JPH0740106A - 耐熱性に優れた気相合成ダイヤモンドろう付け工具およびその製造方法 - Google Patents
耐熱性に優れた気相合成ダイヤモンドろう付け工具およびその製造方法Info
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- JPH0740106A JPH0740106A JP19013693A JP19013693A JPH0740106A JP H0740106 A JPH0740106 A JP H0740106A JP 19013693 A JP19013693 A JP 19013693A JP 19013693 A JP19013693 A JP 19013693A JP H0740106 A JPH0740106 A JP H0740106A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 厳しい切削条件下であってもろう材の軟化や
融解を防止し得る様な耐熱性に優れた気相合成ダイヤモ
ンドろう付け工具、およびその様な工具を製造するため
の方法を提供する。 【構成】 気相合成法によって合成されたダイヤモンド
膜の片方の面に、炭化物、窒化物、硼化物もしくは炭窒
化物またこれらの混合物からなる膜が形成された二槽膜
が、ダイヤモンド膜側がすくい面となる様に、炭化物、
窒化物、硼化物もしくは炭窒化物またはこれらの混合物
からなる膜側が工具母材にろう付けされると共に、前記
すくい面に相当するダイヤモンド膜の表面粗さがＲmax
で０．３μｍ以下である。
融解を防止し得る様な耐熱性に優れた気相合成ダイヤモ
ンドろう付け工具、およびその様な工具を製造するため
の方法を提供する。 【構成】 気相合成法によって合成されたダイヤモンド
膜の片方の面に、炭化物、窒化物、硼化物もしくは炭窒
化物またこれらの混合物からなる膜が形成された二槽膜
が、ダイヤモンド膜側がすくい面となる様に、炭化物、
窒化物、硼化物もしくは炭窒化物またはこれらの混合物
からなる膜側が工具母材にろう付けされると共に、前記
すくい面に相当するダイヤモンド膜の表面粗さがＲmax
で０．３μｍ以下である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、気相合成によって合成
したダイヤモンド膜を工具母材にろう付けした気相合成
ダイヤモンドろう付け工具およびその製造方法に関し、
殊に工具使用時のろう材の軟化や融解を防止し、強度お
よび耐熱性に優れた気相合成ダイヤモンドろう付工具お
よびその様な工具を製造する為の方法に関するものであ
る。
したダイヤモンド膜を工具母材にろう付けした気相合成
ダイヤモンドろう付け工具およびその製造方法に関し、
殊に工具使用時のろう材の軟化や融解を防止し、強度お
よび耐熱性に優れた気相合成ダイヤモンドろう付工具お
よびその様な工具を製造する為の方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドは、物質の中でも最高の硬
度を有し、且つ熱伝導率も高いことから、切削工具や研
削工具への応用開発が盛んに行なわれている。特に、ダ
イヤモンド微粉末を高温・高圧下で焼結して作成したダ
イヤモンド焼結体を用いた工具は、非鉄金属の切削加工
用工具として広く使用されている。
度を有し、且つ熱伝導率も高いことから、切削工具や研
削工具への応用開発が盛んに行なわれている。特に、ダ
イヤモンド微粉末を高温・高圧下で焼結して作成したダ
イヤモンド焼結体を用いた工具は、非鉄金属の切削加工
用工具として広く使用されている。
【０００３】しかしながら、上記の様なダイヤモンド焼
結体は、焼結助剤として５〜１０％程度のＣｏを含有し
ており、このＣｏはダイヤモンドの粒界に存在して粒界
強度を低下させるので、この様なダイヤモンド焼結体を
切削工具として応用しても切削時にチッピングやカケを
生じ易いという問題がある。
結体は、焼結助剤として５〜１０％程度のＣｏを含有し
ており、このＣｏはダイヤモンドの粒界に存在して粒界
強度を低下させるので、この様なダイヤモンド焼結体を
切削工具として応用しても切削時にチッピングやカケを
生じ易いという問題がある。
【０００４】一方、ダイヤモンドの気相合成法が確立さ
れて以来、複雑な形状の工具にも容易に且つ安価に応用
できる可能性があることから、気相合成によってダイヤ
モンドを主体とする多結晶ダイヤモンド膜を工具母材表
面に被覆した工具の開発も活発化している。
れて以来、複雑な形状の工具にも容易に且つ安価に応用
できる可能性があることから、気相合成によってダイヤ
モンドを主体とする多結晶ダイヤモンド膜を工具母材表
面に被覆した工具の開発も活発化している。
【０００５】しかしながら、気相合成した多結晶ダイヤ
モンド膜は、高強度、高熱伝導性という工具部材として
優れた特性を持っている反面、膜の内部応力が大きく工
具母材との密着性が低いので、例えば切削工具にコーテ
ィングしても切削中に容易に剥離するという欠点を有し
ており、必ずしも十分な性能が得られているとは言えな
い。
モンド膜は、高強度、高熱伝導性という工具部材として
優れた特性を持っている反面、膜の内部応力が大きく工
具母材との密着性が低いので、例えば切削工具にコーテ
