JPH04146007A - 多結晶ダイヤモンド切削工具およびその製造方法 - Google Patents
多結晶ダイヤモンド切削工具およびその製造方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
、刃立性に優れた多結晶ダイヤモンド切削工具およびそ
の製造方法に関する。
摩工具として使用されている。しかし単結晶ダイヤモン
ドはへき関するという欠点があり、この欠点を抑制する
ために特公昭52−12126号公報に記載されている
ように超高圧焼結技術を用いてダイヤモンド同志を焼結
したダイヤモンド焼結体が開発されている。
十μm以下の微粒のものは上記した単結晶ダイヤモンド
に見られるへき開現象が生ずることなく優れた耐摩耗性
を示すことが知られている。
の結合材(バインダー)を含有するため、構成する粒子
単位でチッピングが生ずるという問題点がある。特にこ
の現象は工具刃先のくさび角が小さくなると顕著になり
、鋭利な切れ刃をもった工具の作製は極めて困難である
。工具作製時での刃先のチッピングを抑えるために、例
えば#3000〜#5000といった微粒のダイヤモン
ド砥石を使用する方法がとられる場合もあるが、この方
法でも5μm以下にチッピングを抑えることは不可能で
ある。またこの方法では、砥石の粒度を小さくすること
による加工効率の低下という問題点が生ずるため好まし
くない。
放電加工やレーザー加工が知られているが、これらの加
工方法を行っても結合材を含有している影響で良好な刃
カ性をもった工具が得られないのが現状である。
まない多結晶ダイヤモンド、すなわち低圧気相法により
合成された多結晶ダイヤモンドを工具素材とすることに
よりこれらの問題点が改善できるのではないかと考えた
。本発明者等はこの多結晶ダイヤモンドを素材にした切
削工具の例を特開平2−2127 G 7号としてその
製造方法とあわせて開示した。しかしながらこの素材を
もってしても研削加工により刃先形成を行うと5μm程
度のチッピングが生ずることは避けられなかっtこ。
た刃立性を有し、特に仕上げ加工用として相応しい多結
晶ダイヤモンド工具を提供せんとするものである。
相法により合成された多結晶ダイヤモンドを工具素材と
し、かつ刃先形成のための加工法としてレーザー加工を
適用することが有効であることを見出した。
ンドを工具素材とし、該工具素材の刃先逃げ面1.低圧
気相法により形成された黒鉛によって被覆されたもので
あって、そのすくい面がRmaxで0.111m以下の
鏡面状態であることを特徴とする多結晶ダイヤモンド工
具、あるいは低圧気相法によって合成された多結晶ダイ
ヤモンドを工具素材とし、該工具素材が工具支持体に接
合され、かつその刃先逃げ面1.低圧気相法により形成
された黒鉛によって被覆されたものであって、そのすく
い面がRmaxで0.1μm以下の鏡面状態であること
を特徴とする多結晶ダイヤモンド切削工具が有効である
ことを見出した。
の全ての低圧気相法を適用することが可能である。すな
わち、熱電子放射やプラズマ放電を利用して原料ガスを
分解、励起を生じさせる方法や燃焼炎を用いた成膜方法
が有効である。原料ガスとしては、例えばメタン、エタ
ン、プロパン等の炭化水素類、メタノール、エタノール
等のアルコール類、エステル類等の有機炭素化合物と水
素を主成分とする混合ガスを用いることが一般的である
が、これら以外にアルゴン(Ar)等の不活性ガスや酸
素、−酸化炭素、水等もダイヤモンドの合成反応やその
特性を阻害しない範囲内であれば、原料中に含有されて
いても差し支えない。
らの任意の方法により、その表面をRmaxで0.1μ
m以下の鏡面に仕上げた金属および/または合金或いは
Siからなる基板上に、ダイヤモンドの平均結晶粒径が
0.5〜15μmの多結晶ダイヤモンドを合成する。こ
こで粒径を上記のように規定するのは、切削工具として
使用した場合、0.5μmよりも微粒になると耐摩耗性
が低下し、また15μmよりも粗粒になると欠損し易く
なるからである。尚、基板上しては多結晶ダイヤモンド
の内部応力を低減させるために、その熱膨張率がダイヤ
モンドのそれに近いものが好ましく、これに該当するも
のとしてはMo、WSSi等が挙げられる。
酸、弗酸および/またはこれらの混合液により化学処理
して除去して得ることができる。
、ホールグーにクランプして工具として使用することが
できる。また特開平1−212767号公報等で開示し
た方法によって工具支持体と接合した形態の工具作製も
可能である。工具支持体には超硬合金や鋼が使用できる
。この場合に使用する多結晶ダイヤモンドの厚さは0.
