JPWO2016021254A1 - チタン合金材料研磨用組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】チタン合金材料を高い研磨速度を研磨でき、かつ、研磨後、表面の平滑性に優れ高光沢な表面を有する研磨済チタン合金材料を得ることができるチタン合金材料研磨用組成物を提供する。【解決手段】チタン合金材料を研磨するためのチタン合金材料研磨用組成物であって、前記チタン合金材料の全質量に対して０．５質量％より多い含有量で存在するチタン以外の金属元素の少なくとも１種を、チタンよりも高い溶解度で溶解させる機能を有する化合物、および砥粒を含有するチタン合金材料研磨用組成物。【選択図】なし

Description

本発明は、チタン合金材料研磨用組成物に関する。

合金とは、１種の金属元素に対して、１種以上の他の金属元素や、炭素、窒素、ケイ素などの非金属元素を含有させた金属的性質を有するものであり、純金属よりも機械的強度、耐薬品性、耐食性、耐熱性等の性質を向上させる目的で製造される。

種々の合金の中でもチタン合金は、軽量である上に高強度かつ耐食性に優れていることから、精密機器、装飾品、工具、スポーツ用品、医療部品等に広く用いられている。

用途によっては、合金の表面を鏡面仕上げする必要がある。鏡面仕上げの方法として、合金表面の塗装やコーティングがある。しかしながら、合金表面の研磨による鏡面仕上げが実現できれば、塗装やコーティングを上回る利点が得られる。例えば、研磨は塗装よりも優れた鏡面を提供することができるため、塗装またはコーティング工程およびそれらに使用される材料が不要となる。また、研磨による鏡面は、塗装による鏡面に比べ耐久性が高いため、鏡面が長期に亘り持続する。

従来、難加工材料であるチタン、または窒化チタンなどに対して、様々な工夫を施した研磨による平滑化、および表面の鏡面仕上げが試みられてきた。例えば、米国特許第５５１６３４６号明細書および特開平１０−０６７９８６号公報等においては、研磨用スラリー中にフッ化塩、またはフッ素化合物等のハロゲン化合物を添加することで、チタン、または窒化チタンなどに対する高い選択性が達成されることが開示されている。また、例えば、特表２００１−５００１８８号公報（米国特許第５７７０１０３号明細書に相当）等においては、水性スラリー中に極性基を有する１〜３置換フェノールを添加することで、チタン、および窒化チタンに対する高い除去速度が達成されることが開示されている。さらに、例えば、特開２００５−２４４１２３号公報（米国特許出願公開２００５／１９１８２３号明細書に相当）等においては、研磨剤としてコロイダルシリカを使用し、ｐＨ≦６以下とすることで、チタン、および窒化チタンなどに対して高い研磨速度が達成されることが開示されている。

しかしながら、上記の特許文献に記載の研磨用組成物による、チタン合金材料の研磨速度は十分ではなく、チタン合金材料に対してさらに高い研磨速度が達成できる研磨用組成物が望まれていた。また、研磨後のチタン合金材料（研磨済チタン合金材料）表面の平滑性が不十分であり、高光沢な表面が得られないという問題があった。

したがって、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、チタン合金材料を高い研磨速度で研磨することができ、かつ、研磨後、表面の平滑性に優れ高光沢な表面を有する研磨済チタン合金材料を得ることができるチタン合金材料研磨用組成物を提供することを目的とする。また、本発明は、前記チタン合金材料研磨用組成物の製造方法、および前記チタン合金材料研磨用組成物を用いた研磨工程を含む研磨済チタン合金材料の製造方法を提供することを他の目的とする。

本発明者らは、上記課題に鑑み、鋭意検討を進めた。その結果、下記の構成を有するチタン合金材料研磨用組成物により上記課題が解決され得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明の上記課題は、チタン合金材料を研磨するための研磨用組成物であって、前記チタン合金材料の全質量に対して０．５質量％より多い含有量で前記チタン合金材料に含まれるチタン以外の金属元素の少なくとも１種を、チタンよりも高い溶解度で溶解させる機能を有する化合物、および砥粒を含有する、チタン合金材料研磨用組成物により解決される。

本発明の一形態は、チタン合金材料を研磨するための研磨用組成物であって、前記チタン合金材料の全質量に対して０．５質量％より多い含有量で前記チタン合金材料に含まれるチタン以外の金属元素の少なくとも１種を、チタンよりも高い溶解度で溶解させる機能を有する化合物、および砥粒を含有する、チタン合金材料研磨用組成物に関するものである。かような構成を有する本発明の一形態に係るチタン合金材料研磨用組成物によれば、チタン合金材料を高い研磨速度で研磨することができ、かつ、研磨後、表面の平滑性に優れ高光沢な表面を有する研磨済チタン合金材料を得ることができる。本発明の一形態によれば、チタン合金材料を高い研磨速度で研磨することができ、かつ、研磨後、表面の平滑性に優れ高光沢な表面を有する研磨済チタン合金材料を得ることができるチタン合金材料研磨用組成物が提供されうる。また、本発明の他の一形態によれば、前記チタン合金材料研磨用組成物の製造方法、および前記チタン合金材料研磨用組成物を用いた研磨工程を含む研磨済チタン合金材料の製造方法が提供されうる。

