KR20230096073A

KR20230096073A - 다이아몬드 공구

Info

Publication number: KR20230096073A
Application number: KR1020237017992A
Authority: KR
Inventors: 다카시 하라다; 사토루 구키노; 나오키 와타노베
Original assignee: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
Priority date: 2020-12-04
Filing date: 2020-12-04
Publication date: 2023-06-29
Also published as: EP4049776A4; JPWO2022118461A1; TW202231387A; JP7118292B1; EP4049776A1; WO2022118461A1; JP2022163085A; US20220355388A1; CN116490308A

Abstract

다이아몬드 공구는, 다이아몬드를 적어도 날끝에 갖고, 상기 다이아몬드는, 1 또는 2 이상의 다이아몬드 입자를 포함하고, 상기 다이아몬드 입자는, 다이아몬드의 결정 구조를 포함하는 다이아몬드상과, 그래파이트의 결정 구조를 포함하는 그래파이트상을 포함하고, 상기 다이아몬드 입자에 대하여, 투과형 전자 현미경을 이용한 전자 에너지 손실 분광법으로, 탄소의 K각 전자의 여기에 따른 에너지 손실을 측정함으로써, 그래파이트상에 있어서의 탄소의 π 결합에 유래하는 π^* 피크의 강도와 그래파이트상에 있어서의 탄소의 σ 결합, 및 다이아몬드상에 있어서의 탄소의 σ 결합에 유래하는 σ^* 피크의 강도의 비 I_π*/I_σ*를 구한 경우, 날끝의 표면에 있어서의 다이아몬드 입자의 비 I_π*/I_σ*는 0.1∼2이고, 또한 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 다이아몬드 입자의 비 I_π*/I_σ*는 0.001∼0.1이다.

Description

다이아몬드 공구

본 개시는 다이아몬드 공구에 관한 것이다.

알루미늄 합금을 비롯한 비철 금속, 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP), 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP), 세라믹스, 세라믹 매트릭스 복합재(CMC), 초경 합금 등의 난삭성의 피삭재를 가공하는 경우, 종래부터 날끝이 실질적으로 다이아몬드를 포함하는 다이아몬드 공구가 범용되어 왔다. 그러나 이 종류의 피삭재에 대해서는, 가공 시에 절삭유(이하, 「쿨런트」라고도 기재함)를 사용할 수 없는 경우가 많다. 이 경우, 가공 시에 날끝의 마모가 심해지기 때문에, 다이아몬드 공구에 대하여 내마모성을 향상시키는 것이 요청되고 있다.

상기 요청에 대하여, 일본 특허 공개 제2005-088178호 공보(특허문헌 1)는, 방전 가공에 의해 여유면에 그래파이트층을 적극적으로 석출시킨 다이아몬드 소결체 공구를 개시하고 있다. 이 다이아몬드 소결체 공구에 있어서는, 상기 그래파이트층이 갖는 윤활성에 의해 여유면의 내마모성이 향상한다고 되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2005-088178호 공보

본 개시에 따른 다이아몬드 공구는, 다이아몬드를 적어도 날끝에 갖는 다이아몬드 공구로서, 상기 다이아몬드는, 1 또는 2 이상의 다이아몬드 입자를 포함하고, 상기 다이아몬드 입자는, 다이아몬드의 결정 구조를 포함하는 다이아몬드상과, 그래파이트의 결정 구조를 포함하는 그래파이트상을 포함하고, 상기 다이아몬드 입자에 대하여, 투과형 전자 현미경을 이용한 전자 에너지 손실 분광법으로, 탄소의 K각 전자의 여기에 따른 에너지 손실을 측정함으로써, 상기 그래파이트상에 있어서의 탄소의 π 결합에 유래하는 π^* 피크의 강도와, 상기 그래파이트상에 있어서의 탄소의 σ 결합, 및 상기 다이아몬드상에 있어서의 탄소의 σ 결합에 유래하는 σ^* 피크의 강도의 비 I_π*/I_σ*를 구한 경우, 상기 날끝의 표면에 있어서의 상기 다이아몬드 입자의 상기 비 I_π*/I_σ*는 0.1∼2이고, 또한 상기 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 상기 다이아몬드 입자의 상기 비 I_π*/I_σ*는 0.001∼0.1이다.

도 1은 본 실시형태에 따른 다이아몬드 공구의 날끝의 표면에 위치한 다이아몬드 입자를, 상기 날끝의 표면의 법선 방향과 평행한 면으로 절단함으로써 얻은 단면의 일부를 설명하는 설명도이다.

[본 개시가 해결하고자 하는 과제]

상기 특허문헌 1에 개시된 다이아몬드 소결체 공구는, 날끝의 표면에 차지하는 다이아몬드의 비율이 저하하기 때문에, 초경 합금 등의 난삭재의 절삭에 대하여 날끝 강도가 부족하고, 따라서 결손이 다발하는 경향이 있는 점에서 개량의 여지가 있다. 따라서, 그래파이트층의 윤활성에 기초한 우수한 내마모성을 유지하면서, 난삭재의 절삭에 대하여 요구되는 날끝 강도를 충분히 구비함으로써 내결손성도 우수한 다이아몬드 공구의 실현에는 이르지 못하여, 그 개발이 갈망되고 있다.

상기 실정을 감안하여, 본 개시는 특히 내결손성이 향상한 다이아몬드 공구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

[본 개시의 효과]

본 개시에 의하면, 특히 내결손성이 향상한 다이아몬드 공구를 제공할 수 있다.

[본 개시의 실시형태의 설명]

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 거듭하여, 본 개시에 도달하였다. 구체적으로는, 레이저를 이용하여 다이아몬드(예컨대 단결정 다이아몬드 또는 바인더리스 다결정 다이아몬드)로부터 공구 형상을 형성하고, 또한 날끝 형상을 마무리 가공하는 공정에 있어서, 날끝의 표면에 위치하는 다이아몬드 입자의 다이아몬드상 중에, 그 강도에 악영향이 미치지 않는 적절한 양의 그래파이트상을 생성시키는 것에 주목하였다. 이 경우에 있어서 본 발명자들은, 상기 그래파이트상에 의한 윤활 효과에 의해 공구의 슬라이딩성이 개선되는 것을 지견하고, 따라서 다이아몬드 입자에 본래 구비되는 경도와 더불어 현저히 내결손성이 향상한 다이아몬드 공구에 도달하였다.

먼저 본 개시의 실시양태를 열기하여 설명한다.

[1] 본 개시의 일양태에 따른 다이아몬드 공구는, 다이아몬드를 적어도 날끝에 갖는 다이아몬드 공구로서, 상기 다이아몬드는, 1 또는 2 이상의 다이아몬드 입자를 포함하고, 상기 다이아몬드 입자는, 다이아몬드의 결정 구조를 포함하는 다이아몬드상과, 그래파이트의 결정 구조를 포함하는 그래파이트상을 포함하고, 상기 다이아몬드 입자에 대하여, 투과형 전자 현미경을 이용한 전자 에너지 손실 분광법으로, 탄소의 K각 전자의 여기에 따른 에너지 손실을 측정함으로써, 상기 그래파이트상에 있어서의 탄소의 π 결합에 유래하는 π^* 피크의 강도와, 상기 그래파이트상에 있어서의 탄소의 σ 결합, 및 상기 다이아몬드상에 있어서의 탄소의 σ 결합에 유래하는 σ^* 피크의 강도의 비 I_π*/I_σ*를 구한 경우, 상기 날끝의 표면에 있어서의 상기 다이아몬드 입자의 상기 비 I_π*/I_σ*는 0.1∼2이고, 또한 상기 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 상기 다이아몬드 입자의 상기 비 I_π*/I_σ*는 0.001∼0.1이다. 이러한 특징을 구비하는 다이아몬드 공구는, 내결손성을 향상시킬 수 있다.

