JPH07196379A - 気相合成ダイヤモンドろう付け工具およびその製造方法 - Google Patents
気相合成ダイヤモンドろう付け工具およびその製造方法Info
- Publication number
- JPH07196379A JPH07196379A JP33868993A JP33868993A JPH07196379A JP H07196379 A JPH07196379 A JP H07196379A JP 33868993 A JP33868993 A JP 33868993A JP 33868993 A JP33868993 A JP 33868993A JP H07196379 A JPH07196379 A JP H07196379A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- brazing
- diamond
- tool
- diamond film
- film member
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000010432 diamond Substances 0.000 title claims abstract description 279
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 274
- 238000005219 brazing Methods 0.000 title claims abstract description 144
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 102
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 42
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 91
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 claims description 74
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 57
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 32
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 28
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 18
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 18
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 claims description 11
- 239000010953 base metal Substances 0.000 claims description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 5
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims 1
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 abstract 2
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 125
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 36
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000004050 hot filament vapor deposition Methods 0.000 description 3
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 229910017944 Ag—Cu Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017945 Cu—Ti Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QZPSXPBJTPJTSZ-UHFFFAOYSA-N aqua regia Chemical compound Cl.O[N+]([O-])=O QZPSXPBJTPJTSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 description 1
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 1
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000000682 scanning probe acoustic microscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 1
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 厳しい切削条件下であってもろう材の軟化や
融解を防止し、強度および耐熱性を向上させた気相合成
ダイヤモンドろう付け工具、およびその様な気相合成ダ
イヤモンドろう付け工具を製造する為の有用な方法を提
供する。 【構成】 超硬合金またはセラミックスからなる作用部
分に、気相合成によって予め該部分の外形に対応した形
状に成形しておいたダイヤモンド膜部材が、シリコンま
たはシリコン合金からなるろう材を介してろう付けされ
たものである。
融解を防止し、強度および耐熱性を向上させた気相合成
ダイヤモンドろう付け工具、およびその様な気相合成ダ
イヤモンドろう付け工具を製造する為の有用な方法を提
供する。 【構成】 超硬合金またはセラミックスからなる作用部
分に、気相合成によって予め該部分の外形に対応した形
状に成形しておいたダイヤモンド膜部材が、シリコンま
たはシリコン合金からなるろう材を介してろう付けされ
たものである。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、気相合成法によって合
成したダイヤモンド膜部材を工具母材の作用部分にろう
付けした気相合成ダイヤモンドろう付け工具およびその
製造方法に関し、殊に工具使用時におけるろう材の軟化
や融解を防止し、強度および耐熱性に優れたダイヤモン
ドろう付け工具およびその様な工具を製造する為の有用
な方法に関するものである。また本発明は、耐欠損性お
よび耐摩耗性に優れ、非鉄金属やセラミックス材料の切
削に適した気相合成ダイヤモンドろう付け工具およびそ
の様な工具を製造する為の有用な方法にも関するもので
ある。
成したダイヤモンド膜部材を工具母材の作用部分にろう
付けした気相合成ダイヤモンドろう付け工具およびその
製造方法に関し、殊に工具使用時におけるろう材の軟化
や融解を防止し、強度および耐熱性に優れたダイヤモン
ドろう付け工具およびその様な工具を製造する為の有用
な方法に関するものである。また本発明は、耐欠損性お
よび耐摩耗性に優れ、非鉄金属やセラミックス材料の切
削に適した気相合成ダイヤモンドろう付け工具およびそ
の様な工具を製造する為の有用な方法にも関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】ダイヤモンドは物質の中で最高の硬度を
有し且つ高い熱電導率を有することから、近年切削工具
や耐摩耗性工具等への応用開発が盛んに行なわれてい
る。特に、ダイヤモンドの微粉末を高温高圧下で焼結し
て作られる焼結体ダイヤモンドは、非鉄金属の切削工具
として広く用いられている。しかしながら、ダイヤモン
ド焼結体は、焼結助剤として5〜10%程度のCoを含
有しており、このCoはダイヤモンドの粒界に存在して
粒界強度を低下させるので、このようなダイヤモンド焼
結体を切削工具として応用しても切削時に刃先のチッピ
ングやカケを生じ易いという問題がある。
有し且つ高い熱電導率を有することから、近年切削工具
や耐摩耗性工具等への応用開発が盛んに行なわれてい
る。特に、ダイヤモンドの微粉末を高温高圧下で焼結し
て作られる焼結体ダイヤモンドは、非鉄金属の切削工具
として広く用いられている。しかしながら、ダイヤモン
ド焼結体は、焼結助剤として5〜10%程度のCoを含
有しており、このCoはダイヤモンドの粒界に存在して
粒界強度を低下させるので、このようなダイヤモンド焼
結体を切削工具として応用しても切削時に刃先のチッピ
ングやカケを生じ易いという問題がある。
【0003】一方、ダイヤモンドの気相合成方が確立さ
れて以来、複雑な形状の工具にも容易にかつ安価に応用
できる可能性があることから、気相合成法によってダイ
ヤモンドを主体とする多結晶ダイヤモンド膜を工具母材
表面に被覆した工具の開発も活発化している。しかしな
がら、気相合成した多結晶ダイヤモンド膜は、高強度、
高熱伝導性という工具部材として優れた特性をもってい
る反面、膜の内部応力が大きく工具母材との密着性が低
いので、例えば切削工具にコーティングしても切削中に
容易に剥離するという欠点を有し、必ずしも十分な性能
が得られているとは言えない。
れて以来、複雑な形状の工具にも容易にかつ安価に応用
できる可能性があることから、気相合成法によってダイ
ヤモンドを主体とする多結晶ダイヤモンド膜を工具母材
表面に被覆した工具の開発も活発化している。しかしな
がら、気相合成した多結晶ダイヤモンド膜は、高強度、
高熱伝導性という工具部材として優れた特性をもってい
る反面、膜の内部応力が大きく工具母材との密着性が低
いので、例えば切削工具にコーティングしても切削中に
容易に剥離するという欠点を有し、必ずしも十分な性能
が得られているとは言えない。
【0004】そこで、気相合成多結晶ダイヤモンド膜の
密着性を改善する方法として、特開平1−212766
号や同1−212767号に開示させている様な技術も
提案されている。これらの技術は、気相合成法によって
多結晶ダイヤモンド膜を基板上に折出させ、該多結晶ダ
イヤモンドと基板との接合面側が工具のすくい面側とな
るように工具母材に融点が700℃から1300℃の合
金ろう材でろう付けし、且つろう付けの前または後に多
結晶ダイヤモンドから基板を除去する方法である。この
ようにして作られた工具(以下、気相合成ダイヤモンド
ろう付け工具と呼ぶ)は、多結晶ダイヤモンド膜をろう
