JP2722649B2 - 切削用多結晶ダイヤモンド工具 - Google Patents

切削用多結晶ダイヤモンド工具

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は耐摩耗性と耐欠損性に優れ、かつ安価な切削
用多結晶ダイヤモンド工具に関する。
従来の技術 ダイヤモンドは硬度と熱伝導率が高いため切削工具や
耐摩工具として使用されている。しかし単結晶ダイヤモ
ンドは劈開する欠点があるので、この欠点を制御するた
め特公昭52−12126号公報に記載されているように超高
圧焼結技術を用いてダイヤモンド同士を結晶した焼結ダ
イヤモンドが開発され市販されている。
これらの焼結ダイヤモンドは一般に超硬合金母材上に
厚さ0.5〜1.0mmの焼結ダイヤモンド層が結合されたもの
で、超硬合金母材は焼結ダイヤモンドの強度向上と鑞付
けを可能にするため超高圧焼結時にダイヤモンド粒子の
焼結と同時に接合されたものであり、そして非鉄金属の
切削加工用工具、木材や無機物質の切削加工用工具ある
いは岩石掘削用ビットとして優れた性能を示すものであ
る。
また近年は超高圧高温技術を使用せずに、特公昭59−
27753号、特公昭59−27754号各公報に記載されているよ
うな気相ダイヤモンド合成法の研究が精力的に行われて
いる。この多結晶ダイヤモンドは超高圧により製造され
た焼結ダイヤモンドのように溶媒としての鉄族金属を含
有しないため耐熱性に優れており、また非鉄金属の切削
加工においても優れた性能を示すものである。
発明が解説しようとする課題 従来超高圧焼結技術を用いて製造した焼結ダイヤモン
ドを切削工具の刃先材料として使用する場合、焼結ダイ
ヤモンド面をラッピングにより平滑にした後超硬合金や
鋼製の台金に鑞付けし逃げ面となる焼結ダイヤモンドと
超硬合金母材をダイヤモンド砥石により加工して刃付け
を行うとともに寸法精度を出している。この場合焼結ダ
イヤモンドはダイヤモンド砥石との共削りにより削り出
されるため、能率が悪く、加工コストが高い問題があっ
た。また、従来の焼結ダイヤモンドは0.5mm以上の焼結
ダイヤモンドに超硬合金が接合してあるため、小径のエ
ンドミルやリーマ等の回転工具を製造するのが困難であ
った。さらに前述したように、焼結ダイヤモンドはこの
強度を向上させるために接合されてあるが、切削工具と
して用いた場合仕上加工が多く、切れ味を増すため刃先
のくさび角を小さくすると、断続切削では刃先のみがチ
ッピングし、超硬合金の接合による強度向上が認められ
た。
課題を解決するための手段 本発明者等は上記焼結ダイヤモンド工具の欠点を改質
するため鋭意研究を重ねた。その結果厚さ0.2mm以下0.0
5mm以上の焼結ダイヤモンドを超硬合金あるいは鋼の台
金に特定の薄膜とロー材を介して接合すれば、ダイヤモ
ンド砥石による逃げ面加工時に焼結ダイヤモンドの面積
が減るため、加工時間の短縮が可能になるとともに、小
径のエンドミルやリーマ等の回転工具も作成することが
でき、さらに工具刃先は強度の高い超硬合金や鋼の台金
に近いため刃先の補強が十分可能であり、寿命も長くな
ることを見い出した。
すなわち、本発明は厚さ0.2mm以下0.5mm以上、好まし
くは0.15mm以下0.08mm以上の多結晶ダイヤモンドが、超
硬合金又は鋼に接合されてなる切削用多結晶ダイヤモン
ド工具であって、超硬合金または鋼に接合される多結晶
ダイヤモンド面にTiあるいはTi化合物と鉄族金属の薄膜
を付着させ、該薄膜の面と超硬合金または鋼の面を銀ロ
ー、パラジウムローあるいはNiロー材で接合したことを
特徴とする切削用多結晶ダイヤモンド工具を提供する。
本発明の多結晶ダイヤモンド切削用工具は一般に次の
ようにして製造する。先ず多結晶ダイヤモンドを超高圧
高温下で焼結して製造するか、マイクロ波CVD法やフイ
ラメント法等の気相合成法により製造する。すなわち、
超高圧焼結法の場合は、先ず放電加工等により0.05〜0.
