专利名称：研磨磨具及其制造方法
技术领域：
本发明涉及研磨磨具及其制造方法，更详细地，涉及可以在长时间内稳定地进行研磨的研磨磨具及其制造方法。
背景技术：
近年来，对于在各种电子设备中使用的电路基板等，由于以高密度形成微细的布线，因此其被要求具有高表面平滑性。计算机的硬盘(磁盘)中使用的玻璃基板等也被要求具有高表面平滑性。象这样的高表面平滑性可以通过使用了研磨材的镜面加工来实现。
对于镜面加工，一般来说，通过抛光(lapping)加工来使基材表面成为达到某种程度的平滑面后，在供给冷却水的同时，使基材表面受到磨具的打磨以对该基材表面进行研磨，由此进行镜面加工。
作为上述这样的磨具，例如在专利文献1和2中提出了具有下述结构的磨具，其是在聚氨酯树脂或酚醛树脂等粘合剂中将磨粒分散并固定，另外，在专利文献3中提出了具有下述结构的磨具，其中使用硅酮橡胶等橡胶作为粘合剂，并在该橡胶中将磨粒分散并固定。
专利文献1特开2001-260037号公报专利文献2特开2004-261942号公报专利文献3特开2002-261054号公报然而，在上述专利文献1和2所提出的磨具中，由于磨粒被牢固地固定在作为为硬质树脂的粘合剂中，因此即使在研磨加工中磨粒发生磨损而减小，被磨损的磨粒也难以脱落，而且，未被磨损的新磨粒不能露出到磨具的表面上，其结果是，产生在短时间研磨速度降低、且不能稳定地进行研磨的问题。为此，具有下述实际情况，即适宜地对磨具进行修整(dressing)操作，或者必须采用在利用该磨具的研磨加工的同时，进行使用了碱液等化学溶液的化学研磨的所谓机械化学研磨(Chemical Mechanical Polishing)这样的方法。
另外，在上述专利文献3中提出的磨具中，在具有弹性的橡胶中分散有磨粒，因此与专利文献1和2所提出的磨具相比较，通过研磨加工而被磨损的磨粒产生脱落，且新磨粒容易露出，而且，研磨速度降低的问题得到了某种程度的改善。但是，即使在这样的专利文献3中的磨具中，由于磨粒被牢固地结合、保持在橡胶中，因而同样不能充分地进行被磨损的磨粒的脱落和新磨粒的露出，在短时间内研磨速度也同样会下降，正在寻求对其的改善。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种由与研磨相伴的磨损所引起的研磨性被降低的磨粒可以容易地从表面脱落，未被磨损的新磨粒在表面露出，且可以以通常稳定的速度进行研磨，并且在长时间内可以稳定地进行研磨的磨具及其制造方法。
本发明者对在粘合剂中将磨粒分散并固定的结构的磨具进行了潜心地研究，结果发现使用橡胶粒子作为固定磨粒的粘合剂，在由该橡胶粒子所形成的粒状基质中将磨粒分散并固定，由此可以有效地解决上述问题，从而完成了本发明。
根据本发明，提供一种研磨磨具，其特征在于，在由橡胶粒子构成的粒状基质(matrix)中，磨粒被分散，且被结合和保持。
在本发明的研磨磨具中，优选的是(1)前述橡胶粒子的粒径为5～300μm；(2)相对于100重量份上述橡胶粒子，以40～80重量份的量含有上述磨粒。
根据本发明，还提供研磨磨具的制造方法，该方法由下列工序构成混合工序混合橡胶粒子和磨粒以制备粒状混合物；压缩成型工序将前述粒状混合物压缩成型为规定形状；热处理工序对由前述压缩成型工序得到的成型体进行热处理。
在本发明的制造方法中，优选的是(3)相对于100重量份前述橡胶粒子，以40～80重量份的量使用前述磨粒；(4)以50～300kg/cm2的压力进行压缩成型；(5)在150～250℃的温度下进行热处理；(6)同时进行压缩成型和热处理。
本发明的研磨磨具是在由橡胶粒子构成的粒状基质中分散并结合有磨粒，因此，在由研磨所产生的被磨损的磨具表面上存在的磨粒容易从表面脱落，在磨具表面上露出未被磨损的新磨粒。其结果是，可以有效地避免在短时间内研磨速度下降这样的不利，并可以在长时间内稳定地进行研磨加工。另外，在不并用使用化学溶液的化学研磨的情况下，通过仅使用该磨具的机械研磨就可以有效地进行研磨加工。
