JP3945745B2

JP3945745B2 - セリウム系研摩材及び研摩材スラリー並びにセリウム系研摩材の製造方法

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Publication number: JP3945745B2
Application number: JP2001065952A
Authority: JP
Inventors: 昭文伊藤; 直義望月; 和哉牛山; 広幸渡辺
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2021-03-09
Also published as: EP1380627A4; KR20030092011A; US20070077868A1; MY154723A; CN100376652C; JP2002265931A; US6946009B2; WO2002072726A1; US20050198913A1; CN1527870A; TW555841B; EP1380627A1; KR100567678B1; US20040154229A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セリウム系研摩材に関する。詳しくは流動性及び分散性が良好で研摩特性に優れるセリウム系研摩材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セリウム系粒子を主成分として含有するセリウム系研摩材は、その優れた研摩効果と、研摩材に添加される多彩な添加剤の機能によって、その用途を急速に広げている。現在では、従来の光学用ガラス研摩用途だけでなく、液晶用ガラス用、ハードディスクなどの磁気記録媒体用ガラス研摩用、ＬＳＩなどの電子回路製造用といった分野にも使用されている。
【０００３】
このセリウム系研摩材は、一般的に以下の方法で製造される。即ち、原料をスラリー化し、湿式粉砕し、必要に応じて鉱酸等で処理した後、フッ酸やフッ化アンモニウム等で化学的処理を行なう。そして得られたスラリーを濾過、乾燥、焙焼した後、粉砕及び分級を行い、所望の粒径を有する研摩材粒子を得ることができる。また、このセリウム系研摩材の原料としては、炭酸希土、水酸化希土、シュウ酸希土等の希土原料、あるいはこれらを焼成して得られる酸化希土原料が用いられる。これらの希土原料は、一般にバストネサイト系希土原料あるいはセリウム含有希土類原料から、一部の希土（Ｎｄ、Ｐｒ等）及び放射性元素等を公知の化学的処理によって除去することにより製造されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、セリウム系研摩材には、高い研摩速度を発揮することが前提として求められ、更には、優れた鏡面性を有する研摩面を製造できることが求められている。これはセリウム系に限らず研摩材一般に求められる特性であるが、その一方で、単に研摩特性に優れるのみではなく、その他の特性の改善も求められている。
【０００５】
例えば、セリウム系研摩材は、通常水等の分散媒に分散させ、必要に応じて分散剤やｐH調整剤などを加えた後、研摩装置へ供給される。従って、乾燥した研摩材粒子粉末が水に速く分散し、均一なスラリーとなることが重要である。
【０００６】
また、研摩材粒子の被研摩材表面に対する付着性も重要である。これは研摩後の被研摩材は洗浄されることとなるが、研摩材粒子の付着性が高いと洗浄後の被研摩材表面に研摩材粒子が残留することとなる。そして、この残留研摩材粒子はその後の取り扱いにおいて傷の要因になる場合がある。また、被研摩材がハードディスク用基板であれば、残留粒子の存在は研摩後に磁性体を蒸着した場合その平滑性を悪化させる要因となる。
【０００７】
このような種々の要求に対する対策としては、研摩特性の改善については、研摩材の改良の他、スラリーへの添加剤、研摩パッドや研摩装置などへの各種工夫がなされている。しかし、分散性、付着性の改善に対しては、添加剤の機能によって対応することが数多くなされている一方で、研摩材粒子そのものに対しては十分な解決策はいまだ提案されておらず、研摩材粒子そのものについて研摩特性と分散性との両立を図ったものはない。特にセリウム系研摩材においては、高度な表面平滑性、鏡面性を実現すべく研摩材粒子の粒径が１μｍ以下、更には０．５μｍ以下としたより微小粒径のものが用いられており、粒子の粒径が微小になればその表面エネルギーの関係から分散性、付着性が悪化するものと考えられるが、それに対する対策はなされていない。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、研摩力及び研摩精度に優れると共に、分散性等のその他の諸特性にも優れるセリウム系研摩材を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決すべく、本発明者等は研摩材に前提として求めら得る特性、つまり優れた研摩特性を発揮し得るセリウム系研摩材を見出すべく研摩時に発生する傷の発生要因について整理検討した。この研摩傷の問題点について整理すると、研摩時に発生する傷には粗大粒子の存在による発生するいわゆる研摩傷と、これより細かいが最終研摩表面上に生じる微細傷とが挙げられる。
