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技術 ダイヤモンドの研磨方法、これに用いられる砥石の製造方法およびこれを用いた研磨装置

出願人 株式会社小松製作所
発明者 山本浩
出願日 1996年7月9日 (24年5ヶ月経過) 出願番号 1996-179406
公開日 1998年1月20日 (22年11ヶ月経過) 公開番号 1998-015791
状態 拒絶査定
技術分野 3次曲面及び複雑な形状面の研削,研磨等
主要キーワード 移動用ステージ 物理的研磨 低圧雰囲気 高エネルギービーム ダイヤモンド中 熱化学反応 酸素リッチ 研磨板
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この項目の情報は公開日時点(1998年1月20日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

高速研磨の可能なダイヤモンド研磨方法および砥石および研磨装置を提供する。

解決手段

本発明の第1の特徴は、研磨すべきダイヤモンド1の表面に、遷移金属元素アルカリ金属元素、あるいはアルカリ土類金属元素を少なくとも1種含有する酸化物粉末Pを供給しながら、酸素を含む雰囲気中で前記酸化物の相変態点近傍まで加熱し、前記ダイヤモンド表面を研磨するようにしたことを特徴とするダイヤモンドの研磨方法にある。

概要

背景

ダイヤモンドは、高硬度であることを利用して切削工具被覆したり、あるいは赤外紫外領域での透光性に優れているため光学材料としても注目されている。

しかしながら、高硬度であるがために、研磨は極めて難しく、従来いろいろな研磨方法が提案されており、なかでも代表的なものに、スカイフ盤、ダイヤモンド研削ホイールレーザなどによる物理的研磨方法あるいは、鉄板などを利用した熱化学反応法(特開平7ー7075945)などがある。

概要

高速研磨の可能なダイヤモンド研磨方法および砥石および研磨装置を提供する。

本発明の第1の特徴は、研磨すべきダイヤモンド1の表面に、遷移金属元素アルカリ金属元素、あるいはアルカリ土類金属元素を少なくとも1種含有する酸化物粉末Pを供給しながら、酸素を含む雰囲気中で前記酸化物の相変態点近傍まで加熱し、前記ダイヤモンド表面を研磨するようにしたことを特徴とするダイヤモンドの研磨方法にある。

目的

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、高速研磨の可能なダイヤモンド研磨方法および砥石および研磨装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

研磨すべきダイヤモンドの表面に、遷移金属元素アルカリ金属元素、あるいはアルカリ土類金属元素を少なくとも1種含有する酸化物粉末を供給しながら、酸素を含む雰囲気中で前記酸化物の相変態点近傍まで加熱し、前記ダイヤモンド表面を研磨するようにしたことを特徴とするダイヤモンドの研磨方法

請求項2

研磨すべきダイヤモンドの表面に、遷移金属元素、アルカリ金属元素、あるいはアルカリ土類金属元素を少なくとも1種含有する酸化物からなる研磨板を当接せしめ、前記ダイヤモンドと研磨板とを相対的に回転しながら、酸素を含む雰囲気中で前記酸化物の相変態点近傍まで加熱し、前記ダイヤモンド表面を研磨するようにしたことを特徴とするダイヤモンドの研磨方法。

請求項3

遷移金属元素、アルカリ金属元素、あるいはアルカリ土類金属元素を少なくとも1種含有する酸化物を、酸素雰囲気中で研磨温度以上に加熱する工程と、前記酸化物を酸素雰囲気中で室温まで冷却する冷却工程とを含み、遷移金属元素、アルカリ金属元素、あるいはアルカリ土類金属元素を少なくとも1種含有する酸化物からなる砥石を得るようにしたことを特徴とする砥石の製造方法。

請求項4

遷移金属元素、アルカリ金属元素、あるいはアルカリ土類金属元素を少なくとも1種含有する酸化物からなる研磨板と、研磨すべきダイヤモンドを前記研磨板に当接せしめるように支持する支持手段と、前記ダイヤモンドまたは研磨板を回転する回転手段と、前記ダイヤモンドが前記研磨板に当接された領域に、酸素を供給しつつ、前記領域を前記酸化物の相変態点近傍まで加熱する加熱手段とを含み、前記ダイヤモンド表面を研磨するようにしたことを特徴とするダイヤモンド研磨装置

