(57)【要約】【課題】加工速度の向上と表面粗さの低減とを両立することが可能な砥石、セラミック部材の研磨方法および当該研磨方法を採用したセラミック部品の製造方法を提供する。【解決手段】砥石２ａ，３ａは、窒化珪素セラミックスまたはサイアロンセラックスからなるセラミック部材の表面を研磨するための砥石であって、ダイヤモンド粒子およびＣＢＮ粒子の少なくとも一方を含む硬質粒子と、セラミック部材にトライボケミカル作用をもたらす反応性粒子と、メタルボンド、ビトリファイドボンド、レジンボンドおよびセラミックボンドからなる群から選択される少なくとも１種からなる結合剤とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化珪素セラミックスまたはサイアロンセラミックスからなるセラミック部材の表面を研磨するための砥石であって、
ダイヤモンド粒子およびＣＢＮ粒子の少なくとも一方を含む硬質粒子と、
前記セラミック部材にトライボケミカル作用をもたらす反応性粒子と、
メタルボンド、ビトリファイドボンド、レジンボンドおよびセラミックボンドからなる群から選択される少なくとも１種からなる結合剤とを含む、砥石。
【請求項２】
前記反応性粒子は、珪素酸化物、鉄酸化物、クロム酸化物、チタン酸化物およびセリウム酸化物からなる群から選択される少なくとも１種を含んでいる、請求項１に記載の砥石。
【請求項３】
前記硬質粒子は＃１０００よりも細粒である、請求項１または２に記載の砥石。
【請求項４】
前記反応性粒子の粒径は２μｍ以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の砥石。
【請求項５】
前記硬質粒子と前記反応性粒子との配合割合において、前記反応性粒子が２０体積％以上９０体積％以下を占める、請求項１〜４のいずれか１項に記載の砥石。
【請求項６】
窒化珪素セラミックスまたはサイアロンセラミックスからなるセラミック部材を準備する工程と、
前記セラミック部材の表面を、砥石を用いて研磨する工程とを備え、
前記砥石には、請求項１〜５のいずれか１項に記載の砥石が用いられる、セラミック部材の研磨方法。
【請求項７】
前記セラミック部材の表面を研磨する工程は、複数の研磨工程を含み、
前記複数の研磨工程のうち最終の前記研磨工程において請求項１〜５のいずれか１項に記載の砥石が用いられる、請求項６に記載のセラミック部材の研磨方法。
【請求項８】
前記セラミック部材の表面を研磨する工程は、互いに対向する一対の定盤の間に前記セラミック部材を挟持しつつ、一方の定盤を他方の定盤に対して相対的に０．５ｍ／ｓ以上１０ｍ／ｓ以下の周速で回転させることにより実施される、請求項６または７に記載のセラミック部材の研磨方法。
【請求項９】
前記セラミック部材の表面を研磨する工程では、エマルジョン型、ソリュブル型、ソリューション型、シンセティックソリュブル型、またはシンセティックソリューション型の水溶性切削液が用いられる、請求項６〜８のいずれか１項に記載のセラミック部材の研磨方法。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか１項に記載のセラミック部材の研磨方法を用いた研磨工程を含む、セラミック部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は砥石、セラミック部材の研磨方法およびセラミック部品の製造方法に関し、より特定的には、窒化珪素またはサイアロンからなるセラミック部材の表面を研磨するために使用可能な砥石、窒化珪素またはサイアロンからなるセラミック部材の研磨方法および窒化珪素またはサイアロンからなるセラミック部品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化珪素やサイアロンからなるセラミック部材の研磨は、ダイヤモンド砥粒を含む砥石を用いて、たとえば粗研磨、精研磨１、精研磨２、仕上げ研磨の順で、砥石に含まれるダイヤモンド砥粒の粒径を順次小さくしつつ、４以上の工程（たとえば＃１００、＃８００、＃８０００、＃１５０００の４工程）にて行ない、セラミック部材を所定の寸法および精度に仕上げるのが一般的である。しかし、このようなセラミック部材の研磨方法は、被加工物であるセラミックス部材をダイヤモンド砥石で物理的にのみ研磨する手法である。そのため、高価なダイヤモンド砥石を多数の工程にて使用する。その結果、研磨コストが高くなる。特に、仕上げ工程では、研磨速度が遅く長時間の加工が必要であるため、セラミックス部材が高価となる大きな要因の１つとなっている。
