JP2000246512A

JP2000246512A - ダイヤモンド類被覆切削工具

Info

Publication number: JP2000246512A
Application number: JP11318582A
Authority: JP
Inventors: Takashi Okamura; 隆志岡村; Satoshi Iio; 聡飯尾
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1999-11-09
Publication date: 2000-09-12
Also published as: US7179022B2; EP1016479A2; US6705806B2; US20040115434A1; US7059811B2; US20020098360A1; EP1016479A3; US20030039520A1

Abstract

(57)【要約】【課題】特別な条件を設定せずに、短時間の研磨で刃先
をシャープにでき、仕上げ加工用工具として好適なダイ
ヤモンド類被覆切削工具の提供。【解決手段】すくい面および／または逃げ面上の刃先エ
ッジ近傍に高さ15μｍ〜500μｍの段を備えた基材上
に、ダイヤモンド類が膜状に被覆されたダイヤモンド類
被覆切削工具である。すくい面および／または逃げ面の
中央部に形成されたダイヤモンド類膜を先に研磨するこ
となく、刃先エッジ近傍のダイヤモンド類膜のみを先に
研磨することが可能となり、必要最小限の研磨（研磨代
が減少）で最大限の効果（刃先のシャープ化、切り粉の
溶着防止）が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はダイヤモンド類被覆
切削工具に関し、特に、ダイヤモンド類が膜状に被覆さ
れたバイト、フライス、カッター、エンドミル及びドリ
ルなどに用いられるスローアウェイ切削工具に関する。

【０００２】

【従来の技術】超硬製基材などにダイヤモンドを膜状に
被覆した場合、ダイヤモンド膜により刃先エッジが丸く
なる。この丸みはダイヤモンド膜が厚いほど大きくな
り、工具としての切れ味が低下する。また、被覆したま
まのダイヤモンド膜表面はダイヤモンド結晶粒子による
凹凸が存在するため、切り粉の逃げが悪く大きな切削抵
抗が生じたり、溶着が発生しやすいため、工具寿命が短
くなる。

【０００３】従来、これらの問題点を解決するために、
ダイヤモンド被覆後にダイヤモンド膜表面を研磨するこ
とによって刃先エッジをシャープにしたり、膜表面を平
滑化したりすることによって溶着を防止している。

【０００４】工具刃先のシャープ化に関して、例えば、
特開平3-67602号公報にはダイヤモンド被覆後にすくい
面、逃げ面とも研磨して刃先エッジ（切れ刃）をシャー
プにすること、特開平4一201102号公報にはダイヤモン
ド被覆後にすくい面を研磨して平滑にし、逃げ面のダイ
ヤ膜を研磨除去することにより刃先エッジ（切れ刃）を
シャープにすること、がそれぞれ提案されている。

【０００５】ところで、天然あるいは人工単結晶ダイヤ
モンドを研磨するために用いられる公知の手法として
は、ダイヤモンド砥粒やダイヤモンド粒子を埋め込んだ
ダイヤモンドホイールなどとの共摺りや、鋳鉄鉄板を用
いるスカイフ研磨がある。しかし、これらの方法におい
て、研磨効率を上げるために、共摺り圧力を上げたり、
高速回転したダイヤモンドホイールに接触させたりする
と、被覆したダイヤモンド膜が剥離するという問題が生
じる。

【０００６】そこで、特開昭62-41800号公報、特開昭63
-144940号公報、特開昭63一57160号公報には、研磨効率
を上げることを目的として、基材のダイヤモンド面を加
熱した金属板に非酸化雰囲気下で接触させ、化学反応に
よって膜表面のダイヤモンドを黒鉛化、除去する方法が
提案されている。

【０００７】その他の平滑化方法として、特開平4-3318
00号公報にはイオンビームによりダイヤモンド膜表面を
スパッタリングする方法が提案されている。また、レー
ザーによってダイヤモンド膜を加工する方法も報告され
ている(吉川他、ＹＡＧレーザー照射による気相合成ダ
イヤモンド薄膜の加工：精密工学会誌55，12(1990)225
6.)。

【０００８】また、特開平3-190605号公報には、切削工
具基材上に被覆されたダイヤモンド膜のうち、刃先エッ
ジ及びエッジから逃げ面の一部上に形成されたダイヤモ
ンド膜を、研磨砥粒を付着させたブラシを用いて研磨す
る方法が提案されている。

【０００９】また、工具刃先のすくい面の段部の形状な
いし構造に関して、特開平7-60509号公報には、四角形
の基材の各隅部に三角形状の段部（凸部）を設け、そこ
にダイヤモンド膜等の超硬質膜を施し、この隅部上の超
硬質膜のみを研磨加工により、膜生成時の表面粗さより
平滑に仕上げたものが示されている（図７及び１０参
照）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術の問題
点を説明する。

【００１１】しかし、上記特開平3-67602号公報や特開
平4一201102公報に提案された技術によれば、すくい面
を全面研磨するため研磨に時間がかかるという問題点が
ある。また、逃げ面を研磨除去した場合、エッジ部分は
ダイヤ膜と基材界面が露出した状態になるため、アルミ
合金などの重切削に耐えられず、膜の剥離が起こりやす
いという問題点がある。

【００１２】また、上記特開昭62-41800号公報などに記
載されたダイヤモンドを黒鉛化して除去する方法は、高
温加熱が必要であり、非酸化雰囲気下での処理になるた
めバッチ式になること、雰囲気ガスとして水素を用いる
場合には安全性を確保するための特殊設備が必要とな
り、工業生産には不向きである、という問題点がある。

