JPH10504495A - ダイアモンド状コーティング層を有する研磨物品およびその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、少なくとも１つの主要表面を有するシート状基材；該基材の少なくとも１つの主要表面に接着した、複数の研磨粒子と有機バインダー媒体を含む研磨コーティング；およびダイアモンド状のカーボンフィルムを含む硬質カーボンコーティング層を含んで成る研磨物品を提供する。被覆研磨物品中の硬質カーボンコーティング層は、トップコートとしても、あるいは研磨コーティングと、有機バインダー層をベースとする被覆層の間に位置するようにも提供できる。本発明は、研磨物品の作製方法にも関する。

Description

【発明の詳細な説明】 ダイアモンド状コーティング層を有する研磨物品およびその方法 発明の背景 １.発明の分野 本発明は、ダイアモンド状カーボンコーティング層を有する改良された研磨物 品に関する。 ２.関連技術の説明 米国特許第３,５０８,８９０号公報［フォンタネラ(Fontanella)］の記載のよ うに、研磨粒子を被覆研磨物品のメイクコートに適用した後で、１つまたはそれ 以上の酸化物形成性金属層あるいは金属酸化物層を研磨粒子の表面に形成するこ とにより、被覆研磨物品の湿潤または潤滑研磨性能を改良することが提唱されて いる。金属は、通常、空気中で加熱されると、金属酸化物に転化する。金属酸化 物の第２および第３の層は、場合によって被覆されることがある。通常、比較的 厚い１５００〜１０,０００Åの金属酸化物層は、サイズコートとして機能する 。プロセスは、好ましくは真空蒸着を介して行われる。また、米国特許第３,９ ９２,１７８号公報［マルコー（Markoo）ら］にも、供給中に研磨物品中に蓄積 し得る静電気を放散する為に用いられる導電層として、可撓性研磨物品上にグラ ファイト外層を形成することが記載されている。 ダイアモンド前駆体物質を蒸気相から連続フィルムとして基材表面上に凝縮し た多結晶質ダイアモンドフィルムで、基材材料を被覆することも、一般に知られ ている。カーボン相は、長い飛程の結晶ｓｐ³軌道を有する所望の準安定ダイア モンド状態を生成する既知の方法で、カーボン物質が、熱力学的により安定であ るが炭素ｓｐ²軌道の高い部分を有する望ましくない状態（すなわち、グラファ イト）をとらないように、形成中に制御される。 ダイアモンド状カーボンフィルム（通常、「ＤＬＣ」フィルムという。）は、 一般に、多結晶質ダイアモンドコーティングと同様の方法で製造され、かつ同様 の特性を有し得るコーティングであるが、類似のダイアモンドコーティングとは 異なるダイアモンド状カーボンコーティングは、結晶質というよりは非晶質であ る。ＤＬＣフィルムは、通常、研磨に関する優れた特性（例えば、低い表面摩擦 および高い硬度）も有している。天然に存在する結晶質ダイアモンドは、通常、 局部四面体状に対称的におよび長い飛程の結晶秩序を維持して整列した、炭素の ｓｐ³軌道のネットワークから形成されている。しかしながら、非晶質ダイアモ ンド状カーボン、または略して「ＤＬＣ」は、四面体状のｓｐ³軌道と６角形の 炭素ｓｐ²軌道の間のランダムな交互配列を有している。さらに、ＤＬＣ中の上 記の軌道の長い飛程秩序は検出されていない（Ｔ.Ｅ.Ｍ.（透過型電子顕微鏡） 測定は、長い飛程秩序について、上限を５０Åとみなしている。）。 炭素発生源の起源と堆積方法に依存して、一般には、２つの既知の分類のダイ アモンド状非晶質カーボンフィルムが物品に上に堆積され得る。水素化ＤＬＣフ ィルムは、例えばプラズマ堆積される炭化水素発生源（例えば、ＣＨ₄）から得 られるが、非水素化ＤＬＣフィルムは、固体カーボン（例えば、グラファイト） から得られる。水素化ＤＬＣフィルムは、マトリックス内に約０.２〜０.６原子 分率の水素を有する炭素マトリックスを含む分子セグメント（Ｃ−Ｈ）から構成 されている。プラズマ堆積した非晶質水素化カーボンは、典型的に、密度約２. ０ｇ／ｃｃおよび硬度約１０〜４０ＧＰａを有する。 他方、非水素化ＤＬＣフィルムは、四面体および６角形の結合の無秩序な配列 を有する。非水素化ＤＬＣフィルムは、本質的に、ほとんどまたは全く水素を含 まない純粋な炭素から、好ましくはイオン分率が好ましくは５０％以上の高イオ ン化された発生源から製造される。その水素化対象品のような非水素化ダイアモ ンド状カーボンは、長飛程の秩序を有しないが、純粋な炭素ｓｐ³結合もほとん ど有しない。ｓｐ³結合とｓｐ²結合の比は、材料の物理的特性を決定する。 ｓｐ³／ｓｐ²結合比は、電子エネルギー損失分光分析法（ＥＥＬＳ）によって 決定されるプラズマエネルギーから確定できる。プラズマエネルギーは、原子密 度の平方根に比例する。ダイアモンドは、グラファイトよりも大きな原子密度、 すなわちより大きなプラズマエネルギーを有する。多結晶質グラファイトは、Ｅ ＥＬＳでの測定により約２５エレクトロンボルト（ｅＶ）のプラズマエネルギー を有する。ダイアモンドのプラズマエネルギーは、約３３ｅＶである。非水素化 ダイアモンド状カーボンのプラズマエネルギーは、約２６〜３２ｅＶの間であり 、より高いプラズマエネルギーは、高いｓｐ³結合成分によると考えられる、よ り高い原子密度に対応する。非水素化非晶質ダイアモンド状カーボンコーティン グは、典型的に密度が約３.０ｇ／ｃｃおよび硬度が約１００ＧＰａであるが、 天然のダイアモンドは、典型的に密度が約３.５ｇ／ｃｃおよび硬度が約１００ ＧＰａである。 水素を含まない非結晶質ダイアモンド状カーボンコーティングは、陰極アーク プラズマ堆積を用いても製造でき、その方法は、高イオン化炭素プラズマ、高い 堆積速度を提供し、かつ入射イオン運動エネルギーと基材温度に応じて制御でき る。ｓｐ³／ｓｐ²結合比は、イオン分率および入射運動エネルギーに依存すると 考えられる。陰極アークプラズマ堆積は、別の方法よりも高いプラズマエネルギ ーを用いて、（すなわち、より高いｓｐ³／ｓｐ²結合比を得る）ダイアモンド状 カーボンコーティングを製造することができる。 陰極アーク放電は、高電力の発生源を、２つの十分に導電性の電極の間に接続 して、瞬間的に電極を、物理的にまたは別の放電により接触させると生じる。ア ークスポットは、電極が離れると、陰極表面上に形成する。上記の小さな発光領 域は、しばしば、非常に移動性であり、陰極表面上で迅速に動く。各スポットに 含まれる高い電流密度のために、陰極材料の迅速な沸騰が生じて、このプラズマ 材料は、局限化され、磁界を用いて移動されて、基材上に堆積され得る。各スポ ットでの電流密度は、１０⁶〜１０⁸アンペア／ｃｍ²に達することがあり、この ことが、大量に流れ出す蒸気のイオン化に寄与すると考えられている。 ダイアモンドやＤＬＣフィルムコーティングのより具体的な既知の研磨利用に 関する限り、様々な厚さのダイアモンドフィルムやダイアモンド状カーボンフィ ルムを個々の粗い研磨粒子上に塗布した後、研磨物品中で粒子を利用しようとす る多くの試みがなされた。 例えば、日本特許出願公開第６３−２８４２８５号公報（１９８８年１月２１ 日）では、化学気相堆積による、ダイアモンドの相で炭化ケイ素粒子を被覆して 、 粒子の摩耗耐性を高めている。炭化ケイ素は、好ましくは、寸法が５〜５０μｍ であり、コーティングは、好ましくは厚さ０.１〜５０μｍである。上記の公報 には、０.１μｍ未満のコーティングは、摩耗耐性が向上しないことが分かると 記載されている。日本特許出願公開第１−１１３４８５号公報（１９８９年５月 ２日）［現在、日本特許出願公告第６−２９４０１号公報（１９９４年４月２０ 日）となっている。］には、化学気相堆積法によるダイアモンドまたは立方晶窒 化ホウ素で被覆したアルミナ、ジルコニアもしくは炭化ケイ素の研磨粒子が記載 されている。研磨ホイール、切削用ブレードおよび仕上げ作業での用途のための 粒子が、記載されている。コーティングの厚さは、０.５〜１０μｍである。 しかしながら、個々の基材上での研磨粒子の表面上へのダイアモンドまたはダ イアモンド状カーボンコーティングの適用には、幾つかの不利益がある。特によ り小さな粒子寸法の研磨粒子は、比較的高い表面積を有する。