JPH06144994A - ダイヤモンド膜形成装置 - Google Patents
ダイヤモンド膜形成装置Info
- Publication number
- JPH06144994A JPH06144994A JP4292580A JP29258092A JPH06144994A JP H06144994 A JPH06144994 A JP H06144994A JP 4292580 A JP4292580 A JP 4292580A JP 29258092 A JP29258092 A JP 29258092A JP H06144994 A JPH06144994 A JP H06144994A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diamond
- plasma
- diamond particles
- reaction chamber
- chamber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 球状多結晶ダイヤモンド膜を製造する。
【構成】 この装置は、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の反
応室６内にダイヤモンド粒子７を収納するためのケース
８を設けるとともに、ケース８内でダイヤモンド粒子７
を浮遊させるための超音波発生装置１４及びケース８内
のダイヤモンド粒子７を回転させるためのモータ１１等
を設ける。
応室６内にダイヤモンド粒子７を収納するためのケース
８を設けるとともに、ケース８内でダイヤモンド粒子７
を浮遊させるための超音波発生装置１４及びケース８内
のダイヤモンド粒子７を回転させるためのモータ１１等
を設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤモンド膜形成装
置、特に、岩石掘削用ドリルビット等に用いられるダイ
ヤモンド膜の形成装置に関する。
置、特に、岩石掘削用ドリルビット等に用いられるダイ
ヤモンド膜の形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】一般に岩石掘削用のドリル
ビットには、ダイヤモンドが使用される。このドリルビ
ット用ダイヤモンドとしては、一般にバラスと呼ばれる
天然に産する球状多結晶ダイヤモンドが多く用いられて
いる。しかし、バラスは産出量が少量であるために工業
用汎用材料として多量に確保することが困難である。そ
こで、人工的に球状多結晶ダイヤモンドを形成すること
が望まれている。従来からダイヤモンド薄膜を基板上に
形成する技術は各種提案されているが、前記のようなド
リルビット等に使用する場合は球状に形成する必要があ
るため、従来のダイヤモンド薄膜技術をそのまま利用し
たのでは、形成することができない。
ビットには、ダイヤモンドが使用される。このドリルビ
ット用ダイヤモンドとしては、一般にバラスと呼ばれる
天然に産する球状多結晶ダイヤモンドが多く用いられて
いる。しかし、バラスは産出量が少量であるために工業
用汎用材料として多量に確保することが困難である。そ
こで、人工的に球状多結晶ダイヤモンドを形成すること
が望まれている。従来からダイヤモンド薄膜を基板上に
形成する技術は各種提案されているが、前記のようなド
リルビット等に使用する場合は球状に形成する必要があ
るため、従来のダイヤモンド薄膜技術をそのまま利用し
たのでは、形成することができない。
【０００３】本発明の目的は、球状多結晶ダイヤモンド
膜を形成することにある。
膜を形成することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明に係るダイヤモン
ド膜形成装置は、プラズマ室と、プラズマ発生手段と、
反応室と、ガス導入手段と、ダイヤモンド粒子収納部
と、超音波発生手段と、回転駆動手段とを備えている。
前記プラズマ発生手段は、プラズマ室内にプラズマを発
生させるための手段である。前記反応室は、プラズマ室
に発生したプラズマが導入される室である。前記ガス導
入手段は、前記反応室内にダイヤモンド発生用のガスを
導入する手段である。前記ダイヤモンド粒子収納部は、
反応室の内部にダイヤモンド粒子を収納するための収納
部である。前記超音波発生手段は、ダイヤモンド粒子収
