JPH04104991A

JPH04104991A - ダイヤモンドの製造方法および装置

Info

Publication number: JPH04104991A
Application number: JP21902190A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Sakamoto; 幸弘坂本; Matsufumi Takatani; 松文高谷; Miki Sawai; 美喜澤井; Takeshi Miura; 毅三浦
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1990-08-22
Filing date: 1990-08-22
Publication date: 1992-04-07

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、ダイヤモンドの製造方法および装置に関し、
特に、酸化炎（外炎）を消失させ燃焼炎を還元炎く内炎
）のみとした状態で効率よくダイヤモンドを形成するた
めの新規な改良に関する。

［従来の技術］従来、用いられていたダイヤモンドの製造方法としでは
、気相法、燃焼法等があるが、その中で燃焼法の場合に
は、図示していないが、トーチからの燃焼炎のうち還元
炎（内炎）中に基板を位置させ、この還元炎（内炎）に
よって炭素化１物を基板上に析出させることにより、ダ
イヤモンドの生成を得ていた。

［発明が解決しようとする課題］従来のダイヤモンドの製造方法は、以上のように構成さ
れていたため、次のような課題が存在していた。

すなわち、従来の方法の場きには、還元炎（内炎）と酸
化炎（外炎）から構成される燃焼炎のうち、還元炎（内
炎）内に基板を位置させてダイヤモンドの析出を行って
いるため、基板に生成したダイヤモンドが酸化炎（外炎
）の作用によってエツチングされてしまうことがあり、
基板の位置を自由に変えることができず、大面積のダイ
ヤモンド膜およびダイヤモンド膜の大量生産を行うこと
が極めて困難であった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされた
もので、特に、酸化炎（外炎）を消失させ燃焼炎を還元
炎（内炎）のみとした状態で効率よくダイヤモンドを形
成するようにしたダイヤモンドの製造方法および装置を
提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明によるダイヤモンドの製造方法は、燃焼する燃焼
炎中に基板を位置させ、前記燃焼炎により前記基板にダ
イヤモンドを生成するようにしたダイヤモンドの製造方
法において、前記燃焼炎を非大気状態で形成することに
より、前記燃焼炎の酸化炎（外炎）を消失させ、還元炎
（内炎）のみ形成させるようにした方法である。

さらに詳細には、前記非大気状態は、減圧することによ
り得られるようにした方法である。

さらに詳細には、前記非大気状態は、ガスパージにより
得られるようにした方法である。

また、他の発明であるダイヤモンドの製造装置は、燃焼
する燃焼炎中に基板を位置させ、前記燃焼炎により前記
基板にダイヤモンドを生成するようにしたダイヤモンド
の製造装置において、前記燃焼炎を形成するためのトー
チを有する容器と、前記トーチに接続されたガス源と、
前記容器内に設けられ前記基板を設けるための載置台と
、前記容器内を非大気状態とするための非大気状態形成
手段とを備えた構成である。

さらに詳細には、前記非大気状態形成手段は、減圧装置
よりなるようにした構成である。

さらに詳細には、前記非大気状態形成手段は、前記容器
に接続された不活性ガス源であるようにした構成である
。

さらに詳細には、前記載置台は、温度を制御するための
冷却手段が設けられている構成である。

さらに詳細には、前記ガス源は、アセチレンガスおよび
酸素ガスからなるようにした構成である。

さらに詳細には、前記載置台は、Ｘ−Ｙ方向に移動可能
なＸ−Ｙテーブルよりなる構成である。

さらに詳細には、前記トーチは、距離りを半径として回
転できるように曲折されている構成である。

［作　用］本発明によるダイヤモンドの製造方法および装置におい
ては、容器内における雰囲気が、非大気状態形成手段に
よって非大気状態に変えられているため、燃焼炎の炎は
、酸化炎（外炎）が消失され、還元炎（内炎）のみの状
態となっており、還元炎（内炎）のみによって基板上に
ダイヤモンドが生成される。

従って、還元炎（内炎）のみによるダイヤモンドの形成
であるため、生成中に基板を移動させた場合でも、生成
されたダイヤモンドが酸化炎（外炎）によってエツチン
グされることがなく、極めて短時間に且つ高効率にダイ
ヤモンドの生成を行うことができる。

