JPH04193406A - Polycrystal diamond cutting tool and manufacturing method thereof - Google Patents

Polycrystal diamond cutting tool and manufacturing method thereof

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JPH04193406A
JPH04193406A JP2326277A JP32627790A JPH04193406A JP H04193406 A JPH04193406 A JP H04193406A JP 2326277 A JP2326277 A JP 2326277A JP 32627790 A JP32627790 A JP 32627790A JP H04193406 A JPH04193406 A JP H04193406A
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polycrystalline diamond
tool
flank
cutting
cutting tool
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Tsutomu Nakamura
勉 中村
Tetsuo Nakai
哲男 中井
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/50Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
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Abstract

PURPOSE:To improve edge sharpening property by setting the tipping a front edge in which a predetermined surface roughness of a cutting face is provided, to the flank of which a diamond surface is exposed, and which is laid along a cross line between the cutting face and the flank, in a grinding tool suing polycrystal diamond synthesized by the low pressure gas phase method. CONSTITUTION:A polycrystal diamond 2 is formed on the surface of a substrate 1 having the surface roughness not more than 0.1mum by maximum height indication Rmax by means of the low pressure gas phase method. Next, a polycrystal diamond tool material 3 is formed after utilizing the surface of the polycrystal diamond 2 making contact with the substrate 1 of the polycrystal diamond 2 as a cutting face 6, to be brazed on a tool supporting body 4. And then, the tool material 3 is ground and processed by laser processing under predetermined condition to expose the polycrystal diamond on a flank 7. Finally, the tipping size of the front edge which is laid along the cross line between the cutting face 6 and the flank 7 is set to be not less than 0.5mum and not more than 5mum.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、非鉄金属や非金属の仕上げ加工に最適な刃
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
造方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a polycrystalline diamond cutting tool with excellent edge sharpness that is suitable for finishing nonferrous metals and nonmetals, and a method for manufacturing the same.

[従来の技術] ダイヤモンドは硬度と熱伝導率が高いため、切削工具や
耐摩工具として使用されている。しかし、単結晶ダイヤ
モンドは臂開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士を
焼結したダイヤモンド焼結体が開発されている。
[Prior Art] Diamond has high hardness and high thermal conductivity, so it is used as cutting tools and wear-resistant tools. However, single-crystal diamond has the drawback of opening its arms, and in order to suppress this drawback, diamonds were sintered together using ultra-high pressure sintering technology, as described in Japanese Patent Publication No. 52-12126. Diamond sintered bodies have been developed.

市販されているダイヤモンド焼結体のうち、特に粒径が
数10μm以下の微粒のものは、上記の多結晶ダイヤモ
ンドに見られる襞間現象が生ずることがなく、優れた耐
摩耗性を示すことが知られている。
Among commercially available diamond sintered bodies, those with fine grains, especially those with a grain size of several tens of micrometers or less, do not exhibit the interfold phenomenon seen in the above-mentioned polycrystalline diamonds and exhibit excellent wear resistance. Are known.

しかしながら、これらのダイヤモンド焼結体は数%〜数
10%の結合材を含有するため、構成する粒子単位でチ
ッピングが生じるという問題点を有している。特に、こ
のチッピング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、鋭利な切れ刃を持った工具の作成は極め
て困難である。
However, since these diamond sintered bodies contain a binder of several percent to several tens of percent, they have the problem that chipping occurs in the constituent particles. In particular, this chipping phenomenon becomes more noticeable when the wedge angle of the cutting edge of the tool becomes small, and it is extremely difficult to create a tool with a sharp cutting edge.

工具作成時での刃先のチッピングを抑えるために、たと
えば#3000〜#5000といった微粒のダイヤモン
ド砥石を用いて刃先研磨する方法を取ることも可能であ
るが、このような方法を用いても刃先のチッピングを5
μm以下に抑えることは不可能であった。また、この微
粒ダイヤモンド砥石を用いた研磨方法では、砥石の粒度
を細かくするにともなって加工効率が低下するという新
たな問題が生じる。
In order to suppress chipping of the cutting edge during tool making, it is possible to polish the cutting edge using a fine-grained diamond grindstone such as #3000 to #5000, but even with this method, the chipping of the cutting edge may be suppressed. Chipping 5
It was impossible to suppress the thickness to below μm. Further, in the polishing method using this fine-grained diamond grindstone, a new problem arises in that processing efficiency decreases as the grain size of the grindstone becomes finer.

また、ダイヤモンド焼結体の加工方法としては上記の研
削加工以外に、放電加工やレーザ加工を用いることが知
られているが、これらの加工法を用いてもダイヤモンド
焼結体に結合材が含入されているために、良好な刃立性
を持った工具が得られないのが現状である。
In addition to the grinding process mentioned above, electric discharge machining and laser machining are known to be used as processing methods for diamond sintered bodies, but even when these processing methods are used, the diamond sintered bodies contain binder. Currently, it is not possible to obtain a tool with good edge sharpness because of this.