【００１０】
これら２種類の傷の発生要因について検討すると、まず、研摩傷は、粗大粒子が研摩スラリーそのものに存在することが原因である。そして、この粗大粒子は研摩材粒子の製造工程中の焙焼工程における研摩材微粒子の異常粒子成長が主な要因であると考えられるが、これに加えて製造後の乾燥粒子粉末を研摩スラリーとする際に、乾燥凝集力の高い粒子の存在が分散不良を起こし、これによりスラリー中で粗大粒子を形成することが考えられる。
【００１１】
これに対し、微細傷の発生原因としては、研摩粒子と被研摩材との材質の関係がその要因であると考えられる。というのも、セリウム系研摩材が適用される用途における被研摩材はケイ素やアルミニウムを主成分とする異種材料が多い。このような異種材料を研摩した場合、研摩によって削り取られた被研摩材の微粒子が研摩材粒子に物理吸着又は化学吸着し部分的に集中する。そして、被研摩材の微粒子が吸着した研摩材粒子が異常凝集を起こし、これが再度被研摩材へ研摩作用を起こすために傷が発生するのである。
【００１２】
以上の考察から、傷を発生させることのない高精度のセリウム系研摩材とするためには、その製造工程において異常粒子成長を防ぐことができることが必要である。そして、これに加えて、乾燥凝集力が弱く分散媒への分散性が良好であること、及び、被研摩材粒子の吸着による異常凝集が生じることなく分散した状態を維持できることが必要である。このことは、優れた研摩特性を有する研摩材とは、分散性にも優れていることを示すものである。
【００１３】
そして、本発明者等は鋭意検討を行った結果、研摩材粒子の乾燥凝集力を弱くする手法として研摩材粒子表面にケイ素成分、アルミニウム成分を被覆することで効果があるのではないかと考え、本発明に到達した。即ち、本発明は、酸化セリウムを主成分とするセリウム系研摩材において、研摩材を構成する研摩材粒子が、ケイ素又はケイ素無機化合物からなるケイ素成分と、アルミニウム又はアルミニウム無機化合物からなるアルミニウム成分との少なくともいずれかを含有する被覆層で覆われていることを特徴とするセリウム系研摩材である。
【００１４】
本発明において、ケイ素成分、アルミニウム成分を被覆するとは、ケイ素成分やアルミニウム成分が研摩材粒子に対して、物理的に混合や付着しているだけでなく、何らかの化学的な結合を有しているため、研摩材粒子表面より簡単に脱離せず、なおかつ均一に粒子表面に存在しているものをいう。
【００１５】
また、本発明において、粒子表面の被覆層は、ケイ素成分、アルミニウム成分の両成分が混合した単一層であっても良いが、ケイ素成分からなる層とアルミニウム成分からなる層を組み合わせた２層構造としても良い。また、被覆層が２重被覆層を形成する場合、下層がケイ素成分で上層がアルミニウム成分でも、また、下層がアルミニウム成分で上層がケイ素成分でもよく、被研摩材の材質や研摩条件に合わせて選択すればよい。
【００１６】
この本発明に係るセリウム系研摩材は、乾燥凝集力が低く分散媒に対する分散性が良好である。また、同時に研摩時の被研摩材微粒子の吸着による異常凝集も生じ難い。ここで、何故、セリウム系研摩材粒子表面にケイ素成分やアルミニウム成分を被覆することによりこのような機能を発揮されるのかについては必ずしも明確ではないが、本発明者等によれば、研摩材粒子表面の被覆層がスペーサー的な役割を有することにより乾燥凝集力が低下するためであると考える。
【００１７】
また、このように被覆された研摩材は、被覆層の形成が焙焼前に行われているものであれば焙焼時の異常粒子成長を防止され、粗大粒子が混入していない状態の研摩材である。この異常粒成長防止の効果も被覆層のスペーサー的な役割によるものと考えられるが、これにより製造された研摩材中に粗大粒子が混入することを抑制することができ、より良好な研摩特性を有する研摩材となる。
【００１８】
そして、この被覆層のスペーサー的な作用により、本発明に係るセリウム系研摩材は、被研摩材に対して付着性が低いという効果もある。即ち、本発明に係るセリウム系研摩材の研摩材粒子は、研摩後の洗浄により被研摩材表面に残留することなく脱離可能である。本発明に係る付着性の低いセリウム系研摩材によれば、研摩後の傷発生のおそれもなく、また、製品の平滑性を確保することができる。
【００１９】
ここで、被覆層に含有されるケイ素成分、アルミニウ成分の含有量としては、ケイ素元素、アルミニウム元素の合計重量が研摩材粒子重量に対して０．０１〜５wt％となるのが望ましい。好ましくはこの範囲は０．０５〜３ｗｔ％、さらに好ましくは０．１〜２ｗｔ％である。０．０１ｗｔ％未満では、本発明で期待される効果が得られず、５ｗｔ％を超えると、焼結防止や分散性改善には効果があるが、均一な被覆処理が難しくなるために、セリウム系研摩材粒子表面以外に単独で被覆成分が存在するため、研摩評価に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００２０】
