JPH0525639A

JPH0525639A - 多結晶ダイヤモンド切削工具およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0525639A
Application number: JP3291629A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Nakamura; 中村　　勉; Yasuyuki Kaneda; 泰幸金田; Tetsuo Nakai; 哲男中井
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1991-05-09
Filing date: 1991-11-07
Publication date: 1993-02-02

Abstract

(57)【要約】【目的】多結晶ダイヤモンドを用いた切削工具の耐熱
性および工具強度を向上させることである。【構成】多結晶ダイヤモンド切削工具は低圧気相法に
より構成された多結晶ダイヤモンドを工具素材とし、ロ
ウ付層を介在して超硬合金からなるシャンクに接合され
ている。多結晶ダイヤモンド層は厚みが０．１〜１．０
ｍｍに設定されている。そして、ロウ付層は厚みが１０
〜５０μｍに設定されている。ロウ付層は融点が９５０
〜１３００℃の材料が用いられ、周期律表の第ＩＶａ、
Ｖａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ族の金属、およびこれらの炭化
物のうちから選ばれる１種以上の材料と、Ａｕ、Ａｇ、
Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉのうちから選ばれる１種以上の
材料とを含む合金層から形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高強度、耐熱性に優
れた多結晶ダイヤモンド切削工具の接合構造およびその
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンドは、硬度と熱伝導率が高い
ため、切削工具や耐磨工具として優れた性能を発揮し、
種々の用途に利用されている。ダイヤモンドを用いた切
削工具の例としては、特に単結晶ダイヤモンドの欠点で
ある劈開性による欠損を抑制する目的で、たとえば特公
昭５２−１２１２６号公報に記載されているようなダイ
ヤモンド微粒子を鉄系の金属結合材で焼結したダイヤモ
ンド焼結体を用いたものが知られている。

【０００３】しかしながら、ダイヤモンド焼結体を用い
たものは耐熱性が低いという問題があった。すなわち、
ダイヤモンド焼結体を７５０℃以上の温度に加熱する
と、耐摩耗性および強度が低下し、さらに９００℃以上
の温度に加熱すると焼結体が破壊する。この原因として
は、ダイヤモンド粒子と鉄系金属の結合材との界面にお
いてダイヤモンドの黒鉛化が生じることや、両者の加熱
時における熱膨脹率の差に基づく熱応力が発生すること
などが考えられる。

【０００４】そこで、耐熱性を改善するものとして、た
とえば特開昭５３−１１４５８９号公報に示されるダイ
ヤモンド焼結体を用いた工具が開発された。これは、焼
結体を酸処理して大部分の結合金属層を除去する方法を
用いている。しかしながら、この技術では、除去された
接合金属層の部分が空孔となるため、耐熱性は向上する
ものの強度の低下が著しいという問題があった。

【０００５】さらに、このような問題を改善するため
に、空孔の存在しない耐熱性ダイヤモンド焼結体を用い
たものが、たとえば特開昭５９−１６１２６８号公報や
特開昭６１−３３８６５号公報に開示されている。これ
らの耐熱性ダイヤモンド焼結体は、結合材としてＳｉや
ＳｉＣあるいはＮｉとＳｉの合金などが用いられてい
る。これらの焼結体のダイヤモンド粒子間結合は弱く、
また結合材の含有量が多いため、耐摩耗性の点で不十分
なものであった。

【０００６】このようなダイヤモンド焼結体を用いたダ
イヤモンド工具の問題点を改善するものとして、たとえ
ば特公平１−２１２７６７号公報に記載されているよう
な結合材を含まない多結晶ダイヤモンドを用いた切削工
具が開発されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】多結晶ダイヤモンドを
工具素材として用いた切削工具は、１つの形態として工
具支持体に多結晶ダイヤモンド層を接合し、その多結晶
ダイヤモンド層に刃先を構成したものがある。しかしな
がら、この多結晶ダイヤモンドを工具素材として工具支
持体にロウ付けした切削工具は、工具素材そのものの性
能だけでなく、工具支持体との接合ロウ付け層の性能
が、工具としての性能を支配する要因となることを本発
明者らは見いだした。特に、ダイヤモンド多結晶体の厚
みが０．５ｍｍ以下の場合には、多結晶ダイヤモンドの
厚みに加えてロウ材の耐熱性や厚みが工具性能に大きな
影響を及ぼすことを見いだした。

【０００８】すなわち、多結晶ダイヤモンド層の厚みは
必要最小限であることが加工コストの点からは望ましい
が、その厚みが薄くなるほど強度は低下することにな
る。さらに、多結晶ダイヤモンド層の厚みが強度的に問
題がない厚さであっても、ロウ材の耐熱性が低い場合や
ロウ材の厚みが厚すぎる場合には、特に刃先が高温とな
る切削条件下でロウ材の変形が顕著となり、工具全体と
しての強度を低下させることがある。