一方、ダイヤモンド焼結体の代わりに結合材を含有して
い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工具素材とした切削工具
が発明者らによって考案された。このような多結晶ダイ
ヤモンドを素材とした切削工具の例が特開平1−212
767号公報に示されている。
On the other hand, the inventors devised a cutting tool using polycrystalline diamond containing no binder, that is, a polycrystalline diamond tool material synthesized by a low-pressure vapor phase method, instead of the diamond sintered body. An example of a cutting tool made of polycrystalline diamond is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-212.
This is shown in Japanese Patent No. 767.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、多結晶ダイヤモンドを工具素材とする場
合においても、研削加工により刃先形成を行なうと、そ
の刃先に5μm程度のチッピングが生じ、これを抑制す
ることはできなかった。そこで、発明者らは、多結晶ダ
イヤモンドを工具素材とする切削工具の刃立性を改善す
るために、刃先加工にレーザ加工を用いることを新たに
考案した。すなわち、低圧気相法により合成され、その
表面粗さがJIS  B  0601に規定された最大
高さ表示(Rmax)で0. 1μm以下の鏡面状態に
形成された多結晶ダイヤモンドを工具素材とし、この工
具素材の刃先逃げ面をレーザ加工を用いて形成した多結
晶ダイヤモンド切削工具を考案した。なお、このレーザ
加工を用いた多結晶ダイヤモンド切削工具については同
一出願人による特願平2−271011号に記載されて
いる。工具のすくい面の粗さをRlaoで0゜1μm以
下とし、逃げ面をレーザ加工して形成した場合には、従
来の多結晶ダイヤモンド工具あるーいはダイヤモンド焼
結体を用いた工具に比べて刃立性が各段に改良された。
[Problem to be solved by the invention] However, even when polycrystalline diamond is used as a tool material, when the cutting edge is formed by grinding, chipping of about 5 μm occurs on the cutting edge, and this cannot be suppressed. Ta. Therefore, the inventors newly devised the use of laser processing for cutting edge processing in order to improve the sharpness of cutting tools made of polycrystalline diamond as a tool material. That is, it is synthesized by a low-pressure gas phase method, and its surface roughness is 0.0 in the maximum height (Rmax) specified in JIS B 0601. We have devised a polycrystalline diamond cutting tool in which a tool material is polycrystalline diamond formed into a specular state of 1 μm or less, and the cutting edge flank of this tool material is formed using laser processing. A polycrystalline diamond cutting tool using this laser processing is described in Japanese Patent Application No. 2-271011 filed by the same applicant. When the roughness of the rake face of the tool is set to Rlao of 0°1 μm or less and the flank face is formed by laser processing, the roughness of the rake face is lower than that of a conventional polycrystalline diamond tool or a tool using a diamond sintered body. The sharpness of the blade has been significantly improved.

しかしながら、工具逃げ面がレーザ加工により成形され
ており、このレーザ加工の後では、逃げ面の表面にレー
ザ加工の熱影響により黒鉛被覆層が生成される。この工
具逃げ面に生成される黒鉛被覆層は、寸法精度が厳しく
要求されるような用途に用いられる工具においては、被
剛材の溶着が多くなり、その結果切削時にチッピングが
生じたり、あるいは被削面粗度が悪化するという問題の
発生が懸念される。
However, the flank face of the tool is formed by laser processing, and after this laser processing, a graphite coating layer is generated on the surface of the flank face due to the thermal influence of the laser processing. In tools used for applications where dimensional accuracy is strictly required, this graphite coating layer formed on the tool flank often causes welding of the rigid material, resulting in chipping during cutting or There is a concern that the problem of deterioration of the machined surface roughness may occur.

したがって、この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、多結晶ダイヤモンドを工具素材
とし、刃立性の優れた多結晶ダイヤモンド切削工具およ
びその製造方法を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention was made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a polycrystalline diamond cutting tool that uses polycrystalline diamond as a tool material and has excellent edge sharpness, and a method for manufacturing the same. shall be.

[課題を解決するための手段] この発明は、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、そのすくい面は表面粗さが最大
高さ表示(R□ax)で0.1μm以下に形成され、逃
げ面は多結晶ダイヤモンドの表面が露出しており、さら
にすくい面と逃げ面との交線に沿う刃先のチッピングの
大きさが0゜5μm以上5μm以下に形成されている。
[Means for Solving the Problems] This invention uses polycrystalline diamond synthesized by a low-pressure gas phase method as a tool material, and the rake face has a surface roughness of 0.1 μm in maximum height (R□ax). The flank face is formed so that the surface of the polycrystalline diamond is exposed, and the chipping size of the cutting edge along the intersection line between the rake face and the flank face is 0°5 μm or more and 5 μm or less.

この多結晶ダイヤモンド切削工具は、刃先加工された多
結晶ダイヤモンド工具素材が直接切削機器に取付けられ
る構造、あるいはそのような多結晶ダイヤモンド工具素
材が工具支持体に接合された構造をも含むものである。
This polycrystalline diamond cutting tool includes a structure in which a polycrystalline diamond tool material with a cutting edge processed is directly attached to a cutting device, or a structure in which such a polycrystalline diamond tool material is joined to a tool support.

また、この発明による多結晶ダイヤモンド切削工具は、
以下の工程により製造される。
Furthermore, the polycrystalline diamond cutting tool according to the present invention is
It is manufactured by the following steps.

まず、表面粗さが最大高さ表示(Rmax)で0.1μ
m以下の基材の表面上に低圧気相法により多結晶ダイヤ
モンドを析出させる。次に、基材上の多結晶ダイヤモン
ドを所定のチップ形状に切断した後、基材を多結晶ダイ
ヤモンドのチップから除去する。そして、多結晶ダイヤ
モンドのチップ表面のうち基材と接していた側の表面に
交差する表面をレーザ加工して刃先逃げ面を形成する。
First, the surface roughness is 0.1μ in maximum height display (Rmax)
Polycrystalline diamond is deposited on the surface of a base material having a size of less than m by a low pressure vapor phase method. Next, after cutting the polycrystalline diamond on the base material into a predetermined chip shape, the base material is removed from the polycrystalline diamond chip. Then, the surface of the polycrystalline diamond chip that intersects with the surface that was in contact with the base material is laser-processed to form a cutting edge flank.

その後、レーザ加工により刃先逃げ面に生成された黒鉛
被覆層を除去する。
Thereafter, the graphite coating layer formed on the flank of the cutting edge by laser processing is removed.

なお、多結晶ダイヤモンドのチップが工具支持体に接合
される構造の多結晶ダイヤモンド切削工具においては、
基材が除去された多結晶ダイヤモンドのチップ表面のう
ち基材と接していた側の表面が工具のすくい面となるよ
うに工具支持体に接合された後、レーザ加工により刃先
逃げ面が形成される。
In addition, for polycrystalline diamond cutting tools with a structure in which a polycrystalline diamond tip is joined to a tool support,
After the base material has been removed, the polycrystalline diamond chip surface that was in contact with the base material is bonded to the tool support so that it becomes the rake face of the tool, and then a cutting edge flank surface is formed by laser processing. Ru.