2mmの厚さの板を切出した後接合される面にスパッタリ
ングやイオンプレーティング法によりTiとNi等の鉄族金
属をコーティングした後ロー付により台金に接合する。
また刃先材料として気相合成ダイヤモンド膜を使用する
場合は、Si,Mo等の基板上に成長したダイヤモンド膜を
酸処理で基板を溶解し、その後接合される面に上記と同
様の方法でTiと鉄族金属をコーティングして台金にロー
付けする。焼結ダイヤモンドはロー付けが不可能である
ため台金へ鑞付けする場合は接合しようとする焼結ダイ
ヤモンド面にTiあるいはTiの化合物の薄膜を付着させた
後鉄族金属薄膜を形成させTiの酸化を防止すれば鑞付け
することが可能となるわけである。
本発明の工具として最も特徴を生かすことができるの
は、第一は工具の切れ味が要求されるもので、この場
合、工具刃先のくさび角は40゜〜75゜のものが良好な性
能を示す。くさび角が45゜未満では刃先強度が不足して
刃先が欠損し、75゜を超すと切れ味が低下して好ましく
ない。
第二の工具としては前述の如く、小径のエンドミル、
リーマ等の回転工具で、通常の焼結ダイヤモンドで径が
6mm以下では作成が困難な工具である。特に本発明の工
具は多結晶ダイヤモンドが薄いため、複数の切刃を有す
る小径の回転工具の製造が容易である。本発明の多結晶
ダイヤモンド工具において、刃先となる多結晶ダイヤモ
ンドの厚さは0.2〜0.05mmである。一般に多結晶ダイヤ
モンド工具で非鉄金属等を切削加工する場合、工具逃げ
面摩耗幅が0.05mm程度で切れ味が悪くなり寿命となるた
め、多結晶ダイヤモンドの厚さは最低0.05mmあれば良
い。この厚さが0.05mm未満では、工具寿命が短くなり満
足される性能は示さない。多結晶ダイヤモンドの厚さが
0.2mmを超えると、刃付け加工に時間を要し、また刃先
の補強が不十分となり、さらには小径の回転工具の製造
が困難となり好ましくない。
第1図は上記第一の工具に相当する工具の例を示し、
気相合成ダイヤモンド膜11,14をロー材12により超硬合
金台金13,15にロー付してなるリーマである。αは工具
刃先のくさび角を示す。
第2図は上記第二の工具に相当する例で、焼結ダイヤ
モンド膜1,2,3をロー材5,6により超硬合金台金4に接合
したエンドミルである。
第3図は従来の焼結ダイヤモンドエンドミルの例を示
す。7は焼結ダイヤモンド、8は超硬合金母材、9はロ
ー材、11は超硬合金台金である。
作 用 本発明工具は特に非鉄金属の切削加工用工具として適
している。特に工具刃先のくさび角が40゜〜75゜の切削
用多結晶ダイヤモンド工具は切れ味が良く、被削材の変
形がほとんど生じることなく加工可能であるのでAl合金
等の薄肉部品の加工等に優れた性能を発揮する。また多
結晶ダイヤモンドは非鉄金属との耐溶着性に優れている
ため、良好な被削面を得ることができる。
また、本発明の小径回転工具を用いて非鉄金属を切削
加工した場合従来のハイスや超硬合金のエンドミルでは
耐摩耗性が悪く、溶着が生じるのに対し、本発明工具は
溶着がなく長寿命で、安定して良好な加工面を得ること
ができる。
実施例1 超高圧高温装置を用いて焼結した粒度5μmの焼結ダ
イヤモンドをワイヤー放電加工を用いて切断し、1.6mm
×4mmの直角3角形で厚さが0.12mmの薄板を作製し、こ
の両面をラッピングした。これらの薄板の一面にスパタ
リング法によりTiを0.5μm付着させた後、Niを3μm
付着させ、第2図のような超硬合金台金に銀ロー材を用
いてロー付けし、ダイヤモンド砥石により、逃げ面より
刃先を研摩し2枚歯からなる直径3mmのエンドミルを製
造した。比較のため同じ焼結ダイヤモンドでこの厚さが
0.7mmで上記焼結ダイヤモンドと同形状のものが厚さ1mm
の超硬合金台金に接合されたものの上面をラッピング加
工し、第3図のような超硬合金台金に銀ロー付けした
後、ダイヤモンド砥石により逃げ面より刃付けし直径8m
mの1枚刃のエイドミルを製造した。本発明品は比較材
に比べ1/10の時間で刃付け加工が可能であった。
これらの焼結ダイヤモンド工具と直径3mmの超硬エン
ドミルによりAl−12%Si合金の端面を切削速度50m/分、
送り0.03mm/刃、直方向の切込み0.2mm軸方向の切込み3m
mで2時間加工した後、逃げ面摩耗幅を測定した。その
