(57)【要約】【課題】熱フィラメントＤＶＤ法より工業用刃物に凹凸面の比較的薄膜に膜質制御されたダイヤモンドコーティングを行うこと。【解決手段】熱フィラメントＣＶＤ法によるダイヤモンド皮膜合成機のチャンバー内台座上に対し、超硬合金製刃物母材の基板を載置すると共に、熱フィラメントと基板間に間欠的にバイアス電流を印加させたり、メタンと水素のガス組成を間欠的に変動させたり、或いは熱フィラメントと台座間距離を周期的に変動させたりして、刃部上へ１〜２０μｍの厚さに膜質制御したダイヤモンド層を皮膜させる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱フィラメントＣＶＤ法によるダイヤモンド皮膜合成機のチャンバー内台座上に対し、超硬合金製刃物母材の基板を載置すると共に、熱フィラメントと基板間に間欠的にバイアス電流を印加させ、基板の少なくとも刃部上へ１〜２０μｍの厚さに膜質制御したダイヤモンド層を皮膜させることを特徴としたダイヤモンドコーティング工業用刃物の製造方法。
【請求項２】
熱フィラメントＣＶＤ法によるダイヤモンド皮膜合成機のチャンバー内台座上に対し、超硬合金製刃物母材の基板を載置すると共に、メタンと水素のガス組成を間欠的に変動させ、基板の少なくとも刃部上へ１〜２０μｍの厚さに膜質制御したダイヤモンド層を皮膜させることを特徴としたダイヤモンドコーティング工業用刃物の製造方法。
【請求項３】
熱フィラメントＣＶＤ法によるダイヤモンド皮膜合成機のチャンバー内台座上に対し、超硬合金製刃物母材の基板を載置すると共に、熱フィラメントと台座間距離を周期的に変動させ、基板の少なくとも刃部上へ１〜２０μｍの厚さに膜質制御したダイヤモンド層を皮膜させることを特徴としたダイヤモンドコーティング工業用刃物の製造方法。
【請求項４】
熱フィラメント電圧は１０〜５０Ｖ、同電流は３０〜１００Ａ、熱フィラメントと基板間距離を５ｍｍとなしたことを特徴とする請求項１，２又は３記載のダイヤモンドコーティング用刃物の製造方法。
【請求項５】
バイアス電圧は１３０Ｖ、同電流２０ｍＡ、バイアス印加サイクルは１０〜３０分として、印加と停止を２時間の範囲で行うことを特徴とする請求項１又は４記載のダイヤモンドコーティング用刃物の製造方法。
【請求項６】
チャンバー内真空圧は３０Ｔｏｒｒ、メタンと水素のガス組成を高濃度時１０％：９０％、低濃度時１％：９９％で１０分間毎に変動させることを特徴とした請求項２又は４記載のダイヤモンドコーティング用刃物の製造方法。
【請求項７】
台座を水平方向の２０ｃｍ〜３０ｃｍ範囲で１０ｃｍ／ｓｅｃの速さで往復走行を繰り返して行うことを特徴とする請求項３又は４記載のダイヤモンドコーティング用刃物の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜５に記載した何れか１つの製造方法により製造された工業用刃物。
【請求項９】
請求項１〜５に記載された製造方法の何れか２つ以上の組合せにより製造された工業用刃物。
【請求項１０】
木材専用刃物となしたことを特徴とする請求項８又は９記載の工業用刃物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱フィラメントＣＶＤ法により、超硬合金製刃物母材に対し１〜２０μｍの厚さに膜質制御したダイヤモンド層を皮膜する工業用刃物の製造方法、及び当該方法により製造された工業刃物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年難加工材の切削加工で超硬合金に換わり焼結ダイヤモンドを刃部に用いた工業用刃物が、多用されている。これは機械的摩耗に対しては大きな抵抗を示すが、湿気を有する木材の切削加工のような腐食摩耗に対しては摩耗が進行する。この腐食摩耗は、従来の焼結ダイヤモンドのバインダーであるＣｏの腐食から発生する。
このことから表面にバインダー（Ｃｏ）が無く耐腐食性、耐摩耗性の高いダイヤモンドコーティング工具が注目された。これまでダイヤモンドコーティングとしては、コーティングしたままの切削工具、スクイ面、逃げ面のダイヤモンド皮膜をダイヤモンド砥石で研磨加工したままの工具が市販されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
コーティングしたままのダイヤモンド表面には、大きな凹凸があるため、使用中にこの凹凸に被切削物が付着し切れ味を低下させる。このさい、表面をダイヤモンド砥石で機械研磨して凹凸を除去するとダイヤモンド層を傷付け強度低下により刃先が欠損しやすくなる。とりわけ、木工用切削工具では上記の湿気による腐蝕の問題の外に、凹凸面へ被切削物が付着し易い。