[作用コ 第1図ないし第6図は、この発明による多結晶ダイヤモ
ンド切削工具の製造工程断面図である。
[Operation Figures 1 to 6 are cross-sectional views of the manufacturing process of the polycrystalline diamond cutting tool according to the present invention.

第1図ないし第6図を参照してこの発明の多結晶ダイヤ
モンド切削工具の作用効果について説明する。
The effects of the polycrystalline diamond cutting tool of the present invention will be explained with reference to FIGS. 1 to 6.

まず、第1図を参照して、金属あるいは合金からなる基
板1表面上に低圧気相法を用いて多結晶ダイヤモンドを
形成する。基板1の鏡面はその表面粗さがR工8.で0
.1μm以下の鏡面に仕上げ加工されている。この表面
上に多結晶ダイヤモンドを析出させる方法としては次の
ような低圧気相法が用いられる。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の分解・励起を生じ
させる方法、あるいは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、たとえばメタン、エタン、プ
ロパンなどの炭化水素類、メタノール、エタノールなど
のアルコール類、エステル類などの有機炭素化合物と水
素とを主成分とする混合ガスが一般的に用いられる。こ
れ以外にはアルゴンなどの不活性ガスや酸素、二酸化炭
素、水などもダイヤモンドの合成反応やその特性を阻害
しない範囲内で原料中に含有されても構わない。このよ
うな低圧気相法により基板1表面上に多結晶ダイヤモン
ドの平均結晶粒径が0. 5〜15μmとなるように合
成される。この多結晶ダイヤモンドの粒径が規定される
のは、切削工具として使用された場合、平均結晶粒径が
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やすくなるからであ
る。また、基板1と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、その熱膨脹率かダイヤモンドの
熱膨脹率に近いものが好ましく、たとえばモリブデン(
Mo)、タングステン(W)、シリコン(Si)などが
挙げられる。
First, referring to FIG. 1, polycrystalline diamond is formed on the surface of a substrate 1 made of metal or alloy by using a low pressure vapor phase method. The surface roughness of the mirror surface of the substrate 1 is rounded 8. 0 at
.. Finished to a mirror surface of 1 μm or less. As a method for depositing polycrystalline diamond on this surface, the following low pressure vapor phase method is used. That is, a method in which thermionic radiation or plasma discharge is used to cause decomposition and excitation of the raw material gas, or a method in which a film is formed using a combustion flame are effective. As the raw material gas, a mixed gas whose main components are hydrogen and hydrocarbons such as methane, ethane, and propane, alcohols such as methanol and ethanol, and organic carbon compounds such as esters is generally used. In addition to this, inert gases such as argon, oxygen, carbon dioxide, water, etc. may also be contained in the raw material within a range that does not inhibit the diamond synthesis reaction or its properties. By such a low-pressure vapor phase method, the average crystal grain size of polycrystalline diamond is 0.5 mm on the surface of the substrate 1. It is synthesized to have a thickness of 5 to 15 μm. The grain size of this polycrystalline diamond is regulated because when used as a cutting tool, wear resistance decreases when the average crystal grain size becomes finer than 0.5 μm, and when it becomes coarser than 15 μm. This is because it becomes easy to lose. Further, in order to reduce the internal stress of polycrystalline diamond, the substrate 1 is preferably made of a material whose coefficient of thermal expansion is close to that of diamond, such as molybdenum (
Examples include Mo), tungsten (W), and silicon (Si).

次に、第2図を参照して、レーザビームにより基板1上
に形成された多結晶ダイヤモンド層2を所定の工具素材
形状に沿って切断線を形成する。
Next, referring to FIG. 2, cutting lines are formed in polycrystalline diamond layer 2 formed on substrate 1 by a laser beam along a predetermined tool material shape.

さらに、第3図を参照して、塩酸、硫酸、硝酸、弗酸あ
るいはこれらの混合液により化学処理を施して基板1を
溶解して多結晶ダイヤモンドから除去する。このように
して形成された多結晶ダイヤモンド工具素材3は、その
積層方向の厚みが1mm以上であれば、そのまま刃先形
成加工を行ない、ホルダにクランプして工具として使用
することができる。また、厚さが0.05〜1mmであ
れば超硬合金や鋼などからなる工具支持体に接合した構
造の切削工具として使用してもよい。このような工具支
持体に接合される構造の切削工具の場合、多結晶ダイヤ
モンド工具素材3の厚みが0.05mmよりも薄い場合
には工具素材としての強度が低下して欠損しやすくなる
。また、このような接合型の切削工具においては、−船
釣な使用に対しては工具素材の厚みが1mm程度あれば
十分である。なお、このような構造は第4図に示される
ように、工具支持体4に基板と接合していた面がすくい
面6となるように多結晶ダイヤモンド工具素材3と工具
支持体4とがろう付け5後、接合されることが必須であ
る。
Further, referring to FIG. 3, substrate 1 is dissolved and removed from the polycrystalline diamond by chemical treatment using hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, or a mixture thereof. If the polycrystalline diamond tool material 3 thus formed has a thickness of 1 mm or more in the stacking direction, it can be directly processed to form a cutting edge, clamped in a holder, and used as a tool. Further, if the thickness is 0.05 to 1 mm, it may be used as a cutting tool joined to a tool support made of cemented carbide, steel, or the like. In the case of a cutting tool having such a structure to be joined to a tool support, if the thickness of the polycrystalline diamond tool material 3 is thinner than 0.05 mm, the strength as a tool material decreases and it becomes easy to break. Further, in such a joint type cutting tool, it is sufficient for the tool material to have a thickness of about 1 mm for use in boat fishing. In addition, as shown in FIG. 4, such a structure is such that the polycrystalline diamond tool material 3 and the tool support 4 are joined together so that the surface that was bonded to the substrate on the tool support 4 becomes the rake face 6. After attaching 5, it is essential to join.

