JP2937264B2 - 金属表面を研磨する方法およびそのための組成物 - Google Patents

金属表面を研磨する方法およびそのための組成物

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JP2937264B2 JP2204947A JP20494790A JP2937264B2 JP 2937264 B2 JP2937264 B2 JP 2937264B2 JP 2204947 A JP2204947 A JP 2204947A JP 20494790 A JP20494790 A JP 20494790A JP 2937264 B2 JP2937264 B2 JP 2937264B2
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    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、金属表面の速い研磨速度を提供し、高品質
の表面を作り出す研磨組成物を用いた金属表面を研磨す
る方法および新規な金属研磨組成物に関する。
特に本発明は、研磨剤、塩もしくは塩の組み合わせお
よび所望により酸を含有する水性研磨組成物を用いて、
金属光学、記憶ディスク、工作機械、コンパクトディス
クタンパー、装飾金属表面、機械部品等の金属表面を研
磨する方法および本方法に使用される新規な組成物に関
する。
（従来の技術） 金属表面を研磨するのに通常使用される従来の研磨組
成物は、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコ
ニウム、酸化スズ、二酸化ケイ素、二酸化チタン等の様
な研磨剤の水性スラリーを含有する。研磨組成物は、金
属表面に塗布され、研磨パッドを用いて研磨される。し
かしながら、従来の研磨剤は、なめらかな表面および美
しい光沢を得るためにはかなりの時間を必要とする。研
磨剤の粒子サイズを大きくすることによって、研磨効果
を改良する試みは、深い傷、粗い表面等を引き起こす傾
向がある。そのため、なめらかな表面および傷のない表
面を得ることが困難である。
本発明は、従来技術の金属表面研磨組成物に関する望
ましくない局面および欠点を克服する。本発明は、研磨
速度を高め、傷やオレンジピールおよび他の表面欠陥の
様の研磨による欠陥を減少させ、高品質の表面を作り出
す。
（発明の要旨） 本発明の一局面は、金属表面を研磨する方法に関し、
その方法は、（ａ）水、研磨剤および塩を含有する水性
研磨組成物を提供すること、ここで、該塩は、酸の塩基
との反応および酸と金属との反応からなる群から選択さ
れた反応の反応産物であって、該塩はカチオン成分およ
びアニオン成分を含有し、該カチオン成分は、元素周期
表のII A族、III A族、IV A族およびIV B族元素のカチ
オン、亜鉛、セリウム、スズおよび鉄イオンから成る群
から選択され、且つ該研磨組成物が、少なくとも２種の
塩を含有する；（ｂ）該組成物を研磨される金属表面に
塗布すること；および（ｃ）該金属表面を研磨すること
を包含する。
本発明の別の局面は、金属表面を研磨する組成物に関
し、その組成物は、水；酸化アルミニウム、酸化セリウ
ム、酸化ジルコニウム、酸化スズ、二酸化ケイ素、シリ
コンカーバイド、二酸化チタンおよびチタニウムカーバ
イドからなる群から選択された研磨剤；および、塩化マ
グネシウム、過塩素酸アルミニウム、および過塩素酸マ
グネシウムからなる群から選択される少なくとも２種の
塩を含有する。
さらに本発明の方法は、（ａ）水、研磨剤および塩を
含有する水性研磨組成物を提供すること、ここで該塩
は、臭化アルミニウム、塩化アルミニウム、ヨー化アル
ミニウム、硝酸ジルコニル、硫酸ジルコニル、硝酸セリ
ウム、硝酸アルミニウム、塩化ジルコニル、塩化スズ、
過塩素酸アルミニウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、
過塩素酸マグネシウムからなる群から選択され、且つ該
研磨組成物が、少なくとも２種の塩を含有する；（ｂ）
該組成物を研磨される金属表面に塗布すること；および
（ｃ）該金属表面を研磨することを包含する。
（発明の構成） ここで用いられる「塩」とは、別の事前の反応で、あ