【０００９】したがって、この発明は、上記のような問
題点を解消するためになされたもので、さらに耐熱性お
よび高強度を有する多結晶ダイヤモンド切削工具および
その製造方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明による多結晶ダ
イヤモンド切削工具は、低圧気相法により合成された多
結晶ダイヤモンドを工具素材とし、この工具素材をロウ
付層を介在して工具支持体に接合して構成されている。
そして、工具素材の多結晶ダイヤモンド層は、厚さが
０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下に形成されている。ま
た、ロウ付層は厚みが１０〜５０μｍに形成され、その
融点が９５０℃以上１３００℃以下のロウ材を用いてい
ることを特徴としている。（なお、多結晶ダイヤモンド
層の厚みは、基板表面から鉛直方向に形成された層の厚
さで定義する。）また、この発明の多結晶ダイヤモンド
切削工具の製造方法は、以下の工程を備えている。ま
ず、基板上に低圧気相法により多結晶ダイヤモンド層を
形成する。そして、基板を除去するとともに、多結晶ダ
イヤモンド層を所定の素材形状に切断して工具素材を形
成する。さらに、この工具素材の接合面を工具支持体の
工具素材載置面との間にロウ材を介在させて加熱、溶融
することによって工具素材と工具支持体とを接合する。
ロウ材としては、周期律表第ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、Ｖ
ＩＩａ族のうちから選ばれた少なくとも１種類の金属
と、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉのうちから選
ばれた少なくとも１種類の金属とを含む合金層が用いら
れる。

【００１１】さらに、この発明の他の方法による多結晶
ダイヤモンド切削工具の製造方法は、以下の工程を備え
ている。まず、基板上に低圧気相法により多結晶ダイヤ
モンド層を形成する。次に、基板を除去するとともに、
多結晶ダイヤモンド層を所定の素材形状に切断して工具
素材を形成する。さらに、この多結晶ダイヤモンドの工
具素材の成長上面に周期律表第ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、
ＶＩＩａ族の金属およびこれらの金属炭化物のうちから
選ばれた少なくとも１種類の材料で被覆して被覆層を形
成する。そして、被覆層が形成された工具素材の接合面
と工具支持体の素材載置面との間に、Ａｕ、Ａｇ、Ｃ
ｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉのグループのうちから選ばれた少
なくとも１種類の材料を含むロウ材を介在させ、加熱、
溶融することによって工具素材と工具支持体とを接合す
る。

【００１２】

【作用】発明者らは、多結晶ダイヤモンド切削工具の強
度および耐熱性を支配する要因として、多結晶ダイヤモ
ンド層自体の特性と、さらにロウ材の特性とが影響する
ことを種々の検討結果より見出だした。その結果、まず
工具素材となる多結晶ダイヤモンド層の厚みは０．１ｍ
ｍから１．０ｍｍの場合が好ましい範囲であることが判
明した。この値より厚い場合は、工具素材の加工効率の
上から好ましいものではない。また、この範囲より厚み
が薄い場合においては工具素材の強度が低下する。

【００１３】さらに、ロウ材の特性としては、ロウ材の
材質や厚みが影響する。この発明によるロウ材は、その
融点が９５０〜１３００℃であり、高温度下の切削条件
下においても十分な耐熱性を有している。また、ロウ材
の厚みが１０〜５０μｍの範囲のおいては、ロウ材の変
形による工具強度の低下を抑制することができる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明による多結晶ダイヤモンド切
削工具の実施例について説明する。

【００１５】本発明による多結晶ダイヤモンド切削工具
の概要を製造工程に従って説明する。図１ないし図５お
よび図６は製造工程を順に示す工程図であり、図１ない
し図５は第１の方法を示し、図６は第２の方法を示して
いる。

