JPH0456768A - ダイヤモンド被覆切削工具 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、Ａｌ−８ｔ合金を初めとする各種の軽合金を
、高速でしかも長時間の切削を可能にするダイヤモンド
被覆切削工具に関し、特に、硬質材料からなる基材表面
にダイヤモンドを析出させて被覆したダイヤモンド被覆
切削工具に関するものである。

［従来の技術］ 表面被覆切削工具として、基材の表面にＰＶＤ（Ｐｈｙ
ｓｉｃａｌ　　Ｖａｐｏｒ　　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）
法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　Ｖａｐｏｒ　　Ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、Ｔｉ。

Ｈｆ、Ｚｒの炭化物、窒化物、炭窒化物、およびＡＬの
酸化物の単層もしくは複層を形成させた表面切削工具が
広く実用に供されている。また、ダイヤモンドは極めて
硬度が高く、かつ化学的に安定しているため、ＡＩ、Ｃ
ｕやその他の軽金属の合金とはほとんど反応しない。し
たがって、ダイヤモンドを用いてこのような軽金属を高
速で切削すると、被削材の仕上げ面が極めて良好に仕上
がるため、単結晶ダイヤモンドや焼結ダイヤモンド、あ
るいはダイヤモンド被覆切削工具が切削工具として広く
実用に供されている。そのうちダイヤモンド被覆切削工
具の基材としては、従来主として超硬合金が用いられて
いる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来のダイヤモンド被覆切削工具の
ように、その基材として超硬合金を用いると、超硬合金
とダイヤモンドとの熱膨張係数の差が大きいため、かな
り大きな熱残留応力がダイヤモンド被覆層中に発生する
。超硬合金の線膨張係数は、一般に５〜６Ｘ１０−６／
ｄｅ　ｇであり、ダイヤモンドの線膨張係数は３Ｘ１０
−６／ｄｅｇであることはよく知られている。このため
、基材との十分な密着強度を得ることができる、ある程
度の層厚を越えると、ダイヤモンド被覆層が自発的に剥
離する。したがって層厚の大きい被覆層を形成すること
ができず、耐磨耗性を大幅に向上させることが実現され
ていない。

このような問題点を解消するために、従来、基材とダイ
ヤモンド被覆層との間に中間層を形成することか試みら
れたが、この中間層として考慮された物質の線膨張係数
も、いずれも超硬合金と同程度もしくはそれより大きい
ため、密着強度の向上には繋がっていない。

切削工具および耐摩工具は、基材との高い密着強度と、
十分な層厚が必要とされている。ところが上述した理由
により、これまでのところ基材と十分な密着強度を持っ
たダイヤモンド被覆層を得ることは実現されておらず、
またダイヤモンド被覆層の層厚についても、２０μｍ以
上の層厚を形成することが実現していない。また、ダイ
ヤモンド被覆層の面粗度も、一般的に１〜１０ｓと粗い
ものであり、それに対してラッピング等の平坦化処理を
行なうと、層厚が薄くなってしまい、耐磨耗性を大幅に
減少させることになる。したがってダイヤモンド被覆層
の粗い面粗度のままで使用せざるを得ないという問題が
あった。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、硬質材料で作られた切削工具のすくい面およ
び逃げ面の一部または全部に、ダイヤモンドを気相合成
によって析出させて被覆した、ダイヤモンド被覆切削工
具に関するものである。このダイヤモンド被覆切削工具
は、基材となる硬質材料の線膨張係数が４．ｏｘｌｏ−
’　ｄｅｇ−’以下であり、かつダイヤモンド被覆層の
層厚が２０μｍないし１５０μｍであることを特徴とす
る。

