JP2019081699A - 単結晶ダイヤモンド工具及び単結晶ダイヤモンド工具の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
即ち、本発明に係る単結晶ダイヤモンド工具は、
工具のシャンクにダイヤモンド単結晶が接合されている単結晶ダイヤモンド工具であって、
前記ダイヤモンド単結晶は、シャンクと接合されている底面から深さ50μm以内の位置にイオン注入層を有する、単結晶ダイヤモンド工具、
である。
(1)本発明のダイヤモンド単結晶は、化学気相合成法により合成したダイヤモンド単結晶であって、波長が350nmの光の吸収係数が、25cm−1以上、80cm−1以下である。
(2)上記(1)に記載のダイヤモンド単結晶は、前記吸収係数が30cm−1以上、80cm−1以下であることが好ましい。
紫外可視分光光度計等で測定した結果である透過率から求めた光の吸収係数(波長350nm)が25cm−1以上、80cm−1以下であるダイヤモンド単結晶は、天然品や高温高圧合成Ib品と同等以上に加工しやすく、割れや欠けが発生しにくい特性が得られることを見出した。さらには、波長350nmの光の吸収係数が、30cm−1以上、80cm−1以下であるダイヤモンド単結晶は、天然品や高温高圧合成Ib品よりも加工しやすく、割れや欠けが発生しにくい特性が得られることを見出した。
一方の主面を含むダイヤモンド単結晶層の350nmの波長の光の吸収係数が25cm−1未満で、且つ、もう一方の主面を含むダイヤモンド単結晶層の350nmの波長の光の吸収係数が25cm−1以上、80cm−1以下であり、更に、前記二層以上のダイヤモンド単結晶層のいずれも350nmの波長の光の吸収係数が80cm−1を超えないようにすれば、吸収係数が低い側のダイヤモンド単結晶層において高硬度と高靭性が両立する効果が顕著であり、工具応用において通常利用されている高温高圧合成Ib型ダイヤモンド単結晶を上回る特性が得られることを見出した。
二層以上のダイヤモンド単結晶層を有するダイヤモンド単結晶であって、一方の主面を含む350nmの波長の光の吸収係数が25cm−1未満のダイヤモンド単結晶層から、もう一方の主面を含む350nmの波長の光の吸収係数が25cm−1以上、80cm−1以下のダイヤモンド単結晶層に向かって、350nmの波長の光の吸収係数が単調増加していれば、前記効果はより顕著であることを見出した。
なお、前記炭素を含有する分子の分子数とは、炭素を含有する分子がメタンガスであればメタンの分子数を、エタンガスであればエタンの分子数のことを指す。
前記ダイヤモンド単結晶種基板の主面をジャスト{100}面よりオフ角が3°以内、より好ましくは0.5°以内とすることで、ホモエピタキシャル成長時の成長モードである島状成長とステップフロー成長のうち、低靭性の要因となるステップフロー成長がオフ角7°以内よりもさらに抑制できるので、天然品や高温高圧合成Ib品よりも加工しやすく割れや欠けが発生しにくいことを見出した。
前記種基板上にダイヤモンド単結晶をホモエピタキシャル成長させた後、種基板とその上に成長したダイヤモンド単結晶とを、レーザによるスライスやイオン注入で形成されたグラファイト層を電気化学的にエッチングして分離することができる。このような、前記種基板と前記ダイヤモンド単結晶とを分離する工程を更に含むことにより、種基板を再利用することが可能となる。
上記のようにして得られた吸収係数が異なるダイヤモンド単結晶層を複数層有するダイヤモンド単結晶は、吸収係数が低い側の単結晶層において、単層では成しえなかった靭性が得られるので、高硬度と高靭性が両立する。従って、切削工具や耐摩工具に適用した場合、従来のダイヤモンド単結晶である高温高圧合成Ib型ダイヤモンド単結晶や、天然ダイヤモンド単結晶を使用した場合よりも、長寿命でありながら、割れや欠けが発生しにくいことを見出した。
