JP2000296403A - 複合多結晶体切削工具およびその製造方法 - Google Patents
複合多結晶体切削工具およびその製造方法Info
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Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い熱伝導率を持つため、高速切削に対して
著しく長い工具寿命をもつ複合多結晶体切削工具および
その製造方法を提供することにある。 【解決手段】 工具支持体４を有し、この工具支持体４
の上にロー材３を介在して複合多結晶体材料が形成され
ている。この複合多結晶体材料は、低圧気相法により合
成成長された多結晶ダイヤモンド層２および超高圧焼結
により形成されたＣＢＮ焼結体１を有し、工具支持体４
側に多結晶ダイヤモンド層２が配置されている。
著しく長い工具寿命をもつ複合多結晶体切削工具および
その製造方法を提供することにある。 【解決手段】 工具支持体４を有し、この工具支持体４
の上にロー材３を介在して複合多結晶体材料が形成され
ている。この複合多結晶体材料は、低圧気相法により合
成成長された多結晶ダイヤモンド層２および超高圧焼結
により形成されたＣＢＮ焼結体１を有し、工具支持体４
側に多結晶ダイヤモンド層２が配置されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は立方晶窒化硼素（Ｃ
ＢＮ）と低圧気相法により合成成長させた多結晶ダイヤ
モンドからなる複合多結晶体切削工具およびその製造方
法に関するものである。
ＢＮ）と低圧気相法により合成成長させた多結晶ダイヤ
モンドからなる複合多結晶体切削工具およびその製造方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＣＢＮ焼結体はダイヤモンドの次に高い
硬度を有する材料であり、鉄系金属との反応性が低い。
また、立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）はダイヤモンドの次に
高い熱伝導率を有し、ＣＢＮ焼結体も高い熱伝導率をも
ち高温強度に優れている。このため、ＣＢＮ焼結体は各
種の鉄系高硬度材料を用いた切削工具の工具刃先に幅広
く使用されている。
硬度を有する材料であり、鉄系金属との反応性が低い。
また、立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）はダイヤモンドの次に
高い熱伝導率を有し、ＣＢＮ焼結体も高い熱伝導率をも
ち高温強度に優れている。このため、ＣＢＮ焼結体は各
種の鉄系高硬度材料を用いた切削工具の工具刃先に幅広
く使用されている。
【０００３】従来のＣＢＮ焼結体を用いた工具刃先の構
造は以下の３タイプに分類される。 タイプ１：焼結時にＣＢＮ粉末と一体で焼結した基材金
属（通常、ＷＣ−Ｃｏ超硬合金）と、工具支持体とをロ
ー付けにより接合し工具刃先とする構造。
造は以下の３タイプに分類される。 タイプ１：焼結時にＣＢＮ粉末と一体で焼結した基材金
属（通常、ＷＣ−Ｃｏ超硬合金）と、工具支持体とをロ
ー付けにより接合し工具刃先とする構造。
【０００４】タイプ２：ＣＢＮ焼結体を直接工具支持体
にロー付け接合し工具刃先とする構造。
にロー付け接合し工具刃先とする構造。
【０００５】タイプ３：工具刃先全体がＣＢＮ焼結体で
ある構造。 これら３タイプのＣＢＮ焼結体を有する工具刃先は、そ
れぞれの材料、構造のもつ特徴に応じて使い分けされて
いる。
ある構造。 これら３タイプのＣＢＮ焼結体を有する工具刃先は、そ
れぞれの材料、構造のもつ特徴に応じて使い分けされて
いる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述の通りＣＢＮ焼結
体は優れた性能を有しているため各種の鉄系高硬度材料
の切削工具の工具刃先に幅広く使用されている。
体は優れた性能を有しているため各種の鉄系高硬度材料
の切削工具の工具刃先に幅広く使用されている。
【０００７】しかしながら、近年、生産効率の向上を目
的として切削速度の高速化が望まれている。加えて、地
球環境に対する配慮から切削液を使用しない乾式切削が
主流となりつつある。この２つの要望に応えるために
は、切削温度が従来にも増して高い条件での加工が必要
となり、工具刃先に用いられる材料の熱特性に対する要
求も厳しくなる。
的として切削速度の高速化が望まれている。加えて、地
球環境に対する配慮から切削液を使用しない乾式切削が
主流となりつつある。この２つの要望に応えるために
は、切削温度が従来にも増して高い条件での加工が必要
