JPH03138106A

JPH03138106A - ダイヤモンドの加工方法

Info

Publication number: JPH03138106A
Application number: JP1277393A
Authority: JP
Inventors: Akihito Yoshida; 晃人吉田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1989-10-25
Filing date: 1989-10-25
Publication date: 1991-06-12
Anticipated expiration: 2011-01-24
Also published as: KR940002022B1; JPH085055B2

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〉この発明は切削工具、耐摩工具、半導体用ヒートシンク
等に工業的に用いられるダイヤモンドの加工方法に関す
るものである。

〈従来の技術〉ダイヤモンドは最高の硬度と熱伝導率を有しており、切
削工具、耐摩工具、半導体用ヒートシンク等の工業的分
野で広く使用されている。

従来からダイヤモンドを分断する方法としては、切断、
襞間の２つの方法が知られており、前者には（１）切断
刃にダイヤモンドパウダーを埋込んで高速回転させ、こ
れをダイヤモンド単結晶に押し当てて切断を進める方法
に代表されるソーイング＠（２）レーザー光線を当て、
熱的にダイヤモンドを切断する方法。等がある。

また、後者の襞間は例えば“結晶工学ハンドブック”の
第４１１〜４１２頁に示されているように、ダイヤモン
ド結晶に他のダイヤモンドまたは切断刃により溝を入れ
、該溝内にナイフ状の楔を打込んで結晶を分断する方法
である。

この後者の方法は、ダイヤモンド単結晶が（ＩＩ＋）結
晶面に沿って割れ易い襞間と呼ばれる性質を利用したも
ので、切断代を要さず前者に比べて高価なダイヤモンド
を切断代として太き（失うことなく、また極めて短時間
に加工できる等の長所を持ち、経済的に最も優れたダイ
ヤモンドの分断方法として知られている。

〈発明が解決しようとする課題〉上記した従来のダイヤモンドの分断方法は°゛ダイヤモ
ンド　（三洋出版貿易株式会社発行）の第２１６〜２１
８頁および０セラミツクス１１　（１９７６）、Ｎｏ、
　［）”の第５２０頁等に示されているように、高度な
熟練を要し、かつ高価なダイヤモンドを破損する危険を
含み、更に分断された面は平坦になりにくいなどの問題
を有しているため、宝飾用の大粒ダイヤモンドを２つに
分断する目的で極（一部の加工者が用いていたにすぎな
かった。

また、同様の理由でヒートシンク等一定形状を有する製
品を製造するうえで不可欠なダイヤモンド結晶を複数の
薄板に加工することは不可能であった。

上記した従来技術の問題は本発明者の研究によれば以下
の原因によることが解明された。

即ち、■ダイヤモンド単結晶に刻む溝は、襞間面である
（Ｉｌｌ）に対して大きくとも０．５°以内の精度で平
行でなければならないが、従来技術であるダイヤモンド
で傷をつける方法又は切断刃を当てる方法ではこのよう
な精度を得ることは極めて困難である。

■同様にかかる溝は太き（とも０．１ｍｍ以内の精度を
持つ直線でなければならないが、従来方法では極めて困
難である。

■従来技術は天然ダイヤモンド単結晶の加工を対象とし
てきたが、天然ダイヤモンド単結晶はその表面４ｓ地中
において溶解作用を受け、曲面形状になっている例が多
く、このような場合基準となる（Ｉｌｌ）面を見付ける
ことが困難である。

■襞間な再現性よく、かつ精度よ（行なうためには、溝
の形状は一定の角度を持つ７字状であることが望ましい
が、従来技術では形状が不定形になりやすく、襞間に必
要な応力をかける作用点がばらつき、再現性、精度に問
題がある。

く課題を解決するための手段〉本発明者は上記に述べたダイヤモンドの襞間加工におけ
る問題を解消すべく検討した結果、その改良法を見出し
たものである。

即ち、この発明はダイヤモンド単結晶の表面にイオンビ
ーム、電子ビーム、レーザーの何れかの手段を用いて（
Ｉｌｌ）結晶面に対して平行な溝を設け、該溝に楔を打
ち込んでダイヤモンド単結晶を分断することを特徴とす
るダイヤモンドの加工方法を提供するものである。