【０００３】
これに対し、ダイヤモンドに比べて安価な炭化硼素を砥粒として用いる方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。また、水系クーラントを使用して窒化珪素やサイアロンなどからなるセラミック部材の研磨を行なう場合、セラミック部材の極表層は珪素系の酸化物で覆われた状態となる。この酸化物を除去しつつ研磨を進行させるトライボケミカル作用を利用した方法が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。この方法では、トライボケミカル作用に寄与する砥粒として酸化クロム、酸化セシウム、酸化鉄、ジルコニア、炭化硼素、酸化錫等の砥粒をシリコン樹脂に混練した研磨用パテや砥石が用いられる。また、水系クーラントに酸化物系砥粒を遊離砥粒として分散させ、上記トライボケミカル作用を利用して研磨する方法も提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３２６２３８号公報
【特許文献２】特開平４−２０１１８０号公報
【特許文献３】特開２００７−２２２９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に記載されているような炭化硼素を砥粒として用いる方法では、研磨速度が低下するという問題が生じる。一方、上記引用文献２に記載のようにトライボケミカル作用に寄与する砥粒をシリコン樹脂に混練したパテや砥石を使用する方法は、良好な表面粗さが得られるものの、やはり加工速度が遅いという問題がある。また、この方法では、ステンレスやプラスチックのような比較的軟らかい材料の研磨は可能であるものの、セラミック部材のような硬質の被加工物の研磨は困難である。さらに、上記引用文献３のように水系クーラントに酸化物系砥粒を遊離砥粒として分散させる方法では、研磨により生じたセラミック粉末をフィルター等によってクーラントから分離する際、トライボケミカル作用に寄与する遊離砥粒をも分離してしまうこと、良好な表面粗さが得られるものの、やはり加工速度が遅いこと、遊離砥粒の濃度管理が難しいこと、などの問題がある。
【０００６】
本発明は上記問題点に対応するためになされたものであって、その目的は、加工速度の向上と表面粗さの低減とを両立することが可能な砥石、セラミック部材の研磨方法および当該研磨方法を採用したセラミック部品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】
本発明に従った砥石は、窒化珪素セラミックスまたはサイアロンセラミックスからなるセラミック部材の表面を研磨するための砥石である。この砥石は、ダイヤモンド粒子およびＣＢＮ（Ｃｕｂｉｃ  Ｂｏｒｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）粒子の少なくとも一方を含む硬質粒子と、セラミック部材にトライボケミカル作用をもたらす反応性粒子と、メタルボンド、ビトリファイドボンド、レジンボンドおよびセラミックボンドからなる群から選択される少なくとも１種からなる結合剤とを含んでいる。
【０００８】
本発明の砥石においては、上記硬質粒子と反応性粒子とを含んでいるため、硬質粒子による研磨に反応性粒子によるトライボケミカル作用が組み合わされることによって、加工速度を速めつつ、硬質粒子のみの場合に比べて表面粗さを低減することができる。また、上記群から選択される結合剤を用いることにより、窒化珪素やサイアロンからなる硬質部材の研磨が可能となっている。さらに、本発明の砥石においては、砥石内に反応性粒子が含まれているため、研磨の進行に伴って、適切な量の反応性粒子を砥石とセラミック部材との間に継続的に供給することが容易となる。このように、本発明の砥石によれば、加工速度の向上と表面粗さの低減とを両立することが可能な砥石を提供することができる。
【０００９】
上記砥石においては、上記反応性粒子は、珪素酸化物、鉄酸化物、クロム酸化物、チタン酸化物およびセリウム酸化物からなる群から選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。これらの物質は、窒化珪素やサイアロンのトライボケミカル反応に寄与する反応性粒子の材料として好適である。
