JP2558448B2 - ダイヤモンド被覆切削工具 - Google Patents
ダイヤモンド被覆切削工具Info
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- JP2558448B2 JP2558448B2 JP60245573A JP24557385A JP2558448B2 JP 2558448 B2 JP2558448 B2 JP 2558448B2 JP 60245573 A JP60245573 A JP 60245573A JP 24557385 A JP24557385 A JP 24557385A JP 2558448 B2 JP2558448 B2 JP 2558448B2
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- Japan
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- diamond
- substrate
- film thickness
- cutting tool
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は表面にダイヤモンド膜を有する切削工具に関
し、より詳細には、ダイヤモンド膜の剥離のない切削性
能に優れた切削工具に関する。
し、より詳細には、ダイヤモンド膜の剥離のない切削性
能に優れた切削工具に関する。
（従来技術） 従来から、切削工具としては超硬合金、Al2O3等の酸
化物、SiC、Si3N4等の炭化物、窒化物が、あるいは超硬
合金に炭化物、窒化物を被覆したものが、強度および耐
摩耗性にすぐれることから一般的に使用されている。
化物、SiC、Si3N4等の炭化物、窒化物が、あるいは超硬
合金に炭化物、窒化物を被覆したものが、強度および耐
摩耗性にすぐれることから一般的に使用されている。
近年に至っては、さらに耐摩耗性を有する材料とし
て、ダイヤモンドが注目され、薄膜技術の発展に伴い所
定の基体表面にダイヤモンド膜を気相成長法等により設
けて成る耐摩耗性に優れた切削工具が提案されている。
て、ダイヤモンドが注目され、薄膜技術の発展に伴い所
定の基体表面にダイヤモンド膜を気相成長法等により設
けて成る耐摩耗性に優れた切削工具が提案されている。
ところが、気相成長法により基体上に設けられたダイ
ヤモンド膜は、それ自体、基体との密着性が不十分であ
り、切削時の負荷によって膜が剥離し易く、実用化に際
し、大きな障害となっている。このような問題に対し、
従来から基体とダイヤモンド膜との間に中間層を設けて
密着性を向上せしめ、約30μｍ以下の比較的薄いダイヤ
モンド膜を設けることが提案されている。
ヤモンド膜は、それ自体、基体との密着性が不十分であ
り、切削時の負荷によって膜が剥離し易く、実用化に際
し、大きな障害となっている。このような問題に対し、
従来から基体とダイヤモンド膜との間に中間層を設けて
密着性を向上せしめ、約30μｍ以下の比較的薄いダイヤ
モンド膜を設けることが提案されている。
しかしながら、中間層を設けることは、製造工程上煩
雑になるばかりでなく、成膜工程自体、その条件設定に
精度が要求されることから、量産性において安定した製
品が得られない等の問題があった。また膜厚を薄くする
ことは、経済的ではあるが、膜自体薄いことは膜強度を
低下させる大きな要因となっていた。また精密加工、超
精密加工には、成膜後の研磨が不可欠であり、膜厚が小
さい場合には、研磨が困難となる。
雑になるばかりでなく、成膜工程自体、その条件設定に
精度が要求されることから、量産性において安定した製
品が得られない等の問題があった。また膜厚を薄くする
ことは、経済的ではあるが、膜自体薄いことは膜強度を
低下させる大きな要因となっていた。また精密加工、超
精密加工には、成膜後の研磨が不可欠であり、膜厚が小
さい場合には、研磨が困難となる。
（発明の概要） 本発明者等は上記問題に対し研究を重ねた結果、基体
として特定の熱膨張係数を有するSi3N4質焼結体を選択
することによって中間層を設けることなく、膜と基体と
の密着性を向上せしめ、しかも膜厚を大きくすることに
よって膜強度を上げ、切削特性の優れたダイヤモンド被
覆切削工具が得られることを知見した。
として特定の熱膨張係数を有するSi3N4質焼結体を選択
することによって中間層を設けることなく、膜と基体と