く作用〉次に、この発明の詳細な説明するが、この発明で従来法
の問題点を解決した要点は以下の２点である。

（１）ダイヤモンド単結晶の表面にイオンビーム、電子
ビーム、レーザーの何れかの手段によって該単結晶表面
に溝を入れる。その際、一般にＸ−Ｙテーブルと呼ばれ
る駆動装置付き試料移動台を併用し、結晶の＋ＩＩ＋）
面をＸ軸またはＹ軸に平行に固定することで容易に目的
とする溝を入れることができる。

これらの操作は従来技術のように熟練を要するものでは
なく、つづく襞間工程を確実に、かつ高精度に行なうた
めに極めて有効な手段である。

ダイヤモンド単結晶表面に溝を入れた後の襞間工程は、
該溝に金属、セラミックス等で構成された楔またはナイ
フ状の鋭角的先端をもつ板を挿入し、これを押し進める
方向へ力を作用させることにより結晶を分断する。

この際、力をかける手段はハンマーによる打撃、プレス
による加圧、熱膨張を利用した応力等を用いることがで
きる。

また、前記楔の長さについては、溝の長さより大きいこ
とが一般的ではあるが、特に制限はな（、特別な場合に
はその長さは極めて短いこともあり、極端な場合、楔状
ではなく針状のものでも差し支えない。

これら一連の作業により襞間作業は従来とは比較になら
ないほど容易に、確実にかつ高精度にその目的を達成す
ることができ、従来、最も確実で高精度であったレーザ
ーによる切断法に比べてもはるかに上回るほどの優れた
ダイヤモンドの分断加工方法である。

０）　また、この発明の方法において加工するダイヤモ
ンドは天然産のものよりも良質の大型合成ダイヤモンド
単結晶の方が加工を容易に確実に、かつ高精度に行なえ
るうえで好ましい。

その理由は、先に述べたように、天然ダイヤモンドは地
中において溶解作用を受けてその表面が曲面になってい
たり、凹凸のある結晶が多く、襞間加工に必要な（Ｉｌ
ｌ）面の割り出しがその外観から容易に行なえないもの
が多いためである。

この問題を解決する手段としては、Ｘ線による結晶方位
の同定があるが、この方法は時間と手間がかかるため、
経済的に有利な方法とは言えないのである。

一方、合成ダイヤモンドは一般に（Ｉｌｌ）面と（＋０
０）面によって囲まれる正確な多面体形状を有しており
、この発明の実施に好適であるといえる。

即ち、前述した溝入れ加工のなかで結晶を試料台に固定
する際に、結晶の成長面である（ｌ　ｌ　＋）面を試料
台上の移動軸に平行に設定した基準面に押し当てるだけ
で溝の方向と結晶の（１１１１面の方向を０．１°以内
の精度で容易に固定することができるのである。

また、使用する合成ダイヤモンド結晶は、一般にダイヤ
モンド砥粒と呼ばれて市販されている直径！＋ｎｍ以下
のものは、その大きさ、品質の点からこの発明での適用
は好ましくな（、直径１．５ｍ＋ｎ以上、重量が１７３
０カラット以上の大型で高品質の合成ダイヤモンドが好
適であるといえる。

〈実施例〉以下、この発明を実施例により詳細に説明する。

実施例１重量１〜１．１カラツトの不純物を含まない八面体天然
ダイヤモンド各ｌＯケづつを１セツトとし、これを７セ
ツト計７０ケ、同重量の不純物を含まない六−八面体合
成ダイヤモンドｌロケを下記の従来方法（１）〜（４）
およびこの発明の方法（１）〜（４）でそれぞれの結晶
を全て２分割し、破損せずに得られた分割片の歩留りを
調べたところ、第１表に示す結果を得た。なお、表中の
歩留りとは破損せず分断された結晶の割合を示したもの
である。

（従来の方法）（１）切断刃による切断厚さＯ，１５ｍｍのリン青銅製の円盤を切断機に取付け
、円板の外周部に粒径１０ｇｍ程度のダイヤモンドパウ
ダーを機械油と共に練ったものをすり込み、８０００ｒ
ｐｍの速度で回転させ、これを天然ダイヤモンドの結晶
面にあてて切断した。

