JP6399393B2

JP6399393B2 - 研磨パッド

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Publication number: JP6399393B2
Application number: JP2014196447A
Authority: JP
Inventors: 高橋　大介; 大介高橋; 高田　直樹; 直樹高田; 憲孝前田
Original assignee: Fujibo Holdings Inc
Current assignee: Fujibo Holdings Inc
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2018-10-03
Anticipated expiration: 2034-09-26
Also published as: CN107073676B; CN107073676A; JP2017226016A; KR20170063771A; KR102393013B1; WO2016047802A1

Description

本発明は、研磨パッドに関し、特に、厚みに変化をもたせた被研磨物の表面を研磨するのに適した研磨パッドに関する。

従来から、携帯電話、スマートフォン、若しくはタブレット型ＰＣのような多機能型モバイル機器、又はミュージックプレーヤー、ゲーム機器、若しくは産業用システム等の様々な小型携帯型電子機器について、他の製品との差別化を図るために、その外観・意匠において様々な形状が採用されている。そして、近年では、小型携帯電子機器の形状として、外周に向けて厚さを減少させ、外周に沿って湾曲面を形成した形状のように、厚みに変化をもたせた形状が多用されている。また、このような形状を採用することにより、意匠性を向上させる効果に加え、機器の側面にも情報表示部を設けたり、操作ボタンを設けたりすることができ、設計の自由度を向上させることができる。

そして、上述したような厚みに変化をもたせた形状の小型携帯型電子機器の筐体等を加工する場合、切削加工、金型成型の技術を用いることが可能である。

切削加工により、厚みに変化をもたせた形状を加工する場合、ボールエンドミル、又はＲ状ダイヤ工具を用いてワークを所定の形状に切削する。しかしながら、ボールエンドミルを用いた場合、加工面に、ボールエンドミルの球径に応じて円弧形状の切削痕が形成されてしまう。また、Ｒ状ダイヤ工具を用いた場合、平面と曲面とを別々の切削工程で形成する必要があるため、平面と曲面との境界線に段差が形成されてしまい、一様な面を加工することができない。また、同様に金型によって厚みに変化をもたせた形状を成型させた場合、金型に接触していた面全体に金型の表面品質に影響される凹凸が形成されてしまう。

従って、上記切削加工や金型成型によって発生した切削痕や段差、凹凸を除去する手段として、切削加工後に特許文献１又は２に記載されたような、被加工面よりも小さい研磨面を有する研磨工具を、所定の加工プログラムによって三次元的に移動させ、被加工面上を走査させることにより、被加工面を研磨する方法が用いられることが多い。

特開２００３−６２７５１号公報特許第３０３０６８１号公報

しかしながら、特許文献１又は２に記載されたような、研磨工具を走査させる方法では、被研磨物に対する研磨圧を一定に保つことが困難であり、研磨精度が決して高くはない、という問題があった。また、研磨工具を走査させる場合、被研磨面全面にわたって研磨工具の通過量を一定にする必要があるが、このような走査をさせることが極めて困難であり、現実的には、研磨斑が生じてしまう、という問題があった。

そこで本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、厚みに変化をもたせた被研磨物の表面を研磨する際に、研磨精度を向上させることができ、かつ研磨斑を抑制することができる研磨パッドを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、研磨面を有する上層シート及び下層シートの少なくとも二枚のシートを貼り合わせて構成された研磨パッドであって、上層シートの厚みは１．０ｍｍ〜２．０ｍｍであり、研磨面のショアＡ硬度が２０〜９０であり、且つ、研磨パッド全体に対して、直径１０ｍｍの圧子を用いて測定したときの２５％圧縮硬さが、０．１５〜０．２７ＭＰａである。

