KR20230110525A - 절삭 공구 - Google Patents

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KR20230110525A
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히로츠구 이와사키
아키히코 우에다
나오키 와타노베
다카시 하라다
사토루 구키노
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스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
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Abstract

절삭 공구는, 경사면과, 여유면, 그리고 상기 경사면 및 상기 여유면을 잇는 날끝 능선인 절삭날을 갖는 절삭 공구이다. 절삭 공구에 있어서, 절삭날에 인접한 경사면의 일부 및 여유면의 일부는 다이아몬드 입자를 포함하는 다이아몬드 소결체에 의해 구성된다. 여유면의 일부에 있어서의 전위 밀도는 8×1015/㎡ 이하이다. 다이아몬드 입자의 평균 입경은 0.1 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하이다. 다이아몬드 소결체에 있어서의 다이아몬드 입자의 함유율은 80 체적 퍼센트 이상 99 체적 퍼센트 이하이다.

Description

절삭 공구
본 개시는 절삭 공구에 관한 것이다. 본 출원은 2020년 11월 30일에 출원한 일본 특허 출원인 특원2020-198392호에 기초한 우선권을 주장한다. 상기 일본 특허 출원에 기재된 모든 기재 내용은, 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.
종래, 다이아몬드 소결체를 적용한 절삭 공구가 알려져 있다. 예컨대, 일본 특허 공개 제2005-239472호 공보(특허문헌 1)에는, 평균 입경이 2 ㎛ 이하인 소결 다이아몬드 입자와, 잔부의 결합상을 구비한 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체로서, 상기 다이아몬드 소결체 내의 상기 소결 다이아몬드 입자의 함유율은 80 체적 퍼센트 이상 98 체적 퍼센트 이하이고, 상기 결합상 중의 함유율이 0.5 질량 퍼센트 이상 50 질량 퍼센트 미만인 티탄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈, 크롬, 및 몰리브덴으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 원소와, 상기 결합상 중의 함유율이 50 질량 퍼센트 이상 99.5 질량 퍼센트 미만인 코발트를 상기 결합상은 포함하고, 상기 티탄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈, 크롬, 및 몰리브덴으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 원소의 일부 또는 전부가 평균 입경 0.8 ㎛ 이하의 탄화물 입자로서 존재하고, 상기 탄화물 입자의 조직은 불연속이고, 인접한 상기 다이아몬드 입자끼리는 서로 결합하고 있는 것을 특징으로 하는, 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체가 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2005-239472호 공보
본 개시의 절삭 공구는, 경사면과, 여유면, 그리고 상기 경사면 및 상기 여유면을 잇는 날끝 능선을 갖는 절삭 공구이다. 절삭 공구에 있어서, 날끝 능선에 인접한 경사면의 일부 및 여유면의 일부는 다이아몬드 입자를 포함하는 다이아몬드 소결체에 의해 구성된다. 여유면의 일부에 있어서의 전위 밀도는 8×1015/㎡ 이하이다. 다이아몬드 입자의 평균 입경은 0.1 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하이다. 다이아몬드 소결체에 있어서의 다이아몬드 입자의 함유율은 80 체적 퍼센트 이상 99 체적 퍼센트 이하이다.
도 1은 절삭 인서트(100)의 평면도이다.
도 2는 절삭 인서트(100)의 사시도이다.
도 3은 절삭 인서트(100)의 날끝부(20)를 나타내는 확대 사시 모식도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 날끝부(20)의 확대 측면 모식도이다.
도 5는 절삭 인서트로서 이용되는 날끝부(20)를 나타내는 사시 모식도이다.
도 6은 절삭 인서트의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
[본 개시가 해결하고자 하는 과제]
특허문헌 1의 다이아몬드 소결체는, 절삭 공구 등에 적용하면, 여유면의 마모가 진행되어 공구 수명이 짧아지는 경우가 있다. 본 개시는 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 공구 수명이 개선된 절삭 공구를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[본 개시의 효과]
본 개시에 의하면, 공구 수명이 개선된 절삭 공구가 얻어진다.
[실시형태의 개요]
먼저 본 개시의 실시양태를 열기하여 설명한다.
(1) 일실시형태에 따른 절삭 공구는, 경사면과, 여유면, 그리고 상기 경사면 및 상기 여유면을 잇는 날끝 능선을 갖는 절삭 공구이다. 절삭 공구에 있어서, 날끝 능선에 인접한 경사면의 일부 및 여유면의 일부는 다이아몬드 입자를 포함하는 다이아몬드 소결체에 의해 구성된다. 여유면의 일부에 있어서의 전위 밀도는 8×1015/㎡ 이하이다. 다이아몬드 입자의 평균 입경은 0.1 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하이다. 다이아몬드 소결체에 있어서의 다이아몬드 입자의 함유율은 80 체적 퍼센트 이상 99 체적 퍼센트 이하이다.
상기 (1)의 절삭 공구에 의하면, 여유면에 있어서의 다이아몬드 입자의 강도 저하가 억제됨으로써, 여유면의 내마모성이 향상한다. 이 결과, 절삭 공구의 수명이 개선된다.
(2) 상기 (1)의 절삭 공구에 있어서, 여유면의 일부에 있어서의 다이아몬드 소결체의 전위 밀도는 7×1015/㎡ 이하여도 좋다.
상기 (2)의 절삭 공구에 의하면, 공구 수명을 더욱 개선할 수 있다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)의 절삭 공구에 있어서, 다이아몬드 소결체는 결합재를 포함하고 있어도 좋다. 결합재는 단체 금속, 합금, 및 금속간 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하고 있어도 좋다. 단체 금속, 합금 및 금속간 화합물은 주기표의 제4족 원소, 주기표의 제5족 원소, 주기표의 제6족 원소, 철, 알루미늄, 규소, 코발트 및 니켈로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 금속 원소를 포함하고 있어도 좋다.
(4) 상기 (1) 또는 (2)의 절삭 공구에 있어서, 다이아몬드 소결체는 결합재를 포함하고 있어도 좋다. 결합재는 화합물 및 상기 화합물 유래의 고용체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하고 있어도 좋다. 화합물은 단체 금속, 합금 및 금속간 화합물로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종과, 질소, 탄소 및 산소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하고 있어도 좋다. 단체 금속, 합금 및 금속간 화합물은, 주기표의 제4족 원소, 주기표의 제5족 원소, 주기표의 제6족 원소, 철, 알루미늄, 규소, 코발트 및 니켈로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 금속 원소를 포함하고 있어도 좋다.
(5) 상기 (3) 또는 (4)의 절삭 공구에 있어서, 결합재가 코발트를 포함하고 있어도 좋다.
(6) 상기 (1)∼(5)의 절삭 공구에 있어서, 경사면의 일부에 있어서의 표면 거칠기(Ra)는 120 ㎚ 이하여도 좋다.
