JP2010058204A

JP2010058204A - 単結晶ダイヤモンドのラップ研磨装置

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Publication number: JP2010058204A
Application number: JP2008225030A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Shimoda; 陽一朗下田
Original assignee: OSG Corp
Current assignee: OSG Corp
Priority date: 2008-09-02
Filing date: 2008-09-02
Publication date: 2010-03-18

Abstract

【課題】単結晶ダイヤモンドの｛１１０｝面等をラップ研磨するに際して、作業者の負担が少なく且つ熟練を要することなく高い研磨能率でラップ研磨できるようにする。
【解決手段】保持装置３４が支持軸心Ｓ２まわりに回動可能に配設されているため、保持装置３４に対する単結晶ダイヤモンド１０の取付姿勢に拘らず、保持装置３４が支持軸心Ｓ２まわりに自動的に回動させられることにより、単結晶ダイヤモンド１０の｛１１０｝面１２または１４に層状に存在する硬質層２２とラップ研磨方向Ａとが略平行になり、研磨能率が最も高くなるように単結晶ダイヤモンド１０の姿勢が自動調整される。これにより、ラップ研磨方向Ａに対して単結晶ダイヤモンド１０の取付姿勢を調整する面倒な作業が不要で、作業者の負担が少なく且つ熟練を要することなく高い研磨能率で単結晶ダイヤモンド１０をラップ研磨できるようになる。
【選択図】図２

Description

本発明は単結晶ダイヤモンドのラップ研磨装置に係り、特に、作業者の負担が少なく且つ熟練を要することなく高い研磨能率で単結晶ダイヤモンドをラップ研磨することができるラップ研磨装置に関するものである。

天然または人工の単結晶ダイヤモンドは、例えば切削工具等の加工工具の他、音響用途、光学用途、表面弾性波素子、半導体等の種々の分野で利用されている（特許文献１参照）。そして、このような単結晶ダイヤモンドを研磨する研磨装置として、その単結晶ダイヤモンドをラップ盤に押圧し、ダイヤモンドパウダ等のラップ剤（遊離砥粒）により研磨するラップ研磨装置（スカイフ盤）が広く用いられている（特許文献２参照）。

図４は、このような単結晶ダイヤモンドの研磨作業の一例を説明する図で、(a) は単結晶ダイヤモンド１０の正面図であり、この単結晶ダイヤモンド１０は１２面体形状を成している。このような単結晶ダイヤモンド１０は、｛１１０｝面１２、１４の研磨加工が比較的容易で、図４は、それ等の｛１１０｝面１２、１４を研磨して厚さ寸法ｔ１を(d) に示す所望厚さｔ２まで薄くする場合であり、先ず(b) に示すように保持具（メカニカルドップ）１６により単結晶ダイヤモンド１０を保持し、矢印Ａで示すように回転駆動されるラップ盤１８に一方の｛１１０｝面１２を押圧して研磨した後、(c) に示すように単結晶ダイヤモンド１０を上下反転させて他方の｛１１０｝面１４をラップ盤１８に押圧して研磨することにより、所望厚さｔ２の板状ダイヤモンドチップ２０が得られる。図４の(b) 、(c) における単結晶ダイヤモンド１０の斜線部は、それぞれラップ研磨によって除去される除去部分を表している。
特開平７−３２１５９６号公報特開２００１−３８５０６号公報

ところで、このように単結晶ダイヤモンドをラップ研磨する場合、同じ｛１１０｝面であってもラップ研磨方向によって研磨のし易さ、すなわち研磨能率が大きく異なるため、能率良くラップ研磨が行われるようにするためには、前記保持具１６に対する単結晶ダイヤモンド１０の取付姿勢を適切に調整する必要があり、面倒で時間が掛かるとともに熟練を要するという問題があった。すなわち、研磨面である｛１１０｝面１２、１４には、目には見えないが図５に点線で示すように硬質層２２が層状に存在し、(a) に示すようにラップ研磨方向Ａが硬質層２２と交差している場合には研磨能率が悪く、(b) に示すように硬質層２２とラップ研磨方向Ａとが一致する場合に優れた研磨能率が得られるのである。これは、ラップ研磨方向Ａと硬質層２２とが交差していると、その硬質層２２によって抵抗が周期的に変化するため単結晶ダイヤモンド１０が微妙に跳ね上げられ、ラップ盤１８に馴染まないのに対し、ラップ研磨方向Ａと硬質層２２とが平行の場合は、抵抗が略一定になって飛び跳ねることなくラップ盤１８に馴染んで良好にラップ研磨が行われるためと考えられる。上記硬質層２２は、単結晶ダイヤモンド１０の結晶構造に起因して例えば｛１１１｝面との交差等によって生じるものと考えられ、｛１１０｝１２、１４以外の面を研磨する際にも同様な現象が認められる。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、単結晶ダイヤモンドの｛１１０｝面等をラップ研磨するに際して、作業者の負担が少なく且つ熟練を要することなく高い研磨能率で単結晶ダイヤモンドをラップ研磨できるようにすることにある。

