JPH03149140A - 気相合成ダイヤモンド工具の製造方法 - Google Patents

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］ 本発明は気相合成ダイヤモンド膜を装着した切削工具な
らびに耐摩耗工具などの工具の製造方法に関するもので
ある。

［従来の技術Ｊ 近年、ダイヤモンド工具として、気相合成法によるダイ
ヤモンド膜を金属製又は超硬合金製基体上に析出させて
、切削工具及び耐摩耗工具の用途に適用しようとする新
しい試みがある。しかし、この試みにより実用に耐え得
る工具を製造することに必ずしる成功していない。

すなわち、ダイヤモンド膜の厚さを厚くすればする程そ
れだけ基板との接着強度は低下する傾向にある。例えば
、超硬合金上にダイヤモンドをコーティングした切削用
チップは、切削加工中にダイヤモンド膜がすぐに剥離す
る欠点がある上、さらに、気相合成法によるダイヤモン
ド膜の合成は鉄系金属上には析出し難いなど、基体の種
類によって大きく影響を及ぼされ、どのような基体上に
もダイヤモンドが析出するとは限らず、基体物質の種類
の選択に制約される欠点がある。

［発明が解決しようとする課題１ 本発明は、全く新しい発想によりこれらの問題点を解決
して、気相合成法によるダイヤモンド膜を装着した工具
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］ 本発明者らは、上記ダイヤモンド膜と基体との接着力並
びに基体種類の制約などの問題点を解決するために、ダ
イヤモンドが最も析出しやすい析出基板上に、ダイヤモ
ンド膜を厚く成膜させ、物理的又は化学的方法によって
析出基板を除去した後、厚いダイヤモンド膜を所望の基
体上にロウ付けする間接的蒸着手法に想到して、本発明
を完成させた。

すなわち、本発明は、析出基体に、気相合成法により１
５０〜５００Ｇｐｍの厚さにダイヤモンド膜を析出させ
、該析出基体を除去して、ダイヤモンド膜を工具基体上
にロウ付けすることを特徴とする気相合成ダイヤモンド
工具の製造方法を提供するものである。

本発明は、例えば、切削バイト、スローアウェイチップ
ドリル、エンドミルなどの切削工具ならびに硬度と耐摩
耗性を必要とする工具類の製造方法の総てに適用するこ
とができる。

本発明に用いる最初にダイヤモンド膜を析出させる析出
基板は、ダイヤモンドが析出しやすく、析出したダイヤ
モンドを化学的又は物理的手法で剥離しやすいものであ
ればどのようなものでも使用できる。また、工具基体が
複雑な形状の場合は、加工しやすいものが望ましい。

本発明において、このような析出基板として、例えば、
シリコン、モリブデン、タングステｌなどを好適に使用
することができる。

本発明における第一の特徴は、ダイヤモンドが析出しや
すい析出基板を用いて、気相合成法によりダイヤモンド
を該基板の上に厚く析出させるところにあり、材質が限
定された工具基体の上に直接成膜する場合と異なり、析
出基板の上ではダイヤモンド膜を厚く成膜することが比
較的容易である。

本発明に用いる析出基板上のダイヤモンド膜の気相合成
は、物理蒸着法及び化学蒸着法を使用することができ、
化学蒸ｔ（ＣＶＤ）では、熱分解ＣＶＤ、プラズ？ＣＶ
Ｄ、イオンビーＡＣＶＤ。

マイクロウェーブＣＶＤ法など公知のダイヤモンド気相
成長法を採用することができる。

本発明に用いる工具基体は、強度的に工具としての使用
に堪える硬度及び強度を有し、ダイヤモンドをロウ付け
することができるものであれば、どのような材質の工具
基体でも使用することができる。

従来より、工具又は工具の基体として使用されているも
の、例えば炭化タングステンなどの超硬合金基体、炭素
工具鋼、合金工具鋼、高速度工具鋼などの金属基体又は
アルミナ、ジルコニアなどの非金属ファインセラミック
よりなる基体などを使用することができる。

本発明の第二の特徴は、析出基体の表面をロウ付けすべ
き工具表面と一致させて、ダイヤモンド析出後、析出基
体除去して得たダイヤモンド膜を所望の工具基体上にか
ぶせ、ロウ付けすることにより、単なる蒸着による接着
と異なり、ダイヤモンド膜と工具基体とは強固に接着す
ることができる点にある。

本発明においてａつ付けに用いるロウ材は、融点７００
〜１２００℃程度のものが望ましく、ダイヤモンド膜と
使用する基体との良好な接着を行うものであれば特に制
限はないが、通常、単結晶ダイヤモンドを接１するとき
に使用されていたものは総て好適に使用することができ
る。

本発明においては、使用する工具基体の種類に応じて、
ロウ材の種類を選択する必要がある。

本発明において金属製工具基体又は超硬合金製工具基体
との間に使用するロウ材として、Ｔｉ−Ｃｕ−Ａｇ系ロ
ウ材、Ｃｕ　−Ｎ　ｉ　−Ｔ　ｉ系ロウ材、Ａｇ−Ｃｕ
−Ｐｄ系ロウ材、Ａ　ｕ　−Ｎ　ｉ　−Ｃｒ系ロウ材な
どを挙げることができる。