[2] 상기 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 상기 다이아몬드 입자의 상기 비 I_π*/I_σ*는 0.001∼0.1인 것이 바람직하다. 이에 의해, 다이아몬드 공구의 내결손성을 더욱 향상시킬 수 있다.

[3] 상기 다이아몬드는, 단결정 다이아몬드, 바인더리스 다결정 다이아몬드 또는 다결정 소결 다이아몬드인 것이 바람직하다. 이에 의해, 단결정 다이아몬드, 바인더리스 다결정 다이아몬드 또는 다결정 소결 다이아몬드를 날끝에 구비하는 다이아몬드 공구에 있어서, 내결손성을 더욱 향상시킬 수 있다.

[4] 상기 다이아몬드 공구는, 경사면과, 여유면과, 상기 경사면 및 상기 여유면이 교차하는 능선을 포함하고, 상기 경사면은, 상기 능선을 통해 상기 여유면에 연속하고, 상기 다이아몬드 공구는, 상기 경사면의 일부와, 상기 여유면의 일부와, 상기 능선으로 날끝이 구성되고, 상기 날끝의 표면은, 상기 날끝의 적어도 일부의 표면인 것이 바람직하다. 이에 의해, 다이아몬드 공구의 날끝에 있어서 내결손성을 향상시킬 수 있다.

[본 개시의 실시형태의 상세]

이하, 본 개시의 실시형태(이하, 「본 실시형태」라고도 기재함)를 상세하게 설명한다. 이하의 설명에 있어서 「A∼B」라고 하는 형식의 표기는, 범위의 상한 하한(즉 A 이상 B 이하)을 의미하고, A에서 단위의 기재가 없고, B에서만 단위가 기재되어 있는 경우, A의 단위와 B의 단위는 동일하다.

〔다이아몬드 공구〕

본 실시형태에 따른 다이아몬드 공구는, 다이아몬드를 적어도 날끝에 갖는 다이아몬드 공구이다. 상기 다이아몬드 공구는, 날끝에 갖는 다이아몬드 중의 다이아몬드 입자의 특징에 기초하여, 이 종류의 종래 공지의 다이아몬드 공구에 비해서, 현저히 내결손성을 향상시킬 수 있다. 이 때문에 본 실시형태에 따른 다이아몬드 공구는, 예컨대 절삭 공구로서 드릴, 엔드 밀, 드릴용 날끝 교환형 절삭 팁, 엔드 밀용 날끝 교환형 절삭 팁, 프레이즈 가공용 날끝 교환형 절삭 팁, 선삭 가공용 날끝 교환형 절삭 팁, 메탈 소(saw), 기어 커팅 공구, 리머, 탭 등의 용도에 적합하다. 또한 상기 다이아몬드 공구는, 다이스, 스크라이버, 스크라이빙 휠, 드레서 등의 내마모 공구, 및 연삭 지석 등의 연삭 공구로서의 용도에도 적합하다.

본 명세서에 있어서 「날끝」이란, 다이아몬드 공구가 갖는 절삭날 중, 피삭재의 가공에 직접 관여하는 부분을 의미한다. 또한 상기 「날끝」의 표면을, 「날끝의 표면」이라고 정의한다. 이 「날끝의 표면」의 위치는, 그 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0 ㎛의 깊이 위치이다. 본 명세서에 있어서 「경사면」이란, 절삭 시에 상기 피삭재로부터 깎아 낸 절삭 부스러기를 퍼내는 면을 의미하고, 「여유면」이란, 절삭 시간에 상기 피삭재의 피삭면에 대향하는 면을 의미한다. 상기 다이아몬드 공구는, 경사면과, 여유면과, 상기 경사면 및 상기 여유면이 교차하는 능선을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서 상기 경사면은, 상기 능선을 통해 상기 여유면에 연속한다. 또한 상기 다이아몬드 공구는, 상기 경사면의 일부와, 상기 여유면의 일부와, 상기 능선으로 날끝이 구성되고, 상기 날끝의 표면은, 상기 날끝의 적어도 일부의 표면(경사면의 일부의 표면, 여유면의 일부의 표면 및 능선 상 중 적어도 어느 하나)인 것이 바람직하다. 본 실시형태에 따른 다이아몬드 공구는, 상기 능선과 그 능선으로부터 경사면측 및 여유면측으로 각각 500 ㎛ 떨어진 영역으로 날끝이 구성되는 경우가 있다.

여기서 상기 날끝의 형상으로서는, 샤프 엣지(경사면과 여유면이 교차하는 릿지), 호우닝(샤프 엣지에 대하여 라운딩을 부여한 것), 네거티브 랜드(모따기를 한 것), 호우닝과 네거티브 랜드를 조합한 형상 등이 있다. 이 때문에 날끝은, 샤프 엣지의 형상이 되는 경우, 경사면 및 여유면이 교차하는 경계에 능선을 갖지만, 호우닝의 형상을 갖는 경우 및 네거티브 랜드의 형상을 갖는 경우, 상기 능선을 갖지 않게 된다. 그러나 본 명세서에 있어서는, 이들의 경우에 있어서도, 호우닝의 형상부 및 네거티브 랜드의 형상부에, 다이아몬드 공구의 경사면을 연장한 가상의 경사면과, 여유면을 연장한 가상의 여유면과, 이들 가상의 경사면 및 여유면이 교차하는 가상의 능선이 존재하는 것으로 간주하여 이후 설명한다.

본 실시형태에 따른 다이아몬드 공구는, 전술한 바와 같이 다이아몬드를 적어도 날끝에 갖는다. 상기 다이아몬드 공구는, 다이아몬드와 대금(臺金)이 접착층으로 결합됨으로써 일체화된 구조를 갖는 것이 바람직하다. 대금은, 이 종류의 공구에 이용되는 기재로서 종래 공지의 것을 모두 사용할 수 있다. 이러한 대금의 소재로서는, 예컨대 초경 합금(예컨대, WC기 초경 합금, WC 외에, Co를 포함하고, 혹은 Ti, Ta, Nb 등의 탄질화물을 첨가한 것도 포함함), 서멧(TiC, TiN, TiCN 등을 주성분으로 하는 것), 고속도강 및 세라믹스(탄화티탄, 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 산화알루미늄 등) 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

대금의 소재로서는, 이들 중에서도 초경 합금(특히 WC기 초경 합금) 또는 서멧(특히 TiCN기 서멧)을 선택하는 것이 바람직하다. 이들 소재는, 고온에 있어서의 경도와 강도의 밸런스가 우수하기 때문에, 다이아몬드 공구가 이용되는 용도에 대하여 바람직한 특성을 갖고 있다. 대금으로서 WC기 초경 합금을 이용하는 경우, 그 조직 중에 유리 탄소와, η상 또는 ε상이라고 불리는 이상층 등을 포함하고 있어도 좋다. 또한 대금은, 그 표면이 개질된 것이어도 괜찮다. 예컨대 초경 합금의 경우, 그 표면에 탈β층이 형성되어 있거나, 서멧의 경우에 표면 경화층이 형성되어 있거나 하여도 좋다. 대금은, 그 표면이 개질되어 있어도 소망의 효과가 나타난다. 대금은, 다이아몬드 공구가 드릴 또는 엔드 밀 등인 경우, 섕크 등으로 불리는 경우가 있다. 또한 다이아몬드 공구가 날끝 교환형 절삭 팁 등인 경우, 대금은, 팁 브레이커를 갖는 것도, 갖지 않는 것도 포함된다. 또한 본 실시형태에 따른 다이아몬드 공구는, 대금을 포함하지 않는 양태일 수 있고, 예컨대 다이아몬드만을 포함하는 양태를 가질 수 있다. 상기 다이아몬드 공구는, 경사면, 여유면, 및 상기 경사면 및 상기 여유면이 교차하는 능선을 포함하는 날끝의 적어도 일부를 덮는 피막을 포함할 수도 있다.