［実施例コ以下、図面と共に本発明によるダイヤモンドの製造方法
および装置の好適な実施例について詳細に説明する。

第１図から第７国道は、本発明によるダイヤモンドの製
造方法を適用するための製造装置を示す概略構成図、第
２図は第１図の要部を示す拡大正面図、第３図は第２図
の側面図、第４図は第２図の断面図、第５図はＸ−Ｙテ
ーブルを示す平面図、第６図は第５図の側面図、第７図
はトーチの他の実施例を示す側断面を含む構成図である
。

図において符号１で示されるものは全体形状がほぼ箱形
をなし密閉状態に保持された容器であり、この容器１の
上部１ａには、トーチ２が設けられている。

前記トーチ２には、含炭素ガスであるアセチレンを供給
するための第１供給路３および第２供給路４が一対の逆
火防止器５．６を介して接続されており、前記各供給路
３．４には、ガス源７としてのアセチレンガス８および
酸素ガス９が各々独立して接続されている。

前記第１供給路３には、第１バルブ１０、第１流量計１
１および第２バルブ１２が設けられており、前記第２供
給路４には、第３バルブ１３、第２流量計１４および第
４バルブ１５が直列に設けられている。

前記トーチ２の下端２ａは、前記上部１ａを貫通して容
器１内に臨んでおり、このトーチ２の下方位置には、前
記容器１の底部１ｂを貫通して立上げられた保持部１６
上に形成された載置台１７が設けられている。

前記トーチ２および載置台１７には、電源１８に電源ス
ィッチ１９を介して接続された直流バイアス電源２０が
接続されている。まな載置台１７に接続された温度検出
部２１は、前記載置台１７内の温度センサ２２に接続さ
れている。さらに、容器１に設けられた圧力センサ２２
Ａからの圧力信号は圧力検出部２１Ａにより検出されて
いる。

前記載置台１７内には、この載置台１７の温度を約８０
０〜１０００℃に保持するための冷却手段５５としての
往水２２および復水２３がパイプ２４．２５を介して供
給されており、パイプ２４にはフローメータ２６が設け
られている。

前記載置台１７は、その下部に設けられたモータ２７に
よって図示しないラックピニオン等の結き手段を介して
上下動自在に構成され、この載置台１７の変位状態は、
この容器１を保持している保持台２８に設けられた直線
変位計２９および変位計検出部３０によって検出され、
その検出結果はパネルメータ３１によって表示されるよ
うに構成されている。

前記モータ２７には、上・止・下スイッチ３２に接続さ
れており、この上・止・下スイッチ３２の操作により、
このモータ２７を介して載置台１７を上昇・止・下降さ
せることができる。

前記各流量計１１．１４に電源を供給するために設けら
れた流量計用電源３３は、前記各流量計１１．１４に供
給されていると共に、この流量計用電源３３は、前記容
器１に接続された予備用ガス供給ライン３４に設けられ
た予備用流量計３５に接続され、この予備用ガス供給ラ
イン３４に接続された第３バルブ３６には、アルゴン、
チッソ等の不活性ガス源３７（容器１内の非大気状態と
するための非大気状態形成手段をなす）が接続されてい
る。

前記容器１には、真空ポンプからなる減圧装置４０によ
って構成された非大気状態形成手段が、粗引きライン４
１および微調ライン４２を介して接続されており、この
粗引きライン４１にはバルブ４３が設けられていると共
に、この微調ライン４２には、微調バルブ４４が設けら
れている。また、この減圧装置４０にはＡＣ２００Ｖ電
源４０Ａが接続されている。

さらに、前記容器１は、第２図に示されるように、透明
窓５０を有する開閉扉５１が、取手５２および蝶番５３
を介して開閉自在に構成されており、前記容器１を載置
する基台箱６０内には、前述の減圧装置４０が内蔵され
ている。

本発明によるダイヤモンドの製造装置は、前述したよう
に構成されており、以下に、この製造装置を用いた製造
方法について述べる。

まず、載置台１７上に、基板６１を取付け、この状態で
、各バルブ１０．１３を開弁してトーチ２に対してアセ
チレンガス８および酸素ガス９を供給すると共に、開閉
扉５１を開いて容器１内を着火状態として開閉扉５１を
閉じる。