【００１０】
上記砥石においては、硬質粒子は＃１０００よりも細粒であってもよい。本発明の砥石は、比較的仕上研磨に近い、すなわち＃１０００よりも細粒の硬質粒子を含む研磨速度の比較的遅い砥石に対して特に有効である。
【００１１】
上記砥石においては、反応性粒子の粒径は２μｍ以下であってもよい。これにより、反応性粒子によるトライボケミカル作用を有効に活用することができる。
【００１２】
上記砥石においては、硬質粒子と反応性粒子との配合割合において、反応性粒子が２０体積％以上９０体積％以下を占めてもよい。これにより、加工速度を速くすることができる。
【００１３】
本発明に従ったセラミック部材の研磨方法は、窒化珪素セラミックスまたはサイアロンセラミックスからなるセラミック部材を準備する工程と、セラミック部材の表面を、砥石を用いて研磨する工程とを備えている。そして、砥石には、上記本発明の砥石が用いられる。上記本発明の砥石が用いられることにより、本発明のセラミック部材の研磨方法によれば、加工速度の向上と表面粗さの低減とを両立することが可能なセラミック部材の研磨方法を提供することができる。
【００１４】
上記セラミック部材の研磨方法においては、セラミック部材の表面を研磨する工程は、複数の研磨工程を含み、複数の研磨工程のうち最終の研磨工程において上記本発明の砥石が用いられる。研磨速度の遅い砥石に対して特に有効な本発明の砥石は、最終の研磨工程での使用に適している。
【００１５】
上記セラミック部材の研磨方法においては、セラミック部材の表面を研磨する工程は、互いに対向する一対の定盤の間にセラミック部材を挟持しつつ、一方の定盤を他方の定盤に対して相対的に０．５ｍ／ｓ以上１０ｍ／ｓ以下の周速で回転させることにより実施されてもよい。これにより、表面粗さを有効に低減することができる。
【００１６】
上記セラミック部材の研磨方法においては、セラミック部材の表面を研磨する工程では、エマルジョン型、ソリュブル型、ソリューション型、シンセティックソリュブル型、またはシンセティックソリューション型の水溶性切削液が用いられてもよい。これらの切削液は、上記本発明の砥石を用いた研磨に好適である。
【００１７】
上記セラミック部材の研磨方法においては、セラミック部材の表面を研磨する工程は、上記本発明の砥石である特殊砥石が用いられる複数の特殊砥石研磨工程を含んでいてもよい。これにより、加工速度の向上と表面粗さの低減とを高いレベルで両立することが可能となる。
【００１８】
上記セラミック部材の研磨方法においては、上記複数の特殊砥石研磨工程は、第１の粒度の硬質粒子を含む第１特殊砥石が用いられる第１の特殊砥石研磨工程と、第１特殊砥石により研磨されたセラミック部材が、上記第１の粒度よりも細粒の第２の粒度の硬質粒子を含む第２特殊砥石を用いて研磨される第２の特殊砥石研磨工程とを含んでいてもよい。これにより、加工速度の向上と表面粗さの低減とを高いレベルで両立することが可能となる。
【００１９】
上記セラミック部材の研磨方法においては、第２特殊砥石は、第１特殊砥石に比べて硬質粒子の割合が少なく、反応性粒子の割合が多くなっていてもよい。これにより、加工速度の向上と表面粗さの低減とをより高いレベルで両立することが可能となる。
【００２０】
本発明に従ったセラミック部品の製造方法は、上記本発明のセラミック部材の研磨方法を用いた研磨工程を含んでいる。加工速度の向上と表面粗さの低減とを両立することが可能な本発明の研磨方法を含んでいることにより、本発明のセラミック部品の製造方法によれば、加工時間を短縮しつつ表面粗さが低減されたセラミック部品を製造することができる。
【００２１】
上記セラミック部品の製造方法においては、上記セラミック部品は転がり軸受を構成する軸受部品であってもよい。表面粗さの低減と生産効率の向上が求められる軸受部品の製造方法には、本発明のセラミック部品の製造方法の採用が適切である。なお、軸受部品としては、軌道輪および転動体が挙げられ、玉、ころなどの転動体の製造方法に、本発明のセラミック部品の製造方法は特に適している。
【発明の効果】
【００２２】
