JP2002529601A - 多結晶質ダイヤモンド部材及びその作製方法 - Google Patents

多結晶質ダイヤモンド部材及びその作製方法

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JP2002529601A
JP2002529601A JP2000581270A JP2000581270A JP2002529601A JP 2002529601 A JP2002529601 A JP 2002529601A JP 2000581270 A JP2000581270 A JP 2000581270A JP 2000581270 A JP2000581270 A JP 2000581270A JP 2002529601 A JP2002529601 A JP 2002529601A
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polycrystalline diamond
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layer
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JP2000581270A
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エドワード、 ジェイ． オレス、
Original Assignee
ケンナメタル インコ−ポレイテツド
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C16/045—Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/53—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone involving the removal of at least part of the materials of the treated article, e.g. etching, drying of hardened concrete
    • C04B41/5338—Etching

Abstract

(57)【要約】 多結晶質ダイヤモンド部材（６０）及びその作製方法。この部材（６０）は、支持層を備え、すくい面（８０）と逃げ面（８２）とを有する多結晶質ダイヤモンド層（６４）を支持層（６２）上に備える。この多結晶質ダイヤモンド層（６４）は、支持層に隣接した内側領域（６８）と、この内側領域（６８）に隣接し且つすくい面（８０）において成端する外側領域（６６）とを有している。内側領域（６８）は、間に隙間ができるように架橋された内側ダイヤモンド粒子（７０）と、この内側ダイヤモンド粒子の隙間に位置する触媒（７６）とから構成されている。外側領域（６６）は、触媒を実質的に含んでおらず、間に隙間ができるように架橋された外側ダイヤモンド粒子（７０）と、この外側ダイヤモンド粒子（７０）を実質的に囲むように化学蒸着によって付着された硬質材料（７４）とから構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多結晶質ダイヤモンド部材に関し、特に、多結晶質ダイヤモンド支
持層（バッキング）と、この支持層上にある硬質の化学蒸着（ＣＶＤ）コーティ
ング層、即ちＣＶＤ法が適用された硬質材料層とを有する、多結晶質ダイヤモン
ド部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、典型的な多結晶質ダイヤモンド成形体は、炭化タングステン（又は
コバルトで結合された炭化タングステン）支持層と、この支持層上にある多結晶
質ダイヤモンド層とから構成されていた。この多結晶質ダイヤモンド層は、架橋
された（即ち架橋（ブリッジ）により結合された）ダイヤモンド粒子と、このダ
イヤモンド粒子の隙間の触媒（例えばコバルト）とから構成されている。このコ
バルトは、ダイヤモンド粒子を架橋する触媒として機能する。このような多結晶
質ダイヤモンド成形体については、ホール(Hall)等による「複合多結晶質ダイヤ
モンド成形体」(“COMPOSITE POLYCRYSTALLINE DIAMOND COMPACT”)という発明
の名称である、米国特許第４，６０４，１０６号（このホール等による特許は、
言及により本明細書中に組み込まれる）に示され説明されている。これらの多結
晶質ダイヤモンド成形体は、使用される具体的な用途に依るが、多結晶質ダイヤ
モンド（ＰＣＤ）切削インサート用のＰＣＤブランクとして用いられる場合には
、切断後、ある程度研磨されることによって、ＰＣＤブランクが形成され、次に
、このＰＣＤブランクは、ＰＣＤ切削インサートの基体におけるポケット内にロ
ウ付けされる。このＰＣＤブランクはすくい面と逃げ面とを有しており、これら
の面は交差してＰＣＤ切削インサートの切れ刃を画定している。典型的なＰＣＤ