特に、このようにして得られた吸収係数が異なるダイヤモンド単結晶層を複数層有するダイヤモンド単結晶をダイヤモンド単結晶バイトに適用する場合、高硬度と高靭性が両立した350nmの波長の光の吸収係数が小さい方の主面側にすくい面を形成すれば、長寿命且つ割れや欠けが発生しにくい効果が顕著であることを見出した。
(11)上記(10)に記載の単結晶ダイヤモンド工具は、単結晶ダイヤモンド切削工具であることが好ましい。
このイオン注入層による衝撃緩和効果は、単結晶ダイヤモンド工具のうち、特に単結晶ダイヤモンド切削工具で効果が顕著であることを見出した。
形成されたイオン注入層を除去する前と除去した後の、イオン注入層に垂直な方向の波長800nmの光の透過率が、10%以上変化するようなイオン注入層であれば、イオン注入層においてダイヤモンドの結晶構造が破壊されてできたグラファイトが、より効果的な衝撃緩和効果を与えるので好ましい。
ダイヤモンド単結晶において、イオン注入層除去後の波長350nmの光の吸収係数が25cm−1以上、80cm−1以下であれば、ダイヤモンド単結晶自体が、空孔、水素原子、窒素原子、あるいは、これらが複合した欠陥を多く含む結果、結晶破壊の伝搬が欠陥で停止しやすく靭性が高いので、本発明によるイオン注入層と組み合わせて、天然品や高温高圧合成Ib品を用いた工具よりも割れや欠けが発生しにくいことを見出したものである。
まず、例えば図1に示すようなダイヤモンド単結晶種基板11を準備する。高温高圧合成ダイヤモンド単結晶(HPHT)の方が、結晶歪が比較的少なく好ましいが、CVDダイヤモンド単結晶(CVD)であっても構わない。種基板の厚さは、取り扱いの観点から100μm以上が好ましく、入手の容易性から3mm以下が好ましい。種基板の厚さとは種基板主面の中心近傍で測定した厚さとする。
なお、本発明においては{100}ジャスト面からのオフ角が7°以内の場合には{100}面と称する。オフ角を7°以内に制御する目的は、主面12上にホモエピタキシャル成長させてダイヤモンド単結晶を得ようとしたときの結晶成長モードである島状成長とステップフロー成長のうち、低靭性というほとんどのダイヤモンド単結晶切削工具にとって望ましくない性質が発現する要因となるステップフロー成長を抑制して、本発明の、350nmの波長の光の吸収係数が25cm−1以上、80cm−1以下のダイヤモンド単結晶層を実現するためである。前記オフ角が3°以内、さらには0.5°以内であればステップフロー成長がさらに抑制されるので、より望ましい。
主面12の形状は典型的には四角形であるが、多角形であっても円形であっても構わない。
次に、準備したダイヤモンド単結晶種基板11の主面12から、種基板11内部にイオンを注入することにより、ダイヤモンドの結晶構造を破壊しグラファイトを生成させて、800nmの波長の光の透過率をイオン注入前から低下させる。このイオン注入処理の目的は、主面12の最表層のダイヤモンド結晶構造を適度に破壊して点欠陥を導入することで、その上にエピタキシャル成長させるダイヤモンド単結晶の品質を本発明のダイヤモンド単結晶とするためであり、特に、350nmの波長の光の吸収係数が25cm−1以上、80cm−1以下のダイヤモンド単結晶層を実現するためである。ここでいう適度とは、後工程でのダイヤモンド単結晶成長において、主面12上の全面に渡ってエピタキシャル成長が可能な程度にダイヤモンド構造が維持されている場合を指す。主面12上の一部であっても多結晶ダイヤモンドが成長したりするなど、ダイヤモンド単結晶以外のものが発生する場合は本発明の範囲外である。
なお、イオン注入の前後における波長800nmの光の透過率の低下率は次のように定義される。
低下率=
{(イオン注入前の透過率)−(イオン注入後の透過率)}÷(イオン注入前の透過率)×100