このように構成された本発明のように、上層シートの厚みは１．０ｍｍ〜２．０ｍｍであり、研磨面のショアＡ硬度が２０〜９０であり、且つ研磨パッド全体に対して、直径１０ｍｍの圧子を用いて測定したときの２５％圧縮硬さが、０．１５〜０．２７ＭＰａとすることにより、研磨面が被研磨物を研磨するのに十分な硬さを保つことができ、且つ研磨パッド全体の被研磨物の表面形状に対する追従性、即ち研磨面の被研磨物の表面形状に対する追従性を保つことができる。従って、本発明にかかる研磨パッドによれば、被研磨面にある微小な凹凸を好適に研磨することができ、且つ厚みに変化をもたせた被研磨物の被研磨面を研磨する際に、研磨パッドが被研磨面の形状に応じて変形するので、研磨精度を向上させ、且つ研磨斑を抑制することができる。

また、本発明において、前記上層シートは、発泡ポリウレタンシートであり、前記下層シートは、ポリエチレンフォームシートであり、この場合において、前記発泡ポリウレタンシートのかさ密度が、前記ポリエチレンフォームシートのかさ密度の１０〜２０倍であることが好ましい。

また、本発明において、前記下層シートの厚さは、２〜１５ｍｍであることが好ましい。

また、本発明において、直径１０ｍｍの圧子を用いて測定したときの２５％圧縮硬さと、直径２０ｍｍの圧子を用いて測定したときの２５％圧縮硬さとの比が１．７０〜２．７０であることが好ましい。

このように構成された本発明によれば、直径１０ｍｍの圧子を用いて測定したときの２５％圧縮硬さ、即ち狭い領域での２５％圧縮硬さを、直径２０ｍｍの圧子を用いて測定したときの２５％圧縮硬さ、即ち広い領域での２５％圧縮硬さよりも大きくすることができる。これにより、研磨パッドは、狭い領域に着目したときには、比較的高い硬度を示し、広い領域に着目したときには、比較的低い硬度を示すこととなり、微小な凹凸に対しては、高い硬度を発揮し、比較的大型な凹凸と同視することができるため厚みが変化している部分に対しては、低い硬度を発揮する。従って、本発明による研磨パッドによれば、微小な凹凸を好適に研磨し、より面品位の高い研磨加工を行うことができる。

以上のように、本発明によれば、厚みに変化をもたせた被研磨物の表面を研磨する際に、研磨精度を向上させることができ、かつ研磨斑を抑制することができる研磨パッドを提供することができる。

本発明の実施形態による研磨パッドの側断面図である。本発明の実施形態による研磨パッドの側断面図であり、使用状態を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態による研磨パッドについて説明する。図１は、本実施形態による研磨パッドの側断面図である。

図１に示すように、研磨パッド１は、発泡ポリウレタンシートによって形成された上層シート３、及びポリエチレンフォームシートによって形成された下層シート５を貼り合わせて形成されている。上層シート３と、下層シート５とは、両面テープ７を介して互いに貼り合わされている。そして、上層シート３における、両面テープ７が貼付けられていない側の面、換言すれば、下層シート５と対向していない側の面が、研磨パッド１の研磨面９を構成する。そして、下層シート５における、上層シート３と対向していない側の面には、研磨パッド１を研磨定盤に貼付けるための両面テープ１１が貼付けられている。なお、両面テープ７及び両面テープ１１の芯材については、本発明の効果を消失させない範囲の剛性であれば、材質は特に限定されない。ＰＥＴやポリプロピレン等の可撓性フィルムが挙げられる。また、両面テープ７及び１１は芯材を有さないノンサポート型粘着テープであってもよく、また両面テープの代わりに接着剤を使用してもよい。

そして、このような上層シート３と、下層シート５とを積層して形成された研磨パッド１は、研磨面９のショアＡ硬度が２０〜９０であることが好ましい。研磨面のショアＡ硬度が２０以上であると被研磨物を十分に研磨するための硬さを保つことができ、反対に研磨面９のショアＡ硬度が９０以下であれば被研磨物の被研磨面におけるスクラッチを低減でき好ましい。

