JP2002254212A - 単結晶ダイヤモンドバイト及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 従来の焼結ダイヤモンドバイトと同等のコス
トで、性能をより向上させたダイヤモンドバイトを提供
する。 【解決手段】 台金２の一端に切欠部を設け、この部分
に単結晶ダイヤモンドチップ１を接合する。接合面はダ
イヤモンドチップ１の底面１ｂ及び背面１ｃとし、ダイ
ヤモンドチップ１の逃げ面は、少なくとも加工面を形成
するために切れ刃として作用する範囲の表面粗さＲｙが
０．５μｍ以上３μｍ以下に仕上げた面とする。すくい
面は、少なくとも加工面を形成するために切れ刃として
作用する範囲の表面粗さＲｙが５ｎｍ以上３０ｎｍ以下
の面とする。また、この単結晶ダイヤモンドバイトの製
造方法として、ダイヤモンドチップ１の材料の結晶方位
を基準に底面と背面を研削及び研磨加工し、この面を台
金２に接合する。逃げ面は研削加工により仕上げを行
い、すくい面を鏡面研磨加工して刃先を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、自動車部品やハー
ドディスク部品あるいは一般部品の切削加工を行うため
のダイヤモンドバイトに関するものであり、より限定的
にはドライ切削あるいはセミドライ切削を行うためのダ
イヤモンドバイトに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からアルミニウム合金や銅合金など
の非鉄金属の電子機器、自動車部品の切削加工には生産
性や加工精度の向上のために、一般には焼結ダイヤモン
ドのチップをシャンクに取り付けたダイヤモンドバイト
が用いられている。また、これとは異なり鏡面を得るた
めの加工には、単結晶ダイヤモンドバイトが用いられて
いる。単結晶ダイヤモンドバイトとしては、特開昭５９
−１８２００５号公報等が知られているが、逃げ面、す
くい面ともに研磨加工されている。

【０００３】焼結ダイヤモンドを用いたバイトは、比較
的低コストで製造することができるため、上記のような
用途、より具体的には鏡面加工用部品の粗加工用や自動
車のピストン、ハードディスクのハブ、ブラケット、ス
リーブの仕上げ加工などに使用されている。近年工作物
の高精度化とともに環境への対応のためにドライあるい
はセミドライ加工が行われるようになり、性能とコスト
の両面を考えると従来の焼結ダイヤモンドや従来の単結
晶ダイヤモンドを用いたバイトでは対応できない新しい
用途が生まれてきている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ダイヤモンドバイトの
切削性や寿命などの性能を向上させるには、単結晶ダイ
ヤモンドのチップを用いることが考えられる。しかしな
がら、焼結ダイヤモンドと単結晶ダイヤモンドではコス
ト面で大きな差があり、従来の単結晶ダイヤモンドチッ
プをそのまま採用するということは現実的に困難な状況
である。

【０００５】また、焼結ダイヤモンドバイトの場合、ダ
イヤモンドチップの台金との接合面側には超硬合金層が
設けられ、ダイヤモンド層と超硬合金層とは一体焼結さ
れているため、接合強度は高く、また台金との接合面は
超硬合金層で行われるため、接合強度は高くできる。こ
れに対して、単結晶ダイヤモンドバイトでは、単結晶ダ
イヤモンドチップと台金との接合強度を高くするため、
接合面積を広く取るためにチップの大きさを大きくした
り、あるいはダイヤモンドチップと台金との熱膨張係数
の差を緩和するため、台金上にＭｏの基台などを設けて
ろう付けするという方法が取られる。しかしながら、こ
のような方法ではダイヤモンドチップが大きくなるた
め、更にコストが上昇したり、単結晶ダイヤモンドチッ
プと台金との間に２つの接合部を有することで、チップ
がはずれやすくなるという問題が起こる。

