JP5031500B2

JP5031500B2 - ダイヤモンド切削部材の製造方法

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Publication number: JP5031500B2
Application number: JP2007241634A
Authority: JP
Inventors: 治一村木; 陽一朗下田
Original assignee: OSG Corp
Current assignee: OSG Corp
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2027-09-18
Also published as: JP2009072834A

Description

本発明はダイヤモンド切削部材に係り、特に、人工ダイヤモンドを利用したダイヤモンド切削部材の構成刃先による寿命低下を抑制するとともに、そのようなダイヤモンド切削部材を簡単且つ安価に製造する技術に関するものである。

単結晶のダイヤモンドを素材として切れ刃およびすくい面が設けられ、台金やシャンク等の所定の保持具に一体的に固設されて切削加工に用いられるダイヤモンド切削部材が提案されている。特許文献１、２に記載のダイヤモンドバイトやダイヤモンドチップはその一例で、アルミニウムや銅合金等の軟質の非鉄金属材料の鏡面切削加工などに好適に用いられる。そして、このようなダイヤモンドとして、人工ダイヤモンドを使用することが提案されている（特許文献３、４参照）。人工ダイヤモンドの場合、一般に天然ダイヤモンドに比べて耐摩耗性は劣るものの、個々のばらつきが小さく、安定した品質（耐摩耗性能）が得られる。

人工ダイヤモンドは、基本的に６つの｛１００｝面を備える六面体形状、すなわち隣接する面が互いに直角な立方体や直方体である。図９の(a) 、(b) はその一例で、(a) の人工ダイヤモンド１０は単純な直方体形状を成しており、｛１００｝で表される６つの平面１２を備えている一方、(b) の人工ダイヤモンド１４は、(a) の人工ダイヤモンド１０の角部に面取り状平面１６を有する形状を成している。この面取り状平面１６は、人工ダイヤモンド１４の製造条件等によって生じるものであるが、本明細書では、このような面取り状平面１６を有する人工ダイヤモンド１４を含めて人工ダイヤモンド１０と称して説明する。なお、上記『｛・・・｝』はミラー指数で、原子が一定の配列で配置されている結晶面を表しており、ダイヤモンドの場合、図１２に示すように上記｛１００｝面の他に｛１１１｝面、｛１１０｝面が一般に知られている。天然ダイヤモンドは、基本形状が八面体或いは十二面体形状を成している場合が多く、八面体の場合は総ての面が｛１１１｝面にて構成されており、十二面体の場合は総ての面が｛１１０｝面にて構成されている。図１２の(a) 〜(c) において、左側の図は何れも結晶面を説明する立体模型で、右側の図は各結晶面における原子の配列を示す図である。

そして、上記人工ダイヤモンド１０を切削部材として用いる場合、加工が困難なことから、例えば図１０の(a) に示すように｛１００｝面の一つをそのまますくい面２０として使用し、先端面を前逃げ面２２、その前逃げ面２２とすくい面２０とが交差する稜線を切れ刃２４として、例えば図１０の(b) に示すように円柱形状の被削材３０を軸心まわりに回転させながら切れ刃２４を外周面に押し当てるとともに、両者を被削材３０の軸方向へ相対移動させて外周面に切削加工を行う旋削加工等に使用される。このような人工ダイヤモンド１０は、図示しないシャンクの先端に取り付けられてバイトとして使用され、図１０の(b) では、そのバイトが白抜き矢印で示すように被削材３０に対して軸方向へ送り移動させられる。なお、前逃げ面２２の両側には、必要に応じて横逃げ面２６が設けられる。また、前逃げ面２２は、所定の逃げ角を有するように斜めに研磨除去することが望ましい。
特開平２−１４５２０１号公報特開２０００−１０７９１２号公報特開昭６０−１６３０６号公報特開２００２−２５４２１２号公報

ところで、前記｛１００｝面は原子が比較的密であるため、すくい面２０および前逃げ面２２については優れた耐摩耗性が得られる。切れ刃２４は、単結晶の人工ダイヤモンド１０の稜線にて構成されており、その稜線は図９の(a) に斜線で示す面、すなわち｛１１０｝面を究極的に小さくしたもので、実質的に｛１１０｝面と同様の耐摩耗性能を有し、その稜線すなわち切れ刃２４を｛１１０｝面と見做すことができる。したがって、切れ刃２４に対して直角方向の背分力や主分力（図１０の(b) 参照）に対しては優れた耐摩耗性が得られるが、切れ刃２４と平行な方向、すなわち送り分力の方向の荷重に対しては弱く、図１０の(b) に示すように被削材３０の軸方向へ送り移動して旋削加工を行う場合には、十分な耐摩耗性が得られない。

