JP2004181548A

JP2004181548A - Monocrystal diamond cutting tool and its manufacturing method

Info

Publication number: JP2004181548A
Application number: JP2002348985A
Authority: JP
Inventors: Kazushi Obata; 一志小畠; Saneki Yoshinaga; 実樹吉永
Original assignee: Allied Material Corp
Current assignee: Allied Material Corp
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-07-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a monocrystal diamond cutting tool having high abrasion resistance. <P>SOLUTION: This monocrysstal diamond cutting tool has a monocrystal diamond tip 3. The monocrystal diamond tip 3 has a cutting edge formed in a ridgeline between a rake surface and a flank. This cutting edge is formed of a part of a circular arc. An angle θ formed by the center line 10 passing through the center 6 of the circular arc and an azimuth of monocrystal diamond <11X> is set to 10 to 60 degrees on the rake surface. The flank is a surface worked by a laser. The life of the cutting tool is lengthened by applying the hardest (111) surface to a boundary abrasion generating part being the most abrasive part of the tool. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイシリコンアルミニウム合金、ＭＭＣ（ＭｅｔａｌＭａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔｅ：金属基複合材料）、ＦＲＭ（ＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌ）などの難削材の精密切削加工に用いられるダイヤモンドバイトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
単結晶ダイヤモンドを台金に接合しそれをホルダーに接合した単結晶ダイヤモンドバイトであって、逃げ面の結晶方位を（１１Ｘ）面とし、すくい面の結晶方位を（１０１）面、（０１１）面としたものが知られている。この工具は劈開を用いて製作されているようであるが、円弧状の切刃は劈開を用いて製作できない。この工具の目的とするところは、シリコンなどの硬脆材料の鏡面加工を継続して行いうるダイヤモンド工具である。しかしながらこの工具は、以下に記すような欠点がある。図３に示すようにダイヤモンドチップを矢印の方向に移動して切削する場合、被削材８は、接触開始点７でダイヤモンドチップと接触を始めて、工具先端４の近辺でダイヤモンドチップからはなれる。そして、被削材８が単結晶ダイヤモンドチップ３との接触開始点７の近辺に境界摩耗５を起こすのが一般的である。しかしながら前記した工具は、最も硬い（１１１）面が工具先端４を通るので境界摩耗５を起こす部分から離れており、境界摩耗５を起こしやすいという欠点を持つ（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、前逃げ面とすくい面を有するダイヤモンドバイトであって、前逃げ面の結晶方位をダイヤモンド結晶の（１１１）面と（１１０）面の中間的な結晶面となるようにしたバイトが知られている。このバイトは、例えばＶ溝型光ディスク原盤（ピッチ２μｍ程度、切削距離４０ｋｍ）の加工を行う場合、切刃先端の微小な摩耗がおこらず長時間期待する所要精度の表面形状が得られるダイヤモンドバイトである。しかしながら、境界摩耗を起こす部分の単結晶ダイヤモンドの面を（１１１）面とするような技術思想は含まれていない（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１２６５１２号公報