また、研磨パッド１の厚みは特に限定されないが３〜１７ｍｍとするのが好ましい。

さらに、研磨パッド１は日本工業規格（ＪＩＳＫ６７６７）に準じた試験により得られる２５％硬さが、０．１５〜０．２７MＰａであることが好ましい。ここで、ＪＩＳＫ６７６７に準じた試験とは、圧縮速度、初めの厚さの２５％を圧縮して停止し２０秒後の荷重を測定する点をＪＩＳＫ６７６７と同一とし、試験片のサイズについては、３０ｍｍ×３０ｍｍとし、試験片の厚みは２５ｍｍに満たなくても重ねず一枚で測定し、圧子については、先端が直径１０ｍｍの円盤状のものを使用した試験をいう。２５％圧縮硬さが０．１５MＰａ以上であると、被研磨物に与える押圧力を確保できるため研磨を確実に行うことができ、反対に２５％圧縮硬さが０．２７MＰａ以下であると追従性が低くなりすぎず、平面から曲面まで均等に押圧力が働き、研磨斑が生じにくいため好ましい。

上層シート３は、発泡ポリウレタンシートを、例えば円板形状に切り抜いたものであり、その厚みは、１．０〜２．０ｍｍであることが好ましい。上層シート３の厚みを１．０ｍｍ以上とすることにより、製品寿命を十分に確保することができ、反対に上層シート３の厚みを２.０ｍｍ以下とすることにより、研磨パッド１全体の物性が上層シート３の物性のみに支配されにくく、研削力と追従性の両立を図ることができる。また、上層シート３は、その研磨面９の硬さを示すショアＡ硬度が、２０〜９０であることが好ましく、２０〜７０であることがより好ましく、２０〜６０であることがもっとも好ましい。上層シート３のショアＡ硬度が２０以上とすることにより、被研磨物を十分に研磨するための硬さを保つことができ、ショアＡ硬度が９０以下とすることにより、被研磨物の被研磨面におけるスクラッチを低減できる。

上層シート３には、乾式成型法で製造された発泡ポリウレタンを用いることが好ましい。乾式成型法を用いて発泡ポリウレタンを製造する場合、例えば以下の製造方法を用いて製造することができる。すなわち、ポリイソシアネート化合物、ポリオール化合物、硬化剤、発泡剤、触媒、及び各成分に対して非反応性の気体を準備する準備工程、上記各成分及び各成分に対して非反応性の気体を混合して発泡体成形用の混合液を得る混合工程、上記発泡体成形用混合液からポリウレタン樹脂発泡体を成形する発泡体成形工程、上記ポリウレタン樹脂発泡体から、研磨パッド１に必要な厚みにスライスするスライス工程の各工程を経て製造することができる。

下層シート５は、ポリエチレンフォームシートを、上層シート３と同一径の円板形状に切り抜いたものであり、その厚みは、２〜１５ｍｍであることが好ましい。下層シート５の厚みが２ｍｍ以上とすることにより、被研磨物を研磨パッド１に対して十分に沈み込ませることができ、追従性に優れ、下層シート５の厚みを１５ｍｍ以下とすることにより過度の変形による研磨層の剥離が起きにくくなる。また、下層シート５は、ショアＡ硬度が、５〜２０であることが好ましい。下層シート５のショアＡ硬度が５以上とすることにより、下層シート５の局所的な変形を生じ難にくくすることができ、被研磨物の面内均一性が優れ、下層シート５のショアＡ硬度が２０以下とすることにより、被研磨物へのスクラッチを低減することができる。

また、上層シート３を構成する発泡ポリウレタンシートのかさ密度は、０．３〜０．６ｇ／ｃｍ^３であることが好ましく、下層シート５を構成するポリエチレンフォームシートのかさ密度は、０．０３〜０．０６ｇ／ｃｍ^３であることが好ましく、上層シート３を構成する発泡ポリウレタンシートのかさ密度は、下層シート５を構成するポリエチレンフォームシートのかさ密度の１０〜２０倍であることが特に好ましい。下層シート５のかさ密度を、上層シート３のかさ密度の１０倍以上とすることにより、上層シート３の研削力と下層シート５による追従性の両方の効果を奏することができる。また、下層シート５のかさ密度を、上層シート３のかさ密度の２０倍以下とすることにより、研磨パッド１を繰り返し圧縮した場合においても、下層シート５の圧縮潰れが生じ難いため好ましい。

