JP6706580B2 - 複合ダイヤモンド体および複合ダイヤモンド工具 - Google Patents
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Description
本発明は、切削加工および研削加工などに用いられる複合ダイヤモンド材料および複合ダイヤモンド体および複合ダイヤモンド工具に関する。
ダイヤモンド工具は、その硬い特性を利用して、切削加工、研削加工などにおいて、ＡｌやＡｌ合金、ＭｇやＭｇ合金などを加工し、その非常にきれいな仕上げ面から、研磨加工の要らない切削加工技術および研削加工技術として利用されてきた。しかしながら、酸化物や鉄を加工することは非常に苦手であった。それは、炭素が酸素と結合しやすいため、また、炭素が鉄と反応するために、ダイヤモンドが摩耗しやすいからであった。酸化物や鉄を加工できるダイヤモンドのような工具があると非常に有用な工具となり得るものである。
ダイヤモンドの摩耗を抑制するために、特開平３−２３２９７３号公報（特許文献１）は、焼結ダイヤモンドなどのダイヤモンド表面にＡｌ2Ｏ3、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＢＮなどの表面硬質層を被覆したダイヤモンド工具を開示する。また、特開２０１０−２４０８１２号公報（特許文献２）は、ダイヤモンド焼結体などの基材と、該基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具であって、上記被覆は、物理的蒸着膜であり、かつ基材上に形成された厚さ７〜１５μｍの窒化物層と、該窒化物層上に形成された厚さ３〜１０μｍの複合耐摩耗層と、該複合耐摩耗層上に形成された厚さ０．２〜５μｍのＡｌＮ層とを含み、上記複合耐摩耗層は、厚さ０．２〜１．５μｍの炭窒化物薄層と厚さ０．２〜１．５μｍの窒化物薄膜とが交互に積層されている表面被覆切削工具を開示する。また、特表２０１０−５２７８０２号公報（特許文献３）は、ダイヤモンド基材と、炭化物形成元素の第１の炭化層と、第１の炭化層からの炭化物形成元素を実質的に含まないＷ、Ｍｏ、Ｃｒなどまたはそれらの組み合わせもしくはそれらの合金から選択される高融点金属の第２の層と、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕなどそれらの組み合わせまたはそれらの合金のオーバーコーティングであって該オーバーコーティングの金属が第２の層の金属とは異なるオーバーコーティングと、を含むコーティングされたダイヤモンドを開示する。
特開平３−２３２９７３号公報（特許文献１）および特開２０１０−２４０８１２号公報（特許文献２）においては、基材であるダイヤモンドとして焼結ダイヤモンドやダイヤモンド焼結体が用いられていることから、焼結体中に結合材を含むため、粒界に隙間があり表面の凹凸が大きく、基材上に被膜を形成しても、表面平坦性や先端加工精度が低く精密加工や鏡面平坦加工に向かないという問題点があった。
また、特開２０１０−２４０８１２号公報（特許文献２）および特表２０１０−５２７８０２号公報（特許文献３）においては、被膜として３層以上の複雑な層構造を形成する必要があるため、コストが高く、層剥離などの不具合の発生率が高くなるという問題点があった。特に、高精度が必要な先端への密着性に問題があった。
そこで、上記の問題点を解決して、ダイヤモンドと反応してダイヤモンドを摩耗させる被削材の鏡面平坦化加工にも対応できる耐摩耗性が高い複合ダイヤモンド体および複合ダイヤモンド工具を提供することを目的とする。
本発明のある態様にかかる複合ダイヤモンド体は、ダイヤモンド母材と、ダイヤモンド母材上およびダイヤモンド母材の表面から内部の少なくとも一部の少なくともいずれかに配置された少なくとも１層の安定層と、を含む。ここで、安定層は、０．００１μｍ以上１０μｍ未満の厚さを有することができる。また、安定層は複数の層を含むことができる。また、安定層は、タングステン、タンタル、モリブデン、ニオブ、バナジウム、クロム、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属を含むことができる。また、安定層は、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、イリジウム、パラジウムおよび白金からなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属を含むことができる。また、安定層は、炭化タングステン、炭化タンタル、炭化モリブデン、炭化ニオブ、炭化バナジウム、炭化クロム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウムおよび炭化ケイ素からなる群から選ばれる少なくとも１種類の炭化物を含むことができる。また、安定層の少なくとも１層は、ダイヤモンド母材上に配置された堆積層とすることができる。また、安定層の少なくとも１層は、ダイヤモンド母材の表面から内部の少なくとも一部に配置されたイオン注入層とすることができる。また、安定層の少なくとも１層は、ダイヤモンド母材の表面から内部の少なくとも一部に配置されたアニール層とすることができる。また、本態様の複合ダイヤモンド体において、ダイヤモンド母材は、合成単結晶ダイヤモンドおよび合成多結晶ダイヤモンドの少なくとも１種類で形成されることができる。また、ダイヤモンド母材は、非置換型窒素濃度が１ｐｐｍより高い気相合成ダイヤモンドで形成されることができる。また、複合ダイヤモンド体は、安定層上に配置された厚さ５μｍ以下のダイヤモンド表面層をさらに含むことができる。
本発明の別の態様にかかる複合ダイヤモンド工具は、上記の態様の複合ダイヤモンド体を含む。
上記によれば、ダイヤモンドと反応してダイヤモンドを摩耗させる被削材の鏡面平坦化加工にも対応できる耐摩耗性が高い複合ダイヤモンド体および複合ダイヤモンド工具を提供することができる。
＜本発明の実施形態の説明＞
本発明のある実施形態にかかる複合ダイヤモンド体は、ダイヤモンド母材と、ダイヤモンド母材上およびダイヤモンド母材の表面から内部の少なくとも一部の少なくともいずれかに配置された少なくとも１層の安定層と、を含む。本実施形態にかかる複合ダイヤモンド体は、ダイヤモンド母材と、その上および／またはその表面から内部の少なくとも一部に配置された安定層と、を含むことから、被削材とダイヤモンド母材との反応を防げるため、耐摩耗性が高く、被削材の鏡面平坦化加工にも対応でき、熱伝導率が高いため加工部分の温度を低くすることができる。ここで、安定層というのは、ダイヤモンド母材とは種類の異なる元素で形成される層、または、種類の異なる元素ではなくとも結晶構造的、電気的、もしくは化学的に、ダイヤモンド母材とは異なった性質を有する層を広く指していう。安定層は、ダイヤモンド母材とは性質が異なることで、ダイヤモンド母材単体では成し得ない耐久性の特性（電気的、化学的、機械的特性）を付与するものである。
本発明のある実施形態にかかる複合ダイヤモンド体は、ダイヤモンド母材と、ダイヤモンド母材上およびダイヤモンド母材の表面から内部の少なくとも一部の少なくともいずれかに配置された少なくとも１層の安定層と、を含む。本実施形態にかかる複合ダイヤモンド体は、ダイヤモンド母材と、その上および／またはその表面から内部の少なくとも一部に配置された安定層と、を含むことから、被削材とダイヤモンド母材との反応を防げるため、耐摩耗性が高く、被削材の鏡面平坦化加工にも対応でき、熱伝導率が高いため加工部分の温度を低くすることができる。ここで、安定層というのは、ダイヤモンド母材とは種類の異なる元素で形成される層、または、種類の異なる元素ではなくとも結晶構造的、電気的、もしくは化学的に、ダイヤモンド母材とは異なった性質を有する層を広く指していう。安定層は、ダイヤモンド母材とは性質が異なることで、ダイヤモンド母材単体では成し得ない耐久性の特性（電気的、化学的、機械的特性）を付与するものである。
本実施形態の複合ダイヤモンド体において、安定層は０．００１μｍ以上１０μｍ未満の厚さを有することができる。これにより、複合ダイヤモンド体は、その硬さが高いため、被削材の鏡面平坦化加工に好適に対応できる。
本実施形態の複合ダイヤモンド体において、安定層は複数の層を含むことができる。あるいは、安定層とダイヤモンド母材との間は、それぞれの元素比、またはそれぞれの付与特性が、徐々にまたは段階的に変化している界面であることができる。「徐々に変化している」または「段階的に変化している」とは、一般的な測定方法で測定した値の平均値（たとえば、１００μｍ角エリア以上での平均値）が「連続的に変化している」または「階段状に変化している」という意味である。これは、平均のエリアよりもミクロ（１００μｍ未満）にみると、ダイヤモンド母材と安定層とが局部的には分かれて存在しており、異なる面積比率で混ざっている状態であるということも含まれている。これにより、ダイヤモンド母材と安定層との密着性を高くできる。
本実施形態の複合ダイヤモンド体において、安定層は、タングステン、タンタル、モリブデン、ニオブ、バナジウム、クロム、チタン、ジルコニクムおよびハフニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属を含むことができる。これにより、複合ダイヤモンド体は、その安定層が被削材との反応性が低く高い耐摩耗性を有するため、被削材の鏡面平坦化加工に好適に対応できる。
本実施形態の複合ダイヤモンド体において、安定層は、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、イリジウム、パラジウムおよび白金からなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属を含むことができる。これにより、複合ダイヤモンド体は、その安定層が被削材との反応性が低く高い耐摩耗性を有するため、被削材の鏡面平坦化加工に好適に対応できる。
本実施形態の複合ダイヤモンド体において、安定層は、炭化タングステン、炭化タンタル、炭化モリブデン、炭化ニオブ、炭化バナジウム、炭化クロム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウムおよび炭化ケイ素からなる群から選ばれる少なくとも１種類の炭化物を含むことができる。これにより、複合ダイヤモンド体は、その安定層が被削材との反応性が低く高い耐摩耗性を有するため、被削材の鏡面平坦化加工に好適に対応できる。