図１、第２頁、図１、図３、図８
【特許文献２】
特開平５−２４５７０５号公報
図１、第２頁
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最近は、機械加工の分野において難削材を精密に加工する要求が強くなってきた。なかでも精密加工用の工具は、工具を精密に制御しやすい円弧状の切刃を用いるのが一般的である。一方、耐摩耗性という観点からすると、単結晶ダイヤモンド工具の中で理想の工具とされていたのが、（１１１）面を逃げ面とする工具である。しかしながら（１１１）面は、ダイヤモンドの結晶の中で最も硬い面とされ、バイトに加工するための費用が極めて高く、工業的に実用化されていなかった。この発明は、（１１１）面を有効に用いた耐摩耗性の高い単結晶ダイヤモンドバイトを提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の工具は、単結晶ダイヤモンドチップを有する単結晶ダイヤモンドバイトであって、単結晶ダイヤモンドチップがすくい面と逃げ面の稜線に形成された切刃を有し、切刃が円弧の一部で形成されていて、すくい面上において円弧の中心線から角度θとして１０〜６０度の方位がダイヤモンドの＜１１Ｘ＞の方位であり、逃げ面がレーザで加工された面である単結晶ダイヤモンドバイトである。
【０００７】
別の発明は、単結晶ダイヤモンドバイトの製造方法であって、単結晶ダイヤモンド素材を準備する工程と、同素材の円弧中心を定める工程と、すくい面上の＜１１Ｘ＞の方位を特定する工程と、円弧中心を通り＜１１Ｘ＞の方位から角度θとして１０〜６０度回転した方位を中心線とし、円弧中心から半径ａの円弧でレーザにより単結晶ダイヤモンド素材を切断する工程とを含むことを特徴とする。これら工程のうち、円弧中心を定める工程はすくい面上の＜１１Ｘ＞の方位を特定する工程と順序が変わっても問題ない。また、通常、すくい面を研磨する工程、単結晶ダイヤモンド素材を台金上にロー付けする工程、台金を工具本体に固定する工程も行われる。これら各工程は本発明製造方法に適宜な順序で組み合わせることができる。さらに、レーザにより単結晶ダイヤモンド素材を切断する工程の後、切断面をレーザで研磨する工程を付加しても良い。
【０００８】
本発明において切刃は、円弧の一部である。この構成により、切刃の位置を特定するための計算が容易となり、精密加工を行う上で好ましい。また工具の加工についても、非線形の切刃でないため、工具の製作が容易である。なお、円弧の中心線は、代表的には円弧の中心を通り、工具送り方向に直交する線である。
【０００９】
次に＜１１Ｘ＞の方位が、中心線に対して角度θが１０〜６０度回転している理由を説明する。ダイヤモンドの結晶は異方性がある。そのうち（１１１）面は最も硬い面であるから、最も摩耗しない面である。この面を、工具の最も摩耗の激しい部位である境界摩耗が発生する部分に合わせて、バイトの長寿命化を図ろうとするものである。境界摩耗は、概略被削材と工具が最初に接触する部分、すなわち接触開始点の近辺に起こる。従って、境界摩耗が起こる部分は、円弧の半径や、切り込みと関係がある。実際の切り込みと、計算上の切り込みの変動をできるだけ小さくするためにθの大きさは、１０〜６０度の範囲が望ましい。θが１０度以上とする理由は、切り込み深さが変動しても接触開始点の位置はさほど変動しないことによる。また６０度以下とする理由は、小さい切り込みの場合、境界摩耗が耐摩耗性の高い部分から外れるからである。さらに望ましくは２０〜４５度である。なお、θを測る方向は、中心線からチップの移動方向である。
【００１０】
前記したように、（１１１）面は研磨できない面なので、本発明を達成するためには、レーザによる加工によって逃げ面を形成する。この加工には切断又は研磨が含まれる。通常のレーザでは切断面などがダイヤモンドから変質してグラファイトになり、その面をさらに研磨する必要がある。研磨しようとしても、結局（１１１）面を研磨できないことと、精度の高い逃げ面を作製できない。