次に、ダイヤモンドのCVD成長炉の基板ホルダ上に配置した種基板上にダイヤモンド単結晶を成長させる。成長方法は、熱フィラメント法、燃焼炎法、アークジェット法等が利用可能であるが、意図しない不純物の混入が少ないダイヤモンドを得るためにマイクロ波プラズマ法が好ましい。
ここで、本発明で言う層とは、吸収係数の厚さ方向変化率が1cm−1/0.1μm以上で変化している領域を厚さ方向に2分する面を界面とした場合の、界面と主面に挟まれた領域、又は界面と界面に挟まれた領域と定義し、層中に1cm−1/0.1μm未満の吸収係数変化があったとしても一層として平均の吸収係数を算出するものとする。
また、積み重ねる層の波長350nmの光の吸収係数を下地となる層よりも小さくなるように合成することにより、本発明のダイヤモンド単結晶の高硬度且つ高靱性の特徴を顕著に引き出すことができる。
Tが1000℃以上であると、先に成長させた[1]350nmの波長の光の吸収係数が25cm−1以上、80cm−1以下であるダイヤモンド単結晶層がアニールされて吸収係数が25cm−1未満に変化してしまう可能性がある。また、通常は、先に成長させた[1]の合成温度を超えないように成長させて、[1]で形成した層の吸収係数の変化が無いようにする。
そして、単層あるいは複数層のダイヤモンド単結晶層の成長が終了したら、CVD成長炉より取り出して種基板とその上に成長したダイヤモンド単結晶とを分離することが好ましい。種基板とその上に成長したダイヤモンド単結晶とが結合したままのダイヤモンド単結晶も利用可能であるが、これらを分離してCVD成長したダイヤモンド単結晶を利用することがより好ましい。
tex=t2/(1−r2)×exp(−αL)
α : 吸収係数
tex : 外部透過率(紫外可視分光光度計等で測定される透過率)
t : 内部透過率 = 0.83
r : 反射率 = 0.17
L : ダイヤモンド単結晶の主面間距離、厚さ
tex=t2/(1−r2)×exp(−α1L1−α2L2−α3L3…−αnLn)
tex: 外部透過率(紫外可視分光光度計等で測定される透過率)
t : 内部透過率 = 0.83
r : 反射率 = 0.17
n : 主面を含み350nmの波長の光の吸収係数が25cm−1以上、80cm−1以下のダイヤモンド単結晶層をn=1とする、第n番目に成長させたダイヤモンド単結晶層
αn : 第n番目に成長させたダイヤモンド単結晶層の吸収係数
Ln : 第n番目に成長させたダイヤモンド単結晶層の厚さ
本発明者らによる鋭意研究の結果、CVD成長させる種基板の表面に、成長前に予め適度な点欠陥を与えておけば、グラファイトの黒点を内包しないダイヤモンド単結晶が成長する合成条件であっても、点欠陥を多く含みそれによって水素や窒素を多く取り込みながら成長したダイヤモンド単結晶が得られると想到した。そして、本発明のダイヤモンド単結晶の成長温度である850℃以上1000℃未満に、成長前に予備加熱したとしても、点欠陥が回復せずに残存させるために、炭素以外の、具体的には、例えば、窒素、フッ素、ネオン、シリコン、リン、硫黄、塩素、アルゴン、ヒ素といったイオン注入で表面にエピタキシャル成長する程度の欠陥を導入することを見出した。
その結果、波長が350nmの光の吸収係数が25cm−1以上、80cm−1以下であることを特徴とした、切削工具等への応用により適した高靭性を有する、実質的にグラファイトの黒点を内包しないダイヤモンド単結晶が実現できたものである。前記350nmの波長の光の吸収係数は、30cm−1以上、80cm−1以下であることがより好ましい。
