JPH0925196A - ダイヤモンド皮膜の堆積装置と方法 - Google Patents
ダイヤモンド皮膜の堆積装置と方法Info
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- JPH0925196A JPH0925196A JP8146130A JP14613096A JPH0925196A JP H0925196 A JPH0925196 A JP H0925196A JP 8146130 A JP8146130 A JP 8146130A JP 14613096 A JP14613096 A JP 14613096A JP H0925196 A JPH0925196 A JP H0925196A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
- C23C16/27—Diamond only
- C23C16/276—Diamond only using plasma jets
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
- C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
- C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
- C23C16/4584—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally the substrate being rotated
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来技術のダイヤモンド皮膜形成における遅
い成長速度や低い収率など克服し、ダイヤモンドを割合
に安価なコストで作成することができるダイヤモンド堆
積装置用のマンドレルとその使用方法を提供する。 【解決手段】 複数の基材の上にダイヤモンド皮膜を堆
積させるための装置であって、複数の基材の外形に実質
的に一致する外形を有する複数の受入れ用穴を有するマ
ンドレルを備え、その複数の受入れ用穴が複数の基材を
受入れることを特徴とするダイヤモンド皮膜堆積装置で
ある。好ましくは、基材が切削工具インサートであり、
マンドレル基体プレートが円形であり、アークジェット
のダイヤモンド皮膜コーティング装置において、そのマ
ンドレルが、その中心軸の周りにそのプレートを回転さ
せる手段に取り付けられるに適し、マンドレルがモリブ
デンで作成され、モリブデン体の上に窒化チタンが堆積
される。
い成長速度や低い収率など克服し、ダイヤモンドを割合
に安価なコストで作成することができるダイヤモンド堆
積装置用のマンドレルとその使用方法を提供する。 【解決手段】 複数の基材の上にダイヤモンド皮膜を堆
積させるための装置であって、複数の基材の外形に実質
的に一致する外形を有する複数の受入れ用穴を有するマ
ンドレルを備え、その複数の受入れ用穴が複数の基材を
受入れることを特徴とするダイヤモンド皮膜堆積装置で
ある。好ましくは、基材が切削工具インサートであり、
マンドレル基体プレートが円形であり、アークジェット
のダイヤモンド皮膜コーティング装置において、そのマ
ンドレルが、その中心軸の周りにそのプレートを回転さ
せる手段に取り付けられるに適し、マンドレルがモリブ
デンで作成され、モリブデン体の上に窒化チタンが堆積
される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、広くは、物体のダ
イヤモンド皮膜コーティングに関する。より詳しくは、
本発明は、複数の切削工具にダイヤモンド皮膜を同時に
コーティングするためのマンドレル装置と、そのマンド
レル装置の使用方法に関する。
イヤモンド皮膜コーティングに関する。より詳しくは、
本発明は、複数の切削工具にダイヤモンド皮膜を同時に
コーティングするためのマンドレル装置と、そのマンド
レル装置の使用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ダイヤ
モンドは、比類ない硬さ、熱伝導性、電気絶縁性を有
し、従って、切削工具、放熱子、絶縁体、電子基板材料
などの各種の用途に有用である。ここで、天然ダイヤモ
ンドは単結晶であり、サイズと形状に制約がある。この
ため、近年、種々の形状とサイズの各種の材料の基材上
にダイヤモンドを合成・堆積させるための、高温高圧堆
積（ＨＰＴＨ）、化学蒸着（ＣＶＤ）のような多数の技
術が開発されている。
モンドは、比類ない硬さ、熱伝導性、電気絶縁性を有
し、従って、切削工具、放熱子、絶縁体、電子基板材料
などの各種の用途に有用である。ここで、天然ダイヤモ
ンドは単結晶であり、サイズと形状に制約がある。この
ため、近年、種々の形状とサイズの各種の材料の基材上
にダイヤモンドを合成・堆積させるための、高温高圧堆
積（ＨＰＴＨ）、化学蒸着（ＣＶＤ）のような多数の技
術が開発されている。
【０００３】合成ＣＶＤダイヤモンド皮膜は、切削工具
の耐磨耗表面のような基材上に薄い恒久的なコーティン
グとして、又は外界保護性コーティングとして堆積させ
ることができる。この仕方でＣＶＤダイヤモンド皮膜が
堆積された場合、一般に「薄めの皮膜(thin film) 」と
称される。薄めの皮膜のＣＶＤダイヤモンド堆積は、当
該技術において切削工具を作成するに使用される１つの
方法である。あるいは、割合に厚いダイヤモンド皮膜が
基材上に堆積されることもでき、次いで、好ましくはそ
れ自体で、放熱子、光学系窓、切削工具のような用途に
単体の「自立性(free standing) 」の形状片として使用
される。これらの自立性の形状片(piece) は一般に「厚
めの皮膜(thick film)」と称される。
の耐磨耗表面のような基材上に薄い恒久的なコーティン
グとして、又は外界保護性コーティングとして堆積させ
ることができる。この仕方でＣＶＤダイヤモンド皮膜が
堆積された場合、一般に「薄めの皮膜(thin film) 」と
称される。薄めの皮膜のＣＶＤダイヤモンド堆積は、当
該技術において切削工具を作成するに使用される１つの
方法である。あるいは、割合に厚いダイヤモンド皮膜が
基材上に堆積されることもでき、次いで、好ましくはそ
れ自体で、放熱子、光学系窓、切削工具のような用途に
単体の「自立性(free standing) 」の形状片として使用
される。これらの自立性の形状片(piece) は一般に「厚
めの皮膜(thick film)」と称される。
