JPH01234311A - 合成ダイヤモンド分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、爆発合成法等により作られたダイヤモンド生
成物から合成ダイヤモンドを分離する合成ダイヤモンド
分離装置に関する。

（従来の技術） 従来の合成ダイヤモンド分離装置としては１例えば第８
図及び第９図に示す技術がある。即ち、この従来技術は
、外周部が石英製の反応容器Ａ内に配置された石英製原
料皿Ｂ上にダイヤモンド生成物である原料を載せ１反応
容器Ａ内を真空ポンプＣにより１〜３　ｔｏｒｒ程度の
高真空にし、反応容器Ａ内に酸素ポンベＤから酸素ガス
を供給し、プラズマ電極Ｅ、Ｆに間を放電させてプラズ
マを発生させ、該プラズマにより励起された酸素ガス（
酸素ガスプラズマ）を低温度でダイヤモンド生成物であ
る原料と反応させることにより、該原料中の可燃性炭素
粉を酸化し、ガス化して該原料から合成ダイヤモンドを
分離するようにしたものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来技術では、石英製原料皿Ｂ上に
載せた原料を酸素ガスプラズマと反応させているため、
原料の表面にある可燃性炭素粉が先に酸化してガス化し
、その表面に難酸化性の合成ダイヤモンドが現われ、該
合成ダイヤモンドの層がその下にある可燃性炭素粉の酸
化を妨げてしまう。そこで、この従来技術では、可燃性
炭素粉の酸化を促進するために、３０分乃至１時間毎に
真空ポンプＣを伴出すると共にプラズマ電極Ｅ。

Ｆ間での放電を停止ヒし、〃ハ料皿Ｂを反応容器Ａから
取り出して席料皿Ｂ上の原料を手で攪拌し、この攪拌後
に原料皿Ｂを反応容器Ａに入れて再び原料を酸素ガスプ
ラズマと反応させるという操作を繰り返す必要があるの
で、ダイヤモンド生成物中の全ての可燃性炭素粉を酸化
、ガス化して合成ダイヤモンドを分離するまでの反応時
間が長くかかってしまうという問題点があった。

本発明は、このような従来の問題点に着目して為された
もので、ダイヤモンド生成物である原料を手で攪拌する
作業を不要にすることにより、ダイヤモンド生成物から
合成ダイヤモンドを分離する反応時間を大幅に短縮した
合成ダイヤモンド分離装置を提供することを目的として
いる。

（課題を解決するための手段） かかる目的を達成するために、本発明に係る合成ダイヤ
モンド分離装置は、少なくとも外周部が石英製の反応容
器内を高真空に保持し、該反応容器内で爆発合成法によ
るダイヤモンド生成物である原料をプラズマ化した酸素
ガスと低温度で反応させることにより、該原料中の可燃
性炭素粉を酸化し、ガス化して該原料から合成ダイヤモ
ンドを分離する合成ダイヤモンド分離装置において、−
端側にガス抜き用の開口を有し、前記反応容器内に回転
可能に設けられ、内部に前記原料が入れられる石英製筒
状容器と、該筒状容器を回転させる外部モータと、ｒＪ
箭状状容器内酸素ガスを供給する酸素ガス供給管と、前
記筒状容器内の原料を該筒状容器の回転に伴って攪拌す
る攪拌機構とを設けたものである。

（作用） そして、上記合成ダイヤモンド分離装置では、石英製筒
状容器は外部モータにより反応容器内で回転し、該回転
に伴い攪拌機構が筒状容器内の原料を攪拌する。これに
よって、プラズマ化した酸素ガスと反応する原料表面の
可燃性炭素粉が絶えず入れ替り、プラズマ化した酸素ガ
スと原料中の可燃性炭素粉との反応が促進される。