また、研磨パッド１は、直径１０ｍｍの圧子を用いて測定したときの２５％圧縮硬さ（以下、Ｈ（１０mmφ）と言う場合がある）と、直径２０ｍｍφの圧子を用いて測定したときの２５％圧縮硬さ（以下、Ｈ（２０mmφ）と言う場合がある）との比が１．７０〜２．７０であることが好ましい。これにより、直径１０ｍｍの圧子を用いて測定したときの２５％圧縮硬さ、即ち広い領域での２５％圧縮硬さを、直径２０ｍｍの圧子を用いて測定したときの２５％圧縮硬さ、即ち狭い領域での２５％圧縮硬さよりも大きくすることができる。従って、研磨パッド１は、狭い領域に着目したときには、比較的高い硬度を示し、広い領域に着目したときには、比較的低い硬度を示すこととなり、微小な凹凸に対しては、高い硬度を発揮し、比較的大型な凹凸と同視することができる厚みが変化している部分に対しては、低い硬度を発揮する。よって、本実施形態による研磨パッド１によれば、微小な凹凸を好適に研磨し、より面品位の高い研磨加工を行うことができる。

図２は、実施形態による研磨パッド１の側断面図であり、使用状態を説明するための図である。図２は、厚みに変化をもたせて、被研磨面の外周部が、垂直断面をみたときに湾曲した形状を有する被研磨物Ｗを研磨する際の動作を説明するための図である。

図２に示すように、研磨パッド１の研磨面９は、被研磨物Ｗの被研磨面よりも大きく、研磨パッド１は、被研磨物Ｗの外周方向に研磨パッド１がはみ出すように配置される。そして、研磨パッド１によって被研磨物Ｗに研磨圧をかけると、研磨パッド１は被研磨物Ｗの形状に応じて変形する。そして、上層シートの厚みが１．０ｍｍ〜２．０ｍｍであり、且つ、研磨面のショアＡ硬度が２０〜９０であるため、研磨面が撓んで被研磨物の被研磨面に適度に沿うことができるとともに、研磨に必要な研削力を有する。また、研磨パッド１の２５％圧縮硬さを１．７０〜２．７０とすることにより、研磨面９から被研磨面に加わる研磨圧を比較的弱くし、被研磨面の形状に左右されることなく、均一に研磨圧を加えることができる。これにより、研磨時の研磨斑を抑制することができる。

以上のように、本発明の実施形態によれば、厚みに変化をもたせた被研磨物の表面を研磨する際に、研磨精度を向上させることができ、かつ研磨斑を抑制することができる。

以下、本発明の実施例及び比較例について詳述する。

（研磨パッドの製造方法）
実施例および比較例では、以下の表１及び表２に記載された発泡ポリウレタンからなる上層シート３とポリエチレンフォームシートからなる下層シート５とを両面テープ７を介して貼り合わせた後、下層シート５の上層シート３と反対面側に更に両面テープ１１を貼り付け研磨パッド１を作製した。なお実施例１及び比較例１においてのみ、下層シート５のポリエチレンフォームシートは１０ｍｍと５ｍｍの厚さのもの、１０ｍｍと１０ｍｍの厚さのものを、それぞれ両面テープ（図示せず）を介して貼り合わせ作製した。

