JP2015100861A - ダイヤモンド表面研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨部材の寿命が長く、その制御も容易であり、凹凸のある立体的な表面の研磨にも容易に適用することができるダイヤモンド表面の研磨方法であって、単純な手段によって、研磨中に発生する研磨粉を有効に除去することができるダイヤモンド表面の研磨方法を提供する。【効果】金属製研磨部材を使用し、該研磨部材および／またはダイヤモンド表面を加熱するダイヤモンド表面研磨方法において、摺擦によりダイヤモンド表面に残留した該研磨部材に由来する研磨粉を除去しながら研磨することを特徴とする、ダイヤモンド表面研磨方法。【選択図】図１

Description

本発明は、ダイヤモンド表面研磨方法に関するものであり、より詳細には、ダイヤモンド表面に残留した研磨粉を除去しながらダイヤモンドを研磨する方法に関するものである。

炭素の結晶であるダイヤモンドは、周知のように著しく硬度が高く、耐摩耗性に優れているばかりか、滑り性や熱伝導性にも優れ、さらには高屈折率であることから種々の用途に使用されている。例えば、バイト、エンドミル、やすりなどの切削用工具、パンチ、ダイなどの塑性加工金型、バルブリフタ、軸受けなどの摺動部材、ヒートシンクなどの放熱部材、電子基盤、レンズ、ウインドウなどの光学部品等に使用されている。このようなダイヤモンド製品は、その特性を十分に発揮させるために、ダイヤモンド表面を研磨して平滑な面とすることが必要である。

ダイヤモンド表面の研磨は、古くはダイヤモンド製の砥粒や砥石を用いた機械的研磨方法が採用されていたが、研磨に時間を要するばかりか、共削りとなるため、ツール寿命が短く、また凹凸のある立体的な表面の研磨には不向きであるという問題もあった。このため、現在では種々の研磨方法が提案されており、例えば、特許文献１には、Ａｌ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ及びＮｉからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素と、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，ＭＯ，Ｔａ及びＷからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素との金属化合物を砥石として用い、この砥石を必要により１００〜８００℃に加熱しながら相対的に移動するダイヤモンド表面に押し当てて研磨を行う方法が提案されている。しかしながら、特許文献１の方法によれば、砥石に起因する研磨粉が大量に発生し、ダイヤモンド表面の溝部に溜まってしまう。溜まった研磨粉は、研磨が進むにつれて繰り返し加熱され、押しつぶされる。その結果、研磨粉は凝着し、研磨速度の低下につながり、更に、ダイヤモンド表面の凹部に研磨粉が残留し、ダイヤモンド本来の性能を発揮できなくなるため、研磨粉の除去工程が必要となるという問題もあった。

特許文献２には、ダイヤモンド結晶中の炭素と反応し易い金属から構成された研磨部材を使用し、この研磨部材に超音波を印加し、該研磨部材を超音波振動させながらダイヤモンド表面に押し付けて研磨を行う方法が開示されている。炭素と反応し易い金属としては、γ−Ｆｅを含むステンレス鋼や、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）などが挙げられている。さらに、特許文献２では、研磨工具の材質に起因する凝着物の形成を防ぐために、潤滑性を有する液体／固体をダイヤモンド表面と研磨工具との接触面に介在させる旨が記載されている。しかしながら、潤滑性を有する液体／固体を使用するかぎり研磨速度を充分に向上させることはできず、また、研磨後に潤滑性を有する液体／個体の除去工程を設けなければならないので作業も複雑になっていた。

特許文献３には、本願発明者等によって、炭素と易反応性の金属または浸炭性金属からなる表面を有する研磨部材を使用し、研磨部材でダイヤモンド表面を研磨するに先立って、ダイヤモンド表面にレーザー光を照射し、続いてレーザー光照射部に研磨部材を摺擦せしめる、ダイヤモンド表面の研磨方法が開示されている。さらに、特許文献３には、研磨に伴って生じる金属炭化物や異物を除去するために、バキュームで吸引をしたり、高圧エアや微量の洗浄液を連続的または断続的に吹き付けたりしながら研磨を行う旨が開示されている。しかしながら、バキューム、高圧エア、洗浄液のいずれの手段にも、金属炭化物や異物が必ず周囲に飛散するという問題があった。また、バキュームや高圧エアの設置には多大なコストがかかり、洗浄液を用いる場合には洗浄液除去工程を別途設けなくてはならないという問題もあった。