【０００４】厚めのダイヤモンド皮膜の作成において、
モリブデンその他の同様な特性を有するチタン−ジルコ
ニウム−モリブデン合金やタングステンに窒化チタンを
コーティングした材料は、従来より、合成ダイヤモンド
をその上に堆積させる基材（マンドレル）として使用さ
れている。従来技術のマンドレル構造は、一般に、円形
の基体部と、その基体部よりも小さいサイズの段のつい
た円形の上部を有するメサ型である。このようなマンド
レルのサイズは、一般に、直径が約３．５〜４インチ
（８９〜１０２ｍｍ）のレベルである。そのマンドレル
の上にダイヤモンド皮膜が堆積された後、冷却の際にダ
イヤモンドが取り出され、メサ型マンドレルから分離さ
れて自立性ダイヤモンド皮膜を形成し、次いで金属の基
本工具構造体に公知の仕方でそのダイヤモンド皮膜を取
り付けることによって切削工具を作成するために使用さ
れることができる。
モリブデンその他の同様な特性を有するチタン−ジルコ
ニウム−モリブデン合金やタングステンに窒化チタンを
コーティングした材料は、従来より、合成ダイヤモンド
をその上に堆積させる基材（マンドレル）として使用さ
れている。従来技術のマンドレル構造は、一般に、円形
の基体部と、その基体部よりも小さいサイズの段のつい
た円形の上部を有するメサ型である。このようなマンド
レルのサイズは、一般に、直径が約３．５〜４インチ
（８９〜１０２ｍｍ）のレベルである。そのマンドレル
の上にダイヤモンド皮膜が堆積された後、冷却の際にダ
イヤモンドが取り出され、メサ型マンドレルから分離さ
れて自立性ダイヤモンド皮膜を形成し、次いで金属の基
本工具構造体に公知の仕方でそのダイヤモンド皮膜を取
り付けることによって切削工具を作成するために使用さ
れることができる。
【０００５】従来技術の厚めのダイヤモンド皮膜は当該
技術のいろいろなニーズを満たしているが、遅い成長速
度や低い収率などのため、厚めのダイヤモンド皮膜を生
成させてそれを切削工具に使用するコストは高いと認識
されている。このように、薄めの皮膜又は厚めの皮膜の
形成技術によって、切削工具インサートのようなダイヤ
モンド皮膜でコーティングされた物品を製造するため
の、低コストで高収率のプロセスに対するニーズが依然
として存在している。
技術のいろいろなニーズを満たしているが、遅い成長速
度や低い収率などのため、厚めのダイヤモンド皮膜を生
成させてそれを切削工具に使用するコストは高いと認識
されている。このように、薄めの皮膜又は厚めの皮膜の
形成技術によって、切削工具インサートのようなダイヤ
モンド皮膜でコーティングされた物品を製造するため
の、低コストで高収率のプロセスに対するニーズが依然
として存在している。
【０００６】従って、本発明の目的は、効率的な仕方で
複数の基材上に薄めのダイヤモンド皮膜を堆積させるた
めの装置と方法を提供することである。また、本発明の
目的は、複数の回転する切削工具インサートの上にダイ
ヤモンド皮膜を堆積させる装置と方法を提供することで
ある。また、本発明の目的は、マンドレル表面にフィッ
トする複数の基材に、同時にダイヤモンドコーティング
することを可能にするに適するマンドレルを提供するこ
とである。
複数の基材上に薄めのダイヤモンド皮膜を堆積させるた
めの装置と方法を提供することである。また、本発明の
目的は、複数の回転する切削工具インサートの上にダイ
ヤモンド皮膜を堆積させる装置と方法を提供することで
ある。また、本発明の目的は、マンドレル表面にフィッ
トする複数の基材に、同時にダイヤモンドコーティング
することを可能にするに適するマンドレルを提供するこ
とである。
【０００７】また、本発明の目的は、複数の切削工具の
受入れ用穴(receiving well)を有する、ダイヤモンド皮
膜堆積プロセスに使用されるマンドレルを提供すること
である。
受入れ用穴(receiving well)を有する、ダイヤモンド皮
膜堆積プロセスに使用されるマンドレルを提供すること
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】下記に詳細に説明する本
発明の物体によると、本発明は、アークジェット装置の
ような回転式合成ダイヤモンド堆積装置に使用されるに
好適なマンドレルを含む。このマンドレルは、ダイヤモ
ンドを成長させる種又はプラズマに曝されるべきその表
面に複数の受入れ用穴を有し、この穴は、その中に受入
れられてダイヤモンド皮膜でコーティングされる工具イ
ンサートと実質的に同じ外形(contour)（即ち、面の形
状）を有する。本発明の第１の態様によると、マンドレ
ルは、その中に複数のポケット又は穴が機械加工された
窒化チタンコーティングのモリブデン体である。第２の
態様によると、マンドレルは、平坦な表面のマンドレル
基体(base)の層状複合材料として作成され、それにマン
ドレル基体よりも厚みが小さい上側プレートが取り付け
られる。好ましくは、上側プレートはモリブデンで作成
され、グリッド(grid)を形成するようにプレートを通し
て切り込まれた受入れ用穴が用意される。第２の態様に
おいて、低融点金属の薄い層（箔）が、マンドレル基体
とグリッドの間に用意されることができる。上側プレー
ト、箔、及びグリッドは、好ましくはボルトその他の適
切な手段によって互いに取り付けられる。
発明の物体によると、本発明は、アークジェット装置の
ような回転式合成ダイヤモンド堆積装置に使用されるに
好適なマンドレルを含む。このマンドレルは、ダイヤモ
ンドを成長させる種又はプラズマに曝されるべきその表
面に複数の受入れ用穴を有し、この穴は、その中に受入
れられてダイヤモンド皮膜でコーティングされる工具イ
ンサートと実質的に同じ外形(contour)（即ち、面の形
状）を有する。本発明の第１の態様によると、マンドレ
ルは、その中に複数のポケット又は穴が機械加工された
窒化チタンコーティングのモリブデン体である。第２の
態様によると、マンドレルは、平坦な表面のマンドレル
基体(base)の層状複合材料として作成され、それにマン
ドレル基体よりも厚みが小さい上側プレートが取り付け
られる。好ましくは、上側プレートはモリブデンで作成
され、グリッド(grid)を形成するようにプレートを通し
て切り込まれた受入れ用穴が用意される。第２の態様に
おいて、低融点金属の薄い層（箔）が、マンドレル基体
とグリッドの間に用意されることができる。上側プレー
ト、箔、及びグリッドは、好ましくはボルトその他の適
切な手段によって互いに取り付けられる。
【０００９】本発明の好ましい局面によると、いずれの
態様のポケット又は穴も、同一又は異なる形状で用意さ
