JPH04240007A - 多結晶ダイヤモンド切削工具およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に非鉄金属や貴金属
の仕上げ加工に最適で、耐欠損性の高い多結晶ダイヤモ
ンド切削工具およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンドは硬度と熱伝導率が高いた
め、切削工具や耐磨工具として使用されている。しかし
、多結晶ダイヤモンドは劈開するという欠点があり、こ
の欠点を抑制するために、たとえば特公昭５２−１２１
２６号公報に記載されているように超高圧焼結技術を用
いてダイヤモンド同士を焼結したダイヤモンド焼結体が
開発されている。

【０００３】しかしながら、これらのダイヤモンド焼結
体は、５％〜１０％の結合材を含有するため、構成する
粒子単位でチッピングが生じるという問題点を有してい
た。

【０００４】そこで、ダイヤモンド焼結体の代わりに結
合材を含有していない多結晶ダイヤモンド、すなわち低
圧気相法により構成された多結晶ダイヤモンドを工具素
材とした切削工具が発明者らによって考案された。この
ような多結晶ダイヤモンドを素材とした切削工具の例が
、特開平１−２１２７６７号公報に示されている。図７
は、このような多結晶ダイヤモンド切削工具の一例を示
す刃先部分の断面構造図である。この多結晶ダイヤモン
ド切削工具は、工具支持体４の表面上にろう付部５を介
して多結晶ダイヤモンドチップ３が固定されている。 チップ３はシリコン（Ｓｉ）などの基材１の表面上に低
圧気相法を用いて合成された多結晶ダイヤモンド層を用
いている。多結晶ダイヤモンド層は素材の多結晶体が結
合材を含有していないので、優れた耐磨耗性を有してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多結晶
ダイヤモンド切削工具の刃先部９をシャープエッジで構
成すると、初期欠損が生じるという問題点を有していた
。

【０００６】したがって、この発明は上記のような問題
点を解消するためになされたもので、初期欠損の発生を
抑制し得る多結晶ダイヤモンド切削工具およびその製造
方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明による多結晶ダ
イヤモンド切削工具は、低圧気相法により構成された多
結晶ダイヤモンドを工具素材として用いている。多結晶
ダイヤモンドにはすくい面と逃げ面とが構成され、この
すくい面と逃げ面との交線に沿って構成される刃先部が
ホーニング加工された曲面を有している。

【０００８】また、この発明による多結晶ダイヤモンド
切削工具は、以下のように製造される。まず、基材の表
面上に低圧気相法により多結晶ダイヤモンドを析出させ
る。次に、基材上の多結晶ダイヤモンドを所定のチップ
形状に切断した後、基材を多結晶ダイヤモンドのチップ
から除去する。そして、多結晶ダイヤモンドのチップ表
面のうち基材と接していた側の表面を工具すくい面とし
、このすくい面と所定の角度をなすように逃げ面を形成
することにとより刃先部を形成する。そして、刃先部を
ホーニング加工して曲面を形成する。

【０００９】

【作用】この発明による多結晶ダイヤモンド切削工具の
刃先部はレーザ加工を用いたホーニング処理が施される
。レーザ加工を用いることにより刃先部のチッピングを
微小に抑制した状態で刃先部のホーニング加工が施され
る。またホーニング加工が施された刃先部は、シャープ
エッジを有する刃先部に比べて切削初期の欠損が抑制さ
れる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例を図を用いて説明す
る。