また、被覆層中にケイ素成分とアルミニウム成分の双方を含有させた場合の両成分の含有比率（Ｓｉ／Ａｌ）は、被覆層が単一層のときは原子比で０．１〜１０、より好ましくは０．５〜５である。また、２層構造とした場合、被覆層を構成するケイ素成分からなる層とアルミニウム元素ケイ素成分からなる層の割合として、Ｓｉ／Ａｌの原子比は０．１〜１０、より好ましくは０．３〜３である。更に、いずれの場合においても、ケイ素原子の被覆量よりアルミニウム原子の被覆量が同等か多い方が、焼結防止や分散性を改善するためには好ましいものである。
【００２１】
ところで、この表面が被覆されたセリウム系研摩材について本発明者等が詳細な検討を行ったところ、このセリウム系研摩材は研摩材粒子の安息角が小さいことが確認された。このことから、本発明に係るセリウム系研摩材からなる粉体は流動性も良好であると考えられる。これは空気輸送する場合配管類の閉塞、貯蔵時における貯蔵ホッパー内への付着や棚つりを軽減することができるという利点がある。また、分級工程前に被覆層を形成させておくことで分級装置内への粉末の付着を抑制することができ分級効率の改善を図ることができる。尚、本発明において、粉体の安息角は小さいことが好ましく、６０度以下が望ましいものである。より好ましくはこの値が５５度以下、さらに好ましくは５０度以下である。この安息角は被覆層の厚さにより異なるが、研摩材粒子重量に対するケイ素元素、アルミニウム元素の合計含有率が０．０１重量％で６０度となり、合計含有率の増加と共に安息角は低くなり５重量％で５０度以下となる。
【００２２】
また、本発明に係るセリウム系研摩材は上記のように単独で優れた分散性、流動性を有するが、更に表面処理を行なうことで特定の性質を付与することができる。例えば、本発明に係る研摩材にオレイン酸やステアリン酸等の脂肪酸処理剤やシリコンオイル、有機フッ素化合物等の処理剤を添加することで撥水性を付与することができる。また、シリコン系、フッ素系化合物からなる流動化処理剤により流動性を向上させることができ、この他にも適宜の表面処理剤により帯電性、湿式分散性を調整することができる。そして、流動性を重視するならば、本発明に係るセリウム系研摩材は、被覆層の表面に更にカップリング剤により形成されるカップリング処理剤層が形成させるのが望ましい。カップリング剤は水酸基との反応性に富むが、本発明に係るケイ素成分、アルミニウム成分を含有する被覆層が形成された研摩材表面には、被覆しないものと比べ水酸基が多く存在しているものと推測されることから、表面処理剤の中でもカップリング剤が最も容易に処理可能だからである。そして、このようにカップリング処理剤層を形成させることで安息角を低減することができ流動性に優れた研摩材とすることができる。このカップリング処理剤層を形成させることのできるカップリング剤としては、シランカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、ジルコニアカップリング剤、チタネートカップリング剤の少なくとも１種を含有するカップリング剤により形成されるものがある。これらのカップリング剤は水酸基に対する反応性が良く、また、従来から、粉体の流動性、潤滑性を向上させるための添加剤として使用されているからである。例えば、シランカップリング剤により形成される層で被覆された本発明に係るセリウム系研摩材粒子は、被覆層のみで被覆されたものより安息角を５度以上低くすることができる。
【００２３】
尚、このようにして得られた粒子表面に被覆層が形成されたセリウム系研摩材粒子の粒径は、特に制限を受けるものではないが、好ましくはマイクロトラックによる測定において、平均粒径が０．１〜１０μｍであり、より好ましくは０．２〜５μｍである。この値が０．１μm未満では、実用的な研摩速度が得られにくく、また、１０μｍを超えると研摩傷が多数発生して、精密研摩としては使えないものとなってしまうからである。
【００２４】
また、本発明において、セリウム系研摩材とは、粒子そのものだけでなく、粒子が集合した粉体も意味するものである。また、セリウム系研摩材粒子を含有する研摩材スラリーは、この研摩材を媒質として、分散媒に分散することによって調整できるものであり、分散媒に対して分散作用、洗浄作用などを有する添加剤についても、公知の物質が任意に使用できる。
【００２５】
更に、このような粒子表面にケイ素成分、アルミニウム成分を被覆したことを特徴とするセリウム系研摩材粒子を用いてセリウム系研摩材スラリーとする場合、研摩材スラリーとして水を分散媒とした分散スラリーとするのが好ましい。また、分散剤や界面活性剤など、研摩目的に応じて、各種添加剤を併用した研摩用スラリーとすることも任意に行うことができる。
【００２６】
以上説明したように、本発明に係るセリウム系研摩材は、優れた分散性、流動性を維持しつつ、高い研摩特性を発揮し各種ガラス研磨用の研摩材として好適である。また、本発明に係るセリウム系研摩材はその表面にケイ素成分、アルミニウム成分を有するが、これらの成分はそれぞれマイナス側、プラス側の帯電性を有する。更に、本発明に係るセリウム系研摩材は表面処理を容易に行なうことができることから帯電性の調整も可能である。従って、本発明に係るセリウム系研摩材は、一般的なガラス研摩の他、電子写真法で使用される静電潜像現像用現像剤の添加剤としての利用も可能である。例えば、感光体としてアモルファスシリコンが適用された現像装置においては、現像剤に本発明に係るセリウム系研摩材を添加することにより、感光体表面の清浄性を保持し画像濃度の安定性等の現像特性を向上させることできる。
