JPH0215976A - ダイヤモンド膜付き薄板回転工具 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はガラス、結晶材、セラミックス等の硬脆材料を
切断したり、細い溝を形成するためのダイヤモンド膜付
き薄板回転工具に関するものである。

（従来の技術） 従来、上記の様な硬脆材料に溝形成や切断等の加工を行
う薄板回転工具として、ダイヤモンド砥粒を金属あるい
はガラス状物質又は樹脂材料で結合したダイヤモンド工
具を高速に回転させて研削加工を行っていた。

結合されたダイヤモンド工具の中で、電着法で作成する
場合は、砥粒の径は１０μｍ以上であってその配列間隔
も５０μｍ〜１００μｍ程度が普通であって、工具の円
板の厚みは５０μｍ以上であった。

又焼成法によるダイヤモンド砥石では、砥粒の径を２μ
ｍ〜４μｍ程度まで小さく出来て、その間隔も２０μｍ
〜３０μｍに設定可能のものがあった。

（発明が解決しようとする課題） 従来の結晶材料、ガラス質又はセラミックス焼結体等を
加工し所定の機能を有する部品を製作する場合前記の部
品は次第に高性能、小型化が要求され数μｍ単位の加工
精度の向上や加工部分に傷のないことが要求されて来た
、しかしこれらの材料は硬度が高く脆性材料なので割れ
、欠け、等のチッピングを起しやすいものであり、該チ
ッピングが部品の機能を低下させるとともに加工精度向
上の妨げになっていた。又、従来の技術では、電着法に
よる砥石は５０μｍ以下の細い溝を形成することは不可
能であり焼成法による砥石作成中に不可避の砥粒の塊が
形成されることがあり、加工面に大きな欠けが残ること
があった。そのために高精度の加工面を持続させるには
砥石の薄片化による加工抵抗の低減及び砥石の加工能力
の向上が必要だがこれらの砥石は結合材の材料強度が低
く、薄片化が困難であシ、又、加工に関与するダイヤモ
ンド砥粒が送シ方向と平行に一直線状に配列する間隔は
、最小のもので１００μｍ〜２００１１ｍ程度で砥石の
剛性も結合剤のヤング率で決定され、銅系金属で１．５
　Ｘ　１０’Ｋｆ／ｃＩＬ”、石英ガラスで０．７〜Ｉ
Ｘ　Ｉ　Ｑ’　Ｋｇ／ａｎ”、合成樹脂系で０．１〜０
．２　Ｘ　１０’　Ｋ４／ｃｒＩＬ２であるため薄片化
は出来ていない。又、砥石の刃間隔が大で材料強度が小
さいという問題に対し、Ｓ　１５ＮａやＳｉＣ等セラミ
ックスそのものを１０　ａｍ以下に薄片化した砥石も提
案され石英や８１等一部材料の切断や微細溝入れ加工に
有効なことが示されているがさらに高硬度の材料に対し
ては加工能率は低いと言う問題があった。

本発明の目的は薄片化しても剛性の高いセラミックス等
の薄板材料を芯材として使用し、その表面に気相合成に
より得られる膜状化した結晶ダイヤモンドを被覆するこ
とによって極めて密度の高い連続切れ刃を持つ薄くても
剛性の高い、硬脆材料の微細加工用回転砥石工具を提供
することにある。

（課題を解決するだめの手段） 上記目的を達成するために本発明は、薄板材料に気相合
成法によるダイヤモンド膜を、被覆形成したダイヤモン
ド膜付き薄板回転工具としたもので、上記気相合成法に
よるダイヤモンド膜と、薄膜材料を交互に多層積層し薄
板材料に対しダイヤモンド層をわずか突出させ多刃化し
て使用することも可能であり、またダイヤモンド膜が多
結晶及び多結晶と非結晶との複合となったダイヤモンド
膜付きの薄板回転工具としたものである。

（作用） 上記の様に構成された本発明は、砥粒間隔が短く、剛性
が高い理想的工具を薄いセラミックスなどの窓材料の表
面にダイヤモンドを気相合成によ多形成して実現するも
ので、気相合成によれば単結晶ダイヤモンド粒子が全面
に密に分布した工具面を作ることができ、これを切れ刃
とする砥石は見掛けの砥粒間隔がダイヤモンド結晶粒子
の大きさ程度（数μｍ）にすることが出来、またヤング
率５〜７　Ｘ　１０’　Ｋｇ／♂ｔと従来の結合剤の３
〜５倍以上になり非常に優れた性質を有するものである
。