の密着性を向上せしめ、しかも膜厚を大きくすることに
よって膜強度を上げ、切削特性の優れたダイヤモンド被
覆切削工具が得られることを知見した。
即ち、本発明によれば室温から800℃における熱膨張
係数が2.8乃至6.0×10-6／℃のSi3N4質焼結体からなる
基体の少なくとも刃部にCVD法により膜厚が30乃至200μ
ｍのダイヤモンドから成る薄膜を設けたことを特徴とす
るダイヤモンド被覆切削工具が提供される。
係数が2.8乃至6.0×10-6／℃のSi3N4質焼結体からなる
基体の少なくとも刃部にCVD法により膜厚が30乃至200μ
ｍのダイヤモンドから成る薄膜を設けたことを特徴とす
るダイヤモンド被覆切削工具が提供される。
（発明の実施例） 以下、本発明を詳細に説明する。
一般にダイヤモンド被覆切削工具におけるダイヤモン
ド膜の強度は、膜厚の点から考慮すれば、約50μｍが限
界であり、それ以上の膜厚ではチッピングまたは密着性
不良による剥離等が生じ易く、寿命が短いという見解が
示されている（特開昭60−90884号）。このような膜の
性質を解析すると、これらの原因の１つとしてダイヤモ
ンド膜の成膜条件が大きな要因と考えられる。即ち，成
膜の際に膜内に残留応力が蓄積され、しかも膜厚が厚い
ほど蓄積も増大するため、一定以上の膜厚では、外部衝
撃等に弱くなり、膜強度が低下するためと考えられる。
ド膜の強度は、膜厚の点から考慮すれば、約50μｍが限
界であり、それ以上の膜厚ではチッピングまたは密着性
不良による剥離等が生じ易く、寿命が短いという見解が
示されている（特開昭60−90884号）。このような膜の
性質を解析すると、これらの原因の１つとしてダイヤモ
ンド膜の成膜条件が大きな要因と考えられる。即ち，成
膜の際に膜内に残留応力が蓄積され、しかも膜厚が厚い
ほど蓄積も増大するため、一定以上の膜厚では、外部衝
撃等に弱くなり、膜強度が低下するためと考えられる。
このような現象を回避するため、成膜の際の残留応力
の発生を極力小さくすることが必須となるが、本発明者
等は、残留応力の発生の原因を追求したところ、成膜時
の基体とダイヤモンド膜との熱膨張の差によることが大
きいとがわかった。即ち、基体の熱膨張係数をダイヤモ
ンドの熱膨張係数と同等とすることが重要となる。よっ
て本発明によれば、ダイヤモンドの室温から800℃まで
の熱膨張係数が４乃至５×10-6／℃であることから、基
体として2.8乃至6.0×10-6／℃、特に3.5乃至5.0×10-6
／℃のSi3N4質焼結体を使用することが重要である。詳
細には、生成されたダイヤモンド膜と基体との熱膨張差
が2.0×10-6／℃以下であることが望ましい。この構成
によればダイヤモンド膜の残留応力の蓄積を低減させる
ことができることから、膜厚が厚い場合でも、チッピン
グや剥離等の生じない膜を生成することが可能となる。
しかも、成膜が安定することから極めて、均一な膜が生
成され、膜自体の強度も向上させることができる。上記
の基体に対して、ダイヤモンド膜を設けた場合、膜強度
はその膜厚とほほ比例的に大きくなる傾向にあるが、本
発明によればダイヤモンド膜の膜厚は30乃至200μｍ、
好ましくは50乃至150μｍの範囲に設定される。膜厚が4
0μｍより小さいと、前述の通り、膜強度が低下し、チ
ッピング、剥離が生じ易くなる。一方膜厚が200μｍを
超えると、膜自体の強度および靱性が切削時の負荷に対
し、直接的に影響を及ぼすが、特にダイヤモンドはそれ
自体低靱性であるため、膜厚が大きすぎると、逆に悪影
響を及ぼし、チッピングが起こり易くなり、特にチッピ
ングによる境界摩耗が大きくなる傾向がみられた。
の発生を極力小さくすることが必須となるが、本発明者
等は、残留応力の発生の原因を追求したところ、成膜時
の基体とダイヤモンド膜との熱膨張の差によることが大
きいとがわかった。即ち、基体の熱膨張係数をダイヤモ
ンドの熱膨張係数と同等とすることが重要となる。よっ
て本発明によれば、ダイヤモンドの室温から800℃まで
の熱膨張係数が４乃至５×10-6／℃であることから、基
体として2.8乃至6.0×10-6／℃、特に3.5乃至5.0×10-6
／℃のSi3N4質焼結体を使用することが重要である。詳
細には、生成されたダイヤモンド膜と基体との熱膨張差
が2.0×10-6／℃以下であることが望ましい。この構成
によればダイヤモンド膜の残留応力の蓄積を低減させる
