KR20220083664A

KR20220083664A - 다이아몬드 절삭 공구 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20220083664A
Application number: KR1020227005747A
Authority: KR
Inventors: 아키히코 우에다; 나오키 와타노베; 사토루 구키노
Original assignee: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
Priority date: 2019-10-24
Filing date: 2020-08-04
Publication date: 2022-06-20
Also published as: US20220274186A1; EP4049775A1; JPWO2021079586A1; JP2023022257A; JP7440184B2; CN114286731A; WO2021079586A1; EP4049775A4

Abstract

다이아몬드 절삭 공구는, 단결정 다이아몬드 또는 바인더리스 다결정 다이아몬드와 그래파이트를 구비하는 커팅엣지부를 포함하며, 단결정 다이아몬드 또는 바인더리스 다결정 다이아몬드를 구성하는 탄소를 제1 탄소로 하고, 그래파이트를 구성하는 탄소를 제2 탄소로 하여, 커팅엣지부의 표면에 있어서 라만 분광 분석을 행한 경우, 상기 표면에 있어서의 제1 탄소의 피크 강도(Id1)와 상기 표면에 있어서의 제2 탄소의 피크 강도(Ig1)의 합에 대한 Ig1의 비율(R1)은, 0.5 이상 1 이하이고, 상기 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서 라만 분광 분석을 행한 경우, 상기 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 제1 탄소의 피크 강도(Id2)와 상기 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 제2 탄소의 피크 강도(Ig2)의 합에 대한 Ig2의 비율(R2)은, 0.01 이상 0.3 이하이다.

Description

다이아몬드 절삭 공구 및 그 제조 방법

본 개시는, 다이아몬드 절삭 공구 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 출원은, 2019년 10월 24일에 출원한 일본 특허출원인 특원 2019-193506호에 기초한 우선권을 주장한다. 상기 일본 특허출원에 기재된 모든 기재 내용은, 참조에 의해서 본 명세서에 원용된다.

알루미늄 합금을 비롯한 비철금속, 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP), 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP), 세라믹스, 세라믹 매트릭스 복합재(CMC), 초경합금 등의 난삭성(難削性) 피삭재를 가공하는 경우, 종래부터 커팅엣지가 실질적으로 다이아몬드로 이루어지는 다이아몬드 절삭 공구가 범용되어 왔다. 그러나, 이런 종류의 피삭재에 대해서는 가공 시에 절삭유(이하, 「쿨런트」라고도 기재한다)를 쓸 수 없는 경우가 많다. 이 경우, 가공 시에 커팅엣지의 마모가 심하게 되기 때문에, 다이아몬드 절삭 공구에 대하여 내마모성을 향상시킬 것이 요청되고 있다.

상기 요청에 대하여, 일본 특허공개 2005-088178호 공보(특허문헌 1)는, 방전 가공에 의해서 여유면(flank face)에 그래파이트층을 적극적으로 석출시킨 다이아몬드 소결체 공구를 개시하고 있다. 이 다이아몬드 소결체 공구에 있어서는, 상기 그래파이트층이 갖는 윤활성에 의해서 여유면의 내마모성이 향상된다고 되어 있다. 일본 특허공개 2011-121142호 공보(특허문헌 2)는, 공구 기체(基體)의 표면을 피복하는 다이아몬드 피막의 막 두께 방향으로 연속되는 그래파이트상을 형성한 다이아몬드 피복 절삭 공구를 개시하고 있다. 이 다이아몬드 피복 절삭 공구에 있어서는, 상기 그래파이트상에 의해서 내마모성이 향상되면서 또한 다이아몬드 피막이 잔류 응력에 의해서 박리되는 것을 방지할 수 있다고 되어 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허공개 2005-088178호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허공개 2011-121142호 공보

본 개시에 따른 다이아몬드 절삭 공구는, 단결정 다이아몬드 또는 바인더리스 다결정 다이아몬드와, 그래파이트를 구비하는, 커팅엣지부를 포함하는 다이아몬드 절삭 공구로서, 상기 단결정 다이아몬드 또는 상기 바인더리스 다결정 다이아몬드를 구성하는 탄소를 제1 탄소로 하고, 상기 그래파이트를 구성하는 탄소를 제2 탄소로 하여, 상기 커팅엣지부의 표면에 있어서 라만 분광 분석을 행한 경우, 상기 표면에 있어서의 상기 제1 탄소의 피크 강도(Id1)와 상기 표면에 있어서의 상기 제2 탄소의 피크 강도(Ig1)의 합에 대한 상기 Ig1의 비율(R1)은, 0.5 이상 1 이하이고, 상기 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서 라만 분광 분석을 행한 경우, 상기 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 상기 제1 탄소의 피크 강도(Id2)와 상기 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 상기 제2 탄소의 피크 강도(Ig2)의 합에 대한 상기 Ig2의 비율(R2)은, 0.01 이상 0.3 이하이다.

본 개시에 따른 다이아몬드 절삭 공구의 제조 방법은, 상기 다이아몬드 절삭 공구의 제조 방법으로서, 상기 단결정 다이아몬드 또는 상기 바인더리스 다결정 다이아몬드를 준비하는 공정과, 상기 단결정 다이아몬드 또는 상기 바인더리스 다결정 다이아몬드에 대하여, 제1 조사 조건 하에서 레이저 가공을 실행함으로써, 절삭날을 형성한 상기 커팅엣지부를 얻는 공정과, 상기 커팅엣지부에 대하여, 상기 제1 조사 조건과는 다른 제2 조사 조건 하에서 레이저 가공을 실행함으로써, 상기 커팅엣지부에 그래파이트를 생성하는 공정을 포함한다.

도 1은 본 실시형태에 따른 다이아몬드 절삭 공구에 관한 것으로, 단결정 다이아몬드 또는 바인더리스 다결정 다이아몬드와 그래파이트의 합에 대한 그래파이트의 비율(Ig/(Ig+Id)) 변화를, 커팅엣지부의 표면(여유면의 표면)으로부터 깊이 방향을 향해서 나타낸 그래프이다.
도 2는 도 1의 그래프에 나타낸 본 실시형태에 따른 다이아몬드 절삭 공구에 있어서의 커팅엣지부의 표면으로부터 깊이 방향을 향한 그래파이트의 비율 변화를, 상기 커팅엣지부의 일부(여유면의 일부)에 있어서, 그 표면으로부터 깊이 방향으로 절단한 단면에 모식적으로 반영시켜 나타낸 설명도이다.

[본 개시가 해결하고자 하는 과제]

특허문헌 1에 개시된 다이아몬드 소결체 공구에 대해서는, 석출시킨 그래파이트층이 여유면의 표면에만 존재하기 때문에, 그래파이트층의 윤활성에 기초한 내마모성의 향상이 일시적인 효과에 지나지 않고, 상기 윤활성을 지속시킬 필요가 있다는 점에서 개량의 여지가 있다. 특허문헌 2에 개시된 다이아몬드 피복 절삭 공구에 대해서는, 상기 그래파이트상이 막 두께 방향으로 일정량 연속해서 존재하는 양태이기 때문에, 초기 마모에 대응하는 윤활성이 부족하다는 점에서 개량의 여지가 있다. 따라서, 아직 초기 마모에 대응하는 윤활성을 가지면서 또한 상기 윤활성이 지속됨으로써 가공 시의 커팅엣지의 마모를 억제하는 다이아몬드 절삭 공구의 실현에는 이르지 못하고, 따라서 내마모성이 향상된 다이아몬드 절삭 공구의 개발이 간절히 요구되고 있다.

상기한 실정에 감안하여, 본 개시는, 내마모성이 향상된 다이아몬드 절삭 공구 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

[본 개시의 효과]

본 개시에 의하면, 내마모성이 향상된 다이아몬드 절삭 공구 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

[본 개시의 실시형태의 설명]

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 검토를 거듭하여 본 개시를 완성시켰다. 구체적으로는, 다이아몬드 절삭 공구에 있어서의 단결정 다이아몬드 또는 바인더리스 다결정 다이아몬드로 이루어지는 커팅엣지부에 대하여, 소정의 조사 조건 하에서 레이저 가공을 실행함으로써, 상기 커팅엣지부에 그래파이트를 생성했다. 이 경우에 있어서, 상기 그래파이트는, 커팅엣지부의 표면으로부터 깊이 방향을 향해서, 거의 단조롭게 감소하면서, 단결정 다이아몬드 또는 바인더리스 다결정 다이아몬드 중의 소정의 깊이까지 존재한다는 것을 지견했다. 상기 그래파이트를 커팅엣지부에 갖는 다이아몬드 절삭 공구는, 초기 마모에 대응할 수 있는 우수한 윤활성을 가지면서 또한 상기 윤활성이 지속된다는 것을 알아내어, 이로써 내마모성이 향상되는 다이아몬드 절삭 공구에 도달했다.

맨 처음에, 본 개시의 실시양태를 열기하여 설명한다.

[1] 본 개시의 일 양태에 따른 다이아몬드 절삭 공구는, 단결정 다이아몬드 또는 바인더리스 다결정 다이아몬드와, 그래파이트를 구비하는, 커팅엣지부를 포함하는 다이아몬드 절삭 공구로서, 상기 단결정 다이아몬드 또는 상기 바인더리스 다결정 다이아몬드를 구성하는 탄소를 제1 탄소로 하고, 상기 그래파이트를 구성하는 탄소를 제2 탄소로 하여, 상기 커팅엣지부의 표면에 있어서 라만 분광 분석을 행한 경우, 상기 표면에 있어서의 상기 제1 탄소의 피크 강도(Id1)와 상기 표면에 있어서의 상기 제2 탄소의 피크 강도(Ig1)의 합에 대한 상기 Ig1의 비율(R1)은, 0.5 이상 1 이하이고, 상기 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서 라만 분광 분석을 행한 경우, 상기 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 상기 제1 탄소의 피크 강도(Id2)와 상기 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 상기 제2 탄소의 피크 강도(Ig2)의 합에 대한 상기 Ig2의 비율(R2)은, 0.01 이상 0.3 이하이다. 이러한 특징을 갖춘 다이아몬드 절삭 공구는, 초기 마모에 대응할 수 있는 우수한 윤활성을 가지면서 또한 상기 윤활성이 지속됨으로써 내마모성을 향상시킬 수 있다.

