JPS62107067A - ダイヤモンド被覆切削工具 - Google Patents
ダイヤモンド被覆切削工具Info
- Publication number
- JPS62107067A JPS62107067A JP24557385A JP24557385A JPS62107067A JP S62107067 A JPS62107067 A JP S62107067A JP 24557385 A JP24557385 A JP 24557385A JP 24557385 A JP24557385 A JP 24557385A JP S62107067 A JPS62107067 A JP S62107067A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- diamond
- cutting tool
- substrate
- thermal expansion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（発明の分野）
本発明は表面にダイヤモンド膜を有する切削工具に関し
、より詳細には、ダイヤモンド膜の剥離のない切削性能
に優れた切削工具に関する。
、より詳細には、ダイヤモンド膜の剥離のない切削性能
に優れた切削工具に関する。
（従来技術）
従来から、切削工具としては超硬合金、＾１に０３等の
酸化物、ＳｚＣ％ ５ｒｓＮａ等の炭化物、窒化物が、
あるいは超硬合金に炭化物、窒化物を被覆したものが、
強度および耐摩耗性にすぐれることから一般的に使用さ
れている。
酸化物、ＳｚＣ％ ５ｒｓＮａ等の炭化物、窒化物が、
あるいは超硬合金に炭化物、窒化物を被覆したものが、
強度および耐摩耗性にすぐれることから一般的に使用さ
れている。
近年に至っては、さらに耐摩耗性を有する材料として、
ダイヤモンドが注目され、薄膜技術の発展に伴い所定の
基体表面にダイヤモンド膜を気相成長法等により設けて
成る耐摩耗性に優れた切削工具が提案されている。
ダイヤモンドが注目され、薄膜技術の発展に伴い所定の
基体表面にダイヤモンド膜を気相成長法等により設けて
成る耐摩耗性に優れた切削工具が提案されている。
ところが、気相成長法により基体上に設けられたダイヤ
モンド膜は、それ自体、基体との密着性が不十分であり
、切削時の負荷によって膜が剥離し易く、実用化に際し
、大きな障害となっている。
モンド膜は、それ自体、基体との密着性が不十分であり
、切削時の負荷によって膜が剥離し易く、実用化に際し
、大きな障害となっている。
このような問題に対し、従来から基体とダイヤモンド膜
との間に中間層に設けて密着性を向上せしめ、約３０μ
ｍ以下の比較的薄いダイヤモンド膜を設けることが提案
されている。
との間に中間層に設けて密着性を向上せしめ、約３０μ
ｍ以下の比較的薄いダイヤモンド膜を設けることが提案
されている。
しかしながら、中間層を設けることは、製造工程上煩雑
になるばかりでなく、成膜工程自体、その条件設定に精
度が要求されることから、量産性において安定した製品
が得られない等の問題があった。また膜厚を薄くするこ
とは、経済的ではあるが、膜自体薄いことは膜強度を低
下させる大きな要因となっていた。また精密加工、超精
密加工には、成膜後の研磨が不可欠であり、膜厚が小さ
い場合には、研磨が困難となる。
になるばかりでなく、成膜工程自体、その条件設定に精
度が要求されることから、量産性において安定した製品
が得られない等の問題があった。また膜厚を薄くするこ
とは、経済的ではあるが、膜自体薄いことは膜強度を低
下させる大きな要因となっていた。また精密加工、超精
密加工には、成膜後の研磨が不可欠であり、膜厚が小さ
い場合には、研磨が困難となる。
（発明の概要）
本発明者等は上記問題に対し研究を重ねた結果、基体と
して特定の熱膨張係数を有するものを選択することによ
って中間層を設けることなく、膜と基体との密着性を向
上せしめ、しかも膜厚を大きくすることによって膜強度
を上げ、切削特性の優れたダイヤモンド被覆切削工具が
得られることを知見した。
して特定の熱膨張係数を有するものを選択することによ
って中間層を設けることなく、膜と基体との密着性を向
上せしめ、しかも膜厚を大きくすることによって膜強度
を上げ、切削特性の優れたダイヤモンド被覆切削工具が
得られることを知見した。
即ち、本発明によれば室温から８００℃における熱膨張
係数が２．８乃至６．Ｏｘ １０− ’ ／ ”ｃの材
質からなる基体の少なくとも刃部に膜厚が３０乃至２０