ことができることから、膜厚が厚い場合でも、チッピン
グや剥離等の生じない膜を生成することが可能となる。
しかも、成膜が安定することから極めて、均一な膜が生
成され、膜自体の強度も向上させることができる。上記
の基体に対して、ダイヤモンド膜を設けた場合、膜強度
はその膜厚とほほ比例的に大きくなる傾向にあるが、本
発明によればダイヤモンド膜の膜厚は30乃至200μｍ、
好ましくは50乃至150μｍの範囲に設定される。膜厚が4
0μｍより小さいと、前述の通り、膜強度が低下し、チ
ッピング、剥離が生じ易くなる。一方膜厚が200μｍを
超えると、膜自体の強度および靱性が切削時の負荷に対
し、直接的に影響を及ぼすが、特にダイヤモンドはそれ
自体低靱性であるため、膜厚が大きすぎると、逆に悪影
響を及ぼし、チッピングが起こり易くなり、特にチッピ
ングによる境界摩耗が大きくなる傾向がみられた。
また、通常、被削材の寸法精度が低い場合、または要
求する仕上面精度が大きい場合、膜の寿命は膜厚が厚い
程、長くなる傾向がある。即ち、本発明のように、膜厚
の厚い切削工具を用いた場合、寿命を伸ばすことが可能
となる。
求する仕上面精度が大きい場合、膜の寿命は膜厚が厚い
程、長くなる傾向がある。即ち、本発明のように、膜厚
の厚い切削工具を用いた場合、寿命を伸ばすことが可能
となる。
さらにダイヤモンド膜が厚いことによってダイヤモン
ド膜自体を研磨することによって、精密加工用の工具と
することもできる。なおこの時の研磨により表面粗さは
１μｍ以下、特に0.2μｍ以下が望ましい。
ド膜自体を研磨することによって、精密加工用の工具と
することもできる。なおこの時の研磨により表面粗さは
１μｍ以下、特に0.2μｍ以下が望ましい。
本発明において用いられる基体としては、それ自体あ
る程度の機械的強度を必要とし，ダイヤモンド膜との密
着性を考慮した場合、特にSi3N4質焼結体が好ましい。
なお、本発明によれば、基体の熱膨張係数を2.8乃至6.0
×10-6／℃に設定する必要がある。熱膨張係数の調整
は、焼結体に対する焼結助剤等の添加物によって制御で
きる。Si3N4質焼結体を例にとると、TiN、TiC、ZrN、Si
C、ZrO2、Al2O3等の添加によって調整することができ
る。
る程度の機械的強度を必要とし，ダイヤモンド膜との密
着性を考慮した場合、特にSi3N4質焼結体が好ましい。
なお、本発明によれば、基体の熱膨張係数を2.8乃至6.0
×10-6／℃に設定する必要がある。熱膨張係数の調整
は、焼結体に対する焼結助剤等の添加物によって制御で
きる。Si3N4質焼結体を例にとると、TiN、TiC、ZrN、Si
C、ZrO2、Al2O3等の添加によって調整することができ
る。
ダイヤモンド膜の生成は、従来から公知の方法によっ
て行うことができる。例えば、熱CVD、高周波プラズマC
VD、マイクロ波プラズマCVD、ECRプラズマCVD等のCVD
法、イオンビーム法、スパッタ法等のPVD法が挙げられ
る。これらの中でも膜の均一性および基体との密着性か
らCVD法が望ましい。CVD法によるダイヤモンド膜の生成
は通常CH4、C2H2、C2H4、C3H6、等の炭化水素ガスと、
水素ガスとの混合ガスを反応槽に導入し、高周波、熱、
マイクロ波等によってガスを励起状態として、基体上に
ダイヤモンドを析出させる。
て行うことができる。例えば、熱CVD、高周波プラズマC
VD、マイクロ波プラズマCVD、ECRプラズマCVD等のCVD
法、イオンビーム法、スパッタ法等のPVD法が挙げられ
る。これらの中でも膜の均一性および基体との密着性か
らCVD法が望ましい。CVD法によるダイヤモンド膜の生成
は通常CH4、C2H2、C2H4、C3H6、等の炭化水素ガスと、
水素ガスとの混合ガスを反応槽に導入し、高周波、熱、
マイクロ波等によってガスを励起状態として、基体上に
ダイヤモンドを析出させる。
本発明を次の例で説明する。
実施例１ 切削工具基体として第１表に示す基体を用いて、マイ
クロ波プラズマCVD法、またはECRプラズマCVD法によっ
て下記条件でダイヤモンド膜を生成した。
クロ波プラズマCVD法、またはECRプラズマCVD法によっ
て下記条件でダイヤモンド膜を生成した。
（マイクロ波プラズマCVD法） マイクロ波出力 400w 圧力 30Torr CH4／H2 0.008 周波数 2.45GHz 基体温度 870℃ （ECRプラズマCVD法） ECR出力 400w 圧力 ７×10-4Torr CH4／H2 0.05 周波数 2.45GHz 基体温度 900℃ 得られたダイヤモンド被削切削工具に対し、被削材と