さらに、第5図を参照して、刃先形成加工に、適度に選
定された条件でレーザ加工を適用することにより、研削
加工では得られなかった良好な刃立性を有する切削工具
が作成される。これは、工具素材の多結晶ダイヤモンド
が結合材を含有してないことおよびレーザ加工は熱化学
的反応を伴った加工であるため、機械的除去法である研
削加工に比べて損傷が少ないことが作用すると考えられ
る。このレーザ加工には、加工効率や品質の点からYA
Gレーザを用いることが好ましい。レーザ光線は工具の
すくい面6側から、あるいは反対側から照射する。この
際予め設定された逃げ角を形成し得るようにレーザ光線
に対して工具を傾けて設置し移動させる。あるいは工具
を固定してレーザ光線を操作する方法を用いても構わな
い。レーザの加工条件は、刃先のチッピングが0. 5
〜5μmとなるように選定する。この条件としては、シ
ングルモードで、平均出力2〜5W19スイツチの繰返
し周波数が1〜5kH,、レーザビーム操作速度が0.
 1〜5mm/seeが好ましい。
Furthermore, referring to Fig. 5, by applying laser machining under appropriately selected conditions to the cutting edge forming process, a cutting tool with good edge sharpness that could not be obtained by grinding process can be created. . This is because the polycrystalline diamond used as the tool material does not contain any binder, and because laser machining involves a thermochemical reaction, there is less damage compared to grinding, which is a mechanical removal method. It is thought that it works. This laser processing requires YA from the point of view of processing efficiency and quality.
It is preferable to use a G laser. The laser beam is irradiated from the rake face 6 side of the tool or from the opposite side. At this time, the tool is installed and moved at an angle with respect to the laser beam so that a preset relief angle can be formed. Alternatively, a method may be used in which the tool is fixed and the laser beam is manipulated. The laser processing conditions are such that the chipping of the cutting edge is 0. 5
The thickness is selected to be 5 μm. The conditions are: single mode, average output 2-5 W19 switch repetition frequency 1-5 kHz, laser beam operation speed 0.
1 to 5 mm/see is preferred.

なお、ここで、第7図を用いてチッピングの大きさを定
義する。第7図は、第6図に示したスローアウェイチッ
プの刃先部分の拡大図であり、すくい面6と逃げ面7と
の交線に沿ってチッピング9が生じた状態を模式的に示
している。チッピングの大きさは、すくい面6と逃げ面
7との交線からすくい面6表面側へ測った長さ」1と逃
げ面7側へ測った長さt2とのうち大きい値を用いて定
義する。このチッピングの大きさの下限値である0、5
μmは、発明者の実験結果から推定したものであり、さ
らに加工条件の変化によりこのチッピングをさらに低減
させることは可能である。
Incidentally, here, the size of chipping will be defined using FIG. 7. FIG. 7 is an enlarged view of the cutting edge portion of the indexable insert shown in FIG. 6, and schematically shows a state in which chipping 9 occurs along the intersection line of the rake face 6 and flank face 7. . The size of chipping is defined using the larger value of the length 1 measured from the intersection of the rake face 6 and flank face 7 toward the surface side of the rake face 6 and the length t2 measured toward the flank face 7 side. do. The lower limit value of this chipping size is 0, 5
μm is estimated from the inventor's experimental results, and it is possible to further reduce this chipping by changing the processing conditions.

再度、第5図を参照して、このレーザ加工を用いた刃先
形成加工が終了した後、すくい面7の表面にはレーザ加
工にともなって黒鉛が生成される。
Referring again to FIG. 5, after the cutting edge forming process using this laser process is completed, graphite is generated on the surface of the rake face 7 due to the laser process.

この黒鉛被覆層8の厚みは0.5〜10μm程度である
The thickness of this graphite coating layer 8 is approximately 0.5 to 10 μm.

さらに、第6図を参照して、レーザ加工を行なった後、
逃げ面などに生成した黒鉛被覆層8は次のような化学的
方法によって除去される。すなわち、酸あるいはアルカ
リ溶融塩に溶解・除去する方法が用いられる。使用する
酸としては、重クロム酸、硫酸と硝酸の混合液が好まし
い。硫酸と硝酸の混合液を用いる場合は、その混合比率
を1対9〜9対1の範囲とすることが効率良く黒鉛を溶
解する上で重要である。また、アルカリ溶融塩としては
、水酸化カリウム、硝酸カリウム、水酸化ナトリウム、
硝酸ナトリウム、あるいはこれらの混合物が使用できる
。なお、図示されたような工具支持体4に接合される構
造の多結晶ダイヤモンド切削工具の場合には、この黒鉛
被覆層除去工程には、アルカリ溶融塩を用いることが望
ましい。
Furthermore, referring to FIG. 6, after laser processing,
The graphite coating layer 8 formed on the flanks and the like is removed by the following chemical method. That is, a method of dissolving and removing it in an acid or alkali molten salt is used. The acid used is preferably dichromic acid or a mixture of sulfuric acid and nitric acid. When using a mixed solution of sulfuric acid and nitric acid, it is important to keep the mixing ratio in the range of 1:9 to 9:1 in order to efficiently dissolve graphite. In addition, alkaline molten salts include potassium hydroxide, potassium nitrate, sodium hydroxide,
Sodium nitrate or mixtures thereof can be used. In addition, in the case of a polycrystalline diamond cutting tool having a structure joined to the tool support 4 as shown in the figure, it is desirable to use an alkali molten salt in this graphite coating layer removal step.

これは、酸を用いた場合には、接合に用いるろう材や工
具支持体が損傷を受ける可能性かあるからである。
This is because when an acid is used, there is a possibility that the brazing material and tool support used for joining may be damaged.

このような方法によみで作成された多結晶ダイヤモンド
切削工具は、そのすくい面が最大高さ表示Rrn a 
xで0.1μm以下の鏡面状態であり、かつ逃げ面が黒
鉛によって被覆されておらず、多結晶ダイヤモンドが露
出しており、さらにその刃先はチッピングが0.5μm
〜5μmの範囲に抑制された優れた刃立性を有している
A polycrystalline diamond cutting tool made by such a method has a rake face with a maximum height of Rrn a
x is a mirror surface of 0.1 μm or less, the flank surface is not covered with graphite, polycrystalline diamond is exposed, and the cutting edge has a chipping of 0.5 μm.
It has excellent edge sharpness that is suppressed to a range of ~5 μm.

