JPH09131662A - セラミックスの研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミックスの表面にメカノケミカルによる
研磨を施すとともに、この研磨によって生成される変質
層の除去を確実に行い、かつ、より平滑度の高い研磨面
を形成することのできるセラミックスの研磨方法を提供
することを解決すべき課題とする。 【解決手段】 硬度の異なる複数の砥粒からなる混合砥
粒を用いてセラミックスの表面を研磨することにより、
柔らかい砥粒とセラミックスとの固相反応によってこの
セラミックスの被研磨面を研磨し、固相反応の生成物を
硬い砥粒によって除去して常に新しい表面を露出させつ
つ前記固相反応による研磨を行うことにより高精度の研
磨を行う。また、前記混合砥粒を遊離状態で供給して研
磨することにより、セラミックスと砥粒との当たりを柔
らかくして、被研磨面の精度を一層向上させることがで
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、多結晶セラミック
スや単結晶セラミックスの表面を鏡面加工する研磨方法
に係わり、特に、砥粒とセラミックスとの化学反応を利
用して、前記セラミックスの表面組織を微少量ずつ除去
するようにした、いわゆる、メカノケミカルポリッシュ
と称されるセラミックスの研磨方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、砥粒とセラミックスとの化学反応
を利用してセラミックスの研磨を行う方法が、特公昭５
６ー２３７４６号公報において既に提案されている。

【０００３】この研磨方法は、被加工物よりも力学的に
軟質の粒子を砥粒として被加工物の表面に供給し、この
砥粒を被加工物に押し付けつつ両者間に摩擦力を与える
ことにより、被加工物に固相反応を生じさせ、この反応
部分を砥粒と被加工物との摩擦によって除去して、前記
被加工物の表面研磨を行うようにしたものである。

【０００４】ところで、このような従来の研磨方法にお
いては、次のような改善すべき問題点が残されている。

【０００５】すなわち、前述した従来の研磨方法を多結
晶セラミックスの研磨に適用した場合、図１（ａ）〜
（ｃ）に示すように、多結晶セラミックスの被研磨面の
粗度が、研磨時間の経過とともに一旦減少させられた後
に再度増加したり、あるいは、図１（ｃ）に示すよう
に、大きなうねりが形成されてしまう現象が生じる。

【０００６】このような現象は、研磨の進行に従って、
多結晶セラミックスの表面に結晶粒塊が現れると、この
結晶粒塊における固相反応速度とその他の部分における
固相反応の進行速度に差が生じることによるものと考え
られる。

【０００７】また、前述した研磨方法を単結晶セラミッ
クの研磨に適用した場合、研磨時間に係わりなく、図２
（ａ）に示すようにほぼ平滑な被研磨面が得られるが、
研磨後においてエッチングを施した場合、図２（ｂ）に
示すように、そのエッチング処理が不均一になり、その
結果、表面粗度が大きくなってしまう現象が発生する。

【０００８】これは、セラミックスと砥粒との固相反応
によって生成された物質が完全に除去されず、前記セラ
ミックスの表面に残存して、前述したエッチング処理の
進行を不均一にしていることに起因するものと考えられ
る。

【０００９】このような不具合を解消するために、他の
研磨方法が、特開平４ー３３６９４９号公報において提
案されている。

【００１０】この研磨方法は、硬度の高いセラミックス
の表面を除去しやすい物質に変化させる砥粒と、その変
質層よりもやや硬い機械的除去砥石とを結合してなる複
合ラップ盤を用いて、前記セラミックスの表面を研磨す
ることにより、生成される変質層を前記機械的除去砥石
によって逐次強制的に除去するようにしたものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した特
開平４ー３３６９４９号公報で提案されている研磨方法
においては、相互に結合された複数の砥粒によって形成
された複合ラップ盤を用いて研磨を行っていることによ
り、姿勢が固定されている各砥粒によって研磨が行われ
るが、このような研磨であると、前記各砥粒は、セラミ
ックスに剪断力を与えながら研磨を行うこととなり、こ
の結果、各砥粒とセラミックスとの当たりがきつく、研
磨面の粗度が損なわれてしまうことが想定される。

【００１２】本発明は、前述した従来の問題点に鑑みて
なされたもので、セラミックスの表面にメカノケミカル
による研磨を施すとともに、この研磨によって生成され
る変質層の除去を確実に行い、かつ、より平滑度の高い
研磨面を形成することのできるセラミックスの研磨方法
を提供することを解決すべき課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
のセラミックスの研磨方法は、前述した課題を解決する
ために、セラミックスの被研磨面に砥粒を供給するとと
もに、この砥粒を前記被研磨面へ押し付けつつこれらを
相対移動させることにより、前記セラミックスの被研磨
面を研磨するようにしたセラミックスの研磨方法であっ
て、前記砥粒が、硬度の異なる複数の砥粒からなる混合
砥粒であることを特徴とする。