【００２７】
次に、本発明に係るセリウム系研摩材の製造方法、即ち、研摩材粒子に被覆層を形成する方法について説明する。研摩材粒子に対してケイ素成分、アルミニウム成分を被覆する方法としては、乾式でセリウム系研摩材粉末と、コロイダルシリカやコロイダルアルミニウムのような微粉末をと混合しても一応の被覆は可能である。しかし、この乾式法では、被覆微粒子の脱落が生じるおそれがある上、均一被覆ができない。そこで、均一且つ強固に被覆層を形成させる方法として、湿式での処理、即ち、セリウム系研摩材を分散媒に湿式分散させてスラリーとし、該スラリーにケイ素化合物又はアルミニウム化合物の少なくともいずれかを含有する処理溶液を添加する方法が好ましい。これによりセリウム系研摩材粒子の表面に容易且つ均一にケイ素成分、アルミニウム成分を被覆することができると共に、形成された被覆層は強固で使用途中に脱落することがない。
【００２８】
また、本発明において研摩材粒子表面に形成される被覆層は、乾燥凝集を抑制する他、焙焼時に異常粒成長を抑制する効果も有する。従って、より研摩特性に優れたセリウム系研摩材とするためには、完成したセリウム系研摩材に被覆処理を行うのではなく、予め粉砕された原料に被覆層を形成し、これに通常の処理を行って研摩材とすることが好ましい。即ち、研摩材原料と分散媒とを混合してスラリーとするスラリー化工程と、該スラリーを湿式粉砕する粉砕工程と、粉砕後の研摩材原料を焙焼する焙焼工程と、焙焼後の研摩材原料を乾式粉砕した後分級処理する分級工程とを含む通常の製造方法において、粉砕工程中又は粉砕工程後に、スラリーにケイ素化合物又はアルミニウム化合物の少なくともいずれかを含有する処理溶液を添加して表面処理とするものである。
【００２９】
ここで、被覆処理を行う際に研摩材粒子又は研摩材原料をスラリー化するための分散媒としては、アルコールや炭化水素系溶剤のような有機溶媒も適用できるが、引火などの作業安全性の問題等を考慮すれば、分散媒としては水を主成分とするのが好ましい。このスラリー中の研摩材又は原料の濃度は、５〜５０重量％の範囲として処理を行うことが好ましい。５重量％未満ではスラリーが薄すぎて生産性が低下するからであり、５０重量％を超えるとスラリーの粘性が高くなり攪拌が困難となるため均一な被覆処理ができない可能性が高いからである。特に、分級後のセリウム系研摩材に表面処理を行なう場合には、スラリー濃度をかかる範囲とすることで、表面処理後のスラリーをそのまま研摩用のスラリーとして適用することができ便宜である。また、研摩材又は原料のスラリー化の方法としては、粉末状又はケーキ状の研摩材又は原料を分散媒でレバルブすることによりなされ、必要に応じて攪拌機、超音波分散機、ホモジナイザー、ホモミキサー等の装置を用いる。
【００３０】
一方、スラリー化した研摩材又は原料に添加するケイ素化合物、アルミニウム化合物としては、コロイダルシリカやコロイダルアルミニウムのような微粒子粉末をそのままか又はスラリー化して添加しても可能であるが、この場合も被覆微粒子の脱落や、均一被覆ができない。従って、添加する化合物については、研摩材スラリーに対して溶解性を有する化合物を適用するのが好ましい。特に、上述のように本発明では分散媒として、水を主成分とすることが望ましいとされていることから、この場合に添加するケイ素成分やアルミニウム成分は、水溶性のものが望ましい。この水溶性ケイ素成分としては、珪酸ナトリウム、珪酸カリウムなどが使用でき、また、水溶性アルミニウム成分としては、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、アルミン酸ナトリウムなどを用いることができる。
【００３１】
ここで、本発明において、均一かつ強固に研摩材粒子又は研摩材原料表面にケイ素成分、アルミニウム成分を被覆するためには、ケイ素成分、アルミニウム成分の研摩材スラリーへの添加中又は添加後に、ｐＨを調整するのが好ましい。このｐＨの範囲としては、２〜１０の範囲で調整するのが望ましい。このｐＨ領域外では、粒子表面に被覆した、ケイ素成分、アルミニウム成分が溶出してしまい、被覆による効果が得られないからである。そして、このようにｐH調節を行なうことにより、単純に物理的に混合する場合以上に均一かつ強固にケイ素成分、アルミニウム成分を被覆することができる。
【００３２】
このｐHの調整方法としては、スラリーにケイ素成分、アルミニウム成分化合物の添加中又は添加後に、ｐHを所定範囲に維持できるように酸やアルカリの水溶液を添加することでできる。ここで、ケイ素成分やアルミニウム成分の添加速度については特に限定する条件はないが、スラリー全体に均一に混合しながら添加すればよい。また、添加後のスラリーのｐHを維持する時間としては５分以上あれば十分である。
【００３３】