상기 (6)의 절삭 공구에 의하면, 공구 수명을 더욱 개선할 수 있다.
(7) 상기 (1)∼(6)의 절삭 공구에 있어서, 경사면의 일부에 있어서의 전위 밀도는 10×1015/㎡ 이하여도 좋다.
상기 (7)의 절삭 공구에 의하면, 경사면에 있어서의 크레이터 마모의 마모량을 저감할 수 있다. 이 때문에, 공구 수명을 더욱 개선할 수 있다.
상기 절삭 공구에 있어서, 여유면의 일부에 있어서의 전위 밀도는 경사면의 일부에 있어서의 전위 밀도 이하여도 좋고, 경사면의 일부에 있어서의 전위 밀도 미만이어도 좋다.
(8) 상기 (1)∼(7)의 절삭 공구는 다이아몬드 소결체를 유지하는 기재를 구비하고 있어도 좋다.
상기 (8)의 절삭 공구에 의하면, 날끝 능선을 포함하는 부분을 다이아몬드 소결체에 의해 구성하는 한편, 다른 부분인 기재를 금속 재료 등 다이아몬드 소결체보다 저렴한 재료에 의해 구성할 수 있다. 이 때문에, 절삭 공구의 제조 비용을 저감할 수 있다.
(9) 상기 (1)∼(7)의 절삭 공구에 있어서, 경사면의 전체 및 여유면의 전체가 다이아몬드 소결체에 의해 구성되어 있어도 좋다.
상기 (9)의 절삭 공구에 의하면, 공구 수명에 관련되는 경사면 및 여유면의 전체면을 다이아몬드 소결체에 의해 구성함으로써, 공구 수명을 확실하게 개선할 수 있다.
[실시형태의 상세]
본 개시의 실시형태의 상세를, 도면을 참조하면서 설명한다. 이하의 도면에 있어서는, 동일 또는 상당하는 부분에 동일한 참조 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 반복하지 않는 것으로 한다.
실시형태에 따른 절삭 공구는, 예컨대 절삭 인서트(100)이다. 실시형태에 따른 절삭 공구는 절삭 인서트(100)에 한정되지 않지만, 이하에 있어서는, 절삭 인서트(100)를 실시형태에 따른 절삭 공구의 예로 하여 설명을 행한다.
(실시형태에 따른 절삭 공구의 구성)
절삭 인서트(100)의 구성을 설명한다.
<절삭 인서트(100)의 개략 구성>
도 1은 절삭 인서트(100)의 평면도이다. 도 2는 절삭 인서트(100)의 사시도이다. 도 3은 절삭 인서트(100)의 날끝부(20)를 나타내는 확대 사시 모식도이다. 도 4는 도 3에 나타낸 날끝부(20)의 확대 측면 모식도이다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 절삭 인서트(100)는 기재(10)와, 다이아몬드 소결체로서의 날끝부(20)를 갖고 있다. 절삭 인서트(100)는, 평면으로 보아 다각형 형상(예컨대, 삼각형 형상)이다. 다각형 형상(삼각형 형상)은, 엄밀한 다각형 형상(삼각형 형상)이 아니어도 좋다. 보다 구체적으로는, 절삭 인서트(100)의 평면으로 본 코너는 둥글게 되어 있어도 좋다.
기재(10)는, 평면으로 보아 다각형 형상(예컨대, 삼각형 형상)이다. 기재(10)는, 정상면(10a)과, 바닥면(10b)과, 측면(10c)을 갖고 있다. 정상면(10a) 및 바닥면(10b)은, 기재(10)의 두께 방향에 있어서의 단부면이다. 바닥면(10b)은, 기재(10)의 두께 방향에 있어서의 정상면(10a)의 반대면이다. 측면(10c)은, 정상면(10a) 및 바닥면(10b)에 연속하고 있는 면이다.
정상면(10a)은, 부착부(10d)를 갖고 있다. 부착부(10d)는, 평면으로 보아, 정상면(10a)의 코너에 위치하고 있다. 부착부(10d)에 있어서의 정상면(10a)과 바닥면(10b) 사이의 거리는, 부착부(10d) 이외에 있어서의 정상면(10a)과 바닥면(10b) 사이의 거리보다 작게 되어 있다. 즉, 부착부(10d)와 부착부(10d) 이외의 정상면(10a)의 부분 사이에는, 단차가 있다.
기재(10)에는, 관통 구멍(11)이 형성되어 있다. 관통 구멍(11)은, 기재(10)를 두께 방향으로 관통하고 있다. 관통 구멍(11)은, 평면으로 본 기재(10)의 중앙에 형성되어 있다. 절삭 인서트(100)는, 예컨대, 관통 구멍(11)에 고정 부재(도시하지 않음)가 삽입되며, 상기 고정 부재가 공구 홀더(도시하지 않음)에 체결됨으로써, 절삭 가공에 제공된다.
기재(10)는, 예컨대, 초경합금에 의해 형성되어 있다. 초경합금은, 탄화물 입자 및 결합재를 소결한 복합 재료이다. 이 탄화물 입자는, 예컨대 탄화텅스텐, 탄화티탄, 탄화탄탈 등의 입자이다. 이 결합재는, 예컨대 코발트, 니켈, 철 등이다. 단, 기재(10)는, 초경합금 이외의 재료에 의해 형성되어도 좋다.
날끝부(20)는, 부착부(10d)에 부착되어 있다. 날끝부(20)는, 예컨대 납땜에 의해, 기재(10)에 부착되어 있다. 날끝부(20)는, 경사면(20a)과, 여유면(20b)과, 절삭날(20c)을 갖고 있다. 경사면(20a)는, 부착부(10d) 이외의 정상면(10a)의 부분에 연속하고 있다. 여유면(20b)은, 측면(10c)에 연속하고 있다. 절삭날(20c)은, 경사면(20a)과 여유면(20b)의 능선에 형성되어 있다.
<날끝부(20)를 구성하고 있는 소결체의 상세 구성>
날끝부(20)는, 다이아몬드 입자와, 결합재를 포함하는 소결체에 의해 형성되어 있다. 다른 관점에서 말하면, 날끝부(20)에 있어서, 날끝 능선인 절삭날(20c)에 인접한 경사면(20a)의 일부 및 여유면(20b)의 일부는 다이아몬드 입자를 포함하는 다이아몬드 소결체에 의해 구성된다.
다이아몬드 소결체의 전위 밀도:
여유면(20b)의 일부에 있어서의 전위 밀도는 8×1015/㎡ 이하이다. 여유면(20b)의 일부에 있어서의 다이아몬드 소결체(구체적으로는 다이아몬드 입자)의 전위 밀도는 7×1015/㎡ 이하여도 좋다. 경사면(20a)의 일부에 있어서의 전위 밀도는 10×1015/㎡ 이하여도 좋다. 여유면(20b)의 일부에 있어서의 전위 밀도는, 경사면(20a)의 일부에 있어서의 전위 밀도 이하여도 좋고, 경사면(20b)의 일부에 있어서의 전위 밀도 미만이어도 좋다.