【００１３】また、イオンビームやレーザーによるダイ
ヤモンド膜表面のスパッタリングや加工は、いずれも装
置が複雑である上に量産性などが低く工業生産には不向
きである、という問題点がある。

【００１４】また、特開平3-190605号公報に提案された
ダイヤモンド膜の刃先のエッジ等を研磨砥粒を付着させ
たブラシを用いて研磨する方法によれば、エッジ付近の
ダイヤ結晶の自形面による凸凹の多くは研磨により除去
されるため、溶着の低減やダイヤ結晶の自形凹凸の転写
による被削材表面の荒れは防げる。しかし、ブラシを用
いた研磨であるため、研磨ダレなどにより刃先エッジ部
分の丸みを十分に除去することはできず、仕上げ加工に
使用可能なシャープなエッジが得られない、という問題
点がある。また、エッジ部分近傍のみの研磨は、このブ
ラシ研磨以外の公知の簡便な手法で実施するのは技術的
に困難である、という問題点がある。例えば、ダイヤモ
ンドホイールを精度良く部分的に摺り合わせるのは困難
であるし、被覆膜の剥離が起こりやすい。

【００１５】また、一般に、ダイヤモンド膜は基材（特
に超硬合金基材）との密着性が劣るため、密着性の向上
のための検討がなされている。本発明者らも、熱処理
（特開平7-90321号公報）や電解エッチング（特開平10-
310494号公報）によって基材表面処理を施し、重切削に
耐えうる密着性を有したダイヤモンド類被覆切削工具を
提案している。

【００１６】しかし、これらの基材表面処理により基材
が変形し、この変形が被覆したダイヤモンド膜の研磨を
する場合に支障となる場合がある。すなわち、熱処理の
場合、熱処理により基材のすくい面中央部が刃先より５
〜３０μｍ高くなるような上に凸のそりが生じる場合が
ある。また、電解エッチングの場合、尖った刃先エッジ
部分の電流密度が高くなることによってこの刃先エッジ
部分の電解エッチング速度が他の部分より速くなるた
め、この刃先エッジ部分の基材除去量が多くなる。これ
によって、すくい面中央部より刃先エッジ部分が５〜１
５μｍ低くなった形状になることがある。

【００１７】いずれの処理においても、基材すくい面中
央部が刃先エッジ部分より高くなるため、ダイヤモンド
膜被覆後に刃先エッジをシャープにするための研磨を行
うと、初めに凸になったすくい面中央部が研磨ホイール
に接触し、肝心の刃先エッジはなかなか研磨されないと
いう問題点がある。

【００１８】また、上記特開昭62-41800号公報に提案さ
れているように、研磨速度を高くするため加熱した金属
を用いてダイヤモンド膜の研磨を行っても、刃先エッジ
まで十分に研磨するには長時間の加工が必要である。ま
た、基材にそりがある場合、本来の研磨代に加え、そり
分の研磨のために必要性のない中央部の研磨に作業時間
の大半を取られて非常に効率が低い上に、そりの大きさ
とダイヤモンド被覆膜の厚さによってはダイヤ膜が除去
され過ぎて基材が露出することもある。

【００１９】また、特開平7-60509号公報に示されたよ
うな四角形のすくい面の各隅部に三角形状の段部（凸
部）を設けた構造の切削工具でも（図１０参照）すくい
面に凸の反りを生じる場合、すくい面の段部の高さやす
くい面全体における対角線方向の長さ、または、すくい
面の対角線方向での段部の幅１０５等を考慮しないと研
磨量が増し、研磨効率の悪化を生じることがあった。

【００２０】本発明の目的は、特別な条件を設定せず
に、短時間の研磨で刃先をシャープにすることが可能で
あり、特に仕上げ加工用の工具として好適に用いること
が可能なダイヤモンド類被覆切削工具を提供することで
ある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明による基材は、す
くい面および／または逃げ面上の刃先エッジに沿って所
定幅で高く形成した部分を有する。このような形状を有
する基材上にダイヤモンド類を膜状に被覆すると、切削
作用部である刃先エッジ近傍のダイヤモンド類膜の高さ
が他の部分に比べて高くなる。この結果、刃先エッジ近
傍を研磨して刃先のシャープ化ないし刃先作用面の平滑
化を図る場合、比較的大きな面積の研磨面を有する工具
を用いて、すくい面および／または逃げ面の中央部に形
成されたダイヤモンド類膜を先に研磨することなく、刃
先エッジ近傍のダイヤモンド類膜を優先的に研磨するこ
とが可能となり、必要最小限の研磨（研磨代が減少）で
最大限の効果（刃先のシャープ化、切り粉の溶着防止）
が得られる。したがって、工業生産にも適したスカイフ
研磨（研磨面が大きい）等により、短時間で且つ研磨代
が少なく、刃先のシャープ化ないし刃先作用面の平滑化
が容易に達成される。

【００２２】また、本発明による基材は、ダイヤモンド
類被覆前に、ダイヤモンド類膜と基材の密着性向上を図
るための熱処理などの前処理が予め施される場合の基材
として有用である。その理由は次のとおりである。この
熱処理により、基材の変形、すくい面および／または逃
げ面中央部が高くなるような反りが生ずる場合がある。
反りによって、すくい面および／または逃げ面中央部の
ダイヤモンド類膜が、刃先エッジ近傍のダイヤモンド類
膜より高くなっている場合、刃先をシャープに研磨する
ためには、まず中央部においてダイヤモンド類膜を反り
量の分余計に研磨する必要がある。ダイヤモンドは最も
硬い物質であるため、この研磨量の違いが加工に要する
時間を大きく延長させる原因となる。本発明によればこ
の研磨する必要のない部分の研磨代を大幅に削減ないし
零とすることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を説明する。