請求項5

研磨すべきダイヤモンドの表面に、遷移金属元素、アルカリ金属元素、あるいはアルカリ土類金属元素を少なくとも1種含有する酸化物からなる研磨板を当接し、前記ダイヤモンドと研磨板とを相対的に回転しながら、酸素を含む雰囲気中で前記酸化物の相変態点近傍まで加熱し、前記ダイヤモンド表面に対して前記研磨板を押圧し、研磨するようにしたことを特徴とするダイヤモンドの研磨方法。

技術分野

0001

本発明は、ダイヤモンド研磨方法、これに用いられる砥石の製造方法およびこれを用いた研磨装置に関する。

背景技術

0002

ダイヤモンドは、高硬度であることを利用して切削工具被覆したり、あるいは赤外紫外領域での透光性に優れているため光学材料としても注目されている。

0003

しかしながら、高硬度であるがために、研磨は極めて難しく、従来いろいろな研磨方法が提案されており、なかでも代表的なものに、スカイフ盤、ダイヤモンド研削ホイールレーザなどによる物理的研磨方法あるいは、鉄板などを利用した熱化学反応法(特開平7ー7075945)などがある。

発明が解決しようとする課題

0004

これらの方法のうち、スカイフ盤、ダイヤモンド研削ホイールを用いる場合には加工材としてダイヤモンドが必要であり、またレーザなどの高エネルギービームを用いる場合にはダイヤモンドの高透過性のためにエネルギー効率が低いという欠点があった。また、熱化学反応を利用した研磨方法においては、ダイヤモンドから研磨盤への炭素拡散を利用するため研磨速度を向上するのは極めて困難であるという問題があった。

0005

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、高速研磨の可能なダイヤモンド研磨方法および砥石および研磨装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明の第1の特徴は、研磨すべきダイヤモンドの表面に、遷移金属元素アルカリ金属元素、あるいはアルカリ土類金属元素を少なくとも1種含有する酸化物粉末を供給しながら、酸素を含む雰囲気中で前記酸化物の相変態点近傍まで加熱し、前記ダイヤモンド表面を研磨するようにしたことを特徴とするダイヤモンドの研磨方法にある。

0007

本発明の第2の特徴は、研磨すべきダイヤモンドの表面に、遷移金属元素、アルカリ金属元素、あるいはアルカリ土類金属元素を少なくとも1種含有する酸化物からなる研磨板を当接し、前記ダイヤモンドと研磨板とを相対的に回転しながら、酸素を含む雰囲気中で前記酸化物の相変態点近傍まで加熱し、前記ダイヤモンド表面を研磨するようにしたことを特徴とするダイヤモンドの研磨方法にある。

0008

本発明の第3の特徴は、遷移金属元素、アルカリ金属元素、あるいはアルカリ土類金属元素を少なくとも1種含有する酸化物を、酸素雰囲気中で研磨温度以上に加熱する工程と、前記酸化物を酸素雰囲気中で室温まで冷却する冷却工程とを含み、遷移金属元素、アルカリ金属元素、あるいはアルカリ土類金属元素を少なくとも1種含有する酸化物からなる砥石を得るようにしたことを特徴とする砥石の製造方法にある。

0009

本発明の第4の特徴は、遷移金属元素、アルカリ金属元素、あるいはアルカリ土類金属元素を少なくとも1種含有する酸化物からなる研磨板と、研磨すべきダイヤモンドを前記研磨板に当接せしめるように支持する支持手段と、前記ダイヤモンドまたは研磨板を回転する回転手段と、前記ダイヤモンドが前記研磨板に当接された領域に、酸素を供給しつつ、前記領域を前記酸化物の相変態点近傍まで加熱する加熱手段とを含み、前記ダイヤモンド表面を研磨するようにしたことを特徴とするダイヤモンド研磨装置にある。

0010

本発明の第5の特徴は、研磨すべきダイヤモンドの表面に、遷移金属元素、アルカリ金属元素、あるいはアルカリ土類金属元素を少なくとも1種含有する酸化物からなる研磨板を当接し、前記ダイヤモンドと研磨板とを相対的に回転しながら、酸素を含む雰囲気中で前記酸化物の相変態点近傍まで加熱し、前記ダイヤモンド表面に対して前記研磨板を押圧し、研磨するようにしたことを特徴とするダイヤモンドの研磨方法にある。