以上の説明から明らかなように、本発明の砥石、セラミック部材の研磨方法およびセラミック部品の製造方法によれば、加工速度の向上と表面粗さの低減とを両立することが可能な砥石、セラミック部材の研磨方法および当該研磨方法を採用したセラミック部品の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施の形態におけるセラミック部品の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図２】本発明の一実施の形態におけるセラミック部材の研磨装置の構成を示す概略斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態における研磨装置のタンクの構成を示す概略断面図である。
【図４】加工速度および表面粗さに対する本発明の効果を示す図である。
【図５】加工速度に及ぼす硬質粒子と反応性粒子との混合比の影響を示す図である。
【図６】加工速度および表面粗さに及ぼす砥石（定盤）の周速の影響を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２５】
本発明のセラミック部品の製造方法の一例として、セラミック製の軸受部品であるセラミック球の製造方法について説明する。図１を参照して、本実施の形態におけるセラミック球の製造方法では、まず、工程（Ｓ１０）として原料粉末準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、たとえば窒化珪素またはサイアロンの原料粉末が準備される。
【００２６】
次に、工程（Ｓ２０）として混合工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、たとえば工程（Ｓ１０）において準備された原料粉末に、別途準備された焼結助剤を添加して混合する。なお、焼結助剤を採用しない場合、この工程（Ｓ２０）を省略することもできる。
【００２７】
次に、工程（Ｓ３０）として成形工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、上記原料粉末、または原料粉末と焼結助剤との混合物である粉末が、製造されるべきセラミック球の概略形状に成形される。具体的には、上記粉末に、たとえばプレス成形、鋳込み成形、押し出し成形、転動造粒などの成形手法を適用することにより、セラミック球の概略形状に成形された成形体が作製される。
【００２８】
次に、工程（Ｓ４０）として焼結工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、上記成形体が焼結されることにより焼結体が作製される。この工程（Ｓ４０）は、ホットプレス焼結（Ｈｏｔ  Ｐｒｅｓｓ；ＨＰ）、熱間静水圧焼結（Ｈｏｔ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓ；ＨＩＰ）などの加圧焼結法が採用されて実施されてもよいし、常圧焼結法により実施されてもよい。また上記焼結の加熱方法は、ヒータ加熱のほか、マイクロ波やミリ波による電磁波加熱を用いることもできる。
【００２９】
次に、工程（Ｓ５０）として第１研磨工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、上記工程（Ｓ４０）にて作製された焼結体が、たとえば＃１００のダイヤモンド砥粒を含む従来の砥石が用いられて表面研磨される。これにより、焼結体の表面粗さが低減される。
【００３０】
次に、工程（Ｓ６０）として第２研磨工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、工程（Ｓ５０）において研磨された焼結体が、たとえば＃２００のダイヤモンド砥粒を含む従来の砥石が用いられて表面研磨される。これにより、焼結体の表面粗さがさらに低減される。
【００３１】
次に、工程（Ｓ７０）として第３研磨工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、工程（Ｓ６０）において研磨された焼結体が、たとえば＃１５００のダイヤモンド砥粒を含む本発明の砥石が用いられて表面研磨される。より具体的には、工程（Ｓ７０）においては、ダイヤモンド粒子およびＣＢＮ粒子の少なくとも一方を含む硬質粒子と、焼結体にトライボケミカル作用をもたらす反応性粒子と、メタルボンド、ビトリファイドボンド、レジンボンドおよびセラミックボンドからなる群から選択される少なくとも１種からなる結合剤とを含む砥石が用いられる。これにより、硬質粒子による研磨に反応性粒子によるトライボケミカル作用が組み合わされるため、速い加工速度を確保しつつ焼結体の表面粗さを低減することができる。