さらに、上記のコ ーティングは、典型的に物理的気相堆積（ＰＶＤ）または化学気相堆積（ＣＶＤ ）によって適用され、そのような方法は、非常に高価である。典型的な堆積速度 と結び付いた広い表面積は、コーティング技術が指向性である傾向があることか ら、コーティングを粗い研磨粒子に塗布するのに要する、かなりの時間と費用を もたらす。さらに、粗い研磨粒子の表面積全体に均一なコーティングを得るのが 困難であることもある。 ダイアモンドフィルムおよびダイアモンド状カーボンフィルムはいずれも、電 気部品、ウエハー、光学レンズおよび切削用具のような非粒状物品用の表面コー ティングとして使用されている。例えば、米国特許第４,９８１,７１７号公報［ タラー（Thaler）］には、より大きな堆積物に加工すると、研磨コーティングと して優れかつ研磨ホイールに適した特定のダイアモンド状カーボンコーティング を形成することが記載されている。また、タラーは、記載した基材として金属や ガラスのような無機材料をコーティングすることのみを例示している。米国特許 第４,８４２,９３７号公報［メイヤー(Meyer)ら］では、研磨切削用具表面を、 連続したダイアモンド含有層で被覆して摩耗保護層を形成している。最上層がダ イアモンドフィルムで、それ以降の各層が、直前の層と異なるダイアモンド含量 を 有するように、一方を他方の一番上に化学気相堆積またはプラズマ堆積によって 多層を適用する。ニッケル、コバルトまたはグラファイトは、層内のバインダー 用材料として有用であると記載されている。 米国特許第４,９９２,０８２号公報［ドロール（Drawl）ら］には、非有機系 非樹脂状材料（例えば、遷移金属、遷移金属炭化物、ホウ素、炭化ホウ素ケイ素 、窒化ケイ素、および炭化ケイ素）であるとして記載されている中間の被覆用平 坦化層によって分離された、ＣＶＤダイアモンドまたはダイアモンド状カーボン 粒子の幾つかの層を有するダイアモンドまたはダイアモンド状カーボン被覆した 用具の形成が記載されている。 米国特許第４,９７４,３７３号公報［カワシマ(Kawashima)ら］には、研磨粒 子の単層を有する被覆研磨物品の作製が開示されている。研磨物品は、外側の用 具表面を保護するように、プラズマ合成または他の技術によって形成された薄膜 （例えば、硬質カーボン）で被覆され得る。プラズマ堆積した非晶質「水素化」 カーボン（すなわち、ｓｐ³結合分率がほんの３０〜６０％のもの）およびそれ の作製方法は、カワシマらの時代では既知であり、かつ入手可能であった。しか しながら、プラズマ堆積した非晶質水素化カーボンは、約１０〜４０ＧＰａの比 較的低い硬度を有している。 米国特許第５,４０１,５４３号公報［オニール（O'Neill）ら］および現在の 発明の譲渡人に譲渡されたものは、ダイアモンド状コーティングの作製方法、お よび陰極アークコーティング用の陰極材料としてガラス質グラファイトまたはガ ラス状カーボンを用いて作製された被覆物品（例えば、半導体）を教示している 。 被覆研磨物品の層としてのダイアモンド状カーボンの層の供給を報告した文献 は今までなかったと考えられる。 発明の要旨 本発明は、改良した切削特性を提供する研磨物品に関する。本発明の研磨物品 は、シート状の基材、有機バインダー材料内に少なくとも部分的に埋め込まれた 研磨粒子を含む研磨コーティング、およびダイアモンド状カーボン材料を含む硬 質カーボンコーティング層を包含する。 本発明は、 （ａ）少なくとも１つの主要表面を有するシート状構造の基材； （ｂ）該基材の少なくとも１つの主要表面に接着した、複数の研磨粒子および有 機バインダー媒体を含む研磨コーティング；および （ｃ）ダイアモンド状カーボンフィルムを含む硬質カーボンコーティング層 を含んで成る研磨物品を提供する。 更なる説明により、研磨物品は、基材（時々、裏地ともいう。）、および第１ 有機バインダー材料（通常、メイクコートと呼ばれる。）を包含する。このメイ クコートは、基材の表側の面（すなわち、研磨されるワークピースと向かい合わ せる研磨物品の面）にあり、研磨粒子はメイクコート内に埋め込まれて研磨コー ティングを形成している。第２の有機バインダー材料（通常、サイズコートとい う。）も含まれている。サイズコートは、研磨粒子を強化して、それをメイクコ ートに固定するのに役立つ。 本発明の一つの態様において、ダイアモンド状カーボン材料の硬質カーボンコ ーティング層は、研磨物品のサイズコート上の露出したトップコートとして位置 する、完全な付着層として提供される。 本発明の別の態様において、ダイアモンドカーボン材料の硬質カーボンコーテ ィング層は、本発明の研磨物品の研磨コーティング（すなわち、メイクコートお よび研磨粒子）と有機バインダーをベースとするサイズコート層の間に位置する 中間層である。ダイアモンド状カーボン材料の硬質カーボンコーティング層は、 研磨物品を構成する層間の中間層として用いると、（１）硬質カーボンコーティ ング層を、研磨コーティングの上部露出表面上に直接形成した後、有機バインダ ーをベースとするサイズコートを硬質カーボンコーティング層上に適用するよう に、または（２）有機バインダーをベースとするサイズコートを最初に研磨コー ティング上に堆積し、次に硬質カーボンコーティング層をその上に堆積した後、 有機バインダーをベースとするスーパーサイズコートを硬質カーボンコーティン グ層上に適用する別の配列のように、様々に配列され得る。 本発明のために、「ダイアモンド状カーボン」フィルム（場合により、ここで は、省略して「ＤＬＣ」と呼ぶ。）は、プラズマエネルギー２６ｅＶまたはそれ 以上を有する非晶質カーボンフィルムを包含することを意味する。更なる態様で は、本発明において考えられる「ＤＬＣ」非晶質カーボンフィルムのプラズマエ ネルギーは、２６〜３２ｅＶの間である。参照とし、多結晶質グラファイトのプ ラズマエネルギーは、約２５.５ｅＶであり；ダイアモンドのプラズマエネルギ ーは、約３２ｅＶであり；および非晶質「水素化」カーボンコーティングのプラ ズマエネルギーは、２４ｅＶ以下である。 ＤＬＣフィルムのプラズマエネルギーは、電子エネルギー損失分光分析法（Ｅ ＥＬＳ）を用いて決定される。プラズマエネルギーは、原子密度に比例する原子 価電子密度と比例することから、ＤＬＣフィルムの構造上の特性に関連している 。ＤＬＣフィルムのプラズマエネルギーは、２０００ｅＶの電子ビームをダイア モンド状カーボンフィルムに反射させる反射モードで測定されるが、ＤＬＣフィ ルムが、基材から剥がれてはならない。入射ビームの一部は、プラズマを高める ことによってエネルギーを失う。測定されたエネルギー損失が、プラズマエネル ギーである。 本発明のために、ダイアモンド状カーボン（ＤＬＣ）層に関して使用される「 フィルム」とは、厚さが平均値２０％以内の均一性を有する、平均厚さ５０μｍ 未満の画一的な層を意味する。本発明のために、「完全な」は、ダイアモンド状 層が本質的に完全であることを表すものとする。本発明のために、「付着」とは 、硬質コーティングが、中に研磨粒子を含んでいても含まなくても、有機バイン ダー媒体の表面に、実質上密に接着していることを表す。 研磨物品内のダイアモンド状カーボンの硬質カーボンコーティング層をトップ コートまたは中間層として供給することによって本発明において達成される利点 は、本発明に用いられる硬質カーボンコーティング層を欠く研磨物品に比べて、 切削速度および合計切削量が向上することである。 本発明のために、基材は、「シート形態」であるかまたは「シート状」である こと（いずれも、基材が、広く平坦な連続表面を有する比較的薄い材料であるこ とを意味する。）を特徴とする。 本発明の研磨物品の研磨コーティングは、幾つかの異なる手段で形成され得る 。この点で、研磨コーティングは、被覆研磨物品、ラップ研磨物品または構造化 研磨物品を提供するために形成され得る。例えば、研磨コーティングは、研磨粒 子を、予め塗布したメイクコート上に堆積して、その中に部分的に埋め込まれた 位置で接着的に固定する被覆研磨物品スキームにおいて提供され得る。あるいは 、研磨コーティングは、有機バインダー媒体と複数の研磨粒子の予備混合した研 磨スラリーから、該スラリーを研磨物品の基材上に塗布することによって適用す る前に形成され得る。