JPH03190606A - 超精密切削加工用工具 - Google Patents
超精密切削加工用工具Info
- Publication number
- JPH03190606A JPH03190606A JP32583289A JP32583289A JPH03190606A JP H03190606 A JPH03190606 A JP H03190606A JP 32583289 A JP32583289 A JP 32583289A JP 32583289 A JP32583289 A JP 32583289A JP H03190606 A JPH03190606 A JP H03190606A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cbn
- tool
- cutting
- single crystal
- boron nitride
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は鉄系材料の超精密加工を切削で実現できる超精
密切削加工用工具に関する。
密切削加工用工具に関する。
超精密切削加工、すなわち切削のみで被加工物を鏡面と
する加工を行なうための工具材料としては、高硬度で耐
磨耗性に優れる物質であること、及び鋭い刃先を得るこ
とのできる単結晶であることが必要である。この点、す
べての物質中最高の硬度を誇るダイヤモンドの単結晶は
理想的な材料であり、これを用いた／Ｖ、ＣＩ＋等の非
鉄金属の超精密加工では既に実用化されている。
する加工を行なうための工具材料としては、高硬度で耐
磨耗性に優れる物質であること、及び鋭い刃先を得るこ
とのできる単結晶であることが必要である。この点、す
べての物質中最高の硬度を誇るダイヤモンドの単結晶は
理想的な材料であり、これを用いた／Ｖ、ＣＩ＋等の非
鉄金属の超精密加工では既に実用化されている。
しかし、鉄系材料、特に鋼の場合は、その超精密切削加
工が切望されているにもかかわらず、ダイヤモンド単結
晶で加工することはできない。これはダイヤモンドが切
削加工時の温度下で鉄属金属（Ｆｅ、 Ｎ１． Ｃｏ）
と化学的に反応し、異常に磨耗するためである。そこで
、鉄系材料の超精密切削加工を行なうための工具材料と
しては、ダイヤモンドに次ぐ硬度を有し、切削加工時の
温度で反応しない立方晶窒化硼素（ｃｕｂｉｃ Ｂｏｒ
ｏｎ Ｎ目ｒｉｄｅ以下ｃＢＮと略記する）単結晶が最
有力と考えられてきた。
工が切望されているにもかかわらず、ダイヤモンド単結
晶で加工することはできない。これはダイヤモンドが切
削加工時の温度下で鉄属金属（Ｆｅ、 Ｎ１． Ｃｏ）
と化学的に反応し、異常に磨耗するためである。そこで
、鉄系材料の超精密切削加工を行なうための工具材料と
しては、ダイヤモンドに次ぐ硬度を有し、切削加工時の
温度で反応しない立方晶窒化硼素（ｃｕｂｉｃ Ｂｏｒ
ｏｎ Ｎ目ｒｉｄｅ以下ｃＢＮと略記する）単結晶が最
有力と考えられてきた。
ｃＢＮは天然には存在せず、又その大型単結晶を合成す
ることが大変難しいため、長い間その実証がなされてい
なかったが、最近になり大型の単結晶の合成が可能とな
り、それに伴いｃＢＮ単結晶工具の作成も可能となった
。
ることが大変難しいため、長い間その実証がなされてい
なかったが、最近になり大型の単結晶の合成が可能とな
り、それに伴いｃＢＮ単結晶工具の作成も可能となった
。
しかし、実際にｃＢＮ単結晶工具で鉄系材料の超精密切
削加工を行ってみると、予想外に工具の磨耗が大きく良
好な加工面粗さの得られる切削距離（寿命）が数百ｍで
あり、直ちに実用化することは難しい、思われた〔例え
ば文献： ＦＩＲＳＴ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ
Ｃ０ＮＦＩＥＲＥＮＣＥ ＯＮ Ｎ［ｉＷ ＤＩＡＭＯ
ＮＤ ５ＣＩＥＮＣＥＡＮＤ ＴεＣｌｌＮ０ＬＯＧＹ
、 ＰＲＯＧＲＡＭ ａｎｄ ＡＢＳＴＲＡＣＴＳ、
ｐ２０４（１９８８）、参照）。この寿命はダイヤモン
ド単結晶で非鉄金属を超精密切削加工するときの寿命数
百ｋｍには及ぶべくもないが、対象が鉄系材料であるこ
とを考えると、もう１桁程度つまり寿命を数ｋｍを実現