【００３２】
次に、工程（Ｓ８０）として仕上研磨工程が実施される。この工程（Ｓ８０）では、工程（Ｓ７０）において研磨された焼結体が、たとえば＃６０００のダイヤモンド砥粒を含む本発明の砥石が用いられて表面研磨される。これにより、硬質粒子による研磨に反応性粒子によるトライボケミカル作用が組み合わされるため、速い加工速度を確保しつつ焼結体の表面粗さを一層低減することができる。
【００３３】
ここで、反応性粒子としては、珪素酸化物、鉄酸化物、クロム酸化物、チタン酸化物およびセリウム酸化物からなる群から選択される少なくとも１種を選択することができる。
【００３４】
次に、工程（Ｓ９０）として検査工程が実施される。この工程（Ｓ９０）では、工程（Ｓ１０）〜（Ｓ８０）の結果得られたセラミック球の検査が実施される。以上の手順により、転がり軸受の転動体として使用される窒化珪素セラミックスまたはサイアロンセラミックスからなるセラミック球が完成する。
【００３５】
なお、本明細書、特許請求の範囲、要約書、図面において、上記硬質粒子の粒度は、ＪＩＳ  Ｒ６００１に従って記載されている。
【００３６】
次に、上記工程（Ｓ５０）〜（Ｓ８０）において使用される本発明の一実施の形態における研磨装置について説明する。図２を参照して、本実施の形態における研磨装置１は、窒化珪素セラミックスまたはサイアロンセラミックスの焼結体からなる球体７を研磨加工する研磨装置である。この研磨装置１は、円盤状の固定定盤２と、円盤状の回転定盤３と、供給管４と、排水管５と、タンク６とを備えている。固定定盤２と回転定盤３とは中心軸が一致するように配置される。回転定盤３は、上記中心軸を軸として矢印αの向きに回転する。固定定盤２の研磨面２ａと回転定盤３の研磨面３ａとは互いに対向するように配置される。研磨面２ａおよび研磨面３ａには、被加工物である球体７よりも硬度が高い砥粒が固定されている。より具体的には、研磨面２ａおよび研磨面３ａには、球体７よりも硬度が高い砥粒を含む砥石が配置されている。研磨面２ａおよび研磨面３ａに配置された砥石のそれぞれには、円周方向に延在する溝が形成されている。これらの溝は、複数の球体７の各々を挟むように互いに対向して配置されている。
【００３７】
回転定盤３には、中心軸を含むように回転軸（図示しない）が接続されており、この回転軸はプーリ（図示しない）に接続される。そして、プーリはベルト（図示しない）を介してモータ（図示しない）に接続される。このモータの回転がベルトを介して回転軸に伝達されることにより、回転定盤３は矢印αに沿った向きに回転する。一方、固定定盤２は、油圧シリンダ（図示せず）などの押圧機構によって回転定盤３の方向へ適切な圧力で押圧される。
【００３８】
固定定盤２と回転定盤３との間には、供給部としての供給管４の一端が挿入されている。供給管４は、タンク６内へと延在している。供給管４によって、タンク６内の加工液が固定定盤２と回転定盤３との間（球体７と砥石との間）に供給される。また、固定定盤２と回転定盤３との間には、排出部としての排水管５が挿入されている。排水管５は、タンク６内へと延在している。固定定盤２と回転定盤３との間に供給された加工液は、排水管５を介してタンク６内へ排出される。
【００３９】
研磨装置１は、研磨されるべき球体７を固定定盤２と回転定盤３との間に投入するためのシュート９と、研磨された球体７を固定定盤２と回転定盤３との間から排出するための排出口１０とをさらに備えている。
【００４０】
次に、上記タンク６の構造について説明する。図３を参照して、筐体としてのタンク６は、３つの滞留槽１１ａ〜１１ｃを有しており、滞留槽１１ａ〜１１ｃの各々は、いずれも加工液８を保持している。研磨装置１の運転時には、滞留槽１１ａおよび１１ｂは、加工液８にて満たされている。加工液８の液面の高さは、滞留槽１１ａ（第１槽）が最も高く、次いで滞留槽１１ｂが二番目に高く、滞留槽１１ｃ（第３槽）がもっとも低い。これにより、滞留槽１１ａの上部から溢れ出した加工液８は滞留槽１１ｂへ流れ込み、滞留槽１１ｂの上部から溢れ出した加工液８は滞留槽１１ｃへ流れ込む。また、排水管５の他端は滞留槽１１ａ内に差し込まれている。これにより、滞留槽１１ａには排水管５から排出された加工液８が供給される。さらに、供給管４の他端は、滞留槽１１ｃ内に差し込まれている。供給管４には、ポンプ１４が設置されている。これにより、滞留槽１１ｃの加工液８がポンプ１４の動力により、供給管４から固定定盤２と回転定盤３との間に供給される。つまり、加工液８はタンク６などを通じて循環して使用される。
