(57)【要約】      （修正有）【課題】多孔質の弾性体が砥粒を保持して研磨を行うことによって、高加工能率で高加工面品質が安定して長時間にわたって得られるようにすること。【解決手段】研磨方法について、多数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子を一次粒子同士の結合点にネックが形成される温度で加熱処理して得た、多数の微細な切れ刃形成粒子が部分的に、かつ、空隙を形成して、互いにゆるく結合してなる粒状の多孔質体であって、該切れ刃形成粒子が上記加熱処理時に一次粒子が成長して形成される砥粒を、多孔質の弾性体に遊離砥粒として供給し、加工点における砥粒と工作物Ｗとを接触させながら相対運動させること。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子を一次粒子同士の結合点にネックが形成される温度で加熱処理して得た、多数の微細な切れ刃形成粒子が部分的に、かつ、空隙を形成して、互いにゆるく結合してなる粒状の多孔質体であって、該切れ刃形成粒子が上記加熱処理時に一次粒子が成長して形成される砥粒を、多孔質の弾性体に遊離砥粒として供給し、加工点における砥粒と工作物とを接触させながら相対運動させることを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
多数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子を一次粒子同士の結合点にネックが形成される温度で加熱処理して得た、多数の微細な切れ刃形成粒子が部分的に、かつ、空隙を形成して、互いにゆるく結合してなる粒状の多孔質体であって、該切れ刃形成粒子が上記加熱処理時に一次粒子が成長して形成される砥粒が、ペーストと混合して多孔質の弾性体に供給されるものであることを特徴とする遊離砥粒。
【請求項３】
多数の一次粒子を凝集させて二次粒子を得る工程と、該二次粒子を一次粒子同士の結合点にネックが形成される温度で加熱処理して、一次粒子を成長させて切れ刃形成粒子とし、多数の微細な切れ刃形成粒子が部分的に、かつ、空隙を形成して、互いにゆるく結合してなる粒状の多孔質体を得る工程と、該多孔質体をペーストと混合する工程を有することを特徴とする、請求項２の遊離砥粒の製造方法。
【請求項４】
多数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子を一次粒子同士の結合点にネックが形成される温度で加熱処理して得た、多数の微細な切れ刃形成粒子が部分的に、かつ、空隙を形成して、互いにゆるく結合してなる粒状の多孔質体であって、該切れ刃形成粒子が上記加熱処理時に一次粒子が成長して形成される砥粒が、水性または油性の液体と混合して多孔質の弾性体に供給されるものであることを特徴とする遊離砥粒。
【請求項５】
多数の一次粒子を凝集させて二次粒子を得る工程と、該二次粒子を一次粒子同士の結合点にネックが形成される温度で加熱処理して、一次粒子を成長させて切れ刃形成粒子とし、多数の微細な切れ刃形成粒子が部分的に、かつ、空隙を形成して、互いにゆるく結合してなる粒状の多孔質体を得る工程と、該多孔質体を水性または油性の液体と混合する工程を有することを特徴とする、請求項４の遊離砥粒の製造方法。
【請求項６】
請求項２、請求項４の遊離砥粒であって、上記切れ刃形成粒子同士を結合するためのバインダを含まないことを特徴とする遊離砥粒。
【請求項７】
上記多孔質の弾性体が木粉を樹脂バインダで固めた材料からなる研磨用弾性体である、請求項１の研磨方法。
【請求項８】
上記研磨用弾性体の加工作用を工作物に及ぼす部分を、弾性体からなる毛で構成されたブラシによってクリーニングすることを特徴とする請求項７の研磨方法。
【請求項９】
請求項１の研磨方法において、多数の微細な切れ刃形成粒子が部分的に、かつ、空隙を形成して、互いにゆるく結合するときの結合力が異なる砥粒を選択的に用いて、粗加工から仕上げ加工まで行うことを特徴とする研磨方法。