ィングしても切削中に容易に剥離するという欠点を有し
ており、必ずしも十分な性能が得られているとは言えな
い。
【０００６】そこで気相合成多結晶ダイヤモンド膜の密
着性を改善する方法として、例えば特開平１−２１２７
６６号公報や同１−２１２７６７号公報等に開示される
様な技術も提案されている。この技術は、基板上に気相
合成法によって多結晶ダイヤモンド膜を析出させ、生成
したダイヤモンド膜を一旦基板から外して刃先形状に切
断し、多結晶ダイヤモンド膜の基板との接合面側が工具
すくい面となる様に前記ダイヤモンド膜を工具母材の工
具作用部分にろう付けし、このろう付けの前または後に
多結晶ダイヤモンド膜から基板を除去するものである。
この様な気相合成多結晶ダイヤモンド工具（以下、ろう
付け工具と呼ぶことがある）では、ダイヤモンド膜をろ
う材によって工具母材に取り付けてあるので、工具母材
とダイヤモンド膜の密着性は良好になると共に、ダイヤ
モンド膜は１００％に近いダイヤモンドから構成された
ものであるので、金属バインダーを含有する焼結ダイヤ
モンド工具と比べて、強度や耐摩耗性において優れた性
能を示す。
着性を改善する方法として、例えば特開平１−２１２７
６６号公報や同１−２１２７６７号公報等に開示される
様な技術も提案されている。この技術は、基板上に気相
合成法によって多結晶ダイヤモンド膜を析出させ、生成
したダイヤモンド膜を一旦基板から外して刃先形状に切
断し、多結晶ダイヤモンド膜の基板との接合面側が工具
すくい面となる様に前記ダイヤモンド膜を工具母材の工
具作用部分にろう付けし、このろう付けの前または後に
多結晶ダイヤモンド膜から基板を除去するものである。
この様な気相合成多結晶ダイヤモンド工具（以下、ろう
付け工具と呼ぶことがある）では、ダイヤモンド膜をろ
う材によって工具母材に取り付けてあるので、工具母材
とダイヤモンド膜の密着性は良好になると共に、ダイヤ
モンド膜は１００％に近いダイヤモンドから構成された
ものであるので、金属バインダーを含有する焼結ダイヤ
モンド工具と比べて、強度や耐摩耗性において優れた性
能を示す。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記の様なろう付け工
具はこれまでの工具では得られない利点を有するもので
あるが、熱伝導性の良好なダイヤモンド膜がろう材を介
して工具母材に直接ろう付けされているので、例えば刃
先温度の上昇が著しい様な厳しい切削条件下では、切削
によって発生した熱がろう材に容易に伝達されてろう材
温度が上昇し、ろうが軟化または融解するために、ろう
材の強度が低下してろう付け工具の強度低下を引き起こ
すという問題が生じる。こうしたことから、ろう付け工
具の耐熱性を更に向上させることが望まれている。
具はこれまでの工具では得られない利点を有するもので
あるが、熱伝導性の良好なダイヤモンド膜がろう材を介
して工具母材に直接ろう付けされているので、例えば刃
先温度の上昇が著しい様な厳しい切削条件下では、切削
によって発生した熱がろう材に容易に伝達されてろう材
温度が上昇し、ろうが軟化または融解するために、ろう
材の強度が低下してろう付け工具の強度低下を引き起こ
すという問題が生じる。こうしたことから、ろう付け工
具の耐熱性を更に向上させることが望まれている。
【０００８】本発明は上記の様な事情に着目してなされ
たものであって、その目的は、厳しい切削条件下であっ
てもろう材の軟化や融解を防止し得る様な耐熱性に優れ
た気相合成ダイヤモンドろう付け工具、およびその様な
工具を製造するための方法を提供することにある。
たものであって、その目的は、厳しい切削条件下であっ
てもろう材の軟化や融解を防止し得る様な耐熱性に優れ
た気相合成ダイヤモンドろう付け工具、およびその様な
工具を製造するための方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明とは、気相合成法によって合成されたダイヤモンド
膜の片方の面に、炭化物、窒化物、硼化物もしくは炭窒
化物またはこれらの混合物からなる膜が形成された二層
膜が、ダイヤモンド膜側がすくい面となる様に、前記炭
化物、窒化物、硼化物もしくは炭窒化物またはこれらの
混合物からなる膜側が工具母材にろう付けされると共
に、前記すくい面に相当するダイヤモンド膜の表面粗さ
がＲmax で０．３μｍ以下である点に要旨を有する気相
合成ダイヤモンドろう付け工具である。
発明とは、気相合成法によって合成されたダイヤモンド
膜の片方の面に、炭化物、窒化物、硼化物もしくは炭窒
化物またはこれらの混合物からなる膜が形成された二層
膜が、ダイヤモンド膜側がすくい面となる様に、前記炭
化物、窒化物、硼化物もしくは炭窒化物またはこれらの
混合物からなる膜側が工具母材にろう付けされると共
に、前記すくい面に相当するダイヤモンド膜の表面粗さ
がＲmax で０．３μｍ以下である点に要旨を有する気相
合成ダイヤモンドろう付け工具である。
【００１０】また上記の様な気相合成ダイヤモンドろう
付け工具は、表面粗さがＲmax で０．３μｍ以下である
基板上に、気相合成法によってダイヤモンド膜を合成し
た後、該ダイヤモンド膜上に更に気相合成法によって炭
化物、窒化物、硼化物もしくは炭窒化物またはこれらの
混合物からなる膜を合成し、次いでダイヤモンド膜と基