材により工具母材に取り付けてあるので、工具母材とダ
イヤモンド膜の密着性は良く、また上述したように10
0%に近いダイヤモンドから構成されるので、金属バイ
ンダーを含有する焼結体ダイヤモンド工具に対して強
度、耐摩耗性において優れた性能を示す。
密着性を改善する方法として、特開平1−212766
号や同1−212767号に開示させている様な技術も
提案されている。これらの技術は、気相合成法によって
多結晶ダイヤモンド膜を基板上に折出させ、該多結晶ダ
イヤモンドと基板との接合面側が工具のすくい面側とな
るように工具母材に融点が700℃から1300℃の合
金ろう材でろう付けし、且つろう付けの前または後に多
結晶ダイヤモンドから基板を除去する方法である。この
ようにして作られた工具(以下、気相合成ダイヤモンド
ろう付け工具と呼ぶ)は、多結晶ダイヤモンド膜をろう
材により工具母材に取り付けてあるので、工具母材とダ
イヤモンド膜の密着性は良く、また上述したように10
0%に近いダイヤモンドから構成されるので、金属バイ
ンダーを含有する焼結体ダイヤモンド工具に対して強
度、耐摩耗性において優れた性能を示す。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記気相合成ダイヤモ
ンドろう付け工具は、これまでの工具では得られない優
れた利点を有するものであるが、熱伝導性の良いダイヤ
モンドが合金ろう材を介して工具母材にろう付けされて
いるため、刃先温度の上昇が著しい厳しい切削条件下で
は、切削によって発生した熱が容易にろう材層に伝わ
り、ろう材層の温度が上昇する。使用されるろう材は合
金であるため、温度がろう材の融点の半分以上に上昇す
るとろう材層の強度が低下してダイヤモンド工具の強度
低下を引き起こし、ダイヤモンドの刃先の大きな欠けや
割れを生じるという問題がある。たとえば、Ag−Cu
−Ti系のろう材(融点約800℃)では温度が500
℃以上になるとろう材強度が極端に低下する。
ンドろう付け工具は、これまでの工具では得られない優
れた利点を有するものであるが、熱伝導性の良いダイヤ
モンドが合金ろう材を介して工具母材にろう付けされて
いるため、刃先温度の上昇が著しい厳しい切削条件下で
は、切削によって発生した熱が容易にろう材層に伝わ
り、ろう材層の温度が上昇する。使用されるろう材は合
金であるため、温度がろう材の融点の半分以上に上昇す
るとろう材層の強度が低下してダイヤモンド工具の強度
低下を引き起こし、ダイヤモンドの刃先の大きな欠けや
割れを生じるという問題がある。たとえば、Ag−Cu
−Ti系のろう材(融点約800℃)では温度が500
℃以上になるとろう材強度が極端に低下する。
【0006】一方、上記の様な気相合成ダイヤモンドろ
う付け工具においても、切削時に刃先に高い荷重や衝撃
が加わる様な厳しい切削条件下では、刃先が欠損すると
いう問題がある。このような刃先の欠損が生じる原因の
一つは、気相合成ダイヤモンドが柱状組織であることに
よると考えられる。即ち、気相合成ダイヤモンドの成膜
過程は、例えば図1に示す様に、まずダイヤモンドの合
成初期に基板1上にダイヤモンド核2が形成され[図1
(a)]、次いでこれらのダイヤモンド核がダイヤモン
ド粒3に成長して基板1の全面を徐々に覆うが[図1
(b)]、ダイヤモンド粒3は各々成長速度が異なり、
成長速度の大きい粒の成長が優勢となって、ダイヤモン
ド粒3が粗大化して柱状組織4を形成する[図1
(c)]。図1(c)に示す様な柱状組織4が形成され
ると、それに伴い粒界が大きくなり、粒界欠陥も大きく
なる。その結果、ダイヤモンドの靭性が低下し、欠損を
生じ易くなると考えられる。セラミックス材料で一般的
に言われている様に、微細な粒状組織にすることが靭性
を向上して耐欠損性を向上させる有効な手段になり得る
ことが予想されるが、ダイヤモンド粒の成長は各粒に関
してはエピタキシャル成長であり、粒の表面に二次核が
発生するまで粒成長する。この二次核は、ダイヤモンド
粒がある程度成長しないと発生せず、発生頻度も少ない
為に、ダイヤモンドの粒状組織化は非常に困難である。
う付け工具においても、切削時に刃先に高い荷重や衝撃
が加わる様な厳しい切削条件下では、刃先が欠損すると
いう問題がある。このような刃先の欠損が生じる原因の
一つは、気相合成ダイヤモンドが柱状組織であることに
よると考えられる。即ち、気相合成ダイヤモンドの成膜
過程は、例えば図1に示す様に、まずダイヤモンドの合
成初期に基板1上にダイヤモンド核2が形成され[図1
(a)]、次いでこれらのダイヤモンド核がダイヤモン
ド粒3に成長して基板1の全面を徐々に覆うが[図1
(b)]、ダイヤモンド粒3は各々成長速度が異なり、
成長速度の大きい粒の成長が優勢となって、ダイヤモン
ド粒3が粗大化して柱状組織4を形成する[図1
(c)]。図1(c)に示す様な柱状組織4が形成され
ると、それに伴い粒界が大きくなり、粒界欠陥も大きく
なる。その結果、ダイヤモンドの靭性が低下し、欠損を
生じ易くなると考えられる。セラミックス材料で一般的
に言われている様に、微細な粒状組織にすることが靭性
を向上して耐欠損性を向上させる有効な手段になり得る
ことが予想されるが、ダイヤモンド粒の成長は各粒に関
してはエピタキシャル成長であり、粒の表面に二次核が
発生するまで粒成長する。この二次核は、ダイヤモンド
粒がある程度成長しないと発生せず、発生頻度も少ない
為に、ダイヤモンドの粒状組織化は非常に困難である。
【0007】こうした耐欠損性を改善する手段として、
ダイヤモンドを高純度化したもの(例えば、特開平2−
232106号)、ダイヤモンドの粒界結合を強化する
方法(例えば、特開平3−103395号)、ダイヤモ
ンドに不純物を添加したもの(例えば、特開平3−10
3397号)、ダイヤモンドの膜厚方向に膜質を変化さ
せたもの(例えば、特開平4−240004号や特開平
4−223807号)等、様々な技術が提案されてい
る。しかしながら、これまで提案されている技術では、
工具刃先を刃立て加工するために、刃先にダイヤモンド
膜の断面、即ち柱状組織が露出してしまい、切削時に刃
先に高い加重や衝撃が加わると刃先が欠損するという問
題がある。
ダイヤモンドを高純度化したもの(例えば、特開平2−
232106号)、ダイヤモンドの粒界結合を強化する
方法(例えば、特開平3−103395号)、ダイヤモ
ンドに不純物を添加したもの(例えば、特開平3−10
3397号)、ダイヤモンドの膜厚方向に膜質を変化さ
せたもの(例えば、特開平4−240004号や特開平
4−223807号)等、様々な技術が提案されてい
る。しかしながら、これまで提案されている技術では、
工具刃先を刃立て加工するために、刃先にダイヤモンド
膜の断面、即ち柱状組織が露出してしまい、切削時に刃
先に高い加重や衝撃が加わると刃先が欠損するという問
題がある。
【0008】本発明は上記の様な事情に着目してなされ
たものであって、その第1の目的は、厳しい切削条件下
であってもろう材の軟化や融解を防止し、強度および耐
熱性を向上させた気相合成ダイヤモンドろう付け工具、
およびその様な気相合成ダイヤモンドろう付け工具を製
造する為の有用な方法を提供するにある。本発明の第2
の目的は、靭性を向上し、刃先部の耐欠損性を格段に向
上させた気相合成ダイヤモンドろう付け工具、およびそ
の様な気相合成ダイヤモンドろう付け工具を製造する為
の有用な方法を提供するにある。
たものであって、その第1の目的は、厳しい切削条件下
であってもろう材の軟化や融解を防止し、強度および耐
熱性を向上させた気相合成ダイヤモンドろう付け工具、
およびその様な気相合成ダイヤモンドろう付け工具を製
造する為の有用な方法を提供するにある。本発明の第2
の目的は、靭性を向上し、刃先部の耐欠損性を格段に向
上させた気相合成ダイヤモンドろう付け工具、およびそ
の様な気相合成ダイヤモンドろう付け工具を製造する為
の有用な方法を提供するにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記第1の目的を達成し
得た本発明の気相合成ダイヤモンドろう付け工具とは、
超硬合金またはセラミックスからなる工具母材の作用部
分に、気相合成法によって予め該部分の外形に対応した
形状に形成しておいたダイヤモンド膜部材が、シリコン
またはシリコン合金からなるろう材を介してろう付けさ
れたものである点に要旨を有するものである。
得た本発明の気相合成ダイヤモンドろう付け工具とは、
超硬合金またはセラミックスからなる工具母材の作用部
分に、気相合成法によって予め該部分の外形に対応した
形状に形成しておいたダイヤモンド膜部材が、シリコン
またはシリコン合金からなるろう材を介してろう付けさ
れたものである点に要旨を有するものである。
【0010】この様な気相合成ダイヤモンドろう付け工
具は、シリコンまたはシリコン合金からなるろう材上に
ダイヤモンド膜部材を気相合成した後、超硬合金または
セラミックからなる工具母材上の作用部分に、ろう材側
が工具母材と接するように配置し、引き続き前記ろう材
を溶融した後に冷却固化させてダイヤモンド膜部材を工
具母材上にろう付けすることによって製造することがで
きる。
具は、シリコンまたはシリコン合金からなるろう材上に
ダイヤモンド膜部材を気相合成した後、超硬合金または
セラミックからなる工具母材上の作用部分に、ろう材側
が工具母材と接するように配置し、引き続き前記ろう材
を溶融した後に冷却固化させてダイヤモンド膜部材を工
具母材上にろう付けすることによって製造することがで
きる。
【0011】また上記の様な気相合成ダイヤモンドろう
付け工具は、気相合成法によってダイヤモンド膜部材を
基板上に合成した後、該ダイヤモンド膜部材と基板との
接合面側が、超硬合金またはセラミックスからなる工具
母材のすくい面側となるように配置すると共に、前記工
具母材とダイヤモンド膜部材との間に、シリコンまたは
シリコン合金からなるろう材を配置し、該ろう材を溶融
した後冷却固化させて前記ダイヤモンド膜部材を工具母
材上にろう付けし、且つ前記基板をろう付けの前または
後で除去する様な方法によっても製造することができ
る。
付け工具は、気相合成法によってダイヤモンド膜部材を
基板上に合成した後、該ダイヤモンド膜部材と基板との
接合面側が、超硬合金またはセラミックスからなる工具
母材のすくい面側となるように配置すると共に、前記工
具母材とダイヤモンド膜部材との間に、シリコンまたは
シリコン合金からなるろう材を配置し、該ろう材を溶融
した後冷却固化させて前記ダイヤモンド膜部材を工具母
材上にろう付けし、且つ前記基板をろう付けの前または
後で除去する様な方法によっても製造することができ
る。
【0012】上記第2の目的を達成し得た本発明の気相