尚、粉砕工程で原料に予め被覆層を形成する場合、処理後の原料スラリーは、通常の方法で濾過、洗浄、乾燥、焙焼、粉砕、分級してセリウム系研摩材粒子粉末を得ることができる。このときの焙焼温度は７００〜１２００℃で保持時間が３０分〜２４時間、また、分級は粒径１０μｍ以上の粒子を除くことで行なうことができる。また、表面処理後に行われる焙焼によって、内部から発生する炭酸ガス等によって表面被覆層が破壊されるのを防ぐため、被覆される粉体としては、炭酸希土よりも酸化希土の方が好ましく、より具体的には、焙焼温度における炭酸ガス等の揮発成分の含有率が、被覆前の研摩材粒子粉体重量に対して、２５ｗｔ％以下であれば良い。
【００３４】
一方、以上の方法により製造される被覆層を有するセリウム系研摩材にカップリング処理剤層形成させる方法としては、上記方法により製造されたセリウム系研摩材とカップリング剤とを混合し、加熱処理してカップリング反応を生じさせることによる。このセリウム系研摩材とカップリング剤との混合は、粉末状態のセリウム系研摩材にカップリング剤を添加して混合器で混合しても良いが、セリウム系研摩材を水又は有機溶媒に分散させてスラリーとし、該スラリーにカップリング剤を添加して混合しても良い。そして、カップリング剤の混合量としては、セリウム系研摩材の重量に対して０．１〜５重量％の割合で混合するのが好ましい。０．１重量％未満では研摩材の処理効果が少なく、５重量％を超えるとカップリング処理剤層が厚くなるため、カップリング成分が研摩中に脱落しやすくり研摩材スラリーの性状を変化させることとなるからである。
【００３５】
また、処理するカップリング剤としては、シランカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、ジルコニアカップリング剤、チタネートカップリング剤等を適用することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を比較例と共に説明する。
【００３７】
第１実施形態：バストネサイト系酸化セリウム原料を用い、水と共にアトライタ（三井鉱山（株）製）へ投入し、後述する粒径測定方法における平均粒径が０．３μｍとなるまで粉砕した。そして、アトライタから攪拌装置のある受槽へスラリーを移送した後、酸化セリウム重量に対して、ケイ素が１ｗｔ％となるように計量したケイ酸ナトリウム水溶液を攪拌しながら添加した。添加後５分間攪拌した後、希硫酸にてｐＨを８に調整し、３０分間にわたりこのｐＨを維持するように調整した。得られたスラリーを濾過、乾燥、９５０℃で焙焼、粉砕後、粒径１０μm以上の粒子を除いて、セリウム系研摩材粒子粉末を得た。そして、以下の方法により粒子表面のケイ素成分覆量測定を行った後、粒度測定、分散性試験を行い、ガラス材料を研摩して研摩特性を評価した。
【００３８】
＜粒径測定＞研摩材粒子粉末０．１ｇを０．１ｗｔ％ヘキサメタ燐酸ナトリウム水溶液１００ｍｌに入れ、超音波ホモジナイザー（（株）日本精機製作所ＭＯＤＥＬＵＳ−３００Ｔ）にて３００Ｗで１０分間かけて分散した。得られた分散液を一部取り、マイクロトラック（日機装（株）マイクロトラックＭＫ−ＩＩ粒度分析計ＳＰＡＭＯＤＥＬ７９９７−２０）にて粒度分布を測定した。得られたデータで、小粒径側よりの体積粒度分布度数で５０％の粒径の値（μｍ）を平均粒径とした。
【００３９】
＜被覆層の成分測定＞研摩材粒子粉末１ｇを１ｍｏｌ／ｌのＮａＯＨ水溶液１００ｍｌに入れ、温度５０℃を維持しながらマグネチックスターラーにて攪拌を４時間続けた。得られたスラリーは濾紙を用いて粉末を濾別し、溶液を２００ｍｌに純水で希釈して、ＩＣＰにてケイ素及びアルミニウム含有率を定量し、はじめの研摩材粒子粉末の重量に換算することで、被覆層中のケイ素成分及びアルミニウム成分量を定量した。
【００４０】
＜分散性試験＞研摩材粒子粉末０．１ｇを純水１００ｍｌに入れ、超音波ホモジナイザーによって分散する時間を１分間、２分間、・・・と変え、小粒径側からの体積粒度分布度数で９０％の粒径の値が１０μｍ以下（マイクロトラック）となった時間を、要分散時間とした。従って、要分散時間の短いとき、分散性に優れているものと判断した。
【００４１】
＜研摩試験＞試験装置としてオスカー型研摩試験機（台東精機（株）社製ＨＳＰ−２Ｉ型）を使い、ポリウレタン製の研摩パッドを用い、６０ｍｍφの平面パネル用ガラスを被研摩材料とし、上記研摩材スラリーを５００ｍｌ／分の速度で供給しながら研摩面に対する圧力設定を５００ｇ/ｃｍ^２とし、及び研摩機の回転速度を１１００ｒｐｍに設定し、５分間研摩した。研摩後のガラスを純水による流水洗浄し、さらに純水中で１分間超音波洗浄し、さらに純水による流水洗浄を行い、無塵状態で乾燥させた。尚、研摩後のガラスの洗浄は、超音波洗浄を行なわない流水のみの洗浄も行ない、超音波洗浄を行なった場合の研摩材粒子の残存量を比較することとした。
【００４２】
研摩値の評価は、研摩前後におけるガラスの重量の減少を測定し、後述する比較例１を１００とした場合の相対値に換算して研摩値とした。また、研摩表面の傷の有無、及び残存している付着研摩材粒子の有無については、研摩後のガラスの表面に光源として３０万ルックスのハロゲンランプを照射して、反射法にて観察した。傷に関しては、傷の程度及びその数を観察して点数付けを行い、１００点満点からの減点方式にて評価した。また、研摩面を光学顕微鏡にて観察し、ガラス表面に残存している研摩材の有無を確認した。