[2] 상기 다이아몬드 절삭 공구는, 상기 표면으로부터 0.5 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서 라만 분광 분석을 행한 경우, 상기 표면으로부터 0.5 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 상기 제1 탄소의 피크 강도(Id3)와 상기 표면으로부터 0.5 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 상기 제2 탄소의 피크 강도(Ig3)의 합에 대한 상기 Ig3의 비율(R3)은, 상기 R1보다도 작고, 상기 R2보다도 큰 것이 바람직하다. 이로써, 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있다.

[3] 상기 표면은, 여유면의 표면인 것이 바람직하다. 이로써, 여유면에 있어서 초기 마모에 대응할 수 있는 우수한 윤활성을 가지면서 또한 상기 윤활성이 지속되는 작용을 발휘하는 다이아몬드 절삭 공구를 제공할 수 있다.

[4] 본 개시의 일 양태에 따른 다이아몬드 절삭 공구의 제조 방법은, 상기 다이아몬드 절삭 공구의 제조 방법으로서, 상기 단결정 다이아몬드 또는 상기 바인더리스 다결정 다이아몬드를 준비하는 공정과, 상기 단결정 다이아몬드 또는 상기 바인더리스 다결정 다이아몬드에 대하여, 제1 조사 조건 하에서 레이저 가공을 실행함으로써, 절삭날을 형성한 상기 커팅엣지부를 얻는 공정과, 상기 커팅엣지부에 대하여, 상기 제1 조사 조건과는 다른 제2 조사 조건 하에서 레이저 가공을 실행함으로써, 상기 커팅엣지부에 그래파이트를 생성하는 공정을 포함한다. 이러한 특징을 갖춘 다이아몬드 절삭 공구의 제조 방법은, 초기 마모에 대응할 수 있는 우수한 윤활성을 가지면서 또한 상기 윤활성이 지속됨으로써, 내마모성이 향상된 다이아몬드 절삭 공구를 제조할 수 있다.

[5] 상기 제2 조사 조건은, 레이저 파장이 532 nm 이상 1064 nm 이하이고, 레이저 스폿 직경이 반치폭으로 5 ㎛ 이상 70 ㎛ 이하이며, 레이저 초점 심도가 1 mm 이상이고, 레이저 출력이 가공점에 있어서 1 W 이상 20 W 이하이며, 레이저 주사 속도가 5 mm/초 이상 100 mm/초 이하이고, 레이저 반복 주파수가 10 Hz 이상 1 MHz 이하인 것이 바람직하다. 이로써, 커팅엣지부에 있어서, 초기 마모에 대응할 수 있는 윤활성과 이 윤활성이 지속되는 작용을 부여하는 그래파이트를 수율 좋게 생성할 수 있다.

[본 개시의 실시형태의 상세]

이하, 본 개시의 실시형태(이하, 「본 실시형태」라고도 기재한다)에 관해서 도 1을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 「A∼B」라는 형식의 표기는, 범위의 상한 하한(즉 A 이상 B 이하)을 의미하고, A에 있어서 단위의 기재가 없고 B에서만 단위가 기재되어 있는 경우, A의 단위와 B의 단위는 동일하다.

〔다이아몬드 절삭 공구〕

본 실시형태에 따른 다이아몬드 절삭 공구는, 단결정 다이아몬드(이하, 「SCD」라고도 기재한다) 또는 바인더리스 다결정 다이아몬드(이하, 「BLPCD」라고도 적는다)와 그래파이트를 구비하는, 커팅엣지부를 포함하는, 다이아몬드 절삭 공구이다. 이하에서는, 상기 SCD 또는 BLPCD를 구성하는 탄소를 제1 탄소의 용어를 이용하고, 상기 그래파이트를 구성하는 탄소를 제2 탄소의 용어를 이용하여 설명하는 경우가 있다.

상기 다이아몬드 절삭 공구는, 상기 커팅엣지부의 표면에 있어서 라만 분광 분석을 행한 경우, 상기 표면에 있어서의 상기 제1 탄소의 피크 강도(Id1)와 상기 표면에 있어서의 상기 제2 탄소의 피크 강도(Ig1)의 합에 대한 상기 Ig1의 비율(R1)은, 0.5 이상 1 이하이다. 또한, 상기 다이아몬드 절삭 공구는, 상기 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서 라만 분광 분석을 행한 경우, 상기 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 상기 제1 탄소의 피크 강도(Id2)와 상기 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 상기 제2 탄소의 피크 강도(Ig2)의 합에 대한 상기 Ig2의 비율(R2)은, 0.01 이상 0.3 이하이다.

상기 다이아몬드 절삭 공구는, 상기 R1이 0.5 이상 1 이하이면서 또한 상기 R2가 0.01 이상 0.3 이하인 경우, 커팅엣지부에 있어서 그래파이트에 기초한 초기 마모에 대응할 수 있는 우수한 윤활성과 이 윤활성이 지속되는 작용을 얻을 수 있다. 이로써 다이아몬드 절삭 공구는 내마모성이 향상된다. 여기서, 상기 다이아몬드 절삭 공구는, 전형적으로는 상술한 특징을 갖는 커팅엣지부(cutting edge portion)와, 이 커팅엣지부가 납땜 등의 수단에 의해 접합되는 베이스메탈부(base metal portion)를 포함하는 양태를 갖는다. 상기 다이아몬드 절삭 공구는 상술한 특징을 갖는 커팅엣지부만으로 이루어지는 양태를 갖는 경우도 있다. 또한, 상기 다이아몬드 절삭 공구는, 다이아몬드 절삭 공구 전체가 단결정 다이아몬드 또는 바인더리스 다결정 다이아몬드와 그래파이트로 이루어지고, 커팅엣지부가 상술한 특징을 갖는 양태라도 좋다.

이하, 본 실시형태에서는, 다이아몬드 절삭 공구의 일 양태로서, 상술한 특징을 갖는 커팅엣지부와 상기 베이스메탈부를 포함하는 다이아몬드 절삭 공구에 관해서 상세히 설명하지만, 본 개시는 이 밖의 양태의 다이아몬드 절삭 공구를 제외하는 것은 아니다.

<커팅엣지부>

본 실시형태에 따른 다이아몬드 절삭 공구는, SCD 또는 BLPCD와 그래파이트를 구비하는, 커팅엣지부를 포함한다. 상기 커팅엣지부는, 경사면(rake face)과, 여유면(flank face)과, 상기 경사면 및 상기 여유면의 사이에 형성되는 절삭날을 갖는다. 상기 절삭날은, 피삭재의 가공에 직접 관여하는 부분이며, 상기 경사면의 일부와 상기 여유면의 일부와 상기 경사면 및 상기 여유면이 교차하는 능선으로 이루어진다. 본 명세서에 있어서 「경사면」이란, 절삭 시에 피삭재로부터 깎여나온 절삭 부스러기를 건져내는 면을 의미하고, 「여유면」이란, 절삭 시에 피삭재의 피삭면에 대하여 대향하는 면을 의미한다.

상기 커팅엣지부는, 상기 SCD 또는 BLPCD를 주요 구성 요소로 하는 벌크(bulk)이며, 덩어리 형상을 갖는다. 따라서, 초경합금 등의 임의의 기재를 다이아몬드 피막에 의해 피복함으로써 커팅엣지를 형성하는 다이아몬드 피복 공구에 있어서의 상기 다이아몬드 피막과는 그 형상이 다르다. 더구나, 상기 다이아몬드 피막과 본 실시형태에 있어서의 상기 커팅엣지부는, 서로 형상이 다름으로써, 특성뿐만 아니라, 사용 목적 및 제조 방법도 다르다. 이것은, 예컨대 상기 특허문헌 2에 개시된 그래파이트를 포함하는 다이아몬드 피막을 갖는 다이아몬드 피복 공구와 본 실시형태의 커팅엣지부를 갖는 다이아몬드 절삭 공구의 관계에 있어서도 마찬가지다. 예컨대 상기 특허문헌 2의 다이아몬드 피복 공구와 본 실시형태의 다이아몬드 절삭 공구를 비교하면, 제조 방법이 다를 뿐만 아니라, 커팅엣지부에 그래파이트를 생성시키는 방법도 전혀 다르다.

더구나, 다이아몬드 피복 공구에 있어서는, 일반적으로 다이아몬드 피막의 두께는 5∼10 ㎛ 정도로, 100 ㎛ 이상의 두께를 갖는 박막은 실질적으로 제조할 수 없는 데 대하여, 본 실시형태에 따른 다이아몬드 절삭 공구에 있어서, 커팅엣지부가 되는 SCD 또는 BLPCD의 두께를 100 ㎛ 이상으로 하는 것은 용이하다.

