(57)【要約】  固体炭素含有材料加工体の製造方法は、少なくとも表面が固体炭素を含む材料で構成されている固体炭素含有材料を準備する工程と、固体炭素に活性なガスおよび活性なプラズマの少なくとも１つを含む気相流体を形成する工程と、気相流体を固体炭素含有材料の表面の少なくとも一部に噴射することにより固体炭素含有材料を加工する工程と、を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面が固体炭素を含む材料で構成されている固体炭素含有材料を準備する工程と、
前記固体炭素に活性なガスおよび活性なプラズマの少なくとも１つを含む気相流体を形成する工程と、
前記気相流体を前記固体炭素含有材料の前記表面の少なくとも一部に噴射することにより前記固体炭素含有材料を加工する工程と、を含む固体炭素含有材料加工体の製造方法。
【請求項２】
前記気相流体を前記固体炭素含有材料の前記表面の少なくとも一部に噴射する際に、前記気相流体の噴射口と前記固体炭素含有材料とを相対的に移動させる請求項１に記載の固体炭素含有材料加工体の製造方法。
【請求項３】
前記気相流体が噴射される雰囲気圧力は、０．２気圧以上である請求項１または請求項２に記載の固体炭素含有材料加工体の製造方法。
【請求項４】
前記気相流体は、温度が３００℃以上の熱流体である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の固体炭素含有材料加工体の製造方法。
【請求項５】
前記活性なプラズマは、噴射口から噴射する前に、０．２ＭＨｚ以上５ＧＨｚ以下の高周波放電、ラジオ波アーク放電、および直流アーク放電の少なくとも１つの方法で励起される請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の固体炭素含有材料加工体の製造方法。
【請求項６】
前記活性なプラズマは、Ｏ2、ＣＯ2、ＣＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏ、Ｈ2Ｏ、およびＨ2からなる群から選ばれる少なくともいずれかのイオンおよびラジカルの少なくともいずれかの励起種を含む請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の固体炭素含有材料加工体の製造方法。
【請求項７】
前記活性なガスは、Ｏ2、ＣＯ2、ＣＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏ、Ｈ2Ｏ、およびＨ2からなる群から選ばれる少なくともいずれかの分子を含む請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固体炭素含有材料加工体の製造方法。
【請求項８】
前記気相流体の噴射口の口径が１ｃｍ未満である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の固体炭素含有材料加工体の製造方法。
【請求項９】
前記固体炭素含有材料は、ＳＰ３結合固体炭素およびＳＰ２結合固体炭素の少なくとも１つを少なくとも表面に含む請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の固体炭素含有材料加工体の製造方法。
【請求項１０】
前記固体炭素含有材料は、単結晶ダイヤモンドおよび多結晶ダイヤモンドの少なくとも１つを少なくとも表面に含む請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の固体炭素含有材料加工体の製造方法。
【請求項１１】
前記固体炭素含有材料は、その少なくとも表面に、単結晶ダイヤモンドおよび多結晶ダイヤモンドの少なくとも１つを含む層とグラファイトを含む層との積層構造を有する請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の固体炭素含有材料加工体の製造方法。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の固体炭素含有材料加工体の製造方法に用いられる固体炭素含有材料加工体の製造装置であって、
前記固体炭素含有材料を保持する材料保持部と、
前記気相流体を形成する流体形成部と、
前記気相流体を噴射する噴射口を含む流体噴射部と、
前記固体炭素含有材料および前記噴射口の少なくとも１つの位置を制御する制御部と、を含む固体炭素含有材料加工体の製造装置。
【請求項１３】
少なくとも加工表面が固体炭素を含む材料で構成されている固体炭素含有材料加工体であって、
前記加工表面は、内側に凸の曲面を有する凹部と、外側に凸の曲面を有する凸部と、を含み、
前記加工表面をその最小二乗平面に垂直な方向から見たときに、前記凹部の全面積が前記加工表面の全面積の６０％以上である固体炭素含有材料加工体。
【請求項１４】
単結晶ダイヤモンドおよび多結晶ダイヤモンドの少なくとも１つを少なくとも前記加工表面に含む請求項１３に記載の固体炭素含有材料加工体。
【請求項１５】
少なくとも前記加工表面に、単結晶ダイヤモンドおよび多結晶ダイヤモンドの少なくとも１つを含む層とラマン散乱分光においてＤバンドに対するＧバンドの強度の百分率で１０％以上のＳＰ２結合固体炭素を含む層との積層構造を有する請求項１４に記載の固体炭素含有材料加工体。
【請求項１６】
前記ＳＰ２結合固体炭素を含む層が前記加工表面上に縞状に存在する請求項１５に記載の固体炭素含有材料加工体。
【請求項１７】
前記加工表面における前記凹部と前記凸部との最大高低差が３０μｍ以下である請求項１３に記載の固体炭素含有材料加工体。
【請求項１８】
前記加工表面における前記凹部がディンプル形状である請求項１３から請求項１７のいずれか１項に記載の固体炭素含有材料加工体。
【請求項１９】
前記加工表面における前記凹部のディンプル形状がライン状である請求項１８に記載の固体炭素含有材料加工体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、固体炭素含有材料加工体、その製造方法およびその製造装置に関する。本出願は、２０１７年８月１５日に出願した日本特許出願である特願２０１７−１５６８４９号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドなどの固体炭素含有材料を加工する方法としては、切削、研削および／または研磨などによる機械的加工方法、プラズマ、イオンおよび／またはラジカルなどの励起種などによる化学的加工方法が挙げられる。【０００３】
機械的加工方法として、砥粒加工学会誌，第５３巻，第４号，２００９年４月，第２４２−２４７頁（非特許文献１）は、紫外線援用研磨によるＰＣＤ（ダイヤモンド焼結体）の超精密加工を開示する。また、化学的加工方法として、応用物理，第７７巻，第４号，２００８年４月，第３８３−３８９頁（非特許文献２）は、低周波大気圧マイクロプラズマジェットによる固体材料の加工を開示し、New  Diamond  and  Frontier  Carbon  Technology，Vol.13，No.1，2003  January，pp.19-30（非特許文献３）は、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）による単結晶ダイヤモンドの加工を開示する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】砥粒加工学会誌，第５３巻，第４号，２００９年４月，第２４２−２４７頁