（実施例） 以下１図面に基いて本発明の各実施例を説明する。なお
、各実施例の説明において同様の部位には同一の符号を
付して事複した説明を省略する。

第１図乃至第４図は本発明の第１実施例を示しており、
この第１実施例に係る合成ダイヤモンド分離装置は横架
である。

第１図に示すように、横型の合成ダイヤモンド分離装置
ｌｌは、反応容器２と、該反応容器２内に一回転可能に
設けられ、内部にダイヤモンド生成物である原料Ｓが入
れられる石英製筒状容器３と、該筒状容器３を回転させ
る回転用モータ（外部モータ）Ｍ工と、反応容器２を支
持台４上に支持する支持部材５ａ、５ｂと、移動機構６
とを主たる要素としている。

反応容器２は１両端が開口した石英製筒体２ａと、支持
部材５ａ上に固定され、石英製筒体２ａの前端側聞口を
閉塞すると共にその前端側外周に嵌合して該前端を支持
する金属製の蓋２ｂと、支持部材５ｂ上に固定され、石
英製筒体２ａの後端側外周に嵌合して該後端を支持する
金属製の保持環２ｃと、石英製筒体２ａの後端及び保持
〜２ｃのフランジ端面に当接して石英製筒体２ａの後端
側開口を閉塞する金属製の蓋２ｄとから成る。該萩２ｄ
の外周部は保持環２ｃのフランジ外周部に複数個のクラ
ンプ７により取り外し可能に固定され、これによって反
応容器２が密閉される。

石英製筒状容器３は、第１図乃至第３図に示すように、
その一端側にガス抜き用の開口３ａを有し、その他端側
には石英製の回転軸８が一体的に形成されている。石英
製筒状容器３の内周には。

該石英製筒状容器３の回転に伴って原料Ｓを攪拌する羽
根（攪拌機構）９１〜９４が形成されている。

回転軸８は、回転用モータＭ□により回転される金属製
の回転軸１０にカップリング１１を介して接続されてい
る。該回転軸１０は、蓋２ｄに対して回転可能に該蓋２
ｄの孔を貫通している。該蓋２ｄの外面には、その孔と
回転軸１０との間を密封する磁気式真空シール部材１２
が取付けられている。回転用モータＭ１は、その回転数
を例えば０．１〜１０ｒｐｎ＋の範囲で刺節可能であり
、μつ例えば回転中１ヒ時間３〜３０分１回転継続時間
３〜３０分のタイマー設定により間欠的運転が可能であ
る。

前記移動機構６は、所謂ねじコンベヤであり。

支持台４上に固定された支持部材６ａ、６ｂと、該支持
部材６ａ、６ｂに両端が回転可能に支持され、外周にお
ねじを有する軸６ｃと、該おねじに螺合するめねじを有
し、軸６ｃの回転により左右に移動する移動台６ｄと、
支持部材６ｂに取付けられ、軸６ｃを回転させる移動用
モータＭ２とから構成される。移動台６ｄには、磁気式
真空シール部材１２及び回転用モータＭ、がロッド１３
及び１４によって夫々接続されている。この構成により
、クランプ７を緩めて′ｉ＆２ｄの固定を解除して移動
用モータＭ２を回転させると、石英製筒状容器３１回転
軸８、カップリング１１２回転軸１０、蓋２ｄ、磁気式
真空シール部材１２及び回転用モータＭ□が移動台６ｄ
と共に軸６ｃに沿って移動可能である。

前記蓋２ｂの孔には酸素ガス供給管１５が貫通しており
、該酸素ガス供給管１５と蓋２ｂの孔との開は該蓋２ｂ
の外面に取付けられたシール部材１６により密封されて
いる。酸素ガス供給管１５は流量計１７及びニードル弁
１８を介して酸素ボンベ１９に接続され、酸素ガス供給
４′＃１５の先端側は石英製筒状容器：３内部にその間
口３ａから挿入されている。該酸素ガス供給管１５の先
端表面には第４図に示すように小孔１５ａが多数穿設さ
れ、酸素ボンベ１９からのｔ１１１？４ガスが小孔１５
ａから筒状容器３内に均一に供給されるように成ってい
る。

