JPS6016306A - 合成ダイヤモンド単結晶バイト - Google Patents

合成ダイヤモンド単結晶バイト

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JPS6016306A
JPS6016306A JP12047383A JP12047383A JPS6016306A JP S6016306 A JPS6016306 A JP S6016306A JP 12047383 A JP12047383 A JP 12047383A JP 12047383 A JP12047383 A JP 12047383A JP S6016306 A JPS6016306 A JP S6016306A
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JP
Japan
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synthetic diamond
diamond
cutting tool
single crystal
tool
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Application number
JP12047383A
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English (en)
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JPH0117801B2 (ja
Inventor
Akito Yoshida
晃人 吉田
Shuji Yatsu
矢津 修示
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B27/00Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B23B27/18Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with cutting bits or tips or cutting inserts rigidly mounted, e.g. by brazing
    • B23B27/20Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with cutting bits or tips or cutting inserts rigidly mounted, e.g. by brazing with diamond bits or cutting inserts

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

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】 (イ)技術分野 本発明は非鉄金属であるアルミニウム、銅あるいはプラ
スチックなどの軟質材料部品を高精度に切削する精密加
工または超精密加工に用いられる単結晶ダイヤモンドバ
イトに、関するものである。
(ロ)従来技術とその問題点 従来精密または超精密加工用バイトに用いられているダ
イヤモンドは全て天然のものである。
通常天然ダイヤモンドは第1図a、bに見られるように
その形状が多様であり、また曲面で囲まれた多面体が大
部分を占めている。一方ダイヤモンド単結晶はその機械
特性が結晶方位によって著しく異なっているため、これ
を工具として用いる場合、工具の形状と結晶方位の関係
がその性能や寿命を決定する極めて重要な要素の1つと
なる。
しかしながら天然ダイヤモンドは前記のように曲面によ
り溝成された形状を持?ため、その結晶方位を正確に見
い出し、工具として最適な方位を持つよう加工すること
は極めて難しい。
また、天然ダイヤモンドは形状だけでなく品質的にも多
様である。例えばダイヤモンドに含まれる代表的な不純
物である窒素の濃度は1 ppm以下から約0.2.1
までの範囲でばらつぎを持っており、しかもこの窒素は
結晶の中に薄板状に析出しているため、熱的及び耐摩性
、強度等の機械的特性に大きな影響を及ぼし、工具とし
ての性能にも大きなばらつきを生じる。
(ハ)発明の構成 本発明は精密加工用バイトに合成ダイヤモンドを用いる
ことにより、前記のような天然ダイヤモンドを用いた場
合の11旧m点を一゛解決したものである。
合成ダイヤモンドの特徴はその形状が第2図に示す如く
、曲面でなくほぼ完全な平面のみで構成された多面体と
なっていることである。またこれらの平面は結晶学上の
平面を正確Q′コ示すものである。
列えは第2図の場合においては、Cは(100)面及び
Oは(111)面を示しており、これを加工の際の基準
とすることで正確な最適結晶方位を刷り出すことができ
る。
本願発明の第1の特徴は、合成ダイヤモンド単結晶中の
窒素濃度が原子比にて101J ppm以下でかつ(1