【００４１】
また、滞留槽１１ｃ内には温度計１３が設けられている。さらに、タンク６の外周にはヒータ１４ａが取り付けられており、供給管４の外周にはヒータ１４ｂが取り付けられている。温度計１３、ヒータ１４ａおよび１４ｂの各々は、温度制御装置１２と電気的に接続されている。温度制御装置１２は、温度計１３にて測定された温度に基づいてヒータ１４ａおよび１４ｂを加熱し、それにより加工液８の温度を制御する。その結果、適切な温度の加工液８を固定定盤２と回転定盤３との間に供給することができる。加工液８の温度は室温より高く８０℃以下であることが好ましく、６０℃以下であることがより好ましい。加工液８の温度を室温より高くすることで、トライボケミカル反応が促進され、ラッピング加工処理能率をさらに向上することができる。また、加工液８の温度を８０℃以下、より好ましく６０℃以下とすることで、作業の安全性や管理の容易性を確保することができる。
【００４２】
さらに、滞留槽１１ａ内には滞留槽１１ａの水位を測定するための水位計１７が設けられており、滞留槽１１ａ上には滞留槽１１ａ内に溶媒（たとえば水）を供給するための給水源１５が設けられている。水位計１７および給水源１５の各々は水位制御装置１６に電気的に接続されている。水位制御装置１６は、滞留槽１１ａの水位が低いことを検知した場合には、給水源１５から滞留槽１１ａへ水を供給する。その結果、滞留槽１１ａ〜１１ｃの水位を一定に保つことができる。
【００４３】
次に、上記研磨装置１を用いた球体の研磨方法について説明する。図２および図３を参照して、上記工程（Ｓ５０）〜（Ｓ８０）において実施される球体の研磨加工方法では、まず、研磨対象となる球体７（焼結体）が、シュート９から固定定盤２と回転定盤３との間に投入される。このとき、回転定盤３は、矢印αの方向に回転する。また、固定定盤２と回転定盤３との間には、供給管４から加工液が供給される。これにより、球体７は互いに対向する研磨面（砥石）２ａと研磨面（砥石）３ａとの間に挟持され、研磨面２ａおよび研磨面３ａに配置された砥石に形成された溝に沿って円周方向に移動しつつ回転することにより、研磨される。
【００４４】
ここで、研磨工程である工程（Ｓ５０）〜（Ｓ８０）のうち工程（Ｓ７０）および（Ｓ８０）では、研磨面２ａおよび研磨面３ａに配置された砥石の少なくともいずれか一方に、好ましくは両方にダイヤモンド粒子およびＣＢＮ粒子の少なくとも一方を含む硬質粒子と、球体７にトライボケミカル作用をもたらす反応性粒子と、メタルボンド、ビトリファイドボンド、レジンボンドおよびセラミックボンドからなる群から選択される少なくとも１種からなる結合剤とを含む砥石が用いられる。
【００４５】
上記本実施の形態における球体７の研磨方法においては、砥石内に反応性粒子が含まれているため、研磨の進行に伴って、適切な量の反応性粒子を砥石と球体７との間に継続的に供給することができる。そのため、上述のように加工液８が循環する場合でも、安定的に反応性粒子によるトライボケミカル作用を利用することができる。また、反応性粒子を加工液８に添加する場合に発生する研磨装置周辺の汚染も抑制することができる。
【００４６】
本実施の形態の砥石においては、反応性粒子は、珪素酸化物、鉄酸化物、クロム酸化物、チタン酸化物およびセリウム酸化物からなる群から選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。
【００４７】
また、本実施の形態の砥石においては、反応性粒子の粒径は２μｍ以下であることが好ましい。これにより、反応性粒子によるトライボケミカル作用を有効に活用することができる。
【００４８】
さらに、本実施の形態の砥石においては、硬質粒子と反応性粒子との配合割合において、反応性粒子が２０体積％以上９０体積％以下を占めることが好ましい。これにより、加工速度を速くすることができる。
【００４９】
また、上記固定定盤２に対して回転定盤３は、球体７を挟持する領域において０．５ｍ／ｓ以上１０ｍ／ｓ以下の周速となるように回転させることが好ましい。これにより、表面粗さを有効に低減することができる。