前記反応容器２０石英製筒体２ａには、該反応容器２内
を例えば１〜３　ｔｏｒｒの範囲内の真空度に保持する
真空装置２０のパイプ２１が接続され、該パイプ２１の
先端が反応容器２内に開口している。該真空装置２０は
真空ポンプ２２と窒素ボンベ２３とを備え、該真空ポン
プ２２はパイプ２４を介してパイプ２１に接続されてい
る。パイプ２１．２４には自初弁２５，２６が夫々介装
されている。自動弁２６をバイパスするバイパス路２７
にはニードル弁２８が介装され、該バイパス路２７は自
動弁２９及びニードル弁３０が介装されたパイプ；３１
を介して大気に連通している。窒素ボンベ２３はパイプ
３２を介してパイプ２１に接続され、該パイプ３２には
ニードル弁３３と自動真空調節弁３４とが介装されてい
る。

このような構成の真空装置Ｒ２０では、反応容器２内の
真空度が１　ｔｏｒｒ以下になったとき、窒素ボンベ２
３内の窒素ガスを反応容器２内に流入させることにより
、該反応容器２内を１〜３　ｔｏｒｒの範囲内の真空度
に保持するように成っている。

前記石英製筒体２ａの周囲には、プラス側プラズマ電極
３５とマイナス側プラズマ電極３６とが配設され、該プ
ラズマ塩−３５，３６はマツチングユニット３７を介し
てプラズマ発振器３８に接続されている。該プラズマ発
振器３８をオンすると、プラズマ電極３５．３６間で放
電して石英製筒状容器３内に供給される酸素ガスがプラ
ズマ化して酸素ガスプラズマが発生するするように成っ
ている。マツチングユニット３７は、プラズマ電極３５
．３６間の状況に応じてプラズマ発振器３８のインピー
ダンスが所定値になるように設定するためのものである
。

そして、プラズマ電磁波が人体に影響を及ぼさないよう
にするために、金網状の電磁波遮蔽装置３９が前記反応
容器２全体を覆うように設けられている。また、反応容
器２には、該反応容器２内の真空度を確認するためにビ
ラニー真空計４０が取付けられている。

なお、前記プラズマ発生時に反応容器２内の温度が上昇
するのを防止するために、前記蓋２ｂ。

２ｄに冷却水を導入する構造（図示省略）になっている
。

次に、上記構成を有する合成ダイヤモンド分離装置１の
作用を説明する。

第１図に示すようにダイヤモンド生成物である原料Ｓが
入っている石英製筒状容器３を反応容器２内に入れ、反
応容器２の両端を蓋２ｂ、２ｄにより閉塞して反応容器
２内を気密にした状態で、反応容器２内を１〜３　ｔｏ
ｒｒの範囲内の真空度にする。そのために、まず自動弁
２５を開くと共に自動弁２６を閉じ、真空ポンプ２２に
より反応容器２内の空気をパイプ２１、自動弁２５．バ
イパス路２７、ニードル弁２８及びパイプ２４を介して
徐々に吸引する。反応容器２内の真空度が１０ｔｏｒｒ
程度になったところで、自動弁２６を開き、真空ポンプ
２２の運転を継続して真空度を１〜３ｔｏｒｒの範囲内
にする。このとき１反応容器２内の真空度がｌ　ｔｏｒ
ｒ以下になったときには、自動弁３４を開き、窒素ボン
ベ２３内の窒素ガスを開度調節されたニードル弁３３と
自動弁３４とを介して反応容器２内に流入させることに
より、該反応容器２内を常に１〜３　ｔｏｒｒの範囲内
に保持する。

反応容器２内の真空度が１〜３　ｔｏｒｒの範囲内にな
ったことを確認してニードル弁１８を開き、酸素ボンベ
１９からの酸素ガスを酸素ガス供給管１５の小孔１５ａ
から石英製筒状容器３内に供給する。

