JP2003073190A - Diamond polishing method and device - Google Patents
Diamond polishing method and deviceInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ダイヤモンド（ダ
イヤモンド膜を含む）の研磨方法、とくにダイヤモンド
の熱化学的研磨方法およびその装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for polishing diamond (including a diamond film), and more particularly, to a thermochemical polishing method for diamond and an apparatus therefor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、ダイヤモンドは、あるいは種の
極限材料として、工具や機器要素部品の高機能材料とし
て広く利用されている。最近では、品質の高い気相合成
法（ＣＶＤ法）によるダイヤモンド膜が開発され、益々
その応用範囲が広がるものと期待されている。2. Description of the Related Art Generally, diamond is widely used as a high-performance material for tools and component parts of equipment as an ultimate material of a kind. Recently, a high quality diamond film by a vapor phase synthesis method (CVD method) has been developed, and it is expected that its application range will be further expanded.
【０００３】しかしながら、実用に供するダイヤモンド
機器要素を実現するには、表面の粗さを無くして平滑に
し、高精度な表面や曲面に仕上げる技術が不可欠であ
る。However, in order to realize a diamond device element for practical use, it is indispensable to eliminate the roughness of the surface and smooth it to finish it into a highly accurate surface or curved surface.
【０００４】現在のダイヤモンド加工の１つの方法とし
て、ダイヤモンド粉末による研磨加工がある。この加工
技術は、歴史の長く、成熟した技術であるが、加工能率
が低く、研磨時にかなり大きな加工力が作用するため、
ＣＶＤダイヤモンド膜では基板との剥離がしばしば見受
けられた。One of the present methods for diamond processing is polishing with diamond powder. This processing technology has a long history and is a mature technology, but its processing efficiency is low and a considerably large processing force acts during polishing,
In the CVD diamond film, peeling from the substrate was often found.
【０００５】上記の課題を解決するため、本発明者ら
は、先に、鉄系金属または炭素を固溶する金属からなる
研磨用板体とダイヤモンドとを接触させ、相対運動を行
わせてダイヤモンドを研磨する際に、ダイヤモンドから
研磨用板体へ拡散する炭素を、水素ガスを供給すること
で、研磨用板体内の炭素を炭化水素化させることによ
り、研磨用板体内の炭素濃度勾配が一定に保たれ、連続
してダイヤモンド側から炭素を奪うことができて、ダイ
ヤモンドを研磨することができる方法を提案した（特開
平１１−７１１９８号公報参照）。In order to solve the above problems, the inventors of the present invention first contacted a polishing plate made of an iron-based metal or a metal in which carbon is dissolved as a solid solution with diamond, and caused relative motion to perform diamond movement. When polishing, the carbon that diffuses from the diamond to the polishing plate is supplied with hydrogen gas to convert the carbon in the polishing plate into a hydrocarbon so that the carbon concentration gradient in the polishing plate is constant. Therefore, a method has been proposed in which carbon can be continuously removed from the diamond side and diamond can be polished (see Japanese Patent Laid-Open No. 11-71198).
【０００６】また従来、ダイヤモンドの研磨方法として
は、つぎのようなものが知られている。すなわち、Ａ
ｌ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕの群から選択
した１種または２種以上の元素とＴｉとの金属間化合物
を主成分とするダイヤモンド研磨用砥石を用い、研磨用
砥石がダイヤモンド側から炭素を奪い炭化するものであ
る（特開２００１−２５９７１号公報参照）。ここで、
研磨用砥石は、Ｔｉ粉末と前記元素からなる材料粉末と
を、金属間化合物の含有量が９０体積％以上になるよう
に調合し、これらをボールミルで混合し、乾燥して混合
分とし、粉末冶金法により製造することが開示されてい
る。この従来の技術は、ダイヤモンドと砥石の接触点で
摩擦熱によりかなりの高温になることを利用し、Ｔｉお
よびＡｌが、ダイヤモンド側の炭素と結合して、脆いＴ
ｉＣ、ＴｉＡｌＣ、ＴｉＡｌＣＮなどの炭化物を生成
し、かつこれらが剥がれ落ちることにより、単なる物理
的、機械的研磨だけでなく、より効果的にダイヤモンド
の研磨（科学的）が行えると開示されている。つまり、
摩擦熱を発生させるために相対速度か接触圧力のどちら
かを必要とするものである。Further, conventionally, the following methods have been known as a diamond polishing method. That is, A
A diamond grinding wheel containing an intermetallic compound of Ti and one or more elements selected from the group consisting of 1, Cr, Mn, Fe, Co, Ni and Cu as a main component is used, and the grinding wheel is a diamond. It takes carbon from the side and carbonizes it (see Japanese Patent Laid-Open No. 2001-25971). here,
The grindstone for polishing is prepared by mixing Ti powder and a material powder containing the above-mentioned elements so that the content of the intermetallic compound is 90% by volume or more, mixing these in a ball mill, and drying to obtain a mixed component, Manufacturing by a metallurgical method is disclosed. This conventional technique takes advantage of the fact that frictional heat causes a considerably high temperature at the contact point between the diamond and the grindstone, and Ti and Al combine with carbon on the diamond side to form a brittle T
It is disclosed that by forming carbides such as iC, TiAlC, and TiAlCN and peeling them off, not only physical and mechanical polishing but also diamond polishing (scientific) can be more effectively performed. That is,
It requires either relative velocity or contact pressure to generate frictional heat.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記前
者の先提案の方法によれば、平滑な面を有するダイヤモ
ンドが得られるが、還元ガスとして水素ガスを供給する
必要があり、また、水素ガスの供給については研磨用板
体に内部空洞を形成するなど、構造が複雑であるととも
に、比較的高温での研磨を必要とし、さらに水素ガスを
用いるので、安全性に問題があった。However, according to the former method proposed by the former, a diamond having a smooth surface can be obtained, but it is necessary to supply hydrogen gas as a reducing gas, and Regarding supply, the structure is complicated such as forming an internal cavity in the polishing plate, polishing is required at a relatively high temperature, and further hydrogen gas is used, so there is a problem in safety.
