JPH06316764A - 一体成形の摩耗表示装置を備えるダイアモンド被覆品 - Google Patents

一体成形の摩耗表示装置を備えるダイアモンド被覆品

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JPH06316764A
JPH06316764A JP5297421A JP29742193A JPH06316764A JP H06316764 A JPH06316764 A JP H06316764A JP 5297421 A JP5297421 A JP 5297421A JP 29742193 A JP29742193 A JP 29742193A JP H06316764 A JPH06316764 A JP H06316764A
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JP5297421A
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John M Pinneo
ジヨン・マイケル・ピンネオ
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KURISUTARIYUUMU
Crystallume
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KURISUTARIYUUMU
Crystallume
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Publication date
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    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダイアモンドの摩耗状態を表示し、しかも、
残存ダイアモンドの動作を損なわないダイヤモンド被覆
品を提供する。 【構成】 第１の態様のダイヤモンド被覆品は、基板上
の導電性第１ダイヤモンド層と、同層を覆う電気絶縁性
第２ダイヤモンド層を有し、基板表面に隣接した同第１
層を形成し、次いで、同層上面に同第２層を形成する方
法で製造できる。その摩耗表示方法では、工具と加工物
の間に電流を流し、第１層の暴露に起因する電流変化を
検出する。別態様のダイヤモンド被覆品は、基板上の第
１の光学的性質を持つ第１ダイヤモンド層と、同層を覆
う第２の光学的性質を持つ第２ダイヤモンド層を有し、
基板表面に隣接した同第１層を形成し、同層の上面に同
第２層を形成する方法で製造できる。その摩耗表示方法
では、物品表面に光を向け、ダイヤモンド層の透過等の
光学的性質の変化を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤモンド被覆品に
関する。より詳細には、本発明は、非破壊的な摩耗表示
に適したダイアモンド薄膜、及び、ダイヤモンド薄膜の
特定の性質を利用して摩耗度を決定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ミリング、旋削、穿孔等の切削、機械操
作では、最終的には切削工具の摩耗が発生する。操作規
格にもよるが、工具の摩耗が、新しい工具を取り付ける
のに必要な停止時間と、摩耗によりその性能が低下した
摩耗或いは破壊された工具で加工される物品に与えらる
損傷とを通じて、プロセスコストを相当に高めることが
ある。加工物の損傷を避けるため、種々の技術を用いて
切削工具の摩耗を検出している。一つの技術では、マイ
ク及びコンピュータ音声信号プロセッサを使って、機械
加工操作中に発生する音をモニターしている。正常な音
響サインからの逸脱は工具の故障又は摩耗の合図であ
り、機械の運転停止の引き金となる。この技術は、コス
ト、相対的な信頼度の低さ（摩耗工具の音響サインは正
常な機械加工操作中に発生するものとよく似ている）、
事前に工具の摩耗を予測する方法が確立されていないた
めに、完全に満足できるものではない。
【０００３】炭化タングステン、窒化チタン、炭化チタ
ン及びこれに類似した金属等の切削工具材は、本明細書
に記載されている様な単純な電子工学的な摩耗検出方法
の構成には馴染まない。これは、それらが全て導電性で
あり、従って、その抵抗特性を変えると、必ず機械的特
性が損なわれ、性能が低下することになるからである。
一方、炭化珪素、窒化珪素、酸化アルミニウム等の切削
工具材は全て電気絶縁体であり、所望の機械的切削特性
を損なうことなく、固有抵抗を下げることはできない。
その機械的特性を変えないで、電気的特性（及び、光学
的特性等の他特性）を劇的に変えることができるという
点で、ダイヤモンドは切削工具材としてユニークであ
る。
【０００４】ダイアモンド薄膜の応用の多くは、ダイア
モンド薄膜が適用される物品の機械的摩耗に対する耐性
を改良することを目的としている。例えば、ダイヤモン
ドの比類のない硬度、強度その他の機械的特性に依存す
る長寿命の軸受、切削工具その他にダイヤモンド薄膜の
応用を見いだすことができる。
【０００５】ダイヤモンドは非常に長い摩耗耐用年数を
与えるが、最終的には摩耗する。ダイヤモンド薄膜の摩
耗には、軸受面での摩擦の増加、ダイヤモンド工具で加
工された加工物の表面仕上げの低下が伴うことが多い。
切迫している摩耗の信頼に足る表示を行い、しかも、非
