JP5271968B2 - 単結晶ダイヤモンド工具 - Google Patents

Description

この発明は、単結晶ダイヤモンド工具に関し、より特定的には、台金上に単結晶ダイヤモンド層がロウ付けされた単結晶ダイヤモンド工具に関するものである。

従来、単結晶ダイヤモンド工具は、たとえば特開平４−１８２３６６号公報（特許文献１）、特開昭５８−１６３５６９号公報（特許文献２）、特開昭５２−１３０５６８号公報（特許文献３）、特開昭６３−３００８０３号公報（特許文献４）、および特開昭６３−２４００２号公報（特許文献５）に開示されている。

特開平４−１８２３６６号公報 特開昭５８−１６３５６９号公報 特開昭５２−１３０５６８号公報 特開昭６３−３００８０３号公報 特開昭６３−２４００２号公報

たとえば特許文献１では、台金と、台金にＡｇまたはＡｕロウ付けされた歪緩和金属層と、台金と歪緩和金属層とのロウ付けがＡｇロウ系のときは同質のＡｇロウで、Ａｕ系のときは同質のＡｕで統一し、台金と歪緩和金属層のロウ付けと共に歪緩和金属層に活性金属層を介し１回のロウ付けで接合されたダイヤモンドとからなることを特徴とするダイヤモンドロウ付け構造体が開示されている。

しかしながら、従来の技術では、ロウ付け強度が低いという問題があった。
そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、高い接合強度を有する単結晶ダイヤモンド工具を提供することを目的とする。

この発明に従った単結晶ダイヤモンド工具は、超硬合金の台金と、台金上に設けられるの第一ロウ材層と、第一ロウ材層上に設けられる金属層と、金属層上に設けられる第二ロウ材層と、第二ロウ材層上に設けられる単結晶ダイヤモンド層とを備え、金属層は、銅板である。金属層の厚みは、０．０３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。単結晶ダイヤモンド層の厚みは３ｍｍ以下である。単結晶ダイヤモンド工具は単結晶ダイヤモンド切削工具である。第一ロウ材層および第二ロウ材層は同じ組成を有する。

このように構成された単結晶ダイヤモンド工具は、銅を５０質量％以上含む金属層が設けられているため、この金属層により、第一および第二ロウ材層に起因する歪を緩和することができ、接合強度を向上させることができる。

好ましくは、台金と第一ロウ材層とは直接接触し、第一ロウ材層と金属層とは直接接触し、金属層と第二ロウ材層とは直接接触し、第二ロウ材層と単結晶ダイヤモンド層とは直接接触する。

この発明に従えば、単結晶ダイヤモンド層が高い強度で台金に接続された単結晶ダイヤモンド工具を提供することができる。

この発明の実施の形態１に従った単結晶ダイヤモンド工具の側面図である。 図１中の矢印ＩＩで示す方向から見た単結晶ダイヤモンド工具の平面図である。 図１中の矢印ＩＩＩで示す方向から見た単結晶ダイヤモンド工具の正面図である。 この発明の実施の形態１に従った単結晶ダイヤモンド工具の斜視図である。 図４で示す単結晶ダイヤモンド工具の分解斜視図である。 図１中のＶＩで囲んだ部分を拡大して示す断面図である。 この発明の実施の形態２に従った単結晶ダイヤモンド工具の平面図である。 この発明の実施の形態２に従った単結晶ダイヤモンド工具の側面図である。 単結晶ダイヤモンド層と台金との接合部分を示す図である。 図９中の矢印Ｘで示す方向から見た単結晶ダイヤモンド工具の平面図である。 この発明の実施の形態３に従った金属層のロウ付け強度試験を説明するための単結晶ダイヤモンド工具の平面図である。 この発明の実施の形態３に従った金属層のロウ付け強度試験を説明するための単結晶ダイヤモンド工具の側面図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。また、各実施の形態を組合せることも可能である。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従った単結晶ダイヤモンド工具の側面図である。図１を参照して、単結晶ダイヤモンド工具１は、台金１０と、台金１０上に設けられる単結晶ダイヤモンド層２０と、台金１０と単結晶ダイヤモンド層２０との間に介在する金属層３０とを有する。金属層３０の両面にはロウ材層が塗布されており、金属層３０と、台金１０および単結晶ダイヤモンド層２０とを接合している。

