JPH03261671A - 切削工具用ダイヤモンドの接合法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は切削工具用ダイヤモンドの接合法に関する。さ
らに詳しくは、主に精密切削加二「に用いられるダイヤ
モンドバイトの刃先の１１１粘品ダイヤモンドと金属（
合金を含む）との接合力法、とくに大型のダイヤモンド
をクラックを／−１゜することなく強固に金属と接合す
る方法に関する。

［従来の技術］ ダイヤモンドバイトにおいてｔｐ−桔品ダイヤモンドを
シャンク（台金金属）に固定する方法としては、機械的
な方法とろう付法とが知られている。これらの方法のう
ち、一般にはクランプ、ハメコミと言った機械的な固定
方法が多く用いられている。一方、ろう付法は、たとえ
ば、ダイヤモンドと板状などの別な金属とを化学的に接
合したのち、この接合体の金属部分を通常のろう付法な
どによってシャンクに固定するものであり、つぎに述べ
るような特徴を有している。

■機械的な固定方法において必要なダイヤモンドの掴み
しろ（抑さえしろ）が、ろう付法では不要なため全面に
わたってダイヤモンドを利用することができ経済的であ
る。

■すくい角、逃げ角などバイト設計上の自由度が高くな
る。またシャンク上での結晶方位の設定も容易になる。

■ダイヤモンドは化学的に固定されるため、えられたダ
イヤモンド刃先は工具として長期間使用してもガタやゆ
るみがなく桔密切削工具としてすぐれている。

しかしながら、ダイヤモンドバイト用のｌ′Ｌ、１７＊
晶ダイヤモンドと金属とのろう付法については、これま
て二、三の方法が開示されているのみであり、しかもそ
れらは接合時のダイヤモンドのクラックの発生など種々
の未角１１′決の問題を含んでおり、未た実用化には至
っていないのが現状である。とくに、クラックの生しや
すい大型のダイヤモンドの接合方法に至っては、実用的
な接合法の提案は皆無に近い。

！ｌｉ粘晶ダイヤモンドを金属にろう付して、切削工具
用のダイヤモンドバイトとして用いるには、ろう付する
ばあいは無論のこと、再研磨などのためにダイヤモンド
と金属との接合体をシャンク上で繰り返し脱着するばあ
いなどにも、ダイヤモンドにクラックが発生しないこと
が必要であり、さらに、当然のことながら、切削および
研磨に耐えうるたけの充分な接合強度を有することも必
要である。

ところが、接合強度のみに着［１し、該強度を高める方
法としてはいくつか提案されているが、それらの方法は
いずれも数百分の１カラットがら数分の１カラツトのご
とく比較的小さいダイヤモンドの接合を目的としたもの
であり、ダイヤモンドが小さいために、クラックがほと
んど発生しないばあいにのみ通用しつる方法である。

すなわち、ダイヤモンドが大きくなるにしたがってダイ
ヤモンド自身のもつ山部歪や、ダイヤモンドと相手金属
との熱膨張率の差などが原因となりクラックの発生率は
急激に高くなる。そのようにクラックが発生すると、接
合「１体は良好であっても、えられたダイヤモンド刃先
はまったく使用できず大きな経済的損失につながり、し
かもその損失はダイヤモンドの大きさに関して指数的に
大きくなる。

たとえば、ダイヤモンドバイト用の単結晶ダイヤモンド
を金属に接合する方法として開示されているものとして
は、持分Ｈｒ（５５−１５８６０号公報に記載の方法（
以下、従来法Ｉという）、特開昭６１−４６０３号公報
に記載の方法（以下、従来法１１という）、特開昭６２
−１４８１０４号公報に記載の方法（以下、従来法１１
１という）などがあげられる。