本実施形態の複合ダイヤモンド体において、安定層はダイヤモンド母材側に位置する内側安定層を含み、内側安定層がルテニウム、オスミウム、ロジウム、イリジウム、パラジウムおよび白金からなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属を含むことができる。これにより、複合ダイヤモンド体は、その内側安定層がダイヤモンド母材との密着性が高いため、被削材の鏡面平坦化加工に好適に対応できる。
本実施形態の複合ダイヤモンド体において、安定層はダイヤモンド母材側に位置する内側安定層を含み、内側安定層が炭化タングステン、炭化タンタル、炭化モリブデン、炭化ニオブ、炭化バナジウム、炭化クロム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウムおよび炭化ケイ素からなる群から選ばれる少なくとも１種類の炭化物を含むことができる。これにより、複合ダイヤモンド体は、その内側安定層がダイヤモンド母材との密着性が高いため、被削材の鏡面平坦化加工に好適に対応できる。
本実施形態の複合ダイヤモンド体において、安定層の少なくとも１層は、ダイヤモンド母材上に配置された堆積層とすることができる。ここで、堆積層とは、堆積により形成された層を意味する。これにより、複合ダイヤモンド体は、被削材との反応性が低く、かつダイヤモンド母材との密着性が高い安定層を有する。
本実施形態の複合ダイヤモンド体において、安定層の少なくとも１層は、ダイヤモンド母材の表面から内部の少なくとも一部に配置されたイオン注入層とすることができる。ここで、イオン注入層とは、イオン注入により形成された層を意味する。これにより、複合ダイヤモンド体は、被削材との反応性が低く、かつダイヤモンド母材との密着性が高い安定層を有する。
本実施形態の複合ダイヤモンド体において、上記のイオン注入層は、ダイヤモンド母材の表面に垂直な方向から見て、直径が１μｍよりも小さな複数の領域に分離していることができる。これにより、複合ダイヤモンド体は、被削材との反応性が低く、かつダイヤモンド母材との密着性が高い安定層を有する。
本実施形態の複合ダイヤモンド体において、安定層の少なくとも１つの層は、ダイヤモンド母材上およびダイヤモンド母材の表面から内部の少なくとも一部に配置されたアニール層とすることができる。ここで、アニール層とは、アニールすることによって、形成する層を意味する。これにより、複合ダイヤモンド体は、被削材との反応性が低く、かつダイヤモンド母材との密着性が高い安定層を有する。
本実施形態の複合ダイヤモンド体において、ダイヤモンド母材は、合成単結晶ダイヤモンドおよび合成多結晶ダイヤモンドの少なくとも１種類で形成できる。これにより、品質の高いダイヤモンド母材を有する複合ダイヤモンド体が得られる。
本実施形態の複合ダイヤモンド体において、ダイヤモンド母材は、非置換型窒素濃度が１ｐｐｍより高い気相合成ダイヤモンドで形成できる。これにより、品質の高いダイヤモンド母材を有する複合ダイヤモンド体が得られる。
本実施形態の複合ダイヤモンド体は、安定層上に配置された厚さ５μｍ以下のダイヤモンド表面層をさらに含むことができる。これにより、複合ダイヤモンド体は、厚さ５．０μｍ以下のダイヤモンド表面層が存在してもその下に安定層があるため、被削材の加工に用いられ得る。
本発明の別の実施形態にかかる複合ダイヤモンド工具は、上記の実施形態の複合ダイヤモンド体を含む。本実施形態にかかる複合ダイヤモンド工具は、上記態様の複合ダイヤモンド体を含んでいるため、長期間に亘って被削材を加工することができ、被削材の鏡面平坦化加工にも対応できる。
＜本発明の実施形態の詳細＞
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素に同一符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、実際の寸法比率を反映したものではない。特に、安定層の幅がダイヤモンド母材の幅に比べて大きく描かれている。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素に同一符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、実際の寸法比率を反映したものではない。特に、安定層の幅がダイヤモンド母材の幅に比べて大きく描かれている。
［実施形態１：複合ダイヤモンド体］
図１〜図１１に示すように、本実施形態の複合ダイヤモンド体１０は、ダイヤモンド母材１１と、ダイヤモンド母材１１上およびダイヤモンド母材の表面から内部の少なくとも一部の少なくともいずれかに配置された少なくとも１層の安定層と、を含む。本実施形態にかかる複合ダイヤモンド体１０は、ダイヤモンド母材１１とその上および／またはその表面から内部の少なくとも一部に配置された安定層１２とを含むことから、ダイヤモンドと反応してダイヤモンドを摩耗させる被削材とダイヤモンド母材１１との反応が安定層１２により防げるため耐摩耗性が高く、安定層１２はダイヤモンド母材１１の支持により硬いため被削材の鏡面平坦化加工にも対応でき、またダイヤモンド母材１１の熱伝導率が高いため加工部分の温度を低くすることができる。このように、本実施形態の複合ダイヤモンド体１０は、ダイヤモンドと反応してダイヤモンドを摩耗させる被削材に対しても耐摩耗性が高く、また熱伝導率が高いため、上記被削材の鏡面平坦化加工にも対応できる。
図１〜図１１に示すように、本実施形態の複合ダイヤモンド体１０は、ダイヤモンド母材１１と、ダイヤモンド母材１１上およびダイヤモンド母材の表面から内部の少なくとも一部の少なくともいずれかに配置された少なくとも１層の安定層と、を含む。本実施形態にかかる複合ダイヤモンド体１０は、ダイヤモンド母材１１とその上および／またはその表面から内部の少なくとも一部に配置された安定層１２とを含むことから、ダイヤモンドと反応してダイヤモンドを摩耗させる被削材とダイヤモンド母材１１との反応が安定層１２により防げるため耐摩耗性が高く、安定層１２はダイヤモンド母材１１の支持により硬いため被削材の鏡面平坦化加工にも対応でき、またダイヤモンド母材１１の熱伝導率が高いため加工部分の温度を低くすることができる。このように、本実施形態の複合ダイヤモンド体１０は、ダイヤモンドと反応してダイヤモンドを摩耗させる被削材に対しても耐摩耗性が高く、また熱伝導率が高いため、上記被削材の鏡面平坦化加工にも対応できる。
（ダイヤモンド母材）
ダイヤモンド母材１１は、特に制限はないが、表面の平坦性を高くする観点から、結合剤などを含まない純粋なダイヤモンド（純度が実質的に１００％のダイヤモンドをいう、以下同じ。）であることが好ましく、純粋なダイヤモンドとしては単結晶ダイヤモンドおよび多結晶ダイヤモンドなどが挙げられる。さらに、表面の平坦性をさらに高くする観点から、粒界のない単結晶ダイヤモンドがさらに好ましい。なお、焼結ダイヤモンドは、結合剤を含むことから粒界に隙間があり表面の凹凸が大きく（たとえば、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２０１３に規定する算術平均粗さＲａが１００ｎｍより大きく）なるため、精密加工や鏡面平坦化加工に適さない。
ダイヤモンド母材１１は、特に制限はないが、表面の平坦性を高くする観点から、結合剤などを含まない純粋なダイヤモンド（純度が実質的に１００％のダイヤモンドをいう、以下同じ。）であることが好ましく、純粋なダイヤモンドとしては単結晶ダイヤモンドおよび多結晶ダイヤモンドなどが挙げられる。さらに、表面の平坦性をさらに高くする観点から、粒界のない単結晶ダイヤモンドがさらに好ましい。なお、焼結ダイヤモンドは、結合剤を含むことから粒界に隙間があり表面の凹凸が大きく（たとえば、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２０１３に規定する算術平均粗さＲａが１００ｎｍより大きく）なるため、精密加工や鏡面平坦化加工に適さない。
ダイヤモンド母材１１に用いられるダイヤモンドは、特に制限ないが、均一で均質な表面が得られる観点から、合成単結晶ダイヤモンドおよび／または合成多結晶ダイヤモンドで形成されていることが好ましく、気相合成ダイヤモンドで形成されていることがより好ましい。これらの単結晶ダイヤモンドおよび多結晶ダイヤモンドにおいて、上記と同様の観点から、合成単結晶ダイヤモンドがより好ましく、気相合成単結晶ダイヤモンドがさらに好ましい。気相合成単結晶ダイヤモンドは、天然単結晶ダイヤモンドのような不均一さが抑制されるからであり、高圧合成単結晶ダイヤモンドに見られる成長セクターがなく均質な表面が形成できるからである。
ここで、気相合成単結晶ダイヤモンドにおいては、非置換型の窒素濃度が１ｐｐｍより多く含まれていることおよび／または空孔が１ｐｐｍより多く含まれていることがさらに好ましい。ダイヤモンド母材１１と安定層１２との密着や反応性が高まるからである。ここで、非置換型の窒素濃度とは、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）で測定した全窒素濃度から電子スピン共鳴法（ＥＳＲ）で測定した孤立置換型窒素を差し引いた窒素の濃度をいう。空孔は陽電子消滅法を利用した測定で評価した値である。また、ダイヤモンド母材を用いて、工具とする面（すくい面）の面方位は、概（１００）面でも、概（１１０）面でも、概（１１１）面でも構わない。ここで「概」とは、ジャスト面に限らず、０°より大きく２０°より小さいオフ角を有する面を含む意味である。
ここで、ダイヤモンド母材１１として用いられるダイヤモンドは、半導体デバイスのような高純度の高品質のダイヤモンドではなく、また、ホウ素（Ｂ）やリン（Ｐ）のドーピング濃度が制御されたダイヤモンドではない。すなわち、ダイヤモンド中にドーピング効果のない不純物（特に、リチウム（Ｌｉ）、ベリリウム（Ｂｅ）、窒素（Ｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）のうち少なくとも１種類の不純物）が好ましくは１０ｐｐｂ以上、より好ましくは８０ｐｐｂ以上、さらに好ましくは１ｐｐｍ以上の濃度で混在したダイヤモンドである。また、ダイヤモンド母材として用いられるダイヤモンドは、空孔が好ましくは５０ｐｐｂ以上、より好ましくは２００ｐｐｂ以上、さらに好ましくは１ｐｐｍ以上の密度で混在したダイヤモンドである。また、ダイヤモンド母材として用いられるダイヤモンドは、結晶歪すなわち光学歪の平均の位相差（一般的な光学歪の指標）が、好ましくは１ｎｍ以上、より好ましくは５ｎｍ以上、さらに好ましくは３０ｎｍ以上のダイヤモンドである。平均の位相差は、たとえばPhotoniclattice社のＷＰＡ−１００を利用して、１ピクセルあたり１５μｍの解像度で評価できる。通常、内部歪の分布を持つダイヤモンド（天然、高圧法、気相法いずれも）では、最大の位相差は平均の位相差よりも１０倍以上であることが通常である。いずれもが、このような高純度、高品質の半導体ダイヤモンド用に適さないが、工具用としては有効なダイヤモンドが工具用として利用することができるものである。
