JP2004291126A

JP2004291126A - スローアウェイチップおよび切削工具

Info

Publication number: JP2004291126A
Application number: JP2003085494A
Authority: JP
Inventors: Shusuke Toyose; 秀典豊瀬
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】ロウ付けされる多結晶ダイヤモンドの表面積を可及的に低減することによって、多結晶ダイヤモンド表面の研磨加工を比較的簡易にすると共に、刃先の使用効率を向上させたスローアウェイチップおよびこのスローアウェイチップを有して成る切削工具を提供すること。
【解決手段】超硬基材のすくい面における刃先となる複数の隅部と、前記複数の隅部以外のすくい面とに、前記複数の隅部以外のすくい面における超硬基材が一部露出するように、前記複数の隅部と一体的に多結晶ダイヤモンドをロウ材によって接合して成ることを特徴とするスローアウェイチップおよびこのスローアウェイチップと支持体とを有して成ることを特徴とする切削工具。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スローアウェイチップおよび切削工具に関し、さらに詳しくは、ロウ付けされた多結晶ダイヤモンドの表面を比較的簡易に研磨加工することができ、しかも刃先の使用効率が向上されたスローアウェイチップおよびこのスローアウェイチップを有して成る切削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
耐熱性、耐磨耗性および耐衝撃性を有する基材に多結晶ダイヤモンドをロウ付けしたスローアウェイチップを有する工具は、切削工具として広く使用されている。この切削工具は、まず、基材に多結晶ダイヤモンドをロウ付けし、次いで、ロウ付けされた多結晶ダイヤモンドの表面を研磨加工した後、支持体に取り付けることによって作製される。
【０００３】
このロウ付けされた多結晶ダイヤモンドの表面の研磨加工は、ダイヤモンドを含有した砥石を用いて行われるが、ダイヤモンド相互の研磨加工となるため、その研磨加工性は、ダイヤモンド以外の材料の研磨加工に比して著しく困難であり、また、多大の労力と時間を要していた。
【０００４】
このため、従来は、図１に示すように、切削工具を形成するスローアウェイチップの刃先となる一隅部のみに多結晶ダイヤモンドを接合することによって、研磨加工面積を低減する措置が採られていた（例えば、特許文献１参照）。図１において、１はスローアウェイチップ、２はすくい面、３は逃げ面、４は多結晶ダイヤモンドである。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２８６７６９４号公報（図１〜６）
また、スローアウェイチップの刃先となる一隅部のみに多結晶ダイヤモンドを接合する場合は、スローアウェイチップの一隅部のみを刃先として使用することとなり、刃先の使用効率の低下は避けられないため、研磨加工性の悪化を承知の上で、すくい面全面に多結晶ダイヤモンドを接合する方法も採用されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、このような従来の状況に鑑み、ロウ付けされる多結晶ダイヤモンドの表面積を可及的に低減することによって、多結晶ダイヤモンド表面の研磨加工を比較的簡易に、かつ短時間で行うことができると共に、刃先の使用効率を向上させたスローアウェイチップおよびこのスローアウェイチップを有して成る切削工具を提供することをその課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記課題を解決するために、基材のすくい面に接合される多結晶ダイヤモンドの接合状態について研究を重ねた結果、前記すくい面における基材が一部露出するように多結晶ダイヤモンドを接合することによって、前記課題が解決できるということを見出し、この知見に基づいてこの発明を完成するに到った。
