(57)【要約】【課題】研磨加工すべき部位および領域が節減され、効率的に製造することのできる多結晶ダイヤモンドが接合されたスローアウェイチップおよびこのスローアウェイチップを有して成る切削工具を提供すること。【解決手段】超硬基材の逃げ面における刃先部に、多結晶ダイヤモンドをロウ材により接合して成ることを特徴とするスローアウェイチップおよびこのスローアウェイチップと支持体とを有して成ることを特徴とする切削工具。【選択図】      図１
2004291110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の逃げ面における刃先部に、多結晶ダイヤモンドをロウ材により接合して成ることを特徴とするスローアウェイチップ。
【請求項２】
前記超硬基材が、超硬合金、ハイス、サーメット又はセラミックスである請求項１に記載のスローアウェイチップ。
【請求項３】
前記多結晶ダイヤモンドの厚さが、０．０１〜１．０ｍｍである請求項１又は２に記載のスローアウェイチップ。
【請求項４】
前記多結晶ダイヤモンドの厚さが、０．０５〜０．５ｍｍである請求項１又は２に記載のスローアウェイチップ。
【請求項５】
前記多結晶ダイヤモンドの接合面の面粗度が、最大高さ（ＲＺ）で低くとも２０μｍであり、前記多結晶ダイヤモンドの接合面に対し反対側にある面の面粗度が、最大高さ（ＲＺ）で高くとも５μｍである請求項１〜４のいずれか一項に記載のスローアウェイチップ。
【請求項６】
前記多結晶ダイヤモンドが、気相合成法又は高温高圧焼結法によって製造され、前記ロウ材が、Ｔｉ、Ａｇ及びＣｕから選ばれた少なくとも１種の金属を含有する合金である請求項１〜５のいずれか一項に記載のスローアウェイチップ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のスローアウェイチップと支持体とを有して成ることを特徴とする切削工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スローアウェイチップ及び切削工具に関し、さらに詳しくは、研磨加工すべき部位及び領域が節減され、効率的に製造することのできる多結晶ダイヤモンドが接合されたスローアウェイチップ及びこのスローアウェイチップを有して成る切削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
耐熱性、耐磨耗性及び耐衝撃性を有する基材に多結晶ダイヤモンドを接合又は被覆したスローアウェイチップを有する工具は、切削工具として広く使用されている。このようなスローアウェイチップとして、これまでに、そのすくい面に、多結晶ダイヤモンドをロウ材により接合したチップが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−４０１０６号公報
また、スローアウェイチップのすくい面及び逃げ面に、気相合成法により製造された多結晶ダイヤモンドを被覆したチップも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献２】
特許第２７７８１７５号公報
これら多結晶ダイヤモンドを接合し、又は被覆したスローアウェイチップにおいては、いずれにしてもチップ外周部の多結晶ダイヤモンドを研磨加工しなければならない。特に、ロウ材により接合された多結晶ダイヤモンドは、寸法精度に劣るため、所定の寸法を確保するためにこの研磨加工は重要な作業となる。また、被覆された多結晶ダイヤモンドにおいては、切削性の向上を図るために粗面化しなければならず、このための研磨加工も必要とされる。
【０００５】
しかしながら、この研磨加工は、超硬度を有するダイヤモンドの研磨であることからきわめて困難な作業を強いられ、しかも高価なダイヤモンドの損失をも伴うので、チップの機能を妨げることなく、可能な限り研磨加工すべき部位及び領域を節減することが要求される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、このような要求に応え、研磨加工すべき部位及び領域が節減され、効率的に製造することのできる多結晶ダイヤモンドが接合されたスローアウェイチップ及びこのスローアウェイチップを有して成る切削工具を提供することをその課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記課題を解決するために、多結晶ダイヤモンドを接合する部位について研究を重ねた結果、超硬基材を初めとする基材の逃げ面における刃先部のみに、多結晶ダイヤモンドをロウ材により接合することによって、前記課題が解決できるということを見出し、この知見に基づいてこの発明を完成するに到った。