かかる目的を達成するために、第１発明は、(a) 円環形状の水平上向きのラップ面を備えていて鉛直方向の中心線まわりに回転駆動されるラップ盤と、(b) 研磨すべき単結晶ダイヤモンドの研磨面が前記ラップ面に対向するように水平下向きとなる姿勢で該単結晶ダイヤモンドを着脱可能に一体的に保持する保持装置と、を有し、(c) 前記単結晶ダイヤモンドを前記ラップ面に押圧した状態で前記ラップ盤が回転駆動されることにより、そのラップ面上に塗布されたラップ剤によってその単結晶ダイヤモンドの研磨面をラップ研磨するラップ研磨装置において、(d) 前記保持装置は、前記ラップ面の上方であって前記中心線と平行な鉛直方向の支持軸心まわりに回動可能に配設されているとともに、その支持軸心から外れた位置で前記単結晶ダイヤモンドを保持しており、(e) ラップ研磨の際にその単結晶ダイヤモンドがその保持装置と一体的にその支持軸心まわりに自動的に回動することが許容されることを特徴とする。

第２発明は、第１発明の単結晶ダイヤモンドのラップ研磨装置において、(a) 前記保持装置を下方へ付勢して前記単結晶ダイヤモンドを前記ラップ面に押圧する押圧装置を備えているとともに、(b) 前記保持装置は前記支持軸心まわりに回動可能に前記押圧装置に配設されていることを特徴とする。

第３発明は、第１発明または第２発明の単結晶ダイヤモンドのラップ研磨装置において、前記単結晶ダイヤモンドの｛１１０｝面をラップ研磨するために用いられることを特徴とする。

このような単結晶ダイヤモンドのラップ研磨装置においては、ラップ盤の中心線と平行な鉛直方向の支持軸心まわりに回動可能に保持装置が配設されているとともに、その支持軸心から外れた位置で単結晶ダイヤモンドを保持しており、ラップ研磨の際に単結晶ダイヤモンドが保持装置と一体的に支持軸心まわりに自動的に回動することが許容されるため、本発明者等の実験によれば研磨能率が最も高くなる位置、すなわち単結晶ダイヤモンドの研磨面に層状に存在する硬質層とラップ研磨方向とが略平行になる位置へ自動的に回動させられ、単結晶ダイヤモンドの姿勢が自動調整される。これは、ラップ剤が塗布されたラップ面と単結晶ダイヤモンドの研磨面との間の摩擦は極めて小さく、単結晶ダイヤモンドは保持装置と共に殆ど自由に支持軸心まわりに回動できる一方、ラップ研磨方向と硬質層とが交差していると、その交差角度に応じて単結晶ダイヤモンドを支持軸心まわりに回動させる力が発生し、ラップ研磨方向と硬質層とが略平行になる位置でその力が略最小になるためと考えられる。

このように、本発明のラップ研磨装置によれば、保持装置に対する単結晶ダイヤモンドの取付姿勢に拘らず、保持装置が支持軸心まわりに自動的に回動させられることにより、単結晶ダイヤモンドの研磨面に層状に存在する硬質層とラップ研磨方向とが略平行になり、研磨能率が最も高くなるように単結晶ダイヤモンドの姿勢が自動調整されるため、ラップ研磨方向に対して単結晶ダイヤモンドの取付姿勢を調整する面倒な作業が不要で、作業者の負担が少なく且つ熟練を要することなく高い研磨能率で単結晶ダイヤモンドをラップ研磨できるようになる。

