JPH10202510A - 電気泳動研磨用研磨剤および電気泳動研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、電気泳動現象を用いた電気泳動研
磨に使用される電気泳動研磨用研磨剤および電気泳動研
磨方法に関し、電気泳動で陰極に付着するダイヤモンド
砥粒の粒径を従来より大幅に大きくすること、陰極に付
着するダイヤモンド砥粒の厚みを従来より大幅に増大す
ること、および、導電性材料からなり陰極とされる被加
工物を確実に研磨することを目的とする。 【解決手段】 本発明の電気泳動研磨用研磨剤は、水に
ダイヤモンド砥粒および酸化アルミニウム微粒を混合し
てなることを特徴とする。また。本発明の電気泳動研磨
方法は、上記電気泳動研磨用研磨剤中に、陰電極となる
研磨工具および陽電極を浸漬するとともに、研磨工具お
よび陽電極に電圧を印加し、研磨工具に酸化アルミニウ
ム微粒とともにダイヤモンド砥粒を付着させ、このダイ
ヤモンド砥粒の付着した研磨工具により被加工物の研磨
を行うことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気泳動現象を用
いた電気泳動研磨に使用される電気泳動研磨用研磨剤、
および、この電気泳動研磨用研磨剤を用いた電気泳動研
磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、カメラのレンズ等の成形
に使用される金型の材料として、例えば、導電性のタン
グステンカーバイドが用いられる場合がある。そして、
従来、このようなタングステンカーバイドからなる部材
の研磨は、ダイヤモンド砥粒による微小引っ掻きにより
材料を除去することにより行われている。

【０００３】しかしながら、タングステンカーバイドは
非常に硬いため、単位砥粒当たりの微小引っ掻きによる
研磨除去量が非常に少なく加工に多大な時間が必要にな
る。一方、単位砥粒当たりの研磨除去量を増大するため
には、被加工物と研磨工具との相対速度を大きくし、ま
た、研磨圧力を高くすれば良いが、この場合には、表面
粗さが低下する。

【０００４】そこで、従来、全体的な研磨除去量を増大
し、かつ、表面粗さを良好にするために、研磨に作用す
るダイヤモンド砥粒の数を増大する方法が試みられてい
る。従来、このような方法として、電気泳動現象を利用
したものが知られており、この方法では、ダイヤモンド
砥粒自体は電気泳動しないため、ダイヤモンド砥粒の他
に高分子材料を混合した懸濁液が使用されている。

【０００５】図４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頁に記載される電
気泳動現象を利用した方法を示すもので、この方法で
は、容器１内に、粒径が数十ｎｍ以下と超微粒なダイヤ
モンド砥粒２と、ダイヤモンド砥粒２の結合剤としてア
ルギン酸ナトリウム３を混合した懸濁液が収容され、こ
の懸濁液の中に電極４と電極５とが挿入される。

【０００６】電極４は、軸を中心にして回転可能とさ
れ、電極４が陽極に、電極５が陰極になるように直流電
源６により電圧を印加すると、ダイヤモンド砥粒２は、
アルギン酸ナトリウム３と共に陽極の電極４に１ｍｍ前
後の厚みで吸着される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
方法では、電気泳動が可能なダイヤモンド砥粒２の粒径
が数十ｎｍ以下と極めて小さく、研磨に作用する単位ダ
イヤモンド砥粒２の引っ掻き深さが極めて浅いため、充
分な研磨除去量を得ることが困難であるという問題があ
った。

【０００８】また、陽極の電極４に形成される吸着層７
が１ｍｍ前後と薄いため、研磨に作用するダイヤモンド
砥粒２の砥粒数が少なく、充分な研磨除去量を得ること
が困難であるという問題があった。一方、従来の電気泳
動研磨では、被加工物がタングステンカーバイドのよう
に導電性材料からなる場合には、被加工物を陰極に接続
しないと被加工物が陽極酸化膜の影響で劣化してしまう
ため、この影響を無くすために被加工物を陰極にする必
要があるが、この場合には、陰極の被加工物を陽極の研
磨工具により研磨することになるため、研磨工具の研磨
面にピッチ，パッド等のポリシャを配置しても、ポリシ
ャの経時変化等により研磨工具が被加工物にショート
し、作業者等に危険が生じる虞があるという問題があっ
た。