【００４３】
以上の粒度測定、分散性測定、研摩試験の結果を表１に示す。
【００４４】
第２実施形態：本実施形態では、第１実施形態のケイ素に替えてアルミニウムを被覆したセリウム系研摩材を製造した。第１実施形態と同様にバストネサイト系酸化セリウム原料を平均粒径が０．３μｍとなるまで粉砕した後、スラリーに酸化セリウム重量に対して、アルミニウムが１ｗｔ％となるように計量した硫酸アルミニウム水溶液を攪拌しながら添加した。添加後５分間攪拌した後、ＮａＯＨ水溶液にてｐＨを６に調整し、３０分間にわたりこのｐＨを維持するように調整した。得られたスラリーを濾過、乾燥、９５０℃で焙焼、粉砕後、粒径１０μm以上の粒子を除いて、セリウム系研摩材粒子粉末を得た。得られたセリウム系研摩材粒子粉末を第１実施形態と同様に評価し、得られた結果を表１に示す。
【００４５】
第３実施形態：本実施形態では、ケイ素及びアルミニウムの両成分を被覆したセリウム系研摩材を製造した。第１実施形態と同様にバストネサイト系酸化セリウム原料を平均粒径が０．３μｍとなるまで粉砕した後、スラリーに酸化セリウム重量に対して、ケイ素が０．３％となるように計量したケイ酸ナトリウム水溶液と、アルミニウムが０．３ｗｔ％となるように計量したアルミン酸ナトリウム水溶液を攪拌しながら添加した。添加後５分間攪拌した後、希硫酸にてｐＨを６に調整し、３０分間にわたりこのｐＨを維持するように調整した。得られたスラリーを濾過、乾燥、９５０℃で焙焼、粉砕後、粒径１０μm以上の粒子を除いて、セリウム系研摩材粒子粉末を得た。得られたセリウム系研摩材粒子粉末を第１実施形態と同様に評価し、得られた結果を表１に示す。
【００４６】
第４実施形態：本実施形態では、ケイ素及びアルミニウムの両成分を被覆したセリウム系研摩材を製造した。第１実施形態と同様にバストネサイト系酸化セリウム原料を平均粒径が０．３μｍとなるまで粉砕した後、スラリーに水といっしょにアトライタへ投入し、平均粒径が０．３μｍとなるまで粉砕した後、アトライタから攪拌装置のある受槽へスラリーを移送した後、酸化セリウム重量に対して、ケイ素が０．５％となるように計量したケイ酸ナトリウム水溶液を攪拌しながら添加し、添加後５分間攪拌した後、希硫酸にてｐＨを８に調整し、このｐＨを３0分間保持した。さらに、アルミニウムが０．２５ｗｔ％となるように計量した硫酸アルミニウム水溶液を攪拌しながら添加した。添加後５分間攪拌した後、希硫酸にてｐＨを６に調整し、３０分間にわたりこのｐＨを維持するように調整した。得られたスラリーを濾過、乾燥、９５０℃で焙焼、粉砕後、粒径１０μm以上の粒子を除いて、セリウム系研摩材粒子粉末を得た。得られたセリウム系研摩材粒子粉末を第１実施形態と同様に評価し、得られた結果を表１に示す。
【００４７】
第５実施形態：本実施形態では、ケイ素及びアルミニウムの両成分を被覆したセリウム系研摩材を製造した。第１実施形態と同様にバストネサイト系酸化セリウム原料を平均粒径が０．３μｍとなるまで粉砕した後、スラリーに酸化セリウム重量に対して、アルミニウムが０．５ｗｔ％となるように計量した硫酸アルミニウム水溶液を攪拌しながら添加した。添加後５分間攪拌した後、希硫酸にてｐＨを６に調整し、３０分間にわたりこのｐＨを維持するように調整した。さらにケイ素が０．１％となるように計量したケイ酸ナトリウム水溶液を攪拌しながら添加し、添加後５分間攪拌した後、希硫酸にてｐＨを８に調整し、このｐＨを３0分間保持した。得られたスラリーを濾過、乾燥、９５０℃で焙焼、粉砕後、粒径１０μm以上の粒子を除いて、セリウム系研摩材粒子粉末を得た。得られたセリウム系研摩材粒子粉末を第１実施形態と同様に評価し、得られた結果を表１に示す。
【００４８】
第７実施形態：本実施形態では、第１〜第６実施形態とは異なり、原料としてバストネサイト系酸化セリウムに替えて全酸化希土に対して酸化セリウムを６０重量％以上含有する酸化希土を用い、更に表面処理もまず表面処理を行なわずに研摩材を製造し、その後この研摩材に表面処理を行なうこととした。ここでの研摩材の製造工程は、表面処理を行なうこと以外は、第１〜第６実施形態と同様である。即ち、原料を水と共にアトライタへ投入して粉砕し、スラリーを濾過、乾燥後、９５０℃で焙焼、粉砕後、粒径１０μm以上の粒子を除くものである。そして、得られたセリウム系研摩材粒子粉末をスラリー濃度１０重量％となるように純水に分散させて攪拌し、これにケイ酸ナトリウム水溶液を、研摩材重量に対してケイ素元素含有率が１重量％となるように添加した。この際、スラリーのｐＨを０．１ｍｏｌ／ｌの希硫酸でｐＨ８となるように調製しながら３０分間攪拌した。攪拌後スラリーを濾過し、洗浄してナトリウムイオン、硫酸イオンを除去してケーキとした。そして、このケーキを１２０℃で乾燥して粉砕することによりセリウム系研摩材とした。この研摩材についても第１実施形態と同様に評価し、得られた結果を表１に示す。
【００４９】
