JPH1071527A - 合成ダイヤモンドの磨耗部材とその製造方法 - Google Patents
合成ダイヤモンドの磨耗部材とその製造方法Info
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- JPH1071527A JPH1071527A JP12550397A JP12550397A JPH1071527A JP H1071527 A JPH1071527 A JP H1071527A JP 12550397 A JP12550397 A JP 12550397A JP 12550397 A JP12550397 A JP 12550397A JP H1071527 A JPH1071527 A JP H1071527A
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
- C23C16/27—Diamond only
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 切削工具として使用される、化学蒸着などで
堆積されたダイヤモンドのコーティング膜を有する部材
において、ダイヤモンドをコーティングさせた後にその
膜を平滑にするために研磨する必要が少なく又は無く、
しかも磨耗性に優れたダイヤモンド膜を備えた磨耗部材
及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 パーツを提供し、そのパーツの上に（１
００）結晶面が配向していない多結晶ダイヤモンド膜の
第１層を堆積させ、その第１層の表面上に、（１００）
結晶面が配向した多結晶ダイヤモンド膜の第２層を堆積
させる工程を含み、その第２層は、その第１層の表面粗
さを連続膜で覆うのに十分な成長した厚さを有する、ダ
イヤモンド膜でコーティングされた磨耗部材の製造方
法。さらに、パーツ、そのパーツの上で成長した多結晶
ダイヤモンド膜の第１層、及び第２層を含んでなる磨耗
部材。
堆積されたダイヤモンドのコーティング膜を有する部材
において、ダイヤモンドをコーティングさせた後にその
膜を平滑にするために研磨する必要が少なく又は無く、
しかも磨耗性に優れたダイヤモンド膜を備えた磨耗部材
及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 パーツを提供し、そのパーツの上に（１
００）結晶面が配向していない多結晶ダイヤモンド膜の
第１層を堆積させ、その第１層の表面上に、（１００）
結晶面が配向した多結晶ダイヤモンド膜の第２層を堆積
させる工程を含み、その第２層は、その第１層の表面粗
さを連続膜で覆うのに十分な成長した厚さを有する、ダ
イヤモンド膜でコーティングされた磨耗部材の製造方
法。さらに、パーツ、そのパーツの上で成長した多結晶
ダイヤモンド膜の第１層、及び第２層を含んでなる磨耗
部材。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、合成ダイヤモンド
の磨耗面を有する磨耗部材の改良、より詳しくは、改良
されたダイヤモンドでコーティングされた磨耗部材、及
びそのダイヤモンドでコーティングされた磨耗部材の製
造方法に関する。
の磨耗面を有する磨耗部材の改良、より詳しくは、改良
されたダイヤモンドでコーティングされた磨耗部材、及
びそのダイヤモンドでコーティングされた磨耗部材の製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】切削工
具や研磨工具のような磨耗部材に天然ダイヤモンドを使
用することは、かなり旧来より行われている。極めて硬
いことに加え、ダイヤモンドの優れた熱伝導性、熱安定
性、及び不活性は、磨耗用途において卓越している。最
近になって、合成多結晶ダイヤモンド膜は、例えば化学
蒸着（ＣＶＤ）によって首尾よく製造されており、磨耗
用途に商業的に使用されている。合成ダイヤモンド膜
は、磨耗部材の基材の上に膜として直接堆積させること
ができる。例えば、炭化タングステン又はセラミックの
例えば窒化ケイ素からなる硬質表面又はインサートを備
えた切削工具を、合成ダイヤモンドの薄い膜でコーティ
ングすることができる。あるいは、ダイヤモンドは、例
えば薄い膜として独立して製造され、次いでろう付など
によって磨耗部材の基材に装着されることもできる。
具や研磨工具のような磨耗部材に天然ダイヤモンドを使
用することは、かなり旧来より行われている。極めて硬
いことに加え、ダイヤモンドの優れた熱伝導性、熱安定
性、及び不活性は、磨耗用途において卓越している。最
近になって、合成多結晶ダイヤモンド膜は、例えば化学
蒸着（ＣＶＤ）によって首尾よく製造されており、磨耗
用途に商業的に使用されている。合成ダイヤモンド膜
は、磨耗部材の基材の上に膜として直接堆積させること
ができる。例えば、炭化タングステン又はセラミックの
例えば窒化ケイ素からなる硬質表面又はインサートを備
えた切削工具を、合成ダイヤモンドの薄い膜でコーティ
ングすることができる。あるいは、ダイヤモンドは、例
えば薄い膜として独立して製造され、次いでろう付など
によって磨耗部材の基材に装着されることもできる。
【０００３】ダイヤモンド膜は、磨耗面として使用する
ために堆積させた後、摩擦の低い表面を得る目的で、そ
のダイヤモンドコーティングを研磨することが一般に必
要である。しかしながら、ダイヤモンドを切削工具とし
て理想的にするその硬さが、研磨することを非常に難し
