JP6955797B1 - 加工装置および加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイヤモンド（またはダイヤモンド含有材料）の加工に際し、特に穴あけや切断などの加工であっても、安価且つ容易に加工することが可能な加工装置および加工方法を提供する。【解決手段】加工装置１は、被加工物Ｗを保持する治具５と、被加工物Ｗの一部に当接させる工具７と、工具７を被加工物Ｗに対して相対移動させる駆動手段９と、被加工物Ｗに対して工具７を所望の送り方向に移動させるべく、工具７および被加工物Ｗの一方を移動させる送り駆動手段２５と、を有し、被加工物Ｗの一部を減量させて所望の形状に変化させるものであり、被加工物Ｗはダイヤモンド系材料であり、工具７はアルミニウム系材料により構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、ダイヤモンドの加工装置および加工方法に関する。

従来、ダイヤモンドを加工する場合は、ダイヤモンド粉末、またはそれを用いた工具により加工（主に研磨）することが一般的である（例えば、特許文献１参照）。

具体的に、ワークが工業用ダイヤモンドの場合、ダイヤモンドの砥粒を用いて表面を研磨する。また、ワークが宝飾用ダイヤモンドの場合は、円盤状の鋳鉄器具にダイヤモンドスラリー（ミクロンサイズのダイヤモンドが入った研磨剤）を塗布し、回転させてダイヤモンドを押し付け、研磨する方法（スカイフ研磨）が用いられることが多い。このスカイフ研磨は、精密な工業用ダイヤモンドの加工にも使用される場合がある。

また、粉末のダイヤモンドを使わない加工法としては、レーザー（ビーム）加工やイオンビーム加工など特殊な加工法を用いることになる。

レーザー（ビーム）加工はダイヤモンドにレーザー（例えばＹＡＧレーザー）を照射する。ダイヤモンドはレーザー照射により局部的に加熱され大気中の酸素と反応し、炭酸ガスとなって消滅する。この反応を利用して、ダイヤモンドを加工する。レーザー加工は、一般的にダイヤモンドの穴あけや切断に用いられる。
またイオインビーム加工では、数十ｅｖ（エレクトロンボルト）の運動エネルギーを持っているアルゴンイオンをダイヤモンド表面に照射する。これによりアルゴンイオンとダイヤモンドを構成している炭素原子が衝突し、運動エネルギーの交換が行われダイヤモンド表面の炭素原子がはじき出される（スパッタリング）。このスパッタリングを利用してダイヤモンド表面を少しずつ除去していく加工である。

特開２０２０−２１８２４号公報

しかしながら、ダイヤモンド粉末を用いる加工（主に研磨加工）では、被加工物（ワーク）のダイヤモンド（主に単結晶ダイヤモンド）の結晶面を確認し、研磨が可能な（容易な）方向を見極めることが重要となり、熟練の技術を要する。また、穴あけや切断などの加工を研磨により行うことは実用的でなない。

またレーザー加工やイオンビーム加工であれば、ダイヤモンドの穴あけや切断、積極的な（大きな）変形を伴う加工も可能ではあるが、加工方法が特殊であるためこれらの装置は高価であり、ひいては加工コストの低減には限界がある。

このように、ダイヤモンドに対する加工（特に穴あけや切断、積極的な（大きな）変形を伴う加工ばど）を安価、且つ容易に行うことは困難である。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、ダイヤモンド（またはダイヤモンド含有材料）の加工に際し、特に穴あけや切断などの加工であっても、安価且つ容易に加工することが可能な加工装置および加工方法を提供するものである。

本発明は、被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工装置であって、前記被加工物を保持する治具と、前記被加工物の一部に当接させる工具と、前記工具を前記被加工物に対して相対移動させる駆動手段と、前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる送り駆動手段と、を有し、前記被加工物はダイヤモンド系材料材料であり、前記工具はアルミニウム系材料により構成される、ことを特徴とする加工装置に係るものである。

また、本発明は、ダイヤモンド系材料の被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法であって、前記被加工物を治具により保持し、アルミニウム系材料からなる工具と前記被加工物とを相対移動させる工程と、前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる工程と、を有する、ことを特徴とする加工方法に係るものである。

本発明によれば、ダイヤモンド（またはダイヤモンド含有材料）の加工に際し、特に穴あけや切断などの加工であっても、安価且つ容易に加工することが可能な加工装置および加工方法を提供することが可能となる。

本発明の実施形態の加工装置を示す概要図であり、（Ａ）側面図、（Ｂ）一部側面図、（Ｃ）一部上面図である。 本発明の実施形態の工具を説明する図であり、（Ａ）側面図、（Ｂ）側面図、（Ｃ）断面図である。 本発明の実施形態の加工装置を示す概要図であり、（Ａ）側面図、（Ｂ）治具の上面図、（Ｃ）治具の側面図である。 本発明の実施形態に係る加工方法を説明する側面概要図である。 本発明の実施形態に係る加工装置および加工方法による加工の状態を撮影した画像である。 本発明の実施形態に係る加工による工具の付着物について解析した結果を示す図であり、加工後の工具を撮影した画像である。 本発明の実施形態に係る加工による工具の付着物について解析した結果を示す図であり、半定量分析結果を示す表である。 本発明の実施形態に係る加工による工具の付着物について解析した結果を示す図であり、ＥＰＭＡ／ＷＤＳ訂正分析チャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る加工装置１および加工方法について詳細に説明する。

＜加工装置＞
図１は、本実施形態の加工装置１について説明する概要図であり、同図（Ａ）が加工装置１の側面概要図であり、同図（Ｂ）は被加工物Ｗおよび加工対象領域ＷＡを示す側面図、同図（Ｃ）は同図（Ｂ）の上面図である。また、図２は工具７について説明する図であり、同図（Ａ）が工具７および駆動手段９を示す側面図、同図（Ｂ）が工具７の形状を示す側面図、同図（Ｃ）は同図（Ｂ）の断面図である。

図１（Ａ）に示すように、本実施形態の加工装置１は、被加工物Ｗを保持する治具５と、被加工物Ｗの一部に当接させる工具７と、駆動手段９と、送り駆動手段２５を有し、被加工物Ｗの一部を減量させて所望の形状に変化させる加工を行なうものである。「被加工物Ｗの一部を減量させる加工」とは例えば、被加工物Ｗの一面側から他方の面側までを貫通させる穴開け加工、被加工物Ｗの一面側から他方の面までの厚みを減少させるも他方の面側まで貫通はさせない（被加工物Ｗの厚み方向に凹凸を形成する）刳り抜き加工、被加工物の平面視における面積を減少させる（被加工物Ｗの平面方向の形状を縮小する）変形（縮小）加工、任意の形状に変形（縮小）させる削り加工などである。ここでは同図（Ｂ）、同図（Ｃ）に示すように、板状の被加工物Ｗの一部に、円形状に穴開け加工を施す場合を例示する。同図（Ｂ）、同図（Ｃ）では加工対象領域（穴開けされる領域）ＷＡを大破線で示している。

本実施形態における被加工物（ワーク）Ｗは、ダイヤモンド系材料である。ここで、ダイヤモンド系材料とは、ダイヤモンド又はダイヤモンド含有材料である。具体的にダイヤモンドとは例えば、（地球内部で生成される）天然ダイヤモンド（純度１００％のダイヤモンド、または極めて少量の非結晶カーボンもしくは非ダイヤモンドの結晶を含んだダイヤモンド）あるいは、高温高圧合成法や化学気相成長法などにより合成された合成ダイヤモンド（人工ダイヤモンド）である。また、用途としてはバインダや他の成分を含む工業ダイヤモンドでもよいし、宝飾（宝石）用ダイヤモンドであってもよい。また、結晶構造としては単結晶ダイヤモンドでもよいし、多結晶ダイヤモンドであってもよい。

