JPH0448077A - ダイヤモンド被覆切削工具及びその製造方法 - 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） 本発明は超硬合金基体上に多結晶質のダイヤモンド膜を
被覆したことを特徴とする切削工具に関し、さらに詳し
くは、切削工具の切れ刃部および切れ刃部の近傍を中心
とする切削工具の作用部にのみダイヤモンド膜を被覆る
ことによって、切り屑の処理性能を向上させ、さらに切
削工具基体の変形を無くすると共に、切れ刃部のダイヤ
モンド膜の中心線平均粗さを０．５μｍ以下にしたこと
によって切れ味を向上させたことを特徴とするダイヤモ
ンド被覆切削工具に関する。

（従来の技術） 特開昭５８−９１１００号公報などに示される熱フイラ
メントＣＶＤ法、特開昭５８−１１０４９４号公報など
に示されるマイクロ波プラズマＣＶＤ法、特開昭６３−
８５０９４号公報などに示される直流放電プラズマＣＶ
Ｄ法、特開昭６４−３３０９６号公報に示される熱プラ
ズマＣＶＤ法などのダイヤモンドの気相合成方法が発明
されて以来、例えば特開昭６０−２０８４７３号公報あ
るいは雑誌ニューダイヤモンド；Ｖｏ１３．Ｍｏ、３．
ｐ２６−３１（１９８７）に示されるようにこの方法の
切削工具への応用に関する開発が盛んに行われてきた。

気相合成法から得られるダイヤモンド膜には、ＣＶＤ法
で得られる自形面を持った多結晶質のダイヤモンド膜と
、その他の方法で得られ非晶質炭素が主成分であるダイ
ヤモンド様膜がある。一般に前者のダイヤモンド族は後
者に較べ硬度が高く、高い耐摩耗性が要求される切削工
具の被膜として適するものである０本発明は前者のダイ
ヤモンド膜を切削工具基体上へ被覆した切削工具に関す
るものである。

しかしながら、一般にダイヤモンド膜を切削工具上へ被
覆すると、被覆しない切削工具に較べ切り屑の流れが悪
くなり切れ味も悪くなるという欠点があった。また、必
要な部分以外へも被覆されることにより切削工具が所定
の寸法から外れるという問題点もあった。

（発明が解決しようとする課題） 上述の切り屑の流れが悪くなる原因は前記ＣＶＤ法によ
り被覆されたダイヤモンド膜が自形面を持った多結晶質
であるため、表面の凹凸が大きく、したがって切り屑と
ダイヤモンド族の間の摩擦係数が大きくなるためである
。この影響は膜厚の増大とともに大きくなり表面の面粗
さが１μｍ以上でその影響が顕著となる。また、ダイヤ
モンド膜被覆による切れ味低下の原因は被覆により切れ
刃が丸みをおびる点にある。切れ刃の丸みは膜厚ととも
に増大し、その結果膜厚とともに切れ味は悪くなる。ま
た、切削工具が所定の寸法から外れる要因としては、被
覆したダイヤモンド膜が厚すぎることの他にダイヤモン
ド族に生ずる内部応力のため切削工具が湾曲することが
挙げられる。

ＣＶＤ法により硬度の高いダイヤモンド族を被覆する場
合には現在のところダイヤモンド膜の表面が粗くなり切
り屑の流れが悪くなるのは止むをえない現象である。ま
た、膜厚の増加とともに切れ刃が丸みをおびる現象や被
覆したダイヤモンド族に生ずる内部応力で肉厚の薄い切
削工具が湾曲する現象・もダイヤモンドを被覆したこと
により不可避的に起きる現象である。

（課題を解決するための手段） かかるダイヤモンド被覆の不都合を最小限に抑えるため
、本発明では必要部具外にダイヤモンドが被覆されない
かあるいは被覆されても後の処理工程で容易に除去でき
るような方法を発明し、その実施を試みた。

