JPH11245103A

JPH11245103A - ダイヤモンド焼結体工具およびその製造方法

Info

Publication number: JPH11245103A
Application number: JP4930198A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Kaneda; 泰幸金田; Yasunobu Ogata; 康伸緒方; Kunihiro Tomita; 邦洋富田; Tetsuo Nakai; 哲男中井
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1998-03-02
Publication date: 1999-09-14
Anticipated expiration: 2018-03-02
Also published as: JP3974993B2

Abstract

(57)【要約】【課題】耐溶着性および耐欠損性に優れかつ強度が高
いダイヤモンド焼結体工具を提供する。【解決手段】ダイヤモンド焼結体工具は、鉄族金属を
第１の含有率で含む内部と、その内部を取囲み、第１の
含有率よりも低い第２の含有率で鉄族金属を含む表面部
とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ダイヤモンド焼
結体工具およびその製造方法に関し、特に、耐溶着性、
耐欠損性および強度に優れたダイヤモンド焼結体工具お
よびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンド焼結体は、耐摩耗性と強度
に優れるために、切削工具、掘削工具、線引きダイス工
具などのように強度と耐摩耗性が要求される分野におい
て工具素材として広く用いられている。このようなダイ
ヤモンド焼結体は、たとえば特公昭５２−１２１２６号
公報に記載されているように、タングステンカーバイト
−コバルト超硬合金製の容器にダイヤモンド粉末を充填
して高温高圧下で焼結させたものが知られている。ま
た、特公昭５４−１１４５１３号公報には、ダイヤモン
ド粉末と鉄族金属の粉末とを予め混合し、この混合粉末
を高温高圧下に保持することにより得られるダイヤモン
ド焼結体が記載されている。

【０００３】これらのダイヤモンド焼結体は、焼結ダイ
ヤモンド粒子の間に焼結助剤としてのコバルトなどの鉄
族金属を含む。

【０００４】また、ダイヤモンド焼結体の耐熱性を向上
させたものとして、ダイヤモンド焼結体の全体から鉄族
金属を除去したものが特開昭５３−１１４５８９号公報
や特開平７−１５６００３号公報に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
鉄族金属を含むダイヤモンド焼結体を工具として用いた
場合には、軟質金属、特にアルミニウム合金の切削加工
においては、切削条件によって工具の刃先に被削材が溶
着し、被削材の仕上げ面粗さや加工精度を悪化させると
いう問題が生じていた。

【０００６】また、鉄族金属を除去したダイヤモンド焼
結体においては、ダイヤモンド焼結体内に空隙が存在し
ており、強度が低いため欠損などが発生しやすいという
問題があった。

【０００７】そこで、この発明は、上述のような問題点
を解決するためになされたものであり、アルミニウム合
金などの軟質金属の溶着を抑制でき、かつ強度および耐
欠損性に優れたダイヤモンド焼結体工具を提供すること
を目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、アルミニ
ウム合金の切削におけるダイヤモンド焼結体工具表面で
の被削材の溶着に関しさまざまな調査を行なった結果、
被削材の溶着は、ダイヤモンド焼結体工具内に含まれる
鉄族金属（鉄、コバルト、ニッケル）に起因しているこ
とを見い出した。

【０００９】すなわち、工具のすくい面または逃げ面で
は、工具素材であるダイヤモンド焼結体とアルミニウム
合金が接触している。化学的に安定であるダイヤモンド
と、アルミニウムとは濡れ性が悪い。

【００１０】ここで、「濡れ」とは、通常は固体と液体
との接触のしやすさをいうが、本明細書中では、工具と
被削材の密着のしやすさをいう。そのため、「濡れ性が
悪い」とは、工具と被削材とが接触した場合に、それら
が密着しないことをいう。また、「濡れ性がよい」とは
工具と被削材が接触した場合に、それらが密着しやすい
ことをいう。

【００１１】ダイヤモンド焼結体中で焼結助剤として用
いられる鉄族金属（コバルト、鉄、ニッケル）は、被削
材としてのアルミニウムとの濡れ性がよいため、アルミ
ニウムがダイヤモンド焼結体工具の表面の鉄族金属に密
着する。その後、ダイヤモンド焼結体工具の表面全体に
わたりアルミニウムの溶着が広がっていくことを見い出
した。

【００１２】したがって、この溶着を防止するために
は、ダイヤモンド焼結体工具の表面に存在する鉄族金属
を除去することにより、ダイヤモンド焼結体工具の耐溶
着性は大幅に改善される。