【００１６】まず、図１を参照して、金属あるいは合金
からなる基板１の表面上に低圧気相法を用いて多結晶ダ
イヤモンド層２を形成する。基板１の表面は、その表面
粗さがＲｍａｘで０．２μｍ以下の鏡面に仕上げ加工さ
れている。この表面上に多結晶ダイヤモンド層を析出さ
せる方法としては、次のような低圧気相法が用いられ
る。たとえば、熱電子放射やプラズマ放電を利用して原
料ガスの分解・励起を生じさせる方法、あるいは、燃焼
炎を用いた成膜方法が有効である。原料ガスとしては、
たとえばメタン、エタン、プロパンなどの炭化水素類、
メタノール、エタノールなどのアルコール類、エステル
類などの有機炭素化合物と水素とを主成分とする混合ガ
スが一般的に用いられる。これ以外にはアルゴンなどの
不活性ガスや酸素、二酸化炭素、水などもダイヤモンド
の合成反応やその特性を阻害しない範囲内で原料中に含
有されても構わない。このような低圧気相法により、そ
の表面をＲｍａｘで０．２μｍ以下の鏡面に仕上げた金
属あるいは合金からなる基板上に、実質的にダイヤモン
ドのみからなり、ダイヤモンドの平均粒径が成長初期の
基板側で０．０１〜１μｍ、成長完了位置の成長面側で
はダイオード相の厚さの５〜１５％と粗大化する断面構
造を有する多結晶ダイヤモンドを膜厚が０．１〜１．０
ｍｍとなるように析出させる。ここで、多結晶ダイヤモ
ンドの粒径を上記のように規定するのは、これよりも粒
径が大きくなると欠損しやすくなるからである。また、
膜厚が０．１ｍｍよりも少なくなると多結晶ダイヤモン
ド層自体の強度が低下するためである。また、通常の仕
上げ加工に用いられるダイヤモンド工具の素材厚みとし
ては、工具寿命時点での逃げ面摩耗幅（０．１ｍｍ以
下）以上、たとえば０．１〜０．２ｍｍ程度あれば十分
であるという点も理由の１つである。膜厚が１．０ｍｍ
よりも厚い場合には、工具切削時の加工コストが増大す
るため好ましくない。しかしながら、必要であれば１．
０ｍｍ以上のものでも性能的には問題とならない。

【００１７】なお、基板としては多結晶ダイヤモンドの
内部応力を低減させるために、その熱膨張率がダイヤモ
ンドの熱膨張率と近いものが好ましい。また、基板上に
合成された多結晶ダイヤモンド層は、塩酸、硫酸、硝
酸、フッ酸あるいはこれらの混合液で化学処理によって
基板を溶解・除去することにより回収され工具素材とさ
れる。したがって、このような条件を満足する基板材料
として、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉなどを用いることが好ましい。
さらに、基板の表面をＲｍａｘで０．２μｍ以下の鏡面
に仕上げておく理由は、後述するように、工具製造コス
トと工具性能の両方の面から好ましいからである。

【００１８】次に、図２に示すように、レーザビーム１
２により基板１上に形成された多結晶ダイヤモンド層２
中に所定の工具素材形状に沿った切断線を形成する。

【００１９】さらに、図３に示すように、塩酸、硫酸、
硝酸、弗酸あるいはこれらの混合液により化学処理を施
して基板１を溶解し、多結晶ダイヤモンド層２から除去
する。このようにして形成された多結晶ダイヤモンド工
具素材３は、その積層方向の厚みが０．１〜１．０ｍｍ
に形成される。

【００２０】次に、図４に示すように、多結晶ダイヤモ
ンド工具素材３と工具支持体４とがロウ材５を介して接
合される。多結晶ダイヤモンド工具素材３と工具支持体
４との接合に際しては、多結晶ダイヤモンドの合成時に
基板と接していた表面が工具のすくい面となるように配
置することが重要である。多結晶ダイヤモンドの合成時
において、基板表面は予め表面粗さがＲｍａｘで０．２
μｍ以下の鏡面に仕上げられている。このため、この基
板の表面上に合成された多結晶ダイヤモンド層の表面は
その転写面として基板表面と同様の平滑面になってい
る。したがって、この面が工具のすくい面となるように
配置してロウ付けすれば、加工が難しいとされる多結晶
ダイヤモンドの表面を加工することなく平滑な工具すく
い面を得ることができる。さらに、上記のように、多結
晶ダイヤモンドの基板側の面はダイヤモンドの結晶粒が
微粒であり、成長上面に向かって粗大化するように形成
されている。このために工具すくい面を基板側の微粒ダ
イヤモンド面とすることにより、耐欠損性にすぐれた工
具を構成することができる。ロウ材としては、Ｌｉ、周
期律表第ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ族の金属のう
ちの１種類以上をロウ材全体の０．２〜５０体積％含有
し、ロウ材の残りの部分がＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐ
ｄ、Ｎｉのうちから少なくとも１種類以上の材料を含む
合金が用いられる。そして、このような合金からなるロ
ウ材はその融点が８００〜１３００℃、好ましくは９５
０〜１３００℃である。これらのロウ材を工具素材３と
工具支持体４の載置面との間に配置し、高温度に加熱し
てロウ材を溶融した後、冷却して工具支持体４と工具素
材３とを接合する。ここで、ロウ材の組成として、周期
率表第ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ族の１種以上を
０．２〜５０体積％含有すると規定しているのは、これ
らの金属あるいは炭化物がダイヤモンドと反応して接合
する特性を有するからである。このうち、特にＴｉ、
Ｗ、Ｔａ、Ｚｒあるいはこれらの炭化物は接合強度が優
れている。また、ロウ材の融点を制限するのは、この融
点の下限より低い場合には切削条件によってはロウ材の
軟化、流動が生じるためであり、また上限を定めるの
は、この上限値よりも高いと多結晶ダイヤモンドが劣化
するためである。