ダイヤモンド膜を付着強度高く基体上に被覆する試みは
従来より行われてきたが、この中からダイヤモンドとの
間で高い付着強度が得られる材料は比較的少ないことが
判っている。高い付着強度が得られる材料としては、例
えばＴａ、　Ｗ、Ｍｏ、Ｓｉなどの元素および炭化タン
グステンあるいは窒化珪素などのセラミックスがあげら
れる。そこで、これらを除く材料、すなわちダイヤモン
ドとの間の付着強度の低い材料（マスク材）をダイヤモ
ンド被覆処理の前に切削工具基体上に被覆し、次いで付
着強度高くダイヤモンド族を被覆したい部位すなわち切
れ刃および切れ刃部近傍のマスク材を研磨あるいは化学
的な方法による溶解で除去し、切削工具基体の生地を出
す。あるいは切れ刃部近傍に予めマスク材被覆防止材を
被覆し、マスク材被覆後、マスク材被覆防止材を除去す
ることによって切れ刃部及び切れ刃部近傍のみを生地の
ままとする。しかる後にダイヤモンド被覆処理を行うこ
とによって、切れ刃近傍に付着性良くダイヤモンドを被
覆し、他の部分すなわちマスク材の残っている部分につ
いては付着強度が低いためにダイヤモンド膜被覆処理後
ダイヤモンド膜と切削工具基体との熱膨張係数差による
応力のため自然に剥離するか、あるいは小さな力を加え
ることによって簡単に除去することができる。

切削工具基体としては少なくともその表層部分がダイヤ
モンド膜との間で高い付着強度が得られる材料から成っ
ている必要がある。本発明ではその基体として、切削工
具材料として広く用いられており、かつダイヤモンド膜
との間で高い付着強度の得られる材料として炭化タング
ステン基超硬合金を母材として用いた。

マスク材としては前記のダイヤモンド膜との間の付着強
度が高くない材料であり、かつダイヤモンド躾合成温度
（６００〜１０００°Ｃ）まで安定に基体表面に残って
いる材料であれば何でも構わない。ちなみに、マスク材
として用いられる材料及びマスク材とならない材料とそ
れらの特性を第１表に示した。また、マスク材の被覆は
真空蒸着法、イオンブレーティング法、スパッタ蒸着法
などの物理蒸着法、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法など
の各種ＣＶＤ法、溶射法、印刷法および鍍金法などの様
々な公知の方法で行うことができる。

マスク材を被覆し切れ刃部および切れ刃近傍以外の切り
屑の流れる部位へのダイヤモンド膜の被覆を防止するこ
とにより切り屑の流れは大幅に改善される。しかし、ダ
イヤモンドの膜厚が例えば５μｍ程度までのときは膜表
面の中心線平均粗さを０．５μｍ以下に被覆できるので
問題がないのであるが、これを越えると膜厚とともに切
れ刃近傍のダイヤモンド膜の面粗さのため切り屑の流れ
は悪くなり、また膜厚とともに切れ刃の丸みが大きくな
り切れ味が悪くなる。

この問題を解決するため、本発明ではダイヤモンド膜被
覆後、切れ刃のすくい面に相当する部分もしくは逃げ面
に相当する部分またはその両方のダイヤモンド膜を研磨
し、その面粗さを１μｍ以下とすることによって切り屑
の流れが良く切れ味の良いダイヤモンド被覆切削工具を
製造することができた。また、切れ刃部以外へのダイヤ
モンド膜の被覆を制限することによって切削工具の変形
を最小限に留めることができた。以下にその詳細を実施
例をもって示す。

（実施例） 実施例１ 直径６■畷の超硬合金製ドリルを用い、先ずこのドリル
表面にイオンブレーティング法によりマスク材としての
炭化チタン膜を３μｍの厚さに被覆した。

