JPH05339758A - ダイヤモンド被覆工具の再研磨・再被覆方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】切削工具または耐摩耗工具の再研磨工程または
再被覆工程に入る前に、母材に被覆されたダイヤモンド
膜を母材の性質を損じることなく除去する。 【構成】再研磨工程、再被覆工程に入る前に、元のダイ
ヤモンド膜またはダイヤモンド状硬質炭素膜をグロー放
電またはアーク放電雰囲気中でエッチングにより除去す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ダイヤモンド膜また
はダイヤモンド状硬質炭素膜の被覆された工具が寿命ま
たは使用に耐えない状態となった後、再度これらの膜を
被覆して使用するための再研磨・再被覆技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】切削工具や耐摩耗工具は一般に一定の期
間使用後、刃先あるいは作用面を研磨によって再生し再
び使用に供される。そして、この工程は工具の再使用が
きかない状態になるまで繰り返し行われる。このとき、
工具の作用面に硬質被膜が被覆されている場合には再研
磨後再び被覆処理を施されることもある。近年、ダイヤ
モンドあるいはダイヤモンド状硬質炭素膜（以後これら
を総称してダイヤモンド膜と呼ぶ）の気相合成技術が進
展し、切削工具あるいは耐摩耗工具に応用されるように
なってきた。そして、これらの工具は従来にない優れた
耐摩耗性を発揮することが判ってきた。

【０００３】しかしながら、切削工具あるいは耐摩耗工
具に被覆されるダイヤモンド膜は従来のイオンプレーテ
ィング法等により蒸着される窒化チタン膜や炭化チタン
膜に比べ厚く、かつ非常に硬いため、ダイヤモンド砥石
を用いた場合でも研削しにくいためその再研磨が問題と
なっている。また、時間をかけて再研磨する場合でも、
使用によりダイヤモンド膜が無くなったところと残って
いるところがあり、それぞれの表面の硬度差が大きいた
め、精密な研磨が難しいという問題もある。さらに、ド
リルやエンドミルのように複雑な形状品の溝部、あるい
は中心部に穴のある円板の穴の内側などのようにダイヤ
モンド膜を除去しにくい部分がある場合にはそれらの部
分のダイヤモンドは残ったままとなるが、これにダイヤ
モンド膜を再被覆すると膜の残った部分の膜厚が厚くな
るため、膜が剥離しやすくなったり、寸法が許容範囲か
ら外たりするという問題点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】窒化チタンや炭化チタ
ンなどの従来から用いられている被膜の膜厚は２〜３μ
ｍが代表的であり、かつ研磨がダイヤモンド膜に比べて
容易であることから、再研磨後一部に元の被膜を残した
まま再被覆されている。また、窒化チタン膜や炭化チタ
ン膜の場合には母材の特性を損なわずに被膜のみを除去
する薬液も使用されている。

【０００５】ダイヤモンドは化学的に安定であるため、
これのみを除去できる薬液は存在しない。また、ダイヤ
モンド膜の場合には１０μｍ以上の厚さで被覆されるこ
とが多いため、元の被膜を残したまま再被覆すると工具
の寸法や被膜の剥離が問題となる。このような問題はダ
イヤモンド膜が硬く、かつ被膜の厚みが大きいことに由
来している。その対策として、蒸着するダイヤモンドの
膜質を変えて硬度を下げれば耐摩耗特性が下がり、また
膜厚を薄くすれば寿命が短くなってしまい、いずれも良
い結果とはならない。これに対し、研磨工程に入る前の
段階で何等かの手段により母材の性質を損なわずにダイ
ヤモンド膜のみを除去することができればこれらの問題
を解決することができることが推察される。

【０００６】

【課題を解決するための手段】ダイヤモンド膜を機械的
に除去する場合には一般にダイヤモンド砥石あるいはダ
イヤモンド砥粒が用いるられているが、これを応用でき
るのは平面や円筒面のような単純な形状の表面に蒸着さ
れたダイヤモンド膜に限られる。また、化学的な方法で
ダイヤモンドを溶かすこともできるが、この場合には母
材の性質をも損なってしまい、再研磨・再被覆後の工具
の性能を保証することはできない。そこで、本発明者ら
はダイヤモンド膜を蒸着された工具の再研磨・再被覆に
あたり、ダイヤモンド膜をエッチングで除去する工程を
含めることを発明するに到った。従来、ダイヤモンド膜
は密着性よく被覆する技術については積極的に開発され
てきたが、これを除去する技術についてはあまり重点が
置かれていなかった。