【００２１】その後、図５に示すように、研削加工ある
いはレーザ加工によって刃先部分８の加工を行なう。刃
先加工にレーザ加工を用いることにより、刃先部のチッ
ピングの大きさは０．５〜５μｍに形成することができ
る。以上の工程により多結晶ダイヤモンド切削工具が製
造される。

【００２２】図６は、工具素材３と工具支持体４との接
合方法の他の実施例を示している。その方法は、まず工
具素材３の多結晶ダイヤモンドの成長上面に被覆層を厚
さ０．１〜５μｍ程度に形成する。この被覆層はたとえ
ばイオンプレーティング法、スパッタリング法あるいは
蒸着法などを用いて形成される。そして、被覆層として
はＬｉ、周期律表の第ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ
族の金属、あるいはこれらの炭化物から選ばれる１種類
以上の材料が用いられる。被覆層の厚さを０．１〜５μ
ｍの範囲と規定するのは、０．１μｍより薄いと酸化防
止の効果がなくなるからである。また、５μｍよりも厚
い場合にはコストが増大するため好ましくないからであ
る。工具素材３に被覆層６を形成した後、工具支持体４
の接合面上に、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉの
うちから選ばれる少なくとも１種類以上の材料７を配置
した後、工具素材３と工具支持体４とを接合位置に配置
し、加熱し、ロウ材を溶融させる。この工程によって工
具素材３と工具支持体４とがロウ材を介して接合され
る。なお、金属被覆部６として、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｚｒ
およびこれらの炭化物のうちの１種類以上の材料を用い
た場合には、特に接合強度が優れる。

【００２３】以上の方法でロウ付けした後、逃げ面のみ
を確保して刃先を形成することにより所望の工具を作製
することができる。刃付けの方法としては、従来の切削
加工も適用できるが、レーザ加工技術を用いて、より鋭
利でチッピングの少ない刃先を低コストで形成すること
ができる。このレーザ加工による刃先のチッピングの大
きさが０．５〜５μｍの切削工具は、従来のダイヤモン
ド焼結体工具や気相合成ダイヤモンドを工具素材として
ロウ付けした研削刃付けの工具に比べて刃先の鋭利性の
点で特に優れる。なお、レーザ加工による刃先形成加工
については本発明者らの先願、特願平２−２７１０１号
あるいは特願平２−３２６２７７号に開示されている。

【００２４】実施例１マイクロ波プラズマＣＶＤ法により、その表面がＲｍａ
ｘで０．０８μｍの鏡面状態であるＳｉ基板上にダイヤ
モンド多結晶体を１０時間合成した。合成は以下の条件
で行なった。

【００２５】原料ガス（流量）：Ｈ₂ ３００ｓｃｃｍＣＨ₄ ２０ｓｃｃｍガス圧力：１２０Ｔｏｒｒマイクロ波発振出力：７５０Ｗ合成後、弗硝酸に浸漬してＳｉ基板のみを溶解除去する
ことによって、厚さが０．２ｍｍのダイヤモンド多結晶
体を回収することができた。ダイヤモンドの平均粒径
は、すくい面側で０．２μｍ、ろう付け面側では２０μ
ｍと粗大化する断面構造を有していた。また、基板側の
面はＲｍａｘで０．０８μｍであった。このダイヤモン
ド多結晶体を、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉを各々容量で６％、９
５％、４％ずつ含んだ耐熱性ロウ材を用いて超硬合金製
のシャンクにロウ付けした。なお、ロウ付けは工具素材
の成長面側を接合面として、５×１０^{- 5}ｔｏｒｒの真
空中において、ロウ材の融点である１０５０℃に１０分
間加熱して行なった。回収した接合体のロウ層厚みは３
０μｍであった。そのうち、＃１５００のダイヤモンド
砥石により逃げ面のみ加工して刃付けを行ない、切削工
具（Ａ）を作製した。

【００２６】比較として、上記と同様のダイヤモンド多
結晶体と超硬合金製シャンクをＡｇとＣｕを各々容量で
３０％と７０％含んだ融点が７００℃のロウ材を用いて
接合を行なったもの（Ｂ）を作製した。切削工具（Ｂ）
のロウ層厚みは４０μｍであった。

【００２７】さらに、粒径が５μｍで結合材としてＣｏ
を１２容量％含有する焼結ダイヤモンドをＲｍａｘで
０．０９μｍに表面加工して工具素材とした後、切削工
具（Ｂ）と同じロウ材で超硬合金製シャンクに接合した
もの（Ｃ）も作製した。なお、これらについても、切削
工具（Ａ）と同じダイヤモンド砥石を用いた切削加工で
刃付けを行なった。これらのスローアウエイチップ工
具としての性能評価を以下の条件で行なった。

【００２８】（切削条件）被削材：Ａ３９０−Ｔ６（Ａ１−１７％Ｓｉ）丸
棒切削速度：８００ｍ／ｍｉｎ切り込み量：１．５ｍｍ送り速度：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．冷却液：水溶性油剤（評価方法）５分切削後および６０分切削後の刃先状態の比較。

