JP2017094485A - ダイヤモンドの研磨方法、絶縁性研磨盤、ダイヤモンド切削工具の製造方法、およびダイヤモンドの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
<ダイヤモンドの研磨方法>
本実施形態のダイヤモンドの研磨方法は、ダイヤモンドを、絶縁性研磨盤を用いて、440nm以上760nm未満の可視光領域において、雰囲気ガスにより発生するピークを除いて、所定の波長領域に最大強度を有する発光ピークが発生する条件で研磨する。かかる条件においては、トライボプラズマのエネルギーがダイヤモンドの表面を励起して反応性の高い表面を形成するため、研磨速度が高くかつダイヤモンド結晶のダメージが少なく欠けの発生のない研磨が可能となる。
本実施形態のダイヤモンドの研磨方法は、ダイヤモンドの第1の類型としての窒素含有量が3ppm未満の単結晶ダイヤモンドを、絶縁性研磨盤を用いて、440nm以上760nm未満の可視光領域において、雰囲気ガスにより発生する発光ピークを除いて、440nm以上510nm未満に最大強度を有する発光ピークが発生する条件で、研磨する。
本実施形態のダイヤモンドの研磨方法は、ダイヤモンドの第2の類型としての窒素含有量が3ppm以上の単結晶ダイヤモンドを、絶縁性研磨盤を用いて、440nm以上760nm未満の可視光領域において、雰囲気ガスにより発生する発光ピークを除いて、510nm以上630nm未満に最大強度を有する発光ピークが発生する条件で、研磨する。
本実施形態のダイヤモンドの研磨方法は、ダイヤモンドの第3の類型としての多結晶ダイヤモンドを、絶縁性研磨盤を用いて、440nm以上760nm未満の可視光領域において、雰囲気ガスにより発生する発光ピークを除いて、650nm以上760nm未満に最大強度を有する発光ピークが発生する条件で、研磨する。
(実施形態4)
本実施形態の絶縁研磨盤は、実施形態1、実施形態2、および実施形態3のダイヤモンドの研磨方法において用いられる表面の算術平均粗さRaが0.1μm以上の絶縁性研磨盤である。本実施形態の絶縁性研磨盤は、ダイヤモンドの研磨において、トライボプラズマの発生を促進させ、研磨速度を高める。
(実施形態5)
本実施形態のダイヤモンド切削工具の製造方法は、実施形態1、実施形態2、および実施形態3のダイヤモンドの研磨方法でダイヤモンドを研磨することによりダイヤモンド切削工具を製造する。本実施形態のダイヤモンド切削工具の製造方法は、ダイヤモンド結晶のダメージが少なく欠けや亀裂の発生のない研磨により、高品質で長寿命のダイヤモンド切削工具を効率よく製造できる。本実施形態のダイヤモンド切削工具の製造方法においては、上記のダイヤモンドの研磨方法以外は、従来の方法を適用できる。
(実施形態6)
本実施形態のダイヤモンドの製造方法は、実施形態1、実施形態2、および実施形態3のダイヤモンドの研磨方法により研磨したダイヤモンドをダイヤモンド種基板として準備する工程と、ダイヤモンド種基板上にダイヤモンドを気相成長法により成長させる工程と、を備える。本実施形態のダイヤモンドの製造方法は、ダイヤモンド結晶のダメージが少なく欠けの発生のない研磨により結晶欠陥の少ない高品質のダイヤモンド種基板を効率よく準備でき、その上にダイヤモンドを気相成長法により成長させることにより、光学部品や電子部品などに利用可能な高品質のダイヤモンドを効率よく製造できる。ダイヤモンド種結晶基板を準備する工程においては、上記のダイヤモンドの研磨方法以外は、従来の方法を適用できる。ダイヤモンドを成長させる工程における気相成長法は、特に制限はないが、高品質のダイヤモンドを成長させる観点から、CVD(化学気相成長)法が好ましく、たとえばマイクロ波プラズマCVD法、フィラメントCVD法などが好ましい。
高圧高温発生装置を用いて、6GPa、1300〜1400℃で鉄を主体とする溶媒中に温度差法で炭素を溶かして再析出させ、窒素を含むIb型単結晶ダイヤモンドを合成した。また、窒素ゲッターを添加した溶媒を用いて同様の方法でIIa型単結晶ダイヤモンドを合成した。次に、高純度グラファイトを原料とし、高圧高温発生装置を用いて、15GPa,2200℃で処理して、バインダーを一切含まず、組織粒径がナノメートルオーダーの等方性のNPD(ナノ多結晶ダイヤモンド;Nano Polycrystalline Diamond)法を合成した。次に、Ib型単結晶ダイヤモンドまたはIIa型単結晶ダイヤモンドを種基板として、CVD法で単結晶ダイヤモンドを作製した。得られた各型のダイヤモンドからレーザー加工により、5mm×5mm×厚さ1mmの板状の試料を切り出して、研磨用試料を作製した。