従来法■では、ダイヤモンドの表面にＴｉ、ｗｌＣｏな
どのスパッター膜とＣｕ、　Ｎｌ、Ａｇなどのスパッタ
ー膜とをコーティングしたのち、大気中で金属にろう付
する方法がとられている。しかし、その方法は一般の切
削加圧用のバイトではなく１り導体用スクライバ−の製
造方法として開発されたものであり、数百分の１カラツ
トの大きさのダイヤモンドを接合する技術である。この
ような超小型のダイヤモンドではもともと接合によりク
ラックが発生するというおそれはまったくないため、ク
ラック発生防ＩＬのための提案はなく、この方法をクラ
ックの発生しゃすい大型のダイヤモンドの接合に適用す
ることはできない。

従来法■ではダイヤモンドのろう付においてそれまで不
充分だった金属との接合強度を高めるためにＰｃ、　Ｎ
ｉ、　Ｃｏ、　Ｃｕを０．５重量％以上含むＭｏ１νの
焼結合金（２％Ｎｉ−２％Ｉ’０−１１１．２％Ｆｃ−
２％旧−１％Ｃｕ−Ｍｏなど）が相手金属とじて用いら
れている。接合方法はまず真空中１１００℃でダイヤモ
ンドと中間層たるＡｕ−Ｔａ合金とを接合し、ついてこ
の接合体を銀ろうで前記焼結合金などにろう付するとい
う２段階を必要とする。

この従来法では天然ダイヤモンドのばあいに高い接合強
度かえられないことが知られている。

従来法１１１では単結晶ダイヤモンドはまずＭｏ。

Ｗ　、　Ｗ−Ｃｕ、　Ｖ−Ｐｃ−Ｃｕ　、　Ｖ−５％（
Ｎｉ−Ｃｕ）などの金属片と接合されるが、この接合体
を汎用の銀ろうや銅ろうでシャンクにろう付できるよう
にダイヤモンドと前記金属片とのあいたのろう月は融点
の高い（１０００℃以上）特殊な金糸のろう利（Ａｕ−
Ｔａ）に限定されており、したがってその接合温度が高
くなってしまう。

また、従来法！！および従来法１１１はいずれも数分の
１力ラツト程度のダイヤモンドの接合技術であり、前述
したごとくクラック発生防止には着目されていない。

このように、これまで単結晶ダイヤモンドにクラックを
発生させることなく金属と強固に接合する何効な方法は
知られていなかった。

「発明がＶｉ決しようとする課題］ 本発明は前記従来のダイヤモンド接合法における問題点
に鑑みてなされたものであり、クラックを発生すること
なく実用上充分な強度で単結晶ダイヤモンドと金属とを
接合する方法を提供することを目的とする。

［課題を１１決するための手段］ 本発明は５　Ｘ　１０−４Ｔｏｒｒ以下の高真空中８５
０℃以下において、０．５〜２．５重量％のＴｉと９７
．５〜９９．５重１２２　％　（７）　Ａｇ＋　Ｃｕ　
（Ａｇ＋　Ｃｕ中（７）Ｃｕが２０〜３５重量％）とか
らなる接合伺を用い、Ｉｌｉ結晶ダイヤモンドとＮｉて
被覆されたたとえば板状などの金属Ｍｏ、　ＷまたはＭ
ｏ５ｖの合金（Ｍｏおよび（または）Ｗと、Ｃｕ、旧、
ＣｏおよびＡｇからなる群より選ばれた１種以上の金属
とからなり、該１種以上の金属の合計含有量が３０重量
％以下）とを接合することを特徴とする切削工具用ダイ
ヤモンドの接合法に関する。

本発明において接合に供される切削工兵用単結晶ダイヤ
モンドは、天然のものであっても合成のものであっても
よい。また、ダイヤモンドの大きさにはとくに限定はな
いが、従来法ではクラックが発生しやすかった接合面の
面積が１０■２以上のごとき大型のダイヤモンドにおい
てもクラックが発生することなく強固な接合が達成され
るので、とくにその効果が大きい。