【請求項１０】
請求項１、請求項８又は請求項９の研磨方法において、工作物に対して化学作用を及ぼす砥粒を供給することを特徴とする研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン、ガラス、セラミックス等の高脆材料や鉄鋼、アルミニウム、銅等の金属材料を仕上げ加工するための研磨具及びその製造方法に関し、特に加工の高品位化、高能率化を行うための研磨具及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェーハやガラスディスクをはじめ、各種硬脆材料や金属材料からなる部品の最終仕上げには、研磨剤スラリーを用いた研磨加工が用いられてきた。この加工法では微細な砥粒を使用しやすいため優れた仕上げ面粗さを容易に得ることができ、また大量の研磨剤スラリーを使用することで安定した加工特性を維持することができるため、多くの加工現場で用いられてきた。
砥粒加工において良好な加工面粗さを得るには、通常、微細な砥粒を使用することが有利であり、粒径数μｍ以下の砥粒を使用すると、加工時に研磨工具と工作物との接触が生じやすく、また、研磨工具に付着した切りくずが工作物に作用しやすくなり、スクラッチが発生する。さらにこのような状態になると、加工抵抗が急増し、最悪の場合には加工不可の状態に陥ってしまう。また砥粒結合材と工作物との接触を抑制するような手段を講じた場合も、砥粒径が小さいため、加工能率が低下してしまうという問題がある。
【０００３】
他方、加工能率を向上させるためは、大粒径の砥粒を選択しなければならなず、その結果、加工面品質が低下し、鏡面仕上げが困難になる。つまり、高加工能率で高加工面品質を得ることは非常に困難である。
この研磨加工能率と研磨加工品質との両立の問題を解決するのに有効なものとして、微細な砥粒を造粒し、凝集した状態の粉末を砥粒として使用する固定砥粒加工工具があり、その一例として特開２００３−１０５３２４号公報、特開平９−２４８７５７号公報に記載されたものがある。特開２００３−１０５３２４号公報のものは、微細な一次粒子が凝集して形成された二次粒子を電気炉で加熱処理して砥粒とし、それをウレタン樹脂と混合し溶媒で溶かしてから撹拌機で撹拌して、研磨具の基材に塗布することで研磨具を製造するものであるので、加工開始からの時間の経過に伴って加工能率が低下してしまうという問題がある。
また、特開平９−２４８７５７に記載されたものは凝集剤で凝集させた砥粒の集塊が含まれていて、研磨初期段階では、凝集された状態であるため大径の砥粒を使用した場合と同じ効果を得ることができ、研磨の仕上げ段階では、凝集状態にある小径の砥粒がほぐれて、小径の砥粒の効果を得ることができることが開示されている。凝集砥粒がほぐれて小径の砥粒となってしまうと、やはり上述したようにスクラッチが発生しやすい研磨状態になってしまう。
【特許文献１】特開２００３−１０５３２４号公報
【特許文献２】特開平９−２４８７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明の課題は、多数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子を一次粒子同士の結合点にネックが形成される温度で加熱処理して得た、多数の微細な切れ刃形成粒子が部分的に、かつ、空隙を形成して、互いにゆるく結合してなる粒状の多孔質体であって、該切れ刃形成粒子が上記加熱処理時に一次粒子が成長して形成される砥粒を、多孔質の弾性体に遊離砥粒として供給し、多孔質の弾性体が砥粒を保持して研磨を行うことによって、高加工能率で高加工面品質が安定して長時間にわたって得られるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
〔解決手段１〕（請求項１に対応）