納部の内部においてダイヤモンド粒子を浮遊させるため
の超音波を発生する手段である。前記回転駆動手段は、
ダイヤモンド粒子収納部内のダイヤモンド粒子を回転さ
せるための手段である。
ド膜形成装置は、プラズマ室と、プラズマ発生手段と、
反応室と、ガス導入手段と、ダイヤモンド粒子収納部
と、超音波発生手段と、回転駆動手段とを備えている。
前記プラズマ発生手段は、プラズマ室内にプラズマを発
生させるための手段である。前記反応室は、プラズマ室
に発生したプラズマが導入される室である。前記ガス導
入手段は、前記反応室内にダイヤモンド発生用のガスを
導入する手段である。前記ダイヤモンド粒子収納部は、
反応室の内部にダイヤモンド粒子を収納するための収納
部である。前記超音波発生手段は、ダイヤモンド粒子収
納部の内部においてダイヤモンド粒子を浮遊させるため
の超音波を発生する手段である。前記回転駆動手段は、
ダイヤモンド粒子収納部内のダイヤモンド粒子を回転さ
せるための手段である。
【０００５】
【作用】本発明では、まず、反応室内部の収納部にダイ
ヤモンド粒子を収納する。そして、超音波発生手段によ
りダイヤモンド粒子収納部のダイヤモンド粒子を浮遊さ
せ、回転駆動手段により浮遊したダイヤモンド粒子を回
転させる。次に、プラズマ室内にプラズマを発生させる
とともに、このプラズマを反応室内に導き、さらに反応
室内にダイヤモンド形成用のガスを導入する。
ヤモンド粒子を収納する。そして、超音波発生手段によ
りダイヤモンド粒子収納部のダイヤモンド粒子を浮遊さ
せ、回転駆動手段により浮遊したダイヤモンド粒子を回
転させる。次に、プラズマ室内にプラズマを発生させる
とともに、このプラズマを反応室内に導き、さらに反応
室内にダイヤモンド形成用のガスを導入する。
【０００６】このようにして、ダイヤモンド粒子の周囲
に均一に多結晶ダイヤモンド膜を析出させ、球状多結晶
ダイヤモンドを得る。析出された球状多結晶ダイヤモン
ドは、岩石掘削用ドリルビット等の工業用ダイヤモンド
として使用することができる。
に均一に多結晶ダイヤモンド膜を析出させ、球状多結晶
ダイヤモンドを得る。析出された球状多結晶ダイヤモン
ドは、岩石掘削用ドリルビット等の工業用ダイヤモンド
として使用することができる。
【０００７】
【実施例】図１は本発明の一実施例としてのＥＣＲ（El
ectron Cyclotron Resonance；電子サイクロトロン共
鳴）プラズマＣＶＤ装置を示している。図において、プ
ラズマ室１は、導入されるマイクロ波（周波数２．４５
ＧＨｚ）に対して空洞共振器となるように構成されてい
る。プラズマ室１には、プラズマ室１内に成膜用の水素
ガスで希釈した炭化水素ガス、例えばＣＨ4 ガスを導入
するためのガス導入ライン２が接続されている。また、
プラズマ室１には、石英等で構成されるマイクロ波導入
窓３を介してマイクロ波導入のための導波管４が接続さ
れている。プラズマ室１の周囲には、プラズマ発生用磁
気回路としての電磁コイル５ａ，５ｂが配設されてい
る。これらの電磁コイル５ａ，５ｂによって、下方に向
けて発散する発散磁界が形成される。
ectron Cyclotron Resonance；電子サイクロトロン共
鳴）プラズマＣＶＤ装置を示している。図において、プ
ラズマ室１は、導入されるマイクロ波（周波数２．４５
ＧＨｚ）に対して空洞共振器となるように構成されてい
る。プラズマ室１には、プラズマ室１内に成膜用の水素
ガスで希釈した炭化水素ガス、例えばＣＨ4 ガスを導入
するためのガス導入ライン２が接続されている。また、
プラズマ室１には、石英等で構成されるマイクロ波導入
窓３を介してマイクロ波導入のための導波管４が接続さ
れている。プラズマ室１の周囲には、プラズマ発生用磁
気回路としての電磁コイル５ａ，５ｂが配設されてい
る。これらの電磁コイル５ａ，５ｂによって、下方に向
けて発散する発散磁界が形成される。
【０００８】プラズマ室１の下方には、反応室６が設け
られている。反応室６内には、成膜すべきダイヤモンド
粒子７を収納するケース８が配置されている。ケース８
は、その側面に連結された支持ロッド９によって反応室
６に回転自在に支持されている。支持ロッド９の一端部
には、駆動用の１対のギア１０ａ，１０ｂが配置されて
いる。ギア１０ａは支持ロッド９の先端部に固定され、
ギア１０ａに係合するギア１０ｂは、モータ１１の回転