（安定層）
安定層１２は、被削材と反応性がないかまたは低く、また硬いものであれば特に制限はない。被削材が鉄系材料である場合は、鉄と反応性が低く鉄よりも硬い観点から、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニクム（Ｚｒ）およびハフニウム（Ｈｆ）からなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属（安定硬質金属ともいう、以下同じ。）を含む層であることが好ましい。より硬いという観点から、より融点が高い方が好ましい。
安定層１２は、被削材と反応性がないかまたは低く、また硬いものであれば特に制限はない。被削材が鉄系材料である場合は、鉄と反応性が低く鉄よりも硬い観点から、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニクム（Ｚｒ）およびハフニウム（Ｈｆ）からなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属（安定硬質金属ともいう、以下同じ。）を含む層であることが好ましい。より硬いという観点から、より融点が高い方が好ましい。
また、安定層１２は、また、鉄よりも融点が高く、鉄との反応性が低く鉄より硬いと期待できる観点から、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）および白金（Ｐｔ）からなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属（安定高融点金属ともいう、以下同じ。）を含む層であることが好ましい。より硬いという観点から、より融点が高い方が好ましい。
また、安定層１２は、導電性ではなくとも鉄および／または酸素との反応性が低く鉄などの金属よりも非常に硬い観点から、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、炭化モリブデン（ＭｏＣ）、炭化ニオブ（ＮｂＣ）、炭化バナジウム（ＶＣ）、炭化クロム（ＣｒＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）、炭化ハフニウム（ＨｆＣ）および炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる群から選ばれる少なくとも１種類の炭化物（安定炭化物ともいう、以下同じ。）を含む層であることが好ましい。
また、安定層１２は、導電性ではなくともが鉄および／または酸素との反応性が低く鉄などの金属よりも非常に硬い観点から、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）および窒化ケイ素（ＳｉＮ）からなる群から選ばれる少なくとも１種類の窒化物（安定窒化物ともいう、以下同じ。）を含む層であることが好ましい。また、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）などの鉄との反応性が低くて硬い酸化物（安定酸化物ともいう、以下同じ。）を含む層、酸窒化ケイ素アルミニウム（ＳｉＡｌＯＮ）などの硬い酸窒化物（安定酸窒化物ともいう、以下同じ。）を含む層なども用いられ得る。
上記の安定炭化物、安定窒化物、安定酸化物および安定酸窒化物は、いずれも化学量論比から多少ずれていてもよい。また、上記の安定硬質金属、安定高融点金属、安定炭化物、安定窒化物、安定酸化物および安定酸窒化物の少なくとも１種類以上を含んでいてもよい。また、粒径が小さく表面の平坦性を高める観点から、安定炭化物、安定窒化物、安定酸化物および安定酸窒化物が、安定硬質金属および安定高融点金属よりも好ましい。また、化学量論比率からずれて、金属比率が若干高くなり、導電性を発現することは、切削素材の欠け防止（靱性向上）、被削材との接触感知、および被削材へのもしくは切削素材への帯電防止の観点から、より好ましい。化学量論比からのズレは、０．１ａｔｍ％以上８ａｔｍ％未満が好ましく、それによって付与される導電率は、１０-9Ｓ/ｃｍ（抵抗率は１０9Ωｃｍ）より大きいことが好ましい。導電率は、Ｃｕ基板に厚さ１μｍの安定層を同じ方法で形成し、直径１ｍｍのＴｉ電極を形成し、５０Ｖを印加した時の、電流値から算出される平均の導電率を指す。
安定層１２は、単結晶層であっても、多結晶層であっても、アモルファス層であってもよい。安定層１２が多結晶層またはアモルファス層の場合は、粒界による被削材の傷や
曇りの発生を防止または抑制する観点から、粒径が１μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以下であることがより好ましい。ただし、安定層１２の厚さより粒径が小さいことが好ましい。
曇りの発生を防止または抑制する観点から、粒径が１μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以下であることがより好ましい。ただし、安定層１２の厚さより粒径が小さいことが好ましい。
安定層１２の厚さは、被削材とダイヤモンド母材との反応を防ぐとともに複合ダイヤモンド体１０の硬さを高く維持する観点から、０．００１μｍ以上１０μｍ未満が好ましく、０．０１μｍ以上５μｍ未満がより好ましく、０．１μｍ以上２μｍ未満がさらに好ましい。被削材とダイヤモンド母材との反応を防ぐ観点からは、安定層１２の厚さは０．００１μｍ〜０．０１μｍの薄さで十分である。しかし、安定層１２も摩耗するため、寿命が長い観点から、安定層１２の厚さは０．１μｍ以上２μｍ未満が好ましい。また、複合ダイヤモンド体１０の放熱効果を高く維持する観点から、ダイヤモンド母材１１に比べて熱伝導率が低い安定層１２の厚さは１０μｍ未満であることが好ましい。
図２および図３に示すように、安定層１２は、ダイヤモンド母材１１と安定層１２との密着性を高くする観点から、複数の層（たとえば、内側安定層１２ａおよび外側安定層１２ｂ）を含むことが好ましい。複数の層とは、ダイヤモンド母材１１側から順に位置する、内側安定層１２ａおよび外側安定層１２ｂを含む。また、図３に示すように、内側安定層１２ａは、さらに、ダイヤモンド母材１１側から順に位置する、最内側安定層１２ａａおよび中間内側安定層１２ａｂを含むことができる。かかる安定層１２は、内側安定層１２ａによりダイヤモンド母材１１との密着性を高め、外側安定層１２ｂにより被削材との反応を防止して耐摩耗性を高めることができる。
安定層１２がダイヤモンド母材１１側に内側安定層１２ａを有する場合、内側安定層１２ａとダイヤモンド母材１１との密着性が高い観点から、内側安定層１２ａはルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）および白金（Ｐｔ）からなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属を含む層が好ましい。たとえば、内側安定層１２ａをルテニウム（Ｒｕ）などの安定高融点金属を含む層であり、外側安定層１２ｂをタングステン（Ｗ）などの安定硬質金属を含む層であることが好ましい。
安定層１２がダイヤモンド母材１１側に内側安定層１２ａを有する場合、内側安定層１２ａとダイヤモンド母材１１との密着性が高い観点から、内側安定層１２ａは炭化タングステン（ＷＣ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、炭化モリブデン（ＭｏＣ）、炭化ニオブ（ＮｂＣ）、炭化バナジウム（ＶＣ）、炭化クロム（ＣｒＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）、炭化ハフニウム（ＨｆＣ）および炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる群から選ばれる少なくとも１種類の炭化物を含む層が好ましい。たとえば、内側安定層１２ａがＷＣなどの安定炭化物を含む層であり、外側安定層１２ｂがタングステン（Ｗ）などの安定硬質金属を含む層であることが好ましい。また、内側安定層１２ａがダイヤモンド母材１１側から順に位置する最内側安定層１２ａａおよび中間内側安定層１２ａｂを含む場合、最内側安定層１２ａａおよび中間内側安定層１２ａｂをいずれも炭化タングステン（ＷＣ）などの安定炭化物を含む層として、最内側安定層１２ａａが炭素含有量の高い安定炭化物を含み、中間内側安定層１２ａｂが最内側安定層１２ａａに比べて炭素含有量の低い安定炭化物を含むことが好ましい。
図４に示すように、ダイヤモンド母材１１と安定層１２との界面を形成するダイヤモンド母材１１の面は、ダイヤモンド母材１１と安定層１２との密着性を高くする観点から、荒れている、すなわち、その算術平均粗さＲａが大きいことが好ましい。しかし、安定層１２の表面の平坦性を高くする観点から、ダイヤモンド母材１１の面の算術平均粗さＲａは、安定層の厚さＴとの関係が１０×Ｒａ＜Ｔが好ましく、１００×Ｒａ＜Ｔがより好ましい。また、表面の凹凸が激しく、アスペクト比が２を超える突起が表面の１０％を超える場合は、算術平均粗さＲａよりもＰ-Ｖ（ピークと谷の高さ）値Ｖpvで表した方がよい。この場合、Ｐ−Ｖ値Ｖpvは、安定層の厚さＴとの関係がＶpv＜Ｔが好ましく、１０×Ｖpv＜Ｔがより好ましい。
（ダイヤモンド表面層）
図７〜図９に示すように、本実施形態の複合ダイヤモンド体１０は、安定層１２上に厚さ５．０μｍ以下、好ましくは厚さ１．０μｍ以下のダイヤモンド表面層１１ｓを有していてもよい。複合ダイヤモンド体１０は、厚さ５．０μｍ以下、好ましくは厚さ１．０μｍ以下のダイヤモンド表面層１１ｓが存在してもその下に安定層１２があるため、被削材の加工に用いられ得る。このようなダイヤモンド表面層１１ｓを有する複合ダイヤモンド体１０は、後述のように、ダイヤモンド母材１１の表面から内部に５．０μｍ以下の位置からより深い内部の位置までの領域にイオンが注入されることにより形成される（図８参照）。あるいは、ダイヤモンド母材１１の表面から内部にイオン注入後にダイヤモンド表面層１１ｓを５．０μｍより薄く成長することにより形成される。かかる複合ダイヤモンド体１０は、被削材が酸化物あるいはその他絶縁体である場合に好適に用いられる。複合ダイヤモンド体上の最表面のダイヤモンド層は、表面の任意の２地点にプローブを立てて評価した時に導電性を有することが、被削材との接触感知、帯電防止の観点から、より好適である。この際の導電性は、接触抵抗を含めて、１０-7Ｓより大きい（抵抗値は１０ＭΩより小さい）ことが好ましい。かかる導電値は、プローブに一般的なＢｅＣｕ系の材質を使い、室温（２５℃）５０Ｖで測定し、電流と電圧から算出される平均の導電値である。
図７〜図９に示すように、本実施形態の複合ダイヤモンド体１０は、安定層１２上に厚さ５．０μｍ以下、好ましくは厚さ１．０μｍ以下のダイヤモンド表面層１１ｓを有していてもよい。複合ダイヤモンド体１０は、厚さ５．０μｍ以下、好ましくは厚さ１．０μｍ以下のダイヤモンド表面層１１ｓが存在してもその下に安定層１２があるため、被削材の加工に用いられ得る。このようなダイヤモンド表面層１１ｓを有する複合ダイヤモンド体１０は、後述のように、ダイヤモンド母材１１の表面から内部に５．０μｍ以下の位置からより深い内部の位置までの領域にイオンが注入されることにより形成される（図８参照）。あるいは、ダイヤモンド母材１１の表面から内部にイオン注入後にダイヤモンド表面層１１ｓを５．０μｍより薄く成長することにより形成される。かかる複合ダイヤモンド体１０は、被削材が酸化物あるいはその他絶縁体である場合に好適に用いられる。複合ダイヤモンド体上の最表面のダイヤモンド層は、表面の任意の２地点にプローブを立てて評価した時に導電性を有することが、被削材との接触感知、帯電防止の観点から、より好適である。この際の導電性は、接触抵抗を含めて、１０-7Ｓより大きい（抵抗値は１０ＭΩより小さい）ことが好ましい。かかる導電値は、プローブに一般的なＢｅＣｕ系の材質を使い、室温（２５℃）５０Ｖで測定し、電流と電圧から算出される平均の導電値である。
（堆積による安定層の形成）
図１〜図４に示すように、安定層１２の少なくとも１層は、特に制限はないが、被削材との反応性が低く、かつダイヤモンド母材１１との密着性が高い安定層１２を形成する観点から、ダイヤモンド母材１１上に配置された堆積層であることが好ましい。かかる堆積層は、ダイヤモンド母材１１上に堆積させることにより形成することができる。ダイヤモンド母材１１上に安定層１２を堆積させる方法は、各種の安定層１２（たとえば、安定硬質金属を含む層、安定高融点金属を含む層、安定炭化物を含む層、安定窒化物を含む層など）の形成に適した方法であれば特に制限はないが、表面が平坦で品質の高い安定層を効率よく形成する観点から、蒸着法、スパッタ法、アーク法、ＨｉＰＩＭＳ（High Power Impulse Magnetron Sputtering）法などのＰＶＤ（物理気相堆積）法が好適に用いられる。ダイヤモンド母材１１との密着性が高く品質の高い膜を形成できる観点から、スパッタ法、ＨｉＰＩＭＳ法が好ましい。また、ＣＶＤ（化学気相堆積）法も好適に用いられる。安定炭化物を含む層の形成にはＣＶＤ法が好ましい。
図１〜図４に示すように、安定層１２の少なくとも１層は、特に制限はないが、被削材との反応性が低く、かつダイヤモンド母材１１との密着性が高い安定層１２を形成する観点から、ダイヤモンド母材１１上に配置された堆積層であることが好ましい。かかる堆積層は、ダイヤモンド母材１１上に堆積させることにより形成することができる。ダイヤモンド母材１１上に安定層１２を堆積させる方法は、各種の安定層１２（たとえば、安定硬質金属を含む層、安定高融点金属を含む層、安定炭化物を含む層、安定窒化物を含む層など）の形成に適した方法であれば特に制限はないが、表面が平坦で品質の高い安定層を効率よく形成する観点から、蒸着法、スパッタ法、アーク法、ＨｉＰＩＭＳ（High Power Impulse Magnetron Sputtering）法などのＰＶＤ（物理気相堆積）法が好適に用いられる。ダイヤモンド母材１１との密着性が高く品質の高い膜を形成できる観点から、スパッタ法、ＨｉＰＩＭＳ法が好ましい。また、ＣＶＤ（化学気相堆積）法も好適に用いられる。安定炭化物を含む層の形成にはＣＶＤ法が好ましい。
図２および図３に示すように、安定層１２が複数の層（たとえば内側安定層１２ａおよび外側安定層１２ｂ）を含む場合、上記の安定層１２を堆積させる方法により、ダイヤモンド母材１１上に内側安定層１２ａ（最内側安定層１２ａａおよび中間内側安定層１２ａｂ）を形成した後、内側安定層１２ａ（中間内側安定層１２ａｂ）上に外側安定層１２ｂを形成することができる。
図４に示すように、ダイヤモンド母材と安定層１２との密着性を高める観点から、ダイヤモンド母材１１上に安定層１２を堆積する前に、ダイヤモンド母材１１の表面を荒らすこと、すなわち、ダイヤモンド母材１１の面の算術平均粗さＲａを大きくすることが好ましい。特に、ダイヤモンド母材１１が単結晶ダイヤモンドで形成されている場合は、表面の平坦性が高いことから、ダイヤモンド母材と安定層１２との密着性を高める必要性が高い。しかし、安定層１２の表面の平坦性を高くする観点から、ダイヤモンド母材１１の面の算術平均粗さＲａは、安定層の厚さＴとの関係が１０×Ｒａ＜Ｔが好ましく、１００×Ｒａ＜Ｔがより好ましい。また、表面の凹凸が激しく、アスペクト比が２を超える突起が表面の１０％を超える場合は、算術平均粗さＲａよりもＰ-Ｖ（ピークと谷の高さ）値Ｖpvで表した方がよい。この場合、Ｐ−Ｖ値Ｖpvは、安定層の厚さＴとの関係がＶpv＜Ｔが好ましく、１０×Ｖpv＜Ｔがより好ましい。
（イオン注入による安定層の形成）
図４および図５に示すように、安定層１２の少なくとも１層は、特に制限はないが、被削材との反応性が低く、かつダイヤモンド母材１１との密着性が高い安定層１２を形成する観点から、ダイヤモンド母材１１の表面から内部の少なくとも一部に配置されたイオン注入層であることが好ましい。かかるイオン注入層は、ダイヤモンド母材１１にイオンを注入することにより形成することができる。かかるイオン注入により形成される安定層１２は、ダイヤモンド母材１１との密着性が高い。
図４および図５に示すように、安定層１２の少なくとも１層は、特に制限はないが、被削材との反応性が低く、かつダイヤモンド母材１１との密着性が高い安定層１２を形成する観点から、ダイヤモンド母材１１の表面から内部の少なくとも一部に配置されたイオン注入層であることが好ましい。かかるイオン注入層は、ダイヤモンド母材１１にイオンを注入することにより形成することができる。かかるイオン注入により形成される安定層１２は、ダイヤモンド母材１１との密着性が高い。
イオン注入のエネルギーは、注入するイオンの元素の種類に応じて、２００ｋｅＶ〜数ＭｅＶとすることができる。イオン注入によるイオンの侵入深さは、最大イオン濃度の深さで０．００１μｍ以上５μｍ未満が好ましい。最大イオン濃度のダイヤモンド母材１１の表面からの深さを５μｍ以上にすることは装置上物理的に困難である。しかしながら、必要があれば、イオン注入後にダイヤモンド層を追成長させることにより、ダイヤモンド母材１１の表面からの深さを５μｍ以上にすることはできる。注入するイオンの元素は、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）およびケイ素（Ｓｉ）からなる群から選ばれる少なくとも１種類を含むことが好ましい。鉄より硬い炭化物を形成することができるからである。注入後、アニール処理によって強固にすることもできる。
また、注入するイオンの元素は、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）およびイリジウム（Ｉｒ）からなる群から選ばれる少なくとも１種類を含むこともできる。かかる元素は、炭化物を形成しないで、単独原子で存在する。この場合は、アニール処理はあまり有効ではない。
イオン注入による安定層１２の形成においては、１回のイオン注入により１層形成することもできるが、エネルギーを変えての複数回のイオン注入により厚さ方向に複数層形成することが好ましい。注入されるイオンの元素の原子密度が１×１０19個ｃｍ-3〜１×１０22個ｃｍ-3となるようにドーズ量を調整することが好ましく、注入されるイオンの元素の原子密度が１×１０21個ｃｍ-3〜１×１０22個ｃｍ-3となるようにドーズ量を調整することがさらに好ましい。イオン注入のエネルギーが多少高くて、最表面にダイヤモンド層が残っても、残ったダイヤモンド表面層の厚さが５．０μｍ以下、好ましくは１．０μｍ以下、より好ましくは０．５μｍ以下であれば問題はない。ダイヤモンド表面層が、被削材との反応により摩耗しても、その下に安定層１２が存在するため、長期間の使用が可能である。
なお、図示はしないが、ダイヤモンド母材にイオン注入による安定層を形成した後に、イオン注入による安定層上に堆積による安定層を形成してもよい。かかる場合は、イオン注入による安定層が内側安定層となり、堆積による安定層が外側安定層となる。
図６および図９に示すように、複合ダイヤモンド体１０が、被削材との反応性が低く、かつダイヤモンド母材との密着性が高い安定層を有する観点から、上記のイオン注入層である安定層１２は、ダイヤモンド母材１１の表面に垂直は方向から見て、直径が１μｍよりも小さな複数の領域に分離していることができる。
（アニール処理による安定層の形成またはダイヤモンド母材との密着性向上）
本実施形態の複合ダイヤモンド体１０において、特に制限はないが、被削材との反応性が低く、かつダイヤモンド母材１１との密着性が高い安定層１２を形成する観点から、安定層１２の少なくとも１つの層は、ダイヤモンド母材上およびダイヤモンド母材の表面から内部の少なくとも一部に配置されたアニール層とすることが好ましい。かかるアニール層は、上記の堆積層またはイオン注入層を形成した後に、１０００℃以下の温度でアニール処理することにより形成することができる。また、上記アニール処理により、アニール層が明確に形成されるに至らなくても、ダイヤモンド母材１１と安定層１２との密着性を高めることができる。特に、ダイヤモンド母材１１が単結晶ダイヤモンドで形成されている場合は、表面の平坦性が高いことから、ダイヤモンド母材と安定層１２との密着性を高める必要性が高い。
