(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類化合物を焙焼することにより得られる酸化希土を含んでなるセリウム系研摩材原料の品質評価方法であって、下記工程よりなるもの。
（ａ）焙焼後のセリウム系研摩材原料からサンプルを採取し秤量する工程。
（ｂ）前記サンプルに過塩素酸水溶液及び過酸化水素水溶液を添加し、添加後の溶液を加温することにより、研摩材原料中の主要成分である酸化希土及び炭酸希土を溶解し、残滓を残留させる工程。
（ｃ）加温後の溶液をろ過する工程。
（ｄ）濾過後の残渣の重量を測定し、前記試料の重量と残渣の重量との比を算出する工程。
（ｅ）前記算出された試料の重量と残渣の重量との比から、前記セリウム系研摩材原料の品質を評価する工程。
【請求項２】
過塩素酸水溶液の濃度を５〜２０重量％とし、過酸化水素水溶液の濃度を０．１〜５重量％とする請求項１記載のセリウム系研摩材原料の品質評価方法。
【請求項３】
溶液の加温温度を８０℃以上、該溶液の沸点以下とする請求項１又は請求項２記載のセリウム系研摩材原料の品質評価方法。
【請求項４】
ろ過工程を、孔径０．３〜５μｍのフィルターにより行なう請求項１〜請求項３載のセリウム系研摩材原料の品質評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セリウム系研摩材原料及びセリウム系研摩材原料の分析方法に関する。詳しくは研摩材としたときに傷の原因となる不純物粒子の少ないセリウム系研摩材原料、及び、そのようなセリウム系研摩材原料であるか否かを判断することのできる分析方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セリウム系研摩材は、種々のガラス材料の研摩に用いられており、特に近年では、ハードディスク等の磁気記録媒体用ガラス、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のガラス基板といった電気・電子機器で用いられているガラス材料の研摩にも用いられており、その応用分野が広がっている。
【０００３】
このセリウム系研摩材は、主成分である酸化セリウム（ＣｅＯ２）粒子と、他の希土類金属酸化物粒子とからなる研摩材粒子よりなる。また、セリウム系研摩材の製造方法としては、まず、原料を粉砕した後、フッ素成分を添加するフッ化処理、異常粒成長の原因となる原料中のアルカリ金属を除去する鉱酸処理といった化学処理（湿式処理）を施す。そして、湿式処理後の原料を、濾過、乾燥後高温加熱して焙焼することにより原料粒子同士を焼結し、これを再度粉砕して分級することで所望の粒径、粒度分布を有する研摩材が製造される。
【０００４】
ここで、セリウム系研摩材の原料としては、従来は、バストネサイトと呼ばれる希土鉱石を選鉱したバストネサイト精鉱という天然原料を使用することが多かったが、最近ではバストネサイト鉱や比較的安価な中国産複雑鉱より得られる希土類化合物を焙焼し、その一部又は大部分を酸化希土とする原料が用いられるようになってきている。この酸化希土含有原料は、鉱石を溶解し化学処理して希土類金属濃度を高めた炭酸希土を主成分とする希土類化合物を５００℃以上の温度で焙焼することで、炭酸希土から酸化希土へと変化させるものであり、焙焼時間等の条件を調整することで酸化希土含有量を調節している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、セリウム系研摩材に限らず研摩材全般には研摩面に傷を生じさせることなく高精度の研摩面を形成することができることが求められる。そして、従来のセリウム系研摩材においてはその製造工程において、研摩材粒子の粒度分布、粒径の調整や、粗大な研摩粒子の除去等を行い研摩傷の発生することないセリウム系研摩材を製造しようとする試みが多くなされている。
【０００６】