れることができ、但し、その形状はコーティングされる
べき基材の形状に合致する必要がある。本発明の第２の
態様は、いろいろなニーズに見合うように種々の形状に
切り抜くことが割合に簡単であるため、種々の形状のポ
ケットを用意するに特に適当であると認識されるであろ
う。
態様のポケット又は穴も、同一又は異なる形状で用意さ
れることができ、但し、その形状はコーティングされる
べき基材の形状に合致する必要がある。本発明の第２の
態様は、いろいろなニーズに見合うように種々の形状に
切り抜くことが割合に簡単であるため、種々の形状のポ
ケットを用意するに特に適当であると認識されるであろ
う。
【００１０】上記のような本発明のマンドレルを用いる
と、ダイヤモンドを成長させる種又はプラズマでコーテ
ィングされた切削工具インサートは、インサートからの
直接的放射及び伝導によって冷却される。特に、インサ
ートがそれらの受入れ用穴に配置された場合、インサー
トとマンドレルの間に狭いギャップが形成される。イン
サートとそれらの穴の間に何らかのガスがトラップされ
るため、またそのガスは主として非常に熱伝導性が高い
水素であるため、インサートとマンドレルの熱的接続は
非常に良好である。
と、ダイヤモンドを成長させる種又はプラズマでコーテ
ィングされた切削工具インサートは、インサートからの
直接的放射及び伝導によって冷却される。特に、インサ
ートがそれらの受入れ用穴に配置された場合、インサー
トとマンドレルの間に狭いギャップが形成される。イン
サートとそれらの穴の間に何らかのガスがトラップされ
るため、またそのガスは主として非常に熱伝導性が高い
水素であるため、インサートとマンドレルの熱的接続は
非常に良好である。
【００１１】本発明のこの他の課題と長所は、添付の図
面と併せて詳細な説明を考察されることによって明らか
になるであろう。
面と併せて詳細な説明を考察されることによって明らか
になるであろう。
【００１２】
【発明の実施の形態及び発明の効果】本発明に使用する
ことができるアークジェット装置10が図１に示されてい
る。図１の装置10は、下側堆積チャンバー100 と上側プ
ラズマ形成チャンバー200 を備える。上側チャンバーは
真空防護壁211 を備え、その中にアーク形成部215 、シ
リンダー状磁石218 、及び冷却用コイル234 が配置され
る。アーク形成部215は、電源（図示せず）によって励
起されるシリンダー状陽極291 及び棒状陰極292 と、注
入された流体が陰極の上を通過することができるように
陰極に隣接して装着されたインジゼクタ295 を備える。
例示の態様において、注入される流体は、例えば水素と
メタンの混合物でよいが、メタンは別な態様として下流
に供給することもできる。シリンダー状磁石217 は、プ
ラズマが堆積領域に達するまで狭い円柱の中にプラズマ
を磁石が保持するようにして、アーク形成部で発生した
プラズマを下側堆積チャンバー100 の方向に加速・収束
させるために使用される。好ましくは、上側チャンバー
200 と下側チャンバー100 を接続するノズル115 が用意
され、アークジェットのビームサイズを制御する。
ことができるアークジェット装置10が図１に示されてい
る。図１の装置10は、下側堆積チャンバー100 と上側プ
ラズマ形成チャンバー200 を備える。上側チャンバーは
真空防護壁211 を備え、その中にアーク形成部215 、シ
リンダー状磁石218 、及び冷却用コイル234 が配置され
る。アーク形成部215は、電源（図示せず）によって励
起されるシリンダー状陽極291 及び棒状陰極292 と、注
入された流体が陰極の上を通過することができるように
陰極に隣接して装着されたインジゼクタ295 を備える。
例示の態様において、注入される流体は、例えば水素と
メタンの混合物でよいが、メタンは別な態様として下流
に供給することもできる。シリンダー状磁石217 は、プ
ラズマが堆積領域に達するまで狭い円柱の中にプラズマ
を磁石が保持するようにして、アーク形成部で発生した
プラズマを下側堆積チャンバー100 の方向に加速・収束
させるために使用される。好ましくは、上側チャンバー
200 と下側チャンバー100 を接続するノズル115 が用意
され、アークジェットのビームサイズを制御する。
【００１３】図１に示すように、堆積チャンバー100
は、基体121 と、その基体上に装着されたラジエーター
123 その他の適切な又は望ましいデバイスとを含む基材
ホルダー120 を備える。ホルダー120 は、モーター170
によって回転されるシャフト140 に装着され、本発明の
マンドレル150 は、例えば固定ボルト（図示せず）によ
ってホルダー120 に装着される。
は、基体121 と、その基体上に装着されたラジエーター
123 その他の適切な又は望ましいデバイスとを含む基材
ホルダー120 を備える。ホルダー120 は、モーター170
によって回転されるシャフト140 に装着され、本発明の
マンドレル150 は、例えば固定ボルト（図示せず）によ
ってホルダー120 に装着される。
【００１４】操作において、水素とメタンの混合物がプ
ラズマ形成チャンバー100 のインジゼクタ295 に供給さ
れ、プラズマがアーク形成部215 の前方に得られ、ノズ
ル115 を通って堆積チャンバー100 の方に加速・収束さ
れる。当該技術で公知のように、適切な基材上にメタン
中の炭素がダイヤモンドとして選択的に堆積され、その
過程で生じたグラファイトが水素化促進ガスとの結合に
よって発散することによって、上記のプラズマから合成
多結晶ダイヤモンドが作成されること可能である。
ラズマ形成チャンバー100 のインジゼクタ295 に供給さ
れ、プラズマがアーク形成部215 の前方に得られ、ノズ
ル115 を通って堆積チャンバー100 の方に加速・収束さ
れる。当該技術で公知のように、適切な基材上にメタン
中の炭素がダイヤモンドとして選択的に堆積され、その
過程で生じたグラファイトが水素化促進ガスとの結合に
よって発散することによって、上記のプラズマから合成
多結晶ダイヤモンドが作成されること可能である。
【００１５】この他の適切な様式のプラズマビーム又は
成長種堆積装置も、下記に説明する本発明の特徴を損な
うことなく使用可能なことが理解されるであろう。実際
問題として、本発明は、ベルツハイマー(Wertheimer)の
米国特許第４７２８８６３号明細書に開示のようなマイ
クロ波合成ダイヤモンド堆積装置と共に、また加熱フィ
ラメント装置のようなその他の低速度又は流れないガス
種と共に使用されてよい。しかしながら、下記に説明す