【００２４】本発明の好ましい実施の形態においては、
被覆前の基材に反り（ダイヤモンド類の密着性向上を図
るための前処理などによる）が生じても、刃先エッジ近
傍を被覆しているダイヤモンド類膜の方が基材中央部を
被覆しているダイヤモンド類膜より高くなるように、予
想される反り量（おおよそ５０μｍ以下）に応じて段高
さを形成する。好ましくは、段高さを１５〜５００μ
ｍ、さらに好ましくは２０〜３００μｍ、より好ましく
は５０〜２００μｍとする。これによって、前処理によ
って段差が消失することが防止され、また段差部分での
ダイヤモンド類膜の剥離が防止される。

【００２５】本発明の好ましい実施の形態においては、
段差幅や高さを研磨効率や切れ刃作用部の形態（切れ刃
幅や切り込み深さ）に応じて設定する。

【００２６】本発明の好ましい実施の形態においては、
基材の同一面において高くした部分（段上面）の面積比
（高くした部分の面積／同一面全体面積×１００％）を
１．５％〜７５％とする。これによって、刃先エッジ近
傍（切れ刃部）において高い段幅が十分に広く確保さ
れ、又溶着が防止され、耐久性が向上し、十分な研磨効
率が得られる。さらに好ましくは、上記面積比を３％〜
６５％、より好ましくは５％〜５０％とする。

【００２７】本発明の好ましい実施形態においては、段
をすくい面ないし逃げ面の刃先エッジに沿った部分に設
ける。別の好ましい形態においては、段を切れ刃部の切
削作用面の少なくともすくい面に設ける。段差の境界部
は垂直に切り立った状態にすることができる。また、こ
の境界部を連続的に高さが変化した状態にすることがで
きる。

【００２８】上記段を備えた基材を得るために、元とな
る超硬素材原料の混合粉末を圧縮成形する際に段付きの
金型を用いてあらかじめ段付き成形体を作製することが
できる。また、超硬合金素材を作製後、研削加工など
（その他、放電加工やサンドブラストなど）公知の加工
法を用いて段形状を得ることができる。

【００２９】本発明の好ましい実施の形態においては、
基材材料として、超硬合金、例えば炭化物系のＷＣ基、
ＴｉＣ基、ＴａＣ基超硬合金、サーメット系、セラミッ
クス系などを用いる。また、基材を膜状に被覆するもの
として、ダイヤモンド、ｃＢＮ及びこれらの混合物、或
いは非常に硬い物質を用いる。

【００３０】本発明の好ましい実施の形態においては、
ダイヤモンド類膜を研磨する前に、基材とダイヤモンド
類膜の密着性を高めるために、基材を熱処理、電解エッ
チングなどによって表面処理する。このような表面処理
方法に適合する基材として、ＷＣ基などの超硬合金、サ
ーメット、セラミックスなどがある。本発明者らによる
特開平7-90321号公報には熱処理に関する記載、同じく
特開平10-310494号公報には電解エッチングに関する記
載があり、これらの記載を本明細書において適宜参照で
きるものとする。

【００３１】本発明による基材は、密着性向上のための
前処理によって、基材形状に若干の変形が生じ、同一面
内の中央部が凸になる様にμｍレベルの反りが生じる場
合、同一面内でエッジ部分が中央部よりμｍレベルでや
せた形状になる場合に、好適に適用される。

【００３２】次に、好ましいダイヤモンド類膜の形成方
法及びその前処理について説明する。

【００３３】［傷入れ処理］基材前処理を行った後、例
えば電解エッチング処理後では基材表面に存在する結合
相成分の影響を抑制するため酸による除去処理や中間層
被覆によるマスキング等を行うことができる。ダイヤモ
ンド核発生量の向上のために例えばダイヤモンド微粒子
(平均粒径５〜１０μｍ)を分散させたアセトン溶液中に
基材を浸して超音波処理を行うような、傷入れ処理を行
うことができる。

【００３４】［ダイヤモンド合成方法］処理後の基板へ
のダイヤモンド合成方法には公知の方法、例えばＣＶＤ
法、ＰＶＤ法等各種ダイヤモンド気相合成法を用いるこ
とができ、中でも熱フィラメント法、ＲＦプラズマＣＶ
Ｄ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法等が好適である。

【００３５】［ダイヤモンド原料ガス］ダイヤモンド原
料ガスとして、各種炭化物（例えばメタン、エタン、プ
ロパン等）やアルコール（例えばエタノール等）、ＣＯ
やＣＯ₂等、任意の原料を用いることができる。また、
これらの原料は単独でも２種以上の混合系としても用い
ることができ、水素ガスや不活性ガスにより希釈するこ
ともできる。

【００３６】［ダイヤモンド類膜の研磨方法］基材上に
形成されたダイヤモンド類膜を、任意の研磨方法を用い
て研磨することができる。好ましくは、工業生産に適す
るスカイフ研磨、及びダイヤモンド砥粒を分散させたダ
イヤモンドホイールを回転させ、被覆したダイヤモンド
膜が剥離しない程度の圧力でダイヤモンド被覆チップを
押しつけてダイヤモンド膜表面を研磨する方法を用い
る。

【００３７】本発明の好ましい実施の形態においては、
ダイヤモンド類被覆前、ダイヤモンド類膜と基材の密着
性を向上させるために、下記のような基材材料を用い
て、下記のようにこれを熱処理する。

