JPH04331800A - ダイヤモンド表面の平滑化方法及び装置並びにそれを利用したダイヤモンド製品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は精密工具や光学部品な
どに用いられるダイヤモンドの表面平滑化方法及び装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンドは優れた硬さ、熱伝導性、
電気絶縁性を有するため、切削工具、メス、ヒートシン
ク、電子基板材料等に用いられる。また、光の透過性に
も優れているので、光学部品としても用いられている。 従来のダイヤモンド切削工具には、燒結体切削工具や単
石ダイヤモンド切削工具やＣＶＤ法によるダイヤモンド
コーテング切削工具等がある。

【０００３】しかし、前記各種工具は、次のような問題
がある。燒結体切削工具は、ボンデング材が用いられて
いるので、ダイヤモンドそのものよりも耐摩耗性、熱伝
導率が低く耐久性において劣っている。又、単石ダイヤ
切削工具は、天然、人工を問わず大きな石が必要となる
ので高価なものとなってしまう。更に、ＣＶＤによるダ
イヤモンドコーテング切削工具は、基板となる超硬合金
との密着力が弱いため切削時に剥離することがある。

【０００４】そこで、気相合成法で形成したダイヤモン
ド膜を所定形状に切断し、切削工具に固着する方法や基
板と表面のダイヤモンドとの中間にボンディング層、例
えば成分の傾斜機能を有する層を形成し、密着力を高め
る方法などが考えられる。しかし、気相合成法で形成し
たダイヤモンド、例えばアーク放電プラズマジェットＣ
ＶＤ法により形成されたダイヤモンド、の表面粗さは例
えば凸部最大高さが５０μｍＲｍａｘ、マイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法では例えば、３μｍＲｍａｘである。その
ため、その表面を平滑化する加工、即ち研磨が必要とな
る。この研磨方法として、ダイヤモンド粒子を用いる所
謂「とも擦り法」が利用される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来例のダイヤモンド
の研磨法では、研磨速度が０．１μｍ／ｍｉｎ．〜０．
１μｍ／Ｈと遅いので小さなダイヤモンドの研磨に長時
間を要している。そのため、研磨費用がかさみ、このダ
イヤモンドを用いたダヤモンド製品が高価なものとなっ
てしまう。

【０００６】この課題を解決する一つの手段として本発
明者は既にレーザービームを用いたダイヤモンドの研磨
方法を発明している。（平成２年特願第５８７０２号参
照）この方法によるとＹＡＧレーザーを用いて、表面の
凸部最大高さＲｍａｘが５０μｍの合成ダイヤモンドを
短時間で３μｍＲｍａｘにすることができ、切削バイト
への応用が可能である。しかし更に精密な切削を行うに
は切削バイトの表面粗さを０．６μｍＲｍａｘ程度にす
ることが望ましく、ダイヤモンドの表面を平滑化する追
加の工程が必要である。

【０００７】この発明は前記事情に鑑み、効率良く、か
つより平滑にダイヤモンドを研磨できるようにすること
を目的とする。又他の目的は平滑度が高く、かつ安価な
ダイヤモンド製品を得ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、ダイヤモン
ドの表面の凹部を避けて凸部の側面に向ってイオンビー
ムを照射しながら、該ダイヤモンドとイオンビームとを
相対的に変位せしめることを特徴とするダイヤモンドの
表面の平滑化方法により、又は、ダイヤモンドの表面に
レーザービームの側面を当接せしめ、該側面を設計平滑
化面に沿って相対的に移動させて第１次研磨を行った後
ダイヤモンドの表面の凹部を避けて凸部の側面に向って
イオンビームを照射しながら、該ダイヤモンドとイオン
ビームとを相対的に変位せしめることを特徴とするダイ
ヤモンドの表面の平滑化方法により前記目的を達成しよ
うとするものである。

【０００９】

【作用】ダイヤモンドの支持台にＣＶＤ法により合成し
たダイヤモンド膜を載置した後、イオンビームの発生手
段を作動させてイオンビームを発生させる。そして、入
射角調整手段により、該イオンビームが前記ダイヤモン
ド膜の表面の凸部の側部に向って照射するように調整す
ると、ダイヤモンド膜の表面に到達するイオンが有する
運動量や運動エネルギーにより該表面の凸部がスパッタ
リングされ、除去され平滑化される。更にこのイオンビ
ームをダイヤモンド表面に照射する方向を相対的にずら
しながら照射することにより、該表面の種々な形状をし
た凸部が平均して平滑化されることになり効果的に平滑
化が進む。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例を添付図面により説明するが
、同一図面符号はその名称も機能も同じである。ダイヤ
モンドの平滑化装置Ａの上部にイオンビーム発生装置、
例えばＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ
　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）形イオン銃１を設け、その下部
にダイヤモンド２の支持台３を配設する。このＥＣＲ形
イオン銃１は、周知のように磁場中の電子のサイクロン
共鳴を利用するもので無電極放電である。ダイヤモンド
２の支持台３は、傾斜してモータ５に固定されている。 モータ５には、入射角調整手段６が設けられている。こ
の調整手段６を調整することにより、支持台３の傾斜角
度が変化するとともに、モータ５の中心軸Ｃとイオンビ
ーム４との交差角度、即ち、入射角θが変化する。この
入射角θは例えば、６０°〜８５°の範囲内で選択され
る。８は、真空計、９は真空ポンプである。