軸に接続されている。ケース８の上方には、シャッター
１２が配置されている。シャッター１２は、開閉可能に
構成されている。また、反応室６の下部には、反応室６
内を加熱するための複数の加熱ランプ１３が配置されて
いる。また、反応室６の下部には排気口６ａが形成され
ている。排気口６ａは、図示しない真空排気系に接続さ
れている。反応室６の外周部には、超音波発生装置１４
が配置されている。
られている。反応室６内には、成膜すべきダイヤモンド
粒子７を収納するケース８が配置されている。ケース８
は、その側面に連結された支持ロッド９によって反応室
６に回転自在に支持されている。支持ロッド９の一端部
には、駆動用の１対のギア１０ａ，１０ｂが配置されて
いる。ギア１０ａは支持ロッド９の先端部に固定され、
ギア１０ａに係合するギア１０ｂは、モータ１１の回転
軸に接続されている。ケース８の上方には、シャッター
１２が配置されている。シャッター１２は、開閉可能に
構成されている。また、反応室６の下部には、反応室６
内を加熱するための複数の加熱ランプ１３が配置されて
いる。また、反応室６の下部には排気口６ａが形成され
ている。排気口６ａは、図示しない真空排気系に接続さ
れている。反応室６の外周部には、超音波発生装置１４
が配置されている。
【０００９】超音波発生装置１４は、ケース８内のダイ
ヤモンド粒子７を回転させるために反応室６の内部に向
かって超音波を発射するための装置である。なお、円環
状に形成された超音波発生装置１４は、支持ロッド９、
ギア１０ａ，１０ｂ及びモータ１１が配置されているた
めに、不連続に形成されている。次に本装置の動作につ
いて説明する。
ヤモンド粒子７を回転させるために反応室６の内部に向
かって超音波を発射するための装置である。なお、円環
状に形成された超音波発生装置１４は、支持ロッド９、
ギア１０ａ，１０ｂ及びモータ１１が配置されているた
めに、不連続に形成されている。次に本装置の動作につ
いて説明する。
【００１０】成膜すべきダイヤモンド粒子７がケース８
の内部に収納された状態から、超音波発生装置１４を駆
動することにより、ケース８内のダイヤモンド粒子を浮
遊させる。次に、真空排気系を駆動することにより、プ
ラズマ室１及び反応室６を高真空排気して室内圧力を５
×１０-6Ｔｏｒｒ以下にする。このとき、ダイヤモンド
粒子７が反応室６内に飛散しないように徐々に排気を行
う。次に、加熱ランプ１３をオン状態にしてダイヤモン
ド粒子７を加熱する。反応室６内が一定温度に達した
ら、ガス導入ライン２から水素ガスで希釈した炭化水素
ガス、例えば、ＣＨ4 ガスを導入する。そして、電磁コ
イル５ａ，５ｂに通電してプラズマ室１内の磁束密度が
ケース８の中心部で８７５ガウスになるようにするとと
もに、導波管４から周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波
をプラズマ室１内に導入する。
の内部に収納された状態から、超音波発生装置１４を駆
動することにより、ケース８内のダイヤモンド粒子を浮
遊させる。次に、真空排気系を駆動することにより、プ
ラズマ室１及び反応室６を高真空排気して室内圧力を５
×１０-6Ｔｏｒｒ以下にする。このとき、ダイヤモンド
粒子７が反応室６内に飛散しないように徐々に排気を行
う。次に、加熱ランプ１３をオン状態にしてダイヤモン
ド粒子７を加熱する。反応室６内が一定温度に達した
ら、ガス導入ライン２から水素ガスで希釈した炭化水素
ガス、例えば、ＣＨ4 ガスを導入する。そして、電磁コ
イル５ａ，５ｂに通電してプラズマ室１内の磁束密度が
ケース８の中心部で８７５ガウスになるようにするとと
もに、導波管４から周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波
をプラズマ室１内に導入する。
【００１１】すると、プラズマ室１内において、８７５
ガウスの磁場により回転する電子の周波数とマイクロ波
の周波数２．４５ＧＨｚとが一致して、電子サイクロト
ロン共鳴が起こる。これにより、電子はマイクロ波から
効率良くエネルギーを吸収して低ガス圧下で高密度のプ
ラズマが発生する。このプラズマは、電磁コイル５ａ，
５ｂによって形成される発散磁界の磁力線によって反応
室６側に導き出される。
ガウスの磁場により回転する電子の周波数とマイクロ波
の周波数２．４５ＧＨｚとが一致して、電子サイクロト