ラップ研磨物品スキームにおいて、研磨スラリーは、基材 上にコーティングとして形成される。このコーティングは、平滑であっても、関 連した表面模様（associated texture）を有していてもよい。ラップ研磨物品の ために、研磨スラリーは、基材の表面から外に突出した立体的な微細構造には形 成されない。あるいは、研磨スラリーは、立体的な表面構造を形づくって、いわ ゆる構造化研磨物品を形成することができる。特に、本発明のために、「構造化 研磨物品」とは、複数の成型した研磨コンポジット（研磨物品の基材の表面から 外側に突出する、予め決定された立体的な形状を有している、バインダー中に分 布した研磨粒子を含む各コンポジット）を整列させて裏地に堆積した研磨物品を 意味する。 本発明の研磨物品は、常套の形状（例えば、エンドレスベルト、ディスク、テ ープ、またはシート）で使用できる。研磨物品の研磨粒子は、既知の種類の研磨 粒子であり得るが、好ましくはアルミナ系研磨粒子である。 本発明のもう一つの態様には、 （ａ）有機バインダー媒体および複数の研磨粒子を含む、露出した研磨表面を有 研磨層を提供すること；および （ｂ）前記研磨表面にダイアモンド状カーボンコーティングを塗布すること 工程を含んで成る前記の研磨物品を作製する方法がある。 本発明の前記研磨物品を作製する、ある好ましい方法において、方法は、 （ａ）少なくとも１つの主要表面を有するシート状構造の基材を提供すること； （ｂ）前記基材の少なくとも１つの主要表面上に、複数の研磨粒子および有機バ インダー媒体を含む研磨コーティングを形成すること； （ｃ）炭素陰極に、該陰極を構成する炭素成分のプラズマを形成するのに十分な 電流を加えること； （ｄ）プラズマを陽極からの進行方向に向けること； （ｅ）進路内の前記研磨コーティングを、有機バインダー媒体の事実上の分解を 避けるのに有効な十分に低い温度に保持することによって、ダイアモンド状カー ボンフィルムを前記研磨コーティング上に形成すること；および （ｆ）ダイアモンド状カーボンフィルムの平均厚さが少なくとも約１００Åに達 した後、工程ｃ〜ｅを停止すること の工程を含んで成る。 本発明のこの方法のもう一つの態様では、ダイアモンド状カーボン物質の硬質 カーボンコーティング層を、さらに塗布して、有機バインダー媒体を含む少なく とも１つのサイズコート層で被覆する。あるいは、硬質カーボンコーティング層 は、未被覆のまま、研磨物品の最上部またはトップコートとして露出させておき 、最後には、本発明の研磨物品によって実施される摩砕および／または表面研磨 のために供給される。 本発明の他の特徴、利点および構造は、以下の図面の説明および本発明の好ま しい実施態様からより十分に理解されよう。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の研磨物品のセグメントの拡大断面図である。 図２は、本発明のもう一つの態様の研磨物品のセグメントの拡大断面図である 。 図３は、本発明のさらにもう一つの態様の研磨物品のセグメントの拡大断面図 である。 図４は、本発明の別の態様の研磨物品のセグメントの拡大断面図である。 好ましい態様の詳細な説明 本発明は、有機バインダー材料中に少なくとも部分的に埋め込まれた研磨粒子 を含んで成る研磨コーティングと、ダイアモンド状カーボン材料から成る硬質カ ーボンコーティング層を含む、シート状の基材を有する研磨物品に関する。硬質 カーボンコーティング層は、トップコートかまたはその中間層のいずれかとして 配置できる。例えば、研磨物品は、改良された切削性能を提供する。 図によれは、図１は、本発明のある種の研磨物品（すなわち、本発明の被覆研 磨物品）の代表的なセグメントの断面図である。図１において、研磨物品１０は 、基材（裏地）１２上のメイクコート１４と、研磨コーティングを形成する既知 の方法で完全に乾燥または硬化する前に、メイクコート１４中に堆積された研磨 粒子１５を含んでいる。研磨コーティングは、メイクコート１４と研磨粒子１５ から形成される。ダイアモンドカーボン材料の硬質カーボンコーティング層１６ は、メイクコート１４と研磨粒子１５の上に堆積されている。硬質カーボンコー ティング層１６は、サイズコート１８で被覆されている。場合により、有機バイ ンダー媒体を含むスーパーサイズコートを、サイズコート１８上に形成すること ができる。いずれにしても、ダイアモンド状カーボンの硬質コーティング１６が 、メイクコート１４と研磨粒子１５の上でかつサイズコート１８の下に形成され ることから、硬質カーボンコーティング層１６は、中間層であって、トップコー トではない。この配列の利点としては、例えば、１）ＤＬＣを研磨コーティング 層に塗布するのに要する時間が、個別の粒子の全表面積に塗布する時間よりも少 ないこと；２）研磨粒子と隣接するコーティングＤＬＣが、有利な研磨性能を提 供すること；および３）研磨粒子の底部（通常、粉砕時には関与しない。）をＤ ＬＣコーティングする必要がないことが挙げられる。 メイクコートは、（基材のプレサイズまたは処理を除いて）直接基材上に塗布 するバインダーの層である。研磨粒子をメイクコート上および中に堆積させて、 研磨コーティングを形成する。次に、サイズコートを研磨粒子上に塗布する。好 ましくは、サイズコートは、流動可能なまたは液体状態の間に塗布した後、凝固 させる。任意のスーパーサイズコート（研磨剤または非充填用添加剤をしばしば 含んで成る有機樹脂媒体）を、サイズコート上に塗布することができる。 図２は、本発明のもう一つの態様の研磨物品のセグメント断面図であって、ダ イアモンド状カーボンフィルムが、被覆研磨物品の作業面上の層間の中間層とし て異なる配列で適用されている。研磨物品２０は、基材または裏地２２を有する 。 メイクコート２４を裏地２２に塗布した後、研磨粒子２５をその中に部分的に埋 め込んだ状態で堆積させて、研磨コーティングを形成する。サイズコート２６を メイクコート２４と研磨粒子２５の上に塗布する。ダイアモンド状カーボンフィ ルムの硬質カーボンコーティング層２８をサイズコート２６上に塗布する。硬質 カーボンコーティング層２８をスーパーサイズコート２９で被覆する。研磨物品 中に別々のＤＬＣコーティングを形成すること（例えば、ＤＬＣフィルムを各研 磨コーティング上、さらにはサイズおよびスーパーサイズコートの上に形成する こと）も、本発明の範疇である。 図３は、ＤＬＣコーティングが、トップコートおよび被覆研磨物品の作業面の 最上表面として提供された、本発明の異なる態様の研磨物品（本態様のラップ研 磨物品である。）のセグメント断面図である。研磨物品３０は、可撓性裏地３２ を有している。研磨粒子３５とバインダー３６を含む研磨コーティング３４を、 裏地３２上に塗布する。ダイアモンドカーボンフィルムの硬質カーボンコーティ ング層３８を、研磨コーティング３４の上に塗布する。硬質カーボンコーティン グ層３８は、未被覆で露出したままにしておく。この配列の利点は、（トップコ ートとしての）ＤＬＣコーティングが、ＤＬＣコーティングが常套のサイズコー トよりもクラックや割れが生じる難いことから、被覆研磨構造の耐久性をより高 めることができることである。 図４は、ＤＬＣコーティングフィルムがトップコートおよび被覆研磨物品の作 業面の最上表面として提供された、本発明の別の態様の研磨物品（本態様では、 構造化研磨物品である。）のセグメント断面図である。研磨物品４０は、可撓性 裏地４２を有している。裏地４２は、バインダー４４中に分散させた複数の研磨 粒子４５を含んで成る複数の研磨コンポジット４６を有している。コンポジット ４６は、その外側表面プロファイルまたは輪郭によって立体形状を表す外側表面 ４７を有している。形状は、米国特許第５,１５２,９１７号公報［ピーパー（Pi eper）ら］、同第５,３０４,２２３号公報（ピーパーら）、および米国特許出願 第０８／００４,９２９号公報［スパージオン（Spurgeon）ら、１９９３年１月 １４日出願］、並びに国際特許出願公開第９５／０７７９７号公報に記載されて いるような既知の技術によって、別々に単離した形状にまたは研磨材料の稜線に 作製できる。その後、ダイアモンド状カーボンフィルムの硬質カーボンコーティ ング層４８を、研磨コンポジット４６上に塗布する。