結果、本発明品、比較焼結ダイヤ工具、超硬エンドモル
の逃げ面摩耗幅はそれぞれ0.015,0.017,0.15mmであっ
た。
実施例2 マイクロ波プラズマCVD法(No.1)及びフィラメント
法(No.2)によりSi基板上に粒度10μmのダイヤモンド
を0.130mmの厚さに合成した。次にこれらの合成膜を王
水で酸処理してSi基板を取り除き、合成ダイヤモンド膜
のみとし、一辺が5mmの直角2等辺三角形に切り出した
後、成長上面にCVD法により、TiC 0.8μmとスパタリン
グ法によりNi−Co 2μmを付着させ、第1図のように超
硬合金にNiロー材を用いて接合し、刃先のくさび角を第
1表のように加工した。比較のため、厚さ0.5mmの焼結
ダイヤモンド(粒度10μ)No.3が厚さ2mmの超硬合金母
材に接合した一辺が5mmの直角二等辺三角形を超硬合金
製の台金に銀ロー付けした第1表に示すチップも試作し
た。
これらの刃付けは逃げ面をダイヤモンド砥石で加工す
ることにより実施したが、厚膜が0.13mmの多結晶ダイヤ
モンド工具の加工時間は厚さ0.5mmの焼結ダイヤモンド
工具の加工時間の1/6〜1/8であった。これらの工具をす
くい面が18゜設定可能な4100mmのカッターに1チップ取
りつけ、切削速度500m/分、切込み0.5mm、送り0.1mm/刃
でAl−18%Si合金を60分間切削加工した後、逃げ面摩耗
幅および被削面粗度を測定した。結果を第1表に示す。
実施例3 実施例1で作製した焼結ダイヤモンドを0.5×3×0.2
mmにワイヤー放電加工機で切削して作製し、上下面をラ
ッピング加工した後、王水で酸処理し、Ti 1μm、Ni 3
μmをスパタリング法により付着させた。この面を超硬
合金の台金にパラジウムローにより接合し、ダイヤモン
ド砥石により刃付けして、4枚刃からなる直径3mmのリ
ーマを作製した。この工具を用いて、Al−18%Siを切削
速度80m/分、送り0.1mm/刃でリーマ加工した。比較のた
め超硬合金製のリーマもテストしたが、本発明工具は比
較材の30倍の寿命を示した。
発明の効果 以上説明したように本発明の切削用多結晶ダイヤモン
ド工具は、非鉄金属の切削加工の分野で優れた性能を示
すとともに、刃付け加工が容易で工具としての寸法精度
も得やすいので、このような分野に利用すると効果的で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)及び(b)は本発明に係る切削用多結晶ダ
イヤモンド工具の実施態様であるチップを示す側面図お
よび正面図であり、第2図(a)及び(b)は本発明に
係る切削用多結晶ダイヤモンド工具の他の実施態様であ
るエンドミルを示す正面図および側面図であり、第3図
(a)及び(b)は従来の焼結ダイヤモンドエンドミル
の正面図および側面図である。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】厚さ0.2mm以下0.5mm以上の多結晶ダイヤモ
    ンドが、超硬合金又は鋼に接合されてなる切削用多結晶
    ダイヤモンド工具であって、超硬合金または鋼に接合さ
    れる多結晶ダイヤモンド面にTiあるいはTi化合物と鉄族
    金属の薄膜を付着させ、該薄膜の面と超硬合金または鋼
    の面を銀ロー、パラジウムローあるいはNiロー材で接合
    したことを特徴とする切削用多結晶ダイヤモンド工具。
  2. 【請求項2】多結晶ダイヤモンドが超高圧高温下で製造
    された焼結ダイヤモンドであることを特徴とする特許請
    求の範囲第(1)項記載の切削用多結晶ダイヤモンド工
    具。
  3. 【請求項3】多結晶ダイヤモンドが気相合成法で製造さ
    れたダイヤモンドであることを特徴とする特許請求の範
    囲第(1)項記載の切削用多結晶ダイヤモンド工具。
  4. 【請求項4】工具刃先のくさび角が40゜〜75゜である特
    許請求の範囲第(1)項記載の切削用多結晶ダイヤモン
    ド工具。
  5. 【請求項5】径が6mm未満の回転工具であることを特徴
    とする特許請求の範囲第(1)項記載の切削用多結晶ダ
    イヤモンド工具。
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