０μｍのダイヤモンドから成る薄膜を設けたことを特徴
とするダイヤモンド被覆切削工具が提供される。
係数が２．８乃至６．Ｏｘ １０− ’ ／ ”ｃの材
質からなる基体の少なくとも刃部に膜厚が３０乃至２０
０μｍのダイヤモンドから成る薄膜を設けたことを特徴
とするダイヤモンド被覆切削工具が提供される。
（発明の実施例）
以下、本発明の詳細な説明する。
一般にダイヤモンド被覆切削工具におけるダイヤモンド
膜の強度は、膜厚の点から考慮すれば、約５０μｍが限
界であり、それ以上の膜厚ではチッピングまたは密着性
不良による剥離等が生じ易く、寿命が短いという見解が
示されている（特開昭６０−９０８８４号）。このよう
な膜の性質を解析すると、これらの原因の１つとしてダ
イヤモンド膜の成膜条件が大きな要因と考えられる。即
ち、成膜の際に膜内に残留応力が蓄積され、しかも膜厚
が厚いほど蓄積も増大するため、一定収上の膜厚では、
外部衝撃等に弱くなり、膜強度が低下するためと考えら
れる。
膜の強度は、膜厚の点から考慮すれば、約５０μｍが限
界であり、それ以上の膜厚ではチッピングまたは密着性
不良による剥離等が生じ易く、寿命が短いという見解が
示されている（特開昭６０−９０８８４号）。このよう
な膜の性質を解析すると、これらの原因の１つとしてダ
イヤモンド膜の成膜条件が大きな要因と考えられる。即
ち、成膜の際に膜内に残留応力が蓄積され、しかも膜厚
が厚いほど蓄積も増大するため、一定収上の膜厚では、
外部衝撃等に弱くなり、膜強度が低下するためと考えら
れる。
このような現象を回避するため、成膜の際の残留応力の
発生を極力小さくすることが必須となるが、本発明者等
は、残留応力の発生の原因を追求したところ、成膜時の
基体とダイヤモンド膜との熱膨張の差によることが大き
いとかわかった。即ち、基体の熱膨張係数をダイヤモン
ドの熱膨張係数と同等とすることが重要となる。よって
本発明によれば、ダイヤモンドの室温から８００℃まで
の熱膨張係数が４乃至５ ｘｌＯ−ｂ／’ｃであること
から、基体として２．８乃至６．０Ｘ１０−’／’Ｃ１
特に３．５乃至５．ＯＸ １０−ｈ／ ’Ｃのものを使
用することが重要である。詳細には、生成されたダイヤ
モンド膜と基体との熱膨張差が２．ＯｘｌＯ−６／”ｃ
以下であることが望ましい。この構成によればダイヤモ
ンド膜の残留応力の蓄積を低減させることができること
から、膜厚が厚い場合でも、チッピングや剥離等の生じ
ない膜を生成することが可能となる。しかも、成膜が安
定することから極めて、均一な膜が生成され、膜自体の
強度も向上させることができる。
発生を極力小さくすることが必須となるが、本発明者等
は、残留応力の発生の原因を追求したところ、成膜時の
基体とダイヤモンド膜との熱膨張の差によることが大き
いとかわかった。即ち、基体の熱膨張係数をダイヤモン
ドの熱膨張係数と同等とすることが重要となる。よって
本発明によれば、ダイヤモンドの室温から８００℃まで
の熱膨張係数が４乃至５ ｘｌＯ−ｂ／’ｃであること
から、基体として２．８乃至６．０Ｘ１０−’／’Ｃ１
特に３．５乃至５．ＯＸ １０−ｈ／ ’Ｃのものを使
用することが重要である。詳細には、生成されたダイヤ
モンド膜と基体との熱膨張差が２．ＯｘｌＯ−６／”ｃ
以下であることが望ましい。この構成によればダイヤモ
ンド膜の残留応力の蓄積を低減させることができること
から、膜厚が厚い場合でも、チッピングや剥離等の生じ
ない膜を生成することが可能となる。しかも、成膜が安
定することから極めて、均一な膜が生成され、膜自体の
強度も向上させることができる。
上記の基体に対して、ダイヤモンド膜を設けた場合、膜
強度はその膜厚とほぼ比例的に大きくなる傾向にあるが
、本発明によればダイヤモンド膜の膜厚は３０乃至２０
０μｍ、好ましくは５０乃至１５０μｍの範囲に設定さ
れる。膜厚が３０μｍより小さいと、前述の通り、膜強
度が低下し、チッピング、剥離が生じ易くなる。一方膜
厚が２００μｍを超えると、膜自体の強度および靭性が
切削時の負荷に対し、直接的に影響を及ぼすが、特にダ
イヤモンドはそれ自体低靭性であるため、膜厚が大きす
ぎると、逆に悪影響を及ぼし、チッピングが起こり易く
なり、特にチッピングによる境界摩耗が大きくなる傾向
がみられた。
強度はその膜厚とほぼ比例的に大きくなる傾向にあるが
、本発明によればダイヤモンド膜の膜厚は３０乃至２０
０μｍ、好ましくは５０乃至１５０μｍの範囲に設定さ
れる。膜厚が３０μｍより小さいと、前述の通り、膜強
