JP5706069B2 - Diamond polishing apparatus and diamond polishing method - Google Patents

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  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Description

本発明は、被研磨物にコーティングされたダイヤモンドを研磨する装置及び方法に関するものである。   The present invention relates to an apparatus and method for polishing diamond coated on an object to be polished.

耐摩耗性や潤滑性に優れたダイヤモンドを金型や工具など(以下では「金型等」という)に用いると、無潤滑でプレス加工、引抜き加工、打ち抜き加工、切削加工などが可能となるが、ダイヤモンドから金型等を作成することは容易ではない。化学蒸着法によれば金型等の必要部分だけにダイヤモンド膜を容易に形成できるが、コーティング後の表面粗さは大きく、表面を平滑に研磨しなければ使用することができない。   When diamonds with excellent wear resistance and lubricity are used for dies and tools (hereinafter referred to as “molds”), press working, drawing, punching, cutting, etc. can be performed without lubrication. It is not easy to make a mold from diamond. According to the chemical vapor deposition method, a diamond film can be easily formed only on a necessary portion such as a mold, but the surface roughness after coating is large, and it cannot be used unless the surface is polished smoothly.

コーティングされたダイヤモンド膜の研磨は、砥石や遊離砥粒を用いて機械的に行なわれていたが、高硬度のダイヤモンドの研磨は難しく、研磨に多くの時間が必要となることや、研磨精度が得られないなどの問題があった。   Polishing of the coated diamond film was performed mechanically using a grindstone or loose abrasive grains, but polishing of high-hardness diamond was difficult, requiring a lot of time for polishing and polishing accuracy. There were problems such as being unable to obtain.

この問題を解決するためにいくつかの方法が提案されてきた。例えば、下記特許文献1,2には、研磨用工具をダイヤモンド表面に高荷重で押付けると同時に高速回転させながら摺動させる方法が記載されている。また、下記特許文献3には、高温において金属と化学反応させることによりダイヤモンド膜の平滑化を行う方法が記載されている。更に、下記特許文献4には、ダイヤモンド結晶と反応しやすい金属を用いた研磨工具に超音波を印加し、その研磨工具を被研磨面に点接触させ押し付けながら研磨する方法が記載されている。   Several methods have been proposed to solve this problem. For example, Patent Documents 1 and 2 below describe a method in which a polishing tool is pressed against a diamond surface with a high load and simultaneously slid while rotating at a high speed. Patent Document 3 below describes a method of smoothing a diamond film by chemically reacting with a metal at a high temperature. Further, Patent Document 4 described below describes a method in which an ultrasonic wave is applied to a polishing tool using a metal that easily reacts with a diamond crystal, and polishing is performed while pressing the polishing tool in point contact with a surface to be polished.

特開平2001−198833号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-198833 特開平8−217597号公報JP-A-8-217597 特開平7−328909号公報JP 7-328909 A 特開2005−231022号公報JP 2005-231022 A

しかしながら、上記特許文献1,2に記載の円盤を高速回転させる方法では、装置が複雑になるばかりでなく、単純形状の金型等しか研磨できず、複雑形状や微少孔などを有する金型等を研磨できない。一方、上記特許文献4に記載されているような、超音波を印加しながら研磨する方法は、複雑形状や微少孔などを有する金型等の研磨を可能にする。しかし、ダイヤモンドと研磨工具とが点接触状態であったり、振動の周波数が低くその振幅が大きかったりすると、熱伝導率の大きなダイヤモンドの研磨に必要な熱化学反応を充分生じさせることができない。また、上述したいずれの方法も基本的には研磨用工具をダイヤモンド表面に押し付けるだけであり、研磨量の制御が困難である。加えて、それらの方法では金型として要求される研磨精度を得ることは到底できない。   However, in the method of rotating the disks described in Patent Documents 1 and 2 at a high speed, not only the apparatus becomes complicated, but only a simple mold or the like can be polished, and a mold having a complicated shape or a minute hole, etc. Can not be polished. On the other hand, the method of polishing while applying ultrasonic waves as described in Patent Document 4 enables polishing of a mold having a complicated shape or a minute hole. However, if the diamond and the polishing tool are in a point contact state, or if the vibration frequency is low and the amplitude thereof is large, the thermochemical reaction necessary for polishing diamond having a high thermal conductivity cannot be sufficiently generated. In addition, any of the above-described methods basically only presses the polishing tool against the diamond surface, and it is difficult to control the polishing amount. In addition, it is impossible to obtain the polishing accuracy required as a mold by these methods.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、被研磨物にコーティングされたダイヤモンドを短時間で効率よく研磨することが可能なダイヤモンド研磨装置及びダイヤモンド研磨方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a diamond polishing apparatus and a diamond polishing method capable of efficiently polishing diamond coated on an object to be polished in a short time. To do.