例えば図2に示すような単結晶ダイヤモンド工具21を作製する。単結晶ダイヤモンド工具21は、本発明によるダイヤモンド単結晶を使用したダイヤモンド単結晶チップ22とホルダ23からなる。ホルダ23の一端に形成した切欠部にダイヤモンド単結晶チップ22の{100}面、あるいは{110}面である底面24をロウ付けなどで接合する。ダイヤモンド単結晶チップの背面25は通常{100}面であるが、{110}面とする場合もある。背面25の結晶面を定めることで、ホルダ23に対してダイヤモンド単結晶チップ22の結晶方位が定まる。ダイヤモンド単結晶チップ22の底面24は、本発明によるダイヤモンド単結晶の350nmの波長の光の吸収係数が大きい側(25cm−1以上、80cm−1以下の側)の主面とする。従って、すくい面は吸収係数が小さい側(25cm−1未満の側)となる。このとき、すくい面を含む吸収係数の層の厚さは、100μm以下であることが好ましい。このような厚さとすることによって、日本刀のような、すくい面での高硬度且つ高靭性がより一層顕著に表れる。
上記ダイヤモンド単結晶チップ32は、シャンクと接合する面である底面34から通常で深さ50μm以内の位置に、より好ましくは30μm以内、更に好ましくは10μm以内の位置にイオン注入層36が形成されている。
なお、結晶にイオン注入をした場合、注入されたイオンは結晶中で深さ方向に濃度分布を持つが、本発明において前記イオン注入層の深さとは、結晶の深さ方向でのイオンの濃度のピーク位置のことを意味する。
1.単結晶ダイヤモンド工具からダイヤモンド単結晶を取り外す。
2.ダイヤモンド単結晶からロウ材などの接着材を完全に除去する。
3.ダイヤモンド単結晶の透過率を測定し評価値[1]とする。
4.研磨やイオンエッチングなどにより、イオン注入層を除去する。
5.イオン注入層除去後のダイヤモンド単結晶の透過率を測定し評価値[2]とする。
6.上記評価値[2]から評価値[1]を引く。
1.単結晶ダイヤモンド工具からダイヤモンド単結晶を取り外す。
2.ダイヤモンド単結晶からロウ材などの接着材を完全に除去する。
3.二次イオン質量分析法(SIMS)等を利用して、イオン注入層が形成されていることを確認する。
4.イオン注入シミュレーション(TRIM)等を利用してイオン注入条件を確認する。
5.単結晶ダイヤモンド工具から取り外したダイヤモンド単結晶とは別の、両主面が表面粗さ40nm以下に研磨されたダイヤモンド単結晶板を準備する。
6.上記5.で準備したダイヤモンド単結晶板の透過率を測定し評価値[1]とする。
7.上記4.で確認したイオン注入条件で、上記5.で準備したダイヤモンド単結晶板の片側主面からイオン注入をする。
8.SIMS等を利用して、上記7.でイオン注入をしたダイヤモンド単結晶板に、上記3.で確認したイオン注入層と同様のものが形成されていることを確認する。
9.上記7.でイオン注入をした後のダイヤモンド単結晶板の透過率を測定して、評価値[2]とする。
10.上記評価値[2]から評価値[1]を引く。
1.単結晶ダイヤモンド工具から、ダイヤモンド単結晶を取り外す。
2.ダイヤモンド単結晶からロウ材などの接着材を完全に除去する。
3.研磨やイオンエッチングなどにより、イオン注入層を除去する。
4.イオン注入層が除去されたダイヤモンド単結晶の透過率を評価する。
5.計算式:tex=t2/(1−r2)×exp(−αL)より吸収係数αを求める。
tex: 外部透過率
(紫外可視分光光度計等で測定される透過率)
t : 内部透過率 = 0.83
r : 反射率 = 0.17
L : ダイヤモンド単結晶の主面間距離、厚さ
まず、表1に示すNo.1−01〜No.1−22ダイヤモンド単結晶種基板を用意した。これら全てのサイズは4×4×0.5mm厚で、No.1−01〜No.1−13が高温高圧合成Ib型ダイヤモンド単結晶(HPHT Ib)であり、No.1−14〜No.1−17が高温高圧合成IIa型ダイヤモンド単結晶(HPHT IIa)であり、No.1−18〜No.1−22が気相合成ダイヤモンド単結晶基板(CVD)である。
4×4mmサイズの主面({100}面)の表面粗さRaは40nm以下とした。また、それぞれの種基板の主面であって、後の工程でダイヤモンド単結晶を成長させる主面のオフ角、及び、800nmの波長の光の透過率は表1の通りであった。
