JPH03149106A

JPH03149106A - ダイヤモンド工具

Info

Publication number: JPH03149106A
Application number: JP28607289A
Authority: JP
Inventors: Kenjirou Uekami; 上神　謙次郎; Kazushi Obata; 一志小畠
Original assignee: Osaka Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Osaka Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 1989-11-01
Filing date: 1989-11-01
Publication date: 1991-06-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、ダイヤモンド単結晶より形成される工具に
関するものである。

〔従来の技術及びその課題〕

従来のダイヤモンド工具は、ダイヤモンド単結晶をその
任意の結晶面がすくい面又は逃げ面となるように工具ホ
ルダ等に取付け、その結晶面に研磨加工を施して切刃を
形成している。この場合、天然又は人造のダイヤモンド
単結晶の外面が、結晶構造を形造る結晶面に正確に一致
していないため、形成されたダイヤモンド工具のすくい
面や逃げ面は、正確に結晶面き一致せず、任意の角度で
傾いた状態で形成される。

上記のようなダイヤモンド工具において、切刃の欠けな
どの切削性能や寿命のバラツキに対処するための方法は
、切刃の幾何学的形状や切削条件を変化させる方法がと
られている。例えば、セラミックス等の高硬度材料を加
工する場合は、切刃のくさび角やコーナ形状を大きくし
て切刃強度を大きくし、また高精度な仕上げ面を得る必
要がある場合は、切刃を出来るだけ鋭利に形成して切れ
味を高める方法がとられる。

しかし、これらの対処方法では、ダイヤモンド結晶の物
性的な構造を何ら改善していないため、依然としてダイ
ヤモンド結晶の物性的要因に由来する切刃の欠は等が生
じ、切削性能のバラツキを防止できない欠点がある。

このような切削性能や寿命のバラツキを生じさせる物性
的な要因としては、結晶内部の欠陥や不純物の存在や分
布状態を挙げることができる。すなわち、結晶中の欠陥
や不純物を予め正確に探知することができれば、欠陥が
少なくバラツキのない工具を形成できる可能性がある。

しかし、結晶内の欠陥や不純物を判別するには、走査電
子顕微鏡や偏光装置等の特別の分析装置や、その装置を
用いて分析するための時間が必要であり、このような装
置設備や作業手間は、工具を製作する上で製造コストを
著しく増大させる欠点がある。

そこで、この発明は、特別な分析装置を用いずに簡単な
方法で製作することができ、安定した切削性能と寿命を
実現するダイヤモンド工具を提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題を解決するため、この発明は、切刃に連なる
切削面を、ダイヤモンド単結晶の結晶面に傾き角度±２
度の範囲内で一致させた構造を採用したのである。

また、上記の構造において、結晶面を［１１０１面とし
、そめ結晶面上に、切屑流出方向又は被削材の擦過方向
が結晶方位６００＞となる切刃を形成した構造とするの
が好ましい。

なお、上記において、切削面とは、切刃に連続して形成
され、その表面に切屑又は被削材がこすり接触する面を
云い、その代表的なものとして、すくい面と逃げ面があ
る。

以下、発明の内容を説明する。

切削現象においては、工具のす（い面又は逃げ面と、切
屑又は被削材との接触状態が切削状態に大きな影響を及
ぼす、云い換えれば、すくい面や逃げ面等の切削面の硬
さやすべり性等の機械的特性の大小により、切削面と切
屑又は被削材とのこすり状態が変化し、切刃の切削性能
や寿命が変化する。したがって、切屑や被削材との接触
状態において、工具の欠けや仕上面を悪化させない機械
的特性をもつ結晶面を特定できれば、安定した切削性能
をもつ切刃を形成することができる。

このような工具性能を決定する特性として、本発明者等
は、切削面の摩擦係数の大きさに着目した。

いま、実際のダイヤモンド工具による切削を詳しく観察
すると、切刃やす（い面への切屑の溶着による微小チ°
ツピングの発生や、切刃から生成された切屑が被削材側
に巻き込んで、被削材の表面を傷付けることにより仕上
面不良で寿命に至る例が多く見られる。したがって、切
屑の溶着を無くし、切刃から切屑がすくい面上をスムー
ズに流れ、切削位置より円滑に離れるようにすれば、工
具寿命を大幅に延長することができる。

これは、切削面の摩擦係数を少なくすることにより実現
することができる。すなわち、切削面と切屑又は被削材
との摩擦を小さくし、切屑や被削材のすべりを円滑にす
れば、切屑の溶着が防止され、かつ、切屑の流出速度が
速くなって切屑が薄く延びるこｔにより、被削材に干渉
しなくなる。

以上のような認識に基づいて、ダイヤモンド単結晶にお
ける結晶面と摩擦係数との関係を知るための切削テスト
を行なった。以下、そのテストについて説明する。

このテストは、ダイヤモンド単結晶の個体間の差を無く
すため、天然１２面体の１つの単結晶を４分割して、す
くい面が、（１００１面又は（１１−０）面に対して第
１表に示すような傾斜角度を持つ４つの試料（ａ）（ハ
）（ロ）（ｄ）を形成した。又、各試料には、刃先反対
方向（切屑流出方向に一致する）が第１表に示す結晶方
位となる切刃を形成した。

第１表ｌ　　（ｂ）　　ｌ　　　　　”　　　　　ｌ　　　　
　＋３度ｌ　　　＜１１０＞　　１このように、同一の
単結晶から造った各種方位の工具であれば、結晶間の差
異を一定限度内に止めることができる。すなわち、種々
の結晶面と結晶方位の工具の差を、結晶面又は結晶方位
の要因としてのみより正確に把握できる。