[実施例コ 以下に、上記のような方法を用いて実際に製造された多
結晶ダイヤモンド切削工具の実施例について説明する。
[Example] Below, an example of a polycrystalline diamond cutting tool actually manufactured using the above method will be described.

(実施例1) マイクロ波プラズ7CVD (Chemi ca 1V
apor  Depos i t 1on)法により、
その表面がRmaxで0.05μmの鏡面状態であるS
i基板上に、以下の条件で多結晶ダイヤモンドを10時
間合成した。
(Example 1) Microwave plasma 7CVD (Chemi ca 1V
By the apor depos it 1 on) method,
S whose surface is a mirror state with Rmax of 0.05 μm
Polycrystalline diamond was synthesized on the i-substrate for 10 hours under the following conditions.

原料ガス(流量)   :R2200seemCH4,
10secm ガス圧力     :120  Torrマイクロ波発
振出発振出カニ650 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0.2mm
の多結晶ダイヤモンドを回収することができた。また、
基板側の面はR18Xで0゜05μm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
合金製のシャンクとろう付接合を行なった。次に、この
接合体を傾けて保持し、加工用のレーザ光線と接合体の
すくい面とが101°をなすようにして刃先形成を行な
い、スローアウェイチップ(型番:5PGN12030
4)を作成した。なお、刃先形成には連続発振モードの
YAGレーザを出力3Wで使用した。得られたスローア
ウェイチップ(A)は刃先のチッピングが1μmと良好
で、逃げ面は2μmの厚さの黒鉛で被覆されていた。次
に、このスローアウェイチップ(A)と同じ条件でレー
ザ加工を施したチップを500℃に加熱した硝酸カリウ
ムと硝酸ナトリウムの等容積混合物中に30分間浸漬し
て黒鉛の溶解・除去を行なった。回収したチップ(B)
は、ろう材およびシャンクともに損傷なく逃げ面の黒鉛
は完全に除去されており、また刃先のチッピングは1μ
mのままであった。
Raw material gas (flow rate): R2200seemCH4,
10 sec Gas pressure: 120 Torr Microwave oscillation starting Shaking crab 650 After synthesis, by immersing in fluoronitric acid and dissolving and removing only the Si substrate, the average crystal grain size was 5 μm and the thickness was 0.2 mm.
We were able to recover polycrystalline diamonds. Also,
The surface on the substrate side was R18X and 0°05 μm. This polycrystalline diamond was joined by brazing to a cemented carbide shank with its growth surface as the joint surface. Next, hold this joint at an angle and form a cutting edge so that the laser beam for processing and the rake face of the joint make an angle of 101°.
4) was created. Note that a continuous wave mode YAG laser with an output of 3 W was used to form the cutting edge. The indexable tip (A) obtained had good chipping at the cutting edge of 1 μm, and the flank surface was coated with graphite with a thickness of 2 μm. Next, the chip, which had been laser processed under the same conditions as this indexable chip (A), was immersed for 30 minutes in an equal volume mixture of potassium nitrate and sodium nitrate heated to 500°C to dissolve and remove graphite. Recovered chips (B)
The graphite on the flank face was completely removed without any damage to the filler metal or shank, and the chipping on the cutting edge was 1 μm.
It remained m.

これらのスローアウェイチップの仕上げ用工具としての
性能評価を以下の条件で行なった。
The performance of these indexable inserts as finishing tools was evaluated under the following conditions.

(切削条件) 被削材  AC4C−76(Al−7%Si)丸棒 切削速度:500m/min 切込み量・0. 2mm 送り速度: 0. 1mm/ r e v。(Cutting conditions) Work material: AC4C-76 (Al-7%Si) round bar Cutting speed: 500m/min Depth of cut: 0. 2mm Feed speed: 0. 1mm/ r e v.

冷却液 、水溶性油剤 (評価方法) 5分および60分切削後の被削面粗度の比較。Coolant, water-soluble oil (Evaluation method) Comparison of work surface roughness after 5 minutes and 60 minutes of cutting.

その結果、下記の表1に示したように、本発明の工具は
比較のためのチップ(A)に比べて長時間に亘って鋭利
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。
As a result, as shown in Table 1 below, the tool of the present invention maintains a sharp cutting edge for a long time compared to the comparative tip (A), and can obtain a good work surface. became clear.

(表1) 工具No、  被削面粗度Rm a x  (p m)
5分切削後  60分切削後 比較   A1.6     1.7 本発明  B     1. 2     1. 2(
実施例2) 熱電子放射材に直径0.5mm、長さ100mmの直線
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Rm a xで0.03μm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
(Table 1) Tool No., Work surface roughness Rm a x (p m)
Comparison after 5 minutes cutting and after 60 minutes cutting A1.6 1.7 Present invention B 1. 2 1. 2(
Example 2) By thermal CVD using a linear tungsten filament with a diameter of 0.5 mm and a length of 100 mm as the thermionic emitting material, a multilayer film was deposited on a Mo substrate with a surface Rmax of 0.03 μm under the following conditions. Crystalline diamond was synthesized for 20 hours.

