JP2003011062A - 研磨具及び研磨具の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定した鏡面加工を能率良く行なうことがで
きる研磨具を提供する。 【解決手段】 研磨具１０として、コロイダルシリカ、
超微細ジルコニアなどの微細な一次粒子１１を凝集して
形成された平均粒径が３０μｍを超え、かつ３００μｍ
以下、好ましくは４０〜１００μｍの範囲内の二次粒子
１２を研磨材として基材１６上に結合材１８で固定する
ことにより、研磨加工時に、二次粒子が常に結合材の表
面よりも突き出た状態が維持され、切り屑の除去も良好
で、安定した鏡面加工を能率良く行なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨具及び研磨具
の製造方法に係り、更に詳しくは、シリコン、ガラスな
どの硬質・脆性材料や、鉄鋼、アルミニウムなどの金属
材料の仕上げ加工に好適な研磨具及びその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンウエハやガラスディスクなどの
各種硬質・脆性材料や、鉄鋼、アルミニウムなどの金属
材料からなる部品表面の最終仕上げには、研磨加工機な
どを用いた研磨加工（鏡面加工）が行なわれている。す
なわち、例えばダイヤモンドペーストのように微細な遊
離砥粒を研磨材として溶媒中に分散させてペースト状あ
るいはスラリー状とした、いわゆる研磨材スラリーを、
研磨加工機の回転テーブルに貼られた研磨クロスと被加
工物の加工面（以下、適宜「加工面」と略述する）との
間隙に供給しながら回転テーブルを回転させることによ
り加工面を研磨していた。この加工法では研磨材として
微細な遊離砥粒を使用することが容易なため、加工面品
位に優れた鏡面状態の加工面を容易に得ることができる
とともに、大量の研磨材スラリーを使用することで安定
した加工特性（加工能率及び加工面粗さなど）を維持す
ることができるという利点があった。そのため、研磨材
スラリーを用いた研磨加工が多くの作業現場で行なわれ
てきた。

【０００３】しかしながら、研磨材スラリーを用いた研
磨加工では、大量の研磨材スラリーを使用するため、周
辺環境を汚染したり、廃液処理による環境への負荷が増
大するといった不都合があった。また、加工能率を向上
させるには、研磨速度（回転テーブルの回転速度）を上
げれば良いが、研磨速度がある程度以上になると、遠心
力により加工面への研磨材の供給量が減少し、逆に加工
能率が低下するという現象が生じる。すなわち、研磨材
スラリーを用いた研磨加工では、加工能率の向上に限界
があり、生産性向上に対する１つの障害となっていた。

【０００４】こうしたことから、研磨材スラリーを用い
ずに、研磨加工による加工面粗さ（鏡面状態の加工面粗
さ）相当の優れた加工面粗さを得ることのできる加工工
具への要求が高まってきた。そして、特に砥粒が工具の
基材に固定されている、いわゆる固定砥粒加工工具が注
目されるようになった。

【０００５】砥粒を用いた研磨加工において、表面粗さ
が小さい加工面を得るには、砥粒の切り込み深さを微小
化するために、微細な砥粒を使用するほうが通常有利で
ある。しかし、固定砥粒加工工具においては、鏡面状態
の加工面粗さを得るために粒径が数μｍ以下の砥粒を使
用すると、加工時に固定砥粒加工工具の基材（又は結合
材）と加工面との接触頻度が高くなり、その結果とし
て、加工抵抗の急増、砥粒の脱落などが生じ、最悪の場
合には加工不可の状態に陥ってしまう。また、基材（又
は結合材）と加工面との接触を抑制するような手段を講
じた場合でも、砥粒の粒径が小さいため、時間とともに
加工能率が低下してしまうといった不都合がある。すな
わち、加工能率の向上と加工面品位の向上とを同時に満
足させることは困難であった。

【０００６】そこで、これらの問題を解決するために、
微細な砥粒の集合体を用いた固定砥粒加工工具が開発さ
れた。これは、微細な砥粒の作用により表面粗さが小さ
い加工面を得るとともに、砥粒の集合体（凝集砥粒）に
より加工能率の向上を目的としている。

【０００７】本願出願人は、フィルム状の基材上に研磨
層を有する、いわゆる研磨フィルムに関する発明を先に
提案した（特開２０００−２３７９６２号公報参照）。
この発明は、０．５μｍ以下の一次粒子を凝集して形成
された平均粒径が１〜３０μｍの範囲内の造粒粒子が研
磨材として基材上にバインダ樹脂で固定化された研磨具
（研磨フィルム）である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記特開２０００−２
３７９６２号公報に開示される研磨具によると、０．５
μｍ以下の一次粒子を凝集した造粒粒子の平均粒径を１
〜３０μｍの範囲内としているために、確かに良好な加
工面を安定して得ることができる。しかしながら、その
後の更なる研究により、連続して加工を行なうと、加工
能率が低下することが判明した。