結晶ダイヤモンド層(ＭＤ：monocristal diamond)の厚みＴＭＤは３ｍｍ以下とされる。単結晶ダイヤモンド層２０は、すくい面と逃げ面との交線により形成される切刃２１を有する。単結晶ダイヤモンド層２０は天然ダイヤモンドおよび合成ダイヤモンドのいずれであってもよい。さらに、単結晶ダイヤモンド層２０を合成する方法として直接合成法および気相合成法などの方法を用いることができる。

図２は、図１中の矢印ＩＩで示す方向から見た単結晶ダイヤモンド工具の平面図である。図２を参照して、単結晶ダイヤモンド工具１の台金１０は五角形であり、その先端が丸められた形状とされている。台金１０には取付用の孔１１が設けられている。なお、図２で示す五角形に限らず、さまざまな形状の台金１０を設けてもよい。

図３は、図１中の矢印ＩＩＩで示す方向から見た単結晶ダイヤモンド工具の正面図である。図４は、この発明の実施の形態１に従った単結晶ダイヤモンド工具の斜視図である。図５は、図４で示す単結晶ダイヤモンド工具の分解斜視図である。図３から図５を参照して、台金１０の先端部と、単結晶ダイヤモンド層２０との間には金属層３０が介在している。図５で示す分解斜視図において、金属層３０はシート状であり、金属層３０の両面にロウ材層が塗布されて、金属層３０と台金１０、および、金属層３０と単結晶ダイヤモンド層２０とが接合される。

図６は、図１中のＶＩで囲んだ部分を拡大して示す断面図である。図６を参照して、台金１０上に、第一ロウ材層４１、金属層３０、第二ロウ材層４２および単結晶ダイヤモンド層２０が設けられている。金属層３０の厚みＴＣｕは０．０３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。

金属層３０は５０質量％以上の銅を含む。具体的には、金属層３０は、表１から４の青銅鋳物、りん青銅鋳物、黄銅鋳物、高力黄銅鋳物、鉛青銅鋳物、アルミニウム青銅鋳物、無酸素銅、タフピッチ銅、りん脱酸銅、アルミニウム青銅、クローム銅、黄銅、快削黄銅、鍛造用黄銅、ネーバル黄銅、高力黄銅および復水器用黄銅を用いることができる。

それぞれの組成を表１から４で示す。

以上のように構成された単結晶ダイヤモンド工具は、台金１０と、台金１０上に設けられる第一ロウ材層４１と、第一ロウ材層４１上に設けられる金属層３０と、金属層３０上に設けられる第二ロウ材層４２と、第二ロウ材層４２上に設けられる単結晶ダイヤモンド層２０とを含む。金属層３０は、銅を５０質量％以上含む。金属層３０の厚みは０．０３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。単結晶ダイヤモンド層２０の厚みは３ｍｍ以下である。

単結晶ダイヤモンド工具１は単結晶ダイヤモンド切削工具である。より具体的には、単結晶ダイヤモンドバイト、単結晶ダイヤモンドカッタ、単結晶ダイヤモンドフライスなどにより構成される。第一ロウ材層４１および第二ロウ材層４２は、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ−Ｉｎ系を用いることができる。

（実施の形態２）
図７は、この発明の実施の形態２に従った単結晶ダイヤモンド工具の平面図である。図８は、この発明の実施の形態２に従った単結晶ダイヤモンド工具の側面図である。図７および図８を参照して、長尺状のシャンクとしての台金１０上に単結晶ダイヤモンド層２０が設けられていてもよい。

