(57)【要約】【課題】  サンドブラスト法による基板等への、高精度で精密な加工パターンの形成が可能な研磨材を提供する。【解決手段】  無電解還元法により作製された、Ｎｉと半金属で構成された球状Ｎｉ合金粒子であって、その組織中にはＮｉと該半金属の金属間化合物が析出しているサンドブラスト用研磨材である。半金属はＰであることが好ましい。また、その粒子径は、レーザー回折散乱法による平均粒径（ｄ５０）が１〜１５μｍで、かつその粒度分布が［（ｄ９０−ｄ１０）／ｄ５０］≦１．０（ｄ９０、ｄ１０、ｄ５０：積算分布曲線において、９０体積％、１０体積％、５０体積％を示す粒子径）であることが好ましい。本発明のサンドブラスト用研磨材は、無電解還元法により作製された球状Ｎｉ合金粒子を加熱処理する製造方法により、作製することが可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無電解還元法により作製された、Ｎｉと半金属で構成された球状Ｎｉ合金粒子であって、その組織中にはＮｉと該半金属の金属間化合物が析出していることを特徴とするサンドブラスト用研磨材。
【請求項２】
半金属がＰであることを特徴とする請求項１に記載のサンドブラスト用研磨材。
【請求項３】
レーザー回折散乱法による平均粒径（ｄ５０）が１〜１５μｍであり、かつその粒度分布が［（ｄ９０−ｄ１０）／ｄ５０］≦１．０（ｄ９０、ｄ１０、ｄ５０：積算分布曲線において、９０体積％、１０体積％、５０体積％を示す粒子径）であることを特徴とする請求項１または２に記載のサンドブラスト用研磨材。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のサンドブラスト用研磨材の製造方法であって、無電解還元法により作製された球状Ｎｉ合金粒子を少なくとも加熱処理することを特徴とするサンドブラスト用研磨材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンドブラスト用の研磨材として使用される金属微小粒子と、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、ノート型パソコンをはじめとするモバイル製品は、高性能、多機能化の一途をたどっており、その構成部材への要求特性は厳しさを増している。中でも、ディスプレイや回路基板等の分野においては、無機材料への精密で微細なパターンニングを行なう技術のニーズが高まっている。ディスプレイ分野のプラズマディスプレイパネル（Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ、以下ＰＤＰ）は大画面化、高精細化、省スペースが可能であることから、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ
Ｒａｙ
Ｔｕｂｅ）、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）に続く第３のディスプレイとして注目をされており、そのガス放電パネルを構成する表示セルの仕切りである壁隔には、高精度のパターン加工の技術向上が望まれている。
【０００３】
ＰＤＰの隔壁はガラス等の無機材料であり、低いイニシャルコストで高効率に隔壁を形成できる方法の例として、研磨材を圧縮空気等のキャリアガスに混ぜてノズルから噴射し、対象物に衝突させて加工を行なうサンドブラスト法が用いられている。一般に研磨材としては、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、ガラスビーズなどが用いられているが、その形状は不定形であり、粒径の分布がブロードであるため、高精度の加工が困難であり、また、比重の軽い研磨材に起因した汚染が発生するという問題があった。
【０００４】
一方、これらの技術分野に対しては、本発明者は、回路基板の配線接続に用いる異方性導電フィルムについて、それに混合させる導電粒子を提案している（特許文献１）。この導電粒子は、優れた導電特性を有している一方では、高硬度かつ均一な形状および粒子分布をも達成していることから、異方性導電フィルムに最適なものとなっている。
【特許文献１】特開２００６−１３１９７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
殊、高精度の微細加工を行なうためのサンドブラスト用研磨材としては、形状が定形かつサイズの揃った、例えば粒径にて約５０μｍ以下の域で、均一で微細な球状粒子が好適である。しかし、このような微細粒子であっても、その硬さ、あるいは比重が低すぎると、高精度の微細加工に支障を来たす。特に、比重の軽い研磨材の場合、それに起因する汚染の発生問題に加えては、十分な衝突エネルギーが得られないため、加工能力に乏しく、高い生産効率を望み難い。サンドブラスト用研磨材としては、例えばビッカース硬さで１０００Ｈｖ前後の高硬度と、鋼球並みの７．８前後の比重が必要である。
【０００６】
本発明の目的は、特にサンドブラスト用研磨材に使用するのに好適で、粒子自体が研磨に必要な硬さと比重を有する粒子径の揃った研磨材およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、高精度の微細加工が可能なサンドブラスト用研磨材について検討した。その結果、先に提案した特許文献１の異方性導電フィルム用導電粒子が、本研磨材に求められる種々の特性をも満たし得、つまり、サンドブラスト用研磨材に好適である結果を得た。
【０００８】
すなわち、本発明は、無電解還元法により作製された、Ｎｉと半金属で構成された球状Ｎｉ合金粒子であって、その組織中にはＮｉと該半金属の金属間化合物が析出していることを特徴とするサンドブラスト用研磨材である。また、上記半金属がＰであることを特徴とするサンドブラスト用研磨材である。
【０００９】
そして、レーザー回折散乱法による平均粒径（ｄ５０）が１〜１５μｍであり、かつその粒度分布が［（ｄ９０−ｄ１０）／ｄ５０］≦１．０（ｄ９０、ｄ１０、ｄ５０：積算分布曲線において、９０体積％、１０体積％、５０体積％を示す粒子径）であることを特徴とするサンドブラスト用研磨材である。
【００１０】
更に、上記本発明のサンドブラスト用研磨材の製造方法であって、無電解還元法により作製された球状Ｎｉ合金粒子を少なくとも加熱処理することを特徴とするサンドブラスト用研磨材の製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の球状Ｎｉ合金粒子でなるサンドブラスト用研磨材は、研磨材としての必要な硬さと比重を有していることから、高い生産性と低いコストのサンドブラストが可能となる。そして、微細な球状となっていることでキャリアガスに混ぜた際に良好な分散性を示し、また粒子サイズが揃っていることから研磨材の一定量供給も可能となることから、高精度で精密なサンドブラスト加工に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のサンドブラスト用研磨材の重要な特徴は、Ｎｉと半金属で構成された球状Ｎｉ合金粒子において、その組織中にはＮｉと該半金属（好ましくは、Ｐ）の金属間化合物が析出していることにある。望ましくは、レーザー回折散乱法による平均粒径（ｄ５０）が１〜１５μｍであり、かつその粒度分布が［（ｄ９０−ｄ１０）／ｄ５０］≦１．０という、粒子サイズの揃った球状Ｎｉ合金粒子であって、これらは無電解還元法により製造する。
【００１３】
また、無電解還元法により製造した時には、非晶質の組織状態にある球状Ｎｉ合金粒子に対しては、これに加熱処理を行なうことが、サンドブラスト用研磨材の製造方法として好適である。以下、その好ましい製造方法と共に本発明のサンドブラスト用研磨材について説明する。
【００１４】
後述の無電解還元法により作製される本発明のサンドブラスト用研磨材は、Ｎｉと半金属で構成された球状Ｎｉ合金粒子である。純金属のＮｉの硬さは、ビッカース硬さ２００Ｈｖ程度であり、サンドブラストの研磨材として用いる場合、硬さが不足している。そこで、上記の必要硬さを付与する有効な手段として、本発明では、Ｎｉに半金属元素を添加し、更に組織を調整することにより、金属間化合物を形成する手法を採用する。上記の金属間化合物の析出により、非常に硬く、且つ、優れた耐摩耗性と耐食性を有するＮｉ合金粒子を得ることが可能となる。半金属元素としては、Ｃ、Ｂ、Ｐ等があるが、中でもＰは適切な比率の添加と加熱処理を行なうことで、Ｎｉ３Ｐの金属間化合物が生成され、本発明にとっての好適な半金属元素種である。
【００１５】
ところで、一般的な無電解めっきにおけるＮｉ−Ｐ皮膜の結晶構造は、Ｐの含有量が４質量％前後と低い場合には面心立方晶であり、約７．４質量％程度から非晶質構造となる。そして、その非晶質構造は、加熱処理を行なうことで、体心正方晶のＮｉ３Ｐを析出して、硬さを増す。本発明における半金属元素にＰを採用している理由は、球状Ｎｉ合金粒子を無電解還元法により還元析出させる時のｐＨ等を調整することで、Ｎｉと金属間化合物を生成するＰ濃度の制御が容易となり、その粒子の硬さの制御が可能だからである。
【００１６】
本発明の球状Ｎｉ合金粒子でなるサンドブラスト用研磨材の粒子径は、ｄ５０の数値を１〜１５μｍとすることが望ましい（ｄ５０：積算分布曲線において、５０体積％を示す粒子径）。この粒子径が１μｍ未満の場合には、粒子の取り扱いが困難となるだけでなく、サンドブラスト用研磨材として使用した際に、１つの粒子の質量が小さいことから、ブラスト研磨に必要な衝突エネルギーが得られ難く、生産効率が著しく低下する。また、ｄ５０の値が１５μｍを超える場合には、粒子１個の質量が大きくなり、それに伴って衝突エネルギーが増大して研磨能率が向上するが、研磨部分へ割れ、欠け、チッピング等のダメージを与える可能性があり、更に、微細な研磨パターンへ嵌り込んでしまう危険性がある。よって、本発明のサンドブラスト用研磨材は、特に高精度で微細な研磨に最適なものとしては、ｄ５０の値を１〜１５μｍとする。しかしながら、この粒子径はサンドブラストで研磨を行なう対象物の、寸法および形状に合わせて任意に選定することが望ましい。
【００１７】
そして、本発明の球状Ｎｉ合金粒子でなるサンドブラスト用研磨材は、均一な粒径分布を呈しているところにも特徴がある。高精度で微細なブラスト研磨を行なう場合には、研磨材を一定量、安定して供給する必要がある。粒子のサイズのバラツキを小さくすることで、一定量の研磨材の供給が容易となり、高精度で微細な研磨が実現できる。その際の粒度分布は［（ｄ９０−ｄ１０）／ｄ５０］で与えられる数値が小さい方が好ましいが（ｄ９０、ｄ１０：積算分布曲線において、９０体積％、１０体積％を示す粒子径）、それに伴って研磨材のコストが増加する。よって、［（ｄ９０−ｄ１０）／ｄ５０］は１．０以下であることが望ましい。
【００１８】
このような、ミクロンサイズの金属微小粒子を得る製造方法としては、溶融金属に水またはガスを噴射するアトマイズ法や機械的に粉砕を行なう物理的方法、有機金属化合物を熱分解する方法や金属塩化物を加熱気化し、水素等のガスと反応させて粒子を生成する気相還元法、あるいは、水溶液または非水溶液系の分散媒で、金属化合物や金属イオンを還元剤により還元析出させる液相還元法などが代表として挙げられる。しかしながら、本発明者の経験によると、ここに列挙した何れの製造方法においても、粒子径が１０μｍを下回るサイズから、少なからず粒子同士が凝集しており、独立した単分散の粒子が得られ難いという課題がある。そこで、この課題に対し、本発明者が提案した、Ｎｉ塩水溶液と、半金属元素を含む還元剤水溶液とを混合して、球状粒子を還元析出させる、すなわち無電解還元法を適用することで、微細でありながらも単分散の球状Ｎｉ合金粒子を得ることが可能となる。
【００１９】
ここで、無電解還元法により還元析出させたままの球状Ｎｉ合金粒子は、Ｎｉの素地に半金属元素が固溶した状態であり、その硬さは純金属のＮｉとほぼ同程度で、サンドブラスト用の研磨材としては硬さが不足している。そこで、無電解還元法により得られた球状Ｎｉ合金粒子に加熱処理を行なうことで、Ｎｉと半金属元素の金属間化合物を形成することが有効である。この時の加熱処理の条件は、金属間化合物を形成するに必要な温度と処理時間とする。
【００２０】
加熱処理は５５０℃を越える温度とした場合、粒子の極表層部分が溶融し、粒子同士が焼結されて凝集体となり、単分散性が損なわれるだけでなく、半金属元素がＰであれば、Ｎｉ３Ｐ相の成長に伴って、Ｐ量の低いＮｉ結晶の成長が進むため、硬さを減じてしまう。また加熱処理温度を、３００℃未満とした場合には、非常に硬い金属間化合物（例えばＮｉ３Ｐ）の析出が不完全となり、所望の硬さが得られ難い。そこで、好ましくは３００℃〜５５０℃で数十分から数時間の加熱処理を行なう。更に好ましくは、３５０℃〜４５０℃の範囲で加熱処理することにより、硬度の高い球状Ｎｉ合金粒子が効率良く得られる。そして、その加熱処理を行なう雰囲気は、非酸化性雰囲気が好ましく、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気中が更に好ましい。また、水素等の還元ガス雰囲気中又は、真空雰囲気中でも良い。
【実施例１】
【００２１】
（本発明例）
硫酸ニッケル六水和物を純水に溶解して０．６（ｋｍｏｌ／ｍ３）の金属塩水溶液を１５（ｄｍ３）作製した。また、水酸化ナトリウムと酢酸ナトリウムを純水に溶解して１５（ｄｍ３）とし、それぞれ０．７（ｋｍｏｌ／ｍ３）、１．０（ｋｍｏｌ／ｍ３）の濃度のｐＨ調製水溶液を作製した。そして、上記の金属塩水溶液とｐＨ調製水溶液を撹拌混合し、３０（ｄｍ３）の混合水溶液を作製して、Ｎ２ガスをバブリングしながら外部ヒーターにより３４８（Ｋ）に加熱保持し、撹拌を続けた。
【００２２】
一方で、純水に１．８（ｋｍｏｌ／ｍ３）の濃度でホスフィン酸ナトリウムを溶解した還元剤水溶液を１５（ｄｍ３）作製し、こちらも外部ヒーターによって３４８（Ｋ）に加熱した。そして、上記、３０（ｄｍ３）の混合水溶液と１５（ｄｍ３）の還元剤水溶液を、２つの水溶液の温度が３４８±１（Ｋ）となるように調製した後に混合し、無電解還元反応により微小粒子を得た。
【００２３】
得られた微小粒子を乾燥させた後、不活性ガス（Ａｒ）雰囲気中において６７３（Ｋ）で加熱処理を行なってから、レーザー回折散乱法による粒度分布計でサイズを測定した。平均粒径ｄ５０の値は２．９μｍで、ｄ９０とｄ１０はそれぞれ、４．５μｍと２．０μｍあり、［（ｄ９０−ｄ１０）／ｄ５０］の式で与えられる粒度分布は０．８６であった。また、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察した結果は図１の通りであり、単分散の球形状であることが確認された。そして、図２に示すＣｏターゲットによるＸＲＤ（Ｘ線回折）のチャートから、その結晶構造には、Ｎｉ相と、本発明の特徴とするＮｉ３Ｐ相の金属間化合物が確認された。
【００２４】
なお、上記で得られた本発明例の微小粒子は、その中心部分から表層部分へ向かってはＰが約２．５（ｍａｓｓ％）から約７（ｍａｓｓ％）に増加する勾配組成を有していた。そして、その組織構造は、中心部分では柱状晶であり、表層部分においては微結晶であることが確認された。
【００２５】
（比較例）
本発明例の微小粒子に対しては、その無電解還元反応により得られた微小粒子の加熱処理前の状態について、調査した。その結果、半径の約１／２を境界にして、中心部分は約２（ｍａｓｓ％）のＰを含有する柱状晶からなる微結晶領域であり、表層部分においてはＰ濃度が約７（ｍａｓｓ％）の非結晶構造を呈しており、Ｐの分布状況については本発明例と同様の傾向が確認された。なお、ｄ５０、ｄ９０、ｄ１０の値は、本発明例に同等であった。
【００２６】
しかしながら、本発明例と同じ方法によりＸＲＤを行なった結果を図３に示すが、２θ：４４．５°付近と５１．９°付近にＮｉのブロードなピークが確認されたものの、本発明の特徴とするＮｉ３Ｐ相の金属間化合物は認められなかった。
【実施例２】
【００２７】
実施例１で作製した、加熱処理を行なった本発明例と、加熱処理を行なわなかった比較例の、それぞれの微小粒子について、その比重およびビッカース硬さを測定した。結果は表１の通りである。表層部分に本発明の特徴とするＮｉ３Ｐ相の金属間化合物が析出している本発明例は、サンドブラスト用研磨材としての十分な比重に加えては、その十分な硬さをも具備していることがわかる。
【００２８】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００２９】
適切な比重および硬さと、均一な球形状および粒径分布を有する本発明のサンドブラスト用研磨材は、磁性を有していることから、本用途に加えては、複雑形状や管内面の研磨が可能な、磁気研磨の砥粒としても用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のサンドブラスト用研磨材の一例を示す、ＳＥＭ写真である。
【図２】本発明のサンドブラスト用研磨材の構造の一例を示す、ＸＲＤチャート図である。
【図３】比較例のサンドブラスト用研磨材の構造の一例を示す、ＸＲＤチャート図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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