<다이아몬드>

본 실시형태에 따른 다이아몬드 공구는, 전술한 바와 같이 다이아몬드를 적어도 날끝에 갖는다. 상기 다이아몬드는, 구체적으로는 단결정 다이아몬드(이하, 「SCD」라고도 기재함), 바인더리스 다결정 다이아몬드(이하, 「BLPCD」라고도 기재함) 또는 다결정 소결 다이아몬드(이하, 「PCD」라고도 기재함)인 것이 바람직하다.

예컨대 다이아몬드가 SCD인 경우, 그 SCD는, 고온 고압 합성(HPHT)법, 화학 기상 증착(CVD)법 등의 종래 공지의 제조 방법을 실행함으로써 준비할 수 있다.

다이아몬드가 BLPCD인 경우, 그 BLPCD는, 그래파이트를 출발 재료로 하여 상기 HPHT법에 따라 다이아몬드 입자로 변환함과 동시에, 결합재를 이용하는 일없이 상기 다이아몬드 입자를 소결하고, 이들을 결합시킴으로써 준비할 수 있다. 예컨대 BLPCD는, 그래파이트를 1800∼2500℃ 및 15∼25 ㎬의 고온 고압 하에 다이아몬드 입자로 직접 변환시킴과 동시에 상기 다이아몬드 입자를 소결함으로써 제작할 수 있다. 즉 BLPCD는, 다이아몬드 입자끼리가 서로 바인더(결합재)를 통하는 일없이 결합한 다결정 다이아몬드이다.

다이아몬드가 PCD인 경우, 그 PCD는, 다이아몬드 입자와 결합재를 혼합하여 얻은 혼합물을 소결함으로써 준비할 수 있다. 이 경우, 상기 PCD에 있어서의 다이아몬드 입자의 함유량은, PCD의 전체량(100 체적%)에 대하여 80 체적% 이상 99 체적% 이하인 것이 바람직하고, 결합재와 불가피 불순물의 합계의 함유량이 1 체적% 이상 20 체적% 이하인 것이 바람직하다.

다이아몬드 입자의 함유량은, PCD의 전체량에 대하여 80 체적% 이상인 경우, 다이아몬드 입자의 물성에 기초하여 PCD의 강도가 높게 유지되기 때문에, 내결손성이 향상한다. 한편, 다이아몬드 입자의 함유량은, PCD의 전체량에 대하여 99 체적% 이하인 경우, 다이아몬드 입자끼리의 결합에 필요한 결합재의 양을 확보할 수 있기 때문에, 결함의 증가를 억제할 수 있다. 이에 의해 결함을 기점으로 한 결손의 발생을 막을 수 있기 때문에, 내결손성이 향상한다. PCD에 있어서의 다이아몬드 입자의 함유량은, 보다 바람직하게는 PCD의 전체량에 대하여 85 체적% 이상 97 체적% 이하이다.

상기 결합재는, 주기표에 있어서의 제8, 9 및 10족 원소(철족 원소: Fe, Co, Ni)에서 선택되는 적어도 1종의 원소와, 이들의 상호 고용체 중 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 결합재는, 구체적으로는 Co, Co-Fe, Ni-Co 등이다.

여기서 상기 SCD 및 BLPCD는, 탄소의 함유량이 불순물 원소를 제외하고 실질적으로 100 체적%이다. 상기 불순물 원소의 함유율은, 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%여도 좋다. 불순물 원소의 종류 및 함유량은, 예컨대 이차 이온 질량 분석법(SIMS: Secondary Ion Mass Spectrometry)을 이용함으로써 구할 수 있다.

또한 다이아몬드가 BLPCD 또는 PCD인 경우, BLPCD 또는 PCD를 구성하는 다이아몬드 입자의 D₅₀(평균 입경)은 특별히 한정되지 않고, 예컨대 0.005∼100 ㎛로 할 수 있다. 통상, D₅₀이 작은 쪽이 BLPCD 또는 PCD의 경도가 높아지는 경향이 있고, 입경의 편차가 작은 쪽이, BLPCD 또는 PCD의 성질이 균질해지는 경향이 있다.

BLPCD 또는 PCD를 구성하는 다이아몬드 입자의 D₅₀은, 주사 전자 현미경(SEM, 상품명: 「JSM-7800F」, 니혼덴시 가부시키가이샤 제조)에 의해 촬영한 BLPCD의 조직 사진을 시판의 화상 해석 소프트(상품명: 「WinROOF」, 미타니쇼지 가부시키가이샤 제조)를 이용하여 해석함으로써 구할 수 있다. 보다 구체적으로는, 먼저 후술하는 제조 방법에 기초하여 제조한 다이아몬드 공구의 날끝으로부터 BLPCD 또는 PCD의 샘플을 채취하고, 상기 BLPCD 또는 PCD의 샘플의 표면을 경면 연마한다. 다음에, 상기 SEM을 이용하여 5000∼20000배의 배율에 의해 상기 샘플의 경면 연마면의 반사 전자상을 관찰함으로써, 반사 전자상 중에서 복수의 다이아몬드 입자를 특정하고, 또한 상기 화상 해석 소프트를 이용하여 상기 반사 전자상 중의 각 다이아몬드 입자의 원상당 직경을 산출한다. 5 시야 이상을 관찰함으로써 100개 이상의 다이아몬드 입자의 원상당 직경을 산출하는 것이 바람직하다.

계속해서, 각 원상당 직경을 최소값으로부터 최대값까지 오름차순으로 나열하여 누적 분포를 구한다. 누적 분포에 있어서 누적 면적 50%가 되는 입경이 D₅₀이 된다. 또한 원상당 직경이란, 계측된 다이아몬드 입자의 면적과 동일한 면적을 갖는 원의 직경을 의미한다.

(다이아몬드 입자에 있어서의 그래파이트의 존재 비율(비 I_π*/I_σ*))

본 실시형태에 따른 다이아몬드 공구에 있어서 날끝에 위치하는 다이아몬드는, 전술한 바와 같이 1 또는 2 이상의 다이아몬드 입자를 포함한다. 상기 다이아몬드 입자는, 다이아몬드의 결정 구조를 포함하는 다이아몬드상과, 그래파이트의 결정 구조를 포함하는 그래파이트상을 포함한다. 상기 다이아몬드 입자에 대하여, 투과형 전자 현미경을 이용한 전자 에너지 손실 분광법(이하, 「TEM-EELS법」이라고도 기재함)으로, 탄소의 K각 전자의 여기에 따른 에너지 손실을 측정함으로써, 상기 그래파이트상에 있어서의 탄소의 π 결합에 유래하는 π^* 피크의 강도와, 상기 그래파이트상에 있어서의 탄소의 σ 결합, 및 상기 다이아몬드상에 있어서의 탄소의 σ 결합에 유래하는 σ^* 피크의 강도의 비 I_π*/I_σ*를 구한 경우, 상기 날끝의 표면에 있어서의 상기 다이아몬드 입자의 상기 비 I_π*/I_σ*는 0.1∼2이고, 또한 상기 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 상기 다이아몬드 입자의 상기 비 I_π*/I_σ*는 0.001∼0.1이다. 이에 의해 다이아몬드 공구는, 내결손성을 향상시킬 수 있다.

