特許 7080499 研磨用ナノファイバー集積体およびその製造方法並びに研磨部材およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-27

(45)【発行日】2022-06-06

(54)【発明の名称】研磨用ナノファイバー集積体およびその製造方法並びに研磨部材およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B24D 11/00 20060101AFI20220530BHJP

   B24D 3/00 20060101ALI20220530BHJP

【ＦＩ】

B24D11/00 A

B24D11/00 Q

B24D3/00 340

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019556470

(86)(22)【出願日】2017-11-29

(86)【国際出願番号】 JP2017042926

(87)【国際公開番号】W WO2019106774

(87)【国際公開日】2019-06-06

【審査請求日】2020-11-25

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 （１）ＡＳＭＥ ２０１７ １２ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｃｏｌｌｏｃａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ＪＳＭＥ／ＡＳＭＥ ２０１７ ６ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ／Ｌｏｓ Ａｎｇｅｌｓ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ（平成２９年６月４日） （２）ｈｔｔｐ：／／ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ．ａｓｍｅｄｉｇｉｔａｌｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ．ａｓｍｅ．ｏｒｇ／ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ．ａｓｐｘ？ａｒｔｉｃｌｅｉｄ＝２６４６１６９（平成２９年６月４日） （３）２０１７年度砥粒加工学会学術講演会 福岡工業大学Ｄ棟 〒８１１－０２９５ 福岡市東区和白東３丁目３０－１（平成２９年８月３０日） （４）ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｓａｔ．ｏｒ．ｊｐ／ｊｏｕｒｎａｌ／ｊｏｕｒｎａｌ．ｊｓｐ（平成２９年１１月１日） （５）２０１７年度精密工学会秋季大会 大阪大学 豊中キャンパス 〒５６０－００４３ 大阪府豊中市待兼山町１（平成２９年９月２９日）

(73)【特許権者】

【識別番号】516067601

【氏名又は名称】エム・テックス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000213

【氏名又は名称】弁理士法人プロスペック特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】池ヶ谷 守彦

(72)【発明者】

【氏名】曽田 浩義

(72)【発明者】

【氏名】廣垣 俊樹

(72)【発明者】

【氏名】青山 栄一

(72)【発明者】

【氏名】呉 魏

【審査官】須中 栄治

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００７／０１８１６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－０６９５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２４０１６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－２３４９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２１９３９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０４６８４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｄ１１／００－１１／０８

Ｂ２４Ｄ３／００

Ｂ２４Ｂ３７／２４

Ｈ０１Ｌ２１／３０４；２１／４６３

Ｄ０１Ｆ１／００－９／０４

Ｄ０４Ｈ１／００－１８／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

精密研磨用微粉を液体に混ぜたスラリーを含浸させて用いる研磨用ナノファイバー集積体であって、
前記研磨用ナノファイバー集積体の平均繊維径をｄとし、前記研磨用ナノファイバー集積体の空隙率をηとしたとき、以下の式（ｉ）および（ｉｉ）を満足し、且つ
（ｉ） ４００ｎｍ≦ｄ≦１０００ｎｍ
（ｉｉ） ０．７０≦η≦０．９５
前記精密研磨用微粉の平均粒径をｄｇとしたとき、以下の式（ｉｉｉ）を満足する、

【数1】

ことを特徴とする研磨用ナノファイバー集積体。

【請求項2】

精密研磨用微粉を液体に混ぜたスラリーを含浸させて用いる研磨用ナノファイバー集積体の製造方法であって、
平均繊維径がｄとなるナノファイバーを集積する工程、および、
前記集積したナノファイバーを空隙率がηとなるように成形する工程を含み、
前記平均繊維径ｄ及び前記空隙率ηが以下の式（ｉ）および（ｉｉ）を満足し、且つ
（ｉ） ４００ｎｍ≦ｄ≦１０００ｎｍ
（ｉｉ） ０．７０≦η≦０．９５
前記精密研磨用微粉の平均粒径をｄｇとしたとき、以下の式（ｉｖ）を満足することを特徴とする研磨用ナノファイバー集積体の製造方法。

【数2】

【請求項3】

精密研磨用微粉を液体に混ぜたスラリーを研磨用ナノファイバー集積体に含浸させることにより前記研磨用ナノファイバー集積体の表面に保持された前記精密研磨用微粉を研磨対象物に押しつけて研磨を行う研磨部材であって、
前記研磨用ナノファイバー集積体の平均繊維径をｄとし、前記研磨用ナノファイバー集積体の空隙率をηとしたとき、以下の式（ｉ）および（ｉｉ）を満足し、且つ
（ｉ） ４００ｎｍ≦ｄ≦１０００ｎｍ
（ｉｉ） ０．７０≦η≦０．９５
前記精密研磨用微粉の平均粒径をｄｇとしたとき、以下の式（ｉｉｉ）を満足する、

