JP3096121B2 - 線引きダイ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、適当な支持体に取付け
られたダイヤモンド差し込み工具またはダイヤモンド本
体のような耐摩耗性差し込み工具を含む型式の線引きダ
イ製造用の線引きダイブランクに関する。

【０００２】

【従来の技術】モノクリスタル（合成単結晶）のダイヤ
モンド線引きダイ差し込み工具は工業的分野で広く使用
されている。このような線引きダイ用のモノクリスタル
のダイヤモンド差し込み工具の１つの欠点は、差し込み
工具が低い耐摩耗抵抗の結晶学的方向に従って摩耗する
事実である。その結果として、線引きされた線の断面が
差し込み工具が摩耗する時に時間を経るに従って変化す
るのである。

【０００３】さらに、モノクリスタルのダイヤモンドは
大量に製造するのに本来的に高価である。

【０００４】合成によって製造されるモノクリスタルの
ダイヤモンドにおけるさらに他の問題点は、合成処理に
よってダイヤモンド結晶内に生じる金属介在物または金
属相に関係することである。このような金属成分は熱的
不安定性を導き、早期の摩耗または亀裂を生じさせる恐
れがある。

【０００５】また、多結晶ダイヤモンドによって作られ
た線引きダイ差し込み工具は現在工業的に使用されてい
る。この材料は結晶差し込み工具の選択的な結晶学的摩
耗パターンを有しない。しかし、この材料はコバルトの
ような、マトリックス内の金属結合面を有し、これがこ
の材料内に熱的不安定性の要素を導入するのである。こ
のようなマトリックスが存在することによって、摩耗が
必ずしも充分に円滑にはならないのである。

【０００６】多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）内の金属相
によって導入される上述およびその他の問題点を回避す
るために、若干の作業者は化学的エッチングによって金
属相を浸出して除去することが行われた。しかし、この
方法でさえ、欠点を生じるのである。先ず第一に、金属
相の完全で能率のよい除去の成功に迫ることが困難であ
る。第二に、この浸出は金属を除去するが、空虚部分を
残置させ、多孔性のＰＣＤ材料を生じさせ、多孔性が増
大するにつれてこれの強度が減少することである。第三
に、このような多孔性構造は密な多結晶本体よりも平滑
な面に研磨するのがさらに困難になることである。

【０００７】ダイヤモンドがガス相の中で合成される方
法は公知である。これらの方法は化学的気相成長法（Ｃ
ＶＤ）として知られていて、このような方法によって製
造されたダイヤモンドはＣＶＤダイヤモンドとして知ら
れている。これらの方法は一般に水素ガスおよび炭化水
素のような適当なガス状の炭素化合物の混合物を作り、
このガスに充分なエネルギーを与えて、水素を水素原子
に分解し、ガスを活性炭素イオン、原子またはＣＨ基に
分解し、このような活性化されたものを基層上に沈着さ
せてダイヤモンドを形成することを含んでいる。このよ
うなガスの分解はホットフィラメント、プラズマ助勢
（hot filament, plasma assisted ）方法またはプラズ
マジェットのような種々の方法によって行うことができ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述のような
従来技術の欠点を排除して、安価で、性能の優れた線引
きダイブランクを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決する為の手段】本発明による線引きダイブ
ランクは、周囲が支持体の廻りに固定された多結晶ＣＶ
Ｄダイヤモンド本体を有し、前記本体が板状の形状を有
し、前記ダイヤモンドは、結晶の大部分が前記板状の本
体の側面に平行に＜１１１＞結晶軸を有することを特徴
とする。

【００１０】

【実施例】この多結晶ＣＶＤダイヤモンド本体は大体通
常０．５mm以上の厚さを有する層の形態になされてい
る。この層、すなわち本体は線引きダイ技術において公
知の適当な支持体に取付けられるのである。このＣＶＤ
ダイヤモンド内の結晶の方位の比較的任意の分布が差し
込み工具を使用する間のさらに均一な摩耗を保証するの
である。さらに、このＣＶＤダイヤモンドは金属の介在
物がなく、従って大なる熱的安定性を有するのである。

【００１１】このＣＶＤダイヤモンドの粒子寸法は１ミ
クロン以下から数十ミクロン以上まで制御されることが
できる。このような能力は種々の線引きの応用面に対す
るダイの等級分けを可能になすのである。

【００１２】成長の間にホウ素原子のような微量添加原
子（dopant atom ）がこのＣＶＤダイヤモンド内に導入
されることができる。従って、例えば１２００ppm 以上
の密度でホウ素を添加することは耐酸化抵抗、従ってこ
のＣＶＤダイヤモンド本体即ち板状のダイヤモンドの寿
命を実質的に増加させるのである。