10)面をすくい面としたことを特徴とする合成ダイヤ
モンド単結晶バイトであり、互いに隣り合う2つの(1
11)面が形成する陵に平行でかつ、この2つの(11
1)面とのなす角度がともに等しくなるような平面、も
しくはこの平面に対して5°以内の傾斜をもつ平面をす
くい而としたことを特徴とする合成ダイヤモンド単結晶
バイトを提供するものである。
特にバイトとじての工具寿命を決定する要素としてすく
い面の方位は重要である。その主な理由は第1には工具
として、耐摩耗性が要求されるすくい面、逃げ而に耐摩
耗四の良好な結晶面を装置すること、第2には工具形状
として、すくい面、逃げ面の相互の角度が900に近い
こと、第3には耐摩耗性の良好な(111)面の加工量
が少ないこと。
以上の3点に要約てきる。このような観点から合成ダイ
ヤモンドの各種の面の配置を検討した結果本発明に到っ
たものであり、工具寿命が長く、経済性のある合成ダイ
ヤモンド単結晶バイトを提供するものである。このよう
にして作成したダイヤモンドバイトの形状は第3図a、
bのようになる。このときず、くい面の面方位は正確に
(110)となり、X線回折等を用いなくとも、10以
内の誤差で加工することが可能である。このようにすく
い面はバイトとしての性能上できるだけ(110)面と
することが望ましいが、すくい角、にげ面の方位等の条
件により(1’lO)面かられずかに傾いた而としても
良い。しかしこの場合も(110)面からの傾きを5°
以内に抑えることが好ましい。
またこのような加工において適当な治具を用いることも
加工を容易にかつ正確に進める上で有効である。なぜな
らば合成ダイヤモンドの結晶面のなす角度は(111)
面同志で109.5° (111)面と(100)面と
で125.3°と常に一定てあり、この角度に合わせた
治具を用いることで結晶の方位を正確に決定することが
できるからである。
品質的にも合成ダイヤモンドは天然ダイヤモンドとは異
なった特性を持つ。第一に合成ダイヤモンドは不純物と
しての窒素が天然ダイヤ七ンiのように析出しておらず
、結晶中に固溶された形で入っている。したがって不純
物が破壊の起点となることは少なく相対的に天然ダイヤ
モンドよりも高い強度を示す。第二に合成ダイヤモンド
の場合、天然とは異なり、合成の際人為的に不純物量を
制卸することが可能であり、窒素濃度を100.1)l
)111以内に抑制することで、天然ダイヤモンドに対
し約1.5〜3倍の耐摩耗性を示すことが確認されてい
る。
以上のような理IJ口てより、合成ダイヤモンド原石よ
り加工して作成した;清密加工用バイトは天然ダイヤモ
ンドを防用した場合に比べはるかに安定した性能を示し
、かつ長寺命となる。
実施例(1) 第1図に示す形状の合成ダイヤモンドの原石(約0,0
ct) を4、ケ、第3図aの形状に加工しシャンクに
埋め込み、精密加工用バイトとじて切削テストを行なっ
た。また比較のため、天然ダイヤモンド原石4.ケにつ
いても11号様のバイトを作製し切削テストを行った。
結晶の面方位は、すくい面を(1’IO)面とし、1)
「にげ面を(,110)而から4・0傾いた面としたが
、合成ダイヤモンドが十ピ以内の誤差で加工できたのに
対し、天然ダイヤモンドは原石形状が平面で41り成さ
れていないため正確な方位を割り出すことができず、±
5°の範囲でバラツいていた。切削テストは湿式で行な
い、彼削材として99.9 %純アルミの直径200 
mmの丸棒を軸回転数150 Orpm、切り込み量1
0μ、送り量4,0μの条件で切削し、−波削面の面M
L度が0、1μn〕となったところでバイトとじての工
具寿命と判定した。テスト結果を表1に示す。
テスト後のバイト刃先を走査型電子顕微鏡により観察し
たところ、8ケのバイトはいずれも摩耗により寿命とな
っており、欠は等はほとんど見られなかった。表1の結
果から天然ダイヤモンドを用いたバイトの寿命は4.〜
41 kmとバラツキが大きく、これに対し合成ダイヤ
モンドの方は39〜62kvbと安定した性能を示して
いる。また平均寿命においても合成ダイヤモンドは天然
の約2倍となっており、バイトとして秀れた性能を示し
た。
【図面の簡単な説明】
第1図はα、ダとも天然ダイヤモンドの代表的な形状を
示す。第2図はC(100)而及び0(111)面で囲
まれた合成ダイヤモンドの代表的形状、第312目よ合
成ダイヤモンドを゛バイトトシて加工したときの形状を
示す。図中3は、すくい而41. /II′は前にげ面
であり、aは前にげ而を平面にした場合、dは前にげ而
を曲面にした場合を示す。 3:・・・・・・・・110面を示す。 第10 沈 ネ 千2図 第3図 必 6 手 続 補 正 沈 昭和58年10月72日 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 クヘ“ ′+ン !、事件の表示 昭和58年特許願第120473号 2発明の名称 合成ダイヤモンド単結晶バイト 8 補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 大阪市東区北浜5丁目15番地名称(213)