【０００８】
すなわち、この発明の前記課題を解決するための第１の手段は、
（１）基材のすくい面における刃先となる複数の隅部と、前記複数の隅部以外のすくい面とに、前記複数の隅部以外のすくい面における前記基材が一部露出するように、前記複数の隅部と一体的に多結晶ダイヤモンドをロウ材によって接合して成ることを特徴とするスローアウェイチップである。
【０００９】
この第１の手段における好ましい態様としては、下記▲１▼〜▲６▼のスローアウェイチップを挙げることができる。
▲１▼ 前記基材が、超硬合金、ハイス、サーメットまたはセラミックスであるスローアウェイチップ。
▲２▼ 前記多結晶ダイヤモンドの厚さが、０．０１〜１．０ｍｍであるスローアウェイチップ。
▲３▼ 前記多結晶ダイヤモンドの厚さが、０．０５〜０．５ｍｍであるスローアウェイチップ。
▲４▼ 前記多結晶ダイヤモンドの表面の面粗度が、最大高さ（Ｒ_Ｚ）で高くとも２μｍであり、前記多結晶ダイヤモンドの接合面の面粗度が、最大高さ（Ｒ_Ｚ）で低くとも１５μｍであるスローアウェイチップ。
▲５▼ 前記多結晶ダイヤモンドが、気相合成法または高温高圧焼結法によって製造されたスローアウェイチップ。
▲６▼ 前記ロウ材が、Ｔｉ、ＡｇおよびＣｕから選ばれた少なくとも１種の金属を含有する合金であるスローアウェイチップ。
【００１０】
この発明における前記課題を解決するための第２の手段は、
（２）前記のスローアウェイチップと支持体とを有して成ることを特徴とする切削工具である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明のスローアウェイチップは、基材のすくい面における刃先となる複数の隅部と、前記複数の隅部以外のすくい面とに、前記複数の隅部以外のすくい面における前記基材が一部露出するように、前記複数の隅部と一体的に多結晶ダイヤモンドをロウ材によって接合して成ることを特徴とする。
【００１２】
スローアウェイチップは、例えば切削工具用の刃であり、刃先が破損又は摩耗して使用することができなくなった場合には、これを支持体から取り外して研磨し、その後に再使用し、又は研削することなく、支持体から取り外して使い捨てとされることがある。スローアウェイチップの形状については、方形状、三角状、菱状などの種々の形状が存在し、その形状に制限はない。
【００１３】
この発明のスローアウェイチップを形成する材料には、基材が用いられる。前記基材としては、通常、スローアウェイチップに用いられる材料であれば特に制限はなく、超硬合金、ハイス、サーメットまたはセラミックスが好ましい。
【００１４】
前記の好適な基材の中でも、超硬合金が好ましい。超硬合金としては、炭化タングステン（ＷＣ）系超硬合金を挙げることができ、具体的には、例えば、Ｋ０１：ＷＣ−Ｃｏ（Ｗ９１質量％、Ｃｏ５質量％、Ｃ４質量％）、Ｋ１０：ＷＣ−Ｃｏ（Ｗ８７質量％、Ｃｏ７質量％、Ｃ６質量％）、Ｋ２０：ＷＣ−Ｃｏ（Ｗ８７質量％、Ｃｏ８質量％、Ｃ５質量％）、Ｐ１０：ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ（Ｗ５０質量％、Ｔｉ１６質量％、Ｔａ１７質量％、Ｃｏ９質量％、Ｃ８質量％）などを挙げることができる。なお、Ｋ０１、Ｋ１０、Ｋ２０およびＰ１０は、ＪＩＳＢ４０５３に基づく使用分類記号である。
【００１５】
ハイスは、ＪＩＳ４４０３に規定される高速度鋼（ＨｉｇｈＳｐｅｅｄＳｔｅｅｌ）であり、例えば高速度工具鋼とも称され、鋼の中でももっとも硬いと言われている材料であり、ハイスとして、タングステン系、高炭素系、高バナジウム系、モリブデン系、コバルト系等が知られ、窒素添加により耐凝着性の向上した窒化粉末ハイス鋼も好適例として挙げることができる。サーメットは、セラミックスと強靭性、可塑性を有する金属との複合材料である。また、セラミックスは、主として周期表４、５または６族金属の酸化物、炭化物、ホウ化物、ケイ化物または窒化物などとＣｏ、Ｎｉ、Ｍｏなどの金属との混合粉末を焼結して得られる高硬度、耐熱性、耐酸化性、耐薬品性、耐摩耗性を有する材料である。