次いでこのドリルの主切れ刃の逃げ面及び先端から１２
−までのマージン部の炭化チタン膜を研削により除去し
、しがるのちこのドリルにマイクロ波プラズマＣＶＤ１
によりダイヤモンド被覆処理を行った。ダイヤモンド被
覆処理中はマスク材を被覆した部分および除去した部分
ともにダイヤモンドが付着していたが、被覆処理を絆え
てドリルを室温まで冷却した後はマスク材表面のダイヤ
モンド膜はすべて剥離し、マスク材を除去した部分のダ
イヤモンド膜のみが残っていた。この処理によりドリル
のマスク材を除去した部分に被覆されたダイヤモンドの
膜厚は５μｍであった。

比較のために同じ寸法のドリルにマスク材を被覆せずに
ダイヤモンド被覆処理を行い、ドリルの先端から１２−
一までの表面全体にダイヤモンド膜を５μｍの厚さで被
覆した。

本発明のドリルおよび比較のために製作したドリルの両
者を用いてアルミ合金板の穴明は加工を行った。加工の
条件は以下の通りである。

被加工材　　アルミ合金（ＡＤＣ１２）板　　厚　　　
　　　１２會１ 回転数　　　８０００ｒρ− 送り速度　　４０００ｍｍ／ｓｉｎ 切削油　　　水溶性エマルジョン 加工試験の結果、本発明のドリルは切り屑の流れが良く
、穴の精度も安定していた。これに対し、比較ドリルは
切り屑が太く曲がり、詰まり気味となるとともに切削抵
抗も増えた。

実施例２ 直径３−の超硬合金製ドリルの表面にマスク材としてＦ
ｅ−Ｃｒ合金をスパッタ蒸着法にて３μｍの厚さで被覆
した。次いで、このドリルの主切れ刃の第１逃げ面およ
び先端から６−までのマージン部のマスり材を研削によ
り除去し、しかる後にマイクロ波ＣＶＤ法にてダイヤモ
ンドを１５μｍの厚さで被覆した。

被覆処理軒了徨のマスク材上のダイヤモンド膜は母材か
ら浮き上がっており、軽く力を加えることにより容易に
除去できた。ダイヤモンド被覆軒了後、このドリルに被
覆されたダイヤモンド裏表面を研磨し膜の表面を平滑に
し、かつダイヤモンド被覆により丸みをおびた切れ刃を
鋭利にした。

また、比較用として同じ寸法のドリルにマスク材を被覆
せずに先端から６厘−の部分にダイヤモンドを１５μ寵
の厚さで被覆した。

本発明のドリルおよび従来法による比較ドリルを用いて
ガラス繊維強化プラスチックの穴加工試験を行った。加
工条件は以下のとおりである。

被加工材　　ガラス繊維強化プラスチツク板　　厚　　
　　　　３膳１ 回転数　　　４００００ｒｐ■ 送り速度　　５００−／＠ｉｎ 切削油剤　　なし 試験の結果、本発明ドリルはガラス繊維の切断性能と切
り屑の排出性が良く、その結果穴の寸法精度も高かった
。これに対し、比較ドリルは切れ刃が丸みをおびている
ため繊維の切断性能が悪く穴の出口側にパリを生じた。

また、切り屑の排出性も悪かった。また、ドリルの寿命
は本発明および従来法によるドリルとも約２００００穴
であった。

実施例３ 第１図にその概略図と断面図を示す超硬合金製のカッタ
ー刃１を準備し、第２図に示す手順にてダイヤモンド被
覆カッター刃を作成した。すなわち、まず第２図ａに示
す切れ刃２の先端から同図すのように両側１■■の範囲
を熱可塑性樹脂３で被覆し、次いで同図Ｃのようにカッ
ター刃全体に２μｍの厚さのＮｉ鍍金４を施した。その
後、同図ｄに示すようにカッター刃の切れ刃部を被覆し
ていた樹脂を剥し、熱フイラメントＣＶＤ法により同図
ｅのようにダイヤモンドの被覆処理を行った。カッター
刃１の切れ刃部２には約１５μｍのダイヤモンドｌｌ１
５が合成され、鍍金部のダイヤモンド族は被覆処理後金
て剥離していた。さらに同図ｆのようにダイヤモンド膜
の表面を研磨し、その中心線平均粗さを０．５μｍ以下
とした。

