(57)【要約】      （修正有）【課題】硬質金属材料を効率よく研磨する砥粒、該砥粒を含む研磨用組成物および該組成物を用いる硬質金属材料製造方法を提供する。【解決手段】研磨定盤に供給されて硬質金属材料を研磨するための砥粒であって、平均粒子径が２〜１０μｍであり、前記研磨定盤に対する保持率が５〜６０％である、硬質金属材料研磨用砥粒。研磨効率の観点から実質的に二ホウ化チタンからなる砥粒が特に好ましい。硬質金属材料の好適例として、ステンレス鋼が挙げられる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨定盤に供給されて硬質金属材料を研磨するための砥粒であって、
平均粒子径が２〜１０μｍであり、
前記研磨定盤に対する保持率が５〜６０％である、硬質金属材料研磨用砥粒。
【請求項２】
実質的に二ホウ化チタンからなる、請求項１に記載の砥粒。
【請求項３】
請求項１または２に記載の砥粒と、該砥粒を分散させる溶媒とを含む、研磨用組成物。
【請求項４】
前記砥粒の濃度が０．３〜１０重量％である、請求項３に記載の研磨用組成物。
【請求項５】
硬質金属製品を製造する方法であって：
研磨定盤を備えた研磨装置に研磨対象物としての硬質金属材料をセットすること；
前記研磨定盤に研磨用組成物を供給すること；および
前記研磨対象物に対して前記研磨定盤を相対的に移動させることにより前記研磨対象物を研磨すること；
を包含し、ここで、前記研磨用組成物として請求項３または４に記載の研磨用組成物を使用する、硬質金属製品製造方法。
【請求項６】
前記研磨定盤は、平均粒子径２５〜１２０μｍの緑色炭化ケイ素砥粒により表面調整されたものである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記研磨定盤は鋳鉄製の表面を備える、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
前記砥粒は実質的に二ホウ化チタンからなる、請求項５から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記硬質金属材料はステンレス鋼である、請求項５から８のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬質金属材料を研磨するための砥粒およびその利用に関する。詳しくは、上記砥粒、該砥粒を含む研磨用組成物、および該砥粒を含む研磨用組成物を用いた硬質金属製品製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステンレス鋼やチタン合金等のような硬質金属材料は、一般に研磨加工が困難である。そのため、通常このような硬質金属材料のラッピングには、ダイヤモンドやＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）、炭化ホウ素などのような高硬度の砥粒が用いられている。例えば特許文献１には、ダイヤモンド砥粒を用いてステンレス鋼を研磨することが記載されている。特許文献２は、硬質金属材料ではなく炭化ケイ素単結晶の研磨に関する技術文献である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２４９５３６号公報
【特許文献２】特開平７−８０７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ダイヤモンドを始めとする高硬度の砥粒は概して高価である。このため、硬質金属材料の研磨加工において、実用的な研磨能率（研磨レート）を確保しつつ原料コストを低減することは容易ではない。
【０００５】
本発明は、かかる状況に鑑みてなされたものであって、硬質金属材料を効率よく研磨することのできる砥粒を提供することを目的とする。本発明の他の目的は、上記砥粒を含む研磨用組成物を提供することである。関連する他の目的は、上記砥粒を利用して硬質金属製品を製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によると、研磨定盤に供給されて硬質金属材料を研磨するための砥粒が提供される。上記砥粒は、平均粒子径が２〜１０μｍである。上記砥粒は、上記研磨定盤に対する保持率が５〜６０％である。
かかる砥粒は、上記保持率が適正な範囲にあり、かつ硬質金属の研磨（特にラッピング）に適した平均粒子径を有することにより、該砥粒による加工力を研磨対象物たる硬質金属材料に対して効率よく作用させることができる。したがって、上記砥粒によると、原料コストを抑えつつ実用的な研磨能率を達成することができる。
【０００７】
本発明によると、また、ここに開示されるいずれかの砥粒を含む研磨用組成物が提供される。上記研磨用組成物によると、硬質金属材料の研磨において、原料コストを抑えつつ実用的な研磨能率を達成することができる。上記研磨用組成物は、典型的には、上記砥粒を分散させる溶媒をさらに含む。
【０００８】
ここに開示される研磨用組成物の好ましい一態様では、該組成物における上記砥粒の濃度が０．３〜１０重量％である。砥粒濃度が上記範囲にある研磨用組成物において、原料コストの抑制と良好な研磨能率とがより好適に両立され得る。
【０００９】
本発明によると、また、硬質金属製品を製造する方法が提供される。その方法は、典型的には、研磨定盤を備えた研磨装置に研磨対象物としての硬質金属材料をセットすることを含む。また、上記研磨定盤に研磨用組成物を供給することを含む。上記研磨用組成物としては、ここに開示されるいずれかの砥粒を含む研磨用組成物を用いることができる。上記方法は、さらに、上記研磨対象物に対して上記研磨定盤を相対的に移動させることにより上記研磨対象物を研磨することを含む。かかる方法によると、原料コストを抑えつつ、研磨された表面を有する硬質金属製品を効率よく製造することができる。