また、ダイヤモンドの厚さについてもとくに限定はなく
、　１．５＋＋ｖをこえる大きさや、さらに２　、０＋
ａｓ以上の大きさのダイヤモンドであってもクラックが
発り１′、せず本発明の効果かえられる。

［作　用］ ダイヤモンドの接合相手の金属としてはＭｏ。

Ｗまたはそれらの合金といった熱膨張率の小さい金属が
適していることが知られている。しがしながら、Ｍｏ、
　’ｄやそれらの合金そのままではろう材に対するぬれ
性がわるく、しかも不均一なぬれが生ずるためにクラッ
クが発生しゃすい。

本発明はこれらの点に鑑み鋭意検討をおこなった結果、
単結晶ダイヤモンドの接合相手の金属としてＮｉで被覆
した肋、Ｗまたはそれらの合金を用い、かつ両者を０．
５〜２．５重量％の１゛１と９７．５〜９９．５重量％
のＡｇ＋Ｃｕ（へｇ十Ｃｕ中のＣｕが２０〜３５重量％
）とからなる接合材を介して５×１０　１’ｏｒｒ以下
の真空中、１１５０”ｃ以下でろう付することによりこ
れらの問題点をＶｉ決するに至ったものである。

［実施例コ 本発明の方法によれば、特定の真空度かっ接合温度にお
いて、ダイヤモンドとＮｌ被覆を施したたとえば板状な
どの金属とが、特定の接合材を用いて接合せしめられる
。

ダイヤモンドの金属との接合面にはとくに限定はないが
、（１１０）面、（＋００）面が通常用いられる。

ダイヤモンドと接合される前記金属は、ＭｏｌＷ　ＳＭ
ｏの合金、Ｗの合金またはＭｏおよびＷの合金である。

前記合金は、熱膨張率があまり大きくないものであるこ
とを要し、具体的にはＭｏおよび（または）Ｗと、Ｃｕ
、旧、ＣｏおよびＡｇがらなる群より選ばれた１種以上
の金属とからなり、該］ＦＩｉ以上の金属の合計含有量
が３０重量％以下である。とくに、前記１種以上の金属
の合計含有量は、２５重量％以下であることが好ましい
。

前記範囲をこえると、熱膨張率が大きくなり、接合され
たダイヤモンドにクラックが発生しやすくなる。

Ｎｉ被覆の方法としてはとくに限定はないが、たとえば
電気メツキ、化学メツキ、イオンスパッターコーティン
グ、イオンブレーティングなどの方法を用いることがで
きる。

この、Ｎｉ被覆層の厚さとしては０．１〜１０μｍが好
ましく、　０．５〜５μｍがとくに好ましい。

Ｍｏ、　Ｗまたはそれらの合金上に旧被覆を施すことに
よってクラックの発生が抑えられる理由としては、Ｍｏ
、　Ｗまたはそれらの合金に対する接合材のぬれ性が向
上してより均一な接合かでき、その粘果接合層での歪の
偏りが少なくなるためと考えられる。

ぬれ柱以外にクラックの発生を防止するためのもう１つ
の重要な要因は温度である。ろう付温度が低い捏クラッ
クの発生が抑えられることは容易に推察される。本発明
では０，５〜２．５重量％のＴｉと９７．５〜９９．５
ｆｆｉ　ｍ％のＡｇ十Ｃｕ（Ａｇ＋Ｃｕ中のＣｕが２０
〜３５重量％）とからなる接合材が使用される。これら
は８５０℃以下でも充分溶融し、この範囲内であれば大
型のダイヤモンドでもクラックか生しることはない。

前記接合材には０．５〜２．５重量％の１゛Ｉか含まれ
る。この］゛ｉが本発明条件下でダイヤモンドと反応し
てカーバイドを生成することにより、ダイヤモンドと金
属との強固な接合が達成される。

