JP5597139B2 - 複数の正確に成形された研磨複合物を有する研磨材物品 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２００７年１２月２０日出願の、「Ａｂｒａｓｉｖｅ Ａｒｔｉｃｌｅ Ｈａｖｉｎｇ Ａ Ｐｌｕｒａｒｉｔｙ Ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｅｌｙ−Ｓｈａｐｅｄ Ａｂｒａｓｉｖｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｄｅｆｅｃｔｓ」と題する、米国特許仮出願第６１／０１５、３６３の優先権の恩恵を主張する。
（発明の分野）
本発明は、研磨材物品と、研磨材物品を製造する方法に関する。

被覆された研磨材物品は、通常、１つ以上の結合剤により支持体に結合されている複数の研磨材粒子を含む。ある場合には、被覆された研磨材を成形して、研磨材表面上にパターンを付与することが望ましい。この成形工程は、研磨材スラリーから形成される複数の正確に成形された研磨複合物を有する被膜を提供することができる。

組み立てラインにおける、及び／又はボディショップ修理時の新車の塗装済の自動車パネル欠陥の除去に好適な研磨材物品は、１平方ｃｍ当り１，２００個に等しい又はそれ以上の正確に成形された研磨複合物の数を有し得る。１平方ｃｍ当りの正確に成形された研磨複合物の数が増加するに従って、正確に成形された研磨複合物の表面中で正確に成形された研磨複合物を欠陥又はボイド無しで形成することは、ますます困難となる。欠陥又はボイドによって、使用時の研磨材物品の性能が不安定化又は劣化することがあり得る。

それゆえ、特に、複合物の密度が１平方ｃｍ当り１，２００個の複合物に等しいか、又はそれを超えると、欠陥のない正確に成形された研磨複合物を製造する方法が必要とされる。

本発明者らは、製造用ツールの接触表面をプラズマ処理にかけることにより、生成する正確に成形された研磨複合物中のボイド又は欠陥の発生が減少するということを見出した。欠陥の減少は、部分的には、製造用ツール類の接触表面の濡れ張力の変化によるものと考えられる。

正確に成形された研磨複合物の形成に硬化される、研磨材スラリーと接触する製造用ツールの表面は、パターンとして配列されるキャビティ又はくぼみを含む。キャビティの内部表面は、薄膜のプラズマ堆積により処理される。特に、キャビティ寸法が減少すると、キャビティの中に堆積されるプラズマ堆積薄膜層によって、研磨材スラリーがキャビティを濡らしてその中に入り、良好な充填を助けて、正確に成形された研磨複合物の欠陥を著しく減少させる。結合剤前駆体が製造用ツールの表面上で少なくとも部分硬化するので、生成する研磨材物品は、本質的に製造用ツールのパターンの逆形状に対応する、欠陥のない形態学的なパターンを有する。角錐形状を有する研磨複合物に対する一実施形態では、キャビティ上の薄膜層プラズマ堆積は、完全に形成された頂部を有する、著しく研磨性の高い複合物を生じる。研磨複合物の密度が１平方ｃｍ当り１，２００個に等しいか、又はそれを超える場合には、研磨複合物の頂部における欠陥の低減は、特に注目に値する。

したがって、一態様では、本開示は、主表面を有し、領域間隔において複数の正確に成形された研磨複合物をその主表面の固定された位置に配置したシート状構造を含む研磨材物品に関する。それぞれの正確に成形された研磨複合物が、結合剤中に分散されている複数の研磨材粒子を含み、研磨材物品が、０パーセント〜約３０パーセントの正確に成形された研磨複合物の欠陥率を有する。

別の実施形態では、本開示は、薄膜のプラズマ堆積により、製造用ツールの接触表面中の複数のキャビティを処理して、複数のプラズマ処理したキャビティを形成すること、研磨材粒子と結合剤前駆体を含む研磨材スラリーを混合し、製造用ツールの接触表面中の複数のキャビティを研磨材スラリーで充填すること、製造用ツール中の研磨材スラリーを支持体と接触させ、成形され、取り扱い可能な構造体を形成するために、結合剤前駆体を少なくとも部分的に硬化させること、及び製造用ツールから成形され取り扱い可能な構造体を分離することを含む、研磨材物品を製造する方法に関する。

本開示の説明は、例示の実施形態のみを説明するものであって、例示的な説明において具現化される本発明のより広い形態を限定することを意図されたものではないということを理解すべきである。
研磨材物品を製造するための装置の概略図。 研磨材物品を製造するための別の装置の概略図。 研磨材物品の製造に有用な、製造用ツールのセグメントの断面図。 研磨材物品の１つの実施形態を表す、拡大された端面プロフィール図。 研磨材物品の別の実施形態を表す、拡大された端面プロフィール図。 標準の製造用ツールから製造される先行技術の研磨材物品の写真。頂部のほぼ３２．２パーセントが欠損している。 薄膜のプラズマ堆積を含む接触表面を有する製造用ツールから製造される、本発明の研磨材物品の写真。頂部のほぼ１．４パーセントが欠損している。

明細書及び図面中の参照文字の反復使用は、本発明の同一又は類似の形状又は要素を表すように意図されている。

定義
本明細書で使用される場合、用語の形「含む（comprise）」、「有する」、及び「含む（include）」は、法律的に同等かつ無制限である。それゆえ、列挙れされている要素、機能、工程又は制限に加えて、列挙されていない付加的な要素、機能、工程又は制限が存在し得る。

本明細書で使用される場合、用語「隣接する」は、隣接する研磨複合物が研磨材物品の物理的に接触している、少なくとも部分、例えば基部部分を有するということを意味する。研磨材物品の一実施形態では、物理的接触がそれぞれ接触する複合物の垂直な高さ寸法のわずか３３％しか包含しない。通常、隣接する複合物の間の物理的接触の量は、それぞれの接触する複合物の垂直な高さの１〜２５％の範囲である。隣接の定義は、隣接する複合物が複合物の対面する側壁の間で接触し、延びる、共通の研磨材材料ランド又は架橋状の構造を共有する配列も網羅するということを理解するべきである。通常、ランド構造体は、それぞれの隣接する複合物の垂直な高さ寸法の３３％以下の高さを有する。研磨材材料ランドは、研磨複合物の形成に使用される同一の研磨材スラリーから形成される。複合物は、介在する複合物が複合物の中心の間に引かれる直接的な仮想線上に位置しないという意味で「隣接する」。

本明細書で使用される場合、「正確に成形された研磨複合物」は、金型から取り出される前に少なくとも部分硬化され、金型中のキャビティ中に存在する研磨材スラリーにより形成され、生成する研磨複合物がキャビティの表面仕上げ及び／又は形状を実質的に複製する。

本明細書で使用される場合、「正確に成形された研磨複合物の欠陥」は、正確に成形された研磨複合物の表面中の非意図的なへこみ、エアボイド、又は泡を意味し、これは、典型的には、正確に成形された研磨複合物ごとに位置及び／又は寸法が変化する。研磨材物品中の多数の正確に成形された研磨複合物の形状及びパターン全体を見ることによって、正確に成形された研磨複合物の欠陥は、アレイ中の個別の正確に成形された研磨複合物を比較すると、容易に判別され得る。いくつかの実施形態では、正確に成形された研磨複合物の欠陥によって、角錐形状の正確に成形された研磨複合物の頂部が欠損して、複合物は、頂部があるべきところにくぼみを持つ、火山に似ている。

研磨材物品の製造方法
図１は研磨材物品を製造するための装置１０を図示する。製造用ツール１１は２つの主表面と２つの端面を有するベルト形である。前表面１３と後表面１４を有する支持体１２が巻き出し部１５から出る。同時に、製造用ツール１１が巻き出し部１６から出る。製造用ツール１１の接触表面１７は、被覆部１８で研磨材粒子と結合剤前駆体の混合物により被覆される。混合物を加熱して、被覆工程の前に粘度を低下させることができる。被覆部１８は、ナイフコーター、ドロップダイコーター、カーテンコーター、真空ダイコーター、又は押し出しダイコーターなどの任意の慣用の被覆手段を含み得る。製造用ツール１１の接触表面１７を被覆した後で、混合物が支持体１２の表表面１３を濡らすように、支持体１２及び製造用ツール１１を合体させる。図１中で混合物を、接触ニップロール２０により支持体１２と接触させ、また、接触ニップロールにより製造用ツール／混合物／支持体構成体は支持ドラム２２に対して押し付ける。次に、充分な線量の照射エネルギーを、照射エネルギー源２４により製造用ツール１１の後表面２５からこの混合物の中に透過させて、結合剤前駆体を少なくとも部分硬化して、成形され、取り扱い可能な構造体２６を形成する。次に、製造用ツール１１を成形され取り扱い可能な構造体２６から分離する。成形され取り扱い可能な構造体２６から製造用ツール１１を分離することは、ローラー２７で行われる。製造用ツール１１から成形され取り扱い可能な構造体２６をきれいに分離するために、ローラー２７を通過した直後の成形され、取り扱い可能な構造体２６と製造用ツール１１の間の角度αを、一実施形態では、例えば３０度を超える、鋭角とする。製造用ツール１１は再使用可能であるようにマンドレル２８に再巻取りされる。成形され、取り扱い可能な構造体２６は、マンドレル３０に巻き取られる。

