JPS61142004A - Diamond cutting tool - Google Patents

Diamond cutting tool

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Publication number
JPS61142004A
JPS61142004A JP26464084A JP26464084A JPS61142004A JP S61142004 A JPS61142004 A JP S61142004A JP 26464084 A JP26464084 A JP 26464084A JP 26464084 A JP26464084 A JP 26464084A JP S61142004 A JPS61142004 A JP S61142004A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cutting
diamond
cutting edge
cutting tool
ultra
Prior art date
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Pending
Application number
JP26464084A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Miyamoto
雅彦 宮本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
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Publication of JPS61142004A publication Critical patent/JPS61142004A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

Abstract

PURPOSE:To make it possible to perform ultra precision cutting on the iron system or nickel system metallic material by providing one or more layer of ceramic coating on the cutting edge of blade section made of diamond. CONSTITUTION:A cutting edge 9 is provided to the blade section with a single crystal diamond chip 2 blazed to a cutting tool shank section 1. And the cutting edge 9 is extremely sharply polished together with a rake face 3 and front flank 4. The blade section having a single TiN coating layer 6 of several mum in thickness uniformly ceramic coated on a single crystal diamond 5 makes it possible to perform ultra precision cutting on the iron system or nickel system metallic material having high chemical affinity with diamond.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ダイヤモンドバイト、中でもダイヤモンドと
化学的親和性が高い金属材料の超精密切削加工に適用し
得るように改良されたダイヤモンドバイトに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a diamond cutting tool, and particularly to a diamond tooling tool that has been improved so that it can be applied to ultra-precision cutting of metal materials that have a high chemical affinity with diamond.

[従来の技術] 従来より、超精密切削加工用用のバイトとして、単結晶
ダイヤモンドバイトが知られている。
[Prior Art] Single-crystal diamond cutting tools have been known as cutting tools for ultra-precision cutting.

しかしながら、ダイヤモンドは、鉄系、ニッケル系等の
金属との化学的親和性が極めて高く、このためこのよう
な金属材料の超精密切削加工を行なおうとしても極度の
バイト摩耗が生じてダイヤモンドの鋭利な切刃が失われ
てしまい、実質的な切削加工はできないのが実情であっ
た。このため、ダイヤモンドバイトを用いた超精密切削
加工の金属材料への適用は、上記のような化学的親和性
を有しない銅系、アルミニウム系等の軟質金属のみに限
定されている。
However, diamond has an extremely high chemical affinity with metals such as iron and nickel, and for this reason, even when ultra-precision cutting of such metal materials is attempted, extreme cutting tool wear occurs and the diamond is damaged. The actual situation was that the sharp cutting edge was lost, making it impossible to perform any actual cutting operations. For this reason, the application of ultra-precision cutting using a diamond cutting tool to metal materials is limited to soft metals such as copper-based and aluminum-based metals that do not have the above-mentioned chemical affinity.

このようなダイヤモンドバイトとは別に、通常の切削加
工に広く用いられている超硬合金あるいはCBN (立
方晶窒化ホウ素)等のバイト材料を超精密切削加工用の
バイトに適用することも考えられるが、これら材料は上
記のような金属材料と化学的に安定ではあるものの、一
般には粉末原料をバインダー等とともに焼結することに
よって得られる粉末焼結材であるが為、超精密切削加工
に適する鋭利で微小な凹凸のない切刃を作成することが
困難であり、超精密切削加工用バイト材料としては不適
当であった。
Apart from such diamond cutting tools, it is also possible to use cutting tools such as cemented carbide or CBN (cubic boron nitride), which are widely used in ordinary cutting, as tools for ultra-precision cutting. Although these materials are chemically stable with the metal materials mentioned above, they are generally powder sintered materials obtained by sintering powder raw materials with a binder, etc., so they have sharp edges suitable for ultra-precision cutting. It was difficult to create a cutting edge without minute irregularities, making it unsuitable as a tool material for ultra-precision cutting.