0011

マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)などの遷移金属元素、マグネシウム(Mg)、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)などのアルカリ金属元素、あるいはアルカリ土類金属元素を少なくとも1種含有する酸化物または複合酸化物は、高温低圧雰囲気下では、活性酸素生起せしめる触媒として作用し、図2に示すように、ダイヤモンド中の炭素と活性酸素とが反応し、高速で効率よく研磨が進行していくことを発見し、これに着目してなされたものである。望ましくは例えば、Mn2O3からMn3O4への反応など酸素を放出する相変態近傍で研磨を行うようにすることにより図3に示すように、活性酸素が放出されやすい状態を作ることができ、研磨速度をさらに向上することが可能となる。

0012

さらにまた、金属酸化物を研磨温度以上の高温で酸化した後、酸素過剰雰囲気中で室温まで冷却することにより、より多くの活性酸素を含有した金属酸化物を得ることができ、この金属酸化物を用いることにより更なる高速研磨が可能となる。

0013

酸化物は粉末として研磨領域に供給しても良いし、研磨板としてダイヤモンド表面に当接して用いるようにしてもよい。

0014

かかる構成によれば、金属酸化物から放出される活性酸素とダイヤモンドの炭素との反応により、極めて高速の研磨を行うことができる。

発明を実施するための最良の形態

0015

以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。

0016

本発明の第1の実施例のダイヤモンド研磨装置を、図1に示す。この装置は、比較的小さなダイヤモンド1を研磨するのに用いられる装置であり、Mn2O3粉末Pを供給しながら、前記酸化物からなる研磨板2を前記ダイヤモンド1に当接させるようにし、加熱用ヒータ3によってMn2O3からMn3O4への相変態温度である900℃に研磨板を加熱しつつ研磨を行うものである。すなわちこの装置は、研磨板2と、これを加熱するための加熱用ヒータ3と、ダイヤモンドを回転する回転モータ4と、ダイヤモンド1を研磨板に向けて加圧する加圧用プランジャー5と、この研磨すべきダイヤモンド1を搬送する移動用ステージ6とで構成されている。ここで研磨板2は、常に熱電対8によって温度を検出されており、温度コントローラ9によってヒータ熱源7を制御し、研磨板が所望の温度になるように構成されている。また10はデフュージョンポンプであり、真空チャンバー11内を所望の減圧状態に制御できるようになっている。

0017

ここで研磨されるダイヤモンド1はプラズマCVD法によって10mm×10mmの単結晶シリコン基板の{111}面上に次のような条件で成膜した厚さ約50μm表面粗さ約3.0μmRmaxのダイヤモンド膜である。この成膜条件はCH42sccmとH2200sccmとの混合ガスからなる原料ガス用いて基板温度850℃、成膜時間100hrで形成したものである。

0018

次にこの装置を用いてこのダイヤモンド1を研磨する方法について説明する。まず、研磨すべきダイヤモンド1を回転モータ4に取り付け、チャンバー11をデフュージョンポンプ10を用いて0.5パスカルまで減圧する。そして温度コントローラ9によってヒータ用熱源7を制御し、研磨板が500から1000℃となるように加熱用ヒータ3によって加熱する。

0019

この状態で、移動用ステージ6で水平方向の移動を行いつつ、研磨領域に向けて、Mn2O3粉末Pを供給しながら、ダイヤモンド1を加圧用プランジャー5によって研磨板に向けて加圧する。

0020

このようにして、低圧高温雰囲気中で、金属酸化物から活性酸素を供給することによりダイヤモンド中のカーボンと酸素とが反応して一酸化炭素あるいは二酸化炭素となって蒸発し、極めて高速で研磨が達成され、平滑な表面を得ることができる。

0021

なお、前記実施例では加圧しながら研磨をおこなったが、加圧による機械的研磨はしなくてもよく、機械的研磨なしでも良好な研磨を達成することができる。

0022

次に本発明の第2の実施例について説明する。

0023

前記本発明の第1の実施例では金属酸化物粉末を供給しながら研磨を行うようにしたが、この例では図4に示すように研磨板12を Co0.63Fe2.37O4金属酸化物で構成したことを特徴とするものである。すなわち Co0.63Fe2.37O4セラミック板を760mHgの酸素中で1200℃から室温まで冷却し形成したもので表面粗さは約0.5μmRmaxとした。他の部分については前記第1の実施例とまったく同様にして形成した。同一部位には同一符合を付し、説明は省略する。

