JPH1171191A

JPH1171191A - セラミックス材料の研磨方法

Info

Publication number: JPH1171191A
Application number: JP9231114A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Tsushima; 光雄対馬
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-08-27
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 1999-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】サイアロンセラミックス等に代表される窒化
系セラミックスを短時間で目的の面精度及び目的の表面
粗さに仕上げる。【解決手段】サイアロンセラミックス製の被加工物３
を研磨する場合には、硬質樹脂ポリシャ２を用い、この
ポリシャ２と被加工物３との間に、酸化鉄（III）を主
成分とする砥粒を含む研磨液を介在させ、両者２，３を
相対移動させて、被加工物３を研磨する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化珪素系セラミ
ックスの研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学ミラーは、入射光を目的の位置に正
確に反射させるために用いられる光学部品であり、その
形状は、用途によって、平面、球面、或いは非球面等の
多種にわたる。光学ミラーの用途分野は、カメラ、天体
望遠鏡、理化学機器から半導体機器に至るまでの広範囲
に及んでいる。光学ミラーの材料としては、ガラス、金
属類が一般的に用いられているが、近年、これらの材料
に換わり、セラミックスがその優れた特性上の理由（機
械的、熱的、化学的性質が優れている等）から用いられ
る機会が増えている。特に、サイアロンセラミックス
は、線膨張係数が小さいこと、剛性が高いこと等の理由
から、光学ミラーの材料として注目されている。

【０００３】一般的なセラミックス材料の研磨加工で
は、一般的な光学ガラスの研磨加工と同様、ラッピング
工程とポリシング工程とが行われる。ラッピング工程で
は、面形状と表面粗さがある程度整えられる。ポリシン
グ工程では、合成樹脂或いは石英ガラスを材料とする硬
質ポリシャと、ダイヤモンド微細砥粒を水に分散させた
研磨液とで、被加工物の研磨を行い、被加工物の面形状
及び表面粗さを高い精度に仕上げる。

【０００４】ところで、サイアロンセラミックスに代表
される窒化珪素系セラミックスは、前述したように、こ
れを光学部品として使用する際には、その機械的、熱
的、化学的性質が優れた性質を示すが、これを加工する
際には、その機械的性質、特に、金属よりも硬く耐摩耗
性が高いという性質が好ましくない。このため、サイア
ロンセラミックスは、それを円滑に除去仕難く、面形状
を高精度に仕上げ難いことから、難加工材料とされてい
る。このような性質のサイアロンセラミックスをポリシ
ングする際には、従来、合成樹脂製の硬質ポリシャと、
ダイヤモンド遊離砥粒を含む研磨液とが用いられてい
る。

【０００５】サイアロンセラミックスを研磨する際に、
研磨液に含まれている砥粒として、ダイヤモンド遊離砥
粒を用いる理由としては、非常に硬いサイアロンセラミ
ックスよりも硬い材質の砥粒を用いるべきであるという
加工経験上の理由と、微細で且つ粒径分布が整っている
ものを手に入れ易いという便宜上の理由等とがある。ま
た、ポリシャとして硬質合成樹脂を用いる理由として
は、被加工面への面転写性を向上させるために硬質であ
ることが好ましいという理由等がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術のように、サイアロンセラミックス等に代表される窒
化珪素系セラミックスを、合成樹脂製の硬質ポリシャと
ダイヤモンド遊離砥粒を含む研磨液とを用いて研磨する
と、被加工物より砥粒が非常に硬く、しかもポリシャも
硬いものであるため、研磨過程において、ダイヤモンド
遊離砥粒が砥粒として求められる本来の円滑な働きがで
きず、研磨が進むに従って、被加工面に縁ダレが発生
し、目的の面形状を得ることができない。このため、従
来技術では、修正研磨作業が必要になっている。また、
硬質ポリシャには、加工面（ポリシャ面）への砥粒埋込
能力が小さくて、砥粒保持能力がほとんどないため、ダ
イヤモンド砥粒のように、非常に硬い砥粒を用いると、
砥粒の擦過や動転による被加工面への引っかきや掘り起
こしによって、被加工面の気孔凹部の拡大やスクラッチ
等の外観欠陥が起こり易く、目的の表面粗さを得ること
ができないことがある。このため、しばしば、硬質ポリ
シャを用いての研磨の後、ピッチを用いての研磨を行っ
て、最終的な仕上げが成されることがある。

【０００７】すなわち、従来技術では、サイアロンセラ
ミックスに代表される窒化珪素系セラミックスを、目的
の面形状及び表面粗さに、容易に且つ短時間で仕上げる
ことが難しいという問題点がある。