となり、工具刃先に用いられる材料の熱特性に対する要
求も厳しくなる。
【０００８】この工具刃先に用いられる材料の熱特性に
対する要求は、従来のＣＢＮ焼結体でも満足することが
できず、従来、実用的な工具寿命をもつ工具材料は存在
しなかった。
対する要求は、従来のＣＢＮ焼結体でも満足することが
できず、従来、実用的な工具寿命をもつ工具材料は存在
しなかった。
【０００９】したがって、本発明の目的は、高速切削で
も従来の工具材料に対して高い熱伝導率等の優れた熱特
性を持ち、著しく長い工具寿命をもつ複合多結晶体切削
工具およびその製造方法を提供することにある。
も従来の工具材料に対して高い熱伝導率等の優れた熱特
性を持ち、著しく長い工具寿命をもつ複合多結晶体切削
工具およびその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記問題点を鑑み、優れ
た熱特性をもつことで工具刃先温度の上昇を抑制するこ
とができ、熱的影響により促進される摩耗の抑制が可能
な切削工具を得るべく開発および検討を行った結果、下
記の発明に至ったものである。
た熱特性をもつことで工具刃先温度の上昇を抑制するこ
とができ、熱的影響により促進される摩耗の抑制が可能
な切削工具を得るべく開発および検討を行った結果、下
記の発明に至ったものである。
【００１１】すなわち、ＣＢＮ焼結体の上に低圧気相法
を用いて多結晶ダイヤモンドを合成成長させたＣＢＮ焼
結体層と多結晶ダイヤモンド層との複合多結晶体材料を
形成し、この複合多結晶体材料の多結晶ダイヤモンド層
側を工具支持体にロー付けし工具刃先として使用するこ
とにより、工具刃先温度の低減が可能となることを見出
した。 （構成）本発明に基づく複合多結晶体切削工具およびそ
の製造方法においては、ＣＢＮ焼結体層を基材として、
このＣＢＮ焼結体層の上に低圧気相法により合成成長さ
せた多結晶ダイヤモンド層を備え、この多結晶ダイヤモ
ンド層をロー付け層を用いて工具支持体に接合してい
る。
を用いて多結晶ダイヤモンドを合成成長させたＣＢＮ焼
結体層と多結晶ダイヤモンド層との複合多結晶体材料を
形成し、この複合多結晶体材料の多結晶ダイヤモンド層
側を工具支持体にロー付けし工具刃先として使用するこ
とにより、工具刃先温度の低減が可能となることを見出
した。 （構成）本発明に基づく複合多結晶体切削工具およびそ
の製造方法においては、ＣＢＮ焼結体層を基材として、
このＣＢＮ焼結体層の上に低圧気相法により合成成長さ
せた多結晶ダイヤモンド層を備え、この多結晶ダイヤモ
ンド層をロー付け層を用いて工具支持体に接合してい
る。
【００１２】ＣＢＮ焼結体層上への多結晶ダイヤモンド
層の形成は、現在広く用いられているＣＶＤ（化学蒸
着）法によって容易に合成成長させることができ、また
公知技術によりＣＢＮ焼結体層と多結晶ダイヤモンド層
の接合強度も実用に充分なものが作製可能である。
層の形成は、現在広く用いられているＣＶＤ（化学蒸
着）法によって容易に合成成長させることができ、また
公知技術によりＣＢＮ焼結体層と多結晶ダイヤモンド層
の接合強度も実用に充分なものが作製可能である。
【００１３】工具刃先に本発明に基づく複合多結晶体材
料を使用する場合、工具刃先に適した形状にする必要が
ある。この手段としては、ＣＢＮ焼結体を放電加工機
により予め工具刃先形状に適した形状に切断した後、そ
の上にＣＶＤ法により多結晶ダイヤモンドを成長させる
方法、大面積のＣＢＮ焼結体上に先ずＣＶＤ法により
多結晶ダイヤモンドを成長させた後、レーザーにより切
断する方法、という２とおりの方法があるが、いずれの
方法を用いても本発明の複合多結晶体材料としての機能
上の差はない。 （作用）本発明に基づく複合多結晶体切削工具およびそ
の製造方法によれば、工具刃先温度の上昇を抑制できる
ことから、高速切削においても工具刃先の寿命を飛躍的
に延ばすことが可能となる。本特許出願の発明者らはＣ
ＢＮ焼結体と多結晶ダイヤモンドとを組み合わせて得ら
れる複合多結晶体材料は、非常に高い熱伝導率を有し、
工具刃先の温度上昇を極端に抑制することができる優れ
た熱特性を持つ工具刃先用材料となることを見出した。
本発明に基づく複合多結晶体切削工具およびその製造方
法の作用について、以下詳述する。本発明に基づく複合
多結晶体切削工具においては、被削材の加工は鉄系被削
材に対して優れた切削性能を示すＣＢＮ焼結体部分を用
いている。一方、多結晶ダイヤモンドは極めて高い熱伝
導率を有するため、加工時にＣＢＮ焼結体からなる工具
刃先と被削材との間で発生する熱を放散させるヒートシ
ンクの役割を果たす。
料を使用する場合、工具刃先に適した形状にする必要が