また、最近、超硬合金等の母材−Lに化学的に安定で、
しかも高硬度な炭化物、窒化物あるいは酸化物等のセラ
ミック材料をコーティングすることによって耐摩耗性を
向−ヒさせたバイトも開発、市販されているが、この種
のバイトも母材に上記のような粉末焼結材を用いる為、
鋭利な切刃を有しておらず、超精密切削加工には不向き
であり、現状では単結晶ダイヤモンドに代る適当なバイ
ト材料もないため、ダイヤモンドとの化学的親和性が高
い前述のような金属材料の超精密切削加工は行ない得な
い情況にある。
In addition, recently, chemically stable base materials such as cemented carbide,
In addition, tools have been developed and marketed that have improved wear resistance by coating them with ceramic materials such as highly hard carbides, nitrides, or oxides. Because we use powdered sintered material,
It does not have a sharp cutting edge, making it unsuitable for ultra-precision machining, and there is currently no suitable cutting tool material to replace single-crystal diamond. The situation is such that ultra-precision cutting of metal materials is not possible.

[発明が解決しようとする問題点] 本発明は、上記の諸点に鑑み為されたものであって、木
発明の主たる目的は、上記従来例のダイヤモンドバイト
の持つ欠点を解消し、鉄系、ニッケル系等の金属材料の
超精密切削加工をも可能とする新規な単結晶ダイヤモン
ドバイトを提供することにある。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and the main purpose of the wooden invention is to eliminate the drawbacks of the conventional diamond bit, and to The object of the present invention is to provide a new single-crystal diamond cutting tool that enables ultra-precision cutting of metal materials such as nickel.

[問題点を解決するための手段] 上記目的を達成する本発明のダイヤモンドバイトは、シ
ャンクと、切刃を有する刃部とを備えており、少なくも
該刃部が単結晶ダイヤモンドで構成されるとともに、一
層以上のセラミックコーティング層が該刃部を構成する
ダイヤモンドの少なくも切刃上に設けられていることを
特徴とするものである。
[Means for Solving the Problems] A diamond cutting tool of the present invention that achieves the above object includes a shank and a blade portion having a cutting edge, and at least the blade portion is made of single crystal diamond. Additionally, one or more ceramic coating layers are provided on at least the cutting edge of the diamond constituting the blade portion.

[発明の実施態様] 以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明の詳細な
説明する。
[Embodiments of the Invention] The present invention will be described in detail below with reference to the drawings as necessary.

第1図は、本発明のダイヤモンドバイトの一実施態様を
説明する図であり、該バイトの斜視図である。尚、第1
図では、セラミックコーティング実施前の状態が示され
ている。
FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of the diamond cutting tool of the present invention, and is a perspective view of the cutting tool. Furthermore, the first
The figure shows the state before ceramic coating is performed.

第1図に示されるように、本例のダイヤモンドバイトは
、旋盤、中ぐり盤、平削り盤等の切削機械への取付は部
であるシャンク(以下、バイトシャンク部1)に、刃部
を構成するチップ、本例では単結晶ダイヤモンドから成
るダイヤモンドチップ2が、ろう付は等の周知の接合手
段によって取付けられた構成を有する。
As shown in Fig. 1, the diamond cutting tool of this example has a blade part attached to the shank (hereinafter referred to as the cutting tool shank part 1), which is the part that is used for mounting on cutting machines such as lathes, boring machines, and planing machines. The constituting chip, in this example a diamond chip 2 made of single crystal diamond, is attached by known joining means such as brazing.

刃部には切刃9が設けられる。切刃9を構成するに際し
ては、一般に、すくい面や前逃げ面を設ける等、切削を
容易にし、あるいは切削効率を高める等の種々の目的に
応じて各種の手段が講じられるのが普通であるが、もち
ろん木発明に於いてもこのような各種の手段が講じられ
ている。ちなみに本例のバイトでは、切刃9は、すくい
面3及び前逃げ面4とともに、テーブル研磨等の周知の
手段によって1000分の数uRmax程度の粗さまで
什トげられた極めて鋭利なものとなっている。
A cutting edge 9 is provided on the blade portion. When configuring the cutting blade 9, various measures are generally taken to facilitate cutting or increase cutting efficiency, such as providing a rake face or a front flank face, depending on various purposes. However, of course, various such measures are taken in wood inventions as well. Incidentally, in the cutting tool of this example, the cutting edge 9, together with the rake face 3 and front flank face 4, is extremely sharp and has been polished to a roughness of about a few uRmax by a known method such as table polishing. ing.