【０００９】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その第１の目的は、安定した鏡面加工を能率良く行
なうことができる研磨具を提供することにある。

【００１０】また、本発明の第２の目的は、安定した鏡
面加工を能率良く行なうことができる研磨具の製造方法
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、微細な一次粒子を凝集して形成された平均粒径が３
０μｍを超え、かつ３００μｍ以下の範囲内の二次粒子
が研磨材として基材上に結合材で固定されていることを
特徴とする研磨具である。

【００１２】これによると、二次粒子（研磨材）の平均
粒径が３０μｍを超えているため、研磨加工時に、二次
粒子が常に結合材の表面よりも突き出た状態が維持さ
れ、切り屑の除去も良好で、安定した鏡面加工を能率良
く行なうことができる。また、研磨材が単粒子の場合
は、加工時に研磨材の大破砕が発生するため、研磨材の
磨耗が急激に進行するが、研磨材が凝集体（二次粒子）
の場合は、研磨材の磨耗が徐々に進行するため、研磨具
の磨耗を抑制することができる。

【００１３】但し、二次粒子の平均粒径が３００μｍを
超えると、加工面にスクラッチが発生しやすくなり、加
工面品位を劣化させる頻度が高くなる。

【００１４】この場合において、請求項２に記載の研磨
具の如く、前記二次粒子の平均粒径が４０〜１００μｍ
の範囲内にあることとすることができる。

【００１５】上記請求項１及び２に記載の各研磨具にお
いて、請求項３に記載の研磨具の如く、前記一次粒子の
平均粒径が５μｍ以下であることとすることができる。

【００１６】上記請求項１〜３に記載の各研磨具におい
て、請求項４に記載の研磨具の如く、前記結合材と前記
二次粒子との全体の体積に対する前記二次粒子の含有率
が、５〜９０体積％の範囲内にあることとすることがで
きる。

【００１７】上記請求項１〜４に記載の各研磨具におい
て、請求項５に記載の研磨具の如く、前記二次粒子は、
その内部に結合材を含まないこととすることができる。

【００１８】上記請求項１〜５に記載の各研磨具におい
て、請求項６に記載の研磨具の如く、前記基材上に、更
に金属、無機物及び有機物の少なくとも一つが添加物と
して固定されていることとすることができる。

【００１９】この場合において、請求項７に記載の研磨
具の如く、前記添加物は、粉末及び繊維の少なくとも一
方を含むこととすることができる。

【００２０】この場合において、請求項８に記載の研磨
具の如く、前記添加物は粉末を含み、該粉末の平均粒径
が０．３〜３００μｍの範囲内にあることとすることが
できる。

【００２１】上記請求項７に記載の研磨具において、請
求項９に記載の研磨具の如く、前記添加物は繊維を含
み、該繊維の短径が０．１〜１５μｍ、長径が０．３〜
３００μｍの範囲内にそれぞれあることとすることがで
きる。

【００２２】上記請求項６〜９に記載の各研磨具におい
て、請求項１０に記載の研磨具の如く、前記結合材と前
記二次粒子と前記添加物との全体の体積に対する前記添
加物の含有率が、５〜８０体積％の範囲内にあることと
することができる。

【００２３】上記請求項１〜１０に記載の各研磨具にお
いて、請求項１１に記載の研磨具の如く、前記結合材
は、樹脂、セラミックス及び金属の少なくとも一つであ
ることとすることができる。

【００２４】請求項１２に記載の発明は、基材上に研磨
材が固定されている研磨具の製造方法であって、微細な
一次粒子を凝集して形成された平均粒径が３０μｍを超
え、かつ３００μｍ以下の範囲内の二次粒子からなる前
記研磨材と結合材とを混練し、混練物とする混練工程
と；前記混練物を基材上に塗布する塗布工程と；基材上
に塗布された前記混練物を固化する固化工程と；を含む
研磨具の製造方法である。

【００２５】これによると、先ず、微細な一次粒子を凝
集して形成された平均粒径が３０μｍを超え、かつ３０
０μｍ以下の範囲内の二次粒子と結合材を混練し、結合
材中に二次粒子が均一に分散している混練物とする（混
練工程）。そして、この混練物を基材上に塗布し（塗布
工程）、さらに基材上に塗布された混練物を固化（固化
工程）することにより、基材上に所定の平均粒径を有す
る二次粒子が研磨材として均一に分散した研磨具を製造
することができる。

【００２６】この場合において、請求項１３に記載の研
磨具の製造方法の如く、前記混練工程では、金属、無機
物及び有機物の少なくとも一つが更に混練されることと
することができる。

【００２７】上記請求項１２及び１３に記載の各研磨具
の製造方法において、請求項１４に記載の研磨具の製造
方法の如く、前記混練工程に先立って、微細な一次粒子
を凝集して平均粒径が３０μｍを超え、かつ３００μｍ
以下の範囲内の二次粒子を形成する造粒工程を更に含む
こととすることができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態及び実施
例について説明する。

