JPH10118780A - 立方晶窒化ホウ素焼結体の切断加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】立方晶窒化ホウ素焼結体を容易にしかもクラッ
クの発生頻度を抑えて切断加工すること。 【解決手段】立方晶窒化ホウ素焼結体表面にレーザー光
を照射して溝を形成させた後、外力を加え、その溝に沿
って切断することを特徴とする立方晶窒化ホウ素焼結体
の切断加工方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、近年切削工具等に
使用されつつある立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）焼結体の
切断加工方法に関するものであり、特に靭性の大きな多
結晶型ｃＢＮ焼結体のレーザー光を利用した切断加工方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ｃＢＮは、ダイヤモンドに次ぐ高硬度を
有することや鉄系金属と反応しない等の特徴をもつこと
から、その焼結体は近年、鉄系金属の高能率、高精度切
削工具として利用拡大が著しい。

【０００３】従来、ｃＢＮ焼結体の製造法としては、あ
らかじめ合成されたｃＢＮの粉末に焼結助剤を添加しｃ
ＢＮの熱力学的安定条件下で保持して焼結する方法、ｃ
ＢＮ原料である六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）を無触媒、
無焼結助剤下でｃＢＮに転換させつつ焼結させる直接転
換法等がある。特に後者においては、熱分解窒化ホウ素
（Ｐ−ＢＮ）を原料とすることにより、均一微細粒子か
らなる焼結体が得られ、その機械的特性が優れることか
ら、加工能率の向上、工具寿命のアップ等が期待されて
いる。

【０００４】ｃＢＮ焼結体を刃先とする切削工具は、所
定の形状に加工したｃＢＮ焼結体を台座にろう付けする
ことにより作製される。従って、工具の作製にはｃＢＮ
焼結体の切断加工が不可欠となる。

【０００５】ｃＢＮ焼結体の切断加工は、従来より、放
電加工法、ワイヤー切断法、スライシングマシーンによ
る加工法等が採用されている。特に、広く使用されてい
る焼結助剤を含むｃＢＮ焼結体の切断においては、この
焼結体は導電性を有することから放電加工法が主に用い
られ、また直接転換法で作製される多結晶型ｃＢＮ焼結
体では、この焼結体が導電性をもたないことから、ワイ
ヤー切断法やスライシングマシーンによる加工法が専ら
採用されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、放電加
工法では、ｃＢＮ自体が高硬度であるので切断効率が著
しく低いという問題があり、またワイヤー切断法やスス
ライシングマシーンによる加工法では、砥石中の砥粒の
摩耗が激しく能率が悪い問題があった。

【０００７】本発明は、上記問題を解決することを目的
とするものであり、レーザー光照射を利用してｃＢＮ焼
結体に溝を形成させ、その後に外力を加えてｃＢＮ焼結
体を高能率に切断加工する方法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、立
方晶窒化ホウ素焼結体表面にレーザー光を照射して溝を
形成させた後、外力を加え、その溝に沿って切断するこ
とを特徴とする立方晶窒化ホウ素焼結体の切断加工方法
を要旨とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳細に説明
する。

【００１０】本発明の特徴は、レーザー光照射によりｃ
ＢＮ焼結体に溝を形成させるに際し、厚み方向に貫通さ
せてｃＢＮ焼結体を直接切断するのではなく、ある程度
の深さの溝にとどめておき、その後に外力を加えて切断
することである。

【００１１】本発明者らの検討によれば、上記直接切断
においては、レーザー出力、雰囲気ガス、走査速度等、
レーザー加工における主要な因子を調整しても、厚み方
向に対し平行以外の方向に切断面からクラックが必ず発
生するが、貫通を避けて溝を形成させ、その後に外力を
加えて切断すれば上記クラックの発生頻度が著しく減少
することを見い出したものである。

【００１２】本発明において、ｃＢＮ焼結体表面に形成
させる溝の深さは、ｃＢＮ焼結体厚みの１／１０から１
／２であることが好ましい。１／１０に満たない深さで
は、外力を加えて切断するために大きな力を必要とし、
しかもその際にクラックが発生することがあるからであ
る。また、１／２を越える深さに溝を形成した場合、厚
み方向以外にもクラックが発生することがあるからであ
る。