【０００６】以上のようなことから、本発明は、焼結ダ
イヤモンドバイトと比較しても、コスト的に同等とした
上で、より性能を向上させ、ダイヤモンドチップと台金
との接合強度も向上させた単結晶ダイヤモンドバイト及
びその製造方法を提案するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の単結晶ダイヤモ
ンドバイトの第１の特徴として、一端に切欠部を有する
台金と、少なくとも加工面を形成するために切れ刃とし
て作用する範囲の表面粗さＲｙが０．５μｍ以上３μｍ
以下の逃げ面、及び少なくとも加工面を形成するために
切れ刃として作用する範囲の表面粗さＲｙが５ｎｍ以上
３０ｎｍ以下のすくい面を有する単結晶ダイヤモンドチ
ップとを有し、前記単結晶ダイヤモンドチップは、前記
切欠部に直接接合されてなることである。なお、ここで
いう表面粗さＲｙとは、面全体の最大粗さではなく、面
を切断したときのその切断部分の最大粗さを示す。

【０００８】切欠部に単結晶ダイヤモンドチップを直接
接合することにより、単結晶ダイヤモンドチップの底面
及び底面と交差する面（以下、背面と記す）が切欠部に
接合されることになり、台金に対して単結晶ダイヤモン
ドチップの結晶方位を正確に決めることが容易に可能と
なる。これにより、ダイヤモンドチップの寿命を最大限
に向上させることができる。ダイヤモンドチップの結晶
方位については、切れ刃の耐磨耗性と鋭利性を持続させ
るためにすくい面が（１１０）面になるようにするのが
好ましく、ダイヤモンドチップと台金との接合には、Ａ
ｇを主成分とした活性ろう材を使用するのが好ましい。

【０００９】逃げ面は少なくとも加工面を形成するため
に切れ刃として作用する範囲の表面粗さＲｙが０．５μ
ｍ以上３μｍ以下に加工され、すくい面は少なくとも加
工面を形成するために切れ刃として作用する範囲の表面
粗さＲｙが５ｎｍ以上３０ｎｍ以下に加工されて刃付け
されている。逃げ面の表面粗さＲｙを０．５μｍ以上と
するのは、逃げ面の加工を研削加工のみで行い、研削加
工で安定して仕上げることができる限界である。従来
は、単結晶ダイヤモンドバイトは、精密加工や超精密加
工と言われる分野に使うものとされていた。本発明は、
従来のこのような概念を打ち破るものであって、逃げ面
を研削加工するだけで従来の焼結ダイヤモンドバイト以
上の性能を持つ画期的なバイトである。逃げ面の表面粗
さＲｙを３μｍ以下とするのは、焼結ダイヤモンドバイ
ト以上の高精度な切れ刃を形成するために必要なためで
ある。

【００１０】また、すくい面の表面粗さＲｙを５ｎｍ以
上とするのは、これ以上高精度に研磨しても、逃げ面の
表面粗さとの組合せでは精度をより向上させることが困
難なためであり、表面粗さＲｙを３０ｎｍ以下とするの
は、従来の単結晶ダイヤモンドバイトの優れた性能すな
わち切れ味が良いことや切削抵抗が小さいことを維持す
るためである。

【００１１】前述のように、本発明の単結晶ダイヤモン
ドバイトは、一般部品の加工用として用いられるもので
ある。このような被加工物では、要求される切削加工面
の表面粗さは３．２Ｓ以下である。ここで、曲線刃の刃
先を有するダイヤモンドバイトを例にとると、刃先の半
径をｒ、送り量をｆとした場合に、被加工物の理論表面
粗さ＝ｆ^２／８ｒで表される。本発明の場合、３．２＝
ｆ^２／８ｒとなり、送り量ｆは刃先のｒにより決定され
る。送り量ｆが決まれば、加工面を形成するために切れ
刃として作用する範囲も決まることになるので、結局の
ところ刃先のｒにより切れ刃として作用する範囲は決ま
る。少なくともこの切れ刃として作用する範囲内におい
て、切れ刃のすくい面と逃げ面の表面粗さを適当な範囲
とすることで、製造工程を簡略化できるとともに高精度
な単結晶ダイヤモンドバイトが得られる。