くさせる。研磨は、ダイヤモンド砥粒を用いて行われる
が、これは非常に高価である。
ために堆積させた後、摩擦の低い表面を得る目的で、そ
のダイヤモンドコーティングを研磨することが一般に必
要である。しかしながら、ダイヤモンドを切削工具とし
て理想的にするその硬さが、研磨することを非常に難し
くさせる。研磨は、ダイヤモンド砥粒を用いて行われる
が、これは非常に高価である。
【０００４】本発明の目的の１つは、ダイヤモンド膜の
切削面を研磨することの難しさによって生じる問題に対
処し解決する、切削工具用のダイヤモンド膜を提供する
ことである。
切削面を研磨することの難しさによって生じる問題に対
処し解決する、切削工具用のダイヤモンド膜を提供する
ことである。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】本発明
は、切削工具の用途その他の磨耗用途に層状のダイヤモ
ンド膜構造を利用し、ダイヤモンド膜を堆積させた後の
ダイヤモンド表面を研磨する必要性を低減させる又は解
消する。（１１０）や（１１１）の結晶面が配向(cryst
allographic orientation)したダイヤモンド膜の成長
は、ＣＶＤによってダイヤモンド膜が製造されるときに
典型的に得られる表面組織(textures)であり、一般に、
高い起伏と粗い表面を有する膜をもたらす。ダイヤモン
ドの膜厚が増すと、これらの組織を端面とするダイヤモ
ンド膜の粗さは一般に増すが、これは、膜は一般に柱状
に成長し、成長面のグレインサイズが膜厚とともに大き
くなるからである。
は、切削工具の用途その他の磨耗用途に層状のダイヤモ
ンド膜構造を利用し、ダイヤモンド膜を堆積させた後の
ダイヤモンド表面を研磨する必要性を低減させる又は解
消する。（１１０）や（１１１）の結晶面が配向(cryst
allographic orientation)したダイヤモンド膜の成長
は、ＣＶＤによってダイヤモンド膜が製造されるときに
典型的に得られる表面組織(textures)であり、一般に、
高い起伏と粗い表面を有する膜をもたらす。ダイヤモン
ドの膜厚が増すと、これらの組織を端面とするダイヤモ
ンド膜の粗さは一般に増すが、これは、膜は一般に柱状
に成長し、成長面のグレインサイズが膜厚とともに大き
くなるからである。
【０００６】（１００）結晶面が配向したダイヤモンド
膜は、堆積される基材に平行な小平面(facets)を有する
傾向にあることが知られており、このため、割合に滑ら
かな表面が得られる。（１００）結晶面の組織を有する
(textured)ダイヤモンド膜は、グレインサイズが膜厚と
同じであっても、表面粗さはそれ程ではないことが示さ
れている。文献「著者 Koidl、配向のあるダイヤモンド
膜の構造と形態、Proc. NIRIM Int. Symp. Adv. Mat.,
筑波（日本）、1994年３月13日」、「著者 Wild ら、滑
らかな（１００）結晶面の発達したダイヤモンド膜の化
学蒸着と特質、Diamond And Related Materials, 2, 15
8-168, 1993 年」、「著者 Clausing ら、化学蒸着（Ｃ
ＶＤ）ダイヤモンドの組織と形態、Diamond And Relate
d Materials, 1, 411-415, 1992 年」、「著者 Kohl
ら、β−ＳｉＣとＳｉの上のダイヤモンド膜の配向され
た成核と成長、Appl. Phys. Lett. 63 (13) 、1993年９
月」を参照されたい。（１００）結晶面が配向したダイ
ヤモンド膜は、一般に、基材面に平行な同じ平面の小平
面を有するため、研磨しなくても割合に滑らかな表面が
得られることが知られている。しかしながら、（１０
０）結晶面が配向したダイヤモンドは、種々のダイヤモ
ンドの結晶配向を有する集合材料としては、最も低い耐
磨耗性を有する。
膜は、堆積される基材に平行な小平面(facets)を有する
傾向にあることが知られており、このため、割合に滑ら
かな表面が得られる。（１００）結晶面の組織を有する
(textured)ダイヤモンド膜は、グレインサイズが膜厚と
同じであっても、表面粗さはそれ程ではないことが示さ
れている。文献「著者 Koidl、配向のあるダイヤモンド
膜の構造と形態、Proc. NIRIM Int. Symp. Adv. Mat.,
筑波（日本）、1994年３月13日」、「著者 Wild ら、滑
らかな（１００）結晶面の発達したダイヤモンド膜の化
学蒸着と特質、Diamond And Related Materials, 2, 15
8-168, 1993 年」、「著者 Clausing ら、化学蒸着（Ｃ
ＶＤ）ダイヤモンドの組織と形態、Diamond And Relate
d Materials, 1, 411-415, 1992 年」、「著者 Kohl
ら、β−ＳｉＣとＳｉの上のダイヤモンド膜の配向され
た成核と成長、Appl. Phys. Lett. 63 (13) 、1993年９
月」を参照されたい。（１００）結晶面が配向したダイ
ヤモンド膜は、一般に、基材面に平行な同じ平面の小平
面を有するため、研磨しなくても割合に滑らかな表面が
得られることが知られている。しかしながら、（１０
０）結晶面が配向したダイヤモンドは、種々のダイヤモ
ンドの結晶配向を有する集合材料としては、最も低い耐
磨耗性を有する。
【０００７】本発明においては、全体の膜厚の殆どにつ
いて種々の結晶配向のダイヤモンド（例えば、限定され
るものではないが、（１１０）又は（１１１）結晶面の