전술한 바와 같이 본 실시형태에 따른 다이아몬드 공구는, 날끝의 표면에 있어서의 다이아몬드 입자의 비 I_π*/I_σ*는 0.1∼2이고, 또한 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 다이아몬드 입자의 상기 비 I_π*/I_σ*는 0.001∼0.1이다. 이에 의해 상기 다이아몬드 공구는, 날끝에 있어서 그 강도에 악영향이 미치지 않는 적절한 비율로 그래파이트를 가질 수 있다. 이 경우, 날끝의 표면의 그래파이트가 그 연질성에 기초하여 윤활제와 같은 역할을 함으로써, 공구의 슬라이딩성을 개선하고, 따라서 내결손성을 향상시킬 수 있다. 특히, 상기 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 비 I_π*/I_σ*는, 0.001∼0.1인 것이 바람직하다. 이 경우, 다이아몬드 공구의 내결손성을 보다 향상시킬 수 있다.

여기서 도 1을 이용하여, 날끝의 표면에 위치한 다이아몬드 입자에 대해서 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 다이아몬드 공구의 날끝의 표면에 위치한 다이아몬드 입자를, 상기 날끝의 표면의 법선 방향과 평행한 면으로 절단함으로써 얻은 단면의 일부를 설명하는 설명도이다. 도 1에 있어서 다이아몬드 입자는, SCD이다. 즉 도 1에 나타내는 단면은, 상기 SCD를 구성하는 1알의 다이아몬드 입자를, 날끝의 표면의 법선 방향과 평행한 면으로 절단함으로써 얻은 것이다. 도 1의 다이아몬드 입자(20)는, 날끝의 표면으로부터 날끝 내부 영역(13)을 향하여 제1 영역(11) 및 제2 영역(12)을 이 순서로 갖는다. 제1 영역(11)은, 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치(11a)까지의 영역이다. 제2 영역(12)은, 상기 깊이 위치(11a)와의 계면으로부터, 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치(12a)까지의 영역이다.

다이아몬드 입자(20)는, 제1 영역(11), 제2 영역(12) 및 날끝 내부 영역(13)을 일체 불가분으로 갖는다. 본 명세서에 있어서 「일체 불가분」이란, 제1 영역(11)과 제2 영역(12)의 계면, 및 제2 영역(12)과 날끝 내부 영역(13)의 계면에서 다이아몬드 입자(20)를 구성하는 결정 격자가 각각 연속하고, 또한 제1 영역(11)과 제2 영역(12)의 계면, 및 제2 영역(12)과 날끝 내부 영역(13)의 계면에서 상기 결정 격자가 벽개하는 일이 없는 것을 의미한다. 즉 본 명세서에 있어서 제1 영역(11)과 제2 영역(12)의 계면, 및 제2 영역(12)과 날끝 내부 영역(13)의 계면의 양자는, 상기 다이아몬드 입자(20)에 있어서, 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치(11a) 및 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치(12a)에 있어서, 각각 그래파이트의 존재 비율을 나타내는 비 I_π*/I_σ*를 측정하기 위해, 다이아몬드 입자(20)의 단면 상에 편의상 마련한 계면을 의미한다. 이하, 그래파이트의 존재 비율을 나타내는 비 I_π*/I_σ*를, TEM-EELS법을 이용하여 측정하는 방법에 대해서 설명한다.

(TEM-EELS법을 이용한 그래파이트의 존재 비율(비 I_π*/I_σ**)의 측정 방법)

먼저 후술하는 제조 방법에 기초하여 다이아몬드 공구를 제조한다. 계속해서 상기 다이아몬드 공구의 날끝으로부터 다이아몬드(SCD, BLPCD 또는 PCD, 도 1에 있어서는 SCD)의 샘플을 채취하고, 아르곤 이온 슬라이서를 이용하여 상기 샘플을 날끝의 표면의 법선 방향과 평행한 면으로 절단함으로써, 두께 3∼100 ㎚의 절편을 제작한다. 또한, 상기 절편을 투과형 전자 현미경(TEM, 상품명: 「JEM-2100F/Cs」, 니혼덴시 가부시키가이샤 제조)을 이용하여 10만∼100만배로 관찰함으로써 상기 샘플 중의 날끝의 표면에 위치하는 다이아몬드 입자(20)의 단면 투과상을 얻는다.

다음에 상기 단면 투과상에 있어서, 상기 다이아몬드 입자(20)에 있어서의 날끝의 표면 위치, 다이아몬드 입자(20)에 있어서의 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치(11a), 및 다이아몬드 입자(20)에 있어서의 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치(12a)를 각각 특정한다. 또한, 전자 에너지 손실 분광법(EELS법)을 적용하여, 다이아몬드 입자(20)에 있어서의 날끝의 표면 위치, 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치(11a), 및 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치(12a)에 있어서, 1 ㎚의 관측 스폿을 날끝 표면과 평행한 방향으로 예컨대 10 ㎚ 스캔함으로써, 탄소의 K각 전자의 여기에 따른 에너지 손실(K 엣지)을 관측한다. 이상에 의해, 다이아몬드 입자(20)의 날끝의 표면 위치, 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치(11a), 및 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치(12a)에 있어서의 탄소의 K각 전자의 여기에 따른 300 eV 부근의 에너지 손실 곡선을 각각 묘출한다.

마지막으로, 다이아몬드 입자(20)의 날끝의 표면 위치에 있어서의 관측으로부터 묘출한 상기 에너지 손실 곡선으로부터, 그래파이트상에 있어서의 탄소의 π 결합에 유래하는 π^* 피크의 강도(I_π*)와, 그래파이트상에 있어서의 탄소의 σ 결합, 및 다이아몬드상에 있어서의 탄소의 σ 결합에 유래하는 σ^* 피크의 강도(I_σ*)를 얻는다. 계속해서 I_π*를 I_σ*로 제산함으로써, 비 I_π*/I_σ*를 구할 수 있다. 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치(11a)에 있어서의 관측으로부터 묘출한 상기 에너지 손실 곡선, 및 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치(12a)에 있어서의 관측으로부터 묘출한 상기 에너지 손실 곡선으로부터도, 각각 동일한 요령에 의해 비 I_π*/I_σ*를 구할 수 있다.

이 경우, 본 실시형태에 따른 다이아몬드 공구는, 상기 날끝의 표면에 있어서의 다이아몬드 입자(20)의 비 I_π*/I_σ*가 0.1∼2가 되고, 또한 상기 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치(12a)에 있어서의 다이아몬드 입자(20)의 비 I_π*/I_σ*가 0.001∼0.1이 된다. 특히, 상기 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치(11a)에 있어서의 다이아몬드 입자(20)의 비 I_π*/I_σ*는, 0.001∼0.1이 되는 것이 바람직하다.

또한 상기 날끝의 표면에 있어서의 다이아몬드 입자(20)의 비 I_π*/I_σ*는, 0.6∼1인 것이 바람직하고, 상기 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치(12a)에 있어서의 다이아몬드 입자(20)의 비 I_π*/I_σ*는, 0.002∼0.01인 것이 바람직하다. 상기 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치(11a)에 있어서의 다이아몬드 입자(20)의 비 I_π*/I_σ*는 0.002∼0.01인 것이 보다 바람직하다.

여기서 서술한 측정 방법에 있어서는, 날끝의 경사면측 및 여유면측의 각각에 있어서 날끝의 표면에 위치하는 다이아몬드 입자의 단면 투과 사진을 각 1장(합계 2장) 준비하는 것으로 한다. 상기 2장의 다이아몬드 입자의 단면 투과 사진에 기초하여, 상기 날끝의 표면에 있어서의 다이아몬드 입자의 비 I_π*/I_σ*와, 상기 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 다이아몬드 입자의 비 I_π*/I_σ*를 구한 경우, 적어도 어느 하나의 단면 투과 사진에 있어서 전술한 비율을 만족시킴으로써, 측정 대상으로 하는 다이아몬드 공구는 내결손성을 향상시킬 수 있다. 상기 다이아몬드 공구는, 상기 2장의 단면 투과 사진의 양자에 있어서 전술한 비율을 만족시키는 경우, 내결손성을 보다 현저하게 향상시킬 수 있다. 상기 비 I_π*/I_σ*는, π^* 피크의 피크값과, σ^* 피크의 피크값의 비를 의미한다. 또한 π^* 피크 및 σ^* 피크는, 날끝의 표면 위치, 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치, 및 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치의 측정 개소에 있어서, 1 ㎚의 관측 스폿을 날끝의 표면과 평행한 방향으로, 예컨대 10 ㎚ 스캔하여 측정한 결과를 적산하고, 이것을 에너지 손실 곡선으로서 묘출함으로써 얻을 수 있다. 여기서, 상기 스캔의 길이인 10 ㎚는, 1∼100 ㎚ 사이에서 임의로 변경할 수 있는 것으로 한다.