ダイアモンド系の表示或いは感知材を使用するときの動
作特性の変化という問題を避けるために、その構成に実
質上ダイアモンドのみが含まれているダイヤモンド薄膜
が得られれば極めて有用である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明により、その交
換或いは修理を考慮すべき状態に迄ダイアモンド層が摩
耗している時点を検出し、しかし、残りのダイアモンド
材の寿命中は製品の動作を損なうことのない手段となる
ダイヤモンド被覆品が製造される。
【０００７】本発明の第１の態様により、ダイヤモンド
被覆品は、１番目の、基板上に配置された導電ダイヤモ
ンド層と、２番目の、この導電ダイヤモンド層を覆って
配置された電気絶縁ダイヤモンド層から構成される。本
発明のこの側面による物品は、ダイヤモンド被覆品の基
板の表面に直接隣接したダイヤモンドの薄い導電層を形
成する工程と、これに続く、同導電層の上面に電気絶縁
ダイヤモンド材層を形成する工程とを含む処理により製
造される。摩耗表示方法は、工具と加工物の間に電流を
流す工程と、第１ダイヤモンド層の暴露に起因する電流
の変化を検出する工程とを含む。
【０００８】この態様の変法は明瞭であり、例えば、Ｄ
ＣではなくＡＣ電位を使用して、静電容量変化のモニタ
ーを通じて絶縁ダイヤモンド層の摩耗の連続モニターが
できる。別の変法では、電気絶縁基板材上にダイヤモン
ド薄膜を備えることが所望ならば、非ダイヤモンド系の
導電材（モリブデンのような金属等）の薄層を使ってダ
イヤモンドへの電気的接続を提供する。その一例は、石
英のような誘電材の表面にダイヤモンド着帯層を使用す
ることである。これら変法の実行は、事前に摩耗を合図
できるダイアモンド被覆品である本発明の中枢をなすも
のではない。
【０００９】本発明の第２の態様により、ダイヤモンド
被覆品は、基板上に配置され、光学的性質を有する第１
ダイヤモンド層と、この第１ダイヤモンド層上に配置さ
れ、第２の光学的的性質を有する第２ダイヤモンド層を
備える。本態様では、ダイヤモンド付着法の調節によ
り、第１、第２ダイヤモンド層のうちの一方を他方より
相対的に不透明或いは透明にする。本発明のこの態様で
は、摩耗信号は、ダイヤモンド着帯層の透過、反射、散
乱その他の光学的性質の変化から構成される。
【００１０】本発明のダイアモンド被覆工具は、他の切
削材では、その機械的摩耗特性を変えることなく特性を
変更できないので初期目的を達成できないという点で新
規である。本発明のダイアモンド被覆品は、（最長有効
寿命を目的としての）最も硬い既知材と、突発故障に先
立ち切迫している部品摩耗を合図できることとのユニー
クな組み合わせを備える着帯部品を提供するものなの
で、有用である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に関する本明細書
の記載は例示であり、決して限定的なものではないこと
は当業者には自明であろう。本発明の他の態様は、当業
者が容易に推考できるものである。
【００１２】まず図１を参照すると、ダイヤモンド薄膜
の部分的な導電率の差を使って摩耗を示す、本発明の第
１の態様によるダイヤモンド被覆品１０の横断面図が示
されている。図１からわかる通り、ダイヤモンド被覆品
１０は、ダイアモンド薄膜がその上に配置される基板１
２を有す。基板１２は、例えば、炭化タングステン製切
削工具であるが、本発明の原理は、摩耗に付される環境
で使用され、従って、最終的には交換が必要とされるい
ずれの物品にも応用できることは当業者には明白であ
る。他例は、ドリル、リ−マ、タップその他等の鋼工具
であるが、これに限定されるものではない。
【００１３】ダイヤモンド材製の第１付着層１４は、基
板１２の少なくとも一部の上に配置される。本発明のこ
の態様では、ダイヤモンド付着プロセスの制御によりダ
イヤモンドの導電率を変えられることを利用しており、
従って、第１ダイヤモンド層１４は、薄い、ダイヤモン
ド被覆品に直接隣接したダイヤモンドの薄い導電層から
構成される。本発明の現在の好ましい態様により、層１
４は、約２〜５ミクロンの厚さに形成できるが、この層
の厚さが本発明の目的達成に不可欠でないことは、当業
者が理解するところである。
【００１４】ダイヤモンド材製の第２付着層１６が第１
層１４の上に配置される。第２ダイヤモンド層１６は、
前記導電層の上に電気絶縁ダイヤモンド材層を構成す
る。本発明の現在の好ましい態様により、層１６は、約
２０〜３０ミクロンの厚さに形成できるが、この層の厚
さが本発明の目的達成に不可欠でないことは、当業者が
理解するところである。
【００１５】本発明の現在好ましい態様により、付着ダ
イヤモンド薄膜は、適当に調製された基板上に二段階成
長化学蒸着（ＣＶＤ）法で形成できる。水素、メタン、
ジボランガスの混合物を、当業者に知られている通常の
構成のマイクロ波プラズマＣＶＤ反応室に導入する。水
素は２００ｓｃｃｍ、メタンは４ｓｃｃｍ、ジボランは
００１ｓｃｃｍの均等流速で流す。このジボランは、典
型的には、正確で実用的なガス送出のためにジボランの
水素希釈体として供給されるが、これは、ＣＶＤの実施
で一般になされていることである。１５００ワットの電
力レベルの周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を、６０
トールの圧力に維持されているガス混合物に導入する。
プラズマ領域が、マイクロ波によるガスの活性化の結果