【００１３】このＣＶＤダイヤモンドの成長方法は選択
的な結晶学的方位を有する層即ち板状のダイヤモンド本
体を作るようになすことができるのである。例えば、こ
の方位は＜１１１＞、＜１１０＞または＜１００＞にな
し得る。摩耗速度がダイヤモンドの方位に著しく関係す
ることはよく知られている。従って、ダイヤモンド本体
の耐摩耗抵抗を増大させるように望ましい方位が選択さ
れることができる。具体的には、板状のダイヤモンド本
体即ちダイヤモンド層に対して、この方位は、殆どの結
晶がこのダイヤモンド層の平面（１４）、（１６）内で
＜１１１＞の結晶軸を有する即ち結晶の大部分が板状の
本体の側面（１４、１６）に平行に＜１１１＞結晶軸を
有するようになし得るのである。ここでダイヤモンドの
＜１１１＞結晶軸とは、良好な性質を備えた天然ダイヤ
モンドの形状である立方晶８面体の各面が（１１１）面
であり、この（１１１）面に垂直な方位が＜１１１＞結
晶軸となる。このことを図６及び図７に示した。即ち図
６で分散した多数の点で示される面が立方晶の（１１
１）面であり、＜１１１＞結晶軸はこの（１１１）に垂
直な方向である。図７は上記立方晶８面体を示し、この
立方晶８面体の面のすべてが（１１１）面であり即ち分
散した多数の点で示される面が８個ある（１１１）面の
１つであり、＜１１１＞結晶軸はそれぞれの（１１１）
面に垂直な軸線（図７で矢印で示す）である。

【００１４】ＣＶＤダイヤモンド本体の支持体は通常超
硬合金または金属支持体になされている。差し込み工具
は通常その周囲が支持体に蝋付け、機械的固定またはこ
れらの組合せによって固定されるのである。

【００１５】ＣＶＤダイヤモンド本体はこの技術分野で
公知の方法によって製造されることができる。例えば、
自己支持層は、ＣＶＤダイヤモンド層をケイ素または炭
化ケイ素のような基層上に成長させ、成長後にこの基層
を化学的にエッチングで除去するか、またはダイヤモン
ド層が接着されないモリブデンのような金属基層上にＣ
ＶＤダイヤモンド層を成長させることによって作られる
ことができる。後者の場合には、成長後にこの層は簡単
に基層から除去されるのである。

【００１６】ＣＶＤダイヤモンド層は一般に線引きダイ
に必要とされるよりもさらに大きい面積で作られる。こ
のような層は例えばレーザー切断によって、側面がテー
パーされた六角形、正方形またはディスクのような種々
の有用な形状が切断されることができる。

【００１７】ＣＶＤダイヤモンド層から個々のダイまた
はブランクを作るためのレーザー切断に代わる変形形態
は写真平版（photolithography）およびダイヤモンドの
プラズマエッチングまたは反応性イオンエッチングのよ
うな乾燥エッチングを利用することである。例として、
酸素エッチングが利用される場合には、ＣＶＤダイヤモ
ンド層を作って、これを基層から除去した後で、チタ
ン、クロム、黄金、二酸化ケイ素またはその他の酸素プ
ラズマの環境下で劣化しない材料のような適当なマスク
材料の層から真空蒸着、プラズマ助勢化学蒸着、スパッ
タリングまたは同様の処理のような通常の技術によって
ダイヤモンドプレートの側面、望ましくは平滑な側面に
沈着されるのである。次のこの層は公知の写真平版およ
び半導体の技術分野で公知の湿式または乾燥エッチング
技術によってパターンを付与されるのである。

【００１８】所望のパターンがマスク層上に形成された
後で、ダイヤモンドプレートが、望ましくは酸素含有ガ
ス混合物内でプラズマを励起されることにより酸化雰囲
気が内部に作られている反応室内に導入されるのであ
る。ダイヤモンドは、マスクされない範囲、すなわち面
積部分で除去される。

【００１９】酸素の代りに半導体技術にて公知の技術を
利用してガス混合物内に導入される塩素またはフッ素の
ようなハロゲンを含む他の活性ガスも使用されることが
できる。

【００２０】本発明の線引きダイの２つの実施例が図１
および図２に示されている。最初に図１を参照すれば、
支持体１２に取付けられた多結晶ＣＶＤダイヤモンド層
即ち板状の形状を有するダイヤモンド本体１０を含む線
引きダイが示されている。この層１０は反対両側面にそ
れぞれ平らな主面１４，１６を有し、周囲１８が支持体
１２の内部に充分埋設されるようになされて取付けられ
ている。孔２０が層１０を通して一方の主面１４から他
方の主面１６まで形成されている。使用に際し、線がこ
の孔を通して線引きされるのである。