【０００８】
すなわち、この発明の前記課題を解決するための第１の手段は、
（１）  基材の逃げ面における刃先部に、多結晶ダイヤモンドをロウ材により接合して成ることを特徴とするスローアウェイチップである。
【０００９】
この第１の手段における好ましい態様としては、下記▲１▼〜▲５▼のスローアウェイチップを挙げることができる。
▲１▼  前記基材が、超硬基材、ハイス、サーメット又はセラミックスであるスローアウェイチップ。
▲２▼  前記多結晶ダイヤモンドの厚さが、０．０１〜１．０ｍｍであるスローアウェイチップ。
▲３▼  前記多結晶ダイヤモンドの厚さが、０．０５〜０．５ｍｍであるスローアウェイチップ。
▲４▼  前記多結晶ダイヤモンドの接合面の面粗度が、最大高さ（ＲＺ）で低くとも２０μｍであり、前記多結晶ダイヤモンドの接合面に対し反対側にある面の面粗度が、最大高さ（ＲＺ）で高くとも５μｍであるスローアウェイチップ。
▲５▼  前記多結晶ダイヤモンドが、気相合成法又は高温高圧焼結法によって製造され、前記ロウ材が、Ｔｉ、Ａｇ及びＣｕから選ばれた少なくとも１種の金属を含有する合金であるスローアウェイチップ。
【００１０】
この発明における前記課題を解決するための第２の手段は、
（２）  前記スローアウェイチップと支持体とを有して成ることを特徴とする切削工具である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明のスローアウェイチップは、基材の逃げ面における刃先部に、多結晶ダイヤモンドをロウ材により接合して成ることを特徴とする。
【００１２】
スローアウェイチップは、例えば切削工具用の刃であり、刃先が破損又は摩耗して使用することができなくなった場合には、これを支持体から取り外して研磨し、その後に再使用し、又は研削することなく、支持体から取り外して使い捨てとされることがある。スローアウェイチップの形状については、方形状、三角状、菱状などの種々の形状が存在し、その形状に制限はない。
【００１３】
この発明のスローアウェイチップを形成する材料には、基材が用いられる。基材としては、通常、スローアウェイチップに用いられる材料であれば特に制限はなく、超硬基材、ハイス、サーメット又はセラミックスが好ましい。
【００１４】
前記の好適な基材の中でも、超硬合金が好ましい。超硬合金としては、炭化タングステン（ＷＣ）系超硬合金を挙げることができ、具体的には、例えば、Ｋ０１：ＷＣ−Ｃｏ（Ｗ９１質量％、Ｃｏ５質量％、Ｃ４質量％）、Ｋ１０：ＷＣ−Ｃｏ（Ｗ８７質量％、Ｃｏ７質量％、Ｃ６質量％）、Ｋ２０：ＷＣ−Ｃｏ（Ｗ８７質量％、Ｃｏ８質量％、Ｃ５質量％）、Ｐ１０：ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ（Ｗ５０質量％、Ｔｉ１６質量％、Ｔａ１７質量％、Ｃｏ９質量％、Ｃ８質量％）などを挙げることができる。なお、Ｋ０１、Ｋ１０、Ｋ２０およびＰ１０は、ＪＩＳ  Ｂ  ４０５３に基づく使用分類記号である。
【００１５】
ハイスは、ＪＩＳ  ４４０３に規定される高速度鋼（Ｈｉｇｈ  Ｓｐｅｅｄ  Ｓｔｅｅｌ）であり、例えば高速度工具鋼とも称され、鋼の中でももっとも硬いと言われている材料であり、タングステン系、高炭素系、高バナジウム系、モリブデン系、コバルト系等が知られている。ハイスとして、窒素添加により耐凝着性の向上した窒化粉末ハイス鋼も好適例として挙げることができる。サーメットは、セラミックスと強靭性、可塑性を有する金属との複合材料である。また、セラミックスは、主として周期表４、５又は６族金属の酸化物、炭化物、ホウ化物、ケイ化物又は窒化物などとＣｏ、Ｎｉ、Ｍｏなどの金属との混合粉末を焼結して得られる高硬度、耐熱性、耐酸化性、耐薬品性、耐摩耗性を有する材料である。
【００１６】
この発明においては、このような超硬基材の逃げ面における刃先部に、多結晶ダイヤモンドがロウ材により接合されている。図１に基づき、この発明のスローアウェイチップについて説明する。
【００１７】
図１は、この発明のスローアウェイチップの一例を示す図である。１はスローアウェイチップ、２はすくい面、３は逃げ面、４は刃先部である。この発明においては、刃先部４にのみ多結晶ダイヤモンドがロウ材により接合されている。つまり、チップの機能を妨げることなく、研磨加工すべき部位及び領域を可能な限り節減したとき、この逃げ面３における刃先部４が必要最低限の部位及び領域として着目されたのである。
【００１８】