ブランクの触媒（例えばコバルト）含有量は約５〜約６重量％であり、ダイヤモ
ンド粒子の平均粒径は用途に依って変わる。このダイヤモンド粒子の平均粒径の
より広い範囲としては、約２〜約２５マイクロメートル（μｍ）であってよく、
その他の範囲としては、約２〜約１０μｍであってもよいし、約１０〜約２５μ
ｍであってもよい。
【０００３】 イー．ジェイ．オールズ(E.J.Oles)及びエル．イー．トーマス(L.E.Thomas)に
よる、「逃げ面の表面粗さが改良された切削インサート及びその作製方法」(“C
UTTING INSERT WITH IMPROVED FLANK SURFACE ROUGHNESS AND METHOD OF MAKING
”)という発明の名称であって、本特許出願の譲受人（アメリカ合衆国、１５６
５０、ペンシルヴァニア州、ラトローブ(Latrobe)のケンナメタル インコーポ
レイテッド(Kennametal Inc.))に譲渡された、同時係属の米国特許出願（これは
、言及により本明細書中に組み込まれる）には、ＰＣＤブランクを備えたＰＣＤ
切削インサートが開示されている。このＰＣＤブランクは、材料切除処理の際に
微視的チップ制御を提供するのに十分な程度の表面粗さとなるように、イオン磨
砕、レーザ、又はプラズマエッチングを用いて粗面化された、すくい面を有して
いる。このＰＣＤブランクは、逃げ面上において仕上げ研削ラインが切れ刃に対
してほぼ平行な方向に位置するように仕上げ研削されており、また、この逃げ面
は、鏡面仕上げ（表面粗さ(Ｒa)：５マイクロインチ未満）となるように研磨さ
れている。このようなＰＣＤ切削インサートは、その粗面化されたすくい面によ
って微視的チップ制御を提供すると共に、その平滑な逃げ面によって理論値に近
い被削物表面仕上げを提供する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のＰＣＤ切削インサートは、ある程度の利益をもたらすと共に、
非常に満足のゆくＰＣＤ切削インサートであるが、改良の余地がまだいくらか残
っている。
【０００５】 上述した従来のＰＣＤ切削インサートにおいて、材料切除処理の際に被削物に
接触する面は、特に被削物表面に接触するように作製されているわけではない。
つまり、従来のＰＣＤブランクのダイヤモンド層の微細構造は、全体にわたって
ほぼ均一である。従って、被削物に接触する面が特にこのような接触に適するよ
うに作製されているＰＣＤブランクであって、微視的チップ制御と共に理論値に
近い被削物表面仕上げを提供するＰＣＤブランクを有する、ＰＣＤ切削インサー
トを提供することは、非常に望ましいであろう。
【０００６】 上述した従来のＰＣＤ切削インサートにおいて、すくい面の表面粗さは、イオ
ン磨砕、プラズマエッチング、又はレーザブレーディング(blading)のような別
個の粗面化工程を介して得られる。従って、別個の処理工程によらずに粗面化さ
れたすくい面を備えるＰＣＤブランクであって、顕微鏡的チップ制御を行うと共
に理論値に近い被削物表面仕上げをもたらすＰＣＤブランクを有する、ＰＣＤ切
削インサートを提供することは、非常に望ましいであろう。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの態様は、支持層を備え、すくい面と逃げ面とを有する多結晶質
ダイヤモンド層を前記支持層上に備える、多結晶質ダイヤモンド部材である。前
記多結晶質ダイヤモンド層は、前記支持層に隣接した内側領域と、該内側領域に
隣接し且つ前記すくい面において成端する外側領域とを有している。前記内側領
域は、間に隙間ができるように架橋された内側ダイヤモンド粒子と、該内側ダイ
ヤモンド粒子の隙間に位置する触媒とから構成されている。前記外側領域は、前
記触媒を実質的に含んでおらず、間に隙間ができるように架橋された外側ダイヤ
モンド粒子と、該外側ダイヤモンド粒子を実質的に囲むように化学蒸着によって
付着された硬質材料とから構成されている。
【０００８】 本発明の別の態様は、ポケットを含む基体を備え、支持層と該支持層上の多結
晶質ダイヤモンド層とを有する多結晶質ダイヤモンドブランクを備える、多結晶
質ダイヤモンド切削インサートである。前記多結晶質ダイヤモンド層は、前記支
持層に隣接した内側領域と、該内側領域に隣接した外側領域とを有している。前
記内側領域は、間に隙間ができるように架橋された内側ダイヤモンド粒子と、該
内側ダイヤモンド粒子の隙間に位置する触媒とから構成されている。前記外側領
域は、前記触媒を実質的に含んでおらず、間に隙間ができるように架橋された外
側ダイヤモンド粒子と、該外側ダイヤモンド粒子を実質的に囲むように化学蒸着
によって付着された硬質材料とから構成されている。
【０００９】 本発明のさらに別の態様は、支持層を形成する工程と、間に隙間ができるよう
に架橋された複数のダイヤモンド粒子と、該ダイヤモンド粒子の隙間に位置する
触媒とから構成される、多結晶質ダイヤモンド層を前記支持層上に形成する工程