作製した研磨パッド１の各種物性は、以下のように測定した。

（圧縮率）
圧縮率および圧縮弾性率は、日本工業規格（ＪＩＳＬ１０２１）に従い、ショッパー型厚さ測定器（加圧面：直径１ｃｍの円形）を使用して求めることが出来る。具体的には、以下の通りである。無荷重状態から初荷重を３０秒間かけた後の厚さｔ_０を測定し、次に、厚さｔ_０の状態から最終荷重を３０秒間かけた後の厚さｔ_１を測定する。次に、厚さｔ_１の状態から全ての荷重を除き、５分放置後（無荷重状態とした）後、再び初荷重を３０秒間かけた後の厚さｔ_０‘を測定する。圧縮率は、圧縮率（％）=１００×（ｔ_０−ｔ_１）／ｔ_０の式で算出することができる。圧縮弾性率は、圧縮弾性率（％）＝１００×（ｔ_０’−ｔ_１）／（ｔ_０−ｔ_１）の式で算出することができる。（なお、初荷重は３００ｇ／ｃｍ^２、最終圧力は１８００ｇ／ｃｍ^２である。）

（ショアＡ硬度）
ショアＡ硬度の測定は、試料片（１０ｃｍ×１０ｃｍ）を用意し、Ａ型硬度計（日本工業規格、ＪＩＳＫ７３１１）にて測定した。測定は、実施例および比較例の研磨パッド１を構成する上層シート３単体、下層シート５単体、および、実施例及び比較例の研磨パッド１そのものに対して行った。上層シート３単体および下層シート５単体については、試料の厚みが４．５ｍｍに満たない場合は、総厚みが４．５ｍｍ以上になるよう試料を複数枚重ねて測定を行った。研磨パッド１については重ねず一枚で、研磨面９側を上にして測定を行い、得られた数値を研磨面９のショアＡ硬度とした。

（平均気泡径および気泡個数）
平均気泡径（μｍ）、１ｍｍ^２当たりの気泡個数は、マイクロスコープ（ＶＨ−６３００、ＫＥＹＥＮＣＥ製）でパッド表面の約１．３ｍｍ四方の範囲(溝の部分を除く)を１７５倍に拡大して観察し、得られた画像を画像処理ソフト（ＩｍａｇｅＡｎａｌｙｚｅｒＶ２０ＬＡＢＶｅｒ．１．３、ニコン製）により二値化処理して気泡個数を確認し、また、各々の気泡の面積から円相当径及びその平均値（平均気泡径）を算出した。なお、気泡径のカットオフ値（下限）を１０μｍとし、ノイズ成分を除外した。

（２５％圧縮硬さ）
２５％圧縮硬さは日本工業規格（ＪＩＳＫ６７６７）に準じて測定を行った。すなわち、実施例及び比較例の研磨パッド１を温度２３±２℃及び相対湿度５０±５％の環境に２４時間以上静置した後、３０ｍｍ×３０ｍｍに打ち抜いて試料片を作製し、得られた試料片１枚を研磨面９側から１０ｍｍ／分の速度で所定サイズの圧子により平行に圧縮し、元の厚みから２５％圧縮させた際の応力を読み取った。その他の試験条件については、ＪＩＳＫ６７６７に従った。

上述した方法で作製した研磨パッド１の研磨面９と反対側の両面テープ１１の剥離紙を剥がして上側研磨定盤に貼り付け、対向する下側研磨定盤に被研磨物の被研磨面を上側にして固定した。次いで下記研磨条件にて研磨試験を行い、研磨レート、研磨斑、スクラッチの評価を行った。

（研磨条件）
・使用研磨機：不二越機械工業社製両面研磨装置
・研磨速度（保持プレート回転数）：４０ｒｐｍ
・研磨圧：１１００g／ｃｍ^２
・研磨剤：酸化セリウムスラリー１０％水溶液
・被研磨物：ガラス基板（６５ｍｍ×６５ｍｍ×１０ｍｍ端部に曲面加工済み）×１０枚／バッチ
・研磨時間：１５ｍｉｎ／バッチ

（研磨レート）
研磨レートは、１分間あたりの研磨量を厚さで表したものであり、被研磨物を１２０枚研磨し、研磨加工前後の基板の重量減少から求めた研磨量、被研磨物の研磨面積および比重から、各研磨レートの相加平均を求めた。