다이아몬드 입자의 전위 밀도가 8×1015/㎡ 이하임으로써, 다이아몬드 입자의 균열의 발생을 억제하며, 강도 저하가 억제되어 내마모성이 우수한 다이아몬드 소결체가 된다. 또한, 상기 다이아몬드 소결체는, 열전도율이 비교적 높다. 그 때문에, 절삭 가공 시의 날끝의 온도 상승에 의해 발생하는 열마모를 억제할 수 있다. 또한, 다이아몬드 입자의 전위 밀도가 8.1×1013/㎡ 미만인 다이아몬드 소결체는, 제조할 수 없는 것을 본 발명자들은 확인하였다. 여유면(20b)의 일부에 있어서의 전위 밀도는, 8.1×1013/㎡ 이상 8×1015/㎡ 이하여도 좋고, 8.1×1013/㎡ 이상 7×1015/㎡ 이하여도 좋다. 경사면(20a)의 일부에 있어서의 전위 밀도는 8.1×1013/㎡ 이상 10×1015/㎡ 이하여도 좋다.
종래, 다이아몬드 소결체에 있어서의 다이아몬드 입자의 전위 밀도와, 상기 다이아몬드 소결체의 물성의 상관 관계에 대해서는 주목되고 있지 않았다. 그래서 본 발명자들은, 다이아몬드 소결체에 있어서의 다이아몬드 입자의 전위 밀도와, 다이아몬드 소결체의 내마모성의 관계에 대해서 예의 조사를 행하였다. 그 결과, 종래부터 존재하는 다이아몬드 소결체에 비해서, 다이아몬드 입자의 전위 밀도를 낮게 하면, 절삭 가공 시의 마모를 억제할 수 있는 것을 처음으로 발견하였다. 이 이유는, 상기 전위 밀도를 줄임으로써 절삭 가공 시에 발생하는 열을 효과적으로 다이아몬드 소결체 전체에 전할 수 있어, 발열에 의한 다이아몬드 소결체의 마모를 억제할 수 있었기 때문이라고 생각된다. 또한, 이 조사에 의해, 종래의 다이아몬드 소결체(예컨대, 특허문헌 1에 기재된 다이아몬드 소결체)는, 다이아몬드 입자의 전위 밀도가 1.01×1016/㎡ 이상 1.18×1016/㎡ 미만인 것이 밝혀져 있다.
여기서, 본 실시형태에 있어서 여유면(20b)의 일부에 있어서의 전위 밀도의 측정 위치는, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이 날끝 능선인 절삭날(20c)에 인접한 위치이다. 구체적으로는, 절삭날(20c)의 임의의 위치(20ca)로부터, 경사면(20a)과 수직 방향으로 거리(L)(구체적으로는 100 ㎛) 떨어진 위치에 가상점(20cb)을 설정한다. 상기 가상점(20cb)으로부터, 경사면(20a)과 평행이며 절삭날(20c)의 임의의 위치(20ca)에 있어서의 접선과 수직인 방향으로 직선을 긋는다. 상기 직선과 여유면(20b)의 교점(20cc)을 전위 밀도의 측정 위치로 한다.
또한, 날끝부(20)의 경사면(20a)의 일부에 대해서 전위 밀도를 측정하는 경우, 경사면(20a)에 있어서 절삭날(20c)로부터 일정한 거리(구체적으로는 100 ㎛) 떨어진 위치에 절삭날(20c)을 따른 가상선을 긋고, 상기 가상선 상의 임의의 위치를 측정 위치로 한다.
본 명세서에 있어서, 다이아몬드 소결체의 전위 밀도는 대형 방사광 시설(예컨대, 규슈 싱크로트론코우 겐큐 센터(사가현))에서 측정된다. 구체적으로는 하기의 방법으로 측정된다.
다이아몬드 소결체를 포함하는 시험체로서의 날끝부(20)를 준비한다. 날끝부(20)에 있어서 전술한 측정 위치를 포함하는 시험체의 관찰면(경사면(20a) 및 여유면(20b))을 평균 입경 3 ㎛의 다이아몬드 슬러리를 이용하여 경면 연마한 후, 염산에 72시간 침지한다. 이에 의해, 상기 시험체의 관찰면에 있어서 결합상은 염산에 용해되고, 다이아몬드 입자가 남는다.
상기 시험체의 측정 위치에 대해서, 하기의 조건으로 X선 회절 측정을 행하여, 다이아몬드의 주요인 방위인 (111), (220), (311), (331), (422), (440), (531)의 각 방위면으로부터의 회절 피크의 라인 프로파일을 얻는다.
X선원: 방사광
장치 조건: 검출기 NaI(적절한 ROI에 의해 형광을 컷트한다.)
에너지: 18 keV(파장: 0.6888 Å)
분광 결정: Si(111)
입사 슬릿: 폭 3 ㎜×높이 0.5 ㎜
수광 슬릿: 더블 슬릿(폭 3 ㎜×높이 0.5 ㎜)
미러: 백금 코트 거울
입사각: 2.5 mrad
주사 방법: 2θ-θ scan
측정 피크: 다이아몬드의 (111), (220), (311), (331), (422), (440), (531)의 7개. 단, 집합 조직, 배향 등에 의해 프로파일의 취득이 곤란한 경우는, 그 면지수의 피크를 제외한다.
측정 조건: 각 측정 피크에 대응하는 반치 전폭 중에, 측정점이 9점 이상이 되도록 한다. 피크 톱 강도는 2000 counts 이상으로 한다. 피크의 스커트도 해석에 사용하기 때문에, 측정 범위는 반치 전폭의 10배 정도로 한다.
상기 X선 회절 측정에 의해 얻어지는 라인 프로파일은, 시험체의 불균일 변형 등의 물리량에 기인하는 참된 확대와, 장치 기인의 확대의 양방을 포함하는 형상이 된다. 불균일 변형 및 결정자 사이즈를 구하기 위해, 측정된 라인 프로파일로부터, 장치 기인의 성분을 제거하고, 참된 라인 프로파일을 얻는다. 참된 라인 프로파일은, 얻어진 라인 프로파일 및 장치 기인의 라인 프로파일을 의사 Voigt 함수에 의해 피팅하고, 장치 기인의 라인 프로파일을 뺌으로써 얻는다. 장치 기인의 회절선 확대를 제거하기 위한 표준 샘플로서는, LaB6을 이용한다. 또한, 평행도가 높은 방사광을 이용하는 경우는, 장치 기인의 회절선 확대는 0으로 간주할 수도 있다.