このような切刃9は、加工表面粗さ精度が0.01〜0
.I JIJII Rmax程度を要求される超精密切
削加工を行なうためには、極めて鋭利であるとともに、
切削対象とされる被切削物との接触面において微小な凹
凸を有さないことが必要である。しかしながら、従来の
超硬合金やCBN等を用いたバイトでは、これらバイト
材料が粉末焼結材料であり、微視的には各種火きさの粒
子がマトリックスを介して結合され、また場合によって
は気孔等をも含む不均質な内部組織を有するため、単一
粒子で構成され、その内部組織が均質な単結晶とは異な
り、たとえいくら研磨精度を向上させたとしてもこれら
粒子や気孔等に起因する微小な凹凸を上記切刃上に生じ
ることが避けられない。また。
Such a cutting edge 9 has a processing surface roughness accuracy of 0.01 to 0.
.. I JIJII In order to perform ultra-precision cutting that requires approximately Rmax, it must be extremely sharp and
It is necessary that there be no minute irregularities on the contact surface with the object to be cut. However, in conventional bits using cemented carbide, CBN, etc., these bit materials are powder sintered materials, and microscopically, particles of various intensities are bonded through a matrix, and in some cases, Unlike a single crystal, which is composed of single particles and has a homogeneous internal structure, it has a heterogeneous internal structure that also contains pores. It is unavoidable that minute irregularities occur on the cutting edge. Also.

コーティングを行なったとしても下地の凹凸がコーテイ
ング面上に残り、切刃上に微小な凹凸を生じることが避
けられない。しかるに木発明では、上記のような不均質
性を木質的に有することのない単結晶を用いるので、上
記のような微小な凹凸のない切刃を構成することができ
、超精密切削加工を好適に実施することが可能である。
Even if coating is performed, the unevenness of the base will remain on the coated surface, and it is inevitable that minute unevenness will occur on the cutting edge. However, since wood invention uses a single crystal that does not have the above-mentioned inhomogeneity in wood quality, it is possible to construct a cutting edge without the above-mentioned minute irregularities, making it suitable for ultra-precision cutting. It is possible to implement

このような切刃を構成する際の加工手段は特に限定され
ず、要求される切削精度等に応じ、研磨手段等の周知の
方法を適宜選択して行なうことが可能である。
The processing means used to construct such a cutting edge is not particularly limited, and a well-known method such as polishing means can be selected as appropriate depending on the required cutting accuracy and the like.

第2図には、セラミックコーティング、本例ではTiN
の単層コーティング実施後の完成された状態における第
1図のバイトの刃部の部分断面図が示されている。
Figure 2 shows a ceramic coating, in this example TiN.
1 is a partial cross-sectional view of the cutting tool of FIG. 1 in a completed state after carrying out a single-layer coating.

第2図に示される如く、本例のバイトは、コーティング
下地としての単結晶ダイヤモンド5上にスパッタリング
法で形成された単一層構成のTiNコーティング層6が
、数μs程度の膜厚で均一に被覆された構成の刃部を有
する。勿論、このようなコーティングを実施することに
よって切刃10の鋭利さが失われることはなく、このよ
うなセラミックコーティング層を設けることにより、ダ
イヤモンドとの化学的親和性が高いために従来は困難で
あった鉄系、ニッケル系等の金属材料の超精密切削加工
が可能となる。ちなみに本例のバイトでは、 TiNコ
ーティング層6の表面粗さは、すくい面7、前逃げ面8
ともに2/IQO〜3/100 u Rmaxであり、
切刃10は超精密切削に十分な鋭利さを有していた。こ
のバイトを用いて統Ni材の旋盤による超精密切削を試
みたところ、表面粗さ?/100100uRの鏡面を得
ることができた。
As shown in FIG. 2, the cutting tool of this example has a single-layer TiN coating layer 6 formed by sputtering on a single-crystal diamond 5 as a coating base, which is uniformly coated with a film thickness of about several μs. It has a blade with a similar configuration. Of course, by applying such a coating, the sharpness of the cutting edge 10 is not lost, and by providing such a ceramic coating layer, it is possible to improve the sharpness of the cutting edge 10, which was previously difficult due to its high chemical affinity with diamond. Ultra-precision cutting of metal materials such as iron and nickel becomes possible. By the way, in the cutting tool of this example, the surface roughness of the TiN coating layer 6 is as follows: rake face 7, front flank face 8
Both are 2/IQO ~ 3/100 u Rmax,
The cutting edge 10 had sufficient sharpness for ultra-precision cutting. When I tried ultra-precision cutting of Ni material using a lathe using this tool, I noticed that the surface was rough. /100100uR could be obtained.