特許文献４は、超音波を印加した研磨工具を被研磨物のダイヤモンド表面に線接触あるいは面接触させ、一定荷重で押し付けるように制御することで、該ダイヤモンド表面を研磨する方法に関する。特許文献４の研磨方法には、ダイヤモンド表面を研磨する際に、研磨工具に形成された溝を介して研磨粉を排出する工程が含まれ、これによって研磨面付近で研磨粉が凝着するのを防止することができる。しかし、特許文献４で提案されている溝からは、発生する研磨粉を完全に排出しきれないという問題があった。

特開２００１−１９８８３３号公報 特開２００５−２３１０２２号公報 特開２０１１−１７７８８３号公報 特開２０１０−１７９３９４号公報

従って、本発明の目的は、研磨部材の寿命を長くし、その制御も容易であり、凹凸のある立体的な表面の研磨にも容易に適用することができるダイヤモンド表面の研磨方法であって、単純な手段によって、研磨中に発生する研磨粉を有効に除去することができるダイヤモンド表面の研磨方法を提供することにある。

本発明によれば、金属製研磨部材を使用し、該研磨部材および／またはダイヤモンド表面を加熱するダイヤモンド表面研磨方法において、摺擦によりダイヤモンド表面に残留した該研磨部材に由来する研磨粉を除去しながら研磨することを特徴とする、ダイヤモンド表面研磨方法が提供される。

本発明のダイヤモンド表面研磨方法においては、
（１）前記研磨粉を除去するにあたり、仕上げ工具、ドレッシング工具、ショットブラスト、流体噴射、静電気手段、磁気手段及び粘着手段からなる群より選択される少なくとも１つの手段を用いること、
（２）前記研磨粉を除去するにあたり、更にバキューム又は前記流体噴射とは異なるエアブローも用いること、
が好ましい。

本発明のダイヤモンド表面研磨方法によれば、研磨中のダイヤモンド表面を仕上げ工具等により摺擦することで、ダイヤモンド表面の凹凸に付着した、研磨部材由来の金属粉（以下、これを研磨粉と呼ぶ。）を有効に除去することができ、研磨粉が加熱・押圧されることで生じる凝着の問題を解決することができる。もしも凝着が発生していると、凝着している箇所で研磨部材（例えばワイヤー形状のもの）の接触が阻害されることとなり、また、たとえば研磨に先立ってダイヤモンド表面にレーザーを照射してダイヤモンド表面を加熱する場合、凝着箇所でうまく加熱が行われなくなる。その結果、研磨速度が低下したり、研磨後にダイヤモンド表面から研磨粉を除去する工程を別途設ける必要が生じたりしてしまう。しかし、本発明のダイヤモンド表面研磨方法によれば、研磨粉が十分に除去され、凝着の発生が有効に抑制されているため、こうした心配がない。

さらに、本発明では、仕上げ工具等を使用するという、極めて単純な手段によって研磨粉を除去することができるので、大掛かりな装置を設ける必要がなく、コストの点でも有利である。

本発明の研磨方法を説明するための概念図。 本発明の研磨方法を説明するための概念図。 図１及び図２の研磨方法の実施に使用される研磨部材の形態を示す図。 照射エネルギー密度と温度の関係を示す線図。 実験例の研磨試験でのダイヤモンド表面の表面粗さを示す線図。 実験例１の研磨試験で得られたダイヤモンド表面の顕微鏡写真。 実験例２の研磨試験で得られたダイヤモンド表面の顕微鏡写真。 実験例３の研磨試験で得られたダイヤモンド表面の顕微鏡写真。 実験例４の研磨試験で得られたダイヤモンド表面の顕微鏡写真。 実験例５の研磨試験で得られたダイヤモンド表面の顕微鏡写真。 実験例６の研磨試験で得られたダイヤモンド表面の顕微鏡写真。

