JPH1029199A - ダイヤモンドの切断方法及び装置 - Google Patents

ダイヤモンドの切断方法及び装置

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JPH1029199A
JPH1029199A JP9075089A JP7508997A JPH1029199A JP H1029199 A JPH1029199 A JP H1029199A JP 9075089 A JP9075089 A JP 9075089A JP 7508997 A JP7508997 A JP 7508997A JP H1029199 A JPH1029199 A JP H1029199A
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JP
Japan
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wire
diamond
heated
substance
ranges
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JP9075089A
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English (en)
Inventor
Louis Kimball Bigelow
キンボール ビゲロウ ルイス
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Saint Gobain Ceramics and Plastics Inc
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Saint Gobain Norton Industrial Ceramics Corp
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/04—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools
    • B28D5/045—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools by cutting with wires or closed-loop blades

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
  • Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダイヤモンドの破片をワイヤを用いて切断す
る方法と装置を提供する。 【解決手段】 ダイヤモンドを切断する方法は、ワイヤ
を設置しこのワイヤを加熱し加熱したワイヤとダイヤモ
ンドとを相互に押しつけワイヤを長手方向に動かすこと
からなっている。前記ワイヤは鉄とニッケルからなる群
から選択された炭素を溶解する物質で形成される。ワイ
ヤは、例えば硝酸ナトリウム、硝酸カリ、塩素酸ソー
ダ、塩素酸カリの群から選択された強酸化性物質を担持
してもよい。ダイヤモンドの切断装置は、ワイヤとワイ
ヤを長手方向に動かす手段とワイヤを加熱する手段とワ
イヤとダイヤモンドとを相互に押しつける手段とを具備
している。ワイヤとして上記方法で用いたのと同様のワ
イヤを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は硬い材料を切断する
分野に関し、さらに詳細には、ダイヤモンドの切断に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドは、他の特徴のうちで、最
高の硬度と熱伝導性と光伝達性とを有する異常な材料で
ある。これはまた優れた電気絶縁体でありまた大概の環
境で化学的に不活性である。最近の数年間、例えば化学
的蒸着（“ＣＶＤ”）方法により比較的大きな破片の合
成ダイヤモンドを作り出す技術が考案されてきた。例え
ば、合成ダイヤモンドの比較的大きなウエーハが作られ
た時、このウエーハを例えば光学窓、電子基板又は吸熱
器に用いるためより小さな破片に切断し又はさいの目に
切ることが必要となる。ダイヤモンドは最も硬いことが
知られた材料であるため、切断するのが非常に困難であ
る。もう１つのダイヤモンド媒体で切断することは遅い
高価な工程となる。ワイヤ放電加工（“ワイヤＥＣ
Ｍ”）は、電気伝導性が低すぎるため高品質ダイヤモン
ドの切断には適していない。レーザー切断をある用途に
用いることはできるが、典型的には切断に用いられる焦
点を合わせたレーザー光線は、切断が比較的広くなり大
量のダイヤモンドを消費するため、相当の厚さの材料の
切断にその実用性が限定される円錐形状を有している。
【０００３】ダイヤモンドの全般的な不活性は化学的に
基礎をおく切断を困難にする。ダイヤモンドと反応する
金属から作られたホイール（車輪）の使用は限られた成
功をもたらした。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はダイヤ
モンドを切断する技術と装置を提供し、従来技術の限界
