JP3449986B2 - 超硬質材料のカッティング - Google Patents

超硬質材料のカッティング

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】（発明の背景） 本発明は、超硬質材料のカッティングに関する。
【０００２】超硬質材料は、それ自体が高い硬度を有す
るもの（例えば、ＭＯＨＳ硬度スケールで約１０以上の
硬度を有する粒子）、またはそのような粒子を含みかつ
同様の硬度を有する材料である。特定の例は、天然また
は合成ダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素、または多
結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）または多結晶立方晶窒化ホ
ウ素（ＰＣＢＮ）である。
【０００３】超硬質材料、特に合成種のものは、比較的
大きなサイズで製造することができ、種々の用途のため
にカットされる必要がある。例えば、ＰＣＤは大きなデ
ィスクの形態で製造することができ、このディスクはよ
り小さなピースにカットされる必要があり、このような
ピースは、例えば、ドリルまたはカッティングインサー
トとしての用途を有する。さらに、化学気相成長（ＣＶ
Ｄ）によって製造されるダイヤモンドプレートは、半導
体デバイス用のヒートシンクとして、または機械的な用
途に使用するため、より小さなピースにカットされる。
【０００４】超硬質材料をカッティングするために、過
去に種々の方法が使用されてきた。このような方法の例
は、スパークエロージョンおよびレーザーカッティング
である。レーザーカッティングは、伝統的にロッドレー
ザーを使用しており、これは、通常、超硬質材料への損
傷が発生するという不都合を有する。この損傷を受けた
材料は、後で除去されなければならない。この除去は、
超硬質材料から製品を製造する費用を増大させ、また材
料自体の浪費である。
【０００５】（発明の要旨） 本発明による超硬質材料のカッティング方法は、スラブ
レーザービームを用いてカットを行う工程を含む。本明
細書中および請求の範囲中で使用される「超硬質材料」
とは、ＭＯＨＳ硬度スケールで約１０以上の硬度を有す
る粒子、またはそのような粒子を含みかつ同様の硬度を
有する材料を意味する。このような材料の特定の例は、
天然または合成ダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素、
多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）および多結晶立方晶窒化
ホウ素（ＰＣＢＮ）である。
【０００６】（実施態様の説明） 本発明は、スラブレーザーを使用する。スラブレーザー
は、平行で長く延びた面、および端面（これらの端面は
ブルースター角を規定するようにそれぞれカットされ
る）を有する材料のスラブを含んでもよい。レーザービ
ームは、ブルースター角の端面を横切って出入りし、２
つの平行な長く延びた面で全反射する。これにより、熱
ひずみおよびレンズ効果が減少し、ビームの広がりが減
少する。レーザーをＴＥＭ00モードで発振するように限
定することによって、さらにビームの広がりを減少させ
ることだけがなされる。これにより、より大きな焦点深
度を有する「より鮮やかな」より平行なビームが生じ、
このことは、超硬質材料の精密なレーザーカッティング
に有益である。さらに、大いに減少したビームの広がり
は、より小さなスポットサイズ（焦点合わせしたスポッ
ト）が可能であることを意味する。
【０００７】スラブレーザーの使用により、カッティン
グ効率が改善され、かつ超硬質材料への損傷が低減され
ることが分かった。従って、ロッドレーザーを用いる場
合よりも、材料からのより小さな製品またはピースの高
い歩留りが可能である。スラブレーザーにより、良好な
熱分布およびより低い電力使用がさらに可能となる。
【０００８】スラブレーザーの使用は、任意の超硬質材
料、特に、裏打された(backed)または裏打されてない、
ＰＣＤまたはＰＣＢＮにおける応用を有する。裏打され
たＰＣＤまたはＰＣＢＮは、基材または支持体に結合さ
れたＰＣＤまたはＰＣＢＮの層を含み、この基材または
支持体は、通常、超硬合金(cemented carbide)である。
超硬合金は、焼結炭化タングステン、焼結炭化チタン、
または焼結炭化タンタルのような、当該分野で公知のい
ずれのものであってもよい。
【０００９】使用の際、スラブレーザーは、超硬質材料
を完全に貫通して２つ以上の分離したピースを生成する
カットを作成するために使用してもよい。あるいは、カ
ットは、一方または両方の側から材料を部分的にのみ貫
通してもよい。