と、間に隙間ができるように架橋された外側ダイヤモンド粒子で構成されると共
に、前記触媒を実質的に含まない外側領域を形成し、間に隙間ができるように架
橋された内側ダイヤモンド粒子と、該内側ダイヤモンド粒子の隙間に位置する触
媒とから構成される、内側領域を前記外側領域の内側に形成するように、前記多
結晶質ダイヤモンド層の表面の一部から、所定の深さにわたって前記触媒を除去
する工程と、硬質材料が、架橋された前記外側ダイヤモンド粒子間に浸透して、
前記外側ダイヤモンド粒子を実質的に囲むことによって、前記外側領域が、架橋
された前記外側ダイヤモンド粒子と、該外側ダイヤモンド粒子を実質的に囲む前
記硬質材料とから構成されるように、十分に遅い速度で、前記多結晶質ダイヤモ
ンド層の表面の一部から、所定量の前記硬質材料を付着させる工程と、から成る
多結晶質ダイヤモンド部材作製方法である。
【００１０】 本発明のさらに別の態様は、ポケットを含む基体を形成する工程と、支持層を
有し、交差して切れ刃を形成するすくい面と逃げ面とを有すると共に、間に隙間
ができるように架橋された複数のダイヤモンド粒子と、該ダイヤモンド粒子の隙
間に位置する触媒とから構成される、多結晶質ダイヤモンド層を前記支持層上に
有する、多結晶質ダイヤモンドブランクを形成する工程と、間に隙間ができるよ
うに架橋された外側ダイヤモンド粒子で構成されると共に、前記触媒を実質的に
含まない外側領域を形成し、間に隙間ができるように架橋された内側ダイヤモン
ド粒子と、該内側ダイヤモンド粒子の隙間に位置する触媒とから構成される、内
側領域を前記外側領域の内側に形成するように、前記多結晶質ダイヤモンド層の
表面の一部から、所定の深さにわたって前記触媒を除去する工程と、硬質材料が
、架橋された前記外側ダイヤモンド粒子間に浸透することによって、前記外側領
域が、架橋された前記外側ダイヤモンド粒子と、該外側ダイヤモンド粒子を実質
的に囲む前記硬質材料とから構成されるように、十分に遅い速度で、前記多結晶
質ダイヤモンド層の表面の一部から、所定量の前記硬質材料を付着させる工程と
、前記多結晶質ダイヤモンドブランクを前記ポケット内にロウ付けする工程と、
仕上げ研削ラインが前記切れ刃に対してほぼ平行な方向に位置するように、前記
多結晶質ダイヤモンド層の前記逃げ面を仕上げ研削する工程と、から成る多結晶
質ダイヤモンド切削インサート作製方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、切削インサート用ＰＣＤブランク、ＰＣＤブランクを用いるＰＣＤ
切削インサート、ワイヤダイ、摩耗面、削岩機用摩耗部材、及び掘削機用摩耗部
材を含む、多結晶質ダイヤモンド部材に関する。大まかに言えば、以下の説明か
ら明らかとなるように、この多結晶質ダイヤモンド部材は、支持層と、この支持
層上にある多結晶質ダイヤモンド層とを備える。この多結晶質ダイヤモンド層は
、架橋された（即ち架橋により結合された）ダイヤモンド粒子（即ち外側ダイヤ
モンド粒子）と、このダイヤモンド粒子を囲む（且つ、このダイヤモンド粒子に
機械的に付着する）ように化学蒸着によって付着された硬質材料（例えばダイヤ
モンド）とから構成されている、外側領域を有しており、この外側領域には空隙
がない。また、この多結晶質ダイヤモンド層は、架橋されたダイヤモンド粒子（
即ち内側ダイヤモンド粒子）と、このダイヤモンド粒子の隙間に位置する金属触
媒（例えばコバルト）とから構成されている、内側領域を、支持層と外側領域と
の間に有している。
【００１２】 大まかに言えば、以下の説明から明らかとなるように、この多結晶質ダイヤモ
ンド部材の作製方法は、(１)支持層を有し、架橋された複数のダイヤモンド粒子
と、このダイヤモンド粒子の隙間に位置する触媒とから構成される、多結晶質ダ
イヤモンド層を支持層上に有する、ＰＣＤブランクを形成する工程と、(２)(ａ)
架橋されたダイヤモンド粒子（即ち外側ダイヤモンド粒子）で構成されると共に
、触媒（即ちコバルト）を実質的に含まない外側領域を形成し、(ｂ)架橋された
ダイヤモンド粒子（即ち内側ダイヤモンド粒子）と、このダイヤモンド粒子の隙
間に位置する触媒とから構成される、内側領域を外側領域の内側に形成するよう
に、多結晶質ダイヤモンド層の表面のうちの１箇所以上の選択された部分から、
所定の深さにわたって触媒を除去する工程と、(３)硬質材料（例えばダイヤモン
ド）が、外側領域における架橋されたダイヤモンド粒子間に浸透（且つ、このダ
イヤモンド粒子に機械的に付着）することによって、外側領域が、架橋された外
側ダイヤモンド粒子と、この架橋されたダイヤモンド粒子を囲む硬質材料とから
構成されるように、十分に遅い速度で、多結晶質ダイヤモンド層の表面の一部か
ら所定量の硬質材料を、ＣＶＤ法によって付着させる工程と、から成る。
【００１３】 図１及び図２を参照すると、ほぼ三角形の形状をした従来の多結晶質（ＰＣＤ
）ブランクが示されており、このＰＣＤブランクは全体として参照番号１０で示
されている。ＰＣＤブランク１０は支持層１２を備えており、この支持層１２は