として室の中に形成され、この活性領域近くに置かれた
切削工具に、当業者に馴染みの形態でダイアモンド付着
が生ずる。。ダイヤモンド層は、ダイヤモンド中のボロ
ンの半導体活性を含む良く知られたメカニズムを通じて
同層を導電性となす少量のボロン（ジボランガスによっ
て供給される）を含む。十分に厚い（典型的には２〜５
ミクロンの）ダイヤモンド層を形成後に、マイクロ波電
源を停止し、全てのガスを室から排出することによっ
て、作業を中断する。ジボランではなく、水素、メタン
の流れを再度確立することにより作業を継続する。マイ
クロ波パワーを再度加え、プラズマ燃焼を起こさせる。
追加のダイヤモンド層が、先に付着したダイヤモンド層
の上に付着する。この追加のダイヤモンドは、ボロンを
含まないため、第１ダイヤモンド層と比較すると実質的
に電気絶縁性である（ボロンが含まれないと、ダイヤモ
ンドには導電性はほとんど観察されない）。適度に厚い
第２ダイヤモンド層（典型的には２０〜３０ミクロンの
厚さが追加されることになる）が形成された後に、付着
作業を終了し、被覆された切削工具を反応室から取り出
す。全所要継続成長は個々の反応室条件によって変動す
るが、典型的には、５〜１．０ミクロン／時間である。
【００１６】上記ダイアモンド付着作業により、基板材
への優れた付着力を持つダイヤモンド薄膜が得られる。
例えば、本発明のダイアモンド薄膜を炭化タングステン
基板に付着させ、得られた品をダイヤモンド被覆切削工
具として用いると、同工具は、基板からの離層ではな
く、ダイアモンド薄膜の摩耗の結果として破損する。
【００１７】ダイヤモンド薄膜の導電率を制御するため
には、付着化学的変化を用いる。現在好ましい方法とし
て、不純物原子を制御しながら、その物性に影響を及ぼ
すことなくダイヤモンド構造体に導入できる。導電性ダ
イヤモンド層を、薄膜付着に使われるガス混合物への数
ｐｐｍのボロンの添加によって容易に形成できることは
当業界で良く知られている。主として半導体素子の製造
用として販売されている市販化学薬品であるジボランを
始めとするガス状ボロンを使って、ボロンを簡単にガス
混合物に添加できる。ダイヤモンドを導電性にするのに
必要な正にこの数ｐｐｍのボロンは、本発明の範囲内で
意図される応用に関しては、その機械的、熱的、化学的
性質を有意に変えることはない。
【００１８】さて、図２には、本発明品による、摩耗表
示信号を提供するための摩耗表示装置２０が、ブロック
図で示されている。摩耗表示装置２０は、信号源２２と
信号プロセッサ２４を有する。図２に示される通り、信
号源２２と信号プロセッサ２４は、図１のダイヤモンド
物品を構成する回路の実素子を表わしている３個の抵抗
２６、２８、３０と直列接続している。抵抗２６は、図
１の第２（絶縁）ダイヤモンド層１６の抵抗であり、全
回路抵抗の一素子である。抵抗２６は典型的には非常に
大きい値をしており、即ち、ダイヤモンド材の固有抵抗
は約１×１０4オーム／ｃｍの範囲にある。抵抗２８
は、第１（導電性）ダイヤモンド層１４の抵抗であり、
全抵抗の一素子である。全直列抵抗中のこの素子の値
は、ダイヤモンド層１４が導電性とされている態様に依
存する。例えば、ボロンを使ってダイヤモンド層１６の
導電率を変えるときには、ダイヤモンド材の固有抵抗
は、約１×１０-3〜１×１０4 オーム／ｃｍの範囲内に
ある。最後に、抵抗素子３０は、基板及び回路中の他素
子を含め、残りのシステム素子の全抵抗を表す。
【００１９】本発明の別の側面により、第２ダイヤモン
ド層１６の摩耗の結果としての物品の電気的性質におけ
る変化を測定することによる、ダイヤモンド被覆物品の
摩耗状態の決定方法を記述する。電気的性質の変化が測
定されることは、第２ダイヤモンド層１６が存在しなく
なったことを示す。これに関連した典型的応用は、工具
の摩耗度の決定である。
【００２０】さて、図３ａ、３ｂを参照すると、本発明
の典型的応用例が描写されており、そこでは、ダイヤモ
ンド被覆品は、基板１２、第１導電性ダイヤモンド層１
４、第２絶縁ダイヤモンド層１６を含む炭化タングステ
ン製切削工具である。この工具は加工物３２を切削して
いる状態で示されており、同加工物は工具に対して矢印
３４の方向に移動している。チップ３６が加工物３２か
ら離れる状態が示されている。導電線３８が、基板１２
と、電池記号４２として象徴表示される電圧源の間を接
続している。別の導電線が、加工物３２と、電流計４４
として象徴表示される電流測定装置の間を接続してい
る。旋盤上での回転等の加工物の回転を含む場合には、
回転接点のための常套手段を使用できる。固定加工物、
例えば、ミリング、穿孔その他の同種操作に関連した固
定加工物の場合には、同加工物に単純なワイヤを取り付
ければ十分である。
【００２１】図３ａでは、工具は比較的摩耗しておら
ず、絶縁第２ダイヤモンド層１６は加工物３２と接触し
ており、従って、抵抗２６、２８、３０は、電池４２お
よび電流計４４と直列回路を構成している。初めに切削
操作に付されるダイヤモンドの優れた電気絶縁性の故
に、工具と加工物の間に電流は流れない。ダイヤモンド
薄膜の摩耗が進行すると、導電性ダイヤモンド層は最終
的には加工物と接触し、それと加工物の間にわずかな電
流が流れる。図３ｂでは、第２ダイアモンド層１６は擦
り切れており、工具の第１導電ダイアモンド層１４が加
工物３２と接触しており、従って、抵抗２８、３０は、
電池４２、電流計４４とともに直列回路を構成してい