合成ダイヤモンドろう付け工具とは、超硬合金またはセ
ラミックスからなる工具母材の作用部分に、気相合成法
によって予め該部分の外形に対応した形状に形成してお
いたダイヤモンド膜部材が、シリコンまたはシリコン合
金からなるろう材を介してろう付けされると共に、少な
くとも前記ダイヤモンド膜部材の露出部分に、気相合成
ダイヤモンド膜が被覆されたものである点に要旨を有す
るものである。
合成ダイヤモンドろう付け工具とは、超硬合金またはセ
ラミックスからなる工具母材の作用部分に、気相合成法
によって予め該部分の外形に対応した形状に形成してお
いたダイヤモンド膜部材が、シリコンまたはシリコン合
金からなるろう材を介してろう付けされると共に、少な
くとも前記ダイヤモンド膜部材の露出部分に、気相合成
ダイヤモンド膜が被覆されたものである点に要旨を有す
るものである。
【0013】この様な気相合成ダイヤモンドろう付け工
具は、気相合成法によってダイヤモンド膜部材を基板上
に合成した後、該ダイヤモンド膜部材と基板との接合面
側が、超硬合金またはセラミックスからなる工具母材の
すくい面側となるように配置すると共に、工具母材とダ
イヤモンド膜部材との間に、シリコンまたはシリコン合
金からなるろう材を配置し、該ろう材を溶融した後冷却
固化させて前記ダイヤモンド主体多結晶薄膜部材を工具
母材上にろう付けし、且つ前記基板をろう付けの前また
は後で除去し、更にダイヤモンド膜部材の刃立て加工を
行なった後に、少なくとも前記ダイヤモンド膜部材の露
出部分を気相合成ダイヤモンド膜で被覆することによっ
て製造することができる。
具は、気相合成法によってダイヤモンド膜部材を基板上
に合成した後、該ダイヤモンド膜部材と基板との接合面
側が、超硬合金またはセラミックスからなる工具母材の
すくい面側となるように配置すると共に、工具母材とダ
イヤモンド膜部材との間に、シリコンまたはシリコン合
金からなるろう材を配置し、該ろう材を溶融した後冷却
固化させて前記ダイヤモンド主体多結晶薄膜部材を工具
母材上にろう付けし、且つ前記基板をろう付けの前また
は後で除去し、更にダイヤモンド膜部材の刃立て加工を
行なった後に、少なくとも前記ダイヤモンド膜部材の露
出部分を気相合成ダイヤモンド膜で被覆することによっ
て製造することができる。
【0014】
【作用】ダイヤモンドは銅の5倍という高い熱伝導率を
有しているので、ダイヤモンド膜が工具母材にろう付け
されている場合には、工具刃先で発生した熱が容易にろ
う材に伝達されることになる。従って、上述した様に、
厳しい切削条件下では高温によるろう材の軟化や、更に
ひどいときには融解が生じ、ろう材によって固定されて
いたダイヤモンド膜部材が高い切削応力によって割れて
欠けたり、工具母材から外れたりするという事態が生じ
る。
有しているので、ダイヤモンド膜が工具母材にろう付け
されている場合には、工具刃先で発生した熱が容易にろ
う材に伝達されることになる。従って、上述した様に、
厳しい切削条件下では高温によるろう材の軟化や、更に
ひどいときには融解が生じ、ろう材によって固定されて
いたダイヤモンド膜部材が高い切削応力によって割れて
欠けたり、工具母材から外れたりするという事態が生じ
る。
【0015】そこで本発明者らは、上記の様な不都合を
解消し、耐熱性を改善して強度を更に向上したダイヤモ
ンドろう付け工具を実現すべく、様々な角度から検討し
た。その結果、ろう材としてシリコンまたはシリコン合
金からなるろう材を用いれば、厳しい切削条件下での高
温においても、ろう材の軟化や融解が生じることなく、
気相合成ダイヤモンドろう付け工具の強度および耐熱性
を格段に向上させることを見いだし、本発明を完成し
た。
解消し、耐熱性を改善して強度を更に向上したダイヤモ
ンドろう付け工具を実現すべく、様々な角度から検討し
た。その結果、ろう材としてシリコンまたはシリコン合
金からなるろう材を用いれば、厳しい切削条件下での高
温においても、ろう材の軟化や融解が生じることなく、
気相合成ダイヤモンドろう付け工具の強度および耐熱性
を格段に向上させることを見いだし、本発明を完成し
た。
【0016】本発明においては、上述した様に、ダイヤ
モンド膜部材を母材の作用部分にろう付けするためのろ
う材として、シリコンまたはシリコン合金からなるろう
材を用いることが重要である。従来の気相合成ダイヤモ
ンドろう付け工具においては、特開平1−212766
号や同1−212767号に示されている様に、ろう材
として融点が700〜1300℃でAu,Ag,Cu,
Ti,Ta等を含有する金属ろう材が用いられている
が、これらの金属ろう材は融点が低いので、厳しい切削
条件下ではろう材の軟化や融解が生じることになる。こ
れに対し、本発明でろう材として用いるシリコンは、そ
の融点が1420℃と高温で且つ共有結合結晶であるた
めに、従来も用いられてきた金属ろう材と異なり、融点
近くになっても強度が低下しにくいという特徴を有す
る。またシリコン合金においても、融点は1300℃よ
りも高く、金属間化合物を形成するために高温強度は非
常に高く、1300℃を越えなければ強度低下を引き起
こすことはない。こうしたことから、従来の金属ろう材
に比べて高温強度が優れたものとなるのであるが、更に
シリコンは熱膨張係数がダイヤモンドに近く、シリコン
を溶融後冷却固化してダイヤモンド膜部材をろう付けし
ても殆ど熱応力を生じない。これらの理由により本発明
の気相合成ダイヤモンドろう付け工具は厳しい切削条件
でも使用可能となるのである。
モンド膜部材を母材の作用部分にろう付けするためのろ
う材として、シリコンまたはシリコン合金からなるろう
材を用いることが重要である。従来の気相合成ダイヤモ
ンドろう付け工具においては、特開平1−212766
号や同1−212767号に示されている様に、ろう材
として融点が700〜1300℃でAu,Ag,Cu,
Ti,Ta等を含有する金属ろう材が用いられている
が、これらの金属ろう材は融点が低いので、厳しい切削
条件下ではろう材の軟化や融解が生じることになる。こ
れに対し、本発明でろう材として用いるシリコンは、そ
の融点が1420℃と高温で且つ共有結合結晶であるた
めに、従来も用いられてきた金属ろう材と異なり、融点
近くになっても強度が低下しにくいという特徴を有す
る。またシリコン合金においても、融点は1300℃よ
りも高く、金属間化合物を形成するために高温強度は非
常に高く、1300℃を越えなければ強度低下を引き起
こすことはない。こうしたことから、従来の金属ろう材
に比べて高温強度が優れたものとなるのであるが、更に
シリコンは熱膨張係数がダイヤモンドに近く、シリコン
を溶融後冷却固化してダイヤモンド膜部材をろう付けし
ても殆ど熱応力を生じない。これらの理由により本発明
の気相合成ダイヤモンドろう付け工具は厳しい切削条件
でも使用可能となるのである。
【0017】本発明でろう材として用いるシリコン合金
には、周期律表の4A、5A、6A族元素から選ばれる
1種類以上の金属を含有することが望ましい。即ち、シ
リコンそれ単独であっても高温でダイヤモンドと反応し
てダイヤモンドとろう材の界面に炭化物を形成し、ダイ
ヤモンドを強固に接合するのであるが、周期律表の4
A、5A、6A族元素は高温でダイヤモンドと反応して
炭化物を形成し易く、ダイヤモンドと強固に接合する効
果を高める。また、ろう付けによるダイヤモンド膜と工
具母材の接合強度は、ろう材の厚さにも依存し、ろう材
の厚さは0.5〜100μmであることが好ましい。即
ち、ろう材の厚さが0.5μmよりも薄くなると、ろう
付けが不均一となりやすく強固にろう付けすることがで
きず、一方100μmよりも厚くなると、高温での強
度、特に1200℃以上での強度が極端に低下する。
には、周期律表の4A、5A、6A族元素から選ばれる
1種類以上の金属を含有することが望ましい。即ち、シ
リコンそれ単独であっても高温でダイヤモンドと反応し
てダイヤモンドとろう材の界面に炭化物を形成し、ダイ
ヤモンドを強固に接合するのであるが、周期律表の4
A、5A、6A族元素は高温でダイヤモンドと反応して
炭化物を形成し易く、ダイヤモンドと強固に接合する効
果を高める。また、ろう付けによるダイヤモンド膜と工
具母材の接合強度は、ろう材の厚さにも依存し、ろう材
の厚さは0.5〜100μmであることが好ましい。即
ち、ろう材の厚さが0.5μmよりも薄くなると、ろう
付けが不均一となりやすく強固にろう付けすることがで
きず、一方100μmよりも厚くなると、高温での強
度、特に1200℃以上での強度が極端に低下する。
【0018】またダイヤモンド膜部材の厚みは0.05
〜1mm程度であることが好ましい。0.05mm以上
とするのは、通常工具の逃げ面摩耗幅が0.05mm以
上になることが多いからである。また、1mm以下とす
るのはそれより厚くても工具性能としては変わらず、成
膜に時間を要するだけで利点が無いからである。
〜1mm程度であることが好ましい。0.05mm以上
とするのは、通常工具の逃げ面摩耗幅が0.05mm以
上になることが多いからである。また、1mm以下とす
るのはそれより厚くても工具性能としては変わらず、成
膜に時間を要するだけで利点が無いからである。
【0019】本発明で用いる工具母材としては、超硬合
金またはセラミックスであるが、セラミックスのなかで
は特に炭化珪素、窒化珪素またはサイアロンが望まし
い。即ち、シリコンまたはシリコン合金は種々のセラミ
ックスと強固に接合するが、なかでも炭化珪素、窒化珪
素またはサイアロンはダイヤモンドおよびシリコン、シ
リコン合金と熱膨張係数が非常に近いため、シリコンま
たはシリコン合金による接合や切削による刃先温度上昇
によっても熱応力が発生しにくい。
金またはセラミックスであるが、セラミックスのなかで
は特に炭化珪素、窒化珪素またはサイアロンが望まし
い。即ち、シリコンまたはシリコン合金は種々のセラミ
ックスと強固に接合するが、なかでも炭化珪素、窒化珪
素またはサイアロンはダイヤモンドおよびシリコン、シ
リコン合金と熱膨張係数が非常に近いため、シリコンま
たはシリコン合金による接合や切削による刃先温度上昇
によっても熱応力が発生しにくい。
【0020】上記の様な気相合成ダイヤモンドろう付け
工具を製造するに当たっては、上述した様に、シリコン
またはシリコン合金からなるろう材上にダイヤモンド膜
部材を気相合成した後、超硬合金またはセラミックから
なる工具母材上の作用部分に、ろう材側が工具母材と接
するように配置し、引き続き前記ろう材を溶融した後に
冷却固化させてダイヤモンド膜部材を工具母材上にろう
付けすることによって製造することができる。この場合
は、ダイヤモンドの成長面側が工具のすくい面側とな
る。ダイヤモンド膜の表面粗さは膜厚によるが、結晶粒
径が数μmから数十μmの粒からなるために、その表面