本発明のダイヤモンド研磨方法は、印加手段により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工程を含み、印加手段が、超音波振動子と、該超音波振動子の下端に設けられ、段付きとなっており、かつ二段連結されたコーンとを備え、印加手段が、超音波振動の振動振幅が研磨工具とダイヤモンド表面との接触面の振動方向に平行な部分の長さの1/2より小さくなるように、研磨工具に超音波を印加するThe diamond polishing method of the present invention includes a step of polishing the diamond surface by controlling the polishing tool to which ultrasonic waves are applied by the applying means to be brought into surface contact with the diamond surface of the object to be polished and pressed with a constant load. The application means includes an ultrasonic vibrator and a cone provided at the lower end of the ultrasonic vibrator, which is stepped and connected in two stages, and the application means has a vibration amplitude of the ultrasonic vibration. Is applied to the polishing tool so that is smaller than ½ of the length of the portion parallel to the vibration direction of the contact surface between the polishing tool and the diamond surface .

また、本発明のダイヤモンド研磨装置は、被研磨物のダイヤモンド表面と面接触して該ダイヤモンド表面を研磨する研磨工具と、研磨工具に超音波を印加する印加手段と、研磨工具を一定荷重でダイヤモンド表面に押し付けるように制御する制御手段と、を備え、印加手段が、超音波振動子と、該超音波振動子の下端に設けられ、段付きとなっており、かつ二段連結されたコーンとを備え、印加手段が、超音波振動の振動振幅が研磨工具とダイヤモンド表面との接触面の振動方向に平行な部分の長さの1/2より小さくなるように、研磨工具に超音波を印加する
Further, the diamond polishing apparatus of the present invention includes a polishing tool for polishing a diamond surface in surface contact with a diamond surface of an object to be polished, an application means for applying an ultrasonic wave to the polishing tool, and a polishing tool with a constant load. Control means for controlling to press against the surface, the application means is provided at the lower end of the ultrasonic vibrator, a stepped and two-stage connected cone And the applying means applies ultrasonic waves to the polishing tool so that the vibration amplitude of the ultrasonic vibration is smaller than ½ of the length of the portion parallel to the vibration direction of the contact surface between the polishing tool and the diamond surface. To do .

このようなダイヤモンド研磨装置及びダイヤモンド研磨方法によれば、研磨工具とダイヤモンド表面とが線または面で接触するので、ダイヤモンドを伝わって接触部分近傍に放散される熱量が相対的に減少する。また、研磨工具とダイヤモンドとが一定荷重で接触するので、接触部分において常に安定した状態で熱供給することが可能になる。これにより、超音波振動によりダイヤモンド表面と研磨工具との接触部分に生じる摩擦熱あるいは反応熱を安定して発生させ、且つ効率よく利用することができ、その結果、ダイヤモンドを短時間で効率よく研磨することができる。   According to such a diamond polishing apparatus and a diamond polishing method, since the polishing tool and the diamond surface are in contact with each other by a line or a surface, the amount of heat dissipated in the vicinity of the contact portion through the diamond is relatively reduced. Further, since the polishing tool and the diamond come into contact with each other with a constant load, it is possible to supply heat in a stable state at the contact portion. As a result, the frictional heat or reaction heat generated at the contact portion between the diamond surface and the polishing tool by ultrasonic vibration can be stably generated and used efficiently. As a result, diamond can be polished efficiently in a short time. can do.

本発明のダイヤモンド研磨方法では、研磨工具とダイヤモンド表面との接触部分の面積が該ダイヤモンド表面の面積と略同一であることが好ましい。   In the diamond polishing method of the present invention, the area of the contact portion between the polishing tool and the diamond surface is preferably substantially the same as the area of the diamond surface.

この場合、ダイヤモンド表面を伝わって接触部分近傍に放散される熱量が減少するので、研磨面を短時間で且つ精度良く滑らかにすることができる。   In this case, since the amount of heat dissipated in the vicinity of the contact portion through the diamond surface is reduced, the polished surface can be smoothed in a short time with high accuracy.

本発明のダイヤモンド研磨方法では、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をさらに含むことが好ましい。 The diamond polishing method of the present invention preferably further includes a step of discharging polishing powder through a groove formed in the polishing tool when the diamond surface is polished.

この場合、研磨粉が研磨工具の溝を介して排出されるので、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。   In this case, since the polishing powder is discharged through the groove of the polishing tool, it is possible to prevent the polishing powder from adhering in the vicinity of the polishing surface.

本発明のダイヤモンド研磨装置では、研磨工具及び被研磨物のうち少なくとも一つを移動させる移動手段を更に備えることが好ましい。   The diamond polishing apparatus of the present invention preferably further includes a moving means for moving at least one of the polishing tool and the object to be polished.

この場合、研磨工具又は被研磨物の位置を変えることで、研磨面を短時間で滑らかにすることができる。   In this case, the polishing surface can be smoothed in a short time by changing the position of the polishing tool or the object to be polished.

