JP5817116B2

JP5817116B2 - ダイヤモンド表面の研磨方法

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Publication number: JP5817116B2
Application number: JP2010292145A
Authority: JP
Inventors: 亮蔵城石; 健一高尾
Original assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Current assignee: Toyo Seikan Group Holdings Ltd
Priority date: 2010-02-03
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: JP2011177883A; US9149901B2; US20130252515A1

Description

本発明は、ダイヤモンド表面の研磨方法に関するものであり、より詳細には、各種のダイヤモンド製品の表面を研磨する方法に関するものである。

炭素の結晶であるダイヤモンドは、周知のように著しく硬度が高く、耐摩耗性に優れているばかりか、滑り性や熱伝導性にも優れ、さらには高屈折率であることから種々の用途に使用されている。例えば、バイト、エンドミル、やすりなどの切削用工具、パンチ、ダイなどの塑性加工金型、バルブリフタ、軸受けなどの摺動部材、ヒートシンクなどの放熱部材、電子基盤、レンズ、ウインドウなどの光学部品等に使用されている。
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。

ダイヤモンド表面の研磨は、古くはダイヤモンド製の砥粒や砥石を用いた機械的研磨方法が採用されていたが、研磨に時間を要するばかりか、共削りとなるため、ツール寿命が短く、また凹凸のある立体的な表面の研磨には不向きであるという問題もあった。このため、現在では、種々の研磨方法が提案されており、上記のような欠点の改善が図られている。

例えば、特許文献１には、ダイヤモンド結晶中の炭素と反応し易い金属から構成された研磨部材を使用し、この研磨部材に超音波を印加し、該研磨部材を超音波振動させながらダイヤモンド表面に押し付けて研磨を行っていく研磨方法が開示されており、炭素と反応し易い金属としては、γ−Ｆｅを含むステンレス鋼や、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）などが挙げられている。
また、特許文献２には、Ａｌ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ及びＮｉからなる群より選択された少なくとも１種の金属元素とＺｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，ＭＯ，Ｔａ及びＷからなる群より選択された少なくとも１種の金属元素との金属間化合物を砥石として用い、この砥石を必要により１００〜８００℃に加熱しながら相対的に移動するダイヤモンド表面に押し当てて研磨を行う方法が提案されている。

さらに、特許文献３には、ダイヤモンド表面が焦点となるようにレーザー光を集束させて照射してダイヤモンド表面を研磨する方法が提案されている。
また、特許文献４には、ダイヤモンド膜の研磨方法において、金属とダイヤモンドとの接触部分の温度を７００℃〜１０００℃の範囲で連続的に変化させながら、両者を前記接触部分で相対的に摺動させながら移動させて研磨する方法が提案されている。

特開２００５−２３１０２２号公報特開２００１−１９８８３３号公報特開平６−１７０５７１号公報特開平７−３１４２９９号公報

しかしながら、上述した先行技術で提案されている方法においても解決課題が残されており、未だ、その改善が求められている。

例えば、特許文献１で提案されている方法は、超音波振動による摩擦熱を利用して研磨部材を構成している金属をダイヤモンド表面の炭素と化学反応させることによって研磨を行うというものであるが、超音波振動による摩擦熱を利用しているため、温度コントロールを振動数や押圧力によって行わなければならず、その制御が非常に難しく、安定して一定の効率で研磨を行うことが困難である。また、摩擦熱を使用しているため、そのエネルギー効率が低く、温度を上昇させるためには、かなりの押圧力で研磨部材をダイヤモンド表面に押し付けることが必要であり、この研磨部材を構成している金属の硬度がダイヤモンドに比してかなり低いこともあり、研磨部材の摩耗が著しく、その寿命が短いという欠点もある。さらには、かなりの押圧力で研磨部材をダイヤモンド表面に圧接することが必要であるため、研磨加工機、特に研磨部材周辺の剛性を高くせざるを得ず、装置の大型化に繋がりやすい。