炭化タングステン−コバルト材料で構成されているのが好ましい。出願人の意図
するところによれば、この支持層１２はその他の適切な材料で構成されていても
よい。ＰＣＤブランク１０は、多結晶質ダイヤモンド層１４をさらに備えており
、この多結晶質ダイヤモンド層１４は、間に隙間ができるように架橋された複数
のダイヤモンド結晶（若しくは粒子）２０（図２参照）と、このダイヤモンド結
晶２０の隙間に充填された（若しくは位置する）触媒(catalyst)材料２６とから
構成されている。この触媒材料２６としてはコバルトが好ましいが、出願人の意
図するところによれば、その他の適切な材料も本発明の範囲内に含まれる。
【００１４】 図２で示されているように、触媒２６は、ダイヤモンド層１４のすくい(rake)
面３０まで及んでいる。また、ＰＣＤブランク１０は逃げ(flank)面３２も備え
ている。すくい面３０と逃げ面３２は交差して、その接合部において切れ刃（カ
ッティングエッジ）３４を形成している。このＰＣＤブランク１０は、例えば、
ホール等による米国特許第４，６０４，１０６号（これは、言及により本明細書
中に組み込まれる）に開示されている方法のような、従来の方法によって作製さ
れてもよい、ということは認められるべきである。
【００１５】 図３に関して、ＰＣＤブランク１０の作製後に行われる次の処理工程は、多結
晶質ダイヤモンド層１４の表面のうちの、１箇所以上の選択された部分付近の領
域から、触媒材料２６を実質的に全て除去する工程である。この除去工程の結果
、多結晶質ダイヤモンド層１４に外側領域１６と内側領域１８とが形成される。
これについては以下により詳細に説明するが、これらの領域は異なる微細構造を
有する。
【００１６】 図３に示されている特定の実施の形態においては、触媒２６は、多結晶質ダイ
ヤモンド層１４のすくい面３０のみから除去されており、逃げ面３２からは直接
的には除去されていない。しかし、触媒が逃げ面３２から直接的には除去されて
いないとしても、外側領域１６は、すくい面３０と逃げ面３２とが交差して切れ
刃３４を形成しているポイント付近の逃げ面３２まで及んでいる。
【００１７】 この除去を行うための実際の処理は、電気化学的処理であってもよいし、酸処
理であってもよい。酸処理の例としては、ブランクを、ＨＮＯ3と水との割合が
１：３である溶液に４０℃にて約１５分間浸漬させてもよい。この処理（即ち酸
処理）又は電気化学的処理の結果、実質的に触媒を含まない表面となる。電気化
学的処理の方が好ましいが、その理由は、金属触媒（例えばコバルト）を除去し
た後に残るダイヤモンドが絶縁体であることにより、このような処理が自然に止
まる(self-arresting)からである。
【００１８】 さらに図３を参照すると、すくい面３０から触媒２６を除去することによって
、実質的に触媒（コバルト）を含まず、架橋された（即ち架橋により結合された
）ダイヤモンド粒子２０（若しくは外側ダイヤモンド粒子）のみを含む、外側領
域１６が生成されたことがわかる。また、このように触媒２６を除去することに
よって、架橋されたダイヤモンド粒子２０（若しくは内側ダイヤモンド粒子）を
囲む触媒２６を依然として含む、内側領域１８も生成された。この内側領域１８
は逃げ面３２まで及んでいる。
【００１９】 図４に関して、次の処理工程は、ＣＶＤ処理によって、図３に示されたＰＣＤ
ブランク１０のすくい面３０にダイヤモンドコーティングを施す工程である。こ
のダイヤモンド材料の沈着（蒸着）速度は、ダイヤモンド材料が、触媒を含まな
い外側領域に浸透してダイヤモンド粒子を囲むことによって、ダイヤモンド粒子
とダイヤモンド材料とから成る外側領域に実質的に空隙がなくなる程度に、遅い
速度であるべきである。また、このダイヤモンド材料は、ダイヤモンド粒子に機
械的に付着するのが好ましい。上述した程度の浸透及び機械的付着は、沈着速度
が約１ミクロン／時未満、より好ましくは約０．５ミクロン／時未満であれば可
能である。また、この浸透は、ダイヤモンド材料粒子が外側ダイヤモンド粒子間
の隙間に容易に入り込むことができるほどダイヤモンド材料の粒径が小さい場合
、促進される。この点に関して、これらのダイヤモンド粒子の好ましい平均粒径
としては、約１０〜１５μｍである。
【００２０】 沈着（蒸着）技法に関しては、数多くの沈着技法を適用することが可能である
が、上述したような適切な浸透が得られる程度に沈着速度が遅いという条件で適
当な沈着技法については、ソーダーバーグ(Soderberg)等による「マイクロ波プ
ラズマによるダイヤモンドコーティング方法」(“METHOD FOR DIAMOND COATING
BY MICROWAVE PLASMA”)という発明の名称である米国特許第５，４８２，７４８
号（これは言及により本明細書中に組み込まれる）や、ホーブナー(Haubner)等
による「ダイヤモンド及び関連材料２」(“Diamond and Related Materials 2”
)(1993)の1277〜1294頁にある「熱フィラメント化学蒸着によるダイヤモンド生