このようなダイヤモンド研磨装置及びダイヤモンド研磨方法によれば、被研磨物にコーティングされたダイヤモンドを短時間で効率よく研磨することができる。   According to such a diamond polishing apparatus and a diamond polishing method, diamond coated on an object to be polished can be efficiently polished in a short time.

実施形態に係るダイヤモンド研磨装置の構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing the composition of the diamond polisher concerning an embodiment. 実施形態に係るダイヤモンド研磨装置の構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing the composition of the diamond polisher concerning an embodiment. 図1に示す超音波振動系の平面図である。It is a top view of the ultrasonic vibration system shown in FIG. 図1に示す超音波振動系の側面図である。It is a side view of the ultrasonic vibration system shown in FIG. 研磨されたダイヤモンド表面を示す写真である。It is a photograph which shows the polished diamond surface. 図1に示すダイヤモンド研磨装置でパンチを研磨している状態を示す図である。It is a figure which shows the state which is grind | polishing the punch with the diamond grinding | polishing apparatus shown in FIG. (a)は研磨前のダイヤモンド表面の粗さを示すグラフであり、(b)は研磨後のダイヤモンド表面の粗さを示すグラフである。(A) is a graph which shows the roughness of the diamond surface before grinding | polishing, (b) is a graph which shows the roughness of the diamond surface after grinding | polishing. 変形例に係るダイヤモンド研磨装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the diamond grinding | polishing apparatus which concerns on a modification. 変形例に係るダイヤモンド研磨装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the diamond grinding | polishing apparatus which concerns on a modification.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same or equivalent elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

まず、図1〜4を用いて、実施形態に係るダイヤモンド研磨装置1の構成を説明する。図1,2はダイヤモンド研磨装置1の構成を示す模式図である。図3,4はそれぞれ、図1に示す超音波振動系30の平面図及び側面図である。   First, the structure of the diamond polishing apparatus 1 according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2 are schematic views showing the configuration of the diamond polishing apparatus 1. 3 and 4 are a plan view and a side view of the ultrasonic vibration system 30 shown in FIG. 1, respectively.

ダイヤモンド研磨装置1は、被研磨物の表面にコーティングされたダイヤモンドを研磨する装置である。例えば、ダイヤモンド研磨装置1は金型や工具などのダイヤモンド表面を研磨するが、被研磨物の種類は限定されず、ダイヤモンド研磨装置1は任意の部材のダイヤモンド表面を研磨することが可能である。   The diamond polishing apparatus 1 is an apparatus for polishing diamond coated on the surface of an object to be polished. For example, although the diamond polishing apparatus 1 polishes the diamond surface such as a mold or a tool, the kind of the object to be polished is not limited, and the diamond polishing apparatus 1 can polish the diamond surface of an arbitrary member.

ダイヤモンド研磨装置1は、テーブル(移動手段)10、研磨工具20、超音波振動系(印加手段)30及び振動系取付部(移動手段)40を備えている。   The diamond polishing apparatus 1 includes a table (moving means) 10, a polishing tool 20, an ultrasonic vibration system (application means) 30, and a vibration system mounting portion (moving means) 40.

テーブル10は、ダイヤモンドがコーティングされた被研磨物を支持及び固定する部材である。図2に示すように、テーブル10は駆動手段(図示せず)により回転及び傾斜することができる。なお、被研磨物を固定する手段はテーブル10に限定されず、例えばアームなどを用いてもよい。   The table 10 is a member that supports and fixes an object to be polished coated with diamond. As shown in FIG. 2, the table 10 can be rotated and tilted by driving means (not shown). The means for fixing the object to be polished is not limited to the table 10, and for example, an arm or the like may be used.

図1,2に示す例では、テーブル10は上下方向に貫通孔Daが形成されたダイスDを支持している。ここで、貫通孔Daの上部は上に向かってテーパ状に広がっており、該上部には、化学的蒸着法によりダイヤモンドコーティングDbが施されている。   In the example shown in FIGS. 1 and 2, the table 10 supports a die D in which a through hole Da is formed in the vertical direction. Here, the upper part of the through-hole Da is tapered upward, and a diamond coating Db is applied to the upper part by a chemical vapor deposition method.

研磨工具20は、ダイヤモンドコーティング(ダイヤモンド表面)Dbを研磨する器具である。研磨工具20は、上下方向に延びる軸部21と、その軸部21の下端に取り付けられた円盤状の研磨部22とを備えている。研磨部22の側面には上下方向に延びる複数の溝23が一定間隔で形成されている。この溝23は研磨粉を排出するために設けられている。   The polishing tool 20 is a tool for polishing the diamond coating (diamond surface) Db. The polishing tool 20 includes a shaft portion 21 extending in the vertical direction and a disk-shaped polishing portion 22 attached to the lower end of the shaft portion 21. A plurality of grooves 23 extending in the vertical direction are formed on the side surface of the polishing portion 22 at regular intervals. The groove 23 is provided for discharging polishing powder.