特許文献２で提案されている方法は、極めて硬質の金属間化合物を砥粒として含む砥石を用いて研磨を行うというものであるが、特殊な金属間化合物を使用しているため、極めて高コストとなってしまう。また、硬質の金属間化合物（硬度Ｈｖが５００〜１０００）をダイヤモンド表面に押し付けて研磨を行うため、砥粒の摩耗による摩耗粉の発生量が多く、しかも粉体表面は化学的活性が高いため、多量の摩耗粉の発生は、発火や爆発などを招くおそれがある。さらには、ダイヤモンド表面に押し付けての機械的研磨であるため、やはり、装置の大型化に繋がりやすい。

特許文献３で提案されている方法は、レーザー光による加熱によってダイヤモンド表面の炭素をガス化して研磨するというものであるが、ダイヤモンド表面の凸部が焦点となるようにレーザー光を照射しなければならず、レーザー光の照射の制御が極めて難しい。従って、本願で想定しているような、例えば数十平方センチ以上のようなある程度広い表面積をもつ被削物の研磨には膨大な時間を要するという問題がある。

特許文献４で提案されている方法は、金属とダイヤモンドとの接触部分の温度を、所望の研磨量を得るため７００℃〜１０００℃の範囲で連続的に変化させながら、両者を前記接触部分で相対的に摺動させながら移動させて研磨するというものであるが、ヒーターによる加熱のため、温度を瞬時に変化できず、研磨量の調整に制約がある。さらに、偏摩耗防止を目的に研磨部材を球状にし、低速回転させることが記載されているが、回転軸を固定した場合は一周しか同一の接触状態を保てず、より広い面を利用しようとした場合、回転軸を自在にする必要があり、装置が複雑化しやすいという問題がある。

従って、本発明の目的は、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ダイヤモンド表面の研磨方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、金属間化合物のように、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により研磨を行うことが可能なダイヤモンド表面の研磨方法を提供することにある。

本発明によれば、ダイヤモンド表面の研磨方法において、
無端状ワイヤーの形状を有しており且つ炭素と易反応性の金属の単体からなる表面を有する研磨部材を使用し、
該炭素と易反応性の金属が、Ｚｒ、Ｔａ、ＴｉまたはＡｌであり、
上記炭素と易反応性の金属とダイヤモンド表面に存在する炭素との反応が飽和状態に達しないように、または摩耗により面圧が変化しないように前記研磨部材の研磨表面を連続的もしくは断続的に変化させながら該研磨部材でダイヤモンド表面の研磨を行うと共に、
該研磨部材による研磨に先立って、該研磨部材および／またはダイヤモンド表面を加熱する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。

尚、本発明において、炭素と易反応性の金属とは、炭化物形成反応におけるギブスの自由エネルギー変化（ΔＧ）がマイナスとなる温度領域を有するものを意味するものであり、特に好ましく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おいて、炭化物形成反応の自由エネルギー変化量（ΔＧ）が−２０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下の金属である。各種金属における炭化物形成反応のギブスの自由エネルギー変化量は公知であり、例えば金属データブック改訂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。

本発明の研磨方法においては、
（１）前記研磨部材による研磨に先立って行われるダイヤモンド表面の加熱を、レーザー光の照射により行い、該レーザー光の照射に続いて、レーザー光照射部に該研磨部材を摺擦せしめて研磨を行うこと、
（２）前記研磨部材による研磨に先立って、ダイヤモンド表面の加熱と研磨部材の加熱とを行うこと、
が好ましい。

本発明では、研磨部材の表面でダイヤモンド表面を摺擦することにより、ダイヤモンド表面の研磨を行うのであるが、この研磨部材の表面は、炭素と易反応性の金属または浸炭性金属により形成されており、且つ研磨部材による研磨に先立って、該研磨部材或いはダイヤモンド表面が加熱されている。従って、研磨に際して、ダイヤモンド表面の炭素が、研磨部材表面を形成している易反応性の金属と反応し或いは浸炭性金属の表面層に拡散浸透し、結果として、ダイヤモンド表面の炭素が取り除かれ、ダイヤモンド表面が効果的に研磨されるのである。