できれば、十分実用レベルに到達可能なものと考えられ
る。
削加工を行ってみると、予想外に工具の磨耗が大きく良
好な加工面粗さの得られる切削距離（寿命）が数百ｍで
あり、直ちに実用化することは難しい、思われた〔例え
ば文献： ＦＩＲＳＴ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ
Ｃ０ＮＦＩＥＲＥＮＣＥ ＯＮ Ｎ［ｉＷ ＤＩＡＭＯ
ＮＤ ５ＣＩＥＮＣＥＡＮＤ ＴεＣｌｌＮ０ＬＯＧＹ
、 ＰＲＯＧＲＡＭ ａｎｄ ＡＢＳＴＲＡＣＴＳ、
ｐ２０４（１９８８）、参照）。この寿命はダイヤモン
ド単結晶で非鉄金属を超精密切削加工するときの寿命数
百ｋｍには及ぶべくもないが、対象が鉄系材料であるこ
とを考えると、もう１桁程度つまり寿命を数ｋｍを実現
できれば、十分実用レベルに到達可能なものと考えられ
る。
すなわち、鏡面の要求される非鉄金属の用途が磁気ディ
スク等大型で又多量、低コストの要求される製品である
のに対し、鉄系材料特に鋼の用途きして考えられる金型
等は、数量、コストに対する要求はあまり厳しくな（、
又比較的小型の製品であることが多い。本発明者らの試
算では、寿命が数ｋｍであれば、十分実用化に繋がると
思われた。
スク等大型で又多量、低コストの要求される製品である
のに対し、鉄系材料特に鋼の用途きして考えられる金型
等は、数量、コストに対する要求はあまり厳しくな（、
又比較的小型の製品であることが多い。本発明者らの試
算では、寿命が数ｋｍであれば、十分実用化に繋がると
思われた。
このような検討の結果、本発明は寿命が数ｋｍ程度に向
上したｃＢＮ系の超精密切削加工用工具の開発を課題と
してなされたものである。
上したｃＢＮ系の超精密切削加工用工具の開発を課題と
してなされたものである。
本発明者らは、上記課題を達成すべく研究努力し、特に
ｃＢＮ単結晶に不純物元素をドープすることで寿命延長
をはかることを試みた結果、あのドープが非常に好結果
を与えることを見出し本発明に到った。
ｃＢＮ単結晶に不純物元素をドープすることで寿命延長
をはかることを試みた結果、あのドープが非常に好結果
を与えることを見出し本発明に到った。
すなわち、本発明は０．００１〜０．５重量％のＢｅを
含有してなる立方晶窒化硼素単結晶を刃先としてなる超
精密切削加工用工具である。
含有してなる立方晶窒化硼素単結晶を刃先としてなる超
精密切削加工用工具である。
本発明の効果を得られるトのドーピング量としては、０
．００１〜０．５重量％が必要である。立方品窒化硼素
単結晶中で賑は固溶体として存在している。ｏ、 ｏ
ｏ を重量％未満ではあのドーピング効果が現れず、又
、０．５重量％を越えると、固溶体として存在する限界
を越え、ｃＢＮ中にインクルージジン（包含物）として
存在するようになるため、ｃＢＮの強度が低下する。
．００１〜０．５重量％が必要である。立方品窒化硼素
単結晶中で賑は固溶体として存在している。ｏ、 ｏ
ｏ を重量％未満ではあのドーピング効果が現れず、又
、０．５重量％を越えると、固溶体として存在する限界
を越え、ｃＢＮ中にインクルージジン（包含物）として
存在するようになるため、ｃＢＮの強度が低下する。
ｃＢＮ中に艮をドーピングすることにより切削工具の寿
命が数ｋｍ、っまり１桁程度向上する理由としては、 ■硬度の向上； １をドーピングしないｃＢＮの硬度が
Ｈｖ４，２５０であるのに対し、本発明の戊をドーピン
グしたｃＢＮの硬度はＨｖ５．０００を示した。これは
耐磨耗性の向上を意味する。
命が数ｋｍ、っまり１桁程度向上する理由としては、 ■硬度の向上； １をドーピングしないｃＢＮの硬度が
Ｈｖ４，２５０であるのに対し、本発明の戊をドーピン
グしたｃＢＮの硬度はＨｖ５．０００を示した。これは
耐磨耗性の向上を意味する。
■靭性の向上； ｃＢＮは硬脆材料の代表的物質であ
るから非常に破砕しやすい。特に（１，１，０］面での
ヘキ開が大変激しい。賑をドープすることにより、この
ヘキ開が緩和されることは十分あり得る。実際にｃＢＮ
へのＳＩのドーピングによりヘキ開が緩和され、靭性が
向上したとの報告（特開昭５９−１９９５１４号公報）
も知られている。
るから非常に破砕しやすい。特に（１，１，０］面での