（研磨斑の評価）
研磨終了後の１２０枚の被研磨物の各被研磨面に対し、その他の部位と質感の異なる研磨斑の部分の有無について目視にて確認した。１２０枚の被研磨物全てにおいて研磨斑が確認されず且つ少なくとも１枚以上光沢確認されたものを◎、全てにおいて研磨斑が確認されなかったものを○、研磨斑が確認されたものが一部含まれていた場合を△、半数以上の被研磨物で研磨斑が確認された場合を×と評価した。結果を表に示す。

（スクラッチの確認）
スクラッチの発生状況については、研磨加工後の被研磨物の被研磨面に対し目視鏡観察することでスクラッチの有無を判定した。すなわちスクラッチが確認されなかった場合を○、確認された場合を×と判定した。

実施例１〜８では、研磨面９のショアＡ硬度が２０〜９０の範囲で、且つ、H（１０ｍｍφ）が０．１５〜０．２７ＭＰａの範囲内であるため、適度に研削力を有し、曲面まで良く追従したため、研磨レートに優れ、研磨斑およびスクラッチは確認されなかった。中でも、H（１０ｍｍφ）／Ｈ（２０ｍｍφ)が１．７０〜２．７０の範囲であった実施例２〜６および実施例８では、光沢が確認された。この理由は、研磨パッド１が被研磨物曲面の曲率に適度に沿い、うねりまで除去できたためと考えられる。

２５％圧縮硬さＨ（１０ｍｍφ）の値が実施例１〜８と比較して高かった比較例１、３、４については、ショアA硬度は２０〜９０の範囲であったため、研磨レートは実施例１〜８と同等程度に優れ、且つスクラッチは確認されなかったものの、沈みこみに応力を要したため平面と曲面とに掛かる押圧力に差が生じ、その結果研磨斑が発生したものが含まれていた。反対にＨ（１０ｍｍφ）の値が実施例１〜８と比較して低かった比較例２については、ショアＡ硬度は２０〜９０の範囲であったためスクラッチは確認されなかったものの、被研磨物に与える押圧力が小さくなり、研磨レートについては実施例１〜８よりも低い値となった。また押圧力が小さかったため研磨が確実に行えず、研磨斑については半数以上の被研磨物で確認された。

研磨面９のショアＡ硬度が実施例１〜８と比較して低かった比較例５については、研削力が小さかったため研磨レートが低く、また研削力が十分でないため、確実に研磨を行うことができず研磨斑が発生した。なお、ショアＡ硬度は９０より低い値であったため、スクラッチは確認されなかった。また、ショアＡ硬度およびＨ（１０ｍｍφ）の値が実施例１〜８と比較して高かった比較例６については、研削力が大きいため研磨レートは高かった。しかし、追従性が低かったため、研磨斑については半数以上の被研磨物で確認され、また、研磨面のショアＡ硬度が高すぎて、被研磨物の被研磨面にスクラッチが確認された。

１研磨パッド
３上層シート
５下層シート

Claims

研磨面を有する上層シート及び下層シートの少なくとも二枚のシートを貼り合わせて構成された研磨パッドであって、上層シートの厚みは１．０ｍｍ〜２．０ｍｍであり、研磨面のショアＡ硬度が２０〜９０であり、且つ研磨パッド全体に対して、直径１０ｍｍの圧子を用いて測定したときの２５％圧縮硬さが、０．１５〜０．２７ＭＰａである、研磨パッド。
前記上層シートは、発泡ポリウレタンシートであり、前記下層シートは、ポリエチレンフォームシートであり、前記発泡ポリウレタンシートのかさ密度が、前記ポリエチレンフォームシートのかさ密度の１０〜２０倍である、請求項１に記載の研磨パッド。
前記下層シートの厚さは、２〜１５ｍｍである、請求項１又は２に記載の研磨パッド。
直径１０ｍｍの圧子を用いて測定したときの２５％圧縮硬さと、直径２０ｍｍの圧子を用いて測定したときの２５％圧縮硬さとの比が１．７０〜２．７０である、請求項１乃至３の何れか１項に記載の研磨パッド。