図１を参照して、本発明は、ダイヤモンド表面１ａを有する加工物１の研磨を行うものであるが、この加工物１は、単結晶、或いは多結晶からなるダイヤモンド表面１ａを有している限り、その用途に応じた任意の形状を有していてよい。また、ＣＶＤ法等により形成されたダイヤモンド薄膜でもよい。

研磨は、金属製研磨部材を用い、且つ、研磨部材および／またはダイヤモンド表面を加熱する限り、任意の方法で行うことができる。以下、図１の態様を例にとって本発明を説明する。

加工物１のダイヤモンド表面１ａの研磨は、ダイヤモンド表面１ａを摺擦する研磨部材３ａを備えた研磨装置３により行うが、この研磨に先立って、該表面１ａにレーザー光５を照射し、この照射後に研磨装置３により、レーザー光５の照射部を研磨するのが好ましい。

研磨された直後のダイヤモンド表面１ａには研磨粉が付着するので、除去部材７をダイヤモンド表面１ａに摺擦せしめることによって、この研磨粉を除去する。除去部材７としては、一般的な仕上げ工具やドレッシング工具を用いることができる。具体的には、フェルト、ブラシ、砥石、バー、研磨シート、ウッドが挙げられる。さらに投射材を吹き付けるショットブラストを用いても良い。これらは固体をダイヤモンド表面に接触させて研磨粉を除去するタイプの部材である。それ以外には、高圧ガス噴射やウォータージェットといった気体または液体をダイヤモンド表面に接触させて研磨粉を除去するタイプの部材（流体噴射）が挙げられる。さらには、静電ガンのように静電気を発生させ研磨粉を除去するタイプの部材（静電気手段）や、磁性体に対しては磁石といった磁気を発生させ研磨粉を除去するタイプの部材（磁気手段）、粘着テープのように粘着剤を利用する除去部材（粘着手段）を挙げることができる。これらの除去部材のうち、ダイヤモンド表面の凹凸から研磨粉を物理的にかき出すという観点から、固体をダイヤモンド表面に接触させて研磨粉を除去するタイプの部材、すなわち、フェルト、ブラシ、砥石、バー、研磨シート、ウッド、ショットブラストが好ましい。特に、金属ブラシが好ましい。金属ブラシは、剛性が高いため、効果的に研磨粉を除去できる。また、耐熱性が高いため、ダイヤモンド表面に溶着する恐れがない。さらに、耐久性が高いため、交換頻度を減らすことができる。

上述のように、除去部材７は、研磨直後のダイヤモンド表面１ａに摺擦せしめて使用されるが、押圧力や押圧時間といった摺擦条件は、研磨粉が有効に除去されるようにして適宜決定される。

除去部材７によってダイヤモンド表面から研磨粉を除去すると、加工物１が回転を続けて、レーザー光照射による加熱と研磨部材によるダイヤモンド表面の押圧が何度も繰り返されても、研磨粉がダイヤモンド表面に凝着する虞がなく、その結果、効率良く研磨を行うことができるばかりか、研磨部材の寿命も長くなり、トータルの研磨量も増加する。さらに、研磨後に凝着物を取り除く工程も省略できる。

本発明の研磨方法においては、上記で例示した除去部材７とバキューム又は流体噴射とは異なるエアブローを組み合わせて、より効果的に研磨粉を除去することもできる。例えば、図２に示すように、研磨直後のダイヤモンド表面１ａに、まずエアブローで空気を吹き付けて研磨粉を飛散させた後、除去部材７によって残りの研磨粉を除去すれば、より効果的に研磨粉を除去することができ、除去部材７の耐久時間を延ばすこともできる。また、図示はしていないが、まずバキュームによって研磨粉を吸引した後、除去部材７によって残りの研磨粉を除去することによっても、同様の効果を得ることができる。また、図示はしていないが、まず除去部材７によって研磨粉を除去した後、エアブローで空気を吹き付けて残りの研磨粉を飛散、もしくはバキュームによって吸引させれば、除去部材７から発生した摩耗粉も吹き飛ばす、もしくは吸引することができるため効率良く研磨を行うことができる。このように、除去部材７とエアブローまたはバキュームの順番は研磨条件に合わせて、より効果的なものを決定すればよい。