【００１２】以上のような表面粗さの面を有する単結晶
ダイヤモンドバイトとすることで、逃げ面の加工は研磨
加工をすることなしに、高精度の刃を形成することがで
きる。すなわち、逃げ面の表面粗さＲｙを上記の範囲内
になるよう均一に研削加工し、すくい面を研削及び研磨
加工することにより、刃先の精度を向上させることが可
能になる。

【００１３】より好ましくは、刃先が直線刃の場合、逃
げ面の表面粗さＲｙは０．５μｍ以上１μｍ以下とし、
刃先が曲線刃の場合、逃げ面の表面粗さＲｙは１μｍ以
上３μｍ以下とする。これは、単結晶ダイヤモンドチッ
プを使うため、結晶方位の問題があり、曲線刃の場合面
粗さが悪くなるためである。

【００１４】本発明の第２の特徴として、前記切欠部
は、前記単結晶ダイヤモンドチップを載置する面と、前
記単結晶ダイヤモンドチップを載置する面に交差する面
で形成され、両方の面に前記単結晶ダイヤモンドチップ
が接合されてなることである。これは、単結晶ダイヤモ
ンドチップを載置する面と単結晶ダイヤモンドチップの
底面とが接合され、単結晶ダイヤモンドチップを載置す
る面に交差する面と単結晶ダイヤモンドチップの背面と
が接合されているので、切削時に単結晶ダイヤモンドチ
ップにかかる抵抗に対して強く、台金からはずれにくい
という効果が得られる。具体的には、切削時にダイヤモ
ンドチップにかかる抵抗でダイヤモンドチップがはずれ
ないようにするため、ダイヤモンドチップを載置する面
及びこの面と交差する面のなす角度は、略直角にするの
が好ましい。

【００１５】また、本発明の単結晶ダイヤモンドバイト
の製造方法の特徴として、台金に単結晶ダイヤモンドチ
ップが接合されたダイヤモンドバイトを製造する方法に
おいて、（１）ダイヤモンドチップの結晶方位を基準と
して底面の方向を決め、研削及び研磨する工程、（２）
前記底面と交差する面（以下、背面と記す）を研削及び
研磨するかあるいはレーザにより切断する工程、（３）
台金に切欠部を形成する工程、（４）前記ダイヤモンド
チップの底面及び前記背面を前記台金の切欠部に直接接
合する工程、（５）前記背面と対向する側を研削加工
し、逃げ面を形成する工程、（６）前記底面と対向する
側を研削した後、ラップ研磨する工程、とを有すること
である。

【００１６】単結晶ダイヤモンドチップの結晶方位に対
して、背面を正確に形成することで、台金に対しても正
確に結晶方位を設定することが容易に可能となり、単結
晶ダイヤモンドチップの寿命を最大限に向上させること
が可能になる。

【００１７】以上のような単結晶ダイヤモンドバイト
は、要求される加工面の粗さが１〜３μｍの切削加工に
適している。具体的には、ハードディスク部品のハブ、
ブラケット、スリーブや自動車エンジンのピストン、コ
ピードラムなどの用途に適している。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の単結晶ダイヤモンドバイ
トは、図１に示すように、台金の一端に単結晶ダイヤモ
ンドチップが接合され、台金はホルダーにボルトなどで
固定されている。台金の一端には、切欠部が形成され、
単結晶ダイヤモンドチップを載置するための面と、この
面に交差する面からなる２つの面で構成されている。こ
の切欠部に単結晶ダイヤモンドチップが接合されてお
り、単結晶ダイヤモンドチップの底面及び背面は、切欠
部の面とろう付けなどで接合されている。単結晶ダイヤ
モンドチップの背面と対向する側には逃げ面が設けら
れ、底面と対向する側にはすくい面が設けられて、逃げ
面とすくい面の交差する稜線に切刃が形成されている。