度が低下し、チッピング、剥離が生じ易くなる。一方膜
厚が２００μｍを超えると、膜自体の強度および靭性が
切削時の負荷に対し、直接的に影響を及ぼすが、特にダ
イヤモンドはそれ自体低靭性であるため、膜厚が大きす
ぎると、逆に悪影響を及ぼし、チッピングが起こり易く
なり、特にチッピングによる境界摩耗が大きくなる傾向
がみられた。
また、通常、被削材の寸法精度が低い場合、または要求
する仕上面精度が大きい場合、膜の寿命は膜厚が厚い程
、長くなる傾向がある。即ち、本発明のように、膜厚の
厚い切削工具を用いた場合、寿命を伸ばすことが可能と
なる。
する仕上面精度が大きい場合、膜の寿命は膜厚が厚い程
、長くなる傾向がある。即ち、本発明のように、膜厚の
厚い切削工具を用いた場合、寿命を伸ばすことが可能と
なる。
さらにダイヤモンド膜が厚いことによってダイヤモンド
膜自体を研磨することによって、清音加工用の工具とす
ることもできる。なおこの時の研磨により表面粗さは１
μｍ以下、特に０．２μｍ以下が望ましい。
膜自体を研磨することによって、清音加工用の工具とす
ることもできる。なおこの時の研磨により表面粗さは１
μｍ以下、特に０．２μｍ以下が望ましい。
本発明において用いられる基体としては、それ自体ある
程度の機械的強度を必要とし１例えば超硬、サーメット
の他、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素等を主成分とす
る焼結体が挙げられるが、ダイヤモンド膜との密着性を
考慮した場合、特にＳｉ３Ｎ、質焼結体が好ましい。な
お、本発明によれば、基体の熱膨張係数を２．８乃至６
．ＯＸ １０−’／“Ｃに設定する必要がある。熱膨張
係数の調整は、焼結体に対する焼結助剤等の添加物によ
って制御できる。５ｉＪ４質焼結体を例にとると、ＴＩ
Ｎ ％ Ｔｉｃ、ＺｒＮ 、 ＳｉＣ、Ｚｒ０ｚ、Ａｌ
２Ｏ，等の添加によって調整することができる。
程度の機械的強度を必要とし１例えば超硬、サーメット
の他、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素等を主成分とす
る焼結体が挙げられるが、ダイヤモンド膜との密着性を
考慮した場合、特にＳｉ３Ｎ、質焼結体が好ましい。な
お、本発明によれば、基体の熱膨張係数を２．８乃至６
．ＯＸ １０−’／“Ｃに設定する必要がある。熱膨張
係数の調整は、焼結体に対する焼結助剤等の添加物によ
って制御できる。５ｉＪ４質焼結体を例にとると、ＴＩ
Ｎ ％ Ｔｉｃ、ＺｒＮ 、 ＳｉＣ、Ｚｒ０ｚ、Ａｌ
２Ｏ，等の添加によって調整することができる。
ダイヤモンド膜の生成は、従来から公知の方法によって
行うことができる。例えば、熱ＣＶＤ。
行うことができる。例えば、熱ＣＶＤ。
高周波プラズマＣＶＤ、マイクロ波プラズマＣｖＤ、Ｅ
ＣＲプラズ７ＣＶＤ等（７）ＣＶＤ法、イオンビーム法
、スパッタ法等のＰＶＤ法が挙げられる。
ＣＲプラズ７ＣＶＤ等（７）ＣＶＤ法、イオンビーム法
、スパッタ法等のＰＶＤ法が挙げられる。
これらの中でも膜の均一性および基体との密着性からＣ
ＶＤ法が望ましい。ＣＶＤ法によるダイヤモンド膜の生
成は通常ＣＨ４、ＣＪｚ、Ｃｚ Ｎ ４．Ｃ２１１い等
の炭化水素ガスと、水素ガスとの混合ガスを反応槽に導
入し、高周波、熱、マイクロ波等によってガスを励起状
態として、基体上にダイヤモンドを析出させる。
ＶＤ法が望ましい。ＣＶＤ法によるダイヤモンド膜の生
成は通常ＣＨ４、ＣＪｚ、Ｃｚ Ｎ ４．Ｃ２１１い等
の炭化水素ガスと、水素ガスとの混合ガスを反応槽に導
入し、高周波、熱、マイクロ波等によってガスを励起状
態として、基体上にダイヤモンドを析出させる。
本発明を次の例で説明する。
実施例
切削工具基体として第１表に示す基体を用いて、マイク
ロ波プラズマＣＶＤ法、またはＥＣＲプラズマＣＶＤ法
によって下記条件でダイヤモンド膜を生成した。
ロ波プラズマＣＶＤ法、またはＥＣＲプラズマＣＶＤ法
によって下記条件でダイヤモンド膜を生成した。
（マイクロ波プラズマＣＶＤ法）
マイクロ波出力 ４００ｗ
圧力 ３ＱＴｏｒｒ
ＣＩ（４／８２ ０．００８
周波数 ２．４５ＧＨｚ
基体温度 ８７０℃
（ＥＣＲプラズマＣＶＤ法）
ＥＣＲ出力 ４００ ｗ
圧力 ７ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒ
ＣＨ４，／Ｈ２０，０５
周波数 ２．４５ＧＩｌｚ
基体温度 ９００°Ｃ
得られたダイヤモンド被削切削工具に対し、被削材とし