本発明の研磨方法においては、上記で例示した除去部材７を複数種組み合わせて、より効果的に研磨粉を除去することもできる。複数種の除去部材を組み合わせて研磨粉を除去するか否かは、必要に応じて適宜決定される。例えば、研磨装置の周囲に研磨粉を飛散させるのが好ましくない環境下や、研磨装置の大型化を嫌う環境下においては、固体を接触させて研磨粉を除去するタイプの部材のみを適用する方が良く、一方、研磨粉の除去効率を重視する状況においては、更に他の部材を組み合わせるのが良い。

以下、本発明の研磨方法のうち、研磨粉の除去以外の手順について説明する。研磨装置３は、ダイヤモンド表面１ａと摺擦する研磨部材３ａを備えたものであり、このような研磨部材３ａは、任意の金属から形成されてよいが、炭素と易反応性の金属、浸炭性金属或いは酸化金属から形成されているのが好ましい。

炭素と易反応性の金属とは、炭化物形成反応におけるギブスの自由エネルギー変化（ΔＧ）がマイナスとなる温度領域を有するものであり、特に好ましくはダイヤモンドが炭化する温度（７５０〜８５０℃）を超えない温度域において、炭化物形成反応の自由エネルギー変化量（ΔＧ）が−２０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下の金属である。各種金属における炭化物形成反応のギブスの自由エネルギー変化量は公知であり、例えば金属データブック改訂４版（日本金属学会編、丸善）に掲載されている。

炭素と易反応性の金属としては、例えば、Ｚｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｂ及びＡｌを例示することができ、これらの中でもＺｒ、Ｔａ、ＴｉまたはＡｌが好適である。即ち、これらの金属は、その表面硬度Ｈｖ（ビッカース硬度）が極めて低く、例えばＴａで１００〜１５０、Ｚｒで１２０〜２００、Ｔｉで１００〜２００、Ａｌで１５〜５０程度である。このような軟質の金属で研磨を行った場合には、押圧力の小さな摺擦力で研磨を行ったときにも、その摩耗や変形を効果的に抑制することができ、摩耗粉の大量発生を有効に防止できるばかりか、研磨部材３ａの寿命を高め、長期間にわたって安定的に、精度の良い研磨を行うことができる。また、このような金属は、炭素と易反応性であるので、研磨部材３ａが摩耗して研磨粉が発生した場合に、ダイヤモンド表面に容易に凝着しやすいことから、このような研磨部材を用いることで、本発明の効果が有効に発揮される。
これらの軟質金属の中でもＺｒ、ＴａまたはＴｉが最適であり、特にコストの点でＴｉが優れている。これらの金属は、その炭化物（ＺｒＣ、ＴａＣ、ＴｉＣ）を形成する反応におけるギブスの自由エネルギー変化量（ΔＧ）が、ダイヤモンドが炭化する温度（７５０〜８５０℃）を超えない温度域において、何れも−２０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下、特に−３０〜−４５ｋｃａｌ／ｍｏｌ程度とかなり低く、従って、レーザー光５の照射による加熱後の摺擦によってダイヤモンド表面１ａの炭素と極めて反応し易いからである。

また、浸炭性金属とは、表面から炭素を拡散浸透させることができる金属を意味する。浸炭性金属としてはＦｅ、Ｎｉ及びＣｏを例示することができ、これらの中でもＮｉにより表面が形成されている研磨部材３ａが好適である。即ち、このような浸炭性金属による表面を有する研磨部材３ａを用いた場合には、研磨部材３ａによる研磨に際して、ダイヤモンド表面１ａの炭素原子が研磨部材３ａの表面に拡散し、ダイヤモンド表面の研磨を効果的に行うことができる。この浸炭性金属もまた、易反応性金属と同様に、研磨粉となったときにダイヤモンド表面に凝着しやすい性質を持つので、本発明の効果が表れやすい。

