JPH02274405A - 切削用多結晶ダイヤモンド工具 - 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】 １１１１１月１１ 本発明は耐摩耗性と耐欠損性に優れ、かつ安価な切削用
多結晶ダイヤモンド工具に関する。

良え東且ｌ 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
摩工具として使用されている。しかし単結晶ダイヤモン
ドは壁間する欠点があるので、この欠点を抑制するため
特公昭５２−１２１２６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工具を結晶した焼
結ダイヤモンドが開発され市販されている。

これらの焼結ダイヤモンドは一般に超硬合金母材上に厚
さ０．５〜１．０＠園の焼結ダイヤモンド層が接合され
たもので、超硬合金母材は焼結ダイヤモンドの強度向上
と鑞付けを可能にするため超高圧焼結時にダイヤモンド
粒子の焼結と同時に接合されたものであり、そして非鉄
金属の切削加工用工具、木材や無機物質の切削加工用工
具あるいは岩石掘削用ビットとして優れた性能を示すも
のである。

また近年は超高圧高温技術を使用せずに、特公昭５９−
２７７５３号、特公昭５９−２７７５４号各公報に記載
されているような気相ダイヤモンド合成法の研究が情力
的“に行われている。この多結晶ダイヤモンドは超高圧
により製造された焼結ダイヤモンドのように溶媒として
の鉄族金属を含有しないため耐熱性に優れており、また
非鉄金属の切削加工においても優れた性能を示すもので
ある。

光３１」１魁しλうとも４課１ 従来超高圧焼結技術を用いて製造した焼結ダイヤモンド
を切削工具の刃先材料として使用する場合、焼結ダイヤ
モンド面をラッピングにより平滑にした後超硬合金やｆ
Ｉｌ製の合金に鑞付けし逃げ面となる焼結ダイヤモンド
と超硬合金母材をダイヤモンド砥石により加工して刃付
けを行うとともに寸法精度を出している。この場合焼結
ダイヤモンドはダイヤモンド砥石との共削りにより削り
出されるため、能率が悪く、加工コストが高い問題があ
った。また、従来の焼結ダイヤモンドは０．５ｍ■以上
の焼結ダイヤモンドに超硬合金が接合しであるため、小
径のエンドミルやリーマ等の回転工具を製造するのが困
難であった。さらに前述したように、焼結ダイヤモンド
はこの強度を向１−させるために接合されであるが、切
削工具として用いた場合仕上加工が多く、切れ味を増す
ため刃先のくさび角を小さ（すると、断続切削では刃先
のみがチンピングし、超硬合金の接合による強度向上が
認められた。

課　を　゛するための手段 本発明者等は上記焼結ダイヤモンド工具の欠点を改質す
るため鋭、α研究を重ねた。その結果厚さ　０．２−膳
以下０．０５膳１以上の焼結ダイヤモンドを超硬合金あ
るいは鋼の合金に接合すれば、ダイヤモンド砥石による
逃げ面加工時に焼結ダイヤモンドの面積が減るため、加
工時間の短縮が可能になるとともに、小径のエンドミル
やリーマ等の回転工具も作成することができ、さらに工
具刃先は強度の高い超硬合金や鋼の合金に近いため刃先
の補強が１分可能であることを見い出した。

すなわら、本発明は厚さ０．２■以下０．０５ｍｍ以ト
、好ましくはＯ，１５ｍ５以下０．０８璽−以上の多結
晶ダイヤモンドが、超硬合金又は鋼に接合されたことを
特徴とする切削用多結晶ダイヤモンド層只を提供する。

本発明の多結晶ダイヤモンド切削用工具は一般に次のよ
うにして製造する。先ず多結晶ダイヤモンドを超高圧高
温下で焼結して製造するか、マイクロ波ＣＶＤ法やフィ
ラメント法等の気相合成法により製造する。すなわち、
超高圧焼結法の場合は、先ず放電加工等により０．０５
〜０．２１働の厚さの板を切出した後接合される面にス
パンタリングやイオンブレーティング法によりＴｉとＮ
ｉ等の鉄族金属をコーティングした後ロー付により合金
に接合する。また刃先材料として気相合成ダイヤモンド
膜を使用する場合は、Ｓｉ、Ｍ。

等の）ｌＦ、板上に成長したダイヤモンド膜を酸処理で
基板を溶解し、その後接合される面に上記と同様の方法
でＴｉと鉄族金属をコーティングして合金にロー付けす
る。焼結ダイヤモンドはロー付けが不可能であるため台
金へ鑞付けする場合は接合しようとする焼結ダイヤモン
ド面にＴｉあるいはＴｉの化合物のＦ４膜を付着させた
後鉄族金属薄膜を形成させＴｉの酸化を防止すれば鑞付
けすることが可能となるわけである。

本発明の工具として最も特徴を生かすことができるのは
、第一は工具の切れ味が要求されるもので、この場合、
工具刃先のくさび角は４０゜〜７５°のものが良好な性
能を示す、くさび角が４５°未満では刃先強度が不足し
て刃先が欠損し、７５°を超すと切れ味が低下して好ま
しくない。

