JP2009291864A - ダイヤモンド切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】耐摩耗性と耐欠損性に優れた単結晶ダイヤモンドチップを備えたダイヤモンド切削工具を提供する。
【解決手段】十二面体単結晶ダイヤモンド５の（１１３）面を研磨加工、または、レーザー加工によりカットし、単結晶ダイヤモンドチップ４の逃げ面４Ｂとして使用する。十二面体単結晶ダイヤモンド５の（１１３）面は、最も硬く対摩耗性の大きな（１１１）面と同等の硬さと対摩耗性を有する面である。この逃げ面４Ｂに対して、逃げ角α１が１０°になる面をすくい面４Ａとして設定すれば、このすくい面４Ａは、十二面体単結晶ダイヤモンド５の（１１１）面に一致する。
【選択図】図３

Description

本発明は切削工具、特に、金型や転写ロール等の耐摩耗性の大きな材料を切削して長寿命であり、従来から切削の対象としたアルミニウムや銅等の非鉄金属材料、繊維強化プラスチックやセラミックス等の非金属材料を鏡面加工できるダイヤモンド切削工具に関する。

単結晶ダイヤモンドチップを備えたダイヤモンド切削工具は、刃先を鋭利に創成できるため、銅やアルミニウム等の非鉄金属材料の鏡面切削用工具として使用される。このような単結晶ダイヤモンドチップは、下記特許文献にその例を見ることができる。例えば、特許文献１には、研磨の容易さと研磨による原石の目減りが少ないという理由から、すくい面を（１１０）面とし、逃げ面を（００１）面とすることが開示されている。

また、特許文献２に示すダイヤモンド切削工具は、すくい面を（１１０）面とし、逃げ面を（１１１）面と（１１０）面の中間的結晶面にしている。しかし、このような（１１０）面、（００１）面、（１１１）面と（１１０）面の中間的結晶面は、研磨の容易さと研磨による原石の目減りが少ないという点からは好ましいが、切削工具としては、耐摩耗性、耐欠損性の点からは最適と言えるものではなかった。

特開平６−１２６５１２号公報 特開平５−２４５７０５号公報

本発明は、従来よりも耐摩耗性と耐欠損性に優れた単結晶ダイヤモンドチップを備えたダイヤモンド切削工具を提供することを課題とする。

上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明は、十二面体単結晶ダイヤモンドを原石とした単結晶ダイヤモンドチップをその先端に有したダイヤモンド切削工具であって、結晶格子面（１１１）面をすくい面とするとともに、結晶格子面（１１３）面の内、前記（１１１）面と約８０°の角度をなして交差する結晶格子面を逃げ面としたことを特徴とするダイヤモンド切削工具である。

第２番目の発明は、第１番目の発明のダイヤモンド切削工具において、すくい角を−５°から１０°までの間の角度に選び、その結果、逃げ角は１５°から０°までの間にあることを特徴とするダイヤモンド切削工具である。

第３番目の発明は、第２番目の発明のダイヤモンド切削工具において、上記すくい面は、前記十二面体単結晶ダイヤモンドをレーザー加工することによって形成されたものであることを特徴とするダイヤモンド切削工具である。

第４番目の発明は、第３番目の発明のダイヤモンド切削工具において、上記すくい面と上記逃げ面の交線に形成される切れ刃は、集束イオンビーム加工によって形成されたものであることを特徴とするダイヤモンド切削工具である。

本発明のダイヤモンド切削工具では、単結晶ダイヤモンドチップの逃げ面を結晶格子面（１１３）面とし、すくい面を、結晶格子面（１１３）面の内、前記（１１１）面と約８０°の角度をなして交差する結晶格子面としている。

従って、逃げ面とすくい面の両方が、硬さと対摩耗性を有する面となり、逃げ角も１０°前後の適切な角度が得られるため、耐摩耗性と耐欠損性に優れた単結晶ダイヤモンドチップを得ることができる。