板との接合面側が工具すくい面となるように、前記炭化
物、窒化物、硼化物もしくは炭窒化物またはこれらの混
合物からなる膜側を工具母材にろう付けすると共に、前
記基板をろう付けの前または後に除去することによって
製造することができる。
付け工具は、表面粗さがＲmax で０．３μｍ以下である
基板上に、気相合成法によってダイヤモンド膜を合成し
た後、該ダイヤモンド膜上に更に気相合成法によって炭
化物、窒化物、硼化物もしくは炭窒化物またはこれらの
混合物からなる膜を合成し、次いでダイヤモンド膜と基
板との接合面側が工具すくい面となるように、前記炭化
物、窒化物、硼化物もしくは炭窒化物またはこれらの混
合物からなる膜側を工具母材にろう付けすると共に、前
記基板をろう付けの前または後に除去することによって
製造することができる。
【００１１】
【作用】ダイヤモンドは銅の５倍という高い熱伝導率を
有しているので、ダイヤモンド膜が工具母材に直接ろう
付けされている場合には、工具刃先で発生した熱が容易
にろう材に伝達されることになる。従って、上述した様
に、厳しい切削条件下では高温によるろう材の軟化や、
更にひどいときには溶解が生じ、ろう材によって固定さ
れていたダイヤモンド膜が高い切削応力によって割れて
欠けたり、工具母材から外れたりするという事態が生じ
る。
有しているので、ダイヤモンド膜が工具母材に直接ろう
付けされている場合には、工具刃先で発生した熱が容易
にろう材に伝達されることになる。従って、上述した様
に、厳しい切削条件下では高温によるろう材の軟化や、
更にひどいときには溶解が生じ、ろう材によって固定さ
れていたダイヤモンド膜が高い切削応力によって割れて
欠けたり、工具母材から外れたりするという事態が生じ
る。
【００１２】そこで本発明者らは、上記の様な不都合を
解消し、耐熱性を改善して強度を更に向上したダイヤモ
ンドろう付け工具を実現すべく、様々な角度から検討し
た。その結果、ダイヤモンド膜とろう材の間に、ダイヤ
モンドよりも熱伝導率が悪く、且つ比較的硬い物質であ
る炭化物、窒化物、硼化物もしくは炭窒化物またはこれ
らの混合物からなる膜を介在させれば、ろう材の温度上
昇を防ぐことができ、厳しい切削条件下であってもダイ
ヤモンド膜の割れや欠け更には溶解という事態を生じる
ことなく安定した工具使用が可能になることを見出し、
本発明を完成した。
解消し、耐熱性を改善して強度を更に向上したダイヤモ
ンドろう付け工具を実現すべく、様々な角度から検討し
た。その結果、ダイヤモンド膜とろう材の間に、ダイヤ
モンドよりも熱伝導率が悪く、且つ比較的硬い物質であ
る炭化物、窒化物、硼化物もしくは炭窒化物またはこれ
らの混合物からなる膜を介在させれば、ろう材の温度上
昇を防ぐことができ、厳しい切削条件下であってもダイ
ヤモンド膜の割れや欠け更には溶解という事態を生じる
ことなく安定した工具使用が可能になることを見出し、
本発明を完成した。
【００１３】本発明において、ダイヤモンド膜とろう材
の間に介在させる物質は、上述の如く炭化物、窒化物、
硼化物もしくは炭窒化物またはこれらの混合物である
が、これらの物質は、熱伝導率がダイヤモンドよりも小
さいため、ろう材の軟化や溶解が生じず、且つ強度的に
も工具として使用に耐え得るものである。特に、周期律
表の４Ａ、５Ａ、６Ａ族の金属元素およびＳｉから選ば
れる１種以上の元素の炭化物、窒化物、硼化物もしくは
炭窒化物またはこれらの混合物の場合には、ダイヤモン
ド膜との密着性が極めて優れ、良好な切削性能を示し
た。ところでダイヤモンド膜とろう材の間に介在させる
物質として、強度的には酸化物も考えられるが、ダイヤ
モンド膜との密着性が悪く、厳しい切削条件下ではダイ
ヤモンドが剥がれてしまい本発明で期待する効果が得ら
れない。
の間に介在させる物質は、上述の如く炭化物、窒化物、
硼化物もしくは炭窒化物またはこれらの混合物である
が、これらの物質は、熱伝導率がダイヤモンドよりも小
さいため、ろう材の軟化や溶解が生じず、且つ強度的に
も工具として使用に耐え得るものである。特に、周期律
表の４Ａ、５Ａ、６Ａ族の金属元素およびＳｉから選ば
れる１種以上の元素の炭化物、窒化物、硼化物もしくは
炭窒化物またはこれらの混合物の場合には、ダイヤモン
ド膜との密着性が極めて優れ、良好な切削性能を示し
た。ところでダイヤモンド膜とろう材の間に介在させる
物質として、強度的には酸化物も考えられるが、ダイヤ
モンド膜との密着性が悪く、厳しい切削条件下ではダイ
ヤモンドが剥がれてしまい本発明で期待する効果が得ら
れない。
【００１４】本発明の気相合成ダイヤモンドろう付け工
具におけるダイヤモンド膜の厚みは、０．０５〜１mmが
好ましい。０．０５mm以上とするのは、工具の逃げ面摩
耗幅はは通常０．０５mm以上になることが多いからであ
る。また、１mm以下とするのはそれより厚くても工具性
能としてはあまり変わらず、成膜に時間を要するだけで
利点がないからである。
具におけるダイヤモンド膜の厚みは、０．０５〜１mmが
好ましい。０．０５mm以上とするのは、工具の逃げ面摩
耗幅はは通常０．０５mm以上になることが多いからであ
る。また、１mm以下とするのはそれより厚くても工具性
能としてはあまり変わらず、成膜に時間を要するだけで
利点がないからである。
【００１５】ダイヤモンド膜上に形成される炭化物、窒