一方、上記のように人工ダイヤモンド１０の稜線部分は研磨除去することが比較的容易であることから、図１１に示すように、人工ダイヤモンド１０の対角位置の一対の稜線部分３２、３４をスカイフ（ｓｋｉｖｅ）盤等のダイヤモンド研磨盤により研磨除去することにより、一方をすくい面３６とし、他方を接着面３８としてシャンク等の保持具４０に一体的に接着し、すくい面３６の先端を切れ刃４２として前記図１０の(b) に示す旋削加工に使用することが考えられる。この場合には、最も耐摩耗性能が低い｛１１０｝面がすくい面３６となり、切れ刃４２が｛１１０｝面から所定角度傾斜した面となるため、図１０のようにすくい面２０が｛１００｝面で切れ刃２４が｛１１０｝面の場合に比較して耐久性が向上する。

しかしながら、すくい面３６を構成している｛１１０｝面は、図１２から明らかなように比較的大きな穴ぼこを有する蜂の巣構造を成しているため、アルミニウム等の被削材３０の切り屑がその穴ぼこ内に侵入し、その切り屑に起因して構成刃先が生じ易くなり、工具寿命が損なわれる。切り屑は、人工ダイヤモンド１０の内部まで侵入するため、再研磨後も早期に構成刃先が発生して十分な工具寿命が得られない。

一方、人工ダイヤモンド１０を保持具４０に直接接着する方法として、活性金属ロウによる接着技術が知られているが、活性金属ロウにより十分な接着強度を得るためには十分な接着面積が必要で、前記接着面３８を十分に大きくしなければならないため、その接着面３８の研磨加工が面倒で時間が掛かり、製造コストが高くなるという別の問題もある。また、接着面３８が平坦面であるため、保持具４０に対する位置決めが困難で十分な位置精度を確保することが難しく、結果として保持具４０に対する切れ刃４２やすくい面３６の位置精度が損なわれる可能性があり、位置決め用の段差等を設ける必要がある。なお、上記活性金属ロウによる接着は、脱酸素雰囲気中で人工ダイヤモンド１０を加熱することによりチタン（Ｔｉ）やクロム（Ｃｒ）等の活性金属の膜を表面に生じさせ（メタライズ）、銀および銅を含む銀ロウでその人工ダイヤモンド１０を超硬合金等の保持具４０に対して直接接着するものである。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、安定した品質が得られる人工ダイヤモンドを素材として切れ刃およびすくい面を形成したダイヤモンド切削部材において、｛１１０｝面をすくい面とする場合に比較して構成刃先の発生が抑制され、耐摩耗性と合わせて優れた工具寿命が得られるようにする一方、そのようなダイヤモンド切削部材を簡単且つ安価に製造できるようにすることにある。

第１発明は、基本的に６つの｛１００｝面を備える六面体形状の単結晶の人工ダイヤモンドを素材として切れ刃およびすくい面が設けられ、所定の保持具に一体的に固設されて切削加工に用いられるダイヤモンド切削部材の製造方法であって、(a) 直角断面のＶ字溝が設けられた保持具を用意する保持具製作工程と、(b) 前記Ｖ字溝に前記六面体形状の人工ダイヤモンドの第１稜線部分を嵌め入れ、その第１稜線に隣接する一対の側面がそのＶ字溝の一対の壁面にそれぞれ密着するように位置決めして一体的に固設する固設工程と、(c) 前記Ｖ字溝に嵌め入れられた前記第１稜線に対して対角位置の第２稜線部分を研磨除去してすくい面を形成する研磨工程と、を有し、且つ、(d) 前記すくい面は、前記第２稜線の長手方向の一端に設けられる切れ刃側へ向かうに従って｛１１０｝面から｛１１１｝面側へ５°〜３０°の範囲内の所定の傾斜角度θで傾斜させられており、(e) 前記Ｖ字溝は、一対の壁面がそれぞれ４５°で傾斜する対称断面形状を成すように前記保持具の平坦な取付面に設けられているとともに、長手方向においてその取付面に対して前記傾斜角度θと同じ角度で溝深さが変化するように傾斜させられており、(f) 前記研磨工程では、前記保持具の取付面と平行に前記第２稜線部分を研磨除去することにより前記すくい面を形成することを特徴とする。

第２発明は、第１発明のダイヤモンド切削部材の製造方法において、前記固設工程では、活性金属ロウにより前記人工ダイヤモンドを前記保持具のＶ字溝に対して一体的に接着することを特徴とする。