粗さは非常に粗い。工具のすくい面が粗い場合には切削
時にすくい面に被削材が溶着して構成刃先を形成するた
め被削材の表面は非常に粗くなる。従って、粗切削では
使用できるが、仕上げ切削では使用できず、すくい面粗
さの改善が必要となる。溶着が生じないようにするには
表面粗さをRmax で0.3μm以下にすることが望まし
い。すくい面を滑らかにする方法としては、スカイフ盤
等によりすくい面を研磨すれば良い。
工具を製造するに当たっては、上述した様に、シリコン
またはシリコン合金からなるろう材上にダイヤモンド膜
部材を気相合成した後、超硬合金またはセラミックから
なる工具母材上の作用部分に、ろう材側が工具母材と接
するように配置し、引き続き前記ろう材を溶融した後に
冷却固化させてダイヤモンド膜部材を工具母材上にろう
付けすることによって製造することができる。この場合
は、ダイヤモンドの成長面側が工具のすくい面側とな
る。ダイヤモンド膜の表面粗さは膜厚によるが、結晶粒
径が数μmから数十μmの粒からなるために、その表面
粗さは非常に粗い。工具のすくい面が粗い場合には切削
時にすくい面に被削材が溶着して構成刃先を形成するた
め被削材の表面は非常に粗くなる。従って、粗切削では
使用できるが、仕上げ切削では使用できず、すくい面粗
さの改善が必要となる。溶着が生じないようにするには
表面粗さをRmax で0.3μm以下にすることが望まし
い。すくい面を滑らかにする方法としては、スカイフ盤
等によりすくい面を研磨すれば良い。
【0021】また上記の様な気相合成ダイヤモンドろう
付け工具は、気相合成法によってダイヤモンド膜を基板
上に合成した後、該ダイヤモンド膜と基板との接合面側
が、超硬合金またはセラミックスからなる工具母材のす
くい面側となるように配置すると共に、前記工具母材と
ダイヤモンド膜部材の間にシリコンまたはシリコン合金
からなるろう材を配置し、該ろう材を溶融した後冷却固
化させ前記ダイヤモンド膜部材を工具母材上にろう付け
し、且つ前記基板をろう付けの前または後で除去するこ
とによっても得られるが、この方法によれば基板の表面
粗さをRmax で0.3μm以下にしておけば、それが転
写されてすくい面粗さがRmax 0.3μm以下の気相合
成ダイヤモンド工具を得ることができる。
付け工具は、気相合成法によってダイヤモンド膜を基板
上に合成した後、該ダイヤモンド膜と基板との接合面側
が、超硬合金またはセラミックスからなる工具母材のす
くい面側となるように配置すると共に、前記工具母材と
ダイヤモンド膜部材の間にシリコンまたはシリコン合金
からなるろう材を配置し、該ろう材を溶融した後冷却固
化させ前記ダイヤモンド膜部材を工具母材上にろう付け
し、且つ前記基板をろう付けの前または後で除去するこ
とによっても得られるが、この方法によれば基板の表面
粗さをRmax で0.3μm以下にしておけば、それが転
写されてすくい面粗さがRmax 0.3μm以下の気相合
成ダイヤモンド工具を得ることができる。
【0022】シリコンまはたシリコン合金を溶融した後
冷却固化する工程は、真空中または不活性ガス雰囲気中
で行うのが望ましい。これは、大気中で行うとシリコン
またはシリコン合金が酸化すると共にダイヤモンドも酸
化されて炭酸ガス化するからである。このとき用いる不
活性ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリ
プトン、キセノン、窒素、水素等が挙げられる。
冷却固化する工程は、真空中または不活性ガス雰囲気中
で行うのが望ましい。これは、大気中で行うとシリコン
またはシリコン合金が酸化すると共にダイヤモンドも酸
化されて炭酸ガス化するからである。このとき用いる不
活性ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリ
プトン、キセノン、窒素、水素等が挙げられる。
【0023】ところで従来の気相合成ダイヤモンドろう
付け工具においては、靭性が悪いこともあり、刃先部の
欠損が発生することは、上述した通りであるが、本発明
者らは気相合成ダイヤモンドろう付け工具の靭性を高
め、刃先部の耐欠損性を向上させるという観点からも検
討を重ねた。その結果、ダイヤモンド膜部材を母材の作
用部分に、シリコンまたはシリコン合金をろう材として
ろう付けして上記の様な本発明の気相合成ダイヤモンド
ろう付け工具を作製した後、ろう付け工具における少な
くともダイヤモンド膜部材の露出部分に、更に気相合成
ダイヤモンド膜で被覆すれば、気相合成ダイヤモンドろ
う付け工具の靭性を高め、刃先部の耐欠損性を向上させ
ることができることを見いだし、本発明における前記第
2の目的を達成した。
付け工具においては、靭性が悪いこともあり、刃先部の
欠損が発生することは、上述した通りであるが、本発明
者らは気相合成ダイヤモンドろう付け工具の靭性を高
め、刃先部の耐欠損性を向上させるという観点からも検
討を重ねた。その結果、ダイヤモンド膜部材を母材の作
用部分に、シリコンまたはシリコン合金をろう材として
ろう付けして上記の様な本発明の気相合成ダイヤモンド
ろう付け工具を作製した後、ろう付け工具における少な
くともダイヤモンド膜部材の露出部分に、更に気相合成
ダイヤモンド膜で被覆すれば、気相合成ダイヤモンドろ
う付け工具の靭性を高め、刃先部の耐欠損性を向上させ
ることができることを見いだし、本発明における前記第
2の目的を達成した。
【0024】図2に示す様に、ダイヤモンド膜部材5を
工具母材6にろう付け7したままでは、工具刃先の逃げ
面側(図2の下方側)にダイヤモンド膜部材5の断面が
露出することになるので、切削時のすくい面側(図2の
下方側)からの力である主分力によって刃先が欠損し易
くなるものと考えられる。これに対し、ダイヤモンド膜
部材5をろう付けした後、少なくともダイヤモンド膜部
材5の露出部分を更に気相合成ダイヤモンド膜で被覆し
たものでは、図3に示す様に、ろう付けされたダイヤモ
ンド膜部材5の表面に対して垂直方向に延びるに柱状組
織のダイヤモンド膜8が形成されるので、切削時に受け
る主分力は工具逃げ面に形成されたダイヤモンド膜8の
柱状組織の柱状方向に対しほぼ垂直に加わることにな
る。柱状組織は、柱状方向に加わる力に対しては粒界が
滑って弱いが、柱状方向に対しほぼ垂直に加わる力に対
しては非常に強いのである。
工具母材6にろう付け7したままでは、工具刃先の逃げ
面側(図2の下方側)にダイヤモンド膜部材5の断面が
露出することになるので、切削時のすくい面側(図2の
下方側)からの力である主分力によって刃先が欠損し易
くなるものと考えられる。これに対し、ダイヤモンド膜
部材5をろう付けした後、少なくともダイヤモンド膜部
材5の露出部分を更に気相合成ダイヤモンド膜で被覆し
たものでは、図3に示す様に、ろう付けされたダイヤモ
ンド膜部材5の表面に対して垂直方向に延びるに柱状組
織のダイヤモンド膜8が形成されるので、切削時に受け
る主分力は工具逃げ面に形成されたダイヤモンド膜8の
柱状組織の柱状方向に対しほぼ垂直に加わることにな
る。柱状組織は、柱状方向に加わる力に対しては粒界が
滑って弱いが、柱状方向に対しほぼ垂直に加わる力に対
しては非常に強いのである。
【0025】上記の様な本発明の気相合成ダイヤモンド
ろう付け工具においては、特に切削時に刃先に高い荷重
や衝撃が加わる粗加工では、被削材の表面粗度はそれほ
ど重要視されていないため被覆するダイヤモンド膜8の
表面粗さはあまり問題とならず、表面の粗いダイヤモン
ド膜を被覆してもかまわないが、仕上げ加工に使用する
場合には、工具の表面、特に刃先付近の表面は平滑性が
要求される。特に工具のすくい面の表面粗さが粗いと、
すくい面上に被削材の溶着を生じて、その一部が脱落し
て被削材表面に焼き付いたり、溶着物が構成刃先を形成
する場合には溶着物が刃先となるために被削材の表面粗
度が低下する。従って、溶着を生じなくすることが必要
となるが、そのためにはすくい面の粗さは、Rmax で
0.3μm以下であることが好ましい。すくい面の粗さ
をRmax で0.3μm以下にするには、上述の如く被覆
後すくい面をスカイフ盤等で研摩することで可能である
が、ダイヤモンドは最高の硬度を有するため研摩に非常
に時間を要する。そこで、本発明者らは鋭意努力の結
果、研摩無しですくい面の表面粗さをRmax で0.3μ
m以下にすることを考えついたのである。即ち、気相合
成ダイヤモンドは通常は表面の粗い膜となるが、特殊な
合成条件の下では、ダイヤモンドの結晶面の(100)
面を膜厚方向と垂直に配向させてダイヤモンド膜の表面
を非常に平滑な(100)面で覆うことが可能であり、
且つ膜の表面粗さをRmax で0.3μm以下にすること
が可能である。
ろう付け工具においては、特に切削時に刃先に高い荷重
や衝撃が加わる粗加工では、被削材の表面粗度はそれほ
ど重要視されていないため被覆するダイヤモンド膜8の
表面粗さはあまり問題とならず、表面の粗いダイヤモン
ド膜を被覆してもかまわないが、仕上げ加工に使用する
場合には、工具の表面、特に刃先付近の表面は平滑性が
要求される。特に工具のすくい面の表面粗さが粗いと、
すくい面上に被削材の溶着を生じて、その一部が脱落し
て被削材表面に焼き付いたり、溶着物が構成刃先を形成
する場合には溶着物が刃先となるために被削材の表面粗
度が低下する。従って、溶着を生じなくすることが必要
となるが、そのためにはすくい面の粗さは、Rmax で
0.3μm以下であることが好ましい。すくい面の粗さ
をRmax で0.3μm以下にするには、上述の如く被覆
後すくい面をスカイフ盤等で研摩することで可能である
が、ダイヤモンドは最高の硬度を有するため研摩に非常
に時間を要する。そこで、本発明者らは鋭意努力の結
果、研摩無しですくい面の表面粗さをRmax で0.3μ
m以下にすることを考えついたのである。即ち、気相合
成ダイヤモンドは通常は表面の粗い膜となるが、特殊な
合成条件の下では、ダイヤモンドの結晶面の(100)
面を膜厚方向と垂直に配向させてダイヤモンド膜の表面
を非常に平滑な(100)面で覆うことが可能であり、
且つ膜の表面粗さをRmax で0.3μm以下にすること
が可能である。
【0026】ダイヤモンド膜を被覆した気相合成ダイヤ
モンドろう付け工具において、先にろう付けされるダイ
ヤモンド膜部材のすくい面側の表面粗さもRmax で0.
3μm以下であることが望ましい。これは、ダイヤモン
ド膜部材の表面粗さがRmaxで0.3μmより粗いと、
その表面を(100)配向ダイヤモンド膜で被覆しても
被覆ダイヤモンド膜の表面粗さをRmax で0.3μm以
下にすることが難しくなるからである。
モンドろう付け工具において、先にろう付けされるダイ
ヤモンド膜部材のすくい面側の表面粗さもRmax で0.