【００３８】基材材料として、ＷＣ基超硬合金は、ＷＣ
を主成分としたものであり、他の成分として好ましく
は、Ｔｉ又はこれとＴａと、結合相としてＣｏ及びＮｉ
の少なくとも１種を含むものを用いることができる。こ
の場合のＷＣ基超硬合金の好ましい組成は、Ｔｉ又はこ
れとＴａは、炭化物換算で0.2〜２０重量％（好ましく
は0.5〜１０重量％、より好ましくは１〜５重量％）で
あり、Ｃｏ及びＮｉの少なくとも１種は、２〜１５重量
％（好ましくは、３〜１０重量％、より好ましくは４〜
７重量％）であり、前記合金はＷ−Ｔｉ−Ｃ固溶体（β
相）及びＷ−Ｔｉ−Ｔａ−Ｃ固溶体（β_t相）の少なく
とも１種を有する。前記β相及びβ_t相の好ましい平均
結晶粒径は、0.5〜１０μｍ（より好ましくは１〜５μ
ｍ）である。

【００３９】Ｔｉが炭化物換算で0.2重量％未満の場合
には、熱処理によってＮ含有凹凸表面層が形成しにく
く、また、熱処理後の表面層自体が剥離しやすくなる。
剥離しやすくなる理由は、熱処理によって、Ｔｉ成分の
ほとんどが表面に移動してＷ−Ｔｉ−Ｃ−Ｎ固溶体（β
（Ｎ）相）が表面に形成されて、Ｔｉ成分と他の合金成
分とが分離し嵌合状態が低下してしまうからである。ま
たＴｉが炭化物換算で２０重量％を超える場合には、熱
処理前において既に脆く、また、熱膨張係数が大きくな
るので、ダイヤモンドのそれとの差が大きくなり、ダイ
ヤモンド類被覆後の冷却中に基材とダイヤモンド類膜界
面にせん断応力が生じ膜剥離の原因となりやすい。

【００４０】Ｔｉの他にＴａを含有させた場合の好まし
い上限値が２０重量％である理由も上記と同様である。

【００４１】なお、前記熱処理に悪影響を与えない範囲
でＴａの一部ないし全部をＶ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆの少な
くとも１種で置き換えることができる。また、ＷＣ、Ｔ
ｉＣ、ＴａＣ、Ｃｏ等の各粉末を粉末冶金法で緻密に焼
結して得られるＷＣ基超硬合金は、前記炭化物結晶相が
焼結中に粒成長すると強度が低下するので、焼結中の粒
成長を抑制するＣｒ及びＭｏの少なくとも１種を通常は
炭化物として、本発明における熱処理に悪影響を及ぼさ
ない範囲で含有させることができる。

【００４２】結合相としてのＣｏ及びＮｉの少なくとも
１種の含有量が２重量％未満の場合には、ＷＣ基超硬合
金製造の際の焼結による緻密化が困難であり、基材とし
て要求される強度等の特性が不十分である。一方、１５
重量％を超える場合には、本発明における熱処理時やダ
イヤモンド被膜形成時にこれらの成分が基材表面に現わ
れやすく、ダイヤモンド被膜形成に対して悪影響を及ぼ
す場合があり、また、ダイヤモンド被膜の熱膨張係数と
の差が大きくなり膜剥離の原因となることがある。

【００４３】上述のβ相又はβ_t相の平均粒径が0.5μｍ
未満の場合には、熱処理後に形成されるＮ含有表面層の
凹凸が小さくなったり、Ｎ含有表面層とＷＣ基超硬合金
内層との嵌合が十分に得られない場合があり、１０μｍ
を超えると前記嵌合が不十分になったり、熱処理前にお
けるＷＣ基超硬合金としての強度が得られないことがあ
る。

【００４４】なお、ＴｉＮやＴｉＣ−ＴｉＮ固溶体等の
Ｎを含む粉末の添加による焼結、窒素原子を含む雰囲気
中での焼結により、あらかじめβ（Ｎ）相を含有するＮ
入り超硬合金やサーメットの場合には、熱処理によって
も表面層に凹凸ができにくくなったり、熱処理雰囲気に
よる凹凸状態の制御が困難あるいは不安定になる場合が
ある。

【００４５】ＷＣ基超硬合金の熱処理の雰囲気中のＮ₂
含有量を正確に制御するため、熱処理に使用する炉は、
雰囲気中のＮ₂含有量に影響を及ぼさない耐火物で構成
することが好ましい。

【００４６】ＷＣ基超硬合金の好ましい熱処理温度は１
３５０〜１４５０℃であるが、合金中の炭素量やＣｏと
Ｎｉの量比によって下限温度は異なる。

【００４７】熱処理時間は、Ｎ含有表面層の凹凸の度合
に最も影響を及ぼす因子であり、これを調整することで
任意の凹凸を有するＮ含有表面層を形成することができ
る。効率よく、安定的にＮ含有層を得るには、熱処理温
度や雰囲気中のＮ₂含有量を調整し、熱処理時間を好ま
しくは0.5〜５時間にする。

【００４８】熱処理時の雰囲気は、常圧においてＮ₂を
0.05〜５容量％含有するが、好ましくは0.5〜３容量％
含有させ、残部はＡｒ等の不活性ガスにする。

【００４９】或いはＮ含有凹凸表面層を形成した後に、
前記表面層の膜付着性を変化させない範囲でアルゴン等
の不活性雰囲気中で再熱処理を行ない、前記表面層から
Ｎを放出してもよい。

