JP2001191212A

JP2001191212A - 回転切削多刃工具

Info

Publication number: JP2001191212A
Application number: JP37745399A
Authority: JP
Inventors: Kazushi Obata; 一志小畠
Original assignee: Allied Material Corp
Current assignee: Allied Material Corp
Priority date: 1999-12-29
Filing date: 1999-12-29
Publication date: 2001-07-17

Abstract

(57)【要約】【課題】難削材を高精度、高能率で加工できる回転切
削多刃工具を提供する。【解決手段】回転切削多刃工具に於いて、切刃を主に
単結晶ダイヤモンドチップと気相合成ダイヤモンドチッ
プの複合刃とすることで、加工精度、加工能率とも勝
れ、且つ、工具費を低減させた工具を提供することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、難削材を高能率、
高精度に加工することができる回転切削多刃工具に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】回転切削多刃工具には、穴加工を目的と
するドリル、リーマ、エンドミル等と切断又は溝入れ加
工を目的とするチップソー、カッター等がある。これら
回転切削多刃工具は、より高能率、高精度加工が要求さ
れるようになり、それに伴って、より刃数の多い多刃工
具に移行し、且つ、切刃チップ素材も超硬から耐摩耗性
のある焼結ダイヤモンドが使われ始めた。

【０００３】しかし、ハイシリコン、ＭＭＣ、ＦＲＰ、
セラミックス、パーティクルボードなどの難削材の加工
には、焼結ダイヤモンドチップでは充分な精度が得られ
ない。この為、切刃を極めて鋭利に加工することがで
き、且つ、強度もある単結晶ダイヤモンドが用いられる
ようになってきた。処が、周知の通り単結晶ダイヤモン
ドは非常に高価であり、切刃全てを単結晶ダイヤモンド
とすることは極めて高価になるばかりか、下記の理由か
らも適切とは言えない。

【０００４】即ち、両者には一長一短があり、焼結ダイ
ヤモンドは単結晶ダイヤモンドに比べ衝撃に強く、重切
削や断続切削に耐えるが切刃の尖鋭度に劣るため完全鏡
面加工はできない。この点、単結晶ダイヤモンドは切刃
を極めて尖鋭に仕上げることができるので完全な鏡面加
工が可能となる。しかし、シャープな切刃エッジは衝撃
に弱く、重切削や断続切削にはチッピングを生じる。従
って、両者の長所を生かし欠点を補う方法として、単結
晶ダイヤモンドチップと焼結ダイヤモンドチップよりな
る複合刃工具が考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、単結晶ダイヤ
モンドチップと焼結ダイヤモンドチップを超硬合金や鋼
製のシャンク又は基板にろう付けして回転多刃工具とす
る時、切刃チップが互いに近接した部位にあるため、両
切刃チップは同時にろう付けする方法が採られることに
なるが、この方法では次のような問題点がある。

【０００６】焼結ダイヤモンドチップには超硬の裏打ち
材があり、これによって６４０〜６９０℃の低融点銀ろ
うでろう付けすることができるようにしている。ろう付
け温度は７００℃を越えないよう推奨されているが、も
し融点が７５０℃のろう材を用いる必要性があるなら、
加熱温度は１分を越えることがないよう注意書きされて
いる。その主な理由は、焼結ダイヤモンドはＣｏを主成
分とする金属をバインダーとして、ダイヤモンド微粒子
間に介在する形となっているので、ろう付け加熱により
バインダーとダイヤモンド粒子との熱膨張差により素材
が劣化してしまうためである。その上、焼結ダイヤモン
ド層と裏打ち材の超硬層との間に於いても、大きな熱膨
張差のため歪みが生じ、ダイヤモンド層の剥離の原因と
もなる。因みに、ダイヤモンドの熱膨張係数は約１×１
０^−６、Ｃｏの熱膨張係数は１３×１０^−６、超硬の熱
膨張係数は約６×１０^−６である。

【０００７】一方、単結晶ダイヤモンドと超硬合金や鋼
とのろう付け接合力は弱く、種々の改善や提案がなされ
てきており、Ｔｉ系銀ろうなどの活性ろうが開発され現
在一般的にダイヤモンドのろう付けに用いられている。
このろう付けはダイヤモンドの大気中での熱劣化を防ぐ
上で真空炉又は還元ガス雰囲気中で溶融点である９００
〜１０００℃に加熱される必要がある。単結晶ダイヤモ
ンドのろう付けに必要な加熱を行えば、前述の焼結ダイ
ヤモンドチップの劣化、剥離を招くことになり、単結晶
ダイヤモンドと焼結ダイヤモンドとの複合切刃工具とす
る効果が期待されながら実用化に至っていない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、焼結ダイヤモ
ンドチップに置き換え気相合成ダイヤモンドチップを用
いることで、前述の問題点が全て解決されることに想い
至った。