ある。この手段としては、ＣＢＮ焼結体を放電加工機
により予め工具刃先形状に適した形状に切断した後、そ
の上にＣＶＤ法により多結晶ダイヤモンドを成長させる
方法、大面積のＣＢＮ焼結体上に先ずＣＶＤ法により
多結晶ダイヤモンドを成長させた後、レーザーにより切
断する方法、という２とおりの方法があるが、いずれの
方法を用いても本発明の複合多結晶体材料としての機能
上の差はない。 （作用）本発明に基づく複合多結晶体切削工具およびそ
の製造方法によれば、工具刃先温度の上昇を抑制できる
ことから、高速切削においても工具刃先の寿命を飛躍的
に延ばすことが可能となる。本特許出願の発明者らはＣ
ＢＮ焼結体と多結晶ダイヤモンドとを組み合わせて得ら
れる複合多結晶体材料は、非常に高い熱伝導率を有し、
工具刃先の温度上昇を極端に抑制することができる優れ
た熱特性を持つ工具刃先用材料となることを見出した。
本発明に基づく複合多結晶体切削工具およびその製造方
法の作用について、以下詳述する。本発明に基づく複合
多結晶体切削工具においては、被削材の加工は鉄系被削
材に対して優れた切削性能を示すＣＢＮ焼結体部分を用
いている。一方、多結晶ダイヤモンドは極めて高い熱伝
導率を有するため、加工時にＣＢＮ焼結体からなる工具
刃先と被削材との間で発生する熱を放散させるヒートシ
ンクの役割を果たす。
【００１４】したがって、切削加工時に発生する熱は多
結晶ダイヤモンド層により放散されるため、ＣＢＮ焼結
体からなる工具刃先の温度上昇は抑制され、高速切削に
おいても熱的摩耗が抑制されＣＢＮ焼結体の寿命は飛躍
的に向上する。
結晶ダイヤモンド層により放散されるため、ＣＢＮ焼結
体からなる工具刃先の温度上昇は抑制され、高速切削に
おいても熱的摩耗が抑制されＣＢＮ焼結体の寿命は飛躍
的に向上する。
【００１５】本発明の複合多結晶材料において、ＣＢＮ
焼結体の厚みは５００μｍ以上、２．５ｍｍ以下であ
り、好ましくは８００μｍ以上、２ｍｍ以下、さらに好
ましくは８００μｍ以上、１．２ｍｍ以下である。
焼結体の厚みは５００μｍ以上、２．５ｍｍ以下であ
り、好ましくは８００μｍ以上、２ｍｍ以下、さらに好
ましくは８００μｍ以上、１．２ｍｍ以下である。
【００１６】また、多結晶ダイヤモンド層の厚みは１０
μｍ以上、２ｍｍ以下であり、ＣＢＮ焼結体層と多結晶
ダイヤモンド層の厚み比が０．３≦ＣＢＮ焼結体層／多
結晶ダイヤモンド層≦５０の範囲であれば多結晶ダイヤ
モンド層による放熱効果が発揮される。
μｍ以上、２ｍｍ以下であり、ＣＢＮ焼結体層と多結晶
ダイヤモンド層の厚み比が０．３≦ＣＢＮ焼結体層／多
結晶ダイヤモンド層≦５０の範囲であれば多結晶ダイヤ
モンド層による放熱効果が発揮される。
【００１７】また、好ましくは多結晶ダイヤモンド層の
厚み１００μｍ以上、２ｍｍ以下であり、ＣＢＮ焼結体
層と多結晶ダイヤモンド層の厚み比が０．４≦ＣＢＮ焼
結体層／多結晶ダイヤモンド層≦２０の範囲、さらに好
ましくは多結晶ダイヤモンド層の厚み１００μｍ以上、
１ｍｍ以下であり、ＣＢＮ焼結体層と多結晶ダイヤモン
ド層の厚み比が０．８≦ＣＢＮ焼結体層／多結晶ダイヤ
モンド層≦１２の範囲であれば多結晶ダイヤモンド層に
よる放熱効果が充分発揮される。
厚み１００μｍ以上、２ｍｍ以下であり、ＣＢＮ焼結体
層と多結晶ダイヤモンド層の厚み比が０．４≦ＣＢＮ焼
結体層／多結晶ダイヤモンド層≦２０の範囲、さらに好
ましくは多結晶ダイヤモンド層の厚み１００μｍ以上、
１ｍｍ以下であり、ＣＢＮ焼結体層と多結晶ダイヤモン
ド層の厚み比が０．８≦ＣＢＮ焼結体層／多結晶ダイヤ
モンド層≦１２の範囲であれば多結晶ダイヤモンド層に
よる放熱効果が充分発揮される。
【００１８】本願発明において多結晶ダイヤモンド層の
厚みが厚いほど、放熱効果は大きいが多結晶ダイヤモン
ドを厚く成長させることによるコスト高に見合うだけの
効果は認められなかった。したがって、コストと性能と
のバランスを考えた場合、上記の範囲が適した範囲とな
る。
厚みが厚いほど、放熱効果は大きいが多結晶ダイヤモン
ドを厚く成長させることによるコスト高に見合うだけの
効果は認められなかった。したがって、コストと性能と
のバランスを考えた場合、上記の範囲が適した範囲とな
る。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明に基づいた実施の形
態を図１を参照して説明する。図１は本発明に基づいた
実施の形態にける複合多結晶体切削工具の断面構造を示
す概念図である。ただし、本発明の技術的範囲は図１の
構造に限定されるものではない。
態を図１を参照して説明する。図１は本発明に基づいた
実施の形態にける複合多結晶体切削工具の断面構造を示