【００２９】図１（Ａ）には、本発明の一実施形態に係
る研磨具１０の断面の構成図が示されている。この研磨
具１０は、微細な一次粒子の凝集体である二次粒子１２
と、添加物１４と、基材１６及び結合材１８とから構成
されている。すなわち、基材１６上に、二次粒子１２と
添加物１４と結合材１８とからなる研磨層２０が形成さ
れている。

【００３０】二次粒子１２としては、加工対象物にもよ
るが、一般には硬質の無機物であって、図１（Ｂ）に拡
大して示されるように、平均粒径が５μｍ以下の微細な
一次粒子１１が凝集した、３０μｍを超え、かつ３００
μｍ以下、好ましくは４０〜１００μｍの範囲内の平均
粒径を有する凝集体が適している。通常の二次粒子１２
に供する材料としては、シリカ（酸化珪素）、セリア
（酸化セリウム）、ダイヤモンド、ｃＢＮ（立方晶窒化
硼素）、アルミナ（酸化アルミニウム）、炭化珪素など
を用いることができるが、これらに限定されるものでは
ない。研磨材としては通常用いられていないが、フィル
タやスペーサといった用途で用いられている凝集体（凝
集粉末）を用いることも可能である。なお、研磨層２０
中の二次粒子１２の含有率は、５〜９０体積％の範囲内
にあることが望ましい。また、二次粒子１２の内部に
は、結合材などの介在物を含まないことが望ましい。そ
こで、例えば、市販品の凝集粉末を利用する場合には、
あらかじめ加熱処理などを行なうのが良い。

【００３１】二次粒子１２は、例えば、一次粒子を含む
ゾルを加水分解し、一次粒子１１を所定の大きさに凝集
させる一般的なゾル−ゲル法などで形成される。これに
より結合材などの介在物を内部に含まない二次粒子１２
が得られる。なお、二次粒子１２の形状は、球状、粒状
及び不定形のいずれでも良い。

【００３２】また、二次粒子１２の形成方法としては、
ゾル−ゲル法などの水溶液反応による沈殿を利用した形
成方法に限定されるものではなく、材料によって、水溶
液からの析出を利用した形成方法（例えば、スプレード
ライヤ法、凍結乾燥法、溶媒乾燥法）、固体からの形成
方法（例えば、固体の熱分解、固相反応）、気体からの
形成方法（例えば、蒸発−凝縮、気相分解法、気相反
応）などを用いることができる。また、高速気流を用い
て一次粒子同士を衝突させる衝撃法を用いても良い。結
果として、結合材などの介在物を内部に含まずに、所定
の平均粒径を有する二次粒子１２が得られれば良いから
である。

【００３３】特に、コロイダルシリカ、ヒュームドシリ
カ及びコロイダルセリアは超微粒子であるとともに、化
学的活性を有し、被加工面に対してメカノケミカル作用
を呈するので、二次粒子１２を構成する一次粒子１１と
して極めて好ましい材料である。

【００３４】添加物１４としては、金属、無機物及び有
機物の粉末あるいは繊維を用いることができる。粉末と
しては平均粒径が０．３〜３００μｍの範囲内のものが
適しており、繊維としては平均短径が０．１〜１５μ
ｍ、平均長径が０．３〜３００μｍの範囲内のものが適
している。金属粉末としては、例えば銅やアルミニウム
などの粉末を用いることができ、無機物の粉末として
は、例えば二硫化モリブデンなどの固体潤滑材やダイヤ
モンド、ｃＢＮ、シリカ、アルミナ、炭化珪素、酸化鉄
などの粉末を用いることができ、有機物の粉末として
は、例えばアクリル樹脂、ウレタン樹脂などの粉末を用
いることができる。また、金属繊維としては、例えば
銅、クロム、ニッケルなどの繊維を用いることができ、
無機物の繊維としては、例えばアルミナ、炭化珪素、炭
素などの繊維を用いることができ、有機物の繊維として
は、例えばアクリル樹脂などの繊維を用いることができ
る。なお、添加物１４としては、１種類に限定されるも
のではなく複数の材料を用いても良い。

【００３５】また、研磨層２０中の添加物１４の含有率
は、５〜８０体積％の範囲内にあることが望ましく、添
加物１４の種類や形状、二次粒子１２の含有率及び研磨
具１０に要求される機械的性質などによって、最適の含
有率が決定される。なお、本実施形態の研磨具１０で
は、添加物１４が含まれているが、研磨具として必要な
特性が満たされていれば、必ずしも含まれなくとも良
い。

【００３６】また、二次粒子１２及び添加物１４は、一
例としてカップリング処理（例えば、シラン系カップリ
ング処理やチタネート系カップリング処理）などの表面
改質（表面処理）がなされていても良い。これによっ
て、結合材１８との結合がより強固となり、フィラーと
しての効果が期待できる。ここでは、二次粒子１２や添
加物１４の種類、結合材１８の材質及び目的とする改質
内容（例えば、剛性の向上や、衝撃強さの向上など）に
よって、最適な処理の種類、処理の方法などが決定され
る。

