JPH07112641B2 - ダイヤモンド被覆切削工具およびその製造方法 - Google Patents
ダイヤモンド被覆切削工具およびその製造方法Info
- Publication number
- JPH07112641B2 JPH07112641B2 JP60094181A JP9418185A JPH07112641B2 JP H07112641 B2 JPH07112641 B2 JP H07112641B2 JP 60094181 A JP60094181 A JP 60094181A JP 9418185 A JP9418185 A JP 9418185A JP H07112641 B2 JPH07112641 B2 JP H07112641B2
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- Japan
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- diamond
- film
- cutting tool
- cutting
- coated cutting
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (発明の分野) 本発明は表面にダイヤモンド膜を有する切削工具に関
し、より詳細には、ダイヤモンド膜の剥離のない切削性
能に優れた切削工具に関する。
し、より詳細には、ダイヤモンド膜の剥離のない切削性
能に優れた切削工具に関する。
(従来技術) 従来から、切削工具としては超硬合金、Al2O3等の酸化
物、SiC、Si3N4等の炭化物、窒化物が、あるいは超硬合
金に炭化物、窒化物を被覆したものが、強度および耐摩
耗性にすぐれることから一般的に使用されている。
物、SiC、Si3N4等の炭化物、窒化物が、あるいは超硬合
金に炭化物、窒化物を被覆したものが、強度および耐摩
耗性にすぐれることから一般的に使用されている。
近年に至っては、さらに耐摩耗性を有する材料として、
ダイヤモンドが注目され、薄膜技術の発展に伴い所定の
基体表面にダイヤモンド膜を気相成長法等により設けて
成る耐摩耗性に優れた切削工具が提案されている。
ダイヤモンドが注目され、薄膜技術の発展に伴い所定の
基体表面にダイヤモンド膜を気相成長法等により設けて
成る耐摩耗性に優れた切削工具が提案されている。
しかしながら、気相成長法により基体、例えば窒化ケイ
素上に設けられたダイヤモンド膜は、それ自体多結晶で
あり、その表面層には、約3〜5μmの凹凸が形成され
ている。特に刃部等のエッジ部では、第1図および第2
図のエッジ部の電子顕微鏡写真からも明らかなように異
常成長が起りやすく、10μm以上の粒子が成長すること
もある。
素上に設けられたダイヤモンド膜は、それ自体多結晶で
あり、その表面層には、約3〜5μmの凹凸が形成され
ている。特に刃部等のエッジ部では、第1図および第2
図のエッジ部の電子顕微鏡写真からも明らかなように異
常成長が起りやすく、10μm以上の粒子が成長すること
もある。
このようなダイヤモンド被覆切削工具を用いて、切削を
行なう場合、被削材の切屑と刃先表面との摩擦抵抗が過
大となり、切屑が膜表面の凹凸部に溶着し、切削性能を
低下させる恐れがあり、しかも、膜の凹凸に応じて摩擦
抵抗による外部応力が膜に対し局部的に加わり、膜の剥
離を起こす原因となっていた。特に、ダイヤモンド被覆
切削工具の特徴である高速切削時には、これらの傾向が
顕著であり、実用化に乏しいものであった。
行なう場合、被削材の切屑と刃先表面との摩擦抵抗が過
大となり、切屑が膜表面の凹凸部に溶着し、切削性能を
低下させる恐れがあり、しかも、膜の凹凸に応じて摩擦
抵抗による外部応力が膜に対し局部的に加わり、膜の剥
離を起こす原因となっていた。特に、ダイヤモンド被覆
切削工具の特徴である高速切削時には、これらの傾向が
顕著であり、実用化に乏しいものであった。
(発明の構成) 本発明者等は、気相成長法により工具基体上のダイヤモ
ンド膜表面の表面粗さを1μm以下にすることにより、
高速切削時においても膜剥離のない切削性能に優れた切
削工具が得られることを知見した。
ンド膜表面の表面粗さを1μm以下にすることにより、
高速切削時においても膜剥離のない切削性能に優れた切
削工具が得られることを知見した。
即ち、本発明によれば靭性(K1c)6MPa・m1/2以上の基
体の少なくとも刃部を含む表面にダイヤモンド膜を形成