또한, 본 실시형태에 따른 다이아몬드 공구에 있어서는, 날끝의 다이아몬드가 BLPCD 또는 PCD인 경우도, 전술한 상기 다이아몬드가 SCD인 경우와 동일한 요령에 의해, 다이아몬드 입자의 날끝의 표면 위치, 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치, 및 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 각 비 I_π*/I_σ*의 값을 구할 수 있다.

또한 본 실시형태에 따른 다이아몬드 공구는, 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치, 혹은 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치에 있어서, 날끝의 표면에 위치한 다이아몬드 입자와는 다른 별도의 다이아몬드 입자가 존재하는 경우가 있다. 그러나 이 경우에도, 그래파이트의 존재 비율을 나타내는 비 I_π*/I_σ*를 측정하는 한에 있어서는, 전술한 별도의 다이아몬드 입자를 날끝의 표면에 위치하는 다이아몬드 입자로 간주하여 전술한 TEM-EELS법을 적용하여, 이들의 깊이 위치에 있어서의 비 I_π*/I_σ*를 구하는 것으로 한다.

<작용 효과>

본 실시형태에 따른 다이아몬드 공구는, 전술한 바와 같이 날끝의 표면에 있어서의 다이아몬드 입자의 비 I_π*/I_σ*가 0.1∼2이고, 또한 상기 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 다이아몬드 입자의 비 I_π*/I_σ*가 0.001∼0.1이다. 이에 의해 날끝에 위치하는 다이아몬드 입자에 있어서, 날끝의 강도에 악영향이 미치지 않는 적절한 양의 그래파이트상을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 그래파이트상이 그 연질성에 기초하여 윤활제와 같은 역할을 함으로써, 공구의 슬라이딩성을 개선하고, 따라서 내결손성을 향상시킬 수 있다. 본 실시형태에 따른 다이아몬드 공구는, 상기 그래파이트상의 윤활제와 같은 역할에 의해 내마모성도 향상한다. 또한 본 실시형태에 따른 다이아몬드 공구는, 상기 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 다이아몬드 입자의 비 I_π*/I_σ*가 0.001∼0.1인 것이 바람직하다. 이 경우, 내결손성을 보다 향상시킬 수 있다.

〔다이아몬드 공구의 제조 방법〕

본 실시형태에 따른 다이아몬드 공구는, 날끝에 대하여 실행되는 후술하는 날끝을 마무리 가공하는 공정을 제외하고, 종래 공지의 다이아몬드 공구의 제조 방법을 행함으로써 제조할 수 있다. 예컨대 다음 제조 방법을 이용함으로써, 본 실시형태에 따른 다이아몬드 공구를 제조하는 것이 바람직하다.

본 실시형태에 따른 다이아몬드 공구의 제조 방법은, 상기 다이아몬드 공구에 있어서 날끝에 위치하는 다이아몬드를 준비하는 공정(제1 공정)과, 상기 다이아몬드를 소정의 공구 형상으로 절취하는 공정(제2 공정)과, 상기 공구 형상으로 절취된 다이아몬드를, 납땜에 의해 대금과 접합하는 공정(제3 공정)과, 대금과 접합한 다이아몬드에 대하여 레이저 가공을 실행함으로써, 다이아몬드 공구의 날끝을 마무리 가공하는 공정(제4 공정)을 적어도 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 다이아몬드 공구가 다이아몬드만을 포함하는 양태인 경우, 대금을 이용하지 않기 때문에 상기 제3 공정을 행할 필요는 없고, 상기 제2 공정에 있어서 소정의 공구 형상으로 절취한 다이아몬드에 대하여, 직접 레이저 가공을 실행함으로써, 상기 제4 공정을 행하는 경우도 있다.

<제1 공정>

제1 공정은, 상기 다이아몬드 공구에 있어서 날끝에 위치하는 다이아몬드를 준비하는 공정이다. 제1 공정에서는, 구체적으로는, 상기 다이아몬드로서 SCD, BLPCD 또는 PCD를 준비한다. SCD, BLPCD 및 PCD의 삼자는 모두, 이것을 얻기 위한 종래 공지의 제조 방법을 이용함으로써 준비할 수 있다. 예컨대 SCD는, 종래 공지의 HTHP법, CVD법 등을 이용함으로써 준비할 수 있다. 또한 BLPCD는, 그래파이트를 출발 재료로 하여 종래 공지의 HTHP법을 이용하여 소결함으로써 다이아몬드 입자로 변환하고, 동시에 상기 다이아몬드 입자끼리를 결합시킴으로써 준비할 수 있다. PCD는, 결합재와, 종래 공지의 HTHP법 등에 의해 제조한 다이아몬드 입자를 혼합한 혼합물을 소결함으로써 준비할 수 있다.

<제2 공정>

제2 공정은, 상기 다이아몬드(SCD 또는 BLPCD)를 소정의 공구 형상으로 절취하는 공정이다. 제2 공정에 대해서도, 종래 공지의 방법에 따라 행할 수 있다. 예컨대 종래 공지의 방전 가공기를 이용한 방전 가공, 연삭 가공기를 이용한 연삭 가공 및 레이저 가공기를 이용한 레이저 가공 중 적어도 어느 하나에 의해, 상기 다이아몬드를 소정의 공구 형상으로 절취할 수 있다. 바꾸어 말하면 제2 공정은, 다이아몬드를 소정의 수단을 이용하여 조가공 및 정밀 가공함으로써, 소정의 공구 형상으로 절취하는 공정이다. 상기 다이아몬드는, 예컨대 다이아몬드 공구가 선삭 가공용 날끝 교환형 절삭 팁인 경우, 길이가 2∼6 ㎜, 폭이 1∼6 ㎜, 두께가 0.3∼2 ㎜인 팁 형상으로 하여 절취하는 것이 바람직하다. 상기 다이아몬드는, 예컨대 다이아몬드 공구가 드릴인 경우, 길이가 0.5∼5 ㎜, 직경이 0.5∼5 ㎜인 원기둥체 형상으로 하여 절취하는 것이 바람직하다.

<제3 공정>

제3 공정은, 상기 공구 형상으로 절취된 다이아몬드를, 납땜에 의해 대금과 접합하는 공정이다. 제3 공정에 대해서도, 종래 공지의 방법에 따라 행할 수 있다. 구체적으로는, 상기 공구 형상으로 절취된 다이아몬드에 있어서의 날끝이 형성된 측과는 반대측이 되는 단부면에, 대금을 납땜함으로써 접합할 수 있다. 대금은, 전술한 바와 같이 초경 합금 등의 종래 공지의 재료에 의해 준비할 수 있다. 예컨대 상기 대금의 재료로서, 스미토모덴키고교 가부시키가이샤 제조의 이게탈로이(등록상표, 재종: G10E, AFU 등)를 적합하게 이용할 수 있다. 대금의 형상은, 상기 다이아몬드의 형상에 대응시켜 형성할 수 있다. 또한, 납땜으로서는, 예컨대 은납을 이용한 납땜이 적합하다. 이에 의해 다음 공정(제4 공정)에 있어서, 상기 다이아몬드를 향하여 레이저를 조사하는 것이 편의해져, 상기 다이아몬드의 날끝을 마무리 가공에 제공하는 것이 용이해진다.