【非特許文献２】応用物理，第７７巻，第４号，２００８年４月，第３８３−３８９頁
【非特許文献３】New  Diamond  and  Frontier  Carbon  Technology，Vol.13，No.1，2003  January，pp.19-30
【発明の概要】
【０００５】
本開示の一態様にかかる固体炭素含有材料加工体の製造方法は、少なくとも表面が固体炭素を含む材料で構成されている固体炭素含有材料を準備する工程と、固体炭素に活性なガスおよび活性なプラズマの少なくとも１つを含む気相流体を形成する工程と、気相流体を固体炭素含有材料の表面の少なくとも一部に噴射することにより固体炭素含有材料を加工する工程と、を含む。
【０００６】
本開示の一態様にかかる固体炭素含有材料加工体の製造装置は、上記態様にかかる固体炭素含有材料加工体の製造方法に用いられる固体炭素含有材料加工体の製造装置であって、固体炭素含有材料を保持する材料保持部と、気相流体を形成する流体形成部と、気相流体を噴射する噴射口を含む流体噴射部と、固体炭素含有材料および噴射口の少なくとも１つの位置を制御する制御部と、を含む。
【０００７】
本開示の一態様にかかる固体炭素含有材料加工体は、少なくとも加工表面が固体炭素を含む材料で構成されている固体炭素含有材料加工体であって、加工表面は、内側に凸の曲面を有する凹部と、外側に凸の曲面を有する凸部と、を含み、加工表面をその最小二乗平面に垂直な方向から見たときに、凹部の全面積は加工表面の全面積の６０％以上である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本開示の一態様にかかる固体炭素含有材料加工体の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図２】図２は、本開示の一態様にかかる固体炭素含有材料加工体の製造方法および製造装置の一例を示す概略側面図である。
【図３】図３は、本開示の一態様にかかる固体炭素含有材料加工体の製造方法で用いられる固体炭素含有材料の一例を示す概略立体図である。
【図４】図４は、本開示の一態様にかかる固体炭素含有材料加工体の製造方法で用いられる固体炭素含有材料の一例を示す概略立体図である。
【図５】図５は、本開示の一態様にかかる固体炭素含有材料加工体の製造方法で用いられる固体炭素含有材料の一例を示す概略立体図である。
【図６】図６は、本開示の一態様にかかる固体炭素含有材料加工体の一部の一例を示す概略断面図である。
【図７】図７は、本開示の一態様にかかる固体炭素含有材料加工体の加工表面の最大高低差を走査型白色干渉計で測定する範囲の一例を示す概略平面図である。
【図８】図８は、本開示の一態様にかかる固体炭素含有材料加工体の一例を示す概略立体図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
[本開示が解決しようとする課題]
砥粒加工学会誌，第５３巻，第４号，２００９年４月，第２４２−２４７頁（非特許文献１）に開示するような機械的加工方法では、加工面が滑らかで精密な加工が可能であるが、ダイヤモンドなどの固体炭素含有材料はその面方位によって硬さが異なり、硬度が高い面方位の固体炭素含有材料では加工に長時間を有するという問題点がある。
【００１０】
また、応用物理，第７７巻，第４号，２００８年４月，第３８３−３８９頁（非特許文献２）およびNew  Diamond  and  Frontier  Carbon  Technology，Vol.13，No.1，2003  January，pp.19-30（非特許文献３）に開示するような反応性イオンを用いた化学的加工方法では、ダイヤモンドなどの固体炭素含有材料の面方位による硬度の高低にかかわらず短時間の加工が可能であるが、加工面に急峻な段差および／または細かい突起が残存し、滑らかな加工ができないという問題点がある。
【００１１】
そこで、上記の問題点を解決して、固体炭素含有材料の表面をその面方位にかかわらず滑らかにかつ短時間で加工できる固体炭素含有材料加工体の製造方法および製造装置、ならびにそれらにより製造される表面が滑らかな固体炭素含有材料加工体を提供することを目的とする。
【００１２】
[本開示の効果]
上記によれば、固体炭素含有材料の表面を滑らかにかつ短時間で加工できる固体炭素含有材料加工体の製造方法および製造装置、ならびにそれらにより製造される表面が滑らかな固体炭素含有材料加工体を提供することができる。
【００１３】
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
【００１４】
［１］本開示のある実施形態にかかる固体炭素含有材料加工体の製造方法は、少なくとも表面が固体炭素を含む材料で構成されている固体炭素含有材料を準備する工程と、固体炭素に活性なガスおよび活性なプラズマの少なくとも１つを含む気相流体を形成する工程と、気相流体を固体炭素含有材料の表面の少なくとも一部に噴射することにより固体炭素含有材料を加工する工程と、を含む。本実施形態の固体炭素含有材料加工体の製造方法は、固体炭素含有材料の表面をその面方位にかかわらず滑らかにかつ短時間で加工することができる。
【００１５】
［２］上記固体炭素含有材料加工体の製造方法において、気相流体を固体炭素含有材料の表面の少なくとも一部に噴射する際に、気相流体の噴射口と固体炭素含有材料とを相対的に移動させることができる。かかる固体炭素含有材料加工体の製造方法は、固体炭素含有材料の表面をその面方位にかかわらずより滑らかにかつ短時間で加工することができる。
【００１６】
［３］上記固体炭素含有材料加工体の製造方法において、気相流体が噴射される雰囲気圧力を０．２気圧以上とすることができる。かかる固体炭素含有材料加工体の製造方法は、固体炭素含有材料の表面をその面方位にかかわらずより滑らかにかつ短時間で加工することができる。
【００１７】
［４］上記固体炭素含有材料加工体の製造方法において、気相流体は、温度が３００℃以上の熱流体とすることができる。かかる固体炭素含有材料加工体の製造方法は、固体炭素含有材料の表面をその面方位にかかわらずより滑らかにかつ短時間で加工することができる。
【００１８】
［５］上記固体炭素含有材料加工体の製造方法において、活性なプラズマは、噴射口から噴射する前に、０．２ＭＨｚ以上５ＧＨｚ以下の高周波放電、ラジオ波アーク放電、および直流アーク放電の少なくとも１つの方法で励起され得る。かかる固体炭素含有材料加工体の製造方法は、効率よく活性なプラズマを励起することができる。
【００１９】