【００１３】しかしながら、従来のように、ダイヤモン
ド焼結体全体から鉄族金属を除去した場合には、ダイヤ
モンド焼結体中に空隙が多く存在することとなり、強度
が低く、欠損などが発生しやすくなる。そこで、本発明
では、ダイヤモンド焼結体工具の表面部のみから鉄族金
属を除去することにより、強度の低下や欠損などの発生
を防止することとした。

【００１４】このような知見によりなされた本発明のダ
イヤモンド焼結体工具は、鉄族金属を第１の含有率で含
む内部と、その内部を取囲み、第１の含有率よりも低い
第２の含有率で鉄族金属を含む表面部とを備える。

【００１５】このような構成とすることにより、表面部
では鉄族金属の含有率が低いため、この表面部にアルミ
ニウムが溶着しにくくなる。また、内部では、表面部よ
りも多くの鉄族金属が存在するため、内部での空隙の発
生を抑制できる。そのため、強度や耐欠損性が低下しな
い。

【００１６】また、第２の含有率は２．０重量％以下で
あることが好ましい。また、ダイヤモンド焼結体工具の
表面からの深さが２ｎｍ以上５０００ｎｍ以下の部分が
表面部であることが好ましい。

【００１７】また、焼結ダイヤモンド粒子の含有率が９
６体積％以下の比較的ダイヤモンド含有率が低い焼結
体、または焼結ダイヤモンド粒子の径が６０μｍ以下の
焼結体でアルミニウムの溶着が特に発生しやすい。ま
た、実際に製造可能な焼結ダイヤモンド粒子の径の最小
値は０．１μｍであり、かつ、その場合のダイヤモンド
含有率が８０体積％であるため、本発明の効果が最も顕
著に現れるのは、ダイヤモンド粒子の径が０．１μｍ以
上６０μｍ以下の範囲であるか、または、焼結ダイヤモ
ンド粒子の含有率が８０体積％以上９６体積％以下のダ
イヤモンド焼結体工具である。

【００１８】また、ダイヤモンド焼結体工具は工具母材
にろう付けされていることが好ましい。

【００１９】さらに、表面部に、すくい面および逃げ面
の少なくとも一方が形成されていることが好ましい。

【００２０】また、このようなアルミニウム合金からな
る被削材の溶着は、切削条件にも大きく影響される。特
に、切削速度が２００ｍ／ｍｉｎ以下の加工条件では、
ダイヤモンド焼結体工具の表面で溶着が発生しやすい。
そのため、切削速度の向上が難しい穴加工工具、たとえ
ばリーマ工具、エンドミル工具、ドリル工具、ボーリン
グ工具などでは、本発明を用いることにより、耐溶着性
に関して顕著な効果が現れる。

【００２１】また、この発明の１つの局面に従ったダイ
ヤモンド焼結体工具の製造方法は以下の工程を備える。

【００２２】（１）鉄族金属を含むダイヤモンド焼結
体を準備する工程。（２）ダイヤモンド焼結体を加工することにより、ダ
イヤモンド焼結体工具を形成する工程。

【００２３】（３）ダイヤモンド焼結体工具を酸溶液
に浸すことにより、表面部から鉄族金属を除去して表面
部の鉄族金属の含有率を内部よりも小さくすることによ
りダイヤモンド焼結体工具に表面処理を施す工程。

【００２４】また、この発明の別の局面に従ったダイヤ
モンド焼結体工具の製造方法は、以下の工程を備える。

【００２５】（１）鉄族金属を含むダイヤモンド焼結
体を準備する工程。（２）ダイヤモンド焼結体を酸溶液に浸すことによ
り、ダイヤモンド焼結体の表面部から鉄族金属を除去し
てダイヤモンド焼結体の表面部の鉄族金属の含有率を内
部よりも小さくすることによりダイヤモンド焼結体に表
面処理を施す工程。

【００２６】（３）表面処理されたダイヤモンド焼結
体を加工することにより、ダイヤモンド焼結体工具を得
る工程。

【００２７】これらのダイヤモンド焼結体の製造方法に
おいては、表面部での鉄族金属の含有率が内部よりも小
さくなるため、耐溶着性、強度、耐欠損性に優れたダイ
ヤモンド焼結体工具を得ることができる。

