(57)【要約】【課題】立体的な表面や穴或いは管の内部のように非常に狭い空間の研磨にも適している硬質表面の研磨方法を提供する。【解決手段】モース硬度が９以上の硬質表面１ａの研磨方法であって、硬質表面１ａに対して反応性を有する研磨剤粒子５を吹き付けて研磨を行うことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モース硬度が９以上の硬質表面の研磨方法であって、該硬質表面に対して反応性を有する研磨剤粒子を該硬質表面に吹き付けて研磨を行うことを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
前記研磨剤粒子の吹き付けに際して、該研磨剤粒子および／または前記硬質表面を加熱する請求項１に記載の研磨方法。
【請求項３】
前記硬質表面が、カーボン製表面である請求項１または２に記載の研磨方法。
【請求項４】
前記硬質表面が、コランダム製表面である請求項１または２に記載の研磨方法。
【請求項５】
前記カーボン製表面に反応性を有する研磨剤粒子が、炭素と易反応性の金属または浸炭性金属から選択された金属粒子である請求項３に記載の研磨方法。
【請求項６】
前記炭素と易反応性の金属がＺｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｂ及びＡｌから選択された金属である請求項５に記載の研磨方法。
【請求項７】
前記浸炭性金属が、Ｆｅ、ＮｉまたはＣｏである請求項５に記載の研磨方法。
【請求項８】
前記コランダム製表面に反応性を有する研磨剤粒子がシリカである請求項４に記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンドやコランダムなどの硬質材料から形成されている硬質表面の研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭素の結晶であるダイヤモンドや酸化アルミニウムの結晶であるコランダムなどの材料の表面は、周知のように、例えばモース硬度が９以上と極めて硬質であり、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。
このような硬質表面を有する製品は、その特性を十分に発揮させるために、その用途に応じた形状を有するように研磨される。
【０００３】
上記のような硬質の表面の研磨は、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。
【０００４】
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。
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。
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。
さらに、特許文献５には、炭素と易反応性の金属または浸炭性金属からなる研磨部材を使用し、レーザ光を照射しながら研磨部材による摺擦を行ってダイヤモンド表面の研磨を行う方法が本出願人により提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２３１０２２号公報
【特許文献２】特開２００１−１９８８３３号公報
【特許文献３】特開平６−１７０５７１号公報
【特許文献４】特開平７−３１４２９９号公報
【特許文献５】特開２００１−１７７８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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、凹凸の激しいドリルのようなある立体的な表面の研磨や、穴或いは管の内部のような部分の研磨が困難である。
【０００８】
特許文献２で提案されている方法は、硬質の金属間化合物（硬度Ｈｖが５００〜１０００）からなる研磨剤を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く、また、立体的な表面の研磨や穴或いは管の内部のような部分の研磨が困難であるという問題がある。
【０００９】
特許文献３で提案されている方法は、レーザ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光を照射しなければならず、レーザ光の照射の制御が極めて難しい。従って、この方法も、立体的な表面の研磨や穴或いは管の内部のような部分の研磨が困難である。
【００１０】
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。しかも、立体的な表面の研磨や穴或いは管の内部のような部分の研磨の問題も依然として解決されていない。
【００１１】
さらに、本出願人が提案した特許文献５で提案する方法は、炭素と易反応性の金属または浸炭性金属からなる表面を有する研磨部材を使用してダイヤモンド表面の研磨を行うというものであるが、前述した先行技術と同様、凹凸の激しい立体的な表面の研磨や穴或いは管の内部のような部分の研磨が問題となっている。
【００１２】