【数3】

ことを特徴とする研磨部材。

【請求項4】

精密研磨用微粉を液体に混ぜたスラリーを研磨用ナノファイバー集積体に含浸させることにより前記研磨用ナノファイバー集積体の表面に保持された前記精密研磨用微粉を研磨対象物に押しつけて研磨を行う研磨部材の製造方法であって、
平均繊維径がｄとなるナノファイバーを集積する工程、
前記集積したナノファイバーを空隙率がηとなるように成形する工程、および、
前記成形したナノファイバーを前記スラリーに浸漬する工程を含み、
前記平均繊維径ｄ及び前記空隙率ηが以下の式（ｉ）および（ｉｉ）を満足し、且つ
（ｉ） ４００ｎｍ≦ｄ≦１０００ｎｍ
（ｉｉ） ０．７０≦η≦０．９５
前記精密研磨用微粉の平均粒径をｄｇとしたとき、以下の式（ｉｖ）を満足することを特徴とする研磨部材の製造方法。

【数4】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、研磨に用いられるナノファイバー集積体およびその製造方法並びに研磨部材およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

研磨に用いられる繊維集積体として、例えば、樹脂繊維からなる不織布やフェルトなどが挙げられる。繊維集積体は、アルミナなどの砥粒を混ぜた油などのスラリーに浸され、研磨対象物の表面に押し当てられて摺動される。これにより、繊維集積体は吸着した油を供給しつつ砥粒により研磨を行う。例えば、特許文献１に従来の研磨用繊維集積体が開示されている。

【0003】

特許文献１において、研磨用繊維集積体である研磨手段はフェルトで構成されている。このフェルトの密度は、０．２０ｇ／ｃｍ^３以上である。そして、砥粒を混入した液体をフェルトに含浸させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００２－２８３２１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

繊維集積体は、かさ密度（「見かけ密度」ともいう）を小さくすることで油吸着量を確保できる。しかしながら、かさ密度を小さくすると繊維間距離が大きくなる。特に、従来のフェルトなどの繊維集積体はマイクロメートルオーダーの樹脂繊維が用いられていたため繊維間距離が比較的大きかった。そして、かさ密度を小さくすることにより繊維間距離がさらに大きくなる。そのため、精密研磨用微粉などの粒径の小さい砥粒を用いた研磨では、繊維間に砥粒が入り込んでしまう。これにより、研磨対象物の表面に接触する砥粒が少なくなる。したがって、研磨の効率が低下してしまうという問題があった。

【0006】

そこで、本発明は、精密研磨用微粉を用いた場合でも研磨効率の低下を抑制できる研磨用ナノファイバー集積体、およびその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者は、研磨に用いる砥粒の大きさと研磨用ナノファイバー集積体の繊維間距離との関係に着目し、研磨用ナノファイバー集積体の構造について鋭意検討した。その結果、研磨用ナノファイバー集積体の構造について、平均繊維径と、かさ密度と密接に関連するパラメータである空隙率とによって特定できることを見出し、本発明に至った。

【0008】

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る研磨用ナノファイバー集積体は、
精密研磨用微粉を液体に混ぜたスラリーを含浸させて用いる研磨用ナノファイバー集積体であって、
前記研磨用ナノファイバー集積体の平均繊維径をｄとし、前記研磨用ナノファイバー集積体の空隙率をηとしたとき、以下の式（ｉ）および（ｉｉ）を満足すること特徴する。
（ｉ） ４００ｎｍ≦ｄ≦１０００ｎｍ
（ｉｉ） ０．７０≦η≦０．９５

【0009】

本発明において、前記精密研磨用微粉の平均粒径をｄｇとしたとき、以下の式（ｉｉｉ）を満足することが好ましい。

【数1】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明の他の一態様に係る研磨用ナノファイバー集積体の製造方法は、
精密研磨用微粉を液体に混ぜたスラリーを含浸させて用いる研磨用ナノファイバー集積体の製造方法であって、
平均繊維径がｄとなるナノファイバーを集積する工程、および、
前記集積したナノファイバーを空隙率がηとなるように成形する工程を含み、
前記精密研磨用微粉の平均粒径をｄｇとしたとき、前記空隙率ηが以下の式（ｉｖ）を満足することを特徴する。

【数5】

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、空隙率を確保しつつ繊維間距離を小さくすることができる。そのため、粒径の小さい砥粒が繊維間に入り込んでしまうことを抑制できる。したがって、精密研磨用微粉を用いた場合でも研磨効率の低下を効果的に抑制できる