また、本発明においては、用いる研磨部材は、線状、ベルト状或いは棒状の形状を有しており、前述した金属素材により形成されている研磨部材表面を連続的もしくは断続的に変化させながら研磨が行われる。即ち、このように接触部を変化させてダイヤモンド表面を摺擦するため、上記の反応（易反応性金属とダイヤモンド表面の炭素との反応或いは該炭素の拡散浸透）が飽和状態に達せず、または磨耗により面圧が変化することなく、常に安定して進行することとなり、この結果、長期間にわたって、持続して安定な研磨を行うことが可能となる。

尚、本発明において、研磨部材表面の形成に用いる炭素と易反応性の金属としては、Ｚｒ、Ｔａ、ＴｉまたはＡｌが好適である。これらの金属は、何れも軟質金属であり、そのビッカース硬度（Ｈｖ）は何れも２００以下であり、ダイヤモンド表面に比して著しく低いばかりか、前述した特許文献２で使用されている金属間化合物の砥石の硬度は５００〜１０００と比較しても著しく低い。即ち、このような低硬度の金属をダイヤモンド表面に摺擦して研磨を行うため、高硬度の金属乃至金属化合物を用いる場合に比して、摩耗粉の発生を有効に抑制し、研磨部材の寿命を向上させることができ、これは本発明の大きな利点となる。また、研磨部材表面の形成に用いる浸炭性金属としてはＦｅ、Ｎｉ及びＣｏが好適である。これらの金属は表面から炭素を拡散浸透させる性質を持つ。

さらに、本発明においては、研磨に先立ってのダイヤモンド表面の加熱をレーザー光の照射により行い、レーザー光の照射部を研磨部材による摺擦によって研磨することが好適である。即ち、かかるレーザー光の照射は、単に研磨部材表面の金属と炭素とが反応（或いは浸炭）し得る程度の温度に加熱するために採用されているに過ぎず、レーザー光によりダイヤモンド表面の炭素を蒸発揮散させるために採用されているのではない。このため、研磨条件の複雑な調整も必要とせず、装置をコンパクトにすることができるばかりか、凹凸のある立体的な表面や曲面の研磨にも有効に適用することができ、ダイヤモンド表面の効果的な平滑化を実現できる。
また、被加工物が例えば基板上にダイヤモンド被膜がコーティングされているような物の場合には、ダイヤモンド表面をレーザー光によってスポット的、局部的かつ瞬間的に加熱するので、被加工物全体を加熱する場合に比べ、ダイヤモンドと基板との熱膨張差により生ずる被膜ダメージが生じるおそれが少ない。さらに局部的な加熱で済む為、エネルギーの利用効率が極めて高いという利点もある。
さらに、レーザー光は瞬時にその強度を変えることができるため、加熱温度を変化させることで研磨量を調整することができる。具体的には、表面性状をモニタリングし、フィードバックを掛けることで、表面の均一性の向上を図ったり、微小な凹凸を表面に形成したりすることができる。

本発明において、研磨部材によるダイヤモンド表面の研磨に先立って、該研磨部材の加熱とダイヤモンド表面の加熱との両方を行うことが好適である。かかる加熱により、ダイヤモンド表面の研磨に際して、ダイヤモンド表面の炭素と研磨部材表面を形成している金属との反応或いは該炭素の金属表面への浸炭が一層促進され、効率良く短時間で研磨を行うことができる。

さらに、本発明では、金属間化合物のような特殊な化合物を用いて研磨部材を形成する必要はなく、既存の金属単体を研磨部材として使用するため、コストの点でも有利である。

本発明の研磨方法を説明するための概念図。本発明の研磨方法を説明するための概念図。図１及び２の研磨方法の実施に使用される研磨部材の形態を示す図。照射エネルギー密度と温度の関係を示す線図。実施例の研磨試験でのダイヤモンド表面の表面粗さの変化を示す線図。実施例の研磨試験でのダイヤモンド表面の表面粗さの変化を示す線図。実施例の研磨試験でのダイヤモンド表面の表面粗さの変化を示す線図。実施例の研磨試験でのダイヤモンド表面の表面粗さの変化を示す線図。