05〜1鵬が相応しい。0.05閣よりも薄いと工具素
材の強度が低下して欠損し易くなり好ましくない。また
接合型の工具では一般的な使用に対しては厚さが1閣以
上あれば充分である。尚多結晶ダイヤモンドの合成の際
に基板上接合していた面をすくい面とすることが重要で
あることは特開平1−212767号に開示した通りで
ある。
ーザー加工を適用することにより、研削加工では効率よ
くできなかった刃立性の良好な切削工具の作製が可能と
なる。これは多結晶ダイヤモンドが結合材料を含有して
いないこととレーザー加工が熱化学反応を伴った加工で
あるため、機械的除去法である研削加工に比して損傷が
少ないことが有効に作用していると考えられる。
加工効率、品質の点から見てYAGレーザーを用いるの
が一般的である。レーザー光線は工具のすくい面側から
あるいは反対側から照射する。この際に工具を設定され
た逃げ角をもつようにレーザー光線に対して傾斜させて
設置し移動させる。あるいは工具を固定してレーザー光
線を操作する方法でも差し支えない。レーザー加工後は
工具の刃先逃げ面がダメージ層である黒鉛によって被覆
されるが、この被覆黒鉛層は工具として使用する初期に
除去されるため、寸法公差が著しく厳しい用途以外の一
般的な使用においては特に問題とならない。レーザー加
工条件は、刃先のチッピングが05〜5μmでかつ黒鉛
層の厚さが0,5〜10μmとなるように選定する。チ
ッピングの大きさをこの範囲に限定するのは、5μmよ
り大きいと従来の研削加工により作製された工具と品質
に差が出ないからである。下限の0.5μmは本発明者
等の実験から規定したものであり、より一層加工条件を
検討することにより低減することが可能であると思われ
る。黒鉛層の厚さについては、その値が05μmよりも
小さくなる条件を選定すると加工効率が低下して好まし
くない。また、10μmを越えると多結晶ダイヤモンド
に加工亀裂が入り易くなるなど不具合な点が生ずる。
グが5μm以下であり、従来のダイヤモンド工具では作
製しにくかった刃立性に優れたダイヤモンド工具を容易
に得ることができる。
xで005μmの鏡面状態である81基板上に多結晶ダ
イヤモンドを10時間合成した。合成は以下の条件で行
った。
0secm ガス圧力 120 Torrマイク
ロ波発振出発振出カニ 650W合成後、弗硝酸に浸漬
してSi基板のみを溶解除去することにより、平均結晶
粒径が5μmで厚さが0.2卸の多結晶ダイヤモンドを
回収することができた。この多結晶ダイヤモンドを、そ
の成長面側を接合面として超硬合金製のシャンクとろう
付は接合を行った。次に、この接合体を傾けて保持し、
加工用のレーザー光線と接合体のすくい面が101°を
なすようにして刃先形成を行いスローアウェイチップ(
型番:5PGN120304)を作製した。なお刃先形
成には連続発振モードのYAGレーザーを出カニ3Wで
使用した。得られたスローアウェイチップ(以下試料A
という)を顕微鏡で検査したところチッピングは1μm
と良好で、逃げ面は厚さ2μmの黒鉛層で被覆されてい
た。
%含有する焼結ダイヤモンドを工具素材とし、上記と同
様のレーザー加工による刃先形成を試みたもの(試料B
)、#tsooのダイヤモンド砥石を使用した研削加工
で刃先形成を行ったもの(試料C)、上記の多結晶ダイ
ヤモンドを工具素材として試料Cと同様の研削加工で刃
先形成を行ったもの(試料D)を作製した。これらの試
料の刃先のチッピング量はB:30μm% c : 2
0μm % D : 15μmであり、試料Aに比べて