本発明の他の形態は、前記チタン合金材料研磨用組成物の製造方法である。

本発明のその他の形態は、前記チタン合金材料研磨用組成物を用いた研磨工程を含む、研磨済チタン合金材料の製造方法である。

本発明者らは、上記課題の解決のために検討を進めた。その結果、本発明者らは、チタン合金材料において、チタン以外の金属元素の少なくとも１種を、チタンよりも高い溶解度で溶解させる機能を有する化合物（以下、「金属溶解性向上剤」とも称する）、および砥粒を含む研磨用組成物を用いて研磨することで、研磨速度が顕著に向上し、研磨済チタン合金材料の平滑性も向上することを見出した。

本発明の一形態の構成とする「金属溶解性向上剤、および砥粒を含むチタン合金材料研磨用組成物」により上記課題が解決されうる機構として、本発明者らは以下のように推測している。すなわち、チタン合金材料の研磨工程において、チタン合金材料の全質量に対して０．５質量％より多い含有量で存在するチタン以外の金属元素の少なくとも１種を、チタンよりも高い溶解度で溶解させる機能を有する金属溶解性向上剤が存在することで、チタン以外の金属元素の少なくとも１種がチタン合金材料からチタン合金材料研磨用組成物中へと溶出する。そして、副成分であるチタン以外の金属元素の少なくとも１種の溶出により、副成分と隣接して存在していたチタンに働く分子間力が減少した結果、および／またはチタン合金材料表面近傍にてチタン−副成分間の金属元素の結合が断ち切られ、チタン合金材料表面よりチタンが離脱し易くなることで、研磨が容易となる。その結果、チタン合金材料の研磨速度が向上し、かつ研磨済チタン合金材料の平滑性も向上すると推定している。なお、上記の機構は推測に基づくものであり、その正誤が本発明の技術範囲に影響を及ぼすものではない。

以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態のみには限定されない。また、本明細書において、範囲を示す「Ｘ〜Ｙ」は「Ｘ以上Ｙ以下」を意味する。

［チタン合金材料］
本発明の一形態に係るチタン合金材料研磨用組成物は、チタン合金材料を研磨する用途に用いられる。本発明の一形態に係るチタン合金材料は、主成分であるチタン、および少なくとも１種の副成分であるチタン以外の金属元素（以下、「副成分の金属元素」とも称する）を含有する。合金材料を製造するための方法には特に制限はないが、例えば鋳造、鍛造或いは圧延などにより得られるものであることが好ましい。

合金材料は主成分となる金属元素に基づいて名称が付される。チタン合金材料は、チタンを主成分とする。ここで、「チタンを主成分とする」とは、合金中に最も多く含有されている元素がチタンであることを意味する。また、チタン合金材料は、チタン以外の金属元素として、例えば、アルミニウム、鉄、バナジウム、スズ、モリブデン、亜鉛、銅、クロム、またはニオブ等を含有する。チタン以外の金属元素としては、アルミニウム、バナジウム、亜鉛、鉄および銅からなる群より選択される少なくとも１種を含有するものが好ましく、アルミニウムを含有するものがより好ましい。アルミニウムはチタン合金材料に含まれる金属元素の中でも特に溶解しやすいため、アルミニウムを含むことで、チタン合金材料は、研磨速度の上昇や平滑性の向上が顕著となる。

チタン合金材料中におけるチタン以外の金属元素の総含有量は、合金材料全体に対して、０．５質量％より多く、好ましくは１質量％以上である。また、チタン合金材料中における副成分の金属元素の総含有量は、特に制限されないが、好ましくは５０質量％未満であり、より好ましくは３０質量％以下である。なお、チタン以外の金属元素が２種類以上含まれる場合、その合計量を総含有量とする。

また、本発明の一形態に係るチタン合金材料研磨用組成物が作用すると推測されるチタン以外の金属元素の、一元素あたりの含有量は、合金材料全体に対して０．５質量％より多いものとする。すなわち、本発明の研磨対象物であるチタン合金材料は、チタン合金材料の全質量に対して０．５質量％より多い量で含有されるチタン以外の金属元素を、少なくとも１つは含有する。これは、含有量が０．５質量％以下であると、不可避不純物中に存在する元素と同等以下の含有量となり、本発明の効果がほとんど得られないからである。ここで、不可避不純物とは、合金を形成するための材料や製造過程で合金中へ意図せずに含有される元素であり、例えば、チタン合金材料中に０．５質量％未満の含有量で存在する酸素、窒素、炭素等が挙げられる。