【００１０】
また、本発明の他の側面として、硬質金属材料の研磨方法が提供される。その方法は、典型的には、研磨定盤を備えた研磨装置に研磨対象物としての硬質金属材料をセットすることを含む。また、上記研磨定盤に研磨用組成物を供給することを含む。上記研磨用組成物としては、ここに開示されるいずれかの砥粒を含む研磨用組成物を用いることができる。上記方法は、さらに、上記研磨対象物に対して上記研磨定盤を相対的に移動させることにより上記研磨対象物を研磨することを含む。かかる方法によると、原料コストを抑えつつ、硬質金属材料を効率よく研磨することができる。
【００１１】
ここに開示されるいずれかの技術における研磨定盤は、平均粒子径が２５〜１２０μｍの緑色炭化ケイ素砥粒（以下「ＧＣ砥粒」ともいう。）により表面調整されたものであり得る。かかる研磨定盤によると、ここに開示される砥粒による加工力を研磨対象物たる硬質金属材料に対して効率よく作用させることができる。
【００１２】
ここに開示されるいずれかの技術における研磨定盤としては、鋳鉄製の表面を備えるものを好ましく採用し得る。このような研磨定盤（鋳鉄定盤）を用いる研磨において、本発明の効果が好適に発揮され得る。
【００１３】
ここに開示されるいずれかの技術における砥粒の好適例として、実質的に二ホウ化チタンからなる砥粒が挙げられる。このような砥粒によると、原料コストの抑制と良好な研磨能率とが特に好適に両立され得る。
【００１４】
ここに開示されるいずれかの技術における硬質金属材料の好適例として、ステンレス鋼が挙げられる。すなわち、ここに開示される技術は、ステンレス鋼の研磨に好ましく適用され得る。なかでも、ステンレス鋼のラッピングへの適用が特に有意義である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
【００１６】
＜研磨対象物＞
ここに開示される技術は、各種の硬質金属材料の研磨に好ましく適用され得る。ここで硬質金属材料とは、金属材料のなかでも比較的硬度の高い材料を意味し、具体的にはビッカース硬度が１００ＨＶを超える金属材料を指す。ビッカース硬度は、押込み圧力に対する堅牢さを示すものであり、具体的には、ＪＩＳ  Ｚ２２４４：２００９に記載の方法により測定される硬度である。
上記硬質金属材料は、単体であってもよく合金であってもよい。硬質金属材料の代表例としては、チタン合金、ニッケル合金、ステンレス鋼のような合金材料が挙げられる。
【００１７】
チタン合金は、チタンを主成分とする合金であって、主成分以外の金属種として例えばアルミニウム、鉄およびバナジウム等からなる群から選択される少なくとも１種を含み得る。主成分以外の金属種の含有量は、チタン合金全体の例えば３．５〜３０重量％であり得る。チタン合金としては、例えば、ＪＩＳ  Ｈ４６００：２０１２に記載される種類において、１１〜２３種、５０種、６０種、６１種、および８０種のものが挙げられる。
【００１８】
ニッケル合金は、ニッケルを主成分とする合金であって、主成分以外の金属種として例えば鉄、クロム、モリブデンおよびコバルトからなる群から選択される少なくとも１種を含み得る。主成分以外の金属種の含有量は、ニッケル合金全体の例えば２０〜７５重量％であり得る。ニッケル合金としては、例えば、ＪＩＳ  Ｈ４５５１：２０００に記載される合金番号において、ＮＣＦ６００、６０１、６２５、７５０、８００、８００Ｈ、８２５、ＮＷ０２７６、４４００、６００２、６０２２等が挙げられる。
【００１９】
ここに開示される技術は、ステンレス鋼の研磨に特に好ましく適用され得る。ステンレス鋼は、鉄を主成分とする合金であって、主成分以外の金属種として例えばクロム、ニッケル、モリブデンおよびマンガンからなる群から選択される少なくとも１種を含み得る。主成分以外の金属種の含有量は、ステンレス鋼全体の例えば１０〜５０重量％であり得る。ステンレス鋼としては、例えば、ＪＩＳ  Ｇ４３０３：２００５に記載される種類の記号において、ＳＵＳ２０１、３０３、３０３Ｓｅ、３０４、３０４Ｌ、３０４ＮＩ、３０５、３０５ＪＩ、３０９Ｓ、３１０Ｓ、３１６、３１６Ｌ、３２１、３４７、３８４、ＸＭ７、３０３Ｆ、３０３Ｃ、４３０、４３０Ｆ、４３４、４１０、４１６、４２０Ｊ１、４２０Ｊ２、４２０Ｆ、４２０Ｃ、６３１Ｊ１等が挙げられる。
【００２０】
＜砥粒＞
ここに開示される技術において、砥粒の材質は特に限定されない。例えば、ダイヤモンド；二ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化タンタル、ホウ化クロム、ホウ化モリブデン、ホウ化タングステン、ホウ化ランタンなどのホウ化物；炭化ホウ素、炭化ケイ素などの炭化物；酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化セリウムなどの酸化物；窒化ホウ素（典型的には、立方晶窒化ホウ素）などの窒化物；などのいずれかから実質的に構成される砥粒が挙げられる。研磨能率の観点から、硬度の高い砥粒の使用が好ましい。かかる観点から特に好ましい砥粒として、二ホウ化チタンまたはダイヤモンドのいずれかから実質的に構成される砥粒が例示される。
【００２１】
なお、本明細書において、砥粒の組成について「実質的にＸからなる」または「実質的にＸから構成される」とは、当該砥粒に占めるＸの割合（Ｘの純度）が、重量基準で９０％以上、好ましくは９５％以上、より好ましくは９７％以上、さらに好ましくは９８％以上、例えば９９％以上であることをいう。
【００２２】
ここに開示される技術における砥粒の好適例として、実質的に二ホウ化チタンからなる砥粒（以下「二ホウ化チタン砥粒」ともいう。）が挙げられる。砥粒として用いられる二ホウ化チタンは、典型的には２０００以上のビッカース硬度（Ｈｖ）を有する高硬度な材料である。二ホウ化チタン砥粒は、このように高硬度であることに加えて、ダイヤモンド砥粒に比べて耐熱性が高い（熱による表面変質が生じにくい）点でも好ましい。