(SCD 및 BLPCD)

커팅엣지부는 SCD 또는 BLPCD를 구비한다. SCD는 고온 고압 합성(HPHT)법, 화학 기상 증착(CVD)법 등의 종래 공지된 제조 방법을 실행함으로써 준비할 수 있다. BLPCD는, 다이아몬드 입자들이 서로 바인더(결합재)를 통하지 않고서 결합한 다결정 다이아몬드이다. BLPCD는, 그래파이트를 출발 재료로 하여 종래 공지된 HPHT 법에 의해 다이아몬드 입자로 변환하는 동시에, 결합재를 이용하지 않고서 상기 다이아몬드 입자를 소결하여, 이들을 결합시킴으로써 준비할 수 있다. 특히 커팅엣지부로서 준비되는 SCD 및 BLPCD는, 후술하는 제2 조사 조건에서 이용하는 레이저 파장에 대하여, 3 cm^-1 이상 10 cm^-1 미만이 되는 빛(레이저광)의 흡수 계수를 갖는 것이 바람직하다. 이로써 본 개시의 효과를 발휘하는 커팅엣지부를 효율적으로 형성할 수 있다.

SCD 및 BLPCD의 빛(레이저광)의 흡수 계수는, 다음의 측정 방법을 이용함으로써 구할 수 있다. 우선, 예컨대 후술하는 다이아몬드 절삭 공구의 제조 방법을 적절하게 이용함으로써, 두께가 특정된 판형의 SCD 또는 BLPCD를 준비한다. 이어서, 상기 SCD 또는 BLPCD에 대하여, 자외가시 분광법에 의해서 레이저광의 파장(예컨대 532 nm 또는 1064 nm)에서의 빛의 투과율(T)을 측정한다. 여기서 상기 빛의 투과율(T)은, 물체에의 입사광 강도(I₀)와 물체의 투과광 강도(I)의 비율(I/I₀)을 의미한다. 이 비율(I/I₀)은, 물체의 두께를 L, 물체 고유의 빛의 반사율을 R, 그리고 빛의 흡수 계수를 α로 한 경우, 『I/I₀=T=(1-R)²exp(-αL)』이라는 식에 의해서 나타낼 수 있다. 따라서, 상기 SCD 또는 BLPCD에 있어서 측정된 빛의 투과율(T)(=I/I₀), SCD 또는 BLPCD의 두께(L) 및 물체 고유의 빛의 반사율(R)(다이아몬드의 경우, R=0.172)을 상기 식에 대입함으로써, 빛의 흡수 계수(α)를 구할 수 있다. 이상으로부터, 후술하는 제2 조사 조건에서 이용하는 레이저 파장에 대하여, SCD 또는 BLPCD가 3 cm^-1 이상 10 cm^-1 미만이 되는 빛의 흡수 계수를 갖는지 여부에 관해서는, 상술한 식에 기초하여 빛의 흡수 계수(α)를 구함으로써 판단할 수 있다.

상기 SCD 및 BLPCD는, 탄소 이외의 불순물 원소의 함유율이 1 질량% 이하인 것이 바람직하다. 상기 불순물 원소의 함유율은, 0.5 질량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 불순물 원소는, 희토류 원소, 알칼리 토류 금속, Co, Fe, Ni, Ti, W, Ta, Cr 및 V로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 원소인 경우가 있다. 또한, 불순물 원소는, 질소, 산소, 붕소, 규소 및 수소로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 비금속 원소 또는 반금속 원소인 경우도 있다. 상기 SCD 및 BLPCD는, 불순물 원소의 함유율이 0 질량%라도 좋다.

불순물 원소 함유율의 측정 방법은 이하와 같다. 즉, 이차이온 질량 분석법(SIMS: Secondary Ion Mass Spectrometry)을 이용함으로써, 우선 커팅엣지부로서 준비한 SCD 또는 BLPCD에 있어서, 측정 대상으로 하는 불순물 원소의 이차이온 강도(counts/sec)를 측정한다. 또한, 이 측정 결과에 기초하여, 횡축에 분석 깊이, 종축에 이차이온 강도를 나타내는 그래프로서 작성되는, 상기 불순물 원소의 스펙트럼 데이터를 얻는다. 이어서, 상기 SCD 또는 BLPCD에 대하여, 기지의 에너지(kev) 및 도즈량(atoms/㎠)으로 측정 대상으로 하는 불순물 원소를 이온 주입한 기준 시료(reference sample)를 준비한다. 또한, 상기 기준 시료에 대하여, 상기 SCD 또는 BLPCD에 대하여 행한 측정과 같은 조건으로 이차이온 강도를 측정하고, 이로써 상기 기준 시료에 있어서의 상기 불순물 원소의 스펙트럼 데이터를 얻는다. 마지막으로, 상기 SCD 또는 BLPCD에 있어서의 상기 불순물 원소의 스펙트럼 데이터와 상기 기준 시료에 있어서의 상기 불순물 원소의 스펙트럼 데이터를 대비함으로써, 상기 SCD 또는 BLPCD에 있어서 측정 대상으로 한 불순물 원소의 함유율(atoms/㎤)을 산출할 수 있다.

여기서, 제2 조사 조건에서 이용하는 레이저 파장에 대하여 3 cm^-1 이상 10 cm^-1 미만이 되는 빛(레이저광)의 흡수 계수를 갖는 SCD 및 BLPCD는, 탄소 이외의 불순물 원소의 함유율이 1 질량% 이하인 경우에 수율 좋게 얻을 수 있다. 탄소 이외의 불순물 원소의 함유율이 1 질량% 이하인 SCD 및 BLPCD는, 종래 공지된 제조 방법에 의해서 얻을 수 있다.

(그래파이트)

커팅엣지부는 상술한 것과 같이 그래파이트를 구비한다. 상기 그래파이트는, 후술하는 〔다이아몬드 절삭 공구의 제조 방법〕 항목에서 상세히 설명하는 것과 같이, 제1 조사 조건 하에서 SCD 또는 BLPCD를 레이저 가공함으로써 절삭날을 형성한 커팅엣지부를 얻은 후, 상기 커팅엣지부에 대하여 상기 제1 조사 조건과는 다른 제2 조사 조건 하에서 레이저 가공함으로써 생성할 수 있다.

여기서, 도 1은, 본 실시형태에 따른 다이아몬드 절삭 공구에 관한 것으로, SCD 또는 BLPCD와 그래파이트의 합에 대한 그래파이트의 비율 변화를, 커팅엣지부의 표면으로부터 깊이 방향을 향해서 나타낸 그래프이다. 도 1에 도시하는 것과 같이, 커팅엣지부에 있어서 그래파이트는, 커팅엣지부의 표면으로부터 깊이 방향을 향해서, SCD 또는 BLPCD 중에서 거의 단조롭게 감소하면서 적어도 커팅엣지부의 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면까지 존재한다. 이에 따라, 커팅엣지부에 대하여 그래파이트에 기초한 초기 마모에 대응할 수 있는 윤활성과 이 윤활성이 지속되는 작용을 부여할 수 있으며, 이로써 다이아몬드 절삭 공구의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 본 실시형태에 있어서, 도 1에 도시하는 것과 같은 그래파이트의 비율 변화는, 커팅엣지부에 있어서의 상기 SCD 또는 BLPCD와 그래파이트의 합에 대한 그래파이트의 비율(R=Ig/(Ig+Id))로서, 후술하는 라만 분광 분석에 기초하여 구할 수 있다.

한편, 도 1에서 파선으로 나타내는 그래파이트의 비율 변화는, 이런 종류의 다이아몬드 절삭 공구에 있어서, 종래 공지된 레이저 가공 등에 의해 커팅엣지부에 적극적으로 그래파이트층(이하, 「종래의 그래파이트층」이라고도 기재한다)을 석출시킨 경우를 나타낸다. 이 경우, 종래의 그래파이트층은, 두께가 100 nm 정도로 얇다. 이 때문에 도 1에 있어서, 종래의 그래파이트층을 갖는 커팅엣지부는, 커팅엣지부의 표면으로부터 100 nm의 깊이를 넘으면, 그래파이트의 비율이 급격하게 감소한다. 이로써, 종래의 그래파이트층을 갖는 다이아몬드 절삭 공구는, 그래파이트의 윤활성에 기초한 효과가 일시적으로 되어, 가공 시에 윤활성을 지속시키기가 어려워진다.

또한, 도 2는, 도 1의 그래프에 나타낸 본 실시형태에 따른 다이아몬드 절삭 공구에 있어서의 커팅엣지부의 표면으로부터 깊이 방향을 향한 그래파이트의 비율 변화를, 상기 커팅엣지부의 일부(여유면의 일부)에 있어서, 그 표면으로부터 깊이 방향으로 절단한 단면에 모식적으로 반영시켜 나타낸 설명도이다. 구체적으로는, 도 2는, 다이아몬드 절삭 공구의 커팅엣지부(1)의 일부에 있어서, 표면(여유면(11)의 표면)으로부터 깊이 방향으로 절단한 단면(S)을 확대시함으로써, 상기 단면(S)에 있어서의 그래파이트의 비율 변화를 그레이색의 농담(도트의 밀집도)에 의해 나타내고 있다. 즉, 상기 단면(S)에서는, 도트가 밀집함으로써 그레이색이 보다 짙게 나타나는 영역에 있어서 그래파이트의 비율이 보다 높다. 도 2에 의하면, 상기 단면(S)에 있어서 그래파이트의 비율(함유량)은, 여유면(11)의 표면으로부터 깊이 방향을 향해서 거의 단조롭게 감소하지만, 적어도 여유면(11)의 표면으로부터 소정의 깊이까지 제로가 되는 일 없이 존재하는 것을 이해할 수 있다.