第２発明は、保持装置を下方へ付勢して単結晶ダイヤモンドをラップ面に押圧する押圧装置を備えているため、作業者は研磨面が水平下向きとなる姿勢で単結晶ダイヤモンドを保持装置に取り付けるだけで良く、作業者の負担が一層軽減される。

第３発明では、単結晶ダイヤモンドの｛１１０｝面をラップ研磨するため、一層高い研磨能率で単結晶ダイヤモンドをラップ研磨することができる。

本発明のラップ研磨装置によって研磨する単結晶ダイヤモンドは、天然ダイヤモンドでも人工ダイヤモンドでも良いが、基本的には１２面体形状を成している単結晶ダイヤモンドの｛１１０｝面を研磨することが望ましい。｛１１０｝面を明確に識別できない場合もあるなど、必ずしも正確に｛１１０｝面である必要はなく、｛１１０｝面から多少ずれた面を研磨することもできる。｛１１０｝面以外の面を研磨する際に使用することも可能である。

保持装置は、例えば複数の把持爪によって単結晶ダイヤモンドを外周側から挟圧して把持するように構成されるが、単結晶ダイヤモンドを一体的に保持できる種々の手段を採用できる。上記把持爪は、例えば先端にテーパ部が設けられたロックボルトを作業者が手動でねじ込み操作することにより、そのテーパ部が把持爪に係合して機械的に閉じられ、単結晶ダイヤモンドを把持するように構成されるが、電動式や油空圧式等により把持爪が自動的に開閉されるようにすることもできる。

上記保持装置は、例えばベアリングを介して支持軸心まわりに３６０°回動可能に配設されるが、単結晶ダイヤモンドの姿勢がどのようであっても１８０°回動させれば硬質層がラップ研磨方向と略平行になるように姿勢変化させることができるため、支持軸心Ｓ２まわりの１８０°の角度範囲で回動可能に配設されれば良い。単結晶ダイヤモンドの結晶構造から、単結晶ダイヤモンドの取付姿勢に対する硬質層の向きを限定できる場合には、１８０°より小さい角度範囲、例えば９０°の角度範囲等で回動可能に配設することも可能である。

ラップ剤が塗布されたラップ面と単結晶ダイヤモンドの研磨面との間の摩擦は極めて小さいが、完全に０ではないため、この摩擦の影響で支持軸心まわりにモーメントが発生し、硬質層とラップ研磨方向とが完全に平行にならないことが考えられるため、このモーメントを打ち消すような回動力や角度を保持装置の角度などから計算して補正することも可能である。

保持装置による単結晶ダイヤモンドの保持位置から支持軸心までの離間距離は、単結晶ダイヤモンドがラップ面から外れない範囲で適宜設定されるが、支持軸心まわりに適切に自動回動させられるように、例えば１ｃｍ程度以上が適当で２ｃｍ程度以上が望ましい。この離間距離が大きくなると、ラップ面との摩擦によって発生するモーメントが大きくなるため、例えば１０ｃｍ程度以下が適当である。

上記保持装置は、支持軸に一体的に固定されてその支持軸と一体的に支持軸の軸心まわりに回動させられるものでも良いが、支持軸に対して相対回動可能に配設されてその支持軸まわりに回動させられるものでも良い。

保持装置は、第２発明では支持軸心まわりに回動可能に押圧装置に配設されるが、第１発明では、例えばスライド装置等によって鉛直方向に移動可能に配設された支持軸に、その軸心まわりの回動可能に保持装置を配設し、作業者が手作業でその支持軸を下方へ押圧することにより、単結晶ダイヤモンドをラップ面に押圧するようになっていても良い。

