JPH01188272A - 炭素膜がコートされた研磨用具およびその作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の利用分野」 本発明は光学的バンド巾・が１．ＯｅＶ以上特に１．５
〜５．５ｅＶを有する炭素または炭素を主成分とする被
膜を研磨用具の被膜形成・面上にコーティングすること
により、これら研磨用具の補強材、また機械ストレスに
対する耐摩耗材を得んとしている複合体に関する。

「従来技術」 炭素膜のコーティングに関しては、本発明人の出願にな
る特許願ｒ炭素被膜を有する複合体およびその作製方法
」　（特願昭５６−１４６９３６　　昭和５６年９月１
７日出願）が知られている。しかしこれらは金属または
無機材料のみの上に形成したものであり、その形成温度
を１５０℃以下、好ましくは＋１００〜−１００’Ｃと
実質的に冷却とし、かつ、被形成面をこれらの温度でも
耐熱性を有する有機樹脂を主成分とするテープ状の基体
上とする場合、またはこの上に無機材料を予め塗布固定
した複合体上とする例はまったく述べられていない。

「従来の問題点」 従来例において、炭素膜は２００〜１０００℃と高温で
しか得られないとされており、炭素膜が条件によっては
、室温（プラズマにより１５０℃程度まで表面が昇温す
る）またはそれ以下の温度での作製一方法でも十分な硬
度を有せしめ得ることの記載はまったくない。

「問題を解決すべき手段」 本発明は、研磨用具の基体上に炭素または炭素を主成分
とする被膜をコーティングし、その表面での耐摩耗性等
の機械的強度を補強しようというものであり、特にエチ
レン、メタンのような炭化水素気体を直流または高周波
、特に基体側に正の直流バイヤスを加えた高周波電界に
よりプラズマを発生させた雰囲気中に導入し、分解せし
めることによりＣ−Ｃ結合を作り、結果としてグラファ
イトのような非透光性の導電性または不良導電性の炭素
を作るのではなく、作製条件により求められた光学的エ
ネルギバンド巾（Ｅｇという）が１．ＯｅＶ以上、好ま
しくは１．５〜５．５ｅＶを有するダイヤモンドに類似
の絶縁性の炭素を形成することを特徴としている。さら
にこの本発明の炭素は、その硬度もビッカース硬度が２
０００Ｋｇ／ｍｍ”以上、好ましくは４５００Ｋｇ／ｍ
ｍ”以上、理想的には６５００Ｋｇ／ｍｍ”というダイ
ヤモンドＭ４ｍの硬さを有するアモルファス（非晶質）
または５〜２００人の大きさの微結晶性を有するセミア
モルファス（半非晶質）構造を有する炭素またはこの炭
素中に水素、ハロゲン元素が２５原子％以下または■価
または７価の不純物が５原子％以下、また窒素がＮ／Ｃ
≦０．０５の濃度に添加されたいわゆる炭素を主成分と
する炭素（以下本発明においては単に炭素という）を基
板上に設けた複合体を設けんとしたものである。

本発明は、さらにこの炭素が形成される研磨用具をテー
プ状とし、それを１５０℃以下好ましくは一１００〜１
００″Ｃの従来より知られたＣＶＤ法に比べて５００〜
１５００℃も低い温度で形成せしめ、耐熱性のない有機
樹脂膜上にもコーティングが可能であることを実験的に
見出したことを他の特徴とする。

また本発明は、この炭素に■価の不純物であるホウ素を
０．１〜５原子％の濃度に添加し、Ｐ型の炭素を設け、
また７価の不純物であるリン、窒素を同様に０．１〜５
原子％の濃度に添加し、Ｎ型の炭素を設けることにより
この基板上面の炭素を導電性にしたことを他の特徴とし
ている。

また本発明は基体特にＰＥＴ　（ポリエチレンテレフタ
ート’）　、　ＰＥｓ、テフロン、エポキシ、ポリイミ
ド等の有機樹脂基体特にテープ状にロール・ツー・ロー
ル（ｒｏｌｌ　ｔｏ　ｒａｌｌ以下ＲＴＲという）方式
で配設し、このテープ状の有機樹脂上に形成せんとする
ものである。

本発明はテープ上にアルミナ、カーボランダム等の塗粒
を有機樹脂媒体と混合して塗布固定せしめ、その表面を
凹凸にせしめ、この凹凸表面上に、これらすべてを覆う
べく炭素または炭素を主成分とする膜をコーティングし
、研磨用具を形成せんとしたものである。そしてこれを
ラッピングペーパー即ちダイヤモンド粒が散在した研磨
用材と同等の研磨機能を有する製品を作らんとするもの
である。