超音波振動系30は、超音波を印加することで研磨工具20を振動させる装置である。超音波振動系30は、図3,4に示すように、上下方向に延びる支持部材(移動手段)51と、その支持部材51に取り付けられた水平方向に延びる台52とにより支持及び固定されている。支持部材51はX,Y,Z方向に移動可能である。本実施形態では超音波振動系30を固定したが、どこにも固定されない携帯型の超音波振動系を用いてもよい。   The ultrasonic vibration system 30 is a device that vibrates the polishing tool 20 by applying ultrasonic waves. As shown in FIGS. 3 and 4, the ultrasonic vibration system 30 is supported and fixed by a support member (moving means) 51 extending in the vertical direction and a horizontally extending table 52 attached to the support member 51. Yes. The support member 51 is movable in the X, Y, and Z directions. Although the ultrasonic vibration system 30 is fixed in this embodiment, a portable ultrasonic vibration system that is not fixed anywhere may be used.

超音波振動系30は、圧電セラミックス31aを有する超音波振動子31と、その超音波振動子31の下端にねじ止めされたコーン32と、そのコーン32の下端にねじ止めされたホーン33と、スリーブ34とを備えている。ホーン33の下端には研磨工具20がねじで連結されている。コーン32は、振幅を拡大するために段付きとなっており、また、支持を安定させるために二段連結されている。コーン32は、図示しないベアリングを介してスリーブ34に取り付けられている。スリーブ34は台52を貫通するようにその台52に固定されている。   The ultrasonic vibration system 30 includes an ultrasonic vibrator 31 having a piezoelectric ceramic 31a, a cone 32 screwed to the lower end of the ultrasonic vibrator 31, a horn 33 screwed to the lower end of the cone 32, And a sleeve 34. The polishing tool 20 is connected to the lower end of the horn 33 with a screw. The cone 32 is stepped to increase the amplitude, and is connected in two stages to stabilize the support. The cone 32 is attached to the sleeve 34 via a bearing (not shown). The sleeve 34 is fixed to the table 52 so as to penetrate the table 52.

超音波振動系30は、台52上に取り付けられた荷重制御機構(制御手段)35により上下方向に移動し、これにより研磨工具20を所定の荷重でダイヤモンドコーティングDbに押し付ける。荷重制御機構35はアクチュエータ35a、運動伝達手段35b、ロードセル35c及びブランジャー35dを備えている。超音波振動系30は、アクチュエータ35aの直線運動が運動伝達手段35bを介して伝わることで上下方向に移動する。ダイヤモンドコーティングDbに加えられた荷重はロードセル35cにより検出され、その検出結果に基づいて、研磨工具20を一定荷重でダイヤモンドコーティングDbに押し付けるようにアクチュエータ35aの位置が変更される。ブランジャー35dはアクチュエータ35aとロードセル35cとの間に設けられ、アクチュエータ35aがロックするのを防止する。   The ultrasonic vibration system 30 is moved in the vertical direction by a load control mechanism (control means) 35 attached on the table 52, thereby pressing the polishing tool 20 against the diamond coating Db with a predetermined load. The load control mechanism 35 includes an actuator 35a, a motion transmission means 35b, a load cell 35c, and a blanker 35d. The ultrasonic vibration system 30 moves in the vertical direction by transmitting the linear motion of the actuator 35a through the motion transmission means 35b. The load applied to the diamond coating Db is detected by the load cell 35c, and based on the detection result, the position of the actuator 35a is changed so as to press the polishing tool 20 against the diamond coating Db with a constant load. The blanker 35d is provided between the actuator 35a and the load cell 35c, and prevents the actuator 35a from locking.

超音波は、超音波振動子31の圧電セラミックス31aの両端に高周波の電流を流すことによって発生し、研磨工具20に伝達される。すると、超音波振動によって研磨工具20とダイヤモンドコーティングDbとの間に摩擦熱が発生し、ダイヤモンドコーティングDbから炭素が分離する。超音波を用いるのは、ダイヤモンドコーティングDbから炭素を除去するための熱化学反応を効率よく生じさせることができるからである。なお、超音波を発生させる手段は限定されるものではなく、高周波の振動を得ることができる任意の装置を用いてよい。   The ultrasonic waves are generated by flowing a high-frequency current through both ends of the piezoelectric ceramic 31 a of the ultrasonic vibrator 31 and transmitted to the polishing tool 20. Then, frictional heat is generated between the polishing tool 20 and the diamond coating Db by ultrasonic vibration, and carbon is separated from the diamond coating Db. The reason for using ultrasonic waves is that a thermochemical reaction for removing carbon from the diamond coating Db can be efficiently generated. Note that means for generating ultrasonic waves is not limited, and any device capable of obtaining high-frequency vibrations may be used.