여기서, 본 명세서에 있어서 「커팅엣지부의 표면」이란, 상기 경사면의 표면, 상기 여유면의 표면 및 상기 절삭날의 표면 3자를 의미한다. 그러나, 후술하는 라만 분광 분석의 분석 대상으로 하는 「커팅엣지부의 표면」은, 본 개시의 효과를 충분히 발휘한다는 관점에서, 여유면의 표면으로 하는 것이 바람직하다. 여유면은, 절삭 시에 피삭재의 피삭면에 대하여 대향하는 면이므로, 경사면에 비해서 보다 우수한 내마모성을 가질 것이 요구되기 때문이다. 또한, 절삭날에 비해서 라만 분광 분석의 실행이 가능하게 되는 영역이 크므로, 절삭날보다도 분석 대상으로 하기 쉽기 때문이다. 즉, 상기 표면은, 여유면의 표면인 것이 바람직하다. 또한, 본 명세서에 있어서 「커팅엣지부의 표면」이라고 하는 경우의 「표면」은, 커팅엣지부의 가장 표면을 의미하며, 깊이 방향의 두께의 개념을 포함하지 않는 것으로 한다.

(라만 분광 분석에 의해 구해지는 R1, R2 및 R3)

본 실시형태에 따른 다이아몬드 절삭 공구는, 상술한 것과 같이 SCD 또는 BLPCD를 구성하는 탄소를 제1 탄소로 하고, 상기 그래파이트를 구성하는 탄소를 제2 탄소로 하여, 상기 커팅엣지부의 표면에 있어서 라만 분광 분석을 행한 경우, 상기 표면에 있어서의 상기 제1 탄소의 피크 강도(Id1)와 상기 표면에 있어서의 상기 제2 탄소의 피크 강도(Ig1)의 합에 대한 상기 Ig1의 비율(R1)은, 0.5 이상 1 이하이다. 상기 R1은, 커팅엣지부 표면에 있어서의 SCD 또는 BLPCD와 그래파이트의 합에 대한 그래파이트의 비율을 의미하며, Ig1/(Ig1+Id1)의 식에 의해 나타낼 수 있다. 즉, 본 실시형태에 있어서, 커팅엣지부 표면에 있어서의 SCD 또는 BLPCD와 그래파이트의 합에 대한 그래파이트의 비율(R1=Ig1/(Ig1+Id1))은, 0.5 이상 1 이하이다.

상기 R1은, 0.7 이상 1 이하인 것이 바람직하고, 0.9 이상 1 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 R1이 0.5 미만인 경우, 커팅엣지부 표면에 있어서의 그래파이트의 비율이 근소하게 되기 때문에, 초기 마모에 대응할 수 있는 윤활성을 얻기가 어려워진다. 한편, 상기 Ig1/(Ig1+Id1)의 식에 의하면, 상기 R1이 1을 넘는 경우는 있을 수 없다.

더욱이, 상기 커팅엣지부에 있어서, 상기 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서 라만 분광 분석을 행한 경우, 상기 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 상기 제1 탄소의 피크 강도(Id2)와 상기 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 상기 제2 탄소의 피크 강도(Ig2)의 합에 대한 상기 Ig2의 비율(R2)은, 0.01 이상 0.3 이하이다. 상기 R2는, 커팅엣지부의 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 SCD 또는 BLPCD와 그래파이트의 합에 대한 그래파이트의 비율을 의미하며, Ig2/(Ig2+Id2)의 식에 의해 나타낼 수 있다. 즉, 본 실시형태에 있어서 커팅엣지부의 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 SCD 또는 BLPCD와 그래파이트의 합에 대한 그래파이트의 비율(R2=Ig2/(Ig2+Id2))은, 0.01 이상 0.3 이하이다. 본 명세서에 있어서 「커팅엣지부의 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면」이란, 커팅엣지부의 표면으로부터 깊이 방향으로 1 ㎛의 거리를 이격하여 상기 표면과 평행하게 되는 면을 말한다. 또한, 「커팅엣지부의 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면」은, 라만 분광 분석을 행하기 위해서 가상적으로 설정되는 면(측정 대상면)이며, 후술하는 것과 같이 라만 분광 분석 시에 노출된다.

상기 R2는, 0.1 이상 0.3 이하인 것이 바람직하고, 0.15 이상 0.25 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 R2가 0.01 미만인 경우, 커팅엣지부의 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면까지의 그래파이트의 비율이 근소하게 되기 때문에, 가공 시에 윤활성이 지속되기 어려워진다. 상기 R2가 0.3을 넘는 경우, 커팅엣지부의 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면까지의 그래파이트의 비율이 과다하게 되기 때문에, 경도의 저하에 의해서 충분한 가공 성능을 얻기가 어려워진다.

여기서, 본 실시형태에 있어서, R2로서 커팅엣지부의 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 SCD 또는 BLPCD와 그래파이트의 합에 대한 그래파이트의 비율을 규정한 이유는, 다음과 같다. 즉, 이런 종류의 다이아몬드 절삭 공구가 적용되는 난삭성 피삭재의 가공은, 경면 가공 등이라고 불리며, 매우 작은 표면거칠기를 갖는 가공면으로 마무리할 것이 요청되는 경우가 많다. 이러한 경우에 있어서, 커팅엣지부의 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면이 노출되는 정도까지 다이아몬드 절삭 공구가 상기 피삭재의 가공에 사용되었을 때, 상기 다이아몬드 절삭 공구는 수명에 달했다고 판단되는 것이 일반적이다. 따라서, R2를 규정함으로써, 다이아몬드 절삭 공구가 수명에 달했다고 판단될 때까지 윤활성이 지속되는지 여부를 명확하게 할 수 있다.

본 실시형태에 따른 다이아몬드 절삭 공구는, 상술한 R1, R2의 관계를 갖는 경우, 즉 R1이 0.5 이상 1 이하이면서 또한 R2가 0.01 이상 0.3 이하인 경우, 커팅엣지부에 있어서 그래파이트에 기초한 초기 마모에 대응할 수 있는 우수한 윤활성과 이 윤활성이 지속되는 작용을 얻을 수 있다.

구체적으로는, 우선 커팅엣지부 표면에 있어서의 그래파이트의 비율(R1)이 0.5 이상 1 이하임으로써, 초기 마모에 대응할 수 있는 윤활성을 가질 수 있다. 커팅엣지부의 표면에 있어서 그래파이트가 과반수를 차지하기 때문이다.

더욱이, 커팅엣지부의 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 그래파이트의 비율(R2)이 0.01 이상 0.3 이하임으로써, 우수한 가공 성능을 발휘할 수 있다. 커팅엣지부의 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서 높은 경도를 갖는 SCD 또는 BLPCD가 대다수를 차지하기 때문이다. 또한, 커팅엣지부의 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서 그래파이트가 존재하기 때문에, 윤활성을 유지할 수도 있다.

이어서, 상기 다이아몬드 절삭 공구의 커팅엣지부는, 상기 표면으로부터 0.5 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서 라만 분광 분석을 행한 경우, 상기 표면으로부터 0.5 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 상기 제1 탄소의 피크 강도(Id3)와 상기 표면으로부터 0.5 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 상기 제2 탄소의 피크 강도(Ig3)의 합에 대한 상기 Ig3의 비율(R3)은, 상기 R1보다도 작고, 상기 R2보다도 큰 것이 바람직하다. 상기 R3은, 커팅엣지부의 표면으로부터 0.5 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 SCD 또는 BLPCD와 그래파이트의 합에 대한 그래파이트의 비율을 의미하며, Ig3/(Ig3+Id3)의 식에 의해 나타낼 수 있다. 즉, 본 실시형태에 있어서 커팅엣지부의 표면으로부터 0.5 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 SCD 또는 BLPCD와 그래파이트의 합에 대한 그래파이트의 비율(R3=Ig3/(Ig3+Id3))은, 상기 R1보다도 작고, 상기 R2보다도 큰 것이 바람직하다. 바꿔 말하면, 본 실시형태에 따른 다이아몬드 절삭 공구는, R1>R3>R2의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 본 명세서에 있어서 「커팅엣지부의 표면으로부터 0.5 ㎛의 깊이에 위치하는 면」이란, 커팅엣지부의 표면으로부터 깊이 방향으로 0.5 ㎛의 거리를 이격하여 상기 표면과 평행하게 되는 면을 말한다. 또한, 「커팅엣지부의 표면으로부터 0.5 ㎛의 깊이에 위치하는 면」은, 라만 분광 분석을 행하기 위해서 가상적으로 설정되는 면(측정 대상면)이며, 후술하는 것과 같이 라만 분광 분석 시에 노출된다.

상기 다이아몬드 절삭 공구는, R1>R3>R2의 관계를 만족함으로써, 커팅엣지부의 표면으로부터 0.5 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서 SCD 또는 BLPCD 중에 상당량의 그래파이트가 존재하는 것을 의미하기 때문에, 윤활성을 유지할 수 있다. 또한, 커팅엣지부의 표면으로부터 0.5 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서 SCD 또는 BLPCD가 과반수를 차지하기 때문에, 우수한 가공 성능도 발휘할 수 있다. 한편, 상기 R3이 상기 R1보다도 큰 경우, 커팅엣지부의 표면으로부터 0.5 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 그래파이트의 비율이 과다하게 되어, 경도의 저하에 의해서 충분한 가공 성능을 얻지 못할 가능성이 있다. 혹은 상기 R3이 상기 R1보다도 큰 경우, 커팅엣지부 표면에 있어서의 그래파이트의 비율이 근소하게 되어, 초기 마모에 대응할 수 있는 윤활성을 얻기가 어려워질 가능성이 있다.

더욱이, 상기 R3이 상기 R2보다도 작은 경우, 커팅엣지부의 표면으로부터 0.5 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 그래파이트의 비율이 근소하게 되어, 가공 시에 윤활성을 지속할 수 없을 가능성이 있다. 혹은 상기 R3이 상기 R2보다도 작은 경우, 커팅엣지부의 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 그래파이트의 비율이 과다하게 되어, 경도의 저하에 의해서 충분한 가공 성능을 얻지 못할 가능성이 있다. 상기 R3은, 구체적으로는 0.1 이상 0.75 이하인 것이 바람직하고, 0.3 초과 0.5 미만인 것이 보다 바람직하다.

