JPH0117801B2 - - Google Patents
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- JPH0117801B2 JPH0117801B2 JP58120473A JP12047383A JPH0117801B2 JP H0117801 B2 JPH0117801 B2 JP H0117801B2 JP 58120473 A JP58120473 A JP 58120473A JP 12047383 A JP12047383 A JP 12047383A JP H0117801 B2 JPH0117801 B2 JP H0117801B2
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- JP
- Japan
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- diamond
- plane
- diamonds
- natural
- synthetic
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- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 31
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 16
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
- B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
- B23B27/18—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with cutting bits or tips or cutting inserts rigidly mounted, e.g. by brazing
- B23B27/20—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with cutting bits or tips or cutting inserts rigidly mounted, e.g. by brazing with diamond bits or cutting inserts
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Description
(イ) 技術分野
本発明は非鉄金属であるアルミニウム、銅ある
いはプラスチツクなどの軟質材料部品を高精度に
切削する精密加工または超精密加工に用いられる
単結晶ダイヤモンドバイトに関するものである。 (ロ) 従来技術とその問題点 従来精密または超精密加工用バイトに用いられ
ているダイヤモンドは全て天然のものである。 通常天然ダイヤモンドは第１図ａ，ｂに見られ
るようにその形状が多様であり、また曲面で囲ま
れた多面体が大部分を占めている。一方ダイヤモ
ンド単結晶はその機械特性が結晶方位によつて著
しく異なつているため、これを工具として用いる
場合、工具の形状と結晶方位の関係がその性能や
寿命を決定する極めて重要な要素の１つとなる。 しかしながら天然ダイヤモンドは前記のように
曲面により構成された形状を持つため、その結晶
方位を正確に見い出し、工具として最適な方位を
持つよう加工することは極めて難しい。 また、天然ダイヤモンドは形状だけでなく品質
的にも多様である。例えばダイヤモンドに含まれ
る代表的な不純物である窒素の濃度は1ppm以下
から約0.2％までの範囲でばらつきを持つており、
しかもこの窒素は結晶の中に薄板状に析出してい
るため、熱的及び耐摩性、強度等の機械的特性に
大きな影響を及ぼし、工具としての性能にも大き
なばらつきを生じる。 (ハ) 発明の構成 本発明は精密加工用バイトに合成ダイヤモンド
を用いることにより、前記のような天然ダイヤモ
ンドを用いた場合の問題点を解決したものであ
る。合成ダイヤモンドの特徴はその形状が第２図
に示す如く、曲面でなくほぼ完全な平面のみで構
成された多面体となつていることである。またこ
れらの平面は結晶学上の平面を正確に示すもので
ある。例えば第２図の場合においては、Ｃは
（100）面及びＯは（111）面を示しており、これ
を加工の際の基準とすることで正確な最適結晶方
位を割り出すことができる。 特にバイトとしての工具寿命を決定する要素と
して、すくい面の面方位は極めて重要である。合
成ダイヤモンドの場合、その結晶を形成する互い
に隣り合う２つの（111）面が形成する陵に平行
でかつこの２つの（111）面とのなす角度がとも
に等しくなるような平面がすくい面となるよう加
工することが最も好ましい結晶方位の取り方と言
える。このようにして作成したダイヤモンドバイ
トの形状は第３図ａ，ｂのようになる。このとき
すくい面の面方位は正確に（110）となり、Ｘ線
回折等を用いなくとも、1゜以内の誤差で加工する
ことが可能である。このようにすくい面はバイト
としての性能上できるだけ（110）面とすること
が望ましいが、すくい角、にげ面の方位等の条件