研磨工具20とダイヤモンドコーティングDbとの接触部分に加わるエネルギーは、印加される超音波の条件と次のような関係になると考えられる。超音波振動による単位時間あたりの運動エネルギーEは、E=μP・2πfξで表される。ここで、μは摩擦係数、Pは接触面に加わる垂直荷重、fは振動周波数、ξは振動振幅である。振幅ξで振動することによって生じる研磨工具20の掃引面積Sは、S=l・(d+2ξ)と表せる。ここで、lは接触面積の振動方向に垂直な部分の長さ、dは振動方向に平行な部分の長さである。dがξより大きければ、超音波振動中に研磨工具20とダイヤモンドコーティングDbとが常に接している部分が生じ、その面積Sは、S=l・(d−2ξ)となる。 The energy applied to the contact portion between the polishing tool 20 and the diamond coating Db is considered to have the following relationship with the applied ultrasonic conditions. The kinetic energy E per unit time due to the ultrasonic vibration is expressed by E = μP · 2πfξ. Here, μ is a friction coefficient, P is a vertical load applied to the contact surface, f is a vibration frequency, and ξ is a vibration amplitude. The sweep area S S of the polishing tool 20 generated by oscillating with the amplitude ξ can be expressed as S S = l · (d + 2ξ). Here, l is the length of the portion of the contact area perpendicular to the vibration direction, and d is the length of the portion parallel to the vibration direction. If d is larger than ξ, a portion where the polishing tool 20 and the diamond coating Db are always in contact is generated during ultrasonic vibration, and the area S O is S O = l · (d−2ξ).

研磨工具20の運動エネルギーが全て熱エネルギーに変換されるとすると、超音波振動による熱化学反応に有効な単位時間あたりのエネルギーEは、E=kS・μP・2πfξ=2πklμPf(dξ−2ξ)となる。ここで、kS<1であり、kは接触面及びその周囲から放散する熱量に比例する係数である。 Assuming that all of the kinetic energy of the polishing tool 20 is converted into thermal energy, the energy E T per unit time effective for the thermochemical reaction by ultrasonic vibration is E T = kS O · μP · 2πfξ = 2πklμPf (dξ− 2ξ 2 ). Here, a kS O <1, k is a coefficient that is proportional to the amount of heat dissipated from the contact surface and the periphery thereof.

すなわち、摩擦面に生ずる熱量は、押付け荷重や超音波の周波数が大きいほど大きくなり、振動振幅が研磨工具20とダイヤモンドコーティングDbとの接触面の振動方向に平行な部分の長さの1/2で最大となる。   That is, the amount of heat generated on the friction surface increases as the pressing load or the ultrasonic frequency increases, and the vibration amplitude is ½ of the length of the portion parallel to the vibration direction of the contact surface between the polishing tool 20 and the diamond coating Db. Is the largest.

周波数が大きすぎると凝着が起きやすくなり適切ではない。周波数は、最大でも数メガヘルツ程度が好ましい。また、振幅が大きすぎると熱効率が悪くなり適切ではない。熱効率の最も良い振幅が好ましいが、振動周波数が高くなると凝着が起きやすくなるので、振幅は、研磨工具20とダイヤモンドコーティングDbとの接触面の振動方向に平行な部分の長さの1/2より小さくするのが好ましい。   If the frequency is too high, adhesion is likely to occur and is not appropriate. The frequency is preferably about several megahertz at the maximum. On the other hand, if the amplitude is too large, the thermal efficiency is deteriorated, which is not appropriate. Although the amplitude with the best thermal efficiency is preferable, since the adhesion tends to occur when the vibration frequency is increased, the amplitude is ½ of the length of the portion parallel to the vibration direction of the contact surface between the polishing tool 20 and the diamond coating Db. It is preferable to make it smaller.

図1に戻って、振動系取付部40は、超音波振動系30を支持する部分である。この振動系取付部40はX,Y,Z方向に移動可能である。   Returning to FIG. 1, the vibration system mounting portion 40 is a portion that supports the ultrasonic vibration system 30. This vibration system mounting portion 40 is movable in the X, Y, and Z directions.

次に、ダイヤモンド研磨装置1を用いて被研磨物のダイヤモンド表面を研磨する方法を説明する。まず、被研磨物をテーブル10に載せて固定し、テーブル10、振動系取付部40又は支持部材51を移動させて研磨工具20と被研磨物との相対位置を調整する。続いて、荷重制御機構35により超音波振動系30を下方に移動させることで、超音波が印加されている研磨工具20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る。続いて、荷重制御機構35を制御して研磨工具20を一定荷重でダイヤモンド表面に押し付けて、ダイヤモンド表面を研磨する。このとき、研磨工具に形成された溝を介して研磨粉が排出される。   Next, a method for polishing the diamond surface of the object to be polished using the diamond polishing apparatus 1 will be described. First, the object to be polished is placed and fixed on the table 10, and the relative position between the polishing tool 20 and the object to be polished is adjusted by moving the table 10, the vibration system mounting portion 40 or the support member 51. Subsequently, by moving the ultrasonic vibration system 30 downward by the load control mechanism 35, the polishing tool 20 to which ultrasonic waves are applied is brought into line contact or surface contact with the diamond surface of the object to be polished. Subsequently, the load control mechanism 35 is controlled to press the polishing tool 20 against the diamond surface with a constant load, thereby polishing the diamond surface. At this time, the polishing powder is discharged through a groove formed in the polishing tool.