成長後は、レーザ切断で種基板からダイヤモンド単結晶を分離して、ダイヤモンド単結晶の成長面側の主面及びレーザ切断面側の主面を研磨することで、主面間隔(厚さ)1mm、主面間の平行度10μm以内、且つ、表面粗さRa40nm以内とした。
また、得られたダイヤモンド単結晶を実体顕微鏡により観察した結果、グラファイトによる黒点はいずれのダイヤモンド単結晶においても観察されなかった。
被削材として円筒形状のアルミニウム合金AC4Bを選択して、その外周を切削速度600m/分ほか同条件にて50km旋削した後で、バイトの刃先を顕微鏡観察した。観察で差し渡し0.5μm以上の欠け部分の数をバイト毎に計数した結果、同様にして評価した高温高圧合成Ib型ダイヤモンド単結晶で作製した精密バイトと比較して、同数以下であった。特に、オフ角が0.5°以下の種基板から作製した吸収係数が30cm−1〜80cm−1のダイヤモンド単結晶では、欠け数は同数よりも少なかった。
種基板の主面を{100}面からのオフ角が7.1°の面とした以外は、表2に示すように、実施例のNo.1−01と同様にしてダイヤモンド単結晶を作製したが、波長350nmの光の吸収係数は23cm−1であった。実施例と同様にして、精密バイトの切削評価後の欠け数を評価したが、高温高圧合成Ib型で作製したものと比較して多かった。
表2に示す比較例1−2〜比較例1−4のダイヤモンド単結晶種基板を用意した。これらすべてのサイズは4×4×0.5mm厚で、高温高圧合成Ib型ダイヤモンド単結晶(HPHT Ib)である。4×4mmサイズの主面({100}面)の表面粗さRaは40nm以下とした。また、それぞれの種基板の主面であって、後の工程でダイヤモンド単結晶を成長させる主面のオフ角、及び、波長800nmの光の透過率は表2の通りとした。
成長後は、レーザ切断で種基板からダイヤモンド単結晶を分離して、ダイヤモンド単結晶の成長面側の主面及びレーザ切断面側の主面を研磨することで、主面間隔(厚さ)1mm、主面間の平行度10μm以内、且つ、表面粗さRa40nm以内とした。
実施例と同様にして、精密バイトの切削評価後の欠け数を評価したが、高温高圧合成Ib型で作製したものと比較して多かった。
種基板にイオン注入を行わないで、波長800nmの光の透過率を低下させなかった以外は、表2に示すようにNo.1−13と同様にしてダイヤモンド単結晶を作製したが、波長350nmの光の吸収係数は24cm−1であった。
実施例と同様にして、精密バイトの切削評価後の欠け数を評価したが、高温高圧合成Ib型で作製したものと比較して多かった。
表2に示す比較例1−6〜比較例1−8のダイヤモンド単結晶種基板を用意した。これらすべての種基板のサイズは4×4×0.5mm厚で、高温高圧合成Ib型ダイヤモンド単結晶(HPHT Ib)である。4×4mmサイズの主面({100}面)の表面粗さRaは40nm以下とした。また、それぞれの種基板の主面であって、後の工程でダイヤモンド単結晶を成長させる主面のオフ角、及び、波長800nmの光の透過率は表2の通りとした。
成長後は、レーザ切断で種基板からダイヤモンド単結晶を分離して、ダイヤモンド単結晶の成長面側の主面及びレーザ切断面側の主面を研磨することで、主面間隔(厚さ)1mm、主面間の平行度10μm以内、且つ、表面粗さRa40nm以内とした。
イオン注入条件として、イオン種にリンを用いて、注入エネルギー150keV、注入ドーズ量1×1017cm−2を選択した。イオン注入条件以外は、表2に示すようにNo.1−01と同様にしてダイヤモンド単結晶を作製しようとしたが、多結晶ダイヤモンドが成長した。
