JPH04256581A

JPH04256581A - 高純材アルミ基盤研磨用合成砥石

Info

Publication number: JPH04256581A
Application number: JP3953891A
Authority: JP
Inventors: Kan Sato; 佐藤　敢; Masaru Nakamura; 勝中村; Yoji Tomita; 富田　洋司; Takeshi Yamazaki; 武山崎
Original assignee: Kanebo Ltd
Current assignee: Kanebo Ltd
Priority date: 1991-02-08
Filing date: 1991-02-08
Publication date: 1992-09-11
Anticipated expiration: 2012-12-24
Also published as: JP2694705B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばコンピュータ用
外部記憶装置に用いるアルミニウム合金製ディスク原盤
（以下、「アルミディスク」と略称する）等、比較的軟
質の金属の平面を精密研磨するための合成砥石に関する
。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータの外部記憶装置として、リ
ジッドディスクドライブがあり、その記憶媒体としては
、平坦かつ平滑な非磁性体基盤上に磁性体微粒子を被着
したメモリーディスクが通常使用されている。かかるメ
モリーディスクに使用される円盤状をした基盤は、その
表面を、傷や凹凸、起伏等の欠点のない、全体の平坦度
の極めてすぐれた、鏡面状態にまで精密に仕上げる必要
がある。

【０００３】従来、メモリーディスクに使用される基盤
としては、アルミ合金製のものが一般に用いられ、その
標準材は、純度９９％程度のアルミニウムを約９６％と
マグネシウムを約４％との合金よりなるものであった。

【０００４】最近になり、外部記憶装置の小型化、大容
量化に伴ない、合金原料としてのアルミニウムの純度を
より高くするのが有効であることが見出され、アルミニ
ウムの純度が９９．９％、好ましくは９９．９９％とい
った高純度のものと、マグネシウムとの合金製の基盤（
以下、「高純材アルミ基盤」という）が用いられるよう
になった。

【０００５】上述の如き基盤の表面仕上げ加工に供する
砥石としては、連続微細気孔を具え、砥粒粒子をポリビ
ニルアセタール系樹脂と熱硬化性樹脂によって結合し、
かつ表面硬度（Ｈ）と砥粒番手（Ｇ）とが特定の式を満
足する関係にある研磨用砥石（特開昭６１−１８２７７
４号公報、特開昭６１−１９２４８０号公報）が知られ
ている。

【０００６】上記公知砥石は、標準材による基盤の表面
を精密に仕上げるには好ましいものであった。しかしな
がら、高純材基盤は標準材基盤に比べ、軟質かつ粘性の
高い物性であって、従来の砥石を用いて研磨した場合、
研磨速度が低く、砥石表面の目づまりが発生しやすいた
め、研磨効率、生産性が極めて低いものとなる。高純材
基盤を高精度で効率よく研磨しうる合成砥石は、未だ満
足すべきものが提案されていないのが現状である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、上述の
事情に鑑み鋭意研究した結果、高純材基盤を効率よく精
密研磨する砥石に必要とされる要件を見出し、本発明を
完成したものであって、本発明の目的は、高純材基盤に
対し、平坦性，平滑性に優れた精密表面加工ができ、か
つ高い研磨速度と研磨力の持続性の良好な研磨をし得る
合成砥石を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、砥粒粒
子を合成樹脂にて結合した連続微細気孔を有する三次元
網状組織を具えた構造体であって、前記合成樹脂がポリ
ビニルアセタール系樹脂と熱硬化性樹脂の硬化体よりな
り、前記砥粒粒子の占める体積（ＶＡ　）と前記合成樹
脂の占める体積（ＶＲ　）との比（ＶＡ　／ＶＲ　）が
０．６〜１．３で、その気孔率が７０〜８５％で、かつ
乾燥時と湿潤時との寸法変化が２．０％以下であること
を特徴とする合成砥石によって達成される。