얻어진 참된 라인 프로파일을 수정 Williamson-Hall법 및 수정 Warren-Averbach법을 이용하여 해석함으로써 전위 밀도를 산출한다. 수정 Williamson-Hall법 및 수정 Warren-Averbach법은, 전위 밀도를 구하기 위해 이용되고 있는 공지의 라인 프로파일 해석법이다.
수정 Williamson-Hall법의 식은, 하기 식 (Ⅰ)로 나타낸다.
상기 식 (I)에 있어서, ΔK는 라인 프로파일의 반치폭을 나타낸다. D는 결정자 사이즈를 나타낸다. M은 배치 파라미터를 나타낸다. b는 버거스 벡터를 나타낸다. ρ는 전위 밀도를 나타낸다. K는 산란 벡터를 나타낸다. O(K2C)는 K2C의 고차항을 나타낸다. C는 콘트라스트 요인의 평균값을 나타낸다.
상기 식 (I)에 있어서의 C는, 하기 식 (Ⅱ)로 표시된다.
상기 식 (Ⅱ)에 있어서, 나선 전위와 칼날 전위(edge dislocation)에 있어서의 각각의 콘트라스트 팩터 Ch00 및 콘트라스트 팩터에 관한 계수 q는, 계산 코드 ANIZC를 이용하여, 슬립계(slip system)를 <110>{111}, 탄성 스티프니스 C11을 1076 ㎬, C12를 125 ㎬, C44를 576 ㎬로 하여 구한다. 상기 식 (Ⅱ) 중, h, k 및 l은, 각각 다이아몬드의 미러 지수(hkl)에 상당한다. 콘트라스트 팩터 Ch00은, 나선 전위 0.183이고, 칼날 전위 0.204이다. 콘트라스트 팩터에 관한 계수 q는, 나선 전위 1.35이고, 칼날 전위 0.30이다. 또한, 나선 전위 비율은 0.5, 칼날 전위 비율은 0.5로 고정한다.
또한, 전위와 불균일 변형 사이에는 콘트라스트 팩터 C를 이용하여 하기 식 (Ⅲ)의 관계가 성립한다. 하기 식 (Ⅲ)에 있어서, Re는 전위의 유효 반경을 나타낸다. ε(L)은, 불균일 변형을 나타낸다.
상기 식 (Ⅲ)의 관계와, Warren-Averbach의 식으로부터, 하기 식 (Ⅳ)와 같이 나타낼 수 있고, 수정 Warren-Averbach법으로서, 전위 밀도 ρ 및 결정자 사이즈를 구할 수 있다. 하기 식 (Ⅳ)에 있어서, A(L)은 푸리에 급수를 나타낸다. AS(L)은 결정자 사이즈에 관한 푸리에 급수를 나타낸다. L은 푸리에 길이를 나타낸다.
수정 Williamson-Hall법 및 수정 Warren-Averbach법의 상세는, "T.Ungar and A.Borbely, "The effect of dislocation contrast on x-ray line broadening: A new approach to line profile analysis" Appl.Phys.Lett., vol.69, no.21, p.3173,1996." 및 "T.Ungar, S.Ott, P.Sanders, A.Borbely, J.Weertman, "Dislocations, grain size and planar faults in nanostructured copper determined by high resolution X-ray diffraction and a new procedure of peak profile analysis" Acta Mater., vol.46, no.10, pp.3693-3699, 1998."에 기재되어 있다.
동일한 시료에 있어서 다이아몬드 입자의 전위 밀도를 측정하는 한, 측정 범위의 선택 개소를 변경하여 복수회 산출하여도, 측정 결과의 차이는 거의 없는 것을 본 발명자들은 확인하였다. 즉, 임의로 측정 시야를 설정하여도 자의적으로는 되지 않는다고 발명자들은 생각하고 있다.
본 실시형태에 있어서, 다이아몬드 소결체는 결합재를 포함한다. 결합재는, 단체 금속, 합금, 및 금속간 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하고 있어도 좋다. 단체 금속, 합금 및 금속간 화합물은, 주기표의 제4족 원소, 주기표의 제5족 원소, 주기표의 제6족 원소, 철, 알루미늄, 규소, 코발트 및 니켈로 이루어지는 군(이하, 「군 A」라고도 기재한다.)에서 선택된 적어도 1종의 금속 원소를 포함하고 있어도 좋다.
또한, 결합재는, 화합물 및 상기 화합물 유래의 고용체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하고 있어도 좋다. 화합물은, 단체 금속, 합금 및 금속간 화합물로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종과, 질소, 탄소 및 산소로 이루어지는 군(이하, 「군 B」라고도 기재한다.)에서 선택되는 적어도 1종을 포함하고 있어도 좋다. 단체 금속, 합금 및 금속간 화합물은, 주기표의 제4족 원소, 주기표의 제5족 원소, 주기표의 제6족 원소, 철, 알루미늄, 규소, 코발트 및 니켈로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 금속 원소를 포함하고 있어도 좋다.
바꾸어 말하면, 상기 결합재는, 하기의 (a) 내지 (f) 중 어느 하나의 형태로 할 수 있다.
(a) 상기 결합재는, 군 A에서 선택되는 적어도 1종의 금속 원소를 포함하는 단체 금속, 합금, 및 금속간 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함한다.
(b) 상기 결합재는, 군 A에서 선택되는 적어도 1종의 금속 원소를 포함하는 단체 금속, 합금, 및 금속간 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함한다.
(c) 상기 결합재는, 군 A에서 선택되는 적어도 1종의 금속 원소와, 군 B에서 선택되는 적어도 1종의 비금속 원소를 포함하는 화합물, 및, 상기 화합물 유래의 고용체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함한다.
(d) 상기 결합재는, 군 A에서 선택되는 적어도 1종의 금속 원소와, 군 B에서 선택되는 적어도 1종의 비금속 원소를 포함하는 화합물, 및, 상기 화합물 유래의 고용체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함한다.
(e) 상기 결합재는, 군 A에서 선택되는 적어도 1종의 금속 원소를 포함하는 단체 금속, 합금, 및 금속간 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종과, 군 A에서 선택되는 적어도 1종의 금속 원소와, 군 B에서 선택되는 적어도 1종의 비금속 원소를 포함하는 화합물, 및, 상기 화합물 유래의 고용체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함한다.
(f) 상기 결합재는, 군 A에서 선택되는 적어도 1종의 금속 원소를 포함하는 단체 금속, 합금, 및 금속간 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종과, 군 A에서 선택되는 적어도 1종의 금속 원소와, 군 B에서 선택되는 적어도 1종의 비금속 원소를 포함하는 화합물, 및, 상기 화합물 유래의 고용체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함한다.