また、本実施形態におけるダイヤモンド含有材料とは上記のダイヤモンドを主成分として含有する材料であり、「ダイヤモンドを主成分として含有する」とは例えば、上記のダイヤモンドの含有量が全体の５０％以上を占めること、あるいはダイヤモンド以外の成分（副成分という）が複数含有される場合、各副成分のいずれの含有量よりもダイヤモンドの含有量が大きいことをいう。

また、本実施形態の工具７は、アルミニウム系材料により構成される。ここで、本実施系形態におけるアルミニウム系材料とは、アルミニウム（純アルミニウム）、アルミニウム合金（アルミニウムに銅（Ｃｕ）マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）ニッケルなどの１種以上の金属が加えれた合金）、アルミニウムを主成分として含有する金属、のいずれかである。また、「アルミニウムを主成分として含有する」とは例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金の含有量が全体の５０％以上を占めること、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金以外の成分（副成分という）が複数含有される場合、各副成分のいずれの含有量よりもアルミニウム又はアルミニウム合金の含有量が大きいことをいう。副成分は例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、その他のセラミックスでもよく、それ以外の他の成分であってもよい。なお、工具７が酸化アルミニウムを含んで構成される場合、酸化アルミニウムの含有量は少ない方が好ましい。具体的に、酸化アルミニウムの含有量は、望ましくは全体(アルミニウム系材料)の３０％未満であり、好適には２０％未満、さらに好適には１０％未満である。

治具５は、少なくとも加工対象領域ＷＡを除き、その周囲の被加工物Ｗを保持（例えば把持）する。そして工具７は、被加工物Ｗの一方の面（第一の面Ｓｆ１）側に配置され、加工の際には第一の面Ｓｆ１に当接し、適宜の押圧力を付与しながら、工具７と被加工物Ｗを面方向に相対移動させるとともに、他方の面（第二の面Ｓｆ２）に向かって加工を進める。ここで、加工対象領域ＷＡとは、工具７によって加工が進行し、且つ最終的に所望の形状に加工が完了する領域である。つまり、工具７と被加工物Ｗを面方向に相対移動させた場合、加工対象領域ＷＡにおける被加工面積（工具７と接触（当接）して加工される面積）は、加工開始時の工具７の先端の面積と同等なサイズから徐々に拡大する。このように、加工対象領域ＷＡの面積（被加工面積）は工具７の先端の面積よりも大きいものとする。

工具７は、図２（Ａ）に示すように一例として円柱状（円筒状）あるいは、同図（Ｂ）および同図（Ｃ）に示すようにコア（カップ）形状である。具体的には、基部７Ａと拡径部７Ｂを有し、基部７Ａは円柱（円筒）状であり、拡径部７Ｂは基部７Ａの先端（被加工物Ｗに当接する先端）に設けられ、基部７Ａよりも拡径されるとともに先端側が開口した略円筒状である。

なお、工具７の形状は図示のものに限らず、例えば、フラットエンドミル、ボールエンドミル、あるいはテーパエンドミルなどであってもよい。

駆動手段９は、工具７と被加工物Ｗとを物理的に相対移動させることで、工具７によって被加工物Ｗの一部を減量するように駆動させる手段である。この例の駆動手段９は工具７と被加工物Ｗを相対回転させる回転駆動手段であり、例えば、工具７あるいは工具７の主軸を回転駆動するモータである。駆動手段９により、工具７は、鉛直なＺ軸を中心にスピンドル５０により回転駆動される。また、スピンドル５０は例えば、超音波振動手段５５を備えると望ましい。超音波振動手段５５は、超音波振動子５６と、超音波ホーン５７を有する。超音波振動子５６は、軸方向に超音波振動を生じさせる。超音波ホーン５７は、超音波振動子５６で生じる超音波振動に共振して、当該超音波振動を増幅させる。そして、超音波ホーン５７は、増幅させた軸方向の超音波振動を工具７に伝達する。つまり駆動手段９は、工具７を超音波振動させながら回転駆動させる。

この工具７が当接し、押圧されることにより被加工物Ｗの一部（被加工領域ＷＡ）は、この例では、工具７の回転方向（図１（Ａ）のＸ軸−Ｙ軸方向）に減量する。

図１を参照して、送り駆動手段２５は、工具７と被加工物Ｗとが互い押圧される方向に相対移動させる手段であり、工具７を送る手段あるいは被加工物Ｗを送る手段である。押圧する方向は、この例では、工具７の主軸の延在方向、すなわち鉛直方向（Ｚ軸方向、第一の面Ｓｆ１から第二の面Ｓｆ２に至る方向）である。

つまり本実施形態の加工装置１は、工具７が被加工物Ｗに当接し互いに押圧した状態で、駆動手段９によって工具７と被加工物Ｗを工具７の回転駆動方向（Ｘ軸−Ｙ軸方向）に相対回転しつつ工具７を超音波振動させることで被加工物Ｗを回転駆動方向（Ｘ軸−Ｙ軸方向）に減量する。回転駆動方向の減量が所定量まで進むと（減量する分がなくなり）減量が進行しなくなるので、加工装置１は、工具７と被加工物Ｗが互いに押圧状態となるように送り駆動手段２５によって工具７と被加工物ＷをＺ軸方向に相対移動（押圧）し、鉛直方向に被加工物Ｗの減量を進行させる。つまり加工装置１は、工具７を回転駆動して被加工物Ｗを或る方向に（例えば面状に）減量しながら、工具７をさらに別の方向に送る（押出す）ことで例えば、当該別の方向（例えば、深さ（厚み）方向）に減量を進行させるものである。以下、工具７が回転駆動する方向（Ｘ軸−Ｙ軸方向）を減量方向といい、工具７と被加工物Ｗの押圧方向（Ｚ軸方向）を送り方向という。

また、加工装置１は、緩衝機構２０を有すると望ましい。緩衝機構２０は、工具７が被加工物Ｗと当接する際に被加工物Ｗにかかる圧力（押圧力）を緩衝させるものである。詳細については後述するが、緩衝機構２０は例えば、工具７および被加工物Ｗの一方を送り方向に移動し、工具７および被加工物Ｗの他方を送り方向と同方向に退避移動させることにより、工具７が被加工物Ｗを押圧する際に、当該被加工物Ｗにかかる過剰圧力を緩衝させる。

さらに、加工装置１は、アルミニウム系材料で形成した工具７を用いて被加工物Ｗであるダイヤモンド系材料に当接させ、少なくとも被加工物Ｗ（ダイヤモンド系材料）を減量（磨耗、消耗、剥離、分離など）させながら加工を進める。すなわち、本実施形態の加工装置１は、超音波振動する工具７と被加工物Ｗとを適宜の圧力で物理的に押圧して加工を行うが、その際、被加工物Ｗにかかる過剰な圧力（押圧力）を緩衝させながら、被加工物Ｗの減量方向に相対移動させる。そうすることで、工具７と被加工物Ｗの物理的な相対移動（減量方向の移動と送り方向の移動）に加えて、工具７と被加工物Ｗが相互に作用を及ぼし合う接触面（及びその近傍）において、少なくとも化学的反応的を生じさせながら減量するものである。。これにより、被加工物Ｗを破損することなく加工対象領域のみを減量させて所望の形状に変化させることができる。ここで、本実施形態における「少なくとも化学的反応を生じさせながら減量する」とは、ある部位の加工（減量）の過程（開始から終了まで）において、工具７であるアルミニウム系材料と被加工物Ｗであるダイヤモンド系材料との間で何等かの化学的反応が生じていることを意味し、工具７の押圧による物理的な加工（従来既知の機械的な切削加工や研磨加工を含んでもよいし、含まなくてもよい）と化学的反応による加工が混在してもよく、例えば物理的な加工の程度と化学的反応による加工の程度が同程度であってもよく、さらに好適には、主として化学的反応を生じさせながら減量(加工)することをいう。ここで「主として化学的反応を生じさせながら減量（加工）する」とは、例えば、減量（加工）の少なくとも５０％超が化学的反応に起因する事象によるものである（化学的反応による減量の程度が減量全体の５０％超を占める）ことをいい、１００％化学的反応に起因する事象によるものであってもよいし、減量（加工）の一部（５０％未満）に物理的な加工（特に機械的な切削や研磨等）が含まれる場合があってもよい。