結合剤前駆体を充分に硬化しなかった場合には、熱エネルギー源又は付加的な照射エネルギー源などの付加的なエネルギー源に曝露することにより、結合剤前駆体を充分に硬化して、被覆された研磨材物品を形成することができる。あるいは、付加的なエネルギー源を使用せずに完全硬化を最終的に行って、被覆された研磨材物品を形成し得る。本明細書で使用される場合、語句「完全硬化」などは、生成する製品が研磨材物品、例えば被覆された研磨材物品として機能するように、結合剤前駆体を充分に硬化するということを意味する。研磨材物品を形成した後、変形の前に屈曲及び／又は湿潤化することができる。使用前に研磨材物品を円錐、エンドレスベルト、シート、円盤などの任意の所望の形に変形することができる。

図２は、研磨材物品を製造する別な方法のための装置４０を図示する。この装置では、製造用ツール上にでなく、支持体上に混合物を被覆する。この装置では、製造用ツール４１は、前表面と後表面を有するエンドレスベルトである。後表面４３と前表面４４を有する支持体４２が巻き出し部４５から出る。被覆部４６で支持体の前表面４４に研磨材粒子と結合剤前駆体の混合物を被覆する。混合物を接触ニップロール４８により製造用ツール４１の接触表面４７に押し付け、また、接触表面を製造用ツール／混合物／支持体構成体を支持ドラム５０に押し付け、混合物により製造用ツール４１の接触表面４７を濡らす。製造用ツール４１を３つの回転マンドレル５２、５４、及び５６の上で駆動させる。次に、照射エネルギーを、製造用ツール４１の後表面５７からこの混合物の中に透過させて、結合剤前駆体を少なくとも部分硬化させる。１つの照射エネルギー源５８があってもよい。第２の照射エネルギー源６０もあってもよい。これらのエネルギー源は、同一の種類又は異なる種類であってもよい。

結合剤前駆体を少なくとも部分硬化した後、成形され取り扱い可能な構造体６２を製造用ツール４１から分離し、マンドレル６４上に巻き取る。成形され取り扱い可能な構造体６２からの製造用ツール４１の分離をローラー６５で行う。製造用ツール４１から成形され取り扱い可能な構造体６２をきれいに剥離するために、ローラー６２を通過した直後の成形され、取り扱い可能な構造体６２と製造用ツール４１の間の角度αは、一実施形態では、例えば３０度を超える、鋭角である。

結合剤前駆体を充分に硬化しなかった場合には、熱エネルギー源又は付加的な照射エネルギー源などの付加的なエネルギー源に曝露することにより、結合剤前駆体を充分に硬化して、被覆された研磨材物品を形成することができる。あるいは、付加的なエネルギー源を使用せずに完全硬化を最終的に行って、被覆された研磨材物品を形成し得る。研磨材物品を形成した後、変形前に屈曲及び／又は湿潤化することができる。使用前に研磨材物品を円錐、エンドレスベルト、シート、円盤などの任意の所望の形に変形することができる。

正確に成形された研磨複合物の形成に使用される研磨材スラリーは、結合剤前駆体中に分散されている複数の研磨材粒子を含む。本明細書で使用される場合、用語「混合物」は、結合剤前駆体中に分散されている複数の研磨材粒子を含む、いかなる組成物も意味する。一実施形態では、混合物は流動性である。しかしながら、混合物が流動性でない場合には、混合物は、製造用ツールの接触表面又は支持体の前表面上に押し出されるか、又は他の手段、例えば熱又は圧力又はその両方により塗布され得る。この混合物は、形状順応性と特徴付けられ、即ち、これを製造用ツールの接触表面及び支持体の前表面と同一の形状、外形、又は輪郭にするができる。

結合剤前駆体は、照射エネルギーなどのエネルギーにより硬化する能力を有する。照射エネルギーは、紫外光、可視光、又は電子ビーム源であることができる。他のエネルギー源は、赤外、熱、及びマイクロウエーブを含む。一実施形態では、このエネルギーは、使用される製造用ツールに悪影響を及ぼさず、ツールは再使用可能である。結合剤前駆体は、フリーラジカル機構又はカチオン機構により重合することができる。照射エネルギーに曝露することにより重合可能な結合剤前駆体の例としては、アクリレート化ウレタン、アクリレート化エポキシ、エチレン系不飽和化合物、ペンダント不飽和カルボニル基を有するアミノプラスト誘導体、少なくとも１つのペンダントアクリレート基を有するイソシアヌレート誘導体、少なくとも１つのペンダントアクリレート基を有するイソシアネート誘導体、ビニルエーテル、エポキシ樹脂、及びその組み合わせが挙げられる。用語「アクリレート」はアクリレートとメタクリレートを含む。

紫外輻射又は可視輻射のいずれかを使用する場合には、一実施形態では、結合剤前駆体は光開始剤を更に含む。フリーラジカル源を生じる光開始剤の例としては、有機ペルオキシド、アゾ化合物、キノン、ベンゾフェノン、ニトロソ化合物、アシルハライド、ヒドラゾン、メルカプト化合物、ピリリウム化合物、トリアクリルイミダゾール、ビスイミダゾール、ホスフィンオキシド、クロロアルキルトリアジン、ベンゾインエーテル、ベンジルケタール、チオキサントン、アセトフェノン誘導体、及びその組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

カチオン性光開始剤は、酸源を生じて、エポキシ樹脂の重合を開始する。カチオン性光開始剤は、オニウムカチオンと、金属又はメタロイドのハロゲン含有複合アニオンを有する塩を含むことができる。他のカチオン性光開始剤は、有機金属複合カチオンと、金属又はメタロイドのハロゲン含有複合アニオンを有する塩を含む。これらは、米国特許第４，７５１，１３８号（Ｔｕｍｅｙへの）（欄６、行６５〜欄９、行４５）に更に記述されている。カチオン性光開始剤の別の例は、米国特許第４，９８５，３４０号（Ｐａｌａｚｚｏｔｔｏへの）（欄４、行６５〜欄１４、行５０）に記述されている、有機金属塩及びオニウム塩である。更に他のカチオン性光開始剤として、金属が周期律表ＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ、ＶＩＩＢ、及びＶＩＩＩＢ族の元素から選択される、有機金属錯体のイオン性塩が挙げられる。

輻射硬化型樹脂に加えて、結合剤前駆体は、照射エネルギー以外のエネルギー源により硬化可能である、縮合硬化型樹脂などの樹脂を更に含み得る。このような縮合硬化型樹脂の例としては、フェノール系樹脂、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、及び尿素−ホルムアルデヒド樹脂が挙げられる。

研磨材スラリーは、好ましくは低剪断ミキサーにより成分を混合することにより製造され得る。高剪断ミキサーも使用され得る。通常、研磨材粒子が結合剤前駆体の中に少しずつ添加される。加えて、混合物中の空気泡の量を最少とすることが可能である。これは、混合工程時に真空を適用することにより達成され得る。

望ましくは、成形され、取り扱い可能な構造体の製造時に、照射エネルギーを、製造用ツールから混合物の中に透過して、結合剤前駆体を少なくとも部分硬化させる。語句「部分硬化」は、生成する混合物が製造用ツールから剥離する状態まで結合剤前駆体を重合させるということを意味する。結合剤前駆体は、一度製造用ツールから取り出されると、例えば熱エネルギー又は照射エネルギーなどの任意のエネルギー源により充分に硬化してもよい。結合剤前駆体は、成形され、取り扱い可能な構造体を製造用ツールから取り出す前に充分に硬化され得る。

照射エネルギーの好適な源としては、例えば、電子ビーム、紫外光、及び可視光が挙げられる。他の照射エネルギー源としては赤外及びマイクロウエーブが挙げられる。熱エネルギーも使用され得る。イオン化輻射としても知られる電子ビーム輻射は、約０．１〜約１０Ｍｒａｄの線量で、好ましくは約１〜約１０Ｍｒａｄの線量で使用され得る。紫外輻射は、約２００〜約４００ナノメートルの範囲内の、好ましくは約２５０〜４００ナノメートルの範囲内の波長を有する非粒子的な輻射を指す。一実施形態では、紫外輻射は、１００〜３００ワット／ｃｍの線量で紫外光により提供され得る。可視輻射は、約４００〜８００ナノメートルの範囲内の、一実施形態では、約４００〜約５５０ナノメートルの範囲内の波長を有する非粒子的な輻射を指す。

通常、照射エネルギーを製造用ツールから直接に混合物の中に透過させる。一実施形態では、製造用ツールを製造する材料は、感知可能な量の照射エネルギーを吸収しないか、又は照射エネルギーにより劣化しない。一実施形態では、電子ビームエネルギーを使用する場合には、電子がセルロースを劣化させるので、製造用ツールは、セルロース系材料から製造されない。紫外輻射又は可視輻射を使用する場合には、製造用ツール材料は、それぞれ、充分な紫外又は可視輻射を透過して、所望のレベルの硬化を引き起こすものでなければならない。