第８実施形態：本実施形態では第７実施形態と同様の方法で、セリウム系研摩材を製造し、この研摩材に表面処理を行なった。セリウム系研摩材をスラリー濃度１０重量％となるように純水に分散させて攪拌し、これに硫酸アルミニウム水溶液を、研摩材重量に対してアルミニウム元素含有率が１重量％となるように添加しつつ攪拌した。この際のスラリーのｐＨは８に維持した。表面処理後のスラリーを濾過、洗浄してケーキとし、このケーキを１２０℃で乾燥して粉砕することによりセリウム系研摩材とした。この研摩材についても第１実施形態と同様に評価し、得られた結果を表１に示す。
【００５０】
第９実施形態：本実施形態では第７、第８実施形態と同様、セリウム系研摩材に表面処理を行なった。セリウム系研摩材をスラリー濃度１０重量％となるように純水に分散させて攪拌し、これに研摩材重量に対してケイ素が０．３重量％となるように計量したケイ酸ナトリウム水溶液と、アルミニウムが０．３重量％となるように計量したアルミン酸ナトリウム水溶液を攪拌しながら添加しつつ攪拌した。この際のスラリーのｐＨは８に維持した。表面処理後のスラリーを濾過、洗浄してケーキとし、このケーキを１２０℃で乾燥して粉砕することによりセリウム系研摩材とした。この研摩材についても第１実施形態と同様に評価し、得られた結果を表１に示す。
【００５１】
第１０実施形態：本実施形態では第９実施形態と同様の方法により、セリウム系研摩材にケイ素成分及びアルミニウム成分を被覆する表面処理を行なった。ここでは、研摩材重量に対してケイ素が０．５重量％となるように計量したケイ酸ナトリウム水溶液と、アルミニウムが０．３重量％となるように計量したアルミン酸ナトリウム水溶液を添加した。得られたセリウム系研摩材粒子粉末を第１実施形態と同様に評価し、得られた結果を表１に示す。
【００５２】
第１１実施形態：研摩材重量に対してケイ素が０．１重量％となるように計量したケイ酸ナトリウム水溶液と、アルミニウムが０．５重量％となるように計量したアルミン酸ナトリウム水溶液を添加した以外は第９実施形態と同様の方法により、セリウム系研摩材にケイ素成分及びアルミニウム成分を被覆する表面処理を行なった。得られたセリウム系研摩材粒子粉末を第１実施形態と同様に評価し、得られた結果を表１に示す。
【００５３】
第１２実施形態：研摩材重量に対してケイ素が１．０重量％となるように計量したケイ酸ナトリウム水溶液のみを添加した以外は第９実施形態と同様の方法により、セリウム系研摩材にケイ素成分を被覆する表面処理を行なった。得られたセリウム系研摩材粒子粉末を第１実施形態と同様に評価し、得られた結果を表１に示す。
【００５４】
比較例１：以上の第１〜第１２実施形態に対する比較として、粒子表面の被覆のない研摩材粒子を通常の方法で製造した。第１実施形態同様、バストネサイト系酸化セリウム原料を用い、水といっしょにアトライタへ投入し、後述する方法で測定した平均粒径が０．３μｍとなるまで粉砕し、得られたスラリーを濾過、乾燥、９５０℃で焙焼、粉砕後、粒径１０μm以上の粒子を除いて、セリウム系研摩材粒子粉末を得た。得られたセリウム系研摩材粒子粉末を第１実施形態と同様に評価し、得られた結果を表１に示す。
【００５５】
比較例２：比較例１で使用した原料の替わりに、第７〜第１２実施形態と同様の酸化希土を原料とし、比較例１と同じように処理して、研摩材粒子粉末を得た。得られたセリウム系研摩材粒子粉末を第１実施形態と同様に評価し、得られた結果を表１に示す。
【００５６】
【表１】

【００５７】
以上の結果から、第１〜第１２実施形態は、比較例１及び比較例２と比べ、平均粒径がやや小さい割に研摩値が低下していないことがわかる。これは実施形態の方が焙焼時における微細粒子の焼結が防止されたため、見かけ上平均粒径が小さくなっているためと思われる。そして、研摩面の評価結果についてもこれらの実施形態に係る研摩材は比較例よりも比較的傷の少ない良好な研摩面を形成できることがわかる。これらの結果は、被覆層の形成後にカップリング処理を行った第７〜第１２実施形態について同様である。
【００５８】
一方、分散性試験においては、第１〜第１２実施形態に係る研摩材は比較例のものよりも短時間で分散できることがわかり、粒子間の凝集力が小さいことがわかる。また、ケイ素とアルミニウム成分は本実施例のように表面処理時のｐＨを調整することで、添加したケイ素成分、アルミニウム成分に対して、歩留まり良く表面処理することができる。特に、同一添加量において、アルミニウム成分で被覆したセリウム系研摩材粒子粉末はケイ素成分で被覆したセリウム系研摩材粒子粉末よりも分散性が優れていることがわかる。また、研摩後の洗浄性も表面未処理品に対して、本発明のケイ素成分、アルミニウム成分を被覆した研摩材は優れていることがわかる。
【００５９】
尚、第１、第２、第７、第８実施形態、比較例１、２の研摩材の製造工程において、分級効率を測定したところ、第１、第２、第７、第８実施形態でそれぞれ９６％、９８％、９７％、９８％であったのに対し比較例１、２は６７％、４５％であった。これは、これら実施形態で粉砕後の原料について被覆層を形成させたことにより、焙焼時の異常粒成長が抑制されると共に、粉砕機や分級機の内壁への付着性が低下したためと考えられる。
【００６０】
第１３実施形態：ここでは第１実施形態で製造したセリウム系研摩材に更にカップリング処理剤層を形成した。セリウム系研摩材にシランカップリング剤としてγ―アミノプロピルトリエトキシシランを研摩材重量に対して０．５重量％添加し、Ｖ型ブレンダーにて十分混合し、これを１００℃で２時間加熱処理をしてカップリング反応を生じさせた。