図３を参照して、加工装置１の具体的な一例について説明する、同図は加工装置１の側面概要図である。なお、以下の実施形態では、加工装置１が、例えばドリルなどの工具７を回転駆動するフライス盤などの装置である場合を例に説明する。

本実施形態の加工装置１は、テーブル３と、治具５と、退避移動機構２１と、付勢機構２３と、アルミニウム系材料（例えばアルミニウム合金）からなる工具（加工具）７と、工具７の駆動手段９と、送り駆動手段２５と、工具７を支持する工具支持部１７と制御手段などを有する。

テーブル３は例えば、被加工物（例えば、多結晶ダイヤモンド（工業用ダイヤモンド））Ｗを水平なＸ軸−Ｙ軸面内で移動させるＸ軸−Ｙ軸テーブル（ステージ）である。

治具５は、テーブル３上に設けられて被加工物Ｗを保持（支持）する手段であり、同図（Ｂ）、同図（Ｃ）に示すように例えば、基台５１と、保持部５２と、支持部５３などを有する。ここでは一例として被加工物Ｗに穴開け加工を施す場合の治具５を示しており、例えば少なくとも加工対象領域ＷＡを除き、その周囲の被加工物Ｗを保持（例えば把持）可能なように、中央部分が開口した額縁形状を有している（同図（Ｂ））。なお、同図（Ａ）では被加工物Ｗの保持状態を示すために治具５を同図（Ｂ）のａ−ａ線の断面図で示している。

また、本実施形態の治具５は一例として緩衝機構２０を備える。緩衝機構２０は、例えば、退避移動機構２１と、付勢機構２３を含む機構である。退避移動機構２１は、送り駆動手段２５による実際の送り量に対して、工具７と被加工物Ｗの間の相対的な送り量が減少するように、工具７および被加工物Ｗの他方を送り方向に退避移動させる機構である。また、付勢機構２３は、退避移動機構２１により被加工物Ｗまたは工具７が退避移動する際、退避移動する被加工物Ｗまたは工具７を復帰移動方向に付勢する機構である。緩衝機構２０については後に詳述する。

基台５１には例えば、適宜の位置に支持部５３が立設され、支持部５３の上端部には例えば平板の保持部５２が設けられる。この例では、保持部５２は平面視において外形が矩形状（正方形状）の額縁形状であり、支持部５３は、保持部５２の外周付近の四隅に対応する位置の４箇所に設けられる場合を説明する。なお、保持部５２の外形状は、この例に限らず、長辺と短辺を有する長方形状や円形状であってもよい。いずれの場合も保持部５２は、被加工物Ｗの少なくとも外縁部を全体的に（あるいは選択的に）保持できる形状を有し、その内側（内周側）で被加工物Ｗを当接保持（支持）する。また、以下の例では保持部５２の上面側（同図（Ｃ）のＺ軸方向上面側）を説明の便宜上、保持面５２１と称する。

なお、被加工物Ｗの加工の態様によっては、保持部５２は額縁形状でなくてもよい。例えば、被加工物Ｗを厚み方向（図３のＺ軸方向）に貫通しない刳り貫き加工の場合には、保持部５２は（開口部を有しない）平板状であってもよい。

また、支持部５３の配置およびその数は、保持部５２の形状に応じて、保持部５２の両端に対応する２箇所でもよいし、中央に対応する１箇所でもよい。

また、後に詳述するが、本実施形態の治具５は、保持部５２が基台５１に対して、工具７の主軸の延在方向（この例では、鉛直方向（図示のＺ軸方向）に相対的に移動可能に構成されている。

駆動手段９は、例えば、工具７と被加工物Ｗを減量方向に相対移動させる（相対回転させる回転駆動手段であり、図１および図２に示した構成と同様である。駆動手段９により、工具７は、鉛直なＺ軸を中心にスピンドルにより回転駆動されるとともに、超音波振動される。

送り駆動手段２５は、この例では、被加工物Ｗに対して工具７を所望の送り方向に移動させる手段であり、例えば、工具７を支持（保持）する工具支持部１７に設けられる。工具支持部１７は一例として、Ｚ軸方向に移動するＺ軸送りステージであり、送り方向は、この例では、工具７の主軸の延在方向、すなわち鉛直方向（図示のＺ軸方向、治具５の保持部５２の面に垂直な方向）である。

また、本実施形態の加工装置１は、計測手段１１を備えていると望ましい。計測手段１１は例えば、退避移動機構２１による退避状態を検出する退避状態検出手段１１１と、送り駆動手段２５による実際の送り状態を検出する検出する送り状態検出手段１１３と、退避状態と送り状態の相対差から、工具７と被加工物Ｗの相対的な送り量を算出する計算手段１１５などを有している。計測手段１１については、後に詳述する。

これら加工装置１の各部は、制御手段（不図示）によって統括的に制御される。制御手段は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、及びＲＯＭなどから構成され、各種制御を実行する。ＣＰＵは、いわゆる中央演算処理装置であり、各種プログラムが実行されて各種機能を実現する。ＲＡＭは、ＣＰＵの作業領域として使用される。ＲＯＭは、ＣＰＵで実行される基本ＯＳやプログラムを記憶する。

制御手段は、テーブル（Ｘ軸−Ｙ軸テーブル）３と工具支持部（Ｚ軸送りステージ）１７とを数値制御する不図示の数値制御手段（数値制御装置）を含む。数値制御装置により、工具（砥石）７をスピンドルによりＺ軸を中心に高速回転させるとともに回転トルク等が制御され、被加工物Ｗを水平なＸ−Ｙ面内で移動させて回転する工具７に接触させることにより、被加工物Ｗを減量し、所望の形状に加工することができる。

本実施形態の加工装置１は、工具７が被加工物Ｗの被加工部位を押圧する際に当該被加工部位にかかる過剰圧力を緩衝させながら加工を進行させて、所望の形状になるまで被加工物Ｗを減量するものである。換言すると、工具７が被加工物Ｗの被加工部位を押圧する際の圧力を、加工が進行する所定範囲内に維持しながら、所望の形状になるまで被加工物Ｗを減量するものである。

より具体的には、工具７または被加工物Ｗのうち一方を、加工を進行させるための他方の送り方向と同方向に退避させながら加工を進行させることで工具７が被加工部位を押圧する際に被加工部位にかかる過剰圧力を緩衝させるものであり、これにより工具７と被加工部位が当接する圧力（押圧力）を加工が効率よく進行する所定範囲内に維持しながら加工を行うことができる。