したがって前記特定の接合材を用いることによって、比
較的低い接合温度と、接合に必要な量の活性成分とかえ
られるのである。

なお、接合材中のＴｉｆｆ１が前記範囲未満のばあいに
は、接合層となるＴＩＣ形成に充分な量のＴｉかえられ
ず接合強度が弱いものと思われる。また、Ｔｉ含有量か
前記範囲をこえるばあいには、接合ヰ４の溶融が不充分
なうえ、金属に対するぬれ性も劣り、接合層が厚くまた
は不均一なため、接合強度が低下する。さらに、前記Ｔ
Ｉ含有量は０．５重量％以上で２．０重量％以下である
ことが、低い接合温度と良好なぬれ性が維持され、かつ
接合に充分な量が提供されるという点で好ましい。

また、接合材として用いるへｇ十Ｃｕ中のＣｕの量か前
記範囲未満のばあいや、前記範囲をこえるばあいには、
ダイヤモンドの変質を生じさせない８５０℃程度以下の
温度では接合材の溶融が不充分となり、接合がおこらな
いか、またはおこってもその接合強度は極端に低いもの
となる。

接合温度に関しては、従来のダイヤモンドの接合では１
０００℃以上の温度が用いられていたのに比べ、本発明
では８５０℃以下でよく、しかも５　Ｘ　１０−４Ｔｏ
ｒｒ以下の真空中でろう付するためクラックの発生以外
にダイヤモンドの酸化や劣化の防止も可能である。

なお、前記接合温度は、いうまでもなく接合材の溶融温
度以上であることを要する。本発明に用いるＴＩとＡｇ
＋ｃｕとからなる前記接合層の溶融温度は、紹成によっ
ても昇なるが、約７７０〜８３０℃である。したがって
、接合温度は約７７０〜８５０℃となる。

以−ドに本発明の実施例について説明する。たたしこれ
らは本発明の内容をなんらＲ１１ｌ限するものではない
。

丈胤例１〜７および比較例１〜９ 第１表に示すごとく、種々のサンプルを作製した。

天然ダイヤモンドは上下の平行な面が（＋１０）面とな
るよう研磨した。接合面の面積およびダイヤモンドの厚
さの測定値は第１表に示すとおりである。合成ダイヤモ
ンドは接合面４ｍｍｘｌＩ、厚さ　０　、７ｍｍのもの
をそのまま使用した。

第１表に示す所定の厚さのＮｉ１ｌｉを施したＭｏ板（
！Ｏ１φ×２１）またはν板（１０ｓｖ口Ｘ２＋＋ｎ＋
）上に厚さ約０．１〜０．２ｍｍの薄板状の接合層を重
ね、その上に前記ダイヤモンドを置いた。詳しくは、実
施例１および３〜７に用いた接合材は、Ｃｕを所定量含
むＡｇ＋Ｃｕに対して所定量となるようＴＩを加え、溶
解し合金化したのち、圧延して作製されたものである。

なお、実施例２については、厚さ０．１閣ｍｌのＡｇ−
Ｃｕ合金（Ｃｕが２８重量％）を金属板の上に重ね、そ
の上に５μｍ厚さのＴＩ箔をＴＩが１．５重量％となる
ように重ね、その上にダイヤモンドを置いた。これらを
真仝炉に入れ１時間で昇温し５　Ｘ　１０　４Ｔｏｒｒ
中８５０℃を５分間保持しそののち２時間かけて冷却し
た。

えられた接合体についてクラックの発生状態およびダイ
ヤモンドの表面状態を観察したのち、接合体の剪断強度
を測定した。

実験条件と実験結果を第１表に示す。

Ｅ以下余白］ 実施例８〜１０および比較例１０〜１３前記Ｍｏ板また
はＶ板に代えてＭｏｌＶの合金の板（１０ｍｍ口Ｘ　２
　ｍｍ）を用い、第２表に示した条件で接合したほかは
、実施例１と同様にして種々のサンプルを作製したのち
、表面状態の観察および剪断強度の測定を行なった。