るいは塩が使用される最終混合物の中での、酸と塩基も
しくは金属と酸の反応から作り出される化合物である。
本発明は、研磨剤および塩もしくは塩の組み合せを含
有する水性研磨組成物が、アルミニウム、ニッケル、
鉄、スチール、銅、ベリリウム、亜鉛、チタン、クロム
等の様な金属表面、特に、高度に研磨された鏡状の表面
が望ましい、もしくは必須である、記憶ディスク、宇宙
船や望遠鏡の鏡等に用いられる金属光学機器の様な金属
表面を高度に研磨するという発見に基づいている。
本発明に用いられる研磨剤は、金属表面を研磨するの
に用いられる、粒子状の適当な研磨剤であればどの様な
ものでも良い。一般的な研磨剤は、例えば、酸化アルミ
ニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化スズ、
二酸化ケイ素、シルコンカーバイド、二酸化チタンおよ
びチタニウムカーバイドを含む。
塩もしくは塩の組み合せの添加は、研磨組成物の研磨
剤による金属表面の研磨効果を促進する。研磨効果が、
塩成分の含有によって高められる正確な理由は、現在の
ところわかってはいない。しかしながら、後に説明され
る実験に基づくと、金属表面の共同作用的な研磨がおこ
るようである。発明者は、どの様な特定の理論にも縛ら
れたくはないが、塩が金属表面と反応することで、研磨
の改良が生じると考えられる。例えば、硝酸アルミニウ
ムの場合には、硝酸アルミニウムは、金属表面と反応し
て、硝酸金属塩とコロイド状のアルミナを発生すると考
えられている。コロイド状のアルミナは、その後、金属
表面と研磨パッドおよび研磨剤との間で障壁層として作
用し、表面を傷や点食から保護する。本研磨組成物もし
くは従来技術の研磨組成物が、合成樹脂品を研磨するの
に用いられた場合の様に、研磨組成物が非金属表面で用
いられた場合には、この種の塩と金属表面との間の反応
は達成されない。
本発明の塩成分は、酸と塩基もしくは酸と金属との反
応産物である。従って、塩はカチオン成分およびアニオ
ン成分とを含有する。カチオン成分は、研磨される金属
表面で無電解めっきによって沈澱しないイオン化元素で
あれば、実質的にどれでもよい。例えば、銅もしくはニ
ッケルの様な金属は、研磨される金属表面で無電解めっ
きによって沈澱し得るので、これらの金属は使用されな
いであろう。塩の好ましいカチオン成分は、元素周期表
のII A族、III A族、IV A族およびIV B族のイオン化元
素、および亜鉛、セリウムスズ（2+もしくは3+）および
鉄（2+もしくは3+）イオンである。一般的に、表示され
た族の重金属は、費用および汚染要素のために、使用さ
れないであろう。ジルコニルカチオンZro2+が好ましい
カチオンである。一方、リチウム、ナトリウム、カリウ
ムを包含する元素表のI a族は、除去仕上げ（removal f
inish）もしくは表面仕上げに著しい改良は加えないの
に、点食を引き起こすので避けるべきである。
塩のアニオン成分は、好ましくは、塩化物イオン、臭
化物イオン、ヨー化物イオン、硝酸イオン、硫酸イオ
ン、燐酸イオン、および過塩素酸イオンを含有する。
塩の組み合せを水および研磨剤とともに含有する水性
研磨組成物は、単一の塩の使用と比較して、改良された
金属表面の研磨を提供する。従って、単一の塩の使用と
比較して、２種以上の塩の組み合せを研磨組成物に使用
した場合、相互作用的な効果があるようにみえる。
本発明の好ましい方法に用いられた好ましい水性研磨
組成物は、塩化アルミニウム、硝酸ジルコニル、硫酸ジ
ルコニル、硝酸セリウム、硝酸アルミニウム、臭化アル
ミニウム、ヨー化アルミニウム、塩化アルミニウム、塩
化ジルコニル、塩化スズ、過塩素酸アルミニウム、塩化
マグネシウム、塩化亜鉛、過塩素酸マグネシウム、塩化
鉄等を有する少なくとも１種の塩を用いて調製され得
る。
本発明の研磨組成物の塩成分は、研磨組成物中に研磨
剤の効果を促進するのに効果がある量で存在する。研磨
組成物の水成分は、主として、固体成分を懸濁する懸濁
剤および、塩成分の溶剤にすぎない。所望であれば、研
磨組成物は、濃縮形で調製され、望ましい濃度まで水を
加えることによって使用時に希釈され得る。
研磨組成物中に僅かな量でも塩が存在すれば、研磨剤
の研磨効果は促進されると考えられる。この組成物の約
0.1重量％から約50重量％までの量の塩を使用すること