硬質カーボンコーティング 層４８は、未被覆で露出されたままにしておく。 図１〜４の態様で様々に例示したようなバインダー、メイクコート、サイズコ ート、およびスーパーサイズコートは、好ましくは有機の熱硬化性ポリマーをベ ースとすることが一般には好ましいが、熱可塑性バインダーも使用できる。硬質カーボンコーティング層：ＤＬＣフィルム ダイアモンド状カーボンフィルム（ここでは、場合により、省略して「ＤＬＣ 」ともいう。）は、プラズマエネルギー２６ｅＶまたはそれ以上を有する非晶質 カーボンフィルムを包含することを意味する。本発明のＤＬＣフィルムのプラズ マエネルギーは、一般に、２６〜３０ｅＶの範囲にあり、典型的な陰極アーク堆 積したＤＬＣ材料である。ＤＬＣフィルムのプラズマエネルギーは、電子エネル ギー損失分光分析法（ＥＥＬＳ）を用いて決定する。上記で説明したように、プ ラズマエネルギーは、原子密度に比例する原子価電子密度と比例することから、 ＤＬＣフィルムの構造特性に関連している。ＤＬＣフィルムのプラズマエネルギ ーは、ビームエネルギー約２０００ｅＶを用いた反射モードで測定するが、ＤＬ Ｃフィルムが基材から剥がれてはならない。 本発明における硬質カーボンコーティング層またはダイアモンド状カーボン材 料のフィルムの平均厚さは、通常、５０μｍ未満、好ましくは１０μｍ未満、特 に１μｍ未満、もっともも好ましくは１００〜５０００Åの範囲である。約５０ ００Åを超えるＤＬＣフィルム厚は、作製費用が比較的高価となる、また非常に 脆くなって接着性を欠くことから、すべての場合に好ましいとは限らない。他方 、１００Å以下のＤＬＣ厚は、求められている高い切削性能を与えるほど十分に 厚くないので、すべての場合に好ましい訳ではない。 硬質カーボンコーティング層の数は、１つから複数まで、特に制限することな く変化できる。すなわち、被覆研磨物品を構築する層間に、その中で別々の一で 、１つ以上の硬質カーボンコーティング層を提供することが可能である。例えば 、 ＤＬＣ材料のいくつかの別々の層を、研磨コーティング、サイズコーティング、 および／またはスーパーサイズコーティングの上に様々に形成することができる 。 所望の厚さを得るためのコーティング時間は、約１０秒〜約１０時間の範囲で あり、陰極アークプラズマ堆積を用いると、通常、約３０秒〜約１０分の間であ り得る。反応室雰囲気、炭素発生源、および出力を制御して、陰極アークコーテ ィング分野の当業者に理解されている方法で、コーティング時間を調節する。 水素化もしくは非水素化種のいずれかのダイアモンド状カーボンフィルムを作 製する他の方法としては、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ付随ＣＶＤ、イオ ンビーム、レーザーアブレーション、ＲＦプラズマ、超音波、アーク放電、およ び陰極アークプラズマ堆積のような一般に既知の技術が挙げられる。 一つの好ましい態様では、陰極アークコーターを使用して、本発明のダイアモ ンド状カーボンフィルムを堆積する。陰極アークコーターは、陰極と被覆する物 品の間の距離が約９０ｃｍとした水平型構造物である。しかしながら、ここに記 載した適した測定を行って、形成したおよび形成しつつあるダイアモンド状カー ボンフィルムがグラファイト化しないように研磨物品の温度上昇を十分に抑制し ている限り、５〜５００ｃｍの範囲の距離が、陰極と塗布する物品の間で実行可 能である。アーク発生源と試料物品との間の比較的大きな間隔は、ＤＬＣ形成を 誘導する温度で、さらには通常、ダイアモンドコーティングが経験したり使用さ れる温度よりも低い温度で、ダイアモンド状カーボンコーティングを堆積させる 。距離は、米国特許第５,４０１,５４３号公報に記載されているように、任意の マクロ粒子フィルターを用いることもできる。さらには、通常は中央に位置する ホルダーを、本発明の実施では、ホルダーの外側部分をプラズマで覆うようにプ ラズマの中心から偏らせる回転式ホルダーに好ましくは置き換える。ホルダー上 にディスクを置いてディスクを回転させることによって、ディスクの外周２イン チ（５ｃｍ）をプラズマ領域の中心に曝露することができ、結果として、ディス クの外周表面（研磨）部分を均一にコーティングすることが可能である。研磨コ ーティングのある領域または一部のみを塗布することも、本発明の範疇である。 例えば、被覆研磨ディスクにおいて、外周数ｃｍのみを被覆することができる。 ダイアモンド状カーボンフィルムを製造するために、陰極アークコーターは、 陰極材料として炭素発生源を有している。陰極材料として有用な様々な材料とし ては、熱分解グラファイト、非晶質カーボン、グラファイト、およびガラス質カ ーボンが挙げられる。コーティング手順は、通常、真空下（通常、１０^-4torr未 満）で行われる。残留気体原子は、大気（窒素および酸素）または不活性ガスの いずれかであり得る。 研磨物品の研磨コーティングは、ダイアモンド状カーボンフィルムでのコーテ ィング前に、上に堆積するＤＬＣコーティングフィルムの接着性を妨げるかもし れない、残留分子または原子破片を洗浄して洗い落とすことによって、前処理さ れることが好ましい。ＤＬＣコーティング前またはコーティング中の研磨物品の 洗浄は、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、キセノン、または周期表の第８族元 素から誘導されるイオンから成るような不活性プラズマもしくはイオンビームで 達成され得る。コストと入手性の面から、除去プラズマとしてはアルゴンが好ま しい。 ダイアモンド状カーボン材料の硬質カーボンコーティング層は、有機バインダ ー層を実質上分解、崩壊または悪化しないように、研磨物品上に適用される。す なわち、硬質カーボンコーティング層の適用中に、過熱への曝露によって、上記 の有機バインダーを分解するかまたは悪影響を与えないように注意をしなければ ならない。従って、硬質カーボンコーティング層の塗布中に、過熱が生じないよ うに注意を払わなければならない。さらに重要なことには、過熱は、ダイアモン ド状カーボン材料の望ましいグラファイト化を引き起こすことがある。したがっ て、ダイアモンド状カーボンフィルムの形成中に生じる研磨物品の温度上昇を抑 制するために、堆積過程は、約５〜１２０秒の冷却期間を挟んで、限定された期 間（例えば、約５〜３０秒）の断続的なパルスで行うことができる。一般的な要 求として、研磨物品の温度は、ダイアモンド状カーボンフィルムの形成中ずっと 、（１）メイクコート、および／またはサイズコート、および／またはスーパー サイズコートの全てに損傷を与えないように、並びに（２）ダイアモンド状カー ボンフィルム自体がグラファイト化しないように、約２００℃以下に保持されな け ればならない。均一なコーティングを確実にするために、２つのソレノイド（直 径約２５.４ｃｍ）を、反応室の長さ方向に沿って配置し、陰極表面で生成され たプラズマを陰極から離して、研磨物品に向かって移動させる。上記のコイルを 通じて流れる０〜３０Ａの間の直流は、プラズマを方向付けるのには十分である が、高い線束密度によって試料に損傷を与えるほど大きくない、１５０ガウスま での軸方向磁界を提供する。研磨物品 研磨物品は、典型的に、複数の研磨粒子とバインダーを含んでなる。被覆研磨 材において、バインダーは、研磨粒子を裏地に付着させる。研磨物品を提供する 通常の方法は、樹脂状有機メイクコートを基材上に塗布し、既知の技術（例えば 、静電塗布、磁性塗布、または滴下塗布）によって研磨粒子をメイクコート上に 適用し、メイクコーティングを少なくとも部分的に硬化し、樹脂状サイズコート を研磨粒子上に塗布し、硬化し、および場合により樹脂状スーパーサイズコート をサイズコート上に塗布することである。次いで、物品を再度加熱して、全ての 樹脂層を総体的に硬化することができる。当業者は、適した材料、並びに研磨コ ーティングおよびサイズコートを形成するこのプロセスを実施する方法には詳し いであろう。本発明では、ダイアモンド状カーボン材料の硬質カーボンコーティ ング層を適する前に、物品上に既に存在する樹脂層を、硬質カーボンコーティン グ層の提供中に、樹脂層の強度を維持する程度に十分に硬化することが好ましい ことが分かった。