図１を参照して、本発明は、ダイヤモンド表面１ａを有する加工物１の研磨を行うものであるが、この加工物１は、単結晶、多結晶或いは薄膜等からなるダイヤモンド表面１ａを有している限り、任意の形状を有するものであってよく、その用途に応じた形状を有していてよい。

上記加工物１のダイヤモンド表面１ａの研磨は、ダイヤモンド表面１ａを摺擦する研磨部材３ａを備えた研磨装置３により行うが、図１に示された態様の本発明においては、この研磨に先立って、該表面１ａにレーザー光５を照射し、この照射後に研磨装置３により、レーザー光５の照射部を研磨することにより行われる。

また、研磨装置３は、ダイヤモンド表面１ａと摺擦する研磨部材３ａを備えたものであり、このような研磨部材３ａは、炭素と易反応性の金属或いは浸炭性金属から形成されている。

炭素と易反応性の金属は、先に述べたように、炭化物形成反応におけるギブスの自由エネルギー変化（ΔＧ）がマイナスとなる温度領域を有するものであり、例えば、Ｚｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｂ及びＡｌを例示することができ、これらの中でもＺｒ、Ｔａ、ＴｉまたはＡｌが好適である。即ち、これらの金属は、先にも述べたように、その表面硬度Ｈｖ（ビッカース硬度）が極めて低く、例えばＴａで１００〜１５０、Ｚｒで１２０〜２００、Ｔｉで１００〜２００、Ａｌでは１５〜５０程度である。即ち、このような軟質の金属で研磨を行った場合には、上記のような押圧力の小さな摺擦力で研磨を行ったときにも、その摩耗や変形を効果的に抑制することができ、摩耗粉の大量発生を有効に防止できるばかりか、研磨部材３ａの寿命を高め、長期間にわたって安定的に、精度の良い研磨を行うことができる。
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５参照）に示されているように、表面粗さＲｚ（最大表面粗さ）を１．５μｍ程度から０．８μｍ程度の平滑面に短時間で研磨することができる。

また、浸炭性金属としてはＦｅ、Ｎｉ及びＣｏを例示することができ、これらの中でもＮｉにより表面が形成されている研磨部材３ａが好適である。即ち、このような浸炭性金属による表面を有する研磨部材３ａを用いた場合には、研磨部材３ａによる研磨に際して、ダイヤモンド表面１ａの炭素原子が研磨部材３ａの表面に拡散し、ダイヤモンド表面の研磨を効果的に行うことができる。

研磨部材３ａによる研磨は、レーザー光照射部を、研磨部材３ａで摺擦すればよく、大きな押圧力で押圧しながら摺擦する必要は無い。研磨部材の形状や材質によって適当な押圧力は異なるが、例えば、５Ｎ（０．５ｋｇｆ）程度の押圧力で研磨が可能であることを確認している。一方、押圧力を高くするに従い、真実接触面積が大きくなり、研磨がより進む傾向があるので、押圧力は加工物の形状、それに応じた研磨部材の形状や材質、装置剛性等を鑑みて適宜設定すれば良い。いずれにしても、本発明においては研磨部材の先端が大変形を起こすような押圧力は不必要であることから、研磨部材やその保持具の小型化が可能であり、複雑な形状や小径穴を有する加工物への研磨を行う上で有利である。

本発明において、レーザー光５の照射は、ダイヤモンド表面１ａを研磨部材３ａの表面を形成している金属が炭素と容易に反応し得るような温度に局所的に加熱するために行われるものであり、その加熱の程度は、主にレーザーの照射エネルギー密度と、ダイヤモンドのエネルギー吸収率により決まる。具体的には研磨に用いるレーザー源に対するダイヤモンドのエネルギー吸収率に基づき、レーザーの出力、照射幅（スポット径）、加工速度を適宜設定することにより設定を行う。実際には形状、厚み、レーザー種などにより異なるが、一例として、超硬合金にコーティングされた１０μｍの厚みのダイヤモンドに炭酸レーザーを照射した場合の照射エネルギー密度とダイヤモンド表面の温度の関係を図４に示す。なお、温度測定にはジャパンセンサー（株）製放射温度計（FTK9-R220A-2.5B11）を用いた。
これによると、照射エネルギー密度が増加するにつれ、温度も上昇しているが、照射エネルギー密度を増大させ過ぎると、７５０℃付近でダイヤモンドが炭化し、温度はそれ以上上昇しなくなることがわかる。
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。