今砥粒−個あたりの実質切削量をｇとすると、この値が
大きいほど砥粒による被加工物への加工抵抗が大きく重
切削となシチッピングが大となるものである。今、砥石
の切込み深さをｔ、連続切刃間隔をａ１砥石の周速度を
Ｖ、砥石の送シ速度τ、砥石の直径をＤとすると、ｇ＝
２ａｅｖ／Ｖ・（ｔ／Ｄ）で表され連続切刃間隔ａ（砥
粒の間隔）を極カ密にすることがチッピングを少くする
ために必要である。又砥石の加工抵抗が大きくなると回
転工具のふれを引き起こし、チッピングの原因となる。

この抵抗は、工具の厚さに比例するので工具を極力薄く
する必要がある。更に工具のふれは、剛性とも関係があ
り剛性の高い事が必要である。以上のことから本発明に
関する砥粒密度が高く、且つ剛性が高い厚さの薄い工具
としては理想的なものである。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面を参照して該実施例中の工具
の構成、切れ刃の配置及加工結果を説明する。

１）工具の構造 第１図は薄−板回転工具の外観図であ右。第２図は薄板
材料を全面をダイヤモンドで被覆した工具の断面図であ
り１は薄板材料であり極薄いもので、材質として剛性が
高いものが有利であって、Ｓｔ。

ＷＣＴ　ＳｉＣ＊　５ｔｓＮ＜あるいは、Ａｔ２０３等
が考えられる。

２は気相合成により被覆したダイヤモンド膜である。

第３図（ａ）は薄板材料の外周部にダイヤモンドを堆積
させた工具の断面図である。剛性は少し小さくなるがダ
イヤモンドの堆積による基板のそシを容易に回避するこ
とができ工具固定部の平滑性、加工抵抗の低減、切屑の
排出等の点で有利である。

この様に部分的にダイヤモンド膜を形成することは堆積
において基板にマスク処理を施すことにより可能となシ
、同様に薄板材料に対して内周部のみに膜形成をするこ
とによって内周刃砥石を形成することもできる。第３図
（ｂ）は剛性の高い薄板材料１の外縁部にダイヤモンド
膜を外径方向に成長させた砥石例で、パイプ状の基板材
の外周にダイヤモンド層を成長させた後、輪切りにして
両面を研磨して薄片工具としたものである。同様に・ぐ
イブ状の基板材の内面にダイヤモンドＡを成長させるこ
とにより内周刃砥石を形成することができる。

第４図は５ｉＪ４とダイヤモンドＡ３を交互に積層する
ことによりダイヤモンド層を刃とする多刃工具の工具先
端断面（第１図の薄板回転工具の外周部断面）を示した
ものである。この図のように積層した後にセラミックス
材料等に切り込むことによってダイヤモンド層よシ軟ら
かいＳｉ層を優先的に摩耗させたり、先端部を化学的に
僅かにエツチングしてダイヤモンド層を突出させること
が可能で、こうすることにより極めて薄い多刃工具を剛
性高く構成することができる。

２）切れ刃の形成 第５図は薄板に極薄い複合膜を形成した断面図であって
気相合成によってまづ島状の結晶ダイヤモンドを形成し
、さらにその間をアモルファス（非晶質）ダイヤモンド
で埋めることによシ極薄い複合膜を形成することが出来
、工具自体の剛性を高めることが出来る。

第６図（、）は気相合成により形成した結晶ダイヤモン
ド工具の切れ方正面図で図に示すように切れ刃が連続分
布して居シ、表面を平滑にすることにより第６図（ｂ）
のように連続面状にすることも出来る。又結晶は成長条
件によシ様々な大きさに出来て且つ結晶の配向性も制御
する事が可能である。

第７図は非晶質（アモルファス）のダイヤモンドを結合
剤として用いた工具である。これにより剛性を高くする
ことが出来るのである。

第８図（ａ）　、　（ｂ）は複合膜形成方法を示す説明
図であって ■　結晶ダイヤモンドを形成する ■　アモルファスダイヤモンドを結晶ダイヤモンド上に
形成する ■　上面をドレッシング加工することにより結晶より軟
いアモルファスが優先的に削除され所望の形状に複合膜
が形成される。この場合結晶ダイヤモンドの切れ刃をわ
づかに突出させることが出来、平滑ではあるがチップポ
ケットが形成され、加工時に出る切削ぐずが離脱しやす
くなり加工物との衝撃を少くすることが出来る。