以上説明したダイヤモンド研磨装置1によれば、研磨工具20とダイヤモンドコーティングDbとが線または面で接触するので、ダイヤモンドを伝わって接触部分近傍に放散される熱量が相対的に減少する。また、研磨工具20とダイヤモンドとが一定荷重で接触するので、接触部分において常に安定した状態で熱供給することが可能になる。これにより、超音波振動によりダイヤモンドコーティングDbと研磨工具20との接触部分に生じる摩擦熱あるいは反応熱を安定して発生させ、且つ効率よく利用することができ、その結果、ダイヤモンドを短時間で効率よく研磨することができる。また、金型や工具に必要な研磨精度を得ることができる。   According to the diamond polishing apparatus 1 described above, since the polishing tool 20 and the diamond coating Db are in contact with each other by a line or surface, the amount of heat dissipated in the vicinity of the contact portion through the diamond is relatively reduced. Further, since the polishing tool 20 and the diamond are in contact with each other with a constant load, it is possible to supply heat in a stable state at the contact portion. Thereby, the frictional heat or reaction heat generated in the contact portion between the diamond coating Db and the polishing tool 20 by ultrasonic vibration can be stably generated and used efficiently, and as a result, the diamond can be efficiently used in a short time. It can be polished well. Moreover, the grinding | polishing precision required for a metal mold | die and a tool can be obtained.

また、本実施形態によれば、研磨粉は溝23を経由して排出されるので、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。   Moreover, according to this embodiment, since polishing powder is discharged | emitted via the groove | channel 23, it can prevent that polishing powder adheres in the polishing surface vicinity.

また、本実施形態では、研磨工具20又は被研磨物(例えばダイスD)の位置を変えることが可能なので、研磨面を短時間で滑らかにすることができる。   In this embodiment, since the position of the polishing tool 20 or the object to be polished (for example, the die D) can be changed, the polishing surface can be smoothed in a short time.

以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はそれらに何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to them at all.

(実施例1)
図1に示すダイスDのダイヤモンドコーティングDbを研磨した結果を図5に示す。テーブル10に固定されたダイスDを回転及び傾斜させ、研磨工具20に一定荷重を加えながら研磨を行った。研磨条件は、周波数27kHz、振動振幅10μmp−p、押付け荷重50N、接触面積3mmとした。その結果、図5に示すように、ダイヤモンドコーティングDbが非常に滑らかに研磨された。一方、周波数、振動振幅及び押付け荷重を上記と同じとし、接触面積を小さくして点接触に近い状態で研磨を行ったところ、図5に示すような良好な結果を得ることはできなかった。
(Example 1)
The result of polishing the diamond coating Db of the die D shown in FIG. 1 is shown in FIG. The die D fixed to the table 10 was rotated and inclined, and polishing was performed while applying a constant load to the polishing tool 20. The polishing conditions were a frequency of 27 kHz, a vibration amplitude of 10 μm pp , a pressing load of 50 N, and a contact area of 3 mm 2 . As a result, as shown in FIG. 5, the diamond coating Db was polished very smoothly. On the other hand, when the frequency, vibration amplitude, and pressing load were the same as described above, and the contact area was reduced and polishing was performed in a state close to point contact, good results as shown in FIG. 5 could not be obtained.

(実施例2)
図6に示すように、パンチPの上面及び側面上部に施されたダイヤモンドコーティング(ダイヤモンド表面)Paを図1に示すダイヤモンド研磨装置1を用いて研磨した。研磨前後のダイヤモンドコーティングDbの粗さを図7(a)及び(b)に示す。図7の各グラフの縦軸は粗さ(μm)を示し、横軸はダイヤモンドコーティングPaの水平方向の範囲(μm)を示す。
(Example 2)
As shown in FIG. 6, the diamond coating (diamond surface) Pa applied to the upper surface and upper side surface of the punch P was polished using the diamond polishing apparatus 1 shown in FIG. FIGS. 7A and 7B show the roughness of the diamond coating Db before and after polishing. The vertical axis of each graph in FIG. 7 represents roughness (μm), and the horizontal axis represents the horizontal range (μm) of the diamond coating Pa.