原料ガス(流量)   :H2300sccmC2H2
15secm ガス圧力     +  80  Torrフィラメン
ト温度: 2150℃ フィラメント−基板間距離:5mm m根基度     :920℃ 合成後、熱王水に浸漬してMO基板のみを溶解除去する
ことにより、平均結晶粒径が3μmで、厚さが0.15
mmの多結晶ダイヤモンドを回収することができた。な
お、基板側の面はRma工で0.03μmの鏡面状態で
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性のシャンクとろう付接合を行なっ
た。次に、この接合体を傾けて保持し、YAGレーレー
出力3Wで連続発振し、すくい面側から照射したレーザ
光線により刃先の加工を行ない、くさび角が80″のス
ローアウェイチップを作成した。なお、試作したチップ
(C)は、チッピングが2μmで逃げ面が厚さ3μmの
黒鉛で被覆されていた。
Raw material gas (flow rate): H2300sccmC2H2
15 sec Gas pressure + 80 Torr Filament temperature: 2150°C Filament-substrate distance: 5 mm Radiation degree: 920°C After synthesis, by immersing in hot aqua regia to dissolve and remove only the MO substrate, the average crystal grain size was 3 μm. So, the thickness is 0.15
It was possible to recover polycrystalline diamond of mm. Note that the surface on the substrate side was Rma-finished and had a mirror finish of 0.03 μm. This polycrystalline diamond was joined by brazing to a cemented carbide shank with its growth surface as the joint surface. Next, this joined body was held tilted, the YAG relay output was continuously oscillated at 3 W, and the cutting edge was processed using a laser beam irradiated from the rake face side to create an indexable tip with a wedge angle of 80''. The prototype chip (C) had a chipping of 2 μm and a flank surface coated with graphite having a thickness of 3 μm.

次に、これと同じチップを500℃に加熱した硝酸カリ
ウムと水酸化ナトリウムの混合物(容量で2対1に配合
)中に3分間浸漬して、黒鉛の溶解・除去を行なった。
Next, the same chip was immersed for 3 minutes in a mixture of potassium nitrate and sodium hydroxide (mixed in a 2:1 ratio by volume) heated to 500° C. to dissolve and remove graphite.

回収したチップ(D)はろう材およびシャンクともに損
傷なく、チッピングが2μmで逃げ面の黒鉛は完全に除
去されていた。
In the recovered chip (D), both the brazing material and the shank were undamaged, the chipping was 2 μm, and the graphite on the flank surface had been completely removed.

これらのスローアウェイチップの仕上げ用工具としての
性能評価を以下の条件で行なった。
The performance of these indexable inserts as finishing tools was evaluated under the following conditions.

(切削条件) 被削材 :AC8A−T6 (Al−12%Si)丸棒 切削速度:600m/min 切込み量:0.3mm 送り速度+ 0.08mm/ r e v。(Cutting conditions) Work material: AC8A-T6 (Al-12%Si) round bar Cutting speed: 600m/min Depth of cut: 0.3mm Feed speed + 0.08 mm/r e v.

冷却液 :水溶性油剤 ゛  (評価方法) 5分および60分切削後の刃先磨耗量(チッピングの大
きさ)の比較。
Coolant: Water-soluble oil (Evaluation method) Comparison of cutting edge wear (chip size) after 5 and 60 minutes of cutting.

性能評価試験の結果を表2に示す。The results of the performance evaluation test are shown in Table 2.

(表2) 工具No、  l鉛除去             結
果評価項目  5分切11  60分切削後後比較 C
なし 刃先チッピング 20μm    25μm被l
11面粗度      1.hm      2.1g
m本発明D  あり 刃先チッピング  5μ山   
 6μ加被削面粗度      1.1μml、2μm
比較品(C)は、発明品(D)に比べて切削初期におけ
る刃先の被削材溶着が多く、その影響により初期にチッ
ピングが生じたものと推定される。
(Table 2) Tool No. 1 Lead removal result evaluation item 5 minutes cutting 11 Post comparison after 60 minutes cutting C
None Cutting edge chipping 20μm 25μm coverage
11 Surface roughness 1. hm 2.1g
m Invention D Yes Cutting edge chipping 5μ mountain
6μ machined surface roughness 1.1μml, 2μm
Comparative product (C) had more welding of the workpiece material on the cutting edge at the initial stage of cutting than inventive product (D), and it is presumed that chipping occurred at the initial stage due to this influence.

これに対して、発明品(D)は、逃げ面に黒鉛が存在し
ないため、被削材の刃先への溶着がほとんど生じること
なく、鋭利な刃先が長時間維持されることが明らかとな
った。
On the other hand, since there is no graphite on the flank surface of the invention (D), there is almost no welding of the work material to the cutting edge, and it is clear that the cutting edge remains sharp for a long time. .

(実施例3) R□axで0.06μmの鏡面加工が施されたタングス
テン基板の置かれた反応管中に、H2とC2H6とAr
とを8対1対1の割合で混合したガスを流量5QQsc
cmで供給し、圧力を150To r rに調整した。
(Example 3) H2, C2H6, and Ar
A gas mixture of 8:1:1 with a flow rate of 5QQsc
cm and the pressure was adjusted to 150 Torr.

次に、高周波発振機から高周波(13,56MH,)を
与え、混合ガスを励起してプラズマを発生させ、30時
間合成を行なった。なお、高周波の出力は、各合成実験
ごとに700〜900Wの範囲で選定した。
Next, a high frequency (13.56 MH) was applied from a high frequency oscillator to excite the mixed gas to generate plasma, and synthesis was performed for 30 hours. Note that the high frequency output was selected in the range of 700 to 900 W for each synthesis experiment.

各合成実験が終了した後、取aした基板を熱王水処理し
て多結晶ダイヤモンドの回収を行なった。
After each synthesis experiment was completed, the taken substrate was treated with hot aqua regia to recover polycrystalline diamond.

得られた多結晶ダイヤモンドは、平均結晶粒径が5〜3
0μmと各実験ごとに異なったが、厚さはいずれも1.
6mmで、また基板側の面はいずれもRm a xで0
.06μmの鏡面状態にあった。
The obtained polycrystalline diamond has an average crystal grain size of 5 to 3
Although the thickness was different for each experiment, the thickness was 1.0 μm in all cases.
6 mm, and Rmax of both substrate side surfaces is 0.
.. It was in a mirror state of 0.06 μm.