第二の工具としては前述の如く、小径のエンドミル、リ
ーフ等の回転工具で、通常の焼結ダイヤモンドで径が６
１１１１以下では作成が困難な工具である。特に本発明
の工具は多結晶ダイヤモンドが薄いため、複数の切刃を
有する小径の回転工具の製造が容易である。本発明の多
結晶ダイヤモンド工具において、刃先となる多結晶ダイ
ヤモンドの厚さは０．２〜０．０５ｍ−である、一般に
多結晶ダイヤモンド膜貝で非鉄金属等を切削加工する場
合、１４番逃げ面摩耗幅が０．０５ｍ５程度で切れ味が
悪くなり寿命となるため、多結晶ダイヤモンドの厚さは
最低０．０５量園あれば良い、この厚さが０．０５−ｍ
未満では、’ＩＮ寿命が短くなり満足される性能は示さ
ない、多結晶ダイヤモンドの厚さが０．２ｍｍを超える
と、刃付は加工に時間を要し、また刃先の補強が不十分
となり、さらには小径の回転工具の製造が困難となり好
ましくない。

第１図は上記第一の工具に相当する工具の例を示し、気
相合成ダイヤモンド膜１１．１４をロー材１２により超
硬合金台金１３．１５にロー付してなるリーマである。

αは工具刃先のくさび角を示す。

第２図は上記第二の工具に相当する例で、焼結ダイヤモ
ンド膜１．２．３をロー材５，６により超硬合金台金４
に接合したエンドミルである。

第３図は従来の焼結ダイヤモンドエンドミルの例を示す
、７は焼結ダイヤモンド、８は超硬合金母材、９はロー
材、１１は超硬合金台金である。

作−ｍｍ 本発明工具は特に非鉄金属の切削加工用工具として適し
ている。特に工具刃先のくさび角が４０°〜７５°の切
削用多結晶ダイヤモンド工具は切れ味が良く、被削材の
変形がほとんど生じることなく加工可能であるのでＡｌ
合金等の薄肉部品の加工等に優れた性能を発揮する。ま
た多結晶ダイヤモンドは非鉄金属との耐溶着性に優れて
いるため、良好な被削面を得ることができる。

また、本発明の小径回転工具を用いて非鉄金属を切削加
工した場合従来のハイスや超硬合金のエンドミルでは耐
摩耗性が悪く、溶着が生じるのに対し、本発明工具は溶
着がなく長寿命で、安定して良好な加工面を得ることが
できる。

実ｔＳ例１ 超高圧高温装置を用いて焼結した粒度５μ−の焼結ダイ
ヤモンドをワイヤー放電加工を用いて切断し、１．６＊
ｍ　Ｘ　４　ｍｓの直角３角形で厚さが０．１２ｍ５の
Ｆ４　ｋを作製し、この両面をラッピングした。これら
の薄板の一面にスバタリング法によりＴｉを０．５８ｍ
付着させた後、Ｎｉを３μｌ付着させ、第２図のような
超硬合金台金に銀ロー材を用いてロー付けし、ダイヤモ
ンド砥石により、逃げ面より刃先を研摩し２枚歯からな
る直径３ｓ■のエンドミルを製造した。比較のため同じ
焼結ダイヤモンドでこの厚さが０．７騰■で上記焼結ダ
イヤモンドと同形状のものが厚さＩｓ−の超硬合金台金
に接合されたものの上面をラフピング加工し、第３図の
ような超硬合金台金に銀ロー材けした後、ダイヤモンド
砥石により逃げ面より刃付けし直径８諺−の１枚刃のエ
イドミルを製造した０本発明品は比較材に比べ１八。の
時間で刃付は加工が可能であった。

これらの焼結ダイヤモンド膜其と直径３■の超硬エンド
ミルにより＾！−１２ｒ、、ｓｉ合金の端面を切削速度
５０ｍ　７分、送り０．０３ｍｍ／刃、直方向の切込み
０．２ｍｍ軸方向の切込み３■■で２時間加工した後、
逃げ面摩耗幅を測定した。その結果、本発明品、比較焼
結ダイヤニ只、超硬エンドモルの逃げ面摩耗幅はそれぞ
れ０．０１５．０．０１７．０．１５■騰であった。

実施例２ マイクロ波プラズマＣｖＤ法（Ｎｏ、１）及びフィラメ
ント法（Ｎｏ、２）によりＳｉ基板上に粒度１ＯｌｌＩ
ｌのダイヤモンドを０．１３０騰Ｉの厚さに合成した。

