JPH0446701A - 気相合成ダイヤモンド切削工具 - 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〉 この発明は気相合成法により成膜した多結晶ダイヤモン
ド膜を用いた切削工具に関するものである。

〈従来の技術〉 ダイヤモンドは高い硬度、小さい摩擦係数、大きい熱伝
導率、優れた耐食性等の性質を有しており、これを用い
た切削工具は、高硬度、高耐摩耗性を有し、被削材との
耐溶着性に優れることがら難削材加工用として利用され
ている。

このようなダイヤモンド切削工具としては、単結晶ダイ
ヤモンドの切れ刃を母材に取付けた単結晶ダイヤモンド
工具、および微粒ダイヤモンドを高温高圧で焼結した焼
結体ダイヤモンドを用いた焼結体ダイヤモンド工具が従
来より実用に供されている。

しかしながら、これらのダイヤモンド切削工具は高価で
あるうえに、複雑な形状の切削工具には適用が困難であ
る等の欠点があった。

最近では、気相合成法によってダイヤモンド薄膜を合成
することが可能になり、工具基体上に直接ダイヤモンド
膜を被覆するダイヤモンドコーティング工具の開発が行
なわれている。しかし、ダイヤモンドコーティング工具
の場合、工具基体とダイヤモンド薄膜の密着性が重要で
あり、例えば、超硬合金上にダイヤモンド薄膜を成膜し
た工具では、切削加工中にダイヤモンド薄膜が剥離して
しまうおそれがある。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明者らは、上記した従来の問題に鑑み、単結晶ダイ
ヤモンド工具や焼結体ダイヤモンド工具に比較して遜色
なく、しかも安価で工具寿命の長いダイヤモンド切削工
具を提供することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 本発明者らは、気相合成ダイヤモンドとの密着性が良好
で、しかもダイヤモンドの熱膨張係数に近い熱膨張係数
を有する基板を選定し、その基板上に気相合成法により
多結晶ダイヤモンド膜を成膜し、この基板を工具基体の
刃先を構成する部分にダイヤモンド成膜面をすくい面と
して直接接着することで、優れたダイヤモンド切削工具
が得られることを見出したものである。

〈作用〉 即ち、ＳｉＣあるいは５ｉｓＮ４を基板とし、その上に
気相合成法により多結晶ダイヤモンドを成膜し、焼入鋼
や超硬合金からなる工具基体の切れ刃部に接着し、更に
刃付けを行なうことで単結晶ダイヤモンド切削工具や焼
結体ダイヤモンド切削工具と比較して遜色のない性能を
有するダイヤモンド切削工具が得られるのである。第１
図はこの発明で得られた気相合成ダイヤモンド切削工具
の斜視図、第２図は第１図の部分拡大図であり、１は基
板２上に成膜した気相合成ダイヤモンド膜、３は工具基
体、４は接着層である。

ここで、基板２としては、ＳｉＣまたは５ｉｓＮ４は、
それらを主成分とする焼結体を用いるが、他の方法で作
製したＳｉＣまたは５ｉＪ４でも使用可能である。多結
晶ダイヤモンドを成膜ｌしたこれら基板２の工具基体３
への接着方法としては、切削加工中の温度に耐えつる方
法であれば如何なる方法でもよ（、ろう付けを行なうこ
とが好ましいが、接着剤を用いることもできる。

また、気相合成ダイヤモンドの基板としてよ（用いられ
るＷ、　Ｍｏ、　Ｓｉ等をこの発明に応用した場合には
、Ｗ、Ｍｏでは密着性が低く工具として使用できない。

またＳｉの場合は欠は易いために使用不可能である。

以上述べたように、ＳｉＣまたは５ｉｓＮ４を基板とし
てその基板上に気相合成法により多結晶ダイヤモンドを
成膜し、これを基板ごと切削工具基体上に接着すること
で気相合成ダイヤモンド切削工具を作製することができ
る。

超硬合金上へ直接ダイヤモンドを成膜するコーティング
工具の場合、ダイヤモンドを厚く成膜することはできず
、一般には数μｍコーティングしているのが現状である
。これでは、高Ｓｉ含有のＭ合金のような被削材に対し
ては摩耗進行が早く、超硬合金の下地が露出する結果と
なり、長い工具寿命は期待できないという問題がある。

ＳｉＣや５ｉｓＮａは熱膨張係数がダイヤモンドのそれ
と比較的近い数値なので、ダイヤモンド膜を厚（するこ
とが可能である。また、厚く成膜することで、コーティ
ング工具では困難であったシャープエツジを含めた刃先
の処理が可能となった。

また、超硬合金はＳｉＣや５ｉｓＮ４に比較して安価で
あり、この発明によるとＳｉＣや５ｉｓＮ４の工具基体
に直接コーティングしてなるコーティング工具よりも工
具作製のコストを低減できる。加えて、１回の成膜で得
られた基板を切断し、数多くの工具基体の刃先に接着す
ることが可能である。このことから、この発明は刃先が
長く寸法の大きい工具に対してより有効である。工具基
体に関しては、切削条件によっては超硬合金以外に高速
度鋼等も使用でき、この場合は工具作製のコストな更に
低減することができる。

成膜する多結晶ダイヤモンドの膜厚は２０　ｕｙｒｒ以
上、１００μ■以下が好ましい。これは切削加工による
逃げ面摩耗量がダイヤモンドの厚みを超えると、基板に
到達してしまい急激に摩耗が進行することになるため、
ダイヤモンドの厚みの下限は２０μｍとなる。また１０
０μｍを超えると基板とダイヤモンド膜の密着性が低下
し、剥離することがあるため性能を維持できないためで
ある。