【００１９】切削時には、刃先に切削抵抗がかかり、ダ
イヤモンドチップの底面には引っ張り応力がかかるの
で、台金からはがれようとする応力がかかる。本発明の
ダイヤモンドバイトでは、背面にせん断応力がかかって
も背面も接合されているため、切削抵抗に対して非常に
強くなり、接合面積が小さくなっても接合強度は高くな
る。背面の高さ寸法は、接合強度の観点からダイヤモン
ドチップの厚みの１／２以上とするのが好ましく、単結
晶ダイヤモンドチップは、強度の観点から合成ダイヤモ
ンドチップを使うのが好ましい。これは、天然ダイヤモ
ンドの場合、内部に含まれる不純物は不均一に分散して
おり、ろう付け時に熱応力が集中して割れの原因になる
ようなことが起こりうるためである。

【００２０】また、ダイヤモンドチップの背面側に台金
があるため、すくい面と台金の上面との段差が小さくな
り、切削時に切屑がたまりにくくなって排出性が向上す
る。

【００２１】本発明の単結晶ダイヤモンドバイトは、以
下のようにして製造される。まず、単結晶ダイヤモンド
の原石の結晶方位を測定し、所定の形状に粗加工する。
この時、結晶方位を基準に底面を決めておく。次に、底
面となる面の研削及び研磨加工を行い、底面を基準に背
面の加工を行う。背面の加工は、研削及び研磨する方法
あるいはレーザにより切断する方法で行う。このように
して加工されたダイヤモンドチップを、あらかじめ切欠
部を形成しておいた台金にろう付けする。ろう付けする
面は、ダイヤモンドチップの底面及び背面の台金と接し
ている部分とする。ダイヤモンドチップを台金にろう付
けした後、背面と対向する部分に逃げ面を形成するた
め、ダイヤモンド砥石を使い所定の形状に研削加工す
る。この研削加工で少なくとも加工面を形成するために
切れ刃として作用する範囲の表面粗さＲｙが０．５μｍ
以上３μｍ以下になるように仕上げる。この研削には、
ビトリファイドボンドのダイヤモンド砥石が好適であ
る。逃げ面の加工が終わった後、すくい面を研削加工
し、遊離砥粒を用いて研磨加工を行って、少なくとも加
工面を形成するために切れ刃として作用する範囲の表面
粗さＲｙが５ｎｍ以上３０ｎｍ以下となるように仕上げ
る。これにより、すくい面と逃げ面との境界部の稜線上
に刃先が形成される。

【００２２】

【実施例】本発明の単結晶ダイヤモンドバイトを図１に
示す。１はダイヤモンドチップ、２は台金、３はホルダ
ーである。ダイヤモンドチップ１は、合成単結晶ダイヤ
モンドを使用しており、大きさは通常の焼結ダイヤモン
ドバイトのダイヤモンドチップの大きさに比べ約半分と
しており、ダイヤモンドのコストを低減している。

【００２３】単結晶ダイヤモンドは結晶の異方性がある
ため、結晶方向を精度良く最適な方向に定める必要があ
る。まず、ダイヤモンドチップ１の底面１ｂを（１１
０）面になるよう研磨により形成する。次に、この底面
１ｂを基準に背面１ｃを（１００）面になるように形成
する。背面１ｃは、レーザなどにより切断した後、研磨
加工を行う。

【００２４】台金２は超硬合金を材料として、製作す
る。台金２の一端には切欠部を形成しておき、この切欠
部に上記のダイヤモンドチップ１の底面１ｂ及び背面１
ｃをろう付けなどにより接合する。これにより、台金２
に対してダイヤモンドチップ１の結晶方向が正確に定め
られて、接合される。

【００２５】次に、台金２を研削盤に取り付け、逃げ面
の研削加工を行う。研削には、結合材にビトリファイド
ボンドを使ったダイヤモンド砥石が適している。研削後
の逃げ面の表面粗さＲｙは、０．５μｍ以上３μｍ以下
になるように均一に研削する。

【００２６】最後に、すくい面となる部分を研削により
粗加工した後、ラップ盤で鏡面研磨を行い、表面粗さＲ
ｙは、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下になるように仕上げ、す
くい面と逃げ面の交線部に切れ刃を形成する。