【０００９】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、電気泳動で陰極に付着するダイヤ
モンド砥粒の粒径を従来より大幅に大きくするができる
とともに、陰極に付着するダイヤモンド砥粒の厚みを従
来より大幅に増大することができ、さらに、導電性材料
からなり陰極とされる被加工物を確実に研磨することが
できる電気泳動研磨用研磨剤、および、この研磨剤を用
いた電気泳動研磨方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の電気泳動研磨
用研磨剤は、水にダイヤモンド砥粒および酸化アルミニ
ウム微粒を混合してなることを特徴とする。請求項２の
電気泳動研磨用研磨剤は、請求項１記載の電気泳動研磨
用研磨剤において、前記ダイヤモンド砥粒の粒径が０．
１μｍ以上であり、前記酸化アルミニウム微粒の粒径が
０．１μｍ以下であることを特徴とする。

【００１１】請求項３の電気泳動研磨方法は、水にダイ
ヤモンド砥粒および酸化アルミニウム微粒を混合してな
る研磨剤中に、陰電極となる研磨工具および陽電極を浸
漬するとともに、前記研磨工具および陽電極に電圧を印
加し、前記研磨工具に前記酸化アルミニウム微粒ととも
に前記ダイヤモンド砥粒を付着させ、このダイヤモンド
砥粒の付着した前記研磨工具により、導電性材料からな
り陰極とされる被加工物の研磨を行うことを特徴とす
る。

【００１２】（作用）請求項１の電気泳動研磨用研磨剤
では、水にダイヤモンド砥粒および酸化アルミニウム微
粒を混合したので、この懸濁液中に陰極と陽極とを浸漬
し電圧を印加すると、懸濁液中でダイヤモンド砥粒に付
着した酸化アルミニウム微粒が陰極に向けて電気泳動
し、酸化アルミニウム微粒とともにダイヤモンド砥粒が
陰極に付着される。

【００１３】請求項２の電気泳動研磨用研磨剤では、ダ
イヤモンド砥粒の粒径が０．１μｍ以上とされ、酸化ア
ルミニウム微粒の粒径が０．１μｍ以下とされる。ここ
で、ダイヤモンド砥粒の粒径を０．１μｍ以上としたの
は、これ未満の粒径では、研磨に作用するダイヤモンド
砥粒一つ当たりの引っ掻き深さが極めて浅くなり、充分
な研磨除去量を得ることが困難になるとの理由による。

【００１４】また、酸化アルミニウム微粒の粒径を０．
１μｍ以下としたのは、これを越えた粒径では、懸濁液
中におけるダイヤモンド砥粒への酸化アルミニウム微粒
の付着個数が少なくなり、酸化アルミニウム微粒の電気
泳動によりダイヤモンド砥粒を陰極に導くことが困難に
なるとの理由による。請求項３の電気泳動研磨方法で
は、水にダイヤモンド砥粒および酸化アルミニウム微粒
を混合してなる研磨剤中に、陰電極となる研磨工具およ
び陽電極が浸漬される。

【００１５】そして、研磨工具および陽電極に電圧を印
加し、研磨工具に酸化アルミニウム微粒とともにダイヤ
モンド砥粒を付着させ、このダイヤモンド砥粒の付着し
た研磨工具により、導電性材料からなり陰極とされる被
加工物の研磨が行われる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を用いて詳細
に説明する。

【００１７】図１は、本発明が適用される研磨装置を示
しており、この研磨装置ではポリシングが行われる。図
１において、ベース１１上には、回転テーブル１３が設
置されている。

【００１８】回転テーブル１３の回転軸１５上には、液
槽１７が設けられている。この液槽１７内には、テーブ
ル１９が配置され、テーブル１９上には、例えば、導電
性材料であるタングステンカーバイド（ＷＣ）からなる
被加工物２１が固定されている。そして、液槽１７内に
は、水にダイヤモンド砥粒２３および酸化アルミニウム
（アルミナ）微粒２５を混合した懸濁液である電気泳動
研磨用研磨剤が注入されている。

