JPH10139412A - ダイヤモンド微粒子の固定化方法およびダイヤモンド工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、導電性工具にダイヤモンド微粒子
を固定するためのダイヤモンド微粒子の固定化方法、お
よび、この固定化方法を用いて製造されたダイヤモンド
工具に関し、導電性工具にダイヤモンド微粒子を強固に
固定すること、および、湿式加工に使用可能なダイヤモ
ンド工具を提供することを目的とする。 【解決手段】 水にダイヤモンド微粒子を分散させた懸
濁液と導電性工具とに電圧を印加し、前記ダイヤモンド
微粒子を電気泳動により前記導電性工具に付着させて固
定化するダイヤモンド微粒子の固定化方法において、前
記懸濁液に、前記ダイヤモンド微粒子の分散剤であるヘ
キサメタリン酸ナトリウムまたはピロリン酸ナトリウム
を混合するとともに、ポリビニルピロリドンおよびシラ
ンカップリング剤を混合することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導電性工具にダイ
ヤモンド微粒子を固定するためのダイヤモンド微粒子の
固定化方法、および、この固定化方法を用いて製造され
たダイヤモンド工具に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、加工物を固定砥粒で加工した後
の表面粗さは、固定砥粒に用いられる微粒子の大きさに
依存する傾向があり、固定砥粒に用いられる微粒子の大
きさが小さいほど加工後の表面粗さが良好になることが
知られている。従来、このような固定砥粒の製造方法と
して、例えば、特公平７−１６８７８号公報に開示され
る方法、あるいは、１９９１年度精密工学会秋期大会学
術講演会講演論文集３７頁から３８頁に記載される方法
が知られている。

【０００３】図２は、特公平７−１６８７８号公報に開
示される方法を示すもので、この方法では、容器１内に
微粒子を混合した懸濁液２が収容され、この懸濁液２中
に、電極３およぴ電極４が挿入される。電極３は回転可
能とされており、この電極３への電圧の印加は電極ブラ
シ５を介して行われる。

【０００４】そして、微粒子の懸濁液２中に浸潰した電
極３と電極４との間に、微粒子の帯電の極性にあわせ電
極３に微粒子が電気泳動するように電圧Ｖを印加する
と、電気泳動現象により電極３の表面に微粒子が凝集し
て固化し、砥石層６が形成される。この電極３の表面に
形成された砥石層６は、そのまま砥石として懸濁液２中
で加工物と接触させるという方法で加工に用いられる。

【０００５】この砥石層６は、微粒子が緩やかに結合し
ているため砥石層６が加工物に接触することにより脱落
するが、電極３と電極４との間に電圧Ｖを印加し続ける
ことにより、電気泳動現象により、脱落した箇所に微粒
子が補われる。図３は、１９９１年度精密工学会秋期大
会学術講演会講演論文集３７頁から３８頁に記載される
方法を示すもので、この方法では、容器７内に、ダイヤ
モンド微粒子８の結合剤としてアルギン酸ナトリウム９
を混合した懸濁液１０が収容され、この懸濁液１０中に
電極１１と電極１２とが挿入される。

【０００６】電極１１は、軸を中心に回転可能とされ、
電極１１が陽極に、電極１２が陰極になるように直流電
源１３により電圧を印加すると、ダイヤモンド微粒子８
はアルギン酸ナトリウム９と共に陽極の電極１１に吸着
される。そして、このダイヤモンド微粒子８とアルギン
酸ナトリウム９とが吸着した電極１１を懸濁液１０から
引き抜き、乾燥することによりダイヤモンドエ具が製造
される。

【０００７】なお、この場合、単に乾燥しただけでは、
ダイヤモンド層に割れが生じてしまうため、乾燥前に、
乾燥時のダイヤモンド層の割れを防止する目的で塩化カ
ルシュウム溶液による処理が行われる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た図２に示した、懸濁液２中で電極３に付着した微粒子
をそのまま用いる方法では、研削や切削で形成されたツ
ールマークの除去に多大な時間を要してしまうという問
題があった。