【００２９】その結果、表１に示すように、本発明の工
具は、焼結ダイヤモンド工具に比べ長時間にわたって鋭
利な切れ刃が維持されることが明らかとなった。また、
耐熱性ロウ材を使用しない工具は、ロウ材が流失した後
に大きな欠陥が発生し、工具として致命的な損傷をきた
すことが明らかとなった。

【００３０】

【表１】

【００３１】実施例２熱電子放射材に直径０．５ｍｍ、長さ１００ｍｍの直線
状タングステンフィラメントを用いた熱ＣＶＤ法によ
り、その表面がＲｍａｘで０．０３μｍのＭｏ基板上に
以下の条件で２０時間合成した。合成条件を以下に示
す。

【００３２】原料ガス（流量）：Ｈ₂ ５００ｓｃｃｍＣ₂Ｈ₂ １０ｓｃｃｍガス圧力：７０Ｔｏｒｒフィラメント温度：２２００℃ フィラメント−基板間距離：６ｍｍ基板温度：９００℃ 合成後、熱王水に浸漬してＭｏ基板のみを溶解除去する
ことにより厚さが０．３ｍｍのダイヤモンド多結晶体を
回収することができた。ダイヤモンドの平均粒径は、す
くい面側で０．１μｍ、ロウ付け面側では２５μｍと粗
大化する断面構造を有していた。また、基板側の面はＲ
ｍａｘで０．０３μｍであった。このダイヤモンド多結
晶体を、Ａｕ、Ｃｕ、Ｔａを各々容量で３５％、６０
％、５％ずつ含んだ耐熱性ロウ材を用いて超硬合金製の
シャンクにロウ付けした。なお、ロウ付けは工具素材の
成長面側を接合面として、４×１０^{- 5}ｔｏｒｒの真空
中においてロウ材の融点である１１００℃に５分間加熱
して行なった。回収した接合体のロウ層厚みは４０μｍ
であった。その後、ＹＡＧレーザにより刃付けを行な
い、切削工具（Ｄ）を作製した。

【００３３】比較として、切削工具（Ｄ）と同様の工具
素材とロウ材を用いて接合を行ない、ロウ層厚みを１０
０μｍとしたもの（Ｅ）も作製した。

【００３４】さらに、粒径が１０μｍで、結合材として
Ｃｏを１０容量％含有する焼結ダイヤモンドをＲｍａｘ
で０．０６μｍに鏡面加工して工具素材とした後、Ｐ
ｄ、Ａｇ、Ｃｕを各々容量で１０％、６０％、３０％含
んだ融点が８００℃のロウ材を用いて超硬合金製シャン
クに接合したもの（Ｆ）も作製した。なお、切削工具
（Ｅ）、（Ｆ）については＃１５００のダイヤモンド砥
石を用いた研削加工で刃付けを行なった。

【００３５】これらのスローアウェイチップ工具として
の性能評価を以下の条件で行なった。

【００３６】（切削条件）被削材：硬質カーボン切削速度：１０００ｍ／ｍｉｎ切り込み量：１．５ｍｍ送り速度：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．切削時間：４０分冷却液：水溶性油剤（評価方法）５分切削後および４０分切削後の刃先状態の比較。

【００３７】その結果、表２に示すように、本発明の工
具は焼結ダイヤモンド工具に比べ長時間にわたって鋭利
な切れ刃が維持されることが明らかとなった。また、同
じ組成のロウ材を使用したとしても、ロウ層の厚みによ
り大きな変位が生じ、ダイヤモンド多結晶体が欠損する
ことが明らかとなった。

【００３８】

【表２】

【００３９】実施例３熱電子放射材に直径０．３ｍｍ、長さ１２０ｍｍの直線
状タンタルフィラメントを用いた熱ＣＶＤ法により、そ
の表面がＲｍａｘで０．１２μｍのＳｉ基板上に以下の
条件で多結晶ダイヤモンドを３０時間合成した。合成条
件を以下に示す。

【００４０】原料ガス（流量）：Ｈ₂ ４００ｓｃｃｍＣＨ₄ １０ｓｃｃｍガス圧力：１００Ｔｏｒｒフィラメント温度：２１００℃ フィラメント−基板間距離：５ｍｍ基板温度：９５０℃ 合成後、加熱した弗硝酸に浸漬してＳｉ基板のみを溶解
除去することにより厚さが０．４ｍｍのダイヤモンド多
結晶体を回収することができた。ダイヤモンドの平均粒
径は、すくい面側で０．４μｍ、ロウ付け面側では３０
μｍと粗大化する断面構造を有していた。また、基板側
の面はＲｍａｘで０．１２μｍであった。このダイヤモ
ンド多結晶体の成長上面を、厚さ２μｍのＴｉで被覆し
た後、酸化防止膜としてさらにこの上にＮｉを３μｍ被
覆した。この金属被覆されたダイヤモンド多結晶体を、
Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉからなるロウ材を用いて超硬合金製の
シャンクにロウ付けした。なお、ロウ付けは工具素材の
成長面側を接合面として、大気中でロウ材の融点である
９８０℃に２分間加熱して行なった。回収した接合体の
ロウ層厚みは３０μｍであった。その後、ＹＡＧレーザ
により刃付けを行ない、切削工具（Ｇ）を作製した。