で、満足できる研磨効果が得られる。前記上限は、タン
グステンやスチールの様な点食にかなりの耐性のある、
ある種の非常に硬い基板には、許容できる。塩成分の好
ましい範囲は、約0.25重量％までの基板に点食を引き起
こさない量までである。塩、研磨剤および基板の種類
は、上限を決定するのに考慮すべきそれぞれ独立した要
素である。現在、特に、アルミニウムもしくはニッケル
めっきアルミニウム基板の様な柔らかい基板には、好ま
しくは、塩成分の効果的な上限は、水性研磨組成物の約
10重量％である。
研磨組成物は、塩もしくは塩の組み合せ、研磨剤およ
び水を均一に混合することによって作られる。研磨剤
は、好ましくは粒子サイズが約20ミクロン以下の細かい
粒子からなるべきである。研磨剤は、適当な量で存在し
得るが、一般的には、水性研磨組成物の約10重量％であ
る。
塩は、通常は使用される水に溶けるので、塩の粒子サ
イズは重要ではない。しかしながら、塩の粒子サイズ
は、水の中で速く溶けるのに充分小さいことが望まし
い。更に、水と接触した際に分解することを避けるため
に前記の塩の多くが、水和形態であることが好ましい。
研磨剤、塩もしくは塩の組み合せ、および水を混合す
る温度；研磨剤、塩もしくは塩の組み合せを水に加える
割合、および研磨組成物を形成するために研磨剤、塩も
しくは塩の組み合せおよび水を混合する速度の様な混合
パラメータは、一般に当該分野において理解されてお
り、当業者には公知である。
研磨組成物は、望ましい濃度および粘性を持つ研磨ス
ラリーを提供するように調製されるべきである。好まし
くは、研磨剤と塩もしくは塩の組み合せとを合わせた濃
度は、約２重量％から約50重量％までである。望ましい
粘性の範囲は、研磨剤の沈澱が過剰に固まるのを低減さ
せるのには充分高く、しかし研磨組成物が自由に流動す
るには充分低いべきである。
更に、酸の添加は、研磨過程に有益であることが、示
されている。硝酸、硫酸、塩酸、リン酸等の様な酸を加
えることで、pHを約１から約６の範囲に下げると、研磨
組成物および研磨方法の性能が高められる。高められる
理由は、未知である。
加えて、研磨成分の塩は、その場で発生し得る。適当
な酸と塩基が、研磨化合物の水性スラリーに加えられ得
る。例えば、Mg（OH）２はHNO3と化合され、Mg（NO）２
と水を形成し得る。あるいは、塩は、金属に酸を加える
ことで、例えば、粉末亜鉛に塩酸を加えZnCl2を形成す
ることで組成物中で発生し得る。
本発明の研磨方法は、水性研磨組成物を通常は室温で
塗布することによって実行される。金属表面は、その
後、フェルトもしくは他の研磨パッドを用いて研磨組成
物で研磨される。典型的な研磨パッドには、例えば、Ro
del社製の“Politex Supreme"あるいは類似の研磨パッ
ドが含まれる。
研磨組成物の研磨効果は、研磨の最初の10〜30分の間
に減少どころか増加さえする。更に、組成物の研磨特性
は、研磨の１サイクルで失われない。高いレベルの研磨
効果が、何回もの研磨サイクル後でさえ維持され、研磨
組成物は、多くの研磨操作で再利用され得る。従って、
本発明は、再利用可能な研磨組成物で繰り返して金属表
面を研磨する経済的で、費用効果のある手段を提供す
る。
本発明は、次に挙げる特定の、非限定的な実施例に関
して更に詳しく説明される。
（実施例） 次に挙げる実施例１、２および３で研磨された金属基
板は、直径130mmのニッケルめっきアルミニウム記憶デ
ィスクであった。表示研磨組成物は、記憶ディスクに塗
布され、Rodel Suba 750研磨パッドを装備したHahn ＆
Kold 2L−801−Ｓ研磨機で研磨された。次の研磨試験の
終了後、金属の表面は、しみ、傷等の有無を検査され
た。金属表面は、その後、特定の研磨組成物の効果を評
価するために表１および表２に記憶の対照試験と比較さ
れた。表面の粗さは、Tencor Alpha Step 200テスター
で測定された。
実施例 １ 表１に示される、約１重量％から約６重量％のアルミ
ニウム塩、カルシウム塩もしくはマグネシウム塩および
約１ミクロン粒子サイズの約10重量％の酸化アルミニウ
ムを含有する一連の水性研磨組成物が、調製された。表
１の最初の組成物は、塩を含有しない対照標準である。
表１は、塩もしくは塩の組み合せ、特に、硝酸アルミ