<제4 공정>

제4 공정은, 대금과 접합한 다이아몬드에 대하여 레이저 가공을 실행함으로써, 다이아몬드 공구의 날끝을 마무리 가공하는 공정이다. 제4 공정에 의해, 날끝에 위치한 다이아몬드 입자에 전술한 특징을 갖는 그래파이트상을 형성할 수 있다. 제4 공정에서는, 날끝에 위치한 다이아몬드 입자에 대하여, 예컨대 다음에 설명하는 조건 하에 레이저 가공을 행할 수 있다.

예컨대 제4 공정에서는, 피코초 레이저를 이용하여, 레이저 파장이 532 ㎚ 이상 1064 ㎚ 이하이고, 레이저 스폿 직경이 반치폭으로서 5 ㎛ 이상 70 ㎛ 이하이고, 레이저 초점 심도가 0.5 ㎜ 이상 20 ㎜ 이하이고, 레이저 출력이 가공점에 있어서 1 W 이상 20 W 이하이고, 레이저 주사 속도가 5 ㎜/초 이상 100 ㎜/초 이하인 레이저 조사 조건 하에, 다이아몬드 공구의 날끝을 마무리 가공하는 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서, 날끝의 표면에 있어서 과도한 가열이 발생하는 것을 회피하기 위해, 압축 공기를 가공부에 분사하여 냉각하는 것이 바람직하다. 예컨대 보텍스 튜브(코기 가부시키가이샤 제조)를 이용하여, 압축 공기를 가공부에 분사한 경우, 보텍스 효과에 의해 실온보다 낮은 온도의 냉풍이 얻어져, 보다 효과적으로 냉각을 행할 수 있다. 이에 의해 날끝의 표면의 다이아몬드 입자에 있어서의 다이아몬드의 결정 구조로부터 그래파이트의 결정 구조에의 변태를, 날끝의 강도에 악영향이 미치지 않는 적절한 양으로 제어할 수 있다. 상기 레이저 가공과 병용하는 냉각 조건은, 보텍스 튜브의 동작 조건을 적절하게 조정함으로써 설정할 수 있다.

또한 상기 레이저 조사 조건으로서는, 필요에 따라 1 f(펨토)초 이상 1 μ초 이하의 레이저 펄스폭, 10 ㎐ 이상 1 ㎒ 이하의 레이저 반복 주파수를 규정하는 것이 바람직하다.

상기 레이저 조사 조건에 있어서, 레이저 스폿 직경이 반치폭으로서 5 ㎛ 미만인 경우, 레이저 파워가 낮기 때문에 날끝의 마무리 가공이 곤란해지는 경향이 있다. 레이저 스폿 직경이 반치폭으로서 70 ㎛를 넘는 경우, 레이저 파워가 높기 때문에 다이아몬드가 깨지는 경향이 있다. 레이저 초점 심도가 0.5 ㎜ 미만인 경우, 디포커스에 의해 날끝의 마무리 가공이 곤란해지는 경향이 있다. 레이저 출력이 가공점에 있어서 1 W 미만이 되는 경우, 레이저 파워가 낮기 때문에 날끝의 마무리 가공이 곤란해지는 경향이 있다. 레이저 출력이 가공점에 있어서 20 W를 넘는 경우, 레이저 파워가 높기 때문에 다이아몬드가 깨지는 경향이 있다.

레이저 주사 속도가 5 ㎜/초 미만인 경우, 레이저가 날끝 내부에 지나치게 깊게 들어가 다이아몬드가 깨지는 경향이 있고, 100 ㎜/초를 넘는 경우, 레이저에 의한 가공이 거의 행해지지 않는 경향이 있다. 레이저 펄스폭이 1 f초 미만이 되는 경우, 레이저에 의한 가공에 과대한 시간이 걸리는 경향이 있고, 또한 레이저장치가 매우 비싸지는 경향이 있다. 레이저 펄스폭이 1 μ초를 넘는 경우, 열적 가공이 지배적이 되어 다이아몬드의 결정 구조로부터 그래파이트의 결정 구조로의 변태가 과다해지는 경향이 있다. 레이저 반복 주파수가 10 ㎐ 미만이 되는 경우, 열적 가공이 지배적이 되어 다이아몬드의 결정 구조로부터 그래파이트의 결정 구조로의 변태가 과다해지는 경향이 있다. 레이저 반복 주파수가 1 ㎒를 넘는 경우, 조사된 레이저 펄스의 에너지가 가공점에 있어서 소비되기 전에 다음 레이저 펄스가 도달하기 때문에, 가공점에서의 열부하가 커져 다이아몬드의 결정 구조로부터 그래파이트의 결정 구조로의 변태가 과다해지는 경향이 있다.

<그 외의 공정>

본 실시형태에 따른 다이아몬드 공구는, 경사면, 여유면, 및 상기 경사면 및 상기 여유면이 교차하는 능선을 포함하는 날끝의 적어도 일부를 덮는 피막을 포함할 수 있다. 이 경우, 본 실시형태에 따른 다이아몬드 공구의 제조 방법으로서, 상기 다이아몬드 공구를 피막에 의해 피복하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이 공정은, 종래 공지의 방법을 이용할 수 있다. 예컨대 이온 플레이팅법, 아크 이온 플레이팅법, 스퍼터법 및 이온 믹싱법 등의 물리 증착법을 들 수 있다. 또한 화학 증착법에 의해 상기 다이아몬드 공구를 피막에 의해 피복하는 것도 가능하다.

<작용 효과>

이상에 의해, 본 실시형태에 따른 다이아몬드 공구를 제조할 수 있다. 상기 다이아몬드 공구는, 날끝의 마무리 가공 시에 날끝의 표면의 다이아몬드 입자에 있어서의 다이아몬드의 결정 구조로부터 그래파이트의 결정 구조로의 변태가 억제되어 있다. 이 때문에 상기 다이아몬드 공구는, 날끝의 표면에 위치한 다이아몬드 입자에 대하여, TEM-EELS법으로 탄소의 K각 전자의 여기에 따른 에너지 손실을 측정함으로써, 그래파이트상에 있어서의 탄소의 π 결합에 유래하는 π^* 피크의 강도와, 그래파이트상에 있어서의 탄소의 σ 결합, 및 다이아몬드상에 있어서의 탄소의 σ 결합에 유래하는 σ^* 피크의 강도의 비 I_π*/I_σ*를 구한 경우, 상기 날끝의 표면에 있어서의 다이아몬드 입자의 상기 비 I_π*/I_σ*는 0.1∼2가 되고, 또한 상기 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 다이아몬드 입자의 상기 비 I_π*/I_σ*는 0.001∼0.1이 된다. 따라서 상기 제조 방법에 의해, 내결손성을 향상시킨 다이아몬드 공구를 얻을 수 있다.

〔부기〕

이상의 설명은, 이하에 부기하는 실시형태를 포함한다.

<부기 1>

다이아몬드를 적어도 날끝에 갖는 다이아몬드 공구로서,

상기 다이아몬드는, 1 또는 2 이상의 다이아몬드 입자를 포함하고,

상기 다이아몬드 입자는, 다이아몬드의 결정 구조를 포함하는 다이아몬드상과, 그래파이트의 결정 구조를 포함하는 그래파이트상을 포함하고,

상기 다이아몬드 입자에 대하여, 투과형 전자 현미경을 이용한 전자 에너지 손실 분광법으로, 탄소의 K각 전자의 여기에 따른 에너지 손실을 측정함으로써, 상기 그래파이트상에 있어서의 탄소의 π 결합에 유래하는 π^* 피크의 강도와, 상기 그래파이트상에 있어서의 탄소의 σ 결합, 및 상기 다이아몬드상에 있어서의 탄소의 σ 결합에 유래하는 σ^* 피크의 강도의 비 I_π*/I_σ*를 구한 경우, 상기 날끝의 표면에 있어서의 상기 다이아몬드 입자의 상기 비 I_π*/I_σ*는 0.1∼2이고, 또한 상기 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 상기 다이아몬드 입자의 상기 비 I_π*/I_σ*는 0.001∼0.1인, 다이아몬드 공구.