［６］上記固体炭素含有材料加工体の製造方法において、活性なプラズマは、Ｏ2、ＣＯ2、ＣＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏ、Ｈ2Ｏ、およびＨ2からなる群から選ばれる少なくともいずれかのイオンおよびラジカルの少なくともいずれかの励起種を含むことができる。かかる固体炭素含有材料加工体の製造方法は、固体炭素に特に活性なプラズマを有するため、固体炭素含有材料の表面をその面方位にかかわらずより滑らかにかつ短時間で加工することができる。
【００２０】
［７］上記固体炭素含有材料加工体の製造方法において、活性なガスは、Ｏ2、ＣＯ2、ＣＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏ、Ｈ2Ｏ、およびＨ2からなる群から選ばれる少なくともいずれかの分子を含むことができる。かかる固体炭素含有材料加工体の製造方法は、固体炭素に特に活性なガスを有するため、固体炭素含有材料の表面をその面方位にかかわらずより滑らかにかつ短時間で加工することができる。
【００２１】
［８］上記固体炭素含有材料加工体の製造方法において、気相流体の噴射口の口径を１ｃｍ未満とすることができる。かかる固体炭素含有材料加工体の製造方法は、気相流体の流速を高めて固体炭素含有材料の表面に平行な方向に広げるため、固体炭素含有材料の表面をその面方位にかかわらずより滑らかにかつ短時間で加工することができる。
【００２２】
［９］上記固体炭素含有材料加工体の製造方法において、固体炭素含有材料は、ＳＰ３結合固体炭素およびＳＰ２結合固体炭素の少なくとも１つを少なくとも表面に含むことができる。かかる固体炭素含有材料加工体の製造方法は、ＳＰ３結合固体炭素およびＳＰ２結合固体炭素の少なくとも１つを少なくとも表面に含む固体炭素含有材料の表面をその面方位にかかわらずより滑らかにかつ短時間で加工することができる。
【００２３】
［１０］上記固体炭素含有材料加工体の製造方法において、固体炭素含有材料は、単結晶ダイヤモンドおよび多結晶ダイヤモンドの少なくとも１つを少なくとも表面に含むことができる。かかる固体炭素含有材料加工体の製造方法は、単結晶ダイヤモンドおよび多結晶ダイヤモンドの少なくとも１つを少なくとも表面に含む体炭素含有材料の表面をその面方位にかかわらずより滑らかにかつ短時間で加工することができる。
【００２４】
［１１］上記固体炭素含有材料加工体の製造方法において、固体炭素含有材料は、その少なくとも表面に、単結晶ダイヤモンドおよび多結晶ダイヤモンドの少なくとも１つを含む層とグラファイトを含む層との積層構造を有することができる。かかる固体炭素含有材料加工体の製造方法は、その少なくとも表面に単結晶ダイヤモンドおよび多結晶ダイヤモンドの少なくとも１つを含む層とグラファイトを含む層との積層構造を有する固体炭素含有材料の当該表面をその面方位にかかわらずより滑らかにかつ短時間で加工することができる。
【００２５】
［１２］本開示の別の実施形態にかかる固体炭素含有材料加工体の製造装置は、上記実施形態の固体炭素含有材料加工体の製造方法に用いられる固体炭素含有材料加工体の製造装置であって、固体炭素含有材料を保持する材料保持部と、気相流体を形成する流体形成部と、気相流体を噴射する噴射口を含む流体噴射部と、固体炭素含有材料および噴射口の少なくとも１つの位置を制御する制御部と、を含む。本実施形態の固体炭素含有材料加工体の製造装置は、固体炭素含有材料の表面をその面方位にかかわらずより滑らかにかつ短時間で加工することができる。
【００２６】
［１３］本開示のさらに別の本実施形態にかかる固体炭素含有材料加工体は、少なくとも加工表面（実施形態１の固体炭素含有材料加工体の製造方法により加工された表面をいう、以下同じ。）が固体炭素を含む材料で構成されている固体炭素含有材料加工体であって、加工表面は、内側に凸の曲面を有する凹部と、外側に凸の曲面を有する凸部と、を含み、加工表面をその最小二乗平面に垂直な方向から見たときに、凹部の全面積が加工表面の全面積の６０％以上である。本実施形態の固体炭素含有材料加工体は、加工表面がその面方位にかかわらず滑らかである。ここで、凹部（内側に凸の曲面を有する部分）とは接面が固体炭素含有加工体の内部にある部分をいい、凸部（外側に凸の曲面を有する部分）とは接面が固体炭素含有加工体の外部にある部分をいう。凹部と凸部の境界での接面は、一部が固体炭素含有加工体の内部にあり、その他の部分が固体炭素含有加工体の内部にある。
【００２７】
［１４］上記固体炭素含有材料加工体は、単結晶ダイヤモンドおよび多結晶ダイヤモンドの少なくとも１つを少なくとも加工表面に含むことができる。かかる固体炭素含有材料加工体も、加工表面がその面方位にかかわらず滑らかである。
【００２８】
［１５］上記固体炭素含有材料加工体は、少なくとも加工表面に、単結晶ダイヤモンドおよび多結晶ダイヤモンドの少なくとも１つを含む層とラマン散乱分光においてＤバンドに対するＧバンドの強度の百分率で１０％以上のＳＰ２結合固体炭素を含む層との積層構造を有することができる。かかる固体炭素含有材料加工体も、加工表面がその面方位にかかわらず滑らかである。
【００２９】
［１６］上記固体炭素含有材料加工体は、ＳＰ２結合固体炭素を含む層が加工表面上に縞状に存在し得る。かかる固体炭素含有材料加工体も、加工表面がその面方位にかかわらず滑らかである。
【００３０】
［１７］上記固体炭素含有材料加工体は、加工表面における凹部と凸部との最大高低差を３０μｍ以下とすることができる。かかる固体炭素含有材料加工体は、加工表面がその面方位にかかわらず平坦でかつ滑らか（平滑）である。
【００３１】
［１８］上記固体炭素含有材料加工体は、加工表面における凹部をディンプル形状とすることができる。かかる固体炭素含有材料加工体も、加工表面がその面方位にかかわらず滑らかである。
【００３２】
［１９］上記固体炭素含有材料加工体は、加工表面における凹部のディンプル形状をライン状とすることができる。かかる固体炭素含有材料加工体も、加工表面がその面方位にかかわらず滑らかである。
【００３３】
[本開示の実施形態の詳細]
＜実施形態１：固体炭素含有材料加工体の製造方法＞
図１および図２を参照して、本実施形態にかかる固体炭素含有材料加工体の製造方法は、少なくとも表面が固体炭素を含む材料で構成されている固体炭素含有材料１０を準備する工程Ｓ１０と、固体炭素に活性なガスおよび活性なプラズマの少なくとも１つを含む気相流体Ｆを形成する工程Ｓ２０と、気相流体Ｆを固体炭素含有材料１０の表面の少なくとも一部に噴射することにより固体炭素含有材料１０を加工する工程Ｓ３０と、を含む。本実施形態の固体炭素含有材料加工体の製造方法は、固体炭素含有材料の表面をその面方位にかかわらず滑らかにかつ短時間で加工することができる。すなわち、本実施形態の固体炭素含有材料加工体の製造方法によれば、表面がその面方位にかかわらず滑らかに加工された固体炭素含有材料加工体が短時間で得られる。
【００３４】
ここで、「少なくとも表面が固体炭素を含む材料」とは、その材料の少なくとも表面に固体炭素を含んでいる材料、すなわち、少なくとも表面の全体に固体炭素を含んでいる材料および少なくとも表面の一部に固体炭素を含んでいる材料のいずれもが該当する。本願実施形態の方法により加工対象とされる部分の表面の全体が固体炭素であることが最も好ましい。すなわち、表面全体がダイヤモンドなどのＳＰ３結合固体炭素およびグラファイトなどのＳＰ２結合固体炭素などの固体炭素で構成されている材料（たとえば固体炭素以外の材料で構成された層の表面上に固体炭素で構成された層が形成された積層構造材料など）、表面の一部がダイヤモンドなどのＳＰ３結合固体炭素およびグラファイトなどのＳＰ２結合固体炭素などの固体炭素で構成されている材料（たとえば固体炭素以外の材料で構成された層の表面の一部に固体炭素で構成された材料が埋め込まれた埋め込み構造材料など）などが該当する。
【００３５】
本実施形態の固体炭素含有材料加工体の製造方法は、固体炭素含有材料の表面の少なくとも一部に噴射する気相流体を用いて、表面を自在に加工して所望の形状を形成できる特徴を有する。かかる特徴により、表面の凹凸（起伏）情報を使って、凹凸形状を平坦にかつ滑らか（平滑）にすることが可能となる。また、基板の平行度の情報を使えば、平行度を０°にすることも、ある一定の角度内に制御することも可能である。さらに、平坦表面からレンズのような凸表面を形成することも可能になる。平坦面だけでなく、種々の形状の造形が可能である。
【００３６】
（固体炭素含有材料の準備工程）
固体炭素含有材料を準備する工程Ｓ１０において準備される固体炭素含有材料１０は、少なくとも表面に固体炭素を含有する材料で構成されている。ここで、固体炭素とは、固体として存在している炭素をいい、炭素がＳＰ３混成軌道により結合しているＳＰ３結合炭素、炭素がＳＰ２混成軌道により結合しているＳＰ２結合炭素などが含まれる。すべての炭素原子の位置が規定できる結晶質の固体炭素としては、ダイヤモンド（ＳＰ３結合炭素）、グラファイト（ＳＰ２結合炭素）、グラフェン（ＳＰ２結合炭素）などが挙げられる。非結晶質の固体炭素としては、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）、グラッシーカーボン、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバーなどが挙げられる。
【００３７】
図３〜図５を参照して、上記の固体炭素含有材料１０は、ＳＰ３結合固体炭素（たとえばダイヤモンド１０ｄ）およびＳＰ２結合固体炭素（たとえばグラファイト１０ｇ）の少なくとも１つを少なくとも表面に含むことができる。固体炭素含有材料１０がＳＰ３結合固体炭素およびＳＰ２結合固体炭素の少なくとも１つを含むものであっても、固体炭素含有材料１０の表面をその面方位にかかわらずより滑らかにかつ短時間で加工することができる。
【００３８】
図３を参照して、上記の固体炭素含有材料１０は、その少なくとも表面にダイヤモンド１０ｄを含む、すなわち、単結晶ダイヤモンドおよび多結晶ダイヤモンドの少なくとも１つを少なくとも表面に含むことができる。固体炭素含有材料１０が単結晶ダイヤモンドおよび多結晶ダイヤモンドの少なくとも１つを含むものであっても、固体炭素含有材料１０の表面をその面方位にかかわらずより滑らかにかつ短時間で加工することができる。
【００３９】
図４および図５を参照して、上記の固体炭素含有材料１０は、その少なくとも表面に、単結晶ダイヤモンドおよび多結晶ダイヤモンドの少なくとも１つ（ダイヤモンド１０ｄ）を含む層とグラファイト１０ｇを含む層との積層構造を有することができる。固体炭素含有材料１０の少なくとも表面が単結晶ダイヤモンドおよび多結晶ダイヤモンドの少なくとも１つ（ダイヤモンド１０ｄ）を含む層とグラファイト１０ｇを含む層との積層構造を有するものであっても、固体炭素含有材料１０の表面をその面方位にかかわらずより滑らかにかつ短時間で加工することができる。ここで、ダイヤモンド１０ｄを含む層とグラファイト１０ｇを含む層とは、いずれが表面に露出していてもよいが、ダイヤモンドの表面をグラファイトに変換して加工するという技術に応用できるという観点から、ダイヤモンド１０ｄを含む層上にグラファイト１０ｇを含む層が配置されていることが好ましい。
【００４０】
（気相流体の形成工程）
気相流体Ｆを形成する工程Ｓ２０において形成される気相流体Ｆは、固体炭素に活性なガスおよび固体炭素に活性なプラズマの少なくとも１つを含む。かかる気相流体Ｆにより固体炭素含有材料１０中の固体炭素と化学反応により固体炭素含有材料１０の加工が容易となる。
【００４１】
固体炭素に活性なガスは、特に制限はないが、固体炭素と化学反応を起こし易い元素（たとえば酸素または水素）を含有する分子を含むことが好ましく、Ｏ2、ＣＯ2、ＣＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏ、Ｈ2Ｏ、およびＨ2からなる群から選ばれる少なくともいずれかの分子を含むことが好ましい。
【００４２】
固体炭素に活性なプラズマは、特に制限はないが、固体炭素と化学反応を起こし易い元素（たとえば酸素または水素）を含有するイオンおよびラジカルの少なくともいずれかの励起種を含むことが好ましく、Ｏ2、ＣＯ2、ＣＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏ、Ｈ2Ｏ、およびＨ2からなる群から選ばれる少なくともいずれかのイオンおよびラジカルの少なくともいずれかの励起種を含むことが好ましい。これらの励起種は、噴射口から噴射する前に、０．２ＭＨｚ以上５ＧＨｚ以下の高周波放電、ＲＦ（ラジオ波）アーク放電、およびＤＣ（直流）アーク放電の少なくとも１つの方法で励起されることが好ましい。これらの方法により、大気圧においても固体炭素含有材料を加工するのに十分なエネルギーを有する励起種が容易に得られる。
【００４３】
（固体炭素含有材料の加工工程）
固体炭素含有材料１０を加工する工程Ｓ３０において、気相流体Ｆを固体炭素含有材料１０の表面の少なくとも一部に噴射する。気相流体Ｆは、ガスおよび／またはプラズマの粘性流体であることが、固体炭素含有材料１０の表面を滑らかにかつ短時間で加工する観点から、好ましい。ここで、粘性流体とは、ガスおよび／またはプラズマの粒子間に相互作用がある流体をいい、ガスの種類による差異はあるが、圧力が１３ｋＰａ以上のガスはほぼ粘性流体と考える。
【００４４】
気相流体Ｆは固体炭素含有材料１０の表面の少なくとも一部に噴射する。これにより、噴射された気相流体Ｆの少なくとも一部に、固体炭素含有材料１０の表面に平行な方向への流れ（横方向の流れともいう。以下同じ。）が形成される。従来、活性なガスおよび／または活性なプラズマを用いた加工においては、活性なガスおよび／または活性なプラズマの流れは制御されず対流などの成り行きに委ねられていることから、固体炭素含有材料の表面の硬度の低い部分（弱い部分）の除去は大きく表面の硬度の高い部分（強い部分）の除去は小さいため、加工面に大きな凹凸（たとえば急峻な段差および／または細かい突起など）が残存し、滑らかな加工ができないという問題点がある。これに対して、本実施形態においては、気相流体Ｆの上記横方向の流れを形成するにより、表面の硬度の高い部分（強い部分）および硬度の低い部分（弱い部分）を区別することなく、横から一掃するように表面を除去するため、加工面に大きな凹凸が残存せず、滑らかな加工が可能になる。また、プラズマは、従来では通常真空中（たとえば０．１３３Ｐａ〜１．３３ｋＰａ程度）で発生させるが、本実施形態においては大気圧においても発生させることができ、上記と同様にして、プラズマを含む気相流体Ｆの上記の横の流れを形成できる。
【００４５】
また、図２を参照して、気相流体Ｆは固体炭素含有材料１０の表面の少なくとも一部に噴射する際に、噴射口１３１の部分の位置を制御して走査することにより、気相流体Ｆの噴射による加工する部分を表面の少なくとも一部から全体に広げることができる。たとえば、固体炭素含有材料１０の表面の硬度の高い部分（強い部分）に気相流体Ｆを長時間噴射して、固体炭素含有材料１０の表面の硬度の低い部分（弱い部分）に気相流体Ｆを短時間噴射することにより、より滑らかな加工ができる。また、固体炭素含有材料１０において深く加工したい部分に気相流体Ｆを長時間噴射して、固体炭素含有材料１０において浅く加工したい部分に気相流体Ｆを短時間噴射することにより、所望の形状の加工ができる。所望の形状に加工しやすい観点から、気相流体Ｆは、固体炭素含有材料１０の表面の一部（全体ではなく一部）に噴射することが好ましい。
【００４６】
気相流体Ｆの噴射方向は、図２に示すように固体炭素含有材料１０の表面に垂直な方向であってもよいが、気相流体Ｆの上記の横の流れの形成を促進する観点から、固体炭素含有材料１０の表面に垂直な方向から傾いた方向であってもよい。
【００４７】
図２を参照して、固体炭素含有材料１０を加工する工程Ｓ３０において、横方向の流れの形成を促進する観点、および／または、気相流体Ｆの噴射による加工する部分を表面の少なくとも一部から全体に広げる観点から、気相流体Ｆを固体炭素含有材料１０の表面の少なくとも一部に噴射する際に、気相流体Ｆの噴射口１３１と固体炭素含有材料１０とを相対的に移動させることができる。すなわち、気相流体Ｆの噴射口１３１（すなわち気相流体Ｆの噴射位置）と固体炭素含有材料１０とが相対的に移動すれば足り、気相流体Ｆの噴射口１３１および固体炭素含有材料１０のいずれを移動させてもよく、両方を移動させてもよい。たとえば、気相流体Ｆを固体炭素含有材料１０の表面の少なくとも一部に噴射する際に、気相流体Ｆの噴射口１３１に対して固体炭素含有材料１０を相対的に回転させると、固体炭素含有材料１０の表面の少なくとも一部に噴射された気相流体Ｆは、遠心力によって外側への横方向の流れの形成が促進する。また、気相流体Ｆを固体炭素含有材料１０の表面の少なくとも一部に噴射する際に、気相流体Ｆの噴射口１３１に対して固体炭素含有材料１０を相対的に特定の一方向に移動させると、固体炭素含有材料１０の表面の少なくとも一部に噴射された気相流体Ｆは、慣性力によってその移動方向と反対方向への横方向の流れの形成が促進する。すなわち、固体炭素含有材料１０の回転速度または移動速度によって、気相流体Ｆの横方向の流れの速度および滞在噴射時間を制御できる。
【００４８】
固体炭素含有材料１０を加工する工程Ｓ３０において、気相流体Ｆを粘性流体とすることにより固体炭素含有材料の表面をその面方位にかかわらずより滑らかにかつ短時間で加工する観点から、気相流体Ｆが噴射される雰囲気圧力は０．２気圧以上であることが好ましい。また、粘性流体としての気相流体Ｆを噴射する観点から、噴射する気相流体Ｆの圧力は、雰囲気圧力よりも大きいことが好ましく、かつ、０．５気圧以上が好ましく、１気圧以上がより好ましく、１．５気圧以上がさらに好ましい。
【００４９】
固体炭素含有材料１０を加工する工程Ｓ３０において、気相流体Ｆと固体炭素含有材料１０中の固体炭素との化学反応を促進させることにより固体炭素含有材料の表面をその面方位にかかわらずより滑らかにかつ短時間で加工する観点から、気相流体Ｆは、３００℃以上の熱流体であることが好ましく、６００℃以上の熱流体であることがより好ましく、８００℃以上の熱流体であることがより好ましく、１０００℃以上の熱流体であることがより好ましく、１２００℃以上の熱流体であることがさらに好ましい。
【００５０】
固体炭素含有材料１０を加工する工程Ｓ３０において、気相流体の流速を高めて固体炭素含有材料の表面に平行な方向に広げることにより、固体炭素含有材料の表面をその面方位にかかわらずより滑らかにかつ短時間で加工する観点から、気相流体の噴射口の口径は、１ｃｍ未満が好ましく、１ｍｍ未満がより好ましく、０．２ｍｍ未満がさらに好ましい。また、気相流体Ｆを粘性流体とする観点から、気相流体の噴射口の口径は、１μｍ以上が好ましく、１００μｍ以上がより好ましく、５００μｍ以上がさらに好ましい。
【００５１】
固体炭素含有材料１０を加工する工程において、気相流体Ｆと固体炭素含有材料１０中の固体炭素との化学反応を促進させることにより固体炭素含有材料の表面をその面方位にかかわらずより滑らかにかつ短時間で加工する観点から、固体炭素含有材料１０の温度（具体的には固体炭素含有材料１０を保持する材料保持部１１０の温度）は、大気圧中では４００℃以上が好ましく、０．１３３Ｐａ（１×１０-3Ｔｏｒｒ）以上の低真空中では６００℃以上が好ましく、０．１３３Ｐａ（１×１０-3Ｔｏｒｒ）未満の高真空中では１０００℃以上が好ましい。
【００５２】
＜実施形態２：固体炭素含有材料加工体の製造装置＞
図２を参照して、本実施形態にかかる固体炭素含有材料加工体の製造装置１００は、実施形態１の固体炭素含有材料加工体の製造方法に用いられる固体炭素含有材料加工体の製造装置１００であって、固体炭素含有材料１０を保持する材料保持部１１０と、気相流体Ｆを形成する流体形成部１２０と、気相流体Ｆを噴射する噴射口１３１を含む流体噴射部１３０と、固体炭素含有材料１０および噴射口１３１の少なくとも１つの位置を制御する位置制御部１４０と、を含む。本実施形態の固体炭素含有材料加工体の製造装置は、固体炭素含有材料の表面をその面方位にかかわらずより滑らかにかつ短時間で加工することができる。
【００５３】
（材料保持部）
材料保持部１１０は、固体炭素含有材料１０を保持する部分である。材料保持部１１０は、好ましくは、気相流体Ｆの噴射口１３１に対して固体炭素含有材料１０を相対的に移動させる機構と、固体炭素含有材料１０を所定の温度に加熱する機構と、を備える。
【００５４】
（流体形成部）
流体形成部１２０は、固体炭素に活性なガスおよびプラズマの少なくとも１つを含む気相流体Ｆを形成する部分である。流体形成部１２０は、好ましくは、活性なプラズマを形成するために、０．２ＭＨｚ以上５ＧＨｚ以下の高周波放電装置、ＲＦアーク放電装置およびＤＣ直流アーク放電装置の少なくとも１つを備える。
【００５５】
（流体噴射部）
流体噴射部１３０は、気相流体Ｆを噴射する噴射口１３１と、噴射口を保持する噴射口保持部１３２と、を備える。噴射口保持部１３２は、好ましくは、固体炭素含有材料１０に対して気相流体Ｆの噴射口１３１を相対的に移動させる機構と、固体炭素含有材料１０の表面に垂直な方向に対する噴射口１３１の軸の傾斜角を変更する機構と、気相流体Ｆを所定の温度に加熱する機構と、を備える。
【００５６】
（位置制御部）
位置制御部１４０は、固体炭素含有材料１０および噴射口１３１の少なくとも１つの位置を制御する機構を備える。
【００５７】
＜実施形態３：固体炭素含有材料加工体＞
図６を参照して、本実施形態にかかる固体炭素含有材料加工体は、少なくとも加工表面２０ｐｓ（実施形態１の固体炭素含有材料加工体の製造方法により加工された表面）が固体炭素を含む材料で構成されている固体炭素含有材料加工体２０であって、加工表面２０ｐｓは、内側に凸の曲面を有する凹部と、外側に凸の曲面を有する凸部と、を含み、加工表面２０ｐｓをその最小二乗平面２０ｌｓｐに垂直な方向から見たときに、凹部の全面積は加工表面２０ｐｓの全面積の６０％以上である。本実施形態の固体炭素含有材料加工体は、表面がその面方位にかかわらず滑らかである。ここで、凹部（内側に凸の曲面を有する部分）とは接面が固体炭素含有加工体の内部にある部分をいい、凸部（外側に凸の曲面を有する部分）とは接面が固体炭素含有加工体の外部にある部分をいう。凹部と凸部の境界での接面は、一部が固体炭素含有加工体の内部にあり、その他の部分が固体炭素含有加工体の内部にある。
【００５８】
本実施形態の固体炭素含有材料加工体２０は、実施形態１の固体炭素含有材料加工体の製造方法および実施形態２の固体炭素含有材料加工体の製造装置により製造できる。ここで、凹部、凸部および加工表面２０ｐｓ（凹部および凸部の全体）の面積は、たとえば、キャノン製走査型白色干渉計で測定する。固体炭素含有材料加工体２０は、加工表面２０ｐｓがその面方位にかかわらず滑らかである観点から、加工表面２０ｐｓをその最小二乗平面２０ｌｓｐに垂直な方向から見たときに、凹部の全面積は、加工表面の全面積の６０％以上であり、好ましくは加工表面の全面積の７０％以上であるとともに、好ましくは加工表面の全面積の８０％以下である。ここで、加工表面の全面積に対する凹部の全面積の百分率を加工表面の凹部面積率ともいう。すなわち、加工表面の凹部面積率は６０％以上であり、好ましくは７０％以上であるとともに、好ましくは８０％以下である。
【００５９】
また、本実施形態の固体炭素含有材料加工体２０は、加工表面の結晶品質が高い観点から、加工表面の大きさが１ｍｍ角以上であることが好ましく、加工表面における研磨損傷点の密度が１０個／ｍｍ2以下であることが好ましい。ここで、加工表面における研磨損傷点の密度は、加工体表面上に、ダイヤモンドを５μｍエピタキシャル成長することにより、確認される１μｍ以上の多結晶粒子（ミスマッチに積層された粒子）となって現れる。これをカウントすることで、研磨損傷点の密度を評価できる。ダイヤモンドは典型的にはメタン濃度３％、圧力１．３３×１０4Ｐａ、マイクロ波パワー３ｋＷ以上、基板温度９５０℃で形成するのがよく、単結晶のダイヤモンドが形成できる条件であることが好ましい。これらは、単結晶ダイヤモンド基板上で確認される。５０μｍ以上の粒径を有する多結晶ダイヤモンド基板上では、ダイヤモンドを５μｍ結晶成長することにより、確認される１μｍ以上１０μｍ未満の多結晶粒子をカウントすることで、研磨損傷点の密度を評価できる。この場合のダイヤモンドの成長条件は、典型的にはメタン濃度３％、圧力１．３３×１０4Ｐａ、マイクロ波パワー６ｋＷ以上、基板温度１０００℃で形成するのがよく、ラマン分光分析でグラファイトの少ない多結晶ダイヤモンドを形成する条件（Ｇバンドがダイヤモンドのピークの１／１００である条件）が好ましい。５０μｍ未満の粒径を有する多結晶ダイヤモンドあるいはその他の固体炭素含有材料加工体では、表面に１ｍｍを超える微分干渉顕微鏡で観察される研磨傷の密度で評価できる。その場合１本／ｍｍ2を１個／ｍｍ2として換算してよい。
【００６０】
固体炭素含有材料加工体２０は、加工表面がその面方位にかかわらず平坦でかつ滑らか（平滑）である観点から、意図して平滑に加工した加工表面２０ｐｓの全面における最大高低差は、３０μｍ以下が好ましく、２０μｍ以下がより好ましく、１０μｍ以下がより好ましく、１μｍ以下がさらに好ましく、０．１μｍ以下が特に好ましい。また、固体炭素含有材料加工体２０は、実施形態１の固体炭素含有材料加工体の製造方法における加工に起因する意図しない周期的な凹部と凸部とが形成される。このような意図しないで形成される凹部と凸部の最大高低差は、３０μｍ以下が好ましく、２０μｍ以下がより好ましく、１０μｍ以下がより好ましく、１μｍ以下がさらに好ましく、０．１μｍ以下が特に好ましい。
【００６１】
意図して平滑に加工した加工表面の全面における凹部および凸部の最大高低差および意図せずに加工表面に形成される凹部および凸部の最大高低差は、レーザ変位計（たとえば、神津精機社製表面形状測定システムＤｙｖｏｃｅ−３０００またはその相当品）により測定できる。ただし、レーザ変位計による高低差の測定の精度は１μｍ程度であるため、１μｍ未満の高低差の測定には走査型白色干渉計（たとえば、キャノン社製（Ｚｙｇｏ）ＮｅｗＶｉｅｗ２００またはその相当品）が好適に用いられる。走査型白色干渉計による最大高低差の測定は、広い領域の測定は困難であり、複数の狭い領域で測定を行う。たとえば、図７を参照して、走査型白色干渉計による最大高低差とは、測定対象とする加工表面２０ｐｓの重心点Ｐ1およびその重心点Ｐ1で直交する２直線Ｌ1，Ｌ2で分けられる４つの領域のそれぞれの４つの重心点Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4，Ｐ5をそれぞれ中心とする５つの０．４ｍｍ角（一辺が０．４ｍｍの正方形をいう、以下同じ）の範囲Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4，Ｒ5で測定して得られる最大高低差とする。
【００６２】
本実施形態の固体炭素含有材料加工体２０において、加工表面２０ｐｓとは、実施形態１の固体炭素含有材料加工体の製造方法により、ある意図をもった加工により形成された表面のことを指す。平坦面、曲面なども含まれる。平坦加工面とは、一定の精度の範囲内の同一平面のことを指す。曲面の加工面とは、球面、２次、３次などの放物面のことを指す。したがって、実施形態１の固体炭素含有材料加工体の製造方法により形成される意図した加工面に載らない表面は非加工表面である。これらは、面の高さを統計学的に処理すれば識別できる。ランダムな凹凸をもつ表面中の平坦部分の面は加工面であるし、平坦面中の意図した形状の窪みの部分も加工面である。すなわち、実施形態１の固体炭素含有材料加工体の製造方法により形成される意図した加工面の表面は加工表面である。
【００６３】
固体炭素含有材料加工体２０は、単結晶ダイヤモンドおよび多結晶ダイヤモンドの少なくとも１つを少なくとも加工表面に含むことができる。かかる固体炭素含有材料加工体も、加工表面がその面方位にかかわらず滑らかである。かかる固体炭素含有材料加工体２０は、図３に示すような単結晶ダイヤモンドおよび多結晶ダイヤモンドの少なくとも１つ（ダイヤモンド１０ｄ）を少なくとも表面に含む固体炭素含有材料１０を実施形態１の固体炭素含有材料加工体の製造方法で加工することにより得られる。
【００６４】
固体炭素含有材料加工体２０は、少なくとも加工表面に、単結晶ダイヤモンドおよび多結晶ダイヤモンドの少なくとも１つを含む層とラマン散乱分光においてＤバンドに対するＧバンドの強度の百分率で１０％以上のＳＰ２結合固体炭素を含む層との積層構造を有することができる。かかる固体炭素含有材料加工体も、加工表面がその面方位にかかわらず滑らかである。層中におけるＳＰ２結合固体炭素の割合（％）は、ラマン散乱分光においてＤバンドに対するＧバンドの強度の百分率により算出する。ここで、Ｇバンドとは、１４００ｃｍ-1以上１６５０ｃｍ-1以下のブロードなピークであり、Ｄバンドとは１３３５ｃｍ-1以上１４００ｃｍ-1未満のブロードなピークである。ブロードとは、半値幅が２０ｃｍ-1以上のピークを指す。Ｄバンドとダイヤモンドのピークの両方がある場合は、ラマン強度の大きい方を分母とする。ダイヤモンドのピークとは１３２５ｃｍ-1以上１３３５ｃｍ-1未満のシャープなピークであり、シャープとは２０ｃｍ-1未満のピークを指す。かかる固体炭素含有材料加工体２０は、図５に示すような単結晶ダイヤモンドおよび多結晶ダイヤモンドの少なくとも１つを含む層と１０％以上のＳＰ２結合固体炭素（たとえばグラファイト）を含む層との積層構造を有する固体炭素含有材料１０を実施形態１の固体炭素含有材料加工体の製造方法で加工することにより得られる。
【００６５】
図８を参照して、固体炭素含有材料加工体２０は、上記ＳＰ２結合固体炭素（すなわち、ラマン散乱分光においてＤバンドに対するＧバンドの強度の百分率で１０％以上のＳＰ２結合固体炭素）を含む層が表面上に縞状に存在することができる。かかる固体炭素含有材料加工体も、表面がその面方位にかかわらず滑らかである。かかる固体炭素含有材料加工体２０は、図４に示すような単結晶ダイヤモンドおよび多結晶ダイヤモンドの少なくとも１つを含む層上に上記１０％以上のＳＰ２結合固体炭素（たとえばグラファイト）を含む層が配置された積層構造を有する固体炭素含有材料１０を実施形態１の固体炭素含有材料加工体の製造方法で加工することにより得られる。
【００６６】
本実施形態の固体炭素含有材料加工体は、実施形態１の固体炭素含有材料加工体の製造方法に記載のように、気相流体を固体炭素含有材料の表面の少なくとも一部に噴射することにより加工されているため、加工表面に凹部および凸部が形成され、凹部がディンプル形状となり得る。さらには、流体噴射の垂直方向だけでなく、流体が最終的に横方向の流れを作るために、滑らかな表面形状となり得る。ここで、ディンプル形状とは、球面の一部を含む窪み形状を意味する。
【００６７】
さらに、本実施形態の固体炭素含有材料加工体は、実施形態１の固体炭素含有材料加工体の製造方法において、固体炭素含有材料の表面の少なくとも一部に噴射する気相流体を走査するため、加工表面における凹部のディンプル形状がライン状となり得る。上記と同様、流体噴射の垂直方向だけでなく、流体が最終的に横方向の流れを作るために滑らかな表面形状となり得る。
【実施例】
【００６８】
（実施例１）
固体炭素含有材料として、高圧合成により作製してレーザを用いて切断することにより、５ｍｍ×５ｍｍ×厚さ１．０ｍｍのＩｂ型単結晶ダイヤモンド基板を準備した。ここで、固体炭素含有材料の厚さとは、０．５ｍｍφの中で表面凹凸が厚さの５％未満であるサンプルの場合はレーザー変位計（たとえば、神津精機社製表面形状測定システムＤｙｖｏｃｅ−３０００）により測定した四角形のサンプルの一つの辺に平行の中央を通るラインにおける平均厚さとそれに垂直のラインにおける平均厚さとの平均の厚さをいい、０．５ｍｍφの中で表面凹凸が厚さの５％以上であるサンプルの場合は、中央点と４つの端点からそれぞれ中央点に向かって、中央までの距離の３０％の地点の距離にある４つの端部点との５点の平均厚さをいう。この測定では触診面積が０．２〜０．５ｍｍφの触診式の厚さ測定計で測定するので、厳密には最大高さを測定することになる。このような表面凹凸の激しいサンプルでは光の反射での測定が困難であるからである。単結晶ダイヤモンドの場合は表面凹凸が小さく平坦であるため主に前者の平均厚さであり、多結晶ダイヤモンドの場合は表面凹凸が大きく主に後者の平均厚さになることが多い。平坦化加工が進むと、多結晶でも前者の評価ができるようになるが、値は同じになる。この基板の両面を通常の一般的な機械研磨をして、厚さが０．８ｍｍで、表面の平均粗さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２０１３に規定する粗さ曲線における算術平均高さＲａをいう。以下同じ。）が５ｎｍ以下で、平行度が０．２°であった。表面の平均粗さＲａは、走査型白色干渉計（キャノン社製（Ｚｙｇｏ）ＮｅｗＶｉｅｗ２００）により測定した。平行度は、基板の裏と表の両表面の最小二乗平面の間の平行度（平行からのずれ角）を意味し、具体的には、裏と表の両表面の高さをレーザ変位計（神津精機社製表面形状測定システムＤｙｖｏｃｅ−３０００）で測定して材料の厚さの情報に変換して平行度を算出した。【００６９】
５００℃に加熱した材料保持部上に配置した機械研磨後の上記材料に、ＡｒガスとＣＯ2ガスを１：１の標準状態（ＮＴＰ：基準温度２７３．１５Ｋ、標準圧力１０１．３２５ｋＰａ）における体積比で混合したガスをＤＣプラズマにより励起したプラズマを含む気相流体を口径０．５ｍｍの噴射口から噴射しながら１００分間走査した。噴射口から出るプラズマは２００℃以上であることを確認した。滞在噴射時間は、上記の厚さの情報に基づいて、厚さが大きい部分で長く、厚さが小さい部分で短くなるように調節した。噴射走査後の上記材料の平行度は０．０５°であった。このように、実施態様１の気相流体を用いた加工により、機械研磨による加工に比べて、より短時間で裏と表の両表面がより平行な固体炭素含有材料加工体が得られた。【００７０】
また、噴射走査後の上記材料の表面の最大高低差は、上記レーザ変位計で測定したところ１μｍ未満であったため、走査型白色干渉計（キャノン社製（Ｚｙｇｏ）ＮｅｗＶｉｅｗ２００により測定したところ０．０４μｍと小さかった。ここで、走査型白色干渉計による測定における最大高低差は、主面の重心点およびその重心点で直交する２直線で分けられる４つの領域のそれぞれの４つの重心点をそれぞれ中心とする５つの０．４ｍｍ角の範囲で測定して得られる最大高低差とした。【００７１】
さらに、加工表面をその最小二乗平面に垂直な方向から見たときの加工表面の全面積に対する凹部の全面積の割合は、上記レーザ変位計により測定したところ、６０％であった。このように、実施態様１の気相流体を用いた加工により、短時間で加工表面の最大高低差が小さい平滑（平坦で滑らか）な固体炭素含有材料加工体が得られた。【００７２】
（実施例２）
固体炭素含有材料として、ＣＶＤ（化学気相堆積）法により作製した５ｍｍ×５ｍｍ×厚さ０．５ｍｍの単結晶ダイヤモンド基板を準備した。ここで、厚さは上記の平均厚さをいう。この材料の表面は、成長したままのものであったので、その最大高低差は、レーザ変位計（神津精機社製表面形状測定システムＤｙｖｏｃｅ−３０００）により測定したところ、９０μｍであった。５００℃に加熱した材料保持部上に配置した機械研磨後の上記材料に、ＡｒガスとＣＯ2ガスを２：１の標準状態（ＮＴＰ：基準温度２７３．１５Ｋ、標準圧力１０１．３２５ｋＰａ）における体積比で混合したガスをＣＤプラズマにより励起したプラズマを含む気相流体を口径１ｍｍの噴射口から噴射しながら２４０分間走査した。滞在噴射時間は、上記の厚さの情報に基づいて、厚さが大きい部分で長く、厚さが小さい部分で短くなるように調節した。噴射走査後の上記材料の表面の最大高低差は２０μｍと小さかった。また、加工表面をその最小二乗平面に垂直な方向から見たときの加工表面の全面積に対する凹部の全面積の割合は、上記レーザ変位計により測定したところ、７０％であった。このように、実施態様１の気相流体を用いた加工により、短時間で加工表面の最大高低差が小さい平滑（平坦で滑らか）な固体炭素含有材料加工体が得られた。【００７３】
（実施例３）
実施例２と同様の方法で作製した４ｍｍ×４ｍｍ×厚さ０．５ｍｍの単結晶ダイヤモンド基板を準備した。ここで、厚さは上記の平均厚さをいう。この材料の表面は、成長したままのものであったが、その最大高低差はレーザ変位計（神津精機社製表面形状測定システムＤｙｖｏｃｅ−３０００）により測定したところ９０μｍであった。この材料を実施例２と同様の方法で加工した。上記加工後の上記材料の表面の最大高低差は上記レーザ変位計で測定したところ１０μｍと小さかった。また、加工表面をその最小二乗平面に垂直な方向から見たときの加工表面の全面積に対する凹部の全面積の割合は、上記レーザ変位計により測定したところ、６５％であった。このように、実施態様１の気相流体を用いた加工により、短時間で加工表面の最大高低差が小さい平滑（平坦で滑らか）な固体炭素含有材料加工体が得られた。【００７４】
（実施例４）
実施例２と同様の方法で作製した５ｍｍ×５ｍｍ×厚さ０．５ｍｍの単結晶ダイヤモンド基板を準備した。ここで、厚さは上記の平均厚さをいう。この材料の表面は、成長したままのものであったが、その最大高低差はレーザ変位計（神津精機社製表面形状測定システムＤｙｖｏｃｅ−３０００）により測定したところ７０μｍであった。この材料を高真空中で１８００℃で３時間アニールを行い、ダイヤモンド表面にグラファイト層を形成した。実施例２と同様の方法でダイヤモンド表面のグラファイト層を加工した。ただし、加工時間時間は１２分であった。さらに上記アニールとグラファイトの加工を８回繰り返した。本加工後の上記材料の表面の最大高低差は上記レーザ変位計で測定したところ５μｍと小さかった。また、加工表面をその最小二乗平面に垂直な方向から見たときの加工表面の全面積に対する凹部の全面積の割合は、上記レーザ変位計により測定したところ、６５％であった。このように、実施態様１の気相流体を用いた加工により、短時間で加工表面の最大高低差が小さい平滑（平坦で滑らか）な固体炭素含有材料加工体が得られた。【００７５】
（実施例５）
実施例２と同様の方法で作製した４ｍｍ×４ｍｍ×厚さ０．５ｍｍのＣＶＤ単結晶ダイヤモンド基板を準備した。ここで、厚さは上記の平均厚さをいう。この材料の表面は、成長したままのものであったが、その最大高低差はレーザ変位計（神津精機社製表面形状測定システムＤｙｖｏｃｅ−３０００）により測定した。この材料を実施例２と同様の方法で加工した。ただし、加工流体種類、加工流体比、および流体噴出直径は表１に示すように変更した。上記加工後の上記材料の表面の最大高低差は上記レーザ変位計で測定した。プラズマ照射の滞在時間は、上記の厚さの情報に基づいて、厚さが大きい部分で長く、厚さが小さい部分で短くなるように調節した。すなわち、高低差に比例するように滞在時間を設定した。また、加工表面をその最小二乗平面に垂直な方向から見たときの加工表面の全面積に対する凹部の全面積の割合（凹部面積率という、以下同じ）は、上記レーザ変位計により測定した。このように、実施態様１の気相流体を用いた加工により、短時間で加工表面の最大高低差が小さい平滑（平坦で滑らか）な固体炭素含有材料加工体が得られた。【００７６】
得られた加工体はプラズマ照射により加工表面がディンプル状に窪むのが特徴で、その直径は照射の強さや距離によるが、プラズマ気流出口の１／４以上であり、ほぼ気流径程度（５００μｍ〜１０００μｍ）となる。滞在時間が長いとそのディンプル形状の直径は大きくなる。ここで、ディンプル形状とは、球面の一部を含む窪み形状のことである。またディンプルに該当する球状、円状のものは、気流の穴径（プラズマが出てくる管の穴）の１／４から同程度の径のものが該当する。さらに、プラズマ照射気流を走査するので、ライン状に加工されるのも特徴となっている。このようにディンプル形状の窪みで表面が形成されるので、凹部面積は凸部面積に比べて大きくなる。機械加工の場合は表面を擦るので、このようなディンプル状の形状とはならない。プラズマを発生する部分は、高周波（１３．５６ＭＨｚ）を用いたが、ＤＣアークやマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）であってもプラズマの流体が発生し、同等に加工できることを例５−３と同じ条件で確認できた。結果を表１に示した。【００７７】
【表１】
2019035438.tif 000003
【００７８】
（実施例６）
固体炭素含有材料として、ＣＶＤ（化学気相堆積）法によりシリコン基板上に作製した５ｍｍ×５ｍｍ×厚さ約０．５ｍｍの多結晶ダイヤモンド基板を準備した。厚さは基板上の５点（中央点と端部点４点：実施例１と同じ定義）の平均のことである。触診式の厚さ計で測定しているので、細かい凹凸の存在する多結晶では局部的には最大値の表示となる。この材料の表面は、成長したままのものであり、裏面はシリコン基板と界面状態のままで、基板はフッ硝酸処理によって除去されたものである。そのサンプルの４辺は端から０．１ｍｍのところを切断した状態で、その断面を測長可能な光学顕微鏡で観察して最大高低差として算出した。この材料を実施例５と同様の方法で加工した。ただし、加工流体種類、加工流体比、および流体噴出直径は表２のように変更した。また、プラズマ照射の滞在時間は、高低差の情報ではなく、触診式の厚さ情報に基づいて、厚さが大きい部分で長く、厚さが小さい部分で短くなるように調節した。上記加工後の高低差２０μｍ以下では、上記材料の表面の最大高低差は実施例５のレーザ変位計で測定した。多結晶ダイヤモンドにおいても、加工体の表面は、単結晶表面と同様にディンプル状の窪み形状が見られる表面となった。結果を表２にまとめた。【００７９】
【表２】
2019035438.tif 000004
【００８０】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８１】
１０  固体炭素含有材料、１０ｄ，２０ｄ  ダイヤモンド、１０ｇ，２０ｇ  グラファイト、２０  固体炭素含有材料加工体、２０ｌｓｐ  最小二乗平面、２０ｐｓ  加工表面、１００  製造装置、１１０  材料保持部、１２０  流体形成部、１３０  流体噴射部、１３１  噴射口、１３２  噴射口保持部、１４０  位置制御部、Ｆ  気相流体、Ｓ１０  固体炭素含有材料を準備する工程、Ｓ２０  気相流体を形成する工程、Ｓ３０  固体炭素含有材料を加工する工程。
【図１】
2019035438.tif 000005
【図２】
2019035438.tif 000006
【図３】
2019035438.tif 000007
【図４】
2019035438.tif 000008
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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