て１８％Ｓｉ含有旧合金を用いて、切削速度７００ｍ／
ｍｉｎ 、切り込み０．２ｍｍ 、送り０．１ｍ／ｒｅ
ｖの条件で１５分間切削し、摩耗量、及び剥離状況を観
察した。
て１８％Ｓｉ含有旧合金を用いて、切削速度７００ｍ／
ｍｉｎ 、切り込み０．２ｍｍ 、送り０．１ｍ／ｒｅ
ｖの条件で１５分間切削し、摩耗量、及び剥離状況を観
察した。
結果は第１表に示した。
第１表から明らかなように、熱膨張係数が２．８乃至６
Ｘ１０−６／”Ｃで１模厚が３０乃至２００μｍの本発
明のサンプル階３．４．６〜１０．１３はいずれも、膜
の剥離は起らず、切削特性も優れていた。これに対し、
膜厚が３０μｍより小さいＮａｌ、２．５．１１は膜強
度が弱く、はとんど使用に耐えないものであ°った。一
方、膜厚が充分であっても基体の熱膨張係数が６．ＯＸ
１０−ｈ／ ”Ｃを超えたＮ１１２は、膜を生成する
段階に膜にクランクが発生し、切削テストができなかっ
た。また２００μｍを超えた階１４は成膜に６日間も要
し、切削テストでは２次境界線にチッピングが発生した
。さらに熱膨張係数が小さい猶１５では成膜時クラック
が発生し、切削工具としての使用が不可能であった。
Ｘ１０−６／”Ｃで１模厚が３０乃至２００μｍの本発
明のサンプル階３．４．６〜１０．１３はいずれも、膜
の剥離は起らず、切削特性も優れていた。これに対し、
膜厚が３０μｍより小さいＮａｌ、２．５．１１は膜強
度が弱く、はとんど使用に耐えないものであ°った。一
方、膜厚が充分であっても基体の熱膨張係数が６．ＯＸ
１０−ｈ／ ”Ｃを超えたＮ１１２は、膜を生成する
段階に膜にクランクが発生し、切削テストができなかっ
た。また２００μｍを超えた階１４は成膜に６日間も要
し、切削テストでは２次境界線にチッピングが発生した
。さらに熱膨張係数が小さい猶１５では成膜時クラック
が発生し、切削工具としての使用が不可能であった。
実施例２
実施例１と同様の条件にて第１表のＮ１７で用いた基体
に対し、膜厚１９０μｍのダイヤモンド膜を設けた後、
ダイヤモンド膜を研削加工して膜厚６８μｍのシャープ
エツジを形成した。なお、チップ形状はＴＰＧＮ３２２
（三角形、ポジ）を用いた。
に対し、膜厚１９０μｍのダイヤモンド膜を設けた後、
ダイヤモンド膜を研削加工して膜厚６８μｍのシャープ
エツジを形成した。なお、チップ形状はＴＰＧＮ３２２
（三角形、ポジ）を用いた。
この切削工具を用いて、被削材として５％Ｍｇ含有ＡＩ
合金を切削して被削材仕上げ面の表面粗さを測定した。
合金を切削して被削材仕上げ面の表面粗さを測定した。
切削条件は、切削速度７００ｍ／ｍｉｎ 、切込み０．
２ｍｍ、送り０．１ｍｍ／ｒｅｖで行った。また、比較
例として焼結ダイヤモンドの切削工具を用いて同様の実
験を行った。
２ｍｍ、送り０．１ｍｍ／ｒｅｖで行った。また、比較
例として焼結ダイヤモンドの切削工具を用いて同様の実
験を行った。
実験の結果、本発明の研削加工したダイヤモンド被覆切
削工具は、最大表面粗さくＲｍａｘ）が１．８μｍ、焼
結ダイヤモンド切削工具によれば、２．０μｍとなり、
本発明の切削工具が焼結ダイヤモンドの工具と比較して
ほとんど同様のむしろ優れた仕上げ面加工を行うことが
できた。
削工具は、最大表面粗さくＲｍａｘ）が１．８μｍ、焼
結ダイヤモンド切削工具によれば、２．０μｍとなり、
本発明の切削工具が焼結ダイヤモンドの工具と比較して
ほとんど同様のむしろ優れた仕上げ面加工を行うことが
できた。
（発明の効果）
以上、述べた通り、本発明のダイヤモンド被覆切削工具
は、基体の熱膨張係数をダイヤモンドのそれに近づける
ことによって、成膜時の残留応力の蓄積を低減させ、膜
厚の大きいダイヤモンド膜を安定して成膜できることか
ら、膜強度が向上し、よって剥離のない長寿命切削性能
に優れたダイヤモンド被覆切削工具を提供することがで
きる。
は、基体の熱膨張係数をダイヤモンドのそれに近づける
ことによって、成膜時の残留応力の蓄積を低減させ、膜
厚の大きいダイヤモンド膜を安定して成膜できることか
ら、膜強度が向上し、よって剥離のない長寿命切削性能
に優れたダイヤモンド被覆切削工具を提供することがで
きる。
Claims (1)
- 室温から８００℃における熱膨張係数が２．８乃至６．
０×１０＾−＾６／℃の材質からなる基体の少なくとも
刃部に膜厚が３０乃至２００μｍのダイヤモンドから成
る薄膜を設けたことを特徴とするダイヤモンド被覆切削