【００５０】また、上記の再熱処理と同等の効果（最表
面にＮが含まれないようにする）を得る他の方法とし
て、ＣＶＤ、ＰＶＤ等の周知の方法によりＴｉＣ等の硬
質被膜を凹凸表面層の表面形状がさほど変化しない程度
の厚みで被覆しても良い。

【００５１】ダイヤモンド類を被覆する方法としては、
炭素源ガスと水素ガスの混合ガスを励起したガスを基材
に接触させる、いわゆるＣＶＤ法を用いることができ
る。なかでも、合成条件を精度よく制御できる手段とし
てマイクロ波プラズマＣＶＤ法が好ましい。

【００５２】本発明の好ましい実施の形態においては、
ダイヤモンド被覆前、ダイヤモンド類膜との密着性を向
上させるために、下記のような基材材料を用いて、下記
のようにこれをエッチングする。

【００５３】基材として超硬基材は、タングステンカー
バイド（ＷＣ）を主たる成分とし、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ及
びＶの炭化物、窒化物及び炭窒化物から選ばれる１種以
上を炭化物換算の重量の合量で０．３〜１０ｗｔ％、好
ましくは０．５〜１０ｗｔ％含み、かつＣｏ及び／又は
Ｎｉを合量で２〜１０ｗｔ％含む。

【００５４】この基材は、ＷＣを主体とするいわゆる超
硬合金であり、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ及びＶの炭化物、窒化
物及び炭窒化物から選ばれる１種以上を含む（Ｗを含む
固溶体になっていてもよい）硬質相が含まれていること
によってダイヤモンド類膜の付着強度が良好である。す
なわち、電解エッチングによって基材表面に凹凸を形成
する際に、ＷＣを主体とする硬質相の除去速度と較べて
Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ及びＶの炭化物、窒化物、炭窒化物等
を主体とする硬質相の除去速度が遅いので、上記の化合
物を含む超硬基材では電解エッチングされた表面に好ま
しい形態の凹凸が形成される。基材中のＴｉ、Ｔａ、Ｎ
ｂ及びＶの炭化物、窒化物及び炭窒化物を炭化物に換算
した含有量の合計が０．５ｗｔ％より少ないと、特に
０．３ｗｔ％より少ないと、これらの成分を含有させる
効果が小さく、１５ｗｔ％より多く含有させてもそれ以
上の付着強度の向上がない傾向がある。

【００５５】超硬基材中のＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ及びＶの炭
化物、窒化物又は炭窒化物を主体とする硬質相の好まし
い平均結晶粒径は、基材表面に形成される凹凸の大きさ
に関係する。大きいダイヤモンド類膜の付着強度が得ら
れるように、これら化合物の結晶の平均結晶粒径は好ま
しくは０．３〜５μｍであり、より好ましくは０．５〜
２μｍであり、さらに好ましくは１〜２μｍである。

【００５６】また、基材中のＣｏ及び／又はＮｉの含有
量は、多いとダイヤモンド類膜の付着強度が低下し、少
ないと強度等の機械特性が低下するので、切削工具の用
途に合わせて調整するが、切削工具としての広範な用途
に使用できることから、合量で２〜１０ｗｔ％、特には
３〜６ｗｔ％含むものが好ましい。

【００５７】また、前記ダイヤモンド類被覆切削工具に
おいては、前記すくい面および／または前記逃げ面上の
刃先エッジ近傍であって、前記刃先エッジに沿って所定
幅に高く形成した部分を備えた基材上に、ダイヤモンド
類を膜状に被覆することが好ましい。

【００５８】また、前記ダイヤモンド類被覆切削工具に
おいて、前記高く形成した部分は、１５〜５００μｍの
段を成すことが好ましい。

【００５９】また、前記ダイヤモンド類被覆切削工具に
おいて、前記すくい面全体の形状は、略四角形ないし平
行四辺形等の多角形であり、前記すくい面の段部の高さ
ｈμｍは、前記すくい面全体における対角線方向の長さ
Ｗｍｍに対し、ｈ≧２×Ｗ＋４の関係にあることが好ま
しい。

【００６０】また、前記ダイヤモンド類被覆切削工具に
おいて、前記すくい面の段部の形状は、角部を頂点とし
部分的にＬ字状ないしＶ字状に形成されることが好まし
い。図１を参照すると、三角型（Ａ）からＶ字状ないし
Ｌ字型（Ｂ）にすることにより、すくい面段部２の切れ
刃の長さｗ１を維持したまま、すくい面の対角線方向の
段部の幅をｗ２からｗ３へと小さくできる。すなわち、
すくい面の段部の形状を三角形状のまま切れ刃を長くし
た場合のように（例えば、図１０（Ａ）から（Ｂ）のよ
うに）、すくい面の対角線方向の段部の幅が増加するこ
とがない。これによって研磨量を減少させることがで
き、ゆえに研磨効率をより向上させることができる。ま
た、図２を参照すると、（Ａ）から（Ｂ）のように、す
くい面段部２の切れ刃の長さを長くしても、すくい面の
対角線方向の段部の幅は一定であるので、研磨効率を下
げることがない。その他（Ｄ）や（Ｆ）のようなパター
ンでも同様の作用効果が得られる。

【００６１】また、前記ダイヤモンド類被覆切削工具に
おいて、前記すくい面の段部の形状は、ほぼ全周に亘り
環状ないし枠状に形成されることことが好ましい。図２
を参照すると、Ｖ字状の段部（Ｂ）を互いに連結させ環
状（Ｃ）にすることが好ましい。すくい面段部を環状に
すると、切削工具の大きさに対し、最大限切れ刃を長く
でき、また、製造についても二軸式成形機を用いた成形
も容易となり、加工工数も低減できる。その他（Ｅ）の
ようなパターンでも同様の作用効果が得られる。