比較用として鍍金処理をしないカッター刃に１５μ園の
膜厚のダイヤモンド膜を被覆したところ刃が湾曲して寸
法が規格外となった。これはダイヤモンド族がカッター
刃の両面に等しい厚さで被覆されないため、ダイヤモン
ド膜と超硬合金の熱ｍ張係数差による熱応力が刃の両面
で大きく違うことによるものである。切れ刃近傍のみに
ダイヤモンドを被覆した本発明の方法ではこの熱応力の
影響が小さいため湾曲せず、その後の工程のダイヤモン
ド族の表面研磨加工も容易に行うことができ切削性能の
優れたカッター刃を得ることができた。

（効果） 本発明の方法によれば、切削工具の切れ刃の近傍のみに
ダイヤモンド膜を被覆することができ、したがって切り
屑の流れを阻害する要因やダイヤモンド膜を被覆したこ
とによる切削工具の変形を最小限に抑えることができた
。さらにこれらの切削工具の切れ刃に被覆されたダイヤ
モンド膜の逃げ面倒あるいはすくい面側ないしはその両
側を研磨によりその表面を平滑にすることにより切り屑
の流れが良く切れ味の優れた切削工具を提供することが
でき、産業上非常に有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図イは本発明の実施例に係るカッター刃の斜視図、
同図口は同図イのＡ−Ａ線による断面図、第２図ａ及至
ｆは本発明のダイヤモンド被覆カッター刃の被覆処理工
程を示した概略図である。 １・・・・・カッター刃基体 ２・・・・・カッター刃の切れ刃 ３・・・・・熱可塑性樹脂 ４・・・・・Ｎｉ鍍金層 ５・・・・・ダイヤモンド膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）超硬合金製の切削工具基体の切れ刃部及び切れ刃
   部近傍にのみダイヤモンド被覆膜を形成し、該ダイヤモ
   ンド被覆膜の膜表面の中心線平均粗さを０．５μｍ以下
   としたことを特徴とするダイヤモンド被覆切削工具。
2. （２）超硬合金製の切削工具基体表面にダイヤモンドと
   の付着強度の低いマスク材を被覆し、次いで基体の切れ
   刃部および切れ刃部近傍に被覆されたマスク材を除去し
   、次いでＣＶＤ法にてダイヤモンド被覆処理を施して、
   マスク材を除去した部分にのみダイヤモンドを付着強度
   高く被覆せしめることを特徴とするダイヤモンド被覆切
   削工具製造方法。
3. （３）超硬合金製の切削工具基体表面の切れ刃部及び切
   れ刃部近傍にマスク材付着防止材を被覆したのち、基体
   表面にダイヤモンドとの付着強度の低いマスク材を被覆
   し、次いでマスク材付着防止材を除去し、しかるのちに
   ＣＶＤ法にてダイヤモンド被覆処理を施し切れ刃部及び
   切れ刃部近傍にのみダイヤモンドを被覆せしめることを
   特徴とするダイヤモンド被覆切削工具の製造方法。
4. （４）前記マスク材は元素周期律表の４Ａ族、Ｔａを除
   く５Ａ族、ＭｏおよびＷを除く６Ａ族、８族および１Ｂ
   族元素、並びにＢ、ＡｌおよびＳｉ各元素の単体もしく
   は二種以上の合金、あるいは前記元素の一種または二種
   以上の炭化物、酸化物、窒化物、炭窒化物、酸窒化物お
   よび黒鉛の一種からなる単層、または二種以上からなる
   単層または複層から構成されている請求項２または３記
   載のダイヤモンド被覆切削工具の製造方法。