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)を作製するに当た
り、出力条件を変えたYAGレーザを用いて加工を行な
った。これらのスローアウェイチップ(E、FSG)と
同じ条件で作製したチップを、さらに100℃に加熱し
た重クロム酸に浸漬して逃げ面を被覆している黒鉛の除
去を行なった。これらのチップ(H,I、J)と酸処理
を施していないチップ(E、F、G)とについて刃先の
加工状態を観察した後、以下の状態で切削実験を行ない
、被削面粗度を測定して性能評価を行なった。
In producing a throw-away chip (model number: TPGNO60104-B) from these polycrystalline diamonds, processing was performed using a YAG laser with different output conditions. Chips produced under the same conditions as these indexable chips (E, FSG) were further immersed in dichromic acid heated to 100° C. to remove graphite covering the flanks. After observing the machining conditions of the cutting edge of these chips (H, I, J) and chips that had not been acid-treated (E, F, G), cutting experiments were conducted under the following conditions to determine the roughness of the workpiece surface. We measured and evaluated the performance.

切削試験の条件を以下に示す。The conditions for the cutting test are shown below.

(切削条件) 被削材 :AC4A−T6 (AI−10%Si)丸棒 切削速度:300m/min 切込み量:0.15mm 送り速度;0.08 mm/ r e v。(Cutting conditions) Work material: AC4A-T6 (AI-10%Si) round bar Cutting speed: 300m/min Depth of cut: 0.15mm Feed speed; 0.08 mm/r e v.

切削時間:90分 冷却液 :水溶性油剤 性能評価試験の結果を表3に示す。Cutting time: 90 minutes Coolant: Water-soluble oil The results of the performance evaluation test are shown in Table 3.

(表3) 工具No、      E  F  G  HI  J
多結晶ダイヤ粒径(μm)       5  30 
 12   5  30  12レーザ出力(W)  
        !、0 1.5 2.5 1.0 1
.5 2.5刃先チブビング量(μm)       
230   4   230   4刃先黒鉛被覆厚さ
(μm)257000被隋面1度R,,,(μm)  
   1.2 3.5 1.5 0.8 3.2 1.
0表3を参照して、チップFおよびIは、多結晶ダイヤ
モンドの粒径が大きすぎたため、チ・yピングが大きく
生じて良好な被削面が得られなかったものと考えられる
。しかし、本発明の方法によるチップ(H,J)は、い
ずれも優れた刃立性を有し、比較用チップ(E、G)に
比べて逃げ面に被覆黒煙層が存在していないため良好な
面粗度が得られることが判明した。
(Table 3) Tool No. E F G HI J
Polycrystalline diamond grain size (μm) 5 30
12 5 30 12 Laser output (W)
! ,0 1.5 2.5 1.0 1
.. 5 2.5 Cutting edge tipping amount (μm)
230 4 230 4 Cutting edge graphite coating thickness (μm) 257000 Covered surface 1 degree R,,, (μm)
1.2 3.5 1.5 0.8 3.2 1.
Referring to Table 3, it is considered that chips F and I had too large a grain size of polycrystalline diamond, so large chipping occurred and a good machined surface could not be obtained. However, the chips (H, J) produced by the method of the present invention both have excellent sharpness, and compared to the comparative chips (E, G), there is no coating black smoke layer on the flank surface. It was found that good surface roughness could be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図ないし第6図は、この発明による多結晶ダイヤモ
ンド切削工具の製造工程を示す製造工程図である。 第7図は、この発明による多結晶ダイヤモンド切削工具
の刃先部分の拡大斜視図である。 図において、1は基材、2は低圧気相法により形成され
た多結晶ダイヤモンド層、3は多結晶ダイヤモンドチッ
プ、4は工具支持体、5はろう付部、6はすくい面、7
は逃げ面、8は黒鉛被覆層、9はチッピングを示してい
る。 特許出願人  住友電気工業株式会社   、−5第1
図 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図
1 to 6 are manufacturing process diagrams showing the manufacturing process of a polycrystalline diamond cutting tool according to the present invention. FIG. 7 is an enlarged perspective view of the cutting edge portion of the polycrystalline diamond cutting tool according to the present invention. In the figure, 1 is a base material, 2 is a polycrystalline diamond layer formed by a low-pressure vapor phase method, 3 is a polycrystalline diamond chip, 4 is a tool support, 5 is a brazed part, 6 is a rake face, 7
8 indicates a flank surface, 8 indicates a graphite coating layer, and 9 indicates chipping. Patent applicant: Sumitomo Electric Industries, Ltd., -5 No. 1
Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 7