【０００９】本発明の合成砥石は、連続微細気孔を具え
た三次元網状組織をなす構造体である。その平均気孔径
は２００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下、更に好
ましくは２５μｍ以下で、均一性のよいものが好適であ
る。気孔径が大き過ぎるものは、構造部の方が疎となり
過ぎて、研磨作業に際し、その部分に極圧がかかり、研
磨面に不規則模様や局部的条痕が発生する。

【００１０】本発明に用いられる砥粒粒子としては、例
えば炭化珪素、熔融アミルナ、エメリー、ガーネット、
ダイヤモンド、窒化ケイ素、酸化クロム、酸化セリウム
等の微細粒子をあげることが出来るが、就中炭化珪素が
本発明の目的に対し好適である。また砥粒粒子の大きさ
は、番手が１０００番以上、好ましくは１５００番以上
の高番手品である。ここで砥粒の番手とは、ＪＩＳ規格
Ｒ６００１に記載された粒度に分級されたものであって
、平均粒径に対して規格内の分散を有するものである。

【００１１】上記砥粒粒子を結合する合成樹脂としては
、ポリビニルアセタール（以下、「ＰＶＡｔ」と略記す
る）系樹脂のほかに、熱硬化性樹脂の硬化体が併用され
る。ＰＶＡｔ系樹脂は、微細砥粒を保持する力にすぐれ
、砥粒粒子が合成砥石から簡単に脱落したり、散失した
りするのを効果的に防止する性質がある。また、熱硬化
性樹脂は、合成砥石の必要とする硬さ、脆さ及び寸法安
定性を付与するものである。

【００１２】上記熱硬化性樹脂としては、例えばメラミ
ン系樹脂、ウレタン系樹脂、フェノール系樹脂、エポキ
シ系樹脂、尿素系樹脂等を挙げることができ、これらを
単独または２種以上を併用してもよい。本発明において
はメラミン系樹脂とフェノール系樹脂を併用したものが
好適である。熱硬化性樹脂の種類と量は、合成砥石に求
められる硬度、脆さ及び寸法安定性に応じ適宜選定すれ
ばよい。

【００１３】本発明において、前記砥粒粒子と前記合成
樹脂との混合割合は、それぞれの占める体積をＶＡ　、
ＶＲ　としたとき、その体積比ＶＡ　／ＶＲ　（以下、
「分散密度」という）は、０．６〜１．３であり、好ま
しくは０．６〜１．２である。従来実用されているアル
ミディスク用合成砥石の分散密度が、０．６よりも小さ
い、通常０．５以下であることを考えれば極めて大きい
値といえる。即ち、本発明者等は、高純材基盤の表面を
高精度に仕上げるには、砥粒粒子と合成樹脂との割合に
下限と上限があり、本発明の範囲内においてはじめて可
能となることを見出したものである。

【００１４】上記分散密度が０．６未満の場合は、高純
材基盤に対し充分な研磨速度が得られず、効率のよい研
磨ができない。しかも、結合材である合成樹脂により、
表面が不必要に摩擦されるために、被研磨体の表面が異
常光沢を有し、更に平坦度等の形状精度も低下する。一
方、分散密度が１．３より大きい場合は、表面が粗く仕
上り、必要とされる精度の表面に仕上げることができな
い。

【００１５】本発明の合成砥石は、連続気孔を有する多
孔質構造であり、連続気孔とすることで、研磨に伴う熱
を速やかに放散し、蓄熱を防ぐことができる。更に、気
孔は研磨に用いる研磨液を保持すると共に、研磨作用面
から脱落した砥粒、研磨屑細片等を一時的に把持し、作
用面に悪影響を与えることを防止するという極めて重要
な役割がある。

【００１６】上述の如き作用を十分に行い、かつ高精度
の表面研磨を達成するには、その気孔率を７０〜８５容
量％とする必要がある。気孔率が７０容量％より小さい
場合には、脱落した砥粒や研磨屑等の把持容量が十分で
なく、目づまりの進行がはやく、高精度で連続研磨でき
るバッチ数が低下する。このため、研磨面の更新（ドレ
ッシング）作業の頻度が増大し、生産性が著しく低下す
る。

