JP3102427B1 - 多結晶ダイヤモンド工具 - Google Patents

多結晶ダイヤモンド工具

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Abstract

【要約】 【課題】 本発明は経済性と刃先強度に優れたダイヤモ
ンド焼結体を提供する。 【解決手段】 超高圧・高温下で焼結されたダイヤモン
ド焼結体と焼結過程で該ダイヤモンド焼結体に直接接合
されたＷＣ−Ｃｏ合金基材からなるダイヤモンド焼結体
工具素材を該ＷＣ−Ｃｏ合金基材を介して工具母材上に
ロウ付け接合した切削工具であって、該ダイヤモンド焼
結体層の厚みとＷＣ−Ｃｏ合金基材の厚みの比が ０．８≦ＷＣ−Ｃｏ合金基材／ダイヤモンド焼結体層≦
３．０ であることを特徴とするダイヤモンド焼結体工具。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は経済性と刃先強度に
優れたダイヤモンド焼結体、特にダイヤモンド焼結体層
の厚みを低減したダイヤモンド焼結体工具に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】現在、切削工具、ダイス、ビットといっ
た産業用途にダイヤモンド焼結体が販売され、非鉄金
属、プラスチックス、セラミックスの切削、ドレッサ
ー、ドリルビット、伸線ダイス等として使用されてい
る。この中で切削工具用途に用いられるダイヤモンド焼
結体工具は、通常１ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の厚みを持つ
ダイヤモンド焼結体層とダイヤモンド粒子同士が焼結す
る過程で接合されたＷＣ−Ｃｏ合金基材からなる工具素
材から所定の形状に切り出された工具刃先部分を工具母
材にロウ付けされた構成となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のダイヤモンド焼
結体工具は、非鉄金属などの切削加工用には優れた性能
を有しており、既に広く使用されている。しかしなが
ら、ダイヤモンド焼結体は他の工具材料と比べて製造、
加工コストが高く、そのため工具単価も高くなる。ダイ
ヤモンド焼結体工具をより広く普及させるためには工具
単価を下げることが不可欠である。工具単価を下げるた
めの試みの一つとして、ダイヤモンド焼結体層の厚みを
薄くすることによって、原料費や刃先形状に仕上げるた
めの加工費を低減させることが考えられる。しかしなが
ら、実際のダイヤモンド焼結体の用途では、精々０．５
ｍｍの厚みがあれば充分である場合が多いにもかかわら
ず、通常のダイヤモンド焼結体工具でのダイヤモンド層
の厚みは０．８ｍｍ〜１．５ｍｍのものが使用されてい
る。これは、ダイヤモンド層を薄くすると、材質的に同
じダイヤモンド焼結体であってもダイヤモンド焼結体の
強度が低下し、加工時の耐欠損性に劣るという問題点が
あったためである。本発明のダイヤモンド焼結体工具
は、上記従来工具の問題点を解消し安価で耐欠損性に優
れたダイヤモンド焼結体工具を提供することを目的とす
るものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記問題点
に鑑み、安価で耐欠損性の高いダイヤモンド焼結体を得
るべく開発研究を行った結果、以下の発明に至ったもの
である。すなわち、本発明は、ダイヤモンド焼結体層を
通常使用されているダイヤモンド焼結体工具の厚み
（０．８ｍｍ〜１．５ｍｍ）よりも薄くすることにより
耐欠損性が低下する原因を解明した結果、得られたもの
であって、下記の態様からなる：
【０００５】（１）超高圧・高温下で焼結されたダイヤ
モンド焼結体と焼結過程で該ダイヤモンド焼結体に直接
接合されたＷＣ−Ｃｏ合金基材からなるダイヤモンド焼
結体工具素材を該ＷＣ−Ｃｏ合金基材を介して工具母材
上にロウ付け接合した切削工具であって、該ダイヤモン
ド焼結体層の厚みが０．０５ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下
でありかつ、該ダイヤモンド焼結体層の厚みとＷＣ−Ｃ
ｏ合金基材の厚みの比が０．８≦ＷＣ−Ｃｏ合金基材／
ダイヤモンド焼結体層≦３．０であることを特徴とする
ダイヤモンド焼結体工具。 （２）該ＷＣ−Ｃｏ合金基材の厚さが０．１ｍｍ以上
０．９ｍｍ以下であることを特徴とする上記（１）に記
載のダイヤモンド焼結体工具。 （３）該ロウ付けを銀ロウ材により行うことを特徴とす
る上記（１）又は（２）に記載のダイヤモンド焼結体工
具。
【０００６】（４）超高圧・高温下で焼結されたダイヤ
モンド焼結体と焼結過程で該ダイヤモンド焼結体に直接
接合されたＷＣ−Ｃｏ合金基材からなるダイヤモンド焼