工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60245573A JP2558448B2 (ja) | 1985-10-31 | 1985-10-31 | ダイヤモンド被覆切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60245573A JP2558448B2 (ja) | 1985-10-31 | 1985-10-31 | ダイヤモンド被覆切削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62107067A true JPS62107067A (ja) | 1987-05-18 |
| JP2558448B2 JP2558448B2 (ja) | 1996-11-27 |
Family
ID=17135728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60245573A Expired - Lifetime JP2558448B2 (ja) | 1985-10-31 | 1985-10-31 | ダイヤモンド被覆切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2558448B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63306805A (ja) * | 1987-06-09 | 1988-12-14 | Kyocera Corp | ダイヤモンド被覆切削工具 |
| JPH03215669A (ja) * | 1990-01-18 | 1991-09-20 | Mitsubishi Materials Corp | 人工ダイヤモンド被覆スローアウェイチップおよびその製造法 |
| US5334453A (en) * | 1989-12-28 | 1994-08-02 | Ngk Spark Plug Company Limited | Diamond-coated bodies and process for preparation thereof |
| DE102004025669A1 (de) * | 2004-05-21 | 2005-12-15 | Diaccon Gmbh | Funktionelle CVD-Diamantschichten auf großflächigen Substraten |
| CN109266917A (zh) * | 2018-09-19 | 2019-01-25 | 天津百恩威新材料科技有限公司 | 一种金刚石剖切片及其制备方法 |
| JP2021142575A (ja) * | 2020-03-10 | 2021-09-24 | 日本特殊陶業株式会社 | ダイヤモンド被覆切削工具 |
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| JPS5655506A (en) * | 1979-10-06 | 1981-05-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Composite sintered body for tool and its production |
| JPS57100989A (en) * | 1980-12-12 | 1982-06-23 | Sumitomo Electric Industries | Coated ceramic tool |
| JPS60122785A (ja) * | 1983-12-08 | 1985-07-01 | 三菱マテリアル株式会社 | ダイヤモンド被覆工具部材 |
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-
1985
- 1985-10-31 JP JP60245573A patent/JP2558448B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JP2021142575A (ja) * | 2020-03-10 | 2021-09-24 | 日本特殊陶業株式会社 | ダイヤモンド被覆切削工具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2558448B2 (ja) | 1996-11-27 |
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