3μm以下であることが望ましい。これは、ダイヤモン
ド膜部材の表面粗さがRmaxで0.3μmより粗いと、
その表面を(100)配向ダイヤモンド膜で被覆しても
被覆ダイヤモンド膜の表面粗さをRmax で0.3μm以
下にすることが難しくなるからである。
【0027】本発明の気相合成ダイヤモンドろう付け工
具では、ダイヤモンド膜部材を被覆するダイヤモンド膜
の平均膜厚は1〜200μmであることが好ましく、且
つすくい面側におけるダイヤモンド膜部材と被覆ダイヤ
モンド膜の合計膜厚が50〜1000μm(1mm)で
あることが好ましい。好ましい合計膜厚を上記の様な範
囲としたのは、通常、工具の逃げ面摩耗幅は50μm以
上となることが多く、また1mmより厚くしても実質上
工具性能としては変わらず、成膜に時間を要するだけで
利点がないからである。またダイヤモンド膜部材を被覆
するダイヤモンド膜の平均膜厚が、1μmより薄いとダ
イヤモンド膜で被覆した効果があまり発揮されず、刃先
の欠損を生じてしまい、200μmより厚くしても実質
上工具性能としては変わらず、成膜に時間を要するだけ
で利点がないからである。
具では、ダイヤモンド膜部材を被覆するダイヤモンド膜
の平均膜厚は1〜200μmであることが好ましく、且
つすくい面側におけるダイヤモンド膜部材と被覆ダイヤ
モンド膜の合計膜厚が50〜1000μm(1mm)で
あることが好ましい。好ましい合計膜厚を上記の様な範
囲としたのは、通常、工具の逃げ面摩耗幅は50μm以
上となることが多く、また1mmより厚くしても実質上
工具性能としては変わらず、成膜に時間を要するだけで
利点がないからである。またダイヤモンド膜部材を被覆
するダイヤモンド膜の平均膜厚が、1μmより薄いとダ
イヤモンド膜で被覆した効果があまり発揮されず、刃先
の欠損を生じてしまい、200μmより厚くしても実質
上工具性能としては変わらず、成膜に時間を要するだけ
で利点がないからである。
【0028】ダイヤモンド膜で被覆した構成の気相合成
ダイヤモンドにおいても、前記と同じ理由で、用いるろ
う材の厚さは0.5〜100μmであることが好まし
い。また、このとき用いるシリコン合金は、周期律表の
4A、5A、6A族元素からCrを除いたものを用いる
のが良い。これは、Crは蒸気圧が高くダイヤモンドの
接合はできるが、その後にダイヤモンドを被覆する際に
蒸発してダイヤモンドの生成を妨げるからである。
ダイヤモンドにおいても、前記と同じ理由で、用いるろ
う材の厚さは0.5〜100μmであることが好まし
い。また、このとき用いるシリコン合金は、周期律表の
4A、5A、6A族元素からCrを除いたものを用いる
のが良い。これは、Crは蒸気圧が高くダイヤモンドの
接合はできるが、その後にダイヤモンドを被覆する際に
蒸発してダイヤモンドの生成を妨げるからである。
【0029】ダイヤモンド膜を被覆した気相合成ダイヤ
モンドろう付け工具を製造するに当たっては、前記した
様な方法によって、ダイヤモンド膜部材をろう付けした
気相合成ダイヤモンドろう付け工具を製造した後、更に
ダイヤモンド膜部材の刃立て加工を行なった後、少なく
とも前記ダイヤモンド膜部材の露出部材を気相合成ダイ
ヤモンド膜で被覆する様にすれば良い。
モンドろう付け工具を製造するに当たっては、前記した
様な方法によって、ダイヤモンド膜部材をろう付けした
気相合成ダイヤモンドろう付け工具を製造した後、更に
ダイヤモンド膜部材の刃立て加工を行なった後、少なく
とも前記ダイヤモンド膜部材の露出部材を気相合成ダイ
ヤモンド膜で被覆する様にすれば良い。
【0030】尚本発明において、ダイヤモンド膜部材や
被覆するダイヤモンド膜等を合成する手法としては、特
に限定するものではないが、例えば水素と炭化水素の原
料ガスを熱電子放射材やマイクロ波無極放電等で励起分
解する化学蒸着法(CVD法)が用いられる。
被覆するダイヤモンド膜等を合成する手法としては、特
に限定するものではないが、例えば水素と炭化水素の原
料ガスを熱電子放射材やマイクロ波無極放電等で励起分
解する化学蒸着法(CVD法)が用いられる。
【0031】以下、本発明を実施例によって更に詳細に
説明するが、下記の実施例は本発明を限定する性質のも
のではなく、前後の趣旨に徴して設計変更することはい
ずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
説明するが、下記の実施例は本発明を限定する性質のも
のではなく、前後の趣旨に徴して設計変更することはい
ずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【0032】
実施例1 マイクロ波プラズマCVD法により、図4に示す様に、
表面粗さがRmax で0.04μmで厚さ150μmのS
i基板12上に多結晶ダイヤモンド10を下記の条件に
て16時間合成した。このときの多結晶ダイヤモンドの
厚さは120μmであった。 原料ガス(流量):H2 100sccm CH4 1sccm 圧力 :40torr 基板温度 :850℃ マイクロ波出力 :1kw
表面粗さがRmax で0.04μmで厚さ150μmのS
i基板12上に多結晶ダイヤモンド10を下記の条件に
て16時間合成した。このときの多結晶ダイヤモンドの
厚さは120μmであった。 原料ガス(流量):H2 100sccm CH4 1sccm 圧力 :40torr 基板温度 :850℃ マイクロ波出力 :1kw
【0033】この膜をYAGレーザーで工具刃先の形状
に3個切断した後(図5)、2個を90℃の水酸化ナト
リウム水溶液に浸漬してSi基板12を溶解除去してダ
イヤモンド10のみからなるダイヤモンド膜部材5を得
た(図6)。次に、Si基板12を除去したダイヤモン
ド膜部材の一つを、Ag−Cu−Ti合金ろう材によっ
て、元のSi基板側が工具のすくい面側となるようにS
PGN120308形状の超硬合金チップ上にろう付け
し、刃付け加工を行い、工具Aを作製した。このときの
ろう材層の厚さは40μmであり、またチップすくい面
に相当するダイヤモンド部材の表面の粗さはSi基板1
2の表面粗さが転写されており、Rmaxで0.04μm
であった。
に3個切断した後(図5)、2個を90℃の水酸化ナト
リウム水溶液に浸漬してSi基板12を溶解除去してダ
イヤモンド10のみからなるダイヤモンド膜部材5を得
た(図6)。次に、Si基板12を除去したダイヤモン
ド膜部材の一つを、Ag−Cu−Ti合金ろう材によっ
て、元のSi基板側が工具のすくい面側となるようにS
PGN120308形状の超硬合金チップ上にろう付け
し、刃付け加工を行い、工具Aを作製した。このときの
ろう材層の厚さは40μmであり、またチップすくい面
に相当するダイヤモンド部材の表面の粗さはSi基板1
2の表面粗さが転写されており、Rmaxで0.04μm
であった。
【0034】もう1個のSi基板12を除去したダイヤ
モンド膜部材について、図7に示す様に、平均粒径:5
0μmのシリコンパウダー14をダイヤモンド膜部材5
とSPGN120308形状の超硬合金チップ15間に
挟んで、真空度10-6torrの加熱炉に挿入し、温度
を1450℃に上げた後、徐冷してダイヤモンド膜部材
を接合した。このとき、ダイヤモンド膜部材5は元のS
i基板12の側が工具のすくい面となるようにろう付け
した。ろう付け後、刃付け加工を行い、工具Bを作製し
た。この工具のろう材層の厚さを調べたところ、30μ
mであった。また、チップすくい面になるダイヤモンド
の表面粗さは、Rmax で0.04μmであった。
モンド膜部材について、図7に示す様に、平均粒径:5
0μmのシリコンパウダー14をダイヤモンド膜部材5
とSPGN120308形状の超硬合金チップ15間に
挟んで、真空度10-6torrの加熱炉に挿入し、温度
を1450℃に上げた後、徐冷してダイヤモンド膜部材
を接合した。このとき、ダイヤモンド膜部材5は元のS
i基板12の側が工具のすくい面となるようにろう付け
した。ろう付け後、刃付け加工を行い、工具Bを作製し
た。この工具のろう材層の厚さを調べたところ、30μ
mであった。また、チップすくい面になるダイヤモンド
の表面粗さは、Rmax で0.04μmであった。
【0035】一方、Si基板12を溶解除去しなかった
ダイヤモンド10については、Si基板12側がSPG
N120308形状の超硬合金チップ15に接するよう
に配置し、真空度10-6torrの加熱炉に挿入し、温
度を1450℃に上げた後、徐冷してダイヤモンドをろ
う付けした後、刃付け加工を行い、工具Cを作製した。
シリコンろう材層の厚さを調べたところ、93μmであ
った。また、チップすくい面になるダイヤモンドの表面
粗さはRmax で2.2μmであった。以上の様にして作
製された工具の外観を、図9に示す。尚図中16は、ろ
う材層である。
ダイヤモンド10については、Si基板12側がSPG
N120308形状の超硬合金チップ15に接するよう
に配置し、真空度10-6torrの加熱炉に挿入し、温
度を1450℃に上げた後、徐冷してダイヤモンドをろ
う付けした後、刃付け加工を行い、工具Cを作製した。
シリコンろう材層の厚さを調べたところ、93μmであ
った。また、チップすくい面になるダイヤモンドの表面
粗さはRmax で2.2μmであった。以上の様にして作
製された工具の外観を、図9に示す。尚図中16は、ろ
う材層である。
【0036】
【表1】
【0037】次に、これらのチップについて、A1−1
6%Si合金の丸棒を用いて切削速度V:400m/m