により（110）面からわずかに傾いた面としても
良い。しかしこの場合も（110）面からの傾きを
5゜以内に抑えることが好ましい。 またこのような加工において適当な治具を用い
ることも加工を容易にかつ正確に進める上で有効
である。なぜならば合成ダイヤモンドの結晶面の
なす角度は（111）面同志で109.5゜（111）面と
（100）面とで125.3゜と常に一定であり、この角度
に合わせた治具を用いることで結晶の方位を正確
に決定することができるからである。 品質的にも合成ダイヤモンドは天然ダイヤモン
ドとは異なつた特性を持つ。第一に合成ダイヤモ
ンドは不純物としての窒素が天然ダイヤモンドの
ように析出しておらず、結晶中に固溶された形で
入つている。したがつて不純物が破壊の起点とな
ることは少なく相対的に天然ダイヤモンドよりも
高い強度を示す。第二の合成ダイヤモンドの場
合、天然とは異なり、合成の際人為的に不純物量
を制御することが可能であり、窒素濃度を
100ppm以内に抑制することで、天然ダイヤモン
ドに対し約1.5〜３倍の耐摩耗性を示すことが確
認されている。 合成ダイヤモンドの強度と主要な不純物である
窒素との関係を調べるために、窒素含有量が0.2
〜200PPMの合成ダイヤモンドを合成した。比較
のためにバイト用の天然ダイヤモンドを使用し
た。合成ダイヤモンド中の窒素量は R.M.Chrenko、H.M.Strong R.E.Tuft；Philosuphical Magazine Vol、
23、P313（1971） に示された方法で、赤外分光分析により間接的に
同定した。ダイヤモンドの破壊強度は、井川直
哉、島田尚一；精密機械、48巻２号（1982）、
P177に記されている半球状の端面を有するダイ
ヤモンド針を試料表面に押しつけ、ヘルツ応力に
よりダイヤモンド試料表面にクラツクが発生する
荷重を求めることで測定した。バイト用の天然ダ
イヤモンドは赤外分光分析によると全て窒素の集
合体に相当する吸収が観察され、また窒素含有量
は約2PPMから2000PPMの広い範囲にばらつい
ていた。 一方合成ダイヤモンドは全て窒素が均一固溶し
たものに相当する吸収を示した。破壊強度の測定
結果は天然ダイヤモンドが15〜25GPa範囲に全て
含まれたのに対して合成ダイヤモンドは均一固溶
した窒素の量と良い相関を示し、窒素量0.2PPM
のものは31GPa、100PPMのものは25GPa、
200PPMのものは20GPaであつた。 このことから100PPMまでの窒素を含有する合
成ダイヤモンドは通常のバイト用天然ダイヤモン
ドより高強度であることが判明した。 以上のような理由により、合成ダイヤモンド原
石より加工して作成した精密加工用バイトは天然
ダイヤモンドを使用した場合に比べはるかに安定
した性能を示し、かつ長寿命となる。 実施例 １ 第１図に示す形状の合成ダイヤモンドの原石
（約0.6ct）を４ケ、第３図ａの形状に加工しシヤ
ンクに埋め込み、精密加工用バイトとして切削テ
ストを行なつた。また比較のため、天然ダイヤモ
ンド原石４ケについても同様のバイトを作製し切
削テストを行つた。結晶の面方位は、すくい面を
（110）面とし、前にげ面を（110）面から4゜傾い
た面としたが、合成ダイヤモンドが±1゜内の誤差
で加工できたのに対し、天然ダイヤモンドは原石
形状が平面で構成されていないため正確な方位を
割り出すことができず、±5゜の範囲でバラツいて
いた。切削テストは湿式で行ない、被削材として
99.9％純アルミの直径200mmの丸棒を軸回転数
1500rpm、切り込み量10μ、送り量40μの条件で切
削し、被削面の面粗度が0.1μｍとなつたところで
バイトとしての工具寿命と判定した。テスト結果
を表１に示す。
いはプラスチツクなどの軟質材料部品を高精度に
切削する精密加工または超精密加工に用いられる
単結晶ダイヤモンドバイトに関するものである。 (ロ) 従来技術とその問題点 従来精密または超精密加工用バイトに用いられ
ているダイヤモンドは全て天然のものである。 通常天然ダイヤモンドは第１図ａ，ｂに見られ
るようにその形状が多様であり、また曲面で囲ま
れた多面体が大部分を占めている。一方ダイヤモ
ンド単結晶はその機械特性が結晶方位によつて著
しく異なつているため、これを工具として用いる
場合、工具の形状と結晶方位の関係がその性能や
寿命を決定する極めて重要な要素の１つとなる。 しかしながら天然ダイヤモンドは前記のように
曲面により構成された形状を持つため、その結晶
方位を正確に見い出し、工具として最適な方位を
持つよう加工することは極めて難しい。 また、天然ダイヤモンドは形状だけでなく品質
的にも多様である。例えばダイヤモンドに含まれ
る代表的な不純物である窒素の濃度は1ppm以下
から約0.2％までの範囲でばらつきを持つており、
しかもこの窒素は結晶の中に薄板状に析出してい
るため、熱的及び耐摩性、強度等の機械的特性に
大きな影響を及ぼし、工具としての性能にも大き
なばらつきを生じる。 (ハ) 発明の構成 本発明は精密加工用バイトに合成ダイヤモンド
を用いることにより、前記のような天然ダイヤモ
ンドを用いた場合の問題点を解決したものであ
る。合成ダイヤモンドの特徴はその形状が第２図
に示す如く、曲面でなくほぼ完全な平面のみで構