여기서, 상술한 R1>R3>R2의 관계를 만족하는 커팅엣지부를 포함하는 다이아몬드 절삭 공구는, 구체적으로는 후술하는 다이아몬드 절삭 공구의 제조 방법에 의해 얻어지는 것이다. 상기 제조 방법의 내용에 비추어보면, 상기 커팅엣지부에 있어서 그래파이트는, 도 1 및 도 2에 도시하는 것과 같이 커팅엣지부의 표면으로부터 깊이 방향을 향해서, SCD 또는 BLPCD 중에서 거의 단조롭게 감소하면서 적어도 커팅엣지부의 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면까지 존재하는 것으로 추정된다. 이 때문에 본 명세서에서는, 커팅엣지부에 있어서 그래파이트의 비율이 R1>R3>R2의 관계를 만족하는 경우, 커팅엣지부에 있어서 그래파이트는, 「커팅엣지부의 표면으로부터 깊이 방향을 향해서, SCD 또는 BLPCD 중에서 거의 단조롭게 감소하면서 적어도 커팅엣지부의 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면까지 존재하는」 것으로 간주한다. 따라서, 상기 그래파이트의 비율이 상술한 R1>R2>R3의 관계를 만족하는 한, 커팅엣지부의 표면으로부터 깊이 방향으로 진행하는 방향으로 그래파이트의 비율이 일정하게 되는 부분이 포함되는 경우가 있더라도, 커팅엣지부의 표면으로부터 깊이 방향으로 진행하는 방향으로 그래파이트의 비율이 증가하는 부분이 포함되는 경우가 있더라도, 본 개시의 효과를 발휘하는 한, 어느 경우나 본 실시형태의 다이아몬드 절삭 공구를 벗어나는 것이 아니다.

상기 그래파이트의 비율(R1, R2 및 R3)은, 이하의 수순으로 라만 분광 분석을 실행함으로써 구할 수 있다. 우선 R1에 관해서는, 예컨대 후술하는 다이아몬드 절삭 공구의 제조 방법에 기초하여 다이아몬드 절삭 공구를 얻음으로써, 측정 대상으로 하는 시료를 준비한다. 이어서, 이 시료에 있어서의 커팅엣지부의 표면(여유면의 표면)에 대하여, 실온에서 파장 532 nm의 레이저를 여기광으로서 조사함으로써 라만 분광 분석을 실행한다. 상기 라만 분광 분석에 있어서는, 0.25 cm^-1 이하의 파수 분해능을 갖는 분광기(상품명: 「LabRAM HR UV-VIS NIR」, 가부시키가이샤호리바세이사쿠쇼 제조)를 이용하여 스펙트럼 해석을 실행함으로써 얻어진 포논 피크(phonon peak)에 기초하여, 로렌츠 함수와 가우스 함수의 복합 함수를 최소제곱법으로 피팅함으로써, 다이아몬드 및 그래파이트의 피크 강도를 구한다. 구체적으로는, 1333 cm^-1 부근에 나타나는 다이아몬드의 피크 강도(Id1) 및 1400∼1700 cm^-1 부근에 나타나는 그래파이트의 피크 강도(Ig1)를 측정한다. 이 Id1 및 Ig1에 기초하여, Ig1/(Ig1+Id1)의 식으로부터 R1을 구할 수 있다. R1은, 여유면 상의 임의의 다섯 곳에서 Ig1/(Ig1+Id1)를 구하여, 이들의 평균치로서 나타낼 수 있다.

이어서, R2에 관해서는, 다음의 방법에 의해 구할 수 있다. 우선 상기 시료에 있어서의 커팅엣지부의 여유면을 연마 가공함으로써, 커팅엣지부의 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면을 노출시켜, 이 노출면을 측정 대상면으로 한다. 이 측정 대상면에 대하여, R1을 구하는 방법과 같은 방법에 의해 라만 분광 분석을 실행함으로써, Ig2/(Ig2+Id2)의 식으로부터 R2를 구할 수 있다. R3에 관해서도, 상기 시료에 있어서의 커팅엣지부의 여유면을 연마 가공함으로써 커팅엣지부의 표면으로부터 0.5 ㎛의 깊이에 위치하는 면을 노출시키고, 이 노출면을 측정 대상면으로 하여, R1을 구하는 방법과 같은 방법에 의해 라만 분광 분석을 실행함으로써, Ig3/(Ig3+Id3)의 식으로부터 R3을 구할 수 있다. 또한, 상기 라만 분광 분석을 실행할 때는, R1, R3, R2의 순으로 그 수치를 구하는 것이 바람직하다.

<다이아몬드 절삭 공구에 있어서의 다른 구성: 베이스메탈부>

상기 다이아몬드 절삭 공구는, 상술한 것과 같이 커팅엣지부와 함께 베이스메탈부를 포함하는 경우가 있다. 상기 다이아몬드 절삭 공구의 베이스메탈부로서는, 이런 종류의 베이스메탈부로서 종래 공지된 것이라면 어느 것이나 사용할 수 있다. 예컨대 베이스메탈부는, 초경합금(예컨대 WC기 초경합금, WC 외에, Co를 포함하거나, 혹은 Ti, Ta, Nb 등의 탄질화물을 첨가한 것도 포함한다), 서멧(TiC, TiN, TiCN 등을 주성분으로 하는 것), 고속도강, 세라믹스(탄화티탄, 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 산화알루미늄 등), 입방정 질화붕소 소결체 또는 다이아몬드 소결체의 어느 것으로 이루어지는 것이 바람직하다.

베이스메탈부의 소재로서는, 이들 중에서도 초경합금(특히 WC기 초경합금) 또는 서멧(특히 TiCN기 서멧)을 선택하는 것이 바람직하다. 이들 소재는, 고온에 있어서의 경도와 강도의 밸런스가 우수하며, 상기 용도의 다이아몬드 절삭 공구의 베이스메탈부로서 우수한 특성을 가지고 있다. 베이스메탈부로서 WC기 초경합금을 이용하는 경우, 그 조직 중에 유리 탄소, 그리고 η상 또는 ε상이라고 불리는 이상층(異常層) 등을 포함하고 있어도 좋다.

더욱이, 베이스메탈부는, 그 표면이 개질된 것이라도 지장은 없다. 예컨대 초경합금의 경우, 그 표면에 탈β층이 형성되어 있거나, 서멧의 경우에 표면경화층이 형성되어 있거나 하여도 좋다. 베이스메탈부는, 그 표면이 개질되어 있더라도 원하는 효과가 발휘된다.

베이스메탈부는, 상기 다이아몬드 절삭 공구가 드릴 등의 절삭 공구인 경우, 섕크(shank) 등으로 불리는 경우가 있다.

<다이아몬드 절삭 공구의 용도>

상기 다이아몬드 절삭 공구는, 상술한 드릴에 한정되지 않고, 엔드밀(예컨대 볼엔드밀), 드릴용 커팅엣지 교환형 절삭 팁, 엔드밀용 커팅엣지 교환형 절삭 팁, 밀링용 커팅엣지 교환형 절삭 팁, 선삭가공용 커팅엣지 교환형 절삭 팁, 메탈소우, 기어 커팅 툴, 리머, 탭 등의 각종 절삭 공구로서 이용할 수 있다.

<작용>

본 실시형태에 따른 다이아몬드 절삭 공구는, 그래파이트가 커팅엣지부의 표면으로부터 깊이 방향을 향해서, SCD 또는 BLPCD 중에서 거의 단조롭게 감소하면서 적어도 커팅엣지부의 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면까지 존재한다. 이에 따라, 커팅엣지부에 대하여 그래파이트에 기초한 초기 마모에 대응할 수 있는 윤활성과 이 윤활성이 지속되는 작용을 부여할 수 있으며, 이로써 상기 다이아몬드 절삭 공구의 내마모성을 향상시킬 수 있다.

〔다이아몬드 절삭 공구의 제조 방법〕

본 실시형태에 따른 다이아몬드 절삭 공구의 제조 방법에 관해서는, 후술하는 제3 공정을 제외하고, 이런 종류의 다이아몬드 절삭 공구를 제조하기 위한 종래 공지된 수법을 적절하게 이용함으로써 제조할 수 있다. 즉, 상기 다이아몬드 절삭 공구의 제조 방법은, 후술하는 제3 공정에 의해, 상기 커팅엣지부에 있어서 그래파이트를, 커팅엣지부의 표면으로부터 깊이 방향을 향해서, SCD 또는 BLPCD 중에서 거의 단조롭게 감소하면서 적어도 커팅엣지부의 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면까지 생성하고, 이로써 내마모성이 향상되는 다이아몬드 절삭 공구를 얻을 수 있다. 본 실시형태에 따른 다이아몬드 절삭 공구의 제조 방법은, 상기 다이아몬드 절삭 공구를 수율 좋게 얻는다는 관점에서, 구체적으로는 다음의 방법을 이용하는 것이 바람직하다.

본 실시형태에 따른 다이아몬드 절삭 공구의 제조 방법은, 상기 다이아몬드 절삭 공구의 제조 방법으로서, 상기 SCD 또는 BLPCD를 준비하는 공정(제1 공정)과, 상기 SCD 또는 BLPCD에 대하여, 제1 조사 조건 하에서 레이저 가공을 실행함으로써, 절삭날을 형성한 상기 커팅엣지부를 얻는 공정(제2 공정)과, 상기 커팅엣지부에 대하여, 상기 제1 조사 조건과는 다른 제2 조사 조건 하에서 레이저 가공을 실행함으로써, 상기 커팅엣지부에 그래파이트를 생성하는 공정(제3 공정)을 포함한다.