長：技術の実態」(“Diamond growth by hot-filament chemical vapor deposit
ion: state of the art”)というタイトルの論文（これは言及により本明細書中
に組み込まれる）に、概略的に説明且つ開示されている。このダイヤモンド材料
沈着工程の結果、外側領域１６は、架橋されたダイヤモンド粒子２０と、このダ
イヤモンド粒子２０を囲むと共にこのダイヤモンド粒子２０に機械的に付着した
ＣＶＤダイヤモンド材料２４とから構成されることとなる。
【００２１】 さらに図４を参照すると、多結晶質ダイヤモンド層１４のすくい面３０付近の
ダイヤモンド粒子２０はすくい面からわずかに突出しており、これによって表面
粗さが生じている。この表面粗さＲaは、１５マイクロインチよりも大きいオー
ダーであり、より好ましくは３０マイクロインチよりも大きいオーダーである。
ダイヤモンド結晶は、逃げ面３２からも、すくい面３０と逃げ面３２との交差部
分付近のポイントにおいてある程度突出している。しかし、以下に説明するよう
に、ＰＣＤブランクがＰＣＤ切削インサートに固定された後、逃げ面３２を仕上
げ研削且つ研磨することによって、ダイヤモンド粒子の突出により生じた表面粗
さを除去することができる。
【００２２】 図５は、上記の処理によって作製されたほぼ三角形のＰＣＤブランク１０を有
する、ＰＣＤ切削インサートを示しており、このＰＣＤ切削インサートは、全体
として参照番号４０で示されている。ＰＣＤ切削インサート４０は、ポケット４
４を含む基体４２を有する。ＰＣＤブランク１０は、このポケット４４内に固定
（例えばロウ付け）される。ＰＣＤブランク１０は、すくい面３０を備えた多結
晶質ダイヤモンド層１４を有する。このダイヤモンド層１４は、支持層１２の頂
面上に位置している。また、このダイヤモンド層１４は逃げ面３２も備えており
、この逃げ面３２はすくい面３０と交差して切れ刃３４を形成している。
【００２３】 ＰＣＤブランク１０がポケット４４内にロウ付けされた後、逃げ面３２はそれ
ぞれ、仕上げ研削ライン４６が対応する切れ刃３４の方向に対してほぼ平行にな
るように仕上げ研削されてもよい。次に、この逃げ面３２はそれぞれ、表面粗さ
Ｒaが５マイクロインチ未満となるように研磨される。多結晶質ダイヤモンド層
１４のすくい面３０は、ダイヤモンド層の外側領域からのＣＶＤ層を有しており
、このＣＶＤ層のダイヤモンド粒子がすくい面から突出していることによって、
微視的チップ制御を行うのに十分な程度の表面粗さが生じている。
【００２４】 多結晶質ダイヤモンド層１４の外側領域１６は、ダイヤモンド粒子と、このダ
イヤモンド粒子を囲むＣＶＤダイヤモンドコーティングとから構成されているた
め、外側領域、ゆえに多結晶質ダイヤモンド層１４の外側領域１６の表面は、被
削物（ワークピース）表面と接触するのに特に適している。多結晶質ダイヤモン
ド層１４のうちの、ダイヤモンド材料２４内にダイヤモンド粒子を有している部
分は、すくい面３０、及び、逃げ面３２のすくい面３０と逃げ面３２との交差部
分（即ち切れ刃３４）付近の部分である。
【００２５】 従って、このＰＣＤ切削インサート４０は、その表面粗さによって微視的チッ
プ制御を提供するすくい面３０と、理論値に近い被削物表面仕上げをもたらすよ
うに表面仕上げされた逃げ面３２とを有する、ＰＣＤブランク１０を備える、と
いうことは認めることができる。また、このＰＣＤ切削インサート４０は、すく
い面３０と、逃げ面３２のうちの切れ刃３４に近接した部分（切れ刃３４を含む
）とが、材料切除作業の際に被削物と接触するのに特に適している、ＰＣＤブラ
ンク１０を備える、ということも認めることができる。
【００２６】 図３及び図４に示された特定の実施の形態は、ＰＣＤブランクのすくい面のみ
からコバルト触媒を除去することによって形成された。別の実施の形態において
は、触媒（コバルト）は、ＰＣＤブランクのすくい面と逃げ面との両方から除去
されてもよい。
【００２７】 この点に関して、図６及び図７を参照すると、図６には、多結晶質ダイヤモン
ド層６４のうちのすくい面８０と逃げ面８２付近の部分から触媒（即ちコバルト
）が除去された、ＰＣＤブランク６０の断面が示されている。従って、すくい面
全体に沿って広がる外側領域６６の部分と、逃げ面８２全体に沿って広がる外側
領域６６の部分とがあることがわかる。これらの外側領域６６は、実質的にコバ
ルト（若しくは触媒）を含んでおらず、架橋されたダイヤモンドの粒子で構成さ
れている。内側領域６８は、外側領域６６と支持層６２表面との間に含まれてい
る。この内側領域６８は、すくい面８０にも逃げ面８２にも及んでいない。
【００２８】 図７は、ダイヤモンド材料層７４が逃げ面８２及びすくい面８０に施された（
蒸着された）、図６のＰＣＤブランク６０の断面を示している。まず、ダイヤモ
ンド材料７４がダイヤモンド粒子２０間に浸透する（且つダイヤモンド粒子２０
に機械的に付着する）ように、初期にダイヤモンド材料層７４が約１ミクロン／
時未満の速度で（より好ましくは、約０．５ミクロン／時未満の速度で）施され