製造用ツールは、輻射源による劣化を回避するのに充分な速度で運転されなければならない。輻射源による劣化に対して比較的高い耐性を有する製造用ツールは、比較的低速度で運転され得、輻射源による劣化に対して比較的低い耐性を有する製造用ツールは、比較的高速度で運転され得る。端的に言うと、製造用ツールに対する適切な速度は、製造用ツールを作製する材料に依存する。

製造用ツールは、ベルト、例えばエンドレスベルト、シート、連続シート、又は被覆ロール、被覆ロール上に載せたスリーブ、又はダイの形のものであることができる。この混合物と接触するようになる製造用ツールの表面は、平滑であるか、又は形状又はパターンを有することができる。この表面は本明細書では「接触表面」と呼ばれる。製造用ツールがベルト、シート、ウエブ、又はスリーブの形のものである場合には、製造用ツールは、接触表面と非接触表面を有する。製造用ツールがロールの形のものである場合には、製造用ツールは、接触表面のみを有する。この方法により形成される研磨材物品の形状は、製造用ツールの接触表面のパターンの逆形状を有する。製造用ツールの接触表面のパターンは、一般に、複数のキャビティ又はくぼみを特徴とする。これらのキャビティの開口は、規則的であれ又は不規則であれ、直方体、半円、円、三角、正方形、六角形、八角形などの任意の形状を有する。キャビティの壁は垂直又はテーパー形状であることができる。キャビティにより形成されるパターンを、特定の平面図に従って配列するか、又はランダムとしてもよい。望ましいこととしては、キャビティを別のキャビティと隣接させることができる。

製造用ツールの構築に使用可能な熱可塑性材料としては、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ（エーテルスルホン）、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィン、ポリスチレン、又はその組み合わせが挙げられる。熱可塑性材料は、可塑剤、フリーラジカル掃去剤又は安定化剤、熱安定化剤、酸化防止剤、及び紫外輻射吸収剤などの添加物を含むことができる。これらの材料は、紫外及び可視輻射に対して実質的に透明である。図３に１つの種類の製造用ツールを図示する。製造用ツール７０は３層７１、７２、及び７３を含むことができる。層７１の表面は比較的平坦かつ平滑である。層７２の表面はパターンを有し、層７３は薄膜のプラズマ堆積物を含む。

層７１は高い耐熱性及び強度を呈する。層７１に好適な材料の例としては、ポリカーボネートとポリエステルが挙げられる。層７２は低い表面エネルギーを呈する。低表面エネルギーの材料は、製造用ツールからの研磨材物品の剥離性を改善する。層７２に好適な材料の例としてはポリプロピレン及びポリエチレンが挙げられる。熱可塑性材料から作製されるいくつかの製造用ツールにおいては、研磨材物品を製造するための運転条件は、過剰な熱が生じないように設定されなければならない。過剰な熱が生じる場合には、過剰な熱は熱可塑性ツール類を変形又は融解し得る。ある場合には、紫外光は熱を生じる。層７２と層７３を含む製造用ツールも許容可能であるということも特記しなければならない。

熱可塑性製造用ツールを次の手順に従って作製することができる。最初にマスターツールを準備する。マスターツールは、通常、金属、例えばニッケルからできている。マスターツールは、彫り込み、ホブ切り、ローレット切り、電鋳、ダイヤモンド旋盤、レーザーマシニングなどのいかなる慣用の方法によっても加工可能である。製造用ツールの表面上にパターンを所望する場合には、マスターツールは、その表面上に製造用ツール用のパターンの逆形状を有しなければならない。熱可塑性材料をマスターツールによりエンボスして、パターンを形成することができる。熱可塑性材料が流動可能な状態にある間に、エンボスを行うことができる。エンボス後、熱可塑性材料を冷却して、固化させることができる。

製造用ツールは硬化した熱硬化性樹脂で作製することもできる。次の手順に従って熱硬化性材料でできた製造用ツールを作製することができる。未硬化熱硬化性樹脂を前述の種類のマスターツールに塗布する。未硬化樹脂がマスターツールの表面上にある間に、未硬化樹脂がマスターツールの表面のパターンの逆形状を有するように固化するように、未硬化樹脂を加熱により硬化又は重合させることができる。次に、硬化熱硬化性樹脂をマスターツールの表面から除去する。製造用ツールを例えばアクリレート化ウレタンオリゴマーなどの硬化輻射硬化型樹脂から作製することができる。輻射、例えば紫外輻射に曝露することにより、硬化を行うことを除いて、熱硬化性樹脂でできた製造用ツールと同一の方法で輻射硬化された製造用ツールを作製する。

キャビティを含む製造用ツールの少なくとも接触表面（１７、４７）（硬化したときの、研磨材スラリーと接触した表面）は、プラズマ堆積された薄膜の層７３を含む。プラズマ処理法を用いて、薄膜の気相からツールの接触表面上への堆積により、製造用ツールの剥離性を変え得る。製造用ツールの接触表面の剥離性を変えるためには、プラズマ堆積された薄膜は、通常、約１ｎｍ〜約１０００ｎｍ厚、又は約１ｎｍ〜約１００ｎｍ厚、又は約５０〜約１００ｎｍ厚である。

一実施形態では、製造用ツールの接触表面は、ケイ素含有薄膜のプラズマ堆積により処理され得る。ケイ素含有薄膜は非晶質の水素化オキシ炭化ケイ素であり得る。ケイ素含有薄膜は有機シラン又はシラン前駆体ガスから堆積され得る。いくつかの実施形態では、ケイ素含有の前駆体ガスを窒素、酸素、又はその組み合わせなどの他のガスと反応させる。

接触表面に塗布されるシリコーン、オイル、又は他の剥離剤と対照的に、プラズマ堆積処理は、汚染する、残渣を残す、ないしは別の方法で接触表面により成形される研磨材スラリーの化学的性質を変えることがない。このことは、痕跡量のシリコーンでも汚染物質として作用し、問題となる可能性のある業界で使用される研磨材物品には特に重要である。

プラズマ処理時、チャンバー内のガスから作られるプラズマは、電力（例えば、０．００１〜１００ＭＨｚの範囲の周波数で運転されるＲＦ発生器から）を少なくとも一方の電極に供給することにより、装置中で生成され、維持される。電極系は対称又は非対称であり得る。あるプラズマ装置では、接地と電力電極との間の電極表面積比は、２：１〜４：１、又は３：１〜４：１である。電力電極は例えば水により冷却され得る。離散した平面的な物品に対しては、例えば物品を非対称電極配置のより小さい電極と直接接触させることにより、プラズマ堆積を行うことができる。このことによって、電力電極と物品との間の容量結合により物品が電極として作用することが可能となる。

ＲＦ電力源は、０．０１〜５０ＭＨｚの範囲の、又は１３．５６ＭＨｚの、又はこの任意の整数（例えば、１、２、又は３）倍の標準的な周波数で電力を提供する。ＲＦ電力源は、１３．５６ＭＨｚ発振器などのＲＦ発生器であることができる。効率的な電力結合を得る（即ち、反射電力が入力電力の小さい割合である）ためには、電源のインピーダンスを送電線のインピーダンス（通常５０オーム無効）とマッチさせるように作用し、同軸の送電線によりＲＦ電力を有効に伝送するネットワークを介して電力源を電極に接続してもよい。２つの可変コンデンサーとコイルを含む、１つの種類のマッチングネットワークは、Ｐｌａｓｍａｔｈｅｒｍ（Ｓｔ．Ｐｅｔｅｒｓｂｕｒｇ、ＦＬ）から商品名ＡＭＮ ３０００で入手可能である。電力結合の在来の方法は、電力電極と電源の間のインピーダンスマッチングネットワーク中で阻止コンデンサーを使用することを含む。この阻止コンデンサーによって、ＤＣバイアス電圧が電気回路の残余に分流しないようにする。代わりに、ＤＣバイアス電圧を接地電極中で分流させる。ＲＦ電力源からの許容可能な周波数範囲は、より小さい電極上に大きな負のＤＣセルフバイアスを形成するのに充分に高くともよいが、プラズマ処理に非効率的である、生成するプラズマ中に定在波を作り出すほど高くあってはならない。

一実施形態では、製造用ツール類の少なくとも接触表面は、ケイ素含有の第１のガスと酸素又は窒素などの反応性の第２のガスの混合物に曝露される。通常、第１のプラズマガスは、シラン又はシロキサンからなる群から選択され、第２の反応性ガスは、酸素、窒素、アンモニア、二酸化窒素、亜酸化窒素、又は二酸化イオウからなる群から選択される。通常、第１のプラズマガスは、シラン、最も通常にはテトラメチルシラン（ＴＭＳ）を含む種のガスであり、第２のプラズマガスは酸素を含む種のガスである。第２の反応性ガスに対するケイ素含有の第１のガスの比は、製造用ツール類の表面上で必要とされる表面エネルギーをもたらすように調節される。Ｏ２又はＮ２などの第２の反応性のガスの流量で割ったケイ素含有の第１のガスの流量の通常の比は、約０．０５〜約０．３５の間又は約０．０５〜約０．２５の間である。曝露の電力及び時間は、処理済のツールの耐久性を確保するのに充分に厚い膜をもたらすように調整される。