配向）を堆積させ、次いで非常に薄い上層の（１００）
結晶面が配向したダイヤモンドを堆積させることによっ
て、低い耐磨耗性を伴うことなく、（１００）結晶面の
配向したダイヤモンドの滑らかな表面の特徴が有益に生
かされる。好ましくは、表面層は、粗い下の層を覆って
ダイヤモンド膜の滑らかな自由表面を提供するのに必要
な最少限の厚さを有する。したがって、（１００）結晶
面の発達した(facetet) 上層の必要な厚さは、下地の膜
の粗さによって決まる。得られたダイヤモンド膜の構造
は、膜のバルクに使用される（１００）結晶面の発達し
ていない材料からもたらされる靱性の属性と、表面の
（１００）結晶面の発達した材料からもたらされる表面
の滑らかさの属性を有する。
いて種々の結晶配向のダイヤモンド（例えば、限定され
るものではないが、（１１０）又は（１１１）結晶面の
配向）を堆積させ、次いで非常に薄い上層の（１００）
結晶面が配向したダイヤモンドを堆積させることによっ
て、低い耐磨耗性を伴うことなく、（１００）結晶面の
配向したダイヤモンドの滑らかな表面の特徴が有益に生
かされる。好ましくは、表面層は、粗い下の層を覆って
ダイヤモンド膜の滑らかな自由表面を提供するのに必要
な最少限の厚さを有する。したがって、（１００）結晶
面の発達した(facetet) 上層の必要な厚さは、下地の膜
の粗さによって決まる。得られたダイヤモンド膜の構造
は、膜のバルクに使用される（１００）結晶面の発達し
ていない材料からもたらされる靱性の属性と、表面の
（１００）結晶面の発達した材料からもたらされる表面
の滑らかさの属性を有する。
【０００８】本発明の１つの態様にしたがうと、ダイヤ
モンド膜でコーティングされた磨耗部材の製造方法が提
供され、この方法は、あるパーツを用意し、そのパーツ
の上に（１００）結晶面の発達していない多結晶ダイヤ
モンド膜の第１層を堆積させ、その第１層の上に（１０
０）結晶面の発達した多結晶ダイヤモンド膜の第２層を
堆積させ、その第２層は、その第１層の表面の粗さを連
続膜で覆うのに十分な厚さを有する。第１層の厚さは、
核生成密度によって決まるが、具体的には０．５〜１０
μｍのオーダーでよい。自由表面で（１００）面の結晶
組織を有する多結晶ダイヤモンド膜の第２層は０．５〜
２５μｍの厚さを有する。この厚さは用途によって決ま
る。例えば、金属の加工に使用される切削工具は、１５
〜４５μｍのオーダーの合計厚さを有する膜を必要とす
るが、ポンプシールやベアリング表面のような磨耗部品
は、１〜１０μｍのオーダーの厚さを有する膜を必要で
よい。
モンド膜でコーティングされた磨耗部材の製造方法が提
供され、この方法は、あるパーツを用意し、そのパーツ
の上に（１００）結晶面の発達していない多結晶ダイヤ
モンド膜の第１層を堆積させ、その第１層の上に（１０
０）結晶面の発達した多結晶ダイヤモンド膜の第２層を
堆積させ、その第２層は、その第１層の表面の粗さを連
続膜で覆うのに十分な厚さを有する。第１層の厚さは、
核生成密度によって決まるが、具体的には０．５〜１０
μｍのオーダーでよい。自由表面で（１００）面の結晶
組織を有する多結晶ダイヤモンド膜の第２層は０．５〜
２５μｍの厚さを有する。この厚さは用途によって決ま
る。例えば、金属の加工に使用される切削工具は、１５
〜４５μｍのオーダーの合計厚さを有する膜を必要とす
るが、ポンプシールやベアリング表面のような磨耗部品
は、１〜１０μｍのオーダーの厚さを有する膜を必要で
よい。
【０００９】本発明のある態様において、第２層は、
（１００）結晶面の配向を有するダイヤモンド膜を得る
ため、バイアス式(biased)核生成化学蒸着を使用して堆
積させる。好ましくは、このバイアス式核生成は、第２
層の堆積前にその第１層の上にシリカ粉末の不純物を施
すことを含む。あるいは、第２層のダイヤモンド膜は、
第１層を堆積させるのに使用した堆積条件の組み合わせ
と異なる堆積条件の組み合わせを用いて化学蒸着によっ
て堆積させることもできる。
（１００）結晶面の配向を有するダイヤモンド膜を得る
ため、バイアス式(biased)核生成化学蒸着を使用して堆
積させる。好ましくは、このバイアス式核生成は、第２
層の堆積前にその第１層の上にシリカ粉末の不純物を施
すことを含む。あるいは、第２層のダイヤモンド膜は、
第１層を堆積させるのに使用した堆積条件の組み合わせ
と異なる堆積条件の組み合わせを用いて化学蒸着によっ
て堆積させることもできる。
【００１０】本発明のこの他の特徴と長所は、以下の詳
細な説明を添付の図面と併せて考察することによってよ
り容易に明らかになるであろう。
細な説明を添付の図面と併せて考察することによってよ
り容易に明らかになるであろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１に関し、本発明の１つの態様
の実施に使用可能な型式の化学蒸着（ＣＶＤ）プラズマ
ジェット堆積装置200 の図が示されている。装置200
は、ハウジング211 の中に収められ、円筒状カソードホ
ルダー294 を有するアーク発生セクション215 、棒状の
カソード292 、及び注入流体がカソード292 を通過する
ことが可能なようにカソードに隣接して装着されたイン
ジゼクタ295 を備える。円筒状のアノードは291 と示さ
れている。例示の装置において、注入される流体は水素
とメタンの混合ガスであることができる。アノード291
とカソード292 は、例えば直流電位の電源（図示せず）
によってエネルギーを供給される。参照番号217 で示さ