上記課題を解決するための手段１は研磨方法に関するものであり、多数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子を一次粒子同士の結合点にネックが形成される温度で加熱処理して得た、多数の微細な切れ刃形成粒子が部分的に、かつ、空隙を形成して、互いにゆるく結合してなる粒状の多孔質体であって、該切れ刃形成粒子が上記加熱処理時に一次粒子が成長して形成される砥粒を、多孔質の弾性体に遊離砥粒として供給し、加工点における砥粒と工作物とを接触させながら相対運動させることを特徴とする研磨方法である。
【０００６】
〔解決手段２〕（請求項２に対応）
上記課題を解決するための手段２は、遊離砥粒であり、多数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子を一次粒子同士の結合点にネックが形成される温度で加熱処理して得た、多数の微細な切れ刃形成粒子が部分的に、かつ、空隙を形成して、互いにゆるく結合してなる粒状の多孔質体であって、該切れ刃形成粒子が上記加熱処理時に一次粒子が成長して形成される砥粒が、ペーストと混合して多孔質の弾性体に供給されるものであることを特徴とする遊離砥粒である。
【０００７】
〔解決手段３〕（請求項３に対応）
上記課題を解決するための手段３は、遊離砥粒の製造方法に関するものであり、多数の一次粒子を凝集させて二次粒子を得る工程と、該二次粒子を一次粒子同士の結合点にネックが形成される温度で加熱処理して、一次粒子を成長させて切れ刃形成粒子とし、多数の微細な切れ刃形成粒子が部分的に、かつ、空隙を形成して、互いにゆるく結合してなる粒状の多孔質体を得る工程と、該多孔質体をペーストと混合する工程を有することを特徴とする遊離砥粒の製造方法である。
【０００８】
〔解決手段４〕（請求項４に対応）
上記課題を解決するための手段４は遊離砥粒に関するものであり、多数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子を一次粒子同士の結合点にネックが形成される温度で加熱処理して得た、多数の微細な切れ刃形成粒子が部分的に、かつ、空隙を形成して、互いにゆるく結合してなる粒状の多孔質体であって、該切れ刃形成粒子が上記加熱処理時に一次粒子が成長して形成される砥粒が、水性または油性の液体と混合して多孔質の弾性体に供給されるものであることを特徴とする遊離砥粒である。
【０００９】
〔実施態様１〕（請求項５に対応）
この実施態様１は、解決手段４の実施態様であり、多数の一次粒子を凝集させて二次粒子を得る工程と、該二次粒子を一次粒子同士の結合点にネックが形成される温度で加熱処理して、一次粒子を成長させて切れ刃形成粒子とし、多数の微細な切れ刃形成粒子が部分的に、かつ、空隙を形成して、互いにゆるく結合してなる粒状の多孔質体を得る工程と、該多孔質体を水性または油性の液体と混合する工程を有することを特徴とする遊離砥粒の製造方法である。
【００１０】
〔実施態様２〕（請求項６に対応）
この実施態様２は、解決手段２、又は解決手段４の実施態様であり、上記切れ刃形成粒子同士を結合するためのバインダを含まないことを特徴とする遊離砥粒である。
【００１１】
〔実施態様３〕（請求項７に対応）
この実施態様３は解決手段１の実施態様であり、上記多孔質の弾性体が木粉を樹脂バインダで固めた材料からなる研磨用弾性体である研磨方法である。
【００１２】
〔実施態様４〕（請求項８に対応）
この実施態様４は、上記実施態様３の実施態様であり、上記研磨用弾性体の加工作用を工作物に及ぼす部分を、弾性体からなる毛で構成されたブラシによってクリーニングすることを特徴とする研磨方法である。
【００１３】
〔実施態様５〕（請求項９に対応）
この実施態様５は解決手段１の実施態様であり、多数の微細な切れ刃形成粒子が部分的に、かつ、空隙を形成して、互いにゆるく結合するときの結合力が異なる砥粒を選択的に用いて、粗加工から仕上げ加工まで行うことを特徴とする研磨方法である。
【００１４】
〔実施態様６〕（請求項１０に対応）