【００１４】本発明の請求項２に記載のセラミックスの
研磨方法は、請求項１において、前記混合砥粒が、前記
セラミックスよりも柔らかい砥粒と、この砥粒よりも硬
い砥粒とからなることを特徴としている。

【００１５】また、本発明の請求項３に記載のセラミッ
クスの研磨方法は、請求項１または請求項２において、
前記セラミックスが多結晶セラミックスであることを特
徴としている。

【００１６】さらに、本発明の請求項４に記載のセラミ
ックスの研磨方法は、請求項１または請求項２におい
て、前記セラミックスが単結晶セラミックスであること
を特徴としている。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て説明する。

【００１８】本実施形態に係わるセラミックスの研磨方
法は、セラミックスとこのセラミックスに対向配置され
たラップ板との間に、硬度の異なる複数の砥粒からなる
混合砥粒を、湿式あるいは適宜のラップ液とともに供給
し、この混合砥粒を前記ラップ板によってセラミックス
に所定圧力で圧接させるとともに、前記ラップ板とセラ
ミックスとを相対移動させることによって、前記混合砥
粒とセラミックスとの間に摩擦を生じさせ、このときの
摩擦エネルギによって、混合砥粒中の柔らかい砥粒とセ
ラミックスとの固相反応を生じさせて、セラミックスの
研磨を行う。

【００１９】そして、この固相反応による生成物は、混
合砥粒中の硬い砥粒によって前記セラミックスの被研磨
面から剥離されて、この被研磨面の外部へ排出される。

【００２０】これによって、セラミックスの被研磨面に
常に新しい面を露出させた状態で前記固相反応が行わ
れ、安定しかつ均一な研磨が行われる。

【００２１】ここで、前記セラミックスが単結晶の場合
においては、被研磨面のほぼ前面に亙って、前記柔らか
い砥粒との固相反応による研磨が行われるが、前記セラ
ミックスが多結晶の場合においては、研磨の進行に伴な
って被研磨面に結晶粒塊が現れ、前述した固相反応が不
均一になるとともに、前記結晶粒塊の部位が突出させら
れる現象が生じるが、突出させられるこの結晶粒塊が、
前述した固相反応と合わせて前記混合砥粒中に混合され
ている硬い砥粒によって研磨されることにより、前記被
研磨面が平滑化される。

【００２２】したがって、本実施形態のセラミックスの
研磨方法によれば、単結晶・多結晶を問わず滑らかな被
研磨面が得られる。

【００２３】これは、前述した固相反応による研磨精度
の高さに加えて、各砥粒が遊離状態で研磨に供されるこ
とから、セラミックスの被研磨面に対し、当たりの柔ら
かな研磨が行われることによるものと考えられる。

【００２４】そして、前記柔らかい砥粒としては、平均
粒径が０．００３μｍ〜０．５μｍ未満のシリカ（Ｓｉ
Ｏ₂ ）が用いられ、また、前記硬い砥粒としては、平均
粒径が０．００５μｍ〜１μｍ以下の、アルミナ（Ａｌ
₂ Ｏ₃ ）、マグネシア（ＭｇＯ）、酸化セリウム（Ｃｅ
Ｏ₂ ）、あるいは、ジルコニア（ＺｒＯ₂ ）の１種また
は２種以上の混合体が用いられ、研磨するセラミックス
の種類に応じて適宜選択される。さらに、前記柔らかい
砥粒と硬い砥粒との混合比は、１０：１〜１：１０の範
囲が好適に用いられる。

【００２５】

【実施例】ついで、本発明の第１実施例について説明す
る。柔らかい砥粒として、平均粒径が０．０８μｍのシ
リカ（ＳｉＯ₂ ）を用い、また、硬い砥粒として、平均
粒径が０．０１μｍのマグネシア（ＭｇＯ）を用い、こ
れらを、シリカ：マグネシア＝２：１の混合比で混合し
た後に、ラップ液とともに多結晶セラミックスおよび単
結晶セラミックスのそれぞれの被研磨面へ供給し、直径
３００ｍｍのラップ板により前記混合砥粒を前記セラミ
ックスの被研磨面へ荷重０．００８Ｋｇ／ｃｍ² 〜０．
２４Ｋｇ／ｃｍ² で押し付けつつ、前記ラップ板を回転
させながら平均外周速度４７０ｍｍ／ｓで移動させるこ
とによって、前記セラミックスの被研磨面の研磨を行っ
た。

【００２６】このような研磨の開始から１０分後と２０
分後における多結晶セラミックスの被研磨面の粗さを測
定し、その結果を図３（ａ）および図３（ｂ）に示し、
また、単結晶セラミックスの被研磨面の粗さを測定し、
その結果を図４（ａ）に示し、さらに、研磨後の単結晶
セラミックスの被研磨面にエッチングを施し、このエッ
チング処理後の被研磨面の粗さを測定し、その結果を図
４（ｂ）に示す。