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係る研磨用ナノファイバー集積体を説明する図である。

【図2】図１の研磨用ナノファイバー集積体の作製に用いる製造装置の一例を示す斜視図である。

【図3】図２の製造装置の一部断面を含む側面図である。

【図4】図２の製造装置によるナノファイバーが堆積される捕集網の正面図である。

【図5】研磨用繊維集積体の構造のモデルを説明する図である。

【図6】図５のモデルを各軸方向から見た図である。

【図7】繊維集積体における空隙率と繊維間距離との関係を示すグラフである。

【図8】研磨用繊維集積体を構成する繊維と砥粒との関係を模式的に示す図である。

【図9】研磨に用いる装置を説明する図である。

【図10】研磨時間と算術平均粗さとの関係を示すグラフである（押しつける力１０Ｎ）。

【図11】研磨時間と研磨除去量との関係を示すグラフである（押しつける力１０Ｎ）。

【図12】研磨時間と算術平均粗さとの関係を示すグラフである（押しつける力２０Ｎ）。

【図13】研磨時間と研磨除去量との関係を示すグラフである（押しつける力２０Ｎ）。

【図14】繊維間距離および砥粒の平均粒径の比と、算術平均粗さおよび研磨除去量との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の一実施形態に係る研磨用ナノファイバー集積体について説明する。

【0014】

（研磨用ナノファイバー集積体の構成）
まず、本実施形態の研磨用ナノファイバー集積体の構成について、図１を参照して説明する。

【0015】

図１は、本発明の一実施形態に係る研磨用ナノファイバー集積体を説明する図である。具体的には、図１（ａ）は、研磨用ナノファイバー集積体の一例を撮影した正面写真である。図１（ｂ）は未成形のナノファイバー集積体の一例を撮影した写真である。図１（ｃ）は研磨用ナノファイバー集積体の一例を電子顕微鏡で拡大して撮影した写真である。

【0016】

本実施形態の研磨用ナノファイバー集積体１は、砥粒である精密研磨用微粉を液体に混ぜたスラリーを含浸させて用いる。研磨用ナノファイバー集積体１は、織維径がナノメートルオーダーとなる微細繊維、いわゆるナノファイバーを集積して構成されている。研磨用ナノファイバー集積体１は、平均繊維径ｄが８００ｎｍである。平均繊維径ｄが８００ｎｍ以外となるナノファイバーを集積して構成してもよい。研磨用ナノファイバー集積体１は、図１（ａ）に示すよう正方形のマット状に成形される。研磨用ナノファイバー集積体１は、正方形以外にも、円形や六角形など使用態様等に応じた形状に成形されてもよい。図１（ｂ）に平均繊維径８００ｎｍのナノファイバーの未成形の集積体を示す。図１（ｃ）に、平均織維径８００ｎｍのナノファイバー集積体を電子顕微鏡で拡大した様子を示す。

【0017】

本実施形態において、研磨用ナノファイバー集積体１を構成するナノファイバーは合成樹脂からなる。合成樹脂としては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等が挙げられる。これら以外の材料でもよい。

【0018】

特に、ポリプロピレンは、撥水性と油吸着性を有している。ポリプロピレン繊維の集積体は自重の何十倍の油吸着性能を有している。そのため、ポリプロピレンは、研磨用ナノファイバー集積体１の材料として好ましい。ポリプロピレンの密度は、原材料メーカーによって開示されている数値に０．８５～０．９５程度の幅がある。また、ポリプロピレンの油に対する接触角は２９度～３５度である。本明細書では、ポリプロピレンの密度として０．８９５ｇ／ｃｍ^３を用いている。

【0019】

研磨用ナノファイバー集積体１は、平均繊維径をｄとし、空隙率ηとしたとき、以下の式（ｉ）および（ｉｉ）を満足する。
（ｉ） ４００ｎｍ≦ｄ≦１０００ｎｍ
（ｉｉ） ０．７０≦η≦０．９５

【0020】

平均繊維径ｄは、次のようにして求める。研磨用ナノファイバー集積体１において複数箇所を任意に選択して電子顕微鏡で拡大する。電子顕微鏡で拡大した複数箇所のそれぞれにおいて複数本のナノファイバーを任意に選択して径を計測する。そして、選択した複数本のナノファイバーの径の平均値を平均繊維径ｄとする。本実施形態では、研磨用ナノファイバー集積体１の任意に選択した５箇所において２０本ずつ任意に選択したナノファイバーの径を計測した。そして、これら１００本のナノファイバーの径の平均値を平均繊維径ｄとした。本実施形態の研磨用ナノファイバー集積体１は、一例として、平均繊維径８００ｎｍ、繊維径の標準偏差４４０、変動係数０．５５となる。変動係数は、標準偏差を平均繊維径で割った値であり、０．６以下が好ましい。