第３発明は、第１発明または第２発明のダイヤモンド切削部材の製造方法において、(a) 前記保持具はシャンクで、(b) 前記ダイヤモンド切削部材は、前記シャンクの先端部に前記人工ダイヤモンドが一体的に固設されたダイヤモンドバイトであることを特徴とする。

第１発明のダイヤモンド切削部材の製造方法においては、保持具に設けられた直角断面のＶ字溝に六面体形状の人工ダイヤモンドの第１稜線部分を嵌め入れ、その第１稜線に隣接する一対の側面がそのＶ字溝の一対の壁面にそれぞれ密着するように位置決めして一体的に固設し、第１稜線に対して対角位置の第２稜線部分を研磨除去してすくい面を形成するため、保持具に対して人工ダイヤモンドが高い精度で一定の姿勢に安定して保持され、すくい面を高い精度で研磨加工することができるとともに、第１稜線部分を研磨除去する必要がないため製造時間や製造コストが節減される。したがって、このような製造方法によれば、稜線の長手方向において｛１１０｝面から｛１１１｝面側へ５°〜３０°の範囲内の所定の傾斜角度θで傾斜する傾斜面がすくい面として設けられるダイヤモンド切削部材を、簡単且つ安価に高い精度で製造できるようになる。

また、このようにして製造されるダイヤモンド切削部材は、六面体形状の人工ダイヤモンドの対角線方向にすくい面が設けられるため、すくい面等を再研磨して継続使用できる回数が多くなり、人工ダイヤモンドを有効的に利用できるとともに工具寿命が一層向上する。
また、すくい面が第２稜線の長手方向の一端に設けられる切れ刃側へ向かうに従って｛１１０｝面から｛１１１｝面側へ５°〜３０°の範囲内の所定の傾斜角度θで傾斜させられているため、｛１１０｝面に対して垂直な穴ぼこが傾斜角度θに応じて切れ刃と反対方向へ傾斜させられ、切れ刃によって形成された切り屑が穴ぼこに侵入し難くなる。特に、傾斜角度θは５°以上であるため、穴ぼこへの切り屑の侵入が効果的に抑制され、構成刃先の発生による工具寿命の低下が良好に防止されるとともに、優れた耐摩耗性と相まって工具寿命が格段に向上する。また、傾斜角度θが３０°以下であるため、｛１１１｝面に達する前であり、すくい面の研磨加工が可能であるとともに、スクラッチ状の疵が発生するなどして切れ刃の形状精度が損なわれることが抑制される。すなわち、｛１１１｝面の近傍では機械的研磨が殆ど不可能になるため、シャープな切れ刃を形成したり円弧等の所定形状の切れ刃を形成したりすることは難しいのである。因みに、傾斜角度θ≒３５°３６′の場合に｛１１１｝面となる。
更に、Ｖ字溝の一対の壁面がそれぞれ４５°で傾斜する対称断面形状を成しているとともに、長手方向において取付面に対して上記傾斜角度θと同じ角度で溝深さが変化するように傾斜させられているため、研磨工程では保持具の取付面と平行に第２稜線部分を研磨除去すれば良く、すくい面を一層高い精度で簡単に研磨することができる。

第２発明〜第３発明は第１発明に従属しているため、第１発明と同様の作用効果が得られる。加えて、第２発明では、活性金属ロウにより人工ダイヤモンドが保持具のＶ字溝に一体的に接着されるが、単一の平坦面に比較して大きな接着面積が得られるため、優れた接着強度で接着できるとともに、比較的小さな取付部に対しても人工ダイヤモンドを十分な接着強度で取り付けることが可能で、取付部を十分に確保できない小さなダイヤモンド切削部材であっても好適に製造できる。

ダイヤモンド切削部材は、人工ダイヤモンドをシャンクに直接接着したダイヤモンドバイトや、所定の台金に接着されてバイトやその他の切削工具に取り付けて使用されるダイヤモンドチップなどである。人工ダイヤモンドは、前記図９の(a) に示すように立方体或いは直方体のものだけでなく、図９の(b) に示すようにそれ等の立方体や直方体の角部に面取り状の平面を有するものでも良い。

