JP6481416B2 - ダイヤモンド表面の研磨方法 - Google Patents
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Description
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、その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。
かかる方法は、摩耗粉の発生が少なく、研磨部材の寿命が長く、その制御も容易であり、平滑度の高い表面を得ることができるばかりか、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という利点があり、さらに、研磨部材として、金属間化合物の如き、特殊な製法により得られる高価な材料を使用せず、安価な金属単体で形成された研磨部材を用いることができるという利点がある。
しかしながら、この方法は、通常の電気絶縁性のダイヤモンドには適用することができず、ホウ素がドープされた導電性のダイヤモンドにしか適用することができない。しかも、このような導電性が付与されたダイヤモンドでは、硬度等の特性が損なわれてしまうという問題もある。
前記ダイヤモンド表面が負帯電するように、該ダイヤモンドと前記研磨部材との間に直流電圧を印加しながら、前記研磨部材を用いての研磨を行うことを特徴とするダイヤモンド表面の研磨方法が提供される。
(1)加熱されている前記研磨部材を用いて研磨を行うこと、
(2)レーザー光の照射により加熱されているダイヤモンド表面について研磨を行うこと、
(3)前記研磨部材がワイヤーまたはベルトの形態を有しており、該研磨部材の研磨表面を連続的或いは断続的に変化させながら研磨を行うこと、
(4)炭素と易反応性の金属がZr、Ta、Ti、W、NbまたはAlであること、
或いは、
(5)浸炭性の金属がFe、NiまたはCoであること、
が好ましい。
改訂4版(日本金属学会編、丸善)に掲載されている。
また、浸炭性金属とは、表面から炭素を拡散浸透せることができる金属を意味する。
尚、既に述べたように、この表面1aを形成するダイヤモンドは、通常のダイヤモンド、即ち、電気絶縁性のダイヤモンドであり、ホウ素がドープされて導電性が付与されたものではなく、例えば、その比抵抗は1012〜1016Ω・cmと極めて高い。
更に、これらの軟質金属の中でもZr、TaまたはTiが最適である。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く、効果的にダイヤモンド表面1aを研磨することができるからである。例えば、後述する実験例での実験結果(図3参照)に示されているように、表面粗さRz(最大表面粗さ)を1.8μm程度から0.6μm程度の平滑面に短時間で研磨することができる。
従って、本発明で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ダイヤモンド表面1aが加熱されるようレーザー光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に易反応性金属を使った場合は、200℃以上、特に220℃乃至800℃であり、浸炭性金属を使った場合は、600℃以上、特に700℃乃至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。
さらに、既に述べたように、この表面1aを形成するダイヤモンドは、通常のダイヤモンド、即ち、電気絶縁性のダイヤモンドであり、電圧を印加しても通電はしないか、通電しても非常に微弱な電流のため、使用エネルギーが極めて低いのに対し、大きな効果が得られる。また、直流電源等の装置構成が簡単なため、本手法を実施するにあたり大きな改造も必要としない。
例えば、図2(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となっており、かかるワイヤー15(或いはプーリー13)とダイヤモンド表面1aとの間に所定の電圧が印加される。
また、図2(b)では、支持部材10に保持されたローラー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となっており、かかるベルト19(或いはローラー17)とダイヤモンド表面1aとの間に所定の電圧が印加されることとなる。
勿論、加工部材1を回転する代わりに、研磨装置3(研磨部材3a)とレーザー光5の照射源と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、加工部材1を回転させる方が、装置が大型化せず一般的である。さらに、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。
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。
(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に準拠し、最大高さRzを測定した。
研磨試験機として図1に示す概略構造のものを使用し、研磨するテストピースは超硬合金製の基材に熱フィラメントCVD法によりダイヤモンドをコーティングしたものを用いた。
テストピース;
形状:25mm×25mmの円板(厚み5mm)
基材:超硬合金
ダイヤモンド厚み:10μm
最大高さRz:1.8μm(ダイヤモンド面)
レーザー(炭酸ガスレーザー);シンラッド社製Evolution 100W
出力:41W
照射幅(スポット径):φ0.2mm
上記の電圧(ダイヤモンドが負極)を0(電圧無印加)〜19Vまで変化させ、各電圧ごとに、テストピースの同一部位での摺擦回数が30回、60回、120回となったときに、研磨部分の最大高さRzを測定し、その結果を図3に示した。
印加電圧が増大するにつれ表面粗さRzが減少しており、印加電圧の増大に伴って研磨レートが速くなっていることを確認した。
以下の実験例については、実験例1と同様に摺擦回数と最大高さRzの関係を図4に示した。
電圧を19Vとし、抵抗を300〜900Ωに変更した以外は、実験例1と全く同様にして研磨試験を行った。
抵抗の増大に伴って研磨レートが遅くなっていることを確認した。
以下の実験例については、摺擦120回後における電圧と最大高さRzの関係を、比較のため実験例1の結果と併せて図5に示した。
抵抗を900Ωとし電圧を9.5〜58Vに変更した以外は、実験例1と全く同様にして研磨試験を行った。
電圧9.5V抵抗300Ωと、電圧58V抵抗900Ωがほぼ同等の研磨レートであることを確認した。
1a:ダイヤモンド製表面
3a:研磨部材
5:レーザー光
Claims (7)
- 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て10 12 〜10 16 Ω・cmの比抵抗を有するダイヤモンドの表面を研磨する方法において、
前記ダイヤモンド表面が負帯電するように、該ダイヤモンドと前記研磨部材との間に直流電圧を印加しながら、前記研磨部材を用いての研磨を行うことを特徴とするダイヤモンド表面の研磨方法。 - 前記研磨に際して、前記研磨部材の加熱を行う請求項1に記載の研磨方法。
- 前記研磨に際して、前記ダイヤモンド表面の加熱を行う請求項1または2に記載の研磨方法。
- 前記ダイヤモンド表面の加熱をレーザー光の照射により行う請求項3に記載の研磨方法。
- 前記研磨部材がワイヤーまたはベルトの形態を有しており、該研磨部材の研磨表面を連続的或いは断続的に変化させながら研磨を行う請求項1〜4の何れかに記載の研磨方法。
- 炭素と易反応性の金属がZr、Ta、Ti、W、NbまたはAlである請求項1〜5の何れかに記載の研磨方法。
- 浸炭性の金属がFe、NiまたはCoである請求項1〜5の何れかに記載の研磨方法。
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