in、切り込みt:0.25mm、送り速度f:0.1
mm/revの緩い条件と、切削速度V:600m/m
in、切り込みt:2mm,送り速度f:0.4mm/
revの厳しい条件で、外周長手方向に60分間乾式連
続切削を行った。結果を表2に示す。緩い切削条件のと
きは、全チップとも刃先の欠損や微小なカケはみられ
ず、すくい面粗さが粗いチップCのみすくい面に溶着が
生じ、被削面粗度はRmax で4.6μmと粗くなった。
一方、表面粗さが小さいチップA、Bは全く溶着を生じ
ず、被削面粗度はRmax で2.1μmと良好であった。
一方、厳しい切削条件では、チップAは切削5分でろう
の流出が起こり、刃先の欠損が観察された。一方、チッ
プB、Cは60分切削後も刃先の欠損、微小なカケはみ
られず、良好な切削性能を示した。
6%Si合金の丸棒を用いて切削速度V:400m/m
in、切り込みt:0.25mm、送り速度f:0.1
mm/revの緩い条件と、切削速度V:600m/m
in、切り込みt:2mm,送り速度f:0.4mm/
revの厳しい条件で、外周長手方向に60分間乾式連
続切削を行った。結果を表2に示す。緩い切削条件のと
きは、全チップとも刃先の欠損や微小なカケはみられ
ず、すくい面粗さが粗いチップCのみすくい面に溶着が
生じ、被削面粗度はRmax で4.6μmと粗くなった。
一方、表面粗さが小さいチップA、Bは全く溶着を生じ
ず、被削面粗度はRmax で2.1μmと良好であった。
一方、厳しい切削条件では、チップAは切削5分でろう
の流出が起こり、刃先の欠損が観察された。一方、チッ
プB、Cは60分切削後も刃先の欠損、微小なカケはみ
られず、良好な切削性能を示した。
【0038】
【表2】
【0039】実施例2 直径0.5mmのタンタリウムの線を用いた熱フィラメ
ントCVD法により、下記の条件にて種々の表面粗さの
Mo基板上に下記表3に示すように種々の時間多結晶ダ
イヤモンドを析出させた。 原料ガス:H2 100sccm エタノール 4sccm 圧力 :200torr フィラメント温度:2200℃ 基板温度:850℃ フィラメントー基板間距離:6mm
ントCVD法により、下記の条件にて種々の表面粗さの
Mo基板上に下記表3に示すように種々の時間多結晶ダ
イヤモンドを析出させた。 原料ガス:H2 100sccm エタノール 4sccm 圧力 :200torr フィラメント温度:2200℃ 基板温度:850℃ フィラメントー基板間距離:6mm
【0040】この後、ダイヤモンド析出Mo板を王水に
浸漬してMoを溶解除去して、ダイヤモンドのみを得
た。次に、ダイヤモンドをYAGレーザー切断後、超硬
合金チップ及び種々のセラミックチップ上(形状:SP
GN120304)にシリコンまたはシリコン合金によ
りろう付けして刃付け加工を行った。表3にダイヤモン
ド膜厚、すくい面粗度(Rmax )、ろう材として用いた
シリコンまたはシリコン合金の種類、ろう材層の厚さ、
ろう付け条件等、ダイヤモンドとシリコンまたはシリコ
ン合金界面をオージェ電子分光法により分析した結果等
を示す。
浸漬してMoを溶解除去して、ダイヤモンドのみを得
た。次に、ダイヤモンドをYAGレーザー切断後、超硬
合金チップ及び種々のセラミックチップ上(形状:SP
GN120304)にシリコンまたはシリコン合金によ
りろう付けして刃付け加工を行った。表3にダイヤモン
ド膜厚、すくい面粗度(Rmax )、ろう材として用いた
シリコンまたはシリコン合金の種類、ろう材層の厚さ、
ろう付け条件等、ダイヤモンドとシリコンまたはシリコ
ン合金界面をオージェ電子分光法により分析した結果等
を示す。
【0041】
【表3】
【0042】これらのチップについて、A1−16%S
i合金を実施例1と同様に切削速度:600m/mi
n、切り込み:2mm、送り速度:0.4mm/rev
の切削条件で試験を行った。結果を表4に示す。表4か
ら明らかな様に、本発明による工具は60分切削後も刃
先の欠損が無く鋭い刃先が維持されていた。一方比較例
のNo.6は逃げ面摩耗幅が大きく、No.7はダイヤ
モンド及びシリコン合金層が酸化され接合ができなかっ
た。
i合金を実施例1と同様に切削速度:600m/mi
n、切り込み:2mm、送り速度:0.4mm/rev
の切削条件で試験を行った。結果を表4に示す。表4か
ら明らかな様に、本発明による工具は60分切削後も刃
先の欠損が無く鋭い刃先が維持されていた。一方比較例
のNo.6は逃げ面摩耗幅が大きく、No.7はダイヤ
モンド及びシリコン合金層が酸化され接合ができなかっ
た。
【0043】
【表4】 実施例3 マイクロ波プラズマCVD法により、表面粗さがRmax
で0.10μmのSi基板上に、下記の条件にて20時
間気相合成し、厚さが120μmの多結晶ダイヤモンド
膜を得た。 原料ガス(流量):H2 200cc/min CH4 2cc/min 圧力 :40torr 基板温度 :900℃ マイクロ波出力 :1kw
で0.10μmのSi基板上に、下記の条件にて20時
間気相合成し、厚さが120μmの多結晶ダイヤモンド
膜を得た。 原料ガス(流量):H2 200cc/min CH4 2cc/min 圧力 :40torr 基板温度 :900℃ マイクロ波出力 :1kw
【0044】この膜をYAGレーザーで工具刃先の形状
に2個切断した後、60℃の水酸化ナトリウム水溶液に
浸漬してSi基板を溶解除去してダイヤモンドのみから
なるダイヤモンド膜部材を得た。ダイヤモンド表面の粗
さはSi基板表面粗さが転写されており、Rmax で0.
11μmであった。
に2個切断した後、60℃の水酸化ナトリウム水溶液に
浸漬してSi基板を溶解除去してダイヤモンドのみから
なるダイヤモンド膜部材を得た。ダイヤモンド表面の粗
さはSi基板表面粗さが転写されており、Rmax で0.
11μmであった。
【0045】更に、多結晶ダイヤモンドの1個を、元の
基板側がすくい面となるように、ダイヤモンドとSPG
N120308形状の超硬合金チップ間にシリコンを挟
んで真空度10-5torrの加熱炉に挿入し、温度を1
450℃に上げてシリコンを溶融し、その後、徐冷して
ダイヤモンドをろう付けした。ろう付け後、刃付け加工
を行い、工具Dを作製した。
基板側がすくい面となるように、ダイヤモンドとSPG
N120308形状の超硬合金チップ間にシリコンを挟
んで真空度10-5torrの加熱炉に挿入し、温度を1
450℃に上げてシリコンを溶融し、その後、徐冷して
ダイヤモンドをろう付けした。ろう付け後、刃付け加工
を行い、工具Dを作製した。
【0046】一方残りの多結晶ダイヤモンド膜を用い
て、上記と同様にして多結晶ダイヤモンドチップを作製
し、その後に該チップの表面にマイクロ波プラズマCV
D法で上述と同じ条件でダイヤモンドを2時間成膜する
ことにより該チップのダイヤモンド表面を厚さ約12μ
mのダイヤモンドで被覆し、多結晶ダイヤモンドチップ
Eを作製した。チップEのすくい面の表面粗さはRmax
で1.0μmであった。またチップD,Eのいずれも、
ろう材層の厚さは約30μmであった。
て、上記と同様にして多結晶ダイヤモンドチップを作製
し、その後に該チップの表面にマイクロ波プラズマCV
D法で上述と同じ条件でダイヤモンドを2時間成膜する
ことにより該チップのダイヤモンド表面を厚さ約12μ
mのダイヤモンドで被覆し、多結晶ダイヤモンドチップ
Eを作製した。チップEのすくい面の表面粗さはRmax
で1.0μmであった。またチップD,Eのいずれも、
ろう材層の厚さは約30μmであった。
【0047】次に、これらのチップについて、被削材A
1−20%Si合金の丸棒を用いて切削速度:400m
/min、切り込み:2mm、送り速度:0.4mm/
revの条件で乾式連続切削を行ない、切削性能を評価
した。その結果、Dのチップは切削5分で欠損したが、
Eのチップについては90分切削後も刃先の欠損はみら
れなかった。
1−20%Si合金の丸棒を用いて切削速度:400m
/min、切り込み:2mm、送り速度:0.4mm/
revの条件で乾式連続切削を行ない、切削性能を評価
した。その結果、Dのチップは切削5分で欠損したが、
Eのチップについては90分切削後も刃先の欠損はみら
れなかった。
【0048】実施例4 実施例3と同様にして、表面粗さがRmax で0.04μ
mと0.7μmの2種類のSi基板上に多結晶ダイヤモ
ンドを20時間成膜して膜厚120μmのダイヤモンド
膜を得た。その後、ダイヤモンドが形成された各基板に
ついてYAGレーザーで基板ごと各2枚ずつ工具刃先形
状に切断し、60℃の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬し
てSi基板を溶解除去して多結晶ダイヤモンド膜のみを
得た。このときのダイヤモンドの元のシリコン基板側の
表面の粗さは、シリコンの表面粗さが転写されており、
シリコンの表面粗さと同じ値であった。
mと0.7μmの2種類のSi基板上に多結晶ダイヤモ
ンドを20時間成膜して膜厚120μmのダイヤモンド
膜を得た。その後、ダイヤモンドが形成された各基板に
ついてYAGレーザーで基板ごと各2枚ずつ工具刃先形
状に切断し、60℃の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬し
てSi基板を溶解除去して多結晶ダイヤモンド膜のみを
得た。このときのダイヤモンドの元のシリコン基板側の
表面の粗さは、シリコンの表面粗さが転写されており、
シリコンの表面粗さと同じ値であった。
【0049】次に、これら4枚の多結晶ダイヤモンド膜