【０００８】また、上記後者の従来の研磨方法によれ
ば、研磨用砥石を作る工程が多く、非常に手間がかかる
とともに、コストが高くつくという問題があった。In addition, according to the latter conventional polishing method described above, there are problems in that many steps are required to make a polishing grindstone, which is very time-consuming and costly.
【０００９】ところで、一般に、ダイヤモンド工具で鉄
系金属をはじめとするある種の材料を加工すると、ダイ
ヤモンドの激しい損耗がみられることは良く知られてい
る。この損耗は、熱化学的なプロセスに基づくもので、
相手材によって異なるいくつかの損耗機構があること
は、本発明者らによって明らかにされている。By the way, it is well known that, when a diamond tool is used to process a certain material such as an iron-based metal, severe diamond wear is observed. This wear is based on a thermochemical process,
It has been made clear by the present inventors that there are several wear mechanisms that differ depending on the mating material.
【００１０】本発明の目的は、ダイヤモンドの熱化学的
な損耗機構を原理的に明らかにし、金属の酸化とダイヤ
モンドによる金属酸化物の還元によって生じる損耗を積
極的に起こさせることによって、ダイヤモンド表面を高
能率、高精度に平滑化する、ダイヤモンドの研磨方法お
よびその装置を提供しようとすることにある。The object of the present invention is to clarify the thermochemical wear mechanism of diamond in principle, and to positively cause the wear caused by the oxidation of metal and the reduction of the metal oxide by diamond, thereby making the diamond surface It is an object of the present invention to provide a diamond polishing method and an apparatus for polishing it with high efficiency and high precision.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の請求項１によるダイヤモンドの研磨方法
は、被酸化還元体である酸化金属体と、酸化還元体であ
るダイヤモンドとを接触させて、該接触部分の金属酸化
物をダイヤモンド表層部の炭素によって還元し、ダイヤ
モンド側の炭素の損耗により、相対的にダイヤモンドの
研磨を行なうことを特徴としている。In order to achieve the above object, a diamond polishing method according to claim 1 of the present invention comprises: a metal oxide body which is a redox body and a diamond body which is a redox body. It is characterized in that the metal oxide in the contact portion is brought into contact with the surface of the diamond to be reduced by the carbon in the diamond surface layer portion, and the diamond on the diamond side is worn to relatively polish the diamond.
【００１２】請求項２のダイヤモンドの研磨方法は、酸
素分圧および内部温度のそれぞれ調整可能な研磨作業用
真空チャンバ内においてダイヤモンドの研磨を行なうも
のである。According to a second aspect of the present invention, in the diamond polishing method, the diamond is polished in a vacuum chamber for polishing in which the oxygen partial pressure and the internal temperature can be adjusted.
【００１３】そして、請求項３のダイヤモンドの研磨方
法は、研磨作業を行なうチャンバ内の雰囲気の酸素分圧
を調整するステップと、前記雰囲気の温度を調整するス
テップと、チャンバ内において酸化金属体およびダイヤ
モンドを連続的に接触させる相対運動を調整して、酸化
金属体とダイヤモンドとを接触させるステップとからな
ることを特徴としている。According to a third aspect of the present invention, in the diamond polishing method, the step of adjusting the oxygen partial pressure of the atmosphere in the chamber in which the polishing operation is performed, the step of adjusting the temperature of the atmosphere, the metal oxide body and And a step of bringing the diamond into contact with the metal oxide body by adjusting the relative motion of bringing the diamond into continuous contact.
【００１４】請求項１〜３のうちのいずれか一項記載の
ダイヤモンドの研磨方法の発明においては、酸化金属体
が、鉄、ニッケル、コバルトおよび銅よりなる群の中か
ら選ばれた少なくとも１つの金属の酸化物または該金属
の表層部分が酸化された酸化金属物体であり、上記金属
または該金属の表層部分が、予め酸化されたものである
か、または研磨中に酸化されたものである。In the invention of the method for polishing diamond according to any one of claims 1 to 3, the metal oxide body is at least one selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt and copper. The metal oxide is a metal oxide body in which the surface layer portion of the metal is oxidized, and the metal or the surface layer portion of the metal is pre-oxidized or is oxidized during polishing.