【０００９】すなわち、この方法では、凝集した微粒子
の固さが軟質なため、軟質な電極３と微粒子とを組み合
わせて加工を行い、表面粗さを良好に仕上げるポリシン
グ工程に用いるには良い方法であるが、固定工具が主に
用いられる、研削や切削で形成されたツールマークを除
去するための後工程である、スムージング工程あるいは
ラッピング工程では、固定化した微粒子が軟質なため、
凹凸の大きいツールマークの除去に必要な研磨力が得ら
れず、ツールマークの除去に多大な時間を要してしま
う。

【００１０】一方、上述した図３に示した、ダイヤモン
ドエ具の製造方法では、製造されたダイヤモンド工具
を、乾式加工にしか使用することができないという問題
があった。

【００１１】すなわち、一般に、高精度な面を加工する
場合には、加工時に発生する熱の影響、あるいは加工
屑、脱落した砥粒を除去する必要があり、例えば、水等
の液体を流しながら加工を行う必要があるが、親水性の
アルギン酸ナトリウム９を用いたダイヤモンドエ具で
は、湿式加工によりダイヤモンド微粒子８の付着が崩れ
てしまうため、乾式加工でしか使用することができな
い。

【００１２】本発明は、かかる従来の問題を解決するた
めになされたもので、導電性工具にダイヤモンド微粒子
を強固に固定することができるダイヤモンド微粒子の固
定化方法、および、この固定化方法を用いて製造された
湿式加工に使用可能なダイヤモンド工具を提供すること
を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１のダイヤモンド
微粒子の固定化方法は、水にダイヤモンド微粒子を分散
させた懸濁液と導電性工具とに電圧を印加し、前記ダイ
ヤモンド微粒子を電気泳動により前記導電性工具に付着
させて固定化するダイヤモンド微粒子の固定化方法にお
いて、前記懸濁液に、前記ダイヤモンド微粒子の分散剤
であるヘキサメタリン酸ナトリウムまたはピロリン酸ナ
トリウムを混合するとともに、ポリビニルピロリドンお
よびシランカップリング剤を混合することを特徴とす
る。

【００１４】請求項２のダイヤモンド微粒子の固定化方
法は、請求項１記載のダイヤモンド微粒子の固定化方法
において、前記導電性工具にダイヤモンド微粒子を付着
させた後、前記導電性工具を７０℃から１２０℃の温度
で１時間以上加熱することを特徴とする。請求項３のダ
イヤモンド微粒子の固定化方法は、請求項１記載のダイ
ヤモンド微粒子の固定化方法において、前記導電性工具
にダイヤモンド微粒子を付着させた後、前記導電性工具
に紫外線を１時間以上照射することを特徴とする。

【００１５】請求項４のダイヤモンド微粒子の固定化方
法は、請求項１ないし３のいずれか１項記載のダイヤモ
ンド微粒子の固定化方法において、前記導電性工具に対
向して電極を配置するとともに、前記導電性工具を回転
しながらダイヤモンド微粒子の付着を行うことを特徴と
する。請求項５のダイヤモンド工具は、導電性工具にダ
イヤモンド微粒子を固着してなるダイヤモンド工具にお
いて、前記ダイヤモンド微粒子を、ポリビニルピロリド
ンおよびシランカップリング剤により前記導電性工具に
固着してなることを特徴とする。

【００１６】（作用）請求項１のダイヤモンド微粒子の
固定化方法では、水にダイヤモンド微粒子を分散させた
懸濁液に、ダイヤモンド微粒子の分散剤であるヘキサメ
タリン酸ナトリウムまたはピロリン酸ナトリウムを混合
したので、ダイヤモンド微粒子の表面が改質され、ダイ
ヤモンド微粒子が電気泳動により陽極の導電性工具に凝
集され易くなる。

【００１７】また、このままだとダイヤモンド微粒子は
導電性工具に集まるだけで保持されず、また固まらない
が、懸濁液に、水に可溶で、かつ、加熱または紫外線照
射後に水に不溶化になるポリビニルピロリドンを混合し
たので、導電性工具にダイヤモンド微粒子を付着した
後、加熱または紫外線を照射することによりダイヤモン
ド微粒子が導電性工具に固着される。