本実施形態の複合ダイヤモンド体１０において、特に制限はないが、被削材との反応性が低く、かつダイヤモンド母材１１との密着性が高い安定層１２を形成する観点から、安定層１２の少なくとも１つの層は、ダイヤモンド母材上およびダイヤモンド母材の表面から内部の少なくとも一部に配置されたアニール層とすることが好ましい。かかるアニール層は、上記の堆積層またはイオン注入層を形成した後に、１０００℃以下の温度でアニール処理することにより形成することができる。また、上記アニール処理により、アニール層が明確に形成されるに至らなくても、ダイヤモンド母材１１と安定層１２との密着性を高めることができる。特に、ダイヤモンド母材１１が単結晶ダイヤモンドで形成されている場合は、表面の平坦性が高いことから、ダイヤモンド母材と安定層１２との密着性を高める必要性が高い。
また、図１〜図４に示すように、安定層１２として、上記の堆積により安定硬質金属を含む層または安定高融点金属を含む層を形成した後に、窒素含有雰囲気中で１０００℃以下の温度でアニール処理をすることにより安定窒化物を含む層が得られ、酸素含有雰囲気中で１０００℃以下の温度でアニール処理をすることにより安定酸化物を含む層が得られる。
上記のアニール処理により、ダイヤモンド母材１１と安定層１２の界面は炭化物が形成されるが、これが内側安定層１２ａとなり、炭化物が形成されない安定層は外側安定層１２ｂとなる。ここで、かかる外側安定層１２ｂが除去されると、内側安定層１２ａであった炭化物が形成された炭化物層が新たな安定層となる。このようなアニール処理によりダイヤモンド母材１１との界面に形成される内側安定層１２ａは、厚さ１００ｎｍ以下の非常に薄い炭化物層であり、ダイヤモンド母材１１との密着性が高い。
上記のように、本実施形態の複合ダイヤモンド体１０について、ダイヤモンド母材と鉄（Ｆｅ）との反応を防止または抑制する特徴を中心に説明したが、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）などに対しても同様に適用できる。
また、本実施形態の複合ダイヤモンド体１０は、酸化物などに対しても同様に適用できる。すなわち、酸素（Ｏ）に弱いダイヤモンドは、酸化物の加工を苦手とするところであるので、炭化物、窒化物、酸化物などの安定層でダイヤモンド母材を被覆することにより、ダイヤモンド母材と酸素とに反応を防止または抑制することができる。この場合は、安定層として、酸化される可能性がある金属を含む層を用いるよりも、炭化物、窒化物、酸化物などを含む層を用いる方がより効果がある。
図１〜図９に示すような安定層１２は、安定層１２に含まれる材料が上述の安定硬質金属、安定高融点金属、安定炭化物、安定窒化物、安定酸化物および安定酸窒化物のいずれであっても、ダイヤモンド母材１１、安定層１２、およびダイヤモンド表面層１１ｓに電子を供給する電子供給部となる。このため、安定層１２およびダイヤモンド表面層１１ｓが、接触した鉄や酸化物などの被削材に電子を奪われて摩耗が進むのを抑制することができ、安定層１２およびダイヤモンド表面層１１ｓの耐摩耗性が高くなる。
さらに、図１０および図１１に示すように、複合ダイヤモンド体１０の内部、好ましくは、安定層１２に接するダイヤモンド母材１１の内部に電子供給部として、電子供給層１１ｅを形成することが好ましい。かかる電子供給層１１ｅにより、安定層１２およびダイヤモンド表面層１１ｓの対酸化物の切削性能が高くなる。電子供給層１１ｅは、たとえば、炭素（Ｃ）のＳＰ２成分を含む層であり、具体的にはグラファイト層である。グラファイト層はπ結合があり、非常に柔らかい材料であると理解されているので、グラファイト層が表面に露出しているものは母材として適さない。ダイヤモンド母材の内部に形成し、表面はダイヤモンドであるが、内部から電子を供給できるようにすることが好ましい。このために、イオン注入をすることによって、ダイヤモンド母材の内部に電子供給部となる電子供給層を形成することが好ましい。ダイヤモンド母材に、炭化物の存在する元素をイオン注入すれば、イオン注入部分が炭化して形成される炭化物層が、電子供給部となり、安定層ともなる。また、ダイヤモンド母材に、炭化物の存在しない元素を注入すれば、イオン注入部分に形成される炭素のＳＰ２成分を含む層が電子供給部となり、その上に位置する安定層および／またはダイヤモンド表面層に電子を供給して安定化する。
ダイヤモンド母材１１の内部に電子供給部となる電子供給層１１ｅを形成するためのイオン注入の原子は、特に制限はなく、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、アルゴン（Ａｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、リン（Ｐ）、イオウ（Ｓ）などが好適に用いられる。もちろん、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）などの原子をイオン注入してもよい。しかしながら、最表面にダイヤモンドを残し、かつ内部に電子供給部を生成するという条件が必要であり、かかる観点から、アルゴン（Ａｒ）までの軽い原子が好ましい。アルゴン（Ａｒ）より重い原子では、最表面のダイヤモンドを破壊してしまうからである。
上記のような酸化物の加工に対処できる複合ダイヤモンド体は、また樹脂の加工にも対応することができる。上記のような電子を供給する構造は、樹脂中の炭素の結合を切りやすいからである。ダイヤモンドの方がはるかに硬いのであるが、これに加えて、ダイヤモンドを介して電子を供給する構造があるとさらによい工具となるのである。
ダイヤモンド母材内部の電子供給部をイオン注入により形成する場合は、イオンの注入深さが、０．００１μｍ以上となることが好ましく、０．０１μｍ以上となることがより好ましく、０．１μｍ以上となることがさらに好ましい。これは、ＴＲＩＭのようなモンテカルロシミュレーションにより条件を設定することができる。ドーズ量は、電子を供給する観点から、１×１０15ｃｍ-2以上が好ましい。
［実施形態２：複合ダイヤモンド工具］
図１２に示すように、本実施形態の複合ダイヤモンド工具１は、実施形態１の複合ダイヤモンド体１０を含む。より具体的には、本実施形態の複合ダイヤモンド工具１は、工具のシャンク２０と、シャンク２０上に配置された実施形態１の複合ダイヤモンド体１０を含み、複合ダイヤモンド体１０はその安定層１２が被削材に接するように配置されている。本実施形態の複合ダイヤモンド工具１は、実施形態１の複合ダイヤモンド体１０を含んでいるため、長期間に亘って被削材を加工することができ、被削材の鏡面平坦化加工にも対応できる。
図１２に示すように、本実施形態の複合ダイヤモンド工具１は、実施形態１の複合ダイヤモンド体１０を含む。より具体的には、本実施形態の複合ダイヤモンド工具１は、工具のシャンク２０と、シャンク２０上に配置された実施形態１の複合ダイヤモンド体１０を含み、複合ダイヤモンド体１０はその安定層１２が被削材に接するように配置されている。本実施形態の複合ダイヤモンド工具１は、実施形態１の複合ダイヤモンド体１０を含んでいるため、長期間に亘って被削材を加工することができ、被削材の鏡面平坦化加工にも対応できる。
本実施形態の複合ダイヤモンド工具１は、実施形態１の複合ダイヤモンド体１０を含み、複合ダイヤモンド体１０はその安定層１２が被削材に接するように配置されているものであれば、特に制限はなく、たとえば、切削工具、ドレッサー、エンドミルなどが挙げられる。
本実施形態の複合ダイヤモンド工具１の製造における安定層の形成の手順は、特に制限はないが、工具の製造がし易い観点から、工具のシャンク２０にダイヤモンド母材１１を設置してから、堆積またはイオン注入により安定層１２を形成することにより、複合ダイヤモンド体１０を形成することが好ましい。なお、ダイヤモンド母材１１に堆積またはイオン注入により安定層１２を形成することにより複合ダイヤモンド体１０を形成してから、複合ダイヤモンド体１０を工具のシャンク２０に設置しても、製造し難い点を除けば、特性上の問題はない。
（実施例１）
気相合成（具体的にはＣＶＤ）された単結晶ダイヤモンド母材を加工し、切削チップとし、これをシャンクに９００℃でろう付することによってダイヤモンド切削工具を準備した。切削チップである単結晶ダイヤモンド母材上に、安定層として厚さ１μｍのタングステン（Ｗ）層を蒸着法により形成した。次に、ロータリーポンプの到達真空度の真空中で、ろう付け温度より低い７００℃で１時間アニール処理した。ダイヤモンド母材と安定層との界面には炭化タングステン（ＷＣ）が形成していた。安定層の表面はタングステン（Ｗ）がそのまま残った。こうして得られた本実施例の工具を、ダイヤモンド母材上になにも被覆していないダイヤモンド工具（比較例）を参照として、鋳鉄を８００ｍ／ｍｉｎの速度で切削加工した。鋳鉄との接触部分が１μｍ摩耗する時点を寿命とすると、本実施例の被覆ダイヤモンド工具は、比較例のダイヤモンド工具と比べて、寿命が５倍であった。
気相合成（具体的にはＣＶＤ）された単結晶ダイヤモンド母材を加工し、切削チップとし、これをシャンクに９００℃でろう付することによってダイヤモンド切削工具を準備した。切削チップである単結晶ダイヤモンド母材上に、安定層として厚さ１μｍのタングステン（Ｗ）層を蒸着法により形成した。次に、ロータリーポンプの到達真空度の真空中で、ろう付け温度より低い７００℃で１時間アニール処理した。ダイヤモンド母材と安定層との界面には炭化タングステン（ＷＣ）が形成していた。安定層の表面はタングステン（Ｗ）がそのまま残った。こうして得られた本実施例の工具を、ダイヤモンド母材上になにも被覆していないダイヤモンド工具（比較例）を参照として、鋳鉄を８００ｍ／ｍｉｎの速度で切削加工した。鋳鉄との接触部分が１μｍ摩耗する時点を寿命とすると、本実施例の被覆ダイヤモンド工具は、比較例のダイヤモンド工具と比べて、寿命が５倍であった。
（実施例２）
気相合成（具体的にはＣＶＤ）された単結晶ダイヤモンド母材を加工し、切削チップとし、これをシャンクに９００℃でろう付することによってダイヤモンド切削工具を準備した。切削チップである単結晶ダイヤモンド母材上に、安定層として、まず、厚さ０．０５μｍのチタン（Ｔｉ）層をＨｉＰＩＭＳ法により形成し、その後、厚さ１μｍの窒化チタン（ＴｉＮ）層をＨｉＰＩＭＳ法によって形成した。次に、ロータリーポンプの到達真空度の真空中で、ろう付け温度より低い７００℃で１時間アニール処理した。アニール処理により、ダイヤモンド母材と安定層との密着力が高くなった。アニール処理後のチタン（Ｔｉ）層とダイヤモンド母材の界面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察すると３５ｎｍの炭化チタン（ＴｉＣ）層が形成されていた。こうして得られた本実施例の工具を、ダイヤモンド母材上になにも被覆していないダイヤモンド工具（比較例）を参照として、鋳鉄を８００ｍ／ｍｉｎの速度で切削加工した。鋳鉄との接触部分が１μｍ摩耗する時点を寿命とすると、本実施例の被覆ダイヤモンド工具は、比較例のダイヤモンド工具と比べて、寿命が９倍であった。
