JPH0418975B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は気相合成ダイヤモンド膜を装着した切
削工具ならびに耐摩耗工具等に関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来、非鉄材料や非金属材料の切削加工工具又
は高耐摩耗性を要する耐摩耗工具には超硬合金、
多結晶焼結体ダイヤモンド及び天然若しくは合成
の単結晶ダイヤモンドなどが用いられている。

このうち、ダイヤモンド工具は、高硬度、高耐
摩耗性および被削材との耐溶着性に優れているな
どの特徴があり、好まれている。

これに対して、最近、ダイヤモンド工具とし
て、気相合成法によるダイヤモンド薄膜を金属製
又は超硬合金製基体上に析出させて、これらの用
途に適用しようとする新しい試みがある。しか
し、この試みにより、実用に堪える工具を製造す
ることに成功していない。

［発明が解決しようとする問題点］ ダイヤモンド薄膜を金属製工具基体又は超硬合
金製工具基体上にコーテイングして切削工具並び
に耐摩耗工具を製作する場合、ダイヤモンド膜と
それらの工具基体との接着を強固に保つことは困
難である。すなわち、ダイヤモンド膜の厚さを厚
くすればする程、それだけ基板との接着強度は低
下する傾向にある。

例えば、超硬合金上にダイヤモンドをコーテイ
ングした切削用チツプは、切削加工中にダイヤモ
ンド膜がすぐに剥離してしまう。

さらに気相合成法によるダイヤモンド膜の合成
は鉄系金属上には析出し難い等、基体の種類によ
つて大きく影響をおよぼされ、どのような基体上
にもダイヤモンドが析出するとは限らず基体物質
の種類の選択に制約があるなどの問題点がある。

また、気相合成法によるダイヤモンド膜は、結
晶性の良い膜程表面がざらざらしていて被覆した
ままで切削工具や耐摩耗工具として利用出来る分
野は少なく、後加工としての膜の表面を研磨する
必要があり、膜厚としては研磨代を含めて10μm
以上は必要となる。ところが、前述したように、
膜厚10μm以上の場合、気相合成法によるダイヤ
モンド膜は、工具基体に十分な接着力で被膜する
ことは困難である。

本発明は、全く新しい手法により、これらの問
題点を解決して、気相合成法によるダイヤモンド
膜を装着した工具を提供することを目的とするも
のである。

［問題を解決するための手段］ 本発明者らは、上記ダイヤモンド膜と基体との
接着力ならびに基体種類の制約などの問題点を解
決するために、鋭意研究の結果、ダイヤモンドが
最も析出しやすい析出基板上にダイヤモンドを厚
く成膜させ、そのダイヤモンドの表面を所望の基
体上にロウ付けし、しかる後にダイヤモンドを成
膜させた元の析出基板を研磨等により除去する間
接的蒸着手法に想到して、これを追究して本発明
を完成した。

すなわち、本発明は、気相合成法により、析出
基板上に10〜1000μmの厚さにダイヤモンド膜を
析出させ、該析出基板を着けたまま該ダイヤモン
ド膜を工具基体上にロウ付けした後、該析出基板
を除去することを特徴とする気相合成ダイヤモン
ド工具の製造法よりなるものである。

本発明は、例えば、バイト、ダイス、タツプ、
ゲージ、抜き型、線引きダイスなど硬度と耐摩耗
性を必要とする工具類の製造に総て適用すること
ができる。

本発明に用いる最初にダイヤモンド膜を析出さ
せる基板は、ダイヤモンドが析出しやすく、後に
研磨等により除去できるものであればどのような
ものでも使用することができる。

本発明においては、このような析出基板とし
て、例えば、シリコン、モリブデン、タングステ
ンなどを好適に使用することができる。この中で
もシリコンは研磨等により除去しやすい点からも
好ましい。

本発明における特徴は、ダイヤモンドが析出し
やすい析出基板を用いて、気相合成法により、ダ
イヤモンドを間接的に該基板の上に析出させるも
のであるので、材質が限定された工具基体の上に
直接成膜する場合と異なり、析出基板の上ではダ
イヤモンド膜を厚く成膜することが非常に容易で
ある。