【００１６】
この発明のスローアウェイチップを、図２に基づいて説明する。１はスローアウェイチップ、２はすくい面、３は逃げ面、４は多結晶ダイヤモンド、５はすくい面における隅部である。
【００１７】
この発明のスローアウェイチップにおいては、基材のすくい面２における刃先となる複数の隅部５に、多結晶ダイヤモンド４がロウ材によって接合されていると共に、この複数の隅部５以外のすくい面２に、複数の隅部５以外のすくい面２における基材が一部露出するように、前記複数の隅部５と一体的に多結晶ダイヤモンド４がロウ材によって接合されている。
【００１８】
つまり、基材のすくい面２における複数の隅部５には、必ず多結晶ダイヤモンド４が接合されているのに対し、複数の隅部５以外のすくい面２には、全面的に多結晶ダイヤモンド４が接合されているのではなく、多結晶ダイヤモンド４が接合されていない部分が一部、存在しているのである。そして、双方の多結晶ダイヤモンド４は、一連一体となっている。
【００１９】
図２には、多結晶ダイヤモンド４が接合されているすくい面２における隅部５を四箇所示しているが、この発明においては、複数の隅部５が存在していれば足り、その個数に制限はない。隅部の好ましい個数を挙げる代わりに、この発明においては、隅部に接合した多結晶ダイヤモンドの逃げ面における全面積がスローアウェイチップの逃げ面の全面積に対して５０％以下となるように、特に１０％以下となるように、隅部に多結晶ダイヤモンドを接合するのが、好ましい。
【００２０】
さらに図２には、方形状のスローアウェイチップを示したが、この発明のスローアウェイチップは、三角状、菱状、円筒状などであってもよく、その形状に制限はない。円筒状スローアウェイチップにあって、そのすくい面２における隅部５とは、切れ刃となる稜線により区画されている部位をいう。
【００２１】
この発明のスローアウェイチップは、前記のとおり、基材のすくい面における刃先となる複数の隅部と、前記複数の隅部以外のすくい面とに、前記複数の隅部以外のすくい面における基材が一部露出するように、前記複数の隅部と一体的に多結晶ダイヤモンドをロウ材によって接合して成る。
【００２２】
隅部に接合される多結晶ダイヤモンドとしては、単結晶ダイヤンド粒子の集合体が好適である。前記多結晶ダイヤモンドは、天然ダイヤモンドであってもよく、人工ダイヤモンドであってもよいが、気相合成法または高温高圧焼結法によって製造された人工多結晶ダイヤモンドは、天然ダイヤモンドよりも安価であり、しかも方向性に偏りがないことから、好ましく用いられる。
【００２３】
多結晶ダイヤモンドの気相合成法には、これまでに種々の方法が開発されており、この発明においては、いずれの気相合成法を採用した多結晶ダイヤモンドであっても用いることができる。この気相合成法による多結晶ダイヤモンドは、例えば、所定割合に混合された一酸化炭素と水素とを含有する混合ガスを、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法、イオン蒸着法、イオンビーム蒸着法、熱フィラメント法などによって励起し、シリコン、アルミニウム、タングステンなどの金属、これらの酸化物、窒化物または炭化物、サーメット、セラミックスなどの基板に接触させることによって、基板上にダイヤモンドを析出、堆積させて製造される。
【００２４】
また、高温高圧焼結法による多結晶ダイヤモンドは、１２００〜２０００℃、５００００〜６００００気圧という高温高圧下、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏなどの金属溶媒に黒鉛などの炭素源を溶解して過飽和融液を形成し、次いで、この融液を冷却することによってダイヤモンドを析出させて製造される。
【００２５】