成された多面体となつていることである。またこ
れらの平面は結晶学上の平面を正確に示すもので
ある。例えば第２図の場合においては、Ｃは
（100）面及びＯは（111）面を示しており、これ
を加工の際の基準とすることで正確な最適結晶方
位を割り出すことができる。 特にバイトとしての工具寿命を決定する要素と
して、すくい面の面方位は極めて重要である。合
成ダイヤモンドの場合、その結晶を形成する互い
に隣り合う２つの（111）面が形成する陵に平行
でかつこの２つの（111）面とのなす角度がとも
に等しくなるような平面がすくい面となるよう加
工することが最も好ましい結晶方位の取り方と言
える。このようにして作成したダイヤモンドバイ
トの形状は第３図ａ，ｂのようになる。このとき
すくい面の面方位は正確に（110）となり、Ｘ線
回折等を用いなくとも、1゜以内の誤差で加工する
ことが可能である。このようにすくい面はバイト
としての性能上できるだけ（110）面とすること
が望ましいが、すくい角、にげ面の方位等の条件
により（110）面からわずかに傾いた面としても
良い。しかしこの場合も（110）面からの傾きを
5゜以内に抑えることが好ましい。 またこのような加工において適当な治具を用い
ることも加工を容易にかつ正確に進める上で有効
である。なぜならば合成ダイヤモンドの結晶面の
なす角度は（111）面同志で109.5゜（111）面と
（100）面とで125.3゜と常に一定であり、この角度
に合わせた治具を用いることで結晶の方位を正確
に決定することができるからである。 品質的にも合成ダイヤモンドは天然ダイヤモン
ドとは異なつた特性を持つ。第一に合成ダイヤモ
ンドは不純物としての窒素が天然ダイヤモンドの
ように析出しておらず、結晶中に固溶された形で
入つている。したがつて不純物が破壊の起点とな
ることは少なく相対的に天然ダイヤモンドよりも
高い強度を示す。第二の合成ダイヤモンドの場
合、天然とは異なり、合成の際人為的に不純物量
を制御することが可能であり、窒素濃度を
100ppm以内に抑制することで、天然ダイヤモン
ドに対し約1.5〜３倍の耐摩耗性を示すことが確
認されている。 合成ダイヤモンドの強度と主要な不純物である
窒素との関係を調べるために、窒素含有量が0.2
〜200PPMの合成ダイヤモンドを合成した。比較
のためにバイト用の天然ダイヤモンドを使用し
た。合成ダイヤモンド中の窒素量は R.M.Chrenko、H.M.Strong R.E.Tuft；Philosuphical Magazine Vol、
23、P313（1971） に示された方法で、赤外分光分析により間接的に
同定した。ダイヤモンドの破壊強度は、井川直
哉、島田尚一；精密機械、48巻２号（1982）、
P177に記されている半球状の端面を有するダイ
ヤモンド針を試料表面に押しつけ、ヘルツ応力に
よりダイヤモンド試料表面にクラツクが発生する
荷重を求めることで測定した。バイト用の天然ダ
イヤモンドは赤外分光分析によると全て窒素の集
合体に相当する吸収が観察され、また窒素含有量
は約2PPMから2000PPMの広い範囲にばらつい
ていた。 一方合成ダイヤモンドは全て窒素が均一固溶し
たものに相当する吸収を示した。破壊強度の測定
結果は天然ダイヤモンドが15〜25GPa範囲に全て
含まれたのに対して合成ダイヤモンドは均一固溶
した窒素の量と良い相関を示し、窒素量0.2PPM
のものは31GPa、100PPMのものは25GPa、
200PPMのものは20GPaであつた。 このことから100PPMまでの窒素を含有する合
成ダイヤモンドは通常のバイト用天然ダイヤモン
ドより高強度であることが判明した。 以上のような理由により、合成ダイヤモンド原
石より加工して作成した精密加工用バイトは天然
ダイヤモンドを使用した場合に比べはるかに安定
した性能を示し、かつ長寿命となる。 実施例 １ 第１図に示す形状の合成ダイヤモンドの原石
（約0.6ct）を４ケ、第３図ａの形状に加工しシヤ
ンクに埋め込み、精密加工用バイトとして切削テ
ストを行なつた。また比較のため、天然ダイヤモ
ンド原石４ケについても同様のバイトを作製し切
削テストを行つた。結晶の面方位は、すくい面を
（110）面とし、前にげ面を（110）面から4゜傾い
た面としたが、合成ダイヤモンドが±1゜内の誤差
で加工できたのに対し、天然ダイヤモンドは原石
形状が平面で構成されていないため正確な方位を
割り出すことができず、±5゜の範囲でバラツいて
いた。切削テストは湿式で行ない、被削材として
99.9％純アルミの直径200mmの丸棒を軸回転数
1500rpm、切り込み量10μ、送り量40μの条件で切
削し、被削面の面粗度が0.1μｍとなつたところで
バイトとしての工具寿命と判定した。テスト結果
を表１に示す。
【表】
テスト後のバイト刃先を走査型電子顕微鏡によ
り観察したところ、８ケのバイトはいずれも摩耗
により寿命となつており、欠け等はほとんど見ら
れなかつた。表１の結果から天然ダイヤモンドを
用いたバイトの寿命は４〜41Kmとバラツキが大き
く、これに対し合成ダイヤモンドの方は39〜62Km
と安定した性能を示している。また平均寿命にお
いても合成ダイヤモンドは天然の約２倍となつて
おり、バイトとして秀れた性能を示した。
り観察したところ、８ケのバイトはいずれも摩耗