様々な実施形態では、プラズマ堆積に使用され得る有機シランとしては、テトラメチルシラン、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、エチルシラン、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、ジシラノメタン、ビス（メチルシラノ）メタン、１，２−ジシラノエタン、１，２−ビス（メチルシラノ）エタン、２，２−ジシラノプロパン、ジエチルシラン、ジエチルメチルシラン、プロピルシラン、ビニルメチルシラン、ジビニルジメチルシラン、１，１，２，２−テトラメチルジシラン、ヘキサメチルジシラン、１，１，２，２，３，３−ヘキサメチルトリシラン、１，１，２，３，３−ペンタメチルトリシラン、ジメチルジシラノエタン、ジメチルジシラノプロパン、テトラメチルジシラノエタン、テトラメチルジシラノプロパンなど、又は前述のものの２つ以上の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

通常、ツールの接触表面（１７、４７）は、約０．１分〜約１０分、又は約０．１分〜約２分プラズマ処理される。製造用ツールの接触表面の、ＴＭＳによるバッチ処理プラズマ堆積のための例示の工程条件は、５０ｓｃｃｍのＴＭＳ流量、５００ｓｃｃｍの酸素流量、７．３Ｐａ（５５ｍＴｏｒｒ）の圧力、１０００ワットの電力密度、及び６０秒のプラズマ処理時間である。

製造用ツール類のバッチ処理に加えて、米国特許第５，８８８，５９４号、第５，９４８，１６６号、第７，１９５，３６０号、及び米国特許公報第２００３／０１３４５１５号で述べられている方法を用いる連続プラズマ反応器を使用して、製造用ツール類のロール又は連続ウエブを処理することができる。連続プラズマ処理装置は、通常、ラジオ周波数（ＲＦ）電力源により電力供給される回転ドラム電極、接地電極として作用する接地チャンバー、処理対象の物品を連続的に移動するウエブの形で連続的に供給するフィードリール、及び処理済の物品を捕集する巻き取りリールを含む。場合によっては、フィード及び巻き取りリールをチャンバー内に囲い込んでもよく、又は低圧プラズマがチャンバー内で維持される限り、チャンバーの外側で運転してもよい。必要であれば、付加的な間隙制御のために同心の接地電極をドラム電力電極の近くに付加することができる。必要であれば、マスクを使用して、不連続処理を提供することができる。入口は好適な処理ガスを蒸気又は液体の形でチャンバーに供給する。

研磨材物品
図４を参照すると、研磨材物品１００は、それに結合した複数の正確に成形された研磨複合物１１０を有する前表面１３０を有する支持体１９０を有する。前表面１３０は仮想面内で延びる。図１に示すように、正確に成形された研磨複合物は、それぞれ底部（その再下部は支持体と接触している）近くで隣接する複合物と隣接する。

一実施形態では、研磨材物品中の隣接する複合物の間の物理的接触の量は、支持体の表表面から測定して、与えられた接触又は隣接する複合物のいずれかの垂直な高さの３３％を超えない。即ち、本明細書で述べられている、隣接する接触上の高さ寸法は、単に１つにだけでなく、それぞれの隣接する複合物に当てはまる。隣接する複合物がそれぞれの複合物の垂直な高さの３３％を超える量で接触する場合には、研磨材物品の削りくずの排出能力は、悪影響を受けて、目づまりの問題を引き起こし得る。目づまりは、研磨材形状構成の間の空隙が削りくず（即ち、研磨加工中の製品から除去される材料）により一杯になり、引き続きその材料が蓄積することにより引き起こされる問題である。このような遊離した、研磨された材料のこの蓄積は、研磨材形状の間にたまって、研磨材形状の切削能力を低下させる可能性がある。他方、支持体の表面にわたって複合物の面積密度を高めるには、隣接する研磨複合物の間の若干の物理的接触が必要である。複合物の高い面積密度は、研磨時の複合物当りの単位圧力を小さくして、微細な表面仕上げを可能とさせる傾向がある。一実施形態では、隣接する複合物の間の物理的接触の量は、それぞれの接触する複合物の垂直な高さの１〜２５％の範囲である。

また、「隣接する」の定義は、図４及び５に示すような複合物の配列を包含するのみならず、隣接する複合物が対面する側壁の間で接触し、延びる、共通の研磨材材料ランド又は架橋状の構造を共有する配列も網羅する。研磨材材料ランドは、研磨複合物を形成するのと、同一のスラリーから形成される。ランド構造体は、それぞれの隣接する複合物の高さの３３％以下の、又は１〜２５％である、支持体からの高さを有することができる。例えば、ほぼ７９マイクロメートルの高さ及びほぼ１７８マイクロメートルの基部縁部長さの同一の角錐形状を有する隣接する複合物においては、ランドは、ほぼ２０マイクロメートルの高さ、ほぼ２５マイクロメートルの長さ、及び１７８マイクロメートル以下の幅（基部縁部長さ）を有することができる。

１平方ｃｍ当り少なくとも１，２００個以上の隣接する複合物を使用する研磨材物品は、塗装済の自動車パネルの欠陥を除去するのに微細な仕上げをもたらす一方で、有利な研磨速度をもたらす。図４に示すように、正確に成形された研磨複合物は、結合剤１５０中にに分散された複数の研磨材粒子１４０を含む。研磨複合物の底部表面１７０は、支持体１９０の前表面１３０と平面的に接触し、支持体と緊密に接触している基部の面の底部表面部により規定される、所定の全表面積を有する。遠位末端１６０は、支持体１９０と間隔があいており、アレイ中のいかなる他の複合物の末端ともつながっていない。遠位末端１６０は、前表面に平行に延びる別の仮想面内に存在する、所定の全表面積を有する。複合物が支持体から間隔のあいた頂部点に末端を持つ角錐形状を有するならば、このような頂部の表面積が非常に小さく、ゼロの値に接近するということが理解されるであろう。

一実施形態では、複合物のそれぞれの基部の面の表面積は、遠位末端のそれよりも大きいか又は等しい量である。別の実施形態では、複合物の正確な形状はテーパー形状である。基部の面の表面積は、基部の面と支持体の前記界面に平行かつ垂直に間隔を持つ平面で描かれた複合物のいかなる他の断面切片の表面積よりも大きい。

表現「正確に成形された」を使用して、様々な面の交差により規定される明確な末端点と共に明確な縁部長さを有する明確に規定されている鋭い縁部により結合され、連結される、比較的平滑な表面の面により規定される三次元形状を有する研磨複合物を記述することができる。研磨材物品は、複数のこのような正確に成形された研磨複合物を支持体上で予め決められたアレイとして配備するという意味で「構造化された」と呼ばれる。例えば、混合物を支持体上に形成し、かつ製造用ツールの表面上のキャビティを充填しながら、研磨材粒子と硬化型結合剤の流動可能な混合物の硬化型結合剤を硬化させることにより、このような正確な形状を形成することができる。

用語「境界」は、研磨複合物の規定に使用される場合には、それぞれの研磨複合物の実際の三次元形状を確定し、規定する、それぞれの複合物の露出されている表面及び縁部を意味する。これらの境界は、本発明の研磨材物品の断面を走査電子顕微鏡下で見ると、容易に視認及び判別可能である。これらの境界は、複合物が基部での共通の境界に沿って相互に隣接しても、研磨複合物ごとに分離及び判別される。比較として、正確な形状を持たない研磨複合物においては、例えば、研磨複合物が硬化を完結する前に垂れ下がる場合には、境界及び縁部は明確ではない。

支持体は、前正面及び後表面を有し、任意の慣用の研磨支持体であることができる。このような支持体の例として、ポリマー膜、プライマー処理ポリマー膜、布、紙、加硫繊維、不織布、及びその組み合わせが挙げられる。支持体は、支持体をシールし、及び／又は支持体のいくつかの物理的な性質を改変するために既知の（単数の）処理又は（複数の）処理も含み得る。支持体は、生成する被覆された研磨材を支持パッド又は裏打ちパッドに固定するための後表面上での取り付け手段も有し得る。取り付け手段は、感圧接着剤又はフック及びループを取り付けのためのメリヤス生地であることができる。あるいは、米国特許第５，２０１，１０１号（Ｒｏｕｓｅｒへの）に記述されているようなかみ合せ取り付けシステムが存在してもよい。

研磨材物品の裏側は、耐すべり性又は摩擦性の被膜も含み得る。このような被覆物の例としては、接着剤中に分散された無機粒子（例えば、炭酸カルシウム又は石英）が挙げられる。慣用の方法に従って支持体の裏側に関連情報を印刷して、製品識別番号、等級番号、製造者などの情報を開示してもよい。あるいは、支持体の前表面をこの同一種類の情報により印刷してもよい。研磨複合物を通しての印刷の読み取りが可能であるほど充分に半透明であれば、前表面に印刷することができる。