【００１１】
本発明では、ダイヤモンドの結晶の分子間力を切断するために、１０００ｎｍ以下の波長のレーザを用いる。ＹＡＧレーザは、短波長でエネルギーが高いうえに、レンズで焦点を結ばせることができるので変質層は殆ど発生しないか又は除去できるのである。現在実用化しているレーザのうち特に好ましいのは、ＹＡＧレーザの３倍高調波、波長が３５５ｎｍのものを使う場合で、この場合は切断したままで、ダイヤモンドの変質層が殆どなくそのままで工具として利用できる。
【００１２】
本発明のひとつの大きな特徴は、前記したレーザを用いることでレーザによる加熱のために通常生じるダイヤモンドの変質層を実用上発生させないか、または変質層を実用上除去できることを見出した点にある。従って、前記したレーザにより形成した逃げ面は、切断の条件や使用するレーザ波長などの条件によって切断面そのもので逃げ面になる場合と、切断後もう一度レーザによる研磨を要する場合がある。いずれの場合も、逃げ面には、表面粗さがＪＩＳで定められたＲｙで０．５μｍ程度の大きさのレーザ痕が残る。このような痕跡は、通常の機械的な研磨では生じることがないので、比較的簡単にレーザ加工であることを確認できる。
【００１３】
本発明における逃げ面は、逃げ角を持ちかつ逃げ面に沿って縦方向の筋状のレーザ切断痕を有する。この痕跡による逃げ面の面粗さが、ＪＩＳで定められたＲｙで０．０５〜１．０μｍであることが望ましい。より好ましくは、０．１〜０．５μｍである。筋状のレーザ痕が生じる理由はレーザの送りに関係すると考えられるが、レーザの光線の方向と一致していた。
【００１４】
単結晶ダイヤモンドチップのすくい面が（１１２）面、（１０１）面、（０１１）面であることが望ましい。この結晶面は、（１１Ｘ）面に対して直交する面であり、切粉の流れが滑らかで、しかも切刃の摩耗が少ないので望ましい。ただし、本発明で用いた結晶の面指数や、面方位は、一例であって同等な格子面にも適用できることは言うまでもない。
なお、本発明において、＜１１Ｘ＞方位および（１１Ｘ）面におけるＸは次の数式１を示している。
【００１５】
【数１】

【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の単結晶ダイヤモンドバイトの正面図である。このバイトは、工具本体１の上に台金２を固定し、その台金上に単結晶ダイヤモンドチップ３がロー付けされている。工具本体１と台金２とは超硬合金で作られている。
【００１７】
図２は、図１の単結晶ダイヤモンドチップを拡大し、切削状況を示した模式図である。円弧状の切刃の中心点である円弧中心６、その円弧の半径をａとした。図２において矢印は、被削材８に対するダイヤモンドチップ３の相対的な移動方区を示す。バイトが矢印の方向（送り方向）に移動すると、被削材８は、実際の切り込みＨで被削材８と単結晶ダイヤモンドチップ３が最初に接触する接触開始点７から工具先端４を通り単結晶ダイヤモンドチップを離れていく。θは、工具先端４と円弧中心６とを結ぶ中心線１０と、円弧中心６を通る＜１１Ｘ＞の方位とのなす角である。本例において、中心線１０は円弧の中心６を通り、工具送り方向に直交する線である。円弧中心６を通る＜１１Ｘ＞の方位と切刃の交点１１は、接触開始点７の近辺に位置することが重要である。このとき、実際の切り込みＨと、計算上の切り込みｈとは近いことが望ましい。
【００１８】
ｈの値は、次の式を満足する。
関係式ｃｏｓθ＝（ａ−ｈ）／ａ
ただし、ａは切刃の半径、ｈは計算上の切り込み深さである。この式から、切り込み変動に対して、角度変動の大きさが計算でき、最適な角度を設定できる。
【００１９】
（実施例１）
超硬合金製の工具本体と台金をそれぞれ準備した。次に単結晶ダイヤモンドチップを準備した。厚さ０．８ｍｍ、大きさは概略２．５ｍｍ角の平板であった。単結晶ダイヤモンドは天然のものでも人造のものでも使用できるが、人造のものは品質が安定していて、結晶の面方位の割り出しなどが容易である。
【００２０】
単結晶ダイヤモンドチップを加工用の冶具にロー付けして、図４（Ａ）に示す形状のダイヤモンドチップを作製した。すくい面を単結晶ダイヤモンドの研磨された（１０１）面とし、円弧中心６を定め、すくい面（１０１）面上にあって、円弧中心を通る結晶の面方位が＜１１Ｘ＞の方向を確認した。チップ中心線１０は、＜１１Ｘ＞の方位からチップの移動方向に３０度回転した方向と定めた。円弧中心６から半径１ｍｍの円弧でダイヤモンド素材をレーザで切断、研磨した。切刃は、逃げ角αを持っていて、この実施例では６度とした。