気相合成（具体的にはＣＶＤ）された単結晶ダイヤモンド母材を加工し、切削チップとし、これをシャンクに９００℃でろう付することによってダイヤモンド切削工具を準備した。切削チップである単結晶ダイヤモンド母材上に、安定層として、まず、厚さ０．０５μｍのチタン（Ｔｉ）層をＨｉＰＩＭＳ法により形成し、その後、厚さ１μｍの窒化チタン（ＴｉＮ）層をＨｉＰＩＭＳ法によって形成した。次に、ロータリーポンプの到達真空度の真空中で、ろう付け温度より低い７００℃で１時間アニール処理した。アニール処理により、ダイヤモンド母材と安定層との密着力が高くなった。アニール処理後のチタン（Ｔｉ）層とダイヤモンド母材の界面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察すると３５ｎｍの炭化チタン（ＴｉＣ）層が形成されていた。こうして得られた本実施例の工具を、ダイヤモンド母材上になにも被覆していないダイヤモンド工具（比較例）を参照として、鋳鉄を８００ｍ／ｍｉｎの速度で切削加工した。鋳鉄との接触部分が１μｍ摩耗する時点を寿命とすると、本実施例の被覆ダイヤモンド工具は、比較例のダイヤモンド工具と比べて、寿命が９倍であった。
（実施例３）
気相合成（具体的にはＣＶＤ）された単結晶ダイヤモンド母材を加工し、切削チップとし、これをシャンクに９００℃でろう付することによってダイヤモンド切削工具を準備した。切削チップである単結晶ダイヤモンド母材上に、安定層として、まず、厚さ０．０５μｍのチタン（Ｔｉ）層をＨｉＰＩＭＳ法により形成し、その後、厚さ１μｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層をＨｉＰＩＭＳ法によって形成した。次に、ロータリーポンプの到達真空度の真空中で、ろう付け温度より低い７００℃で１時間アニール処理した。アニール処理により、ダイヤモンド母材と安定層との密着力が高くなった。こうして得られた本実施例の工具を、ダイヤモンド母材上になにも被覆していないダイヤモンド工具（比較例）を参照として、鋳鉄を８００ｍ／ｍｉｎの速度で切削加工した。鋳鉄との接触部分が１μｍ摩耗する時点を寿命とすると、本実施例の被覆ダイヤモンド工具は、比較例のダイヤモンド工具と比べて、寿命が１０倍であった。
気相合成（具体的にはＣＶＤ）された単結晶ダイヤモンド母材を加工し、切削チップとし、これをシャンクに９００℃でろう付することによってダイヤモンド切削工具を準備した。切削チップである単結晶ダイヤモンド母材上に、安定層として、まず、厚さ０．０５μｍのチタン（Ｔｉ）層をＨｉＰＩＭＳ法により形成し、その後、厚さ１μｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層をＨｉＰＩＭＳ法によって形成した。次に、ロータリーポンプの到達真空度の真空中で、ろう付け温度より低い７００℃で１時間アニール処理した。アニール処理により、ダイヤモンド母材と安定層との密着力が高くなった。こうして得られた本実施例の工具を、ダイヤモンド母材上になにも被覆していないダイヤモンド工具（比較例）を参照として、鋳鉄を８００ｍ／ｍｉｎの速度で切削加工した。鋳鉄との接触部分が１μｍ摩耗する時点を寿命とすると、本実施例の被覆ダイヤモンド工具は、比較例のダイヤモンド工具と比べて、寿命が１０倍であった。
（実施例４）
気相合成（具体的にはＣＶＤ）された単結晶ダイヤモンド母材を加工し、切削チップとし、これをシャンクに９００℃でろう付することによってダイヤモンド切削工具を準備した。切削チップである単結晶ダイヤモンド母材上に、安定層として、厚さ１μｍの炭化タングステン（ＷＣ）層をＣＶＤ法により形成した。次に、ロータリーポンプの到達真空度の真空中で、ろう付け温度より低い７００℃で１時間アニール処理した。アニール処理により、ダイヤモンド母材と安定層との密着力が高くなった。こうして得られた本実施例の工具を、ダイヤモンド母材上になにも被覆していないダイヤモンド工具（比較例）を参照として、鋳鉄を８００ｍ／ｍｉｎの速度で切削加工した。鋳鉄との接触部分が１μｍ摩耗する時点を寿命とすると、本実施例の被覆ダイヤモンド工具は、比較例のダイヤモンド工具と比べて、寿命が８倍であった。
気相合成（具体的にはＣＶＤ）された単結晶ダイヤモンド母材を加工し、切削チップとし、これをシャンクに９００℃でろう付することによってダイヤモンド切削工具を準備した。切削チップである単結晶ダイヤモンド母材上に、安定層として、厚さ１μｍの炭化タングステン（ＷＣ）層をＣＶＤ法により形成した。次に、ロータリーポンプの到達真空度の真空中で、ろう付け温度より低い７００℃で１時間アニール処理した。アニール処理により、ダイヤモンド母材と安定層との密着力が高くなった。こうして得られた本実施例の工具を、ダイヤモンド母材上になにも被覆していないダイヤモンド工具（比較例）を参照として、鋳鉄を８００ｍ／ｍｉｎの速度で切削加工した。鋳鉄との接触部分が１μｍ摩耗する時点を寿命とすると、本実施例の被覆ダイヤモンド工具は、比較例のダイヤモンド工具と比べて、寿命が８倍であった。
（実施例５）
気相合成（具体的にはＣＶＤ）された単結晶ダイヤモンド母材を加工し、切削チップとした。切削チップである単結晶ダイヤモンド母材上に、ジルコニウム（Ｚｒ）をドーズ量１×１０17ｃｍ-2、エネルギー４００ｋｅＶでイオン注入することにより、安定層を形成した。ターボ分子ポンプの到達真空度の真空中で、１２００℃で１時間アニール処理した。安定層が形成された単結晶ダイヤモンド母材をシャンクに９００℃でろう付することによってダイヤモンド切削工具を作製した。こうして得られた本実施例の工具を、ダイヤモンド母材上になにも被覆していないダイヤモンド工具（比較例）を参照として、鋳鉄を８００ｍ／ｍｉｎの速度で切削加工した。鋳鉄との接触部分が１μｍ摩耗する時点を寿命とすると、本実施例の被覆ダイヤモンド工具は、比較例のダイヤモンド工具と比べて、寿命が５倍であった。
気相合成（具体的にはＣＶＤ）された単結晶ダイヤモンド母材を加工し、切削チップとした。切削チップである単結晶ダイヤモンド母材上に、ジルコニウム（Ｚｒ）をドーズ量１×１０17ｃｍ-2、エネルギー４００ｋｅＶでイオン注入することにより、安定層を形成した。ターボ分子ポンプの到達真空度の真空中で、１２００℃で１時間アニール処理した。安定層が形成された単結晶ダイヤモンド母材をシャンクに９００℃でろう付することによってダイヤモンド切削工具を作製した。こうして得られた本実施例の工具を、ダイヤモンド母材上になにも被覆していないダイヤモンド工具（比較例）を参照として、鋳鉄を８００ｍ／ｍｉｎの速度で切削加工した。鋳鉄との接触部分が１μｍ摩耗する時点を寿命とすると、本実施例の被覆ダイヤモンド工具は、比較例のダイヤモンド工具と比べて、寿命が５倍であった。
（実施例６）
気相合成（具体的にはＣＶＤ）された単結晶ダイヤモンド母材あるいは高圧合成された単結晶ダイヤモンド母材を加工し、切削工具用のチップを作製し、この切削チップをシャンクに９００℃でろう付することによってダイヤモンド切削工具を準備した。切削チップである単結晶ダイヤモンド母材上に、安定層を形成した。単結晶ダイヤモンド母材と安定層はそれぞれ異なる組み合わせで試料０１〜試料１４の作製を行った。それぞれの金属の種類と厚さと切削試験の結果と合わせて表１にまとめた。試料０１〜試料０４は母材上に金属層１層を形成し、その後アニールを行って、界面に炭化物層を形成した。炭化物層は内側安定層となる。外側安定層は金属層のままなので、少なくとも２層の構造をしている。試料０５〜試料０７は母材上に室温（２５℃）でチタン（Ｔｉ）層を形成し、その上に別の金属層を形成し、その後アニールを行って、ダイヤモンドとの界面に炭化チタン（ＴｉＣ）層を形成した。ＴｉＣ層を形成したが、一部はＴｉ層の形で残ったので、内側安定層の最内側層安定層であるＴｉＣ層、中間内側安定層であるＴｉ層、および外側安定層である金属層の少なくとも３層の構造を有する。試料０８および試料０９は金属層１層のみを形成した。試料１０および試料１１は母材上に内側安定層としてルテニウム（Ｒｕ）層を基板温度５００℃で形成し、その上に外側安定層として別の金属層を３００℃以下で形成した。試料１２〜試料１４は母材上に内側安定層として炭化物層を基板温度５００℃で形成し、その上に外側安定層として金属層を３００℃以下で形成した。内側安定層である炭化物層中の金属と外側安定層である最表面の金属層は同じ元素である方が密着力が高かった。安定層の厚さは全てほぼ２μｍとなるように形成した。安定層の形成方法は全てＨｉＰＩＭＳ法で行った。上記の安定層の形成前に、ダイヤモンド母材は、真空中８００℃でアニールを行い、薄くグラファイト（３０ｎｍ以下）を形成した。この方が安定して安定層を形成できる。ＨｉＰＩＭＳ法で形成すると、ダイヤモンドへの密着力が増大する。比較として、電子線蒸着法やスパッタ法と比べると、摩耗試験後の剥離部分が電子線蒸着法では２０００μｍ2以上であり、スパッタ法では８００μｍ2以上であるのに対して、ＨｉＰＩＭＳ法では、８０μｍ2未満であった。このようにして、安定層を形成した後に、試料０１〜試料０７については、ロータリーポンプの到達真空度の真空中で、ろう付け温度より低い７００℃で１時間アニール処理をした。また、内側安定層を堆積する時には基板温度を５００℃で堆積した。このように内側安定層をダイヤモンド母材上に形成するときは、ダイヤモンドとなるべく反応するような状況下で形成することで、密着性がより強固になり、剥離も見られなくなる。比較として、試料１５に何も被覆しないダイヤモンドの工具も用意した。