を克服することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の実施態様におい
ては、ワイヤが用いられこのワイヤを迅速かつ軽い負荷
のもとにダイヤモンドの表面から内部へと切断すべき線
に沿って通過させることによりダイヤモンドを切断し又
は薄切りする。
【０００６】本発明の１つの形式において、ワイヤは鉄
又はニッケルのようなダイヤモンドと反応し及び／又は
ダイヤモンドを溶解する金属からなり、またワイヤ及び
／又はダイヤモンドは好ましくは金属−炭素共融温度に
近づきワイヤ表面に炭素の感応反応速度が得られるよう
加熱される。加熱は例えば加熱炉を用い切断部分全体を
加熱することにより及び／又はワイヤの抵抗加熱によ
り、行うことができる。ワイヤの直径（非円形断面のワ
イヤについては切断方向に直角の方向のワイヤの厚さを
意味する）は好ましくは１マイクロメートルから１００
マイクロメートルの範囲である。切断の温度は好ましく
は少なくとも５００℃とすべきであり、金属−炭素共融
温度に接近し又はこの温度を超えることもできる。ワイ
ヤの運動速度は好ましくは毎秒０．００１から１００メ
ートルの範囲である。典型的には、より高い速度がより
細いワイヤと炭素の金属の中へのより高い拡散率とにと
って可能となる。ワイヤとダイヤモンドとは水素のよう
な還元ガス及び／又は窒素もしくはアルゴンのような保
護不活性ガスによって保護される。
【０００７】本発明の他の形式では、可動ワイヤは溶解
した強酸化性物質を担持し切断速度を高めるようにす
る。この溶解した強酸化性物質は例えば炭素を酸化する
硝酸ナトリウムとすることができる。ワイヤの長手方向
の溝を用いワイヤにより担持された強酸化性物質の容量
を増すことができる。
【０００８】本発明のさらなる特徴と利点は添付図面を
参照する以下の詳細な記載からさらに容易に明らかとな
るであろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１の実施態様において、切断装
置は例えば炉１１０によってもたらされる適当な加熱さ
れた環境の中にある。この実施態様では炉が例えば約７
００℃の温度に加熱される。切断されるダイヤモンド５
０は１１５で示される保持器に取付けられる。この切断
技術に用いられるワイヤ１２５は供給スプール１２６か
ら巻取りスプール１２７へと供給される。ある場合に
は、ワイヤは例えば連続ループ上で又は方向を逆向きに
することにより再使用することができる。再使用はまた
ワイヤをダイヤモンドの通過後にワイヤから炭素を取去
る水素のような環境にさらすことにより容易となる。案
内ローラが１３１と１３２で示されている。図１の実施
態様では、ワイヤのダイヤモンドへの負荷力は可動取付
け装置１１１により制御することができる。特に、保持
器１１５を担持するロッド１１２は矢印１２１で示され
る方向に例えば公知の型式のサーボ機構と歯車装置を用
いることにより並進運動し所望の負荷を加えることがで
きる。必要ならば、ロッド１１２はまたワイヤに平行の
方向に往復動することができる。
【００１０】図２の実施態様では、ワイヤ２２５もまた
供給スプール１２６から巻取りスプール１２７に供給さ
れる。案内ローラは２４１と２４２に示されている。図
２の実施態様では、ワイヤ１２５の加熱は抵抗加熱を用
いて行われる。電位源２８０が電極２５６と２５７に連
結される。これら電極は例えばワイパー電極又はブラシ
とすることができる。このようにして、電極２５６と２
５７との間にあるワイヤ１２５の部分が抵抗で加熱され
る。切断されるべきダイヤモンドは２５０で示され、例
えば図１に最初に示されたように適当な負荷を加える手
段で取付けることができる。保護ガス、例えば水素還元
ガス又は不活性ガスが用いられ切断を容易にすることが
できる。ガスは蒸着室（図には示されていない）の中に
収容され又は供給源２７０から２７１で示される１つの
外囲器又は複数の外囲器の中に射出することができる。
【００１１】高温（例えば共融温度に接近し又はこれを
超える）で、ダイヤモンド（炭素）は、ワイヤの外側部
分の液化された又は半液化された金属の中で固溶体とな
りそして固溶体中の炭素が移動するワイヤにより運び去
られると考えることができる。金属と温度の選択はまた
固溶体の中への炭素の拡散を斟酌して行うことができ、
この拡散速度は切断効率に影響を及ぼす。例えば、好ま
しいワイヤの材料、鉄とニッケル（実際的なコストで適
当な大きさのワイヤに引抜くことができる）が高い溶融
温度を有する他の金属よりも低い共融温度の金属−炭素
固溶体をもたらす。しかし、より高い共融温度はそれ自
体より高い温度の作用を可能にするが、金属固溶体の中
への炭素の低い拡散速度は切断効率を大きく減少し、こ
のため高い温度の作用の利点を全て相殺するものとな
る。
【００１２】ワイヤの直径は好ましくは１マイクロメー
トルから１００マイクロメートルの範囲であり、またワ
イヤの運動速度は好ましくは毎秒０．００１から１０メ
ートルの範囲である。典型的にはより高い速度はより細
いワイヤと金属の中の炭素のより高い拡散率に対して可
能となる。高いワイヤ速度にとって、ワイヤの表面部分
を少なくとも共融温度に加熱ししかもワイヤの中心は低