【００１９】この実施形態では、ダイヤモンド砥粒２３
の粒径は０．１μｍ以上とされ、酸化アルミニウム微粒
２５の粒径は０．１μｍ以下とされている。また、液槽
１７には、電極２７と研磨工具２９とが懸濁液に浸漬し
て配置されている。研磨工具２９は、工具本体３１の下
面にポリシャ３３を固着して構成されている。

【００２０】工具本体３１は、アルミニウム，黄銅等の
導電性の金属により形成されている。また、ポリシャ３
３には、ピッチ，パッド等が用いられている。工具本体
３１のポリシャ３３側には、図２に示すように、格子状
に溝３１ａが形成されており、この溝３１ａの部分を除
いた位置にポリシャ３３が固着されている。

【００２１】研磨工具２９は、導電性材料からなるかん
ざし軸３５により被加工物２１を押圧可能とされてお
り、また、かんざし軸３５により被被加工物２１上で揺
動運動可能とされている。電極２７とかんざし軸３５に
は直流電源３７が接続され、電極２７には陽電圧が、か
んざし軸３５には陰電圧が印加可能とされている。

【００２２】また、被加工物２１は、カーボンブラシ３
８を介して、かんざし軸３５と同じ陰極に接続されてい
る。以下、上述した研磨装置を用いてのポリシング方法
を詳細に説明する。先ず、液槽１７内に、水にダイヤモ
ンド砥粒２３と酸化アルミニウム微粒２５とを懸濁した
懸濁液が注入され、この液槽１７に、被加工物２１と電
極２７とが設置される。

【００２３】次に、研磨工具２９が、被加工物２１上に
配置され、研磨工具２９をかんざし軸３５により押圧す
ることにより、研磨工具２９のポリシャ３３が被加工物
２１に押圧される。この状態で、回転テーブル１３が回
転され、液槽１７とともに被加工物２１が回転され、ま
た、かんざし軸３５により研磨工具２９に揺動運動が与
えられる。

【００２４】そして、同時に、直流電源３７により、電
極２７が陽極に、また、導電性のかんざし軸３５を介し
て導電性の工具本体３１が陰極に、カーボンブラシ３８
を介して被加工物２１が陰極になるように電圧が印加さ
れる。この電圧の印加により、懸濁液中でダイヤモンド
砥粒２３を囲んでダイヤモンド砥粒２３に付着した酸化
アルミニウム微粒２５が陰極である工具本体３１に向け
て電気泳動し、酸化アルミニウム微粒２５とともにダイ
ヤモンド砥粒２３が陰極の工具本体３１の溝３１ａに付
着される。

【００２５】なお、この状態では、研磨工具２９のポリ
シャ３３と被加工物２１とが接触しているが、この実施
形態では、研磨工具２９に溝３１ａを設けているため、
溝３１ａには酸化アルミニウム微粒２５とともにダイヤ
モンド砥粒２３が付着する。図３は、水にダイヤモンド
砥粒２３と酸化アルミニウム微粒２５とを懸濁した懸濁
液に２つの電極を挿入し、これ等の電極に電圧を印加し
た時に、陰極に付着したダイヤモンド砥粒２３の砥粒層
の厚みと印加電圧との関係を示したものである。

【００２６】この図より、印加電圧が５０Ｖの時に、砥
粒層の厚みが５ｍｍと充分に厚いことがわかる。なお、
この砥粒層は、酸化アルミニウム微粒２５だけの時は色
が白色であるが、灰色の人工ダイヤモンド砥粒２３が混
合された場合には、砥粒層の色は灰色になり、目視でも
容易にダイヤモンド砥粒２３が含まれていることがわか
る。

【００２７】従って、図１において、研磨工具２９の工
具本体３１の溝３１ａに、懸濁液がより回り込み易く、
かつ、ダイヤモンド砥粒２３がより多く付着するよう
に、溝３１ａの深さや幅を数ｍｍの値にしても、図３に
示したように、印加電圧を上げることにより、陰極の工
具本体３１の溝３１ａには、電気泳動現象によって酸化
アルミニウム微粒２５とともにダイヤモンド砥粒２３
が、研磨工具２９の端面に設けたポリシャ３３と同じ高
さまで十分付着する。