化物、硼化物もしくは炭窒化物またはこれらの混合物か
らなる膜の厚さは、０．０５〜２mmであることが望まし
い。この厚さが０．０５mmより薄いと、ろう材への熱の
遮蔽効果が不充分となり、ろう材の軟化を防止しにく
い。また、２mm以下とするのは、それより厚くても工具
性能としてはあまり変わらず、利点が少ないからであ
る。
化物、硼化物もしくは炭窒化物またはこれらの混合物か
らなる膜の厚さは、０．０５〜２mmであることが望まし
い。この厚さが０．０５mmより薄いと、ろう材への熱の
遮蔽効果が不充分となり、ろう材の軟化を防止しにく
い。また、２mm以下とするのは、それより厚くても工具
性能としてはあまり変わらず、利点が少ないからであ
る。
【００１６】更に、ダイヤモンド膜上に形成される炭化
物、窒化物、硼化物もしくは炭窒化物、またはこれらの
混合物からなる膜の硬さは、ビッカーズ硬度で１０００
kg／mm2 以上であることが望ましく、これより低いと切
削時に工具が破損しやすくなる。
物、窒化物、硼化物もしくは炭窒化物、またはこれらの
混合物からなる膜の硬さは、ビッカーズ硬度で１０００
kg／mm2 以上であることが望ましく、これより低いと切
削時に工具が破損しやすくなる。
【００１７】一方本発明の工具で使用されるろう材は、
周期律表の４Ａ、５Ａ、６Ａ族の金属元素およびＮｉよ
りなる群から選ばれる少なくとも１種以上の元素と、Ａ
ｕ，Ａｇ，ＣｕおよびＰｄよりなる群から選ばれる１種
以上の元素を含有することが望ましい。周期律表の４
Ａ、５Ａ、６Ａ族の金属元素およびＮｉは、炭化物、窒
化物、硼化物もしくは炭窒化物またはこれらの混合物と
反応して界面に反応層を形成するために、高い密着性が
得られるからである。またＡｕ，Ａｇ，ＣｕおよびＰｄ
は、ろう付け時のろう材の流れ性を良好にし、ろう付け
性を向上させるのに有効である。
周期律表の４Ａ、５Ａ、６Ａ族の金属元素およびＮｉよ
りなる群から選ばれる少なくとも１種以上の元素と、Ａ
ｕ，Ａｇ，ＣｕおよびＰｄよりなる群から選ばれる１種
以上の元素を含有することが望ましい。周期律表の４
Ａ、５Ａ、６Ａ族の金属元素およびＮｉは、炭化物、窒
化物、硼化物もしくは炭窒化物またはこれらの混合物と
反応して界面に反応層を形成するために、高い密着性が
得られるからである。またＡｕ，Ａｇ，ＣｕおよびＰｄ
は、ろう付け時のろう材の流れ性を良好にし、ろう付け
性を向上させるのに有効である。
【００１８】更に、ろう付けした後のろう材の厚さは、
１〜２００μｍであることが望ましい。この厚さが１μ
ｍより薄いと十分なろう付け強度が得られず、一方２０
０μｍより厚くてもろう材自体の強度が低下し、切削時
に生じる力に耐えられなくなるからである。
１〜２００μｍであることが望ましい。この厚さが１μ
ｍより薄いと十分なろう付け強度が得られず、一方２０
０μｍより厚くてもろう材自体の強度が低下し、切削時
に生じる力に耐えられなくなるからである。
【００１９】尚本発明においては、すくい面に相当する
ダイヤモンド膜の表面粗さがＲmaxで０．３μｍ以下と
規定しているが、これよりも粗いと切削時にすくい面上
に被削材の溶着が生じ、特に被削材がＡｌ−Ｓｉ合金の
場合には、構成刃先を形成するために良好な被削面粗さ
が得られなくなるからである。
ダイヤモンド膜の表面粗さがＲmaxで０．３μｍ以下と
規定しているが、これよりも粗いと切削時にすくい面上
に被削材の溶着が生じ、特に被削材がＡｌ−Ｓｉ合金の
場合には、構成刃先を形成するために良好な被削面粗さ
が得られなくなるからである。
【００２０】上記の様な気相合成ダイヤモンドろう付け
工具を製造するに当たっては、表面粗さがＲmax で０．
３μｍ以下である基板上に、気相合成法によってダイヤ
モンド膜を合成した後、該ダイヤモンド膜上に更に気相
合成法によって炭化物、窒化物、硼化物もしくは炭窒化
物またはこれらの混合物からなる膜を合成し、該ダイヤ
モンド膜と基板との接合面側がすくい面となるように、
炭化物、窒化物、硼化物もしくは炭窒化物またはこれら
の混合物からなる膜側を工具母材にろう付けすると共に
し、前記基板をろう付け前または後で除去すれば良い。
但し、前記基板を除去するのは、ろう付けの前または後
（即ち、二層膜を形成した後）に限らず、後記実施例２
に示す様にダイヤモンド膜を合成した後すぐに基板を除
去し、ダイヤモンド膜の基板側と反対側の面に炭化物、
窒化物、硼化物もしくは炭窒化物またはこれらの混合物
からなる膜を合成し、その後ダイヤモンド膜がすくい面
側となる様にろう付けする様にしてもよい。
工具を製造するに当たっては、表面粗さがＲmax で０．
３μｍ以下である基板上に、気相合成法によってダイヤ
モンド膜を合成した後、該ダイヤモンド膜上に更に気相
合成法によって炭化物、窒化物、硼化物もしくは炭窒化
物またはこれらの混合物からなる膜を合成し、該ダイヤ
モンド膜と基板との接合面側がすくい面となるように、
炭化物、窒化物、硼化物もしくは炭窒化物またはこれら
の混合物からなる膜側を工具母材にろう付けすると共に
し、前記基板をろう付け前または後で除去すれば良い。
但し、前記基板を除去するのは、ろう付けの前または後
（即ち、二層膜を形成した後）に限らず、後記実施例２
に示す様にダイヤモンド膜を合成した後すぐに基板を除
去し、ダイヤモンド膜の基板側と反対側の面に炭化物、