【００１１】次に実施例の作動につき説明する。ＣＶＤ
法により形成したダイヤモンド２をダイヤモンドの支持
台２に固定する。このダイヤモンド２は図２に示す様に
、その表面２０即ち、被研磨面が凸凹している。入射角
調整手段６により入射角θを調整し、ダイヤモンド２の
表面２０の凹部２０ｂを避けて凸部２０ａの側面に向っ
てイオンビーム４が照射されるようにする。そして、イ
オンビーム４を照射しながら、モータ５を回転させると
、支持台３が回ってダイヤモンド２が回転するとともに
該イオンビーム４によりスパッタリング現象が生じ、ダ
イヤモンドの表面２０の凸部２０ａが除去され、平滑化
される。

【００１２】次に実験例について説明する。 実験例１ アーク放電プラズマジェットＣＶＤ法により合成したダ
イヤモンド膜２を用いた。この表面は５０μｍＲｍａｘ
の粗さを有している。この表面に図３に示す様にＹＡＧ
レーザ３０のレーザービームの側面３１を当接させて研
磨したところ３μｍＲｍａｘの粗さになり、これをダイ
ヤモンド試料とした。このダイヤモンド試料を銀系ペー
ストを用いて支持台３に固着し、次の条件でイオンビー
ム４をダイヤモンド表面２０に照射した。

【表１】 この条件では結晶粒の角がわずかにとれる程度で表面の
粗さには殆んど変化がなかった。

【００１３】実験例２ アーク放電プラズマジェットＣＶＤ法により合成したダ
イヤモンド膜２をダイヤモンド試料とした。従ってその
表面の粗さは前述の通り５０μｍＲｍａｘである。この
ダイヤモンド試料の銀系ペーストを用いて板状のセラミ
ックヒータに固着し、これを支持台に固定した。

【表２】 尚、酸素雰囲気とするために毎分１ｃｍ３　（標準状態
）の酸素が導入されている。酸素雰囲気とする理由はダ
イヤモンド表面の平滑化が速まるからである。また、セ
ラミックヒータを用いてダイヤモンド試料の表面を４０
０　°Ｃに加熱しているが、この理由も又平滑化が速ま
るからである。酸素雰囲気としたり、ダイヤモンド表面
を加熱することにより平滑化が促進される理由として化
学反応の平滑化への寄与があるものと考えられるが詳細
は確かめられてはいない。イオン照射を２４時間行った
ところダイヤモンド試料の表面粗さは１５μｍＲｍａｘ
へと平滑化された。

【００１４】実験例３、４ マイクロ波プラズマＣＶＤ法により厚さ１ｍｍのシリコ
ン基板（母材）上に合成した約２０μｍ厚のダイヤモン
ド膜２をダイヤモンド試料とした。その表面粗さは３μ
ｍＲｍａｘである。その表面にダイヤモンド試料が合成
されているシリコン基板を銀系ペーストを用いて支持台
に固着した。尚、以下に述べる実施例５に於いても、同
一のダイヤモンド試料、固着方法を用いている。

【表３】 実験例３と４の相違は入射角が実験例３では６０°、実
験例４では８０°であることである。この条件で３時間
イオン照射するとダイヤモンド表面が平滑化され、特に
入射角８０°の方が６０°の場合よりも平滑化が進んで
いることが見出された。実験例４の照射後のダイヤモン
ド表面にはイオンビームの照射方向に沿ったしわのよう
な筋が形成されていたが、照射面の凹凸は主にこの筋に
よるものである。

【００１５】実験例５ ダイヤモンドの表面のしわのような筋を消す目的で次の
条件によりイオン照射を行なった。

【表４】 この条件にて８時間イオン照射をダイヤモンド試料の表
面に行ったところ表面粗さが照射前の３μｍＲｍａｘか
ら０．２〜０．５μｍＲｍａｘとなり、平滑な面が得ら
れた。この表面粗さは前述の精密用の切削バイトに要求
される０．６μｍＲｍａｘと云う値をクリアしている。 図４は照射前のダイヤモンド表面の写真、図５は照射後
の写真であるが、後者は平滑化が進んでおり、前記実験
例で生じたしわのような筋が消えている。これはダイヤ
モンド試料をイオンビームの照射方向を変化させる目的
で回転させることにより、しわのような筋が発生しなく
なったからである。