させたダイヤモンド被覆切削工具において、少なくとも
刃部のダイヤモンド膜が11μm以上の膜厚を有するとと
もに、ダイヤモンド膜の表面粗さが1μm以下であるこ
とを特徴とするダイヤモンド被覆切削工具が提供され
る。
体の少なくとも刃部を含む表面にダイヤモンド膜を形成
させたダイヤモンド被覆切削工具において、少なくとも
刃部のダイヤモンド膜が11μm以上の膜厚を有するとと
もに、ダイヤモンド膜の表面粗さが1μm以下であるこ
とを特徴とするダイヤモンド被覆切削工具が提供され
る。
さらに、本発明によれば靭性(K1c)6MPa・m1/2以上の
基体上に気相成長法によりダイヤモンド膜を形成した
後、ダイヤモンド膜の少なくとも刃部を含む表面を表面
粗さ1μm以下、および膜厚11μm以上に研摩すること
を特徴とするダイヤモンド被覆切削工具の製造方法が提
供される。
基体上に気相成長法によりダイヤモンド膜を形成した
後、ダイヤモンド膜の少なくとも刃部を含む表面を表面
粗さ1μm以下、および膜厚11μm以上に研摩すること
を特徴とするダイヤモンド被覆切削工具の製造方法が提
供される。
CVD法等の気相成長法によりダイヤモンド膜を設ける場
合、条件によって結晶質ダイヤモンドまたはダイヤモン
ド状(非晶質)炭素が形成されるが、切削工具用として
は、結晶質の方が非晶質に比較して、基体との付着力、
熱応力、膜強度が優れることから、結晶質ダイヤモンド
が好ましい。結晶質ダイヤモンドは、窒化ケイ素等の基
体に対しては、核成長により多結晶が形成される。多結
晶質ダイヤモンドは単結晶ダイヤモンドと比較して膜強
度に優れることから切削工具等には好適である。多結晶
ダイヤモンド膜は、その結晶粒径にもよるが、その表面
層は第2図のダイヤモンド膜の顕微鏡写真に示されるよ
うに単位結晶粒間には谷間が形成され、全体として凹凸
が形成される。
合、条件によって結晶質ダイヤモンドまたはダイヤモン
ド状(非晶質)炭素が形成されるが、切削工具用として
は、結晶質の方が非晶質に比較して、基体との付着力、
熱応力、膜強度が優れることから、結晶質ダイヤモンド
が好ましい。結晶質ダイヤモンドは、窒化ケイ素等の基
体に対しては、核成長により多結晶が形成される。多結
晶質ダイヤモンドは単結晶ダイヤモンドと比較して膜強
度に優れることから切削工具等には好適である。多結晶
ダイヤモンド膜は、その結晶粒径にもよるが、その表面
層は第2図のダイヤモンド膜の顕微鏡写真に示されるよ
うに単位結晶粒間には谷間が形成され、全体として凹凸
が形成される。
本発明においては、この凹凸、即ち表面粗さ、詳しくは
最大高さ粗さ(JIS B0601に基づく)を1μm以下、よ
り好ましくは0.2μm以下に制御することが重要であ
る。この構成により、被削材の切屑と刃部表面との抵抗
が低減されるとともに局部的な外部応力の発生を防止す
ることができ、膜の剥離を低減し、切削工具の寿命を向
上させることができる。表面粗さが1μmより大きくな
ると、前述したように切屑との抵抗が大きくなり、ダイ
ヤモンド膜の剥離をきたす。
最大高さ粗さ(JIS B0601に基づく)を1μm以下、よ
り好ましくは0.2μm以下に制御することが重要であ
る。この構成により、被削材の切屑と刃部表面との抵抗
が低減されるとともに局部的な外部応力の発生を防止す
ることができ、膜の剥離を低減し、切削工具の寿命を向
上させることができる。表面粗さが1μmより大きくな
ると、前述したように切屑との抵抗が大きくなり、ダイ
ヤモンド膜の剥離をきたす。
ダイヤモンド膜の成膜時の表面は、成膜条件にもよる
が、膜厚が小さい程平滑であるが、所望の切削性能を得
るためには膜強度を大きくする必要があることから、ダ
イヤモンド膜の膜厚は、11μm以上、好ましくは30乃至
100μmに制御すべきである。膜厚が0.1μm未満である
と膜強度が不十分であり、剥離し易くなる。また、工具
のコーナー部、特に刃部には、前述したように数μm〜
10μmの粒径の結晶粒が成長しやすく、しかも結晶粒間
には谷間が形成されるので、膜厚が11μmより薄い場
合、谷間の部分の影響が強く、切削時の衝撃が加わる
と、谷間の部分に応力が集中するため、膜の剥離が発生
しやすくなる。100μmを超えると成膜時間が長くな
り、生産効率およびコストの面から好ましくない。
が、膜厚が小さい程平滑であるが、所望の切削性能を得
るためには膜強度を大きくする必要があることから、ダ
イヤモンド膜の膜厚は、11μm以上、好ましくは30乃至