基材に接合される多結晶ダイヤモンドの厚さに特別の制限はないが、通常は０．０１〜１．０ｍｍ、好ましくは０．０５〜０．５ｍｍである。多結晶ダイヤモンドの厚さが前記範囲内にあると、この発明の目的をよく達成することができる。また、多結晶ダイヤモンドの厚さが前記下限値よりも小さいと、切削時の工具摩耗が進行した場合に、基材が露出するといった耐摩耗性の劣化が危惧され、多結晶ダイヤモンドの厚さが前記上限値よりも大きいと、多結晶ダイヤモンド層内での剥離が発生することがあり、使用上の問題を生じることがある。
【００２６】
また、隅部５に接合される多結晶ダイヤモンドは、その接合面の面粗度が、最大高さ（Ｒ_Ｚ）で低くとも１５μｍ、特に低くとも２５μｍであることが好ましい。このような面粗度を有することにより、多結晶ダイヤモンドの接合がより強固となるからである。最大高さ（Ｒ_Ｚ）が１５μｍ未満では、期待される接合強度が得られないことがあるので望ましくない。
【００２７】
ここに最大高さ（Ｒ_Ｚ）とは、ＪＩＳＢ０６０１−１９８２「表面粗さの定義と表示」に従い、断面曲線から基準長さだけ抜き取った部分（以下、抜き取り部分という。）の平均線に平行な直線で抜き取り部分を挟んだとき、この二直線の間隔を断面曲線の縦倍率の方向に測定して、この値をマイクロメートルで表したものである。通常、最大高さは、触針式粗さ測定器などで測定される。
【００２８】
接合される多結晶ダイヤモンドの接合面の面粗度は、例えば、気相合成法による多結晶ダイヤモンドの製造時、多結晶ダイヤモンドが形成される基材のブレーカ部表面を粗面化して、その面粗度を前記の最大高さ（Ｒ_Ｚ）とすることによって調整することができる。基材のブレーカ部表面を粗面化する手段に特に制限はないが、化学処理を施す手段または熱処理を施す手段が好ましく採用される。
【００２９】
化学処理を施す手段としては、例えば、基材を硝酸または塩酸などの酸に浸漬し、基材の表面に存在するＣｏ、Ｎｉなどの金属成分を溶脱させることによって、基材の表面に凹凸形状を形成させる方法を挙げることができる。このような化学処理を施すときの浸漬条件に特に制限はないが、通常は、常温で０．５〜１．０時間、浸漬処理される。
【００３０】
また、熱処理を施す手段としては、例えば、基材を真空中に、１３００〜１５００℃で３〜５時間放置し、基材中に含まれる炭化タングステンなどの金属化合物を粒成長させることによって、基材の表面に凹凸形状を形成させる方法を挙げることができる。
【００３１】
前記化学処理または熱処理は、基材の表面を粗面化する処理の一態様であって、基材の表面に凹凸形状を形成させるなどして粗面化することができる処理手段であれば、必ずしも化学処理手段または熱処理手段に拘束されることはない。例えば、基材の表面を荒研磨することにより凹凸形状を形成させることもできる。
【００３２】
この発明においては、前記多結晶ダイヤモンドはロウ材によって接合される。
多結晶ダイヤモンドの接合に当たっては、図２に示す隅部５にまず接合し、その後、残余のすくい面２に接合してもよい。しかし、この接合の仕方では、特に複数の隅部５にそれぞれ多結晶ダイヤモンド４を接合することとなり煩雑な作業を強いられる上に、隅部５に正確に適合する精緻な接合が得られないことから、図２に示すように、複数の隅部５と、前記複数の隅部以外のすくい面とに、前記複数の隅部５以外のすくい面における超硬基材が一部露出するように、一体的に形成した多結晶ダイヤモンド４を接合することが好ましい。
【００３３】
ロウ材は、用いる超硬基材とは異質の融点の低い合金であって、例えば、Ａｇ−Ｃｕ−Ｚｎ−ＣｄにＮｉを添加した多元素系の銀ロウ（ＪＩＳＺ３２６１：１９８５）を用いることが一般的である。しかし、環境問題を考慮して、近年はＣｄを含まないロウ材が主流となっている。この発明で用いるロウ材は、Ｔｉ、ＡｇおよびＣｕから選ばれた少なくとも１種の金属を含有する合金であることが好ましい。
【００３４】