【００２８】このようにして研磨工具２９の溝３１ａに
付着したダイヤモンド砥粒２３は、被加工物２１に作用
し、被加工物２１の研磨除去量を増大する。なお、この
時、研磨工具２９には、電気泳動現象によりダイヤモン
ド砥粒２３と酸化アルミニウム微粒２５が付着するが、
粒径と硬度がともにダイヤモンド砥粒２３の方が大きい
ため、被加工物２１の研磨にはダイヤモンド砥粒２３が
作用し、酸化アルミニウム微粒２５はダイヤモンド砥粒
２３を電気泳動させるために作用する。

【００２９】また、研磨加工中に研磨工具２９に付着し
たダイヤモンド砥粒２３は、溝３１ａから脱落する場合
もあるが、ダイヤモンド砥粒２３が脱落した箇所には、
ダイヤモンド砥粒２３がすぐに泳動付着される。さら
に、研磨加工中に、ダイヤモンド砥粒２３が、被加工物
２１にも付着するため、研磨に作用するダイヤモンド砥
粒２３の数が増大し、研磨除去量が増大する。

【００３０】また、被加工物２１が陰極にされているた
め、陽極酸化膜の影響による被加工物２１の劣化がな
い。そして、研磨工具２９と同様に被加工物２１が陰極
であるため、被加工物２１に研磨工具２９がショートし
た場合にも、作業者等に危険がおよぶことがない。ま
た、電気泳動により研磨工具２９の溝３１ａに付着した
砥粒層は、ポリシャ３３と同様に弾性を有しており、ダ
イヤモンド砥粒２３の粒径が大きくなり、単体のダイヤ
モンド砥粒２３が被加工物２１を引っ掻く深さが増大し
ても、良好な表面粗さを得ることができる。

【００３１】さらに、前述したように、電気泳動により
ダイヤモンド砥粒２３が研磨に作用する量が大幅に増大
するため、一つのダイヤモンド砥粒２３の引っ掻く深さ
が増大することに加え、多大な量のダイヤモンド砥粒２
３が被加工物２１を引っ掻くことになり、研磨除去量を
従来より大幅に増大することができる。そして、上述し
た電気泳動研磨用研磨剤では、水にダイヤモンド砥粒２
３および酸化アルミニウム微粒２５を混合したので、酸
化アルミニウム微粒２５の電気泳動により、ダイヤモン
ド砥粒２３を陰極に付着させることが可能になり、この
結果、電気泳動で陰極に付着するダイヤモンド砥粒２３
の粒径を従来より大幅に大きくすることができ、また、
陰極に付着するダイヤモンド砥粒２３の厚みを従来より
大幅に増大することができる。

【００３２】そして、さらに、ダイヤモンド砥粒２３が
陰極に付着されるため、被加工物２１を陰極にした場合
にも、陰極の研磨工具２９が被加工物２１にショートす
ることがなくなり、導電性材料からなる被加工物２１を
確実に研磨することができる。また、上述した電気泳動
研磨用研磨剤では、ダイヤモンド砥粒２３の粒径を０．
１μｍ以上としたので、充分な研磨除去量を得ることが
でき、さらに、酸化アルミニウム微粒２５の粒径を０．
１μｍ以下としたので、酸化アルミニウム微粒２５の電
気泳動によりダイヤモンド砥粒２３を陰極に確実に導く
ことができる。

【００３３】なお、ここで、ダイヤモンド砥粒２３の粒
径を０．１μｍ以上としたのは、これ未満の粒径では、
研磨に作用するダイヤモンド砥粒２３一つ当たりの引っ
掻き深さが極めて浅くなり、充分な研磨除去量を得るこ
とが困難になるとの理由による。

【００３４】また、酸化アルミニウム微粒２５の粒径を
０．１μｍ以下としたのは、これを越えた粒径では、懸
濁液中におけるダイヤモンド砥粒２３への酸化アルミニ
ウム微粒２５の付着個数が少なくなり、酸化アルミニウ
ム微粒２５の電気泳動によりダイヤモンド砥粒２３を陰
極に導くことが困難になるとの理由による。そして、上
述した電気泳動研磨方法では、水にダイヤモンド砥粒２
３および酸化アルミニウム微粒２５を混合した電気泳動
研磨用研磨剤中に、陰電極となる研磨工具２９および陽
電極を浸漬したので、電気泳動で陰極の研磨工具２９に
付着するダイヤモンド砥粒２３の粒径を従来より大幅に
大きくすることができ、また、陰極の研磨工具２９に付
着するダイヤモンド砥粒２３の厚みを従来より大幅に増
大することができる。