ヘキ開が大変激しい。賑をドープすることにより、この
ヘキ開が緩和されることは十分あり得る。実際にｃＢＮ
へのＳＩのドーピングによりヘキ開が緩和され、靭性が
向上したとの報告（特開昭５９−１９９５１４号公報）
も知られている。
■導電性付与； ｃＢＮ自身は絶縁体であるが、島を
ドーピングするとｐ型の半導体となることはよく知られ
ている。半導体となることで静電気による切削屑の付着
が低減されることによる効果も考えられる。
ドーピングするとｐ型の半導体となることはよく知られ
ている。半導体となることで静電気による切削屑の付着
が低減されることによる効果も考えられる。
０反応性の低減； ｃＢＮは鉄属金属と反応しないと
言われているが、実際には僅かながら反応するものと考
えられるところがある。本発明者らの実験によると、曵
のドーピングにより、ｃＢＮと鉄屑金属の反応が抑制さ
れることは十分に考えられる。
言われているが、実際には僅かながら反応するものと考
えられるところがある。本発明者らの実験によると、曵
のドーピングにより、ｃＢＮと鉄屑金属の反応が抑制さ
れることは十分に考えられる。
以上のように考えられるが、現在のところ、上記■〜■
の何れが主要因であるかは、明らかでない。但し、島と
同じ＜ｃＢＮ中に固溶体として存在し得るＳｌ、 Ｓ等
のドープでは、寿命の向上は見られなかった。
の何れが主要因であるかは、明らかでない。但し、島と
同じ＜ｃＢＮ中に固溶体として存在し得るＳｌ、 Ｓ等
のドープでは、寿命の向上は見られなかった。
ｃＢＮ中に１をドーピングする方法としては、（ａｌ
ｃ Ｂ Ｎ単結晶育成時にドーピングする方法と、Ｔｂ
）既に育成されたｃＢＮ単結晶にイオンプランテーショ
ン等の手段により融イオンを打ち込む方法がある。本発
明工具に用いるあドープｃＢＮとしては、（ａｌの方法
で作成した方がより好ましいが、（ｂｌの方法によるも
のも使用可能である。但しくｂｌによる場合、戊イオン
を打ち込んだ後、Ｂ−Ｂｅ又はＮ−ｆ３ｅの結合を持た
せるため、最低５００℃以上の高温でアニーリングする
ことが必要である。
ｃ Ｂ Ｎ単結晶育成時にドーピングする方法と、Ｔｂ
）既に育成されたｃＢＮ単結晶にイオンプランテーショ
ン等の手段により融イオンを打ち込む方法がある。本発
明工具に用いるあドープｃＢＮとしては、（ａｌの方法
で作成した方がより好ましいが、（ｂｌの方法によるも
のも使用可能である。但しくｂｌによる場合、戊イオン
を打ち込んだ後、Ｂ−Ｂｅ又はＮ−ｆ３ｅの結合を持た
せるため、最低５００℃以上の高温でアニーリングする
ことが必要である。
好ましい（ａｌの方法で艮をドーピングしたｃＢＮ単結
晶を合成する方法は以下の実施例及びＮＥＷ ＤＩＡＭ
ＯＮＤ、卸、 ２１ （１９８８）の記載に具体的に示
される。
晶を合成する方法は以下の実施例及びＮＥＷ ＤＩＡＭ
ＯＮＤ、卸、 ２１ （１９８８）の記載に具体的に示
される。
以下に本発明を実施例を挙げて説明するが、本発明はこ
れに限定されるところはない。
れに限定されるところはない。
実施例１
第１図に示す試料室の構成により戊をドーピングしたｃ
ｒ３Ｎ単結晶を合成した。同図中、■は艮を含む原料窒
化硼素（６０重量％ｃＢＮ＋３９重量％六方品窒化硼素
＋１重量％Ｂｅ）、２は溶媒でコノ例では〔８重ｆｆ１
ＸＬｉ３ＯＮ、＋ １６重量ＸＳＩ、Ｂ、Ｎ、＋７６重
瓜％Ｓｒ、Ｂ１０ａ ］ 、３は種子結晶ｃＢＮ単結晶
（約０．３ ｍ ｒｎ径）、４はＭＯ製容器、５は圧力
媒体、６は黒鉛ヒーターである。又、同図右部分は室内
の温度分布を示す。
ｒ３Ｎ単結晶を合成した。同図中、■は艮を含む原料窒
化硼素（６０重量％ｃＢＮ＋３９重量％六方品窒化硼素
＋１重量％Ｂｅ）、２は溶媒でコノ例では〔８重ｆｆ１
ＸＬｉ３ＯＮ、＋ １６重量ＸＳＩ、Ｂ、Ｎ、＋７６重
瓜％Ｓｒ、Ｂ１０ａ ］ 、３は種子結晶ｃＢＮ単結晶
（約０．３ ｍ ｒｎ径）、４はＭＯ製容器、５は圧力
媒体、６は黒鉛ヒーターである。又、同図右部分は室内
の温度分布を示す。
これをベルト型高圧発生装置により五万気圧に加圧する
一方、黒鉛ヒーター６に交流電流を流し、戊を含む原料
窒化硼素１と溶媒２の界面を１７２０℃、種子結晶ｃＢ
Ｎ単結晶３付近を１６９０℃とした。この状態で５０時