【0021】

空隙率ηは、かさ密度ρ_ｂと関連性を有するパラメータである。空隙率ηとかさ密度ρ _ｂとの関係は後述する式（４）に示される。

【0022】

また、本実施形態の研磨用ナノファイバー集積体１は、砥粒の平均粒径をｄｇとしたとき、以下の式（ｉｉｉ）を満足する。

【数3】

【0023】

上記式（ｉｉｉ）を満足することにより、研磨用ナノファイバー集積体１の後述する繊維間距離ｅ_１が砥粒の平均粒径ｄ_ｇより小さくなる。そのため、繊維間に砥粒が入り込んでしまうことを抑制できる。上記式（ｉｉｉ）は、後述する式（５）ならびに繊維間距離ｅ_１および砥粒の平均粒径ｄ_ｇの比（ｅ_１／ｄ_ｇ）から導かれる。上記式（ｉｉｉ）は、式「ｅ_１／ｄ_ｇ＜１」と同等である。

【0024】

砥粒である精密研磨用微粉は、ＪＩＳＲ６００１に規定されているものを含み、本実施形態においては、一例として、粒度＃２２０（平均粒径ｄ_ｇ＝７４μｍ）および粒度＃６００（平均粒径ｄ_ｇ＝３０μｍ）を対象としている。もちろん、精密研磨用微粉はこれらに限定されるものではない。

【0025】

（研磨用ナノファイバー集積体の製造装置および製造方法）
本実施形態の研磨用ナノファイバー集積体１は、図２～図４に示す製造装置を用いて製造される。図２は、図１の研磨用ナノファイバー集積体の作製に用いる製造装置の一例を示す斜視図である。図３は、図２の製造装置の一部断面を含む側面図である。図４は、図２の製造装置により製造されたナノファイバーが堆積される捕集網の正面図である。

【0026】

図２および図３に示すように、製造装置５０は、ホッパー６２、加熱シリンダー６３、ヒーター６４、スクリュー６５、モーター６６およびヘッド７０を有している。

【0027】

ホッパー６２には、ナノファイバーの素材となるペレット状の合成樹脂が投入される。加熱シリンダー６３は、ヒーター６４によって加熱され、ホッパー６２から供給された樹脂を溶融させる。スクリュー６５は、加熱シリンダー６３内に収容されている。スクリュー６５は、モーター６６によって回転され、溶融樹脂を加熱シリンダー６３の先端に送る。円柱状のヘッド７０は、加熱シリンダー６３の先端に設けられている。ヘッド７０には、ガス供給管６８を介してガス供給部（図示なし）が接続されている。ガス供給管６８はヒーターを備えており、ガス供給部から供給された高圧ガスを加熱する。ヘッド７０は、正面に向けて高圧ガスを噴射するとともに、高圧ガス流に乗るように溶融樹脂を吐出する。ヘッド７０の正面には、捕集網９０が配置されている。

【0028】

本実施形態の製造装置５０の動作について説明する。ホッパー６２に投入されたペレット状の原料（樹脂）が加熱シリンダー６３内に供給される。加熱シリンダー６３内で溶融された樹脂は、スクリュー６５によって加熱シリンダー６３の先端に送られる。加熱シリンダー６３の先端に到達した溶融樹脂（溶融原料）は、ヘッド７０から吐出される。溶融樹脂の吐出にあわせて、ヘッド７０から高圧のガスを噴出する。

【0029】

ヘッド７０から吐出された溶融樹脂は、ガス流に所定の角度で交わって、引き延ばされながら前方に運ばれる。引き延ばされた樹脂は微細繊維となり、図４に示すように、ヘッド７０の正面に配置された捕集網９０上に集積される（集積工程）。そして、この集積された微細繊維９５を、所望の形状（例えば正方形マット状）でかつ空隙率ηが式（ｉｖ）を満足するように成形する（成形工程）。このようにして、本発明の研磨用ナノファイバー集積体１を得る。

【0030】

【数4】

【0031】

上記式（ｉｖ）を満足することにより、研磨用ナノファイバー集積体１の後述する繊維間距離ｅ_１を砥粒の平均粒径ｄ_ｇより小さくすることができる。そのため、繊維間に砥粒が入り込んでしまうことを抑制できる。上記式（ｉｖ）は、後述する式（５）ならびに繊維間距離ｅ_１および砥粒の平均粒径ｄ_ｇの比（ｅ_１／ｄ_ｇ）から導かれる。

【0032】

なお、上記製造装置５０では、原料となる合成樹脂を加熱して溶融した「溶融原料」を吐出する構成であったが、これに限定されるものではない。これ以外にも、例えば、所定の溶媒に対して溶質としての固形の原料または液状の原料を所定濃度となるようにあらかじめ溶解した「溶剤」を吐出する構成としてもよい。本出願人は、研磨用ナノファイバー集積体１の製造に用いることができる製造装置の一例として、特願２０１５－０６５１７１にナノファイバー製造装置およびナノファイバー製造方法を開示している。この出願は特許を受けており（特許第６０４７７８６号、平成２７年３月２６日出願、平成２８年１２月２日登録）、本出願人がその権利を保有している。