る。この場合の電流は簡単に検出でき、オペレータに工
具の残り寿命を知らせるために使用でき、或いは、コン
ピュータに、自動化されている工具交換を予定に組み込
むように指令できる。導電性ダイヤモンド層の切削特性
が電気絶縁層と異なることはないので、切断作業の低下
が起こることはない。これは高価値加工物を生産する機
械加工操作にとって特に重要である。というのは、かか
る加工物の後の段階での二次加工の際の機械加工特性の
劣化が、非常に大きい経済的損失と結びつくことがある
からである。工具交換のための定期的に予定された休止
時間が可能となり、使用者が所望するならば、各工具か
ら最長寿命を引き出すことができるのも利点である。
【００２２】下地基板からのダイヤモンド薄膜の離層の
検出を、工具と加工物の間を流れる電流へ若干より複雑
な信号処理技術を適用するによって達成できることも明
白である。ダイヤモンド薄膜に万一割れが入り始めたな
らば、離層の前兆である電流の急変が検出され、切削面
から工具を直ちに撤収させて加工物の破壊を避けるのに
使用できる。
【００２３】導電性切削剤が使用される環境では問題は
ほとんど発生しない。というのは、これら剤は比較的に
低導電体であり、当業界に知られている単純な信号処理
技術によって除去できる程度のわずかな背景雑音信号を
発生するに過ぎないからである。電流計４４中の矢印で
示されるように、絶縁第２ダイヤモンド層１６の摩耗に
起因する抵抗の低下により電流値が測定可能迄に上昇
し、従って、工具が耐用年数の終わりに近いことが示さ
れる。
【００２４】本発明のこの態様の変法は、当業者には明
らかでる。例えば、ＤＣではなくＡＣ電位を使用して、
キャパシター誘電体として働く絶縁層の薄化で起こる静
電容量の変化のモニターを通じて、絶縁ダイヤモンド層
の摩耗を連続してモニターできる。本発明の別の変法で
は、導電性非ダイヤモンド材（モリブデンのような金属
等）の薄層を使用してダイヤモンドに電気的接続を提供
することが含まれる。この態様は、基板１２の材料が電
気絶縁性基板材である状況で使用できる。例えば、石英
等の誘電材の上にダイヤモンド着帯層を付着できる。本
明細書に開示されている態様のこれら変法及び他の同様
な変更が本発明の範囲内にあることは、当業者が容易に
認識できるところである。
【００２５】本発明品の他の応用を、図４ａ、４ｂに示
す。ダイヤモンドは、その抜群の硬度と低摩擦特性の故
に、最高の軸受材となっている。前述の通り、その電気
的性質を変更できることが、事前に摩耗を合図して突然
の軸受および機械の故障を予防できるダイヤモンド被覆
軸受の製造を可能にしている。
【００２６】まず図４ａを参照すると、ダイヤモンド被
覆軸受５２が、内側軸受レース５４と外側軸受レース５
４の間に保持されている軸受アセンブリ５０が示されて
いる。図３ａ、３ｂの態様と同様に、電圧源５８と電流
計６０が、内側軸受レース５４と外側軸受レース５６の
間を接続している。図４ａでは、軸受５２は比較的新し
く、ダイヤモンド薄膜の絶縁第２層１６はレース５４、
５６と接触している。転動体上には絶縁性ダイヤモンド
からなる第２層１６が存在するので、操作中に、図４ａ
に図示される軸受アセンブリに実質的な電流が流れるこ
とはない。相当な時間が経過した後に絶縁性ダイヤモン
ド層がすり減り、下地の導電性ダイヤモンドがむき出し
となり、軸受の切迫した摩耗を合図する電気回路が完成
となる。この状態を、図４ｂに示す。
【００２７】以上に述べた本発明の態様をちょっと変え
れば、スリーブ、ジャーナルその他のタイプの非転動体
軸受、及び、他の様々のタイプの耐摩耗部品に摩耗予知
機能を提供するのに役立つことは、当業者には明白であ
る。
【００２８】図５に例示される本発明の別の態様では、
物品７０は、光学的性質が第２の上塗ダイヤモンド層７
６と異なるように調整されており、前記の導電性ダイア
モンド層に酷似している第１ダイヤモンド層７４で覆わ
れている基板７２を有する。図５の例示態様では、物品
は、製紙用途での高速紙送り用ペーパーガイドであり、
石英基板７２が使われている。基板７２は、比較的に透
明な第１付着ダイヤモンド層７４で覆われている。第２
付着ダイヤモンド層７６が、第１ダイヤモンド層７４上
に配置される。第２ダイヤモンド層７６は、比較的に不
透明である。
【００２９】図５の物品のダイヤモンド層は、付着作業
の操作によって、比較的より不透明に、或いは透明にす
ることができる。この態様では、摩耗信号は、ダイヤモ
ンド着帯層の透過、反射、散乱その他の光学的性質の変
化で構成される。図５に例示の特定態様では、その変化
は、ほとんど又は全く光透過がない状態から、実質的な
光透過の状態への変化である。
【００３０】ダイヤモンドの加工物又は層を、成長ガス
混合物中の炭素濃度の増加、付着温度の上昇、成長期中
のダイヤモンド材の循環核形成、そして、当業者に知ら
れている他技術により、可視光に対して比較的非透過性
にできることは、化学蒸着（ＣＶＤ）法によるダイヤモ
ンド合成の分野の当業者には明白である。
【００３１】例えば、６０トールのガス圧、容量で９９
％（ｖｏｌｕｍｅ ％）のＨ2 と炭素源としての１％の
ＣＨ4 で構成されるガス混合物を使って、約８００℃の
付着温度でマイクロ波プラズマＣＶＤを使用してダイア
モンド付着を実施すると、シリコン等の適当な基板上へ
の付着により、層７４として使用可能な比較的透明な多
晶質ダイアモンド薄膜が製造される。次いで、少くとも
５％にＣＨ4 濃度を上昇させることにより付着条件を変