この実施態様６は、解決手段１、上記実施態様４又は実施態様５の実施態様であり、工作物に対して化学作用を及ぼす砥粒を供給することを特徴とする研磨方法である。
【発明の効果】
【００１５】
この発明の効果を各請求項毎に整理すれば次のとおりである。
〔請求項１の発明の効果〕
多数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子を一次粒子同士の結合点にネックが形成される温度で加熱処理して得た、多数の微細な切れ刃形成粒子が部分的に、かつ、空隙を形成して、互いにゆるく結合してなる粒状の多孔質体であって、該切れ刃形成粒子が上記加熱処理時に一次粒子が成長して形成される砥粒であるため、多数の微細な切れ刃形成粒子の各々が加工面を微細に除去できるので、鏡面を得ることができ、各々をゆるく結合しているのでスクラッチを発生させない。
さらに加熱処理の条件を変えることでその結合力を、スクラッチを発生させない程度の結合力にコントロールすることが可能なため、スクラッチ発生を防止することが可能となる。
多孔質の弾性体に遊離砥粒として供給し、加工点における砥粒と工作物とを接触させながら相対運動させることにおいては、多孔質の弾性体は遊離砥粒を強固に保持し、保持された砥粒は微細な一次粒子が結合した状態であるので多孔質の弾性体からの突き出し量が充分となるために高い能率を得ることができる。また、多孔質の弾性体は液体を吸収することができるために、研磨中に供給される液体によって浮き上がることがなく、砥粒が加工面に対して有効に作用することが可能となり、高加工能率が得られる。
【００１６】
〔請求項２の発明の効果〕
請求項１の砥粒をペーストと混合することで砥粒である微細粒子を取り扱うことが容易になり、多孔質の弾性体に連続あるいは断続的に砥粒供給しやすくなることと、ペースト自体が潤滑作用を備えており、スクラッチのない高品位な加工面を安定して高加工能率で得ることができる。ペーストの潤滑作用を補うために別の潤滑油を供給することも可能である。
【００１７】
〔請求項３の発明の効果〕
請求項１、請求項２において、多数の一次粒子を凝集させて二次粒子を得る工程と、該二次粒子を一次粒子同士の結合点にネックが形成される温度で加熱処理して、一次粒子を成長させて切れ刃形成粒子とし、多数の微細な切れ刃形成粒子が部分的に、かつ、空隙を形成して、互いにゆるく結合してなる粒状の多孔質体を得る工程と、該多孔質体をペーストと混合する工程を有することで、所望の結合力を持ち、多数の微細な切れ刃形成粒子を持つ、遊離砥粒として取り扱いが容易な砥粒が得られる。これによって高能率で、かつ、高品位な加工面を得ることができる砥粒を安定して得られる。
【００１８】
〔請求項４の発明の効果〕
請求項１の砥粒は、水性または油性の液体と混合することで砥粒である微細粒子を取り扱うことが容易になる。多孔質の弾性体に連続あるいは断続的に砥粒供給しやすくなることと、液体自体が潤滑作用を備えており、スクラッチのない高品位な加工面を安定した高い加工能率で得ることができる。
【００１９】
〔請求項５の発明の効果〕
請求項１、請求項４において、多数の一次粒子を凝集させて二次粒子を得る工程と、該二次粒子を一次粒子同士の結合点にネックが形成される温度で加熱処理して、一次粒子を成長させて切れ刃形成粒子とし、多数の微細な切れ刃粒子が部分的に、かつ、空隙を形成して、互いにゆるく結合してなる粒状の多孔質体を得る工程と、該多孔質体を水性または油性の液体と混合する工程を有することで、所望の結合力を持ち、多数の微細な切れ刃形成粒子を持つ、遊離砥粒として取り扱いが容易な砥粒が得られる。これによって高能率で、かつ、高品位な加工面を得ることができる砥粒を安定して得られる。
【００２０】
〔請求項６の発明の効果〕
請求項１〜請求項６の砥粒は、切れ刃形成粒子同士を結合するためのバインダを含まないことで、バインダの加工面での残留やバインダへの切り屑付着などにより生じていた砥粒の加工能力の低下やスクラッチの発生を防止することができる。また、砥粒内に空隙が存在することにより、凝集砥粒内における微細な切れ刃の突き出しを十分に得ることができ、高能率な加工が実現できる。