本発明のバイトは、上記TiNコーティング層6等のセ
ラミックコーティング層を単結晶ダイヤモンド5上に設
けることによって完成するが、コーティングは本例の如
くバイトとしての外観が形成された後に行なっても良い
し、切刃を含む刃部が予め所望の精度、形状に仕上げら
れたダイヤモンドチップにコーティングを施した後、こ
れをシャンクに取付けてバイトを完成させる等のことも
勿論可能である。このようなコーティング層は、上記例
の如く単層としてもよいし、また必要に応じて2層以上
とするることも可能である。
The cutting tool of the present invention is completed by providing a ceramic coating layer such as the TiN coating layer 6 above on the single crystal diamond 5, but the coating may be performed after the external appearance of the cutting tool is formed as in this example. Of course, it is also possible to coat a diamond tip whose cutting edge including the cutting edge has been finished in advance with desired precision and shape, and then attach this to the shank to complete the cutting tool. Such a coating layer may be a single layer as in the above example, or may be two or more layers as necessary.

本発明においては、切刃上にセラミックコーティング層
を設けることを必須とするが、その他の部位に関しては
特に限定はなく、例えば上記例の如く切刃を挟んですく
い面及び前逃げ面の両方にセラミックコーティング層を
設けることも可能であるし、また被切削材料の種類等に
よっては、切刃を含むすぐい面のみ、あるいは切刃を含
む前逃げ面のみのコーティングとし、コーティング時間
の短縮及びコーティング材料の消費量を減少させる等の
ことも可能である。     ′)本発明における単結
晶ダイヤモンドとしては、天然のものも合成されたもの
も使用することができる。
In the present invention, it is essential to provide a ceramic coating layer on the cutting edge, but there are no particular limitations on other parts. For example, as in the above example, both the rake face and front flank face with the cutting edge It is also possible to provide a ceramic coating layer, and depending on the type of material to be cut, it may be possible to coat only the immediate face containing the cutting edge, or only the front flank face containing the cutting edge, reducing coating time and coating. It is also possible to reduce the consumption of materials, etc. ') As the single crystal diamond in the present invention, both natural and synthetic diamonds can be used.

上記単結晶ダイヤモンド上に積層されるセラミックコー
ティング層を構成する材料としては、上記TiNの他、
この種のコーティング技術で知られている各種の材料、
例えばTiC,IIC,SiC等の炭化物、BN、  
HfN、  TaN、  ZrN等の窒化物、Al2O
3等の酸化物及び〒i (ON)等の炭窒化物である複
合化物等、高硬度を有するものが挙げられる。
In addition to the above-mentioned TiN, materials constituting the ceramic coating layer laminated on the single-crystal diamond include:
Various materials known for this kind of coating technology,
For example, carbides such as TiC, IIC, and SiC, BN,
Nitride such as HfN, TaN, ZrN, Al2O
Examples include those having high hardness, such as oxides such as No. 3 and composite compounds such as carbonitrides such as No. 3 (ON).

これら材料の1種または2種以上が組合わされて、1層
または2層以上からなるセラミックコーティング層が上
記単結晶ダイヤモンド上に構成される。コーティング厚
さとしては、下地としてのダイヤモンドの特性が失われ
ず、コーティング効果も十分に発揮される0、5μ〜2
鱗が好ましい。
One or more of these materials are combined to form a ceramic coating layer on the single-crystal diamond, consisting of one or more layers. The coating thickness is between 0.5 μm and 2 μm, so that the properties of the diamond as the base are not lost and the coating effect is fully demonstrated.
Scales are preferred.