주기표의 제4족 원소는, 예컨대 티탄(Ti), 지르코늄(Zr) 및 하프늄(Hf)을 포함한다. 주기표의 제5족 원소는, 예컨대 바나듐(V), 니오븀(Nb) 및 탄탈(Ta)을 포함한다. 주기표의 제6족 원소는, 예컨대 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)을 포함한다.
본 실시형태의 일측면에 있어서, 상기 결합재는, 코발트, 티탄, 철, 텅스텐 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하고, 코발트를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 결합재는, 코발트에 더하여, 티탄을 포함하고 있어도 좋다. 결합재 중에 있어서 가장 함유량이 많은 성분은, 코발트인 것이 바람직하다.
다이아몬드 소결체에 포함되는 결합재의 조성은, 전술한 SEM 부대(附帶)의 EDX에 의해 특정할 수 있다.
날끝부(20)를 구성하고 있는 소결체 내에 있어서의 다이아몬드 입자의 평균 입경은, 0.1 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 다이아몬드 입자의 평균 입경은, 0.2 ㎛ 이상 40 ㎛ 이하여도 좋다. 다이아몬드 입자의 평균 입경이 0.1 ㎛ 이상임으로써, 다이아몬드 입자가 치밀하게 소결되어, 내결손성이 우수한 다이아몬드 소결체가 된다. 다이아몬드 입자의 평균 입경이 50 ㎛ 이하임으로써, 이방성이 없어, 절삭 공구의 날끝으로서 이용한 경우 절삭 안정성이 우수한 다이아몬드 소결체가 된다.
본 실시형태에 있어서, 다이아몬드 입자의 평균 입경이란, 임의로 선택된 5개소의 각 측정 시야에 있어서, 복수의 다이아몬드 입자의 메디안 직경 d50을 각각 측정하고, 이들의 평균값을 산출함으로써 얻어진 값을 의미한다. 구체적으로, 날끝부(20)를 구성하고 있는 소결체 내에 있어서의 다이아몬드 입자의 평균 입경은, 이하의 방법에 의해 산출된다.
날끝부(20)를 구성하고 있는 소결체 내에 있어서의 다이아몬드 입자의 평균 입경의 산출에 있어서는, 제1에서, 날끝부(20)의 임의의 위치로부터, 단면을 포함하는 시료가 절취된다. 이 시료의 절취는, 예컨대, 집속 이온 빔 장치, 크로스 폴리셔 장치 등을 이용하여 행해진다.
제2에서, 절취된 시료의 단면이, 주사형 전자 현미경(Scanning Electron Microscope: SEM)에 의해 관찰된다. 이 관찰에 의해, 절취된 시료의 단면에 있어서의 반사 전자상(이하 「SEM 화상」이라고 함)이 얻어진다. SEM에 의한 관찰에서는, 측정 시야 내에 100개 이상의 다이아몬드 입자가 포함되도록 배율이 조정된다. SEM 화상은, 절취된 시료의 단면 내의 5개소에서 취득된다.
제3에서, SEM 화상에 대하여 화상 처리를 행함으로써, 측정 시야 내에 포함되어 있는 다이아몬드 입자의 입경의 분포를 취득한다. 이 화상 처리는, 예컨대, 미타니쇼지 가부시키가이샤 제조의 Win ROOF ver.7.4.5, WinROOF2018 등을 이용하여 행해진다. 각각의 다이아몬드 입자의 입경은, 화상 처리의 결과로서 얻어진 각각의 다이아몬드 입자의 면적으로부터 원상당 직경을 산출함으로써 얻어진다. 또한, 다이아몬드 입자의 입경의 분포의 취득에 있어서, 일부가 측정 시야 밖에 있는 다이아몬드 입자는, 고려되지 않는다.
제4에서, 상기한 바와 같이 하여 얻어진 측정 시야 내에 포함되어 있는 다이아몬드 입자의 입경의 분포로부터, 측정 시야 내에 포함되어 있는 다이아몬드 입자의 메디안 직경 d50이 결정된다. 이 결정된 메디안 직경 d50을 5개의 SEM 화상에 대해서 평균한 값이, 날끝부(20)를 구성하고 있는 소결체 내에 있어서의 다이아몬드 입자의 평균 입경이라고 간주된다.
날끝부(20)를 구성하고 있는 소결체 내에 있어서의 다이아몬드 입자의 함유율(체적 퍼센트)은, 80 체적 퍼센트 이상 99 체적 퍼센트 이하인 것이 바람직하다. 다이아몬드 소결체에 있어서의 다이아몬드 입자의 함유율(체적 퍼센트)은, 주사 전자 현미경(SEM)(니혼덴시사 제조의 「JSM-7800F」(상품명)) 부대의 에너지 분산형 X선 분석 장치(EDX)(Octane Elect(옥탈 일렉트) EDS 시스템)(이하 「SEM-EDX」라고도 기재한다.)를 이용하여, 다이아몬드 소결체에 대하여, 조직 관찰, 원소 분석 등을 실시함으로써 확인할 수 있다. 구체적으로는, 날끝부(20)를 구성하고 있는 소결체 내에 있어서의 다이아몬드 입자의 함유율은, 이하의 방법에 의해 산출된다.
날끝부(20)를 구성하고 있는 소결체 내에 있어서의 다이아몬드 입자의 함유율(비율)의 산출에 있어서는, 제1에서, 날끝부(20)의 임의의 위치로부터, 단면을 포함하는 시료가 절취된다. 이 시료의 절취는, 예컨대, 집속 이온 빔 장치, 크로스 폴리셔 장치 등을 이용하여 행해진다.
제2에서, 절취된 시료의 단면이, SEM에 의해 관찰된다. 이 관찰에 의해, 절취된 시료의 단면에 있어서의 SEM 화상이 얻어진다. SEM에 의한 관찰에서는, 측정 시야 내에 100개 이상의 다이아몬드 입자가 포함되도록 배율이 조정된다. SEM 화상은, 절취된 시료의 단면 내의 5개소에서 취득된다.
제3에서, SEM 화상에 대하여 화상 처리를 행함으로써, 측정 시야 내에 포함되어 있는 다이아몬드 입자의 비율을 산출한다. 이 화상 처리는, 예컨대, 미타니쇼지 가부시키가이샤 제조의 Win ROOF ver.7.4.5, WinROOF2018 등을 이용하여 SEM 화상의 2치화 처리를 행함으로써 행해진다. 2치화 처리 후의 SEM 화상에 있어서의 암시야는, 다이아몬드 입자가 존재하는 영역에 대응한다. 이 암시야의 면적을 측정 영역의 면적으로 나눈 값이, 날끝부(20)를 구성하고 있는 소결체 내에 있어서의 다이아몬드 입자의 체적 비율이라고 간주된다.