【０００７】従来から、ダイヤモンド膜中に含まれるグ
ラファイト成分を選択的に除去するため、マイクロ波を
使う技術が報告されている。すなわち、炭素原子を含ま
ないガス雰囲気からなるマイクロ波プラズマにダイヤモ
ンドとグラファイト成分の混在する膜をさらすとグラフ
ァイト成分が選択的にエッチングされるというものであ
る。これは、マイクロ波プラズマによりダイヤモンドも
一部エッチングされるがグラファイトの方がはるかに速
くエッチングされることを利用したものである。

【０００８】そこで、本発明者らはこの技術を切削工具
や耐摩耗工具上に被覆されたダイヤモンド膜の除去に用
いることを検討したが、マイクロ波プラズマを用いた場
合にはエッチング処理できる空間が狭いという問題点が
あり、複雑な形状の工具上のダイヤモンド膜を効率良く
除去することができないことがわかった。そこで、本発
明者らは工具を陰極側に接続し、水素ガスが体積比で1
に対し酸素ガスを0.05〜1 含ませた雰囲気中にグロー放
電を生じせしめダイヤモンド膜のエッチングを行ったと
ころ、効率良くダイヤモンド膜を除去できることがわか
った。また、体積比で水素ガスが１に対し酸素ガスを0.
01〜0.3 含む混合ガス中にアーク放電を生じせしめ、こ
れにより生じたプラズマ中に工具を浮動電位状態として
置くことによっても同様にダイヤモンド膜を除去できる
ことがわかった。雰囲気ガスが空気あるいは空気と水素
あるいは酸素のみの場合、さらにはこれに水やアルゴン
を添加した場合でも同様にエッチングされたが水素のみ
の場合にはエッチング速度は遅くなった。さらに、同じ
ガス雰囲気の高周波放電プラズマ中でもエッチングでき
ることがわかったが、エッチング速度はグロー放電ある
いはアーク放電に比べて遅かった。また、これらの方法
によりダイヤモンド膜を除去したことによる母材の劣化
は認められなかった。

【０００９】このように、エッチングによるダイヤモン
ド膜の除去を再研磨・再被覆工程の前に行うことにより
再研磨工程が容易となり、再被覆後の工具の性能あるい
は寸法も許容値内に納めることができるようになった。

【００１０】

【作用】ダイヤモンドは多くの薬品に侵されにくく硬度
が高いため研磨で除去しにくいという問題があるためダ
イヤモンド膜の被覆された工具の再研磨・再被覆が問題
となっていた。しかし、ダイヤモンドが炭素原子から構
成されているため活性化された水素や酸素あるいはＯＨ
ラジカルと反応しやすいという性質を持っている。した
がって、水素と酸素あるいは水素と空気などの雰囲気中
にグロー放電あるいはアーク放電を生じせしめることに
よって雰囲気中の水素や酸素を活性化せしめるとともに
ＯＨラジカルをも生成せしめることができ、この雰囲気
中に工具を置くことによって工具の表面に蒸着されたダ
イヤモンド膜をエッチングにより除去することができる
のである。また、この工程を再研磨・再被覆処理の前に
入れることにより再研磨・再被覆工程で障害となるダイ
ヤモンド膜が除かれるのでこれらの工程の作業を容易に
することができるのである。

【００１１】

【実施例】

実施例１ 超硬合金製パンチはガラス繊維などの硬質物質を含有す
る薄板の打ち抜き加工に使われるが、これによりパンチ
の先端コーナ部が最も激しい摩耗を受ける。打ち抜きさ
れた穴の精度を維持するためには定期的にパンチを再研
磨し摩耗した部分を削り取らなければならない。このよ
うな工具にはダイヤモンドの被覆が非常に効果的で再研
磨の期間を大幅に延長することができる。しかしなが
ら、ダイヤモンド膜の被覆されたパンチの場合には特に
再研磨・再被覆が問題となっている。これは、外周部に
被覆されたダイヤモンド膜を従来の研磨による方法では
寸法精度よく除去することが困難であり、これを除去せ
ずにダイヤモンド膜を再被覆すると外周部の寸法が許容
値から外れるためである。