す概念図である。ただし、本発明の技術的範囲は図１の
構造に限定されるものではない。
【００２０】図１において、本実施の形態にける複合多
結晶体切削工具は、工具支持体４を有し、この工具支持
体４の上にロー材３を介在して複合多結晶体材料が形成
されている。この複合多結晶体材料は、気相合成法によ
り合成成長された多結晶ダイヤモンド層２およびＣＢＮ
焼結体１を有し、工具支持体４側に多結晶ダイヤモンド
層２が配置されている。
結晶体切削工具は、工具支持体４を有し、この工具支持
体４の上にロー材３を介在して複合多結晶体材料が形成
されている。この複合多結晶体材料は、気相合成法によ
り合成成長された多結晶ダイヤモンド層２およびＣＢＮ
焼結体１を有し、工具支持体４側に多結晶ダイヤモンド
層２が配置されている。
【００２１】ＣＢＮ焼結体層１上への多結晶ダイヤモン
ド層２の成長は、現在広く用いられているＣＶＤ（化学
蒸着）法によって容易に実現させることができ、また公
知技術によりＣＢＮ焼結体層１と多結晶ダイヤモンド層
２の接合強度も実用に充分なものが作製可能である。
ド層２の成長は、現在広く用いられているＣＶＤ（化学
蒸着）法によって容易に実現させることができ、また公
知技術によりＣＢＮ焼結体層１と多結晶ダイヤモンド層
２の接合強度も実用に充分なものが作製可能である。
【００２２】図１に示すように、工具刃先に複合多結晶
体を使用する場合、工具刃先に適した形状にする必要が
ある。この手段としては、ＣＢＮ焼結体を放電加工機
により予め工具刃先形状に適した形状に切断しておいた
後、その上にＣＶＤ法により多結晶ダイヤモンドを成長
させる方法、大面積のＣＢＮ焼結体層上に先ずＣＶＤ
法により多結晶ダイヤモンドを成長させた後、レーザー
により切断する、という２通りの方法があるが、いずれ
の方法を用いても本実施の形態の複合多結晶体としての
機能上の差はない。
体を使用する場合、工具刃先に適した形状にする必要が
ある。この手段としては、ＣＢＮ焼結体を放電加工機
により予め工具刃先形状に適した形状に切断しておいた
後、その上にＣＶＤ法により多結晶ダイヤモンドを成長
させる方法、大面積のＣＢＮ焼結体層上に先ずＣＶＤ
法により多結晶ダイヤモンドを成長させた後、レーザー
により切断する、という２通りの方法があるが、いずれ
の方法を用いても本実施の形態の複合多結晶体としての
機能上の差はない。
【００２３】以下、上記構造を有する複合多結晶体切削
工具の製造方法の具体的な実施例について説明する。 （実施例１）超硬合金製ポットおよびボールを用いてＴ
ｉＮとアルミニウムとを４：１の重量比で混合して結合
材粉末を得た。次に、この結合材粉末とＣＢＮ粉末とを
体積比で３：２となるように配合し（ＣＢＮ粉末は４０
体積％）、モリブデン製容器に充填し、圧力５０ｋｂ、
温度１４００℃で２０分間焼結した。この焼結体側に付
着しているＭｏを削り取り、多結晶焼結体である厚み
１．５ｍｍのＣＢＮ焼結体層を得た。
工具の製造方法の具体的な実施例について説明する。 （実施例１）超硬合金製ポットおよびボールを用いてＴ
ｉＮとアルミニウムとを４：１の重量比で混合して結合
材粉末を得た。次に、この結合材粉末とＣＢＮ粉末とを
体積比で３：２となるように配合し（ＣＢＮ粉末は４０
体積％）、モリブデン製容器に充填し、圧力５０ｋｂ、
温度１４００℃で２０分間焼結した。この焼結体側に付
着しているＭｏを削り取り、多結晶焼結体である厚み
１．５ｍｍのＣＢＮ焼結体層を得た。
【００２４】なお、結合材粉末は、周期律表４ａ，５
ａ，６ａ族の窒化物，炭化物，硼化物，酸化物ならびに
これらの固溶体からなる群の中から選択される少なくと
も１種と、アルミニウムおよび／またはアルミニウム化
合物とからなる結合材粉末を用いることが可能である。
また、結合材粉末とＣＢＮ粉末との配合においては、不
可避不純物が混合するものとする。
ａ，６ａ族の窒化物，炭化物，硼化物，酸化物ならびに
これらの固溶体からなる群の中から選択される少なくと
も１種と、アルミニウムおよび／またはアルミニウム化
合物とからなる結合材粉末を用いることが可能である。
また、結合材粉末とＣＢＮ粉末との配合においては、不
可避不純物が混合するものとする。
【００２５】このＣＢＮ焼結体層を放電加工機により切
削工具用刃先の形状に切断したものを基材として、低圧
気相法である熱フィラメントＣＶＤ法により多結晶ダイ
ヤモンドを生成させた。このときの条件は、メタン３０
０ｓｃｃｍ、水素１０００ｓｃｃｍ、基材温度９００
℃、圧力１００Ｔｏｒｒである。
削工具用刃先の形状に切断したものを基材として、低圧
気相法である熱フィラメントＣＶＤ法により多結晶ダイ