このとき、流量計１７を見ながら酸素ガス供給竜が例え
ば１００〜３００ｃｃ／＋ｍｉｎ内の所定値となるよう
にその供給竜を調節する。

ビラニー真空計４０により反応容器２内の真空度を確認
してから、プラズマ発振器３８をオンすると、プラズマ
電極３５．３６間で放電して石英製筒状容器３内に供給
される酸素ガスがプラズマ化して酸素ガスプラズマが発
生する。この酸素ガスプラズマが原料中に含まれる可燃
性炭素粉と反応し、該炭素粉が酸化されてガス化され、
この炭酸ガスは石英製筒状容器３の開口３ａから反応容
器２内に流出し、さらに真空ポンプ２２により石英製筒
状容器３吸引される。

このとき、回転用モータＭ１を連続的に又は間欠的に駆
動させて石英製筒状容器３を連続的に又は間欠的に回転
させる。この回転により羽根９゜〜９４が原料Ｓを攪拌
し、酸素ガスプラズマと反応する原料Ｓ表面の可燃性炭
素粉が絶えず入れ替り、酸素ガスプラズマと原料Ｓ中の
可燃性炭素粉との反応が促進される。

このような酸素ガスプラズマと原料Ｓ中の可燃性炭素粉
との反応状況を、石英製筒体２ａ及び石英製筒状容器３
を通してＩｌｔ察する。最初は酸素ガスプラズマが発す
る桃色の輝光が見え、酸素ガスプラズマが原料中に含ま
れる炭素粉と反応している間は、炭素粉特有の緑色の輝
光が見え、炭素粉が全てガス化して反応が終了すると緑
色の輝光が消えて酸素ガスプラズマが発する桃色の輝光
に戻る。この桃色の輝光により、炭素粉が全てガス化し
て反応が終了したことを確認できる。

このようにして炭素粉が全てガス化すると、石英製筒状
容器３内には合成ダイヤモンドだけが残る。この合成ダ
イヤモンドを取り出すには、まずニードル弁１８を閉じ
て酸素ガスの供給を停＋ｈＬ、次にプラズマ発振器３８
をオフにして反応容器２内を大気圧に戻す、そのために
は、自動弁２６を閉じ、真空ポンプ２２を停止し、自動
弁２９及びニードル弁３０を開く。これによって、パイ
プ３１、バイパス路２７及びパイプ２１を介して大気が
反応容器２内に徐々に導入され、反応容器２内が大気圧
に近づいたときに自動弁２６を開く。

このようにして反応容器２内を大気圧に戻してから、ク
ランプ７を緩めて蓋２ｄの保持環２ｃに対する固定を解
除し、この状態で移動用モータＭ２を駆動させて移動台
６ｄを第１図の位置から右方に移動させる。この移動に
より回転用モータＭい回転軸１０、磁気式真空シール部
材１２、蓋２ｄ。

カップリング１１、回転軸８及び石英製筒状容器３が一
緒に右方に移動し、該石英製筒状容器３が反応容器２の
外にでる。そして、カップリングＵを緩めて回転軸８及
び石英製筒状容器３を回転軸１０から外し、この状態で
石英製筒状容器：３内の合成ダイヤモンドを取り出すこ
とができる。

このようにして分離して取り出した合成ダイヤモンドの
重さを測定することにより、ダイヤモンド生成物である
原料Ｓ中における合成ダイヤモンドの含有量を定量分析
することができる。

なお、上記実施例によれば、酸素ガス供給管１５の先端
側に多数穿設された小孔１５ａから酸素ガスが石英製筒
状容器３内全体に均一に導入される構成により、酸素ガ
スプラズマと炭素粉との反応が促進される。

また１反応容器２内の真空度が例えば１　ｔｏｒｒ以下
になったとき、自動真空調節弁３４を開いて窒素ボンベ
２３から窒素ガスを反応容器２内にリークさせ、これに
よって真空度を常に１〜３　ｔｏｒｒの範囲内に保持す
ることができる構成により、反応容器２内を酸素ガスプ
ラズマが発生し易い状態に保持でき、これによっても酸
素ガスプラズマと炭素粉との反応が促進される。

次に、第５図〜第７図に基いて本発明の第２実施例を説
明する。この第２実施例に係る合成ダイヤモンド分離装
置は縦型である。

この縦型の合成ダイヤモンド分離装置１′では、反応容
器２は縦に配置されている０石英製筒状容器３は、一端
側が開口した石英製筒体３００と、開口部３０１ａを有
し、該石英製筒体３００の開口端が当接する石英製の蓋
３０１とから構成されている。該蓋３０１の孔３０１ｂ
にロッド９０を貫通させ、該ロッド９０の一端側を蓋２
ｂに固定しである。これによって、蓋３０１はロッド９
０を介して蓋２ｂ側に固定されている。ロッド５）０の
他端側には、複数の針状の羽根９１が付いたロッド９２
が固定されている。この針状の羽根９１は１石英製筒体
３００が蓋３０１に対して回転したときに筒体３００の
底部に入れられる原料Ｓ（第５図を参照）を攪拌するた
めのもので、各羽根９１の向きは第７図に示すように交
互に変えてあり、これによって原料Ｓ全体を偏りのない
よう攪拌できるようにしである。前記ロッド９０，９２
及び針状の羽根９１によって、原料Ｓを攪拌する攪拌機
構が構成されている。

前記縦型の合成ダイヤモンド分離装置１′の上記以外の
構成は、上記横型の合成ダイヤモンド分離装置１と同様
である。

（発明の効果） 以上詳述した如く、本発明に係る合成ダイヤモ・ンド分
離装置によれば、石英製筒状容器は外部モータにより反
応容器内で回転され、該回転に伴い攪拌機構が筒状容器
内の原料を攪拌する構成により、プラズマ化した酸素ガ
スと反応する原料表面の可燃性炭素粉が絶えず入れ替り
、プラズマ化した酸素ガスと原料中の可燃性炭素粉との
反応が促進され、且つこの反応を中断して原料を手で攪
拌する必要がないので、ダイヤモンド生成物から合成ダ
イヤモンドを分離する反応時間を大幅に短縮できる。

【図面の簡単な説明】 第１図乃至第４図は本発明の第１実施例を示しており、
第１図は横型の合成ダイヤモンド分離装置を示す概略構
成図、第２図は石英製筒状容器を示す拡大断面図、第３
図は第２図の■−■線に沿う断面図、第４図は第２図の
■矢視図、第５Ｌｉ！１乃至第７図は本発明の第２実施
例を示しており、第５図は縦型の合成ダイヤモンド分離
装置を示す概略構成図、第６図は石英製筒状容器及び攪
拌機構を示す分解斜視図、第７図は第６図の■−■線に
沿う断面図、第８図は従来の合成ダイヤモンド分離装置
の要部を示す横断面図、第９図は同要部を示す縦断面図
である。 １．１′・・・合成ダイヤモンド分離装置、２・・・反
応容器、３・・・石英製筒状容器、３ａ・・・開口、９
１〜９．：９０〜９２・・・攪拌機構、１５・・・酸素
ガス供給管、Ｍｌ・・・回転用モータ（外部モータ）、
Ｓ・・・原料。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、少なくとも外周部が石英製の反応容器内を高真空に
   保持し、該反応容器内で爆発合成法によるダイヤモンド
   生成物である原料をプラズマ化した酸素ガスと低温度で
   反応させることにより、該原料中の可燃性炭素粉を酸化
   し、ガス化して該原料から合成ダイヤモンドを分離する
   合成ダイヤモンド分離装置において、一端側にガス抜き
   用の開口を有し、前記反応容器内に回転可能に設けられ
   、且つ内部に前記原料が入れられる石英製筒状容器と、
   該筒状容器を回転させる外部モータと、該筒状容器内に
   酸素ガスを供給する酸素ガス供給管と、前記筒状容器内
   の原料を該筒状容器の回転に伴って攪拌する攪拌機構と
   を設けて成る合成ダイヤモンド分離装置。