【００３７】基材１６としては、通常はポリエチレンテ
レフタレート（通称ＰＥＴ）やポリイミドといった高分
子フィルムが使用できるが、他に不織布、金属箔、強固
で剛性のある金属、セラミックスなどを用いることがで
きる。

【００３８】結合材１８としては、樹脂、セラミックス
及び金属を用いることができる。なお、樹脂の場合に
は、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂だけでなく、光硬化性
樹脂なども用いることができる。

【００３９】次に本発明の研磨具の製造方法について簡
単に説明する。

【００４０】先ず、ゾル−ゲル法などによって微細な一
次粒子を凝集し、３０μｍを超え、かつ３００μｍ以下
の範囲内の平均粒径を有する二次粒子を形成する（造粒
工程）。そして、この二次粒子と添加物と結合材とをホ
モジナイザなどを用いて混練し、結合材中に二次粒子及
び添加物が均一に分散した混練物を得る（混練工程）。
次に、この混練物をワイヤバーコータを用いて基材上に
塗布し、これを恒温槽などを用いて所定温度で所定時間
加熱することによって結合材を固化させ、二次粒子及び
添加物を基材上に固定する（固化工程）。これによっ
て、基材上に二次粒子及び添加物が均一に分散して固定
されている研磨具を製造することができる。

【００４１】また、上記実施形態では、造粒工程におい
て、一次粒子の平均粒径は５μｍ以下であることが望ま
しい。なお、市販の凝集粉末を利用する場合は、造粒工
程を省略することが可能である。

【００４２】なお、上記実施形態では、混練工程におい
て、添加物が混練されているが、必ずしも必要なもので
はない。

【００４３】さらに、上記実施形態では、ワイヤバーコ
ータを用いて混練物を基材上に塗布しているが、これに
限定されるものではなく、グラビアコータ、リバースロ
ールコータ、ナイフコータなどを用いても良い。基材上
に混練物を均一な厚さで塗布できれば良いからである。

【００４４】さらに、上記実施形態では、混練工程に先
立って、二次粒子及び添加物の表面に前述した表面改質
処理を施しても良い。

【００４５】次に、本発明の実施例について述べる。

【００４６】[実施例１]本実施例１では、一次粒子とし
て平均粒径が５０ｎｍの超微細コロイダルシリカ粒子
を、結合材としてウレタン樹脂Ｎ２３０１（日本ポリウ
レタン工業（株）製）を用いた。基材として厚さ７５μ
ｍのポリエチレンテレフタレートのフィルムを用いた。
なお、本実施例１では、添加物は含まれていない。

【００４７】超微細コロイダルシリカ粒子をゾル−ゲル
法により凝集させ、内部に結合材などの介在物を含まな
い平均粒径が５０μｍのシリカの二次粒子を得た。すな
わち、本実施例１では、先ず、所定の比率で超微細コロ
イダルシリカ粒子と、水とアルコールとからなる溶液と
を混合し、加水分解によってゲル状にしてシリカ粒子を
凝集させた。そして、シリカ粒子の凝集体が所望の大き
さに達すると、凝集体を５０℃〜６５℃の恒温槽に入れ
て、凝集体に含まれる水分や有機溶媒などを蒸発させ
た。さらに、レーザ回折／散乱式粒度分布測定装置を用
いて、凝集体の粒度分布を測定し、頻度積算値が５０％
のところの粒径（メジアン径）が５０μｍであることを
確認した。このようにして、形成された凝集体を二次粒
子とした。

【００４８】そして、二次粒子とウレタン樹脂とをそれ
ぞれ秤量し混合物とした。ここでは、この混合物中で二
次粒子が３５体積％を占めるように、それぞれの量を決
定した。

【００４９】次に、攪拌機を用いて、ウレタン樹脂中に
二次粒子が均一に分散されるように前記混合物を混練し
混練物とした。ここでは、室温で、二次粒子を破壊しな
い程度の回転数（例えば、５０ｒｐｍ）で、前記混合物
を約１０分間攪拌しながら混練した。

【００５０】そして、ワイヤバーコータを用いて、ポリ
エチレンテレフタレートのフィルム上に前記混練物を均
一な厚さで塗布した後、ウレタン樹脂の重合を促進する
ために、恒温槽を用いて８０℃で３時間加熱し、研磨具
を得た。この研磨具における研磨層の厚さは二次粒子の
最大粒径とほぼ同一であった。