【０００９】気相合成ダイヤモンド厚膜の製造方法とし
ては、多様な技術が提案されているが、デビアス社やノ
ートン社からφ５０×１ｔ程度の大きさのマザーディス
クが市販されている。焼結ダイヤモンドチップを製作す
るのと同様に、マザーディスクから、レーザーなどで所
要のチップ取りができる。

【００１０】気相合成ダイヤモンドは多結晶ダイヤモン
ドからなり、焼結ダイヤモンドのようなバインダーが存
在しないので、前述の問題点は影響されない。又、多結
晶ダイヤモンドであるため、単結晶ダイヤモンド程の尖
鋭な刃先形成ができないが、結晶方位による差異はなく
均質であるから切刃としては安定し大きなチッピングは
生じない。この点は焼結ダイヤモンドに近い特性を有す
る。

【００１１】単結晶ダイヤモンドの価格は大きさの自乗
に比例するので単純に比較できないが、切刃チップの所
要面積で価格を比較した場合、気相合成ダイヤモンドは
合成の単結晶ダイヤモンドの１／２〜１／５である。

【００１２】天然の単結晶ダイヤモンドは結晶のバラツ
キが大きく、内部歪み、キズ、不純物のない良質で均質
なものは入手し難い、それ以上に、回転切削工具に求め
られるような粒の大きいものは非常に高価である。ダイ
ヤモンド切削工具用として安定した質で、大きさも確保
された合成の単結晶ダイヤモンドが市販され（例えば、
住友電気工業製、スミクリスタルＵＰ）、一般的に普及
している。これは図４（ａ）、（ｂ）に示すように、そ
の上下面を掬い面及びろう付け面とするように予めカッ
トされている。これは使用面の大きさを確保するためで
ある。しかし、この面は（１００）面となっている。
（１００）面を掬い面にすると、逃げ面として擦過され
る方向の耐摩耗性が著しく低下し、単結晶ダイヤモンド
の特徴である鋭利な刃が長く維持できない。

【００１３】本発明では、切削作用の主な負荷は切刃部
を大きく形成した気相合成ダイヤモンドチップに分担さ
せ、精度と面粗さに影響する切削作用部位には切刃を鋭
利に形成できる単結晶ダイヤモンドチップを用いた工具
とする。この部位は切削条件特に切込量と刃先形状によ
って必要とする切刃長さが異なるが、気相合成ダイヤモ
ンドチップと同じ長さとする必要性はなく、気相合成ダ
イヤモンドチップの切刃長さの１／１０〜１／２であれ
ばよい。１／１０未満であれば精度や面粗度を充分満足
しない場合もあり得る。１／２を越える場合は、比較的
大きなダイヤモンドを必要とするから、大きく価格低減
を図ることにはなり難い。

【００１４】前述の如く、かかる合成の単結晶ダイヤモ
ンドチップを単独で使用する工具の場合のように、その
使用面を大きく確保する必要性からは解放されるので、
掬い面を最も耐摩耗性のある（１１０）面とすべきであ
る。（１１０）面の耐摩耗性は（１００）面の１０倍以
上ある。掬い面を（１１０）面とするには図４（ａ）、
（ｂ）の矢印で示した方位にレーザーなどでカットすれ
ば、切断面を（１１０）面とすることができる。

【００１５】図５は、各素材のバイトの逃げ面摩耗の比
較テスト結果である。気相合成ダイヤモンドは、単結晶
ダイヤモンドに比べ５倍、焼結ダイヤモンドは９倍の摩
耗量である。従って、単に耐摩耗性の比較に於いても、
単結晶ダイヤモンドチップの一部を焼結ダイヤモンドに
置き換えるより、気相合成ダイヤモンドに置き換える方
が２倍程度の耐摩耗性が期待できる。

【００１６】

【実施例】（実施例１）図１と図２（ａ）、（ｂ）は本
発明のリーマの一実施例の正面図とその部分側面図であ
る。超硬合金製のリーマ本体１の先端部外周に軸方向及
び半径方向とも切刃長さの短い単結晶ダイヤモンドチッ
プ２と半径方向にはその約２倍、軸方向にはその約５倍
の切刃長さを有する気相合成ダイヤモンドチップ３を交
互にろう付け固着してなるものである。これにより、単
結晶ダイヤモンドチップ２は切刃長さが短いものでよ
く、高価な単結晶ダイヤモンドが小さくても済み、且
つ、個数も半分でよいから大幅な工具費の低減が図れ
る。切削条件、加工目的により、単結晶ダイヤモンドチ
ップ２の個数を少なくすれば、更なる低減化ができる。