レーザー光５のレーザー源としては、種々のものが知られており、本発明では、加熱レベルが低いため、レーザー源が制限されず、公知のレーザーの何れをも使用することができる。安定した研磨を行うためには。例えば溶接や機械加工の分野では、ＹＡＧ、ファイバーレーザー等の固体レーザーが広く使用されているが、本発明では、このような固体レーザーのみならず、炭酸ガスレーザー、エキシマレーザー等の気体レーザーを使用することもできる。

レーザー光５の照射幅（スポット径）に特に制限がないが、レーザー光のエネルギー効率や研磨の効率という観点で考えると、研磨部材３ａとダイヤモンドの接触する幅に近いことが望ましい。例えば、照射幅が小さ過ぎると、摺擦する際、温度が低い箇所の研磨が進まず、結果的に研磨に時間を要することになる。また照射幅を大きく設定しすぎると、加熱の不要な（研磨されない）場所も加熱することになり、エネルギーのロスを生じてしまい、レーザー光の出力を不必要に高くするか、加工速度を下げる等の処置を行うことになる。尚、研磨部材３ａとダイヤモンドの接触する幅は一般的によく知られているヘルツの式等を用いて、概算出できる。

本発明においては、レーザー光５が照射された後に、この照射部分を研磨部材３ａによる研磨が行われるが、このタイミングは、この照射部分の表面温度が研磨部材３ａの金属とダイヤモンド表面１ａの炭素との反応が進行する程度の温度に維持されているうちに研磨が行われるようにすればよい。但し、ダイヤモンドの熱伝導率は極めて高い（冷えやすい）ことから、設置スペースの許す限り、照射部分と研磨部材３ａを近づけ、短時間化を図ることが望ましい。

本発明において、図１を例に取ると、レーザー光５の照射部と、研磨装置３に設けられている研磨部材３ａを同心円上に配置し、加工部材１を回転させた状態で、レーザー光５を照射しながら研磨部材３ａでダイヤモンド表面を摺擦することで研磨を行う。さらに、研磨装置３（研磨部材３ａ）とレーザー光５の照射源を、断続的または連続的にダイヤモンド表面１の半径方向に移動させることで、ダイヤモンド表面１ａの全体にわたって研磨を行うことができる。
尚、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。

また、加工部材１の表面形状によっては、加工部材１或いは研磨装置３（研磨部材３ａ）とレーザー光５の照射源とを直線的にスライド移動せしめることにより研磨を行うこともできる。一例として、図２に示すように、レール３０上をスライド可能なテーブル３１上に加工部材３５が固定されており、テーブル３１の上方には、レーザー源３７が配置され、レーザー源３７と並列に研磨装置３９が設けられている。この研磨装置３９は、下端に研磨部材４０が取り付けられており、レーザー光３７ａを照射しながらテーブル３１を往復動することにより、加工部材３５のダイヤモンド表面を研磨部材４０により摺擦することで研磨を行う。尚、加工部材３５を支持部材３３上に置き、この支持部材３３をテーブル３１に固定することもできる。

本発明においては、ダイヤモンド表面の炭素原子と研磨部材の研磨表面の金属とを反応させ或いは研磨部材表面にダイヤモンド表面の炭素原子を拡散浸透させることにより効率よく研磨を行うため、研磨部材３ａの形状は、線状（ワイヤー状）、ベルト状或いは棒状とし、さらに、研磨に際して、研磨部材の接触部を連続的もしくは断続的に変化させる。即ち、ダイヤモンド表面と接触する研磨部材の表面（接触部）が常に変化することにより、常に効率よく、炭素原子と金属との反応或いは炭素原子の拡散浸透が生じ、または磨耗により面圧が変化することなく、常に安定して進行することとなり、この結果、長期間にわたって、持続して安定な研磨を行うことが可能となる。