【００１８】そして、無機質と有機質とのカップリング
が可能なシランカップリング剤を懸濁液に混合したの
で、ヘキサメタリン酸ナトリウムまたはピロリン酸ナト
リウムが付着したダイヤモンド微粒子とポリビニルピロ
リドンとのカップリング、および、これ等と導電性工具
とのカップリングが行われ、ダイヤモンド微粒子が導電
性工具に強固に固着される。

【００１９】請求項２のダイヤモンド微粒子の固定化方
法では、導電性工具にダイヤモンド微粒子を付着させた
後、導電性工具が、炉内において７０℃から１２０℃の
温度で１時間以上加熱され、ポリビニルピロリドンが水
に対して不溶化される。請求項３のダイヤモンド微粒子
の固定化方法では、導電性工具にダイヤモンド微粒子を
付着させた後、導電性工具に紫外線が１時間以上照射さ
れ、ポリビニルピロリドンが水に対して不溶化される。

【００２０】請求項４のダイヤモンド微粒子の固定化方
法では、導電性工具に対向して電極が配置され、導電性
工具の電極への対向面により多くのダイヤモンド微粒子
が付着される。また、導電性工具を回転しながらダイヤ
モンド微粒子の付着が行われるため、導電性工具の表面
にダイヤモンド微粒子が均等に付着される。

【００２１】請求項５のダイヤモンド工具では、ダイヤ
モンド微粒子が、ポリビニルピロリドンおよびシランカ
ップリング剤により導電性工具に強固に固着される。ま
た、ポリビニルピロリドンが水に対して不溶化され、湿
式加工においてもダイヤモンド微粒子が導電性工具から
脱落することがない。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて詳細に説明する。

【００２３】図１は、本発明のダイヤモンド工具の一実
施形態の製造に用いられる製造装置を示している。この
製造装置では、ベース２１上に、支持台２３が設けられ
ている。この支持台２３の上端には、アーム２５の一端
が固定されている。アーム２５の先端には、モータ２７
により回転されるスピンドル２９が固定されている。

【００２４】そして、スピンドル２９の下端には、例え
ば、アルミニウム，白金，黄銅等からなる導電性工具３
１が固定されている。この導電性工具３１には、カーボ
ンブラシ３３が当接されている。

【００２５】このカーボンブラシ３３は、ベース２１上
に配置される直流電源３５のプラス側に電気的に接続さ
れている。ベース２１上には、液槽３５が設けられてい
る。この液槽３５の底部には、導電性工具３１に対向す
る位置に、例えば、アルミニウム，白金，黄銅等からな
る電極３７が配置されている。

【００２６】この電極３７は、直流電源３５のマイナス
側に電気的に接続されている。そして、液槽３５には、
水３８にダイヤモンド微粒子３９を分散した懸濁液が収
容されている。この懸濁液には、ヘキサメタリン酸ナト
リウム４１が混合され、さらに、ポリビニルピロリドン
４３およびシランカップリング剤４５が混合されてい
る。

【００２７】ここで、ヘキサメタリン酸ナトリウム４１
は、ダイヤモンド微粒子３９の表面を改質し、ダイヤモ
ンド微粒子３９が電気泳動により陽極の導電性工具３１
に凝集し易くする働きをする。また、ポリビニルピロリ
ドン４３は、水に可溶で、かつ、加熱または紫外線照射
後に水に不溶化になる性質を有している。

【００２８】さらに、シランカップリング剤４５は、無
機質と有機質とをカップリングする性質を有している。
上述した製造装置を用いて、本発明のダイヤモンドエ具
の一実施形態が以下述べるようにして製造される。先
ず、液槽３５に、水３７，ダイヤモンド微粒子３９，ヘ
キサメタリン酸ナトリウム４１，ポリビニルピロリドン
４３およびシランカップリング剤４５を混合した懸濁液
が収容される。