 住友電気工業株式会社は長 用上哲部 4、代 理 人 住 所 大阪市此花区島屋1丁目1番3号住友電気工業
株式会社内 6、補正の列象 明利1.!)中、特許請求の範囲のイ1.11及び発明
の訂: 、1′111な1呪明の41,11 7袖正の内容 (1)特許請求の範囲を別紙のとお9訂正する。 (2)明卸1 ’rL中、第3頁16行目から第4頁1
8も一目の記載を次のとおシ訂正する。 [特にバイトとじての工具寿命を決定する9素として、
すくい而の面方位は極めて重要である。合成ダイヤモン
ドの場合、その結晶を形成する互いに隣り介92つの(
III)而が形成する陵に平行でかつこの2つの(II
I)面とのなす角度がともに等しくなるような甲面がす
くい面となるよう加二[二することが最も好ましい結晶
方位の取り力と言える。 このようにして作成したグイ」 特許請求の範囲 を特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の合成ダイ
A・センド単結晶バイl−,/ 1、事件の表示 昭和58年特許願第120473号 2、発明の名称 合成ダイヤモンド]5結晶ハイド 3、補正をする者 事1!1゛との関係 特許出願人 任 所 大阪市東区北浜5丁目15番地名 称(213
) 住友電気工業株式会社社長 用上哲部 l′11代理人 住 所 大阪市此花区島屋1丁目1番3号住友電気工業
株式会社内 6、補正の対象 明細書中、発明の詳細な説明の謂、 7、補正の内容 (1)明細書中の第6頁、6行目と7行目の間に次の文
を挿入する。 「合成ダイヤモンドの強度と主要な不純物である窒素と
の関係な調へるために、窒素含有量が0.2〜200P
PMの合成ダイヤモンドを合成した。比較のためにハイ
ド用の天然ダイヤモンドを使用した。合成ダイヤモンド
中の窒1はR,M、 CI+renko、H,M、 S
trongR、E 、 Tuft ; Pbi Ios
upl+1cal Magazine Vol、23.
P313(197りに示された方法で、赤外分光分析に
より間接的に同プシシた。 ダイヤモンドの破壊強度は、井用直哉、島u1尚−;精
密憔械、/18巻2号(19[+2) 、P177に記
されている半球状の端面を有するダイヤモンド針を試料
表面に押しっけ、ヘルツ応力によりダイヤモンド試料表
面にクラックが発生ずる荷重をめることで測定した。バ
イト用の天然ターfヤモントは赤外分光分析によると全
て窒素の集合体に相当する吸収か観察され、また窒素含
有量は約2PPMから2000PPMの広い範囲にばら
ついていた。 一方合成ダイヤモンI・は全て窒素が均一固溶したもの
に相当する吸収を示した。vi壊強度の測定結果は天然
ダイヤモンドが15〜25GPa範囲に全て含まれたの
に対して合成ダイヤモンドは均一固溶した窒素の量と良
い相関を示し、窒素量0.2PPMのものは31GPa
、IQOPPMのものは25GPa、200PPMのも
のは20 G P aてあった。 このことから1100PPまでの窒素を含有する合成ダ
イヤモンドは通常のハイド用天然汐イヤモントより高強
度であることが判明した。」 (2)同書、同頁122行目 「第1図」を「第2図」に訂正する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)合成ダイヤモンド単結晶中の窒素濃度が原子比に
    て1001)I)m以下でかつ(110)面をすくい面
    としたことを特徴とする合成ダイヤモンド単結晶バイ 
    ト。 (21(110)面力i、互いに隣り合う2つの(1,
    11)又は(100)前面により形成される陵に平行で
    、かつその2つの(111)又は(100)血餅とのな
    す角度がともに等しくなるような平面、もしくは該平面
    に対して5°以内の傾斜をもつ平面をすくい面とするこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の合成ダ
    イヤモンド単結晶バイト。
JP12047383A 1983-07-01 1983-07-01 合成ダイヤモンド単結晶バイト Granted JPS6016306A (ja)

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JP12047383A JPS6016306A (ja) 1983-07-01 1983-07-01 合成ダイヤモンド単結晶バイト

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JPS6016306A true JPS6016306A (ja) 1985-01-28
JPH0117801B2 JPH0117801B2 (ja) 1989-04-03

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JPH0117801B2 (ja) 1989-04-03

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