い温度にしてワイヤの機械的な一体性を保持することが
望まれる。
【００１３】ダイヤモンドを溶解し又はダイヤモンドと
反応する物質が他の物質で形成されたワイヤによって担
持される。例えば、図１の実施態様において、ワイヤは
タングステンのような金属で形成することができ、そし
て鉄又はニッケルのような物質で被覆され所望の結果が
得られるようにする。鉄又はニッケルはワイヤ上に形成
することができ又はワイヤをその供給源を通過させるこ
とにより活性化されもしくは溶融された形式に増強する
ことができる。
【００１４】図３の実施態様では、ワイヤ３２５が用い
られ供給スプール３２６と巻取りスプール３２７との間
を走行する。案内ローラが３３１，３３２，３３３及び
３３４で示されている。マンドレル（心棒）３４０が３
４１に回動可能に取付けられ、２頭矢印３４２で示され
るように操作員により制御され、強酸化性物質３５１を
収容する槽３５０によって図に示されている溶融強酸化
物質の浴槽を通過するワイヤの行程の度合を決定する。
切断されるべきダイヤモンドは３５０で示され、これも
また図１に最初に示されたように取付けられる。強酸化
性材料は例えば任意の適当な加熱手段（図示しない）に
より加熱することのできる溶融硝酸ナトリウムとするこ
とができる。他の強酸化性物質は硝酸カリウム、塩素酸
ソーダ及び塩素酸カリである。この実施態様のワイヤ３
２５は強化剤に対し抵抗力のある材料、例えば高クロム
ステンレス鋼又はガラスからなっている。溝がワイヤに
設けられ切断部分に担持される強酸化性材料の容量を増
すようにすることができる。これは円筒形ワイヤ３２５
に長手方向のＶ字形溝３２５ｇを図示する図４の概略図
に示されている。図５はワイヤ３２５と断面がＶ字形の
溝３２５ｇを示している。他のワイヤ形状と他の溝形状
を用いることのできることが理解されるであろう。図３
の実施態様は比較的高い切断速度を達成することができ
るが、ある種の結晶粒界腐食が起こりそしてワイヤが炭
素を固溶体の中に溶解させるのに用いられる前に記載さ
れた実施態様に対して期待されるよりも比較的目のあら
い仕上げとなることがある。
【００１５】本発明は特定の好適な実施態様を参照して
記載されてきたが、本発明の精神と範囲内の変更は当業
者にとっては考えられることである。例えば、他の技術
を用いて切断部分の加熱を行うことができまた他のワイ
ヤ材料と適当な負荷を加える技術とを用いることができ
ることが理解されるであろう。さらに上記の実施態様に
おいて、ワイヤは例えば楕円、三角形及び矩形を含む円
以外の様々な断面形状を有することのできることが理解
されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様を実施するのに用いることの
できる装置の概略図である。
【図２】本発明の他の実施態様を実施するのに用いるこ
とのできる装置の概略図である。
【図３】本発明のさらに他の実施態様を実施するのに用
いることのできる装置の概略図である。
【図４】本発明の実施態様を実施するのに用いることの
できる溝つきワイヤを示す図である。
【図５】図４のワイヤの断面を示す図である。
【符号の説明】
５０…ダイヤモンド １１０…炉 １１１…可動取付け装置 １１２…ロッド １１５…保持器 １２１…矢印 １２５…ワイヤ １２６…供給スプール １２７…巻取りスプール １３１，１３２…案内ローラ ２２５…ワイヤ ２４１，２４２…案内ローラ ２５０…ダイヤモンド ２５６，２５７…電極 ２７０…供給源 ２７１…外囲器 ３２５…ワイヤ ３２６…供給スプール ３２７…巻取りスプール ３３１，３３２，３３３，３３４…案内ローラ ３４０…マンドレル ３５０…浴槽 ３５１…強酸化性物質

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ダイヤモンドを切断する方法であって、 ワイヤを設ける段階と、 前記ワイヤを加熱する段階と、 前記ワイヤとダイヤモンドとを相互に押しつけ前記ワイ
    ヤを長手方向に動かす段階、 とを含んでいるダイヤモンドの切断方法。
  2. 【請求項２】 前記ワイヤが炭素を溶解する物質で形成
    されている請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記物質が鉄とニッケルとからなる群か
    ら選択された金属である請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記ワイヤが炭素を溶解する物質を担持
    している請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記物質が鉄とニッケルとからなる群か
    ら選択された金属である請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記ワイヤが炭素を酸化する溶融した強
    酸化性物質を担持している請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記強酸化性物質が硝酸ナトリウム、硝
    酸カリウム、塩素酸ソーダ、塩素酸カリからなる群から