【００２７】以上のようにして製作したダイヤモンドバ
イトの刃をホルダー３に取り付け、切削試験を行った。
比較の対象として、焼結ダイヤモンドバイトを使い、同
様の試験を行った。この焼結ダイヤモンドバイトを図
２、切削条件を表１、切削抵抗の比較を図３、逃げ面摩
耗量の比較を図４に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】図３に示すように、切削抵抗は従来の焼結
ダイヤモンドバイトに比べ１／４であるので、切れ味が
良いのに加えてダイヤモンドチップ１にかかる抵抗は小
さくなり、台金２との接合面積が小さくなってもはずれ
にくくなる。また、逃げ面摩耗量については、従来の焼
結ダイヤモンドバイトに比べ１／２以下であり、寿命が
大幅に向上する。

【００３０】次に、上記のダイヤモンドバイトを使用し
て、ドライ切削時の抵抗の比較を行った。切削条件は切
削液を使用しない点を除いて、表１に示したものと同じ
である。この結果を、図５に示す。図５に示されるよう
に、ドライ切削時においても本発明の単結晶ダイヤモン
ドバイトは切削抵抗が低く、従来の焼結ダイヤモンドバ
イトに比べて優れていることが確認された。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の単結晶ダ
イヤモンドバイトは、従来の単結晶ダイヤモンドバイト
に比べ、ダイヤモンドチップの大きさを小さくすること
ができ、逃げ面の加工は研削加工のみで行えるため、低
コストで製作することができ、従来の焼結ダイヤモンド
バイトと同等のコストで製作することができる。また、
従来の焼結ダイヤモンドバイトに比べ、切れ味や寿命は
大きく向上し、ダイヤモンドバイトでの加工コストも低
減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の単結晶ダイヤモンドバイトを示した正
面図。

【図２】従来の焼結ダイヤモンドバイトを示した正面
図。

【図３】本実施例の切削試験における切削抵抗の比較結
果。

【図４】本実施例の切削試験における逃げ面摩耗量の比
較結果。

【図５】ドライ切削時の抵抗の比較結果。

【符号の説明】

１ ダイヤモンドチップ １ａ 超硬合金基台 ２ 台金 ３ ホルダー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端に切欠部を有する台金と、 少なくとも加工面を形成するために切れ刃として作用す
   る範囲の表面粗さＲｙが０．５μｍ以上３μｍ以下の逃
   げ面、及び少なくとも加工面を形成するために切れ刃と
   して作用する範囲の表面粗さＲｙが５ｎｍ以上３０ｎｍ
   以下のすくい面を有する単結晶ダイヤモンドチップとを
   有し、 前記単結晶ダイヤモンドチップは、前記切欠部に直接接
   合されてなることを特徴とする単結晶ダイヤモンドバイ
   ト。
2. 【請求項２】 前記切欠部は、前記単結晶ダイヤモンド
   チップを載置する面と、前記単結晶ダイヤモンドチップ
   を載置する面に交差する面で形成され、両方の面に前記
   単結晶ダイヤモンドチップが接合されてなることを特徴
   とする請求項１記載の単結晶ダイヤモンドバイト。
3. 【請求項３】 台金に単結晶ダイヤモンドチップが接合
   されたダイヤモンドバイトを製造する方法において、
   （１）ダイヤモンドチップの結晶方位を基準として底面
   の方向を決め、研削及び研磨する工程、（２）前記底面
   と交差する面（以下、背面と記す）を研削及び研磨する
   かあるいはレーザにより切断する工程、（３）台金に切
   欠部を形成する工程、（４）前記ダイヤモンドチップの
   底面及び前記背面を前記台金の切欠部に直接接合する工
   程、（５）前記背面と対向する側を研削加工し、逃げ面
   を形成する工程、（６）前記底面と対向する側を研削し
   た後、ラップ研磨する工程、とを有することを特徴とす
   る単結晶ダイヤモンドバイトの製造方法。