本発明の複合物結合剤中に分散されている研磨材粒子は、一般に、約０．１〜１５００マイクロメートルの範囲の、通常、約０．１〜４００マイクロメートル、好ましくは０．１〜１００マイクロメートル、最も好ましくは０．１〜５０マイクロメートルの粒子の大きさを有する。研磨材粒子は、少なくとも約８の、更に好ましくは９以上のモース硬度を有するのが好ましい。このような研磨材粒子の例としては、溶融酸化アルミニウム（褐色酸化アルミニウム、熱処理酸化アルミニウム、及び白色酸化アルミニウムを含む）、セラミック酸化アルミニウム、緑色炭化ケイ素、炭化ケイ素、クロミア、アルミナ、ジルコニア、ダイヤモンド、シリカ、酸化鉄、セリア、立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、ガーネット、及びその組み合わせが挙げられる。用語研磨材粒子という用語は、単一の研磨材粒子が結合されて、研磨材粒塊を形成する配列も包含する。研磨材粒塊は、米国特許第４，３１１，４８９号（Ｋｒｅｓｓｎｅｒへの）、同第４，６５２，２７５号（Ｂｌｏｅｃｈｅｒへの）、及び同第４，７９９，９３９号（Ｂｌｏｅｃｈｅｒへの）で更に記述されている。

研磨材粒子上に表面被膜を有することも可能である。表面被膜は多数の異なる機能を有し得る。ある場合には、表面被膜は、結合剤への接着を増加させ、研磨材粒子などの摩減を変える。表面被膜の例としては、カップリング剤、ハロゲン化物塩、シリカを含む金属酸化物、耐火物金属窒化物、耐火物金属炭化物などが挙げられる。

研磨複合物中には、希釈剤粒子も存在し得る。これらの希釈剤粒子の粒子寸法は、研磨材粒子と同じ程度であり得る。このような希釈剤粒子の例としてはセッコウ、大理石、石灰岩、フリント、シリカ、ガラス泡、ガラスビーズ、ケイ酸アルミニウムなどが挙げられる。

研磨材粒子が有機結合剤中に分散されて、研磨複合物を形成する。有機結合剤は熱可塑性結合剤又は熱硬化性結合剤であることができる。結合剤は結合剤前駆体から形成される。研磨材物品の製造時、熱硬化性結合剤前駆体は、重合の開始又は硬化過程を助ける、エネルギー源に曝露される。エネルギー源の例としては、熱エネルギーと、電子ビーム、紫外光、及び可視光を含む照射エネルギーが挙げられる。

この重合工程の後、結合剤前駆体は固化された結合剤に転換される。あるいは、熱可塑性結合剤前駆体に対しては、研磨材物品の製造時、結合剤前駆体の固化を生じる程度に熱可塑性結合剤前駆体を冷却する。結合剤前駆体の固化時、研磨複合物が形成される。

研磨複合物中の結合剤は、一般に、研磨複合物を支持体の前表面への接着においても役割を担う。しかしながら、ある場合には、支持体の表面と研磨複合物との間の付加的な接着層があり得る。

縮合硬化型及び付加重合型樹脂の熱硬化性樹脂の２つの主な類型がある。一実施形態では、結合剤前駆体は、照射エネルギーへの曝露により容易に硬化されるために、付加重合樹脂である。付加重合樹脂は、カチオン機構又はフリーラジカル機構により重合することができる。使用されるエネルギー源と、結合剤前駆体の化学的性質によって、硬化剤、開始剤、又は触媒が重合の開始を助けるのに時に好ましい。

通常の結合剤前駆体の例としては、例えば、フェノール系樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、アクリレート化ウレタン、アクリレート化エポキシ、エチレン系不飽和化合物、ペンダントアルファ・ベータ不飽和カルボニル基を有するアミノプラスト誘導体、少なくとも１つのペンダントアクリレート基を有するイシシアヌレート誘導体、少なくとも１つのペンダントアクリレート基を有するイソシアネート誘導体、ビニルエーテル、エポキシ樹脂、及び混合物と、その組み合わせが挙げられる。アクリレートという用語はアクリレートとメタクリレートを包含する。

フェノール系樹脂が好適であり、良好な熱的性質、入手性と、比較的低いコスト及び易取り扱い性を有する。レゾール及びノボラックの２つの種類のフェノール系樹脂がある。レゾールフェノール系樹脂は、１：１以上又はそれに等しいモル比、通常１．５：１．０〜３．０：１．０の間のホルムアルデヒド：フェノールのモル比を有する。ノボラック樹脂は、１：１未満のホルムアルデヒド：フェノールのモル比を有する。市販のフェノール系樹脂の例としては、商品名「Ｄｕｒｅｚ」及び「Ｖａｒｃｕｍ」（Ｏｃｃｉｄｅｎｔａｌ Ｃｈｅｍｉｌｓ Ｃｏｒｐ．）、「樹脂ｏｘ」（Ｍｏｎｓａｎｔｏ）、「Ａｅｒｏｆｅｎｅ」（Ａｓｈｌａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．）、及び「Ａｒｏｔａｐ」（Ａｓｈｌａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．）として知られているものが挙げられる。

アクリレート化ウレタンは、ヒドロキシ末端ＮＣＯ延長のポリエステル又はポリエーテルのジアクリレートエステルである。市販のアクリレート化ウレタンの例としては、Ｍｏｒｔｏｎ Ｔｈｉｏｋｏｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌから入手可能なＵＶＩＴＨＡＮ Ｅ７８２と、Ｒａｄｃｕｒｅ Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓから入手可能なＣＭＤ ６６００、ＣＭＤ ８４００、及びＣＭＤ ８８０５が挙げられる。

アクリレート化エポキシは、ビスフェノールＡエポキシ樹脂のジアクリレートエステルなどのエポキシ樹脂のジアクリレートエステルである。市販のアクリレート化エポキシの例としては、Ｒａｄｃｕｒｅ Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓから入手可能なＣＭＤ ３５００、ＣＭＤ ３６００、及びＣＭＤ ３７００が挙げられる。

エチレン系不飽和樹脂としては、炭素、水素、及び酸素、場合によっては窒素及びハロゲン原子を含有するモノマー型及びポリマー型化合物の両方が挙げられる。酸素又は窒素原子又はその両方は、一般に、エーテル、エステル、ウレタン、アミド、及び尿素基中に存在する。エチレン系不飽和化合物は、一実施形態では、約４，０００未満の分子量を有し、並びに脂肪族モノヒドロキシ基又は脂肪族ポリヒドロキシ基を含有する化合物と、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸などの不飽和カルボン酸との反応から作製されるエステルである。アクリレート樹脂の代表的な例としては、メチルメタクリレート、エチルメタクリレートスチレン、ジビニルベンゼン、ビニルトルエン、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールメタクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、グリセロールトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、及びペンタエリスリトールテトラアクリレートが挙げられる。他のエチレン系不飽和樹脂としては、ジアリルフタレート、ジアリルアジペート、及びＮ，Ｎ−ジアリルアジパアミドなどのモノアリル、ポリアリル、及びポリメタリルエステル、並びにカルボン酸のアミドが挙げられる。更に他の窒素含有化合物としては、トリス（２−アクリロイル−オキシエチル）イソシアヌレート、１，３，５−トリ（２−メチルアクリルオキシエチル）−ｓ−トリアジン、アクリルアミド、メチルアクリルアミド、Ｎ−メチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、及びＮ−ビニルピペリドンが挙げられる。

アミノプラスト樹脂は、１分子又は１オリゴマー当り少なくとも１つのペンダントのアルファ・ベータ不飽和カルボニル基を有する。これらの不飽和カルボニル基は、アクリレート、メタクリレート、又はアクリルアミド種類の基であることができる。このような材料の例としては、Ｎ−（ヒドロキシメチル）−アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−オキシジメチレンビスアクリルアミド、オルト及びパラアクリルアミドメチル化フェノール、アクリルアミドメチル化フェノール系ノボラック、及びその組み合わせが挙げられる。これらの材料は、米国特許第４，９０３，４４０号及び同第５，２３６，４７２号（Ｋｉｒｋへの）で更に記述されている。

少なくとも１つのペンダントアクリレート基を有するイソシアヌレート誘導体と、少なくとも１つのペンダントアクリレート基を有するイソシアネート誘導体は、米国特許第４，６５２，２７４号（Ｂｏｅｔｔｃｈｅｒへの）で更に記述されている。好ましいイソシアヌレート材料は、トリス（ヒドロキシエチル）イソシアヌレートのトリアクリレートである。

エポキシ樹脂はオキシランを有し、開環により重合される。このようなエポキシド樹脂としてはモノマー型エポキシ樹脂とオリゴマー型エポキシ樹脂が挙げられる。いくつかの好ましいエポキシ樹脂の例としては、２，２−ビス［４−（２，３−エポキシプロポキシ）−フェニルプロパン］（ビスフェノールのジグリシジルエーテル）と、Ｓｈｅｌｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から入手可能な、商品名「Ｅｐｏｎ ８２８」、「Ｅｐｏｎ １００４」、及び「Ｅｐｏｎ １００１Ｆ」の市販の材料と、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から入手可能な、「ＤＥＲ−３３１」、「ＤＥＲ−３３２」、及び「ＤＥＲ−３３４」が挙げられる。他の好適なエポキシ樹脂としては、フェノールホルムアルデヒドノボラックのグリシジルエーテル（例えば、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から入手可能な「ＤＥＮ−４３１」及び「ＤＥＮ−４２８」）が挙げられる。