【００１３】本発明で形成させる溝の形状については、
直線状であってもよいし、また曲線状であってもよい
が、その溝はｃＢＮ焼結体の外周部にまで伸ばさないよ
うにして形成させることが好ましい。すなわち、図１及
び図２は、一枚の円板状ｃＢＮ焼結体から４個の三角形
状の切削工具用焼結体を切り出すために、レーザー光の
照射パターンを破線で示したものであるが、図１のよう
に溝を外周部にまで伸ばすと、レーザー光による溝とｃ
ＢＮ焼結体外周部との交点ないしは３本の直線状の溝の
交点から三角形内部に向かってクラックが発生しやすく
なる。しかし、これを図２のａ値として示したように外
周部まで溝を伸ばさないでおくと、好適には外周部より
０．３ｍｍ程度以上離して溝の形成を中止しておくと、
そのようなクラックは発生しなくなるものである。

【００１４】本発明で使用されるレーザー種は、ｃＢＮ
焼結体に対するその作用が熱加工によるものであればよ
く、特に制限を受けないが、切り代を少なくするために
は、よりビームを絞ることが望ましいためＹＡＧレーザ
ーを用いることが好ましい。

【００１５】また、本発明で使用されるレーザーのパル
ス波形は、図３に示されるようにセクタが一つである単
純なパルス波形であってもよく、また図４に示されるよ
うにセクタが複数存在する複雑なパルス波形であっても
よい。単純なパルス波形の場合には、設定したランプ入
力〔図３（ａ）〕に対しレーザー出力〔図３（ｂ）〕に
ピークがあるのに対し、複雑なパルス波形の場合にはラ
ンプ入力〔図４（ａ）〕に対しレーザー出力〔図４
（ｂ）〕にはピークないことが特徴である。

【００１６】本発明においては、セクタが複数存在する
複雑な波形パルスのほうが単純なパルス波形よりもｃＢ
Ｎ焼結体にクラックの発生することが少ないので、複雑
なパルス波形を用いることが好ましい。この傾向はより
厚いｃＢＮ焼結体により深い溝を形成させる場合に顕著
となる。

【００１７】なお、セクタが複数存在する複雑な波形パ
ルスの場合、セクタの数や高さには何ら制限はないが、
メインセクタの照射時間が他のセクタよりも短いことが
あってはならない。

【００１８】本発明におけるレーザー光照射時の雰囲気
は、空気中、窒素中、不活性ガス中等のいずれでもよい
が、所定の深さに溝を形成させる際、レーザー出力を低
下できることなどから、酸素の存在しない雰囲気、例え
ば窒素、アルゴン、ヘリウム等の非酸化性雰囲気ガスで
あることが好ましい。これらのガスは、ｃＢＮ焼結体周
囲に連続的に流す方法、加工部分に直接吹き付ける方法
等を採用することができる。

【００１９】本発明のように、非酸化性雰囲気ガスを採
用することによってレーザー出力を低下させることがで
きる理由は、次のように考えている。すなわち、酸素が
存在する雰囲気下でレーザー光を照射した場合、その切
断面は基材のｃＢＮの他に酸化ホウ素の存在が確認され
る。これは、熱によりｃＢＮがホウ素と窒素に分解し、
さらにホウ素が雰囲気中の酸素と反応し形成されたもの
である。これに対し、非酸化性雰囲気ガス中でレーザー
光を照射すると、切断面に分解したホウ素が金属ホウ素
として析出するが、この金属ホウ素がレーザー光のエネ
ルギ−を効率よく吸収し、切断面が高温状態に保たれる
ことで、低出力でのレーザー光でも切断が可能となる。

【００２０】本発明における適正なレーザー出力は、レ
ーザー種や雰囲気、走査速度及び試料等により変化する
が、ここで厚みが１ｍｍ程度の多結晶型ｃＢＮ焼結体を
ＹＡＧレーザーを用い窒素雰囲気下で適正な深さの溝を
形成する際の典型的なレーザー光のエネルギーを示せ
ば、走査速度１０ｍｍ／分、照射時間２．５ｍｓｅｃの
断続照射の場合、深さ１００μｍに対し０．５Ｊ程度、
深さ５００μｍに対し１．２Ｊ程度である。

【００２１】本発明においては、上記のようにしてｃＢ
Ｎ焼結体表面に溝を形成させた後、外力を加え、その溝
に沿って切断を行う。外力を付加するには、例えばｃＢ
Ｎ焼結体の両側を固定し溝部に力を加えることによって
行うことができる。本発明において、外力を付加するこ
とによって切断する理由は、ｃＢＮ焼結体表面に溝を形
成した際に、溝の底から厚み方向に沿って平行に微少ク
ラックが形成されているためである。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を実施例、比較例により、具体
的に説明する。

【００２３】〔実施例１〕直径１２ｍｍ、厚み０．９ｍ
ｍの直接転換法で作製された多結晶型ｃＢＮ焼結体か
ら、直角を挟む一辺の長さが４ｍｍの直角三角形状の４
個の焼結体を切り出すため、レーザー光照射箇所に５ｋ
ｇ／ｃｍ² の窒素ガスを吹き付けながら、以下のように
してＹＡＧレーザーを照射し、ｃＢＮ焼結体表面に溝を
形成させた後、片方を万力で固定し残りの片方に力を付
与して切断した。

【００２４】エネルギーが０．７５Ｊであり、図３に示
されるようにセクタが一つである単純なパルス波形であ
るレーザー光を、図１の破線で示されるパターンにして
２．５ｍｓｅｃ断続照射し、深さ２５０μｍの溝を形成
した。このときの加工速度は１０ｍｍ／分であった。

【００２５】得られた４個の三角形のｃＢＮ焼結体につ
いて、光学顕微鏡でクラックの有無を観察したところ、
４個中１個の焼結体には、図１で示された３本の破線が
交わる点を起点とし、三角形の中心方向に向かったクラ
ックの発生が認められた。

【００２６】〔実施例２〕レーザー光の照射パターンを
図２のようにし、溝の先端部を円板外周部から１ｍｍ離
して（図２のａ値）溝を形成させたこと以外は、実施例
１と同様な方法で直角三角形状の焼結体の４個を切り出
した。その結果、いずれの焼結体にもクラックは認めら
れなかった。

【００２７】〔実施例３〕焼結体の直径を１３ｍｍとし
たこと、レーザーのエネルギ−を１．１Ｊ、溝の深さを
４５０μｍとしたこと以外は、実施例１と同様な方法で
直角三角形状の焼結体の４個を切り出した。その結果、
４個中２個の焼結体には、図１で示された３本の破線が
交わる点を起点とし、三角形の中心方向に向かったクラ
ックの発生が認められた。

【００２８】〔実施例４〕レーザー光の照射パターンを
図２のようにし、溝の先端部を円板外周部から１．５ｍ
ｍ離して（図２のａ値）溝を形成させたこと以外は、実
施例３と同様な方法で直角三角形状の焼結体の４個を切
り出した。その結果、いずれの焼結体にもクラックは認
められなかった。

【００２９】〔実施例５〕吹き付けるガスをアルゴンと
し、その圧力を４Ｋｇ／ｃｍ² 、さらにレーザーのエネ
ルギ−を０．４５Ｊ、溝の深さを９０μｍとしたこと以
外は、実施例１と同様な方法で直角三角形状の焼結体の
４個を切り出した。その結果、４個中１個の焼結体に
は、図１で示された３本の破線が交わる点を起点とし、
三角形の中心方向に向かったクラックの発生が認められ
た。

【００３０】〔実施例６〕レーザー光の照射パターンを
図２のようにし、溝の先端部を円板外周部から１ｍｍ離
して（図２のａ値）溝を形成させたこと以外は、実施例
５と同様な方法で直角三角形状の焼結体の４個を切り出
した。その結果、いずれの焼結体にもクラックは認めら
れなかった。

【００３１】〔実施例７〕図４に示されるセクタが複数
存在する複雑なパルス波形を用いたこと以外は、実施例
３と同様な方法で直角三角形状の焼結体の４個を切り出
した。その結果、いずれの焼結体にもクラックは認めら
れなかった。

【００３２】〔比較例１〕実施例１において、レーザー
光をｃＢＮ焼結体に貫通させながら直接切断したとこ
ろ、溝とｃＢＮ焼結体外周部との交点及び３本の破線の
交点からクラックが発生し、すべての三角形状焼結体は
割れてしまった。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、ｃＢＮ焼結体を容易に
しかもクラックの発生頻度を抑えて切断加工することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザー光照射のパターン図

【図２】レーザー光照射のパターン図

【図３】セクタが一つである単純なパルス波形の説明図
であり、図３（ａ）はランプ入力図、図３（ｂ）はレー
ザー出力図である。

【図４】セクタが複数存在する複雑なパルス波形の説明
図であり、図４（ａ）はランプ入力図、図４（ｂ）はレ
ーザー出力図である。

【符号の説明】

ａ 溝の先端部からｃＢＮ焼結体外周部までの距離

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 立方晶窒化ホウ素焼結体表面にレーザー
   光を照射して溝を形成させた後、外力を加え、その溝に
   沿って切断することを特徴とする立方晶窒化ホウ素焼結
   体の切断加工方法。
2. 【請求項２】 溝を、立方晶窒化ホウ素焼結体の外周部
   にまで達しさせないように形成させることを特徴とする
   請求項１記載の方法。