【0033】

（研磨用繊維集積体のモデル化）
本発明者は、多数の繊維が複雑に絡み合う構造を有する繊維集積体について、その構造の特定を試みた。本発明者は、繊維集積体の構造を簡略化してとらえ、繊維集積体が立方体形状の最小計算ユニット内に互いに直交する３方向に延在する複数の繊維を含むものとみなしてモデルを作成した。

【0034】

図５および図６に作成したモデルを示す。図５（ａ）は繊維集積体の３方向モデルおよび最小計算ユニットを示す斜視図である。図５（ｂ）は最小計算ユニットの斜視図である。図６（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、最小計算ユニットをＹ軸方向、Ｘ軸方向およびＺ軸方向から見た図である。図６（ｃ）では、隣接する最小計算ユニット（Ａｄｊａｃｅｎｔ Ｕｎｉｔ）を点線で表記している。

【0035】

図５および図６に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸で表される三次元空間において、最小計算ユニット１０は各辺の長さが２Ｌとなる立方体形状を有している。最小計算ユニット１０は、繊維部分２０ｘ、繊維部分２０ｙおよび繊維部分２０ｚを含む。繊維部分２０ｘの中心軸は、Ｘ軸およびＺ軸に平行な２つの平面上に位置し、Ｘ軸方向に延在する。繊維部分２０ｘの断面形状は円を二等分した半円形である。繊維部分２０ｙの中心軸は、Ｙ軸と平行な４つの辺と重なり、Ｙ軸方向に延在する。繊維部分２０ｙの断面形状は円を四等分した扇形である。繊維部分２０ｚの中心軸は、Ｘ軸およびＹ軸に平行な２つ平面の中央を通りＺ軸方向に延在する。繊維部分２０ｚの断面形状は円形である。繊維部分２０ｘ、繊維部分２０ｙおよび繊維部分２０ｚは、互いに間隔を空けて配置されている。繊維部分２０ｘの合計体積、繊維部分２０ｙの合計体積および繊維部分２０ｚの体積は同一である。

【0036】

最小計算ユニット１０において、繊維半径をｒとし、平行な繊維同士の中心軸の距離を２Ｌとすると、長さ係数εは次の式（１）で表すことができる。

【0037】

【数5】

【0038】

また、最小計算ユニット１０の質量をｍとし、体積をＶとし、繊維径をｄ＝２ｒとし、繊維の密度をρとすると、次の式（２）の関係が成り立つ。なお、本実施形態の研磨用ナノファイバー集積体１を構成する一本一本の繊維の密度ρは、固体状態のポリプロピレンの密度と同等と考えられる。そのため、以下の計算において、繊維の密度ρとしてポリプロピレンの密度を用いている。

【0039】

【数6】

【0040】

研磨用繊維集積体のかさ密度ρ_ｂは、次の式（３）で表すことができる。

【0041】

【数7】

【0042】

研磨用繊維集積体の空隙率η（Ｆｒｅｅ ｖｏｌｕｍｅ η）は、次の式（４）で表すことができる。

【0043】

【数8】

【0044】

繊維間距離ｅ_１（Ｇａｐ ｅ_１）は、次の式（５）で表すことができる。

【0045】

【数9】

【0046】

図７に、式（５）の算出結果を用いて作成したグラフを示す。このグラフは、平均繊維径ｄの異なる繊維からなる複数の研磨用繊維集積体のそれぞれの空隙率ηと繊維間距離ｅ _１との関係を示す。

【0047】

図７のグラフに示すように、平均繊維径ｄがマイクロメートルオーダー（１０μｍおよび１５μｍ）の繊維集積体は、空隙率ηが０．６以上のとき繊維間距離ｅ_１が１５μｍ以上となる。また、空隙率ηが大きくなるにしたがって繊維間距離ｅ_１もさらに大きくなる。一方、平均繊維径ｄがナノメートルオーダー（８００ｎｍ）の繊維集積体は、空隙率が０．６以上のとき繊維間距離ｅ_１が１～４μｍ程度で非常に小さい。また、空隙率ηの変化に伴う繊維間距離ｅ_１の変化が比較的緩やかである。さらに、このグラフから明らかなように、空隙率ηが一定のとき、平均繊維径ｄが小さいほど繊維間距離ｅ_１が小さい。

【0048】

図８に研磨用繊維集積体を構成する繊維と砥粒との関係を模式的に示す。図８（ａ）および（ｂ）は空隙率ηが同一であり、図８（ａ）は平均繊維径ｄが小さい構成を示し、図８（ｂ）は平均繊維径ｄが大きい構成を示している。また、図８（ａ）および（ｂ）において、符号２０が研磨用繊維集積体を構成する繊維を表し、符号７が油を表し、符号８が砥粒を表し、符号Ｗが研磨対象物を表し、各矢印が研磨対象物に押しつける力を表す。