<부기 2>

상기 날끝의 표면에 있어서의 상기 다이아몬드 입자의 상기 비 I_π*/I_σ*는 0.6∼1이고, 또한 상기 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 상기 다이아몬드 입자의 상기 비 I_π*/I_σ*는 0.002∼0.01인, 부기 1에 기재된 다이아몬드 공구.

<부기 3>

상기 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 상기 다이아몬드 입자의 상기 비 I_π*/I_σ**는, 0.002∼0.01인, 부기 1 또는 부기 2에 기재된 다이아몬드 공구.

실시예

이하, 실시예를 들어 본 개시를 보다 상세하게 설명하지만, 본 개시는 이들에 한정되는 것이 아니다. 이하의 설명에 있어서는, 시료 1∼시료 9가 실시예이고, 시료 10이 비교예이다.

〔다이아몬드 공구의 제조〕

<시료 1>

(제1 공정)

카타로그 번호 「NF-DNMA150408」(스미토모덴키고교 가부시키가이샤)로 규정되는 선삭용 인서트를 제조하기 위해, 다이아몬드 소결체(PCD)를 종래 공지의 HTHP법(압력 6 ㎬, 온도 1500℃에서 15분간 소결)을 이용함으로써 준비하였다. 이 PCD를 구성하는 다이아몬드 입자의 입경(D₅₀)은, 10 ㎛였다.

(제2 공정)

상기 PCD에 대하여, 시판의 와이어 방전 가공기를 이용함으로써, 꼭지각이 55°인 이등변 삼각형(밑변 6.5 ㎜×높이 5 ㎜)을 절취하였다. 또한 상기 선삭용 인서트 형상은, 경사면과, 여유면과, 상기 경사면 및 상기 여유면이 교차하는 능선을 포함하고, 상기 경사면은, 상기 능선을 통해 상기 여유면에 연속한다. 또한 상기 선삭용 인서트 형상은, 상기 경사면의 일부와, 상기 여유면의 일부와, 상기 능선으로 날끝이 구성된다. 구체적으로는, 상기 선삭용 인서트 형상은, 상기 능선과 상기 능선으로부터 경사면측 및 여유면측으로 각각 0.5 ㎜ 떨어진 영역으로 날끝이 구성된다.

(제3 공정)

스미토모덴키고교 가부시키가이샤 제조의 초경 합금인 이게탈로이(등록상표, 재종: G10E)를 가공함으로써 대금을 준비하였다. 이 대금과, 상기 이등변 삼각형으로 절취된 PCD를 납땜에 의해 접합하였다.

(제4 공정)

상기 대금과 접합한 PCD를 연삭 가공함으로써 날끝을 형성한 후, 날끝 중 여유면측에만, 이하의 조사 조건 하에 레이저 가공을 실행함으로써, 상기 날끝을 마무리 가공하였다.

〈조사 조건〉

레이저 파장: 1064 ㎚

레이저 스폿 직경: 40 ㎛(반치폭)

레이저 초점 심도: 1.5 ㎜

레이저 출력: 5 W(가공점)

레이저 주사 속도: 10 ㎜/min

레이저 펄스폭: 10 ㎰(피코초)

레이저 반복 주파수: 200 ㎑.

이상에 의해, 시료 1의 선삭용 인서트(다이아몬드 공구)를 얻었다. 시료 1의 선삭용 인서트는, 적어도 날끝에 다이아몬드(PCD)를 갖는다. 상기 다이아몬드(PCD)는, 2 이상의 다이아몬드 입자를 포함한다. 날끝의 표면에 위치한 상기 다이아몬드 입자에는, 상기 제4 공정에 의해 다이아몬드의 결정 구조를 포함하는 다이아몬드상과, 그래파이트의 결정 구조를 포함하는 그래파이트상이 형성되어 있다.

<시료 2>

제4 공정에 있어서, 다이아몬드(PCD)를 포함하는 날끝 중 경사면측에만, 시료 1과 동조건의 레이저 가공을 실행하는 것 이외에는, 시료 1과 동일한 방법을 이용함으로써 시료 2의 선삭용 인서트(다이아몬드 공구)를 얻었다.

<시료 3>

제4 공정에 있어서, 다이아몬드(PCD)를 포함하는 날끝 중 여유면측 및 경사면측의 양자에, 시료 1과 동조건의 레이저 가공을 실행하는 것 이외에는, 시료 1과 동일한 방법을 이용함으로써 시료 3의 선삭용 인서트(다이아몬드 공구)를 얻었다.

<시료 4>

제4 공정에 있어서, 다이아몬드(PCD)를 포함하는 날끝의 여유면측에 대하여 레이저 가공을 할 때에, 상기 날끝의 여유면측에 보텍스 튜브(코기 가부시키가이샤 제조)를 이용하여 압축 공기를 가공부에 분사하여 냉각하고, 또한 레이저 출력을 10 W로 하는 것 이외에는, 시료 1과 동일한 방법을 이용함으로써 시료 4의 선삭용 인서트(다이아몬드 공구)를 얻었다.

<시료 5>

제4 공정에 있어서, 다이아몬드(PCD)를 포함하는 날끝의 경사면측에 대하여 레이저 가공을 할 때에, 상기 날끝의 경사면측에 보텍스 튜브(코기 가부시키가이샤 제조)를 이용하여 압축 공기를 가공부에 분사하여 냉각하고, 또한 레이저 출력을 10 W로 하는 것 이외에는, 시료 2와 동일한 방법을 이용함으로써 시료 5의 선삭용 인서트(다이아몬드 공구)를 얻었다.

<시료 6>

제4 공정에 있어서, 다이아몬드(PCD)를 포함하는 날끝의 여유면측 및 경사면측의 양자에 대하여 레이저 가공을 할 때에, 상기 날끝의 여유면측 및 경사면측의 양자에 보텍스 튜브(코기 가부시키가이샤 제조)를 이용하여 압축 공기를 가공부에 분사하여 냉각하고, 또한 레이저 출력을 10 W로 하는 것 이외에는, 시료 3과 동일한 방법을 이용함으로써 시료 6의 선삭용 인서트(다이아몬드 공구)를 얻었다.

<시료 7>

제4 공정에 있어서, 다이아몬드(PCD)를 포함하는 날끝의 여유면측에 대하여 레이저 가공을 할 때에, 상기 날끝의 여유면측에 보텍스 튜브(코기 가부시키가이샤 제조)를 이용하여 압축 공기를 가공부에 분사하여 냉각하고, 또한 레이저 출력을 3 W로 하는 것 이외에는, 시료 1과 동일한 방법을 이용함으로써 시료 7의 선삭용 인서트(다이아몬드 공구)를 얻었다.

<시료 8>

제4 공정에 있어서, 다이아몬드(PCD)를 포함하는 날끝의 경사면측에 대하여 레이저 가공을 할 때에, 상기 날끝의 경사면측에 보텍스 튜브(코기 가부시키가이샤 제조)를 이용하여 압축 공기를 가공부에 분사하여 냉각하고, 또한 레이저 출력을 3 W로 하는 것 이외에는, 시료 2와 동일한 방법을 이용함으로써 시료 8의 선삭용 인서트(다이아몬드 공구)를 얻었다.