【００５０】
さらに、加工液８としては、エマルジョン型、ソリュブル型、ソリューション型、シンセティックソリュブル型、またはシンセティックソリューション型の水溶性切削液を用いることができる。
【００５１】
また、工程（Ｓ８０）において用いられる砥石は、工程（Ｓ７０）において用いられる砥石に比べて硬質粒子の割合が少なく、反応性粒子の割合が多くなっていることが好ましい。これにより、加工速度の向上と表面粗さの低減とをより高いレベルで両立することが可能となる。
【実施例１】
【００５２】
本発明の砥石の優位性を確認する実験を行なった。実験の手順は以下の通りである。まず、＃１５００のダイヤモンド砥粒に同量（同体積）の酸化鉄（反応性粒子）を混合した本発明の砥石を作製した（実施例；＃１５００＋酸化鉄）。一方、比較のため、実施例の砥石において酸化鉄の添加を省略した砥石も作製した（比較例；＃１５００）。そして、窒化珪素焼結体からなる被研磨物の研磨を実施例および比較例の砥石を用いて同条件で実施し、加工速度および研磨された被研磨物の表面粗さを調査した。研磨時の周速は１．８ｍ／ｓとした。実験結果を図４に示す。図４において、加工速度は、比較例（＃１５００）を１とした場合の相対値にて示されている。
【００５３】
図４を参照して、本発明の砥石を用いた場合、酸化鉄を添加しなかった比較例の砥石を用いた場合に比べて、加工速度が上昇すると同時に、表面粗さが低減されている。このことから、本発明の砥石によれば、加工速度の向上と表面粗さの低減とを両立することが可能であることが確認された。
【実施例２】
【００５４】
本発明の砥石における硬質粒子（ダイヤモンド砥粒）と反応性粒子（酸化鉄粒子）との適切な混合比（体積比）を調査する実験を行なった。上記実施例１の実施例（＃１５００＋酸化鉄）の砥石と同様の砥石において、ダイヤモンド砥粒と酸化鉄砥粒との混合比を変化させた砥石を作製し、上記実施例１の場合と同様に被研磨物の研磨を行い、加工速度を調査した。図５に実験結果を示す。図５において、加工速度はダイヤモンド：酸化鉄が１００：０のもの、すなわち酸化鉄が添加されない砥石の加工速度を１として表示されている。
【００５５】
図５を参照して、ダイヤモンド砥粒：酸化鉄の体積比が２０：８０〜９０：１０の範囲、すなわち反応性粒子である酸化鉄が２０体積％以上９０体積％以下の範囲で高い加工速度が得られている。また、図５から、酸化鉄は３０％以上が好ましく、４０％以上がより好ましいといえる。さらに、図５から、酸化鉄は８０％以下が好ましく、７０％がより好ましく、６０％以下が最も好ましいといえる。すなわち、最も好ましいのは、酸化鉄が４０体積％以上６０体積％以下の範囲である。
【実施例３】
【００５６】
本発明の砥石を用いた研磨加工において、砥石の周速と加工速度および表面粗さとの関係を調査することにより、好ましい周速を検討した。上記実施例１の砥石（＃１５００＋酸化鉄）を用いて周速を変化させ、加工速度および研磨加工後の被研磨物の表面粗さを調査した。実験結果を図６に示す。図６において、各周速に対応する加工速度が棒グラフで、表面粗さが中実の丸印で示されている。また、図６において、加工速度は周速１．８３ｍ／ｓの条件下での加工速度を１とした相対値にて表示されている。また、周速とは、被研磨物が接触する領域における砥石（定盤）の周速である。
【００５７】
図６を参照して、加工速度は周速とともに上昇する一方、表面粗さは極小値を有していることが分かる。そして、表面粗さは、周速が０．５ｍ／ｓ以上１０ｍ／ｓ以下の範囲で良好な値となっている。また、より表面粗さを低減するためには周速は１．８３ｍ／ｓ以上とすることが好ましく、３．６７ｍ／ｓ以上とすることがさらに好ましい。さらに、表面粗さを低減するためには、周速は９．１６以下とすることが好ましく、５．５０以下とすることがより好ましい。
【実施例４】
【００５８】
３通りの条件で窒化珪素からなる被研磨物を研磨する実験を行ない、本発明の砥石の有効性等を確認した。
【００５９】
（実験１）
窒化珪素からなる被研磨物（セラミック球）に対して、＃１００、＃２００、＃１５００、＃６０００の順で反応性粒子を含まないダイヤモンド砥石にて研磨を行なった。＃１００、＃２００および＃１５００の砥石については加工時間（研磨時間）をそれぞれ１０分間ずつとした。そして、＃６０００の砥石については、加工時間を５分間とした。その結果、研磨終了後の被研磨物の表面粗さはＪＩＳ規格Ｒａで０．０２μｍであった。