图1是表示本发明的研磨磨具的剖面结构的示意图。
图2是表示以往公知的研磨磨具的剖面结构的示意图。
图3是表示安装固定有本发明的研磨磨具的研磨砂轮的立体图。
图4是表示在使用实施例1制作的本发明的研磨砂轮而进行玻璃基板的研磨时，流过玻璃基板的研磨枚数和研磨砂轮的旋转轴的电流值和玻璃基板的研磨量的关系的图表。
具体实施例方式
<研磨磨具>
参照图1，本发明的研磨磨具由通过橡胶粒子1形成的粒状基质3、以及在该基质3内被分散和固定的磨粒5构成。即，橡胶粒子1在保持粒子形状的同时，在各粒子表面上相互熔融粘合而形成粒状基质3，同时在该基质3内分散的磨粒5的表面上橡胶粒子1也发生熔融粘合，由此而将磨粒5固定在基质3内。如图1所示，在该研磨磨具的表面上，磨粒5a露出，使规定的基材表面受到该磨粒5a的打磨，由此可以对基材表面进行研磨加工。
另外，图2表示以往公知的研磨磨具的剖面结构，该研磨磨具有在基质7内分散并固定有磨粒5的结构，而且该基质7由各种树脂或橡胶等形成，但其与本发明的研磨磨具的主要不同在于基质由树脂或橡胶的固化而完全一体化，在象这样被一体化的树脂或橡胶的基质7中，磨粒5被分散并固定。
即，在如图2所示的以往公知的研磨磨具中，磨粒5被埋入基质中并被牢固地固定(即，基质7和磨粒5的结合强度较高)，因此，形成下述结构，即通过研磨加工而在表面露出的磨粒5a发生磨损而变小时，也难以从磨具表面脱落，未被磨损的新磨粒5难以露出到表面。其结果是，如果进行研磨加工的话，在短时间内研磨速度降低。
与此相对，在图1所示的本发明的研磨磨具中，基质3是通过大量的橡胶粒子1之间在表面熔融粘合而形成的，橡胶粒子1的间隙中存在磨粒5，通过与该橡胶粒子1的表面熔融粘合而形成被固定的结构，与图2的研磨磨具相比较的话，磨粒5和基质3(橡胶粒子1)的接触面积小，而且两者的结合力小。因此，由于研磨加工而被磨损了表面的磨粒5容易脱离，由于存在于表面的橡胶粒子1的磨损或脱落，未被磨损的新磨粒5迅速地露出到磨具表面上，在短时间内研磨速度不发生降低，且可以在长时间内稳定地进行研磨加工。
在本发明的研磨磨具中，形成粒状基质3的橡胶粒子1的粒径优选为5～300μm的范围。即，如果橡胶粒子1的粒径过大，则磨粒5的保持力(基质3与磨粒的结合力)低于必要值，在研磨加工时磨粒5容易发生不必要的脱落，研磨加工性可能会降低。另外，如果橡胶粒子1的粒径过小，则磨粒5的保持力变得过大，在磨具表面存在的被磨损的磨粒5a难以产生脱落，其结果是，有可能会容易产生研磨速度的降低。
另外，为了适度地保持与磨粒5的结合力，橡胶粒子1优选为固化橡胶，例如利用硬度计测定得到的橡胶硬度(JIS K6253)优选为50～80的范围。橡胶粒子1的硬度如果比上述范围小，则在后述的压缩成型工序中，磨粒5与橡胶粒子1的接触面积变大，从而磨粒5的结合力高于必要值，其结果是，难以使被磨损的磨粒5a从表面脱落，可能容易产生研磨速度的降低。相反，如果橡胶粒子1的硬度比上述范围大，则橡胶粒子1之间或橡胶粒子1和磨粒5的表面熔融粘合变得困难，由于磨粒5的保持力的降低而引起研磨加工性的降低，根据情况，保持磨具的形态而也可能会变得困难。
进一步地，作为形成上述的橡胶粒子1的橡胶，没有特别的限制，可以适宜地使用例如丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、聚氨酯橡胶、聚脲橡胶、尿烷-尿素橡胶、丙烯酸橡胶、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、硅酮橡胶、含氟橡胶、天然橡胶等合适的物质。其中，通过后述的压缩成型和热处理，粒子表面发生热熔融粘合，并容易形成如图1所示的粒状基质3，在这一方面，优选NBR和SBR。
在本发明中，作为由橡胶粒子1构成的粒状基质3中所分散和固定的磨粒5，可以使用其自身是公知的物质，例如以氧化铈、氧化硅(石英、熔融二氧化硅等)、氧化铝、碳化硅、氧化锆等为代表的硬质无机粉末。从高研磨加工性的观点出发，这样的磨粒5优选为微细粉末，一般优选其粒径在20μm以下的范围。
另外，根据磨粒5或橡胶粒子1的种类不同而不同，但一般来说，相对于100重量份的橡胶粒子1，以40～80重量份的量分散磨粒5，其在长时间内确保优异的研磨加工性方面是优选的。
例如如图3所示(在图3中，研磨模具以12来表示)，上述的本发明的研磨磨具形成为环状，在相同形状的环状金属制造的支持基板14上通过粘接剂等被粘接固定，供作研磨砂轮10使用。即，在该研磨砂轮10中，研磨模具12的表面成为平坦的研磨加工面12a，在其中心部分形成有贯通孔12b，一边使研磨砂轮10旋转，并供给研磨液(冷却水或磨削油等)，一边将研磨磨具12的研磨加工面12a与规定的基材表面进行压和接触，由此来进行研磨加工。此时，根据需要，也可以供给碱液等化学溶液，与机械研磨一并进行化学研磨，但根据本发明的研磨磨具12，因为可以在长时间内维持优异的研磨加工性，因此不必一并使用这样的化学研磨，仅通过机械研磨就可以进行研磨加工，其为本发明的较大优点。
<研磨模具的制造>
上述的研磨模具经过混合工序、压缩成型工序和热处理工序而制造的。
-混合工序-首先，在混合工序中，将由上述的橡胶构成的橡胶粒子和磨粒混合以制备粒状混合物。即，为了形成粒状混合物，在不进行熔融混炼等熔融一体化的情况下，通过使用亨舍尔混合机等混合机的干式混合来进行橡胶粒子和磨粒的混合。
橡胶粒子是固化橡胶的粉末，优选具有上述范围的平均粒径，这样的固化橡胶的粉末添加到例如橡胶成型用单体成分和聚合引发剂中，将达到规定硬度的量的固化剂(例如有机过氧化物)或硫等硫化剂混合而得到的聚合性组合物，使用该聚合性组合物的悬浮聚合或乳化聚合等，则可以容易地进行制备。对于固化橡胶粉末的平均粒径，可以根据在悬浮聚合等时所使用的表面活性剂的量或搅拌条件等来适宜调整。
另外，如上已经叙述的那样，对于橡胶粒子和磨粒的量，可以设定为相对于100重量份橡胶粒子为40～80重量份的范围。
-压缩成型工序-接着，将如上所述那样制备的粒状混合物填充到规定的模具内，压缩成型为例如如图3所示的环状等规定形状。对于此时的压力，根据橡胶粒子的种类和硬度等的不同而不同，但通常为50～300 kg/cm2左右。即，通过该压缩工序，可以以适当的接触面积使橡胶粒子和磨粒密合，如果该压力高于必要值，则橡胶粒子和磨粒的接触面积变得过于大，或者磨粒和橡胶粒子的密合力或橡胶粒子之间的密合力变得过大，通过后述的热处理，橡胶粒子(粒状基质)和磨粒的结合力变得过大，通过研磨加工而被磨损的磨粒的脱落变得困难，在短时间内研磨加工性降低。相反，如果该压力太低，则磨粒的保持力降低，或者橡胶粒子之间的结合力降低，且难以确保合适的研磨加工性。
另外，通过该压缩成型工序，橡胶粒子被挤压而略有扁平，但其粒径与作为原料而使用的橡胶粒子的粒径实质上相同。
-热处理工序-该工序中，对由上述压缩成型工序得到的成型体进行加热，由此维持橡胶粒子的粒子形状，在该状态下，进行橡胶粒子之间的表面熔融粘合和橡胶粒子与磨粒的表面熔融粘合。因此，该热处理温度根据所使用的橡胶粒子的种类或硬度的不同而不同，一般来说为150～250℃是优选的。如果该热处理温度过高，则不能维持粒子形状。橡胶粒子之间发生变形，并可能被牢固地一体化为海洋状；相反，如果热处理温度低于必要值，则不能实现橡胶粒子之间的表面熔融粘合或橡胶粒子与磨粒的表面熔融粘合，产生成型体自身的强度降低，从而难以获得研磨加工性良好的磨具。
而且，该热处理的时间通常可以为1～5小时左右。
在本发明中，上述热处理也可以在压缩成型后进行，从在短时间且有效地进行橡胶粒子之间的表面熔融粘合或者橡胶粒子与磨粒的表面熔融粘合的观点出发，优选与压缩成型同时在加压的条件下进行。
如图3所示的那样，按照上述的那样所制造的本发明的研磨磨具被接合、固定到规定的支持基板上，其可以作为研磨砂轮而用于各种基板等的研磨加工中。
实施例<实施例1>
作为橡胶粉末和磨粒，使用下述物质。
橡胶粉末材质NBR固化橡胶粒径5～300μm橡胶硬度(JIS K 6253)；50(由硬度计测定)磨粒材质氧化铈粒径0.1～10μm对100重量份上述橡胶粉末和50重量份磨粒进行干式混合，从而制备粒状混合物。
以100kg/cm2的压力将所得到的粒状混合物压缩成型为圆环形状，接着，一边保持在该压力下，一边在150℃下保持数分钟，由此进行热处理，从而制造下述规格的圆环状磨具。
外径300mm内径100mm厚度10mm通过显微镜观察上述磨具的剖面，经确认如图1所示，固化橡胶粒子之间一边保持粒子形状，一边发生表面熔融粘合以形成粒状基质，在该粒状基质内，磨粒通过表面熔融粘合被固定。
另外，将上述得到的磨具接合固定在如图3所示的圆环状金属制支持基板上，通过将磨具的周缘部和该玻璃基板的周缘部相重合，并使磨具旋转，由此按照下述条件对下述规格的圆盘形状的硼硅酸玻璃基板的表面进行研磨加工。
硼硅酸玻璃基板直径150mm最大表面粗糙度Ry(JIS B 0601-1994)；0.1925μm研磨条件研磨压力(对玻璃基板的磨具的挤压力)150g/cm2磨具的转速30m/秒(周缘部)研磨液水(供给量2L/分钟)研磨时间150秒通过上述的研磨加工，玻璃基板表面的最大表面粗糙度Ry达到0.0335μm，从而获得了光滑的镜面。由此可以判断磨具表面的被磨损的磨粒产生脱落，新磨粒逐步地露出到表面，从而可以有效地进行研磨加工，而且，在不进行使用碱液的化学研磨的情况下，也可以获得高光滑性的镜面。
另外，在上述条件下，连续地对10枚玻璃基板进行研磨加工。此时，将玻璃基板的研磨枚数与流过研磨砂轮的旋转轴的电流值和每1枚玻璃基板的研磨量的关系示于图4中。而且，流过研磨砂轮的旋转轴的电流值表示在研磨加工时对该旋转轴所施加的负荷。
从图4的结果可以判断如果对2～4枚玻璃基板进行研磨加工，则研磨量和电流值是稳定的。这一点表现在下述方面，即通过玻璃基板的研磨加工，则新磨粒逐步露出，并且可以以一定的效率稳定地进行研磨加工，从而不需要例如磨具的抛光操作。
权利要求
1.一种研磨磨具，在由橡胶粒子构成的粒状基质中，磨粒被分散，且被结合和保持。
2.根据权利要求1所述的研磨磨具，其中所述橡胶粒子的粒径为5～300μm的范围。
3.根据权利要求1所述的研磨磨具，其中相对于100重量份形成粒状基质的所述橡胶粒子，以40～80重量份的量含有所述磨粒。
4.研磨磨具的制造方法，该方法由下列工序构成混合工序混合橡胶粒子和磨粒以制备粒状混合物；压缩成型工序将所述粒状混合物压缩成型为规定形状；热处理工序对由所述压缩成型工序得到的成型体进行热处理。
5.根据权利要求4所述的研磨磨具的制造方法，其中相对于100重量份所述橡胶粒子，以40～80重量份的量使用所述磨粒。
6.根据权利要求4所述的研磨磨具的制造方法，其中以50～300kg/cm2的压力进行压缩成型。
7.根据权利要求4所述的研磨磨具的制造方法，其中在150～250℃的温度下进行热处理。
8.根据权利要求4所述的研磨磨具的制造方法，其中同时进行压缩成型和热处理。
全文摘要
本发明的研磨磨具的特征是在由橡胶粒子构成的粒状基质中，磨粒被分散，且被结合和保持。在该研磨磨具中，由伴随着研磨的磨损所产生的研磨性的降低的磨粒容易从表面脱落，未被磨损的新磨粒露出到表面，可以以通常稳定的速度进行研磨，并可以在长时间内稳定地进行研磨。
文档编号B24D18/00GK1978142SQ200610164068
公开日2007年6月13日 申请日期2006年12月6日 优先权日2005年12月6日
发明者不破德人 申请人:株式会社迪斯科