また、本発明において、ファインセラミック製工具基体
とダイヤモンド膜との接着に用いるロウ材としては、Ｔ
　ｉ　−Ｃｕ　−Ａ　ｇ系ロウ材が接合強度の点から適
している。

本発明の他の材質の工具基体を用いたときは、それに対
応して適宜ロウ材を選択して使用することができる。

本発明のロウ付けは、常法により溶融ロウ材を介在させ
て、両者の面を押し付けて接着することにより行う。

本発明に用いる工具基体は、平板状のものに限定されな
い。本発明におけるダイヤモンドの気相合成法の特徴は
、どのような形の曲面であっても皮膜によりその曲面通
りに膜を製造できる点にある。

従って、曲面又は角面を有する工具基体であってもこれ
を型にとり、この型に合わせて析出基板を形成して、こ
れに気相合成によりダイヤモンド膜を蒸着させれば、曲
面又は角面を有する工具基体にも適合するダイヤモンド
膜を基体の上に接着することができる。

本発明製造方法において、厚さの大きいダイヤモンド膜
を工具１個毎に、ダイヤモンドの気相合成により製造す
るのは、効率的でない。

そこで析出基体としては、１種又は２種以上の工具表面
を多数個有する析出基体の表面にダイヤモンド膜を析出
させ、析出基体を除去してから、又は除去する前に、得
られたダイヤモンド膜をレーザで切断℃て、工具１個の
表面の大きさのダイヤモンド膜を得てこれを工具にロウ
付けすることができる。通常用いられている１００μｍ
以下の厚さのダイヤモンド膜では、ダイヤモンド膜が曲
がって破損するので、これらの加工処理を実施すること
はできない。

これらの剥離、切断及びロウ付は作業総てを行うために
は、ダイヤモンド膜は１５０〜５０００μｍであること
が必要であり、１５０μｍ未満では作業中にダイヤモン
ド膜が割れて作業が困難である。この観点からは、厚さ
が厚いほど有利であり、２５０μｍ以上にすると作業が
非常に容易になるので特に望ましい。

また、５０００μｍ以上にすることはできるが、機能上
及び加工性の向上の効果が膜圧に比例して顕著でなく、
ダイヤモンド膜の析出に時間がかかりる割りに効率的で
ない。

［実施例］ 本発明を実施例により、さらに詳細に説明する。

実施例１ 厚さ１＋ｕ＋の寸法１０Ｘ１０＋ｉａ＋のシリコン析出
基板上に直流プラズマＣＶＤ法により、圧力２００Ｔｏ
ｒｒ、温度８００℃、メタン濃度１％、時間２５ｈｒの
条件で、ダイヤモンド膜を５００μｍの厚さに成膜した
。

これを、レーザによって、切削工具の形状に合わせて切
断して、第１図の側面図で示すシリコン析出基体１とダ
イヤモンド膜２からなる構造体を製造し、次に第２図に
示すようにシリコン析出基板ｌを研磨加工によって除去
し、ダイヤモンド膜２のみとした。

しかる後、第３図に示すようにダイヤモンド膜２を超硬
合金の切削チップ３上に直接、真空ロウ付けした。

ダイヤモンド膜２と工具基体３の接合は、Ｔｉ　−Ｃｕ
−Ａｇ系のロウ材ＣＷＥＳＧＯ社製Ｔ　Ｉ　ＣＵＳ　Ｉ
　Ｌ）　を用＆、１０−−１０−Ｔｏｒｒで真空ロウ付
けを、常法に従って行い、ロウ付は部４により接合した
。

ロウ付は後さらに刃付けを行うことによって第４図に示
すように気相合成ダイヤモンドスローアウェイチップを
作製した。

この気相合成ダイヤモンドスローアウェイチップのバイ
トを装着した大隅株式会社製ＬＳ施盤を用いて、／ｌ−
２２％Ｓｉ合金の切削試験を行った。

本実施例の切削条件は切削速度５．００　ｍ　／ｍｉｎ
１送り０．０５　ｒａ１１／　ｒｅｖ、切り込み０−：
（＋ｍとした。その結果、この気相合成ダイヤモンドチ
ップの逃げ面摩耗は１００分間の連続切削後４０μｍで
あり、焼結体ダイヤモンドチップと同等の性能を示した
。

実施例２ 厚さ１ｍｍ％寸法２５Ｘ２５ｍ＋＊のモリブデン製析出
基板に、ＥＡＣＶＤ法により、圧力４０Ｔｏ　ｒ　ｒ、
温度８５０℃、メタン濃度１％、時間１０００ｈｒの条
件でダイヤモンドを１０００μｍの厚さに成膜し、フッ
硝酸によってモリブデン析出基板を除去した。しかる後
、高速度鋼バイト工具基体３の寸法に合わせて、ダイヤ
モンド膜をレーザにより切断し、得られたダイヤモンド
膜２を高速度鋼バイト工具基体３上に直接、真空ロウ付
けした。さらに刃付けを行うことによって第５図に示す
ような気相合成ダイヤモンドバイトを作製した。