実験条件と実験結果を第２表に示す。

［以下余白コ 実施例１１〜１４および比較例１４〜１７つぎに、接合
面積が１０１Ｉ１１２以上の大型のダイヤモンドの接合
を行なった。すなわち、第３表に示した条件のほかは実
施例１と同様の方法でダイヤモンドの接合を行ったのち
、表面状態の観察および剪断強度の測定を行なった。

実験条件と実験結果を第３表に示す。

［以下余白コ 第１〜３表より、本発明の方法にしたかってダイヤモン
ドの接合を行なうことによって、高接合強度かえられ、
かつクラックの発生も防止されることがわかる。

接合体の剪断試験においてダイヤモンドが破壊したばあ
いにおいては、接合面がダイヤモンド白身よりも高い強
度を有しており、実用上まったく問題ないことを示して
いる。

これに対して、接合材がｙＣなるもの（比較例６〜９）
、真空度が異なるもの（比較例５）、接合温度が異なる
もの（比較例１〜２）、相手金属が異なるもの（比較例
１２〜１３および１７）、該金属へのＮｌ被覆がされて
ないもの（比較例３〜４．１０〜１１および１４〜１６
）は、クラックが発生したり、不充分な接合しかえられ
なかったりして、いずれも実用上の問題点を角ｑ決しえ
ないものであった。

このように、接合材、真空度、接合温度、相手金属およ
び金属表面へのＮｌ被覆のうちのいずれかひとつでも本
発明の方法の範囲より逸脱するばあいには、前述のごと
き効果はえられない。

［発明の効果］ 本発明により、単拮晶ダイヤモンドを比較的簡単に金属
に接合することを可能にし、以下のごとき効果を奏する
実用的な切削コニ具用ダイヤモンド接合法が提供される
。

■従来より問題であったクラックの発生がほぼ完全に防
止される。これによりダイヤモンドという高価な材料の
損失を最小限に止どめることができる。

■充分な接合強度かえられる。すなわち、接合面はダイ
ヤモンド自身の剪断強度以上の強度を有し、機械的固定
法にみられるようなガタ、ゆるみが起きることもない。

また、従来のろう付法にみられた接合体からのダイヤモ
ンドの脱離もまったく起こらない。したがって本発明に
よって作製されたダイヤモンドバイトは情密切削工具と
してすぐれた特性を有する。

■ろう付法によるため機械的固定法に比べ刃先として利
用できるダイヤモンドの面積が増大時 し経済的にも有利である。また各種の形状の刃先の設計
も可能となりダイヤモンド工具の利用範囲が拡大する。

許

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　５×１０＾−＾４Ｔｏｒｒ以下の高真空中８５０℃
   以下において、０．５〜２．５重量％のＴｉと９７．５
   〜９９．５重量％のＡｇ＋Ｃｕ（Ａｇ＋Ｃｕ中のＣｕが
   ２０〜３５重量％）とからなる接合材を用い、単結晶ダ
   イヤモンドとＮｉで被覆された金属ＭｏまたはＷとを接
   合することを特徴とする切削工具用ダイヤモンドの接合
   法。 ２　５×１０＾−＾４Ｔｏｒｒ以下の高真空中８５０℃
   以下において、０．５〜２．５重量％のＴｉと９７．５
   〜９９．５重量％のＡｇ＋Ｃｕ（Ａｇ＋Ｃｕ中のＣｕが
   ２０〜３５重量％）とからなる接合材を用い、単結晶ダ
   イヤモンドとＮｉで被覆されたＭｏおよび（または）Ｗ
   の合金（Ｍｏおよび（または）Ｗと、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ
   およびＡｇからなる群より選ばれた１種以上の金属とか
   らなり、該１種以上の金属の合計含有量が３０重量％以
   下）とを接合することを特徴とする切削工具用ダイヤモ
   ンドの接合法。 ３　単結晶ダイヤモンドの大きさが、金属との接合面の
   面積が１０ｍｍ＾２以上である請求項１または２記載の
   切削工具用ダイヤモンドの接合法。