押圧装置は、例えば(a) 水平な回動軸まわりに回動可能に配設されるとともに、略水平にラップ面上に延び出す先端部分に前記保持装置が支持軸心まわりに回動可能に配設された押圧アームと、(b) その押圧アームの先端部を下方へ回動させるように付勢する付勢手段とを備えて構成されるが、支持軸心まわりに回動可能に保持装置が配設された上下動可能なスライド部材を付勢手段によって下方へ付勢するだけでも良いなど、種々の態様が可能である。上記押圧アームに保持装置が配設される場合、単結晶ダイヤモンドの研磨に伴って押圧アームが下方へ回動することにより、厳密には保持装置の支持軸心が鉛直方向からずれる可能性があるが、単結晶ダイヤモンドの研磨量は極僅かであるため、各部の遊びや弾性等によって吸収され、研磨面とラップ面との面接触状態、すなわちラップ研磨が良好に維持されるように構成することができる。上記付勢手段は、スプリングや錘等によって機械的に押圧するものでも良いが、電気的に押圧力を制御できる電動モータや油空圧シリンダ等を備えているものでも良い。

以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例である単結晶ダイヤモンドのラップ研磨装置３０を説明する図で、(a) は概略構成図（概念図）であり、(b) は保持装置３４を下方から見た底面図である。このラップ研磨装置３０は、天然或いは人工の前記単結晶ダイヤモンド１０の｛１１０｝面１２、１４をラップ研磨するためのもので、ラップ盤３２と、保持装置３４と、押圧装置３６とを備えている。ラップ盤３２は、ラップ回転モータ３８によって回転駆動される回転テーブル４０上に位置固定に設けられており、矢印Ａで示すように鉛直方向の中心線Ｓ１まわりに回転駆動されるとともに、ダイヤモンドパウダ等のラップ剤（遊離砥粒）が塗布された円環形状の水平上向きのラップ面４２を備えている。そして、そのラップ面４２に単結晶ダイヤモンド１０の｛１１０｝面１２または１４が押圧された状態で、ラップ盤３２が中心線Ｓ１まわりに回転駆動されることにより、ラップ剤によって｛１１０｝面１２または１４が研磨加工される。

保持装置３４は、円板形状の保持ブロック４４を備えており、その保持ブロック４４は、その中心を挿通している支持軸４６に、その軸心である支持軸心Ｓ２まわりの回動可能に配設されている。支持軸４６は、前記押圧装置３６を構成している押圧アーム４８の先端部に、ラップ面４２の上方において支持軸心Ｓ２が前記中心線Ｓ１と平行な鉛直方向となる姿勢で一体的に固設されており、保持ブロック４４は、その上下に配設された一対のベアリング５０により軸方向の移動不能、且つ支持軸心Ｓ２まわりの回動自在に支持されている。保持ブロック４４の下面であって周縁部、すなわち支持軸心Ｓ２から所定の離間距離（例えば２ｃｍ〜５ｃｍ程度）だけ隔てた位置には一対の把持爪５２、５４が開閉可能に配設されており、研磨すべき単結晶ダイヤモンド１０の研磨面、すなわち｛１１０｝面１２または１４がラップ面４２に対向するように水平下向きとなる姿勢で、その単結晶ダイヤモンド１０を着脱可能に一体的に保持するようになっている。この一対の把持爪５２、５４は、例えば先端にテーパ部が設けられたロックボルトを作業者が手動でねじ込み操作することにより、そのテーパ部が把持爪５２、５４の後端部（上端）に係合させられることにより機械的に閉じられ、単結晶ダイヤモンド１０を外周側から把持するように構成されている。

上記押圧アーム４８は、保持装置３４が配設された先端部が上下動可能なように、前記ラップ面４２と略同じ高さ位置の水平な回動軸６０まわりに回動可能に、図示しない基台等に配設されている。押圧アーム４８には、保持装置３４を下方へ付勢して単結晶ダイヤモンド１０をラップ盤３２に押圧する付勢手段として所定の質量の錘６２が装着されるようになっており、これにより単結晶ダイヤモンド１０の｛１１０｝面１２または１４がラップ面４２に押圧され、そのラップ面４２に塗布されたダイヤモンドパウダ等のラップ剤によりラップ研磨される。このように単結晶ダイヤモンド１０がラップ面４２に押圧される状態において、押圧アーム４８は略水平な姿勢となるように配設されている。押圧アーム４８を下方へ付勢する上記錘６２の質量は、単結晶ダイヤモンド１０の大きさや押圧アーム４８のレバー比等に応じて適宜設定される。

ここで、本実施例のラップ研磨装置３０は、ラップ盤３２の中心線Ｓ１と平行な鉛直方向の支持軸心Ｓ２まわりに回動可能に保持装置３４が配設されているとともに、その支持軸心Ｓ２から所定寸法だけ離間した位置で単結晶ダイヤモンド１０を保持しているため、ラップ研磨の際に単結晶ダイヤモンド１０が保持装置３４と一体的に支持軸心Ｓ２まわりに自動的に回動して姿勢変化することが許容され、本発明者等の実験によれば、保持装置３４は支持軸心Ｓ２まわりにおいて研磨能率が最も高くなる位置へ自動的に回動させられ、高能率で研磨加工が行われる。例えば図２は、支持軸心Ｓ２まわりにおいてラップ研磨方向Ａに対して直角になるＰ１位置に単結晶ダイヤモンド１０が保持される状態でラップ盤３２を回転駆動してラップ研磨を開始したところ、保持装置３４は矢印Ｂで示すようにラップ研磨方向Ａ側へ回動し、そのラップ研磨方向Ａと平行になるＰ３位置に達するまでの途中のＰ２位置で自動的に停止して研磨加工が行われた場合で、この自動停止するＰ２位置で最も高い研磨能率が得られる。Ｐ３位置でラップ研磨を開始した場合には、矢印Ｃで示すように逆方向へ回動し、同じくＰ２位置で自動停止して高能率でラップ研磨が行われる。

図３は、上記Ｐ１位置、Ｐ２位置、およびＰ３位置における｛１１０｝面１２または１４を示す図で、目には見えないが硬質層２２が層状に存在しており、(a) のＰ１位置ではラップ研磨方向Ａに対して硬質層２２が交差しているため、その交差角度に応じて硬質層２２に対して直角な方向の力Ｆが発生し、保持装置３４は単結晶ダイヤモンド１０と共に支持軸心Ｓ２まわりにおいて矢印Ｂで示すようにラップ研磨方向Ａ側へ回動させられる。そして、(b) のＰ２位置に達すると、硬質層２２とラップ研磨方向Ａとが略平行になるため、上記力Ｆが略０になって回動が自動的に停止する。ラップ剤が塗布されたラップ面４２と単結晶ダイヤモンド１０の｛１１０｝面１２または１４との間の摩擦は極めて小さく、単結晶ダイヤモンド１０は保持装置３４と共に殆ど自由に支持軸心Ｓ２まわりに回動できるため、保持装置３４の停止位置は上記力Ｆに依存して定められる。また、(c) のＰ３位置ではラップ研磨方向Ａに対して硬質層２２が交差しているため、その交差角度に応じて硬質層２２に対して直角な方向の力Ｆが発生し、保持装置３４は単結晶ダイヤモンド１０と共に支持軸心Ｓ２まわりにおいて矢印Ｃで示すように矢印Ｂと逆向きに回動してＰ２位置へ向かう。そして、力Ｆが略０になる(b) のＰ２位置で保持装置３４の回動が停止し、ラップ研磨が行われることになる。

本実施例では、保持装置３４が支持軸心Ｓ２まわりに３６０°回動可能であるが、単結晶ダイヤモンド１０の姿勢がどのようであっても１８０°回動させれば硬質層２２がラップ研磨方向Ａと略平行になるように姿勢変化させることができるため、例えばラップ研磨方向Ａに対して直角なＰ１位置からＰ４位置までの１８０°の角度範囲で回動可能に配設すれば良い。研磨開始位置は、必ずしもＰ１である必要はなく、反対側のＰ４位置でも良いし、中間のＰ３位置とした場合には、その開始位置から実際にラップ研磨が行われる位置までの回動量が常に９０°以下になる。支持軸心Ｓ２に対してラップ研磨方向Ａの上流側に回動可能範囲を設定することも可能である。

一方、上記Ｐ１位置やＰ３位置のように、ラップ研磨方向Ａと硬質層２２とが交差していると、その硬質層２２によって抵抗が周期的に変化するため単結晶ダイヤモンド１０が微妙に跳ね上げられ、ラップ盤１８に馴染まないため、研磨能率が損なわれるのに対し、ラップ研磨方向Ａと硬質層２２とが略平行になるＰ２位置では、抵抗が略一定になって飛び跳ねることなくラップ面４２に馴染んで良好にラップ研磨が行われるようになり、優れた研磨能率が得られる。したがって、上記のように保持装置３４が自動的にＰ２位置へ回動させられることにより、結果的に最も高能率でラップ研磨が行われるようになるのである。

このように、本実施例のラップ研磨装置３０によれば、保持装置３４に対する単結晶ダイヤモンド１０の取付姿勢に拘らず、保持装置３４が支持軸心Ｓ２まわりに自動的に回動させられることにより、単結晶ダイヤモンド１０の｛１１０｝面１２または１４に層状に存在する硬質層２２とラップ研磨方向Ａとが略平行になり、研磨能率が最も高くなるように単結晶ダイヤモンド１０の姿勢が自動調整されるため、ラップ研磨方向Ａに対して単結晶ダイヤモンド１０の取付姿勢を調整する面倒な作業が不要で、作業者の負担が少なく且つ熟練を要することなく高い研磨能率で単結晶ダイヤモンド１０をラップ研磨できるようになる。

また、本実施例では、保持装置３４を下方へ付勢して単結晶ダイヤモンド１０をラップ面４２に押圧する押圧装置３６を備えているため、作業者は｛１１０｝面１２または１４が水平下向きとなる姿勢で単結晶ダイヤモンド１０を保持装置３４に取り付けるだけで良く、作業者の負担が一層軽減される。

また、本実施例では単結晶ダイヤモンド１０の｛１１０｝面１２または１４をラップ研磨するため、一層高い研磨能率で単結晶ダイヤモンド１０をラップ研磨することができる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。

本発明の一実施例である単結晶ダイヤモンドのラップ研磨装置を説明する図で、(a) は概略構成図、(b) は保持装置を下方から見た底面図である。図１のラップ研磨装置で単結晶ダイヤモンドをラップ研磨する際に、単結晶ダイヤモンドが保持装置と共に支持軸心Ｓ２まわりに自動的に回動する作動を説明する概略図である。図２のＰ１〜Ｐ３位置における硬質層とラップ研磨方向Ａとの関係を説明する図である。１２面体形状の単結晶ダイヤモンドの一対の｛１１０｝面を研磨して板状ダイヤモンドチップとする際の作業手順を説明する図である。｛１１０｝面に存在する硬質層とラップ研磨方向Ａとの関係で研磨能率が相違することを説明する図である。

符号の説明

１０：単結晶ダイヤモンド１２、１４：｛１１０｝面（研磨面）３０：ラップ研磨装置３２：ラップ盤３４：保持装置３６：押圧装置４２：ラップ面４６：支持軸Ｓ１：中心線Ｓ２：支持軸心

Claims

円環形状の水平上向きのラップ面を備えていて鉛直方向の中心線まわりに回転駆動されるラップ盤と、
研磨すべき単結晶ダイヤモンドの研磨面が前記ラップ面に対向するように水平下向きとなる姿勢で該単結晶ダイヤモンドを着脱可能に一体的に保持する保持装置と、
を有し、前記単結晶ダイヤモンドを前記ラップ面に押圧した状態で前記ラップ盤が回転駆動されることにより、該ラップ面上に塗布されたラップ剤によって該単結晶ダイヤモンドの研磨面をラップ研磨するラップ研磨装置において、
前記保持装置は、前記ラップ面の上方であって前記中心線と平行な鉛直方向の支持軸心まわりに回動可能に配設されているとともに、該支持軸心から外れた位置で前記単結晶ダイヤモンドを保持しており、
ラップ研磨の際に該単結晶ダイヤモンドが該保持装置と一体的に該支持軸心まわりに自動的に回動することが許容される
ことを特徴とする単結晶ダイヤモンドのラップ研磨装置。
前記保持装置を下方へ付勢して前記単結晶ダイヤモンドを前記ラップ面に押圧する押圧装置を備えているとともに、
前記保持装置は前記支持軸心まわりに回動可能に前記押圧装置に配設されている
ことを特徴とする請求項１に記載の単結晶ダイヤモンドのラップ研磨装置。
前記単結晶ダイヤモンドの｛１１０｝面をラップ研磨するために用いられる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の単結晶ダイヤモンドのラップ研磨装置。