次に絶縁性材料を焼結し、直径300mmの研磨盤を作製した。研磨盤の盤面は研削加工により表面の算術平均粗さRaおよび最大高さ粗さRzを調整した。表1〜表5に示す材料種の研磨盤、ダイヤモンドと研磨盤との接触部分における研磨盤の速度および試料の荷重の条件で、研磨を行なった。比較例として、スカイフ盤またはメタルボンドダイヤモンド砥粒砥石の研磨盤でも処理した。研磨中の発光はプラズマ分光装置(浜松ホトニクス社製C10346−02)で測定した。プラズマによる発光ピークにおける波長領域(たとえば650nm以上760nm未満)およびその最大強度をたとえば650−760(nm)およびI650-760などで表し、右下の添え字を波長領域とする。たとえば、I650-760/I440-650=2.1は、650nm以上760nm未満における最大強度が、440nm以上650nm未満における最大強度の2.1倍であることを示す。
研磨後の試料について、研磨量(板厚の減少量)を試料厚みの測定により求めた。試料の結晶ダメージの評価は以下の方法で行った。NPD多結晶ダイヤモンドについては、研磨後に、先端曲率200nmの90度Vバイトを作製し、超精密ナノ加工機に設置してWC−Co−Niを主体とした被削材に溝入れ加工を行った。溝入れ加工は、送り速度10mm/min、切込量200μm、切削長1000mmとした。結果を表1および表2にまとめた。
Claims (8)
- ダイヤモンドの第1の類型としての窒素含有量が3ppm未満の単結晶ダイヤモンドを、絶縁性研磨盤を用いて、440nm以上760nm未満の可視光領域において、雰囲気ガスにより発生する発光ピークを除いて、440nm以上510nm未満に最大強度を有する発光ピークが発生する条件で、研磨するダイヤモンドの研磨方法。
- ダイヤモンドの第2の類型としての窒素含有量が3ppm以上の単結晶ダイヤモンドを、絶縁性研磨盤を用いて、440nm以上760nm未満の可視光領域において、雰囲気ガスにより発生する発光ピークを除いて、510nm以上630nm未満に最大強度を有する発光ピークが発生する条件で、研磨するダイヤモンドの研磨方法。
- ダイヤモンドの第3の類型としての多結晶ダイヤモンドを、絶縁性研磨盤を用いて、440nm以上760nm未満の可視光領域において、雰囲気ガスにより発生する発光ピークを除いて、650nm以上760nm未満に最大強度を有する発光ピークが発生する条件で、研磨するダイヤモンドの研磨方法。
- 前記ダイヤモンドと前記絶縁性研磨盤との接触部分において、前記絶縁性研磨盤の速度が500m/min以上10000m/min以下であり、荷重が0.1N/mm2以上100N/mm2以下である請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のダイヤモンドの研磨方法。
- 前記絶縁性研磨盤は、その表面の算術平均粗さRaが0.1μm以上である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のダイヤモンドの研磨方法。
- 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のダイヤモンドの研磨方法において用いられる表面の算術平均粗さRaが0.1μm以上である絶縁性研磨盤。
- 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のダイヤモンドの研磨方法でダイヤモンドを研磨することによりダイヤモンド切削工具を製造するダイヤモンド切削工具の製造方法。
- 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のダイヤモンドの研磨方法により研磨したダイヤモンドをダイヤモンド種基板として準備する工程と、
前記ダイヤモンド種基板上にダイヤモンドを気相成長法により成長させる工程と、を備えるダイヤモンドの製造方法。
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