研磨前のダイヤモンドコーティングPaは、図7(a)のグラフが示すように非常に粗く、算術平均粗さRa=0.489μm、最大高さ粗さRz=3.079μmであった。このダイヤモンドコーティングPaを、周波数27kHz、振動振幅10μmp−p、押付け荷重50N、接触面積3mmという条件で研磨したところ、図7(b)に示すような良好な結果が得られた。具体的には、算術平均粗さRa=0.056μm、最大高さ粗さ=0.365μmとなり、ダイヤモンドコーティングPaを非常に滑らかにすることができた。一方、周波数、振動振幅及び接触面積を変更せずに押付け荷重を90Nとして研磨したところ、図7(b)に示すような良好な結果を得ることはできなかった。 The diamond coating Pa before polishing was very rough as shown in the graph of FIG. 7A, with an arithmetic average roughness Ra = 0.589 μm and a maximum height roughness Rz = 3.079 μm. When this diamond coating Pa was polished under the conditions of a frequency of 27 kHz, a vibration amplitude of 10 μm pp , a pressing load of 50 N, and a contact area of 3 mm 2 , good results as shown in FIG. 7B were obtained. Specifically, the arithmetic average roughness Ra = 0.056 μm and the maximum height roughness = 0.365 μm, and the diamond coating Pa could be made very smooth. On the other hand, when the pressing load was 90 N without changing the frequency, vibration amplitude, and contact area, good results as shown in FIG. 7B could not be obtained.

したがって、押付け荷重は、周波数27kHz且つ振動振幅10μmp−pの場合には、90N未満あるいは30×10N/m未満が好ましいと考えられ、例えば1〜85N、あるいは3×10N/m以上30×10N/m未満とすることが好ましい。最適な押付け荷重は、周波数や振動振幅によって変化する。 Therefore, it is considered that the pressing load is preferably less than 90 N or less than 30 × 10 6 N / m 2 when the frequency is 27 kHz and the vibration amplitude is 10 μm pp , for example, 1 to 85 N, or 3 × 10 6 N / m. m 2 or more and preferably less than 30 × 10 6 N / m 2 . The optimum pressing load varies depending on the frequency and vibration amplitude.

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で以下のような様々な変形が可能である。   The present invention has been described in detail based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be modified in various ways as described below without departing from the scope of the invention.

例えば図8に示すように、上記実施形態におけるテーブル10、研磨工具20及び振動系取付部40に代えてテーブル15、研磨工具25及び振動系取付部45を備えたダイヤモンド研磨装置2を用いてもよい。テーブル15はX,Y方向に移動可能であり、振動系取付部45はZ方向に移動可能である。研磨工具25を構成する研磨部25aの径は、ダイスDの貫通孔Daの径と同一あるいは略同一である。図8には示していないが、研磨粉を排出するための溝を研磨部25aに設けてもよい。   For example, as shown in FIG. 8, the diamond polishing apparatus 2 including the table 15, the polishing tool 25, and the vibration system mounting portion 45 may be used instead of the table 10, the polishing tool 20, and the vibration system mounting portion 40 in the above embodiment. Good. The table 15 is movable in the X and Y directions, and the vibration system mounting portion 45 is movable in the Z direction. The diameter of the polishing portion 25a constituting the polishing tool 25 is the same as or substantially the same as the diameter of the through hole Da of the die D. Although not shown in FIG. 8, a groove for discharging the polishing powder may be provided in the polishing portion 25a.

また、図9に示すように、ダイヤモンド研磨装置2の研磨工具25に代えて研磨工具26を備えたダイヤモンド研磨装置3を用いてもよい。研磨工具26の研磨部26aは、貫通孔Daの上部のほぼ全体と接することができるように加工されており、その結果、研磨工具26とダイヤモンドコーティングDbとの接触部分の面積がダイヤモンドコーティングDbの面積と略同一になっている。図9には示していないが、研磨粉を排出するための溝を研磨部26aに設けてもよい。   Further, as shown in FIG. 9, a diamond polishing apparatus 3 including a polishing tool 26 may be used instead of the polishing tool 25 of the diamond polishing apparatus 2. The polishing portion 26a of the polishing tool 26 is processed so as to be able to contact almost the entire upper portion of the through hole Da. As a result, the area of the contact portion between the polishing tool 26 and the diamond coating Db is the same as that of the diamond coating Db. It is almost the same as the area. Although not shown in FIG. 9, a groove for discharging the polishing powder may be provided in the polishing portion 26a.

このようなダイヤモンド研磨装置2あるいはダイヤモンド研磨装置3を用いれば、ダイヤモンドコーティングDbを伝わって接触部分近傍に放散される熱量が減少するので、研磨面を短時間で且つ精度良く滑らかにすることができる。   If such a diamond polishing apparatus 2 or diamond polishing apparatus 3 is used, the amount of heat transmitted through the diamond coating Db to the vicinity of the contact portion is reduced, so that the polished surface can be smoothed in a short time with high accuracy. .