【００６２】

【実施例】以上説明した本発明の実施の形態をさらに明
確化するために、以下図面を参照して、本発明の一実施
例を説明する。

【００６３】[実施例Ａ]原料粉末として、平均粒径２μ
ｍのＷＣ粉末、ＴｉＣ−ＷＣ固溶体粉末、平均粒径１μ
ｍのＴａＣ粉末およびＣｏを、表１に示される割合で配
合し（素材組成Ａ〜Ｄ）、この混合粉末を湿式混合し乾
燥した後、１．５ｔｏｎ／ｃｍ²（約１．４７×１０⁴Ｎ
／ｍ²）の圧力でプレス成形し、この圧粉体を真空中１
４００〜１４５０℃で１時間焼成し、上記配合組成とほ
ぼ同一の成分組成を持つ焼結体を製造した。これら焼結
体の表面を研削加工し、ＩＳＯ規格ＳＰＧＮ１２０３０
４〜１２０３２０の形状のベースとなる基材を作製し
た。

【００６４】また、ＣＰＧＮ１２０３０４の形状のベー
スとなる基材を作製した。

【００６５】

【表１】

【００６６】ここで、基材すくい面の対角線長さと反り
の関係について説明する。反り量が段高さより大きくな
ると、すくい面研磨時にすくい面中央部のダイヤ膜が研
磨ホイールに接触してしまうため段を設けた意味が無く
なってしまう。また、基材の対角線の長さがながくなる
と反り量が大きくなる。このような点をふまえて、対角
線長さによる反りのばらつきと段の高さについての試験
を行った。表２に対角線長さによる反りのばらつきと段
の高さについての試験結果を示す。段の高さより反り量
が小さいときを加工可能なものとし、段の高さより反り
量が大きいときを加工不可能なものとした。

【００６７】

【表２】

【００６８】この基材のすくい面の４辺に表３に示す寸
法の段が形成されるように、この基材のすくい面中央に
図３に示すようなくぼみを放電加工機を用いて形成し
た。なお、段幅Ｗが狭い基材、段高さが低い基材、段を
形成していない基材（試料１０，１１）も用意した。

【００６９】

【表３】

【００７０】得られた基材をカーボンケースに入れ、ヒ
ーター、断熱材など高温に曝される部分が全てカーボン
からなる電気炉を用いて１ａｔｍ（１．０１３×１０⁵
Ｎ／ｍ²）、１ｖｏｌ％窒素−９９ｖｏｌ％アルゴン雰
囲気中１３５０℃で３時間熱処理を施した後、平均粒径
１０μｍのダイヤモンド微粉末が浮遊分離している溶媒
中に浸漬し超音波処理を施すことにより表面を活性化さ
せた。

【００７１】この様にして得られた基材を２．４５ＧＨ
ｚのマイクロ波プラズマＣＶＤ装置内に設置し、全圧５
０ｔｏｒｒ（約６６６６Ｎ／ｍ²）、８５ｖｏｌ％Ｈ₂−
１５ｖｏｌ％ＣＯの条件下で基材温度が９００℃となる
よう投入電力を調整してプラズマを発生させて１５時間
保持し、膜厚約３０μｍのダイヤモンド被覆を行った。
被覆膜表面のダイヤモンドは粒径が１０〜１５μｍで凹
凸のある多結晶が密に集合した状態になっていた。

【００７２】このダイヤモンド被覆基材の裏面を研磨用
ホルダに接着し、すくい面側を＃１０００のビトリファ
イドボンドダイヤモンドホイールに押しあてて研磨し
た。すくい面の研磨時間は表３に示したように、すくい
面に段のない試料１０と比べ大幅な研磨時間の短縮が見
られた。

【００７３】逃げ面についても同様に研磨を行い刃先エ
ッジのＲが１０μｍ以下になるようにシャープ化した。
比較のために研磨を行わなかった試料１２の刃先におい
て刃先エッジのＲは３０μｍ以上であった。

【００７４】この様にして得られた切削チップを用いて
下記条件で切削試験を行ったところ表３に示したよう
に、実施例に係るチップは、焼結ダイヤ工具と同等の被
削材の表面粗さ及び耐久性を有している。すなわち、本
発明によれば、より短時間のチップ研磨時間で同じ性能
の仕上げ加工用のチップが得られることがわかる。

【００７５】切削試験条件：加工表面粗さの評価（円筒被削材の外周
旋削加工面の面粗さ）被削材：直径約１５０ｍｍ、長さ約２００ｍｍ、Ａ１−
１８ｗｔ％Ｓｉ合金、切削速度：８００ｍ／ｍｉｎ、送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み：０．１〜２．０ｍｍ。

【００７６】[実施例Ｂ]実施例Ａの組成Ｂ又は組成Ｃ
（表１参照）の混合比で調整した原料粉末（表４参照）
を用い、成形の際のプレス成形金型として基材のすくい
面に段差をつけるための凸形状を有するものを用いて
１．５ｔｏｎ／ｃｍ²（約１．４７×１０⁴Ｎ／ｍ²）の
圧力でプレス成形し、すくい面に相当する部分に段形状
を有する圧粉体を作製した。この圧粉体を実施例Ａと同
じ方法で焼結し、この焼結体の表面を研削加工して図４
又は図５に示す形状の段を有し、刃先部の段が表４に示
す形態のＩＳＯ規格ＣＰＧＮ１２０４０８を基本形状と
した超硬合金基材を作製した。なお、図４に示した基材
は、菱形のすくい面の４辺に表４に示す寸法の段が形成
されるように、この基材のすくい面中央にくぼみを放電
加工機を用いて形成したものである。また、図５に示し
た基材は、菱形のすくい面の２つの角部に表４に示す寸
法の段が形成されるように、この基材のすくい面中央に
溝を平面研磨盤を用いて形成したものである。なお、段
を形成していない基材（試料２５）も用意した。