３）加工特性、硬度及び剛性の高いセラミックス材料Ａ
ｔ２０３．　ＴｔＣに幅４ｏｔｔｍ深さ０．５鶴の狭い
溝を製作するために幅３５ｍｍの従来から用いられてい
たＳｉＣ工具を使用して加工を行った結果、工具の加工
能力、剛性ともに上記のセラミック材料に対して不十分
であって加工途中に工具が破壊してしまった。之に対し
本発明によるダイヤモンド工具を使用して加工を行った
所、完全に加工を完成することが出来た。

又Ｓ％Ｏガラスに対しても同様な加工を行った結果は、
ＳｉＣ工具を使用した場合に比べ、条痕、かけの少い平
滑な加工面がより高能率な作業によって得られた。

第９図は回転工具に砥粒を混入させた加工液を供給しな
がら、加工を行う非接触加工の斜視図を示したものであ
るが、従来から使用しているＳｉＣ回転工具では砥粒と
してＡｔ２０３ダイヤモンドを使用した場合、回転工具
自体の摩耗が早く、高い加工精度を得られなかったが、
ダイヤモンド工具を用いることによりこれらの材料も砥
粒として用いて高精度、高能率に加工が出来るのである
。これらの硬い砥粒を使用することにより、ニオブ酸リ
チウムなどの難加工材、或いは、ＰＬＺＴ等の焼結体等
にも、この非接触加工法を適用することが容易になった
。

（発明の効果） 本発明は以上説明した様に構成されているので以下に記
載されるような効果を奏する。

砥粒の径を１μｍ、その配列間隔を１μｍ程度に、又工
具の厚みを１０μｍ〜２０μｍ程度に製作することが可
能であるので、切れ刃間隔が小さく、工具の厚みも薄く
且剛性のある工具を提供することが可能となり、又本工
具は硬脆な材料の加工に対して、最適の条件を有してい
る。

又、切れ刃の間隔、切れ刃の形状、切れ刃の硬度に対し
ては、制御性を有するので結晶やセラミックス材料を欠
けを作ることなく高能率に、切断、溝入れ加工が出来る
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は薄板回転工具の外観斜視図、第２図は薄板材料
を全部ダイヤモンドで被覆した工具の断面図、第３図（
、）は薄板材料の外周部にダイヤモンドを被覆した工具
断面図、第３図（ｂ）は外縁部にダイヤモンド膜を形成
した工具の断面図、第４図は複合多刃工具先端部の断面
図、第５図は極薄板に形成した複合膜の断面図、第６図
（、）は工具表面の切れ刃の説明図、第６図（ｂ）は加
工して表面を平滑にした切れ刃の説明図、第７図は非晶
質（アモルファス）のものを結合材として用いた切れ刃
の説明図、第８図（、）及（ｂ）は、結晶質のものと非
晶質のものとの複合膜の形成方法を示す説明図、第９図
は回転工具によって非接触加工を行う工具の斜視図であ
る。 ｌ・・・薄板材料、２・・・ダイヤモンド、３・・・ダ
イヤモンド層、４・・・Ｓｉ　層、５・・・結晶ダイヤ
モンド、６・・・非晶質（アモルファス）ダイヤモンド
、７・・・加工液供給ノズル、８・・・砥粒を混入した
加工液、９・・・被加工物、ｌＯ・・・工具。 第４図 第５図 第６　ｒｌ！Ｊ（０） 嬉６　図（ｂ） ｗＥ７図 第３　図（Ｇ） 第　３　図（ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、薄板材料に気相合成法によるダイヤモンド膜を被覆
   形成したことを特徴としたダイヤモンド膜付き薄板回転
   工具。 ２、薄板材料と気相合成ダイヤモンド膜を交互に多層積
   層し、薄板材料に対し、ダイヤモンド層を微少量突出し
   多刃化したことを特徴とする請求項第１項記載の工具。 ３、ダイヤモンド膜が、多結晶及び多結晶と非晶質との
   複合となっていることを特徴とする請求項第１項記載の
   工具。