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)低圧気相法により合成された多結晶ダイヤモンド
を用いた多結晶ダイヤモンド切削工具であって、 表面粗さが最大高さ表示(R_m_a_x)で0.1μ
m以下のすくい面と、 前記多結晶ダイヤモンドの表面が露出した逃げ面とを備
え、 前記すくい面と前記逃げ面との交線に沿う刃先のチッピ
ングの大きさが0.5μm以上5μm以下である、多結
晶ダイヤモンド切削工具。
(1) A polycrystalline diamond cutting tool using polycrystalline diamond synthesized by a low-pressure vapor phase method, with a surface roughness of 0.1μ in maximum height (R_m_a_x)
m or less, and a flank face on which the surface of the polycrystalline diamond is exposed, and the size of chipping of the cutting edge along the intersection line of the rake face and the flank face is 0.5 μm or more and 5 μm or less. , polycrystalline diamond cutting tools.
(2)前記多結晶ダイヤモンド切削工具を構成する前記
多結晶ダイヤモンドの平均粒径が0.5μm以上15μ
m以下である、請求項1記載の多結晶ダイヤモンド切削
工具。
(2) The polycrystalline diamond constituting the polycrystalline diamond cutting tool has an average grain size of 0.5 μm or more and 15 μm.
The polycrystalline diamond cutting tool according to claim 1, wherein the polycrystalline diamond cutting tool has a diameter of less than m.
(3)前記多結晶ダイヤモンド切削工具を構成する前記
多結晶ダイヤモンドの前記すくい面にほぼ直交する方向
の厚みが、0.05mm以上1mm以下である、請求項
1または請求項2に記載の多結晶ダイヤモンド切削工具
(3) The polycrystalline diamond according to claim 1 or 2, wherein the polycrystalline diamond constituting the polycrystalline diamond cutting tool has a thickness of 0.05 mm or more and 1 mm or less in a direction substantially perpendicular to the rake face. diamond cutting tools.
(4)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、この工具素材を工具支持体に接合して
構成された多結晶ダイヤモンド切削工具であって、 表面粗さが最大高さ表示(R_m_a_x)で0.1μ
m以下のすくい面と、 前記多結晶ダイヤモンドの表面が露出した逃げ面とを備
え、 前記すくい面と前記逃げ面との交線に沿う刃先のチッピ
ングの大きさが0.5μm以上15μm以下である、多
結晶ダイヤモンド切削工具。
(4) A polycrystalline diamond cutting tool constructed by using polycrystalline diamond synthesized by a low-pressure vapor phase method as a tool material and bonding this tool material to a tool support, with surface roughness indicating the maximum height. (R_m_a_x) is 0.1μ
m or less, and a flank surface on which the surface of the polycrystalline diamond is exposed, and the chipping size of the cutting edge along the intersection line of the rake face and the flank surface is 0.5 μm or more and 15 μm or less. , polycrystalline diamond cutting tools.
(5)前記工具素材の多結晶ダイヤモンドの平均粒径が
、0.5μm以上15μm以下である、請求項4記載の
多結晶ダイヤモンド切削工具。
(5) The polycrystalline diamond cutting tool according to claim 4, wherein the average grain size of the polycrystalline diamond of the tool material is 0.5 μm or more and 15 μm or less.
(6)前記工具素材の多結晶ダイヤモンドの前記すくい
面にほぼ直交する方向の厚みが0.05mm以上1mm
以下である、請求項4または請求項5に記載の多結晶ダ
イヤモンド切削工具。
(6) The thickness of the polycrystalline diamond of the tool material in the direction substantially perpendicular to the rake face is 0.05 mm or more and 1 mm.
The polycrystalline diamond cutting tool according to claim 4 or claim 5, which is as follows.
(7)表面粗さが最大高さ表示(R_m_a_x)で0
.1μm以下の基材の表面上に低圧気相法により多結晶
ダイヤモンドを析出させる工程と、前記基材上の前記多
結晶ダイヤモンドを所定のチップ形状に切断した後、前
記基材を前記多結晶ダイヤモンドのチップから除去する
工程と、前記多結晶ダイヤモンドのチップ表面のうち、
前記基材と接していた側の表面に交差する表面をレーザ
加工して刃先逃げ面を形成する工程と、前記レーザ加工
により前記刃先逃げ面に生成された黒鉛被覆層を除去す
る工程とを備えた、多結晶ダイヤモンド切削工具の製造
方法。
(7) Surface roughness is 0 in maximum height display (R_m_a_x)
.. A step of depositing polycrystalline diamond on the surface of a base material of 1 μm or less by a low-pressure vapor phase method, and cutting the polycrystalline diamond on the base material into a predetermined chip shape, and then depositing the polycrystalline diamond on the base material. of the polycrystalline diamond chip surface;
A step of laser processing a surface that intersects with the surface that was in contact with the base material to form a flank of the cutting edge, and a step of removing a graphite coating layer generated on the flank of the cutting edge by the laser processing. Also, a method for manufacturing polycrystalline diamond cutting tools.
(8)前記黒鉛被覆層は、化学的方法により除去される
、請求項7記載の多結晶ダイヤモンド切削工具の製造方
法。
(8) The method for manufacturing a polycrystalline diamond cutting tool according to claim 7, wherein the graphite coating layer is removed by a chemical method.
(9)前記黒鉛被覆層は酸溶液により溶解除去される、
請求項8記載の多結晶ダイヤモンド切削工具の製造方法
(9) The graphite coating layer is dissolved and removed by an acid solution.
A method for manufacturing a polycrystalline diamond cutting tool according to claim 8.
(10)表面粗さが最大高さ表示(R_m_a_x)で
0.1μm以下の基材の表面上に低圧気相法により多結
晶ダイヤモンドを析出させる工程と、前記基材上の前記
多結晶ダイヤモンドを所定のチップ形状に切断した後、
前記基材を前記多結晶ダイヤモンドのチップから除去す
る工程と、前記多結晶ダイヤモンドのチップの前記基材
と接していた面が工具のすくい面となるように前記多結
晶ダイヤモンドのチップを工具支持体に接合する工程と
、 前記多結晶ダイヤモンドの前記すくい面と交差する表面
をレーザ加工して刃先逃げ面を形成する工程と、 前記レーザ加工により前記刃先逃げ面に生成された黒鉛
被覆層を除去する工程とを備えた、多結晶ダイヤモンド
切削工具の製造方法。
(10) A step of depositing polycrystalline diamond on the surface of a base material having a surface roughness of 0.1 μm or less in maximum height (R_m_a_x) by a low-pressure vapor phase method, and depositing the polycrystalline diamond on the base material. After cutting into the specified chip shape,
a step of removing the base material from the polycrystalline diamond chip, and attaching the polycrystalline diamond chip to a tool support such that the surface of the polycrystalline diamond chip that was in contact with the base material becomes the rake face of the tool. a step of joining the polycrystalline diamond to a surface that intersects the rake face with a laser to form a flank of the cutting edge, and removing a graphite coating layer generated on the flank of the cutting edge by the laser processing. A method for manufacturing a polycrystalline diamond cutting tool, comprising a process.
(11)前記黒鉛被覆層は化学的方法により除去される
、請求項10記載の多結晶ダイヤモンド切削工具の製造
方法。
(11) The method for manufacturing a polycrystalline diamond cutting tool according to claim 10, wherein the graphite coating layer is removed by a chemical method.
(12)前記黒鉛被覆層はアルカリ溶融塩を用いて除去
される、請求項11記載の多結晶ダイヤモンド切削工具
の製造方法。
(12) The method for manufacturing a polycrystalline diamond cutting tool according to claim 11, wherein the graphite coating layer is removed using a molten alkali salt.
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