チタン（Ｔｉ）合金材料としては、上記を満たすものであれば特に限定されず、例えば、ＪＩＳ Ｈ４６００：２０１２に記載の１１〜２３種の耐食チタン合金材料、５０種のＴｉ−１．５Ａｌ（副成分の金属元素として１．５質量％のアルミニウムを含む）、６０種および６０種ＥのＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ（副成分の金属元素として６質量％のアルミニウム、および４質量％のバナジウムを含む）、６１種および６１種ＦのＴｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ（副成分の金属元素として３質量％のアルミニウム、および２．５質量％のバナジウムを含む）、ならびに８０種のＴｉ−４Ａｌ−２２Ｖ（副成分の金属元素として４質量％のアルミニウム、および２２質量％のバナジウムを含む）が挙げられる。また、チタン合金材料として、例えば、Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ（副成分の金属元素として５質量％のアルミニウム、および２．５質量％のスズを含む）、Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｍｏ−１Ｖ（副成分の金属元素として８質量％のアルミニウム、１質量％のモリブデン、および１質量％のバナジウムを含む）、Ｔｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ（副成分の金属元素として６質量％のアルミニウム、６質量％のバナジウム、および２質量％のスズを含む）、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ（副成分の金属元素として６質量％のアルミニウム、２質量％のスズ、４質量％のジルコニウム、および６質量％のモリブデンを含む）、Ｔｉ−３Ａｌ−８Ｖ−６Ｃｒ−４Ｚｒ−４Ｍｏ（副成分の金属元素として３質量％のアルミニウム、８質量％のバナジウム、６質量％のクロム、４質量％のジルコニウム、および４質量％のモリブデンを含む）、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ（副成分の金属元素として１０質量％のバナジウム、２質量％の鉄、および３質量％のアルミニウムを含む）、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ（副成分の金属元素として１５質量％のバナジウム、３質量％のクロム、３質量％のスズ、および３質量％のアルミニウムを含む）、Ｔｉ−５Ａｌ−１Ｆｅ（副成分の金属元素として５質量％のアルミニウム、および１質量％の鉄を含む）、Ｔｉ−１Ｃｕ（副成分の金属元素として１質量％の銅を含む）、Ｔｉ−３Ａｌ−５Ｖ（副成分の金属元素として３質量％のアルミニウム、および５質量％のバナジウムを含む）、およびＴｉ−２０Ｖ−４Ａｌ−１Ｓｎ（副成分の金属元素として２０質量％のバナジウム、４質量％のアルミニウム、および１質量％のスズを含む）、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−４Ｃｒ−４Ｍｏ（副成分の金属元素として５質量％のアルミニウム、２質量％のスズ、２質量％のジルコニウム、４質量％のクロム、および４質量％のモリブデンを含む。）等を用いてもよい。

上記のチタン合金材料の中でも、溶解性が高く、さらにチタン合金材料の軽量化に寄与するとの観点から、アルミニウムを含有するチタン合金材料が好ましい。アルミニウムを含有するチタン合金材料中のアルミニウムの含有量は０．５質量％より多いことが好ましく、１質量％以上がより好ましい。また、アルミニウムを含有するチタン合金材料中のアルミニウムの含有量は５０質量％未満が好ましく、３０質量％以下がより好ましい。アルミニウムを含有するチタン合金材料の中でも、汎用性の観点からＴｉ−１．５Ａｌ、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ、およびＴｉ−４Ａｌ−２２Ｖ、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−４Ｃｒ−４Ｍｏが好ましく、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−４Ｃｒ−４Ｍｏがより好ましく、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖがさらに好ましい。

チタン合金材料は、さらに半金属元素や非金属元素を含んでもよい。

［金属溶解性向上剤］
金属溶解性向上剤は、チタン合金材料の全質量に対して０．５質量％より多い含有量で存在するチタン以外の金属元素の少なくとも１種を、チタンよりも高い溶解度で溶解させる機能を有する。「溶解させる機能を有する」とは、金属溶解性向上剤が副成分の金属元素の少なくとも１種を溶解させる機能であってもよく、または金属溶解性向上剤と副成分の金属元素の少なくとも１種とが反応して得られる生成物（複数の反応が生じる場合はその最終生成物）を溶解させる機能であってもよい。

金属溶解性向上剤の作用により、本発明の一形態に係るチタン合金材料研磨用組成物は、チタン合金材料の研磨速度を顕著に向上させ、研磨後のチタン合金材料の平滑性を向上させると考えられる。

金属溶解性向上剤が、チタン合金材料の全質量に対して０．５質量％より多い含有量で存在する副成分の金属元素の少なくとも１種を、チタンよりも高い溶解度で溶解させる機能を有することは、チタン単体、および副成分の金属元素単体のエッチングを行い、測定したそれぞれのエッチングレートの比より確認することができる。副成分の金属元素の少なくとも１種のエッチングレートをチタン単体のエッチングレートで除して算出したエッチングレート比が１より大きいときは、チタン合金材料の全質量に対して０．５質量％より多い含有量で存在する副成分の金属元素の少なくとも１種を、チタンよりも高い溶解度で溶解させる機能を有することを表す。