るように、本発明は、アークジェットのような高速で回
転する用途に最も適すると認識すべきである。
成長種堆積装置も、下記に説明する本発明の特徴を損な
うことなく使用可能なことが理解されるであろう。実際
問題として、本発明は、ベルツハイマー(Wertheimer)の
米国特許第４７２８８６３号明細書に開示のようなマイ
クロ波合成ダイヤモンド堆積装置と共に、また加熱フィ
ラメント装置のようなその他の低速度又は流れないガス
種と共に使用されてよい。しかしながら、下記に説明す
るように、本発明は、アークジェットのような高速で回
転する用途に最も適すると認識すべきである。
【００１６】図２〜５は、本発明のマンドレル150 の第
１の態様をより詳細に示す。このマンドレル150 は円形
の周囲300 、上側表面302 、側面304 、及び下側表面30
6 を有する。複数の受入れ用穴又はポケット308 が、マ
ンドレル150 の上側表面302に機械加工される。図２と
３から分かるように、本発明のマンドレルの第１の態様
は、複数の実質的に同じ工具インサート310 を受け入れ
る、実質的に同じ形状の受入れ用穴308 を有する。イン
サート310 の外形と受入れ用穴308 との適合性は図４に
示され、好ましくは、インサートがマンドレルの上側表
面302 の上に拡張する。マンドレルの上側表面302 の上
に拡張するインサートの範囲は、少なくとも一部は、工
具インサート310 のフランク(flank) をコーティングす
ることが望まれる範囲によって決められる。即ち、３ｍ
ｍの厚さを有する工具インサートについて、上面から測
って２ｍｍのコーティングされたフランクを提供するこ
とが望まれることがあり、その場合、工具インサート
は、受入れ穴から約２ｍｍ外に拡張して配置されること
ができよう。また、図９〜１１を参照しながらより詳し
く説明するように、肥大したコーナーを有する穴を用意
することによって、工具インサートの全ての切削エッジ
がダイヤモンド皮膜でコーティングされることを確保す
ることができる。
１の態様をより詳細に示す。このマンドレル150 は円形
の周囲300 、上側表面302 、側面304 、及び下側表面30
6 を有する。複数の受入れ用穴又はポケット308 が、マ
ンドレル150 の上側表面302に機械加工される。図２と
３から分かるように、本発明のマンドレルの第１の態様
は、複数の実質的に同じ工具インサート310 を受け入れ
る、実質的に同じ形状の受入れ用穴308 を有する。イン
サート310 の外形と受入れ用穴308 との適合性は図４に
示され、好ましくは、インサートがマンドレルの上側表
面302 の上に拡張する。マンドレルの上側表面302 の上
に拡張するインサートの範囲は、少なくとも一部は、工
具インサート310 のフランク(flank) をコーティングす
ることが望まれる範囲によって決められる。即ち、３ｍ
ｍの厚さを有する工具インサートについて、上面から測
って２ｍｍのコーティングされたフランクを提供するこ
とが望まれることがあり、その場合、工具インサート
は、受入れ穴から約２ｍｍ外に拡張して配置されること
ができよう。また、図９〜１１を参照しながらより詳し
く説明するように、肥大したコーナーを有する穴を用意
することによって、工具インサートの全ての切削エッジ
がダイヤモンド皮膜でコーティングされることを確保す
ることができる。
【００１７】図４に戻って、熱電対（図示せず）用の窪
み(indent)312 が、好ましくはマンドレル150 の下側表
面306 に用意されているのが分かる。また、マンドレル
150をアークジェット装置のホルダー120(図１参照）に
取り付けるため、所望により貫通してもよい複数のボル
ト穴314 が用意される。例に過ぎないが、マンドレル15
0 は厚さが約１インチ（２５ｍｍ）であることができ、
受入れ用穴は深さが約０．０３０〜０．０５０インチ
（即ち、約１ｍｍ）であることができる。ここで、本発
明は、これらのパラメーターを限定するものではない。
み(indent)312 が、好ましくはマンドレル150 の下側表
面306 に用意されているのが分かる。また、マンドレル
150をアークジェット装置のホルダー120(図１参照）に
取り付けるため、所望により貫通してもよい複数のボル
ト穴314 が用意される。例に過ぎないが、マンドレル15
0 は厚さが約１インチ（２５ｍｍ）であることができ、
受入れ用穴は深さが約０．０３０〜０．０５０インチ
（即ち、約１ｍｍ）であることができる。ここで、本発
明は、これらのパラメーターを限定するものではない。
【００１８】図５は、図３の線５−５にそって見たマン
ドレル150 とインサート310 の横断面を詳細に示す。工
具インサート310 と受入れ用穴308 の間の合わせ面の間
にトラップされたガスの層316 が、図５に示されてい
る。主として水素であるガスの層316 は、アークジェッ
ト堆積プロセスの際に生成され、良好な熱伝導体を形成
する。マンドレル150 は、一般に、窒化チタンでコーテ
ィングしたモリブデン基材で形成され、これはコーティ
ングされるべき面積を邪魔することなく、その上にイン
サート310 が支持される安定な固定具を提供する。コー
ティングされていない切削工具インサート（一般に炭化
タングステンから形成される）が、プラズマビーム吐出
領域の直接経路の中で３００ｒｐｍより高い速度で回転
させることができるような程度に、マンドレルに形成さ
れた穴308 によって適切に支持される。
ドレル150 とインサート310 の横断面を詳細に示す。工
具インサート310 と受入れ用穴308 の間の合わせ面の間
にトラップされたガスの層316 が、図５に示されてい
る。主として水素であるガスの層316 は、アークジェッ
ト堆積プロセスの際に生成され、良好な熱伝導体を形成
する。マンドレル150 は、一般に、窒化チタンでコーテ
ィングしたモリブデン基材で形成され、これはコーティ
ングされるべき面積を邪魔することなく、その上にイン
サート310 が支持される安定な固定具を提供する。コー
ティングされていない切削工具インサート（一般に炭化
タングステンから形成される）が、プラズマビーム吐出
領域の直接経路の中で３００ｒｐｍより高い速度で回転
させることができるような程度に、マンドレルに形成さ
れた穴308 によって適切に支持される。
【００１９】本発明の第２の態様は図６、７、８に示さ
れており、これは複合マンドレル650 を例示している。
複合マンドレル650 は、概ね平坦なプレート618 とマン
ドレル基体620 を含んでなる。マンドレル基体620 は、