しかしながら、ダイアモンド状カーボンフィルムを適用した後 、樹脂層をさらに硬化し得ることは、本発明の範疇である。 基材は、裏地処理（例えば、プライマー、プレサイズ、バックサイズ、および ／または含浸剤）を含んでいてよい。あるいは、基材は、裏地処理がなくてもよ い。 様々な層を含む本発明の被覆研磨物品を作製する方法のより詳細な説明を、以 下に示す。一般に、被覆研磨材は、メイクおよびサイズコートを有するが、他の 層またはコートは任意である。第一に、基材を含浸コート前駆体を用い、通常の 技術（例えば、ディップ塗布、ロール塗布、粉体塗布、またはホットメルト塗布 ） で含浸することができる。含浸コート前駆体、バックサイズコート前駆体、プレ サイズコート前駆体、メイクコート前駆体、サイズコート前駆体、およびスーパ ーサイズコート前駆体は、コートが、次のコートを塗布する前に、触ってつかな くなる程度に乾燥するように、少なくとも乾燥または部分的に硬化させる。上記 のコートは、次のコートを塗布する前に、十分に硬化され得る。最後のコートを 塗布した後、所望により、残りの部分硬化したコートを完全に硬化する。含浸コ ートを塗布した後、バックサイズまたはプレサイズコート前駆体を、常套の技術 （例えば、ロール塗布、ダイ塗布、粉体塗布、ホットメルト塗布、またはナイフ 塗布）により塗布する。メイクコート前駆体を、常套の技術（例えば、噴霧塗布 、ロール塗布、ダイ塗布、粉体塗布、ホットメルト塗布、またはナイフ塗布）に より任意のプレサイズ上に塗布する。乾燥または部分硬化工程前に、研磨粒子を メイクコート前駆体中に突出させる。典型的には、静電塗布プロセスによって研 磨粒子を突出させるが、それは、滴下塗布または磁性塗布することもできる。次 に、サイズコート前駆体を、常套の技術により研磨粒子上に塗布する。スーパー サイズコート前駆体を、常套の技術によりサイズコート上に塗布する。最後に、 被覆研磨材を、その後さらに硬化、給湿、または所望により屈曲することができ る。上述のように、ＤＬＣコーティングを、メイクおよび／またはサイズコート のいずれかの上に塗布する。 研磨物品は、ラップ研磨材として知られる、スラリー塗布した研磨物品であり 得る。上記で説明したように、ラップ研磨材において、研磨粒子と樹脂状接着性 バインダーを含む研磨スラリーを、基材の少なくとも１つの面上に塗布する。こ の研磨コーティングは、表面模様が付いているかまたは平滑であり得る。好まし い基材は、プライマーを含有するポリエステルテレフタレートフィルムのような ポリマーフィルムである。この塗布は、噴霧、ロール塗布、滴下塗布、ディップ 塗布、またはナイフ塗布によって達成され得る。塗布プロセス後、樹脂状接着剤 を、エネルギー源に曝露させて固める。ある塗布条件下では、ベナード・セル（ Benard cells）として知られるパターンが、スラリー塗布した研磨材中に生じる ことがある。 構造化研磨物品を作製するもう一つの方法は、譲渡人の米国特許第５,１５２, ９１７号公報（ピーパーら）、同第５,３０４,２２３号公報（ピーパーら）、お よび同第５,４３５,８１６号公報に記載されている。一つの方法は、１）研磨ス ラリーを、特定のパターンを有する製造用具上に導入すること；２）スラリーが 裏地の１つの主要表面を濡らして中間物品を形成するように、裏地を製造用具の 外側表面に導入すること；３）中間物品が製造用具の外側表面から外れて構造化 被覆研磨物品を形成する前に、樹脂状接着剤を少なくとも部分的に硬化またはゲ ル化すること；および４）被覆研磨物品を製造用具から取り外すことを伴う。も う一つの方法は、１）スラリーが裏地の表側の面を濡らして中間物品を形成する ように、研磨スラリーを裏地上に導入すること；２）中間物品を、特定のパター ンを有する製造用具上に導入すること；３）中間物品が製造用具の外側表面から 外れて構造化被覆研磨物品を形成する前に、樹脂状接着剤を少なくとも部分的に 硬化またはゲル化すること；および４）構造化被覆研磨物品を製造用具から取り 外すことを伴う。製造用具が透明材料（例えば、ポリプロピレンまたはポリエチ レン熱可塑性材料）から成る場合、製造（用具）を介して、研磨スラリーに可視 光または紫外線光を透過して、樹脂状接着剤を硬化することができる。あるいは 、被覆研磨裏地が可視光または紫外線光に透明であれば、被覆研磨裏地を介して 可視光または紫外線光を透過することができる。この２つの方法では、得られる 固化した研磨スラリーまたは研磨コンポジットが、製造用具とは逆のパターンを 有するであろう。製造用具と接触させながら、バインダー前駆体を少なくとも部 分的に硬化または固化することにより、研磨コンポジットは、一般にプレサイズ および予め決められたパターンを有する。さらに、樹脂用接着剤を固化または硬 化してしまって製造用具から外すことができる。 本発明の研磨物品は、エンドレスベルト、シート、ディスク、テープ、ロール 等の形状であり得る。研磨物品は、硬質コーティングの層の形成前に、その所望 の形状および寸法に転化できる。あるいは、物品を最終形状に転化する前に、Ｄ ＬＣの硬質カーボンコーティング層を塗布することができる。研磨粒子 本発明に有用な研磨粒子は、当業者に既知の物品であり得る。研磨粒子は、典 型的には、粒子寸法が約０.１〜約１５００μｍの範囲、通常、約１００〜約１ ３００μｍである。研磨粒子のモス硬度は、少なくとも約６、特に約８であるこ とが好ましい。そのような研磨粒子の例は、熱分解酸化アルミニウム、セラミッ ク酸化アルミニウム、熱処理酸化アルミニウム、白色熱分解酸化アルミニウム、 炭化ケイ素、アルミナジルコニア、炭化ホウ素、二ホウ化チタン、二炭化チタン 、窒化チタン、ダイアモンド、セリア、立法晶窒化ホウ素、ガーネット、および それらの組み合わせから選ばれ得る。セラミック酸化アルミニウムの例は、米国 特許第４,３１４,８２７号公報；同第４,６２３,３６４号公報；同第４,７４４, ８０２号公報；同第４,７７０,６７１号公報；同第４,８８１,９５１号公報；同 第４,９６４,８８３号公報、および同第５,２０１,９１６号公報に見い出すこと ができる。研磨粒子という用語は、互いに付着して研磨凝集物を形成した別々の 研磨粒子も包含する。研磨凝集物は、米国特許第４,６５２,２７５号公報および 同第４,７９９,９３９号公報にも記載されている。本発明の一つの好ましい研磨 粒子は、α−アルミナと少なくとも１つの金属酸化物変性剤を含んで成る。その ような金属酸化物変性剤の例としては、ジルコニウム、ハフニウム、コバルト、 ニッケル、亜鉛、マグネシウム、チタン、ケイ素、プラセオジム、サマリウム、 イッテルビウム、ネオジム、ランタン、ガドリニウム、セリウム、ジスプロシウ ム、イットリウム、エルビウム、およびそれらの組み合わせの酸化物が挙げられ る。好ましい金属酸化物は、マグネシア、イットリア、および希土類酸化物であ る。典型的に、本発明の研磨粒子は、α−アルミナ約５０〜約９９.９重量％の 間、好ましくは約８０〜約９９.５重量％の間、特に約９０〜約９９重量％の間 、最も好ましくは約９３〜約９９重量％の間、および金属酸化物変性剤約０.１ 〜３０重量％の間、好ましくは約０.１〜約１５重量％の間、特に約０.５〜約１ ０重量％の間、最も好ましくは約０.５〜約５重量％の間から構成される。上記 の重量範囲は、元素酸化物塩基に基づく。 金属酸化物変性剤は、アルミナと反応して、反応生成物を形成し得るか、およ び／または金属酸化物として残留し得る。例えば、コバルト、ニッケル、亜鉛、 およびマグネシウムの酸化物は、アルミナと反応して、スピネルを形成するが、 ジルコニアおよびハフニアは、アルミナと共にスピネルを形成しない。アルミナ と希土類酸化物は、反応して反応生成物を形成し得る。例えば、アルミナとジス プロシウムおよびガドリニウムの反応生成物の酸化物は、一般にはガーネットで ある。アルミナとプラセオジム、イッテルビウム、エルビウム、およびサマリウ ムの反応生成物の酸化物は、一般には、（ガーネットを含み得る）ペロフスカイ トである。もう一つの例において、アルミナ、二価の金属カチオン、および希土 類金属酸化物は、反応して、六角形の金属酸化物アルミナート（ＭＡｌ₁₁ＬｎＯ₁₉ ）を形成することがある。