これに対して、いかなる原料を適用するかも研摩材の特性に大きな影響を与え得るものと考えられる。しかし、これまでの原料に関する検討は、取り扱い性、コスト、研摩材の生産性等についてなされることが多いが、研摩材としたときの研摩特性について考慮した原料を検討された例は少ない。また、調整された原料についての評価法についても、その成分分析等は通常なされるが研摩材の傷発生の可能性のみを考慮したものは少ない。
【０００７】
近年、ハードディスク等の記録媒体の高密度化、ＬＣＤ等で使用される基板の高精度化・精密化に伴い、そのガラス材料の研摩に使用される研摩材にもこれまで以上に高精度の研摩が可能なものが要求されている。そして、このような用途に適用されるセリウム系研摩材については、その製造工程の管理、改良のみでは自ずと限界が生じると考えられ、原料段階からの改善が求められると考えられる。
【０００８】
本発明は、以上のような背景の下になされたものであり、セリウム系研摩材に適用される原料について、研摩材とした際に傷の発生のないものを提供することを目的とする。また、そのような研摩材原料を判別することのできる分析方法をについても明らかとすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述したように、研摩材原料の研摩特性向上の手段としては、研摩材粒子の粒度分布、粒径の調整、粗大な研摩粒子の除去といったものがある。これに対し本発明者等は、セリウム系研摩材による傷の発生を左右する要因として、研摩材粒子径の分布状態、粗大な研摩粒子の存在に加えて、被研摩材よりも硬度の高い粒子の存在を見出した。そして、本発明者等によれば、この硬質粒子による影響は、その粒径によらず生じうるものであり、微粒のものであっても傷の要因となる。
【００１０】
そこで本発明者等は、この硬質粒子について、その発生要因、組成に関して検討を行った結果、このような硬質粒子は研摩材原料の製造工程において混入するものであり、特に、希土類化合物を乾燥、焙焼する際の乾燥炉、焙焼炉、焙焼皿等の構成材料が粉化して混入すると考察した。また、その組成については明らかではないが、焙焼炉の構成材料である耐火材に含まれるケイ素成分、アルミニウム成分、ジルコニウム成分又はこれらが焙焼時の加熱により変化したものよりなることを見出した。そして、本発明者等のより詳細な検討から、この硬質粒子は、酸化希土及び炭酸希土を可溶な溶液である過塩素酸水溶液及び過酸化水素水溶液中においても溶解することのなく存在し得るものであることが確認された。
【００１１】
かかる検討結果から、本発明者等は研摩傷のない高精度の研摩面を形成するセリウム系研摩材の原料としては、上記した硬質粒子を含まないものが適当であるとし、その含有量との関係を鋭意検討し本発明に想到した。
【００１２】
即ち、本発明は、希土類化合物を焙焼することにより得られる酸化希土を含んでなるセリウム系研摩材原料において、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウムの少なくともいずれか一の元素を含み、且つ過塩素酸水溶液及び過酸化水素水溶液に対して溶解性を有しない粒子状物質を含有し、前記粒子状物質の含有量は重量比で２００ｐｐｍ以下であることを特徴とするセリウム系研摩材原料である。
【００１３】
本発明において、「ケイ素、アルミニウム、ジルコニウムの少なくともいずれか一の元素を含み、且つ過塩素酸水溶液及び過酸化水素水溶液に対して溶解性を有しない粒子状物質」としたのは、本発明者等の検討結果に基づき研摩傷の原因となる硬質粒子を可能な限り特定するためである。即ち、希土類化合物を焙焼することで製造される研摩材原料には、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム等の元素が含有されているが、傷の原因となるのはこれらの元素を含む粒子状の物質であって硬質化したものであることを明確とすると共に、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウムの元素を含むものであっても過塩素酸水溶液及び過酸化水素水溶液に対して溶解性を有するものについては研摩傷の原因となることはないことから、このような溶解性のある物質を排除するものである。