例えばモリブデンで作成され、側壁604 と上側表面602
を有する。同様にモリブデンで作成されることができる
平坦なプレート618 は円形の周囲600 を有し、好ましく
はそのプレートを貫いて切り込まれる受入れ用穴608 を
有し、グリッドを形成する。プレート618 とマンドレル
基体620 の間に金属箔の層622 が介在する。グリッド61
8 、マンドレル基体620 、及び箔層622 は、ボルト（図
示せず）その他の任意の適当な手段で互いに固定される
ことができる。箔層622 は、銀やゲルマニウムのような
低融点金属であり、インサート610 と冷却用装入材料(l
oad)の間の液体金属の境界として作用し、それによって
平坦なグリッドプレート618 のための高い熱伝導を与
え、グリッド618 とモリブデンマンドレル基体620 の接
合を助ける。
れており、これは複合マンドレル650 を例示している。
複合マンドレル650 は、概ね平坦なプレート618 とマン
ドレル基体620 を含んでなる。マンドレル基体620 は、
例えばモリブデンで作成され、側壁604 と上側表面602
を有する。同様にモリブデンで作成されることができる
平坦なプレート618 は円形の周囲600 を有し、好ましく
はそのプレートを貫いて切り込まれる受入れ用穴608 を
有し、グリッドを形成する。プレート618 とマンドレル
基体620 の間に金属箔の層622 が介在する。グリッド61
8 、マンドレル基体620 、及び箔層622 は、ボルト（図
示せず）その他の任意の適当な手段で互いに固定される
ことができる。箔層622 は、銀やゲルマニウムのような
低融点金属であり、インサート610 と冷却用装入材料(l
oad)の間の液体金属の境界として作用し、それによって
平坦なグリッドプレート618 のための高い熱伝導を与
え、グリッド618 とモリブデンマンドレル基体620 の接
合を助ける。
【００２０】本発明の第２の態様において、穴608 と切
削工具インサート610 は、608aと608bと示したような少
なくとも２種の異なる形状を用意されることに留意すべ
きである。図８は、図７の線８−８にそった図６の複合
マンドレルの横断面図であり、金属箔層622 、マンドレ
ル基体620 、平坦なグリッドプレート618 の受入れ用穴
608 の中のインサート610 を示す。マンドレル基体620
の下側表面606 は、アークジェット装置のホルダー120
に基体620 を取り付けるための、複数の好ましくはねじ
込みボルト穴614 と、熱電対受入れ用穴612 を有する。
平坦なグリッドプレート618 は、例えば厚さが約０．０
３０〜０．０５０インチ（０．７６〜１．２７ｍｍ）、
箔層622 は厚さが約０．００１インチ（０．０２５ｍ
ｍ）、及びマンドレル基体620 は厚さが約１インチ（２
５ｍｍ）である。ここで、本発明は、これらの寸法に限
定されるものではない。
削工具インサート610 は、608aと608bと示したような少
なくとも２種の異なる形状を用意されることに留意すべ
きである。図８は、図７の線８−８にそった図６の複合
マンドレルの横断面図であり、金属箔層622 、マンドレ
ル基体620 、平坦なグリッドプレート618 の受入れ用穴
608 の中のインサート610 を示す。マンドレル基体620
の下側表面606 は、アークジェット装置のホルダー120
に基体620 を取り付けるための、複数の好ましくはねじ
込みボルト穴614 と、熱電対受入れ用穴612 を有する。
平坦なグリッドプレート618 は、例えば厚さが約０．０
３０〜０．０５０インチ（０．７６〜１．２７ｍｍ）、
箔層622 は厚さが約０．００１インチ（０．０２５ｍ
ｍ）、及びマンドレル基体620 は厚さが約１インチ（２
５ｍｍ）である。ここで、本発明は、これらの寸法に限
定されるものではない。
【００２１】次に図９〜１１に関し、本発明に従った３
つの追加のマンドレルの上平面図が示されている。図９
において、マンドレル950 は、複数の実質的に正方形の
穴908 を有し、その穴908 のコーナーに、工具インサー
トの全てのエッジが合成ダイヤモンドでコーティングさ
れることを可能にする小径の円形拡張部911 を施されて
いる。図９の通常の配置において、穴の全てが実質的に
同じ構造である。図１０において、マンドレル1050は、
第１の複数の実質的に菱形（ダイヤモンド形状）の穴10
08a と、第２の複数の実質的に三角形の穴1008b を有す
る。同様に、図１０において、全ての穴のコーナー1011
に小径の円形拡張部が施されている。図１１のマンドレ
ル1150は図９のマンドレルと類似であり、全ての穴1108
が構造において実質的に同じであり且つ小径の円形拡張
部1111を有するが、但し、マンドレル1150の穴は菱形で
あり、全体的に図９の穴よりも大きい。
つの追加のマンドレルの上平面図が示されている。図９
において、マンドレル950 は、複数の実質的に正方形の
穴908 を有し、その穴908 のコーナーに、工具インサー
トの全てのエッジが合成ダイヤモンドでコーティングさ
れることを可能にする小径の円形拡張部911 を施されて
いる。図９の通常の配置において、穴の全てが実質的に
同じ構造である。図１０において、マンドレル1050は、
第１の複数の実質的に菱形（ダイヤモンド形状）の穴10
08a と、第２の複数の実質的に三角形の穴1008b を有す
る。同様に、図１０において、全ての穴のコーナー1011
に小径の円形拡張部が施されている。図１１のマンドレ
ル1150は図９のマンドレルと類似であり、全ての穴1108
が構造において実質的に同じであり且つ小径の円形拡張
部1111を有するが、但し、マンドレル1150の穴は菱形で
あり、全体的に図９の穴よりも大きい。
【００２２】本発明のマンドレルの態様150 、650 、95
0 、1050、1150（又は同様な性質のもの）を用いると、
マンドレルとインサートは、その上に合成ダイヤモンド
を堆積させるためのアークジェット装置その他の回転装
置の中に配置されることができる。インサートの外形と
サイズ（高さを除く）はマンドレル穴の外形とサイズに
実質的に同じであるため、インサートは回転中に穴の中
に留まることができる。アークジェット装置において、
マンドレルの回転は、特性が実質的に変化しないダイヤ
モンド皮膜で多数のインサートが均一にコーティングさ
れ得ることを確保すると認識されよう。
0 、1050、1150（又は同様な性質のもの）を用いると、
マンドレルとインサートは、その上に合成ダイヤモンド
を堆積させるためのアークジェット装置その他の回転装