前記式中、Ｍは、にかの金属カチオンであり、Ｌｎ は、Ｌａ、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｇｄ、またはＥｕのような三価の金属イオ ンである。二価の金属カチオンは、マンガン、マグネシウム、カルシウム等であ り得る。この六角形の希土類アルミナートは、研磨粒子において異例の特性を有 する。 研磨粒子は、理論値の少なくとも８０％、典型的に少なくとも９０％、好まし くは少なくとも９３％、特に少なくとも９５％の密度を有するべきである。密度 は、常套の方法で測定できる。 本発明の研磨粒子は、表面コーティングを含有してもよい。表面コーティング は、研磨物品において、研磨粒子とバインダーの間の接着性を高めることが知ら れている。そのような表面コーティングは、米国特許第５,０１１,５０８号公報 ；同第１,９１０,４４４号公報；同第３,０４１,１５６号公報；同第５,００９, ６７５号公報；同第４,９９７,４６１号公報；同第５,０４２,９９１号公報およ び同第５,２１３,５９１号公報に記載されている。基材 本発明の研磨物品のための典型的な研磨基材の例は、シートおよびシート状材 料を包含する。基材は、ポリマーフィルム、下塗りしたポリマーフィルム、（生 繊維材料を含む）布、紙、バルカン繊維、熱可塑性プラスチック、不織布、（金 属基材、金属箔等を含む）金属、およびそれらの処理態様物、並びにそれらの組 み合わせのような、可撓性材料であり得る。裏地の一例は、国際特許出願公開第 ９３／１２９１１号公報［ベネディクト（Benedict）ら］および米国特許第５, ３１６,８１２号公報［スタウト（Stout）ら］に記載されている。より厚い固い ポリマーコンポジットまたは金属裏地も、基材として使用してよい。バインダー 本発明において有用なメイク、サイズ、およびスーパーサイズコート用の有機 バインダーは、熱可塑性または熱硬化性樹脂接着剤のいずれかから形成される。 樹脂接着剤は、研磨物品バインダーに必要な、適した特性を有するように選択さ れる。典型的な樹脂接着剤の例としては、フェノール樹脂、ペンダントα-、β- 不飽和カルボニル基を有するアミノプラスト樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂 、エチレン性不飽和樹脂、アクリル化イソシアヌレート樹脂、尿素−ホルムアル デヒド樹脂、イソシアヌレート樹脂、アクリル化ウレタン樹脂、アクリル化エポ キシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、フッ素化変性エポキシ樹脂、およびそれらの組 み合わせが挙げられる。特定の樹脂接着剤に依存して、バインダー前駆体は、さ らに触媒または硬化剤を含んでいてもよい。触媒および／または硬化剤は、重合 過程を開始および／または促進するのを助ける。バインダーを、熱硬化または放 射線硬化することができる。 フェノール樹脂は、その熱的特性、入手性、コストおよび取り扱い容易性から 、研磨物品バインダーに広く使用されている。２種類のフェノール樹脂（レゾー ル型およびノボラック型）がある。レゾール型フェノール樹脂は、ホルムアルデ ヒドとフェノールの分子比が１：１またはそれ以上、好ましくは１.５：１.０〜 ３.０：１.０である。ノボラック型樹脂は、ホルムアルデヒドとフェノールの分 子比が１：１未満である。市販のフェノール樹脂の例としては、オシデンタル・ ケミカルズ・コーポレイション(Occidental Chemicals Corp.)製の商品名「DURE Z」および「VARCUM」；モンサント（Monsanto）製の商品名「RESINOX」;アッシ ュランド・ケミカル・カンパニー（Ashland Chemical Co.）製の商品名「AROFEN E」、および同社製の商品名「AROTAP」が挙げられる。 研磨コーティングおよび／またはバインダーコートは、場合により、さらに任 意の添加剤（例えば、フィラー、摩砕助剤、繊維、潤滑剤、湿潤剤、界面活性剤 、 顔料、発泡抑制剤、帯電防止剤、染料、カップリング剤、可塑剤、および懸濁剤 ）を含んでいてもよい。これらの物質の量は、所望の特性を提供するように選択 される。フィラーの例としては、炭酸カルシウム、メタケイ酸カルシウム、シリ カ、シリケート、硫酸塩、およびそれらの組み合わせが挙げられる。摩砕助剤の 例としては、クリオライト、アンモニウムクリオライト、チオライト、塩化ナト リウム、硫黄、ポリ塩化ビニル、およびテトラフルオロホウ酸カリウムが挙げら れる。研磨コーティングに有用な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、フメクタント（humectants）等が挙げられる。 懸濁剤の例は、デグッサ・コーポレイション（DeGussa Corp.）から商品名「OX- 50」で市販されている表面積約１５０ｍ²／ｇの非晶質シリカ粒子である。ワークピース表面を精錬する方法 本発明の別の態様は、ワークピース表面を精錬する方法に関する。この方法は 、ワークピースと本発明の研磨物品を摩擦接触させることを伴う。精錬とは、ワ ークピースの一部を、研磨物品で削り取ることを意味する。さらに、ワークピー ス表面に関する表面仕上げは、この精錬工程後に行う。ある典型的な表面仕上げ 測度は、Ｒａであり、Ｒａは、一般に、一般にマイクロインチまたはμｍで表さ れる計算上の表面仕上げである。表面仕上げは、パートメーター（Perthometer ）またはサートロニック（Surtronic）のような、プロフィロメーター（Profilo meter）で測定できる。ワークピース ワークピースは、金属、金属アロイ、エキゾチック金属アロイ、セラミック、 ガラス、木材、木材類似材料、複合体、塗装表面、プラスチック、強化プラスチ ック、石、およびそれらの組み合わせのような材料種であり得る。ワークピース は、平坦であっても、それと関連した形状または輪郭を有していてもよい。ワー クピースの例としては、ガラスレンズ、プラスチックレンズ、プラスチック（光 学）レンズ、ガラス製テレビ画面、金属製自動車部品、プラスチック製部品、パ ーティクルボード、カムシャフト、クランクシャフト、備品、タービン刃、塗装 した自動車部品、磁性媒体等が挙げられる。 応用に依存して、研磨界面での力は、約０.１ｋｇ・力から１０００ｋｇ・力 を越える範囲であり得る。一般に、この範囲は、研磨界面での力１〜５００ｋｇ の間である。応用によって、研磨中に液体が存在してもよい。この液体は、水お よび／または有機化合物であり得る。典型的な有機化合物の例としては、潤滑剤 、油、乳化有機化合物、切削流体、石けん等が挙げられる。これらの液体は、他 の添加剤（例えば、脱泡剤、脱脂剤、防腐剤等）を含有していてもよい。研磨物 品は、使用中に研磨界面で振動していてよい。例えば、この振動は、研磨される ワークピースに、より微細な表面をもたらす。 本発明の研磨物品は、人の手によっても使用でき、または機械と組み合わせて も使用できる。研磨物品とワークピースの少なくとも一方または両方を、互いに 関連させて動かす。研磨物品は、ベルト、テープロール、ディスク、シート等に 転化できる。ベルト利用では、研磨シートの２つの自由端を互いに合わせて、添 え継ぎを形成する。一般に、エンドレス研磨ベルトは、少なくとも１つの遊びロ ールとプラテンまたは接触軸上で縦走している。プラテンまたは接触軸の硬度を 調節して、所望の切削測度とワークピース表面仕上げを得る。このベルト速度も 、所望の切削速度および表面仕上げに依存している。ベルト寸法は、幅約５ｍｍ 〜１,０００ｍｍの範囲、および長さ約５ｍｍ〜１０,０００ｍｍの範囲であり得 る。 研磨テープは、研磨物品の連続長尺物である。それは、幅約１ｍｍ〜１,００ ０ｍｍの範囲、一般に５〜２５０ｍｍの間であり得る。研磨テープは通常、巻き 戻されており、ワークピース方向へテープを送る指示パッド上を縦走して巻き直 される。研磨テープは、研磨界面を介して連続的に供給でき、かつ割り送りでき る。「ダイシーズ（daisies）」として研磨分野で知られているものを含む研磨 ディスクは、直径が約５０〜１,０００ｍｍの範囲であり得る。典型的に、研磨 ディスクは、接続手段によってバックアップパッドに固定される。