ヤモンドを生成させた。このときの条件は、メタン３０
０ｓｃｃｍ、水素１０００ｓｃｃｍ、基材温度９００
℃、圧力１００Ｔｏｒｒである。
【００２６】表１に、多結晶ダイヤモンド層の成長時間
（時間）に応じた（資料Ｎｏ．１−１〜１−６）、ＣＢ
Ｎ焼結体層の上に合成成長させた多結晶ダイヤモンド層
の膜厚（μｍ）およびＣＢＮ焼結体層と多結晶ダイヤモ
ンド層との厚み比（ＣＢＮ焼結体層／多結晶ダイヤモン
ド層）を示す。なお、本実施例におけるＣＢＮ焼結体層
の厚さは、１５００μｍである。
（時間）に応じた（資料Ｎｏ．１−１〜１−６）、ＣＢ
Ｎ焼結体層の上に合成成長させた多結晶ダイヤモンド層
の膜厚（μｍ）およびＣＢＮ焼結体層と多結晶ダイヤモ
ンド層との厚み比（ＣＢＮ焼結体層／多結晶ダイヤモン
ド層）を示す。なお、本実施例におけるＣＢＮ焼結体層
の厚さは、１５００μｍである。
【００２７】
【表１】
【００２８】これらのＣＢＮ焼結体層と多結晶ダイヤモ
ンド層とからなる複合多結晶体の多結晶ダイヤモンド層
側をＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のロー材を用いて工具支持体に
接合した後、切削工具用チップ（ＳＮＧＮ１２０４０
８）の形に加工した。
ンド層とからなる複合多結晶体の多結晶ダイヤモンド層
側をＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のロー材を用いて工具支持体に
接合した後、切削工具用チップ（ＳＮＧＮ１２０４０
８）の形に加工した。
【００２９】また、比較のため上記方法で作製されたＣ
ＢＮ焼結体層のみで多結晶ダイヤモンド膜を成長させて
いない多結晶体から同形状の切削用チップを作製した
（比較例１）。
ＢＮ焼結体層のみで多結晶ダイヤモンド膜を成長させて
いない多結晶体から同形状の切削用チップを作製した
（比較例１）。
【００３０】それぞれの切削用チップを用いて切削性能
評価を行った。被削材は、硬度ＨＲＣ６３のＳＵＪ２を
用いた。この被削材の外周を「切削速度３００ｍ／ｍｉ
ｎ」、「切り込み速度０．２ｍｍ」、「送り速度０．０
５ｍｍ／ｒｅｖ」、「乾式」、の条件で２０分間切削し
た結果を、表２にまとめる。
評価を行った。被削材は、硬度ＨＲＣ６３のＳＵＪ２を
用いた。この被削材の外周を「切削速度３００ｍ／ｍｉ
ｎ」、「切り込み速度０．２ｍｍ」、「送り速度０．０
５ｍｍ／ｒｅｖ」、「乾式」、の条件で２０分間切削し
た結果を、表２にまとめる。
【００３１】
【表２】
【００３２】表２に示すように、比較例１の切削用チッ
プの評価は「×」、資料Ｎｏ．１−１の切削用チップの
評価は「△」であるものの、資料Ｎｏ．１−２〜１−６
の切削用チップの評価は「○」であった。 （実施例２）超硬合金製ポットおよびボールを用いてＣ
ｏとＷＣを２：１の重量比で混合して結合材粉末を得
た。次に、この結合材粉末とＣＢＮ粉末とを体積比で
１：９となるように配合し（ＣＢＮ粉末は９０体積
％）、Ｍｏ製容器に充填し、圧力５５ｋｂ、温度１４０
０℃で２０分間焼結した。この焼結体側に付着している
Ｍｏを削り取り、多結晶焼結体である厚み２ｍｍのＣＢ
Ｎ焼結体層を得た。
プの評価は「×」、資料Ｎｏ．１−１の切削用チップの
評価は「△」であるものの、資料Ｎｏ．１−２〜１−６
の切削用チップの評価は「○」であった。 （実施例２）超硬合金製ポットおよびボールを用いてＣ
ｏとＷＣを２：１の重量比で混合して結合材粉末を得
た。次に、この結合材粉末とＣＢＮ粉末とを体積比で
１：９となるように配合し（ＣＢＮ粉末は９０体積
％）、Ｍｏ製容器に充填し、圧力５５ｋｂ、温度１４０
０℃で２０分間焼結した。この焼結体側に付着している
Ｍｏを削り取り、多結晶焼結体である厚み２ｍｍのＣＢ
Ｎ焼結体層を得た。
【００３３】なお、結合材粉末は、上記ＣｏとＷＣとの
結合材粉末に限られず、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌの少な
くとも１種ならびにこれらの窒化物，硼化物と、周期律
表４ａ，５ａ，６ａ族の少なくとも１種の炭化物とから
なる結合材粉末を用いることが可能である。また、結合
材粉末とＣＢＮ粉末との配合においては、不可避不純物
が混合するものとする。
結合材粉末に限られず、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌの少な
くとも１種ならびにこれらの窒化物，硼化物と、周期律
表４ａ，５ａ，６ａ族の少なくとも１種の炭化物とから
なる結合材粉末を用いることが可能である。また、結合
材粉末とＣＢＮ粉末との配合においては、不可避不純物
が混合するものとする。