れた円筒状磁石は、アーク発生セクションで発生したプ
ラズマを制御するために使用される。この磁石は、プラ
ズマが堆積領域60に到達するまでプラズマを狭い円筒状
に保持する。随意の冷却用コイル234 （中に冷却液を循
環させることができる）が、磁石の内部に装備されるこ
ともできる。
の実施に使用可能な型式の化学蒸着（ＣＶＤ）プラズマ
ジェット堆積装置200 の図が示されている。装置200
は、ハウジング211 の中に収められ、円筒状カソードホ
ルダー294 を有するアーク発生セクション215 、棒状の
カソード292 、及び注入流体がカソード292 を通過する
ことが可能なようにカソードに隣接して装着されたイン
ジゼクタ295 を備える。円筒状のアノードは291 と示さ
れている。例示の装置において、注入される流体は水素
とメタンの混合ガスであることができる。アノード291
とカソード292 は、例えば直流電位の電源（図示せず）
によってエネルギーを供給される。参照番号217 で示さ
れた円筒状磁石は、アーク発生セクションで発生したプ
ラズマを制御するために使用される。この磁石は、プラ
ズマが堆積領域60に到達するまでプラズマを狭い円筒状
に保持する。随意の冷却用コイル234 （中に冷却液を循
環させることができる）が、磁石の内部に装備されるこ
ともできる。
【００１２】操作において、水素とメタンの混合ガスが
インジゼクタ295 に供給され、プラズマ発生セクイョン
の前方にプラズマが得られ、堆積領域の方向に加速・収
束される。プラズマ発生領域の温度と圧力は、一般にそ
れぞれ１５００〜１５０００℃と１００〜７００トール
であり、堆積領域ではそれぞれ８００〜１１００℃と
０．１〜２００トールである。当該技術で公知のよう
に、上記のプラズマから合成多結晶ダイヤモンドが作成
されることができ、メタン中の炭素がダイヤモンドとし
て選択的に堆積され、生成するグラファイトは、ガス化
を促進する水素と結合して逃散する。プラズマジェット
堆積装置のより詳しい記述が必要であれば、米国特許第
４４７１００３号、同４４８７１６２号、同５２０４１
４４号を参照することができる。
インジゼクタ295 に供給され、プラズマ発生セクイョン
の前方にプラズマが得られ、堆積領域の方向に加速・収
束される。プラズマ発生領域の温度と圧力は、一般にそ
れぞれ１５００〜１５０００℃と１００〜７００トール
であり、堆積領域ではそれぞれ８００〜１１００℃と
０．１〜２００トールである。当該技術で公知のよう
に、上記のプラズマから合成多結晶ダイヤモンドが作成
されることができ、メタン中の炭素がダイヤモンドとし
て選択的に堆積され、生成するグラファイトは、ガス化
を促進する水素と結合して逃散する。プラズマジェット
堆積装置のより詳しい記述が必要であれば、米国特許第
４４７１００３号、同４４８７１６２号、同５２０４１
４４号を参照することができる。
【００１３】チャンバーの底部105Aは、基材10が載置さ
れ得る基台106 を有し、基材10の上に合成ダイヤモンド
が堆積される。所望により、基材は、ダイヤモンド膜を
堆積される工具面又は工具インサートであることができ
る。基台は温度調節器を備える。基材は、例えば、モリ
ブデン、タングステン、又はグラファイトでよいが、現
状ではモリブデン（及びその合金、例えば割合に少量の
チタンとジルコニウムを含むＴＺＭ）が好ましい。例え
ば、本出願人と同じ出願人の米国特許第５３１４６５２
号を参照することができ、この特許は、堆積の途中及び
その後のダイヤモンドの適切な支持と取り出しに関する
基材の粗さの考察を記載しており、また、その上に合成
ダイヤモンドが堆積され最終的に取り出される基材のコ
ーティングのための窒化チタン中間層のような中間層
（例えば、図２に30で例示）の有益な使用を記載してい
る。
れ得る基台106 を有し、基材10の上に合成ダイヤモンド
が堆積される。所望により、基材は、ダイヤモンド膜を
堆積される工具面又は工具インサートであることができ
る。基台は温度調節器を備える。基材は、例えば、モリ
ブデン、タングステン、又はグラファイトでよいが、現
状ではモリブデン（及びその合金、例えば割合に少量の
チタンとジルコニウムを含むＴＺＭ）が好ましい。例え
ば、本出願人と同じ出願人の米国特許第５３１４６５２
号を参照することができ、この特許は、堆積の途中及び
その後のダイヤモンドの適切な支持と取り出しに関する
基材の粗さの考察を記載しており、また、その上に合成
ダイヤモンドが堆積され最終的に取り出される基材のコ
ーティングのための窒化チタン中間層のような中間層
（例えば、図２に30で例示）の有益な使用を記載してい
る。
【００１４】また、本発明は、図２に例示した型式のマ
イクロ波ＣＶＤ装置のようなその他の堆積装置を使用し
て実施することもできる。金属コンテナ310 がマイクロ
波キャビティ315 を画定し、そのキャビティの上部は、
スライドによって調節可能な指状留め具として使えるフ
ィンガーストック325 を備えたプレート320 であること
ができる。励起プローブ314 が用意され、キャビティ内
のその位置は調節可能であるように作成されることがで
きる。プラズマ340 を収容するために使用される石英ベ
ルジャー335 が、リング形状の基台350 の上に載置さ
れ、その基台に真空チャンバー305 とマイクロ波キャビ
ティ310 が取り付けられる。ガスインジゼクタ357 が使
用され、炭化水素（例、メタン）と水素の混合ガスを、
358 と示した開口部を通してプラズマ発生領域の中に供