【００２９】そして、この懸濁液に、導電性工具３１と
電極３７とが浸漬され、導電性工具３１が陽極に、電極
３７が陰極になるように直流電源３５により電圧が印加
される。なお、この時、導電性工具３１には、カーボン
ブラシ３３を介して電圧が印加される。

【００３０】電圧が印加されると同時に、モータ２７の
スイッチがオンにされ、導電性工具３１が、軸を中心に
回転される。この状態を継続することにより、ダイヤモ
ンド微粒子３９が、水３７に混合したヘキサメタリン酸
ナトリウム４１，ポリビニルピロリドン４３およびシラ
ンカップリング剤４５とともに導電性工具３１に付着さ
れる。

【００３１】なお、この時、導電性工具３１の回転によ
り、導電性工具３１には、ダイヤモンド微粒子３９が均
等に付着される。また、電極３７を導電性工具３１に対
向させているため、導電性工具３１の加工部となる端面
３１ａに、より多くのダイヤモンド微粒子３９が付着さ
れる。この後、導電性工具３１が懸濁液から取り出さ
れ、７０℃から１２０℃の炉で少なくともｌ時間以上加
熱され、ポリビニルピロリドン４３が水に対して不溶化
され、同時に、シランカップリング剤４５の働きにより
ダイヤモンド微粒子３９が導電性工具３１に強固に固定
される。

【００３２】そして、この後、導電性工具３１に付着し
たダイヤモンド微粒子３９を整形することにより所望の
ダイヤモンド工具を得ることができる。上述したように
して製造されたダイヤモンド工具では、ダイヤモンド微
粒子３９を、ポリビニルピロリドン４３およびシランカ
ップリング剤４５により導電性工具３１に固着したの
で、導電性工具３１にダイヤモンド微粒子３９を強固に
固定することができる。

【００３３】従って、研削加工や切削加工で生じるツー
ルマークを除去するために行う、スムージング，ラッピ
ング等のように、高い研磨力が必要とされる加工に使用
することにより、短時間でツールマークを除去すること
が可能になる。

【００３４】また、ポリビニルピロリドン４３が水に対
して不溶化されるため、湿式加工に使用可能なダイヤモ
ンド工具を得ることができる。従って、湿式加工により
スムージング，ラッピング等の加工を行うことが可能に
なり、研削加工や切削加工で創成した形状を崩すことの
ない高精度な加工を行うことができる。

【００３５】そして、上述した装置を用いて行われるダ
イヤモンド微粒子の固定化方法では、懸濁液に、ダイヤ
モンド微粒子３９の分散剤であるヘキサメタリン酸ナト
リウム４１を混合するとともに、ポリビニルピロリドン
４３およびシランカップリング剤４５を混合したので、
導電性工具３１にダイヤモンド微粒子３９を強固に固定
することができる。

【００３６】また、上述したダイヤモンド微粒子の固定
化方法では、導電性工具３１にダイヤモンド微粒子３９
を付着させた後、導電性工具３１を７０℃から１２０℃
の温度で１時間以上加熱するようにしたので、ポリビニ
ルピロリドン４３の水に対する不溶化処理を確実に行う
ことができる。さらに、上述したダイヤモンド微粒子の
固定化方法では、導電性工具３１に対向して電極３７を
配置したので、加工部となる導電性工具３１の電極３７
への対向面により多くのダイヤモンド微粒子３９を付着
することができる。

【００３７】また、導電性工具３１を回転しながらダイ
ヤモンド微粒子３９の付着を行うようにしたので、導電
性工具３１の表面にダイヤモンド微粒子３９を均等に付
着することができる。なお、上述した実施形態では、分
散剤にヘキサメタリン酸ナトリウム４１を用いた例につ
いて説明したが、本発明はかかる実施形態に限定される
ものではなく、ピロリン酸ナトリウムを用いても同様の
効果を得ることができる。