ニウムを加えることが、酸化アルミニウム研磨剤の研磨
効果をかなり改良することを示している。表１の研磨組
成物３および４を用いた前記実験の結果は、硝酸アルミ
ニウムが金属表面と反応して、硝酸金属塩およびコロイ
ド状アルミナを発生したという考えを支持する。他の塩
においても、同様の一般的なタイプの反が起こると考え
られる。
表１は更に、高度な除去仕上げおよび低い平均の粗さ
を達成するのに、塩の組み合せの方が、どの様な単一の
塩よりも効果があったことを示している。
実施例 ２ 表２に示される、約0.5重量％から約15重量％のアル
ミニウム塩および約１ミクロンの平均粒子サイズの約10
重量％の酸化アルミニウムを含有する一連の水性研磨組
成物が、調製された。表２の最初の組成物は、塩を含有
しない対照標準である。
表２は、酸化アルミニウムによって除去される単位
が、塩の重量パーセントが増すにつれて増加しているこ
とを示している。同時に、塩の重量パーセントが増すに
つれて、研磨速度は増加せず、金属表面の粗さおよび点
食が増加し始めている。使用された塩の中で、硝酸アル
ミニウムおよび塩化アルミニウムが、特に高い研磨除去
単位を示した。更に、過塩素酸アルミニウムの添加は、
良好な表面仕上げを維持しながら除去速度を改良する。
実施例 ３ カリウム塩、鉄塩、マグネシウム塩および亜鉛塩を有
する一連の水性研磨組成物が、表３に示されるように調
製された。塩は、単位でもしくは組み合せて、研磨組成
物の約0.25重量％から約0.5重量％の量で存在した。前
記の加えられた塩の量は、金属表面と塩の反応で発生す
る酸化物がより簡単に除去されるので、アルミニウム塩
の場合よりもかなり少なかった。
表３もまた、研磨組成物の効果を改良する試みで、加
えられた塩もしくは塩の組み合せを２倍に増加させるこ
とによって、点食および金属表面の粗さの増加が生じて
いる。
実施例４ 表４は、４インチスチールディスク基板上での、亜鉛
塩の組み合せおよび約10重量％の約１μｍの平均粒子サ
イズの酸化アルミニウムを含有する研磨組成物の研磨効
果を示している。ふたつの研磨試験は、同じ研磨組成物
を用いて行われた。
実施例 ５ 表５は、３インチアルミニウムディスク基板上での、
マグネシウム塩の組み合せおよび約10重量％の約１μｍ
の平均粒子サイズの酸化アルミニウムを含有する研磨組
成物の研磨効果を示している。実施例４の様に、ふたつ
の研磨試験は、同じ研磨組成物を用いて行われた。
本発明は、その精神もしくは本質的な特性から離れず
に、他の特定の形で実施され得る。従って、本発明の範
囲を示すには、前述の明細書よりも添付の特許請求の範
囲を参照すべきである。
（発明の要約） 本発明は、金属表面に水性研磨組成物を用いて金属表
面を研磨する方法に関し、該組成物は、水；酸化アルミ
ニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化スズ、
二酸化ケイ素、シリコンカーバイド、二酸化チタンおよ
びチタニウムカーバイドのような研磨剤、塩化アルミニ
ウム、硝酸ジルコニル、硫酸ジルコニル、硝酸セリウ
ム、硝酸アルミニウム、臭化アルミニウム、ヨー化アル
ミニウム、塩化アルミニウム、塩化ジルコニル、塩化ス
ズ、過塩素酸アルミニウム、塩化マグネシウム、塩化亜
鉛、過塩素酸マグネシウム、および塩化鉄の様な塩もし
くは塩の組み合わせを有する。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C09K 3/14 B24B 37/00 C23F 3/00 ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ) ＥＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ)

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】金属表面を研磨する方法であって、 （ａ）水、研磨剤および塩を含有する水性研磨組成物を
    提供すること、ここで、該塩は、酸と塩基との反応およ
    び酸と金属との反応からなる群から選択された反応の反
    応産物であって、該塩はカチオン成分およびアニオン成
    分を含有し、該カチオン成分は、元素周期表のII A族、