上記ダイヤモンド研磨装置1では、超音波振動系30がX,Y,Z方向に移動可能であったが、被研磨物を支持する手段(例えばテーブルやアーム)をX,Y,Z方向に移動可能としてもよい。研磨工具とダイヤモンド表面との接触部分に一定の荷重を加えることができるならば、移動手段の構成は限定されない。   In the diamond polishing apparatus 1, the ultrasonic vibration system 30 can move in the X, Y, and Z directions, but the means for supporting the object to be polished (for example, a table or an arm) can move in the X, Y, and Z directions. It is good. The configuration of the moving means is not limited as long as a constant load can be applied to the contact portion between the polishing tool and the diamond surface.

1,2,3…ダイヤモンド研磨装置、10,15…テーブル(移動手段)、20,25,26…研磨工具、22,25a,26a…研磨部、23…溝、30…超音波振動系(印加手段)、31…超音波振動子、35…荷重制御機構(制御手段)、40,45…振動系取付部(移動手段)、D…ダイス(被研磨物)、P…パンチ(被研磨物)、Db,Pa…ダイヤモンドコーティング(ダイヤモンド表面)。   1, 2, 3 ... Diamond polishing apparatus, 10, 15 ... Table (moving means), 20, 25, 26 ... Polishing tool, 22, 25a, 26a ... Polishing part, 23 ... Groove, 30 ... Ultrasonic vibration system (application) Means), 31 ... Ultrasonic vibrator, 35 ... Load control mechanism (control means), 40, 45 ... Vibration system mounting portion (moving means), D ... Dies (object to be polished), P ... Punch (object to be polished) , Db, Pa ... Diamond coating (diamond surface).

Claims (5)

印加手段により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工程を含み、
前記印加手段が、超音波振動子と、該超音波振動子の下端に設けられ、段付きとなっており、かつ二段連結されたコーンとを備え
前記印加手段が、超音波振動の振動振幅が前記研磨工具と前記ダイヤモンド表面との接触面の振動方向に平行な部分の長さの1/2より小さくなるように、前記研磨工具に超音波を印加する、
ダイヤモンド研磨方法。
A step of polishing the diamond surface by controlling the polishing tool to which the ultrasonic wave is applied by the applying means to be brought into surface contact with the diamond surface of the object to be polished and pressing it with a constant load;
The application means includes an ultrasonic vibrator, a cone provided at the lower end of the ultrasonic vibrator, stepped, and connected in two stages ,
The applying means applies ultrasonic waves to the polishing tool such that the vibration amplitude of the ultrasonic vibration is smaller than ½ of the length of the portion parallel to the vibration direction of the contact surface between the polishing tool and the diamond surface. Apply,
Diamond polishing method.
前記研磨工具と前記ダイヤモンド表面との接触部分の面積が該ダイヤモンド表面の面積と略同一である、請求項1に記載のダイヤモンド研磨方法。   The diamond polishing method according to claim 1, wherein an area of a contact portion between the polishing tool and the diamond surface is substantially the same as an area of the diamond surface. 前記ダイヤモンド表面を研磨する際に、前記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をさらに含む、請求項1又は2に記載のダイヤモンド研磨方法。   The diamond polishing method according to claim 1 or 2, further comprising a step of discharging polishing powder through a groove formed in the polishing tool when the diamond surface is polished. 被研磨物のダイヤモンド表面と面接触して該ダイヤモンド表面を研磨する研磨工具と、
前記研磨工具に超音波を印加する印加手段と、
前記研磨工具を一定荷重で前記ダイヤモンド表面に押し付けるように制御する制御手段と、を備え、
前記印加手段が、超音波振動子と、該超音波振動子の下端に設けられ、段付きとなっており、かつ二段連結されたコーンとを備え
前記印加手段が、超音波振動の振動振幅が前記研磨工具と前記ダイヤモンド表面との接触面の振動方向に平行な部分の長さの1/2より小さくなるように、前記研磨工具に超音波を印加する、
ダイヤモンド研磨装置。
A polishing tool for polishing the diamond surface in surface contact with the diamond surface of the workpiece;
Applying means for applying ultrasonic waves to the polishing tool;
Control means for controlling the polishing tool to be pressed against the diamond surface with a constant load, and
The application means includes an ultrasonic vibrator, a cone provided at the lower end of the ultrasonic vibrator, stepped, and connected in two stages ,
The applying means applies ultrasonic waves to the polishing tool so that the vibration amplitude of the ultrasonic vibration is smaller than ½ of the length of the portion parallel to the vibration direction of the contact surface between the polishing tool and the diamond surface. Apply,
Diamond polishing equipment.
前記研磨工具及び前記被研磨物のうち少なくとも一つを移動させる移動手段を更に備える、請求項4に記載のダイヤモンド研磨装置。   The diamond polishing apparatus according to claim 4, further comprising moving means for moving at least one of the polishing tool and the object to be polished.
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