【００２１】
〔請求項７の発明の効果〕
請求項１の多孔質の弾性体が、木粉を樹脂バインダで固めた材料からなるものであるので、多孔質である木粉が砥粒をしっかりと保持することができるとともに、さらに潤滑油を吸収することで工具が浮き上がらないため、有効に除去作用を及ぼすことができる。また、粒子を樹脂バインダで固めたものであるために均質な研磨工具を得ることができるので、ツルーイングやドレッシングが精度よくできることに加えて、研磨の際に加工作用を及ぼす研磨工具内のすべての部分にわたって安定な加工作用を及ぼすことができる。
【００２２】
〔請求項８の発明の効果〕
請求項７の研磨方法において、研磨用弾性体の少なくとも加工作用を及ぼす部分を、弾性体からなる毛で構成されたブラシによってクリーニングするので、研磨工具表面に存在する余分な砥粒や加工液、また切粉やその他の異物を除去することができるため、スクラッチのない加工面を得ることが可能となる。
【００２３】
〔請求項９の発明の効果〕
請求項１において、多数の微細な切れ刃形成粒子が部分的に、かつ、空隙を形成して、互いにゆるく結合するときの結合力を加工目的に応じて変更することで、結合力を強く調整した砥粒を使用して粗加工を行い、次に結合力を弱く調整した砥粒を使用して仕上げ加工を行うことができる。
【００２４】
〔請求項１０の発明の効果〕
請求項１および請求項８、請求項９において、工作物に対して化学作用を及ぼす砥粒を供給することで、工作物より高硬度で機械的な作用を及ぼす砥粒と、工作物に対して化学的な作用を及ぼす砥粒を供給することになるので、それぞれの加工特性を重畳させることで高品位な加工面を高能率で得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
加工対象物にもよるが一般的には、砥粒は硬質無機材料であって、平均粒径が５μｍ以下の一次粒子の微細粉末が凝集して、平均粒径１０〜３００μｍ程度、さらに好ましくは平均粒径３０〜１００μｍ程度の二次粒子径を備えたものが適している。通常の砥粒に供する材料は、シリカ、ＣＢＮ、アルミナ、炭化珪素、ジルコニア、タングステンカーバイド等を代表とする酸化物、窒化物、炭化物等である。凝集体はゾルゲル法、スプレードライヤー等、気相法の手段でつくることができる。以上のことを一般的な常識として以下に実施例を説明する。
【実施例１】
【００２６】
粒径４０〜７０ｎｍからなる超微細ＺｒＯ２粉末（超微細粒子）を水で泥しょう化し、スプレードライヤーで噴霧させて、所望のサイズ（例えば平均粒径で４０μｍ）の二次粒子（顆粒）を作成する（一般的に、１μｍ〜３００μｍまでのサイズが得られるので、粒度分布がシャープでないときはふるいを用いて分級プロセスを加える）。この実施例の二次粒子はその平均粒径が４０μｍのＺｒＯ２顆粒である。なお、平均粒径は堀場製作所製レーザ回折／散乱式粒度分布測定装置（型式：ＬＡ−９２０）を用いて、乾式で測定した。平均粒径の値は頻度積算５０％のところの粒径を用いた（通常、メジアン径とも言う）。しかし、通常スプレードライヤーで作製した顆粒の一次粒子同士の結合力は弱すぎるので、ＺｒＯ２顆粒を電気炉の中に入れて焼成した。また、焼成時間を短縮するために、あるいは硬さをさらに高めるために、加圧した状態で焼成を行うこともできる。また焼成の目安としては、互いに焼結されて成長する一次粒子の粒径が５μｍ以下になるように、焼成温度と焼成時間を調整する。焼成した粉末は、完全な焼結体ではなく、スプレードライヤーで作製した時と比べて、成長した一次粒子同士が適度に結合され、その結合点にネックが形成された二次粒子である。また、図６の顕微鏡写真からもわかるように、二次粒子の内部構造はバインダなしで細孔を含む多孔質構造であることが特徴である。その二次粒子の細孔比表面積は２００，０００ｃｍ２／ｃｍ３で、圧縮破壊強度は１００ＭＰａである。