エポキシ樹脂は、適切なカチオン性硬化剤の添加によりカチオン機構を経て重合することができる。カチオン性硬化剤は、酸源を生じて、エポキシ樹脂の重合を開始する。これらのカチオン性硬化剤は、オニウムカチオンと、金属又はメタロイドのハロゲン含有複合アニオンを有する塩を含むことができる。

他のカチオン性硬化剤は、米国特許第４，７５１，１３８号（Ｔｕｍｅｙへの）（欄６行６５〜欄９行４５）で更に述べられている、金属又はメタロイドの有機金属複合カチオンとハロゲン含有複合アニオンを有する塩を含む。別の例は、米国特許第４，９８５，３４０号（Ｐａｌａｚｚｏｔｔｏへの）（欄４行６５〜欄１４行５０）で述べられている、有機金属塩及びオニウム塩である。更に他のカチオン性硬化剤は、金属が周期律ＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ、ＶＩＩＢ、及びＶＩＩＩＢ族の元素から選択される、有機金属錯体のイオン性塩を含む。

フリーラジカル硬化型樹脂に関しては、ある場合には、研磨材スラリーはフリーラジカル硬化剤を更に含む。しかしながら、電子ビームエネルギー源の場合には、電子ビームそれ自身がフリーラジカルを生じるために、硬化剤は、必ずしも必要とされない。

フリーラジカル熱開始剤の例としては、例えば、ペルオキシド、例えば、ベンゾイルペルオキシド、アゾ化合物、ベンゾフェノン、及びキノンが挙げられる。紫外又は可視光エネルギー源のいずれかに対しては、この硬化剤は時には光開始剤と呼ばれる。紫外光に曝露されると、フリーラジカル源を生じる開始剤の例としては、有機ペルオキシド、アゾ化合物、キノン、ベンゾフェノン、ニトロソ化合物、アクリルハライド、ヒドロゾン、メルカプト化合物、ピリリウム化合物、トリアクリルイミダゾール、ビスイミダゾール、クロロアルキルトリアジン、ベンゾインエーテル、ベンジルケタール、チオキサントン、及びアセトフェノン誘導体と、これらの混合物からなる群から選択されるものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。可視光に曝露されるとフリーラジカル源を生じる開始剤の例は、「Ｃｏａｔｅｄ Ａｂｒａｓｉｖｅ Ｂｉｎｄｅｒ Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｔｅｒｎａｒｙ Ｐｈｏｔｏｉｎｉｔｉａｔｏｒ Ｓｙｓｔｅｍ」と題する米国特許第４，７３５，６３２号（Ｌａｒｓｏｎへの）で見出され得る。可視光での使用に好適な１つの開始剤は、Ｃｉｂａ Ｇｅｉｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されている、「Ｉｒｇａｃｕｒｅ ３６９」である。

研磨材スラリーは、例えば、充填剤（研磨助剤を含む）、繊維、潤滑剤、湿潤剤、チクソトロピック材料、界面活性剤、顔料、染料、帯電防止剤、カップリング剤、可塑剤、及び懸濁剤などの任意の添加物を更に含むことができる。これらの材料の量は、所望の性質を付与するために選択される。これらの使用は研磨複合物の侵食性に影響を及ぼす可能性がある。ある場合には、研磨複合物を更に侵食性とするために、添加物を故意に添加して、鈍くなった研磨材粒子を排除し、新しい研磨材粒子を露出させる。

充填剤という用語は、研磨材業界で研磨助剤として知られている材料も包含する。研磨助剤は、その添加が研磨の化学的及び物理的な工程に顕著な影響を及ぼし、改善された性能を生じる粒子材料として定義される。研磨助剤の薬品群の例としては、ワックス、有機ハロゲン化物化合物、ハロゲン化物塩と、金属及びその合金が挙げられる。有機ハロゲン化物化合物は、通常、研磨時に分解し、ハロゲン酸又はガス状ハロゲン化物化合物を放出する。このような材料の例としては、テトラクロロナフタレン、ペンタクロロナフタレン、及びポリ塩化ビニルのような塩素化化合物が挙げられる。ハロゲン化物塩の例としては、塩化ナトリウム、カリウム氷晶石、ナトリウム氷晶石、アンモニウム氷晶石、テトラフルオロホウ酸カリウム、テトラフルオロホウ酸ナトリウム、フッ化ケイ素、塩化カリウム、塩化マグネシウムが挙げられる。金属の例としては、スズ、鉛、ビスマス、コバルト、アンチモン、カドミウム、鉄、チタンが挙げられる。他の各種研磨助剤としては、イオウ、有機イオウ化合物、グラファイト、及び金属硫化物が挙げられる。

帯電防止剤の例としては、グラファイト、カーボンブラック、酸化バナジウム、湿潤剤などが挙げられる。これらの帯電防止剤は、米国特許第５，０６１，２９４号（Ｈａｒｍｅｒへの）、同第５，１３７，５４２号（Ｂｕｃｈａｎａｎへの）、及び同第５，２０３，８８４号（Ｂｕｃｈａｎａｎへの）で開示されている。

カップリング剤は、結合剤前駆体と充填剤粒子又は研磨材粒子との間に会合架橋をもたらすことができる。カップリング剤の例としてはシラン、チタン酸塩、及びジルコアルミン酸塩が挙げられる。研磨材スラリーは、好ましくは約０．０１〜３重量％のカップリング剤を含有する。

懸濁剤の例は、ＤｅＧｕｓｓａ Ｃｏｒｐ．から商品名「ＯＸ−５０」で市販されている、１５０平方メートル／グラム未満の表面積を有する非晶質シリカ粒子である。

それぞれの研磨複合物は、それと関連する形状を有する。形状は、それと関連する表面又は境界を有して、結果として、１つの研磨複合物が別の隣接する研磨複合物からある程度分離されている。個別の研磨複合物を形成するためには、研磨複合物の形状を形成する平面又は境界の一部は、相互に分離されていなければならない。この部分は、一般に、上部である。研磨複合物の下部又は底部は相互に隣接する。図４を参照すると、隣接する正確に成形された研磨複合物１１０は、遠位末端１６０近くで分離し、底部表面１７０近くで隣接し得る。研磨材物品２００中の研磨複合物アレイのプロフィール端面断面図の図５を参照すると、隣接する研磨複合物２１０及び２２０は、それぞれの頂部表面又は頂部２３０及び２４０の近くで完全に分離されているが、それぞれの底部表面２５０及び２６０では完全に分離されない。通常、支持体が露出されるような隣接する研磨複合物の間の空いた空間はない。支持体１９０は図４と同一である。

研磨複合物形状はいかなる形状であることもできる。通常、支持体と接触している形状の基部の面の表面積は、支持体から間隔を置いた複合物の遠位末端のそれよりも大きい値である。複合物の形状は、立方体、円筒形、プリズム形、直方体、角錐形、切頂角錐形、円錐形、切頂円錐形、平坦な頂部表面を持つ柱状などの多数の幾何学的形状の中から選択され得る。生成する研磨材物品は、異なる研磨複合物形状の混合物を有することができる。

一実施形態では、複合物形状は角錐であるが、切頂角錐も使用され得る。角錐形状は、更に大きな面数も可能であるが、切頂でない場合には三面〜五面、及び切頂の場合には四面〜六面を有する（基部の面を除いて）。角錐又は切頂角錐形状を複合物形状として使用する場合には、基部の面の長さは、一般に、約１００〜５００マイクロメートルの長さを有することができる。

複合物の高さは、一実施形態では、研磨材物品中の複合物のアレイにわたって一定であるが、様々な高さの複合物を有する。複合物の高さは、一般に、約２００マイクロメートルまでの、特に約２５〜２００マイクロメートルの範囲の値であることができる。

一実施形態では、研磨複合物は、図７に示すように、三面の非切頂角錐構造からなるものであった。角錐の基部寸法は、ほぼ１５４マイクロメートル、１５４マイクロメートル、及び１７２マイクロメートルと測定された。三角形の基部から頂部までの角錐の高さは、ほぼ６３マイクロメートルと測定された。正確に成形された研磨複合物の対応する領域間隔は、１平方センチメートル当りほぼ８，７００個の複合物であった。

一実施形態では、複合物の形状は正確又は所定の形状であることができる。図４にこのような正確な形状を図示する。研磨材物品１００は支持体１９０を含み、複数の正確に成形された研磨複合物１１０は支持体に結合し、研磨材物品の端面図中で複合物１１０及び１２０は別々の列で並ぶ。研磨複合物は、それぞれ、結合剤１５０中に分散されている複数の研磨材粒子１４０から形成される。この特定の図示においては、研磨複合物は角錐種類形状を有する。平面１８０又は角錐を規定する境界は極めて鋭く、明確に弁別的である。これらの明確に規定された、鋭い平面又は形状境界の相互作用は、正確な形状を規定する。図４に示す本発明の一実施形態では、研磨材物品の機械方向で見ると、研磨複合物は、複合物１１０の列が複合物１２０の次の列と食い違っている、交互の配列をとる。