窒化物、硼化物もしくは炭窒化物またはこれらの混合物
からなる膜を合成し、その後ダイヤモンド膜がすくい面
側となる様にろう付けする様にしてもよい。
【００２１】ここで、ダイヤモンド膜の表面に炭化物、
窒化物、硼化物もしくは炭窒化物またはこれらの混合物
からなる膜を合成する方法としては、特に制限するもの
ではなく、例えば熱ＣＶＤ法、熱プラズマＣＶＤ法等の
化学蒸着法（ＣＶＤ法）、イオンプレーティングやスパ
ッタリング等の物理蒸着法（ＰＶＤ法）、更にはプラズ
マ溶射等の溶射が挙げられる。またダイヤモンド膜を合
成する際に適用する気相合成法についても特に制限する
ものではなく、例えば水素と炭化水素の原料ガスを熱電
子放射材やマイクロ波無極放電等で励起分解する化学蒸
着法（ＣＶＤ法）が挙げられる。
窒化物、硼化物もしくは炭窒化物またはこれらの混合物
からなる膜を合成する方法としては、特に制限するもの
ではなく、例えば熱ＣＶＤ法、熱プラズマＣＶＤ法等の
化学蒸着法（ＣＶＤ法）、イオンプレーティングやスパ
ッタリング等の物理蒸着法（ＰＶＤ法）、更にはプラズ
マ溶射等の溶射が挙げられる。またダイヤモンド膜を合
成する際に適用する気相合成法についても特に制限する
ものではなく、例えば水素と炭化水素の原料ガスを熱電
子放射材やマイクロ波無極放電等で励起分解する化学蒸
着法（ＣＶＤ法）が挙げられる。
【００２２】尚本発明で用いる工具母材としては、超硬
合金や高速度工具鋼が最も一般的なものとして挙げられ
るが、特にこれらに限定される必要はなく、例えば窒化
珪素やサーメット等のセラミックス工具等も使用でき
る。
合金や高速度工具鋼が最も一般的なものとして挙げられ
るが、特にこれらに限定される必要はなく、例えば窒化
珪素やサーメット等のセラミックス工具等も使用でき
る。
【００２３】以下本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはい
ずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはい
ずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００２４】
実施例１ マイクロ波プラズマＣＶＤ法によって、表面粗さがＲ
max で０．０４μｍのＳｉ基板上に多結晶ダイヤモンド
膜を下記の合成条件にて形成した。 （合成条件） ・原料ガス ：Ｈ2 （流量：１００ｓｃｃｍ） ＣＨ4 （流量：１ｓｃｃｍ） ・圧力 ：４０Ｔｏｒｒ ・基板温度 ：８５０℃ ・マイクロ波出力：１ｋｗ ・合成時間 ：１６時間 このとき合成された多結晶ダイヤモンド膜の厚さは、１
２０μｍであった。次に、この多結晶ダイヤモンド膜上
に、下記のＣＶＤ条件でＳｉＣ膜を合成して二層膜を得
た。
max で０．０４μｍのＳｉ基板上に多結晶ダイヤモンド
膜を下記の合成条件にて形成した。 （合成条件） ・原料ガス ：Ｈ2 （流量：１００ｓｃｃｍ） ＣＨ4 （流量：１ｓｃｃｍ） ・圧力 ：４０Ｔｏｒｒ ・基板温度 ：８５０℃ ・マイクロ波出力：１ｋｗ ・合成時間 ：１６時間 このとき合成された多結晶ダイヤモンド膜の厚さは、１
２０μｍであった。次に、この多結晶ダイヤモンド膜上
に、下記のＣＶＤ条件でＳｉＣ膜を合成して二層膜を得
た。
【００２５】 原料ガス ：Ｈ2 （流量：７００ｓｃｃｍ） Ｃ3 Ｈ8 （流量：２５ｓｃｃｍ） ＳｉＣｌ4 （流量：１５０ｓｃｃｍ） 圧力 ：３０Ｔｏｒｒ 基板温度 ：１２００℃ 合成時間 ：１時間 このとき合成されたＳｉＣ膜の厚さは、０．０５mmであ
った。このＳｉＣ膜について、荷重２００ｇでビッカー
ス硬度を調べたところ３０００kg／mm2 を示した。
った。このＳｉＣ膜について、荷重２００ｇでビッカー
ス硬度を調べたところ３０００kg／mm2 を示した。
【００２６】得られた二層膜を工具に適用したときの性
能を調査するため、下記の手順でろう付け工具を作成し
た。即ち、上記二層膜をＹＡＧレーザーで工具刃先の形
状に切断した後、９０℃の水酸化ナトリウム水溶液に浸
漬してＳｉ基板を溶解除去し、ダイヤモンド／ＳｉＣの
みからなる二層膜を取り出した。次に、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔ
ｉ合金製ろう材によって、ＳｉＣ表面がろう付け面とな
るように、二層膜をＳＰＧＮ１２０３０８形状の超硬チ
ップ上にろう付けし、刃付け加工を行った。このときの
ろう材の厚さは４０μｍであり、またチップすくい面に
相当するダイヤモンド膜の表面の粗さはＳｉ基板の表面
粗さが転写されており、Ｒmax で０．０４μｍであっ
た。以上の工具作製工程を図１から図５に示す。尚図中
１はダイヤモンド膜，２は基板，３はＳｉＣ膜，４は基
板除去後の二層膜，５はろう材，６は工具母材を夫々示
す。
能を調査するため、下記の手順でろう付け工具を作成し
た。即ち、上記二層膜をＹＡＧレーザーで工具刃先の形
状に切断した後、９０℃の水酸化ナトリウム水溶液に浸
漬してＳｉ基板を溶解除去し、ダイヤモンド／ＳｉＣの
みからなる二層膜を取り出した。次に、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔ
ｉ合金製ろう材によって、ＳｉＣ表面がろう付け面とな