0024

次にこの装置を用いて前記第1の実施例で用いたのと同じダイヤモンド1を研磨する方法について説明する。

0025

まず、研磨すべきダイヤモンド1を回転モータ4に取り付け、チャンバー11をデフュージョンポンプ10を用いて0.5パスカルまで減圧する。そして温度コントローラ9によってヒータ用熱源7を制御し、研磨板12が500から1000℃となるように加熱用ヒータ3によって加熱する。

0026

この状態で、移動用ステージ6で水平方向の移動を行いつつ、ダイヤモンド1を加圧用プランジャー5によって研磨板12に向けて加圧する。

0027

このようにして極めて高速で研磨が達成される。

0028

ここで、研磨板温度を変化させながら研磨速度を測定した結果を図5に示す。この結果から相変態点である900℃前後で高速研磨が可能な点があることがわかる。

0029

次に、本発明の第3の実施例について説明する。この例では、図6に示すように、大きなダイヤモンド1を研磨するための装置であり、ダイヤモンド1を加熱用ヒータ3上に載置し、研磨板2を回転するようにしたことを特徴とするものである。ここでも前記第2の実施例と同様にCoFe2O3セラミック板を760mHgの酸素中で1300℃から室温まで冷却し形成したものを研磨板2として使用し回転用モータ4に装着した。他の部分については前記第1の実施例とまったく同様にして形成した。ここでも同一部位には同一符合を付し、説明は省略する。

0030

次にこの装置を用いて前記第1の実施例で用いたのと同じダイヤモンド1を研磨する方法について説明する。

0031

まず、研磨すべきダイヤモンド1をヒータ3上に設置するとともに、研磨板12を回転モータ4に取り付け、チャンバー11をデフュージョンポンプ10を用いて0.5パスカルまで減圧する。そして温度コントローラ9によってヒータ用熱源7を制御し、ダイヤモンド1が500から1000℃となるように加熱用ヒータ3によって加熱する。

0032

この状態で、移動用ステージ6で水平方向の移動を行いつつ、研磨板12を加圧用プランジャー5によってダイヤモンド1に向けて加圧する。

0033

このようにして極めて高速で研磨が達成される。

0034

このときの研磨板温度と研磨速度との関係を測定した結果を図7に示す。ここで曲線aは本発明実施例のCoFe2O3セラミック板を用いた結果である。比較のためにFe板を研磨板として用いた場合の研磨板温度と研磨速度との関係を曲線bに示す。これらの比較からも本発明の金属酸化物を用いた場合極めて高速の研磨が達成できる事がわかる。

0035

なお前記実施例ではCoFe2O3セラミック板などを用いたが、金属酸化物については適宜選択可能であり、研磨温度領域で相変態点をもつものを選ぶのが望ましく、またここで用いる金属酸化物は研磨時の酸素分圧よりも高い雰囲気中で熱処理することにより酸素リッチな状態にすることができる。

発明の効果

0036

以上説明してきたように、本発明によれば、金属酸化物を触媒として用い、ダイヤモンドを酸化させながら高速研磨を行うことが可能となる。

図面の簡単な説明

0037

図1本発明の第1の実施例のダイヤモンド研磨装置を示す図
図2本発明のダイヤモンド研磨方法の原理説明図
図3本発明のダイヤモンド研磨方法の原理説明図
図4本発明の第2の実施例のダイヤモンド研磨装置を示す図
図5同装置における温度と研磨速度との関係を示す図
図6本発明の第3の実施例のダイヤモンド研磨装置を示す図
図7同装置における温度と研磨速度との関係を示す比較図

--

0038

1ダイヤモンド
P Mn2O3粉末
2研磨板
3加熱用ヒータ
4回転モータ
5加圧用プランジャー
6移動用ステージ
7ヒータ用熱源
8熱電対
9温度コントローラ
10デフュージョンポンプ
11真空チャンバー
12 研磨板

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