また、酸化金属としては、ＣｕＯ、ＣｕＯ_２を例示することができる。これらの酸化金属による表面を有する研磨部材３ａを用いた場合には、研磨部材３ａによる研磨に際して、ダイヤモンド表面が酸化金属の触媒作用による酸化還元によって二酸化炭素となり、ダイヤモンド表面が効果的に研磨される。

上記の炭素と易反応性の金属、浸炭性金属或いは酸化金属から形成される研磨部材３ａによる研磨では、レーザー光照射部を研磨部材３ａで摺擦すればよく、大きな押圧力で押圧しながら摺擦する必要は無い。研磨部材の形状や材質によって適当な押圧力は異なるが、例えば、５Ｎ（０．５ｋｇｆ）程度の押圧力で研磨が可能であることが確認されている。一方、押圧力を高くするに従い、真実接触面積が大きくなり、研磨がより進む傾向があるので、押圧力は加工物の形状、それに応じた研磨部材の形状や材質、装置剛性等を鑑みて適宜設定すれば良い。

レーザー光５の照射は、ダイヤモンド表面１ａを、研磨部材３ａの表面を形成している金属が炭素と容易に反応し得るような温度に局所的に加熱するために行われる。加熱の程度は、主にレーザーの照射エネルギー密度と、ダイヤモンドのエネルギー吸収率により決まる。具体的には、研磨に用いるレーザー源に対するダイヤモンドのエネルギー吸収率に基づき、レーザーの出力、照射幅（スポット径）、加工速度を適宜設定することにより設定を行う。実際には形状、厚み、レーザー種などにより異なるが、一例として、超硬合金にコーティングされた１０μｍの厚みのダイヤモンドに炭酸ガスレーザーを照射した場合の照射エネルギー密度とダイヤモンド表面の温度の関係を図４に示す。なお、温度測定にはジャパンセンサー（株）製放射温度計（ＦＴＫ９−Ｒ２２０Ａ−２．５Ｂ１１）を用いた。
図４によると、照射エネルギー密度が増加するにつれ、温度も上昇しているが、照射エネルギー密度を増大させ過ぎると、７５０℃付近でダイヤモンドが炭化し、温度はそれ以上上昇しなくなることがわかる。
従って、ダイヤモンドが炭化する温度（７５０〜８５０℃）を超えない温度域にダイヤモンド表面１ａが加熱されるよう、レーザー光５の照射エネルギー密度等の照射条件を設定すべきである。研磨部材３ａに易反応性金属或いは酸化金属を使った場合は、２００℃以上、特に２２０〜８００℃であり、浸炭性金属を使った場合は、６００℃以上、特に７００〜８００℃が好ましく、上記範囲内で且つ研磨部材３ａに用いる金属の融点を超えない温度に加熱されるように照射条件を設定すればよい。

レーザー光５のレーザー源としては、種々のものが知られているが、公知のレーザーの何れをも使用することができる。安定した研磨を行うため、例えば溶接や機械加工の分野では、ＹＡＧ、ファイバーレーザー等の固体レーザーが広く使用されているが、このような固体レーザーのみならず、炭酸ガスレーザー、エキシマレーザー等の気体レーザーを使用することもできる。

レーザー光５の照射幅（スポット径）に特に制限されないが、レーザー光のエネルギー効率や研磨の効率という観点で考えると、研磨部材３ａとダイヤモンドの接触する幅に近いことが望ましい。例えば、照射幅が小さ過ぎると、摺擦する際、温度が低い箇所の研磨が進まず、結果的に研磨に時間を要することになる。また照射幅を大きく設定しすぎると、加熱の不要な（研磨されない）場所も加熱することになり、エネルギーのロスを生じてしまい、レーザー光の出力を不必要に高くするか、加工速度を下げる等の処置を行うことになる。尚、研磨部材３ａとダイヤモンドの接触する幅は、一般的によく知られているヘルツの式等を用いて概算できる。

図１の態様においては、レーザー光５が照射された後に、この照射部分について研磨部材３ａによる研磨が行われるが、研磨のタイミングは、この照射部分の表面温度が研磨部材３ａの金属とダイヤモンド表面１ａの炭素との反応が進行する程度の温度に維持されているうちに研磨が行われるようにすればよい。但し、ダイヤモンドの熱伝導率は極めて高い（冷えやすい）ことから、設置スペースの許す限り、照射部分と研磨部材３ａを近づけ、短時間化を図ることが望ましい。