るように、二層膜をＳＰＧＮ１２０３０８形状の超硬チ
ップ上にろう付けし、刃付け加工を行った。このときの
ろう材の厚さは４０μｍであり、またチップすくい面に
相当するダイヤモンド膜の表面の粗さはＳｉ基板の表面
粗さが転写されており、Ｒmax で０．０４μｍであっ
た。以上の工具作製工程を図１から図５に示す。尚図中
１はダイヤモンド膜，２は基板，３はＳｉＣ膜，４は基
板除去後の二層膜，５はろう材，６は工具母材を夫々示
す。
【００２７】一方、比較の為に、ダイヤモンド膜のみを
ろう付けしたダイヤモンドろう付け工具についても、下
記の手順で作製した。即ち、上記ダイヤモンド合成条件
と同じ条件で表面粗さＲmax ０．５μｍのＳｉ基板上に
多結晶ダイヤモンド膜を厚さ１２０μｍ合成した。次
に、この膜をＹＡＧレーザーで工具刃先の形状に切断し
て、９０℃の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬してＳｉ基
板を溶解除去して、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金ろうでダイヤ
モンドの成長面がろう付け面となる様にＳＰＧＮ１２０
３０８形状のチップ上にろう付けして、刃付け加工を行
った。このときのろう材の厚さも４０μｍであり、また
チップすくい面になるダイヤモンド表面の粗さはＳｉ基
板表面粗さが転写されており、Ｒmax で０．５μｍであ
った。
ろう付けしたダイヤモンドろう付け工具についても、下
記の手順で作製した。即ち、上記ダイヤモンド合成条件
と同じ条件で表面粗さＲmax ０．５μｍのＳｉ基板上に
多結晶ダイヤモンド膜を厚さ１２０μｍ合成した。次
に、この膜をＹＡＧレーザーで工具刃先の形状に切断し
て、９０℃の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬してＳｉ基
板を溶解除去して、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金ろうでダイヤ
モンドの成長面がろう付け面となる様にＳＰＧＮ１２０
３０８形状のチップ上にろう付けして、刃付け加工を行
った。このときのろう材の厚さも４０μｍであり、また
チップすくい面になるダイヤモンド表面の粗さはＳｉ基
板表面粗さが転写されており、Ｒmax で０．５μｍであ
った。
【００２８】次に、これらのチップを用いて切削試験を
行なった。このときの切削条件は、被削材としてＡｌ−
１６％Ｓｉ合金の丸棒を用い、切削速度：４００m ／mi
n ，切込み：０．２５mm，送り速度：０．１mm／rev ，
切削時間：６０分とし、外周長手方向に乾式連続切削を
行った。その結果、両チップとも刃先の欠損や微小なカ
ケは見られなかったが、表面粗さが粗いチップのすくい
面には溶着が生じ、被削面粗度はＲmax で４．６μｍで
あった。一方、表面粗さが小さいダイヤモンド／ＳｉＣ
２層膜をろう付けしたチップは全く溶着を生じず、被削
面粗度はＲmaxで２．０μｍと良好であった。
行なった。このときの切削条件は、被削材としてＡｌ−
１６％Ｓｉ合金の丸棒を用い、切削速度：４００m ／mi
n ，切込み：０．２５mm，送り速度：０．１mm／rev ，
切削時間：６０分とし、外周長手方向に乾式連続切削を
行った。その結果、両チップとも刃先の欠損や微小なカ
ケは見られなかったが、表面粗さが粗いチップのすくい
面には溶着が生じ、被削面粗度はＲmax で４．６μｍで
あった。一方、表面粗さが小さいダイヤモンド／ＳｉＣ
２層膜をろう付けしたチップは全く溶着を生じず、被削
面粗度はＲmaxで２．０μｍと良好であった。
【００２９】更に、これらのチップについて、前記切削
条件において、切削速度：６００m／min ，切り込み：
２mm、送り速度：０．４mm／rev に変更して切削試験を
行った。その結果、表面粗さが粗いダイヤモンドを直接
ろう付けしたチップは、切削５分でろうの流出が起こ
り、刃先の欠損が観察された。一方、表面粗さが小さい
ダイヤモンド／ＳｉＣ２層膜をろう付けしたチップは、
６０分切削後も刃先の欠損や微小なカケ等は一切みられ
ず、良好な切削性能を示していた。
条件において、切削速度：６００m／min ，切り込み：
２mm、送り速度：０．４mm／rev に変更して切削試験を
行った。その結果、表面粗さが粗いダイヤモンドを直接
ろう付けしたチップは、切削５分でろうの流出が起こ
り、刃先の欠損が観察された。一方、表面粗さが小さい
ダイヤモンド／ＳｉＣ２層膜をろう付けしたチップは、
６０分切削後も刃先の欠損や微小なカケ等は一切みられ
ず、良好な切削性能を示していた。
【００３０】実施例２ 直径：０．５mmのタンタリウムの線を用いた熱フィラメ
ントＣＶＤ法によって、下記の条件にて、表面粗さがＲ
max で０．１２μｍのＭｏ基板上に下記表１に示すよう
な種々の時間で多結晶ダイヤモンド膜を析出させた。 （合成条件） ・圧力 ：２００ｔｏｒｒ ・原料ガス ：Ｈ2 （流量：１００ｓｃｃｍ） エタノール（流量：４ｓｃｃｍ） ・フィラメント温度：２２００℃ ・基板温度 ：８５０℃ ・フィラメント−基板間距離：６mm その後、ダイヤモンド析出Ｍｏ基板を王水に浸漬してＭ
ｏを溶解除去し、ダイヤモンド膜のみを得た。これらの
ダイヤモンド膜の表面に、下記の条件で、ＴｉＮの膜を