Ｔｉ、Ａｇ及びＣｕから選ばれた少なくとも１種の金属を含有する合金として、例えばＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系合金、Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ系合金等を挙げることができる。このような合金をロウ材として用いることにより、超硬基材と多結晶ダイヤモンドとの強固な接合を達成することができる。
【００３５】
ロウ材による接合方法にも特別の制限はなく、通常の接合方法を採用することができる。例えば、トーチロウ付け、高周波ロウ付け、炉中ロウ付けなどの接合方法を挙げることができ、熱源としては、電気、ガス、プラズマなどを用いることができる。実際のロウ付けに当たっては、直接ロウ材を介して接合する他に、熱膨張係数の相違から発生する応力を吸収するために、銅板を間に挟んだサンドイッチロウも使用される。
【００３６】
ダイヤモンドは、空気中、７００℃程度で黒鉛化が始まる。このため、ロウ付け作業は短時間内に行う必要がある。この要請からすると、この発明においては、高周波ロウ付けを好適な接合方法として挙げることができる。
【００３７】
接基材の隅部に合された多結晶ダイヤモンドは、ダイヤモンドを含有した砥石を用いて研磨加工される。この研磨加工は、多結晶ダイヤモンドを貼り付けた後に、外周面のみを研磨して実施される。
【００３８】
この発明においては、研磨加工された多結晶ダイヤモンド表面の面粗度が、最大高さ（Ｒ_Ｚ）で高くとも２μｍであることが好ましい。金属の切削加工時、通常、スローアウェイチップの刃先部では、構成刃先が発生し、溶着物の生成、その溶着物の脱落によるチッピングが発生する。しかし、前記最大高さ（Ｒ_Ｚ）で高くとも２μｍであることにより、溶着物の生成、その溶着物の脱落によるチッピングの発生を抑制することができるからである。最大高さ（Ｒ_Ｚ）が２μｍを越えると、溶着物が生成しやすくなり、刃先部にチッピングが発生しやすくなることがあるので望ましくない。
【００３９】
接合面に対し反対側にある多結晶ダイヤモンドの表面は、多結晶ダイヤモンドが堆積して形成されるので、その面粗度は多結晶ダイヤモンドの堆積状態を制御することによって、前記の最大高さ（Ｒ_Ｚ）に調整することができる。
【００４０】
この発明のスローアウェイチップは、前記のとおり、複数の隅部以外のすくい面に多結晶ダイヤモンドが接合されていない部分、すなわち、超硬基材が露出している部分が存在していることから、ロウ付けされる多結晶ダイヤモンドの表面積を可及的に低減することができ、多結晶ダイヤモンド表面の研磨加工を比較的簡易に、かつ短時間で実施することができる。また、刃先となる複数の隅部に多結晶ダイヤモンドが接合されているため、一箇所の隅部が使用できなくなった場合、順次、他の隅部を使用することができ、刃先の使用効率を向上させることができるという効果をも奏する。
【００４１】
この発明はまた、前記のスローアウェイチップと支持体とを有して成ることを特徴とする切削工具を提供する。図３にこの発明の切削工具を示す。図３において、６は切削工具、７は支持体である。この発明の切削工具６は、前記スローアウェイチップ１が支持体７に取り付けられて形成されている。支持体７に用いられる材料に特に制限はなく、金属、木、合成樹脂、セラミックなどを挙げることができる。この発明の切削工具６は、スローアウェイチップ１と支持体７とを有していれば、図３に示される形状に拘束されることはない。
【００４２】
【実施例】
以下に、実施例を挙げてこの発明をさらに詳細に説明するが、これら実施例によってこの発明はなんら限定されるものではない。
【００４３】
実施例１、比較例１