置の中に配置されることができる。インサートの外形と
サイズ（高さを除く）はマンドレル穴の外形とサイズに
実質的に同じであるため、インサートは回転中に穴の中
に留まることができる。アークジェット装置において、
マンドレルの回転は、特性が実質的に変化しないダイヤ
モンド皮膜で多数のインサートが均一にコーティングさ
れ得ることを確保すると認識されよう。
【００２３】受入れ用穴の外形がインサートの外形と実
質的に同じ態様において、インサートを保持するための
受入れ用穴を有するマンドレルを使用することによっ
て、薄いダイヤモンド皮膜で切削工具インサートをコー
ティングする方法と装置のいくつかの態様を、説明・例
示してきた。本発明の特定の態様を説明したが、本発明
はそれらに限定されるものではなく、本発明は当該技術
で許容されると同様に範囲が広く、本明細書もそのよう
に判読されたい。即ち、本発明を特定のアークジェット
装置の参照によって説明したが、本発明のマンドレルは
その他の回転するダイヤモンド堆積装置にも用途を有
し、所望により低速又は流れのないガス種の装置にも使
用可能であることを認識すべきである。また、概して長
方形、ダイヤモンド形、及び三角形の受入れ用穴を示し
たが、円形、六角形、八角形のようなその他の穴と基材
を使用することもできる。また、特定のタイプのマンド
レル基材と基材コーティングを開示したが、その他のマ
ンドレル基材と基材コーティングも使用可能であること
を理解されたい。例えば、限定されるものではないが、
窒化チタンでコーティングされたモリブデンマンドレル
基材を開示したが、炭窒化チタンでコーティングされた
モリブデンマンドレル基材を使用することもできる。従
って、当業者は、特許請求の範囲の技術的思想と範疇か
ら逸脱せずにさらに他の変更を行い得ることを認識され
たい。
質的に同じ態様において、インサートを保持するための
受入れ用穴を有するマンドレルを使用することによっ
て、薄いダイヤモンド皮膜で切削工具インサートをコー
ティングする方法と装置のいくつかの態様を、説明・例
示してきた。本発明の特定の態様を説明したが、本発明
はそれらに限定されるものではなく、本発明は当該技術
で許容されると同様に範囲が広く、本明細書もそのよう
に判読されたい。即ち、本発明を特定のアークジェット
装置の参照によって説明したが、本発明のマンドレルは
その他の回転するダイヤモンド堆積装置にも用途を有
し、所望により低速又は流れのないガス種の装置にも使
用可能であることを認識すべきである。また、概して長
方形、ダイヤモンド形、及び三角形の受入れ用穴を示し
たが、円形、六角形、八角形のようなその他の穴と基材
を使用することもできる。また、特定のタイプのマンド
レル基材と基材コーティングを開示したが、その他のマ
ンドレル基材と基材コーティングも使用可能であること
を理解されたい。例えば、限定されるものではないが、
窒化チタンでコーティングされたモリブデンマンドレル
基材を開示したが、炭窒化チタンでコーティングされた
モリブデンマンドレル基材を使用することもできる。従
って、当業者は、特許請求の範囲の技術的思想と範疇か
ら逸脱せずにさらに他の変更を行い得ることを認識され
たい。
【図１】回転するマンドレルを備えたアークジェットコ
ーティング装置の大要の立面横断面図である。
ーティング装置の大要の立面横断面図である。
【図２】機械加工された穴を有するシリンダー状マンド
レルを示す本発明の第１の態様の透視図である。
レルを示す本発明の第１の態様の透視図である。
【図３】マンドレルの受入れ用穴に配置された工具イン
サートを有する、図２の態様の上平面図である。
サートを有する、図２の態様の上平面図である。
【図４】図３の線４−４にそった立面横断面図である。
【図５】図３の線５−５にそった、図４の横断面図の一
部の立面横断面図である。
部の立面横断面図である。
【図６】複合マンドレルを示す本発明の第２の態様の分
解組立て透視図である。
解組立て透視図である。
【図７】図６のグリッドの上平面図である。
【図８】図６の複合マンドレルの分解組立て立面透視図
である。
である。
【図９】本発明の第３の態様の上平面図である。
【図１０】本発明の第４の態様の上平面図である。
【図１１】本発明の第５の態様の上平面図である。
１０…アークジェット装置 １００…堆積チャンバー １５０…マンドレル ３０８…受入れ用穴 ３１０…インサート ６１８…グリッド ６２２…金属箔の層 １０５０…マンドレル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｃ 16/44 Ｃ２３Ｃ 16/44 Ｈ // Ｂ２３Ｐ 15/28 Ｂ２３Ｐ 15/28 Ａ
Claims (24)
- 【請求項１】 複数の基材の上にダイヤモンド皮膜を堆
積させるための装置であって、その複数の基材の外形に
実質的に一致する外形を有する複数の受入れ用穴を有す
るマンドレルを備え、その複数の受入れ用穴がその複数
の基材を受入れることを特徴とするダイヤモンド皮膜堆
積装置。 - 【請求項２】 その基材が切削工具インサートであるこ
とを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 そのマンドレル基体プレートが円形であ
ることを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項４】 アークジェットのダイヤモンド皮膜コー
ティング装置において、そのマンドレルが、その中心軸
の周りにそのプレートを回転させる手段に取り付けられ
るに適することを特徴とする請求項３に記載の装置。 - 【請求項５】 そのマンドレルがモリブデンで作成され
たことを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項６】 その複数の基材の各々が、モリブデン体
の上に窒化チタンが堆積した表面皮膜を有することを特
徴とする請求項２に記載の装置。 - 【請求項７】 その複数の受入れ用穴の各々が同じ形状
であることを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項８】 その複数の受入れ用穴の少なくとも２つ
が異なる形状を有することを特徴とする請求項１に記載
の装置。 - 【請求項９】 そのマンドレルが平坦な上側表面を有す
る円形のマンドレル基体を備え、別個の円形プレートが
その中にその受入れ用穴を有し、その別個なプレートが
そのマンドレル基体の上側表面に取り付けられたことを