【００２７】
ここで、細孔比表面積は定容量式ガス吸着法によって測定されたもので、測定前の前処理として測定物であるジルコニア凝集砥粒を１５０℃で５時間脱ガス処理を行い、液体窒素で７７Ｋの温度まで冷却をした状態で窒素分子を吸着させて、その物理吸着量をＢＥＴ式に適用し表面積を求めた。使用機器はベックマン・コールター（株）製のオムニソープ１００ｃｘを使用した。また、圧縮破壊強度は一次粒子同士の結合力を評価するために測定されたもので、島津製作所（株）製微小圧縮試験機ＭＣＴＭ５００ＰＣを用いて、砥粒に対して圧縮破壊試験を行って評価した。試験条件としては、一次粒子の結合力によるが、試験荷重は１０〜１０００ｍＮ、負荷速度は０．４４６ｍＮ／ｓｅｃ以上を採用した。測定の手順をここで簡単に説明すれば、次のとおりである。すなわち、平面圧子を用いて、二次粒子に対して一定の荷重で一定の負荷速度で圧縮を行い、二次粒子が圧縮により破壊された時の強度を測定する。
【００２８】
平均粒径４０μｍを持つ二次粒子を純水と混合し、遊離砥粒として多孔質の弾性体に供給して研磨を行う。すなわち、図１において、スラリー撹拌タンク１に純水と混合した砥粒を入れて、撹拌しながらスラリー供給ノズル２から研磨定盤３上に固定した多孔質の弾性体４の上に滴下する。ここで、多孔質の弾性体４は、檜を乾燥させ、これを粉砕して得られる微細な木粉（平均粒径はほぼ０．１ｍｍ）を、樹脂バインダ（この実施例１ではフェノール樹脂）と混練して圧縮押し出し成形したものである。この弾性体は木粉が持つ多孔質を利用したものであり、供給した砥粒を強固に保持することが可能である。多孔質の弾性体に砥粒が保持されている様子を拡大して図２に模式的に示している。また、木粉を樹脂で固めた多孔質の弾性体４の一部分を拡大してイメージ的に示せば、図３の如くである。
工作物ｗを固定した研磨ヘッド５と砥粒を保持した多孔質の弾性体４はモータ（図示略）によってそれぞれ回転され、さらに研磨ヘッド５は矢印６のように揺動する。研磨の際に必要に応じて弾性体からなる毛で構成されたクリーニング用ブラシ７で適度なインターバルで、多孔質の弾性体の表面をクリーニングする。可能であれば研磨中にインプロセスでクリーニングすることが望ましい。この実施例におけるクリーニング用ブラシ７はナイロン製のブラシであり、回転するとともに矢印６のように揺動する。
【００２９】
面粗さ２μｍＲｙに調整した直径１００ｍｍのＢＫ７光学ガラスディスク（高作物ｗ）を加工する（加工条件：定盤回転数６０ｒｐｍ、ヘッド回転数５５ｒｐｍ、加工圧力１０ｋＰａ）と、その結果、１０分間でスクラッチフリー、かつ３０ｎｍＲｙ以下の鏡面を得ることができた。また、引き続きガラスディスクを３０枚加工しても、加工能率や加工面粗さの低下はほぼ見られなかった。
さらに、上記研磨中に酸化セリウムを同時に供給すると５分間でスクラッチフリー、かつ３０ｎｍＲｙ以下の鏡面を得ることが可能となった。
【実施例２】
【００３０】
気相法により作成されたアルミナの凝集体である二次粒子を電気炉の中に入れて焼成した。また焼成の目安としては、互いに焼結され成長する一次粒子の粒径が５μｍ以下になるように焼成温度と焼成時間を調整する。隣接するアルミナの一次粒子同士が結合するが、この一次粒子同士の結合は部分的に空隙を有するように結合されており、砥粒として抜群の特性を持っている。その結合状態を細孔比表面積で表現すると３００，０００ｃｍ２／ｃｍ３である。このときの圧縮破壊強度は１５０ＭＰａである。このようにして得られた砥粒を植物油で固めたペーストと混合して、多孔質の弾性体に供給して研磨を行う。
【００３１】