<시료 9>

제4 공정에 있어서, 다이아몬드(PCD)를 포함하는 날끝의 여유면측 및 경사면측의 양자에 대하여 레이저 가공을 할 때에, 상기 날끝의 여유면측 및 경사면측의 양자에 보텍스 튜브(코기 가부시키가이샤 제조)를 이용하여 압축 공기를 가공부에 분사하여 냉각하고, 또한 레이저 출력을 3 W로 하는 것 이외에는, 시료 3과 동일한 방법을 이용함으로써 시료 9의 선삭용 인서트(다이아몬드 공구)를 얻었다.

<시료 10>

제4 공정에 있어서, 다이아몬드(PCD)를 포함하는 날끝의 여유면측 및 경사면측의 양자에 대하여, 레이저 가공을 행하는 것 대신에 지석을 이용하여 연삭 가공을 행하는 것 이외에는, 시료 3과 동일한 방법을 이용함으로써 시료 10의 선삭용 인서트(다이아몬드 공구)를 얻었다.

〔그래파이트의 존재 비율(비 I_π*/I_σ*)의 측정〕

시료 1∼시료 10의 선삭용 인서트의 날끝(여유면측 및 경사면측의 양자)의 표면에 위치한 각 다이아몬드 입자에 대하여, 전술한 TEM-EELS법을 이용한 측정 방법을 각각 실행함으로써, 날끝의 표면에 있어서의 다이아몬드 입자의 비 I_π*/I_σ*, 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 다이아몬드 입자의 비 I_π*/I_σ*, 및 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 다이아몬드 입자의 비 I_π*/I_σ*를 각각 구하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

〔절삭 시험(내결손성 시험)〕

시료 1∼시료 10의 선삭용 인서트를 이용하고, 피삭재로서 초경 합금(VM-40(치수: 직경 φ60 ㎜×길이 100 ㎜), 경도: HRA88)을 준비하여, 상기 피삭재를 이하의 절삭 조건에 의해 절삭하였다. 본 절삭 시험에서는, 상기 피삭재를 절삭함으로써 날끝에 결손 및 치핑 중 어느 하나의 크기가 0.1 ㎜를 넘은 시점에 절삭을 중지하고, 시험의 개시로부터 상기 시점에 이르는 시간(단위는, 분)을 평가하였다. 상기 시간이 길수록 내결손성이 향상하고 있다고 평가할 수 있다. 결과를 표 1 중의 「내결손성(min)」의 항목에 나타낸다.

<절삭 조건>

가공기: 선반

절삭 속도 Vc: 10 m/min

이송 속도 f: 0.05 ㎜/rev

절입량 ap: 0.05 ㎜/rev

절삭유(쿨런트): 없음.

〔고찰〕

시료 1, 시료 2, 시료 4, 시료 5, 시료 7 및 시료 8의 선삭용 인서트는, 전술한 제4 공정에 의해, 날끝의 경사면측 및 여유면측의 표면에 위치한 각 다이아몬드 입자 중 어느 하나에 있어서, 날끝의 표면에 있오서의 다이아몬드 입자의 비 I_π*/I_σ*가 0.1∼2가 되고, 또한 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 다이아몬드 입자의 비 I_π*/I_σ*가 0.001∼0.1이 되는 다이아몬드 공구가 제조되는 예이다. 시료 3, 시료 6 및 시료 9의 엔드 밀은, 전술한 제4 공정에 의해, 날끝의 경사면측 및 여유면측의 표면에 위치한 각 다이아몬드 입자의 양자에 있어서, 날끝의 표면에 있어서의 다이아몬드 입자의 비 I_π*/I_σ*가 0.1∼2가 되고, 또한 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 다이아몬드 입자의 비 I_π*/I_σ*가 0.001∼0.1이 되는 다이아몬드 공구가 제조되는 예이다. 시료 10의 선삭용 인서트는, 종래의 지석을 이용한 연삭 가공을 이용하여 다이아몬드 공구가 제조되는 예이다.

표 1에 의하면, 시료 1∼시료 9의 선삭용 인서트는, 모두 시료 10의 선삭용 인서트에 비해서 내결손성이 향상하는 것이 이해된다. 이상으로부터, 시료 1∼시료 9의 선삭용 인서트(다이아몬드 공구)는, 종래에 비해서 내결손성이 향상하고 있다고 평가할 수 있다. 또한 표 1에 의하면, 시료 3의 선삭용 인서트는, 시료 1∼시료 2에 비해서 보다 내결손성이 향상하고, 시료 6의 선삭용 인서트는, 시료 4∼시료 5에 비해서 보다 내결손성이 향상하고, 시료 9의 선삭용 인서트는, 시료 7∼시료 8에 비해서 보다 내결손성이 향상하는 것도 이해된다.

또한 시료 1∼시료 10의 결과를 감안하면, 본 개시의 다이아몬드 공구는, 날끝에 SCD를 갖는 경우, 및 BLPCD를 갖는 경우에도, 시료 1∼시료 9와 동일한 요령에 의해 제작됨으로써, 종래의 지석을 이용한 연삭 가공에 의해 제작된 다이아몬드 공구에 비해서, 내결손성이 향상하는 것이 시사된다.

이상과 같이 본 개시의 실시형태 및 실시예에 대해서 설명을 행하였지만, 전술한 각 실시형태 및 실시예의 구성을 적절하게 조합하거나, 여러 가지로 변형하거나 하는 것도 당초부터 예정하고 있다.

이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시로서, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시형태 및 실시예가 아니라 청구범위에 의해 나타나며, 청구범위와 균등의 의미, 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

11 제1 영역, 11a 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치, 12 제2 영역, 12a 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치, 13 날끝 내부 영역, 20 다이아몬드 입자.

Claims

다이아몬드를 적어도 날끝에 갖는 다이아몬드 공구로서,
상기 다이아몬드는, 1 또는 2 이상의 다이아몬드 입자를 포함하고,
상기 다이아몬드 입자는, 다이아몬드의 결정 구조를 포함하는 다이아몬드상과, 그래파이트의 결정 구조를 포함하는 그래파이트상을 포함하고,
상기 다이아몬드 입자에 대하여, 투과형 전자 현미경을 이용한 전자 에너지 손실 분광법으로, 탄소의 K각 전자의 여기에 따른 에너지 손실을 측정함으로써, 상기 그래파이트상에 있어서의 탄소의 π 결합에 유래하는 π^* 피크의 강도와, 상기 그래파이트상에 있어서의 탄소의 σ 결합, 및 상기 다이아몬드상에 있어서의 탄소의 σ 결합에 유래하는 σ^* 피크의 강도의 비 I_π*/I_σ*를 구한 경우, 상기 날끝의 표면에 있어서의 상기 다이아몬드 입자의 비 I_π*/I_σ*는 0.1∼2이고, 또한 상기 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 상기 다이아몬드 입자의 비 I_π*/I_σ*는 0.001∼0.1인 것인, 다이아몬드 공구.
제1항에 있어서, 상기 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 상기 다이아몬드 입자의 비 I_π*/I_σ*는 0.001∼0.1인 것인, 다이아몬드 공구.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다이아몬드는, 단결정 다이아몬드, 바인더리스 다결정 다이아몬드 또는 다결정 소결 다이아몬드인 것인, 다이아몬드 공구.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다이아몬드 공구는, 경사면과, 여유면과, 상기 경사면 및 상기 여유면이 교차하는 능선을 포함하고,
상기 경사면은, 상기 능선을 통해 상기 여유면에 연속하고,
상기 다이아몬드 공구는, 상기 경사면의 일부와, 상기 여유면의 일부와, 상기 능선으로 날끝이 구성되고,
상기 날끝의 표면은, 상기 날끝의 적어도 일부의 표면인 것인, 다이아몬드 공구.