給する。冷却ライン359 が、基台を冷却する冷媒を循環
するために使用されることができ、あるいは、冷却用コ
イル（図示せず）が用意されることもできる。その上に
基材131 （所望により工具表面又は工具インサートでも
よい）を載置するインサート115 は、支持部材392 の上
に配置され、ディスク形状の金属グリッド380 が、図示
したようにマイクロ波キャビティの底部を画定するため
に使用されることができる。操作において、水素と炭化
水素の混合ガスが注入されると、キャビティ315 の中の
マイクロ波エネルギーがプラズマ340 を形成し、多結晶
ダイヤモンドを、基材131 の表面上に堆積させることが
できる。マイクロ波プラズマ装置において、一般に、基
材の温度を調節することが有利であり、このことは、熱
交換器のような任意の適切な公知手段によって行うこと
ができる。また、所望により、有孔ＢＮプレート及び／
又はカバーをインサートの上に（又はホルダーの全体の
上に）使用し、マイクロ波の場の中でエッジが過熱する
ことを防ぐこともできる。
イクロ波ＣＶＤ装置のようなその他の堆積装置を使用し
て実施することもできる。金属コンテナ310 がマイクロ
波キャビティ315 を画定し、そのキャビティの上部は、
スライドによって調節可能な指状留め具として使えるフ
ィンガーストック325 を備えたプレート320 であること
ができる。励起プローブ314 が用意され、キャビティ内
のその位置は調節可能であるように作成されることがで
きる。プラズマ340 を収容するために使用される石英ベ
ルジャー335 が、リング形状の基台350 の上に載置さ
れ、その基台に真空チャンバー305 とマイクロ波キャビ
ティ310 が取り付けられる。ガスインジゼクタ357 が使
用され、炭化水素（例、メタン）と水素の混合ガスを、
358 と示した開口部を通してプラズマ発生領域の中に供
給する。冷却ライン359 が、基台を冷却する冷媒を循環
するために使用されることができ、あるいは、冷却用コ
イル（図示せず）が用意されることもできる。その上に
基材131 （所望により工具表面又は工具インサートでも
よい）を載置するインサート115 は、支持部材392 の上
に配置され、ディスク形状の金属グリッド380 が、図示
したようにマイクロ波キャビティの底部を画定するため
に使用されることができる。操作において、水素と炭化
水素の混合ガスが注入されると、キャビティ315 の中の
マイクロ波エネルギーがプラズマ340 を形成し、多結晶
ダイヤモンドを、基材131 の表面上に堆積させることが
できる。マイクロ波プラズマ装置において、一般に、基
材の温度を調節することが有利であり、このことは、熱
交換器のような任意の適切な公知手段によって行うこと
ができる。また、所望により、有孔ＢＮプレート及び／
又はカバーをインサートの上に（又はホルダーの全体の
上に）使用し、マイクロ波の場の中でエッジが過熱する
ことを防ぐこともできる。
【００１５】図３に関して、本発明の１つの態様にした
がった代表的な仕方のフローチャートが示されている。
ブロック410 は、工具表面又は工具インサートのような
パーツの用意を示し、そのパーツの上に合成多結晶ダイ
ヤモンド表面が施される。随意のブロック420 は、ダイ
ヤモンド堆積のための工具又はインサートの表面の調整
を示す。１つの例として、インサートがＳｉ3 Ｎ4 を含
んでなる場合、その表面は、アルコール中のダイヤモン
ド粉末のサスペンションを用いて超音波シーディング(s
eeding) によって調製することができる。ブロック430
は、（１００）面の結晶配向を有しない(non-(100)) 多
結晶ダイヤモンドを堆積させるための堆積条件の確立を
表し、即ち、例えば（１１０）や（１１１）面の結晶配
向を有するダイヤモンドは、割合に良好な磨耗特性を有
する。このことは、下記より詳細に説明する。ブロック
440 は、少なくとも１０μｍの厚さまで（１００）面の
結晶配向を有しないダイヤモンド膜を堆積させることを
表す。次いでブロック450は、（１００）面の結晶配向
を有する多結晶ダイヤモンドの堆積条件の確立を示す。
（１００）結晶面の発達した(faceted) 膜は、ブロック
460 で示したように、所定の厚さまで堆積させる。この
厚さは用途によって決まるが、１０〜２５μｍの範囲で
あることができる。ダイヤモンドでコーティングされた
パーツ又は工具インサートは、次いで研磨せずに又は最
少限の研磨で使用可能であるが、これは、薄い（１０
０）結晶面の発達したダイヤモンド膜によってもたらさ
れる滑らかな表面のおかげである。その表面の下地の
（１００）面の結晶配向を有しない膜（例えば、（１１
０）や（１１１）結晶面の発達した膜）は、望ましい靱
性を磨耗パーツに与える。
がった代表的な仕方のフローチャートが示されている。
ブロック410 は、工具表面又は工具インサートのような
パーツの用意を示し、そのパーツの上に合成多結晶ダイ
ヤモンド表面が施される。随意のブロック420 は、ダイ
ヤモンド堆積のための工具又はインサートの表面の調整
を示す。１つの例として、インサートがＳｉ3 Ｎ4 を含
んでなる場合、その表面は、アルコール中のダイヤモン
ド粉末のサスペンションを用いて超音波シーディング(s
eeding) によって調製することができる。ブロック430
は、（１００）面の結晶配向を有しない(non-(100)) 多
結晶ダイヤモンドを堆積させるための堆積条件の確立を
表し、即ち、例えば（１１０）や（１１１）面の結晶配
向を有するダイヤモンドは、割合に良好な磨耗特性を有