結体工具素材であって、該ダイヤモンド焼結体層の厚み
が０．０５ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下でありかつ、該ダ
イヤモンド焼結体層の厚みとＷＣ−Ｃｏ合金基材の厚み
の比が ０．８≦ＷＣ−Ｃｏ合金基材／ダイヤモンド焼結体層≦
３．０ であることを特徴とするダイヤモンド焼結体素材。 （５）該ＷＣ−Ｃｏ合金基材の厚さが０．１ｍｍ以上
０．９ｍｍ以下であることを特徴とする上記（４）に記
載のダイヤモンド焼結体素材。
【０００７】以下に上記本発明（１）〜（３）の基本的
原理について説明する。ダイヤモンド焼結体と超硬合金
基材の熱膨張係数はそれぞれ４．０×１０-6／Ｋと５〜
６×１０-6／Ｋである。ダイヤモンド焼結体素材から完
成工具を作製する工程で、放電加工や工具母材へのロウ
付け時にダイヤモンド焼結体素材は６００℃以上の高温
にさらされる。このとき、ダイヤモンド焼結体層と超硬
合金基材の熱膨張係数差によりダイヤモンド焼結体層に
は内部応力が発生するが、この熱応力が工具刃先部分で
引張り応力になるときに刃先強度が低下し、耐欠損性が
低下することが考えられた。
【０００８】上記観点から、本発明者は種々検討の結
果、ダイヤモンド焼結体層と超硬合金基材との厚みを変
えることにより工具刃先表面にかかる応力が引張り応力
から圧縮応力へと変化することを見出し、更に工具刃先
表面にかかる応力が圧縮応力となるような条件について
検討した結果、厚みの比率が、ＷＣ−Ｃｏ合金基材／ダ
イヤモンド焼結体層≦３．０のときに圧縮応力となるこ
とを見出した。本発明は、このような知見に基づいてい
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】従って、ＷＣ−Ｃｏ合金基材の厚
みが薄いほど、刃先表面部の応力は強い圧縮応力となる
ため、刃先の耐欠損性が高まるけれども、過剰にＷＣ−
Ｃｏ合金基材を薄くするとＷＣ−Ｃｏ合金基材とダイヤ
モンド焼結体層界面で大きな引張り応力が働き界面強度
は低下してしまう。そこで、厚みの比率は、 ０．８≦ＷＣ−Ｃｏ合金基材／ダイヤモンド焼結体層≦
３．０ の範囲が適切であり、刃先表面部の応力とＷＣ−Ｃｏ合
金基材−ダイヤモンド焼結体層の界面部の応力のバラン
スを考えると、 １≦ＷＣ−Ｃｏ合金基材／ダイヤモンド焼結体層≦２ の範囲とするのがより好ましいことが確認された。
【００１０】一方で、ダイヤモンド焼結体層の厚みは、
製造コストを考えた場合、薄ければ薄いほど有利である
が０．０５ｍｍ未満の厚みをもつダイヤモンド焼結体を
安定的に製造することは困難であるため、０．０５ｍｍ
以上が必要である。本発明において用いるダイヤモンド
焼結体及びＷＣ−Ｃｏ合金基材としては一般的に用いら
れる周知のダイヤモンド焼結体と超硬合金が適用可能で
ある。ＷＣ−Ｃｏ合金としては、通常Ｃｏ量が５〜２５
重量％であり、ＷＣを残部の主成分として、更に若干量
のＴｉ、Ｔａ等を含有するものも含まれる。また、ダイ
ヤモンド焼結体素材の形状としては通常のスローアウェ
イチップ、バイト、ドリル、リーマ等任意のものが用い
られる。
【００１１】工具刃先の耐欠損性が損なわれずにダイヤ
モンド焼結体層の厚みを薄くできたのは前述の通り、工
具刃先表面の応力状態を解析し、刃先表面に圧縮応力状
態にしたからである。即ち、ダイヤモンド焼結体層の厚
みとＷＣ−Ｃｏ合金基材との厚みの比を０．８≦ＷＣ−
Ｃｏ合金基材／ダイヤモンド焼結体層≦３．０とするこ
とによりダイヤモンド焼結体にかかる応力状態はバラン
スがとれたものとなり、耐欠損性とＷＣ−Ｃｏ合金基材
−ダイヤモンド焼結体層界面での強度を維持することが
できる。そのため、安価でありながら十分な耐欠損性を
もつダイヤモンド焼結体工具を提供することが可能とな
った。なお、本発明におけるロウ付けは一般的に使用さ
れる銀ロウ材（例えば、Ａｇ３５〜７０％、残部がＣ
ｕ、Ｚｎ、Ｎｉ等からなるロウ材）を用い、ロウ付け条
件は一般には７００〜８００℃で行う。銀ロウ材は他に
も多種のものが知られておりこれに限定されるものでは
ない。
【００１２】
【実施例】次に本発明の詳細を実施例により説明するが
限定を意図するものではない。 （実施例１）まず、内径３０ｍｍのＴａ製カプセル中に
直径２９．５ｍｍ、厚さ２ｍｍの超硬合金（ＷＣ−６％
Ｃｏ）製の円板を配する。その超硬合金製円板上に粒径
０．５〜４μｍのダイヤモンド粒子を充填した後、その
上に直径２９．５ｍｍ、厚み０．０５ｍｍのＣｏ板をし
き、更に直径２９．５ｍｍ、厚み３ｍｍの超硬合金製円
板でふたをし、１００ＭＰａ程度の圧力で軽く加圧す
る。表１に示す充填量でダイヤモンド粒子を充填する。
このカプセルを圧力：５．５ＧＰａ、温度：１４５０℃
の超高圧・高温下で処理したところ、超硬合金製円板間