【００１１】図１は、この発明の一実施例による多結晶
ダイヤモンド切削工具の断面構造図および刃先部の拡大
図である。多結晶ダイヤモンドのチップ３は超硬合金や
鋼などからなる工具支持体４にろう付部５を介在して強
固に取付けられている。多結晶ダイヤモンドのチップ３
の上面は工具すくい面６を構成し、このすくい面６と所
定の角度をなして逃げ面７が構成されている。すくい面
６と逃げ面７との交線に沿う部分に刃先部９が形成され
ている。刃先部９はホーニング加工された所定の曲率を
有する曲面上に形成されている。そして、その表面には
ホーニング加工時に生成された黒鉛被覆層８が形成され
ている。ここで、「特許請求の範囲」に使用したホーニ
ング加工量を定義する。すなわち、図１の刃先拡大図に
おいて、ホーニング加工量Ｌは、工具すくい面６の延長
線と逃げ面７の延長線との交点からすくい面６の端部あ
るいは逃げ面７の端部にいたる長さＬで示されるものと
する。このホーニング加工量Ｌは５〜２０μｍの範囲が
好ましい。ホーニング加工量Ｌが５μｍ以下の場合には
初期欠損性の向上が得られず、また２０μｍ以上におい
ては刃先のエッジが損なわれて仕上げ面の粗度が低下す
る。

【００１２】次に、図１に示された多結晶ダイヤモンド
切削工具の製造工程について説明する。図１ないし図６
はその製造工程図である。まず、図２を参照して、金属
あるいは合金からなる基材１表面上に、低圧気相法を用
いて多結晶ダイヤモンド２を形成する。基材１の表面は
、その表面粗さが最大高さ表示Ｒｍａｘ　で０．１μｍ
以下の鏡面に仕上げ加工されている。この表面上に多結
晶ダイヤモンドを析出させる方法としては次のような低
圧気相法が用いられる。すなわち、熱電子放射やプラズ
マ放電を利用して原料ガスの分解・冷却を生じさせる方
法、あるいは燃焼炎を用いた成膜方法が有効である。原
料ガスとしては、たとえばメタン、エタン、プロパンな
どの炭化水素類、メタノール、エタノールなどのアルコ
ール類、エステル類などの有機炭素化合物と水素とを主
成分とする混合ガスが一般的に用いられる。これ以外に
はアルゴンなどの不活性ガスや酸素、二酸化炭素、水な
どもダイヤモンドの合成反応やその特性を阻害しない範
囲内で原料中に含有されても構わない。このような低圧
気相法により基板１表面上に多結晶ダイヤモンドの平均
結晶粒径が０．５〜１５μｍとなるように合成される。 この多結晶ダイヤモンドの粒径が規定されるのは、切削
工具として使用された場合、結晶粒径が０．５μｍより
も微粒になると耐磨耗性が低下し、また１５μｍよりも
粗粒になると欠損しやすくなるからである。また、基材
１としては多結晶ダイヤモンドの内部押力を低減させる
ために、その熱膨張率がダイヤモンドの熱膨張率に近い
ものが好ましく、たとえばモリブデン（Ｍｏ）、タング
ステン（Ｗ）、シリコン（Ｓｉ）などが挙げられる。

【００１３】次に、図３を参照して、レーザ光１０によ
り基材１上に形成された多結晶ダイヤモンド層２に所定
の工具素材形状に沿って切断線を形成する。

【００１４】さらに図４を参照して、塩酸、硫酸、硝酸
、沸酸あるいはこれらの混合液により化学処理を施して
基材１を溶解し、多結晶ダイヤモンドから除去する。 これらによって形成された多結晶ダイヤモンド工具素材
３ａは、その積層方向の厚みが１ｍｍ以上であれば、そ
のまま刃先形成加工を行ない、ホルダにクランプして工
具として使用することができる。また、厚さが０．０５
〜１ｍｍであれば、超硬合金や鋼などからなる工具支持
体に接合した構造の切削工具として使用してもよい。こ
のような工具支持体に接合される構造の切削工具の場合
、多結晶ダイヤモンド工具素材３ａの厚みが０．０５ｍ
ｍよりも薄い場合には、工具素材としての強度が低下し
て欠損しやすくなる。また、このような接合型の切削工
具においては、一般的な使用に対しては工具素材の厚み
が１ｍｍ程度あれば十分である。なおこれらの構造は、
図５に示されるように、工具支持体４に対して、基材と
接合していた面がすくい面６となるように多結晶ダイヤ
モンド工具素材３と工具支持体４とがろう付された後接
合されることが必須である。