【００５１】このようにして作成した研磨具をラップ加
工機の定盤に取り付け、ラッピング仕上がりのシリコン
ウエハを加工した結果、１５分間の加工時間で、加工面
粗さが１０ｎｍＲｙ以下の鏡面を得ることができた。ま
た、引き続きシリコンウエハを５０枚加工しても、結合
材の表面から二次粒子は突き出しており、加工能率や加
工面粗さの低下はほとんど認められなかった。なお、加
工面粗さはテーラホプソン社製のフォムタリサーフＳ４
Ｃを用いて測定した。

【００５２】[実施例２]本実施例２では、一次粒子とし
て平均粒径が５０ｎｍの超微細ジルコニア粒子を、結合
材としてウレタン樹脂Ｎ２３０１（日本ポリウレタン工
業（株）製）を用いた。基材として厚さ７５μｍのポリ
エチレンテレフタレートのフィルムを用いた。なお、本
実施例２では、添加物は含まれていない。

【００５３】超微細ジルコニア粒子をスプレードライヤ
法により凝集させ、内部に結合材などの介在物を含まな
い平均粒径が５０μｍのジルコニアの二次粒子を得た。
すなわち、本実施例２では、超微細ジルコニア粒子を水
系バインダ（ＰＶＡなど）で泥しょう化し、スプレード
ライヤで噴霧させて、所望のサイズを有する凝集体を成
形した。そして、その凝集体を電気炉を用いて４００℃
で１時間加熱し、水系バインダを蒸発させた。一般的
に、スプレードライヤ法では、粒径が１μｍ〜３００μ
ｍまでの凝集体が得られ、凝集体の粒度分布がシャープ
でないときは、ふるいを用いた分級プロセスを加えるこ
ともある。さらに、レーザ回折／散乱式粒度分布測定装
置を用いて、凝集体の粒度分布を測定し、頻度積算値が
５０％のところの粒径（メジアン径）が５０μｍである
ことを確認した。このようにして、形成された凝集体を
二次粒子とした。図２（Ａ）は、この二次粒子を走査型
電子顕微鏡で拡大したものであり、内部に水系バインダ
が蒸発して形成された細孔が見られる。また、図２
（Ｂ）は、二次粒子の外観を顕微鏡で拡大したものであ
り、シャープな粒度分布を示している。

【００５４】そして、二次粒子とウレタン樹脂とをそれ
ぞれ秤量し混合物とした。ここでは、この混合物中で二
次粒子が３５体積％を占めるように、それぞれの量を決
定した。

【００５５】次に、攪拌機を用いて、ウレタン樹脂中に
二次粒子が均一に分散されるように前記混合物を混練
し、混練物とした。ここでは、室温で、二次粒子を破壊
しない程度の回転数（例えば、５０ｒｐｍ）で、前記混
合物を約１０分間攪拌しながら混練した。

【００５６】そして、ワイヤバーコータを用いて、ポリ
エチレンテレフタレートのフィルム上に前記混練物を均
一な厚さで塗布した後、ウレタン樹脂の重合を促進する
ために、恒温槽を用いて８０℃で３時間加熱し、研磨具
を得た。この研磨具における研磨層の厚さは二次粒子の
最大粒径とほぼ同一であった。

【００５７】このようにして作成した研磨具をラップ加
工機の定盤に取り付け、図３（Ａ）に示されるように、
面粗さが２μｍＲｙのガラスディスク（ＢＫ７光学ガラ
スディスク）を加工した結果、３分間の加工時間で、図
３（Ｂ）に示されるように、加工面粗さが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
低下はほとんど認められなかった。

【００５８】[比較例１]本比較例１では、一次粒子とし
て平均粒径が５０ｎｍの超微細コロイダルシリカ粒子
を、結合材としてウレタン樹脂Ｎ２３０１（日本ポリウ
レタン工業（株）製）を用いた。基材として厚さ７５μ
ｍのポリエチレンテレフタレートのフィルムを用いた。
前述した実施例１と同じである。

【００５９】超微細コロイダルシリカ粒子をゾル−ゲル
法により凝集させ、内部に結合材などの介在物を含まな
い平均粒径が２０μｍのシリカの二次粒子を得た。前述
した実施例１よりも平均粒径が小さい。

【００６０】そして、二次粒子とウレタン樹脂とをそれ
ぞれ秤量し混合物とした。ここでは、この混合物中で二
次粒子が３５体積％を占めるように、それぞれの量を決
定した。

【００６１】次に、攪拌機を用いて、ウレタン樹脂中に
二次粒子が均一に分散されるように前記混合物を攪拌し
ながら混練し、混練物とした。

【００６２】そして、ワイヤバーコータを用いて、ポリ
エチレンテレフタレートのフィルム上に前記混練物を均
一な厚さで塗布した後、ウレタン樹脂の重合を促進する
ために、恒温槽を用いて８０℃で３時間加熱し、研磨具
を得た。この研磨具における研磨層の厚さは二次粒子の
最大粒径とほぼ同じであった。すなわち、前述した実施
例１との相違点は、二次粒子の平均粒径のみである。