図３には、本発明において使用される種々の形状の研磨部材３ａの例を示した。

例えば、図３（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となっている。
また、図３（ｂ）では、支持部材１０に保持されたローラ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となっている。
また、図３（ｃ）では、スリーブ状の支持部材１０の内部をロッド２１が貫通しており、その下端面でダイヤモンド表面１ａを摺擦するようになっている。即ち、このロッド２１が研磨部材３ａとなっている。

上述した無端状ワイヤー１５や無端状ベルト１９は、プーリー１３或いはローラ１７を回転駆動することにより、何れもダイヤモンド表面１ａに対する摺擦面を連続的或いは断続的に変化させながら研磨が行われるようになっている。また、ロッド２１は、連続的または断続的に繰り出され、これにより研磨が行われるようになっている。
このように、研磨部材３ａを連続的または断続的、好ましくは連続的に駆動して研磨を行うことにより、ダイヤモンドとの接触面が研磨によって消費されることで摩耗することによる面圧変化が起きず、長期間にわたって、持続して安定な研磨を行うことが可能となる。

また、例えば、特許文献４に示されているように研磨部材３ａが球体形状を有している場合には、球を回転させることにより同様の効果が期待できるが、回転軸を固定した場合は一周しか使用できず、また回転軸を自在にした場合は装置が複雑化してしまう問題がある。
本発明においては、研磨部材３ａとダイヤモンド表面１ａとの摺擦面が点もしくは線接触となり、高い研磨効率を確保することができるばかりか、常に新規な面で研磨を行うことができ、磨耗等による面圧変化が起きず、長期間にわたって、持続して安定な研磨を行うことが可能となる点で、特に図３（ａ）に示すような線状（無端状ワイヤー１５）及び図３（ｂ）に示すようなベルト状（無端状ベルト１９）の形態を有していることが最も好適である。この場合、ダイヤモンド表面１ａの加熱方法は各種ヒーター、ホットエア、通電抵抗加熱、誘導加熱、高エネルギービーム等の公知の加熱手段を、形態に応じて採用することができる。

また、本発明においては、予め研磨部材３ａを加熱しておくことで相乗効果を狙うことができる。こうすることで、ダイヤモンド表面の温度をさらに高くすることができ、ダイヤモンド表面１ａの炭素と研磨部材３ａの表面の金属との反応或いは該炭素の金属表面への浸炭（拡散）を促進させることができる。その結果、レーザー光の出力を低く抑えることも可能となる。

さらに、研磨部材３ａを加熱して研磨を行う場合には、レーザー光の照射をせず、研磨部材３ａによる摺擦のみによってもある程度効率よく、ダイヤモンド表面の研磨を行うことができる。

上記のような加熱は、ダイヤモンドが炭化する温度を超えないことを条件として、２００℃以上、特に２２０℃以上の温度に、ダイヤモンド表面１ａ或いは研磨部材３ａの表面、もしくはその両者が加熱されるように行われる。

また、研磨部材３ａの加熱手段としては、例えば、各種ヒーター、ホットエア、通電抵抗加熱、誘導加熱、高エネルギービーム等の公知の加熱手段を、研磨部材３ａの形態に応じて採用することができる。

上述した本発明の研磨方法は、格別の高価な化合物による研磨部材を使用せず、金属単体で形成された研磨部材を用いて研磨を行うことができるばかりか、その制御も容易であり、フラットな面に限られず、凹凸のある立体的な面や曲面の研磨も効果的に行うことができるため、種々の形態のダイヤモンド表面を有する加工物の研磨に適用される。
また、既に広く知られている手法ではあるが、研磨加工前や加工中にダイヤモンド表面にレーザー吸収体を塗布し、ダイヤモンドのエネルギー吸収効率を高めても良い。また、研磨部材とダイヤモンドの反応性を高める目的で、酸素ガス等を吹き付けながら研磨を行っても良い。さらに、研磨品質を維持する目的で、研磨によって生じる金属炭化物や異物を除去する為に、バキュームで吸引したり、高圧エアや微量の洗浄液を連続的または断続的に吹き付けたりしながら研磨を行っても良い。