図１に示すような研磨定盤３上に固定した多孔質の弾性体４の上に砥粒を含有したペーストを供給し、工作物ｗを固定した研磨ヘッド５と多孔質の弾性体４を固定した研磨定盤３をそれぞれ回転させて研磨を行う。多孔質の弾性体４は柘植を乾燥させてから粉砕して得られる微細な木粉（平均粒径はほぼ０．３ｍｍ）を、樹脂バインダ（この実施例２ではウレタン樹脂）と混練して圧縮押し出し成形したものである。実施例１と同様に、研磨の際には弾性体からなる毛で構成されたクリーニング用ブラシで適度なインターバルで、多孔質の弾性体表面をクリーニングする。可能であれば研磨中にインプロセスでクリーニングすることが望ましい。実施例２におけるクリーニング用ブラシ７はポリプロピレン製である。
【００３２】
以上のような方法で、直径１５０ｍｍの石英ガラス（粗さ１μｍＲｙ）の研磨を行うことにより、３０ｎｍＲｙのスクラッチフリーの鏡面を約１０分で得ることができた。研磨条件は、定盤回転数７０ｒｐｍ、ヘッド回転数５５ｒｐｍ、加工圧力１０ｋＰａである。
【実施例３】
【００３３】
コロイダイルシリカからなる一次粒子径４０ｎｍからなる超微細シリカ砥粒を、ゾルゲル法により平均粒径５０μｍの大きさに凝集させる。このような凝集体を電気炉の中に入れ、焼成を行った。コロイダイルシリカの隣接する一次粒子同士にネックが形成されるように熱処理条件を設定した。この一次粒子同士の結合は部分的に空隙を有するように結合されており、砥粒として抜群の特性を持っている。その結合状態を細孔比表面積で表現すると４００，０００ｃｍ２／ｃｍ３である。このときの圧縮破壊強度は１２０ＭＰａである。このように作成したシリカ凝集砥粒を純水と混合し、遊離砥粒として多孔質の弾性体に供給して研磨を行う。図１において、スラリー撹拌タンク１に純水と混合した砥粒を入れて、撹拌しながらスラリー供給ノズル２から研磨定盤３上に固定した多孔質の弾性体４の上に滴下する。ここで、多孔質の弾性体４は、檜を乾燥させてから粉砕して得られる微細な木粉をエポキシ樹脂と混練して圧縮押し出し成形したものである。
工作物を固定した研磨ヘッドと砥粒を保持した多孔質の弾性体は図示していないモータによってそれぞれが回転し、さらに研磨ヘッドは矢印６のように揺動する。研磨の際に必要に応じて弾性体からなる毛で構成されたクリーニング用ブラシで適度なインターバルで、多孔質の弾性体表面をクリーニングする。可能であれば研磨中にインプロセスでクリーニングすることが望ましい。ここで、クリーニング用ブラシはナイロン製のブラシであり、回転するとともに矢印６のように揺動する。
【００３４】
以上のようにして直径３０ｍｍのシリコンウェーハを研磨加工した結果、５分間の加工時間でスクラッチのない、加工面粗さ２０ｎｍＲｙ以下の鏡面が得られた。また、引き続きシリコンウェーハを２０枚研磨加工しても、加工能率や加工面粗さの低下は認められなかった。
【００３５】
また、上記研磨加工に先立って、本実施例と同様に作成した圧縮破壊強度が６００ＭＰａであるシリカ凝集砥粒を使用して、表面粗さ２μｍＲｙの面を短時間で得ることができた。このように、目的に応じて凝集砥粒の結合状態を変更することで、例えば結合力を強く調整した砥粒を使用して粗加工を行い、次に結合力を弱く調整した砥粒を使用して仕上げ加工を行うことができる。結合力を圧縮破壊強度で表現したときの、得られる表面粗さと加工能率との関係を示せば図４のとおりである。
図４において、菱形は加工能率を示し、丸は加工面粗さを示し、矢印は各プロットに対応する縦軸を示す。この図４から圧縮破壊強度すなわち一次粒子同士の結合力が大きくなるほど加工能率が増加し、得られる加工面粗さは減少してから増加することが読み取られる。ここで、圧縮破壊強度が小さいときは加工能率が低すぎて加工前の大きな粗さが残っている状態で、圧縮破壊強度が大きいときは砥粒が大きな単粒子として加工作用を及ぼすために大きな粗さになる状態である。
【実施例４】
【００３６】
実施例１と同様に得られたジルコニア凝集砥粒を、軽質鉱物油を主体とした液体と混合し、スラリー撹拌タンク１に入れ、図５に示すように、光学レンズ成形用金型５０の研磨を行う。図示されたノズル５２を通して多孔質の弾性体である研磨工具５３あるいは研磨面に砥粒を供給する。研磨工具５３は回転軸を備えたタイヤ形状をしており、回転しながら一定の荷重Ｆで研磨面に押し当てられて研磨面を走査して研磨する。このときに加工点に荷重Ｆを垂直にかけるために、当該加工面の法線を荷重負荷方向と一致させる制御、すなわち、いわゆる法線制御を行う。