【００３５】また、ダイヤモンド砥粒２３を陰極の研磨
工具２９に付着し、被加工物２１を陰極にしたので、研
磨工具２９が被加工物２１にショートすることがなくな
り、導電性材料からなる被加工物２１を確実に研磨する
ことができる。なお、上述した実施形態では、ポリシン
グに本発明を適用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、例えば、ラ
ッピング等の研磨にも同様に適用することができる。

【００３６】また、上述した実施形態では、タングステ
ンカーバイドからなる被加工物２１のポリシングに本発
明を適用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、導電性材料からなる
被加工物の研磨に広く適用することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１の電気泳動
研磨用研磨剤では、水にダイヤモンド砥粒および酸化ア
ルミニウム微粒を混合したので、酸化アルミニウム微粒
の電気泳動により、ダイヤモンド砥粒を陰極に付着させ
ることが可能になり、この結果、電気泳動で陰極に付着
するダイヤモンド砥粒の粒径を従来より大幅に大きくす
ることができ、また、陰極に付着するダイヤモンド砥粒
の厚みを従来より大幅に増大することができる。

【００３８】そして、さらに、ダイヤモンド砥粒が陰極
に付着されるため、被加工物を陰極にした場合にも、陰
極の研磨工具が被加工物にショートすることがなくな
り、導電性材料からなる被加工物を確実に研磨すること
ができる。請求項２の電気泳動研磨用研磨剤では、ダイ
ヤモンド砥粒の粒径を０．１μｍ以上としたので、充分
な研磨除去量を得ることができる。

【００３９】また、酸化アルミニウム微粒の粒径を０．
１μｍ以下としたので、酸化アルミニウム微粒の電気泳
動によりダイヤモンド砥粒を陰極に確実に導くことがで
きる。請求項３の電気泳動研磨方法では、請求項１の電
気泳動研磨用研磨剤中に、陰電極となる研磨工具および
陽電極を浸漬したので、電気泳動で陰極の研磨工具に付
着するダイヤモンド砥粒の粒径を従来より大幅に大きく
することができ、また、陰極の研磨工具に付着するダイ
ヤモンド砥粒の厚みを従来より大幅に増大することがで
きる。

【００４０】そして、さらに、ダイヤモンド砥粒を陰極
の研磨工具に付着し、被加工物を陰極にしたので、研磨
工具が被加工物にショートすることがなくなり、導電性
材料からなる被加工物を確実に研磨することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態が適用される研磨装置を示
す断面図である。

【図２】図１の研磨工具を示す正面図である。

【図３】本発明の電気泳動研磨用研磨剤を用いた時の印
加電圧と陰極に付着した砥粒層の厚さとの関係を示す説
明図である。

【図４】従来の電気泳動方法を示す説明図である。

【符号の説明】

２１ 被加工物 ２３ ダイヤモンド砥粒 ２５ 酸化アルミニウム微粒 ２７ 電極 ２９ 研磨工具

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水にダイヤモンド砥粒および酸化アルミ
   ニウム微粒を混合してなることを特徴とする電気泳動研
   磨用研磨剤。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電気泳動研磨用研磨剤に
   おいて、 前記ダイヤモンド砥粒の粒径が０．１μｍ以上であり、
   前記酸化アルミニウム微粒の粒径が０．１μｍ以下であ
   ることを特徴とする電気泳動研磨用研磨剤。
3. 【請求項３】 水にダイヤモンド砥粒および酸化アルミ
   ニウム微粒を混合してなる研磨剤中に、陰電極となる研
   磨工具および陽電極を浸漬するとともに、前記研磨工具
   および陽電極に電圧を印加し、前記研磨工具に前記酸化
   アルミニウム微粒とともに前記ダイヤモンド砥粒を付着
   させ、このダイヤモンド砥粒の付着した前記研磨工具に
   より、導電性材料からなり陰極とされる被加工物の研磨
   を行うことを特徴とする電気泳動研磨方法。