ここで、被加工物Ｗであるダイヤモンド系材料は従来では、ダイヤモンド工具またはダイヤモンド粉末（砥粒）等を用いる加工（主に研磨加工）や、レーザー加工、イオンビーム加工を行なっていた。しかしながら、ダイヤモンド粉末を用いる加工（主に研磨加工）では、被加工物（ワーク）のダイヤモンド（主に単結晶ダイヤモンドの場合）の結晶面を確認し、研磨が可能な（容易な）方向を見極めることが重要となり、熟練の技術を要する問題があった。また、穴あけや切断などの加工を研磨により行うことは実用的ではなかった。

またレーザー加工やイオンビーム加工であれば、ダイヤモンド（工業用ダイヤモンド）の穴あけや切断、積極的な（大きな）変形を伴う加工も可能ではあるが、加工方法が特殊であるためこれらの装置は高価であり、ひいては加工コストの低減には限界があった。

このように、ダイヤモンドに対する加工（特に穴あけや切断、積極的な（大きな）変形を伴う加工ばど）を安価、且つ容易に行うことは困難であった。

しかしながら、本願出願人は、アルミニウム系材料からなる工具７を超音波振動させながら適宜の圧力で（過剰な圧力を逃がしながら）、被加工物Ｗであるダイヤモンド系材料に当接させることにより、少なくとも被加工物Ｗが減量（磨耗、消耗、剥離など）することを見出した。これは、アルミニウム系材料はダイヤモンド系材料に比べて軟質であること、および両者の接触面が高温（例えば、６００℃〜７００℃）になることなどから、超音波振動するアルミニウム系材料とダイヤモンド系材料との間に化学的反応が生じることで、少なくともダイヤモンド系材料が減量（磨耗、消耗、脱落）するものと考えられる。より詳細には、当接した工具７と被加工物Ｗの材料同士が分子レベル（または原子レベル）で化学的に結合し、一旦接合（接着）した状態から超音波振動によって材料同士が引き離されることで被加工物Ｗの材料の一部が工具７の材料に接合（接着）した状態で引き剥がされ、被加工物Ｗの材料の一部が減量すると考えられる。具体的には、例えば、アルミニウム系材料とダイヤモンド系材料の高温の接触によって炭化物が生成されるなど、少なくとも化学的反応に起因する事象により少なくとも被加工物Ｗであるダイヤモンド（炭素）の結晶構造が変質および／または破壊され、その一部が脱落（剥離、分離、消耗）することで、ダイヤモンド系材料の減量（加工）が進行すると考えられる。

なお、材料によっては、工具７と被加工物Ｗの両者が互いに減量する（減量の程度が異なる）場合もある。また、水分を加えることでより効果的に加工を進行させることができる場合もある。

なお、本実施形態の化学的反応による減量には、上記（化学的結合と剥離）以外の化学的反応による減量と他の化学的反応による減量とが混在していてもよい。また、これらに機械的な加工による減量（切削や研削）が含まれていてもよいが、その場合、加工の少なくとも一部は化学的反応によって減量が進行するものとし、好適には、化学的反応による減量の程度が減量全体の５０％を占めるものとし、より好適には主として化学的反応によって減量が進行する（化学的反応による減量の程度が減量全体の５０％を超える）ものとする。

また、このような化学的反応による減量は、機械的な加工（研磨や切削）が積極的には生じない程度で材料同士（工具７と被加工物Ｗ）を当接させる（例えば機械的加工の程度が低く（好適には機械的加工がほとんど生じず）、かつ化学的な（分子レベルまたは原子レベルの）結合を生じさせる）ことで進行すると考えられ、工具７と被加工物Ｗを適切な圧力で当接させることが望ましいことが判った。

そこで、本実施形態では、工具７と被加工物Ｗの間の押圧力を、最も効率よく加工が進行する（効率よく化学的反応による減量が生じる）所定範囲に維持すべく、工具７または被加工物Ｗの一方を、加工を進行させるための他方の送り方向と同方向に退避させながら加工を行う。これにより工具７が被加工部位を押圧する際に被加工領域ＷＡにかかる過剰圧力を緩衝させながら、加工を進行させることができる。

具体的には、図３に示すように、本発明の実施形態の加工装置１は、治具５または工具支持部１７の一方が、緩衝機構２０を有しており、これにより被加工物Ｗに加わる工具７の過剰圧力を緩衝し（吸収し）、被加工物Ｗおよび工具７への加工負荷を軽減させるように構成した。この緩衝機構２０とは、例えば、工具７または被加工物Ｗを退避移動させる退避移動機構２１と、工具７または被加工物Ｗを復帰移動方向に付勢する付勢機構２３を含む機構である。

同図（Ｂ）、同図（Ｃ）を参照してより詳細に説明する。本実施形態では一例として、治具５が、緩衝機構２０すなわち、退避移動機構２１と付勢機構２３とを備えている場合である。

退避移動機構２１は、この例では、保持部５２（保持面５２１）を基台５１に対して垂直（この例では鉛直）方向上下に移動可能に保持する支持部５３である。より具体的には、支持部５３は、外筒５３１と、外筒５３１の内側で外筒５３１に対して進退可能に保持される内筒５３２とを有している。

また、付勢機構２３は例えば、支持部５３の例えば外周に設けられて上下両端が保持部５２と基台５１とに固定れた弾性部材５３３である。弾性部材５３３は例えば、外筒５３１の外周に巻回され、上下両端が保持部５２と基台５１とに固定されたばね（コイルばね）である。

支持部５３（退避移動機構２１）は、工具７の実際の送り方向（加工を進行させる場合に送り駆動手段２５によって工具７が送られる方向、この例ではＺ軸の下方に向かう方向）と同方向に保持部５２を退避移動可能に構成されており、これにより保持部５２上の被加工物Ｗは工具７の実際の送り方向と同方向に退避移動可能となっている。

付勢機構２３は、退避移動機構２１により被加工物Ｗが退避移動する際、退避移動する被加工物Ｗを復帰移動方向に付勢する。復帰移動方向は、退避移動方向とは逆方向であり、Ｚ軸の上方に向かう方向である。

また、保持部５２の上面にはストッパー５３５が設けられる。ストッパー５３５は、付勢機構２３（弾性部材５３３）によってＺ方向上方へ付勢される保持部５２のＺ軸上方への移動が所定高さに規制する。

これにより、保持部５２およびこれに保持される被加工物Ｗは、加工が行われている間は工具７によって押圧され、退避移動機構２１によって付勢機構２３の付勢力に抗いながら工具７の実際の送り方向（Ｚ軸下方）に退避移動するが、被加工物Ｗと工具７による加工が進展するにつれて、退避移動機構２１及び付勢機構２３によって、退避移動した被加工物Ｗ（保持部５２）が工具７に押圧されながらも初期の位置に復帰する方向に移動する。

なお、工具７は、超音波振動手段５５によって超音波振動が付与されると望ましいが、この場合、超音波による音圧及び振動と、工具７への加圧によって加工が進行する。つまり音圧も当該圧力（押圧力）に関与するため、この音圧を考慮して送り駆動手段２５、退避移動機構２１および付勢機構２３等の制御を行う。

さらに、計測手段１１は例えば、退避移動機構２１による退避状態を検出する退避状態検出手段１１１と、送り駆動手段２５による実際の送り状態を検出する検出する送り状態検出手段１１３と、退避状態と送り状態の相対差から、工具７と被加工物Ｗの相対的な送り量を算出する計算手段１１５を有している。