また本発明の他の特徴は、ダイヤモンド被覆層の後部の
すくい面および／または逃げ面の少なくとも切れ刃近傍
での表面粗さが０．２Ｓ以下である点にある。

［作用］ 本発明において、基材となる硬質材料の線膨張係数を４
．０ＸＩＯ−’　ｄｅｇ−１以下に限定したのは、この
範囲を越えると、ダイヤモンドとの熱膨張の差によって
ダイヤモンド被覆層中に発生する熱残留応力により、ダ
イヤモンド被覆層の剥離が生じやすくなり、十分な厚さ
のダイヤモンド被覆層を形成することができないからで
ある。このように線膨張係数の範囲を限定することを見
出したのは、ダイヤモンドを被覆する硬質材料として、
線膨張係数がダイヤモンド被覆層のそれに近い物質を用
いれば、熱残留応力によるダイヤモンド被覆層の剥離が
抑制されるであろうとの推測から、基材の線膨張係数を
種々に変えて実験し、線膨張係数が４．ｏｘｌｏ−’　
ｄｅｇ−１以下の硬質材料を基材として用いることによ
り、ダイヤモンド被覆層と十分な密着強度が得られると
いう結論に達したためである。

本発明のダイヤモンド被覆切削工具の使用目的であるＡ
ｌ、Ｃｕ合金などの軽金属合金の切削においては、種々
の条件下でも、工具刃先の温度は５００〜６００℃と低
い温度までしか上がらない。

このため、工具と被削材との化学反応による拡散磨耗は
問題とはならない。同様の理由により、セラミック工具
の欠点である熱亀裂も発生しない。

したがって、通常、熱拡散または熱亀裂による欠損によ
って鋼の切削に向かないＳｉ３Ｎ４やＳｔＣがダイヤモ
ンド被覆の基材として使用可能である。これらの物質の
線膨張係数は、原材料や製造方法によって異なるが、４
．ｏｘｌｏ−’　／ｄｅｇ以下の線膨張係数の焼結体を
基材に用いて、実際にダイヤモンドを被覆した場合、従
来のものより飛躍的に密着強度の高いダイヤモンド被覆
層を得ることができる。これらの基材を用いた場合、従
来の超硬合金を基材とする場合には不可能であった、２
０μｍ以上の膜厚をもつダイヤモンド被覆層を得ること
が可能になる。このため、これらの基材を用い、層厚が
２０μｍ以上のダイヤモンド表面被覆切削工具、耐摩工
具を製作した場合、従来の２０μｍ以下の層厚のものに
比べてその寿命は飛躍的に長くなる。

なお、ダイヤモンド表面被覆層の層厚の下限を２０μｍ
に限定したもう１つの理由は、２０μｍ以下では平面平
坦化処理を行なうと、層厚が薄くなり過ぎるため、耐磨
耗性が不十分になるからである。また上限を１５０μｍ
としたのは、１５０μｍを越える層厚は切削工具および
耐摩工具としては不必要かつ不経済であるためである。

本発明の効果を実証するために行なった実施例を、以下
に説明する。

［実施例コ 線膨張係数が２．０ＸＩＯ−’／ｄｅｇであり、３ｗｔ
％Ｙ２Ｏ３−２ｗｔ％Ａ１２０３　　ＺｒＯ２−１ｗｔ
％ＡｔＮを含み、残りの部分がＳｉ３Ｎ４からなるＳｉ
３Ｎ４基焼結体、および線膨張係数が４．０ＸＩＯ−’
　／ｄｅｇで、０．５ｗｔ％Ｂ　／　２　ｗ　ｔ％Ｃ−
２ｗ　ｔ％Ａｔ２０３を含み、残りの部分がＳｉＣから
なるＳｉＣ基焼結体を作成し、これをＪＩＳに規定され
た型番５ＰＧ４２２のスローアウエチップに加工した。

これらのスローアウエチップ表面を、一般的に行なわれ
ている表面処理として、２００番のレジンボンドダイヤ
モンド砥石によって粗研磨した後、２０μｍの厚さ分だ
け８００番のレジンボンドダイヤモンド砥石によって仕
上げ研磨を行なった。