【００３４】このＣＢＮ焼結体層を放電加工機により切
削工具用刃先の形状に切断したものを基材として、低圧
気相法である熱フィラメントＣＶＤ法により多結晶ダイ
ヤモンド膜を合成成長させた。このときの条件は、メタ
ン３００ｓｃｃｍ、水素１０００ｓｃｃｍ、基材温度９
００℃、圧力１００Ｔｏｒｒである。
削工具用刃先の形状に切断したものを基材として、低圧
気相法である熱フィラメントＣＶＤ法により多結晶ダイ
ヤモンド膜を合成成長させた。このときの条件は、メタ
ン３００ｓｃｃｍ、水素１０００ｓｃｃｍ、基材温度９
００℃、圧力１００Ｔｏｒｒである。
【００３５】表３に、多結晶ダイヤモンド層の成長時間
（時間）に応じた（資料Ｎｏ．２−１〜２−４）、ＣＢ
Ｎ焼結体層の上に生成させた多結晶ダイヤモンド層の膜
厚（μｍ）およびＣＢＮ焼結体層と多結晶ダイヤモンド
層との厚み比（ＣＢＮ焼結体層／多結晶ダイヤモンド
層）を示す。なお、本実施例におけるＣＢＮ焼結体層の
厚さは、２０００μｍである。
（時間）に応じた（資料Ｎｏ．２−１〜２−４）、ＣＢ
Ｎ焼結体層の上に生成させた多結晶ダイヤモンド層の膜
厚（μｍ）およびＣＢＮ焼結体層と多結晶ダイヤモンド
層との厚み比（ＣＢＮ焼結体層／多結晶ダイヤモンド
層）を示す。なお、本実施例におけるＣＢＮ焼結体層の
厚さは、２０００μｍである。
【００３６】
【表３】
【００３７】これらのＣＢＮ焼結体層と多結晶ダイヤモ
ンド層とからなる複合多結晶体の多結晶ダイヤモンド層
側をＣｕ−Ｎｉ−Ｔｉ系のロー材を用いて工具支持体に
接合した後、切削工具用チップ（ＳＮＧＮ１２０４０
８）の形に加工した。
ンド層とからなる複合多結晶体の多結晶ダイヤモンド層
側をＣｕ−Ｎｉ−Ｔｉ系のロー材を用いて工具支持体に
接合した後、切削工具用チップ（ＳＮＧＮ１２０４０
８）の形に加工した。
【００３８】また、比較のため上記方法で作製されたＣ
ＢＮ焼結体層のみで多結晶ダイヤモンド膜を成長させて
いない多結晶体から同形状の切削用チップを作製した
（比較例２）。
ＢＮ焼結体層のみで多結晶ダイヤモンド膜を成長させて
いない多結晶体から同形状の切削用チップを作製した
（比較例２）。
【００３９】それぞれの切削用チップを用いて切削性能
評価を行った。被削材は、ねずみ鋳鉄（ＦＣ２５０）を
用いた。この被削材の外周を「切削速度１０００ｍ／ｍ
ｉｎ」、「切り込み速度０．３ｍｍ」、「送り速度０．
２５ｍｍ／ｒｅｖ」、「湿式」、の条件で切削した結果
を、表４にまとめる。なお、表４中の切削長は工具寿命
にいたるまでの切削可能距離を示している。
評価を行った。被削材は、ねずみ鋳鉄（ＦＣ２５０）を
用いた。この被削材の外周を「切削速度１０００ｍ／ｍ
ｉｎ」、「切り込み速度０．３ｍｍ」、「送り速度０．
２５ｍｍ／ｒｅｖ」、「湿式」、の条件で切削した結果
を、表４にまとめる。なお、表４中の切削長は工具寿命
にいたるまでの切削可能距離を示している。
【００４０】
【表４】
【００４１】表４に示すように、比較例２の切削用チッ
プの評価は「×」、資料Ｎｏ．２−１および資料Ｎｏ．
２−２の切削用チップの評価は「△」であるものの、資
料Ｎｏ．２−３〜２−４の切削用チップの評価は「○」
であった。
プの評価は「×」、資料Ｎｏ．２−１および資料Ｎｏ．
２−２の切削用チップの評価は「△」であるものの、資
料Ｎｏ．２−３〜２−４の切削用チップの評価は「○」
であった。
【００４２】なお、上記各実施例においては、多結晶ダ
イヤモンド層の工具支持体への接合には、周期律表４ａ
〜７ａ族の少なくとも１種の金属と、Ａｕ、Ａｇ、Ｃ
ｕ、Ｐｔ、ＰｄおよびＮｉの少なくとも１種とを構成成
分として含有し、融点が８００℃〜１０００℃のロー材
を用いて、真空もしくは不活性ガス雰囲気中で行った。
イヤモンド層の工具支持体への接合には、周期律表４ａ
〜７ａ族の少なくとも１種の金属と、Ａｕ、Ａｇ、Ｃ
ｕ、Ｐｔ、ＰｄおよびＮｉの少なくとも１種とを構成成
分として含有し、融点が８００℃〜１０００℃のロー材
を用いて、真空もしくは不活性ガス雰囲気中で行った。
【００４３】また、上記実施例１における結合材粉末に
おけるＣＢＮ粉末の割合は４０体積％、上記実施例２に
おける結合材粉末におけるＣＢＮ粉末の割合は１０体積
％であるが、結合材粉末におけるＣＢＮ粉末の割合は、
１０体積％以上９０体積％以下の範囲で適用することが
可能である。
おけるＣＢＮ粉末の割合は４０体積％、上記実施例２に
おける結合材粉末におけるＣＢＮ粉末の割合は１０体積
％であるが、結合材粉末におけるＣＢＮ粉末の割合は、
１０体積％以上９０体積％以下の範囲で適用することが
可能である。
【００４４】また、上記実施例１および２におけるＣＢ
Ｎ焼結体の厚み、多結晶ダイヤモンド層の厚みおよびＣ
