NO.32 世界一硬いものを、加工する方法⁉「ダイヤモンドを磨く技術」を磨く
基幹工学部 機械工学科
機械加工研究室
二ノ宮進一 教授
■研究概要
当研究室では、ダイヤモンドのように非常に加工することが困難な材料を高能率・高精度に加工する技術を開発することを研究の柱の一つとして掲げています。 さまざまな材料は、工具によって加工されます。当然その工具も加工する必要があります。刃物を加工するためには、その刃物よりも硬くて丈夫なことが要求されます。地球上で最も硬い材料であるダイヤモンドを利用すると、天然石のような硬い材料でも、綺麗に加工することができます。アルミ材などの鏡面加工をはじめ、カメラレンズの高精度金型や半導体材料など、ダイヤモンドを利用した加工は近年の産業界を支えています【図1】。
■ダイヤモンドによる天然石の加工
研究室では、３年生がゼミ配属されると天然石でネクタイピンを製作します【図2】。ダイヤモンドのカッタで切断し、ダイヤモンド砥石で裏側と表側の平面度を確保し、ダイヤモンドペーストで表面を磨きます。加工面が算術平均粗さRaで10ナノメートル以下のネクタイピンを製作し、これを胸に付けて就職活動に挑みます。 備長炭をダイヤモンドで磨いても、蛍光灯が映り込むくらいの表面になります【図3】。外国産ではなく、国産の紀州ウバメガシの炭が比較的綺麗に仕上がるようです。ここまで精密に表面を仕上げると、触っても炭で汚れなくなります。黒い宝石は値段が高いので、備長炭ブローチは重宝しています。
■ダイヤモンドの加工
ダイヤモンドは炭素原子が共有結合した同素体ですが、ダイヤモンド自体をダイヤモンドで加工することは容易ではなく、つまり同じ材料同士で加工することは、大根（野菜）を人参（野菜）で加工するようなものです。当研究室では、ダイヤモンド砥石を真円に成形する技術として、ダイヤモンド砥石よりも柔らかい普通の砥石を用いた技術の研究を行っています。ダイヤモンド砥石と普通砥石が回転する周速度を等しくする「等速条件」を採用することによって、普通砥石がダイヤモンド砥石を効率よく加工します。この装置「立形ロータリドレッサ」は、工作機械メーカより市販されています【図4】。 最近の研究では、ダイヤモンド同士の加工は無理があるので、刃物になるダイヤモンド砥石に放電加工をプラスする加工法「放電研削複合加工」の実用化を目指しています【動画】。機械的除去に加えて、電気的除去を作用させることによって、ダイヤモンド素材を高能率に加工する技術にチャレンジしています。