テストに使用した工具の形成は、ソーイングにより４分
割した結晶を、Ｘ線回折によりすくい面とする結晶面と
結晶方位を定めてその測定値に合わせて工具シャンクに
固定し、その後、すくい面と逃げ面の研磨を行ない、所
定の切刃を形成した。

そして、出来上がった各工具の結晶面と結晶方位をＸ線
回折により調べた。その結果が第１表に示す通りである
。工具形状は、す（い角０°、逃げ角５°、コーナ半径
１．０履の円弧工具とした。

また、切削は、被削材に４．５％Ｍｇ−Ａｊ！合金の熱
間押出丸棒を用いて、乾式の正面旋削で行ない、切削条
件は、切削速度３１４〜７８．３ｓ／ｓ＋ｉｎの範囲で
、切込みを３０μの一定値に保持して行なった。

第１図及び第２図は、各試料の切削において、送り変化
させて得られた切削力の変化を示しており、第１図は１
分力を、第２図は背分力を示す。

上図の結果により、す（い面を（１００１面とした試料
（Ｃ）（ｄ）と、（１１０）面とした試料（ａ）（ｂ）
では、切削力が太きく異なっている。すなわち、すくい
面を（１１０１面とした試料による切削力は、（１００
）面としたものに対して、主分力で約〃、背分力で約２
になる。いずれも送りが大きくなるにつれて切削力は増
大するが、その増えがたは試料の結晶方位によって異な
っている。

また、すくい面と各結晶面（（１００）面の又は（１１
０）面）の傾きの角度が小さいほど、切削力が小さくな
っている。すなわち、すくい面が（１１０）面の場合試
料（ハ）より試料（ａ）の方が、又すくい面が１１００
　）面の場合試料（ロ）より試料（Ｃ）の方が主分力及
び背分力とも小さくなる。

一方、第３図は、第１図と第２図の切削力から算出した
切屑と工具すくい面間の摩擦係数を示したものである。

図に示すごとく、全ての送り範囲で、すくい面が（１０
０１面の試料（Ｃ）（ｄ）と、（１１０）面の試料（ａ
）（ｂ）とでは、明らかに摩擦係数が異なり、（１１０
）面としたものの方が摩擦係数が少ない。

また、すくい面が同じ結晶面の試料であっても、結晶面
に対するすくい面の傾きの違いにより摩擦係数が明らか
に異なる。すなわち、試料（ロ）より試料（ａ）の方が
、又試料四より試料（ロ）の方が摩擦係数が小さくなっ
ている。特に、試料（ａ）と試料（ハ）の摩擦係数の差
は大きく、結晶面に対してすくい面の傾き角度が２度以
下とすれば、それ以上のものに比べて著しく摩擦抵抗が
小さくなることが明らかである。

以上のことから、次のことが結論づけられる。

ダイヤモンド単結晶においては、結晶面の違いにより摩
擦係数（及び切削力）に差があり、かつ、切削面と結晶
面との傾きが小さくなるほど同じ結晶面でも摩擦係数が
小さくなる。

また、試料（ａ）と（ハ）の比較でわかるように、結晶
面に対するす（い面の傾き角度が２度より小さくなると
、それ以上の角度のものに比べて著しく摩擦係数が低下
する。このことは、傾斜角度２度において、摩擦係数の
減少を太きく変化させる境界のあることを示している。

また、第１図乃至第３図の結果から、試料（ａ）が最も
切削力と摩擦係数の小さい特性を示しており、これによ
り摩擦係数を最小にするには、すくい面を（１１０）面
に対して傾き角度±２度の範囲内に設定し、かつ、切刃
反対方向を結晶方位＜１００＞にとればよいことが導か
れる。

実際に試料（ａ）と試料（ハ）の切削状態を観察すると
、試料（ハ）に比べて試料（ａ）の切屑は、厚みが薄く
、真直ぐに切刃反対方向に流れて、切屑による仕上面の
悪化がなかった。また、試料（ａ）では、切刃への溶着
の発生が大幅に改善され、寿命も極めて安定したものが
得られた。

なお、上記のテスト例では、すくい面を結晶面に合わせ
て右り、これは、アルミニウム材等の鏡面仕上げ加工の
ように、切屑による仕上げ面の影響が太きく問題になる
場合に有効である。

一方、セラミックス等の高硬度材を加工する場合のよう
に、逃げ面と被削材の間のこすり摩耗が大きくなる例で
は、逃げ面を結晶面に一致させて、逃げ面の１８１係数
を小さくさせるのがよい。

また、上記の発明は、天然１２面体の単結晶以外に、天
然８面体や人造のダイヤモンド結晶にも同様に通用する
ことができる。

（発明の効果）以上のように、この発明は、結晶面の摩擦係数の特性に
着目し、切削面を摩擦係数が最小となる結晶面に一致さ
せたものであるから、切削面と切屑又は被削材との円滑
な接触状態を形成でき、安定した切削性能と寿命を実現
できる。

また、切削面と結晶面を一致させるだけでよく、特別な
分析装置等を必要としないので、低コストで簡単に製作
できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ試料の切削において送りを
変化させた場合の主分力及び背分力を示す図、第３図は
切屑と工具間の摩擦係数と送りとの関係を示す図である
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）切刃に連なる切削面を、ダイヤモンド単結晶の結
晶面に傾き角度±２度の範囲内で一致させたダイヤモン
ド工具。
（２）結晶面を｛１１０｝面とし、その結晶面上に、切
屑流出方向又は被削材の擦過方向が結晶方位〈１００〉
となる切刃を形成した請求項（１）に記載のダイヤモン
ド工具。