【００１４】
一方、この硬質粒子の含有量について２００ｐｐｍ以下としたのは、研摩材とした際の研摩速度と傷発生の度合いとを考慮し、通常適用される研摩速度の範囲内で傷発生のおそれのない硬質粒子の量を規定するものである。つまり、研摩傷の発生は研摩速度によっても影響され、研摩速度が高い場合には、研摩材中に硬質粒子が多少存在し、それによる傷が発生してもその傷は高速研摩により短時間で除去される。しかし、現実には、このような現象を生じさせる程の高速研摩は不可能であり、工業的に十分且つ達成可能な研摩速度（０．０１〜０．５μｍ／ｍｉｎ）において傷発生のない原料としては、硬質粒子の含有量を２００ｐｐｍ以下とする必要があるとの検討結果によるものである。
【００１５】
このように、本発明に係るセリウム系研摩材原料は、研摩傷の要因となる硬質粒子の含有量が低減されており、これにより、傷の発生のないセリウム系研摩材を製造することができる。そして、このセリウム系研摩材は研摩傷発生の抑制の他、表面粗さに優れた高精度の研摩面を形成することができる。
【００１６】
ここで、本発明に係るセリウム系研摩材原料は、上述した希土類化合物の乾燥、焙焼時において焙焼炉等の構成材料が混入して発生する硬質粒子を排したものである。従って、本発明に係るセリウム系研摩材原料は、このような焙焼炉等の構成材料の混入を抑制することにより製造可能である。ここで、本発明の対象となるセリウム系研摩材原料は、通常、原材料となるバストネサイト鉱、中国産複雑鉱等の鉱石を塩酸等で溶解したものを炭酸塩で沈殿させ、ろ過、洗浄を行なった希土類化合物（炭酸希土）を乾燥、焙焼することで製造される。そして、本発明ではこの工程において以下の改良を行なうことで硬質粒子を排除することができる。
【００１７】
まず、炭酸塩で沈殿させた希土類化合物の洗浄においてフッ素濃度が十分低減されるまで洗浄を行なうことが必要である。これは、バストネサイト等の原材料に由来するフッ素成分が残留した状態で原材料を乾燥、焙焼すると、このフッ素成分がフッ化水素として揮発し乾燥炉、焙焼炉の構成材料を侵食し、硬質粒子混入の要因となることを考慮したものである。そして、この洗浄工程は、フッ素濃度が原材料に対して０．１〜０．０１重量％となるまで洗浄を行なうことが好ましい。
【００１８】
また、洗浄後の乾燥、焙焼工程については、乾燥工程を１００〜１５０℃の範囲で行なうのが好ましい。この温度範囲においては、希土類化合物中のフッ素成分がフッ化水素に変化し難く、乾燥工程における炉の侵食を抑制することができるからである。更に、焙焼工程においては焙焼温度を４００℃〜８００℃とするのが好ましい。４００℃以上とするのは炭酸希土を酸化希土に酸化させるためであり、８００℃以下とするのは希土類化合物中のフッ素成分のフッ化水素への変化を抑制するためである。また、この焙焼工程においては焙焼炉の形式を選択することで硬質粒子の混入を抑制できる。即ち、ロータリーキルンのような連続式の回転炉は、バッチ式の静置炉に比べて炉体に対する温度変化も小さいことから熱衝撃も比較的小さいことから、炉体の粉化、硬質粒子の混入が抑制されるのである。
【００１９】
尚、研摩材原料への硬質粒子の混入をより確実に防止するためには、乾燥炉、焙焼炉、焙焼皿等を侵食、崩壊し難い硬質の耐火材料で製造し、これらにより希土類化合物を乾燥、焙焼するのが好ましい。例えば、炉体の研摩材原料と接触する部分をステンレス鋼のような耐熱性金属材料で製造することや、アルミナ含有量が高く耐火性の高い材料を適用することにより炉体の侵食、崩壊を抑制することができる。
【００２０】