ることによって、すくい面８０及び逃げ面８２から内側に広がる外側領域６６が
生成される。
【００２９】 図４の形態と同様に、ダイヤモンド粒子７０は、すくい面８０及び逃げ面８２
から突出している。従って、すくい面８０は、１５マイクロインチよりも大きい
オーダーの、より好ましくは３０マイクロインチよりも大きいオーダーの表面粗
さＲaを有する。しかし、逃げ面８２から突出しているダイヤモンド粒子７０に
ついては、以下に説明するように、逃げ面を仕上げ研削且つ研磨することによっ
て、ダイヤモンド粒子７０の突出により生じた表面粗さを除去することができる
。
【００３０】 図４の実施の形態と同様に、ＰＣＤブランクは、ＰＣＤ切削インサートの基体
のポケット内にロウ付けされる。ＰＣＤブランク６０の逃げ面８２は、仕上げ研
削され、次に研磨されることによって、表面粗さＲaが５マイクロインチよりも
小さくなり、理論値に近い被削物表面仕上げをもたらす。すくい面８０は、微視
的チップ制御を提供するのに十分な程度の表面粗さを有する。ゆえに、図７のよ
うなＰＣＤブランクから成るＰＣＤブランクを用いたＰＣＤ切削インサートは、
微視的チップ制御と共に理論値に近い被削物表面仕上げを提供する、ということ
がわかる。
【００３１】 上記の説明では、外側領域から触媒を除去した後に、そこにダイヤモンド材料
をＣＶＤによって施すこととした。しかし、切削インサートから触媒を除去した
後に、外側領域にその他の硬質材料を施してもよい、ということは認められるべ
きである。
【００３２】 この点に関して、これらの硬質材料としては炭窒化チタンが挙げられ、これは
中温(moderate temperature)化学蒸着（ＭＴＣＶＤ）法によって施される。この
ＭＴＣＶＤ処理における蒸着温度は、約８５０℃である。
【００３３】 また、これらの硬質材料は、アルミナ、窒化チタン、炭窒化チタン、及び炭化
チタンのうちの少なくとも１つであってもよく、これらはプラズマ助力の化学蒸
着（ＰＡＣＶＤ）によって施される。このＰＡＣＶＤ処理における蒸着温度は、
約６００〜約７００℃の範囲である。
【００３４】 本明細書中に特定された特許及びその他の文献は、言及により本明細書中に組
み込まれる。
【００３５】 本発明のその他の実施の形態については、本明細書中に開示された本発明の実
施の形態を考察すれば、当業者には明らかであろう。本明細書中の実施の形態は
単なる例示としてみなされ、本発明の真の範囲及び趣旨は上記の特許請求の範囲
により示される、ということが意図される。
【００３６】 以下は、本特許出願の一部を形成する図面の簡単な説明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＰＣＤ切削インサートと共に用いられる従来のＰＣＤブランクを示す等角図で
あって、このＰＣＤブランクは、支持層と、この支持層上にある多結晶質ダイヤ
モンド層とを有している。
【図２】 図１の切断線２−２に沿って取り出した、図１のＰＣＤブランクの微細構造の
一部を示す略断面図であって、このＰＣＤブランクは、支持層と、この支持層上
にある多結晶質ダイヤモンド層とを有しており、この多結晶質ダイヤモンド層は
、架橋されたダイヤモンド粒子と、このダイヤモンド粒子間の隙間に位置する触
媒（即ちコバルト）とから構成されている。
【図３】 図２と同様のＰＣＤブランクを示す略断面図であるが、触媒（即ちコバルト）
層が多結晶質ダイヤモンド層のすくい面のみから除去されることによって、実質
的に触媒（即ちコバルト）を含んでおらず且つダイヤモンド粒子が架橋されてい
る領域が生成されている。
【図４】 図３と同様のＰＣＤブランクを示す略断面図であるが、ＣＶＤダイヤモンド層
が、多結晶質ダイヤモンド層のすくい面上に沈着されることによって、実質的に
触媒（即ちコバルト）を含んでいない領域におけるダイヤモンド粒子間に浸透（
且つダイヤモンド粒子に機械的に付着）している。
【図５】 ＰＣＤ切削インサートの等角図であって、このＰＣＤ切削インサートは、図４
のＰＣＤブランクを受容するポケットを含む基体を有している。
【図６】 図２と同様のＰＣＤブランクの一部を示す略断面図であるが、触媒（即ちコバ
ルト）層が多結晶質ダイヤモンド層のすくい面及び逃げ面から除去されることに
よって、実質的に触媒（即ちコバルト）を含んでおらず且つダイヤモンド粒子が
架橋されている領域が生成されている。
【図７】 図６と同様のＰＣＤブランクを示す断面図であるが、ダイヤモンド層が、多結
晶質ダイヤモンド層のすくい面及び逃げ面上に沈着されることによって、実質的
に触媒（即ちコバルト）を含んでいない領域におけるダイヤモンド結晶間に浸透
（且つダイヤモンド結晶に機械的に付着）している。

Claims (36)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 支持層を備え、 すくい面と逃げ面とを有する多結晶質ダイヤモンド層を前記支持層上に備える