【０００８】本発明は、このような従来の問題点につい
て着目してなされたもので、サイアロンセラミックス等
に代表される窒化珪素系セラミックスを、目的の面形状
及び表面粗さに、容易に且つ短時間で仕上げる研磨方法
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の研磨方法は、セラミックスで形成された被加工物とポ
リッシャとの間に砥粒を含む研磨液を介在させ、両者を
相対移動させて、該被加工物を研磨するセラミックス材
料の研磨方法において、前記被加工物が窒化珪素系セラ
ミックスである場合に、前記砥粒として、酸化鉄（II
I）を主成分とする砥粒を用いて、該被加工物を研磨す
ることを特徴とするものである。

【００１０】ここで、前記窒化珪素系セラミックスは、
サイアロンセラミックスであってもよい。なお、このサ
イアロン（ＳｉＡｌＯＮ）セラミックスとは、窒化珪素
（Ｓｉ₃Ｎ₄）に、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＡｌＮ等の焼結
促進剤を添加して焼結したもので、ＭｇやＹなどの希土
類成分がないため、ガラス相が存在しないものである。

【００１１】また、以上のいずれかの研磨方法におい
て、前記砥粒は、平均粒径が０．１〜１．０μｍである
ことが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る一実施形態と
しての研磨方法について説明する。

【００１３】この実施形態では、図１及び図２に示すよ
うに、サイアロンセラミックスで形成された被加工物３
を、硬質樹脂ポリシャ２と、純水中に砥粒が混ぜられた
研磨液と、オスカー式研磨装置とを用いて研磨する。

【００１４】オスカー式研磨装置は、図１に示すよう
に、ポリッシャ２が上面に施されている円板状の回転テ
ーブル１と、被加工物３の被加工面を下方に向けて被加
工物３を保持する保持具４と、保持具４を上方から下方
へ押しつつ回転可能に支持するカンザシピン５と、この
カンザシピン５を水平方向に揺動させる揺動アーム６
と、純水中に砥粒が混ぜられた研磨液を噴射する研磨液
ノズル７と、を有している。

【００１５】また、ここでは、研磨液中の砥粒として、
平均粒径が０．１〜１．０μｍの酸化鉄（III）（Ｆｅ₂
Ｏ₃）を主成分とする砥粒を用いている。

【００１６】被加工物３の研磨では、まず、回転テーブ
ル１の上に硬質樹脂ポリシャ２を貼り付け、この硬質樹
脂ポリシャ２の上面、つまり加工面に、被加工物３の面
形状を転写する。次に、被加工物３を保持具４に取り付
け、被加工物３の被加工面とポリシャ２の加工面とを対
向させる。そして、被加工物３の被加工面とポリシャ２
の加工面との間に、研磨液ノズル７から、酸化鉄（II
I）を主成分とする砥粒を含む研磨液を噴射し、カンザ
シピン５で被加工物３をポリシャ２の加工面に押し付け
Ａつつ、ポリシャ２を回転Ｂさせ、カンザシピン５及び
被加工物３を左右に揺動Ｃさせる。この過程で、保持具
４はカンザシピン５に回転可能に支持されているため、
保持具４に保持されている被加工物３は、カンザシピン
５を中心として、ポリシャ２の回転に連れ回りＤする。
また、被加工物３の揺動Ｃでは、被加工物Ｃの中心が、
ポリシャ２の回転中心、言い替えると、回転テーブル１
の回転軸上を通り、被加工物３がポリシャ２から、はみ
出さないように行われる。

【００１７】以上の研磨では、窒化珪素系セラミックス
よりも軟質で、且つ、窒化珪素系セラミックスとの間で
化学反応性に富む酸化鉄砥粒を用いて、窒化珪素系セラ
ミックスで形成された被加工物３を研磨しているので、
被加工物３の被加工面に生じた反応層を比較的軟らかい
砥粒で除去でき、被加工面の縁ダレ等の面崩れが少なく
なり、被加工面を高い精度で目的の面形状に仕上げるこ
とができる。

【００１８】また、以上の研磨では、先に述べたよう
に、加工面への砥粒埋込能力が小さくて砥粒保持能力が
ほとんどない硬質ポリシャ２を用いているものの、使用
する砥粒が軟質であるため、ダイヤモンド砥粒を用いた
研磨で見られる、砥粒の擦過や動転による被加工面への
引っかきや掘り起こし等の作用がなく、被加工面の気孔
凹部の拡大やスクラッチ等の外観欠陥がほとんど起こら
ず、表面粗さを向上させることができる。

【００１９】このため、窒化珪素系セラミックスを目的
の面形状及び表面粗さに、短時間で仕上げることができ
る。

【００２０】なお、この実施形態では、研磨装置とし
て、オスカー式研磨装置を用いたが、被加工物３とポリ
シャ２とを相対移動させることができるものであれば、
如何なる研磨装置を用いてもよい。また、この実施形態
では、被加工物３がサイアロンセラミックス製である
が、窒化珪素系セラミックスであれば、他のセラミック
スで形成された被加工物に対しても、以上の研磨方法を
採用することができる。