本発明を次の実験例で説明する。尚、実施例１２〜１４は参考例とする。
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。

表面粗さ；
（株）東京精密社製表面粗さ計（サーフコム５７５Ａ）を使用し、ＪＩＳ−Ｂ−０６０１に準拠し、最大高さＲｚを測定した。

＜実験例１＞
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：１３ｍｍ×１３ｍｍの平板（厚み５ｍｍ）
基材：超硬合金
ダイヤモンド厚み：１０μｍ
最大高さＲｚ：１．５μｍ（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：１００Ｗ
照射幅（スポット径）：φ０．２ｍｍ

上記の研磨試験機に、研磨部材として断面円形で直径が１ｍｍのＴａ製ワイヤーを取り付け（図３（ａ）参照）、レーザー照射位置及び研磨部材とテストピースとの接触位置の間隔が２ｍｍとなるように設定した。この状態で、研磨部材（Ｔａ製ワイヤー）をテストピース表面に１０Ｎの荷重でレーザー光を照射しながらテストピースを７２ｍ／ｍｉｎで移動させ研磨を行った。さらに、一度研磨が終わるごとに摺擦方向に対し垂直に０．００５ｍｍずつテストピースを移動させ、この操作を複数回（１００回程度）行うことにより面状に研磨試験を行った。
テストピースの同一部位での摺擦回数が５回毎に、ワイヤーの接触部を変化させ、さらに研磨部分の最大高さＲｚを測定し、その結果を図５に示した。摺擦回数が増えるにつれ、最大高さＲｚは減少し、研磨が行われていることを確認した。

以下の実験例については、実験条件及び結果を別表１にまとめた。また、実験例１と同様に摺擦回数と最大高さＲｚの関係を図５に示した。
＜実験例２＞
レーザー照射を行わなかった以外は、実験例１と全く同様にして研磨試験を行った。
その結果、ダイヤモンド表面の研磨は全く行われなかった。

＜実験例３＞
レーザー強度を５０Ｗに減少させた以外は、実験例１と全く同様にして研磨試験を行った。
その結果、５０Ｗでは実験例１（１００Ｗ）に比べ研磨があまり進まず、さらに、２５Ｗに出力を下げた場合は、ダイヤモンド表面の研磨はほとんど行われなかった。

＜実験例４＞
研磨部材の摺擦をなくした以外は、実験例１と全く同様にして研磨試験を行った。
その結果、ダイヤモンド表面の研磨は全く行われていないことを確認した。

＜実験例５＞
押圧力を２０Ｎに増加させた以外は、実験例１と全く同様にして研磨試験を行った。
その結果、実験例１（１０Ｎ）に比べ、研磨が速く進むことを確認した。

＜実験例６〜８＞
研磨部材を、それぞれＴｉ、Ｚｒ、Ａｌ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。その結果Ｔｉ、ＺｒはＴａよりも研磨が速く進むが、Ａｌはあまり研磨が進まないことを確認した。

以下の実験例については、実験条件及び結果を別表２にまとめた。また、実験例１と同様に摺擦回数と最大高さＲｚの関係を図６に示した。

＜実験例９＞
テストピースの移動を以下のように変更し、レーザー照射を行わず、研磨部材をヒーターにより７００℃に加熱した以外は、実験例１と全く同様にして研磨試験を行った。
テストピース移動速度：１８ｍ／ｍｉｎ
テストピース摺擦垂直方向移動量：０．０２５ｍｍ／ｒｅｖ
摺擦回数が増えるにつれ、最大高さＲｚは減少し、研磨が行われていることを確認した。

＜実験例１０＞
研磨部材を８００℃に加熱した以外は、実験例９と全く同様にして研磨試験を行った。
その結果、実験例９（７００℃）に比べ、研磨が速く進むことを確認した。