【００２８】また、酸溶液は硝酸、フッ酸および塩酸か
らなる群より選ばれた少なくとも１種を含むことが好ま
しい。

【００２９】また、表面部において、鉄族金属の含有率
が２．０重量％以下であることが好ましい。

【００３０】

【実施例】（実施例１）まず、径の大きさが０．１〜４
μｍの範囲内のダイヤモンド粒子を用意した。また、鉄
族金属（コバルト、鉄およびニッケル）の粒子からなる
焼結助剤を準備した。ダイヤモンドの含有率が９０体積
％となるようにダイヤモンド粒子と鉄族金属とをボール
ミルにより混合し、混合粉末を形成した。この混合粉末
を真空中で温度８００℃で１時間熱処理した後、超硬合
金製のカプセルに充填して圧力５００００気圧、温度１
４００℃の条件に１時間保ち焼結させた。これにより、
焼結ダイヤモンド焼結粒子の径が０．１〜４μｍで鉄族
金属の含有率が１５重量％のダイヤモンド焼結体を得
た。

【００３１】同様の工程を繰返し、同じ組成の５つのダ
イヤモンド焼結体を得た。これら５つのダイヤモンド焼
結体のそれぞれを、２枚の切れ刃を有するリーマ工具の
形状に加工した。

【００３２】これらのリーマ工具を、表１で示す時間だ
け酸溶液（王水）に浸すことにより、リーマ工具の表面
部分から鉄族金属を除去して、サンプルＮｏ．１〜５を
得た。また、サンプルＮｏ．１〜５について、鉄族金属
の含有率が２．０重量％以下の部分の深さを調べた。そ
の結果を表１に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】次に、上述のサンプルＮｏ．１〜５につい
て、以下に示す切削条件にて被削材の加工を行なった。

【００３５】被削材：アルミニウム合金（ＪＩＳ呼称Ａ
６０６１、Ｔ６処理材）加工穴径：１５ｍｍ切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ工具送り量：０．１ｍｍ／ｒｅｖクーラント：水溶性切削液この切削加工により、リーマ工具の逃げ面およびすくい
面の少なくとも一方に溶着が発生したかを調べた。ま
た、被削材の仕上げ面粗さ（Ｒ_max）を調べた。その結
果を表２に示す。

【００３６】

【表２】

【００３７】表２より、サンプルＮｏ．３および４で
は、鉄族金属が少ない部分が適切な深さとなっているた
め、アルミニウム合金の溶着が生じることなく、優れた
仕上げ面粗さが得られることが明らかになった。これに
対して、表面に鉄族金属が多く存在しているサンプルＮ
ｏ．１や鉄族金属が少ない部分が浅いサンプルＮｏ．２
では、すくい面にアルミニウム合金の溶着が発生し、こ
れに起因する仕上げ面の粗さの悪化が認められた。ま
た、サンプルＮｏ．５では、鉄族金属が少ない部分が深
く存在したため、空隙を有する部分が大きくなり工具刃
先に欠損が生じ、継続した切削加工が不可能となった。

【００３８】（実施例２）まず、表３で示す粒子径のダ
イヤモンド粒子を用意した。これらのダイヤモンド粒子
と鉄族金属とを混合し、実施例１と同様に熱処理および
焼結することによりダイヤモンド焼結体（サンプルＮ
ｏ．１〜１８）を得た。それぞれのサンプルについて、
焼結ダイヤモンド粒子の径を測定したところ、焼結ダイ
ヤモンド粒子の径は焼結前のダイヤモンド粒子の径と等
しかった。またダイヤモンド含有率と鉄族金属の含有率
とを測定した。その結果を表３に示す。

【００３９】

【表３】

【００４０】次に、サンプルＮｏ．１１〜１４について
６０重量％の塩酸溶液中に浸すことにより、ダイヤモン
ド焼結体の表面部分から鉄族金属を除去した。これらサ
ンプルについて、鉄族金属の含有率が２．０重量％以下
の部分の深さを測定した。その結果を表４に示す。

【００４１】

【表４】

【００４２】次に、サンプルＮｏ．１〜１８で示すダイ
ヤモンド焼結体をドリルの刃先の形状に加工した。この
とき、サンプルＮｏ．１１〜１４では、逃げ面およびす
くい面の表面からの深さが２５ｎｍの部分において鉄族
金属の含有率が２．０重量％以下となった。このドリル
の刃先を超硬合金製のドリル工具母材にろう付け接合
し、ドリル工具を作製した。このドリル工具を用いて以
下の条件でドリル加工を行なった。

【００４３】被削材：アルミニウム合金（ＪＩＳ呼称Ａ
ＤＣ１２、Ｔ６処理材）ドリル径：５ｍｍ切削速度：５０ｍ／ｍｉｎ工具送り量：０．０８ｍｍ／ｒｅｖクーラント：水溶性切削液ドリル加工の終了後、ドリルの刃先にアルミニウム合金
の溶着が生じたか否か調べた。また加工穴の径を調べ
た。その結果を表５に示す。