【0049】

図８（ａ）に示すように、平均繊維径ｄが小さい構成では繊維間距離ｅ_１が小さくなる。そのため、砥粒８が繊維２０間に入り込むことを抑制し、押しつける力が各繊維２０を伝って砥粒に効率よく加わる。したがって、比較的多くの砥粒を研磨対象物Ｗに押しつけることができ、研磨を効率的に行うことができる。

【0050】

一方、図８（ｂ）に示すように、平均繊維径ｄが大きい構成では繊維間距離ｅ_１が大きくなる。そのため、多くの砥粒８が繊維２０間に入り込んでしまう。また、研磨対象物Ｗに直に接する繊維２０が生じて押しつける力の一部が研磨対象物Ｗに逃げてしまう。したがって、研磨対象物Ｗと接する砥粒８が少なくなり、押しつける力のうちの砥粒８に加わる力の割合が小さくなり、研磨の効率が低下してしまう。

【0051】

研磨用ナノファイバー集積体１において、平均繊維径ｄが４００ｎｍでかつ空隙率が０．７となる構成では、式（５）より繊維間距離ｅ_１が０．７２μｍとなる。研磨用ナノファイバー集積体１において、平均繊維径ｄが１０００ｎｍでかつ空隙率が０．９５となる構成では、式（５）より繊維間距離ｅ_１が５．８６μｍとなる。

【0052】

（検証１）
次に、本発明者は、下記に示す本発明の実施例１および比較例１の研磨用繊維集積体を作製し、それらを用いて研磨対象物の表面の研磨を実施した。そして、本発明者は、研磨の結果から上記モデルの理論を検証した。

【0053】

（実施例１（Ｅｘａｍｐｌｅ １））
上述した製造装置５０を用いて、ポリプロピレンを材料とした平均繊維径８００ｎｍの微細繊維９５を製造した。堆積した微細繊維９５を、平面視１０ｃｍ四方、かさ密度０．０９ｇ／ｃｍ^３（空隙率０．９０）に成形して、実施例１の研磨用ナノファイバー集積体１を得た。なお、実施例１を上記モデルにあてはめると、式（５）から算出される繊維間距離ｅ_１は３．１μｍとなる。

【0054】

（比較例１（Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ Ｅｘａｍｐｌｅ １））
上述した製造装置５０を用いて、ポリプロピレンを材料とした平均繊維径１５μｍの微細繊維９５を製造した。捕集網９０上に堆積した微細繊維９５を、平面視１０ｃｍ四方、かさ密度０．０９ｇ／ｃｍ^３（空隙率０．９０）に成形して、比較例１の研磨用繊維集積体を得た。なお、比較例１を上記モデルにあてはめると、式（５）から算出される繊維間距離ｅ_１は５７．６μｍとなる。

【0055】

（試験）
加工装置として縦型３軸制御マシニングセンター（ＲＯＢＯＤＲＩＬＬα－Ｔ１４ Ｄｓｅ；ファナック製）を用いて、研磨対象物の研磨を行った。図９（ａ）に研磨用繊維集積体が固定された加工装置のスピンドル近傍および研磨剤を模式的に示す。図９（ａ）に示すように、加工装置１００のスピンドル１０１に取り付けられた円柱状（φ１０）の加工工具１０２に、結束バンド１０３で実施例１および比較例１の研磨用繊維集積体（図９において符号１で示す）を固定する。次に、油７（高粘度多目的油 ＳＵＰＥＲ ＬＵＢＥ（ＩＳＯＶＧ１４５）；共同インターナショナルコーポレーション社製）と砥粒８（アルミナ、粒度＃２２０または粒度＃６００）とを混ぜた二種類の研磨剤を作製する。研磨用繊維集積体を研磨剤に十分に浸漬する。そして、研磨用繊維集積体を研磨対象物の表面に接触させる。研磨用繊維集積体を、回転速度を７５０回／分、押しつける力（Ｐｒｅｓｓｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）を１０Ｎ／２０Ｎ（０．１３ＭＰａ／０．２５ＭＰａ）、送り速度を１０ｍｍ／分、パス半径を５ｍｍとして、図９（ｂ）に示す軌跡を描くように表面上を移動させる。研磨対象物は、冷間ダイス鋼ＳＫＤ１１（［ＨＲＣ］６０）を用い、直径３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板とした。