二ホウ化チタン砥粒を得る方法としては、チタンとホウ素とを直接反応させる方法のほか、酸化チタンと酸化ホウ素を還元する方法や、チタンとホウ素のハロゲン化物を気相反応させる方法などが知られている（例えば特開平５−１３９７２５号公報を参照）。ここに開示される技術において、二ホウ化チタン砥粒としては、製造方法や形態にとらわれず、一般に入手または製造可能な二ホウ化チタン粉末を特に制限なく使用することができる。
【００２３】
二ホウ化チタンは、典型的には六方晶の結晶構造を持つ結晶性成分である。ここに開示される二ホウ化チタン砥粒において、結晶のサイズに制限はなく、また非晶質成分が含まれていてもよい。また、砥粒の性能を顕著に損なわない限度において、チタンおよびホウ素以外の元素、例えば炭素、鉄、酸素、窒素、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム等の不純物が含まれていてもよい。
通常、二ホウ化チタン砥粒における二ホウ化チタンの純度は高いほうが有利である。二ホウ化チタンの純度は、具体的には９０重量％以上であることが好ましく、９５重量％以上であることが好ましく、９９重量％以上であることがより好ましい。
二ホウ化チタンの純度は、例えば蛍光Ｘ線装置による二ホウ化チタンの測定値により測定可能であるほか、粉末Ｘ線回折法による回折ピークの強度によっても測定することが可能である。なお、蛍光Ｘ線装置により測定される純度と粉末Ｘ線回折法に基づいて測定される純度とが相違する場合には、より高純度となる測定結果を当該二ホウ化チタンの純度として採用するものとする。
【００２４】
砥粒の平均粒子径は、典型的には１μｍ以上であり、通常は２μｍ以上であることが適当である。砥粒の平均粒子径が大きくなるにつれて、研磨能率は向上する傾向にある。かかる観点から、砥粒の平均粒子径としては、２．２μｍ以上が好ましく、２．５μｍ以上がより好ましく、３μｍ以上がさらに好ましい。
なお、本明細書中において砥粒の平均粒子径とは、特記しない限り、レーザー回折／散乱式粒子径分布測定装置によって求められる体積基準の粒度分布における積算値５０％での粒径（５０％体積平均粒子径）を指すものとする。レーザー回折／散乱式粒子径分布測定装置としては、例えば、株式会社堀場製作所製「ＬＡ−９５０」を用いることができる。
【００２５】
また、砥粒の平均粒子径は、典型的には２０μｍ以下であり、ここに開示される好ましい保持率が得られやすいことから、通常は１０μｍ以下であることが好ましい。砥粒の平均粒子径が小さくなるにつれて、研磨用組成物中における砥粒の分散安定性が向上する傾向にある。また、研磨後の硬質金属材料の表面精度も向上する傾向にある。例えば、研磨による硬質金属材料へのスクラッチ発生が抑制され、研磨後の硬質材料表面の粗さ（算術平均粗さ（Ｒａ））も低下する傾向にある。これらの事情から、砥粒の平均粒子径としては、８μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がより好ましい。
【００２６】
ここに開示される技術は、上記砥粒の研磨定盤に対する保持率が５％以上である態様で好ましく実施され得る。より高い研磨能率を得る観点から、上記保持率は、１０％以上であることがより好ましく、１５％以上であることがさらに好ましい。なお、保持率の求めかたについては後述する。
また、上記砥粒の研磨定盤に対する保持率が高すぎても研磨能率は低下する傾向にある。そのため、上記保持率としては、６０％以下が適当であり、５５％以下が好ましく、４０％以下がより好ましく、３５％以下がさらに好ましい。
【００２７】
ここに開示される砥粒の一好適例として、上記保持率が５〜６０％の範囲にある砥粒が挙げられる。このような砥粒を上記研磨定盤に供給して行われる研磨によると、該砥粒による加工力を硬質金属材料に対して効率よく作用させることができる。このため、ダイヤモンド砥粒を用いる研磨態様のほか、他の砥粒、例えば二ホウ化チタン砥粒を用いる研磨態様においても、実用的な研磨能率が達成され得る。したがって、原料コストの抑制と実用的な研磨能率とを好適に両立することができる。上記保持率が１５〜３５％の範囲にある砥粒によると、より良好な結果が実現され得る。
【００２８】
＜研磨用組成物＞
ここに開示される研磨用組成物は、少なくとも砥粒を含み、典型的には砥粒と該砥粒を分散させる溶媒とを含む。上記砥粒としては、上述した砥粒のうち１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。例えば、砥粒として少なくとも二ホウ化チタン砥粒を含む研磨用組成物が好ましい。かかる研磨用組成物において、原料コストの抑制と良好な研磨能率とが好適に両立され得る。
【００２９】
ここに開示される研磨用組成物は、二ホウ化チタンと他の砥粒とを組み合わせて含有していてもよい。上記他の砥粒の例としては、ダイヤモンド；ホウ化ジルコニウム、ホウ化タンタル、ホウ化クロム、ホウ化モリブデン、ホウ化タングステン、ホウ化ランタンなどのホウ化物；炭化ホウ素、炭化ケイ素などの炭化物；酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化セリウムなどの酸化物；窒化ホウ素（典型的には、立方晶窒化ホウ素）などの窒化物；などのいずれかから実質的に構成される砥粒が挙げられる。実質的に酸化ケイ素からなる砥粒の例としては石英などが挙げられる。
研磨能率の観点から、研磨用組成物に含まれる砥粒全体に占める二ホウ化チタン砥粒の割合は、概して高いほうが有利である。例えば、研磨用組成物に含まれる砥粒全体に占める二ホウ化チタン砥粒の割合は、７０重量％以上であることが好ましく、９０重量％以上であることがより好ましい。
【００３０】