により寿命となつており、欠け等はほとんど見ら
れなかつた。表１の結果から天然ダイヤモンドを
用いたバイトの寿命は４〜41Kmとバラツキが大き
く、これに対し合成ダイヤモンドの方は39〜62Km
と安定した性能を示している。また平均寿命にお
いても合成ダイヤモンドは天然の約２倍となつて
おり、バイトとして秀れた性能を示した。
第１図はａ，ｂとも天然ダイヤモンドの代表的
な形状を示す。第２図はＣ（100）面及びＯ（111）
面で囲まれた合成ダイヤモンドの代表的形状、第
３図は合成ダイヤモンドをバイトとして加工した
ときの形状を示す。図中３は、すくい面４，４′
は前にげ面であり、ａは前にげ面を平面にした場
合、ｂは前にげ面を曲面にした場合を示す。 ３：……110面を示す。
な形状を示す。第２図はＣ（100）面及びＯ（111）
面で囲まれた合成ダイヤモンドの代表的形状、第
３図は合成ダイヤモンドをバイトとして加工した
ときの形状を示す。図中３は、すくい面４，４′
は前にげ面であり、ａは前にげ面を平面にした場
合、ｂは前にげ面を曲面にした場合を示す。 ３：……110面を示す。
Claims (1)
- １ バイトのすくい面が、互いに109.5゜の角度を
なす隣り合う２つの（111）面により形成される
陵に平行であり、かつこの２つの（111）面との
なす角度がともに等しくなるような平面もしく
は、このような平面から傾きが5゜以内である平面
をすくい面としかつ、ダイヤモンド結晶中の窒素
濃度が、原子比にて100ppm以下の合成ダイヤモ
ンド単結晶を用いたことを特徴とする合成ダイヤ
モンド単結晶バイト。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12047383A JPS6016306A (ja) | 1983-07-01 | 1983-07-01 | 合成ダイヤモンド単結晶バイト |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12047383A JPS6016306A (ja) | 1983-07-01 | 1983-07-01 | 合成ダイヤモンド単結晶バイト |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6016306A JPS6016306A (ja) | 1985-01-28 |
| JPH0117801B2 true JPH0117801B2 (ja) | 1989-04-03 |
Family
ID=14787039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12047383A Granted JPS6016306A (ja) | 1983-07-01 | 1983-07-01 | 合成ダイヤモンド単結晶バイト |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6016306A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61136702A (ja) * | 1984-12-07 | 1986-06-24 | Hitachi Ltd | 切削工具 |
| JPH0712567B2 (ja) * | 1985-12-17 | 1995-02-15 | 住友電気工業株式会社 | 単結晶ダイヤモンドチツプ |
| JPS63300803A (ja) * | 1987-05-29 | 1988-12-08 | Osaka Daiyamondo Kogyo Kk | スロ−アウエイチツプ |
| JPS63300804A (ja) * | 1987-05-29 | 1988-12-08 | Osaka Daiyamondo Kogyo Kk | スロ−アウエイチツプ |
| KR101343703B1 (ko) | 2007-10-05 | 2013-12-20 | 가부시키가이샤 닛신 다이아몬드 세이사쿠쇼 | 다이아몬드 절삭 부재 및 그 제조 방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57107709A (en) * | 1980-12-19 | 1982-07-05 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | Cutting tool |
-
1983
- 1983-07-01 JP JP12047383A patent/JPS6016306A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57107709A (en) * | 1980-12-19 | 1982-07-05 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | Cutting tool |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6016306A (ja) | 1985-01-28 |
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