【0056】

（評価）
評価では、研磨対象物の表面の算術平均粗さＲａ（Ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ Ｒａ）および研磨除去量Ｍ_Ｐ（Ｒｅｍｏｖｅｄ ｑｕａｎｔｉｔｙ Ｍ_Ｐ）を指標として用いた。算術表面粗さＲａは、接触式表面粗さ計(表面粗さ形状測定機Ｅ－３５Ｂ；東京精密社製)を使用して測定した。研磨除去量Ｍ_Ｐは、精密電子天秤(アズプロコンパクト電子天秤ＯＨ－４２Ｂ；アズワン社製)を使用して測定した。各研磨対象物に対し研磨時間（Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｔｉｍｅ）として１２０分間の研磨を行った。研磨中３０分ごとに算術平均粗さＲａおよび研磨除去量Ｍ_Ｐを測定した。粒度＃２２０（平均粒径約７４μｍ）の砥粒を含む研磨剤と粒度＃６００（平均粒径約３０μｍ）の砥粒を含む研磨剤との二種類を用い、押し付ける力を１０Ｎおよび２０Ｎとした場合について計測を行った。

【0057】

図１０～図１３に測定結果をプロットしたグラフを示す。各図において、（ａ）は実施例１の測定結果を示し、（ｂ）は比較例１の測定結果を示している。図１０および図１１は、押しつける力を１０Ｎとした場合の算術表面粗さＲａおよび研磨除去量Ｍ_Ｐの測定結果を表すグラフである。図１２および図１３は、押しつける力を２０Ｎとした場合の算術表面粗さＲａおよび研磨除去量Ｍ_Ｐの測定結果を表すグラフである。

【0058】

各図に示すグラフにおいて、研磨時間が９０分と１２０分の時点の測定結果が概ね同じ値を示している。このことから、研磨を終了する１２０分の時点で算術平均粗さＲａおよび研磨除去量Ｍ_Ｐの変化が収束しているものと考えられる。また、図８に示すように繊維間に砥粒が入り込むことがなければ、測定結果が収束した時点における砥粒の粒度の違いによる測定結果の差は小さいものと予想される。そこで、以下の評価基準に基づいて測定結果を評価した。

【0059】

（１）算術平均粗さＲａ
加工終了時における粒度の違いによる測定結果の差が０．３μｍ未満である・・・○
加工終了時における粒度の違いによる測定結果の差が０．３μｍ以上である・・・×
（２）研磨除去量Ｍ_Ｐ
加工終了時における粒度の違いによる測定結果の差が３ｍｇ未満である・・・○
加工終了時における粒度の違いによる測定結果の差が３ｍｇ以上である・・・×
（３）総合評価
算術平均粗さＲａおよび研磨除去量Ｍ_Ｐの評価結果が共に良好（○）である・・・○
算術平均粗さＲａおよび研磨除去量Ｍ_Ｐの評価結果に不良（×）を含む・・・×

【0060】

表１に評価結果を示す。

【0061】

【表1】

【0062】

押しつける力を１０Ｎとした場合、図１０（ａ）の実施例１では、粒度＃２２０および＃６００の砥粒による研磨は、ともに算術平均粗さＲａが０．２～０．３μｍ程度になるまで進んだ。両者の差は約０．１μｍである。図１０（ｂ）の比較例１では、粒度＃２２０の砥粒による研磨は、算術平均粗さＲａが０．５μｍ程度になるまで進んだ。しかし、粒度＃６００の砥粒による研磨は、算術平均粗さＲａが１．０μｍ程度までとなり、十分に進んでいない。両者の差は約０．５μｍであり、実施例１に比べて大きい。

【0063】

また、図１１（ａ）の実施例１では、粒度＃２２０および＃６００の砥粒による研磨は、ともに研磨除去量Ｍ_Ｐが８～９ｍｇ程度になるまで進んだ。両者の差は約１ｍｇである。一方、図１１（ｂ）の比較例１では、粒度＃２２０の砥粒による研磨は、研磨除去量Ｍ _Ｐが９ｍｇ程度になるまで進んだ。しかし、粒度＃６００の砥粒による研磨は、研磨除去量Ｍ_Ｐが５ｍｇ程度までとなり、十分に進んでいない。両者の差は約４ｍｇであり、実施例１に比べて大きい。

【0064】

押しつける力を２０Ｎとした場合も、同様の傾向が見られる。図１２（ａ）の実施例１では、粒度＃２２０および＃６００の砥粒による研磨は、ともに算術平均粗さＲａが０．１～０．３μｍ程度になるまで進んだ。両者の差は約０．２μｍである。一方、図１２（ｂ）の比較例１では、粒度＃２２０の砥粒による研磨は、算術平均粗さＲａが０．２μｍ程度になるまで進んだ。しかし、粒度＃６００の砥粒による研磨は、算術平均粗さＲａが１．０μｍ程度までとなり、研磨が十分に進んでいない。両者の差は約０．８μｍであり、実施例１に比べて大きい。