【００２１】
詳しくは以下に記載する方法でレーザにより切断と研磨をした。切刃となる単結晶ダイヤモンド素材をレーザ加工機にセットして、レーザビームを照射して切断した。レーザ位置は固定の上、ダイヤモンドを送ることで切断し、加工の送り速度を１ｍｍ／ｍｉｎとした。次に、ダイヤモンドの位置を変えずにレーザビームを照射した状態でダイヤモンドを送り、レーザビームの側面で逃げ面を研磨した。この研磨加工は、加工音が認められなくなるまで同一の経路をレーザビームが通るようダイヤモンドを送り加工を続けた。
【００２２】
この実施例で用いたレーザビームは、波長が紫外線域のレーザである。紫外線領域のレーザはダイヤモンド結晶の分子を切断する働きがあり、結晶方位に影響されず、かつ加工面に変質したダイヤモンド即ち加工面に変質した層が殆どなかった。レーザは１０６５ｎｍの波長を有するＹＡＧレーザの３倍高調波を使用し、波長は３５５ｎｍ、レンズの焦点距離は７５ｍｍであった。
【００２３】
レーザビームで研磨した単結晶ダイヤモンドチップの平面図を図４（Ａ）に、その矢視側面図を図４（Ｂ）に示す。逃げ面は（１１Ｘ）面９から逃げ角αをもち、逃げ面にはレーザで切断した斜めの筋からなる痕跡があった。切刃の半径は１ｍｍと設計どおりであった。
【００２４】
この工具を用いて被削材を切削すると、摩耗は（１１Ｘ）面９に平行な摩耗が起こる。従って、（１１Ｘ）面は逃げ面の方向ではなく、図４（Ｂ）に示すようにすくい面に直交する面とするのが望ましい。ただし前記した場合は、すくい角がゼロの場合である。すくい面に直交する面が摩耗の基準面とすれば、すくい角がゼロ以外の場合であっても基準面は変わらない。
【００２５】
比較例として、研磨盤に遊離砥粒を流しながら、ダイヤモンドを押し当てて研磨した。この方法では、単結晶ダイヤモンドに異方性があるために、研磨特性に差があること、さらに作業者の熟練と勘に頼る作業のため、安定して高精度のものが得られなかった。研磨によって作製された単結晶ダイヤモンドチップ３を図５に示す。本発明のものは、規格どおりの円の半径を持っていたが、研磨方法によって作製した従来の単結晶ダイヤモンドチップは図５に示すように（１１Ｘ）面の方向が十分に研磨されず、その方向に肉眼で見てもわかる突出部または不連続な境界を持つ形状になってしまい、工業的には使用できなかった。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、中心線から角度θを１０〜６０度回転した方向に単結晶ダイヤモンドの（１１Ｘ）面を配置することにより、耐摩耗性に優れたバイトを提供することができる。切刃を円弧の一部とすることで、工具を製作する上で容易でありかつ、工具の位置を正確に計算でき超精密加工が容易になる。１０００ｎｍ以下の波長をもつＹＡＧレーザを用いることにより、単結晶ダイヤモンドを切断、または研磨したときダイヤモンドの変質層が殆どない優れた切刃を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の単結晶ダイヤモンドバイトの正面図である。
【図２】図２は、本発明工具のダイヤモンドチップを拡大し、切削状況を示した模式図である。
【図３】図３は、境界摩耗が発生する状況を示す概念図である。
【図４】図４（Ａ）は本発明のレーザにより研磨した単結晶ダイヤモンドチップの平面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の矢視側面図である。
【図５】図５は、従来の研磨方法により研磨した単結晶ダイヤモンドチップの平面図である。
【符号の説明】
１工具本体
２台金
３単結晶ダイヤモンドチップ
４工具先端
５境界摩耗
６円弧中心
７接触開始点
８被削材
９すくい面に垂直な（１１１）面
１０中心線
１１円弧中心を通る＜１１１＞の方位と切刃の交点
ａ切刃円弧の半径
α 逃げ角
ｈ計算上の切り込み
Ｈ実際の切り込み
θ 中心線と＜１１１＞の方位のなす角度[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a diamond tool used for precision cutting of difficult-to-cut materials such as high silicon aluminum alloy, MMC (Metal Matrix Composite), and FRM (Fiber Reinforced Material).