【００１０】本発明は、裏打されたまたは裏打されてな
い、ＰＣＤまたはＰＣＢＮのカッティングに特定の用途
を有する。ＰＣＤまたはＰＣＢＮのカッティングの際、
スラブレーザーにより、場合によって弱いグラファイト
または六方晶窒化ホウ素結合が形成され、弱く結合した
構造を残すことが可能となることが分かった。超硬(car
bide)で裏打されたＰＣＤまたはＰＣＢＮでもまた、超
硬の裏打(backing)において弱いカーバイド結合が形成
される。スラブレーザーカッティングでは、ＰＣＤ、Ｐ
ＣＢＮおよび超硬の裏打へのさらなる損傷は、ロッドレ
ーザーカッティングと比較して少ない。
【００１１】本発明の例では、登録商標Ｓｙｎｄｉｔｅ
で販売されている超硬の裏打を有するＰＣＤ製品を、ロ
ッドレーザーおよびスラブレーザーの両方によってカッ
トした。使用した条件を表１に示す。
【００１２】
【表１】
【００１３】両方のカッティング形式によって生じたレ
ーザー損傷を比較し、その結果を表２に示す。
【００１４】
【表２】
【００１５】スラブおよびロッドレーザーでカットした
Ｓｙｎｄｉｔｅ（登録商標）ピース間の損傷の違いは、
他の方法で評価することができる。第１に、ロッドレー
ザーを用いた場合の破壊または永久損傷により、ＰＣＤ
層はクラッキングを非常に受けやすくなる。クラッキン
グはカットピースを商業的に無益にし得る。ロッドレー
ザーによって生じるタイプのクラッキングは、ほぼ確実
に熱応力によって生じ、この熱応力は、冷却時にＰＣＤ
の表面を張力がかかった状態にする。これに対して、ス
ラブレーザーカッティングは、非常に低いレベルの電力
を使用し、これにより、熱応力が減少し、かつカットピ
ースにはクラッキングが観測されない結果となる。第２
に、別のタイプの損傷は、表面および表面下損傷であ
り、すなわち、除去することはできるが、カッティング
の歩留りを低下させ、かつ工具の製造の費用を増加させ
る損傷である。ロッドおよびスラブレーザーカッティン
グでは、０．０５ｍｍのエッジ研磨後の超硬基材におい
て明らかな違いがある。スラブレーザーを用いてカット
したピースでは、超硬基材はクリアであり、損傷がな
い。これに対して、ロッドレーザーを用いてカットした
ピースは、超硬基材に「クロコダイル表皮」効果を示
す。「クロコダイル表皮」効果は、熱位相クラッキング
であり、かつ超硬上の硬くて脆い表皮であり、この表皮
は、工具を製造するためにピースを用い得る前に除去さ
れなければならない。ロッドレーザーを用いれば、この
効果は、カッティングエッジから０．１〜０．１５ｍｍ
後方に拡がると推定される。スラブレーザーでは、この
効果は、とにかく、後方に拡がるのは０．０５ｍｍ未満
である。
【００１６】スラブレーザービームの使用はまた、裏打
されたおよび裏打されていない多結晶製品の、従来のワ
イヤＥＤＭカッティングに対していくつかの利点を有す
る。例えば、多結晶製品および支持体または基材への損
傷が少なく、カット製品が顕著に増加し、エッジ品質を
回復するためのカッティング後の処理の必要性が減少
し、支持体からの金属の浸出が少なく、そしてエッジの
アンダーカッティングが少ない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−40797（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−277861（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B28D 5/00 - 5/04 B23K 26/00 - 26/18 C30B 33/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 スラブレーザービームを用いてカットを
    行う工程を含む、超硬質材料のカッティング方法。
  2. 【請求項２】 超硬質材料がＰＣＤまたはＰＣＢＮであ
    る、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 ＰＣＤまたはＰＣＢＮが基材に結合され
    ている、請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 基材が超硬合金基材である、請求項３に
    記載の方法。
  5. 【請求項５】 レーザーカットによって生じる該超硬へ
    の損傷の深さが、５０μｍ未満である、請求項４に記載
    の方法。
  6. 【請求項６】 スラブレーザービームが、ＴＥＭ ００ モ
    ードでの発振によって得られたビームである、請求項１
    に記載の方法。
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