【００６３】このようにして作成した研磨具をラップ加
工機の定盤に取り付け、ラッピング仕上がりのシリコン
ウエハを加工した結果、１５分間の加工時間で、加工面
粗さが１０ｎｍＲｙ以下の鏡面を得ることができたが、
引き続き加工を実施したところ、徐々に加工能率が低下
し、加工枚数が２０枚では、加工開始時と比べて、加工
面粗さは同等であるものの、加工能率が３０％低下し
た。

【００６４】[比較例２]本比較例２では、一次粒子とし
て平均粒径が５０ｎｍの超微細ジルコニア粒子を、結合
材としてウレタン樹脂Ｎ２３０１（日本ポリウレタン工
業（株）製）を用いた。基材として厚さ７５μｍのポリ
エチレンテレフタレートのフィルムを用いた。前述した
実施例２と同じである。

【００６５】超微細ジルコニア粒子をスプレードライヤ
法により凝集させ、内部に結合材などの介在物を含まな
い平均粒径が１５μｍのジルコニアの二次粒子を得た。
前述した実施例２よりも平均粒径が小さい。

【００６６】そして、二次粒子とウレタン樹脂とをそれ
ぞれ秤量し混合物とした。ここでは、この混合物中で二
次粒子が３５体積％を占めるように、それぞれの量を決
定した。

【００６７】次に、攪拌機を用いて、ウレタン樹脂中に
二次粒子が均一に分散されるように前記混合物を攪拌し
ながら混練し、混練物とした。

【００６８】そして、ワイヤバーコータを用いて、基材
すなわちポリエチレンテレフタレートのフィルム上に前
記混練物を均一な厚さで塗布した後、ウレタン樹脂の重
合を促進するために、恒温槽を用いて８０℃で３時間加
熱し、研磨具を得た。この研磨具における研磨層の厚さ
は二次粒子の最大粒径とほぼ同じであった。すなわち、
前述した実施例２との相違点は、二次粒子の平均粒径の
みである。

【００６９】このようにして作成した研磨具をラップ加
工機の定盤に取り付け、面粗さが２μｍＲｙのガラスデ
ィスク（ＢＫ７光学ガラスディスク）を加工した結果、
１０分間の加工時間で、加工面粗さが３０ｎｍＲｙ以下
の鏡面を得ることができたが、５枚を加工した段階で、
研磨層がほとんど磨耗し、引き続き加工を行なうことが
不可能となった。

【００７０】以上、説明したように、上記実施例１の研
磨具によると、一次粒子として平均粒径が５０ｎｍの超
微細シリカ粒子を凝集させて作成した平均粒径が５０μ
ｍの二次粒子を研磨材として、基材としてのポリエチレ
ンテレフタレートのフィルム上に分散して固定している
ため、二次粒子による加工能率の向上、及び一次粒子に
よる加工面品位の向上を図ることができる。すなわち、
加工能率の向上と加工面品位の向上とを同時に満足させ
ることが可能となる。また、研磨材が単粒子の場合は、
加工時に研磨材の大破砕が発生するため、研磨材の磨耗
が急激に進行するが、研磨材が凝集体（二次粒子）の場
合は、研磨材の磨耗が徐々に進行するため、研磨具の磨
耗を抑制することができる。

【００７１】また、上記実施例１の研磨具によると、図
４（Ａ）に示されるように、二次粒子の平均粒径が５０
μｍであるために、二次粒子の平均粒径が２０μｍであ
る上記比較例１の研磨具に比べて、二次粒子による削除
量が大きく、効率的な研磨を行うことができる。さら
に、上記実施例１の研磨具と上記比較例１の研磨具とで
は、二次粒子の含有率が同じであるために、基材表面に
露出している二次粒子同士の間隔は、上記実施例１の研
磨具のほうが上記比較例１の研磨具よりも広くなる。こ
れは、切り屑の排出が上記実施例１の研磨具のほうが円
滑に行なわれることを示している。従って、上記実施例
１の研磨具によると、加工能率に優れた研磨加工を行な
うことが可能となる。

【００７２】また、上記実施例２の研磨具によると、一
次粒子として平均粒径が５０ｎｍの超微細ジルコニア粒
子を凝集させて作成した平均粒径が５０μｍの二次粒子
を研磨材として、基材としてのポリエチレンテレフタレ
ートのフィルム上に分散して固定しているため、二次粒
子による加工能率の向上、及び一次粒子による加工面品
位の向上を図ることができる。すなわち、加工能率の向
上と加工面品位の向上とを同時に満足させることが可能
となる。

【００７３】例えば、二次粒子の代わりに平均粒径が５
０μｍのジルコニア単粒子を用いて作成した研磨具で、
ガラスディスクを３分間研磨加工すると、一例として図
５に示されるように、多数のスクラッチが発生し、加工
面粗さは、加工前の２μｍＲｙから激しく劣化し、４．
３μｍＲｙとなった。