この研磨ディ スクは、１００〜２０,０００ｒｐｍの間、典型的には１,０００〜１５,０００ ｒｐｍの間の回転数で回転することができる。 本発明の特徴および長所を、以下の非限定的な実施例によって、さらに説明す る。部、％、比等はいずれも、特に断りのない限り、重量部、重量％、重量比等 を表す。 実施例ＤＬＣ層をコーティングする一般的製法 以下の一般的製法は、本発明の研磨被覆ディスク上にダイアモンド状カーボン コーティングフィルム層を形成する方法を記載する。 陰極アーク堆積において、メイクコートと研磨粒子で被覆したディスク（以下 に説明する。）を、真空装置内のホルダーに置いた。本発明において使用した水 平領域型陰極発生装置は、米国特許第３,８３６,４５１号公報［スネイパー（Sn aper）］に記載のものと同様のものであった。水冷式銅製ブロックで、陰極を保 持した。陰極および陽極はそれぞれ、真空反応室から電気的に単離し、直流の溶 接用電源［ミラー・ウェルディング・カンパニー(Miller Welding Co.)製インテ リウェルド(INTELLIWELD)650］に接続した。水平領域型陰極アーク発生装置を用 いて、最大コーティング線束密度を受容するように、試料ホルダーを配置した。 この装置には、例示したようなガラス質カーボン発生源またはグラファイト発生 源のうち一つである陰極ターゲット物質が搭載されていた。１.２７ｃｍの長方 形の断面積を形成する１.２７ｃｍ×５.１ｃｍ×０.４ｃｍの３枚のプレートの 形状でシグリ・コーポレイション［（Sigri Corp.）製、サマーヴィル（Somervi lle）、ニュージャージー州］から市販されているシグラデュール（SIGRADUR） Ｇガラス質カーボン陰極を使用して、ダイアモンド状カーボンコーティングを製 造した。グラファイト陰極は、ポコ・グラファイト・インコーポレイテッド［(P oco Graphite，Inc.)、デカチュール(Decatur)、テキサス州］から商品名「SFG- 1」で市販されており、直径２.５ｃｍおよび長さ７ｃｍであった。 陰極コーティング装置は、さらに、ギルモア（Gilmore）ら著、「パルスド・ メタリック−プラズマ・ゼネレイターズ（Pulsed Metallic-Plasma Generators ）」、ＩＥＥＥの予稿集、第６０巻、第８号、９７７〜９９１頁に記載されてい るような磁性ソレノイドも装備していた。ターゲットと、コーティングする研磨 ディスク試料のためのホルダープレートとの間の距離は、約９０ｃｍであり、真 空容器の直径は約４０ｃｍであった。研磨ディスクは、中心から偏っているため 、回 転すると、ディスクの外周５ｃｍの部分が指向式プラズマで覆われ、それによっ て、ディスクの研磨部が均一にコーティングされた。 ダイアモンド状カーボンフィルムをプラズマ堆積する前に、反応室を排気し、 約３０分間、基本圧１０^-4torr未満に維持して、研磨物品のメイクコートに含ま れている揮発性水分を除去した。この後、反応室に対して４５°の角度で固定し たアルゴンイオンガンを用いて、研磨物品を洗浄した。圧力約８×１０^-4torr、 ビームエネルギー５００〜１５００ボルトおよびビーム電流５〜５００ｍＡにお いて、アルゴンを用いてスパッター洗浄を行った。この後、直ぐに、アーク放電 を当てて、ＤＬＣフィルムを１００段階までの多段階で、好ましくは、アーク電 流を５０〜５００アンペア（好ましくは１００アンペア）、軸方向磁界０〜１５ ０ガウス（好ましくは２〜２０ガウス）、および反応室の圧力１０^-4torr未満（ 好ましくは１０^-6torr未満）に保持して５〜１０回のオン／オフサイクルで堆積 した。本発明の好ましい態様は、アルゴン洗浄後ＤＬＣを形成する、連続した別 個の工程を使用する。この点で、供給速度約２ｃｍ³／分におけるアルゴンプラ ズマ中で研磨粒子のアルゴン洗浄を行った。合計ダイアモンド状カーボンフィル ムコーティング時間は、例示したように、約０.５分〜３分の間であった。研磨ディスクを作製する一般的製法 以下の一般的製法には、実施例において、如何にして被覆研磨ディスクを作製 するかを記載している。中央に２.２ｃｍの孔の空いた０.７６ｍｍ厚で直径約１ ７.８ｃｍのバルカン繊維ディスク上にメイク樹脂を塗布した。メイク樹脂は、 レゾール型フェノール樹脂４８重量％と炭酸カルシウム５２重量％から構成さて れており、水とグリコールエーテル溶媒で固形分８１％に希釈した。湿潤メイク 樹脂被覆重量は約１４０ｇ／ｍ²であった。次に、湿潤メイク樹脂中に研磨粒子 を静電塗布した。得られた構造物を７７℃で１５分間加熱した後、９３℃で４時 間加熱してメイク樹脂を硬化し、研磨コーティングを形成した。その後、上記の 一般的な方法で、研磨コーティングの硬化したメイク樹脂と研磨粒子の上にＤＬ Ｃコーティングを塗布した。次いで、ＤＬＣコーティング上にサイズ樹脂を平均 重量約６７０ｇ／ｍ²で塗布した。サイズ樹脂は、水とグリコールエーテル溶媒 で固形分７８％に希釈し、レゾール３２％とクリオライト６８％から構成されて いた。サイズ樹脂は、７７℃で１時間の後、１０２℃で１２時間硬化した。試験手順Ｉ 試験手順Ｉは、ディスクの切削速度と除去された金属量を測定することを意図 した。被覆研磨ディスクを、斜角のついたアルミニウムバックアップパッドに固 定して、例示したような材料の１.２５ｃｍ×１８ｃｍのワークピースの面を研 磨するのに用いた。ディスクを５,５００ｒｐｍで動かしながら、バックアップ パッドのはす縁と重なっているディスク部分を、荷重約６ｋｇでワークピースと 接触させた。各ディスクを用いて試験終点まで、１分刻みで、別個のワークピー スを研磨した。初期切削量は、最初の１分間の研磨で除去された金属量（ｇ）で あった。同様に、最終切削量は、最後の１分間の研磨で除去された金属量（ｇ） であり、合計切削量は、試験全体を通して除去された金属量の和（ｇ）であった 。大抵の実施例では、研磨物品の性能を対照の百分率として記載した［すなわち 、対照試料について除去された合計金属量（もしくは、平均）を１００％と見な し、実施例の研磨物品を対照（１００％）と比較して測定した。］。 以下の幾つかの実施例では、同様の方法で調製した１つ以上のディスクを試験 した。各実施例についての別々のディスクは、以下の表中のデータにおいて、実 施例の複数の試料の平均値と共に、「実施例Ｎｏ.−試料Ｎｏ.」で示した。実施例１ 研磨ディスクを作製する一般的製法により、研磨物品を調製した。ディスク構 造物の研磨粒子は、アルミナ、マグネシア、イットリアおよび希土類酸化物から 構成される粒子、３Ｍカンパニー（セントポール（St.Paul）、ミネソタ州）製 の商品名「321キュービトロン（Cubitron）」粒子をベースとしたゾルゲルアル ミナであった。１０^-5torrの真空雰囲気下においてガラス質カーボン陰極を用い て、ＤＬＣの層を調製する一般的な方法に従って、研磨コーティング上にダイア モンド状カーボンフィルムの硬質カーボンコーティング層を形成した。樹脂メイ クコートと研磨粒子の上に、合計コーティング時間９０秒で、ダイアモンド状カ ーボン層を形成した。次に、ＤＬＣフィルム上にサイズコートを塗布した。上記 の方法で、２つの別個の研磨ディスク試料を調製して、研磨ディスク１−１およ び１−２を提供した。実施例２ 実施例１で行ったのと同様に別個の処理手順としてのＤＬＣコーティングの前 ではなく、ＤＬＣコーティング手順の間に、アルゴンを導入して系の圧力を１× １０^-4〜５×１０^-4torrの間に維持したこと以外は、実施例１と同様の方法で、 研磨物品を調製した。比較例Ａ 研磨コーティングとサイズコートの間にＤＬＣフィルムを形成しなかったこと 以外は、実施例１と同様の方法で、比較研磨物品（Ａ）を調製した。２つの別々 の研磨ディスク試料Ａ−１およびＡ−２を比較例（Ａ）において調製した。 ４１５０マイルドスチール鋼製ワークピースにおいて、試験手順Ｉを用いて少 なくとも合計２０分間、実施例１および２並びに比較例Ａを試験した。比較例Ａ を対照試料とした。上記実施例１、２および比較例Ａにおいて、試験手順Ｉにお ける研磨終点は、切削速度が、初期切削速度の１／３となったときとした。計算 上の平均値（avg.）