100μmに制御すべきである。膜厚が0.1μm未満である
と膜強度が不十分であり、剥離し易くなる。また、工具
のコーナー部、特に刃部には、前述したように数μm〜
10μmの粒径の結晶粒が成長しやすく、しかも結晶粒間
には谷間が形成されるので、膜厚が11μmより薄い場
合、谷間の部分の影響が強く、切削時の衝撃が加わる
と、谷間の部分に応力が集中するため、膜の剥離が発生
しやすくなる。100μmを超えると成膜時間が長くな
り、生産効率およびコストの面から好ましくない。
切削工具用の基体としては、それ自体ある程度の機械的
強度を必要とし、例えば超硬、サーメット、ジルコニ
ア、窒化珪素、炭化珪素等が挙げられるが、ダイヤモン
ド膜との密着性を考慮した場合、特に窒化珪素質焼結体
が最も好適である。また、ダイヤモンド被覆切削工具
は、仕上げ用としても適するが、仕上用工具形状はシャ
ープエッジを有するため靭性の高いものが要求される。
このような点から、靭性(K1c)は6MPa・m1/2以上が好
適である。K1cが6MPa・m1/2より小さいと、切削時、お
よび取扱い時にエッジ部からチッピングを起こし、ダイ
ヤモンド膜の剥離の原因となる。
強度を必要とし、例えば超硬、サーメット、ジルコニ
ア、窒化珪素、炭化珪素等が挙げられるが、ダイヤモン
ド膜との密着性を考慮した場合、特に窒化珪素質焼結体
が最も好適である。また、ダイヤモンド被覆切削工具
は、仕上げ用としても適するが、仕上用工具形状はシャ
ープエッジを有するため靭性の高いものが要求される。
このような点から、靭性(K1c)は6MPa・m1/2以上が好
適である。K1cが6MPa・m1/2より小さいと、切削時、お
よび取扱い時にエッジ部からチッピングを起こし、ダイ
ヤモンド膜の剥離の原因となる。
前述したように膜表面には成膜時、核成長による多結晶
が形成されるが、おのおのの結晶粒子の粒径は、膜強度
を考慮すれば、粒径の大きい方が好ましい。具体的に
は、成膜時の膜面のおのおのの凹凸から測定し、0.5μ
m以上が好ましい。
が形成されるが、おのおのの結晶粒子の粒径は、膜強度
を考慮すれば、粒径の大きい方が好ましい。具体的に
は、成膜時の膜面のおのおのの凹凸から測定し、0.5μ
m以上が好ましい。
表面粗さ1μm以下のダイヤモンド膜を得るためには、
気相成長法による成膜条件を制御し、前述した所定の膜
厚、結晶粒径を有するダイヤモンド膜を形成することも
可能ではあるが、先にも述べたように膜厚を大きくする
と、表面粗さは、大きくなる傾向にあり、表面粗さ1μ
m以下のダイヤモンド膜を得るため、膜厚を小さくして
も異常成長粒や異常成長部が存在する事があるため、膜
剥離を招き易い。
気相成長法による成膜条件を制御し、前述した所定の膜
厚、結晶粒径を有するダイヤモンド膜を形成することも
可能ではあるが、先にも述べたように膜厚を大きくする
と、表面粗さは、大きくなる傾向にあり、表面粗さ1μ
m以下のダイヤモンド膜を得るため、膜厚を小さくして
も異常成長粒や異常成長部が存在する事があるため、膜
剥離を招き易い。
また、ダイヤモンド膜を生成した場合に生じる粒子間の
谷間は、膜の亀裂と等価であり、膜に負荷が加わった時
に亀裂が発展してクラックとなり、クラックが基体と膜
との界面まで達するとクラックは界面を伝わり、膜剥離
を起こす。
谷間は、膜の亀裂と等価であり、膜に負荷が加わった時
に亀裂が発展してクラックとなり、クラックが基体と膜
との界面まで達するとクラックは界面を伝わり、膜剥離
を起こす。
このようなことから、本発明の切削工具の製造に当たっ
ては、熱CVD,rfプラズマCVD,マイクロ波CVD,ECRプラズ
マCVD等のCVD法、イオンビーム法、スパッタ法等公知の
気相成長法により、ダイヤモンド膜を形成した後、ダイ
ヤモンド膜を研摩し、表面粗さを1μm以下に制御する
ことが最適である。この研摩処理により、第3図の電子
顕微鏡写真に示すようにほとんど凹凸のない平滑な面を
得ることができる。なお、研摩後の膜厚は、11μm以上
にすべきである。膜厚が11μmより小さいと、膜と基体
との密着が不十分であり、膜強度も弱いため、切削時膜
剥離を生じ易くなる。このような構成により膜強度に優
れ、剥離のないダイヤモンド膜を形成することができ
る。
ては、熱CVD,rfプラズマCVD,マイクロ波CVD,ECRプラズ
マCVD等のCVD法、イオンビーム法、スパッタ法等公知の
気相成長法により、ダイヤモンド膜を形成した後、ダイ