【００４１】比較として、切削工具（Ｇ）と同様の金属
被覆された工具素材をＡｇ、Ｃｕからなり、融点が７０
０℃のロウ材を用いて超硬合金製シャンクと接合を行な
ったもの（Ｈ）も作製した。

【００４２】さらに、粒径が３μｍで結合材としてＣｏ
を１２容量％含有する焼結ダイヤモンドをＲｍａｘで
０．１２μｍに鏡面加工して工具素材とした後、Ｐｄ、
Ａｇ、Ｃｕを各々容量で１０％、６０％、３０％含んだ
融点が８００℃のロウ材を用いて超硬合金製シャンクに
接合したもの（Ｉ）も作製した。なお、切削工具
（Ｈ）、（Ｉ）については＃１５００のダイヤモンド砥
石を用いた研削加工で刃付けを行なった。

【００４３】これらのスローアウェイチップ工具として
の性能評価を、以下の条件で行なった。

【００４４】（切削条件）被削材：ＡＩ−２５％Ｓｉ丸棒切削速度：１０００ｍ／ｍｉｎ切り込み量：１．２ｍｍ送り速度：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．切削時間：３０分冷却液：なし（乾式）（評価方法）１０分切削後および３０分切削後の刃先状
態の比較。

【００４５】その結果、表３に示したように、本発明の
工具は、焼結ダイヤモンド工具に比べ、長時間にわたっ
て鋭利な切れ刃が維持されることが明らかとなった。ま
た、耐熱性ロウ材を使用せずに作製された工具は、ロウ
材が流出した後に大きな欠損が発生し、工具として致命
的な損傷をきたすことが明らかとなった。

【００４６】

【表３】

【００４７】実施例４表４に示す条件で、その表面がＲｍａｘで０．０５μｍ
の鏡面状態であるＷ基板の置かれた反応管中に、Ｈ₂と
Ｃ₂Ｈ₆とＡｒを７：２：１の割合で混合したガスを流
量５００ｓｃｃｍで供給し、圧力１２０Ｔｏｒｒに調整
した。次に、高周波発振機から高周波（１３．５６ＭＨ
ｚ、出力：７００Ｗ）を与え、混合ガスを励起してプラ
ズマを発生させ、ダイヤモンド多結晶体の合成を行なっ
た。

【００４８】合成後、酸処理により基板のみを溶解除去
することで、基板側の表面がＲｍａｘで０．０５μｍの
鏡面状態であるダイヤモンド多結晶体のみを回収するこ
とができた。その特性を表４に併せて示す。

【００４９】このダイヤモンド多結晶体を工具素材と
し、その成長面側を接合面とし、表４に示すロウ材を用
いて超硬合金製のシャンクとロウ付け接合を行なった。
その後、ダイヤモンド砥石あるいはレーザ加工により刃
付けを行なった。

【００５０】これらのスローアウェイチップ工具として
の性能評価を以下の条件で行なった。

【００５１】（切削条件）被削材：Ａｌ−２２％Ｓｉ軸方向に８本のＶ字状断面の溝を有する丸棒切削速度：９００ｍ／ｍｉｎ切り込み量：０．８ｍｍ送り速度：０．１２ｍｍ／ｒｅｖ．冷却液：水溶性油剤（評価方法）６０分切削までの刃先状態の比較。

【００５２】結果を表４に示す

【００５３】

【表４】

【００５４】工具Ｋ、Ｌ、Ｎ、Ｐはいずれも初期に欠損
が生じた。しかし、工具Ｊ、Ｍ、Ｏは、優れた耐摩耗
性、耐欠損性および耐熱性を示し、また長時間にわたっ
て鋭利な切れ刃が維持されることが明らかとなった。

【００５５】

【発明の効果】このように、本発明による多結晶ダイヤ
モンド切削工具は、ロウ付層として耐熱性を有する材料
を用い、かつ多結晶ダイヤモンド層とロウ付層との厚み
を所定の範囲に設定することにより、耐熱性に優れかつ
十分な強度を有する多結晶ダイヤモンド切削工具を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による多結晶ダイヤモンド切削工具の
製造工程の第１工程を示す工程図である。