研磨用組成物に用いられる溶媒は、砥粒を分散させることができるものであればよく、特に制限されない。溶媒としては、水のほか、アルコール類、エーテル類、グリコール類、各種油類などの有機溶媒を用いることができる。上記油類の例には、鉱油、合成油、植物油などが含まれる。このような溶媒は、１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。揮発性や洗浄性、さらには研磨廃液の処理容易性などの観点から、水または水を主成分とする混合溶媒を好ましく採用し得る。通常は、研磨用組成物に含まれる溶媒の９０体積％以上が水であることが好ましく、９５体積％以上（典型的には９９〜１００体積％）が水であることがより好ましい。水としては、イオン交換水（脱イオン水）、蒸留水、純水等を用いることができる。
【００３１】
研磨用組成物における砥粒濃度は特に限定されない。例えば、砥粒濃度を０．０５重量％以上とすることができ、通常は０．１重量％以上とすることが適当である。砥粒濃度が高くなるにつれて、より高い研磨能率が得られやすくなる傾向にある。かかる観点から、砥粒濃度としては、０．３重量％以上が好ましく、０．５重量％以上がより好ましい。
また、原料コストの観点から、研磨用組成物における砥粒濃度は、通常、２０重量％以下とすることが適当であり、１０重量％以下とすることが好ましい。好ましい一態様において、砥粒濃度を５重量％以下とすることができ、３重量％以下としてもよい。例えば、研磨用組成物の砥粒濃度を０．５〜５重量％とすることが好適であり、０．５〜３重量％とすることがより好ましい。
ここに開示される技術によると、上述のように、砥粒による加工力を硬質金属材料に対して効率よく作用させることができる。好ましい一態様において、砥粒濃度を２重量％以下（例えば０．５〜２重量％）、さらには１重量％以下（例えば０．５〜１重量％）とすることができ、このような態様においても実用的な研磨能率が達成され得る。かかる態様によると、原料コストの抑制と研磨能率とを高レベルで両立させることができる。
【００３２】
研磨用組成物には、分散安定性向上等の目的から、必要に応じて分散剤が添加されていてもよい。分散剤の例としては、例えばヘキサメタリン酸ナトリウムや、ピロリン酸ナトリウムなどのポリリン酸塩が挙げられる。分散剤の他の例として、水溶性高分子やその塩が挙げられる。
【００３３】
分散剤として使用し得る水溶性高分子の例としては、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸塩、ポリスルホン酸、ポリスルホン酸塩、ポリアミン、ポリアミド、ポリオール、多糖類などのほか、それらの誘導体や共重合体などが挙げられる。より具体的には、ポリスチレンスルホン酸およびその塩、ポリイソプレンスルホン酸およびその塩、ポリアクリル酸およびその塩、ポリマレイン酸、ポリイタコン酸、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリグリセリン、ポリビニルピロリドン、イソプレンスルホン酸とアクリル酸の共重合体、ポリビニルピロリドン−ポリアクリル酸共重合体、ポリビニルピロリドン−酢酸ビニル共重合体、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物の塩、ジアリルアミン塩酸塩と二酸化硫黄との共重合体、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースの塩、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、プルラン、キトサン、キトサン塩類などが挙げられる。
【００３４】
上記水溶性高分子の重量平均分子量（Ｍｗ）は特に限定されない。分散安定性向上効果を十分に発揮する観点から、通常は、凡そ１万以上（例えば５万超）であることが適当である。Ｍｗの上限は特に限定されないが、濾過性や洗浄性などの観点から、通常は凡そ８０万以下（例えば６０万以下、典型的には３０万以下）程度であることが適当である。なお、水溶性高分子のＭｗとしては、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ（ＧＰＣ）に基づく値（水系、ポリエチレンオキサイド換算）を採用することができる。
【００３５】
特に限定するものではないが、分散剤を含む態様の研磨用組成物では、該分散剤の含有量を、例えば０．００１重量％以上とすることが適当であり、好ましくは０．００５重量％以上、より好ましくは０．０１重量％以上、さらに好ましくは０．０２重量％以上である。上記含有量は、通常、１０重量％以下とすることが適当であり、好ましくは５重量％以下、例えば１重量％以下である。
【００３６】
研磨用組成物には、必要に応じて、各種の界面活性剤が添加されていてもよい。ここでいう界面活性剤は、典型的には分散剤と比べて低分子量の化合物であり、好ましくは分子量が１万より小さい化合物である。研磨用組成物中の界面活性剤は、砥粒や硬質金属材料の表面に吸着してそれらの表面状態を変え、砥粒の分散性を変化させたり、硬質金属材料の表面に保護膜を形成させたりすることができる。このことによって、硬質金属材料の表面における欠陥の発生を抑制したり、欠陥の拡大を防いだりする効果が発揮され得る。
【００３７】
界面活性剤としては、アニオン性、ノニオン性、カチオン性のいずれの界面活性剤も使用可能である。通常は、アニオン系界面活性剤およびノニオン系界面活性剤のいずれか一方または両方が好ましく使用され得る。