【００１７】一方、気孔率が８５％より大きい場合は、
合成砥石としての機械的強度が不足し、砥石自体の磨耗
が著しく、砥石作用面の形状が狂い易くなり、本発明の
目的が達成できない。

【００１８】本発明の合成砥石は、乾燥時と湿潤時との
寸法変化、所謂膨潤率が２．０％以下である。ここで言
う膨潤率（Ｄｓ）とは、乾燥時の寸法（Ｔｄ）に対する
湿潤時の寸法（Ｔｗ）を測定し、式Ｄｓ＝（Ｔｗ−Ｔｄ）／Ｔｄ×１００で求められる値である。

【００１９】上記膨潤率が２．０％より大きい場合には
、砥粒に対する結合力、即ち抱合力が高過ぎて、切刃の
研磨力を喪失してからも脱落せず、合成砥石構造内に留
まることになる。その結果、合成砥石は砥石としての十
分な研磨力を失ない、研磨速度が低下するのみならず、
研磨面に異常な光沢を与え、更に砥石の目づまり現象も
促進することとなる。

【００２０】通常、ＰＶＡｔ系樹脂を結合剤とした合成
砥石は、膨潤率の極めて大きいものである。また、ＰＶ
Ａｔ系樹脂に熱硬化性樹脂を併用した膨潤率の低いもの
も知られているが、熱硬化性樹脂を併用する理由は、主
として砥石に必要な硬さと脆さを賦与することにあった
。このため、かかる合成砥石を製造するに際し、膨潤率
は従来ほとんど考慮されておらず、一般に膨潤率は２％
より大きいものであった。

【００２１】即ち、本発明においては、熱硬化性樹脂の
種類と量は、膨潤率を２．０％以下となるように選定す
ることが極めて肝要である。

【００２２】本発明にかかる砥石は例えば次の如き方法
にて製造される。

【００２３】即ち、平均重合度３００〜２０００の完全
ケン化または部分ケン化のポリビニルアルコールあるい
はその変性体の一種又は二種以上を温水に溶解して水溶
液となし、それに熱硬化性樹脂のプレポリマーあるいは
前駆体の水溶液、非水溶性水溶液、エマルジョンまたは
その粉末を所定量加え、更に必要に応じてその触媒を加
えた後、均一に攪拌し、更に所定量の砥粒粒子と架橋剤
としてのアルデヒド類、触媒としての酸類、及び気孔生
成剤としての澱粉類等を加え、均一粘稠スラリーを調製
し、これを所望の型枠に注型する。

【００２４】上述の方法において、砥粒粒子の配合量は
、砥粒の比重を考慮し、合成樹脂との混合割合が本発明
の範囲内となるよう適宜選定すればよい。また気孔形成
材の配合量は、得られる合成砥石の気孔率が７０〜８５
容量％となるよう適宜選定すればよい。

【００２５】然る後、４０〜１００℃の温度にて均一昼
夜反応固化を行った後取出し、水洗して気孔形成材およ
び未反応のアルデヒド類、酸類を除去して中間体を得る
。得られた中間体は形態的には砥石の形をしているが、
樹脂の硬化反応はまだ進んでおらず、物性的には不十分
である。

【００２６】次に、この中間体を乾燥した後、樹脂を硬
化させるため、熱処理（キュアリング）を行う。熱処理
条件は、使用した熱硬化性樹脂の種類及び量によって適
宜設定すればよいが、一般的には１００〜１８０℃で約
３０時間程度施すことで、硬化反応はほぼ達成される。

【００２７】樹脂が硬化することにより、砥石として必
要な硬さ、脆さ及び寸法安定性が付与され、本発明の合
成砥石が得られる。

【００２８】上述の製造方法において、熱硬化性樹脂は
前述の如く反応原液の調製時に混合しても良いが、中間
体を得た後に、その前駆体の水溶液を中間体に含浸せし
め、これをキュアリングしても良い。また、２種以上の
熱硬化性樹脂を併用する場合は、一方の樹脂を反応原液
中に加え、他方の樹脂を後含浸で施与してもよく、特に
限定されるものではない。特に、メラミン系樹脂を用い
る場合には、中間体に含浸せしめる方法が好適である。