ここで、退避移動機構２１が検出する退避状態は、例えば、工具７に押圧されることによる退避移動の量（以下「退避量ΔＮ」と称する。）である。

また、送り駆動手段２５が検出する実際の送り状態は、例えば、加工を行うための目標となる（加工を行う場合に設定する）実際の（絶対的な）送り量（以下、「絶対的な送り量ΔＴ１」と称する。）である。

また、計算手段１１５が算出する相対的な送り量とは、絶対的な送り量ΔＴ１と退避量ΔＮの差（ΔＴ１−ΔＮ）であり、以下、「相対的な送り量ΔＴ２」と称する。工具７と被加工物Ｗの相対的な送り量ΔＴ２（＝ΔＴ１−ΔＮ）は、加工の進展量ともいえる。

本実施形態の退避移動機構２１は、保持部５２に被加工物Ｗを載置すると、送り駆動手段２５によって工具７を被加工物Ｗを押圧してはいない状態であっても被加工物Ｗの重量に応じた所定量で退避移動方向に移動する（付勢機構２３がそのように設定されている）。しかし、本実施形態では一例として、退避状態検出手段１１１が検出する退避量ΔＮは、送り駆動手段２５によって工具７を被加工物Ｗを押圧する（送り出す）ことによって、被加工物ＷがＺ軸下方に退避移動した変化量（加工開始時では保持部５２に被加工物Ｗを載置した状態から更に工具７の押圧によって退避移動した変化量）を検出するものとする。

なお、後に述べる付勢機構２３の付勢力の設定によっては、保持部５２に被加工物Ｗを載置したのみでは、保持部５２はＺ軸下方に移動しない場合もあり、そのように構成されていてもよい。

そして、退避移動機構２１は、加工の進行中（工具７によって押圧されている間）は、付勢機構２３によって付勢されることにより、送り駆動手段２５による工具７の絶対的な送り量ΔＴ１に対して、工具７と被加工物Ｗの間の相対的な送り量ΔＴ２が減少する方向に、被加工物Ｗを退避移動させる。なお、本実施形態における「相対的な送り量ΔＴ２が減少する方向に、被加工物Ｗを退避移動する」とは、換言すれば、初期位置に復帰する方向への移動ではあるが、初期位置からは依然として退避しているような移動である。

そして加工装置１は、退避移動機構２１による退避量ΔＮが（略）ゼロとなる際に、加工（の１ステップ）を終了させるように制御される。

具体的には、例えば、２ｍｍの加工を行う場合、送り駆動手段２５による工具７の絶対的な送り量ΔＴ１（退避量ΔＮ）を２ｍｍとし、退避量ΔＮ（２ｍｍ）が（略）ゼロとなる際に加工を終了する。あるいは、例えば、２ｍｍの加工を行う場合、複数ステップの加工を行うようにしても良く、例えば１ステップ目において送り駆動手段２５による工具７の絶対的な送り量ΔＴ１（退避量ΔＮ）を０．２ｍｍとして、退避量ΔＮ（０．２ｍｍ）が（略）ゼロとなる際に加工の１ステップ目を終了し、次のステップ（２ステップ目）に進み、これを繰り返して加工を行うようにしてもよい。この場合１０ステップ目が終了した場合に、加工が完了する。なお、工具７と被加工物Ｗの化学的反応により工具７も減量（磨耗）する場合があるが、その量（減量の程度）も考慮して、加工が進行するように送り量ΔＴ１（退避量ΔＮ）の制御を行う。

付勢機構２３の付勢力（弾性部材５３３の弾性力）は、退避状態検出手段１１１が検出した退避量ΔＮに連動するように設定され、上記のような退避移動と復帰移動が可能となるような所望量を超えない範囲に設定されている。

具体的には、付勢機構２３の付勢力は、送り駆動手段２５が工具７を絶対的な送り量ΔＴ１で送り出した場合、緩衝機構２０（退避移動機構２１および付勢機構２３）によって、工具７と被加工物Ｗの間の相対的な送り量ΔＴ２が減少する方向に退避移動することが可能となるように設定されている。より具体的な現象で説明すると、例えば、送り駆動手段２５の送り動作（それによる退避移動機構２１による退避量ΔＮ）に対応して、被加工物ＷのＺ軸方向の位置（治具５の保持部５２のＺ軸方向位置）の微小な変位を許容しつつ、例えば僅かな範囲で被加工物Ｗが振動可能となるように、付勢機構２３の付勢力が設定されている。

例えば、付勢機構２３が弾性部材（コイルばね）５３３の場合、退避移動機構２１による退避量ΔＮに連動して伸縮が可能なばね定数が適宜選択される。弾性部材５３３は、送り駆動手段２５による押圧力を受けて送り駆動手段２５の送り方向（Ｚ軸下方）に圧縮されながらも、当該押圧力に抗って、工具７の実際の送り量（絶対的な送り量）ΔＴ１に対して、工具７と被加工物Ｗの間の相対的な送り量ΔＴ２が減少する方向に被加工物Ｗ（保持部５２）を移動させることが可能な程度に伸張するようなばね定数が選択される。

換言すると、被加工物Ｗと工具７による加工が進展するにつれて、Ｚ方向下方に退避移動した被加工物Ｗ（保持部５２）が復帰方向に移動するようなばね定数が選択される。

ただし、この付勢機構２３の付勢力は、工具７の形状（サイズ）と被加工物Ｗの形状（厚み）等も含め、両者の化学的反応に起因する加工の進行具合により異なる。従って、付勢機構２３の付勢力は、両者の化学的反応に起因する加工の進行具合に応じて、上記の退避移動と復帰移動が可能となるような所望量を超えない範囲に制御される。つまり、付勢機構２３が弾性部材５３３の場合は、上記の退避移動と復帰移動が可能となるような所望量を超えない範囲のばね定数が適宜選択される。

また、送り駆動手段２５は、被加工物Ｗ（保持部５２）の退避量ΔＮが所定の閾値を超えないように、絶対的な送り量ΔＴ１を制御する。具体的には、退避量ΔＮが所定の閾値（例えば、目標とする加工量）を超える状態となった場合は、工具７の絶対的な送り量ΔＴ１を減少させ、退避量ΔＮが所定の閾位置に満たない場合（押し込みが少なく工具７が空転状態またはそれに近い状態となる場合）は、工具７の絶対的な送り量ΔＴ１を増加させる制御を行う。

なお、送り駆動手段２５による加工中の送り制御は行わなくても良く、送り駆動手段２５による制御に代えて、あるいはこれと併用して、工具７の駆動手段９による制御（回転制御、回転トルクの制御）などによって、退避量ΔＮが所定の閾値を超えないように制御してもよい。

また、弾性部材５２２は、コイルばねに限らず、例えば空気ばねや、スポンジ等であってもよく、また、付勢機構２３は、磁力、油圧、空圧などにより付勢する機構（弾性力を有する機構）であってもよい。

更に、緩衝機構２０は、上記の構成に限らず、工具７および被加工物Ｗの一方を送り方向に移動し、工具７および被加工物Ｗの他方を送り方向と同方向に退避移動させる構成であればよい。あるいは、緩衝機構２０は、工具７が被加工物Ｗを押圧する際に当該被加工物Ｗにかかる過剰圧力を緩衝させる構成であればよい。

また、加工装置１は、図３に示す構成に限らず、工具７（アルミニウム系材料）によって被加工物Ｗ（ダイヤモンド系材料）の加工が進行する構成、例えば、工具７を被加工物Ｗに対して相対移動させる駆動手段９と、被加工物Ｗに対して工具７を所望の送り方向に移動させるべく、工具７および被加工物Ｗの一方を移動させる送り駆動手段２５と、を少なくとも有する構成であればよい。従って、超音波振動手段５５は設けなくてもよいし、緩衝機構２０を設けなくてもよい。