して18％Si含有Al合金を用いて、切削速度700m/min、切
り込み0.2mm、送り0.1m/revの条件で15分間切削し、摩
耗量、及び剥離状況を観察した。
して18％Si含有Al合金を用いて、切削速度700m/min、切
り込み0.2mm、送り0.1m/revの条件で15分間切削し、摩
耗量、及び剥離状況を観察した。
結果は第１表に示した。
第１表から明らかなように、熱膨張係数が2.8乃至６
×10-6／℃で膜厚が30乃至200μｍの本発明のサンプルN
o.3、４、６〜９はいずれも、膜の剥離は起らず、切削
特性も優れていた。これに対し、膜厚が30μｍより小さ
いNo.1、２、５は膜強度が弱く、ほとんど使用に耐えな
いものであった。また200μｍを超えたNo.10は成膜に６
日間も要し、切削テストでは２次境界線にチッピングが
発生した。さらに熱膨張係数が小さいNo.11では成膜時
クラックが発生し、切削工具としての使用が不可能であ
った。
×10-6／℃で膜厚が30乃至200μｍの本発明のサンプルN
o.3、４、６〜９はいずれも、膜の剥離は起らず、切削
特性も優れていた。これに対し、膜厚が30μｍより小さ
いNo.1、２、５は膜強度が弱く、ほとんど使用に耐えな
いものであった。また200μｍを超えたNo.10は成膜に６
日間も要し、切削テストでは２次境界線にチッピングが
発生した。さらに熱膨張係数が小さいNo.11では成膜時
クラックが発生し、切削工具としての使用が不可能であ
った。
実施例２ 実施例１と同様の条件にて第１表のNo.7で用いた基体
に対し、膜厚190μｍのダイヤモンド膜を設けた後、ダ
イヤモンド膜を研削加工して膜厚68μｍのシャープエッ
ジを形成した。なお、チップ形状はTPGN322（三角形、
ポジ）を用いた。
に対し、膜厚190μｍのダイヤモンド膜を設けた後、ダ
イヤモンド膜を研削加工して膜厚68μｍのシャープエッ
ジを形成した。なお、チップ形状はTPGN322（三角形、
ポジ）を用いた。
この切削工具を用いて、被削材として５％Mg含有Al合
金を切削して被削材仕上げ面の表面粗さを測定した。切
削条件は、切削速度700m/min、切込み0.2mm、送り0.1mm
/revで行った。また、比較例として焼結ダイヤモンドの
切削工具を用いて同様の実験を行った。
金を切削して被削材仕上げ面の表面粗さを測定した。切
削条件は、切削速度700m/min、切込み0.2mm、送り0.1mm
/revで行った。また、比較例として焼結ダイヤモンドの
切削工具を用いて同様の実験を行った。
実験の結果、本発明の研削加工したダイヤモンド被覆
切削工具は、最大表面粗さ（Rmax）が1.8μｍ、焼結ダ
イヤモンド切削工具によれば、2.0μｍとなり、本発明
の切削工具が焼結ダイヤモンドの工具と比較してほとん
ど同様のむしろ優れた仕上げ面加工を行うことができ
た。
切削工具は、最大表面粗さ（Rmax）が1.8μｍ、焼結ダ
イヤモンド切削工具によれば、2.0μｍとなり、本発明
の切削工具が焼結ダイヤモンドの工具と比較してほとん
ど同様のむしろ優れた仕上げ面加工を行うことができ
た。
（発明の効果） 以上、述べた通り、本発明のダイヤモンド被覆切削工
具は、基体の熱膨張係数をダイヤモンドのそれに近づけ
ることによって、成膜時の残留応力の蓄積を低減させ、
膜厚の大きいダイヤモンド膜を安定して成膜できること
から、膜強度が向上し、よって剥離のない長寿命切削性
能に優れたダイヤモンド被覆切削工具を提供することが
できる。
具は、基体の熱膨張係数をダイヤモンドのそれに近づけ
ることによって、成膜時の残留応力の蓄積を低減させ、
膜厚の大きいダイヤモンド膜を安定して成膜できること
から、膜強度が向上し、よって剥離のない長寿命切削性
能に優れたダイヤモンド被覆切削工具を提供することが
できる。
Claims (1)
- 【請求項１】室温から800℃における熱膨張係数が2.8乃
至6.0×10-6／℃のSi3N4質焼結体からなる基体の少なく
とも刃部にCVD法により膜厚が30乃至200μｍのダイヤモ
ンドから成る薄膜を設けたことを特徴とするダイヤモン