ヤモンド膜を研摩し、表面粗さを1μm以下に制御する
ことが最適である。この研摩処理により、第3図の電子
顕微鏡写真に示すようにほとんど凹凸のない平滑な面を
得ることができる。なお、研摩後の膜厚は、11μm以上
にすべきである。膜厚が11μmより小さいと、膜と基体
との密着が不十分であり、膜強度も弱いため、切削時膜
剥離を生じ易くなる。このような構成により膜強度に優
れ、剥離のないダイヤモンド膜を形成することができ
る。
ダイヤモンド膜の研摩を行なう際は、公知の任意の手段
を用いることができ、例えばラッピング、ポリッシング
等により行なうことができる。
を用いることができ、例えばラッピング、ポリッシング
等により行なうことができる。
本発明を次の例で説明する。
実施例 (ダイヤモンド膜形成) 靭性が異なる各種の窒化珪素質焼結体からなる切削工具
用基体に第1表の4種の方法によりダイヤモンド膜を形
成した。
用基体に第1表の4種の方法によりダイヤモンド膜を形
成した。
(研摩工程) ダイヤモンドホィールにより研摩を行なった。
(特性測定) 下記の方法に従い、それぞれの基体の靭性、表面粗さを
測定し、切削テストを行なった。
測定し、切削テストを行なった。
A.靭性(K1c) 圧痕押し込み法により測定した。
B.表面粗さ JIS規格B 0601に基づき、触針式表面粗さ測定器および
走査型電子顕微鏡により最大高さ粗さを求めた。
走査型電子顕微鏡により最大高さ粗さを求めた。
C.切削テスト ・被削材…Al−Si(18%)合金 ・切削条件 (I)切削速度 200(m/min) 送 り 0.1(mm/rev) 切り込み 0.2(mm) 時 間 5(min) (II)切削速度 700(m/min) 送 り 0.1(mm/rev) 切り込み 0.2(mm) 時 間 5(min) (測定結果) 測定結果は第2表に示した。
第2表から明らかな通り、基体の靭性が本発明の範囲よ
りも小さい試料No.6,7はいずれもチッピング又は膜剥離
を発生し、摩耗も大きいものであった。また、表面粗さ
が1.5μmの研摩を行なわなかった試料No.11は、低速切
削テストの(I)では剥離、摩耗はないものの溶着が多
いもので、高速切削テスト(II)では使用に耐えないも
のであった。さらに成膜条件を変更し、成膜時で表面粗
さ0.1μmのダイヤモンド膜を有する試料No.12は膜の結
晶粒径が小さく低速切削テストではほとんど問題なかっ
たが、高速テストでは、使用に耐えないものであった。
膜厚が、11μmより小さい試料No.13は低速テストでさ
え膜剥離が発生し、使用できなかった。これら以外の本
発明の試料はいずれも優れた切削性能を示し、低速、高
速切削テストでもまったく問題はなかった。
りも小さい試料No.6,7はいずれもチッピング又は膜剥離
を発生し、摩耗も大きいものであった。また、表面粗さ
が1.5μmの研摩を行なわなかった試料No.11は、低速切
削テストの(I)では剥離、摩耗はないものの溶着が多
いもので、高速切削テスト(II)では使用に耐えないも
のであった。さらに成膜条件を変更し、成膜時で表面粗
さ0.1μmのダイヤモンド膜を有する試料No.12は膜の結
晶粒径が小さく低速切削テストではほとんど問題なかっ
たが、高速テストでは、使用に耐えないものであった。
膜厚が、11μmより小さい試料No.13は低速テストでさ
え膜剥離が発生し、使用できなかった。これら以外の本
発明の試料はいずれも優れた切削性能を示し、低速、高
速切削テストでもまったく問題はなかった。
(発明の効果) 本発明のダイヤモンド被覆切削工具および切削工具の製
造方法によれば、切削時の刃部と、被削材との抵抗を低
減でき、しかも刃部にかかる応力を均一にすることがで
きることから、ダイヤモンド膜の剥離がなく、耐摩耗性
に優れ、低速、高速切削にも適用し得る優れた切削性能
を有する切削工具を得ることができる。
造方法によれば、切削時の刃部と、被削材との抵抗を低
減でき、しかも刃部にかかる応力を均一にすることがで
きることから、ダイヤモンド膜の剥離がなく、耐摩耗性
に優れ、低速、高速切削にも適用し得る優れた切削性能
を有する切削工具を得ることができる。
第1図および第2図は、刃部におけるダイヤモンド膜表
面の電子顕微鏡写真、第3図は研摩後のダイヤモンド膜
の電子顕微鏡写真である。
面の電子顕微鏡写真、第3図は研摩後のダイヤモンド膜
の電子顕微鏡写真である。
Claims (4)