に挟まれて、表１に示す厚みのダイヤモンド焼結体が形
成された。工具素材に適した構造とするために、焼結体
の片面の超硬合金を平面研削盤と放電加工機を用いて完
全に除去した。この結果、超硬合金製基板に厚み０．２
〜０．２５ｍｍのダイヤモンド焼結体層が接合した構造
で全体の厚みが約２ｍｍのダイヤモンド焼結体工具用素
材が得られた。
【００１３】こうして得られたダイヤモンド焼結体素材
から更に超硬合金の台金部分を表１に示す厚みに削り落
とした。このダイヤモンド焼結体素材を所定の形状に切
出したものを超硬合金製の工具母材にロウ付けし、フラ
イス用の工具〔内接円９．５２５ｍｍの正三角形、チッ
プ逃げ角１１°（全周）、厚み３．１８ｍｍの超硬合金
の１コーナーにダイヤモンド焼結体がロウ付けされた形
状、刃先Ｒ０．４ｍｍ〕を作製した。得られた切削工具
を使用し、以下の表２に示す条件で切削性能の評価試験
を行い表３に示される結果を得た。ここで、ロウ付け
は、ロウ材としてＪＩＳＺ３２６１ ＢＡｇ−３を用
い、高周波加熱装置で約７５０℃に加熱することにより
行った。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【表２】
【００１６】
【表３】
【００１７】表３から分かるとおり、本発明によるダイ
ヤモンド焼結体は刃先の欠損がなく優れた刃先強度を有
している。
【００１８】
【発明の効果】本発明に係るダイヤモンド焼結体素材
は、切削工具、掘削工具等の工具材料として優れた強度
を有している。また、コスト的にも従来のダイヤモンド
焼結体よりも安価に製造できるため工業上有用な効果が
もたらされる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−203704（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−107806（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−118802（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−86804（ＪＰ，Ａ) 特開2000−54007（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23B 27/20 B22F 7/00 B23B 27/18 C22C 26/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超高圧・高温下で焼結されたダイヤモン
    ド焼結体と焼結過程で該ダイヤモンド焼結体に直接接合
    されたＷＣ−Ｃｏ合金基材からなるダイヤモンド焼結体
    工具素材を該ＷＣ−Ｃｏ合金基材を介して工具母材上に
    ロウ付け接合した切削工具であって、該ダイヤモンド焼
    結体層の厚みが０．０５ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下であ
    りかつ、該ダイヤモンド焼結体層の厚みとＷＣ−Ｃｏ合
    金基材の厚みの比が ０．８≦ＷＣ−Ｃｏ合金基材／ダイヤモンド焼結体層≦
    ３．０ であることを特徴とするダイヤモンド焼結体工具。
  2. 【請求項２】 該ＷＣ−Ｃｏ合金基材の厚さが０．１ｍ
    ｍ以上０．９ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１
    に記載のダイヤモンド焼結体工具。
  3. 【請求項３】 該ロウ付けを銀ロウ材により行うことを
    特徴とする請求項１又は２に記載のダイヤモンド焼結体
    工具。
  4. 【請求項４】 超高圧・高温下で焼結されたダイヤモン
    ド焼結体と焼結過程で該ダイヤモンド焼結体に直接接合
    されたＷＣ−Ｃｏ合金基材からなるダイヤモンド焼結体
    工具素材であって、該ダイヤモンド焼結体層の厚みが
    ０．０５ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下でありかつ、該ダイ
    ヤモンド焼結体層の厚みとＷＣ−Ｃｏ合金基材の厚みの
    比が ０．８≦ＷＣ−Ｃｏ合金基材／ダイヤモンド焼結体層≦
    ３．０ であることを特徴とするダイヤモンド焼結体素材。
  5. 【請求項５】 該ＷＣ−Ｃｏ合金基材の厚さが０．１ｍ
    ｍ以上０．９ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４
    に記載のダイヤモンド焼結体素材。
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