人工ダイヤモンドの稜線部分を研磨除去することによって設けられるすくい面は、その稜線の長手方向の一端に設けられる切れ刃側へ向かうに従って｛１１０｝面から｛１１１｝面側へ５°〜３０°の範囲内の所定の傾斜角度θで傾斜させられているが、鏡面加工等の優れた加工精度が得られるようにする上では、傾斜角度θを５°〜２０°の範囲内とすることが望ましい。また、加工精度よりも耐摩耗性を重視する場合には、より｛１１１｝面に近くなるように傾斜角度θを１５°〜３０°の範囲内とすることが望ましい。すくい面の研磨には、スカイフ盤等のダイヤモンド研磨技術が好適に用いられる。本明細書では、｛１１０｝面から｛１１１｝面側へ傾斜角度θで傾斜させられている面を、『｛１１０｝＋θ』と表現する。

上記傾斜角度θは、人工ダイヤモンドの稜線とすくい面との間の角度で、具体的には稜線の両側の面からそれぞれ４５°の方向、すなわち両側の面によって形成される角の二等分線の方向へすくい面まで下ろした角度であり、すくい面が稜線に対して対称的に稜線の両側へ広がるように設けられた場合には、そのすくい面の中心線と稜線との間の角度である。したがって、その場合には元の稜線とすくい面の中心線とを結ぶ中心面に対して垂直にすくい面が形成されるが、中心面に対して垂直な方向から多少傾斜（例えば±５°程度以下）するように、言い換えれば稜線に対してやや非対称にすくい面が設けられても良い。Ｖ字溝も、必ずしも厳密に断面が対称形状である必要はなく、±５°程度の範囲内で断面形状が傾斜していても差し支えない。

保持具の材質としては超硬合金が好適に用いられるが、モリブデン等の他の金属材料を採用することもできる。活性金属ロウで接着する場合、接着後の温度変化で剥離することが無いように、熱膨張係数が人工ダイヤモンドと略同じか小さいものを採用する必要がある。超硬合金製の保持具の場合、Ｖ字溝を有する状態で成形、焼結することもできるが、研削加工等により後からＶ字溝を設けることも可能である。Ｖ字溝の底と人工ダイヤモンドの稜線との干渉を回避するために、Ｖ字溝の底に矩形断面或いは円弧断面等の逃げ溝を設けたり、人工ダイヤモンドの稜線部分を砥石等により研磨除去することが望ましい。この場合の研磨は、稜線部分を除去するだけで良く、精度は要求されないため、ダイヤモンド砥石等によって簡単に除去できる。

保持具に人工ダイヤモンドを固設する手段としては、活性金属ロウを用いて人工ダイヤモンドを保持具に対して直接接着することが望ましいが、第１発明の実施に際しては、他の接着技術や機械的な固設手段を採用することも可能である。

以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例であるダイヤモンドバイト５０を示す３面図で、(a) は正面図、(b) は平面図、(c) は(b) の左側面図すなわちダイヤモンドバイト５０を先端側から見た図である。このダイヤモンドバイト５０は、前記直方体形状の人工ダイヤモンド１０を素材として所定形状に研磨した人工ダイヤモンド（研磨品）５２が、超硬合金製のシャンク５４の先端部に一体的に固設されたものである。シャンク５４は、図２に単独で示すように、直方体形状の本体部５６と、その本体部５６の先端側に一体に設けられているとともに(b) の平面視において略三角形状を成している取付部５８とを備えており、本体部５６には旋盤等の刃物台にボルトを用いて固定するための２個のボルト穴６０が設けられている。また、取付部５８の平坦な上面（取付面）の中央には、シャンク５４の前後方向（図２(a) 、(b) の左右方向）と平行にＶ字溝６２が設けられ、図３に示すように研磨加工が施される前の人工ダイヤモンド１０（以下、ダイヤモンド素材１０という）が固設されるようになっている。本実施例では、断面が正方形の正四角柱形状（立方体でも可）のダイヤモンド素材１０が用いられており、そのダイヤモンド素材１０がシャンク５４に一体的に固設された状態で研磨加工が施されることにより、すくい面７０等を有する人工ダイヤモンド５２とされる。図２および図３の(a) 〜(c) は、それぞれ図１の(a) 〜(c) に対応する図で、(a) は正面図、(b) は平面図、(c) は(b) の左側面図である。なお、ダイヤモンドバイト５０はダイヤモンド切削部材で、シャンク５４は保持具に相当する。