    、 多結晶質ダイヤモンド部材であって、 前記多結晶質ダイヤモンド層が、前記支持層に隣接した内側領域と、該内側領
    域に隣接し且つ前記すくい面において成端する外側領域とを有しており、 前記内側領域が、間に隙間ができるように架橋された内側ダイヤモンド粒子と
    、該内側ダイヤモンド粒子の隙間に位置する触媒とから構成されており、 前記外側領域が、前記触媒を実質的に含んでおらず、間に隙間ができるように
    架橋された外側ダイヤモンド粒子と、該外側ダイヤモンド粒子を実質的に囲むよ
    うに化学蒸着によって付着された硬質材料とから構成されている、 多結晶質ダイヤモンド部材。
  2. 【請求項２】 前記硬質材料がＣＶＤダイヤモンド粒子から成る、請求項１
    に記載の多結晶質ダイヤモンド部材。
  3. 【請求項３】 前記内側ダイヤモンド粒子が第１の平均粒径を有し、前記Ｃ
    ＶＤダイヤモンド粒子が前記第１の平均粒径とは異なる第２の平均粒径を有する
    、請求項２に記載の多結晶質ダイヤモンド部材。
  4. 【請求項４】 前記第１の平均粒径が前記第２の平均粒径よりも大きい、請
    求項３に記載の多結晶質ダイヤモンド部材。
  5. 【請求項５】 前記硬質材料が炭窒化チタンから成る、請求項１に記載の多
    結晶質ダイヤモンド部材。
  6. 【請求項６】 前記炭窒化チタンが、約８５０℃の温度にて中温化学蒸着に
    よって付着される、請求項５に記載の多結晶質ダイヤモンド部材。
  7. 【請求項７】 前記硬質材料が、アルミナ、窒化チタン、炭窒化チタン、及
    び窒化チタンのうちの１つから成る、請求項１に記載の多結晶質ダイヤモンド部
    材。
  8. 【請求項８】 前記硬質材料が、約６００〜約７００℃の温度にてプラズマ
    アシスト化学蒸着によって付着される、請求項７に記載の多結晶質ダイヤモンド
    部材。
  9. 【請求項９】 前記外側ダイヤモンド粒子間に実質的に空隙のない、請求項
    １に記載の多結晶質ダイヤモンド部材。
  10. 【請求項１０】 前記外側領域がさらに、前記多結晶質ダイヤモンド層の前
    記逃げ面の少なくとも一部において成端する、請求項１に記載の多結晶質ダイヤ
    モンド部材。
  11. 【請求項１１】 前記多結晶質ダイヤモンド層の前記すくい面付近にある前
    記外側ダイヤモンド粒子のうちの少なくともいくつかが、前記すくい面から突出
    している、請求項１に記載の多結晶質ダイヤモンド部材。
  12. 【請求項１２】 前記多結晶質ダイヤモンド層の前記すくい面が、１５マイ
    クロインチよりも大きい表面粗さＲaを有する、請求項１１に記載の多結晶質ダ
    イヤモンド部材。
  13. 【請求項１３】 前記多結晶質ダイヤモンド層の前記逃げ面が、約５マイク
    ロインチよりも小さい表面粗さＲaを有する、請求項１に記載の多結晶質ダイヤ
    モンド部材。
  14. 【請求項１４】 前記多結晶質ダイヤモンド層の前記逃げ面が、約１〜約２
    マイクロインチの表面粗さＲaを有する、請求項１に記載の多結晶質ダイヤモン
    ド部材。
  15. 【請求項１５】 前記外側領域が１０〜１５ミクロンの厚さを有する、請求
    項１に記載の多結晶質ダイヤモンド部材。
  16. 【請求項１６】 前記触媒がコバルトから成る、請求項１に記載の多結晶質
    ダイヤモンド部材。
  17. 【請求項１７】 前記外側領域が、前記すくい面全体及び前記逃げ面全体に
    沿って成端する、請求項１に記載の多結晶質ダイヤモンド部材。
  18. 【請求項１８】 ポケットを含む基体を備え、 支持層と該支持層上の多結晶質ダイヤモンド層とを有する多結晶質ダイヤモン
    ドブランクを備える、 多結晶質ダイヤモンド切削インサートであって、 前記多結晶質ダイヤモンド層が、前記支持層に隣接した内側領域と、該内側領
    域に隣接した外側領域とを有しており、 前記内側領域が、間に隙間ができるように架橋された内側ダイヤモンド粒子と
    、該内側ダイヤモンド粒子の隙間に位置する触媒とから構成されており、 前記外側領域が、前記触媒を実質的に含んでおらず、間に隙間ができるように
    架橋された外側ダイヤモンド粒子と、該外側ダイヤモンド粒子を実質的に囲むよ
    うに化学蒸着によって付着された硬質材料とから構成されている、 多結晶質ダイヤモンド切削インサート。
  19. 【請求項１９】 前記多結晶質ダイヤモンド層が、交差して切れ刃を形成す
    るすくい面と逃げ面とを有すると共に、前記外側領域が、前記すくい面において
    成端する、請求項１８に記載の多結晶質ダイヤモンド切削インサート。
  20. 【請求項２０】 前記外側領域がさらに、前記逃げ面の前記切れ刃に近接し
    た部分において成端する、請求項１９に記載の多結晶質ダイヤモンド切削インサ
    ート。
  21. 【請求項２１】 前記外側領域が前記逃げ面全体に沿って成端する、請求項
    ２０に記載の多結晶質ダイヤモンド切削インサート。