する。このことは、下記より詳細に説明する。ブロック
440 は、少なくとも１０μｍの厚さまで（１００）面の
結晶配向を有しないダイヤモンド膜を堆積させることを
表す。次いでブロック450は、（１００）面の結晶配向
を有する多結晶ダイヤモンドの堆積条件の確立を示す。
（１００）結晶面の発達した(faceted) 膜は、ブロック
460 で示したように、所定の厚さまで堆積させる。この
厚さは用途によって決まるが、１０〜２５μｍの範囲で
あることができる。ダイヤモンドでコーティングされた
パーツ又は工具インサートは、次いで研磨せずに又は最
少限の研磨で使用可能であるが、これは、薄い（１０
０）結晶面の発達したダイヤモンド膜によってもたらさ
れる滑らかな表面のおかげである。その表面の下地の
（１００）面の結晶配向を有しない膜（例えば、（１１
０）や（１１１）結晶面の発達した膜）は、望ましい靱
性を磨耗パーツに与える。
【００１６】図４は、本発明のもう１つの態様にしたが
った方法を表すフローチャートであり、ダイヤモンド膜
は別個に作成され、次いで磨耗部材を作成するために基
材面に施される。ブロック510 は、ダイヤモンド膜が堆
積される基材の提供を示す。ブロック520 、530 、540
、550 、及び560 は、それぞれ図３のブロック420 、4
30 、440 、450 、及び460 に対応する。簡潔に言う
と、ブロック530 は、（１００）面の結晶配向を有しな
い多結晶ダイヤモンドを堆積させる堆積条件の確立を示
し、ブロック540 は、（１００）面の結晶配向を有しな
いダイヤモンド膜を少なくとも０．５μｍの厚さまで堆
積させることを示し、ブロック550 は、自由表面で共面
(coplanar)の（１００）結晶面で端面が形成された多結
晶ダイヤモンド膜の堆積条件の確立を示し、ブロック56
0 は、好ましくは１〜１０μｍの範囲の厚さまで（１０
０）面の結晶面が発達した膜を堆積させることを示す。
ブロック570 は、基材からダイヤモンド膜を除去するこ
とを示し、これは一般に、基材の冷却後に行われる。必
要により、膜は断片に分割されることができ、次いでろ
う付などによって切削工具の土台面に取り付けられる
（ブロック580 で示す）。
った方法を表すフローチャートであり、ダイヤモンド膜
は別個に作成され、次いで磨耗部材を作成するために基
材面に施される。ブロック510 は、ダイヤモンド膜が堆
積される基材の提供を示す。ブロック520 、530 、540
、550 、及び560 は、それぞれ図３のブロック420 、4
30 、440 、450 、及び460 に対応する。簡潔に言う
と、ブロック530 は、（１００）面の結晶配向を有しな
い多結晶ダイヤモンドを堆積させる堆積条件の確立を示
し、ブロック540 は、（１００）面の結晶配向を有しな
いダイヤモンド膜を少なくとも０．５μｍの厚さまで堆
積させることを示し、ブロック550 は、自由表面で共面
(coplanar)の（１００）結晶面で端面が形成された多結
晶ダイヤモンド膜の堆積条件の確立を示し、ブロック56
0 は、好ましくは１〜１０μｍの範囲の厚さまで（１０
０）面の結晶面が発達した膜を堆積させることを示す。
ブロック570 は、基材からダイヤモンド膜を除去するこ
とを示し、これは一般に、基材の冷却後に行われる。必
要により、膜は断片に分割されることができ、次いでろ
う付などによって切削工具の土台面に取り付けられる
（ブロック580 で示す）。
【００１７】図５と図６は、フライス盤の切削用インサ
ートとして典型的に使用される型式の磨耗部材20の１つ
の例を示す。面取りをしたコーナーを有する概ね四角い
形状の炭化タングステンの構成材料又は本体を用意し、
このコーナーは、カッターとして有用なダイヤモンド片
28を受け入れる窪み26を有する。当該技術で公知のよう
に、ダイヤモンド28は合成多結晶ダイヤモンド膜である
ことができる。ダイヤモンドは、エレメント24の上に直
接堆積させることができ、あるいは、より一般には、厚
めのダイヤモンド膜の場合、装着される合成ダイヤモン
ド膜の片がろう付によってエレメント24に取り付けるこ
ともできる。ダイヤモンド膜（直接堆積、又は合成の後
に装着）は、好ましくは、本願の表面が特定の組織を有
する(surface textured)膜である。
ートとして典型的に使用される型式の磨耗部材20の１つ
の例を示す。面取りをしたコーナーを有する概ね四角い
形状の炭化タングステンの構成材料又は本体を用意し、
このコーナーは、カッターとして有用なダイヤモンド片
28を受け入れる窪み26を有する。当該技術で公知のよう
に、ダイヤモンド28は合成多結晶ダイヤモンド膜である
ことができる。ダイヤモンドは、エレメント24の上に直
接堆積させることができ、あるいは、より一般には、厚
めのダイヤモンド膜の場合、装着される合成ダイヤモン
ド膜の片がろう付によってエレメント24に取り付けるこ
ともできる。ダイヤモンド膜（直接堆積、又は合成の後
に装着）は、好ましくは、本願の表面が特定の組織を有
する(surface textured)膜である。
【００１８】上述のように、（１００）結晶面の配向し
たダイヤモンド膜を堆積させるには、種々の技術が知ら
れている。それらの技術のいくつかを下記に要約する。
文献「著者 Koidl、方位のあるダイヤモンド膜の構造と
形態、Proc. NIRIM Int. Symp. Adv. Mat., 筑波（日
本）、1994年３月13日」は、マイクロ波プラズマを利用