ノニオン系界面活性剤の例としては、同一または異なる種類のオキシアルキレン単位を複数個有する重合体、その重合体にアルコール、炭化水素または芳香環を結合させた化合物が挙げられる。より具体的には、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシブチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオキシブチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンカルボン酸エステル、ポリオキシエチレンカルボン酸ジエステル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンカルボン酸エステル、ポリオキシエチレンポリオキシブチレンカルボン酸エステル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオキシブチレンカルボン酸エステル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンコポリマー、ポリオキシエチレンポリオキシブチレンコポリマー、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオキシブチレンコポリマー、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルおよびポリオキシエチレンソルビット脂肪酸エステル、モノラウリン酸ポリオキシエチレンソルビタン、モノパルミチン酸ポリオキシエチレンソルビタン、モノステアリン酸ポリオキシエチレンソルビタン、モノオレイン酸ポリオキシエチレンソルビタン、トリオレイン酸ポリオキシエチレンソルビタン、モノカプリル酸ポリオキシエチレンソルビタン、テトラオレイン酸ポリオキシエチレンソルビット等が挙げられる。
【００３８】
アニオン系界面活性剤の例としてはスルホン酸系活性剤が挙げられ、より具体的にはアルキルスルホン酸、アルキルエーテルスルホン酸、ポリオキシエチレンアルキルエーテルスルホン酸、アルキル芳香族スルホン酸、アルキルエーテル芳香族スルホン酸、ポリオキシエチレンアルキルエーテル芳香族スルホン酸などが挙げられる。
【００３９】
特に限定するものではないが、界面活性剤を含む態様の研磨用組成物では、該界面活性剤の含有量を、例えば０．００１重量％以上とすることが適当であり、好ましくは０．００５重量％以上、より好ましくは０．０１重量％以上、さらに好ましくは０．０２重量％以上である。また、上記含有量は通常、１０重量％以下とすることが適当であり、好ましくは５重量％以下、例えば１重量％以下である。
【００４０】
研磨用組成物のｐＨは特に限定されない。通常は、研磨用組成物のｐＨを１以上１４以下とすることが適当である。研磨用組成物のｐＨが上記範囲内であると、実用的な研磨能率が達成されやすい。研磨対象物のｐＨに対する脆弱性等を考慮して、適切なｐＨの研磨用組成物を用いることが好ましい。例えば、ステンレス鋼の場合には、研磨用組成物のｐＨを１以上８以下とすることができ、１以上５以下（例えば２以上４以下）とすることがより好ましい。
【００４１】
研磨用組成物のｐＨ調整には、種々の酸、塩基またはそれらの塩を用いることができる。具体的には、例えばクエン酸その他の有機カルボン酸、有機ホスホン酸、有機スルホン酸などの有機酸や、燐酸、亜燐酸、硫酸、硝酸、塩酸、ホウ酸、炭酸などの無機酸、テトラメトキシアンモニウムオキサイド、トリメタノールアミン、モノエタノールアミンなどの有機塩基、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アンモニアなどの無機塩基およびそれらの塩等から選択される１種または２種以上を用いることができる。
【００４２】
上記の酸および塩基のうち、特に、弱酸と強塩基、強酸と弱塩基、または弱酸と弱塩基の組み合わせとした場合には、ｐＨの緩衝作用を期待することができる。また、上記の酸および塩基のうち、強酸と強塩基との組み合わせとした場合には、少量で、ｐＨだけでなく電導度の調整が可能である。
【００４３】
研磨用組成物には、必要に応じて、上述した以外の成分を含有させることができる。かかる成分の例としては、防蝕剤、キレート剤、防腐剤、防黴剤等が挙げられる。
防蝕剤の例としては、アミン類、ピリジン類、テトラフェニルホスホニウム塩、ベンゾトリアゾール類、トリアゾール類、テトラゾール類、安息香酸等が挙げられる。
キレート剤の例としては、グルコン酸等のカルボン酸系キレート剤、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリメチルテトラアミンなどのアミン系キレート剤、エチレンジアミン四酢酸、ニトリロ三酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸などのポリアミノポリカルボン系キレート剤、２−アミノエチルホスホン酸、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸、アミノトリ（メチレンホスホン酸）、エチレンジアミンテトラキス（メチレンホスホン酸）、ジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン酸）、エタン−１，１−ジホスホン酸、エタン−１，１，２−トリホスホン酸、メタンヒドロキシホスホン酸、１−ホスホノブタン−２，３，４−トリカルボン酸などの有機ホスホン酸系キレート剤、フェノール誘導体、１，３−ジケトン等が挙げられる。
防腐剤の例としては、次亜塩素酸ナトリウム等が挙げられる。防黴剤の例としてはオキサゾリジン−２，５−ジオンなどのオキサゾリン等が挙げられる。
【００４４】
ここに開示される研磨用組成物の製造方法は特に限定されず、公知の方法を適宜採用することができる。例えば、砥粒と溶媒および必要に応じて用いられる他の成分とを混合することにより研磨用組成物を製造することができる。
【００４５】
上述のような研磨用組成物は、典型的には該研磨用組成物を含む研磨液の形態で、研磨対象物たる硬質金属材料の研磨に用いられる。上記研磨液は、例えば、研磨用組成物を希釈して調製されたものであり得る。あるいは、研磨用組成物をそのまま研磨液として使用してもよい。すなわち、ここに開示される技術における研磨用組成物の概念には、研磨対象物に供給される研磨液（ワーキングスラリー）と、希釈して研磨液として用いられる濃縮液との双方が包含される。
【００４６】
ここに開示される研磨用組成物は、研磨対象物に供給される前には濃縮された形態（濃縮液の形態）であってもよい。かかる濃縮液の形態の研磨用組成物は、製造、流通、保存等の際における利便性やコスト低減等の観点から有利である。濃縮倍率は、例えば１．５倍〜５０倍程度とすることができる。濃縮液の貯蔵安定性等の観点から、通常は、２倍〜２０倍（典型的には２倍〜１０倍）程度の濃縮倍率が適当である。
このように濃縮液の形態にある研磨用組成物は、所望のタイミングで希釈して研磨液を調製し、その研磨液を研磨対象物に供給する態様で好適に使用することができる。
【００４７】
ここに開示される砥粒または該砥粒を含む研磨用組成物は、一般的な研磨装置を用いた研磨対象物（ここでは硬質金属材料）の研磨に用いることができる。片面研磨装置による研磨、両面研磨装置による研磨のいずれにも適用可能である。片面研磨装置では、キャリアと呼ばれる保持具を用いて研磨対象物を保持し、研磨用組成物を供給しながら研磨対象物の片面に定盤を押しつけて定盤を回転させることにより研磨対象物の片面を研磨する。両面研磨装置では、キャリアと呼ばれる保持具を用いて研磨対象物を保持し、上方より研磨用組成物を供給しながら、研磨対象物の対向面に定盤を押しつけ、それらを相対方向に回転させることにより研磨対象物の両面を同時に研磨する。このとき、定盤表面を用いて直接研磨対象物を研磨する方法をラッピングといい、定盤表面に研磨パッドを貼り付け、貼り付けられた研磨パッド表面と研磨対象物との間で研磨が行われる方法をポリシングという。
【００４８】
＜研磨定盤＞
ここに開示される砥粒または該砥粒を含む研磨用組成物は、典型的には、金属製の研磨定盤に供給されて硬質金属材料を研磨する用途、すなわち硬質金属材料のラッピングに用いられる。ラッピングに使用される研磨定盤には、定盤面（研磨対象物に対向する表面）の精度維持のため、加工がされやすい性質が求められる。このため、少なくとも上記定盤面が例えば鋳鉄、錫、銅または銅合金などの金属からなる研磨定盤が好適に使用される。研磨定盤としては、研磨用組成物の安定供給や加工圧の調整を目的に、定盤面に溝が付けられたものが用いられることがある。溝の形状や深さは任意であり、例えば格子状や放射状に溝が刻まれたものを使用し得る。
【００４９】
上記研磨定盤の表面（定盤面）は、該研磨定盤による硬質金属材料の研磨に適用される砥粒の保持率が上述した好ましい範囲となる表面状態を有することが好ましい。上記保持率は、定盤面にある微小溝のうち砥粒の保持に適した形状およびサイズの溝（以下「有効溝」ともいう。）が、上記定盤面にどの程度存在するかを把握する目安として有用な指標である。上記微小溝の形は特に限定されない。例えば、上記微小溝のアスペクト比に特に制限はない。ここでいう微小溝の概念には、一般に窪みまたは凹みと称される形状のものが含まれ得る。
ここに開示される技術では、砥粒の平均粒子径との関係で、幅が平均粒子径＋０．１μｍ以上であってかつ深さが平均粒子径／２以上である微小溝を、上記砥粒にとっての「有効溝」と認定する。微小溝の幅が平均粒子径＋０．１μｍ以上であれば、砥粒が嵌まるに十分な開口サイズを有すると考えられる。また、微小溝の深さが平均粒子径／２以上であれば、嵌まった砥粒をある程度安定して保持することができ、該砥粒の研磨力を研磨対象物に効果的に作用させ得ると考えられる。上記保持率は、具体的には、後述する実施例に記載の「保持率測定」にしたがって求められる。
【００５０】
なお、有効溝として認定する微小溝の幅は、平均粒子径＋０．１μｍ以上であればよく、幅の上限は特に制限されない。砥粒保持の安定性の観点からは、幅が平均粒子径＋０．１μｍの７倍以下（好ましくは５倍以下、例えば３倍以下）である微小溝が好ましい。
また、有効溝として認定する微小溝の深さは、平均粒子径／２以上（すなわち、平均粒子径の０．５倍以上）であればよく、深さの上限は特に限定されない。砥粒保持の安定性および研磨能率の観点から、微小溝の深さは、平均粒子径の０．５倍以上１．５倍以下であることが好ましく、０．５倍以上１倍未満であることがより好ましく、０．５倍以上０．９倍未満であることがさらに好ましい。
ここに開示される技術は、幅が平均粒子径＋０．１μｍの１倍以上５倍以下であり、かつ深さが平均粒子径の０．５倍以上１倍未満である微小溝を特に砥粒の保持に適した溝（以下「高有効溝」ともいう。）と認定し、該高有効溝について算出される保持率が上述した好ましい範囲にある態様で好ましく実施され得る。
【００５１】
上記保持率は、例えば、使用する砥粒の平均粒子径および研磨定盤の表面状態の一方または両方を変更することにより、ここに開示される好ましい範囲となるように調節することができる。砥粒の平均粒子径を変更する方法としては、使用する砥粒を平均粒子径の異なるものに変更する方法や、２種以上の粒径の異なる砥粒を適切な割合でブレンドして用いる方法等を採用することができる。研磨定盤の表面状態は、該研磨定盤の表面状態を調整する（すなわち、表面調整を行う）ことにより変更することができる。
【００５２】
研磨定盤の表面調整は、例えば、適切な平均粒子径の砥粒を含む表面調整用スラリーを用いて研磨定盤の表面を研磨し、該表面を一定の粗さに荒らすことにより行うことができる。したがって、上記砥粒としては、研磨定盤を荒らしやすい材質のものを使用することが望ましい。研磨定盤の表面調整に好ましく使用し得る砥粒として、例えば、ＧＣ砥粒、二ホウ化チタン砥粒、炭化ホウ素砥粒などの高硬度砥粒が例示される。なかでもＧＣ砥粒が好ましい。