一実施形態では、それぞれの個別の研磨複合物は、支持体から遠位末端に向かって連続的に減少する断面積、即ち、支持体の平面に平行かつ垂直に間隔を持った平面で描いた複合物形状の切片の透視図において支持体から遠ざかる方向で高さ方向に沿って面積が減少する断面積を有する。高さは、底部、即ち、研磨複合物が支持体に結合されているところから研磨複合物の頂部、即ち、支持体から最も遠いところまでの距離である。この可変の表面積は、使用時に研磨複合物が磨耗するときに不均一な圧力を生じる。研磨材物品の製造時、この可変の表面積によって、製造用ツールからの研磨複合物の剥離が更に容易になる。

１平方センチメートル当り少なくとも１，２００個の個別の正確に成形された研磨複合物、若しくは１平方ｃｍ当り又は少なくとも約３，０００個の、又は少なくとも約４，６００個の、又は少なくとも約７，７００個の正確に成形された研磨複合物、若しくは１平方センチメートル少なくとも８，５００個の個別の正確に成形された研磨複合物の領域間隔が本発明で使用可能である。１平方センチメートル当り１，２００個〜１０，０００個の正確に成形された研磨複合物の範囲が典型的である。正確に成形された研磨複合物の列挙されている領域間隔は、研磨加工中の製品上に比較的精密な表面仕上げを提供する一方で、比較的大きい研磨速度を有する研磨材物品を生成する。加えて、この正確に成形された研磨複合物数によって、それぞれの正確に成形された研磨複合物当りの単位力は比較的に低い。ある場合には、これによって、正確に成形された研磨複合物の更に良好な、一貫性のある破壊を生じることがある。

加えて、製造用ツール類の少なくとも接触表面のプラズマ処理は、正確に成形された研磨複合物の欠陥を実質的に含まない正確に成形された研磨複合物を提供する。図６を参照すると、プラズマ処理された製造用ツール類を用いずに製造される研磨材物品は、ほぼ３２．２パーセントの正確に成形された研磨複合物の欠陥率を有するものであった。特に、角錐の多くの頂部が欠損しており、その代わりに小さな穴又はキャビティが存在する。欠陥のある研磨複合物は角錐というよりも、火山に似ていた。図７を参照すると、研磨材スラリー接触表面上に薄膜のプラズマ堆積を有する製造用ツールを用いて製造される研磨複合物を有する研磨材物品は、正確に成形された研磨複合物の欠陥率の点で著しい改善を有する。ほぼ１．２パーセントの角錐が完全に形成せずに、頂部に小さな穴又はキャビティを有していた。本発明の様々な実施形態では、研磨材物品の正確に成形された研磨複合物の欠陥率は、０パーセント〜約３０パーセント、又は０パーセント〜約２５パーセント、又は０パーセント〜約２０パーセント、又は０パーセント〜約１５パーセント、又は０パーセント〜約１０パーセント、又は０パーセント〜約５パーセント、又は０パーセント〜約２パーセントであり得る。

次の非限定的な実施例により本発明の目的及び利点を更に例示するが、これらの実施例に挙げられている特定の材料及び量、並びに他の条件、及び詳細は、本発明を不当に限定するものとみなされるべきではない。特記しない限り、実施例及び明細書の残り中のすべての部数、パーセント、比は重量によるものである。

複数の正確に成形された研磨複合物を有する研磨材物品の製造に使用される製造用ツール類を、最初に、テトラメチルシラン（ＴＭＳ）と、酸素又は窒素のいずれかの混合物を使用することにより、プラズマ装置中で処理して、ポリマー表面上に共有結合のケイ素含有表面を付与した。バッチプラズマ処理をＰｌａｓｍａｔｈｅｒｍバッチ反応器中で行った。プラズマ装置及びプラズマ処理条件の詳細を下記に示す。
１）Ｐｌａｓｍａｔｈｅｒｍバッチ反応器：これは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）用に設定した、６６ｃｍ（２６インチ）下部電力電極と中央ガス排気を設けた商用バッチプラズマシステム（Ｐｌａｓｍａｔｈｅｒｍモデル３０３２）である。このチャンバーを、ドライメカニカルポンプ（ＥｄｗａｒｄｓモデルｉＱＤＰ８０）によりバックアップされたルーツブロワー（ＥｄｗａｒｄｓモデルＥＨ１２００）により排気する。５ｋＷの１３．５６Ｍｈｚソリッドステート発生器（ＲＦＰＰモデルＲＦ５０Ｓ０）によりＲＦ電力をインピーダンスマッチングネットワークから送達する。このシステムは０．７Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ）の公称のベース圧力を有する。ガスの流量をＭＫＳフローコントローラーにより制御する。堆積用基板を下部の電力電極上に置く。
２）プラズマ処理方法：ポリプロピレン製造用ツール類のシート試料をバッチプラズマ装置の電力電極にテープで貼り付ける。テトラメチルシランと、酸素又は窒素のいずれかのガス混合物によりプラズマ処理を行った。表１にプラズマ処理の条件を示す。いくつかの実施形態では、表に詳しく示すように、プラズマ処理を２つの逐次的な工程で行った。
３）プラズマ処理を完結した後、チャンバーを大気圧に戻し、製造用ツールを電極から取り出した。

次の研磨材スラリーを用いて、プラズマ処理されたツール類の性能を評価した。
材料

重量部で規定される研磨材スラリーを次のように作製した。ジャケット付き側壁スクレーパー付きの高剪断ミキサーを用いて、４３．１部のプレミックスＢＩＮ６及び５８．７部のＭＩＮ７を２７℃で１時間均質に分散させた。

一実施形態では、上記の研磨材スラリーをプラズマ処理されたポリプロピレン製造用ツール類の試料に塗布した。プラズマ処理されたポリプロピレン製造用ツール類の寸法は、ほぼ７．６ｃｍ（３インチ）×１５．２ｃｍ（６インチ）であった。製造用ツール類は、図７に示すように、三面の非切頂角錐構造からなる正確に成形された研磨複合物を形成した、複数のキャビティを有するものであった。角錐の基部寸法は、ほぼ１５４マイクロメートル、１５４マイクロメートル、及び１７２マイクロメートルと測定された。三角形の基部から頂部までの角錐の高さはほぼ６３マイクロメートルと測定された。正確に成形された研磨複合物の対応する領域間隔は、１平方センチメートル当りほぼ８，７００複合物であった。

研磨材スラリーをキャビティの中に押し込むことによって、研磨材スラリーを製造用ツール類の表面（ツール類中の凹などの形状）に舌圧子により塗布した。ほぼ５．１ｃｍ×１０．２ｃｍ（２インチ×４インチ）の面積を被覆した。若干過剰な研磨材スラリーを塗布して、平滑な層を形成した。プライマー処理された７６ミクロン（３ミル）ＰＥＴ膜（プライマー処理面感触の）の１０．２ｃｍ×１５．２ｃｍ（４インチ×６インチ）の片をスラリーを充填したツール類の上に置いた。３．８ｃｍ（１．５インチ）幅のゴムハンドローラーを使用して、スラリーをキャビティのくぼみの中に押し込み、膜ツール類界面において被膜厚さを最小化した。これらの手で拡げた試料を３０．５ｃｍ×１５．２ｃｍ（１２インチ×６インチ）の金属シートにツール類面を上にしてテープで貼った。コンベヤー上の作製した試料を６００ワット「Ｄ」バルブを備えた高出力ＦｕｓｉｏｎＬａｍｐ下に１分当り９．１メートル（１分当り３０フィート）のベルト速度で通すことにより、研磨材スラリーを硬化させた。それぞれの試料をランプの下に２回通した。

試料を冷却し、製造用ツール類を硬化した構造化研磨材層から取り出した。表１に記録されるように、試料に製造用ツール類からの剥離及び光学顕微鏡下での充填外観について評点を与えた。いくつかの試料に対して、硬化された構造化研磨層をＰＥＴプライマー処理した膜に移した。プラズマ処理した製造用ツール類を使用しながら、ツール類の性能を、非処理のポリプロピレンツール類と、多数の異なる種類の製造用ツール類についての過去の経験と比べて評価した。ツール類の充填性（正確に成形された研磨複合物の欠陥を作り出す性向）と、剥離性を１〜５の尺度（５が最良である）により定性的に評価した。望ましいこととしては、正確に成形された研磨複合物を製造用ツール類中のキャビティから取り出すことが容易であるためには、プラズマ処理された製造用ツール類の剥離性は、ポリプロピレンと同一又は類似でなければならない。非処理のポリプロピレンツール類の充填性を２であると判定した。２よりも大きい充填性を生じるいかなる処理によっても、対応する正確に成形された研磨複合物欠陥の数は低下する。