【００３８】また、上述した実施形態では、ポリビニル
ピロリドン４３を加熱して水に対して不溶化した例につ
いて説明したが、本発明はかかる実施形態に限定される
ものではなく、ポリビニルピロリドン４３に紫外線を照
射することにより水に対して不溶化しても良い。この場
合、導電性工具３１に紫外線を１時間以上照射すること
により、ポリビニルピロリドン４３の水に対する不溶化
処理を確実に行うことができる。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１のダイヤモ
ンド微粒子の固定化方法では、懸濁液に、ダイヤモンド
微粒子の分散剤であるヘキサメタリン酸ナトリウムまた
はピロリン酸ナトリウムを混合するとともに、ポリビニ
ルピロリドンおよびシランカップリング剤を混合したの
で、導電性工具にダイヤモンド微粒子を強固に固定する
ことができる。

【００４０】請求項２のダイヤモンド微粒子の固定化方
法では、導電性工具にダイヤモンド微粒子を付着させた
後、導電性工具を７０℃から１２０℃の温度で１時間以
上加熱するようにしたので、ポリビニルピロリドンの水
に対する不溶化処理を確実に行うことができる。請求項
３のダイヤモンド微粒子の固定化方法では、導電性工具
にダイヤモンド微粒子を付着させた後、導電性工具に紫
外線を１時間以上照射するようにしたので、ポリビニル
ピロリドンの水に対する不溶化処理を確実に行うことが
できる。

【００４１】請求項４のダイヤモンド微粒子の固定化方
法では、導電性工具に対向して電極を配置したので、加
工部となる導電性工具の電極への対向面により多くのダ
イヤモンド微粒子を付着することができる。また、導電
性工具を回転しながらダイヤモンド微粒子の付着を行う
ようにしたので、導電性工具の表面にダイヤモンド微粒
子を均等に付着することができる。

【００４２】請求項５のダイヤモンド工具では、ダイヤ
モンド微粒子を、ポリビニルピロリドンおよびシランカ
ップリング剤により導電性工具に固着したので、導電性
工具にダイヤモンド微粒子が強固に固定され、かつ、湿
式加工に使用可能なダイヤモンド工具を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のダイヤモンド工具の一実施形態を製造
するための製造装置を示す断面図である。

【図２】従来の微粒子の固定化方法を示す説明図であ
る。

【図３】従来のダイヤモンド微粒子の固定化方法を示す
説明図である。

【符号の説明】

３１ 導電性工具 ３７ 電極 ３８ 水 ３９ ダイヤモンド微粒子 ４１ ヘキサメタリン酸ナトリウム ４３ ポリビニルピロリドン ４５ シランカップリング剤

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水にダイヤモンド微粒子を分散させた懸
   濁液と導電性工具とに電圧を印加し、前記ダイヤモンド
   微粒子を電気泳動により前記導電性工具に付着させて固
   定化するダイヤモンド微粒子の固定化方法において、 前記懸濁液に、前記ダイヤモンド微粒子の分散剤である
   ヘキサメタリン酸ナトリウムまたはピロリン酸ナトリウ
   ムを混合するとともに、ポリビニルピロリドンおよびシ
   ランカップリング剤を混合することを特徴とするダイヤ
   モンド微粒子の固定化方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のダイヤモンド微粒子の固
   定化方法において、 前記導電性工具にダイヤモンド微粒子を付着させた後、
   前記導電性工具を７０℃から１２０℃の温度で１時間以
   上加熱することを特徴とするダイヤモンド微粒子の固定
   化方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載のダイヤモンド微粒子の固
   定化方法において、 前記導電性工具にダイヤモンド微粒子を付着させた後、
   前記導電性工具に紫外線を１時間以上照射することを特
   徴とするダイヤモンド微粒子の固定化方法。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか１項記載の
   ダイヤモンド微粒子の固定化方法において、前記導電性
   工具に対向して電極を配置するとともに、前記導電性工
   具を回転し ながらダイヤモンド微粒子の付着を行うことを特徴とす
   るダイヤモンド微粒子の固定化方法。
5. 【請求項５】 導電性工具にダイヤモンド微粒子を固着
   してなるダイヤモンド工具において、 前記ダイヤモンド微粒子を、ポリビニルピロリドンおよ
   びシランカップリング剤により前記導電性工具に固着し
   てなることを特徴とするダイヤモンド工具。