【００７４】さらに、上記実施例２の研磨具によると、
図４（Ｂ）に示されるように、二次粒子の平均粒径が５
０μｍであるために、二次粒子の平均粒径が１５μｍで
ある上記比較例２の研磨具に比べて、研磨加工時に二次
粒子が常に結合材表面よりも突き出た状態が維持され
る。また、結合材表面に露出している二次粒子同士の間
隔は、上記実施例２の研磨具のほうが上記比較例２の研
磨具よりも広くなり、切り屑の排出が良好である。従っ
て、上記実施例２の研磨具によると、加工能率に優れた
研磨加工を行なうことができる。

【００７５】なお、上記各実施例では、結合材としてウ
レタン樹脂Ｎ２３０１（日本ポリウレタン工業（株）
製）を用いたが、ウレタン樹脂Ｎ２３０４（日本ポリウ
レタン工業（株）製）であってもほぼ同様な結果を得る
ことができた。

【００７６】また、上記各実施例によると、二次粒子
は、その内部に結合材などの介在物を含まないために、
介在物に起因する切り屑の付着を防止することができ、
二次粒子の加工能力を維持することが可能となる。そし
て、結果として、研磨加工の安定性を向上することがで
きる。

【００７７】なお、上記各実施例において、一次粒子の
平均粒径が５μｍ以下であれば、同様に優れた加工面を
能率良く得ることができる。但し、一次粒子の平均粒径
が５μｍを超えると、その加工面にスクラッチが発生
し、加工面品位を低下させる頻度が高くなる。

【００７８】また、上記各実施例において、二次粒子に
ついても、平均粒径が３０μｍを超え、かつ３００μｍ
以下であれば、同様に優れた加工面品位を高い加工能率
で得ることができる。但し、二次粒子の平均粒径が３０
μｍ以下の場合は、加工時に工具が加工面上を上滑りし
たり、結合材と加工面が直接接触して加工抵抗が急増す
るなどにより、図６に示されるように、加工面粗さが急
激に大きくなる傾向にある。一方、二次粒子の平均粒径
が３００μｍを超えると、その加工面にスクラッチが発
生する頻度が高くなり、図６に示されるように、加工面
粗さが大きくなる傾向にある。そこで、図６に示される
ように、二次粒子の平均粒径が４０〜１００μｍの範囲
内にあれば、より確実に優れた加工面品位を高い加工能
率で得ることができる。

【００７９】また、上記各実施例において、二次粒子の
含有率は、研磨層の５〜９０体積％の範囲内であれば、
同様に優れた加工面品位を能率良く得ることができる。
しかしながら、二次粒子の含有率が研磨層の５体積％未
満であれば、二次粒子（研磨材）が少ないために加工能
率が著しく低下し、一方、９０体積％を超えると、結合
材の量が少ないために研磨具の剛性が低下し、研磨具の
変形や破断などを引き起こす頻度が高くなるとともに、
二次粒子を固定する強度が著しく低下する。

【００８０】なお、上記各実施例では、添加物は含有さ
れていないが、更に添加物を添加することにより、研磨
具の基材が１種類の材料のみからなる場合であっても、
研磨具の機械的性質を所定の値に調整することができ、
研磨具として必要な耐磨耗性などを有することができ
る。しかも、耐熱性も向上させることができる。また、
添加物を含むことにより二次粒子の分散状態が更に均一
化し、結合材表面に露出している二次粒子同士の間隔を
適正に保つことができ、いわゆる二次粒子の突き出しが
確保される。

【００８１】なお、添加物の形状が粉末の場合は平均粒
径が０．３〜３００μｍの範囲内であれば、上述と同様
な効果を得ることができる。しかしながら、粉末の平均
粒径が０．３μｍ未満であると、上述した添加の効果が
小さく、平均粒径が３００μｍを超えると加工面にスク
ラッチを生じる頻度が高くなる。

【００８２】また、添加物の形状が繊維の場合は平均短
径が０．１〜１５μｍ、平均長径が０．３〜３００μｍ
の範囲内であれば、前述と同様な効果を得ることができ
る。しかしながら、繊維の平均短径が０．１μｍ未満で
あると、前述した添加の効果が小さく、平均短径が１５
μｍを超えると加工面にスクラッチを生じる頻度が高く
なる。同様に、平均長径が０．３μｍ未満であると、前
述した添加の効果が小さく、平均長径が３００μｍを超
えると加工面にスクラッチを生じる頻度が高くなる。な
お、繊維の場合には、添加量が同じであっても、粉末に
比べて高い硬度を研磨具に賦与することができる。