＜実験例１１＞
研磨部材を５００℃に加熱した以外は、実験例９と全く同様にして研磨試験を行った。
その結果、実験例９（７００℃）に比べ、研磨が遅く進むことを確認した。

＜実験例１２＞
研磨部材をＦｅに変更した以外は、実験例９と全く同様にして研磨試験を行った。
その結果、実験例９（Ｔａ）に比べ、研磨が速く進むことを確認した。

＜実験例１３＞
研磨部材を５００℃に加熱した以外は、実験例１２と全く同様にして研磨試験を行った。
その結果、ダイヤモンド表面の研磨は全く行われていないことを確認した。

＜実験例１４＞
研磨部材をＮｉ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。
その結果、実験例９（Ｔａ）、実験例１１（Ｆｅ）に比べ、研磨が速く進むことを確認した。

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７に、また、摺擦回数５０回後の研磨始点から外径方向の距離と最大高さＲｚの関係を図８に示した。

＜実験例１５＞
条件を以下のように変更し、テストピースを回転させながら、研磨部材を内径から外径に向かって０．０２５ｍｍ／ｒｅｖの速度で移動させ、終点に達したところで、研磨を終了し、ワイヤーの接触部を変化させた後、再度内径から研磨を開始するといった操作を複数回行った以外は、実験例１と全く同様にして研磨試験を行った。
テストピース；
形状：内径３３ｍｍ、外径６５ｍｍのリング状（厚み１２ｍｍ）
基材：超硬合金
ダイヤモンド厚み：２０μｍ
最大高さＲｚ：１．８μｍ（ダイヤモンド面）
周速：２４ｍ／ｍｉｎ
研磨部材荷重；２０Ｎ
レーザー照射位置及び研磨部材とテストピースとの接触位置の間隔；０．７ｍｍ

テストピースの同一部位での摺擦回数が５回毎に、研磨部分の最大高さＲｚを測定した。
その結果、摺擦回数が増えるにつれ、最大高さＲｚは減少し、研磨が行われていることを確認した。また、研磨始点から終点に行くにつれ、研磨が遅く進むことを確認した。

＜実験例１６＞
Ｔａ製ワイヤーを連続的に０．５ｍｍ／ｓで送り、接触部を変化させた以外は、実験例１３と全く同様にして研磨試験を行った。
その結果、研磨始点からの位置に依らずほぼ一定の研磨量であることを確認した。

尚、研磨試験の結果の判定は、摺擦回数１５回後の研磨量（−ΔＲｚ）が、
０．１μｍ未満の場合：×
０．１〜０．５μｍ未満の場合：△
０．５μｍ以上の場合：○
とした。

１：ダイヤモンド製加工物
１ａ：ダイヤモンド製表面
３ａ：研磨部材
５：レーザー光

Claims

ダイヤモンド表面の研磨方法において、
無端状ワイヤーの形状を有しており且つ炭素と易反応性の金属の単体からなる表面を有する研磨部材を使用し、
該炭素と易反応性の金属が、Ｚｒ、Ｔａ、ＴｉまたはＡｌであり、
上記炭素と易反応性の金属とダイヤモンド表面に存在する炭素との反応が飽和状態に達しないように、または摩耗により面圧が変化しないように前記研磨部材の研磨表面を連続的もしくは断続的に変化させながら該研磨部材でダイヤモンド表面の研磨を行うと共に、
該研磨部材による研磨に先立って、該研磨部材および／またはダイヤモンド表面を加熱することを特徴とするダイヤモンド表面の研磨方法。
ダイヤモンド表面の研磨方法において、炭素と易反応性の金属の単体からなる表面を有する研磨部材を使用し、研磨に先立って行われるダイヤモンド表面の加熱を、レーザー光の照射により行い、該レーザー光の照射に続いて、レーザー光照射部に該研磨部材を摺擦せしめて研磨を行う、請求項１に記載のダイヤモンド表面の研磨方法。
前記研磨部材による研磨に先立って、ダイヤモンド表面の加熱と研磨部材の加熱とを行う請求項２に記載のダイヤモンド表面の研磨方法。