【００５３】
研磨定盤の表面調整に使用する砥粒のサイズは、硬質金属材料の研磨に使用する砥粒の平均粒子径や目標とする保持率の値に応じて選択し得る。特に限定するものではないが、ここに開示される技術の一態様において、平均粒子径が２５〜１２０μｍ、より好ましくは４５〜７５μｍの砥粒（例えばＧＣ砥粒）を、上記表面調整用の砥粒として好ましく採用することができる。上記表面調整用の砥粒としては、サイズおよび材質の一方または両方が異なる２種以上の砥粒をブレンドして用いてもよい。
【００５４】
上記表面調整用スラリーにおける砥粒濃度や該スラリーを用いた研磨定盤の表面調整における研磨条件は特に限定されず、所望の表面状態が得られるように適宜設定することができる。例えば、上記表面調整用スラリーにおける砥粒濃度を５〜２０重量％（例えば１０〜１５重量％）程度とすることができる。
【００５５】
上記の説明および後述する実施例から理解されるように、本明細書により開示される事項には、ここに開示されるいずれかの技術における研磨定盤の表面調整に用いられる砥粒が含まれる。また、該砥粒を含む表面調整用スラリーが含まれる。上記表面調整用砥粒としては、平均粒子径が２５〜１２０μｍ（より好ましくは４５〜７５μｍ）の砥粒を好ましく採用し得る。上記砥粒は、ＧＣ砥粒、二ホウ化チタン砥粒および炭化ホウ素砥粒の少なくとも一種を含み得る。なかでもＧＣ砥粒が好ましい。ここに開示される硬質金属製品製造方法は、上記表面調整用スラリーを用いて研磨定盤の表面調整を行う工程をさらに含み得る。本明細書により開示される事項には、また、ここに開示されるいずれかの硬質金属材料研磨用組成物と、ここに開示されるいずれかの表面調整用スラリーとを含む、硬質金属材料研磨用組成物セットが含まれる。この研磨用組成物セットは、上記硬質金属材料研磨用組成物に代えて、該組成物を構成する砥粒を含む態様であってもよい。また、上記硬質金属材料研磨用組成物セットは、上記表面調整用スラリーに代えて、該スラリーを構成する砥粒を含む態様であってもよい。
【００５６】
＜研磨方法＞
ここに開示される技術において、研磨対象物（硬質金属材料）の研磨条件は特に限定されない。例えば、研磨能率の観点から、研磨対象物の加工面積１ｃｍ２あたりの研磨圧力は、好ましくは５０ｇ以上であり、より好ましくは１００ｇ以上である。また、負荷増大に伴う過度な発熱による研磨対象物表面の変質や砥粒の劣化を防ぐ観点から、通常は、加工面積１ｃｍ２あたりの研磨圧力を１０００ｇ以下であることが適当である。
【００５７】
線速度は、一般に、定盤回転数、キャリアの回転数、研磨対象物の大きさ、研磨対象物の数等の影響により変化し得る。ここに開示される技術において、上記線速度は１０ｍ／分以上とすることが好ましく、３０ｍ／分以上とすることがより好ましい。線速度の増大によって、より高い研磨能率が得られる傾向にある。また、研磨対象物の破損や過度な発熱を防ぐ観点から、通常、線速度は３００ｍ／分以下とすることが好ましく、２００ｍ／分以下とすることがより好ましい。
【００５８】
研磨時における研磨用組成物の供給量は特に限定されない。上記供給量は、研磨対象物と研磨定盤との間に研磨用組成物がムラなく全面に供給されるのに十分な量となるように設定することが望ましい。好適な供給量は、研磨対象物の材質や、研磨装置の構成その他の研磨条件等によっても異なり得る。当業者であれば、本願明細書の記載および技術常識に基づいて、過度な負担なく適切な供給量を見出すことができる。
【００５９】
ここに開示される研磨用組成物は、使用後回収して再利用（循環使用）してもよい。より具体的には、研磨装置から排出される使用済みの研磨用組成物をタンク内にいったん回収し、タンク内から再び研磨装置へと供給するようにしてもよい。この場合、使用済みの研磨用組成物を廃液として処理する量を減らすことができる。このことは、環境負荷低減およびコスト低減の観点から好ましい。
【００６０】
研磨用組成物の循環使用にあたっては、該研磨用組成物に当初含まれていた成分のうち研磨に使用されることにより消費されたり損失したりした成分（例えば砥粒）のうち少なくともいずれかの成分について、その減少分の一部または全部を補充するようにしてもよい。補充する成分は、使用済みの研磨用組成物に個別に添加してもよいし、二以上の成分を任意の濃度で含んだ混合物のかたちで使用済みの研磨用組成物に添加してもよい。
【００６１】
硬質金属材料のなかでも電子材料基板や結晶材料製造用基板などのように特に高い面精度が要求される材料を研磨対象物とする場合、ここに開示されるいずれかの砥粒または該砥粒を含む研磨用組成物を用いて研磨定盤による研磨（ラッピング）を行った後に、さらにポリシングを行うことが好ましい。上記ポリシングに用いられる研磨用組成物の砥粒としては、研磨対象物表面のうねり、粗さ、欠陥等を低減する観点から、０．３０μｍ以下の平均粒子径を有するものが好ましく、より好ましくは０．２５μｍ以下、さらに好ましくは０．２０μｍ以下である。また、研磨能率（研磨レート）向上の観点から、ポリシング用組成物に含まれる砥粒の平均粒子径は０．０１μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．０２μｍ以上である。ポリシング用組成物に好適に用いられる砥粒は、コロイダルシリカなどのコロイド状酸化物粒子であり得る。ポリシング用組成物中の砥粒の平均粒子径は、例えば日機装株式会社製の「Ｎａｎｏｔｒａｃ  ＵＰＡ−ＵＴ１５１」を用いて、動的光散乱法により測定することができる。
【００６２】
ポリシング用組成物のｐＨは、特に限定されないが、１〜４または８〜１１であることが好ましい。ポリシング用組成物のｐＨの調整は、研磨定盤による研磨（ラッピング）に用いられる研磨用組成物の場合と同様、種々の酸、塩基またはそれらの塩を用いて行うことができる。ポリシング用組成物は、必要に応じて、キレート剤や水溶性高分子、界面活性剤、防腐剤、防黴剤、防錆剤などの添加剤を含んでいてもよい。ポリシング用組成物は、該組成物の原液を水で希釈することによって調製されてもよい。