【0065】

また、図１３（ａ）の実施例１では、粒度＃２２０および＃６００の砥粒による研磨は、ともに研磨除去量Ｍ_Ｐが１０～１１ｍｇ程度になるまで進んだ。両者の差は約１ｍｇである。一方、図１３（ｂ）の比較例１では、粒度＃２２０の砥粒による研磨は、研磨除去量Ｍ_Ｐが１１ｍｇ程度になるまで進んだ。しかし、粒度＃６００の砥粒による研磨は、研磨除去量Ｍ_Ｐが７ｍｇ程度までとなり、十分に進んでいない。両者の差は約４ｍｇであり、実施例１に比べて大きい。

【0066】

実施例１では、粒度＃２２０および＃６００ともに良好な研磨を行うことができた。一方、比較例１では、粒度＃２２０では良好な研磨を行うことができたが、粒度＃６００のときは研磨が不十分となった。この結果は、繊維間距離と砥粒の大きさ（径）との関係によるものと考えられる。

【0067】

実施例１の繊維間距離ｅ_１は約３μｍである。そのため、粒度＃２２０の砥粒（平均粒径ｄ_ｇ＝７４μｍ）および粒度＃６００の砥粒（平均粒径ｄ_ｇ＝３０μｍ）と比較すると十分小さい。このことから、砥粒が繊維間に入り込むことなく効率的な研磨を実施できたと考えられる。

【0068】

一方、比較例１の繊維間距離ｅ_１は約５８μｍである。そのため、粒度＃２２０の砥粒と比較すると小さい。しかし、粒度＃６００の砥粒と比較すると大きい。このことから、粒度＃２２０では、実施例１と同様に効率的な研磨を実施できたが、粒度＃６００では、砥粒が繊維間に入り込み、効率的な研磨を実施できなかったと考えられる。この結果から、上述したモデルの有用性を確認することができた。

【0069】

（検証２）
さらに、本発明者は、空隙率η（０．９０）が同一でかつ平均繊維径ｄが異なる複数種類の研磨用繊維集積体を作製した。そして、それぞれの研磨用繊維集積体について、上記と同様に粒度＃２２０および＃６００の砥粒による研磨を１２０分間行ったのち、算術平均粗さＲａおよび研磨除去量Ｍ_Ｐを測定した。本発明者は、測定結果から上記モデルの理論を検証した。

【0070】

それぞれの研磨用繊維集積体における測定結果について、式（５）により算出した繊維間距離ｅ_１および砥粒の平均粒径ｄ_ｇの比（ｅ_１／ｄ_ｇ）を横軸に、算術平均粗さＲａおよび研磨除去量Ｍ_Ｐを縦軸にプロットした結果を図１４に示す。

【0071】

図１４（ａ）および（ｂ）に示すように、上記比（ｅ_１／ｄ_ｇ）が１を境に、算術平均粗さＲａおよび研磨除去量Ｍ_Ｐに有意な差が生じている。すなわち、上記比が１より小さければ、算術平均粗さＲａが小さく、研磨除去量Ｍ_Ｐが多く、研磨が効率的に行われている。特に、上記比が０．３以下のとき、研磨がより効果的に行われている。すなわち、ｅ _１／ｄ_ｇ≦０．３となることがより好ましい。反対に、上記比が１より大きければ、算術平均粗さＲａが大きく、研磨除去量Ｍ_Ｐが少なく、研磨が効率的に行われていない。

【0072】

上記比が１より小さい場合、繊維間距離ｅ_１より砥粒の平均粒径ｄ_ｇの方が大きく、繊維間に砥粒が入り込むことを抑制でき、そのため、効率的な研磨となったものと考えられる。上記比が１より大きい場合、繊維間距離ｅ_１より砥粒の平均粒径ｄ_ｇの方が小さく、繊維間に砥粒が入り込んでしまい、研磨の効率が低下してしまったものと考えられる。この結果からも、上述したモデルの有用性を確認することができた。

【0073】

上記に本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。前述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0074】

１…研磨用ナノファイバー集積体、７…油、８…砥粒、１０…最小計算ユニット、２０…繊維、２０ｘ、２０ｙ、２０ｚ…繊維部分、５０…製造装置、６２…ホッパー、６３…加熱シリンダー、６４…ヒーター、６５…スクリュー、６６…モーター、６８…ガス供給管、７０…ヘッド、９０…捕集網、９５…微細繊維、１００…加工装置、１０１…スピンドル、１０２…加工工具、１０３…結束バンド、ｄ…平均繊維径、ｄ_ｇ…砥粒の平均粒径、ｅ_１…繊維間距離、η…空隙率、Ｗ…研磨対象物、Ｒａ…算術平均粗さ、Ｍ_Ｐ…研磨除去量。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】