【００１５】なお、酸化金属体は、鉄、ニッケル、コバ
ルトおよび銅よりなる群の中から選ばれた少なくとも１
つの金属を主として含む金属の酸化物または前記金属を
主として含む金属の表層部分が酸化された酸化金属物体
であり、上記金属または該金属の表層部分が、予め酸化
されたものであるか、または研磨中に酸化されたもので
あっても良い。The metal oxide body is at least one selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt and copper.
Is an oxide of a metal mainly containing one metal or a metal oxide body in which the surface layer part of the metal mainly containing the metal is oxidized, and the metal or the surface layer part of the metal is a pre-oxidized one or polished. It may be one that has been oxidized.
【００１６】請求項６のダイヤモンドの研磨装置は、請
求項１のダイヤモンドの研磨方法の発明を実施する装置
であって、酸素分圧および内部温度のそれぞれ調整可能
な研磨作業用真空チャンバと、真空チャンバ内において
酸化金属体およびダイヤモンドを連続的に接触させる相
対運動を行なわせる調整可能な研磨駆動機構とを具備
し、研磨駆動機構の作動により真空チャンバ内において
被酸化還元体である酸化金属体と酸化還元体であるダイ
ヤモンドが接触せしめられて、該接触部分のダイヤモン
ドの研磨が行なわれることを特徴としている。A diamond polishing apparatus according to a sixth aspect of the present invention is an apparatus for carrying out the invention of the diamond polishing method according to the first aspect, which comprises a vacuum chamber for polishing operation in which an oxygen partial pressure and an internal temperature can be adjusted, respectively, and a vacuum. An adjustable polishing drive mechanism for performing a relative motion in which the metal oxide body and the diamond are brought into continuous contact with each other in the chamber, and a metal oxide body which is a redox object in the vacuum chamber by the operation of the polishing drive mechanism. It is characterized in that diamond, which is a redox material, is brought into contact with the diamond to polish the diamond at the contact portion.
【００１７】上記請求項６のダイヤモンドの研磨装置で
は、研磨作業用真空チャンバ内においてダイヤモンドが
固定され、ダイヤモンドに接触する金属体または酸化金
属体がディスク形を有しており、研磨駆動機構の作動に
よってディスクが回転せしめられて、ダイヤモンドに接
触するようになされているのが、好ましい。In the diamond polishing apparatus of the sixth aspect, the diamond is fixed in the polishing vacuum chamber, and the metal body or metal oxide body contacting the diamond has a disk shape, and the polishing drive mechanism operates. It is preferred that the disk be rotated so that it contacts the diamond.
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を、
図面を参照して説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, an embodiment of the present invention will be described.
A description will be given with reference to the drawings.
【００１９】本発明によるダイヤモンドの研磨方法は、
被酸化還元体である酸化金属体と、酸化還元体であるダ
イヤモンドとを接触させて、該接触部分の金属酸化物を
ダイヤモンド表層部の炭素によって還元し、ダイヤモン
ド側の炭素の損耗により、相対的にダイヤモンドの研磨
を行なうものである。The diamond polishing method according to the present invention comprises:
A metal oxide that is a substance to be oxidized and a diamond that is a redox substance are brought into contact with each other, and the metal oxide at the contact portion is reduced by the carbon of the diamond surface layer portion, and due to wear of the carbon on the diamond side, It is used to polish diamond.
【００２０】本発明によるダイヤモンドの研磨方法によ
る加工機構は、金属板表面の酸化物をダイヤモンド側の
炭素が還元することにより、ダイヤモンド側の炭素が、
一酸化炭素や二酸化炭素になって損耗し、相対的にダイ
ヤモンドの研磨を行なうというものである。The processing mechanism of the diamond polishing method according to the present invention is such that the carbon on the diamond side is reduced by the reduction of the oxide on the metal plate surface by the carbon on the diamond side.
It becomes carbon monoxide or carbon dioxide, which is worn away and relatively polishes diamond.
【００２１】本発明において、酸化還元反応を利用して
ダイヤモンドの研磨を行なう場合、使用し得る金属材料
は、熱力学解析によって、化学反応前後の系のギブスの
標準自由エネルギーの差（ΔＧ）を参照して、考慮する
ことができる。In the present invention, when diamond is polished by utilizing a redox reaction, a metal material which can be used has a difference in standard Gibbs free energy (ΔG) between before and after a chemical reaction by thermodynamic analysis. Can be referred to and considered.
【００２２】すなわち、ある条件下での化学反応の進行
方向は、反応式の左辺および右辺の系が持つギブスの標
準自由エネルギーの変化量（ΔＧ°）を知れば、予測す
ることができる。ΔＧ°が負になるときは、反応が左辺
から右辺に向かって進行し、０のときは平衡状態、正の
ときは逆に進行する。That is, the progress direction of a chemical reaction under a certain condition can be predicted by knowing the amount of change (ΔG °) in Gibbs standard free energy of the system on the left and right sides of the reaction equation. When ΔG ° becomes negative, the reaction proceeds from the left side to the right side, when it is 0, the equilibrium state occurs, and when it is positive, the reaction proceeds in the opposite direction.