前記エッチングレートの測定方法は、実施例に記載の方法を用いることができる。

金属溶解性向上剤は、本発明の効果が得られるものであれば特に限定されないが、例えば、金属の溶解性の観点から、酸性化合物、またはその塩を使用することができる。酸性化合物は、無機酸化合物、または有機酸化合物のいずれを使用してもよい。無機酸化合物の例としては、特に制限されないが、塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸、ホウ酸、炭酸、次亜リン酸、亜リン酸、およびリン酸等が挙げられる。有機酸の例としては、特に制限されないが、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、２−メチル酪酸、ｎ−ヘキサン酸、３，３−ジメチル酪酸、２−エチル酪酸、４−メチルペンタン酸、ｎ−ヘプタン酸、２−メチルヘキサン酸、ｎ−オクタン酸、２−エチルヘキサン酸、安息香酸、グリコール酸、サリチル酸、グリセリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、乳酸、ジグリコール酸、２−フランカルボン酸、２，５−フランジカルボン酸、３−フランカルボン酸、２−テトラヒドロフランカルボン酸、メトキシ酢酸、メトキシフェニル酢酸、およびフェノキシ酢酸、スルホン酸、ホスホン酸（例えば、１−ヒドロキシエタン−１，１−ジホスホン酸）等が挙げられる。塩の例としては、特に制限されないが、アルカリ金属塩、第２族元素の塩、アルミニウム塩、アンモニウム塩、アミン塩、第四級アンモニウム塩等が挙げられる。含有量当りの研磨効果の観点から、金属溶解性向上剤は、有機酸化合物またはその塩が好ましく、２価以上の有機酸化合物またはその塩がより好ましい。取扱い性、研磨効果、および溶媒を使用する場合は溶媒（例えば、水）への溶解性の観点から、有機酸としては、グリコール酸、リンゴ酸、酒石酸、コハク酸、マレイン酸、シュウ酸、クエン酸、プロピオン酸、グルタル酸、ジグリコール酸、乳酸、ニトリロトリスメチレンホスホン酸、メタンスルホン酸、１−ヒドロキシエタン−１，１−ジホスホン酸が好ましく、ジグリコール酸、コハク酸、クエン酸、グルタル酸、ニトリロトリスメチレンホスホン酸、メタンスルホン酸、１−ヒドロキシエタン−１，１−ジホスホン酸がより好ましく、ジグリコール酸、コハク酸、クエン酸、グルタル酸、ニトリロトリスメチレンホスホン酸、メタンスルホン酸がさらに好ましい。

金属溶解性向上剤の含有量は、好ましくは０．０１質量％以上であり、より好ましくは０．０２質量％以上であり、さらに好ましくは０．１質量％以上である。金属溶解性向上剤の含有量が上記の範囲内にある場合、チタン合金材料の研磨速度が向上する。また、金属溶解性向上剤の含有量は、１０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは７質量％以下であり、さらに好ましくは５質量％以下である。金属溶解性向上剤の含有量が上記の範囲内にある場合、チタン合金材料研磨用組成物の製造コストを低減させることができる。

［砥粒］
砥粒は、チタン合金材料研磨用組成物中にて主に機械的な研磨加工を担う。砥粒の具体例としては、特に制限されないが、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化マンガン、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、窒化チタン、窒化ケイ素、ホウ化チタン、ホウ化タングステン等が挙げられる。これらの中でも、表面粗さの低減が容易であり、低コストが実現できるとの観点から、砥粒は金属酸化物であることが好ましく、高研磨速度が可能であり、且つ容易に入手が可能であるアルミナ（α−アルミナ、中間アルミナ、ヒュームドアルミナ、アルミナゾルやその混合）を用いることがより好ましい。

チタン合金材料研磨用組成物中に含まれる砥粒の粒子径（Ｄ５０）は０．１μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上である。砥粒の粒子径（Ｄ５０）が上記の範囲内にある場合、チタン合金材料の研磨速度が向上する。チタン合金材料研磨用組成物中に含まれる砥粒の粒子径（Ｄ５０）は、１０．０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５．０μｍ以下である。砥粒の粒子径（Ｄ５０）が上記の範囲内にある場合、低欠陥かつ面粗度の小さい表面を得ることが容易である。砥粒の粒子径（Ｄ５０）は、細孔電気抵抗法（測定機：マルチサイザーＩＩＩ型 ベックマン・コールター社製）により測定することができる。

砥粒の比表面積は２ｍ^２／ｇ以上であることが好ましく、より好ましくは７ｍ^２／ｇ以上である。砥粒の比表面積は、ＪＩＳ Ｚ８８３０：２００１に表されたガス吸着法（ＢＥＴ法）（測定機：株式会社島津製作所製、ＦｌｏｗｓｏｒｂＩＩ ２３００）により測定することができる。

チタン合金材料研磨用組成物中の砥粒の含有量は、好ましくは０．１質量％以上であり、より好ましくは０．２質量％以上であり、さらに好ましくは１質量％以上である。砥粒の含有量が上記の範囲内にある場合、チタン合金材料研磨用組成物による合金の研磨速度が向上する。チタン合金材料研磨用組成物中の砥粒の含有量は、５０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは２５質量％以下であり、さらに好ましくは２０質量％である。砥粒の含有量が上記の範囲内にある場合、チタン合金材料研磨用組成物の製造コストが低減するのに加えて、研磨後の合金表面上に残存する砥粒の量が低減され、合金表面の清浄性が向上する。

［他の成分］
本発明の一形態に係るチタン合金材料研磨用組成物は、必要に応じて、上述した以外の成分の、例えば、合金材料の溶解を促進するエッチング剤、合金材料の表面を酸化させる酸化剤、合金材料の表面や砥粒表面に作用する水溶性重合体、共重合体やその塩、誘導体、合金材料の表面の腐食を抑制する防食剤やキレート剤、砥粒の凝集体の再分散を容易にする分散助剤、その他機能を有する防腐剤、防黴剤等の成分を含んでもよい。

エッチング剤の例としては、特に制限されないが、硝酸、硫酸、リン酸などの無機酸、酢酸、クエン酸、酒石酸やメタンスルホン酸などの有機酸、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどの無機アルカリ、アンモニア、アミン、第四級アンモニウム水酸化物などの有機アルカリ等が挙げられる。