【００６１】
そして、このカップリング処理後のセリウム系研摩材について安息角の測定を行ったところ５２度であった。これに対しカップリング処理を行っていないセリウム系研摩材についても安息角を測定したところ５７度あった。従って、第１実施形態に係るセリウム系研摩材は、カップリング処理を行うことで安息角を更に低減し、流動性を向上させることができることが確認された。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のケイ素成分、アルミニウム成分で被覆したセリウム系研摩材粒子は分散性に優れ、特に、光学ガラスレンズやガラス基板、磁気記録ディスク用ガラス基板、液晶用ガラス基板、ＬＳＩ等のケイ素系半導体基板、磁気記録ディスク用アルミニウム基板等、特に精密を要する研摩用途に使用することができる。

Claims

酸化セリウムを主成分とするセリウム系研摩材において、
平均粒径が０．２〜５μｍであり、
研摩材を構成する研摩材粒子が、ケイ素無機化合物、アルミニウム無機化合物、又は、これらの混合物の少なくともいずれかからなる被覆層で覆われており、
前記被覆層は、研摩材原料又はセリウム系研摩材を水を主成分とする分散媒に分散させてなるスラリーに、水溶性のケイ素化合物又はアルミニウム化合物の少なくともいずれかを含有する処理溶液を混合することにより形成されるものであり、
研摩材粒子重量に対するケイ素無機化合物中のケイ素元素含有率と、研摩材粒子重量に対するアルミニウム無機化合物中のアルミニウム元素含有率との合計が０．０１〜５ｗｔ％であることを特徴とするセリウム系研摩材。
被覆層は、ケイ素無機化合物とアルミニウム無機化合物とが混合された単一層である請求項１記載のセリウム系研摩材。
被覆層は、研摩材粒子を被覆する第１の被覆層と、該第１の被覆層を被覆する第２の被覆層とからなる２層構造を有し、該第１の被覆層はケイ素無機化合物からなり、該第２の被覆層はアルミニウム素無機化合物からなる請求項１記載のセリウム系研摩材。
被覆層は、研摩材粒子を被覆する第１の被覆層と、該第１の被覆層を被覆する第２の被覆層とからなる２層構造を有し、該第１の被覆層はアルミニウム無機化合物からなり、該第２の被覆層はケイ素無機化合物からなる請求項１記載のセリウム系研摩材。
研摩材粒子は、被覆層の表面に更にカップリング剤により形成されるカップリング処理剤層を備える請求項１〜請求項４のいずれか1項記載のセリウム系研摩材。
カップリング処理剤層を形成するカップリング剤は、シランカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、ジルコニアカップリング剤、チタネートカップリング剤の少なくとも１種を含有する請求項５記載のセリウム系研摩材。
請求項１〜請求項６のいずれか1項記載のセリウム系研摩材を含有するセリウム系研摩材スラリー。
請求項１〜請求項４のいずれか１項記載のセリウム系研摩材の製造方法であって、
セリウム系研摩材を水を主成分とする分散媒に湿式分散させてスラリーとし、該スラリーに水溶性のケイ素化合物又はアルミニウム化合物の少なくともいずれかを含有する処理溶液を、スラリー中のセリウム系研摩材又は研摩材原料に対するケイ素元素含有率とアルミニウム元素含有率との合計が０．０１〜５ｗｔ％となるように添加し、スラリーのｐＨを２〜１０の範囲に調整して表面処理する工程を含むセリウム系研摩材の製造方法。
請求項１〜請求項４のいずれか１項記載のセリウム系研摩材の製造方法であって、
研摩材原料と水を主成分とする分散媒とを混合してスラリーとするスラリー化工程と、該スラリーを湿式粉砕する粉砕工程と、粉砕後の研摩材原料を焙焼する焙焼工程と、焙焼後の研摩材原料を乾式粉砕した後分級処理する分級工程とを含み、
前記粉砕工程中又は粉砕工程後、前記スラリーに水溶性のケイ素化合物又はアルミニウム化合物の少なくともいずれかを含有する処理溶液を、スラリー中のセリウム系研摩材又は研摩材原料に対するケイ素元素含有率とアルミニウム元素含有率との合計が０．０１〜５ｗｔ％となるように添加し、スラリーのｐＨを２〜１０の範囲に調整して表面処理するセリウム系研摩材の製造方法。
請求項５又は請求項６記載のセリウム系研摩材の製造方法であって、
請求項８又は請求項９記載の方法により製造されたセリウム系研摩材とカップリング剤とを混合し、加熱処理するセリウム系研摩材の製造方法。
セリウム系研摩材を水又は有機溶媒に分散させてスラリーとし、該スラリーにカップリング剤を添加して混合する請求項１０記載のセリウム系研摩材の製造方法。
カップリング剤を、セリウム系研摩材の重量に対して０．１〜５重量％の割合で混合する請求項１０又は請求項１１記載のセリウム系研摩材の製造方法。
カップリング剤は、シランカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、ジルコニアカップリング剤、チタネートカップリング剤の少なくとも１種を含有する請求項１０〜請求項１２のいずれか１項記載のセリウム系研摩材の製造方法。