【００２３】図２は、いくつかの金属およびダイヤモン
ド（炭素）の酸化反応における酸素１モル当たりのΔＧ
°［Ｋ］を、温度関数として示したものである。同じ温
度での酸化反応を比較した時、絶対値が大きい負のΔＧ
°を持つ酸化物ほど安定であるため、未酸化の物質が絶
対値のより小さい負のΔＧ°を持つ他の酸化物と接触す
ると、それから酸素を奪って自身が酸化し、相手を還元
することができる。FIG. 2 shows ΔG per mole of oxygen in the oxidation reaction of some metals and diamond (carbon).
The graph shows [K] as a function of temperature. Negative ΔG with a large absolute value when comparing oxidation reactions at the same temperature
Oxides with ° are more stable, so when an unoxidized substance comes into contact with another oxide with a negative ΔG ° of smaller absolute value, it takes oxygen from it and oxidizes itself to reduce the other. You can
【００２４】鉄、ニッケル、コバルトおよび銅の金属、
並びにダイヤモンド（炭素）は、すべて常温以上で酸化
するが、図２に示すように、太線および太破線で示され
るダイヤモンド（炭素）の酸化におけるΔＧ°が、鉄や
ニッケル等の酸化におけるΔＧ°より大きな負の値をと
ると、ダイヤモンドが金属酸化物より酸素を奪って自身
が酸化する（還元作用）が可能になるわけで、図２中に
おいて、炭素の酸化反応の線が、金属の酸化反応の線よ
り下にある範囲で、ダイヤモンドの研磨加工が可能にな
るものである。Metals of iron, nickel, cobalt and copper,
Also, all diamond (carbon) oxidizes at room temperature or higher, but as shown in FIG. 2, ΔG ° in the oxidation of diamond (carbon) shown by the thick line and the thick broken line is more than ΔG ° in the oxidation of iron, nickel, etc. When a large negative value is taken, the diamond takes oxygen from the metal oxide to oxidize itself (reduction effect), and in FIG. 2, the carbon oxidation reaction line is the metal oxidation reaction. In the range below the line, the diamond can be polished.
【００２５】本発明による方法は、酸素分圧および内部
温度のそれぞれ調整可能な研磨作業用真空チャンバ内に
おいてダイヤモンドの研磨を行なうものであり、研磨環
境内には、酸素の存在を必要とするものである。The method according to the present invention polishes diamond in a vacuum chamber for polishing operation in which the oxygen partial pressure and the internal temperature can be adjusted, respectively, and requires the presence of oxygen in the polishing environment. Is.
【００２６】上記酸化金属体は、鉄、ニッケル、コバル
トおよび銅よりなる群の中から選ばれた少なくとも１つ
の金属の酸化物または該金属の表層部分が酸化された酸
化金属物体である。また酸化金属体は、鉄、ニッケル、
コバルトおよび銅よりなる群の中から選ばれた少なくと
も１つの金属を主として含む金属の酸化物または前記金
属を主として含む金属の表層部分が酸化された酸化金属
物体であっても良い。The metal oxide body is an oxide of at least one metal selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt and copper, or a metal oxide body in which the surface layer portion of the metal is oxidized. In addition, metal oxides are iron, nickel,
It may be an oxide of a metal mainly containing at least one metal selected from the group consisting of cobalt and copper, or a metal oxide body in which the surface layer part of the metal mainly containing the metal is oxidized.
【００２７】なお、上記金属または該金属の表層部分
は、通常、予め酸化されたものであるが、研磨中に酸化
されたものであっても、良い。The metal or the surface layer portion of the metal is usually pre-oxidized, but it may be oxidized during polishing.
【００２８】ここで、金属表面の酸化物を還元すること
で、ダイヤモンドの損耗による研磨加工が進むため、研
磨環境中には酸素の存在が必要である。しかし、酸素が
多すぎると、ダイヤモンドも酸化するため、ある加工温
度で、ダイヤモンドの酸化が必要以上に進行しない酸素
分圧にする必要がある。一般的に、酸素分圧が高いほど
ダイヤモンドも酸化しやすいので、適当な温度と、酸素
分圧を設定することが必要である。Here, since the polishing process due to diamond wear progresses by reducing the oxide on the metal surface, the presence of oxygen is required in the polishing environment. However, if the amount of oxygen is too large, diamond is also oxidized. Therefore, it is necessary to set the oxygen partial pressure at which the diamond oxidation does not proceed more than necessary at a certain processing temperature. Generally, the higher the oxygen partial pressure is, the more easily diamond is oxidized. Therefore, it is necessary to set an appropriate temperature and oxygen partial pressure.