酸化剤の例としては、特に制限されないが、過酸化水素、過酢酸、過炭酸塩、過酸化尿素、過塩素酸塩、過硫酸塩等が挙げられる。

水溶性重合体、共重合体やその塩、誘導体の例としては、特に制限されないが、ポリアクリル酸などのポリカルボン酸、ポリホスホン酸、ポリスチレンスルホン酸などのポリスルホン酸、キタンサンガム、アルギン酸ナトリウムなどの多糖類、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースなどのセルロース誘導体、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ソルビタンモノオレエート、単一種もしくは複数種のオキシアルキレン単位を有するオキシアルキレン系重合体、またはこれらの塩等が挙げられる。

防食剤の例としては、特に制限されないが、アミン類、ピリジン類、テトラフェニルホスホニウム塩、ベンゾトリアゾール類、トリアゾール類、テトラゾール類、安息香酸等が挙げられる。キレート剤の例としては、グルコン酸等のカルボン酸系キレート剤、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリメチルテトラアミンなどのアミン系キレート剤、エチレンジアミン四酢酸、ニトリロ三酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸などのポリアミノポリカルボン系キレート剤、２−アミノエチルホスホン酸、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸、アミノトリ（メチレンホスホン酸）、エチレンジアミンテトラキス（メチレンホスホン酸）、ジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン酸）、エタン−１，１−ジホスホン酸、エタン−１，１，２−トリホスホン酸、メタンヒドロキシホスホン酸、１−ホスホノブタン−２，３，４−トリカルボン酸などの有機ホスホン酸系キレート剤、フェノール誘導体、１，３−ジケトン等が挙げられる。

分散助剤の例としては、ピロリン酸塩やヘキサメタリン酸塩などの縮合リン酸塩等が挙げられる。防腐剤の例としては、次亜塩素酸ナトリウム等が挙げられる。防黴剤の例としては、オキサゾリジン−２，５−ジオンなどのオキサゾリン等が挙げられる。

［水］
本発明の一形態に係るチタン合金材料研磨用組成物は、各成分を分散または溶解するための分散媒または溶媒として、水を含むことが好ましい。他の成分の作用を阻害することを抑制するという観点から、不純物をできる限り含有しない水が好ましく、具体的には、イオン交換樹脂にて不純物イオンを除去した後、フィルタを通して異物を除去した純水や超純水、または蒸留水が好ましい。

［チタン合金材料研磨用組成物のｐＨ］
本発明の一形態に係るチタン合金材料研磨用組成物のｐＨの下限は、１以上であることが好ましく、１．５以上であることがより好ましい。チタン合金材料研磨用組成物のｐＨを大きくすることで、安全性が向上するため好ましい。

また、本発明の一形態に係るチタン合金材料研磨用組成物のｐＨの上限は、７．０以下であることが好ましく、６．０以下であることがより好ましく、４．５以下であることがさらに好ましい。チタン合金材料研磨用組成物のｐＨが小さくなるにつれて、研磨レートが向上するため好ましい。

ｐＨは、本発明の一形態に係るチタン合金研磨用組成物の一成分である金属溶解性向上剤により制御することができるが、それ以外の公知の酸、塩基、またはそれらの塩を使用することによっても制御することができる。

［チタン合金材料研磨用組成物］
本発明の一形態に係るチタン合金材料研磨用組成物は、前述のように、チタン合金材料の全質量に対して０．５質量％より多い含有量で存在するチタン以外の金属元素の少なくとも１種を、チタンよりも高い溶解度で溶解させる機能を有する化合物（金属溶解性向上剤）、および砥粒を含有する。また、本発明の効果を損なわない限りは、必要に応じて他の成分を含んでもよい。本発明のチタン合金材料研磨用組成物としては、例えば、酸または酸性化合物、砥粒、および水を含有するもの等が挙げられる。このようなチタン合金材料研磨用組成物としては、例えば、ｐＨ値が１以上７以下であるチタン合金材料研磨用組成物等が挙げられる。

［チタン合金材料研磨用組成物の製造方法］
本発明の一形態に係るチタン合金材料研磨用組成物の製造方法は、上記で説明したチタン合金材料研磨用組成物の各成分を混合するものであれば、特に制限されない。すなわち、チタン合金材料中にチタン合金材料の全質量に対して０．５質量％より多い含有量で存在するチタン以外の金属元素の少なくとも１種を、チタンよりも高い溶解度で溶解させる機能を有する化合物（金属溶解性向上剤）、および砥粒を混合する工程を含むものであればよい。例えば、分散媒中に金属溶解性向上剤および砥粒を添加して混合する工程、液体状の金属溶解性向上剤中に砥粒を添加して混合する工程、予め作製した金属溶解性向上剤溶液中に砥粒を添加して混合する工程、予め作製した砥粒の分散液中に金属溶解性向上剤を添加して混合する工程、予め作製した金属溶解性向上剤溶液と予め作製した砥粒の分散液とを混合する工程等が挙げられるが、これらに限定されない。混合の条件や混合方法等は任意に選択することができる。また、前記混合工程の他に、さらに他の工程を有していてもよい。他の工程としては、例えば、チタン合金材料研磨用組成物を構成するための各成分の混合の後、分散媒をさらに加える工程等が挙げられるが、これに限定されない。

本発明の一形態に係るチタン合金材料研磨用組成物は、特に制限されないが、例えば、金属溶解性向上剤、砥粒（例えば、アルミナ粒子）、および必要に応じて他の成分を、水中で攪拌混合する方法等によって得ることができる。