【００２１】

【実施例】ここでは、先に述べた実施形態と同様に、サ
イアロンセラミックスで形成された被加工物３を、硬質
樹脂ポリシャ２と、純水中に酸化鉄（III）を主成分と
する砥粒が混ぜられた研磨液と、オスカー式研磨装置と
を用いて研磨する。

【００２２】具体的に、被加工物３は、直径１００ｍ
ｍ、厚さ２７ｍｍの大きさである。また、硬質樹脂ポリ
シャ２は、エポキシ樹脂製で、直径２００ｍｍ、厚さ３
ｍｍの大きさである。この硬質樹脂ポリシャ２の加工面
には、図１に示すように、溝深さＨが２ｍｍで溝ピッチ
Ｐが２．５ｍｍのＶ型円周溝加工が施されている。砥粒
は、平均粒径が０．３μｍで、酸化鉄（III）（Ｆｅ₂Ｏ
₃）を９３％含んでいる。研磨液は、純水中に、この砥
粒が５wt％の割合で含んでいるものである。

【００２３】オスカー式研磨装置を用いた実際の研磨時
の研磨条件は、回転テーブル１の回転速度Ｂが８ｒｐｍ
で、被加工物３の揺動速度Ｃが１６００ｍｍ／ｍｉｎ
で、硬質樹脂ポリシャ２に対する被加工物３の押圧力Ａ
は２０ｇｆ／ｃｍ²である。

【００２４】以上の条件で、サイアロンセラミックス製
の被加工物３を研磨したところ、０．０６μｍ以下の面
精度が得られ、反射膜蒸着後の反射率が８８％となり、
つまり、良好な表面粗さが得られた。

【００２５】また、この条件下での特定時間中における
研磨除去量は、図３に示すように、０．１１５μｍであ
った。これに対して、砥粒としてダイヤモンド砥粒を用
い、他の条件は以上と同じにして研磨した際の研磨除去
量は、同図に示すように、０．１０５μｍであった。す
なわち、サイアロンセラミックス製の被加工物３に対し
ては、砥粒として、硬いダイヤモンド砥粒を用いるより
も、軟らかいものの化学反応性に富む酸化鉄（III）を
用いた方が、研磨除去量を高めることができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明では、窒化珪素系セラミックスよ
りも軟質で、且つ、窒化珪素系セラミックスとの間で化
学反応性に富む酸化鉄砥粒を用いて、窒化珪素系セラミ
ックス製の被加工物を研磨しているので、被加工物の被
加工面に生じた反応層を軟らかい砥粒で除去でき、被加
工面の縁ダレ等の面崩れが少なくなり、被加工面を高い
精度で目的の面形状に仕上げることができる。また、本
発明では、砥粒として軟質の酸化鉄（III）を用いてい
るため、ダイヤモンド砥粒を用いた研磨で見られる、砥
粒の擦過や動転による被加工面への引っかきや掘り起こ
し等の作用がなく、被加工面の気孔凹部の拡大やスクラ
ッチ等の外観欠陥がほとんど起こらず、表面粗さを向上
させることができる。

【００２７】従って、本発明によれば、窒化珪素系セラ
ミックスを目的の面形状及び表面粗さに、短時間で仕上
げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施形態としての研磨装置の側
面図である。

【図２】本発明に係る一実施形態としての研磨方法にお
ける被加工物とポリシャとの相対移動を示す説明図であ
る。

【図３】砥粒として、酸化鉄（III）を用いた場合とダ
イヤモンド砥粒を用いた場合とにおける、研磨除去量を
示すグラフである。

【符号の説明】

１…回転テーブル、２…硬質樹脂ポリシャ、３…被加工
物、４…保持具、５…カンザシピン、６…揺動アーム、
７…研磨液ノズル。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックスで形成された被加工物とポリ
ッシャとの間に砥粒を含む研磨液を介在させ、両者を相
対移動させて、該被加工物を研磨するセラミックス材料
の研磨方法において、前記被加工物が窒化珪素系セラミックスである場合に、
前記砥粒として、酸化鉄（III）を主成分とする砥粒を
用いて、該被加工物を研磨することを特徴とするセラミ
ックス材料の研磨方法。
【請求項２】請求項１記載のセラミックス材料の研磨方
法において、前記窒化珪素系セラミックスは、サイアロンセラミック
スであることを特徴とするセラミックス材料の研磨方
法。
【請求項３】請求項１及び２のいずれか一項に記載のセ
ラミックス材料の研磨方法において、前記砥粒は、平均粒径が０．１〜１．０μｍであること
を特徴とするセラミックス材料の研磨方法。