従って、本発明の目的は、立体的な表面や穴或いは管の内部のように非常に狭い空間の研磨にも適している硬質表面の研磨方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、凹凸の形成にも適した硬質表面の研磨方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、モース硬度が９以上の硬質表面の研磨方法であって、該硬質表面に対して反応性を有する研磨剤粒子を該硬質表面に吹き付けて研磨を行うことを特徴とする研磨方法が提供される。
【００１４】
本発明の研磨方法においては、前記研磨剤粒子の吹き付けに際して、該研磨剤粒子または前記硬質表面を加熱することが好ましい。
また、硬質表面としては、ダイヤモンドの如きカーボン製表面やコランダム製の表面が代表的である。
【００１５】
また、本発明においては、
（１）前記カーボン製表面に反応性を有する研磨剤粒子が、炭素と易反応性の金属または浸炭性金属から選択された金属粒子であること、
（２）前記炭素と易反応性の金属がＺｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｂ及びＡｌから選択された金属であること、
（３）前記浸炭性金属が、Ｆｅ、ＮｉまたはＣｏであること、
（４）前記コランダム製表面に反応性を有する研磨剤粒子がシリカであること、
が望ましい。
【００１６】
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。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、硬質表面に該表面と反応性を有する研磨剤の粒子を吹き付けることにより、該表面を形成している材料が研磨剤粒子との反応により取り除かれ、これにより、硬質表面の研磨が行われることとなる。
このような本発明の研磨方法では、研磨剤粒子の吹き付けにより研磨が行われるため、凹凸の激しい立体的な表面であっても容易に研磨剤を研磨すべき凹凸部分に吹き付けて研磨を行うことができるし、また穴や管の内部であっても容易に研磨を行うことができる。研磨剤を摺擦させて研磨を行う方式では、摺擦位置を凹凸面に選択的に密着させなければならず、また、研磨剤のツールを穴や管の内径に合わせて小型にしなければならず、研磨が著しく困難であるが、本発明では、このような問題が有効に解決され、硬質表面の研磨を効果的に行うことができる。
また、研磨剤粒子の吹き付け位置を選択的に精度よく設定することができるため、予め設定された位置に、精度よく凹部を形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の研磨方法を説明するための概念図。
【図２】本発明の研磨方法の具体例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１（ａ）及び（ｂ）を参照して、本発明は、硬質表面１ａを有する加工物１の研磨を行うものであり、この研磨は、噴射ノズル３を用いて研磨剤粒子５を適宜の圧力で吹き付けることにより行われる。
【００２０】
この加工物１は、モース硬度が９以上の硬質面である限り、その形態は、硬質材料の単結晶、多結晶或いは薄膜等の任意の形態を有するものであっていてよく、その用途に応じた形状を有していてよい。
【００２１】
尚、モース硬度が９以上の硬質表面１ａを形成する硬質材料としては、ダイヤモンド、コランダムが代表的であり、その他、ＳｉＣ、ＴｉＮ、ＧａＮなどの硬質セラミックなどもある。
本発明においては、特に、硬質表面１ａとの反応性を示す研磨剤粒子３を容易に入手できるという観点から、ダイヤモンドやコランダムが好適である。
【００２２】
本発明において、研磨剤粒子５としては、硬質表面１ａを形成している硬質材料に対して反応性を有している材料が使用される。
即ち、研磨剤粒子５の吹き付けにより、研磨剤粒子５と硬質表面１ａを形成する硬質材料とが反応し、硬質表面１ａの硬質材料が研磨剤粒子との反応物（例えば炭化物や複合酸化物）となって掻き取られて研磨されていくわけである。
【００２３】
このような硬質表面１ａと反応性を有する研磨剤粒子５としては、硬質表面１ａを形成している硬質材料の種類に応じて適宜のものが使用される。
【００２４】
例えば、硬質表面１ａがダイヤモンドに代表される炭素材料で形成されている場合には、炭素と易反応性の金属或いは浸炭性の金属が使用される。
炭素と易反応性の金属としては、Ｚｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｂ及びＡｌが使用され、特に、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗが好適である。これらの金属は、何れもダイヤモンド等の炭素材料が炭化する温度（７５０〜８５０℃）よりも低い温度で炭素と反応して炭化物を形成し得る。
浸炭性金属としてはＦｅ、Ｎｉ及びＣｏが好適である。これらの金属を硬質表面１ａに吹き付けることにより、炭素材料は、該表面１ａから該金属粒子（研磨剤粒子５）に拡散浸透していき、これにより、硬質表面１ａの研磨が進行することとなる。
勿論、炭素と易反応性の金属と浸炭性の金属とを併用することもできる。