【００２９】例えば、研磨用接触板を構成する金属とし
て鉄を使うときは、概ね６００℃で、１０−２Ｐａ程度
以上の真空が適当である。これに対し、図２に示すよう
に、研磨用接触板を構成する金属として銅を使うと、も
っと低い温度で反応が進行するため、この場合は、例え
ば２００〜３００℃で、しかも常圧で酸素分圧を通常よ
り高くした条件で、ダイヤモンドの研磨加工が可能とな
り、実用上、かなり実現しやすい条件である。加工速度
を重視しなければ、銅を使うと、常温・常圧でも加工で
きる。よって、大気中でも研磨が可能となり、また、酸
素供給手段を備えて雰囲気の酸素濃度を高くしても良
い。For example, when iron is used as a metal constituting the polishing contact plate, a vacuum of about 600 ° C. and about 10 −2 Pa or more is suitable. On the other hand, as shown in FIG. 2, when copper is used as the metal constituting the polishing contact plate, the reaction proceeds at a lower temperature, and in this case, for example, at 200 to 300 ° C. and at normal pressure. It is possible to polish diamond under conditions where the oxygen partial pressure is higher than usual, which is a condition that is quite easy to realize in practice. If the processing speed is not important, copper can be used at room temperature and pressure. Therefore, polishing can be performed even in the air, and an oxygen supply means may be provided to increase the oxygen concentration in the atmosphere.
【００３０】なお、酸素の供給が必要なため、研磨用接
触板には、酸素通過用溝などを設けて、ダイヤモンドの
研磨面に酸素が行き渡りやすいようにするのが、望まし
い。Since oxygen needs to be supplied, it is desirable that the polishing contact plate be provided with an oxygen passage groove or the like so that oxygen can easily reach the polished surface of the diamond.
【００３１】本発明によるダイヤモンドの研磨方法は、
具体的には、研磨作業を行なうチャンバ内の雰囲気の酸
素分圧を調整するステップと、前記雰囲気の温度を調整
するステップと、チャンバ内において酸化金属体および
ダイヤモンドを連続的に接触させる相対運動を調整し
て、酸化金属体とダイヤモンドとを接触させるステップ
とからなるものである。The diamond polishing method according to the present invention comprises:
Specifically, the steps of adjusting the oxygen partial pressure of the atmosphere in the chamber where the polishing work is performed, the step of adjusting the temperature of the atmosphere, and the relative motion of continuously contacting the metal oxide body and the diamond in the chamber are performed. The step of adjusting and bringing the metal oxide body into contact with the diamond.
【００３２】つぎに、本発明によるダイヤモンドの研磨
方法を実施する装置は、酸素分圧および内部温度のそれ
ぞれ調整可能な研磨作業用真空チャンバと、真空チャン
バ内において酸化金属体およびダイヤモンドを連続的に
接触させる相対運動を行なわせる調整可能な研磨駆動機
構とを具備し、研磨駆動機構の作動により真空チャンバ
内において被酸化還元体である酸化金属体と酸化還元体
であるダイヤモンドが接触せしめられて、該接触部分の
ダイヤモンドの研磨が行なわれる。Next, the apparatus for carrying out the method for polishing diamond according to the present invention comprises a vacuum chamber for polishing in which the oxygen partial pressure and the internal temperature can be respectively adjusted, and the metal oxide body and diamond are continuously fed in the vacuum chamber. An adjustable polishing drive mechanism for performing a relative movement to bring them into contact, and by the operation of the polishing drive mechanism, a metal oxide that is a redox body and a diamond that is a redox body are brought into contact in a vacuum chamber, The diamond on the contact portion is polished.
【００３３】図１に示す具体例においては、酸素分圧お
よび内部温度のそれぞれ調整可能な研磨作業用真空チャ
ンバ（図示略）内に配置した坩堝(1) を、周囲に設置し
たヒータ(2) で所定温度に加熱し、坩堝(1) 中でダイヤ
モンド(D) が、セラミックス製の載置台(3) 上に固定さ
れ、例えば回転軸(5) の下端に取り付けられた純鉄製円
板（金属体）よりなるディスク(4) をダイヤモンド(D)
に接触させて、回転させることにより、純鉄製円板より
なるディスク(4) の表面が酸化し、該表面に生じた酸化
鉄をダイヤモンド(D) 側の炭素が還元することによっ
て、ダイヤモンド(D) の研磨加工が進行するものであ
る。In the specific example shown in FIG. 1, a crucible (1) arranged in a vacuum chamber (not shown) for polishing work, in which oxygen partial pressure and internal temperature can be adjusted, is provided with a heater (2) installed around the crucible (1). The diamond (D) is fixed in the crucible (1) on the ceramic mounting table (3), for example, a pure iron disc (metal) attached to the lower end of the rotating shaft (5). Disk (4) consisting of body) diamond (D)
The surface of the disk (4) made of a pure iron disk is oxidized by contacting it with and rotating it, and the iron oxide produced on the surface is reduced by the carbon on the diamond (D) side, resulting in the diamond (D ) The polishing process is progressing.
【００３４】このように、純鉄製円板よりなるディスク
(4) の表面に生じた酸化鉄をダイヤモンド(D) 側の炭素
が還元することで、ダイヤモンド(D) の損耗による研磨
加工が進むため、研磨環境中には酸素の存在が必要であ
る。このような加工機構から考えて、雰囲気中の酸素分
圧は高い方がより加工が早く進行するが、高くなりすぎ
ると、ダイヤモンド(D) 表面のディスク(4) と接触して
いない部分が、熱的にエッチングされるため、加熱温度
において最適の圧力を選ぶ必要がある。In this way, a disc made of a pure iron disc
Since the iron oxide generated on the surface of (4) is reduced by the carbon on the diamond (D) side, the polishing process proceeds due to the wear of the diamond (D), and therefore the presence of oxygen is required in the polishing environment. Considering this processing mechanism, the higher the oxygen partial pressure in the atmosphere, the faster the processing will proceed.However, if it becomes too high, the portion of the diamond (D) surface that is not in contact with the disk (4) will Since it is thermally etched, it is necessary to select the optimum pressure at the heating temperature.
