JP6360041B2 - 単結晶ダイヤモンドおよびダイヤモンド工具 - Google Patents
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Description
単結晶ダイヤモンドにおける欠けの発生の抑制について、本発明の効果を確認する実験を行った。まず、上記本実施の形態に係る単結晶ダイヤモンドの製造方法を用いて単結晶ダイヤモンド10を製造した(図6〜図11参照)。工程(S10)では、5mm×5mmの正方形状を有し、厚みが0.7mmの単結晶基板20を準備した(図7参照)。また、単結晶基板20の表面20aにおける高低差Hは15nm以上であり、かつ溝21同士の間隔Lは10μmを超え100μm以下であった(図8参照)。工程(S20)では、RIEにより表面20aから0.3μmの深さ領域までエッチングし、またはスパッタリングにより表面20aから0.1μmの深さ領域までエッチングした(図7参照)。
上記実施例1〜6および比較例1〜3の単結晶ダイヤモンドの成長表面を研磨し、その後位相差の測定を行った。位相差の測定には、複屈折分布測定装置(株式会社フォトニックラティス社製、WPA−100)を用い、上述のように単結晶ダイヤモンド10の主面10a内に複数の測定領域M(1mm×1mm)を設定して測定を行った(図2参照)。また、サンプル(単結晶ダイヤモンド)中において20μm×20μmの情報を得ることができるように、レンズを用いて上記測定装置を調整した。なお、上記測定装置では、3種類の波長(523nm、543nm、575nm)を用いて、0〜3000nmの位相差の範囲で測定することが可能である。
上記実施例1〜6および比較例1〜3の単結晶ダイヤモンド、ならびに多結晶ダイヤモンド(D1000)および高圧合成ダイヤモンドの各々をカッター刃に用いて被削材(ワーク)の切削加工を行い、その際の欠けの発生の有無を調査した。カッターには、住友電工ハードメタル株式会社製のRF4080Rを用いた。ワイパーチップには、住友電工ハードメタル株式会社製のSNEW1204ADFR−WSを用いた。旋盤には、株式会社森精機社製のNV5000を用いた。切削速度は、2000m/minとした。切込みは、0.05mmとした。送りは、0.05mm/刃、0.1mm/刃、または0.15mm/刃とした。ワークには、アルミ材(A5052)を用いた。上記条件によりワークの切削加工を行った後、ダイヤモンドの欠けの発生の有無を調査した。また、各々の送り(mm/刃)条件について、ワークの面粗さ(μm)およびバリの発生の有無も調査した。
上記実施例1〜6および比較例1〜3の単結晶ダイヤモンドについて、バイト工具用の刃先出しのための研磨加工を行った。そして、加工後に2mmの長さに亘り観察した場合の欠け(チッピング)の数を調査した。なお、調査対象は、5μm以上の大きさの欠けとした。
位相差の測定結果について説明する。図12および図13の位相差分布写真において、位相差が大きい領域(欠陥部が導入された領域)は白く観察され、一方で位相差が小さい領域は黒く観察された。図12および図13から明らかなように、実施例1〜6では、位相差分布写真において白く観察される領域が面内に広く形成されていたのに対し(図12)、比較例1〜3では白く観察される領域がほぼ形成されていなかった(図13)。また、表1から明らかなように、実施例1〜6では位相差の平均値の最大がいずれも30nm以上となったのに対し、比較例1〜3ではいずれも30nm未満であった。また、位相差は543nmの波長を用いて測定されており、位相差の最大値は2000nm以下であった。この結果より、単結晶基板の表面における高低差Hを15nm以上とし、かつ溝21同士の間隔Lを10μmを超え100μm以下に設定することにより、当該単結晶基板上に形成される単結晶ダイヤモンドにおける位相差の平均値の最大が30nm以上になることが分かった。
切削加工後の欠け発生の調査結果について説明する。表1を参照して、送りを0.15mm/刃とした場合には、実施例1〜6では切削加工後の欠けの発生が見られなかったのに対して、比較例1〜3では欠けの発生が見られた。この結果より、単結晶ダイヤモンドにおける位相差の平均値の最大を30nm以上とすることにより、欠けの発生が抑制されることが分かった。
切削加工後のワークの面粗さの調査結果について説明する。図14を参照して、多結晶ダイヤモンドでは、送り(mm/刃)が大きくなるのに伴いワークの面粗さが大きくなったのに対して、実施例1〜6の単結晶ダイヤモンドでは送りが0.15mm/刃の時にワークの面粗さが大きく低下した。また、比較例1〜3の単結晶ダイヤモンドでは、上述のように送りが0.15mm/刃の時に欠けが発生した。
切削加工後のバリ発生の調査結果について説明する。表2を参照して、多結晶ダイヤモンドでは切削加工後にワークにバリの発生が見られたのに対して、高圧合成ダイヤモンド、実施例1〜6および比較例1〜3の単結晶ダイヤモンドでは、いずれもバリの発生が見られなかった。
刃先研磨加工時の欠け(チッピング)の発生の調査結果について説明する。表1を参照して、実施例1〜6ではチッピングの発生数が0個であったのに対して、比較例1〜3では3個以上のチッピングが見られた。この結果より、単結晶ダイヤモンドにおける位相差の平均値の最大を30nm以上とすることにより、欠けの発生が抑制されることが分かった。
Claims (9)
- 欠陥部が導入された単結晶ダイヤモンドであって、
前記欠陥部は、前記単結晶ダイヤモンドに円偏光を照射した場合に発生する位相差により検出可能であり、
前記単結晶ダイヤモンドの主面内の1辺の長さが1mmである正方形状を有する複数の測定領域において、各前記測定領域ごとに測定された厚さ700μmあたりの前記位相差の平均値の最大が30nm以上である、単結晶ダイヤモンド。 - 前記測定領域内で測定された前記位相差の標準偏差が30nm以上である、請求項1に記載の単結晶ダイヤモンド。
- 前記測定領域内で測定された前記位相差の度数分布では、複数のピークが存在する、請求項1または2に記載の単結晶ダイヤモンド。
- 前記測定領域内で測定された前記位相差の度数分布では、前記位相差の平均値よりも小さい値において存在する第1のピークと、前記位相差の平均値よりも大きい値において存在する第2のピークとが存在する、請求項3に記載の単結晶ダイヤモンド。
- 前記欠陥部が直線状に並んで導入されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の単結晶ダイヤモンド。
- 前記欠陥部が円弧状に並んで導入されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の単結晶ダイヤモンド。
- 気相合成法により形成されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の単結晶ダイヤモンド。
- ダイヤモンド工具に用いられる、請求項1〜7のいずれか1項に記載の単結晶ダイヤモンド。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の単結晶ダイヤモンドを備える、ダイヤモンド工具。
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