大きかった。
性能評価を以下の条件で行った。
切削速度 : 500 m/min 切り込み量:0.2mu 送り速度 : 0.1 mh/ rev。
1の通りであった。
な切れ刃が維持され良好な被削面が得られることが明ら
かとなった。
状タングステンフィラメントを用いた熱CVD法により
、その表面がRmaxで0.03/1mのMO基板上に
以下の条件で多結晶ダイヤモンドを20時間合成した。
16sCCm ガス圧力 80 Torrフィラ
メント温度: 2150°Cフィラメント−基板
間距離: 6M 基板温度 ’ 920’C合成後、熱
王水lこ浸漬してMo基板のみを溶解除去することによ
り、平均結晶粒径3μmで厚さが0.15InInの多
結晶ダイヤモンドを回収することができた。尚、基板側
の面はRmaxで0.03μmの鏡面であった。この多
結晶ダイヤモンドを、その成長面側を接合面として超硬
合金製のシャンクにろう付は接合を行った。次にこの接
合体を傾けて保持し、YAGレーザーを出カニ3wで連
続発振し、すくい面側から照射したレーザー光線により
刃先加工を行って、くさび角の大きさの異なるスローア
ウェイチップを作製した。尚、試作した工具はいずれも
逃げ面が厚さ23μmの黒鉛で被覆されていた。
2000のダイヤモンド砥石を用いた研削加工で刃先を
形成したもの、及び工具素材として結合材のcoを15
容量%含有する粒径3μmのダイヤモンド焼結体を用い
て同様の研削加工で刃先成形をしたのを作製した。
2の通りであった。
困難であった良好な刃立性を有する工具が容易に作製で
きることが明らかになった。
テン基板の置かれた反応管中に、H2とCtHeとAr
ガスを8:1:1の比率で混合したガスを流量: 50
05canで供給し、圧力を150 Torrに調整し
た。次に高周波発振機がら高周波(13,56M1−h
)を与え、混合ガスを励起してプラズマを発生させ30
時間合成を行った。尚、高周波出力は各合成実験毎に一
700〜900Wの範囲で選定した。
して多結晶ダイヤモンドの回収を行った。
μmと各実験毎に異なったが、厚さはいずれも1.6鴫
でまた基板側の面はいずれもRmaxで0.06μmの
鏡面状態であった。これらの多結晶ダイヤモンドからス
ローアウェイチップ(型番:TPGNO60104−B
)を作製するにあたり、出力条件をかえたYAGレー
ザーを用いて加工を行った。作製したスローアウェイチ
ップは刃先の加工状態を観察した後、以下の条件で切削
試験を行い、被削面粗度を測定して性能評価を行った。
切削速度 : 300 m/min 切り込み量:0,15M 送り速度 : 0.08 M/ rev。
の粒径が大き過ぎるため、また工具NQHはレーザー加
工条件が適切でなかったためにチッピングが大きく生じ
て良好な被削面が得られなかったと考えられる。しかし
本発明の方法による工具NciE、G、J、にはいずれ
も優れた刃立性を有し、良好な面粗度が得られた。
従来になく刃立性の優れた多結晶ダイヤモンド切削工具
が得られるので、特に良好な仕上げ面を要求される用途
には好適である。
Claims (16)
- 1.低圧気相法により合成された多結晶ダイヤモンドを
工具素材とし、該工具素材の刃先逃げ面がレーザー加工
により形成された黒鉛によって被覆されたものであって
、そのすくい面がRmaxで0.1μm以下の鏡面状態
であることを特徴とする多結晶ダイヤモンド切削工具 - 2.低圧気相法により合成された多結晶ダイヤモンドを
工具素材とし、該工具素材が工具支持体に接合され、か
つその刃先逃げ面がレーザー加工により形成された黒鉛