【００１５】さらに、図６を参照して、微粒のダイヤモ
ンド砥石などを用いてすくい面６と所定の角度をなす逃
げ面７を形成する。その後、レーザ光線を用いて刃先部
のホーニング加工を行なう。このレーザ加工は熱化学的
反応を伴なった加工であるため、機械的除去法である研
削加工に比べて刃先部の損傷が少ない。また、このレー
ザ加工により刃先部９には黒鉛被覆層８が形成される。 この黒鉛被覆層８の厚さは０．５〜１０μｍが好ましい
。かりに黒鉛被覆層８の厚さは、現状の技術では０．５
μｍとすることは困難であり、また１０μｍ以上では刃
先部に与えるダメージが大きくなり耐欠損性が低下する
。具体的実施例マイクロ波プラズマＣＶＤ法により、そ
の表面がＲｍａｘで０．０５μｍの鏡面状態であるＳｉ
基板上に多結晶ダイヤモンドを１０時間合成した。合成
は以下の条件で行なった。

【００１６】 　　合成後、弗硝酸に浸漬してＳｉ基板のみを溶解除去
することにより、平均結晶粒径が５μｍで厚さ０．２ｍ
ｍの多結晶ダイヤモンドを回収することができた。また
、多結晶ダイヤモンドの基板側の面はその粗さがＲｍａ
ｘで０．０５μｍであった。この多結晶ダイヤモンドを
、その成長面側を接合面として超硬合金製のシャンクと
ろう付接合を行なった。次に、この接合体を＃１５００
のダイヤモンド砥石による研削加工によりスローアウェ
イチップ（型番：ＳＰＧＮ１２０３０４）を作製した。 なお、得られたスローアウェイチップ（Ａ）は、刃先の
チッピングが１０μｍであった。

【００１７】上記と同じ方法で作製したスローアウェイ
チップの刃先をＹＡＧレーザによって加工量Ｌが１０μ
ｍのホーニング処理を施した。得られたスローアウェイ
チップ（Ｂ）は、ホーニング部にレーザ加工に伴なって
厚さ３μｍの黒鉛被覆層が生成し、またその刃先のチッ
ピングの大きさは２μｍと良好であった。

【００１８】これらのスローアウェイチップを各々１０
個ずつ作製し、性能評価を以下の条件で行なった。

【００１９】 　　　　（切削条件） 　　　　　　　　　　被削材　　　　：Ａ３９０−Ｔ６
（Ａ１−１７％Ｓｉ）　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　丸棒の軸方向に４本のＶ字状の溝が形成
されたもの　　　　　　　　　　切削速度　　：５００
ｍ／ｍｉｎ　　　　　　　　　　切込み量　　：０．２
ｍｍ　　　　　　　　　　送り速度　　：０．１ｍｍ／
ｒｅｖ．　　　　　　　　　　冷却液　　　　：水溶性
油剤その結果、チップ（Ａ）は５個が切削後５分で、ま
た３個が切削後８分で、さらに残りの２個が切削後２０
分で欠損が生じた。これに対して、本発明によるチップ
（Ｂ）は、いずれのチップも６０分間切削しても刃先に
欠損を生じることがなく、また良好な被削面が得られた
。この結果より、この発明によるチップは高靭性を有す
る切削工具であることが明らかとなった。

【００２０】

【発明の効果】このように、多結晶ダイヤモンド工具の
刃先部をレーザ加工によりホーニング処理することによ
り、耐欠損性に優れた高靭性を有する多結晶ダイヤモン
ド切削工具を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による多結晶ダイヤモンド切削工具の
刃先部断面構造図である。

