焼成凝集体の製造方法、焼成凝集体、研磨材組成物及び研磨材物品。
【課題】内部が密に充填され、研磨粒子が均一に分散された構造を有する焼成凝集体を製造する方法であって、焼成凝集体内への異物の混入が少ない、焼成凝集体の製造方法を提供すること。
【解決手段】ガラスフリット１１２、研磨粒子１１１及び水溶性の多糖類を含有するスラリーを金属塩含有溶液と接触させて得られる凝集体１０８を焼成する、焼成凝集体１２０の製造方法が提供される。
【解決手段】ガラスフリット１１２、研磨粒子１１１及び水溶性の多糖類を含有するスラリーを金属塩含有溶液と接触させて得られる凝集体１０８を焼成する、焼成凝集体１２０の製造方法が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼成凝集体の製造方法、焼成凝集体、研磨材組成物及び研磨材物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンド粒子等の研磨粒子が内部に分散された焼成凝集体の製造方法としては、工業的に大量生産が可能であることから、従来、主にスプレードライ法が用いられている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００４−５１４０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スプレードライ法では、研磨粒子をスラリー状に分散させ、このスラリーを大きな反応容器中で噴霧乾燥し、スラリーの液滴より生じる乾燥凝集体を壁に衝突させて落下した凝集体を捕集し、焼成する。
【０００５】
研磨材物品に用いられる焼成凝集体は、均一な研磨性能を発現する観点から、内部が研磨粒子とバインダーとで密に充填されていることが好ましい。しかしながら、スプレードライ法では、とくに粒経が２００μｍ以上の大きな焼成凝集体を作製するに際し、捕集される凝集体の内部を密に充填することが困難であり、これを焼成して焼成凝集体を作製する場合に、内部に空洞ができる、多孔質様になる等の問題がある。
【０００６】
また、スプレードライ法では、大きな反応容器中を完全に清浄にすることは困難であり、異なる組成の凝集体を連続して製造する場合に、反応容器中の付着物が異物として混入する恐れがある。研磨材においてはこのようなコンタミの中でも、意図しない大きな研磨粒子のコンタミは被研磨体に致命的なスクラッチ痕を生じる恐れがある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、内部が密に充填され、研磨粒子が均一に分散された構造を有する焼成凝集体を製造する方法であって、焼成凝集体内への異物の混入が少ない、焼成凝集体の製造方法を提供することにある。本発明の目的はまた、上記製造方法により製造される焼成凝集体、並びにそれを用いた研磨材組成物及び研磨材物品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ガラスフリット、研磨粒子及び水溶性の多糖類を含有するスラリーを金属塩含有溶液と接触させて得られる凝集体を焼成する、焼成凝集体の製造方法を提供する。このような製造方法によれば、内部が密に充填され、研磨粒子が均一に分散された構造を有する焼成凝集体を効率よく製造することができる。また、このような製造方法により製造された焼成凝集体は、内部への異物の混入が少なくなる。さらに、このような製造方法によれば、従来のスプレードライ法では作製困難だった大粒径（例えば３００μｍ〜５ｍｍ）の凝集体も作製可能であり、粒径分布のコントロールも容易である。
【０００９】
本発明はまた、ガラスフリット、研磨粒子及び水溶性の多糖類を含有するスラリーを金属塩含有溶液と接触させて得られる凝集体を焼成してなる、焼成凝集体を提供する。このような焼成凝集体は、内部が密に充填され、研磨粒子が均一に分散された構造を有し、内部への異物混入が少ない。そのため、これを用いた研磨物品は研磨性能に優れるようになる。
【００１０】
本発明はまた、上記製造方法により製造された焼成凝集体と、バインダー樹脂とを含有する、研磨材組成物を提供する。この研磨材組成物は、研磨材物品の製造に有用である。
【００１１】
すなわち、上記研磨材組成物を用いることにより、バッキングと、該バッキングの少なくとも一方の主面上に複数形成され、上記研磨材組成物からなる研磨材複合体と、を備える、研磨材物品が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、内部が密に充填され、研磨粒子が均一に分散された構造を有する焼成凝集体を製造する方法であって、焼成凝集体内への異物の混入が少ない、焼成凝集体の製造方法を提供することができる。また、上記製造方法により製造される焼成凝集体、並びにそれを用いた研磨材組成物及び研磨材物品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る研磨材物品の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る研磨材物品の一実施形態を示す上面図である。
【図３】本発明に係る製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【図４】本発明に係る製造方法の一実施形態を示す模式図である。
【図５】本発明に係る製造方法の一実施形態を示す模式図である。
【図６】湿潤凝集体、乾燥凝集体及び焼成凝集体の模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本実施形態に係る焼成凝集体の製造方法は、ガラスフリット、研磨粒子及び水溶性の多糖類を含有するスラリーを金属塩含有溶液と接触させて得られる凝集体を焼成することを特徴とする。なお、スラリーとは分散液を示す。このような製造方法によれば、内部が密に充填され、研磨粒子が均一に分散された構造を有する焼成凝集体を効率よく製造することができる。また、このような製造方法により製造された焼成凝集体は、内部への異物の混入が少なくなる。また、このような製造方法によれば、大粒径（例えば３００μｍ〜５ｍｍ）であり、且つ内部が密に充填された焼成凝集体が作製可能である。従来のスプレードライ法でこのような大粒径の凝集体を作製したには、内部に空洞ができる、多孔質様になる等問題を避けることが困難である。さらに、本実施形態に係る焼成凝集体によれば、粒径分布のコントロールも容易であり、例えば、変動係数を０．２以下にすることができる。
【００１５】
ガラスフリットとは、粉末又はフレーク状のガラスをいい、焼成時に軟化して研磨粒子を融着する機能を有する。ガラスフリットとしては、シリカガラスフリット、珪酸塩ガラスフリット、硼珪酸塩ガラスフリット、リン酸塩ガラスフリット、ビスマス系ガラスフリット等が挙げられ、これらを組み合わせて使用してもよい。
【００１６】
珪酸塩ガラスフリットとしては、焼成凝集体の強度に優れることから、シリカの含有量が７０〜８０質量％である珪酸塩ガラスフリットが挙げられる。シリカ以外の成分の好適な含有量は、酸化ナトリウムについては１０〜２０質量％、酸化カルシウムについては５〜１０質量％、酸化アルミニウムについては０．１〜１質量％、酸化マグネシウムについては２〜５質量％である。珪酸塩ガラスフリットとして、例えば市販品としては、珪酸塩ガラスフリットの全質量を基準として、シリカ７３質量％、酸化ナトリウム１６質量％、酸化カルシウム５質量％、酸化アルミニウム１質量％、酸化マグネシウム４質量％、酸化カリウム１質量％であるガラスフリットが挙げられる。
【００１７】
硼珪酸塩ガラスフリットとしては、焼成凝集体の強度に優れることから、シリカの含有量が５０〜８０質量％である硼珪酸塩ガラスフリットが好ましい。シリカ以外の成分の好適な含有量は、酸化ホウ素については１０〜３０質量％、酸化アルミニウムについては１〜２質量％、酸化マグネシウムについては０〜１０質量％、酸化亜鉛については０〜３質量％、酸化カルシウムについては０〜２質量％、酸化ナトリウムについては１〜５質量％、酸化カリウムについては０〜２質量％、酸化リチウムについては０〜２質量％である。硼珪酸塩ガラスフリットとして、たとえば、硼珪酸塩ガラスフリットの全質量を基準として、シリカ５２質量％、酸化ホウ素２７質量％、酸化アルミニウム９質量％、酸化マグネシウム８質量％、酸化亜鉛２質量％、酸化カルシウム１質量％、酸化ナトリウム１質量％、酸化カリウム１質量％、酸化リチウム１質量％であるガラスフリットが挙げられる。
【００１８】
リン酸塩ガラスフリットとしては、焼成凝集体の強度および耐水性が良好となるため、リン酸化物の含有量が３０〜８０％であるリン酸塩ガラスフリットが好ましい。リン酸化物以外の成分の好適な含有量は、酸化鉛、フッ化鉛については０〜３０質量％、酸化アンチモンについては２０〜７０質量％、酸化アルミニウムについては１〜５質量％、酸化マグネシウムについては０〜１０質量％、酸化亜鉛については０〜３質量％、酸化カルシウムについては０〜２質量％、酸化ナトリウムについては１〜５質量％、酸化カリウムについては０〜２質量％、酸化リチウムについては０〜２質量％である。
【００１９】
ビスマス系ガラスフリットとしては、焼成凝集体の強度および耐水性が良好となるため、ビスマス酸化物の含有量が２０〜７５％であるビスマス系ガラスフリットが好ましい。ビスマス酸化物以外の成分の好適な含有量は、酸化鉛、フッ化鉛については０〜３０質量％、シリカについては０〜１５質量％、酸化硼素については５〜４０質量％、酸化アルミニウムについては０〜５質量％、酸化ジルコニウムについては０〜１０質量％、酸化亜鉛については０〜１５質量％、酸化カルシウムについては０〜１５質量％、酸化ナトリウムについては０〜１５質量％、酸化カリウムについては０〜１５質量％である。
【００２０】
ガラスフリットは、内部の粒子の分布が均一で一層密に充填された焼成凝集体が得られることから、平均粒径が５０μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であることがより好ましく、１０μｍ以下であることがさらに好ましい。また、表面積の増加によってスラリーの粘度が過度に増大するのを防ぐために１００ｎｍ以上であることが好ましい。なお、ガラスフリットの平均粒経は、レーザー回折法を用いた粒度測定器、コールターカウンター等で測定することができる。
【００２１】
ガラスフリットは、研磨粒子が分解、溶融又は軟化しない温度で、融着するものがよく、このようなガラスフリットとしては、いわゆる低融点ガラスからなるものが挙げられる。ガラスフリットの軟化点は、好適には８００〜６００℃であり、７５０〜７００℃がさらに好ましい。軟化点が上記下限値以上であることで、焼成凝集体の耐水性や機械強度が向上する傾向があり、上記上限値以下であることで、少ない熱量でガラスフリットと研磨粒子を融着させることができ、エネルギー消費を低減できる。
【００２２】
ガラスフリット、研磨粒子及び水溶性の多糖類を含有するスラリーにおいて、ガラスフリットの含有量は、所望する焼成凝集体の性能によって適宜調整することができるが、上記スラリー全量基準で、４０〜５質量％であることが好ましく、２０〜１０質量％であることがより好ましい。このような含有量にすることで、研磨粒子同士を十分に接着し、かつ研磨粒子の研磨機能を損なわない焼成凝集体を得ることができる。
【００２３】
研磨粒子は、焼成凝集体に求められる研磨性能によって適宜変更することができ、例えば、ガラスハードディスク、半導体素子、光デバイス等の研磨に使用する焼成凝集体では、研磨粒子としてモース硬度５以上の鉱物粒子を含むことが好ましい。
【００２４】
研磨粒子としては、例えば、ダイヤモンド粒子、シリコンカーバイド粒子、黒色炭化ケイ素粒子、酸化アルミニウム粒子（溶融アルミナ、セラミックアルミナ、焼成アルミナ、焼結アルファアルミナ、白色溶融アルミナ、褐色溶融アルミナ、単結晶溶融アルミナ、等）、ジルコニア粒子、アルミナジルコニア粒子、溶融アルミナジルコニア粒子、変性セラミック酸化アルミニウム粒子、立方晶窒化ホウ素粒子、炭化チタン粒子、窒化チタン粒子、酸化セリウム粒子、シリカ（酸化ケイ素）粒子、炭化ホウ素粒子、Ｂ６Ｏ及びＢ１０Ｏであるホウ素酸化物粒子、ガーネット粒子、トリポリ粒子、炭窒化ホウ素粒子、並びにベーマイト誘導体粒子からなる群より選ばれる少なくとも１種を好適に使用できる。上記研磨粒子のうち、ダイヤモンド粒子は、硬度が極めて高い事に起因して、Ｗａｆｅｒの研削等の難削材の精密研磨に使用する焼成凝集体に好適に用いられる。なお、セラミックアルミナ粒子であるＣＵＢＩＴＲＯＮ（商品名）は、３Ｍ社（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎ．）より購入できる。
【００２５】
研磨粒子の平均粒径は、作製される焼成凝集体の平均粒径に応じて適宜変更することができ、例えば、０．０１μｍ〜１００μｍの範囲のものを用いることができる。
【００２６】
焼成凝集体と研磨粒子がいずれも粒子径状を有する場合、焼成凝集体の内部の均一性を向上させるために、焼成凝集体の平均粒径Ｘに対する研磨粒子の平均粒径Ｙの比（Ｙ×１００／Ｘ（％））が、０．０００１〜２０％であることが好ましく、０．０５〜５％であることがより好ましく、０．２〜３％であることがさらに好ましい。なお、焼成凝集体の平均粒経は、例えば、スラリーを金属塩含有溶液に滴下して接触させる際に、スラリーの液滴の大きさを適宜変更することにより、調整することができる。また、焼成凝集体の平均粒経は、ふるい分けや沈降法により測定可能である。
【００２７】
研磨粒子が、軟化点、融点及び分解温度のうち少なくとも一つを有する場合、ガラスフリットの軟化点は、これらのいずれの温度よりも低いことが好ましい。このようなガラスフリットの採用により、研磨粒子が、焼成凝集体中に均一に分散した球状研磨材としてより優れた研磨性能を発揮することができる。また、焼成凝集体の内部に空洞ができることを一層抑制することができる。
【００２８】
スラリー中の研磨粒子の含有量は、所望する焼成凝集体の性能によって適宜調整することができ、スラリー全量基準で５０〜１０質量％であることが好ましく、３０〜１０質量％であることがより好ましい。このような含有量にすることで、研磨粒子の研磨特性がより顕著に研磨材物品に反映される。
【００２９】
水溶性の多糖類としては、一価のカチオンを含有するアルギン酸塩、Ｌ−Ｍ−ペクチン塩等が挙げられる。一価のカチオンを含有する塩としては、アルカリ金属塩、アンモニウム塩が挙げられ、これらのうちナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩を好適に使用できる。これらの水溶性の多糖類のうち、内部に研磨粒子が均一に分散した焼成凝集体が得られる点、並びに、球状の凝集体が形成されやすくなり、球状凝集体形成時の異物の混入が一層少なくなる点から、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸アンモニウム、Ｌ−Ｍ−ペクチンから選ばれる少なくとも一種が好ましく、アルギン酸ナトリウムとアルギン酸アンモニウムが特に適している。
【００３０】
スラリー中の水溶性の多糖類の濃度は、０．０５〜５質量％が好ましく、０．１〜３質量％がより好ましく、０．３〜１質量％がさらに好ましい。水溶性の多糖類の濃度を上記範囲内にすることで、金属塩含有溶液と接触した際に凝集体が迅速且つ確実に形成されるようになる。これにより、内部が一層密に充填された焼成凝集体が得られやすくなり、研磨物品の研磨性能を向上できる。
【００３１】
スラリーは、アルコール、有機バインダー、分散剤（界面活性剤）等の添加剤をさらに含有していてもよい。
【００３２】
添加剤としてアルコールが含有すると、スラリーの粘度は上昇する傾向にある。すなわち、アルコールの添加量によりスラリーの粘度を調整することができる。アルコールの添加量としては、水溶性の多糖類が十分に溶解している範囲であることが好ましい。
【００３３】
スラリーの粘度は、１ｍＰａ・ｓ以上であることが好ましく、１００ｍＰａ・ｓ以上であることがより好ましく、３００ｍＰａ・ｓ以上であることがさらに好ましい。このようなスラリーを金属塩含有溶液と接触させることで、均一な形状の焼成凝集体が一層得られやすくなる。また、スラリーの粘度は３０００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、２０００ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましく、１０００ｍＰａ・ｓ以下であることがさらに好ましい。このようなスラリーは均一な液滴を連続して金属塩含有溶液に滴下するのに好適であり、生産性を向上できる。
【００３４】
上記の好適な粘度範囲を有するスラリーとしては、５〜２０質量％のガラスフリット、５〜２０質量％の研磨粒子、０．１〜１質量％の水溶性の多糖類、及び、３０〜８０質量％の水を含有するスラリーが挙げられる。
【００３５】
金属塩含有溶液は、スラリーが接触して凝集体を形成する溶液であり、金属塩含有溶液に含有される金属イオンとしては、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｍｎ２＋、Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋、Ｃｏ２＋、Ｃｏ３＋、Ｎｉ２＋、Ｃｕ２＋、Ａｌ３＋、Ｃｒ３＋等がある。金属塩含有溶液として、好ましくは２価の金属イオンを含有する溶液であり、より好ましくはＭｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｍｎ２＋、Ｆｅ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ２＋、Ｃｕ２＋及びＡｌ３＋からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属イオンを含有する溶液であり、さらに好ましくはＣａ２＋Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ａｌ３＋、Ｍｎ２＋、Ｆｅ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ２＋及びＣｕ２＋からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属イオンを含有する溶液である。これらの金属イオンを含有する溶液を用いることで、金属塩含有溶液と接触した際に凝集体が迅速且つ確実に形成されるようになる。
【００３６】
上記の金属イオンは、金属塩として金属塩含有溶液に溶解する。例えば、好適な金属イオンの塩化物塩、臭化物塩、ヨウ化物塩、硫酸塩、炭酸塩、硝酸塩、リン酸塩、等の金属塩が溶解した溶液が用いられる。
【００３７】
金属塩含有溶液は、通常水が溶媒として用いられるため、金属塩は水溶性であることが望ましい。そのため、主に上記金属イオンの塩化物塩、臭化物塩、ヨウ化物塩が好適に用いられ、特に塩化物塩が好適である。塩化物塩としては、塩化カルシウム、塩化マンガン、塩化鉄、塩化コバルト、塩化ニッケル、塩化銅等が例示できる。
【００３８】
金属塩含有溶液は、凝集体の形成が迅速且つ確実に行われることから、金属塩の濃度が０．１〜５ｍｏｌ／ｌであることが好ましく、０．５〜２ｍｏｌ／ｌであることがより好ましい。
【００３９】
以下、本実施形態に係る焼成凝集体の製造方法について、図面を参照しつつ詳述する。
【００４０】
本実施形態に係る焼成凝集体の製造方法は、ガラスフリット、研磨粒子及び水溶性の多糖類を含有するスラリーを金属塩含有溶液と接触させて得られる凝集体を焼成することを特徴とする。本実施形態に係る製造方法では、例えば、スラリーを金属塩含有溶液に滴下して接触させることで、球状の凝集体を得て、当該凝集体を焼成することで球状の焼成凝集体を得ることもできる。また、別法として所定の形状の凹部に注入されたスラリーを金属塩含有溶液と接触させて所定の形状を有する凝集体を得て、当該凝集体を焼成することで所定の形状を有する焼成凝集体を得てもよい。
【００４１】
スラリーを金属塩含有溶液に滴下して得られる凝集体を焼結する製造方法では、従来の方法では製造困難であった、内部が密に充填された平均粒経が３００μｍ〜５ｍｍである焼成凝集体を、簡便に製造することができる。
【００４２】
このような製造方法においては、ガラスフリット、研磨粒子及び水溶性の多糖類を含有するスラリーを金属塩含有溶液に滴下すると、水溶性の多糖類が金属塩含有溶液由来の金属イオンと瞬時にイオン交換して不溶性の塩を形成し、液滴の球体を保持したままゲル化が進行する。通常は、滴下後金属塩含有溶液中で凝集体を数時間放置して充分にゲル化を進行させる。そして得られた凝集体を蒸留水等で洗浄して乾燥を行い、ガラスフリットが融解する温度域で加熱して球状凝集体を焼成し、焼成凝集体を製造する。
【００４３】
なお、金属塩含有溶液中で得られた凝集体中、不溶性の多糖類の塩は、スラリー調製時に用いた溶媒又は金属塩含有溶液の溶媒（通常は、水）で膨潤したヒドロゲルとなっており、当該ヒドロゲルに研磨粒子とガラスフリットが捕捉されていると考えられる。以下、このような凝集体を湿潤凝集体と称する。図６の（ａ）に、ヒドロゲルである膨潤多糖類塩１１３と、当該膨潤多糖類塩１１３に捕捉された研磨粒子１１１及びガラスフリット１１２からなる湿潤凝集体１０８の模式断面図を示す。
【００４４】
また、上記湿潤凝集体を乾燥させたものを、乾燥凝集体と称する。乾燥凝集体では、溶媒をほとんど含有しない多糖類塩からなる乾燥ゲルに、研磨粒子とガラスフリットが捕捉されていると考えられる。乾燥凝集体は、湿潤凝集体と比較して、粒径が小さく、研磨粒子とガラスフリットが密に充填している。図６の（ｂ）に、乾燥多糖類塩１１４と、当該乾燥多糖類塩１１４に捕捉された研磨粒子１１１及びガラスフリット１１２からなる乾燥凝集体１１０の模式断面図を示す。
【００４５】
図６の（ｃ）に、乾燥凝集体を焼成して得られる焼成凝集体１２０の模式断面図を示す。焼成凝集体１２０では、乾燥凝集体１１０におけるガラスフリット１１２が融着して密な構造を有するガラスマトリックス１１５となり、当該ガラスマトリックス１１５中に研磨粒子１１１が保持されている。乾燥多糖類塩１１４は焼結時に焼失し、焼成凝集体１２０中にはほぼ残存しない。また、ガラスフリットが凝集収縮する。このため、焼成凝集体１２０は乾燥凝集体１１０と比較して粒径が小さくなる。なお、図６には示されていないが、乾燥多糖類塩１１４が金属塩である場合、焼成凝集体１２０中には、乾燥多糖類塩１１４由来の金属が含有される場合がある。すなわち、場合により、上記金属塩含有溶液に含有される金属イオン由来の金属が、焼成凝集体１２０中に含まれる。
【００４６】
上記の製造方法において、通常、スラリーはガラスフリットと研磨粒子とを均一に混合した後、当該混合物を多糖類含有溶液に加えて調製される。このように調製することで、スラリー中でガラスフリットと研磨粒子が均一に分散し、内部が均一である凝集体を作製しやすくなる。また、この方法で調製すると、多糖類含有溶液の粘度調整を行うことでスラリーの粘度が推測しやすくなり、スラリーの粘度を容易に変更できる。なお、スラリーの粘度を適切に調整することで湿潤凝集体が安定的に成形される。
【００４７】
ここで多糖類含有溶液に使用される溶媒としては、水溶性の多糖類が溶解する溶媒である必要があり、水が好ましい。多糖類含有溶液としては、容易に入手でき、扱いやすいためアルギン酸ナトリウム水溶液が最も好適であるが、ナトリウムの混入を嫌う場合にはアルギン酸アンモニウムも使用できる。多糖類塩含有溶液において、多糖類の塩の配合量は、多糖類塩含有溶液の全質量基準で、好適には０．１〜１０質量％であり、さらには０．５〜８質量％であり、特には１〜５質量％であることが好ましい。
【００４８】
ここでスラリーの粘度は、好適には１〜５０００ｍＰａ・ｓに調製されることが好ましいが、必要な粒経に応じて適宜選択される。スラリーの粘度が上記範囲内であると、液滴が安定性に優れるため、金属塩含有溶液に滴下された際に凝集体が球状に安定的に成形される。なお、スラリーの粘度は、多糖類含有溶液における多糖類濃度が高いほど上昇する傾向にあり、多糖類濃度が低いほど低下する傾向にある。また、スラリーにおけるガラスフリット及び研磨粒子の合計含有量が多いほど上昇する傾向にあり、ガラスフリット及び研磨粒子の合計含有量が少ないほど低下する傾向にある。また、アルギン酸の構成要素である、マンヌロン酸部とグルロン酸部の数の比はＭ／Ｇ比と呼ばれ、これが低い方が粘度は上昇する。この現象はスラリー粘度を調整する要素として考慮できるが、そのＭ／Ｇ比の範囲は本発明においては限定されるものではない。
【００４９】
スラリーの滴下方法としては、ノズル滴下、噴射器、インクジェット法等による滴下等公知の液滴作製技術を使用することができるが、狭い粒径分布の焼成凝集体を得るためには均一な液滴を連続して形成できる方法が好ましい。また、液滴の粒経を適宜調整可能な滴下方法によってスラリーの滴下を行うことで、所定の平均粒径を有する焼成凝集体が簡便に得られる。さらに、スラリーにおけるガラスフリットと研磨粒子の比重差が大きい場合、充分に攪拌しながら滴下を行うことで、均一な内部構造を有する焼成凝集体が得られる。
【００５０】
金属塩含有溶液は、多糖類と塩を形成して不溶性ゲルを生成し得る金属イオンを含有する。好適には塩化カルシウム水溶液、塩化マンガン水溶液、塩化コバルト水溶液、塩化ニッケル水溶液、塩化銅水溶液等が使用され、これらの金属塩含有溶液には、凝集体を着色するための着色剤が含有してもよい。
【００５１】
スラリーを滴下する際、ゲル化が完全に進行するまでの湿潤凝集体内部の研磨粒子の分散状態の均一化を図るために、球状の湿潤凝集体が浮遊している金属塩含有溶液をスターラー等で攪拌することが好ましい。また、スラリーの滴下により得られた湿潤凝集体は、ゲル化が十分に進行するまで金属塩含有溶液中に所定の時間浸漬させることが好ましい。ここで、浸漬させる時間は、スラリーの組成比や金属塩含有溶液の濃度によって異なるが、通常、室温で０．１〜３０時間、好ましくは室温で０．１〜３時間浸漬させる。
【００５２】
金属塩含有溶液中に形成された湿潤凝集体は、金属塩含有溶液中から取り出した後、蒸留水で洗浄し、乾燥した後に、焼成することが好ましい。乾燥に際しては、凝集体が急激な変形を生じない程度に加熱してもよく、例えば、５０〜８０℃で加熱乾燥（例えば、５〜１２時間）を行うことができる。乾燥時は湿潤凝集体の粒を静置しても連続的に転動撹拌してもよい。また、焼成は、凝集体中に含有されるガラスフリットの少なくとも一部が軟化する温度域で行う。焼成温度は、ガラスフリットの軟化点により適宜選択できるが、研磨粒子の軟化、溶融、分解等を抑制しつつガラスフリットを軟化させることが好ましい。このような焼成温度は、研磨粒子の分解温度あるいはガラスフリットの軟化点に依存し、通常５００〜１５００℃が選択される。例えば、研磨粒子がダイヤモンドの場合には、好ましくは６５０〜７５０℃である。焼成時もまた、乾燥凝集体の粒を静置しても連続的に転動撹拌してもよい。焼成時に凝集体の粒同士が融着するのを防ぐために、ガラスの軟化点又は融点よりも高い融点をもつ、アルミナ等の粉末を凝集体の表面に付着させておくこともできる。
【００５３】
上記工程を備える製造方法では、スラリーの濃度や粘度、滴下装置のノズル径や滴下速度等を調整することにより、非常に狭い範囲の粒度分布で目的のサイズの焼成凝集体を得ることができる。また、均一な形状の焼成凝集体を、連続して多量に製造することができる。
【００５４】
焼成凝集体の製造方法の一実施形態の工程図を図３に示す。第１混合工程Ｓ１では、水溶性の多糖類と蒸留水とを混合する。第２混合工程Ｓ２では、Ｓ１で得た混合溶液と、研磨粒子とガラスフリットとを混合し、スラリーを得る。接触工程Ｓ３では、Ｓ２で得たスラリーを、例えば金属塩含有溶液への滴下により、金属塩含有溶液に接触させる。Ｓ３では、Ｓ２で得たスラリーと金属塩含有溶液との接触により、湿潤凝集体が生じる。ゲル化工程Ｓ４では、Ｓ３で生じた湿潤凝集体を、金属塩含有溶液と所定の時間接触させることにより、湿潤凝集体内部まで充分にゲル化を進行させる。洗浄工程Ｓ５では、Ｓ４を経て得られた湿潤凝集体を、蒸留水で洗浄する。ここで洗浄方法としては、例えば、湿潤凝集体を蒸留水中に分散させて攪拌等を行うことで洗浄することができる。乾燥工程Ｓ６では、湿潤凝集体を乾燥させて乾燥凝集体を得る。乾燥方法としては、特に制限はなく、例えばオーブン中で５０〜８０℃で加熱して乾燥凝集体を得ることができる。なお、乾燥凝集体は、湿潤凝集体と比較して保持される水分量が少なければ、多少の水分を含有していてもよい。焼成工程Ｓ７では、乾燥凝集体を焼成して焼成凝集体を得る。焼成は、例えば、電気炉中で５００〜１５００℃に加熱することで行うことができる。
【００５５】
また、焼成凝集体の製造方法の一実施形態の模式図を、図４と図５に示す。
【００５６】
この実施形態においては、攪拌器２１を備える容器２０に、蒸留水１０１を所定量入れ、攪拌しながら水溶性の多糖類１０２を加え、多糖類含有水溶液１０３を得る。次いで、多糖類含有水溶液１０３に、攪拌しながらガラスフリット１０４及び研磨粒子１０５を加える。ここで、ガラスフリット１０４と研磨粒子１０５は同時に加えても、順次加えてもよい。ガラスフリット１０４と研磨粒子１０５を加えた後、充分に攪拌し、スラリー１０６を得る。
【００５７】
次いで、スラリー１０６を、流量コントロールポンプ２２により一定流量で定量吐出ユニット２３に送り、定量吐出ユニット２３から液滴状に吐出させることで、金属塩含有水溶液１０７に滴下する。ここで、流量コントロールポンプ２２の制御によりスラリー１０６の滴下速度を所望の値にすることができる。また、定量吐出ユニット２３により、スラリー１０６の滴下時の液滴の大きさを適宜調整することができる。ここでスラリー１０６の液滴の大きさを調整することで、焼成凝集体の粒経を自由に調整することができる。金属塩含有水溶液１０７に滴下されたスラリー１０６がゲル化し、湿潤凝集体１０８が得られる。ここで、金属塩含有水溶液１０７の容器２４は、攪拌器２５を備えることが好ましく、スラリー１０６の滴下中、攪拌器２５により金属塩含有水溶液１０７が攪拌されていることが好ましい。これにより、湿潤凝集体のゲル化が未熟な段階においてもゲル内部でのスラリーの沈降を防ぎ、組成の偏りが生じるのを防ぐため、一層均一な粒径及び構造を有した焼成凝集体が得られる。スラリー１０６の滴下後、湿潤凝集体１０８は金属塩含有水溶液１０７中で内部まで充分にゲル化を進行させる。
【００５８】
次に、湿潤凝集体１０８を、蒸留水１０９中に分散させ洗浄する。洗浄後、湿潤凝集体１０８を乾燥用ヒータ２８により加熱し、乾燥させて乾燥凝集体１１０を得る。そして、乾燥凝集体１１０を焼成用ヒータ２９により焼成し、焼成凝集体１２０を得る。
【００５９】
以下、本実施形態に係る研磨材組成物及び研磨材物品について詳述する。
【００６０】
本実施形態に係る焼成凝集体は、被覆研磨材製品、接着研磨材製品（ガラス質、樹脂状および金属の研削ホイール、カットオフホイール、マウンテッドポイント、ホーニング砥石等を含む。）、不織研磨材製品、研磨材ブラシなどの従来の研磨材製品中で使用することができる。また、そのまま溶液等に分散させて遊離研磨材として使用することもできる。この場合、研磨化合物（例えば、ポリッシングコンパウンド）、ミリング媒体、ショットブラスト媒体、振動ミル媒体等のスラリーを用いる研磨材用途に用いることができる。
【００６１】
また、焼成凝集体とバインダー樹脂とを含有させることで研磨材組成物が提供されるが、この研磨材組成物は、研磨材物品の製造に有用である。すなわち、当該研磨材組成物を用いることにより、バッキングと、該バッキングの少なくとも一方の主面上に複数形成され、研磨材組成物からなる研磨材複合体とを備える、研磨材物品が提供される。このような研磨材物品は、焼成凝集体の内部が密に充填された構造であることに起因して、優れた研磨性能を有する。ここで、バインダー樹脂は、複数の焼成凝集体を互いに接合し、保持する。このようにバインダー樹脂で焼成凝集体が保持された研磨材組成物を用いた研磨材物品によれば、スラリーとして用いる場合に研磨に供されず廃棄される焼成凝集体が多かった点が問題であったところ、焼成凝集体の損失を低減することができ、効率良く研磨を行うことが可能となる。
【００６２】
バインダー樹脂としては熱硬化性樹脂が好適であり、フェノール樹脂、アミノプラスト樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、エチレン系不飽和樹脂、アクリル化イソシアヌレート樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、イソシアヌレート樹脂、アクリル化ウレタン樹脂、アクリル化エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂等が用いられる。これらは複数組み合わせて使用してもよい。
【００６３】
また、研磨材組成物は、繊維、潤滑剤、湿潤剤、チキソトロープ材料、界面活性剤、顔料、染料、帯電防止剤（例えば、カーボンブラック、酸化バナジウム、グラファイトなど）、カップリング剤（例えば、シラン、チタネート、ジルコアルミネートなど）、可塑剤、懸濁剤等の添加剤も含んでもよく、これらの添加剤は所望の特性をもたらすように適宜含有量を調整して使用する。
【００６４】
本実施形態に係る研磨物品は、バッキングと、該バッキングの少なくとも一方の主面上に複数形成され、研磨材組成物からなる研磨材複合体とを備える。
【００６５】
上記研磨材物品の一実施形態を図１及び図２に示す。図１は、バッキング１４上に形成された複数の研磨材複合体１１を有する研磨材物品１０の斜視図である。研磨材複合体１１は、バインダー樹脂中に分散した複数の焼成凝集体を含有する。また、図２は研磨材物品１０の上面図である。ここで、研磨材複合体１１はひし形であり、研磨材複合体１１は規則的にバッキング１４上に形成されている。このように規則的に研磨材複合体１１が形成されることで、研磨材物品１０による研磨性能が均一なものとなる。
【００６６】
また、研磨材複合体１１は、互いに分離することが好ましい。このように分離することによって、研磨材複合体１１間を流体媒体が自由に流れることができる。このように研磨複合体１１間を流体媒体が自由に流れることが可能となるように設計されることで、研磨材物品１０は優れた表面仕上げ性を有する。なお、研磨材複合体１１間のスペースは、以下「ランドエリア」と称する場合がある。
【００６７】
研磨材物品１０は、上面から観測して１ｃｍ２当りに５個以上の研磨材複合体１１を備えることが好ましく、１ｃｍ２当り１００個以上の研磨材複合体１１を備えることがより好ましい。
【００６８】
研磨材複合体１１の高さは、一定であることが好ましいが、研磨材複合体１１が互いに異なる様々な高さを有してもよい。研磨材複合体１１の高さとしては１０〜２５０００μｍが好ましく、２５〜１５０００μｍがより好ましく、１００〜１００００μｍがさらに好ましく、１０００〜８０００μｍが特に好ましい。
【００６９】
研磨材複合体の形状は、様々な形状とすることができ、立方体、ブロック、円筒、角柱、直方体、角錐、切頭角錐、円錐、切頭円錐、従事、平坦な上面を有する柱、半球形等の形状でバッキング上に形成することができる。研磨材物品は、これら形状の異なる研磨材複合体をそれぞれ複数有してもよい。
【００７０】
バッキングは、研磨材複合体を支持する機能を果たす。バッキングとしては、得られる研磨材物品が長寿命となるように強靭で耐久性に優れたものが好ましく、ポリマーフィルム、紙、バルカナイズドファイバー、成形または注型エラストマー、処理不織バッキング、処理織物等が挙げられる。ポリマーフィルムとは、例えば、ポリエステルフィルム、コポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム、ポリアミドフィルム等である。
【００７１】
バッキングは、充填剤、繊維、染料、顔料、湿潤剤、カップリング剤、可塑剤などの添加剤を含むことができ、ＤｕＰｏｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ（デラウェア州Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ）より入手可能な織物ＮＯＭＥＸＴＭＴＭなどの補強スクリムや織物を含んでもよい。
【００７２】
場合によっては、研磨材複合体と一体的に成形されたバッキング、すなわち、織物などのバッキングに研磨材複合体複合体を別個に取り付ける代わりに、研磨材複合体と隣接させて直接成形したバッキングが好ましい。研磨材複合体を成形した後で研磨材複合体の裏側の上にバッキングを成形または注型してもよく、複合体とバッキングを同時に成形または注型することもできる。このようなバッキングは、通常、熱又は放射線硬化性の熱可塑性又は硬化性樹脂から成形される。ここで熱硬化性樹脂として好ましくは、フェノール樹脂、アミノプラスト樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、エチレン系不飽和樹脂、アクリル化イソシアヌレート樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、イソシアヌレート樹脂、アクリル化ウレタン樹脂、アクリル化エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、及びこれらの混合物が挙げられる。また、熱可塑性樹脂として好ましくは、ポリアミド樹脂（例えばナイロン）、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂（ポリウレタン−尿素樹脂を含む）等が挙げられる。これらのうち、ポリエステルポリオールまたはポリエーテルポリオールとイソシアネートの反応生成物から誘導されるポリウレタンは、耐久性に優れるため、好適である。
【実施例】
【００７３】
（実施例１〜１６）
ガラスフリットとしてＢＡ３５１（日本山村硝子社製商品名、Ｂｉ系低融点ガラス、軟化点５９８℃）、ＬＦＺ８０（日本山村硝子社製商品名、Ｚｎ−Ｂ系低融点ガラス、軟化点５８０℃）、４７２４（Ｓ）、４７２４（３０μｍ）（日本琺瑯釉薬社製商品名、ホウ珪酸系低融点ガラス、軟化点６２０℃）、ＰＣＳ（日本琺瑯釉薬社製商品名、リン酸系低融点ガラス、軟化点６８０℃）、研磨粒子（ダイヤモンド粒子）としてＬＳ６ＢＸＴ １／２−１、ＬＳ６ＢＸＴ ６−１１、ＬＳ６ＢＸＴ ２２−３６（ＬＡＮＤＳ ＰＲＯＤＵＣＴＳ製）、ＲＪＫ−１Ｃ３Ｍ（ＧＥ Ｍｉｃｒｏｎ ＰＲＯＤＵＣＴＳ社製）を、表１に記載の配合量で混合し、１ｗｔ％アルギン酸ナトリウム水溶液８ｇ中に分散させた。スラリー上の分散液を、ノズル径５００μｍの滴下装置を用いて１０ｗｔ％塩化カルシウム水溶液に滴下し、自然に形成される球状ゲルを８０℃で一晩乾燥し、それぞれガラスフリットの軟化点付近の温度（７００〜７５０℃）で加熱を行い、実施例１〜１６の焼成凝集体を得た。得られた焼成凝集体の色及び形状は、表１に記載のとおりであった。
【００７４】
（実施例１７〜２４）
ガラスフリットと研磨粒子を表１に記載の配合量で混合し、１ｗｔ％アルギン酸ナトリウム水溶液３ｇ中に分散させた以外は、実施例１と同様にして、実施例１７〜２４の焼成凝集体を得た。得られた焼成凝集体の色及び形状は、表１に記載のとおりであった。
【００７５】
（実施例２５）
ガラスフリットと研磨粒子を表１に記載の配合量で混合し、１ｗｔ％アルギン酸アンモニウム水溶液８ｇ中に分散させた以外は、実施例１と同様にして、実施例２５の焼成凝集体を得た。得られた焼成凝集体の色及び形状は、表１に記載のとおりであった。
【００７６】
実施例１〜２５の焼成凝集体について、耐荷重試験を行った。耐荷重試験は、簡易的に、量りの上に焼成凝集体を一粒静置して、凝集体に対し徐々に荷重をかけ、破壊されたときの目盛りを読み取ることで行った。耐加重試験の結果は、表１に記載のとおりであった。
【００７７】
【表１】
【００７８】
実施例１〜２５はいずれも球状の湿潤凝集体、乾燥凝集体、および焼成凝集体を良好に形成した。電子顕微鏡にて表面および断面を観察したところ、焼成凝集体内部までダイヤモンド粒子は均一に分散し、構造は緻密であった。ガラスフリットとダイヤモンドの粒子の粒径、およびガラスフリットの焼成温度等の組み合わせによって最適条件は異なるが、上記方法は球状の焼成凝集体製造の方法として汎用性があり、焼成凝集体間で均一、かつ緻密な構造の焼成凝集体を得る方法として有用であることが確認できた。
【００７９】
（実施例２６〜２８）
研磨粒子としてダイヤモンド粒子（ＬＡＮＤＳ １／２−１ｕｍ）、ガラスフリットとしてＰＣＳ（リン酸塩系低融点ガラス）を用いた。この粉末をアルギン酸ナトリウム水溶液（１ｗｔ％）中に分散させた。重量比はダイヤモンド：ＰＣＳ：アルギン酸ナトリウム水溶液＝１：１：８である。このスラリーを実施例２８では、ラボスポイト（口径約１ｍｍ）を用いて、実施例２６及び実施例２７ではサンエイテック製微小吐出ディスペンサー（使用ノズル径２３Ｇ＝０．３４ｍｍ）を用いて、それぞれ塩化カルシウム水溶液（１０ｗｔ％）に滴下し、得られた湿潤凝集体を乾燥、焼成して、焼成凝集体を得た。なお、実施例２６では、吐出時間３．０ｍｓｅｃ、Ａｉｒ圧０．０１５ＭＰａ、ディスペンスニードルストローク３ｍｍとし、実施例２７では、吐出時間３．０ｍｓｅｃ、Ａｉｒ圧０．０１５ＭＰａ、ディスペンスニードルストローク１．５ｍｍとした。得られた焼成凝集体を、電子顕微鏡（ＯＬＹＭＰＵＳ製、ＢＸ５１）および顕微鏡に付属しているソフトウエア（ＦＬＶＦＳ−ＦＩＳ （ＸＤ２００））にて球径を測定し、分布を求めた。測定結果を表２に示す。
【００８０】
【表２】
【符号の説明】
【００８１】
１０…研磨材物品、１１…研磨材複合体、１２…研磨材複合体の上面部、１４…バッキング、２０、２４、２６…容器、２１、２５、２７…攪拌器、２２…流量コントロールポンプ、２３…定量吐出ユニット、２８…乾燥用ヒータ、２９…焼成用ヒータ、１０１、１０９…蒸留水、１０２…水溶性の多糖類、１０３…多糖類含有水溶液、１０４…ガラスフリット、１０５…研磨粒子、１０６…スラリー、１０７…金属塩含有水溶液、１０８…湿潤凝集体、１１０…乾燥凝集体、１１１…研磨粒子、１１２…ガラスフリット、１１３…膨潤多糖類塩、１１４…乾燥多糖類塩、１１５…ガラスマトリックス、１２０…焼成凝集体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼成凝集体の製造方法、焼成凝集体、研磨材組成物及び研磨材物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンド粒子等の研磨粒子が内部に分散された焼成凝集体の製造方法としては、工業的に大量生産が可能であることから、従来、主にスプレードライ法が用いられている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００４−５１４０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スプレードライ法では、研磨粒子をスラリー状に分散させ、このスラリーを大きな反応容器中で噴霧乾燥し、スラリーの液滴より生じる乾燥凝集体を壁に衝突させて落下した凝集体を捕集し、焼成する。
【０００５】
研磨材物品に用いられる焼成凝集体は、均一な研磨性能を発現する観点から、内部が研磨粒子とバインダーとで密に充填されていることが好ましい。しかしながら、スプレードライ法では、とくに粒経が２００μｍ以上の大きな焼成凝集体を作製するに際し、捕集される凝集体の内部を密に充填することが困難であり、これを焼成して焼成凝集体を作製する場合に、内部に空洞ができる、多孔質様になる等の問題がある。
【０００６】
また、スプレードライ法では、大きな反応容器中を完全に清浄にすることは困難であり、異なる組成の凝集体を連続して製造する場合に、反応容器中の付着物が異物として混入する恐れがある。研磨材においてはこのようなコンタミの中でも、意図しない大きな研磨粒子のコンタミは被研磨体に致命的なスクラッチ痕を生じる恐れがある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、内部が密に充填され、研磨粒子が均一に分散された構造を有する焼成凝集体を製造する方法であって、焼成凝集体内への異物の混入が少ない、焼成凝集体の製造方法を提供することにある。本発明の目的はまた、上記製造方法により製造される焼成凝集体、並びにそれを用いた研磨材組成物及び研磨材物品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ガラスフリット、研磨粒子及び水溶性の多糖類を含有するスラリーを金属塩含有溶液と接触させて得られる凝集体を焼成する、焼成凝集体の製造方法を提供する。このような製造方法によれば、内部が密に充填され、研磨粒子が均一に分散された構造を有する焼成凝集体を効率よく製造することができる。また、このような製造方法により製造された焼成凝集体は、内部への異物の混入が少なくなる。さらに、このような製造方法によれば、従来のスプレードライ法では作製困難だった大粒径（例えば３００μｍ〜５ｍｍ）の凝集体も作製可能であり、粒径分布のコントロールも容易である。
【０００９】
本発明はまた、ガラスフリット、研磨粒子及び水溶性の多糖類を含有するスラリーを金属塩含有溶液と接触させて得られる凝集体を焼成してなる、焼成凝集体を提供する。このような焼成凝集体は、内部が密に充填され、研磨粒子が均一に分散された構造を有し、内部への異物混入が少ない。そのため、これを用いた研磨物品は研磨性能に優れるようになる。
【００１０】
本発明はまた、上記製造方法により製造された焼成凝集体と、バインダー樹脂とを含有する、研磨材組成物を提供する。この研磨材組成物は、研磨材物品の製造に有用である。
【００１１】
すなわち、上記研磨材組成物を用いることにより、バッキングと、該バッキングの少なくとも一方の主面上に複数形成され、上記研磨材組成物からなる研磨材複合体と、を備える、研磨材物品が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、内部が密に充填され、研磨粒子が均一に分散された構造を有する焼成凝集体を製造する方法であって、焼成凝集体内への異物の混入が少ない、焼成凝集体の製造方法を提供することができる。また、上記製造方法により製造される焼成凝集体、並びにそれを用いた研磨材組成物及び研磨材物品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る研磨材物品の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る研磨材物品の一実施形態を示す上面図である。
【図３】本発明に係る製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【図４】本発明に係る製造方法の一実施形態を示す模式図である。
【図５】本発明に係る製造方法の一実施形態を示す模式図である。
【図６】湿潤凝集体、乾燥凝集体及び焼成凝集体の模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本実施形態に係る焼成凝集体の製造方法は、ガラスフリット、研磨粒子及び水溶性の多糖類を含有するスラリーを金属塩含有溶液と接触させて得られる凝集体を焼成することを特徴とする。なお、スラリーとは分散液を示す。このような製造方法によれば、内部が密に充填され、研磨粒子が均一に分散された構造を有する焼成凝集体を効率よく製造することができる。また、このような製造方法により製造された焼成凝集体は、内部への異物の混入が少なくなる。また、このような製造方法によれば、大粒径（例えば３００μｍ〜５ｍｍ）であり、且つ内部が密に充填された焼成凝集体が作製可能である。従来のスプレードライ法でこのような大粒径の凝集体を作製したには、内部に空洞ができる、多孔質様になる等問題を避けることが困難である。さらに、本実施形態に係る焼成凝集体によれば、粒径分布のコントロールも容易であり、例えば、変動係数を０．２以下にすることができる。
【００１５】
ガラスフリットとは、粉末又はフレーク状のガラスをいい、焼成時に軟化して研磨粒子を融着する機能を有する。ガラスフリットとしては、シリカガラスフリット、珪酸塩ガラスフリット、硼珪酸塩ガラスフリット、リン酸塩ガラスフリット、ビスマス系ガラスフリット等が挙げられ、これらを組み合わせて使用してもよい。
【００１６】
珪酸塩ガラスフリットとしては、焼成凝集体の強度に優れることから、シリカの含有量が７０〜８０質量％である珪酸塩ガラスフリットが挙げられる。シリカ以外の成分の好適な含有量は、酸化ナトリウムについては１０〜２０質量％、酸化カルシウムについては５〜１０質量％、酸化アルミニウムについては０．１〜１質量％、酸化マグネシウムについては２〜５質量％である。珪酸塩ガラスフリットとして、例えば市販品としては、珪酸塩ガラスフリットの全質量を基準として、シリカ７３質量％、酸化ナトリウム１６質量％、酸化カルシウム５質量％、酸化アルミニウム１質量％、酸化マグネシウム４質量％、酸化カリウム１質量％であるガラスフリットが挙げられる。
【００１７】
硼珪酸塩ガラスフリットとしては、焼成凝集体の強度に優れることから、シリカの含有量が５０〜８０質量％である硼珪酸塩ガラスフリットが好ましい。シリカ以外の成分の好適な含有量は、酸化ホウ素については１０〜３０質量％、酸化アルミニウムについては１〜２質量％、酸化マグネシウムについては０〜１０質量％、酸化亜鉛については０〜３質量％、酸化カルシウムについては０〜２質量％、酸化ナトリウムについては１〜５質量％、酸化カリウムについては０〜２質量％、酸化リチウムについては０〜２質量％である。硼珪酸塩ガラスフリットとして、たとえば、硼珪酸塩ガラスフリットの全質量を基準として、シリカ５２質量％、酸化ホウ素２７質量％、酸化アルミニウム９質量％、酸化マグネシウム８質量％、酸化亜鉛２質量％、酸化カルシウム１質量％、酸化ナトリウム１質量％、酸化カリウム１質量％、酸化リチウム１質量％であるガラスフリットが挙げられる。
【００１８】
リン酸塩ガラスフリットとしては、焼成凝集体の強度および耐水性が良好となるため、リン酸化物の含有量が３０〜８０％であるリン酸塩ガラスフリットが好ましい。リン酸化物以外の成分の好適な含有量は、酸化鉛、フッ化鉛については０〜３０質量％、酸化アンチモンについては２０〜７０質量％、酸化アルミニウムについては１〜５質量％、酸化マグネシウムについては０〜１０質量％、酸化亜鉛については０〜３質量％、酸化カルシウムについては０〜２質量％、酸化ナトリウムについては１〜５質量％、酸化カリウムについては０〜２質量％、酸化リチウムについては０〜２質量％である。
【００１９】
ビスマス系ガラスフリットとしては、焼成凝集体の強度および耐水性が良好となるため、ビスマス酸化物の含有量が２０〜７５％であるビスマス系ガラスフリットが好ましい。ビスマス酸化物以外の成分の好適な含有量は、酸化鉛、フッ化鉛については０〜３０質量％、シリカについては０〜１５質量％、酸化硼素については５〜４０質量％、酸化アルミニウムについては０〜５質量％、酸化ジルコニウムについては０〜１０質量％、酸化亜鉛については０〜１５質量％、酸化カルシウムについては０〜１５質量％、酸化ナトリウムについては０〜１５質量％、酸化カリウムについては０〜１５質量％である。
【００２０】
ガラスフリットは、内部の粒子の分布が均一で一層密に充填された焼成凝集体が得られることから、平均粒径が５０μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であることがより好ましく、１０μｍ以下であることがさらに好ましい。また、表面積の増加によってスラリーの粘度が過度に増大するのを防ぐために１００ｎｍ以上であることが好ましい。なお、ガラスフリットの平均粒経は、レーザー回折法を用いた粒度測定器、コールターカウンター等で測定することができる。
【００２１】
ガラスフリットは、研磨粒子が分解、溶融又は軟化しない温度で、融着するものがよく、このようなガラスフリットとしては、いわゆる低融点ガラスからなるものが挙げられる。ガラスフリットの軟化点は、好適には８００〜６００℃であり、７５０〜７００℃がさらに好ましい。軟化点が上記下限値以上であることで、焼成凝集体の耐水性や機械強度が向上する傾向があり、上記上限値以下であることで、少ない熱量でガラスフリットと研磨粒子を融着させることができ、エネルギー消費を低減できる。
【００２２】
ガラスフリット、研磨粒子及び水溶性の多糖類を含有するスラリーにおいて、ガラスフリットの含有量は、所望する焼成凝集体の性能によって適宜調整することができるが、上記スラリー全量基準で、４０〜５質量％であることが好ましく、２０〜１０質量％であることがより好ましい。このような含有量にすることで、研磨粒子同士を十分に接着し、かつ研磨粒子の研磨機能を損なわない焼成凝集体を得ることができる。
【００２３】
研磨粒子は、焼成凝集体に求められる研磨性能によって適宜変更することができ、例えば、ガラスハードディスク、半導体素子、光デバイス等の研磨に使用する焼成凝集体では、研磨粒子としてモース硬度５以上の鉱物粒子を含むことが好ましい。
【００２４】
研磨粒子としては、例えば、ダイヤモンド粒子、シリコンカーバイド粒子、黒色炭化ケイ素粒子、酸化アルミニウム粒子（溶融アルミナ、セラミックアルミナ、焼成アルミナ、焼結アルファアルミナ、白色溶融アルミナ、褐色溶融アルミナ、単結晶溶融アルミナ、等）、ジルコニア粒子、アルミナジルコニア粒子、溶融アルミナジルコニア粒子、変性セラミック酸化アルミニウム粒子、立方晶窒化ホウ素粒子、炭化チタン粒子、窒化チタン粒子、酸化セリウム粒子、シリカ（酸化ケイ素）粒子、炭化ホウ素粒子、Ｂ６Ｏ及びＢ１０Ｏであるホウ素酸化物粒子、ガーネット粒子、トリポリ粒子、炭窒化ホウ素粒子、並びにベーマイト誘導体粒子からなる群より選ばれる少なくとも１種を好適に使用できる。上記研磨粒子のうち、ダイヤモンド粒子は、硬度が極めて高い事に起因して、Ｗａｆｅｒの研削等の難削材の精密研磨に使用する焼成凝集体に好適に用いられる。なお、セラミックアルミナ粒子であるＣＵＢＩＴＲＯＮ（商品名）は、３Ｍ社（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎ．）より購入できる。
【００２５】
研磨粒子の平均粒径は、作製される焼成凝集体の平均粒径に応じて適宜変更することができ、例えば、０．０１μｍ〜１００μｍの範囲のものを用いることができる。
【００２６】
焼成凝集体と研磨粒子がいずれも粒子径状を有する場合、焼成凝集体の内部の均一性を向上させるために、焼成凝集体の平均粒径Ｘに対する研磨粒子の平均粒径Ｙの比（Ｙ×１００／Ｘ（％））が、０．０００１〜２０％であることが好ましく、０．０５〜５％であることがより好ましく、０．２〜３％であることがさらに好ましい。なお、焼成凝集体の平均粒経は、例えば、スラリーを金属塩含有溶液に滴下して接触させる際に、スラリーの液滴の大きさを適宜変更することにより、調整することができる。また、焼成凝集体の平均粒経は、ふるい分けや沈降法により測定可能である。
【００２７】
研磨粒子が、軟化点、融点及び分解温度のうち少なくとも一つを有する場合、ガラスフリットの軟化点は、これらのいずれの温度よりも低いことが好ましい。このようなガラスフリットの採用により、研磨粒子が、焼成凝集体中に均一に分散した球状研磨材としてより優れた研磨性能を発揮することができる。また、焼成凝集体の内部に空洞ができることを一層抑制することができる。
【００２８】
スラリー中の研磨粒子の含有量は、所望する焼成凝集体の性能によって適宜調整することができ、スラリー全量基準で５０〜１０質量％であることが好ましく、３０〜１０質量％であることがより好ましい。このような含有量にすることで、研磨粒子の研磨特性がより顕著に研磨材物品に反映される。
【００２９】
水溶性の多糖類としては、一価のカチオンを含有するアルギン酸塩、Ｌ−Ｍ−ペクチン塩等が挙げられる。一価のカチオンを含有する塩としては、アルカリ金属塩、アンモニウム塩が挙げられ、これらのうちナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩を好適に使用できる。これらの水溶性の多糖類のうち、内部に研磨粒子が均一に分散した焼成凝集体が得られる点、並びに、球状の凝集体が形成されやすくなり、球状凝集体形成時の異物の混入が一層少なくなる点から、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸アンモニウム、Ｌ−Ｍ−ペクチンから選ばれる少なくとも一種が好ましく、アルギン酸ナトリウムとアルギン酸アンモニウムが特に適している。
【００３０】
スラリー中の水溶性の多糖類の濃度は、０．０５〜５質量％が好ましく、０．１〜３質量％がより好ましく、０．３〜１質量％がさらに好ましい。水溶性の多糖類の濃度を上記範囲内にすることで、金属塩含有溶液と接触した際に凝集体が迅速且つ確実に形成されるようになる。これにより、内部が一層密に充填された焼成凝集体が得られやすくなり、研磨物品の研磨性能を向上できる。
【００３１】
スラリーは、アルコール、有機バインダー、分散剤（界面活性剤）等の添加剤をさらに含有していてもよい。
【００３２】
添加剤としてアルコールが含有すると、スラリーの粘度は上昇する傾向にある。すなわち、アルコールの添加量によりスラリーの粘度を調整することができる。アルコールの添加量としては、水溶性の多糖類が十分に溶解している範囲であることが好ましい。
【００３３】
スラリーの粘度は、１ｍＰａ・ｓ以上であることが好ましく、１００ｍＰａ・ｓ以上であることがより好ましく、３００ｍＰａ・ｓ以上であることがさらに好ましい。このようなスラリーを金属塩含有溶液と接触させることで、均一な形状の焼成凝集体が一層得られやすくなる。また、スラリーの粘度は３０００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、２０００ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましく、１０００ｍＰａ・ｓ以下であることがさらに好ましい。このようなスラリーは均一な液滴を連続して金属塩含有溶液に滴下するのに好適であり、生産性を向上できる。
【００３４】
上記の好適な粘度範囲を有するスラリーとしては、５〜２０質量％のガラスフリット、５〜２０質量％の研磨粒子、０．１〜１質量％の水溶性の多糖類、及び、３０〜８０質量％の水を含有するスラリーが挙げられる。
【００３５】
金属塩含有溶液は、スラリーが接触して凝集体を形成する溶液であり、金属塩含有溶液に含有される金属イオンとしては、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｍｎ２＋、Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋、Ｃｏ２＋、Ｃｏ３＋、Ｎｉ２＋、Ｃｕ２＋、Ａｌ３＋、Ｃｒ３＋等がある。金属塩含有溶液として、好ましくは２価の金属イオンを含有する溶液であり、より好ましくはＭｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｍｎ２＋、Ｆｅ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ２＋、Ｃｕ２＋及びＡｌ３＋からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属イオンを含有する溶液であり、さらに好ましくはＣａ２＋Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ａｌ３＋、Ｍｎ２＋、Ｆｅ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ２＋及びＣｕ２＋からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属イオンを含有する溶液である。これらの金属イオンを含有する溶液を用いることで、金属塩含有溶液と接触した際に凝集体が迅速且つ確実に形成されるようになる。
【００３６】
上記の金属イオンは、金属塩として金属塩含有溶液に溶解する。例えば、好適な金属イオンの塩化物塩、臭化物塩、ヨウ化物塩、硫酸塩、炭酸塩、硝酸塩、リン酸塩、等の金属塩が溶解した溶液が用いられる。
【００３７】
金属塩含有溶液は、通常水が溶媒として用いられるため、金属塩は水溶性であることが望ましい。そのため、主に上記金属イオンの塩化物塩、臭化物塩、ヨウ化物塩が好適に用いられ、特に塩化物塩が好適である。塩化物塩としては、塩化カルシウム、塩化マンガン、塩化鉄、塩化コバルト、塩化ニッケル、塩化銅等が例示できる。
【００３８】
金属塩含有溶液は、凝集体の形成が迅速且つ確実に行われることから、金属塩の濃度が０．１〜５ｍｏｌ／ｌであることが好ましく、０．５〜２ｍｏｌ／ｌであることがより好ましい。
【００３９】
以下、本実施形態に係る焼成凝集体の製造方法について、図面を参照しつつ詳述する。
【００４０】
本実施形態に係る焼成凝集体の製造方法は、ガラスフリット、研磨粒子及び水溶性の多糖類を含有するスラリーを金属塩含有溶液と接触させて得られる凝集体を焼成することを特徴とする。本実施形態に係る製造方法では、例えば、スラリーを金属塩含有溶液に滴下して接触させることで、球状の凝集体を得て、当該凝集体を焼成することで球状の焼成凝集体を得ることもできる。また、別法として所定の形状の凹部に注入されたスラリーを金属塩含有溶液と接触させて所定の形状を有する凝集体を得て、当該凝集体を焼成することで所定の形状を有する焼成凝集体を得てもよい。
【００４１】
スラリーを金属塩含有溶液に滴下して得られる凝集体を焼結する製造方法では、従来の方法では製造困難であった、内部が密に充填された平均粒経が３００μｍ〜５ｍｍである焼成凝集体を、簡便に製造することができる。
【００４２】
このような製造方法においては、ガラスフリット、研磨粒子及び水溶性の多糖類を含有するスラリーを金属塩含有溶液に滴下すると、水溶性の多糖類が金属塩含有溶液由来の金属イオンと瞬時にイオン交換して不溶性の塩を形成し、液滴の球体を保持したままゲル化が進行する。通常は、滴下後金属塩含有溶液中で凝集体を数時間放置して充分にゲル化を進行させる。そして得られた凝集体を蒸留水等で洗浄して乾燥を行い、ガラスフリットが融解する温度域で加熱して球状凝集体を焼成し、焼成凝集体を製造する。
【００４３】
なお、金属塩含有溶液中で得られた凝集体中、不溶性の多糖類の塩は、スラリー調製時に用いた溶媒又は金属塩含有溶液の溶媒（通常は、水）で膨潤したヒドロゲルとなっており、当該ヒドロゲルに研磨粒子とガラスフリットが捕捉されていると考えられる。以下、このような凝集体を湿潤凝集体と称する。図６の（ａ）に、ヒドロゲルである膨潤多糖類塩１１３と、当該膨潤多糖類塩１１３に捕捉された研磨粒子１１１及びガラスフリット１１２からなる湿潤凝集体１０８の模式断面図を示す。
【００４４】
また、上記湿潤凝集体を乾燥させたものを、乾燥凝集体と称する。乾燥凝集体では、溶媒をほとんど含有しない多糖類塩からなる乾燥ゲルに、研磨粒子とガラスフリットが捕捉されていると考えられる。乾燥凝集体は、湿潤凝集体と比較して、粒径が小さく、研磨粒子とガラスフリットが密に充填している。図６の（ｂ）に、乾燥多糖類塩１１４と、当該乾燥多糖類塩１１４に捕捉された研磨粒子１１１及びガラスフリット１１２からなる乾燥凝集体１１０の模式断面図を示す。
【００４５】
図６の（ｃ）に、乾燥凝集体を焼成して得られる焼成凝集体１２０の模式断面図を示す。焼成凝集体１２０では、乾燥凝集体１１０におけるガラスフリット１１２が融着して密な構造を有するガラスマトリックス１１５となり、当該ガラスマトリックス１１５中に研磨粒子１１１が保持されている。乾燥多糖類塩１１４は焼結時に焼失し、焼成凝集体１２０中にはほぼ残存しない。また、ガラスフリットが凝集収縮する。このため、焼成凝集体１２０は乾燥凝集体１１０と比較して粒径が小さくなる。なお、図６には示されていないが、乾燥多糖類塩１１４が金属塩である場合、焼成凝集体１２０中には、乾燥多糖類塩１１４由来の金属が含有される場合がある。すなわち、場合により、上記金属塩含有溶液に含有される金属イオン由来の金属が、焼成凝集体１２０中に含まれる。
【００４６】
上記の製造方法において、通常、スラリーはガラスフリットと研磨粒子とを均一に混合した後、当該混合物を多糖類含有溶液に加えて調製される。このように調製することで、スラリー中でガラスフリットと研磨粒子が均一に分散し、内部が均一である凝集体を作製しやすくなる。また、この方法で調製すると、多糖類含有溶液の粘度調整を行うことでスラリーの粘度が推測しやすくなり、スラリーの粘度を容易に変更できる。なお、スラリーの粘度を適切に調整することで湿潤凝集体が安定的に成形される。
【００４７】
ここで多糖類含有溶液に使用される溶媒としては、水溶性の多糖類が溶解する溶媒である必要があり、水が好ましい。多糖類含有溶液としては、容易に入手でき、扱いやすいためアルギン酸ナトリウム水溶液が最も好適であるが、ナトリウムの混入を嫌う場合にはアルギン酸アンモニウムも使用できる。多糖類塩含有溶液において、多糖類の塩の配合量は、多糖類塩含有溶液の全質量基準で、好適には０．１〜１０質量％であり、さらには０．５〜８質量％であり、特には１〜５質量％であることが好ましい。
【００４８】
ここでスラリーの粘度は、好適には１〜５０００ｍＰａ・ｓに調製されることが好ましいが、必要な粒経に応じて適宜選択される。スラリーの粘度が上記範囲内であると、液滴が安定性に優れるため、金属塩含有溶液に滴下された際に凝集体が球状に安定的に成形される。なお、スラリーの粘度は、多糖類含有溶液における多糖類濃度が高いほど上昇する傾向にあり、多糖類濃度が低いほど低下する傾向にある。また、スラリーにおけるガラスフリット及び研磨粒子の合計含有量が多いほど上昇する傾向にあり、ガラスフリット及び研磨粒子の合計含有量が少ないほど低下する傾向にある。また、アルギン酸の構成要素である、マンヌロン酸部とグルロン酸部の数の比はＭ／Ｇ比と呼ばれ、これが低い方が粘度は上昇する。この現象はスラリー粘度を調整する要素として考慮できるが、そのＭ／Ｇ比の範囲は本発明においては限定されるものではない。
【００４９】
スラリーの滴下方法としては、ノズル滴下、噴射器、インクジェット法等による滴下等公知の液滴作製技術を使用することができるが、狭い粒径分布の焼成凝集体を得るためには均一な液滴を連続して形成できる方法が好ましい。また、液滴の粒経を適宜調整可能な滴下方法によってスラリーの滴下を行うことで、所定の平均粒径を有する焼成凝集体が簡便に得られる。さらに、スラリーにおけるガラスフリットと研磨粒子の比重差が大きい場合、充分に攪拌しながら滴下を行うことで、均一な内部構造を有する焼成凝集体が得られる。
【００５０】
金属塩含有溶液は、多糖類と塩を形成して不溶性ゲルを生成し得る金属イオンを含有する。好適には塩化カルシウム水溶液、塩化マンガン水溶液、塩化コバルト水溶液、塩化ニッケル水溶液、塩化銅水溶液等が使用され、これらの金属塩含有溶液には、凝集体を着色するための着色剤が含有してもよい。
【００５１】
スラリーを滴下する際、ゲル化が完全に進行するまでの湿潤凝集体内部の研磨粒子の分散状態の均一化を図るために、球状の湿潤凝集体が浮遊している金属塩含有溶液をスターラー等で攪拌することが好ましい。また、スラリーの滴下により得られた湿潤凝集体は、ゲル化が十分に進行するまで金属塩含有溶液中に所定の時間浸漬させることが好ましい。ここで、浸漬させる時間は、スラリーの組成比や金属塩含有溶液の濃度によって異なるが、通常、室温で０．１〜３０時間、好ましくは室温で０．１〜３時間浸漬させる。
【００５２】
金属塩含有溶液中に形成された湿潤凝集体は、金属塩含有溶液中から取り出した後、蒸留水で洗浄し、乾燥した後に、焼成することが好ましい。乾燥に際しては、凝集体が急激な変形を生じない程度に加熱してもよく、例えば、５０〜８０℃で加熱乾燥（例えば、５〜１２時間）を行うことができる。乾燥時は湿潤凝集体の粒を静置しても連続的に転動撹拌してもよい。また、焼成は、凝集体中に含有されるガラスフリットの少なくとも一部が軟化する温度域で行う。焼成温度は、ガラスフリットの軟化点により適宜選択できるが、研磨粒子の軟化、溶融、分解等を抑制しつつガラスフリットを軟化させることが好ましい。このような焼成温度は、研磨粒子の分解温度あるいはガラスフリットの軟化点に依存し、通常５００〜１５００℃が選択される。例えば、研磨粒子がダイヤモンドの場合には、好ましくは６５０〜７５０℃である。焼成時もまた、乾燥凝集体の粒を静置しても連続的に転動撹拌してもよい。焼成時に凝集体の粒同士が融着するのを防ぐために、ガラスの軟化点又は融点よりも高い融点をもつ、アルミナ等の粉末を凝集体の表面に付着させておくこともできる。
【００５３】
上記工程を備える製造方法では、スラリーの濃度や粘度、滴下装置のノズル径や滴下速度等を調整することにより、非常に狭い範囲の粒度分布で目的のサイズの焼成凝集体を得ることができる。また、均一な形状の焼成凝集体を、連続して多量に製造することができる。
【００５４】
焼成凝集体の製造方法の一実施形態の工程図を図３に示す。第１混合工程Ｓ１では、水溶性の多糖類と蒸留水とを混合する。第２混合工程Ｓ２では、Ｓ１で得た混合溶液と、研磨粒子とガラスフリットとを混合し、スラリーを得る。接触工程Ｓ３では、Ｓ２で得たスラリーを、例えば金属塩含有溶液への滴下により、金属塩含有溶液に接触させる。Ｓ３では、Ｓ２で得たスラリーと金属塩含有溶液との接触により、湿潤凝集体が生じる。ゲル化工程Ｓ４では、Ｓ３で生じた湿潤凝集体を、金属塩含有溶液と所定の時間接触させることにより、湿潤凝集体内部まで充分にゲル化を進行させる。洗浄工程Ｓ５では、Ｓ４を経て得られた湿潤凝集体を、蒸留水で洗浄する。ここで洗浄方法としては、例えば、湿潤凝集体を蒸留水中に分散させて攪拌等を行うことで洗浄することができる。乾燥工程Ｓ６では、湿潤凝集体を乾燥させて乾燥凝集体を得る。乾燥方法としては、特に制限はなく、例えばオーブン中で５０〜８０℃で加熱して乾燥凝集体を得ることができる。なお、乾燥凝集体は、湿潤凝集体と比較して保持される水分量が少なければ、多少の水分を含有していてもよい。焼成工程Ｓ７では、乾燥凝集体を焼成して焼成凝集体を得る。焼成は、例えば、電気炉中で５００〜１５００℃に加熱することで行うことができる。
【００５５】
また、焼成凝集体の製造方法の一実施形態の模式図を、図４と図５に示す。
【００５６】
この実施形態においては、攪拌器２１を備える容器２０に、蒸留水１０１を所定量入れ、攪拌しながら水溶性の多糖類１０２を加え、多糖類含有水溶液１０３を得る。次いで、多糖類含有水溶液１０３に、攪拌しながらガラスフリット１０４及び研磨粒子１０５を加える。ここで、ガラスフリット１０４と研磨粒子１０５は同時に加えても、順次加えてもよい。ガラスフリット１０４と研磨粒子１０５を加えた後、充分に攪拌し、スラリー１０６を得る。
【００５７】
次いで、スラリー１０６を、流量コントロールポンプ２２により一定流量で定量吐出ユニット２３に送り、定量吐出ユニット２３から液滴状に吐出させることで、金属塩含有水溶液１０７に滴下する。ここで、流量コントロールポンプ２２の制御によりスラリー１０６の滴下速度を所望の値にすることができる。また、定量吐出ユニット２３により、スラリー１０６の滴下時の液滴の大きさを適宜調整することができる。ここでスラリー１０６の液滴の大きさを調整することで、焼成凝集体の粒経を自由に調整することができる。金属塩含有水溶液１０７に滴下されたスラリー１０６がゲル化し、湿潤凝集体１０８が得られる。ここで、金属塩含有水溶液１０７の容器２４は、攪拌器２５を備えることが好ましく、スラリー１０６の滴下中、攪拌器２５により金属塩含有水溶液１０７が攪拌されていることが好ましい。これにより、湿潤凝集体のゲル化が未熟な段階においてもゲル内部でのスラリーの沈降を防ぎ、組成の偏りが生じるのを防ぐため、一層均一な粒径及び構造を有した焼成凝集体が得られる。スラリー１０６の滴下後、湿潤凝集体１０８は金属塩含有水溶液１０７中で内部まで充分にゲル化を進行させる。
【００５８】
次に、湿潤凝集体１０８を、蒸留水１０９中に分散させ洗浄する。洗浄後、湿潤凝集体１０８を乾燥用ヒータ２８により加熱し、乾燥させて乾燥凝集体１１０を得る。そして、乾燥凝集体１１０を焼成用ヒータ２９により焼成し、焼成凝集体１２０を得る。
【００５９】
以下、本実施形態に係る研磨材組成物及び研磨材物品について詳述する。
【００６０】
本実施形態に係る焼成凝集体は、被覆研磨材製品、接着研磨材製品（ガラス質、樹脂状および金属の研削ホイール、カットオフホイール、マウンテッドポイント、ホーニング砥石等を含む。）、不織研磨材製品、研磨材ブラシなどの従来の研磨材製品中で使用することができる。また、そのまま溶液等に分散させて遊離研磨材として使用することもできる。この場合、研磨化合物（例えば、ポリッシングコンパウンド）、ミリング媒体、ショットブラスト媒体、振動ミル媒体等のスラリーを用いる研磨材用途に用いることができる。
【００６１】
また、焼成凝集体とバインダー樹脂とを含有させることで研磨材組成物が提供されるが、この研磨材組成物は、研磨材物品の製造に有用である。すなわち、当該研磨材組成物を用いることにより、バッキングと、該バッキングの少なくとも一方の主面上に複数形成され、研磨材組成物からなる研磨材複合体とを備える、研磨材物品が提供される。このような研磨材物品は、焼成凝集体の内部が密に充填された構造であることに起因して、優れた研磨性能を有する。ここで、バインダー樹脂は、複数の焼成凝集体を互いに接合し、保持する。このようにバインダー樹脂で焼成凝集体が保持された研磨材組成物を用いた研磨材物品によれば、スラリーとして用いる場合に研磨に供されず廃棄される焼成凝集体が多かった点が問題であったところ、焼成凝集体の損失を低減することができ、効率良く研磨を行うことが可能となる。
【００６２】
バインダー樹脂としては熱硬化性樹脂が好適であり、フェノール樹脂、アミノプラスト樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、エチレン系不飽和樹脂、アクリル化イソシアヌレート樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、イソシアヌレート樹脂、アクリル化ウレタン樹脂、アクリル化エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂等が用いられる。これらは複数組み合わせて使用してもよい。
【００６３】
また、研磨材組成物は、繊維、潤滑剤、湿潤剤、チキソトロープ材料、界面活性剤、顔料、染料、帯電防止剤（例えば、カーボンブラック、酸化バナジウム、グラファイトなど）、カップリング剤（例えば、シラン、チタネート、ジルコアルミネートなど）、可塑剤、懸濁剤等の添加剤も含んでもよく、これらの添加剤は所望の特性をもたらすように適宜含有量を調整して使用する。
【００６４】
本実施形態に係る研磨物品は、バッキングと、該バッキングの少なくとも一方の主面上に複数形成され、研磨材組成物からなる研磨材複合体とを備える。
【００６５】
上記研磨材物品の一実施形態を図１及び図２に示す。図１は、バッキング１４上に形成された複数の研磨材複合体１１を有する研磨材物品１０の斜視図である。研磨材複合体１１は、バインダー樹脂中に分散した複数の焼成凝集体を含有する。また、図２は研磨材物品１０の上面図である。ここで、研磨材複合体１１はひし形であり、研磨材複合体１１は規則的にバッキング１４上に形成されている。このように規則的に研磨材複合体１１が形成されることで、研磨材物品１０による研磨性能が均一なものとなる。
【００６６】
また、研磨材複合体１１は、互いに分離することが好ましい。このように分離することによって、研磨材複合体１１間を流体媒体が自由に流れることができる。このように研磨複合体１１間を流体媒体が自由に流れることが可能となるように設計されることで、研磨材物品１０は優れた表面仕上げ性を有する。なお、研磨材複合体１１間のスペースは、以下「ランドエリア」と称する場合がある。
【００６７】
研磨材物品１０は、上面から観測して１ｃｍ２当りに５個以上の研磨材複合体１１を備えることが好ましく、１ｃｍ２当り１００個以上の研磨材複合体１１を備えることがより好ましい。
【００６８】
研磨材複合体１１の高さは、一定であることが好ましいが、研磨材複合体１１が互いに異なる様々な高さを有してもよい。研磨材複合体１１の高さとしては１０〜２５０００μｍが好ましく、２５〜１５０００μｍがより好ましく、１００〜１００００μｍがさらに好ましく、１０００〜８０００μｍが特に好ましい。
【００６９】
研磨材複合体の形状は、様々な形状とすることができ、立方体、ブロック、円筒、角柱、直方体、角錐、切頭角錐、円錐、切頭円錐、従事、平坦な上面を有する柱、半球形等の形状でバッキング上に形成することができる。研磨材物品は、これら形状の異なる研磨材複合体をそれぞれ複数有してもよい。
【００７０】
バッキングは、研磨材複合体を支持する機能を果たす。バッキングとしては、得られる研磨材物品が長寿命となるように強靭で耐久性に優れたものが好ましく、ポリマーフィルム、紙、バルカナイズドファイバー、成形または注型エラストマー、処理不織バッキング、処理織物等が挙げられる。ポリマーフィルムとは、例えば、ポリエステルフィルム、コポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム、ポリアミドフィルム等である。
【００７１】
バッキングは、充填剤、繊維、染料、顔料、湿潤剤、カップリング剤、可塑剤などの添加剤を含むことができ、ＤｕＰｏｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ（デラウェア州Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ）より入手可能な織物ＮＯＭＥＸＴＭＴＭなどの補強スクリムや織物を含んでもよい。
【００７２】
場合によっては、研磨材複合体と一体的に成形されたバッキング、すなわち、織物などのバッキングに研磨材複合体複合体を別個に取り付ける代わりに、研磨材複合体と隣接させて直接成形したバッキングが好ましい。研磨材複合体を成形した後で研磨材複合体の裏側の上にバッキングを成形または注型してもよく、複合体とバッキングを同時に成形または注型することもできる。このようなバッキングは、通常、熱又は放射線硬化性の熱可塑性又は硬化性樹脂から成形される。ここで熱硬化性樹脂として好ましくは、フェノール樹脂、アミノプラスト樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、エチレン系不飽和樹脂、アクリル化イソシアヌレート樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、イソシアヌレート樹脂、アクリル化ウレタン樹脂、アクリル化エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、及びこれらの混合物が挙げられる。また、熱可塑性樹脂として好ましくは、ポリアミド樹脂（例えばナイロン）、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂（ポリウレタン−尿素樹脂を含む）等が挙げられる。これらのうち、ポリエステルポリオールまたはポリエーテルポリオールとイソシアネートの反応生成物から誘導されるポリウレタンは、耐久性に優れるため、好適である。
【実施例】
【００７３】
（実施例１〜１６）
ガラスフリットとしてＢＡ３５１（日本山村硝子社製商品名、Ｂｉ系低融点ガラス、軟化点５９８℃）、ＬＦＺ８０（日本山村硝子社製商品名、Ｚｎ−Ｂ系低融点ガラス、軟化点５８０℃）、４７２４（Ｓ）、４７２４（３０μｍ）（日本琺瑯釉薬社製商品名、ホウ珪酸系低融点ガラス、軟化点６２０℃）、ＰＣＳ（日本琺瑯釉薬社製商品名、リン酸系低融点ガラス、軟化点６８０℃）、研磨粒子（ダイヤモンド粒子）としてＬＳ６ＢＸＴ １／２−１、ＬＳ６ＢＸＴ ６−１１、ＬＳ６ＢＸＴ ２２−３６（ＬＡＮＤＳ ＰＲＯＤＵＣＴＳ製）、ＲＪＫ−１Ｃ３Ｍ（ＧＥ Ｍｉｃｒｏｎ ＰＲＯＤＵＣＴＳ社製）を、表１に記載の配合量で混合し、１ｗｔ％アルギン酸ナトリウム水溶液８ｇ中に分散させた。スラリー上の分散液を、ノズル径５００μｍの滴下装置を用いて１０ｗｔ％塩化カルシウム水溶液に滴下し、自然に形成される球状ゲルを８０℃で一晩乾燥し、それぞれガラスフリットの軟化点付近の温度（７００〜７５０℃）で加熱を行い、実施例１〜１６の焼成凝集体を得た。得られた焼成凝集体の色及び形状は、表１に記載のとおりであった。
【００７４】
（実施例１７〜２４）
ガラスフリットと研磨粒子を表１に記載の配合量で混合し、１ｗｔ％アルギン酸ナトリウム水溶液３ｇ中に分散させた以外は、実施例１と同様にして、実施例１７〜２４の焼成凝集体を得た。得られた焼成凝集体の色及び形状は、表１に記載のとおりであった。
【００７５】
（実施例２５）
ガラスフリットと研磨粒子を表１に記載の配合量で混合し、１ｗｔ％アルギン酸アンモニウム水溶液８ｇ中に分散させた以外は、実施例１と同様にして、実施例２５の焼成凝集体を得た。得られた焼成凝集体の色及び形状は、表１に記載のとおりであった。
【００７６】
実施例１〜２５の焼成凝集体について、耐荷重試験を行った。耐荷重試験は、簡易的に、量りの上に焼成凝集体を一粒静置して、凝集体に対し徐々に荷重をかけ、破壊されたときの目盛りを読み取ることで行った。耐加重試験の結果は、表１に記載のとおりであった。
【００７７】
【表１】
【００７８】
実施例１〜２５はいずれも球状の湿潤凝集体、乾燥凝集体、および焼成凝集体を良好に形成した。電子顕微鏡にて表面および断面を観察したところ、焼成凝集体内部までダイヤモンド粒子は均一に分散し、構造は緻密であった。ガラスフリットとダイヤモンドの粒子の粒径、およびガラスフリットの焼成温度等の組み合わせによって最適条件は異なるが、上記方法は球状の焼成凝集体製造の方法として汎用性があり、焼成凝集体間で均一、かつ緻密な構造の焼成凝集体を得る方法として有用であることが確認できた。
【００７９】
（実施例２６〜２８）
研磨粒子としてダイヤモンド粒子（ＬＡＮＤＳ １／２−１ｕｍ）、ガラスフリットとしてＰＣＳ（リン酸塩系低融点ガラス）を用いた。この粉末をアルギン酸ナトリウム水溶液（１ｗｔ％）中に分散させた。重量比はダイヤモンド：ＰＣＳ：アルギン酸ナトリウム水溶液＝１：１：８である。このスラリーを実施例２８では、ラボスポイト（口径約１ｍｍ）を用いて、実施例２６及び実施例２７ではサンエイテック製微小吐出ディスペンサー（使用ノズル径２３Ｇ＝０．３４ｍｍ）を用いて、それぞれ塩化カルシウム水溶液（１０ｗｔ％）に滴下し、得られた湿潤凝集体を乾燥、焼成して、焼成凝集体を得た。なお、実施例２６では、吐出時間３．０ｍｓｅｃ、Ａｉｒ圧０．０１５ＭＰａ、ディスペンスニードルストローク３ｍｍとし、実施例２７では、吐出時間３．０ｍｓｅｃ、Ａｉｒ圧０．０１５ＭＰａ、ディスペンスニードルストローク１．５ｍｍとした。得られた焼成凝集体を、電子顕微鏡（ＯＬＹＭＰＵＳ製、ＢＸ５１）および顕微鏡に付属しているソフトウエア（ＦＬＶＦＳ−ＦＩＳ （ＸＤ２００））にて球径を測定し、分布を求めた。測定結果を表２に示す。
【００８０】
【表２】
【符号の説明】
【００８１】
１０…研磨材物品、１１…研磨材複合体、１２…研磨材複合体の上面部、１４…バッキング、２０、２４、２６…容器、２１、２５、２７…攪拌器、２２…流量コントロールポンプ、２３…定量吐出ユニット、２８…乾燥用ヒータ、２９…焼成用ヒータ、１０１、１０９…蒸留水、１０２…水溶性の多糖類、１０３…多糖類含有水溶液、１０４…ガラスフリット、１０５…研磨粒子、１０６…スラリー、１０７…金属塩含有水溶液、１０８…湿潤凝集体、１１０…乾燥凝集体、１１１…研磨粒子、１１２…ガラスフリット、１１３…膨潤多糖類塩、１１４…乾燥多糖類塩、１１５…ガラスマトリックス、１２０…焼成凝集体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスフリット、研磨粒子及び水溶性の多糖類を含有するスラリーを金属塩含有溶液と接触させて得られる凝集体を焼成する、焼成凝集体の製造方法。
【請求項２】
前記スラリーを前記金属塩含有溶液に滴下して接触させる、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記水溶性の多糖類は、多糖類の塩である、請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記多糖類の塩は、一価のカチオンを含有する塩である、請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記スラリー中の前記水溶性の多糖類の濃度は、０．３〜５質量％である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項６】
前記スラリーは、５〜２０質量％のガラスフリット、５〜２０質量％の研磨粒子、０．１〜１質量％の水溶性の多糖類、及び、３０〜８０質量％の水を含有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項７】
前記水溶性の多糖類は、アルギン酸又はその塩である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項８】
前記金属塩含有溶液は、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｍｎ２＋、Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋、Ｃｏ２＋、Ｃｏ３＋、Ｎｉ２＋、Ｃｕ２＋、Ａｌ３＋及びＣｒ３＋からなる群より選ばれる少なくとも１種の金属イオンを含有する溶液である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項９】
前記金属塩含有溶液は、金属塩を１〜２０質量％含有する金属塩含有溶液である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記研磨粒子は、ダイヤモンド粒子である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記ガラスフリットは、低融点ガラスフリットである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１２】
ガラスフリット、研磨粒子及び多糖類の塩を含有するスラリーを金属塩含有溶液と接触させて得られる凝集体を焼成してなる、焼成凝集体。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の製造方法により製造された焼成凝集体と、バインダー樹脂とを含有する、研磨材組成物。
【請求項１４】
バッキングと、該バッキングの少なくとも一方の主面上に複数形成され、請求項１３に記載の研磨材組成物からなる研磨材複合体と、を備える、研磨材物品。
【請求項１】
ガラスフリット、研磨粒子及び水溶性の多糖類を含有するスラリーを金属塩含有溶液と接触させて得られる凝集体を焼成する、焼成凝集体の製造方法。
【請求項２】
前記スラリーを前記金属塩含有溶液に滴下して接触させる、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記水溶性の多糖類は、多糖類の塩である、請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記多糖類の塩は、一価のカチオンを含有する塩である、請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記スラリー中の前記水溶性の多糖類の濃度は、０．３〜５質量％である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項６】
前記スラリーは、５〜２０質量％のガラスフリット、５〜２０質量％の研磨粒子、０．１〜１質量％の水溶性の多糖類、及び、３０〜８０質量％の水を含有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項７】
前記水溶性の多糖類は、アルギン酸又はその塩である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項８】
前記金属塩含有溶液は、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｍｎ２＋、Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋、Ｃｏ２＋、Ｃｏ３＋、Ｎｉ２＋、Ｃｕ２＋、Ａｌ３＋及びＣｒ３＋からなる群より選ばれる少なくとも１種の金属イオンを含有する溶液である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項９】
前記金属塩含有溶液は、金属塩を１〜２０質量％含有する金属塩含有溶液である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記研磨粒子は、ダイヤモンド粒子である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記ガラスフリットは、低融点ガラスフリットである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１２】
ガラスフリット、研磨粒子及び多糖類の塩を含有するスラリーを金属塩含有溶液と接触させて得られる凝集体を焼成してなる、焼成凝集体。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の製造方法により製造された焼成凝集体と、バインダー樹脂とを含有する、研磨材組成物。
【請求項１４】
バッキングと、該バッキングの少なくとも一方の主面上に複数形成され、請求項１３に記載の研磨材組成物からなる研磨材複合体と、を備える、研磨材物品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−４５９３８（Ｐ２０１１−４５９３８Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９４２７８（Ｐ２００９−１９４２７８）
【出願日】平成２１年８月２５日（２００９．８．２５）
【出願人】（５０５００５０４９）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (2,080)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２５日（２００９．８．２５）
【出願人】（５０５００５０４９）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (2,080)
【Ｆターム（参考）】
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