【００４４】

【表５】

【００４５】表５より、表面部での鉄族金属の含有率が
小さいサンプルＮｏ．１１〜１４については、アルミニ
ウム合金が溶着していないことがわかる。また、加工穴
径の規格、すなわち、誤差として許される範囲は５±
０．００６ｍｍであるため、サンプルＮｏ．１１〜１４
で製造した加工穴については、この規格内であることが
わかる。

【００４６】一方、サンプルＮｏ．１５〜１７について
は、刃先の表面で鉄族金属を除去していないため、すな
わち刃先の表面に鉄族金属が多く存在しているため、ア
ルミニウム合金の溶着が発生し、規格内の加工穴径を得
るのが困難であった。また、サンプルＮｏ．１８につい
ては、刃先の表面に鉄族金属が存在していたもののダイ
ヤモンド粒子の径が大きいため、わずかな溶着となっ
た。そのため、規格内の加工穴径を得ることが可能であ
った。これらの結果より、特に、焼結ダイヤモンド粒子
の径が小さくかつダイヤモンドの含有率が低い焼結体に
おいて、本発明を適用すれば溶着防止に対して効果的で
あることがわかった。

【００４７】今回開示された実施例はすべての点で例示
であって制限的なものではないと考えられるべきであ
る。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の
範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味およ
び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。

【００４８】

【発明の効果】この発明によれば、耐溶着性、耐欠損性
に優れ、強度の高いダイヤモンド焼結体工具を提供でき
るという効果がある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中井哲男兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄族金属を第１の含有率で含む内部と、前記内部を取囲み、前記第１の含有率よりも低い第２の
含有率で前記鉄族金属を含む表面部とを備えたことを特
徴とする、ダイヤモンド焼結体工具。
【請求項２】前記第２の含有率は２．０重量％以下で
あることを特徴とする、請求項１に記載のダイヤモンド
焼結体工具。
【請求項３】前記ダイヤモンド焼結体工具の表面から
の深さが２ｎｍ以上５０００ｎｍ以下の部分が前記表面
部であることを特徴とする、請求項１または２に記載の
ダイヤモンド焼結体工具。
【請求項４】焼結ダイヤモンド粒子を含み、前記焼結
ダイヤモンド粒子の径は０．１μｍ以上６０μｍ以下で
あることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に
記載のダイヤモンド焼結体工具。
【請求項５】焼結ダイヤモンド粒子を含み、前記焼結
ダイヤモンド粒子の含有率は８０体積％以上９６体積％
以下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか
１項に記載のダイヤモンド焼結体工具。
【請求項６】工具母材にろう付けされていることを特
徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のダイヤ
モンド焼結体工具。
【請求項７】前記表面部にすくい面および逃げ面の少
なくとも一方が形成されていることを特徴とする、請求
項１〜６のいずれか１項に記載のダイヤモンド焼結体工
具。
【請求項８】鉄族金属を含むダイヤモンド焼結体を準
備する工程と、前記ダイヤモンド焼結体を加工すること
により、ダイヤモンド焼結体工具を形成する工程と、前記ダイヤモンド焼結体工具を酸溶液に浸すことによ
り、表面部から前記鉄族金属を除去して前記表面部の前
記鉄族金属の含有率を内部よりも小さくすることによ
り、前記ダイヤモンド焼結体工具に表面処理を施す工程
とを備えたことを特徴とする、ダイヤモンド焼結体工具
の製造方法。
【請求項９】鉄族金属を含むダイヤモンド焼結体を準
備する工程と、前記ダイヤモンド焼結体を酸溶液に浸すことにより、前
記ダイヤモンド焼結体の表面部から前記鉄族金属を除去
して前記ダイヤモンド焼結体の前記表面部の前記鉄族金
属の含有率を内部よりも小さくすることにより、前記ダ
イヤモンド焼結体に表面処理を施す工程と、表面処理された前記ダイヤモンド焼結体を加工すること
により、ダイヤモンド焼結体工具を得る工程とを備えた
ことを特徴とする、ダイヤモンド焼結体工具の製造方
法。
【請求項１０】前記酸溶液は、硝酸、フッ酸および塩
酸からなる群より選ばれた少なくとも１種を含むことを
特徴とする、請求項８または９に記載のダイヤモンド焼
結体工具の製造方法。
【請求項１１】前記表面部において前記鉄族金属の含
有率が２．０重量％以下であることを特徴とする、請求
項８〜１０のいずれか１項に記載のダイヤモンド焼結体
工具の製造方法。