JP6325175B2 - 平行化切断ビームを用いて超硬度材料のプレートを作製する方法 - Google Patents
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Description
(i)導電性材料、例えばドープCVD合成ダイヤモンド、ドープHPHT合成ダイヤモンド、およびドープcBN製品についてはワイヤEDM(放電加工)機械、
(ii)絶縁性材料、例えば非ドープCVD合成ダイヤモンド、非ドープHPHT合成ダイヤモンド、非ドープcBN製品に関して高出力レーザ、または
(iii)典型的には、他の超硬度材料、例えばダイヤモンドを含浸させた切断ソーまたはのこぎり。
少なくとも40mmの横方向寸法を有する基体を用意するステップと、
化学気相成長法を用いて超硬度材料の層を基体上で成長させるステップと、
平行化切断ビーム(collimated cutting beam)を用いて1枚又は2枚以上の超硬度材料プレートを基体から切り取るステップとを含み、超硬度材料プレートは、少なくとも40mmの横方向寸法を有し、平行化切断ビームは、5°以下の半拡散角度を持つよう平行化(collimated)されることを特徴とする方法が提供される。
水ジェットレーザを用いて材料を切断するステップと、
水を材料に形成された切れ目の底から追い出し、それにより切断手順中、切れ目の底の水のたまりを減少させるステップとを含むことを特徴とする方法が提供される。
(i)例えば高度に平行化された切断ビームを用いた低切り溝損失、
(ii)高い切断速度および切断時間の減少、
(iii)切断技術を超硬度材料類に利用することができるような融通性の高い度合い、
(iv)切断場所、切断速度、切断深さ、および切断幅の正確な制御を達成するための高度の制御性、および
(v)例えば材料の割れのような損傷を生じさせないで超硬度材料の切断を達成するための低い材料損傷度。
(i)当初のハードウェアコスト、および
(ii)操業コストで決まり、かかる操業コストとしては、
a.消費財、例えば電力およびガスの供給費、
b.ある程度までは切断装置の複雑さおよび信頼性で決まる切断装置の保守費および寿命、
c.切断作業相互間で切断装置をセットアップするのに必要な時間で決まる作業切断時間と静止時間の関係、および
d.例えば熟練オペレータがこれまたある程度は切断装置の複雑さおよび信頼性で決まる装置を動かすのに必要な場合の人件費が挙げられる。
少なくとも40mmの横方向寸法を有する基体を用意するステップと、
化学気相成長法を用いて超硬度材料の層を基体上で成長させるステップと、
平行化切断ビームを用いて1枚又は2枚以上の超硬度材料プレートを基体から切り取るステップとを含み、超硬度材料プレートは、少なくとも40mmの横方向寸法を有し、平行化切断ビームは、5°以下の半拡散角度を持つよう平行化されることを特徴とする方法が提供される。
(i)水ジェットレーザを用いて材料を切断するステップと、
(ii)水を材料に形成された切れ目の底から追い出し、それにより切断手順中、切れ目の底の水のたまりを減少させるステップとを含むことを特徴とする方法が提供される。
(i)切断表面上の電子ビームの速度が100mms-1から5000mms-1までの範囲にあり、オプションとして200mms-1以上、400mms-1以上、600mms-1以上、800mms-1以上、1000mms-1以上、1200mms-1以上、または1400mms-1以上、かつ/あるいは、4500mms-1以下、4000mms-1以下、3500mms-1以下、3000mms-1以下、2500mms-1以下、2000mms-1以下、1800mms-1以下、または1600mms-1以下であるようなウェーハ回転速度、
(ii)5mAから120mAまでの範囲にあり、オプションとして10mA以上、15mA以上、20mA以上、30mA以上、40mA以上、50mA以上、60mA以上、または70mA以上、オプションとして110mA以下、100mA以下、90mA以下、85mA以下、または80mA以下、オプションとして上述の上限と下限の任意の組み合わせによって定められる範囲内にあるビーム電流、
(iii)10kVから200kVまでの範囲にあり、オプションとして15kV以上、20kV以上、25kV以上、30kV以上、または35kV以上、オプションとして150kV以下、125kV以下、100kV以下、90kV以下、80kV以下、70kV以下、または65kV以下、オプションとして上述の上限と下限の任意の組み合わせによって定められる範囲内にある加速電圧、
(iv)5μmから500μmまでの範囲にあり、オプションとして500μm以下、300μm以下、100μm以下、50μm以下、または30μm以下、オプションとして10μm以上、15μm以上、または20μm以上、オプションとして上述の上限と下限の任意の組み合わせによって定められる範囲内にある超硬度材料上の接触点のところでの電子ビームスポットサイズ、
(v)500Jm-1から30000Jm-1までの範囲にあり、オプションとして25000Jm-1以下、20000Jm-1以下、15000Jm-1以下、10000Jm-1以下、5000Jm-1以下、または1600Jm-1以下、オプションとして800Jm-1以上、1100Jm-1以上、1500Jm-1以上、2000Jm-1以上、5000Jm-1以上、または10000Jm-1以上、オプションとして上述の上限と下限の任意の組み合わせによって定められる範囲内にある(加速電圧×ビーム電流)/(電子ビーム走査速度)によって定められる入力ラインエネルギー、
(vi)10MJm-2から600MJm-2までの範囲にあり、オプションとして500MJm-2以下、400MJm-2以下、300MJm-2以下、200MJm-2以下、100MJm-2以下、または32MJm-2以下、オプションとして16MJm-2以上、22MJm-2以上、30MJm-2以上、40MJm-2以上、100MJm-2以上、または200MJm-2以上、オプションとして上述の上限と下限の任意の組み合わせによって定められる範囲内にある(加速電圧×ビーム電流)/(電子ビーム走査速度×ビーム幅)によって定められる表面エネルギー密度、
(vii)100GJm-3から2500GJm-3までの範囲にあり、オプションとして2300GJm-3以下、2000GJm-3以下、1700GJm-3以下、1400GJm-3以下、1100GJm-3以下、800GJm-3以下、または600GJm-3以下、オプションとして150GJm-3以上、200GJm-3以上、250GJm-3以上、300GJm-3以上、350GJm-3以上、400GJm-3以上、450GJm-3以上、または500GJm-3以上、オプションとして上述の上限と下限の任意の組み合わせによって定められる範囲内にある(加速電圧×ビーム電流)/(電子ビーム走査速度×1/2×切れ目幅×切断深さ)および/または(入力ラインエネルギー)/(切れ目の断面積)によって定められる材料の単位揮発体積当たりのエネルギー。
なお、好ましい構成態様として、本発明を次のように構成することもできる。
1. 超硬度材料のプレートを作製する方法であって、前記方法は、
少なくとも40mmの横方向寸法を有する基体を用意するステップと、
化学気相成長法を用いて超硬度材料の層を前記基体上で成長させるステップと、
視準切断ビームを用いて1枚又は2枚以上の超硬度材料プレートを前記基体から切り取るステップとを含み、前記超硬度材料プレートは、少なくとも40mmの横方向寸法を有し、前記視準切断ビームは、5°以下の半拡散角度を持つよう視準される、方法。
2. 前記超硬度材料は、合成CVDダイヤモンドで作られている、上記1記載の方法。
3. 前記合成CVDダイヤモンドは、単結晶CVDダイヤモンドである、上記2記載の方法。
4. 前記基体は、単結晶ダイヤモンド基体のタイル状アレイから成り、
前記成長ステップは、単結晶CVDダイヤモンドを前記単結晶ダイヤモンド基体のタイル状アレイ上で成長させるステップを含み、
前記切り取りステップは、前記単結晶ダイヤモンド基体のタイル状アレイから前記単結晶CVDダイヤモンドのプレートを切り取るステップを含む、上記3記載の方法。
5. 前記超硬度材料層は、少なくとも100μm、少なくとも200μm、少なくとも300μm、少なくとも500μm、少なくとも1mm、少なくとも3mm、または少なくとも5mmの厚さまで成長させる、上記1〜4のうちいずれか一に記載の方法。
6. 複数のプレートを前記超硬度材料層から切り取る、上記1〜5のうちいずれか一に記載の方法。
7. 前記超硬度材料層から切り取られた前記超硬度材料のプレートは、100μm以下、80μm以下、60μm以下、または50μm以下の厚さを有する、上記1〜6のうちいずれか一に記載の方法。
8. 前記超硬度材料プレートは、少なくとも50mm、少なくとも60mm、少なくとも80mm、少なくとも100mm、少なくとも120mm、または少なくとも140mmの横方向寸法を有する、上記1〜7のうちいずれか一に記載の方法。
9. 前記視準切断ビームは3°以下、1°以下、または0.5°以下の半拡散角度を持つよう視準される、上記1〜8のうちいずれか一に記載の方法。
10. 前記切り取りステップは、前記超硬度材料層を少なくとも2つの互いに異なる方向に切断して前記超硬度材料プレートを前記基体から取り出すステップを含む、上記1〜9のうちいずれか一に記載の方法。
11. 前記視準切断ビームは、電子ビームの形態をしている、上記1〜10のうちいずれか一に記載の方法。
12. 前記視準切断ビームは、水ジェットレーザの形態をしており、
前記水ジェットレーザおよび前記超硬度材料層は、切り取り中、水を前記超硬度材料に形成された切れ目から噴出させ、それにより前記切れ目の底のところに水のたまりを減少させるよう構成されている、上記1〜10のうちいずれか一に記載の方法。
13. 前記超硬度材料層を前記視準切断ビームに対して回転させて水を前記切れ目から追い出すことによって水を前記超硬度材料に形成された前記切れ目から噴出させ、それにより前記切れ目の前記底のところの水のたまりを減少させる、上記12記載の方法。
14. 水ジェットレーザを用いて材料を切断する方法であって、前記方法は、
前記水ジェットレーザを用いて前記材料を切断するステップと、
水を前記材料に形成された切れ目の底から追い出し、それにより前記切断手順中、前記切れ目の前記底の水のたまりを減少させるステップとを含む、方法。