    選択された化合物である請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記強酸化性物質が硝酸ナトリウムであ
    る請求項６に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記ワイヤが前記強酸化性物質を担持す
    ることのできる長手方向の溝を有している請求項６に記
    載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記ワイヤが前記強酸化性物質を担持
    することのできる長手方向の溝を有している請求項７に
    記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記ワイヤが５００℃より高い温度に
    加熱される請求項１に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記ワイヤが５００℃より高い温度に
    加熱される請求項２に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記ワイヤが５００℃より高い温度に
    加熱される請求項３に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記ワイヤの表面が炭素と前記ワイヤ
    の物質との共融温度に加熱される請求項３に記載の方
    法。
  15. 【請求項１５】 前記ワイヤにより担持された物質が５
    ００℃より高い温度に加熱される請求項４に記載の方
    法。
  16. 【請求項１６】 前記ワイヤにより担持された物質が炭
    素と前記ワイヤにより担持された物質との共融温度に加
    熱される請求項４に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記ワイヤと前記ダイヤモンドとが炉
    の中で加熱される請求項１に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記ワイヤが前記ワイヤを横切って電
    位を加えることにより加熱され抵抗による加熱を行う請
    求項１に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記ワイヤの直径が１から１００マイ
    クロメートルの範囲である請求項１に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記ワイヤの直径が１から１００マイ
    クロメートルの範囲である請求項２に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記ワイヤの直径が１から１００マイ
    クロメートルの範囲である請求項３に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 ワイヤの長手方向運動の速度が毎秒
    ０．００１から１００メートルの範囲である請求項１に
    記載の方法。
  23. 【請求項２３】 ワイヤの長手方向運動の速度が毎秒
    ０．００１から１００メートルの範囲である請求項２に
    記載の方法。
  24. 【請求項２４】 ワイヤの長手方向運動の速度が毎秒
    ０．００１から１００メートルの範囲である請求項４に
    記載の方法。
  25. 【請求項２５】 ワイヤの長手方向運動の速度が毎秒
    ０．００１から１００メートルの範囲である請求項６に
    記載の方法。
  26. 【請求項２６】 前記ダイヤモンドが切断される領域に
    還元ガス又は不活性ガスを供給することをさらに含んで
    いる請求項１に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 ダイヤモンドの破片を切断する装置で
    あって、 ワイヤと、 前記ワイヤを長手方向に動かす手段と、 前記ワイヤを加熱する手段と、 前記ワイヤと前記ダイヤモンドの破片とを相互に押しつ
    ける手段、 とを具備しているダイヤモンドの破片を切断する装置。
  28. 【請求項２８】 前記ワイヤが炭素を溶解する物質で形
    成されている請求項２７に記載の装置。
  29. 【請求項２９】 前記物質が鉄とニッケルからなる群か
    ら選択された金属である請求項２８に記載の装置。
  30. 【請求項３０】 前記ワイヤが炭素を溶解する物質を担
    持している請求項２７に記載の装置。
  31. 【請求項３１】 前記ワイヤに溶融強酸化性物質を加え
    る手段をさらに具備している請求項２７に記載の装置。
  32. 【請求項３２】 前記ワイヤを長手方向に動かす前記手
    段が前記ワイヤを長手方向に毎秒０．００１から１００
    メートルの範囲で動かす手段を具備している請求項２７
    に記載の装置。
  33. 【請求項３３】 前記ワイヤの直径が１から１００マイ
    クロメートルの範囲である請求項２７に記載の装置。
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