図４を参照して、加工装置１における加工方法について時系列に説明する。なお、同図においては、被加工物Ｗの状態と治具５の動作を説明する便宜上、治具５（保持部５２）の上方に被加工物Ｗを記載しているが、実際は、図３に示すように、治具５は被加工物Ｗの周辺部を保持しているものとする。なお、被加工物Ｗを貫通しない刳り貫き加工の場合には、図３と同様の保持の構成であってもよいし、図４に示す保持の構成であってもよい（その場合被加工物Ｗが移動しないように固定する手段は必要である）。すなわち、治具５による被加工物Ｗの保持の態様は、加工の態様により適宜選択可能である。

本実施形態の加工方法は、ダイヤモンド系材料（例えば、ダイヤモンド）の被加工物Ｗの一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法であって、被加工物Ｗを治具５により保持し、アルミニウム系材料からなる工具７と被加工物Ｗとを相対移動させる工程と、被加工物Ｗに対して工具７を所望の送り方向に移動させるべく、工具７および被加工物Ｗの一方を移動させる工程と、を有する。

まず、同図（Ａ）に示すように、治具５の保持部５２によって被加工物Ｗを保持する。この例では、被加工物Ｗが治具５により保持され、且つ工具７によって押圧される前の状態では、被加工物Ｗの重量により付勢機構２３（弾性部材５３３）は所定量圧縮され、保持部５２は、退避移動機構２１と付勢機構２３によって被加工物Ｗの保持前の位置（破線で示す）よりもＺ方向下方に移動する。なお、付勢機構２３の付勢力の設定によっては、保持部５２に被加工物Ｗを保持したのみでは、保持部５２はＺ軸下方に移動しない場合もあり、そのように構成されていてもよい。この例では、被加工物Ｗの重量のみによる移動は、退避量ΔＮに含まないものとする。

そしてこのときの（加工前の被加工物Ｗが保持（把持）された状態の）被加工物Ｗ表面（あるいは保持面５２１（図３（Ｃ）参照））の（床面などの基準面からの高さ）を復帰位置Ｐ０とする。

次に、同図（Ｂ）に示すように、工具７および被加工物Ｗの一方を送り方向に移動し、工具７および被加工物Ｗの他方を送り方向と同方向に退避移動させることにより工具が被加工物Ｗを押圧する際に被加工物Ｗにかかる過剰圧力を緩衝させながら加工を進行させる。

具体的には、テーブル３を移動させて被加工領域ＷＡを工具７の下方になるように調整し、被加工物Ｗに対して工具７を所望の送り方向に移動させる。すなわち、工具支持部１７の送り駆動手段２５によって、工具７をＺ軸下方に移動させて被加工領域ＷＡの加工開始部位に工具７を当接させる。このとき、送り駆動手段２５は、加工が可能な程度の押圧力で工具７を被加工物Ｗに当接（押圧）させるように工具７を移動する。被加工物Ｗはこの押圧力を受け、退避移動機構２１は、或る退避量ΔＮでＺ方向下方に退避移動する。退避量ΔＮは例えば、目標とする最終的な形状に至るまでの減少量（総加工量）であってもよいし、当該減少量（総加工量）よりも小さい値（総加工量を複数に等分割した値）であってもよい。

次に、同図（Ｃ）に示すように、工具７と被加工物Ｗを減量方向（この場合は、Ｘ軸−Ｙ軸方向）に相対移動させる。このとき、工具７は駆動手段９によって回転駆動および超音波振動が付与される。また、工具７と被加工物Ｗの物理的な相対移動に伴い、両者の化学的反応が生じ、物理的な相対移動と化学的反応によって被加工物Ｗの一部が減量される。

本実施形態ではこの加工において、送り駆動手段２５が、工具７を絶対的な送り量ΔＴ１で送り方向（Ｚ軸下方）に移動させて被加工物Ｗを押圧する一方で、付勢機構２３は、退避移動する被加工物Ｗを復帰移動方向（復帰位置Ｐ０に向かって移動する方向）に付勢し、退避移動機構２１は、工具７の実際の送り量ΔＴ１に対して、工具７と被加工物Ｗの間の相対的な送り量ΔＴ２が減少する方向（この場合は下方）に、被加工物Ｗ（保持部５２）を退避移動させる。付勢機構２３の付勢力は退避移動機構２１による退避量ΔＮに連動し、所望量を超えない範囲に設定されている。

具体的には、退避状態検出手段１１１が検出した退避移動機構２１による退避状態（退避量ΔＮ）と、送り状態検出手段１１３が検出した送り駆動手段２５による実際の送り状態（絶対的な送り量ΔＴ１）に基づき、計算手段１１５が両者の相対差（ΔＴ１−ΔＮ）から、工具７と被加工物Ｗの相対的な送り量ΔＴ２を算出する。また、送り駆動手段２５は、退避量ΔＮが所定の閾値を超えないように、絶対的な送り量ΔＴ１を制御する。

そして、同図（Ｃ）に示すように、退避移動機構２１は、工具７と被加工物Ｗの間の相対的な送り量ΔＴ２が減少する方向に、被加工物Ｗを退避移動させる。被加工物Ｗと工具７による加工が進展するにつれて、退避移動機構２１及び付勢機構２３によって退避移動した被加工物Ｗが復帰位置Ｐ０方向に移動し、退避量ΔＮは減少するように加工が進行する。なお、この場合は、送り駆動手段２５によって工具７が送られることによる被加工物Ｗの減量の程度（減少量）に対して、相対的減少量が減少する方向に被加工物Ｗ（保持部５２）を退避移動するともいえる。

つまり、現象的に一例を挙げると、被加工物Ｗはテーブル３に対してＺ軸方向の位置が固定されず、Ｚ軸方向において所定範囲内での移動（位置の変動）が許容された状態で加工が進行する。被加工物Ｗは工具７によってＺ軸下方に押されながらも、上下に振動するようにして、治具５（被加工物Ｗ）が徐々に復帰位置Ｐ０に戻りながら加工が進行する。

そして、同図（Ｄ）に示すように被加工領域ＷＡの形状が所望の最終形状となり（総加工量に到達し）退避量ΔＮが（略）ゼロとなった際に、加工を終了させる。

なお、複数のステップに分割して加工を実行する場合は、１ステップの退避量ΔＮが（略）ゼロとなった場合に、当該ステップの加工を終了し、次ステップの加工に進む。

なお、加工が完了する直前において、退避量ΔＮに対して相対的な送り量ΔＴが不足し、目標値に僅かに満たずに工具７が空転する可能性がある場合には、それらを考慮して絶対的な送り量ΔＴ１，退避量ΔＮおよび相対的な送り量ΔＴ２を適宜制御するとよい。

また、計測手段１１は、最終の加工量に達し、所望の形状が得られているか否かを検出する測定手段を備え、加工の終了後に最終の加工形状を確認可能とするようにしてもよい。

このような構成によれば、保持部５２に保持された被加工物Ｗおよび工具７に対して、加工が最も効率よく進行する圧力範囲を超えるような過剰な圧力が加わった場合であってもそれを緩衝（吸収）しつつ、加工を進行させることができる。

また、退避量ΔＮを所望の値（最終加工量、あるいはそれを等分割にした値）に設定し、退避量ΔＮが（略）ゼロになった場合に（１ステップ分の）加工を終了するように制御すればよいため、従来の研削や切削では困難であったミクロン単位での加工量の制御が可能となる。