【００１６】尚、実験例では、ダイヤモンド平滑化を行
う面、つまり設計平滑化面が全てイオンビームにより覆
はれているが、設計平滑化面が広くイオンビーム照射が
外れる場合には次のようにするとよい。即ち、図６に示
すようにモータ５を照射角調整手段６を介して支持アー
ム４１に固定し、該アーム４１を支柱４０に矢印Ａ４０
方向に移動可能に設けるとともに、該支柱４０を矢印４
２方向に摺動可能に設置する。そしてダイヤモンドの支
持台３を往復動と回転運動をさせることによりイオンビ
ーム４の照射方向を全て設計平滑化面に対して変化させ
ることが実現できる。又、照射角調整手段６はモータ５
に設ける代わりに、イオン銃を回動可能に配設し、イオ
ンビームの照射角を調整してもよい。イオンビームの発
生装置としてはＥＣＲイオン銃に限らず他の装置、例え
ば、カウフマン形イオン銃を用いてもよい。

【００１７】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成したので、イオ
ンビームがダイヤモンドの凸部の側面に衝突してスパッ
タリング現象を起こす。そのため該凸部が除去されるの
で、ダイヤモンドの表面は、従来例に比べ、より平滑化
される。又レーザービームの表面を研磨した後イオンビ
ームにより研磨すると、従来例に比べ、加工時間が短縮
されるとともに、より平滑化された研磨面を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のダイヤモンド表面の平滑化装
置を示す一部断面正面図である。

【図２】図１の要部拡大断面図である。

【図３】レーザービーム加工を示す正面図である。

【図４】研磨前のダイヤモンド表面を示す図面代用写真
である。

【図５】研磨後のダイヤモンド表面を示す図面代用写真
である。

【図６】他の実施例を示す要部正面図である。

【符号の説明】

１　　イオンビームの発生手段 ２　　ダイヤモンド ３　　ダイヤモンドの支持台 ４　　イオンビーム ５　　モータ ６　　入射角調整手段 θ　　入射角

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ダイヤモンドの表面の凹部を避けて凸
   部の側面に向ってイオンビームを照射しながら、該ダイ
   ヤモンドとイオンビームとを相対的に変位せしめること
   を特徴とするダイヤモンドの表面の平滑化方法。
2. 【請求項２】　　ダイヤモンドの表面にレーザービーム
   の側面を当接せしめ、該側面を設計平滑化面に沿って相
   対的に移動させて第１次研磨を行った後ダイヤモンドの
   表面の凹部を避けて凸部の側面に向ってイオンビームを
   照射しながら、該ダイヤモンドとイオンビームとを相対
   的に変位せしめることを特徴とするダイヤモンドの表面
   の平滑化方法。
3. 【請求項３】　　イオンビームの発生手段がＥＣＲイオ
   ン銃であることを特徴とする請求項１記載のダイヤモン
   ドの表面の平滑化方法。
4. 【請求項４】　　イオンビームの照射が酸素雰囲気で行
   われることを特徴とする請求項１記載のダイヤモンドの
   表面の平滑化方法。
5. 【請求項５】　　ダイヤモンドが加熱されていることを
   特徴とする請求項１記載のダイヤモンドの表面の平滑化
   方法。
6. 【請求項６】　　イオンビームの照射角が６０〜８５°
   であることを特徴とする請求項１記載のダイヤモンドの
   表面の平滑化方法。
7. 【請求項７】　　イオンビームの発生手段；駆動手段を
   有するダイヤモンドの支持台；該支持台上のダイヤモン
   ドの表面の凹部を避けて凸部の側面に前記イオンビーム
   を向わせる入射角調整手段；から成ることを特徴とする
   ダイヤモンド表面の平滑化装置。
8. 【請求項８】　　駆動手段が、回転手段であることを特
   徴とする請求項７記載のダイヤモンド表面の平滑化装置
   。
9. 【請求項９】　　駆動手段が、往復運動手段であること
   を特徴とする請求項７記載のダイヤモンド表面の平滑化
   装置。
10. 【請求項１０】　　気相合成方法で形成したダイヤモン
    ド膜の表面の凹部を避けて凸部の側面に向ってイオンビ
    ームを照射して該ダイヤモンド膜の表面を平滑化したこ
    とを特徴とするダイヤモンド製品。