多孔質の弾性体は檜を乾燥させてから粉砕して得られる微細な木粉（平均粒径がほぼ０．５ｍｍ）を、樹脂バインダ、ここではウレタン樹脂と混練して圧縮押し出し成形したものである。
研磨の際に弾性体からなる毛で構成されたクリーニング用ブラシ５４で多孔質の弾性体表面をインプロセスでクリーニングする。この実施例におけるクリーニング用ブラシはナイロン製のブラシである。
【００３７】
成形転写面が無電解ニッケルメッキされた光学レンズ成形用金型５０を荷重１００ｇｆ、工具回転数１５０ｒｐｍ、送り速度１５０ｍｍ／ｍｉｎの研磨条件で研磨したところ、スクラッチの発生がなく、３０ｎｍＲｙの鏡面を得ることができた。
また、本研磨方法の加工能率が安定していることから、加工面の各点における理想値からの誤差量をその誤差量に応じた滞留時間制御による研磨、つまり、山の部分は滞留時間を長くして除去量を大きく、谷の部分は滞留時間を短くして除去量を小さくなるように研磨を行うことで、高精度な形状の研磨を行うことも可能である。
【００３８】
以上、実施例を説明したが、ついで、実施態様５の具体例、実施態様６の具体例を簡単に説明する。
実施態様５は、粗面加工、仕上げ加工までの一連の研磨加工を行うとき、その各段階で用いる砥粒について、その切れ刃形成粒子の相互の結合力が強いもの、弱いものを選択的に用いることである。例えば実施例１による研磨加工を粗加工と仕上げ加工との２段階加工にするときは、圧縮破壊強度：５００ＭＰａの砥粒を用いて５分間粗加工し、その後、圧縮破壊強度：２００ＭＰａで５分間仕上げ加工する。これによれば、圧縮破壊強度：２００ＭＰａの砥粒を１種類用いて、直径１００ｍｍのＢＫ７光学ガラスディスク（工作物ｗ）を加工する（加工条件：定盤回転数６０ｒｐｍ、ヘッド回転数５５ｒｐｍ、加工圧力１０ｋＰａ）場合に比して、加工前の加工面粗さが速く小さくなり所定の除去量を速く達成することができる。つまり、３０分を要していた加工を１０分で終了することができ、加工時間を大幅に短縮することが可能である。
【００３９】
実施態様６は、解決手段１、実施態様４又は実施態様５の研磨方法において、工作物に対して化学作用を及ぼす砥粒を加工面に供給することである。例えば、実施例１の工作物、すなわちＢＫ７光学ガラスディスクに対して、実施例１と同様にして研磨加工を行う。この研磨加工における研磨作用、研磨結果は実施例１の場合と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】は実施例１〜実施例３を説明するための研磨定盤による研磨装置の側面図である。
【図２】は多孔質の弾性体に砥粒が保持されている状態を模式的に示す断面図である。
【図３】は、多孔質の弾性体の一部を拡大して模式的に示す断面図である。
【図４】は、結合力を圧縮破壊強度で表現したとき、得られる表面粗さと加工能率との関係を示す図である。
【図５】は、実施例４を説明するための研磨工具による研磨装置の斜視図である。
【図６】は、二次粒子の内部構造（バインダなしで細孔を含む多孔質構造）を示す顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００４１】
１：スラリー撹拌タンク
２，５２：ノズル
３：研磨定盤
４：多孔質の弾性体
５：研磨ヘッド
７，５４：クリーニング用ブラシ
５０：光学レンズ成形用金型
５３：研磨工具
Ｆ：荷重
【図１】
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【図５】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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