図１は本発明の実施例のダイヤモンド切削工具を示し、（１）は平面図、（２）は（１）の側面図である。図２（１）は図１（１）のＰ部拡大図、図２（２）は図１（２）のＱ部拡大図である。図３は、本発明の実施例の単結晶ダイヤモンドチップの原石となる十二面体単結晶ダイヤモンドを示し、（１）は十二面体単結晶ダイヤモンドの斜視図、（２）は（１）のＣ軸方向から見たＲ矢視図、（３）は（２）のＳ矢視図である。

図１に示すように、本発明の実施例のダイヤモンド切削工具１は、シャンク２の上に台金３を固定し、台金３の上に単結晶ダイヤモンドチップ４をろう付けしている。シャンク２と台金３は、超硬合金で作られている。

図２の拡大図に示すように、単結晶ダイヤモンドチップ４は、刃先角θが、例えば、３３°で、すくい面４Ａと逃げ面４Ｂ、落とし面４Ｃを有している。すくい面４Ａと逃げ面４Ｂの交線に円弧状の切れ刃４Ｄが形成されている。一般的には、単結晶ダイヤモンドチップ４の切れ刃４Ｄの角部は、丸みが無いか、無視できるほどに丸みが小さく角張っている。これをピン角というが、必要に応じて意図的に微小半径Ｒの丸みを付けることもある。本発明の実施例では、切れ刃４Ｄの微小半径Ｒは、例えば、２μｍで、研磨が難しい超微細加工となるため、集束イオンビーム（Focused Ion Beam）加工により形成されている。集束イオンビームが達する深さには制約があるので、逃げ面４Ｂの高さＨは、５０μｍ程度にし、その下部を図示のように落とす（つまり、落とし面４Ｃを形成する）のが好ましい。

すくい面４Ａは、この例の場合、すくい角を０°とし、十二面体単結晶ダイヤモンド５の結晶格子面（１１１）面に設定している。また、逃げ面４Ｂは、結晶格子面（１１３）面の内、前記（１１１）面と約８０°の角度をなして交差する結晶格子面に設定している。

結晶格子面（１１３）面には、同じ（１１３）面であっても、結晶格子面（１１１）面との交差角度との関係で見たとき、異なる３つの面（約３０°、約５９°、及び、約８０°で交差する３つの面）が存在する。この内、約８０°で交差する面は、結晶格子面（１１１）面に直交する面からは、約１０°だけ偏った面である。この約１０°という角度は単結晶ダイヤモンド切削工具において、通常採用されている逃げ角の大きさに相当する。

発明者は、このことから、結晶格子面（１１１）面をすくい面とし、且つ、結晶格子面（１１３）面の内、特に上記８０°をなす面を、逃げ面とするという選択と組み合わせが最適であり、これにより、各面はそれ自体耐摩耗性に優れているだけでなく、ダイヤモンド工具として最適の角度関係がえられということを見いだした。

なお、落とし面４Ｃの落とし角α２は２０°で、十二面体単結晶ダイヤモンド５の（１１３）面を研磨加工して形成されている。

次ぎに、上記した単結晶ダイヤモンドチップ４を十二面体単結晶ダイヤモンド５からカットする方法について説明する。図３に示すように、単結晶ダイヤモンドチップ４の原石となる十二面体単結晶ダイヤモンド５は、十二個の（１１０）面で構成されている。ａ、ｂ、ｃ、３つの直交する矢印は、十二面体単結晶ダイヤモンド５の３つの主軸を表す座標軸である。

図３（３）に示すように、十二面体単結晶ダイヤモンド５の（１１３）面を研磨加工、または、レーザー加工によりカットし、単結晶ダイヤモンドチップ４の逃げ面４Ｂとして使用する。この逃げ面４Ｂとして使用する（１１３）面は、最も硬く対摩耗性の大きな（１１１）面と、同等の硬さと対摩耗性を有する面である。

この逃げ面４Ｂに対して、逃げ角α１が１０°になる面をすくい面４Ａとして設定すれば、このすくい面４Ａは、十二面体単結晶ダイヤモンド５の（１１１）面に一致する。十二面体単結晶ダイヤモンド５の（１１３）面と（１１１）面との間の角度は、正確には１０．０２°となる。