種々の時間アークイオンプレーティング法で作製した。
ントＣＶＤ法によって、下記の条件にて、表面粗さがＲ
max で０．１２μｍのＭｏ基板上に下記表１に示すよう
な種々の時間で多結晶ダイヤモンド膜を析出させた。 （合成条件） ・圧力 ：２００ｔｏｒｒ ・原料ガス ：Ｈ2 （流量：１００ｓｃｃｍ） エタノール（流量：４ｓｃｃｍ） ・フィラメント温度：２２００℃ ・基板温度 ：８５０℃ ・フィラメント−基板間距離：６mm その後、ダイヤモンド析出Ｍｏ基板を王水に浸漬してＭ
ｏを溶解除去し、ダイヤモンド膜のみを得た。これらの
ダイヤモンド膜の表面に、下記の条件で、ＴｉＮの膜を
種々の時間アークイオンプレーティング法で作製した。
【００３１】（合成条件） ・アーク電流 ：１５０Ａ ・バイアス電圧 ：−５０Ｖ ・Ｎ2 圧力 ：１×１０-2Ｐａ ・基板−カソード間距離：１９０mm（カソード：Ｔｉ） このようにして作製したＴｉＮ膜のビッカーズ硬度は、
２０００kg／mm2 であった。
２０００kg／mm2 であった。
【００３２】次に、ダイヤモンド／ＴｉＮ二層膜を、実
施例１と同様にしてＹＡＧレーザーで切断後、超硬チッ
プ上にろう付けして刃付け加工を行った。表１に、Ｔｉ
層厚さ，ろう材種類およびろう材の厚さを併記する。
施例１と同様にしてＹＡＧレーザーで切断後、超硬チッ
プ上にろう付けして刃付け加工を行った。表１に、Ｔｉ
層厚さ，ろう材種類およびろう材の厚さを併記する。
【００３３】
【表１】
【００３４】これらのチップについて、Ａｌ−１６％Ｓ
ｉ合金を被削材とし、実施例１と同様に切削速度：６０
０m ／min ，切り込み：２mm，送り速度：０．４mm／re
v の切削条件で試験を行った。その結果を表２に示す
が、本発明による工具は、６０分切削後も刃先の欠損が
無く鋭い刃先が維持されていた。一方比較例のNo. ６は
逃げ面摩耗幅が大きく、No. ７は切削５分で刃先欠損が
生じ、No. ８はＴｉＮとろう材の界面で剥離していた。
ｉ合金を被削材とし、実施例１と同様に切削速度：６０
０m ／min ，切り込み：２mm，送り速度：０．４mm／re
v の切削条件で試験を行った。その結果を表２に示す
が、本発明による工具は、６０分切削後も刃先の欠損が
無く鋭い刃先が維持されていた。一方比較例のNo. ６は
逃げ面摩耗幅が大きく、No. ７は切削５分で刃先欠損が
生じ、No. ８はＴｉＮとろう材の界面で剥離していた。
【００３５】
【表２】
【００３６】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、ダ
イヤモンドとろう材の間に熱伝導率の小さい物質を介在
させることにより、ろう材の温度上昇による軟化、融解
を防止し、厳しい切削条件でも強度低下を招かない様な
耐熱性に優れた気相合成ダイヤモンドろう付け工具が実
現できた。
イヤモンドとろう材の間に熱伝導率の小さい物質を介在
させることにより、ろう材の温度上昇による軟化、融解
を防止し、厳しい切削条件でも強度低下を招かない様な
耐熱性に優れた気相合成ダイヤモンドろう付け工具が実
現できた。
【図１】基板２の表面にダイヤモンド膜１を合成した状
態を示す断面図である。
態を示す断面図である。
【図２】ダイヤモンド膜１上にＳｉＣ膜３を合成した状
態を示す断面図である。
態を示す断面図である。
【図３】基板２を除去して二層膜４を取り出した状態を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図４】二層膜４を母材６にろう付けした状態を示す断
面図である。
面図である。
【図５】本発明の気相合成ダイヤモンドろう付け工具を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
１ ダイヤモンド膜 ２ 基板 ３ ＳｉＣ膜 ４ 二層膜 ５ ろう材層 ６ 工具母材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ３０Ｂ 29/04 Ｗ 8216−4Ｇ (72)発明者 安永 龍哉 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 河田 和久 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内
Claims (8)
- 【請求項１】 気相合成法によって合成されたダイヤモ
ンド膜の片方の面に、炭化物、窒化物、硼化物もしくは
炭窒化物またはこれらの混合物からなる膜が形成された
二層膜が、ダイヤモンド膜側がすくい面となる様に、前
記炭化物、窒化物、硼化物もしくは炭窒化物またはこれ
らの混合物からなる膜側が工具母材にろう付けされると
共に、前記すくい面に相当するダイヤモンド膜の表面粗
さがＲ max で０．３μｍ以下であることを特徴とする気
相合成ダイヤモンドろう付け工具。 - 【請求項２】 ダイヤモンド膜の厚さが０．０５〜１mm
である請求項１に記載の気相合成ダイヤモンド工具。 - 【請求項３】 炭化物、窒化物、硼化物もしくは炭窒化
物またはこれらの混合物からなる膜が、周期律表の４
Ａ，５Ａ，６Ａ族の金属元素およびＳｉよりなる群から
選ばれる１種以上の元素の炭化物、窒化物、硼化物もし
くは炭窒化物またはこれらの混合物である請求項１また