[0002]
[Prior art]
A single-crystal diamond tool in which a single-crystal diamond is bonded to a base metal and bonded to a holder, wherein the crystal orientation of a flank is a (11X) plane, and the crystal orientation of a rake face is a (101) plane and a (011) plane. Is known. This tool appears to be made using cleavage, but arcuate cutting edges cannot be made using cleavage. The purpose of this tool is a diamond tool that can continuously perform mirror finishing of hard and brittle materials such as silicon. However, this tool has the following disadvantages. As shown in FIG. 3, when cutting the diamond tip by moving the diamond tip in the direction of the arrow, the work material 8 starts contacting the diamond tip at the contact start point 7 and comes off the diamond tip near the tool tip 4. And, generally, the work material 8 causes boundary wear 5 near the contact start point 7 with the single crystal diamond chip 3. However, the above-mentioned tool has a disadvantage that the hardest (111) surface passes through the tool tip 4 and is away from the portion where the boundary wear 5 occurs, so that the boundary wear 5 easily occurs (for example, see Patent Document 1).
[0003]
Also known is a diamond bite having a front flank and a rake face, wherein the front flank has a crystal orientation intermediate between the (111) plane and the (110) plane of the diamond crystal. ing. For example, when processing a V-groove type optical disc master (pitch: about 2 μm, cutting distance: 40 km), this cutting tool is a diamond cutting tool capable of obtaining a surface shape with required accuracy expected for a long time without causing minute wear of the cutting edge. is there. However, it does not include a technical idea of setting the surface of the single crystal diamond at the portion where boundary wear occurs to the (111) plane (for example, see Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-6-126512 FIG. 1, page 2, FIG. 1, FIG. 3, FIG.
[Patent Document 2]
FIG. 1, page 2 of JP-A-5-245705 [Problems to be Solved by the Invention]
[0005]
Recently, in the field of machining, there has been an increasing demand for precision machining of difficult-to-cut materials. Above all, a tool for precision machining generally uses an arc-shaped cutting edge which can easily control the tool precisely. On the other hand, from the viewpoint of wear resistance, an ideal tool among single crystal diamond tools is a tool having a (111) plane as a flank. However, the (111) plane is considered to be the hardest plane among the diamond crystals, the cost for processing into a bite is extremely high, and has not been practically used in industry. An object of the present invention is to provide a single-crystal diamond tool having high abrasion resistance and effectively using the (111) plane.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The tool of the present invention is a single-crystal diamond cutting tool having a single-crystal diamond tip, the single-crystal diamond tip having a cutting edge formed on a rake face and a ridge of a flank, and the cutting edge is a part of an arc. A single-crystal diamond tool, which is formed, has a <11X> direction of diamond with an angle of 10 to 60 degrees as an angle θ from the center line of the arc on the rake face, and has a flank formed by laser processing. is there.
[0007]
Another invention is a method for manufacturing a single crystal diamond bite, which includes a step of preparing a single crystal diamond material, a step of determining an arc center of the material, and a step of specifying the orientation of <11X> on a rake face. Cutting the single-crystal diamond material by a laser with an arc having a radius a from the center of the arc, with the centerline being an azimuth rotated by 10 to 60 degrees as an angle θ from the azimuth <11X> through the center of the arc. And Among these steps, there is no problem even if the order of the step of determining the center of the circular arc is different from the step of specifying the orientation of <11X> on the rake face. Usually, a step of polishing a rake face, a step of brazing a single crystal diamond material onto a base metal, and a step of fixing the base metal to a tool body are also performed. These steps can be combined in the production method of the present invention in an appropriate order. Further, after the step of cutting the single crystal diamond material by the laser, a step of polishing the cut surface by the laser may be added.
[0008]
In the present invention, the cutting edge is a part of an arc. With this configuration, calculation for specifying the position of the cutting edge is facilitated, which is preferable in performing precision machining. Also, the processing of the tool is not a non-linear cutting edge, so that the tool can be easily manufactured. The center line of the arc is a line that typically passes through the center of the arc and is orthogonal to the tool feed direction.