本発明は上記問題点を解決せんとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は熱フィラメントＣＶＤ法によるダイヤモンド皮膜合成で超硬合金製刃物母材の少なくとも刃部に１〜２０μｍの厚さの膜質制御したダイヤモンド層が皮膜されるようになさしめるべく開発した技術であり、その１つは膜質制御としてフィラメントと超硬合金製刃物母材間で間欠的にバイアス電流を印加させるのであり、他の１つは膜質制御としてガス組成を間欠的に変動させるのであり、更に他の１つは膜質制御としてフィラメントと超硬合金製刃物の基板間距離を周期的に変動させるのである。
【０００５】
具体的には真空チャンバー内の台座上に超硬合金製刃物母材の基板を載置し、チャンバー内気圧をバキュームポンプで下げると共に、メタンと水素を供給し、且つ熱フィラメントをフィラメント電圧１０〜５０Ｖ、フィラメント電流３０〜１００Ａで２０００℃以上に加熱するのであるが、本発明ではそのさいバイアス電流を適宜印加させる。このさい、バイアス電圧は１３０Ｖ、電流値２０ｍＡ、バイアス印加サイクル１０〜３０分で印加と停止を交互に行うのであり、これによりダイヤモンド皮膜の大きな凹凸が形成されるのを効率良く防止できるものとなる。
【０００６】
上記に於けるメタンと水素の比率は５％：９５％となしたものであるが、本発明では上記のバイアス電流を印加する代わりにメタンと水素の組成比率を間欠的に変動させるようになしても良い。即ちメタンと水素の組成比率を高濃度時１０％：９０％、低濃度時１％：９５％で１０分毎に変動させるのであり、これによりダイヤモンド皮膜の大きな凹凸が形成されるのを効率良く防止できるものとなる。
【０００７】
更に、本発明ではメタンと水素のガス組成は５％と９５％の一定比率下で、台座上の基板を２０００℃以上の熱フィラメントに対して一定の速度で往復移動させることにより、その表面に形成されるダイヤモンド皮膜に大きな凹凸が形成されないようにすることができる。即ちこのためには台座をその水平方向へ凡そ２０ｃｍ〜３０ｃｍの範囲で且つ１０ｃｍ／ｓｅｃの速さで往復移動させるのである。
【０００８】
本発明に於ける上記の各実験例では熱フィラメント電圧が１０〜５０Ｖ、熱フィラメント電流は３０〜１００Ａ、熱フィラメントと基板との対向間距離は５ｍｍ、チャンバー内の初期気圧は０．１Ｔｏｒｒ、同合成時気圧は３０Ｔｏｒｒとなされている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明方法を実施する装置の模式説明図であって、１は該装置のチャンバー、２はその排気管、３は同チャンバー内に対するメタンと水素のガス管である。一方、４はチャンバー１内に於ける台座（基板の載置された状態を把持するためのもの）、５は該台座上へ載置された超硬合金製刃物母材の基板である。他方、６は上記基板５の上方へ配置される熱フィラメント、７ａ及び７ｂはその支持柱兼用の電極である。８，９及び１０はその電源及び電流計である。
【００１０】
而して、具体的な実施例は次の通りである。
チャンバー１内初期気圧は０．１Ｔｏｒｒ、同合成時気圧は３０Ｔｏｒｒであり、また熱フィラメント電圧は１０〜５０Ｖ、同電流値は３０〜１００Ａ、熱フィラメント電源はＡＣ又はＤＣ、メタンと水素の組成比率は５％：９５％、熱フィラメントと基板との設定距離は５ｍｍとするのであり、また基板５は炭化タングステン基超硬合金の替刃（巾８ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚１．５ｍｍ）である。
【００１１】
上記の熱フィラメントＣＶＤ法に於けるダイヤモンドコーティング処理作業で、本発明は熱フィラメント６に対し間歇的にバイアス電流を印加させるのであり、このさいバイアス電圧は１３０Ｖ、バイアス電流は２０ｍＡ、バイアス印加サイクルは１０〜３０分として１０〜３０分印加後、同時間印加を停止することを繰返すのである。
【００１２】
上記により、基板５にはダイヤモンド皮膜１１の形成されるものとなるのであるが、上記の如くバイアス電流を印加させたものではダイヤモンド皮膜に大きな凹凸が形成されるものとならないのであり、即ち図２に於いてＡは上記によるバイアス電流を印加させたものの電子顕微鏡写真であり、Ｂはバイアス電流を印加させないものの同顕微鏡写真である。
該図面から明らかな通り、本発明に係る図Ａのダイヤモンド皮膜１１は極めて均一的な平滑面ｍに形成されるものとなっているが、図Ｂの従来方法によるものでは凹凸面ｎの激しい皮膜１１’に形成されるものとなっている。
なお、本発明に於ける上記ダイヤモンド皮膜１１は１〜２０μｍの比較的薄膜のものに形成するのであり、これは上記処理時間を０．１〜２時間程度の範囲で調整することにより行われる。
【００１３】
上記はバイアス電流を印加した例であるが、メタンと水素のガス比率を低濃度から高濃度に周期的に変動させることによっても同様のダイヤモンドコーティング皮膜１１の得られるものとなる。