【００３５】本発明の方法によれば、従来のＴｉおよび
Ａｌ中に、ダイヤモンド側の炭素を拡散する方法に比べ
て、加工速度は遅いものであるが、低温で加工できると
いう利点がある。また従来の工具鉄中に拡散した鉄が飽
和することによって加工速度が低下するといったことも
ないという利点がある。According to the method of the present invention, the processing speed is slower than the conventional method of diffusing carbon on the diamond side into Ti and Al, but there is an advantage that processing can be performed at a low temperature. Further, there is an advantage that the processing speed does not decrease due to saturation of iron diffused in the conventional tool iron.
【００３６】なお、上記純鉄製円板（金属体）よりなる
ディスク(4) を、その他、例えば球形のような形態の工
具として、これをダイヤモンド(D) に接触させて、回転
させることにより、ダイヤモンド(D) の自由曲面の研磨
加工が可能であるという利点がある。The disk (4) made of the above-mentioned pure iron disk (metal body) may be used as a tool having a spherical shape, for example, by bringing it into contact with diamond (D) and rotating it. There is an advantage that it is possible to polish the free curved surface of diamond (D).
【００３７】[0037]
【実施例】つぎに、本発明の実施例を説明するが、本発
明は、この実施例に限定されるものではない。EXAMPLES Next, examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to these examples.
【００３８】図１に示す本発明によるダイヤモンドの研
磨方法を実施する実験装置において、研磨作業用真空チ
ャンバ（図示略）内の酸素分圧を４×１０−３Ｐａに設
定し、チャンバ内に配置した坩堝(1) の中に、気相合成
法（ＣＶＤ法）により得られたダイヤモンド薄膜(D) を
載置台（スペーサ）(3) 上に固定した。ヒータ(2) によ
りチャンバ内を８７３°Ｋに加熱保持し、純鉄製円板よ
りなるディスク(4) をダイヤモンド(D) に接触させて回
転軸(5) を回転させながら、ディスク(4) の表面に生じ
た酸化鉄をダイヤモンド(D) 側の炭素で還元することに
より、ダイヤモンド(D) の研磨加工を３０分間行なっ
た。In the experimental apparatus for carrying out the diamond polishing method according to the present invention shown in FIG. 1, the oxygen partial pressure in the polishing vacuum chamber (not shown) is set to 4 × 10 −3 Pa and the oxygen is placed in the chamber. The diamond thin film (D) obtained by the vapor phase synthesis method (CVD method) was fixed in the crucible (1) on a mounting table (spacer) (3). The inside of the chamber was heated and maintained at 873 ° K by the heater (2), the disk (4) made of a pure iron disk was brought into contact with the diamond (D), and the rotating shaft (5) was rotated while the disk (4) was rotated. The iron oxide produced on the surface was reduced by the carbon on the diamond (D) side to polish diamond (D) for 30 minutes.
【００３９】気相合成法（ＣＶＤ法）により人工的につ
くられた多結晶粒からなるダイヤモンド薄膜(D) は、凹
凸の激しい表面を有しているが、上記本発明の方法によ
りダイヤモンド薄膜(D) の表面を、平滑に加工すること
ができた。The diamond thin film (D) consisting of polycrystalline grains artificially produced by the vapor phase synthesis method (CVD method) has a surface with severe irregularities. The surface of D) could be processed smoothly.
【００４０】[0040]
【発明の効果】本発明のダイヤモンドの研磨方法は、上
述のように、被酸化還元体である酸化金属体と、酸化還
元体であるダイヤモンドとを接触させて、該接触部分の
金属酸化物をダイヤモンド表層部の炭素によって還元
し、ダイヤモンド側の炭素の損耗により、相対的にダイ
ヤモンドの研磨を行なうもので、本発明の方法によれ
ば、金属の酸化とダイヤモンドによる金属酸化物の還元
によって生じる損耗を積極的に起こさせることによっ
て、ダイヤモンド表面を高能率、高精度に平滑化するこ
とができ、ダイヤモンドを、クラックや破壊を生ずるこ
となく効率良く、研磨することができる。As described above, the diamond polishing method of the present invention brings the metal oxide, which is the redox material, into contact with the diamond, which is the redox material, and removes the metal oxide at the contact portion. The diamond is reduced by the carbon in the surface layer of the diamond, and the diamond is relatively worn so that the diamond is relatively polished. According to the method of the present invention, the wear caused by the oxidation of the metal and the reduction of the metal oxide by the diamond is performed. The diamond surface can be smoothed with high efficiency and high precision by actively causing the diamond, and the diamond can be efficiently polished without causing cracks or breaks.