接合される多結晶ダイヤモンドとしては、単結晶ダイヤンド粒子の集合体が好適である。前記多結晶ダイヤモンドは、天然ダイヤモンドであってもよく、人工ダイヤモンドであってもよいが、気相合成法または高温高圧焼結法によって製造された人工多結晶ダイヤモンドは、天然ダイヤモンドよりも安価であり、しかも方向性に偏りがないことから、好ましく用いられる。
【００１９】
多結晶ダイヤモンドの気相合成法には、これまでに種々の方法が開発されており、この発明においては、いずれの合成法を採用した多結晶ダイヤモンドであっても用いることができる。この気相合成法による多結晶ダイヤモンドは、例えば、所定割合に混合された一酸化炭素と水素とを含有する混合ガスを、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法、イオン蒸着法、イオンビーム蒸着法、熱フィラメント法などによって励起し、シリコン、アルミニウム、タングステンなどの金属、これらの酸化物、窒化物又は炭化物、サーメット、セラミックスなどの基板に接触させることによって、基板上にダイヤモンドを析出、堆積させて製造される。
【００２０】
また、高温高圧焼結法による多結晶ダイヤモンドは、１２００〜２０００℃、５００００〜６００００気圧という高温高圧下、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏなどの金属溶媒に黒鉛などの炭素源を溶解して過飽和融液を形成し、次いで、この融液を冷却することによってダイヤモンドを析出させて製造される。
【００２１】
基材に接合される多結晶ダイヤモンドの厚さに特別の制限はないが、通常は０．０１〜１．０ｍｍ、好ましくは０．０５〜０．５ｍｍである。多結晶ダイヤモンドの厚さが前記範囲内にあると、この発明の目的をよく達成することができる。また、多結晶ダイヤモンドの厚さが前記下限値よりも小さいと、切削時の工具委摩耗が進行した場合に、基材が露出するといった耐摩耗性の劣化が危惧され、多結晶ダイヤモンドの厚さが前記上限値よりも大きいと、多結晶ダイヤモンド層内での剥離が発生することがあり、使用上の問題を生じることがある。
【００２２】
また、刃先部４に接合される多結晶ダイヤモンドは、その接合面の面粗度が、最大高さ（ＲＺ）で低くとも２０μｍ、特に低くとも２５μｍであることが好ましい。このような面粗度を有することにより、多結晶ダイヤモンドの接合がより強固となるからである。最大高さ（ＲＺ）が２０μｍ未満では、期待される接合強度が得られないことがあるので望ましくない。
【００２３】
ここに最大高さ（ＲＺ）とは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−１９８２「表面粗さの定義と表示」に従い、断面曲線から基準長さだけ抜き取った部分（以下、抜き取り部分という。）の平均線に平行な直線で抜き取り部分を挟んだとき、この二直線の間隔を断面曲線の縦倍率の方向に測定して、この値をマイクロメートルで表したものである。通常、最大高さは、触診式粗さ測定器などで測定される。
【００２４】
接合される多結晶ダイヤモンドの接合面の面粗度は、例えば、気相合成法による多結晶ダイヤモンドの製造時、多結晶ダイヤモンドが形成される基材のブレーカ部表面を粗面化して、その面粗度を前記の最大高さ（ＲＺ）とすることによって調整することができる。基材のブレーカ部表面を粗面化する手段に特に制限はないが、化学処理を施す手段または熱処理を施す手段が好ましく採用される。
【００２５】
化学処理を施す手段としては、例えば、基材を硝酸または塩酸などの酸に浸漬し、基材の表面に存在するＣｏ、Ｎｉなどの金属成分を溶脱させることによって、基材の表面に凹凸形状を形成させる方法を挙げることができる。このような化学処理を施すときの浸漬条件に特に制限はないが、通常は、常温で０．５〜１．０時間、浸漬処理される。
【００２６】
また、熱処理を施す手段としては、例えば、基材を真空中に、１３００〜１５００℃で３〜５時間放置し、基材中に含まれる炭化タングステンなどの金属化合物を粒成長させることによって、基材の表面に凹凸形状を形成させる方法を挙げることができる。
【００２７】
前記化学処理または熱処理は、基材の表面を粗面化する処理の一態様であって、基材の表面に凹凸形状を形成させるなどして粗面化することができる処理手段であれば、必ずしも化学処理手段または熱処理手段に拘束されることはない。例えば、基材の表面を荒研磨することにより凹凸形状を形成させることもできる。
【００２８】
さらに、接合面に対し反対側にある多結晶ダイヤモンド表面の面粗度が、最大高さ（ＲＺ）で高くとも５μｍであることが好ましい。このような面粗度を有することにより、この発明に係るスローアウェイチップを切削工具に用いて切削加工を行う場合に、溶着を回避することができて好ましい。