本発明において、析出基板上に析出させるダイ
ヤモンド膜の厚さは10〜1000μmであり、この厚
さが10μm未満ではロウ付け後の研磨等による除
去が行い難く、一方、1000μmを越える場合は工
具としての性能上の向上はない上、気相合成によ
る成膜工程に時間がかかり効率的でない。

本発明に用い析出基板上のダイヤモンド膜の合
成は、物理蒸着方法及び化学蒸着方法を使用する
ことができ、化学蒸着（CVD）では、熱分解
CVD、プラズマCVD、イオンビームCVD法など
の公知のダイヤモンド気相合成法を採用すること
ができる。

本発明に用いる工具基体は、強度的に工具とし
ての使用に堪える硬度及び強度を有し、ダイヤモ
ンドをロウ付けすることができるものであれば、
どのような材質の工具基体でも使用することがで
きる。

従来より、工具又は工具の基体として使用され
ているもの、例えば、炭化タングステンなどの超
硬合金基体、炭素工具鋼、合金工具鋼、高速度工
具鋼などの金属基体又はアルミナ、ジルコニアな
どの非金属フアインセラミツクよりなる基体など
工具として使用できるものは少なくとも本発明の
工具基体として使用することができる。

本発明の第二の特徴は、析出基板上に成膜した
ダイヤモンド膜は、析出基板を着けたまま、その
ダイヤモンド膜表面の方を所望の工具基体上にロ
ウ付けすることにより、単なる蒸着による接着と
異なり、ダイヤモンド膜と工具基体とは強固に接
着するこことができる点にある。

本発明において、ロウ付けに用いるロウ材は、
融点700〜900℃程度のものが望ましく、ダイヤモ
ンド膜と使用する基体との良好な接着を行うもの
であれば、特に制限はないが、通常、天然ダイヤ
モンドまたは単結晶ダイヤモンドを接着するとき
に使用されていたものは総て好適に使用すること
ができる。

本発明においては、使用する工具基体の種類に
応じて、ロウ材の種類を選択する必要がある。

本発明において、金属製工具基体又は超硬合金
製工具基体との間に使用するロウ材として、Ti
−Cu−Ag系ロウ材、Cu−Ni−Ti系ロウ材、Ag
−Cu−Pd系ロウ材などを挙げることができる。

また、本発明において、フアインセラミツク製
工具基体とダイヤモンド膜との接着に用いロウ材
としては、Ti−Cu−Ag系ロウ材が適している。

本発明に他の材質の工具基体を用いたときは、
それに対応して適宜ロウ材を選択して使用するこ
とができる。

本発明のロウ付けは、常法により溶融ロウ材を
介在させて、両者の面を押し付けて接着すること
により行う。

本発明に用いる工具基体は、必ずしも平板状の
ものに限定されない。本発明におけるダイヤモン
ドの気相合成法の特徴は、どのような形の曲面で
あつても、蒸着によりその曲面通りに膜を製造で
きる点にある。

従つて、曲面又は角面を有する工具基体であつ
ても、これを型にとり、この型に合わせて析出基
板を形成して、これに気相合成によりダイヤモン
ド膜を該型通り成膜させれば、曲面又は角面を有
する工具基体にも適合するダイヤモンド膜を基体
の上に接着することができる。

［実施例］ 本発明を実施例により、さらに、詳細に説明す
る。

実施例 １ 第１図に示すようにシリコン析出基板上に直流
プラズマCVD法により、圧力は200Torrとし、
温度800℃において、メタン濃度としてメタン／
水素＝１／100（モル比）を維持し、合成時間５時
間の条件で、ダイヤモンドを100μmの厚さに成膜
した。

つぎにその成膜したダイヤモンド膜の膜面を第
２図に示すように超硬合金の切削チツプ上に直
接、真空ロウ付けした。

ロウ付け法は天然ダイヤモンドのシヤンクへの
直接ロウ付けと同様の手法により実施した。

WESGO社製商品名TICUSILを用い10^-4〜
10^-5Torrで真空ロウ付けを常法により行つた。
しかる後、第３図に示すようにシリコン析出基板
を研磨加工によつて除去し、さらに刃付けを行う
ことによつて第４図に示すように気相合成ダイヤ
モンドチツプを作成した。