以下に図面に従って本発明に用いられた複合体の作製方
法を記す。

実施例１ 第１図は本発明の炭素または炭素を主成分とする被膜を
形成するためのＲＴＲ方式のプラズマＣＶＤ装置の概要
を示す。

図面において、ドーピング系（１０）において、キャリ
アガスである水素を（１１）より、反応性気体である炭
化水素気体例えばメタン、エチレンを（１２）より、■
価不純物のジボラン（水素希釈）（１３）、Ｖ価不純物
のアンモニアまたはフォスヒンを（１４）よりバルブ（
２８）、流量計（２９）をへて反応系（３０）中にノズ
ル（２５）より導入される。このノズルに至る前に、反
応性気体の励起用にマイクロ波エネルギを（２６）で加
えて予め活性化させることは有効である。

反応系（３０）では、第１のロール（４）より第２のロ
ール（５）に補助ロール（６）　、　（７）を経て移動
する。

この補助ロール（７）は研磨用具を構成するテープにた
るみがこないように一定の張力（テンション）を与える
べく、バネ（２７）を具備する。補助口−ル間には、第
１の電極（２）、被形成面を具備するテープ（１）、第
２の電極（３）を有し、一対の電極（２）。

（３）間には高周波電極（１５）、マツチングトランス
（１６）　、直流バイヤス電源（１７）より電気エネル
ギが加えられ、プラズマ（４０）が発生する。排気系（
２０）は圧力調整バルブ（２５）　、ターボ分子ポンプ
（２２）　。

ロータリーポンプ（２３）をへて不要気体を排気する。

これらの反応性気体は、反応空間（４０）で０．０１〜
０．３ｔｏｒｒ例えば０．１ｔｏｒｒとし、高周波によ
る電磁エネルギにより０．１〜５ＫＨのエネルギを加え
られる。直流バイヤスは、−２００〜６００Ｖ　（実質
的には一４００〜＋４００Ｖ）を加える。なぜなら、直
流バイヤスが零のときは自己バイヤスが一２００Ｖ（第
２の電極を接地レベルとして）を有しているためである
。反応性気体は、例えばメタン：水素＝１：ｌとした。

第１の電極は冷却手段（９）を有し、冷却液体を（８）
より入れ、（８゛）に排出させ、被形成面上の温度を１
５０〜−１００℃に保持させる。かくしてプラズマによ
り被形成面上にビッカーズ硬度２０００Ｋｇ／ｍｍ”以
上を有するとともに、熱伝導度２．５Ｗ／ｃｍ　ｄｅｇ
以上のＣ−Ｃ結合を多数形成したアモルファス構造また
は微結晶構造を有するアモルファス構造の炭素を生成さ
せた。さらにこの電磁エネルギは５０Ｗ〜ＩＫＷを供給
し、単位面積あたり０．０３〜３Ｗ／ｃｍ”のプラズマ
エネルギを加えた。このプラズマ密度が大きい場合、ま
た予めマイクロ波で反応性気体が励起されている場合は
、５〜２００人の大きさの微結晶性を有するセミアモル
ファス構造の炭素を生成させることができた。成膜速度
は１００〜１００ＯＡ／分を有し、特に表面温度を一５
０〜１５０℃とし、直流バイアスを＋１００〜３００ｖ
加えた場合、その成膜速度は１００〜２０ＯＡ／分（メ
タンを用いマイクロ波を用いない場合）　、５００〜１
００ＯＡ／分（メタンを用いマイクロ波を用いた場合、
またはエチレンを用いマイクロ波を用いた場合）を得た
。これらはすべてビッカーズ硬度が２０００Ｋｇ／ｍｍ
”以上を有する条件のみを良品とする。もちろんグラフ
ァイトが主成分ならばきわめて柔らか（、かつ黒色で本
発明とはまったく異質なものである。

この反応生成物は基体（１）が冷却媒体（９）により冷
却され、この上面に被膜として形成される。

反応後の不純物は排気系（２０）よりターボ分子ポンプ
、ロータリーポンプを経て排気される。反応系は０．０
０１〜１０ｔｏｒｒ代表的には０．０１〜０．５ｔｏｒ
ｒに保持されており、マイクロ波（２６）、高周波のエ
ネルギ（１５）により反応系内はプラズマ状態（４０）
が生成される。特に励起源がＩＧＨｚ以上、例えば２．
４５ＧＨｚの周波数にあっては、Ｃ−Ｈ結合より水素を
分離し、さらに周波源が０．１〜５０ＭＨｚ例えば１３
．５６朋２の周波数にあってはＣ−Ｃ結合、Ｃ＝Ｃ結合
を分解し、Ｃ−Ｃ結合または−Ｃ−Ｃ−結合を作り、炭
素の不対結合手同志を互いに衝突させて共有結合させ、
安定なダイヤモンド構造を局部的に有した構造とさせ得
る。