図９は、単結晶ダイヤモンド層と台金との接合部分を示す図である。図１０は、図９中の矢印Ｘで示す方向から見た単結晶ダイヤモンド工具の平面図である。図９および図１０を参照して、超硬、ステンレス鋼、ＳＣ材（機械構造用炭素鋼）により構成される台金上に、第一ロウ材層４１、金属層３０、第二ロウ材層４２および単結晶ダイヤモンド層２０が設けられている。これらの積層構造において、矢印５１で示す方向に第一ロウ材層４１および第二ロウ材層４２の収縮応力が加わる。また、単結晶ダイヤモンド層２０内部に残留する、第二ロウ材層４２の収縮応力の反力が矢印５２で示される。そして、金属層３０内部で緩和および吸収される反力が矢印５３で示される。これらの力が釣り合うことにより、ロウ付け時の破損を防止することができる。

すなわち、第一ロウ材層４１および第二ロウ材層４２の塗布および位置決めをした後ロウ付けを行なうときに熱歪が発生する。この熱歪を金属層３０で吸収することでロウ付け接合強度を向上させている。

（実施の形態３）
図１１は、この発明の実施の形態３に従った金属層のロウ付け強度試験を説明するための単結晶ダイヤモンド工具の平面図である。図１２は、この発明の実施の形態３に従った金属層のロウ付け強度試験を説明するための単結晶ダイヤモンド工具の側面図である。

実施の形態３では、図１１および図１２で示すように、矢印７０で示す方向から、緩衝板６０を経由して単結晶ダイヤモンド層２０に荷重を加えて、金属層３０の破壊が起こるときの荷重を測定した。なお、金属層３０と、超硬合金からなる台金１０との間にはすべてのサンプルで同じロウ材を用いた。また、金属層３０と単結晶ダイヤモンド層２０との間にも同じロウ材を用いた。サンプル１から４では、以下の条件で金属層を用いて台金１０に単結晶ダイヤモンド層２０を接合した。

サンプル１では、金属層３０として厚みが０．０５ｍｍの銅板を用い、アルゴン雰囲気でロウ付けを行なった。

サンプル２では、金属層３０として厚みが０．１ｍｍの銅板を用い、アルゴン雰囲気中でロウ付けを行なった。

サンプル３では、金属層３０として厚みが０．０５ｍｍの銅板を用い、真空中でロウ付けを行なった。

サンプル４では、金属層３０として厚みが０．１ｍｍの銅板を用い、真空中でロウ付けを行なった。

サンプル１から４におけるロウ材の組成は、８０％Ａｇ−１８％Ｃｕ−２％Ｔｉ（質量％）とし、銅板は、無酸素銅とした。

剥離強度（剪断強度）は、サンプル１では２１５．６Ｎ／ｍｍ²、サンプル２では１９０．１Ｎ／ｍｍ²、サンプル３では３４５．１Ｎ／ｍｍ²、サンプル４では２９３．８Ｎ／ｍｍ²であった。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、単結晶ダイヤモンド層を用いた工具の分野で用いることができる。

１ 単結晶ダイヤモンド工具、１０ 台金、１１ 取り付け孔、２０ 単結晶ダイヤモンド層、２１ 切刃、３０ 金属層、４１ 第一ロウ材層、４２ 第二ロウ材層、６０ 緩衝板。

Claims (2)

1. 超硬合金の台金と、
   前記台金上に設けられるの第一ロウ材層と、
   前記第一ロウ材層上に設けられる金属層と、
   前記金属層上に設けられる第二ロウ材層と、
   前記第二ロウ材層上に設けられる単結晶ダイヤモンド層とを備え、
   前記金属層は、銅板であり、
   前記金属層の厚みは、０．０３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であり、
   前記単結晶ダイヤモンド層の厚みは３ｍｍ以下であり、
   前記単結晶ダイヤモンド工具は単結晶ダイヤモンド切削工具であり、
   前記第一ロウ材層および第二ロウ材層は同じ組成を有する、単結晶ダイヤモンド工具。
2. 前記台金と前記第一ロウ材層とは直接接触し、前記第一ロウ材層と前記金属層とは直接接触し、前記金属層と前記第二ロウ材層とは直接接触し、前記第二ロウ材層と前記単結晶ダイヤモンド層とは直接接触する、請求項１に記載の単結晶ダイヤモンド工具。

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