上記Ｖ字溝６２は、一対の壁面６４、６６がシャンク５４の上面に対してそれぞれ約４５°で傾斜する対称直角断面形状を成すように設けられているとともに、そのＶ字溝６２の長手方向すなわちシャンク５４の前後方向において、後部側（図２(a) 、(b) における右方向）へ向かうに従って溝深さが深くなるように、シャンク５４の上面に対して所定の傾斜角度θで傾斜させられている。そして、ダイヤモンド素材１０は、図３に示すように正四角柱形状の長手方向の第１稜線１３ａ部分がＶ字溝６２内に嵌め入れられ、その第１稜線１３ａに隣接する一対の側面１２ａ、１２ｂがＶ字溝６２の一対の壁面６４、６６にそれぞれ密着させられるとともに、後端面１２ｃがＶ字溝６２の背面６８に当接するように位置決めされた状態で、シャンク５４の取付部５８に一体的に固設されている。Ｖ字溝６２は、超硬合金製のシャンク５４を成形する段階で設けることもできるが、焼結後に研削加工等により形成することも可能である。一対の壁面６４、６６が所定の面精度を有するように仕上げ研削等を行うようにしても良い。このようなＶ字溝６２を有するシャンク５４を用意する工程が保持具製作工程である。

ここで、上記Ｖ字溝６２の底とダイヤモンド素材１０の第１稜線１３ａとの干渉を避けるため、図３の(d-1) に示すようにその稜線１３ａ部分を砥石等により研磨除去するか、(d-2) のようにＶ字溝６２の底に矩形断面等の逃げ溝６２ｓが設けられる。この場合の第１稜線１３ａの研磨は、稜線部分を除去するだけで良く、精度は要求されないため、ダイヤモンド砥石等によって簡単に除去できる。逃げ溝６２ｓについても、荒加工等によって形成すれば良い。これにより、ダイヤモンド素材１０の一対の側面１２ａ、１２ｂがＶ字溝６２の一対の壁面６４、６６に対してそれぞれ確実に密着させられるようになり、シャンク５４に対してダイヤモンド素材１０が高い精度で一定の姿勢に位置決めされる。

ダイヤモンド素材１０は、活性金属ロウにより一対の側面１２ａ、１２ｂがＶ字溝６２の一対の壁面６４、６６に一体的に接着されることにより、シャンク５４の取付部５８に対して一体的に固設される。活性金属ロウは、例えばチタン（Ｔｉ）やクロム（Ｃｒ）等の活性金属を２〜４％程度の割合で含んでいる銀ロウで、脱酸素雰囲気中でダイヤモンド素材１０を８００℃〜１０００℃程度まで加熱することにより、チタン或いはクロム等の活性金属の膜を側面１２ａ、１２ｂの表面に生じさせ（メタライズ）、銀および銅を含む銀ロウによりその側面１２ａ、１２ｂをＶ字溝６２の壁面６４、６６に直接接着する。その場合に、前記図３の(d-1) のように第１稜線１３ａが砥石等により研磨除去されるか、図３の(d-2) のようにＶ字溝６２の底に逃げ溝６２ｓが設けられることにより、側面１２ａ、１２ｂと壁面６４、６６とがそれぞれ確実に密着させられるようになっているため、接着面積が十分に確保されて高い接着強度が得られる。このように活性金属ロウによりダイヤモンド素材１０をＶ字溝６２に一体的に接着する工程が固設工程である。

そして、このようにダイヤモンド素材１０が所定の姿勢でシャンク５４に一体的に固設された状態で、スカイフ盤等のダイヤモンド研磨技術によりそのダイヤモンド素材１０に対して研磨処理が行われることにより、すくい面７０等を有する人工ダイヤモンド５２とされる。すなわち、例えば図４に示すように中心線Ｏまわりに回転駆動されるダイヤモンド研磨盤８０の略水平な研磨面８２と平行であって上下反対向きにシャンク５４を保持し、ダイヤモンド素材１０の前記第１稜線１３ａに対して対角位置の第２稜線１３ｂをその研磨面８２に押し当てることにより、その第２稜線１３ｂがシャンク５４の上面と平行に研磨除去され、元の第２稜線１３ｂに対して前記傾斜角度θで傾斜するすくい面７０が形成される。本実施例では第２稜線１３ｂの一部が残っているが、ダイヤモンド素材１０の長さ寸法や太さによっては、第２稜線１３ｂが完全に無くなるまで研磨してすくい面７０を設けるようにしても良い。ダイヤモンド素材１０は、第２稜線１３ｂを効率的に研磨除去できるように、図４の(a) における上方から見た平面視において、研磨面８２の回転方向（接線方向）と第２稜線１３ｂとが略平行となり、且つその先端側から研磨される姿勢で研磨面８０に押圧される。本実施例のダイヤモンド素材１０は断面が正方形の四角柱であるため、第２稜線１３ｂは第１稜線１３ａの真上（図４(a) の研磨状態では真下）に位置しており、その第２稜線１３ｂを研磨面８２に押し付けて研磨する際の姿勢が安定する。図４の(a) は、シャンク５４を上下反対向きに保持して研磨加工を行っている状態を示す図で、(b) および(c) は、その研磨加工によってすくい面７０が形成された状態の平面図および左側面図である。