かくして有機樹脂基体上またはその上にセラミックスが
設けられたテーテ上に炭素特に炭素中に水素を２５モル
％以下含有する炭素またＰ、■またはＮ型の導電型を有
する炭素を主成分とする被膜を形成させることができた
。

実施例２ 第２図（Ａ）は第１図の製造装置を用いて作られた本発
明の研磨用具を構成する複合体の一例である。第２図（
Ａ）は有機樹脂基体の上に有機溶剤で希釈したポリイミ
ド、ＰＥＴ等の有機樹脂媒体と、アルミナ、カーボラン
タム等の塗粒（４２）（粒径２００番〜８０００番）と
を混合し、これらを基体（４１）上に３〜１００μｍの
平均厚さに一回または数回繰り返して塗布し、乾燥、固
化した。すると有機溶剤が気化し、有機樹脂媒体は体積
収縮をするため、塗粒（４２）が凸部を有して媒体（４
３）により基体（４１）上に固着される。さらにこの時
有機媒体が凸部の上表面にも若干残るため、ここの部分
を軽く溶去し、凸部に塗粒表面が露呈するようにしても
よい。これらを第１図のＲＴＲ方式の装置に配設し、こ
の上面に炭素（５０）を形成した。　　この厚さは０．
１〜５μｍとした。

塗粒（４２）として４０００〜８０００番を用いた場合
ではそれぞれ０．３〜０．１　μｍの厚さの炭素膜を形
成し、８００〜２０００番ではそれぞれ２．０〜０．５
　μｍの厚さの炭素膜（５０）を形成した。さらにこれ
以下の粒番の大粒径の塗粒では３μｍ以上の厚さに炭素
膜をコートした。それらは凸部が炭素のコートにより実
質的に平坦にならない範囲で厚く形成すればよい。

かくしてこの炭素ラッピングペーパーを構成すま研磨用
具を完成せしめた。

「効果」 本発明のペーパーは研磨面のすべてに炭素膜がコートさ
れているため、研磨される対象物中に従来公知のラッピ
ングペーパーで見られたアルミナ、カーボランダムが混
入することを防ぎ得た。またケミカルポリッシュ即ちア
ルカリ溶液等の薬品を使用したポリッシュ作製にも炭素
膜が耐薬品性を有するため有効であった。

これは磁性ヘッド等の表面またその他の精密な電気用部
材等の表面の研磨用のみならず、多くの分野においてそ
の応用が可能である。

以上の説明より明らかな如く、本発明は有機樹脂または
それにガラス、磁性体、金属またはセラミックを形成し
、それらの表面に炭素または炭素を主成分とした被膜を
コーティングして設けたものである。この複合体は他の
多くの実施例にみられる如くその応用は計り知れないも
のであり、特にこの炭素が１５０℃以下の低温で形成で
きるに対し、その硬度また基板に対する密着性がきわめ
て優れているのが特徴である。

本発明におけるセラミックはアルミナ、ジルコニア、カ
ーボランダム、ＹＢＣＯ等で知られる酸化物超伝導材料
が有効である。また磁性体はサマリューム、コバルト等
の希土類磁石、アモルファス磁性体、酸化鉄またはこれ
にニッケル、クロム等がコートされた形状異方形の磁性
体であってもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の炭素または炭素を主成分とする被膜を
被形成面上に作製するロール・ツー・ロール方式の製造
装置の概要を示す。 第２図は本発明の研磨用具の実施例を示す。 °特許出願人 賀ｌの

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基体上に粉体が有機樹脂媒体により固定された凹凸
   表面を有する表面にアモルファスまたは微結晶を有する
   アモルファス構造の炭素または炭素を主成分とする膜を
   形成することを特徴とする炭素膜がコートされた研磨用
   具。 ２、特許請求の範囲第１項において、基体はテープ状を
   有していることを特徴とする炭素膜がコートされた研磨
   用具。 ３、基体上に粉体と有機樹脂媒体とを混合して塗布し、
   凹凸表面を有する表面を形成する工程と、これらの上表
   面にアモルファスまたは微結晶を有するアモルファス構
   造の炭素膜を前記塗布させた表面を１５０℃以下の温度
   に保持しつつ形成することを特徴とする研磨用具の作製
   方法。