn)定地進行研磨加工，從而不需要例如磨具的拋光操作。
權(quán)利要求
1.一種研磨磨具，在由橡膠粒子構(gòu)成的粒狀基質(zhì)中，磨粒被分散，且被結(jié)合和保持。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨磨具，其中所述橡膠粒子的粒徑為5～300μm的范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨磨具，其中相對于100重量份形成粒狀基質(zhì)的所述橡膠粒子，以40～80重量份的量含有所述磨粒。
4.研磨磨具的制造方法，該方法由下列工序構(gòu)成混合工序混合橡膠粒子和磨粒以制備粒狀混合物；壓縮成型工序?qū)⑺隽罨旌衔飰嚎s成型為規(guī)定形狀；熱處理工序?qū)τ伤鰤嚎s成型工序得到的成型體進行熱處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的研磨磨具的制造方法，其中相對于100重量份所述橡膠粒子，以40～80重量份的量使用所述磨粒。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的研磨磨具的制造方法，其中以50～300kg/cm2的壓力進行壓縮成型。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的研磨磨具的制造方法，其中在150～250℃的溫度下進行熱處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的研磨磨具的制造方法，其中同時進行壓縮成型和熱處理。
全文摘要
本發(fā)明的研磨磨具的特征是在由橡膠粒子構(gòu)成的粒狀基質(zhì)中，磨粒被分散，且被結(jié)合和保持。在該研磨磨具中，由伴隨著研磨的磨損所產(chǎn)生的研磨性的降低的磨粒容易從表面脫落，未被磨損的新磨粒露出到表面，可以以通常穩(wěn)定的速度進行研磨，并可以在長時間內(nèi)穩(wěn)定地進行研磨。
文檔編號B24D18/00GK1978142SQ200610164068
公開日2007年6月13日 申請日期2006年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月6日
發(fā)明者不破德人 申請人:株式會社迪斯科