ＢＮ焼結体層と多結晶ダイヤモンド層の厚み比は例示で
あり、上記表１および表２の評価結果、多結晶ダイヤモ
ンド層による放熱効果が充分発揮される観点、および、
コストと性能とのバランスの観点からは、多結晶ダイヤ
モンド層の厚みは１０μｍ以上、２ｍｍ以下、ＣＢＮ焼
結体層と多結晶ダイヤモンド層の厚み比が０．３≦ＣＢ
Ｎ焼結体層／多結晶ダイヤモンド層≦５０の範囲であれ
ば良く、好ましくは多結晶ダイヤモンド層の厚み１００
μｍ以上、２ｍｍ以下であり、ＣＢＮ焼結体層と多結晶
ダイヤモンド層の厚み比が０．４≦ＣＢＮ焼結体層／多
結晶ダイヤモンド層≦２０の範囲が良く、さらに好まし
くは多結晶ダイヤモンド層の厚み１００μｍ以上、１ｍ
ｍ以下であり、ＣＢＮ焼結体層と多結晶ダイヤモンド層
の厚み比が０．８≦ＣＢＮ焼結体層／多結晶ダイヤモン
ド層≦１２の範囲であれば良い。
Ｎ焼結体の厚み、多結晶ダイヤモンド層の厚みおよびＣ
ＢＮ焼結体層と多結晶ダイヤモンド層の厚み比は例示で
あり、上記表１および表２の評価結果、多結晶ダイヤモ
ンド層による放熱効果が充分発揮される観点、および、
コストと性能とのバランスの観点からは、多結晶ダイヤ
モンド層の厚みは１０μｍ以上、２ｍｍ以下、ＣＢＮ焼
結体層と多結晶ダイヤモンド層の厚み比が０．３≦ＣＢ
Ｎ焼結体層／多結晶ダイヤモンド層≦５０の範囲であれ
ば良く、好ましくは多結晶ダイヤモンド層の厚み１００
μｍ以上、２ｍｍ以下であり、ＣＢＮ焼結体層と多結晶
ダイヤモンド層の厚み比が０．４≦ＣＢＮ焼結体層／多
結晶ダイヤモンド層≦２０の範囲が良く、さらに好まし
くは多結晶ダイヤモンド層の厚み１００μｍ以上、１ｍ
ｍ以下であり、ＣＢＮ焼結体層と多結晶ダイヤモンド層
の厚み比が０．８≦ＣＢＮ焼結体層／多結晶ダイヤモン
ド層≦１２の範囲であれば良い。
【００４５】以上、今回開示した上記実施の形態はすべ
ての点で例示であって、制限的なものではなく、本発明
の技術的範囲は、上記した説明ではなく特許請求の範囲
によって画定され、特許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。
ての点で例示であって、制限的なものではなく、本発明
の技術的範囲は、上記した説明ではなく特許請求の範囲
によって画定され、特許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。
【００４６】
【発明の効果】本発明の複合多結晶体切削工具およびそ
の製造方法によれば、多結晶ダイヤモンドの放熱効果に
よりＣＢＮ焼結体の持つ優れた熱的特性をさらに高めた
ものであり、高速加工において従来の工具材料と比較し
て極めて長寿命の加工が可能である。従って、高能率加
工が可能となり工業上有用な効果がもたらされる。
の製造方法によれば、多結晶ダイヤモンドの放熱効果に
よりＣＢＮ焼結体の持つ優れた熱的特性をさらに高めた
ものであり、高速加工において従来の工具材料と比較し
て極めて長寿命の加工が可能である。従って、高能率加
工が可能となり工業上有用な効果がもたらされる。
【図１】本発明に基づいた実施の形態にける複合多結晶
体切削工具の断面構造を示す概念図である。
体切削工具の断面構造を示す概念図である。
１：ＣＢＮ焼結体層 ２：多結晶ダイヤモンド層 ３：ロー材 ４：工具支持体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中井 哲男 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 3C046 FF12 FF16 FF25 FF35 FF37 FF53 GG01 HH05 4G001 BA03 BA23 BA38 BA60 BA63 BB03 BB23 BB38 BB43 BB60 BB63 BC12 BC15 BC55 BC73 BD18 BE01 BE11
Claims (9)
- 【請求項１】 立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）を１０体積％
以上、９０体積％以下含むＣＢＮ焼結体層と、低圧気相
法により合成成長させた多結晶ダイヤモンド層とを有す
る複合多結晶体材料を用いた工具刃先用素材を備え、 前記工具刃先用素材の前記多結晶ダイヤモンド層を工具
支持体にロー付け接合した構造を特徴とする複合多結晶
体切削工具。 - 【請求項２】 前記複合多結晶体材料は、前記ＣＢＮ焼
結体層を基材とし、低圧気相法により生成した前記多結
晶ダイヤモンド層が前記ＣＢＮ焼結体層に直接接合して
いることを特徴とする請求項１に記載の複合多結晶体切