【図２】この発明による多結晶ダイヤモンド切削工具の
製造工程の第１工程図である。

【図３】この発明による多結晶ダイヤモンド切削工具の
製造工程の第２工程図である。

【図４】この発明の多結晶ダイヤモンド切削工具の製造
工程の第３工程図である。

【図５】この発明の多結晶ダイヤモンド切削工具の製造
工程の第４工程図である。

【図６】この発明の多結晶ダイヤモンド切削工具の製造
工程の第５工程図である。

【図７】従来の多結晶ダイヤモンド切削工具の刃先部断
面構造図である。

【符号の説明】

１　　基材 ２　　多結晶ダイヤモンド層 ３　　ダイヤモンドチップ ４　　工具支持体 ５　　ろう付部 ６　　すくい面 ７　　逃げ面 ８　　黒鉛被覆層 ９　　刃先部 １０　　レーザ光

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　低圧気相法により合成された多結晶ダ
   イヤモンドを用いた多結晶ダイヤモンド切削工具であっ
   て、工具のすくい面と逃げ面との交線に沿って構成され
   る刃先部がホーニング加工された曲面を有している、多
   結晶ダイヤモンド切削工具。
2. 【請求項２】　　前記刃先部のホーニング加工量が５μ
   ｍ以上２０μｍ以下である、請求項１記載の多結晶ダイ
   ヤモンド切削工具。
3. 【請求項３】　　前記ホーニング加工された前記刃先部
   が厚さ０．５μｍ以上１０μｍ以下の黒鉛層で被覆され
   ている、請求項１または２記載の多結晶ダイヤモンド工
   具。
4. 【請求項４】　　前記多結晶ダイヤモンドの平均粒径が
   ０．５μｍ以上１０μｍ以下である、請求項１ないし請
   求項３のいずれかに記載の多結晶ダイヤモンド切削工具
   。
5. 【請求項５】　　低圧気相法により合成された多結晶ダ
   イヤモンドを工具素材とし、この工具素材を工具支持体
   に接合して構成された多結晶ダイヤモンド切削工具であ
   って、工具のすくい面と逃げ面との交線に沿って構成さ
   れる刃先部がホーニング加工された曲面を有している、
   多結晶ダイヤモンド切削工具。
6. 【請求項６】　　前記刃先部のホーニング加工量が、５
   μｍ以上２０μｍ以下である、請求項５記載の多結晶ダ
   イヤモンド切削工具。
7. 【請求項７】　　前記ホーニング加工された前記刃先部
   が、厚さ０．５μｍ以上１０μｍ以下の黒鉛層で被覆さ
   れている、請求項５または請求項６に記載の多結晶ダイ
   ヤモンド切削工具。
8. 【請求項８】　　前記多結晶ダイヤモンドの平均粒径が
   、０．５μｍ以上１５μｍ以下である、請求項５ないし
   請求項７のいずれかに記載の多結晶ダイヤモンド切削工
   具。
9. 【請求項９】　　前記多結晶ダイヤモンドの前記すくい
   面にほぼ直交する方向の厚みが０．０５ｍｍ以上１ｍｍ
   以下である、請求項５ないし請求項８のいずれかに記載
   の多結晶ダイヤモンド切削工具。
10. 【請求項１０】　　基材の表面上に低圧気相法により多
    結晶ダイヤモンドを析出させる工程と、前記基材上の前
    記多結晶ダイヤモンドを所定のチップ形状に切断した後
    、前記基材を前記多結晶ダイヤモンドのチップから除去
    する工程と、前記多結晶ダイヤモンドのチップ表面のう
    ち、前記基材と接していた側の表面を工具すくい面とし
    、このすくい面と所定の角度をなすように逃げ面を形成
    することにより刃先部を形成する工程と、前記刃先部を
    ホーニング加工して曲面を形成する工程とを備えた、多
    結晶ダイヤモンド切削工具の製造方法。
11. 【請求項１１】　　前記刃先部のホーニング加工は、レ
    ーザを用いて行なわれる、請求項１０に記載の多結晶ダ
    イヤモンド切削工具。