[0009]
Next, the reason why the azimuth of <11X> is rotated by an angle θ of 10 to 60 degrees with respect to the center line will be described. Diamond crystals are anisotropic. Among them, the (111) surface is the hardest surface and therefore the surface that is least worn. This surface is intended to extend the life of the cutting tool in accordance with the portion where the boundary wear occurs, which is the most abraded portion of the tool. Boundary wear generally occurs at the initial contact between the workpiece and the tool, that is, near the contact start point. Therefore, the portion where boundary wear occurs is related to the radius of the arc and the cut. The size of θ is preferably in the range of 10 to 60 degrees in order to minimize the fluctuation of the actual cut and the calculated cut. The reason why θ is set to 10 degrees or more is that the position of the contact start point does not change much even if the cutting depth changes. Further, the reason why the angle is set to 60 degrees or less is that in the case of a small cut, the boundary wear departs from a portion having high wear resistance. More preferably, it is 20 to 45 degrees. The direction in which θ is measured is the direction in which the chip moves from the center line.
[0010]
As described above, since the (111) plane cannot be polished, the flank is formed by laser processing in order to achieve the present invention. This processing includes cutting or polishing. With a normal laser, the cut surface or the like changes from diamond to graphite, and the surface needs to be further polished. Even if it is polished, the (111) plane cannot be polished, and a highly precise flank cannot be produced.
[0011]
In the present invention, a laser having a wavelength of 1000 nm or less is used to cut the intermolecular force of the diamond crystal. The YAG laser has a high energy at a short wavelength and can be focused by a lens, so that a deteriorated layer hardly occurs or can be removed. Among the lasers that are currently in practical use, particularly preferred is the case of using a YAG laser with a third harmonic and a wavelength of 355 nm. In this case, the laser is used as a tool as it is, without cutting, with almost no altered layer of diamond. Available.
[0012]
One of the major features of the present invention is that it has been found that the use of the above-mentioned laser does not practically generate a deteriorated layer of diamond which is usually caused by heating by the laser, or that the deteriorated layer can be practically removed. Therefore, the flank formed by the laser described above may be a flank by the cut surface itself depending on conditions such as a cutting condition and a laser wavelength to be used, or may require laser polishing again after cutting. In any case, a laser mark having a surface roughness of about 0.5 μm in Ry defined by JIS remains on the flank. Since such a trace does not occur by ordinary mechanical polishing, it can be relatively easily confirmed that the laser processing is performed.
[0013]
The flank in the present invention has a clearance angle and has a laser streak trace in the longitudinal direction along the flank. It is desirable that the surface roughness of the flank due to the trace is 0.05 to 1.0 μm in Ry defined by JIS. More preferably, it is 0.1 to 0.5 μm. It is considered that the reason why the streak-like laser mark is generated is related to the laser beam feeding, but it was consistent with the direction of the laser beam.
[0014]
It is preferable that the rake face of the single crystal diamond chip is the (112) plane, the (101) plane, and the (011) plane. This crystal plane is a plane orthogonal to the (11X) plane, and is desirable because the flow of the chips is smooth and the wear of the cutting blade is small. However, it goes without saying that the plane index and the plane orientation of the crystal used in the present invention are merely examples and can be applied to equivalent lattice planes.
In the present invention, X in the <11X> direction and the (11X) plane indicates the following Equation 1.
[0015]
(Equation 1)

[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a front view of the single crystal diamond tool of the present invention. In this cutting tool, a base metal 2 is fixed on a tool body 1, and a single crystal diamond chip 3 is brazed on the base metal. The tool body 1 and the base 2 are made of a cemented carbide.
[0017]
FIG. 2 is an enlarged schematic view of the single crystal diamond tip of FIG. 1 and showing a cutting state. The arc center 6, which is the center point of the arc-shaped cutting edge, and the radius of the arc is a. In FIG. 2, arrows indicate how the diamond tip 3 moves relative to the workpiece 8. When the cutting tool moves in the direction of the arrow (feed direction), the work material 8 passes through the tool tip 4 from the contact start point 7 where the work material 8 and the single crystal diamond chip 3 first contact at the actual cut H. Leave the crystal diamond tip. θ is the angle between the center line 10 connecting the tool tip 4 and the arc center 6 and the azimuth of <11X> passing through the arc center 6. In this example, the center line 10 is a line that passes through the center 6 of the arc and is orthogonal to the tool feed direction. It is important that the intersection 11 of the <11X> direction passing through the arc center 6 and the cutting edge is located near the contact start point 7. At this time, it is desirable that the actual cut H is close to the calculated cut h.