超硬合金製の焼結品を研磨加工することにより、ＳＰＧＮ４２３より厚さ方向に多結晶ダイヤモンド膜分だけ薄くした形状にした。この後、図４及び図５に示すような形状に切断した多結晶ダイヤモンド膜をロウ付け接合した。この際のダイヤモンド切断方法には、レーザー切断、及び放電加工があるが、この例においては、レーザー切断を採用した。次に外周方向に研磨加工し、ＳＰＧＮ４２３形状とした。多結晶ダイヤモンド膜の厚さは０．１ｍｍであり、超硬合金に接合された側の多結晶ダイヤモンド膜の面粗度Ｒｚは１０μｍであり、反対側の面の面粗度Ｒｚは０．１μｍであった。ロウ剤は銀ロウで、Ａｇ−Ｃｕ系ロウ材であり、Ａｇ４７％、及びＣｕ１５％程度を含有したものであった。
【００４４】
一方、上記同様の超硬合金基材を、ＳＰＧＮ４２３形状より厚さ、幅方向とも０．０２ｍｍ程度大きくなるように研磨加工し、次に気相合成法により多結晶ダイヤモンド膜を合成し、ＳＰＧＮ４２３形状となるように研磨加工を行った。
【００４５】
以下、研磨内容と加工時間の関係を表１に示した。
【００４６】
研磨加工はレジン砥石♯３００を用いて厚さ加工し、レジン砥石♯４００を用いて外周加工を行った。
【００４７】
【表１】

【００４８】
表１の結果から明らかなように、本発明の実施例においては多結晶ダイヤモンド表面の研磨加工を短時間で実行することができ、しかも基材の四隅に多結晶ダイヤモンド膜が接合されているから、切削加工にこのスローアウェイチップを使用した場合に、一つの隅部における多結晶ダイヤモンド膜が切削不十分なまでに鈍磨したときには、このスローアウェイチップの取り付け位置を変えることにより、新品のスローアウェイチップと同様の切削性能を有するスローアウェイチップとして利用することができ、比較例および従来のダイヤコーティング品に比べて絶大な技術的効果の奏されることが、明らかである。
【００４９】
【発明の効果】
この発明によれば、ロウ付けされる多結晶ダイヤモンドの表面積を可及的に低減することによって、多結晶ダイヤモンド表面の研磨加工を比較的簡易にすると共に刃先の使用効率を向上させたスローアウェイチップおよびこのスローアウェイチップを有して成る切削工具が提供され、工具の製造分野に寄与するところはきわめて多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来のスローアウェイチップの一例を示す図である。
【図２】図２は、この発明のスローアウェイチップの一例を示す図である。
【図３】図３は、この発明の切削工具の一例を示す図である。
【図４】図４は、この発明の実施例において採用された多結晶ダイヤモンド膜の形状及び寸法を示す斜視図である。
【図５】図５は、この発明に対する比較例において採用された他血書央ダイヤモンド膜の形状及び寸法を示す斜視図である。
【符号の説明】
１スローアウェイチップ
２すくい面
３逃げ面
４多結晶ダイヤモンド
５すくい面２における隅部
６切削工具
７支持体

Claims

基材のすくい面における刃先となる複数の隅部と、前記複数の隅部以外のすくい面とに、前記複数の隅部以外のすくい面における前記基材が一部露出するように、前記複数の隅部と一体的に多結晶ダイヤモンドをロウ材によって接合して成ることを特徴とするスローアウェイチップ。
前記基材が、超硬合金、ハイス、サーメットまたはセラミックスである請求項１に記載のスローアウェイチップ。
前記多結晶ダイヤモンドの厚さが、０．０１〜１．０ｍｍである請求項１または２項に記載のスローアウェイチップ。
前記多結晶ダイヤモンドの厚さが、０．０５〜０．５ｍｍである請求項１または２項に記載のスローアウェイチップ。
前記多結晶ダイヤモンドの表面の面粗度が、最大高さ（Ｒ_Ｚ）で高くとも２μｍであり、前記多結晶ダイヤモンドの接合面の面粗度が、最大高さ（Ｒ_Ｚ）で低くとも１５μｍである請求項１〜４のいずれか一項に記載のスローアウェイチップ。
前記多結晶ダイヤモンドが、気相合成法または高温高圧焼結法によって製造された請求項１〜５のいずれか一項に記載のスローアウェイチップ。
前記ロウ材が、Ｔｉ、ＡｇおよびＣｕから選ばれた少なくとも１種の金属を含有する合金である請求項１〜６のいずれか一項に記載のスローアウェイチップ。
請求項１〜７のいずれか一項に記載のスローアウェイチップと支持体とを有して成ることを特徴とする切削工具。