間保持したところ、温度差により良を含む原料窒化硼素
１が溶媒を介し種子結晶ｃｒ３Ｎ単結晶３上に析出し、
約３ｍｍ径の、賑がドーピングされたｃＢＮ単結晶が生
成した。この生成融ドープｃＢＮ単結晶中の隔置をＳＩ
ＭＳ （２次イオン質量分析器）により測定したところ
、約０．０２重量％であった。該シドーブＣＢＮ単結晶
を〜−ｃｕ−Ｔｔ鑞にて鋼シャンクに鑞付けした後、＃
４００のレジンボンドダイヤモンド砥石にてノーズ半径
０．８ｍｍ、逃げ角３″、すくい角０°のＲ形状の工具
に成形した。更に、該工具の刃先を＃８０００のレジン
ボンドダイヤモンド砥石にて研磨し、鋭い刃先を形成し
た。
一方、黒鉛ヒーター６に交流電流を流し、戊を含む原料
窒化硼素１と溶媒２の界面を１７２０℃、種子結晶ｃＢ
Ｎ単結晶３付近を１６９０℃とした。この状態で５０時
間保持したところ、温度差により良を含む原料窒化硼素
１が溶媒を介し種子結晶ｃｒ３Ｎ単結晶３上に析出し、
約３ｍｍ径の、賑がドーピングされたｃＢＮ単結晶が生
成した。この生成融ドープｃＢＮ単結晶中の隔置をＳＩ
ＭＳ （２次イオン質量分析器）により測定したところ
、約０．０２重量％であった。該シドーブＣＢＮ単結晶
を〜−ｃｕ−Ｔｔ鑞にて鋼シャンクに鑞付けした後、＃
４００のレジンボンドダイヤモンド砥石にてノーズ半径
０．８ｍｍ、逃げ角３″、すくい角０°のＲ形状の工具
に成形した。更に、該工具の刃先を＃８０００のレジン
ボンドダイヤモンド砥石にて研磨し、鋭い刃先を形成し
た。
以上で得られた本発明の工具による、予め而粗さを１／
７１１Ｒ＋ｉａｘに調製されたＳＫＳ鋼（Ｈ＊ｃ６３）
を切削速度１００ ｍ／ｓｉｎ 、送り速度５／ｊＩ／
ｒｅｖ、切り込み５ｐで切削加工したところ、切削距離
８０００ｍまで０．０５ ｕＲｍａｘの鏡面に加工でき
た。
７１１Ｒ＋ｉａｘに調製されたＳＫＳ鋼（Ｈ＊ｃ６３）
を切削速度１００ ｍ／ｓｉｎ 、送り速度５／ｊＩ／
ｒｅｖ、切り込み５ｐで切削加工したところ、切削距離
８０００ｍまで０．０５ ｕＲｍａｘの鏡面に加工でき
た。
ちなみに、ＢｅをドーピングしていないｃＢＮ単結晶製
工具により同様の加工を行ったところ、０、０５ ｐｓ
Ｒａｉａｘ以下の而粗さの得られた切削距離は２５０
ｍであった（比較例１）。
工具により同様の加工を行ったところ、０、０５ ｐｓ
Ｒａｉａｘ以下の而粗さの得られた切削距離は２５０
ｍであった（比較例１）。
実施例２
第１図の試料室構成において艮を加えずに合成したｃＢ
Ｎ単結晶にイオンプランテーション方により、後に工具
の刃先となる部分の戊濃度が０．０５重量％となるよう
に山イオンを注入した。
Ｎ単結晶にイオンプランテーション方により、後に工具
の刃先となる部分の戊濃度が０．０５重量％となるよう
に山イオンを注入した。
これを真空中１２５０℃で５０時間処理した後、実施例
１と同じ方法により工具とした。
１と同じ方法により工具とした。
この工具により切削速度１００ｍ＋／膳１ｎ１送り速度
５／Ｊｌ／ｒｅｖ１切り込みＩＯ−で５ＫＤＩＩ鋼（Ｈ
肛６０）を切削したところ、０．０５４Ｒ＋ｓａｘ以下
の而粗さを得られた切削距離は４０００ｍであった。
５／Ｊｌ／ｒｅｖ１切り込みＩＯ−で５ＫＤＩＩ鋼（Ｈ
肛６０）を切削したところ、０．０５４Ｒ＋ｓａｘ以下
の而粗さを得られた切削距離は４０００ｍであった。
比較のために行った戊をドーピングしていないｃＢＮ単
結晶製工具のそれは１８０ｍＬかなかった（比較例２）
。
結晶製工具のそれは１８０ｍＬかなかった（比較例２）
。
以上の実施例と比較例の結果から、本発明のシドープし
たｃＢＮ単結晶刃先を有する切削工具が、ｃＢＮ単結晶
のみからなる刃先の工具に比べ、■桁オーダー高い寿命
を実現できたことが明らかである。そしてこのような寿
命であれば、充分に実用できる。
たｃＢＮ単結晶刃先を有する切削工具が、ｃＢＮ単結晶
のみからなる刃先の工具に比べ、■桁オーダー高い寿命
を実現できたことが明らかである。そしてこのような寿
命であれば、充分に実用できる。
以上説明したように、本発明の超精密加工用切削工具に
よれば鋼の切削において数ｋｍの切削距離にわたり面粗
さ０．０５７ａ＋Ｒｍｉｘ以下の鏡面が得られる。この
ため従来は手間とコストの掛かる研削及び研磨により行