[0018]
The value of h satisfies the following equation:
Relational expression cos θ = (a−h) / a
Here, a is the radius of the cutting edge, and h is the calculated cutting depth. From this equation, the magnitude of the angle variation can be calculated with respect to the cut variation, and the optimum angle can be set.
[0019]
(Example 1)
A tool body and a base metal made of cemented carbide were prepared. Next, a single crystal diamond chip was prepared. It was a flat plate having a thickness of 0.8 mm and a size of approximately 2.5 mm square. The single crystal diamond can be used either naturally or artificially, but the artificial one is stable in quality and easy to determine the plane orientation of the crystal.
[0020]
The single crystal diamond tip was brazed to a processing jig to produce a diamond tip having a shape shown in FIG. The rake face was the polished (101) face of single crystal diamond, the arc center 6 was determined, and the plane orientation of the crystal on the rake face (101) and passing through the arc center was confirmed to be <11X>. . The chip center line 10 is defined as a direction rotated by 30 degrees from the direction of <11X> in the movement direction of the chip. The diamond material was cut and polished with a laser in an arc having a radius of 1 mm from the center 6 of the arc. The cutting edge has a clearance angle α, which is 6 degrees in this embodiment.
[0021]
Specifically, cutting and polishing were performed with a laser by the method described below. A single crystal diamond material serving as a cutting blade was set in a laser beam machine, and cut by irradiating a laser beam. The laser position was fixed, and cutting was performed by feeding a diamond. The processing feed speed was 1 mm / min. Next, the diamond was fed with the laser beam irradiated without changing the position of the diamond, and the flank was polished on the side surface of the laser beam. In this polishing process, diamond was continuously fed so that the laser beam passed along the same path until no processing noise was recognized.
[0022]
The laser beam used in this embodiment is a laser whose wavelength is in the ultraviolet range. The laser in the ultraviolet region has a function of cutting the diamond crystal molecules, is not affected by the crystal orientation, and has little diamond that has been altered on the processed surface, that is, almost no layer has been altered on the processed surface. The laser used was a third harmonic of a YAG laser having a wavelength of 1065 nm, the wavelength was 355 nm, and the focal length of the lens was 75 mm.
[0023]
FIG. 4A is a plan view of a single crystal diamond chip polished by a laser beam, and FIG. The flank had a clearance angle α from the (11X) plane 9, and the flank had traces formed by oblique streaks cut by a laser. The radius of the cutting edge was 1 mm, which was as designed.
[0024]
When the work material is cut using this tool, wear occurs parallel to the (11X) plane 9. Therefore, it is desirable that the (11X) plane is not the direction of the flank, but a plane orthogonal to the rake face as shown in FIG. However, the above case is a case where the rake angle is zero. If the plane orthogonal to the rake face is the wear reference plane, the reference plane does not change even if the rake angle is other than zero.
[0025]
As a comparative example, diamond was pressed against and polished while free abrasive grains were flowing through a polishing machine. In this method, a single crystal diamond has anisotropy, so that there is a difference in polishing characteristics, and furthermore, since the operation depends on the skill and intuition of the operator, a stable and high-precision one cannot be obtained. FIG. 5 shows a single crystal diamond chip 3 produced by polishing. Although the thing of the present invention had the radius of the circle according to the standard, the conventional single crystal diamond chip produced by the polishing method did not sufficiently polish the (11X) plane direction as shown in FIG. In this case, the shape becomes a shape having a protruding portion or a discontinuous boundary which can be seen with the naked eye, and thus cannot be used industrially.
[0026]
【The invention's effect】
The present invention can provide a cutting tool excellent in wear resistance by arranging the (11X) plane of single crystal diamond in a direction rotated by an angle θ of 10 to 60 degrees from the center line. By making the cutting edge a part of the arc, it is easy to manufacture a tool, and the position of the tool can be accurately calculated so that ultra-precision machining becomes easy. By using a YAG laser having a wavelength of 1000 nm or less, it is possible to form an excellent cutting edge having almost no altered layer of diamond when single crystal diamond is cut or polished.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a single crystal diamond tool according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a cutting state in which a diamond tip of the tool of the present invention is enlarged.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a situation where boundary wear occurs.