【００４１】また、研磨作業用真空チャンバ内において
酸素分圧および内部温度等の条件がそろったうえで、酸
化金属体とダイヤモンドを接触させるだけでよいため、
加工面にかける圧力は、接触に必要な分だけとなり、従
って、非常に薄いダイヤモンド、微細な構造をもつダイ
ヤモンドの形状の加工、剥離しやすいコーティングダイ
ヤモンド膜、曲面にコーティングした気相合成法（ＣＶ
Ｄ法）によるダイヤモンド膜などの研磨加工も、クラッ
クや破壊を生ずることなく効率良く行なうことができる
ものである。Further, it is only necessary to bring the metal oxide body and the diamond into contact with each other after the conditions such as the oxygen partial pressure and the internal temperature are adjusted in the polishing vacuum chamber.
The pressure applied to the processed surface is only the amount necessary for contact, and therefore very thin diamond, diamond-shaped processing with a fine structure, coated diamond film that easily peels off, vapor phase synthesis method (CV) coated on a curved surface
Polishing of a diamond film or the like by the D method) can be efficiently performed without causing cracks or destruction.
【００４２】また、本発明のダイヤモンドの研磨装置
は、上述のように、酸素分圧および内部温度のそれぞれ
調整可能な研磨作業用真空チャンバと、真空チャンバ内
において酸化金属体およびダイヤモンドを連続的に接触
させる相対運動を行なわせる調整可能な研磨駆動機構と
を具備し、研磨駆動機構の作動により真空チャンバ内に
おいて被酸化還元体である酸化金属体と酸化還元体であ
るダイヤモンドが接触せしめられて、該接触部分のダイ
ヤモンドの研磨が行なわれるもので、本発明のダイヤモ
ンドの研磨装置によれば、従来のような還元ガスとして
水素ガスを供給する必要がなく、従って、水素ガス供給
のための複雑な構造が不要となって、非常に簡単な構造
である。Further, as described above, the diamond polishing apparatus of the present invention continuously polishes the metal oxide and diamond in the vacuum chamber for polishing work in which the oxygen partial pressure and the internal temperature can be adjusted respectively. An adjustable polishing drive mechanism for performing a relative movement to bring them into contact, and by the operation of the polishing drive mechanism, a metal oxide that is a redox body and a diamond that is a redox body are brought into contact in a vacuum chamber, Since the diamond of the contact portion is polished, according to the diamond polishing apparatus of the present invention, it is not necessary to supply hydrogen gas as a reducing gas as in the conventional case, and therefore a complicated hydrogen gas supply is required. It is a very simple structure because no structure is required.
【００４３】そして、研磨作業用真空チャンバ内におい
てダイヤモンドが固定され、ダイヤモンドに接触する金
属体または酸化金属体がディスク形を有しており、研磨
駆動機構の作動によってディスクが回転せしめられて、
ダイヤモンドに接触するようになされることにより、ダ
イヤモンドの研磨に用いる金属体を安価に製造すること
ができるとともに、いわゆる摩擦熱が不要で、低温度で
ダイヤモンドの研磨加工を行なうことができるという効
果を奏する。Then, the diamond is fixed in the polishing vacuum chamber, and the metal body or metal oxide body in contact with the diamond has a disk shape, and the disk is rotated by the operation of the polishing drive mechanism.
By being brought into contact with diamond, a metal body used for polishing diamond can be manufactured at low cost, and so-called frictional heat is not required, so that diamond polishing can be performed at low temperature. Play.
【図１】本発明の実施形態を示すダイヤモンドの研磨方
法の実験装置の概略を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an experimental device for a diamond polishing method showing an embodiment of the present invention.
【図２】数種の金属およびダイヤモンド（炭素）の酸化
反応における酸素１モル当たりのギブスの標準自由エネ
ルギーの変化量ΔＧ°［Ｋ］を、温度関数として示した
グラフである。FIG. 2 is a graph showing the change amount ΔG ° [K] of Gibbs standard free energy per mol of oxygen in the oxidation reaction of several kinds of metals and diamond (carbon) as a function of temperature.
Ｄ ダイヤモンド １ 坩堝 ２ ヒータ ３ 載置台（スペーサ） ４ 純鉄製円板よりなるディスク（金属体） ５ 回転軸（研磨駆動機構） D diamond 1 crucible 2 heater 3 Mounting table (spacer) 4 Disc made of pure iron disc (metal body) 5 rotation axis (polishing drive mechanism)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小村 明夫 大阪市住之江区南港北１丁目７番89号 日 立造船株式会社内 Ｆターム(参考） 3C049 AA01 AA09 CA04 CB01 CB03 4G046 GB07 4G077 AA02 BA03 FG03 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Akio Komura 1-89 Minami Kohoku 1-89, Suminoe-ku, Osaka Standing Shipbuilding Co., Ltd. F term (reference) 3C049 AA01 AA09 CA04 CB01 CB03 4G046 GB07 4G077 AA02 BA03 FG03
Claims (7)
還元体であるダイヤモンドとを接触させて、該接触部分
の金属酸化物をダイヤモンド表層部の炭素によって還元
し、ダイヤモンド側の炭素の損耗により、相対的にダイ
ヤモンドの研磨を行なうことを特徴とする、ダイヤモン
ドの研磨方法。1. A metal oxide, which is a redox material, is brought into contact with diamond, which is a redox material, and the metal oxide in the contact portion is reduced by carbon in the diamond surface layer portion. A diamond polishing method characterized in that diamond is relatively polished by abrasion.