２．４５ＧＨｚのマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用い
て、水素およびメタンの混合プラズマ中に置いてこれら
の硬質基材の表面に層厚２０〜１００μｍのダイヤモン
ド被覆層を形成することにより、本発明の実施例１〜４
に用いるダイヤモンド被覆切削チップを製作した。この
硬質基材は、９５０℃に加熱されていた。また、本基材
の表面に析出した被覆層は、反射電子線回折によってダ
イヤモンドであることを確認した。また、実施例３およ
び実施例４に用いるダイヤモンド被覆切削チップについ
ては、さらに、６００番のダイヤモンド砥粒を用いて、
逃げ面およびすくい面の切れ刃近傍を約３時間ラッピン
グすることにより、表面平坦化処理を施した。このよう
にして、第１表に示した本発明の実施例１〜４に用いる
ダイヤモンド被覆切削チップを製作した。

また比較のために、ＩＳＯＫ１０超硬合金（具体的には
ＷＣ−８ｗｔ％ＣＯ：線膨張係数５゜０ＸＩＯ−’　／
ＤＥＧ）製の同一形状のチップ（比較例１）と、このチ
ップに実施例１〜４と同じ表面処理を施し、同じ装置を
用いてダイヤモンド被覆層を５μｍの層厚で形成した比
較チップ（比較例２）と、ダイヤモンド被覆層を形成し
ないＳｉ３Ｎ４基焼結体製チップ（比較例３）と、Ｓｉ
Ｃ基焼結体製チップ（比較例４）を用意した。

これらも併せて第１表に示した。

（以下余白） これらの資料を用いて、第２表に示す条件で断続切削を
行ない、２分後および１０分後の逃げ面磨耗量、被削材
の面粗度を測定し、切れ刃の磨耗状態を観察した。

第２表 注）＊を付したものは、切刃近傍のラッピング処理あり
。

以上説明した実施例１〜４．比較例１〜４の断続切削試
験結果は、第３表に示す通りである。

なお、第３表において、比較例１〜４についての１０分
後のデータを示していないのは、比較例１〜４のいずれ
もが、２分後の段階で既に寿命に達しているためである
。

（以下余白） 第３表に示した断続切削試験結果から明らかなように、
本発明のダイヤモンド被覆切削チップの実施例１〜４に
おいては、いずれも、従来の切削チップである比較例１
〜４と比べると、基材との良好な密着性および耐磨耗性
を有し、また表面をラッピングによって平坦化処理を施
したもの（実施例３および実施例４）については、被削
材の面粗度がより良好となる。

［発明の効果コ 以上述べたように本発明によれば、線膨張係数が４．ｏ
ｘｉｏ−’　ｄｅｇ−’以下の硬質材料を基材とし、そ
れに２０μｍ〜１５０μｍの厚さのダイヤモンド被覆層
を形成することにより、ダイヤモンド被覆層の良好な密
着性と耐磨耗性を有するダイヤモンド被覆切削工具を得
ることができる。

また、このようなダイヤモンド被覆切削工具の被覆層の
表面粗さを、工具のすくい面と逃げ面との少なくとも切
れ刃近傍において０．２ｓに平坦化することにより、被
削材の面粗度を大幅に向上することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）硬質材料で作られた切削工具のすくい面および逃
   げ面の一部または全部に、ダイヤモンドを気相合成によ
   って析出させて被覆したダイヤモンド被覆切削工具にお
   いて、 基材となる硬質材料の線膨張係数が４．０×１０＾−＾
   ６ｄｅｇ＾−＾１以下であり、かつダイヤモンド被覆層
   の層厚が２０μｍ〜１５０μｍであることを特徴とする
   ダイヤモンド被覆切削工具。
2. （２）前記ダイヤモンド被覆層の工具のすくい面および
   ／または逃げ面の少なくとも切れ刃近傍での表面粗さが
   、０．２ｓ以下であることを特徴とする、請求項１記載
   のダイヤモンド被覆切削工具。