【００２１】多結晶ＣＶＤダイヤモンド層１０内のダイ
ヤモンドの方位は、殆どの結晶が平面内、すなわち板状
のダイヤモンド本体であるダイヤモンド層１０の平面１
４，１６に平行に＜１１１＞結晶軸を有するようになさ
れるのである。

【００２２】図２は第２の実施例を示している。この実
施例においては、多結晶ＣＶＤダイヤモンド本体２２が
周囲２６を支持体２４に蝋付けすることによってこの支
持体に固定されている。蝋付けは高温蝋付けになされる
のが望ましい。孔２８が本体２２を通して形成されてい
る。この孔は軸線方向、すなわち支持体の全体の平面に
対して横方向になされるのである。

【００２３】支持体１２，２４は鋼のような適当な材料
によって作られるのが望ましいが、また超硬合金によっ
て作られることもできる。

【００２４】図３は図１または図２の実施例の何れにも
適するＣＶＤダイヤモンド層を製造するのに有用な製品
を示している。多結晶ＣＶＤダイヤモンド層３０が何れ
かの公知のＣＶＤ多結晶ダイヤモンド法を利用して基層
３２上で成長される。この基層３２は多数の隆起部３４
を有し、これらの隆起部が製造されるＣＶＤダイヤモン
ド層の所望の形状および寸法を規定するようになってい
る。これらの隆起部３４が充分な厚さになされている場
合には、ＣＶＤダイヤモンド層が成長するにつれてＣＶ
Ｄダイヤモンド層の破壊を生じる。最終的な製品は、レ
ーザー切断または同様の処理を行う必要のない正しい形
状および寸法の１組のＣＶＤダイヤモンド層、すなわち
差し込み工具になされるのである。例えば化学的エッチ
ングによって基層および隆起部を除去すると、個々の
層、すなわち差し込み工具が取出され得るのである。

【００２５】図４および図５の製品はその１つが図３に
示されているような多数の正方形４８に分割されること
ができる。それぞれの正方形４８はこれの内部の中央に
位置する突起４４を有する。これによって基層はそれぞ
れの正方形から除去されて、貫通する孔を有するＣＶＤ
多結晶ダイヤモンドの正方形のプレートが得られるので
ある。このプレートは線引きダイのための差し込み工具
として有用である。

【００２６】これらの突起は係舟柱の形状のような何れ
かの適当な形状になされることができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、上述のように構成されている
から、低い耐摩耗抵抗の結晶学的方向に従って摩耗した
り、ダイヤモンド結晶内に金属介在物または金属相を生
じて、熱的不安定性を導き、早期の摩耗または亀裂を生
じる恐れのある従来技術の線引きダイの欠点を排除し
た、性能の優れた安価な線引きダイを提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の部分的断面側面図。

【図２】本発明の他の実施例の部分的断面側面図。

【図３】本発明の線引きダイのための差し込み工具を作
るのに有用な製品の斜視図。

【図４】このような差し込み工具を作るのに有用な他の
製品の断面側面図。

【図５】図４の平面図。

【図６】結晶学的な立方晶の（１１１）面を示す斜視
図。

【図７】ダイヤモンドの結晶である立方晶８面体の＜１
１１＞結晶軸を示す斜視図。

フロントページの続き (72)発明者 コーネリアス ファール イギリス国サーレイ，バグショット，セ ント アンズ グレード，グレード コ ッテージ（番地なし) (56)参考文献 特開 平１−225774（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−52710（ＪＰ，Ａ) 実開 昭50−153242（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21C 3/02 C30B 29/04

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周囲が支持体の廻りに固定された多結晶
   ＣＶＤダイヤモンド本体を有し、前記本体が板状の形状
   を有し、前記ダイヤモンドは、結晶の大部分が前記板状
   の本体の側面（１４、１６）に平行に＜１１１＞結晶軸
   を有する線引きダイブランク。
2. 【請求項２】 前記板状の本体が０．５mm以上の厚さを
   有する請求項１に記載された線引きダイブランク。
3. 【請求項３】 前記ダイヤモンドが微量添加原子を含
   み、前記微量添加原子がホウ素原子である請求項１に記
   載された線引きダイブランク。
4. 【請求項４】 前記微量添加原子の密度が１２００ppm
   以上である請求項３に記載された線引きダイブランク。