【００７７】この基材を実施例Ａと同様に熱処理、ダイ
ヤモンド被覆、研磨による刃先部のシャープ化を行っ
た。得られたチップを、実施例Ａと同様に切削試験を行
って被削材表面粗さを評価して、表４に示すように短時
間の研磨加工で表面粗さの小さい切削加工が可能な性能
の工具が得られることを確認した。

【００７８】

【表４】

【００７９】[実施例Ｃ]４ｗｔ％（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ−６
ｗｔ％Ｃｏ−９０ｗｔ％ＷＣの組成となるように、平均
粒径２μｍのＷＣ粉末、平均粒径２μｍ以下のＮｂＣ粉
末、平均粒径１μｍのＴａＣ粉末、平均粒径１μｍのＣ
ｏ粉末を混合して成形し、真空中１４５０℃において１
時間焼成し、得られた焼結体をＩＳＯ規格ＳＰＧＮ１２
０４０８の形状に研削加工してベースとなる超硬素材を
作製した。

【００８０】得られた素材を図６に示す形状に、刃先エ
ッジ近傍の段が表５に示す形態となるようにすくい面は
放電加工機を用いて、また、逃げ面は平面研削盤を用い
てそれぞれ加工し、基材を作製した。なお、図６に示し
た基材は、菱形のすくい面の４辺に表５に示す寸法の段
が形成されるように、この基材のすくい面中央にくぼみ
を放電加工機を用いて形成し、かつ、各逃げ面上の刃先
エッジ近傍にも段を放電加工機を用いて形成したもので
ある。また、段を形成していない基材（試料３０）も用
意した。得られた基材を電解液に５％ＫＣｌ水溶液を用
いて、電流密度０．１５Ａ／ｃｍ²、最大除去速度０．
６５μｍ／分で電解エッチングした。電解エッチング後
の基材表面には電解反応による生成物が付着していたた
め１０％ＮａＯＨ水溶液中で洗浄して生成物を除去し
た。

【００８１】得られた基材は実施例Ａと同様にダイヤモ
ンド粒子で基材表面を活性化し、マイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法により３０μｍの厚さのダイヤモンド被覆を行っ
た。このダイヤモンド被覆後の基材についても実施例Ａ
と同様に、すくい面と逃げ面の研磨を行ったところ、刃
先エッジ近傍に段のない試料３０に比べ表５に示すよう
に短時間で刃先エッジＲを１０μｍ以下に加工できた。

【００８２】また、実施例Ａと同様の切削試験を行った
ところ、表５に示したように段無しのチップ（試料３
０）と同じ切削性能が得られた。

【００８３】

【表５】

【００８４】[実施例Ｄ]実施例Ａの組成Ｃ（表１参照）
の混合比で調整した原料粉末（表６参照）を用い、成形
の際のプレス成形金型として基材のすくい面に段差をつ
けるための凸形状を有するものを用いて１．５ｔｏｎ／
ｃｍ²（約１．４７×１０⁴Ｎ／ｍ²）の圧力でプレス成
形し、すくい面に相当する部分に段形状を有する圧粉体
を作製した。この圧粉体を実施例Ａと同じ方法で焼結
し、この焼結体の表面を研削加工して図７（試料３１〜
３３：比較例）及び図３（試料３４：実施例）に示す形
状の段を有し、刃先部の段が表６に示す形態のＩＳＯ規
格ＳＰＧＮ１２０３０４を基本形状とした超硬合金基材
を作製した。なお、図７に示した基材は、角丸正方形の
すくい面の４つの角部に表６に示す寸法の段が形成され
るように、この基材のすくい面中央に八角形の溝を放電
加工機を用いて形成したものである。

【００８５】この基材を実施例Ａと同様に熱処理、ダイ
ヤモンド被覆、研磨による刃先部のシャープ化を行っ
た。表６に条件を示す。

【００８６】四隅に段をつけた試料（試料３１〜３３：
比較例）は、上パンチの成形金型の分割が複雑になり粉
末の成形が困難であるとともに、切削時に長い切れ刃が
必要な場合（例えば、エンジン用ピストンの湯口突起部
の切削、ピストンの大きさとして外径約１１０ｍｍ、長
さ約１１０ｍｍのもの：図８参照）には適応できない。
また、後加工により段をつける方法では工程数が増え、
製造コストが高くなるデメリットがある（四隅に段をつ
けた切削工具用チップ及び後加工により段をつける方法
として、特開平７−６０５０９号公報参照）。これに対
し、外周に環状に段をつけた試料（試料３４：実施例）
は、基材製作時の粉末の成形が容易であるとともに、上
下パンチの二軸式成形機を用いた成形が容易である。