えると、かなり大きな不透明度をもつダイヤモンド材
（ダイヤモンド層７６として使用可能である）が形成さ
れる。ＣＨ4 濃度を、数ミクロンのかかる不透明度低下
ダイヤモンド薄膜の付着に十分な時間維持するならば、
実質的に不透明な材料層を形成でき、次いでこれを、Ｃ
Ｈ4 濃度を当初使用の１％に下げて実質上透明なダイア
モンドを更に付着させることにより更に成長させること
ができる。他の付着方法（例えば、熱フィラメント、プ
ラズマトーチ、燃焼トーチ、ＤＣグロー放電等）では各
方法に特有の様々の条件が必要となることは当業者には
明白である。
【００３２】比較的薄い透明なダイヤモンド層で裏打ち
される厚い不透明なダイヤモンド層を持つ図５の構造体
の様な構造体の有用性は、上塗りの厚い不透明なダイヤ
モンド層７６の摩耗を非破壊的方法で光学的に発見でき
る点にある。
【００３３】さて、図６ａ、６ｂを参照すると、この方
法を、本発明による摩耗検出装置のブロック図を使って
示している。まず、図６ａを参照すると、連続紙が矢印
８０で示される方向に移動しており、そして、石英基板
７２、第１透明付着ダイヤモンド層７４及び第２付着不
透明ダイヤモンド層７６で構成されるペーパーガイドと
接触している。紙７８とペーパーガイド７０は、光源８
２、信号収集レンズ８４および光検出器８６の間に挿入
される。光検出器８６からの信号は、信号プロセッサ８
８に送られる。このプロセッサには、当業者に明白な通
り、簡単なマイクロプロセッサに基づくアナライザーを
含めることができる。
【００３４】図６ａに示される通り、第２不透明ダイヤ
モンド層７６は相当に厚く、摩耗をほとんど受けていな
い。この不透明ダイヤモンド層７６が光源８２からの実
質上全ての光の透過を阻止するので、光検出器８６が光
を受けることはない。時間が経過すると、図６ｂに描か
れている様に、上塗りの不透明層６が擦り切れ、下地の
透明層７４にも摩耗が生ずる。図６ｂに示される様に、
上塗りの不透明層７６がすっかり擦り切れると、摩耗面
を照らしている光が透明層７４を通り抜け始める。不透
明層７６の完全摩耗に先立ち光が若干透過し始めること
は、当業者に明白である。この光は検出でき、その強度
と強度の経時変化率を使用して、不透明層７６の摩耗度
と摩耗率を決定できる。異なる光学的性質を持つ２以上
の層を含むこの構造体の変型も本発明の範囲内にある。
【００３５】当業者には明白である通り、この光学的態
様の有用性は、高度に導電性である流体中とか、電磁障
害度の高い場合の様に、電気的な好ましい態様が実施不
可能と思われる環境で、物品と接触させて電気的信号を
発生させる必要なく操作できる点にある。
【００３６】
【発明の効果】このように、本発明のダイヤモンド被覆
切削工具は、工具の残りの耐用年数中の性能の低下とい
う犠牲を払うことなく、工具の切迫した摩耗を表示する
信号を提供するという、ユニークで価値ある性質を有す
る。本発明品に従って製造された切削工具の使用に伴う
費用削減の一例は、アルミニウム自動車エンジンブロッ
クの機械加工にある。これらは複雑な部品であり、円筒
仕上げ等の最終機械加工操作の間に、それ以前の機械加
工及び検査操作の結果として付加される価値は相当なも
のである。本発明品に従って製造された工具は、不測の
工具摩耗に起因するエンジンブロックのスクラップロス
を実質的に減らすか排除し、生産経済学の観点から有意
な改善を可能にする。
【００３７】操作上の安全性の向上を伴う休止時間の同
様な削減が、ジェットエンジンの軸受への本発明の適用
を通じて可能である。ジェットエンジンの軸受は、エン
ジンの重要部分であり、その飛行性能は、エンジンの多
くの部位に存在する軸受の安定性能に絶対的に依存して
いる。単純な電気信号を通じて軸受摩耗をモニターでき
るので、切迫している摩耗の飛行中検出が可能であり、
又、軸受メンテナンスの最適予定設定が可能になる。飛
行機の運航費と収益はエンジンの信頼性と性能に大いに
依存するので、軸受摩耗の予知により、安全性は高ま
り、最大のエンジン効率の提供を通じて収益は最大とな
り、高価な予定外のメンテナンスが減少する。
【００３８】以上に本発明の態様と応用を例示し、記述
したが、以上に述べたよりも多くの変型、改良が、本明
細書に記載した発明概念から離れることなく可能である
ことは当業者に明白である。それ故、本発明は、特許請
求の範囲記載の精神以外に限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】ダイヤモンド被覆部分の導電率の差が摩耗表示
に使用される、本発明の第一の態様のダイヤモンド被覆
品の横断面図である。
【図２】図１に図示される様なダイアモンド被覆品から
の消耗表示信号を提供するために使われる装置を例示す
る略図である。
【図３ａ】摩耗前のテスト中の図１のダイアモンド被覆
工具の略図である。
【図３ｂ】摩耗表示領域に達している、テスト中の図１
のダイヤモンド被覆工具の略図である。
【図４ａ】摩耗前のテスト中の図１の態様によるダイア
モンド被覆軸受の略図である。
【図４ｂ】摩耗表示領域に達している、テスト中の図１
の態様によるダイヤモンド被覆軸受の略図である。
【図５】ダイヤモンド被覆部分の光学的性質の違いが摩
耗表示に使用される、本発明の第２の態様のダイヤモン
ド被覆品の横断面図である。
【図６ａ】摩耗前のテスト中の図５のダイアモンド被覆
工具の略図である。
【図６ｂ】摩耗表示領域に達している、テスト中の図５