【００８３】さらに、添加物の含有率が研磨層の５〜８
０体積％の範囲内であれば、前述と同様な効果を得るこ
とができる。しかしながら、添加物の含有率が、研磨層
の５体積％未満であると、前述した添加の効果が少な
く、８０体積％を超えると、結合材の量が少なくなり、
研磨具の剛性が低下し、研磨具の変形や破断などを引き
起こす頻度が高くなるとともに、二次粒子を固定する強
度が著しく低下する。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る研磨
具によれば、微細な一次粒子を凝集して形成された平均
粒径が３０μｍを超え、かつ３００μｍ以下、好ましく
は４０〜１００μｍの範囲内の二次粒子を研磨材として
基材上に分散して含有しているために、安定した鏡面加
工を能率良く行なうことができるという効果がある。

【００８５】また、本発明に係る研磨具の製造方法によ
れば、安定した鏡面加工を能率良く行なうことができる
研磨具を製造することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）は、本発明の一実施形態としての研
磨具の断面の構成図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）
における二次粒子１２の拡大図である。

【図２】図２（Ａ）は、スプレードライヤ法で形成され
たジルコニアの二次粒子を走査型電子顕微鏡で観察した
写真を示す図（図面代用写真）であり、図２（Ｂ）は、
スプレードライヤ法で形成されたジルコニア二次粒子の
外観を光学顕微鏡で観察した写真を示す図（図面代用写
真）である。

【図３】図３（Ａ）は、研磨加工前のガラスディスクの
表面状態を顕微鏡で観察した写真を示す図（図面代用写
真）であり、図３（Ｂ）は、実施例２の研磨具で研磨加
工を行なった後のガラスディスクの表面状態を顕微鏡で
観察した写真を示す図（図面代用写真）である。

【図４】図４（Ａ）は、実施例１と比較例１との違いを
説明するための図であり、図４（Ｂ）は、実施例２と比
較例２との違いを説明するための図である。

【図５】平均粒径５０μｍのジルコニア単粒子を研磨材
とする研磨具を用いて加工したガラスディスクの表面状
態を顕微鏡で観察した写真を示す図（図面代用写真）で
ある。

【図６】二次粒子の平均粒径と加工面粗さとの関係を説
明するための図である。

【符号の説明】

１０…研磨具、１１…一次粒子、１２…二次粒子、１４
…添加物、１６…基材、１８…結合材。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微細な一次粒子を凝集して形成された平
   均粒径が３０μｍを超え、かつ３００μｍ以下の範囲内
   の二次粒子が研磨材として結合材で基材上に固定されて
   いることを特徴とする研磨具。
2. 【請求項２】 前記二次粒子の平均粒径が４０〜１００
   μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の
   研磨具。
3. 【請求項３】 前記一次粒子の平均粒径が５μｍ以下で
   あることを特徴とする請求項１又は２に記載の研磨具。
4. 【請求項４】 前記結合材と前記二次粒子との全体の体
   積に対する前記二次粒子の含有率が、５〜９０体積％の
   範囲内にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
   一項に記載の研磨具。
5. 【請求項５】 前記二次粒子は、その内部に結合材を含
   まないことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に
   記載の研磨具。
6. 【請求項６】 前記基材上に、更に金属、無機物及び有
   機物の少なくとも一つが添加物として固定されているこ
   とを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の研
   磨具。
7. 【請求項７】 前記添加物は、粉末及び繊維の少なくと
   も一方を含むことを特徴とする請求項６に記載の研磨
   具。
8. 【請求項８】 前記添加物は粉末を含み、該粉末の平均
   粒径が０．３〜３００μｍの範囲内にあることを特徴と
   する請求項７に記載の研磨具。
9. 【請求項９】 前記添加物は繊維を含み、該繊維の短径
   が０．１〜１５μｍ、長径が０．３〜３００μｍの範囲
   内にそれぞれあることを特徴とする請求項７に記載の研
   磨具。
10. 【請求項１０】 前記結合材と前記二次粒子と前記添加
    物との全体の体積に対する前記添加物の含有率が、５〜
    ８０体積％の範囲内にあることを特徴とする請求項６〜
    ９のいずれか一項に記載の研磨具。
11. 【請求項１１】 前記結合材は、樹脂、セラミックス及
    び金属の少なくとも一つであることを特徴とする請求項
    １〜１０のいずれか一項に記載の研磨具。
12. 【請求項１２】 基材上に研磨材が固定されている研磨
    具の製造方法であって、 微細な一次粒子を凝集して形成された平均粒径が３０μ
    ｍを超え、かつ３００μｍ以下の範囲内の二次粒子から
    なる前記研磨材と結合材とを混練し、混練物とする混練
    工程と；前記混練物を基材上に塗布する塗布工程と；基
    材上に塗布された前記混練物を固化する固化工程と；を
    含む研磨具の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記混練工程では、金属、無機物及び
    有機物の少なくとも一つが更に混練されることを特徴と
    する請求項１２に記載の研磨具の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記混練工程に先立って、微細な一次
    粒子を凝集して平均粒径が３０μｍを超え、かつ３００
    μｍ以下の範囲内の二次粒子を形成する造粒工程を更に
    含むことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の研磨
    具の製造方法。