気相合成（具体的にはＣＶＤ）された単結晶ダイヤモンド母材あるいは高圧合成された単結晶ダイヤモンド母材を加工し、切削工具用のチップを作製し、この切削チップをシャンクに９００℃でろう付することによってダイヤモンド切削工具を準備した。切削チップである単結晶ダイヤモンド母材上に、安定層を形成した。単結晶ダイヤモンド母材と安定層はそれぞれ異なる組み合わせで試料０１〜試料１４の作製を行った。それぞれの金属の種類と厚さと切削試験の結果と合わせて表１にまとめた。試料０１〜試料０４は母材上に金属層１層を形成し、その後アニールを行って、界面に炭化物層を形成した。炭化物層は内側安定層となる。外側安定層は金属層のままなので、少なくとも２層の構造をしている。試料０５〜試料０７は母材上に室温（２５℃）でチタン（Ｔｉ）層を形成し、その上に別の金属層を形成し、その後アニールを行って、ダイヤモンドとの界面に炭化チタン（ＴｉＣ）層を形成した。ＴｉＣ層を形成したが、一部はＴｉ層の形で残ったので、内側安定層の最内側層安定層であるＴｉＣ層、中間内側安定層であるＴｉ層、および外側安定層である金属層の少なくとも３層の構造を有する。試料０８および試料０９は金属層１層のみを形成した。試料１０および試料１１は母材上に内側安定層としてルテニウム（Ｒｕ）層を基板温度５００℃で形成し、その上に外側安定層として別の金属層を３００℃以下で形成した。試料１２〜試料１４は母材上に内側安定層として炭化物層を基板温度５００℃で形成し、その上に外側安定層として金属層を３００℃以下で形成した。内側安定層である炭化物層中の金属と外側安定層である最表面の金属層は同じ元素である方が密着力が高かった。安定層の厚さは全てほぼ２μｍとなるように形成した。安定層の形成方法は全てＨｉＰＩＭＳ法で行った。上記の安定層の形成前に、ダイヤモンド母材は、真空中８００℃でアニールを行い、薄くグラファイト（３０ｎｍ以下）を形成した。この方が安定して安定層を形成できる。ＨｉＰＩＭＳ法で形成すると、ダイヤモンドへの密着力が増大する。比較として、電子線蒸着法やスパッタ法と比べると、摩耗試験後の剥離部分が電子線蒸着法では２０００μｍ2以上であり、スパッタ法では８００μｍ2以上であるのに対して、ＨｉＰＩＭＳ法では、８０μｍ2未満であった。このようにして、安定層を形成した後に、試料０１〜試料０７については、ロータリーポンプの到達真空度の真空中で、ろう付け温度より低い７００℃で１時間アニール処理をした。また、内側安定層を堆積する時には基板温度を５００℃で堆積した。このように内側安定層をダイヤモンド母材上に形成するときは、ダイヤモンドとなるべく反応するような状況下で形成することで、密着性がより強固になり、剥離も見られなくなる。比較として、試料１５に何も被覆しないダイヤモンドの工具も用意した。
こうして得られた本実施例の工具を、鋳鉄を８００ｍ／ｍｉｎの速度で切削加工の試験をした。結果を表１にまとめた。本実施例では、鋳鉄との接触部分（逃げ面部分）が２μｍ摩耗する時点を寿命とした。本実施例の被覆ダイヤモンド工具は、被覆のない試料１５と比べ、寿命が表１にまとめるように長くなり、被覆の効果があることがわかった。なお、試験後の安定層が剥離した部分の面積の総計は、試料０８および試料０９が、１０〜８０μｍ2未満であったが、その他の試料は１０μｍ2未満であった。
（実施例７）
気相合成（具体的にはＣＶＤ）された単結晶ダイヤモンド母材あるいは高圧合成された単結晶ダイヤモンド母材を加工し、切削工具用のチップを作製し、この切削チップをシャンクに９００℃でろう付することによってダイヤモンド切削工具を準備した。気相合成の単結晶ダイヤモンド中の窒素は非置換型窒素が１ｐｐｍより多く入っている母材を使用した。切削チップである単結晶ダイヤモンド母材上に、安定層を形成した。単結晶ダイヤモンド母材と安定層はそれぞれ異なる組み合わせで試料２１〜試料３２を作製した。それぞれの炭化物層、窒化物層、酸化物層、酸窒化物の種類と厚さと切削試験の結果と合わせて表２にまとめた。試料２１および試料２２は母材上にルテニウム（Ｒｕ）層を基板温度５００℃で堆積し、その上に炭化物層を形成した。Ｒｕ層は内側安定層であり、その上の炭化物層は外側安定層である。試料２３〜試料２５は母材上に室温（２５℃）で炭化物層を形成した。試料２６〜試料３２は母材上に室温（２５℃）でチタン（Ｔｉ）層を形成し、その上に別の炭化物層、窒化物層あるいは酸化物層などを形成し、その後アニールを行って、ダイヤモンドとの界面に炭化チタン（ＴｉＣ）層を形成した。ＴｉＣ層を形成したが、一部はＴｉ層として残ったので、内側安定層の最内側層安定層であるＴｉＣ層、中間内側安定層であるＴｉ層、および外側安定層である金属層の少なくとも３層の構造を有する。安定層の厚さは全てほぼ２μｍとなるように形成した。安定層の形成方法は全てＨｉＰＩＭＳ法で行った。この方法を行う前の処理や密着性に関しては、実施例６で述べた通りである。試料２１〜２５および２７〜３１の炭化物、窒化物に関して、金属含有比率を化学量論比率より１〜４ａｔｍ％多め（ＷＣの場合はＷが５０．５〜５２モル％、Ａｌ2Ｏ3の場合はＡｌが４０．４〜４１．６ａｔｍ％）に形成し、１０-9Ｓ/ｃｍより高い導電性（１０9Ωｃｍより低い抵抗率）を付与して靱性を向上させて、試験を行った。組成はＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）もしくは電子線マイクロアナリシス法（ＥＰＭＡ）で異なる５点の位置を平均して調べた。抵抗率はＣｕ基板に同じ条件で形成した膜に直径１ｍｍのＴｉ電極を金属マスクを通して形成し、Ｃｕ基板とＴｉ電極間の５０Ｖ印加時の電流値を求めて算出した。試料２１および試料２２について、内側安定層を堆積する時には基板温度を５００℃で堆積した。また、試料２６〜試料３２については、安定層を形成した後に、ロータリーポンプの到達真空度の真空中で、ろう付け温度より低い７００℃で１時間アニール処理をした。このように内側安定層をダイヤモンド母材上に形成するときは、ダイヤモンドとなるべく反応するような状況下で形成することで、密着性がより強固になり、剥離も見られなくなった。比較として、試料１５に何も被覆しないダイヤモンドの工具も用意した。
気相合成（具体的にはＣＶＤ）された単結晶ダイヤモンド母材あるいは高圧合成された単結晶ダイヤモンド母材を加工し、切削工具用のチップを作製し、この切削チップをシャンクに９００℃でろう付することによってダイヤモンド切削工具を準備した。気相合成の単結晶ダイヤモンド中の窒素は非置換型窒素が１ｐｐｍより多く入っている母材を使用した。切削チップである単結晶ダイヤモンド母材上に、安定層を形成した。単結晶ダイヤモンド母材と安定層はそれぞれ異なる組み合わせで試料２１〜試料３２を作製した。それぞれの炭化物層、窒化物層、酸化物層、酸窒化物の種類と厚さと切削試験の結果と合わせて表２にまとめた。試料２１および試料２２は母材上にルテニウム（Ｒｕ）層を基板温度５００℃で堆積し、その上に炭化物層を形成した。Ｒｕ層は内側安定層であり、その上の炭化物層は外側安定層である。試料２３〜試料２５は母材上に室温（２５℃）で炭化物層を形成した。試料２６〜試料３２は母材上に室温（２５℃）でチタン（Ｔｉ）層を形成し、その上に別の炭化物層、窒化物層あるいは酸化物層などを形成し、その後アニールを行って、ダイヤモンドとの界面に炭化チタン（ＴｉＣ）層を形成した。ＴｉＣ層を形成したが、一部はＴｉ層として残ったので、内側安定層の最内側層安定層であるＴｉＣ層、中間内側安定層であるＴｉ層、および外側安定層である金属層の少なくとも３層の構造を有する。安定層の厚さは全てほぼ２μｍとなるように形成した。安定層の形成方法は全てＨｉＰＩＭＳ法で行った。この方法を行う前の処理や密着性に関しては、実施例６で述べた通りである。試料２１〜２５および２７〜３１の炭化物、窒化物に関して、金属含有比率を化学量論比率より１〜４ａｔｍ％多め（ＷＣの場合はＷが５０．５〜５２モル％、Ａｌ2Ｏ3の場合はＡｌが４０．４〜４１．６ａｔｍ％）に形成し、１０-9Ｓ/ｃｍより高い導電性（１０9Ωｃｍより低い抵抗率）を付与して靱性を向上させて、試験を行った。組成はＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）もしくは電子線マイクロアナリシス法（ＥＰＭＡ）で異なる５点の位置を平均して調べた。抵抗率はＣｕ基板に同じ条件で形成した膜に直径１ｍｍのＴｉ電極を金属マスクを通して形成し、Ｃｕ基板とＴｉ電極間の５０Ｖ印加時の電流値を求めて算出した。試料２１および試料２２について、内側安定層を堆積する時には基板温度を５００℃で堆積した。また、試料２６〜試料３２については、安定層を形成した後に、ロータリーポンプの到達真空度の真空中で、ろう付け温度より低い７００℃で１時間アニール処理をした。このように内側安定層をダイヤモンド母材上に形成するときは、ダイヤモンドとなるべく反応するような状況下で形成することで、密着性がより強固になり、剥離も見られなくなった。比較として、試料１５に何も被覆しないダイヤモンドの工具も用意した。
こうして得られた本実施例の工具を、鋳鉄を８００ｍ／ｍｉｎの速度で切削加工の試験をした。本実施例では、鋳鉄との接触部分（逃げ面部分）が２μｍ摩耗する時点を寿命とした。本実施例の被覆ダイヤモンド工具は、被覆のない試料１５と比べ、寿命が表２にまとめるように長くなり、被覆の効果があることがわかった。なお、試験後の安定層が剥離した部分の面積の総計は、試料２３〜試料２５が、１０〜８０μｍ2未満であったが、その他の試料は１０μｍ2未満であった。
（実施例８）
気相合成（具体的にはＣＶＤ）の単結晶ダイヤモンド母材を加工し、切削工具用のチップを作製した。切削チップである単結晶ダイヤモンド母材上に、イオン注入を行い、安定層を形成した。注入条件によっては、最表面はダイヤモンド層が残っているものもあった。イオン注入の異なる組み合わせにおいて、試料４１〜試料４８を作製した。試料４１〜試料４５は、イオン注入後に一般的なターボ分子ポンプの到達圧の真空中で、１０００℃で１時間アニールを行った。最表面は結晶質のダイヤモンドが残存していた。その他の条件は、表３に示す通りである。試料４６〜試料４８は、イオン注入後に一般的なターボ分子ポンプの到達圧の真空中で、１２００℃で２時間のアニールを行った。最表面には結晶質のダイヤモンドは残存しなかった。注入した金属はほとんどが炭化物となっていた。その他の条件は、表３に示す通りである。安定層が形成された単結晶ダイヤモンド母材をシャンクに９００℃でろう付することによってダイヤモンド切削工具を作製した。こうして得られた本実施例の工具を、鋳鉄を８００ｍ／ｍｉｎの速度で切削加工した。鋳鉄との接触部分（逃げ面部分）が１μｍ摩耗する時点を寿命とすると、本実施例の被覆ダイヤモンド工具は、比較例の試料１５のダイヤモンド工具と比べて、寿命が表３にまとめるように長くなり、安定層形成の効果があることがわかった。なお、試験後の安定層が剥離した部分の面積の総計は、全ての試料で１０μｍ2未満であった。最表面の導電値（抵抗値）を２端子プローブで室温（２５℃）で５０Ｖ印加して評価を行うと、試料４１〜試料４５に関しては、導電値は１μＳより高い（抵抗値は１ＭΩ未満の）値であり、試料４６〜試料４８に関しては、導電値は１ｍＳより大きな（抵抗値は１ｋΩ未満の）値であった。