次にこれらの合成膜を王水で酸処理してＳｉ基板を取り
除き、合成ダイヤモンド膜のみとし、−辺が５−■の直
角２等辺三角形に切り出した後、成長上面にＣＶＤ法に
より、ＴｉＣＯ，８μ閣とスバタリング法によりＮｉ−
Ｃｏ　２μｍを付着させ、第、１図のように超硬合金に
Ｎｉロー材を用いて接合し、刃先のくさび角を第１表の
ように加工した。比較のため、厚さ　０．５ｍｌの焼結
ダイヤモンド（粒度１０μ）　　Ｎｏ、３が厚さ２ｍｓ
の超硬合金母材に接合した一辺が５−１の直角二等辺三
角形を超硬合金製の合金に銀ロー付けした第１表に示す
チップも試作した。

これらの刃付けは逃げ面をダイヤモンド砥石で加工する
ことにより実施したが、厚膜が０．１３１曹の多結晶ダ
イヤモンド工具の加工時間は厚さ０．５−脂の焼結ダイ
ヤモンド工具の加工時間の１八〜−八であった。これら
の工具をすくい面が１８°設定可能な４１０〇−謙のカ
ッターに１チップ取りつけ、切削速度５００ｍ　７分、
切込み０．５ｓ＋ｍ、送り　０．１騰ｌ／刃でＡｌ１８
ＺＳｉ合金を６０分間切削加工した後、逃げ面摩耗幅お
よび被削面粗度を測定した。結果を第１表に示す。

第　　１ 表 Ａ　　　Ｎｏ、１　　　８０°　　　　　　４．５　　
ｕ　ｍ　　　　　　０．０３１Ｂ　　　Ｎｏ、１　　　
７５＠　　　　　　３．１　　μｍ　　　　　０．０２
５ＣＮｏ、２　　　６５”　　　　　　　３．０　　＃
＠　　　　　　０．０２８Ｄ　　　Ｎｏ、２　　　６０
＠　　　　　　２．８　　μＩＩ　　　　　　Ｏ，０２
６ＥＮｏ、１　　５０°　　　　２−５　ｔｔ−０，０
２７Ｄ　　Ｎｏ、２　　４０”　　　　　３．１　８重
　　　０．０２５Ｆ　　Ｎｏ、１　　３５＠１５分加工
して欠＃ＩＣＮｏ、３　　　８０＠　　　　　　５．２
　　μＩＩ　　　　　　Ｏ，０３５ＩＩ　　Ｎｏ、３　
　７５”　　　　　２０分加工して欠損実施例３ 実施例１で作製した焼結ダイヤモンドを０．５Ｘ　３　
Ｘ　Ｏ，２■■にワイヤー放電加工機で切削して作製し
、Ｅ下面をラッピング加工した後、王水で酸処理し、　
Ｔｉｌ＃鳳、　Ｎｉ３ＩＩ層をスバタリング法により付
着させた。この面を超硬合金の白金にパラジウムローに
より接合し、ダイヤモンド砥石により刃付けして、４枚
刃からなる直径３１のリーマを作製した。この工具を用
いて、Ａｌ−１８ＺＳｉを切削速度８０ｍ／分、送り　
０．１１／刃でリーマ加工した。比較のため超硬合金製
のり−マもテストしたが、本発明工具は比較材の３０倍
の寿命を示した。

」乳玖盈】 以上説明したように本発明の切削用多結晶ダイヤモンド
砥石は、非鉄金属の切削加工の分野で優れた性能を示す
とともに、刃付は加工が容易で工具としての寸法精度も
得やすいので、このような分野に利用すると効果的であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ハ）は本発明に係る切削用多結晶ダ
イヤモンド工具の実施態様であるチップを示す側面図お
よび正面図であり、第２図（ａ）及び（ロ）は本発明に
係る切削用多結晶ダイヤモンド工具の他の実施態様であ
るエンドミルを示す正面図および側面図であり、第３図
（ａ）及び（ロ）は従来の焼結ダイヤモンドエンドミル
の正面図および側面図である。 第１図 （ｂ） ／

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）厚さ０．２ｍｍ以下０．０５ｍｍ以上の多結晶ダ
   イヤモンドが、超硬合金又は鋼に接合されたことを特徴
   とする切削用多結晶ダイヤモンド工具。
2. （２）多結晶ダイヤモンドが超高圧高温下で製造された
   焼結ダイヤモンドであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１）項記載の切削用多結晶ダイヤモンド工具。
3. （３）多結晶ダイヤモンドが気相合成法で製造された焼
   結ダイヤモンドであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１）項記載の切削用多結晶ダイヤモンド工具。
4. （４）超硬合金または鋼に接合された多結晶ダイヤモン
   ド面にＴｉあるいはＴｉ化合物と鉄族金属の薄膜を付着
   させ、該面と超硬合金面を銀ロー、パラジウムローある
   いはＮｉ鋼材で超硬合金または鋼と接合されたことを特
   徴とする特許請求の範囲第２）項または第３）項記載の
   切削用多結晶ダイヤモンド工具。
5. （５）工具刃先のくさび角が４０°〜７５°である特許
   請求の範囲第４）項記載の切削用多結晶ダイヤモンド工
   具。
6. （６）径が６ｍｍ未満の回転工具であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第４）項記載の切削用多結晶ダイヤモ
   ンド工具。