【００２５】
また、硬質表面１ａがコランダムや硬質セラミックにより形成されている場合には、易反応性の金属としては、該硬質セラミックと反応して複合酸化物を形成する無機化合物が、研磨剤粒子として使用される。
例えば、コランダムにより硬質表面１ａが形成されている場合には、シリカが好適に使用される。即ち、シリカ粒子の吹き付けにより、コランダムとシリカとが反応して複合酸化物を形成するため、表面のコランダムがシリカ粒子により削り取られていくこととなる。
【００２６】
上述した研磨剤粒子５は、ある程度微細であることが、研磨を効率よく且つ均一に行う上で望ましいが、必要以上に微細であると、粒子の凝集等による研磨性の低下や、粉塵飛散などの問題を生じ易く、また取り扱い性も低下してしまう、従って、適度な大きさを有していることが好ましく、一般的には、１０乃至２００μｍ程度の平均一次粒径を有していることが好適である。
【００２７】
本発明において、研磨剤粒子５を吹き付けての研磨に際しては、研磨剤粒子５と硬質表面１ａを形成する硬質材料とを反応するために加熱が必要である。
例えば図１（ａ）では、研磨剤粒子５を加熱し、加熱された研磨剤粒子５を硬質表面１ａに吹き付けて研磨を行っている。
また、図１（ｂ）では、硬質表面１ａを加熱し、加熱された部分に研磨剤粒子５を吹き付けることにより、研磨が行われる。この場合、加熱手段は特に限定されず、加工物１（硬質表面１ａ）の全体を加熱することもできるが、一般的には、図に示されているように、レーザ照射により加熱を行うことが、研磨する部分を選択的に加熱できるという点で好適である。このときのレーザ照射は、単に硬質表面１ａを研磨剤粒子５と反応（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、硬質表面１ａの硬質材料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る。
勿論、硬質表面１ａを加熱しながら、加熱された研磨剤粒子５を吹き付けるという併用方式も採用することができる。
【００２８】
上記のような研磨剤粒子５或いは硬質表面１ａの加熱は、硬質表面１ａを形成する硬質材料及び研磨剤粒子５の種類に応じて両者の反応が速やかに進行し得るように行われる。例えば、ダイヤモンド等の炭素材料により硬質表面１ａが形成されているときには、研磨剤粒子５として炭素と易反応性金属を用いた場合で２００乃至８００℃程度の温度、また研磨剤粒子５として浸炭性の金属を用いた場合で６００乃至８００℃程度の温度に加熱される。
【００２９】
上述した本発明は、研磨剤粒子５と硬質表面１ａとの反応を利用して研磨を行うため、硬質表面１ａに比して低硬度の材料で研磨を行うことができるばかりか、吹き付けによる摺擦によって、極めて短時間で研磨を行うことができる。例えば、後述する実施例に示されているように、ダイヤモンドのような硬質材料からなる硬質表面であっても、表面粗さＲｚ（最大高さ）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。
【００３０】
さらに、研磨剤粒子５の吹き付けによる研磨であるため、所定の温度への加熱を効果的に行い得る限りにおいて、種々の形態の硬質表面１ａについて研磨による表面加工を行うことができる。
例えば、図２（ａ）に示されているように、所定のマスク１０を介して研磨剤粒子５を所定の位置に吹き付けて、硬質表面１ａの所定値に精度よく凹部１２を形成することができる。
また、図２（ｂ）に示されているように、ノズル制御により、噴射ノズル３からの研磨剤粒子５の吹き付けを絞って局所的に吹き付けることにより、微細な凹部１２を形成することもできる。
このような手段により吹き付けを行うことにより、硬質表面１ａに種々の凹凸や段差、模様を形成することができるし、ドリルの表面のような立体的な硬質表面１ａについてもらせん状の凹凸を速やかに且つ短時間で容易に形成することができる。
さらに、図２（ｃ）に示されているように、硬質表面１ａが穴１５の内部であったとしても、研磨剤粒子５を吹き付けることができる。
【００３１】
このように、本発明によれば、複雑な形状や小径穴を有する加工物（例えば管の内部）であっても容易に研磨を行うことができる。
【００３２】
なお、本発明において、硬質表面１ａの加熱を図１（ｂ）に示されているようにレーザにより行う場合、レーザ源としては特に制限されず、公知のレーザ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、ファイバーレーザ等の固体レーザ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のみならず、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザ等の気体レーザを使用することもできる。
【符号の説明】
【００３３】
１：加工物
１ａ：硬質表面
３：噴射ノズル
５：研磨剤粒子
【図１】
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【図２】
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