図５は、ダイヤモンド素材１０を単独で示す図で、(a) は研磨加工が行われる前の状態であり、その第２稜線１３ｂが(b) に示すように傾斜角度θで斜めに研磨除去されることにより、(c) に示すすくい面７０が形成される。その場合に、ダイヤモンド素材１０の総ての稜線は｛１１０｝面で表されることから、すくい面７０は、その｛１１０｝面から｛１１１｝面方向へ傾斜角度θと同じ角度だけ傾斜させられた面、すなわち｛１１０｝＋θで表され、本実施例では傾斜角度θ＝５°〜３０°の範囲内の所定値に設定されている。言い換えれば、このすくい面７０の｛１１０｝面からの傾斜角度θに合わせて前記Ｖ字溝６２の傾斜角度θが定められているのである。

ダイヤモンド素材１０にはまた、図１に示されるように、その前端面１２ｄ（図３参照）に対して所定の傾斜角度φで傾斜する前逃げ面７２が設けられるとともに、その前逃げ面７２の両側に一対の横逃げ面７４、７６が設けられ、すくい面７０の傾斜方向の先端であって前逃げ面７２と交差する部分に切れ刃７８が設けられている。前逃げ面７２の傾斜角度φは、逃げ角が大きくなる方向がマイナス（−）で、すくい面７０のすくい角をａ°、前逃げ面７２の逃げ角をｂ°とした場合、前記傾斜角度θにそのすくい角ａ°と逃げ角ｂ°とを加算したマイナスの角度に設定され、例えば−（θ＋５°〜１０°）程度に定められる。この前逃げ面７２は、前端面１２ｄが｛１００｝面であることから、｛１００｝−φで表される。一対の横逃げ面７４、７６は先端側において略交差させられており、その稜線によって前逃げ面７２が構成されているとともに、切れ刃７８はすくい面７０と一対の横逃げ面７４、７６とが交差する頂点によって構成されている。このように、すくい面７０や前逃げ面７２、横逃げ面７４、７６を研磨加工する工程が研磨工程であり、これにより図１に示すように所定形状の人工ダイヤモンド５２を備えたダイヤモンドバイト５０が得られる。

このように、本実施例ではシャンク５４に設けられた直角断面のＶ字溝６２に四角柱形状のダイヤモンド素材１０の第１稜線１３ａ部分を嵌め入れ、その第１稜線１３ａに隣接する一対の側面１２ａ、１２ｂがそのＶ字溝６２の一対の壁面６４、６６にそれぞれ密着するように位置決めして一体的に固設し、第１稜線１３ａに対して対角位置の第２稜線１３ｂ部分を研磨除去してすくい面７０を形成するため、シャンク５４に対してダイヤモンド素材１０が高い精度で一定の姿勢に安定して保持され、すくい面７０を高い精度で研磨加工することができる。また、第１稜線１３ａ部分を研磨除去する必要がないため、製造時間や製造コストが節減される。これにより、第２稜線１３ｂの長手方向において｛１１０｝面から｛１１１｝面側へ所定の傾斜角度θで傾斜する傾斜面がすくい面７０として設けられるダイヤモンドバイト５０を、簡単且つ安価に高い精度で製造することができる。

また、このようにして製造されるダイヤモンドバイト５０は、正四角柱形状のダイヤモンド素材１０の対角線方向にすくい面７０が設けられるため、すくい面７０等を再研磨して継続使用できる回数が多くなり、人工ダイヤモンド５２を有効的に活用できるとともに工具寿命が一層向上する。

また、本実施例では、活性金属ロウによりダイヤモンド素材１０がシャンク５４のＶ字溝６２に一体的に接着されるが、単一の平坦面に比較して大きな接着面積が得られるため、優れた接着強度で接着できるとともに、比較的小さな取付部５８に対してもダイヤモンド素材１０を十分な接着強度で取り付けることが可能で、取付部５８を十分に確保できない場合にも好適に適用される。

また、本実施例では、すくい面７０が第２稜線１３ｂの長手方向の一端に設けられる切れ刃７８側へ向かうに従って｛１１０｝面から｛１１１｝面側へ５°〜３０°の範囲内の所定の傾斜角度θで傾斜させられているため、｛１１０｝面に対して垂直な穴ぼこが傾斜角度θに応じて切れ刃７８と反対方向へ傾斜させられ、切れ刃７８によって形成された切り屑が穴ぼこに侵入し難くなる。特に、傾斜角度θは５°以上であるため、穴ぼこへの切り屑の侵入が効果的に抑制され、構成刃先の発生による工具寿命の低下が良好に防止されるとともに、優れた耐摩耗性と相まって工具寿命が格段に向上する。また、傾斜角度θが３０°以下であるため、｛１１１｝面よりも５°以上手前であり、すくい面７０の研磨加工が可能であるとともに、スクラッチ状の疵が発生するなどして切れ刃７８の形状精度が損なわれることが抑制される。

ここで、本実施例では傾斜角度θが５°〜３０°の範囲内の所定値に設定されるが、鏡面加工等の優れた加工精度が要求される場合には、シャープで高精度の切れ刃形状を得るために傾斜角度θを５°〜２０°の範囲内、更には５°〜１５°の範囲で設定することが望ましい。また、加工精度よりも耐摩耗性が要求される場合には、より｛１１１｝面に近くなって硬度が高くなるように傾斜角度θを１５°〜３０°の範囲内、更には２０°〜３０°の範囲内で設定することが望ましい。

また、本実施例では、Ｖ字溝６２の一対の壁面６４、６６がそれぞれ４５°で傾斜する対称断面形状を成しているとともに、長手方向において傾斜角度θで溝深さが変化するように傾斜させられているため、研磨工程では図４の(a) に示すようにシャンク５４を研磨面８２と平行に保持して第２稜線１３ｂ部分を研磨除去すれば良く、すくい面７０を一層高い精度で簡単に研磨することができる。

一方、前記傾斜角度θ＝２０°、傾斜角度φ＝−２５°ですくい面７０を｛１１０｝＋２０°、前逃げ面７２を｛１００｝−２５°とした本実施例のダイヤモンドバイト５０と、前記図１０のようにダイヤモンド素材１０の｛１００｝面をそのまますくい面２０とし、前逃げ面２２を｛１００｝−５°とした従来のダイヤモンドバイトとを用意し、以下の加工条件で図６に示すように軸心まわりに回転駆動されるアルミニウム合金の端面に切削加工を行い、初期摩耗までの切削距離を調べたところ、図７に示す結果が得られた。
《加工条件》
被削材：アルミニウム合金（ＪＩＳ−Ａ５０５６）
切削形態：端面切削
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ
フィード（径方向の送り）：０．０１ｍｍ／ｒｅｖ

図７に示す結果から明らかなように、本発明品によれば２５ｋｍ以上の切削加工が必要で、従来品に比べて工具寿命が格段に向上する。すなわち、初期摩耗は、切れ刃７８に所定の微小摩耗が発生し、鏡面加工が可能となる状態で、再研磨が必要となる再研磨寿命とは異なるものであるが、初期摩耗までの切削距離は再研磨寿命に達するまでの切削距離に略比例するため、初期摩耗までの切削距離により再研磨寿命、更には再研磨による継続使用を含めた工具寿命を比較、判断することができるのであり、従来品に比べて２．５倍以上の工具寿命が得られるものと考えられる。

また、図８は、前記傾斜角度θ＝３°、すなわちすくい面７０を｛１１０｝＋３°としたダイヤモンドバイト５０を用いて、アルミニウム合金および超硬合金に対して切削加工を行った場合に、構成刃先により再研磨寿命に達してすくい面７０等を再研磨した後、電子顕微鏡により人工ダイヤモンド５０の成分分析を行った結果を示す図で、本来のダイヤモンドバイト５０には存在しないはずのアルミニウム（Ａｌ）やタングステン（Ｗ）が再研磨に拘らず多量に残留していることが認められる。したがって、再研磨後においても、これ等のアルミニウムやタングステンに起因して構成刃先が早期に発生し、工具寿命が著しく阻害されるものと考えられる。なお、傾斜角度θ＝５°の場合には、このようなアルミニウムやタングステン等の切り屑の侵入は殆ど認められず、構成刃先も殆ど発生しない。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。

本発明の一実施例であるダイヤモンドバイトを示す図で、(a) は正面図、(b) は平面図、(c) は(b) の左側面図である。図１のダイヤモンドバイトのシャンクを単独で示す図で、(a) は正面図、(b) は平面図、(c) は(b) の左側面図である。図２のシャンクに人工ダイヤモンドの素材が一体的に固設された状態を示す図で、(a) は正面図、(b) は平面図、(c) は(b) の左側面図、(d-1) 、(d-2) はダイヤモンド素材がＶ字溝に嵌め入れられた部分の断面図である。図３のダイヤモンド素材に研磨加工を施してすくい面を形成する研磨工程を説明する図で、(a) は研磨加工時の正面図、(b) はすくい面が設けられた状態の平面図、(c) は(b) の左側面図である。図４の研磨加工でダイヤモンド素材にすくい面が形成される過程を単独で示す斜視図である。本発明品および従来品を用いて工具寿命を調べる際の端面切削加工を説明する概略斜視図である。図６の試験結果を、本発明品と従来品とを比較して示す図である。すくい面を｛１１０｝＋３°としたダイヤモンドバイトで所定の切削加工を行うとともに再研磨した後、電子顕微鏡により人工ダイヤモンドの成分分析を行った結果を示す図である。人工ダイヤモンドの基本形状を説明する図で、(a) は直方体形状の場合の斜視図、(b) は(a) の直方体の角部に面取り状の平面を有する場合の斜視図である。図９の人工ダイヤモンドの｛１００｝面の一つをそのまますくい面として用いて切削加工を行う場合の使用態様を説明する図で、(a) は所定の研磨加工が施された人工ダイヤモンドの斜視図、(b) は旋削加工に用いられた場合の一例を示す斜視図である。図９の人工ダイヤモンドの一つの稜線を研磨加工し、その研磨加工で得られた｛１１０｝面をすくい面として用いて切削加工を行う場合の使用態様を説明する図で、(a) はすくい面を加工する前の人工ダイヤモンドの斜視図、(b) はすくい面および接着面を形成するために研磨除去される部分を点線で示す斜視図、(c) は(b) の点線部分が除去された状態の人工ダイヤモンドの斜視図、(d) は(c) の人工ダイヤモンドが接着面を介してシャンク等の保持具に取り付けられた状態の斜視図である。ダイヤモンドの３つの結晶面｛１１１｝、｛１１０｝、｛１００｝を説明する図で、左側の図は結晶面の位置を示す立体模型、右側の図は各結晶面における原子の配列を示す図である。

符号の説明

１０：人工ダイヤモンド（素材）１２ａ、１２ｂ：側面１３ａ：第１稜線１３ｂ：第２稜線５０：ダイヤモンドバイト（ダイヤモンド切削部材）５２：人工ダイヤモンド（研磨加工後）５４：シャンク（保持具）６２：Ｖ字溝６４、６６：壁面７０：すくい面７８：切れ刃 θ：傾斜角度

Claims

基本的に６つの｛１００｝面を備える六面体形状の単結晶の人工ダイヤモンドを素材として切れ刃およびすくい面が設けられ、所定の保持具に一体的に固設されて切削加工に用いられるダイヤモンド切削部材の製造方法であって、
直角断面のＶ字溝が設けられた保持具を用意する保持具製作工程と、
前記Ｖ字溝に前記六面体形状の人工ダイヤモンドの第１稜線部分を嵌め入れ、該第１稜線に隣接する一対の側面が該Ｖ字溝の一対の壁面にそれぞれ密着するように位置決めして一体的に固設する固設工程と、
前記Ｖ字溝に嵌め入れられた前記第１稜線に対して対角位置の第２稜線部分を研磨除去してすくい面を形成する研磨工程と、
を有し、且つ、
前記すくい面は、前記第２稜線の長手方向の一端に設けられる切れ刃側へ向かうに従って｛１１０｝面から｛１１１｝面側へ５°〜３０°の範囲内の所定の傾斜角度θで傾斜させられており、
前記Ｖ字溝は、一対の壁面がそれぞれ４５°で傾斜する対称断面形状を成すように前記保持具の平坦な取付面に設けられているとともに、長手方向において該取付面に対して前記傾斜角度θと同じ角度で溝深さが変化するように傾斜させられており、
前記研磨工程では、前記保持具の取付面と平行に前記第２稜線部分を研磨除去することにより前記すくい面を形成する
ことを特徴とするダイヤモンド切削部材の製造方法。
請求項１において、
前記固設工程では、活性金属ロウにより前記人工ダイヤモンドを前記保持具のＶ字溝に対して一体的に接着する
ことを特徴とするダイヤモンド切削部材の製造方法。
請求項１または２において、
前記保持具はシャンクで、
前記ダイヤモンド切削部材は、前記シャンクの先端部に前記人工ダイヤモンドが一体的に固設されたダイヤモンドバイトである
ことを特徴とするダイヤモンド切削部材の製造方法。