イオン注入条件として、イオン種に炭素を用いて、注入エネルギー350keV、注入ドーズ量1×1017cm−2を選択した。イオン注入条件以外は、表2に示すようにNo.1−13と同様にしてダイヤモンド単結晶を作製したが、波長350nmの光の吸収係数は24cm−1であった。
実施例と同様にして、精密バイトの切削評価後の欠け数を評価したが、高温高圧合成Ib型で作製したものと比較して多かった。
まず、表3に示すNo.2−01〜No.2−22ダイヤモンド単結晶種基板を用意した。これら全てのサイズは4×4×0.5mm厚で、No.2−01〜No.2−13が高温高圧合成Ib型ダイヤモンド単結晶(HPHT Ib)であり、No.2−14〜No.2−17が高温高圧合成IIa型ダイヤモンド単結晶(HPHT IIa)であり、No.2−18〜No.2−22が気相合成ダイヤモンド単結晶(CVD)である。
4×4mmサイズの主面({100}面)の表面粗さRaは40nm以下とした。また、それぞれの種基板の主面であって、後の工程でダイヤモンド単結晶を成長させる主面のオフ角、及び、波長800nmの光の透過率は表3の通りであった。
また、得られたダイヤモンド単結晶をそれぞれ実体顕微鏡により観察した結果、グラファイトによる黒点はいずれのダイヤモンド単結晶においても観察されなかった。
被削材として円筒形状のアルミニウム合金AC4Bを選択して、その外周を切削速度600m/分ほか同条件にて50km旋削した後で、切削工具の刃先を顕微鏡観察した。観察で差し渡し0.5μm以上の欠け部分の数を切削工具毎に計数した結果、同様にして評価した高温高圧合成Ib型ダイヤモンド単結晶で作製した切削工具と比較して、同数より少なかった。また、逃げ面摩耗量についても、同様にして評価した高温高圧合成Ib型ダイヤモンド単結晶で作製した切削工具と比較して、小さかった。
表4に示す比較例1のダイヤモンド単結晶を作製したが、第1層目と第2層目の350nmの波長の光の吸収係数はそれぞれ22cm−1と23cm−1であった。
実施例と同様にして、切削工具の作製及び被削材の切削を行い、切削後の欠け数を評価したが、高温高圧合成Ib型で作製したものと比較して多かった。
表4に示す比較例2のダイヤモンド単結晶を作製したが、第1層目と第2層目の350nmの波長の光の吸収係数はそれぞれ50cm−1と27cm−1であった。
実施例と同様にして、切削工具の作製及び被削材の切削を行い、切削後の逃げ面摩耗量を評価したが、350nmの波長の光の吸収係数が5cm−1であった従来のダイヤモンド単結晶で作製したバイトと比較して、大きかった。
まず、表5に示すNo.2−23のダイヤモンド単結晶種基板を用意した。サイズは4×4×0.5mm厚で、高温高圧合成Ib型ダイヤモンド単結晶(HPHT Ib)である。4×4mmサイズの主面の表面粗さRaは40nm以下とした。また種基板の主面であって、後の工程でダイヤモンド単結晶を成長させる主面のオフ角、及び、800nmの透過率は表5の通りであった。
単結晶ダイヤモンド工具として、図3に示すような形状の単結晶ダイヤモンド切削工具(No.3−01〜No.3−42)を作製して、それぞれ切削評価試験を行った。各切削工具のシャンクに接合するダイヤモンド単結晶は次のようにして作製した。
まず、4×4×0.5mm厚で、高温高圧合成Ib型ダイヤモンド単結晶(HPHT Ib)、高温高圧合成IIa型ダイヤモンド単結晶(HPHT IIa)、気相合成ダイヤモンド単結晶基板(CVD)のダイヤモンド単結晶種基板を用意した。
4×4mmサイズの主面({100}面)の表面粗さRaは40nm以下とした。また、それぞれの種基板の主面であって、後の工程でダイヤモンド単結晶を成長させる主面のオフ角、及び、800nmの波長の光の透過率は表6の通りであった。
結晶成長後は、レーザ切断で種基板からダイヤモンド単結晶を分離して、ダイヤモンド単結晶の成長面側の主面及びレーザ切断面側の主面を研磨することで、主面間隔(厚さ)1mm、主面間の平行度10μm以内、且つ、表面粗さRa40nm以内とした。