<제1 공정>

본 공정은, SCD 또는 BLPCD를 준비하는 공정이다. SCD 및 BLPCD는 양자 모두, 이것을 얻기 위한 종래 공지된 제조 방법을 이용함으로써 준비할 수 있다. 예컨대 SCD는, 종래 공지된 HTHP법, CVD법 등을 이용함으로써 준비할 수 있다. 또한, BLPCD는, 그래파이트를 출발 재료로 하여 종래 공지된 HTHP법에 의해 소결함으로써 다이아몬드 입자로 변환하고, 동시에 상기 다이아몬드 입자끼리 결합시킴으로써 준비할 수 있다. 상기 SCD 및 BLPCD는, 예컨대 다이아몬드 절삭 공구가 선삭가공용 커팅엣지 교환형 절삭 팁인 경우, 길이가 2∼6 mm, 폭이 1∼6 mm, 두께가 0.3∼2 mm인 팁 형상으로 준비하는 것이 바람직하다. 상기 SCD 및 BLPCD는, 예컨대 다이아몬드 절삭 공구가 드릴인 경우, 길이가 0.5∼5 mm, 직경이 0.5∼5 mm인 원주체 형상으로 준비하는 것이 바람직하다.

상술한 것과 같이 상기 SCD 및 BLPCD는, 종래 공지된 제조 방법에 의해 얻을 수 있다. 그러나, 본 개시의 효과를 충분히 발휘한다는 관점에서, 종래 공지된 제조 방법에 의해 얻은 SCD 및 BLPCD 중, 후술하는 제2 조사 조건에서 이용하는 레이저 파장에 대하여, 3 cm^-1 이상 10 cm^-1 미만이 되는 빛의 흡수 계수를 갖는 SCD 및 BLPCD를 선택함으로써, 이들을 준비하는 것이 바람직하다.

본 공정은, 상기 SCD 또는 BLPCD를 납땜 등의 수단에 의해 베이스메탈부에 접합하는 공정(베이스메탈부 접합 공정)을 포함하는 것이 바람직하다. 베이스메탈부는, 상술한 것과 같이 초경합금 등의 종래 공지된 재료에 의해 준비할 수 있다. 예컨대 상기 베이스메탈부의 재료로서, 스미토모덴키고교가부시키가이샤 제조의 이게탈로이(등록상표, 재종: G10E, AFU 등)를 적합하게 이용할 수 있다. 베이스메탈부의 형상은, 상기 SCD 및 BLPCD의 형상에 대응시켜 형성할 수 있다. 여기서, 상기 베이스메탈부 접합 공정은, 본 공정에서 실행하는 대신에, 후술하는 제3 공정의 커팅엣지부에 그래파이트를 생성한 후에 실행하는 것도 가능하다.

<제2 공정>

본 공정은, 상기 SCD 또는 BLPCD에 대하여, 제1 조사 조건 하에서 레이저 가공을 실행함으로써, 절삭날을 형성한 상기 커팅엣지부를 얻는 공정이다. 구체적으로는, 우선 상기 SCD 또는 BLPCD를 종래 공지된 레이저 가공기(예컨대 상품명: 「PreCutter」, 레이저플라스사 제조)에 부착한다. 또한, 상기 SCD 또는 BLPCD의 표면을 제1 조사 조건 하에서 상기 레이저 가공기의 레이저로 주사함으로써 가공하여, 이로써 SCD 또는 BLPCD에 절삭날을 형성한다. 이에 따라, 절삭날을 형성한 커팅엣지부를 얻을 수 있다.

상기 제1 조사 조건으로서는, 종래 공지된 조건을 이용할 수 있다. 예컨대 레이저 파장이 532 nm 이상 1064 nm 이하이고, 레이저 스폿 직경이 반치폭으로 5 ㎛ 이상 70 ㎛ 이하이며, 레이저 초점 심도가 0.5 mm 이상 20 mm 이하이고, 레이저 출력이 가공점에 있어서 1 W 이상 20 W 이하이며, 레이저 주사 속도가 5 mm/초 이상100 mm/초 이하인 제1 조사 조건을 이용할 수 있다.

<제3 공정>

본 공정은, 상기 커팅엣지부에 대하여, 상기 제1 조사 조건과는 다른 제2 조사 조건 하에서 레이저 가공을 실행함으로써, 상기 커팅엣지부에 그래파이트를 생성하는 공정이다. 구체적으로는, 우선 상기 커팅엣지부를 상기 레이저 가공기, 또는 이것과는 별도의 제2 레이저 가공기에 부착한다. 이어서, 커팅엣지부의 표면을, 제2 조사 조건 하에서 상기 레이저 가공기 또는 제2 레이저 가공기의 레이저로 주사함으로써 가공하여, 이로써 커팅엣지부에 그래파이트를 생성할 수 있다.

상기 제2 조사 조건은, 레이저 파장이 532 nm 이상 1064 nm 이하이고, 레이저 스폿 직경이 반치폭으로 5 ㎛ 이상 70 ㎛ 이하이며, 레이저 초점 심도가 1 mm 이상이고, 레이저 출력이 가공점에 있어서 1 W 이상 20 W 이하이며, 레이저 주사 속도가 5 mm/초 이상 100 mm/초 이하인 것이 바람직하다. 제2 조사 조건은, 레이저 파장이 532 nm 또는 1064 nm이고, 레이저 스폿 직경이 반치폭으로 10∼50 ㎛이며, 레이저 초점 심도가 1.5 mm 이상이고, 레이저 출력이 2∼10 W이며, 레이저 주사 속도가 30∼100 mm/min인 것이 보다 바람직하다. 상기 레이저 초점 심도의 상한은, 특별히 제한되지 않지만, 20 mm 이하로 할 수 있다. 레이저 펄스 폭으로서는, 1 f(펨토)초 이상 1 μ초 이하로 하는 것이 바람직하다. 레이저 반복 주파수로서는, 10 Hz 이상 1 MHz 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 제2 조사 조건에 있어서, 레이저 스폿 직경이 반치폭으로 5 ㎛ 미만인 경우, 레이저 파워가 낮기 때문에 커팅엣지부의 표면으로부터 깊이 방향을 향해서, SCD 또는 BLPCD 중에서 그래파이트가 거의 단조롭게 감소하면서 소정의 깊이까지 존재하는 프로파일을 형성하기가 어려워지는 경향이 있다. 레이저 스폿 직경이 반치폭으로 70 ㎛을 넘는 경우, 레이저 파워가 높기 때문에 SCD 또는 BLPCD가 갈라지는 경향이 있다. 레이저 초점 심도가 1 mm 미만인 경우, 디포커스에 의해 SCD 또는 BLPCD 중에서 그래파이트가 거의 단조롭게 감소하면서 소정의 깊이까지 존재하는 프로파일을 형성하기가 어려워지는 경향이 있다. 레이저 출력이 가공점에 있어서 1 W 미만이 되는 경우, 레이저 파워가 낮기 때문에 커팅엣지부의 표면으로부터 깊이 방향을 향해서, SCD 또는 BLPCD 중에서 그래파이트가 거의 단조롭게 감소하면서 소정의 깊이까지 존재하는 프로파일을 형성하기가 어려워지는 경향이 있다. 레이저 출력이 가공점에 있어서 20 W를 넘는 경우, 레이저 파워가 높기 때문에 SCD 또는 BLPCD가 갈라지는 경향이 있다.

레이저 주사 속도가 5 mm/초 미만인 경우, 레이저가 SCD 또는 BLPCD에 지나치게 깊게 들어가 SCD 또는 BLPCD가 갈라지는 경향이 있고, 100 mm/초를 넘는 경우, 레이저에 의한 가공이 거의 이루어지지 않는 경향이 있다. 레이저 펄스 폭이 1 f초 미만이 되는 경우, 레이저 파워가 높기 때문에 SCD 또는 BLPCD가 갈라지는 경향이 있고, 1 μ초를 넘는 경우, 열적 가공이 지배적으로 되어 SCD 또는 BLPCD가 갈라지는 경향이 있다. 레이저 반복 주파수가 10 Hz 미만이 되는 경우, 열적 가공이 지배적으로 되어 SCD 또는 BLPCD가 갈라지는 경향이 있다. 레이저 반복 주파수가 1 MHz를 넘는 경우, 조사된 레이저 펄스의 에너지가 가공점에 있어서 소비되기 전에 다음 레이저 펄스가 도달하기 때문에, 가공점에서의 열부하가 커지므로, 커팅엣지부의 표면으로부터 깊이 방향을 향해서 SCD 또는 BLPCD 중에서 그래파이트가 거의 단조롭게 감소하면서 소정의 깊이까지 존재하는 프로파일을 형성하기가 어려워지는 경향이 있다.

본 공정에서는, 상기 제2 조사 조건에서 이용하는 레이저 파장에 대하여 3 cm^-1 이상 10 cm^-1 미만이 되는 빛의 흡수 계수를 갖는 SCD 또는 BLPCD로 형성된 커팅엣지부에 대하여, 상기 제2 조사 조건으로 레이저 가공을 실행하는 것이 바람직하다. 이 경우, 레이저광은, 커팅엣지부의 표면으로부터 깊이 방향으로 진행함으로써 커팅엣지부의 내부로 침입할 수 있다. 커팅엣지부의 내부로 침입한 레이저광은, 침입한 영역에 있어서 다이아몬드가 그래파이트화하는 역치를 넘는 에너지를 갖는 경우, 그 영역의 SCD 또는 BLPCD를 그래파이트화할 수 있다.

한편, 상기 레이저광은, 커팅엣지부의 표면으로부터 깊이 방향으로 깊게 진행할수록 에너지를 보다 많이 잃는다. 이 때문에 상기 레이저광은, 커팅엣지부의 표면으로부터 깊이 방향으로 깊은 영역으로 진행할수록 상기 영역에 있어서 SCD 또는 BLPCD를 그래파이트화할 수 없게 된다. 이것을 그래프화하면, 도 1에 도시하는 것과 같은 SCD 또는 BLPCD와 그래파이트의 합에 대한 그래파이트의 비율 변화로서 나타낼 수 있다.

여기서, 상기 SCD 또는 BLPCD에 대하여 레이저 가공을 실행하는 제1 조사 조건과, 상기 커팅엣지부에 대하여 레이저 가공을 실행하는 제2 조사 조건은, 각종 파라미터에 있어서 중복되는 범위를 포함하는데, 본 공정에서는, 제1 조사 조건과 다른 조건 하에서 레이저 가공을 실행하는 한, 본 개시의 효과를 발휘할 수 있다. 왜냐하면, 제1 조사 조건은, 벌크 형상의 SCD 또는 BLPCD로부터 상기 절삭날을 갖는 커팅엣지부를 형성하는 레이저 가공인 데 대하여, 제2 조사 조건은, 상기 커팅엣지부의 표면으로부터 깊이 방향을 향해서 그래파이트를 소정의 비율로 생성하는 레이저 가공이기 때문에, 피조사부(SCD 또는 BLPCD 혹은 커팅엣지부)에 있어서 레이저의 에너지가 사용되는 방법이 자연히 다르기 때문이다. 구체적으로는, 제1 조사 조건에서의 레이저 가공은, 레이저 빔에 대하여 거의 수직인 면이 주된 피조사부가 되기 때문에 파워 밀도가 상대적으로 높다. 이에 대하여, 제2 조사 조건에서의 레이저 가공은, 레이저 빔에 대하여 거의 수평인 면이 주된 피조사부가 되기 때문에 파워 밀도가 상대적으로 낮게 된다.

<작용 효과>

이상의 제조 방법에 의해, 본 실시형태에 따른 다이아몬드 절삭 공구를 얻을 수 있다. 상기 제조 방법에 의해 얻어지는 다이아몬드 절삭 공구는, SCD 또는 BLPCD로 이루어지는 커팅엣지부가 상기 제2 조사 조건에 의해 레이저 가공됨으로써, 커팅엣지부에 있어서 그래파이트가, 커팅엣지부의 표면으로부터 깊이 방향을 향해서, SCD 또는 BLPCD 중에서 거의 단조롭게 감소하면서 적어도 커팅엣지부의 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면까지 존재할 수 있다. 따라서, 상기한 제조 방법에 의해서, 상기 그래파이트에 기초하여 초기 마모에 대응할 수 있는 우수한 윤활성을 가지면서 또한 상기 윤활성이 지속됨으로써, 내마모성이 향상된 다이아몬드 절삭 공구를 얻을 수 있다.

〔부기〕

이상의 설명은, 이하에 부기하는 실시형태를 포함한다.

<부기 1>

단결정 다이아몬드 또는 바인더리스 다결정 다이아몬드와, 그래파이트를 구비하는, 커팅엣지부를 포함하는 다이아몬드 절삭 공구로서,

상기 단결정 다이아몬드 또는 상기 바인더리스 다결정 다이아몬드를 구성하는 탄소를 제1 탄소로 하고, 상기 그래파이트를 구성하는 탄소를 제2 탄소로 하여,

상기 커팅엣지부의 표면에 있어서 라만 분광 분석을 행한 경우, 상기 표면에 있어서의 상기 제1 탄소의 피크 강도(Id1)와 상기 표면에 있어서의 상기 제2 탄소의 피크 강도(Ig1)의 합에 대한 상기 Ig1의 비율(R1)은, 0.5 이상 1 이하이고,

상기 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서 라만 분광 분석을 행한 경우, 상기 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 상기 제1 탄소의 피크 강도(Id2)와 상기 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 상기 제2 탄소의 피크 강도(Ig2)의 합에 대한 상기 Ig2의 비율(R2)은, 0.01 이상 0.3 이하인 것인, 다이아몬드 절삭 공구.

<부기 2>

상기 R1은, 0.7 이상 1 이하인 것인, 부기 1에 기재한 다이아몬드 절삭 공구.

<부기 3>

상기 R1은, 0.9 이상 1 이하인 것인, 부기 1 또는 부기 2에 기재한 다이아몬드 절삭 공구.

<부기 4>

상기 R2는, 0.1 이상 0.3 이하인 것인, 부기 1 내지 부기 3 중 어느 한 항에 기재한 다이아몬드 절삭 공구.

<부기 5>

상기 R2는, 0.15 이상 0.25 이하인 것인, 부기 1 내지 부기 4 중 어느 한 항에 기재한 다이아몬드 절삭 공구.

<부기 6>

상기 표면으로부터 0.5 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서 라만 분광 분석을 행한 경우, 상기 표면으로부터 0.5 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 상기 제1 탄소의 피크 강도(Id3)와 상기 표면으로부터 0.5 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 상기 제2 탄소의 피크 강도(Ig3)의 합에 대한 상기 Ig3의 비율(R3)은, 0.1 이상 0.75 이하인 것인, 부기 1 내지 부기 5 중 어느 한 항에 기재한 다이아몬드 절삭 공구.

<부기 7>

상기 R3은, 0.3 초과 0.5 미만인 것인, 부기 1 내지 부기 6 중 어느 한 항에 기재한 다이아몬드 절삭 공구.

<부기 8>

상기 단결정 다이아몬드 또는 상기 바인더리스 다결정 다이아몬드는, 1064 nm 또는 532 nm의 레이저 파장에 대하여, 3 cm^-1 이상 10 cm^-1 미만이 되는 빛의 흡수 계수를 갖는 것인, 부기 1 내지 부기 7 중 어느 한 항에 기재한 다이아몬드 절삭 공구.

실시예

이하, 실시예를 들어 본 개시를 보다 상세히 설명하지만, 본 개시는 이들에 한정되는 것은 아니다. 이하의 실시예 및 비교예에서는, 각각 다이아몬드 절삭 공구를 2개씩 제조했다. 또한, 실시예 및 비교예에서는, 2개의 다이아몬드 절삭 공구 중 한쪽을 여유면의 표면거칠기(Ra)의 측정 및 절삭 시험에 이용하고, 다른 쪽을 커팅엣지부에 있어서의 SCD 또는 BLPCD 중의 그래파이트의 비율(R1, R2 및 R3)의 측정에 이용했다.

〔다이아몬드 절삭 공구의 제조〕

<실시예 1>

(제1 공정)

ISO(국제표준화기구)가 규정하는 CCMW09T304의 팁 형상을 제작하는 데 이용하는 BLPCD의 벌크를 종래 공지된 HTHP법을 이용함으로써 준비했다. 이 BLPCD를, 스미토모덴키고교가부시키가이샤 제조의 이게탈로이(등록상표, 재종: G10E)를 이용한 초경합금을 가공함으로써 형성한 베이스메탈부에 납땜에 의해 접합하여, 이로써 후술하는 제2 공정에 제공하는 피가공체를 제작했다. 상기 BLPCD는, 상술한 측정 방법에 의해 1064 nm의 레이저 파장에 대한 빛의 흡수 계수를 구한 바, 3 cm^-1였다.

(제2 공정)

상기 피가공체에 있어서의 BLPCD의 표면을, 상술한 레이저 가공기와 동등한 성능의 가공기를 이용하여 이하의 제1 조사 조건 하에, 레이저로 주사함으로써 레이저 가공했다. 이에 따라, BLPCD에, 경사면과, 여유면과, 상기 경사면 및 여유면의 사이에 형성되는 절삭날을 갖는 커팅엣지부를 형성하여, 이로써 후술하는 제3 공정에 제공하는 다이아몬드 절삭 공구 전구체를 얻었다.

상기 제1 조사 조건은, 다음과 같다.

레이저 파장: 1064 nm

레이저 스폿 직경: 50 ㎛(반치폭)

레이저 초점 심도: 1.5 ㎛

레이저 출력: 10 W(가공점)

레이저 주사 속도: 50 mm/min.

(제3 공정)

상기 다이아몬드 절삭 공구 전구체의 커팅엣지부에 대하여, 상기 레이저 가공기를 이용하여 이하의 제2 조사 조건 하에, 레이저로 주사함으로써 레이저 가공했다. 이에 따라, 상기 커팅엣지부에 그래파이트를 생성하여, 이로써 실시예 1의 다이아몬드 절삭 공구(선삭가공용 커팅엣지 교환형 절삭 팁)를 얻었다.

상기 제2 조사 조건은, 다음과 같다.

레이저 파장: 1064 nm

레이저 스폿 직경: 40 ㎛(반치폭)

레이저 초점 심도: 1.5 ㎛

레이저 출력: 5 W(가공점)

레이저 주사 속도: 10 mm/min

레이저 펄스 폭: 10 ps(피코초)

레이저 반복 주파수: 200 kHz.

<실시예 2>

532 nm의 레이저 파장에 대한 빛의 흡수 계수가 7 cm^-1인 BLPCD를 준비함과 더불어, 제2 조사 조건을 이하와 같이 하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법을 이용함으로써, 다이아몬드 절삭 공구를 얻었다.

상기 제2 조사 조건은, 다음과 같다.

레이저 파장: 532 nm

레이저 스폿 직경: 40 ㎛(반치폭)

레이저 초점 심도: 1.5 ㎛

레이저 출력: 6 W(가공점)

레이저 주사 속도: 8 mm/min

레이저 펄스 폭: 10 ps(피코초)

레이저 반복 주파수: 50 Hz.

<실시예 3>

1064 nm의 레이저 파장에 대한 빛의 흡수 계수가 9 cm^-1인 SCD를 준비하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법을 이용함으로써, 다이아몬드 절삭 공구를 얻었다.

<실시예 4>

532 nm의 레이저 파장에 대한 빛의 흡수 계수가 5 cm^-1인 SCD를 준비함과 더불어, 제2 조사 조건을 실시예 2와 동일하게 하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법을 이용함으로써, 다이아몬드 절삭 공구를 얻었다.

<비교예 1 및 비교예 2>

532 nm의 레이저 파장에 대한 빛의 흡수 계수가 15 cm^-1인 BLPCD를 준비함 과 더불어, 제2 조사 조건을 실시예 2와 동일하게 하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법을 이용함으로써, 다이아몬드 절삭 공구를 얻었다.

<비교예 3>

532 nm의 레이저 파장에 대한 빛의 흡수 계수가 20 cm^-1인 SCD를 준비함과 더불어, 제2 조사 조건을 실시예 2와 동일하게 하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법을 이용함으로써, 다이아몬드 절삭 공구를 얻었다.

<비교예 4>

532 nm의 레이저 파장에 대한 빛의 흡수 계수가 1 cm^-1인 SCD를 준비함과 더불어, 제2 조사 조건을 실시예 2와 동일하게 하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법을 이용함으로써, 다이아몬드 절삭 공구를 얻었다.

<비교예 5>

1064 nm의 레이저 파장에 대한 빛의 흡수 계수가 1 cm^-1인 SCD를 준비하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법을 이용함으로써, 다이아몬드 절삭 공구를 얻었다.

〔여유면에 있어서의 표면거칠기(Ra)의 측정〕

실시예 1∼실시예 4 및 비교예 1∼비교예 5의 다이아몬드 절삭 공구에 대하여, 커팅엣지부의 여유면에 있어서 세 곳의 측정 영역을 두고, 이 측정 영역에 있어서의 표면거칠기(Ra)를 레이저 현미경(상품명: 「OLS5000」, 올림푸스가부시키가이샤 제조)을 이용하여, JIS B 0601(2001)에 준거함으로써 구했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1에서의 「여유면 표면거칠기(Ra)」의 수치는, 상기 세 곳의 측정 영역에서 측정한 표면거칠기(Ra)의 평균치이다. 표 1에서의 「여유면 표면거칠기(Ra)」의 수치가 0.1 ㎛ 이하인 경우, 각 실시예 및 비교예에 있어서 제작된 다이아몬드 절삭 공구는, 피삭재를 경면 가공하는 성능을 적어도 갖는다고 평가할 수 있다.

〔절삭 시험〕

실시예 1∼실시예 4 및 비교예 1∼비교예 5의 다이아몬드 절삭 공구를 이용하여, 피삭재로서의 초경합금제 둥근막대 부재((φ60 mm×길이 60 mm), 경도(HRA) 87, 스미토모덴키고교가부시키가이샤 제조)를 이하의 절삭 조건에 의해 절삭했다. 본 절삭 시험에서는, 상기 피삭재에 대하여 절삭한 거리가 1 km가 된 시점에서 절삭을 중지하고, 그 시점에서의 다이아몬드 절삭 공구의 여유면 최대 마모 폭(단위는 ㎛)을 현미경으로 확대하여 관찰함으로써 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 상기 여유면 최대 마모 폭의 수치가 작을수록 내마모성이 향상되었다고 평가할 수 있다. 표 1에서, 다이아몬드 절삭 공구의 「여유면 최대 마모 폭」을 「여유면 마모 폭(㎛)」의 항목으로 나타냈다.

<절삭 조건>

가공기: NC 선반

절삭 속도: 20 m/min

이송 속도: 0.05 mm/rev

절입량: 0.2 mm/rev

절삭유(쿨런트): 없음(단, 비교예 2의 다이아몬드 절삭 공구를 이용한 절삭시험에서는 수용성 에멀젼을 사용).

〔그래파이트의 비율(R1, R2, R3)〕

실시예 1∼실시예 4 및 비교예 1∼비교예 5의 다이아몬드 절삭 공구의 커팅엣지부에 대하여, 상술한 방법을 이용하여 커팅엣지부(여유면)의 표면, 커팅엣지부(여유면)의 표면으로부터 0.5 ㎛의 깊이에 위치하는 면, 그리고 커팅엣지부(여유면)의 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 SCD 또는 BLPCD 중의 그래파이트의 비율(R1, R3 및 R2)을 각각 구했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

〔고찰〕

표 1에 의하면, 실시예 1∼실시예 4 및 비교예 1∼비교예 5의 다이아몬드 절삭 공구는, 모두 같은 정도의 여유면 표면거칠기(Ra)를 갖는다. 실시예 1∼실시예 4의 다이아몬드 절삭 공구는, R1이 0.5 이상 1 이하이고, R2가 0.01∼0.3이다. 또한, R3은, R1보다 작고 R2보다 크다. 한편, 비교예 1∼비교예 3의 다이아몬드 절삭 공구는, R1이 1이지만, R2가 0이다. 이 경우에 있어서, 실시예 1∼실시예 4의 다이아몬드 절삭 공구는, 비교예 1∼비교예 3의 다이아몬드 절삭 공구에 비해서 여유면 최대 마모 폭이 작았다. 비교예 4 및 비교예 5는, R1이 0.5 미만이거나 또는 R2가 0.3을 넘는 다이아몬드 절삭 공구이며, 실시예 1∼실시예 4의 다이아몬드 절삭 공구에 비해서 여유면 최대 마모 폭이 컸다. 따라서, 실시예 1∼실시예 4의 다이아몬드 절삭 공구는, 비교예 1∼비교예 5의 다이아몬드 절삭 공구와 비교하여 내마모성이 향상되었다고 평가할 수 있다. 또한, 비교예 2의 다이아몬드 절삭 공구는, 상기한 것과 같이 비교예 1과 동일한 방법을 이용하여 제조되었지만, 비교예 1에 비해서 여유면 최대 마모 폭이 컸다. 이 이유는, 피삭재가 쿨런트에 의해서 냉각됨으로써, 온도 상승에 의한 피삭재의 경도 저하가 발생하지 않는 상태에서 절삭 시험이 실행되었기 때문이라고 생각되었다.

이상과 같이 본 개시의 실시형태 및 실시예에 관해서 설명했지만, 상술한 각 실시형태 및 실시예의 구성을 적절하게 조합하거나, 다양하게 변형하거나 하는 것도 당초부터 예정하고 있다.

이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시형태 및 실시예가 아니라 청구범위에 의해서 나타내어지며, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것을 의도한다.

1: 커팅엣지부, 11: 여유면, S: 단면.

Claims

단결정 다이아몬드 또는 바인더리스 다결정 다이아몬드와, 그래파이트를 구비하는, 커팅엣지부를 포함하는 다이아몬드 절삭 공구로서,
상기 단결정 다이아몬드 또는 상기 바인더리스 다결정 다이아몬드를 구성하는 탄소를 제1 탄소로 하고, 상기 그래파이트를 구성하는 탄소를 제2 탄소로 하여,
상기 커팅엣지부의 표면에 있어서 라만 분광 분석을 행한 경우, 상기 표면에 있어서의 상기 제1 탄소의 피크 강도(Id1)와 상기 표면에 있어서의 상기 제2 탄소의 피크 강도(Ig1)의 합에 대한 상기 Ig1의 비율(R1)은, 0.5 이상 1 이하이고,
상기 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서 라만 분광 분석을 행한 경우, 상기 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 상기 제1 탄소의 피크 강도(Id2)와 상기 표면으로부터 1 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 상기 제2 탄소의 피크 강도(Ig2)의 합에 대한 상기 Ig2의 비율(R2)은, 0.01 이상 0.3 이하인 것인, 다이아몬드 절삭 공구.
제1항에 있어서,
상기 표면으로부터 0.5 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서 라만 분광 분석을 행한 경우, 상기 표면으로부터 0.5 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 상기 제1 탄소의 피크 강도(Id3)와 상기 표면으로부터 0.5 ㎛의 깊이에 위치하는 면에 있어서의 상기 제2 탄소의 피크 강도(Ig3)의 합에 대한 상기 Ig3의 비율(R3)은, 상기 R1보다도 작고, 상기 R2보다도 큰 것인, 다이아몬드 절삭 공구.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 표면은, 여유면의 표면인 것인, 다이아몬드 절삭 공구.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재한 다이아몬드 절삭 공구의 제조 방법으로서,
상기 단결정 다이아몬드 또는 상기 바인더리스 다결정 다이아몬드를 준비하는 공정과,
상기 단결정 다이아몬드 또는 상기 바인더리스 다결정 다이아몬드에 대하여, 제1 조사 조건 하에서 레이저 가공을 실행함으로써, 절삭날을 형성한 상기 커팅엣지부를 얻는 공정과,
상기 커팅엣지부에 대하여, 상기 제1 조사 조건과는 다른 제2 조사 조건 하에서 레이저 가공을 실행함으로써, 상기 커팅엣지부에 그래파이트를 생성하는 공정
을 포함하는 것인, 다이아몬드 절삭 공구의 제조 방법.
제4항에 있어서,
상기 제2 조사 조건은,
레이저 파장이 532 nm 이상 1064 nm 이하이고,
레이저 스폿 직경이 반치폭으로 5 ㎛ 이상 70 ㎛ 이하이며,
레이저 초점 심도가 1 mm 이상이고,
레이저 출력이 가공점에 있어서 1 W 이상 20 W 이하이며,
레이저 주사 속도가 5 mm/초 이상 100 mm/초 이하이고,
레이저 반복 주파수가 10 Hz 이상 1 MHz 이하인 것인, 다이아몬드 절삭 공구의 제조 방법.