研磨ロスを最小にするために、この大粒の十二面体単結晶ダイヤモンド５を、レーザー加工により（１１１）面で２等分すれば、ほぼ同一形状の２個の単結晶ダイヤモンドチップを得ることができる。このレーザー加工で２等分した（１１１）面を、単結晶ダイヤモンドチップ４のすくい面４Ａとして使用する。また、（１１１）面はへき開しやすい面であるので、へき開により、十二面体単結晶ダイヤモンド５を（１１１）面で２等分してもよい。さらに、すくい面４Ａに平行に、ろう付け面４Ｅを研磨加工により形成する。ろう付け面４Ｅは、単結晶ダイヤモンドチップ４を台金３へろう付けする面である。

すくい面４Ａ、ろう付け面４Ｅは、十二面体単結晶ダイヤモンド５の最も硬い面（１１１）面であるため、研磨が非常に困難であるが、十二面体単結晶ダイヤモンド５の（１１０）面側に若干傾斜させれば研磨が可能となる。逃げ面４Ｂの逃げ角α１は、１０°が好ましいが、逃げ角α１が０°から１５°の範囲になるように、すくい面４Ａ、ろう付け面４Ｅを研磨加工してもよい。

また、すくい面４Ａのすくい角は０°が好ましいが、−５°から１０°の範囲になるように、すくい面４Ａに対してろう付け面４Ｅを傾斜して研磨加工してもよい。

逃げ面４Ｂが（１１０）面に形成された従来の単結晶ダイヤモンドチップでは、端面の直径が４０ｍｍのレンズ金型（材質がアンバー）の加工で、単結晶ダイヤモンドチップが寿命となった。これに対し、逃げ面４Ｂを（１１３）面に形成した本発明の実施例の単結晶ダイヤモンドチップ４の切削試験では、ワンパスで、端面の直径が８０ｍｍのレンズ金型（材質がアンバー）の加工が可能で、従来の４倍の切削面積の加工が可能となり、耐摩耗性と耐欠損性に優れた単結晶ダイヤモンドチップを得ることができた。

本発明の実施例のダイヤモンド切削工具を示し、（１）は平面図、（２）は（１）の側面図である。 （１）は図１（１）のＰ部拡大図、（２）は図１（２）のＱ部拡大図である。 本発明の実施例の単結晶ダイヤモンドチップの原石となる十二面体単結晶ダイヤモンドを示し、（１）は十二面体単結晶ダイヤモンドの斜視図、（２）は（１）のＲ矢視図、（３）は（２）のＳ矢視図である。

符号の説明

１ ダイヤモンド切削工具
２ シャンク
３ 台金
４ 単結晶ダイヤモンドチップ
４Ａ すくい面
４Ｂ 逃げ面
４Ｃ 落とし面
４Ｄ 切れ刃
４Ｅ ろう付け面
５ 十二面体単結晶ダイヤモンド

Claims (4)

1. 十二面体単結晶ダイヤモンドを原石とした単結晶ダイヤモンドチップをその先端に有したダイヤモンド切削工具であって、
   結晶格子面（１１１）面をすくい面とするとともに、結晶格子面（１１３）面の内、前記（１１１）面と約８０°の角度をなして交差する結晶格子面を逃げ面としたこと
   を特徴とするダイヤモンド切削工具。
2. 請求項１に記載されたダイヤモンド切削工具において、
   すくい角を−５°から１０°までの間の角度に選び、その結果、逃げ角は１５°から０°までの間にあることこと
   を特徴とするダイヤモンド切削工具。
3. 請求項２に記載されたダイヤモンド切削工具において、
   上記すくい面は、前記十二面体単結晶ダイヤモンドをレーザー加工することによって形成されたものであること
   を特徴とするダイヤモンド切削工具。
4. 請求項３に記載されたダイヤモンド切削工具において、
   上記すくい面と上記逃げ面の交線に形成される切れ刃は、集束イオンビーム加工によって形成されたものであること
   を特徴とするダイヤモンド切削工具。

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