ところで、本発明者等が見出したセリウム系研摩材原料に含まれる硬質粒子は、過塩素酸水溶液及び過酸化水素水溶液に対して不溶性という特性を有する。そこで、本発明者等はこの特性を利用して、任意の工程で製造された研摩材原料について、当該研摩材原料を研摩材としたときに傷発生の可能性の有無を評価する方法を見出した。
【００２１】
この分析方法は、希土類化合物を焙焼することにより得られる酸化希土を含んでなるセリウム系研摩材原料の分析方法であって、下記工程よりなるものである。
【００２２】
（ａ）焙焼後のセリウム系研摩材原料からサンプルを採取し秤量する工程。
（ｂ）前記サンプルに過塩素酸水溶液及び過酸化水素水溶液を添加し、添加後の溶液を加温する工程。
（ｃ）加温後の溶液をろ過する工程。
（ｄ）濾過後の残渣の重量を測定し、前記試料の重量と残渣の重量との比を算出する工程。
【００２３】
この分析方法は、検査目的となる研摩材原料を任意量サンプリングして、過塩素酸水溶液及び過酸化水素水溶液と接触させることにより、硬質粒子を抽出し、その研摩材原料中の含有量を定量化する方法である。
【００２４】
以下、この分析方法について詳細に説明する。まず、所定の工程を経て製造されたセリウム系研摩材原料から任意量をサンプルとして採取・秤量する（（ａ）工程）。ここで、この際のサンプリング量としては、硬質粒子量が微量であることと分析の効率と併せて考慮すれば、１０〜５００ｇ程度採取するのが適当である。
【００２５】
次に、秤量した研摩材原料に過塩素酸水溶液及び過酸化水素水溶液を添加し、更に加温する。これにより研摩材原料中の酸化希土、炭酸希土等の主要成分は溶解し、残滓として硬質粒子が残留する（（ｂ）工程）。このとき、研摩材原料（炭酸希土、酸化希土）を溶解させるのは主に過塩素酸水溶液であり、過酸化水素水溶液は溶解補助剤、特に、研摩材原料中のセリウムを溶解性の高い４価の状態に保持する役割を有する。そして、これら溶液の濃度は、過塩素酸水溶液については５〜２０重量％程度のものを用いるのが好ましい。研摩材原料を効率的に溶解させると共に試薬の無駄を考慮したものである。また、過酸化水素水溶液については、溶解補助剤としての役割から、０．１〜５重量％の物を用いるのが好ましい。尚、この工程の過塩素酸水溶液及び過酸化水素水溶液の添加の順序は特に限定されるものではなく、いずれを先に添加しても差し支えない。一方、この工程において、溶液混合後に加温を行なうのは研摩材原料の溶解を促進するためであるが、この温度については、８０℃以上で混合溶液の沸点近傍（９０℃）とするのが好ましい。
【００２６】
そして、研摩材原料を溶解させた溶液をろ過し、硬質粒子を回収する（（ｂ）工程）。このろ過工程において適用するろ過材は、孔径０．３〜５μｍのフィルター（篩）を用いるのが好ましい。
【００２７】
以上の工程を経ることにより回収される硬質粒子については、その重量を測定し、サンプルの重量との比を算出することでセリウム系研摩材原料中の含有量を規定することができる（（ｄ）工程）。そして、このようにして測定される硬質粒子含有量からセリウム系研摩材原料としての適性が判断されることとなる。
【００２８】
以上説明したセリウム系研摩材原料の分析方法は、複数の工程を有するものの、各工程自体は必ずしも困難な方法ではなく、全体としてみても簡便な分析方法である。従って、この分析方法によれば、任意の方法により製造されたセリウム系研摩材原料の品質（研摩傷の原因物質の有無）を簡単に評価することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
【００３０】
ここでは、希土類鉱石を原材料とし、これを溶解、炭酸希土としたものをフッ素含有量が０．１重量％未満となるまで洗浄した原材料を乾燥後、アルミナ含有量が９９重量％の炉材を用いたロータリーキルンにて６００℃で焙焼することで研摩材原料を６種類製造した。また、これに対する比較例として、同様の原料を溶解、炭酸塩とし、フッ素含有量が０．５重量％となるまで洗浄し、乾燥後に静置炉で６００℃で焙焼して研摩材原料を３種類製造した。