ド被覆切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60245573A JP2558448B2 (ja) | 1985-10-31 | 1985-10-31 | ダイヤモンド被覆切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60245573A JP2558448B2 (ja) | 1985-10-31 | 1985-10-31 | ダイヤモンド被覆切削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62107067A JPS62107067A (ja) | 1987-05-18 |
| JP2558448B2 true JP2558448B2 (ja) | 1996-11-27 |
Family
ID=17135728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60245573A Expired - Lifetime JP2558448B2 (ja) | 1985-10-31 | 1985-10-31 | ダイヤモンド被覆切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2558448B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2794111B2 (ja) * | 1987-06-09 | 1998-09-03 | 京セラ株式会社 | ダイヤモンド被覆切削工具 |
| US5334453A (en) * | 1989-12-28 | 1994-08-02 | Ngk Spark Plug Company Limited | Diamond-coated bodies and process for preparation thereof |
| JP2778175B2 (ja) * | 1990-01-18 | 1998-07-23 | 三菱マテリアル株式会社 | 人工ダイヤモンド被覆スローアウェイチップおよびその製造法 |
| DE102004025669A1 (de) * | 2004-05-21 | 2005-12-15 | Diaccon Gmbh | Funktionelle CVD-Diamantschichten auf großflächigen Substraten |
| CN109266917A (zh) * | 2018-09-19 | 2019-01-25 | 天津百恩威新材料科技有限公司 | 一种金刚石剖切片及其制备方法 |
| JP7379221B2 (ja) * | 2020-03-10 | 2023-11-14 | Ｎｔｋカッティングツールズ株式会社 | ダイヤモンド被覆切削工具 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5518652A (en) * | 1978-07-28 | 1980-02-08 | Canon Inc | Imaging state detecting system of image |
| JPS5655506A (en) * | 1979-10-06 | 1981-05-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Composite sintered body for tool and its production |
| JPS6059086B2 (ja) * | 1980-12-12 | 1985-12-23 | 住友電気工業株式会社 | 被覆セラミツク工具 |
| JPS60122785A (ja) * | 1983-12-08 | 1985-07-01 | 三菱マテリアル株式会社 | ダイヤモンド被覆工具部材 |
| JPS61291493A (ja) * | 1985-06-14 | 1986-12-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンド被覆硬質材料 |
-
1985
- 1985-10-31 JP JP60245573A patent/JP2558448B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62107067A (ja) | 1987-05-18 |
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