本発明において、図１を例に取ると、レーザー光５の照射部と、研磨装置３に設けられている研磨部材３ａと、除去部材７とを同心円上に配置し、加工物１を回転させた状態で、レーザー光５を照射しながら研磨部材３ａでダイヤモンド表面を摺擦して研磨を行い、次に除去部材７をダイヤモンド表面に摺擦させることで研磨粉を除去する。さらに、研磨装置３（研磨部材３ａ）とレーザー光５の照射源を、断続的または連続的にダイヤモンド表面１の半径方向に移動させると、ダイヤモンド表面１ａの全体にわたって研磨を行うことができる。このとき、除去部材７も研磨装置３及びレーザー光５の照射原とともに移動させても良いが、例えば、フェルトやブラシを用いる場合には、その長さをダイヤモンド表面１ａの半径以上にしておくことで移動させる必要はなくなる。

尚、加工物１を回転する代わりに、研磨装置３（研磨部材３ａ）、レーザー光５の照射源及び除去部材７を回転させることにより、レーザー光５の照射部を研磨することも可能であるが、加工物１を回転させる方が、装置が大型化せず一般的である。また、１回の研磨加工では研磨が不十分な場合は、上記の操作を複数回繰り返すことで、さらに研磨を行っても良い。

加工物１の表面形状によっては、加工物１或いは研磨装置３（研磨部材３ａ）とレーザー光５の照射源と除去部材７とを直線的にスライド移動せしめることにより研磨を行うこともできる。

本発明において、ダイヤモンド表面の炭素原子と研磨部材の研磨表面の金属とを反応させ或いは研磨部材表面にダイヤモンド表面の炭素原子を拡散浸透させることにより効率よく研磨を行う場合には、研磨部材３ａの形状は、線状（ワイヤー状）、ベルト状或いは棒状とし、さらに、研磨に際して、研磨部材の接触部を連続的もしくは断続的に変化させることが好ましい。即ち、ダイヤモンド表面と接触する研磨部材の表面（接触部）が常に変化することにより、常に効率よく、炭素原子と金属との反応或いは炭素原子の拡散浸透が生じ、または磨耗により面圧が変化することなく、常に安定して進行することとなり、この結果、長期間にわたって、持続して安定な研磨を行うことが可能となる。

図３には、本発明において使用される種々の形状の研磨部材３ａの例を示した。
例えば、図３（ａ）では、所定の支持部材１０に保持されたプーリー１３に無端状のワイヤー１５が巻回されている。このワイヤー１５が、炭素と易反応性の金属により形成された研磨部材３ａとなっている。
また、図３（ｂ）では、支持部材１０に保持されたローラ１７に無端状ベルト１９が巻回されており、この無端状ベルト１９が研磨部材３ａとなっている。
また、図３（ｃ）では、スリーブ状の支持部材１０の内部をロッド２１が貫通しており、その下端面でダイヤモンド表面１ａを摺擦するようになっている。即ち、このロッド２１が研磨部材３ａとなっている。

上述した無端状ワイヤー１５や無端状ベルト１９は、プーリー１３或いはローラ１７を回転駆動することにより、何れもダイヤモンド表面１ａに対する摺擦面を連続的或いは断続的に変化させながら研磨が行われるようになっている。また、ロッド２１は、連続的または断続的に繰り出され、これにより研磨が行われるようになっている。
このように、研磨部材３ａを連続的または断続的、好ましくは連続的に駆動して研磨を行うことにより、ダイヤモンドとの接触面が研磨によって消費されることで摩耗することによる面圧変化が起きず、長期間にわたって、持続して安定な研磨を行うことが可能となる。