본 실시형태의 절삭 공구에 있어서, 날끝부(20)에서의 경사면(20a)의 일부에 있어서의 표면 거칠기(Ra)는, 120 ㎚ 이하여도 좋다. 경사면(20a)의 일부에 있어서의 표면 거칠기(Ra)는, 55 ㎚ 이하여도 좋다. 표면 거칠기(Ra)는, 예컨대 레이저 현미경을 이용하여 측정할 수 있다. 표면 거칠기(Ra)의 측정 위치는, 전위 밀도의 측정 위치와 동일한 위치이다.
본 명세서에 있어서, 「표면 거칠기(Ra)」란, JIS B 0601에 규정되는 산술 평균 거칠기(Ra)를 말하며, 거칠기 곡선으로부터, 그 평균선의 방향으로 기준 길이만큼 추출하고, 이 추출 부분의 평균선으로부터 측정 곡선까지의 거리(편차의 절대값)를 합계하여 평균한 값으로 정의된다.
<변형예>
본 실시형태에 따른 절삭 공구는, 도 1 내지 도 4에 나타낸 절삭 인서트(100)와 다르게, 절삭 공구 전체가 다이아몬드 소결체에 의해 구성되어 있어도 좋다. 도 5는 절삭 인서트로서 이용되는 날끝부(20)를 나타내는 사시 모식도이다. 도 5에 나타내는 날끝부(20)는, 전체가 다이아몬드 소결체에 의해 구성되며, 상기 날끝부(20) 자체가 절삭 인서트로서 이용된다. 다른 관점에서 말하면, 도 5에 나타낸 절삭 공구는, 경사면(20a)의 전체 및 여유면(20b)의 전체가 다이아몬드 소결체에 의해 구성되어 있다.
<절삭 인서트의 제조 방법>
본 실시형태의 절삭 공구로서의 절삭 인서트(100)를 실현하기 위해서는, 날끝부(20)가 되어야 하는 다이아몬드 소결체로서, 전위 밀도가 충분히 낮은 다이아몬드 소결체를 얻으며, 상기 다이아몬드 소결체에 대하여 여유면(20b) 또는 경사면(20a)을 형성하기 위한 가공 공정에 있어서, 다이아몬드 소결체에 대한 가공 부하를 줄여 전위 밀도가 높아지는 것을 피하는 것 같은 가공을 행한다고 하는 대응이 필요로 된다. 이하, 절삭 인서트(100)의 제조 방법의 일례를 설명한다. 도 6은 절삭 인서트(100)의 제조 방법을 나타내는 공정도이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 날끝부(20)를 포함하는 절삭 인서트(100)의 제조 방법은, 날끝부(20)를 구성하고 있는 소결체의 제조 공정인 분말 준비 공정(S1), 분말 혼합 공정(S2) 및 소결 공정(S3)과, 여유면(20b) 및 경사면(20a)에 대한 가공 및 날끝부(20)를 기재(10)에 고정하는 공정 등을 포함하는 가공 공정(S4)을 갖고 있다.
분말 준비 공정(S1)에서는, 다이아몬드 입자의 원료 분말(이하 「다이아몬드 분말」이라고도 기재한다.)과 결합재의 원료 분말(이하, 「결합재 원료 분말」이라고도 기재한다.)을 준비한다. 다이아몬드 분말은, 특별히 한정되지 않고, 공지의 다이아몬드 입자를 원료 분말로서 이용할 수 있다.
다이아몬드 분말의 평균 입경은, 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 0.1 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하로 할 수 있다.
결합재 원료 분말은, 특별히 한정되지 않고, 결합재를 구성하는 원소를 포함하는 분말이면 좋다. 결합재 원료 분말로서는, 예컨대 코발트의 분말, 티탄의 분말 등을 들 수 있다. 결합재 원료 분말은, 목적으로 하는 결합상의 조성에 따라, 1종의 분말을 단독으로 이용하여도 좋고, 복수종의 분말을 조합하여 이용하여도 좋다.
분말 혼합 공정(S2)에서는, 다이아몬드 분말 및 결합재 원료 분말의 혼합이 행해진다. 이 혼합은, 예컨대, 아트라이터 또는 볼밀을 이용하여 행해진다. 단, 혼합 방법은, 이들에 한정되는 것이 아니다. 혼합하는 방법은, 습식이어도 좋고, 건식이어도 좋다. 이하에 있어서는, 다이아몬드 분말, 결합재 분말 및 붕소 분말이 혼합된 것을, 「혼합 분말」이라고 한다. 이때, 상기 다이아몬드 분말과 상기 결합재 원료 분말은, 다이아몬드 소결체 내에 있어서의 다이아몬드 입자의 함유율이 전술한 범위 내가 되도록, 임의의 배합 비율로 혼합하여도 좋다.
소결 공정(S3)에서는, 혼합 분말에 대하여, 소결이 행해진다. 이 소결은, 혼합 분말을 용기 내에 배치하며, 소정의 소결 압력에 있어서 혼합 분말을 소정의 소결 온도로 유지함으로써 행해진다. 이 용기는, 혼합 분말(소결체)에의 불순물의 혼입을 방지하기 위해, 탄탈, 니오븀 등의 고융점 금속에 의해 형성되어 있다. 본 실시형태에 있어서의 소결 공정(S3)은, 혼합 분말을 소결하는 공정(S31)과, 후술하는 다이아몬드 입자에 있어서의 전위를 감소시키는 공정(S32)을 포함한다.
혼합 분말을 소결하는 공정(S31)에서는, 4 ㎬ 이상 5 ㎬ 미만의 소결압력, 1400℃ 이상 1550℃ 이하의 소결 온도에서, 15분 이상 60분 이하의 소결 시간 동안, 상기 혼합 분말을 소결한다.
본 실시형태에 있어서, 상온(23±5℃) 및 대기압의 상태로부터 상기 소결 압력 및 소결 온도의 상태까지의 경로는, 특별히 한정되지 않는다.
본 실시형태의 다이아몬드 소결체의 제조 방법에 있어서 이용되는 고압 고온 발생 장치는, 목적으로 하는 압력 및 온도의 조건이 얻어지는 장치이면 특별히 제한은 없다. 생산성 및 작업성을 높이는 관점에서, 고압 고온 발생 장치는, 벨트형의 고압 고온 발생 장치가 바람직하다. 또한, 혼합 분말을 수납하는 용기는, 내고압 고온성의 재료이면 특별히 제한은 없고, 예컨대, 탄탈(Ta), 니오븀(Nb) 등이 적합하게 이용된다.