【００２９】
接合される多結晶ダイヤモンドの接合面及びその反対側にある面の面粗度を前記の最大高さ（ＲＺ）に調整する手段としては、従来から公知の手法を採用することができ、例えばダイヤモンド砥石等で多結晶ダイヤモンドの表面を研磨してもよい。
【００３０】
この発明においては、前記多結晶ダイヤモンドはロウ材によって接合される。用いるロウ材としては、例えば、Ａｇ−Ｃｕ−Ｚｎ−ＣｄにＮｉを添加した多元素系の銀ろう（ＪＩＳ  Ｚ  ３２６１：１９８５）が一般的である。しかし、環境問題を考慮して、近年はＣｄを含まないロウ材が主流となっている。この発明で用いるロウ材は、Ｔｉ、Ａｇ及びＣｕから選ばれた少なくとも１種の金属を含有する合金であることが好ましい。
【００３１】
Ｔｉ、Ａｇ及びＣｕから選ばれた少なくとも１種の金属を含有する合金として、例えばＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系合金、Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ系合金等を挙げることができる。このような合金をロウ材として用いることにより、超硬基材と多結晶ダイヤモンドとの強固な接合を達成することができる。
【００３２】
ロウ材による接合方法にも特別の制限はなく、通常の接合方法を採用することができる。例えば、トーチロウ付け、高周波ロウ付け、炉中ロウ付けなどの接合方法を挙げることができ、熱源としては、電気、ガス、プラズマなどを用いることができる。実際のロウ付けに当たっては、直接ロウ材を介して接合する他に、熱膨張係数の相違から発生する応力を吸収するために、銅板を間に挟んだサンドイッチロウも使用される。
【００３３】
ダイヤモンドは、空気中、７００℃程度で黒鉛化が始まる。このため、ロウ付け作業は短時間内に行う必要がある。この要請からすると、この発明においては、高周波ロウ付けを好適な接合方法として挙げることができる。
【００３４】
この発明はまた、前記のスローアウェイチップと支持体とを有して成ることを特徴とする切削工具を提供する。図２にこの発明の切削工具を示す（図２の正誤をご確認下さい。）。５は切削工具、６は支持体である。前記スローアウェイチップ１が支持体６に取り付けられて切削工具５を形成している。支持体６に用いられる材料に特に制限はなく、金属、木、合成樹脂、セラミックなどを挙げることができる。この発明の切削工具は、スローアウェイチップ１と支持体６とを有していれば、図２に示される形状に拘束されることはない。
【００３５】
【実施例】
以下に、実施例を挙げてこの発明をさらに詳細に説明するが、これら実施例によってこの発明はなんら限定されるものではない。
【００３６】
実施例、比較例
超硬合金製の焼結品を研磨加工することにより、略ＳＰＧＮ４２３の形状とした。この後、多結晶ダイヤモンド膜をロウ付け接合し、次に厚さ方向に研磨加工し、ＳＰＧＮ４２３形状とした。多結晶ダイヤモンド膜の厚さは０．１ｍｍであり、超硬合金製の焼結品に接合された側の多結晶ダイヤモンド膜の面粗度Ｒｚは１０μｍである、反対側の面の面粗度Ｒｚは０．１μｍであった。ロウ材は銀ロウで、Ａｇ−Ｃｕ系ロウ材であり、Ａｇ４７％、及びＣｕ１５％程度を含有したものであった。得られたスローアウェイチップを実施例とした。
【００３７】
一方、気相合成法用の超硬合金基材を、ＳＰＧＮ４２３形状より厚さ、幅方向とも０．０２ｍｍ程度大きくなるように研磨加工し、次に気相合成法により多結晶ダイヤモンド膜を合成し、ＳＰＧＮ４２３形状となるように研磨加工を行った。得られたスローアウェイチップを比較例とした。
【００３８】
以下、研磨内容と加工時間の関係を表に示した。
【００３９】
【表１】
2004291110.tif 000003
【００４０】
【発明の効果】
この発明によれば、研磨加工すべき部位及び領域が節減され、効率的に製造することのできる多結晶ダイヤモンドが接合されたスローアウェイチップ及びこのスローアウェイチップを有して成る切削工具が提供提供され、工具の製造分野に寄与するところはきわめて多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のスローアウェイチップの一例を示す図である。
【図２】この発明の切削工具の一例を示す図である。
【符号の説明】
１  スローアウェイチップ
２  すくい面
３  逃げ面
４  刃先部
５  切削工具
６  支持体
【図１】
2004291110.tif 000004
【図２】
2004291110.tif 000005