または１つの実施例の異なる試料間の平均値を含む結果を、 以下の表１に示す。 データは、比較例Ａ（ＤＬＣフィルムなし）に比べて、実施例１および２（中 間ＤＬＣフィルム）、特に実施例１（アルゴン前処理をしたもの）が、最終切削 量、合計切削量および％合計切削量の全てにおいて、優れた結果を得たことを示 した。実施例１は、初期切削量においても同様に、比較例Ａより優れていた。実施例３ 上記実施例の結果の再現性を調べるために、実施例１と同様の方法で、６つの 別個の研磨ディスク物品を作製して試料３−１〜３−６を提供した。比較例Ｂ 比較例Ａと同様の方法で、比較研磨物品（Ｂ）を調製した。 ４１５０マイルドスチール鋼製ワークピースにおいて、試験手順Ｉに従って実 施例３−１〜３−６および比較例Ｂを合計２０分間試験した。計算上の平均値（ avg.）または実施例３の別個の試料についての平均値および標準偏差（σ_n-1） を含む結果を、以下の表２にまとめる。 結果は、一例を除いて、比較例Ｂ（中間ＤＬＣフィルムなし）と比べて、実施 例３の試料（中間ＤＬＣフィルム）によって、合計切削量と％合計切削量の両方 の点で優れた結果が達成されたことを確認しかつ明示していた。 試料３−６の結果は、全体の傾向には適合しなかったが、試料３−６の目視観 察では、実施例３−１〜３−５では生じなかった研磨コーティングからのＤＬＣ の剥離が観られ、偶然にも、製造不良が試料３−６にもたらされたことを示した 。従って、試料３−６は、考慮に入れるべきではない。試料３−１〜３−５（試 料３−６を除く）についての合計切削量および％合計切削量の平均はそれぞれ、 １９７１.１８および１１８±５.３であった。実施例４ ＤＬＣフィルムをコーティング全体に亙って３分間コーティングしたこと以外 は実施例１と同様の方法で、４−１〜４−５とした５つの研磨物品試料を作製し た。実施例５ ＤＬＣフィルムを「POCO」グラファイト陰極材料を用いてコーティングし、か つＤＬＣコーティングの合計コーティング時間１分間で構築したこと以外は実施 例１と同様の方法で、５−１〜５−６とした６つの研磨物品試料を作製した。比較例Ｃ 比較例Ａと同様の方法で、比較研磨物品（Ｃ）を作製した。３つの別個の研磨 ディスク試料Ｃ−１〜Ｃ−３を比較例（Ｃ）について調製した。 ３０４ステンレススチール鋼製ワークピースにおいて、試験手順Ｉを用いて、 実施例４、５および比較例Ｃを試験した。終点は、切削速度が初期切削速度の１ ／３となったときとした。計算上の平均値（avg.）または１つの実施例について 試験した複数の試料についての平均値および標準偏差（σ_n-1）を含む結果を、 以下の表３にまとめる。 データ全体の傾向は、明らかに満足にも、優れた結果を示しており、比較例Ｃ （ＤＬＣフィルムなし）に比べて、実施例４および５（中間ＤＬＣフィルム）に よって、最終切削量、合計切削量および％合計切削量の全ての点において一貫し て達成された。「POCO」グラファイトターゲットを用いてＤＬＣコーティングを 行った実施例５で達成された改良は、より著しく優れていた。実施例６ ＤＬＣコーティングおよびサイズコートの連続形成を、ＤＬＣコーティングを 、サイズコートの上のトップコートとして形成するように変えたこと以外は研磨 ディスクを作製する一般的製法により、研磨物品を調製した。この点で、実施例 ６−１、６−３および６−４は、ＤＬＣトップコートを７２秒間サイズコート上 に形成し、同様に６−２は、ＤＬＣトップコートをサイズコート上に８４秒間コ ーティングして形成した。「POCO」グラファイト陰極材料を用いて、ＤＬＣフィ ルムを 塗布した。比較のために、比較例Ａと同様の方法で比較研磨物品（Ｄ）を作製し た。比較例（Ｄ）について、３つの別個の試料Ｄ−１〜Ｄ−３を調製した。 ３０４ステンレススチール鋼製ワークピースにおいて、試験手順Ｉに従って、 実施例６−１〜６−４および比較例Ｄを合計１０分間試験した。計算上の平均値 （avg.）またはそれらの平均値および標準偏差（σ_n-1）を含む結果を、以下の 表６にまとめる。 データは、明らかに満足にも、優れた結果を示しており、比較例Ｄ（ＤＬＣフ ィルムなし）に比べて、実施例６（トップコートＤＬＣフィルム）によって、合 計切削量および％合計切削量の点で一貫して達成された。 本発明の様々な改良および変更は、本発明の範囲および精神を逸脱することな く、当業者によって可能であり、また本発明は、上記の実施態様に不当に限定さ れると解されるべきではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ３０Ｂ 29/04 Ｃ３０Ｂ 29/04 Ｘ (72)発明者 オニール，デイビッド・ジー アメリカ合衆国55133−3427ミネソタ州 セント・ポール、ポスト・オフィス・ボッ クス 33427（番地の表示なし) (72)発明者 デイビッド，モーゼス・エム アメリカ合衆国55133−3427ミネソタ州 セント・ポール、ポスト・オフィス・ボッ クス 33427（番地の表示なし)

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）少なくとも１つの主要表面を有するシート状構造の基材； （ｂ）該基材の少なくとも１つの主要表面に接着した、複数の研磨粒子および有 機バインダー媒体を含む研磨コーティング；および （ｃ）ダイアモンド状カーボンフィルムを含む硬質カーボンコーティング層 を含んでなる研磨物品。 ２．研磨コーティングが、非平面状外側表面とそれと反対の内部表面を含む研 磨物品であって、前記内部表面が、前記非平面状外側表面よりも基材の主要表面 の近くに位置し、基材の主要表面と接着的に付着しており、かつ非平面状外側表 面が、主要表面から突出することを含んで３次元に広がっている請求項１記載の 研磨物品。 ３．研磨コーティングが、基材に付着した複数の正確な形状の立体研磨コンポ ジットを含み、前記の各研磨コンポジットが、有機バインダー中に分散された複 数の研磨粒子を含有する請求項１記載の研磨物品。 ４．硬質カーボン層状ケイ酸塩上に接着した有機バインダー媒体を含む第１サ イズコート層をさらに含んで成る研磨物品であって、硬質カーボンコーティング 層が研磨コーティングと第１サイズコート層の間に位置する請求項１記載の研磨 物品。 ５．研磨コーティングと硬質カーボンコーティング層の間に位置する有機バイ ンダー媒体から構成された第２サイズコート層をさらに含んで成る請求項４記載 の研磨物品。 ６．硬質カーボンコーティング層の平均厚さが５０μｍ未満である請求項５ま たは８のいずれかに記載の研磨物品。 ７．ダイアモンド状カーボンフィルムがプラズマエネルギー２６ｅＶまたはそ れ以上を有する請求項５または８のいずれかに記載の研磨物品。 ８．（ａ）有機バインダー媒体および複数の研磨粒子を含む、露出した研磨表 面を有する研磨層を提供すること；および （ｂ）前記研磨表面上にダイアモンド状カーボンコーティングを塗布すること の工程を含んで成る、請求項１〜７のいずれかに記載の研磨物品を作製する方法 。 ９．研磨層を提供する前記工程（ａ）が、 （ｉ）少なくとも１つの主要表面を有するシート状構造の基材を提供すること； （ii）前記基材の少なくとも１つの主要表面上に、複数の研磨粒子および有機バ インダー媒体を含む研磨コーティングを形成すること から成り；およびダイアモンド状カーボンコーティングをコーティングする前記 工程（ｂ）が、 （ｉ）炭素陰極に、該陰極を構成する炭素成分のプラズマを形成するのに十分な 電流を加えること； （ii）プラズマを陽極からの進行方向に向けること； （iii）進路内の前記研磨コーティングを、有機バインダー媒体の事実上の分解 を避けるのに有効な十分に低い温度に保持することによって、ダイアモンド状カ ーボンフィルムを前記研磨コーティング上に形成すること；および （iv）ダイアモンド状カーボンフィルムの平均厚さが少なくとも約１００Åに達 した後、工程（ｂ）（ｉ）、（ｂ）（ii）および（ｂ）（iii）を停止すること から成る請求項８記載の方法。 １０．工程（ａ）（ii）の後でかつ工程（ｂ）（ｉ）の前に、前記研磨コーテ ィングの研磨粒子の層中に、研磨粒子からの破片を除去するのに有効な方法およ び時間で、アルゴンプラズマを形成することも含んで成る請求項９記載の方法。