  22. 【請求項２２】 前記硬質材料がＣＶＤダイヤモンド粒子から成ると共に、
    前記内側ダイヤモンド粒子が第１の平均粒径を有し、前記ＣＶＤダイヤモンド粒
    子が前記第１の平均粒径とは異なる第２の平均粒径を有する、請求項１９に記載
    の多結晶質ダイヤモンド切削インサート。
  23. 【請求項２３】 前記すくい面が、約１５マイクロインチよりも大きい表面
    粗さＲaを有する、請求項１８に記載の多結晶質ダイヤモンド切削インサート。
  24. 【請求項２４】 前記逃げ面が、約５マイクロインチよりも小さい表面粗さ
    Ｒaを有する、請求項２３に記載の多結晶質ダイヤモンド切削インサート。
  25. 【請求項２５】 支持層を形成する工程と、 間に隙間ができるように架橋された複数のダイヤモンド粒子と、該ダイヤモン
    ド粒子の隙間に位置する触媒とから構成される、多結晶質ダイヤモンド層を前記
    支持層上に形成する工程と、 間に隙間ができるように架橋された外側ダイヤモンド粒子で構成されると共に
    、前記触媒を実質的に含まない外側領域を形成し、間に隙間ができるように架橋
    された内側ダイヤモンド粒子と、該内側ダイヤモンド粒子の隙間に位置する触媒
    とから構成される、内側領域を前記外側領域の内側に形成するように、前記多結
    晶質ダイヤモンド層の表面の一部から、所定の深さにわたって前記触媒を除去す
    る工程と、 硬質材料が、架橋された前記外側ダイヤモンド粒子間に浸透して、前記外側ダ
    イヤモンド粒子を実質的に囲むことによって、前記外側領域が、架橋された前記
    外側ダイヤモンド粒子と、該外側ダイヤモンド粒子を実質的に囲む前記硬質材料
    とから構成されるように、十分に遅い速度で、前記多結晶質ダイヤモンド層の表
    面の一部から、所定量の前記硬質材料を付着させる工程と、 から成る多結晶質ダイヤモンド部材作製方法。
  26. 【請求項２６】 前記除去工程が酸処理から成る、請求項２５に記載の方法
    。
  27. 【請求項２７】 前記除去工程が電気化学的エッチングから成る、請求項２
    ５に記載の方法。
  28. 【請求項２８】 前記多結晶質ダイヤモンド層がすくい面及び逃げ面を有す
    ると共に、前記除去工程が前記すくい面における前記触媒の除去を含む、請求項
    ２５に記載の方法。
  29. 【請求項２９】 前記除去工程がさらに、前記逃げ面における前記触媒の除
    去を含む、請求項２８に記載の方法。
  30. 【請求項３０】 前記硬質材料がダイヤモンドであると共に、前記付着工程
    における付着速度が１ミクロン／時よりも遅い、請求項２５に記載の方法。
  31. 【請求項３１】 前記付着工程が化学蒸着法を用いる、請求項３０に記載の
    方法。
  32. 【請求項３２】 付着温度が約８５０℃以下である、請求項３１に記載の方
    法。
  33. 【請求項３３】 前記付着工程がマイクロ波プラズマ法を用いる、請求項３
    ０に記載の方法。
  34. 【請求項３４】 前記付着工程が熱フィラメントプラズマ法を用いる、請求
    項３０に記載の方法。
  35. 【請求項３５】 ポケットを含む基体を形成する工程と、 支持層を有し、交差して切れ刃を形成するすくい面と逃げ面とを有すると共に
    、間に隙間ができるように架橋された複数のダイヤモンド粒子と、該ダイヤモン
    ド粒子の隙間に位置する触媒とから構成される、多結晶質ダイヤモンド層を前記
    支持層上に有する、多結晶質ダイヤモンドブランクを形成する工程と、 間に隙間ができるように架橋された外側ダイヤモンド粒子で構成されると共に
    、前記触媒を実質的に含まない外側領域を形成し、間に隙間ができるように架橋
    された内側ダイヤモンド粒子と、該内側ダイヤモンド粒子の隙間に位置する触媒
    とから構成される、内側領域を前記外側領域の内側に形成するように、前記多結
    晶質ダイヤモンド層の表面の一部から、所定の深さにわたって前記触媒を除去す
    る工程と、 硬質材料が、架橋された前記外側ダイヤモンド粒子間に浸透することによって
    、前記外側領域が、架橋された前記外側ダイヤモンド粒子と、該外側ダイヤモン
    ド粒子を実質的に囲む前記硬質材料とから構成されるように、十分に遅い速度で
    、前記多結晶質ダイヤモンド層の表面の一部から、所定量の前記硬質材料を付着
    させる工程と、 前記多結晶質ダイヤモンドブランクを前記ポケット内にロウ付けする工程と、 仕上げ研削ラインが前記切れ刃に対してほぼ平行な方向に位置するように、前
    記多結晶質ダイヤモンド層の前記逃げ面を仕上げ研削する工程と、 から成る多結晶質ダイヤモンド切削インサート作製方法。
  36. 【請求項３６】 表面粗さＲaが５マイクロインチよりも小さくなるように
    前記逃げ面を研磨する工程をさらに含む、請求項３５に記載の方法。
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