気相合成（具体的にはＣＶＤ）の単結晶ダイヤモンド母材を加工し、切削工具用のチップを作製した。切削チップである単結晶ダイヤモンド母材上に、イオン注入を行い、安定層を形成した。注入条件によっては、最表面はダイヤモンド層が残っているものもあった。イオン注入の異なる組み合わせにおいて、試料４１〜試料４８を作製した。試料４１〜試料４５は、イオン注入後に一般的なターボ分子ポンプの到達圧の真空中で、１０００℃で１時間アニールを行った。最表面は結晶質のダイヤモンドが残存していた。その他の条件は、表３に示す通りである。試料４６〜試料４８は、イオン注入後に一般的なターボ分子ポンプの到達圧の真空中で、１２００℃で２時間のアニールを行った。最表面には結晶質のダイヤモンドは残存しなかった。注入した金属はほとんどが炭化物となっていた。その他の条件は、表３に示す通りである。安定層が形成された単結晶ダイヤモンド母材をシャンクに９００℃でろう付することによってダイヤモンド切削工具を作製した。こうして得られた本実施例の工具を、鋳鉄を８００ｍ／ｍｉｎの速度で切削加工した。鋳鉄との接触部分（逃げ面部分）が１μｍ摩耗する時点を寿命とすると、本実施例の被覆ダイヤモンド工具は、比較例の試料１５のダイヤモンド工具と比べて、寿命が表３にまとめるように長くなり、安定層形成の効果があることがわかった。なお、試験後の安定層が剥離した部分の面積の総計は、全ての試料で１０μｍ2未満であった。最表面の導電値（抵抗値）を２端子プローブで室温（２５℃）で５０Ｖ印加して評価を行うと、試料４１〜試料４５に関しては、導電値は１μＳより高い（抵抗値は１ＭΩ未満の）値であり、試料４６〜試料４８に関しては、導電値は１ｍＳより大きな（抵抗値は１ｋΩ未満の）値であった。
（実施例９）
気相合成（具体的にはＣＶＤ）の単結晶ダイヤモンド母材を加工し、切削工具用のチップを作製した。切削チップである単結晶ダイヤモンド母材上に、直径０．３μｍおよびピッチ０．６μｍで正方格子状に配置した穴のあいたマスクを形成し、その穴を通して、イオン注入を行い、安定層を形成した。安定層は水玉模様にダイヤモンド母材に注入された。マスクはイオン注入後に除去された。イオン注入条件は、表４にまとめた通りで、試料５１〜試料５８を作製した。試料５１〜試料５５は、イオン注入後に一般的なターボ分子ポンプの到達圧の真空中で、１０００℃で１時間アニールを行った。試料５６〜試料５８は、イオン注入後に一般的なターボ分子ポンプの到達圧の真空中で、１２００℃で２時間のアニールを行った。安定層が形成された単結晶ダイヤモンド母材をシャンクに９００℃でろう付することによってダイヤモンド切削工具を作製した。こうして得られた本実施例の工具を、鋳鉄を８００ｍ／ｍｉｎの速度で切削加工した。鋳鉄との接触部分（逃げ面部分）が１μｍ摩耗する時点を寿命とすると、本実施例の被覆ダイヤモンド工具は、比較例の試料１５のダイヤモンド工具と比べて、寿命が表４にまとめるように長くなり、部分的に形成した安定層形成の効果があることがわかった。試験後の安定層が剥離した部分の面積の総計は、全ての試料で１０μｍ2未満であった。最表面の導電値（抵抗値）を２端子プローブで室温（２５℃）で５０Ｖ印加して評価を行うと、試料５１〜試料５５に関しては、導電値は１μＳより高い（抵抗値は１ＭΩ未満の）値であり、試料５６〜試料５８に関しては、導電値は１ｍＳより高い（抵抗値は１ｋΩ未満の）値であった。
気相合成（具体的にはＣＶＤ）の単結晶ダイヤモンド母材を加工し、切削工具用のチップを作製した。切削チップである単結晶ダイヤモンド母材上に、直径０．３μｍおよびピッチ０．６μｍで正方格子状に配置した穴のあいたマスクを形成し、その穴を通して、イオン注入を行い、安定層を形成した。安定層は水玉模様にダイヤモンド母材に注入された。マスクはイオン注入後に除去された。イオン注入条件は、表４にまとめた通りで、試料５１〜試料５８を作製した。試料５１〜試料５５は、イオン注入後に一般的なターボ分子ポンプの到達圧の真空中で、１０００℃で１時間アニールを行った。試料５６〜試料５８は、イオン注入後に一般的なターボ分子ポンプの到達圧の真空中で、１２００℃で２時間のアニールを行った。安定層が形成された単結晶ダイヤモンド母材をシャンクに９００℃でろう付することによってダイヤモンド切削工具を作製した。こうして得られた本実施例の工具を、鋳鉄を８００ｍ／ｍｉｎの速度で切削加工した。鋳鉄との接触部分（逃げ面部分）が１μｍ摩耗する時点を寿命とすると、本実施例の被覆ダイヤモンド工具は、比較例の試料１５のダイヤモンド工具と比べて、寿命が表４にまとめるように長くなり、部分的に形成した安定層形成の効果があることがわかった。試験後の安定層が剥離した部分の面積の総計は、全ての試料で１０μｍ2未満であった。最表面の導電値（抵抗値）を２端子プローブで室温（２５℃）で５０Ｖ印加して評価を行うと、試料５１〜試料５５に関しては、導電値は１μＳより高い（抵抗値は１ＭΩ未満の）値であり、試料５６〜試料５８に関しては、導電値は１ｍＳより高い（抵抗値は１ｋΩ未満の）値であった。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 複合ダイヤモンド工具、１１ ダイヤモンド母材、１１ｅ 電子供給層、１１ｓ ダイヤモンド表面層、１２ 安定層、１２ａ 内側安定層、１２ａａ 最内側安定層、１２ａｂ 中間内側安定層、１２ｂ 外側安定層、２０ シャンク。
Claims (12)
- ダイヤモンド母材と、前記ダイヤモンド母材上および前記ダイヤモンド母材の表面から内部の少なくとも一部の少なくともいずれかに配置された少なくとも１層の安定層と、を含み、
前記安定層は、タングステン、タンタル、モリブデン、ニオブ、バナジウム、クロム、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属、
ルテニウム、オスミウム、ロジウム、イリジウム、パラジウムおよび白金からなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属、ならびに、
炭化タングステン、炭化タンタル、炭化モリブデン、炭化ニオブ、炭化バナジウム、炭化クロム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウムおよび炭化ケイ素からなる群から選ばれる少なくとも１種類の炭化物、の少なくともひとつからなり、
前記ダイヤモンド母材は、非置換型窒素濃度が１ｐｐｍより高い気相合成ダイヤモンドで形成されている複合ダイヤモンド体。 - 前記安定層は、０．００１μｍ以上１０μｍ未満の厚さを有する請求項１に記載の複合ダイヤモンド体。
- 前記安定層は、複数の層を含む請求項１または請求項２に記載の複合ダイヤモンド体。
- 前記安定層は、前記ダイヤモンド母材側から順に位置する内側安定層および外側安定層を含み、
前記内側安定層が、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、イリジウム、パラジウムおよび白金からなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属からなり、
前記外側安定層が、タングステン、タンタル、モリブデン、ニオブ、バナジウム、クロム、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属、ならびに、炭化タングステン、炭化タンタル、炭化モリブデン、炭化ニオブ、炭化バナジウム、炭化クロム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウムおよび炭化ケイ素からなる群から選ばれる少なくとも１種類の炭化物、の少なくともひとつからなる請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の複合ダイヤモンド体。 - 前記安定層は、前記ダイヤモンド母材側から順に位置する内側安定層および外側安定層を含み、
前記内側安定層が、炭化タングステン、炭化タンタル、炭化モリブデン、炭化ニオブ、炭化バナジウム、炭化クロム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウムおよび炭化ケイ素からなる群から選ばれる少なくとも１種類の炭化物からなり、
前記外側安定層が、タングステン、タンタル、モリブデン、ニオブ、バナジウム、クロム、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属からなる請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の複合ダイヤモンド体。 - 前記安定層の少なくとも１層は、前記ダイヤモンド母材上に配置された堆積層である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の複合ダイヤモンド体。
- 前記安定層の少なくとも１層は、前記ダイヤモンド母材の表面から内部の少なくとも一部に配置されたイオン注入層である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の複合ダイヤモンド体。
- 前記イオン注入層は、前記ダイヤモンド母材の表面に垂直な方向から見て、直径が１μｍよりも小さな複数の領域に分離している請求項７に記載の複合ダイヤモンド体。
- 前記安定層の少なくとも１つの層は、前記ダイヤモンド母材上および前記ダイヤモンド母材の表面から内部の少なくとも一部に配置されたアニール層である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の複合ダイヤモンド体。
- 前記ダイヤモンド母材は、合成単結晶ダイヤモンドおよび合成多結晶ダイヤモンドの少なくとも１種類で形成されている請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の複合ダイヤモンド体。
- 前記安定層上に配置された厚さ５μｍ以下のダイヤモンド表面層をさらに含む請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の複合ダイヤモンド体。
- 請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の複合ダイヤモンド体を含む複合ダイヤモンド工具。
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