従って、被加工物Ｗが例えば工業用ダイヤモンドであり、また特に、穴開け加工や刳り貫き加工を行なう場合であっても、レーザー加工装置やイオンビーム加工装置などの特殊な装置（特殊な方法）を用いることなく、安価且つ容易に加工を行なうことができる。

さらに、本実施形態では、被加工物Ｗおよび工具７への加工負荷（加工圧）が小さい場合、その表面（加工目）は、磨き（研磨）に近い加工目となり、研磨レベルの目の細かい加工が可能となる。本実施形態の加工では、被加工物Ｗおよび工具７への加工負荷（加工圧）は随時変化しているが、加工処理の全体を通した被加工物Ｗおよび工具７への加工負荷（加工圧）は、大まかに、加工の初期は加工負荷（加工圧）が高く、加工の終期（終了直前）では加工負荷（加工圧）が低くなる。つまり、加工の終期（終了直前）において、研磨レベルの目の細かい加工によって、その表面（加工目）は、磨き（研磨）に近い加工目の加工を行うことができる。

なお、本実施形態の加工方法は、アルミニウム系材料の工具７によってダイヤモンド系材料である被加工物Ｗの一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法、例えば、工具７と被加工物Ｗとを相対移動させる工程と、被加工物Ｗに対して工具７を所望の送り方向に移動させるべく、工具７および被加工物Ｗの一方を移動させる工程と、を少なくとも有する加工方法であればよく、工具７の超音波振動は行なわなくてもよい。また、工具７が被加工物Ｗを押圧する際の被加工物Ｗにかかる過剰圧力を緩衝させなくてもよい。

＜他の実施形態＞
上記の例では、加工装置１がドリル型の工具７を回転駆動するフライス盤による装置の場合であって、治具５が緩衝機構２０（退避移動機構２１および付勢機構２３）を備える例を示したが、これに限らない。

例えば、加工装置１が円柱状の被加工物Ｗを回転させる旋盤加工等の装置の場合であって、工具支持部１７が緩衝機構２０（退避移動機構２１および付勢機構２３）を備える構成であってもよい。

また、加工装置１がエンドミル型の工具７を回転駆動するフライス盤による加工等の装置の場合であって、治具５を支持するテーブル３が緩衝機構２０（退避移動機構２１および付勢機構２３）を備える構成であってもよい。

また、上記の実施形態では、退避移動機構２１と付勢機構２３とを別の構成とする例を示したが、退避移動機構２１と付勢機構２３は、緩衝機構２０として一体的なものであってもよい。例えば、図１に示す例において、治具５自体を緩衝機能を有する弾性体（ゴムやスポンジ状の樹脂材料など）で構成してもよいし、図３に示す例において、例えば工具７の主軸またはシャンク自体を緩衝機能を有する弾性体（ゴムやスポンジ状の樹脂材料など）で構成してもよい。

また、本実施形態の加工は、例えば、切削（ミーリング）加工（マシニング加工、フライス加工）である正面フライス削り、エンドミル削り、平フライス削り、平面切削、側面切削、溝削りや、旋盤（旋削）加工（外丸削り、面削り、テーパ削り、ねじ切り、突切り等）、穴開け、中ぐり(刳り貫き)等の加工や、研削加工（平面研削、成形研削、円筒研削、ダイシング加工、スライシング加工等）などに適用可能である。

また、緩衝手段１０は、コイルばねによらず他のばねであってもよいし、スポンジや樹脂などの弾性部材であってもよい。また、油圧や空圧などで緩衝させるものであってもよい。また、治具５が緩衝手段１０を備える場合、治具５の材質をスポンジや樹脂などの弾性体で構成するものであってもよい。

また、緩衝機構２０は、工具７または被加工物Ｗの一方を、加工を進行させる他方の送り方向と同方向に退避させながら加工を進行させる機構であれば上記の例に限らない。

また、例えば、被加工物Ｗの基準となる部位の位置を、計測手段１１の測定手段（例えば、マイクロメータやダイヤルゲージなど）によって適宜のタイミング（例えば、加工開始時、加工途中、加工終了時などのタイミング）で計測することによって、加工量を適宜（随時）検出し、制御手段にフィードバックして送り駆動手段２５、退避移動機構２１および付勢機構２３等を適宜制御することにより、当該圧力を加工が効率よく進行する所定の範囲に維持しながら加工を行うものであってもよい。

また、工具７と被加工物Ｗの当接する圧力を適宜のタイミングで検出し、制御手段にフィードバックして送り駆動手段２５、退避移動機構２１および付勢機構２３等を適宜制御することによって、当該圧力を加工が効率よく進行する所定の範囲に維持しながら加工を行うものであってもよい。

また本実施形態において「被加工物Ｗの一部を減量させる加工」として例えば、穴開け加工、刳り抜き加工、被加工物の平面視における面積を減少させる（被加工物Ｗの平面方向の形状を縮小する）変形（縮小）加工、任意の形状に変形（縮小）させる削り加工など、研磨加工以外の加工を例示した。しかしこれに限らず、「被加工物Ｗの一部を減量させる加工」には、その一部または全部に研磨加工を含んでもよい。

また工具７は、上述のアルミニウム系材料による単層構造に限らず、例えば、金属やダイヤモンドなどの基材の表面に所望の厚みの上述のアルミニウム系材料を被覆した積層構造であってもよい。アルミニウム系材料は、加工の進行により減少する場合があるため、その厚みは加工に十分な厚みが適宜選択される。

また、工具７は、上述のアルミニウム系材料を主成分とし、アルミニウム系材料以外の他の成分が含まれてもよい。アルミニウム系材料を主成分とする、とは他の成分（複数の場合は他のいずれの成分）の含有量よりもアルミニウム系材料の含有量が大きいものであることが望ましく、好適には、他の成分のいずれの含有量よりもアルミニウム系材料の含有量が大きいものであるとする。

また、本実施形態は、工具７と被加工物Ｗによる化学的反応を生じさせながら該被加工物Ｗの一部を減量させるものであり、工具７も加工に伴ってその一部が減量するものであってもよく、工具７は被加工物Ｗより硬度が低いものであってもよいし、硬度が高いものであってもよい。

図５は、本実施形態の加工装置１および加工方法による加工の状態を示す写真である。工具７はアルミニウム合金であり、被加工物Ｗは、従来既知のダイヤモンド工具で研削加工済みの工業用ダイヤモンド（多結晶ダイヤモンド）である。同図（Ａ）は加工前の工具７の先端付近の外観を撮影した画像であり、同図（Ｂ）は加工前の被加工物Ｗの表面を撮影した画像である。同図（Ｃ）は、加工中の状態を撮影した画像であり、同図（Ｄ）は加工後の工具７の軸方向から加工面（被加工物Ｗとの接触面）を撮影した画像である。被加工物Ｗの表面は同図（Ｂ）に示すように研削加工時の細かい傷が存在するが、同図（Ｃ）に示すように本実施形態のアルミニウム合金の工具７による加工により、被加工領域ＷＡにおいて加工厚み方向（工具７の軸方向）の減量が進み、傷も無くなっていることが確認できる。またこの例では同図（Ｄ）に示すように、工具７の一部も減量される。

＜工具の付着物についての検討＞
図５に示したように本実施形態の加工装置１（加工方法）において被加工物Ｗを加工すると、工具７に付着物が残留する。このことからも加工の過程において工具７と被加工物Ｗによる化学的反応が生じていると考えられる。この付着物について検討するため、元素分析を行った。図６〜図８にその検討結果を示す。ここでは工具７としてアルミニウム合金を用い、被加工物Ｗは、ダイヤモンド粉とタングステンをバインダであるコバルトで結合させた工業用ダイヤモンドを用いた。