【図２】この発明による多結晶ダイヤモンド切削工具の
製造工程の第２工程を示す工程図である。

【図３】この発明による多結晶ダイヤモンド切削工具の
製造工程の第３工程を示す工程図である。

【図４】この発明による多結晶ダイヤモンド切削工具の
製造工程の第４工程を示す工程図である。

【図５】この発明による多結晶ダイヤモンド切削工具の
製造工程の第５工程を示す工程図である。

【図６】この発明による多結晶ダイヤモンド切削工具の
他の製造工程の主要な工程を示す工程図である。

【符号の説明】

１基板２多結晶ダイヤモンド層３工具素材４工具支持体５ロウ付層６被覆層７ロウ付材料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に低圧気相法により合成された多
結晶ダイヤモンドを工具素材とし、この工具素材をロウ
付層を介在して工具支持体に接合して構成された多結晶
ダイヤモンド切削工具において、前記多結晶ダイヤモンドは、膜厚が０．１ｍｍ以上．０
１ｍｍ以下であり、前記ロウ付層は、融点が９５０℃以上１３００℃以下の
ロウ材で構成されていることを特徴とする、多結晶ダイ
ヤモンド切削工具。
【請求項２】前記ロウ付層は、周期律表第ＩＶａ、Ｖ
ａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ族の金属、周期律表第ＩＶａ、Ｖ
ａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ族の金属の炭化物のうちから選ば
れた１種以上のものと、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐ
ｄ、Ｎｉのうちから選ばれた１種以上のものとを含む、
請求項１に記載の多結晶ダイヤモンド切削工具。
【請求項３】前記ロウ付層は、前記工具支持体側に位置
し、かつＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉのうちか
ら選ばれた１種類以上の金属を含む第１層と、前記工具素材側に位置し、周期律表第ＩＶａ、Ｖａ、Ｖ
Ｉａ、ＶＩＩａ族の金属、周期律表第ＩＶａ、Ｖａ、Ｖ
Ｉａ、ＶＩＩａ族の金属の炭化物のうちから選ばれた１
種以上のものを含む第２層とからなる、請求項１または
請求項２に記載の多結晶ダイヤモンド切削工具。
【請求項４】前記ロウ付層の第２層は、Ｔｉ、Ｗ、Ｔ
ａ、Ｚｒおよびこれらの炭化物のうちから選ばれた１種
以上のものを含み、その膜厚が０．１μｍ以上５μｍ以
下である、請求項３に記載の多結晶ダイヤモンド切削工
具。
【請求項５】前記ロウ付層の厚みは、１０μｍ以上５
０μｍ以下である、請求項１ないし請求項４のいずれか
に記載の多結晶ダイヤモンド切削工具。
【請求項６】前記多結晶ダイヤモンド層の成長上面
は、前記ロウ付層に接合されており、前記多結晶ダイヤ
モンド層の工具すくい面は合成時に前記基板に接してい
た面からなり、かつ表面粗さが最大高さ表示Ｒｍａｘで
０．２μｍ以下である、請求項１ないし請求項５のいず
れかに記載の多結晶ダイヤモンド切削工具。
【請求項７】前記多結晶ダイヤモンドの粒径は、前記
すくい面側から前記ロウ付け側へ向かって粗大化してお
り、その粒径は、前記すくい面側で０．０１μｍ以上１
μｍ以下であり、前記ロウ付け面側で前記多結晶多結晶
ダイヤモンド層の厚さの５％以上１５％以下である、請
求項１ないし請求項６のいずかに記載の多結晶ダイヤモ
ンド切削工具。
【請求項８】前記多結晶ダイヤモンド層は、工具すく
い面と工具逃げ面との交線に沿う刃先のチッピングの大
きさが０．５μｍ以上５μｍ以下である、請求項１ない
し請求項７のいずれかに記載の多結晶ダイヤモンド切削
工具。
【請求項９】前記工具支持体は超硬合金からなる、請
求項１ないし請求項８のいずれかに記載の多結晶ダイヤ
モンド切削工具。
【請求項１０】基板上に低圧気相法により多結晶ダイ
ヤモンド層を形成する工程と、前記基板を前記多結晶ダイヤモンド層から除去するとと
もに、前記多結晶ダイヤモンド層を所定のチップ形状に
切断して工具素材を形成する工程と、多結晶ダイヤモンドの前記工具素材の成長上面と工具支
持体の工具素材載置面との間に、周期律表第ＩＶａ、Ｖ
ａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ族の金属および、これらの炭化物
のうちから選ばれた少なくとも１種類の金属と、Ａｕ、
Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉのうちから選ばれた少な
くとも１種類の金属とを含む合金からなるロウ材を介在
させ、加熱、溶融することにより前記工具素材と前記工