15. 前記材料を回転させて水を前記切れ目から追い出すことによって切断手順中、水を前記材料に形成された前記切れ目の前記底から追い出す、上記14記載の方法。
16. 前記切断ステップの開始に先立って、被膜を前記材料に被着させる、上記14または15記載の方法。
17. 集束レーザを利用して前記水ジェットレーザへの切り換えに先立って前記切断を開始させる、上記14または15記載の方法。
18. 前記切断ステップは、前記材料を少なくとも2つの互いに異なる方向に切断して材料のプレートを取り出すステップを含む、上記14〜17のうちいずれか一に記載の方法。
19. 前記切断ステップは、前記材料を少なくとも20mm、少なくとも40mm、少なくとも60mm、少なくとも80mm、少なくとも100mm、少なくとも120mm、または少なくとも140mmの深さまで切断するステップを含む、上記14〜18のうちいずれか一に記載の方法。
20. 前記材料は、超硬度材料から成る、上記14〜19のうちいずれか一に記載の方法。
21. 前記超硬度材料は、ダイヤモンド材料、立方晶窒化ほう素材料、サファイア、または前記超硬度材料のうちの1つまたは2つ以上およびバインダを含む複合材料のうちの1つまたは2つ以上である、上記20記載の方法。
22. 前記材料の複数のサンプルを回転可能なステージに取り付け、前記回転可能なステージを切断中、回転させる、上記14〜21のうちいずれか一に記載の方法。
23. 前記水ジェットレーザを前記切れ目に対して横方向に動かして前記切れ目の入口箇所を広幅に作る切断ルーチンを用いて前記切れ目を作る、上記14〜22のうちいずれか一に記載の方法。
24. 水ジェットレーザ切断装置であって、上記14〜23のうちいずれか一に記載の前記方法を実施するよう構成されている、水ジェットレーザ切断装置。
Claims (12)
- 合成CVDダイヤモンドのプレートを作製する方法であって、前記方法は、
少なくとも40mmの横方向寸法を有する基体を用意するステップと、
化学気相成長法を用いて合成CVDダイヤモンドの層を前記基体上で成長させるステップと、
平行化切断ビームを用いて1枚又は2枚以上の合成CVDダイヤモンドのプレートを前記基体から切り取るステップとを含み、前記合成CVDダイヤモンドのプレートは、少なくとも40mmの横方向寸法を有し、前記平行化切断ビームは、5°以下の半拡散角度を持つよう平行化される、方法。 - 前記合成CVDダイヤモンドは、単結晶CVDダイヤモンドである、請求項1記載の方法。
- 前記基体は、単結晶ダイヤモンド基体のタイル状アレイから成り、
前記成長ステップは、単結晶CVDダイヤモンドを前記単結晶ダイヤモンド基体のタイル状アレイ上で成長させるステップを含み、
前記切り取りステップは、前記単結晶ダイヤモンド基体のタイル状アレイから前記単結晶CVDダイヤモンドのプレートを切り取るステップを含む、請求項2記載の方法。 - 前記合成CVDダイヤモンドの層は、少なくとも100μm、少なくとも200μm、少なくとも300μm、少なくとも500μm、少なくとも1mm、少なくとも3mm、または少なくとも5mmの厚さまで成長させる、請求項1〜3のうちいずれか一に記載の方法。
- 複数のプレートを前記合成CVDダイヤモンドの層から切り取る、請求項1〜4のうちいずれか一に記載の方法。
- 前記合成CVDダイヤモンドの層から切り取られた前記合成CVDダイヤモンドのプレートは、100μm以下、80μm以下、60μm以下、または50μm以下の厚さを有する、請求項1〜5のうちいずれか一に記載の方法。
- 前記合成CVDダイヤモンドのプレートは、少なくとも50mm、少なくとも60mm、少なくとも80mm、少なくとも100mm、少なくとも120mm、または少なくとも140mmの横方向寸法を有する、請求項1〜6のうちいずれか一に記載の方法。
- 前記平行化切断ビームは3°以下、1°以下、または0.5°以下の半拡散角度を持つよう平行化される、請求項1〜7のうちいずれか一に記載の方法。
- 前記切り取りステップは、前記合成CVDダイヤモンドの層を少なくとも2つの互いに異なる方向に切断して前記合成CVDダイヤモンドのプレートを前記基体から取り出すステップを含む、請求項1〜8のうちいずれか一に記載の方法。
- 前記平行化切断ビームは、電子ビームの形態をしている、請求項1〜9のうちいずれか一に記載の方法。
- 前記平行化切断ビームは、水ジェットレーザの形態をしており、
前記水ジェットレーザおよび前記合成CVDダイヤモンドの層は、切り取り中、水を前記合成CVDダイヤモンドに形成された切れ目から噴出させ、それにより前記切れ目の底のところに水のたまりを減少させるよう構成されている、請求項1〜9のうちいずれか一に記載の方法。 - 前記合成CVDダイヤモンドの層を前記平行化切断ビームに対して回転させて水を前記切れ目から追い出すことによって水を前記合成CVDダイヤモンドに形成された前記切れ目から噴出させ、それにより前記切れ目の前記底のところの水のたまりを減少させる、請求項11記載の方法。
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