したＣＶＤを用い、ＣＨ4 ／Ｈ2 混合ガスより、バイア
ス式促進核生成により（１００）結晶面の配向したダイ
ヤモンド膜を成長させることを記載している。堆積温度
とメタン濃度は、（１００）結晶面の配向したダイヤモ
ンド膜を成長させるように選択可能であると説明してい
る。
たダイヤモンド膜を堆積させるには、種々の技術が知ら
れている。それらの技術のいくつかを下記に要約する。
文献「著者 Koidl、方位のあるダイヤモンド膜の構造と
形態、Proc. NIRIM Int. Symp. Adv. Mat., 筑波（日
本）、1994年３月13日」は、マイクロ波プラズマを利用
したＣＶＤを用い、ＣＨ4 ／Ｈ2 混合ガスより、バイア
ス式促進核生成により（１００）結晶面の配向したダイ
ヤモンド膜を成長させることを記載している。堆積温度
とメタン濃度は、（１００）結晶面の配向したダイヤモ
ンド膜を成長させるように選択可能であると説明してい
る。
【００１９】米国特許第５３８０３４９号明細書は、光
学素子を成形するためのダイヤモンド層を有する型を開
示している。この特許に示された１つの例において、
（１００）面の結晶配向を有するダイヤモンド膜をマイ
クロ波プラズマによって成長させ、このダイヤモンド膜
は、比較例の（１１１）又は（１１０）面の結晶配向を
有する膜よりも迅速に研磨することが示されている。
学素子を成形するためのダイヤモンド層を有する型を開
示している。この特許に示された１つの例において、
（１００）面の結晶配向を有するダイヤモンド膜をマイ
クロ波プラズマによって成長させ、このダイヤモンド膜
は、比較例の（１１１）又は（１１０）面の結晶配向を
有する膜よりも迅速に研磨することが示されている。
【００２０】米国特許第５２４０７４０号明細書は、マ
イクロ波プラズマが、ダイヤモンド様の球状の上に（１
００）配向面をＣＶＤ堆積させるために使用可能である
ことを開示している。このように、例えば、制御された
堆積条件を用いると、バイアス促進核生成やマイクロ波
プラズマＣＶＤが、（１００）面の結晶配向を有するダ
イヤモンド膜を得るために使用可能であり、これら及び
この他の適切な技術が、本発明の磨耗部材の表面に使用
される（１００）面の結晶配向を有するダイヤモンド膜
の表面組織を得るために使用可能であることが理解され
る。
イクロ波プラズマが、ダイヤモンド様の球状の上に（１
００）配向面をＣＶＤ堆積させるために使用可能である
ことを開示している。このように、例えば、制御された
堆積条件を用いると、バイアス促進核生成やマイクロ波
プラズマＣＶＤが、（１００）面の結晶配向を有するダ
イヤモンド膜を得るために使用可能であり、これら及び
この他の適切な技術が、本発明の磨耗部材の表面に使用
される（１００）面の結晶配向を有するダイヤモンド膜
の表面組織を得るために使用可能であることが理解され
る。
【図１】本発明の１つの態様の実施に使用可能な型式の
ＣＶＤプラズマジェット堆積装置の態様の図である。
ＣＶＤプラズマジェット堆積装置の態様の図である。
【図２】本発明の１つの態様の実施に使用可能な型式の
ＣＶＤマイクロ波プラズマ堆積装置の態様の図である。
ＣＶＤマイクロ波プラズマ堆積装置の態様の図である。
【図３】合成ダイヤモンドでコーティングされた磨耗部
材を製造するための、本発明の１つの態様による方法の
操作フローチャートである。
材を製造するための、本発明の１つの態様による方法の
操作フローチャートである。
【図４】ダイヤモンド膜が作成され、次いで基材表面に
取り付けられる、磨耗部材を製造するための本発明のも
う１つの態様にしたがった方法の操作フローチャートで
ある。
取り付けられる、磨耗部材を製造するための本発明のも
う１つの態様にしたがった方法の操作フローチャートで
ある。
【図５】フライス盤に切削工具のインサートとして典型
的に使用される、本発明の特徴を利用することができる
型式の磨耗部材の上面図である。
的に使用される、本発明の特徴を利用することができる
型式の磨耗部材の上面図である。
【図６】図２の磨耗部材の側面図である。
２００…プラズマジェット堆積装置 ２１５…アーク発生セクション ２１７…円筒状磁石
Claims (2)
- 【請求項１】 パーツを提供し、そのパーツの上に（１
００）結晶面が配向していない多結晶ダイヤモンド膜の
第１層を堆積させ、その第１層の表面上に、（１００）
結晶面が配向した多結晶ダイヤモンド膜の第２層を堆積
させる工程を含み、その第２層は、その第１層の表面粗
さを連続膜で覆うのに十分な成長した厚さを有すること
を特徴とする、ダイヤモンド膜でコーティングされた磨
耗部材の製造方法。 - 【請求項２】 パーツ、そのパーツの上で成長した（１
００）面以外の結晶面を有する多結晶ダイヤモンド膜の
第１層、及びその第１層の上の多結晶ダイヤモンド膜の
第２層を含んでなり、その多結晶ダイヤモンド膜の第２
層は（１００）結晶面が配向した表面を有し、その第２
層は、その第１層の表面粗さを連続膜で覆うのに十分な
成長した厚さを有することを特徴とする、ダイヤモンド
膜でコーティングされた磨耗部材。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US1791796P | 1996-05-16 | 1996-05-16 | |
| US60/017917 | 1996-05-16 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1071527A true JPH1071527A (ja) | 1998-03-17 |