    III A族、IV A族およびIV B族元素のカチオン、亜鉛、
    セリウム、スズおよび鉄イオンから成る群から選択さ
    れ、且つ該研磨組成物が、少なくとも２種の塩を含有す
    る； （ｂ）該組成物を研磨される金属表面に塗布すること；
    および （ｃ）該金属表面を研磨することを包含する、方法。
  2. 【請求項２】前記研磨剤が、酸化セリウム、酸化アルミ
    ニウム、酸化ジルコニウム、酸化スズ、二酸化ケイ素、
    シリコンカーバイド、二酸化チタンおよびチタニウムカ
    ーバイドからなる群から選択される請求項１に記載の方
    法。
  3. 【請求項３】前記研磨剤が、約20μｍ以下のサイズの粒
    子を含有する請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記塩のアニオン成分が、塩化物イオン、
    臭化物イオン、ヨー化物イオン、硝酸イオン、リン酸イ
    オン、硫酸イオン、および過塩素酸イオンからなる群か
    ら選択される請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】金属表面を研磨する方法であって、 （ａ）水、研磨剤および塩を含有する水性研磨組成物を
    提供すること、ここで該塩は、臭化アルミニウム、塩化
    アルミニウム、ヨー化アルミニウム、硝酸ジルコニル、
    硫酸ジルコニル、硝酸セリウム、硝酸アルミニウム、塩
    化ジルコニル、塩化スズ、過塩素酸アルミニウム、塩化
    マグネシウム、塩化亜鉛、過塩素酸マグネシウムからな
    る群から選択され、且つ該研磨組成物が、少なくとも２
    種の塩を含有する； （ｂ）該組成物を研磨される金属表面に塗布すること；
    および （ｃ）該金属表面を研磨することを包含する、方法。
  6. 【請求項６】前記塩の濃度が、前記研磨組成物の約0.1
    重量％から約50重量％である請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】前記研磨剤と前記塩とを合わせた重量パー
    セントが、前記研磨組成物の約２重量％から約50重量％
    である請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】金属表面を研磨する水性研磨組成物であっ
    て、水；酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコ
    ニウム、酸化スズ、二酸化ケイ素、シリコンカーバイ
    ド、二酸化チタンおよびチタニウムカーバイドからなる
    群から選択される研磨剤；および、塩化マグネシウム、
    硝酸アルミニウム、および過塩素酸マグネシウムからな
    る群から選択される少なくとも２種の塩を含有する、組
    成物。
  9. 【請求項９】前記塩の濃度が、前記研磨組成物の約0.1
    重量％から約50重量％である請求項８に記載の研磨組成
    物。
  10. 【請求項１０】前記研磨剤と塩とを合わせた重量パーセ
    ントが、前記研磨組成物の約２重量％から約50重量％ま
    での請求項８に記載の研磨組成物。
  11. 【請求項１１】前記研磨組成物が、更に該研磨組成物の
    pHを約１から約６に調節する量の酸を含有する請求項８
    に記載の研磨組成物。
  12. 【請求項１２】前記酸が、塩酸、硝酸、リン酸、および
    硫酸からなる群から選択される、請求項11に記載の研磨
    組成物。
  13. 【請求項１３】２種以上の塩が、単一の塩を使用する方
    法に比べて、研磨される金属表面に相互作用的な影響を
    提供する、請求項１に記載の方法。
  14. 【請求項１４】２種以上の塩が、単一の塩を含有する組
    成物に比べて、研磨される金属表面に相互作用的な影響
    を提供する、請求項８に記載の研磨組成物。
JP2204947A 1989-07-31 1990-07-31 金属表面を研磨する方法およびそのための組成物 Expired - Lifetime JP2937264B2 (ja)

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