また、得られたダイヤモンド単結晶を実体顕微鏡により観察した結果、グラファイトによる黒点はいずれのダイヤモンド単結晶においても観察されなかった。
上記で得たダイヤモンド単結晶No.a〜No.fをそれぞれ7つずつ用意してイオン注入を行った。そして、このイオン注入後のダイヤモンド単結晶をダイヤモンド単結晶チップとして切削工具のシャンクに接合することで単結晶ダイヤモンド切削工具を作製した。各チップのシャンクへの接合は銀ろう付けにより行った。
ダイヤモンド単結晶チップのイオン注入層除去前後の波長800nmの光の透過率変化(A)は1%〜70%、波長350nmの光の吸収係数(B)は1cm−1〜80cm−1の範囲のものを表7に示すように準備した。
イオン注入層は、注入イオン種としてリン、注入エネルギーは900keV、注入角度は7°とし、注入ドーズ量は1×1013cm−2〜5×1015cm−2の範囲から選択して、前記シャンクに接合する側の主面から注入することにより形成した。注入深さはシャンクに接合する側の主面から0.53μmの位置であった。
すべてのチップのノーズを曲率半径1mm、すくい角0°、逃げ角7°で、輪郭度は50〜100nmの範囲に仕上げた。
すなわち、No.3−01〜No.3−09の切削工具では、欠けや割れ部分の数と、逃げ面摩耗量との両方の性能において、従来技術の高温高圧合成Ib型ダイヤモンド単結晶で作製した切削工具と同等以上、No.3−10〜No.3−42の切削工具では同等より優れた工具性能が得られた。
上記実施例と同様にして作製した全てのダイヤモンド単結晶にイオン注入層を設けなかった以外は、実施例と同様にして、各単結晶ダイヤモンド切削工具を作製した。
実施例と同様にして切削試験を試みたが、差し渡し0.5μm以上の欠け部分あるいは割れ部分の計数結果、7か所より多く、高温高圧合成Ib型ダイヤモンド単結晶で作製した切削工具よりも多かった。
350nmの波長の光の吸収係数が81cm−1及び85cm−1のダイヤモンド単結晶を用いて、両者ともイオン注入加工を施さずに切削工具を作製した。
実施例と同様にして切削試験を試みたが、両方とも切削途中で割れて、切削距離50kmに到達しなかった。
12 ダイヤモンド単結晶種基板の主面
21 単結晶ダイヤモンド工具
22 ダイヤモンド単結晶チップ
23 ホルダ
24 ダイヤモンド単結晶チップの底面
25 ダイヤモンド単結晶チップの背面
31 単結晶ダイヤモンド切削工具
32 ダイヤモンド単結晶チップ
33 ホルダ
34 底面
35 背面
36 イオン注入層
Claims (4)
- 工具のシャンクにダイヤモンド単結晶が接合されている単結晶ダイヤモンド工具であって、
前記ダイヤモンド単結晶は、シャンクと接合されている底面から深さ50μm以内の位置にイオン注入層を有する、単結晶ダイヤモンド工具。 - 前記単結晶ダイヤモンド工具は、単結晶ダイヤモンド切削工具である請求項1に記載の単結晶ダイヤモンド工具。
- 請求項1又は請求項2に記載の単結晶ダイヤモンド工具を製造する方法であって、
ダイヤモンド単結晶の一方の主面にイオン注入加工を行って、表面から深さ50μm以内の位置にイオン注入層を形成する工程と、
前記ダイヤモンド単結晶の前記イオン注入加工を行った側の前記主面を、工具のシャンクと接合させる工程と、
を有し、
前記イオン注入加工は、イオン注入の前後において波長800nmの光の透過率の低下率が10%以上となるように行う、
単結晶ダイヤモンド工具の製造方法。 - 前記イオン注入加工される前のダイヤモンド単結晶は、イオン注入層が形成される面に対して垂直方向の波長350nmの光の吸収係数が、25cm−1以上、80cm−1以下である請求項3に記載の単結晶ダイヤモンド工具の製造方法。
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