削工具。 - 【請求項３】 前記多結晶ダイヤモンド層の厚みが１０
μｍ以上、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１
に記載の複合多結晶体切削工具。 - 【請求項４】 前記ＣＢＮ焼結体層の厚みが５００μｍ
以上、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記
載の複合多結晶体切削工具。 - 【請求項５】 前記ＣＢＮ焼結体層と前記多結晶ダイヤ
モンド層とからなる前記複合多結晶体材料の厚みが５１
０μｍ以上、３ｍｍ以下であり、前記ＣＢＮ焼結体層と
前記多結晶ダイヤモンド層の厚み比が、０．３≦ＣＢＮ
焼結体層／多結晶ダイヤモンド層≦５０の範囲であるこ
とを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の複合
多結晶体切削工具。 - 【請求項６】 前記ＣＢＮ焼結体層は、１０体積％以
上、９０体積％以下のＣＢＮ粉末と、残部の結合材粉末
とを超高圧焼結して得られた焼結体であり、前記結合材
粉末は、周期律表４ａ，５ａ，６ａ族の窒化物，炭化
物，硼化物，酸化物ならびにこれらの固溶体からなる群
の中から選択される少なくとも１種と、アルミニウムお
よび／またはアルミニウム化合物とからなる結合材と、
不可避不純物と、を有する請求項１〜５のいずれかに記
載の複合多結晶体切削工具。 - 【請求項７】 前記ＣＢＮ焼結体層は、７０体積％以
上、９０体積％以下のＣＢＮ粉末と、残部の結合材粉末
とを超高圧焼結して得られた焼結体であり、 前記結合材粉末は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌの少なくと
も１種ならびにこれらの窒化物，硼化物と、周期律表４
ａ，５ａ，６ａ族の少なくとも１種の炭化物と、不可避
不純物と、を有する請求項１〜５のいずれかに記載の複
合多結晶体切削工具。 - 【請求項８】 超高圧焼結されたＣＢＮ焼結体を基材と
し、この基材の上に低圧気相法により多結晶ダイヤモン
ドを合成成長させた多結晶ダイヤモンド層を形成し、前
記基材と前記多結晶ダイヤモンド層とからなる工具刃先
用素材を形成して、 前記工具刃先用素材の前記多結晶ダイヤモンド層を工具
支持体にロー材を用いて接合した後に、前記工具刃先用
素材の刃先形成を行うことを特徴とする複合多結晶体切
削工具の製造方法。 - 【請求項９】 前記工具刃先用素材の前記多結晶ダイヤ
モンド層の前記工具支持体への接合は、周期律表４ａ〜
７ａ族の少なくとも１種の金属と、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、
Ｐｔ、ＰｄおよびＮｉの少なくとも１種とを構成成分と
して含有し、融点が８００℃〜１０００℃のロー材を用
いて、真空もしくは不活性ガス雰囲気中で行うことを特
徴とする請求項８に記載の複合多結晶体切削工具の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11103963A JP2000296403A (ja) | 1999-04-12 | 1999-04-12 | 複合多結晶体切削工具およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11103963A JP2000296403A (ja) | 1999-04-12 | 1999-04-12 | 複合多結晶体切削工具およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000296403A true JP2000296403A (ja) | 2000-10-24 |
Family
ID=14368038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11103963A Withdrawn JP2000296403A (ja) | 1999-04-12 | 1999-04-12 | 複合多結晶体切削工具およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000296403A (ja) |
Cited By (13)
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-
1999
- 1999-04-12 JP JP11103963A patent/JP2000296403A/ja not_active Withdrawn
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