まず図６は、加工後の工具７の外観を撮影した写真であり、同図（Ａ）が側面から撮影した画像であり、同図（Ｂ）が軸方向から加工面（被加工物Ｗとの接触面）を撮影した画像である。そして、同図（Ｂ）において、黒色の付着物（異物）の存在する部位について、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ／ＷＤＳ：Electron probe microanalyzer／Wavelength Dispersive X-ray Spectrometer）により元素分析を行った。同図（Ｃ）が付着物の二次電子像である。

真空中で物質に電子線を照射すると、二次電子や構成元素の種類に固有の特性Ｘ線が発生する。電子線マイクロアナライザーによる元素分析法は得られた特性Ｘ線の波長と強度を測定することによって、構成元素の種類と含有比を測定する手法である。本試験に用いた測定装置および分析条件は以下の通りである。

装置：日本電子製 ＪＸＡ−８２３０型、加速電圧：１５ｋＶ、プローブ電流：４×１０^−８Ａ、分析範囲： _５Ｂ 〜 _９２Ｕ、Ｘ線分光器：波長分散型（ＷＤＳ）、前処理：金蒸着（スパッタコート）

図７は、付着物の定性分析時の特性Ｘ線強度に基づくＥＰＭＡ半定量分析結果を示す表であり、図８は、測定結果を示すチャート（ＥＰＭＡ／ＷＤＳ元素分析チャート）である。

図７に示すように、付着物が視認された部位からはアルミニウム（Ａｌ）と酸素（Ｏ）が強く検出されたことから、付着物の主成分はアルミニウムの酸化物と考えられた。また、その他に炭素（Ｃ）やコバルト（Ｃｏ）等が検出された。

これらの結果について、本願出願人は以下（１）〜（７）の知見に基づき（８）の通り推察した。
（１） アルミニウムはダイヤモンドとの間で炭化物（炭化アルミニウム（Ａｌ_４Ｃ_３)）を生成する。
（２） 炭化物（炭化アルミニウム）の生成によりダイヤモンドを摩耗させることができる一方で、酸化アルミニウム（アルミナ）は炭素による還元は起きず、ダイヤモンドを摩耗させることは困難である。
（３） 炭化アルミニウムは、透明結晶体であるが、水、酸素、二酸化炭素と徐々に反応してしまうので窒素等の不活性雰囲気で保管する必要がある。
（４） 炭化アルミニウムは水分（空気中の水蒸気等）と徐々に反応して、メタン（ＣＨ_４）を放出しながら分解し水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）_３）となる。
（５）炭化アルミニウムは空気中の酸素（Ｏ）と徐々に反応し、一酸化炭素（ＣＯ）を放出して酸化アルミニウム(アルミナ、Ａｌ_２Ｏ_３）となる。
（６）炭化アルミニウムは、空気中の二酸化炭素と徐々に反応し、炭素（Ｃ）を析出して酸化アルミニウムとなる。
（７）炭化アルミニウムは、一酸化炭素と徐々に反応し、炭素（Ｃ）を析出して酸化アルミニウムとなる。
（８）本実施形態によれば、工具（例えば、アルミニウム合金）７が被加工物（例えば、工業用ダイヤモンド）Ｗを押圧する際に被加工物Ｗにかかる過剰圧力を緩衝させながら（低加重で）加工することで、例えば、摩擦による熱の発生等が適宜に抑制され、酸化アルミニウムの生成をできる限り抑えつつ（遅らせつつ）、炭化アルミニウムが生成される状態が維持できるものと考えられる。そして、炭化アルミニウムの効率的な生成（および生成の継続）によりダイヤモンド系材料の加工が進んだと考えられる。生成された炭化アルミニウムは加工中に空気中の水分、酸素、二酸化炭素、一酸化炭素や、冷却用の切削油（水分あり）などと反応し、炭素の一部は気体（メタン、一酸化炭素など）として放出され、残部は工具７側に、酸化アルミニウムおよび／または水酸化アルミニウム（元素として、アルミニウム（Ａｌ）と酸素）および炭素として析出されると考えられ、これは上記の付着物の分析結果と一致するものである。

つまり、この炭素がダイヤモンド系材料に由来の成分であれば、工具７と被加工物Ｗの化学的反応により炭化アルミニウムを経由して炭素が付着物として析出したと考えられる。なお、別の可能性として、工具７であるアルミニウム合金に炭素が含まれる場合もあるが、仮にそうであったとしてもその場合の炭素量は通常は１％未満とごく微量である。したがって、上記分析結果の炭素の量（９．７％）は主にダイヤモンド系材料に由来すると考えられる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨および技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１ 加工装置
３ テーブル
５ 治具
７ 工具
９ 駆動手段
１０ 緩衝手段
１１ 計測手段
１７ 工具支持部
２０ 緩衝機構
２１ 退避移動機構
２３ 付勢機構
２５ 駆動手段
５１ 基台
５２ 保持部
５３ 支持部
１１１ 退避状態検出手段
１１３ 状態検出手段
１１５ 計算手段
５２１ 保持面
５３１ 外筒
５３２ 内筒
５３３ 弾性部材
５３５ ストッパー
Ｐ０ 復帰位置
Ｗ 被加工物

Claims (10)

1. 被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工装置であって、
   前記被加工物を保持する治具と、
   前記被加工物の一部に当接させる工具と、
   前記工具を前記被加工物に対して相対移動させる駆動手段と、
   前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる送り駆動手段と、を有し、
   前記被加工物はダイヤモンド系材料であり、
   前記工具はアルミニウム系材料により構成される、
   ことを特徴とする加工装置。
2. 前記工具と前記被加工物による化学的反応を生じさせながら該被加工物の一部を減量させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
3. 前記工具および前記被加工物の一方を送り方向に移動し、前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向と同方向に退避移動させることにより該工具が該被加工物を押圧する際に該被加工物にかかる過剰圧力を緩衝させる緩衝機構を備える、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加工装置。
4. 前記送り駆動手段による実際の送り量に対して、前記工具と前記被加工物の間の相対的な送り量が減少するように、前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向に退避移動させる退避移動機構と、
   前記退避移動機構により前記被加工物または前記工具が退避移動する際、退避移動する前記被加工物または前記工具を復帰移動方向に付勢する付勢機構と、を備える、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加工装置。
5. 前記駆動手段は、前記工具を超音波振動させる、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の加工装置。
6. ダイヤモンド系材料からなる被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法であって、
   前記被加工物を治具により保持し、アルミニウム系材料からなる工具と前記被加工物とを相対移動させる工程と、
   前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる工程と、を有する、
   ことを特徴とする加工方法。
7. 前記工具と前記被加工物による化学的反応を生じさせながら該被加工物の一部を減量させる、
   ことを特徴とする請求項６に記載の加工方法。
8. 前記工具および前記被加工物の一方を送り方向に移動し、
   前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向と同方向に退避移動させることにより該工具が該被加工物を押圧する際に該被加工物にかかる過剰圧力を緩衝させながら加工を進行させる、
   ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の加工方法。
9. 前記工具または前記被加工物の実際の送り量に対して、前記工具と前記被加工物の間の相対的な送り量が減少するように、前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向に退避移動させる工程と、
   前記被加工物または前記工具が退避移動する際、退避移動する前記被加工物または前記工具を復帰移動方向に付勢する工程と、を備える、
   ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の加工方法。
10. 前記工具を超音波振動させる、
    ことを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか一項に記載の加工方法。

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