【００１２】そこで、本実施例では第１図に示される先
端の直径が８ｍｍであり、先端から１０ｍｍの範囲に平
均膜厚が２０μｍのダイヤモンド膜を被覆した超硬合金
製パンチに本発明の方法を適用した。パンチは使用によ
り第２図（ａ）のように摩耗する。このパンチを水素と
酸素の体積比が１０：１の混合ガス中に発生させたアー
ク放電プラズマ中に浮動電位状態で置くことによって５
時間で表面に残っていたダイヤモンド膜を全て除去し
た。ダイヤモンド膜除去処理中のパンチ先端の温度は９
００℃以下であり、超硬合金母材の変形や特性の変化は
見られなかった。次いで、ダイヤモンド膜除去後のパン
チの摩耗の大きい部分をダイヤモンド砥石を用いた研磨
加工により第２図（ｂ）のごとく除去し、ダイヤモンド
膜の再被覆により第２図（ｃ）のように先端部を再生し
た。これにより、初期と同じ性能のパンチを再生するこ
とができた。

【００１３】実施例２ ドリルも摩耗や欠けにより切削性能が悪くなった場合に
は刃先を再研磨し切削性能を回復しながら繰り返し再使
用される。ところが、ダイヤモンド膜の被覆されたドリ
ルの場合には刃先の再研磨が難しいばかりでなく、再研
磨後に初期の性能が出ない場合が多い。これはダイヤモ
ンド被覆ドリルの場合には刃先にダイヤモンド膜が残っ
ているときにのみよい性能を発揮するためであり、再研
磨により刃先（＝主切れ刃）の逃げ面側にダイヤモンド
膜がなくなった後は元の性能が出ないことがしばしばあ
る。したがって、初期の性能を保証するためには元のダ
イヤモンド膜を除去後再研磨・再被覆を行う必要があ
る。

【００１４】そこで、本発明の第２の実施例として、先
端から１５ｍｍの範囲に平均膜厚１５μｍのダイヤモン
ド膜が被覆された、直径１０ｍｍ、全長１８５ｍｍの超
硬合金製ドリルの再研磨・再被覆を行った。使用後のダ
イヤモンド膜被覆ドリルは主切れ刃および外周刃のコー
ナ部が摩耗しており、これを再生するため摩耗した先端
部を約５ｍｍ削り取り鋭利な刃先を再生したい。そこ
で、使用後のダイヤモンド膜被覆ドリルを陰極と同電位
に保持し、水素と空気の体積比が５：１の混合ガス雰囲
気中で５０Ｐａの圧力下で５００ｍＡの放電電流を流し
てグロー放電を発生させ、６時間の処理を行ったとこ
ろ、ドリル表面のダイヤモンド膜は全て除去されてい
た。この処理時のドリルの温度は４００℃以下であり母
材の性質の変化および寸法の変化はほとんどなかった。

【００１５】次いで、ダイヤモンド膜が被覆されていな
い通常のドリルの再研磨工程にて鋭利な刃先を形成後、
ダイヤモンド膜を再被覆した。これにより、初期の性能
を持つダイヤモンド被覆ドリルを再び再生することがで
きた。

【００１６】

【効果】本発明の方法によれば、ダイヤモンド膜を容易
に除去することができ、しかもこれを除去した後に再研
磨工程に入ることが出来るので本工程を通常の再研磨方
法で行うことができ、さらに再研磨後の工具に再被覆を
施すことによって、初期と同等の性能を持つ工具を再生
することができるので産業上非常に有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に用いたパンチの側面図
である。

【図２】（ａ）乃至（ｃ）は図１に示すパンチを本発明
により再研磨・再被覆する場合の工程を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１ パンチ本体 ２ ダイヤモンド膜の被覆された部位 ３ 摩耗した部位 ４ 再研磨により除去された部位

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 昇一 富山県富山市石金20番地 株式会社不二越 内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ダイヤモンド膜またはダイヤモンド状硬質
   炭素膜の被覆された工具の再研磨・再被覆工程におい
   て、再被覆工程以前の工程に元のダイヤモンド膜または
   ダイヤモンド状硬質炭素膜をグロー放電またはアーク放
   電雰囲気中でエッチングにより除去する工程を含むこと
   を特徴とするダイヤモンド被覆工具の再研磨・再被覆方
   法。