【００１７】又、機能面に於いては、切刃長さを大きく
構成した気相合成ダイヤモンドチップ３で主な切削作用
に関与させ、精度と面粗度に影響する隅角部にのみ尖鋭
な切刃とすることができる単結晶ダイヤモンドチップ２
を設けることで、工具費の低減と加工穴の精度向上とを
同時に図ることができ、両者の特長が充分生かされたリ
ーマとすることができる。

【００１８】（実施例２）図３は本発明の多段リーマの
実施例である。１段目は４枚刃、２段目は２枚刃とし、
先端部、後部ともそれぞれ単結晶ダイヤモンドチップ２
と気相合成ダイヤモンドチップ３の刃数を半数にて構成
した。しかし、加工目的と必要性によっては、１段目の
単結晶ダイヤモンドチップ２の数を１個にし、２段目は
全て気相合成ダイヤモンドチップ３のみで構成してもよ
い。

【００１９】以上穴あけ工具の例として、リーマの実施
例を示したが、チップソーにおける場合には、外径が大
きくてチップ刃の間隔が大きく開いているものでは、各
刃台にチップをろう付けする際に、隣のろう付けされた
チップへ熱的影響を及ぼす虞は少なく、問題を生じるの
は、外径φ６０以下で、刃台間隔が１０ｍｍ以下のチッ
プ間隔が小さい場合であり、この場合には熱的影響は避
けられない。よって、かかる小径のチップソーの場合
で、単結晶ダイヤモンドチップとの複合刃とするには、
気相合成ダイヤモンドチップを用いるべきである。

【００２０】以上、単結晶ダイヤモンドと気相合成ダイ
ヤモンドの複合刃のみについて言及したが、占めるチッ
プの個数割合や気相合成ダイヤモンドチップとの配列
は、実施例に限定されるものでなく、加工条件や仕様に
よって任意に決定される。又、条件と目的に応じて、超
硬チップを混在させてもかまわない。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、本発明は回転切削多刃工
具に於いて、切刃チップを単結晶ダイヤモンドと気相合
成ダイヤモンドとの複合刃とすることで、高価な単結晶
ダイヤモンドの使用量を少なくして大幅な工具費の低減
を図ることができるのみならず、機能的には、気相ダイ
ヤモンドチップで主な切削作用を分担させ、単結晶ダイ
ヤモンドチップの鋭利な切刃で高精度と良好な面粗度の
加工ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリーマの実施例に於ける正面図。

【図２】上記のチップろう付け部分の端面から見た説明
図で、（ａ）は単結晶ダイヤモンドチップがろう付けさ
れた側の側面図、（ｂ）は気相合成ダイヤモンドチップ
がろう付けされた側の側面図。

【図３】本発明の多段リーマの実施例図で、（ａ）は正
面図、（ｂ）は側面図。

【図４】市販の切削用合成単結晶ダイヤモンド素材。

【図５】各素材のダイヤモンドチップのバイトに於ける
逃げ面摩耗の比較グラフ。

【符号の説明】

１リーマシャンク２単結晶ダイヤモンドチップ３気相合成ダイヤモンドチップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シャンク又は基板に切刃チップをろう付
けしてなる回転切削多刃工具に於いて、切刃チップを少
なくとも単結晶ダイヤモンドチップと気相合成ダイヤモ
ンドチップとする工具。
【請求項２】切刃チップを単結晶ダイヤモンドチップ
と気相合成ダイヤモンドチップの２種類のみとすること
を特徴とする請求項１に記載の工具。
【請求項３】単結晶ダイヤモンドチップを合成の単結
晶ダイヤモンドチップとし、その掬い面を（１１０）面
で構成した請求項１又は２に記載の工具。
【請求項４】単結晶ダイヤモンドチップの切刃長さを
気相合成ダイヤモンドチップの切刃長さの１／２〜１／
１０とすることを特徴とする請求項１、２又は３に記載
の工具。
【請求項５】請求項１、２、３又は４に於ける回転切
削多刃工具の内、その外径がφ６０以下で、且つ、刃台
間隔が１０ｍｍ以下であることを特徴とするチップソー
又はカッター。