即ち、このさいメタンと水素の組成比率をメタンの高濃度時を１０％で水素が９０％、メタンの低濃度時を１％で水素が９９％の割合となし、これを１０分毎のサイクルで変更実施するのであり、装置にはタイマーと弁操作の切換えて自動的に行われるようにするのである。
而して、その皮膜形成が１〜１０μｍの範囲となれば、その運転を停止するのであり、このための処理時間は前例同様に０．１〜２時間程度の範囲である。
【００１４】
次に、本発明はチャンバー１内で基板５を載置する台座４を熱フィラメント６に対し、一定の距離範囲で往復移動させることにより両者の対向間距離を漸次変更させ、これでダイヤモンド皮膜の形成に大きな凹凸形成がセーブされるようにしても良い。即ち対向間距離５ｍｍの状態でその水平方向へ２０ｃｍ〜３０ｃｍ範囲で台座４を往復移動させるのであり、台座４の速度は１０ｃｍ／ｓｅｃとする。ところで、上記台座４の移動距離や走行速度は基板の大きさにより適宜変化させるのであり、このさい、台座４の移動方向はその台座４上の基板５が熱フィラメント６と並列状態下で遠ざかったり、近づいたりするように移動させるのである。なお、本発明ではダイヤモンド皮膜の大きな凹凸の谷間を埋めるように小さな凹凸が形成され、表面の平滑化が図れるものとなる。
【００１５】
表１は替刃式木工用総型ルータービットの超硬合金の替刃（巾８ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚１．５ｍｍ）に係る比較実験例をグラフ線図で示したものである。
一点鎖線はダイヤモンドコーティングを施さない超硬合金の刃物、点線は従来方法によりダイヤモンドコーティングの施された刃物、実線は本発明方法により実施された刃物の各夫々れに於ける時間の経過と切れ味の低下状態を示す。本表から明らかな通り、本発明方法による実施製品は長時間を経過しても切れ味の急激な低下が殆ど起こらないものである。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
従来法によるダイヤモンドコーティング皮膜は、皮膜に大きな凹凸が形成されるものとなるのであり、従って切削中に該凹凸の谷溝に切削屑などの付着物が付着して切れ味の急激な低下が生ずるのであり、よって頻繁に洗浄やドレッシングを行って付着物の除去を行う必要が生ずるものとなっているが、上記の如く実施する本発明では平滑薄膜の膜質制御を可能になし、即ちダイヤモンドコーティング皮膜は、従来のダイヤモンド皮膜に較べ合成過程のコントロールが容易であって、従来不可能とされている平滑薄膜の合成を可能にすることのできたものである。
【００１８】
なお、本発明に於ける請求項１、同２、同３に記載した方法は、夫々れの単独の実施に限らずこれらを適宜組合せて実施することも差支えなく、即ちこれらの二つ以上を同時に或いは交互に適当時間を定めて実施することも差支えない。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は以上の通り構成するものであって、比較的安価な設備費で、その膜質を効率良くコントロールできるダイヤモンド皮膜の形成を可能になすことができる。而して、その皮膜は当初から平滑な膜面の形成となっていることから、研磨加工や洗浄処理など従来に於けるダイヤモンド皮膜の欠点を克服し、切削性能の長期間維持を可能ならしめるものであって、生産コストの低減下にも著効を奏する。
とりわけ、湿気を有する木材の切削加工では従来方法によるダイヤモンドコーティング刃物の使用は、加工皮膜の凹凸面に対し湿気を有する被切削物が付着すると極端に切れ味が低下するのであり、また腐蝕摩耗が進行するなどの問題もあって木工加工業者の頭痛の種となっていたが、本発明に係る製品の使用により切れ味に優れ且つ維持管理も容易な安価製品を市場に供給することが可能になり、従来問題点の払拭に寄与することができた。
なお、アルミニウム、銅、真鍮など融着が問題となる被切削材にも、本発明のダイヤモンド皮膜は平滑薄膜であるため融着を防ぐことができ、有益な工業用刃物を低コストで供給することができるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施する装置の模式説明図である。
【図２】Ａは本発明方法によりバイアス電流を印加させたもの、Ｂは従来法により製造される製品の電子顕微鏡写真図である。
【符号の説明】
１　　　チャンバー
２　　　排気回路管
３　　　ガス供給管
４　　　台座
５　　　基板
６　　　熱フィラメント
７　　　支持柱兼用電極
８　　　電源
９　　　電源
１０　　電流計
【図１】
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【図２】
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