このようなセラミックコーティング層は、この種の技術
で一般に広く知られている各種の方法を適宜用いて形成
することが可能であるが、好適には均質な被膜の形成が
可能なスパッタリング法、イオンプレーティング法、C
VD法又はプラグでCVD法である。
Such a ceramic coating layer can be formed using various methods that are generally widely known in this type of technology, but preferably sputtering and ion methods that can form a homogeneous film are used. Plating method, C
VD method or CVD method with plug.

以上、超精密切削加工を主として本発明を説明したが、
本発明のダイヤモンドバイトは、超精密切削加工ばかり
でなく、通常の切削加工にも適用し得ることは言うまで
もない。
The present invention has been explained above mainly in terms of ultra-precision cutting, but
It goes without saying that the diamond cutting tool of the present invention can be applied not only to ultra-precision cutting but also to ordinary cutting.

[発明の効果] 以上に説明した如く、単結晶ダイヤモンドにセラミック
コーティングを施した本発明のダイヤモンドバイトによ
って、ダイヤモンドとの化学的親和性が高いため従来は
超精密切削加工ができなかった鉄系、ニッケル系等の金
属材料の超精密切削加工が可能になった。
[Effects of the Invention] As explained above, the diamond cutting tool of the present invention, which is a single-crystal diamond coated with a ceramic coating, can cut iron-based metals, which conventionally could not be cut with ultra-precision due to their high chemical affinity with diamond. Ultra-precision cutting of metal materials such as nickel-based materials is now possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1rf4及び第2図は、それぞれ本発明のダイヤモン
ドバイトの一実施態様を説明する図であり、第1図はセ
ラミックコーティング実施前の該バイトの斜視図、第2
図はセラミックコーティング実施後の第1図のバイトの
刃部の部分断面図である。 1−−−バイトシャンク部 2−m−ダイヤモンドチップ 3.7−−−すくい面  4.8−一一前逃げ面5−−
−単結晶ダイヤモンド 8−m−TiNコーティング層 9.10−m−切刃
1rf4 and 2 are diagrams each illustrating an embodiment of the diamond cutting tool of the present invention, and FIG. 1 is a perspective view of the cutting tool before ceramic coating, and FIG.
The figure is a partial sectional view of the blade portion of the cutting tool shown in FIG. 1 after ceramic coating has been applied. 1--Bite shank part 2-m-Diamond tip 3.7--Rake surface 4.8-11 Front flank surface 5--
- Single crystal diamond 8-m - TiN coating layer 9.10-m - Cutting edge

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)シャンクと、切刃を有する刃部とを備えており、
少なくも該刃部が単結晶ダイヤモンドで構成されるとと
もに、一層以上のセラミックコーティング層が該刃部を
構成するダイヤモンドの少なくも切刃上に設けられてい
ることを特徴とするダイヤモンドバイト。
(1) It includes a shank and a blade portion having a cutting edge,
A diamond cutting tool, characterized in that at least the blade portion is made of single-crystal diamond, and one or more ceramic coating layers are provided on at least the cutting edge of the diamond constituting the blade portion.
(2)前記コーティング層が、スパッタリング法、イオ
ンプレーティング法、CVD法又はプラズマCVD法で
形成されている特許請求の範囲第1項に記載のダイヤモ
ンドバイト。
(2) The diamond cutting tool according to claim 1, wherein the coating layer is formed by a sputtering method, an ion plating method, a CVD method, or a plasma CVD method.
(3)前記刃部には切刃を挟んですくい面と前逃げ面と
が設けられており、該切刃並びにすくい面及び/又は前
逃げ面上に、前記コーティング層が設けられている特許
請求の範囲第1項に記載のダイヤモンドバイト。
(3) A patent in which the blade portion is provided with a rake face and a front flank face sandwiching the cutting edge, and the coating layer is provided on the cutting edge, the rake face, and/or the front flank face. A diamond cutting tool according to claim 1.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008207334A (en) * 2008-06-09 2008-09-11 Allied Material Corp Single crystal diamond cutting tool and its manufacturing method

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