JPS63102801A - ダイヤモンド工具部材 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野〕 この発明は、ダイヤモンド工具部材に関し、さらに詳述
すると、ダイヤモンド被膜と基体との密着性に優れたダ
イヤモンド工具部材に関する。

［従来の技術およびその問題点］ 従来、一般に！ｉｌＩ　ｎ１部材や、穴開はパンチ、ド
リル、リーマ、さらに線引きダイスなどの耐摩耗性工具
部材にはその工作作用面に天然や人工のダイヤモンドが
使用されている。

そして、近年においては加ニス后率の向上が叫ばれてい
る。

そこで、より一段と生産効率の向上したダイヤモンド工
具として、基体とダイヤモンドとの間に特定の金属ある
いは合金などを介在させて基体とダイヤモンドとの密着
性を高めたものが提案されている。

しかしながら、基体とダイヤモンドとの間に異質な中間
層を形成するのは、工程が複雑になるばかりか、膨張係
数の相違によりｊｉＪＩ持する程密着性の向上が達成さ
れていないのが実状である。

一方、基体の表面に、ダイヤモンドではなく２１−カー
ボンを被膜してなる超硬工具もある。

しかしながら、ｉ−カーボンでは、切削面〒の強度が今
一つ不足しており、工具としての限界があった。

［発ＩＪＩの目的］ この発＋５１は前記事情に基いてなされたものである。

この発明の目的は、基体とダイヤモンドとの密着性に優
れ、これによって生産性の向上を達成することができる
ダイヤモンド工具部材を提供することである。

［前記目的を達成するための手段 前記目的を達成するためのこの発明の概要は、金属、少
なくとも２種の金属の合金、金属結合された硬質金属化
合物およびセラミック材料から選ばれる基体の、少なく
とも工具作用面に、ｆ−カーボン層を介して、平均厚み
０．１〜４０ｇｍのダイヤモンド被膜を被塑してなるこ
とを特徴とするダイヤモンド工具部材である。

この発明におけるダイヤモンド工具部材は、要するに基
体に、ｉ−カーボン層を介して、ダイヤモンド被膜を被
膜してなるものである。

前記基体である金属としては、特に制限があるわけでは
なく、たとえば、ニッケル、コバルトおよび鉄などの鉄
系金属１周期律表第１ａ〜■ａ族およびＩｂ−ＶＩｂ族
に属する元素などが挙げられる。また、金属としてＡｇ
、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｏｓ。

Ｉｒなどの貴金属も使用することができる。

金属の合金としては、たとえば超硬合金などがあり、ま
た、貴金属以外の他の金属並びに貴金属を含んでいても
良い２種またはそれ以上の金属の合金であっても良く、
その他特開昭８１−１５９７２号公報に記載されたもの
が挙げられる。さらに、工具用合金鋼として通常に使用
されているものもこの発明における基体に用いることが
できる。

金属結合された硬質金属化合物としては、たとえば鉄族
金属により結合された周期律表ｆｆａ〜Ｖｒａ族からの
金属の炭化物、窒化物、炭窒化物。

酸化物、ケイ化物およびホウ化物などが挙げられ、その
他特開昭８１−１５９７２号公報に記載されたものが挙
げられる また、セラミック材料としては、５ｉ０２゜Ａｌ２Ｏ２
，Ｚｎ　Ｏｚ、Ｔｉ　０２．ＢＮ、５ｊｚＮ、周期律表
のｆｆａ〜Ｖｉａ族からの金属のおよびＡｎおよび５ｉ
ｃ７）酸化物、シアａｙ　（Ｓｉａｌｏｎ　）　、　Ａ
ｌ０ＮおよびＡ１２０３　とＴｉＣおよびＴｉＮとの混
合物のようなセラミックおよび耐火材料が挙げられ、ま
た前述した金属の炭化物、窒化物、ホウ化物およびケイ
化物のような非酸化材料並びに前記酸化物との混合物も
挙げられ、その他＃開閉８１−１５９７２号公報に記載
されたものも挙げられる。

ｉ−カーボンは、ダイヤモンド状カーボン、アモルファ
スカーボンとも称され、アモルファス状で、そのマトリ
クス中にダイヤモンド、カルビンなどの微細な結晶が析
出している組織を有する。

このｉ−カーボンは、１９７９年にヴＴイスマンテル（
ＷｅｉＳｓ■ａｎｔｅｌ）が提唱したカーボン膜で、イ
オンブレーティング法、イオンビーム蒸着法などの方法
により形成された硬くて抵抗の大きなカーボン膜である
。なお、このｉ−カーボンは２機械的強度、高絶縁性、
低摩擦係数、高い熱伝導性、高い光透過性、高い耐薬品
性などの優れた性質を備えるものである。

このｉ−カーボンは、前記製造方法の他に、プラズマＣ
ｖＤ法、イオン化ＣＶＤ法、スパッタリング法などの方
法により製造することもできる。

プラズマＣＶＤ法については、さらに直流放電法、高周
波放電法、マイクロ波放電法、コロナ放電法などを採用
することができる。ｉ−カーボン層の形成温度は、常温
〜４００℃が適当であり、圧力は、　１Ｇ−９〜１００
　Ｔｏｒｒの範囲内で任意に選択される０反応ガスは、
有機化合物単独であることもあるし、また有機化合物と
水素または不活性ガスとの混合ガスであっても良い、ま
た、製造方法によっては、炭素源としてグラファイトを
用いることもできる。

工具作用面に形成するこのｉ−カーボンの厚みは、通常
、０．０１〜１０ＪＬｍである。厚みが前記範囲よりも
小さいと、ｉ−カーボンを形成する技術的効果がなく、
また、厚みが前記範囲を超えると。

厚くするに比例する技術的効果が得られないことがある
。なお、このｉ−カーボンの熱膨張係数は、約４．５　
ＸＩＱ−６／”Ｃ（２５〜１０００℃）である。

この発明では、前述のように、工具作用面に形成したｉ
−カーボン層に、ダイヤモンドの被膜を０．１”４０ｐ
ｍの厚みで形成することが重要である。このときのダイ
ヤモンドとしては、天然のダイヤモンドであってもまた
、人工のダイヤモンドであっても良い、もっとも、天然
ダイヤモンドは、不純物を含有していることがあるので
２純度の高いダイヤモンドが要求されるときは１人工ダ
イヤモンド析出生成法により形成したダイヤモンドであ
ることが好ましい。

前記人工ダイヤモンドは、通常の人工ダイヤモンド析出
生成法、たとえば、特開昭５８−９１１００号。

特開昭５８−１１０４９４号公報などに記・１＆された
方法、あるいはＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、イオンビ
ーム蒸着法により、製造することができる。

また、このｉ−カーボンと人工ダイヤモンドとの合成は
、連続式で製造しても良いし、バッチ式で製造しても良
く、また連続式とバッチ式との組合せであっても良い、
たとえば、高周波放電法との組合せ、イオン化蒸着法と
マイクロ波放電法との組合せ、イオン化蒸着法と高周波
放電法との組合せなどでｉ−カーボンと人工ダイヤモン
ドとをそれぞれ合成しても良いし、また共に高周波放電
法により五−カーボンと人工ダイヤモンドとを合成して
も良い。

このダイヤモンドの製造条件としては、たとえば、反応
温度が常温〜１０００℃であり、圧力が１０６〜７８０
Ｔｏｒｒであり、反応ガスは有機化合物と水素ガスとの
混合ガスが選択される。この有機化合物としては、たと
えば、飽和、不飽和の炭化水素、含窒素または含ｆＩＩ
素化合物が挙げられる。また、イオンビーム蒸着法等に
よる場合は、炭素源としてグラファイトも使用すること
ができる。

また、形成される前記人工ダイヤモンドの平均厚みが４
０ｐｍよりも大きくなると１人工ダイヤモンドがｉ−カ
ーボン層から剥離し易くなる傾向がある。なお、この人
工ダイヤモンドの熱膨張係数は、約４．５　Ｘｌ０−６
／”Ｃ（２５〜１０００℃）である。

この発明は、研府材、研削工、Ａ、インプリ工具、切削
工具、耐摩工具、圧縮工具およびメス、歯のドリル等の
医療材料などに適用される。

［発明の効果］ この発明によると、ダイヤモンドと基体部材との共に間
に、ｌ−カーボンを介在させているので、ｉ−カーボン
とダイヤモンドとの熱膨張係数がほぼ同じであることに
より内部応力の蓄積がないことと、ｉ−カーボンと基体
部材との付着力に優れることとが相まって、結果的に、
基体部材とダイヤモンドとの密着性に優れたダイヤモン
ド工具部材を提供することができる。

このダイヤモンド工具部材は、さらにｉ−カーボンには
ピンホールが少ないことにより、ｗｋ密なｉ−カーボン
層が形成されており、ダイヤモンドをその表面に形成し
た場合、ダイヤモンド層の仕上り表面が極めて平滑で良
好なものである。

また、このダイヤモンド工具部材は、従来のもののよう
に基体とダイヤモンドとの間に金属を含んでいないので
、ダイヤモンド層に不純物が介入することが少なく、そ
れだけこのダイヤモンドエＪＪ：部材の生産性の向上が
ｉｊｊ成される。

また、ｉ−カーボンとダイヤモンドとは同じ原料で合成
することができるので、製造工程の複雑さを解消するこ
とができる。

［実施例］ （実施例１） ダイス鋼（ＳＫＤＩＩ）上に、プラズマＣＶＤ法により
、５分間で０．１μｍの厚みのｉ−カーボン層を形成し
た。プラズマＣＶＤ法の条件は次の通りである。

プラズマＣＶＤ周波数　　１３．！ｄ　Ｍｌ（ｚメタン
ガス流量１００　ｓｃｃｍ （標準状態で１００ｍＪＬ／分） 基体温度　　　　　　　　１００℃ 圧力　　　　　　　　　　１Ｏ−２Ｔｏｒｒさらに、基
体温度を９００℃に挙げると共にメタンガス位置を０．
５５ｃｃｎ、水素ガスの！ｉｔ量を１００　ｓｃＣ濡、
圧力を５０Ｔｏｒｒにして、厚み２ｇｍのダイヤモンド
層を形成した。

このダイヤモンド層を耐摩耗試験に供し、ダイヤモンド
と基体との密着性を測定した結果、優れた密着性を示し
、ダイヤモンド層とｉ−カーボン層とのクラック剥離も
なかった。なお、耐摩耗試験は、以下の条件による「こ
すり合わせ法」を採用した。

圧力　　　　　　　　　　２０ｋｇ／ｃｍ２こすり速度
　　　　　　　２．５ｍ／秒テスト時間　　　　　　　
２４時間 こすり材　　　　　　　　　Ｓ　Ｕ　Ｓ　３０４（実施
例２） ノｘ体を５ＫＤＩＩから超硬合金に代えた他は、前記実
施例１と同様に実施した。

形成されたダイヤモンド層は実施例１と同様に優れた密
着性を示し、クラック剥離もなかった。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属、少なくとも２種の金属の合金、金属結合さ
   れた硬質金属化合物およびセラミック材料から選ばれる
   基体の、少なくとも工具作用面に、ｉ−カーボン層を介
   して、平均厚み０．１〜４０μｍのダイヤモンド被膜を
   被覆してなることを特徴とするダイヤモンド工具部材。
2. （２）ダイヤモンド被膜が人工ダイヤモンド析出法によ
   り形成される前記特許請求の範囲第１項に記載のダイヤ
   モンド工具部材。