【００６３】
以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。
【００６４】
＜研磨定盤の表面調整＞
以下の条件Ａ〜Ｅにより、後述する研磨実験に使用する鋳鉄製の研磨定盤（溝なし）の表面調整を行った。上記研磨定盤の各部のサイズは、直径２０ｃｍ、中心部の直径２．８ｃｍ、半径（中心部を除く）８．６ｃｍであり、有効面積は３０７．８４５６ｃｍ２である。
【００６５】
（調整条件Ａ）
研磨定盤の表面調整用の研磨機として、宇田川鐵工株式会社製のレンズ研磨機「ＡＬ−２」を使用した。この研磨機の鋳鉄製定盤上に処理対象物としての上記研磨定盤をセットし、表面調整用スラリーを供給しながら上記定盤を回転させて表面調整を行った。表面調整用スラリーとしては、平均粒子径が４８μｍのＧＣ砥粒と平均粒子径が７４μｍのＧＣ砥粒とを、１：１の重量比で、合計１３重量％の濃度で含むものを使用した。上記スラリーの供給レートは１４ｍＬ/ｍｉｎとし、定盤回転数は１３０ｒｐｍとした。表面調整時間は、１．５時間〜２時間の範囲で、上記研磨定盤の面内平坦性が±５μｍ以内になるように設定した。研磨定盤の面内平坦性は、日本エンギス株式会社製のマイクロゲージ「ＨＹＰＲＥＺ  ＤＩＶＩＳＩＯＮ」を用いて、上記処理対象物の中心を通って４５度の角度で交差する４本のラインに沿って測定を行うことにより評価した。
【００６６】
（調整条件Ｂ〜Ｅ）
表面調整用スラリーに含まれる砥粒の平均粒子径をそれぞれ以下のように変更した他は調整条件Ａと同様にして、研磨定盤の表面調整を行った。使用した砥粒はいずれも株式会社フジミインコーポレーテッド社製のＧＣ砥粒であり、表面調整用スラリー中における該砥粒の濃度はいずれも１３重量％である。
調整条件Ｂ：平均粒子径    ７４μｍ
調整条件Ｃ：平均粒子径  １００μｍ
調整条件Ｄ：平均粒子径    ４８μｍ
調整条件Ｅ：平均粒子径    １５μｍ
【００６７】
（保持率測定）
上記の条件で調整した研磨定盤の表面を、株式会社キーエンス製の形状測定レーザーマイクロスコープ「ＶＫ−Ｘ２００」で観察した。観察箇所は、研磨定盤の中心部を除く部分について、該研磨定盤の径方向に沿って５点、中心からの距離がほぼ等間隔で大きくなるように選定した。これら５点の観察視野内において、研磨定盤の径方向に沿う１００μｍの長さの線分上の範囲について、該研磨定盤の表面に存在する微小溝の幅および深さを測定した。下記例１〜２３に使用される各砥粒の平均粒子径に対して、上記微小溝のうち幅が平均粒子径＋０．１μｍ以上であってかつ深さが平均粒子径／２以上である微小溝を有効溝として検出し、それらの有効溝の合計幅が上記５点の観察視野における合計測定長さ（すなわち５００μｍ）に占める割合を算出した。なお、各微小溝の幅は上記線分に沿って測定した。
【００６８】
＜研磨実験＞
（研磨液の調製）
砥粒として、平均粒子径が２．１μｍ、２．６μｍ、３．７μｍおよび７．７μｍの４種類の二ホウ化チタン（ＴｉＢ２）粉末を用意した。これらの砥粒に添加剤として２０ｇ／Ｌのクエン酸および５ｇ／Ｌのポリアクリル酸を一定量添加した上で、上記砥粒を０．２〜２０重量％の濃度（表１に示す各濃度）で含む研磨液になるように調製した。このようにして調製した研磨液のｐＨは約３．３〜３．５であった。なお、上記二ホウ化チタン粉末の各平均粒子径は、株式会社堀場製作所製のレーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置「ＬＡ−９５０」による測定値である。
【００６９】
（例１〜２３）
表１に示す各条件で表面調整された研磨定盤をＮａｎｏ  ｆａｃｔｏｒ社製の研磨機「Ｆａｃｔ  ２００」に取り付けた。この研磨機に、研磨対象物としてのステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４からなる直径２５．４ｍｍの円盤）を３枚セットした。この研磨機に、上記で調製した研磨液のうちそれぞれ表１に示す組成の研磨液を供給して、以下の条件でラッピングを行った。
［ラッピング条件］
研磨荷重：１７０ｇ／ｃｍ２
定盤回転数：７５ｒｐｍ（線速度４７ｍ／ｍｉｎ）
研磨液の供給レート：７ｍＬ／ｍｉｎ
【００７０】
（例２４〜２６）
表面調整を行っていない研磨定盤に研磨パッドを取り付け、上記で調製した研磨液のうちそれぞれ表１に示す組成の研磨液を供給して、上記の条件でラッピングを行った。研磨パッドとしては、トーヨー・アドバンスト・テクノロジー株式会社製の硬質ウレタンパッド「ＮＰ−３１００Ｎ／パーフォレーション」を使用した。
【００７１】
（性能評価）
上記ラッピングの前後に研磨対象物の重量を測定し、それらの重量差から研磨能率を算出した。また、ラッピング後の表面について株式会社キーエンス社製の形状測定レーザーマイクロスコープ「ＶＫ−Ｘ２００」を用いて表面粗さ（算術平均粗さ（Ｒａ））を測定した。結果を表１に示す。
【００７２】
【表１】
2016069450.tif 000002
【００７３】
表１に示されるように、保持率が５％より小さい例１８〜２０および保持率が６０％より大きい例２１〜２３に比べて、例１〜１７では明らかに高い研磨能率が得られた。また、表１から、他の条件が同程度の場合、保持率が１５〜３５％の範囲にあると、より良好な研磨能率が得られる傾向にあることがわかる。
一方、研磨パッドを用いた例２４〜２６では、例１０と同組成の研磨液を用いた例２４において研磨能率が半減し、砥粒の濃度を２０重量％まで高くしてもなお例１〜１７の研磨能率には及ばなかった。
【００７４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。