다이아몬드 소결체 내에의 불순물의 혼입을 방지하기 위해서는, 예컨대, 먼저 상기 혼합 분말을 Ta, Nb 등의 고융점 금속제의 캡슐에 넣어 진공 중에서 가열하여 밀봉하고, 혼합 분말로부터 흡착 가스 및 공기를 제거한다. 그 후, 전술한 혼합 분말을 소결하는 공정(S31), 및, 후술하는 다이아몬드 입자에 있어서의 전위를 감소시키는 공정(S32)을 행하는 것이 바람직하다. 예컨대, 전술한 혼합 분말을 소결하는 공정(S31) 후에, 상기 고융점 금속제의 캡슐로부터 상기 혼합 분말을 추출하는 일없이, 그대로의 상태에서 계속해서 다이아몬드 입자에 있어서의 전위를 감소시키는 공정(S32)을 행하는 것이 바람직하다.
상기 소결 압력은, 4 ㎬ 이상 5 ㎬ 미만인 것이 바람직하고, 4.5 ㎬ 이상 5 ㎬ 미만인 것이 보다 바람직하다.
상기 소결 온도는, 1400℃ 이상 1550℃ 이하인 것이 바람직하고, 1450℃ 이상 1550℃ 이하인 것이 보다 바람직하다.
상기 소결 시간은, 15분 이상 60분 이하인 것이 바람직하고, 15분 이상 20분 이하인 것이 보다 바람직하다.
다이아몬드 입자에 있어서의 전위를 감소시키는 공정(S32)에서는, 6.5 ㎬ 이상 8 ㎬ 이하의 유지 압력, 1600℃ 이상 1900℃ 이하의 유지 온도에서, 50분 이상 190분 이하의 유지 시간 동안, 상기 혼합 분말을 가열하여, 상기 다이아몬드 입자에 있어서의 전위를 감소시킨다. 이에 의해 본 개시의 다이아몬드 소결체가 얻어진다. 본 공정에 의해, 다이아몬드의 용해·재석출 반응이 촉진되지만, 재석출된 다이아몬드 입자는 전위가 적기 때문에, 전위가 적은 다이아몬드 소결체가 얻어지는 것으로 본 발명자들은 생각하고 있다.
상기 유지 압력은, 6.5 ㎬ 이상 8 ㎬ 이하인 것이 바람직하고, 6.5 ㎬ 이상 7 ㎬ 이하인 것이 보다 바람직하다.
상기 유지 온도는, 1600℃ 이상 1900℃ 이하인 것이 바람직하고, 1600℃ 이상 1700℃ 이하인 것이 보다 바람직하다.
상기 유지 시간은, 50분 이상 190분 이하인 것이 바람직하고, 60분 이상 180분 이하인 것이 보다 바람직하다.
가공 공정(S4)에서는, 소결 공정(S3)에 의해 얻어진 다이아몬드 소결체를 가공함으로써 날끝부(20)의 형상으로 성형한다. 또한, 날끝부(20)를 기재(10)에 부착한다. 이와 같이 하여 절삭 인서트(100)를 얻을 수 있다.
가공 공정(S4)에 있어서, 날끝부(20)의 여유면(20b) 및 경사면(20a)에 대한 가공을 행한다. 이때, 피가공면인 여유면(20b) 또는 경사면(20a)에 대하여, 가공 부하가 저감된 가공을 행한다. 이 결과, 상기 가공에 기인하여 여유면(20b) 또는 경사면(20a)의 전위 밀도가 상승하는 것을 억제할 수 있다. 가공 부하가 저감된 가공 방법으로서는, 예컨대 저출력의 레이저 가공, 가공 부하를 작게 한 연마 가공 등을 이용할 수 있다.
(실시형태에 따른 절삭 공구의 효과)
이하에, 절삭 인서트(100)의 효과를 설명한다.
본 실시형태에 따른 절삭 인서트(100)에서는, 여유면(20b)에 있어서의 다이아몬드 입자의 전위 밀도가 8×1015/㎡ 이하로 종래보다 작게 되어 있기 때문에, 여유면(20b)을 구성하는 다이아몬드 입자에 있어서의 전위 밀도의 상승에 기인하는 강도 저하가 억제되고 있다. 이 결과, 여유면(20b)의 내마모성이 향상하기 때문에, 절삭 인서트(100)의 수명이 개선된다.
또한, 절삭 인서트(100)의 경사면(20a)의 일부에 있어서의 전위 밀도를 10×1015/㎡ 이하로 함으로써, 경사면(20a)에 있어서의 크레이터 마모의 마모량을 저감할 수 있다. 또한, 경사면(20a)의 표면 거칠기(Ra)를 120 ㎚ 이하로 함으로써, 더욱 공구 수명을 개선할 수 있다. 또한, 경사면(20a)의 표면 거칠기(Ra)를 55 ㎚ 이하로 함으로써, 공구 수명을 개선하는 효과를 더욱 크게 할 수 있다.
(실시예)
절삭 인서트(100)의 효과를 확인하기 위해 행한 절삭 시험을 설명한다.
<샘플>
표 1 및 표 2에는 절삭 시험에 제공된 다이아몬드 소결체를 포함하는 날끝부인 샘플의 조건을 나타내고 있다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 절삭 시험에는, 샘플 1∼샘플 17이 제공되었다.
여기서, 각 샘플의 여유면의 일부에 있어서의 전위 밀도가 8×1015/㎡ 이하인 것을, 조건 A1로 한다. 상기 여유면의 일부에 있어서의 다이아몬드 소결체의 전위 밀도가 7×1015/㎡ 이하인 것을 조건 A2로 한다. 상기 여유면의 일부에 있어서의 다이아몬드 소결체의 전위 밀도가 6×1015/㎡ 이하인 것을 조건 A3으로 한다.
각 샘플에 있어서의 다이아몬드 입자의 평균 입경이 0.1 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 것을 조건 B1로 한다. 각 샘플에 있어서의 다이아몬드 입자의 함유율이 80 체적 퍼센트 이상 99 체적 퍼센트 이하인 것을 조건 C1로 한다.
각 샘플의 경사면의 일부에 있어서의 표면 거칠기(Ra)가 120 ㎚ 이하인 것을 조건 D1로 한다. 각 샘플의 경사면의 일부에 있어서의 표면 거칠기(Ra)가 55 ㎚ 이하인 것을 조건 D2로 한다. 각 샘플의 경사면의 일부에 있어서의 전위 밀도가 10×1015/㎡ 이하인 것을 조건 E1로 한다. 상기 경사면의 일부에 있어서의 전위 밀도가 6×1015/㎡ 이하인 것을 조건 E2로 한다.
Figure pct00005
Figure pct00006
샘플 1, 2, 4, 5, 6, 8∼17에서는 조건 A1이 만족되어 있었다. 샘플 1, 4, 5, 8∼17에서는 조건 A2도 만족되어 있었다. 샘플 1, 4, 5, 8∼11에서는 조건 A3도 만족되어 있었다.
