(57)【要約】  【課題】  非金属介在物の存在の悪影響を低減して、表面を十分に平坦にすることができる鏡面研磨用の金属素材を提供する。  【解決手段】  金属素材中の非金属介在物の存在割合を０．０５％以下とする。非金属介在物の存在量を低濃度に制御して、非金属介在物の悪影響を低減させ、十分な平坦度を得る。金属素材の母材の硬度をビッカース硬さで１００以上とする。非金属介在物と母材との硬度差は小さくなり、隠れている非金属介在物の影響を低減させる。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧延によって製造された、表面研磨によって鏡面が形成される鏡面研磨用の金属素材において、素材中の非金属介在物の存在割合が０．０５％以下であることを特徴とする鏡面研磨用の金属素材。
【請求項２】
母材の硬度がビッカース硬さで１００以上であることを特徴とする請求項１記載の鏡面研磨用の金属素材。
【請求項３】
表面研磨によって鏡面が形成される鏡面研磨用の金属素材において、０．１％以上、０．８％以下の条件で圧延長手方向に伸びひずみが加えられていることを特徴とする鏡面研磨用の金属素材。
【請求項４】
表面に金属がめっきされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の鏡面研磨用の金属素材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＤ（Compact Disk），ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の光ディスクを大量に作製するためのスタンパ、各種電子機器内の反射鏡、超精密金型などを製造する際に、表面研磨によって鏡面が形成される鏡面研磨用の金属素材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ，ＤＶＤ等の光ディスクは、光ディスク用スタンパにピットが形成された情報記録面を樹脂基板に転写して製造される。ピットの長さ及び高さは極めて小さいので、スタンパの表面は高い平坦度が要求される。
【０００３】
従来、平坦度が高いスタンパを製造する方法として、めっき法が知られていた。研磨して十分に洗浄した平坦なガラス基板にレジストを塗布した後、ベーキング処理によってレジスト膜をガラス基板に密着させ、そのレジスト膜にニッケル（Ｎｉ）浴中で電鋳を行ってニッケル膜を成長させてスタンパを製造していた。
【０００４】
また、電鋳めっきを利用する方法とは異なり、圧延したニッケル板を研磨してスタンパを製造する方法（第１手法）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、圧延したニッケル板を材料として、その表面にラッピング処理を施した後に化学機械研磨を施し、その上にレジスト膜を形成して、スタンパを製造する技術が開示されている。
【０００５】
また、上記第１手法にめっき処理を加えたスタンパの製造方法（第２手法）が提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２には、圧延したニッケル板の表面に金属めっき（例えば、ＮｉＰ合金）を施し、その金属めっき層に化学機械研磨を施し、その上にレジスト膜を形成することにより、ニッケル圧延板に存在する圧延疵などの影響を抑制したスタンパを製造する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３５５７４９号公報
【特許文献２】国際公開第２００４／１０７３３５号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ニッケル圧延板を作製する場合、電気炉などで溶解された金属ニッケルを鋳造工程で凝固させてスラブを製造し、製造したスラブに鍛造及び圧延などの処理を施して薄板状に仕上げることが一般的である。このような工程で作製されるニッケル圧延板を使用してスタンパを作製した場合に、非金属介在物の存在割合（存在量）が研磨処理後の表面品質に大きな影響を与えることを、本発明者は知見した。この非金属介在物は、ニッケルの溶解及び精錬の段階で発生する酸化物が主成分であって、これが金属材料（母材）の内部に巻き込まれたものである。
【０００７】
特許文献１及び２は、このような非金属介在物の存在を全く考慮しておらず、表面の十分な平坦化を実現できないという問題がある。また、特許文献２において、ニッケル圧延板に多量の非金属介在物が存在している場合、金属めっき層が均一に形成されない、所謂ピンホールと呼ばれるめっき欠陥が発生し、極端な場合にはニッケル圧延板と金属めっき層との間の接合が脆弱となって研磨処理中に金属めっき層が剥がれるなどの問題がある。      
【０００８】
また、特許文献１の研磨処理にあっては、素材の一部を除去するため、素材内での残留応力分布のバランスが崩される。この結果、乗馬の鞍状に素材が反り返る現象が研磨処理後に発生するという問題がある。
【０００９】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、非金属介在物の存在の悪影響を低減して、表面を十分に平坦にすることができる鏡面研磨用の金属素材を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明の他の目的は、研磨処理後の残留応力を均一化できて、反りの発生を防止できる鏡面研磨用の金属素材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る鏡面研磨用の金属素材は、圧延によって製造された、表面研磨によって鏡面が形成される鏡面研磨用の金属素材において、素材中の非金属介在物の存在割合が０．０５％以下であることを特徴とする。
【００１２】
第１発明にあっては、金属素材中の非金属介在物の存在割合を０．０５％以下とする。よって、非金属介在物の存在量を低濃度に制御することにより、非金属介在物の悪影響は低減されて、十分な平坦度が得られる。
【００１３】
請求項２に係る鏡面研磨用の金属素材は、請求項１において、母材の硬度がビッカース硬さで１００以上であることを特徴とする。
【００１４】
表面上に存在する非金属介在物、及び、研磨処理中に新たに表面に出現する非金属介在物を皆無にすることは不可能である。また、研磨面の直下に隠れて存在する非金属介在物の研磨処理への影響も無視できない。そこで、第２発明にあっては、このような非金属介在物、特に研磨面の直下に隠れて存在する非金属介在物の影響を解消するために、母材の硬度を上げておく。具体的には母材の硬度をビッカース硬さで１００以上としておく。よって、非金属介在物と母材との硬度差は小さくなり、研磨を施した際に平坦度が確保され、隠れている非金属介在物の影響は低減されることになり、十分な平坦度が得られる。
【００１５】
請求項３に係る鏡面研磨用の金属素材は、表面研磨によって鏡面が形成される鏡面研磨用の金属素材において、０．１％以上、０．８％以下の条件で圧延長手方向に伸びひずみが加えられていることを特徴とする。
【００１６】
第３発明にあっては、表面に金属めっきが施された研磨処理前の素材に引張ひずみ、具体的には圧延後の母材に対して、０．１％以上、０．８％以下の圧延長手方向への伸びひずみを与えておく。よって、研磨処理後の残留応力が均一化して、板厚方向のひずみの均一性が得られ、反りは抑制される。
【００１７】
請求項４に係る鏡面研磨用の金属素材は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、表面に金属がめっきされていることを特徴とする。
【００１８】
第４発明にあっては、表面に金属めっきが施されていて、そのめっき層を研磨するようになるため、圧延中に生じた疵の影響を受けない。基板となる圧延板に多くの非金属介在物が存在していると、ピンホールと呼ばれるめっき欠陥が発生したり、極端な場合には圧延板とめっき層との接合が脆弱となってめっき層が剥がれる可能性があるが、第３発明では存在する非金属介在物が少ないため、このような事態は発生せず、ピンホール欠陥も少なく十分な平坦度が得られる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、金属素材中の非金属介在物の存在割合を０．０５％以下とするようにしたので、非金属介在物の悪影響を低減できて、十分な平坦度を得ることができる。この結果、非常に平坦精度に優れた光ディスク用スタンパ、電子機器内の反射鏡、超精密金型などを提供することが可能となる。また、これらの製品の製造時における歩留りを向上することができる。
【００２０】
また、本発明では、母材の硬度をビッカース硬さで１００以上とするようにしたので、表面だけでなく研磨面の直下に隠れて存在する非金属介在物の悪影響を低減できて、更に十分な平坦度を得ることができる。
【００２１】
また、本発明では、圧延後の母材に対して０．１％以上、０．８％以下の圧延長手方向への伸びひずみを与えておくようにしたので、研磨処理後の残留応力を均一化できて、板厚方向のひずみの均一性が得られ、反りを抑制することができる。
【００２２】
また、本発明では、表面に金属めっきを施すようにして、圧延中に生じた疵の影響を回避することができ、また、非金属介在物が少ないので、ピンホールと呼ばれるめっき欠陥が発生すること．極端な場合には金属めっき層が剥離することを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
前述した第１手法及び第２手法の問題点（表面の十分な平滑性の確保が困難）を解決するための本発明の手段である、非金属介在物の存在割合の抑制と、母材の硬度の規定とについて、以下に詳述する。
【００２４】
（非金属介在物の存在割合（材料の清浄度）の抑制に関して）
以下、材料の清浄度が研磨処理後の品質に与える影響を調査した結果（表１参照）と、その調査結果に基づく非金属介在物の存在割合の数値限定の理由とについて説明する。
【００２５】
素材は純ニッケルを用い、その素材は電気炉で溶解後、連続鋳造で製造したスラブから採取した。非金属介在物の影響を調査するために、連続鋳造スラブの長手方向の先頭位置、中央位置及び最終凝固位置のそれぞれから素材を採取した。最終凝固位置では非金属介在物の濃度が最も高く、中央位置では定常的な凝固が行われているために非金属介在物の濃度は低い。
【００２６】
また、連続鋳造スラブの長手方向の中央付近で採取した素材から更に二次用溶解用のスラブを採取し、真空中でアーク溶接（ＶＡＲ溶解）を行った。具体的には、直径１００ｍｍ，長さ２００ｍｍのＶＡＲ用の素材を採取し、これを電極とすることでＶＡＲ溶解に供した。このＶＡＲ溶解を施す理由は、非金属介在物の濃度を更に低減させるためである。      
【００２７】
連続鋳造スラブの３種類及びＶＡＲ溶解後の鋳片１種類の合計４種類の素材から、熱間鍛造によって厚さ６０ｍｍ，幅１００ｍｍの熱延スラブを製造した。製造した熱延スラブを１２００℃に加熱した後、熱間圧延により厚さ４ｍｍまで仕上げた。この段階で清浄度の評価用サンプルを採取した。各サンプルの熱延板を７５０℃で焼き鈍しした後、表面に発生したスケールを溶融塩及び酸洗により除去した。この後、厚さ１．００ｍｍで一度中間焼鈍を施した後、冷間圧延により厚さ０．９５ｍｍまで仕上げた。
【００２８】
冷延板の状態で採取した清浄度評価用のサンプルの圧延面を埋め込んで研磨し、清浄度を調査した。清浄度の評価は、ＪＩＳＧ０５５５の点算法に従って実施した。表１に各サンプルの清浄度の評価結果を示す。ニッケル中の非金属介在物は形態及び組成によっていくつかの種類に分類されているが、表１ではそれらの合計の数値を示している。
【００２９】
冷間圧延後の素材から直径１８０ｍｍの円盤状素材を切り出し、研磨試験を行った。研磨試験は、冷間圧延後そのままのものと表面にめっきを施したものとに対して行った。なお、めっき処理は、無電解で厚さ１０μｍのめっきとした。
【００３０】
各素材を定盤上に固定した後、ラッピング研磨、ポリッシング研磨及び化学機械研磨により仕上げまで研磨した。ラッピング研磨では、ニッケルめっきでダイヤモンド砥粒を固定した銅箔からなるダイヤモンドディスクを用いて行った。また、ポリッシング研磨は研磨油に懸濁したダイヤモンドスラリーで行った。さらに、化学機械研磨では、コロイダルシリカを懸濁したスラリーを用いた。定盤を１００ｒｐｍの速度で回転させてラッピングフィルムを各素材に押しつけることで研磨した。
【００３１】
研磨処理後の各素材について半径の１／２の位置（中心から７５ｍｍの位置）から平坦度評価用の試験片を採取し、ＡＦＭにより表面粗さを測定した。表面粗さの測定では、１００μｍ×１００μｍの範囲を対象とし、この中での平均粗さ（Ｒａ）を算出した。この算出結果を表１に示す。また、表１では、この平均粗さ（Ｒａ）が１０ｎｍ以下の場合には研磨性が良好であると判定して”○”で評価し、１０ｎｍを超える場合には研磨性が不良であると判定して”×”で評価している。
【００３２】
表１の結果から、清浄度が０．０５５％である素材のみが研磨性不良となっている。また、めっきを施した素材は、施さない素材に比較して更に良好な研磨を施すことが可能である。  したがって、素材中の非金属介在物の存在割合（清浄度）が０．０５％以下であれば、表面のめっきの有無に関係なく、研磨処理後の表面粗さは目標の１０ｎｍ以下になることが分かる。よって、非金属介在物の存在割合を０．０５％以下にすることにより、表面を十分に平坦化することができ、めっきを施すことによって更に良好となる。
【００３３】
素材中の非金属介在物の存在割合（清浄度）は、素材を直接研磨する場合も研磨処理後の表面状態に大きな影響を与える。この理由は、表面に出現した非金属介在物が研磨処理中に表面の平滑化に悪影響を及ぼすからである。つまり、非金属介在物は母材と硬さが異なるため、これらが混在しておれば必然的に研磨は不均一となって、研磨処理後の表面は平滑にならない。また場合によっては、延性に乏しい非金属介在物自体が、研磨処理中に破壊されて母材から剥離し、この剥離した非金属介在物が研磨のパッドによって素材に押しつけられる結果、研磨処理後の表面で平滑性が得られない。素材中の非金属介在物の存在割合（清浄度）が０．０５％を超える場合には、表面に出現する非金属介在物が多くなるため、研磨処理後に平坦で均一な表面が得られない。
【００３４】
なお、その存在割合（清浄度）が低くなればなるほど、表面の平坦度は向上するが、その反面、存在割合（清浄度）を低減するためのコストの上昇が避けられない。よって、素材中の非金属介在物の存在割合（清浄度）の下限は、経済的な背景を考慮して決定すれば良い。
【００３５】
研磨前の素材の表面（おもて面及び／またはうら面）に金属めっきを施すことは、圧延素材の表面に存在するロールマークなどの凹凸またはうねりを消去し、研磨処理後の表面形状を更に改善するために有効である。この金属めっきの厚さは特に限定されるものではないが、最低２μｍ程度の厚さがあれば表面の凹凸を消去できる。一方、その上限に関しては、あまり厚いめっきを施す場合にはめっき工程の時間が長くなって、コストの上昇を招くことになるため、経済的背景を考慮して決定すれば良いが、片面で２０μｍを超える厚さは不要である。
【００３６】
（母材の硬度に関して）
以下、母材の硬度が研磨処理後の品質に与える影響を調査した結果（表２参照）と、その調査結果に基づく母材の硬度の数値限定の理由とについて説明する。
【００３７】
上述したように連続鋳造スラブの長手方向の鋳片中央位置から採取した素材を元にして、厚さ１．００ｍｍで中間焼鈍を施した素材を得た。この素材から最小０．０２ｍｍから最大０．５ｍｍまで圧延し、母材の硬度を変化させた状態で上述した例と同様の手法にて研磨試験に供した。
【００３８】
圧延板の硬度は、その表面において荷重１ｋｇの条件としてビッカース硬さを測定した。この際、硬度測定は５点で行い、それらの平均値を算出した。その算出結果と、研磨処理後の平均粗さ（Ｒａ）及び平坦度の評価とを、表２に示す。なお、平均粗さ（Ｒａ）の求め方及び平坦度の評価基準は、上述した例と同様である。
【００３９】
表２の結果から、母材のビッカース硬さが１００以上である素材では良好な平滑度を有する表面が得られることが分かる。よって、母材のビッカース硬さを１００以上にすることにより、更に表面を十分に平坦化することができる。
【００４０】
母材の硬度は、研磨処理後の表面の平滑性に大きな影響を与える。母材の硬度が低くて軟らかい素材では、研磨工程またはその前後の工程での取扱いによって傷が付き易くなる。また、研磨のスラリーに異物が混入した際などに受ける損傷も、軟らかい素材では影響が大きくなる。このような点から、母材の硬度がビッカース硬さで１００未満の素材では、研磨の疵が大きくて残りやすい。よって、研磨に先立って加工硬化などの手法によって、母材の硬度をビッカース硬さで１００以上にしておく必要がある。なお、この硬度の上限については、硬度が上がるにつれて研磨が容易になるため、特に規定するものではない。
【００４１】
次に、前述した第１手法の問題点（反り発生）を解決するための本発明の手段である伸びひずみの印加について、以下に詳述する。
【００４２】
（圧延後の伸びひずみに関して）
以下、圧延後の伸びひずみが研磨処理後の品質に与える影響を調査した結果（表３参照）と、その調査結果に基づく伸びひずみの数値限定の理由とについて説明する。
【００４３】
素材として、ＳＵＳ３０４の成分を持つ幅５００ｍｍ，厚さ０．３ｍｍの冷間圧延されたコイルを使用した。このコイルに、テンションレベラーまたはストレッチャーにて、圧延長手方向に種々の伸びひずみを加えた。この伸びひずみの条件を表３に示す。そして、上述した例と同様の条件で研磨処理を施した。
【００４４】
研磨処理終了後に研磨板を定盤上に載置し、その一端を定盤に固定する。さらに幅５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのスペーサを定盤から浮き上がった研磨板のもう一端と定盤との間に挿入できるか否かを調べた。つまり、定盤上において研磨板の端に高さ０．５ｍｍ以上の反りが発生しているか否かを調べた。表３では、スペーサが挿入できない場合には０．５ｍｍ以上の反りが発生していないと判定して”○”で評価し、スペーサを挿入できた場合には０．５ｍｍ以上の反りが発生していると判定して”×”で評価している。
【００４５】
表３の結果から、伸びひずみを加えていない素材では０．５ｍｍ以上の反りが発生しており、０．１％以上の伸びひずみを加えている素材では０．５ｍｍ以上の反りが発生していない。よって、圧延後の素材の長手方向に０．１％以上の伸びひずみを加えておくことにより、反りの発生を抑制することができる。
【００４６】
圧延後の材料では、圧延における材料とロールとの摩擦係数の局所的変動などにより、残留応力が不均一に存在している。このような材料を研磨した場合、材料内でつり合っている残留応力のバランスを崩すことになり、研磨処理終了後に素材が大きく反り返る現象が発生することがある。
【００４７】
このような反りを抑制するためには、材料中に存在する残留応力を均一化してやれば良く、この均一化には母材に圧延方向の伸びひずみを加えることが有効である。但し、この伸びひずみの量が０．１％を下回ると、残留応力の有効な均一性が得られず、研磨処理後の母材に反りが発生する。一方、伸びひずみの量が０．８％を上回ると、伸びひずみを加える工程で材料に伸びひずみ方向と平行な方向のしわが発生して問題である。よって、この伸びひずみの量は０．１％以上、０．８％以下の範囲、特に、０．５％程度が適している。この結果は、純ニッケル板でも同様であった。
【００４８】
なお、上述した例では純ニッケル、ＳＵＳ３０４を材料として使用したが、これ以外に、工業用純チタン、オーステナイト系またはフェライト系のステンレス鋼、３６％または４２％のニッケルを含有する鉄−ニッケル合金、あるいは銅または銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの材料であっても、本発明の条件を満たしている場合には、純ニッケルの場合と同様の効果を奏することは勿論である。
【００４９】
【表１】
2006249536.tif 000002
【００５０】
【表２】
2006249536.tif 000003
【００５１】
【表３】
2006249536.tif 000004