を、元の基板面側がすくい面となる様にダイヤモンドと
窒化珪素チップの間にシリコンを挟んで温度を1450
℃に上げてシリコンを溶融し、その後に徐冷してシリコ
ンを固化してダイヤモンドと窒化珪素チップをろう付け
し、刃立て加工を行ない4個の多結晶ダイヤモンドチッ
プを作製した。このときのチップ形状はSPGN120
304とした。また、シリコン接合は、真空度10-6t
orrの高真空中で行なった。
を、元の基板面側がすくい面となる様にダイヤモンドと
窒化珪素チップの間にシリコンを挟んで温度を1450
℃に上げてシリコンを溶融し、その後に徐冷してシリコ
ンを固化してダイヤモンドと窒化珪素チップをろう付け
し、刃立て加工を行ない4個の多結晶ダイヤモンドチッ
プを作製した。このときのチップ形状はSPGN120
304とした。また、シリコン接合は、真空度10-6t
orrの高真空中で行なった。
【0050】これらのチップのうち、すくい面粗さがR
max で0.04μmのチップ(チップa)と0.7μm
のチップ(チップb)を各1個ずつ取り出し、これらの
チップの表面に下記の条件でマイクロ波プラズマCVD
によってダイヤモンドを成膜した。ろう付けされたダイ
ヤモンド膜の表面上にできた更に被覆されたダイヤモン
ド膜の表面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、表面
には四角な形状であるダイヤモンドの結晶面の(10
0)面が膜厚方向とほぼ垂直に配向しているのが観察さ
れた。更にこれらのダイヤモンド膜で被覆されたチップ
のすくい面粗さを測定したところ、チップaのダイヤモ
ンド上に被覆したダイヤモンド膜の表面粗さはRmax で
0.15μm、チップbのダイヤモンド上に被覆したダ
イヤモンド膜の表面粗さはRmax で0.8μmであっ
た。以下これらのダイヤモンド被覆チップを夫々チップ
a1、チップb1と呼ぶことにする。 原料ガス :H2 185cc/min CH4 10cc/min CO 5cc/min 圧力 :30torr マイクロ波出力 :1.3kw 基板温度 :700℃ 合成時間 :7時間 膜厚 :15μm
max で0.04μmのチップ(チップa)と0.7μm
のチップ(チップb)を各1個ずつ取り出し、これらの
チップの表面に下記の条件でマイクロ波プラズマCVD
によってダイヤモンドを成膜した。ろう付けされたダイ
ヤモンド膜の表面上にできた更に被覆されたダイヤモン
ド膜の表面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、表面
には四角な形状であるダイヤモンドの結晶面の(10
0)面が膜厚方向とほぼ垂直に配向しているのが観察さ
れた。更にこれらのダイヤモンド膜で被覆されたチップ
のすくい面粗さを測定したところ、チップaのダイヤモ
ンド上に被覆したダイヤモンド膜の表面粗さはRmax で
0.15μm、チップbのダイヤモンド上に被覆したダ
イヤモンド膜の表面粗さはRmax で0.8μmであっ
た。以下これらのダイヤモンド被覆チップを夫々チップ
a1、チップb1と呼ぶことにする。 原料ガス :H2 185cc/min CH4 10cc/min CO 5cc/min 圧力 :30torr マイクロ波出力 :1.3kw 基板温度 :700℃ 合成時間 :7時間 膜厚 :15μm
【0051】残りの各1個ずつのチップa、チップbの
表面に、実施例3と同様の条件で2時間ダイヤモンドを
成膜した。このときのダイヤモンドの膜厚は12μmで
あった。これらのチップのすくい面粗さを測定したとこ
ろ、被覆したダイヤモンドの表面は粗く、チップaの場
合はRmax で1.0μm、チップbの場合はRmax で
1.7μmであった。このうち、チップaにダイヤモン
ドを被覆したチップについては、スカイフ盤を用いてチ
ップのすくい面を研磨して、すくい面粗さがRmaxで
0.05μmとしたチップa2を作製した。また、以後
チップbにダイヤモンドを被覆したチップはチップb2
と呼ぶことにする。
表面に、実施例3と同様の条件で2時間ダイヤモンドを
成膜した。このときのダイヤモンドの膜厚は12μmで
あった。これらのチップのすくい面粗さを測定したとこ
ろ、被覆したダイヤモンドの表面は粗く、チップaの場
合はRmax で1.0μm、チップbの場合はRmax で
1.7μmであった。このうち、チップaにダイヤモン
ドを被覆したチップについては、スカイフ盤を用いてチ
ップのすくい面を研磨して、すくい面粗さがRmaxで
0.05μmとしたチップa2を作製した。また、以後
チップbにダイヤモンドを被覆したチップはチップb2
と呼ぶことにする。
【0052】これらの4つのチップについて、被削材A
l−16%Si合金の丸棒を用いて、切削速度:400
m/min、切り込み:0.2mm、送り:0.1mm
/revの条件で乾式切削を行ない、切削性能を評価し
た。結果を表5に示す。表5から明らかな様に、全ての
チップについて刃先の欠損は見られなかったものの、す
くい面が粗いチップb1、チップb2についてはすくい
面に溶着は生じ、被削面粗さは粗くなった。それに対
し、すくい面が平滑なチップa1、チップa2は溶着が
生じず、良好な被削面が得られた。
l−16%Si合金の丸棒を用いて、切削速度:400
m/min、切り込み:0.2mm、送り:0.1mm
/revの条件で乾式切削を行ない、切削性能を評価し
た。結果を表5に示す。表5から明らかな様に、全ての
チップについて刃先の欠損は見られなかったものの、す
くい面が粗いチップb1、チップb2についてはすくい
面に溶着は生じ、被削面粗さは粗くなった。それに対
し、すくい面が平滑なチップa1、チップa2は溶着が
生じず、良好な被削面が得られた。
【0053】
【表5】
【0054】実施例5 直径0.5mm、長さ60mmのタンタルフィラメント
を用いた熱フィラメントCVD法により、下記の条件
で、種々の表面粗さのモリブデン基板上に種々の時間多
結晶ダイヤモンド膜を形成した。 原料ガス :H2 100ccm エタノール 5ccm 圧力 :200torr フィラメント温度:2200℃ 基板温度 :900℃ フィラメント−基板間距離:6mm
を用いた熱フィラメントCVD法により、下記の条件
で、種々の表面粗さのモリブデン基板上に種々の時間多
結晶ダイヤモンド膜を形成した。 原料ガス :H2 100ccm エタノール 5ccm 圧力 :200torr フィラメント温度:2200℃ 基板温度 :900℃ フィラメント−基板間距離:6mm
【0055】成膜終了後、1:1の硝フッ酸水溶液によ
ってモリブデン基板を除去し、多結晶ダイヤモンド膜の
みを得た。これらのダイヤモンド膜をYAGレーザーで
工具刃先形状に切断し、シリコンまたはシリコン合金を
用いて種々のセラミックチップ(SPGN12030
8)の刃先に接合し、刃立て加工を行ない種々の多結晶
ダイヤモンドチップを作製した。これらのチップに、更
に熱フィラメントCVD法により種々の厚さのダイヤモ
ンド膜をコーティングした。ダイヤモンド膜の厚さ(シ
リコンまたはシリコン合金で直接接合されたダイヤモン
ドの膜厚をa、接合されたダイヤモンド表面を被覆する
ダイヤモンドの膜厚をb)、接合条件、チップ基体種類
等を表6に記す。
ってモリブデン基板を除去し、多結晶ダイヤモンド膜の
みを得た。これらのダイヤモンド膜をYAGレーザーで
工具刃先形状に切断し、シリコンまたはシリコン合金を
用いて種々のセラミックチップ(SPGN12030
8)の刃先に接合し、刃立て加工を行ない種々の多結晶
ダイヤモンドチップを作製した。これらのチップに、更
に熱フィラメントCVD法により種々の厚さのダイヤモ
ンド膜をコーティングした。ダイヤモンド膜の厚さ(シ
リコンまたはシリコン合金で直接接合されたダイヤモン
ドの膜厚をa、接合されたダイヤモンド表面を被覆する
ダイヤモンドの膜厚をb)、接合条件、チップ基体種類
等を表6に記す。
【0056】
【表6】
【0057】これらのチップに対して、切削性能を評価
した。被削材の形状は、円柱の側面から90°間隔で長
手方向に4枚のAl−16%Si合金の板を同じ長さ突
き出させたもので、切削速度:500m/min、切り
込み:2mm、送り:0.2mm/revの切削条件で
突き出したAl−16%Si合金の外周を長手方向に6
0分断続切削した。切削試験結果は下記表7のようにな
った。本発明ダイヤモンドチップは60分切削後も刃先
の欠損は見られず、耐欠損性に優れることがわかる。こ
れに対し、ダイヤモンドで表面を被覆しなかったチップ
(No.6)、被覆ダイヤモンドの膜厚が薄いもの(No.
7)及びダイヤモンド焼結体チップ(No.10)は共に
5分切削後に刃先の欠損が観察された。また、表6のサ
ンプルNo.8はろう付け後に表面をダイヤモンドで被覆
しようと試みたが、ろう材が溶出して成膜できなかっ
た。また、サンプルNo.9はダイヤモンド及びシリコン
が酸化して接合できなかった。
した。被削材の形状は、円柱の側面から90°間隔で長
手方向に4枚のAl−16%Si合金の板を同じ長さ突
き出させたもので、切削速度:500m/min、切り
込み:2mm、送り:0.2mm/revの切削条件で
突き出したAl−16%Si合金の外周を長手方向に6
0分断続切削した。切削試験結果は下記表7のようにな
った。本発明ダイヤモンドチップは60分切削後も刃先
の欠損は見られず、耐欠損性に優れることがわかる。こ
れに対し、ダイヤモンドで表面を被覆しなかったチップ
(No.6)、被覆ダイヤモンドの膜厚が薄いもの(No.
7)及びダイヤモンド焼結体チップ(No.10)は共に
5分切削後に刃先の欠損が観察された。また、表6のサ
ンプルNo.8はろう付け後に表面をダイヤモンドで被覆
しようと試みたが、ろう材が溶出して成膜できなかっ
た。また、サンプルNo.9はダイヤモンド及びシリコン
が酸化して接合できなかった。
【0058】
【表7】
【0059】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、ダ
イヤモンド膜部材を母材の切削作用部分にろう付けする
ためのろう材として、シリコンまたはシリコン合金を用
いることによって、耐熱性に優れた高強度の気相合成ダ
イヤモンドろう付け工具が得られた。また上記の様なに
気相合成ダイヤモンドろう付け工具において、少なくと
も露出しているダイヤモンド膜部材を、更に気相合成ダ
イヤモンド膜で被覆することによって、靭性を格段に高
めて優れた耐欠損性を示す気相合成ダイヤモンドろう付
け工具が実現できた。
イヤモンド膜部材を母材の切削作用部分にろう付けする
ためのろう材として、シリコンまたはシリコン合金を用
いることによって、耐熱性に優れた高強度の気相合成ダ
イヤモンドろう付け工具が得られた。また上記の様なに
気相合成ダイヤモンドろう付け工具において、少なくと
も露出しているダイヤモンド膜部材を、更に気相合成ダ
イヤモンド膜で被覆することによって、靭性を格段に高
めて優れた耐欠損性を示す気相合成ダイヤモンドろう付
け工具が実現できた。
【図1】基板上にダイヤモンド核が柱状組織に成長する
過程を説明する図である。
過程を説明する図である。
【図2】ダイヤモンド膜部材を工具母材にろう付けした
工具の刃先部を示す説明図である。
工具の刃先部を示す説明図である。
【図3】ダイヤモンド膜を被覆した気相合成ダイヤモン
ドろう付け工具の刃先部を示す説明図である。
ドろう付け工具の刃先部を示す説明図である。
【図4】Si基板12上にダイヤモンド膜10を形成し
た様子を示す説明図である。
た様子を示す説明図である。
【図5】切断後のダイヤモンド膜10およびSi基板1
2を示す説明図である。
2を示す説明図である。
【図6】ダイヤモンド膜部材5の外観を示す斜視図であ
る。
る。
【図7】ダイヤモンド膜部材5と超硬チップ15の間に
シリコンパウダー14を挿入する様子を示す説明図であ
る。
シリコンパウダー14を挿入する様子を示す説明図であ
る。
【図8】Si基板12を溶解除去しないダイヤモンド膜
10を超硬チップ15にろう付けする様子を示す説明図
である。
10を超硬チップ15にろう付けする様子を示す説明図
である。
【図9】作製された気相合成ダイヤモンドろう付け工具
の外観を示す斜視図である。
の外観を示す斜視図である。
1 基板 2 ダイヤモンド核 3 ダイヤモンド粒 4 柱状組織 5 ダイヤモンド膜部材 6 工具母材 7 ろう材層 8、10 ダイヤモンド膜 12 Si基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C30B 29/04 W 8216−4G (72)発明者 安永 龍哉 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 河田 和久 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 蔡 政憲 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内
Claims (10)
- 【請求項1】 超硬合金またはセラミックスからなる工
具母材の作用部分に、気相合成法によって予め該部分の
外形に対応した形状に形成しておいたダイヤモンド膜部
材が、シリコンまたはシリコン合金からなるろう材を介
してろう付けされたものであることを特徴とする気相合
成ダイヤモンドろう付け工具。 - 【請求項2】 前記ろう材は、厚さが0.5〜100μ
mである請求項1に記載の気相合成ダイヤモンドろう付
け工具。 - 【請求項3】 シリコン合金が、周期律表の4A,5
A,6A族の金属元素よりなる群から選ばれる1種類以
上の金属元素を含有するものである請求項1または2に
記載の気相合成ダイヤモンドろう付け工具。 - 【請求項4】 シリコンまたはシリコン合金からなるろ
う材上にダイヤモンド膜部材を気相合成した後、超硬合
金またはセラミックスからなる工具母材上の作用部分
に、ろう材側が工具母材と接するように配置し、引き続
き前記ろう材を溶融した後に冷却固化させてダイヤモン
ド膜部材を工具母材上にろう付けすることを特徴とする
気相合成ダイヤモンドろう付け工具の製造方法。 - 【請求項5】 気相合成法によってダイヤモンド膜部材
を基板上に合成した後、該ダイヤモンド膜部材と基板と
の接合面側が、超硬合金またはセラミックスからなる工
具母材のすくい面側となるように配置すると共に、前記
工具母材とダイヤモンド膜部材との間に、シリコンまた
はシリコン合金からなるろう材を配置し、該ろう材を溶
融した後冷却固化させて前記ダイヤモンド膜部材を工具
母材上にろう付けし、且つ前記基板をろう付けの前また
は後で除去することを特徴とする気相合成ダイヤモンド
ろう付け工具の製造方法。 - 【請求項6】 超硬合金またはセラミックスからなる工
具母材の作用部分に、気相合成法によって予め該部分の
外形に対応した形状に形成しておいたダイヤモンド膜部
材が、シリコンまたはシリコン合金からなるろう材を介
してろう付けされると共に、少なくとも前記ダイヤモン
ド膜部材の露出部分に、更に気相合成ダイヤモンド膜が
被覆されたものであることを特徴とする気相合成ダイヤ
モンドろう付け工具。 - 【請求項7】 被覆される気相合成ダイヤモンド膜の表
面が、ダイヤモンド結晶面の(100)面で配向したも
のである請求項6に記載の気相合成ダイヤモンドろう付
け工具。 - 【請求項8】 被覆される気相合成ダイヤモンド膜の平
均膜厚が、1〜200μmであり、且つすくい面側にお
ける合計ダイヤモンド膜厚が50〜1000μmである
請求項6または7に記載の気相合成ダイヤモンドろう付
け工具。 - 【請求項9】 シリコン合金が、周期律表の4A,5
A,6A族の金属元素(但し、Crを除く)よりなる群
から選ばれる1種類以上の金属元素を含有するものであ
る請求項6〜8のいずれかに記載の気相合成ダイヤモン
ドろう付け工具。 - 【請求項10】 気相合成法によってダイヤモンド膜部
材を基板上に合成した後、該ダイヤモンド膜部材と基板
との接合面側が、超硬合金またはセラミックスからなる
工具母材のすくい面側となるように配置すると共に、前
記工具母材とダイヤモンド膜部材との間に、シリコンま
たはシリコン合金からなるろう材を配置し、該ろう材を
溶融した後冷却固化させて前記ダイヤモンド膜部材を工
具母材上にろう付けし、且つ前記基板をろう付けの前ま
たは後で除去し、更にダイヤモンド膜部材の刃立て加工
を行なった後に、少なくとも前記ダイヤモンド膜部材の
露出部分を気相合成ダイヤモンド膜で被覆することを特
徴とする気相合成ダイヤモンドろう付け工具の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33868993A JPH07196379A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 気相合成ダイヤモンドろう付け工具およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33868993A JPH07196379A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 気相合成ダイヤモンドろう付け工具およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07196379A true JPH07196379A (ja) | 1995-08-01 |
Family
ID=18320535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33868993A Withdrawn JPH07196379A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 気相合成ダイヤモンドろう付け工具およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07196379A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008120626A (ja) * | 2006-11-10 | 2008-05-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 接合体と接合方法 |
| KR20170010839A (ko) * | 2014-08-01 | 2017-02-01 | 핼리버튼 에너지 서비시즈 인코퍼레이티드 | 화학적 증기 증착-개질된 다결정 다이아몬드 |
| CN106457411A (zh) * | 2014-03-25 | 2017-02-22 | 兼房株式会社 | 切削工具 |
| CN112238276A (zh) * | 2020-09-22 | 2021-01-19 | 盐城金德瑞工具科技有限公司 | 一种钎焊金刚石工具的生产工艺 |
| CN114599478A (zh) * | 2019-11-08 | 2022-06-07 | 住友电工硬质合金株式会社 | 金刚石包覆工具和金刚石包覆工具的制造方法 |
| WO2025220635A1 (ja) * | 2024-04-15 | 2025-10-23 | 株式会社ディスコ | バイト工具、およびバイト工具の製造方法 |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP33868993A patent/JPH07196379A/ja not_active Withdrawn
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008120626A (ja) * | 2006-11-10 | 2008-05-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 接合体と接合方法 |
| CN106457411A (zh) * | 2014-03-25 | 2017-02-22 | 兼房株式会社 | 切削工具 |
| EP3106250A4 (en) * | 2014-03-25 | 2017-11-01 | Kanefusa Kabushiki Kaisha | Cutting tool |
| US10179366B2 (en) | 2014-03-25 | 2019-01-15 | Kanefusa Kabushiki Kaisha | Cutting tool |
| KR20170010839A (ko) * | 2014-08-01 | 2017-02-01 | 핼리버튼 에너지 서비시즈 인코퍼레이티드 | 화학적 증기 증착-개질된 다결정 다이아몬드 |
| CN106795627A (zh) * | 2014-08-01 | 2017-05-31 | 哈利伯顿能源服务公司 | 化学气相沉积改性的多晶金刚石 |
| JP2017526809A (ja) * | 2014-08-01 | 2017-09-14 | ハリバートン エナジー サヴィシーズ インコーポレイテッド | 化学蒸着修飾した多結晶ダイヤモンド |
| CN106795627B (zh) * | 2014-08-01 | 2019-06-21 | 哈利伯顿能源服务公司 | 化学气相沉积改性的多晶金刚石 |
| CN114599478A (zh) * | 2019-11-08 | 2022-06-07 | 住友电工硬质合金株式会社 | 金刚石包覆工具和金刚石包覆工具的制造方法 |
| CN112238276A (zh) * | 2020-09-22 | 2021-01-19 | 盐城金德瑞工具科技有限公司 | 一种钎焊金刚石工具的生产工艺 |
| WO2025220635A1 (ja) * | 2024-04-15 | 2025-10-23 | 株式会社ディスコ | バイト工具、およびバイト工具の製造方法 |
| JP2025162482A (ja) * | 2024-04-15 | 2025-10-27 | 株式会社ディスコ | バイト工具、およびバイト工具の製造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0541071B1 (en) | Polycrystalline diamond cutting tool and method of manufacturing the same | |
| US5178645A (en) | Cutting tool of polycrystalline diamond and method of manufacturing the same | |
| EP0577066B1 (en) | Cutting tool employing vapor-deposited polycrystalline diamond for cutting edge and method of manufacturing the same | |
| JP2867694B2 (ja) | 多結晶ダイヤモンド切削工具およびその製造方法 | |
| EP0619382A1 (en) | Hard sintered tool and manufacturing method thereof | |
| JPH06297207A (ja) | 靭性に優れた気相合成ダイヤモンド切削工具 | |
| JPH07196379A (ja) | 気相合成ダイヤモンドろう付け工具およびその製造方法 | |
| JP2557560B2 (ja) | 多結晶ダイヤモンド切削工具およびその製造方法 | |
| JP3013448B2 (ja) | 多結晶ダイヤモンド切削工具およびその製造方法 | |
| JP2607592B2 (ja) | 高耐摩耗性多結晶ダイヤモンド工具及びその製造方法 | |
| JPH0679504A (ja) | 多結晶ダイヤモンド切削工具およびその製造方法 | |
| JP3690626B2 (ja) | ダイヤモンドコーティングドリルおよびエンドミル及びその製造方法 | |
| KR102532558B1 (ko) | 고체 다이아몬드 재료의 코팅 방법 | |
| JP3400464B2 (ja) | ダイヤモンド多結晶体切削工具およびその製造方法 | |
| JPH0516004A (ja) | 切削工具およびその製造方法 | |
| JPH04261703A (ja) | 多結晶ダイヤモンド切削工具 | |
| JPH0671503A (ja) | ダイヤモンド切削工具およびその製造方法 | |
| JPH0623602A (ja) | 気相合成ダイヤモンド工具 | |
| JPH05253757A (ja) | ダイヤモンド切削工具およびその製造方法 | |
| JP3235206B2 (ja) | ダイヤモンド切削工具およびその製造方法 | |
| JPH07138093A (ja) | ダイヤモンド膜状体,その製造方法およびダイヤモンド被覆体の製造方法 | |
| JPH0525639A (ja) | 多結晶ダイヤモンド切削工具およびその製造方法 | |
| JP3193259B2 (ja) | 切削工具およびその製造方法 | |
| JPH01225774A (ja) | 高硬度多結晶ダイヤモンド工具 | |
| JPH0354180A (ja) | ダイヤモンド被覆焼結体の製造法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010306 |