可能な研磨作業用真空チャンバ内においてダイヤモンド
の研磨を行なうことを特徴とする、請求項１記載のダイ
ヤモンドの研磨方法。2. The diamond polishing method according to claim 1, wherein the diamond polishing is carried out in a vacuum chamber for polishing operation in which the oxygen partial pressure and the internal temperature can be adjusted.
酸素分圧を調整するステップと、前記雰囲気の温度を調
整するステップと、チャンバ内において酸化金属体およ
びダイヤモンドを連続的に接触させる相対運動を調整し
て、酸化金属体とダイヤモンドとを接触させるステップ
とからなることを特徴とする、請求項２記載のダイヤモ
ンドの研磨方法。3. A step of adjusting an oxygen partial pressure of an atmosphere in a chamber for performing a polishing operation, a step of adjusting a temperature of the atmosphere, and a relative motion for continuously contacting a metal oxide body and diamond in the chamber. The method of polishing a diamond according to claim 2, further comprising a step of adjusting and bringing the metal oxide body into contact with the diamond.
および銅よりなる群の中から選ばれた少なくとも１つの
金属の酸化物または該金属の表層部分が酸化された酸化
金属物体であり、上記金属または該金属の表層部分は、
予め酸化されたものであるか、または研磨中に酸化され
たものであることを特徴とする、請求項１〜３のうちの
いずれか一項記載のダイヤモンドの研磨方法。4. The metal oxide body is an oxide of at least one metal selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt and copper, or a metal oxide body in which a surface layer portion of the metal is oxidized, The metal or the surface layer portion of the metal is
The method for polishing diamond according to any one of claims 1 to 3, wherein the diamond is pre-oxidized or is oxidized during polishing.
および銅よりなる群の中から選ばれた少なくとも１つの
金属を主として含む金属の酸化物または前記金属を主と
して含む金属の表層部分が酸化された酸化金属物体であ
り、上記金属または該金属の表層部分が、予め酸化され
たものであるか、または研磨中に酸化されたものである
ことを特徴とする、請求項１〜３のうちのいずれか一項
記載のダイヤモンドの研磨方法。5. The metal oxide is obtained by oxidizing an oxide of a metal mainly containing at least one metal selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt and copper or a surface layer part of the metal mainly containing the metal. 4. A metal oxide body, wherein the metal or a surface layer portion of the metal is pre-oxidized or is oxidized during polishing. The diamond polishing method according to any one of claims.
施する装置であって、酸素分圧および内部温度のそれぞ
れ調整可能な研磨作業用真空チャンバと、真空チャンバ
内において酸化金属体およびダイヤモンドを連続的に接
触させる相対運動を行なわせる調整可能な研磨駆動機構
とを具備し、研磨駆動機構の作動により真空チャンバ内
において被酸化還元体である酸化金属体と酸化還元体で
あるダイヤモンドが接触せしめられて、該接触部分のダ
イヤモンドの研磨が行なわれることを特徴とする、ダイ
ヤモンドの研磨装置。6. An apparatus for performing the diamond polishing method according to claim 1, wherein a polishing work vacuum chamber in which the oxygen partial pressure and the internal temperature can be adjusted respectively, and a metal oxide body and diamond are continuously provided in the vacuum chamber. And an adjustable polishing drive mechanism for performing relative movement to bring them into contact with each other, and by operating the polishing drive mechanism, the metal oxide as a redox body and the diamond as a redox body are brought into contact in the vacuum chamber. The diamond polishing apparatus is characterized in that the diamond at the contact portion is polished.
ヤモンドが固定され、ダイヤモンドに接触する金属体ま
たは酸化金属体がディスク形を有しており、研磨駆動機
構の作動によってディスクが回転せしめられて、ダイヤ
モンドに接触するようになされている、請求項６記載の
ダイヤモンドの研磨装置。7. A diamond is fixed in a polishing vacuum chamber, and a metal body or a metal oxide body which comes into contact with the diamond has a disk shape, and the disk is rotated by the operation of a polishing drive mechanism. 7. The diamond polishing apparatus according to claim 6, which is adapted to come into contact with.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001264701A JP2003073190A (en) | 2001-08-31 | 2001-08-31 | Diamond polishing method and device |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013052488A (en) * | 2011-09-06 | 2013-03-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Polishing machine for polishing diamond material and method of polishing diamond material |
| CN105538067A (en) * | 2015-12-24 | 2016-05-04 | 昌河飞机工业（集团）有限责任公司 | Metal film pressing and grinding device |
-
2001
- 2001-08-31 JP JP2001264701A patent/JP2003073190A/en not_active Withdrawn
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| CN105538067A (en) * | 2015-12-24 | 2016-05-04 | 昌河飞机工业（集团）有限责任公司 | Metal film pressing and grinding device |
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