本発明においては、研磨部材３ａとダイヤモンド表面１ａとの摺擦面が点もしくは線接触となり、高い研磨効率を確保することができるばかりか、常に新規な面で研磨を行うことができ、磨耗等による面圧変化が起きず、長期間にわたって、持続して安定な研磨を行うことが可能となる点で、特に図３（ａ）に示すような線状（無端状ワイヤー１５）及び図３（ｂ）に示すようなベルト状（無端状ベルト１９）の形態を有していることが最も好適である。この場合、ダイヤモンド表面１ａの加熱方法は各種ヒーター、ホットエア、通電抵抗加熱、誘導加熱、高エネルギービーム等の公知の加熱手段を、形態に応じて採用することができる。

また、本発明においては、予め研磨部材３ａを加熱しておくことで相乗効果を狙うことができる。こうすることで、ダイヤモンド表面の温度をさらに高くすることができ、ダイヤモンド表面１ａの炭素と研磨部材３ａの表面の金属との反応或いは該炭素の金属表面への浸炭（拡散）を促進させることができる。その結果、レーザー光の出力を低く抑えることも可能となる。研磨部材３ａを加熱して研磨を行う場合には、レーザー光の照射をせず、研磨部材３ａによる摺擦のみによってもある程度効率よく、ダイヤモンド表面の研磨を行うことができる。

上記のような加熱は、ダイヤモンドが炭化する温度を超えないことを条件として、２００℃以上、特に２２０℃以上の温度に、ダイヤモンド表面１ａ或いは研磨部材３ａの表面、もしくはその両者が加熱されるように行われる。

また、研磨部材３ａの加熱手段としては、例えば、各種ヒーター、ホットエア、通電抵抗加熱、誘導加熱、高エネルギービーム等の公知の加熱手段を、研磨部材３ａの形態に応じて採用することができる。

上述した本発明の研磨方法は、研磨粉の除去部材を設けることで、ダイヤモンド表面の研磨速度を著しく向上させることができ、また、研磨部材の寿命が延びることも関係して、最終的な研磨量も大幅に増加させることができる。さらに、研磨後にダイヤモンド表面の凝着を除去する工程を省略することも可能となる。
また、本発明の研磨方法は、格別の高価な化合物による研磨部材を使用せず、金属単体で形成された研磨部材を用いて研磨を行うことができるばかりか、その制御も容易であり、フラットな面に限らず、凹凸のある立体的な面や曲面の研磨も効果的に行うことができるため、種々の形態のダイヤモンド表面を有する加工物の研磨に適用される。

尚、既に広く知られている手法ではあるが、本発明においては、研磨加工前や加工中にダイヤモンド表面にレーザー吸収体を塗布し、ダイヤモンドのエネルギー吸収効率を高めても良い。また、研磨部材とダイヤモンドの反応性を高める目的で、酸素ガス等を吹き付けながら研磨を行っても良い。

本発明を次の実験例で説明する。
尚、以下の実験例において、表面粗さは、以下の方法により測定した。

表面粗さ；
（株）東京精密社製表面粗さ計（サーフコム２０００ＳＤ３）を使用し、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に準拠し、テストピース表面について最大高さＲｚ（μｍ）を測定した。研磨開始前と研磨開始後の最大高さの差｜ΔＲｚ｜を、研磨量とした。

＜実験例１＞
研磨試験機として図１に示す概略構造のものを使用した。
テストピース；
形状：□２５．４ｍｍのプレート状（矩形状）（厚み４．８ｍｍ）
基材：超硬合金
ダイヤモンド厚み：８μｍ
研磨開始前の表面粗さＲｚ：２．４μｍ（ダイヤモンド面）
レーザー（ファイバーレーザー）；ＩＰＧ社ＹＬＲ-１００（発振波長：１．０７μ
ｍ）
出力：５０Ｗ
照射幅（スポット径）：φ０．６ｍｍ
除去部材；フェルト
トラスコ中山（株）製フェルトミニホイール
回転数：１５，０００ＲＰＭ