によって被覆されたものであって、そのすくい面がRm
axで0.1μm以下の鏡面状態であることを特徴とす
る多結晶ダイヤモンド切削工具 - 3.工具支持体が超硬合金または鋼からなることを特徴
とする請求項2記載の多結晶ダイヤモンド切削工具 - 4.多結晶ダイヤモンドの厚さが0.05〜1mmであ
ることを特徴とする請求項2〜3いずれかに記載の多結
晶ダイヤモンド切削工具 - 5.刃先のチッピングの大きさが0.5〜5μmである
ことを特徴とする請求項1〜4記載の多結晶ダイヤモン
ド切削工具 - 6.刃先逃げ面の被覆黒鉛厚さが0.5〜10μmであ
ることを特徴とする請求項1〜5いずれかに記載の多結
晶ダイヤモンド切削工具 - 7.多結晶ダイヤモンドの結晶粒径が0.5〜15μm
であることを特徴とする請求項1〜6いずれかに記載の
多結晶ダイヤモンド切削工具 - 8.表面をRmaxで0.1μm以下の鏡面に仕上げた
金属および/または合金或いはSiからなる基板上に低
圧気相法により実質的にダイヤモンドのみからなる多結
晶ダイヤモンドを析出させた後、基板を除去して得られ
る多結晶ダイヤモンド工具を工具素材とし、該工具素材
の刃先形成を合成時の基板側をすくい面としてレーザー
加工で行うことを特徴とする多結晶ダイヤモンド切削工
具の製造方法 - 9.表面をRmaxで0.1μm以下の鏡面に仕上げた
金属および/または合金或いはSiからなる基板上に低
圧気相法により実質的にダイヤモンドのみからなる多結
晶ダイヤモンドを析出させた後、基板を除去して得られ
る多結晶ダイヤモンド工具を工具素材とし、該工具素材
を合成時の基板との接合面をすくい面になるように、か
つ工具支持体に対して工具刃先になる部分が外側にはみ
出る状態で接合した後、はみ出した該工具素材に工具す
くい面側もしくはその反対側からレーザー光線を照射す
ることにより刃先の形成を行うことを特徴とする多結晶
ダイヤモンド切削工具の製造方法 - 10.工具支持体が超硬合金または鋼でなることを特徴
とする請求項9記載の多結晶ダイヤモンド切削工具の製
造方法 - 11.多結晶ダイヤモンドの厚さが0.05〜1mmで
あることを特徴とする請求項9もしくは10記載の多結
晶ダイヤモンド切削工具の製造方法 - 12.多結晶ダイヤモンドを析出させる基板の材質がM
o、W、もしくはSiであることを特徴とする請求項8
〜11いずれかに記載の多結晶ダイヤモンド切削工具の
製造方法 - 13.基板を塩酸、硫酸、硝酸、弗酸および/またはこ
れらの混合液を用いる化学処理により除去することを特
徴とする請求項8〜12いずれかに記載の多結晶ダイヤ
モンド切削工具の製造方法 - 14.刃先のチッピングの大きさが0.5〜5μmであ
ることを特徴とする請求項8〜13いずれかに記載の多
結晶ダイヤモンド切削工具の製造方法 - 15.刃先逃げ面の被覆黒鉛の厚さが0.5〜10μm
であることを特徴とする請求項8〜14いずれかに記載
の多結晶ダイヤモンド切削工具の製造方法 - 16.多結晶ダイヤモンドの結晶粒径が0.5〜15μ
mであることを特徴とする請求項8〜15いずれかに記
載の多結晶ダイヤモンド切削工具の製造方法
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1991
- 1991-10-08 ZA ZA918032A patent/ZA918032B/xx unknown
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