特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項１０】 その受入れ用穴が、その円形プレート
を貫通する穴であることを特徴とする請求項９に記載の
装置。 - 【請求項１１】 そのマンドレルが、そのマンドレル基
体とその円形プレートの間に介在する低融点金属箔の層
をさらに備えたことを特徴とする請求項９に記載の装
置。 - 【請求項１２】 そのマンドレルが、そのマンドレル基
体とその円形プレートの間に介在する低融点金属箔の層
をさらに備えたことを特徴とする請求項１０に記載の装
置。 - 【請求項１３】 その複数の受入れ用穴の各々が実質的
に同じ形状であることを特徴とする請求項９に記載の装
置。 - 【請求項１４】 その複数の受入れ用穴の少なくとも２
つが異なる形状を有することを特徴とする請求項９に記
載の装置。 - 【請求項１５】 その基材が切削工具インサートである
ことを特徴とする請求項９に記載の装置。 - 【請求項１６】 ａ）複数の受入れ用穴を有するマンド
レルを提供し、ｂ）その受入れ用穴の外形と実質的に同
じ外形を有する複数の基材を、その複数の受入れ用穴に
装入し、ｃ）その複数の受入れ用穴の中のその複数の基
材の上にダイヤモンドを堆積させ、その上にコーティン
グされたダイヤモンド皮膜を有する複数の基材を作成す
ることを含むことを特徴とする、複数の基材にダイヤモ
ンド皮膜をコーティングする方法。 - 【請求項１７】 その基材が、モリブデンを含む切削工
具インサートであることを特徴とする請求項１６に記載
の方法。 - 【請求項１８】 その堆積が、アークジェットのダイヤ
モンドコーティング装置の中で行われることを特徴とす
る請求項１６に記載の方法。 - 【請求項１９】 そのマンドレルが円形であり、その堆
積が行われながらそのマンドレルの中心軸の周りにその
マンドレルを回転させることをさらに含むことを特徴と
する請求項１６に記載の方法。 - 【請求項２０】 その複数の受入れ用穴が実質的に同じ
形状であることを特徴とする請求項１６に記載の方法。 - 【請求項２１】 その複数の受入れ用穴の少なくとも２
つが異なる形状を有することを特徴とする請求項１６に
記載の方法。 - 【請求項２２】 マンドレルの提供が、平坦な上側表面
を有する基体プレートを提供し、その中に受入れ用穴を
有する別個な平坦なプレートをその基体プレートに取り
付け、その別個なプレートはそのマンドレル基体の上側
皮表面取り付けられることを含むことを特徴とする請求
項１６に記載の方法。 - 【請求項２３】 その穴が、その平坦なプレートを貫い
て延びる穴であることを特徴とする請求項２２に記載の
方法。 - 【請求項２４】 そのマンドレルの提供が、そのマンド
レル基体とその平坦なプレートの間に低融点金属箔の層
を提供することを含むことを特徴とする請求項２２に記
載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/473,198 US5679159A (en) | 1995-06-07 | 1995-06-07 | Spinning substrate holder for cutting tool inserts for improved arc-jet diamond deposition |
| US473198 | 1995-06-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0925196A true JPH0925196A (ja) | 1997-01-28 |
Family
ID=23878588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8146130A Pending JPH0925196A (ja) | 1995-06-07 | 1996-06-07 | ダイヤモンド皮膜の堆積装置と方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5679159A (ja) |
| EP (1) | EP0747504B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0925196A (ja) |
| CA (1) | CA2177013C (ja) |
| DE (1) | DE69622474T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015518088A (ja) * | 2012-04-12 | 2015-06-25 | トゥーエイ テクノロジーズ プライベート リミテッド | マイクロ波プラズマ化学気相成長装置 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5814561A (en) * | 1997-02-14 | 1998-09-29 | Jackson; Paul D. | Substrate carrier having a streamlined shape and method for thin film formation |
| US6779951B1 (en) | 2000-02-16 | 2004-08-24 | U.S. Synthetic Corporation | Drill insert using a sandwiched polycrystalline diamond compact and method of making the same |
| KR100934679B1 (ko) * | 2000-10-17 | 2009-12-31 | 네오포토닉스 코포레이션 | 반응성 증착에 의한 코팅 형성 |
| US7662437B2 (en) * | 2005-03-24 | 2010-02-16 | Honeywell International Inc. | Template for arranging spacers on a preform and method of densifying a preform including the use of spacers positioned by a template |
| US7815160B2 (en) * | 2006-04-04 | 2010-10-19 | A & P Technology | Composite mandrel |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4485759A (en) * | 1983-01-19 | 1984-12-04 | Multi-Arc Vacuum Systems Inc. | Planetary substrate support apparatus for vapor vacuum deposition coating |
| US4858558A (en) * | 1988-01-25 | 1989-08-22 | Nippon Kokan Kabushiki Kaisha | Film forming apparatus |
| EP0378230A1 (en) * | 1989-01-13 | 1990-07-18 | Idemitsu Petrochemical Co. Ltd. | Method of and apparatus for producing diamond thin films |
| CA2034440A1 (en) * | 1990-02-13 | 1991-08-14 | Thomas R. Anthony | Cvd diamond workpieces and their fabrication |
| US5256205A (en) * | 1990-05-09 | 1993-10-26 | Jet Process Corporation | Microwave plasma assisted supersonic gas jet deposition of thin film materials |
| DE69127609T2 (de) * | 1990-07-18 | 1998-01-22 | Sumitomo Electric Industries | Vorrichtung und verfahren zur herstellung von diamanten |
| US5260106A (en) * | 1990-08-03 | 1993-11-09 | Fujitsu Limited | Method for forming diamond films by plasma jet CVD |
| US5096736A (en) * | 1990-08-07 | 1992-03-17 | General Electric Company | Cvd diamond for coating twist drills |
| US5204145A (en) * | 1991-03-04 | 1993-04-20 | General Electric Company | Apparatus for producing diamonds by chemical vapor deposition and articles produced therefrom |
| US5342660A (en) * | 1991-05-10 | 1994-08-30 | Celestech, Inc. | Method for plasma jet deposition |
| US5152842A (en) * | 1991-12-05 | 1992-10-06 | Rohm Co., Ltd. | Reactor for epitaxial growth |
| US5314652A (en) * | 1992-11-10 | 1994-05-24 | Norton Company | Method for making free-standing diamond film |
| US5391229A (en) * | 1993-07-26 | 1995-02-21 | General Electric Company | Apparatus for chemical vapor deposition of diamond including graphite substrate holders |
| US5486380A (en) * | 1993-12-30 | 1996-01-23 | Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation | Apparatus and method for depositing a substance on a rotating surface |
-
1995
- 1995-06-07 US US08/473,198 patent/US5679159A/en not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-05-21 CA CA002177013A patent/CA2177013C/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-05-29 EP EP96201499A patent/EP0747504B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-05-29 DE DE69622474T patent/DE69622474T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-06-07 JP JP8146130A patent/JPH0925196A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015518088A (ja) * | 2012-04-12 | 2015-06-25 | トゥーエイ テクノロジーズ プライベート リミテッド | マイクロ波プラズマ化学気相成長装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69622474T2 (de) | 2003-07-03 |
| EP0747504B1 (en) | 2002-07-24 |
| DE69622474D1 (de) | 2002-08-29 |
| CA2177013A1 (en) | 1996-12-08 |
| EP0747504A1 (en) | 1996-12-11 |
| US5679159A (en) | 1997-10-21 |
| CA2177013C (en) | 1999-12-07 |
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|---|---|---|---|
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| A02 | Decision of refusal |
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