【００２７】図３の結果から明らかなように、多結晶セ
ラミックスの、研磨開始１０分後における表面粗さが最
大０．００８μｍで、また、研磨開始３０分後における
表面粗さが最大０．００７μｍで、ともにうねりのない
高精度の鏡面が得られており、かつ、研磨時間の経過に
よってもうねりの発生が見られないばかりでなく表面粗
さが漸次減少させられている。

【００２８】したがって、本実施例の研磨方法では、多
結晶セラミックスの研磨において、うねりがなくかつ表
面粗さがきわめて小さい高精度の鏡面が得られるととも
に、研磨時間の経過によって研磨精度が低下するような
こともない。

【００２９】そして、従来の多結晶セラミックスに対す
る研磨方法においては、最大の研磨精度が得られる研磨
時間が決まっていて、この最大の研磨精度を得るため
に、研磨時間を高精度に管理する必要があるが、本発明
においては、所望の研磨精度が得られる研磨時間を経過
した後の任意の時期に研磨操作を完了する、といった簡
便な管理によって高精度の被研磨面を得ることが可能で
ある。

【００３０】また、図４（ａ）から明らかなように、単
結晶セラミックスの研磨においても、その被研磨面の粗
さが最大０．００６μｍときわめて小さく、かつ、うね
りのない高精度の鏡面が形成されている。

【００３１】さらに、図４（ｂ）に示されるように、研
磨後のエッチング処理によっても、その被研磨面の粗さ
の変化が均一に生じて高精度の鏡面が維持されており、
固相反応による生成物の除去が効率よく行われているこ
とが窺える。

【００３２】したがって、製品への加工時等にエッチン
グ処理を必要とする場合においても、その鏡面状態の変
化が抑制される。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
に係わるセラミックスの研磨方法によれば、硬度の異な
る複数の砥粒によって構成された混合砥粒を用いてセラ
ミックスの表面を研磨することにより、柔らかい砥粒と
セラミックスとの固相反応によってこのセラミックスの
被研磨面を研磨するとともに、固相反応の生成物を硬い
砥粒によって除去して常に新しい表面を露出させつつ前
記固相反応による研磨を行うことにより、高精度の研磨
を行うことができる。

【００３４】また、前記混合砥粒を前記セラミックス表
面に遊離状態で供給して研磨することにより、セラミッ
クスと砥粒との当たりを柔らかくして、被研磨面の精度
を一層向上させることができる。

【００３５】本発明の請求項２に係わるセラミックスの
研磨方法によれば、混合砥粒の柔らかい砥粒をセラミッ
クスよりも柔らかくすることにより、セラミックスとの
固相反応を円滑に生じさせ、セラミックスの研磨を円滑
に行うことができる。

【００３６】また、本発明の請求項３に係わるセラミッ
クスの研磨方法によれば、請求項１あるいは請求項２の
研磨方法を、多結晶セラミックスに適用することによ
り、うねりがなくかつ表面粗さがきわめて小さい高精度
の鏡面を得ることができるとともに、研磨時間の経過に
よって研磨精度が低下することを防止して、研磨処理の
管理を簡素化することができる。

【００３７】さらに、本発明の請求項４に係わるセラミ
ックスの研磨方法によれば、請求項１あるいは請求項２
の研磨方法を、単結晶セラミックスに適用することによ
り、固相反応による生成物の除去を確実に行って、エッ
チング処理や熱処理等を伴う加工においても、被研磨面
の粗度の変化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の研磨方法によって研磨された多結晶セラ
ミックスの被研磨面の状態を示す拡大図である。

【図２】従来の研磨方法によって研磨された単結晶セラ
ミックスの被研磨面の状態を示す拡大図である。

【図３】本発明の一実施形態の研磨方法によって研磨さ
れた多結晶セラミックスの被研磨面の状態を示す拡大図
である。

【図４】本発明の一実施形態の研磨方法によって研磨さ
れた単結晶セラミックスの被研磨面の状態を示す拡大図
である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックスの被研磨面に砥粒を供給す
   るとともに、この砥粒を前記被研磨面へ押し付けつつこ
   れらを相対移動させることにより、前記セラミックスの
   被研磨面を研磨するようにしたセラミックスの研磨方法
   であって、前記砥粒が、硬度の異なる複数の砥粒からな
   る混合砥粒であることを特徴とするセラミックスの研磨
   方法。
2. 【請求項２】 前記混合砥粒が、前記セラミックスより
   も柔らかい砥粒と、この砥粒よりも硬い砥粒とからなる
   ことを特徴とする請求項１に記載のセラミックスの研磨
   方法。
3. 【請求項３】 前記セラミックスが多結晶セラミックス
   であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
   のセラミックスの研磨方法。
4. 【請求項４】 前記セラミックスが単結晶セラミックス
   であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
   のセラミックスの研磨方法。