ＳｉＣまたは５ｉＪ４基板の厚みは、基本的には気相合
成法によりダイヤモンドを成膜できる厚みであればよい
。薄すぎると成膜中に基板の反りという現象が現れるた
めに、均一にダイヤモンドな成膜できなくなる。逆に厚
すぎると工具作製上問題となる。このようなことから、
基板の厚みとしては、０．５　ｍｍ以上、２　ｍｍ以下
が好ましい。より好ましくは０．５ｍｍ以上、１ｍｍ以
下である。

また、成膜した多結晶ダイヤモンドの膜質としては、ラ
マン分光法により測定した結晶ダイヤモンドの強度に対
する無定形炭素の強度比が０．２５以下が好ましい。０
．２５を超えると無定形炭素成分の占める割合が多（な
って耐摩耗性が著しく低下し、切削時の摩耗量が太き（
ダイヤモンド切削工具としての性能が認められなくなる
ためである。

〈実施例） 実施例１ 次に、この発明を実施例により詳細に説明する。

マイクロ波プラズマＣＶＤ法で、ＳｉＣ上にメタン／水
素を体積比率で２／１００とし、圧力１００Ｔｏｒｒ　
、基板温度８５０℃の条件下で３０１１ｍの多結晶ダイ
ヤモンドを成膜した。これを超硬合金の工具基体（ＳＰ
Ｇ４２２）上に真空ろう付けしたのち刃付は処理を施し
て気相合成ダイヤモンド切削工具（サンプルＡ）を作製
した。

この切削工具の性能を評価するために、外周面に軸方向
に延びる４本の溝が形成されたＡｆ　−１７％Ｓｉ合金
の丸棒を被削材に使用して以下の条件で切削試験を実施
した。

切削速度　：　　４００ｍ／ｍｉｎ 送　　　　　　リ　　　　：　　　　　０．２ｍｍ／ｒ
ｅｖ。

切込み　：　　０．１ｍｍ また、比較のためにＳｉおよびＭｏを基板として同じ方
法で作製した切削工具（サンプルＢ、Ｃ）、ならびに超
硬合金切削工具（サンプルＤ）、ダイヤモンド焼結体切
削工具（サンプルＥ）を用意し、同一の切削試験を実施
した。その結果を第１評にまとめ・て示した。

第　　　１　　　表 上表のように、この発明による気相合成ダイヤモンド切
削チップ（サンプルＡ）は、ダイヤモンド焼結体切削工
具（サンプルＥ）と同等の性能を示した。

実施例２ フィラメントＣＶＤ法で、５ｉｓＮ４基板上に第２表に
示す２つの条件で多結晶ダイヤモンドをそれぞれ５０１
Ｉｍ成膜した。

ラマン分光法により測定すると、ダイヤモンドの強度に
対する無定形炭素の強度比はサンプルＸで０．０８であ
り、サンプルＹで０．３１であった。

これらを超硬合金上にろう付けし刃付けを行なうことで
、気相合成ダイヤモンド切削工具を作製した。これらの
切削性能を評価するために第３表に示す切削条件で切削
試験を実施したところ、サンプルＸは６０分切削で逃げ
面摩耗量２０ｕｍであったが、サンプルＹは同じ６０分
切削で逃げ面摩耗量は４５ｕｍであった。

サンプルＸで切削した被削材の面粗度を測定したところ
、Ｒｍａｘ　＝５．５　ｌＩｍであり、見た目にも荒れ
ていた。そこでサンプルＸのダイヤモンド膜を研磨した
後工具を作製し、切削試験を行なったところ被削材の面
粗度はＲｍａｘ＝２．３μｍに向上した。

第 表 第 表 〈発明の効果〉 以上説明したように、この発明によれば、ダイヤモンド
コーティング工具の密着性や寿命といった従来の問題点
を解決し、安価で長寿命、かつ刃先処理が可能な気相合
成ダイヤモンド切削工具を作製することができ、ＡＮ−
Ｓｉ合金等の軽合金の切削に対して特に有効であること
が認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明により得られた切削工具の斜視図、第
２図は第１図の部分拡大図である。 ｌ・・・気相合成ダイヤモンド膜 ２・・・基板　　　　３・・・工具基体　　　４・・・
接着層出願人代理人　　弁理士　　和　１）　昭第 図 第２図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＳｉＣまたはＳｉ＿３Ｎ＿４を基板として、その
   上に気相合成法によって多結晶ダイヤモンド膜を成膜し
   、該ダイヤモンド成膜面をすくい面として、基板ごと切
   削工具基体の刃先上に接着したことを特徴とする気相合
   成ダイヤモンド切削工具。
2. （２）多結晶ダイヤモンド膜の膜厚が２０μｍ以上１０
   ０μｍ以下であることを特徴とする請求項（１）記載の
   気相合成ダイヤモンド切削工具。
3. （３）多結晶ダイヤモンド膜のラマン分光法による測定
   において、ダイヤモンドの強度に対する無定形炭素の強
   度比が０．２５以下であることを特徴とする請求項（１
   ）記載の気相合成ダイヤモンド切削工具。
4. （４）ＳｉＣまたはＳｉ＿３Ｎ＿４基板の厚さが０．５
   ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項（１
   ）記載の気相合成ダイヤモンド切削工具。
5. （５）ダイヤモンドの刃先加工が可能であることを特徴
   とする請求項（１）記載の気相合成ダイヤモンド切削工
   具。