この気相合成ダイヤモンドバイトにて、実施例１と同様
な条件でＡＬ−２２％Ｓｉ合金の切削試験を行った結果
、天然ダイヤモンドバイトと同等の遜色のない切削性能
が得られた。

実施例３ ダイヤモンドの析出基体をタングステンとし、実施例２
と同様にダイヤモンドを５００ｐｍの厚さに皮膜し、タ
ングステン析出基体を研磨加工によって除去し、ダイヤ
モンド膜をダイス鋼製ブロックシュー上に直接、真空ロ
ウ付けし、第６図に示す耐摩耗工具を作製した。

実施例４ ダイヤモンドの析出基体をシリコンとし、実施例１と同
様にダイヤモンドを１５００μｍの厚さに成膜し、シリ
コン析出基体を研磨加工によって除去した。しかる後、
ダイヤモンド膜をステンレス鋼製ポンディングツール上
に直接、真空ロウ付けし、第７図に示す気相合成ダイヤ
モンドポンディングツールを作製した。

実施例５ ダイヤモンドの析出基体をモリブデンとし、実施例２と
同様にダイヤモンドを２θＯＯｐｍの厚さに成膜し、モ
リブデン析出基体をフッ硝酸によって除去した。しかる
後、ダイヤモンド膜をステンレス鋼製センタレスプレー
１（２５０Ｌ−４Ｗ）に直接、ロウ付けした。第８図に
示す気相合成ダイヤモンドセンタレスプレードを作製し
た。

実施例６ ダイヤモンドピン工具基体の表面と同じ曲率の円筒曲面
を５個有する波型のモリブデン製析出基体を作成した。

該析出基体の厚さは２＋ｉ＋ｗ、寸法は１０Ｘ５０票ｍ
であった。

この析出基体の上に、ＥＡＣＶＤ法により、圧力４０Ｔ
ｏｒｒ％温度８５０℃、メタン濃度１％、時間１０００
ｈｒの条件でダイヤモンドを１０００μｍの厚さに成膜
し、フッ硝酸によってモリブデン析出基板を除去し、厚
さ１０００μｍの波型ダイヤモンド膜を得た。

しかる後、ダイヤモンドとン工具基体の寸法に合わせて
、ダイヤモンド膜をレーザにより切断し、円筒向面を有
するダイヤモンド膜を得た。

これを該工具上に直接、真空ロウ付けし、第９図に示す
ような気相合成ダイヤモンドピンを作製した。

［発明の効果］ 本発明によれば、バインダーを含有しない緻密なダイヤ
モンド膜を工具基体の種類に制約されることなくしかも
基体と強固に接着することができるので、その効果は顕
著である。

気相合成により作製したダイヤモンド膜は緻密な多結晶
体であり、ダイヤモンド焼結体のようにＧｏなどのバイ
ンダーを含有しないので極めて高い耐摩耗性を有する一
方、単結晶ダイヤモンドのような異方性がないので、刃
付は加工などが容易で安定した性能を有する。

さらに、気相合成法ダイヤモンド膜は、形状に関係なく
蒸着することができるので、どのような形の工具も本発
明の製造法により作製できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図及び第４図は本発明の実施例の
工具を製造する手順を示す工程説明図であり、第５図は
本発明の他の実施例の気相合成ダイヤモンドバイトの斜
視図であり、第６図は本発明の実施例に係る気相合成ダ
イヤモンドブロックシニーの斜視図であり、第７図は本
発明の実施例に係る気相合成ダイヤモンドポンディング
ツールの斜視図であり、第８図は本発明の実施例に係る
気相合成ダイヤモンドセンタレスプレードの斜視図であ
り、第９図は本発明の実施例に係る気相合成ダイヤモン
ドビンの斜視図である。 図中の符号は、１：析出基体、２；ダイヤモンド膜、３
：工具基体、４：ロウ付は部である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　析出基体に、気相合成法により１５０〜５０００μ
   ｍの厚さにダイヤモンド膜を析出させ、該析出基体を除
   去して、ダイヤモンド膜を工具基体上にロウ付けするこ
   とを特徴とする気相合成ダイヤモンド工具の製造方法。 ２　工具基体が超硬合金製工具基体であり、ロウ材がＴ
   ｉ−Ｃｕ−Ａｇ系ロウ材又はＡｕ−Ｎｉ−Ｃｒ系ロウ材
   である請求項１記載の気相合成ダイヤモンド工具の製造
   方法。 ３　工具基体と同一表面形状を多数個有する析出基体に
   、気相合成法により１５０〜５０００μｍの厚さにダイ
   ヤモンド膜を析出させ、次いで、析出基体を除去する工
   程とダイヤモンド膜をレーザにより工具基体１個の表面
   毎に切断する工程を経て、そのダイヤモンド膜を工具基
   体上にロウ付けすることを特徴とする気相合成ダイヤモ
   ンド工具の製造方法。