切断された面には切断刃の送りマークが残り、０．１ｍ
ｍ以上の面の曲がりが生じていた。

ｃ２）　　レーザーによる切断天然ダイヤモンドなＸ−Ｙテーブル上に固定し、出力２
０ＷのＹＡＧレーザーを用い、Ｘ−Ｙテーブルを所定の
方向に移動させながら切断を行なった。切断面はレーザ
ーのパルスによる縦筋が入り、レーザーの進行方向、即
ちテーブルに対し垂直方向に平行ではなく、２〜６°の
傾斜がついていた。

また、この傾斜はレーザーの入り口付近と出口付近では
異なるため、切断面は曲面になっていた。

■　ダイヤで傷を入れた後に襞間天然ダイヤモンドの表面に他の尖った先端をもつダイヤ
モンドで傷を入れ、そこに先端角２０”の鋼製楔をハン
マーを用いて打込んだ。

その結果は破損するものが多く、歩留りは３０％と低か
った。破損せず、分断されたダイヤモンドの破面は貝殻
状の曲面であった。

（４）（１）で用いた切断刃で天然ダイヤモンド表面に
溝を入れ、■と同様の作業を行なった。

破面は■のものより少し改善されていた。

（本発明の方法）（１）天然ダイヤモンドなＸ−ＹテーブルにＣ１１１１
面がＹ軸に平行になるよう固定し、これをＹ軸方向に移
動させながら５Ｗの出力をもつＹＡＧレーザーで結晶表
面に溝を入れた。この時できた溝は開口幅０．０８ｍｍ
、深さ０．３ｎｍの７字状であった。

この溝に上記の従来の方法の３と同様に楔を打込み結晶
を分断した。

分断された破面ば従来法の（３）、（４）で得られた破
面より平坦であった。

Ｃ〕　天然ダイヤモンドを真空チャンバー内に設置した
Ｘ−Ｙテーブルに（１）と同時に固定し、真空チャンバ
ー内を１０−’Ｔｏｒｒまで真空引きした後、電子ビー
ムを当て、開口幅０．１ｍｍ、深さ０．２５ｍｍのＶ字
状溝をダイヤモンド表面に刻んだ。さらに（１）と同様
に結晶を分断した。

■　上記（２）における電子ビームの代りにＡｒイオン
を用いたイオンビームを使用し、その他は２）と同一に
して作業を行なった。

（４）　　（１）の天然ダイヤモンドに代えて１．０カ
ラツトの六−八面体合成ダイヤモンドを使用した以外は
（１）と同様にして作業を行なった。

第　　１表実施例２実施例１と同様の従来の方法（１）〜（４）および本発
明の方法（１）〜（４）にて重量１．０−１．１カラツ
トのダイヤモンド各１０ケづつを０．５ｍｍ厚の板状に
分断した。その結果は第２表に示した。

尚、従来の方法のうち（３）の天然ダイヤモンド結晶の
表面に他の尖った先端をもつダイヤモンドで傷を入れ、
しかるのち分断する方法では、目的とする０、５ｍｍ厚
の板状物は一枚も得られなかった。

尚、分断の条件は全て実施例１と同一とした。

〈発明の効果〉以上詳述したようにＳこの発明の加工方法はダイヤモン
ドの分断方法として従来行なわれてきた方法に比べてそ
の精度、再現性、作業の容易性、加工時間の短縮などの
点において大きな効果を有し、特に経済的にはあらゆる
従来技術を凌ぐものである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ダイヤモンド単結晶の表面にイオンビーム、電子
ビーム、レーザーの何れかの手段を用いて（１１１）結
晶面に対して平行な溝を設け、該溝に楔を打ち込んでダ
イヤモンド単結晶を分断することを特徴とするダイヤモ
ンドの加工方法。
（２）ダイヤモンド単結晶が人工的に合成され、かつそ
の重量が１／３０カラット以上であることを特徴とする
請求項（１）記載のダイヤモンドの加工方法。