は２に記載の気相合成ダイヤモンドろう付け工具。 - 【請求項４】 炭化物、窒化物、硼化物もしくは炭窒化
物またはこれらの混合物からなる膜の厚さが０．０５〜
２mmである請求項１〜３のいずれかに記載の気相合成ダ
イヤモンドろう付け工具。 - 【請求項５】 炭化物、窒化物、硼化物もしくは炭窒化
物またはこれらの混合物からなる膜の硬さが、ビッカー
ス硬度で１０００kg／mm2 以上である請求項１〜４のい
ずれかに記載の気相合成ダイヤモンドろう付け工具。 - 【請求項６】 ろう付けに用いられるろう材が、周期律
表の４Ａ，５Ａ，６Ａ族の金属元素およびＮｉよりなる
群から選ばれる１種以上の元素と、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕお
よびＰｄよりなる群から選ばれる１種以上の元素を含有
したものである請求項１〜５のいずれかに記載の気相合
成ダイヤモンドろう付け工具。 - 【請求項７】 ろう付けに用いられるろう材の厚さが１
〜２００μｍである請求項１〜６のいずれかに記載の気
相合成ダイヤモンドろう付け工具。 - 【請求項８】 請求項１に記載の気相合成ダイヤモンド
工具を製造するに当たり、表面粗さがＲmax で０．３μ
ｍ以下である基板上に、気相合成法によってダイヤモン
ド膜を合成した後、該ダイヤモンド膜上に更に気相合成
法によって炭化物、窒化物、硼化物もしくは炭窒化物ま
たはこれらの混合物からなる膜を合成し、次いでダイヤ
モンド膜と基板との接合面側が工具すくい面となるよう
に、前記炭化物、窒化物、硼化物もしくは炭窒化物また
はこれらの混合物からなる膜側を工具母材にろう付けす
ると共に、前記基板をろう付けの前または後に除去する
ことを特徴とする気相合成ダイヤモンドろう付け工具の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19013693A JPH0740106A (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | 耐熱性に優れた気相合成ダイヤモンドろう付け工具およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19013693A JPH0740106A (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | 耐熱性に優れた気相合成ダイヤモンドろう付け工具およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0740106A true JPH0740106A (ja) | 1995-02-10 |
Family
ID=16252999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19013693A Withdrawn JPH0740106A (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | 耐熱性に優れた気相合成ダイヤモンドろう付け工具およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0740106A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0891992A (ja) * | 1994-09-28 | 1996-04-09 | Toyo Kohan Co Ltd | ダイヤモンド被覆ろう付け製品の製造方法 |
| CN106457415A (zh) * | 2014-03-24 | 2017-02-22 | 三菱综合材料株式会社 | 复合部件及切削工具 |
| CN110961663A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-04-07 | 辽宁程瑞砂轮有限公司 | 一种用于砂轮精加工的孔径车削刀具及其加工方法 |
-
1993
- 1993-07-30 JP JP19013693A patent/JPH0740106A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0891992A (ja) * | 1994-09-28 | 1996-04-09 | Toyo Kohan Co Ltd | ダイヤモンド被覆ろう付け製品の製造方法 |
| CN106457415A (zh) * | 2014-03-24 | 2017-02-22 | 三菱综合材料株式会社 | 复合部件及切削工具 |
| US10286454B2 (en) | 2014-03-24 | 2019-05-14 | Mitsubishi Materials Corporation | Composite part and cutting tool |
| CN110961663A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-04-07 | 辽宁程瑞砂轮有限公司 | 一种用于砂轮精加工的孔径车削刀具及其加工方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20001003 |