ロン共鳴が起こる。これにより、電子はマイクロ波から
効率良くエネルギーを吸収して低ガス圧下で高密度のプ
ラズマが発生する。このプラズマは、電磁コイル５ａ，
５ｂによって形成される発散磁界の磁力線によって反応
室６側に導き出される。
【００１２】次にモータ１１を駆動する。モータ１１の
駆動力はギア１０ｂからギア１０ａに伝達され、支持ロ
ッド９を介してケース８を回転させる。これにより、ケ
ース８内に収納されたダイヤモンド粒子７は、ケース８
の回転に伴って回転する。次にシャッター１２を開く。
これにより、電磁コイル５ａ，５ｂによる発散磁界の磁
力線に沿ってプラズマ室１から引き出されたプラズマ流
がケース８内のダイヤモンド粒子に照射される。この結
果、ダイヤモンド粒子７の表面に球形の多結晶ダイヤモ
ンド膜が析出する。このとき、浮遊状態のダイヤモンド
粒子はケース８の回転により回転しているため、ダイヤ
モンド粒子の表面に均一な球形多結晶ダイヤモンド膜を
析出させることが可能となる。これにより、岩石掘削用
ドリルビットとして使用可能な球状多結晶ダイヤモンド
を人工的に製造することができる。したがって、天然に
産出するバラスに代わり、工業用汎用材料として球状多
結晶ダイヤモンドを安価に供給できる。
駆動力はギア１０ｂからギア１０ａに伝達され、支持ロ
ッド９を介してケース８を回転させる。これにより、ケ
ース８内に収納されたダイヤモンド粒子７は、ケース８
の回転に伴って回転する。次にシャッター１２を開く。
これにより、電磁コイル５ａ，５ｂによる発散磁界の磁
力線に沿ってプラズマ室１から引き出されたプラズマ流
がケース８内のダイヤモンド粒子に照射される。この結
果、ダイヤモンド粒子７の表面に球形の多結晶ダイヤモ
ンド膜が析出する。このとき、浮遊状態のダイヤモンド
粒子はケース８の回転により回転しているため、ダイヤ
モンド粒子の表面に均一な球形多結晶ダイヤモンド膜を
析出させることが可能となる。これにより、岩石掘削用
ドリルビットとして使用可能な球状多結晶ダイヤモンド
を人工的に製造することができる。したがって、天然に
産出するバラスに代わり、工業用汎用材料として球状多
結晶ダイヤモンドを安価に供給できる。
【００１３】〔他の実施例〕 （ａ） 前記実施例では、ＣＶＤ法として、ＥＣＲプラ
ズマＣＶＤ装置を用いたが、多結晶ダイヤモンド膜を作
成できるＣＶＤ法であれば、例えば、マイクロ波プラズ
マＣＶＤ装置、ＤＣプラズマＣＶＤ装置等他のＣＶＤ装
置でもよい。 （ｂ） 前記実施例では、ダイヤモンド粒子を回転させ
るためにダイヤモンド粒子７が収納されたケース８を回
転する構成としたが、超音波発生装置１４から強弱の波
を有する超音波をダイヤモンド粒子７に照射する構成と
してもよい。この場合、交互に照射される超音波により
ダイヤモンド粒子は回転運動をさせることになる。よっ
て、前記同様ダイヤモンド粒子の周囲に均一な球形多結
晶ダイヤモンド膜を析出させることができる。
ズマＣＶＤ装置を用いたが、多結晶ダイヤモンド膜を作
成できるＣＶＤ法であれば、例えば、マイクロ波プラズ
マＣＶＤ装置、ＤＣプラズマＣＶＤ装置等他のＣＶＤ装
置でもよい。 （ｂ） 前記実施例では、ダイヤモンド粒子を回転させ
るためにダイヤモンド粒子７が収納されたケース８を回
転する構成としたが、超音波発生装置１４から強弱の波
を有する超音波をダイヤモンド粒子７に照射する構成と
してもよい。この場合、交互に照射される超音波により
ダイヤモンド粒子は回転運動をさせることになる。よっ
て、前記同様ダイヤモンド粒子の周囲に均一な球形多結
晶ダイヤモンド膜を析出させることができる。
【００１４】
【発明の効果】本発明に係るダイヤモンド膜作成装置で
は、反応室の内部に収納されたダイヤモンド粒子が超音
波発生手段により浮遊し、さらに回転駆動手段によって
回転される。このため、ダイヤモンド粒子の周囲に球形
多結晶ダイヤモンド膜が析出し、球形多結晶ダイヤモン
ドを人工的に製造することが可能となる。
は、反応室の内部に収納されたダイヤモンド粒子が超音
波発生手段により浮遊し、さらに回転駆動手段によって
回転される。このため、ダイヤモンド粒子の周囲に球形
多結晶ダイヤモンド膜が析出し、球形多結晶ダイヤモン
ドを人工的に製造することが可能となる。
【図１】本発明の一実施例としてのＥＣＲプラズマＣＶ
Ｄ装置の概略構成図。
Ｄ装置の概略構成図。