われた精密金型類等の高高度かつ高精度の要求される鉄
屑金属の加工が、切削加工のみで実現できる。従って本
発明はコストダウン、品質向」二の効果の大きい、産業
上の利用価値が非常に高いものである。
よれば鋼の切削において数ｋｍの切削距離にわたり面粗
さ０．０５７ａ＋Ｒｍｉｘ以下の鏡面が得られる。この
ため従来は手間とコストの掛かる研削及び研磨により行
われた精密金型類等の高高度かつ高精度の要求される鉄
屑金属の加工が、切削加工のみで実現できる。従って本
発明はコストダウン、品質向」二の効果の大きい、産業
上の利用価値が非常に高いものである。
第１図は本発明の超精密加工用切削工具材料とするシド
ープｃＢＮ単結晶を合成する装置の試料室の一例の構成
と温度分布を説明する概略図である。 図中、１は開を含む原料窒化硼素、２は溶媒、３は種子
結晶、 ４はＭｏ製容器、 ５は圧力媒体、 は黒鉛ヒーターである。
ープｃＢＮ単結晶を合成する装置の試料室の一例の構成
と温度分布を説明する概略図である。 図中、１は開を含む原料窒化硼素、２は溶媒、３は種子
結晶、 ４はＭｏ製容器、 ５は圧力媒体、 は黒鉛ヒーターである。
Claims (1)
- （１）０．００１〜０．５重量％のＢｅを含有してなる
立方晶窒化硼素単結晶を刃先としてなる超精密切削加工
用工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32583289A JPH03190606A (ja) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | 超精密切削加工用工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32583289A JPH03190606A (ja) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | 超精密切削加工用工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03190606A true JPH03190606A (ja) | 1991-08-20 |
Family
ID=18181109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32583289A Pending JPH03190606A (ja) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | 超精密切削加工用工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03190606A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007123482A1 (en) * | 2006-04-25 | 2007-11-01 | Seco Tools Ab | A threading tool, a threading insert with a face of pcbn and a method of forming a thread |
-
1989
- 1989-12-18 JP JP32583289A patent/JPH03190606A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007123482A1 (en) * | 2006-04-25 | 2007-11-01 | Seco Tools Ab | A threading tool, a threading insert with a face of pcbn and a method of forming a thread |
| US7476063B2 (en) | 2006-04-25 | 2009-01-13 | Seco Tools Ab | Threading tool, threading insert, and method of forming a thread |
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