【００６０】
（実験２）
窒化珪素からなる被研磨物に対して、＃１００、＃２００、＃１５００の順で反応性粒子を含まないダイヤモンド砥石にて研磨を行なった後、反応性粒子（酸化鉄粒子）を含む＃６０００のダイヤモンド砥石にて研磨を行なった。＃１００、＃２００および＃１５００の砥石については上記実験１の場合と同様に加工時間をそれぞれ１０分間ずつとした。そして、＃６０００の砥石については、加工時間を３分間とした。＃６０００の砥石の加工時間が実験１に比べて短縮されたのは、反応性粒子を含む砥石による研磨が実施される実験２では、トライボケミカル作用により研磨速度が大きくなり、同じ取り代であれば実験１の場合に比べて短時間で研磨が終了するためである。なお、＃６０００の砥石におけるダイヤモンド砥粒と酸化鉄粒子との配合体積比は、１：１とした。その結果、研磨終了後の被研磨物の表面粗さはＪＩＳ規格Ｒａで０．０１μｍであった。
【００６１】
（実験３）
窒化珪素からなる被研磨物に対して、＃１００、＃２００の順で反応性粒子を含まないダイヤモンド砥石にて研磨を行なった後、反応性粒子（酸化鉄粒子）を含む＃１５００および＃６０００のダイヤモンド砥石にて順次研磨を行なった。＃１００および＃２００の砥石については上記実験１の場合と同様に加工時間をそれぞれ１０分間ずつとした。そして、＃１５００の砥石については加工時間を５分間、＃６０００の砥石については、加工時間を３分間とした。＃１５００および＃６０００の砥石の加工時間が実験１に比べて短縮されたのは、反応性粒子を含む砥石による研磨が実施される実験２では、トライボケミカル作用により研磨速度が大きくなり、同じ取り代であれば実験１の場合に比べて短時間で研磨が終了するためである。なお、＃１５００および＃６０００の砥石におけるダイヤモンド砥粒と酸化鉄粒子との配合体積比は、上記実験２の場合と同様に１：１とした。その結果、研磨終了後の被研磨物の表面粗さはＪＩＳ規格Ｒａで０．００７μｍであった。
【００６２】
上記実験１および２の結果から、反応性粒子を含む＃６０００の砥石を採用することにより、加工時間の短縮と表面粗さの低減という効果が同時に得られることが確認された。また、上記実験２および３の結果から、反応性粒子を含む＃１５００および＃６０００の砥石を用いて連続的に研磨することにより、加工時間の更なる短縮と表面粗さの更なる低減とが得られた。これは、反応性粒子を含む＃１５００の砥石による研磨後の被研磨物の表面粗さが、通常の＃１５００の砥石よりも低減されているため、次工程である＃６０００の砥石での加工によい影響をもたらしたことを示しているといえる。このことから、反応性粒子を含む砥石を用いた加工工程を連続的に実施することにより、仕上げ加工の取り代を低減することも可能であると考えられる。
【００６３】
なお、上記実施例においては、窒化珪素からなる被研磨物を研磨した場合に関する実験について説明したが、サイアロンからなる被研磨物を研磨した場合についても同様の結果が得られる。
【００６４】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の砥石、セラミック部材の研磨方法およびセラミック部品の製造方法は、窒化珪素またはサイアロンからなるセラミック部材の表面を研磨するために使用可能な砥石、窒化珪素またはサイアロンからなるセラミック部材の研磨方法および窒化珪素またはサイアロンからなるセラミック部品の製造方法に、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００６６】
１  研磨装置、２  固定定盤、２ａ  研磨面（砥石）、３  回転定盤、３ａ  研磨面（砥石）、４  供給管、５  排水管、６  タンク、７  球体、８  加工液、９  シュート、１０  排出口、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ  滞留槽、１２  温度制御装置、１３  温度計、１４  ポンプ、１４ａ，１４ｂ  ヒータ、１５  給水源、１６  水位制御装置、１７  水位計。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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