この気相合成ダイヤモンドチツプのバイトを装
着した株式会社大隈鉄工所製LS旋盤により、Al
−８％Si合金の切削試験を行つた。

本実施例の工具の切削条件は、切削速度340
ｍ／min、送り0.15mm／rev.、切り込み0.15mmと
した。その結果、この気相合成ダイヤモンドチツ
プの逃げ面摩耗は100分間の連続切削後2μmであ
り、焼結体ダイヤモンドチツプと同等の性能を示
した。

実施例 ２ ダイヤモンドの析出基板をモリブデンとし、実
施例１と同様にダイヤモンドを50μmの厚さに成
膜し、高速度鋼バイト工具基体上に直接、真空ロ
ウ付けした。しかる後、モリブデン析出基板を研
磨加工によつて除去し、さらに刃付けを行うこと
によつて、第５図に示すような気相合成ダイヤモ
ンドバイトを作製した。

この気相合成ダイヤモンドバイトにて、実施例
１と同様な条件でAl−８％Si合金の切削試験を
行つた結果、上記実施例と同じく焼結体ダイヤモ
ンドチツプと同等の遜色ない性能が得られた。

実施例 ３ ダイヤモンドの析出基板をタングステンとし、
実施例１と同様にダイヤモンドを30μmの厚さに
成膜し、ダイス鋼製ブロツクシユー上に直接、真
空ロウ付けした。しかる後、タングステン析出基
板を研磨加工によつて除去し、第６図に示す耐摩
耗工具を作製した。

実施例 ４ ダイヤモンドの析出基板をシリコンとし、実施
例１と同様にダイヤモンドを150μmの厚さに成膜
し、炭素工具鋼製台金上に直接、真空ロウ付けし
た。しかる後、シリコン析出基板を研磨加工によ
つて除去し、第７図に示す総型バイトを作製し
た。

実施例 ５ ロウ付け部を転写した曲面を持つモリブデンを
ダイヤモンドの析出基板とし、実施例１と同様に
ダイヤモンドを100μmの厚さに成膜し、合金工具
鋼製シヤンク上に直接、真空ロウ付けした。しか
る後、モリブデン析出基板を円筒研磨加工によつ
て除去し、第８図に示すダイヤモンドを作製し
た。

［発明の効果］ 本発明によれば、バインダーを含有しない緻密
なダイヤモンド膜を工具基体の種類に制約される
ことなく、しかも基体と強固に接着することがで
きるので、その効果は顕著である。

気相合成により作成したダイヤモンド膜は緻密
な多結晶体であり、ダイヤモンドの微粉末をCo
などのバインダーとともに焼結した焼結体多結晶
ダイヤモンドのようにバインダーを含んでいない
のできわめて高い耐摩耗性を有する一方、単結晶
ダイヤモンドの様な異方性がないので、刃付け加
工等が容易で安定した性能を有する。

さらに、気相合成法の特徴であるダイヤモンド
膜の形が被覆面により自由な形状に形成すること
ができるので、どのような形の工具も本発明の製
造法により製作することができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図及び第４図は本発明の
実施例の工具を製造する手順を示す工程説明図で
あり、第５図は本発明の他の実施例の高速度鋼バ
イトの斜視図であり、第６図は本発明の実施例に
係るダイス鋼製ブロツクシユーの斜視図である。
また、第７図は本発明の実施例に係る総型バイト
の斜視図であり、第８図は本発明の実施例に係る
ダイヤピンの斜視図である。 図中の符号は、１……析出基板、２……ダイヤ
モンド膜、３……工具基体、４……ロウ付け部で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 気相合成法により、析出基板上に10〜
   1000μmの厚さにダイヤモンド膜を析出させ、析
   出基板を着けたまま該ダイヤモンド膜を工具基体
   上にロウ付けした後、該析出基板を除去すること
   を特徴とする気相合成ダイヤモンド工具の製造
   法。