- 【請求項1】靭性(K1c)6MPa・m1/2以上の窒化珪素質
焼結体からなる基体の少なくとも刃部を含む表面にダイ
ヤモンド膜を形成させたダイヤモンド被覆切削工具にお
いて、少なくとも刃部のダイヤモンド膜が11μm以上の
膜厚を有するとともにダイヤモンド膜の表面粗さが1μ
m以下であることを特徴とするダイヤモンド被覆切削工
具。 - 【請求項2】ダイヤモンド膜の結晶粒径が0.5μm以上
である特許請求の範囲第1項記載のダイヤモンド被覆切
削工具。 - 【請求項3】靭性(K1c)6MPa・m1/2以上の窒化珪素質
焼結体からなる基体上に気相成長法によりダイヤモンド
膜を形成した後、ダイヤモンド膜の少なくとも刃部を含
む表面を表面粗さ1μm以下、および膜厚11μm以上に
研摩することを特徴するダイヤモンド被覆切削工具の製
造方法。 - 【請求項4】ダイヤモンド膜の結晶粒径が0.5μm以上
である特許請求の範囲第3項記載のダイヤモンド被覆切
削工具の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60094181A JPH07112641B2 (ja) | 1985-04-30 | 1985-04-30 | ダイヤモンド被覆切削工具およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60094181A JPH07112641B2 (ja) | 1985-04-30 | 1985-04-30 | ダイヤモンド被覆切削工具およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61252004A JPS61252004A (ja) | 1986-11-10 |
| JPH07112641B2 true JPH07112641B2 (ja) | 1995-12-06 |
Family
ID=14103154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60094181A Expired - Lifetime JPH07112641B2 (ja) | 1985-04-30 | 1985-04-30 | ダイヤモンド被覆切削工具およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07112641B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5334453A (en) * | 1989-12-28 | 1994-08-02 | Ngk Spark Plug Company Limited | Diamond-coated bodies and process for preparation thereof |
| US5855974A (en) * | 1993-10-25 | 1999-01-05 | Ford Global Technologies, Inc. | Method of producing CVD diamond coated scribing wheels |
| JP2013233793A (ja) * | 2012-04-13 | 2013-11-21 | Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd | スクライビングホイール及びその製造方法 |
| DE102013218446A1 (de) * | 2013-09-13 | 2015-03-19 | Cemecon Ag | Werkzeug sowie Verfahren zum Zerspanen von faserverstärktenMaterialien |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60152676A (ja) * | 1984-01-18 | 1985-08-10 | Hitachi Choko Kk | 表面被覆超硬質部材 |
-
1985
- 1985-04-30 JP JP60094181A patent/JPH07112641B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61252004A (ja) | 1986-11-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |