【手続補正書】
【提出日】平成21年3月9日(2009.3.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２００℃〜１５００℃の範囲の炭化温度と所定の炭化時間により炭化され、かつ、１００ｎｍ〜５００μｍの範囲の粒径の粉状又は粒状に調製された木質炭化物を、それ単独により構成してなる、研磨材料。
【請求項２】
２００℃〜１５００℃の範囲の炭化温度と所定の炭化時間により炭化され、かつ、１００ｎｍ〜５００μｍの範囲の粒径の粉状又は粒状に調製された木質炭化物と、酸化セリウム，酸化ジルコニウム，ダイヤモンドのいずれか１以上を含む無機物とを混合した混合組成物であって、その粒径を１００ｎｍ〜５００μｍの範囲に設定した混合組成物により構成してなる、研磨材料。
【請求項３】
請求項２に記載の研磨材料であって、
上記混合組成物は、上記木質炭化物として少なくとも５重量％、上記無機物として少なくとも５重量％を有している、研磨材料。
【請求項４】
直径が５０ｎｍ〜５００μｍ、長さが１００μｍ〜０．５ｍｍの繊維状形態を有する、多孔質カーボンナノファイバー又は活性炭素繊維からなる多孔性炭素化物繊維を、それ単独により構成してなる、研磨材料。
【請求項５】
直径が５０ｎｍ〜５００μｍ、長さが１００μｍ〜０．５ｍｍの繊維状形態を有する、多孔質カーボンナノファイバー又は活性炭素繊維からなる多孔性炭素化物繊維と、酸化セリウム，酸化ジルコニウム，ダイヤモンドのいずれか１以上を含む無機物とを混合した繊維混合組成物により構成してなる、研磨材料。
【請求項６】
請求項５に記載の研磨材料であって、
上記混合組成物は、上記炭素化物繊維として少なくとも５重量％、上記無機物として少なくとも５重量％を有している、研磨材料。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の研磨材料を、水に対し、０．０００１〜０．１重量％分散させて液状コロイドとしてなる、液状研磨材。
【請求項８】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の研磨材料を、炭素繊維，アラミド繊維又は和紙を含む高強度・高弾性率繊維から選択した１種以上に対し、０．０１重量％〜５重量％混抄してシート状に成型してなる、シート状研磨材。
【請求項９】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の研磨材料を、ボンド材料又は硬質樹脂と混合して所定形状の型内に充填して成形してなる、砥石状研磨材。
【請求項１０】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の研磨材料を構成する木質炭化物を製造する際に、その炭化温度及び炭化時間についての条件を変更設定することにより、光学レンズの荒研削、半光沢面を作り上げる精研削、最終仕上げの研磨の３段階の各工程で要求される性能に対応した機能を発揮する研磨材料を製造するようにした、研磨材料の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の研磨材料の製造方法であって、
上記荒研削、精研削、研磨の３段階の各工程で要求される性能に対応して、木質炭化物を得るための炭化原料の材種及びその使用部位を選択的に変更設定するようにした、研磨材料の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】研磨材料、研磨材及びこれらの製造方法
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラ産業、医療用内視鏡産業、又は、光学電子産業等の産業分野において、ビデオカメラレンズやデジタルカメラレンズ等の多種多様の光学レンズ、ＤＶＤやＣＤ用のピックアップレンズ、光学デバイス、半導体デバイス、レーザーデバイスとしてのプリズム，反射鏡，鏡面又は界面等の研磨のために用いられる研磨材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、酸化セリウムや酸化ジルコニウム等の種々の研磨材料（以下「現用研磨材料」という）が用いられ、これらの現用研磨材料を原料とする種々の研磨材が提案されている（例えば特許文献１参照）。このものでは酸化セリウムを原料として用いた研磨材を提案している。
【０００３】
ところで、一般にレンズは荒研削、精研削、研磨という工程を経て加工される。荒研削によりガラスを所定の形状や表面粗さに研削し、精研削によりその表面粗さや曲率を高精度に仕上げ、そして、研磨により表面を研磨して所定の光学性能が付与される。これらは、砥石を装着した研磨機により行われ、砥石としてはダイヤモンド砥粒をボンド材で固めたものであり、Ｎｉめっきで固定する電着ボンド、酸化鉄、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等の無機物を混合焼成したビトリファイドボンド、ブロンズ等の金属粉末を焼結したメタルボンド、あるいは、硬質樹脂を混合したレジンボンドなどがある。これらは、いずれも高コストである。精研削は、メタルボンド砥石、又はダイヤモンドレジン砥石(ダイヤモンドペレット)を用いるが、これによる精研削では砥石に用いられる砥粒が高硬度であり摺動性に欠けるためレンズ表面にスクラッチ（研削傷）を生ずることになる。研磨は、精研削で発生したスクラッチを完全に除去して滑らかな表面に仕上げ、同時に球面の形状精度を高める工程であり、酸化セリウム、酸化ジルコニウム等の無機物酸化物の微粒子５〜１０重量％含む液体を循環流下させるか、あるいは液滴を循環滴下させ、レンズ表面に形成された水和層を研磨材料により微小除去あるいはスクラッチを埋めて平滑にするものである。
【０００４】
しかし、上記の無機物酸化物（現用研磨材料）は高価格であり、その配合調製に高度の技術を要する上に、研磨精度を高めるためには長時間の研磨を必要とするという不都合がある。その一方、上記の光学電子産業等の急速な進歩によって、例えば極微少レンズや極微細プリズム・鏡面の研磨は全く新しい超高精度の研磨技術とそれに用いる研磨材料の開発が要請されるに至っている。又、上記の無機酸化物の液滴を循環滴下することなどにより研磨廃液が発生し、この研磨廃液の浄化も必要となる。
【０００５】
さらに、新たなレンズ素材である蛍石、合成石英等により形成されたレンズの研磨材料としては、希土類元素酸化物を主成分とするバストネサイトは供給体制に難がある上に天然物由来の品質のバラツキを必然的に有している鉱石素材に対し、その原料を求めざるを得ないという事情もある。
【０００６】
一方、木材を炭化することによって得られる木炭は、炭化温度と炭化時間の如何により硬さ、摺動性、多孔質等が顕著に発現することが本発明者による研究や他の研究によりこれまでに明らかにされている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−４８１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明者らは、上記のような事情に鑑みて、バストネサイト、ダイヤモンド等に代わり安価でかつ安定供給することができる上に、より高い研磨性能や研磨廃液の自己浄化を実現し得る研磨材料や研磨材を提供することを目的にした。かかる目的の背景としてあり、互いに融合させることにより本発明を実現させるに至った目的・課題としては次のようなものがある。すなわち、林業資源であるスギ材（間伐材・未利用材）の新規な用途開発による利用拡大・有効利用・高付加価値利用、最先端光学・電子材料の表面・界面・鏡面研磨材料や研磨材の新規開発、環境無負荷研磨材料の開発、及び、研磨廃液の無害化、である。
【課題を解決するための手段及び発明の作用・効果】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明者らは、バストネサイト、ダイヤモンド等に代わる研磨材料として木質炭化物を利用することを見出し、種々の試験を実施した上で本発明を完成させた。かかる本発明は、被研磨材料の研磨工程に的確に対応し得る性能と形状を有した木質炭化物となし、この木質炭化物をそれ単独で、あるいは、木質炭化物を酸化セリウム、酸化ジルコニウム等の現用研磨材料に混合した混合組成物を、研磨材料又は研磨材として用いるものである。これにより、より高い研磨性能や研磨廃液の浄化を実現し得る上に、コストの低減化をも実現させ得ることになる。又、本研磨材料の素材となる木材はいずれも廉価で加工が容易であり、木材の炭化は木材固有の熱分解及び酸化の自己発熱反応を利用することができるものであるため、省エネルギー、環境への負荷が皆無の工程となし得る上に、低コスト生産が可能となる。
【００１０】
本発明者らは、木材の炭化温度及び炭化時間によって顕著に変化する物理的、化学的性質を機能として捉え、特に硬さ、摺動性、多孔質を研磨性能発現の因子として確保し、所定の微小粒径をもつ研磨材料とすることにより本発明を完成させた。すなわち、種々の炭化条件のうち特に炭化温度及び炭化時間を制御することにより、木質炭化物（木炭）の結合状態と結晶構造の変化により木炭が高硬度となり、一方、グラファイト類似構造への転移により摺動性を生み、又は、炭化した木材細胞壁に生ずる細孔とその分布を制御することができることを見出した。又、その硬さはダイヤモンドに次ぐ硬度であって、鋭い研削・研磨性能を発揮する一方、その高硬度を保持したままの摺動性の発現は研削・研磨に潤滑性を与えレンズ表面のスクラッチ生成を防ぐことになる。また、ミクロ孔〜マクロ孔の細孔をもつ粒径100nm〜500μmの木炭微粒子の液体エマルジョンの分散の向上に役立ち、均一な砥粒分布をもつすぐれた液状コロイドの砥液を確保できることになる。
【００１１】
具体的に、本発明は次の事項により特定される。すなわち、請求項１に係る発明では、研磨材料として、２００℃〜１５００℃の範囲の炭化温度と所定の炭化時間により炭化し、かつ、１００ｎｍ〜５００μｍの範囲の粒径の粉状又は粒状に調製した木質炭化物を、それ単独により構成してなるものとした。あるいは、請求項２に係る発明では、研磨材料として、その木質炭化物と、酸化セリウム，酸化ジルコニウム，ダイヤモンドのいずれか１以上を含む無機物とを混合した混合組成物であって、その粒径を１００ｎｍ〜５００μｍの範囲に設定した混合組成物により構成してなるものとした。これにより、ミクロ孔（ミクロポア）又はマクロ孔（マクロポア）あるいはこれらの中間のメソ孔の細孔をもつ多孔質粉状又は粒状の研磨材料が得られる。さらに、上記混合組成物は、上記木質炭化物として少なくとも５重量％、上記無機物として少なくとも５重量％を有するようにすることができる（請求項３）。
【００１２】
又、請求項４に係る発明では、研磨材料として、直径が５０ｎｍ〜５００μｍ、長さが１００μｍ〜０．５ｍｍの繊維状形態を有する、多孔質カーボンナノファイバー又は活性炭素繊維からなる多孔性炭素化物繊維を、それ単独により構成してなるものとした。あるいは、請求項５に係る発明では、研磨材料として、その多孔性炭素化物繊維と、酸化セリウム，酸化ジルコニウム，ダイヤモンドのいずれか１以上を含む無機物とを混合した繊維混合組成物により構成してなるものとした。さらに、上記混合組成物は、上記炭素化物繊維として少なくとも５重量％、上記無機物として少なくとも５重量％を有するようにすることができる（請求項６）。
【００１３】
一方、以上の請求項１〜請求項６のいずれかに記載の研磨材料を、水に対し、０．０００１〜０．１重量％分散させて液状コロイドにして液状研磨材料又は液状研磨材とすることができる（請求項７）。又、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の研磨材料を、炭素繊維，アラミド繊維又は和紙を含む高強度・高弾性率繊維から選択した１種以上に対し、０．０１重量％〜５重量％混抄してシート状に成型してシート状研磨材料又はシート状研磨材にすることもできる（請求項８）。さらに、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の研磨材料を、ボンド材料又は硬質樹脂と混合して所定形状の型内に充填して成形し、砥石状研磨材料又は砥石状研磨材にすることができる（請求項９）。
【００１４】
そして、研磨材料の製造方法として、上記の請求項１〜請求項３のいずれかに記載の研磨材料を構成する木質炭化物を製造する際に、その炭化温度及び炭化時間についての条件を変更設定することにより、光学レンズの荒研削、半光沢面を作り上げる精研削、最終仕上げの研磨の３段階の各工程で要求される性能に対応した機能を発揮する研磨材料を製造することができる（請求項１０）。
【００１５】
又、この研磨材料の製造方法において、上記荒研削、精研削、研磨の３段階の各工程で要求される性能に対応して、木質炭化物を得るための炭化原料の材種及びその使用部位を選択的に変更設定するようにすることができる（請求項１１）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
＜第１実施形態＞
広葉樹では特にウバメガシや、カシ類を用い、針葉樹ではスギを用いる。これらから選択した炭化原料に対し、まず、３００〜４００℃で空気遮断加熱を５〜７時間継続して施し、次に、空気を一気に供給することにより、１３００〜１３５０℃で１〜３時間の加熱により精煉した後、１０〜２０％の水分を含む木炭を用いて急冷消火させる。得られた木炭を所定の粒径の粉状又は粒状に調製して木質炭化物となし、この木質炭化物を研磨材料とする。この研磨材料をボンド材を用いて固定し、砥石（砥石状研磨材）として研削に用いる。
【００１７】
＜第２実施形態＞
広葉樹ではシラカンバ、ホウノキ、アブラギリ又はウバメガシを用い、針葉樹ではスギ、アカマツ、クロマツ又はトドマツを用いる。これらから選択した炭化原料に対し、昇温速度０．５〜２０℃/minに設定し、２００℃〜１５００℃の範囲から選択した４００℃，５００℃，６００℃，８００℃，９００℃，１０００℃，１１００℃，１２００℃，及び，１３００℃の各温度まで昇温させ、この各温度を維持してそれぞれ空気遮断加熱により木質炭化物を得る。次に、得られた木質炭化物を粒径１００ｎｍ〜５００μｍの粒度分布を有する砥粒に調製する。そして、これら炭化温度の異なるそれぞれの砥粒をレジン砥石(ペレット)として精研削工程に用いる。ダイヤモンドペレットに比較してレンズ表面にスクラッチの発生を招くことなく、しかも、「ヤケ」や「曇り」の発生も防止・抑制することができるようになる。
【００１８】
＜第３実施形態＞
上炭化原料としてスギを選択し、炭化温度条件として６００℃を選択して、上記の第２実施形態で説明したと同様の炭化手法により炭化させ、得られた木質炭化物を上記と同様の粒度分布の砥粒に調製したものを、酸化セリウムを主成分とする現用研磨材料に対し、０．００５重量％、１重量％又は１０重量％加えて混合し、さらに、この混合組成物を水に分散させて液状コロイドとなして液状の研磨材とする。そして、この液状研磨材を研磨工程において研磨対象に対し液滴状態で滴下させるように循環させて、滴下研磨を実施する。
【００１９】
＜第４実施形態＞
直径が５０ｎｍ〜５００μｍ、長さが１００μｍ〜０．５ｍｍの多孔質カーボンナノファイバー又は活性炭素繊維からなる多孔性炭素化物繊維を、酸化セリウムを主成分とする現用研磨材料に対し、０．００１重量％あるいは少なくとも０．００１重量％加えて混合し、さらに、この繊維混合組成物を水に分散させて液状コロイドとなして液状の研磨材とする。そして、この液状研磨材を研磨工程において研磨対象に対し液滴状態で滴下させるように循環させて、滴下研磨を実施する。
【実施例１】
【００２０】
＜炭化原料＞
種々の試験を実施した。試験に供した炭化原料としては、次のものを用いた。すなわち、スギ材として、新潟県高柳地区の樹齢１８〜２０年のスギ間伐材を用いた。このスギ間伐材は新潟県森林組合連合会より提供を受けた。比較のためにホウノキ、ニホンアブラギリ、シラカンバも用いた。ホウノキ及びニホンアブラキは新潟県産の樹齢１０〜１５年の材を同森林組合連合会より入手した。シラカンバは有限会社ホーリー技研より北海道・上川町産の樹齢１０年材のものを入手した。さらに、近時話題となっている木質炭素化物に竹炭があるため、この竹炭を調製するため５〜６年生のモウソウチクを同森林組合連合会より提供を受けた。これら炭化原料は、生材及び乾燥材と、その樹皮とを用いた。又、モウソウチクは、生材、乾燥材及び前熱処理乾燥材の三種を用いた。
【００２１】
＜炭化＞
炭化装置は独自に開発したものを用い、これを上記の化原料に対する熱処理及び炭素化に供した。炭素化は密閉空気遮断加熱とし、炉内昇温速度を１〜５℃／ｍｉｎに設定し２００〜１５００℃の範囲の所定の目的設定温度に到達した後、２時間それを保持し、それから後に放冷した。標示炭素化温度は材内温度とし、未炭素化物及び熱処理材も試験材料に供した。
【００２２】
＜粒度調整＞
木材及びその炭化物の超微小粉砕は極めて困難であるため、遊星回転ポットミル（株式会社伊藤製作所製）に対しさらに改良を施し、これを超微小粉砕に供した。粒度調整法として、粉砕時の遊星回転数及び回転時間の組合せによって調整することとした。得られた粉末を粒度分布によって区分し、区分毎に研磨に供した。
【００２３】
芯材が未発達なスギ除伐材、間伐材炭素化物試料は研磨水への分散・拡散速度が大きく、研磨性能に均一性が保たれた。
【００２４】
＜研削・研磨＞
工場の実際の研磨各工程の実働条件下において研磨を行い、その評価をそれぞれ担当の熟練技術者により通常業務を行っている出荷時検定の評価基準に基づいて検定・評価した。
【００２５】
＜得られた結果＞
炭素化物の研磨性能において熱処理及び炭素化温度依存性が認められた。すなわち、レンズ、プリズムの研磨では、未炭素化物〜４００℃の炭化温度範囲での炭化物（炭素化物）は粗研磨に適合し、４００〜１５００℃の炭化温度範囲でのそれは各研磨工程のそれぞれに研磨性能を示した。また、８００℃以上の炭化温度範囲では硬質研磨に適正があると認められた。
【００２６】
又、供試材料の研磨性能において材料粒度の依存性が認められ、数十ｎｍ〜数十μｍの粒度分布をもつスギの炭化物（炭素化物）に現用研磨材料を凌駕する性能が認められた。
【００２７】
上記のように熱処理温度、炭素化温度及び粒度によって機能制御されたスギの炭素化物は、研磨工程の種類に応じて、単独使用や混合組成物としての使用が可能であり、それを適正に選択して利用することにより、各工程においてより高精度の研磨や、広範態様の研磨を実現させ得るものと考えられる。
【００２８】
そして、スギの炭素化物を研磨材料として用いた研磨では、従来及び現用研磨材料に比べ、ガラス面に擦り傷や曇りあるいはヤケが認められず、研磨速度に格段の向上が認められた。加えて、スギの炭素化物はそれを従来及び現用研磨材料に対し添加、配合、複合しても、それによる研磨性能の低減は認められず、それらの混用、併用が可能であることが確認された。さらに、スギの炭素化物を研磨材料として用いた研磨では、その研磨廃液に有害成分の残留等がなく、現用研磨材料に比して顕著な研磨廃液浄化機能が認められた。
【実施例２】
【００２９】
＜供試体＞
図１に示す如く、現用研磨材料単独（同図に［Ａ］として示す）、本発明の木質炭化物単独により構成した研磨材料（同図に［Ｂ］として示す）、現用研磨材料と本発明の木質炭化物との混合組成物により構成した研磨材料２種類（同図に［Ａ］＋［Ｂ］として示す）、現用研磨材料と本発明のカーボンナノファイバーとの混合組成物により構成した研磨材料（同図に［Ａ］＋［Ｃ］として示す）とを用いて、比較試験を実施した。
【００３０】
［Ａ］は酸化セリウムCeO2を４５〜６０％とLaO3他を含む酸化セリウム系の現用研磨材料である。［Ｂ］はスギを用いて炭化温度条件として６００℃に設定し、第２実施形態で説明した炭化手法にて炭化し、得られた木質炭化物を粒径１００ｎｍ〜５００μｍの範囲での粒度分布を有するように調製したものである。
【００３１】
＜試験方法＞
それぞれの研磨材料の供試体それぞれを１０％の研磨水分散濃度にして滴下研磨を所定時間（３００秒又は６００秒）実施した。そして、研磨後のニュートン干渉縞を観察することによる研磨精度の比較と、目視によるやけやくもりの発生状況の観察とを行った。又、併せて、研磨廃液内のレアメタル濃度を検出測定した。
【００３２】
＜試験結果＞
上記の供試体［Ａ］の現用研磨材料で３００秒研磨した場合には、ニュートン干渉縞が３〜５本（図２に示す写真参照）であり、研磨精度としては通常程度の精度に止まっているのに対し、［Ｂ］の本発明の炭化物単独や、［Ｂ］の混合組成物からなる研磨材料、及び［Ｃ］のカーボンナノファイバーの混合組成物からなる研磨材料では研磨時間の長短の如何に拘わらず、ニュートン干渉縞は１〜２本（図３に示す写真参照）と高精度の研磨精度を実現した。特に、現用研磨材料のみの［Ａ］で６００秒の研磨時間継続した研磨した場合の研磨精度と、上記の本発明の炭化物［Ｂ］の単独又は混合組成物において３００秒での研磨精度とが互いに同程度であって、研磨効率の観点からも高い研磨性能を発揮していることが分かった。
【００３３】
さらに、研磨廃液のレアメタル濃度においては、現用研磨材料単独の［Ａ］の場合では研磨時間の経過後に０．１〜０．３ｍｇ／ｍ３の酸化セリウムや酸化ランタンが検出されたのに対し、本発明の炭化物［Ａ］を僅か０．００５重量％混合しただけでもレアメタル濃度として有意な濃度検出はなく、炭化物の有する自己浄化機能が発揮されていると考えられる。
【００３４】
なお、上記の供試体を用いて、被研磨対象であるレンズに対し、精研削工程を省略して研磨工程のみを１５〜３０分行ったところ、ニュートン干渉縞が１〜２本という高精度の研磨を実現することができた。このことは、新しい研磨方式の可能性について示唆するものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例２の供試体と試験結果をまとめた表である。
【図２】ニュートン干渉縞の観察写真である。
【図３】図２とは異なるニュートン干渉縞の観察写真である。