【００８７】

【表６】

【００８８】上記実施例における段高さと反り量と基材
の対角線の長さとの関係について説明する。反り量が段
高さより大きくなると、すくい面研磨時にすくい面中央
部のダイヤ膜が研磨ホイールに接触してしまうため段を
設けた意味が無くなってしまうため、反り量が段高さよ
り小さいことが好ましい。また、基材の対角線の長さが
ながくなると反り量が大きくなるので、基材の対角線の
長さに応じて段高さを設定する必要がある。そこで、基
材の高さと有効な段の高さを示すときの、基材の反り量
の範囲を決める直線を近似する式を下記のように設定し
た。・上限（反り量：μｍ）＝５／６（対角線長さ：ｍ
ｍ）＋１０／３・下限（反り量：μｍ）＝２（対角線長さ：ｍ
ｍ）＋４なお、上限の線より下になるものをＮＧとし、下限より
上をＯＫとした。所定の試料における段高さと反り量と
基材の対角線の長さとの関係及びその合否結果を図９に
示す。

【００８９】

【発明の効果】本発明による切削工具は、特別な条件を
設定せずに短時間でその刃先を研磨することが可能であ
る。本発明による切削工具は切れ味が良く、これを用い
て被削面状態の良い加工が可能である。よって、本発明
による切削工具は特に仕上げ加工用の工具として好適に
用いられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る切削工具の段部の形状を
説明するための図であり、（Ａ）は三角型、（Ｂ）はＬ
字型である。

【図２】本発明の実施例に係る切削工具の段部の形状を
説明するための図であり、（Ａ）から（Ｆ）は種々のパ
ターンの切削工具の上面図である。

【図３】本発明の実施例Ａに係る切削工具の形状を説明
するための図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は端面図
である。

【図４】本発明の実施例Ｂに係る一の切削工具の形状を
説明するための図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は端
面図である。

【図５】本発明の実施例Ｂに係る他の切削工具の形状を
説明するための図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は端
面図である。

【図６】本発明の実施例Ｃに係る切削工具の形状を説明
するための図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は端面図
である。

【図７】比較例に係る切削工具の形状を説明するための
図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は端面図である。

【図８】切削工具における切削時に長い切れ刃が必要な
場合の一例を示した図である。

【図９】所定の試料における段高さと反り量と基材の対
角線の長さとの関係及びその合否結果である。

【図１０】従来の隅部に三角形状の段部を設けた構造の
一切削工具を示したものであり、（Ａ）は小さい切れ刃
を有する段部の上面図、（Ｂ）は大きい切れ刃を有する
段部の上面図、（Ｃ）は（Ａ）の対角線方向の断面図で
ある。

【符号の説明】

ｗ１すくい面の切れ刃部の長さｗ２，ｗ３すくい面の段部の対角線方向の幅Ｗ，Ｗ１，Ｗ２段幅ｈ，ｈ１，ｈ２段高さ１すくい面中央２すくい面段部３逃げ面１０１すくい面中央１０２すくい面段部１０３逃げ面１０４すくい面段部の隅部１０５対角線方向の段部の幅１０６すくい面段部の高さ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】すくい面および／または逃げ面上の刃先エ
ッジに沿って所定幅で高く形成した部分を備えた基材上
に、ダイヤモンド類を膜状に被覆したことを特徴とする
ダイヤモンド類被覆切削工具。
【請求項２】すくい面および／または逃げ面上の刃先エ
ッジ近傍に高さ15〜500μｍの段を備えた基材上に、ダ
イヤモンド類を膜状に被覆したことを特徴とするダイヤ
モンド類被覆切削工具。
【請求項３】前記すくい面および／または前記逃げ面上
を被覆したダイヤモンド類膜のうち、前記段上を被覆す
るダイヤモンド類膜が優先的に研磨加工されたことによ
り、少なくとも前記刃先エッジがシャープ化されたこと
を特徴とする請求項１又は２記載のダイヤモンド類被覆
切削工具。
【請求項４】前記基材が、該基材と該基材上に膜状に被
覆されたダイヤモンド類膜の密着性を向上させるが該基
材を変形させる前処理が施されるものであって、前記段
の高さが前記前処理による変形量に応じて定められてい
ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載
のダイヤモンド類被覆切削工具。
【請求項５】被覆された前記ダイヤモンド類膜の厚さが
10〜50μｍであることを特徴とする請求項１乃至４のい
ずれか一に記載のダイヤモンド類被覆切削工具。
【請求項６】スローアウェイチップとして用いられるこ
とを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一記載のダイ
ヤモンド類被覆切削工具。
【請求項７】前記すくい面および／または前記逃げ面上
の刃先エッジ近傍であって、前記刃先エッジに沿って所
定幅に高く形成した部分を備えた基材上に、ダイヤモン
ド類を膜状に被覆したことを特徴とするダイヤモンド類
被覆切削工具。
【請求項８】前記高く形成した部分は、１５〜５００μ
ｍの段を成すことを特徴とする請求項１又は７記載のダ
イヤモンド類被覆切削工具。
【請求項９】前記すくい面全体の形状は、略四角形ない
し平行四辺形であり、前記すくい面の段部の高さｈμｍは、前記すくい面全体
における対角線方向の長さＷｍｍに対し、ｈ≧２×Ｗ＋
４の関係にあることを特徴とする請求項１乃至８のいず
れか一に記載のダイヤモンド類被覆切削工具。
【請求項１０】前記すくい面の段部の形状は、角部を頂
点とし部分的にＬ字状ないしＶ字状に形成されることを
特徴とする請求項１乃至９のいずれか一に記載のダイヤ
モンド類被覆切削工具。
【請求項１１】前記すくい面の段部の形状は、ほぼ全周
に亘り環状ないし枠状に形成されることを特徴とする請
求項１乃至１０のいずれか一に記載のダイヤモンド類被
覆切削工具。