4 (A) is a plan view of a single crystal diamond chip polished by the laser of the present invention, and FIG. 4 (B) is a side view of FIG.
FIG. 5 is a plan view of a single crystal diamond chip polished by a conventional polishing method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Tool main body 2 Base metal 3 Single crystal diamond tip 4 Tool tip 5 Boundary wear 6 Arc center 7 Contact start point 8 Work material 9 (111) plane perpendicular to rake face 10 Center line 11 <111> passing through arc center Intersection point between direction and cutting edge a Radius of cutting edge arc α Relief angle h Cut in calculation H Actual cut θ Angle between the center line and the <111> direction

Claims

単結晶ダイヤモンドチップを有する単結晶ダイヤモンドバイトであって、
前記単結晶ダイヤモンドチップは、すくい面と逃げ面の稜線に形成される切刃を有し、
前記切刃が円弧の一部で形成されていて、
前記すくい面上において、円弧の中心を通る中心線と単結晶ダイヤモンドの＜１１Ｘ＞の方位のなす角度θが１０〜６０度であり、
前記逃げ面がレーザで加工された面であることを特徴とする単結晶ダイヤモンドバイト。A single crystal diamond bite having a single crystal diamond tip,
The single-crystal diamond tip has a cutting edge formed on a rake face and a flank of a flank face,
The cutting edge is formed by a part of an arc,
On the rake face, the angle θ between the center line passing through the center of the arc and the <11X> orientation of the single crystal diamond is 10 to 60 degrees,
A single-crystal diamond tool, wherein the flank is a surface processed by a laser.

前記θが２０〜４５度であることを特徴とする請求項１記載の単結晶ダイヤモンドバイト。2. The single crystal diamond cutting tool according to claim 1, wherein said [theta] is 20 to 45 degrees.

逃げ面は、逃げ角を持ちかつ逃げ面に沿って縦方向の筋状のレーザ切断痕を有することを特徴とする請求項１または２記載の単結晶ダイヤモンドバイト。3. The single-crystal diamond cutting tool according to claim 1, wherein the flank has a clearance angle and has a laser streak in a longitudinal direction along the flank.

逃げ面の面粗さが、Ｒｙで０．０５〜１．０μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の単結晶ダイヤモンドバイト。The single-crystal diamond cutting tool according to any one of claims 1 to 3, wherein the flank has a surface roughness of 0.05 to 1.0 m in Ry.

すくい面と（１１Ｘ）面が直交することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の単結晶ダイヤモンドバイト。The single-crystal diamond tool according to any one of claims 1 to 4, wherein a rake face and a (11X) plane are orthogonal to each other.

前記単結晶ダイヤモンドチップのすくい面が（１１２）面、（１０１）面、（０１１）面のいずれかであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の単結晶ダイヤモンドバイト。The single crystal diamond cutting tool according to any one of claims 1 to 5, wherein the rake face of the single crystal diamond tip is any one of a (112) plane, a (101) plane, and a (011) plane.

単結晶ダイヤモンド素材を準備する工程と、同素材の円弧中心を定める工程と、すくい面上の＜１１Ｘ＞の方位を特定する工程と、円弧中心を通り＜１１Ｘ＞の方位から角度θとして１０〜６０度回転した方位を中心線とし、円弧中心から半径ａの円弧でレーザにより単結晶ダイヤモンド素材を切断する工程とを含むことを特徴とする単結晶ダイヤモンドバイトの製造方法。A step of preparing a single-crystal diamond material, a step of determining the center of an arc of the material, a step of specifying the orientation of <11X> on the rake face, Cutting the single crystal diamond material with a laser at an arc having a radius a from the center of the arc with the azimuth rotated by 60 degrees as a center line.

前記レーザは、ＹＡＧレーザであって、波長は１０００ｎｍ以下、レンズの焦点距離は３０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項７記載の単結晶ダイヤモンドバイトの製造方法。The method of manufacturing a single crystal diamond tool according to claim 7, wherein the laser is a YAG laser, the wavelength is 1000 nm or less, and the focal length of the lens is 30 mm or more.