表１：バッチ反応器用のプラズマ処理条件

表１：続く

ポリプロピレン製造用ツール類のいくつかの異なるプラズマ処理を評価した。Ｅｎｅｒｃｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製の濡れ張力試験溶液を用いて、表１中のそれぞれの製造用ツール類に対する濡れ張力を測定した。ＡＳＴＭ Ｄ２５７８−０４ａ「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｗｅｔｔｉｎｇ Ｔｅｎｓｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ａｎｄ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｆｉｌｍｓ」に従って木綿モップを用いて、この試験溶液を塗布して、溶液を製造用ツール類上に拡げた。小さいキャビティの内側を測定することが困難であることから、製造用ツール類の平らな裏面（両方の面をプラズマ処理した）で測定値を得た。

ＴＭＳ／Ｏ２又はＴＭＳ／Ｎ２を含むプラズマ処理ガスを使用することにより、剥離性を低下させずに、製造用ツール類の充填性を改善することが可能である。特に、実験番号２３−２５は、対照よりも優れた剥離性と改善された充填性を有していた。この結果は、部分的には、ツール類の接触表面の濡れ張力を３２ダイン／ｃｍ〜３４ダイン／ｃｍ以上に変化させたことによるものであると考えられる。本発明の様々な実施形態では、製造用ツール類の濡れ張力は、３４ダイン／ｃｍと７０ダイン／ｃｍとの間、又は３５ダイン／ｃｍと６８ダイン／ｃｍとの間であることができる。驚くべきことには、濡れ張力を増加させるが、いくつかの実施形態についてはプラズマ処理した接触表面から硬化したアクリレート研磨材スラリーの優れたは剥離性を得ることが可能であった。しかしながら、製造用ツール類の濡れ張力を単純に増加させることによっては、実験番号２０及び２２により示されるように製造用ツール類からの研磨複合物の許容可能な剥離性が必ずしも得られなかった。

別の実施形態では、上記の研磨材スラリーをナイフコーティングにより３０．５ｃｍ（１２インチ）幅のミクロレプリカ加工されたプラズマ処理ポリプロピレンツール類に塗布した。この製造用ツール類は、図７に示すように三面の非切頂角錐構造からなる正確に成形された研磨複合物を形成する複数のキャビティを有するものであった。角錐の基部寸法は、ほぼ１５４マイクロメートル×１５４マイクロメートル×１７２マイクロメートルと測定された。三角形の基部から頂部までの角錐の高さは、ほぼ６３マイクロメートルと測定された。正確に成形された研磨複合物の対応する領域間隔は、１平方センチメートル当りほぼ８，７００個の複合物であった。米国特許第５，９７５，９８７号（Ｈｏｏｐｍａｎらへの）の手順に概ね従って、対応するマスターロールから製造用ツールを作製した。

次に、研磨材スラリーを充填したポリプロピレンツール類を３ＭＣｏｍｐａｎｙから商品名「ＭＡ３７０Ｍ」で得られる、エチレンアクリル酸でプライマー処理したポリエステル膜の９４．２マイクロメートル（３．７１ミル）厚の３０．５ｃｍ（１２インチ）幅のウエブ上に置き、ニップロール（２５．４ｃｍ（１０インチ）幅のウエブに対して６２０．５キロパスカル（ｋＰａ）のニップ圧力（１平方インチ当り９０ポンド（ｐｓｉ））を通し、ウエブを９．１４メートル／分（３０フィート／分（ｆｐｍ））で移動させながら、Ｆｕｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．（Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ，Ｍａｒｙｌａｎｄ）製の紫外（ＵＶ）ランプの種類「Ｄ」バルブにより２３６ワット／ｃｍ（６００ワット／インチ）で照射した。ポリプロピレンツール類をエチレンアクリル酸でプライマー処理したポリエステル膜から分離して、エチレンアクリル酸でプライマー処理したポリエステル膜に接着した完全硬化した正確に成形された研磨複合物層を得た。

下記の表３は、連続プラズマ反応器と非処理の対照試料を用いて処理した製造用ツール類のロールに対する結果を示す。米国特許第７，１９５，３６０号（Ｂａｃｏｎへの）に記述されている連続プラズマ反応器を用いて、ロールを処理した。この連続プラズマ反応器は、ドライメカニカルポンプ（ＥｄｗａｒｄｓモデルｉＱＤＰ８０）によりバックアップされたルーツブロワー（ＬｅｙｂｏｌｄモデルＷＳＵ１０００）により基部圧力１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）で排気される真空チャンバーを含んだ。基板ウエブをチャンバー内に配置されている２つのドラム電極の一方のまわりに巻き付けた。ドラム電極のそれぞれの回りに同心型接地電極を設けた。チャンバーの排気前に、基板ウエブのロールを巻き出しチャック上に載せ、ウエブを頂部電極のまわりに巻き付け、巻き取りロールにテープで貼り付けた。ウエブ張力を４．４ｇ／ｃｍ（０．０２５ｌｂ／インチ）の所望の値に設定し、チャンバーを閉め、２６．７Ｐａ（２００ｍＴｏｒｒ）の圧力まで排気し、その後ガスを表３に示した所定の流量で導入した。必要なガス流量を得たならば、ＲＦ電力をオンして、プラズマを着火し、電力を１２５０又は２５００ワットのいずれかの所定のレベルで維持した。プラズマ条件を確保したならば、ウエブを表３に示す所望の速度で移動した。プラズマ処理の終わりにガスを止め、チャンバーを１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）のベース圧力まで排気し、チャンバーを排気系から分離し、大気圧に戻した。処理済のロールを取り出し、製造用ツール類を上述の処理で使用して、研磨材物品を製造した。

実験条件のそれぞれによって、優れた充填性と剥離性を有するプラズマ処理した製造用ツール類を得た。更には、ツール類を再使用して、性能の著しい低下を起こさずに、構造化された研磨材物品を少なくとも３回作製することが可能であった。プラズマ処理した製造用ツール類のそれぞれ、及び非処理ポリプロピレン製造用ツール類から作製される研磨材物品に対して、正確に成形された研磨複合物の欠陥率を求めた。複数の正確に成形された研磨複合物を有する、３Ｍ（Ｓａｉｎｔ Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手可能な市販の研磨材物品も検査して、それぞれの試料に対して正確に成形された研磨複合物の欠陥率を測定した。市販の試料は下記の表２に示す性質を有するものであった。検査のために３つの異なる１０×１０アレイ（それぞれのアレイ中で合計１００の複合物）をそれぞれの比較例又は市販の試料からランダムに選択した。

見られるように、プラズマ処理されたツール類から作製される構造化された研磨材物品に対しては、正確に成形された研磨複合物の欠陥率は著しく低下した。実験的な対照試料が４０パーセントの欠陥率を有し、市販の試料が６３パーセントと９８パーセントとの間の欠陥率を有するものであった一方で、プラズマ処理したツール類から作製されるそれぞれの研磨材物品に対しては、正確に成形された研磨複合物の欠陥率は２パーセント未満であった。

表２：市販の試料詳細

表３：連続プラズマ処理条件及び正確に成形された研磨複合物の欠陥率

正確に成形された研磨複合物の欠陥率
正確に成形された研磨複合物の層を有する研磨材物品を立体顕微鏡下で検査した。研磨材物品の少なくとも３つのランダムに選択された領域中の少なくとも１００個の個別の正確に成形された研磨複合物と、好ましくは少なくとも２００個の正確に成形された研磨複合物を検査した。画像を検査して、正確に成形された研磨複合物のそれぞれに正確に成形された研磨複合物の欠陥が存在するか、存在しないかを求めた。３つの領域のそれぞれに対して、検査された正確に成形された研磨複合物の全数と共に正確に成形された研磨複合物の欠陥の数を数えた。すべての３つの領域で数えた正確に成形された研磨複合物の欠陥の正確に成形された研磨複合物の全数に対するパーセントとして表す（計数した欠陥のある複合物の全数／計数した複合物の全数^＊１００）。

本発明に対する他の改変及び変形は、当業者により、添付の特許請求の範囲に更に特定して示される、本発明の趣旨及び範囲を逸脱せずに実施され得る。様々な実施形態の態様は、様々な実施形態の他の形態と全体的に、若しくは一部的に互換可能、又は結合され得るということが理解される。上記の出願中のすべての引用されている参照物、特許、又は特許出願は、参照により本明細書に全体で一貫して組み込まれている。組み込まれている参考物と本出願との間に不一致又は矛盾がある場合には、先行の説明における情報を優先するものとする。当業者が本発明を実施することを可能とさせるために、先行の説明は、本発明の範囲を限定するとみなされるべきでなく、請求項及びそのあらゆる同等物により規定される。

Claims (1)

1. 研磨材物品を製造する方法であって、
   薄膜をプラズマ堆積することにより、製造用ツールの接触表面中の複数のキャビティを処理して、複数のプラズマ処理したキャビティを形成すること、
   前記製造用ツール中の前記複数のプラズマ処理されたキャビティを研磨材スラリーで充填すること、及び
   前記複数のキャビティ中に存在する間に、前記研磨材スラリーを少なくとも部分硬化すること、を含み、
   前記薄膜が、非晶質の水素化オキシ炭化ケイ素を含む、方法。

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