のダイヤモンド被覆工具の略図である。
【符号の説明】
10 ダイアモンド被覆品 12、72 基板 14 導電性第１ダイアモンド付着層 16 電気絶縁性第２ダイアモンド付着層 20 摩耗表示装置 22 信号源 24 信号プロセッサ 26 第２ダイアモンド付着層の抵抗 28 第１ダイアモンド付着層の抵抗 30 システムの他素子の全抵抗 32 加工物 50 ダイアモンド被覆軸受アセンブリ 52 ダイアモンド被覆軸受 54 内側軸受レース 56 外側軸受レース 74 透明第１ダイアモンド付着層 76 不透明第２ダイアモンド付着層 82 光源 86 光検出器

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 物品において、該物品の外面の少なくと
    も一部を覆う、ダイヤモンド材で構成される少なくとも
    ２つの付着層を有し、ダイヤモンド材で構成される第１
    層は第１固有電気抵抗を持ち、ダイヤモンド材で構成さ
    れる第２層は該第１固有電気抵抗とは検出可能に異なる
    第２固有電気抵抗を持つ物品。
  2. 【請求項２】 非ダイヤモンド系基板材の少なくとも一
    部を覆う２つの該付着層を有する、請求項１に記載の物
    品。
  3. 【請求項３】 ダイヤモンド材で構成される該第１層が
    実質上導電体であり、ダイヤモンド材で構成される該第
    ２層が実質上電気絶縁体である、請求項１に記載の物
    品。
  4. 【請求項４】 ダイヤモンド材で構成される該第１層
    が、それを導電性にするための所定量の不純物原子を含
    み、ダイヤモンド材で構成される該第２層が該不純物原
    子を実質上含まない、請求項３に記載の物品。
  5. 【請求項５】 該不純物原子が約０．１〜１×１０5 ｐ
    ｐｍの濃度のボロンである、請求項４に記載の物品。
  6. 【請求項６】 加工物から物質を除くためのツールを有
    する、請求項２に記載の物品。
  7. 【請求項７】 ダイヤモンド材で構成される該第１層が
    実質上導電体であり、ダイヤモンド材で構成される該第
    ２層が実質上電気絶縁体である、請求項４に記載の物
    品。
  8. 【請求項８】 ダイヤモンド材で構成される該第１層
    が、それを導電性にするための所定量の不純物原子を含
    み、ダイヤモンド材で構成される該第２層が該不純物原
    子を実質上含まない、請求項６に記載の物品。
  9. 【請求項９】 該不純物原子が約０．１〜１×１０5 ｐ
    ｐｍの濃度のボロンである、請求項８に記載の物品。
  10. 【請求項１０】 軸受を有する、請求項２に記載の物
    品。
  11. 【請求項１１】 ダイヤモンド材で構成される該第１層
    が実質上導電体であり、ダイヤモンド材で構成される該
    第２層が実質上電気絶縁体である、請求項１０に記載の
    物品。
  12. 【請求項１２】 ダイヤモンド材で構成される該第１層
    が、それを導電性にするための所定量の不純物原子を含
    み、ダイヤモンド材で構成される該第２層が該不純物原
    子を実質上含まない、請求項１１に記載の物品。
  13. 【請求項１３】 該不純物原子が約０．１〜１×１０5
    ｐｐｍの濃度のボロンである、請求項１２に記載の物
    品。
  14. 【請求項１４】 正常な意図された使用中に摩耗を受け
    る物品を有する、請求項２に記載の物品。
  15. 【請求項１５】 ダイヤモンド材で構成される該第１層
    が実質上導電体であり、ダイヤモンド材で構成される該
    第２層が実質上電気絶縁体である、請求項１４に記載の
    物品。
  16. 【請求項１６】 ダイヤモンド材で構成される該第１層
    が、それを導電性にするための所定量の不純物原子を含
    み、ダイヤモンド材で構成される該第２層が該不純物原
    子を実質上含まない、請求項１５に記載の物品。
  17. 【請求項１７】 該不純物原子が約０．１〜１×１０5
    ｐｐｍの濃度のボロンである、請求項１６に記載の物
    品。
  18. 【請求項１８】 物品において、該物品の外面の少なく
    とも一部を覆う、ダイヤモンド材で構成される少なくと
    も２つの付着層を有し、ダイヤモンド材で構成される第
    １層は第１の光学的性質を持ち、ダイヤモンド材で構成
    される第２層は該第１の光学的性質とは検出可能に異な
    る第２の光学的性質を持つ物品。
  19. 【請求項１９】 非ダイヤモンド系基板材の少なくとも
    一部を覆う２つの該付着層を有する、請求項１８に記載
    の物品。
  20. 【請求項２０】 ダイアモンド材で構成される該第１層
    が、ダイアモンドで構成される該第２層より実質上光透
    過性である、請求項１８に記載の物品。
  21. 【請求項２１】 ダイヤモンド材で構成される該第１層
    が、約１容量％のＣＨ4 を用いる化学蒸着法で製造さ
    れ、ダイヤモンド材で構成される該第２層が、約５容量
    ％より多いＣＨ4 を用いる化学蒸着法で製造される、請
    求項２０に記載の物品。
  22. 【請求項２２】 加工物から物質を除くためのツールを
    有する、請求項１９に記載の物品。
  23. 【請求項２３】 ダイアモンド材で構成される該第１層
    が、ダイアモンドで構成される該第２層より実質上光透