その後、直ちに減圧装置４０（非大気状態形成手段）を
作動させ、容器１内を３００〜４００Ｔｏｒｒの減圧状
態（非大気状態）とすると、着火時には酸化炎（外炎）
と還元炎く内炎）とから構成されていた燃焼炎６２は、
還元炎（内炎）のみの燃焼炎６２となる。

この状態で、基板６１が載置された載置台１７を、往水
２２と復水２３とからなる冷却手段５５を介して冷却し
、温度センサ２２からの検出信号を温度検出部２１を介
して直流バイアス電源２０の電源を制御することにより
、前記載置台１７を約８００〜１０００℃に制御した状
態で、所定時間、燃焼炎６２の燃焼を継続すると、熱分
解されたダイヤモンド成分が基板６１上に形成される。

尚、このダイヤモンド形成にあたっては、燃焼炎６２に
対する基板６１の高さ位置を最適な関係におく必要があ
るため、モータ２７を介して載置台１７を上下動させ、
基板６１を最適位置に移動している。

また、アセチレンガス（Ｃ＝Ｈ２）を１．５１／分、酸
素ガス（０２）を１．５１／分供給すると共に、予備ガ
スライン３４を介して、予備ガス源３７からアルゴンガ
ス、チッソガス等不活性ガスを供給することにより、燃
焼炎６２の燃焼状態が安定し、且つ、この不活性ガスの
供給によって、容器１内に付着するススがスパッタされ
て、スス取りが行われる。

さらに、前述の実施例では、容器１内を非大気状態とす
る手段として減圧した場合について述べたが、アルゴン
、チッソ等の不活性ガスを容器ｌ内に供給し、ガスパー
ジ状態とした場合も、燃焼炎６２を還元炎（内炎）のみ
とすることができることは述べるまでもないことである
。

また、前記載置台１７は前述の実施例に限らず、例えば
、第５図および第６図に示すように、Ｘ−Ｙテーブル７
０を有する構成とすることもできる。

すなわち、このＸ−Ｙテーブル７０は、Ｘ方向モータ７
１およびＹ方向モータ７２が接続されており、このＸ−
Ｙテーブル７０の下方には、前記Ｘ方向モータ７１に結
合するＸ方向テーブル７３およびＹ方向モータ７２に結
合するＹ方向テーブル７４が、ベツド７５上で互いに積
層された状態で設けられている。

また、前記ベツド７５に設けられた往水２２用のパイプ
２４および復水２３用のパイプ２５が同軸状に接続され
、前記Ｘ−Ｙテーブル７０には、一対の曲折自在形の往
水管２４ａおよび復水管２５ａが前記各パイプ２４．２
５に連通して取付けられていることにより、前記Ｘ−Ｙ
テーブル７０が前述の温度に冷却されるように構成され
ている。

従って、この載置台１７を構成するＸ−Ｙテーブル７０
上に基板６１を載置し、各モータ７１゜７２を作動させ
ることにより、基板６１はｘ−Ｙ方向に自在に移動され
、基板６１の全面にわたり均一なダイヤモンド膜を生成
することができる。

さらに、前記容器１の上部１ａに設けられた前記トーチ
２は、前述の実施例に限らず、例えば、第７図に示すよ
うに、前記トーチ２を曲折させ、トーチ先端２ａがトー
チ２の回転軸心２人より傷心するように構成すると共に
、このトーチ２は、前記上部１ａに固定された保持部８
０のジヨイント８１を介して回転自在に保持されている
。

前記保持部８０上には、駆動モータ８２が設けられ、こ
の駆動モータ８２の回転軸８２ａに設けられた駆動ギア
８３は、前記トーチ２のトーチ基部２ｂに設けられた従
動ギア８４に噛合している。

この従動ギア８４を回転することによって、トーチ基部
２ｂを回転することができ、前記トーチ先端２ａの軸心
２Ｂと前記回転軸心２Ａ間の距離りを半径として、前記
トーチ先端２ａを回転させることができる。