具支持体とを接合する工程とを備えた、多結晶ダイヤモ
ンド切削工具の製造方法。
【請求項１１】前記ロウ材は融点が９５０℃以上１３
００℃以下の合金を用いる、請求項１０記載の多結晶ダ
イヤモンド切削工具の製造方法。
【請求項１２】前記ロウ材は、周期律表第ＩＶａ、Ｖ
ａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ族のうちから選ばれた少なくとも
１種類の金属を０．２体積％以上５０体積％以下含む、
請求項１０または請求項１１のいずれかに記載の多結晶
ダイヤモンド切削工具の製造方法。
【請求項１３】前記ロウ材の厚さは１０μｍ以上５０
μｍ以下に形成される、請求項１０ないし請求項１２の
いずれかに記載の多結晶ダイヤモンド切削工具の製造方
法。
【請求項１４】前記多結晶ダイヤモンド層を形成する
工程は、表面粗さがＲｍａｘで０．２μｍ以下の前記基
板の表面上に、結晶成長方向に沿って平均粒径が粗大化
し、前記基板側で平均粒径が０．０１μｍ以上１μｍ以
下であり、成長上面側で前記多結晶ダイヤモンドの厚さ
の５％以上１５％以下となる条件下で行なわれており、前記多結晶ダイヤモンド層の前記基板に接していた表面
が工具すくい面となるように前記多結晶ダイヤモンド層
と前記工具支持体とがロウ付けされる、請求項１０ない
し請求項１３のいずれかに記載の多結晶ダイヤモンド切
削工具の製造方法。
【請求項１５】前記工具素材の厚さは、０．１ｍｍ以
上１．０ｍｍ以下に形成される、請求項１０ないし請求
項１４のいずれかに記載の多結晶ダイヤモンド切削工具
の製造方法。
【請求項１６】前記基材は、塩酸、硫酸、硝酸、弗酸の
うちの少なくとも１つの溶液中で溶解することによって
前記多結晶ダイヤモンド層から除去される、請求項１０
ないし請求項１５のいずれかに記載の多結晶ダイヤモン
ド切削工具の製造方法。
【請求項１７】基板上に低圧気相法により多結晶ダイ
ヤモンド層を形成する工程と、前記基板を前記多結晶ダイヤモンド層から除去するとと
もに、前記多結晶ダイヤモンド層を所定の素材形状に切
断して工具素材を形成する工程と、多結晶ダイヤモンドの前記工具素材の成長上面に、周期
律表第ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ族の金属、およ
びこれらの金属炭化物のうちから選ばれた少なくとも１
種類の材料を被覆して被覆層を形成する工程と、被覆された前記工具素材の接合面と工具支持体の工具素
材載置面との間にＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ
のうちから選ばれた少なくとも１種類の材料を含むロウ
材を介在させ、加熱、溶融することにより前記工具素材
と前記工具支持体とを接合する工程とを備えた、多結晶
ダイヤモンド切削工具の製造方法。
【請求項１８】前記ロウ材は、融点が９５０℃以上１
３００℃以下の合金を用いる、請求項１７に記載の多結
晶ダイヤモンド切削工具の製造方法。
【請求項１９】前記被覆層は厚さは０．１μｍ以上５
μｍ以下に形成される、請求項１７ないし請求項１８の
いずれかに記載の多結晶ダイヤモンド切削工具の製造方
法。
【請求項２０】前記工具素材と前記工具支持体との間
に介在する接合層の厚さは、１０μｍ以上５０μｍ以下
に形成される、請求項１７ないし請求項１９のいずれか
に記載の多結晶ダイヤモンド切削工具の製造方法。
【請求項２１】前記多結晶ダイヤモンド層を形成する
工程は、表面粗さがＲｍａｘで０．２μｍ以下の前記基
板の表面上に、結晶成長方向に沿って平均粒径が粗大化
し、前記基板側で平均粒径が０．０１μｍ以上１μｍ以
下であり、成長上面側で前記多結晶ダイヤモンドの厚さ
の５％以上１５％以下となる条件下で行なわれており、前記多結晶ダイヤモンド層の前記基板に接していた表面
が工具すくい面となるように前記多結晶ダイヤモンド層
と前記工具指示体とがロウ付けされる、請求項１７ない
し請求項２０のいずれかに記載の多結晶ダイヤモンド切
削工具の製造方法。
【請求項２２】前記工具素材の厚さは０．１ｍｍ以上
１．０ｍｍ以下に形成される、請求項１７ないし請求項
２１のいずれかに記載の多結晶ダイヤモンド切削工具の
製造方法。
【請求項２３】前記基材は、塩酸、硫酸、硝酸、弗酸の
うちの少なくとも１つの溶液中で溶解することによって
前記多結晶ダイヤモンド層から除去される、請求項１７
ないし請求項２２のいずれかに記載の多結晶ダイヤモン
ド切削工具の製造方法。
【請求項２４】前記工具素材に接合された前記多結晶
ダイヤモンドは、レーザ加工を用いて刃先が形成され
る、請求項１７ないし請求項２３のいずれかに記載の多
結晶ダイヤモンド切削工具の製造方法。