    過性である、請求項１９に記載の物品。
  24. 【請求項２４】 ダイヤモンド材で構成される該第１層
    が、約１容量％のＣＨ4 を用いる化学蒸着法で製造さ
    れ、ダイヤモンド材で構成される該第２層が、約５容量
    ％より多いＣＨ4 を用いる化学蒸着法で製造される、請
    求項２３に記載の物品。
  25. 【請求項２５】 軸受を有する、請求項１８に記載の物
    品。
  26. 【請求項２６】 ダイアモンド材で構成される該第１層
    が、ダイアモンドで構成される該第２層より実質上光透
    過性である、請求項２５に記載の物品。
  27. 【請求項２７】 ダイヤモンド材で構成される該第１層
    が、約１容量％のＣＨ4 を用いる化学蒸着法で製造さ
    れ、ダイヤモンド材で構成される該第２層が、約５容量
    ％より多いＣＨ4 を用いる化学蒸着法で製造される、請
    求項２６に記載の物品。
  28. 【請求項２８】 第１固有電気抵抗を持つダイヤモンド
    材で構成される第１層と、該第１固有電気抵抗とは検出
    可能に異なる第２固有電気抵抗を持つダイヤモンド材で
    構成される第２層とで被覆される基板を有する物品の使
    用中の摩耗度を決定する方法において、 (1) 電流源を備える工程； (2) 該源から該物品を通して電流を流す工程；及び、 (3) 該電流の値を測定する工程とを含む方法。
  29. 【請求項２９】 第１固有電気抵抗を持つダイヤモンド
    材で構成される第１層と、該第１固有電気抵抗とは検出
    可能に異なる第２固有電気抵抗を持つダイヤモンド材で
    構成される第２層とで被覆される基板を有する切削工具
    の、加工物と接触させて使用中の摩耗度を決定する方法
    において、 (1) 電流源を備える工程； (2) 該源から該物品と該加工物とを通して電流を流す工
    程；及び、 (3) 該電流の値を測定する工程とを含む方法。
  30. 【請求項３０】 第１の光学的性質を持つダイヤモンド
    材で構成される第１層と、該第１の光学的性質とは検出
    可能に異なる第２の光学的性質を持つダイヤモンド材で
    構成される第２層とで被覆される基板を有する物品の使
    用中の摩耗度を決定する方法において、 (1) 該物品に対する第１位置に光源を備える工程； (2) 該物品を透過する光を遮蔽する様に選択される該物
    品に対する第２位置に光検出器を備える工程； (3) 該光源から該物品に光束を向ける工程；及び (4) 該光検出器の受光量を測定する工程とを含む方法。
  31. 【請求項３１】 第１の光学的性質を持つダイヤモンド
    材で構成される第１層と、該第１の光学的性質とは検出
    可能に異なる第２の光学的性質を持つダイヤモンド材で
    構成される第２層とで被覆される基板を有する物品の使
    用中の摩耗度を決定する方法において、 (1) 該物品に対する第１位置に光源を備える工程； (2) 該物品から反射された光を遮蔽する様に選択される
    該物品に対する第２位置に光検出器を備える工程； (3) 該光源から該物品に光束を向ける工程；及び (4) 該光検出器の受光量を測定する工程とを含む方法。
JP5297421A 1992-11-03 1993-11-02 一体成形の摩耗表示装置を備えるダイアモンド被覆品 Pending JPH06316764A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008231523A (ja) * 2007-03-22 2008-10-02 Kobe Steel Ltd ダイヤモンド薄膜素子
JP2013035732A (ja) * 2011-08-10 2013-02-21 Sumitomo Electric Ind Ltd 導電層付き単結晶ダイヤモンドおよびそれを用いた工具
JP2016026995A (ja) * 2015-09-14 2016-02-18 住友電気工業株式会社 導電層付き単結晶ダイヤモンドおよびそれを用いた工具、ならびに導電層付き単結晶ダイヤモンドの製造方法
JPWO2019039001A1 (ja) * 2017-08-22 2020-07-30 住友電工ハードメタル株式会社 回転切削工具およびその製造方法

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4419393A1 (de) * 1994-05-30 1995-12-07 Fraunhofer Ges Forschung Werkzeug für Umform- und Zerspanungsvorrichtungen und Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Werkzeugs
DE19813033A1 (de) * 1998-03-25 1999-09-30 Gottzmann Andreas Bruch und Verschleißüberwachung
DE19914585C1 (de) * 1999-03-31 2000-09-14 Cemecon Ceramic Metal Coatings Diamantbeschichtetes Werkzeug und Verfahren zu seiner Herstellung