各成分を混合する際の温度は、特に制限されないが、１０℃以上４０℃以下が好ましく、溶解速度を上げるために加熱してもよい。また、混合時間も特に制限されない。

［チタン合金材料の研磨方法およびチタン合金材料を研磨する工程を含む研磨済チタン合金材料の製造方法］
上述のように、本発明の形態に係るチタン合金材料研磨用組成物は、チタン合金材料の研磨に好適に用いられる。よって、本発明の他の一形態としては、チタン合金材料を本発明の一形態に係るチタン合金材料研磨用組成物を用いて研磨する研磨方法を提供する。また、本発明のその他の一形態としては、チタン合金材料を前記研磨方法で研磨する工程を含む研磨済チタン合金材料の製造方法を提供する。

本発明の一形態に係るチタン合金材料研磨用組成物を用いた研磨済チタン合金材料製造方法としては、
研磨パッドとチタン合金材料との間に本発明の一形態に係るチタン合金材料研磨用組成物を供給することと、
研磨パッドをチタン合金材料に押し当てることと、
研磨パッドおよび／またはチタン合金材料を回転または移動させてチタン合金材料を研磨することと、
を含む方法を使用することができる。

研磨パッドをチタン合金材料に押し当てる方法としては、特に限定されず、研磨パッドをチタン合金材料に押し当てる方法、チタン合金材料を研磨パッドに押し当てる方法、またはその両方のいずれも使用することができる。また、研磨方法としては、特に限定されず、研磨パッドおよびこれが貼付された定盤を回転もしくは移動させる方法、チタン合金材料およびこれを保持する保持具を回転もしくは移動させる方法、またはその両方のいずれも使用することができる。

本発明の一形態に係るチタン合金材料研磨用組成物を用いてチタン合金材料を研磨する際には、通常の金属研磨に用いられる装置や条件を用いて行うことができる。一般的な研磨装置としては、片面研磨装置や、両面研磨装置があり、片面研磨装置では、キャリアと呼ばれる保持具を用いてチタン合金材料を保持し、研磨用組成物を供給しながらチタン合金材料の片面に研磨パッドを貼付した定盤を押しつけて定盤を回転させることによりチタン合金材料の片面を研磨する。両面研磨装置では、キャリアと呼ばれる保持具を用いてチタン合金材料を保持し、上方より研磨用組成物を供給しながら、チタン合金材料の対向面に研磨パッドが貼付された定盤を押しつけ、それらを相対方向に回転させることによりチタン合金材料の両面を研磨する。一般的な研磨装置では、研磨用組成物が研磨パッドとチタン合金材料との間に供給された状態でチタン合金材料が研磨されることとなる。このとき、研磨パッドおよび研磨用組成物と、チタン合金材料との摩擦による物理的作用と、研磨用組成物がチタン合金材料にもたらす化学的作用とによって研磨される。

本発明の他の一形態に係る研磨方法における研磨条件の一つとして、研磨荷重が挙げられる。一般に荷重が高くなればなるほど砥粒による摩擦力が高くなり、機械的な加工力が向上するため研磨速度が上昇する。本発明の他の一形態に係る研磨方法における荷重は、特に限定されないが、チタン合金材料の単位面積当たりにおいて５０ｇ／ｃｍ^２以上１，０００ｇ／ｃｍ^２以下であることが好ましく、より好ましくは８０ｇ／ｃｍ^２以上８００ｇ／ｃｍ^２以下、さらに好ましくは１００ｇ／ｃｍ^２以上６００ｇ／ｃｍ^２以下である。この範囲であれば、十分な研磨速度が発揮され、荷重によるチタン合金材料の破損や、表面に傷などの欠陥が発生することを抑制することができる。

また、本発明の他の一形態に係る研磨方法における研磨条件の一つとして、研磨における線速度が挙げられる。一般に研磨パッドの回転数、キャリアの回転数、チタン合金材料の大きさ、チタン合金材料の数等が線速度に影響するが、線速度が大きい場合はチタン合金材料にかかる摩擦力が大きくなるため、エッジが機械的に研磨される作用が大きくなる。また、摩擦によって摩擦熱が発生し、研磨用組成物による化学的作用が大きくなることがある。本発明による研磨方法における線速度は特に限定されないが、１０ｍ／分以上３００ｍ／分以下であることが好ましく、より好ましくは３０ｍ／分以上２００ｍ／分以下である。この範囲であれば、十分な研磨速度が得られ、また、チタン合金材料の摩擦による研磨パッドの破損を抑制でき、さらにチタン合金材料への摩擦が十分に伝わり、所謂チタン合金材料が滑る状態を防ぐことができ、十分に研磨することができる。

上記の本発明の一形態に係るチタン合金材料研磨用組成物を用いた研磨方法で使用される研磨パッドは、例えばポリウレタンタイプ、不織布タイプ、スウェードタイプ等の材質の違いの他、その硬度や厚みなどの物性の違い、更に砥粒を含むもの、砥粒を含まないものがあるが、後者を使用することが好ましい。

本発明の他の一形態に係る研磨方法における研磨条件の一つとして、チタン合金材料研磨用組成物の供給量が挙げられる。供給量は研磨するチタン合金材料の種類や、研磨装置、研磨条件によっても異なるが、チタン合金材料研磨用組成物が、チタン合金材料と研磨パッドとの間にムラ無く全面に供給されるのに十分な量であればよい。チタン合金材料研磨用組成物の供給量が少ない場合は、チタン合金材料研磨用組成物がチタン合金材料全体に供給されないことや、チタン合金材料研磨用組成物が乾燥凝固しチタン合金材料表面に欠陥を生じさせることがある。逆に供給量が多い場合は、経済的でないことの他、過剰な研磨用組成物、特に水等の媒体により摩擦が妨げられ研磨が阻害されることがある。