| JP2927754B2 JP2927754B2 (ja) | 1999-07-28 |
Family
ID=21785266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9125503A Expired - Fee Related JP2927754B2 (ja) | 1996-05-16 | 1997-05-15 | 合成ダイヤモンドの磨耗部材とその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0807693B1 (ja) |
| JP (1) | JP2927754B2 (ja) |
| CA (1) | CA2202225C (ja) |
| DE (1) | DE69707053T2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009248228A (ja) * | 2008-04-04 | 2009-10-29 | Mitsubishi Materials Corp | 耐欠損性と耐摩耗性にすぐれたダイヤモンド被覆工具 |
| JP2009248249A (ja) * | 2008-04-07 | 2009-10-29 | Mitsubishi Materials Corp | 耐欠損性と耐摩耗性にすぐれたダイヤモンド被覆工具 |
| JP2010207947A (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-24 | Mitsubishi Materials Corp | ダイヤモンド被覆工具 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19850346C2 (de) * | 1998-11-02 | 2003-06-26 | Fraunhofer Ges Forschung | Polykristalline Diamantschicht mit optimierten Oberflächeneigenschaften |
| US9194189B2 (en) | 2011-09-19 | 2015-11-24 | Baker Hughes Incorporated | Methods of forming a cutting element for an earth-boring tool, a related cutting element, and an earth-boring tool including such a cutting element |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2093754C (en) * | 1992-04-24 | 1996-08-13 | David T. Green | Valve assembly for introducing instruments into body cavities |
-
1997
- 1997-04-09 CA CA 2202225 patent/CA2202225C/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-05-02 DE DE1997607053 patent/DE69707053T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1997-05-02 EP EP19970201324 patent/EP0807693B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-05-15 JP JP9125503A patent/JP2927754B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009248228A (ja) * | 2008-04-04 | 2009-10-29 | Mitsubishi Materials Corp | 耐欠損性と耐摩耗性にすぐれたダイヤモンド被覆工具 |
| JP2009248249A (ja) * | 2008-04-07 | 2009-10-29 | Mitsubishi Materials Corp | 耐欠損性と耐摩耗性にすぐれたダイヤモンド被覆工具 |
| JP2010207947A (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-24 | Mitsubishi Materials Corp | ダイヤモンド被覆工具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0807693B1 (en) | 2001-10-04 |
| CA2202225C (en) | 2000-12-26 |
| CA2202225A1 (en) | 1997-11-16 |
| DE69707053T2 (de) | 2002-06-20 |
| JP2927754B2 (ja) | 1999-07-28 |
| EP0807693A3 (en) | 1997-11-26 |
| EP0807693A2 (en) | 1997-11-19 |
| DE69707053D1 (de) | 2001-11-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |