(57)【要約】一実施形態において、微細複製工具（３２）に溝を形成するために用いる工具（１０）が記載されている。工具（１０）は取付構造（１４）とその取付構造（１４）に取り付けられたマルチチップダイヤモンド（１２）とを含む。ダイヤモンドの異なるチップ（１６Ａ、１６Ｂ）が微細複製工具（３２）に形成される異なる溝に相当し得る。このようにしてダイヤモンドを用いた微細複製工具（３２）の作製を単純化および／または改善できる。
2005527394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物に溝を形成するために用いられる工具であって、
取付構造と、
前記取付構造に取り付けられた、複数のチップを備えるマルチチップダイヤモンドとを含み、
前記ダイヤモンドの異なるチップが前記被加工物に形成される異なる溝に相当するとともに、隣接チップ間に被加工物に形成される突起に相当する谷を画定する、工具。
【請求項２】
前記ダイヤモンドの前記複数のチップが、前記被加工物に形成される異なる溝に相当するように集束イオンビームミリングされている、請求項１に記載の工具。
【請求項３】
前記マルチチップダイヤモンドが２つのチップを含む、請求項１に記載の工具。
【請求項４】
前記２つのチップのピッチ間隔がおよそ５００ミクロン未満である、請求項３に記載の工具。
【請求項５】
２つのチップの内面が軸に沿って接して前記谷の底部を形成している、請求項３に記載の工具。
【請求項６】
前記谷が、凸状円弧形状面、凹状円弧形状面、および平坦面の群から選択された底面を画定する、請求項１に記載の工具。
【請求項７】
隣接するチップ間のピッチ間隔がおよそ２００ミクロン未満である、請求項１に記載の工具。
【請求項８】
前記ピッチ間隔がおよそ１００ミクロン未満である、請求項７に記載の工具。
【請求項９】
前記ピッチ間隔がおよそ１０ミクロン未満である、請求項８に記載の工具。
【請求項１０】
前記ピッチ間隔がおよそ１ミクロン未満である、請求項９に記載の工具。
【請求項１１】
前記ピッチ間隔がおよそ０．１ミクロン未満である、請求項１０に記載の工具。
【請求項１２】
チップの幅対高さのアスペクト比がおよそ１対１を超える、請求項１に記載の工具。
【請求項１３】
チップの幅対高さのアスペクト比がおよそ２対１を超える、請求項１２に記載の工具。
【請求項１４】
前記チップがおよそ２００ミクロン未満の幅を画定する、請求項１に記載の工具。
【請求項１５】
前記チップが実質的に垂直な側壁を画定するとともに、隣接するチップにより形成された前記谷の底部が前記側壁に対してほぼ直角を画定する、請求項１に記載の工具。
【請求項１６】
前記チップがアンダーカット側壁を画定するとともに、隣接するチップにより形成された前記谷の底部が前記谷の前記底部に隣接する側壁に対して鋭角を画定する、請求項１に記載の工具。
【請求項１７】
前記チップが側壁を画定するとともに、隣接するチップにより形成された前記谷の底部が前記谷に隣接する側壁に対して鈍角を画定する、請求項１に記載の工具。
【請求項１８】
前記ダイヤモンドが厚さを画定するとともに、前記谷が前記厚さに沿ってある距離延在している、請求項１に記載の工具。
【請求項１９】
微細複製工具に形成される溝に相当するように集束イオンビームミリングされた複数のチップを有し、隣接するチップ間に前記微細複製工具内に作製される突起に相当する谷が画定されているマルチチップダイヤモンド。
【請求項２０】
２つのチップを含む、請求項１９に記載のダイヤモンド。
【請求項２１】
前記２つのチップのピッチ間隔が５００ミクロン未満である、請求項２０に記載のダイヤモンド。
【請求項２２】
２つのチップの内面が軸に沿って接して前記谷の底部を形成している、請求項２０に記載のダイヤモンド。
【請求項２３】
前記谷が、凸状円弧形状面、凹状円弧形状面、および平坦面の群から選択された底面を画定する、請求項１９に記載のダイヤモンド。
【請求項２４】
隣接するチップ間のピッチ間隔がおよそ２００ミクロン未満である、請求項１９に記載のダイヤモンド。
【請求項２５】
前記ピッチ間隔がおよそ１００ミクロン未満である、請求項２４に記載のダイヤモンド。
【請求項２６】
前記ピッチ間隔がおよそ１０ミクロン未満である、請求項２５に記載のダイヤモンド。
【請求項２７】
前記ピッチ間隔がおよそ１ミクロン未満である、請求項２６に記載のダイヤモンド。
【請求項２８】
前記ピッチ間隔がおよそ０．１ミクロン未満である、請求項２７に記載のダイヤモンド。
【請求項２９】
チップの幅対高さのアスペクト比がおよそ１対１を超える、請求項１９に記載のダイヤモンド。
【請求項３０】
チップの幅対高さのアスペクト比がおよそ２対１を超える、請求項２９に記載のダイヤモンド。
【請求項３１】
前記チップがおよそ２００ミクロン未満の平均幅を画定する、請求項１９に記載のダイヤモンド。
【請求項３２】
前記チップが実質的に垂直な側壁を画定するとともに、隣接するチップにより形成された前記谷の底部が前記側壁に対してほぼ直角を画定する、請求項１９に記載のダイヤモンド。
【請求項３３】
前記チップがアンダーカット側壁を画定するとともに、隣接するチップにより形成された前記谷の底部が前記谷の前記底部に隣接する側壁に対して鋭角を画定する、請求項１９に記載のダイヤモンド。
【請求項３４】
前記チップが側壁を画定するとともに、隣接するチップにより形成された前記谷の底部が前記谷の前記底部に隣接する側壁に対して鈍角を画定する、請求項１９に記載のダイヤモンド。
【請求項３５】
前記ダイヤモンドが厚さを画定するとともに、前記谷が前記厚さに沿ってかなりの距離延在している、請求項１９に記載のダイヤモンド。
【請求項３６】
微細複製工具に形成される特徴群を画定するステップと、
前記形成される特徴群に相当する多数のチップを有するようにダイヤモンドを集束イオンビームミリングするステップとを含む方法。
【請求項３７】
ダイヤモンドに対する仕様を受けるステップと、
前記仕様に応じて多数のチップを有するように前記ダイヤモンドを集束イオンビームミリングするステップとを含み、
前記仕様が微細複製工具に形成される特徴群に相当する多数のチップを規定している、方法。
【請求項３８】
微細複製工具に形成される特徴群を画定するステップと、
ダイヤモンドに対する仕様を作成するステップと、
前記仕様に応じて多数のチップを有するように前記ダイヤモンドを集束イオンビームミリングするステップとを含み、
前記仕様が微細複製工具に形成される特徴群に相当する多数のチップを規定している、方法。
【請求項３９】
前記イオンビームミリングされたダイヤモンドを用いて前記微細複製工具を作製するステップをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記微細複製工具を作製するステップが、前記イオンビームミリングされたダイヤモンドの多数回の通過により前記工具に多数の溝を切削するステップを含み、前記溝の数が前記通過回数より大きい、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記仕様に応じて前記多数のチップを形成するのに必要な集束イオンビームミリングの量を低減するために、前記ダイヤモンドを集束イオンビームミリングする前に前記ダイヤモンドを処理するステップをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
被加工物に溝を形成するために用いられるダイヤモンド工作機であって、
取付構造と該取付構造内に取り付けられた、複数のチップを備えるマルチチップダイヤモンドとを含むダイヤモンド工具と、
前記ダイヤモンド工具を収容するとともに、前記被加工物に対する前記ダイヤモンド工具の位置付けを制御するための装置とを含み、
前記ダイヤモンドのチップが前記被加工物に形成される溝に相当するとともに、隣接するチップ間に、前記微細複製工具に形成される突起に相当する谷が画定されている、ダイヤモンド工作機。
【請求項４３】
軸を中心に前記ダイヤモンド工具を回転させるフライカッティング機である、請求項４２に記載のダイヤモンド工作機。
【請求項４４】
微細複製工具に溝を形成するために用いられる工具であって、
取付構造と、
該取付構造内に取り付けられた、複数のチップを備えるマルチチップダイヤモンドとを含み、
前記ダイヤモンドのチップが前記微細複製工具に形成される溝に相当するように集束イオンビームミリングされ、隣接するチップ間に、前記微細複製工具に形成される突起に相当する谷が画定され、前記マルチチップダイヤモンドが厚さを画定し、さらに前記谷が前記厚さに沿ってかなりの距離延在している、工具。
【請求項４５】
グラインディングおよびラッピングの群から選択された１つ以上の技術を用いてダイヤモンド上に少なくとも２つの表面を形成するステップと、
集束イオンビームミリング技術を用いて前記ダイヤモンド上に少なくとも２つのさらなる表面を形成するステップとを含む方法。
【請求項４６】
グラインディングおよびラッピングの群から選択された１つ以上の技術を用いて前記ダイヤモンド上に少なくとも３つの表面を形成するステップをさらに含む、請求項４５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はダイヤモンド加工およびダイヤモンド加工で用いられるダイヤモンド工具の作製に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細複製工具などの多様なワークピースを作製するために、ダイヤモンド加工技術を用いることができる。微細複製工具は一般に、微細複製構造を作製するために押出法または射出成形法に用いられる。微細複製構造は光学フィルム、自己噛合輪郭を有する機械的留め具、または１０００ミクロン未満の寸法など比較的小さな寸法の微細複製特徴群を有する任意の成形または押出し部品を含み得る。
【０００３】
微細複製工具には、キャスティング・ベルト、キャスティング・ローラ、射出成形金型、押出または形押工具等がある。微細複製工具はダイヤモンド加工プロセスで作製することが多く、ダイヤモンド工具を用いて微細複製工具に溝または他の特徴群を切削する。ダイヤモンド工具を用いて微細複製工具を作製する方法は、コストが高く時間がかかる。
【０００４】
微細複製工具を作製するために用いられるダイヤモンド工具の作製技術も多数開発されてきた。例えば、精細な形状のダイヤモンド工具を作製するために、グラインディングまたはラッピング法を用いることが多い。しかし、グラインディングおよびラッピング法により形成できる輪郭及び形状の範囲は限られる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一般に本発明は、微細複製工具または他の被加工物（ワークピース）を作製する際に用いられるマルチチップダイヤモンドを含むダイヤモンド工具を対象とする。ダイヤモンド工具の多数のチップを用いることにより、微細複製工具に多数の溝または他の特徴群を同時に形成することができる。このダイヤモンド工具は、工具シャンクなどの取付構造と、その取付構造に取り付けられた、複数のチップを備えるマルチチップダイヤモンドとを含む。ダイヤモンドの異なるチップが微細複製工具に形成される異なる溝に対応し得る。
【発明の効果】
【０００６】
同一ダイヤモンド上に多数のチップを形成することにより、微細複製工具の作製を改善または単純化し得る。特にダイヤモンドが多数のチップを有するため、微細複製工具に溝を切削するために必要なダイヤモンドの切削通過回数が少なくなり、工作コストを削減できる。例えばダイヤモンドが２つのチップを含む場合には、微細複製工具に溝を切削するのに必要な通過回数を２分の１削減できる。加えて同一ダイヤモンドが微細複製工具に切削される多数の溝を画定する場合には、１つのチップが付いたダイヤモンドの多数回の通過により切削された溝を有する微細複製工具と比べて、微細複製工具の個別の切削溝間のばらつきを低減できる。このようにして微細複製工具の品質を向上させることができる。微細複製工具の品質の向上、ならびに作製に関連する時間およびコストの削減は、ひいては微細複製構造の最終的作製に関連するコストを効果的に削減し得る。
【０００７】
これらのおよび他の実施形態の更なる詳細は添付の図面および以下の説明に記載されている。他の特徴、目的および利点は明細書および図面により、ならびに請求の範囲により明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、微細複製工具または他の加工品を作製する際に使用するマルチチップダイヤモンドを含むダイヤモンド工具を対象とする。特に微細複製工具の作製時に、このダイヤモンド工具を用いて複数の溝を同時に切削することができる。このため微細複製工具の作製に関連する切削時間を削減することができる。このようにして微細複製構造の最終的な作製に関連する生産サイクルを単純化することができる。
【０００９】
ダイヤモンド工具は、工具シャンクなどの取付構造と、その取付構造に取り付けられた、複数のチップを備えるマルチチップダイヤモンドとを含み、ダイヤモンドの異なるチップが微細複製工具に形成される異なる溝に対応し得る。チップは、集束イオンビームミリングプロセスを用いて形成することができる。マルチチップダイヤモンドに形成されるチップの数は、異なる実施形態に対して変わり得る。例えばある場合にはダイヤモンド上に２つのチップを形成し、他の場合にはダイヤモンド上により多くの数のチップを形成する。チップの様々な形状および大きさも記載されているが、それらは多様な微細複製工具の作製に有用であり得る。集束イオンビームミリングプロセスを用いて、ダイヤモンドチップの所望の形状を作製または完成させることができる。
【００１０】
加えて、マルチチップダイヤモンドの作製を単純化するためのプロセスも記載されている。上記したように、集束イオンビームミリングプロセスを用いて多数のチップを形成し得る。しかし集束イオンビームミリングに関連するコストは一般に高いため、グラインディング、ラッピング、またはワイヤソーイング技術などの低コストの技術を用いてダイヤモンドを初期処理することが望ましい場合がある。その後集束イオンビームミリングプロセスを用いてチップの形状を完成させるとともに、隣接するチップ間に形成された谷の形状を完成させることができる。チップの所望の形状を作製するのに必要な集束イオンビームミリング量を低減することにより、コストが削減できる。
【００１１】
一般に、同一ダイヤモンド上に多数のチップを形成することで、微細複製工具上に溝を形成するために必要なダイヤモンドの切削通過回数を減少させることにより微細複製工具の作製を改善且つ単純化することができる。さらに、同一ダイヤモンドを使用して微細複製工具に切削された多数の溝を画定することにより、微細複製工具に個別に切削される溝間のばらつきを減少させることが可能であり、これにより微細複製工具の品質を向上することができる。これらの要因のすべてにより、微細複製構造の最終作製に関連するコストを効果的に削減することができる。
【００１２】
図１は、取付構造１４に取り付けられた、２つのチップを備えたイオンビームミリングされたダイヤモンド１２を含む工具１０の平面図である。取付構造１４は工具シャンクもしくはダイヤモンド１２を保持するための他の金属製構造または複合物を備えている。ダイヤモンド１２はろう付け、はんだ付け、接着剤、または１つ以上のボルトまたはねじなどの任意の他の固定機構により取付構造１４内に固定することができる。取付構造１４は、工具１０を微細複製工具に溝または他の特徴群を切削するために用いるダイヤモンド工作機の装置に挿入可能な形状を有し得る。一例としてダイヤモンド工作機は、ダイヤモンドが移動するワークピースを通過してそのワークピースに溝を切削するプランジ研削用に構成されたダイヤモンド旋盤でもよい。代替的にはダイヤモンド工作機は、ダイヤモンドがワークピースに近接した軸を中心に回転してそのワークピース内に溝または他の特徴群を切削するフライカッティング用に構成されたダイヤモンド旋盤でもよい。
【００１３】
ダイヤモンド１２は多数のチップ１６を画定する。各チップ１６は、作製される微細複製工具の溝などのワークピースの個別の特徴群の形成に対応する別個の切削機構を画定する。図１に図示された実施形態においてダイヤモンド１２は２つのチップ１６Ａおよび１６Ｂを含むが、様々な実施形態用に対して任意の数のチップを形成し得る。チップ１６Ａおよび１６Ｂは互いに隣接しているとともに、チップの間に谷１７を形成している。集束イオンビームミリングプロセスを用いてチップ１６Ａおよび１６Ｂを形成することができるとともに、効果的ダイヤモンド加工のために必要な特性を画定する谷１７も形成し得る。例えば集束イオンビームミリングを用いてチップ１６Ａおよび１６Ｂの内面１８Ａおよび１８Ｂを共通軸１９に沿って接するようにして谷１７の底を形成することができる。また集束イオンビームミリングを用いて、凹状または凸状円弧楕円、放物線、数学的画定表面パターン、もしくはランダムまたは擬似ランダムパターンなどの特徴群を谷１７内に形成することができる。
【００１４】
谷１７が微細複製工具に形成される突起を画定できるため、谷１７を高精細に作製することは非常に重要であり得る。例えば谷１７は外部基準点に対して画定された半径を有する凹状または凸状円弧を画定し、または隣接表面１８Ａおよび１８Ｂの間の角度を画定し得る。谷１７の多様な他の形状も形成可能である。いずれの場合も微細複製工具内に作製された溝および突起は、微細複製工具が微細複製構造を形成する際に有効であるように精密な仕様と一致する必要がある。さらに多数のチップ１７を単一ダイヤモンド上に形成するため、単一工具内で別個のダイヤモンドを使用することに関連する位置合わせ問題が回避できる。
【００１５】
図２Ａおよび２Ｂは、本発明の一実施形態に係る、２つのチップを備えたイオンビームミリングされたダイヤモンド１２の斜視図である。図示のようにダイヤモンド１２は厚さＸを画定し得る。谷１７の底は厚さＸに沿って実質距離Ｙ延在し得る。ＹはＸ以下であり得る。図示のようにダイヤモンド１２の上面は距離Ｙに沿って先細りになっているか、代替的には一定の高さを画定し得る。一例として厚さＸはおよそ０．５ミリメートルと２ミリメートルの間であり、距離Ｙはおよそ０．００１ミリメートルと０．５ミリメートルの間であり得るが、本発明は必ずしもこれらに限定されない。
【００１６】
図３は、微細複製工具３２の作製時に２つの溝を同時に切削するのに用いられる、２つのチップを備えた２チップダイヤモンド工具１０の概念斜視図である。図３の例では微細複製工具３２はキャスティングロールを含んでいるが、キャスティング・ベルト、射出成形用金型、押出または型押工具、もしくは他のワークピースなどにおける他の微細複製工具もダイヤモンド工具１０を用いて作製することができる。ダイヤモンド工具１０はダイヤモンド工作機３４に固定可能であり、ダイヤモンド工作機３４は微細複製工具３２に対してダイヤモンド工具１０を位置付けして、ダイヤモンド工具１０を例えば微細複製工具３２に対して横方向（矢印で示すように）に移動させる。同時に微細複製工具３２は軸を中心に回転可能である。ダイヤモンド工作機３４は、プランジャまたはねじ切り技術によりダイヤモンド工具１０を回転微細複製工具３２内に通過させて微細複製工具３２内に溝を切削するように構成し得る。代替的にはダイヤモンド工作機３４は、ダイヤモンド工具１０が微細複製工具３２に近接した軸を中心に回転して微細複製工具３２に溝または他の特徴群を切削するフライカッティング用に構成し得る。またダイヤモンド工作機３４はスクライビングまたは刻線用に構成可能であり、その場合ダイヤモンド工具１０はワークピース全体に非常にゆっくりと移動させられる。いずれの場合も溝を切削可能であるとともに、ワークピース上に突起を形成可能である。形成された溝および突起は、例えば押出しプロセス時に微細複製工具３２を用いて形成した微細複製構造の最終形状を画定し得る。代替的には、形成された溝および突起は、微細複製工具以外のワークピース内の材料の移動により特徴群を形成し得る。
【００１７】
ダイヤモンド工具１０は多数のチップを有するダイヤモンドを実施するため、微細複製工具上に溝を切削するために必要なダイヤモンド工具の通過は少なくて済む。これにより生産コストが削減できると共に微細複製工具の作製に関連する生産サイクルを高速化することができる。ワークピースの製作には、場合によっては数日とまではいかなくても時間がかかることがある。同時使用のために２つ以上のチップをダイヤモンド工具１０に組込むことにより生産サイクルをその時間の何分の一かに削減することができる。例えばダイヤモンドが２つのチップ１６（図３に図示されているような）を含む場合には、微細複製工具３２に溝を切削するのに必要な通過回数を、１つのチップを備えた１チップダイヤモンドを含むダイヤモンド工具と比べて２分の１削減できる。追加のチップ１６は同様にさらなる利点を追加し得る。また同じダイヤモンドが微細複製工具３２内に切削される多数の溝を画定するため、微細複製工具３２内の個別切削溝間のばらつきを減少でき、微細複製工具３２の品質を向上できる。品質を向上させることおよび微細複製工具３２の作製に関連するコストを削減することが、ひいては微細複製構造の最終作製に関連するコストを効果的に削減し得る。
【００１８】
対照的に、１チップダイヤモンドを用いて微細複製工具上に溝を形成する場合、隣接溝間に深さのばらつきが生じ得る。深さの差は「クリーンアップ」と呼ばれることがあるが、これは溝の深さと微細複製工具上に形成された突起の高さとを調整するために微細複製工具への更なる変更が必要となる場合があるためである。このクリーンアップはマルチチップダイヤモンドを用いると低減または回避できる。この場合微細複製工具に形成された隣接溝の深さはマルチチップダイヤモンドの隣接するチップにより画定し得る。このため隣接するチップの高さを実質的に同一に画定すれば、微細複製工具に形成される隣接する溝の深さも同一になり得る。クリーンアップを防止または回避することで微細複製構造の形成に関連する時間及びコストも削減できる。
【００１９】
図４〜図７は、本発明の様々な実施形態に係る、２つのチップを備えたイオンビームミリングされたダイヤモンドの平面図である。図４〜図７の例により理解できるように、チップを多様な形状および大きさのいずれかを有するように形成し得る。例えば図４に示すように、チップ１６Ｃおよび１６Ｄは実質的矩形形状を画定し得る。この場合、谷１７Ｃの底部はチップ１６Ｃおよび１６Ｄの上面と平行な平坦面になり得る。代替的には、谷１７Ｃは凹状または凸状円弧などの非平坦面を画定し得る。
【００２０】
図５に示すように、チップ１６Ｅおよび１６Ｆは平坦な上部を備えた先細形状を画定し得る。この場合、チップ１６Ｅおよび１６Ｆにより画定される側壁は、チップ１６Ｅおよび１６Ｆが平坦上部を備えたピラミッド様形状を画定するように先細になり得る。谷１７Ｅの底部もチップ１６Ｅおよび１６Ｆの上面と平行な平坦面になり得る。代替的には、谷１７Ｅの底部またはチップ１６Ｅおよび１６Ｆの上部は非平坦になり得る。
【００２１】
図６に示すように、チップ１６Ｇおよび１６Ｈはアンダーカット側壁を画定する。換言すれば、隣接するチップ１６Ｇおよび１６Ｈにより形成された谷１７Ｇの底部は、谷１７Ｇの底部に隣接する側面に対して鋭角を画定する。チップ１６のこれらまたは他の構成は様々な用途に対して望ましい。
【００２２】
チップ１６は多様な大きさも取り得る。チップの大きさは図７に図示するように、高さ（Ｈ）、幅（Ｗ）、およびピッチ（Ｐ）を含む１つ以上の変数により画定し得る。高さ（Ｈ）は谷の底部からチップの上部までの最大距離を指す。幅（Ｗ）は平均幅として、または図７に符号表示するようにチップの最大幅として画定し得る。ピッチ（Ｐ）は隣接チップ間の距離を指す。チップの大きさを画定するのに用いることができる他の数量はアスペクト比という。アスペクト比は幅（Ｗ）対高さ（Ｈ）の比である。集束イオンビームミリングプロセスにより作製した実験的なダイヤモンド工具は様々な高さ、幅、ピッチおよびアスペクト比の達成を立証した。
【００２３】
例えば高さ（Ｈ）および／または幅（Ｗ）は、およそ５００ミクロン未満、およそ２００ミクロン未満、およそ１００ミクロン未満、およそ５０ミクロン未満、およそ１０ミクロン未満、およそ１．０ミクロン未満、またはおよそ０．１ミクロン未満に形成可能である。加えてピッチは、およそ５００ミクロン未満、およそ２００ミクロン未満、およそ１００ミクロン未満、およそ５０ミクロン未満、およそ１０ミクロン未満、およそ１．０ミクロン未満、またはおよそ０．１ミクロン未満に画定可能である。アスペクト比はおよそ１：５超、およそ１：２超、およそ１：１超、およそ２：１超、またはおよそ５：１超に設定可能である。集束イオンビームミリングを用いてより大きなまたは小さなアスペクト比も達成し得る。これらの異なる形状および大きさは様々な用途にとって有利である。
【００２４】
集束イオンビームミリングは、ガリウムイオンなどのイオンがダイヤモンドに向けて加速されてダイヤモンドの原子を粉砕除去する（アブレーションという場合もある）プロセスを指す。ガリウムイオンの加速により、ダイヤモンドから原子を原子ごとに除去し得る。水蒸気を用いる蒸気強化技術を用いても、集束イオンビームミリングプロセスを向上し得る。１つの好適な集束イオンビームミリング機は、オレゴン州、ポートランド（Ｐｏｒｔｌａｎｄ，Ｏｒｅｇｏｎ）のＦＥＩインコーポレイテッドから入手可能なミクリオン（Ｍｉｃｒｉｏｎ）モデル９５００である。本発明の原理によれば、集束イオンビームミリングプロセスを用いてマルチチップダイヤモンドを作製できることが実験的に分かっている。一般に、微細複製工具内に作製される特徴群を画定できる。そして集束イオンビームミリングを行うことにより形成される特徴群に相当する多数のチップを有するダイヤモンドを作製することができる。
【００２５】
多数のチップを有するイオンビームミリングされたダイヤモンドを作製するために、微細複製工具に形成される特徴群が画定可能であるとともに、ダイヤモンドに対する仕様が作成可能である。仕様は、微細複製工具に形成される特徴群に相当する多数のチップを規定するものである。そして仕様を用いて集束イオンビームミリングを行うことにより仕様に応じたダイヤモンドを作製することができる。１つ以上のイオンビームミリングされたダイヤモンドを作製するのに利用し得る集束イオンビームミリングサービスの１つの代表的な供給会社は、ノースカロライナ州、ローリーのマテリアルズ・アナリティカル・サービス（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ（Ｒａｌｅｉｇｈ，Ｎｏｒｔｈ  Ｃａｒｏｌｉｎａ））である。
【００２６】
集束イオンビームミリングは一般に非常に高価である。そのためマルチチップダイヤモンドの作製に関連するコストを削減するために、イオンビームミリングされるダイヤモンドを集束イオンビームミリングにかける前に初期処理することが望ましい。例えばラッピング、グラインディング、またはワイヤソーイング技術などの安価な技術を用いてダイヤモンドの大部分を粉砕除去し得る。集束イオンビームミリングプロセスは、上記に列記した寸法または特徴のうちの１つ以上を達成するために必要となり得る。さらにダイヤモンドを集束イオンビームミリングの前に初期処理することにより、最終イオンビームミリングされたダイヤモンドを作製するのに必要な集束イオンビームミリング時間量を削減することができる。ラッピングは遊離砥粒を用いてダイヤモンドから材料を除去するプロセスを指し、一方グラインディングは媒体または基体に固定された研磨剤を用いてダイヤモンドから材料を除去するプロセスを指す。
【００２７】
図８はワークピース８２内に溝を切削している２チップダイヤモンド８０を図示する断面平面図である。図９は、図８に図示された切削から得られた溝９１Ａおよび９１Ｂならびに突起９２を図示するワークピース８２の他の断面平面図である。図８および図９により理解できるように、突起９２は、ダイヤモンド８０の隣接するチップ間に形成された谷により画定される。この理由で、突起９２はワークピース８２の外面から距離（Ｄ）離れることができる。つまり距離Ｄに相当する材料量をワークピースから除去して突起９２の上部を画定する。これが１チップダイヤモンドを用いて作製した突起に比べて、ワークピース８２上に形成された突起間のより高い均一性につながる。加えて突起９２のクリーンアップを減少または回避し得る。
【００２８】
溝９１Ａおよび９１Ｂも互いに対して実質的に同じ深さを有する。対照的に、１チップダイヤモンドを用いてダイヤモンド工具に溝を形成すると、隣接溝間の深さのばらつきが生じる恐れがある。マルチチップダイヤモンドを用いて同時に溝を切削することにより、隣接する溝間の深さのばらつきに関連するクリーンアップも減少または回避し得る。
【００２９】
図１０および図１１は、ワークピース８２内に連続的に溝を切削している２チップダイヤモンド８０（図１０）、および切削の結果得られた溝および突起（図１１）を図示するさらなる断面平面図である。つまり図１０に図示された切削は図８に図示された切削後のものであり得る。図１１に示すように、突起１０２に関連するクリーンアップは、距離Ｄの範囲が必要である。しかし他の突起９２および１０４上のクリーンアップは減少または回避し得る。また突起９２および１０４はワークピース８２により同様に画定されるため、突起１０２に必要なクリーンアップ量は距離Ｄによってより容易に定量化できるが、距離Ｄはダイヤモンド８０による各切削時に突起９２および１０４の上部から除去された同一材料量に相当する。簡単に言うと、マルチチップダイヤモンドを用いることにより、ワークピース８２により精細な特徴群を形成できるとともにクリーンアップの必要量を低減し得る。
【００３０】
図１２は、図１０に図示された切削技術の変更例を図示する。図１２は図８に図示したものに続いて切削を行う２チップダイヤモンド８０を図示する断面平面図である。しかし図１２では、後の切削は前の切削と重複する。換言すれば、ダイヤモンド８０の左端のチップは溝９２（図９）に従い、ダイヤモンド８０の右端のチップが他の溝を切削する。このような切削技術はワークピース内の作製特徴群間により精細な類似性をもたらし、クリーンアップを減少または回避し得る。場合によってはダイヤモンド上により多数のチップを形成し得るが、後続切削通過時に１つのチップのみが重複し得る。重複チップを用いてワークピースに対してダイヤモンドを正確に位置付けし得るため、ワークピースに切削される特徴群は高さおよび深さの点でかなりの類似性を有する。
【００３１】
図１３は、２チップダイヤモンドの作製を単純化するために用い得る一技術を図示する。ダイヤモンド１３０は、刃稜１３１Ａおよび１３１Ｂをラッピングすることにより初期処理可能である。またワイヤソーを用いても初期谷１３２を形成できる。これらの単純な処理ステップは集束イオンビームミリングされたダイヤモンドを作製するのに必要な集束イオンビームミリング時間量を大幅に削減できる。一旦処理すれば、ダイヤモンド１３０を集束イオンビームミリングプロセスに送ることができる（図１３の矢印により概念的に示されているように）。集束イオンビームミリングプロセスを用いてダイヤモンド１３０に対してガリウムイオンを加速することにより、ダイヤモンド原子を粉砕除去し、最終的にマルチチップイオンビームミリングされたダイヤモンド１０を画定することができる。
【００３２】
上記に概説したようにマルチチップダイヤモンドは任意の数のチップを含み、これらのチップは多様な形状および大きさを呈し得る。図１４は、マルチチップダイヤモンドを図示する平面図である。図１４の例ではマルチチップダイヤモンド１４０は９個の別個のチップを画定している。図１４に図示したようなダイヤモンドのチップはおよそ０．１ミクロンの幅（Ｗ）、およそ０．２ミクロンのピッチ（Ｐ）、およそ０．２ミクロンの高さ（Ｈ）およびおよそ２：１のアスペクト比（Ｈ：Ｗ）を画定し得る。図２の図示と同様に、ダイヤモンド１４０は厚さ方向にある距離延在するとともに、ダイヤモンドの谷も厚さ方向にある距離延在し得る。
【００３３】
図１５は、図１４に図示したようなマルチチップダイヤモンドの作製を単純化するために用い得る技術を図示する。この場合ダイヤモンド１５０は、側部１５１Ａおよび１５１Ｂをラッピングまたはグラインディングによって初期処理可能であり、それにより１つの比較的幅広い突起１５２が画定される。一旦処理すれば、ダイヤモンド１５０を集束イオンビームミリングプロセスに送ることができる（図１５の矢印により概念的に示されているように）。そして集束イオンビームミリングプロセスを適用してダイヤモンド１５０に対してガリウムイオンを加速することによりダイヤモンド原子を粉砕除去し、最終的に仕様に応じたマルチチップイオンビームミリングされたダイヤモンド１４０を画定することができる。
【００３４】
図１６は、図２Ｂと同様な２つのチップを備えるイオンビームミリングされたダイヤモンドの斜視図である。図１６に示すように、ダイヤモンド１２は５つの特定表面（Ｓ１〜Ｓ５）を画定し得る。表面Ｓ１、Ｓ２およびＳ３はグラインディングまたはラッピング技術により形成可能であり、表面Ｓ４およびＳ５は集束イオンビームミリング技術により形成可能である。
【００３５】
図１７〜図２４は、本発明の様々な実施形態による様々なマルチチップイオンビームミリングされたダイヤモンドを図示する追加断面平面図である。図１７に示すように、ダイヤモンドは異なる形状および大きさのチップを含み得る。例えばチップ１７１を用いてワークピースに１つのタイプの特徴群を形成し、チップ１７２を用いてワークピースに他のタイプの特徴群を形成することができる。一例として、チップ１７１の高さは、チップ１７２の高さのおよそ５倍超、およそ１０倍超、またはおよそ２０倍超に大きくすることができる。
【００３６】
図１８に示すように、ダイヤモンドは比較的小さいチップ１８２により離間した多数の比較的大きいチップ１８１Ａおよび１８１Ｂを含み得る。この例では、チップ１８２は周期的正弦状関数を画定する。同様に図１９に示すように、チップ１９１は周期的正弦状関数を画定し得る。任意の他の数学的関数、ランダムまたは擬似ランダム表面も形成し得る。図２０は、２つのチップを備えるダイヤモンドの若干の変形を示し、チップ２０１の外面２０３が内面２０２の角度とは異なる角度を画定している。
【００３７】
図２１は、チップ２１１がチップ２１２の側部上に形成されたダイヤモンドを図示する。図２２は、チップ２２１および２２２が可変の異なる高さを画定するダイヤモンドを図示する。可変の谷、可変の内壁角度、および／または隣接チップ間の可変のピッチ間隔も画定し得る。