１ プラズマ室 ２ ガス導入ライン ５ａ，５ｂ 電磁コイル ６ 反応室 ７ ダイヤモンド粒子 ８ ケース ９ 支持ロッド １０ａ，１０ｂ ギア １１ モータ １４ 超音波発生装置
Claims (1)
- 【請求項１】プラズマ室と、 前記プラズマ室にプラズマを発生させるためのプラズマ
発生手段と、 前記プラズマ室に発生したプラズマが導入される反応室
と、 前記反応室内にダイヤモンド発生用のガスを導入するガ
ス導入手段と、 前記反応室の内部にダイヤモンド粒子を収納するための
ダイヤモンド粒子収納部と、 前記ダイヤモンド粒子収納部の内部においてダイヤモン
ド粒子を浮遊させるための超音波を発生する超音波発生
手段と、 前記ダイヤモンド粒子収納部内のダイヤモンド粒子を回
転させるための回転駆動手段と、を備えたダイヤモンド
膜形成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4292580A JPH06144994A (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | ダイヤモンド膜形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4292580A JPH06144994A (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | ダイヤモンド膜形成装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06144994A true JPH06144994A (ja) | 1994-05-24 |
Family
ID=17783620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4292580A Pending JPH06144994A (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | ダイヤモンド膜形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06144994A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6068883A (en) * | 1996-06-12 | 2000-05-30 | Matushita Electric Industrial Co., Ltd. | Process for forming diamond films by nucleation |
| JP2009256804A (ja) * | 2009-08-03 | 2009-11-05 | Utec:Kk | 微粒子 |
| CN102794146A (zh) * | 2012-08-17 | 2012-11-28 | 清华大学 | 一种用于制备纳米材料的微波等离子体反应装置 |
| CN111286713A (zh) * | 2020-02-17 | 2020-06-16 | 北京科技大学 | 一种金刚石微粉的高效率处理方法与装置 |
-
1992
- 1992-10-30 JP JP4292580A patent/JPH06144994A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6068883A (en) * | 1996-06-12 | 2000-05-30 | Matushita Electric Industrial Co., Ltd. | Process for forming diamond films by nucleation |
| JP2009256804A (ja) * | 2009-08-03 | 2009-11-05 | Utec:Kk | 微粒子 |
| CN102794146A (zh) * | 2012-08-17 | 2012-11-28 | 清华大学 | 一种用于制备纳米材料的微波等离子体反应装置 |
| CN111286713A (zh) * | 2020-02-17 | 2020-06-16 | 北京科技大学 | 一种金刚石微粉的高效率处理方法与装置 |
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