本発明の他の一形態に係る研磨方法においては、研磨工程前に別の研磨用組成物を用いた予備研磨工程を有することができる。チタン合金材料表面に加工ダメージや輸送時の傷などを有する場合、それらの傷を一つの工程で鏡面化するには多くの時間が掛かり、不経済なうえ平滑性を損ねるなどの虞がある。予備研磨工程によりチタン合金材料表面の傷を除去しておくことにより、本発明の研磨方法による研磨に要する研磨時間を短縮することができ、優れた鏡面を効率的に得ることが期待できる。予備研磨工程に用いる予備研磨用組成物は、本発明の一形態に係るチタン合金材料研磨用組成物に比べて、より研磨力の強いものを用いることが好ましい。具体的には、本発明の一形態に係るチタン合金材料研磨用組成物に用いる砥粒よりも、より硬度の高く、粒子サイズの大きい砥粒を使用することが好ましい。

本発明の一形態に係るチタン合金材料研磨用組成物を用いてチタン合金材料を研磨する際には、一度研磨に使用されたチタン合金材料研磨用組成物を回収し、再度研磨に使用することができる。チタン合金材料研磨用組成物の再使用する方法の一例として、研磨装置から排出されたチタン合金材料研磨用組成物をタンク内に回収し、再度研磨装置内へ循環させて使用する方法が挙げられる。チタン合金材料研磨用組成物を循環使用することは、廃液として排出されるチタン合金材料研磨用組成物の量を減らすことで環境負荷が低減できる点と、使用するチタン合金材料研磨用組成物の量を減らすことでチタン合金材料の研磨にかかる製造コストを抑制できる点で有用である。

本発明の一形態に係るチタン合金材料研磨用組成物を循環使用する際には、研磨により消費・損失された金属溶解性向上剤、砥粒（例えば、アルミナ粒子）、および必要に応じて他の成分の一部または全部を組成物調整剤として循環使用中に添加することができる。

この場合、組成物調整剤としては金属溶解性向上剤、砥粒（例えば、アルミナ粒子）、および必要に応じて他の成分の一部または全部を任意の混合比率で混合したものとしてもよい。組成物調整剤を追加で添加することにより、チタン合金材料研磨用組成物が再利用されるのに好適な組成に調整され、研磨が好適に維持される。組成物調整剤に含有される金属溶解性向上剤、砥粒（例えば、アルミナ粒子）、および必要に応じて他の成分の濃度は任意であり、特に限定されないが、循環タンクの大きさや研磨条件に応じて適宜調整されるのが好ましい。

本発明の一形態に係るチタン合金材料研磨用組成物は一液型であってもよいし、二液型をはじめとする多液型であってもよい。また、本発明の一形態に係るチタン合金材料研磨用組成物は、チタン合金材料研磨用組成物の原液を水などの希釈液を使って、例えば１０倍以上に希釈することによって調製されてもよい。

本発明のその他の一形態に係るチタン合金材料を前記研磨方法で研磨する工程を含む研磨済チタン合金材料の製造方法によって製造される、研磨済チタン合金材料の算術平均粗さＲａとしては、７０ｎｍ以下であることが好ましく、６５ｎｍ以下であることがより好ましく、５０ｎｍ以下であることがさらに好ましく、４０ｎｍ以下であることがよりさらに好ましく、３０ｎｍ以下であることが特に好ましい。算術平均粗さは、非接触表面形状測定器を用いて測定することができる。測定方法の詳細は実施例に記載する。

次に、実施例および比較例を挙げて、さらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例のみに何ら限定されるわけではない。

砥粒としてα−アルミナ（粒子径（Ｄ５０）２．７μｍ、測定機：マルチサイザーＩＩＩ型 ベックマン・コールター社製）を用意した。比較例１においては、砥粒を水で希釈することで、砥粒をチタン合金材料研磨用組成物の全質量に対して１４質量％含むチタン合金材料研磨用組成物を調整した。実施例１〜４、および比較例２においては、砥粒を水で希釈し、さらに表１の化合物をチタン合金材料研磨用組成物の全質量に対して表１に記載のｐＨとなるよう加えることで、砥粒をチタン合金材料研磨用組成物の全質量に対して１４質量％含むチタン合金材料研磨用組成物を調整した。

ここで、実施例および比較例にて使用した化合物の種類を表１中の「化合物」として記載し、作製したチタン合金材料研磨用組成物のｐＨを表１中の「ｐＨ」として記載した。

また、チタン（Ｔｉ）、およびチタン合金材料であるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖを用意した。Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖは、チタン合金材料の全質量に対してアルミニウムが６質量％、およびバナジウムが４質量％含まれており、残りはチタン、および極微量の不可避不純物よりなる。さらに、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの副成分の１つであるアルミニウム（Ａｌ）を単体で用意した。

実施例１〜４、ならびに比較例１および２の各チタン合金研磨用組成物にて使用した、各化合物によるチタン合金材料中のチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）とのエッチングレート比を求め、各化合物が金属溶解性向上剤であるか否かを確認した。また、実施例および比較例の各チタン合金材料研磨用組成物を用いて、チタン、およびチタン合金材料の研磨速度を求めた。さらに、各チタン合金材料研磨用組成物による研磨後のチタン合金材料の表面粗さを測定した。