【００３８】
図２３は、チップが凸半径（Ｒ）を有する谷を画定するダイヤモンドを図示する。図２４は、多数の周期的正弦状チップがダイヤモンドの円弧形状表面に沿っているダイヤモンドを図示する。本発明のこれらおよび多数の他の変形例は請求の範囲内にある。
【００３９】
多数の実施形態を説明してきた。例えばマルチチップイオンビームミリングされたダイヤモンドをダイヤモンド工作機で用いるための説明をした。それにもかかわらず以下の請求項の範囲から逸脱することなく様々な変更を上述の実施形態に対して行うことが可能である。例えばマルチチップダイヤモンドを用いて他のタイプのワークピース、例えば微細複製工具以外のワークピースに溝または他の特徴群を切削し得る。したがって他の実施および実施形態は、特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】取付構造に取り付けられた、２つのチップを備えたイオンビームミリングされたダイヤモンドの平面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に係る、２つのチップを備えたイオンビームミリングされたダイヤモンドの斜視図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に係る、２つのチップを備えたイオンビームミリングされたダイヤモンドの斜視図である。
【図３】微細複製工具の作製時に２つの溝を同時に切削する、２つのチップを備えたダイヤモンド工具の概念斜視図である。
【図４】本発明の様々な実施形態に係る、２つのチップを備えたイオンビームミリングされたダイヤモンドの平面図である。
【図５】本発明の様々な実施形態に係る、２つのチップを備えたイオンビームミリングされたダイヤモンドの平面図である。
【図６】本発明の様々な実施形態に係る、２つのチップを備えたイオンビームミリングされたダイヤモンドの平面図である。
【図７】本発明の様々な実施形態に係る、２つのチップを備えたイオンビームミリングされたダイヤモンドの平面図である。
【図８】ワークピース内に溝を切削している、２つのチップを備えたダイヤモンド、得られた溝、およびワークピース内に形成可能な突起を図示する様々な断面平面図である。
【図９】ワークピース内に溝を切削している、２つのチップを備えたダイヤモンド、得られた溝、およびワークピース内に形成可能な突起を図示する様々な断面平面図である。
【図１０】ワークピース内に溝を切削している、２つのチップを備えたダイヤモンド、得られた溝、およびワークピース内に形成可能な突起を図示する様々な断面平面図である。
【図１１】ワークピース内に溝を切削している、２つのチップを備えたダイヤモンド、得られた溝、およびワークピース内に形成可能な突起を図示する様々な断面平面図である。
【図１２】ワークピース内に溝を切削している、２つのチップを備えたダイヤモンド、得られた溝、およびワークピース内に形成可能な突起を図示する様々な断面平面図である。
【図１３】２つのチップを備えるダイヤモンドの作製を単純化するために用い得る技術を図示する。
【図１４】他の実施形態に係る、マルチチップイオンビームミリングされたダイヤモンドの平面図である。
【図１５】図１４に図示したようなマルチチップダイヤモンドの作製を単純化するために用い得る技術を図示する。
【図１６】図２Ｂと同様な２つのチップを備えたイオンビームミリングされたダイヤモンドの斜視図である。
【図１７】本発明の様々な実施形態に係る、様々なマルチチップイオンビームミリングされたダイヤモンドを図示する追加断面平面図である。
【図１８】本発明の様々な実施形態に係る、様々なマルチチップイオンビームミリングされたダイヤモンドを図示する追加断面平面図である。
【図１９】本発明の様々な実施形態に係る、様々なマルチチップイオンビームミリングされたダイヤモンドを図示する追加断面平面図である。
【図２０】本発明の様々な実施形態に係る、様々なマルチチップイオンビームミリングされたダイヤモンドを図示する追加断面平面図である。
【図２１】本発明の様々な実施形態に係る、様々なマルチチップイオンビームミリングされたダイヤモンドを図示する追加断面平面図である。
【図２２】本発明の様々な実施形態に係る、様々なマルチチップイオンビームミリングされたダイヤモンドを図示する追加断面平面図である。
【図２３】本発明の様々な実施形態に係る、様々なマルチチップイオンビームミリングされたダイヤモンドを図示する追加断面平面図である。
【図２４】本発明の様々な実施形態に係る、様々なマルチチップイオンビームミリングされたダイヤモンドを図示する追加断面平面図である。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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