(57)【要約】【課題】  精密な表面加工を可能にする磁性砥粒及びその製造方法を提供する。【解決手段】  ダイヤモンド粒子２上に磁性を有する無電解めっき層３が形成されている磁性砥粒１により、上記課題を解決した。この磁性砥粒１は、ダイヤモンド粒子２を、濃Ｈ２ＳＯ４／ＨＮＯ３を用いて親水化処理し、次いで、触媒付与・増感処理を行った後、無電解めっきを行い、ダイヤモンド粒子の表面に磁性を有する無電解めっき層３を形成することにより製造できる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンド粒子上に磁性を有する無電解めっき層が形成されていることを特徴とする磁性砥粒。
【請求項２】
前記ダイヤモンド粒子の平均粒径が１〜５μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁性砥粒。
【請求項３】
前記無電解めっき層の膜厚が１０〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁性砥粒。
【請求項４】
前記無電解めっき層が無電解マグネタイトめっき層又は無電解ニッケルめっき層であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁性砥粒。
【請求項５】
前記ダイヤモンド粒子は、前記磁性砥粒の使用に先立ち或いは使用初期において、当該ダイヤモンド粒子上に形成された無電解めっき層の一部が除去されてダイヤモンド粒子の表面が一部露出するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁性砥粒。
【請求項６】
ダイヤモンド粒子を、濃Ｈ２ＳＯ４／ＨＮＯ３を用いて親水化処理し、次いで、触媒付与・増感処理を行った後、無電解めっきを行い、前記ダイヤモンド粒子の表面に磁性を有する無電解めっき層を形成することを特徴とする磁性砥粒の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性砥粒及びその製造方法に関し、更に詳しくは、磁気研磨法等に利用される磁性砥粒及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気研磨法は、研磨作用を有する砥粒を磁場の作用により運動させて被加工物の表面を研磨する精密加工方法である。この磁気研磨法は、従来の機械加工では困難な部品の研磨を可能にする方法であり、例えば、複雑形状を有する部品の表面、工具が入らない穴の内面、工具が届かない管の内面等の研磨について一部実用化されている。
【０００３】
磁気研磨法で利用される研磨砥粒は、磁場の作用により被加工物に対して相対運動するものである。一般的には、磁性を有する研磨粒子を含む磁性砥粒や、磁性を有しない非磁性の研磨粒子と磁性を有する粒子との混合物からなる磁性砥粒が知られている。前者の場合は磁場により研磨粒子自体が運動するが、後者の場合は、磁場により運動するのは磁性を有する粒子であり、研磨粒子は磁性を有する粒子と共に運動して被加工物の表面を研磨する。したがって、後者の磁性砥粒は、磁性を有する粒子が磨耗して研磨屑になり易く、被加工物の表面が汚染されてしまう等の問題がある。
【０００４】
一方、前者の磁性砥粒にはそうした問題がなく、例えば、磁性粒子と研磨粒子との焼結体を粉砕した磁性砥粒や、磁性粒子の表面に研磨粒子を含有した無電解めっき皮膜を形成した磁性砥粒（例えば特許文献１を参照。）が報告されている。
【特許文献１】特開２００２−２６５９３３号公報（請求項３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に記載の磁性砥粒は、その体積の大部分が比重の高い磁性粒子で占められているので重くて大きな研磨効果を有するものの、より精密な研磨加工を行う際には、必要以上に被加工物の表面を研磨してしまうことから必ずしも好ましい研磨砥粒であるとは言えないものであった。
【０００６】
また、近年、次世代半導体や医療分野の製造プロセス等に用いられるスーパークリーンパイプ等においては、高精度の表面研磨が要求されている。しかし、現状の磁性砥粒では、精密研磨を被加工物の表面に施すことは難しいという問題があり、依然として上記の要求を十分に満たすことはできていない。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、より精密な表面研磨を行える磁性砥粒及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の磁性砥粒は、ダイヤモンド粒子上に磁性を有する無電解めっき層が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、優れた研磨粒子であるダイヤモンド粒子それ自体の上に磁性層としての無電解めっき層が形成された磁性粒子であるので、磁気研磨法に用いることのできる、高い研磨能力を有する磁性砥粒となる。なお、ダイヤモンドは比重の大きい従来の磁性砥粒に比べて軽量であるので、表面加工の際の磁性砥粒の動きが容易になり、複雑な形状を有する被加工物を容易に加工できるという利点がある。
【００１０】
本発明の磁性砥粒においては、前記ダイヤモンド粒子の平均粒径が１〜５μｍであることを特徴とする。この発明によれば、磁性砥粒の核体としてダイヤモンド粒子それ自体を用いるために、磁性砥粒の大きさを非常に小さくすることができ、より精密な表面加工が可能となる。
【００１１】
本発明の磁性砥粒においては、前記無電解めっき層が、無電解マグネタイトめっき層又は無電解ニッケルめっき層であることを特徴とする。特に磁気特性に優れた無電解マグネタイトめっき層であることが好ましい。この発明によれば、前記めっき層を形成することにより、磁気研磨法に適用できる磁性砥粒を提供できる。
【００１２】
さらに、本発明の磁性砥粒においては、前記ダイヤモンド粒子は、前記磁性砥粒の使用に先立ち或いは使用初期において、前記ダイヤモンド粒子上に形成された無電解めっき層の一部が除去されてダイヤモンド粒子の表面が一部露出するものであることを特徴とする。ダイヤモンド粒子表面に磁性を有する無電解めっき層が形成されるため、砥粒として機能するダイヤモンドの表面はその製造直後は無電解めっき層により覆われている。しかし、本発明の磁性砥粒の使用に先立ち或いは使用初期において、その磁性砥粒が相互に或いは他の物体と衝突を起すことにより、特にダイヤモンド粒子表面の凸部では無電解めっき層が除去され、研磨作用を発揮するダイヤモンド面が露出する。その結果、高い研磨作用を有する磁性砥粒として有効に用いることができる。
【００１３】
上記目的を達成するための本発明の磁性砥粒の製造方法は、ダイヤモンド粒子を濃Ｈ２ＳＯ４／ＨＮＯ３を用いて親水化処理し、次いで、触媒付与・増感処理を行った後、無電解めっきを行い、ダイヤモンド粒子の表面に磁性を有する無電解めっき層を形成することを特徴とする。この製造方法においては、上述したような優れた特性を有する磁性砥粒を比較的簡単な手法により製造できる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明の磁性砥粒によれば、極めて硬質で優れた研磨性能を有するダイヤモンド粒子に磁性を与えることができるので、軽量でかつ研磨性能に優れた磁性砥粒とすることができ、さらに、この磁性砥粒を用いて磁気研磨法による精密研磨を行うことができる。このため、被加工物の表面の精密加工が可能となると共に、複雑な形状を有する被加工物を容易に加工することができる。また磁性粒子の核体としてダイヤモンド粒子そのものを用いているために、使用によりその磁性粒子が磨損してしまうおそれもなく、長期間安定した特性を発揮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の磁性砥粒及びその製造方法について、図面に基づき詳細に説明する。
【００１６】
（磁性砥粒）
図１は、本発明の磁性砥粒の一例を示す模式断面図である。本発明の磁性砥粒１は、ダイヤモンド粒子２の表面上に磁性を有する無電解めっき層３が形成された構成を有している。なお、図１において、ダイヤモンド粒子２の表面は電解めっき層３で被覆されているが、本発明に係る磁性砥粒は、その使用に先立ち或いは使用初期において、ダイヤモンド粒子２上に形成された無電解めっき層３の一部が除去されることにより、核体となるダイヤモンド粒子２表面の凸部等が一部露出する。
【００１７】
ダイヤモンド粒子２は磁性砥粒１の中核をなす基体であり、人工、天然のいずれのものも用いることもできる。また、ダイヤモンド粒子２の粒径としては、加工対象である被加工物の材質や形状及びその被加工物への加工目的等に応じて適宜選定され得るが、粒径の大きなものは一般に高価なものとなり、また、超精密加工等の上からはある程度その粒径が小さいものが望ましい。こうした観点から、ダイヤモンド粒子２の平均粒径は、通常１〜５μｍ、より望ましくは１〜３μｍである。
【００１８】
ダイヤモンド粒子２の表面に形成される無電解めっき層３は、少なくとも磁場によりダイヤモンド粒子を運動させることができる磁気特性を有するものであればよい。無電解めっき層３の形成材料としては、例えばマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）等の鉄系の磁性材料、或いはニッケル又はニッケル合金からなる磁性材料であることが好ましい。ニッケル合金としては、Ｎｉ−Ｐ合金やＮｉ−Ｂ合金を好ましく挙げることができ、さらにそれらの合金中に他の元素が含まれるものであってもよい。
【００１９】
特にマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）が高い磁性を示すので望ましい。さらにそのマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）は、ダイヤモンド粒子２の表面に層として付着した場合よりも粒子として付着したものであることが望ましい。ダイヤモンド粒子の表面に粒子として付着したマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）は、ダイヤモンド粒子に確実に固着し、かつ磁性体として高い特性を発揮する。
【００２０】
無電解めっき層３の厚さは、磁気研磨用の磁性砥粒１に要求される磁気特性を確保できる厚さであればよく、したがってその厚さは、無電解めっき層３を形成する材料の種類に応じて適宜変化させることが望ましい。本発明においては、無電解めっき層３の形成材料として、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）、Ｎｉ−Ｐ合金、Ｎｉ−Ｂ合金等を好ましく挙げることができ、これらの材料からなる無電解めっき層３は、上述した１〜５μｍのダイヤモンド粒子２上に１０〜１００ｎｍ程度の厚さで形成されることが望ましい。より好ましくは、無電解めっき層３がダイヤモンド粒子上に部分的に形成されることであるが、部分的に形成されない場合であっても、上述したように、その使用に先立ち或いは使用初期において、ダイヤモンド粒子２上に形成された無電解めっき層３の一部が除去されることにより、核体となるダイヤモンド粒子２表面の凸部等が一部露出すればよい。なお、後述するように磁性砥粒１を磁性砥液の構成材料として用いる場合には、磁性砥液を構成する液状媒体の比重を考慮して、無電解めっき層３の厚さを調整する。
【００２１】
（磁性砥粒の製造方法）
本発明の磁性砥粒の製造方法として、無電解めっき法によって無電解めっき層をダイヤモンド粒子の表面に形成する方法について詳細に説明する。
【００２２】
本発明に係る磁性砥粒の製造方法は、先ず、ダイヤモンド粒子を濃Ｈ２ＳＯ４／ＨＮＯ３を用いて親水化処理する。ダイヤモンド粒子の表面は周知のように疎水性であるため、そのままでは無電解めっき液に浸漬した際にめっき液がダイヤモンド粒子の表面で濡れず（接触できず）、めっき層が形成され難い。このため、本発明においては、めっきの前処理として、ダイヤモンド粒子２の親水化処理を行う。
【００２３】
親水化処理液としては、濃Ｈ２ＳＯ４／ＨＮＯ３液が好ましく、その混合比としては、容積比で９：１程度が望ましい。そして、９０℃程度に保った濃Ｈ２ＳＯ４／ＨＮＯ３液中にダイヤモンド粒子を３０分間程度浸漬することにより、そのダイヤモンド粒子の表面を親水化処理することができる。
【００２４】
親水化処理後には、濾過や遠心分離等により親水化処理液とダイヤモンド粒子とを分離し、その後、分離されたダイヤモンド粒子を水等で十分に洗浄する。
【００２５】
次いで、親水化処理されたダイヤモンド粒子の表面に触媒を付与し、さらに増感処理を行う。この触媒付与・増感処理は、ガラスやプラスチック等の非金属の表面に無電解めっきを施す際に、めっきを付き易くするために一般に行われる触媒付与・増感処理と同様のものである。例えば、触媒付与・増感処理は、錫溶液、パラジウム溶液若しくは錫−パラジウム錯体溶液等を用いて、ダイヤモンド粒子の表面に金属元素又は金属錯体を吸着させ、さらに吸着させた金属元素又は金属錯体を酸化還元反応等によって活性な金属元素を表面に生成させるための処理である。
【００２６】
このようにして触媒付与・増感処理されたダイヤモンド粒子は、成膜後に磁気特性を有することになるイオン種を含む無電解めっき液に浸漬される。触媒付与・増感処理されたダイヤモンド粒子をめっき液に浸漬することにより、磁気特性を有する無電解めっき層を生成することができる。こうした無電解めっきの原理は、ダイヤモンド粒子表面に付着した触媒活性の金属元素（例えば、パラジウム）でめっき液中の還元剤が酸化され、その際に放出される電子によってめっき液中の磁性体となるイオン種が還元され、その結果、磁気特性を有する無電解めっき層が生成する。
【００２７】
なお、無電解めっき処理に際しては、個々のダイヤモンド粒子２の表面に所定厚さの無電解めっき層を形成できるように、めっき液中のダイヤモンド粒子を均一に分散させることが好ましく、具体的には、機械攪拌、エアー等のガス攪拌、超音波ホモジナイザー等による超音波攪拌等の攪拌手段を用いることが好ましい。
【００２８】
（磁性砥液）
本発明に係る磁性砥粒は、そのままの態様で例えば磁気研磨法等の精密加工用の砥粒として使用したり、液状媒体と共に磁性砥液として使用したりすることができる。
【００２９】
本発明の磁性砥粒を磁性砥液の構成材料として使用する場合には、無電解めっき層３の厚さを変えて磁性砥粒の重さを調整し、磁性砥液中での浮遊の程度や沈降の程度を調整することも可能である。
【００３０】
磁性砥液を構成する液状媒体は、磁性砥粒を自由に動き易くさせる媒体であればよく、被加工物の種類や磁性砥粒の比重等を考慮して適宜選定される。例えば、水、水性潤滑剤、油、油性潤滑剤等を用いることができる。また、磁性砥液中の磁性砥粒の含有量についても、加工用途や被加工物に応じて適宜調整される。
【００３１】
（磁性砥粒の使用）
本発明の磁性砥粒は、磁気研磨法による各種被加工物の精密加工への適用が期待でき、例えば、次世代半導体や医療分野の製造プロセス等に用いられるスーパークリーンパイプ等のように、精密研磨が要求される製品やパイプ内のような微小空間の高精度の研磨が要求される製品等の研磨に有効である。また、例えば、ハードディスク装置のハードディスク基板表面のテクスチャ加工への応用が挙げられる。また、例えば、半導体基板に銅配線を形成するダマシン工程で使用される化学的機械的研磨（ＣＭＰ）の代替工程としての応用が期待できる。ダマシン工程とは、絶縁膜上の配線溝にバリア層と銅めっき層を形成した後、表面の不要な銅を取り除く工程である。本発明の磁性砥粒は、こうした応用に限定されず、本発明の磁性砥粒の機能を発揮できる各種の用途に広く適用可能である。
【００３２】
図２は、本発明の磁気研磨法を実施するための磁気研磨装置の一例である。なお、本発明の磁性砥粒はこうした態様の磁気研磨装置への適用に限定されるものではない。
【００３３】
図２の磁気研磨装置は、被加工物である円管７１をその周方向に回転可能に支持する管支持部（図示せず）と、円管７１の外部に配置された磁極７２とから主に構成されている。
【００３４】
磁極７２は、例えば、その周方向に略９０°間隔で４個、ヨーク７３を介して配置されている。磁極７２が配置されたヨーク７３は、円管７１の軸方向に往復運動（例えば振幅）可能に設けられている。ヨーク７３が円管７１の軸方向に往復運動することにより、磁極７２が円管７１の軸方向に振幅することになる。磁極７２は、円管７１内に磁場を与えるものであり、永久磁石や電磁石が使用される。また、磁極７２の個数及び配置も任意に設定される。円管７１の内部に入れられた磁性砥粒７０は、円管７１内に付与された磁場で円管７１の内壁に引き寄せられる。この力が磁気研磨での加工力となり、磁性砥粒が円管７１の内壁を押圧して押圧力が発生する。
【００３５】
この状態で円管７１をその周方向に回転させると、磁性砥粒７０は円管７１の内面との間で相対運動し、円管内面が研磨される。なお、円管７１を回転させて研磨加工を行う場合について説明したが、円管７１を固定して磁極７２を回転させて研磨加工を行ってもよいし、円管７１と磁極７２の両方を回転させて研磨加工を行ってもよい。
【００３６】
本発明の磁気研磨法は円管の内面を研磨加工する場合に限定されず、本発明の磁性砥粒の機能を発揮できる上述した各種の用途に広く適用可能である。一例としては、既述したように、次世代半導体や医療分野の製造プロセス等に用いられるスーパークリーンパイプの内面等の研磨加工や、ハードディスク装置のハードディスク基板表面のテクスチャ加工への応用が期待できる。また、半導体基板に銅配線を形成するダマシン工程で使用される化学的機械的研磨（ＣＭＰ）の代替工程としての応用が期待できる。
【実施例】
【００３７】
以下に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。
【００３８】
（実施例１）
ダイヤモンド粒子として平均粒径２．１μｍのダイヤモンド粒子（トーメイダイヤ株式会社製）を用いた。まず、このダイヤモンド粒子の表面を親水化させるために、ダイヤモンド粒子を約９０℃に保たれた濃Ｈ２ＳＯ４／ＨＮＯ３(混合容積比９：１）中に３０分間浸漬し、その後、ダイヤモンド粒子を濾過により取り出し、十分に水洗した。
【００３９】
次いで、親水化処理されたダイヤモンド粒子を、(i)錫溶液（上村工業株式会社製、製品名：Ｓ−１０Ｘ）に１分間浸漬、(ii)１分間水洗、(iii)パラジウム溶液（上村工業株式会社製、製品名：Ａ−１０Ｘ）に１分間浸漬、(iv)１分間水洗、という(i)〜(iv)の操作を２回繰り返し、親水化したダイヤモンド粒子の表面を触媒付与・増感処理した。
【００４０】
無電解めっき液としては、Ｆｅ(ＮＯ３)３・９Ｈ２Ｏ：０．１ｍｏｌ／Ｌ（リットル。以下同じ。）、ジメチルアミンボラン：０．０３ｍｏｌ／Ｌ、グリシン：０．５ｍｏｌ／Ｌ、硝酸鉛：１ｍｇ／ｄｍ３を含み、アンモニアでｐＨ９．０に調整した無電解マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）めっき液を調製した。この無電解マグネタイトめっき液に、上記親水化処理及び触媒付与・増感処理を行ったダイヤモンド粒子を１．６ｇ／Ｌ添加し、めっき液温度：５０℃±１℃、めっき時間：３０分間、窒素攪拌の条件下で厚さ約１μｍとなるように無電解マグネタイトめっきを行い、実施例１の磁性砥粒を得た。
【００４１】
図３は、めっき処理前のダイヤモンド粒子の表面状態を示す走査電子顕微鏡写真（倍率25,000倍）であり、図４はＦｅ３Ｏ４めっき処理後のダイヤモンド粒子の表面状態を示す走査電子顕微鏡写真（倍率25,000倍）であり、図５はＦｅ３Ｏ４めっき処理後のダイヤモンド粒子の表面をさらに拡大した走査電子顕微鏡写真（倍率40,000倍）である。図４及び図５に示すように、無電解めっきによって、ダイヤモンド粒子の表面にマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）粒子が析出して厚さ約１μｍのめっき層が形成されていることがわかる。走査電子顕微鏡写真の結果から、Ｆｅ３Ｏ４は一般的なめっき層のような均一な層として成膜されているのではなく、ダイヤモンド粒子の表面に析出したマグネタイト粒子が積み重なって層状になっていることがわかった。こうした態様からなる磁性砥粒は、ダイヤモンド粒子の表面にマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）粒子が析出して層状に形成されているために磁性が強い。図６は、得られた磁性砥粒をＸ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて分析した結果である。
【００４２】
（実施例２）
ダイヤモンド粒子の表面に形成するめっき層を無電解Ｎｉ−Ｂめっき層とした以外は、ダイヤモンド粒子、親水化処理及び触媒付与・増感処理は上記実施例１と同じにして実施例２の磁性砥粒を作製した。
【００４３】
無電解Ｎｉ−Ｂめっき液は、硫酸ニッケル：０．１ｍｏｌ／Ｌ（リットル。以下同じ。）、ジメチルアミンボラン：０．０２５ｍｏｌ／Ｌ、グリシン：０．５ｍｏｌ／Ｌ、硝酸鉛：１ｍｇ／ｄｍ３を含み、アンモニアでｐＨ９．０に調整した無電解Ｎｉ−Ｂめっき液を調製した。この無電解Ｎｉ−Ｂめっき液に、上記親水化処理及び触媒付与・増感処理を行ったダイヤモンド粒子を１．６ｇ／Ｌ添加し、めっき液温度：７０℃±１℃、めっき時間：７分間、エアー攪拌の条件下で厚さ約１μｍとなるように無電解Ｎｉ−Ｂめっきを行い、実施例２の磁性砥粒を得た。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の磁性砥粒の一例を示す模式断面図である。
【図２】磁気研磨装置の一例を示す概略斜視図である。
【図３】実施例１及び実施例２で用いたダイヤモンド粒子の走査電子顕微鏡写真（倍率25,000倍）である。
【図４】実施例１の磁性砥粒の走査電子顕微鏡写真（倍率25,000倍）である。
【図５】実施例１の磁性砥粒をさらに拡大した走査電子顕微鏡写真（倍率40,000倍）である。
【図６】実施例１の磁性砥粒のＸＲＤチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１  磁性砥粒
２  ダイヤモンド粒子
３  無電解めっき層
【図１】
2006089586.tif 000003
【図２】
2006089586.tif 000004
【図３】
2006089586.tif 000005
【図４】
2006089586.tif 000006
【図５】
2006089586.tif 000007
【図６】
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