上記の研磨試験機に、研磨部材として断面円形で直径が１ｍｍのＴａ製ワイヤーを取り付け｛図３（ａ）参照｝、レーザー照射位置から研磨部材とテストピースとの接触位置までの間隔が周長０．６ｍｍとなるように設定した。更に、除去部材を、研磨部材の隣に（研磨部材と周長３０ｍｍの間隔をあけて）取り付けた。この状態で、レーザー光を照射しながらテストピースを周速：１００ｍｍ／ｓで回転させ、研磨部材を内径から外径に向かって０．０３ｍｍ／ｒｅｖの速度で移動させ、終点に達したところで研磨を終了し、再度内径から研磨を開始するといった操作を複数回（１２０回程度）行った。研磨部材の荷重は、０．５ｋｇとし、ワイヤーの送り速度は０．０６ｍｍ／ｓとし、ワイヤーは２００℃に加熱した。テストピースの同一部位での摺擦回数が３０、６０、１２０回目に研磨量｜ΔＲｚ｜（μｍ）を測定・算出し、その結果を図５に示した。

以下の実験例については、実験例１と同様に、摺擦回数と研磨量（｜ΔＲｚ｜μｍ）の関係を図５に示した。また参考までに、以下の実験例を要約したものを表１に示した。
＜実験例２＞
さらに、エアブローを研磨部材と周長４５ｍｍの間隔で追加した以外は、実験例１と同様にして研磨試験を行った（図２参照）。フェルトは、実験例１で用いたものと同じ物を使用した。
エアブロー；
ノズル：（株）ミスミ社製ラバルエアノズル（ＡＬＶＡ１）
空気圧力：０．４ＭＰａ
テストピースとの距離：５ｍｍ

＜実験例３＞
除去部材（フェルト）を用いなかった点以外は、実験例２と全く同様にして研磨試験を行った。エアブローは、実験例２と同一条件とした。

＜実験例４＞
除去部材（フェルト）を用いなかった点以外は、実験例１と全く同様にして研磨試験を行った。実験例４ではエアブローは使用しなかった。

＜実験例５＞
除去部材としてＳＵＳブラシを用い、レーザーを炭酸ガスレーザー、研磨部材の荷重を３ｋｇに変更した以外は、実験例１と同様にして研磨試験を行った。
ＳＵＳブラシ；
日本精密機械工作（株）製軸付ホイールブラシ（ステンレス）Ｂ１２１９
回転数：１５，０００ＲＰＭ
レーザー（炭酸ガスレーザー）；シンラッド社製Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ １００Ｗ
出力：５０Ｗ
照射幅（スポット径）：φ０．２ｍｍ

＜実験例６＞
除去部材（ＳＵＳブラシ）を用いなかった点以外は、実験例５と全く同様にして研磨試験を行った。

実験例１〜６で得られたテストピースの表面について、光学顕微鏡を用いて画像を取得し、その表面を観察した（図６参照）。その結果、除去部材を用いなかった場合には、凝着が生じており（実験例３、４、６）、中でもエアブローを用いていない場合は凝着が激しい（実験例４、６）。一方、除去部材としてフェルトを用いることで、凝着は軽減され、ダイヤモンド表面の凹部にわずかな凝着が確認される程度になった（実験例１）。さらに、エアブローとを組み合わせて用いた場合には、凝着はほぼ確認されなかった（実験例２）。また、除去部材としてＳＵＳブラシを用いた場合には、ダイヤモンド表面全体的に凝着が軽減されていた（実験例５）。

１：加工物
１ａ：ダイヤモンド表面
３ａ：研磨部材
５：レーザー光
７：除去部材
９：エアブロー

Claims (3)

1. 金属製研磨部材を使用し、該研磨部材および／またはダイヤモンド表面を加熱するダイヤモンド表面研磨方法において、
   摺擦によりダイヤモンド表面に残留した該研磨部材に由来する研磨粉を除去しながら研磨することを特徴とする、ダイヤモンド表面研磨方法。
2. 前記研磨粉を除去するにあたり、仕上げ工具、ドレッシング工具、ショットブラスト、流体噴射、静電気手段、磁気手段及び粘着手段からなる群より選択される少なくとも１つの手段を用いる、請求項１に記載のダイヤモンド表面研磨方法。
3. 前記研磨粉を除去するにあたり、更に、バキューム又は前記流体噴射とは異なるエアブローも用いる、請求項２に記載のダイヤモンド表面研磨方法。