各測定方法および結果は以下に示す。

＜エッチングレート比＞
エッチングレート比より、実施例１〜４、ならびに比較例１および２の各チタン合金研磨用組成物にて使用した、各化合物によるチタン合金材料中に存在する主成分のチタン、および副成分の金属元素を溶解させる機能を確認した。

エッチング用基板として、純アルミニウム、および純チタン（各３２×３２×２ｍｍ）をそれぞれ１枚ずつ用意した。また、エッチング溶液として、純水に各化合物を、表１に記載の各チタン合金研磨用組成物のｐＨと同じ値となるよう含有させたものを用意した。各基板を２５０ｍＬ容器に１枚ずつ入れ、エッチング溶液１５０ｍＬに浸漬し、６０℃にて２４時間静置後、基板を取り出し、エッチング前後の質量差から各エッチングレートを算出した。ここで、エッチング前後の質量差は１日（２４時間）あたりのエッチングレートを表す。そして、これらの各エッチングレートの測定結果を用いて、ＡｌのエッチングレートをＴｉのエッチングレートで除することで、エッチングレート比を求めた。この結果を表１の「Ａｌ／Ｔｉ エッチングレート比」に示す。このエッチングレート比が１より大きいときは、化合物は、チタンよりも高い溶解度でチタン合金材料の副成分である金属元素（ここではアルミニウム）を溶解させる機能を有する、金属溶解性向上剤であるとした。

＜研磨速度＞
上記チタン、およびチタン合金材料を、実施例１〜４、ならびに比較例１および２の各チタン合金材料研磨用組成物を用いて、片面研磨機にて研磨した。具体的には、保持具でチタン合金材料を保持し、チタン合金材料研磨用組成物を供給しながらチタン合金材料の片面に研磨布（研磨パッド）を貼付した定盤を押しつけ、定盤を回転させることにより、表２に示す条件でチタン合金材料を研磨した。

研磨工程前の各チタン、およびチタン合金材料の質量、および研磨工程後の各研磨済チタン、および研磨済チタン合金材料の質量を測定し、研磨工程前後の質量差から各研磨速度を算出した。この結果をそれぞれ表１の「Ｔｉ 研磨速度」、および「Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ 研磨速度」に示す。

＜算術平均粗さＲａ＞
実施例１〜４、ならびに比較例１および２の各チタン合金研磨用組成物を用いて研磨された研磨済チタン合金材料について、非接触表面形状測定器（レーザー顕微鏡ＶＫ−Ｘ２００、キーエンス社製）を用いて、測定エリアサイズを２４８×２１３μｍとして、算術平均粗さＲａを求めた。この結果を表１の「Ｒａ」に示す。

なお、表１の比較例１および２のエッチングレート測定においては、アルミニウムおよびチタンのエッチングは確認されなかったことから、表１のエッチングレート比にてエッチングなしと記載した。

表１に示すように、実施例１〜４のチタン合金材料に対する研磨速度は、比較例１および２よりも大きい値となった。また、実施例は、比較例と比べてＲａが小さい値となった。この結果から、各実施例では、チタン合金材料の研磨速度が速く、且つ平滑性が高く高光沢な表面を有する研磨済チタン合金材料を得ることができることが分かる。他方、比較例では、研磨速度が遅く、表面の荒れも大きくなった。

本出願は、２０１４年８月７日に出願された日本特許出願番号２０１４−１６１７９０号に基づいており、その開示内容は、参照により全体として組み入れられている。

Claims (8)

1. チタン合金材料を研磨するためのチタン合金材料研磨用組成物であって、前記チタン合金材料の全質量に対して０．５質量％より多い含有量で存在するチタン以外の金属元素の少なくとも１種を、チタンよりも高い溶解度で溶解させる機能を有する化合物、および砥粒を含有する、チタン合金材料研磨用組成物。
2. 前記化合物は、酸性化合物、またはその塩である、請求項１に記載のチタン合金材料研磨用組成物。
3. 前記化合物は、有機酸化合物、またはその塩である、請求項１または２に記載のチタン合金材料研磨用組成物。
4. 前記砥粒は、金属酸化物である、請求項１から３のいずれか１項に記載のチタン合金材料研磨用組成物。
5. 前記砥粒は、アルミナである、請求項１から４のいずれか１項に記載のチタン合金材料研磨用組成物。
6. 前記チタン以外の金属元素の少なくとも１種が、アルミニウムであることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のチタン合金材料研磨用組成物。
7. チタン合金材料中にチタン合金材料の全質量に対して０．５質量％より多い含有量で存在するチタン以外の金属元素の少なくとも１種を、チタンよりも高い溶解度で溶解させる機能を有する化合物、および砥粒を混合する工程を含む、チタン合金材料研磨用組成物の製造方法。
8. 研磨パッドとチタン合金材料との間に請求項１〜６のいずれか１項に記載のチタン合金材料研磨用組成物、または請求項７に記載の製造方法により得られたチタン合金材料研磨用組成物を供給することと、
   前記研磨パッドを前記チタン合金材料に押し当てることと、
   前記研磨パッドおよび／または前記チタン合金材料を回転または移動させて前記チタン合金材料を研磨することと、
   を含む、研磨済チタン合金材料の製造方法。