【００２９】前述の如くして得られた砥石は所望の形状
に成形された後、例えば両面ラッピング式研磨機等、極
めて精密な装置に装着して用いられる。

【００３０】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳述する。なお
、その前に本実施例において使用した研磨装置、測定機
器、被研磨体等は次の通りである。

【００３１】 ○研磨装置………スピードファム社製両面研磨機（型式
３ＦＤＬ−１６Ｂ−４ＳＳＧ−４Ｄ）○表面粗さ計……
東京精密製表面粗さ計（型式サーフコム５５３Ａ） ○結合度測定機…東京工機製大越式砥石結合度試験機 ○硬度計…………ロックウェル硬度計（松沢精機製）

【
００３２】○被研磨材………ＪＩＳ規格Ａ５５８６に記
載の純度９９．９％以上の高純度アルミニウム９６％と
マグネシウム４％からなるアルミニウム合金製環状板（
神戸製鋼所製）。

【００３３】また、研磨条件及び測定条件は下記の通り
である。

【００３４】＜研磨条件＞ ○圧力、研磨時間……５０ｇ／ｃｍ２　にて０．５分研
磨の後１００ｇ／ｃｍ２　にて３分研磨 ○上部定盤回転数……２３．６ｒ．ｐ．ｍ．（左回り）
○下部定盤回転数……６０．０ｒ．ｐ．ｍ．（右回り）
○キャリアー回転数…自転　　　　４．８ｒｐｍ（左回
り）公転　　１９．３ｒｐｍ（右回り） ○研磨液………………ベルクーラント＃３００１（鐘紡
製）１％水溶液 ○研磨液供給量………５ｌ／分

【００３５】＜表面精度測定条件＞　　○Ｒａ、Ｒｍａｘ・カットオフ値…０．８ｍｍ以上
　　　　　　　　　　　　　　　　　　・測定長………
…２．５ｍｍ　　○ＷＣＭ　　　　　　　　　　・カッ
トオフ値…０．８ｍｍ以下　　　　　　　　　　　　　
　　　　　・測定位置………円周の半径方向に内周端よ
り外周端まで。なお、ここでいうＲａ，Ｒｍａｘ，ＷＣＭについては、
次式で表わされるパラメータである。Ｒａ…中心線平均
粗さ

【数１】ｆ（ｘ）は粗さ曲線を示す。Ｒｍａｘ…最大粗さＲｍａｘ＝Ｐｍａｘ−ＶｍａｘＰｍａｘ：粗さ曲線における最大山高さＶｍｉｎ：粗さ
曲線における最大谷深さＷＣＭ…ろ波最大うねりＷＣＭ＝Ｗ１　−Ｗ２　Ｗ１　：ろ波うねり曲線における最大山高さＷ２　：ろ
波うねり曲線における最大谷深さ

【００３６】＜表面硬
度測定条件＞ロックウェルスーパーフィシャル１５−Ｙスケール使用
荷重　　１．５ｋｇ測定子　　１／２インチ鋼球

【００３７】＜結合度測定条件＞荷重７ｋｇを用い、Ｊ
ＩＳ　　Ｒ−６２４０法に準拠した方法で測定した。

【００３８】（実施例１〜５、比較例１〜６）砥粒とし
て、炭化珪素粉末の１５００番（平均粒径７．２〜８．
６μｍ）及び３０００番（平均粒径３．５〜４．５μｍ
）のものを選定した。

【００３９】重合度５００及び１７００の部分ケン化ポ
リビニルアルコールを水溶液となし、これに気孔形成材
としてのコーンスターチ、架橋剤としてのホルムアルデ
ヒド水溶液、メラミン樹脂ＳＭ−７００（昭和高分子（
株）製）の水溶液及びフェノール樹脂ＰＲ−９６１Ａ（
住友ベークライト（株）製）を所定量加えた後、前述の
砥粒を所定量混合し、更に触媒としての塩酸を加えて攪
拌混合し、均一なスラリー状液を調製した。

【００４０】このスラリー液を所定の型枠に注型し、６
０℃にて１昼夜反応固化せしめた。しかる後、型枠より
反応生成物を取り出し、水洗いしてコーンスターチ及び
未反応のホルムアルデヒドと塩酸等を除却したのち乾燥
して、合成砥石の中間体を得た。これを１５５℃の温度
にて約９時間熱処理したのち、所定形状に成形して合成
砥石とした。

【００４１】得られた合成砥石を研磨装置に取り付け、
被研磨材として前記高純材アルミ基盤を所定条件にて研
磨した。所定時間研磨した後、被研磨材の表面形状を検
査した。

【００４２】また、砥石面の目詰まり状態等確認の為、
砥石面のドレッシング作業なしで、１０バッチ連続して
研磨し、その時の砥面の状態および研磨の状態を検査し
た。

【００４３】得られた合成砥石の組成及び物性、並びに
研磨試験の結果は実施例が表１〜表４、比較例が表５〜
表８の通りであった。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】

【表３】

【００４７】

【表４】

【００４８】

【表５】

【００４９】

【表６】

【００５０】

【表７】

【００５１】

【表８】

【００５２】表１〜表４より明らかな如く、本発明の合
成砥石は、難研削性の材料である高純材アルミ基盤に対
しても優れた表面研磨加工ができ、かつ研磨速度が高く
、研磨力の持続性も良好であった。

【００５３】一方、砥粒粒子と合成樹脂との体積比（Ｖ
Ａ　／ＶＲ）が０．６より小さい合成砥石（比較例１）
は研磨速度が小さく、かつ砥石の目詰まりがし易いもの
であった。また体積比（ＶＡ　／ＶＲ　）が１．３より
大きいもの（比較例２）は、砥石の磨耗が大きく、耐久
性に欠けていた。

【００５４】また、膨潤率が２．０％より大きい合成砥
石（比較例３，６）は、研磨速度が小さく、かつ表面精
度、特にろ波最大うねり（ＷＣＭ）が大きくなった。

【００５５】更に、気孔率が７０容量％より小さい合成
砥石（比較例４）は、研磨面に異常な条痕が発生しやす
く、砥石の目詰まりが極めて早く起った。気孔率が８５
容量％より大きいもの（比較例５）は、表面精度、特に
ろ波最大うねり（ＷＣＭ）が極めて大きく、かつ砥石の
磨耗も早く耐久性に欠けるものであった。

【００５６】

【発明の効果】本発明の合成砥石は、アルミディスクに
対し、表面精度に優れた研磨を効率よく行うことができ
る。また目詰まりをしにくく研磨力の持続性が良好であ
り、従来品に比べ砥石の表面更新（ドレッシング）回数
を低減することができ、作業効率が向上するとともに安
定した品質の研磨が可能であり、製品の歩留りも格段に
向上する。

【００５７】本発明の合成砥石は、特に極めて難研削材
とされている高純度アルミニウムとマグネシウムからな
る合金を素材とした高純材アルミ基盤に対してその効果
を発揮するものであり、従来品に見られない高精度かつ
持続性に優れた表面研磨加工ができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　砥粒粒子を合成樹脂にて結合した連続
微細気孔を有する三次元網状組織を具えた構造体であっ
て、前記合成樹脂がポリビニルアセタール系樹脂と熱硬
化性樹脂の硬化体よりなり、前記砥粒粒子の占める体積
（ＶＡ　）と前記合成樹脂の占める体積（ＶＲ　）との
比（ＶＡ　／ＶＲ　）が０．６〜１．３で、その気孔率
が７０〜８５％で、かつ乾燥時と湿潤時との寸法変化が
２．０％以下であることを特徴とする合成砥石。