샘플 1∼17에서는 전부 조건 E1이 만족되어 있었다. 샘플 1∼3, 8∼17에서는 조건 E2도 만족되어 있었다.
샘플 13은 조건 B1을 만족시키고 있지 않았다. 샘플 14 및 샘플 17은, 조건 C1을 만족시키고 있지 않았다. 샘플 10, 11은 조건 D1을 만족시키고 있지 않았다.
<시험 방법>
절삭 시험에는, 제1 시험 방법, 제2 시험 방법 및 제3 시험 방법이 이용되었다. 제1 시험 방법은 샘플 1∼샘플 7의 평가에 이용되고, 제2 시험 방법은 샘플 8∼샘플 11의 평가에 이용되고, 제3 시험 방법은 샘플 12∼샘플 17의 평가에 이용되었다. 표 3에는 제1 시험 방법, 제2 시험 방법 및 제3 시험 방법의 상세를 나타내고 있다.
<결과>
표 4에는 절삭 시험의 결과를 나타내고 있다. 표 4에 나타내는 바와 같이, 샘플 1, 2, 4∼6, 8∼12, 15, 16은, 상대적으로 긴 공구 수명을 나타내었다. 한편으로, 샘플 3, 7, 13, 14, 17에서는, 절삭 가공의 개시 초기에 날끝부(20)에 깨짐이 발생하였다(이하 「초기 깨짐」이라고 함).
Figure pct00008
상기한 바와 같이, 샘플 1, 2, 4∼6, 8∼12, 15, 16에서는 조건 A1, 조건 B1 및 조건 C1이 만족된 한편으로, 샘플 3, 7, 13, 14, 17에서는 조건 A1, 조건 B1 및 조건 C1 중 어느 하나가 만족되어 있지 않았다. 이 비교로부터, 조건 A1, 조건 B1 및 조건 C1의 3가지가 만족됨으로써, 절삭 인서트(100)의 공구 수명이 개선되는 것이 밝혀졌다.
또한, 샘플 8∼샘플 11에 주목하면, 조건 D1을 만족시키고 있는 샘플 8 및 샘플 9의 공구 수명은, 조건 D1을 만족시키고 있지 않은 샘플 10 및 샘플 11의 공구 수명보다 길게 되어 있었다. 이 비교로부터, 조건 D1이 더욱 만족됨으로써, 절삭 인서트(100)의 공구 수명이 더욱 개선되는 것이 밝혀졌다.
또한, 샘플 4 및 샘플 5에 주목하면, 조건 D2를 만족시키고 있는 샘플 4의 공구 수명은, 조건 D1을 만족시키지만 조건 D2를 만족시키고 있지 않은 샘플 5의 공구 수명보다 길게 되어 있었다. 이 비교로부터, 조건 D2가 더욱 만족됨으로써, 절삭 인서트(100)의 공구 수명이 더욱 개선되는 것이 밝혀졌다.
이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 개시의 기본적인 범위는 상기한 실시형태가 아니라 청구범위에 의해 나타나며, 청구범위와 균등의 의미, 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
10 : 기재 10a : 정상면
10b : 바닥면 10c : 측면
10d : 부착부 11 : 관통 구멍
20 : 날끝부 20a : 경사면
20b : 여유면 20c : 절삭날
20ca : 위치 20cb : 가상점
20cc : 교점 100 : 절삭 인서트
S1 :분말 준비 공정 S2 : 분말 혼합 공정
S3 : 소결 공정 S4 : 가공 공정

Claims (9)

  1. 경사면과, 여유면, 그리고 상기 경사면 및 상기 여유면을 잇는 날끝 능선을 갖는 절삭 공구로서,
    상기 날끝 능선에 인접한 상기 경사면의 일부 및 상기 여유면의 일부는 다이아몬드 입자를 포함하는 다이아몬드 소결체에 의해 구성되고,
    상기 여유면의 일부에 있어서의 전위 밀도는 8×1015/㎡ 이하이며,
    상기 다이아몬드 입자의 평균 입경은 0.1 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하이고,
    상기 다이아몬드 소결체에 있어서의 상기 다이아몬드 입자의 함유율은 80 체적 퍼센트 이상 99 체적 퍼센트 이하인, 절삭 공구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 여유면의 일부에 있어서의 상기 다이아몬드 소결체의 상기 전위 밀도는 7×1015/㎡ 이하인, 절삭 공구.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다이아몬드 소결체는 결합재를 포함하고,
    상기 결합재는 단체(單體) 금속, 합금, 및 금속간 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하고,
    상기 단체 금속, 상기 합금 및 상기 금속간 화합물은 주기표의 제4족 원소, 주기표의 제5족 원소, 주기표의 제6족 원소, 철, 알루미늄, 규소, 코발트 및 니켈로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 금속 원소를 포함하는, 절삭 공구.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다이아몬드 소결체는 결합재를 포함하고,
    상기 결합재는 화합물 및 상기 화합물 유래의 고용체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하며,
    상기 화합물은 단체 금속, 합금 및 금속간 화합물로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종과, 질소, 탄소 및 산소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하고,
    상기 단체 금속, 상기 합금 및 상기 금속간 화합물은 주기표의 제4족 원소, 주기표의 제5족 원소, 주기표의 제6족 원소, 철, 알루미늄, 규소, 코발트 및 니켈로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 금속 원소를 포함하는, 절삭 공구.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 결합재가 코발트를 포함하는, 절삭 공구.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경사면의 일부에 있어서의 표면 거칠기(Ra)는 120 ㎚ 이하인, 절삭 공구.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경사면의 일부에 있어서의 전위 밀도는 10×1015/㎡ 이하인, 절삭 공구.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다이아몬드 소결체를 유지하는 기재를 구비하는, 절삭 공구.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경사면의 전체 및 상기 여유면의 전체가 상기 다이아몬드 소결체에 의해 구성되어 있는, 절삭 공구.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005239472A (ja) 2004-02-25 2005-09-08 Sumitomo Electric Ind Ltd 高強度・高耐摩耗性ダイヤモンド焼結体およびその製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0437650A (ja) * 1990-06-04 1992-02-07 Exxon Res & Eng Co 耐破壊性ダイヤモンド及びダイヤモンド複合物品の加工方法
JP3874874B2 (ja) * 1997-01-29 2007-01-31 豊田バンモップス株式会社 超砥粒焼結体製刃先チップを有する切削工具及びその製造方法
JP6435801B2 (ja) * 2014-11-18 2018-12-12 三菱マテリアル株式会社 エンドミル
JP7278153B2 (ja) 2019-06-04 2023-05-19 東京エレクトロン株式会社 基板加工装置、および基板加工方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005239472A (ja) 2004-02-25 2005-09-08 Sumitomo Electric Ind Ltd 高強度・高耐摩耗性ダイヤモンド焼結体およびその製造方法

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