従って、前記トーチ先端２ａを距離りを半径として回転
させると共に、前述のＸ−Ｙテーブル７０上の基板６１
との組合わせによって、基板６１上のダイヤモンド膜の
均−且つ迅速な生成を得ることができるものである。

［発明の効果コ本発明によるダイヤモンドの製造方法および装置は、以
上のように構成されているため、次のような効果を得る
ことができる。

すなわち、容器内を非大気状態とすることにより、燃焼
炎の酸化炎（外炎）を消去し還元炎（内炎）のみとする
ことができ、生成中に基板を移動させた場合でも、酸化
炎（外炎）によるダイヤモンドのエツチング等を起すこ
となく、ダイヤモンドの生成を行うことができ、極めて
高効率のダイヤモンドの生産を可能とする効果を奏する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図から第７国道は、本発明によるダイヤモンドの製
造方法を適用するための製造装置を示す概略構成図、第
２図は第１図の要部を示す拡大正面図、第３図は第２図
の側面図、第４図は第２図の断面図、第５図はＸ−Ｙテ
ーブルを示す平面図、第６図は第５図の側面図、第７図
はトーチの他の実施例を示す側面図を倉む構成図である
。１は容器、２はトーチ、７はガス源、１７は載置台、３
７は不活性ガス源（非大気状態形成手段）、４０は減圧
装置（非大気状態形成手段）、５５は冷却手段、６１は
基板、６２は燃焼炎、７０はＸＹ子テーブルＤは距離で
ある。輩２Ｍ特許出願人　株式会社日本製鋼所同　　　　上　高　　谷　　松　　文

Claims

【特許請求の範囲】

（１）．燃焼する燃焼炎（６２）中に基板（６１）を位
置させ、前記燃焼炎（６２）により前記基板（６１）に
ダイヤモンドを生成するようにしたダイヤモンドの製造
方法において、前記燃焼炎（６２）を非大気状態で形成することにより
、前記燃焼炎（６２）の酸化炎（外炎）を消失させ、還
元炎（内炎）のみ形成させるようにしたことを特徴とす
るダイヤモンドの製造方法。
（２）．前記非大気状態は、減圧することにより得られ
ることを特徴とする請求項１記載のダイヤモンドの製造
方法。
（３）．前記非大気状態は、ガスパージにより得られる
ことを特徴とする請求項１記載のダイヤモンドの製造方
法。
（４）．燃焼する燃焼炎（６２）中に基板（６１）を位
置させ、前記燃焼炎（６２）により前記基板（６１）に
ダイヤモンドを生成するようにしたダイヤモンドの製造
装置において、前記燃焼炎（６２）を形成するためのトーチ（２）を有
する容器（１）と、前記トーチ（２）に接続されたガス
源（７）と、前記容器（１）内に設けられ前記基板（６
１）を設けるための載置台（１７）と、前記容器（１）
内を非大気状態とするための非大気状態形成手段（３７
，４０）とを備え、前記非大気状態形成手段（３７，４
０）で容器（１）内を非大気状態とし、前記燃焼炎（６
２）を還元炎（内炎）のみの状態とすることを特徴とす
るダイヤモンドの製造装置。
（５）．前記非大気状態形成手段は、減圧装置（４０）
よりなることを特徴とする請求項４記載のダイヤモンド
の製造装置。
（６）．前記非大気状態形成手段は、前記容器（１）に
接続された不活性ガス源（３７）であることを特徴とす
る請求項４記載のダイヤモンドの製造装置。
（７）．前記載置台（１７）は、温度を制御するための
冷却手段（５５）が設けられていることを特徴とする請
求項４乃至６の何れかに記載のダイヤモンドの製造装置
。
（８）．前記ガス源（７）は、アセチレンガスおよび酸
素ガスからなることを特徴とする請求項４乃至７の何れ
かに記載のダイヤモンドの製造装置。
（９）．前記載置台（１７）は、Ｘ−Ｙ方向に移動可能
なＸ−Ｙテーブル（７０）よりなることを特徴とする請
求項４乃至８の何れかに記載のダイヤモンドの製造装置
。
（１０）．前記トーチ（２）は、距離Ｄを半径として回
転できるように曲折されていることを特徴とする請求項
４乃至９の何れかに記載のダイヤモンドの製造装置。