DE19918771A1 (de) * 1999-04-24 2000-11-02 Bundesrep Deutschland Verfahren und Vorrichtung zur optischen Überwachung der Schneidkante eines Werkzeugs
DE10056242A1 (de) 2000-11-14 2002-05-23 Alstom Switzerland Ltd Kondensationswärmeübertrager
US8080323B2 (en) 2007-06-28 2011-12-20 Kennametal Inc. Cutting insert with a wear-resistant coating scheme exhibiting wear indication and method of making the same
FR2952313B1 (fr) * 2009-11-06 2012-01-27 Claude Moris Outil de coupe muni d'un dispositif de detection de defaillance
JP6499468B2 (ja) * 2015-02-16 2019-04-10 ローランドディー．ジー．株式会社 検出装置および検出方法
DE102017204109B4 (de) * 2017-03-13 2019-03-14 Gühring KG Verwendung einer mit Fremdatomen dotierten Diamantschicht zur Erfassung des Abnutzungsgrades einer undotierten diamantenen Funktionsschicht eines Werkzeugs
EP4198167A1 (de) 2021-12-14 2023-06-21 Gühring KG Körper aus metall, einem metallkeramischen verbund oder keramik mit einem auf einer verschleissbeanspruchten funktionsfläche mehrschichtig ausgebildeten verschleissschutzschichtsystem, und verfahren zur herstellung dieses körpers

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE452911B (sv) * 1984-07-06 1987-12-21 Birger Alvelid Forfarande for framstellning av tillstandsgivare for mekaniska komponenter, jemte dylika mekaniska komponenter
SE450352B (sv) * 1985-11-07 1987-06-22 Santrade Ltd Sker med indikering av forslitning
JPH02250750A (ja) * 1989-03-23 1990-10-08 Sumitomo Electric Ind Ltd 工具摩耗検出法
EP0449571B1 (en) * 1990-03-30 1995-08-30 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Polycrystalline diamond tool and method for producing the polycrystalline diamond tool
CA2044543C (en) * 1990-08-10 1999-12-14 Louis Kimball Bigelow Multi-layer superhard film structure
DE4233035C1 (en) * 1992-10-01 1993-07-22 Daimler-Benz Aktiengesellschaft, 7000 Stuttgart, De Temperature measurement appts. for cutting tool - contains channel for thermal radiation in cutting tool, diamond covered opening, thermal camera

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008231523A (ja) * 2007-03-22 2008-10-02 Kobe Steel Ltd ダイヤモンド薄膜素子
JP2013035732A (ja) * 2011-08-10 2013-02-21 Sumitomo Electric Ind Ltd 導電層付き単結晶ダイヤモンドおよびそれを用いた工具
JP2016026995A (ja) * 2015-09-14 2016-02-18 住友電気工業株式会社 導電層付き単結晶ダイヤモンドおよびそれを用いた工具、ならびに導電層付き単結晶ダイヤモンドの製造方法
JPWO2019039001A1 (ja) * 2017-08-22 2020-07-30 住友電工ハードメタル株式会社 回転切削工具およびその製造方法

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