【００３１】
次に、これらの研摩材原料を図１に示す工程にて硬質粒子の含有量を測定した。図１において、各研摩材原料を５０ｇ採取、秤量してサンプルとし、このサンプルに水１０００ｍｌ添加した後、６０重量％の過塩素酸水溶液３００ｍｌと、３０重量％の過酸化水素水溶液２０ｍｌとを添加し、この混合溶液を沸騰させて５分間保持した。加温後の溶液を徐冷後、孔径０．４４μｍのフィルターに通過させてろ過し、メッシュ上の残渣を回収し、洗浄、１００℃で乾燥しその重量を測定した。そして、この残渣（硬質粒子）重量から各原料中の硬質粒子含有量を算出した。
【００３２】
次に、これらの原料を用いてセリウム系研摩材を製造した。研摩材用原料３ｋｇと純水３ｌとを直径５ｍｍの鋼製の粉砕媒体が充填された湿式ボールミル（容量５ｌ）にて６時間粉砕し、平均粒径（マイクロトラック法Ｄ５０（累積５０％粒径））１μｍの粉体からなるスラリーとした。その後、最終状態の研摩材中のフッ素濃度が６％となるようにすべく、粉砕スラリーに濃度１ｍｏｌ／ｌのフッ化アンモニウム溶液を添加した後に、純水で洗浄後濾過してケーキを得た。次に、このケーキを乾燥後、９００℃で３時間焙焼し、再度粉砕した後分級してセリウム系研摩材とした。
【００３３】
そして、製造されたセリウム系研摩材を用いて、ガラス材料の研摩試験を行い、研摩面の評価を行なった。この研摩試験は、各研摩材を水に分散させて１０重量％の研摩材スラリーとし、この研摩材スラリーにて６５ｍｍφの青色ガラスを被研摩材として発泡ウレタン製の研摩パッドを用いて研摩した。研摩条件は、研摩材スラリーを５Ｌ／ｍｉｎの速度で供給し、研摩面に対する圧力を４．９×１０３Ｐａに設定して研磨機の回転速度を１２０ｒｐｍとした。尚、この研摩材スラリーは研摩試験中、攪拌機にて常時攪拌し、研摩材が沈降しないようにした。研摩後のガラス材料は、純水で洗浄し無塵状態で乾燥させた。
【００３４】
研摩面の評価は、研摩面の傷の有無、及び、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）により、研摩面の任意の面（２μｍ×２μｍ）の表面粗さを測定し、その最大値Ｒｍａｘにより評価した。研摩材粒子の研摩面への残存の有無を基準として評価した。研摩面の傷の有無は、研摩後のガラスの表面に３０万ルクスのハロゲンランプを照射し、反射法にてガラス表面を観察し、傷の程度（大きさ）を見極めて点数化し、１００点満点からの減点方式にて評価点を定めた。
【００３５】
以上の、原料中の硬質粒子の含有量の測定結果及び研摩試験の結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
0004237957.tif 000002
【００３７】
この表１から、実施例に係る研摩材原料は硬質粒子の含有量が２００ｐｐｍ以下であり、これらの原料により製造されたせリウム系研摩材による研摩試験では傷の発生も殆どみられず、また、表面粗さ（Ｒｍａｘ）についても、実施例に係る研摩材原料は、Ｒｍａｘが６０Å以下と極めて優れた値を示した。これに対して、比較例の研摩材原料は表面粗さに劣る上、研摩後の研摩面に傷が発生しているのが確認された。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るセリウム系研摩材原料は、研摩材の傷発生の要因となる硬質粒子の含有量を所定の範囲内に規定するものである。本発明によれば、傷発生のおそれのない高精度の研摩面を形成可能なセリウム系研摩材を製造することができる。また、本発明に係るセリウム系研摩材原料の分析方法は、任意の製造工程を経たセリウム系研摩材原料について硬質粒子の含有量を簡易に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態におけるセリウム系研摩材原料の分析工程の概略。
【図１】
0004237957.tif 000003